JP5306882B2 - 導光板及び導光板の製造方法 - Google Patents

Description

看板、液晶表示装置などの照明に用いるエッジライト式バックライト用の導光板及びこれを用いた表示装置などに関する。

従来の導光板は、導光板内部に光拡散性の粒子等を添加し、光を拡散、反射させていた。又、光透過性の高い平板の表面に後加工で微細溝を付与したり、印刷により面積の異なる反射体を設けたりしていた。
例えば特許文献１には、導光体の厚みを光源から離れるにつれ薄くし、反射面を曲面としてその傾きを調整したものが記載されている。また、特許文献２には、内部に拡散剤を含有した拡散板および密度に勾配のある網目状の印刷を行って反射面を形成した例が記載されている。
導光板内部に光拡散性微粒子を添加した場合、導光距離（入光面と対向する面との間の距離）が３００ｍｍ未満では、大きな問題は無かった。しかしながら、導光距離が３００ｍｍ以上では、導光距離が長くなるに従い、発光面の照度が低下する問題があった。
また、微細溝を後加工で付与して導光板表面に微細な加工を施す場合や印刷により面積の異なる反射体を設ける場合でも発光面の照度を均一にする効果は不十分であった。

この他、導光体の表面に微細な粗面部と平滑部を設け、粗面部の面積割合を変化させたものが特許文献３に記載されている。粗面部近傍が明るく、平滑部近傍が暗くなる事を防ぐためには、導光体と表示部の間に拡散シートを設ける、あるいは導光体と表示部との距離を大きくするなどの手法が用いられる。しかしいずれも表示装置の薄型化、軽量化に反するものであった。
そこで発光面の照度を均一にするため、導光体の表面全面に微細な粗面部を設け、その粗面の程度を変化させることが考えられる。この場合、導光距離が長くなると粗面の程度を広範囲に調節する必要がある。発明者は粗面程度の調整について種々検討した結果、１０点平均粗さＲｚが６．５μｍ以下である微細な凹凸部分を有する時、着色現象が生じる問題がある事がわかった。表面粗さの数値と、入光部で青味を帯び、光源から離れた位置で黄色味を帯びている事などからこの着色現象はレイリー散乱によると思われる。このような着色現象は導光距離が３００ｍｍ以上の場合に目立つ。しかしながら、従来の粗面光散乱式の導光板はこのように大きな導光距離のものが少なく、問題自体が顕在化していなかった。

特開平２−０１３９２５号公報 特開平４−１４５４８５号公報 特許第２７１０４６５号公報

本発明は、特定の表面粗さを有する導光板であっても着色現象のない導光板及びその製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明に係る導光板の一態様は、端面より入光する導光板であって、出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方は、ランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面であり、前記凹凸は、１０点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下であり、前記光拡散面に厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の不揮発性透明液体を塗布したことを特徴とする。導光板の光拡散面に不揮発性透明液体を塗布し、粗面程度を調整する。これにより、微細な凹凸を有する場合に着色減少が生じることを防止する。

また、本発明係る導光板の一態様において、前記不揮発性透明液体は、シリコーンオイルであることが好ましく、また、入光面と、前記入光面と対向する面と間の距離が３００ｍｍ以上であることが好ましい。

さらに、本発明に係る導光板の他の一態様は、端面より入光する導光板であって、出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方は、ランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面であり、前記凹凸は、１０点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下であり、前記光拡散面に厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の透明液体を塗布し、塗布した後、前記透明液体の硬化処理を施したことを特徴とする。これにより、透明液体を用いて、微細な凹凸を有する場合に着色減少が生じることを防止することを可能にする。
また、透明液体は、シリコーンゴム液（ポリシロキサン系ゴム）であることが好ましい。

さらに、本発明に係る導光板の製造方法の一態様は、端面より入光する導光板の製造方法であって、出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方に、１０点の平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下である、微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面を形成し、前記光拡散面に厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の不揮発性透明液体を塗布する。

また、本発明に係る導光板の製造方法の他の一態様は、端面より入光する導光板の製造方法であって、出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方に、１０点の平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下である、微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面を形成し、前記光拡散面に厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の透明液体を塗布し、塗布した後、前記透明液体の硬化処理を施す。

本発明によれば、特定の表面粗さを有する導光板であっても着色現象のない導光板及びその製造方法を提供することができる。

本願発明の実施形態の光源装置の一例を示す断面図である。 導光板の構成を説明する図である。 導光板の反射面を拡大した部分図であり、（ａ）は、反射面の断面を模式的に拡大した図であり、（ｂ）は、（ａ）をさらに拡大し、不揮発性液体が塗布されている状態を示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。また、本明細書内の「１０点平均粗さＲｚ」、「中心線平均粗さＲａ」は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠する。

（実施形態１）
本発明に係るエッジライト式面光源装置の実施形態を、図面とともに説明する。
図１は本願発明の実施形態の光源装置の一例を示す断面図である。図１において、光源装置（面光源装置）は、導光板１、拡散フィルム２、反射フィルム３、冷陰極管または線状に配置したＬＥＤ（light-emitting diode）などの光源（線状光源）４、光源４を取巻く反射板５を備える。図１では光源４は導光板１の１つの端面のみに備えられているが、２つの端面に備えられていてもよく、また、３つ以上の端面に備えられていてもよい。さらに、コーナー部に備えられていてもよい。導光板１は、図２に示すように光が出射する鏡面（出光面）１ｂと、光が反射する反射面１ａと、を有し、この反射面１ａは、板の成形時に所定の表面粗さが付与される。

具体的には、反射面１ａには、ランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与されている光拡散面が形成されている。出射面の輝度を均一にするために、微細凹凸は、１０点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下であることが好ましい。図２では、反射面１ａに光拡散面が形成されている例を示しているが、鏡面１ｂに光拡散面が形成されている場合であってもよいし、反射面１ａと鏡面１ｂとの両方に光拡散面が形成されていてもよい。
また光拡散面はその粗さが場所により異なっていても良い。出射面の輝度を均一にするために、光源４から遠ざかるほど光拡散面の微細凹凸が大きくなっていても良い。光拡散面は反射面１ａの一部に形成されていてもよいし、全面に形成されていてもよい。光拡散面が形成されている面積が光源４から遠ざかるほど大きくなっていても良い。

上述したエッジライト式面光源装置をバックライトとして、その発光面側に液晶パネル、印刷された看板など透過型の表示素子を重ねることで表示装置を構成することができる。

導光板１表面に本発明のような１０点平均粗さＲｚが６．５μｍ以下である微細形状を形成するには、サンドブラスト処理、研磨等の粗面化処理を施す方法が挙げられる。粗面化処理を施す前の面は平滑であってもよい。押し出し成形、射出成形、キャスト成形などによりあらかじめ粗面を形成した上で、場所によりあるいは全面で調整するため粗面化処理をさらに施しても良い。
導光板１の材料としては、無機ガラスや透明樹脂を使用可能であるが、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂等が透明性、機械特性の点から好適に採用される。

図３に、導光板１の反射面１ａの一部分を拡大した図を示す。図３（ａ）は反射面１ａの断面を模式的に拡大した図である。反射面１ａの表面は、中心線平均粗さＲａ＝６．５μｍの凹凸が形成されている。ここで反射面１ａの表面には不揮発性液体が塗布されているが、その塗布膜厚は表面凹凸に比べ小さいため、ここでは図示されていない。
図３（ｂ）には更に拡大した図が示され、図３（ａ）の反射面１ａの点線で囲んだ部分をさらに拡大して示している。反射面１ａの表面には微細な凹凸があり、その表面に不揮発性液体１０が塗布されている事が示されている。
不揮発性液体としては、環境安定性、導光板１の基板を損傷しにくいと言った点から、シリコーンオイル（ポリシロキサン系オイル）が好ましい。または、不揮発性液体としては、透明性が高いものが好ましく、また極薄く塗る必要がある点から、低粘度である事（例えば５０Ｐａ・ｓ以下程度）が好ましい。

輝度の均一化に必要な導光板の表面粗さを確保しながら着色現象を解消するためには、不揮発性液体の塗布量が重要となる。塗布量は、反射面１ａの表面に０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の不揮発性液体が塗布されることが必要である。これより少ないと着色現象を十分に防ぐ事ができない。これより大きいと輝度の均一化に必要な導光板の表面粗さを確保できない。

不揮発性液体の塗布量は基板の場所により変化させても良い。基板の一部のみに塗布しても良い。例えば、光源４に近い部分に優先して塗布してもよい。光源４から離れた部分のみに塗布した場合、導光板１内を伝わる光は光源４付近で青光成分をより多く散乱し、さらに光源４から離れた部分へ伝わる導光板１内の光は（補色として）黄味を帯びると想定される。このため、一部のみに塗布する場合には光源４に遠い部分より近い部分を優先することが効果を生じさせると期待される。また、光源に近い部分の方が表面粗さが小さいためより着色を生じやすく、その部分に塗布する方が有効となることが期待される。

なお、本発明ではその効果を損なわない程度に導光体内部に光拡散性微粒子を添加してもよい。

以上説明したように、本発明を用いると、輝度の均一化に必要な導光板の表面粗さはほとんど変化させず、着色現象の原因となる特に微細な導光板の表面粗さを平滑にする事ができる。このため、均一な輝度で着色現象のない導光板を提供することができる。

（実施形態２）
実施形態１では、不揮発性透明液体を用いる場合を説明したが、実施形態２では、導光板へ透明液体を塗布した後に当該液体を硬化させることが可能な透明液体を用いる場合を説明する。図１から図３に示す構成等については本実施形態も同様であるため説明を省略する。また、本実施形態の導光板の製造方法は、不揮発性透明液体に替えて塗布後に硬化させることが可能な透明液体を用いる点を除いて、透明液体を塗布する工程までは、実施形態１と同様である。本実施形態では、透明液体を塗布した後、当該透明液体を硬化させる工程を行う。

透明液体としては、透明性が高いものが好ましく、また環境安定性、導光板１の基板を損傷しにくいと言った点から、シリコーンゴム未硬化液（ポリシロキサン系ゴム）が好ましい。さらに極薄く塗る必要がある点から、低粘度である事が好ましく、例えば５０（Ｐａ・ｓ）以下であることが好ましい。
更にシリコーンゴムとしては、紫外線硬化型、１液タイプの熱硬化型、１液タイプの常温硬化型、２液タイプの熱硬化型、２液タイプの常温硬化型の他、大気中の湿気を吸収して硬化する縮合型などを用いる事ができる。中でも利便性から１液タイプの熱硬化型、１液タイプの常温硬化型が好ましい。

塗布後に硬化させることが可能な透明液体を用いることにより、実施形態１に比べ、導光板の着色をさらに抑制することが可能になる。具体的には、実施形態１で説明したとおり、導光板の凹凸部分に透明液体を極薄く塗布することによって、着色現象を改善する事ができることが判明した。しかしながら、表面に付着した液体が、導光板を取り扱う過程や梱包部材への付着により脱落する事があり、脱落部分には明るさムラ、色ムラが見られたり、周囲の部材を汚染したりする、という別の問題が発生する。
そこで、不揮発性透明液体に替えて塗布後に硬化させることが可能な透明液体を用いることにより、透明液体が導光板から脱落することを抑制できる。これにより、特定の表面粗さを有する導光板であっても着色現象がなく、取り扱いに起因する問題を解決する導光板及びその製造方法を提供することができる。

（実施例）
＜実施例１＞
以下に図１で示すエッジライト式面光源装置に用いる導光板１の製造方法について説明する。
まず片面が鏡面、反対面が一様なエンボス面を有する成形型を使用し、アクリル樹脂を使用してキャスト成形によって厚さ８ｍｍの導光板を製造した。
成形型のエンボス面は粒径約１００μｍのブラスト粒子を使用したブラスト処理によって形成した。
次いで得られた導光板のエンボス面について、光源からの距離に応じて、光源に近い位置では細かく、光源から遠い位置では粗くなるようにさらに表面粗さを調節した。

成形後の粗面の調整は次のように行った。
光源に近い部分は１００番のサンドペーパーで成形面の表面を５０往復、さらに２４０番のサンドペーパーで５０往復して研磨した後、１０００番のサンドペーパーでさらに５０往復研磨し、最後に２０００番のサンドペーパーで５０往復研磨した。
光源から最も遠い部分は１００番のサンドペーパーで成形面の表面を１００往復研磨した。

次いで、これら以外の部分では、研磨する場所が光源から遠くなるに従いサンドペーパーの番手を１００番〜＃４００番とし、往復回数を５０〜２００回に調整するかあるいは番手の大きいサンドペーパーによる研磨を行なわない等の方法により連続的なグラデーションを設けた。さらに研磨のムラを目立ちにくくするため、全面をバフ掛けした。

上記により得られた実施例１における拡散反射面の表面粗さを表１に示す。表１では、光源からの位置（距離）と１０点平均粗さＲｚとを示している。
［表１］光源からの位置と１０点平均粗さＲｚとの関係

次いで、不揮発性液体としてシリコーンオイルを使用し、拡散反射面１ａに塗布した。塗布法としては、シリコーンオイルを付与したガーゼでスポンジを包み、手で持って擦るようにした。ここでは、ガーゼをシリコーンオイルに浸して用いたが、これ以外の塗布法であってもよい。例えば、ワイパーなどを用いて塗布してもよい。

不揮発性液体の塗布量を測定するためには、塗布前後の重量差を用いる事ができるが、このように非常に薄い場合は精度が不十分となる場合がある。実施例１では核磁気共鳴分光法（Ｈ−ＮＭＲ法）を適用した。具体的には、特開２００６−２０９０３６号公報に記載された測定法を用いて測定することができる。

まず、予め０．０１ｇのシリコーンオイルと５ｍＬの重水素化クロロホルムを混合した基準液を用意した。ついで、核磁気共鳴分光法（Ｈ−ＮＭＲ法）によって基準液を評価した。具体的には、シリコーンオイルのメチル基のピーク強度ｍ（ピーク０．０７１ｐｐｍの面積強度）と重水素化クロロホルムに存在する重水素置換されていないクロロホルムのピーク強度ｃ（ピーク７．２４ｐｐｍの面積強度）とを測定し、ピーク強度ｍとピーク強度ｃのピーク強度比率１を計算し、このピーク強度比率１をもって、５ｍＬの重水素化クロロホルム中に存在するシリコーンオイルの重量が０．０１ｇであるとの基準をおいた。

同様にして、０．０１〜１ｇの範囲で、５水準の基準液を作製、評価し、ピーク強度比率１〜５を得ておいた。

次に、シリコーンオイルを塗布した実施例１の導光板をサイズ３００ｍｍ×３００ｍｍに切断し、その後該シートのシリコーンオイル塗布面を量２００ｍＬのヘキサンで洗浄し、該ヘキサン液を減圧留去してシリコーンオイルのみを残留させた。その後該シリコーンオイルと５ｍＬの重水素化クロロホルムとを混合し、シリコーンオイルを混合した重水素化クロロホルム液をＨ−ＮＭＲ法によってシリコーンオイルのメチル基と重水素化クロロホルムに存在する重水素置換されていないクロロホルムとのピーク強度比率Ａを評価した。

そして、上記の通り測定したピーク強度比率Ａと、予め評価しておいた基準液のピーク強度比率１〜５とを対比することで、シート面に存在するシリコーンオイル重量を評価、算出した。

次いで、測定したシリコーン重量をシリコーンオイルの比重で除し、更にシート面積（３００ｍｍ×３００ｍｍ）で除した数値をシリコーンオイルの厚みとした。本実施例では０.０１μｍの厚みであった。

なお、塗布量の多少に応じて基準液に含まれるシリコーンオイルの量を増減した。また、シリコーンオイルの塗布厚が導光板の全面で一様でない場合には、上記切断サイズを適宜変形して同様の趣旨の測定を行った。

＜比較例１＞
比較例１として、実施例１で作成した導光板にシリコーンを塗布しない以外は同様にして導光板を用意した。

本発明の実施例１および比較例１の導光板について、いずれも同一の白色ＬＥＤ光源を使用してエッジライト型面光源を作製し、目視で明るさと色を評価した。

評価した結果、実施例の導光板を用いた面光源は光源からの導光距離に依存せず均一な明るさが保たれ、色ムラも特に目立たなかった。

一方、比較例の導光板を用いた面光源は光源からの導光距離に依存せず均一な明るさが保たれていたものの、光源から１００ｍｍほど離れた位置では青味を帯び、光源から４００ｍｍほど離れた位置では黄色味を帯び、色ムラが目立った。

＜実施例２＞
導光板を製造する工程、すなわち、シリコーンオイルを拡散反射面に１ａに塗布する前までの工程は、実施例１と同じ条件、工程で作成した。次いで、透明液体として１液タイプの常温硬化型シリコーンゴムの未硬化液を使用し、拡散反射面１ａに塗布した。塗布法としては、シリコーンゴム液を付与したガーゼでスポンジを包み、手で持って擦るようにした。ここでは、ガーゼをシリコーンゴム液に浸して用いたが、これ以外の塗布法であってもよい。例えば、ワイパーなどを用いて塗布してもよい。
その後、室温にて放置してゴム液を硬化させた。

＜比較例２＞
実施例１の導光板に、取り扱い中に指で触り、透明液体を脱落させた箇所を設けた。

評価した結果、実施例２の導光板を用いた面光源は光源からの導光距離に依存せず均一な明るさが保たれ、色ムラも特に目立たなかった。
一方、比較例１の導光板を用いた面光源は光源からの導光距離に依存せず均一な明るさが保たれていたものの、光源から１００ｍｍほど離れた位置では青味を帯び、光源から４００ｍｍほど離れた位置では黄色味を帯び、色ムラが目立った。
また、比較例２の導光板を用いた面光源は色ムラが特に目立たなかったが、取り扱い中に指で触った箇所にまだら状の明るさムラを生じた。

なお、本発明は上記に示す実施形態、実施例に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。

１ 導光板
１ａ 反射面
１ｂ 鏡面（出光面）
２ 拡散フィルム
３ 反射フィルム
４ 光源
５ 反射板
１０ 不揮発性液体

Claims (7)

1. 端面より入光する導光板であって、
   出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方は、ランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面であり、
   前記凹凸は、１０点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下であり、
   前記光拡散面の前記凹凸の表面に沿って厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の不揮発性透明液体を塗布したことを特徴とする導光板。
2. 前記不揮発性透明液体は、シリコーンオイルであることを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 端面より入光する導光板であって、
   出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方は、ランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面であり、
   前記凹凸は、１０点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下であり、
   前記光拡散面の前記凹凸の表面に沿って厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の透明液体を塗布し、
   塗布した後、前記透明液体の硬化処理を施したことを特徴とする導光板。
4. 前記透明液体は、未硬化のシリコーンゴム液であることを特徴とする請求項３記載の導光板。
5. 入光面と、前記入光面と対向する面と間の距離が３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の導光板。
6. 端面より入光する導光板の製造方法であって、
   出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方に、１０点の平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下である、微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面を形成し、
   前記光拡散面の前記凹凸の表面に沿って厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の不揮発性透明液体を塗布する導光板の製造方法。
7. 端面より入光する導光板の製造方法であって、
   出光面及び前記出光面に対向する面との少なくとも一方に、１０点の平均粗さＲｚが０．２μｍ以上６．５μｍ以下である、微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散面を形成し、
   前記光拡散面の前記凹凸の表面に沿って厚さ０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の透明液体を塗布し、塗布した後、前記透明液体の硬化処理を施す導光板の製造方法。

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