JP5646985B2 - 導光板及び導光板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルや電子看板などのバックライトユニットあるいは照明用の面発光装置に使用される導光板及びその製造方法に関する。詳しくは、導光板の表面に形成される輝度均斉化のための微細凹凸パターン加工の改良に関する。

液晶表示パネルや看板などの背面から光を照射するバックライト、面発光装置は、光源を面状に配置して拡散板等によって面均一発光を達成する直下型と、線光源を導光板の端面に配置したエッジライト型とが知られている。

近年では、より薄型で軽量、省エネ型のものが望まれてきており、そのような面発光装置として導光板を用いるエッジライト型が着目され、特に、光源として従来の蛍光灯や冷陰極管に代わり、高輝度で長寿命、省エネの観点からＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたものが注目されつつある。

このようなエッジライト型面発光装置は、導光板の少なくとも一方の端面に接するライト（光源）、導光板、導光板の射出面側の拡散板および導光板の背面（裏面）側の反射板から構成される。導光板の背面側（反射面）には、光源からの距離の差を補償、相殺し、射出面の輝度をその全面で均斉化するために反射勾配あるいは散乱勾配を設けた微細なパターンが形成される。なお、一般にエッジライト型面発光装置には、導光板の一端にのみ線光源が配されたいわゆる片エッジライト型と導光板の相対する両端にそれぞれ線光源が配されたいわゆる両エッジライト型がある。
片エッジライト型に用いられる導光板の反射面は先端に向かって上方に傾斜する楔形にされ、両エッジライト型の場合の導光板の厚みは一定にされるか、中央部の厚みが漸減するようなものが用いられる。

また、導光板には、成形性、加工性あるいは軽量化の観点から透明な熱可塑性樹脂、例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ノルボルネン系樹脂などのポリオレフィン、セルロースアセテート系樹脂等が使用されている。

この導光板においては、光源からの光が導光板のエッジ端面（入射面）から入射し、導光板と空気との界面の光学的密度差に伴い反射を繰返しながら進行しつつ、反射面に入射すると、光が反射し、導光板と空気との界面において臨界角以下になって、導光板の表面部分（射出面）から外部に射出されるのである。

輝度均斉化のための微細パターンについていえば、導光板の裏面（反射面）にドット状の微細凹凸パターン（以下、輝度均斉化微細パターンという）を形成し、導光板内の光を散乱、拡散させて出射効率を向上させ、輝度を均斉化する種々の工夫がなされてきた。
例えば、特許文献１、特許文献２に記載の導光板は、輝度の均一性を高めるために、光源からの距離に応じて密度が高まる微細凹凸パターンすなわち輝度均斉化微細パターンを反射面に形成している。このパターンを形成する方法としては、スクリーン印刷などが用いられている。

また、特許文献３に記載の導光板は、導光板の輝度の均斉性を高めるために、反射面に、光散乱部（輝度均斉化微細パターン）が形成され、その光散乱面は、光源から遠ざかるに従って変化するように形成（グラデーション分布）されている。つまり、光源からの光強度は一般的に光源から遠ざかるにつれ低下するので、それに応じて個々の光散乱部の面積を変化させ、光散乱の分布が一様になるように形成されている。具体的には、光入射面から相対する一辺に向かって単調増加的に光散乱面積が増大するように形成されている。

しかしながら、スクリーン印刷方式では、印刷技術の限界とインクの材料自体の問題から、滲み発生及び印刷抜け現象などが生じる。
そこで、特許文献４、特許文献５に記載されているように光源からの光の出射効率を安定的に向上させるために、金型を使用して、輝度均斉化微細パターンを形成する方法が知られている。しかしながら、上記方法は金型を使用しているため、輝度ムラの修正が必要になった場合は金型自体を修正しなければならず、金型修正と成型による改善確認の工程を繰返し行う必要があることから、修正時間が大幅にかかるという問題がある。また、修正は金型自体の修正であるため、いったん修正したものを復元させるということはできず、その結果再現性がないという致命的な問題があった。

このような問題を解決するために、インクジェット方式で導光板の裏面にドット状に凸パターンを印刷する方法が提案（特許文献６参照）されている。金型製作に要していた複雑な工程と異なり大幅な製作時間の短縮が可能となり、導光板一枚に所望の輝度均斉化微細パターンをインクジェットで製作する時間は数秒単位であるため、作業効率の向上が図れる。もちろん、輝度ムラの修正については、インクジェットの噴出ノズルの高さ、噴出圧力、噴出量、噴出材料の粘性を変えることでドット状の凹凸パターンをある程度任意の大きさ・形状に作成することができ、半球形状、楕円形状、三角形状、四角形状などの多角形状のドットを作ることもできる。なお、印刷するインクの改良も進んでおり、近年では光拡散性微粒子を含有したインクも知られている。（特許文献７、８参照）

一方、特許文献９には、レーザー装置を用いて輝度均斉化微細パターンを形成する方法が提案されている。各ドット別にレーザー出力量などを制御してドット形状を個別に形成することにより輝度を向上させることができる。
しかしながら、この技術では高輝度を可能とする導光板を製造することができるが、レーザー加工での加工時間が長くなり、その結果、一枚当りにかかる製造コストも高くなるという問題があった。

上記の問題を解決するために、本発明者は、高輝度を可能とし、比較的短時間で反射面に、輝度均斉化微細パターンを形成することができる導光板として、輝度均斉化微細パターンが、印刷された凸パターンと、レーザー穿設された凹パターンの両方から形成されている導光板を提案（特願２０１０−２７７１７６号）した。
本発明者は、さらに検討を進めた結果、スクリーン印刷の際には、特に導光板の縁部（周囲部分）に印刷漏れなどが起こりやすく、その結果印刷不良となり、導光板としてよい性能のものを得ることが難しいことが分かった。

特開平３−５７２５号公報 特開平３−６５２５号公報 特開平４−１６２００２号公報 特開平６−２６５７３１号公報 特開２００７−２１４００１号公報 特開２００５−２４９８８２号公報 特開２０１０−１４６７７１号公報 特開２０１０−１７７１３０号公報 特開２００９−４３７０８号公報

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、スクリーン印刷の問題点である導光板の縁部の印刷漏れを防止し、比較的短時間（加工時間の短縮化）で反射面に完全な輝度均斉化微細パターンを形成した導光板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）光を端面から入射し、一方の表面の射出面から射出し、前記射出面に対面する反射面には、輝度均斉化微細パターンが形成されている導光板において、
前記輝度均斉化微細パターンが、縁部以外にスクリーン印刷された凸パターンと、前記縁部にレーザー穿設された凹パターンとから形成されていることを特徴とする導光板；
（２）光を端面から入射し、一方の表面の射出面から射出し、前記射出面に対面する反射面には、輝度均斉化微細パターンが形成されている導光板の製造方法において、
縁部以外をスクリーン印刷により凸パターンを印刷し、次いで前記縁部にレーザー穿設により凹パターンを形成して前記輝度均斉化微細パターンを形成することを特徴とする導光板の製造方法；
（３）前記凸パターン及び前記凹パターンがドット状であることを特徴とする（１）記載の導光板；
（４）前記凸パターン及び前記凹パターンがドット状であることを特徴とする（２）記載の導光板の製造方法；
である。

本発明の導光板及びその製造方法は、輝度均斉化微細パターンの形成方法として、導光板全面にスクリーン印刷方式で凸パターンを形成すると導光板の縁部に印刷漏れが発生するという問題あるいは印刷抜けが生ずるという問題を、レーザー穿設方式で補うことにより、従来のスクリーン印刷方式とさほど加工時間が変わらなく、かつ高輝度を可能とする導光板を製造することができる。

本発明に係る両エッジライト型面発光装置用の導光板の一実施例の簡略化した図であって、［図１（a）］スクリーン印刷により縁部以外に凸パターンを形成した状態の模式的斜視図、［図１（ｂ）］は、その縁部にレーザー穿設により凹パターンを形成した（完成品）の模式的斜視図、［図１（c）］は、［図１（ｂ）］のＸ―Ｘ’断面図である。 本発明に係る両エッジライト型面発光装置用の導光板の他の実施例の簡略化した図であって、［図２（a）］スクリーン印刷により凸パターンを形成した状態（印刷抜けあり）の模式的斜視図、［図２（ｂ）］は、その印刷抜け部にレーザー穿設により凹パターンを形成した（完成品）の模式的斜視図、［図２（c）］は、［図２（ｂ）］のＸ―Ｘ’断面図である。

以下、図面に基き本発明を詳細に説明する。
図１に示した実施例は、射出面１Ａ、これに対面する反射面１Ｂを有し、両端面の入射面１Ｃを有する両エッジライト型用の導光板１であって、その輝度均斉化微細パターンの形成、加工に際して、先ず、導光板の反射面外面の縁部以外にスクリーン印刷により凸パターン１１を形成する（［図１（a）］）。次いで、残された四周縁部にレーザー穿設により凹パターン１２を形成して、輝度均斉化微細パターン（[図１（ｂ）]）を完成する。
なお、[図１（a）]、[図１（ｂ）]における“←光”は光源を示す。

言うまでもないが、図における輝度均斉化微細パターンは模式的に示してあるので実際の微細凹凸の数はもっと多く存在し、その微細パターン設計は従来公知の方法を採用できる。また、微細凹凸パターンの形状は円点、ドット状のものを示したが、必要に応じて、角点、円錐状、角錐状など、場合によっては、微細線状の凹凸など適宜の形状を採用できる。また、本実施例においては、仮に、中央部のスクリーン印刷凸パターンに印刷抜けが生じた場合でもその部分にレーザー穿設凹パターンを形成して補完することもできる。

本実施例における導光板の製造方法は、前述の通り、導光板縁部を除いてスクリーン印刷により凸パターンを形成し、その後、縁部をレーザー穿設により凹パターンを形成して輝度均斉化微細パターンを完成させる。この方法においては、予めスクリーン印刷での印刷漏れが多いとされる導光板縁部を除いた大部分については加工時間の早いスクリーン印刷方式を採用するので加工時間の短縮化が図れ、性能のよい導光板が製造できるのである。

図２に示した実施例は、射出面２Ａ、これに対面する反射面２Ｂを有し、両端面の入射面２Ｃを有する両エッジライト型用の導光板２であって、その輝度均斉化微細パターンの形成、加工に際して、先ず、導光板の反射面外面の全面にスクリーン印刷により凸パターン２１を形成する（[図２（a）]）。次いで、この導光板の輝度均斉化微細凸パターンを、目視あるいは光学的自動測定により検査し、印刷抜けを特定し、該当箇所にレーザー穿設により凹パターン２２を形成して微細パターンを修復して輝度均斉化微細パターンを完成させる。
なお、[図２（a）]、[図２（ｂ）]における“←光”は光源を示す。

この方法においては、スクリーン印刷において、以前から問題となっているスクリーンの目詰まりによる印刷抜けが発生しても、容易に輝度均斉化微細パターンを修復することができ、製品の生産歩留まりを大きく改善でき、また、結果として、スクリーンの使用時間を延長できる。
なお、本実施例のものにおいても、図１の実施例において説明した微細パターンの形状、あるいはパターン設計に関する公知の任意の技術を採用できることは言うまでもない。

なお、上述の各実施例においては、両エッジライト型の導光板を説明したが、本発明が両エッジライト型の導光板に限らず、片エッジライト型の導光板あるいは場合によって三方、四方に光源を配した導光板にも適用できることは言うまでもない。ただ、スクリーン印刷を採用する関係で平板、平面的な導光板が多い両エッジライト型に本発明を適用し易いとはいえる。
また、片エッジライト型の導光板の輝度均斉化微細パターンは、従来から、ドットの形状、大きさ、ピッチなどを入射面から遠ざかるにつれて変化させるものが知られており、このようなパターンも本発明に適用可能なこともいうまでもない。

前記各実施例の説明に際しても述べたが、印刷された凸パターンとレーザー穿設された凹パターンの密度、形状などは、導光板の要求性能に応じて適宜調整（例えば従来から知られているグラデーション分布を形成するなど）すればよい。また、印刷インクも従来公知のものが使用できる。

本発明は、エッジライト型の導光板に関するものであり、液晶表示装置のバックライトユニットなどの面発光装置に好適に用いられる。

１、２ 導光板
１Ａ、２Ａ 射出面
１Ｂ、２Ｂ 反射面
１Ｃ、２Ｃ 入射端面
１１、２１ 凸パターン
１２、２２ 凹パターン

Claims (4)

1. 光を端面から入射し、一方の表面の射出面から射出し、前記射出面に対面する反射面には、輝度均斉化微細パターンが形成されている導光板において、
   前記輝度均斉化微細パターンが、縁部以外にスクリーン印刷された凸パターンと、前記縁部にレーザー穿設された凹パターンとから形成されていることを特徴とする導光板。
2. 光を端面から入射し、一方の表面の射出面から射出し、前記射出面に対面する反射面には、輝度均斉化微細パターンが形成されている導光板の製造方法において、
   縁部以外をスクリーン印刷により凸パターンを印刷し、次いで前記縁部にレーザー穿設により凹パターンを形成して前記輝度均斉化微細パターンを形成することを特徴とする導光板の製造方法。
3. 前記凸パターン及び前記凹パターンがドット状であることを特徴とする請求項１記載の導光板。
4. 前記凸パターン及び前記凹パターンがドット状であることを特徴とする請求項２記載の導光板の製造方法。