JP2009037882A - Method for manufacturing light guide plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶ディスプレイのバックライトとして使用されるエッジライト方式の導光板に関するものである。 The present invention relates to an edge light type light guide plate used as a backlight of a liquid crystal display.
液晶ディスプレイは、冷陰極蛍光ランプや発光ダイオードなどの光源から放射された光を表示パネルに入射させることにより画像を表示する。図４は、従来の液晶ディスプレイにおけるバックライトユニットの分解構成図である。図示のユニットは、サイドライト方式の一般的な構成であり、バックライトユニットは、表示パネル２６の背面側に配置される。 The liquid crystal display displays an image by causing light emitted from a light source such as a cold cathode fluorescent lamp or a light emitting diode to enter a display panel. FIG. 4 is an exploded configuration diagram of a backlight unit in a conventional liquid crystal display. The illustrated unit has a general configuration of a sidelight system, and the backlight unit is disposed on the back side of the display panel 26.
このバックライトユニットは、導光板２０の側面近傍に配置される光源２２と、導光板２０の周縁と光源２２とを覆う光源用リフレクタ２３と、導光板２０の下側に配置される反射板２１と、を備えている。そして、導光板２０の上面側には、導光板２０から出射した光を拡散させる光拡散板２４と、光拡散板２４からの拡散光を集光させて表示画像の輝度を向上させる集光板２５ａ，２５ｂとが、表示パネル２６に向けて順次配置される。 The backlight unit includes a light source 22 disposed in the vicinity of the side surface of the light guide plate 20, a light source reflector 23 covering the periphery of the light guide plate 20 and the light source 22, and a reflector 21 disposed below the light guide plate 20. And. And on the upper surface side of the light guide plate 20, a light diffusing plate 24 for diffusing the light emitted from the light guide plate 20, and a light collecting plate 25a for condensing the diffused light from the light diffusing plate 24 and improving the brightness of the display image. , 25b are sequentially arranged toward the display panel 26.
ところで、このようなバックライトユニットにおいて、反射膜を他の構成部材と一体化させることができれば、製造工程の簡略化や、歩留まりの向上、液晶機器の小型化など、様々な面において大きな利点がある。そこで、出願人は、先に、ガラス基板の裏面を粗面化し、その上面を反射膜で覆うバックライト素子を提案している（特許文献１）。
しかし、特許文献１の製造方法は、複数回の粗面化処理を必要とするので、製造効率が悪く、この点の改善が望まれていた。 However, since the manufacturing method of Patent Document 1 requires a plurality of surface roughening treatments, the manufacturing efficiency is poor, and improvement of this point has been desired.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであった、製造効率を抜本的に改善したバックライト素子の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a backlight element that drastically improves manufacturing efficiency.
上記の課題を解決するべく種々の実験を繰り返した結果、本発明者は、ガラス裏面を複雑に粗面化しなくても、高さと大きさとが対応する突起を、散点状に形成し、それらを反射膜で覆えば、所望の特性を発揮することを見出して本発明を完成させた。 As a result of repeating various experiments to solve the above problem, the present inventor formed protrusions corresponding to the height and size in the form of scattered dots without complicatedly roughening the back surface of the glass. The present invention was completed by finding out that desired characteristics were exhibited by covering with a reflective film.
すなわち、本発明は、ガラス基板の裏面に、円形又は略円形のマスキング材を散点状に配置する第一工程と、マスキング材が配置されたガラス基板の裏面にエッチング液を接触させ、マスキング材で被覆されていない部分をエッチングして、マスキング材の外径に対応する略球面状の突起を多数形成する第二工程と、多数の突起が形成されたガラス基板の裏面全体に、光反射膜を設ける第三工程とを有して製造され、前記略球面状の突起は、光源が配置されるガラス基板の光入射端面からの離間距離に応じて、その大きさ及び／又は配列ピッチが、変化するよう設定されていることを特徴とする。 That is, the present invention includes a first step of disposing a circular or substantially circular masking material in the form of dots on the back surface of the glass substrate, and an etching solution in contact with the back surface of the glass substrate on which the masking material is disposed. A second step of etching a portion that is not coated with a mask to form a large number of substantially spherical projections corresponding to the outer diameter of the masking material, and a light reflecting film on the entire back surface of the glass substrate on which the numerous projections are formed. The substantially spherical projections have a size and / or arrangement pitch depending on the distance from the light incident end surface of the glass substrate on which the light source is disposed, It is set to change.
本発明は、ガラス基板を使用することを第１の特徴とし、このガラス基板は、本発明の製造方法を経てエッジライト式の導光板となる。図１は、本発明によって製造される導光板の概略構成を図示したものであり、導光板の裏面が光反射膜で覆われ、ガラス基板の側端面に光源が配置される。 The present invention is characterized in that a glass substrate is used, and this glass substrate becomes an edge light type light guide plate through the manufacturing method of the present invention. FIG. 1 illustrates a schematic configuration of a light guide plate manufactured according to the present invention. The rear surface of the light guide plate is covered with a light reflecting film, and a light source is disposed on a side end surface of the glass substrate.
光源から入射した光は、ガラス基板の表裏面の平坦面で全反射されつつ進行するが、この進行波が突起に当たることで進行方向が変わり、臨界角未満の角度でガラス基板の表面に向かう光だけが、ガラス基板の表面から放出される。 Light incident from the light source travels while being totally reflected on the front and back flat surfaces of the glass substrate, but the traveling direction changes when this traveling wave hits the projection, and the light travels toward the surface of the glass substrate at an angle less than the critical angle. Only is released from the surface of the glass substrate.
なお、媒質Ａ（ガラス基板）から媒質Ｂへの入射角をθａとすると、スネルの法則により、ＳＩＮ（θａ）／ＳＩＮ（θｂ）＝ｎｂ／ｎａの関係が成立する。ここで、媒質Ａの絶対屈折率がｎａ、媒質Ｂの絶対屈折率がｎｂである。 When the incident angle from the medium A (glass substrate) to the medium B is θa, the relationship of SIN (θa) / SIN (θb) = nb / na is established according to Snell's law. Here, the absolute refractive index of the medium A is na, and the absolute refractive index of the medium B is nb.
したがって、臨界角（全反射角：屈折が起こる最大入射角）は、
ＳＩＮ（θａ）＝ｎｂ／ｎａ×ＳＩＮ（９０°）＝ｎｂ／ｎａから
θａ＝ＳＩＮ−１（ｎｂ／ｎａ）となる。
Therefore, the critical angle (total reflection angle: the maximum incident angle at which refraction occurs) is
From SIN (θa) = nb / na × SIN (90 °) = nb / na, θa = SIN −1 (nb / na).
例えば、媒質Ｂが空気である場合には、空気の屈折率をｎｂ≒１、ガラス基板の屈折率を１．４３〜２．１４とすると、臨界角は、４４．３７〜２７．８６°となる。そこで、本発明では、屈折率が１．４３〜１．５０程度のガラスを使用することで、４４°〜４２°程度の臨界角を実現している。 For example, when the medium B is air, the critical angle is 44.37 to 27.86 ° when the refractive index of air is nb≈1 and the refractive index of the glass substrate is 1.43 to 2.14. Become. Therefore, in the present invention, a critical angle of about 44 ° to 42 ° is realized by using a glass having a refractive index of about 1.43 to 1.50.
本発明は、ガラス基板の裏面側の全体に、略球面状の突起を多数配置することを第２の特徴とする。この略球面状の突起は、円形又は略円形のマスキング材を散点状に配置する第一工程と、マスキング材を配置したガラス基板の裏面にエッチング液を接触させ、マスキング材で被覆されていない部分をエッチングする第二工程とで自動的に形成される。 The second feature of the present invention is that a large number of substantially spherical protrusions are arranged on the entire back surface of the glass substrate. The substantially spherical projections are not covered with the masking material by bringing the etching solution into contact with the back surface of the glass substrate on which the masking material is arranged, and the first step of arranging the circular or substantially circular masking material in the form of dots. It is formed automatically in the second step of etching the part.
ここで、多数の突起は、実質的に同一の形状でも良いし、大きさが異なるものでも良い。但し、大きさの異なる複数の突起を設ける場合には、高くて大きい突起と、低くて小さい突起とを形成する必要がある。しかし、本発明の第二工程では、ガラス基板の裏面にエッチング液を接触させて非マスキング部分をエッチングするので、大きさに応じた高さの突起を極めて効率よく生成することができる。 Here, the multiple protrusions may have substantially the same shape or different sizes. However, when a plurality of protrusions having different sizes are provided, it is necessary to form a high and large protrusion and a low and small protrusion. However, in the second step of the present invention, since the non-masking portion is etched by bringing the etching solution into contact with the back surface of the glass substrate, a projection having a height corresponding to the size can be generated very efficiently.
図２は、本発明の製造方法を説明する図面である。ここでは、光源が配置されるガラス基板の光入射端面からの離間距離に応じて、段階的に大きく設定された突起を形成する場合を例示している。なお、図示例では、複数の突起が、配列ピッチを変化させることなく、碁盤面状に配列されているが、千鳥状に配列する場合も製造方法は同じである。 FIG. 2 is a drawing for explaining the production method of the present invention. Here, the case where the protrusion set large stepwise is formed according to the separation distance from the light incident end surface of the glass substrate on which the light source is arranged is illustrated. In the illustrated example, the plurality of protrusions are arranged in a grid pattern without changing the arrangement pitch, but the manufacturing method is the same when arranged in a zigzag pattern.
先ず、耐酸性のマスキング材ＭＳをスクリーン印刷によってガラス基板の裏面に散点状に設ける。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、ガラス基板の裏面に、マスキング材ＭＳが散点状に印刷された状態を示している。 First, the acid-resistant masking material MS is provided in the form of dots on the back surface of the glass substrate by screen printing. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A, and shows a state in which the masking material MS is printed in the form of dots on the back surface of the glass substrate.
この状態で、ガラス基板の裏面にエッチング液を接触させるが、好適には、図２（ｂ）に示す通り、ガラス基板の側面と表面もマスキング材ＭＳで被覆した状態で、ガラス基板をエッチング液に浸すべきである。 In this state, the etching solution is brought into contact with the back surface of the glass substrate. Preferably, as shown in FIG. 2B, the glass substrate is etched with the side surface and the surface of the glass substrate covered with the masking material MS. Should be immersed in.
エッチング液にガラス基板を浸漬させると、ガラス基板の厚さ方向に、均一なエッチングが可能となる。この場合、好ましくは、エッチング液を攪拌したり、或いは、液中に気泡を上昇させることなく、静止状態のエッチング液に、ガラス基板を浸漬させるべきである。このような静止浴とすれば、エッチング過程で、マスキング材がエッチング液に煽られて剥離することが防止される。 When the glass substrate is immersed in the etching solution, uniform etching can be performed in the thickness direction of the glass substrate. In this case, preferably, the glass substrate should be immersed in the stationary etching solution without stirring the etching solution or raising bubbles in the solution. With such a stationary bath, it is possible to prevent the masking material from being sunk by the etching solution during the etching process.
エッチング液は、フッ化水素を必須成分とする水溶液であり、液温度と液組成によって決定されるエッチング速度によって、ガラス基板を厚さ方向に、２０〜３０μｍを限度として、エッチングして第二工程（エッチング工程）を終えるのが好ましい。これ以上エッチング量を増加させると、小さい突起が事実上消滅してしまう。 The etching solution is an aqueous solution containing hydrogen fluoride as an essential component, and the second step is performed by etching the glass substrate in the thickness direction up to 20 to 30 μm at an etching rate determined by the solution temperature and the solution composition. It is preferable to finish (etching step). When the etching amount is further increased, the small protrusions are effectively eliminated.
図２（ｃ）は、第二工程を終えた後のガラス基板の断面を図示したものである。本発明の好ましい実施形態では、マスキング材ＭＳの最低直径は、３５〜５０μｍ程度に設定される。そして、ガラス基板が厚さ方向にエッチングされる過程で、エッチング液は、ガラス基板におけるマスキング材ＭＳの貼着面にも侵入するので、ガラス基板に略球面が形成される。なお、直径の小さいマスキング材は、エッチングの途中で剥離される。 FIG. 2C illustrates a cross section of the glass substrate after the second step. In a preferred embodiment of the present invention, the minimum diameter of the masking material MS is set to about 35 to 50 μm. Then, in the process of etching the glass substrate in the thickness direction, the etchant also enters the masking material MS attachment surface of the glass substrate, so that a substantially spherical surface is formed on the glass substrate. Note that the masking material having a small diameter is peeled off during the etching.
このように、本発明の製法によれば、ガラス基板は、厚さ方向だけでなく、面方向にも侵食されるので、エッチング途中でマスキング材を失う小さい突起は、高さの低い略球面状となる。一方、第二工程の最後までマスキング材の貼着状態が維持される大きい突起は、頂面が平坦な略球面状となる。なお、このような形状の突起の高さは、厚さ方向のエッチング量と同じである。 As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the glass substrate is eroded not only in the thickness direction but also in the surface direction. Therefore, the small protrusions that lose the masking material during the etching have a substantially spherical shape with a low height. It becomes. On the other hand, the large protrusion that maintains the masking material sticking state until the end of the second step has a substantially spherical shape with a flat top surface. Note that the height of the protrusion having such a shape is the same as the etching amount in the thickness direction.
以上の第二工程（エッチング工程）が終われば、散点状のマスキング材は、ガラス基板の表面及び側面のマスキング材と共に剥離される。 When the second step (etching step) is completed, the scattered masking material is peeled off together with the masking material on the surface and side surfaces of the glass substrate.
そして、その後の第三工程では、ガラス基板の裏面と一方側の端面に反射膜が形成される。反射膜は、ガラス基板の裏面全体を、銀メッキ又は銅メッキするのが製造コスト的に有利である。なお、金属メッキ膜の外表面に、保護層を設けるのが好ましい。 In the subsequent third step, a reflective film is formed on the back surface and one end surface of the glass substrate. It is advantageous in terms of manufacturing cost that the reflective film is silver-plated or copper-plated on the entire back surface of the glass substrate. In addition, it is preferable to provide a protective layer on the outer surface of the metal plating film.
以上説明した通り、本発明の製法によれば、略球面状の突起が、ガラス基板の裏面にエッチング処理によって自動的に形成される。しかも、突起の大きさや配置位置は、第一工程の処理によって自由に設定可能である。したがって、光入射端面からの離間距離に応じて、突起の大きさを段階的に変化させることが容易である。なお、ここで段階的とは、離間方向に向けて、離散的に増加する場合に限らず、連続的に増加する場合も含む概念である。 As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the substantially spherical protrusion is automatically formed on the back surface of the glass substrate by etching. Moreover, the size and arrangement position of the protrusions can be freely set by the processing in the first step. Therefore, it is easy to change the size of the projection stepwise according to the separation distance from the light incident end face. Here, “stepwise” is a concept that includes not only the case of increasing discretely but also the case of increasing continuously in the direction of separation.
また、本発明によれば、光入射端面からの離間距離に応じて、突起の配列ピッチを段階的に変化させることもできる。したがって、用途に応じて、突起の大きさと、その配列ピッチとを段階的に自由に変化させることもできる。なお、段階的とは、上記したのと同じ広い概念である。 Further, according to the present invention, the arrangement pitch of the protrusions can be changed stepwise in accordance with the separation distance from the light incident end face. Therefore, the size of the protrusions and the arrangement pitch thereof can be freely changed stepwise according to the application. Note that stepwise is the same broad concept as described above.
本発明において、突起の配列ピッチを変化させない場合には、ガラス基板の光入射端面からの離間距離に応じて大きく設定された略球面状の突起が、碁盤面状又は千鳥状に配列されるのが好ましい。この場合、１２０〜１９０μｍの範囲内の配列ピッチとするのが特に好ましい。この範囲を超えて配列ピッチが広いと、一様な面発光が困難である。逆に、この範囲を超えて配列ピッチが狭い、大きい突起を配置できず、光入射端面から離れた箇所の発光が不足する。 In the present invention, when the arrangement pitch of the projections is not changed, the substantially spherical projections that are set large according to the separation distance from the light incident end face of the glass substrate are arranged in a grid or zigzag pattern. Is preferred. In this case, it is particularly preferable to set the arrangement pitch within the range of 120 to 190 μm. If the arrangement pitch is wide beyond this range, uniform surface light emission is difficult. Conversely, large projections with a narrow arrangement pitch beyond this range cannot be arranged, and light emission at locations away from the light incident end face is insufficient.
突起の配列ピッチを変化させない場合には、光入射端面から遠ざかるにしたがって、大きい突起を配置するのが好ましい（図２（ａ）参照）。この場合、光入射端面の近傍では、平面視における直径が３５〜５０μｍであって、その高さが５〜２０μｍとなる突起を形成するのが好ましい。このような実施態様では、光入射端面からの離間距離に応じて大きい突起を形成すべきであるが、平面視における最大直径が１５０μｍ以下とし、その高さが２０〜３０μｍに抑制すべきである。先に説明した通り、これ以上の高さの突起を形成しようとすると、製造方法を複雑化させない限り、小さい突起を形成することが困難となる。 When the arrangement pitch of the protrusions is not changed, it is preferable to arrange a large protrusion as the distance from the light incident end face increases (see FIG. 2A). In this case, in the vicinity of the light incident end face, it is preferable to form a protrusion having a diameter in a plan view of 35 to 50 μm and a height of 5 to 20 μm. In such an embodiment, a large protrusion should be formed according to the separation distance from the light incident end face, but the maximum diameter in plan view should be 150 μm or less and the height should be suppressed to 20 to 30 μm. . As described above, if a protrusion having a height higher than this is formed, it is difficult to form a small protrusion unless the manufacturing method is complicated.
一方、配列ピッチを変化させる場合には、略同一の突起が、ガラス基板の光入射端面からの離間距離に応じて密度を上げつつ、不規則な位置に配列されるのが好ましい。何れにしても、本発明の導光板は、液晶ディスプレイのバックライトとして使用されるのが好適である。 On the other hand, when the arrangement pitch is changed, it is preferable that substantially the same protrusions are arranged at irregular positions while increasing the density according to the separation distance from the light incident end face of the glass substrate. In any case, the light guide plate of the present invention is preferably used as a backlight of a liquid crystal display.
以上説明した本発明によれば、構成部材の個数を減少させたバックライトを効率よく製造することができる。 According to the present invention described above, a backlight with a reduced number of components can be efficiently manufactured.
以下、本発明を実施例を説明するが、何ら本発明を限定するものではない。
＜製造方法＞
（１）３６０×４６０ｃｍのガラス基板を用意し、スクリーン印刷によってドットパターンのマスキング処理を行った。
（２）１８０μｍの均一ピッチで円形のドットを碁盤目状に印刷した。円形ドットは、光入射端面に近い最近点での直径を４０μｍ、光入射端面からの最遠点での直径を８０μｍとし、その間を段階的に変化させた。ガラス基板の中央位置では直径６０μｍとした。また、ガラス基板の端面及び表面については全面にマスキング材を塗布した。
（３）エッチング液としては、フッ化水素を３重量％、硫酸を５重量％含有する水溶液を使用し、このエッチング液を蓄えたエッチング槽に、ガラス基板全体を浸漬させた。なお、ガラス基板及びエッチング液を静止状態とし、液温を３０℃に維持した。
（４）エッチング量が２０μｍとなるまでエッチングを進行させた後、ガラス基板を取り出し、水洗した後、マスキング材を剥離した。
（５）ガラス基板を２．４インチサイズに分断して、レーザ顕微鏡によってドットパターンを観察した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is described for this invention, this invention is not limited at all.
<Manufacturing method>
(1) A glass substrate of 360 × 460 cm was prepared, and a dot pattern masking process was performed by screen printing.
(2) Circular dots were printed in a grid pattern at a uniform pitch of 180 μm. The circular dot had a diameter of 40 μm at the nearest point close to the light incident end surface and a diameter of 80 μm at the farthest point from the light incident end surface, and the distance between them was changed stepwise. The diameter was 60 μm at the center position of the glass substrate. Moreover, the masking material was apply | coated to the whole surface about the end surface and surface of a glass substrate.
(3) As an etching solution, an aqueous solution containing 3% by weight of hydrogen fluoride and 5% by weight of sulfuric acid was used, and the entire glass substrate was immersed in an etching tank storing this etching solution. Note that the glass substrate and the etching solution were kept stationary, and the solution temperature was maintained at 30 ° C.
(4) After the etching was advanced until the etching amount reached 20 μm, the glass substrate was taken out and washed with water, and then the masking material was peeled off.
(5) The glass substrate was divided into 2.4 inch sizes, and the dot pattern was observed with a laser microscope.
その結果、マスキング材の大きさに対応する多数の突起が、碁盤目状に確認されたた。いずれも略球面状の表面形状を有しているが、その高さは、平面視における直径３５〜８０μｍに対応して、５μｍ〜２２μｍの値であった。
＜発光性能＞
前記のガラス基板の裏面に、銀メッキによる光反射膜を設けると共に、表面側に拡散シートとプリズムシートを配置して導光板とした。
（１）この導光板の光入射端面に４個のＬＥＤを配置した。
（２）三脚に輝度計（コニカミノルタ製ＣＳ−２００）をセットし、三脚を、導光板にピントが合う高さに調整した（図３参照）。
（３）暗室において、導光板の９箇所について輝度を計測した。その結果、９箇所とも、１８０ｃｄ／ｍ２程度のほぼ均一な輝度であった。
＜その他＞
マスキング処理におけるドットパターンを種々変更して同一手順で実験を繰り返した。すなわち、ドット直径やその配列パターンを変更して実験をしたところ、各々発光性能に差が生じるものの、いずれもほぼ均一な面発光が確認された。
As a result, a large number of protrusions corresponding to the size of the masking material were confirmed in a grid pattern. Each of them has a substantially spherical surface shape, but its height is a value of 5 μm to 22 μm corresponding to a diameter of 35 to 80 μm in plan view.
<Light emission performance>
A light reflection film by silver plating was provided on the back surface of the glass substrate, and a diffusion sheet and a prism sheet were disposed on the front surface side to form a light guide plate.
(1) Four LEDs are arranged on the light incident end face of the light guide plate.
(2) A luminance meter (CS-200 manufactured by Konica Minolta) was set on the tripod, and the tripod was adjusted to a height at which the light guide plate was in focus (see FIG. 3).
(3) In a dark room, the luminance was measured at nine locations on the light guide plate. As a result, the luminance was almost uniform at about 180 cd / m 2 at all nine locations.
<Others>
The experiment was repeated with the same procedure with various changes in the dot pattern in the masking process. That is, when the experiment was carried out by changing the dot diameter and the arrangement pattern, almost uniform surface light emission was confirmed in each case, although there was a difference in light emission performance.
ＭＳ マスキング材 MS masking material
Claims (7)
マスキング材が配置されたガラス基板の裏面にエッチング液を接触させ、マスキング材で被覆されていない部分をエッチングして、マスキング材の外径に対応する略球面状の突起を多数形成する第二工程と、
多数の突起が形成されたガラス基板の裏面全体に、光反射膜を設ける第三工程とを有して製造され、
前記略球面状の突起は、光源が配置されるガラス基板の光入射端面からの離間距離に応じて、その大きさ及び／又は配列ピッチが、変化するよう設定されていることを特徴とする導光板の製造方法。 On the back surface of the glass substrate, a first step of arranging a circular or substantially circular masking material in the form of dots,
A second step of forming a number of substantially spherical protrusions corresponding to the outer diameter of the masking material by contacting the etching solution with the back surface of the glass substrate on which the masking material is disposed and etching the portion not covered with the masking material. When,
It is manufactured with a third step of providing a light reflecting film on the entire back surface of the glass substrate on which a large number of protrusions are formed,
The substantially spherical projections are set such that their sizes and / or arrangement pitches change according to the distance from the light incident end surface of the glass substrate on which the light source is arranged. Manufacturing method of light plate.
The said light guide plate is a manufacturing method in any one of Claims 1-6 used as a backlight of a liquid crystal display.
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| WO2011074410A1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | シャープ株式会社 | Illuminating device, display device, and television receiver |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101005 |