JP2006019243A - 導光板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の輝度及び均一化を保持し、バックライトモジュールを簡単にする導光板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の導光板は入光面と、出光面と、出光面に対向する反射面とを有し、前記入光面と出光面と反射面との中に、少なくとも一方の面に複数の軸線方向での断面が円弧形状の溝及、角形状である溝或いは円弧形状と角形状の溝が形成され、前記複数の溝が所定の光学パターンに従って配置される。軸線方向での断面が円弧形状の溝は光面の均一を調整する機能を有する。軸線方向での断面が角形状の溝は光が導向板の出光面から配置角の範囲に射出されて輝度を上げるように、光の方向を調整する。従って、本発明にかかる導光板は出光面からの射出光を均一に明るくし、非自発光平面モニタのバックライトモジュールに適する。本発明は前記導光板の製造方法も提供する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、導光板及びその製造方法に関し、特に非自発光型平面モニタの背光モジュールの導光板及びその製造方法に関する。

非自発光型の平面モニタ（例えば、ＬＣＤモニタ）の光源は平面光源モジュールから得られる。透光性ＬＣＤモニタにはバックライトモジュールが利用されるが、反射型モニタにはフロントライトモジュールが利用される。バックライトモジュールは線光源（例えば、冷陰極管）又は点光源（例えば、発光ダイオード）を高輝度及び均一な平面光源に変換するように構成される。

図１２及び図１３のように、導光板２の端面に冷陰極管１を設置し、導光板２の反射面に高密度の微構成である小さな突出部３を形成し、また、導高板２の上側に下方拡散シート４、拡散シート４の上側に下方プリズムレンズ５と上方プリズムレンズ６を設置し、バックライトモジュールの最上層に拡散シート７を設置する従来のバックライトモジュールの構成を示す。

光源からの光が導光板に入射すると、導光板の反射面の微構成により光を導光板に導波させる全反射条件を破り、出光面への出射光を均一に調整する。上方拡散シートと下方拡散シートは光を拡散させる機能を有するが、上プリズムレンズと下プリズムレンズは光を導光板の法線に沿って出射するように調整する。

導光板２の反射面の小さな突出部３は出光面から出射された光を均一な面光源にするように、円形、はちの巣形、楕円形、半球形のように構成される。また、小さな突出部の寸法はｍｍからミクロンまでが選ばれ、小さいほど出光面からの出射光が均一に調整される。従って、バックライトモジュールに設置された複数の拡散シートを省略して、導光板の小さな突出部に対応する微細化の要求に符合する。

導光板２の出光面はミラーにしてもよく、前記プリズムレンズの機能に代えて小さな突出部を設置してもよい。Ｖ字溝の小さな突出部である場合、それは従来の出光面がミラー構成である導光板に一枚のプリズムレンズを加えて形成する光学系と同様であるので、一枚のプリズムレンズを省略することができる。金字塔形の小さな突出部である場合、それは従来の出光面ミラーである導光板に二枚のプリズムレンズを加えて形成する光学系と同様であるので、二枚のプリズムレンズを省略することができる。しかし、前記両方に対して、導光板の小さな突出部の多様化及びサイズの正確化を満足するように、正確に小さな突出部の斜面と頂角を構成する必要がある。

円形、はちの巣形、楕円形、半球形などの光面の均一化を調整する微構成と、Ｖ字形、金字塔形などの光の方向を調整する微構成と、を組合せてなる所定の幾何図形の光学素子を導光板の入光面、出光面又は反射面に使用する場合、拡散シート及びプリズムレンズを省略し、かつ、導光板の出光面への出射光の均一化及び輝度を実現したり、バックライトモジュールを簡単に構成したりすることができる。しかし、コストを合理化するとともに、正確に微構成の多様化及び微細化を実現しやすい加工方法が必要である。

従来の導光板表面の微構成の形成方法は、主に以下のような方式がある。
１．シルクスクリーン印刷式：例えば、特許文献１及び特許文献２に示すように、導光板の表面にシルクスクリーン印刷インクまたは樹脂を用いる。主な欠点は、スクリーン目の大きさに限って、微構成が３００ミクロン以上であり、かつ、形状が固定できない、多様化もできない。
２．機械加工式：ダイヤモンドカッターを利用して金型を加工し、電鋳法で中子を製造し、それで、この中子を利用してプラスチック射出又は焼嵌めで導光板を成型する。この方法により、成型した微構成の形状とサイズを制御するので、多様化を実現することができる。主な欠点は、微構成のサイズが機械加工の物理的な極限により、数十ミクロン以上になるので、微細化が実現できないものである。
３．フォトレジスト式：例えば、特許文献３及び特許文献４号に示すように、基板にフォトレジスト膜を付け、基板に露光して現像させて、微構成を成型した後、電鋳方法で中子を成型して、この中子を利用してプラスチック射出または焼嵌めで導光板を成型する。主な欠点は工程が複雑で、コストアップにつながることである。
米国特許第５，９８８，８２６号明細書 米国特許第６，１９９，９９４号明細書 米国特許第５，７７６，６３６号明細書 中国特許第０１１０４２２７号明細書

従来技術にかかる非自発光平面のモニタ装置において、バックライトモジュールは構成が複雑で、モニタの薄型化に不利という欠点がある。また、従来の方法によりバックライトモジュールに形成された微構成に対して、多様化及び微細化を実現できないし、製造工程が複雑で、コストアップという欠点もある。従って、前記技術課題を解決するために、本発明は光の輝度及び均一化を保持し、バックライトモジュールの構成を簡単にする導光板及びその製造方法を提供する必要がある。

従来技術にかかる非自発光平面のモニタ装置において、バックライトモジュールの構成が複雑、モニタの薄型化に不利、また、従来の方法によりバックライトモジュールに形成された微構成に対して、多様化及び微細化を実現できないし、製造工程が複雑、コスト増加の技術課題を解決するように、本発明は光の輝度及び均一化を保持し、バックライトモジュールの構成を簡単にする導光板を提供することを第一の目的とする。

導光板に多様な微構成を形成し、かつ、工程が簡単で、コストが低い導光板の製造方法を提供することを第二の目的とする。

第一目的を実現するために、本発明は入光面と、出光面と、該出光面に反対する反射面とを含み、また、前記入光面と出光面と反射面との中、少なくとも一方の面に複数の軸線方向での断面が円弧形状の溝、角形状の溝或いは円弧形状の溝と角形状の溝に形成され、前記複数の溝が所定の光学系に合うように分配される導光板を提供する。

その中、軸線方向での断面が円弧形状の溝ははちの巣形、楕円形或は半球形などの溝を含み、光面の均一性を調整する機能を有する。軸線方向での断面はＶ字形或はＵ字形などの溝を含み、光が導向板の出光面から分配角度範囲に射出されて輝度を上げるため、光の方向を調整する機能を有する。

第二目的を実現するために、本発明は形状が異なる複数のヘッドを有する圧印機を準備する第一段階と、導光板材を準備する第二段階と、圧印機を駆動して、板材の指定領域に一定の形状の第一溝を圧印する第三段階と、異なる形状のヘッドを変換して、板材の別の指定領域に異なる形状の第二溝を圧印する第四段階と、前記段階を繰り返して、板材の異なる指定領域に異なる形状の多種の溝を圧印する第五段階と、を含む導光板の製造方法を提供する。

本発明は、さらに、圧印機として高速高精度の圧印機を設置し、駆動機構がリニアモータ又は圧電気材料の駆動を活用することを含む。

従来技術と比べて、本発明にかかる導高板及びその製造方法は、導光板の入光面と出光面と反射面との中、少なくとも一方の面に軸線方向での断面が円弧形状であり、光の面の均一化を調整可能な溝と、断面が角形状であり、光の方向が調整可能、射出する光の輝度を強くする溝と、の両方を結合して、導光板の出光面からの射出光を均一で明るくすることができるので、従来のバックライトモジュールにおける拡散板、プリズムレンズなどの構成を省略し、バックライトモジュールを簡単にして、平面モニタを薄型化できるという優れた点がある。本発明にかかる導光板製造方法は、溝の多様化とサイズの微細化を実現して、工程が簡単、低コストの高速且つ高精度の圧印を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明にかかる導光板及びその製造方法を説明する。

図１１に示すように、本発明にかかる導光板の製造方法は、以下のような段階を含む。
段階１０：複数の、形状が異なるヘッドを有する圧印機を準備する。前記ヘッドは一般にダイヤモンドなどのような硬質、耐摩擦の材料を精密に加工して得たもので、使用寿命が長い。

ヘッドは図1、図３、図４、図５に示すような異なるテーパー形又は円錐形になり、球形又はプリズムなどの形状になってもよい、また、テーパー、球形又は柱形に限らず、光学系の要求に従って自由に構成できる。テーバー形のヘッドを利用して、軸線方向での断面がＶ字形、径向での断面が三角形、方形、プリズム又は円形の溝に圧印し形成されるが、柱形のヘッドを利用して軸線方向での断面がＵ字形、径向での断面が方形又はプリズムの溝に圧印し形成される。軸線方向での断面がＶ字形又はＵ字形などのような溝は、光を所定の角度で導向板の出光面に射出させ、この範囲において光の輝度を増加するように光の方向を調整する機能がある。球形ヘッドを利用して、断面をスムースな円弧形状にし、また光線面の均一化を調整する機能を有する溝を得る。ヘッド形状の多様性は次の段階に圧印した溝の形状の多様化により決定している。これによって、従来の技術における光刻又はスクリーンなどを介して導光板の微溝を加工する方法で、多様化な溝を成型できない欠点を解決する。

溝のサイズが大きいので、モニタの現像画質に影響し、従って、溝のサイズはできるだけ小さいことが要求される。本発明にかかる溝のサイズはヘッドのサイズによって決まって、溝サイズの微細度を確実に保証することができる。図１に示すように、ヘッド１１の幅ｂも長さｈも５ミクロン以下になるが、機械加工の場合、物理的な極限に迫って、溝の深さが１ミクロンになる場合、厚さが１０ミクロン以上になる。

従って、本発明にかかる溝の加工方法は、従来の技術において溝の長さが極短、極限に達する点状の溝或は曲線の形状が急に変わる溝に対して、適合する加工方法がないという技術課題を解決する。

段階２０：導光板材を提供する。この板材として、一般に導光板の材料とするプラスチックであり、矩形の平板にも、一端が厚い、他端がより薄くする矩形の板にも使用しても良い。板材の少なくとも一方の表面に光学原理に符合する幾何形状を生成することがより好ましい。

段階３０：圧印機を駆動し、前記板材における一方の指定表面の指定領域に第一溝を圧印する。図２に示すように、図１に示したヘッド１１を利用して導光板に一度圧印して、溝１２を形成する。大規模の加工を実現するために、高速且つ高精度の圧印機を利用する。また、高速且つ高精度の圧印を実現するように、リニアモータ又は圧電気材料の駆動を活用することを行なえば良い。

ヘッドで一度より一つの微小な溝を圧印し形成して、何度も圧印すると、複数の溝を形成する。ヘッドが前方へ移動する距離（圧印の距離）をより小さく設定すると、例えば、圧印の距離がヘッドの幅より小さい場合、連続する圧印加工を繰り返して、複数の溝を連結して要求に合う溝の長さが得られ、線状の溝を形成する。線状の溝は直線溝でも、曲線溝（円弧曲線と自由曲線を含む）でも良いし、連線でも、断線でも良い。これらは、ヘッドを制御して異なる深さと方向と長さにより圧印し形成するものである。

図６を参照すると、ヘッドで連続に圧印して形成された複数の微小溝を連結して線状の溝１３を形成し、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う線状の溝１３断面図は図７に示すようになる。前記前進距離は適当に設定すれば、隣接する圧印の痕の間に間接痕による凹凸（図７に示す溝底部の凹凸）を少なくし、よりスムースな溝を形成することができる。

段階４０：形状が異なるヘッドを変換して、導光板材における指定表面の他の指定領域に異なる形状の第二溝を圧印する。

第二溝を圧印する場合、段階３０と同じように、ヘッドで一度より圧印すると一つの微小溝を形成し、何度も圧印すると複数の溝を形成する。ヘッドの前進距離をより短く設定して、連続する圧印を繰り返す場合、複数の溝を連結して要望する溝の長さを形成して、線状の溝を形成する。

段階５０：段階４０を何度か繰り返して、前記板材における指定表面の異なる指定領域に形状が異なる数種の溝を形成する。段階３０乃至段階５０による数種の溝は、所定の光学系に分配される。

形状が異なるヘッドの変換及び圧印の深さ、方向又は前進距離を制御するように、圧印機に電気的な制御装置を設置することがより好ましい。

圧印作業によって圧点の周辺が突出する場合、この突出が導光板の性能に影響される場合、カット、研削、研磨、バフ研磨等の加工方法を利用して前記突出を除去する。

光刻技術に対して、本発明の製造工程は簡単で、低コストであるという長所がある。

前記方法により製造された導光板は図８乃至図１０に示すように、前記指定表面として導光板の反射面であり、この反射面に多種の溝からなった多種パターンが形成されている。これらの図面は導光板及びその反射面におけるパターンのマクロ的概略図であるが、単溝のサイズがミクロン以下になるので、図示しない。ただし、本発明にかかる方法により、導光板の入光面、出光面及び反射面の少なくとも一方の面に多種の溝が形成され、この多種の溝が多種の断面が円弧形状、角形状或いは円弧形状と角形状である溝の組合せである。単溝は点状の溝であり、線状溝は複数溝を結合させて形成される。点状溝と線状溝は交互に、異なる光パターンを形成する。このように、光面の均一化及び方向性を調整し、導光板の射出面からの射出光の均一化及び輝度を高めることができる。前記導光板がバックライトモジュールに用いて、拡散シート又はプリズムレンズ省略し、バックライトを簡単にし、平面モニタの薄型化に有利にする。

実施形態１において、図８を参照すると、導光板１００は入光面１０１、出光面１０２及び出光面１０２に反対する反射面１０３を含み、入光面１０１の一端はバックライトモジュールにおける光源１１０、１２０に近く位置する。反射面１０３には断面が円弧形状及び角形状である複数溝が形成され、これら異なる溝が不同なサイズの直線状溝１０５を形成する。また、直線状の溝１０５は光源１１０、１２０を中心として分散して配置される。

実施形態２において、図９を参照すると、導光板２００は入光面２０１、出光面２０２及び出光面２０２に反対する反射面２０３を含み、入光面２０１は一端がバックライトモジュールにおける光源２１０、２２０に近く位置する。反射面２０３には断面が円弧形状及び角形状である複数溝が形成され、これら異なる溝が不同なサイズの円弧曲線溝２０５を形成する。また、円弧曲線の溝２０５は連続の線状溝になり、光源２１０、２２０を中心として分散して配置される。

実施形態３において、図１０を参照すると、導光板３００は入光面３０１、出光面３０２及び出光面３０２に反対する反射面３０３を含み、入光面３０１は一端がバックライトモジュールにおける光源３１０に近く位置する。反射面３０３には断面が円弧形状及び角形状である複数溝が形成され、これら異なる溝が不同なサイズの円弧曲線溝３０５を形成する。また、円弧曲線の溝３０５は単溝の点状溝及び線状溝からなった破線の溝であり、光源３１０を中心として分散して配置される。光源３１０は導光板３００の隅に適切に設置される。

導光板の入光面、出光面及び反射面のいずれか一方の面における複数の断面が円弧の溝と角形溝から形成されたパターンは、多種の変形があり、また、二種の溝の異なる取合せは光源の均一化及び輝度の調整に対して、不同な効果が得られるので、本発明は実際に前記具体的実施形態に限定されない。

従来の技術と比べて、本発明にかかる導光板及びその製造方法は、導光板の入光面、出光面及び反射面のいずれか一方の面には光の面の均一化を調整する溝と、光の方向を調整して輝度を高める溝を有し、この二種の溝を結合させて、導光板の出光面から射出された光が均一に明るくなり、従って、従来のバックライトモジュールにおける拡散板、プリズムレンズなどの構成を省略し、バックライトモジュールを簡単にするように、平面モニタを薄型化することができる。

ヘッドを示す模式図である。 導光板に一つの溝を圧印するのを示す図である。 形状が異なるヘッドを示す模式図である。 形状が異なるヘッドを示す模式図である。 形状が異なるヘッドを示す模式図である。 導光板に形成された線状の溝を示す模式図である。 図６における線状の溝のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面を示す模式図である。 それぞれ導光板の反射面における数種の、形状が異なる溝からなったパターンを示す模式図である。 それぞれ導光板の反射面における数種の、形状が異なる溝からなったパターンを示す模式図である。 それぞれ導光板の反射面における数種の、形状が異なる溝からなったパターンを示す模式図である。 導光板の製造方法のフローチャートである。 従来のバックライトモジュールを示す模式図である。 従来のバックライトモジュールを示す模式図である。

符号の説明

１１ ヘッド
１２ 点状溝
１３ 線状溝
１００、２００、３００ 導光板
１０１、２０１、３０１ 入光面
１０２、２０２、３０２ 出光面
１０３、２０３、３０３ 反射面
１０５、２０５、３０５ 溝
１１０、１２０、２１０、２２０、３１０ 光源

Claims (14)

1. 入光面、出光面と前記出光面に対向する反射面を有し、
   前記入光面、前記出光面と前記反射面のいずれかの面に、軸線方向での断面が円弧形状、角形状或いは円弧形状と角形状の複数の溝を形成し、
   前記複数の溝は所定の光学パターンにより規則的に配置されることを特徴とする導光板。
2. 前記軸線方向での断面が角形状の溝は、径向での断面が方形、三角形、プリズムまたは円形の溝を含むことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
3. 前記軸線方向の断面が角形状の溝は、軸線方向での断面の形状がＶ字形又はＵ字形の溝を含むことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
4. 線形の溝は部分の溝が緊密に連接されたものであり、単溝と線形の溝が交互に分配されることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
5. 縁部に近づく導光板の反射面に少なくとも一つの中心があり、単溝と単溝からなった線形の溝は、中心に向って拡散して分配されることを特徴とする、請求項４に記載の導光板。
6. 形状が異なる、複数ヘッドを有する圧印機を準備する段階と、
   導光板材を準備する段階と、
   圧印機を駆動して、前記板材における指定表面の指定領域に第一溝を圧印する段階と、
   形状が異なるヘッドを変更して、前記板材における指定表面の別の指定領域に不同的な第二溝を圧印する段階と、
   前記段階を何回も繰り返しながら、板材表面の不同的な指定領域に形状が異なる、多種の溝を圧印する段階と、を含むことを特徴とする導光板の製造方法。
7. 前記ヘッドは球形ヘッド、柱形ヘッド及びテーパーのヘッドを含むことを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
8. 前記ヘッドの材料はダイヤモンドを含むことを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
9. 前記ヘッドの幅は５ミクロン以下であることを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
10. 前記ヘッドの長さは５ミクロン以下であることを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
11. 圧印機の駆動機構は活用線性のモータ駆動又は圧電材料駆動を含むことを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
12. 圧印機に電気的な制御装置を設置し、ヘッドの変更と圧印の深さ、圧印の方向または該圧印の前進距離を制御するようにすることを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
13. 導光板の板材の少なくとも一つの表面にパターンを形成して、前記表面に前記所定のパターンにより規則的に溝を圧印することを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
14. 前記ヘッドの圧印の前進距離は５ミクロン以下であり、ヘッドで連続して圧印して、線状の溝を形成することを特徴とする、請求項６に記載の導光板の製造方法。
    

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