JP2014229553A - 導光板及びそれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉縞（モアレ）による不具合の無い導光板を提供する。【解決手段】導光板１ａは、光源から射出される光を入射する光入射面１０と、光入射面１０に入射した光を射出する光射出面１２と、光射出面１２に対向し光入射面１０に入射した光を光射出面１２に偏向させる光偏向面１４とを備えている。光射出面１２は、凸シリンドリカルレンズからなり第１の方向Ｘに延伸する単位レンチキュラーレンズ２ａが第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙに等間隔をおいて多数配列されている。光偏向面１４は、第１の方向Ｘに延伸する畝状構造体２ｂが第２の方向Ｙに等間隔をおいて多数設けられている。互いに隣り合う単位レンチキュラーレンズ２ａの間は、第１の方向Ｘに延伸する谷部１６となっている。光偏向面１４を平面視したときに、谷部１６は、該谷部１６の第２の方向Ｙに沿った振幅が非周期的に変化する波形形状を呈している。【選択図】図１

Description

本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体、及び照明装置並びに表示装置に関するものである。

最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては主に、直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。

一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管やＬＥＤが、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）の逆側の面（光偏向面）には、該導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出面へと導く光偏向要素が形成される。現在、光偏向面に形成される光偏向要素としては白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的（例えば特許文献１）である。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無指向に拡散反射されるため、導光板の射出面側への光取出し効率は低い。白色インキによる光吸収も無視することはできない。

そこで最近では、マイクロレンズをインクジェット法によって導光板の光偏向面へと形成する方法や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素を形成する方法などが提案されている。白色インキと違い、導光板の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光板を得ることができる。

しかしながら、インクジェット法やレーザーアブレーション法による光偏向要素の形成は、白色インキの印刷と同様、導光板を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減る訳ではない。むしろ、白色インキの印刷工程よりもタクトタイムが長く、また、設備のイニシャルコストが高いなど、高コストとなる問題がある。

そこで、導光板を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素を押出時にダイレクトに賦形する方法も提案されている（例えば特許文献２）。導光板の成形と同時に光偏向要素も形成されるため工程数が減り、低コスト化が実現できる。

特開平１−２４１５９０号公報 特開２０００−８９０３３号公報

導光板は、射出面での輝度分布を調整するため射出面にレンチキュラーレンズが形成され、また、光射出面と対向した面に光偏向要素と、前記対向した面が隣接する物体（主として反射シート）との密着による不具合（ホワイトスポット）を軽減するため畝状構造体と、が混在した表面構造を有した形状が一般的である。しかし、導光板の両面にレンチキュラーレンズと畝状構造体を有していると、それぞれ配置される単位レンズ及び単位構造体の周期が干渉し、干渉縞（モアレ）が発生し不具合となるという問題があるため改善が求められている。

本発明は、液晶表示体などに具備されるバックライト用の光偏向要素を形成してなる導光板であって、干渉縞（モアレ）による不具合の無い導光板を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、光源から射出される光を入射する光入射面と、前記光入射面に入射した光を射出する光射出面と、前記光射出面に対向し前記光入射面に入射した光を前記光射出面に偏向させる光偏向面とを備え、前記光射出面は、凸シリンドリカルレンズからなり第１の方向に延伸する単位レンチキュラーレンズが前記第１の方向と直交する第２の方向に等間隔をおいて多数配列され、前記光偏向面は、前記第１の方向に延伸する畝状構造体が前記第２の方向に等間隔をおいて多数設けられ、互いに隣り合う前記単位レンチキュラーレンズの間は前記第１の方向に延伸する谷部となっている導光板であって、前記光偏向面を平面視したときに、前記谷部は、該谷部の前記第２の方向に沿った振幅が非周期的に変化する波形形状を呈していることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の導光板において、前記谷部の波形形状は、前記単位レンチキュラーレンズの高さが前記第１の方向において非周期的に変化することで形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の導光板において、前記谷部の振幅は、５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項記載の導光板において、前記第２の方向における前記単位レンチキュラーレンズの間隔は、隣り合う前記単位レンチキュラーレンズの光軸の間の距離であり、前記距離は、３０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項記載の導光板において、前記単位レンチキュラーレンズの曲率半径は、３０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項記載の導光板を用いた照明装置である。

本発明の請求項１によれば、光源から射出される光を入射する光入射面と、前記光入射面に入射した光を射出する光射出面と、前記光射出面に対向し前記光入射面に入射した光を前記光射出面に偏向させる光偏向面とを備え、前記光射出面は、凸シリンドリカルレンズからなり第１の方向に延伸する単位レンチキュラーレンズが前記第１の方向と直交する第２の方向に等間隔をおいて多数配列され、前記光偏向面は、前記第１の方向に延伸する畝状構造体が前記第２の方向に等間隔をおいて多数設けられ、互いに隣り合う前記単位レンチキュラーレンズの間は前記第１の方向に延伸する谷部となっている導光板において、前記光偏向面を平面視したときに、前記谷部は、該谷部の前記第２の方向に沿った振幅が非周期的に変化する波形形状を呈することで、単位レンチキュラーレンズと畝状構造体の周期性が緩和されるためモアレによる不具合を改善できる導光板を提供することができる。

請求項２によれば、谷部の波形形状を簡単に形成する上で有利となる。
請求項３〜５によれば、モアレを効果的に抑制した高品位な導光板を作製する上で有利となる。
請求項６によれば、モアレを効果的に抑制した高品位な照明装置を提供する上で有利となる。

本発明の実施形態である導光板の概略図。 従来の実施形態である導光板の概略図。 本発明に係る導光板の光射出面用のロール金型の概略図。 本発明に係る導光板の光偏向面用のロール金型の概略図。 従来の微小レンズ形成用のロール金型の概略図。 本発明の実施形態である導光板の製造装置の概略図。 導光板の評価の説明図。 実施例及び比較例の仕様説明図。 外観評価結果の説明図。 従来の導光板の光射出面用のロール金型の説明図。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明の導光板の光射出面用のロール金型の説明図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態である導光板の展開図である。図１で示すように、本発明の導光板１ａは一方の面（光射出面）に多数の単位レンチキュラーレンズ２ａからなるレンチキュラーレンズが連続して形成されている。また、同時に他方の面（光偏向面）には、レンチキュラーレンズと同方向に延伸する畝状構造体２ｂと、前記光偏向面に対して凹型に光偏向要素となる略半球形状の微小レンズ３と、が形成され、また前記微小レンズ３が、前記光入射面からの距離が長くなるに従い、単位面積当たりの前記微小レンズの個数が多くなるように配置した。
なお、図２は、従来の導光板１ｂの展開図である。

より詳細に説明すると、導光板１ａは、光源から射出される光を入射する光入射面１０と、光入射面１０に入射した光を射出する光射出面１２と、光射出面１２に対向し光入射面１０に入射した光を光射出面１２に偏向させる光偏向面１４とを備えている。
光射出面１２は、凸シリンドリカルレンズからなり第１の方向Ｘに延伸する単位レンチキュラーレンズ２ａが第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙに等間隔をおいて多数配列されている。
光偏向面１４は、第１の方向Ｘに延伸する畝状構造体２ｂが第２の方向Ｙに等間隔をおいて多数設けられている。各畝状構造体２ｂは同形同大の断面三角形状を呈している。
互いに隣り合う単位レンチキュラーレンズ２ａの間は、第１の方向Ｘに延伸する谷部１６となっている。
光偏向面１４を平面視したときに、谷部１６は、該谷部１６の第２の方向Ｙに沿った振幅が非周期的に変化する波形形状を呈している。
谷部１６の振幅Ａが５μｍ以上１０μｍ以下であることが、単位レンチキュラーレンズ２ａと畝状構造体２ｂとに起因するモアレを効果的に抑制する上で好ましい。
振幅Ａが上記範囲外であると、モアレを抑制する効果が低減する。

谷部１６の波形形状は、単位レンチキュラーレンズ２ａの高さＨが第１の方向Ｘにおいて非周期的に変化することで形成されている。
このため、谷部１６の波形形状を簡単に形成する上で有利となる。
また、第２の方向Ｙにおける単位レンチキュラーレンズ２ａの間隔Ｗ１は、隣り合う単位レンチキュラーレンズ２ａの光軸の間の距離であり、この距離は、３０μｍ以上２００μｍであることが、単位レンチキュラーレンズ２ａと畝状構造体２ｂとに起因するモアレを効果的に抑制する上で好ましい。
間隔Ｗ１が３０μｍを下回ると、凸シリンドリカルレンズの谷部１６が多くなるため、谷部１６の拡散効果が強くなり画面が白化してしまう場合がある。
間隔Ｗ１が２００μｍを上回ると、間隔Ｗ１に対して谷部１６を変化させる量が小さいためモアレ抑制の効果が薄れる。
また、凸シリンドリカルレンズの曲率半径は、３０μｍ以上２００μｍ以下であることが、単位レンズ２ａと畝状構造体２ｂとに起因するモアレを抑制する上で好ましい。
凸シリンドリカルレンズの曲率半径が３０μｍを下回ると、凸シリンドリカルレンズの頂点部のピッチによりモアレを発生してしまう場合があり、モアレを抑制する効果が低減する。
凸シリンドリカルレンズの曲率半径が２００μｍを上回ると、レンズ効果が無くなりモアレを抑制する効果が低減する場合がある。

本発明の導光板１ａは、具体的には図３、図４に示すロール金型を用いて、図６に示すような製造装置にて作製することができる。すなわち、図３に示すような、レンチキュラーレンズ形成用のロール金型１００ａと、図４に示すような畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型１００ｂとを具備し、図６に示すような押出成形法に基づいた製造装置により導光板１ａを作製することができる。

より具体的には、押出機のダイ７から加熱溶融した樹脂を押出し、レンチキュラーレンズ形成用のロール金型１００ａと畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型１００ｂとで挟み込んで、一方の面に連続したレンチキュラーレンズを形成し、他方の面に畝状構造体２ｂと微小レンズを形成することで導光板１ａを作製する。
なお、ロール金型１００ａ若しくはロール金型１００ｂの表面に形成された形状と同形状の表面をもつシート版を、例えば鏡面ロール等に巻きつける等して、ロール金型１００ａ若しくはロール金型１００ｂの代替として使用しても良い。

以下、本発明について実施例を挙げてさらに具体的に説明する。

（１）導光板用金型の作製
＜レンチキュラーレンズ形成用のロール金型＞
単位レンチキュラーレンズ２ａの形状は、図１に示す通り、単位レンチキュラーレンズ２ａの間隔Ｗ１が５０μｍ及び１００μｍ及び２００μｍ、谷部１６の間隔Ｗ２が１００μｍの場合の単位レンチキュラーレンズ２ａの高さＨが１０μｍの非球面形状とした。なお、単位レンチキュラーレンズ２ａの高さＨは、単位レンチキュラーレンズ２ａの光軸方向における谷部１６から単位レンチキュラーレンズ２ａの頂部までの距離である。

切削用銅メッキが施されたメッキロールを旋盤機へ取り付け、上記形状に相当する形状を先端に有するダイヤモンドバイトを取り付け、メッキロールを高速で回転させながらダイヤモンドバイトを接触させることで各単位レンチキュラーレンズ２ａを加工した。単位レンチキュラーレンズ２ａの高さＨを変化させることで谷部１６の振幅Ａを変化させ、図８の通り実施例１〜３及び比較例１〜４とした。比較例１、５、９に相当するレンチキュラーレンズ用のロール金型を１００ｃとし、実施例１〜９、比較例２〜４、比較例６〜８、比較例１０〜１２に相当するレンチキュラーレンズ用のロール金型１００ａを作製した。

なお、図１０に示すように、従来の導光板の光射出面用のロール金型１００ｃは、単位レンチキュラーレンズ２ａの間隔Ｗ１が一定で、かつ、単位レンチキュラーレンズ２ａに対応する金型部分の切削深さも一定である。
これに対して、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の導光板の光射出面用のロール金型１００ｂは、各単位レンチキュラーレンズ２ａの間隔Ｗ１は一定であるが、各単位レンチキュラーレンズ２ａの高さＨが第１の方向Ｘにおいて非周期的に変化するように金型部分の切削深さを変化させている。
なお、図１１（Ａ）において実線部が切削刃による切削箇所を示しており、図１１（Ｂ）において実線部が金型の断面形状を示している。

＜畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型＞
前記畝状構造体２ｂの形状は、間隔Ｐが５０μｍ、深さＤ１が１μｍのプリズム形状（断面三角形状）とした。前記微小レンズ３の形状は、長軸Ｌが１８０μｍ、短軸Ｓが７０μｍ、深さＤ２が２０μｍの楕円半球形状とした。

ロール金型１００ｂは下記の方法で作製した。
加工用銅メッキが施された各メッキロールを旋盤機にセットし、ロール表面に前記畝状構造体２ｂに相当する形状を加工した。
続けて前記微小レンズの形状に相当する形状を先端に有するダイヤモンドバイトを取り付け、ロールの回転と同期させダイヤモンドバイトをロールへ出し入れすることで、畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型１００ｂを作製した。

＜導光板の作製＞
図３〜図５に示すような、実施例１〜９及び比較例１〜１２に対応するレンチキュラーレンズ形成用のロール金型１００ａ若しくは１００ｃと畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型１００ｂを具備し、図６に示すような押出成形法に基づいた製造装置により、実施例１〜９及び比較例１〜１２に対応する導光板１ａ及び１ｂを作製した。

具体的には、帝人化成社製の熱可塑性ポリカーボネート樹脂を、押出機のダイ７から加熱溶融して押出し、レンチキュラーレンズ形成用のロール金型１００ａ若しくは金型１００ｃと畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型１００ｂとで挟み込んで、一方の面に連続した単位レンチキュラーレンズ２ａを成形し、他方の面に畝状構造体２ｂと微小レンズ３を形成することで実施例１〜９及び比較例１〜１２の導光板を作製した。なお、導光板の大きさは、５３０ｍｍ×３００ｍｍ、厚みを０．４ｍｍとした。

（２）導光板の評価
＜外観評価＞
図９に示す導光板の評価装置を用いて、実施例１〜３及び比較例１〜４で作製した導光板の外観性能を評価した。
すなわち、評価装置は、液晶表示装置２０であり、液晶表示装置２０は、液晶パネル２２、プリズムフィルム２３、２４、拡散フィルム２５、光源ランプ２６、ランプリフレクター２７、反射フィルム２８、導光板２９を含んで構成されている。
その方法は、実施例１〜３及び比較例１〜４で作製した導光板を液晶表示装置２０の構成の導光板２９と置き換え、白画面を表示し、目視による感応評価を実施した。評価は３人の評価者で実施し、３人とも干渉縞（モアレ）の不具合が確認出来ない場合は良好とし○、３人のうち１人でも外観不具合が確認された場合は不良とし×とした。

比較例１、５、９の導光板は、単位レンチキュラーレンズの間隔Ｗ１と畝状構造体２ｂの間隔Ｐの周期が原因となり、干渉縞（モアレ）の外観不具合が視認された。これは、間隔Ｗ１と間隔Ｐの周期が干渉し、干渉縞（モアレ）が視認されたと考えられる。

比較例２、６、１０の導光板は、単位レンチキュラーレンズの高さＨを変化させることにより、単位レンチキュラーレンズの谷部１６の振幅Ａを３μｍの範囲で変化させた。比較例１より改善されたが、干渉縞（モアレ）が発生し、不具合として視認された。

比較例３〜４、７〜８、１１〜１２の導光板は、比較例２と同様に単位レンチキュラーレンズの高さＨを変化させることにより、単位レンチキュラーレンズの谷部１６の振幅Ａを１２μｍ及び１５μｍの範囲で変化させた。その結果、干渉縞（モアレ）は発生しなかったが、単位レンチキュラーレンズの谷部１６が蛇行することにより、ムラ状の不具合が発生し外観不良となった。

実施例１から９の導光板は、比較例２と同様に単位レンチキュラーレンズの高さＨを変化させることにより、単位レンチキュラーレンズの谷部１６の振幅Ａを５μｍ及び７μｍ及び１０μｍの範囲で変化させた。その結果、干渉縞（モアレ）は発生しなかった。単位レンチキュラーレンズの谷部１６の振幅Ａを５μｍから１０μｍの範囲で蛇行させることで、単位レンチキュラーレンズの谷部１６が周期性をもたなくなるため、単位レンチキュラーレンズと畝状構造体２ｂによる干渉縞（モアレ）を大幅に改善することが確認された。また、単位レンチキュラーレンズの谷部１６の蛇行によるムラも発生しなかった。

＜比較結果＞
実施例１〜９で得られた本発明品は、いずれも干渉縞（モアレ）による外観不良の極めて少ない高品位な性能を示した。一方、比較例１〜１２で得られた比較例品はいずれも干渉縞（モアレ）、ムラが生じたため実用性には至らなかった。

本発明は、大型液晶ＴＶなどの液晶表示体に用いられるバックライト用部材として使用することができる。

１ａ 本発明の導光板
１ｂ 従来の導光板
２ａ 単位レンチキュラーレンズ
２ｂ 畝状構造体
３ 微小レンズ
１０ 光入射面
１２ 光射出面
１４ 光偏向面
１６ 谷部
２０ 液晶表示装置
２２ 液晶パネル
２３ プリズムフィルム
２４ プリズムフィルム
２５ 拡散フィルム
２６ 光源ランプ
２７ ランプリフレクター
２８ 反射フィルム
２９ 導光板
１００ａ 本発明の導光板に係る単位レンチキュラーレンズ形成用のロール金型
１００ｂ 本発明の導光板に係る畝状構造体２ｂと微小レンズ形成用のロール金型
１００ｃ 従来の導光板の単位レンチキュラーレンズ形成用のロール金型
Ｈ 単位レンチキュラーレンズ２ａの高さＨ
Ｐ 畝状構造体２ｂの間隔
Ｘ 第１の方向
Ｙ 第２の方向
Ｗ１ 単位レンチキュラーレンズ２ａの間隔
Ｗ２ 谷部１６の間隔

Claims (6)

1. 光源から射出される光を入射する光入射面と、
   前記光入射面に入射した光を射出する光射出面と、
   前記光射出面に対向し前記光入射面に入射した光を前記光射出面に偏向させる光偏向面とを備え、
   前記光射出面は、凸シリンドリカルレンズからなり第１の方向に延伸する単位レンチキュラーレンズが前記第１の方向と直交する第２の方向に等間隔をおいて多数配列され、
   前記光偏向面は、前記第１の方向に延伸する畝状構造体が前記第２の方向に等間隔をおいて多数設けられ、
   互いに隣り合う前記単位レンチキュラーレンズの間は前記第１の方向に延伸する谷部となっている導光板であって、
   前記光偏向面を平面視したときに、前記谷部は、該谷部の前記第２の方向に沿った振幅が非周期的に変化する波形形状を呈している、
   ことを特徴とする導光板。
2. 前記谷部の波形形状は、前記単位レンチキュラーレンズの高さが前記第１の方向において非周期的に変化することで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 前記谷部の振幅は、５μｍ以上１０μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の導光板。
4. 前記第２の方向における前記単位レンチキュラーレンズの間隔は、隣り合う前記単位レンチキュラーレンズの光軸の間の距離であり、
   前記距離は、３０μｍ以上２００μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の導光板。
5. 前記単位レンチキュラーレンズの曲率半径は、３０μｍ以上２００μｍである、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の導光板。
6. 請求項１〜５の何れか１項記載の導光板を用いた照明装置。

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