JP5134685B2 - 導光板及び、導光板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、入射した光に内部を伝播させ、所定の出射面から前記光を出射する導光板及び、その製造方法に関する。

近年、携帯電話やモバイルコンピュータ等の携帯機器において、１０キー部照明、ディスプレイ、各種の表示器のために導光板が搭載されていることは周知の通りである。これらの携帯機器においては、薄型化、形状の複雑化が要求されており、導光板についても同様に薄型化と、複雑な形状に対応し得る柔軟性が求められている。

従来より、導光板には、硬質なアクリル樹脂あるいはポリカーボネートの成形品が使用されることが多かった。また、導光板の側面から入射した光を表面に取り出すため、表面に微細な凹凸パターンを成形により作り込むことが多かった。図３には、従来の導光板及び周辺部材の構成例について示す。図３（ａ）は導光板及び周辺部材を入射光と平行な側面から見た図、図３（ｂ）は入射光に垂直な側面から見た図である。図３に示すように、従来の導光板２１の裏面には裏面出射プリズム２１aが形成されている。また、導光板２１の表面には表面出射プリズム２１ｂが形成されている。

そして、図３（ａ）に示す導光板２１の側面にＬＥＤモジュール２５から光が入射すると、導光板２１に入射した光の一部は、裏面出射プリズム２１ａで内部反射して導光板２１の表面出射プリズム２１（ｂ）で屈折した後、プリズムシート２４側に出射する。また、裏面出射プリズム２１ａから導光板２１の裏面側に出射した光は、反射シート２７で反射されて導光板２１に再度入射し、最終的にはプリズムシート２４側に出射する。導光板２１からプリズムシート２４側に出射した光は、プリズムシート２４のプリズムによって出射方向を調整された後、プリズムシート２４の反対面から出射する。このような従来の導光板は、成形によって形成されるため、薄型化には制約があった。また、硬質なアクリル樹脂やポリカーボネートなどの材料では、薄型化すると機械的強度が得られず破損し易くなるという不都合があった。

これに対し、薄型化のためポリカーボネートフィルムやＰＥＴフィルムが導光板の素材として使用される例も出てきた。樹脂フィルムが導光板の素材として使用される場合、成形による凹凸パターンの形成は困難であるので、導光板の裏面に反射または散乱パターンを印刷や塗装により形成し、導光板内を伝播する光を導光板の表面から出射させて取り出すこととなる。

この反射または散乱パターンは、顔料を含んだ塗料を導光板の裏面にスプレーしたり、スクリーン印刷法で印刷したりすることで形成される場合が多い。しかしながら、このような方法においては、予めマスクを製作する必要があり、費用及び時間がかかるという不都合があった。また、スプレーによる方法では均一なパターン厚みを得ることが困難で、パターンの再現性に乏しいという不都合があった。さらに、スクリーン印刷による方法においては、薄膜の形成が困難で、膜厚及び膜の断面形状の制御が困難という不都合があった。

上記の技術の他、導光板の裏面に対し、インクジェットで樹脂をレンズ形状に印刷してドットのパターンを形成する試みが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、樹脂の表面張力によって鏡面の半球形状のドットを作ることができるとされている。

しかしながら、フィルム状の導光板の基材にインクや樹脂を塗布または印刷してパターン形成する技術においては、インクまたは樹脂が硬化した後は柔軟性がないため、フィルム状の基材が変形するとインク層または樹脂層の破損や剥離が発生するおそれがあった。そのため、柔軟なエラストマーフィルムへのパターン形成は困難であった。
特開２００５−２４９８８２号公報

本発明の目的は、薄型で柔軟性が高く、且つ信頼性及び耐久性の高い導光板を提供することである。

本発明は、以下の点を最大の特徴とする。すなわち、導光板の基材を特に柔軟性の高い素材によって形成する。そして、当該基材上にインクジェットによってパターンを形成するに際して、通常、にじみが生じないように、互いに溶け合いづらい材質の組合せを選択するのに対し、前記柔軟性の高い素材に対し、敢えて、前記柔軟性に応じた所定値以上の膨潤性を示すインクを使用する。

より詳しくは、入射した光に内部を伝播させ、所定の出射面から前記光を出射する導光板であって、
平板状のエラストマー製の基材における前記出射面の反対側の面にインクジェットによって白インクのドットパターンを印刷することで形成され、
前記基材は、所定の高柔軟性のエラストマーから形成されるとともに前記白インクに対して該基材の種類に応じた所定値以上の膨潤性を示すことを特徴とする。

ここで所定の高柔軟性とは、当該導光板の用途に応じて定められる柔軟性である。そして、該基板の種類に応じた所定値の膨潤性とは、当該導光板の柔軟性を含めた特性が発揮された際に、ドットパターンに破損や剥がれが生じない程度の、基材と白インクの結合強度が得られる膨潤性である。所定の高柔軟性については導光板の用途に応じて、所定値の膨潤性は、導光板の用途に対応して選定された基材の種類に応じて、予め設計的手法、実験的手法によって求められる。

これによれば、高柔軟性のエラストマーからなる基材に、該基材がその種類に応じた膨潤性を示す白インクによってドットパターンを印刷することで導光板を形成することができる。その結果、薄型で高い柔軟性を有し、さらに基材の変形時にも、ドットパターンの破損や剥がれが生じづらい、信頼性及び耐久性の高い導光板を得ることが可能となる。

また、本発明に係る導光板においては、前記基材のショアＡ硬度は６０以上９８以下としてもよい。こうすれば、複雑な形状に変形した上で使用されまたは繰り返し変形動作が加えられる導光板として充分な柔軟性を得ることが可能となり、複雑な形状または可動形状の携帯機器の内部に導光板を配置することが可能となる。

また、本発明に係る導光板においては、前記基材の厚みは０．４ｍｍ以下としてもよい。そうすれば、薄型の携帯機器にも充分に内蔵可能な導光板を形成可能である。

また、本発明に係る導光板においては、前記高柔軟性のエラストマーはポリウレタンやアクリルゴム等であってもよい。特にポリウレタンは、導光板を複雑な形状に変形させるのに充分な柔軟性を有しているので、このことにより、より確実に、薄型の携帯機器に内蔵可能で且つ、携帯機器のキー操作による繰り返し変形にも充分に耐える導光板を形成可能である。また、ポリウレタンを基材の素材に選ぶことにより、充分に高い透明性を得ることができ、充分な光学性能を有する導光板を形成することができる。なお、ポリウレタンは加工方法によって、熱硬化性と熱可塑性に分けられる。熱可塑性ポリウレタンには成形性のため各種材料が添加されるので耐油性が劣り、また熱による収縮や変形が起きてしまうため、耐熱性が要求される用途には適用が難しい。従って、本発明の基材の素材としては、熱可塑性ポリウレタンよりも熱硬化性ポリウレタンが好ましい。

また、本発明に係る導光板においては、前記所定値以上の膨潤性とは、前記白インクに前記基材を１時間浸漬した後の前記基材の重量増加が１０％以上となるような膨潤性であるようにしてもよい。

特に前記基材の種類がポリウレタンである場合に、基材の白インクに対する膨潤性がこの条件を満たせば、通常の携帯機器におけるキー操作に対応可能な柔軟性を確保できるとともに、基材と白インクの間の密着性、結合力を充分に大きくすることができる。その結果、例えば携帯電話の１０キー用の導光板として充分な柔軟性と耐久性とを両立することができる。

また、本発明は、所定の高柔軟性を示すエラストマーからなる平板状の基材にインクジェットによってＵＶ硬化性の白インクをドット状に塗布し、
前記白インクの塗布の直後にＵＶ照射によって前記白インクを硬化させる導光板の製造方法であって、
前記白インクとして、前記基材が該白インクに対して、該基材の種類に応じた所定値以上の膨潤性を示すものを用いることを特徴とする導光板の製造方法であってもよい。

ここでも、所定の高柔軟性とは、当該導光板の用途に応じて定められる柔軟性である。そして、該基板の種類に応じた所定値の膨潤性とは、当該導光板の柔軟性を含めた特性が発揮された際に、ドットパターンに破損や剥がれが生じない程度の、基材と白インクの結合強度が得られる膨潤性である。所定の高柔軟性については導光板の用途に応じて、所定値の膨潤性は、導光板の用途に対応して選定された基材の種類に応じて、予め設計的手法、実験的手法によって求められる。

この製造方法によれば、高柔軟性のエラストマーからなる基材に、該基材がその種類に応じた膨潤性を示す白インクによってドットパターンが形成された導光板を製造することが可能である。すなわち、薄型で高い柔軟性を有し、さらに基材の変形時にも、ドットパターンの破損や剥がれが生じづらい、信頼性及び耐久性の高い導光板を製造することが可能となる。

また、本発明に係る導光板の製造方法において、前記高柔軟性のエラストマーはポリウレタンであってもよい。また、前記所定値以上の膨潤性とは、前記白インクに前記基材を１時間浸漬した後の前記基材の重量増加が１０％以上となるような膨潤性であってもよい。

なお、上記の手段は、可能な限り互いに組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、薄型で柔軟性が高く、且つ信頼性及び耐久性の高い導光板を提供することができる。

本発明の実施例に係る導光板の製造工程を説明するための図である。 本発明の実施例に係る導光板の作用を説明するための図である。 従来技術に係る導光板の使用例について説明するための図である。

符号の説明

１・・・導光板
２・・・白インク（液滴）
３・・・白インクのドット
３ａ・・・結合部
５・・・ＬＥＤモジュール
６・・・インクジェットヘッド
８・・・ＵＶ硬化装置
２１・・・導光板
２１ａ・・・裏面出射プリズム
２１ｂ・・・表面出射プリズム
２４・・・プリズムシート
２５・・・ＬＥＤモジュール
２７・・・反射シート

以下、本発明に係る導光板の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本実施の形態における導光板の製造過程についての概略図を示す。図１においては、導光板の基材１として、導光板の用途に応じた薄く且つ柔軟性のある材料が選定される。また、敢えて基材１が、その種類に応じた膨潤性を示す白インクの組成を選定して、図１（ａ）に示す如くインクジェットヘッド６から白インク２の液滴を噴射するインクジェット法によって白インクのドット印刷を行う。

そうすると、図１（ｂ）に示すように、基板１上に付着した白インクのドット３と基板１との境界部分において、白インクが基板１内に侵入、分散する。そして、その状態で図１（ｃ）に示すように、ＵＶ硬化装置８によってＵＶ光を照射することで白インク３を硬化する。これにより白インクのドット３自体が硬化するとともに、基板１内に侵入、分散している白インクも硬化して、強固な結合部３ａを形成する。このことにより、白インクによるドット３と基材１との密着性及び結合強度を増大させることが可能である。

次に、図２を用いて、図１で示した方法で製造した導光板の作用について簡単に説明する。図２に示すように、導光板の基材１には、側面からＬＥＤモジュール５によって光が入射される。基材１に入射された光は基材１内部を伝播するとともに、一部は基材１の裏面に出射しようとする。裏面に出射しようとした光は、白インクのドット３内の顔料で散乱され、あるいは白インクのドット３と外部との境界面で反射されることにより基材１の表面側から出射される。これにより、ＬＥＤモジュール５から入射された光を、白インクのドット３の集合としてのドットパターンによって、に基材１の表面側から均一に出射させることができる。

なお、本実施の形態においては、インクジェット法を用いているので、白インク２の液滴の量を詳細に調整することができ、基材１上における白インクのドット３の径及び厚みを詳細に制御することが可能である。

また、インクジェット法は画像形成の自由度が高く、変更も容易であるので、ドットパターンを高い自由度で形成することが可能である。また、パターン形成、変更に必要な時間も短時間で済むので、工期も大幅に短縮することができる。

なお、本実施の形態においては、基材１の厚みは０．４ｍｍ以下が望ましい。そうすれば、基材１の素材としてのフィルムの成形工程、インクジェットによってパターンを形成する工程における取り扱いも容易となり、導光板の薄型化に貢献することができる。

また、特に最近の携帯電話用のバックライトに対する薄型化の要求はさらに厳しくなっており、基板１の厚みは０．０５〜０．２５ｍｍの範囲とすることが特に望ましい。

また、基材１の素材としてはゴム状の材質が望ましい。そうすれば、凹凸のある部材表面や曲面に基材１を無理なく貼り付けることができ、例えば携帯電話の内部に導光板を配置する場合のように、複雑な形状、限られたスペースに組み込む必要があるときにも、無理なく対応が可能である。なお、基材１のショアＡ硬度としては６０〜９８が望ましい。こうすれば、複雑な形状に変形した上で使用されまたは繰り返し変形動作が加えられる導光板の機材として充分な柔軟性を得ることが可能となり、複雑な形状または可動形状の携帯機器の内部への配置することが可能となることが、実験等により分かっている。

<実施例１>
次に、本発明の実施例１について説明する。本実施例においては、基材１としては厚み２００μｍの熱硬化性ポリウレタンフィルムを使用した。また、印刷用インクとしては、白色ＵＶ硬化インクＡ（主剤：光重合組成物７０〜９０ｗｔ％、顔料：二酸化チタン１０〜２０ｗｔ％、その他：重合開始剤５ｗｔ％以下）を用いた。なお、インクジェットヘッド６はピエゾ式のものを用い、３６０ｄｐｉ、液滴量１４ｐｌの条件で使用した。また、ＵＶ硬化装置はＳｕｂｚｅｒｏ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ社製）を用いた。

<膨潤性試験>
本実施例における白色ＵＶ硬化インクＡと基材１との結合強度を他の基材との組合せと比較するために、各基材と白色ＵＶ硬化インクＡとの組み合わせによる膨潤性試験を行なった。なお、膨潤性試験は、各基材シートサンプルを室温（２５℃）で白色ＵＶ硬化インクＡに１時間浸漬し、浸漬前後の重量変化を測定することによって行なった。得られた結果を表１に示す。

ここで、インクの膨潤性「大」は重量増加が１０％以上の場合、インクの膨潤性「中」は重量増加が１〜１０％の場合、インクの膨潤性「小」は重量増加が１％以下の場合を示す。試験した基材の中では、ポリウレタンにおけるインクの膨潤性が最も大きいことが分かる。このことは、熱硬化性ポリウレタンフィルムと白色ＵＶ硬化インクＡとの組合せにおいて、白色ＵＶ硬化インクＡの基材への侵入性、分散性が最も高く、最も大きい結合強度が得られることを示している。

<剥離耐久試験>
本実施例における熱硬化性ポリウレタンフィルムと白色ＵＶ硬化インクＡとの組合せに係る導光板に対する剥離耐久試験として、打鍵試験を、押し荷重：６００ｇ、打点先端形状：φ１０ｍｍ、７．５Ｒ、ゴム硬度：６５、打点回数：１００万回の条件で実施した。その結果、ドットパターンの剥がれは見られなかった。従って、この基材と白インクの組合せによって充分に携帯機器のキー操作による変形に耐え、実使用が可能な導光板が得られたと言える。

一方、上記の膨潤性試験においてインクの膨潤性が「中」であった、シリコン（ゴム）と、白色ＵＶ硬化インクＡの組合せで形成した導光板に対して同様の打鍵試験を行なったところ、ドットパターンの剥がれが観察された。

以上、説明したとおり、本実施例では、基材１として厚み２００μｍの熱硬化性ポリウレタンフィルムを、白インクとして上述の白色ＵＶ硬化インクＡを用いた。この組合せにおいて、室温（２５℃）での１時間浸漬によって１０％以上の重量増加が得られた。この膨潤性によって、導光板として充分な基材と白インクとの結合強度、耐久性が得られた。

ここで、基材１として、熱硬化性ポリウレタンフィルムを選定した場合には、例えば携帯機器におけるキー操作部分を光らせる目的に充分な光学的性能（透過率）及び柔軟性が得られることが判っている。また、本実施例において、熱硬化性ポリウレタンフィルムの基材１に対しては、基材１と白インクとの間に、室温（２５℃）での１時間浸漬によって１０％以上の重量増加が得られる程度の膨潤性があれば、導光板として充分な基材と白インクとの結合強度、耐久性が得られることが判った。

従って、熱硬化性ポリウレタンフィルムと白色ＵＶ硬化インクＡとの組み合わせによって、携帯機器に適用する導光板として充分な光学特性、柔軟性及び信頼性、耐久性を得ることが可能となった。また、本実施例に係る導光板においては、基材１として厚み２００μｍの熱硬化性ウレタンフィルムが用いられているので、より薄型の携帯機器に使用可能である。

また、シリコンゴムに対しては、基材１と白インクとの間に室温（２５℃）での１時間浸漬によって１０％以上の重量増加が得られなかった（実際には７〜８％）。本実施例においては、この程度の膨潤性があっても、導光板として充分な基材と白インクとの結合強度、耐久性が得られなかったと言える。

<実施例２>
本実施例においては、さらに、実施例１とは異なる白インクを選定して実施例１と同様な試験を行なった。本実施例においても、熱硬化性ポリウレタンフィルムの基材との組合せにおいて充分な結合強度が得られることが確認された。

本実施例においては、以下の構成で白インクの印刷を行った。基材１としては厚み２００μｍの熱硬化性ポリウレタンフィルムを使用した。また、白インクとしては、白色ＵＶ硬化インクＢ（主剤：アクリル酸エステル６５〜７５ｗｔ％、顔料：二酸化チタン１５〜２５ｗｔ％）を用いた。なお、インクジェットヘッド６及びＵＶ硬化装置８は実施例１と同等のものを用いた。

この基材とインクの組合せに対して、実施例１と同様の方法で、膨潤性試験及び打鍵試験を行なったところ、同様の結果を得ることができた。

また、本発明においては、基材１の種類と、必要な膨潤性との関係を予め実験的に調査してマップ化しておいてもよい。そうすれば、基材１と、白インクとを選定して膨潤性試験を行なえば、その組合せで充分な耐久性を有する導光板が形成可能か否かを瞬時に判断することができる。また、導光板に必要とされる耐久性は導光板の用途によって異なるので、このマップを、用途毎に作成するようにしてもよい。

Claims (3)

1. 入射した光に内部を伝播させ、所定の出射面から前記光を出射する導光板であって、
   平状のエラストマー製の基材における前記出射面の反対側の面にインクジェットによって白インクのドットパターンを印刷することで形成され、
   前記基材は、所定の高柔軟性のエラストマーとしての熱硬化性ポリウレタンから形成され、ショアＡ硬度は６０以上９８以下であるとともに、前記白インクに前記基材を１時間浸漬した後の前記基材の重量増加が１０％以上となるような膨潤性を示すことを特徴とする導光板。
2. 前記基材の厚みは０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 所定の高柔軟性のエラストマーとしての熱硬化性ポリウレタンから形成され、ショアＡ硬度は６０以上９８以下の平板状の基材にインクジェットによってＵＶ硬化性の白インクをドット状に塗布し、
   前記白インクの塗布の直後にＵＶ照射によって前記白インクを硬化させる導光板の製造方法であって、
   前記白インクとして、前記基材が該白インクに対して、該白インクに前記基材を１時間浸漬した後の前記基材の重量増加が１０％以上となるような膨潤性を示すものを用いることを特徴とする導光板の製造方法。

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