JP2012160405A - 導光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが薄く、大型化が可能であり、生産性の高い導光板の製造方法を提供する。
【解決手段】溶融され押し出された熱可塑性樹脂８の一面又は両面に、フィルムの片面に所定の形状のパターンが印刷された転写シート４を合わせて、第１の冷却ロール１０と圧着ロール９の２本のロール間で挟圧して冷却した後に、前記フィルムを剥離して転写により白インキ層３を形成させた導光板１を製造することにより、安価で連続的に大量の導光板１を生産供給することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶テレビや液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置に用いられる導光板の製造方法に関する。

近年、液晶テレビ、液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置においては急激な市場価格低下に直面しており、また、軽量薄型化、大型化、品質向上等が強く求められている。業務用はもとより一般家庭用においても、３０インチ以上の液晶テレビが主流になっている。また、アナログ放送から地上波デジタル放送への移行にともない、各家庭でのテレビの買い替えが激しくなり、販売台数が順調に伸びている。

これに伴い、液晶テレビを構成するバックライトユニットも需要が増えている。液晶ディスプレイ装置の面光源として用いられるバックライトユニットには、冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等の光源を液晶ディスプレイ装置の表示面の裏に並べて光拡散板を介して光を出す直下型と、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を導光板と呼ばれる透明な板の端部に配設して、この導光板の端部から光を入射して導光板の背面に設けられたドットやストライプ形状の印刷部分等に反射させて前面に光を出すエッジライト型とがある。これまでは、バックライトの輝度を高くできる観点から直下型が主流であったが、近年、光源として小型で高輝度なＬＥＤが多く使われるようになったことや、液晶ディスプレイの薄型化の要求により、エッジライト方式の割合が増えている。

エッジライト方式の導光板では、ＬＥＤ等の光源によって導光板の端部から入射された光を中央付近まで均一に導光させてディスプレイ装置の表示面に光を取り出すために、導光板の背面側に白色のドットやストライプ形状の印刷部をグラデーション状に配列している。このために、導光板の樹脂部を成型した後、１枚毎にスクリーン印刷やインクジェット印刷などの方法により印刷部を印刷加工して作製している。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）

エッジライト方式の導光板の製造方法としては、例えば図１及び図２に示すようなものが一般的に知られている。

図１は、射出成型により導光板１０１の樹脂部１０２を製造する工程の概略図であり、図２は、この樹脂板１０２に白インキ層１０３をスクリーン印刷する工程の概略図である。

図１に示す様に、分離可能な金型１０４の内部に溶融された樹脂をシリンダ１０５によって流し込み充填し、次に金型１０４を冷却して充填された樹脂１０６を固化させた後、金型１０４を分離して中の固化した充填された樹脂１０６を取り出して樹脂板１０２を製造する。続いて、図２に示す様に、成型された樹脂板１０２の片面に、スクリーン印刷により白インキ層１０３をドットパターン状に転写して、導光板１０１を製造する。

特開平７−９８４５５号公報 特開平９−６８６１４号公報

しかしながら、上述したように、ディスプレイ装置の大型化に伴い、薄くて広い面積の導光板が要望されているが、従来の技術では射出成型やキャスト成型で導光板が製造されているため、その製法上、厚さが薄く大きな面積の導光板の製造が難しいという問題があった。

また、樹脂板１０２に１枚毎に印刷加工しているので、生産能力が低く、製造コストが高いという問題があった。

本発明の目的は、厚さが薄く構成され、大型化が可能であり、生産能力が高く、製造コストを低廉化することができる導光板の製造方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。

本発明にかかるディスプレイ装置に使用される導光板の製造方法は、溶融された状態で帯状に形成された熱可塑性樹脂の少なくとも一面に、フィルムの一面に所定のパターンで形成された反射層を有する転写シートを、反射層が熱可塑性樹脂に接するように密着させ、少なくとも２本のロールの間で挟圧する工程と、転写シートのフィルムを冷却固化された熱可塑性樹脂から剥離して反射層をこの熱可塑性樹脂に転写する工程とを有することを特徴とする。

ここで、本発明にかかる導光板は、好適には厚みが０．１から３．０ｍｍである。

更に、本発明にかかる導光板において、フィルムの一面に形成された所定のパターンは、好ましくは所定のグラデーションで配列された白色のドット又はストライプである。

本発明によれば、導光板の厚さを薄く構成でき、大型化が可能となり、また、生産能力を高め、製造コストを低廉化することができる。

従来の導光板の射出成型工程を示す概略図 従来の導光板の白インキ層のスクリーン印刷工程を示す概略図 本発明の一実施形態である導光板の製造工程を示す概略図 本発明の一実施形態である導光板の表面に反射層を転写する製造工程を示す概略図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態である導光板の製造工程を示す概略図であり、図４は、本発明の一実施形態である、導光板の表面に反射層を転写する製造工程を示す概略図である。

本実施形態の製造方法により製造される導光板１は、樹脂板２とその表面に形成された反射層である白インキ層３とを備えている。導光板１の白インキ層３は、フィルムであるシート状に形成された転写基材５上の一面に白インキ部６が設けられた構成の転写シート４の白インキ部６を樹脂板２に転写することにより作成される。

本実施形態の樹脂板２は熱可塑性樹脂から構成される。樹脂板２を構成する樹脂材料としては、透明で溶融加工可能な熱可塑性樹脂なら特に制限はなく、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、直鎖低密度ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、セルロースアセテート樹脂、エチレン−ビニルアセテート樹脂、アクリル−アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリル−塩素化ポリエチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール樹脂、フッ素樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、脂環構造含有エチレン性不飽和単量体単位を含有する樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、アクリル系ゴム等のゴム状重合体ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の汎用またはエンジニアリングプラスチックの他に、ポリ塩化ビニル系エラストマー、塩素化ポリエチレン、エチレン−アクリル酸エチル樹脂、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマー、アイオノマー樹脂、スチレン・ブタジエンブロックポリマー、エチレン−プロピレンゴム、メチルペンテン樹脂ポリブタジエン樹脂、メタクリル酸メチル樹脂が挙げられる。これらは１種または２種以上を混合ブレンドして用いてもよい。

樹脂板２は、単独の樹脂材料や、単層の構成だけでなく、積層化して２種２層板や、２種３層板としてもよい。例えば、板の中心層にポリカーボネート樹脂、表層にメタクリル酸メチル系樹脂を積層した構成としてもよい。さらに、第二成分を混合したものであってもよく、例えばポリカーボネート樹脂にメタクリル酸メチル系樹脂を加えてもよい。また、樹脂板２には、必要に応じて、１種又は２種以上の紫外線吸収剤や光拡散剤、艶消剤、酸化防止剤、離型剤、難燃剤、帯電防止剤等を含有させてもよい。

転写基材５には、樹脂板２製造時にこの樹脂板２が溶融してなる溶融熱可塑性樹脂８の熱に耐えうる材料が選択される。また、転写基材５は、転写シート４を作成するときにおける白インキ部６の印刷適性と、樹脂板２に転写するときにおける白インキ部６との適度な密着剥離性が必要である。このような条件に適合する転写基材５用の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、４フッ化エチレン、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート（アクリル樹脂)、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアリレート、芳香族ポリエステル、環状ポリオレフィン等が挙げられる。耐熱性や離型性とコストを考慮した場合には、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。

白インキ部６はバインダーである熱可塑性樹脂と白色着色剤と粉体等の添加剤とが混合されて構成される。バインダーを構成する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリウレタン系、塩化ビニル系、セルロース系、石油系、スチレン系、ブチラール系、フェノール系などの樹脂の他、エチレン−酢酸ビニル共重合体やエチレン−アクリル系樹脂が挙げられる。ここで、それらの中で、少なくとも１種類を主成分とするか、２種類以上を混合して用いるかは特に限定はない。また、白色着色剤としては、体質顔料やシリカなどの無機フィラー、タルク、酸化チタン等が挙げられるが、光の反射性や白色度などのから酸化チタンが好ましい。添加剤は、バインダーとの分散性や転写基材５からの剥離性の調整の役割を持っている。この添加剤としてはポリテトラフルオロエチレン系微粒子、シリコーン樹脂微粒子、ベンゾグアナミン樹脂−メラミン樹脂縮合物微粒子、デンプン、炭酸カルシウム、酸化チタン、タルク、カオリン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、シリカ等があげられる。

転写シート４の白インキ部６を構成するバインダー樹脂と白色着色剤との混合比率はバインダー樹脂が５〜５０％、白色着色剤が５０〜９５％が好ましい。より好ましくはバインダー樹脂が１０〜４０％、白色着色剤が６０〜９０％である。バインダー樹脂が５％より少ないと白色着色剤が脱落したり転写基材５との十分な密着性が得られず、５０％を超えると転写時に転写基材５から剥離できなくなることが起こる。またインキ層の膜厚は０．１μｍ〜２０μｍが好ましく、より好ましくは０．５μｍ〜５μｍである。０．１μｍより薄い場合十分な白色濃度を得られず反射率が低下してしまい、２０μｍより厚い場合転写不良を引き起こしてしまう。白インキ部６の印刷方法としてはグラビア印刷が一般的であるが特に限定はされない。

白インキ部６は転写基材５上に所定のパターンをもって印刷される。この白インキ部６は、好ましくはグラデーションをなすように、すなわち、印刷密度が徐々に変わっていくように印刷される。どのようなパターンにするかは、本実施例の主題ではないので詳細な記載は省略するが、この白インキ部６により、導光板１の端部から入射されたＬＥＤ等の光源からの光を均一に拡散しうるものであることが好ましい。

次に、本実施形態の導光板の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。本実施形態では、まず、図３に示す様に、溶融した熱可塑性樹脂をＴダイ等の押出しダイ７により押出すことにより、帯状の溶融熱可塑性樹脂８に形成して、次に、金属ロール又はセラミックロール等からなる第１の冷却ロール１０と、ゴムロール又は金属弾圧ロール等からなる圧着ロール９との間隙に帯状の溶融熱可塑性樹脂８を流し込み挟圧して樹脂板２を成型する。押出しダイ７内部の温度を３００℃に設定した場合には、押出しダイ７から吐出される溶融熱可塑性樹脂８は押出しダイ７出口部で２８０℃程度、挟圧される冷却ロール１０と圧着ロール９の間では１５０℃程度まで低下する。

この時、転写シート４の白インキ部６が形成されている面を、帯状の溶融熱可塑性樹脂８の表面に合わせるとともに冷却ロール１０と圧着ロール９とで挟圧する。これにより１５０℃近くに冷却された溶融熱可塑性樹脂８の一表面と転写基材５の一方の面にあらかじめ形成された白インキ部６とが合わされて挟圧される。更に、第２の冷却ロール１１で冷却し、その後剥離ロール１２で転写基材５を固化された樹脂板２から分離剥離することにより、樹脂版２の表面に白インキ部６のみが転写される。以上のようにして、導光板１を作製する。

圧着ロール９は、冷却ロール１０とともに、白インキ部６が表面に印刷されている転写シート４と帯状の溶融熱可塑性樹脂８とを挟圧せしめる役割がある。このためには、幅方向に均一に挟圧することができて、更に、後述のように冷却ロール１０表面に模様や凹凸部が設けられている場合に、この模様や凹凸部に樹脂を充填することが可能なように、挟圧時に変形しやすいゴムロール、又は、金属ロールの表層の厚みが薄く挟圧時にゴムロール同様に変形する金属弾圧ロールが好ましい。あるいは、固定ロールの軸に側圧を付勢する構成のような圧着ロールとしてもよい。

第１の冷却ロール１０は、例えば冷却用の金属ロール又はセラミックロールから構成されるが、特に限定されるものではなく、従来から押出成形で使用されている通常の金属ロールを採用することができる。具体的な例としては、ドリルドロールやスパイラルロール、ロール内部が円周方向に対して分割されておりそれぞれのゾーンが独立して温度設定できるもの等が挙げられる。金属ロールの表面状態は、例えば鏡面であってもよく、模様や凹凸等があっても良い。この模様や凹凸等がある場合には、導光板１の印刷面と対抗する面である出光面の導光効率を上げることの可能な模様や凹凸等を形成することが可能となる。第１の冷却ロール１０内部には冷却するため水やオイルなどの流体を循環させ温度コントロールすることが可能である。第２の冷却ロール１１は、第１の冷却ロール１０と同等の構造であるが表面は鏡面が好ましい。また、冷却ロールの数を更に増設してもよい。

本実施形態における導光板１の樹脂板２は、厚みが０．１〜３．０ｍｍ、好ましくは０．３〜２．０ｍｍ、より好ましくは１．０〜２．０ｍｍである。厚みが０．１ｍｍ未満であると、導光板としてエッジ部分の面積が小さくなり光源から十分な光を導入することが困難となること、テレビ筐体にセットした時にたわみが発生しやすいことなどの問題が発生する。３．０ｍｍを超えると、導光板として重量が大きくなるという問題が発生する。

樹脂板２の厚みは、押出しダイ７から押し出される溶融熱可塑性樹脂８の厚み、圧着ロール９と第１の冷却ロール１０の間隔等により調整することができる。 また押出しダイ７から押し出された溶融熱可塑性樹脂８と転写シート４を十分に圧着させるためには圧着ロール９と第１の冷却ロール１０との間の圧力すなわち挟圧力は０．１ＫＮ〜２０ＫＮが好ましい。挟圧力が０．１ＫＮより低い場合十分に白色インキ部５が溶融熱可塑性樹脂８に転写できず、２０ＫＮより大きい場合冷却固化後の導光板１が歪んだり反ったりしてしまう可能性がある。

図４に示す様に、本実施形態のおける製造工程では、樹脂板２の表面に、転写シート４の白インキ部６が転写され、白インキ層３が形成される。図４の左側部分は、転写シート４の白インキ部６が形成されている面と、帯状の溶融熱可塑性樹脂８の表面とが密着する前の状態を示している。図４の右側部分は、溶融熱可塑性樹脂８と転写シート４とが密着して挟圧冷却した後、剥離ロール１２により転写基材５を固化された樹脂板２から分離剥離して、白インキ部６のみが転写され樹脂版２の表面に白インキ層３が形成されている状態を示している。

このようにして作成した導光板１の端部にＬＥＤ等の公知の光源（図示せず）を配設して、導光板１の白インキ層３が設けられた面の背後に公知の反射シート（図示せず）と、白インキ層３が設けられた面に対向する面である出光面に公知の光拡散板（図示せず）を配置することにより、バックライトユニットを構成することができる。

また、本実施形態では、すでに固化している樹脂板の表面に白インキ層３を形成するのではなくて、溶融されている状態の熱可塑性樹脂８に転写シート４を挟圧している。そうすると、図４の右側部分に示すように、白インキ層３が樹脂板２の表面から内側に食い込んだ構成となり、白インキ層３の表面と樹脂板２の表面との段差は、すでに固化している樹脂板の表面に白インキ層３を形成したものの段差と比較してより小さな段差となり得、又は段差をなくすることが可能となる。これは、バックライトユニットにおいて、導光板１の背面の反射シートをより導光板１に密接して配置することが可能となるということであり、段差による光学的ギャップがより小さくなり、光のロスをより小さなものとすることができる。

また、バックライトユニットに公知の液晶ディスプレイデバイス（図示せず）を配置して、回路基板等とともにケースに収納し固定することにより、ディスプレイ装置を構成することができる。

図３において、押出しダイ７の左側だけでなく、右側にも別の転写シート４（図示せず）を配置して、溶融熱可塑性樹脂８の両面に白インキ部６を転写するように構成してもよい。例えば導光板１の出光面の４辺の外縁から所定幅の範囲に額縁状の白インキ層３を形成すれば、液晶ディスプレイデバイスの画像表示範囲のみに導光板１から出光することが可能となり、光源からの光の更なる有効利用をすることができる。

本実施形態の導光板の製造方法は、溶融した熱可塑樹脂を押し出して導光板を作製する工程において、冷却固化させ板の厚みを調整する部分である第１の冷却ロール１０と圧着ロール９の間に転写シート４を差し込み、溶融熱可塑性樹脂８と転写シート４の白インキ部６とを圧着して、冷却固化後、転写シート４の転写基材５のみを剥離することにより導光板１を作製する方法であるが、以下の様に実施を行い確認を行った。

＜実施例１＞
図３、図４の様な押出成型工程において以下の材料と成型条件にて実施を行った。
（転写シートの作製）
下記材料の配合により白色インキを作製し、ダイレクトグラビア印刷法により転写基材５としての１８８μｍの厚みのポリエチレンテレフタレート樹脂の片面に表面に５μｍの膜厚にてドットパターンを印刷して白インキ部６を形成し、乾燥した後これを巻き取り、転写シート４の巻き取りロールを作製した。

（押出成形導光板作製）
転写シート４を図３の様に第１の冷却ロール１０と圧着ロール９の間に搬送させるとともに、Ｔダイ７内部で３００℃に溶解されたポリカーボネート樹脂（帝人株式会社製ポリカーボネート「パンライトＬ１２２５２Ｅ（ 商品名）」）を押し出して帯状の溶融熱可塑樹脂８を形成し、これらを４ｍ／ｍｉｎの速度で引き取り、転写シート４の転写基材５と樹脂板２たるポリカーボネート樹脂を剥離して導光板１を製造した。

＜実施例２＞
（転写シートの作製）
実施例１と同様に白色転写シート４を作製した。
（押出成形導光板作製）
転写シート４を図３の様に第１の冷却ロール１０と圧着ロール９の間に搬送させるとともに、Ｔダイ７内部で１５０℃に溶解されたアクリル樹脂（三菱レイヨン社製ＰＭＭＡ「アクリペット（ Ｖ００１商品名）」）を押し出して帯状の溶融熱可塑樹脂８を形成し、これらを４ｍ／ｍｉｎの速度で引き取り、転写シート４の転写基材５と樹脂板２たるアクリル樹脂を剥離して導光板１を製造した。

＜比較例１＞
（射出成形）
図１の様に３００℃に溶解されたポリカーボネート樹脂（帝人株式会社製ポリカーボネート「パンライトＬ１２２５２Ｅ（ 商品名）」）をシリンダ１０５によって金型１０４に流し込み冷却して、樹脂板１０２たる透明ポリカーボネート板を作製した。
次に、上記にて作製したポリカーボネート板の片面に、スクリーン印刷により下記白色インキ配合で作製したインキを印刷して白インキ層１０３を形成し、その後乾燥して導光板１０１を作製した。

＜比較例２＞
（射出成形）
図１の様に１５０℃に溶解されたアクリル樹脂（三菱レイヨン社製ＰＭＭＡ「アクリペット（ Ｖ００１商品名） 」）をシリンダ１０５によって金型１０４に流し込み冷却して、樹脂板１０２たる透明アクリル板を作製した。
次に、上記にて作製したアクリル板の片面に、スクリーン印刷により比較例１と同等の白色インキ配合で作製したインキを印刷して白インキ層１０３を形成し、その後乾燥して導光板１０１を作製した。

上記実施例１、実施例２、比較例１、比較例２で作製した導光板の外観評価と液晶テレビにセットして評価した結果、特に差は見られなかった。
しかし、比較例１及び比較例２の場合押出工程と印刷工程が分かれている為、１枚あたりの作製時間が３０分（平均）必要であるのに対して、本実施形態である実施例１及び実施例２の場合１枚あたりの作製時間３分（平均）と約１０倍の生産能力を達成できることがわかった。

１ 導光板
２ 樹脂板
３ 白インキ層
４ 転写シート
５ 転写基材
６ 白インキ部
７ 押出しダイ
８ 溶融熱可塑性樹脂
９ 圧着ロール
１０ 第１の冷却ロール
１１ 第２の冷却ロール
１２ 剥離ロール
１０１ 導光板
１０２ 樹脂板
１０３ 白インキ層
１０４ 金型
１０５ シリンダ
１０６ 充填された樹脂
１０７ ローラー
１０８ スクリーン

Claims (3)

1. ディスプレイ装置に使用される導光板の製造方法において、
   溶融された状態で帯状に形成された熱可塑性樹脂の少なくとも一面に、フィルムの一面に所定のパターンで形成された反射層を有する転写シートを、前記反射層が前記熱可塑性樹脂に接するように密着させ、少なくとも２本のロールの間で挟圧する工程と、前記転写シートの前記フィルムを冷却固化された前記熱可塑性樹脂から剥離して前記反射層をこの熱可塑性樹脂に転写する工程と、
   を備えることを特徴とする導光板の製造方法。
2. 前記導光板の厚みが０．１から３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の導光板の製造方法。
3. 前記フィルムの一面に形成された所定のパターンは、所定のグラデーションで配列された白色のドット又はストライプであることを特徴とする請求項１又は２記載の導光板の製造方法。

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