JP6536490B2 - 透明導光板及びこれに用いる光反射シート - Google Patents

Description

この発明は、透明導光板及びこれに用いる光反射シートに関する。この発明の透明導光板は、例えば、透過型ディスプレイ装置の面光源等に適用することができる。

透過型ディスプレイ装置としては、例えば下記特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１の透過型ディスプレイ装置では、バックライトとして、面光源を使用している。

ここで、面光源は、例えば、導光板の側面から入射させた光を、その導光板の厚さ方向に出射させることによって、液晶板等に光を供給する。面光源をバックライトとして使用することにより、蛍光灯やＬＥＤアレイ等を使用する場合と比較して、その透過型ディスプレイ装置を薄型化できる。

面光源としては、例えば、下記特許文献２に開示されたものが知られている。特許文献２では、インクジェット印刷技術を用いて、導光板の背面に、球欠状の光反射突部（引用文献２では光反射ドット）を多数形成している。そして、導光板の側面から入射した光が、導光板内で散乱し、その一部が光反射突部の内側球面に達して反射することにより、導光板の厚さ方向に出射する光を得る（引用文献２の図１等参照）。

国際公開第２０１４／０１０５８５号 特開２０１５−７６１２４号公報

しかしながら、インクジェット印刷技術を用いて光反射突部を形成する場合、この光反射突部の径やピッチを高精度に制御することが困難である。このため、引用文献２の技術によっては、光量が十分に均一な面光源を歩留まり良く製造することは困難であった。

また、インクジェット印刷技術を使用する場合、光反射突部の径を十分に小さくすることができない。このため、従来の導光板には、これらの光反射突部が視認できてしまうと共に、十分な出射光量を得にくいという欠点があった。

更に、インクジェット印刷技術を使用する場合、光反射突部が導光板から剥がれ落ち易いという欠点があった。特に、表示画面が曲面の透過型ディスプレイ装置を作成するために、その導光板を湾曲させると、一部の光反射突部が導光板から剥がれ落ちてしまって、光量が十分に均一な面光源を得ることができない。更には、光反射突部が剥がれ落ちやすいために、導光板の表面を洗浄することも困難であった。

この発明は、出射光量の均一性が十分に高く、光反射突部が視認し難く、且つ、光反射突部が剥がれ落ち難い導光板を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するため、請求項１の発明に係る透明導光板は、光源から側面に入射された光の少なくとも一部を、裏面に設けられた複数の光反射突部の内球面で反射させて、表面から出射させる透明導光板であって、平板形状を呈する、透光性の導光基材と、型押し加工で前記光反射突部が形成され、該光反射突部の形成面が外側になるように該導光基材の裏面に貼付される、平板形状の光反射部材と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記光反射部材は、前記導光基材の前記裏面側に積層された複数の透光層を備え、該複数の透光層のうちの最外層は、前記光反射突部が形成された光反射層であり、該光反射層は、直接接する前記透光層よりも屈折率が高い、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加えて、前記複数の透光層は、前記導光基材の裏面に貼付されるポリエチレンテレフタラート層と、紫外線硬化性樹脂を用いて該ポリエチレンテレフタラート層上に直接形成された前記光反射層とを含むことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の構成に加えて、前記導光基材及び前記光反射部材が可撓性を有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の構成に加えて、前記光源から側面に入射された光の一部を背面から出射させることを特徴とする。

請求項６の発明に係る光反射シートは、請求項１乃至５のいずれかに記載の透明導光板を構成する光反射部材として使用する光反射シートであって、平板形状に形成され、型押し加工で光反射突部が形成され、該光反射突部の形成面が外側になるように導光基材の裏面に貼付されるように構成されており、光源から前記透明導光板の側面に入射された光の少なくとも一部を、前記導光基材の裏面に貼付されて設けられた複数の前記光反射突部の内球面で反射させて、前記透明導光板の表面から出射させるように構成されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、光反射部材に型押し加工で光反射突部を形成することとしたので、光反射突部の径やピッチを高精度に制御することが容易である。

また、型押し加工を使用することにより、光反射突部の径を非常に小さくすることが可能になる。

更に、型押し加工を使用することにより、光反射突部を剥がれ落ち難くすることができる。

請求項２の発明によれば、複数の透光層を積層することで光反射部材を構成するに際して、最外層である光反射層の屈折率を、直接接する透光層の屈折率よりも大きくしたので、透明導光板が被照射面を照射する光量を増大させることができる。

請求項３の発明によれば、光反射部材を、ポリエチレンテレフタラート層及び紫外線硬化性樹脂層の積層としたので、耐久性が高く、加工し易く且つ安価な光反射部材を得ることができる。

請求項４の発明によれば、導光基材及び光反射部材を可撓性とすることで、表示画面が曲面の透過型ディスプレイ装置の透明導光板としての使用が可能になる。

請求項５の発明によれば、光源から側面に入射された光の一部を背面から出射させることにより、表示画面と背景とを重ねて表示するタイプの透過型ディスプレイ装置に、この発明の透明導光板を使用できる。

請求項６の発明によれば、この発明に係る透明導光板用の光反射部材を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る透明導光板の構成を概念的に示す断面図である。 上記実施の形態１に係る透明導光板の構成を概念的に示す平面図である。 上記実施の形態１に係る透明導光板の原理を説明するための概念的部分断面図である。 上記実施の形態１に係る透明導光板の製造方法を説明するための概念的平面図である。

以下、この発明の実施の形態１について、図面を参照して説明する。

図１は、この実施の形態１に係る透明導光板の構造を概略的に示す断面図である。

図１に示したように、この透明導光板１００は、導光基材１１０と、接着層１２０と、光反射部材１３０とを備える。

導光基材１１０は、透光性を有する、板状の基材である。この導光基材１１０としては、平面視が矩形の、平板形状のものが使用される。導光基材１１０は、剛性を有する板であっても良いし、可撓性を有するシートであっても良い。導光基材１１０の形成材料としては、例えばアクリルが好適であるが、他の材料を使用してもよい。導光基材１１０の平面寸法は任意であり、使用する透過型ディスプレイ装置の画面寸法等に応じて定めれば良い。また、導光基材１１０の厚さも任意であるが、例えば２ｍｍ程度である。この実施の形態１では、導光基材１１０の屈折率ｎ０を、１．４９に設定した。

接着層１２０としては、例えば透明光学粘着フィルム（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｆｉｌｍ：ＯＣＡ）を使用できる。但し、十分な透光性と接着性能とを有するものであれば、他の種類の接着シートや接着剤等を使用してもよい。この接着層１２０の厚さは、例えば０．１ｍｍである。この実施の形態１では、接着層１２０の屈折率ｎ１を、１．４８５７に設定した。

光反射部材１３０は、接着層１２０を用いて、導光基材１１０の裏面に貼付される。この光反射部材１３０としては、例えば、平面寸法が導光基材１１０と略同一の、平板形状のものが使用される。この光反射部材１３０は、剛性を有する板であっても良いし、可撓性を有するシート（この発明の光反射シートに対応）であっても良い。

光反射部材１３０は、単層構造であっても良いし、多層構造であっても良い。図１の例では、この光反射部材１３０を、ベース層１３１と光反射層１３２とを積層することで形成した。これらの層１３１，１３２は、何れも透光性を有する層である。

ここで、ベース層１３１の形成材料としては、例えばＰＥＴ（すなわち、ポリエチレンテレフタラート）を使用できるが、他の材料で形成してもよい。この実施の形態１では、ベース層１３１の屈折率ｎ２を、１．４８に設定した。また、このベース層１３１の厚さは、例えば０．０５ｍｍである。なお、ベース層１３１が厚くなるほど出射光の色温度が上昇する傾向があるため、このベース層１３１は、光反射部材１３０の耐久性等を確保できる範囲内で、なるべく薄くすることが望ましい。

光反射層１３２としては、例えば紫外線硬化樹脂を使用できるが、他の材料で形成してもよい。この実施の形態１では、光反射層１３２の屈折率ｎ３を、１．５７８５に設定した。また、この光反射層１３２の厚さは、例えば、０．０１２ｍｍである。

この光反射層１３２の外側面１３２ａ側には、多数の光反射突部１３２ｂが形成されている。

光反射突部１３２ｂは、望ましくは、球欠状を呈する。このような形状とすることで、これら光反射突部１３２ｂの内球面を凹面鏡として作用させて、導光基材１１０から光反射部材１３０に挿入された光の一部を反射させ、導光基材１１０の表面側に導くことができる。

光反射突部１３２ｂの寸法は、例えば直径３０〜６０μｍ、高さ３〜５μｍ（望ましくは３．３〜４．６７μｍ）である。

図２の平面図に示したように、これらの光反射突部１３２ｂは、光反射層１３２の外側面１３２ａに、互いに直交するｘ方向及びｙ方向（すなわち、光反射部材１３０の縦横方向）に沿った二次元方向に、所定のピッチで、所定の配置パターンに従って配置される。図２の例では、光反射突部１３２ｂを千鳥状に配置したが、通常の行列状でもよい。図２において、縦横方向のピッチＡは例えば０．１６〜０．２４ｍｍ、斜め方向のピッチＢは例えば０．１１〜０．１７ｍｍである。また、隣接する３個の光反射突部１３２ｂが成す三角形の角度θａ，θｂ，θｃは任意であるが、この実施の形態１では、θａ＝θｂ＝θｃ＝６０゜（すなわち正三角形）とした。

次に、この実施の形態１に係る透明導光板１００の光学的な原理について、図３の概念的部分断面図を用いて説明する。

図３に示したように、透明導光板１００には、その側面から、この透明導光板１００の表面及び裏面と平行な方向に、光が入射される。上述のように、この光の光源としては、例えば白色ＬＥＤ（図示せず）等が使用される。

透明導光板１００に入射された光は、その一部が、この導光基材１１０と接着層１２０との境界面３０１に達する。そして、この境界面３０１で、一部の光は反射し、残りの光は屈折して接着層１２０に入射される。

接着層１２０に入射された光は、この接着層１２０とベース層１３１との境界面３０２に達する。そして、この境界面３０２で、一部の光は反射し、残りの光は屈折してベース層１３１に入射される。

更に、ベース層１３１に入射された光は、このベース層１３１と光反射層１３２の境界面３０３に達する。そして、この境界面３０３で、一部の光は反射し、残りの光は屈折して光反射層１３２に入射される。

そして、光反射層１３２に入射された光の一部は、光反射突部１３２ｂに達して、この光反射突部１３２ｂで反射する。

光反射突部１３２ｂで反射した光は、境界面３０３に達して、その一部は反射し、残りは屈折してベース層１３１に入射される。

ベース層１３１に入射された光は、境界面３０２に達して、その一部は反射し、残りは屈折して接着層１２０に入射される。

更に、接着層１２０に入射された光は、境界面３０１に達して、その一部は反射し、残りは屈折して導光基材１１０に入射される。

そして、導光基材１１０に入射された光の一部が、この導光基材１１０の表面（図３の下側面）から出射する。

ここで、周知のように、光が物質Ａ（屈折率をｎａとする）から物質Ｂ（屈折率をｎｂとする）に達した場合、その境界面における反射率Ｒは、下式（１）で与えられる（垂直入射の場合）。

Ｒ＝（ｎａ−ｎｂ）^２／（ｎａ＋ｎｂ）^２ ・・・（１）
この式（１）が示すように、物質Ａ，Ｂの屈折率ｎａ，ｎｂの差が小さいほど、反射率Ｒが小さくなり、したがって物質Ａから物質Ｂへ達した光の透過率が多くなる。

この実施の形態１では、上述のように、導光基材１１０の屈折率ｎ０は１．４９、接着層１２０の屈折率ｎ１は１．４８５７、ベース層１３１の屈折率ｎ２は１．４８、光反射層１３２の屈折率ｎ３は１．５７８５である。

すなわち、この実施の形態１では、導光基材１１０の屈折率ｎ０と接着層１２０の屈折率ｎ１との差（０．００４３）及び接着層１２０の屈折率ｎ１とベース層１３１の屈折率ｎ２との差（０．００５７）が小さいため、これら各部１１０，１２０，１３１の境界面３０１，３０２では、光の透過率が高い。従って、導光基材１１０の側面から入射された光の多くは、ベース層１３１へ達する。

一方、光反射層１３２の屈折率ｎ３とベース層１３１の屈折率ｎ２との差（ｎ３−ｎ２＝０．０９８５は大きい。このため、ベース層１３１側から境界面３０３に達した光の透過率は、境界面３０１，３０２の場合よりも小さくなる（従って、反射率は、境界面３０１，３０２の場合よりも大きくなる）。

その反面、ｎ３＞ｎ２であるため、ベース層１３１側から境界面３０３へ達した光の全反射は起こらない。

従って、十分な光量の光を、ベース層１３１から光反射層１３２内へ導くことができる。

ここで、周知のように、境界面３０３に達した時の入射角θ１が大きいほど、光の反射率が高くなる。このため、光反射層１３２には、入射角θ１が小さい光（すなわち、透明導光板１００の厚さ方向に対する角度が小さい光）が、多く入射されることになる。

光反射層１３２へ入射された光の一部は、上述のように、光反射突部１３２ｂで反射する。上述のように、光反射層１３２の屈折率ｎ３は１．５７８５であり、この光反射層１３２の外部（通常は空気）の屈折率と比べて十分に大きいので、光反射突部１３２ｂで反射する光の光量は十分に大きい（上述の式（１）参照）。

そして、光反射層１３２内で反射した光は、再び、境界面３０３へ達する。上述のように、境界面３０３に達した時の入射角が大きいほど、光の反射率が高い。更に、この光は、屈折率の高い媒体（光反射層１３２）から低い媒体（ベース層１３１）へ入射する光であるため、入射角θ２が所定値より大きい光に対しては、全反射が起こる。このため、ベース層１３１には、入射角θ２が小さい光（すなわち、透明導光板１００の厚さ方向に対する角度が小さい光）が、多く入射されることになる。

なお、このとき境界面３０３で反射した光の一部は、光反射層１３２内で散乱し、この境界面３０３への入射角θ２が小さい光となって、ベース層１３１に入射されることになる。

ベース層１３１に入射された光の一部は、上述のように、接着層１２０及び導光基材１１０を透過して、この導光基材１１０の表面（図３の下側面）から出射する。上述のように、ベース層１３１と接着層１２０との屈折率の差（ｎ２−ｎ１）や、接着層１２０と導光基材１１０との屈折率の差（ｎ０−ｎ１）は小さいので、これらの透過率は十分に大きい。

このように、この実施の形態１では、光反射部材１３０を、上の層（すなわち光反射層１３２）の方が屈折率が高くなるように構成したので、透明導光板１００の厚さ方向に対する角度が小さい光を多く取り出せるようになり、これにより出射光の指向性を高めることができるので、被照射面（例えば、透過型ディスプレイ装置の液晶パネル）の照射光量を増大させることができる。

次に、この実施の形態１に係る透明導光板１００の製造方法について説明する。

最初に、以下のようにして、シート状の光反射部材１３０を作製する。

まず、ベース層１３１（例えばＰＥＴ）の裏面に、液体状態の紫外線硬化性樹脂を塗布する。

次に、この紫外線硬化性樹脂に、型押し加工で、光反射突部１３２ｂを形成する。型押し加工の方式は限定されず、この紫外線硬化性樹脂に平板状の型を押し付ける直押し転写方式でもよいが、大面積の光反射部材１３０を作製するためには、回転ローラ型の型を用いたローラ転写方式を用いることが望ましい。

続いて、紫外線を照射することにより、この紫外線硬化性樹脂を硬化させる。

その後、この光反射部材１３０を、所望のサイズに寸断する。光反射部材１３０のサイズは、被照射面（例えば、透過型ディスプレイ装置の液晶パネル）のサイズに基づいて決定される。

以上により、シート状の光反射部材１３０が完成する。

次に、以下のようにして、この光反射部材１３０を、導光基材１１０に貼付する工程を行う。

まず、導光基材１１０の裏面に、接着層１２０を形成する。上述のように、この接着層１２０の形成方法は、透明光学粘着フィルム（ＯＣＡ）を貼付する方法であっても良いし、液体の接着剤等を導光基材１１０の裏面に塗布する方法であっても良い。

その後、この接着層１２０の裏面に、シート状の光反射部材１３０を貼付する。このとき、図４の概念的平面図に示したように、この光反射部材１３０を、導光基材１１０に対して、傾斜させて貼付してもよい。

例えば、この光反射部材１３０を、光反射突部１３２ｂの縦横の配列方向と導光基材１１０の縦横の側面とが平行になるように貼付すると、光反射突部１３２ｂのピッチや配置パターンによっては、透明導光板１００の出射光に縞状の輝度ムラが発生して、被照射面（例えば、透過型ディスプレイ装置の液晶パネル）の画質を劣化させる原因になる場合がある。

これに対して、本願発明者等の検討によれば、光反射部材１３０を、透明導光板１００に対して傾斜させて貼付することで、光反射突部１３２ｂの配列方向が、光の入射方向や液晶パネルの液晶素子の配列方向に対して傾斜した状態になり、これによって、このような画質劣化を抑制・防止することが可能になる。

傾斜角度は、光反射突部１３２ｂのピッチや配列パターン等によって異なるが、例えば３〜５゜程度である。

なお、光反射部材１３０を傾斜させて貼付するのでは無く、この光反射部材１３０の縦横側面に対して傾斜するように、光反射突部１３２ｂを形成することにしてもよい。

以上説明したように、この実施の形態１によれば、光反射部材１３０に型押し加工で光反射突部１３２ｂを形成することとしたので、光反射突部１３２ｂの径やピッチを高精度に制御することが容易になる。

また、型押し加工を使用することにより、光反射突部１３２ｂの径を非常に小さくすることが可能になる。

更に、型押し加工を使用することにより、光反射突部１３２ｂを剥がれ落ち難くすることができる。

加えて、ベース層１３１及び光反射層１３２を積層することで光反射部材１３０を構成すると共に、ベース層１３１の屈折率よりも光反射層１３２の屈折率のを大きくしたので、透明導光板１００が被照射面を照射する光量を増大させることができる。

この実施の形態１によれば、ベース層１３１をＰＥＴで形成すると共に光反射層１３２を紫外線硬化性樹脂で形成したので、耐久性が高く、加工し易く且つ安価な光反射部材を得ることができる。

この実施の形態１によれば、導光基材１１０及び光反射部材１３０を可撓性とすることで、表示画面が曲面の透過型ディスプレイ装置の透明導光板としての使用が可能になる。

なお、この実施の形態１では、この発明に係る透明導光板１００を液晶ディスプレイ等に利用する場合を例にとって説明したが、入射光の一部を背面から出射させることにより、表示画面と背景とを重ねて表示するタイプの透過型ディスプレイ装置に使用することも可能である。この場合は、光反射部材１３０を透過して裏面側の対象物で反射した光が、光反射部材１３０、接着層１２０及び導光基材１１０を透過することを利用する。

１００ 透明導光板
１１０ 導光基材
１２０ 接着層
１３０ 光反射部材
１３１ ベース層
１３２ 光反射層
１３２ａ 外側面
１３２ｂ 光反射突部
３０１〜３０３ 境界面

Claims (6)

1. 光源から側面に入射された光の少なくとも一部を、裏面に設けられた複数の光反射突部の内球面で反射させて、表面から出射させる透明導光板であって、
   平板形状を呈する、透光性の導光基材と、
   型押し加工で前記光反射突部が形成され、該光反射突部の形成面が外側になるように該導光基材の裏面に貼付される、平板形状の光反射部材と、
   を備えることを特徴とする透明導光板。
2. 前記光反射部材は、前記導光基材の前記裏面側に積層された複数の透光層を備え、
   該複数の透光層のうちの最外層は、前記光反射突部が形成された光反射層であり、
   該光反射層は、直接接する前記透光層よりも屈折率が高い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の透明導光板。
3. 前記複数の透光層は、前記導光基材の裏面に貼付されるポリエチレンテレフタラート層と、紫外線硬化性樹脂を用いて該ポリエチレンテレフタラート層上に直接形成された前記光反射層とを含むことを特徴とする請求項２に記載の透明導光板。
4. 前記導光基材及び前記光反射部材が可撓性を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の透明導光板。
5. 前記光源から側面に入射された光の一部を背面から出射させることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の透明導光板。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の透明導光板を構成する光反射部材として使用する光反射シートであって、
   平板形状に形成され、型押し加工で光反射突部が形成され、該光反射突部の形成面が外側になるように導光基材の裏面に貼付されるように構成されており、
   光源から前記透明導光板の側面に入射された光の少なくとも一部を、前記導光基材の裏面に貼付されて設けられた複数の前記光反射突部の内球面で反射させて、前記透明導光板の表面から出射させるように構成されたことを特徴とする光反射シート。

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