JP5267705B1 - 貼り合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ファイバの素線を一列に並べて構成した出射部を備えたファイバ束で光を導く光照射装置における光照射領域の照度分布を均一にすること。
【解決手段】光源部１から出射する光は、棒状で中実の導光ガラス４に入射し、導光ガラス４の内壁面で反射を繰り返し混じり合いながら進行し、導光ガラス４から均一な照度分布の光となって出射する。導光ガラス４から出射した光は、第１のファイバ束２ａに入射し、ファイバの素線３ａを一列に並べて構成した出射部３から出射する。導光ガラス４を設けているので、出射部３の各ファイバ素線３ａから出射する光の照度分布を均一にすることができる。また、導光ガラス４の代わりに第２のファイバ束を設け、第１のファイバ束２ａの入射端に対して第２のファイバ束の出射端を少し間隔をあけて配置したり、導光ガラス４と光源部１の間に第２のファイバ束を設けてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は狭い領域に光を導き線状の光照射領域を形成するためのファイバを備える光照射装置を用いて、液晶パネルとカバーガラスを貼り合せる貼り合せ方法に関する。

近年、液晶のタッチパネルを備える機器が多く製造販売されている。液晶のタッチパネルは、液晶パネルの表面にカバーガラスを貼り付けた構造になっている（タッチセンサーは液晶パネル内に含まれる）。カバーガラスは液晶パネルの保護のために貼り付けられる。カバーガラスは、液晶パネルとの間に空気が入り込まないようにして接着剤により接着される。
以降、液晶パネル上にカバーガラスを貼り付け、フレームにより両者が固定されたものをタッチパネルと呼ぶ。
カバーガラスを液晶パネル上に接着する接着剤を硬化させる手段方法として、次のようなことが考えられている。
（１）接着剤として光硬化性のものを使用する。
（２）タッチパネルの裏面側であって、液晶パネルとフレームとの間に、幅０.３ｍｍ〜０.５ｍｍ程度の細長い隙間を設ける。
（３）この隙間から接着剤を硬化させる波長の光を導入して接着剤を硬化させる。
光硬化性の接着剤の中には、光が照射された部分から連鎖反応的に硬化するものがあり、そのような接着剤を使用すれば、一部に光を照射するだけで、塗布した接着剤全体を硬化することができる。

図５に、上記の液晶パネル２１とカバーガラス２２とを接着する方法の概念図を示す。同図はタッチパネルの断面の一部を示した図である。
タッチパネル２０は、２枚のガラス２１ａ，２１ｂの間に液晶を挟んで形成した液晶パネル２１の上に、光硬化性の接着剤２４を介してカバーガラス２２を載せた構造をしている。
接着剤２４は、カバーガラス２２の液晶パネル２１と接する側の表面に塗布されている。カバーガラス２２はタッチパネル２０のフレーム２３により保持されている。
タッチパネル２０の裏面側において、フレーム２３と液晶パネル２１との間に幅０.３ｍｍ〜０.５ｍｍ程度の、同図手前奥に伸びる細長い隙間Ａが形成されている。
この隙間Ａから接着剤２４を硬化させる波長の光を導入し、液晶パネル２１の端からはみ出ている接着剤２４に照射する。これにより接着剤２４が連鎖反応的に硬化し、全体が硬化する。

このような方法でタッチパネル２０のカバーガラス２２の接着行うためには、フレーム２３と液晶パネル２１との間の細長い隙間Ａに光を導入する光照射装置が必要である。
このような光照射装置として、光源からの光をファイバ束により導く装置を使用することが考えられる。このような光照射装置を使い、ファイバ束の光出射側において、ファイバを線状に並べて構成すれば、線状の光照射領域を形成できる（例えば特許文献１や特許文献２を参照）。
図５の光照射装置においても、このようなファイバ束を備えた光照射装置を使用している。

図５に示す光照射装置は光源部１と導光ファイバ２とを備える。光源部１は、接着剤２４を硬化させる波長の光を放射するランプ１ａと、このランプ１ａからの光を反射して集光し、ファイバの入射端に導く集光反射鏡１ｂ（ミラー）とを備える。なお、ランプ１ａの代わりにＬＥＤを使用しても良い。
導光ファイバ２は、多数の細いファイバの素線をランダムに束ねたものである。すなわち、各ファイバ素線について、光入射側のファイバ素線の位置に対して、光出射側がランダムに異なった位置になるように配置されている。

光入射側は、集光される光の形状に合わせて円形に束ねられている。そして光出射側の光出射部３のファイバ素線３ａは、フレーム２３と液晶パネル２１との間の細長い隙間Ａに合わせて、一列に並べて配置されている。
図６に上記光出射部３の構成例を示す。同図に示すように、光出射部３のファイバ素線３ａは素線３ａを線状に並べて固定するためのファイバ素線支持フレーム３ｂにより支持されている。ここで、フレーム２３と液晶パネル２１との間の０.３ｍｍという隙間Ａは非常に狭いため、ファイバの素線３ａの先端は、同図に示すようにファイバ素線支持フレーム３ｂから突出し、この素線３ａの先端が隙間に入るように構成している。

特開平１−３０４４０３号公報 特開昭６３−５３５３７号公報

上記したようにファイバ束は多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成している。そのため、導光ファイバ２の入射端に入射する集光反射鏡１ｂにより集光された光は、図７の導光ファイバ２の入射端側の照度分布に示すように、中央部の照度が高く周辺部が低い分布となる。しかし、導光ファイバ２の光出射端は、各ファイバがランダムに配列されて束ねられている。そのため、導光ファイバの出射端を入射端と同様な形状とした場合、図７（ａ）に示すように、個々のファイバから出射した強弱のある光は、混ぜ合わされて放射状に広がり、光照射領域においては照度分布がほぼ均一になる。

しかし、図６に示したように、出射部３をファイバの素線３ａを一列に並べた構成とすると、強弱のある光が混じり合うという効果がなくなる。このため、図７（ｂ）に示すようにそのため光照射領域では均一な照度分布が得られない。
そのため、このような光を接着剤に照射したのでは、場所により接着剤の硬化速度が異なり、場合によっては、照度が弱い部分では、所定の光照射時間内に接着剤が十分に硬化しないことも考えられる。

照度分布を均一にするためには、光出射側にレンズ等を設けることが考えられるが、レンズを設けると、その分、光出射部の構造が大きくなる。レンズを設けた光出射部は、液晶パネル２１とフレーム２３の間の狭い隙間に挿入することができず、上記のカバーガラス２２の接着に使用することができない。
本発明は上記課題を解決するものであり、ファイバの素線を一列に並べて構成した出射部を備えたファイバ束で光を導く光照射装置における光照射領域の照度分布を均一にし、所定の光照射時間内に確実に接着剤を硬化できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明においては、ファイバ束（導光ファイバ）に入射する光の照度分布を均一にする。即ち、ファイバ束の光入射端部での照度分布を均一にする。そのため、光照射装置を以下の（１）（２）のように構成し、この光照射装置を用いて、タッチパネルの液晶パネルとカバーガラスとを、以下の（３）のように貼り合わせる。
（１）ファイバの素線を一列に並べて構成した出射部を備えた導光ファイバ（以下第１のファイバ束と呼ぶ）の光入射側に、棒状で中実の導光ガラスを配置する。光源からの光は、まずこの導光ガラスに入射し、導光ガラスから出射した光が第１のファイバ束に入射する。
（２）第１のファイバ束の光入射側に棒状の導光ガラスを配置し、さらに導光ガラスの光入射側に第２のファイバ束を設ける。光源からの光は、まず第２のファイバ束に入射し、次に棒状の導光ガラスに入射し、その次に第１のファイバ束に入射する。
（３）液晶パネルの表面をカバーするカバーガラスを貼り合わせるため、上記（１）（２）の光照射装置を用い、前記カバーガラスを支持するフレームと前記カバーガラスに光硬化性接着剤を介して接している前記液晶パネルとの間の隙間に、前記光照射装置からの光を導き、前記光硬化性接着剤を硬化させ、液晶パネルとカバーガラスとを貼り合せる。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）棒状の導光ガラスは、入射した光に照度分布があっても、導光ガラス内を進むうちにガラスの壁面で繰り返し反射されて交じり合い、出射する光は照度分布が均一になる効果を有する。したがって、第１のファイバ束の光入射側に、棒状の導光ガラスを設けることにより、第１のファイバ束に入射する光の照度分布が均一になる。
また、多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成した第２のファイバ束を設け、その出射端に対して第１のファイバ束の入射端を間隔を設けて配置することにより、第１のファイバ束の入射端における光の照度分布を均一にすることができる。
さらに、上記第２のファイバ束と棒状の導光ガラスを組み合せれば、両者の照度分布を均一にする効果が上がり、出射する光の照度分布はより均一になる。
すなわち、第１のファイバ束の光入射側に、棒状の導光ガラス、または、第２のファイバ束、または第２のファイバ束と棒状の導光ガラスを組み合せたものを設けることにより、第１のファイバ束の各ファイバ素線に入射する光の強度が均一になる。したがって、各ファイバ素線から出射する光の強度も均一になる。その結果、ファイバの素線を一列に並べて構成した出射部から出射する光による光照射領域の照度分布を均一にすることができる。
（２）液晶パネルの表面をカバーするカバーガラスを貼り合わせるに際し、上記第１のファイバ束の光入射側に、棒状の導光ガラス、または、第２のファイバ束、または第２のファイバ束と棒状の導光ガラスを組み合せたものを設けた光照射装置を用い、前記カバーガラスを支持するフレームと、前記カバーガラスに光硬化性接着剤を介して接している前記液晶パネルとの間に隙間を設け、この隙間に、前記ファイバの素線を一列に並べて構成した出射部を挿入し、各ファイバ素線からの光を光硬化性接着剤に照射して前記光硬化性接着剤を硬化させることにより、タッチパネルのような構造の装置においても、カバーガラスと液晶パネルを所定時間内に確実に貼り合わせることができる。

本発明の第１の実施例の光照射装置を示す図である。 本発明の第２の実施例の光照射装置及び他の構成例を示す図である。 シミュレーションにより照度分布を求めたときの装置構成を示す図である。 シミュレーションにより求めた従来の装置と第１の実施例の装置のライン照度分布を示す図である。 液晶パネルとカバーガラスとを接着する方法を説明する図である。 ファイバの素線を一列に並べて構成した図５に示す光照射装置の出射部を示す図である。 導光ファイバの出射端の照度分布および導光ファイバの出射端をファイバの素線を一列に並べた構成とした場合の照度分布を示す図である。

図１は本発明の光照射装置の第１の実施例を示す図であり、図１（ａ）は従来の光照射装置の構成を示し、図１（ｂ）に本発明の第１の実施例の構成を示す。なお、図１（ａ）は本発明と対比するため示したものである。
図１（ａ）に示す従来の光照射装置は光源部１と導光ファイバ２とを備える。光源部１は、接着剤２４を硬化させる波長の光を放射するランプ１ａと、このランプ１ａからの光を反射して集光し導光ファイバ２の入射端に導く集光反射鏡（ミラー）１ｂとを備える。なお、ランプ１ａの代わりにＬＥＤを使用しても良い。
導光ファイバ２は、前記したように多数の細いファイバの素線をランダムに束ねものである。光出射側はファイバ素線支持フレーム３ｂによりファイバの素線３ａを一列に並べて配置し、線状の光照射領域が形成されるようにしている。

図１（ｂ）に本発明の第１の実施例の光照射装置を示し、図１（ａ）との違いは、導光ファイバの光入射側に、中実で棒状の導光ガラス（ロッドレンズ）４を配置した点である。上記導光ファイバを以下では、第１のファイバ束２ａと呼ぶ。
第１のファイバ束２ａの光入射側は、集光される光の形状に合わせて円形に束ねられている。そして光出射側の光出射部３は、図５に示したフレーム２３と液晶パネル２１との間の細長い隙間に合わせて、図６に示したようにファイバの素線３ａを一列に並べて配置している。
中実で棒状の導光ガラス４は、本実施例では円柱状の石英を用いた。円柱状の石英の両端面（底面、光入射面と光出射面）は、円柱の側面に対して直角な平面である。

光源部１からの光は、まず棒状の導光ガラス４に入射し、導光ガラス４から出射した光が第１のファイバ束２ａに入射する。
中実で棒状の導光ガラス４に入射した光は、導光ガラス４の内壁面で反射を繰り返し混じり合いながら進行し出射する。光は、導光ガラス４の光入射側で不均一な照度分布が生じていても、導光ガラス４の内壁面で反射を繰り返し混じり合うことにより、均一な照度分布になって出射する。
そのため、第１のファイバ束２ａに入射する光の照度分布は均一になる。その結果、第１のファイバ束２ａの各素線から出射する光の強度が均一になり、光照射領域の照度分布も均一になる。

図１において、光源部１の出射側（図１（ａ）の導光ファイバ２及び図１（ｂ）の導光ガラス４の入射側）の照度分布は同図のＡ部の照度分布に示すように、中央部の照度が高く周辺部が低い分布となる。従来の光照射装置においては、導光ファイバ２の光入射側の照度分布が均一でないので、照射領域の照度分布は同図に示すようにムラが大きくなる。
一方、本実施例において、Ａ部の照度分布は、中央部の照度が高く周辺部が低い分布となるが、導光ガラス４から出射するＢ部の照度分布は、同図に示すように均一となる。このため、照射領域の照度分布はほぼ均一となる。

棒状の導光ガラス４の形状は、円柱状でなくても角柱状でもよい。ただし、棒の長手方向の太さ（径）は、光は進む方光に対して等しくなければならない。径が違うと、導光ガラス４に入射した光の内一部が、内壁面で全反射せず外に出てしまい、光の利用効率が低下するからである。また、両端面（底面、光入射面と光出射面）の形状は、平面でなくてもＲを有する円弧状（球面状）であってもよい。

図２は、本発明の第２の実施例及び他の構成例を示す図である。
図２（ａ）は、他の構成例を示す図である。図２（ａ）において、光照射装置は光源部１を備える。光源部１は、接着剤２４を硬化させる波長の光を放射するランプ１ａと、このランプ１ａからの光を反射して集光する集光反射鏡１ｂを備える。なお、ランプ１ａの代わりにＬＥＤを使用しても良い。
図２（ａ）の他の構成例においては、前記第１のファイバ束２ａの光入射側に、第２のファイバ束２ｂを設ける。第２のファイバ束２ｂは、第１のファイバ束２ａと同様、多数の細いファイバの素線をランダムに束ねたものである。光源部１からの光は、まず第２のファイバ束２ｂに入射し、第２のファイバ束２ｂから出射した光が第１のファイバ束２ａに入射する。

第２のファイバ束２ｂの光出射端と第１のファイバ束２ａの光入射端は、わずかに間隔をあけて配置する。この間隔は第２のファイバの各素線から出射した強弱のある光が混じり合うための領域である。混じり合った光は照度分布が均一になり第１のファイバ束２ａに入射する。その結果、第１のファイバ束２ａの各素線から出射する光の強度が均一になり、光照射領域の照度分布も均一になる。

図２（ａ）において、光源部１の出射側（第２のファイバ束２ｂの入射側）の照度分布は同図のＡ部の照度分布に示すように、中央部の照度が高く周辺部が低い分布となる。
第２のファイバ束２ｂは多数の細いファイバの素線をランダムに束ねたものであるので、第２のファイバ束２ｂの出射側においては、ある程度照度分布は均一化されるものの、同図のＢ部の照度分布に示すように、照度の高い部分と低い部分が混在した状態となる。
ここで、上記したように第２のファイバ束２ｂの光出射端と第１のファイバ束２ａの光入射端は、間隔をあけて配置されており、第２のファイバの各素線から出射した強弱のある光が混じり合う。したがって、第１のファイバ束２ａの入射側では、照度分布はほぼ均一化され、照射領域の照度分布も均一になる。

図２（ｂ）は、第２の実施例を示す図である。
本実施例は第１の実施例の構成と上記他の構成例の構成を合わせたものであり、本実施例においては、第１のファイバ束２ａの光入射側に棒状の導光ガラス４を配置し、導光ガラス４の光入射側に第２のファイバ束２ｂを設けている。
第２のファイバ束２ｂにより概ね均一な照度分布になった光を、棒状の導光ガラス４によりさらに均一な照度分布にする。このように構成することで、上記実施例に比べて、光照射領域の照度分布をより均一にすることができる。

上記実施例の光照射装置による照度分布の均一化の効果を確認するため、本発明の第１に実施例の光照射装置の照射領域による照度分布と、従来の光照射装置による照射領域における照度分布をシミュレーションにより求め比較した。
図３に照度分布を求める際の装置構成を示す。また、図４に上記シミュレーションにより求めた従来の装置と本発明の第１の実施例の装置のライン照度分布（ファイバの素線を一列に並べた方向の照度分布）を対比して示す。同図の白丸は従来例の光照射装置における出射部３から出射される光の照度分布を示し、黒丸は本発明の光照射装置における光出射部３から出射される光の照度分布を示す。同図において、横軸は、ファイバの素線を一列に並べた方向の距離（ｍｍ）であり、縦軸は各位置における相対照度である。

従来の装置の照度分布は、図３（ａ）に示す導光ファイバ２を用いた装置について求めものである。すなわち、φ０．５ｍｍのファイバ素線を１４４本束ねたφ６ｍｍのファイバ束を用い、光源ランプ１ａと楕円集光鏡１ｂから構成される光源部１から出射する光を、上記ファイバ束に入射し、ファイバの素線３ａを一列に並べて配置した出射部３から出射する光を、出射部３から０．５ｍｍ程度離れた被照射体に照射して、照度分布を調べた。なお、出射部３のファイバ素線の並び方向の長さは７２ｍｍである。このときの導光ファイバ２の入射面Ａでの照度分布を図３のＡに示す。
従来の装置における被照射体のライン照度分布の均一度は約２３．４％であり、図４の白丸で示すように、各ファイバの素線から出射する光強度の強弱が、混じり合わず、そのまま光照射領域に投影される。そのため各位置における照度は大きく上下する。

また、本発明の第１の実施例の装置の照度分布は、図３（ｂ）に示す導光ガラス（ロッドレンズ）４とファイバ束２ａを用いた装置について求めものである。すなわち、光源部１から出射する光を、φ８ｍｍの石英ガラスの２００ｍｍの導光ガラス（ロッドレンズ）４に入射し、図３（ｂ）に示すように、導光ガラス４から出射する光をφ０．５ｍｍのファイバ素線を１４４本束ねたφ６ｍｍのファイバ束２ａに入射し、ファイバの素線３ａを一列に並べて配置した出射部３から出射する光を、出射部３から０．５ｍｍ程度離れた被照射体に照射して、照度分布を調べた。なお、出射部３のファイバ素線の並び方向の長さは７２ｍｍである。このときの導光ガラス４の出射面Ｂでの照度分布を図３のＢに示す。
本発明の第１の実施例の装置における被照射体のライン照度分布の均一度は、１０．８％であり、図４の黒丸で示すように、照度分布の均一度は大幅に改善された。
このように、ファイバの素線を一列に並べて構成した出射部を備えるファイバ束の光入射側に、棒状の導光ガラスを配置することにより、照度分布の均一度を大幅に改善することができる。

上記実施例に示した光照射装置により、前記図５に示したように、タッチパネルのカバーガラスの接着を行うことができる。
すなわち、前記図５に示したように、タッチパネル２０のカバーガラス２２の液晶パネル２１と接する側の表面に光硬化性接着剤２４が塗布されている。このタッチパネル２０の裏面側に設けられたフレーム２３と液晶パネル２１との間の細長い隙間Ａに、上記光照射装置の光出射部３のファイバ素線３ａを挿入し、各ファイバ素線３ａからの光を接着剤２４に照射し、接着剤２４を硬化させる。
本発明によれば、光出射部３の線状に並べて配置されたファイバ素線３ａから、均一な照度分布の線状の光を照射することができるので、上記接着剤２４をムラなく均一に硬化させることができる。

１ 光源部
１ａ ランプ
１ｂ 集光反射鏡
２ 導光ファイバ
２ａ 第１のファイバ束
２ｂ 第２のファイバ束
３ 光出射部
３ａ ファイバの素線
３ｂ ファイバ素線支持フレーム
４ 導光ガラス（ロッドレンズ）
２０ タッチパネル
２２ カバーガラス
２３ フレーム
２４ 接着剤

Claims (2)

1. 光源からの光を、中実の導光ガラスを介して複数のファイバ素線を束ねたファイバ束の入射端に入射し、前記ファイバ素線を線状に並べて配置した出射端から、前記光を被照射物に対して照射する光照射装置を用い、液晶パネルと、液晶パネルの表面をカバーするカバーガラスとを貼り合せる貼り合せ方法であって、
   前記カバーガラスを支持するフレームと、前記カバーガラスに光硬化性接着剤を介して接している前記液晶パネルとの間に隙間を設け、前記隙間に、前記光照射装置からの光を導き、前記光硬化性接着剤を硬化させ、液晶パネルとカバーガラスとを貼り合せる貼り合せ方法。
2. 前記光照射装置の前記ファイバ素線を線状に並べて配置した出射端は、前記ファイバ素線の先端を、前記ファイバ素線を線状に並べて固定したフレームから突出させて並べたものであることを特徴とする請求項１に記載の貼り合せ方法。

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