JP2012216311A - 導光板の製造方法、導光板、および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱曲げ加工により曲面形状を付与することで実用的な機械特性を良好に保ちつつ、デザイン性に優れ、立体的な自由度の付与の可能な導光板の製造方法を提供する。
【解決手段】 熱可塑性樹脂からなる基材を用いた導光板の製造方法であって、前記基材の少なくとも一方の表面にパターンを形成する工程と、その後熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程と、を有すること特徴とする導光板の製造方法である。また、この導光板の製造方法により作製した導光板を１つ以上用いて作製した照明装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光板の製造方法、導光板、および照明装置に関する。

熱可塑性樹脂からなる導光板は、看板やディスプレイなどに設置され、いわゆるエッジライト型の光源からの光を、均一な面発光に変える目的で使用されている。また、近年では看板、ディスプレイに限らず、照明用途などへの導光板の利用も広がっている。
このような照明用途に用いられる導光板としては、表面に凹凸状の加工や、パターン印刷が施された平板のものが知られている。また、これを利用した照明装置としては、箱型の照明装置の内部に前記導光板を配設し、導光板の断面からエッジライト型の光源により光を入射して、照明装置の主面となる板面から光を出射するものが知られている。
この種の照明装置に用いられる導光板として、下記特許文献１には大きさが漸次異なる錐状の穴パターン又は深さが漸次異なるＶ溝パターンが形成された、熱可塑性樹脂の導光板が記載されている。
また、この種の照明装置として、下記文献２には、反射シートを挟んで両側に導光板と、拡散シートとをこの順に積層した装置が記載されている。この装置では２枚の導光板の端面にまたがるようにして線状光源を装着し、導光板の面内方向に照射された光を反射シートによって面直方向の表裏両面に反射している。

特開２００５−２７６４５３号公報 特開平１０−１８７０７５号公報

しかしながら、上記文献に記載の導光板は、照明装置内部に配設する、または嵌め込みタイプのものであって、その基本的な構造は平面形状であり、デザイン性は限られていた。そのため、このような従来の導光板を用いた照明装置では、デザイン性や立体的な自由度の制約があり、デザインの自由度が要望される照明設計にも制限があった。また、照明装置内部に平面状の導光板を湾曲させたり、応力をかけた状態で嵌めこんだりした場合には、長期の使用によりひび割れ発生などの懸念もあり、実用面での機械特性に不安があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、実用的な機械特性を良好に保ちつつ、デザイン性に優れ、立体的な自由度の付与性の可能な導光板の製造方法を提供するものである。

このような課題は、下記（１）〜（８）に記載の本発明によって達成できる。
（１） 熱可塑性樹脂からなる基材を用いた導光板の製造方法であって、
前記基材の少なくとも一方の表面にパターンを形成する工程、その後熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程を有する導光板の製造方法。
（２） 前記熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程が、三次元曲面状の金型を用いて曲面形状を付与する工程である（１）に記載の導光板の製造方法。
（３） 前記三次元曲面状の金型が、凸型と凹型の金型を組み合わせたものである（２）に記載の導光板の製造方法。
（４） 前記金型により曲面形状を付与する工程の凸型と凹型の勘合が、凸型の型端面を中心として、回転しながら勘合させるものである（３）に記載の導光板の製造方法。
（５） 前記曲面形状を付与する工程の基材を加熱する時間が、１０分以上３０分以下である（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の導光板の製造方法。
（６） 前記パターンを形成する工程のパターンが、印刷若しくは凹凸状のドットパターンまたは溝である（１）乃至（５）のいずれか1項に記載の導光板の製造方法。
（７） （１）乃至（６）のいずれか1項に記載の導光板の製造方法により作製された導光板。
（８） （７）記載の導光板を１つ以上用いて作製した照明装置。

本発明によれば、熱曲げ加工により曲面形状を付与することで実用的な機械特性を良好に保ちつつ、デザイン性に優れ、立体的な自由度の付与の可能な導光板の製造方法が提供される。

（ａ）は本発明に係る基材の一端側の断面が略正弦波の波型形状を有している導光板の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は本発明に係る基材の一端側の断面が円弧と直線が交互に連続された形状を有している導光板の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は本発明に係る基材の一端側の断面が、略正弦波と直線が交互に連続された形状を有している導光板の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は本発明に係る導光板の周縁にエッジライト型の光源を装着してなる照明装置の斜視図であり、（ｂ）はその周縁部の拡大図である。

本発明は、熱可塑性樹脂からなる基材を用いた導光板の製造方法であって、前記基材の少なくとも一方の表面にパターンを形成する工程、その後熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程を有する導光板の製造方法である。
以下、本発明による導光板の実施形態を説明する。
本発明の導光板は、熱可塑性樹脂からなる基材の少なくとも一方の表面にパターンを形成する工程として、印刷若しくは凹凸状のドットパターンまたは溝が配列して形成され、その後、後熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程として、三次元曲面状に成形されたものであり、前記基材が２つ以上の連続した曲面を有している。
ここで印刷若しくは凹凸状のドットパターンまたは溝は、（以下、導光パターンという場合がある）は、いわゆるエッジライト型の光源からの光を、均一な面発光に変えるための印刷部または凹凸部である。導光パターンは基材の一方の主面上にのみ形成されていてもよく、両方の主面上に形成されていてもよい。

導光パターンの基材への形成は、熱可塑性樹脂、好ましくは熱可塑性樹脂製のシート素材を、導光パターンが刻印された金属製などからなるプレス型板面に当接し、熱プレスすることによりなされる。または、熱可塑性樹脂製のシート素材面にパターンを印刷することによりなされる。

導光パターンの形態としては、ドットパターン、特に円柱状または半球状の凸部を基材の表面に二次元的に分散配置した網点パターンが好ましい。または、円形のドットパターン状の印刷部を基材の表面に分散配置した網点パターンが好ましい。
Ｖ溝などの溝をストライプ状または格子状に形成した溝パターンの場合、基材の熱曲げ加工によって溝角度が変動して導光特性が変動するおそれがある。これに対し、印刷部または凸部を分散配置したドットパターンの場合、熱曲げ加工によって基材全体が湾曲しても、凸部は基材に対する突出方向と凸部自体の形状を維持したまま基材に追随して移動するため、また印刷部はそのまま基材に追随して移動するため、導光特性の変動が少なくなる。

熱プレス温度は、使用する熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度およびガラス転移温度よりも約＋６０℃以上を目安として設定することができる。これにより、導光パターンの形成位置および形状を高い精度で所望に実現することができる。なお、荷重たわみ温度は、熱変形温度とも呼ばれ、ＡＳＴＭ Ｄ６４８またはＪＩＳ７１９１により測定することができる。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されないが、透明性を有するものが好ましく、アクリル系樹脂（メタクリル系樹脂）、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂、非晶性オレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル、スチレン共重合化合物）を例示することができる。このうち、特にアクリル系樹脂を用いることで、平均輝度が高く、輝度分布の低下が少ない導光板を得ることができる。
アクリル系樹脂としては、透明性の観点から、メチルメタクリレートを５０質量％以上含有することが好ましい。
本発明に用いられるアクリル系の熱可塑性樹脂には、その他、メチルメタクリレート以外のアルキル（メタ）アクリレート単量体や、芳香族ビニル化合物を、共重合成分として含んでもよい。さらに、熱可塑性樹脂は、衝撃強度改良剤や難燃剤などの添加剤を含んでもよい。

熱可塑性樹脂には、導光板の光学性能を損なわない限りにおいて、無機または有機の透明な充填剤を配合することが好ましい。このような充填材の添加により、光の拡散効果を向上させ、輝度ムラの発生を抑制することができる。このような無機または有機の透明な充填剤としては、無機系の充填剤としてはガラスビーズ、シリカ粉、有機系の充填材としてはメタクリル樹脂など透明樹脂のビーズ、粉末等が挙げられる。
また、熱可塑性樹脂には、導光板の光学性能を損なわない限りにおいて、補強剤や難燃性などを付与してもよい。

このように本発明に用いる基材には、少なくとも一方の表面に印刷若しくはドットパターンまたは溝が予め配列して形成される工程を有するものである。
基材の厚みは、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、３ｍｍ以上、８ｍｍ以下である。上記範囲の厚みを有する基材を用いることで、導光板にエッジライト型の光源の光（以下、光源光という場合がある）を効率的に誘導できるとともに、熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程後の形状の保持性が向上し、照明装置に使用した場合に実用的な機械強度を得ることができる。また、上記範囲の厚みを有する基材を用いることで、加熱時間の短縮、生産性の向上および軽量化をバランスして図ることができる。

本発明の導光板は、基材が三次元曲面状に熱曲げ加工される工程を有するものであり、この基材は２つ以上の連続した曲面を有している。
すなわち、このような曲面に熱曲げ加工されることにより、デザイン性に優れ、立体的な自由度の付与の可能な導光板となるとともに、この導光板を用いた照明装置は、デザイン性に優れ、立体的な自由度に富んだものとなる。また、熱曲げ加工することにより、平面状の基材に応力をかけた場合に比べ、歪が少なく、実用的な機械特性を確保しやすくなる。

ここで、三次元曲面とは、三次元空間の中で二つの独立したパラメーターで定義されて、平面の変形では成立しない図形をいう。
このように本発明では、この三次元曲面において、基材が２つ以上の連続した曲面を有していることを特徴としているが、このとき、基材の一端側の断面が、略正弦波の波型形状を有していることが好ましい。また、このときの基材は、平面視略矩形状であることができる。
正弦波の形状については、本発明では厳密なものではなく、いわゆる波板の形状の形状も含まれる。波型の度合いについては、とくに制限はないが、曲面部分において、曲率半径（Ｒ）が２００ｍｍ以上、７００ｍｍ以下であるのが好ましい。このような曲率半径（Ｒ）とすることにより、熱曲げ加工後の歪が少なく、実用的な機械特性を良好に保ちつつ、立体的な自由度の付与の可能なデザインを提供することができる。

また本発明では、基材が２つ以上の曲面と、それを連結する平面を有していることを特徴とする。
このとき、基材の一端側の断面が、円弧と直線が交互に連続された形状を有していることが好ましい。
また、基材の一端側の断面が、略正弦波と直線が交互に連続された形状を有していることが好ましい。
このように基材が、２つ以上の曲面とそれを連結する平面を有している形状、とくに一端側の断面が、円弧と直線が交互に連続された形状、または一端側の断面が、略正弦波と直線が交互に連続された形状とすることで、この導光板を用いた照明装置は、デザイン性に優れ、立体的な自由度に富んだものとなるとともに、隣り合った導光板の平面部どうしを連結させることで、より一体的な照明装置を提供することができる。なお、このときの円弧および略正弦波においても、曲面部分において、曲率半径（Ｒ）が２００ｍｍ以上、７００ｍｍ以下であるのが好ましい。このような曲率半径（Ｒ）とすることにより、熱曲げ加工後の歪が少なく、実用的な機械特性を良好に保ちつつ、立体的な自由度の付与の可能なデザインを提供することができる。

本発明の導光板の製造方法である、熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程としては、基材となる熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度＋１０〜４０℃の加熱温度に加熱した状態で湾曲した凹面（雌型）と凸面（雄型）をもつ金型に基材を押圧してなされる。より具体的には、熱可塑性樹脂がアクリル系樹脂を主成分とする場合には、加熱温度は１１０℃以上、１５０℃以下とすることができる。具体的には、１３０℃以上、１５０℃以下でなされることが好ましい。
このときの基材の加熱温度は、熱可塑性樹脂の融点以下とする。
加熱時の基材の温度を荷重たわみ温度＋４０℃以下、かつ融点以下とすることで、基材の表面に設けられた導光パターンの形状を崩すことがなく、熱曲げ加工の前後において光源光の反射角度が変動することが抑制できる。これにより、導光板における輝度低下や輝度分布のムラを防ぐことができる。また、このような加熱温度条件とすることにより、導光板への歪を抑えることができる。

さらに、加熱時の基材の温度を荷重たわみ温度＋１０℃以上とすることで、熱曲げ加工時に基材を型形状に応じて所望の形状に加工することができる。言い換えると、基材の型再現性を維持することができる。これにより、熱曲げ加工された基材の内部歪が抑えられるため、成形された導光板の機械特性が良好となり、具体的には長期使用中の変形と衝撃印加時の割れが防止される。
本発明においては、熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程の具体的な方法としては、三次元曲面状の金型を用いるものである。前記三次元曲面状の金型としては、凸型と凹型の金型を組み合わせたものが挙げられる。
前記金型により曲面形状を付与する工程の凸型と凹型の勘合については、凸型の型端面を中心として、回転しながら勘合させるものである。
例えば、湾曲した凹面（雌型）と凸面（雄型）をもつ金型により、加熱された基材を押圧してプレス成形する方法も採用される。または、凹面に対してセットした基材を、ローラーによって圧延してもよい。

以下、図面を用いて本発明に係る態様をさらに具体的に説明する。
図１の（ａ）は本発明に係る基材の一端側の断面が略正弦波の波型形状を有している導光板１（１ａ）の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
この導光板１ａは熱可塑性樹脂を基材として、円柱形状のドットパターンを形成した導光板を、略正弦波の波型形状に湾曲した凹面（雌型）と凸面（雄型）をもつ金型に基材を挟み、熱循環オーブン内で熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度＋１０〜４０℃の加熱温度に加熱した状態で、導光板の厚み、寸法に応じて所要時間押圧して、熱曲げ加工してなされたものである。本発明の導光板１ａはこのような略正弦波の波型形状とすることにより、デザイン性に富み、立体的な自由度の付与性の可能な照明装置として好適に用いることができる。

図２の（ａ）は本発明に係る基材の一端側の断面が円弧と直線が交互に連続された形状を有している導光板１（１ｂ）の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
この導光板１ｂは熱可塑性樹脂を基材として、円柱形状のドットパターンを形成した導光板を、円弧と直線が交互に連続された形状にした凹面（雌型）と凸面（雄型）をもつ金型に基材を挟み、熱循環オーブン内で熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度＋１０〜４０℃の加熱温度に加熱した状態で、導光板の厚み、寸法に応じて所要時間押圧して、熱曲げ加工して得られたものである。本発明の導光板１ｂはこのような一端側の断面が円弧と直線が交互に連続された形状とすることにより、デザイン性に富み、またとくに導光板１ｂどうしの連結も端部の断面直線部（平面平坦部）どうしで連結させることができ、立体的な自由度の付与性の可能な照明装置として好適に用いることができる。

図３の（ａ）は本発明に係る基材の一端側の断面が、略正弦波と直線が交互に連続された形状を有している導光板１（１ｃ）の斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。
この導光板１ｃは厚さ８ｍｍのメタクリル樹脂を基材として、アクリル樹脂で円柱形状のドットパターンを形成した導光板を、略正弦波と直線が交互に連続された形状にした凹面（雌型）と凸面（雄型）をもつ金型に基材を挟み、熱循環オーブン内で熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度＋１０〜４０℃の加熱温度に加熱した状態で、導光板１ｃの厚み、寸法に応じて所要時間押圧して、熱曲げ加工して得られたものである。本発明の導光板１ｃはこのような一端側の断面が略正弦波と直線が連続された形状とすることにより、デザイン性に富み、またとくに導光板どうしの連結も端部の平面部どうしで連結させることができ、立体的な自由度の付与性の可能な照明装置として好適に用いることができる。

図４の（ａ）は本発明に係る導光板１ａの周縁にエッジライト型のＬＥＤ光源２ａを装着してなる照明装置２の斜視図であり、（ｂ）はその拡大図である。
この照明装置２において、導光板１は、平面視略矩形であり、一端側の断面が略正弦波の波型形状の導光板１ａを使用している。
導光板１ａの表面には拡散板２ｃが設置され、裏面及び入光部分となる導光板１ａのうち、入光されない二辺の断面には反射フィルム２ｂが貼着され、別の隣接する入光される二辺にそれぞれエッジライト型のＬＥＤ光源２ａが装着されている。同図では、二片の断面にエッジライト型のＬＥＤ光源２ａを装着した例を示したが、エッジライト型光源２ａの装着箇所は、導光板１の一片以上の断面であればとくに制限はなく、四辺の全ての断面であってもよい。また図ではエッジライト型光源２ａ種類において、ＬＥＤ光源を示したが、光源の種類にとくに制限はない。
このような照明装置２は、従来の装置内に導光板を嵌めこみ装着した箱型の照明装置等とは異なり、曲面を活かした自由なデザインが得られるとともに、実用的な機械特性を良好に保ったものとなる。

つぎに、本発明の導光板の製造方法、導光板および照明装置の具体的な態様における実施例を示す。
（実施例１）
＜波型導光板１＞
長さ２４４０ｍｍ×幅２４０ｍｍ×厚さ８ｍｍのメタクリル樹脂を基材として、アクリル樹脂を用いて、円柱形状のドットパターンを形成した導光板（住友ベークライト社製 ルミキング）を温度１５０℃の熱循環オーブン内で２０分加熱し、半径１９６ｍｍ、ピッチ７４０ｍｍの連続した曲面をもつ雌雄型によって熱曲げ加工した。このようにして得られた波型導光板の表面に拡散板（住友化学社製 スミペックス ０３２ ２ｍｍ）を設置し、裏面及び入光部分の断面には反射フィルム（稲葉電機社製 ホワイトフィルム）を設置した。さらに所定断面にエッジライト型の光源（ＬＥＤ：稲葉電機社製スリーワン）を設置して照明装置を製作した。
つぎに、この照明装置におけるエッジライト型の光源より導光板内部に入光を行った。照度計を用いて熱曲げ加工前後の照度を導光板から５００ｍｍはなれた地点にて測定したところ、照度変化は約４％と加工前後での照度の差はほとんどなかった。

（実施例２）
＜波型導光板２＞
長さ２４４０ｍｍ×幅２４０ｍｍ×厚さ５ｍｍのメタクリル樹脂を基材として、アクリル樹脂を用いて、円柱形状のドットパターンを形成した導光板（住友ベークライト社製 ルミキング）を温度１５０℃の熱循環オーブン内で１２分加熱し、半径２８１ｍｍ、ピッチ９２５ｍｍの連続した曲面をもつ雌雄型によって熱曲げ加工した。このようにして得られた波型導光板の表面に拡散板（住友化学社製 スミペックス ０３２ ２ｍｍ）を設置し、裏面及び入光部分の断面に反射フィルム（稲葉電機社製 ホワイトフィルム）を設置し、所定断面にエッジライト型の光源（ＬＥＤ：稲葉電機社製スリーワン）を設置して照明装置を製作した。
つぎに、この照明装置におけるジライト型の光源より導光板内部に入光を行った。照度計を用いて熱曲げ加工前後の照度を導光板から５００ｍｍはなれた地点にて測定したところ、照度変化は約４％と加工前後での照度の差はほとんどなかった。

（実施例３）
＜波型導光板３＞
長さ１０００ｍｍ×幅３００ｍ×厚さ５ｍｍのメタクリル樹脂を基材として、アクリル樹脂を用いて、円柱形状のドットパターンが形成されている導光板（住友ベークライト社製 ルミキング）を温度１３５℃の熱循環オーブン内で２５分加熱し、半径２１７．５ｍｍの曲面と１９６ｍｍの平面を連続して組み合わせた型によって成型した。
つぎに、この照明装置におけるエッジライト型の光源より導光板内部に入光を行った。照度計を用いて熱曲げ加工前後の照度を導光板から５００ｍｍはなれた地点にて測定したところ、照度変化は約５〜６％と加工前後での照度の差はほとんどなかった。

上記の通り、実施例１〜３においては、いずれも加工前後の照度変化は６％以内であり、実用上問題のないレベルに抑えられていた。
上記実施例１〜３よりわかるように、本発明に係る導光板および照明装置は、熱曲げ加工後の照度の低下、ムラは実用上問題ないものであるとともに、デザイン性に優れ、立体的な自由度の付与の可能なものであった。

１ 導光板
１ａ 基材の一端側の断面が、略正弦波の波型形状を有する導光板
１ｂ 基材の一端側の断面が、円弧と直線が交互に連続された形状を有した導光板
１ｃ 基材の一端側の断面が、略正弦波と直線が交互に連続された形状を有した導光板
２ 照明装置
２ａ エッジライト型のＬＥＤ光源
２ｂ 反射フィルム
２ｃ 拡散板

Claims (8)

1. 熱可塑性樹脂からなる基材を用いた導光板の製造方法であって、
   前記基材の少なくとも一方の表面にパターンを形成する工程、その後熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程を有する導光板の製造方法。
2. 前記熱曲げ加工により曲面形状を付与する工程が、三次元曲面状の金型を用いて曲面形状を付与する工程である請求項１に記載の導光板の製造方法。
3. 前記三次元曲面状の金型が、凸型と凹型の金型を組み合わせたものである請求項２に記載の導光板の製造方法。
4. 前記金型により曲面形状を付与する工程の凸型と凹型の勘合が、凸型の型端面を中心として、回転しながら勘合させるものである請求項３記載の導光板の製造方法。
5. 前記曲面形状を付与する工程の基材を加熱する時間が、１０分以上３０分以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導光板の製造方法。
6. 前記パターンを形成する工程のパターンが、印刷若しくは凹凸状のドットパターンまたは溝である請求項１乃至５のいずれか1項に記載の導光板の製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか1項に記載の導光板の製造方法により作製された導光板。
8. 請求項７記載の導光板を１つ以上用いて作製した照明装置。

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