JP2001133772A - 導光板の製造方法、導光板及び液晶表示装置 - Google Patents

導光板の製造方法、導光板及び液晶表示装置

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JP2001133772A
JP2001133772A JP31174399A JP31174399A JP2001133772A JP 2001133772 A JP2001133772 A JP 2001133772A JP 31174399 A JP31174399 A JP 31174399A JP 31174399 A JP31174399 A JP 31174399A JP 2001133772 A JP2001133772 A JP 2001133772A
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light guide
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transparent resin
resin material
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Shinji Tanaka
伸司 田中
Masatoshi Kanamaru
昌敏 金丸
Kiju Endo
喜重 遠藤
Yuji Mori
祐二 森
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導光板の表面に、高精度に均一に形成された
傾斜角度を有する、微細な凹凸パターンを形成する。 【解決手段】 表面に微細な凹凸が形成された透明樹脂
材料からなる導光板を製造する方法において、単結晶シ
リコン基板101をホトリソグラフィー技術を用いてエ
ッチングすることにより該基板の表面に窪み103をア
レイ状に形成する工程と、該基板の表面のアレイ状の窪
み103を金型200に転写する工程と、透明樹脂材料
を該金型200でプレス成形する工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライトに好適な導光板の製造方法、導光板、及び導
光板を有する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光源と該光源からの光を伝搬する導光板
とから構成される照明装置を有する液晶表示装置におい
て、表示画面をより均一な光で照明するために導光板の
表面に光拡散シートを設けることが知られている。
【0003】しかし、このような光拡散シートを用いる
と、機器の薄型化の障害となることから、光拡散シート
を使用せずに均一な拡散光を得るためのいくつかの提案
がなされている。例えば、特開平10−31115号及
び特開平10−170915号には、光の導入端から光
の伝搬方向に向かって漸減する板厚を有する導光板の表
面に、ドット状のインクを形成して光を散乱させること
が記載されている。また、特開平10−227917号
及び特開平10−227918号には、機械加工によっ
て、表面に三角錐、四角錐、多角錐等の突起を有する金
型を作り、該突起を透明基板に転写し、突起の斜面によ
り光を反射させて表示素子面に向けて光を拡散させるこ
とが記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ドット状のインクを導
光板の表面に形成するためには、導光板の製造後に、印
刷やインクジェット手法などの煩雑な工程を置かなくて
はならない。また、形成されるドットパターンの大きさ
にはむらがあり、均質なドットパターンを形成すること
は困難であるので光の散乱を一様にする上で限界があ
る。
【0005】また、機械加工で表面に突起を有する金型
を作る場合には、加工可能な突起の寸法には限度があ
る。機械加工で形成される突起の長さ及び幅は最小でも
数百μm以上であり、その高さは最小でも百μm以上で
ある。また、機械加工では突起の側面の傾斜角度を高精
度に均一に加工し、均一な突起パターンを形成すること
は困難である。
【0006】本発明は、表面に、傾斜角度が高精度に均
一に形成された微細な凹凸パターンを有する導光板を提
供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段に
より解決される。即ち、表面に微細な凹凸パターンが形
成された透明な導光板を製造する方法において、単結晶
シリコン基板をエッチングすることにより該基板の表面
に複数の突起を形成する工程と、該基板の表面形状を金
型に転写する工程と、該金型で透明樹脂材料を成形して
その表面に凹凸パターンを形成する工程とを含むことを
特徴とする。
【0008】上記方法では、金型の突起は機械加工でな
く、半導体製造に用いられるホトリソグラフィー技術に
より形成されるので、極めて微細な突起パターンを得る
ことができる。また、エッチングの食刻角度は、異方性
を有する単結晶シリコンの結晶面により規定されるの
で、各突起の傾斜角度のばらつきを1°以内とし、高精
度に均一にすることができる。
【0009】上記手段に代えて以下の手段とすることが
できる。即ち、表面に微細な凹凸パターンが形成された
透明な導光板を製造する方法において、単結晶シリコン
基板をエッチングすることにより該基板の表面に複数の
窪みを形成する工程と、該基板の表面形状を金型に転写
する工程と、該金型で透明樹脂材料を成形してその表面
に凹凸パターンを形成する工程とを含むことを特徴とす
る。
【0010】この方法でも、上記同様に、各窪みの傾斜
角度のばらつきを1°以内とし、高精度に均一な凹凸パ
ターンを得ることができる。
【0011】上記の方法により、表面に複数の突起の形
成された透明樹脂からなる導光板であって、各突起の幅
及び長さが10μmから100μmの範囲にあり、各突
起の高さが1μmから10μmの範囲にある導光板を得
ることができる。
【0012】上記の導光板の表面に形成された突起パタ
ーンは極めて微細であり、従来の導光板に比べ、より均
一な拡散光が得られる。
【0013】各突起を角錐台の形状とし、傾斜角度が互
いに異なる複数の側壁面を有するようにすれば、液晶表
示装置の形状等に応じて表示画面をより鮮やかにする導
光板を選択するようにすることもできる。
【0014】また、上記方法によれば、表面に微細な複
数の窪みを有する透明樹脂材料からなる導光板であっ
て、各窪みの幅及び長さが10μmから100μmの範
囲にあり、各溝の深さが1μmから10μmの範囲にあ
る導光板を得ることができる。
【0015】突起に代えて溝が形成された導光板におい
てもその凹凸パターンは極めて微細であり、上記同様、
従来の導光板に比べより均一な拡散光が得られる。
【0016】また、各溝を角錐台の形状とし、傾斜角度
が互いに異なる複数の側壁面を有するようにすれば、液
晶表示装置の形状等に応じてより表示画面を鮮やかにす
る導光板を選択するようにすることもできる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明を添付図面を参照して詳細
に説明する。図1は本発明の導光板を示すものである。
樹脂製の導光板22の表面に、四角錐台の形状の突起1
がアレイ状に形成されている。突起1の幅及び長さは1
0μmから100μmの範囲にあり、高さは1μmから
10μmの範囲にある。また、各側壁面の粗さは0.2
μm以下である。各突起のピッチは10μmから100
μmの範囲にある。
【0018】図2は、本発明の導光板22を液晶等の表
示素子に搭載した状態を示す。導光板22の側面に配置
された光源4からの光は該導光板22の内部を透過し、
突起1の傾斜面10で反射され、導光板の外に出て液晶
表示装置のTFT基板3を照明する。反射板5は、導光
板22の下方に出た光を該導光板に戻すためのものであ
る。導光板の突起は従来に比べ極めて微細であり、むら
のない均一な照明強度が得られる。
【0019】また、図3に示すように、導光板22の厚
さを光の入射端から徐々に減少させたり、あるいは突起
のピッチを徐々に減少させることにより、TFT基板3
3への照明状態をより一層均一にすることもできる。
【0020】また、図4に示すように、光がより均一に
拡散されるように突起1の両側の傾斜面11、12の角
度を異ならせることもできる。
【0021】上記の導光板の微細形状は機械加工により
得ることは困難であり、半導体製造技術を応用した、以
下に説明するプロセスによって作られる金型を用いて得
られる。図5は、面方位が(100)の単結晶シリコン
基板101を用いて金型を作る手順を示している。
【0022】図5のステップ(a)でシリコン基板10
1にエッチングのマスクとなる熱酸化シリコン膜100
を形成し、ステップ(b)で酸化シリコン膜面にレジス
ト102を塗布し、ステップ(c)において露光、現像
により開口部104を形成する。次に、ステップ(d)
において酸化シリコン膜100を弗化水素酸と弗化アン
モニウムの混合液によりエッチングし、熱酸化膜の開口
部104を形成する。次いでステップ(e)において開
口の形成された酸化シリコン膜をマスクとして水酸化カ
リウム水溶液を用いてシリコン基板101をエッチング
すると、側壁面が(111)面である窪み103が形成
される。この窪みに、電鋳等によりニッケルを付着させ
てレプリカを取れば、図1に示した導光板を作るための
金型200を得ることができる。
【0023】このように半導体製造に用いられるホトリ
ソグラフィープロセスを利用することにより、従来の機
械加工では困難であった、幅及び長さが10μmオーダ
ーであり、高さが1μmオーダーであり、ピッチが10
μmオーダーであり、側壁面の粗さが0.2μm以下で
ある、極めて微細な突起を高精度に形成することができ
る。
【0024】図6は、上記プロセスから得られた金型を
用いて導光板を作る工程を示している。図6の(a)に
示すように、透明樹脂材料の導光板素材30を下金型4
1に入れ、該素材が十分軟化するまで加熱する。次に図
5の工程で得られた金型を上金型40として該素材をプ
レス成形することにより、表面に突起がアレイ状に形成
された導光板が得られる。
【0025】図6の(b)に示すように下金型42の底
面を傾斜させることにより、厚さが徐々に変化する導光
板を形成することもできる。また、下金型42をガラス
等の透明な材料で作り、導光板素材を紫外線硬化樹脂と
し、これを上金型でプレスし、紫外線を下金型の下方か
ら照射すれば、更に高い精度の導光板を得ることができ
る。
【0026】図7に水酸化カリウム水溶液を用いてシリ
コン基板の異方性エッチングを行ったときに得られる様
々な突起の形状を示す。一般に突起の角部には角落ち現
象により図7(a)に示すように角落ち面18が現れる
が、角落ち防止のマスク設計を行うことにより、図7
(b)のような上面がほぼ長方形の四角錐台、あるいは
図7(c)のような上面がほぼ正方形の正四角錐台の突
起を得ることができる。この場合、側壁面13及び14
は(111)面であり、基板面に対しそれぞれ54.7
°の角度をなすが、この角度を変化させることもでき
る。
【0027】これは、(100)を面方位とするシリコ
ンのインゴットからウエハを切り出す際、そのスライス
角度をθだけ傾けることにより可能になる。即ち、通常
のウエハでは、基板の面方位は(100)面に一致して
いるが、図8(a)に示すように面方位が(100)面
からθだけ傾いているウエハを用いれば、図8(b)に
示すように、傾斜角度がそれぞれ54.7+θ°、5
4.7−θ°である側壁面を形成することができる。し
かし、これらの二つの側壁面が成す角度、即ち突起の頂
角は、θの値に関らず結晶学的に70.6°である。
【0028】前述の紫外線硬化樹脂を用いたプロセスで
導光板を作成すれば、突起の頂角を70.6°±1°の
範囲に収め、より均一なパターンを形成できることが確
認された。
【0029】図9は、本発明の導光板の表示装置への搭
載の別の態様を示している。同図に示すように、導光板
の突起の形成された側の面が表示素子のTFT基板側に
来るようにしても、表示素子を十分な光で照明できるこ
とが確認された。
【0030】図10は、導光板に突起に代え、四角錐台
状の窪み50をアレイ状に多数形成したものであるが、
この場合も側壁面17及び18は光を反射させ、突起を
有する導光板と同様の光拡散効果を得ることができる。
【0031】本発明の導光板を作るには、単結晶シリコ
ン基板をエッチングして作られる母型から得られる金型
が必要であり、製作可能な導光板の寸法は、シリコンウ
エハの寸法により制限される。しかし、母型あるいは金
型をダイシング装置で切断し、切断されたものを複数個
接合してより大きな母型あるいは金型として使用すれ
ば、ウエハの寸法に制限されず、より大きな導光板を作
ることができる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、導光板の表面に、側壁
面の角度が高精度に均一に形成されたアレイ状の極めて
微細な均一な突起又は窪みのパターンを形成することが
可能であり、該パターンで光を拡散させることにより表
示装置を均一な強度の光で照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導光板の外観図である。
【図2】導光板の液晶表示装置への搭載例を示す図であ
る。
【図3】導光板の液晶表示装置への他の搭載例を示す図
である。
【図4】傾斜角度が異なる側壁面を有する突起の例を示
す図である。
【図5】本発明の導光板を作るために使用される金型の
作成の手順を示す図である。
【図6】金型を用いて本発明の導光板を作る手順を示す
図である。
【図7】シリコンの異方性エッチングにより形成される
突起の種々の形状を示す図である。
【図8】面方位が傾斜したウエハを用いて得られる突起
の形状を説明する図である。
【図9】導光板の液晶表示装置への他の搭載例を示す図
である。
【図10】表面にアレイ状の窪みが形成された導光板を
示す図である。
【符号の説明】
1:突起 2:透明樹脂基板 3:TFT基板 4:光源 5:反射板 10,11,12:傾斜面 13,14,17,18:側壁 22:導光板 30:導光板素材 40:上金型 41,42:下金型 50:窪み 100:酸化シリコン膜 101:シリコン基板 102:レジスト 103:窪み 104:マスク開口 200:金型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // F21Y 103:00 F21Y 103:00 (72)発明者 遠藤 喜重 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 森 祐二 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 2H038 AA55 BA06 2H091 FA23Z FB02 FB09 FC17 FC26 KA10 LA18 5G435 AA02 BB12 BB15 EE27 FF03 FF06 FF08 GG24 HH02 KK07 KK10

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に微細な凹凸パターンが形成された
    透明樹脂材料からなる導光板を製造する方法において、 単結晶シリコン基板をエッチングすることにより該基板
    の表面に複数の突起を形成する工程と、該基板の表面形
    状を金型に転写する工程と、該金型で透明樹脂材料を成
    形してその表面に凹凸パターンを形成する工程とを含む
    ことを特徴とする導光板の製造方法。
  2. 【請求項2】 表面に微細な凹凸パターンが形成された
    透明樹脂材料からなる導光板を製造する方法において、 単結晶シリコン基板をエッチングすることにより該基板
    の表面に複数の窪みを形成する工程と、該基板の表面形
    状を金型に転写する工程と、該金型で透明樹脂材料を成
    形してその表面に凹凸パターンを形成する工程とを含む
    ことを特徴とする導光板の製造方法。
  3. 【請求項3】 表面に微細な複数の突起を有する透明樹
    脂材料からなる導光板において、各突起の幅及び長さが
    10μmから100μmの範囲にあり、各突起の高さが
    1μmから10μmの範囲にあることを特徴とする導光
    板。
  4. 【請求項4】 請求項3において、各突起は角錐台の形
    状であることを特徴とする導光板。
  5. 【請求項5】 表面に微細な複数の窪みを有する透明樹
    脂材料からなる導光板において、各窪みの幅及び長さが
    10μmから100μmの範囲にあり、各窪みの深さが
    1μmから10μmの範囲にあることを特徴とする導光
    板。
  6. 【請求項6】請求項5において、各窪みは角錐台の形状
    であることを特徴とする導光板。
  7. 【請求項7】請求項3から6のいずれか一項に記載の導
    光板を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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