JP2001052519A

JP2001052519A - 面発光装置、導光板成形用金型およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001052519A
Application number: JP11223805A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Fukushima; 裕福島; Nobuyuki Matsuda; 伸之松田
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】印刷レスの導光板を用いた面発光装置であっ
て、線光源から導光板内に入射した光を効率よく利用で
きる高輝度の面発光装置を提供する。【解決手段】透明な導光板の少なくとも一側面に線光
源を配置し、導光板の表面又は裏面に多数の非鏡面凸部
の集まりを有し、均一な発光が得られるように非鏡面凸
部の底部が占める面積率を線光源側端部からの距離に応
じて変化させ、導光板の裏面側に裏面反射層を配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、薄型の電飾照
明、および薄形軽量のラップトップパソコン、ワープ
ロ、ＰＤＡ（Personal digital assistant）、液晶ＴＶ
等のバックライトなどに好適なエッジライト型の面発光
装置に関し、とくに印刷レスの導光板を用いた面発光装
置に関する。また、本発明は、このような面発光装置に
用いられる導光板を得るための金型およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エッジライト型の面発光装置とし
ては、透明な導光板の側面に線光源を配置し、導光板の
裏面に顔料などを含むインキを用いて印刷パターンを形
成したものが主流であったが、最近は印刷レスの導光板
を用いる面発光装置も出現している。例えば、特開平１
０−６８９４７号公報に記載されているように、透明な
導光板９の側面に線光源１１を配置し、導光板９の裏面
に凹凸を形成するとともに、このような凹凸形状１０の
全ての面を鏡面に加工して入射光の導光手段としたもの
がある（図６参照）。このような構成からなる面発光装
置にあっては、線光源１１から導光板９内に入射した光
は導光板９内を進行し、裏面に形成されていて鏡面に加
工されている凹凸形状１０に当たると、鏡面反射により
進行角度を変え、全反射を越えない角度で導光板９の表
面に達した光が透過されて、前方を照明するのである。
なお、凹凸形状１０のパターンは、図６のような凹形状
の他に、凸形状のものもある。

【０００３】また、上記公報では、凹凸形状１０のピッ
チを線光源１１から離れる方向に粗から密へと変化する
ように、または／および凹凸形状１０の深さまたは高さ
を線光源１１から離れる方向に浅から深または低から高
へと変化するように配列することにより、線光源１１側
の反射面積率よりも反対側の反射面積率が増加するの
で、出射光線量を均一にでき、線光源１１側から反対側
までの輝度を均一にすることができるとしている。

【０００４】また、上記凹凸形状１０を、単結晶のダイ
ヤモンド刃の複数個を一体化した刃物を用いたシェーパ
（形）加工や、射出成形または押し出し成形にて形成す
ることにより、一度の加工・成形で凹凸形状のパターン
を加工できるので、生産性が向上し、安価に製造するこ
とができるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の面
発光装置では、鏡面反射によって導光板９より光を出射
させるため、各凹凸形状１０においては特定の角度で当
たってきた光しか出射させることができず、また出射さ
せる方向も限定されるので、線光源１１から導光板９内
に入射した光を効率よく利用できず、高輝度を得ること
が難しいという問題があった。

【０００６】したがって、本発明の目的は、上記の問題
を解決し、印刷レスの導光板を用いた面発光装置であっ
て、線光源から導光板内に入射した光を効率よく利用で
きる高輝度の面発光装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の面発光装置は、透明な導光板の少なくとも
一側面に線光源を配置し、導光板の表面又は裏面に多数
の非鏡面凸部の集まりを有し、均一な発光が得られるよ
うに非鏡面凸部の底部が占める面積率を線光源側端部か
らの距離に応じて変化させ、導光板の裏面側に裏面反射
層を配置するように構成した。

【０００８】また、上記面発光装置の各構成において、
非鏡面凸部の表面粗さＲ_Ｚを0.1〜20μmとした。

【０００９】また、上記面発光装置の各構成において、
非鏡面凸部を、５〜50μmの範囲内で選択された同一高
さ、0.2〜1.0mmの範囲内で選択された均等ピッチで配置
し、その底部が占める面積率を線光源側端部からの距離
に応じて５〜75％の範囲内で選択された任意の範囲で変
化させた。

【００１０】また、上記面発光装置の各構成において、
導光板の表面側に光拡散層を配置した。

【００１１】本発明の導光板成形用金型は、上記導光板
を成形するための金型において、非鏡面凸部を形成する
ための非鏡面凹部がエッチング加工によるものであるよ
うに構成した。

【００１２】また、上記導光板を成形するための金型の
製造方法は、導光板の板形状に概略相当する空間部を構
成する金型を得た後、導光板の表面又は裏面に対応する
金型内壁の必要とする部分のみにエッチング加工して多
数の非鏡面凹部の集まりを形成するように構成した。

【００１３】また、上記非鏡面凸部を均等ピッチで配置
した導光板を成形するための金型の製造方法において、
導光板の板形状に概略相当する空間部を構成する金型を
得た後、穴を0.2〜1.0mmの範囲内で選択された均等ピッ
チで配置し且つその開口面積率を対応する非鏡面凸部の
底部の面積率よりもサイドエッチング分小さく設定して
端部からの距離に応じて変化させたエッチングレジスト
層を形成し、導光板の表面又は裏面に対応する金型内壁
の必要とする部分のみに５〜50μmの範囲内で選択され
た同一深さにエッチングファクタ1.0〜3.0でエッチング
加工して多数の非鏡面凹部の集まりを形成するように構
成した。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図を参照しながら本発明
に係る面発光装置、導光板の成形に用いる金型およびそ
の製造方法を詳細に説明する。図１および図２は本発明
に係る面発光装置の一実施例を示す断面図、図３は本発
明に係る面発光装置の非鏡面凸部の形状の一実施例を示
す部分拡大図、図４は本発明に係る面発光装置の導光板
を製造するための成形用金型におけるエッチング加工を
説明する部分拡大図、図５は線光源に直角な方向の各位
置における非鏡面凸部の底部とそれに対応するレジスト
穴との関係を示すグラフである。図中、１は導光板、２
は線光源、３は裏面反射層、４は非鏡面凸部、５は光散
乱、６はエッチングレジスト層、７は金型、８は非鏡面
凹部をそれぞれ示す。

【００１５】本発明に係る面発光装置に使用する導光板
１としては、アクリルなどの透明樹脂製で厚さ１mm〜30
mm程度の矩形板材が好ましい。なお、導光板１の断面形
状は、裏面に線光源２から遠ざかるにつれて薄くなるよ
うな傾斜面部が形成されていてもよいし、厚みの一定な
平板状でもよい。また、導光板１は、湾曲していてもよ
い。本発明の特徴は、導光板１の表面又は裏面が多数の
非鏡面凸部４の集まりを有するように成形し、各非鏡面
凸部４の底部面積率を均一な発光が得られるように線光
源２からの距離に応じて変化させたことにある（図１，
２参照）。

【００１６】非鏡面凸部４は、導光板１を成形するため
の金型７において導光板１の表面又は裏面に対応する金
型７内壁の必要とする部分のみに非鏡面凹部８の集まり
を形成しておくことによって、導光板１の成形と同時に
形成されるものである。この非鏡面凹部８はエッチング
加工によって形成されるので、得られる非鏡面凸部４の
表面状態は、磨りガラスのような粗面からなる非鏡面と
なる。なお、導光板１の非鏡面凸部４以外の部分は、金
型７内壁のエッチング加工されていない部分よって成形
されるので、鏡面となる。また、非鏡面凸部４の底部形
状はエッチング加工の容易な丸みを帯びた形、たとえば
円形に設計され、非鏡面凸部４の全体の形状は、金型７
の非鏡面凹部８内におけるエッチング深度が周囲に向か
うに従って浅くなるためドーム状になる（図３参照）。
非鏡面凸部４の表面粗さＲ_Ｚは、一般的な材質および硬
度の金型７、エッチング液で行なったエッチング加工で
あれば、0.1〜20μｍの範囲となる。

【００１７】非鏡面凸部４においては、表面粗さＲ_Ｚが
0.1〜20μｍであるので、いろいろな角度で当たってき
た光を光散乱５し（図３参照）、この散乱した光は、直
接あるいは裏面反射層３で反射されて導光板１の表面か
ら出射する。また、この導光板１より出射する光は、光
散乱に起因するので、出射向は限定されない。その結
果、従来は出光させることのできなかった光をも出光さ
せることができるため、線光源２から導光板１内に入射
した光を効率よく利用でき、面発光装置の輝度が向上す
る。なお、非鏡面凸部４の表面粗さＲ_Ｚが0.1μｍ未満
であると上記したような光学機能が充分でなく、表面粗
さＲ_Ｚが20μｍを超えると金型７からの導光板１の離型
性に悪影響がでる。したがって、上記表面粗さの範囲で
粗面を得ることのできるエッチング加工は、粗面化手段
として適しているといえる。

【００１８】また、非鏡面凸部４の底部が占める面積率
を線光源２側端部からの距離に応じて変化させること
で、高輝度発光の均一化が可能となる。面積率の変化
は、均等なピッチで配置した非鏡面凸部４についてその
底部の大きさを形成箇所によって変えることで行なう。
基本的な面積率変化は、線光源２から遠ざかるにつれて
面積率が大きくなるように変化させる。底部の面積率が
小さい非鏡面凸部４を有する部分では、線光源２から照
射された光のうちの大部分が導光板１の内部で入射角と
反射角とが等しい全反射を繰り返しながら導光板１の奥
へ順次導かれる。また、線光源２から照射された光のう
ちの残りは、非鏡面凸部４で散乱して導光板１の表面よ
り直接出射し、あるいは、非鏡面凸部４を一旦通り抜け
て導光板１裏面の裏面反射層３に至り、この裏面反射層
３で反射した後に導光板１の表面より出射する。さら
に、非鏡面凸部４で散乱した光のうちの一部分は、導光
板１の内部で全反射に移行する。これに対して、底部の
面積率が大きい非鏡面凸部４を有する部分では、底部の
面積率が小さい非鏡面凸部４を有する部分に比べて全反
射が起こりにくい。したがって、線光源２からの光が出
射しにくい箇所、すなわち線光源２から離れた箇所の面
積率が大きくなるように変化させれば、全体として導光
板１表面から出射する光の量のバランスをとりやすくな
る。

【００１９】なお、非鏡面凸部４を、５〜50μmの範囲
内で選択された同一高さ、0.2〜1.0mmの範囲内で選択さ
れた均等ピッチで配置し、非鏡面凸部４の底部が占める
面積率を線光源２からの距離に応じて５〜75％の範囲内
で選択された任意の範囲で変化させているようにするの
が最も好ましい。非鏡面凸部４の高さを５〜50μmの範
囲内で選択する理由は、非鏡面凸部がエッチング加工に
より非鏡面凹部８を形成した金型７を用いて成形される
ため、５μm未満であるとエッチングのコントロールが
難しくなり非鏡面凹部８どうしでエッチング程度にバラ
ツキが生じ、50μmを超えると非鏡面凹部８に成形樹脂
が食い付いて金型７からの導光板１の離型性が悪くなる
からである。また、非鏡面凸部４間のピッチを0.2〜1.0
mmの範囲内で選択する理由は、0.2mm未満であると一つ
一つの非鏡面凸部４の寸法を小さくしなければならない
ためエッチング加工による非鏡面凹部８の形成が難しく
なり、1.0mmを超えると一つ一つの非鏡面凸部４の寸法
を大きくしなければならないため面発光装置表面より非
鏡面凸部４が見えるおそれがあるからである。また、非
鏡面凸部４の底部が占める面積率を５〜75％の範囲内で
選択された任意の範囲で変化させる理由は、５％未満で
あると非鏡面凸部４の寸法が小さくなりすぎ、やはり非
鏡面凹部８の形成が難しくなり、75％を超えると隣合う
非鏡面凸部４どうしが接触するため隣合う非鏡面凹部８
のエッチング加工が互いに影響を及ぼしエッチングのコ
ントロールが難しくなるからである。

【００２０】以上のような非鏡面凸部４を有する導光板
１は、その板形状に概略相当する空間部を構成する金型
７を用いた射出成形にて形成される。上記導光板１の片
面には非鏡面凸部４を形成しなければならないため、導
光板１の板形状に概略相当する空間部を構成する金型７
を得た後、導光板１の表面又は裏面に対応する金型７内
壁の必要とする部分のみにエッチング加工して多数の非
鏡面凹部８の集まりを形成する（図４参照）。プラスチ
ック成形金型用の鋼材としては従来より例えばS55Cのよ
うな一般構造用鋼やSCM445のような中低炭素鋼などが広
く用いられているが、本発明においては、エッチング加
工を施した部分以外の成形表面は光を全反射して導光す
るために鏡面でなければならないので、鏡面性に優れた
型面の得られる鋼材、例えばSUS420J2改良型であるウッ
デホルム社製STAVAXなどを使用することが望ましい。ま
た、エッチング加工に際しては、非鏡面凹部８を形成す
べき部分を除いてエッチングレジスト層６を設ける。エ
ッチングレジスト層６は、一般の感光性耐エッチング材
料を用い、塗布、露光、現像することにより任意のパタ
ーンに形成する。次に、エッチングレジスト層６で覆わ
れていない部分の金型７内壁をエッチング除去する。こ
の工程においては、適宜のエッチング剤、たとえばアン
モニウム、過硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムなど
のアルカリエッチング液または塩化第二銅、塩化第二
鉄、クロム酸／硫酸混液、過酸化水素水／硫酸混液など
の酸性エッチング液などを用いる。さらに、エッチング
レジスト層６を剥離することにより、金型７内壁に多数
の非鏡面凹部８とそれ以外の鏡面部分とが形成される。
この工程においては、適宜の剥離剤、たとえばメチレン
クロライド、グリコールエーテル、これらの混合溶剤、
またはこれらと水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど
のアルカリ水溶液との混合液などの有機溶剤を用いる。

【００２１】なお、エッチングレジスト層６で覆われて
いない部分（レジスト穴）の金属をエッチング液にてエ
ッチング除去するとレジスト穴の径より外側（横方向）
にもサイドエッチングされるため、各レジスト穴の開口
面積率を、対応する非鏡面凸部４の底部の面積率よりも
サイドエッチング分小さく設定して端部からの距離に応
じて変化させる必要がある（図５参照）。通常のエッチ
ングにおいては、エッチングの深度ｄ／サイドエッチＳ
で表わされるエッチングファクタ（E.F.）は1.0〜3.0と
なる。ただし、サイドエッチＳ＝（非鏡面凹部の径ｗ_２
−レジスト穴の径ｗ_１）／２である。

【００２２】線光源２としては、直径1.5mm〜３mmの熱
陰極線管や冷陰極線管などの陰極線管を用いる。線光源
２は、図１および図２に示したように一側面にのみ配置
してもよいし、他の側面にも配置してもよい。また、線
光源２の形状は、真っ直ぐなもの、隣接する二側面にわ
たるＬ字状のもの、隣接する三側面にわたるコ字状のも
のを使用できる。

【００２３】導光板１の裏面側には、裏面反射層３が配
置されている。裏面反射層３は、光拡散透過部３におい
て導光板１内に戻れなかった光を導光板１側に反射して
光を効率よく利用できるようにするものである。裏面反
射層３の材料としては、たとえば、次のようなものが好
ましい。（１）樹脂中に白色顔料を混入したフィルムま
たは板。（２）白色塗装あるいは白色印刷したアルミニ
ウム板。（３）鏡面を呈した金属板やアルミニウムなど
の金属箔、あるいはアルミニウムや銀などの金属蒸着を
施したフィルムや板。また、導光板１および線光源２を
収納するケースの内面を白色に塗装または印刷して裏面
反射層３としてもよい。

【００２４】また、必要に応じて、導光板１の表面側に
光拡散層を配置してもよい。光拡散層は、導光板１の表
面より出光した光を拡散させ、輝度分布をなめらかにす
るためのものである。この光拡散層の材料としては、た
とえば、次のようなものが好ましい。（１）光拡散物質
がコーティングされたフィルムまたは板。（２）自ら光
拡散性を有するフィルムまたは板。（３）乳白色の樹脂
フィルムまたは板。また、光拡散層を複数層形成しても
よい。非鏡面凸部４の寸法が大きい場合、とくに非鏡面
凸部４を導光板の表面に設ける場合には、面発光装置表
面より非鏡面凸部４が見えるのを防ぐために光拡散層を
配置するのが好ましい。

【００２５】また、導光板１の線光源２が配置されてい
ない側面に側面反射層を配置してもよい。側面反射層
は、導光板１の側面より出光して戻れなかった光を導光
板１側に反射して光を効率よく利用できるようにするも
のである。側面反射層の材料としては、裏面反射層３と
同様のものを用いるとよい。また、導光板１の側面に白
色の反射層をホットスタンプ法により形成して側面反射
層としてもよい。なお、側面反射層の反射により側面反
射層近傍で異常に高い輝度を示す場合には、側面反射層
近傍の非鏡面凸部４の底部の面積率を、それまでと同等
であるか又は同等以上で、その増加率がそれまでの増加
率より小となるようにする。

【００２６】

【実施例】実施例１Ｃ:0.38％、Si:0.8％、Mn:0.5％、Cr:13.6％のステンレ
ス鋼（ウッデホルム社製STAVAX）の高温焼もどし材から
なる縦288mm、横218mm、横方向最大厚み2.5mm、横方向
最小厚み0.7mmのくさび型導光板の板形状に概略相当す
る空間部を構成する金型について、その内壁にエッチン
グレジスト層を形成し、エッチングレジスト層で覆われ
ていない部分の金属を塩化第二鉄からなるエッチング液
にて深さ30μmまでエッチング除去して導光板の裏面に
対応する金型内壁の必要とする部分のみに多数の非鏡面
凹部の集まりを形成した。なお、エッチングレジスト層
においては、各非鏡面凸部に対応する円形のレジスト穴
の直径を、それぞれサイドエッチング分である20μmだ
け小さく設定した。

【００２７】以上のような非鏡面凹部を有する金型内に
透明アクリル樹脂を射出することにより、底部を円形と
する高さ30μm、表面粗さＲ_Ｚが８μｍのドーム状の非
鏡面凸部の集まりをピッチ0.3mmで配置するように導光
板の成形と同時に形成した。この非鏡面凸部の底部の面
積率は、線光源の軸方向に対して直角な方向において、
線光源側端部よりも反対側端部で大きくなるように20〜
55％の範囲でグラデーション変化するように形成した。

【００２８】次に、導光板の最大厚みとなる側面に管長
290mm、直径２mmの冷陰極線管を線光源として配置し、
導光板の非鏡面凸部を有する裏面側には白色ポリエチレ
ンテレフタレートフィルムを裏面反射層として配置し、
導光板の線光源の配置されていない三側面には酸化チタ
ンを含有させた側面反射層を設けた。また、光拡散物質
の塗布された樹脂フィルムを光拡散層として導光板の表
面に配置した。

【００２９】実施例２導光板の裏面にではなく表面に非鏡面凸部を形成したこ
と以外は、実施例１と同様にした。

【００３０】実施例１および実施例２の面発光装置の発
光面について輝度測定を行ったところ、それぞれ1980cd
/m²、1880cd/m²という高輝度であった。

【００３１】

【発明の効果】本発明で得られる面発光装置は、以上の
ような構成および作用からなるので、次のような効果を
奏する。

【００３２】すなわち、非鏡面凸部においては、いろい
ろな角度で当たってきた光をその非鏡面で光散乱し、こ
の散乱した光は、直接あるいは裏面反射層で反射されて
導光板の表面から出射する。また、この導光板より出射
する光は、光散乱に起因するので出射向は限定されな
い。その結果、従来の印刷レスの導光板を用いた面発光
装置では出光させることのできなかった光をも出光させ
るため、線光源から導光板内に入射した光を効率よく利
用でき、面発光装置の輝度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面発光装置の一実施例を示す断面
図である。

【図２】本発明に係る面発光装置の一実施例を示す断面
図である。

【図３】本発明に係る面発光装置の非鏡面凸部の形状の
一実施例を示す部分拡大図である。

【図４】本発明に係る面発光装置の導光板を製造するた
めの成形用金型におけるエッチング加工を説明する部分
拡大図である。

【図５】線光源に直角な方向の各位置における非鏡面凸
部の底部とそれに対応するレジスト穴との関係を示すグ
ラフである。

【図６】従来技術に係る面発光装置の一実施例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１導光板２線光源３裏面反射層４非鏡面凸部５光散乱６エッチングレジスト層７金型８非鏡面凹部９導光板１０凹凸形状１１線光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な導光板の少なくとも一側面に線光
源を配置し、導光板の表面又は裏面に多数の非鏡面凸部
の集まりを有し、均一な発光が得られるように非鏡面凸
部の底部が占める面積率を線光源側端部からの距離に応
じて変化させ、導光板の裏面側に裏面反射層を配置した
ことを特徴とする面発光装置。
【請求項２】非鏡面凸部の表面粗さＲ_Ｚが0.1〜20μm
である請求項１記載の面発光装置。
【請求項３】非鏡面凸部を、５〜50μmの範囲内で選
択された同一高さ、0.2〜1.0mmの範囲内で選択された均
等ピッチで配置し、その底部が占める面積率を線光源側
端部からの距離に応じて５〜75％の範囲内で選択された
任意の範囲で変化させた請求項１または請求項２記載の
面発光装置。
【請求項４】導光板の表面側に光拡散層を配置した請
求項１〜３のいずれかに記載の面発光装置。
【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の導光板
を成形するための金型において、非鏡面凸部を形成する
ための非鏡面凹部がエッチング加工により形成されたも
のであることを特徴とする導光板成形用金型。
【請求項６】請求項１または２に記載の導光板を成形
するための金型の製造方法であって、導光板の板形状に
概略相当する空間部を構成する金型を得た後、導光板の
表面又は裏面に対応する金型内壁の必要とする部分のみ
にエッチング加工して多数の非鏡面凹部の集まりを形成
することを特徴とする導光板成形用金型の製造方法。
【請求項７】請求項３記載の非鏡面凸部を有する導光
板を成形するための金型の製造方法であって、導光板の
板形状に概略相当する空間部を構成する金型を得た後、
穴を0.2〜1.0mmの範囲内で選択された均等ピッチで配置
し且つその開口面積率を対応する非鏡面凸部の底部の面
積率よりもサイドエッチング分小さく設定して端部から
の距離に応じて変化させたエッチングレジスト層を形成
し、導光板の表面又は裏面に対応する金型内壁の必要と
する部分のみに５〜50μmの範囲内で選択された同一深
さにエッチングファクタ1.0〜3.0でエッチング加工して
多数の非鏡面凹部の集まりを形成することを特徴とする
導光板成形用金型の製造方法。