(57)【要約】【課題】波うちが抑制される導光体を提供する。【解決手段】熱可塑性透明樹脂材料からなる一定厚さの導光板７１を有し、導光板７１の厚さ方向の一方の面を第１主面７ａとし、厚さ方向の他方の面を第２主面７ｂとし、かつ第１主面７ａと第２主面７ｂとを接続する厚さ方向に沿って延在する面を端面７Ｌとした場合に、第１主面７ａに、端面７Ｌから導光板７１内に入射された光を第２主面７ｂ側へ偏向する光偏向要素１８を形成してなる導光体７において、導光体７の照明装置への組み立て時は第１主面７ａ及び第２主面７ｂが平面であり、組立後、光源からの熱を受けることで導光板７１が第１主面７ａ側に凸形状に反り、凸形状を維持するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性透明樹脂材料からなる一定厚さの導光板を有し、
前記導光板の厚さ方向の一方の面を第１主面とし、前記厚さ方向の他方の面を第２主面とし、かつ前記第１主面と前記第２主面とを接続する厚さ方向に沿って延在する面を端面とした場合に、前記第１主面に、前記端面から前記導光板内に入射された光を前記第２主面側へ偏向する光偏向要素を形成してなる導光体であって、
前記導光体の照明装置への組み立て時は前記第１主面及び前記第２主面が平面であり、組立後、光源の熱を受けることで前記導光板が前記第１主面側に凸形状に反り、前記凸形状を維持するように構成され、
前記導光板は、前記熱可塑性透明樹脂材料のガラス転移温度をＴｇとしたとき、押出し成形のラインにおいて、Ｔｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下の温度で前記導光板が前記第１主面側に凸になるように形成ロールで搬送されたのち、Ｔｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下の温度で前記導光板が平面状に搬送されることで成形されている、
ことを特徴とする導光体。
【請求項２】
前記第２主面に光学要素が設けられていることを特徴とする請求項１記載の導光体。
【請求項３】
前記導光板の厚さは１ｍｍから１０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の導光体。
【請求項４】
前記導光板は押出し成形で作製されたことを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の導光体。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の導光体と、前記導光体の前記導光板の端面に対向して配置された光源と、前記導光板の前記第２主面側に配置され前記第２主面から射出された拡散光を入射させる少なくとも１つの光学シートとを備ることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、前記画像表示素子の背面に、請求項５に記載の照明装置とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
熱可塑性透明樹脂材料からなる一定厚さの導光板を有し、
前記導光板の厚さ方向の一方の面を第１主面とし、前記厚さ方向の他方の面を第２主面とし、かつ前記第１主面と前記第２主面とを接続する厚さ方向に沿って延在する面を端面とした場合に、前記第１主面に、前記端面から前記導光板内に入射された光を前記第２主面側へ偏向する光偏向要素を形成してなる導光体を、押出し成形のラインの溶融押出工程と、冷却工程と、成形工程とにより製造する方法であって、
前記熱可塑性透明樹脂材料のガラス転移温度をＴｇとしたとき、
前記溶融押出工程で、前記熱可塑性透明樹脂材料を押出ダイからシート状に押し出すことで前記導光板を形成し、
前記冷却工程で、前記導光板を冷却ロールによって冷却し、
前記成形工程で、まず、Ｔｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下の温度で前記導光板が前記第１主面側に凸になるように前記導光板を形成ロールで搬送し、次に、Ｔｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下の温度で前記導光板を平面状にして搬送する、
ことを特徴とする導光体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体及びその製造方法、これを用いた照明装置並びに表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては、主に、直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Light Emitting Diode）が、パネルの背面に規則的に配置され、さらに、液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。
【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管やＬＥＤが、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）と逆側の面（光偏向面）には、該導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出面へと導く光偏向要素が形成されている。現在、光偏向面に形成される光偏向要素としては白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的（例えば特許文献１）である。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無指向に拡散反射されるため、導光板の射出面側への光取出し効率は低い。しかも、白色インキによる光吸収も無視することはできない。
【０００４】
そこで最近では、マイクロレンズをインクジェット法によって導光板の光偏向面へと形成する方法や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素を形成する方法などが提案されている。かかる方法は、白色インキと違い、導光板の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光板を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、インクジェット法やレーザーアブレーション法による光偏向要素の形成は、白色インキの印刷と同様、導光板を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減る訳ではない。むしろ、白色インキの印刷工程よりもタクトタイムが長く、また、設備のイニシャルコストが高いなど、高コストとなる問題がある。
【０００６】
そこで、導光板を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素を押出時にダイレクトに賦形する方法も提案されている（例えば特許文献２）。導光板の成形と同時に光偏向要素も形成されるため工程数が減り、低コスト化が実現できる。
【０００７】
しかしながら、射出成形法で導光板を作製する場合、サイズが大きくなるほど射出成形機には高い圧力が必要となるため、携帯電話やノートパソコンなどの比較的小型な表示装置用の導光板作製には適しているものの、テレビ等の大型な表示装置への適用は難しい。一方で押出成形法は、大型の導光板作製に適した製造方法ではあるが、難易度の高い円筒状のロール金型を作製する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−２４１５９０号公報
【特許文献２】特開２０００−８９０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
導光板は組み立て時に反りがなく、平らであることが求められる。また、使用時には光源からの熱を受けつつも、液晶パネル側に反ることなく、良好な表示をすることが求められる。また、熱可塑性樹脂で作られた導光板は成形過程の熱履歴が記憶されているため、組み立て時には平らであっても、使用時に熱がかかると熱履歴が開放され、面の波うちを生じる。さらに、使用時の光源の熱は不均一に導光板を熱することから、導光板の波うちは不均一な形状になる。また、繰り返し点灯・消灯することで波うちは悪化し、使用期間にわたって良好な表示を得ることが難しい。
本発明は、波うちを抑制できる導光体及びその製造方法、これを用いた照明装置並びに表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、熱可塑性透明樹脂材料からなる一定厚さの導光板を有し、前記導光板の厚さ方向の一方の面を第１主面とし、前記厚さ方向の他方の面を第２主面とし、かつ前記第１主面と前記第２主面とを接続する厚さ方向に沿って延在する面を端面とした場合に、前記第１主面に、前記端面から前記導光板内に入射された光を前記第２主面側へ偏向する光偏向要素を形成してなる導光体であって、前記導光体の照明装置への組み立て時は前記第１主面及び前記第２主面が平面であり、組立後、光源の熱を受けることで前記導光板が前記第１主面側に凸形状に反り、前記凸形状を維持するように構成され、前記導光板は、前記熱可塑性透明樹脂材料のガラス転移温度をＴｇとしたとき、押出し成形のラインにおいて、Ｔｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下の温度で前記導光板が前記第１主面側に凸になるように形成ロールで搬送されたのち、Ｔｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下の温度で前記導光板が平面状に搬送されることで成形されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の導光体において、前記第２主面に光学要素が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の導光体において、前記導光板の厚さは１ｍｍから１０ｍｍであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３に何れか１項記載の導光体において、前記導光板は押出し成形で作製されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、照明装置であって、請求項１乃至４の何れかに記載の導光体と、前記導光体の前記導光板の端面に対向して配置された光源と、前記導光板の前記第２主面側に配置され前記第２主面から射出された拡散光を入射させる少なくとも１つの光学シートとを備ることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、表示装置であって、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、前記画像表示素子の背面に、請求項５に記載の照明装置とを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、熱可塑性透明樹脂材料からなる一定厚さの導光板を有し、前記導光板の厚さ方向の一方の面を第１主面とし、前記厚さ方向の他方の面を第２主面とし、かつ前記第１主面と前記第２主面とを接続する厚さ方向に沿って延在する面を端面とした場合に、前記第１主面に、前記端面から前記導光板内に入射された光を前記第２主面側へ偏向する光偏向要素を形成してなる導光体を、押出し成形のラインの溶融押出工程と、冷却工程と、成形工程とにより製造する方法であって、前記熱可塑性透明樹脂材料のガラス転移温度をＴｇとしたとき、前記溶融押出工程で、前記熱可塑性透明樹脂材料を押出ダイからシート状に押し出すことで前記導光板を形成し、前記冷却工程で、前記導光板を冷却ロールによって冷却し、前記成形工程で、まず、Ｔｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下の温度で前記導光板が前記第１主面側に凸になるように前記導光板を形成ロールで搬送し、次に、Ｔｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下の温度で前記導光板を平面状にして搬送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波うちの発生しない外観の品位良好な導光体を得ることができる。また、本発明の導光体を使用することにより、高性能な輝度かつ波うちによる外観不良が抑制された照明装置、表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る導光体を用いたエッジライト方式の照明装置及びこれを用いた表示装置の説明図。
【図２】本発明に係る導光体の一部を示す説明図。
【図３】本発明に係る導光体の成形工程の一例を示す説明図。
【図４】本発明に係る導光体の実施例及び比較例のテスト結果を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る導光体を用いたエッジライト方式の照明装置並びにこれを用いた表示装置について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１において、表示装置１は、照明装置３、液晶パネル２からなる。
照明装置３は、光源６から射出した光を入射し、液晶パネル２に向かう射出光Ｋに偏光する役割を担う導光体７を有する。この導光体７は、主に照明光路制御に使用されるもので、光透過性の樹脂材料からなる一定厚さの導光板７１から構成される。かかる導光板７１は照明装置３の筐体５に収められている。また、導光板７１と筐体５の間、すなわち筐体５の内壁面には反射シートが設けられている。
また、導光板７１は、厚さより大きい寸法で矩形状に形成され、この導光板７１は、その厚さ方向の一方の面に第１主面７aを有し、厚さ方向の他方の面に第２主面７ｂを有しており、さらに、第１主面７ａと第２主面７ｂとを接続する厚さ方向の面を端面７Ｌとする光入射面を有している。
液晶パネル２は、液晶パネル１１と、液晶パネル１１の厚さ方向の両面にそれぞれ積層され偏光板９，１０とから構成されている。
【００２０】
光源６は、矩形状導光板７１の互いに正対する両方の端面７Ｌに対向して配設され、この各光源６からの光は、導光板７１の端面７Ｌに入射する。導光板７１に入射した光は第１主面７ａの光偏光要素１８で偏光され、第２主面７ｂより射出される。第２主面７ｂが光学要素１９を有するときは光学要素１９より射出される。光はそのあと拡散シート８、プリズムシート２０、偏光分離シート２８を透過し照明装置３からの射出光Ｋとして射出される。図１において表示装置１の観察者はＦの方向にいる。
【００２１】
図２において、導光板７１には、光偏光要素１８が形成され、第２主面７ｂには光学要素１９が形成されている。
なお、光の入射のない端面は７Ｓとする。光偏光要素１８は第１主面７ａの鏡面に配置されたドットである。第１主面７ａの光偏光要素１８以外は平面３２がある。光学要素１９は隙間なく並べられたレンズである。
導光体７はアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの熱可塑性透明樹脂から構成されている。
導光体７は射出成形や押し出し成形、キャストで四角い樹脂の板状に成形される。本発明を実施するにあたっては、押出し成形が好適である。
【００２２】
光偏光要素１８は型によって作成された第１主面７ａの凹もしくは凸形状のドットである。ドットは導光体７を形成する際に型に入れて作成されても良いし、形成後に熱した型を押し付けて作成されても良い。
ドットの形状は半球状ドット、角錐状ドット、立方体などが挙げられる。傷つきにくさの観点から、凹形状が好ましく、第１主面７ａからの高低差が５μｍ以上７０μｍ以下の凹形状ドットであることが、さらに好ましい。５μｍ未満では傷つき防止には浅すぎ、７０μｍより深い場合は異物が入ってしまった場合に取り除くのが非常に困難になる。
また、光偏光要素１８は光源６からの距離によってドットのサイズ、形状、配置間隔いずれかが異なる。
【００２３】
光学要素１９は、型によって作成された第２主面７ｂの凹もしくは凸形状のレンズから構成される。かかるレンズは、導光体７を形成する際に型に入れて作成されても良いし、形成後に熱した型で作成されても良い。
レンズの形状は当該分野でよく知られたプリズムレンズ、レンチキュラーレンズ、台形レンズなどが挙げられる。凹凸の高さは１ｎｍ以上５００μｍ以内が好ましい。
【００２４】
本発明の波うち抑制機構について説明する。
まず、波うちが生じる機構について説明する。
通常、導光体は平らな状態で製造され、表示装置に組み込まれる。導光体の材料である熱可塑性樹脂は、成形の冷却過程で生じる様々な熱履歴を記憶している。より詳しく説明すると、熱可塑性樹脂である高分子は粘弾性体であり、成形の溶融時には液体のように見え、冷却後の製品では固体のように見える。しかし、実際には温度が低下することで、高分子の緩和時間が長くなり、日常の時間よりも十分長いためにあたかも固まっている（凍結）ように見えているだけである。溶融時には自由に運動していた高分子は、温度低下につれ次々に運動が凍結されるので、製品はこれらの一連の凍結した運動状態（熱履歴）を記憶しているといえる。これらの熱履歴は、凍結しなくなる温度まで加熱されると再び凍結前の状態に戻る。これをエラスチックメモリーという。一見平らな導光体でも、照明装置や表示装置に組み込まれ、光源の発する熱で加熱されると、成形時の状態に戻ろうとする。
【００２５】
ここで、導光体に凍結されているのは、成形の冷却過程の収縮である。光源の熱は導光体を1つの辺から局所的に加熱するので、導光体は元の形状から歪んだ形に変形する。この局所的な歪みが、導光体の波うちを生じさせる。
さらに、粘弾性体には時間-温度換算則が成り立ち、高温である時間で生じた現象は、低温ではより長い時間をかけて発生する。光源で加熱される温度は、導光体の成形温度より低いため、波うちは時間をかけて悪化し、繰り返し使用していくうちにだんだんと表示品位が悪化することになる。
【００２６】
波うちを抑制するためには、導光体に剛性を持たせることが有効である。しかし、材料をかえるのは莫大な時間やコストがかかる。一方で、導光体にあらかじめ許容される湾曲（反り）形状を付与することで、導光体の波うちに対する剛性を増すことが出来る。許容される反りとは、第１主面が凸になる方向の反りである。なお、導光体が０．４ｍｍより薄いと湾曲形状で得られる剛性が不十分になり、効果を発揮しない。一方で、１０ｍｍより厚いと剛性が強すぎ、筐体を破壊するおそれがあるので好ましくない。まとめると、導光体は組み立て時には略平面であることが好ましく、光源による加熱時には波うちを抑制するために、第１主面が凸になる方向の反りがついていることが好ましい。
【００２７】
上記を実現するための導光体の製造方法ついて説明する。
加熱時、導光体７に第１主面７ａが凸になる方向の反りをつけるには、上述のエラスチックメモリー、時間温度換算則を利用する。光源６では導光体７は４０から７０℃に過熱される。熱可塑性樹脂において、この温度領域で、分単位から時間単位の点灯で、反りを発生させるためには、熱可塑性樹脂のガラス転移温度をＴｇとしたとき、Ｔｇ−１０℃以上の温度で秒単位で保持し、反りをつける必要がある。Ｔｇ−１０℃以上の高い温度で秒単位で反りをつけることにより、初期形状によらず、４０から７０℃の熱で反りを発生させることが出来る。
一方で組み立て時、初期状態の形状は、Ｔｇ−１０℃以下の温度の保持状態で形成される。すなわち、Ｔｇ−１０℃以下の温度では導光体７を平らに保持することで、エラスチックメモリーの内容に関わらず、初期状態を平らにすることができる。
以上を組み合わせれば、求める波うちの発生しない導光体が得られる。
【００２８】
導光体の工法としては、押出し成形が上記の条件を達成しやすく好適である。押出し成形のラインにおいて、Ｔｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下の温度では、第1主面７ａ側に凸になるよう形成ロールで搬送され、Ｔｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下の温度では略平面に搬送されるように条件を調整する。条件を満たせば３本ロールのラインでも、４本以上のロールのラインでも本発明の効果が得られる。図３は３本ロールのラインの場合の工程を示す。
具体的に説明すると、導光体は、押出し成形のラインの溶融押出工程と、冷却工程と、成形工程とにより製造される。
すなわち、溶融押出工程で、熱可塑性透明樹脂材料をＴダイ４０（押出ダイ）からシート状に押し出すことで導光板を形成する。次いで、冷却工程で、導光板を冷却ロール４１によって冷却する。成形工程で、まず、Ｔｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下の温度で導光板が第１主面７ａ側に凸になるように導光板を形成ロール４２で搬送し、次に、Ｔｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下の温度で導光板を平面状にして搬送する。
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００２９】
押し出し成形で導光体を作成した。光偏光要素１８と光学要素１９は押し出し成形中の型押しで作成した。第２主面７ｂには光学要素１９をピッチ１５０μｍ、高さ５０μｍのレンチキュラーレンズを隙間なく並べた。光偏光要素１８は深さ２０μｍの半球凹形状とし、配置間隔で占有密度を変えた。
図３に示す導光体の押出し成形工程図において、Ｔダイ４０から吐出された溶融熱可塑性樹脂４３は、３本の冷却ロール４１で冷却固化される。形成ロール４２上を搬送されている部分をエリア１、形成ロール後に平らに搬送されているところをエリア２とし、これら２つのエリアの温度を様々に変えてサンプルを作製した。図４に記載してある各エリアの温度は、エリア内の最も高い点とした。内容は図４に示す。注意点として、エリア１の温度はエリア２よりは低く出来ない。樹脂は三菱レイヨン製のＶＨ０００を使用した。この樹脂のガラス転移温度Ｔｇは１１５．２℃だった。
得られた導光体は２３インチにカットした。初期状態は反りが０．５ｍｍ以下かどうかで合否判定をした。初期が合格のものは続いて波うちの試験を実施した。波うちの試験は実際の表示装置に組み込んで点灯し、1時間後、半年後の波うちの様子を観察した。合否判定は液晶パネルを通して全方位から観察し、波うちによる外観欠陥がないことを基準とした。なお、1時間で合格しなかったものは半年のテストは実施していない。結果を図４に示す。
【００３０】
図４から明らかなように、エリア１の最高温度がＴｇ−１０℃以上Ｔｇ＋１０℃以下であり、かつ、エリア２の最高温度がＴｇ−１５℃以上Ｔｇ−１０℃以下とした実施例１〜５は、波うちが無く、初期状態も良好であった。
エリア１、あるいは、エリア２の最高温度が上記範囲を逸脱する比較例１、２、３は波うちが生じ、あるいは、初期状態での品質が劣っている。特に、エリア１の最高温度が波うちの結果に影響し、エリア２の最高温度が初期状態に影響することがわかる。
【００３１】
以上より、本発明を用いれば波うちの発生しない外観の品位良好な導光体が得られるほか、本発明の導光体を使用することで、高性能な輝度かつ波うちによる外観不良が抑制された照明装置、表示装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…表示装置
２…液晶パネル
３…照明装置
５…筐体（反射シート）
６…光源
７…導光体
７１…導光板
７ａ…第１主面
７ｂ…第２主面
７L…端面（光入射面）
７Ｓ…端面
８…拡散シート
９、１０…偏光板
１１…液晶パネル
１８…光偏光要素
１９…光学要素
２０…プリズムシート
２３…基材
２３ａ…光射出面
２３ｂ…光入射面
２４…プリズムレンズ
２８…偏光分離シート
３０…樹脂分子量A
３１…樹脂分子量B
３２…平面
４０…Ｔダイ
４１…冷却ロール
４２…形成ロール
４３…熱可塑性樹脂
Ｋ…照明装置からの射出光
Ｆ…観察者の方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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