JP2014072022A - 導光板、及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出光する光の均一性を高めることができる導光板を提供する。
【解決手段】光源からの光を入射させ導光方向に導きつつ出光面から光を出射させる導光板であって、出光面には、凹凸が形成されることによりなる回折構造パターンが具備された回折構造層を備え、回折構造パターンは、稜線が１次元及び／又は２次元に延びる凹凸形状により形成され少なくとも１次光により拡散光を出射する構造を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等に用いられる面光源装置に具備される導光板、及び該導光板を用いた面光源装置に関する。

液晶テレビ等の液晶表示装置には、液晶パネルに対して背面側から照明する面光源装置が備えられている。面光源装置は大別すると、光学部材の背面側に光源を配置する直下型と、光学部材の側方に光源を配置するエッジライト型と、に分類される。エッジライト型の面光源装置は、直下型の面光源装置と比較して、面光源装置の厚さを薄くすることができるといった利点を有している。

エッジライト型の面光源装置では、側方からの光源光を中央方向に導く導光板が設けられている。すなわち、光源からの光は、導光板の１つの端面である入光面から導光板内に入射する。導光板内へ入射した光は、導光板内で反射を繰り返し、入光面に対向する面の方向（導光方向）に向けて導光板内を進んでいく。導光板内を進む光は、導光板の光学的な作用により、導光板内を進むにつれて少しずつ出光面から出射する。この結果、導光板の出光面からの出射光量が、導光方向に沿って、均一化されるようになる。

例えば特許文献１には、出光面に所定の大きさの三角形断面を有する複数のプリズムが配列された層を具備する導光板が開示されている。このような要素により、面光源装置から出射される光の向きを制御して効率の良い光の利用を可能としている。

また、特許文献２には計算機ホログラムの形成方法が記載されている。

国際公報ＷＯ２０１２／００８２１２号 特許第４６２０２２０号

特許文献１にも表れているように、エッジライト型の面光源装置では、導光板の入光面に対向して複数の光源が所定の間隔で配列されている形態が多い。ところが、このような光源の配列により、各光源の光軸に沿った部位と、光軸間に沿った部位との間に輝度のムラを生じてしまうことがあった。

また、特許文献２にはホログラムの形成に関する事項について記載はあるが、導光板に関する検討はされていない。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、出光する光の均一性を高めることができる導光板を提供することを課題とする。また、当該導光板を備える面光源装置を提供する。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、光源からの光を入射させ導光方向に導きつつ出光面から光を出射させる導光板であって、出光面には、凹凸が形成されることによりなる回折構造パターンが具備された回折構造層を備え、回折構造パターンは、稜線が１次元及び／又は２次元に延びる凹凸形状により形成され、少なくとも１次光により拡散光を出射する構造を有する、導光板である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導光板において、回折構造パターンは、導光方向に稜線が延び、該導光方向とは異なる方向に凹凸が交互に配列され、入射した光を凹凸が配列された方向に平行な直線を投射するように拡散する構造である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の導光板において、回折構造パターンの凹凸の形状は、均一の形状でない凹形状及び凸形状が複数が組み合わされている形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の導光板と、導光板の導光方向の一端側に形成される入光面に対向して配置される光源と、導光板の回折構造層に対向するように配置され、回折構造層に対して凸となる複数の単位プリズムが配列された偏向光学シートと、を備える、面光源装置である。

本発明によれば、出光する光の輝度ムラを低減することができ、より輝度の均一性の高い面光源を提供することが可能となる。

面光源装置１の構成を表す分解斜視図である。 面光源装置１の断面の一部である。 面光源装置１の他の断面の一部である。 第一の例における回折構造層１２の光拡散特性を説明する図である。 第一の例における回折構造層１２の光拡散特性を説明する他の図である。 第二の例における回折構造層１２の光拡散特性を説明する図である。 第二の例における他の回折構造層１２の光拡散特性を説明する図である。 第三の例における回折構造層１２の光拡散特性を説明する図である。 第四の例における回折構造層１２の光拡散特性を説明する図である。 回折構造層１２’を説明するための導光板１０を出光面側からみた平面図である。 回折構造層１２’の特性を説明する図である。 回折構造パターン１３ａの形態を説明する図である。 回折構造層１２’’を説明するための導光板１０を出光面側からみた平面図である。 計算機ホログラムによる回折構造パターンを形成する流れ図である。 導光板成形のための金型ロールである。 導光板成形のための賦形シートである。 押し出し法による導光板の成形方法を説明する図である。 偏向光学シート３０の単位プリズム３２ａを説明する図である。 液晶表示装置２００の構造を示す分解斜視図である。

上記に述べた作用及び特長を図面にて示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１は１つの実施形態を説明する図であり、導光板１０を具備する面光源装置１の分解斜視図である。図２には図１にＩＩ−ＩＩで示した線（導光方向）に沿った面光源装置１の厚さ方向断面図のうち一部、図３には、図１にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線（光源配列方向）に沿った面光源装置１の厚さ方向（図１の紙面上下方向）断面図の一部を示した。なお、本図及び以下で示す図では、わかりやすさのため部材の厚さや形状等を誇張して示すことがあり、繰り返しとなる符号は一部を省略することもある。
図１〜図３からわかるように、面光源装置１は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板１０、光源２９、偏向光学シート３０、及び反射シート４０を有している。

導光板１０は、基部１１、及び回折構造層１２を有している。導光板１０は透光性を有する材料により形成された全体として板状の部材であり、一方の板面側に回折構造層１２が配置され出光面として機能している。他方の板面側は裏面となる。
また、出光面と裏面との間で、導光板１０の板厚を形成する端面は光源２９に対向する入光面、該入光面とは反対側に配置される対向面、及び入光面と対向面とを渡すように２つの側面がそれぞれ形成されている。

基部１１は、回折構造層１２のベースとなる透光性を有する部位であり、所定の厚さを有する板状である。図１、図２からわかるように、基部１１の裏面側（回折構造層１２が配置される側とは反対側の板面）には、三角柱状であるプリズム１１ａが複数設けられている。プリズム１１ａは、導光方向とは直交する方向（光源配列方向）に延びる複数の柱状の部位であり、これが導光方向に所定の間隔で並べて配列されている。
本実施形態のプリズム１１ａは三角柱状であるがこれに限定されることはなく、四角以上の多角柱状であってもよい。

回折構造層１２は、基部１１のうち出光面側に形成される層であり、ここに稜線が２次元的に延びる凹凸形状、及び／又は稜線が１次元的に延びる凹凸形状からなる計算機ホログラムが形成され、これに基づいた凹凸形状が表面に形成されている。そしてこの計算機ホログラムにより、光を拡散して均一性の高い光を出射する。または、所望の視野角分布を得ることができる。

以下に１つの例にかかる回折構造層１２について説明する。回折構造層１２は、その表面にホログラム形状１２ａが形成されている。ホログラム形状１２ａは、基部１１側からの入射光を所定の範囲に拡散させるように出射可能な形状とされている。具体的には、導光板１０として出射光の均一性を高めるように光を拡散させる。従って所望の拡散性を有していればその形態は特に限定されることはない。以下、ホログラム形状１２ａについて、計算機ホログラムによるものを複数の例を挙げて説明する。

初めに第一の例にかかるホログラム形状１２ａによる光拡散特性を説明する。図４は当該第一の例にかかるホログラム形状１２ａによる光拡散特性を説明する図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、回折構造層１２の拡散角と輝度との関係を示す図である。図４（ａ）は導光方向面内における拡散角と輝度との関係、図４（ｂ）は光源配列方向面内における拡散角と輝度との関係、及び図４（ｃ）は導光方向に対して斜め４５°の面内における拡散角と輝度との関係である。当該第一の例のホログラム形状１２ａによれば、基部１１側から入射した光を回折して拡散するに際して、導光板１０の法線方向（図１のＩで示した方向。正面方向。）において、高い輝度を有して光を出射することがわかる。それに加えて、導光方向面内及び光源配列方向面内では拡散角±３０°〜±４０°において輝度を有している。一方、導光方向に対して斜め４５°の面内では、導光板法線方向以外ではこのような輝度を有していない。従って、第一の例によれば、正面方向、導光方向方向面内の±３０°〜±４０°、及び光源配列方向面内の±３０°〜±４０°において光を拡散し、輝度の均一化を図ることができる。

このような光拡散特性を得るためには、正面付近の輝度は回折の０次光を利用し、導光方向面内の±３０°〜±４０°、及び光源配列方向面内の±３０°〜±４０°の輝度は回折の１次光を利用することができる。従って計算機ホログラムの形状を得るに際しては１次光が所望の角度に回折するように構成すればよい。図５は、上記した光拡散特性のうち、１次光に関するものを表したグラフである。横軸が導光方向面内拡散角、縦軸が光源配列方向面内拡散角である。図５に斜線で示した部分が１次光により輝度が得られるべき角度範囲である。従って、上記説明した光拡散特性は図５のように表すこともできる。そして図５に表した図に基づいてフーリエ変換により最終的にホログラム形状を得るための元となる図を得て、これに対してフーリエ変換等を施すことにより、最終的に上記した光拡散特性を具備する計算機ホログラムのホログラム形状を得ることができる。図５を用いてどのように具体的なホログラム形状１２ａを得るかについては後で説明する。

ここで、０次光の輝度の大きさ（視野角０°における輝度）に対する１次光の輝度の大きさ（視野角±３０°〜４０°における輝度）の割合は特に限定されることはないが、１次光の輝度の大きさは０次光の輝度の大きさに対して０．１倍以上であることが好ましい。

また、第一の例では、導光方向面内拡散角±３０°〜±４０°における輝度と、光源配列方向面内拡散角±３０°〜±４０°における輝度と、は同じとなるように構成されているが（図４（ａ）、図４（ｂ）参照）、いずれかを大きくしてもよく、所望の光拡散性能とすることができる。

次に、第二の例にかかるホログラム形状１２ａによる光拡散特性を説明する。図６、図７には当該第二の例にかかるホログラム形状１２ａを説明する図のうち、図５に相当する図を示した。図６、図７のうち、図６に示した例は、導光方向面内拡散角及び光源配列方向面内拡散角において複数の角度範囲で輝度が高くなる例である。より具体的には、０次光により正面で輝度が高いことに加え、１次光により導光方向面内及び光源配列方向面内の±３０°〜±４０°、±６０°〜±７０°の範囲で輝度が高くなる。
一方、図７に示した例では、導光方向面内拡散角及び光源配列方向面内拡散角において上記第一の例よりも広い角度範囲で輝度が高くなる例である。より具体的には、０次光により正面で輝度が高いことに加え、１次光により導光方向面内及び光源配列方向面内の±３０°〜±７０°の範囲で輝度が高くなる。
このように第二の例では、導光方向面内面内及び光源配列方向面内においてより広い範囲で光を拡散するホログラム形状が形成され均一性の高い拡散光及び所望の視野角分布を得ることが可能となる。

次に第三の例にかかるホログラム形状１２ａによる光拡散特性を説明する。図８には当該第三の例にかかるホログラム形状１２ａを説明する図のうち、図５に相当する図を示した。図８に示した例では、第一の例で説明した拡散角に加え、−１０°〜＋１０°の範囲も輝度が高くなる。すなわち正面から導光方向面内±４５°、及び正面から光源配列方向面内の±４５°まで連続的に光を拡散するようにホログラム形状１２ａが形成されている。

次に第四の例にかかるホログラム形状１０ａによる光拡散特性を説明する。図９に説明のための図を示した。図９の上段は、本例における導光方向面内輝度分布を示したものである。ここで、視野角０°に最大輝度を有する輝度分布が０次光によるもの、視野角０°でない角度に最大輝度を有する輝度分布は１次光によるものである。図９の下段は、このような輝度分布を実現するためのホログラム形状１２ａを得るための図で、図５に相当する図である。図９からわかるように、本例では、１次光の最大輝度となる視野角が、０次光の半値角（最大輝度に対して輝度が半分になる視野角の位置）よりも外側の拡散角となるように構成されている。
このような光拡散特性を有するホログラム形状によれば、０次光と１次光との連続性を向上させることができる。従って、所望の視野角分布のホログラムを配置することで、正面から導光方向面内、及び正面から光源配列方向面内に向けて連続的に光を拡散することができる。
図９及び上記説明では導光方向面内拡散角についてのみ説明したが、光源配列方向面内拡散角についても同様である。

以上説明した各例は例示であり、上記の他にも所望の光拡散特性を得るためのホログラム形状を形成することが可能である。本実施形態では回折における０次光と１次光のみを考慮したが、２次光以上の高次光が考慮されてもよい。

以上説明した計算機ホログラムは、上記した各光学的機能を有する複数の微小な単位計算機ホログラムが並べられて複合化されたもの、又は単位計算機ホログラムが複眼状に配列されたものである。例えば、単位計算機ホログラムを正方形で形成して、複数の該正方形の単位計算機ホログラムを縦横格子状に密に配列したものや、縦又は横を一列置きに半ピッチずらせていわゆる千鳥状に配列したものを挙げることができる。また、単位計算機ホログラムを隙間なく密に配置するのではなく、所定の間隙を有してまばらに配置したり、所定のパターンに基づいて配置する態様も考えられる。もちろん単位計算機ホログラムの形状は正方形に限られることもなく、長方形やその他の多角形を含めて任意の形状で形成してもよい。さらに、１つの計算機ホログラムに含まれる単位計算機ホログラムの形状や配列形態は必ずしも一定である必要はなく、場所により変えられてもよい。

次に、他の形態の回折構造層１２’について説明する。これはいわゆる１次元計算機ホログラムにより回折構造が形成され、導光された光が偏向光学シート３０に出光されるに際し、光源配列方向面内のみに拡散して線状の投射光を出射するように構成された回折構造パターンを備える。図１０には導光板１０を出光面方向から見た平面図を表した。従って図１０には回折構造層１２’が表れている。また、図１０には向きも併せて示している。

図１０からわかるように回折構造層１２’は、導光方向に延びる１単位である単位回折構造１３が基部１１の面の光源配列方向に複数並べて配置されている。回折構造層１２が光源配列方向に光を拡散させる機能を含むことから、単位回折構造１３の形状のうち、光源配列方向の大きさ（図１０にＡで示した大きさ。）は、配列されている複数の光源２９の１ピッチよりも小さいことが好ましい。

単位回折構造１３内の回折構造パターンは図１１に模式的に示したように、入光した光Ｌ５１、Ｌ５２、Ｌ５３を出光する際に、光を光源配列方向に平行な直線状に投射できるように出射して拡散することができる構造とされている。そしてこれがＢ１、Ｂ２、Ｂ３のように導光方向に連続するように構成されている。

図１２は、図１０に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った単位回折構造１３の厚さ方向断面であり、単位回折構造１３に含まれる回折構造パターン１３ａを模式的に表した例である。ただし、図１２に表した断面形状自体は概念的であり、精密な形状を表現したものではない。

図１２からわかるように、回折構造パターン１３ａは、断面形状が矩形で様々の大きさで不均一である複数の凸部が間隔を有して光源配列方向に並列され、凸部間に形成される凹部により、凹凸形状の回折構造となっている。そしてこのような断面形状を維持してその稜線が導光方向に延びている。
これにより凸部を透過する光の位相変調量と凹部を透過する光の位相変調量とが異なるようになり、結果として回折構造パターン１３ａとして光は上記説明したような凹凸が配列される方向に平行となるような直線状に投射されるようなパターンで回折する。従って、回折構造パターン１３ａを構成する凹凸は、回折現象を用いて光を拡散する凹凸であり、光の屈折を利用して光を偏向する凹凸とは異なる。これは具体的には、凸部及び凹部の光源配列方向の大きさ（例えばａ_１、ｂ_１）、及び凸部の高さ（凹部の深さ、例えばｈ_１の大きさ）の程度が大きく異なることで区別することができる。例えば、ａ_１、ｂ_１の大きさは、０．２μｍ〜１０μｍ、ｈ_１の大きさは１μｍ〜１０μｍ程度を挙げることができる。

このような回折構造パターン１３ａは、計算機ホログラムによる構造である。従って、回折構造パターン１３ａは、後述するように、所望の光拡散パターンに基づいて、計算機ホログラムにより導かれる形状である。計算機ホログラムによれば、所望の光拡散パターンを実現するための回折構造パターンを直接導きだすことができる。なお、本発明における計算機ホログラムは、回折効果を利用した回折光学素子（ＤＯＥ）も含まれる。

次に、さらなる他の例について説明する。当該他の例は、基部１１に回折構造層１２’’形成されたものである。図１３に、回折構造層１２’’を説明する図で図１０に相当する図を示した。回折構造層１２’’では、図１３からわかるように、導光方向のうち光源側の所定の領域である光源側領域において、上記した回折構造パターン１３ａである１次元計算機ホログラムが形成され、他の領域は２次元計算機ホログラム１２ａが形成されている。
これは、導光方向に近い光源側領域では、光源からの光の放射状広がりが十分でなく、光源配列方向に明暗の輝度ムラが他に比べて大きいことから、この部位では回折構造パターン１３ａのような構造を適用することにより光源配列方向の光の拡散を大きくし、該光源配列方向の輝度ムラを低減するものである。

光源側領域の大きさは特に限定されることはないが、定性的な観点からは隣り合う光源からの入射拡散光が重なる位置までの領域である。具体的には、光源の光拡散特性にもよるが、入光面から導光方向に０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲を設定することができる。
また、ＬＥＤの存在する部分と存在しない部分で構造を変化させ、回折構造パターンのパラメータ（ピッチや深さ等）を設定し、回折効率を変更し、拡散角を変調することもできる。

以上のような構成からなる導光板１０は、基部１１の一方の面に回折構造層１２を直接形成してもよいし、基部１１の一方の面に回折構造層１２を貼り付けるようにしてもよい。具体的な製造方法の例は後で説明する。基部１１、及び回折構造層１２を構成する材料は、透明性が高いものが好ましく、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。その他、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート系化合物、不飽和ポリエステル系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物等からなるラジカル重合性プレポリマー、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等のラジカル重合性不飽和単量体等の中から選択した１種乃至２種以上からなる組成物からなる電離放射線硬化性樹脂も挙げることができる。なお、ここで「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート又メタクリレートを意味する。

次に導光板１０を製造する方法の一例を説明する。導光板１０は、各回折構造パターン形状を得て、回折構造層の形態を得る工程、及び、得られた回折構造層の形態に基づいて型を作製してこれにより導光板を成形する工程を含んで製造される。以下各工程について説明する。

回折構造層の形態を得る工程では、計算機ホログラムによる回折構造パターン形状を得る方法について説明する。計算機ホログラム自体は公知であるので、当該計算機ホログラム形状を得るための方法についても公知の方法（例えば特許第４６２０２２０号（特許文献２））を適用することが可能である。ここではそのうちの一例を説明する。

一般に計算機ホログラムを求めるには次のようにする。すなわち、ある回折構造（ホログラム）を想定し、それからの再生距離がホログラムの大きさにくらべて十分大きく、ホログラム面の法線に平行な光を照明した場合、再生像面で得られる回折光は、ホログラム面での振幅分布、及び位相分布のフーリエ変換で表される（フラウンホーファー回折）。そこで、再生像面に所定の回折光を与えるために、ホログラム面と再生像面との間で束縛条件を加えながら、フーリエ変換と逆フーリエ変換を交互に繰り返し、ホログラム面に配置する計算機ホログラムを求める方法が知られている（Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ反復計算法）。

そこで、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ反復計算法を利用して、背後からホログラム面の法線に平行な光を照明した場合に所定の観察域へのみ光を回折する計算機ホログラムを得ることを考える。ここではわかりやすさのため、ホログラム面での振幅分布をＡ_ＨＯＬＯ、ホログラム面での位相分布をφ_ＨＯＬＯ 、再生像面での振幅分布をＡ_ＩＭＧ 、再生像面での位相分布をφ_ＩＭＧで表現する。図１４に流れを示した。

過程Ｓ１で計算機ホログラムが形成される面領域（ｘ０≦ｘ≦ｘ１、ｙ０≦ｙ≦ｙ１）において、初期値としてＡ_ＨＯＬＤに１を、φ_ＨＯＬＤにランダムな値を与える。
過程Ｓ２で、その初期化した値に所定のフーリエ変換を施し、Ａ_ＩＭＧ、φ_ＩＭＧを得る。
過程Ｓ３で、Ａ_ＩＭＧが所定の領域内でほぼ一定値になり、その所定領域外でほぼ０になったと判断された場合は、過程Ｓ１で初期化したＡ_ＨＯＬＤとφ_ＨＯＬＤが所望の計算機ホログラムとなる。

一方、過程Ｓ３でこのような条件が満足されないと判断された場合は、過程Ｓ４で束縛条件が付与される。具体的には、上記の所定領域内ではＡ_ＩＭＧが例えば１にされ、その他では０にされ、φ_ＩＭＧはそのままに維持される。
次に過程Ｓ５で束縛条件が付与された後の条件で所定の逆フーリエ変換が施される。
逆フーリエ変換で得られたホログラム面での値は、過程Ｓ６で束縛条件が付与され、Ａ_ＨＯＬＤは１に、φ_ＨＯＬＤは多値化（元の関数をデジタルな階段状の関数に近似（量子化））される。ただし、φ_ＨＯＬＤが連続的な値を持ってもよい場合は、この多値化は必ずしも必要ない。

そして、過程Ｓ２に戻り、その値にフーリエ変換が施される。以降は上記と同様の処理がおこなわれ、過程Ｓ３の条件が満足されるまで（収束するまで）繰り返されて最終的な所望の計算機ホログラム（回折構造パターン）を得ることができる。

このようにして各回折構造パターン１３ａを得て、単独、又は複数種類の回折構造パターンを上記のように組み合わせることにより単位回折構造１３を得て、これが導光方向、及び光源配列方向に並べられることにより、回折構造層１２の形態を得ることができる。

次に、得られた回折構造層の形態に基づいて型を作製してこれにより導光板１０を成形する工程について説明する。

本例では導光板１０の形態が連続してなる導光板用帯状シート１０’（図１７参照）を押し出し法により作製し、ここから所定の大きさで抜き打ちすることにより導光板１０を得る方法を説明する。具体的には次の通りである。
本例では、押し出し法により導光板用帯状シート１０’を製作するに先立ち、プリズム１１ａの形状を賦形できる金型ロール５０、及び回折構造層１２の形状を賦形できる賦型シート６０を準備する。図１５（ａ）に金型ロール５０の形態を概念的な斜視図で示した。また、図１５（ｂ）には金型ロール５０の表面に形成される溝５１の長手方向に直交する断面形状を表した。一方、図１６（ａ）に賦形シート６０の形態を概念的な斜視図で示した。また、図１６（ｂ）には賦形シート６０の表面に形成される溝６１の長手方向に直交する断面形状を表した。なお、本例は図１１に示した第１の例に係る回折構造層１２により説明する。

金型ロール５０は上記のようにプリズム１１ａの形状を賦形できるロール状の金型である。従って金型ロール５０は、図１５（ｂ）に示したようにプリズム１１ａの凸部形状に対応する形状の溝５１をその外周面に具備している。溝５１は、図１５（ａ）からわかるようにロール状である金型の回転軸に沿った方向に延び、周方向に複数の溝５１が並べられている。複数の溝５１の配列ピッチは導光板１０のプリズム１１ａの配列ピッチに対応している。

賦形シート６０は上記のように回折構造層１２の形状を賦形できる帯状のシートである。従って賦形シート６０には、図１６（ｂ）に示したように回折構造層１２の形状に対応する複数の溝６１が一方側のシート面に形成されている。溝６１は、図１６（ａ）からわかるように帯状であるシートの長手方向（賦形シートの送り方向）に沿った方向に延び、シートの幅方向に複数の溝６１が並べられている。複数の溝６１の配列ピッチは上記得られた回折構造パターンに対応している。賦形シートの形成は例えば次のような方法を用いることができる。

まず、合成石英等の基板上に表面低反射クロム薄膜を積層したフォトマスクブランク板のクロム薄膜上に、ドライエッチング耐性のあるレジスト層を薄膜状に形成する。ドライエッチング用レジストとしては、一例として、日本ゼオン株式会社製のＺＥＰ７０００等を使用することができ、レジストの積層は、スピンナー等を用いた回転塗付によって行なう。
このレジスト層に対し、パターン露光を行なうが、パターン露光は、板状のパターン、レーザー描画装置によるレーザービームの走査、又は電子線描画装置による電子線の走査によりおこなうことができる。
この露光によりレジスト樹脂が硬化した易溶化部分と、未露光部分と、が形成されるので、現像液を噴霧して行なうスプレー現像等によって、溶剤現像して易溶化部分を除去し、レジストパターンを形成する。

形成されたレジストパターンを利用して、ドライエッチングにより、レジストで被覆されていない部分のクロム薄膜を除去し、除去した部分において、下層の石英基板を露出させる。次いで、露出した石英基板に対して、同様にドライエッチングを施して、石英基板をエッチングし、エッチングの進行により生じた凹部と、クロム薄膜およびレジスト薄膜とが下から順に被覆している石英基板の元の部分からなる凸部とを形成する。この後、レジスト薄膜を溶解等により除去し、石英基板がエッチングされて生じた凹部と、頂部にクロム薄膜が積層した部分からなる凸部とを有する石英基板を得る。

以上の方法のみでは、凸部と凹部の、２値的（高低の２段、深さとしては、元の石英基板の表面に加えて、もうひとつのレベルの面が生じる。）のものしか得られないが、上記で得られたものに対し、さらにレジストの形成→パターン露光→レジストの現像→クロム薄膜のドライエッチング→石英基板のドライエッチング→レジスト除去からなる、フォトエッチングの工程を繰り返すことにより、１回目のフォトエッチングにより生じた凹部、および凸部に対してさらにフォトエッチングを施すことができる。これを複数回繰り返すことにより、複数の高低差を有する凹凸を精度よく得ることが可能である。このようにして、所定の段数を得た後、クロム薄膜をウェットエッチングにより除去し、石英基板表面に所定の段数の深さの凹凸が形成された計算機ホログラムの型を得ることができる。
この凹凸型をもとに、フィルム表面塗布された樹脂などの表面に凹凸形状を形成し、賦型シートを得ることができる。

また、図１０のような一次元パターンを得る場合は、凹凸形状の全体、または、一部を加工した切削用バイトを準備し、メッキ加工したロールに、旋盤加工によりロール版を作成する。この版を用いて、フィルム表面塗布された樹脂などの表面に凹凸形状を形成し、賦型シートを得ることができる。

以上のように準備された金型ロール５０、及び賦形シート６０等を次のように配置するとともに、材料を供給して押し出し法により導光板１０が備えている凹凸形状を含む導光板用帯状シート１０’を得る。図１７に概念的な説明図を示した。すなわち、金型ロール５０と、該金型ロール５０に対して所定の間隙を有して配置される送りロール７０と、の間に賦形シート６０を順次送り出し、さらに賦形シート６０と金型ロール５０との間に溶融した熱可塑性樹脂をノズル７４から流入する。ここで賦形シート６０の送り方向は帯状である賦形シート６０の長手方向である。また、流入される熱可塑性樹脂の形態は金型ロール５０及び賦形シート６０の幅方向大きさと同程度の大きさ（幅）を有する帯状であることが好ましい。これにより幅方向に均一な材料供給が可能である。

供給された熱可塑性樹脂は金型ロール５０と賦形シート６０との間に所定の圧力を具備しつつ流入する。これにより熱可塑性樹脂が金型ロール５０及び賦形シート６０の溝５１、６１にそれぞれ充填され、熱可塑性樹脂が溝５１、６１に沿った形状となる。そして最終的に熱可塑性樹脂が硬化して形状が固定されて導光板用帯状シート１０’となる。より詳しくは、金型ロール５０と賦形シート６０との間から出た導光板用帯状シート１０’は、賦形シート６０を伴って金型ロール５０側の外周に追随して移動し、ニップロール７１、及び離型ロール７２を経て離型される。そして、分離ロール７３で、導光板用帯状シート１０’と賦形シート６０とを分離する。導光板用帯状シート１０’は巻き取られてシートロールとされる。
そしてシートロールを巻き戻しつつ、所定の大きさに打ち抜くことにより導光板１０を得る。

このような押し出し加工による製造は射出成型やプレス成型に比べて連続性が高く、効率よく薄い導光板を製造することができる。
本例で金型ロール５０及び賦形シート６０により概ね同時に表裏の凹凸を形成する例を挙げたが、これに限定されることなく、いずれか一方を先行させて他方をその後に形成する態様であってもよい。

図１〜図３に戻って、光源２９について説明する。光源２９は、導光板１０の基部１１の端面のうち入光面に対向して配置される。従って光源２９は、導光板１０の導光方向一端側に配置される。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本実施形態では光源２９は複数のＬＥＤが光源配列方向に並べて配置され、不図示の制御装置により各ＬＥＤの出力、すなわち、各ＬＥＤの点灯および消灯、および／又は、各ＬＥＤの点灯時の明るさを、他のＬＥＤの出力から独立して調節し得るように構成されている。

次に偏向光学シート３０について説明する。図１、図２からわかるように、偏向光学シート３０は、シート状に形成された本体部３１と、本体部３１の面のうち、導光板１０に対向する面、つまり入光側面に設けられた単位プリズム部３２と、を有している。

この偏向光学シート３０は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化（偏向）させて出光側から出射させ、正面方向（法線方向）の輝度を集中的に向上させる機能（集光機能）を有している。この集光機能は、主として、偏向光学シート３０のうち、単位プリズム部３２によって発揮される。

図１〜図３に示すように、本体部３１は、単位プリズム部３２を支持する機能を有した平板状のシート状部材である。そして、本体部３１の面のうち、導光板１０に対面する側とは反対側の面が出光側面となる。本実施形態において、本体部３１の出光側面は、平坦（平ら）で平滑な面として形成されている。ただし、出光側面は平滑面であることに限定されることはなく、微小な凹凸が付された面（いわゆるマット面）であってもよく、必要に応じた表面形態を適用することが可能である。

単位プリズム部３２は、図１〜図３によく表れているように、複数の単位プリズム３２ａが本体部３１の入光側面に沿って並べられるように配置されている。より具体的には、単位プリズム３２ａは、当該並べられる方向に直交する方向に、図２に示した三角形断面形状を維持して延びるように形成された柱状の部材である。その延在する方向は、単位プリズム３２ａが並べられる方向に直交する方向である他、上記した導光板１０の導光方向に対して９０度ずれた方向である。

次に単位プリズム３２ａの並列方向の断面形状について説明する。図１８は、図２のうち、偏向光学シート３０の一部を拡大した図である。ここでｎｄは本体部３１のシート面の法線方向を表わしている。

図１４からわかるように、本実施形態では、単位プリズム３２ａは本体部３１の導光板１０側の面が、突出した二等辺三角形の断面を有している。つまり、本体部３１のシート面と平行な方向の単位プリズム３２ａの幅は、本体部３１の法線方向ｎｄに沿って本体部３１から離れるにつれて小さくなる。

また、本実施形態では、単位プリズム３２ａの外輪郭は、本体部３１の法線方向ｎｄと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、偏向光学シート３０の出光面における輝度は、単位プリズム３２ａの並列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。

ここで、単位プリズム３２ａの寸法は特に限定されるものではないが、頂角θ_１（図１８参照）は６０°〜７０°、底辺幅Ｗは５０μｍ程度とすることにより適切な集光特性を得ることができることが多い。

以上のような構成を有する偏向光学シート３０は、押し出し成型により、又は、本体部３１上に単位プリズム３２ａを賦型することにより、製造することができる。偏向光学シート３０をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。

本実施形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂点部が短い上底となる台形であってもよい。また斜辺の形状が折れ線状や曲線であってもよい。

図１〜図３に戻って、面光源装置１の反射シート４０について説明する。反射シート４０は、導光板１０の裏面から出射した光を反射して、再び導光板１０内に光を入射させるための部材である。反射シート４０は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。これにより、光の収束性を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率を向上させることができる。

次に、以上のような構成を有する導光板１０、及びこれを備える面光源装置１の作用について、光路例を示しつつ説明する。

まず、図２に示すように、光源２９から出射された光は、導光板１０の入光面を介して導光板１０内に入射する。図２には、一例として、光源２９から導光板１０に入射した光Ｌ２１、Ｌ２２の光路例が示されている。ここで、光源２９から出射された光が効率よく入光面から導光板１０内に入るために、該入光面が平滑面であることが好ましい。

図２に示すように、導光板１０へ入射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板１０の回折構造層１２の面およびその反対側の裏面において、空気との屈折率差による全反射を繰り返して導光方向へ進んでいく。

ただし、導光板１０の基部１１のうち裏面には、プリズム１１ａが設けられている。このため、図２に示すように、導光板１０内を進む光Ｌ２１、Ｌ２２は、プリズム１１ａの斜め界面によって進行方向を変更され、全反射臨界角未満の入射角度で回折構造層１２及び裏面に入射することもある。この場合、当該光は、導光板１０の回折構造層１２及び裏面から出射し得る。

回折構造層１２出射した光Ｌ２１、Ｌ２２は、導光板１０の出光側に配置された偏向光学シート３０へと向かう。一方、裏面から出射した光は、導光板１０の背面に配置された反射シート４０で反射され、再び導光板１０内に入射して導光板１０内を進むことになる。

プリズム１１ａは所定の間隔を有して配置されているため、導光板１０内を進んでいる光は、少しずつ、出光面から出射するようになる。これにより、導光板１０の回折構造層１２から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。

導光板１０の回折構造層１２は、例えば図３に光Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３で示したように上記した各例に従い光を拡散して出射する。これにより出射光を均一性の高い光にすることができる。特に光源配列方向に拡散成分を有する回折構造層であれば、回折構造により透過回折した光と、反射回折光が導光板内部を繰り返し反射、回折しながら表面から出る光とが、複雑に合成され、光源が所定の間隔で配列されていることによる輝度ムラを解消することが可能となる。

図１８を参照しつつ引き続き光路について説明する。導光板１０を出射した光は、その後、偏向光学シート３０に入射する。偏向光学シート３０の単位プリズム３２ａは、単位プリズム３２ａの入光面での屈折及び全反射によって透過光に対して集光作用を及ぼす。偏向光学シート３０では、偏向光学シート３０のうち導光方向の成分を集光する。すなわち、図１８にＬ１１１で示したように、単位プリズム３２ａに入射した光は、単位プリズム３２ａと空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム３２ａの斜辺はシート面法線ｎｄに対してθ_１／２傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ｎｄに近付けられる角度となる。

以上説明した導光板１０について、図１９に示したように、面光源装置１の出光側に液晶パネル２０１及び光学シート２０２を備えることにより液晶表示装置を形成することが可能となる。これら液晶パネル２０１及び光学シート２０２は公知の構造を適用することができる。

１ 面光源装置
１０ 導光板
１１ 基部
１２ 回折構造層
１３ 単位回折構造
１３ａ 回折構造パターン
２９ 光源
３０ 偏向光学シート
３１ 本体部
３２ 単位プリズム部
４０ 反射シート
５０ 金型ロール
５１、６１ 溝
６０ 賦型シート
７０ 送りロール
７１ ニップロール
７２ 離型ロール
７３ 分離ロール
７４ ノズル
２００ 液晶表示装置
２０１ 液晶パネル
２０２ 光学シート

Claims (4)

1. 光源からの光を入射させ導光方向に導きつつ出光面から前記光を出射させる導光板であって、
   前記出光面には、凹凸が形成されることによりなる回折構造パターンが具備された回折構造層を備え、
   前記回折構造パターンは、稜線が１次元及び／又は２次元に延びる凹凸形状により形成され、少なくとも１次光により拡散光を出射する構造を有する、導光板。
2. 前記回折構造パターンは、前記導光方向に稜線が延び、該導光方向とは異なる方向に凹凸が交互に配列され、入射した光を前記凹凸が配列された方向に平行な直線を投射するように拡散する構造である請求項１に記載の導光板。
3. 前記回折構造パターンの前記凹凸の形状は、均一の形状でない凹形状及び凸形状が複数が組み合わされている形成されている請求項１又は２に記載の導光板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の導光板と、
   前記導光板の前記導光方向の一端側に形成される入光面に対向して配置される光源と、
   前記導光板の前記回折構造層に対向するように配置され、前記回折構造層に対して凸となる複数の単位プリズムが配列された偏向光学シートと、を備える、面光源装置。

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