JP2009301972A - 面発光体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】面発光装置の薄型化を実現するとともに、光拡散パターンの変形を抑制することができ、従来の製造工程での不具合を解消して容易に且つ低コストに製造可能な面発光体及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の面発光体１１は、片面に凹凸形状を有する光拡散パターン１４が形成された反射フィルム１３と、光拡散パターン１４の凹凸形状に沿って反射フィルム１３と密着するように形成された導光層１２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話、薄型ノートパソコン等の液晶表示装置のエッジライト型バックライトユニットに用いられる面発光体及びその製造方法に関する。

従来より、透過型の液晶パネルのバックライトユニットとして面発光装置が用いられている。面発光装置としては、平板状の導光部材の側方から光源の光を入射させ、一方の主面から面発光させるエッジライト型の面発光装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

図６は、従来の面発光装置の構成の一例を示す断面図である。面発光装置６０は、光源６１と、導光板６２と、導光板６２の出射面６２ａ側に配置された拡散シート６４及びプリズムシート６５と、出射面６２ａとは反対の下面６２ｂ側に配置された反射シート６６とを有し、これらの部材は図示しないフレームによって保持されている。また、導光板６２の下面６２ｂには、光を均一に出射するための、凹凸形状を有する光拡散パターン６３が設けられている。

面発光装置６０においては、図６に示すように、光源６１から発せられた光は、入光面６２ｃから導光板６２内に入射され、導光板６２内を全反射を繰りしながら伝搬される。その際、導光板６２の下面６２ｂに設けられた光拡散パターン６３によって伝播光の一部の光は拡散され、出射面６２ａの法線となす角が臨界角より小さくなることにより、出射面６２ａから出射される。また、導光板６２の下面６２ｂを通過した光は、反射シート６６により反射され、再び導光板６２内に戻り、その後、出射面６２ａから出射される。
特開２００７−１０８７９９号公報 特開２００７−５３５７９０号公報 特開２００７−５３５７９０号公報 特開２００７−５３５７９０号公報

このような面発光装置では、液晶表示装置等の薄型化、軽量化の要請から導光板も薄肉に成形することが求められている。従来の導光板の主な製造方法としては射出成形法がある。

しかしながら、射出成形法を取る限りにおいては、導光部材の構成材料である樹脂の充填性の問題で導光板の厚みは制限される。例えば、携帯電話などに用いられる導光板は０．５ｍｍ前後の厚みの範囲で成形しているものが多い。射出圧力の高い大型な射出成形機を用いて射出成形すれば多少厚みを薄くすることは可能であるが、それでも樹脂の充填性の問題で限度がある。また、大型の射出成形機は設備コストも高くなると云う問題もある。さらに、射出成形法では、導光板の大きさが異なると別に射出成形金型を用意する必要があり、金型費用も高くなる。

これに対し、連続ロール転写、即ち、ロール・ツー・ロール転写による製造方法が考案されている。ロール・ツー・ロール転写においては、主にベースフィルム上に塗工された樹脂を紫外線又は電子線照射により硬化させる手段がとられ、表面に凹凸パターンが形成されたロール状の金型を用いて、樹脂に凹凸パターン形状が転写される。このようなロール・ツー・ロール転写は導光板の薄型化に有効な手段であり、ロール・ツー・ロール転写によって製造されたフィルム状で可撓性のある導光板も考案されている。

しかしながら、ロール・ツー・ロール転写においては、樹脂のロール金型に対する離型性の問題、及び、ロール曲面に沿ってフィルムが接触した状態で紫外線又は電子線により樹脂が硬化されるためカールが発生するといった問題がある。また、通常、導光板の凹凸パターンはむき出しになるので、導光板をロール状で保管、輸送する際に、導光板の裏面と表面とが接触し、巻き圧によって凹凸パターンが変形したり、凹凸面や凹凸パターンの形成されていない面（裏面）が傷付いたりする問題があり、導光板に一定以上の強度、硬度をもたせる、及び、凹凸面に保護フィルムを貼合するなどの対策をとることが必要となる。

本発明の目的は、面発光装置の薄型化を実現するとともに、光拡散パターンの変形を抑制することができ、従来の製造工程での不具合を解消して容易に且つ低コストに製造可能な面発光体及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様は、片面に凹凸形状を有する光拡散パターンが形成された反射フィルムと、前記光拡散パターンの凹凸形状に沿って反射フィルムと密着するように形成された導光層とを有することを特徴とする面発光体である。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様にかかる面発光体において、前記導光層が、感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、放射線硬化型樹脂組成物、及び熱可塑性樹脂組成物から選択される少なくとも一種の光透過性樹脂組成物からなることを特徴とする。

本発明の第３の態様は、前記第１及び第２の態様にかかる面発光体において、前記導光層が、粘着性又は接着性を有することを特徴とする。

本発明の第４の態様は、前記第１から第３のいずれかの態様にかかる面発光体と、前記導光層の側面に設置された光源とを有する面発光装置である。

本発明の第５の態様は、前記第４の面発光装置をバックライトユニットとして備える液晶表示装置である。

本発明の第６の態様は、反射フィルムの片面に凹凸形状を有する光拡散パターンを形成する工程と、前記光拡散パターンの凹凸形状に沿って反射フィルムと密着するように導光層を形成する工程とを有することを特徴とする面発光体の製造方法である。

本発明の第７の態様は、前記第７の態様にかかる面発光体の製造方法において、前記光拡散パターンの形成工程は、印刷、ホットスタンピング、及びレーザー加工のいずれかにより行われることを特徴とする。

本発明の第８の態様は、前記第７の態様にかかる面発光体の製造方法において、前記導光層の形成工程は、前記反射フィルム上に光透過性樹脂組成物を塗布する工程を含むことを特徴とする。

本発明の第９の態様は、前記第６又は第７の態様にかかる面発光体の製造方法において、前記導光層の形成工程は、離型フィルム上に光透過性樹脂組成物を塗布する工程と、前記離型フィルム上に塗布された前記樹脂組成物を、前記反射フィルム上に転写する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、導光層が、反射フィルムに形成された光拡散パターンの凹凸形状に沿って反射フィルムに密着するように形成され、両者が一体化されているので、光拡散パターンの凹凸面がむき出しになることがなく、ロール状で保管、輸送する際の巻き圧によって凹凸パターン形状が変形することがない。よって、凹凸形状を維持するための硬度設計は必要がなく、硬度設計の自由度を高めることができる。また、凹凸面に保護フィルムを設ける必要もなくなるので、製造コストを低減するとともに、生産効率を高めることができる。さらに、本発明の面発光体は、反射フィルム側に光拡散パターンを形成し、反射フィルム上に導光層を形成するといった極めて容易な方法で製造することができるので、製造工程の簡略化及び低コスト化を実現することができる。しかも、導光層の形成の際にロール状の金型を使用する必要がないので、従来の製造工程における不具合を解消することができる。さらにまた、導光層は、光拡散パターンの形成された反射フィルム上に所望の厚さに形成することができるので、射出成形法を用いた場合のような導光層の厚みの制限が緩和され、面発光体及びそれを備える面発光装置や液晶表示装置を薄型化することが可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる面発光装置１０を示す断面図である。面発光装置１０は、光源１と、導光層１２及び反射フィルム１３からなる面発光体１１とを備えている。導光層１２は、光源１からの光が入射される入光面１２ｃと、入光面１２ｃからの入射光を出射する出射面１２ａとを有している。そして、反射フィルム１３の片面には、導光層１２に入射した光を導光層１２の出射面１２ａから均一に出射させるための、凹凸形状を有する光拡散パターン１４が形成されている。

導光層１２は、図１に示すように、反射フィルム１３に形成された光拡散パターン１４の凹凸形状に沿って反射フィルム１３と密着するように形成されている。このように、導光層１２と反射フィルムとが密着し、一体化した構成の面発光体１１においては、光拡散パターン１３の凹凸面がむき出しになることがないので、面発光体１１をロール状で保管、輸送する際に巻き圧によって凹凸パターン形状が変形することがない。よって、凹凸形状を維持するための硬度設計は必要がなく、硬度設計の自由度を高めることができる。また、凹凸面に保護フィルムを設ける必要もなくなるので、製造コストを低減するとともに、生産効率を高めることができる。

導光層１２を構成する材料としては、感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、紫外線等の放射線硬化型樹脂組成物、及び熱可塑性樹脂組成物から選択される少なくとも一種の光透過性樹脂組成物を用いることができる。

導光層１２は、架橋剤等を用いて化学架橋を施したり、熱あるいは紫外線等の電離放射線を照射したりすることにより、硬化させることができる。架橋剤を用いて硬化させる際には、架橋剤としてポリイソシアネート化合物、メラミン系化合物、エポキシ化合物等を用いることができる。熱あるいは紫外線等の電離放射線で硬化させる場合には、高分子樹脂として、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の（メタ）アクリロイル基含有のモノマーやオリゴマー、あるいはアクリル系高分子樹脂等の側鎖に（メタ）アクリロイル基を導入したポリマーなどを含有するものを用いることができる。また、導光層を紫外線照射によって硬化させる場合には、必要に応じて、光重合開始剤、例えばイソプロピルベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、ドデシルチオキサントン、ジメチルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシメチルフェニルプロパン等を使用することができる。

また、導光層１２は、粘着性又は接着性を有していてもよい。粘着性又は接着性を有する樹脂組成物としては、上記高分子樹脂中の架橋剤又は光重合開始剤の配合量を変更したり、一部置換基の種類及び数を異ならせたりすることにより、粘着性又は接着性を発現させたものを用いることができる。このように導光層１２が粘着性又は接着性を有することで、例えば、拡散シートやプリズムシートなどの他の光学部品や光源等を、粘着剤層又は接着剤層を設けることなく導光層１２に貼り合わせることができるので、面発光装置の薄型化及び製造工程の簡略化に貢献することができる。

反射フィルム１３を構成する材料としては、一般的な反射フィルムを用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに酸化チタン等のフィラーと気泡を内填した白色ＰＥＴフィルムや、ＰＥＴフィルムに銀蒸着や銀スパッタリングにより銀反射膜を形成した反射フィルム、及びＰＥＴフィルムにアルミ等の金属箔を積層したものなどを使用することができる。

反射フィルム１３の光拡散パターン１４の形状としては、特に限定されず、例えば、ドット形状、プリズム形状など、光拡散効果を有する凹凸形状であればいずれの形状であってもよい。また、凹凸の配置パターンも一定であることに限定されず、例えば、凹凸のピッチを徐々に変化させたパターンや、凹凸を部分的に設けたパターンであってもよい。

以下に、上記構成の面発光体の製造方法について説明する。
まず、反射フィルム１３の片面に凹凸形状の光拡散パターン１４を形成する。光拡散パターン１４の形成方法としては、特に限定されないが、各種印刷、ホットスタンピング（箔押し）、及びレーザー加工等が挙げられる。効率的に所望の凹凸パターンを得るためには、ロータリーホットスタンピングによる方法が好ましい。

次に、光拡散パターン１４が形成された反射フィルム１３上に、光拡散パターン１４の凹凸形状に沿って反射フィルム１３と密着するように導光層１２を形成する。導光層１２の形成方法としては、反射フィルム１３の光拡散パターン形成面上に、導光層を構成する光透過性樹脂組成物を塗布する方法が挙げられる。塗布方法としては、特に限定はされないが、ロールコータ塗布、スピンコータ塗布、スプレー塗布、ホエラー塗布、ディップコータ塗布、カーテンフローコータ塗布、ワイヤバーコータ塗布、グラビアコータ塗布、エアナイフコータ塗布、ダイコータ塗布等を挙げることができる。

反射フィルム１３上に塗布された樹脂組成物は、光拡散パターン１４の凹部にも充填されるので、光拡散パターン１４の凹凸形状に沿って反射フィルム１３と密着した塗布膜が形成される。その後、塗布膜に乾燥処理、及び必要に応じて硬化処理を施すことにより、導光層１２と反射フィルム１３とが一体化した面発光体１０を得ることができる。なお、導光層１２を粘着性又は接着性を有する樹脂で構成した場合には、他の光学部品を導光層１２に貼り付けた後に、塗布膜の硬化処理を行うことで、これら光学部品を接着固定させることができる。

なお、上記の各製造工程は、いわゆるロール・ツー・ロール方式にて、１ライン内で連続的に実施してもよい。ロール・ツー・ロール方式を採用する場合は、まず、光拡散パターン１４の形成されたロール状の反射フィルム１３をロールから送り出し、この反射フィルム１３上に導光層１２を塗布し、乾燥及び必要に応じてＵＶ照射等の硬化処理を行い、最後に導光層１２の形成された反射フィルム１３をロール状に巻き取る。巻き取りに先立って、必要に応じて剥離フィルムのラミネートやスリット加工や打ち抜き加工等を施してもよい。このようなロール・ツー・ロール方式によれば、反射フィルムがロール状（エンドレス状）のままで導光層を連続して形成することができるので、製造工程のコストダウンや省力化が可能となる。

なお、本発明の反射フィルムのように表面に凹凸があり、且つ、導光層に溶剤系樹脂を使用し、乾燥により溶剤を揮発させて導光層を形成する場合には、上記の塗布方法では、一定の厚さで均一な導光層を形成することが困難となる場合がある。このような場合には、導光層１２の形成方法として、上記のような塗布方式に代えて、いわゆる転写方式を採用してもよい。転写方式においては、平滑な離型フィルム上に導光層を構成する光透過性樹脂組成物を塗布し、この離型フィルム上に仮着された塗布膜と反射フィルム１３とを貼り合わせ、塗布膜を反射フィルム１３上に移し替えることにより、反射フィルム１３上に導光層１２が形成される。
なお、このような転写方式においても、連続的に転写・一体化可能なロール・ツー・ロール方式を採用することができる。

以上のような面発光体の製造方法によれば、反射フィルム１３側に光拡散パターン１４を形成し、反射フィルム１３上に導光層１２を形成するといった極めて容易な方法で面発光体１０を製造することができるので、製造工程の簡略化及び低コスト化を実現することができる。また、導光層１２の形成の際にロール状の金型を使用しないので、導光層１２のカールを抑制することができ、離型性の問題もなく、従来の製造工程の不具合を解消することができる。また、導光層１２は、光拡散パターン１４の形成された反射フィルム１３上に所望の厚さに形成することができるので、射出成形法を用いた場合のような導光層の厚みの制限が緩和され、面発光体１１及びそれを備える面発光体装置１０を薄型化することが可能となる。

（第２の実施形態）
図２（ａ）は、第２の実施形態にかかる面発光装置２０Ａを示す断面図である。本実施形態の面発光装置２０Ａは、導光層１２の出射面１２ａに光学機能シート２１Ａが貼り合わされている点のみが、図１で示した面発光装置１０の構成と相違する。光学機能シート２１Ａとしては、輝度ムラの低減に有効な拡散シートや、発光輝度を向上させる特性を有するプリズムシートなどが挙げられ、これらを組み合わせた光学シート群であってもよい。このような面発光装置２０Ａによれば、光学機能シート２１Ａを備えることで、輝度ムラの低減や発光輝度の向上が可能となる。

なお、図２（ａ）に示すような平坦な光学機能シート２１Ａに代えて、図２（ｂ）に示すような、空孔あるいは凹凸部を有する光学機能シート２１Ｂを用いてもよい。光学機能シート２１Ｂは、一部が導光層１２と接触して導光層１２に貼り合わされる。光学機能シート２１Ｂとしては、光学機能シート２１Ａと同様、拡散シートやプリズムシートなどが挙げられ、これらを組み合わせた光学シート群であってもよい。

面発光装置２０Ａ、２０Ｂにおいては、上述のように、導光層１２が粘着性又は接着性を有する場合には、これら光学機能シート２１Ａ及び２１Ｂを、粘着剤層又は接着剤層を設けることなく導光層１２に貼り合わせることができ、面発光装置の薄型化及び製造工程の簡略化に有効である。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態にかかる面発光装置３０を示す断面図である。本実施形態の面発光装置３０は、導光層１２への入射効率を高めるための光導入ブロック３２を備えている点のみが、図１で示した面発光装置１０の構成と相違する。光導入ブロック３２は、光源２に面する光入射面３３から遠ざかるにしたがって次第に厚みが減少するような形状を有している。光導入ブロック３２の屈折率は、導光層１２の屈折率と同じであることが望ましい。
このような面発光装置３０によれば、図示のように導光層１２の厚みよりも厚い光源２を用いる場合にも、光源２からの光を効率よく入射することができる。

面発光装置３０においては、光導入ブロック３２を導光層１２に貼り合わせてもよく、これにより、光導入ブロック３２と導光層１２との界面３４での光の損失を抑えることができる。この際、上述のように、導光層１２が粘着性又は接着性を有する場合には、光導入ブロック３２を、粘着剤層又は接着剤層を設けることなく導光層１２に貼り合わせることができるので、製造工程を簡略化することができる。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態にかかる面発光装置４０を示す断面図である。本実施形態の面発光装置４０は、光源１が導光層１２の入光面１２ａに貼り合わされている点のみが、図１で示した面発光装置１０の構成と相違する。面発光装置４０によれば、光源１と導光層１２との界面である入光面１２ａでの光の損失を抑えることができる。また、面発光装置４０においても、導光層１２が粘着性又は接着性を有する場合には、光源１を、粘着剤層又は接着剤層を設けることなく導光層１２に貼り合わせることができるので、製造工程を簡略化することができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の面発光装置をバックライトユニットとして備えた液晶表示装置について説明する。
図５は、液晶表示装置５０の構成を示す断面図である。液晶表示装置５０は、図２（ａ）で示した面発光装置２０Ａと、透過型の液晶表示パネル５１とを備えている。

液晶表示装置５０においては、光源１から発せられた光は、入光面１２ｃから導光層１２内に入射され、導光層１２内を全反射を繰り返しながら伝搬される。その際、反射フィルム１３の上面に設けられた光拡散パターン１４によって伝播光が拡散され、出射面１２ａの法線となす角が臨界角より小さくなることにより、出射面１２ａから出射される。導光板１２から出射された光は、光学機能シート２１Ａを透過することによって偏光、拡散され、液晶表示パネル５１を照明する。

液晶表示装置５０においては、バックライトユニットとして本発明の面発光装置２０Ａを用いることで、薄型化及び低コスト化が実現される。なお、図２（ａ）に示す面発光装置２０Ａに代えて、図１、図２（ｂ）、図３及び図４に示す面発光装置１０、２０Ｂ、３０及び４０を用いてもよい。

本発明の一実施形態にかかる面発光装置を示す断面図である。 （ａ）は、第２の実施形態にかかる面発光装置を示す断面図であり、（ｂ）は、第２の実施形態にかかる面発光装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる面発光体装置を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態にかかる面発光装置を示す断面図である。 本発明の面発光装置を備えた液晶表示装置を示す断面図である。 従来の面発光装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１，２ 光源
１０，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０ 面発光装置
１１ 面発光体
１２ 導光層
１２ａ 出射面
１２ｃ 入光面
１３ 反射フィルム
１４ 光拡散パターン
２１Ａ，２１Ｂ 光学機能シート
３２ 光導入ブロック
５０ 液晶表示装置
５１ 液晶パネル

Claims (9)

1. 片面に凹凸形状を有する光拡散パターンが形成された反射フィルムと、
   前記光拡散パターンの凹凸形状に沿って反射フィルムと密着するように形成された導光層と
   を有することを特徴とする面発光体。
2. 前記導光層が、感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、放射線硬化型樹脂組成物、及び熱可塑性樹脂組成物から選択される少なくとも一種の光透過性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１に記載の面発光体。
3. 前記導光層が、粘着性又は接着性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面発光体。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面発光体と、
   前記導光層の側面に設置された光源と
   を有する面発光装置。
5. 請求項４の面発光装置をバックライトユニットとして備える液晶表示装置。
6. 反射フィルムの片面に凹凸形状を有する光拡散パターンを形成する工程と、
   前記光拡散パターンの凹凸形状に沿って反射フィルムと密着するように導光層を形成する工程と
   を有することを特徴とする面発光体の製造方法。
7. 前記光拡散パターンの形成工程は、印刷、ホットスタンピング、及びレーザー加工のいずれかにより行われることを特徴とする請求項６に記載の面発光体の製造方法。
8. 前記導光層の形成工程は、前記反射フィルム上に光透過性樹脂組成物を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の面発光体の製造方法。
9. 前記導光層の形成工程は、
   離型フィルム上に光透過性樹脂組成物を塗布する工程と、
   前記離型フィルム上に塗布された前記樹脂組成物を、前記反射フィルム上に転写する工程と
   を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の面発光体の製造方法。
   
   

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