JP2006164877A - フィルム導光板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回折格子を使用した導光板であって、原版からのパターンの成形性が良好で発光効率が高く、生産性が良好で廉価なフィルム導光板、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】透明樹脂フィルム３の一方の面に拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層２が設けられ、他方の面に回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層４が設けられたこと。回折格子パターンの断面形状はブレーズド形状である。拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層の厚さと、回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層の厚さの合計が、透明樹脂フィルムの厚さより小さいこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、光射出手段として回折格子を用いた導光板を有するＬＣＤ用バックライトユニット技術に関する。

近年、液晶表示装置のバックライトユニットは、高輝度化、薄型化と改良されてきている。現在は、以前の白色ドット印刷による導光板は姿を消しつつあり、代わって、数十μｍ程度のＶ字溝が配置されている導光板が主流になってきている。
しかし、高輝度・薄型化の要求は未だ強く、特に、携帯電話、ＰＤＡ等の小型液晶表示装置においては、導光板自体をクサビ状にすることや導光板の上にプリズムシートを重ねることで高輝度化し、また、射出成形技術の改良で０．５ｍｍ厚の導光板まで開発されてきている。

また、新しい技術として、特許文献１にて開示される技術は、導光板における光射出手段として回折格子を用いるものである。回折格子を使用した導光板は、Ｖ字溝やドットパターンによる射出手段よりも、導光板からの光射出角度を自由に制御できるため、従来から使用されているプリズムシートを省くことが出来、バックライトユニット全体が薄型化できる。さらに、回折格子によって光の取出し効率を自在に調整できるため、バックライトユニットの高輝度化及び輝度ムラの低減になる。

また、回折格子の作製方法には、感光材料を使用した２光束干渉法、又は電子線（エレクトロン・ビーム＝ＥＢ）を用いて、ＥＢレジスト基板の表面に回折格子を直接描画する方法、金属等に直接、機械切削する方法などがある。

ところが、回折格子を使用した導光板のパターンは、大きさ、高さともに１μｍ以下といった非常に微細であるものが多い。現在、導光板を製造する方法の主流である射出成形法では、原版からのパターンの転写性が悪く、設計通りに導光板を作製することが困難である。射出成形法の転写性が悪い原因としては、溶融時の樹脂粘性が高いために細かな構造には入り込めないためと言われている。
また、射出成形用金型の温度を上げ、樹脂充填後、十分に金型を冷却した後、製品を取り出せば確かに転写性は上がるが、成形時間が長くなり、製品にバリ欠陥が生じやすくなる。そのため、生産効率が下がることになり、好ましい手法とは言えない。

一方、熱可塑性樹脂を用いた射出成形以外に、電離放射線硬化性樹脂を用いた成形による導光板の製造も試みられているが、支持フィルム表面に電離放射線硬化性樹脂の硬化物からなる、Ｖ字溝や回折格子を有する層を積層形成する場合、支持フィルムと前記層との物性（熱膨張率、収縮率など）の相違に伴い、製造後の導光板が、経時的に反りを生じることも問題となる。
特開平７−２４８４９６号公報

本発明は、プリズムシートを省くことが出来る、回折格子を使用した導光板であって、原版からのパターンの成形性が良好で発光効率が高く、生産性が良好で、製造後の変形も少なく、廉価なフィルム導光板、及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、光の射出手段として回折格子を用いた導光板において、透明樹脂フィルムの一方の面に拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層が設けられ、他方の面に回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層が設けられたことを特徴とするフィルム導光板である。

また、本発明は、上記発明によるフィルム導光板において、前記回折格子パターンの断面形状は、ブレーズド形状であることを特徴とするフィルム導光板である。

また、本発明は、上記発明によるフィルム導光板において、前記拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層の厚さと、回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層の厚さの合計が、透明樹脂フィルムの厚さより小さいことを特徴とするフィルム導光板である。

また、本発明は、上記発明によるフィルム導光板において、前記透明樹脂フィルムは、厚さ２５０μｍ〜５００μｍのポリエステルフィルム又はポリカーボネートフィルムであることを特徴とするフィルム導光板である。

また、本発明は、光の射出手段として回折格子を用いたフィルム導光板の製造方法において、
１）回折格子パターンの金属製原版を作製する工程と、
２）前記金属製原版を使用し複数面付けされた樹脂製原版を作製する工程と、
３）前記複数面付けされた樹脂製原版を電鋳法でニッケル製スタンパーにする工程と、
４）前記ニッケル製スタンパーに紫外線硬化樹脂を滴下、透明樹脂フィルムを貼り付け、紫外線照射を行い回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を形成する工程と、
５）前記回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を透明樹脂フィルム上に転写する工程と、
６）前記透明樹脂フィルムの、紫外線硬化樹脂層が転写されていない面に、拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を転写する工程と、
７）前記透明樹脂フィルムをフィルム導光板のサイズに打ち抜く工程、
から成ることを特徴とするフィルム導光板の製造方法である。

また、本発明は、光の射出手段として回折格子を用いたフィルム導光板の製造方法において、
１）回折格子パターンの金属製原版を作製する工程と、
２）前記金属製原版を使用し複数面付けされた樹脂製原版を作製する工程と、
３）前記複数面付けされた樹脂製原版を電鋳法で５０μｍ〜３００μｍの厚さのニッケル製スタンパーにする工程と、
４）前記ニッケル製スタンパーをロール状スタンパーとする工程と、
５）透明樹脂フィルムに紫外線硬化樹脂を塗布、塗布面を前記ロール状スタンパーに貼り付け、紫外線照射を行い回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を形成する工程と、
６）前記回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層をロール状スタンパーから剥離する工程と、
７）前記透明樹脂フィルムの、紫外線硬化樹脂層が設けられていない面に、拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を設ける工程と、
８）前記透明樹脂フィルムをフィルム導光板のサイズに打ち抜く工程、
から成ることを特徴とするフィルム導光板の製造方法である。

ロールｔｏロールによって大量のフィルム導光板を連続して生産することができるため
、低コストで生産性が良い導光板の製造ができる。また、液状の紫外線硬化樹脂を使用するので原版からパターン成形性が良好で、発光効率が高い導光板となる。さらに、回折格子を使用した導光板を精度良く製造できるので、プリズムシートが必要なく、バックライトユニットとしては部材削減となり、安価なバックライトユニットを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
一般的なバックライトユニットの構成は、光源、導光板、散乱板、プリズムシートから成っている。ここで、プリズムシートの役割は、導光板から約６０〜７０度傾いて射出する光を液晶パネルの正面方向に偏向するために使用する。
しかし、幾何光学的な方法でなく回折現象を利用する、回折格子を使用した導光板においては、回折格子パターンの空間周波数を２０００〜３０００本／ｍｍに設定すると、導光板から射出する光の方向を液晶パネルの正面方向にすることが可能であるため、プリズムシートは不要となる。この時の格子のピッチは１μｍ以下で、格子深さは０．５μｍ以下であり、幾何光学的に設計された導光板パターンよりも１／１０以下と高精細である。

サブミクロンサイズのパターンになると一般的な製造方法の射出成形では、転写が不完全であり、構造が丸みを帯びたり、全般に浅い構造となってしまう。
しかし、室温で液状の紫外線硬化樹脂を使用すれば、高精細な回折格子パターンであっても高精度な転写性が可能である。ここで、およそ０．１μｍの大きさの構造を５％以内の精度で転写可能な紫外線硬化樹脂は、粘度５０００ｃｐｓ以下の紫外線硬化樹脂である。

透明樹脂フィルムの一方の面に回折格子パターンを形成した場合、回折光の分光で色変化が発生することがあり、もう一方の面には、回折格子パターンに合った拡散パターンが必要とされる。また、回折格子を使用した導光板の発光効率をより向上させるには、回折格子の断面形状を回折効率の最も良いブレーズド形状とすることが望ましい。
図１は、本発明のフィルム導光板の一例の断面図である。図１に示すように、フィルム導光板は、透明樹脂フィルム３の一方の面に、拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層２が設けられ、他方の面に回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層４が設けられたものである。フィルム導光板の左方端には、ＬＥＤ光源１が配置されている。

図２に示すように、片面だけに紫外線硬化樹脂層が設けられた透明樹脂フィルム３は、紫外線硬化樹脂層の収縮応力で反ってしまう。そのため、導光板としては、紫外線硬化樹脂層で基材を挟む構造が好ましい。
また、透明樹脂フィルムの表面と裏面のそれぞれの紫外線硬化樹脂は、収縮率及び層厚が異なると反りが発生するのでほぼ同じにするのが良い。透明樹脂フィルム基材よりも紫外線硬化樹脂層の厚さが十分に小さいければ、紫外線硬化樹脂の硬化収縮にともなう応力を基材の剛性で保つことができるため、全体の反りは生じない。少なくとも透明樹脂フィルムの厚さよりは紫外線硬化樹脂層の厚さは小さいことが必要である。

透明樹脂フィルムの種類としては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、アクリルフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネイトフィルム、シクロオレフィンフィルム等あるが、高透明性や紫外線硬化樹脂との密着性を考慮するとポリエステルフィルム及びポリカーボネイトフィルムが良い。
さらに、ロールｔｏロールで使用するのに十分な柔軟性、及び打ち抜き加工に適したフィルム厚さは５００μｍ以下である。また、導光板として使用するには、光源から導光板への光取り込みを考慮する必要があり、２５０〜５００μｍ厚のフィルム基材が最も適当である。

以下に、実施例によりフィルム導光板の製造方法を詳細に説明する。

実施例１は、請求項５に係わるフィルム導光板の製造方法の実施例である。
青板ガラスにレジスト用プライマーを処理後、スピンコーターでフォトレジストを塗布し、Ｋｒレーザーで所定の微細形状を描画した。その後、現像処理をして、レジスト版を作製した。
次に、レジスト版のパターン面上にニッケルを蒸着にて導電性薄膜を形成し、スルファミン酸ニッケルを主成分としたメッキ浴の電着槽に入れ、５００μｍ厚になるまで電着を行った後、剥離して金属製原版７とした。

次に、図３に示すように、金属製原版を熱プレス機にセットし、５ｍｍ厚のアクリル板に２００℃・１ｔｏｎにてプレスし、常温まで冷却後、金属製原版から剥離して複数面付けされた樹脂製原版９を作製した。
次に、複数面付けされたパターン面上にニッケルを蒸着にて導電性薄膜を形成し、スルファミン酸ニッケルを主成分としたメッキ浴の電着槽に入れ、５００μｍ厚になるまで電着を行った後、剥離して平板のニッケル製スタンパーとした。

次に、図４に示すように、間欠的に紫外線硬化樹脂による複製が可能な装置に、平板のニッケル製スタンパー１２を取りつけた。ニッケル製スタンパーの上にウレタンアクリレート系の紫外線硬化樹脂１４を滴下し、貼り付けロール１３によって、透明樹脂フィルムとして易接着ＰＥＴ（帝人デュポン製）をニッケル製スタンパーに貼り付け、１６０Ｗ／ｃｍの紫外線照射機で約１０秒露光し、剥離して回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を透明樹脂フィルムへ転写した。

次いで、機械切削で作製された導光板用の拡散パターンのＳＵＳ製原版を図４の装置にセットし、紫外線硬化樹脂層が転写されていない透明樹脂フィルムの面に、前記の工程と同様の方法で拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を転写した。
次いで、両面に紫外線硬化樹脂層が転写された透明樹脂フィルムを、図５に示すように平板の打ち抜きプレス機で携帯電話サイズのフィルム導光板とした。

実施例２は、請求項６に係わるフィルム導光板の製造方法の実施例である。
クロム薄膜を形成した石英ガラスにＥＢレジスト用プライマーを処理後、スピンコーターでＥＢレジストを塗布し、電子線描画装置で所定の微細形状のパターンを描画した。その後、現像処理をして、レジスト版を作製した。
次に、レジスト版のパターン面上にニッケルを蒸着にて導電性薄膜を形成し、スルファミン酸ニッケルを主成分としたメッキ浴の電着槽に入れ、５００μｍ厚になるまで電着を行った後、剥離して金属製原版とした。

金属製原版を使用し、材料としてエポキシアクリレート系の紫外線硬化樹脂を用い、２ｍｍ厚の青板ガラスに複数面付けされた樹脂製原版を作製した。
次に、樹脂製原版のパターン面上にニッケルを蒸着にて導電性薄膜を形成し、スルファミン酸ニッケルを主成分としたメッキ浴の電着槽に入れ、２００μｍ厚になるまで電着を行った後、剥離してニッケル製スタンパーとした。

図６は、紫外線硬化樹脂を用いたフィルム両面成形装置の概略図である。図６に示すように、原版シリンダー２８に粘着シートを用いて、ニッケル製スタンパーを貼り合わせて、ロール状のスタンパーとした。
また、金属切削によって所定の拡散パターンを刻んだシリンダー（図６中、原版シリンダー３１）をセットした。次に、透明樹脂フィルム２１として、ポリカーボネイトフィルム
（三菱樹脂（株）製：ユーピロン）を用い、その両面に紫外線硬化樹脂を塗布、パターン成形を行い、其々の紫外線硬化樹脂層を透明樹脂フィルム２１上に設けた。
ついで、ＳＵＳ製刃型を巻き付けたマグネットシリンダー（友好社（株）製）で、両面に紫外線硬化樹脂層が設けられた透明樹脂フィルムを導光板のサイズに打ち抜いてフィルム導光板とした。

実施例１及び実施例２の原版作製において、レーザー及び電子線描画装置によって回折格子パターンを作製したが、実際には機械切削等で作製してもよい。
また、実施例１及び実施例２において紫外線硬化樹脂として、ウレタンアクリレート及びエポキシアクリレートを使用したが、本発明において最適な紫外線硬化樹脂としては、速硬性のラジカル重合性アクリル樹脂であれば、ウレタンアクリレート及びエポキシアクリレートに限られるものではない。

さらに、実施例２においてロール状のスタンパーにする工程で、粘着シートを用いてシリンダーにスタンパーを貼りつけたが、他の方法としては、ホットメルト樹脂で貼り付ける方法、継ぎ部をハンダづけ方法や熔接する方法、瓦状治具にスタンパーを貼り付けて其治具をシリンダーに固定する方法がある。
また、実施例２において、ニッケル製スタンパーの厚みは２００μｍとしたが、ロール状にすることを考慮し、折れ曲がり痕などが付かない程度の剛性を持つ５０μｍ以上、剛性が大きすぎなく曲げられる限界の５００μｍ以下であるならば、本発明で使用可能である。

本発明のフィルム導光板の一例の断面図である。 フィルムの反り現象の説明図である。 複数面付けされた樹脂製原版を作製する工程説明図である。 間欠的に平板のスタンパーから紫外線硬化樹脂による複製が可能な装置の概略図である。 平板状の打ち抜きプレスの概略図である。 紫外線硬化樹脂を用いたフィルム両面成形装置の概略図である。 ロール状刃型を使用して、連続的にフィルム導光板のサイズに打ち抜く装置の概略図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ光源
２…拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層
３…透明樹脂フィルム
４…回折格子パターン（ブレーズド形状）が成形された紫外線硬化樹脂層
５…紫外線硬化樹脂
６…硬化時の応力
７…金属製原版
８…回折格子パターン（導光板パターン）
９…複数面付けされた樹脂製原版
１０…面付け工程
１１…透明樹脂フィルム
１２…平板のニッケル製スタンパー
１３…貼り付けロール
１４…紫外線硬化樹脂
１５…塗布用ディスペンサ
１６…紫外線照射機
１７…転写された紫外線硬化樹脂層
１８…紫外線硬化樹脂層が転写された透明樹脂フィルム
１９…打ち抜き用刃型
２０…転写パターン
２１…透明樹脂フィルム
２２…紫外線硬化樹脂層
２３…塗布用ディスペンサ
２４…貼り付けロール
２５…紫外線照射機
２６…剥離ロール
２７…貼り付けロール
２８…スタンパーが貼りつけてある原版シリンダー
２９…塗布用ディスペンサー
３０…紫外線硬化樹脂
３１…原版シリンダー
３２…紫外線硬化樹脂
３３…剥離ロール
３４…両面に紫外線硬化樹脂層が転写された透明樹脂フィルム
３５…ロール状の打ち抜き用刃型
３６…打ち抜き後の透明樹脂フィルム
３７…本発明のフィルム導光板

Claims (6)

1. 光の射出手段として回折格子を用いた導光板において、透明樹脂フィルムの一方の面に拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層が設けられ、他方の面に回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層が設けられたことを特徴とするフィルム導光板。
2. 前記回折格子パターンの断面形状は、ブレーズド形状であることを特徴とする請求項１記載のフィルム導光板。
3. 前記拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層の厚さと、回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層の厚さの合計が、透明樹脂フィルムの厚さより小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のフィルム導光板。
4. 前記透明樹脂フィルムは、厚さ２５０μｍ〜５００μｍのポリエステルフィルム又はポリカーボネートフィルムであることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のフィルム導光板。
5. 光の射出手段として回折格子を用いたフィルム導光板の製造方法において、
   １）回折格子パターンの金属製原版を作製する工程と、
   ２）前記金属製原版を使用し複数面付けされた樹脂製原版を作製する工程と、
   ３）前記複数面付けされた樹脂製原版を電鋳法でニッケル製スタンパーにする工程と、
   ４）前記ニッケル製スタンパーに紫外線硬化樹脂を滴下、透明樹脂フィルムを貼り付け、紫外線照射を行い回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を形成する工程と、
   ５）前記回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を透明樹脂フィルム上に転写する工程と、
   ６）前記透明樹脂フィルムの、紫外線硬化樹脂層が転写されていない面に、拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を転写する工程と、
   ７）前記透明樹脂フィルムをフィルム導光板のサイズに打ち抜く工程、
   から成ることを特徴とするフィルム導光板の製造方法。
6. 光の射出手段として回折格子を用いたフィルム導光板の製造方法において、
   １）回折格子パターンの金属製原版を作製する工程と、
   ２）前記金属製原版を使用し複数面付けされた樹脂製原版を作製する工程と、
   ３）前記複数面付けされた樹脂製原版を電鋳法で５０μｍ〜３００μｍの厚さのニッケル製スタンパーにする工程と、
   ４）前記ニッケル製スタンパーをロール状スタンパーとする工程と、
   ５）透明樹脂フィルムに紫外線硬化樹脂を塗布、塗布面を前記ロール状スタンパーに貼り付け、紫外線照射を行い回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を形成する工程と、
   ６）前記回折格子パターンが成形された紫外線硬化樹脂層をロール状スタンパーから剥離する工程と、
   ７）前記透明樹脂フィルムの、紫外線硬化樹脂層が設けられていない面に、拡散パターンが成形された紫外線硬化樹脂層を設ける工程と、
   ８）前記透明樹脂フィルムをフィルム導光板のサイズに打ち抜く工程、
   から成ることを特徴とするフィルム導光板の製造方法。