JP2012014933A - Light guide plate and method for manufacturing the same, plane light source device, and liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッジライト型の面光源装置に用いられ、散乱粒子を含有する導光板およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a light guide plate that is used in an edge light type surface light source device and contains scattering particles, and a method for manufacturing the same.
液晶パネルを背面側から照明する面光源装置が広く普及している（例えば、特許文献１〜４参照）。面光源装置は、大別すると、光学部材の直下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。
2. Description of the Related Art Surface light source devices that illuminate a liquid crystal panel from the back side are widely used (for example, see
エッジライト型の面光源装置では、光源の側方に導光板が設けられており、光源からの光は、導光板の側面（入光面）から導光板内に入射する。導光板へ入射した光は、導光板の対向する一対の主面において反射を繰り返し、入光面に略直交する方向（導光方向）に導光板内を進んでいく。導光板内を進む光は、導光板から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していくようになる。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、導光板内に散乱粒子が分散されている場合、導光板内を進む光を少しずつ導光板から出射させるようにすることができる。 In the edge light type surface light source device, a light guide plate is provided on the side of the light source, and light from the light source enters the light guide plate from a side surface (light incident surface) of the light guide plate. The light incident on the light guide plate is repeatedly reflected on a pair of opposing main surfaces of the light guide plate, and travels in the light guide plate in a direction substantially perpendicular to the light incident surface (light guide direction). The light traveling through the light guide plate is gradually emitted from the light exit surface as it travels through the light guide plate due to the optical action from the light guide plate. As a result, the amount of light emitted from the light exit surface of the light guide plate is made uniform along the light guide direction. For example, when scattering particles are dispersed in the light guide plate, light traveling in the light guide plate can be emitted from the light guide plate little by little.
また、面光源装置には、出射光量の面内分布を均一化させることだけでなく、正面方向輝度を向上させることや、光源光の利用効率を向上させること等も求められている。このため、通常の面光源装置では、導光方向に沿った光の成分について輝度の角度分布を調節するための光学シート（プリズムシート）や、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について輝度の角度分布を調節するための光学シート（プリズムシート）等の種々の光学部材が、導光板の出光面側に配置されている（例えば、特許文献１，３，４参照）。また、光源光の利用効率を向上させるための反射シートが、導光板の背面側に配置されている（例えば、特許文献１，３，４参照）。
In addition, the surface light source device is required not only to make the in-plane distribution of the emitted light quantity uniform, but also to improve the luminance in the front direction and the utilization efficiency of the light source light. For this reason, in a normal surface light source device, an optical sheet (prism sheet) for adjusting the angular distribution of luminance for the light component along the light guide direction, or the light component along the direction orthogonal to the light guide direction Various optical members such as an optical sheet (prism sheet) for adjusting the angular distribution of luminance are arranged on the light exit surface side of the light guide plate (see, for example,
散乱粒子を含有する導光板においては、例えば散乱粒子の濃度には、導光板の大きさやベース樹脂および散乱粒子の種類によって最適値があり、散乱粒子の濃度が高すぎると入光面近傍での出射光量が多くなりすぎて、導光板の中央部分にて光量不足となり、一方、散乱粒子の濃度が低すぎると入光面に対向する面からの漏れ光が多く、やはり導光板の中央部分での光量が不足する。したがって、散乱粒子を含有する導光板を製造する際には、導光板の中央部分での高い正面輝度、均一な出射光量の面内分布、良好な光利用効率を実現する設計条件を求めることが望ましい。 In a light guide plate containing scattering particles, for example, the concentration of the scattering particles has an optimum value depending on the size of the light guide plate and the type of the base resin and the scattering particles. If the concentration of the scattering particles is too high, The amount of emitted light becomes too large, and the amount of light in the central part of the light guide plate becomes insufficient.On the other hand, if the concentration of scattered particles is too low, there is a lot of leakage light from the surface facing the light incident surface. The amount of light is insufficient. Therefore, when manufacturing a light guide plate containing scattering particles, it is necessary to obtain design conditions that realize high front luminance at the central portion of the light guide plate, in-plane distribution of uniform emitted light quantity, and good light utilization efficiency. desirable.
しかしながら、従来、散乱粒子を含有する導光板において、所望の光学特性を実現する設計条件を簡単に求めることは困難であった。そこで従来は、所望の光学特性を備える導光板を製造する上で、散乱粒子の粒径や濃度などを変えて実際にサンプルを作製し、所望の光学特性が得られる処方を決定する方法や、計算機を用いた大がかりなシミュレーションによって設計条件を求める方法が採用されていた。 However, conventionally, it has been difficult to easily obtain design conditions for realizing desired optical characteristics in a light guide plate containing scattering particles. Therefore, conventionally, in producing a light guide plate having desired optical characteristics, a method of actually preparing a sample by changing the particle size, concentration, etc. of the scattering particles, and determining a prescription for obtaining the desired optical characteristics, A method of obtaining design conditions by a large-scale simulation using a computer has been adopted.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、導光板の中央部分での高い正面輝度、均一な出射光量の面内分布、良好な光利用効率など優れた光学特性を備える導光板を簡単に製造することができる導光板の製造方法、さらには光学特性に優れる導光板を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a light guide plate having excellent optical characteristics such as high front luminance at the central portion of the light guide plate, uniform in-plane distribution of emitted light quantity, and good light utilization efficiency. The main object is to provide a method of manufacturing a light guide plate that can be easily manufactured, and a light guide plate that is excellent in optical characteristics.
上記目的を達成するために、本発明は、出光面と、上記出光面に対向する背面と、上記出光面および上記背面の間の側面のうち少なくとも一つの上記側面に設けられた入光面とを有し、ベース樹脂に散乱粒子が分散されてなる導光板であって、上記散乱粒子の屈折率が上記ベース樹脂の屈折率よりも小さく、上記散乱粒子の平均濃度をＤ、上記散乱粒子の断面積をＳｄ、上記散乱粒子の体積をＶｄ、上記入光面から上記入光面に対向する面までの導光距離をＬ、臨界角をθｃとしたとき、下記式（１）で示される上記導光板内で光が上記入光面に直交する方向に直進すると仮定した場合の上記散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳ、および、下記式（２）で示される上記導光板内で光が上記散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡが、下記式（３）を満たすことを特徴とする導光板を提供する。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
ＲＡ＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３）
In order to achieve the above object, the present invention provides a light exit surface, a back surface facing the light exit surface, and a light entrance surface provided on at least one of the side surfaces between the light exit surface and the back surface. A light guide plate in which scattering particles are dispersed in a base resin, wherein the refractive index of the scattering particles is smaller than the refractive index of the base resin, the average concentration of the scattering particles is D, and When the cross-sectional area is S d , the volume of the scattering particles is V d , the light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is L, and the critical angle is θ c , the following formula (1) When the light is assumed to travel straight in the direction orthogonal to the light incident surface in the light guide plate represented by the above formula, the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles and the light guide represented by the following formula (2) Total reflection probability of total reflection when light collides with the scattering particles in the light plate A provides a light guide plate and satisfies the following formula (3).
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
R A = 1− (sin θ c ) 2 (2)
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
本発明によれば、上記式（３）の関係が成立していることにより、導光板の中央部分での高い正面輝度、均一な出射光量の面内分布、良好な光利用効率など、優れた光学特性を備える導光板とすることが可能である。 According to the present invention, since the relationship of the above formula (3) is established, it is excellent in high front luminance at the central portion of the light guide plate, in-plane distribution of uniform emitted light quantity, good light utilization efficiency, and the like. A light guide plate having optical characteristics can be provided.
本発明の導光板は、上記ベース樹脂に上記散乱粒子が分散された本体部と、上記本体部の上記出光面側に形成され、上記入光面に直交する方向（導光方向）に対して交差する方向に配列された複数の単位プリズムを有する光学要素部とを有することが好ましい。光学要素部によって、導光方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、優れた集光作用を及ぼすことができるからである。 The light guide plate of the present invention is formed on the light emitting surface side of the main body part in which the scattering particles are dispersed in the base resin, and in a direction (light guide direction) orthogonal to the light incident surface. It is preferable to have an optical element portion having a plurality of unit prisms arranged in the intersecting direction. This is because the optical element portion can exert an excellent light collecting effect on the light component along the direction intersecting the light guide direction.
上記の場合、上記光学要素部が電離放射線硬化型樹脂の硬化物を含有することが好ましい。これにより、光学要素部に十分に優れた光学特性を付与することができるからである。 In the above case, the optical element part preferably contains a cured product of an ionizing radiation curable resin. This is because sufficiently excellent optical characteristics can be imparted to the optical element portion.
また本発明は、上述の導光板と、上記導光板の上記入光面に配置された光源と、上記導光板の上記背面に配置された反射シートと、上記導光板の上記出光面に配置され、複数の単位プリズムを有する光学シートとを備えることを特徴とする面光源装置を提供する。 The present invention is also arranged on the light guide plate described above, a light source disposed on the upper writing light surface of the light guide plate, a reflective sheet disposed on the back surface of the light guide plate, and the light exit surface of the light guide plate. A surface light source device comprising: an optical sheet having a plurality of unit prisms.
さらに本発明は、上述の面光源装置と、上記面光源装置の上記光学シート側に配置された液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶表示装置を提供する。 Furthermore, the present invention provides a liquid crystal display device comprising the above surface light source device and a liquid crystal panel disposed on the optical sheet side of the surface light source device.
本発明によれば、上述の導光板を有するので、導光板の中央部分での高い正面輝度、均一な出射光量の面内分布、良好な光利用効率を実現することが可能である。 According to the present invention, since the above-described light guide plate is provided, it is possible to achieve high front luminance at the center portion of the light guide plate, in-plane distribution of uniform emitted light quantity, and good light utilization efficiency.
また本発明は、出光面と、上記出光面に対向する背面と、上記出光面および上記背面の間の側面のうち少なくとも一つの上記側面に設けられた入光面とを有し、ベース樹脂に散乱粒子が分散されてなる導光板を製造する導光板の製造方法であって、上記散乱粒子の屈折率が上記ベース樹脂の屈折率よりも小さく、上記散乱粒子の平均濃度をＤ、上記散乱粒子の断面積をＳｄ、上記散乱粒子の体積をＶｄ、上記入光面から上記入光面に対向する面までの導光距離をＬ、臨界角をθｃとしたとき、下記式（１）で示される上記導光板内で光が上記入光面に直交する方向に直進すると仮定した場合の上記散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳ、および、下記式（２）で示される上記導光板内で光が上記散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡが、下記式（３）を満たすように、上記散乱粒子の濃度を選定する処方決定工程を有することを特徴とする導光板の製造方法を提供する。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
ＲＡ＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３）
The present invention also includes a light exit surface, a back surface facing the light exit surface, and a light incident surface provided on at least one of the side surfaces between the light exit surface and the back surface. A light guide plate manufacturing method for manufacturing a light guide plate in which scattering particles are dispersed, wherein a refractive index of the scattering particles is smaller than a refractive index of the base resin, an average concentration of the scattering particles is D, and the scattering particles Where S d is the cross-sectional area, V d is the volume of the scattering particles, L is the light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, and θ c is the critical angle, ) And the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles when it is assumed that the light travels straight in the direction orthogonal to the light incident surface in the light guide plate shown in FIG. Total reflection that totally reflects when light collides with the scattering particles in the light guide plate The rate R A is, so as to satisfy the following formula (3), to provide a method of manufacturing a light guide plate and having a prescription determination step of selecting a concentration of the scattering particles.
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
R A = 1− (sin θ c ) 2 (2)
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
本発明によれば、散乱粒子およびベース樹脂の種類、ならびに導光板の大きさに応じて、散乱粒子の濃度を最適化することで、所望の光学特性を備える導光板を得ることが可能である。したがって、所望の光学特性を実現する導光板の設計条件を簡単に求めることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a light guide plate having desired optical characteristics by optimizing the concentration of the scattering particles according to the types of the scattering particles and the base resin, and the size of the light guide plate. . Therefore, it is possible to easily obtain the design conditions of the light guide plate that achieves desired optical characteristics.
本発明においては、導光板の中央部分での正面輝度の向上、出射光量の面内分布の均一化、光利用効率の向上など、光学特性に優れる導光板とすることが可能であるという効果を奏する。 In the present invention, it is possible to obtain a light guide plate with excellent optical characteristics, such as an improvement in front luminance at the center portion of the light guide plate, a uniform distribution of the amount of emitted light in the surface, and an improvement in light utilization efficiency. Play.
以下、本発明の導光板、面光源装置、液晶表示装置および導光板の製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the light guide plate, the surface light source device, the liquid crystal display device, and the method for manufacturing the light guide plate of the present invention will be described in detail.
Ａ．導光板
本発明の導光板は、出光面と、上記出光面に対向する背面と、上記出光面および上記背面の間の側面のうち少なくとも一つの上記側面に設けられた入光面とを有し、ベース樹脂に散乱粒子が分散されてなる導光板であって、上記散乱粒子の屈折率が上記ベース樹脂の屈折率よりも小さく、上記散乱粒子の平均濃度をＤ、上記散乱粒子の断面積をＳｄ、上記散乱粒子の体積をＶｄ、上記入光面から上記入光面に対向する面までの導光距離をＬ、臨界角をθｃとしたとき、下記式（１）で示される上記導光板内で光が上記入光面に直交する方向（導光方向）に直進すると仮定した場合の上記散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳ、および、下記式（２）で示される上記導光板内で光が上記散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡが、下記式（３）を満たすことを特徴とするものである。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
ＲＡ＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３）
A. The light guide plate of the present invention has a light output surface, a back surface facing the light output surface, and a light incident surface provided on at least one of the side surfaces between the light output surface and the back surface. A light guide plate in which scattering particles are dispersed in a base resin, wherein a refractive index of the scattering particles is smaller than a refractive index of the base resin, an average concentration of the scattering particles is D, and a cross-sectional area of the scattering particles is When S d , the volume of the scattering particles is V d , the light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is L, and the critical angle is θ c , the following equation (1) is obtained. The expected value R S of the number of collisions with the scattering particles when it is assumed that light travels straight in the direction orthogonal to the light incident surface (light guide direction) within the light guide plate, and is expressed by the following formula (2): Total reflection probability of total reflection when light collides with the scattering particles in the light guide plate R A satisfies the following formula (3).
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
R A = 1− (sin θ c ) 2 (2)
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
本発明の導光板について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は本発明の導光板の一例を示す概略斜視図および断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図１および図２に示すように、導光板１は、一対の主面を有する四角形板状の部材として構成され、一方の主面である出光面３と、出光面３に対向するもう一方の主面である背面４と、出光面３および背面４の間の四つの側面のうち少なくとも一つの側面に設けられた入光面５とを有している。また、図２に示すように、導光板１は、ベース樹脂１１に散乱粒子１２が均一に分散された本体部１０を有している。ベース樹脂１１および散乱粒子１２は屈折率が異なり、散乱粒子１２は本体部１０内を進む光に対して屈折・反射によって光の進路方向を変化させる作用を及ぼすようになっている。
The light guide plate of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are a schematic perspective view and a cross-sectional view showing an example of the light guide plate of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
図２に例示するように、導光板１内を進む光は、散乱粒子１２によって進行方向を不規則に変更される。例えば、導光板１内を進む光８が臨界角未満の入射角θ１で出光面３に入射する場合、光は導光板１の出光面３から出射し得るようになる。なお、導光板１内を進む光が臨界角未満の入射角で出光面４に入射する場合もあり、この場合、光は導光板１の出光面４から出射し得るようになる。導光板１内を進行する光と導光板１内に分散された散乱粒子１２との衝突は、導光板１内の導光方向Ｋ（入光面５に直交する方向）に沿った各区域において生じる。このため、導光板１内を進んでいる光は、少しずつ出光面３から出射するようになる。
As illustrated in FIG. 2, the traveling direction of the light traveling in the
図２において、導光板１内を進む光８が臨界角未満の入射角θ１で出光面３に入射する場合、光は導光板１の出光面３から出射する。一方、導光板１内を進む光が臨界角よりも大きな入射角で出光面３に入射する場合、光は全反射し、導光板１の出光面３から出射しない。そのため、導光板の光取出し効率を高めるには、入射角θ１を臨界角未満とする、すなわち入射角θ１を小さくする、さらに言い換えると導光方向Ｋに対する光の進行方向の角度を大きくすることが有効である。したがって、導光板１内を進む光が散乱粒子１２に衝突したとき、すなわち導光板１内においてベース樹脂１１から散乱粒子１２に光８が入射したとき、散乱粒子１２による光の散乱によって、光の入射方向に対する光の出射方向の角度を大きくすることが有効となる。
In FIG. 2, when light 8 traveling in the
図３は、本発明の導光板内での光の進み方を示す模式図である。図３に例示するように、導光板１内を進む光８が散乱粒子１２に衝突したとき、すなわちベース樹脂１１から散乱粒子１２に光８が入射したとき、入射角θ２が臨界角よりも小さい場合、光は屈折して散乱粒子１２中を進む（一部の光は反射する）。一方、入射角θ２が臨界角よりも大きい場合、光は全反射される。
導光板１内を進む光８が散乱粒子１２に衝突したとき、すなわち導光板１内においてベース樹脂１１から散乱粒子１２に光８が入射したとき、光が屈折する場合と全反射する場合とでは、光の進路方向の変化の度合いに差がある。入射角θ２が臨界角よりも大きい場合に全反射が起こることから、光が全反射する場合には、光が屈折する場合と比較して、光の進路方向が大きく変化する、すなわち光の入射方向に対する光の出射方向の角度が大きくなる。
したがって、導光板の光取出し効率を高めるには、導光板内を進む光が散乱粒子に衝突したときに光を全反射させることが有効である。よって、導光板の光取出し効率は、全反射が起こる比率に比例すると仮定することができる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing how light travels within the light guide plate of the present invention. As illustrated in FIG. 3, when the light 8 traveling in the
When the light 8 traveling in the
Therefore, in order to increase the light extraction efficiency of the light guide plate, it is effective to totally reflect the light when the light traveling in the light guide plate collides with the scattering particles. Therefore, it can be assumed that the light extraction efficiency of the light guide plate is proportional to the ratio at which total reflection occurs.
まず、全反射が起こる比率を検討するに際し、導光板内で光が導光方向に直進すると仮定した場合の散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳを考える。なお、「導光板内で光が導光方向に直進すると仮定する」とは、導光板内で光が導光方向にまっすぐ進み、光が散乱されても光の進行方向が変わらないと仮定することをいう。散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳは、導光板内で光が導光方向にまっすぐ進み、光が散乱されても光の進行方向が変わらないと仮定した場合に、光が入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌを進んだときに散乱粒子に衝突する回数の期待値である。散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳは、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌと、散乱粒子の断面積Ｓｄと、散乱粒子の個数密度Ｄ／Ｖｄとによって決まる。したがって、導光板内で光が導光方向に直進すると仮定した場合の散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳは、下記式で表わすことができる。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
Ｓｄ＝π×ｒ２ （４）
Ｖｄ＝（４／３）×π×ｒ３ （５）
ここで、
Ｌ：入光面から入光面に対向する面までの導光距離
Ｓｄ：散乱粒子の断面積
Ｄ／Ｖｄ：散乱粒子の個数密度
Ｄ：散乱粒子の平均濃度
Ｖｄ：散乱粒子の体積
２ｒ：散乱粒子の平均粒径
である。したがって、散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳは、散乱粒子の平均粒径２ｒと、散乱粒子の濃度Ｄと、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌとによって決まる。
なお、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌは、図１および図２に例示するように入光面５と入光面５に対向する面６との間の距離をいう。
散乱粒子の個数密度Ｄ／Ｖｄは、単位体積当たりの散乱粒子の個数であり、図２に例示するような導光板１における散乱粒子１２の個数密度をいう。また、散乱粒子の平均濃度Ｄは、図２に例示するような導光板１の全体積に対する散乱粒子１２の体積％をいう。
First, when examining the ratio at which total reflection occurs, an expected value R S of the number of collisions with scattering particles when light is assumed to travel straight in the light guide direction within the light guide plate is considered. Note that “assuming that light travels straight in the light guide direction in the light guide plate” is assumed that the light travels straight in the light guide direction in the light guide plate, and the light traveling direction does not change even if the light is scattered. That means. The expected value R S of the number of collisions with the scattering particles is that the light is incident on the light incident surface when it is assumed that the light travels straight in the light guide direction within the light guide plate and the light traveling direction does not change even if the light is scattered. This is the expected value of the number of collisions with the scattering particles when traveling the light guide distance L from the surface to the surface facing the light incident surface. The expected value R S of the number of collisions with the scattering particles is the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the cross-sectional area S d of the scattering particles, and the number density D / V d of the scattering particles. It depends on. Therefore, the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles when light is assumed to travel straight in the light guide direction within the light guide plate can be expressed by the following equation.
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
S d = π × r 2 (4)
V d = (4/3) × π × r 3 (5)
here,
L: Light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface S d : Cross-sectional area of scattering particles D / V d : Number density of scattering particles D: Average concentration of scattering particles V d : Volume of scattering particles 2r: Average particle diameter of scattering particles. Therefore, the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles depends on the average particle diameter 2r of the scattering particles, the concentration D of the scattering particles, and the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface. Determined.
The light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is a distance between the
The number density D / V d of the scattering particles is the number of scattering particles per unit volume refers to the number density of the scattering
次に、全反射が起こる比率を検討するに際し、導光板内で光が散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡを考える。全反射確率ＲＡは、光が散乱粒子に衝突したときに全反射が起こる確率である。図４（ａ）は光が散乱粒子に衝突したときの全反射を示す模式図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図４（ａ）に例示するように、光８が散乱粒子１２に衝突したとき、入射角が臨界角θｃよりも大きい場合に光は全反射されることから、図４（ｂ）に例示するように、散乱粒子１２の断面において網かけ部分に光が衝突したときに全反射が起こる。したがって、図４（ｂ）において、散乱粒子１２の断面での｛（網かけ部分の面積）／（散乱粒子の断面積）｝が、光が散乱粒子に衝突したときに全反射が起こる確率となる。したがって、導光板内で光が散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡは、下記式で表わすことができる。
ＲＡ＝｛πｒ２−π（ｒｓｉｎθｃ）２｝／πｒ２
＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｎｄ／Ｎｂ） （６）
Ｎｄ＜Ｎｂ （７）
ここで、
２ｒ：散乱粒子の平均粒径
θｃ：臨界角
Ｎｄ：散乱粒子の屈折率
Ｎｂ：ベース樹脂の屈折率
である。したがって、全反射確率ＲＡは、臨界角θｃ、すなわちベース樹脂および散乱粒子の屈折率比（Ｎｄ／Ｎｂ）よって決まる。
Next, in examining the ratio at which total reflection occurs, the total reflection probability RA that totally reflects when light collides with scattering particles in the light guide plate is considered. The total reflection probability RA is a probability that total reflection occurs when light collides with the scattering particles. 4A is a schematic diagram showing total reflection when light collides with scattering particles, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4A. As illustrated in FIGS. 4 (a) illustrates, when the light 8 collides with the scattering
R A = {πr 2 −π (rsin θ c ) 2 } / πr 2
= 1− (sin θ c ) 2 (2)
θ c = arcsin (N d / N b ) (6)
N d <N b (7)
here,
2r: Average particle diameter of the scattering particles θ c : Critical angle N d : Refractive index of the scattering particles N b : Refractive index of the base resin. Accordingly, the total reflection probability R A is determined by the critical angle θ c , that is, the refractive index ratio (N d / N b ) between the base resin and the scattering particles.
上述したように、導光板の光取出し効率は、全反射が起こる比率に比例すると仮定することができることから、ＲＳ（散乱粒子との衝突回数の期待値）×ＲＡ（全反射確率）に比例するということができる。 As described above, since the light extraction efficiency of the light guide plate can be assumed to be proportional to the ratio at which total reflection occurs, R S (expected value of the number of collisions with scattering particles) × R A (total reflection probability) It can be said that it is proportional.
また、導光板の光取出し効率を検討する場合、光の飛程は場所によらないと仮定することができる。 Further, when examining the light extraction efficiency of the light guide plate, it can be assumed that the range of light does not depend on the location.
このような仮定によれば、導光板内で光が導光方向に直進すると仮定した場合の全反射が起こる期待値が最適となるときが、導光板の光取出し効率が最適になっているということができる。 According to such an assumption, the light extraction efficiency of the light guide plate is optimal when the expected value at which total reflection occurs when the light is assumed to travel straight in the light guide direction within the light guide plate is optimal. be able to.
なお、導光板において、実際には、例えば、導光方向に対して直進していない光もあり、１回の全反射では出光面から出射されない光もあり、多重散乱が起こる場合もある。しかしながら、これらは、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の濃度Ｄ、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、ベース樹脂および散乱粒子の屈折率比（Ｎｄ／Ｎｂ）によらない。すなわち、散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳおよび全反射確率ＲＡによらない。したがって、導光方向に対して直進していない光、１回の全反射では出光面から出射されない光、多重散乱などについては、定数Ａとすることができる。 In the light guide plate, actually, for example, there is light that does not go straight in the light guide direction, and there is light that is not emitted from the light exit surface in one total reflection, and multiple scattering may occur. However, these are the average particle diameter 2r of the scattering particles, the concentration D of the scattering particles, the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the refractive index ratio of the base resin and the scattering particles (N d / N b ) That is, it does not depend on the expected value R S and the total reflection probability R A of the number of collisions with the scattering particles. Therefore, constant A can be used for light that does not travel straight in the light guide direction, light that is not emitted from the light exit surface by one total reflection, multiple scattering, and the like.
よって、実効全反射衝突確率ＲＥは、ＲＳ（散乱粒子との衝突回数の期待値）×ＲＡ（全反射確率）に定数Ａを乗じた値とすることができる。すなわち、実効全反射衝突確率ＲＥは、下記式で表わすことができる。
ＲＥ＝Ａ×ＲＳ×ＲＡ （８）
Therefore, the effective total reflection collision probability R E can be a value obtained by multiplying R S (expected value of the number of collisions with scattering particles) × R A (total reflection probability) by a constant A. That is, the effective total reflection collision probability R E can be expressed by the following equation.
R E = A × R S × R A (8)
上述したように、導光板の光取出し効率は、全反射が起こる比率に比例するということができる。したがって、導光板の光取出し効率は、実効全反射衝突確率ＲＥに比例するということができる。 As described above, it can be said that the light extraction efficiency of the light guide plate is proportional to the ratio at which total reflection occurs. Accordingly, the light extraction efficiency of the light guide plate can be said to be proportional to the effective total reflection collision probability R E.
図５（ａ）は、導光板を備える面光源装置における、ＲＳ×ＲＡと導光板の中央部分での正面輝度および導光板の出光面からの出射光量の均一性との関係の一例を示すグラフである。
図５（ａ）に示すように、導光板の中央部分での正面輝度は極大値を有し、ＲＳ×ＲＡが所定の範囲内であるときに、導光板の中央部分での正面輝度が最適となる。ＲＳ×ＲＡが小さいというのは、光が散乱粒子に衝突しにくく、光を取出しにくいことであり、図２において入光面５に対向する面６からの漏れ光が多くなるため、中央部分の正面輝度が低くなる。また、ＲＳ×ＲＡが大きいというのは、光が散乱粒子に衝突しやすく、光を取出しやすいことであり、図２において入光面５近傍で多くの光が散乱されてしまうため、同様に中央部分の正面輝度が低くなる。
また、図５（ａ）に示すように、ＲＳ×ＲＡが小さくなるほど、導光板の任意の部分における正面輝度の最大値（Ｌｍａｘ）に対する最小値（Ｌｍｉｎ）の比が１に近づき、出射光量の均一性が向上する。上述したように、ＲＳ×ＲＡが大きいと、入光面近傍で多くの光が散乱され、光が中央部分や入光面に対向する面の近傍に到達する前に出射されてしまう。そのため、ＲＳ×ＲＡが小さくなるほど、光が中央部分や入光面に対向する面の近傍に到達しやすくなり、出射光量が均一化されるのである。
FIG. 5A shows an example of the relationship between R S × R A and the front luminance at the central portion of the light guide plate and the uniformity of the amount of light emitted from the light exit surface of the light guide plate in the surface light source device including the light guide plate. It is a graph to show.
As shown in FIG. 5 (a), the front luminance at the central portion of the light guide plate has a maximum value, and the front luminance at the central portion of the light guide plate when R S × R A is within a predetermined range. Is optimal. R S × R A is small because light does not easily collide with scattering particles and is difficult to take out light. In FIG. 2, the amount of leaked light from the surface 6 facing the
Further, as shown in FIG. 5 (a), as R S × R A becomes smaller, the ratio of the minimum value (L min ) to the maximum value (L max ) of the front luminance at any part of the light guide plate approaches 1. The uniformity of the amount of emitted light is improved. As described above, when R S × R A is large, a lot of light is scattered in the vicinity of the light incident surface, and the light is emitted before reaching the central portion or the vicinity of the surface facing the light incident surface. Therefore, the smaller R S × R A is, the easier it is for light to reach the central portion and the vicinity of the surface facing the light incident surface, and the amount of emitted light is made uniform.
図５（ｂ）は、導光板を備える面光源装置における、ＲＳ×ＲＡと導光板の光損失率（入光面に対向する面からの漏れ光の比率）との関係の一例を示すグラフである。
図５（ｂ）に示すように、ＲＳ×ＲＡが大きくなるほど、光損失率が低くなる、すなわち光利用効率が高くなる。上述したように、ＲＳ×ＲＡが小さいというのは、光が散乱粒子に衝突しにくく、光を取出しにくいことであり、入光面に対向する面からの漏れ光が多くなる。また、ＲＳ×ＲＡが大きいというのは、光が散乱粒子に衝突しやすく、光を取出しやすいことである。そのため、ＲＳ×ＲＡが大きくなるほど、光が散乱され、入光面に対向する面からの漏れ光が少なくなり、光損失率が低くなり、すなわち光利用効率が高くなるのである。
FIG. 5B shows an example of the relationship between R S × R A and the light loss rate of the light guide plate (the ratio of leakage light from the surface facing the light incident surface) in the surface light source device including the light guide plate. It is a graph.
As shown in FIG. 5B, as R S × R A increases, the light loss rate decreases, that is, the light utilization efficiency increases. As described above, the fact that R S × R A is small means that the light does not easily collide with the scattering particles and the light is difficult to take out, and the amount of leakage light from the surface facing the light incident surface increases. Further, the fact that R S × R A is large means that light easily collides with the scattering particles and easily takes out the light. Therefore, the larger R S × R A is, the more light is scattered, the less light leaks from the surface facing the light incident surface, and the lower the light loss rate, that is, the higher the light utilization efficiency.
したがって、ＲＳ×ＲＡが所定の範囲内であれば、導光板の中央部分での正面輝度を高くすることができ、さらに出射光量の導光方向に沿った分布の均一性を維持しつつ、光利用効率を良くすることができる。すなわち、下記式（３）を満足すれば、良好な光学特性を備える導光板とすることができる。
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３）
Therefore, if R S × R A is within a predetermined range, the front luminance at the central portion of the light guide plate can be increased, and the uniformity of the distribution of the emitted light quantity along the light guide direction is maintained. The light utilization efficiency can be improved. That is, if the following formula (3) is satisfied, a light guide plate having good optical characteristics can be obtained.
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
ＲＳ×ＲＡが２．０以上４．０以下であれば、中央部分の正面輝度を高くすることができる。一方、ＲＳ×ＲＡが２．０未満であると、光損失が多くなるため、結果として利用できる光量が少なくなり、特に中央部分での光量が少なくなる、すなわち中央部分の正面輝度が低くなる。また、ＲＳ×ＲＡが４．０超であると、出射光量の均一性に劣り、光が中央部分に到達する前に出射されてしまうため、中央部分での光量が少なくなる、すなわち中央部分の正面輝度が低くなる。 If R S × R A is 2.0 or more and 4.0 or less, the front luminance of the central portion can be increased. On the other hand, if R S × R A is less than 2.0, light loss increases, and as a result, the amount of light that can be used decreases, and in particular, the amount of light at the center portion decreases, that is, the front luminance at the center portion decreases. Become. Further, if R S × R A is more than 4.0, the uniformity of the amount of emitted light is inferior, and light is emitted before reaching the central portion, so that the amount of light at the central portion is reduced, that is, the center The front brightness of the part is lowered.
ＲＳ×ＲＡは、上述の式（１）〜（７）から、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の平均濃度Ｄ、散乱粒子の屈折率Ｎｄおよびベース樹脂の屈折率Ｎｂにより、決定することができる。すなわち、所望のＲＳ×ＲＡが与えられたとき、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の平均濃度Ｄ、散乱粒子の屈折率Ｎｄ、ベース樹脂の屈折率Ｎｂが上記式（３）を満足すれば、そのＲＳ×ＲＡを実現することができる。 R S × R A is the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the average particle diameter 2r of the scattering particles, and the average concentration of the scattering particles from the above formulas (1) to (7). D, the refractive index N b of the refractive index N d and the base resin of the scattering particles, can be determined. That is, when a desired R S × R A is given, the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the average particle diameter 2r of the scattering particles, the average concentration D of the scattering particles, the scattering particles R S × R A can be realized if the refractive index N d of the base and the refractive index N b of the base resin satisfy the above formula (3).
図６および図７は本発明の導光板の他の例を示す概略斜視図および断面図であり、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図である。図６に例示するように、導光板１は、一方の主面である出光面３と、出光面３に対向するもう一方の主面である背面４と、出光面３および背面４の間の四つの側面のうち対向する一対の側面に各々設けられた二つの入光面５ａ、５ｂとを有している。また、図７に例示するように、導光板１は、ベース樹脂１１に散乱粒子１２が均一に分散された本体部１０と、本体部１０の出光面３側に形成された光学要素部１３とを有している。
本体部１０は、導光板１の背面４および入光面５ａ、５ｂを構成し、光学要素部１３は導光板１の出光面３を構成している。本体部１０は、出光面３側および背面４側にて導光板１の板面と平行な平らな面を有している。すなわち、本体部１０は、入光面５ａ、５ｂに直交する方向（導光方向Ｋ１、Ｋ２）ならびに導光板１の板面の法線方向ｎｄの両方向と平行な任意の断面において、同一の断面形状を有している。
光学要素部１３は、本体部１０上に形成された支持部（ランド部）１５と、支持部１５上に形成され、導光板１の出光面３を構成する複数の単位プリズム１４とを有している。光学要素部１３は、本体部１０側にて導光板１の板面と平行な平らな面を有し、その一方で出光面３側にて導光板１の板面に対して傾斜した凹凸面を有している。
6 and 7 are a schematic perspective view and a sectional view showing another example of the light guide plate of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line CC in FIG. As illustrated in FIG. 6, the
The
The
図６に例示するように、光学要素部１３は、入光面５ａ、５ｂに直交する方向（導光方向Ｋ１、Ｋ２）と交差する方向に配列された複数の単位プリズム１４を有している。すなわち、各単位プリズム１４の配列方向Ｐと導光方向Ｋ１、Ｋ２とが交差している。また、各単位プリズム１４は、配列方向Ｐと交差する方向に線状に延びている。特に、図６においては、複数の単位プリズム１４は、導光方向Ｋ１、Ｋ２に直交する方向に隙間なく配列されている。また、各単位プリズム１４は、その配列方向Ｐに直交する方向、すなわち導光方向Ｋ１、Ｋ２に直線状に延びている。そして、各単位プリズム１４は、柱状に形成され、その長手方向に沿って同一の断面形状を有している。
As illustrated in FIG. 6, the
図７に例示するように、各単位プリズム１４の断面形状は、出光面３側に突出する三角形形状となっている。特に、図７においては、単位プリズム１４の配列方向Ｐと平行な面内での輝度の角度分布において、正面方向輝度を集中的に向上させるという観点から、単位プリズム１４の断面形状が二等辺三角形形状となっており、かつ、単位プリズム１４は、断面の二等辺三角形状が正面方向ｎｄを中心として左右対称的となるように配置されている。また、単位プリズム１４の出光面３側に突出する頂部１８は、断面の二等辺三角形状の等辺の間に位置する頂角によって構成されている。
As illustrated in FIG. 7, the cross-sectional shape of each
図６に例示するように、光学要素部１３は、導光方向Ｋ１、Ｋ２と交差する方向、特に導光方向Ｋ１、Ｋ２と直交する方向に配列された複数の単位プリズム１４を有している。このような光学要素部１３によれば、導光方向Ｋ１、Ｋ２に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、効果的に光学的作用を及ぼすことができる。
As illustrated in FIG. 6, the
具体的には、図７に示すように、単位プリズム１４を介して導光板１を出射する光８は、導光板１の出光面３、すなわち単位プリズム１４の出光面３側（プリズム面側）にて屈折する。この屈折により、正面方向ｎｄから傾斜した方向に進む光８の進行方向（出射方向）は、主として、導光板１内を通過している際における光の進行方向と比較して、正面方向ｎｄに対してなす角度が小さくなるように曲げられる。このような作用により、単位プリズム１４は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について、光の進行方向を正面方向ｎｄ側に絞り込むことができる。すなわち、単位プリズム１４は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。
Specifically, as shown in FIG. 7, the light 8 emitted from the
このように本発明によれば、導光板からの出射光量の導光方向に沿った均一化を図るだけでなく、導光方向と交差する方向に沿った光の成分に対して集光作用を及ぼすことができる。 As described above, according to the present invention, not only the light quantity emitted from the light guide plate is made uniform along the light guide direction, but also the light collecting action is performed on the light component along the direction intersecting the light guide direction. Can affect.
なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。 In the present specification, the terms “sheet”, “film”, and “plate” are not distinguished from each other only based on the difference in names. Therefore, for example, a “sheet” is a concept including a member that can also be called a film or a plate.
また、本明細書において、「板面（シート面、フィルム面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面（凹凸面の場合は包絡面にも相当）のことを指す。
さらに、「正面方向」とは、導光板の板面に対する法線の方向ｎｄであり、導光板を有する面光源装置の発光面の法線方向等にも一致する。
In this specification, “plate surface (sheet surface, film surface)” is the same as the planar direction of the target sheet-like member when the target sheet-like member is viewed as a whole and globally. It refers to the surface to be used (in the case of an uneven surface, it corresponds to the envelope surface).
Furthermore, the “front direction” is a direction nd of the normal to the plate surface of the light guide plate, and also coincides with the normal direction of the light emitting surface of the surface light source device having the light guide plate.
さらに、本明細書において、「プリズム」や「レンズ」という用語は、入射光に対して種々の光学的作用（例えば、反射や屈折）を及ぼし得る形状要素（光学要素）を意味するものである。また、「プリズム」および「レンズ」等の用語は、形状要素（光学要素）として、呼称の違いのみに基づいて互いから区別されるものではない。 Further, in this specification, the terms “prism” and “lens” mean a shape element (optical element) that can exert various optical actions (for example, reflection and refraction) on incident light. . In addition, terms such as “prism” and “lens” are not distinguished from each other only as a shape element (optical element) based on a difference in designation.
以下、本発明の導光板における各構成について説明する。 Hereinafter, each structure in the light-guide plate of this invention is demonstrated.
１．本体部
本発明における本体部は、ベース樹脂に散乱粒子が均一に分散されたものである。本発明においては、散乱粒子の屈折率Ｎｄはベース樹脂の屈折率Ｎｂよりも小さくなっている。
1. Main body The main body in the present invention is one in which scattering particles are uniformly dispersed in a base resin. In the present invention, the refractive index N d of the scattering particles is smaller than the refractive index N b of the base resin.
ベース樹脂の屈折率Ｎｂおよび散乱粒子の屈折率Ｎｄは、散乱粒子の屈折率Ｎｄがベース樹脂の屈折率Ｎｂよりも小さければ特に限定されるものではない。具体的に、ベース樹脂の屈折率Ｎｂは１．４８〜１．６０程度とすることができる。また、散乱粒子の屈折率Ｎｄは１．３５〜１．５６程度とすることができる。 Refractive index N d of the refractive index N b and scattering particles the base resin is not limited in particular smaller than the refractive index N b of the refractive index N d is the base resin of the scattering particles. Specifically, the refractive index N b of the base resin may be about 1.48 to 1.60. The refractive index N d of the scattering particles may be about 1.35 to 1.56.
中でも、ベース樹脂の屈折率Ｎｂに対する散乱粒子の屈折率Ｎｄの比Ｎｄ／Ｎｂは、０．９７以下であることが好ましい。屈折率比が大きすぎると、有効に光を全反射させることが困難となるからである。 Among them, the ratio N d / N b of the refractive index N d of the scattering particles to the refractive index N b of the base resin is preferably 0.97 or less. This is because if the refractive index ratio is too large, it is difficult to effectively totally reflect light.
散乱粒子の平均粒径２ｒは、上記式（３）を満たし得るものであれば特に限定されるものではなく、散乱粒子による散乱性、散乱粒子の分散性、本体部の成型性等に応じて適宜調整される。具体的に、散乱粒子の平均粒径２ｒとしては、０．８μｍ〜数十μｍ程度であることが好ましく、中でも１μｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。散乱粒子の平均粒径が大きすぎると、本体部の平面性が損なわれる場合があり、また散乱粒子が視認されてしまうおそれがある。一方、散乱粒子の平均粒径が上記範囲よりも小さいと、短波長成分が極端に散乱されて黄変度が大きくなるおそれがあり、また散乱粒子の分散性が悪くなるからである。
なお、平均粒径は、溶液中の散乱粒子を動的光散乱方法で測定し、粒径分布を累積分布で表したときの５０％粒子径（ｄ５０ メジアン径）を意味する。上記平均粒径は、日機装（株）製のＭｉｃｒｏｔｒａｃ粒度分析計を用いて測定することができる。
The average particle diameter 2r of the scattering particles is not particularly limited as long as it can satisfy the above formula (3), and depends on the scattering properties by the scattering particles, the dispersibility of the scattering particles, the moldability of the main body, and the like. Adjust as appropriate. Specifically, the average particle diameter 2r of the scattering particles is preferably about 0.8 μm to several tens of μm, and more preferably within the range of 1 μm to 10 μm. If the average particle size of the scattering particles is too large, the planarity of the main body may be impaired, and the scattering particles may be visually recognized. On the other hand, if the average particle diameter of the scattering particles is smaller than the above range, the short wavelength component may be extremely scattered to increase the yellowing degree, and the dispersibility of the scattering particles may deteriorate.
The average particle diameter means a 50% particle diameter (d50 median diameter) when scattering particles in a solution are measured by a dynamic light scattering method and the particle size distribution is expressed by a cumulative distribution. The average particle size can be measured using a Microtrac particle size analyzer manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
散乱粒子の濃度Ｄは、上記式（３）を満たし得るものであれば特に限定されるものではなく、散乱性や分散性等に応じて適宜調整される。具体的に、散乱粒子の濃度Ｄとしては、導光板の全体積に対して、０．０００２体積％〜０．０２体積％程度とすることができる。散乱粒子の濃度が上記範囲よりも多いと、入光面近傍で多くの光が散乱されてしまうので、出射光量の導光方向に沿った分布が不均一となり、中央部分の正面輝度が低くなるおそれがある。また、散乱粒子の濃度が上記範囲よりも少ないと、入光面に対向する面からの漏れ光が多くなるので、光損失率が高く（光利用効率が低く）なり、中央部分の正面輝度が低くなるおそれがある。
なお、散乱粒子の濃度Ｄは、導光板の全体積に対する散乱粒子の体積％をいう。導光板が本体部と光学要素部とを有する場合、散乱粒子の濃度Ｄは、本体部の全体積に対する散乱粒子の体積％ではなく、導光板の全体積に対する散乱粒子の体積％である。
The concentration D of the scattering particles is not particularly limited as long as the above formula (3) can be satisfied, and is appropriately adjusted according to scattering properties, dispersibility, and the like. Specifically, the concentration D of the scattering particles can be about 0.0002% by volume to 0.02% by volume with respect to the total volume of the light guide plate. If the concentration of the scattering particles is larger than the above range, a lot of light is scattered in the vicinity of the light incident surface, so that the distribution of the emitted light quantity along the light guide direction becomes non-uniform, and the front luminance at the center portion becomes low. There is a fear. Also, if the concentration of the scattering particles is less than the above range, light leakage from the surface facing the light incident surface increases, so the light loss rate is high (light utilization efficiency is low), and the front luminance at the center portion is high. May be lowered.
In addition, the density | concentration D of a scattering particle means the volume% of the scattering particle with respect to the whole volume of a light-guide plate. When the light guide plate has a main body portion and an optical element portion, the concentration D of the scattering particles is not the volume percent of the scattering particles with respect to the total volume of the main body portion but the volume percent of the scattering particles with respect to the total volume of the light guide plate.
また、本体部の導光方向に沿った長さ、すなわち入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌは、上記式（３）を満たし得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば本発明の導光板が用いられる液晶表示装置の大きさに応じて適宜選択される。具体的に、本体部の導光方向に沿った長さ、すなわち入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌとしては、３００ｍｍ〜１５００ｍｍの範囲内で設定することができる。 In addition, the length along the light guide direction of the main body, that is, the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is particularly limited as long as the above formula (3) can be satisfied. For example, it is appropriately selected according to the size of the liquid crystal display device in which the light guide plate of the present invention is used. Specifically, the length along the light guide direction of the main body, that is, the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface can be set within a range of 300 mm to 1500 mm.
本発明においては、散乱粒子の屈折率、平均粒径、濃度等を調節することにより、導光板の中央部分での正面輝度を向上させ、出光面からの出射光量を導光方向に沿って均一化させ、光利用効率を向上させることができる。 In the present invention, the front luminance at the central portion of the light guide plate is improved by adjusting the refractive index, average particle size, concentration, etc. of the scattering particles, and the amount of light emitted from the light exit surface is made uniform along the light guide direction. And the light utilization efficiency can be improved.
散乱粒子としては、本体部内を進む光に対して屈折・反射によって光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得るものであり、上記式（３）を満たし得るものであれば特に限定されるものではなく、屈折率、分散性等を考慮して適宜選択される。散乱粒子としては、無機系粒子、有機系粒子のいずれも用いることができる。具体的には、無機系粒子としては、シリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、ジルコニア（二酸化ジルコニウム）等の粒子が挙げられる。また、有機系粒子としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の粒子が挙げられる。これらの粒子は、１種単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。 The scattering particles are not particularly limited as long as they can act on the light traveling in the main body to change the direction of the light by refraction and reflection, and can satisfy the above formula (3). However, it is appropriately selected in consideration of the refractive index, dispersibility, and the like. As the scattering particles, either inorganic particles or organic particles can be used. Specific examples of the inorganic particles include particles of silica (silicon dioxide), alumina (aluminum oxide), zirconia (zirconium dioxide), and the like. Examples of the organic particles include acrylic resin, polycarbonate resin, and silicone resin particles. These particles may be used alone or in combination of two or more.
散乱粒子の形状としては、例えば、真球などの略球形、楕円球形、不定形等が挙げられる。中でも、分散安定性に優れることから、略球形が好ましい。 Examples of the shape of the scattering particles include a substantially spherical shape such as a true sphere, an elliptic sphere shape, and an indefinite shape. Among them, a substantially spherical shape is preferable because of excellent dispersion stability.
ベース樹脂としては、上記式（３）を満たし得るものであれば特に限定されるものではなく、導光板に用いられる一般的な樹脂、具体的には紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂などを使用することができる。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、１種単独で用いてもよく２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、ベース樹脂とは、モノマーやオリゴマーの他、ポリマーを含む概念である。
The base resin is not particularly limited as long as it can satisfy the above formula (3), and is a general resin used for a light guide plate, specifically, an ultraviolet curable resin, an electron beam curable resin, or the like. An ionizing radiation curable resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like can be used. For example, acrylic resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, polyester resin, and the like can be given. These resins may be used alone or in combination of two or more.
The base resin is a concept including a polymer in addition to a monomer and an oligomer.
本体部は、可視光領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおける平均透過率が５０％以上であることが好ましく、より好ましくは７０％以上、特に好ましくは８５％以上である。
なお、上記透過率は、紫外可視分光光度計（例えば、（株）島津製作所製 ＵＶ−３１００ＰＣ）を用い、室温、大気中で測定した値である。
The main body portion preferably has an average transmittance of 50% or more in the visible light region of 380 nm to 780 nm, more preferably 70% or more, and particularly preferably 85% or more.
In addition, the said transmittance | permeability is the value measured in room temperature and the air | atmosphere using the ultraviolet visible spectrophotometer (For example, Shimadzu Corporation UV-3100PC).
本体部の形状は平板状であれば特に限定されるものではなく、例えば、略方形であってもよく、円板状であってもよい。なお、略方形とは、正方形や長方形等の方形の他に、角が欠けている形状や角が丸みを帯びた形状も含む。 The shape of the main body is not particularly limited as long as it is a flat plate shape. For example, the main body portion may have a substantially square shape or a disk shape. Note that the substantially square shape includes not only a square shape such as a square or a rectangle, but also a shape with missing corners or a shape with rounded corners.
本体部の厚みは適宜調整されるものであり、特に限定されない。中でも、本体部の厚みは一定であることが好ましい。特に、本発明の導光板がテレビ用途の液晶表示装置に用いられる大型の導光板である場合、本体部の厚みは一定であることが好ましい。大型の場合には、本体部を楔型にすることが困難となるからである。 The thickness of the main body is appropriately adjusted and is not particularly limited. Especially, it is preferable that the thickness of a main-body part is constant. In particular, when the light guide plate of the present invention is a large light guide plate used for a liquid crystal display device for television use, the thickness of the main body is preferably constant. This is because, in the case of a large size, it becomes difficult to make the main body portion into a wedge shape.
本体部の作製方法としては、例えば、押し出し成型法、射出成型法などが挙げられる。中でも、押し出し成型法が好ましく用いられる。本体部の平均厚さに対する本体部の長さの比が大きく、本体部が平たくとも、精度良く本体部を形成することができるからである。具体的には、ベース樹脂となる熱可塑性樹脂中に散乱粒子を分散させ、散乱粒子を含む熱可塑性樹脂を押し出し成型することによって、本体部を作製することができる。 Examples of the method for producing the main body include an extrusion molding method and an injection molding method. Of these, the extrusion molding method is preferably used. This is because the ratio of the length of the main body to the average thickness of the main body is large, and the main body can be formed with high accuracy even if the main body is flat. Specifically, the main body can be produced by dispersing the scattering particles in a thermoplastic resin serving as a base resin and extruding a thermoplastic resin containing the scattering particles.
２．光学要素部
本発明においては、上記本体部の出光面側に、入光面に直交する方向（導光方向）に対して交差する方向に配列された複数の単位プリズムを有する光学要素部が形成されていることが好ましい。光学要素部は、導光方向に対して交差する方向に配列された複数の単位プリズムを有するので、導光方向に対して交差する方向に沿った光の成分を集光することができる。
2. Optical Element Unit In the present invention, an optical element unit having a plurality of unit prisms arranged in a direction intersecting a direction orthogonal to the light incident surface (light guide direction) is formed on the light exit surface side of the main body unit. It is preferable that Since the optical element section includes a plurality of unit prisms arranged in a direction intersecting with the light guide direction, it is possible to collect light components along the direction intersecting with the light guide direction.
単位プリズムの断面形状としては、例えば、三角形形状、台形等の四角形、五角形、六角形等の種々の多角形形状とすることができる。また、単位プリズムの断面形状は、円形状または楕円形状の一部分に相当する形状であってもよい。中でも、単位プリズムの断面形状は、三角形形状であることが好ましく、二等辺三角形形状であることがより好ましい。また、単位プリズムの断面形状は、正面方向を中心として左右対称であることが好ましい。特に、図７に例示するように、単位プリズム１４の断面形状が二等辺三角形形状であり、断面の二等辺三角形状が正面方向ｎｄを中心として左右対称的となるように配置されていることが好ましい。単位プリズムの配列方向と平行な面内での輝度の角度分布において、正面方向輝度を集中的に向上させることができるからである。
As the cross-sectional shape of the unit prism, for example, various polygonal shapes such as a triangular shape, a quadrangular shape such as a trapezoid, a pentagonal shape, and a hexagonal shape can be used. Moreover, the cross-sectional shape of the unit prism may be a shape corresponding to a part of a circular shape or an elliptical shape. Among them, the cross-sectional shape of the unit prism is preferably a triangular shape, and more preferably an isosceles triangular shape. The cross-sectional shape of the unit prism is preferably symmetrical with respect to the front direction. In particular, as illustrated in FIG. 7, the
なお、「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状、さらには、三角形形状と概ね同一の光学的機能を期待することが可能な略三角形形状などを含む。一例として、種々の目的から頂角に面取り加工（例えば、１０μｍ程度以下の角Ｒ）を施された略三角形形状も、ここでいう「三角形形状」に含むものとする。 Note that “triangular shape” is not only a triangular shape in a strict sense, but also a substantially triangular shape including limitations in manufacturing technology, errors in molding, and the like, and expects optical functions that are almost the same as the triangular shape. Including a substantially triangular shape that can be made. As an example, a substantially triangular shape in which chamfering is performed on the apex angle (for example, an angle R of about 10 μm or less) for various purposes is also included in the “triangular shape” herein.
単位プリズムの突出高さは１０μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。すなわち、単位プリズムの断面形状が直角二等辺三角形状である場合には、単位プリズムの配列方向に沿った、単位プリズムの底面の幅が２０μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。単位プリズムが大き過ぎると、視認されやすくなり、また、液晶パネルの画素の配列と単位プリズムの配列との干渉に起因したモアレ縞が視認されやすくなるためである。
なお、単位プリズムの突出高さは、図７において、導光板１の板面への法線方向ｎｄに沿った支持部１５表面に対する単位プリズム１４の突出高さＨをいう。また、単位プリズムの底面の幅は、図７において、支持部１５表面での単位プリズム１４の配列方向Ｐに沿った、単位プリズム１４の底面の幅Ｗをいう。
The protruding height of the unit prism is preferably in the range of 10 μm to 50 μm. That is, when the cross-sectional shape of the unit prism is a right-angled isosceles triangle, it is preferable that the width of the bottom surface of the unit prism along the arrangement direction of the unit prism is in the range of 20 μm to 100 μm. This is because if the unit prism is too large, it is easy to visually recognize, and moire fringes resulting from interference between the arrangement of the pixels of the liquid crystal panel and the arrangement of the unit prism are likely to be visually recognized.
Note that the protruding height of the unit prism refers to the protruding height H of the
また、単位プリズムの断面形状が二等辺三角形状である場合には、正面方向輝度を集中的に向上させる観点から、等辺の間に位置するとともに出光面側に突出する頂角の角度が６０°以上１２０°以下であることが好ましく、特に９０°であることが好ましい。
なお、頂角の角度とは、図７において、等辺の間に位置するとともに出光面３側に突出する頂角の角度θａをいう。
Further, when the cross-sectional shape of the unit prism is an isosceles triangle shape, from the viewpoint of intensively improving the luminance in the front direction, the apex angle that is located between the equilateral sides and protrudes toward the light exit surface side is 60 °. It is preferably 120 ° or less and particularly preferably 90 °.
Note that the apex angle, 7, refers to the angle theta a vertex angle that projects
単位プリズムの配列としては、入光面に直交する方向（導光方向）に対して交差する方向に複数の単位プリズムが配列されていれば特に限定されないが、通常は複数の単位プリズムが隙間なく配列される。また、単位プリズムの配列方向としては、単位プリズムの配列方向と導光方向とが交差するように複数の単位プリズムが配列されていれば特に限定されないが、通常は単位プリズムの配列方向と導光方向とが直交するように複数の単位プリズムが配列される。すなわち、単位プリズムの稜線が導光方向と略一致するように複数の単位プリズムが配列される。 The arrangement of the unit prisms is not particularly limited as long as a plurality of unit prisms are arranged in a direction intersecting with the direction orthogonal to the light incident surface (light guide direction). Arranged. The arrangement direction of the unit prisms is not particularly limited as long as a plurality of unit prisms are arranged so that the arrangement direction of the unit prisms intersects the light guide direction. A plurality of unit prisms are arranged so that the directions are orthogonal to each other. That is, the plurality of unit prisms are arranged so that the ridgelines of the unit prisms substantially coincide with the light guide direction.
光学要素部は、複数の単位プリズムを有するものであればよく、例えば、本体部上に形成された支持部と、支持部上に形成された複数の単位プリズムとを有していてもよく、複数の単位プリズムのみを有していてもよい。図７に例示するように、光学要素部１３が単位プリズム１４とともに支持部（ランド部）１５を有する場合には、本発明の導光板を有する面光源装置を液晶表示装置に組み込んだ際に、線状に延びる単位プリズムに対応する筋を視認されにくくすることができる。また、支持部を有する場合には、導光板の製造過程において、成型された光学要素部を離型する際、ならびに、離型後の導光板の加工、取り扱い時に、単位プリズムが本体部から剥離するのを防ぐことができる。
The optical element portion only needs to have a plurality of unit prisms.For example, the optical element portion may have a support portion formed on the main body portion and a plurality of unit prisms formed on the support portion. Only a plurality of unit prisms may be provided. As illustrated in FIG. 7, when the
光学要素部が支持部と複数の単位プリズムとを有する場合、支持部の厚みは、２μｍ〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、５μｍ〜１０μｍの範囲内であることがさらに好ましい。
なお、支持部の厚みは、図７において、導光板１の板面への法線方向ｎｄに沿った支持部１５の厚みｔｓをいう。
When the optical element portion has a support portion and a plurality of unit prisms, the thickness of the support portion is preferably in the range of 2 μm to 20 μm, and more preferably in the range of 5 μm to 10 μm.
In addition, the thickness of a support part means the thickness ts of the
光学要素部に用いられる材料としては、複数の単位プリズムを形成することができる材料であれば特に限定されるものではなく、単位プリズムに用いられる一般的な樹脂材料、具体的には紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂などを使用することができる。 The material used for the optical element part is not particularly limited as long as it is a material capable of forming a plurality of unit prisms, and is a general resin material used for unit prisms, specifically UV curable. An ionizing radiation curable resin such as a resin or an electron beam curable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin can be used.
中でも、樹脂材料としては、電離放射線硬化型樹脂が好ましく用いられる。すなわち、光学要素部は、電離放射線硬化型樹脂の硬化物を含有することが好ましい。電離放射線硬化型樹脂を用いることで、高精度に光学要素部を作製することができる。したがって、光学要素部に十分に優れた光学特性を付与することができるとともに、光学的作用を維持しながら、単位プリズムの突出高さを低くし、導光板、さらには面光源装置を薄型化することができる。 Among these, ionizing radiation curable resins are preferably used as the resin material. That is, the optical element part preferably contains a cured product of ionizing radiation curable resin. By using the ionizing radiation curable resin, the optical element part can be produced with high accuracy. Therefore, the optical element portion can be provided with sufficiently excellent optical characteristics, and the projection height of the unit prism is lowered while maintaining the optical action, and the light guide plate and further the surface light source device are thinned. be able to.
電離放射線硬化型樹脂としては、例えば、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、エポキシ系等の単量体（モノマー）、プレポリマー、または、これらの混合系を挙げることができる。 As the ionizing radiation curable resin, for example, an ultraviolet curable resin or an electron beam curable resin can be used. Examples of the ultraviolet curable resin include acrylate-based, methacrylate-based, and epoxy-based monomers, prepolymers, and mixed systems thereof.
また、光学要素部は、上記本体部と同一の材料で構成されていてもよい。すなわち、光学要素部は、本体部と同様に、ベース樹脂に散乱粒子が分散されたものであってもよい。この場合には、本体部および光学要素部を同時に形成することができる。 Moreover, the optical element part may be comprised with the material same as the said main-body part. That is, the optical element portion may be one in which scattering particles are dispersed in the base resin, like the main body portion. In this case, the main body portion and the optical element portion can be formed simultaneously.
一方、光学要素部が、上記本体部と異なる材料で構成されている場合、光学要素部は散乱粒子を含有しない、すなわち単一な樹脂材料から構成されていることが好ましい。光学要素部が単一な樹脂材料から構成されている場合には、出光面を平滑な面とすることができるので、導光板内を進む光が出光面をなす単位プリズムによる反射を繰り返して、導光板内を入光面から反対面へと進むようになり、これにより、導光板の出光面からの出射光量の導光方向に沿った均一化を効果的に図ることができる。 On the other hand, when the optical element portion is made of a material different from that of the main body portion, the optical element portion preferably does not contain scattering particles, that is, is made of a single resin material. When the optical element portion is composed of a single resin material, the light exit surface can be made smooth, so that the light traveling through the light guide plate is repeatedly reflected by the unit prism that forms the light exit surface, In the light guide plate, the light advances from the light incident surface to the opposite surface, whereby the amount of light emitted from the light output surface of the light guide plate can be effectively uniformed along the light guide direction.
光学要素部の作製方法としては、複数の単位プリズムを形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、押し出し成型法、射出成型法、熱転写加工法、プレス成型法などが挙げられる。光学要素部の作製方法は、例えば、樹脂材料の種類や、光学要素部および本体部に用いる材料の同異などに応じて、適宜選択される。光学要素部および本体部に同一の材料を用いる場合には、光学要素部および本体部を同時に形成してもよく、別々に形成してもよい。 The method for producing the optical element portion is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a plurality of unit prisms, and examples thereof include an extrusion molding method, an injection molding method, a thermal transfer processing method, and a press molding method. The method for producing the optical element part is appropriately selected according to, for example, the type of resin material and the difference in materials used for the optical element part and the main body part. When the same material is used for the optical element part and the main body part, the optical element part and the main body part may be formed simultaneously or separately.
例えば、電離放射線硬化型樹脂を用いて、光学要素部を形成する場合は、図８（ａ）〜（ｄ）に例示するように導光板を製造することができる。まず、図８（ａ）に示すように、作製されるべき光学要素部の形状に対応した賦形面６２を有する型６０を、賦形面６２が上方を向くようにして配置する。次に、図８（ｂ）に示すように、計量された電離放射線硬化型樹脂１３ａ（例えば紫外線硬化性樹脂）を、賦形面６２上の一辺に沿って点状に並べて塗布または線状に塗布する。その後、図８（ｃ）に示すように、本体部１０の光学要素部が形成されるべき面６３が型６０の賦形面６２に対面するようにして、別途準備された本体部１０を型６０上に位置決めして配置する。そして、ゴムロール６６ａ，６６ｂによって型６０と本体部１０とを互いに向けて押圧しながら、ゴムロール６６ａ，６６ｂを作製されるべき単位プリズムの長手方向に転がすことにより、型６０と本体部１０との間に略均一な厚みの電離放射線硬化型樹脂１３ａからなる層を形成する。その後、図８（ｄ）に示すように、電離放射線硬化型樹脂１３ａに対して電離放射線６７を照射することによって、電離放射線硬化型樹脂１３ａからなる層を硬化させ、光学要素部を形成する。そして、本体部１０上に形成された、電離放射線硬化型樹脂１３ａの硬化物を含有する光学要素部を型６０から剥がす。これにより、図８（ｅ）に示すように、本体部１０上に電離放射線硬化型樹脂１３ａの硬化物を含有する光学要素部１３が形成された導光板が得られる。
電離放射線硬化型樹脂からなる層を硬化させる際、紫外線硬化性樹脂を用いた場合には紫外線を照射することによって紫外線硬化性樹脂を硬化させることができ、また、電子線硬化性樹脂を用いた場合には電子線を照射することによって電子線硬化性樹脂を硬化させることができる。
For example, when an optical element part is formed using an ionizing radiation curable resin, a light guide plate can be manufactured as illustrated in FIGS. First, as shown in FIG. 8A, a
When the layer made of ionizing radiation curable resin is cured, when the ultraviolet curable resin is used, the ultraviolet curable resin can be cured by irradiating the ultraviolet ray, and the electron beam curable resin is used. In some cases, the electron beam curable resin can be cured by irradiation with an electron beam.
３．入光面
本発明において、入光面は、出光面および背面の間の側面のうち少なくとも一つの側面に設けられていればよいが、中でも、対向する一対の側面にそれぞれ設けられていることが好ましい。すなわち、導光板は、対向する二つの入光面を有することが好ましい。
3. Light incident surface In the present invention, the light incident surface may be provided on at least one of the side surfaces between the light exit surface and the back surface. preferable. That is, the light guide plate preferably has two light incident surfaces facing each other.
４．その他の構成
本発明においては、均一に光を放出させるために、導光板の背面に、ドットパターンが形成されていてもよい。ドットパターンは、導光方向に平行な方向に配列し、ドットの占有面積が導光方向に平行な方向に対して導光板の中間に近いほど大きくなるようにドット径および／またはドット数を変化させて形成されている。
ドットパターンの形状は、特に限定されず、一般的な形状とすることができ、例えば、円形、楕円形、方形、三角形、多角形等が挙げられる。
ドットパターンの形成方法としては、例えば、二酸化チタン等の白色顔料を含む白色インキをシルクスクリーン印刷法等を用いて印刷する方法、レーザーによってドットパターンに相当する部位に凹凸を形成する方法を用いることができる。
4). Other Configurations In the present invention, a dot pattern may be formed on the back surface of the light guide plate in order to emit light uniformly. The dot pattern is arranged in a direction parallel to the light guide direction, and the dot diameter and / or the number of dots are changed so that the area occupied by the dots is larger toward the middle of the light guide plate with respect to the direction parallel to the light guide direction. Is formed.
The shape of the dot pattern is not particularly limited, and can be a general shape. Examples thereof include a circle, an ellipse, a rectangle, a triangle, and a polygon.
As a method for forming a dot pattern, for example, a method of printing white ink containing a white pigment such as titanium dioxide using a silk screen printing method or the like, or a method of forming irregularities on a portion corresponding to a dot pattern by a laser is used. Can do.
また、光の均一性を高めるために、導光板の背面に、複数の単位プリズムを有する第２光学要素部が形成されていてもよい。なお、第２光学要素部については、上記光学要素部と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 Moreover, in order to improve the uniformity of light, the 2nd optical element part which has several unit prism may be formed in the back surface of the light-guide plate. Note that the second optical element portion can be the same as the optical element portion described above, and a description thereof will be omitted here.
Ｂ．面光源装置
本発明の面光源装置は、上述の導光板と、上記導光板の上記入光面に配置された光源と、上記導光板の上記背面に配置された反射シートと、上記導光板の上記出光面に配置され、複数の単位プリズムを有する光学シートとを備えることを特徴とするものである。
B. Surface light source device The surface light source device of the present invention includes the above-described light guide plate, a light source disposed on an upper writing light surface of the light guide plate, a reflection sheet disposed on the back surface of the light guide plate, and the light guide plate. And an optical sheet having a plurality of unit prisms disposed on the light exit surface.
図９および図１０は、本発明の面光源装置の一例を示す概略斜視図および断面図であり、図１０は図９のＤ−Ｄ線断面図である。図９および図１０に示すように、面光源装置２０は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板１と、導光板１の対向する二つの入光面５ａ、５ｂにそれぞれ配置された光源２２ａ、２２ｂと、導光板１の背面４に配置された反射シート２３と、導光板１の出光面３に配置された光学シート２４とを有している。
導光板１は、図６および図７に示す導光板１と同様である。光源２２ａ、２２ｂは、入光面５ａ、５ｂおよび導光板１の板面の両方と平行な方向に並べて配列された多数のＬＥＤによって構成されている。反射シート２３は、導光板１の背面４から出射した光を反射して、再び導光板１内に入射させるための部材である。光学シート２４は、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向の輝度を集中的に向上させるための部材である。図９および図１０においては、導光板１の板面、光学シート２４のシート面、反射シート２３のシート面、および面光源装置２０の発光面は、互いに平行となっている。
9 and 10 are a schematic perspective view and a cross-sectional view showing an example of the surface light source device of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. As shown in FIGS. 9 and 10, the surface
The
図９および図１０に示す例において、光学シート２４は、導光板１の導光方向Ｋ１、Ｋ２に沿って配列された複数の単位プリズム２７を有している。すなわち、各単位プリズム２７の配列方向Ｑは、導光板１の導光方向Ｋ１、Ｋ２に対して平行となっている。また、単位プリズム２７は、光学シート２４のシート面上においてその配列方向Ｑに直交する方向に直線状に延びている。単位プリズム２７は、その長手方向に直交する断面において三角形形状を有している。単位プリズム２７の断面の三角形形状の頂角によってなされる頂部２８は、入光側、すなわち導光板１側に向けて突出している。
In the example shown in FIGS. 9 and 10, the
図９および図１０に示す面光源装置２０においては、図１１に例示するように、光源２２ａ、２２ｂで発光された光は、入光面５ａ、５ｂを介し、導光板１に入射する。図１１に示すように、導光板１へ入射した光は、導光板１の出光面３および背面４において、反射、とりわけ導光板１をなす材料と空気との屈折率差に起因して全反射を繰り返し、導光板１の入光面５ａ、５ｂに直交する方向（導光方向Ｋ１、Ｋ２）へ進んでいく。
In the surface
導光板１の本体部１０内には散乱粒子１２が分散されているため、図１１に示すように、導光板１内を進む光は、散乱粒子１２によって進行方向を不規則に変更され、全反射臨界角未満の入射角度で出光面３および背面４に入射することもある。この場合、光は、導光板１の出光面３および背面４から、出射し得るようになる。出光面３から出射した光８は、導光板１の出光面３に配置された光学シート２４へと向かう。一方、背面４から出射した光は、図９および図１０に示すように導光板１の背面に配置された反射シート２３で反射され再び導光板１内に入射して導光板１内を進むことになる。
Since the scattering
導光板１内を進行する光と導光板１内に分散された散乱粒子１２との衝突は、導光板１内の導光方向Ｋ１、Ｋ２に沿った各区域において生じる。このため、導光板１内を進んでいる光は、少しずつ出光面３から出射するようになる。これにより、導光板１の出光面３から出射する光の光量を導光方向Ｋ１、Ｋ２に沿って均一化させることができる。
The collision between the light traveling in the
導光板１から出射した光８は光学シート２４へ入射する。上述したように、光学シート２４は、導光板１側へ向けて頂角が突出する断面が三角形状の単位プリズム２７を有している。単位プリズム２７の長手方向は、導光方向Ｋ１、Ｋ２と交差する方向、図９〜図１１においては導光方向Ｋ１、Ｋ２と直交する方向となっている。また、図１１に示すように、導光板１をなす材料と空気との屈折率差に起因し、導光板１の出光面３から出射する光の導光方向成分の出射角度（出射光の導光方向成分と導光板１の板面への法線方向ｎｄとがなす角度）θｅは、特定の角度範囲内（例えば６５°〜８５°）に偏る傾向がある。
The light 8 emitted from the
これらのことから、図１１に示すように、入光面５ａからの入射光については、導光板１の出光面３から出射した光の多くが、光学シート２４の単位プリズム２７の一方のプリズム面２７ａを透過して単位プリズム２７へ入射し、その後、単位プリズム２７の他方のプリズム面２７ｂで全反射するように、光学シート２４を設計することができる。同様に、入光面５ｂからの入射光については、導光板１の出光面３から出射した光の多くが、光学シート２４の単位プリズム２７の一方のプリズム面２７ｂを透過して単位プリズム２７へ入射し、その後、単位プリズム２７の他方のプリズム面２７ａで全反射するように、光学シート２４を設計することができる。このようにして、光学シート２４は、透過光の進行方向を正面方向に対する角度が小さくなるように変更することができる。すなわち、光学シート２４は、透過光に対して偏向作用を及ぼすようになる。
From these facts, as shown in FIG. 11, with respect to the incident light from the
このように、面光源装置２０では、導光板１によって出射光量の導光方向Ｋ１、Ｋ２に沿った分布を均一化するとともに出射光を集光させ、さらに、光学シート２４によって光を偏向して正面方向輝度を向上させるようになっている。
As described above, in the surface
上記面光源装置において、光学シートによる集光作用は、主として、単位プリズムの配列方向（導光方向）に沿った光の成分に対して及ぼされる。また、光源は、導光方向と平行に発光するのではなく、導光方向を中心として放射的に発光する。すなわち、導光板を通過する光には、導光板の板面への法線方向に沿った方向からの観察において、導光方向（入光面に直交する方向）に進む光だけでなく、この導光方向に対して交差した方向に進む光も含まれている。そして、導光板内を進む光の導光方向に交差した方向の成分に対し、光学シートは効果的な光学作用を及ぼすことはできない。このため、導光方向と交差する方向に沿った光の成分は集光されておらず、結果として、光源光の利用効率も十分とはならないことが予想される。
しかしながら、導光板が出光面側に光学要素部を有する場合には、光学要素部が、導光方向と交差する方向、特に導光方向と直交する方向に配列された複数の単位プリズムを有するので、導光方向に対して交差する方向に沿った光の成分に対し、効果的に光学的作用を及ぼすことができる。
In the surface light source device, the light condensing action by the optical sheet is mainly exerted on light components along the arrangement direction (light guide direction) of the unit prisms. Further, the light source does not emit light in parallel with the light guide direction, but emits light radially around the light guide direction. That is, in the light passing through the light guide plate, not only the light traveling in the light guide direction (direction perpendicular to the light incident surface) in the observation from the direction along the normal direction to the plate surface of the light guide plate, Light traveling in a direction intersecting the light guide direction is also included. The optical sheet cannot exert an effective optical action on the component in the direction intersecting the light guide direction of the light traveling through the light guide plate. For this reason, the light component along the direction intersecting the light guide direction is not condensed, and as a result, it is expected that the utilization efficiency of the light source light is not sufficient.
However, when the light guide plate has an optical element part on the light exit surface side, the optical element part has a plurality of unit prisms arranged in a direction intersecting with the light guide direction, particularly in a direction orthogonal to the light guide direction. The optical action can be effectively exerted on the light component along the direction intersecting the light guide direction.
本発明においては、上述の導光板を備えるので、中央部分での高い正面輝度、均一な出射光量の面内分布、良好な光利用効率など優れた光学特性を有する面光源装置とすることが可能である。 In the present invention, since the light guide plate described above is provided, it is possible to provide a surface light source device having excellent optical characteristics such as high front luminance at the center, uniform in-plane distribution of the emitted light quantity, and good light utilization efficiency. It is.
なお、導光板については、上記「Ａ．導光板」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。以下、本発明の面光源装置における他の構成について説明する。 Since the light guide plate has been described in detail in the section “A. Light guide plate”, description thereof is omitted here. Hereinafter, another configuration of the surface light source device of the present invention will be described.
１．光学シート
本発明に用いられる光学シートは、導光板の出光面に配置され、複数の単位プリズムを有するものである。光学シートは、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向の輝度を集中的に向上させるための部材である。
1. Optical sheet The optical sheet used for this invention is arrange | positioned at the light emission surface of a light-guide plate, and has a some unit prism. The optical sheet is a member for changing the traveling direction of the light incident from the light incident side and emitting the light from the light output side to intensively improve the luminance in the front direction.
このような光学シートとしては、液晶表示装置に用いられる一般的なものを用いることができる。 As such an optical sheet, a general sheet used for a liquid crystal display device can be used.
なお、単位プリズムの断面形状、突出高さ、底面の幅、頂角の角度等については、上記「Ａ．導光板」の項に記載した光学要素部の単位プリズムと同様とすることができる。 The cross-sectional shape, protrusion height, bottom surface width, apex angle, etc. of the unit prism can be the same as those of the unit prism of the optical element section described in the above section “A. Light guide plate”.
単位プリズムの配列方向としては、通常、導光方向に沿って複数の単位プリズムが配列される。すなわち、単位プリズムの稜線が導光方向と略直交するように複数の単位プリズムが配列される。また、単位プリズムの配列としては、導光方向に沿って複数の単位プリズムが配列されていれば特に限定されないが、通常は複数の単位プリズムが隙間なく配列される。 As the arrangement direction of the unit prisms, a plurality of unit prisms are usually arranged along the light guide direction. That is, the plurality of unit prisms are arranged so that the ridge lines of the unit prisms are substantially orthogonal to the light guide direction. The arrangement of the unit prisms is not particularly limited as long as a plurality of unit prisms are arranged along the light guide direction, but the plurality of unit prisms are usually arranged without gaps.
光学シートの配置としては、図９および図１０に例示するように単位プリズム２７の頂部２８が導光板１側（光学シート２４の入光側）に突出するように光学シート２４が配置されていてもよく、図示しないが単位プリズムの頂部が光学シートの出光側に突出するように光学シートが配置されていてもよい。
As for the arrangement of the optical sheet, as illustrated in FIGS. 9 and 10, the
光学シートの材料としては、複数の単位プリズムを有する光学シートを作製できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。 The material of the optical sheet is not particularly limited as long as an optical sheet having a plurality of unit prisms can be produced. For example, polycarbonate resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) resin, methacrylic resin , Methyl methacrylate-styrene copolymer resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer resin, polyethylene resin, polypropylene resin and the like.
光学シートの厚みは、適宜調節すればよく、例えば、５μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。 What is necessary is just to adjust the thickness of an optical sheet suitably, for example, it can be set as about 5 micrometers-100 micrometers.
光学シートの作製方法としては、一般的な方法を用いることができ、例えば、紫外線硬化性樹脂を、単位プリズムに対応する形状が表面に設けられた型を用いてエンボス処理した後に紫外線により硬化させる方法が挙げられる。 As a method for producing the optical sheet, a general method can be used. For example, an ultraviolet curable resin is embossed with a mold having a shape corresponding to a unit prism on the surface and then cured by ultraviolet rays. A method is mentioned.
２．光源
本発明に用いられる光源は、導光板の入光面に配置されるものである。
2. Light source The light source used in the present invention is disposed on the light incident surface of the light guide plate.
光源としては、例えば、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のＬＥＤ（発光ダイオード）、白熱電球等を用いることができる。中でも、色再現性、小型化、低消費電力化に優れる点から、ＬＥＤが好ましい。
光源が白色発光するＬＥＤである場合、光源の数が少なくとも均一な白色とすることができる。また、光源がそれぞれ、光の三原色に近い色の発光を行う３種類のＬＥＤである場合、これら３種類のＬＥＤがそれぞれ独立して配置されることにより白色の照明光が放出されるので、色バランス調整を容易に行うことができ、表示部の品位を高め、画像をより美しく見せることができる。
光源が複数のＬＥＤが配列されたものである場合、ＬＥＤのピッチは、入光面の幅、光学要素部の単位プリズムや光学シートの単位プリズムのピッチなどに応じて適宜調整すればよい。
As the light source, for example, a fluorescent lamp such as a linear cold cathode tube, a spot LED (light emitting diode), an incandescent lamp, or the like can be used. Among these, LEDs are preferable because they are excellent in color reproducibility, miniaturization, and low power consumption.
When the light source is an LED that emits white light, the number of light sources can be at least uniform white. In addition, when the light sources are three types of LEDs that emit light of colors close to the three primary colors of light, since these three types of LEDs are arranged independently, white illumination light is emitted. Balance adjustment can be easily performed, the quality of the display unit can be improved, and the image can be displayed more beautifully.
When the light source is an array of a plurality of LEDs, the pitch of the LEDs may be adjusted as appropriate according to the width of the light incident surface, the pitch of the unit prism of the optical element unit, the unit prism of the optical sheet, and the like.
３．反射シート
本発明に用いられる反射シートは、導光板の背面に配置されるものである。反射シートは、導光板の背面から出射した光を反射して、再び導光板内に入射させるための部材である。
3. Reflective sheet The reflective sheet used for this invention is arrange | positioned at the back surface of a light-guide plate. The reflection sheet is a member for reflecting the light emitted from the back surface of the light guide plate and making it enter the light guide plate again.
反射シートとしては、一般的な反射シートを用いることができ、例えば、白色の散乱反射シート、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）を有するシート等を挙げることができる。具体的に、反射シートの材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ（白ＰＥＴ））、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン、ポリオレフィン等の樹脂、ならびにアルミニウム、銀等の金属を挙げることができる。
反射シートに樹脂を用いる場合、反射性を高めるために、顔料を含む白色のシートであることが好ましい。顔料としては、例えば、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。
反射シートに金属を用いる場合には、銀、アルミニウム、クロム等の高い反射率を有する金属膜を蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
反射シートとして市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば、住友スリーエム（株）製の（ビキュイティ）ＥＳＲ反射フィルム、東レ（株）製のＥ６０Ｖ等が挙げられる。このような市販品を用いる場合、導光板と反射シートとの間に屈折率を整合させた樹脂等を介在させて貼り合わせてもよい。
As the reflection sheet, a general reflection sheet can be used. For example, a white scattering reflection sheet, a sheet made of a material having a high reflectivity such as a metal, a thin film made of a material having a high reflectivity (for example, a metal thin film) ). Specifically, examples of the material for the reflective sheet include resins such as polyethylene terephthalate (PET (white PET)), polycarbonate (PC), polystyrene, and polyolefin, and metals such as aluminum and silver.
When using resin for a reflection sheet, in order to improve reflectivity, it is preferable that it is a white sheet | seat containing a pigment. Examples of the pigment include titanium dioxide, barium sulfate, magnesium carbonate, and calcium carbonate.
When a metal is used for the reflection sheet, a metal film having a high reflectance such as silver, aluminum, or chromium can be formed by an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, or the like.
You may use a commercial item as a reflection sheet. Examples of commercially available products include (Vicuity) ESR reflective film manufactured by Sumitomo 3M Limited, E60V manufactured by Toray Industries, Inc., and the like. When using such a commercially available product, a resin having a refractive index matched may be interposed between the light guide plate and the reflection sheet.
反射シートの厚さは、特に限定されず、適宜調節すればよく、例えば、３０μｍ〜３００μｍ程度とすることができる。 The thickness of the reflection sheet is not particularly limited and may be adjusted as appropriate, and can be, for example, about 30 μm to 300 μm.
４．その他の構成
本発明においては、透過光を拡散させる機能を有する拡散シートや、特定の偏光成分のみを透過し、それ以外の偏光成分を反射する偏光分離機能を有する偏光反射シート等が、光学シートの出光側に設けられていてもよい。
4). Other Configurations In the present invention, an optical sheet includes a diffusion sheet having a function of diffusing transmitted light, a polarization reflection sheet having a polarization separation function of transmitting only a specific polarization component and reflecting other polarization components, and the like. May be provided on the light exit side.
拡散シートは、光学シートから出射される光を拡散して輝度ムラを低減させる働きを有する部材である。
拡散シートとしては、液晶表示装置に用いられている一般的なものを用いることができる。拡散シートの材料としては、例えば、メタクリル酸メチルスチレン共重合体、アクリロニトリルスチレン共重合体、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン等が挙げられる。
また、拡散シートには粒子が含まれていてもよい。粒子としては、シリカ、アルミナ等の無機系粒子、ならびにアクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフルオロビニリデン等のフッ素樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子等が挙げられる。これらの粒子は、１種単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。粒子の平均粒径は、散乱性の点から０．３μｍ〜２．０μｍの範囲内であることが好ましい。粒子の含有量は、適宜調節すればよい。
拡散シートの厚さは適宜調節すればよく、例えば、５μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。
The diffusion sheet is a member having a function of diffusing light emitted from the optical sheet to reduce luminance unevenness.
As the diffusion sheet, a general sheet used in a liquid crystal display device can be used. Examples of the material of the diffusion sheet include methyl methacrylate styrene copolymer, acrylonitrile styrene copolymer, polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene, and the like.
Further, the diffusion sheet may contain particles. Examples of the particles include inorganic particles such as silica and alumina, fluorine resin particles such as acrylic resin, styrene resin, polytetrafluoroethylene, and polyfluorovinylidene, and silicone resin particles. These particles can be used alone or in combination of two or more. The average particle diameter of the particles is preferably in the range of 0.3 μm to 2.0 μm from the viewpoint of scattering properties. The content of the particles may be adjusted as appropriate.
What is necessary is just to adjust the thickness of a diffusion sheet suitably, for example, it can be set as about 5 micrometers-100 micrometers.
偏光反射シートは、光学シートから出射される光のうち、特定の偏光成分のみを透過し、それ以外の偏光成分を反射する偏光分離機能を有する部材である。液晶表示装置において、液晶セルと偏光反射シートとの間に偏光板が設けられている場合、偏光板は特定の偏光成分のみを選択的に透過するので、偏光反射シートを用いて特定の偏光成分以外の偏光成分を選択的に反射させ再利用することで、偏光板を通過する光の量を多くし、輝度を向上させることができる。
偏光反射シートとしては、液晶表示装置に用いられている一般的なものを用いることができる。偏光反射シートとして市販品を用いてもよく、例えば、住友スリーエム（株）製のＤＢＥＦシリーズを用いることができる。
The polarization reflection sheet is a member having a polarization separation function that transmits only a specific polarization component of light emitted from the optical sheet and reflects other polarization components. In a liquid crystal display device, when a polarizing plate is provided between the liquid crystal cell and the polarizing reflection sheet, the polarizing plate selectively transmits only a specific polarization component. By selectively reflecting and reusing other polarization components, the amount of light passing through the polarizing plate can be increased and the luminance can be improved.
As the polarizing reflection sheet, a general sheet used in a liquid crystal display device can be used. Commercially available products may be used as the polarizing reflection sheet, and for example, DBEF series manufactured by Sumitomo 3M Limited can be used.
Ｃ．液晶表示装置
本発明の液晶表示装置は、上述の面光源装置と、上記面光源装置の上記光学シート側に配置された液晶パネルとを備えることを特徴とするものである。
C. Liquid crystal display device The liquid crystal display device of the present invention comprises the above-described surface light source device and a liquid crystal panel disposed on the optical sheet side of the surface light source device.
図１２は、本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。図１２に示すように、液晶表示装置３０は、液晶パネル３１と、液晶パネル３１の背面側に配置され、液晶パネル３１を背面側から面状に照らす面光源装置２０とを備えている。液晶パネル３１は、出光側に配置された上偏光板３３と、入光側に配置された下偏光板３４と、上偏光板３３および下偏光板３４の間に配置された液晶セル３２とを有している。面光源装置２０は、図９および図１０に示す面光源装置２０と同様である。図１２において、導光板１の板面、光学シート２４のシート面、反射シート２３のシート面、液晶パネル３１のパネル面、液晶表示装置３０の表示面、および、面光源装置２０の発光面は、互いに平行となっている。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an example of the liquid crystal display device of the present invention. As shown in FIG. 12, the liquid
液晶セル３２は、図示しないが、一対の支持板と、支持板間に配置された液晶と、液晶分子の配向を一つの画素を形成する領域毎に電場によって制御する電極とを有する。支持板間の液晶は、一つの画素を形成する領域毎にその配向を変化させられ得るようになっている。この結果、液晶パネル３１は、面光源装置２０からの光の透過または遮断を画素毎に制御するシャッターとして機能し、画像を形成するようになる。すなわち、面光源装置２０を出射した光は液晶パネル３１に入射し、液晶パネル３１は面光源装置２０からの光を画素毎に選択的に透過させ、液晶表示装置３０の観察者が映像を観察することができるようになる。
Although not shown, the liquid crystal cell 32 includes a pair of support plates, a liquid crystal disposed between the support plates, and an electrode for controlling the orientation of liquid crystal molecules by an electric field for each region forming one pixel. The orientation of the liquid crystal between the support plates can be changed for each region where one pixel is formed. As a result, the liquid crystal panel 31 functions as a shutter that controls transmission or blocking of light from the surface
本発明においては、上述の面光源装置を備えるので、中央部分において正面方向の輝度が高く、また面内の輝度が均一であり、光利用効率が高いという利点を有する。 In the present invention, since the above-described surface light source device is provided, there is an advantage that the luminance in the front direction is high in the central portion, the luminance in the surface is uniform, and the light use efficiency is high.
なお、面光源装置については、上記「Ｂ．面光源装置」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。以下、本発明の液晶表示装置における他の構成について説明する。 The surface light source device has been described in detail in the above section “B. Surface light source device”, and thus the description thereof is omitted here. Hereinafter, another configuration of the liquid crystal display device of the present invention will be described.
本発明に用いられる液晶パネルとしては、一般的な液晶パネルを用いることができる。なお、液晶パネルの詳細については、種々の公知文献（例えば、「フラットパネルディスプレイ大辞典（内田龍男、内池平樹監修）」２００１年工業調査会発行）に記載されているため、ここでの説明は省略する。 As the liquid crystal panel used in the present invention, a general liquid crystal panel can be used. The details of the liquid crystal panel are described in various publicly known documents (for example, “Flat Panel Display Dictionary” (published by Tatsuo Uchida, Hiraki Uchiike) published in 2001 by Industrial Research Council). Is omitted.
本発明の液晶表示装置には、例えば、テレビ、パソコン、モニター、デジタルサイネージなどが含まれる。 Examples of the liquid crystal display device of the present invention include a television, a personal computer, a monitor, a digital signage, and the like.
Ｄ．導光板の製造方法
本発明の導光板の製造方法は、出光面と、上記出光面に対向する背面と、上記出光面および上記背面の間の側面のうち少なくとも一つの上記側面に設けられた入光面とを有し、ベース樹脂に散乱粒子が分散されてなる導光板を製造する導光板の製造方法であって、上記散乱粒子の屈折率が上記ベース樹脂の屈折率よりも小さく、上記散乱粒子の平均濃度をＤ、上記散乱粒子の断面積をＳｄ、上記散乱粒子の体積をＶｄ、上記入光面から上記入光面に対向する面までの導光距離をＬ、臨界角をθｃとしたとき、下記式（１）で示される上記導光板内で光が上記入光面に直交する方向に直進すると仮定した場合の上記散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳ、および、下記式（２）で示される上記導光板内で光が上記散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡが、下記式（３）を満たすように、上記散乱粒子の濃度を選定する処方決定工程を有することを特徴とするものである。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
ＲＡ＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３）
D. The light guide plate manufacturing method of the present invention includes a light output surface, a back surface facing the light output surface, and an input provided on at least one of the side surfaces between the light output surface and the back surface. A light guide plate manufacturing method for manufacturing a light guide plate having a light surface and scattering particles dispersed in a base resin, wherein a refractive index of the scattering particles is smaller than a refractive index of the base resin. The average concentration of the particles is D, the cross-sectional area of the scattering particles is S d , the volume of the scattering particles is V d , the light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is L, and the critical angle is When θ c is assumed, the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles when light is assumed to travel straight in the direction perpendicular to the light incident surface in the light guide plate represented by the following formula (1), and In the light guide plate represented by the following formula (2), light is converted into the scattering particles. It has the prescription determination process which selects the density | concentration of the said scattering particle so that the total reflection probability RA which totally reflects when it collides satisfies the following formula (3).
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
R A = 1− (sin θ c ) 2 (2)
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
本発明においては、上記「Ａ．導光板」の項にて説明したように、ＲＳ×ＲＡは、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の平均濃度Ｄ、散乱粒子の屈折率Ｎｄおよびベース樹脂の屈折率Ｎｂにより、決定することができる。すなわち、所望のＲＳ×ＲＡが与えられたとき、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の平均濃度Ｄ、散乱粒子の屈折率Ｎｄ、ベース樹脂の屈折率Ｎｂが上記式（３）を満足すれば、そのＲＳ×ＲＡを実現することができる。 In the present invention, as described in the section “A. Light guide plate” above, R S × R A is the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the average of the scattering particles particle size 2r, average density D of the scattering particles, the refractive index N b of the refractive index N d and the base resin of the scattering particles, can be determined. That is, when a desired R S × R A is given, the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the average particle diameter 2r of the scattering particles, the average concentration D of the scattering particles, the scattering particles R S × R A can be realized if the refractive index N d of the base and the refractive index N b of the base resin satisfy the above formula (3).
したがって、本発明によれば、所望の光学特性を実現する導光板の設計条件を簡単に求めることが可能である。例えば、導光板に使用する散乱粒子およびベース樹脂、ならびに導光板の大きさが選択されている場合において、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の屈折率Ｎｄ、ベース樹脂の屈折率Ｎｂに応じて、散乱粒子の濃度を、上記式（３）を満たすように適宜調整することにより、所望の光学特性を備える導光板を得ることが可能である。すなわち、散乱粒子およびベース樹脂の種類、ならびに導光板の大きさに応じて、散乱粒子の濃度を最適化することで、所望の光学特性を備える導光板を得ることが可能である。 Therefore, according to the present invention, it is possible to easily determine the design conditions of the light guide plate that achieves desired optical characteristics. For example, when the size of the scattering particle and base resin used for the light guide plate and the light guide plate is selected, the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the average particle size of the scattering particles diameter 2r, refractive index N d of the scattering particles, in accordance with the refractive index N b of the base resin, the density of the scattering particles, by adjusting appropriately so as to satisfy the above equation (3), guide with the desired optical properties It is possible to obtain a light plate. That is, it is possible to obtain a light guide plate having desired optical characteristics by optimizing the concentration of the scattering particles according to the types of the scattering particles and the base resin and the size of the light guide plate.
以下、本発明の導光板の製造方法における各工程について説明する。 Hereinafter, each process in the manufacturing method of the light-guide plate of this invention is demonstrated.
１．処方決定工程
本発明における処方決定工程は、散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳおよび全反射確率ＲＡが上記式（３）を満たすように、散乱粒子の濃度を選定する工程である。
1. Prescription determination step The prescription determination step in the present invention is a step of selecting the concentration of the scattering particles so that the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles and the total reflection probability R A satisfy the above formula (3).
散乱粒子の濃度は、上述したように、散乱粒子およびベース樹脂の種類、ならびに導光板の大きさに応じて、最適化される。
散乱粒子の濃度を選定するに際しては、実測に基づいてＲＳ×ＲＡを求めてもよく、シミュレーションによりＲＳ×ＲＡを求めてもよい。
As described above, the concentration of the scattering particles is optimized according to the types of the scattering particles and the base resin, and the size of the light guide plate.
In selecting the density of the scattering particles may seek R S × R A based on the measured may be obtained R S × R A by simulation.
なお、上記式（１）〜（３）ならびに、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌ、散乱粒子の平均粒径２ｒ、散乱粒子の平均濃度Ｄ、散乱粒子の屈折率Ｎｄおよびベース樹脂の屈折率Ｎｂなどについては、上記「Ａ．導光板」の項に詳しく説明したので、ここでの説明は省略する。 The above formulas (1) to (3), the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface, the average particle diameter 2r of the scattering particles, the average concentration D of the scattering particles, the refraction of the scattering particles for such the rate N d and the refractive index N b of the base resin, because described in detail in the section above "A. light guide plate", explanation is omitted here.
２．その他の工程
本発明においては、上記処方決定工程の他に、処方決定工程にて選定された散乱粒子の濃度に基づいて本体部を形成する本体部形成工程や、本体部上に光学要素部を形成する光学要素部形成工程を有していてもよい。
なお、本体部の形成方法および光学要素部の形成方法については、上記「Ａ．導光板」の項に説明したので、ここでの説明は省略する。
2. Other Steps In the present invention, in addition to the above prescription determination step, a main body portion forming step for forming a main body portion based on the concentration of scattering particles selected in the prescription determination step, and an optical element portion on the main body portion. You may have the optical element part formation process to form.
In addition, since the formation method of the main body part and the formation method of the optical element part have been described in the section “A. Light guide plate”, description thereof is omitted here.
また、本発明の導光板の製造方法により製造される導光板については、上記「Ａ．導光板」の項に説明したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。 The light guide plate manufactured by the method for manufacturing a light guide plate of the present invention is the same as that described in the above section “A. Light guide plate”, and thus the description thereof is omitted here.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
［実施例１］
＜面光源装置の作製＞
導光板と、光源と、反射シートと、光学シートとが、図９および図１０に示すような位置関係で配置された面光源装置を準備した。
[Example 1]
<Production of surface light source device>
A surface light source device in which a light guide plate, a light source, a reflection sheet, and an optical sheet are arranged in a positional relationship as shown in FIGS. 9 and 10 was prepared.
（導光板の作製）
導光板は、本体部と、本体部上に形成された光学要素部とを有するようにした。
光学要素部は、断面形状が直角二等辺三角形状の単位プリズムが隙間なく配列されたものとした。この光学要素部は、アクリル系紫外線硬化性樹脂を硬化させて作製した。
一方、本体部は、導光板の背面および出光面に平行で厚さが一定の平板状であり、ベース樹脂に散乱粒子が分散された矩形状の板材とした。この本体部は、ベース樹脂としてポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を用いた。ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）の屈折率Ｎｂは１．４９である。また、散乱粒子の平均粒径２ｒは２μｍ、屈折率Ｎｄは１．４１である。散乱粒子の濃度Ｄは０．０００３体積％〜０．００２体積％の範囲内で変化させた。
導光板は、対向する一対の側面がそれぞれ入光面をなすようにした。すなわち、一対の側面に対向してそれぞれ光源が配置されるようにした。
導光板の寸法は、入光面から入光面に対向する面までの導光距離Ｌが５００ｍｍとなるようにした。
(Production of light guide plate)
The light guide plate has a main body portion and an optical element portion formed on the main body portion.
In the optical element section, unit prisms whose cross-sectional shapes are right-angled isosceles triangles are arranged without gaps. This optical element part was produced by curing an acrylic ultraviolet curable resin.
On the other hand, the main body was a flat plate having a constant thickness parallel to the back surface and the light exit surface of the light guide plate, and a scattering plate dispersed in a base resin. This main body portion used polymethyl methacrylate (PMMA) as a base resin. Refractive index N b of polymethyl methacrylate (PMMA) is 1.49. The average particle diameter 2r of the scattering particles is 2 [mu] m, the refractive index N d is 1.41. The concentration D of the scattering particles was changed within the range of 0.0003 volume% to 0.002 volume%.
In the light guide plate, a pair of side surfaces facing each other formed a light incident surface. That is, the light sources are arranged to face the pair of side surfaces.
The dimensions of the light guide plate were such that the light guide distance L from the light incident surface to the surface facing the light incident surface was 500 mm.
（光源）
発光部のサイズが１．６ｍｍ×０．８ｍｍである多数のＬＥＤチップを、各ＬＥＤチップの０．８ｍｍの辺が導光板の厚み方向と平行となるようにして、２．０ｍｍのピッチで入光面の長手方向に並べることによって、光源を構成した。上述したように導光板には二つの入光面が設けられており、ＬＥＤチップを多数配列してなる上記光源を各入光面にそれぞれ設けた。二つの光源は、導光板の入光面との間に０．８ｍｍの隙間が形成されるようにして配置した。
(light source)
Multiple LED chips with a light emitting unit size of 1.6 mm x 0.8 mm are inserted at a pitch of 2.0 mm so that the 0.8 mm side of each LED chip is parallel to the thickness direction of the light guide plate. The light source was configured by arranging in the longitudinal direction of the light surface. As described above, the light guide plate is provided with two light incident surfaces, and the light source formed by arranging a large number of LED chips is provided on each light incident surface. The two light sources were arranged so that a gap of 0.8 mm was formed between the light incident surface of the light guide plate.
（反射シート）
導光板の背面に、厚さ２５０μｍの白色ポリエステルフィルムからなる反射シートを配置した。
(Reflective sheet)
A reflective sheet made of a white polyester film having a thickness of 250 μm was disposed on the back surface of the light guide plate.
（光学シート）
導光板の出光面に、いわゆるプリズムシートとしての光学シートを配置した。光学シート（プリズムシート）は、厚さ１２５μｍのポリエステルフィルム上に、アクリル系紫外線硬化型樹脂を用いて複数の単位プリズムを形成することで作製した。単位プリズムは、その長手方向に直交する断面において頂角が６５°の二等辺三角形形状を有するようにした。この光学シートは、単位プリズムが導光板へ向けて突出し、かつ、単位プリズムの配列方向が導光板の導光方向と平行になるようにして配置した。
(Optical sheet)
An optical sheet as a so-called prism sheet was disposed on the light exit surface of the light guide plate. The optical sheet (prism sheet) was produced by forming a plurality of unit prisms on a 125 μm thick polyester film using an acrylic ultraviolet curable resin. The unit prism had an isosceles triangle shape with an apex angle of 65 ° in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. This optical sheet was arranged such that the unit prisms protruded toward the light guide plate, and the arrangement direction of the unit prisms was parallel to the light guide direction of the light guide plate.
［評価］
各導光板についてＲＳ×ＲＡを算出し、各面光源装置について、導光板の中央部分における正面輝度、導光板の出光面からの出射光量の均一性、および導光板の光損失率（導光板の入光面と対向する面からの漏れ光の比率）の評価を行った。
導光板の中央部分における正面輝度については、相対光強度で評価した。
導光板の出光面からの出射光量の均一性については、ＬＥＤを全て点灯させ、入光面に直交する方向（導光方向）に沿った１１点の正面方向の輝度を輝度計を用いて測定し、それらの輝度の最大点（Ｌｍａｘ）と最小点（Ｌｍｉｎ）から、Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘを求め、評価した。
導光板の光損失率（導光板の入光面と対向する面からの漏れ光の比率）については、上記の入光面に直交する方向（導光方向）に沿った１１点の正面方向の輝度から換算した。
結果を図５（ａ）、（ｂ）に示す。ＲＳ×ＲＡが２．０以上４．０以下であるときに、中央部分での正面輝度が高く、出射光量の均一性および光損失率がいずれも良好であった。
[Evaluation]
R S × R A is calculated for each light guide plate, and for each surface light source device, the front brightness at the central portion of the light guide plate, the uniformity of the amount of light emitted from the light exit surface of the light guide plate, and the light loss rate of the light guide plate (guide) The ratio of leaked light from the surface opposite to the light incident surface of the light plate was evaluated.
The front luminance at the central portion of the light guide plate was evaluated by relative light intensity.
Regarding the uniformity of the amount of light emitted from the light exit surface of the light guide plate, all LEDs are turned on, and the luminance in the 11 front directions along the direction orthogonal to the light entrance surface (light guide direction) is measured using a luminance meter. Then, L min / L max was obtained and evaluated from the maximum point (L max ) and the minimum point (L min ) of the luminance.
Regarding the light loss rate of the light guide plate (ratio of leaked light from the surface facing the light incident surface of the light guide plate), there are 11 frontal directions along the direction (light guide direction) orthogonal to the light incident surface. Converted from luminance.
The results are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). When R S × R A was 2.0 or more and 4.0 or less, the front luminance at the center portion was high, and the uniformity of the amount of emitted light and the light loss rate were both good.
１ … 導光板
３ … 出光面
４ … 背面
５、５ａ、５ｂ … 入光面
６ … 入光面に対向する面
８ … 光
１０ … 本体部
１１ … ベース樹脂
１２ … 散乱粒子
１３ … 光学要素部
１４ … 単位プリズム
１５ … 支持部
２０ … 面光源装置
２２ａ、２２ｂ … 光源
２３ … 反射シート
２４ … 光学シート
２７ … 単位プリズム
３０ … 液晶表示装置
３１ … 液晶パネル
Ｋ、Ｋ１、Ｋ２ … 導光方向（入光面に直交する方向）
Ｌ … 入光面から入光面に対向する面までの導光距離
θ１、θ２ … 入射角
θｃ … 臨界角
DESCRIPTION OF
L: Light guiding distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface θ 1 , θ 2 ... Incident angle θ c ... Critical angle
Claims (6)
前記散乱粒子の屈折率が前記ベース樹脂の屈折率よりも小さく、
前記散乱粒子の平均濃度をＤ、前記散乱粒子の断面積をＳｄ、前記散乱粒子の体積をＶｄ、前記入光面から前記入光面に対向する面までの導光距離をＬ、臨界角をθｃとしたとき、下記式（１）で示される前記導光板内で光が前記入光面に直交する方向に直進すると仮定した場合の前記散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳ、および、下記式（２）で示される前記導光板内で光が前記散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡが、下記式（３）を満たすことを特徴とする導光板。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
ＲＡ＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３） A light exit surface; a back surface facing the light exit surface; and a light incident surface provided on at least one of the side surfaces between the light exit surface and the back surface, wherein scattering particles are dispersed in the base resin. A light guide plate,
The refractive index of the scattering particles is smaller than the refractive index of the base resin,
The average concentration of the scattering particles is D, the cross-sectional area of the scattering particles is S d , the volume of the scattering particles is V d , the light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is L, critical When the angle is θ c , the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles when it is assumed that light travels straight in the direction orthogonal to the light incident surface in the light guide plate represented by the following formula (1). And the total reflection probability RA that totally reflects when light collides with the scattering particles in the light guide plate represented by the following formula (2) satisfies the following formula (3): .
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
R A = 1− (sin θ c ) 2 (2)
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
前記本体部の前記出光面側に形成され、前記入光面に直交する方向に対して交差する方向に配列された複数の単位プリズムを有する光学要素部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の導光板。 A main body in which the scattering particles are dispersed in the base resin;
2. An optical element portion having a plurality of unit prisms formed on the light exit surface side of the main body portion and arranged in a direction intersecting with a direction orthogonal to the light incident surface. The light guide plate described in 1.
前記導光板の前記入光面に配置された光源と、
前記導光板の前記背面に配置された反射シートと、
前記導光板の前記出光面に配置され、複数の単位プリズムを有する光学シートと
を備えることを特徴とする面光源装置。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 3,
A light source disposed on the light incident surface of the light guide plate;
A reflective sheet disposed on the back surface of the light guide plate;
An optical sheet disposed on the light exit surface of the light guide plate and having a plurality of unit prisms.
前記面光源装置の前記光学シート側に配置された液晶パネルと
を備えることを特徴とする液晶表示装置。 A surface light source device according to claim 4,
A liquid crystal display device, comprising: a liquid crystal panel disposed on the optical sheet side of the surface light source device.
前記散乱粒子の屈折率が前記ベース樹脂の屈折率よりも小さく、
前記散乱粒子の平均濃度をＤ、前記散乱粒子の断面積をＳｄ、前記散乱粒子の体積をＶｄ、前記入光面から前記入光面に対向する面までの導光距離をＬ、臨界角をθｃとしたとき、下記式（１）で示される前記導光板内で光が前記入光面に直交する方向に直進すると仮定した場合の前記散乱粒子との衝突回数の期待値ＲＳ、および、下記式（２）で示される前記導光板内で光が前記散乱粒子に衝突したときに全反射する全反射確率ＲＡが、下記式（３）を満たすように、前記散乱粒子の濃度を選定する処方決定工程を有することを特徴とする導光板の製造方法。
ＲＳ＝Ｌ×Ｓｄ×（Ｄ／Ｖｄ） （１）
ＲＡ＝１−（ｓｉｎθｃ）２ （２）
２．０≦ＲＳ×ＲＡ≦４．０ （３） A light exit surface; a back surface facing the light exit surface; and a light incident surface provided on at least one of the side surfaces between the light exit surface and the back surface, wherein scattering particles are dispersed in the base resin. A light guide plate manufacturing method for manufacturing a light guide plate comprising:
The refractive index of the scattering particles is smaller than the refractive index of the base resin,
The average concentration of the scattering particles is D, the cross-sectional area of the scattering particles is S d , the volume of the scattering particles is V d , the light guide distance from the light incident surface to the surface facing the light incident surface is L, critical When the angle is θ c , the expected value R S of the number of collisions with the scattering particles when it is assumed that light travels straight in the direction orthogonal to the light incident surface in the light guide plate represented by the following formula (1). And the total reflection probability R A that totally reflects when light collides with the scattering particles in the light guide plate represented by the following formula (2), satisfies the following formula (3). A method for producing a light guide plate, comprising a prescription determination step for selecting a concentration.
R S = L × S d × (D / V d ) (1)
R A = 1− (sin θ c ) 2 (2)
2.0 ≦ R S × R A ≦ 4.0 (3)
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