導光板の製造方法、導光板及び光源装置
【課題】輝度を向上させ、輝度ムラ及び色ズレを低減させる。
【解決手段】重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板、又はメタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面に、レーザ光源601からレーザ光Lを出射して、多数の凹部からなる光散乱用パターンを形成し、凹部の表面に多数の微細凹凸を形成する。
【解決手段】重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板、又はメタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面に、レーザ光源601からレーザ光Lを出射して、多数の凹部からなる光散乱用パターンを形成し、凹部の表面に多数の微細凹凸を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ光により光散乱用パターンを形成する導光板の製造方法並びに該製造方法により製造された導光板及び該導光板を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、液晶ディスプレイ等の液晶表示装置は、液晶パネルの背面に配置される光源装置としてのバックライト装置を備えている。この種のバックライト装置は、大別して、導光板の直下に光源を配置した直下型のものと、光源を導光板の端面に配置するエッジライト型のものとがある。直下型のバックライト装置では、導光板の直下に光源を配置するので、装置が厚くなる。したがって、装置の薄型を実現するには、エッジライト型が望ましい。
【0003】
エッジライト型のバックライト装置としては、透光性板材の一方の板面に複数の凹部としての鏡面状の円錐形状ドットを形成し、他方の板面を円錐形状ドットで反射した光を出射する出射面とした導光板を備えたものが知られている(特許文献1参照)。そして、光散乱用の円錐形状ドットをレーザ加工する方法としては、X−Y精密移動テーブル上に樹脂板を載置し、レーザ光で1つのドットを形成する度に樹脂板をX−Y精密移動テーブルで移動させるものが知られている(特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平8−327807号公報
【特許文献2】特開2000−66029号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の導光板では、導光板の出射面から出射される光の輝度が低下することがあり、また、出射面から出射される光の輝度ムラ又は色ズレが目立つことがあった。
【0006】
具体的に説明すると、導光板に形成した凹部における光の散乱効率が低い場合、輝度低下や輝度ムラが生じることがあった。一方、光源の光が導光板の端面から入射され、光が凹部で全反射した場合には色ズレが生じることはほとんどないが、光が凹部で全反射せずに屈折して外部に出射された後に再び屈折して凹部から入射されると、光の波長によって屈折角が異なるので、色ズレ(色収差)が生じることがあった。例えば導光板の出射面の入光部近傍から出射される光は色ズレにより青色となり、入光部から遠ざかるに連れて多数の凹部で屈折することにより、出射面から出射される光は黄色となることがあった。
【0007】
特に、導光板を大型(例えば40型以上)とした場合には、光源からの光路が長くなるため、輝度低下や輝度ムラ又は色ズレが顕著であった。
【0008】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、輝度を向上させ、輝度ムラ及び色ズレを低減させる導光板の製造方法、該製造方法により製造された導光板及び該導光板を備えた光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は(例えば、図1、図2、図3及び図5参照)、光源装置(500)に用いられる導光板(11)の製造方法において、
重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源(601)からのレーザ光(L)を照射して、多数の凹部(12)からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部(12)の表面に多数の微細凹凸(12a)を形成する、
ことを特徴とする導光板(11)の製造方法、にある。
【0010】
また、本発明は(例えば、図2参照)、光源装置(500)に用いられる導光板(11)の製造方法において、
メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源(601)からのレーザ光(L)を照射して、多数の凹部(12)からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部(12)の表面に多数の微細凹凸(12a)を形成する、
ことを特徴とする導光板(11)の製造方法、にある。
【0011】
また、上記導光板(11)の製造方法において(例えば、図4参照)、前記アクリル樹脂板の板面を複数の走査ブロック(11B)に予め区画しておき、前記アクリル樹脂板をブロック単位で移動させて前記各走査ブロック(11B)毎にレーザ光(L)を走査させ、前記凹部(12)を形成する、
ことを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明は(例えば、図1参照)、上記製造方法で製造された導光板(11)であって、
一対の板面のうちの一方の板面を前記多数の凹部(12)を形成した散乱面(11a)とし、他方の板面を前記散乱面により散乱された光を外部に出射する出射面(11b)とする、
ことを特徴とする導光板(11)、にある。
【0013】
また、本発明は(例えば、図1参照)、上記導光板(11)と、
前記導光板(11)の端面(11c)に配置される光源部(15)と、を備えた、
ことを特徴とする光源装置(500)、にある。
【0014】
また、上記光源装置(500)において、
前記光源部(15)は、LED(31)を有する、
ことを特徴とするものである。
【0015】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【0016】
請求項1に係る本発明によると、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面にレーザ光を照射すると、レーザ光の熱によりアクリル樹脂が溶融及び蒸発して凹部が形成され、凹部の表面には、直径がポリメタクリル酸メチルの分子量に相当する大きさの微細凹凸が多数形成される。このように形成された多数の微細凹凸によって光が効果的に散乱され、導光板の輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減する。
【0017】
請求項2に係る本発明によると、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の板面にレーザ光を照射すると、レーザ光の熱によりアクリル樹脂が溶融及び蒸発して凹部が形成され、凹部の表面には、共重合体とすることにより分子間の結合力が強められた結果、直径が該共重合体の分子量に相当する大きさよりも大きい微細凹凸が多数形成される。このように形成された多数の微細凹凸によって光が効果的に散乱され、導光板の輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減する。
【0018】
請求項3に係る本発明によると、アクリル樹脂板を移動させて走査ブロック毎にレーザ光を走査させることにより、大型のアクリル樹脂板にレーザ加工を施す場合であっても、簡単な構成のレーザ加工装置で加工することができ、導光板の製作に要する時間を短縮させることができる。したがって、輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減する導光板の生産性が向上する。
【0019】
請求項4に係る本発明によると、多数の微細凹凸により光が効果的に散乱し、出射面から出射される光の輝度が向上すると共に、輝度ムラ及び色ズレが低減する。
【0020】
請求項5に係る本発明によると、導光板の光の輝度が向上すると共に、輝度ムラ及び色ズレが低減するので、光源装置としての品質が向上する。
【0021】
請求項6に係る本発明によると、冷陰極蛍光管よりも装置を薄型化することができ、このように装置を薄型化しながら、光源装置としての品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0023】
図1は、本実施の形態に係る光源装置としてのバックライト装置を備えた液晶表示装置の一部を示す部分断面図である。
【0024】
図1に示す液晶表示装置100は、液晶テレビジョン受像機等の液晶ディスプレイであり、液晶パネル200と、液晶パネル200の裏面に配置される光学シート類300(図2)と、液晶パネル200を駆動する駆動部400と、光学シート類300の裏面に配置されるバックライト装置500とを備えて構成されている。なお、本実施の形態では、液晶表示装置100は、例えば40型以上の大型のものである。
【0025】
バックライト装置500は、エッジライト型であり、アクリル樹脂板からなる導光板11を備えている。導光板11は、一対の板面のうちの一方の板面を散乱面11aとし、他方の板面を散乱面11aにより散乱された光を外部に出射する出射面11bとしている。
【0026】
また、バックライト装置500は、導光板11の散乱面11aに対向して配置される反射シート13と、導光板11の端面11c近傍に配置される光源部としてのLEDユニット15と、液晶表示装置100の筐体でもあり、液晶パネル200及び導光板11等を保持するフレーム20と、を備えている。このようにエッジライト型とすることにより、バックライト装置500、即ち液晶表示装置100を薄型とすることが可能である。
【0027】
フレーム20は、アルミニウム等の金属で形成されており、液晶パネル200の表示部分を露出する開口部21aが形成されたフロントパネル21と、フロントパネル21の裏側に配置され、導光板11及びLEDユニット15を覆う板状に形成されたリアパネル22と、フロントパネル21とリアパネル22との間に配置され、液晶パネル200よりも大きい開口部23aが形成され、リアパネル22が嵌るインナーパネル23と、を有する。
【0028】
導光板11の散乱面11aには、多数の凹部12からなる光散乱用パターンが形成されており、導光板11の端面11cから入射した光が、各凹部12で散乱することで導光板11の出射面11bから出射される。これにより、バックライト装置500は、液晶パネル200に向けて面発光する。
【0029】
LEDユニット15は、複数(多数)のLED31と、LED31を駆動するための駆動回路基板32と、LED31と駆動回路基板32とを繋ぐ不図示の配線パターンがプリントされたフレキシブルプリント基板33と、を備えている。
【0030】
LED31は、白色LEDであり、不図示の青色LED素子と不図示の蛍光体とからなるものである。なお、白色LEDとしては、これに限定するものではなく、赤色、緑色、青色のLED素子を有する3原色白色LEDでもよく、種々の白色LEDを適用することが可能である。このLED31を使用することにより、冷陰極蛍光管(CCFL)を使用する場合よりも低電圧、低消費電力となる。
【0031】
また、LEDユニット15は、アルミニウム等の熱伝導性材料からなる伝熱板34を備えている。この伝熱板34は、LED31の熱をフレーム20に伝達するものであり、厚さが導光板11の厚さ以下に設定されている。
【0032】
フレキシブルプリント基板33は、可撓性のあるフィルム状の絶縁体に、配線となる導体を形成して構成されており、断面略Z字形状に折れ曲がるように変形されている。これにより、LEDユニット15をフレーム20に配置した際には、フレキシブルプリント基板33が復元しようとする弾性力により、フレキシブルプリント基板33の先端に設けたLED31が導光板11の端面11cに押し付けられている。これにより、LED31の光は、端面11cから効率よく入射される。
【0033】
ここで、フレキシブルプリント基板33及び伝熱板34には、フレキシブルプリント基板33の折り曲げ部分の弾性力によりLED31を導光板11の端面11cに押し付ける押し付け方向に長い長孔33h,34hが長辺方向に沿って複数形成されている。そして、長孔33h,34hに対向するフレーム20のリアパネル22には、中空の筒状のリベット41が内側に突出するように固定されており、各リベット41が対向する長孔33h,34hに挿通される。インナーパネル23とリアパネル22とは、リベット41を介して締着具として皿ねじ等のねじ43により一体に固定されている。
【0034】
このように、LED31を光源としたことにより、CCFLを光源とした場合よりもバックライト装置500を薄型化することができる。
【0035】
ところで、本実施の形態の導光板11は、アクリル樹脂板で形成されており、その散乱面11aとなる板面の凹部12は、レーザ加工装置によって形成される。
【0036】
図2は、レーザ加工装置600の概略を示す説明図である。
【0037】
レーザ加工装置600は、レーザ光源としてのレーザ発振器601と、レーザ光Lを反射する反射ミラー602と、レーザ光LをX軸方向に走査するX軸ミラー603と、レーザ光LをY軸方向に走査するY軸ミラー604と、集光レンズ605と、導光板11となるアクリル樹脂板が載置され、アクリル樹脂板をX軸方向及びY軸方向に移動可能なXYテーブル606と、レーザ加工装置600全体を制御する制御部607と、を備えている。
【0038】
レーザ発振器601は、導光板11となるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面を加工するために、パルス状の(断続した)レーザ光Lを出力する。
【0039】
反射ミラー602は、レーザ発振器601より出力されたレーザ光Lを反射する。X軸ミラー603は、反射ミラー602で反射されたレーザ光LをX軸方向に走査し、Y軸ミラー604は、X軸ミラー603で反射されたレーザ光LをY軸方向に走査することで、アクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面上の1ブロック上を加工することができる。
【0040】
例えば、パルス状のレーザ光LをX軸ミラー603及びY軸ミラー604により走査することで、アクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面上には、1ブロック分、Y軸に沿う複数の凹部12がX軸に沿って複数列形成される。
【0041】
集光レンズ605は、例えば凸レンズであり、X軸ミラー603及びY軸ミラー604の走査によるレーザ光Lがアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面に対して略垂直に入射するような形状に形成されている。
【0042】
以上の構成により、レーザ発振器601からのレーザ光Lは、反射ミラー602、X軸ミラー603、Y軸ミラー604及び集光レンズ605によってアクリル樹脂板の板面に照射され、アクリル樹脂の溶融及び蒸発により凹部12(図1)が形成される。
【0043】
図3は、レーザ加工装置600により形成される光散乱用パターンを示す説明図である。
【0044】
アクリル樹脂板の板面には、図3に示すように、Y軸ミラー604の走査によるY軸方向に長い平面視長穴の凹部12(ドット)が多数形成される。そして、各凹部12は、千鳥状に配列され、LED31(図1)の光照射方向L1に沿って遠ざかるに連れて大きくなるように、かつ平面視長円形状から真円形状に近づくように形成されている。これにより、導光板11の出射面11bから出射される光の輝度ムラを低減させている。
【0045】
次に、図4は、導光板11となるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面を示す説明図である。レーザ加工装置600の制御部607(図2)は、導光板11となるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面を、図4に示すように、X,Y軸方向に並ぶ四角形状の複数の走査ブロック11Bに予め区画しておく。なお、図4では、説明の便宜上、走査ブロック11B毎に区画する区画線(実線)を図示したが、実際のアクリル樹脂板には区画線は形成されていない。
【0046】
この走査ブロック11Bは、レーザ加工装置600のX軸ミラー603及びY軸ミラー604でレーザ光Lを走査可能な範囲に設定されている。そして、レーザ加工装置600の制御部607は、XYテーブル606によりアクリル樹脂板をブロック単位で移動させ、各走査ブロック11B毎にレーザ光Lを走査させて、アクリル樹脂板の板面にレーザ加工を施す。
【0047】
この動作を具体的に説明すると、まず、導光板11となるアクリル樹脂板は、図4中、X軸方向には、12行の走査ブロック11Bに区画され、Y軸方向には、22列の走査ブロック11Bに区画されている。そして、1つの走査ブロック11Bのレーザ加工が終了したら、XYテーブル606によりアクリル樹脂板をX軸方向に1ブロック移動させ、隣接する走査ブロック11Bにレーザ加工を施す。そして、1列中の12の走査ブロック11Bのレーザ加工が終了したら、XYテーブル606によりアクリル樹脂板をY軸方向に1ブロック移動させ、隣接する列の各走査ブロック11Bのレーザ加工を順次行う。以上の動作で全走査ブロック11Bにレーザ加工を施す。
【0048】
このようにアクリル樹脂板を移動させて走査ブロック11B毎にレーザ光Lを走査させることにより、1つ1つ凹部を形成する度にXYテーブルでアクリル樹脂板を移動させる場合と比べ、導光板11の製作に要する時間を短縮することができる。特に、大型(例えば40型以上)のアクリル樹脂板にレーザ加工を施す場合には、ブロック単位でアクリル樹脂板の表面をレーザ加工するようにしたので、fθレンズ等を省略した簡単な構成としたレーザ加工装置600でも加工することができ、導光板11の製作に要する時間を大幅に短縮することができる。したがって、導光板11の生産性が向上する。
【0049】
ところで、図5は導光板11の散乱面11aに形成されている凹部12を示す模式図であるが、本実施の形態では、凹部12の表面に多数の微細凹凸12a(微細凹部又は微細凸部)を形成している。
【0050】
これら多数の微細凹凸12a(微細凹部又は微細凸部)の直径は、1μm〜20μmに設定されている。つまり、微細凹凸の直径が1μm未満の領域に分布する場合には、導光板に入射させた光が凹部で全反射せずに屈折して色ズレが生じてしまい、微細凹凸の直径が20μmを超える領域に分布する場合には、凹部における光の散乱効率が著しく低下し、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまうことがある。なお、微細凹凸の直径が20μmを超える場合にも色ズレが生じるが、輝度の低下又は輝度ムラの発生が顕著である。
【0051】
したがって、本実施の形態では、微細凹凸12aの直径を1μm〜20μmに設定することで、各凹部12における光の散乱効率を向上させて、導光板11の出射面11bから出射される光の輝度を向上させ、出射される光の輝度ムラ及び色ズレを低減させている。
【0052】
ここで、凹部が形成されている導光板の製作には、金型による方法や工具により凹部を切削する方法等、種々の方法が存在するが、導光板の製作に要する時間が短縮することを鑑みると上述したレーザ加工装置600でレーザ加工する方法が最適である。
【0053】
そして、レーザ加工の後に、サンドブラストにより凹部表面に微細凹凸を形成することが考えられるが、これでは、導光板の製作に要する時間が長くなってしまう。また、サンドブラストにより形成される微細凹凸の直径が1μm未満となる傾向にあり、色ズレが生じてしまうことがある。
【0054】
そこで、本実施の形態では、導光板11となるアクリル樹脂板を、レーザ加工により凹部12を形成した際に、凹部12の表面に、直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aが形成される材質としている。
【0055】
具体的に説明すると、導光板11となるアクリル樹脂板を、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルとすることにより、レーザ光で凹部12を形成した際に、凹部12の表面に、直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aが形成されることを見出したものである。この重量平均分子量が1万〜10万のポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板は、キャスト法により製造することができる。
【0056】
ここで、仮に、重量平均分子量が1万未満のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板では、レーザ光で凹部を形成した際に、凹部表面が微細凹凸の少ない滑らかな状態(鏡面に近い状態)となってしまう。
【0057】
これは、アクリル樹脂板表面をレーザ光の熱で溶融させた際に、分子量が大きいほど、微細凹凸の直径が大きくなる傾向にあり、分子量が小さいほど、微細凹凸の直径が小さくなる傾向にあるためである。つまり、分子量に相当する直径の微細凹凸が形成される。
【0058】
したがって、重量平均分子量が1万未満のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板では、形成される微細凹凸の数が著しく少なく、凹部の光の散乱効率が低くなることから、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまう。
【0059】
一方、重量平均分子量が10万を超えるポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板では、分子量が大きいため、形成される微細凹凸の直径が20μmを超える傾向にある。このような微細凹凸の直径が20μmを超える場合には、微細凹凸の直径が大きすぎてしまうため、凹部における光の散乱効率が著しく低下し、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまう。
【0060】
そこで、本実施の形態では、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面にレーザ光Lを出射して多数の凹部12を形成し、凹部12の表面に直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aを形成している。
【0061】
これにより、凹部12に形成される微細凹凸12aの直径は、1μm〜20μmの範囲内に分布し、凹部12では入射したLED31の光が略全反射し、色ズレを効果的に低減することができ、また、凹部12における光の散乱効率が向上するので、導光板11の出射面11bから出射される光の輝度が向上し、輝度ムラを効果的に低減することができる。
【0062】
そして、このような導光板11を有するバックライト装置500では、輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減するので、光源装置としての品質が向上する。
【0063】
次に、別の実施の形態について説明するが、上記実施の形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【0064】
この別の実施の形態において、導光板11として、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板を用いることにより、レーザ光で凹部12を形成した際に、凹部12の表面に、直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aが形成されることを見出した。
【0065】
なお、仮に重量平均分子量が10万を超えると、上記実施の形態のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板と同様に、凹部における光の散乱効率が著しく低下し、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまう。
【0066】
ここで、重量平均分子量が1万未満であっても、0.1万以上であれば直径が1μm〜20μmに分布する多数の微細凹凸12aが形成される点で、上記実施の形態のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板と異なる。
【0067】
つまり、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万の範囲内であれば、該共重合体の分子間の結合が強く、レーザ光の熱に晒されても、溶けて鏡面に近い状態となることはない。したがって、凹部12の表面には、該共重合体とすることにより分子間の結合力が強められた結果、直径が該共重合体の分子量に相当する大きさよりも大きい多数の微細凹凸が形成される。
【0068】
なお、重量平均分子量が大きくなるほど、形成される微細凹凸12aの直径に及ぼす共重合体の分子間の結合力の影響が小さくなる。したがって、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体としたことにより、重量平均分子量の下限には大きく影響し、その下限は上記実施の形態のメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板の重量平均分子量1万よりも小さい0.1万とすることができる。一方、重量平均分子量の上限は、共重合体とした影響は極めて小さく、上記実施の形態と同様、10万である。
【0069】
このように、凹部12の表面には多数の微細凹凸12aが形成されるので、上記実施の形態と同様の効果を奏するものである。
【0070】
ここで、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万のアクリル樹脂板は、キャスト法又は連続キャスト法で製造することが可能である。そして、連続キャスト法では、キャスト法よりも製造されるアクリル樹脂板の分子量が小さくなるが、アクリル樹脂板の製造に要する時間が短い。したがって、アクリル樹脂板の製造に要する時間を短縮するには、連続キャスト法が適している。
【0071】
なお、アクリル酸エステルは、特に限定されない。該アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソ−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2―エチルヘキシル等のアクリル酸アルキルエステル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸メチルシクロヘキシル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸アダマンチル等のアクリル酸シクロアルキルエステル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸芳香族エステル、アクリル酸フルオロフェニル、アクリル酸クロロフェニル、アクリル酸フルオロベンジル、アクリル酸クロロベンジル等のアクリル酸置換芳香族エステル、アクリル酸フルオロメチル、アクリル酸フルオロエチル等のアクリル酸ハロゲン化アルキルエステル、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸エチレングリコールエステル、アクリル酸ポリエチレングリコールエステル等が挙げられる。これらは必要に応じて、一種又は二種以上を組み合わせて、ないしは混合して、原料として使用することができる。これらのアクリル酸エステル中では、アクリル酸メチルが好ましい。
【0072】
なお、上記実施の形態では、凹部として、平面視長穴のドットを形成する場合について説明したが、本発明はこの形状に限定するものではなく、凹部が平面視円穴のドット又はドットに限らず溝等であってもよい。また、凹部を千鳥配列とする場合について説明したが、この配列に限定するものではなく、凹部を整列又はランダムに配列する場合であってもよい。
【実施例】
【0073】
以下に実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【0074】
本実施例では、5つのサンプルを用意した。
【0075】
比較サンプルAとして、メタクリル酸メチルを原料とし、押出し法により製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0076】
比較サンプルBとして、メタクリル酸メチルを原料とし、押出し法により比較サンプルAとは別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0077】
サンプルCとして、メタクリル酸メチル及びアクリル酸エステルを原料とし、連続キャスト法により製造された共重合体からなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0078】
サンプルDとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法により製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0079】
サンプルEとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法により別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0080】
サンプルFとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法によりさらに別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0081】
サンプルGとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法によりさらに別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0082】
サンプルHとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法によりさらに別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0083】
(重量平均分子量の比較)
分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフイー法(GPC)にて測定した。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフイー法の測定は、多孔質充填剤を詰めたカラム中において、充填剤表面の細孔と測定物のポリマーとのサイズ排除機構を原理としている。
【0084】
各サンプルA〜Hをテトラヒドロフラン(THF)に溶解させた後、東ソー(株)製液体クロマトグラフィーHLC−8120GPCを用い、分離カラムはTSK−gelのSuperHM−Mを3本直列とし、流量は0.6ml/minとし、検出器は示差屈折計を用い、測定温度は40℃とし、注入量は0.020mlとし、標準ポリマーとしてポリスチレン(PS)を使用して測定した。
【0085】
図6は、各サンプルA〜Hの分子量分布曲線を示すグラフであり、各サンプルの曲線を示す符号の隣の数字は、重量平均分子量である。
【0086】
なお、各サンプルA〜Hの重量平均分子量及び数平均分子量を以下の表1に示す。
【0087】
【表1】
【0088】
以上の測定結果により、連続キャスト法にて製造されたメタクリル酸メチル及びアクリル酸エステルからなる共重合体のアクリル樹脂板のサンプルCは、重量平均分子量が0.1万〜10万の範囲内にあることが確認された。
【0089】
また、キャスト法にて製造されたポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板のサンプルD〜Hは、重量平均分子量が1万〜10万の範囲内にあることが確認された。
【0090】
なお、押出し法にて製造されたポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板のサンプルA,Bは、重量平均分子量が1万未満であった。
【0091】
(輝度の比較)
各サンプルA〜Eには、波長10.6μm、出力30WのCO2レーザ発振器により、長手方向が0.3〜0.45μm、短手方向が0.07〜0.45μm、深さ0.01〜0.35μmの凹部を、長手方向に1.6mm間隔で、短手方向に0.4mm間隔で、千鳥状に多数形成した。
【0092】
また、各サンプルA〜Eは、3.5インチにカットされ、端面に6つのLEDを配置し、出射面の3%内側を、縦15点、横15点の計225点の輝度を測定し、その平均輝度の比較を行った。
【0093】
図7は、各サンプルA〜Eの平均輝度を示すグラフである。
【0094】
図7に示すように、サンプルC〜Eは、比較サンプルA,Bよりも輝度がアップすることが確認された。特に、連続キャスト法にて製造されたメタクリル酸メチル及びアクリル酸エステルからなる共重合体のアクリル樹脂板のサンプルCは、他のサンプルD,Eよりも輝度がアップすることが確認された。なお、比較サンプルA,Bでは、輝度ムラが確認されたが、サンプルC,D,Eでは、輝度ムラは確認されなかった。
【0095】
(凹部の表面の状態)
図8は、比較サンプルAに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。図9は、サンプルCに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。図10は、サンプルDに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【0096】
また、図11は、図8に示す比較サンプルAの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。図12は、図9に示すサンプルCの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。図13は、図10に示すサンプルDの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【0097】
図8及び図11を参照すると、比較サンプルAに形成された凹部の表面は、微細凹凸の少ない滑らかな状態に形成されていることが確認される。
【0098】
これに対し、図9及び図12を参照すると、比較サンプルAと比べてサンプルCに形成された凹部の表面は、微細凹凸が多数形成されている粗面となっていることが確認される。同様に、図10及び図13を参照すると、比較サンプルAと比べてサンプルDに形成された凹部の表面は、微細凹凸が多数形成されている粗面となっていることが確認される。
【0099】
図14は、各サンプルA,C,Dの微細凹凸の直径の分布を示すグラフである。
【0100】
図14を参照すると、サンプルC,Dは、微細凹凸(微細凹部又は微細凸部)の直径が1μm〜20μmに広く分布しているのが確認される。これに対し、比較サンプルAは、直径が1μm〜20μmの範囲内にあるが、2μmに集中している。なお、各サンプルA,C,Dの色ズレは極めて小さい状態であった。
【0101】
以下に、凹部の長手方向の長さに対する微細凹凸の合計長の割合を表2に示す。
【0102】
【表2】
【0103】
この表2によると、比較サンプルAは、微細凹凸の直径が2μmに集中しておりその数も少ないため、凹部に対する微細凹凸の合計長の割合(つまり、表面粗さ)が6%に過ぎず、ほとんど凹凸の無い状態である。そして、図7に示す平均輝度の結果を参照すると、ほとんど凹凸の無い状態であるために、輝度が低い状態であることが確認される。
【0104】
これに対し、サンプルCは、割合が77%と最も大きく、図7に示す平均輝度の結果を参照すると、輝度が最も高い状態であることが確認される。また、サンプルDは、割合が46%であり、比較サンプルAとサンプルCの間であるが、図7に示す平均輝度の結果を参照すると、輝度が比較サンプルAとサンプルCの間であることが確認される。つまり、表面粗さが大きくなるに連れて輝度がアップすることが確認される。
【0105】
なお、比較サンプルAに形成されている凹部にサンドブラストにより多数の微細凹凸を形成した場合、形成された微細凹凸の直径は1μm未満となり、色ズレが生じてしまった。
【0106】
以上の結果から、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板としてのサンプルD〜H、又はメタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板としてのサンプルCに、レーザ光により凹部を形成することにより、凹部の表面に多数の微細凹凸が形成されることが確認できた。そして、レーザ光により凹部の表面に形成された多数の微細凹凸により、輝度ムラや色ズレが低減し、輝度が格段に向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0107】
【図1】本実施の形態に係る光源装置としてのバックライト装置を備えた液晶表示装置の一部を示す部分断面図である。
【図2】レーザ加工装置の概略を示す説明図である。
【図3】レーザ加工装置により形成される光散乱用パターンを示す説明図である。
【図4】導光板となるアクリル樹脂板の散乱面となる板面を示す説明図である。
【図5】導光板の散乱面に形成されている凹部を示す模式図である。
【図6】各サンプルA〜Hの分子量分布曲線を示すグラフである。
【図7】各サンプルA〜Eの平均輝度を示すグラフである。
【図8】比較サンプルAに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【図9】サンプルCに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【図10】サンプルDに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【図11】図8に示す比較サンプルAの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【図12】図9に示すサンプルCの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【図13】図10に示すサンプルDの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【図14】各サンプルA,C,Dの微細凹凸の直径の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【0108】
11 導光板
11a 散乱面
11b 出射面
11c 端面
11B 走査ブロック
12 凹部
12a 微細凹凸
15 光源部(LEDユニット)
31 LED
500 光源装置(バックライト装置)
601 レーザ光源(レーザ発振器)
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ光により光散乱用パターンを形成する導光板の製造方法並びに該製造方法により製造された導光板及び該導光板を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、液晶ディスプレイ等の液晶表示装置は、液晶パネルの背面に配置される光源装置としてのバックライト装置を備えている。この種のバックライト装置は、大別して、導光板の直下に光源を配置した直下型のものと、光源を導光板の端面に配置するエッジライト型のものとがある。直下型のバックライト装置では、導光板の直下に光源を配置するので、装置が厚くなる。したがって、装置の薄型を実現するには、エッジライト型が望ましい。
【0003】
エッジライト型のバックライト装置としては、透光性板材の一方の板面に複数の凹部としての鏡面状の円錐形状ドットを形成し、他方の板面を円錐形状ドットで反射した光を出射する出射面とした導光板を備えたものが知られている(特許文献1参照)。そして、光散乱用の円錐形状ドットをレーザ加工する方法としては、X−Y精密移動テーブル上に樹脂板を載置し、レーザ光で1つのドットを形成する度に樹脂板をX−Y精密移動テーブルで移動させるものが知られている(特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平8−327807号公報
【特許文献2】特開2000−66029号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の導光板では、導光板の出射面から出射される光の輝度が低下することがあり、また、出射面から出射される光の輝度ムラ又は色ズレが目立つことがあった。
【0006】
具体的に説明すると、導光板に形成した凹部における光の散乱効率が低い場合、輝度低下や輝度ムラが生じることがあった。一方、光源の光が導光板の端面から入射され、光が凹部で全反射した場合には色ズレが生じることはほとんどないが、光が凹部で全反射せずに屈折して外部に出射された後に再び屈折して凹部から入射されると、光の波長によって屈折角が異なるので、色ズレ(色収差)が生じることがあった。例えば導光板の出射面の入光部近傍から出射される光は色ズレにより青色となり、入光部から遠ざかるに連れて多数の凹部で屈折することにより、出射面から出射される光は黄色となることがあった。
【0007】
特に、導光板を大型(例えば40型以上)とした場合には、光源からの光路が長くなるため、輝度低下や輝度ムラ又は色ズレが顕著であった。
【0008】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、輝度を向上させ、輝度ムラ及び色ズレを低減させる導光板の製造方法、該製造方法により製造された導光板及び該導光板を備えた光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は(例えば、図1、図2、図3及び図5参照)、光源装置(500)に用いられる導光板(11)の製造方法において、
重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源(601)からのレーザ光(L)を照射して、多数の凹部(12)からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部(12)の表面に多数の微細凹凸(12a)を形成する、
ことを特徴とする導光板(11)の製造方法、にある。
【0010】
また、本発明は(例えば、図2参照)、光源装置(500)に用いられる導光板(11)の製造方法において、
メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源(601)からのレーザ光(L)を照射して、多数の凹部(12)からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部(12)の表面に多数の微細凹凸(12a)を形成する、
ことを特徴とする導光板(11)の製造方法、にある。
【0011】
また、上記導光板(11)の製造方法において(例えば、図4参照)、前記アクリル樹脂板の板面を複数の走査ブロック(11B)に予め区画しておき、前記アクリル樹脂板をブロック単位で移動させて前記各走査ブロック(11B)毎にレーザ光(L)を走査させ、前記凹部(12)を形成する、
ことを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明は(例えば、図1参照)、上記製造方法で製造された導光板(11)であって、
一対の板面のうちの一方の板面を前記多数の凹部(12)を形成した散乱面(11a)とし、他方の板面を前記散乱面により散乱された光を外部に出射する出射面(11b)とする、
ことを特徴とする導光板(11)、にある。
【0013】
また、本発明は(例えば、図1参照)、上記導光板(11)と、
前記導光板(11)の端面(11c)に配置される光源部(15)と、を備えた、
ことを特徴とする光源装置(500)、にある。
【0014】
また、上記光源装置(500)において、
前記光源部(15)は、LED(31)を有する、
ことを特徴とするものである。
【0015】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【0016】
請求項1に係る本発明によると、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面にレーザ光を照射すると、レーザ光の熱によりアクリル樹脂が溶融及び蒸発して凹部が形成され、凹部の表面には、直径がポリメタクリル酸メチルの分子量に相当する大きさの微細凹凸が多数形成される。このように形成された多数の微細凹凸によって光が効果的に散乱され、導光板の輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減する。
【0017】
請求項2に係る本発明によると、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の板面にレーザ光を照射すると、レーザ光の熱によりアクリル樹脂が溶融及び蒸発して凹部が形成され、凹部の表面には、共重合体とすることにより分子間の結合力が強められた結果、直径が該共重合体の分子量に相当する大きさよりも大きい微細凹凸が多数形成される。このように形成された多数の微細凹凸によって光が効果的に散乱され、導光板の輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減する。
【0018】
請求項3に係る本発明によると、アクリル樹脂板を移動させて走査ブロック毎にレーザ光を走査させることにより、大型のアクリル樹脂板にレーザ加工を施す場合であっても、簡単な構成のレーザ加工装置で加工することができ、導光板の製作に要する時間を短縮させることができる。したがって、輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減する導光板の生産性が向上する。
【0019】
請求項4に係る本発明によると、多数の微細凹凸により光が効果的に散乱し、出射面から出射される光の輝度が向上すると共に、輝度ムラ及び色ズレが低減する。
【0020】
請求項5に係る本発明によると、導光板の光の輝度が向上すると共に、輝度ムラ及び色ズレが低減するので、光源装置としての品質が向上する。
【0021】
請求項6に係る本発明によると、冷陰極蛍光管よりも装置を薄型化することができ、このように装置を薄型化しながら、光源装置としての品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0023】
図1は、本実施の形態に係る光源装置としてのバックライト装置を備えた液晶表示装置の一部を示す部分断面図である。
【0024】
図1に示す液晶表示装置100は、液晶テレビジョン受像機等の液晶ディスプレイであり、液晶パネル200と、液晶パネル200の裏面に配置される光学シート類300(図2)と、液晶パネル200を駆動する駆動部400と、光学シート類300の裏面に配置されるバックライト装置500とを備えて構成されている。なお、本実施の形態では、液晶表示装置100は、例えば40型以上の大型のものである。
【0025】
バックライト装置500は、エッジライト型であり、アクリル樹脂板からなる導光板11を備えている。導光板11は、一対の板面のうちの一方の板面を散乱面11aとし、他方の板面を散乱面11aにより散乱された光を外部に出射する出射面11bとしている。
【0026】
また、バックライト装置500は、導光板11の散乱面11aに対向して配置される反射シート13と、導光板11の端面11c近傍に配置される光源部としてのLEDユニット15と、液晶表示装置100の筐体でもあり、液晶パネル200及び導光板11等を保持するフレーム20と、を備えている。このようにエッジライト型とすることにより、バックライト装置500、即ち液晶表示装置100を薄型とすることが可能である。
【0027】
フレーム20は、アルミニウム等の金属で形成されており、液晶パネル200の表示部分を露出する開口部21aが形成されたフロントパネル21と、フロントパネル21の裏側に配置され、導光板11及びLEDユニット15を覆う板状に形成されたリアパネル22と、フロントパネル21とリアパネル22との間に配置され、液晶パネル200よりも大きい開口部23aが形成され、リアパネル22が嵌るインナーパネル23と、を有する。
【0028】
導光板11の散乱面11aには、多数の凹部12からなる光散乱用パターンが形成されており、導光板11の端面11cから入射した光が、各凹部12で散乱することで導光板11の出射面11bから出射される。これにより、バックライト装置500は、液晶パネル200に向けて面発光する。
【0029】
LEDユニット15は、複数(多数)のLED31と、LED31を駆動するための駆動回路基板32と、LED31と駆動回路基板32とを繋ぐ不図示の配線パターンがプリントされたフレキシブルプリント基板33と、を備えている。
【0030】
LED31は、白色LEDであり、不図示の青色LED素子と不図示の蛍光体とからなるものである。なお、白色LEDとしては、これに限定するものではなく、赤色、緑色、青色のLED素子を有する3原色白色LEDでもよく、種々の白色LEDを適用することが可能である。このLED31を使用することにより、冷陰極蛍光管(CCFL)を使用する場合よりも低電圧、低消費電力となる。
【0031】
また、LEDユニット15は、アルミニウム等の熱伝導性材料からなる伝熱板34を備えている。この伝熱板34は、LED31の熱をフレーム20に伝達するものであり、厚さが導光板11の厚さ以下に設定されている。
【0032】
フレキシブルプリント基板33は、可撓性のあるフィルム状の絶縁体に、配線となる導体を形成して構成されており、断面略Z字形状に折れ曲がるように変形されている。これにより、LEDユニット15をフレーム20に配置した際には、フレキシブルプリント基板33が復元しようとする弾性力により、フレキシブルプリント基板33の先端に設けたLED31が導光板11の端面11cに押し付けられている。これにより、LED31の光は、端面11cから効率よく入射される。
【0033】
ここで、フレキシブルプリント基板33及び伝熱板34には、フレキシブルプリント基板33の折り曲げ部分の弾性力によりLED31を導光板11の端面11cに押し付ける押し付け方向に長い長孔33h,34hが長辺方向に沿って複数形成されている。そして、長孔33h,34hに対向するフレーム20のリアパネル22には、中空の筒状のリベット41が内側に突出するように固定されており、各リベット41が対向する長孔33h,34hに挿通される。インナーパネル23とリアパネル22とは、リベット41を介して締着具として皿ねじ等のねじ43により一体に固定されている。
【0034】
このように、LED31を光源としたことにより、CCFLを光源とした場合よりもバックライト装置500を薄型化することができる。
【0035】
ところで、本実施の形態の導光板11は、アクリル樹脂板で形成されており、その散乱面11aとなる板面の凹部12は、レーザ加工装置によって形成される。
【0036】
図2は、レーザ加工装置600の概略を示す説明図である。
【0037】
レーザ加工装置600は、レーザ光源としてのレーザ発振器601と、レーザ光Lを反射する反射ミラー602と、レーザ光LをX軸方向に走査するX軸ミラー603と、レーザ光LをY軸方向に走査するY軸ミラー604と、集光レンズ605と、導光板11となるアクリル樹脂板が載置され、アクリル樹脂板をX軸方向及びY軸方向に移動可能なXYテーブル606と、レーザ加工装置600全体を制御する制御部607と、を備えている。
【0038】
レーザ発振器601は、導光板11となるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面を加工するために、パルス状の(断続した)レーザ光Lを出力する。
【0039】
反射ミラー602は、レーザ発振器601より出力されたレーザ光Lを反射する。X軸ミラー603は、反射ミラー602で反射されたレーザ光LをX軸方向に走査し、Y軸ミラー604は、X軸ミラー603で反射されたレーザ光LをY軸方向に走査することで、アクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面上の1ブロック上を加工することができる。
【0040】
例えば、パルス状のレーザ光LをX軸ミラー603及びY軸ミラー604により走査することで、アクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面上には、1ブロック分、Y軸に沿う複数の凹部12がX軸に沿って複数列形成される。
【0041】
集光レンズ605は、例えば凸レンズであり、X軸ミラー603及びY軸ミラー604の走査によるレーザ光Lがアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面に対して略垂直に入射するような形状に形成されている。
【0042】
以上の構成により、レーザ発振器601からのレーザ光Lは、反射ミラー602、X軸ミラー603、Y軸ミラー604及び集光レンズ605によってアクリル樹脂板の板面に照射され、アクリル樹脂の溶融及び蒸発により凹部12(図1)が形成される。
【0043】
図3は、レーザ加工装置600により形成される光散乱用パターンを示す説明図である。
【0044】
アクリル樹脂板の板面には、図3に示すように、Y軸ミラー604の走査によるY軸方向に長い平面視長穴の凹部12(ドット)が多数形成される。そして、各凹部12は、千鳥状に配列され、LED31(図1)の光照射方向L1に沿って遠ざかるに連れて大きくなるように、かつ平面視長円形状から真円形状に近づくように形成されている。これにより、導光板11の出射面11bから出射される光の輝度ムラを低減させている。
【0045】
次に、図4は、導光板11となるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面を示す説明図である。レーザ加工装置600の制御部607(図2)は、導光板11となるアクリル樹脂板の散乱面11aとなる板面を、図4に示すように、X,Y軸方向に並ぶ四角形状の複数の走査ブロック11Bに予め区画しておく。なお、図4では、説明の便宜上、走査ブロック11B毎に区画する区画線(実線)を図示したが、実際のアクリル樹脂板には区画線は形成されていない。
【0046】
この走査ブロック11Bは、レーザ加工装置600のX軸ミラー603及びY軸ミラー604でレーザ光Lを走査可能な範囲に設定されている。そして、レーザ加工装置600の制御部607は、XYテーブル606によりアクリル樹脂板をブロック単位で移動させ、各走査ブロック11B毎にレーザ光Lを走査させて、アクリル樹脂板の板面にレーザ加工を施す。
【0047】
この動作を具体的に説明すると、まず、導光板11となるアクリル樹脂板は、図4中、X軸方向には、12行の走査ブロック11Bに区画され、Y軸方向には、22列の走査ブロック11Bに区画されている。そして、1つの走査ブロック11Bのレーザ加工が終了したら、XYテーブル606によりアクリル樹脂板をX軸方向に1ブロック移動させ、隣接する走査ブロック11Bにレーザ加工を施す。そして、1列中の12の走査ブロック11Bのレーザ加工が終了したら、XYテーブル606によりアクリル樹脂板をY軸方向に1ブロック移動させ、隣接する列の各走査ブロック11Bのレーザ加工を順次行う。以上の動作で全走査ブロック11Bにレーザ加工を施す。
【0048】
このようにアクリル樹脂板を移動させて走査ブロック11B毎にレーザ光Lを走査させることにより、1つ1つ凹部を形成する度にXYテーブルでアクリル樹脂板を移動させる場合と比べ、導光板11の製作に要する時間を短縮することができる。特に、大型(例えば40型以上)のアクリル樹脂板にレーザ加工を施す場合には、ブロック単位でアクリル樹脂板の表面をレーザ加工するようにしたので、fθレンズ等を省略した簡単な構成としたレーザ加工装置600でも加工することができ、導光板11の製作に要する時間を大幅に短縮することができる。したがって、導光板11の生産性が向上する。
【0049】
ところで、図5は導光板11の散乱面11aに形成されている凹部12を示す模式図であるが、本実施の形態では、凹部12の表面に多数の微細凹凸12a(微細凹部又は微細凸部)を形成している。
【0050】
これら多数の微細凹凸12a(微細凹部又は微細凸部)の直径は、1μm〜20μmに設定されている。つまり、微細凹凸の直径が1μm未満の領域に分布する場合には、導光板に入射させた光が凹部で全反射せずに屈折して色ズレが生じてしまい、微細凹凸の直径が20μmを超える領域に分布する場合には、凹部における光の散乱効率が著しく低下し、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまうことがある。なお、微細凹凸の直径が20μmを超える場合にも色ズレが生じるが、輝度の低下又は輝度ムラの発生が顕著である。
【0051】
したがって、本実施の形態では、微細凹凸12aの直径を1μm〜20μmに設定することで、各凹部12における光の散乱効率を向上させて、導光板11の出射面11bから出射される光の輝度を向上させ、出射される光の輝度ムラ及び色ズレを低減させている。
【0052】
ここで、凹部が形成されている導光板の製作には、金型による方法や工具により凹部を切削する方法等、種々の方法が存在するが、導光板の製作に要する時間が短縮することを鑑みると上述したレーザ加工装置600でレーザ加工する方法が最適である。
【0053】
そして、レーザ加工の後に、サンドブラストにより凹部表面に微細凹凸を形成することが考えられるが、これでは、導光板の製作に要する時間が長くなってしまう。また、サンドブラストにより形成される微細凹凸の直径が1μm未満となる傾向にあり、色ズレが生じてしまうことがある。
【0054】
そこで、本実施の形態では、導光板11となるアクリル樹脂板を、レーザ加工により凹部12を形成した際に、凹部12の表面に、直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aが形成される材質としている。
【0055】
具体的に説明すると、導光板11となるアクリル樹脂板を、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルとすることにより、レーザ光で凹部12を形成した際に、凹部12の表面に、直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aが形成されることを見出したものである。この重量平均分子量が1万〜10万のポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板は、キャスト法により製造することができる。
【0056】
ここで、仮に、重量平均分子量が1万未満のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板では、レーザ光で凹部を形成した際に、凹部表面が微細凹凸の少ない滑らかな状態(鏡面に近い状態)となってしまう。
【0057】
これは、アクリル樹脂板表面をレーザ光の熱で溶融させた際に、分子量が大きいほど、微細凹凸の直径が大きくなる傾向にあり、分子量が小さいほど、微細凹凸の直径が小さくなる傾向にあるためである。つまり、分子量に相当する直径の微細凹凸が形成される。
【0058】
したがって、重量平均分子量が1万未満のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板では、形成される微細凹凸の数が著しく少なく、凹部の光の散乱効率が低くなることから、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまう。
【0059】
一方、重量平均分子量が10万を超えるポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板では、分子量が大きいため、形成される微細凹凸の直径が20μmを超える傾向にある。このような微細凹凸の直径が20μmを超える場合には、微細凹凸の直径が大きすぎてしまうため、凹部における光の散乱効率が著しく低下し、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまう。
【0060】
そこで、本実施の形態では、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面にレーザ光Lを出射して多数の凹部12を形成し、凹部12の表面に直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aを形成している。
【0061】
これにより、凹部12に形成される微細凹凸12aの直径は、1μm〜20μmの範囲内に分布し、凹部12では入射したLED31の光が略全反射し、色ズレを効果的に低減することができ、また、凹部12における光の散乱効率が向上するので、導光板11の出射面11bから出射される光の輝度が向上し、輝度ムラを効果的に低減することができる。
【0062】
そして、このような導光板11を有するバックライト装置500では、輝度が向上し、輝度ムラ及び色ズレが低減するので、光源装置としての品質が向上する。
【0063】
次に、別の実施の形態について説明するが、上記実施の形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【0064】
この別の実施の形態において、導光板11として、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板を用いることにより、レーザ光で凹部12を形成した際に、凹部12の表面に、直径が1μm〜20μmである多数の微細凹凸12aが形成されることを見出した。
【0065】
なお、仮に重量平均分子量が10万を超えると、上記実施の形態のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板と同様に、凹部における光の散乱効率が著しく低下し、輝度の低下又は輝度ムラが生じてしまう。
【0066】
ここで、重量平均分子量が1万未満であっても、0.1万以上であれば直径が1μm〜20μmに分布する多数の微細凹凸12aが形成される点で、上記実施の形態のポリメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板と異なる。
【0067】
つまり、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万の範囲内であれば、該共重合体の分子間の結合が強く、レーザ光の熱に晒されても、溶けて鏡面に近い状態となることはない。したがって、凹部12の表面には、該共重合体とすることにより分子間の結合力が強められた結果、直径が該共重合体の分子量に相当する大きさよりも大きい多数の微細凹凸が形成される。
【0068】
なお、重量平均分子量が大きくなるほど、形成される微細凹凸12aの直径に及ぼす共重合体の分子間の結合力の影響が小さくなる。したがって、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体としたことにより、重量平均分子量の下限には大きく影響し、その下限は上記実施の形態のメタクリル酸メチルからなるアクリル樹脂板の重量平均分子量1万よりも小さい0.1万とすることができる。一方、重量平均分子量の上限は、共重合体とした影響は極めて小さく、上記実施の形態と同様、10万である。
【0069】
このように、凹部12の表面には多数の微細凹凸12aが形成されるので、上記実施の形態と同様の効果を奏するものである。
【0070】
ここで、メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万のアクリル樹脂板は、キャスト法又は連続キャスト法で製造することが可能である。そして、連続キャスト法では、キャスト法よりも製造されるアクリル樹脂板の分子量が小さくなるが、アクリル樹脂板の製造に要する時間が短い。したがって、アクリル樹脂板の製造に要する時間を短縮するには、連続キャスト法が適している。
【0071】
なお、アクリル酸エステルは、特に限定されない。該アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソ−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2―エチルヘキシル等のアクリル酸アルキルエステル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸メチルシクロヘキシル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸アダマンチル等のアクリル酸シクロアルキルエステル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸芳香族エステル、アクリル酸フルオロフェニル、アクリル酸クロロフェニル、アクリル酸フルオロベンジル、アクリル酸クロロベンジル等のアクリル酸置換芳香族エステル、アクリル酸フルオロメチル、アクリル酸フルオロエチル等のアクリル酸ハロゲン化アルキルエステル、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸エチレングリコールエステル、アクリル酸ポリエチレングリコールエステル等が挙げられる。これらは必要に応じて、一種又は二種以上を組み合わせて、ないしは混合して、原料として使用することができる。これらのアクリル酸エステル中では、アクリル酸メチルが好ましい。
【0072】
なお、上記実施の形態では、凹部として、平面視長穴のドットを形成する場合について説明したが、本発明はこの形状に限定するものではなく、凹部が平面視円穴のドット又はドットに限らず溝等であってもよい。また、凹部を千鳥配列とする場合について説明したが、この配列に限定するものではなく、凹部を整列又はランダムに配列する場合であってもよい。
【実施例】
【0073】
以下に実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【0074】
本実施例では、5つのサンプルを用意した。
【0075】
比較サンプルAとして、メタクリル酸メチルを原料とし、押出し法により製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0076】
比較サンプルBとして、メタクリル酸メチルを原料とし、押出し法により比較サンプルAとは別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0077】
サンプルCとして、メタクリル酸メチル及びアクリル酸エステルを原料とし、連続キャスト法により製造された共重合体からなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0078】
サンプルDとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法により製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0079】
サンプルEとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法により別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0080】
サンプルFとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法によりさらに別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0081】
サンプルGとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法によりさらに別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0082】
サンプルHとして、メタクリル酸メチルを原料とし、キャスト法によりさらに別ロットで製造されたポリメタクリル酸メチルからなる厚さ3mmのアクリル樹脂板を用いた。
【0083】
(重量平均分子量の比較)
分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフイー法(GPC)にて測定した。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフイー法の測定は、多孔質充填剤を詰めたカラム中において、充填剤表面の細孔と測定物のポリマーとのサイズ排除機構を原理としている。
【0084】
各サンプルA〜Hをテトラヒドロフラン(THF)に溶解させた後、東ソー(株)製液体クロマトグラフィーHLC−8120GPCを用い、分離カラムはTSK−gelのSuperHM−Mを3本直列とし、流量は0.6ml/minとし、検出器は示差屈折計を用い、測定温度は40℃とし、注入量は0.020mlとし、標準ポリマーとしてポリスチレン(PS)を使用して測定した。
【0085】
図6は、各サンプルA〜Hの分子量分布曲線を示すグラフであり、各サンプルの曲線を示す符号の隣の数字は、重量平均分子量である。
【0086】
なお、各サンプルA〜Hの重量平均分子量及び数平均分子量を以下の表1に示す。
【0087】
【表1】
【0088】
以上の測定結果により、連続キャスト法にて製造されたメタクリル酸メチル及びアクリル酸エステルからなる共重合体のアクリル樹脂板のサンプルCは、重量平均分子量が0.1万〜10万の範囲内にあることが確認された。
【0089】
また、キャスト法にて製造されたポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板のサンプルD〜Hは、重量平均分子量が1万〜10万の範囲内にあることが確認された。
【0090】
なお、押出し法にて製造されたポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板のサンプルA,Bは、重量平均分子量が1万未満であった。
【0091】
(輝度の比較)
各サンプルA〜Eには、波長10.6μm、出力30WのCO2レーザ発振器により、長手方向が0.3〜0.45μm、短手方向が0.07〜0.45μm、深さ0.01〜0.35μmの凹部を、長手方向に1.6mm間隔で、短手方向に0.4mm間隔で、千鳥状に多数形成した。
【0092】
また、各サンプルA〜Eは、3.5インチにカットされ、端面に6つのLEDを配置し、出射面の3%内側を、縦15点、横15点の計225点の輝度を測定し、その平均輝度の比較を行った。
【0093】
図7は、各サンプルA〜Eの平均輝度を示すグラフである。
【0094】
図7に示すように、サンプルC〜Eは、比較サンプルA,Bよりも輝度がアップすることが確認された。特に、連続キャスト法にて製造されたメタクリル酸メチル及びアクリル酸エステルからなる共重合体のアクリル樹脂板のサンプルCは、他のサンプルD,Eよりも輝度がアップすることが確認された。なお、比較サンプルA,Bでは、輝度ムラが確認されたが、サンプルC,D,Eでは、輝度ムラは確認されなかった。
【0095】
(凹部の表面の状態)
図8は、比較サンプルAに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。図9は、サンプルCに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。図10は、サンプルDに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【0096】
また、図11は、図8に示す比較サンプルAの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。図12は、図9に示すサンプルCの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。図13は、図10に示すサンプルDの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【0097】
図8及び図11を参照すると、比較サンプルAに形成された凹部の表面は、微細凹凸の少ない滑らかな状態に形成されていることが確認される。
【0098】
これに対し、図9及び図12を参照すると、比較サンプルAと比べてサンプルCに形成された凹部の表面は、微細凹凸が多数形成されている粗面となっていることが確認される。同様に、図10及び図13を参照すると、比較サンプルAと比べてサンプルDに形成された凹部の表面は、微細凹凸が多数形成されている粗面となっていることが確認される。
【0099】
図14は、各サンプルA,C,Dの微細凹凸の直径の分布を示すグラフである。
【0100】
図14を参照すると、サンプルC,Dは、微細凹凸(微細凹部又は微細凸部)の直径が1μm〜20μmに広く分布しているのが確認される。これに対し、比較サンプルAは、直径が1μm〜20μmの範囲内にあるが、2μmに集中している。なお、各サンプルA,C,Dの色ズレは極めて小さい状態であった。
【0101】
以下に、凹部の長手方向の長さに対する微細凹凸の合計長の割合を表2に示す。
【0102】
【表2】
【0103】
この表2によると、比較サンプルAは、微細凹凸の直径が2μmに集中しておりその数も少ないため、凹部に対する微細凹凸の合計長の割合(つまり、表面粗さ)が6%に過ぎず、ほとんど凹凸の無い状態である。そして、図7に示す平均輝度の結果を参照すると、ほとんど凹凸の無い状態であるために、輝度が低い状態であることが確認される。
【0104】
これに対し、サンプルCは、割合が77%と最も大きく、図7に示す平均輝度の結果を参照すると、輝度が最も高い状態であることが確認される。また、サンプルDは、割合が46%であり、比較サンプルAとサンプルCの間であるが、図7に示す平均輝度の結果を参照すると、輝度が比較サンプルAとサンプルCの間であることが確認される。つまり、表面粗さが大きくなるに連れて輝度がアップすることが確認される。
【0105】
なお、比較サンプルAに形成されている凹部にサンドブラストにより多数の微細凹凸を形成した場合、形成された微細凹凸の直径は1μm未満となり、色ズレが生じてしまった。
【0106】
以上の結果から、重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板としてのサンプルD〜H、又はメタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板としてのサンプルCに、レーザ光により凹部を形成することにより、凹部の表面に多数の微細凹凸が形成されることが確認できた。そして、レーザ光により凹部の表面に形成された多数の微細凹凸により、輝度ムラや色ズレが低減し、輝度が格段に向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0107】
【図1】本実施の形態に係る光源装置としてのバックライト装置を備えた液晶表示装置の一部を示す部分断面図である。
【図2】レーザ加工装置の概略を示す説明図である。
【図3】レーザ加工装置により形成される光散乱用パターンを示す説明図である。
【図4】導光板となるアクリル樹脂板の散乱面となる板面を示す説明図である。
【図5】導光板の散乱面に形成されている凹部を示す模式図である。
【図6】各サンプルA〜Hの分子量分布曲線を示すグラフである。
【図7】各サンプルA〜Eの平均輝度を示すグラフである。
【図8】比較サンプルAに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【図9】サンプルCに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【図10】サンプルDに形成された凹部を示す顕微鏡写真である。
【図11】図8に示す比較サンプルAの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【図12】図9に示すサンプルCの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【図13】図10に示すサンプルDの凹部の長手方向に沿う表面の凹凸を示すグラフである。
【図14】各サンプルA,C,Dの微細凹凸の直径の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【0108】
11 導光板
11a 散乱面
11b 出射面
11c 端面
11B 走査ブロック
12 凹部
12a 微細凹凸
15 光源部(LEDユニット)
31 LED
500 光源装置(バックライト装置)
601 レーザ光源(レーザ発振器)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源装置に用いられる導光板の製造方法において、
重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源からのレーザ光を照射して、多数の凹部からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部の表面に多数の微細凹凸を形成する、
ことを特徴とする導光板の製造方法。
【請求項2】
光源装置に用いられる導光板の製造方法において、
メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源からのレーザ光を照射して、多数の凹部からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部の表面に多数の微細凹凸を形成する、
ことを特徴とする導光板の製造方法。
【請求項3】
前記アクリル樹脂板の板面を複数の走査ブロックに予め区画しておき、前記アクリル樹脂板をブロック単位で移動させて前記各走査ブロック毎にレーザ光を走査させ、前記凹部を形成する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の導光板の製造方法。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の製造方法で製造された導光板であって、
一対の板面のうちの一方の板面を前記多数の凹部を形成した散乱面とし、他方の板面を前記散乱面により散乱された光を外部に出射する出射面とする、
ことを特徴とする導光板。
【請求項5】
請求項4に記載の導光板と、
前記導光板の端面に配置される光源部と、を備えた、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項6】
前記光源部は、LEDを有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
【請求項1】
光源装置に用いられる導光板の製造方法において、
重量平均分子量が1万〜10万であるポリメタクリル酸メチルのアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源からのレーザ光を照射して、多数の凹部からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部の表面に多数の微細凹凸を形成する、
ことを特徴とする導光板の製造方法。
【請求項2】
光源装置に用いられる導光板の製造方法において、
メタクリル酸メチル90〜99.9重量%と、アクリル酸エステル0.1〜10重量%とを含む共重合体であり、重量平均分子量が0.1万〜10万であるアクリル樹脂板の板面に、レーザ光源からのレーザ光を照射して、多数の凹部からなる光散乱用パターンを形成し、前記凹部の表面に多数の微細凹凸を形成する、
ことを特徴とする導光板の製造方法。
【請求項3】
前記アクリル樹脂板の板面を複数の走査ブロックに予め区画しておき、前記アクリル樹脂板をブロック単位で移動させて前記各走査ブロック毎にレーザ光を走査させ、前記凹部を形成する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の導光板の製造方法。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の製造方法で製造された導光板であって、
一対の板面のうちの一方の板面を前記多数の凹部を形成した散乱面とし、他方の板面を前記散乱面により散乱された光を外部に出射する出射面とする、
ことを特徴とする導光板。
【請求項5】
請求項4に記載の導光板と、
前記導光板の端面に配置される光源部と、を備えた、
ことを特徴とする光源装置。
【請求項6】
前記光源部は、LEDを有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の光源装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図8】
【図9】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図8】
【図9】
【図10】
【公開番号】特開2010−103068(P2010−103068A)
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−276161(P2008−276161)
【出願日】平成20年10月27日(2008.10.27)
【出願人】(391040836)黒田電気株式会社 (7)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年10月27日(2008.10.27)
【出願人】(391040836)黒田電気株式会社 (7)
【Fターム(参考)】
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