JP6260741B2 - ガラス板 - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス板及びガラス板の製造方法に関する。
近年、液晶テレビ、タブレット端末やスマートフォンに代表される携帯情報端末等に液晶表示装置が設けられている。液晶表示装置は、バックライトとしての面状発光装置と、この面状発光装置の光出射面側に配置される液晶パネルとを有している。
面状発光装置は直下型とエッジライト型があるが、光源の小型化を図ることができるエッジライト型が多用されている。エッジライト型の面状発光装置は、光源、導光板、反射シート、及び拡散シート等を有している。
光源からの光は、導光板の側面に形成された入光端面(単に入光面ともいう)から導光板内に入射する。導光板は、液晶パネルと対向する光出射面と反対側の面である光反射面に複数の反射ドットが形成されている。反射シートは光反射面と対向するよう配置され、拡散シートは光出射面と対向するよう配置される。
光源から導光板に入射した光は、反射ドット及び反射シートに反射され、光出射面から出射される。この光出射面から出射された光は、拡散シートで拡散された上で液晶パネルに入射される。
この導光板の材質としては、透過率が高く耐熱性に優れたガラス板を用いることができる(特許文献1,2参照)。
特開2013−093195号公報 特開2013−030279号公報
ガラス板を導光板として用いる場合、ガラス板の切断面(端面)が入光端面となるよう配置する。ここで、切断面の状態によっては、光出射面内において出射される光の輝度が場所によりばらつく現象(以下、輝度ムラという)が発生し、光学特性の悪化という問題が生ずる場合があった。
上記光出射面の輝度ムラの問題を防ぐために、入光端面を加工することが検討されてきている。しかしながら、光出射面の輝度ムラを抑制するために入光端面の表面状態をどのようにすべきか、従来十分に考慮されていなかった。
本発明のある態様の例示的な目的の一つは、導光板として用いた場合に、輝度ムラを抑制できるガラス板及びガラス板の製造方法を提供することにある。
本発明のある態様によると、
第1面と、
前記第1面に対向する第2面と、
前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面とを有するガラス板であって、
前記第1端面の周期構造をパワースペクトルで表したとき、前記パワースペクトルの形状は、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sが1mm−1未満であり、
前記パワースペクトルの形状は、空間周波数が1〜10mm −1 の範囲における最大ピーク強度I と、前記最大ピーク位置S におけるピーク強度I の比I /I が50%以下であることを特徴とするガラス板が提供される。
本発明のある態様によると、導光板として用いた場合に、輝度ムラを抑制できるガラス板及びガラス板の製造方法を提供することができる。
図1は、ある実施形態であるガラス板を導光板として用いた液晶表示装置を示す概略構成図である。 図2は、導光板の光反射面を示す図である。 図3は、導光板の斜視図である。 図4は、導光板に形成される面取りを説明するための図である。 図5は、ある実施形態であるガラス板の製造方法の工程図である。 図6は、ある実施形態であるガラス板の製造方法の切断構成を説明するための図である。 図7は、鏡面加工工程を説明するための図である。 図8は、入光端面のうねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSmと、光源からの平行光の焦点距離の関係を示す図である 図9は、試料1〜5の入光端面のパワースペクトル分布である。 図10は、試料6〜9の入光端面のパワースペクトル分布である。
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に指定しない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。また、以下説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
<液晶表示装置>
図1は、本発明のある実施形態であるガラス板を用いた液晶表示装置1を示している。液晶表示装置1は、例えば携帯情報端末等の小型・薄型化が図られた電子機器に搭載される。液晶表示装置1は、液晶パネル2と面状発光装置3とを有している。
液晶パネル2は、中心に配設される液晶層を挟むよう配向層、透明電極、ガラス基板及び偏光フィルターが積層される。また液晶層の片面には、カラーフィルターが配設されている。液晶層の分子は、透明電極に駆動電圧を印加することにより配向軸周りに回転し、これにより所定の表示を行う。
面状発光装置3は、小型化及び薄型化を図るためエッジライト型を採用している。面状発光装置3は、光源4、導光板5、反射シート6、拡散シート7、及び反射ドット10A〜10Cを有している。光源4から導光板5に入射した光は、反射ドット10A〜10C及び反射シート6に反射されつつ進行し、導光板5の液晶パネル2と対向した光出射面51から出射される。この光出射面51から出射された光は、拡散シート7で拡散された上で液晶パネル2に入射される。また、光源4から放射状に発射される光の導光板5への入射効率を高めるため、光源4の背面側にはリフレクタ8が設けられている。
光源4は、特に限定されるものではないが、熱陰極管、冷陰極管、或いはLED(Light Emitting Diode)を用いることができる。この光源4は、導光板5の入光端面53と対向するよう配置される。
反射シート6は、アクリル樹脂等の樹脂シートの表面に光反射部材を被膜した構成とされている。この反射シート6は、導光板5の光反射面52及び非入光端面54、55及び56に配設されてもよい。光反射面52は、導光板5の光出射面51に対向する面である。非入光端面54〜56は、導光板5の端面で入光端面53を除く面である。反射シート6は少なくとも入光端面53に対向する非入光端面56には配設されることが好ましい。これにより、入光端面53から入射した光が導光板5の内部で反射されながら光の進行方向に向けて(図1及び図2における右方向に向けて)進み、非入光端面56に到達した場合に、反射シート6により再度導光板5の内部に反射させることができる。また、反射シート6はより好ましくは非入光端面54、55にも配設される。これにより、導光板5の内部で散乱した光が非入光端面54、55に到達した場合に、反射シート6により再度導光板5の内部に反射させることができる。反射シート6を用いる以外に、導光板5の光反射面52及び非入光端面54〜56に印刷等により反射膜を形成してもよい。
反射シート6を構成する樹脂シートの材質は、アクリル樹脂に限定されず、例えば、PET樹脂などのポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、およびそれらを組み合わせてなる材料などを用いることができる。反射シート6を構成する光反射部材としては、例えば、金属蒸着フィルムなどを用いることができる。
非入光端面54〜56に配設される反射シート6には粘着剤が設けられることが好ましい。反射シート6に設けられる粘着剤としては、例えば、アクリル樹脂やシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、合成ゴムなどを用いることができる。反射シート6の厚みは特に限定されないが、例えば0.01〜0.50mmのものを用いることができる。
拡散シート7には、乳白色のアクリル樹脂製フィルム等を用いることができる。拡散シート7は、導光板5の光出射面51から出射した光を拡散するため、液晶パネル2の背面側には輝度ムラのない均一な光を照射することができる。なお、反射シート6及び拡散シート7は、導光板5の所定位置に例えば粘着により固定される。
<ガラス板およびガラス導光板>
次に、導光板5となるガラス板、および導光板5について説明する。
導光板5は、透明度の高いガラス板により構成されている。本実施形態では、導光板5として用いられるガラス板の材料として、多成分系の酸化物ガラスを用いている。この導光板5は、図1に加えて図2〜図5に示すように、光出射面51(第1面)、光反射面52(第2面)、入光端面53(第1端面)、非入光端面54〜56(第2端面)、入光側面取り面57(第1面取り面)、及び非入光側面取り面58(第2面取り面)を有している。
光出射面51は、液晶パネル2と対向する面である。本実施形態では、光出射面51は平面視した状態(光出射面51を上から見た状態)で矩形状とされている。しかしながら、光出射面51の形状はこれに限定されるものではない。この光出射面51の大きさは液晶パネル2に対応して決定されるため、特に限定されるものではない。本実施形態では、光出射面51のサイズを200〜1200mm×100〜700mmとしている。
光反射面52は、光出射面51と対向する面である。光反射面52は、光出射面51に対して平行となるよう構成されている。また光反射面52の形状及びサイズは、光出射面51と同一となるよう構成されている。しかしながら、光反射面52は光出射面51に対して必ずしも平行とする必要はなく、段差や傾斜を設けた構成としてもよい。また光反射面52のサイズも光出射面51と異なるサイズとしてもよい。
光反射面52には、図2に示すように、反射ドット10A〜10Cが形成されている。この反射ドット10A〜10Cは、白色インクをドット状に印刷したものである。入光端面53から入射した光の輝度は高く、導光板5内で反射して進むことにより輝度が低下する。このため本実施形態では、入光端面53から光の進行方向に向けて(図1及び図2における右方向に向けて)、反射ドット10A〜10Cの大きさを異ならせている。具体的には、入光端面53に近い領域における反射ドット10Aの直径(L)は小さく設定されており、これより光の進行方向に向かうに従い反射ドット10Bの直径(L),反射ドット10Cの直径の半径(L)が大きくなるよう設定されている(L<L<L)。このように、各反射ドット10の大きさを導光板5内の光の進行方向に向けて変化させることにより、光出射面51から出射する出射光の輝度を均一化でき、輝度ムラの発生を抑制することができる。なお、各反射ドット10の大きさの代わりに、各反射ドット10の数密度を導光板5内の光の進行方向に向けて変化させることによっても、同等の効果を得ることができる。また、各反射ドット10の代わりに、入射した光を反射するような溝を光反射面52に形成することや、各反射ドット10を印刷した透明樹脂シートを導光板5に貼り付けたり、各反射ドット10を印刷した透明樹脂シートを導光板5に載置することによっても、同等の効果を得ることができる。
本実施形態では、光出射面51と光反射面52との間に4つの端面が形成される。4つの端面の内、第1端面である入光端面53は、前記した光源4から光が入光される面である。第2〜第4端面である非入光端面54〜56は、光源4から光が入光されない面である。
<入光端面>
入光端面53は、鏡面であることが好ましい。本実施形態において、入光端面53のうねり曲線要素の平均高さWc(単位:μm)とうねり曲線要素の平均長さWSm(単位:mm)とは、以下の関係式(1)を満たす。ここで、nはガラス板の屈折率であり、一般的にはn=1.4〜1.6、例えばn=1.55である。また、πは円周率である。うねり曲線要素の平均長さWSmは、JIS B 0601:2013によるうねり曲線要素の平均長さを指すものであるとする。うねり曲線要素の平均高さWcは、JIS B 0601:2013によるうねり曲線要素の平均高さを指すものであるとする。
関係式(1)を満足することで、入光端面から入光した平行光が入光端面から300mm以内の距離において焦点を結ばなくなる。焦点を結んだ位置では輝度が特に高くなるため、導光板5であるガラス板の面内に輝度ムラが生じてしまう。したがって、焦点を入光端面から300mm以内の距離で結ばせないことで、輝度ムラを抑制することができる。式(1)の根拠については実施例にて後述する。
Figure 0006260741
本実施形態において、入光端面53の算術平均うねりWaは、0.2μm以下であることが好ましい。これにより、光源4から導光板5内に入光される光の輝度ムラを抑制することができる。入光端面53の算術平均うねりWaは、より好ましくは0.1μm以下であり、さらに好ましくは0.08μm以下であり、特に好ましくは0.06μm以下である。算術平均うねりWaは、JIS B 0601:2013による算術平均うねりを指すものであるとする。
入光端面53のうねり曲線要素の平均高さWc、入光端面53のうねり曲線要素の平均長さWSm、入光端面53の算術平均うねりWaは、表面粗さ・輪郭形状測定機Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面53上を走査することで測定できる。
カットオフ値:λ=0.25mm、λ=2.5mm
走査速度:0.3mm/sec
測定長:5λ
入光端面53の周期構造は、フーリエ変換によりパワースペクトルで表すことができる。このとき、入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状は、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sが1mm−1未満である。入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状が上記の条件を満たすとき、周期の小さい、すなわちWSmの大きいうねり成分が支配的になるため、光源4から導光板5内に入光される光の輝度ムラが抑制される。最大ピーク位置Sは好ましくは0.9mm−1未満であり、より好ましくは0.8mm−1未満である。なお、空間周波数が0.01mm−1の位置におけるパワースペクトルの値が、後述する空間周波数が1〜10mm−1の範囲における最大ピーク強度Iの値以上である場合、最大ピーク位置Sは0.01mm−1であると見なす。
また、入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状は、空間周波数が1〜10mm−1の範囲における最大ピーク強度Iと、最大ピーク位置Sにおけるピーク強度Iの比I/Iが50%以下であることが好ましい。なお、Sが1mm−1以上の場合、I/Iは100%である。入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状が上記の条件を満たすとき、周期の大きい、すなわちWSmの小さいうねり成分が支配的になるため、光源4から導光板5内に入光される光の輝度ムラが抑制される。Iはより好ましくは40%以下であり、さらに好ましくは30%以下である。
入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状は、表面粗さ・輪郭形状測定機Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面53上を走査することで測定できる。
カットオフ値:λ=0.25mm、λ=2.5mm
走査速度:0.3mm/sec
測定長:5λ
入光端面53の断面曲線の最大高さPzは300μm以下であることが好ましい。これにより、入光端面53と光源4との距離を一定の範囲内とすることができ、導光板5内に入光される光の入光端面53に平行な方向での輝度ムラを抑制することができる。入光端面53の断面曲線の最大高さPzは好ましくは250μm以下であり、より好ましくは200μm以下である。なお、断面曲線の最大高さPzと記載した場合、JIS B 0601:2013による断面曲線の最大高さを指すものであるとする。
入光端面53の断面曲線の最大高さPzは、表面粗さ・輪郭形状測定機Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面53上を走査することで測定できる。
カットオフ値:なし
走査速度:3mm/sec
測定長:300mm
入光端面53の表面の算術平均粗さRaは0.03μm以下であることが好ましい。これにより、光源4から導光板5内に入光される光の入光効率を高めることができる。入光端面53の算術平均粗さRaは好ましくは0.01μm以下であり、より好ましくは0.005μm以下である。これにより、光源4から導光板5内に入光される光の入光効率が高められている。なお、算術平均粗さRaと記載した場合、JIS B 0601:2013による算術平均粗さを指すものであるとする。
入光端面53の算術平均粗さRaは、表面粗さ・輪郭形状測定機Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面53上を走査することで測定できる。
カットオフ値:λ=0.25mm
走査速度:0.3mm/sec
測定長:5λ
入光端面53の幅寸法W(図4参照)は、面状発光装置3が搭載される液晶表示装置1から要求される幅寸法に設定されている。
<非入光端面>
非入光端面54〜56は、光源4からの光は入光されないため、その表面を入光端面53ほどに高精度に加工しなくともよいが、非入光端面54〜56の表面は入光端面53と同程度の算術平均粗さRaであってもよい。非入光端面54〜56の算術平均粗さRaは、0.8μm以下であることが好ましい。非入光端面54〜56の算術平均粗さRaが0.8μm以下であると、反射シート6の非入光端面54〜56に対する粘着性が良好となる。非入光端面54〜56の算術平均粗さRaは好ましくは0.4μm以下であり、より好ましくは0.2μm以下であり、さらに好ましくは0.1μm以下であり、特に好ましくは0.04μm以下である。非入光端面54〜56の算術平均粗さRaは、上述した入光端面53の算術平均粗さの測定方法と同じ方法で測定ができる。
また、本実施形態では、非入光端面54〜56に対して研削処理や研磨処理は行われなくてもよいし、行われてもよい。非入光端面54〜56に対して研削処理や研磨処理が行われない場合、非入光端面54〜56の算術平均粗さRaは、いずれも入光端面53の算術平均粗さRaよりも大きくすることができ、好ましくは非入光端面54〜56の算術平均粗さRaは0.01μm以上であり、より好ましくは0.03μm以上である。これにより、非入光端面54〜56の加工は入光端面53に比べて容易もしくは加工が不要となり、生産性が向上する。非入光端面54〜56に対して研削処理や研磨処理が行われる場合、非入光端面53の算術平均粗さRaは0.03μm以下であり、より好ましくは0.01μm以下であり、さらに好ましくは0.005μm以下である。なお、非入光端面54〜56については、切断加工処理を行った面をそのまま非入光端面54〜56として使用してもよい。
いま、非入光端面54〜56の幅寸法(すなわち、第1面と第2面の間に設けられる面のうち、後述する非入光側面取り面を除いた部分の、板厚方向の寸法)をL(mm)とすると、図4に示すように、この幅寸法Lの面取り面長手方向(以下、単に長手方向という)における平均値Laveは0.25〜9.8mmである。Laveは0.50〜9.8mmであることが好ましい。Laveが9.8mm以下であれば非入光側面取り面58の幅寸法を十分に確保することができる。Laveが0.25mm以上であれば、後述するLの誤差を小さくすることができる。
非入光端面54〜56の幅寸法には、実際には長手方向において切断加工時や面取り加工時の加工ムラに起因する誤差が生じる。非入光端面54〜56の幅寸法Lの長手方向における平均値がLave(mm)である場合に、Lの長手方向におけるLaveに対する誤差はLaveの50%以内であることが好ましい。すなわち、Lの長手方向における最大値をLmax(mm)、最小値をLmin(mm)とすると、Lmax≦1.5×LaveかつLmin≧0.5×Laveを満たす。より好ましくは40%以内であり、更に好ましくは30%以内であり、特に好ましくは20%以内である。これにより、長手方向における、非入光端面54〜56の幅寸法の誤差が小さくなるため、導光板5で反射シート6に光が反射する際に発生する輝度ムラを小さくすることができる。
<入光側面取り面>
光出射面51と入光端面53との間、及び光反射面52と入光端面53との間には、入光側面取り面57が形成されている。本実施形態では、光出射面51と入光端面53との間と、光反射面52と入光端面53との間の双方に入光側面取り面57を形成した例を示しているが、いずれか一方にのみ入光側面取り面57を形成する構成としてもよい。
本実施形態のように小型化及び薄型化が要求されている面状発光装置3では、導光板5の厚さも薄くする必要がある。このため、本実施形態に係る導光板5の厚さtは10mm以下である。しかしながら、導光板5に入光側面取り面57を設けず角部を有する構成とした場合、導光板5を面状発光装置3の組み立てる際等において角部が他の構成物と接触して損傷するおそれがあり、導光板5の強度が低下しうる。このため本実施形態に係る導光板5は、厚さtが0.5mm以上であり、更に入光端面53の上縁及び下縁に入光側面取り面57を形成している。
光源4から導光板5内への光の入光効率を高めるためには、入光端面53の面積を広くする必要がある。このため、入光側面取り面57は小さい方が好ましく、このため本実施形態では入光側面取り面57として面取り加工がなされている。
いま、入光側面取り面57(面取り面)の幅寸法をX(mm)とすると、図4に示す幅寸法Xの面取り面長手方向(以下、単に長手方向という)における平均値Xaveは0.1mmである。Xaveは0.1mm〜0.5mmであることが好ましい。Xaveが0.5mm以下であれば入光端面53の幅寸法Wを大きくすることができる。Xaveが0.1mm以上であれば、後述するXの誤差を小さくすることができる。
入光側面取り面57の幅寸法Xには、実際には長手方向において面取り加工時の加工ムラに起因する誤差が生じる。図4では、入光側面取り面57の幅寸法Xの誤差は、0.05mm以下である。このように、入光側面取り面57の幅寸法Xの長手方向における平均値がXave(mm)である場合に、Xの長手方向における誤差はXaveの50%以内であることが好ましい。すなわち、Xは、0.5Xave≦X≦1.5Xaveを満たす。より好ましくは40%以内であり、更に好ましくは30%以内であり、特に好ましくは20%以内である。これにより、長手方向における、入光側面取り面57の幅寸法及び入光端面53の幅寸法の誤差が小さくなるため、導光板5で発生する輝度ムラを小さくすることができる。
また入光側面取り面57の算術平均粗さRaは、0.8μm以下とされている。入光側面取り面57の算術平均粗さRaが0.8μm以下とすることで、研削処理・研磨処理におけるカレット発生量を抑制でき、導光板5の輝度ムラの発生が少なくなる。入光側面取り面57の幅寸法Xが大きいほど、カレット発生量も増加するため、入光側面取り面57の算術平均粗さRaは好ましくは0.4μm以下であり、より好ましくは0.3μm以下であり、さらに好ましくは0.1μm以下であり、特に好ましくは0.03μm以下である。
<非入光側面取り面>
また本実施形態では、図3に示されるように、光出射面51と非入光端面54との間、光反射面52と非入光端面54との間、光出射面51と非入光端面55との間、光反射面52と非入光端面55との間、光出射面51と非入光端面56との間、光反射面52と非入光端面56との間の全てに非入光側面取り面58を形成している。しかしながら、必ずしも上記の全てに非入光側面取り面58を形成する必要はなく、選択的に非入光側面取り面58を形成する構成としてもよい。
いま、非入光側面取り面58の幅寸法をY(mm)とすると、図4に示すように、この幅寸法Yの長手方向における平均値YaveはYave=0.1〜0.6(mm)とされている。Yaveが0.6mm以下であれば非入光端面54〜56の幅寸法を大きくすることができる。Yaveが0.1mm以上であれば、後述するYの誤差を小さくすることができる。
非入光側面取り面58の幅寸法Yには、長手方向において面取り加工時の加工ムラに起因する誤差が生じる。Yの長手方向における平均値がYave(mm)である場合に、Yの長手方向における誤差はYaveの50%以内であることが好ましい。すなわち、Yは、0.5Yave≦Y≦1.5Yaveを満たす。より好ましくは40%以内であり、更に好ましくは30%以内であり、特に好ましくは20%以内である。これにより、入射光の反射する非入光端面54〜56の、長手方向における幅寸法の誤差が小さくなるため、導光板5で発生する輝度ムラを小さくすることができる。
また非入光側面取り面58の算術平均粗さRaは、生産性向上の観点から入光側面取り面57の算術平均粗さRaよりも大きく、好ましくは0.4μm以上とされている。また、非入光側面取り面58の算術平均粗さRaは、好ましくは1.0μm以下とされている。更に、非入光側面取り面58の算術平均粗さRaが0.4μm以上1.0μm以下であることで、反射シート6が非入光側面取り面58に粘着される場合に両者間の粘着性が良好となる。また、非入光側面取り面58の算術平均粗さRaは、入光側面取り面57の算術平均粗さRaと同等、もしくは以下であってもよい。この場合、非入光側面取り面58の算術平均粗さRaは、0.8μm以下とされている。
<ガラス板の光学特性>
本実施形態のガラス板は、光路長200mmの条件下で、波長400〜700nmの範囲における内部透過率の最小値が80%以上であり、内部透過率の最大値と最小値の差が15%以下であることが好ましい。
ここで、光路長とは、光が入射する面から反対側の面までの距離を指す。ガラス板の光路長が200mmにおける波長λ(nm)の単波長光の内部透過率T(%)は次のように測定することができる。まず、光路長が200mmとなるようガラス板を切り出し、後述する単波長光を入射する面、およびそれに対向する出射する面の表面粗さRaが0.03nm以下となるように研磨する。次に、紫外可視近赤外分光光度計UH4150(日立ハイテク社製)を用いて、λ=400〜700nmの単波長光を1nm刻みで、研磨した面に対して垂直に入射して、出射された各波長λの単波長光の強度を測定する。入射光の強度Iと出射光の強度Iから各波長λでの内部透過率TをT=I/I×100の関係式により算出する。上記の内部透過率の最小値が85%以上であることがより好ましく、90%以上、95%以上、97%以上、99%以上であることがさらに好ましい。内部透過率の最大値と最小値の差は13%以下であることがより好ましく、10%以下、8%以下、5%以下であることがさらに好ましい。
また、本実施形態のガラス板は、光路長50mmの条件下で、波長400〜700nmの範囲における平均内部透過率が90%以上であることが好ましい。50mm長での透過率は、ガラス板12を主平面に垂直な方向で割断することにより、当該ガラス板の中心部分から、縦50mm×横50mmの寸法で採取され、相互に対向する第1および第2の割断面が、算術平均粗さRa≦0.03μmとなるようにされたサンプルAにおいて、前記第1の割断面から法線方向の50mm長で、50mm長での測定が可能な分光測定装置(たとえば、UH4150:日立ハイテクノロジーズ社製)によって、スリット等で入射光のビーム幅を板厚よりも狭くしたうえで、測定する。このようにして得られた50mm長での透過率から、表面での反射による損失を除去することにより、50mm長での内部透過率が得られる。50mm長での、波長400〜700nmにおける平均内部透過率は、92%以上が好ましく、95%以上がより好ましく、98%以上が更に好ましく、99%以上が特に好ましい。
本実施形態のガラス板は、波長550nmの光の吸収係数が1m−1以下であることが好ましい。波長550nmの光の吸収係数を判断指標とするのは、波長400〜700nmの範囲の光のうち、波長550nmの光の吸収係数が一般的に最も高くなるからである。これにより、面状発光装置がエッジライト方式の液晶テレビの光源として使用される、R(赤)、G(緑)、B(青)の三色の光の吸収が軽微となる。
ここで、ガラス板の波長λ(nm)における光の吸収係数α(mm−1)は、光路長L(mm)における内部透過率T(%)の測定結果をもとに、関係式:α=−1/L×ln(T/100)=−1/L×ln(I/I)により定義される。本実施形態のガラス板は、波長400〜700nmの範囲の光の吸収係数の最大値αmaxが1m−1以下であることがより好ましく、0.7m−1以下、0.5m−1以下であることがさらに好ましい。
また、波長400〜700nmの範囲の光の吸収係数の最大値αmax(m−1)と、最小値αmin(m−1)と、の比(αmax/αmin)が10以下であることが好ましい。ここで、波長400〜700nmの範囲の光の吸収係数を判断指標とするのは、R(赤)、G(緑)、B(青)の三色の光の波長を包含するからである。これにより、面状発光装置がエッジライト方式の液晶テレビの光源として使用される、R(赤)、G(緑)、B(青)の三色の光の吸収が軽微となり、波長400〜700nmの範囲における波長による光の吸収の差も軽微となる。(αmax/αmin)は9以下、8以下、7以下、6以下、5以下、4以下、3以下、2以下、1以下であることがより好ましい。
<ガラス組成>
ガラス原料中には不可避不純物としてFeが含まれる。可視光域(波長380〜780nm)におけるガラス内部の光吸収が問題にならないレベルまで、ガラス原料中のFeを低減させることは実質的に困難である。本実施形態のガラス板は、Feに換算した全酸化鉄(t−Fe)を1〜500質量ppm含有する。
本実施形態のガラス板は、Feに換算した二価鉄(Fe2+)含有量が0〜50ppmであることが好ましい。Feに換算した二価鉄(Fe2+)含有量が上記範囲であれば、エッジライト方式の液晶テレビの導光板部として使用した場合に、可視光域(波長380〜780nm)におけるガラス内部の光吸収が問題にならない。Feに換算した二価鉄(Fe2+)の含有量は0〜40質量ppmであることが好ましく、0〜30質量ppmであることがより好ましく、0〜25質量ppmであることが特に好ましい。
本実施形態のガラス板は、レドックス([Feに換算した二価鉄(Fe2+)]/[Feに換算した二価鉄(Fe2+)と三価鉄(Fe3+)の合計(Fe2++Fe3+)])が0%以上25%以下である。レドックスが上記範囲であれば、エッジライト方式の液晶テレビの導光板部として使用した場合に、可視光域(波長380〜780nm)におけるガラス内部の光吸収が問題にならない。レドックスは0〜22%であることが好ましく、0〜20%であることがより好ましく、0〜18%であることが特に好ましい。
本実施形態のガラス板のガラス組成としては特に限定されないが、例えば、以下のガラス組成が挙げられる。
(i)SiO 50〜81質量%、Al 1〜10質量%、B 0〜5質量%、LiO+NaO+KO 5〜15質量%、MgO+CaO+SrO+BaO 13〜27質量%、Feに換算した全酸化鉄(t−Fe) 1〜500質量ppm、レドックス 0〜25%であるガラス。
(ii)SiO:60〜80質量%、Al:0〜7質量%、MgO:0〜10質量%、CaO:4〜20質量%、NaO:7〜20質量%、KO:0〜10質量%、Feに換算した全酸化鉄(t−Fe) 1〜500質量ppm、レドックス 0〜25%であるガラス。
(iii)SiO:45〜80質量%、Al:7〜30質量%以下、B:0〜15質量%、MgO:0〜15質量%、CaO:0〜6質量%、NaO:7〜20質量%、KO:0〜10質量%、ZrO:0〜10質量%、Feに換算した全酸化鉄(t−Fe3) 1〜500質量ppm、レドックス 0〜25%であるガラス。
(iv)SiO:45〜70質量%、Al:10〜30質量%、B:0〜15質量%、MgO、CaO、SrOおよびBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種:5〜30質量%、LiO、NaOおよびKOからなる群から選ばれる少なくとも1種:0〜7質量%、Feに換算した全酸化鉄(t−Fe) 1〜500質量ppm、レドックス 0〜25%であるガラス。
<ガラス板の製造方法>
次に、導光板5となるガラス板の製造方法について説明する。図5〜図7は、導光板5となるガラス板の製造方法を説明するための図である。図5は、導光板5となるガラス板の製造方法を示す工程図である。
導光板5を製造するには、まずガラス素材12を用意する。このガラス素材は、好ましくは前記したように波長550nmの光の吸収係数が1m−1以下であり、波長400〜700nmの範囲の光の吸収係数の最大値αmax(m−1)と、最小値αmin(m−1)と、の比(αmax/αmin)が10以下であるものであることが好ましい。このガラス素材12は、導光板5の既定形状よりも大きい形状とされている。
ガラス素材12には、まず図5にステップ10で示す切断工程が実施される(図では、ステップをSと略称している)。切断工程では、切削装置を用いて図6に破線で示す各位置(1箇所の入光端面側位置と3箇所の非入光端面側位置)で切断加工処理が行われる。切断加工処理は破線で示す各位置のどの位置で行ってもよいが、生産性向上の観点から、切断加工処理は必ずしも3箇所の非入光端面側位置に対して行われなくてもよく、1箇所の入光端面側位置と対向する1箇所の非入光端面側位置のみを切断加工してもよい。
切断加工処理を行うことにより、ガラス素材12からガラス基材14が切断される。なお、本実施形態では導光板5が平面視で矩形状とされているため、1箇所の入光端面側位置と3箇所の非入光端面側位置に対して切断加工処理を行った。しかしながら切断位置は、導光板5の形状に応じて適宜選定されるものである。
切断加工処理が終了すると、第1面取り工程(ステップ12)が実施される。第1面取り工程では、研削装置を用いて光出射面51と非入光端面56との間、及び光反射面52と非入光端面56との間の双方に非入光側面取り面58を形成する。
なお、光出射面51と非入光端面54との間、光反射面52と非入光端面54との間、光出射面51と非入光端面55との間、及び光反射面52と非入光端面55との間の全て、或いはいずれか一箇所に非入光側面取り面58を形成する場合には、この第1面取り工程において面取り加工処理を行う。
また、この第1面取り工程において、光出射面51と入光端面53との間、または光反射面52と入光端面53との間の双方、或いはいずれか一方を面取り加工して入光側面取り面を形成してもよい。
また、本実施形態では、第1面取り工程において、非入光端面54〜56や入光端面53に対して研削処理又は研磨処理を行う。非入光端面54〜56や入光端面53に対する研削処理又は研磨処理を行うのは、前述の非入光側面取り面58や入光側面取り面を形成する前でも後でもよく、同時に行うこととしてもよい。なお、非入光端面54〜56については、切断加工処理を行った面をそのまま非入光端面54〜56として使用してもよい。また、入光端面53についても、本実施形態における式(1)を満たす場合は、切断加工処理を行った面をそのまま入光端面53として使用してもよい。
第1面取り工程(ステップ12)は後述する鏡面加工工程(ステップ14)及び第2面取り工程(ステップ16)と同時、もしくはそれらの後に行うこともできるが、それらより前に行うことが好ましい。これにより、導光板5の形状に応じた加工をステップ12で比較的速いレートで行うことができるため生産性が向上するとともに、ステップ12で発生する比較的大きなカレットが、入光端面53や入光側面取り面57を傷つけにくくなる。切断加工処理を行った面をそのまま非入光端面54〜56や入光端面53として使用する場合は、後述する鏡面加工工程(ステップ14)は行わなくてもよい。
第1面取り工程(ステップ12)が終了すると、次に鏡面加工工程が(ステップ14)実施される。この鏡面加工工程では、図7に示すようにガラス基材14の入光端面側に対して鏡面加工され入光端面53が形成される。前記のように、入光端面53は光源4から光が入光される面である。よって、入光端面53は、算術平均うねりWaが0.2μm以下となるよう鏡面加工されることが好ましい。また、入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状が、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sが1mm−1未満であることが好ましい。さらに、入光端面53の算術平均粗さRaが0.03μm以下となるよう鏡面加工されることが好ましい。
このとき、入光端面53の算術平均粗さRaと、うねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSm、算術平均うねりWa、断面曲線の最大高さPzは、それぞれ独立に制御するよう鏡面加工することができる。例えば、鏡面加工における研磨冶具の掃引速度を変えることにより、算術平均粗さRaの値を大きく変えずに、うねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSm、算術平均うねりWa、断面曲線の最大高さPzの値のみを上下させることができる。
鏡面加工工程(ステップ14)でガラス基材14に入光端面53が形成されると、続いて第2面取り工程(ステップ16)を実施することにより、光出射面51と入光端面53との間、及び光反射面52と入光端面53との間を研削処理又は研磨処理することにより、入光側面取り面57(面取り面)を形成する。なお、ステップ16はステップ14よりも前に行うこともでき、ステップ14と同時に行うこともできる。
第2面取り工程では、入光側面取り面57の幅寸法Xの長手方向における平均値をXaveとすると、Xの長手方向における誤差がXaveの50%以内となるよう、また算術平均粗さRaが0.4μm以下となるよう加工される。この入光側面取り面57を形成する際、研削処理又は研磨処理を行う工具としては砥石を用いてもよく、また砥石の他に、布,皮,ゴム等からなるバフやブラシ等を用いてもよく、その際、酸化セリウム、アルミナ、カーボランダム、コロイダルシリカ等の研磨剤を用いてもよい。
以上のステップ10〜16に示す各工程を実施することにより、導光板5は製造される。なお、前記した反射ドット10A〜10Cは、導光板5が製造された後に光反射面52に対して印刷される。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
以下に、実施例等により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
以下の実験1〜3では、ガラス板として、質量百分率表示で、SiOを71.6%、Alを0.97%、MgOを3.6%、CaOを9.3%、NaOを13.9%、KOを0.05%、Feを0.005%含むガラス板(縦50mm、横50mm、板厚2.5mm)を使用した。該ガラス板は、フロート法により製造されたガラス板から切断加工工程において切り出したものである。(切り出しの際、割れ防止のためにガラス板のコーナー部をカットした。)該ガラス板は、光出射面と光反射面との間に4つの端面を有しており、4つの端面の内、1つの端面は入光端面であり、3つの端面は非入光端面である。
切断加工処理の後に、第1面取り工程を行った。第1面取り工程では、3つの非入光端面に対して研削処理を行った。その後、入光端面に対して研磨装置を用いて、種々の条件下で鏡面加工を行った。さらに、研削装置を用いて、該ガラス板の光出射面と非入光端面との間、及び光反射面と非入光端面との間、光出射面と入光端面との間、または光反射面と入光端面との間を面取り加工した。
(実験1)
まず、入光端面の算術平均粗さRaと、うねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSmおよび算術平均うねりWaをそれぞれ独立に制御できることを確認するため、以下のような実験を行った。この実験では、同様のガラス基材に対して、入光端面に対する研磨装置(研磨冶具)の掃引速度および回転数を変えて鏡面加工を行い、試料1〜9を作製した。
入光端面53のうねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSmおよび算術平均うねりWaは、表面粗さ・輪郭形状測定機Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面上を走査することにより測定した。
カットオフ値:λ=0.25mm、λ=2.5mm
走査速度:0.3mm/sec
測定長:5λ
入光端面の算術平均粗さRaは、同じく表面粗さ・輪郭形状測定機Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面上を走査することにより測定した。
カットオフ値:λ=0.25mm
走査速度:0.3mm/sec
測定長:5λ
表1には、試料1〜9を作製した際の研磨装置の掃引速度、回転数、入光端面のうねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSm、算術平均うねりWa、算術平均粗さRaを示す。
Figure 0006260741
試料1、2では、研磨装置の掃引速度/回転数の値を制御することでうねり曲線要素の平均長さWSmの値を大きく変えずとも、入光端面の入光端面のうねり曲線要素の平均高さWc、算術平均うねりWaの値を上下させることができたことが分かる。試料3〜9についても同様に、掃引速度と回転数を変えることにより制御した。
(実験2)
入光端面のうねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSmと光出射面の輝度ムラとの関係を調べるために、以下のような実験を行った。
実験の前に、入光端面のうねり曲線要素の平均高さWcとうねり曲線要素の平均長さWSmとの光学的な関係を、原理的に説明する。まず、入光端面のうねり曲線を正弦波に近似した関数fを考えると、関数fの曲線上の任意の点における曲率半径Rは下式(2)により求められる。
Figure 0006260741
なお、式(2)におけるf’は関数fを1回微分した関数、f”は関数fを2回微分した関数である。ここで、関数fはf=Asin(bx)とおくことができるため、f’=Abcos(bx)であり、f”=−Absin(bx)である。また、入光端面のうねり曲線要素の平均高さWc、うねり曲線要素の平均長さWSmを用いれば、A≒Wc/2、b≒2π/WSmという近似式が成り立つ。
また、曲率半径Rの点から入光した光は、Rが正の実数である限り焦点距離Lを有する。このとき、ガラス板の屈折率をnとすると、レンズの公式から下式(3)が成り立つ。さらに式(2)、(3)を用いれば、下式(4)を導出できる。
Figure 0006260741
Figure 0006260741
式(4)において焦点距離Lが最も小さくなる、すなわち端面から入射した光が最も近くで焦点を結ぶのは、bx=3π/2となるときである。このとき、式(4)をWc、WSmを用いて表すと、下式(5)のようになる。式(5)において、L≧0.3(m)を満たすような範囲とすると、先述の式(1)を満たせばよいことが分かる。
Figure 0006260741
上記を基に表1に記載の試料1〜9について、式(1)を満たすかどうかを調べた結果を図8に示す。図8の点線は、式(1)の両辺が等しいことを意味しており、点線上、及び、点線より下の領域は、式(1)を満たす領域を意味する。試料3、4、7、及び8のような式(1)を満たすガラス板を導光板として使用した場合は、入光端面から入光した平行光が焦点距離L=0.3m以上で焦点を結ぶため、導光板であるガラス板面内の輝度ムラを抑制することが可能となる。一方、試料1、2、5、6、及び9のような式(1)を満たさないガラス板を導光板として使用した場合は、入光端面から入光した平行光が焦点距離L=0.3m未満で焦点を結ぶため、導光板であるガラス板面内に輝度ムラが生じる。したがって、焦点距離Lが0.3m未満の距離で焦点を結ばせないことで、輝度ムラを抑制することが可能となる。
焦点距離Lは、好ましくはL≧0.4(m)を満たし、より好ましくはL≧0.5(m)、0.6(m)、0.7(m)、0.8(m)、0.9(m)、1.0(m)を満たす。すなわち、Wc、WSmは好ましくはL=0.3(m)である下式(6)を満たし、より好ましくはL=0.5(m)、0.6(m)、0.7(m)、0.8(m)、0.9(m)、1.0(m)である下式(6)を満たす。これにより、焦点を入光端面からより長い距離において結ばせず、輝度ムラをさらに抑制することができる。
Figure 0006260741
式(1)の妥当性を調べるため、試料1〜9についてLED光源と組合せた面状発光装置とした上で、ソフトウェアEyscale−3W(アイ・システム社製)を用いて画像を取得し、試料1〜9のガラス板を導光板に用いた場合の面内の輝度分布を測定した。
結果を表2に示す。試料3、4、7、8はWc、WSmが式(1)を満たしているが、輝度分布における輝度の最大値と最小値の差が平均値の1%未満であり、輝度ムラをほぼ抑制できていた。一方、Wc、WSmが式(1)を満たさない試料1、2、5、6、9では、輝度分布における輝度の最大値と最小値の差が平均値の1%以上であり、輝度ムラが生じていた。したがって、輝度ムラを抑制するためには、入光端面のWcとWSmが式(1)を満たす必要があることが分かる。
Figure 0006260741
(実験3)
次に、試料1〜9について入光端面のパワースペクトルを調べた。
入光端面53の周期構造のパワースペクトルの形状は、Surfcom1400D(東京精密社製)を用いて、以下の測定条件で入光端面53上を走査することで測定できる。
カットオフ値:λ=0.25mm、λ=2.5mm
走査速度:0.3mm/sec
測定長:5λ
図9と図10に示すように、試料3、4、7、8の入光端面の周期構造のパワースペクトルの形状は、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sが1mm−1未満であった。これらの試料では輝度分布における輝度の最大値と最小値の差が平均値の1%未満であり、輝度ムラをほぼ抑制できていた。
また、試料4、7、8の空間周波数が1〜10mm−1の範囲における最大ピーク強度Iと、前記最大ピーク位置Sにおけるピーク強度Iの比I/Iが50%以下であった。これらの試料では輝度ムラを特に抑制できていた。
一方、試料1、2、5、6、9の入光端面の周期構造のパワースペクトルの形状は、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sが1mm−1以上であった。これらの試料では、輝度分布における輝度の最大値と最小値の差が平均値の1%以上であり、輝度ムラが生じていた。
したがって、輝度分布とパワースペクトルの形状にも強い相関があり、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sと空間周波数が1〜10mm−1の範囲における最大ピーク強度Iを制御することにより、光源から導光板内に入光される光の輝度ムラを抑制できることが分かる。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
本国際出願は2015年6月9日に出願された日本国特許出願2015−116706号及び2015年8月11日に出願された日本国特許出願2015−158842号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。
1 液晶表示装置
2 液晶パネル
3 面状発光装置
4 光源
5 導光板(ガラス板)
6 反射シート
7 拡散シート
8 リフレクタ
10A〜10C 反射ドット
12 ガラス素材
14 ガラス基材
51 光出射面(第1面)
52 光反射面(第2面)
53 入光端面(第1端面)
54,55,56 非入光端面(第2端面)
57 入光側面取り面(第1面取り面)
58 非入光側面取り面(第2面取り面)

Claims (5)

  1. 第1面と、
    前記第1面に対向する第2面と、
    前記第1面と前記第2面の間に設けられる少なくとも一つの第1端面とを有するガラス板であって、
    前記第1端面の周期構造をパワースペクトルで表したとき、前記パワースペクトルの形状は、空間周波数が0.01〜10mm−1の範囲における最大ピーク位置Sが1mm−1未満であり、
    前記パワースペクトルの形状は、空間周波数が1〜10mm −1 の範囲における最大ピーク強度I と、前記最大ピーク位置S におけるピーク強度I の比I /I が50%以下であることを特徴とするガラス板。
  2. 前記第1端面のうねり曲線の算術平均うねりWaが0.2μm以下である請求項に記載のガラス板。
  3. 前記ガラス板は、50mm長での、波長400〜700nmにおける平均内部透過率が90%以上である、請求項1又は2に記載のガラス板。
  4. 面状発光装置に用いられる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス板。
  5. 前記第2面に、反射ドットが形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス板。
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