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【発明の名称】 光源装置
【発明者】 【氏名】須田 哲也

【氏名】原田 久志
【要約】 【課題】発明の光源装置は、高く均一な輝度を発現し、大型の表示装置に好適な光源装置を提供する。

【解決手段】入射された光が微粒子によって散乱される際の散乱度合いを濁度（τ）で表した場合、その濁度（τ）が０．０５〜０．４の範囲である微粒子を含有する樹脂板と光源とからなる光源装置であって、樹脂板の裏面に光拡散部が存在し、樹脂板の少なくとも一つの端面が光入射面であり、樹脂板の前面が光出射面である光源装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入射された光が微粒子によって散乱される際の散乱度合いを濁度（τ）で表した場合、その濁度（τ）が０．０５〜０．４の範囲である微粒子を含有する樹脂板と光源とからなる光源装置であって、樹脂板の裏面に光拡散部が存在し、樹脂板の少なくとも一つの端面が光入射面であり、樹脂板の前面が光出射面である光源装置。
【請求項２】 樹脂板の光出射面が四角形状であって、その厚みが４〜１２ｍｍの範囲で、その光出射面の対角線の長さが３５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】 樹脂板の光拡散部が存在する裏面に、さらに反射層が存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は裏面に光拡散部が存在する微粒子を含有する樹脂板からなる光源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】薄型の看板、表示装置、照明器具、液晶表示装置等の背面に設置する光源装置としては、光源から光を導光体に入射させて、その導光体から光を出射させる構造からなる光源装置が知られている。
【0003】この光源装置としては、より輝度が高く、よりコンパクトであるものが求められている。また、このような光源装置に用いる導光体としては、できるだけ光を吸収しないものが好ましく、透明性に優れたメタクリル樹脂からなる導光体などが知られている。さらに、導光体の裏面には白色インクによる印刷や粗面化によるマット形状を設けることによって、光拡散部を形成する場合がある。この光拡散部は、線状または点状の印刷やマット形状の密度が、光源から遠い位置では濃く、光源に近い位置では薄くなる分布を持たせた線状のグラデーションあるいは網点グラデーション（ドットパターン）であることが好ましい。
【0004】従来の光源装置において、導光体から出射される光の輝度をさらに高くするために、微粒子を含有させた導光体を用いる光源装置も知られている。
【0005】微粒子を含有させた導光体を用いる光源装置としては、例えば特開平４−１４５４８５号公報や、特公平５−１６００２号公報、特開平８−８２７１４号公報、特開平５−２４９３１９号公報、ＷＯ９４／１２８９８号公報などが挙げられる。
【0006】特開平４−１４５４８５号公報においては、基材樹脂とは屈折率の異なる微粒子が含有されたプラスチック材料からなる導光体を用いた光源装置であって、導光体の裏面に光拡散処理が施されていない場合の出射光の輝度が、導光体が微粒子を含有せず、且つその裏面に光拡散処理が施されている場合の出射光の輝度の２〜１０％になるように、微粒子を含有させた光源装置が開示されている。
【0007】特公平５−１６００２号公報においては、アクリル樹脂等の透明性材料中にシリコーン樹脂製微粒子を１〜５０ｗｔ％添加した導光体が開示されている。
【0008】特開平８−８２７１４号公報においては、透明樹脂板中に光散乱粒子を均一に分散させた導光体、即ち、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの無機微粒子や、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂あるいはシリコーンオイルからなる有機微粒子を０．００５〜０．１ｗｔ％の範囲で含有させる導光体が開示されている。
【0009】特開平５−２４９３１９号公報においては、透明樹脂中に微粒子が分散された導光体の散乱度合いを濁度（τ）で定義して、その濁度の範囲が１×１０-6〜５０ｃｍ-1であり、濁度（τ）を光伝送体内の特定方向において徐々に変化させる技術が開示されている。
【0010】ＷＯ９４／１２８９８号公報においては、特開平５−２４９３１９号公報で定義された濁度（τ）と同一の有効散乱照射パラメータＥで散乱度合いを定義し、その範囲が０．４５〜１００ｃｍ-1である光散乱導光体であって、その裏面側は光学的に解放された面であり光拡散処理が施されていない導光体が開示されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】これらの技術は、いずれも微粒子を含有した導光体を用いて、微粒子による散乱によって均一な光を出射させる光源装置を得るものである。これらの光源装置は、光出射面が四角形状の平板の導光体についてみれば、光出射面の対角線の長さが数１０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の大きさであれば均一な光を出射することができる。しかし、対角線の長さが３５０ｍｍ以上の大きさになると微粒子による光散乱効果が減少し、微粒子を含有しない導光体からなる光源装置との輝度の比較において有意差が少なくなる。また光散乱効果を大きくするために、単に微粒子含有量を高くしただけでは、微粒子による光散乱が強くなりすぎて、光源付近のみ出射光の輝度が高く、光源から離れるに従い出射光の輝度が低くなり、光出射面における均一な輝度を得る事が難しくなる。
【0012】また、特開平５−２４９３１９号公報では、導光体の濁度（τ）の範囲を１×１０-6〜５０ｃｍ-1と限定し、ＷＯ９４／１２８９８号公報では、導光体の濁度（τ）の範囲を０．４５〜１００ｃｍ-1と限定して、共に、面光源等の用途に応じて導光体中の微粒子の濃度を調整して、限定された濁度範囲から最適の濁度（τ）を選択することで、均一な光を出射させる面光源等が得られると記載されている。しかしながら、液晶表示装置に好適な光源装置に用いる四角形状の導光体であって、その対角線の長さが３５０ｍｍ以上の大きさの導光体の濁度（τ）の範囲に関する開示は無い。また実施例に記載されている液晶表示装置用の四角形状の導光体の大きさも、その対角線の長さが１００ｍｍ程度の小さなものに限られている。また、特開平５−２４９３１９号公報記載の導光体においては、導光体中に含有される微粒子の濃度を、光源から遠い位置では高く、光源へ近づくにつれ低くすることによって、任意の導光体サイズであっても光の出射を均一とする技術が開示されている。しかしながら導光体中の微粒子の含有量を変化させた導光体を製造することが難しく、コストがかかり実用的ではない。
【0013】即ち、従来の技術では、液晶表示装置の大型化に伴い、高く均一な輝度を発現することが困難であった。
【0014】
【課題を解決する為の手段】本発明は、これらの問題点を解決し、大型の表示装置に好適な、高く均一な輝度を発現する光源装置を提供するものである。
【0015】本発明の要旨は、入射された光が微粒子によって散乱される際の散乱度合いを濁度（τ）で表した場合、その濁度（τ）が０．０５〜０．４の範囲である微粒子を含有する樹脂板と光源とからなる光源装置であって、樹脂板の裏面に光拡散部が存在し、樹脂板の少なくとも一つの端面が光入射面であり、樹脂板の前面が光出射面である光源装置にある。
【0016】樹脂板の光出射面が四角形状であって、その厚みが４〜１２ｍｍの範囲で、その光出射面の対角線の長さが３５０ｍｍ以上であることが好ましい。
【0017】樹脂板の光拡散部が存在する裏面に、さらに反射層が存在することが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明をさらに詳しく説明する。
【0019】本発明における樹脂板の濁度（τ）は、特開平５−２４９３１９号公報において定義された濁度（τ）と同じものである。
【0020】本発明において、微粒子を含有する樹脂板に入射された強度Ｉ0の光が、樹脂板内の光路長ｔ（ｃｍ）を透過後、樹脂板内部の微粒子により散乱され、強度がＩに減少したとすると、濁度（τ）は下記（１）式で定義される。
【0021】
Ｉ／Ｉ0＝ｅｘｐ（−τ・ｔ） （１）
即ち、τ＝−（１／ｔ）ｌｎ（Ｉ／Ｉ0） （２）
となる。
【0022】濁度（τ）は、濁度（τ）の測定における光入射面および光出射面となる樹脂板の相対する両端面を鏡面状に研磨し、光路長ｔ（ｃｍ）の樹脂板において、樹脂板へ入射される平行光線の吸光度及び樹脂板から出射された平行光線の吸光度を、分光光度計を用いて測定する。分光光度計としては日立分光光度計Ｕ−３５００等が挙げられる。
【0023】分光光度計による吸光度は、可視光線域（３８０〜７８０ｎｍ）にて波長２ｎｍ間隔で測定した。入射側端面および出射側端面の樹脂板表面における反射を除いたＩ0及びＩから、測定光路長ｔ（ｃｍ）より（２）式を用いて濁度（τ）を求めた。
【0024】本発明は、液晶表示装置の大型化に伴い、高く均一な輝度を発現する光源装置を提供するために、微粒子を含有する樹脂板の濁度（τ）を０．０５〜０．４の範囲に限定したものである。濁度（τ）は０．１〜０．２であることが好ましい。大型の光源装置に用いた場合、濁度（τ）が０．０５より低いと、樹脂板中の光散乱が弱すぎて、光出射面において高い輝度が得られ難い。濁度（τ）が０．４より高いと、樹脂板中の光散乱が強すぎて、光源付近が極めて輝度が高くなり、光源から離れるに従い輝度が低くなり、樹脂板裏面の光拡散部のグラデーションを調整しても、均一な輝度が得られ難い。
【0025】微粒子を含有する樹脂板の基材樹脂としては、透明性樹脂が好ましく、メタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネイト樹脂等がより好ましく、メタクリル樹脂が更に好ましい。
【0026】微粒子としては、光を拡散させるために、基材樹脂とは屈折率の異なる材料からなる微粒子であることが必要であり、基材樹脂と微粒子との屈折率差は０．００１以上であることが好ましい。微粒子としては、例えば、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの無機微粒子や、メタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂などからなる有機架橋微粒子が挙げられる。その平均粒子径としては、０．０１〜２０μｍであることが好ましく、０．１〜１０μｍであることがより好ましい。平均粒子径が小さすぎると、光散乱の波長依存性が大きくなり、出射光の色調が光源の色調よりも黄色くなることがある。平均粒子径が大きすぎると、散乱光のムラが目立つことがある。
【0027】微粒子を含有する樹脂板の厚みは４〜１２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【0028】樹脂板の前面である光出射面の形状は、四角形状、円形状、多角形状等であってもよい。本発明における光源装置の光出射面が四角形状である場合は、その対角線の長さは、３５０ｍｍ以上の大きなサイズであることが好ましい。
【0029】さらに樹脂板は、複数の樹脂板からなる多層積層板であってもよい。
【0030】本発明の光源装置においては、微粒子を含有する樹脂板の裏面に光拡散部が存在する。光拡散部は、拡散剤を含有する拡散性インキ等で、樹脂板の裏面側に線状や点状の印刷を行うことによって形成することができる。
【0031】また印刷の代わりに、樹脂板裏面部に微細な凹凸を形成して光拡散部を形成することもできる。微細な凹凸を形成する方法としては、サンドブラスト等の後処理、パターンロールによる熱転写処理、凹凸のあるセルを用いてキャスト重合し樹脂板を得る、あるいは樹脂板を熱プレス成形、レーザー加工する等の種々の方法がある。
【0032】これらの光拡散部は樹脂板裏面の全面に存在してもよく、樹脂板裏面に分散して存在してもよい。
【0033】本発明において光出射面における輝度分布についてみると、各場所における輝度は最高輝度の７０％以上であることが好ましい。輝度分布は微粒子を含有する樹脂板の裏面側に存在する光拡散部によって調整することができる。光出射面における各場所の輝度を最高輝度の７０％以上にするためには、光拡散部としては、光源から遠い位置では密度が濃く、光源に近い位置では密度が薄くなる分布をもたせた線状のグラデーション、または網点グラデーション（ドットパターン）が樹脂板裏面部に白色インクで印刷されたものが好ましい。白色インクとしては、溶剤と樹脂成分と拡散剤とからなるものが挙げられる。拡散剤としては、例えば、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。
【0034】本発明の光源装置は、その裏面に光拡散部が存在する微粒子を含有する樹脂板の少なくとも一つの端面が光入射面であり、その前面が光出射面である。
【0035】光が入射される少なくとも一つの端面および光出射面以外の面には、必要に応じて反射層が形成されてもよい。光拡散部が存在する樹脂板裏面に、さらに反射層が存在すると、樹脂板裏面側から漏れ出す光を防止でき、出射光の減少を抑えることができて好ましい。
【0036】光出射面上には光拡散板やプリズムシートが設置されてもよい。
【0037】微粒子を含有する樹脂板の少なくとも一つの端面には光源が設置される。
【0038】光源としては冷陰極管、蛍光ランプ等の線状光源や、ハロゲンランプ等のような点状光源が挙げられる。また、光源の数は、特に限定するものではない。表示装置が大型化している現状では、光源の本数を増加させることが好ましい。
【0039】本発明における光源装置の一例を図１に示す。
【0040】微粒子を含有する樹脂板２の対向する２つの端面９に接して、光源１として冷陰極管が設けられている。光源１および樹脂板２は光源装置のランプレフ６に収納されている。樹脂板２の裏面側には光拡散部３が形成されている。またその下側には、さらに反射層４が形成されている。
【0041】光源１から樹脂板２に入射された光は、樹脂板２中に含有された微粒子と樹脂板２の裏面に存在する光拡散部３により散乱・反射される。また樹脂板２および光拡散部３を裏面側に向けて透過した光は、反射層４で反射されることにより、樹脂板２の光出射面８から出射される。
【0042】本発明の光源装置においては、樹脂板２からの出射光の輝度斑が少ない。樹脂板２の光出射面の上にさらに光拡散板５が設けられた場合には、輝度斑はさらに少なくなる。光拡散板５の上にさらにプリズムレンズシート７が設けられた場合には、光は光拡散板の法線方向に指向されて出射される。
【0043】本発明の光源装置の樹脂板２は、樹脂板裏面側に光拡散部を有し、樹脂板内部に微粒子が含有されたことを特徴としている。
【0044】そのため、樹脂板２裏面側の光拡散部３による光の散乱と樹脂板２内部に含有された微粒子による光散乱とが合わさり光出射面から出射されることにより、光の輝度がより高くなる。
【0045】樹脂板２の製造方法としては、基材樹脂原料である単量体や、単量体と重合体との混合物に微粒子を含有させて鋳型に流し込んで重合させる方法が挙げられる。また、樹脂と微粒子とを混合して、押出し成形、射出成形による方法も挙げられる。
【0046】本発明の光源装置は、看板等の表示装置、照明器具、大型の液晶表示装置の背面光源等に好適である。
【0047】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。
【0048】また、実施例中の各種評価は下記の条件で実施した。
【0049】（１）濁度（τ）の測定得られた微粒子を含有する樹脂板を、８ｍｍ×５０ｍｍ×２００ｍｍに切断し、８ｍｍ×５０ｍｍの広さの両端面を切削し、バフ研磨により鏡面に仕上げた。
【0050】同一の樹脂板であれば濁度（τ）の値は、光路長によらずほぼ一定の数値を示すため、実施例においてはすべて光路長を２００ｍｍとして式（２）によって、濁度（τ）を測定した。
【0051】（２）輝度の測定得られた光源装置の光出射面において、視野角１度の輝度計（輝度計ｎｔ−１°：ミノルタ（株）製）を用いて、光出射面法線方向における光出射面の中央部分の輝度を測定した。
【0052】［実施例１］（ａ）微粒子を含有する樹脂板の製造と濁度（τ）の測定メタクリル酸メチル重合体２０質量％とメタクリル酸メチル８０質量％との混合物シラップ１００質量部に、平均粒子径０．２μｍの酸化チタン０．０００１２質量部、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル０．００５質量部、紫外線吸収剤として２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾトリニアゾール０．００５質量部を添加し、攪拌後、脱気し原料シラップを得た。厚さ６ｍｍのガラス板２枚と塩化ビニール製のチューブから構成されたセルの中に原料シラップを注入し、７０℃の温水中で２時間、続いて１２０℃の空気加熱炉中で２時間重合し、８ｍｍ×３００ｍｍ×４５０ｍｍの微粒子を含有する樹脂板を製造した。樹脂板の濁度（τ）を測定し、表１に示した。
【0053】（ｂ）光拡散部の形成得られた樹脂板を８ｍｍ×２２９ｍｍ×３０５ｍｍの大きさに切断した。拡散剤を有するセリコール１３−マットメジューム（帝国インキ製造（株）製）８０質量％とセリコール１３−遅口コンパウンド（帝国インキ製造（株）製）質量２０％とを混合してインキを製造した。そのインキと、光源を設置する位置から遠い位置は点の密度が濃く、光源へ近づくにつれて点の密度が薄くなる分布をもたせた網点グラデーションを施した２５０メッシュのスクリーンとを用いて、スクリーン印刷によって、樹脂板裏面に光拡散部を形成した。
【0054】（ｃ）光反射層と光源の取付け光拡散部が形成された樹脂板において、８×２２９ｍｍの面のうち１面を光源の入射面とした。光源の入射面とその対面をサンドペーパーと羽布により研磨した。樹脂板裏面の光拡散部が存在する面に、さらに反射層として、反射フィルムＥ６０（（株）ツジデン製）を、重ね合わせた。
【0055】光源として直径２．０ｍｍ、長さ２５６ｍｍ、管面輝度２５０００ｃｄ／ｍの冷陰極管１本を、樹脂板の光入射面に密着させ、反射率９１％のＡｇ蒸着フィルムで樹脂板２と冷陰極管を包み込み、光出射面側に拡散板としてＥ１１３（（株）ツジデン製）１枚を重ね合わせて光源装置を得て、輝度を測定し、表１に示した。
【0056】［実施例２〜５］酸化チタンを表１に記載の含有量としたこと以外は、実施例１と同様にして微粒子を含有する樹脂板を製造し、光源装置を得た。それらの測定結果を表１に示す。
【0057】［比較例１］酸化チタンを添加しなかったこと以外は、実施例１と同様にして微粒子を含有しない樹脂板を製造し、光源装置を得た。それらの測定結果を表１に示す。
【0058】比較例の光源装置は、各実施例の光源装置と比較して輝度が低かった。
【0059】［実施例６］輝度分布の測定実施例２で得られた光源装置において、光源を直径２．４ｍｍ、長さ３００ｍｍの冷陰極管に変更し、対向する二つの端面に冷陰極管を１本ずつ配置し、光出射面の光拡散板の上にさらに頂角９０°のプリズムレンズシートをレンズ面を上側として、プリズムの向きが直交するように２枚交互に重ね合わせた。この光源装置において、３０５ｍｍの長さ方向についてみると、長さ２２９ｍｍの端面から７６ｍｍ、１５２．５ｍｍ、２２９ｍｍの各位置で、且つ２２９ｍｍの長さ方向についてみると、長さ３０５ｍｍの端面から５７ｍｍ、１１４．５ｍｍ、１７２ｍｍの各位置の合計９ヶ所について、それぞれ輝度を測定した。
【0060】９ヶ所の平均輝度は３４２０ｃｄ／ｍ2であった。
【0061】［比較例２］比較例１の微粒子を含有しない樹脂板を用いること以外は実施例６と同様にして、光源装置を得て、それぞれ９ヶ所の輝度を測定した。９ヶ所の平均輝度は３３００ｃｄ／ｍであり実施例６と比較して平均輝度が低かった。
【0062】
【発明の効果】本発明の光源装置は、高く均一な輝度を発現し、大型の表示装置に好適である。
【0063】
【表１】
【出願人】 【識別番号】０００００６０３５
【氏名又は名称】三菱レイヨン株式会社
【出願日】 平成１２年３月２２日（２０００．３．２２）
【代理人】
【公開番号】 特開２００１−２６６６２６（Ｐ２００１−２６６６２６Ａ）
【公開日】 平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】 特願２０００−７９８８６（Ｐ２０００−７９８８６）