JP2008015468A - 導光板パターンの形成装置及び導光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板パターンの形成装置及び導光板の製造方法を提供すること。
【解決手段】（ａ）光学パターンを形成すべき母体となる複数の導光板を設けるステップと、（ｂ）前記導光板の少なくとも片側面に成形パターンが形成された成形型を配するステップと、（ｃ）静水圧成形を行うことで前記導光板に成形パターンに対応する光学パターンを形成するステップと、（ｄ）前記導光板の少なくとも片側面に配されている前記成形型を除去するステップと、を含むことを特徴とする導光板の製造方法。
このように、本発明は、静水圧成形法を用いて高精度のプリズムパターンを多量の導光板に同時に形成することができることから、プリズムパターンが有する高集光性、加圧成形が有する超薄型化を両立できると共に、量産による低コスト化を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は導光板パターンの形成装置及び導光板の製造方法に関する。

近年では、表示装置としての陰極線管（Cathode Ray Tube、ＣＲＴ）に代わる液晶表示装置（Liquid Crystal Display、ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（Plasma Display Panel、ＰＤＰ）などのフラット表示装置が急速に発展しつつある。これらのフラット表示装置の中でも、液晶表示装置は、プラズマ表示装置などとは異なり、自体発光ができないため、表示内容を視認可能にするためにランプなどの光源を備えるバックライトユニットを必要とする。

前記バックライトユニットは、画像を表示するための画素が形成される液晶表示パネルの背面に位置する。光源としてのランプが側面に配されるようなエッジ方式のバックライトユニットの場合には、光源としてのランプと、ランプの側面に配される導光板と、導光板の上部に配される拡散シートと、第１のプリズムシートと、第２のプリズムシート及び輝度強化シートにより構成される。

しかしながら、従来の技術によるバックライトユニットは、多数の光学シートが導光板の上部に配されるため、全体としてバックライトユニットが厚くなることを余儀なくされていた。また、光源から入射する光は多数の光学シートを通過した後で液晶表示パネルに向かって出射されるため、光のロスが生じるという不都合があった。特に、高価な光学シートを多数用いるため、高コストとなるという不都合もあった。

これらの理由から、１枚の導光板が多数の光学シートの役割を果たすような一体型の導光板が注目を集めている。この種の一体型の導光板の核心技術は、高集光性及び超薄型化を実現し、同時に低コスト化を達成することにある。
前記高集光性を得るための方法の一つは、導光板の母体となるプレートの表面にドット状の散乱性の粒子を印刷することであり、もう一つは、プレートの表面に三角形のプリズムパターンを形成することである。プリズムパターンの場合には、数多くの研究と実験により集光効率に優れていることが裏付けられてはいるが、コスト節減に不利なところがあり、現在のところ、ほとんどのバックライトユニットに適用できていないのが現状である。これは、射出加工、切削加工、プレス加工などの従来の加工技術では高精度のパターンの形成が困難であって集光効率がよくない上に、一定の厚さ以下の薄型化に難点があるほか、パターンの形成に長時間かかって、却って製造コストのアップにつながるという問題点があることに起因する。

そこで、本発明は、集光効率が高い導光板パターンの形成装置及び導光板の製造方法を提供するところにその目的がある。

上記の目的を達成するために、本発明１による導光板パターンの形成装置は、加圧用の流体が充填され、導光板及びこの成形型が封入された複数の真空パックが収容される気密な容器と、前記流体を加圧して前記真空パックに成形圧力を与える加圧手段と、前記流体を加熱して前記真空パックに成形温度を与える加熱手段と、を備えることを特徴とする。
発明２は、発明１において、前記流体としては、水（Ｈ_２０）またはオイルを用いることが好ましい。

発明３は、発明１において、前記成形型は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに形成されることが好ましい。
発明４は、発明１において、前記成形型は、プリズム状の断面を有する成形パターンを備える。導光板２００に成形型を押圧することで、プリズム状のパターンを導光板に形成することができる。

発明５は、発明１において、前記成形型は、導光板の片側面に配されることを特徴とする。
発明６は、発明１において、前記成形型は、導光板の両側面にその成形パターンが直交するように配されることを特徴とする。導光板の両側面に位置するように成形パターンが設けられれば、導光板の両面に成形パターンを形成することができる。

発明７は、発明１において、前記容器の内部に、前記真空パックを固着する複数の固着部材をさらに備えることができる。導光板が封入される真空パックを、容器内部に固定することができる。また、固着部材を複数備えることで、プリズムパターンを多数枚の導光板に同時に形成することができ、量産による低コスト化を実現することができる。
発明８は、発明１において、前記固着部材としては、一対のクランパを用いることが好ましい。

上記の目的を達成するために、本発明９による導光板の製造方法は、（ａ）光学パターンを形成すべき母体となる複数の導光板を設けるステップと、（ｂ）前記導光板の少なくとも片側面に成形パターンが形成された成形型を配するステップと、（ｃ）静水圧成形を行うことで前記導光板に成形パターンに対応する光学パターンを形成するステップと、（ｄ）前記導光板の少なくとも片側面に配されている前記成形型を除去するステップと、を含むことを特徴とする。

発明１０は、発明９において、前記（ｂ）ステップは、前記導光板及び前記導光板の少なくとも片側面に配されている成形型を真空パックに挿入し、真空引きして封止するステップをさらに含むことが好ましい。真空引きされることで、成形型が導光板に押圧され、導光板に成形型の持つパターンを転写することができる。
発明１１は、発明９又は１０において、前記（ｂ）ステップは、前記導光板の両側面に前記成形型をその成形パターンが直交するように配することを特徴とする。導光板の両側面に成形パターンを形成することができる。

発明１２は、発明９において、前記静水圧成形は、複数の導光板に対して同時に行うことが好ましい。複数の導光板に対して同時に静水圧成形を行うことで、同一の品質を有する導光板を同時に多数形成することができる。
発明１３は、発明９において、前記静水圧成形は、加圧流体として水（Ｈ_２０）またはオイルを用いて行うことが好ましい。

発明１４は、発明９において、前記静水圧成形は、０．１Ｍｐａ〜１００ＭＰａの圧力下で行うことが好ましい。０．１Ｍｐａ〜１００ＭＰａの圧力で成形を行うことで、成形型により導光板に所定のパターンを形成できるとともに、導光板の厚みを薄くすることができる。
発明１５は、発明９において、前記静水圧成形は、導光板の転移温度（Ｔｇ）近傍またはそれ以上の温度下で行うことが好ましい。導光板の転移温度（Ｔｇ）近傍又はそれ以上の温度で静水圧成形を行うことで、導光板を軟化させ、成形型によるパターンニングを容易に行うことができる。

発明１６は、発明９において、前記静水圧成形は、３０秒〜３０分間行うことが好ましい。

本発明によれば、集光効率が高い導光板パターンの形成装置及び導光板の製造方法を提供することができる。

以下、添付図面に基づき、本発明による実施の形態を詳細に説明する。
しかし、本発明は後述する実施の形態に限定されるものではなく、相異なる形で実現可能であり、これらの実施の形態は、単に本発明の開示を完全たるものにし、且つ、この技術分野における通常の知識を持った者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。なお、図中、同じ符号は同じ要素をさす。

本発明において用いる静水圧成形法は、所定の成形型を設け、成形型に被処理体を押し付けた状態において、成形型に流体の圧力を加えて前記被処理体を所望の形状に形成する加工法の一つである。このとき、被処理体に加えられる流体の圧力、流体の温度及び持続時間によって成形品質が異なってくるが、最適な成形品質を与える状態における流体の圧力、流体の温度及び持続時間を、以下では成形圧力、成形温度及び成形時間として定義する。

図１は、本発明の一実施の形態による導光板パターンの形成装置の概略を示す構成図であり、図２は、図１の真空パックの概略を示す断面図である。
図１及び図２を参照すると、前記導光板パターンの形成装置は、気密な容器１２０と、加圧手段１３０と、加熱手段１４０と、を備える。容器１２０には、加圧用の流体１１０が充填され、導光板２００及びこの成形型３００が封入された複数の真空パック１５１〜１５５（１５０）が収容される。加圧手段１３０は、前記流体１１０を加圧して前記真空パック１５０に成形圧力を与える。加熱手段１４０は、前記流体１１０を加熱して前記真空パック１５０に成形温度を与える。

ここで、前記成形圧力は、０．１Ｍｐａ〜１００ＭＰａであることが好ましく、前記成形温度は、被処理体としての導光板２００の転移温度（Ｔｇ）近傍またはそれ以上の温度であることが好ましい。もし、用いられる導光板２００の転移温度に比べて流体１１０の転移温度が低い場合には、流体１１０に溶質を加えて流体１１０の転移温度を上げることが好ましい。０．１Ｍｐａ〜１００ＭＰａの圧力で成形を行うことで、成形型により導光板に所定のパターンを形成できるとともに、導光板の厚みを薄くすることができる。また、導光板の転移温度（Ｔｇ）近傍又はそれ以上の温度で静水圧成形を行うことで、導光板を軟化させ、成形型によるパターンニングを容易に行うことができる。

流体１１０は、容器１２０の内部に流れ込み、圧縮されて真空パック１５０に封入された成形型３００を立体的に加圧する役割、すなわち、静水圧成形を行う。この流体１１０としては、水（Ｈ_２０）またはオイルを用いることが好ましい。水（Ｈ_２０）またはオイルを用いると、例えば経済効率が良い。
容器１２０は、流体１１０を取り入れて静水圧成形を行うための密閉空間を提供し、一側壁に設けられる流入路１２１、容器１２０の内部に設けられる固着部材１６１〜１６５（１６０）を備える。この容器１２０は、成形圧または成形温度により変形し難い物理的な特性を有する材質から形成することが好ましい。固着部材１６０により、導光板が封入される真空パックを、容器内部に固定することができる。また、固着部材１６０を複数備えることで、プリズムパターンを多数枚の導光板に同時に形成することができ、量産による低コスト化を実現することができる。

前記流入路１２１は、容器１２０の一側壁に挿通され、その一端部は容器１２０の外部に設けられた加圧手段１３０に接続される。
前記固着部材１６０は、真空パック１５０が所望の位置に置かれるように固着する役割を果たす。この固着部材１６０は、複数の真空パック１５０を固着可能に複数設けられることが好ましく、全ての真空パック１５０に同じ成形圧が加えられるように一定の距離を隔てて平行に配されることが好ましい。もちろん、前記固着部材１６０は、必要に応じて省略可能である。

この実施の形態においては、固着部材１６０を一対のクランパを用いて形成しているが、これに限定されるものではなく、他の手段、例えば、前記真空パック１５０を固着可能な係止溝または掛止具などを用いて形成することもできる。また、この実施の形態においては、固着部材としてのクランパ１６０が同じ層に１列に平行に配されているが、前記クランパ１６０は異なる複数の層に配されてもよく、２列以上の複数列に配されてもよく、しかも、互いにずれるように配されてもよい。

加圧手段１３０は、容器１２０に充填されている流体の圧力が所定の成形圧に達するように流体１００を加圧する。この加圧手段１３０としては、図示のごとく、外部の流体１１０を容器１２０の内部に押し込んで加圧するポンプ１３０が使用可能であり、図示してはいないが、容器の内部に充填されている流体をヘッドにより圧縮して加圧する通常のプレス機器が使用可能である。

加熱手段１４０は、容器１２０に充填されている流体の温度が所定の成形温度に達するように流体１１０を加熱する。この加熱手段１４０としては、巻線状のヒートコイルを用いることが好ましい。この実施の形態においては、加熱手段としてのヒートコイル１４０が容器の内部に１つ設けられているが、前記ヒートコイル１４０は容器１２０の外部に設けられてもよく、複数設けられてもよい。例えば、前記ヒートコイル１４０は容器１２０の外部または流入路１２１に設けられ、これを通じて外部において加熱された流体１１０または流入時に加熱された流体１１０が容器１２０の内部に流れ込むことが可能になる。

前記加圧手段１３０及び前記加熱手段１４０は、静水圧成形に際して、容器の内部の成形圧及び成形温度を一定の時間、すなわち、成形時間中に維持する役割をも行う。このとき、成形時間は、容器１２０内の流体の圧力及び温度が成形圧及び成形温度に保持される条件の下で、略３０秒〜３０分であることが好ましい。プリズムパターンの形成時に十分な成形時間を確保することから、高精度でプリズムパターンを形成することができる。

図２を参照すると、真空パック１５０の内部には被処理体としての導光板２００と、成形パターン３１１、３２１が形成された成形型３００、すなわち、第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０と、が設けられる。このとき、第１の成形型３１０と第２の成形型３２０は導光板２００の上下に配され、前記真空パック１５０の内部は真空引きされる。もちろん、前記成形型３００は、必要に応じて、導光板２００の片側または両側に選択的に配される。導光板の片側面に成形型３００が配置されれば、導光板の片面に成形パターンを形成することができ、導光板の両側面に配置されれば、導光板の両面に成形パターンを形成することができる。

前記第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０は、別体に形成されてもよく、一体に形成されてもよい。これらの第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０は、熱伝導性及び剛性に優れた金属製であることが好ましく、略０．１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに形成することが好ましい。厚みが１０ｍｍを超えると、全体の体積が増加し、複数の導光板を同時に形成することが困難となる。もちろん、前記成形型３００の厚さは、用いられる導光板２００の面積に応じて増減可能である。

前記第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０に形成された成形パターン３１１、３２１は、三角形、半球状、レンズ状などの種々のプリズム状の断面を有し、一側の方向に平行に配列される。これらの第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０の成形パターン３１１、３２１は向かい合うように配され、所定の角度にて交差するように、この実施の形態の場合、直交するように配されることが好ましい。もちろん、前記成形パターン３１１、３２１の断面は、上述のプリズム状に限定されるものではなく、これとは異なる形状、例えば、四角形、五角形などの多角形を有することもできる。

このような構成を有する導光板パターンの形成装置を用いると、集光効率に優れた光学パターン、すなわち、三角形の断面を有するプリズムパターンを複数の導光板に同時に形成することができるが、これについて説明すると、下記の通りである。
図３から図６は、本発明の一実施の形態による導光板の製造方法を示す工程図である。
先ず、図３に示すように、光学パターンが形成されるべき母体となる導光板２００を設ける。前記導光板２００の一端部Ａは、側面に配される光源から光が供給される入射部である。この導光板２００としては、ポリマー系のプレートを用いることが好ましく、前記導光板２００は、入射部Ａから遠ざかるにつれて細くなり、全体として傾くような構造を有することが好ましい。

次いで、図４に示すように、成形パターンが形成された第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０を導光板２００の上下部にそれぞれ配した状態において、これを真空パック１５０に挿入し、封止した後に真空引きする。
次いで、図５に示すように、前記真空パック１５０を上述の導光板パターンの形成装置の容器１２０に入れ、加圧手段１３０及び加熱手段１４０を働き掛けて容器１２０の内部の流体圧及び流体温度を所定の成形圧及び成形温度に保持する。このとき、成形温度に加熱された導光板２００は成形に適した状態で軟化され、成形圧により真空パック１５０に封入された第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０が押圧されながら、導光板２００の接触表面には成形パターン３１１、３２１に対応する所定の光学パターンが形成される。前記光学パターンは、上述のように、プリズム状の断面を有する成形パターン３１１、３２１に対応する三角形、半球状、レンズ状などの断面を有するプリズムパターンである。

次いで、図６に示すように、容器１２０の内部の流体圧を減圧し、かつ、流体温度を下げて前記プリズムパターンの形成された導光板２００が徐々に冷却されるように誘導する。すなわち、静水圧成形を行う。所定の時間が経過して導光板２００が硬化されると、容器１２０から真空パック１５０を取り出した後に開封して、付着されている第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０を外す。

前記静水圧成形に際しては、第１の成形型３１０及び第２の成形型３２０の成形パターン３１１、３２１が導光板２００に高精度で転写されるように十分な成形時間を確保することが好ましい。このとき、成形時間は、容器１２０内の流体１１０の圧力及び温度が成形圧及び成形温度に保持される条件下において、略３０秒〜３０分間であることが好ましい。また、前記静水圧成形に際しては多数枚の導光板２００を設け、多数枚の導光板２００に対して同時に静水圧成形を行うことが好ましい。

なお、プリズムパターンが形成されている導光板２００には輝度均一性及び光利用率を高めるための光拡散部及び光ガイド部をさらに形成することができるが、これについて説明すると、下記の通りである。
図７は、本発明の一実施の形態による導光板の光拡散部の製造方法を示す斜視図であり、図８は、図７の光拡散部を示す平面図である。

図７及び図８を参照すると、前記光拡散部Ｓ_１は、光源から入射した光を拡散する役割を果たす。この光拡散部Ｓ_１は、導光板２００の表面に多数の拡散パターンを印刷して形成することができる。もちろん、導光板２００の内部に多数の拡散ビーズを含めて形成してもよい。
前記拡散パターンは、入射光が一様に拡散及び散乱されるように同心円状に形成され、入射部Ａから遠ざかるにつれて次第に密になるように形成されることが好ましい。拡散パターンが同心円状に形成されることで、光源からの入射光の伝搬方向と拡散パターンの同心円とがおおよそ垂直となり、ほぼ全ての光を効率よく特定の方向に反射させることができる。よって、輝度が向上するとともに、輝度の均一性が向上する。また、同心円のピッチを高めることで、輝度向上及び輝度均一性がさらに高まる。このとき、前記拡散パターンは、円形または三角形または四角形など種々の形状に形成でき、その表面を凸状または凹状にして形成可能である。

この実施の形態においては、導光板２００の側面に３台の光源４０１、４０２、４０３が配される場合、好適な拡散パターンの一つとして同心円状を挙げて説明しているが、これは単なる例示的なものに過ぎず、光源４００の数に応じて同心円の形状も変わり、これとは異なる形状に変形されることもできる。
前記光ガイド部Ｓ_２は、光拡散部Ｓ_１から出射された光をプリズムパターンが形成されるべきプリズム部Ｓ_３に導く役割を果たす。この光ガイド部Ｓ_２は、透明なプレートまたはエアギャップを配して形成することができる。すなわち、導光板２００の光拡散部Ｓ_１とプリズム部Ｓ_３との間に所定の間隔を有する透明なプレートＳ_２を配するか、または、導光板２００の光拡散部Ｓ_１とプリズム部Ｓ_３を所定の距離を隔てて配することで形成可能である。この実施の形態において、光ガイド部Ｓ_２は、透明なプレートを配して形成している。

この実施の形態においては、導光板２００にプリズムパターンＳ_３を形成した後、光拡散部Ｓ_１及び光ガイド部Ｓ_２を形成することを説明しているが、逆の場合、すなわち、先ず、導光板２００に光拡散部Ｓ_１及び前記光ガイド部Ｓ_２を形成した後、プリズムパターンＳ_３を形成することも可能である。
この実施の形態による導光板の製造方法は、プリズムパターンを多数枚（数十〜数百枚）の導光板に同時に形成することもできる。また、プリズムパターンの形成時に十分な成形時間を確保することから、高精度でプリズムパターンを形成することができる。すなわち、集光特性に優れた高精度のプリズムパターンを多数枚の導光板に同時に形成することができる。これにより、プリズムパターンが有する高集光性、加圧成形が有する超薄型化を両立できると共に、量産による低コスト化を実現することができる。

以上、本発明による導光板パターンの形成装置及び導光板の製造方法について説明したが、これは単なる例示的なものに過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく、この技術分野における通常の知識を持った者であれば誰でも種々の変更実施が行える範囲まで本発明の技術的な精神があると言えるであろう。

本発明の一実施の形態による導光板パターンの形成装置の概略を示す構成図。 図１の真空パックの概略を示す断面図。 本発明の一実施の形態による導光板の製造方法を示す工程図。 本発明の一実施の形態による導光板の製造方法を示す工程図。 本発明の一実施の形態による導光板の製造方法を示す工程図。 本発明の一実施の形態による導光板の製造方法を示す工程図。 本発明の一実施の形態による導光板の光拡散部の製造方法を示す斜視図。 図７の光拡散部を示す平面図。

符号の説明

１１０：流体
１２０：容器
１３０：加圧手段
１４０：加熱手段
１５０：真空パック
１６０：固着部材
２００：導光板
３１０：第１の成形型
３２０：第２の成形型
４００：光源

Claims (16)

1. 加圧用の流体が充填され、導光板及びこの成形型が封入された複数の真空パックが収容される気密な容器と、
   前記流体を加圧して前記真空パックに成形圧力を与える加圧手段と、
   前記流体を加熱して前記真空パックに成形温度を与える加熱手段と、を備えることを特徴とする導光板パターンの形成装置。
2. 前記流体としては、水（Ｈ_２０）またはオイルを用いることを特徴とする 請求項１に記載の導光板パターンの形成装置。
3. 前記成形型は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の導光板パターンの形成装置。
4. 前記成形型は、プリズム状の断面を有する成形パターンを備えることを特徴とする請求項１に記載の導光板パターンの形成装置。
5. 前記成形型は、導光板の片側面に配されることを特徴とする請求項１に記載の導光板パターンの形成装置。
6. 前記成形型は、導光板の両側面にその成形パターンが直交するように配されることを特徴とする請求項１に記載の導光板パターンの形成装置。
7. 前記容器の内部に、前記真空パックを固着する複数の固着部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の導光板パターンの形成装置。
8. 前記固着部材としては、一対のクランパを用いることを特徴とする請求項７に記載の導光板パターンの形成装置。
9. （ａ）光学パターンを形成すべき母体となる複数の導光板を設けるステップと、
   （ｂ）前記導光板の少なくとも片側面に成形パターンが形成された成形型を配するステップと、
   （ｃ）静水圧成形を行うことで前記導光板に成形パターンに対応する光学パターンを形成するステップと、
   （ｄ）前記導光板の少なくとも片側面に配されている前記成形型を除去するステップと、を含むことを特徴とする導光板の製造方法。
10. 前記（ｂ）ステップは、
    前記導光板及び前記導光板の少なくとも片側面に配されている成形型を真空パックに挿入し、真空引きして封止するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の導光板の製造方法。
11. 前記（ｂ）ステップは、
    前記導光板の両側面に前記成形型をその成形パターンが直交するように配することを特徴とする請求項９または１０に記載の導光板の製造方法。
12. 前記静水圧成形は、複数の導光板に対して同時に行うことを特徴とする請求項９に記載の導光板の製造方法。
13. 前記静水圧成形は、加圧流体として水（Ｈ_２０）またはオイルを用いて行うことを特徴とする請求項９に記載の導光板の製造方法。
14. 前記静水圧成形は、０．１Ｍｐａ〜１００ＭＰａの圧力下で行うことを特徴とする請求項９に記載の導光板の製造方法。
15. 前記静水圧成形は、導光板の転移温度（Ｔｇ）近傍またはそれ以上の温度下で行うことを特徴とする請求項９に記載の導光板の製造方法。
16. 前記静水圧成形は、３０秒〜３０分間行うことを特徴とする請求項９に記載の導光板の製造方法。

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