JP5064056B2 - 薄型面光源素子用部材の製造方法 - Google Patents
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(1)(a)厚みが面内で均一でかつ0.25mm以下の、可視光波長で透明な導光体用フィルムに、頂部が同一平面にあり、光の出射角度を制御できる複数の凸部が片面に形成された、厚みが0.25mm以下の出射光制御板用フィルムの凸部面を積層して、前記導光体用フィルムと前記出射光制御板用フィルムとの積層体を形成し、
(b)前記積層体の所定位置で前記積層体を切断し、ついで、
(c)前記積層体の所定位置で前記積層体の出射光制御板用フィルムに切れ目を入れるハーフカットを行い、前記ハーフカットの位置に基づいて、前記積層体から前記出射光制御板用フィルムの一部の除去を行うことからなる、
出射光制御板よりも面積が大きい導光体を有する薄型面光源素子用部材の製造方法、または、
(2)(a)厚みが面内で均一でかつ0.25mm以下の、可視光波長で透明な導光体用フィルムに、頂部が同一平面にあり、光の出射角度を制御できる複数の凸部が片面に形成された、厚みが0.25mm以下の出射光制御板用フィルムの凸部面を積層して前記導光体用フィルムと前記出射光制御板用フィルムとの積層体を形成し、
(b)前記積層体の所定位置で、前記積層体の出射光制御板用フィルムに切れ目を入れるハーフカットを行い、
(c)前記ハーフカットの位置に基づいて、前記積層体から前記出射光制御板用フィルムの一部の除去および前記積層体の所定位置における切断を行うことからなる、出射光制御板よりも面積が大きい導光体を有する薄型面光源素子用部材の製造方法、により解決される。
本発明の薄型面光源素子(以下、本発明の製造方法により得られる薄型面光源素子を意味する。)は、少なくとも1つ以上の光出射手段と導光体が一体化された面光源素子用部材と、前記導光体の側面に光を入射するために配置された少なくとも1つ以上の光源とからなる。本発明によれば、下記に説明するように、前記面光源素子用部材の厚みを、0.5mm以下にすることができるので、薄型面光源素子を得ることができる。
本発明により得られる面光源素子用部材において、厚みがそれぞれ0.25mm以下、好ましくは、0.15mm以下、さらに好ましくは、0.10mm以下の光出射手段および導光体が一体に形成されている。前記光出射手段と前記導光体の厚みが0.25mm以下であればフレキシブルな薄型面光源素子用部材を実現することができる。本発明の薄型面光源素子を実現するためには、光出射手段として、複数の凸部を有する出射光制御板を採用し、出射光制御板の凸部の頂部を介して、出射光制御板と導光体とが一体化された薄型面光源素子用部材を構成することが必要である。導光体の裏面に拡散材を添加した塗料のドット印刷方式、導光体表面および/もしくは裏面に凹凸や溝を形成するパターン形成方式、導光体に拡散材を添加する散乱導光体方式などにより得られる光出射手段を具備する面光源素子用部材においては、反射シートや拡散シート、プリズムシートといった光学シートを少なくとも1枚以上使用しなければならず、一体化された薄型面光源素子用部材を得ることは困難であるので、本発明においては用いられない。
本発明の薄型面光源素子10の概略構成を図1に示し、発光原理を以下に簡単に説明する。本発明においては、光出射手段として、頂部が同一平面にあり、光反射機能を有する複数の凸部を有する出射光制御板を用いることが特徴である。出射光制御板を具備する面光源素子の発光原理については、特許文献5、6および7を参照することができる。
本発明においては、出射光制御板14の大きさは導光体11よりも小さくなければならない。出射光制御板14の大きさが導光体11よりも大きい場合、光利用効率が低くなり、更に薄型面光源素子から迷光が確認される可能性がある。つまり、光源12からの光が導光体11に到達する前に出射光制御板に入射してしまうため、前記出射光制御板14の中を光が伝搬し、想定していない方向に光が取り出される可能性があるからである。したがって、本発明の薄型面光源素子のように、出射光制御板14の大きさを導光体11よりも小さくしなければならない。特に、面光源素子用部材の光源側の端部には、出射光制御板は存在しないことが好ましい。
図1には凸部13として一次元のシリンドリカルレンズのような形状が示されているが、二次元のマイクロレンズ(フライアイレンズ)のような形状であっても良く、更に凸部の形状は上記に限定されず、いかなる形状であっても構わない。また、凸部のサイズは特に限定されないが、凸部を不可視化するためには100μm以下であることが好ましく、更には50μm以下であることがより好ましい。
出射光制御板における凸部の配置については特に限定されないが、薄型面光源素子における面内の光の均整度を重視する場合、光源に近い領域を疎に、光源から遠い領域を密に配置し、配置密度をなめらかに変調させることが好ましい。このようにすることで、薄型面光源素子の面内均一な発光を実現することができる。
出射光制御板において、凸部が形成される主面(以下、入射側の主面と呼ぶことがある。)に対して反対側の主面(以下、出射側の主面と呼ぶことがある。)は平坦であっても、微細な凹凸が形成されていても良い。出射側の主面が平坦である場合、薄型面光源素子の出射光の角度分布は、入射側の主面に形成される凸部形状に依存する。一方、出射側の主面に微細な凹凸が形成される場合、薄型面光源素子の出射光の角度分布は、入射側の主面に形成される凸部形状および出射側の主面に形成される微細な凹凸に依存する。つまり、入射側の主面に形成される凸部形状を制御することにより出射光に指向性を付与し、出射側の主面に形成される微細な凹凸の形状を制御することにより、出射光に所望の視野角を与えることが可能となる。なお、「出射光の指向性」とは面光源素子の出射光のピーク輝度が前記面光源素子の法線方向から傾いていることを表し(ただし、0度の傾きも含む)、「出射光の視野角」とは面光源素子の出射光のピーク輝度に対する半値幅を表す。
本発明の薄型面光源素子における出射光制御板の厚みは0.25mm以下である必要がある。ここで、出射光制御板の厚みは、入射側の主面と出射側の主面との厚みで定義され、入射側の主面における凸部の頂部から出射側の主面までの長さに対応する。ただし、出射側の主面に微細な凹凸が形成されている場合は、入射側の主面における凸部の頂部から出射側の主面における微細な凹凸の平均高さまでの長さとする。
出射光制御板を製造する方法としては、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状オレフィンポリマーなどの熱可塑性樹脂を熱プレス成形法、射出成形法、押出成形法等によりシート状に成形する方法とか、活性エネルギー線硬化型樹脂を用いる光重合成形法などが挙げられる。しかし、熱プレス成形法や射出成形法では出射光制御板を連続的に成形することはできないため本発明に用いるには好ましくなく、熱可塑性樹脂を用いた押出成形法や活性エネルギー線硬化型樹脂を用いた光重合成形法が適している。押出成形法では出射光制御板における凸部に対応した凹形状が形成されたロール状の金型を用い、熱可塑性樹脂をシート状に押出した後、前記金型に接触させながら前記熱可塑性樹脂を冷却することにより、長尺フィルム状の出射光制御板を得ることができる。また、光重合成形法では低粘度の活性エネルギー線硬化型樹脂を透明な支持体上に塗布した後、前述したロール状金型を前記活性エネルギー線硬化型樹脂層に密着させる。その状態のまま透明支持体上から活性エネルギー線を照射することにより、長尺フィルム状の出射光制御板を得ることができる。ただし、出射光制御板の製造方法はこれらの方法に限定されるわけではなく、出射光制御板を連続的に成形できる方法であれば良い。また、長尺フィルム状の出射光制御板は前述したように厚みは0.25mm以下であるため、ロール状に巻き取ることが可能である。
出射光制御板の出射側の主面に微細な凹凸を形成する際には、サンドブラストなどの表面処理を施して良いし、押出成形乃至光重合成形時に微細な凹凸を賦型しても良い。押出成形の場合、微細な凹凸形状が形成されたロール状の金型と出射光制御板における凸部に対応した凹形状が形成されたロール状の金型とを用い、熱可塑性樹脂を挟み込みながら冷却することにより、出射側の主面に微細な凹凸が形成された長尺フィルム状の出射光制御板を得ることができる。また光重合成形の場合、入射側の主面に凸部形状が形成された長尺フィルム状の出射光制御板に、出射側の主面に活性エネルギー線硬化型樹脂を塗布した後、前述した微細な凹凸形状が形成されたロール状金型を前記活性エネルギー線硬化型樹脂層に密着させ、活性エネルギー線を照射することにより、出射側の主面に微細な凹凸の形成された長尺フィルム状の出射光制御板を得ることができる。微細な凹凸は、
長尺フィルムと同一または異なる素材で形成されてよい。
本発明の薄型面光源素子用部材における導光体としては、一般的な面光源素子の導光体として用いられている、可視光波長で透明な材料がいずれも使用可能である。代表例として、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、環状オレフィンポリマーなどが挙げられ、またここに挙げた材料のポリマーブレンドや共重合ポリマーを用いることも可能である。ただし、上記以外の材料でも可視光波長で透明であれば使用することができる。これらの透明材料を表裏面ともに平滑に成形した導光体用フィルムを本発明の薄型面光源素子に使用する。前記導光体用フィルムは厚みを面内均一でかつ0.25mm以下とする必要がある。厚みが不均一であったり、表面が平滑でなかったりする場合、導光体中を光が全反射しながら伝播する際に導光体の外へ光が漏れ出る現象が発生し、薄型面光源素子の光利用効率が低下する。また、厚みが0.25mmよりも厚い場合、導光体用フィルムを巻取り辛くなるために本発明の薄型面光源素子の製造方法の実現が困難となるからである。
本発明における薄型面光源素子用部材は、導光体と出射光制御板とを一体化されることにより製造される。本発明においては、一体化は、導光体用フィルムと出射光制御板用フィルムを積層することにより行なうことができる。積層工程の概要を第2図にしめす。ロール状の導光体用フィルム21を巻出し部22にセットし、前記導光体用フィルム21を巻きだしながら、ラミネートロールに搬送する。前記導光体用フィルムを巻きだし、ラミネートロールへと搬送する過程において、前記導光体用フィルム21の片方の主面にのみ、アクリル系、エポキシ系、酢酸ビニル系、ゴム系等の粘・接着剤23を、塗布装置24を用いて所定量塗布する(ここで、本明細書において粘・接着剤とは粘着剤および接着剤の総称を表す)。また、上述した出射光制御板が配設されてなるロール状の長尺フィルム25を巻出し部26にセットし、前記出射光制御板の入射側の主面を貼合面とし、搬送速度が前記導光体用フィルム21と同一となるように制御しながら、前記出射光制御板用の長尺フィルム25をラミネートロールへと搬送する。前記導光体用フィルム21と前記出射光制御板用の長尺フィルム25はラミネートロール27で貼合されることにより一体化され、表示装置に組み込まれる、複数の薄型面光源素子用部材が連続的に成形されたフィルム28を得ることができる。前記フィルムは総厚0.5mm以下でありフレキシブルであるため、巻取り部29でロール状に巻取ることが可能である。
以上のようにして製造した複数の面光源素子用部材が形成されたロール状のフィルムは、必要とされる導光体の大きさで単位長さに切断される。切断の方法としては、はさみやカッターナイフによる切断を始め、トムソン刃による打抜きなどの機械的切断、炭酸ガスレーザーによる熱的切断が挙げられるが、これらに限定されるわけではなく、複数の面光源素子用部材ユニットが形成されたフィルムから所望の面光源素子用部材ユニットのみを取り出せる方法であればいずれでも良い。
本発明において、面光源素子用部材の製造は、上記のように、まず導光体用フィルムと出射光制御板用フィルムとが積層・一体化されるが、出射光制御板よりも導光体の方が大きい面光源素子を得るためには、上記積層フィルムから、出射光制御板用フィルムの一部を除去する必要がある。このため、本発明においては、積層体の出射光制御板に切れ目をいれるハーフカット処理を行い、ハーフカット位置に基づいて、出射光制御板の一部の除去を行う。積層体から除去される出射光制御板部分としては、図1に示されているように、面光源素子用部材の光源側端部が導光体単独になるように除去されるのが好ましい。さらに、光源側端部とは異なる端部において除去が行われる場合もある。なお、本発明において、ハーフカットを行うにあたり、前記導光体に傷を付けずに出射光制御板のみに切れ目を入れることである。導光体に傷が付いてしまうと、導光体の中を伝搬する光が傷の部分に入射して散乱され迷光になるためである。このようなハーフカットを行うためには、炭酸ガスレーザーによる熱的切断やトムソン刃による打ち抜きが好ましい。炭酸ガスレーザーによる切断の場合、レーザーパワーを最適化することにより、出射光制御板のみを良好に切断できるし、トムソン刃による打ち抜きの場合、トムソン刃のクリアランスを調整することで、導光体を傷付けることなく出射光制御板を切断できる。ただし、これらの切断方法に限定されるわけではなく、出射光制御板のみを良好に切断できる方法であれば、いかなる方法を用いても構わない。ハーフカットにより、出射光制御板に入れられる切れ目は、連続線でも破線でも良い。
本発明の面光源素子用部材の製造方法において、導光体用フィルムと出射光制御板用長尺フィルムとを積層する工程と、切断・ハーフカットを行う工程とは、図2または図3に示されているように、積層体はいったん巻き取られ、切断・ハーフカットは、積層工程とは分離した別の工程で行ってもよく、また、積層と切断・ハーフカットとを連続して行っても良い。
本発明の面光源素子用部材の製造方法において、切断とハーフカットは、どちらを先に行ってもよい。すなわち、所定の位置で積層体を切断し、ついで、切断面を基準にして、所定の長さハーフカットを行っても良い。また、所定の位置で積層体の出射光制御板のみにハーフカットを行い、ついで、所定の位置で、積層体の切断を行っても良い。
導光体用フィルムと出射光制御板用フィルムとの積層体が、まず、単位長さに切断され、その後ハーフカットが行われた場合には、切断面とハーフカット線との間にある出射光制御板部分が除去される。また、まず、前記積層体の所定の位置にハーフカットが入れられ、それから切断が行われる場合には、切断前に出射光制御板の一部が除去されてもよく、切断後に、切断面とハーフカット線との間にある出射光制御板部分が除去されてもよい。除去方法としては、真空チャックや静電チャックなどによって吸着剥離して除去する方法、粘接着剤などを用いて除去すべき部分を粘接着して剥離する方法が挙げられる。
得られた薄型面光源素子用部材の端面に光源を配置することにより観察者側に光を取り出すことが可能となる。薄型面光源素子に用いる光源として冷陰極管などの線光源や発光ダイオード(LED)などの点光源が挙げられる。本発明の薄型面光源素子における導光体の厚みが0.25mm以下であるために、0.25mm以上の厚みを有する上記光源を薄型面光源素子の端面に配置するだけでは、光源から発せられる光を有効に利用することができない。そこで、薄型面光源素子と光源の間に光源からの光を集光するためのライトガイドを使用することも可能である。前記ライトガイドを用いることにより、前記光源の発光部よりも薄い導光体に効率良く光を入射することができる。以上のようにして光源からの光は、薄型面光源素子の出射面側から観察者の方へ出射されることになる。
上記のようにして得られた本発明の薄型面光源素子の出射面側に、映像情報を与える透過型または半透過型の液晶パネルを設けることにより、本発明に係る液晶表示装置を得ることができる。
薄型面光源素子に用いる出射光制御板用長尺フィルムを以下の手順で作製した。ガラス基板上にポジ型レジストを0.02mmの厚みでスピンコートし、任意のパターンが描画されたフォトマスクを介して露光現像を行った。このようにして得られたポジ型レジストの凹凸形状は、薄型面光源素子で必要とされる出射光制御板の凸部形状となるように設計されており、凹凸形状に対してニッケル電鋳を施すことにより出射光制御板の金型を製造できる。なお、該凸部の配列および薄型光源素子の発光エリアは、該フォトマスクに描画された遮光パターンにより調整することができる。本実施例においては、凸部底部の大きさを0.02mm、凸部の間隔を0.03mm〜0.8mmで偏重、発光エリアを57mm×75mmとした。また、該凸部の断面形状はポジ型レジストの塗布厚みで制御されるため高さ0.02mmの台形とし、これを中心軸で回転した立体を凸部とした。
薄型面光源素子に用いる出射光制御板用長尺フィルムを実施例1と同様の手順で作製した。ただし、実施例2においてはアートンフィルムの替わりに厚み0.1mmのポリメチルメタクリレートフィルム(株式会社カネカ製、商標「サンデユレン」)を用いた。
11:導光体
12:光源
13:凸部
14:出射光制御板
15:接着部
21:導光体用フィルム
22:導光体用フィルムの巻出し部
23:粘・接着剤
24:塗布装置
25:出射光制御板が配設されてなる長尺フィルム
26:出射光制御板用長尺フィルムの巻出し部
27:ラミネートロール
28:薄型面光源素子用部材が複数形成されたフィルム
29:薄型面光源素子用部材が複数形成されたフィルムの巻取り部
31:表面処理装置
Claims (10)
- (a)厚みが面内で均一でかつ0.25mm以下の、可視光波長で透明な導光体用フィルムに、頂部が同一平面にあり、光の出射角度を制御できる複数の凸部が片面に形成された、厚みが0.25mm以下の出射光制御板用フィルムの凸部面を積層して、前記導光体用フィルムと前記出射光制御板用フィルムとの積層体を形成し、
(b)前記積層体の所定位置で前記積層体を切断し、ついで、
(c)前記積層体の所定位置で前記積層体の出射光制御板用フィルムに切れ目を入れるハーフカットを行い、前記ハーフカットの位置に基づいて、前記積層体から前記出射光制御板用フィルムの一部の除去を行うことからなる、
出射光制御板よりも面積が大きい導光体を有する薄型面光源素子用部材の製造方法。 - (a)厚みが面内で均一でかつ0.25mm以下の、可視光波長で透明な導光体用フィルムに、頂部が同一平面にあり、光の出射角度を制御できる複数の凸部が片面に形成された、厚みが0.25mm以下の出射光制御板用フィルムの凸部面を積層して前記導光体用フィルムと前記出射光制御板用フィルムとの積層体を形成し、
(b)前記積層体の所定位置で、前記積層体の出射光制御板用フィルムに切れ目を入れるハーフカットを行い、
(c)前記ハーフカットの位置に基づいて、前記積層体から前記出射光制御板用フィルムの一部の除去および前記積層体の所定位置における切断を行うことからなる、
出射光制御板よりも面積が大きい導光体を有する薄型面光源素子用部材の製造方法。 - 請求項1または2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、前記導光体用フィルムの片面に粘着剤または接着剤を塗布し、前記粘着剤または接着剤が塗布された面に、前記出射光制御板用フィルムの凸部面を積層する、薄型面光源素子用部材の製造方法。
- 請求項1または2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、前記出射光制御板用フィルムの凸部面および/または前記導光体用フィルムの積層面を、エネルギー線照射により表面処理した後、前記表面処理を行った面を介して、粘着剤または接着剤を適用することなく、前記導光体用フィルムと前記出射光制御板凸部面とを積層する、薄型面光源素子用部材の製造方法。
- 請求項4に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、前記エネルギー線は、4eV以上のエネルギーを有する、薄型面光源素子用部材の製造方法。
- 請求項1または2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、前記ハーフカットの位置に基づいて、前記面光源素子用部材における前記出射光制御板用フィルムの光源側の端部が除去される、薄型光源素子用部材の製造方法。
- 請求項1または2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、前記導光体用フィルムと前記出射光制御板用フィルムの積層を行う積層工程と、前記ハーフカットおよび切断を行う工程とを、連続的または非連続的に行う薄型面光源素子用部材の製造方法。
- 請求項1または2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、ハーフカットによる切れ目が、連続線または破線である薄型面光源素子用部材の製造方法。
- 請求項1または2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、切断およびハーフカットによる切れ目が、積層後の出射光制御板用フィルムの横方向および/または縦方向に入れられる、薄型面光源素子用部材の製造方法。
- 請求項2に記載の薄型面光源素子用部材の製造方法において、前記積層体の切断後に、前記出射光制御板用フィルムの一部の除去を行なう、薄型面光源素子用部材の製造方法。
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