JP4913920B2 - 導光板の製造方法及び導光板 - Google Patents

Description

本発明は、導光板の製造方法及び導光板に関する。

従来から、端面から入射した光を導光板の両方の主面から射出する導光板が知られている。この様な導光板としては、特許文献１に記載された照明装置に用いられる導光板がある。

具体的には、特許文献１に記載された照明装置は、導光板と、導光板を挟装する様に配置された第１の表示パネル及び第２の表示パネルとを備える。そしてこの様な照明装置は、導光板の端面に配置されたＬＥＤ等の光源から導光板に入射された光を、導光板の両方の主面から射出させることで第１の表示パネル及び第２の表示パネルを背面から照射することとしている。

しかしながらこの様な照明装置を、例えば液晶モニタ、発光式看板等の比較的大型な装置に適用する場合、導光板から射出される光の量が十分でないことに起因して、その機能を果たすことが困難であるという問題があった。そこでこの様な導光板から射出される光の量を増加させる方法としては、特許文献２に記載された発明の様に、超音波加工により導光板に反射パターンを形成する方法がある。

特開２００７−２９９７１６公報 特開２００７−６６６９９公報

しかしながら超音波加工によりこの様な反射パターンを形成する場合、例えば超音波加工用ホーン１０１の出力を考慮すると、ホーンの加工部の大きさを一定のサイズ以上にすることができないことに起因して、導光板ワークの全面に亘って反射パターンを形成するとき超音波加工用ホーン１０１は、繰り返し導光板ワークに接触させられる。

その際、反射パターンの不均一さを調整することで、表面にムラが生じることを防止することが嘱望されている

そこで、本発明はこの様な実情に鑑みてなされたものであり、超音波加工により反射パターンを形成した場合において、反射パターンの不均一さを調整することで、表面にムラが生じることを防止することができる導光板の製造方法、導光板、及びこの様な導光板を用いた発光式看板を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明にかかる導光板の製造方法は、端面から入射した光を主面から射出する導光板の製造方法において、前記導光板の前記主面に、四角錐形状の加工ドットが縦方向及び横方向に同数個ずつ配列された超音波加工用ホーンを接触させ、前記端面から入射した光の進行方向を偏向する前記複数の加工ドットの形状にそれぞれ対応した複数の凹部からなる凹部群を正方形の領域に形成する形成工程を備え、前記形成工程では、前記超音波加工用ホーンの前記加工ドットを前記導光板に接触させて当該加工ドットの数に対応した複数の凹部からなる凹部群を形成した後、前記超音波加工用ホーンを前記導光板から離した後に平行移動させ、再度、前記超音波加工用ホーンを前記導光板に接触させ、当該動作を繰り返すことで前記導光板の表面一様に凹部を形成し、前記超音波加工用ホーンの中心を各凹部群が形成された４つの前記正方形の領域からなる大きな正方形の領域の中心に移動させ、前記加工ドットを前記導光板に接触させて前記超音波加工用ホーンに対応した所定数の凹部を形成することを特徴とする。

この様に、本発明によれば、凹部の不均一さを調整することで、表面にムラが生じることを防止することができる。

発光式看板の斜視図である。 導光板の斜視図である。 導光板を製造する際の拡大断面図である。 導光板の拡大断面図である。 導光板の拡大断面図である。 導光板の平面図である。 導光板の平面図である。 導光板の拡大平面図である。 導光板が発光している状態を示す写真である。 導光板の拡大斜視図である。 発光式看板の斜視図である。 超音波加工用ホーンの拡大斜視図である。 導光板の製造方法を説明する為の平面図である。 従来用いられていた導光板が発光している状態を示す写真である。

図１に示す様に、実施の形態にかかる発光式看板１は、導光板３と、拡散板５と、表示板７とを備える。そして、この様な発光式看板１は、導光板３の側面から入射した光を導光板３の主面から射出する。そして導光板３の主面から射出された光は、拡散板５により拡散され、表示板７の裏面から照射される。

導光板３は、図２に示す様に、例えば所定の大きさのアクリル板からなる導光板ワーク９の表面に複数の凹部１１を加工して形成される。この様な凹部１１は、導光板３の端面から導光板３に入射した光の進行方向を偏向する。そして凹部１１は、超音波加工により形成される。

凹部１１を形成する為の超音波加工装置は、上述の様に、図１２に示す様な超音波加工用ホーン１０１を備える。超音波加工用ホーン１０１の先端には、凹部１１に対応する形状の加工用ドット１０５が形成される。各加工用ドット１０５は、例えば高さ０．３ｍｍ程度の四角錐形状を備える。そして各加工用ドット１０５の底面の対角線の長さは、略１．８ｍｍ程度に形成される。そして超音波加工用ホーン１０１の先端には、この様な加工用ドット１０５が縦方向及び横方向に偶数個ずつ配列される。そして超音波加工用ホーン１０１を所定のキャリアにより移動させ、各加工用ドット１０５を導光板ワーク９の表面に接触させると、導光板ワーク９の表面には、例えば１２個×１２個の１４４個の凹部１１が形成される。そして導光板３を製造する際には、超音波加工用ホーン１０１の先端を導光板ワーク９に接触させてｈ１４４個の凹部１１を形成した後、超音波加工用ホーン１０１を導光板ワーク９から離した後に平行移動させ、再度超音波加工用ホーン１０１を導光板ワーク９に接触させる。そしてこれらの動作を繰り返し実行することで、導光板３の表面一様に凹部１１が形成される。即ち、例えば、超音波加工用ホーン１０１は、一旦導光板ワークの加工面に接触した後、例えば図１３（ａ）に示す様に、導光板ワーク１０３の加工面の左上から矢印Ａ方向に移動し、再度導光板ワーク１０３の加工面に接触する。このとき超音波加工用ホーン１０１は、各反射パターンが、隣接する反射パターンと重複しない様に移動し、加工処理を施す。そして超音波加工用ホーン１０１が導光板ワーク１０３の右端に到達すると、超音波加工用ホーン１０１は、導光板３の下方向に移動し、導光板３の左側から右側に向けて（矢印Ｂ方向）移動しながら加工処理を施す。そして、この様な一連の加工処理により形成された導光板は、図１３（ｂ）に示す様に、全面に亘って反射パターンが形成された状態となる。

また、導光板３における凹部１１が形成された主面と対向する他方の主面には、反射板１３が形成される。反射板１３は、例えばポリカーボネートフィルムを導光板３の他方の主面に貼り付けて構成される。これにより、導光板３内部において他方の主面側に導かれた光は、反射板１３により凹部１１の方向に反射される。

ところで、このような超音波加工用ホーン１０１は、例えば操作者の手作業によりキャリアに固定されるが、手作業による固定の場合、超音波加工用ホーン１０１を正確に固定することが困難である。上述の様に、各凹部１１の大きさは微小である為、超音波加工用ホーン１０１が僅かにずれて固定された場合においても、各凹部１１は不均一に形成されてしまう。例えば、図３に示す様に、超音波加工用ホーン１０１の軸が傾いていた場合、これにより形成される凹部１１は、図４に示す様に不均一な形状となる。具体的には、複数の凹部１１のうち、超音波加工用ホーン１０１が傾いている方向にある凹部１１が大きくなり、そこから遠ざかるにつれて凹部１１の大きさは小さくなる。そしてこの様に形成された複数の凹部１１の深さは不均一になり、図１４に示す様に導光板から射出される光にもムラが生じてしまう。そして特に導光板を大量生産する場合には、超音波加工用ホーン１０１が導光板ワーク９と接触する度に超音波加工用ホーン１０１の傾きが僅かにずれてしまう為、この様な現象が顕著に発生する。即ち、同図からも明らかな様に、かかる導光板の表面には、縦方向及び横方向に渡って筋が発生する。これは、超音波加工用ホーン１０１による加工の際に発生する加工痕である。すなわち、それぞれの反射パターンのサイズと比較して超音波加工用ホーン１０１は比較的大きい為、超音波加工用ホーン１０１が僅かに傾いていた場合にも、導光板の表面に形成される反射パターンの大きさにムラが生じてしまう。そして、それぞれの大きさが不均一な反射パターンが形成された導光板に光を入射させた場合、反射パターンの不均一さに起因して表面にムラが生じてしまう。

そこで本発明の目的とするところは、超音波加工用ホーン１０１が僅かに傾いている場合においても、光のムラの発生を防止することである。

この様なムラの発生を防止する為に、本発明にかかる導光板の製造方法においては、一旦、超音波加工用ホーン１０１により凹部１１を形成した後、再度、超音波加工用ホーン１０１を用いて凹部１１の大きさを調整する。換言すれば、本発明においては、超音波加工用ホーン１０１により導光板ワーク９を二度打ちすることで、凹部１１を形成した後、調整する。そして凹部１１の大きさを調整する際は、超音波加工用ホーン１０１を、凹部１１の形成時とは異なる位置に移動させた後、超音波加工用ホーン１０１を導光板ワーク９に接触させる。これにより、図５に示す様に、比較的小さい凹部１１の大きさが拡大する為、各凹部１１の大きさが比較的均一になる。また、凹部１１の大きさの調整時には、超音波加工用ホーン１０１は、凹部１１の形成時とは異なる位置であって、加工用ドットが既に形成されている凹部１１と重なる様な位置に移動し、大きさの調整を行う。

具体的には超音波加工用ホーン１０１は、図１３に示す様に、新たに形成する凹部１１が、既に形成された凹部１１に隣接する様に移動しながら加工処理を実行する。その後、超音波加工用ホーン１０１は、凹部１１の大きさの調整処理を行う。このとき超音波加工用ホーン１０１は、凹部１１の形成時とは異なる位置であって、加工用ドットが既に形成されている凹部１１と重なる様な位置に移動する。例えば、図６に示す様に、凹部１１の形成時に、超音波加工用ホーン１０１が導光板ワーク９と一度接触する際に形成される１４４個の凹部１１の集合からなる凹部１１群が形成される領域を領域Ａ１乃至Ａ３２とする。すなわち、超音波加工用ホーン１０１は、導光板ワーク９の表面に凹部１１を形成する際に３２回形成処理を行う。その後、超音波加工用ホーン１０１は、例えばその軸が、導光板ワーク９の角部近傍にある領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ９、及び領域Ａ１０の境界線の交点の上方に位置する場所まで移動する。これにより、各加工用ドットは、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ９、及び領域Ａ１０内にある凹部１１の真上に位置することとなる。そして超音波加工用ホーン１０１は、下方に移動して導光板ワーク９に接触し、超音波を用いて凹部１１の大きさを拡大させる。このとき拡大される凹部１１は、本来形成されるべき大きさよりも小さい凹部１１である。そしてこのとき超音波加工用ホーン１０１により形成される凹部１１群が形成される領域をＢ１とする。領域Ｂ１は、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ９、及び領域Ａ１０の何れかを各領域の幅又は高さの半分に相当する長さだけずれたように、且つ、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ９、及び領域Ａ１０内を均等に跨る様に形成される。そして超音波加工用ホーン１０１は、同様の処理により領域Ｂ２乃至領域Ｂ２１を形成する。そしてこのような領域Ｂ１乃至領域Ｂ２１は、図７及び図８に示す様に、領域Ａ１乃至３２の一部と重複する様に形成される。

そしてこの様に形成された導光板３の端面に光を入射させると、導光板３は、図９に示す様に発光する。尚、同図では、導光板３の主面に拡散板を配置した状態の写真を示す。同図からも明らかな様に、同図に示す導光板の光の分布は、図１４において示した導光板３の光の分布と比較して、明るい部分と暗い部分の光の強さの差が縮まっていることが解る。これは、従来用いられていた技術では、凹部１１の加工の際に凹部１１の大きさが不均一になることに起因して、他の凹部１１より小さい凹部１１により偏向された光が照射される部分が暗くなり、比較的大きい凹部１１により偏向された光が照射された部分が比較的明るくなっていた。そしてこれにより、従来用いられていた技術では、導光板３の表面にムラが生じていた。しかしながら、本発明にかかる導光板３を用いた場合、凹部１１の大きさが調整されている為、比較的小さい凹部１１がなくなる。これにより、本発明によれば、導光板３から射出される光のムラを減少させることができる。

拡散板５は、導光板３の主面から射出した光を拡散する。拡散板５は、例えばポリカーボネート樹脂を板状に形成して構成される。また、拡散板５の主面の大きさは、導光板３の主面と略同一の大きさを有する。そしてこの様な拡散板５は、一方の主面が導光板３の主面と対向する様に配置される。そして一方の主面に導光板３から射出された光が入射すると、拡散板５は、当該光を拡散し他方の主面から射出する。これにより拡散板５の他方の主面は一様に発光する。

表示板７は、所定の透光性を有するプラスチック系材料により構成される。この様な表示板７の主面には、所定の情報が印刷される。また、表示板７は、一方の主面が拡散板５の他方の主面と対向するように配置される。そして拡散板５において拡散された光が表示板７の一方の主面に入射すると、入射した光は表示板７を通過し、表示板７の他方の主面が発光する。そしてこれにより表示板７に印刷された情報の視認性が向上する。

そしてこの様な発光式看板１は、上述の構成に加え、一方の端面に近接してＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイが形成される。このとき、ＬＥＤアレイを導光板３の一方の端面に沿って形成してもよく、また、対向する２つの端面に沿って配列してもよい。また、ＬＥＤアレイを導光板３の一方の端面に沿って形成した場合、当該端面に対向する端面に反射板を配置することも可能である。これにより、発光式看板１の光の強さを一定に保つことができる。また、例えば発光式看板１を天井等に吊るす様な場合には、導光板３の上辺に対応する端面に沿ってＬＥＤアレイを形成することができる。これにより、ＬＥＤアレイの配線を簡便に行うことができると共に、導光板３の底辺に対応する端面に種々の機器を配置する必要がなくなる。

発明者等の実験によれば、以下の実験により、一方の主面に凹部を形成した導光板から発せられる光の輝度が約６００カンデラ以上であることが解った。具体的には発明者等は、幅１０００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、厚さ８ｍｍのアクリル樹脂製の導光板を用い、その幅方向の両方の端面に沿って、それぞれ１０８個のＬＥＤ素子を配列した。そして各ＬＥＤ素子間のピッチは、８．２ｍｍとした。そしてこの様なＬＥＤアレイに、直流２４Ｖの電圧で各ＬＥＤ素子当たり２０ｍＡの電流を流した。そしてこのとき、光源からの距離と、輝度の関係は、表１に示す様な関係となった。

この様に、第１の実施の形態によれば、一定の以上の輝度を保ちつつ、発光式看板１の発光面に光のムラが生じることを防止することができる。

また、上述の実施の形態においては、導光板３の片面に凹部１１を形成するものとして詳細な説明を行ったが、導光板３の両方の主面に凹部１１を形成することもできる。

この場合、一方の主面に形成処理及び調整処理を施した後、導光板ワークを反転させ、他方の主面にも同様の処理を施す。これにより導光板は、図１０に示す様に、両方の主面に一様に凹部が形成される。そして、両方の主面に形成処理及び調整処理を施した導光板は、拡散板及び表示板により挟装される。これにより、図１１に示す様に、両方向に所定の情報を表示することができる発光式看板を形成することができる。

発明者等の実験によれば、以下の実験により、両方の主面に凹部を形成した導光板から発せられる光の輝度が３００カンデラ以上であることが解った。具体的には発明者等は、幅１３８０ｍｍ、高さ２７０ｍｍ、厚さ８ｍｍのアクリル樹脂製の導光板を用い、その幅方向の一方の端面沿って１６０個のＬＥＤ素子を配列した。そして各ＬＥＤ素子間のピッチは、８．２５ｍｍとした。また、幅方向の他方の端面には、反射板を形成した。そしてこの様なＬＥＤアレイに、直流２４Ｖの電圧で各ＬＥＤ素子当たり２０ｍＡの電流を流した。そしてこのとき、光源からの距離と、輝度及び照度との関係は、表２に示す様な関係となった。

この様に、導光板の両方の主面に拡散板を配置して各面の輝度は、最低でも３００カンデラ以上であった。この様に、本発明によれば、導光板の両方の主面から光を射出させた場合においても、ムラの発生を防止した上で、発光式看板として十分な輝度を得ることができる。

尚、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、各構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明には以下の内容も含まれる。
１．端面から入射した光を第１の主面及び第２の主面から射出する導光板の製造方法において、
前記導光板の前記第１の主面に複数の加工ドットを備えた超音波加工用ホーンを接触させ、前記端面から入射した光の進行方向を偏向する前記複数の加工ドットの形状にそれぞれ対応した複数の凹部からなる第１の凹部群を形成する第１の形成工程と、
前記導光板の前記第２の主面に前記複数の加工ドットを備えた前記超音波加工用ホーンを接触させ、前記端面から入射した光の進行方向を偏向する前記複数の加工ドットの形状にそれぞれ対応した複数の凹部からなる第２の凹部群を形成する第２の形成工程とを備えること
を特徴とする導光板の製造方法。
２．端面から入射した光を第１の主面及び第２の主面から射出する導光板において、
前記第１の主面に複数の加工ドットを備えた超音波加工用ホーンを接触させて形成された前記端面から入射した光の進行方向を偏向する前記複数の加工ドットの形状にそれぞれ対応した複数の凹部からなる第１の凹部群と、
前記第２の主面に前記複数の加工ドットを備えた超音波加工用ホーンを接触させて形成された前記端面から入射した光の進行方向を偏向する前記複数の加工ドットの形状にそれぞれ対応した複数の凹部からなる第２の凹部群とを備えること
を特徴とする導光板。
３．上記２．記載の導光板と、
前記導光板の前記端面に入射する前記光を発する光源と、
一方の主面が前記導光板の前記第１の主面と対向する様に形成された第１の拡散板と、
一方の主面が前記導光板の前記第２の主面と対向する様に形成された第２の拡散板と、
一定の透光性を有する板に所定の情報が形成され、当該板の一方の主面が前記第１の拡散板の他方の主面と対向する様に配置された第１の表示板と、
一定の透光性を有する板に所定の情報が形成され、当該板の一方の主面が前記第２の拡散板の他方の主面と対向する様に配置された第２の表示板とを備えること
を特徴とする発光式看板。

１ 発光式看板
３ 導光板
５ 拡散板
７ 表示板
９ 導光板ワーク
１１ 凹部
１３ 反射板
１０１ 超音波加工用ホーン
１０３ 導光板ワーク
１０５ 加工用ドット

Claims (3)

1. 端面から入射した光を主面から射出する導光板の製造方法において、
   前記導光板の前記主面に、四角錐形状の加工ドットが縦方向及び横方向に同数個ずつ配列された超音波加工用ホーンを接触させ、前記端面から入射した光の進行方向を偏向する前記複数の加工ドットの形状にそれぞれ対応した複数の凹部からなる凹部群を正方形の領域に形成する形成工程を備え、
   前記形成工程では、前記超音波加工用ホーンの前記加工ドットを前記導光板に接触させて当該加工ドットの数に対応した複数の凹部からなる凹部群を形成した後、前記超音波加工用ホーンを前記導光板から離した後に平行移動させ、再度、前記超音波加工用ホーンを前記導光板に接触させ、当該動作を繰り返すことで前記導光板の表面一様に凹部を形成し、
   前記超音波加工用ホーンの中心を各凹部群が形成された４つの前記正方形の領域からなる大きな正方形の領域の中心に移動させ、前記加工ドットを前記導光板に接触させて前記超音波加工用ホーンに対応した所定数の凹部を形成すること
   を特徴とする導光板の製造方法。
2. 前記超音波加工用ホーンの前記加工ドットを前記導光板の加工面に接触させて当該加工ドットの数に対応した所定数の凹部からなる凹部群を形成した後、前記超音波加工用ホーンを前記導光板の加工面の左上から右方向に移動させ、再度、導光板の加工面に接触させ前記凹部群を形成し、前記超音波加工用ホーンが導光板の右端に到達すると、前記超音波加工用ホーンを前記導光板の下方向に移動させ、前記導光板の左側から右側に向けて移動しながら凹部群の形成を行い、当該動作を繰り返すことで前記導光板の表面一様に凹部を形成すること
   を更に特徴とする請求項１に記載の導光板の製造方法。
3. 前記超音波加工用ホーンの移動に際しては、隣接する凹部群が重複しないように移動させられること
   を更に特徴とする請求項２に記載の導光板の製造方法。