JP4802094B2 - 導光板、その製造方法、及びそれを備える面光源装置 - Google Patents

導光板、その製造方法、及びそれを備える面光源装置 Download PDF

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Description

本発明は、エッジライト方式の面光源装置に用いる導光板およびそれを備える面光源装置に関する。
バックライト内蔵の液晶表示装置(液晶ディスプレイ)が広く普及している。このような液晶表示装置では、バックライト部に配置される面光源装置から出射される光が液晶表示素子を透過することにより液晶表示素子に表示された画像が視認される。
このようなバックライト用の面光源装置には、エッジライト方式の面光源装置及び直下型の面光源装置の二つのタイプがあるが、エッジライト方式の面光源装置は一次光源が導光板の側面にあるため、直下型の面光源装置に比べて薄型化を図るのに有効であるという特徴を備え、携帯用ノートパソコンやモニタ等の表示部として広く使用されている。
このようなエッジライト方式の面光源装置では、透明樹脂等のパネルが導光板として用いられている。この導光板は、出射面とこの出射面に対向する底面との間に、線状光源又は点状光源などの一次光源が配置される入射端面を有している。また、この底面には、白色ドット(散乱ドット)が印刷され、このドットの大きさ、密度等を調整することにより、視認方向の輝度分布が均一になるように調整されている。これにより、一次光源から出射した光は入射端面から導光板に入射される。この入射光は、導光板内部を導かれつつ出射面から液晶表示素子部に向けて出射される。
このような面光源装置では導光板に散乱ドットを採用しているため、導光板から出射された直後の光は広い角度に広がった配光分布を有しており、視認方向に光が向いていない。そこで、導光板から出射された光を視認方向に集光させて高輝度化を図るため、互いに直交する2枚のプリズムシート(指向性シート)が使用されている。
しかしながら、このような従来のエッジライト方式の面光源装置では、価格が高価であるプリズムシートを2枚使用することが必要であるため、このプリズムシートの設置により部品点数が増え、また面光源装置の組み立てが複雑となるという課題を有していた。
このような部品点数の増大を避けるため、導光板の出射面、出射面に対向する底面等にプリズムを形成させることにより、出射面から出射させる光を視認方向に向ける提案がなされている(例えば、特許文献1−3参照。)。
例えば、特許文献1には、入射端面に対して直角又は傾斜している凸条(又は凹条の溝列)を出射面に配設させた導光板が提案されている。このような導光板では、導光板内に導入された光が導光板の奥まで導かれることにより、入光端面に対して溝列が直角方向になるように設置される下側敷設用のプリズムシート(指向性シート)を省略することができる。また、この特許文献1によれば、上述の凸条(又は凹条の溝列)を交差させることにより、2枚のプリズムシートが省略できることが提案されている。
そして、そのような凸条(又は凹条の溝列)は、金型製作に際して形成することができる。例えば、金型のキャビティ面をケガキにて所定断面の凹条(又は凸条)を形成し、続いて電解研磨を行うことにより、鏡面状の滑らかで連続的な凹凸曲面を有するキャビティ面に形成できる。
また、特許文献2,3には、プリズム光学素子一体型導光板が開示されている。このようなプリズム光学素子一体型導光板では、出射面及び底面にそれぞれ交差する方向のV字状の溝列を有している。これにより、入射端面より入射した光を底面に取入れてその反射光を出射面方向に効率よく反射させている。また、出射面に形成されたプリズムを介して出射面より出射すると、入射端面に垂直な方向で入射された入射光が出射面に垂直又はそれに近い角度で出射できる。
特開平9−61631号公報(図6,8及び段落0038) 特開平10−282342号公報 特開2003−114432号公報
しかしながら、特許文献1に記載の導光板によれば、凸条又は凹条を交差させて形成することにより、2枚の指向性シートの使用を省略することができると開示されているが、段落0038に開示されるように、ある程度の発散光は避けられないという課題が発生する。このためにこの特許文献1に記載の導光板によれば、底面の白色印刷ドット又はシボドットの粗密を調節する必要が生じるなど、導光板の構成が複雑となるという課題があらたに生じると説明されている。
また、特許文献2又は3に記載のプリズム光学素子一体型導光板では、出射面及び底面に形成される凸条又は凹条は、頂角が鋭角であるV字状の溝列である。このようなV字状の溝列を有するプリズム光学素子一体型導光板を用いたエッジライト方式の面光源装置では、鉛直方向(法線方向)への光出射が困難であるのに加えて、視野角が狭くなるという課題があった。また、場合によっては、視認する角度により、輝度の明暗が顕著であるため、表面にギラツキが目立つだけでなく、導光板のコーナ部を斜めから視認した時に暗線状のラインが見えて表面品位を低下させるという課題があった。それ故、このようなプリズム光学素子一体型導光板では、拡散シートを1枚乃至は2枚使用して、鉛直方向の輝度を確保しつつ視野角を広げる必要があるため、全体の輝度が減少するという課題があった。
そこで、本発明の第1の目的は、プリズムシートなどの指向性シートの使用を極力省略でき、かつ、鉛直方向の輝度を低減させずに視野角を確保できる導光板を提供することにある。
そして、本発明の更なる目的は、上述の目的に加えて、表面のギラツキを抑え、暗線状のライン発生を防止して表面品位の向上を図ることができる導光板を提供することである。
本出願人は、光照射部の断面形状を、スリットに接する面を上底として光線入射側に向けて漸減する台形形状とする微細構造体の製造方法の発明について既に特許出願を行っている(例えば、特願2004−115938号明細書参照。)。この先願発明では、基板上に形成されたレジスト層に対して所定のピッチで開口されたスリットを有するフォトマスクが配置され、そのフォトマスクを介して光源から平行光線が特徴的に照射される。すなわち、この先願発明では、スリットの長手方向に沿う垂直面に対して一方向から他方向へ向けて角度を連続的又は段階的に変更させて平行光線が入射されている。このような平行光線の角度を変化させて照射させるという特徴的な照射により、長手方向に延びる凸条及び/又は凹条を有する微細構造体が提供される。
そして、この先願発明によれば、平行光線の入射角度、フォトマスクの各部の寸法、レジストの種類、及び/又はレジスト層の厚みを適宜調整することにより、微細構造体の形状、大きさを自由に、かつ、正確に制御できることが開示されている。そして、たとえば、隣接するV溝(断面が三角形状の凹条又は窪み)が互いに離間している微細構造体や、台形状の凸条(突起)の下底が互いに離間している微細構造体が得られている。そして、後者の微細構造体では、隣接する凸条と凸条の間に凸条とは上下の逆転した台形状の凹条(溝、窪み)が交互に配列されているというパターンを有している。
さらに、この先願発明によれば、このような表面構造の微細構造体は、成形用のスタンパへ応用されている。この微細構造体と同一形状又は反転させた形状の成形用スタンパが作製され、その成形用スタンパを用いて透明樹脂成形体が形成できることが開示されている。
そこで、本発明者らは、この先願発明で形成される微細構造体の応用について種々検討を加えていたところ、出射面と底面に、それぞれ所定のピッチで形成された凸条及び/又は凹条のパターンを備えた導光板において、前記凸条及び凹条を台形形状に形成して交互に配列し、この台形形状の凸条及び台形形状の凹条を出射面、あるいは出射面及び底面の両面に配設することにより、プリズムシートの使用を省略しつつ鉛直方向の輝度を低減させずに視野角の確保ができることを見出した。
すなわち、本発明は、エッジライト方式の面光源装置に用いる導光板であって、出射面、該出射面に対向する底面、及び少なくとも一側面に設けられた一次光源から出射された光を入射させる入射端面を有し、前記出射面には所定のピッチで形成された凸条及び凹条のパターンを備え、前記底面には所定のピッチで形成された凹条のパターンを備え、前記出射面に形成されたパターンは前記入射端面に直交するとともに前記底面に形成されたパターンは前記入射端面に平行であり、前記出射面では、前記凸条が台形形状であり、前記凹条が台形形状であり、該台形形状の凸条と該台形形状の凹条とが交互に配列されており、前記入射端面は、一つの側面または対向する両側面のみに設けられていることを特徴とする導光板である。
このような導光板は、エッジライト方式の面光源装置に用いられ、また、このような面光源装置は、液晶表示装置のバックライト部に配置させて利用される。
本発明の導光板では、入射端面から入射された光は、底面に形成された凹条のパターンにより偏向されて、底面に形成された凹条に直交して出射面に形成された凸条及び凹条から出射されることにより、プリズムシートの使用を省略することが可能となる。また、このとき、頂角が鋭角である溝列を有する出射面から出射される光に比べて、出射面上下が逆転して交互に配列された台形形状の凸条及び台形形状の凹条を備えていることにより、鉛直方向の輝度低下を抑制すると共に、視野角を拡大させることが可能となる。
さらに、台形形状のパターンを粗面化した場合には表面のぎらつきや暗線の発生などの表面品位の低下を防ぐことが可能となる。
なお、本願は特願2004−231005、特願2005−150783に基づく優先権を主張し、これらの内容はここに組み込まれるものとする。
[図1]本発明に係る導光体の一表面を説明する模式図である。
[図2]本発明に係る面光源装置の一例を示す模式図である。
[図3]本発明に係る面光源装置の一例を示す模式図である。
[図4]導光板出射面に突設された台形形状の凸条の表面特性を説明する図である。
[図5]本発明に係る原盤の製造工程を示す模式図である。
[図6]本発明に係る原盤の製造工程を示す模式図である。
[図7]本発明により得られる原盤の一例を断面により示す模式図である。
[図8]本発明に係る原盤の製造工程を示す模式図である。
[図9]本発明に係る原盤の製造工程を示す模式図である。
[図10]本発明により得られる原盤の一例を示す模式図である。
[図11]本発明により得られる原盤の一例を断面により示す模式図である。
[図12]比較例3の導光板中央部における輝度の角度分布を示す模式図である。
符号の説明
1:導光板
2:凸条
3:凹条
4:一次光源
4a:線状光源
4b:リフレクタ
5:反射シート
6:出射面
7:底面
8:入射端面(側面)
8a:反射端面(側面)
8b:反射端面(側面)
9:V形溝
10:面光源装置
11:基板
12:レジスト層
12a:光照射部(光露光部)
12b:光非照射部(光非露光部)
13:フォトマスク
13a:光遮蔽部
13b:スリット
14:原盤
15:上底
16a、16b:傾斜面
17:上底
18:V形溝
19:台形溝
20:微粒子
20a:凸部
21:凹部
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下の図面では、説明の都合上、各部の縦横の縮尺が無作為に変更された模式図により説明されている。
まず、本発明の面光源装置は、透明樹脂などから形成される平板状(パネル状)の透明構造体である導光板、この導光板の一側面に配置された一次光源及び導光板の下面に配設された反射シートとから大略構成されている。
このような導光体は、光線透過率の高い透明樹脂から構成することができる。このような透明樹脂としては、例えば、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂などを広く採用することができる。
本発明においては、導光体の一面は、出射面とされ、この出射面に対向して底面が配置されている。また、この導光体の少なくとも一側面には一次光源が配設され、この側面は入射端面とされている。
本発明において、この入射端面は、少なくとも一カ所あればよいが、複数箇所であってもよく、入射端面が一カ所である場合には、入射端面以外の側面には反射端面が形成されている。
入射端面が二カ所の場合の典型例は、互いに相対向する面に一次光源としての線状光源がある例であり、反射端面は両側面に形成される。二カ所の入射端面は、いずれも出射面に形成されたパターンに直交し、底面に形成されたパターンに平行となる条件を満たすことが必要である。
この入射端面に向けて一次光源が配設される。このような一次光源としてはどのようなものを用いてもよいが、線状光源や点状光源が例示される。また、LED光源などの点状光源が多数配列されて線状となった線状光源であってもよい。
本発明において、導光板の出射面と底面の両面には、所定のピッチで形成された凸条及び/又は凹条のパターンが互いに直交して形成されている。この凸条及び/又は凹条とは、以下に述べる台形形状の凸条及び凹条を含み、従来の面光源装置で用いられている凸条又は凹条と実質的に同一乃至は均等なものであってもよい。
これらの凸条及び/又は凹条は、断面が突設された凸(突)部及び/又は断面が窪んだ凹(溝)部が一方向に延びて形成される。これらの凸条又は凹条の断面形状は、三角形、楔状、その他の多角形、波状、又は半楕円状などの所望の形状であってよい。
これらの凸条又は凹条は、一般的には1000μm以下、好ましくは800μm以下、より好ましくは10μm〜600μm、最も好ましくは20μm〜400μm程度の範囲内のピッチで配列される。この凸条又は凹条の一例として、例えば、断面が三角形状の溝を備える場合には、その頂角は、60°〜120°の範囲内で設定され、また、溝の深さは1μm〜100μm程度の範囲内から設定される。なお、記号「〜」はその上限、下限を含む範囲を示すものとする。すなわち、例えば「10μm〜600μm」は「10μm以上600μm以下」を意味する。
ここで、出射面に形成される凸条及び/又は凹条は一様なピッチ及び形状で配列されていてもよいが、底面に形成された凸条及び/又は凹条は、一次光源から離れるに従って間隔が狭められて配列されたり、また、光源から離れるに従って溝の深さ及び/又は突起の高さが漸次高くなっていてもよい。また、一次光源から離れるに従って形状が漸次異なるように構成してもよい。このような形状が漸次異なる構成とは、例えば、頂角が漸次異なる場合を包含する。いずれの場合にも、底面と反射シートを利用して屈曲した光が、出射面から所望する強度で出射されるように底面の構造を制御するためのものであり、これらの調整は互いに組み合わされて、又は、他の調整手段と併用されて行われる。
本発明においては、出射面に、上下が逆転して交互に配列された台形形状の凸条及び台形形状の凹条を備えていることが必要であるが、底面には所定のピッチで形成された凹条のパターンを備えればよい。これにより本発明においては、出射面及び底面に台形形状の凸条及び台形形状の凹条を備えていてもよい。
ここで、台形形状の凸条とは導光板から表面側に台形形状に突設された長手方向に延びる突条であり、台形形状の凹条とは、導光板に向けて台形形状に窪んで形成された長手方向に延びる溝である。
例えば、図1に示す導光板1では、その一表面1aには、符号A、B、C及びDを各頂点とする断面が台形状の凸条2と符号A´、B´、C´及びD´を各頂点とする断面が台形状の凸条2´とが離間して配設されている。これにより、凸条2と凸条2´との間には、符号A、B、C´及びD´を頂点とする断面が台形状の凹条3が凸条2、2´とは上下が逆転して配列されている。
なお、本発明に係る台形形状とは、図面に示すように、厳密な意味での台形に限定されない。後述する説明により明らかなように、実質的に台形形状を保っていれば、例えば、上底又は下底の両側部にアール部(丸み部分)を有していてもよい。このようなアール部は、後述するフォトリソグラフィによる微細構造体の製造過程で製造される。例えば、樹脂原盤を適度に加熱処理することにより、角張った両端の形状を滑らかにすることができる。また、「上底」、「下底」の用語を用いるが、これは上下方向を意味するのではなく、説明のためである。台形の平行な対辺のうち、短い辺を「上底」、長い辺を「下底」として説明している。
次に、このような台形パターンの機能について、図1を用いて説明する。まず、この図1において、直線ADの長さ(凸条2の下底の幅)をW1、直線BCの長さ(凸条2の上底2aの幅)をW2、直線AD´の長さ(凹条3の上底3aの幅)をW3、凸条2の高さ(又は凹条3の深さ)をH、直線ADと直線AB(傾斜面2b)との成す角度をa1、直線ADと直線DC(傾斜面2c)との成す角度をa2、及び直線DD´の長さをピッチPとする。ピッチPは、凸条2の下底の幅(直線ADの長さ)W1と凹条3の上底3aの幅W3の和に等しく、また、凸条2の上底2aの幅(直線BCの長さ)W2と凹条3の下底の幅(直線BC´の長さ)の和に等しい。
本発明においては、凸条2の断面形状を台形にして凸条2に適宜の幅W2を設けることにより、入射端面から入射した導光光を導光板の中央へと導く役目を担いつつ、出射面から出射される輝度分布の中で出射面に直交する鉛直方向(法線方向)の輝度を高めている。
また、本発明において、凹条3の断面形状を台形にして凹条3に所望の幅W3を設けることにより、前述のW2と同様に入射端面から入射した導光光を導光板の中央へと導く役目を担いつつ、出射面から出射される輝度分布の中で出射面に直交する鉛直方向(法線方向)の輝度を高めている。
この幅W2が狭すぎて傾斜面2b、2cの寄与が大きくなりすぎると、鉛直方向の輝度を高める効果を十分に発揮することが困難となる。
また、この幅W3が狭すぎて傾斜面2b、2cの寄与が大きくなりすぎても、鉛直方向の輝度を高める効果を十分に発揮することが困難となる。
また、これに対して、幅W2及び又は幅W3を傾斜面2b、2cに対して相対的に広く設定しすぎると、傾斜面2b、2cの寄与が相対的に少なくなり、鉛直方向の輝度の向上は図れるが視野角は狭くなり、出射面に凸条又は凹条の周期的なパターンを設けて、指向性シートを極力省略し、かつ、鉛直方向の輝度を低減させずに視野角を確保できるという課題を十分に満たせなくなる。
本発明において凸条2又は凹条3の形状及び大きさ並びにピッチPは、導光板1の大きさ、面光源装置の表示性能及び仕様等との関係を考慮して決定される。これにより、導光板の出射面から出射される光の輝度を適度に保ち、かつ、適切な視野角を得ることができる。
このような凸条2(又は凹条3)の一般的な高さHは、1μm〜100μmの範囲内から選択され、より好ましい高さHは5μm〜50μm、最も好ましい高さHは10μm〜30μmの範囲内から選択される。また、一般的な傾斜角a1及び傾斜角a2は、それぞれ15〜70°の範囲内から選択され、より好ましい傾斜角a1及び傾斜角a2はそれぞれ15°〜60°の範囲内から選択される。特に視野角特性を重視する場合は15°〜35°、輝度特性を重視する場合は35°〜60°が最も好ましい範囲内として選択される。
また、一般的な下底の幅W1は10μm〜500μmの範囲内、より好ましくは15μm〜270μmの範囲内、最も好ましくは15μm〜180μmの範囲内から選択される。また、上底の幅W2は1μm〜500μmの範囲内から選択され、より好ましい幅W2は1μm〜100μmの範囲内、最も好ましくは5μm〜50μmの範囲内から選択される。また、一般的な幅W3は0.1μm〜500μmの範囲内から選択され、より好ましい幅W3は0.1μm〜300μmの範囲内、最も好ましくは1μm〜150μmの範囲内から選択される。
また、本発明の好ましい態様においては、本発明に係る導光板1が幅W1,W2,W3とがピッチPとの関係で、特定の比率を保って形成されている台形状のパターンを有することにより特徴付けられる。
すなわち、本発明の導光板1では、これらの凸条2に形成された上底の幅W2に対する凹条3に形成された上底の幅W3の比(W3/W2)は、0.01〜200の範囲内が好ましく、より好ましくは0.02〜100の範囲内、最も好ましくは0.1〜10の範囲内にある。また、(W2+W3)に対する(P−W2−W3)の比は、0.04〜400の範囲内が好ましく、より好ましくは0.2〜200の範囲内、最も好ましくは0.3〜150の範囲内である。
本発明においては、W2に対するW3の比をこれらの範囲内に保つことにより、導光板1の出射面から出射される光の輝度を適度に保ち、かつ、適切な視野角を得るための条件設定が容易となる。
ここで、W2に対するW3の比が0.1〜10の範囲であると、鉛直方向の輝度の向上が図れるため指向性シートを省略することができる。
また、(W2+W3)に対する(P−W2−W3)の比が、0.3〜150の範囲であると、鉛直方向の輝度の低下を抑制しつつ視野角特性を確保することができるので、指向性シートを省略することが可能となる。
このような台形状のパターンは、表面が鏡面であってもよいが、適宜粗面化されて拡散面としてもよい。粗面化させることにより、液晶表示装置における表面のギラツキを抑えることができる。また、場合によっては、導光板のコーナ部を斜めから視認した時に生じる暗線状のラインの発生を防止することができる。これにより得られる液晶表示装置は、表面品位が優れたものとなる。
このような粗面化は、例えば、JIS B0601に基づく算術平均粗さ(Ra)が0.1μm〜10μmの範囲内であることが好ましく、更に好ましくは、0.15μm〜5μmの範囲内であり、特に好ましくは0.2μm〜2μmの範囲内である。また、このような粗面化は、図4(b)に示すように、凸条2の上底(天頂面)2aだけでもよいが、図4(d)に示すように、傾斜面2bと天頂面2aとの双方にあってもよい(全面拡散面)。また、図4(c)に示すように、側面部(傾斜面2b)のみにあってもよい。さらに、この粗面化は、凹条3の上底(天頂面)3aにあってもよい。表面を粗面化することにより拡散面が形成され、これにより出射される光は、いずれの場合にも表面品位の向上が期待される。
次に、このような導光体1を用いた面光源装置の一例について、図2及び図3を参照しつつ説明する。
これらの面光源装置10は、アクリル樹脂などの透明樹脂などから形成される平板状(パネル状)の透明構造体である導光板1、この導光板1の一側面に配置された一次光源4及び導光板1の下面に配設された反射シート5とから大略構成されている。この導光板1の上面には、光を出射する出射面6が形成され、この出射面6に対向して底面7が形成されている。
ここで、図2の面光源装置10では、導光板1の一側面に、線状光源4aが配設され、この側面は入射端面8とされている。また、この入射端面8に交差する両側面は反射端面8bとされ、入射端面8に対向する面は反射端面8aとされている。
また、図3の面光源装置は、大型の液晶装置を表示させるためのものであり、出射面6と底面7との両側面に、リフレクタ4b内にそれぞれ一対の線状光源4aが配設された一次光源4が配設されている。線状光源4aから導光体1内へ入射させる光量を十分に確保するために厚みの厚い導光板1が用いられる。これにより、これらの一次光源4が配設された両側面は入射端面8とされ、この入射端面8に交差する両側面は反射端面8bとされている。また、図3の面光源装置では、出射面6の上方に拡散シート5aが配設されている。
上記図2及び図3のいずれの面光源装置においても、出射面6には、断面が台形状の凸条2とこの凸条2の台形とは上下が逆転した台形状の凹条3とが交互に配列されている。これらの凸条2及び凹条3は、上述の図1により説明した表面1aと実質的に同一であるので詳細な説明は省略する。これにより、この出射面6には、入射端面8と直交する断面が台形形状のプリズムが複数配置される。
一方、底面7には、断面が三角形状のV形溝9が所定のピッチで互いに離間して入射端面8に平行に配列している。このV形溝9のピッチ間隔や大きさを調整することにより、出射面から出射される光の光量分布を調整できる。
このV形溝9の断面形状は、一般的に頂角が60°〜120°の範囲内で設定され、好ましくは70°〜115°の範囲内、最も好ましくは80°〜110°の範囲内で設定される。高さは1μm〜100μmの範囲内で設定され、好ましくは5μm〜50μmの範囲内、最も好ましくは10μm〜30μmの範囲内で設定される。そしてピッチは2μm〜800μmの範囲内で設定され、好ましくは10μm〜600μmの範囲内であり、最も好ましくは20μm〜400μmの範囲内で設定される。
つぎに、このように構成された面光源装置10について説明する。
線状光源4aの光は導光板1の入射端面8から導光板1内に入射し、出射面6及び底面7間を全反射を繰り返しつつ縦方向に伝播していく。
そして、この光の一部は底面7に形成されたV形溝9及び反射シート5により出射面6に向けて導かれ、出射面6に形成された断面が台形形状のプリズム(凸条2及び凹条3)により集光され、所望する視野角内に出射される。
このように、出射面6に断面が台形形状のプリズムを形成することにより、出射面6にV形溝9のプリズムを形成する場合に比べて鉛直方向の輝度低下が抑えられると共に視野角が拡大する。
以上の台形形状のプリズムは、図4(a)に示すように、天頂面(上底)2a及び傾斜面2bともに鏡面である例であったが、これらの表面は粗面化されていてもよい。
例えば、図4(c)に示すように、台形プリズム(凸条2)の傾斜面2bを粗面化すると、図4(a)に示す全面が鏡面である場合に比べて、視野角がより拡大すると共に、面光源装置10として表面のギラツキ感や、導光板のコーナ部を斜めから視認したときに生じる暗線状のラインが緩和されるなど表面品位の向上が図れる。
また、図4(d)に示すように、台形プリズム(凸条2)の天頂面2a及び傾斜面2bの全面を粗面化すると、図4(c)に示す傾斜面2bのみを粗面化させた場合に比べて表面輝度が多少低下するが、面光源装置として表面のギラツキ感や、暗線状のラインが緩和されるなど表面品位の一層の向上が図れ、視野角と表面品位を重要視する面光源装置に適している。
以上、図面により面光源装置の一例を説明したが、本発明においては、導光板1の出射面6および底面7のプリズムパターンの組み合わせは、いずれかの面に台形形状のパターンが形成されていればよく、例えば、次のような組み合わせが好ましい例として挙げられる。
a)出射面が台形形状のパターンであり、底面がV字状の凹パターン(V形溝)である組み合わせ。
b)出射面が台形形状のパターンであり、底面が半楕円状の凹パターンである組み合わせ。
c)出射面がV字状の凹パターン(V形溝)であり、底面が台形形状のパターンである組み合わせ。
d)上記a)の組み合わせにおいて、台形形状のパターンの天頂面が粗面化されている。
e)上記a)の組み合わせにおいて、台形形状のパターンの傾斜面が粗面化されている。f)上記a)の組み合わせにおいて、台形形状のパターンの天頂面及び傾斜面がともに粗面化されている。
組み合わせa)〜c)を対比すると、輝度特性と視野角特性のバランスの観点からは組み合わせa)又はb)がより好ましい。また表面品位向上の観点からはd)又はe)又はf)のように表面が粗面化された組み合わせが好ましい。従来品では表面品位の改善のため、拡散シートが2枚使用されているが、d)又はe)又はf)は当該導光体自体で表面品位の改善が図れるため、拡散シートが1枚乃至は2枚共省略することが可能になり、拡散シートの省略による面輝度の向上が図れる。
つぎに、このような導光板の製造方法について説明する。
本発明の導光板は、上述の特徴点を備えていれば、その製造方法は限定されないが、以下に本発明の導光板を製造する製造方法について説明する。
一般に、本発明におけるような形状の導光板を大量生産する場合、金型を用い、射出成形にて生産する場合が多い。成形用金型の製作に際しては、金型に組み込む入れ子をダイヤモンドバイトによって切削して加工する方法を用いることができる。
しかしながら、上述の組み合わせa)、c)、d)、e)及びf)の場合には、表面が台形形状のパターンとV形溝の組み合わせであり、本発明者等が先に出願したフォトリソグラフィの方法を用いることができる。フォトリソグラフィの方法により所望の形状の微細構造体を作製し、この微細構造体から賦型したスタンパと呼ばれる薄型電鋳金属板を可動側と固定側の金型キャビティ面に取り付けることにより、射出成形により所望の形状を形成した導光板を作製できる。
以下に、本発明における好ましい製造方法の一例としてのフォトリソグラフィの方法による微細構造体の製造方法及びこの微細構造体を導光板製造用のスタンパとして利用する方法の発明について説明する。
このフォトリソグラフィによる微細構造体の製造方法は、基板上に形成されたレジスト層に対して所定のピッチで開口されたスリットを有するフォトマスクを介して光源から平行光線を照射した後現像することにより光照射部又は光非照射部に基づき形成される、長手方向に延びる溝を有する微細構造体の製造方法である。
基板上に形成されたネガ型レジスト層に対して、所定のピッチで開口されたスリットを有するフォトマスクを介して、平行光線は、スリットの長手方向に沿う垂直面に対して一方向から他方向へ向けて角度を連続的又は段階的に変更して入射させることにより、光照射部の断面形状を、スリットに接する面を上底として光線入射側に向けて漸減する台形形状とすることができる。
また、基板上に形成されたポジ型レジスト層に対して、所定のピッチで開口されたスリットを有するフォトマスクを当該レジスト層から所定の間隔を空けて配置し、フォトマスクの鉛直方向から平行光線を入射させることにより光照射部の下底又は下底付近が互いに接するか重複させることにより、微細構造体は、基板面に向けたV形溝を備えることができる。当該微細構造体はフォトマスクの各部の寸法、フォトマスクとレジスト層との離間距離及び又はレジスト層の厚みを適宜調整することにより所定の形状に調節される。
また、平行光線の入射角度、フォトマスクの各部の寸法及び又はレジスト層の厚みを適宜調整することにより、互いに隣接する台形状の光照射部の下底を互いに離間させることにより、微細構造体は、基板面に向けた上底を形成する台形状の形溝を備えることができる。そして、このような台形状の溝を有する微細構造体を用いることにより、本発明が所望とする台形形状のパターン(上下が逆転して交互に配列された台形形状の凸条及び台形形状の凹条)を得ることができる。
この場合、上述のネガ型レジスト層には、微粒子を分散させれば、現像工程ではこの微粒子が天頂面、傾斜面に露出し、微粒子が残存又は除去されることにより天頂面、傾斜面には微細な凹部又は凸部を形成することができる。これにより、台形形状の天頂面、傾斜面を粗面化させることができる。
また、この微粒子としてポジ型レジストを用いれば、現像工程では天頂面、傾斜面にポジ型レジストが露出するが、このポジ型レジストを溶解除去することにより天頂面、傾斜面に微細凹部を有する微細構造体を製造することができる。
これにより製造された微細構造体は、そのまま、又は常法によりスタンパとされて、樹脂成形により台形形状のプリズムを有する導光板などの微細構造体の製造に用いることができる。
これにより、導光体を製造するための金型の上下面を所望の金型を装着することにより、本発明に従う導光体を大量生産することができる。
つぎに、このような微細構造体の製造方法の最良の形態について図面を参照しつつ説明する。まず、図5及び図6は、本発明の一実施例に係るV形溝を有する微細構造体(スタンパ)を製造するための製造工程を示す模式図であり、図7はその工程により得られた微細構造体(原盤)の形状を説明する図である。以下、これらの図に従って本発明を説明する。
まず、図5に示すように、適宜の基板11上にレジスト層12を形成し、そのレジスト層12の上面にフォトマスク13を所定の距離離して設置する。このフォトマスク13は薄板状であり、光を反射又は吸収して光を遮蔽する光遮蔽部13aとその光遮蔽部13a間に設けられた幅W13bで開口した複数のスリット(開口部)13bを有する。
ついで、図6に示すように、フォトマスク13側から、紫外光線(UV光)などの平行光線を照射させる。ここで、本発明においては、この平行光線は、フォトマスク13の鉛直方向から入射させている。
これにより、レジスト層12は、スリット13bから照射された光線により符号12aで示す部分が露光されて露光部12aを形成し、符号12bで示す部分が露光されずに光非露光部12bを形成する。これにより、露光部12aの断面形状は、スリット13bの下部に逆三角形状が形成される。このときフォトマスクとレジスト層との離間距離を制御することにより結合角θ20が調整される。互いに隣接する露光部12a,12a間には、光遮蔽部13aに対向する面を上底として入射光線側に向けて漸減する台形形状が形成される。
ここで、このレジストはポジ型レジストであるので、露光後にフォトマスクを剥離して現像することにより、光露光部12aが除去されて、図7に示すように、光非露光部12bのみが残存した微細構造体としての原盤14を得ることができる。
この原盤14は、スリット13bの幅W13bより狭いW15と、フォトマスクとレジスト層との離間距離とで制御される頂角θ20と同一角度である光露光部12aの除去に起因して、相対向する傾斜面16aと傾斜面16bとによる頂角θ17を有するV形溝18が形成されている。
図8〜図10は、本発明の一実施例の台形形溝を有する微細構造体(スタンパ)を製造するための原盤の製造工程を示す模式図であり、図5〜図7と同一乃至は均等な部位部材は同一番号を付して詳細な説明は省略する。
まず、この実施例では、図8に示すように、スリット13bの幅W13bを広げるか、又は、レジスト層12の厚みt12を薄く構成する。これにより、図9に示すように、フォトマスク13側から平行光線(UV光)を照射させると、幅W13bが広いか又はレジスト層12の厚みt12が薄いことにより、互いに隣接する露光部12a,12a間に幅W11aで示す隙間11aが形成される。ここで、このレジストはネガ型レジストであるので、現像後に光非露光部12bは除去され、図10に示すように、互いの露光部12a,12a間が離間して基板面17が露出された原盤14を得ることができる。
この原盤14は、スリット13bの幅W13bと同一幅W15の上底15と、θ1の傾斜角度と同一角度の傾斜面16aとθ2の傾斜角度と同一角度の傾斜面16bとを有する台形形状である。相対向する傾斜面16aと傾斜面16bとによりθ1とθ2とで規制される頂角θ17を有する溝が形成されるが、この溝は、幅W17が幅W11aと等しい基板11の一部が露出して形成された上底17を有する台形溝19となる。
このような台形溝19は、光線の照射角度θ1、θ2、光遮蔽部13aの幅W13a及びレジスト層12厚みt12を適宜変更することにより得ることができる。
次に、このような原盤14を作製するための各材料について説明する。
まず、基板11としては、フォトレジストを支持して、後の原盤製造工程に利用できるものであれば制限なくどのような素材でも適用できる。好ましい基板として、例えば、ガラス基板や金属板などの平面的な素材を例示することができる。
ここで、この基板11として、微細な凹凸(表面荒れ)を有するものを用いれば、図10で形成される原盤14では、基板11の一部が露出して形成された上底17を有する台形溝19を有するので、この原盤14を用いて製造された金型(スタンパ)は、上底17に微細な凹凸(表面荒れ)を再現する金型又はスタンパとなる。この金型又はスタンパをマスター型として、マスター型を転写した金型又はスタンパを作製することにより、成形品として図4(b)に示すような台形状パターンを導光体表面に賦型させることができる。
たとえば、基板として0.1μm〜2μm程度の範囲内で所望の算術平均粗さを有するものを用いることにより、図4(b)に示すような、天頂面2aが粗面化されて光拡散性を有する導光板を得ることができる。
次に、レジスト層12を形成するレジスト素材について説明する。レジスト素材としては、ポジ型レジスト、ネガ型レジストなど、どちらのレジスト材料を用いることもできるが、ポジ型レジストを用いることにより、上述のようにV形溝を有する微細構造体が簡易に製造できる。
このようなレジスト層12は、スピンコート、スプレーコート、ディップコートなどの適宜の手法により付与することができる。レジストの粘度が、例えば、50mPa・s(cps)〜400mPa・s(cps)の範囲内と適度に高いことによりレジスト層12の膜厚を1μm〜100μmの範囲内で均一に保持することができる。一般には、100mPa・s(cps)以上で有れば、5μm程度以上の膜厚のレジスト層12を均一に保持することができる。このような厚膜はスピンコートにより得ることが好ましいが、例えば、スプレーコートなどで付与するには、重ね塗りの手法を用いればよい。
なお、このレジスト層12の厚みは所望により決定され、レジスト層12の厚みを薄くすることにより、V形溝のパターンを変化させることができることは上述のとおりである。
本発明において、このレジスト素材に微粒子20を分散させてもよい。これにより、図11に示すように、現像後にこの微粒子20が傾斜面に露出して微細な凸部20aを形成する。また、この微粒子20を現像段階で溶解などの手法、その他の手法により除去すれば、この微粒子20が露出した傾斜面16a(又は16b)には微粒子20の直径に応じた微細な凹部21が形成される。
この凹凸形状は、微粒子の粒子径、微粒子の濃度、微粒子の均一性などを適宜に制御すればよい。光拡散性を高めるためは、この微粒子は球形、或いはより球形に近い形状であることが好ましい。微粒子の濃度は微粒子となる成分の割合(混合比率)により調節できる。
このようにして、例えば、傾斜面の算術平均粗さが0.1μm〜2μm程度の範囲内のものとすることができる。また、算術平均粗さが0.15μm〜1.5μmの範囲内のものや、さらには、算術平均粗さが0.2μm〜1μmの範囲内の均一性に優れた凹凸を形成することもできる。
このようにして形成される凹凸の形状は、一般に、微粒子20の直径の略半分以下である。これにより、例えば、微粒子20の粒子径を0.1μm〜5μmの範囲内に設定することにより、微粒子の除去により形成される凹凸を0.1μm〜2μm程度の範囲内で所望の算術平均粗さに設定することができる。これにより、図4(c)に示すような、傾斜面2bに拡散性を有する導光板を得ることができる。
なお、本発明においては、この分散液は微粒子が分散液に対して均一に分散されていることが好ましい。均一に分散されていることにより、得られる原盤の表面の凹凸も均一に分散されたものが得られ易い。分散液中の微粒子を均一に分散させるには、ホモジナイザ、ミキサー等を用いた撹拌等により分散させることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、適宜選択することができる。
微粒子20を除去する一つの簡便な手法は、ネガ型レジストを海成分としてポジ型レジストの微粒子を分散させることである。この微粒子としてのポジ型レジストは、露光されることにより分解するので、傾斜面に露出したポジ型レジストは現像工程で除去され、これにより、傾斜面に微細な凹部21を有する微細構造体を製造することができる。
このような分散液は、互いに相溶性の無いポジ型フォトレジスト及びネガ型フォトレジストを選択し、少量成分を所定の小径ノズルを用いて勢いよく吐出させたりするなどの、エマルジョンを成形する常法に従い形成することができる。
この場合、得られた分散液は、脱泡するなどの脱泡工程を経て微粒子径をできるだけ均一に分散させることが好ましい。
つぎに、フォトマスク13としては、所望の形状のスリット13bを備えていれば特には制限がないが、一般に、フォトマスク13の厚みは薄い方がよい。厚みが厚いとスリット13bの側面での光の反射が課題となる場合がある。この点、スリット13bの側面は少なくとも光吸収性の素材で構成するのがよい。また、レジスト層12と接する側には、適宜の離型性を有するか又は適宜の離型剤が付与されることが好ましい。これにより、露光後のレジスト層12との剥離が容易となる。
次に、光源としては、用いるレジスト材料に応じた光源を用いればよい。フォトレジストを用いる場合には、通常の紫外光源をそのまま用いることができる。入射角度の調整は、光源を移動(照射角度の変更を含む)させたり、または基板11の角度を変更することにより達成される。
本発明においては、スリット13bから光線の角度を連続的又は段階的に変えて光線を照射することを特徴とし、好ましい実施例では、UV露光により露光される。これにより、熱や温度の影響を受けずに、従って変形量を抑えて所望の形状を得ることが可能となる。また、SR光にくらべて、簡易な装置により原盤を製造できるので、コストを抑えることができる。
以上により得られた微細構造体は、そのまま又は適宜の加工の後に原盤として利用することができる。このような後加工の一例は、適度に加熱処理することである。適度に加熱処理することにより尖った先端の形状を滑らかにすることができる。
これにより得られた原盤は、常法によりスタンパとして利用することができる。例えば、原盤の表面に導電化膜を成膜し、該導電化膜に電鋳用金属を電鋳して電鋳層を形成し、該導電化膜から前記微細構造体を剥離、溶解などの手法で取り除くことにより成形用スタンパを製造することができる。
もちろん、基板として導電性基板を用いる場合には、導電性基板をめっき液中に浸漬し、導電性基板の全体を電極として用い、電気めっきを行うこともできる。
この場合の導電化膜は、例えば、ニッケル、金、銀、又は銅のいずれか、或いは金、銀、銅、及びニッケルのうち、任意の二以上の合金を用いることができる。また、電鋳は、例えば、銅、亜鉛又はニッケルのいずれか、或いは、銅、亜鉛及びニッケルのうち任意の二以上の合金を用いることができる。
また、この成形用スタンパ(金型)を用いて微細な凹凸を樹脂に転写することにより、所望の導光板を廉価に製造することができる。
この転写は、成形用スタンパの表面に形成された微細な凹凸を樹脂シートに転写する方法の他、射出成形、熱プレス、キャスト法、トランスファ成型等を用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、適宜選択することができる。
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
[実施例1]
清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト(CA3000)を塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−45°から+45°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。得られた原盤を常法に従って、表面にニッケル導電化膜を成膜し、このニッケル導電化膜に電鋳用金属としてニッケルを電鋳してニッケル電鋳層を形成した。さらに、ニッケル導電化膜から原盤を剥離して、高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持つ、傾斜角が45°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。
また、清浄なガラスにクラリアントジャパン株式会社製ポジ型フォトレジスト(AZP4400)を塗布し、90℃のホットプレートにて90分間暖めた後に室温まで冷却し、そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクをレジスト表面から0.12mm離間させてUV光をフォトマスクに対して鉛直方向から250mJ照射させた。以降は同様な工程を経て、溝頂角が80°、高さ0.01mmであるV字状の形溝(反射溝)を所定の間隔で作製した原盤を作製し、底面側のスタンパIIを作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板は、断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条を備えた出射面と断面形状がV字状である溝(V形溝)を有する底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さHが10μm、天頂部幅W2が10μm、底面幅W1が30μmであり、台形凹状形状の天頂部幅W3が3μmであり、底面のV形溝の高さは10μm、天頂角は80°であり、また、ピッチは、冷陰極管側から中央部まで150μmから30μmに漸次調整変更した。
この導光板の両端に入光端面に沿って管面輝度49,000cd/m(一定)のCCFL光源を図3に示すように、左右に各一対ずつ配設し、光源の背方にリフレクタを配設した。また、導光板1の出射面上には株式会社ツジデン製の拡散シート(商品名:D120)5aを2枚配設し、底面7及び反射端面8bには反射シート5(東レ株式会社製E60L)を配設してバックライト装置を形成した。このようにして形成したバックライト装置の輝度性能を測定した。この輝度測定は、株式会社トプコン製の輝度計(TOPCON BM−7)を用い、サンプル面から50cm離して測定した。また、バックライト面上の最大輝度に対する最低輝度の比を輝度ムラとして求めた。さらに、導光板1の出射面中央点において、出射面に賦型されている断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条パターンの長辺に直交する垂直面に対して、出射面鉛直方向から両側に順次輝度計を傾けて輝度の角度分布(以降水平方向角度輝度分布という)を測定した。同様に導光板1の出射面中央点において、出射面に賦型されている断面形状が台形形状である凸条及断面形状が台形形状である凹条パターンの長辺に平行であり、且つ導光板1に垂直な面に対して、出射面鉛直方向から両側に順次輝度計を傾けて輝度の角度分布(以降垂直方向角度輝度分布という)を測定した。この水平方向角度輝度分布及び垂直方向角度輝度分布から視野角特性の指標となる水平半値角及び垂直半値角を求めた。
この結果、最大輝度4,987cd/m、輝度ムラ0.81であり、水平半値角は32.8°、垂直半値角は35.9°であった。
[実施例2]
この実施例2は、実施例1において台形プリズムの側面部2bを拡散面にした場合である。実施例1のネガ型フォトレジスト200mlに、粒径2μmのシリコーン樹脂微粒子(GE東芝シリコーン株式会社製のトスパール微粒子)を35g混合し、ミキサ式攪拌機を用いて10分間攪拌して、混合後に加圧脱泡することにより、シリコーン樹脂微粒子が均一に分散された分散液を得た。
この分散液を清浄なガラスに塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却し、その分散液上にネガ型フォトレジストを塗布し、そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−45°から+45°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。
フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。得られた原盤を常法に従って、表面にニッケル導電化膜を成膜し、このニッケル導電化膜に電鋳用金属としてニッケルを電鋳してニッケル電鋳層を形成した。さらに、ニッケル導電化膜から原盤を剥離して、高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持つ、傾斜角が45°の台形形状パターンを賦型した出射面側の正転型を作製した。さらに、その正転型のニッケル表層を酸素プラズマアッシング装置等の酸化装置にて表層を軽微に酸化させ、その正転型上に電鋳用金属としてニッケルを電鋳してニッケル電鋳層を形成した。さらに、正転型から逆転型を剥離して、高さ0.01mmで底部分に幅約10μmの平坦部を持つ、傾斜角が45°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。この台形形状パターン表面を表面粗さ測定機(株式会社東京精密製のSurfcom200B)にて算術平均粗さを測定したところ0.23μm〜0.25μmであった。また、底面側のスタンパIIは実施例1と同様な工程を経て、溝頂角が80°、高さ0.01mmであるV字状の溝(反射溝)を所定の間隔で作製した。この後は実施例1と同様の工程を経ることによって微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4,720cd/m、輝度ムラ0.82であり、水平半値角は39°、垂直半値角は36°であった。実施例1と比べて輝度ムラが改善され、特に水平方向の視野角特性が改善されていた。また、発光面のギラツキ感が緩和された。
[実施例3]
この実施例3は、実施例1において台形プリズム全周面を拡散面にした場合である。実施例1のフォトレジスト200mlに、粒径2μmのシリコーン樹脂微粒子(GE東芝シリコーン株式会社製のトスパール)を35g混合し、ミキサ式攪拌機を用いて10分間攪拌して、混合後に加圧脱泡することにより、シリコーン樹脂微粒子が均一に分散された分散液を得た。この分散液を清浄なガラスに塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却し、そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクとを密着させて−45°からプラス45°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。現像後にこの原盤表面を観測したところ、シリコーン樹脂微粒子が傾斜面に露出、あるいは剥離して微細な凸部と凹部が形成されていた。
この原盤を常法に従って、表面にニッケル導電化膜を成膜し、このニッケル導電化膜に電鋳用金属としてニッケルを電鋳してニッケル電鋳層を形成した。さらに、ニッケル導電化膜から原盤を剥離して、高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持つ、傾斜角が45°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。この台形形状パターン表面を表面粗さ測定機(株式会社東京精密製のSurfcom200B)にて算術平均粗さを測定したところ0.23μm〜0.25μmであった。また、底面側のスタンパIIは実施例1と同様な工程を経て、溝頂角が80°、高さ0.01mmであるV字状の溝(反射溝)を所定の間隔で作製した。
この後は実施例1と同様の工程を経ることによって微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4,640cd/m、輝度ムラ0.83であり、水平半値角は42°、垂直半値角は37°であった。
実施例2と比べて、最大輝度の低下があるもののさらに視野角特性が改善されていた。そして、発光面のギラツキ感も緩和され、導光板のコーナー部から発生する暗線も解消されていた。
[実施例4]
この実施例4は実施例1において台形プリズムの底角a1、a2を55°に、V溝の頂角を100°、高さを20μmにした場合である。
清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト(CA3000)を塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−35°から+35°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。得られた原盤を常法に従って、表面にニッケル導電化膜を成膜し、このニッケル導電化膜に電鋳用金属としてニッケルを電鋳してニッケル電鋳層を形成した。さらに、ニッケル導電化膜から原盤を剥離して、高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持つ、傾斜角が55°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。
また、清浄なガラスにクラリアントジャパン株式会社製ポジ型フォトレジスト(AZP4400)を塗布し、90℃のホットプレートにて90分間暖めた後に室温まで冷却し、そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクをレジスト表面から0.15mm離間させてUV光をフォトマスクに対して鉛直方向から250mJ照射させた。以降は同様な工程を経て、溝頂角が100°、高さ0.02mmであるV字状の溝(反射溝)を所定の間隔で作製した原盤を作製し、スタンパIIを作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板は、断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条を備えた出射面と断面形状がV字状である溝(V形溝)を有する底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さHが10μm、天頂部幅W2が10μm、底面幅W1が24μmであり、台形凹状形状の天頂部幅W3が3μmであり、底面のV形溝の高さは20μm、天頂角は100°であり、また、ピッチは、冷陰極管側から中央部まで250μmから50μmに漸次調整変更した。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4,917cd/m、輝度ムラ0.82であり、水平半値角は37.6°、垂直半値角は33.3°であった。実施例1と比べて輝度性能を維持しつつ、水平半値角が拡大して視野角特性が改善されていた。
[実施例5]
この実施例5は実施例1において台形プリズムの底角a1、a2を40°に、V溝の頂角を100°、高さを10μmにした場合である。清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト(CA3000)を塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−50°から+50°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。その後は実施例1と同じ工程を経て、スタンパを作製した。作製したスタンパは高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持ち、傾斜角が40°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。また、底面側のスタンパIIは実施例1と同様な方法で作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板は、断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条を備えた出射面と断面形状がV字状である溝(V形溝)を有する底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さHが10μm、天頂部幅W2が10μm、底面幅W1が34μmであり、台形凹状形状の天頂部幅W3が3μmであり、底面のV形溝の高さは10μm、天頂角は100°であり、また、ピッチは、冷陰極管側から中央部まで120μmから28μmに漸次調整変更した。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4,859cd/m、輝度ムラ0.83であり、水平半値角は39.2°、垂直半値角は34.4°であった。
実施例4と比較して最大輝度は若干低下があるもの、水平半値角が拡大して視野角特性が改善されていた。
[実施例6]
この実施例6は実施例1において台形プリズムの底角a1、a2を30°に、V溝の頂角を100°、高さを10μmにした場合である。清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト(CA3000)を塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−60°から+60°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。その後は実施例1と同じ工程を経て、スタンパを作製した。作製したスタンパは高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持ち、傾斜角が30°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。また、底面側のスタンパIIは実施例1と同様な方法で作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板は、断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条を備えた出射面と断面形状がV字状である溝(V形溝)を有する底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さHが10μm、天頂部幅W2が10μm、底面幅W1が45μmであり、台形凹状形状の天頂部幅W3が3μmであり、底面のV形溝の高さは10μm、天頂角は100°であり、また、ピッチは、冷陰極管側から中央部まで120μmから28μmに漸次調整変更した。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4,572cd/m、輝度ムラ0.82であり、水平半値角は41.2°、垂直半値角は35.5°であった。
実施例4と比較して最大輝度は低下するが、水平半値角が拡大して視野角特性が改善されていた。
[実施例7]
この実施例7は実施例1において台形プリズムの底角a1、a2を15°に、V溝の頂角を100°、高さを10μmにした場合である。清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト(CA3000)を塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−75°から+75°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。その後は実施例1と同じ工程を経て、スタンパを作製した。作製したスタンパは高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持ち、傾斜角が15°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。また、底面側のスタンパIIは実施例1と同様な方法で作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板は、断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条を備えた出射面と断面形状がV字状である溝(V形溝)を有する底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さHが10μm、天頂部幅W2が10μm、底面幅W1が85μmであり、台形凹状形状の天頂部幅W3が3μmであり、底面のV形溝の高さは10μm、天頂角は100°であり、また、ピッチは、冷陰極管側から中央部まで120μmから28μmに漸次調整変更した。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4,317cd/m、輝度ムラ0.79であり、水平半値角は44.1°、垂直半値角は37.8°であった。実施例4と比較して最大輝度は低下するが、水平半値角が大幅に拡大して視野角特性が改善されていた。
[実施例8]
この実施例8は実施例4において導光板の厚みを6mmにした場合である。実施例4と同様な方法で高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持ち、傾斜角が55°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製し、同じく実施例1と同様な方法で断面形状がV字状である溝(V形溝の高さが20μm、天頂角が100°であり、ピッチが、冷陰極管側から中央部まで350μmから50μmに漸次調整変更)である底面側のスタンパIIを作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ厚みが6mmである導光板を得た。
この導光板の両端に入光端面に沿って管面輝度49,000cd/m(一定)のCCFL光源を図3に示すように、左右に各一対ずつ配設し、光源の背方にリフレクタ4bを配設した。また、導光板1の出射面上には株式会社ツジデン製の拡散シート(商品名:D120)5aを2枚配設し、底面7及び反射端面8bには反射シート5(東レ株式会社製E60L)を配設してバックライト装置2を形成した。このようにして形成したバックライト装置2を用いて、実施例1と同様な測定装置で同様な光学測定を実施したところ、最大輝度4,500cd/m、輝度ムラ0.81であり、水平半値角は37.9°、垂直半値角は34°であった。
(比較例1)
この比較例1は実施例1において台形プリズムの底角a1、a2を10°に、V溝の頂角を100°、高さを10μmにした場合である。清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト(CA3000)を塗布し、110℃のホットプレートにて2分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−80°から+80°までの回転を120秒の速度で動作させ、その間にUV光を1400mJ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。その後は実施例1と同じ工程を経て、スタンパを作製した。作製したスタンパは高さ0.01mmで頂上部分に幅約10μmの平坦部を持ち、傾斜角が10°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパIを作製した。また、底面側のスタンパIIは実施例1と同様な方法で作製した。
これらのスタンパI及びスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて17インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板は、断面形状が台形形状である凸条及び断面形状が台形形状である凹条を備えた出射面と断面形状がV字状である溝(V形溝)を有する底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さHが10μm、天頂部幅W2が10μm、底面幅W1が123μmであり、台形凹状形状の天頂部幅W3が3μmであり、底面のV形溝の高さは10μm、天頂角は100°であり、また、ピッチは、冷陰極管側から中央部まで120μmから28μmに漸次調整変更した。
この導光板を実施例1と同一のバックライト装置に組み込み、実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度3,860cd/m、輝度ムラ0.78であり、水平半値角は43.3°、垂直半値角は38.3°であった。実施例4と比較して最大輝度が大幅に低下してしまい面光源としての機能が弱くなっている。
(比較例2)
この比較例2は、PMMA製の平板(板厚8mm)の底面に印刷ドットを付与して導光板を作製し、導光板の出射面側の平坦部上に拡散シート2枚とプリズムシート2枚を載せた場合である。
導光板の底面には入光端面から遠ざかるほど密になるように粗密を付けた白色印刷ドットを設け(導光板中央部でドット密度大)、輝度分布を所定の分布にした。この導光板の両端に入光端面に沿って光源を配設し、光源の背方にリフレクタ4bを配設し、導光板の出射面上にその溝列が入光端面に対して略平行になるように1枚のプリズムシート(住友スリーエム株式会社製BEFII)を設置し、更にその上に拡散シートを配設し、底面及び反射端面には反射シート5(東レ株式会社製E60L)を配設してバックライト装置を形成した。このようにして形成したバックライト装置の輝度性能を測定した処、最大輝度5012cd/m、輝度ムラ0.76であり、水平半値角は42°、垂直半値角は38°であった。
(比較例3)
この比較例3は、出射面にはプリズムパターンを連続的に配設し、底面にはV形溝を有するプリズム導光板の場合である。実施例1と同様な方法でV字状の反射溝(溝頂角80°、高さ0.03mm)を所定の間隔で作製した原盤を作製し、底面側用のスタンパIIを作製した。
一方、直接金型にダイヤモンドバイトで頂角90°、高さ0.05mmのV形溝を切削加工で作製し、この切削入れ子から直接電鋳を行いニッケル電鋳層を形成した。原盤を剥離して、高さ0.05mmで頂角が90°のプリズムパターンを連続的に配列させて賦型した出射面側用のスタンパIを作製した。
これらのスタンパを転写型として、実施例1と同様に射出成形法にて微細構造体を持つ導光板(板厚8mm)を得た。
得られた導光板の出射面上に拡散シート2枚載せて、実施例1と同様なバックライト装置を組み立てた。
実施例1と同様に輝度性能を測定したところ、最大輝度4、957cd/m、輝度ムラ0.75であった。
比較例3のバックライト装置において、導光板単体での輝度の角度分布を測定したところ、鉛直方向の輝度は図12に示すように低下する。これは、出射面に頂角90°のプリズムが連続的に配設されているため、鉛直方向に出射する光がほとんど無いためである。
これを解消して鉛直方向の輝度を向上させるために、拡散シート2枚を使用する必要があるが、当該部分の解消に光束が使用されるために視野角が狭くなり、水平半値角30.5°、垂直半値角は34.5°で実施例1に比べて狭くなっていた。
(比較例4)
この比較例4は、PMMA製の平板(板厚6mm)の底面に入光端面から遠ざかるほど密になるように粗密を付けた白色印刷ドットを付与して導光板を作製し、導光板の出射面側の平坦部上に拡散シート2枚とプリズムシート1枚を載せた場合である。この導光板を実施例8と同様なバックライト装置2にセットして、実施例1と同様な測定装置で同様な光学測定を実施したところ、最大輝度4,471cd/m、輝度ムラ0.78であり、水平半値角は42°、垂直半値角は33.5°であった。
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、以上の説明では、導光板は厚みが大略均一なものとして、出射面と底面とは略平行であると説明されていたが、導光板の出射面と底面とは必ずしも平行である必要がなく、一般的な導光板と同様に入射端面から遠くなるに従って厚みが漸減されていてもよい。
また、同様に突起としての台形の上底は、底面と略平行であっても、また、傾斜されていてもよい。
本発明の導光板によれば、視野角を拡大させることができると共に表面品位の低下を防ぐことができるので、面光源装置に好適に用いることができる。また、本発明の導光板を備えた面光源装置は、エッジライト式であるので、液晶バックライト装置を装着したノートパソコンに限定されずに、モニタ装置、照明公告、交通標識などの薄型の各種表示装置への応用が期待される。

Claims (12)

  1. エッジライト方式の面光源装置に用いる導光板であって、出射面、該出射面に対向する底面、及び少なくとも一側面に設けられた一次光源から出射された光を入射させる入射端面を有し、
    前記出射面には所定のピッチで形成された凸条及び凹条のパターンを備え、
    前記底面には所定のピッチで形成された凹条のパターンを備え、
    前記出射面に形成されたパターンは前記入射端面に直交するとともに前記底面に形成されたパターンは前記入射端面に平行であり、
    前記出射面では、前記凸条が台形形状であり、前記凹条が台形形状であり、該台形形状の凸条と該台形形状の凹条とが交互に配列されており、
    前記入射端面は、一つの側面または対向する両側面のみに設けられていることを特徴とする導光板。
  2. 前記出射面に形成された前記台形形状の凸条は、高さが1μm〜100μmの範囲内、傾斜角が15°〜70°の範囲内、上底が1μm〜500μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1記載の導光板。
  3. 前記出射面に形成された前記台形形状の凹条は、上底が0.1μm〜500μmの範囲内にあり、前記凸条に形成された上底の幅に対する凹条に形成された上底の幅の比が0.01〜200の範囲内にあることを特徴とする請求項2記載の導光板。
  4. 前記台形形状の凸条の上底面又は傾斜面の中、少なくとも1つ以上の面が粗面化されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の導光板。
  5. 前記台形形状の凸条の傾斜面が粗面化されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の導光板。
  6. 前記粗面化された面の表面粗さ(算術平均粗さ)が0.1μm〜10μmの範囲内であることを特徴とする請求項4又は5記載の導光板。
  7. 前記底面の凹条は、所定の間隔で形成されたV字溝であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の導光板。
  8. 前記底面のV字溝は、高さが1μm〜100μmの範囲内、頂角が60°〜120°の範囲内であることを特徴とする請求項7記載の導光板。
  9. 前記導光板は、透明樹脂により出射面および底面が一体に射出成形により成形されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の導光板。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の導光板からなる液晶表示用導光板。
  11. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の導光板と、前記導光板の入射端面に対向して設けられた一次光源と、前記導光板の底面に対向して設けられた反射シートとを少なくとも備えている面光源装置。
  12. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の導光板を製造する導光板の製造方法であって、基板上に形成されたレジスト層に対して所定のピッチで開口されたスリットを有するフォトマスクを介して光源から前記スリットの長手方向に沿う垂直面に対して一方向から他方向へ向けて角度を連続的又は段階的に変更させて平行光線を照射し断面略台形の光照射部と断面略台形の光非照射部とを形成し、前記レジスト層を現像することにより前記光照射部及び前記光非照射部に基づき形成される交互に配置された凸条及び凹条を備える導光板を得ることを特徴とする導光板の製造方法。
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