JP4611202B2 - 導光板体、その製造方法および製造装置ならびにそれを利用した光源装置および液晶ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、近年普及の著しい液晶テレビ、携帯端末機器、広告ディスプレイ用等のバックライト等に用いられる導光板体に関するものである。

液晶テレビのバックライト等は、光源の耐久性、高輝度、光の均一性が要求される。例えば従来のバックライトは、シルクドット印刷とフィルムレンズ等で構成されていた。
これらの部品の一部は製造コストが高く、更に特定の製造メーカーに依存する面があり量産性の面で問題があった。このため、液晶テレビ、携帯情報機器の画面に適用するにあたり生産性と費用面をクリアするには、難課題が多すぎた。近年携帯電話機をはじめ携帯情報機器の発展は、爆発的に拡大しているが、それ故に、大幅なコストダウンが要求されている。

本発明は、上記不都合を改善し、特に量産性とコスト面で有利な導光板体、その製造方法等を提供することを目的としている。
本発明に係る導光板体は、透過性のあるアクリル樹脂板等の透過性板上に蛇行状の溝を形成したことを特徴としている。
又本発明に係る導光板体製造方法は、透過性のあるアクリル樹脂板等の透過性板上に、切削工具を使って、断面Ｖ字状の溝を蛇行状に形成することを特徴とする。
更に本発明に係る光源装置は、透過性のあるアクリル樹脂板等の透過性板上に断面Ｖ字状の溝を蛇行状に形成して構成される導光板体と、当該導光板体の端面に配置される光源と、を備え、前記光源から前記透過性板の内部に光を照射した場合に、前記溝で当該光を反射させて前記導光板体から光を放出可能であることを特徴としている。
更に又本発明に係る導光板体は、透過性のあるアクリル樹脂板等の透過性板上に断面Ｖ字状の溝を蛇行紋様に形成したことを特徴とする。
本発明に係る導光板体製造方法は、透過性のあるアクリル樹脂板等の透過性板上に、切削工具を使って、溝を蛇行紋様に形成することを特徴としている。
又本発明に係る導光板体は、光透過性の透過性板と、前記透過性板の表面に形成された、蛇行状の第１パターン溝と、前記表面において前記第１パターン溝と交差又は接触するように形成された第２パターン溝と、を備え、前記透過性板中を通過する光を前記第１及び第２パターン溝によって反射可能としたことを特徴としている。
更に本発明に係る導光板体製造装置は、ブレードに固定される複数の切削バイトにより、透過性板に複数列の溝を形成するものであって、前記ブレードを揺動させる揺動可動部と、該ブレードを前記透過性板上で溝進行方向に相対移動させる進行可動部とを備え、前記ブレードには、複数の前記切削バイトから構成されて、蛇行状の第１パターン溝を形成可能な第１バイトセットと、前記第１バイトセットに対して前記溝進行方向に所定の間隔を空けて配置されて、前記第１パターン溝と蛇行位相差を有する第２パターン溝を形成可能な第２バイトセットと、が設置されていることを特徴としている。
なお、本発明では、透明性板として透明アクリル樹脂等を用いることが好ましい。又、切削工具としては普通のガラス切り工具のような切削バイトを千鳥状に並べて、切削バイト・ブレードを構成することが好ましい。これによって、Ｖ字状溝が容易に蛇行状に切削できる。特に、千鳥状に配置する複数列のバイトとして、第１バイトセットと第２バイトセットをブレードに設置し、それを揺動させるようにすれば、互いに接触或いは交差する蛇行状の溝を一度の工程で形成可能になる。
又蛇行状に形成された溝は、アクリル樹脂等の透過性板の内部を通過する光を無駄なく均一に反射して、外部に照射できる。なお断面Ｖ字形状の溝の形成は各種手法が考えられるが、ダイヤモンド等を用いた工具を用いると、精度の高いＶ字形状の溝を安価且つ容易に形成できる。
またアクリル樹脂等で構成した透過性板内部に入射した光は、前記記載のように、蛇行状の溝によって斑なく反射を繰り返して外部に照射するので、この結果、強調された高輝度の光を放出できる。例えば液晶ディスプレイのバックライトとして有効に機能する。
又本発明では蛇行状の溝を複数列に形成して蛇行紋様を形成するので、シンプルな構成により、耐久性、寿命、低コストを実現できる。光源装置としての光源はあらゆるものが考えられるが、特に、低消費電源の半導体発光源の一種であるＬＥＤ（発光ダイオード）ランプや、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が好ましい。ＥＬは、蛍光灯、電球に比べて光強度が弱い一方で、長寿命、低消費電力である点でも優れている。その用途としては、液晶テレビ、携帯電話機、携帯情報機器には最適といえる。光源が半永久的になることからメンテナンスの必要もない。

図１は、導光板体の構成を示す図である。
図２は、導光板体の内部構成を示す図である。
図３は、Ｖ字溝の切削方法とＶ字溝の形成を示す図である。
図４は、切削バイトとブレードの構成を示す図である。
図５は、蛇行紋様とＶ字溝の構成を示す図である。
図６は、導光板体内部の光反射の模式を示す図である。
図７は、導光板体製造装置の平面を示す図である。
図８は、導光板体製造装置の断面を示す図である。
図９は、導光板体製造装置による加工工程を示す斜視図である。
図１０は、導光板体の構成を示す図である。
図１１は、導光板体の構成を示す図である。
図１２は、導光板体の構成を示す図である。
図１３は、導光板体の構成を示す図である。

以下図面を参照しながら各実施形態に分けて説明する。

本発明の第１実施形態に係る光源装置を図１、図２に基づいて説明する。なお、図１は平面図、図２は断面図である。光源装置１は導光板体３と光源２３を備えている。導光板体３はアクリル板１１によって構成され、このアクリル板１１の表面には、断面Ｖ字状となるＶ字溝１２が切削形成されている。なおこのＶ字溝１２は蛇行している。光源２３はアクリル板１１の左右に設置されており、半円筒状の反射板１３，１４にそれぞれ覆われている。
なお、光源２３はここでは蛍光灯の場合を示したが、冷陰極管、ＬＥＤ、ＥＬ等を用いても構わない。発光効率のよい有機ＥＬは、特にこの応用に適している。図１の例では、光源２３が左右に配置されているが、より多くの輝度を得るために左右、上下４面においてもよく、反対に、光源２３自体の能力が高まってきている咋今では一箇所でも十分足りる可能性も出てきている。
光がＶ字溝１２を多方面に反射して発散光２４となる様子を図２を参照して説明する。光源２３から照射された光は反射板１３、１４によって反射されて導光板体３の内部に照射される。それらの光はＶ字溝１２によって無駄なく反射されて、アクリル板１１の外部に発散する。その結果光は増幅される。なお、本実施例ではＶ字溝１１を曲線状に蛇行させているので、あらゆる角度から光をを照射しても無駄なく反射することができる。例えば、光源２３を導光板体３の各端縁に配置した場合でも均一に反射できる。
なお、本光源装置１では、導光板体３におけるＶ字溝１２が形成されている側に、反射板２１が設けられている。この反射板２１は、導光板体３の図２における下方向（つまりＶ字溝１２の形成側）に向かった光を反射して、導光板体３の中に導く。Ｖ字溝１２は蛇行しているので、導光板体３に入射した光は無駄なく反射を繰り返して外部に出て、面発行する。
従って、特に図示はしないが、この光源装置１の上面（つまり導光板体３におけるＶ字溝１２と反対側の面）側に液晶デスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）をおけば、バックライトとして効力を発揮する。液晶のかわりにフィルム状のカラー媒体を置けば、本発明による導光板体によって背後から光を照射して広告、案内用ディスプレイとして利用できる。

次に、本発明の第２実施形態を図３乃至図５を用いて説明する。ここでは第１実施形態で説明した導光板体３を製造する製造方法を説明する。つまり、蛇行状のＶ字溝を効率良く作る切削方法に関するものである。なお、このようなＶ字溝は、従来、レーザー加工によって作る発想が一般的であった。レーザー光は、レンズで絞っても数十μの楕円偏波である。従って、本発明で必要とするような鋭角なＶ字溝を形成する場合には非常に苦労を要する。また、レーザー加工は費用が高いという欠点もある。
図３は、Ｖ字溝用の切削バイト３１を配列したバイト・ブレード３２によって蛇行Ｖ字溝の製作する方法を示す。
図３において１１はアクリル板、３１は先端にダイヤモンド・チップを装着した切削バイト、３２は切削バイトを配列したブレードである。３３は、切削バイト３１の先端で切削されたＶ字溝である。具体的には、アクリル板１１をＸ〜Ｘ´方向に移動させ、ブレードをＹ〜Ｙ´方向に動かす（揺動させる）ことによって、蛇行状のＶ字溝３３が形成される。
図４には、蛇行するＶ字溝３３を切削形成するためのバイト３１の構成が示されている。図４（ａ）は、バイト３１を配列したブレード４１を示す。バイト３１は、蛇行と切削を素早く効率良く行う目的でブレード４１上に複数列、千鳥状に並べてある。このブレード４１は図３の３２と同一のものである。
図４（ｂ）は、ブレード４１の断面図である。ブレード４１上にはバイト３１が千鳥状に配列されている。４２はダイヤモンド・チップであり、レーザー光と比較してより鋭角にＶ字溝３３を形成できる。光を反射するＶ字溝３３の端面は、レーザー加工より滑らか（平滑）で、しかも先端は鋭敏であるから反射効率がよい。
図４（ｃ）には、バイト３１の構造が示されている。導光板体３に形成されるＶ字溝３３の角度は、７０°〜９０°が反射効率の面で優れている。このダイヤモンド・チップ４２を使えば、鋭角に切削でき、光は無駄なく反射する。なお、レーザー加工を用いた場合は、複数回のレーザー照射を必要とし、かつＶ字溝３３の端面の精度もよくない。ミクロ的には凹凸があって、反射の効率はよくないと考えられる。
図５は、本バイト３１によってアクリル板１１を加工して製造された導光板体３と、その紋様・形状を模式的に示したものである。図５（ａ）はアクリル板１１の平面を示す。１２はアクリル板１１を切削することによって得られた蛇行状のＶ字溝の紋様である。なお、５１はＹ方向のカット溝であって５２はＸ方向のカット溝である。なお、本明細書では、このように複数の溝が形成されている全体的な状態を「紋様」としている。
カット溝５１、５２は、用途に応じて形状を加工する際、簡単に折り曲げたり、切ったりするために用いられる。図５（ｂ）は図５（ａ）の断面を示しているが、アクリル板１１上にＶ字溝５２と形状加工用のカット溝５１が形成されている。なお、例えばテレビ用の液晶ディスプレイに用いられる導光体板３の場合は、数十回（例えば１０回以上）〜数百回（例えば１０００回未満）往復する蛇行紋様を形成することが好ましい。

つぎに、図６を参照して、本発明による第３実施形態に係る液晶ディスプレイ装置６０を説明する。この液晶ディスプレイ装置６０は、導光板体１１と、液晶パネル６５を備えている。図６（ａ）において、光源２３より照射した光は、Ｖ字溝２２の端面に当たってレンズフィルム６２を通り、光は強調される。６３は光拡散板であって、光がここを通過すると拡散され、全体的に均一な光を液晶パネル６５の背面から照射して、バックライトとして液晶パネル６５の画面を明るくする。
一方、光源２３から出た光の一部は、６１のシルクドットに当たって反射してＶ字溝２２の端面にて反射する。シルクドットは、光の反射用として印刷によって形成する。
又、光源から発射されたもう一方の光は、Ｖ字溝２２にもシルクドット６１にも当たらず、２１の反射板に到達する。この光は反射板２１によって反射される。
さらにＶ字溝２２の端面に当たり導光板体内にて反射を繰り返して光は、強調されてバックライト６４として照射される。この様にして、光源２３より発した光は無駄なく全て有効に働く。
図６（ｂ）は、光源から導光板体６４に発せられた光の反射状態を模式的に示したものである。Ｖ字溝２２の端面に直接当たらなくとも、外れた光は、シルクドット６１、反射板２１に当たって光は反射を繰り返して無駄なく利用できる。６４のバックライトは、強調されて有効に機能する。

次に、図７、図８を参照して本発明に係る第４実施形態に係る導光板体製造装置７１を説明する。この導光板体製造装置７１はここではアクリルカッテング装置とも言われ、図７に示されるように、可動部７２、スライドユニット７３、ブレードユニット７５を備える。なお、７６は加工用のアクリル板である。
又、可動部７２にはリニア・スライド軸７４が設けられ、被加工材であるアクリル板７６にＶ字溝蛇行を切削するために、スライドユニット７３をＸ軸方向に案内可能となっている。
なお、７５のブレードユニットの詳細については、既に図４にて説明してある。可動部７２全体はＹからＹ´に移動してスライドユニット７３を移動させる。スライドユニット７３が移動する際に、ブレードユニット７５がＸ方向に往復運動する。この結果、アクリル板７６に蛇行状のＶ字溝が刻まれる機構になっている。なお、ここではスライドユニット７３等を動かす場合を示すが、アクリル板７６側を動かしても構わない。
図８は、導光板体製造装置７１の断面を示す。８１は、７３のスライドユニットを上下方向の調整をおこなうためのシリンダーであって、７５のブレードユニットの切削深さを微調整可能になっている。
次に図９を参照して本導光板体製造装置７１が溝を形成する工程について説明する。
既に述べているように、本ブレードユニット７５は可動部７２によってＸ−Ｘ´方向に揺動される。また、ブレードユニット７５がアクリル板７６上をＹ−Ｙ´方向（つまり、溝３３の進行方向）に相対移動することが可能である。
このブレードユニット７５には、第１バイトセット１９５と第２バイトセット１９８が設置されている。第１バイトセット１９５は複数の切削バイトが並列設置されており、平行する蛇行状の第１パターン溝１３３を形成可能となっている。第２バイトセット１９５も同様に複数の切削バイトが並列設置されており、平行する蛇行状の第２パターン溝１３５を形成できる。
ここで、第１バイトセット１９５に対して、第２バイトセット１９８は溝進行方向（Ｙ−Ｙ´方向）に一定の間隔を空けて配置されている。第１バイトセット１９５と第２バイトセット１９８を同時に揺動させた場合、この一定の間隔の分だけ、第１パターン溝１３３と第１パターン溝１３５の位相がずれることになる。このようにすると、１つの工程で位相の異なる２つ以上の蛇行パターンを形成することが可能になり、製造コストが飛躍的に低減される。なお、このバイトセットの数を増加させることで蛇行パターンを容易に増加させることが可能となる。例えば図４（ａ）で示したように、切削バイトを千鳥状且つ複数列で配置しているのもこの理由による。

次に図１０を参照して第５実施形態に係る導光板体２０１について説明する。この導光板体２０１は、アクリル樹脂によって構成されており、表面には、蛇行状の第１パターン溝２０３と第２パターン溝２０５が形成されている。なお、これらの溝も既に説明したように切削バイトによって形成されている。
第１パターン溝２０３は、一定の振幅と一定の周期によって蛇行する複数の溝が平行して構成される。また第２パターン溝２０５は、振幅、周期、溝の進行方向（蛇行の進行方向）は第１パターンと同様であるが、第１パターン溝２０３に対して位相差を設けて形成されている。具体的には１８０度の位相差、即ち半波長分の位相差を設けている。この結果、第２パターン溝２０５と第１パターン溝２０３が効率的に交差する。
なお、ここでは第１パターン溝２０３と第２パターン溝２０５が交差するように設定しているが、振幅を小さくすることで、交差ではなく互いに接触（当接）するようにしても良い。このように交差又は接触させる結果、例えば導光板体２０１の内部を数々の方向に光が進行した場合、その光を第１及び第２パターン溝２０３、２０５が漏れなくキャッチできるので、反射特性が向上する。また、直線的な溝を形成する場合と比較して、蛇行溝を形成した場合は、導光板体２０１の強度が向上するという利点も有する。これはアクリル樹脂等が劣化した場合や外力が加わった場合、通常は直線的な溝の谷部分にその応力が集中するからである。なお、このように第１パターン溝２０３等を蛇行させる場合には、正弦波形状とすることが望ましい。

次に図１１を参照して第６実施形態に係る導光板体２１１について説明する。この導光板体２１１も第５実施形態と同様にアクリル樹脂によって構成されており、表面には、蛇行状の第１パターン溝２１３と直線状の第２パターン溝２１５が形成されている。このようにしても、第１パターン溝２１３の振幅等を調整することで、第２パターン溝２１５と交差或いは接触させることができるので、反射特性を向上させることができる。また直線的な溝は切削が容易であるため製造コストを低減することが可能になる。

次に図１２を参照して第７実施形態に係る導光板体２２１について説明する。この導光板体２２１もアクリル樹脂によって構成されており、表面には蛇行状の第１及び第２パターン溝２２３、２２５が形成されている。しかし、第１パターン溝２２３の溝進行方向と第２パターン溝２２５の溝進行方向が平行ではなく、具体的には９０度の角度差を有するように設定されている。このように、溝の進行方向を非平行にすることで、一層効果的に第１パターン溝２２３と第２パターン溝２２５を交差させることができる。また、図１２における上下方向と左右方向の光反射特性も均質化できるので、例えば周囲４方向から光を導入する場合などに好ましい。なお、ここでは双方とも蛇行している場合に限って示したが、第２パターン溝２２５が直線であっても構わない。

次に図１３を参照して第８実施形態に係る導光板体２３１について説明する。この導光板体２３１の表面には蛇行状の第１及び第２パターン溝２３３、２３５が形成されている。
本実施形態の第１及び第２パターン溝２３３、２３５は、２種方向の直線を非連続に組み合わせてジグザグ状にすることで実現されている。なお、蛇行には、曲線や直線によって構成される連続状態の蛇行と、本実施形態のような非連続状態の蛇行が考えられる。また直線と曲線の組み合わせ、連続と非連続の組み合わせも可能である。
第１パターン溝２３３の溝進行方向と第２パターン溝２３５の溝進行方向は平行しており、蛇行の振幅の大きさによって互いに交差するように設定されている。具体的には蛇行の位相差が約９０度に設定されているので、ジグザグの先端同士が互いに交差するようになっている。このように、第１パターン溝２３３と第２パターン溝２３５を交差させることで反射効率を高めることが可能である。また、このように蛇行の進行方向を平行させることにより、図９で示したように、第１及び第２パターン溝２３３、２３５を一度の工程で同時に加工できるので、製造コストも低減することができる。なお、蛇行の振幅は、隣り合う溝の間隔以上に設定することが好ましい。
なお、特に図示は省略するが、第８実施形態の応用として、３種方向の直線を非連続に組み合わせて蛇行させることも可能である。例えば、図１３における２方向の溝に加えて、上下方向の溝を組合せて台形が連なったような蛇行溝も可能である。この溝を第１パターンと第２パターンで接触或いは交差させると、その溝に囲まれた領域で６角形の紋様を描くことも可能になる。このように蛇行を組み合わせてハニカム状の構造を実現すれば、より他方向に光を反射できるので、広範囲に明るい導光板体を得ることができる。
またこれらの実施例では、２種類の蛇行パターンを組み合わせる場合に限って示したが、もちろん、３種類以上の溝進行方向、３種類以上の蛇行形状（振幅や位相が異なる場合も含む）を組み合わせても良い。例えば、３つ編み、４つ編みのような紋様を連続的に描くことも可能である。

上述のとおり、本発明によれば、高額なレーザー加工によらなくとも、通常の切削バイトを用いて、かつ、少ない工程で導光板体を製造することができ、製造コストを飛躍的に低減させることが可能となる。また、切削によれば、Ｖ字溝の端面が滑らかで谷間が鋭敏に仕上がることから、光を効率よく反射するため、効率が大幅に高められた導光板体を得ることができ、高輝度な面発光光源を得ることができる。従って、本発明の導光板体は、例えば、液晶ＴＶ、ＰＤＡ（携帯情報機器）、携帯電話機、公告宣伝用ディスプレイのバックライト等として好適に利用することができる。

Claims (10)

1. 光透過特性を有する透過性板上に蛇行状の複数列の溝を、複数のＶ字カッターを備えるブレードを切削工具とし、該ブレードをＹ方向に揺動させながら、前記透過性板と前記ブレードをＸ方向に相対移動させることによって、断面Ｖ字状に同時に加工形成したことを特徴とする導光板体。
2. 前記複数列の溝を接触又は交差させることで蛇行紋様に形成したことを特徴とする請求項１に記載の導光板体。
3. 複数の前記溝から構成される蛇行状の第１パターン溝と、前記第１パターン溝と交差又は接触するように形成された複数の前記溝から構成される第２パターン溝とを備えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の導光板体。
4. 前記第１パターン溝と前記第２パターン溝の溝進行方向が略平行に設定されると共に、互いの蛇行位相が異なるように設定されることで、該第１パターン溝及び第２パターン溝が交差又は接触するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の導光板体。
5. 前記第１パターン溝と前記第２パターン溝の蛇行位相差が略１８０度に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の導光板体。
6. 前記第１パターン溝又は前記第２パターン溝が、直線を非連続に組み合わせた状態で蛇行していることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の導光板体。
7. 互いに交差又は接触する該第１及び第２パターン溝に囲まれた領域が、六角形状であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の導光板体。
8. 前記ブレードには、
   複数の前記Ｖ字カッターから構成されて、蛇行状の第１パターン溝を形成可能な第１バイトセットと、
   複数の前記Ｖ字カッターから構成されて、前記第１バイトセットに対して前記溝進行方向に所定の間隔を空けて配置され、前記第１パターン溝と蛇行位相差を有する第２パターン溝を形成可能な第２バイトセットとが設置されており、
   前記ブレードをＹ方向に揺動させながら加工する事で、前記第１パターン溝と前記第２パターン溝が同時形成されていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の導光板体。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の導光板体と、
   前記導光板体の端面に配置される光源と、を備え、
   前記光源から前記導光板体の内部に光を照射した場合に、前記断面Ｖ字状の溝で当該光を反射させて前記導光板体から外部に光を放出可能にしたことを特徴とする光源装置。
10. 請求項９に記載の光源装置と、
    前記導光板体と平行に設置される液晶パネルと、
    を備えることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。

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