JP3414727B2

JP3414727B2 - 光散乱導光体及び光散乱導光光源装置

Info

Publication number: JP3414727B2
Application number: JP2001249458A
Authority: JP
Inventors: 康博小池
Original assignee: 康博小池
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP2002131555A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源要素から発せ
られた光を受け入れて導光しながら散乱光を周囲に向け
て出射し得る光散乱導光体並びに光散乱導光体と光源要
素を組み合わせた光散乱導光光源装置に関する。

【０００２】更に詳しく言えば、本発明は、液晶表示装
置（ＬＣＤ）のバックライト光源等に適用して特に有用
な、散乱出射光強度の角度特性が調整された光散乱導光
体並びに光散乱導光体と光源要素の配置関係に工夫を加
えることによって、明るく均一な散乱出射光を取出表面
領域の大小に拘らず容易に得ることの出来る光散乱導光
光源装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来より、散乱現象を利用して光を所望
の方向に向け出射させる型の光学要素あるいは装置とし
て種々のものが公知となっており、液晶表示装置のバッ
クライト光源等の用途に使われている。

【０００４】これら公知の光学要素あるいは装置の１つ
の類型は、延在した板状の透明材料の側方より光を入射
させ、一方の面側に反射要素を配し、他方の表面付近に
光拡散性を与えて光出射面とする面状光源を構成し、液
晶表示装置のバックライト光源等として使用するもので
ある。

【０００５】例えば、特開昭６２―２３５９０５号公
報、特開昭６３―６３０８３号公報、特開平２―１３９
２５号公報及び特開平２―２４５７８７号公報に記載さ
れたものがこれに当る。

【０００６】これら光散乱導光装置を用いた面状光源に
おいては、光散乱が透明体の内部で体積的に生起されて
おらず、透明体の表面付近あるいは反射要素における乱
反射や鏡面反射を利用して光出射方向に拡がりを持たせ
ているのみなので、光散乱導光装置から取り出せる散乱
光の割合を十分に上げるには原理的な困難があった。

【０００７】また、側方から光を入射させて均一な照度
を有する面状光源を得ようとした場合、上記各公知文献
に示された例からも容易に理解されるように、反射要素
の反射能等になんらかの勾配を持たせなければならず、
光散乱導光体装置部分の構造が複雑かつ大型のものとな
り、製造コストも高くならざるを得なかった。

【０００８】従って、この型の光散乱導光装置を液晶表
示装置のバックライト光源等の用途に用いた場合、明る
さ、面状光源として照度の均一性、薄型構造、経済性等
の要求のうちのいくつかを犠牲にせざるを得なかった。

【０００９】公知の光学要素あるいは装置のもう１つの
類型は、延在した板状の透明材料の内部に該透明材料と
屈折率の異なる粒状物質を分散させて光導光板を構成す
るものである。

【００１０】例えば、特開平１―１７２８０１号公報、
特開平１―２３６２５７号公報、特開平１―２６９９０
１号公報、特開平２―２２１９２５号公報及び特開平４
―１４５４８５号公報に開示されたものがこの類型に属
する。

【００１１】特に、上記特開平２―２２１９２５号公報
及び特開平４―１４５４８５号公報開には、光導光板の
側方より光を入射させ、一方の面側に反射要素を配し他
方の面を光出射面として、液晶表示装置のバックライト
光源等を構成することが開示されている。

【００１２】これらの光導光板においては、透明体の内
部に分散混入された粒状物質によって生じる屈折率の不
均一によって光散乱が体積的に生起されている。その意
味において、上記第１の類型のものに比して、光拡散効
率を改善し得るものということは出来るが、この型の光
散乱体を光散乱導光体として組み込んで光散乱導光装置
を構成する場合に、従来、次のような問題が生じてい
た。

【００１３】すなわち、上記公知例でも判るように、そ
れ自身が光散乱能を有し、光を散乱させながら導光する
機能を有する素子、即ち、光散乱導光体と、該光散乱導
光体の側方より光を入射させる光源素子とを組み合わせ
て光散乱導光装置とした場合には、出射散乱光強度の均
一化を意図して光散乱導光体内に分散させた粒状物質の
分散濃度に勾配を与えたり、あるいは、光散乱導光体の
裏面側に光拡散性インク等を用いて、網目状、ドット状
などの散乱補強手段を設け、場合によっては、該網目や
ドットの密度に勾配を付け、該散乱補強手段が散乱光取
出面の側から観察した時に透けて見える不都合を回避す
る為に散乱光取出面側に別の光拡散板を設けるというよ
うなことが行われていた。

【００１４】即ち、従来は、光源に近い部分では散乱能
を意識的に落し、光源から離れた部分では裏面側の網目
状あるいはドット状の補強層を含めて光散乱能を最大限
に高めるという考え方や、裏面領域に網目状あるいはド
ット状の拡散インキ層等の補強手段を付加して光散乱能
を最大限に高めるという考え方が採用されて来た。この
ような状況は、光散乱導光体になんらかの散乱能勾配が
存在しない場合には、光源に近い光散乱導光体縁部付近
のみが明るく見え、中央部では、照度が低下してしまう
傾向が生じ、また、裏面領域の補強手段なくしては明る
さ自体を確保し得ないと信じられていたことによるもの
と思われる。

【００１５】確かに、光源から出た光の１次散乱のみを
考慮した場合には、裏面に光散乱補強手段を形成し、光
散乱能を与える粒子の分布や裏面の反射散乱補強層に散
乱能勾配を与えなければ、均一な出射光強度が実現され
ないという結論にならざるを得ないから、製造工程上の
不利を承知の上で、上記したような手段が取られていた
のは無理からぬことと言える。

【００１６】また、従来の公知技術においては、散乱出
射光強度の角度特性を調整する手段が設けられていなか
ったので、異屈折率粒状物質の粒子径やマトリックスと
の屈折率差等によって定まってしまう角度特性をそのま
ま受け入れて使用していた。異屈折率粒状物質の粒子径
や屈折率差等は、光学材料選択上の制約や製造技術上の
制約を受けるから、得られた製品の散乱光強度角度特性
が希望したものと一致しないことも多く、不必要な方向
へ出射した多くの光が無駄になることがしばしば生じて
いた。例えば、比較的大きな粒径を有する異屈折率粒状
物質を内部に分布させた光散乱導光体の側方から光を入
射させて液晶表示装置用のバックライト光源とした場合
には、散乱出射光が前方に偏って散乱する傾向があり、
液晶表示装置の正面方向から観察した場合に、表示面が
明るく見えないという事態が起こっていた。

【００１７】光散乱導光体乃至装置において散乱出射光
強度の角度特性を調整する手段を設けるという技術思想
自体は、本発明者が既に提案し、日本国特許庁に出願し
た特許出願（平成４年１１月２７日出願）の明細書に開
示したところであるが、本発明は該技術思想を更に具体
的に展開した一形態を提供するものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記説明し
た従来技術の諸々の問題点、即ち、（ａ）散乱能の勾配
付与や拡散インキ層等の補強手段付加に伴う製造工程の
複雑化と装置の大型化の問題、（ｂ）散乱出射光強度の
角度特性の問題を解決することを企図したものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、入射光受入表
面領域と、入射光受入表面領域からの入射光を起源とす
る散乱出射光を取り出す為の散乱出射光取出表面領域
と、光散乱能が実質的に一様に与えられた光散乱体積領
域とを有し、前記散乱出射光取出表面領域あるいは散乱
出射光取出表面領域と相反する側の面（外部の反射要素
に対向）の少なくとも一部に、散乱出射光強度の角度特
性を調整する規則的なプリズム状要素配列からなる凹凸
領域を設けることで上記（ａ）及び（ｂ）の問題を解決
する基本的構成を提供したものである（請求項１、請求
項２）。

【００２０】ここで、光散乱体積領域の散乱特性につい
ては、有効散乱照射パラメータＥと相関距離ａを用い
て、特に実際的な条件を特定したものである。

【００２１】また、光散乱体積領域の形状の主要部（凹
凸領域を除いた部分）を直方体状に特定して、特に通常
形状の液晶表示装置のバックライト光源装置等に本発明
の散乱出射光強度角度特性調整手段付きの光散乱導光体
を組み込んだ場合に、上記問題点（ａ）及び（ｂ）を解
決する典型的且つ基本的な構成を提供したものである
（請求項３、請求項４）。

【００２２】そして、光散乱体積領域の主要部形状を直
方体状に特定すると共に光源要素の形状を棒状に特定す
れば、特に通常形状の液晶表示装置のバックライト光源
装置等に本発明の光源要素配置を採用する際の、上記問
題点（ａ）及び（ｂ）を解決する為の典型的な構成が提
供出来る（請求項５）。

【００２３】なお、光散乱導光装置で用いられる光散乱
体積領域の散乱特性については、請求項１、請求項２と
同じ条件が、有効散乱照射パラメータＥと相関距離ａを
用いて、規定される。

【００２４】本発明の光散乱導光体あるいは光散乱導光
光源装置において光散乱体積領域を形成する材料につい
ては、実質的に均一な散乱能を有するものであれば任意
の材料を選択することが出来るが、それら材料の代表的
なものを列挙すれば、次の（１）〜（３）に挙げる型の
ものがある。

【００２５】（１）光学樹脂マトリックス中に該マトリ
ックスと屈折率の異なる粒状物質（異屈折率粒状物質）
を分散させた材料。（２）重合過程で生々された屈折率不均一構造によって
散乱能が与えられている樹脂材料。（３）２種類以上の屈折率の相互に異なるポリマー材料
を混合加熱して、練り合わす混練工程と成形工程（射出
成形工程、押し出し工程等）を組み合わせて製造される
樹脂材料。以下、各型の材料について具体的に説明す
る。

【００２６】（１）の型の材料について；この型の材料
自体は、前述したように、特開平１―１７２８０１号公
報、特開平１―２３６２５７号公報、特開平１―２６９
９０１号公報、特開平２―２２１９２５号公報及び特開
平４―１４５４８５号公報に開示されている通り公知の
ものである。

【００２７】ポリマーマトリックス材料として代表的な
ものには、後記する表１、表２にも挙げられているＰＭ
ＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳｔ（ポリスチ
レン）、ＰＣ（ポリカーボネート）等がある。

【００２８】又、粒子状物質としては、例えば、シリコ
ン系樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂のような
有機材料からなる粒子や酸化チタン、炭酸カルシウム、
シリカ等の無機材料からなる粒子が使用出来る。製造方
法については、上記各公報にも記載されているような各
種の公知の方法を利用すれば良いので、詳しい説明を省
略する。なお、公知でない手法の１つに、本発明者の発
明に係る（３）の型の材料に対する製造方法を適用する
やり方がある。これについては、（３）の型の材料の項
で実例を挙げて説明する。

【００２９】（２）の型の材料について；この型の材料
は、光散乱導光体の素材として、本発明者に係る国際出
願（ＰＣＴ／ＪＰ９２／０１２３０号）に開示されてい
る。

【００３０】即ち、光散乱導光体に散乱能を与える屈折
率不均一構造が、有機材料の重合過程で生成されている
ものである。有機材料の重合過程によって屈折率不均一
構造を形成させて光散乱導光体を得る原理の概要を簡単
に説明する。

【００３１】一般に、有機材料の重合過程においては、
種々のメカニズムによって不均一構造が生成され、これ
を利用して屈折率不均一構造を有する光散乱導光体を得
ることが出来る。そのメカニズムのいくつかを挙げる
と、次のようになる。

【００３２】(I) 第１材料としてのモノマーに第２材
料としてのポリマー（オリゴマーであっても良い。以
下、特にことわりの無い限り、ポリマーと言えばオリゴ
マーを含むものとする。）を少量溶解させる。この状態
では、ポリマーの個々の分子が完全に溶解している。従
って、均一に混ざり合った透明な混合溶液の形態をとっ
ており、光散乱性は生じていない。この混合溶液に重合
開始剤等を添加して加熱するなどの手段により重合反応
を開始させる。重合反応が進行し、高転化率になってき
た時、それまでに生成されてきた第１材料のポリマーと
第２材料のポリマーとの相溶性が、該第２材料のポリマ
ーと第１材料のモノマーとの相溶性に比べて小さい場合
には、第２材料のポリマーは徐々に凝集構造を形成す
る。第１材料のポリマーと第２材料のポリマーの屈折率
が実質的に相異するように有機材料を組み合わせれば、
屈折率がゆらいだ構造、すなわち屈折率不均一構造が生
成される。

【００３３】この場合、粒子状の物質をモノマーに混入
分散させて重合を行わせたり、ポリマーに粒子を高温条
件下で練り込ませたりする従来技術とは違って、重合前
にポリマー分子１つ１つのレベルで均一に溶解した状態
が実現しており、その状態からスタートして不均一構造
を徐々に形成しているので、極めて高い均一度で不均一
構造が分布した光散乱導光体を得ることが出来る。

【００３４】(II) 第１材料としてのモノマーに第２材
料としてのモノマーを適量混合して重合反応を起こさせ
る。この時例えば、第１材料のモノマーの反応性比ｒ1
と第２材料のモノマーの反応性比ｒ2 について、ｒ1 ＞
１且つｒ2 ＜１が成立するように材料を選択しておけ
ば、重合反応の過程で第１材料のモノマーは優先的に重
合し、未反応モノマー中の第２材料のモノマーの割合は
次第に増大する。第１材料のモノマーの大半が重合する
と、今度は第２材料のモノマーの重合する割合が増加し
始め、最終段階においては、第２材料のポリマーのみが
生成されることになる。

【００３５】第１材料のポリマーと第２材料のポリマー
の相溶性が比較的小さければ、組成の似たもの同士、す
なわち、第１材料のポリマーと第２材料のポリマーとが
それぞれ凝集構造を形成することになる。両ポリマーの
屈折率が実質的に異なれば、屈折率がゆらいだ屈折率不
均一構造が生成される。この場合も重合前にモノマー同
士を均一に混ぜることは容易なので、まんべんなく屈折
率不均一構造が形成される。

【００３６】(III) 単独材料のモノマーのみを重合さ
せても、屈折率不均一構造を形成することが出来る。す
なわち、モノマーとポリマーの比重が十分に異なれば、
重合が進んでポリマーがある程度固くなってくると、残
存モノマーがポリマーになった時の体積収縮部分は、い
わゆるマイクロボイドとなる。このマイクロボイドは極
めて多数形成され、重合反応の結果得られるポリマー内
に３次元的に均一分布した光散乱中心として機能するの
で、従来の物質粒子を分散混入させた光散乱導光体に比
して特性の良い光散乱導光体が得られる。

【００３７】(IV) 上記(I) の類型の変形として、上
記第２の材料に低分子量であって、第１材料のモノマー
との相溶性は良好であるが第１材料ポリマーとの相溶性
は劣るものを選択することも可能である。この場合に
も、上記(I) で述べたのと同様のメカニズムによって、
第２材料（低分子量物質）が凝集して不均一構造が生ま
れる。第２材料の屈折率が第１材料ポリマーと実質的に
異なるような組合せを採用すれば光散乱導光体が製造さ
れる。

【００３８】このような低分子材料として用い得る物質
は数多く存在するが、例を挙げれば、フタル酸ジフェニ
ル、ヘキサフロロイソプロピルテレフタレート、ビフェ
ニル、安息香酸フェニル等がある。屈折率不均一構造の
生成メカニズムの細部には多様性があるが、本発明で
は、そのようなメカニズムの差異にかかわりなく、いず
れの材料を使用することも許容するものである。

【００３９】有機材料の具体的選定、重合条件等に関し
ては、上記明細書に詳しく記述されているので、ここで
は詳細を省略し、いくつかの実例を挙げるにとどめるこ
とにする。

【００４０】［重合過程を利用して光散乱導光体を得る
方法の実例］［１］ＭＭＡにトリフルオロエチルメタクリレート（３
ＦＭＡ）のポリマーを０．１ｗｔ％溶解し、ラジカル重
合開始剤としてｔ―ブチルパーオキシイソプロピルカー
ボネート０．２ｗｔ％、連鎖移動剤として、ｎ―ブチル
メルカプタンを０．２ｗｔ％加え、７０゜Ｃで９６時間
重合した後、熱処理を行い、棒状、板状等各種形状の光
散乱導光体を得ることが出来る。［２］ＭＭＡとビニルベンゾエート（ＶＢ）を４対１の
割合で共重合させる。重合開始剤としてディ・ターシャ
リー・ブチルパーオキサイド（ＤＢＰＯ）を０．２ｗｔ
％、連鎖移動剤としてｎ―ブチルメルカプタンを０．２
ｗｔ％用い、１３０゜Ｃで９６時間重合させる。得られ
た光散乱導光体は、上記［１］で得られるものとほぼ同
様の特性を示す。

【００４１】［３］ＭＭＡに３ＦＭＡのポリマーを０．
１５ｗｔ％溶解したものと、０．１ｗｔ％溶解したもの
を調製し、各々にラジカル重合開始剤としてｔ―ブチル
パーオキシイソプロピルカーボネート０．２ｗｔ％、連
鎖移動剤として、ｎ―ブチルメルカプタンを０．２ｗｔ
％加え、７０゜Ｃで７２時間重合した後、１３０゜Ｃで
２４時間熱処理を行い、光散乱導光体を製造することが
出来る。［４］ＭＭＡとビニルベンゾエート（ＶＢ）を４対１の
割合で共重合させた。重合開始剤としてディ・ターシャ
リー・ブチルパーオキサイド（ＤＢＰＯ）を０．２ｗｔ
％、連鎖移動剤としてｎ―ブチルメルカプタンを０．２
ｗｔ％用い、７０゜Ｃで９６時間重合させて、光散乱導
光体を得ることが出来る。Ｄｅｂｙｅの関係式を使って
相関距離ａと誘電率ゆらぎ２乗平均τを計算した結果、
相関距離ａ＝７２０オングストローム、誘電率ゆらぎ２
乗平均τ＝０．０００００１２２という値を得た（ａや
τの意味については、作用の説明の欄参照）。

【００４２】［５］分子量４７５００のポリスチレンポ
リマーをＭＭＡに０．２ｗｔ％溶解し、ラジカル重合開
始剤としてｔ―ブチルパーオキシイソプロピルカーボネ
ート０．２ｗｔ％、連鎖移動剤として、ｎ―ブチルメル
カプタンを０．２ｗｔ％加え、７０゜Ｃで９６時間重合
させて光散乱導光体を製造することが出来る。

【００４３】［６］ＭＭＡに３ＦＭＡのポリマーを０．
１ｗｔ％溶解し、ラジカル重合開始剤としてｔ―ブチル
パーオキシイソプロピルカーボネート０．２ｗｔ％、連
鎖移動剤として、ｎ―ブチルメルカプタンを０．２ｗｔ
％加え、７０゜Ｃで７２時間重合した後、１３０゜Ｃで
２４時間熱処理を行い、光散乱導光体を製造することが
出来る。

【００４４】［７］ＭＭＡに３ＦＭＡのポリマーを０．
１ｗｔ％溶解し、ラジカル重合開始剤としてｔ―ブチル
パーオキシイソプロピルカーボネート０．２ｗｔ％、連
鎖移動剤として、ｎ―ブチルメルカプタンを０．２ｗｔ
％加え、７０゜Ｃで７２時間重合した後、１３０゜Ｃで
２４時間熱処理を行い、光散乱導光体を製造することが
出来る。［８］ＭＭＡに、ラジカル重合開始剤としてｔ―ブチル
パーオキシイソプロピルカーボネート０．２ｗｔ％、連
鎖移動剤として、ｎ―ブチルメルカプタンを０．２ｗｔ
％加え、６０゜Ｃ（ガラス転移温度以下）で２４０時間
にわたって重合反応を行わせた。残存しているモノマー
は、高転化率が実現した段階で固化したＰＭＭＡマトリ
ックス中にトラップされているが、このモノマーは長時
間の加熱により重合する。ここでモノマーからポリマー
へ変化する際に生じる体積変化（収縮）により、無数の
マイクロボイドが生成し、これが光散乱をもたらす屈折
率不均一構造としての機能を果たす。

【００４５】このようなプロセスで得られた光散乱導光
体サンプルについて、Ｖv 散乱強度の角度依存性を測定
し、Ｄｅｂｙｅの関係式に基づいて相関距離ａを計算し
たところ、８５０オングストロームという値が得られ
た。また、誘電率ゆらぎ２乗平均τの値はτ＝０．００
００００１１、有効散乱照射パラメータＥについてはＥ
＝０．１７［cm^-1］という値であった（有効散乱照射パ
ラメータＥの意味については、作用の説明の欄参照）。

【００４６】（３）の型の材料について；この型の材料
は、本発明者に係る前述の散乱光出射方向修正手段に関
する提案を含む日本国特許出願（出願日；平成４年１１
月２７日）の明細書中に、散乱光出射方向修正手段と同
時に開示されているものである。２種類以上のポリマー
材料を混合加熱して、練り合わす混練工程は、ポリマー
ブレンドと言うべき工程であるが、この混練されるポリ
マー材料の組合せに屈折率が実質的に異なる（典型的に
は、屈折率差０．００１以上）ものを選択して、射出成
形、押し出し成形等の公知の成形工程を組み合わせれば
均一な散乱能を有する任意形状の光散乱導光体を得るこ
とが出来るという知見に基づいて製造される材料であ
る。

【００４７】即ち、２種類以上の屈折率の相互に異なる
ポリマー材料（任意形状で良い。工業的には、例えばペ
レット状のものが考えられる。）を混合加熱して、練り
合わす（混練工程）。そして、混練された液状材料を射
出成形機の金型内に高圧で射出注入し、冷却固化するこ
とによって成形された光散乱導光体を金型から取り出せ
ば金型形状に対応した形状の光散乱導光体を得ることが
出来る。混練された２種類以上のポリマーは完全には混
ざり合うことなく固化するので、それらの局所的濃度に
不均一（ゆらぎ）が生まれて固定される。従って、混練
されるポリマー同士に実質的な屈折率差があれば、屈折
率不均一構造を有する光散乱導光体が製造されることに
なる。

【００４８】また、混練された材料を押し出し成形機の
シリンダー内に注入し、通常のやり方で押し出せば目的
とする成形物を得ることが出来る。

【００４９】これらポリマーブレンドの組合せや混合割
合、及び成形工程については、非常に幅広い選択が可能
であり、屈折率差、成形プロセスで生成される屈折率不
均一構造の強さや性質（有効散乱照射パラメータＥ、相
関距離ａ、誘電率ゆらぎ２乗平均τで記述される。）、
最終製品の形状や大きさ等を考慮して決定すれば良い。

【００５０】使用し得るポリマー材料の代表的なものを
表１及び表２に挙げる。これらの材料は、あくまで例示
であり、本発明における光散乱導光体に使用される材料
を限定する趣旨のものではない。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】このポリマーブレンドによる方法による材
料製造方法の、より具体的な実例の幾つかを以下に示
す。

【００５４】＜例１＞メタクリル樹脂のペレット（旭化
成製、デルベット８０Ｎ）に粒径０．３μｍのシリコン
系樹脂粉体（東芝シリコン製、トスパール１０３）を
０．２５ｗｔ％添加し、ミキサーで混合分散させた後、
押し出し機でストランド状に押し出し、ペレタイザーで
ペレット化することにより、シリコン系樹脂粉体が均一
に分散されたペレットを調製した。

【００５５】このペレットを射出成形機を用い、シリン
ダー温度２３０゜Ｃ〜２６０゜Ｃ、型温度５０゜Ｃの条
件で成形して、縦５６ｍｍ、横７５ｍｍ、厚さ４．７ｍ
ｍの板状光散乱導光体を得た。

【００５６】＜例２＞メタクリル樹脂のペレット（旭化
成製、デルベット８０Ｎ）に粒径０．８μｍのシリコン
系樹脂粉体（東芝シリコン製、トスパール１０８）を
０．３ｗｔ％添加し、ミキサーで混合分散させた後、押
し出し機でストランド状に押し出し、ペレタイザーでペ
レット化することにより、シリコン系樹脂粉体が均一に
分散されたペレットを調製した。

【００５７】このペレットを射出成形機を用い、シリン
ダー温度２３０゜Ｃ〜２６０゜Ｃ、型温度５０゜Ｃの条
件で成形して、縦５６ｍｍ、横７５ｍｍ、厚さ４．５ｍ
ｍの板状光散乱導光体を得た。

【００５８】＜例３＞メタクリル樹脂のペレット（旭化
成製、デルベット８０Ｎ）に粒径３μｍのシリコン系樹
脂粉体（東芝シリコン製、トスパール１３０）を０．３
５ｗｔ％添加し、ミキサーで混合分散させた後、押し出
し機でストランド状に押し出し、ペレタイザーでペレッ
ト化することにより、シリコン系樹脂粉体が均一に分散
されたペレットを調製した。

【００５９】このペレットを射出成形機を用い、シリン
ダー温度２３０゜Ｃ〜２６０゜Ｃ、型温度５０゜Ｃの条
件で成形して、縦５６ｍｍ、横７５ｍｍ、厚さ４．６ｍ
ｍの板状光散乱導光体を得た。

【００６０】＜例４＞８０ｍｌの水に、２．２ｇの過酸
化ベンゾイル、１２ｍｌのクロルデカン、１０ｍｌのジ
クロルエタン及び０．２５ｇのＮａ―ラウリルサルフェ
ートをホモゲナイザーを用いて乳化し、直径０．１μｍ
〜０．２μｍのエマルジョンを調製した。このエマルジ
ョンを粒径０．５５μｍ、濃度８．５ｗｔ％の単分散ポ
リスチレンのシードラテックス９０ｍｌに添加した。更
に、２０ｍｌの水、及び１５ｍｌのアセトンを３５゜Ｃ
〜４０゜Ｃで添加し、４０゜Ｃで１２時間にわたって撹
はんした後、アセトン及びジクロルエタンを真空蒸留に
より除去した。

【００６１】次に、１．２ｇのＮａ―ラウリルサルフェ
ートを添加した後、水で希釈して全体で１．２リットル
とした。そして、スチレン６５ｇ、メタクリル酸メチル
１７１ｇ、ブチルアクリレート４５ｇ、及びトリメチロ
ールプロパントリアクリレート９ｇを３０゜Ｃで撹はん
しながら添加した後、更に、３０゜Ｃで１５時間にわた
って撹はんした。その後、６０゜Ｃに温度を上げて重合
反応を開始させ、２５時間反応を持続させ、平均粒径
２．８μｍ、屈折率１．５０２の有機架橋粒子材料を得
た。

【００６２】メチルメタクリレート（ＭＭＡ）とトリフ
ルオロエチルメタクリレート（３ＦＭＡ）の組成比１対
１の共重合体１ｋｇに、上記粒子材料を０．５ｗｔ％添
加し、ミキサーで十分混練した後、直径２０ｍｍのノズ
ルより押し出した。これを長さ５０ｍｍとして、両端を
切削研磨して、円筒状の光散乱導光体を得た。

【００６３】得られた光散乱導光体について、Ｄｅｂｙ
ｅの関係式を使って相関距離ａと誘電率のゆらぎ２乗平
均τを計算したところ、相関距離ａ＝１．８７μｍ、誘
電率のゆらぎ２乗平均τ＝０．００００８０８という結
果を得た。また、前記式（１０）を用いて、有効散乱照
射パラメータＥの値を求めた結果は、Ｅ＝４４．０３
［cm^-1］であった。

【００６４】＜例５＞ラウリル硫酸ナトリウム３ｇを溶
解させたイオン交換水３５０ｇに、スチレン３２ｇ及び
メチルメタクルレート１０８ｇを分散させた後、これを
撹はんしながら、窒素気流の下で７０゜Ｃに昇温させ、
次いで過硫酸カリウム０．１５ｇを溶解させたイオン交
換水２５ｇを加え、７０゜Ｃに８時間保持して初期シー
ド粒子を得た。このシード粒子の粒径は、０．０４μｍ
であった。

【００６５】次に、得られた初期シード粒子の水分散液
５０ｇと、イオン交換水３２５ｇを混合して７０゜Ｃに
昇温した後、スチレン３３ｇ、メチルメタクリレート８
２ｇ及びブチルアクリレート２５ｇを加えて１時間撹は
んし、次いで過硫酸カリウム０．１５ｇを溶解させたイ
オン交換水２５ｇを加え、８時間経過させて粒径０．１
２８μｍの２次シード粒子水分散液を得た。

【００６６】そして更に、上述の方法にならって、粒径
０．１２８μｍの２次シード粒子から粒径０．３１２μ
ｍの３次シード粒子を作り、この粒径０．３１２μｍの
３次シード粒子から粒径０．６５３μｍの４次シード粒
子を作るというプロセスを繰り返した。

【００６７】こうして得られた４次シード粒子を含む調
製液１００ｇに、イオン交換水１０００ｇとポリビニル
アルコール（ケン化度８８％）の１０ｗｔ％水溶液１０
０ｇを加えて均一に撹はんした上で、スチレン２８ｇ、
メチルメタクリレート７０ｇ及びブチルアクリレート２
１ｇ、ジビニルベンゼン０．５ｇ、過酸化ベンゾイル１
ｇ、及びラウリル硫酸ナトリウム０．０８ｇをイオン交
換水１５００ｇに混合して超音波処理によって乳化液と
したものを添加し、撹はんしながら窒素気流の下で９時
間にわたって重合反応を行わせ、低架橋微粒子の水分散
液を得た。この微粒子の粒径は、１．１２μｍであっ
た。

【００６８】次に、この低架橋微粒子を１０ｗｔ％含む
水分散液３００ｇにイオン交換水１５００ｇと前記と同
じポリビニルアルコール水溶液１５ｇを加えて均一に撹
はんし、トリメチロールプロパントリアクリレート５０
ｇにイオン交換水１２００ｇとラウリル硫酸ナトリウム
０．０４５ｇとアセトン３００ｇを混合してこれを超音
波処理により乳化液として加え、室温下で２４時間撹は
んし、低架橋微粒子中にトリメチロールプロパントリア
クリレートを完全に吸収させた。

【００６９】次に、アセトンをエバポレータを用いて除
去し、得られた膨潤粒子を含む分散液に、スチレン５８
ｇ、メチルメタクリレート１６４ｇ及びブチルアクリレ
ート４５ｇ、ジビニルベンゼン２５ｇ、過酸化ベンゾイ
ル５ｇからなる混合物を溶解させ、これにイオン交換水
１２ｇとラウリル硫酸ナトリウム０．２ｇを混合し超音
波処理で乳化液としたものを加え、撹はんしながら窒素
気流下６０゜Ｃで２時間、続いて８０゜Ｃに昇温して６
時間重合させ、均一な径を有する微粒子材料を得た。こ
の微粒子は、屈折率１．５０２、平均粒径２．６１μ
ｍ、粒径分布の標準偏差は、０．２６μｍであった。

【００７０】メチルメタクリレート（ＭＭＡ）とトリフ
ルオロエチルメタクリレート（３ＦＭＡ）の組成比１対
１の共重合体１ｋｇに、上記粒子材料を０．５ｗｔ％添
加し、ミキサーで十分混練した後、直径２０ｍｍのノズ
ルより押し出した。これを長さ５０ｍｍとして、両端を
切削研磨して、円筒状の光散乱導光体を得た。

【００７１】獲られた光散乱導光体について、Ｄｅｂｙ
ｅの関係式を使って相関距離ａと誘電率のゆらぎ２乗平
均τを計算したところ、相関距離ａ＝１．７５μｍ、誘
電率のゆらぎ２乗平均τ＝０．００００８０８という結
果を得た。また、前記式（１０）を用いて、有効散乱照
射パラメータＥの値を求めた結果は、Ｅ＝４１．１６
［cm^-1］であった。

【００７２】＜例６＞ポリメチルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）にポリスチレン（ＰＳｔ）を０．５ｗｔ％添加
し、Ｖ型タンブラーを用いて１０分間、次いでヘンシェ
ルミキサーを用いて５分間混合した。これを径３０ｍｍ
の２軸押し出し機［ナカタニ機械（株）製］を使って、
シリンダー温度２２０゜Ｃ〜２５０゜Ｃ、スクリュー回
転数７５ｒｐｍ、吐出量６ｋｇ／ｈｒの条件で融解混合
してペレットを作成した。

【００７３】このペレットを射出成形機を用い、シリン
ダー温度２２０゜Ｃ〜２５０゜Ｃ、型温度６５゜Ｃ、射
出速度中速、射出圧力ショートショット圧プラス１０ｋ
ｇ／ｃｍ² の条件で成形して、縦横３５ｍｍ、厚さ４．
５ｍｍの板状光散乱導光体を得た。

【００７４】本発明の光散乱導光体及び光散乱導光光源
装置について、その作用を中心に、更に詳しく説明す
る。先ず、図２〜図５を参照して、各請求項に記載され
た構成の作用を説明する。

【００７５】図２、図３は、各々散乱出射光取出表面領
域側に散乱出射光強度角度特性調整凹凸領域を形成した
場合と、前記散乱出射光取出表面領域と相反する方向
に、外部の反射要素に対向した散乱出射光強度角度特性
調整凹凸領域を形成した場合の典型的な配置を表してい
る。

【００７６】図２の配置においては、光散乱導光体１の
散乱出射光取出表面領域が散乱出射光強度の角度特性を
調整する凹凸領域２を形成しており、側方に棒状光源要
素（例えば、蛍光灯）５が置かれている。光散乱導光体
の散乱光取出面と反対側には、光散乱導光体１とは別の
素材からなる反射フィルム４が配置されている。

【００７７】棒状光源５から光散乱導光体１へ入射した
光は、光散乱導光体１内部で散乱しながら導光される。
光散乱導光体１の反射フィルム４側に出た光の多くの部
分は、直ちに反射フィルム４で反射されて光散乱導光体
１に戻る。液晶表示装置のバックライト光等として利用
される光は、散乱出射光取出領域側から出射する光であ
るが、その光強度の方向特性が凹凸領域２によって調整
される。ｄは、列状に形成された凹凸のピッチを表して
いる。

【００７８】図４は、光散乱導光体１の凹凸領域２から
の出射の前後の光線の何本かを例示的に描いたものであ
る。光散乱導光体１の屈折率をｎ、外部（通常は空気）
３の屈折率をｎ0 （ほぼ１に等しい）とすれば、ｎ0 ＜
ｎが成立するから、図示したように、出射光は光散乱導
光体に再接近しようとする方向に屈曲する（Ｐ1 →Ｑ1
、Ｐ2 →Ｑ2 参照）また、場所と角度によっては、光
散乱導光体１の表面に再度入射し、一部は反射し（Ｐ3
→Ｑ3 ）、一部は光散乱導光体１内部に戻る（Ｐ3 →Ｑ
3´）。

【００７９】更に、凹凸領域２の表面に垂直な方向に出
射した光はそのまま直進することになる（Ｐ4 →Ｑ4
）。このように、散乱出射光の方向修正は複雑に種々
の方向に向けて起こり得るが、プリズム状凹凸要素２の
頂角α及び残りの角β及びγを選ぶことで修正方向を制
御することが出来る。即ち、凹凸領域が無いと仮定した
場合の出射光強度の角度特性を考慮して、α、β、γの
値を種々選択することによって、極めて多様な角度特性
を得ることが出来る。１つの傾向として明らかなのは、
相当広範囲の頂角αについて、βとγをほぼ同じ値にし
てみると、図上で左右方向に寝た角度で出射しようとす
る光を上方へ向けて修正する作用が期待出来るというこ
とである。

【００８０】例えば、光散乱導光体１内光の進行方向が
等方的である場合に、αを８０゜程度にとり、β＝γ＝
約５０゜とすると、図中真上方向から見た明るさを増大
させる作用が期待出来る（後述の実施例参照）。また、
光散乱導光体１内光の進行方向の分布が非等方的である
場合に、その性質とα、β、γ相互間の大小関係、屈折
率ｎの大きさ等を組み合わせれば、より自由度の大きな
選択が可能である。例えば、正面方向よりもむしろやや
前方方向に偏った散乱光分布などが実現可能である。

【００８１】個々のケースについて、α、β、γの具体
的な数値を理論的アプローチのみによって決定すること
は現実的ではなく、例えば、使用する光散乱導光体の散
乱特性を調査した上で、実験的手法を混じえてこれら値
を選択するのが好ましいと考えられる。

【００８２】図３及び図５は、光散乱導光体１の散乱出
射光取出表面領域と相反する方向に散乱出射光強度の角
度特性を調整する凹凸領域２を形成した場合の配置と光
の進行の様子を示したものである。側方に置かれた棒状
光源要素（例えば、蛍光灯）５から光散乱導光体１に入
射した光は、図２、図４の場合と同様に内部で散乱しな
がら導光される。光散乱導光体１の反射フィルム４側に
出射しようとする光は、そこに形成されている凹凸領域
２の作用によって、光散乱導光体１に再接近する方向に
屈曲された後で反射フィルム４により反射される。反射
光の一部が光散乱導光体１表面で再反射され残りが光散
乱導光体１内部に戻される。個々の光線の経路は図４の
場合よりも一層複雑である（Ｐ5 →Ｑ5 、Ｐ5 →Ｑ5
´、Ｐ6 →Ｑ6´、Ｐ7 →Ｑ7 参照）。

【００８３】従って、最終的なα、β、γの値は、図
２、図４の場合と同じく、光散乱導光体１の散乱特性、
屈折率等を考慮し、実験的手法を取り入れた検討をした
上で選択・決定することにより、希望する散乱出射光強
度の角度分布を実現することが好ましい。

【００８４】尚、凹凸のピッチｄについては特に制限は
無いが、光の波長のオーダーに接近する程微細な場合に
は、回折に起因した着色現象が起こり、逆に余り大きい
と光散乱導光体全体をコンパクトで整った形に出来ず、
また、方向特性の修正機能にむらが生じるから、実際的
な範囲は数十分の１ｍｍ〜数ｍｍの範囲であると考えら
れる。

【００８５】また、凹凸の形状について、図２〜図５で
は３角形断面の列状アレイの場合を説明したが、本発明
の技術思想に照らして、散乱出射光の方向を修正する作
用がある他の形状を採用することも全く差し支えない。
例えば、半円筒断面列状アレイ、半球状突起群の面状ア
レイ、３角錐状凹部群の面状アレイ等々、いずれの形状
のものを光散乱導光体表面領域に形成しても本発明の技
術思想に整合した光散乱導光体乃至光散乱導光光源装置
が構成され得ることは言うまでもない。

【００８６】更に、光散乱導光体１の全体形状について
も、必ずしも直方体状乃至板状である必要はない。例え
ば、散乱光出射面が内側にゆるやかに湾曲した形状のも
のを組み合わせて全体を大面積の散乱導光光源とするこ
とが出来るし、全体をドーム状にし、後述する光源埋め
込み構造と組み合わせて、所望の方向特性を有する光源
装置を構成すること等が考えられる。また、光散乱導光
体を長尺状のものとして、強い出射方向の偏りを与えれ
ば、特定方向から見た時に明るく見える線状の散乱光光
源を得ることが出来る。これらいずれの形状のものも、
液晶表示装置等のバックライト光源に適用が可能な光散
乱導光体である。

【００８７】次に、請求項１〜請求項４において光散乱
導光体の散乱能を数値限定する為に使用されている有効
散乱照射パラメータＥと相関距離ａについて、Ｄｅｂｙ
ｅの理論を引用して説明する。

【００８８】強度Ｉ0 の光が媒体中をｙ(cm)透過し、そ
の間の散乱により強度がＩに減衰した場合に、有効有効
散乱照射パラメータＥを次式（１）または（２）で定義
する。

【００８９】

【数１】

【００９０】式（１）、（２）は各々いわゆる積分形及
び微分形の表現であって、物理的な意味は等価である。
なお、このＥは濁度と呼ばれることもある。

【００９１】一方、媒体内に分布した不均一構造によっ
て光散乱が起こる場合の散乱光強度は、縦偏光の入射光
に対して出射光の大半が縦偏光である通常の場合（ＶV
散乱）には、次式（３）で表される。

【００９２】

【数２】

【００９３】自然光を入射させた場合には、Ｈh 散乱を
考慮して、式（３）の右辺に（１＋cos θ^２）を乗じた
次式を考えれば良いことが知られている。

【００９４】

【数３】

【００９５】ここで、λ0 は入射光の波長、ν＝（２π
ｎ）／λ0 、ｓ＝２sin （θ／２）、ｎは媒体の屈折
率、θは散乱角、＜η^２＞は媒体中の誘電率ゆらぎ２乗
平均（以下、＜η^２＞＝τとして、τを適宜使用す
る。）であり、γ（ｒ）は相関関数と呼ばれるものであ
る。

【００９６】Ｄｅｂｙｅによると、媒体の屈折率不均一
構造が界面を持ってＡ相とＢ相に分かれて分散している
場合には、誘電率のゆらぎに関して相関関数γ（ｒ）、
相関距離ａ、誘電率ゆらぎ２乗平均τ等が次のような関
係式で表される。

【００９７】

【数４】

【００９８】不均一構造が半径Ｒの球状界面で構成され
ているとみなせば、相関距離ａは次式で表される。

【００９９】

【数５】

【０１００】相関関数γ（ｒ）についての式（６）を用
い、式（５）に基づいて自然光を媒体に入射させた時の
有効散乱照射パラメータＥを計算すると結果は次のよう
になる。

【０１０１】

【数６】

【０１０２】以上述べた関係から、相関距離ａ及び誘電
率ゆらぎ２乗平均τを変化させることにより、散乱光強
度、散乱光強度の角度依存性及び有効散乱照射パラメー
タＥを制御することが可能であることが判る。散乱光強
度の角度依存性は、本発明の光散乱導光体を実際の照明
装置等に適用する場合に考慮され得る事項であることは
言うまでもない。

【０１０３】図１は、横軸に相関距離ａ、縦軸に誘電率
ゆらぎ２乗平均τをとって有効散乱照射パラメータＥの
曲線をＥ＝５０［cm^-1］及びＥ＝１００［cm^-1］の場合
について例示したものである。

【０１０４】一般に、Ｅが大きければ散乱能が大きく、
Ｅが小さければ散乱能が小さい、換言すれば透明に近く
なる。Ｅ＝０は全く散乱の無いことに対応する。

【０１０５】従って、大面積の面状光源や長尺のファイ
バー状乃至棒状の均一照明光源等に本発明の光散乱導光
体を適用する場合にはＥを小さく選べば良い。

【０１０６】一応の目安としては、例えば、Ｅ＝０．０
０１［cm^-1］程度とすれば、数十ｍの寸法のファイバー
状の光散乱導光体を均一に光らせることが出来る。図１
に示したＥ＝１００［cm^-1］の程度にとれば、数ｍｍの
範囲を集中的且つ均一に照明するのに適している。

【０１０７】また、図１のＥ＝５０［cm^-1］のケースで
は、それらの中間的なサイズ（例えば、数ｃｍ〜数十ｃ
ｍ）の光散乱導光体を均一に光らせるのに好適なのが一
般的である。

【０１０８】但し、これら有効散乱照射パラメータＥの
値はあくまで目安であり、具体的な適用装置の使用条
件、例えば１次光源の強さ、周辺に配置された光学要素
に依存する散乱光補強あるいは減衰ファクター等も考慮
して柔軟に選択されることが好ましく、光散乱の角度特
性が特殊な場合等には、Ｅ＝１０００あるいはそれ以上
の値を選択する場合もあり得る。

【０１０９】相関距離ａについては、一応０．００５μ
ｍ〜５０μｍ程度が実際的と考えられるが、個々のケー
スについては、要求される角度特性等を考慮して定めら
れることが好ましい。

【０１１０】散乱現象に対して以上のような取り扱いを
することによって、光散乱導光体に散乱特性を、有効散
乱照射パラメータＥ及び相関距離ａの範囲を特定する形
で定めることが出来る。請求項１〜請求項４に記載した
光散乱特性に関する数値限定は、このような考えに基づ
いて、実際的に有用な可能性が高い範囲を特定したもの
である。

【０１１１】

【実施例】以下、本発明の構成を更に具体化した幾つか
の実施例について説明する。＜実施例１＞ＭＭＡ（メチルメタクリレート）にＰ３Ｆ
ＭＡ（トリフルオロエチルメタクリレートのポリマー）
を０．３ｗｔ％溶解し、ラジカル重合開始剤としてベン
ゾイルパーオキサイド（ＢＰＯ）０．５ｗｔ％を使用
し、７０゜Ｃで２０時間注型重合させて縦５６ｍｍ、横
７５ｍｍ，厚さ４．８ｍｍの板状（直方体形状）の光散
乱導光体を得た。この光散乱導光体の一方の表面を図
２、図４に示されたようにプリズム状に切削加工した。
プリズム形状の頂角α＝８０゜、凹凸のピッチｄ＝０．
２ｍｍ、深さは０．１ｍｍとした。

【０１１２】プリズム状加工面を上に向けて、図２で示
した配置を構成した。光散乱導光体の背後には、光散乱
導光体とは別体の反射フィルムを置き、通常のバックラ
イト光源で使用されている蛍光灯の光を両側側面から入
射させて出射散乱光強度を測定した。（光散乱導光体下
側の面に、光拡散性インキのドットパターン等の散乱補
強手段を設けることはしない。）また、プリズム加工を
施していない場合には約４０００カンデラの明るさであ
ったのに対し、プリズム加工を施した場合には、蛍光灯
に近い部分で、６０００カンデラを上回る照度の散乱光
強度を得ることが出来た。

【０１１３】更に、上記プリズム加工済みの光散乱導光
体の上面に頂角約１１０゜のプリズムのプリズム状凹凸
面を有する別体のフィルム（以下、単にプリズムフィル
ムと言う。）を載置して、同様の条件で出射散乱光強度
を測定したところ、約５２５３カンデラという結果が得
られた。最明部に対する最暗部の照度比（以下、単に明
暗比と言う。）は、約０．８であった。

【０１１４】市販されているメタクリル樹脂製の光導光
板の下面に光拡散性の印刷を施し、上面側に光拡散板を
置いた従来の配置をとり、上記角ケースと同条件で出射
光の強度を測定したところ、約４０５２カンデラという
結果を得た。

【０１１５】即ち、上面側にプリズム加工を施した光散
乱導光体によれば、プリズムフィルムを付加使用するだ
けで、従来に比べて約３０％の照度向上が達成されるこ
とが確かめられた。

【０１１６】＜実施例２＞ＭＭＡ（メチルメタクリレー
ト）にＰ３ＦＭＡ（トリフルオロエチルメタクリレート
のポリマー）を０．３ｗｔ％溶解し、ラジカル重合開始
剤としてベンゾイルパーオキサイド（ＢＰＯ）０．５ｗ
ｔ％を使用し、７０゜Ｃで２０時間注型重合させて縦５
６ｍｍ、横７５ｍｍ，厚さ４．８ｍｍの板状（直方体形
状）の光散乱導光体を得た。この光散乱導光体の一方の
表面を図３、図５に示されたようにプリズム状に切削加
工した。プリズム形状の頂角α＝８０゜、凹凸のピッチ
ｄ＝０．２ｍｍ、深さは０．１ｍｍとした。

【０１１７】プリズム状加工面を下に向けて、図３で示
した配置を構成した。光散乱導光体の背後には、光散乱
導光体とは別体の反射フィルムを置き、通常のバックラ
イト光源で使用されている蛍光灯の光を両側側面から入
射させて出射散乱光強度を測定した。（光散乱導光体下
側の面に、光拡散性インキのドットパターン等の散乱補
強手段を設けることはしない。）その結果、光散乱導光体の上面全体にわたって約３５０
４カンデラの明るさを有していることが判った。明暗比
は０．７６であった。また、上記プリズム加工面を下に
向けた光散乱導光体の上面に頂角約１１０゜のプリズム
フィルムを載置して、同様の条件で出射散乱光強度を測
定したところ、約５５４６カンデラという結果が得られ
た。最明部に対する最暗部の照度比（明暗比）は、約
０．７５であった。

【０１１８】市販されているメタクリル樹脂製の光導光
板の下面に光拡散性の印刷を施し、上面側に光拡散板を
置いた従来の配置をとり、上記角ケースと同条件で出射
光の強度を測定したところ、約４０５２カンデラという
結果を得た。

【０１１９】即ち、下面側にプリズム加工を施してた光
散乱導光体によれば、プリズムフィルムを付加使用する
だけで、従来に比べて約３７％の照度向上が達成される
ことが確かめられた。

【０１２０】＜実施例３＞ＭＭＡ（メチルメタクリレー
ト）に重量平均分子量Ｍｗ＝４３．９×１０4 のポリベ
ンジルメタクリレート（ＰＢｚＭＡ）を０．２ｗｔ％溶
解し、ラジカル重合開始剤としてベンゾイルパーオキサ
イド（ＢＰＯ）０．５ｗｔ％、連鎖移動剤としてｎ―ブ
チルメルカプタン（ｎ―ＢＭ）０．２ｗｔ％を使用し、
７０゜Ｃで２０時間注型重合させて１７０ｍｍ角、厚さ
１０ｍｍの板状（直方体形状）の光散乱導光体を得た。
この光散乱導光体の一側面から円筒状の切削加工を行
い、図６に示したように、円筒状の空所１６を形成して
その内部に蛍光灯１５を収容した。空所１６は計３ヶ所
とし、蛍光灯のサイズは直径４ｍｍ，長さ１７０ｍｍで
あった。各蛍光灯の真上側には図７に示したカバー乃至
シールド２１を施した。なお、アルミニウム蒸着膜２２
を使用しても良い。

【０１２１】図７（ａ）及び（ｂ）に示したカバーは、
強い直接光が上方に向けて貫通して散乱光取出面が局所
的に強く輝くのを防ぐ為のものであり、場合によって
は、半透明にすることや、全く使用しないことも有り得
るものである。カバー乃至シールド２１の内側は反射面
として、少しでも光量を無駄にしないことが好ましいこ
とは、言うまでもない。

【０１２２】散乱導光体の背後には、光散乱導光体とは
別体の反射フィルムを置き、光散乱導光体の上面に頂角
約１１０゜のプリズムフィルムを載置して散乱出射光の
強度を測定した。（光散乱導光体下側の面に、光拡散性
インキのドットパターン等の散乱補強手段を設けること
はしない。）その結果、光散乱導光体の上面全体にわた
って約７５００カンデラの明るさを有していることが判
った。

【０１２３】次に、同じ蛍光灯埋め込み済みの光散乱導
光体の表面に、頂角α＝８０゜、凹凸のピッチｄ＝０．
２ｍｍ、深さは０．１ｍｍのプリズム状加工を施し、こ
のプリズム加工面を上に向けた場合と、下に向けた場合
とについて出射散乱光強度を測定したところ、いずれの
場合にも、光散乱導光体の上面全体にわたって約７５０
０カンデラを超える均一な明るさが観測された。

【０１２４】＜実施例４＞ＭＭＡ（メチルメタクリレー
ト）に粒径３μｍのシリコン系樹脂粉体（東芝シリコン
製；トスパール１３０）を０．３５ｗｔ％加えて均一に
分散させた上で、ラジカル重合開始剤としてベンゾイル
パーオキサイド（ＢＰＯ）０．５ｗｔ％、連鎖移動剤と
してｎ―ブチルメルカプタン（ｎ―ＢＭ）０．２ｗｔ％
を添加し、７０゜Ｃで２０時間注型重合させて１７０ｍ
ｍ角、厚さ１０ｍｍの板状（直方体形状）の光散乱導光
体を得た。この光散乱導光体の一側面から円筒状の切削
加工を行い、図６に示した如く円筒状の空所１６内に蛍
光灯１５を収容した。空所１６は計３ヶ所とし、蛍光灯
１５のサイズは直径４ｍｍ，長さ１７０ｍｍであった。
各蛍光灯の真上側には図７に示したカバー２１乃至シー
ルド２２を施した。

【０１２５】散乱導光体の背後には、光散乱導光体とは
別体の反射フィルムを置き、光散乱導光体の上面に頂角
約１１０゜のプリズムフィルムを載置し光源装置を構成
した。（光散乱導光体下側の面に、光拡散性インキのド
ットパターン等の散乱補強手段を設けることはしな
い。）目視によって全体の明るさを観察したところ、全
面が明るく見え、特に明暗差の認められなかった。明暗
比の実測値は、約０．８６であった。このことから、公
知の散乱粒子分散型の導光体を光拡散層印刷等の散乱補
強手段なしに使用した場合でも、光源要素を内部に埋め
込んだ配置を採用することによって均一で明るい光源装
置が得られることが判った。

【０１２６】＜実施例５＞ＭＭＡ（メチルメタクリレー
ト）に粒径０．８μｍのシリコン系樹脂粉体（東芝シリ
コン製；トスパール１０８）を０．３ｗｔ％加えて均一
に分散させた上で、ラジカル重合開始剤としてベンゾイ
ルパーオキサイド（ＢＰＯ）０．５ｗｔ％、連鎖移動剤
としてｎ―ブチルメルカプタン（ｎ―ＢＭ）０．２ｗｔ
％を添加し、７０゜Ｃで２０時間注型重合させて１７０
ｍｍ角、厚さ１０ｍｍの板状（直方体形状）の光散乱導
光体を得た。この光散乱導光体の一側面から円筒状の切
削加工を行い、図６に示した如く円筒状の空所１６内に
蛍光灯１５を収容した。空所１６は計３ヶ所とし、蛍光
灯１５のサイズは直径４ｍｍ，長さ１７０ｍｍであっ
た。各蛍光灯の真上側には図８に示したカバー乃至シー
ルド２１を施した。なお、アルミニウム蒸着膜２２を使
用しても良い。

【０１２７】散乱導光体の背後には、光散乱導光体とは
別体の反射フィルムを置き、光散乱導光体の上面に頂角
約１１０゜のプリズムフィルムを載置し光源装置を構成
した。（光散乱導光体下側の面に、光拡散性インキのド
ットパターン等の散乱補強手段を設けることはしな
い。）目視によって全体の明るさを観察したところ、全面が明
るく見え、特に明暗差は認められなかった。

【０１２８】次に、同じ蛍光灯埋め込み済みの光散乱導
光体の表面に、頂角α＝８０゜、凹凸のピッチｄ＝０．
２ｍｍ、深さは０．１ｍｍのプリズム状加工を施し、こ
のプリズム加工面を上に向けた場合と、下に向けた場合
とについて出射散乱光強度を測定したところ、いずれの
場合にも、光散乱導光体の上面全体にわたってプリズム
加工を施す前よりも明るい散乱光が観測された。

【０１２９】

【発明の効果】本発明によれば、従来技術では避け難か
った装置の複雑化、大型化を回避し、極めて簡単な構成
で均一で明るい光出射面を持つ、製造が簡単な光散乱導
光装置が提供される。即ち、本発明によって、散乱能の
勾配付与や拡散インキ層等の補強手段付加を必要としな
くなるから、製造工程の複雑化と装置の大型化を避ける
ことが可能になり、光散乱導光体表面に凹凸を設けると
いう簡単且つスペースを要しない手段によって、散乱出
射光強度の角度特性を調整出来るから、サイズを変えず
に光散乱導光光源装置の実質的な明るさを改善すること
が出来るようになった。

【０１３０】また、光源要素を光散乱導光体の空所ある
いは凹部に収容する構成を採用することによって、従来
の光源要素の配置上の制約に伴う問題（光量と明るさ均
一度の不足、光源要素配置の為の付加スペースの問題）
を一挙に解決することが出来た。

【０１３１】更に、本発明は、前述した本発明者に係る
幾つかの提案と組み合わせることによって、著しい相乗
的効果が発揮されることも着目されるべきである。特
に、前述の平成４年１１月２７日出願の日本国特許出願
の明細書に開示した光出射方向修正素子（例えば、プリ
ズムフィルム）は、本発明のいずれの形態（請求項１〜
請求項５）に従った構成にも組み合わせて用いることが
可能であり、また、その組み合わせによる相乗効果も大
きい（＜実施例１＞〜＜実施例５＞におけるプリズムフ
ィルムの使用を参照）。

【０１３２】また、本発明者の創出した製造法（重合過
程を利用した方法及びポリマーブレンドによる方法）に
よって製造される各種特性を有する光散乱導光体材料
を、本発明に置ける光散乱導光体の素材に用い、凹凸加
工、光源埋め込み等の手段を施すことによって、材料の
調整を含めた光散乱導光装置全体の製造工程を合理化
し、装置の性能を大幅に改善する効果が得られるもので
ある。

【０１３３】本発明の光散乱導光体あるいは光散乱導光
光源装置は、このような利点を備えているから、液晶表
示装置等各種ディスプレイのバックライト光源装置、自
動車等におけるバックライト光源、１次光源として太陽
光あるいは通常の照明光源を利用した各種の照明システ
ムにおける各種形状と各種寸法の照明光源装置、レーザ
や発光ダイオード等の光源を１次光源に用いた際の光束
拡張装置、光信号伝送システムにおける光分岐装置・混
合、顕微鏡等において狭い範囲を集中的且つ強力に照明
する装置等への適用を通じて、幅広い光学分野でその有
用性を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】横軸に相関距離ａ、縦軸に誘電率ゆらぎ２乗平
均τ＝＜η^２＞をとって有効散乱照射パラメータＥの曲
線をＥ＝５０［cm^-1］及びＥ＝１００［cm^-1］の場合に
ついて描いた図である。

【図２】本発明に従って、散乱出射光強度を調整する凹
凸領域を散乱出射光取出面側に形成した光散乱導光体を
用いた光散乱導光光源装置の典型的な配置を示す図であ
る。

【図３】本発明に従って、散乱出射光強度を調整する凹
凸領域を散乱出射光取出面と相反する側に形成した光散
乱導光体を用いた光散乱導光光源装置の典型的な配置を
示す図である。

【図４】図２に示された光散乱導光体における光線進路
を例示した図である。

【図５】図３に示された光散乱導光体における光線進路
を例示した図である。

【図６】光源要素を光散乱導光体の空所に配置した光散
乱導光光源装置の配置を例示した図である。

【図７】光源要素の周囲の一部を覆うように形成乃至配
置されるカバー乃至シールドのの一つの例（ａ）及び別
の例（ｂ）を示した図である。

【符号の説明】

１、１１光散乱導光体２凹凸領域３外部（空気）４、１４反射フィルム５、１５光源要素（蛍光灯）１６空所２１、２２カバー乃至シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13357 G02B 6/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光受入表面領域と、前記入射光受入
表面領域からの入射光を起源とする散乱出射光を取り出
す為の散乱出射光取出表面領域と、光散乱能が実質的に
一様に与えられた光散乱体積領域とを有する光散乱導光
体であって；前記散乱出射光取出表面領域の少なくとも
一部には散乱出射光強度の角度特性を調整するプリズム
状凹凸要素配列が規則的に繰り返し形成されており、前記光散乱体積領域の有効散乱照射パラメータＥ［c
m^-1］の値が、０．００１≦Ｅ≦１０００の範囲にあ
り、該光散乱体積領域に前記散乱能を生じせしめる屈折率不
均一構造の相関関数γ（ｒ）を近似式γ（ｒ）＝ｅｘｐ
［―ｒ／ａ］（但しｒは、光散乱導光体内の２点間距離
［μｍ］）で表した時の相関距離ａの範囲が、０．００
５μｍ≦ａ≦５０μｍの範囲にある、前記光散乱導光
体。
【請求項２】入射光受入表面領域と、前記入射光受入
表面領域からの入射光を起源とする散乱出射光を取り出
す為の散乱出射光取出表面領域と、光散乱能が実質的に
一様に与えられた光散乱体積領域とを有する光散乱導光
体であって；前記散乱出射光取出表面領域と相反する側
の面の少なくとも一部には、外部の反射要素に対向し、
散乱出射光強度の角度特性を調整するプリズム状凹凸要
素配列が規則的に繰り返し形成されており、前記光散乱体積領域の有効散乱照射パラメータＥ［c
m^-1］の値が、０．００１≦Ｅ≦１０００の範囲にあ
り、該光散乱体積領域に前記散乱能を生じせしめる屈折率不
均一構造の相関関数γ（ｒ）を近似式γ（ｒ）＝ｅｘｐ
［―ｒ／ａ］（但しｒは、光散乱導光体内の２点間距離
［μｍ］）で表した時の相関距離ａの範囲が、０．００
５μｍ≦ａ≦５０μｍの範囲にある、前記光散乱導光
体。
【請求項３】入射光受入表面領域と、前記入射光受入
表面領域からの入射光を起源とする散乱出射光を取り出
す為の散乱出射光取出表面領域と、光散乱能が実質的に
一様に与えられた光散乱体積領域とを有し、前記散乱出
射光取出表面領域の少なくとも一部には散乱出射光強度
の角度特性を調整するプリズム状凹凸要素配列が規則的
に繰り返し形成されている光散乱導光体と、前記光散乱導光体に光供給を行なう光源要素とを備えた
光散乱導光装置であって：前記光散乱体積領域は、前記
プリズム状凹凸要素配列部分と直方体形状部分とを含
み、前記光源要素は、前記直方体形状の側面部分の近傍に配
置されており、前記光散乱体積領域の有効散乱照射パラメータＥ［c
m^-1］の値が、０．００１≦Ｅ≦１０００の範囲にあ
り、該光散乱体積領域に前記散乱能を生じせしめる屈折率不
均一構造の相関関数γ（ｒ）を近似式γ（ｒ）＝ｅｘｐ
［―ｒ／ａ］（但しｒは、光散乱導光体内の２点間距離
［μｍ］）で表した時の相関距離ａの範囲が、０．００
５μｍ≦ａ≦５０μｍの範囲にある、前記光散乱導光装
置。
【請求項４】入射光受入表面領域と、前記入射光受入
表面領域からの入射光を起源とする散乱出射光を取り出
す為の散乱出射光取出表面領域と、光散乱能が実質的に
一様に与えられた直方体形状の光散乱体積領域とを有
し、前記散乱出射光取出表面領域と相反する側の面の少
なくとも一部には、外部の反射要素に対向し、且つ、散
乱出射光強度の角度特性を調整するプリズム状凹凸要素
配列が規則的に繰り返し形成されている光散乱導光体
と、前記光散乱導光体に光供給を行なう光源要素とを備えた
光散乱導光装置であって：前記光散乱体積領域は、前記
プリズム状凹凸要素配列部分と直方体形状部分とを含
み、前記光源要素は、前記直方体形状の側面部分の近傍に配
置されており、前記光散乱体積領域の有効散乱照射パラメータＥ［c
m^-1］の値が、０．００１≦Ｅ≦１０００の範囲にあ
り、該光散乱体積領域に前記散乱能を生じせしめる屈折率不
均一構造の相関関数γ（ｒ）を近似式γ（ｒ）＝ｅｘｐ
［―ｒ／ａ］（但しｒは、光散乱導光体内の２点間距離
［μｍ］）で表した時の相関距離ａの範囲が、０．００
５μｍ≦ａ≦５０μｍの範囲にある、前記光散乱導光装
置。徴とする光散乱導光光源装置。
【請求項５】前記光源要素は棒状の形状を有し、前記
直方体形状の側面部分に沿うように配置されていること
を特徴とする、請求項３または請求項４に記載された光
散乱導光光源装置。