JPWO2008047855A1

JPWO2008047855A1 - 面光源素子およびその製造方法

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Publication number: JPWO2008047855A1
Application number: JP2008539858A
Authority: JP
Inventors: 裕史田邊; 伊久雄大西
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2010-02-25
Also published as: WO2008047855A1; TW200827871A

Abstract

本発明は、光源(2)と、前記光源(2)からの光を反射するリフレクタ(10)と、前記光源(2)からの光および前記リフレクタで反射した光を受光する少なくとも１つの端面(1)である入射面と該入射面と略垂直を成す主面の一つである出射面とを有する導光体(3)と、前記導光体(3)の出射面からの光を入射面上の凸部(7)で受光して出射面から正面方向へ出射する出射光制御板(4)と、前記導光体(3)の少なくとも一部の出射面と前記出射光制御板の少なくとも一部の入射面を接合する固定層(9)と、を備える面光源素子であって、前記出射光制御板(4)が少なくとも一部の前記凸部(7)の頂部に少なくとも一つ以上の突起状の固定部(8)を有し、前記固定部(8)の少なくとも一部が前記固定層(9)の内部にあることを特徴とする面光源素子である。生産性の向上とともに、出射光制御板(4)と導光体(3)との密着性、密着力を向上させつつ、光学性能を維持した面光源素子を提供することを目的とする。

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、テレビ受信機、カーナビゲーションシステムなどに利用される面光源素子およびその製造方法に関する。

液晶パネルに代表される透過型表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）とドット状に画素が配置された表示パネルとで構成され、該表示パネルの各画素で面光源素子からの光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。面光源素子としては、ハロゲンランプ、反射板、レンズ等が組み合わされて出射光の輝度の分布が制御されるもの、蛍光管が導光体の端面に設けられ、蛍光管からの光が端面と垂直な面から出射されるもの、蛍光管が導光体の直下に設けられたもの（直下型）などが挙げられる。ハロゲンランプを利用した面光源素子は、高輝度を必要とする液晶プロジェクタに主に用いられる。一方、導光体を利用した面光源素子は薄型化が可能であるため、直視型の液晶ＴＶ、パーソナルコンピュータのディスプレイなどに用いられることが多い。

さらなる薄型化を実現する手段としては、従来技術である導光体の出射面側にプリズムシートや拡散シートを配置するのではなく、これらのシートの機能を持ち合わせた出射光制御板の入射面上のある凸部を、固定層を介して光学的に導光体と密着させることによって可能である（特許文献１参照）。出射光制御板の凸部形状は所望の視野角特性に合わせて決定されており、導光体と出射光制御板が平行に配置されることで光学性能を発現することができる。しかしながら、この出射光制御板では凸部の頂部が曲面形状を有していて平坦でないため、導光体との密着に適していない。そこで、凸部の頂部に平坦面を有するか、出射光制御板の外周に広幅の凸部（フレーム）を設けることにより、密着性を向上させることができる（特許文献２および３参照）。

特開２００１−３３８５０７号公報特開２００５−５０７８９号公報特開２００１−７６５２１号公報

しかしながら、従来技術に示した密着性向上の技術を用いたとしても、高温高湿となりやすい屋外や車内での厳しい環境下では、出射光制御板、固定層、導光体に寸法変化が起こり、密着が不十分となりやすいため、依然として密着力が不足している。また、固定層を直接導光体に設けようとすると、導光体の出射面のみに配置する必要があり、直接設けるためには固定層が液状である必要があるため位置合わせが難しいのと同時に、厚み、固さを制御することが困難であるため、歩留まりが低下するおそれがある。

また、例えば接着層または粘着層を用いた密着の場合、接着層または粘着層の厚み、固さに影響して凸部の頂部が埋まり、凸部と導光体との接着幅が変化してしまうことで光学性能が低下する原因となる。

そこで本発明は、前記の課題に鑑みてなされたもので、生産性の向上とともに、出射光制御板と導光体との密着性、密着力を向上させつつ、光学性能を維持した面光源素子を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明は、光源と、前記光源からの光を反射するリフレクタと、前記光源からの光および前記リフレクタで反射した光を受光する少なくとも１つの端面である入射面と該入射面と略垂直を成す主面の一つである出射面とを有する導光体と、前記導光体の出射面からの光を入射面上の凸部で受光して出射面から正面方向へ出射する出射光制御板と、前記導光体の少なくとも一部の出射面と前記出射光制御板の少なくとも一部の入射面を接合する固定層と、を備える面光源素子であって、前記出射光制御板が少なくとも一部の前記凸部の頂部に少なくとも一つ以上の突起状の固定部を有し、前記固定部の少なくとも一部が前記固定層の内部にあることを特徴とする。

また、本発明は、上記の面光源素子において、前記固定部の頂部が前記導光体の出射面と平行な平坦部を有する出射光制御板であることを特徴としていてもよい。

また本発明は、前記凸部の頂部において、前記固定部の周囲に凹部を有することを特徴としていてもよい。

また本発明は、上記の面光源素子において、前記固定部の高さが、該固定部がある固定層の厚さに対して５０％〜１００％の範囲内であることを特徴としていてもよい。

また本発明は、上記の面光源素子において、前記出射光制御板における前記凸部の前記固定部が固定層を貫通していることを特徴としていてもよい。

また本発明は、上記の面光源素子において、前記固定層が、光硬化性樹脂であることを特徴としていてもよい。

さらに本発明は、上記の面光源素子において、前記固定層が前記出射面に略平行な支持層と前記光制御板との間に設けられており、該支持層が前記導光体に接着されていることを特徴としていてもよい。

さらに本発明は、上記の支持層を有さない面光源素子の製造方法であって、前記導光体の出射面を、流動性を有する光硬化性樹脂で覆って前固定層とする塗布工程と、前記出射光制御板の固定部の少なくとも一部を前固定層の内部に埋め込む組立工程と、前記組立工程ののちに前記前固定層を硬化して固定層とする固定工程を含むことを特徴とする。

また本発明は上記の支持層を有する面光源素子の製造方法であって、前記支持層を前記導光体の出射面の少なくとも一部を覆うように設ける第１組立工程と、前記支持層上の前固定層に前記出射光制御板の固定部の少なくとも一部を内部に埋め込む第２組立工程と、前記第２組立工程ののちに前記の前固定層を硬化して固定層とする固定工程を含むことを特徴とする製造方法である。

起状の固定部を有し、その固定部を固定層の内部に入れることで、固定部と固定層との接着面積が増加し、高い密着性、密着力を得ることができる。

また、固定部の頂部を導光体の出射面と平行な平坦面にすることで、光学性能の確保に重要な導光体と出射光制御板との配置を並行にすることが容易となり、また位置合わせも容易となることから、生産速度や歩留まりが改善し、生産性向上に有利となる。

前記凸部の頂部において、前記固定部の周囲に凹部を有することにより、固定部が固定層に侵入した際に排除される固定層の材料が、前記凹部に充填され、凸部周囲における固定層の隆起が抑制できる。

また、固定部の高さが固定層の厚さに対して５０％〜１００％の範囲内であることで、接着面積が増加して高い接着力が得られると同時に、固定層に接合した凸部が設計した形状となり、光学性能を維持することが容易になる。

また、凸部の固定部が固定層を貫通することで、凸部が固定層に埋まらないので導光体と出射光制御板が一定の距離で接合し、導光体から固定層に導光した光が凸部形状の内面で反射することで設計通りの光学性能を維持することが容易になる。

また、固定層に光硬化性樹脂を用いることで、粘着性や硬度を光硬化で調整することができ、固定層に接合した凸部が設計した形状となることで光学性能を維持することが容易になる。

また、出射光制御板と導光体の接合に支持層を利用することで、支持層に事前に固定層を設けることができ、所望のサイズに切り出し貼り合せることで、適当な位置に貼りあわせることが可能となる。

また、流動性を有する光硬化性樹脂で導光体を覆い、出射光制御板の固定部を固定層の内部に埋め込み、その後固定層を硬化させることで、生産性を向上させることができる。

また、第１組立工程で前固定層が設けられた支持層を導光体に接着することで密着に必要な圧力をかけることができ、第２組立工程で出射光制御板の固定部を前固定層の内部に埋め込む際には貼り合わせ時の圧力で調整することができる。

本発明の面光源素子の一部断面を示す概略断面図である。従来の面光源素子の一部断面を示す概略断面図である。本発明の面光源素子における凸部形状の一例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１；端面、２；光源、３；導光体、４；出射光制御板、５；入射面
６；出射面、７；凸部、８；固定部、９；固定層、１０；リフレクタ、１１；凹部

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は本発明の実施形態に係る面光源素子の一部断面を示す概略断面図を示す。この面光源素子は、左右の端面１側に光源２が設けられた導光体３と、導光体３から出射された光の出射角度の分布を制御する出射光制御板４からなっている。出射光制御板４は導光体３上に配置され、入射面５に入射した光が出射面（面光源素子の発光面）６から出射される。出射光制御板４の入射面５には、導光体３の出射面からの光を出射光制御板４の出射面６の正面方向に向かわせるために、多数の凸部７が形成されており、この凸部７の頂部が有する固定部８が導光体３上に設けられた固定層９に埋まることによって導光体３の出射面に密着している。光源２の周囲には、導光体の入射面１側と反対方向に進む光を反射し、導光体の入射面１側に進行させるリフレクタ１０が設けられている。

光源２から導光体３の入射面１へ入射した光は導光体３および固定層９内を、全反射を繰り返し伝播していく。この伝播する光が固定層９の出射面と出射光制御板４の凸部７の頂部との界面から出射光制御板４に取り込まれる。これにより、導光体３内および固定層９内を伝播する光は界面から順次、出射光制御板４に取り出され、取り出された光は出射光制御板４の凸部７内で全反射されて出射面（面光源素子の発光面）６から出射される。

本発明の面光源素子に用いる導光体としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂またはガラスを所定の形状に加工したものを用いることができる。なかでもＰＭＭＡを用いるのが軽量性、透明性の点で好ましい。加工方法としては、押出し板若しくはキャスト板から切り出す方法または加熱プレス、射出成形等の溶融成形法などが好適に用いられるがこれに限定されるものではない。

また、導光体と出射光制御板とを光学的に接合する固定層としては、接着剤、粘着剤、粘接着剤、光硬化性樹脂などが挙げられるが、取扱い性や生産性の面から光硬化性の粘接着剤が好適に用いられる。粘着剤には、例えばゴム系やアクリル系、ビニルアルキルエーテル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やポリアミド系、スチレン系などの適宜なポリマーをベースポリマーとするものが挙げられる。中でも、アクリル酸ないしメタクリル酸のアルキルエステルを主体とするポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤が透明性や耐候性、耐熱性の点で優れるため、好適に用いられる。また、接着剤はそれに例えばシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化ノンモン等の導電性のある無機系粒子や、架橋または未架橋ポリマー等の有機系粒子などの適宜な透明粒子を１種または２種以上含有させて光拡散型のものとすることもできる。

固定層が設けられる支持層としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル樹脂、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂フィルムが用いられるが、取扱い性や透明性の面からＰＥＴが好適に用いられる。固定層を支持層に設ける方法としては、溶剤に溶解させた固定層を支持層上にロールコーターやダイコーターを用いてコーティング後、乾燥させることで設けることができる。両面に固定層が設けられた支持層はラミネートすることで導光体に接着させることができる。

また、出射光制御板の表面形状は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化による２Ｐ法、熱硬化によるキャスト法、射出成形法等によって透明な基材上に形成することができる。該透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の樹脂またはガラスが用いられる。本発明においては、アクリル樹脂を用いた透明な基材上に光硬化性樹脂で形状を転写することが好適に用いられる。

基材に転写する際に用いる光硬化性樹脂は、作製した出射光制御板の光学性能を決定するものであり、所望の性能に応じて適宜選択するのが好ましい。光硬化性樹脂の成分としては、ラジカル重合が可能なモノマー或いはオリゴマーを単独で或いは２種以上組み合わせて用いるが、通常２種以上を用いるのが好ましく、出射光制御板に要求される機械的強度、耐衝撃性、耐熱性、表面硬度などを付与することができる。成分の具体例としては、脂肪族、脂環族、芳香族系のモノまたはポリアルコールとアクリル酸またはメタクリル酸との縮合反応で得られるエステル型（メタ）アクリレートや、分子内に２個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物とヒドロキシル基またはチオール基を含有する（メタ）アクリレートとのウレタン化反応で得られるウレタンポリ（メタ）アクリレートや分子内に少なくとも２個のエポキシ基を有する化合物とアクリル酸またはメタクリル酸とのグリシジル基開環反応で得られるエポキシポリ（メタ）アクリレートや、飽和または不飽和多価カルボン酸、多価アルコールおよび（メタ）アクリル酸との縮合反応で得られるポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリロイル官能性モノマー若しくはオリゴマーや、スチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ジビニルベンゼン等のビニル化合物や、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルビフェニレート等の（メタ）アリル化合物が挙げられる。これらの単量体は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合してもよい。

出射光制御板の作製に用いるスタンパは、例えばガラス基板上にネガ型あるいはポジ型の感光性樹脂をコーティングし、この感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光するかまたはレーザー描画装置により露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製することができるし、切削によって作製することもできる。

出射光制御板の好適な厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍで、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのフィルム状であることで装置の薄型化、軽量化密着性低下につながる応力の低減などの効果が得られる。０．１ｍｍを下回ると導光体との固定時の皺や物理的強度の低下から好ましくない。３ｍｍを超えると装置が重量化するため好ましくない。

また、本発明における出射光制御板が備えた凸部は、１次元的配置のレンチキュラーレンズのようなパターンのほかに２次元的配置のレンズアレイタイプでもよい。出射光制御板の光出射面にはマイクロレンズアレイのほかに微細な表面凹凸を直接転写してもよいし、光透過性微粒子を混合させた拡散剤液を塗工することによって拡散層を設けても良い。

凸部の頂部に設けられた固定部は少なくとも一つ以上であればよく、また凸部の頂部から導光体の平面に向けて垂直に配置されていれば、形状が円錐、多角錐、多角柱、円柱、円錐台、角錐台など特に制限はないが、頂部が平坦な多角柱、円柱、円錐台、角錐台が好ましく、応力が均一に働く円柱、円錐台が特に好ましく用いられる。また、固定部の位置は頂部のどの位置に設けられてもよいが、出射光制御板と導光体の平面を保つためには頂部の中心に設けることが好ましい。

凸部７の頂部において、図３に示すように固定部８の周囲には凹部１１が設けられていてもよい。凹部１１の容積は、固定部８が固定層９に埋め込まれる容積と略等しいことが好ましい。

凸部の頂部に設けられた固定部の高さは、固定部を固定する固定層の厚さに対して５０％から１００％の範囲であれば好ましく、特に５０％以上であれば、従来技術に比べて接着面積が大きくなることによって接着強度を向上させることができる。また、８０％以上であれば出射光制御板と導光体を平行にするための圧力調整が容易となり、特に固定部の頂部が平坦であるとき、その効果が大きくなる。また、９５％以下であると前固定層への固定部の埋め込みによる固定層の隆起制御が容易となるためより好ましい。

以下に本発明の実施例および本発明に対する比較例を示す。実施例および比較例は剥離強度により評価した。剥離強度を評価する方法としては、固定層を用いて導光体に固定した出射光制御板に５０ｍｍ幅で切り込みを入れ、出射光制御板の端をデジタルフォースゲージ（ＩＭＡＤＡ製）につないだクリップで挟んで、導光体に対して９０度で剥離させることにより荷重を測定した。

（実施例１）
本実施例では、図１を用いて概要を説明する。導光体３として、ＰＭＭＡ導光板を用い、出射面６およびその対向する面は平坦面とした。出射光制御板４としては、基材としてＰＭＭＡフィルムを用い、凸部７および固定部８の反対形状を有するスタンパに光硬化性樹脂を塗布したものを紫外線硬化することで基材上に転写して作製した。固定層９には、紫外線で硬化することにより固定層９となる光硬化性樹脂を用い、導光体３の出射面６に該光硬化性樹脂を塗布することで前固定層とした。その後、作製した出射光制御板４を、固定層９を介して導光体３に貼り合わせた。その後、出射光制御板４の９０度剥離強度を測定したところ、１５．７Ｎ／５０ｍｍであった。

（比較例１）
本比較例では、図２を用いて概要を説明する。出射光制御板４の凸部７に固定部８を有しておらず平坦面を有する他は実施例１と同様に、出射光制御板４を、固定層９を介して導光体３に貼り合わせた。出射光制御板４の９０度剥離強度を測定したところ、７．８Ｎ／５０ｍｍであった。

Claims

光源と、前記光源からの光を反射するリフレクタと、前記光源からの光および前記リフレクタで反射した光を受光する少なくとも１つの端面である入射面と該入射面と略垂直を成す主面の一つである出射面とを有する導光体と、前記導光体の出射面からの光を入射面上の凸部で受光して出射面から正面方向へ出射する出射光制御板と、前記導光体の少なくとも一部の出射面と前記出射光制御板の少なくとも一部の入射面を接合する固定層と、を備える面光源素子であって、前記出射光制御板が少なくとも一部の前記凸部の頂部に少なくとも１つ以上の突起状の固定部を有し、前記固定部の少なくとも一部が前記固定層の内部にあることを特徴とする面光源素子。
前記固定部の頂部が前記導光体の出射面と平行な平坦部を有する出射光制御板であることを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
前記凸部の頂部において、前記固定部の周囲に凹部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の面光源素子。
前記固定部の高さが、該固定部がある固定層の厚さに対して５０％〜１００％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面光源素子。
前記出射光制御板における前記凸部の前記固定部が固定層を貫通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の面光源素子。
前記固定層が、光硬化性樹脂よりなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の面光源素子。
前記固定層が前記導光体の出射面に略平行な支持層と前記光制御板との間に設けられ、該支持層は前記導光体の出射面に接着されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の面光源素子。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の面光源素子の製造方法であって、前記導光体の出射面を、流動性を有する光硬化性樹脂で覆って前固定層とする塗布工程と、前記出射光制御板の固定部の少なくとも一部を前固定層の内部に埋め込んで前記導光体と前記光制御板とを重ね合わせる組立工程と、前記組立工程ののちに前記前固定層を硬化して固定層とする固定工程とを含むことを特徴とする面光源素子の製造方法。
請求項７に記載の面光源素子の製造方法であって、前記支持層の両面にそれぞれ前接着層と前固定層とを形成してなる両面粘着部材を、前記第１の前接着層が前記導光体の出射面の少なくとも一部を覆うように設ける第１組立工程と、前記前固定層に前記出射光制御板の固定部の少なくとも一部を該前固定層の内部に埋め込んで前記両面粘着部材と前記光制御板とを重ね合わせる第２組立工程と、前記第１組立工程ののちに前記前接着層を硬化して接着層とする第１固定工程と、前記第２組立工程ののちに前記前固定層を硬化して固定層とする第２固定工程とを少なくとも含むことを特徴とする面光源素子の製造方法。