JPH09147617A - 面発光体及びそれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程を自動化して、組立工程の簡略化を
図り、コストの削減された面発光体及びこれを用いたバ
ックライトユニットを提供する。 【解決手段】 透明樹脂を基材とし、均一に分散する透
明粒子を含有する透明樹脂組成物から形成される導光体
２と、該導光体の側面及び発光面の背面に不透明樹脂組
成物から形成される反射部３とが二色成形により形成さ
れてなる面発光体であって、該面発光体の前記背面の少
なくとも一端に反射部を形成せずに入光部４を形成し、
該入光部に対応する発光面側に反射部３’が側面からオ
ーバーハング状に形成されていることを特徴とする面発
光体及び、該面発光体と、該面発光部の入光部に対して
光の照射が可能な位置に配された光源とを有するバック
ライトユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル用バッ
クライト等に用いられる面発光体、及び該面発光体を用
いたバックライトユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】ワードプロセッサーやラップトップ型の
コンピュータ等の表示装置として、薄型で、しかも見や
すいバックライト機構を有する液晶表示装置が多く用い
られている。現在、これらのバックライトはパネルの直
下に複数個の冷陰極管等の発光体と光拡散板を配したも
の、あるいはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）面発光
体によるもの等が採用されている。しかしながら、前者
の構成では表示装置全体が厚型になり、後者のものでは
薄型のものを得ることはできても輝度が不十分である上
に寿命が比較的短く、また高価である等の問題がある。

【０００３】一方、透光性板の側端部に線状光源を有す
る導光板方式（エッジライト方式）のバックライトも各
種試みられているが、端面より入光した光はそのままで
は面状に発光しないため、透光性板の出光面あるいはそ
の裏面またはその両方を梨地状に粗面化したり、裏面に
ドットパターンを形成し、出光面に光拡散層を設ける、
などの処理が行われている。また、出光面の対面反射層
を光源からの距離に応じて薄くする等の加工を施し、光
の光路を幾何学的に変えることが試みられている。

【０００４】一般に、このような導光体の背面に入射し
た光の一部を反射させるための反射層を設けている。し
かしながら、従来の導光体は表面で均一に発光させるた
めに、導光体裏面にドットパターンの印刷や、梨地加工
など施す必要があり、このような加工の後に反射層を形
成していた。また、エッジライト方式では、導光板の側
端面に線状光源を設けるが、ランプハウスと呼ばれる専
用の反射体を設ける必要があり、組立工程が煩雑であっ
た。

【０００５】一方、昨今の携帯電話等の普及により、夜
でも表示部の視認が可能な発光タイプの小型液晶パネル
の需要が増加している。このような小型の発光装置を形
成する場合、光源としてＬＥＤランプが使用されるが、
このＬＥＤランプの実装には、導光体に穴を穿ってそこ
にはめ込む方法や、薄型のＬＥＤを導光体の側面に貼り
付ける方法などがある。しかしながら、これらの実装に
は、上記と同様に反射体を設ける工程や、精密な位置制
御を要し、製造工程が煩雑であり、自動化が困難であ
る、等の問題を有していた。

【０００６】又、導光部と反射部の間にゴミが入り込む
とその部分が均一に反射されないという問題がある。そ
こで一般的には、導光部と反射部の各々の製造から組み
合わせに至る工程において、このような品質低下を避け
るため、各部の洗浄操作や、清浄なクリーンルーム等の
設備を必要とし、工程数の増大、設備投資の高騰を招い
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、効率よく導
光部へ光を導くことができる面発光体の提供を目的とす
る。また、本発明は、製造工程を自動化して、組立工程
の簡略化を図り、製造過程におけるゴミ等の付着を防止
した前記面発光体の製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討し、その結果本発明に到達した
ものである。

【０００９】即ち、本発明は、透明樹脂を基材とし、均
一に分散する透明粒子を含有する透明樹脂組成物から形
成される導光体と、該導光体の側面及び発光面の背面に
不透明樹脂組成物から形成される反射部とが二色成形に
より形成されてなる面発光体であって、該面発光体の前
記背面の少なくとも一端に反射部を形成せずに入光部を
形成し、該入光部に対応する発光面側に反射部が側面か
らオーバーハング状に形成されていることを特徴とする
面発光体である。

【００１０】又、本発明は、上記面発光体と、該面発光
部の入光部に対して光の照射が可能な位置に配された光
源とを有するバックライトユニットに関する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、反射部を二色成形に
より導光体と一体に成形するため、組立工程が不要とな
り、又、ゴミ付着の問題も解消されることから、製造工
程が簡略化され、製造設備の縮小が可能となる。

【００１２】以下、図面を参照して本発明を説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施態様を説明するため
の概略断面図である。図中、２は透明粒子を均一に分散
保持する導光体であり、３は不透明樹脂組成物からなる
反射部である。該反射部は面発光体１の側面及び発光面
の背面に設けられており、背面の両端には反射部３を設
けずに入光部４を形成する。本発明においては、該入光
部４に対応する発光面側に側面から連続して反射部３’
がオーバーハング状に形成されることを最も特徴として
いる。このようにオーバーハング状の反射部３’を設け
ることにより、入光部から入射した光を該反射部３’で
反射させて導光体２に導く。導光部で光は導光体２の発
光面界面と反射体３との間で反射を繰り返し、その間、
導光体中の透明粒子５により屈折することで発光面より
出射する。又一部の光は発光面界面で反射せずにそのま
ま出射するが、導光体の発光面を鏡面に仕上げることに
よりその出射量を減ずることができ、発光面全面におい
てより均一な発光を得ることができる。

【００１４】オーバーハング状の反射部３’の先端は背
面の反射部の端部よりも内側に位置するように形成すれ
ば良いが、余り内側に入り込みすぎても発光面積が小さ
くなるため、一般には、背面反射部の端部より５mm以下
程度内側に位置するのが好ましい。

【００１５】オーバーハング状の反射部３’の形状とし
ては、図１では矩形であるが、導光部に入射部より入射
した光を効率的に反射導入できるのであれば、図２
（ａ）の円弧状や図２（ｂ）の様な傾斜形状など種々の
形状を採用することができる。

【００１６】又、本発明では、入光部に光源を実装する
ための凹部を設けることができる。ここで言う「凹部」
とは、例えば光源として線状の蛍光管を使用する場合に
は、その蛍光管が納まるだけの幅、深さ、長さを持った
溝であり、光源としてチップ型ＬＥＤを使用する場合に
は、そのチップを篏合できる穴あるいは窪みであり、そ
の形状は面発光体自体のサイズ、光源の大きさ、形状等
により適宜選択すれば良い。このような凹部は成形の際
に同時に設けても良いし、成形物を得た後、切削などの
加工により形成しても良い。

【００１７】このように凹部を設けた面発光体を用いれ
ば、予め所定の基板上の位置に光源を実装した後、上か
ら本発明の面発光体をかぶせるだけでバックライトユニ
ットが出来上がる。このバックライトユニットも本発明
の対象である。

【００１８】本発明の導光部は、基材としての透明樹脂
と、該透明樹脂中に均一に分散された透明粒子とから構
成される。特に本発明者が先に特開平６−３３８２０６
号にて開示した面発光体を使用することにより、発光面
全面にわたって均一な光放射が得られることから好まし
いものである。

【００１９】導光部の基材として使用される透明樹脂と
しては、従来公知の熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙
げられるが、好ましくは、ポリカーボネート樹脂、ポリ
メチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂等が挙げ
られる。この透明樹脂に透明粒子を均一に分散させるこ
とにより導光部を形成する。

【００２０】ポリカーボネート樹脂を用いる場合、透明
粒子、特にガラス粒子と溶融混合することにより成形品
が着色することがあるが、その場合には、有機リン化合
物を添加することにより着色を防止することができる。

【００２１】本発明において用いる透明粒子は上記の透
明樹脂と異なる屈折率を有する材料が選択される。特に
透明樹脂の屈折率との差が０．００５〜０．２の屈折率
を有し、かつ平均長径８０μｍ以下、平均短径１μｍ以
上の透明粒子が好ましい。この条件を満足する限りその
形状は特に限定されず、例えば球状、ラグビー球状、彗
星状、円筒状、多角形状などの形状をとることができ
る。また、２種以上の透明粒子を混合して用いることも
可能であり、その場合、各々の屈折率と各々の容量比の
積の和により全体の透明粒子の屈折率とする。このよう
に透明粒子は使用する透明樹脂の屈折率との差が０．０
０５〜０．２の屈折率を有する必要がある。さらにこの
屈折率の差が０．０１〜０．１のものが好ましい。屈折
率の差が０．００５未満の時は光の屈折効果が減少する
ために出光面に対して十分な光の放射が得られず、ま
た、０．２を越えると光の分散効果が高くなりすぎるた
めに出光面全域にわたる均一な光放射が得られない。透
明樹脂とガラス粒子のいずれの屈折率が高いかは問題で
はなく、差のみが重要である。

【００２２】本発明において、透明粒子の長径および短
径は、それを水平板上に置いて得られる投影像の最長の
径（長径）と最短の径（短径）で定義する。

【００２３】平均長径と平均短径は少くとも１００個の
透明粒子についてそれぞれ長径と短径を測定し、それぞ
れの平均値を算出することによって求められる。透明粒
子の平均長径および平均短径はそれぞれ８０μｍ以下お
よび１μｍ以上であり、特に平均長径が４０μｍ以下で
平均短径が５μｍ以上のものが好ましい。平均短径が１
μｍ未満では取扱いが不便であるばかりでなく、成形品
中で分散不良を生じ易く、また平均長径が８０μｍを超
えるときは容量比を高める必要があり、成形の際に樹脂
組成物の流動にむらを生じて光学的、機械的性質が不均
一になる傾向があるので、好ましくない。

【００２４】このような条件を満たす透明粒子として
は、ガラス粒子が好ましいが、それ以外の粒子でも上記
条件を満たすのであれば使用することができる。

【００２５】かかるガラス粒子は市場から容易に入手す
ることができるが、特に無アルカリのものが好ましい。
好ましい具体例としてはアルミニウム−ホウケイ酸ガラ
ス（「Ｅ−ガラス」）および石英ガラスの粉砕品やビー
ズが挙げられる。

【００２６】透明粒子の配合量は、透明粒子と透明樹脂
の合計容積に対する透明粒子の容積比が０．０１未満の
範囲内にある必要がある。形成する面発光体の形状が大
きくなるに従い、透明粒子の含有量は下げたほうが好ま
しい。

【００２７】更に透明粒子の配合量は、次式で表わされ
るｆ値が、１０以下となる量割合である必要がある。

【００２８】

【数１】 〔ここでｔは面発光体の厚み（μｍ）、Ｒは透明粒子の
平均粒径、ＶＡは透明樹脂の容量部、ＶＢは透明粒子の
容量部であり、平均粒径Ｒは、 Ｒ＝（平均長径＋平均短径）÷２ で定義される。〕

【００２９】本発明においては、透明樹脂及び透明粒子
よりなる組成物を導光体の素材とするが、該素材には所
望により他の添加剤、例えば他の熱安定剤、光安定剤、
紫外線吸収剤、離型剤、染顔料等を本発明の効果を損わ
ない量範囲で添加しても良い。また、透明粒子はカップ
リング剤などで表面処理してあってもよい。

【００３０】本発明において、反射部となる不透明樹脂
組成物の基材としては、前記導光部の透明樹脂組成物の
基材となる透明樹脂との接着性に優れた材料を選択して
使用すれば良く、好ましくは同材質のものが使用でき、
この基材に白色顔料を混練して不透明樹脂組成物を得
る。又、発光を特定の波長の光のみに限定する場合に
は、白色顔料の代わりにその波長の光を十分に反射する
顔料を使用しても良い。

【００３１】本発明に使用可能な白色顔料としては、十
分な隠ぺい性と反射性を反射部に付与でき、樹脂との混
練の際に変質しない十分な耐熱性、耐薬品性を有し、使
用の際に十分な耐光性を有するのであれば、何れでも良
く、例えば、酸化チタン、亜鉛華、硫酸バリウム、炭酸
カルシウムなどの無機顔料が好適に用いられる。これら
白色顔料の粒径は顔料の種類によって異なるが、０．１
〜５０μｍ程度の範囲から適宜選択して使用できる。こ
れら白色顔料は市販されており、容易に入手可能であ
る。

【００３２】このような白色顔料は、使用する顔料の粒
径、隠ぺい力により異なるが、基材の樹脂に対して１〜
３０重量％、好ましくは２〜２０重量％使用する。顔料
が多すぎれば、二色成形を行うことが困難となり、逆に
少なすぎれば、充分な隠ぺい性、反射性を得られなくな
る。

【００３３】不透明樹脂組成物には更に所望により他の
添加剤、例えば熱安定剤、光安定剤、蛍光増白剤、離型
剤等を本発明の効果を損わない量範囲で添加しても良
い。

【００３４】反射部の厚みは、添加した顔料の種類、量
により異なり、一概には言えないが、少なくとも0.5mm
以上あれば良い。上限は特に規定されないが、余り厚く
しても効果の増大は望めず、面発光体自体の厚みが増大
してしまうため好ましくないため、所望の条件に従って
決定すれば良い。例えば、顔料として酸化チタンを使用
した場合には、0.5〜0.8mm程度の厚みで成形すれば良
い。

【００３５】次に本発明の面発光体の製造方法について
説明する。

【００３６】本発明の成形品は射出二色成形によって製
造される。金型の設計は本発明の面発光体を製造するに
あたり、導光部と反射部との接着性、形状の安定性など
から重要であるが、昨今は、ＣＡＤによる設計から、Ｎ
Ｃ加工に至るまで、コンピュータによる制御が可能とな
り、所望形状の金型の作製が可能である。本発明では、
一次成形と二次成形が成形品を取り出すことなく連続的
に行える可変式の金型を使用することが好ましい。この
ような金型の構成例を図３、４に示す。

【００３７】図３は、一次側成形を行うための金型及び
それに付随する成形装置の各部の概略断面図を示してい
る。ここでは、一次側成形として導光体の成形を行って
いる。

【００３８】例えば、透明樹脂として熱可塑性樹脂及び
透明粒子としてガラス粒子を予め溶融混合して得た組成
物ペレットを一次側成形用ホッパーに入れ、溶融して射
出成形ゲート８から金型キャビティ内に射出する。射出
後一旦金型を冷却し、導光部を硬化させる。この時、金
型下部の入駒７は支え治具１０により押し上げられた状
態であり、部分拡大図である（ｂ）に示すように、オー
バーハング状反射部を形成するべく導光体端部に段差を
付けている。

【００３９】ペレット製造においては、少くとも透明樹
脂とガラス粒子を夫々、分けて押出機に投入することが
望ましい。例えば、透明樹脂をホッパーに入れ、その押
出速度に対応して、ガラス粒子をべント孔から連続的に
投入する方法、或は透明樹脂とガラス粒子を別々に連続
的にホッパーに投入する方法等を用いることができる。

【００４０】透明樹脂としてポリカーボネート樹脂を用
いる場合、有機リン化合物の投入方法は任意であるが、
ボリカーポネート樹脂と混合して投入する方法が便利で
ある。

【００４１】図４は、二次側成形を説明する図であり、
（ｂ）は部分拡大図である。二次側成形においても、予
め樹脂と白色顔料を混練してペレット状にしたものを二
次側成形用ホッパーに入れ、同様にキャビティ内に射出
する。この時、入駒７を下げ、シャフト９を上げること
によりキャビティを拡張して射出を行う。同図では断面
を模式的に示しているため図示されていないが、導光体
２の側面は全て反射部が形成されており、オーバーハン
グ部３’は側面からの回り込みにより充填される。勿
論、金型は図面の前後方向にも拡張している。又、二次
側成形では樹脂を回り込ませるために、一次側より溶融
温度を高めるなどして流動性を高めることは、好ましい
態様である。

【００４２】このようにして得られた成形物を金型から
取り出し、バリ等を除去し、必要により発光面となる導
光体表面を鏡面に研磨して、本発明の面発光体を得る。

【００４３】この面発光体を用いてバックライトユニッ
トを形成するには、面発光体の入光部に対して光照射可
能な位置に光源を設けることが必要である。本発明にお
いて使用できる光源としては、従来のバックライトユニ
ットに使用される線状の蛍光管や、小型のチップ型ＬＥ
Ｄなどが使用できる。このような光源は面発光体の入光
部に光源からの光を照射できる位置に配されるが、本発
明では特に、入光部に設けられた凹部にこれら光源を篏
合してバックライトユニットを形成する。例えば、光源
を該光源に対して電源を供給するための基板上の所定の
位置に半田付け等により実装した後、該光源を篏合可能
な位置に凹部を有する面発光体をかぶせ、この時、前記
基板に面発光体を固定するためには、接着剤を用いて接
着したり、あるいは基板側に爪等の固定治具を配した
り、逆に面発光体側に成形時に基板に固定できるような
爪等の手段を設けるなどして固定してバックライトユニ
ットを製造する。このように製造されたバックライトユ
ニットでは、例えば線状光源を使用した場合には、従来
必要とされていたランプハウスを面発光体のオーバーハ
ング状の反射部が代替えすることにより、製造工程の簡
略化が図れる。又、チップ型ＬＥＤを使用した場合に
も、基板上へのＬＥＤの取付を自動化することにより、
製造の歩留まりが向上する。

【００４４】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。

【００４５】実施例１ 光源としてＬＥＤを使用する小型タイプのバックライト
ユニット（43.6×26×1.8mm）を製造した。

【００４６】透明樹脂として2,2-ビス（4-ヒドロキシフ
ェニル）プロパンから誘導されたポリカーボネート１０
０重量部当たり０．１重量部のリン酸トリメチルを混合
した、屈折率１．５８のポリカーボネート粉末に対し
て、０．００１重量部の屈折率１．５６、平均粒径３０
μｍのガラスビーズを溶融混練して導光部用ペレットを
製造した。

【００４７】同様のポリカーボネート樹脂に白色顔料と
して酸化チタン（平均粒径２１μｍ、石原産業（株）
製、製品名「ＣＲ６０」）を１２重量％を溶融混練して
反射部用ペレットを製造した。

【００４８】図３、４に示すような金型を有するアーブ
ルグ社製２色射出成形機「オールラウンダー３２０Ｍ」
の一次側射出ユニットのホッパーに導光部用ペレット
を、二次側射出ユニットのホッパーに反射部用ペレット
を入れ、２色射出成形を行った。

【００４９】射出成形の条件は以下の通りである。 一次側成形 射出圧 ８００ｂａｒ 金型温度 １００℃ 保圧時間 ５秒 二次側成形 射出圧 １０００ｂａｒ 金型温度 １００℃ 保圧時間 ５秒

【００５０】背面及び側面の反射部３は厚さ0.6mm、オ
ーバーハング部３’は0.5mmとなるよう成形した。成形
の際、ＬＥＤを実装するための穴を面発光体の両短辺側
にそれぞれ２個ずつ同時に設けた。

【００５１】このようにして得られた面発光体を、チッ
プ型ＬＥＤを自動実装により配した基板上に接着剤を用
いて固定してバックライトユニットを完成した。このバ
ックライトユニットはＬＥＤからの光を発光面から均一
に放射することができた。

【００５２】実施例２ 実施例１と同様にして、256×194.75×5mmの大きさのパ
ソコン等の液晶ディスプレーに使用されるバックライト
ユニットを作製した。光源として２mmφのＬ字型蛍光管
を使用するため、面発光体側には４×４mmの溝を接する
二辺に設けた。得られたバックライトユニットは、液晶
ディスプレー用途に充分な発光量を得ることができた。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では二色成
形により導光部と反射部を一体に成形できるため、ゴミ
等が導光部と反射部との間に挟まれることがなく、高品
位の面発光体が得られる。又、成形が金型内で行われる
ため、クリーンルームなどの高価な付帯設備を必要とせ
ず、工程が簡略化されるため、製造コストの削減が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面発光体の一実施態様を説明する図で
あり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は背面から見た図で
ある。

【図２】本発明の面発光体におけるオーバーハング形状
の他の例を説明する図である。

【図３】本発明の面発光体の製造工程における一次側成
形を示しており、（ａ）は金型の概略断面図であり、
（ｂ）はその部分拡大図である。

【図４】本発明の面発光体の製造工程における二次側成
形を示しており、（ａ）は金型の概略断面図であり、
（ｂ）はその部分拡大図である。

【符号の説明】

１ 面発光体 ２ 導光部 ３ 反射部 ３’ オーバーハング状の反射部 ４ 入光部 ５ 透明粒子 ６ 凹部 ７ 金型の入駒 ８ 射出成形ゲート ９ シャフト １０ 支え治具

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明樹脂を基材とし、均一に分散する透
   明粒子を含有する透明樹脂組成物から形成される導光体
   と、該導光体の側面及び発光面の背面に不透明樹脂組成
   物から形成される反射部とが二色成形により形成されて
   なる面発光体であって、該面発光体の前記背面の少なく
   とも一端に反射部を形成せずに入光部を形成し、該入光
   部に対応する導光体表面側に反射部が側面からオーバー
   ハング状に形成されていることを特徴とする面発光体。
2. 【請求項２】 前記入光部に光源を実装するための凹部
   を有することを特徴とする請求項１の面発光体。
3. 【請求項３】 透明粒子が、基材の透明樹脂の屈折率と
   の差が０．００５〜０．２の屈折率を有し、且つ平均長
   径８０μｍ以下、平均短径１μｍ以上の透明粒子である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の面発光体。
4. 【請求項４】 前記不透明樹脂組成物が、基材の樹脂に
   白色顔料を添加したものである請求項１〜３の何れかに
   記載の面発光体。
5. 【請求項５】 導光体の基材となる透明樹脂と反射部の
   基材となる樹脂とが同一の樹脂である請求項４に記載の
   面発光体。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れに記載の面発光体
   と、該面発光部の入光部に対して光の照射が可能な位置
   に配された光源とを有するバックライトユニット。