(57)【要約】【課題】表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品において、二酸化炭素を用いた射出成形をこれまで試みられなかったデザインの光学成形品に応用することで、得られる光学成形品の光学的性能を大幅に向上させる。【解決手段】断面角度θが３０〜１６０度のコーナー部２を有し、しかも当該コーナー部２先端の曲率半径が０．７μｍ以下の凹凸部を有する光学成形品とする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品において、断面角度が３０〜１６０度のコーナー部を有し、しかも当該コーナー部先端の曲率半径が０．７μｍ以下の凹凸部を有することを特徴とする熱可塑性樹脂製光学成形品。
【請求項２】
凹凸部の幅が３ｍｍ以下、凸部の高さ又は凹部の深さが３ｍｍ以下、凹凸ピッチが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂製光学成形品。
【請求項３】
表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品の成形方法において、断面角度が３０〜１６０度のコーナー部を有し、しかも当該コーナー部先端の曲率半径が０．７μｍ以下の凹凸部を有する光学成形品を、二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させた溶融熱可塑性樹脂を、当該溶融熱可塑性樹脂のフローフロントでの発泡を抑止できる圧力の二酸化炭素に置換した金型キャビティに射出充填して成形することを特徴とする熱可塑性樹脂製光学成形品の成形方法。
【請求項４】
凹凸部の幅が３ｍｍ以下、凸部の高さ又は凹部の深さが３ｍｍ以下、凹凸ピッチが５ｍｍ以下の光学成形品を成形することを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性樹脂製光学成形品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶表示バックライト用やフロントライト用の導光板、自動車部品などに用いられる光の再帰性反射板、光ディスクなどのように、表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品及びその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二酸化炭素が溶融熱可塑性樹脂に溶解すると可塑剤として作用して固化温度（ガラス転移温度）を下げ、金型転写性を向上させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、非晶性熱可塑性樹脂の射出成形において、あらかじめ金型キャビティを溶融樹脂のフローフロントで発泡が起きない圧力以上に二酸化炭素で加圧状態にした後に、二酸化炭素を０．１重量％以上溶解させた溶融樹脂を金型キャビティに射出充填し、金型キャビティ内に充填された溶融樹脂の冷却を、射出充填中に金型キャビティ内の二酸化炭素が溶融樹脂表面に溶解することで低下する溶融樹脂表面のガラス転移温度以上でかつ溶融樹脂中心部のガラス転移温度未満の金型表面温度で行うことで、高い樹脂流動性が要求される光ディスク、液晶表示バックライト用の導光板、ハンディパソコンの薄肉筐体などの用途で、成形品品質を向上させたり、製品デザインの自由度を増すことが可能となることも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１２８７８３号公報
【特許文献２】
特開２００１−６２８６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、液晶表示バックライト用の導光板、自動車部品などに用いられる光の再帰性反射板、光ディスクなどの熱可塑性樹脂製光学成形品においては、非常に高いレベルの寸法精度を有する精密成形品が利用されている。近年、これらの成形品に関して、より高性能化が求められている。例えば、導光板や再帰性反射板においては、高輝度化、光ディスクにおいては、ランド、グルーブと呼ばれる凹凸形状の微細高精度化による情報記録の高密度化などである。
【０００６】
ところで、二酸化炭素を溶解させた熱可塑性樹脂は、ガラス転移点が低下して流動性が向上し、金型転写性が向上することから、液晶表示パネルの導光板などを熱可塑性樹脂で成形する場合、その製品デザインの自由度が向上することは確かであるが、これまでどのようなデザインまでが可能となるかは実証されていない。
【０００７】
そこで、本発明者は、液晶表示パネルの導光板などとして用いられる、表面に多数のプリズムを有する熱可塑性樹脂製光学成形品について、二酸化炭素を溶解させた熱可塑性樹脂による射出成形を試みた。
【０００８】
その結果、二酸化炭素を用いない通常の射出成形法に比して、二酸化炭素を用いた射出成形法によると、成形品の凹凸部においては、金型加工精度の限界に近いレベルの極めて優れた転写性を実現すると共に、得られる光学成形品の光学的性能が大幅に向上することを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は、表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品において、二酸化炭素を用いた射出成形を利用することにより、非常に高度な金型表面形状転写性の実現と、得られる光学成形品の光学的性能を大幅に向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品において、断面角度が３０〜１６０度のコーナー部を有し、しかも当該コーナー部先端の曲率半径が０．７μｍ以下の凹凸部を有することを特徴とする熱可塑性樹脂製光学成形品を提供するものである。
【００１１】
上記本発明の第１は、凹凸部の幅が３ｍｍ以下、凸部の高さ又は凹部の深さが３ｍｍ以下、凹凸ピッチが５ｍｍ以下であることをその好ましい態様として含むものである。
【００１２】
また、本発明の第２は、表面に多数の凹凸を有する熱可塑性樹脂製光学成形品の成形方法において、断面角度が３０〜１６０度のコーナー部を有し、しかも当該コーナー部先端の曲率半径が０．７μｍ以下の凹凸部を有する光学成形品を、二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させた溶融熱可塑性樹脂を、当該溶融熱可塑性樹脂のフローフロントでの発泡を抑止できる圧力の二酸化炭素に置換した金型キャビティに射出充填して成形することを特徴とする熱可塑性樹脂製光学成形品の成形方法を提供するものである。
【００１３】
上記本発明の第２は、凹凸部の幅が３ｍｍ以下、凸部の高さ又は凹部の深さが３ｍｍ以下、凹凸ピッチが５ｍｍ以下の光学成形品を成形することをその好ましい態様として含むものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る光学成形品の一例として、プリズムレンズ板について説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るプリズムレンズ板の一例を示す部分平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は、本発明に係るプリズムレンズ板の他の例を示す部分平面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図、図５は本発明に係るプリズムレンズ板の更に他の例を示す部分断面図、図６は、金型の凹部によって形成されるコーナー部の拡大図である。
【００１６】
本発明に係るプリズムレンズ板は、例えば液晶表示パネルのバックライト用やフロントライト用の導光板や、自動車部品の光再帰性反射板などとして用いられるもので、例えば図１及び図２に示されるように、表面に縦横多数連続して配列された四角錐状のプリズム１を有するものや、図３及び図４に示されるように、表面に多数連続並列された断面三角形状のライン状のプリズム１を有するものなどの他、図５に示されるもののように、プリズム１を間隔をあけて配置したものなどを挙げることができる。
【００１７】
本発明に係るプリズムレンズ板は、熱可塑性樹脂で構成されているものである。熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、透明性樹脂が好ましい。また、二酸化炭素による可塑化効果は、結晶性樹脂より非晶性樹脂の方が高いことから、非晶性樹脂の方が好ましい。具体的には、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン樹脂、ポリカーボネイト、ポリエーテルサルホンなどの熱可塑性のプラスチック材料、これらを複数種混合したブレンド物、これらを主成分とするポリマーアロイを挙げることができる。
【００１８】
上記の中でも、特にポリカーボネートは、二酸化炭素の可塑剤効果が高いだけでなく、熱分解したときに二酸化炭素を生じることから、溶融樹脂に二酸化炭素が含まれると分解反応の平衡がずれ、分解反応速度が遅くなる利点もあり、本発明に最適である。
【００１９】
本発明に係るプリズムレンズ板は、図２、図４、図５及び図６に示されるように、断面角度θが３０〜１６０度のコーナー部（凸部の頂部コーナー部）２を有し、しかも当該コーナー部２先端の曲率半径ｒが０．７μｍ以下となった凹凸部を有することに特徴を有するもので、特に上記コーナー部２先端の曲率半径ｒが０．７μｍ以下という、サブミクロンのオーダーとなっている点に大きな特徴を有する。
【００２０】
上記コーナー部２先端の曲率半径ｒは、金型加工精度の限界や、溶融熱可塑性樹脂の充填性の限界によって形成されるものである。コーナー部２を形成する金型の凹部は、設計通りの完全なコーナーにすることが理想ではあるが、加工には限界があり、凹部のコーナーはその限界に応じた丸味を有するものとなるのが不可避である。従って、溶融熱可塑性樹脂が完全に充填されたとしても、コーナー部２の先端には丸味が残る。また、コーナー部２の断面角度θが小さくなるほど上記金型の凹部の幅が狭まり、溶融熱可塑性樹脂を完全に充填しにくくなることから、未充填部が残ることによっても、コーナー部２の先端に丸味を生じることになる。
【００２１】
本発明に係るプリズムレンズ板は、このコーナー部２先端の曲率半径ｒを極限にまで小さくしたものである。この曲率半径ｒを小さくすることは、プリズム１の形状を設計通りの形状に近づけることに等しい。その結果、一般の二酸化炭素を用いない方法による成形品に比較して、プリズム１を構成する平面領域の面積が増加すると共に、平面の平滑性も向上することによって、光学的性能が飛躍的に向上すると考えられる。つまり、上記コーナー部２先端の曲率半径ｒの大きさは、プリズム１を構成する平面の平滑性の一指標となっていると考えられる。
【００２２】
プリズム１が小さくなるほど、金型の凹部に対する溶融熱可塑性樹脂の充填が困難であることから、通常の二酸化炭素を用いない射出成形では、コーナー部２先端の曲率半径が小さいものを得ることは困難となる。従って、プリズム１が小さいものであるほど、本発明の成形品は、一般の方法によって造られる成形品と比較して、より高い性能を示す。プリズム１の寸法としては、具体的には、図２、図４及び図５に示されるプリズム幅Ｗが３ｍｍ以下、プリズム高さＨが３ｍｍ以下、プリズムピッチＰが５ｍｍ以下であることが好ましい。尚、平均肉厚Ｔは特に制限はないが、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度である。
【００２３】
前記コーナー部２先端の曲率半径ｒが０．７μｍ以下のプリズムレンズ板は、通常の射出成形によっては成形が困難であり、二酸化炭素を用いた射出成形によって得られるものである。以下、この本発明に係る成形方法について説明する。
【００２４】
本発明に係る成形方法は、上述した熱可塑性樹脂製プリズムレンズ板を成形するためのもので、二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させた溶融熱可塑性樹脂を用い、当該溶融熱可塑性樹脂のフローフロントでの発泡を抑止できる圧力の二酸化炭素に置換した金型キャビティに射出充填して成形する点に特徴を有する。
【００２５】
使用する熱可塑性樹脂は、前記本発明に係るプリズムレンズ板を構成する熱可塑性樹脂として説明したとおりのものであり、この熱可塑性樹脂を可塑化溶融させると共に、二酸化炭素を０．２重量％以上溶解させる。この溶融熱可塑性樹脂へ二酸化炭素を溶解させる方法としては、次の２つの方法を用いることができる。
【００２６】
第１の方法は、粒状や粉状の熱可塑性樹脂を二酸化炭素雰囲気中に置き、二酸化炭素を吸収させてから成形機に供給する方法で、二酸化炭素雰囲気の圧力や温度、この雰囲気下に熱可塑性樹脂を置く時間により吸収量が決まる。この方法では、可塑化時に熱可塑性樹脂中の二酸化炭素の一部が揮散するため、溶融熱可塑性樹脂中の二酸化炭素量は予め吸収させた量よりも少なくなる。このため、成形機のホッパなど、熱可塑性樹脂の供給経路も二酸化炭素雰囲気にすることが望ましい。
【００２７】
第２の方法は、成形機のシリンダー内で熱可塑性樹脂を可塑化するとき、または可塑化した熱可塑性樹脂に二酸化炭素を溶融させる方法で、成形機のホッパ付近を二酸化炭素雰囲気にしたり、スクリュー先端やシリンダーから可塑化樹脂に二酸化炭素を注入することで行うことができる。熱可塑性樹脂中に二酸化炭素を均一に分散させるため、その後、スタティックミキサなどを通すことで熱可塑性樹脂中に二酸化炭素を分散させることもできる。
【００２８】
上記第１と第２の方法のいずれで二酸化炭素を溶解させてもよいが、効率よく二酸化炭素を溶解させやすいことから、上記第２の方法で行うことが好ましい。
【００２９】
二酸化炭素は、溶融熱可塑性樹脂の流動性を向上させて本発明に係るプリズムレンズ板を確実に得ることができるようにする上で、前記の通り、熱可塑性樹脂中に０．２重量％以上溶解させることが必要である。溶融熱可塑性樹脂中に溶解させる二酸化炭素量の上限は、特に制限はないが、多量に溶解させるためには設備的負担が大きくなり、また後述するカウンタプレッシャにも大きな圧力が必要となって、金型構造も複雑化することから、実用的な上限は３重量％程度である。
【００３０】
尚、上記溶融熱可塑性樹脂中の二酸化炭素量は、二酸化炭素を溶解させた溶融熱可塑性樹脂を、当該溶融熱可塑性樹脂のフローフロントでの発泡を抑止できるカウンタープレッシャを二酸化炭素で加えた金型内に射出して成形した成形品の成形直後の重量Ｗ１と、上記熱可塑性樹脂のガラス転移点より３０度低い熱風乾燥器中に２４時間放置した後の重量Ｗ２とを測定し、｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１｝×１００で求めた値をいう。
【００３１】
上記二酸化炭素を溶解させた溶融熱可塑性樹脂は、二酸化炭素で置換され、二酸化炭素でカウンタプレッシャを加えられた金型キャビティに射出されるものである。
【００３２】
０．２重量％以上の二酸化炭素を溶解させた溶融熱可塑性樹脂を金型キャビティへ射出すると、金型キャビティ内を流動する時のフローフロントにおいて、溶解している二酸化炭素の一部が放出され、発泡を生じる。この発泡を生じると、得られる成形品の表面に発泡模様を生じてしまうことになる。本発明におけるカウンタプレッシャは、上記フローフロントにおける発泡を防止するためのもので、二酸化炭素が溶解した溶融熱可塑性樹脂を射出したときのフローフロントでの発泡を抑止できる圧力で加えられるものである。
【００３３】
また、金型キャビティ内を二酸化炭素で置換しておくと、溶融熱可塑性樹脂の充填時に金型キャビティ内に残留する二酸化炭素の一部は、熱可塑性樹脂への溶解性が高いために、熱可塑性樹脂中へ溶け込む。従って、特に微細なプリズム１を構成する微細な金型凹部内にカウンタプレッシャ用のガスが残留し、溶融熱可塑性樹脂の充填を阻害してしまうことを防止することができる。更に、金型キャビティ内に封入された二酸化炭素は、金型キャビティへ充填された溶融熱可塑性樹脂の表面付近に溶解することで、熱可塑性樹脂の可塑剤として働き、溶融した熱可塑性樹脂の固化温度を下げ、金型キャビティ内面での熱可塑性樹脂の急激な粘度上昇を抑えるため、金型キャビティ面の微細凹部の細部にまで溶融熱可塑性樹脂が流動して密着し、転写性を向上させることができる。
【００３４】
金型キャビティに封入する二酸化炭素の圧力は、１ショット毎に使用する二酸化炭素の量を最小限に抑え、金型のシールやガス供給装置の構造を簡単にするために低い方が好ましく、８ＭＰａ以下が実用的である。８ＭＰａを超えると金型を開こうとする力が無視できなくなったり、金型のシールが難しくなりやすい。好ましくは０．１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下、より好ましくは１ＭＰａ以上８ＭＰａ以下である。
【００３５】
本発明の成形方法において、溶融熱可塑性樹脂中に予め溶解された二酸化炭素は、熱可塑性樹脂の固化後得られたプリズムレンズ板を大気中に放置すれば、プリズムレンズ板を発泡させることなく徐々に大気中に放散されるため、一般の可塑剤のように残留して物性に影響を及ぼすことがない。また、本発明の成形方法において、溶融熱可塑性樹脂の充填に先立って金型キャビティに封入される二酸化炭素も、溶融熱可塑性樹脂表面に溶解しても、熱可塑性樹脂が固化してしまえば発泡現象を引き起こすことはなく、プリズムレンズ板を金型から取り出した後、徐々に大気中に放散される。
【００３６】
本発明の成形方法には、通常のカウンタープレッシャ法による射出成形と同様に、気密構造の金型を用いることが好ましい。具体的には、金型パーティング面や各ブレード間をＯ−リングでシールし、金型キャビティに通じる突き出しピン周囲の隙間もＯ−リングでシールした構造の金型を用いることが好ましい。
【００３７】
本発明の成形方法は、上記二酸化炭素を用いた射出成形により、前記コーナー部２先端の曲率半径ｒが０．７μｍ以下となるようにすることにより、さらに前記のように、得られるプリズムレンズ板におけるプリズム１の平面部分の平滑性が格段に向上するものと考えられ、プリズムレンズ板の性能が飛躍的に向上するものである。また、前記と同様の理由から、本発明の成形方法は、図２、図４及び図５に示されるプリズム幅Ｗが３ｍｍ以下、プリズム高さＨが３ｍｍ以下、プリズムピッチＰが５ｍｍ以下のプリズムレンズ板の成形に適用することが好ましいものである。
【００３８】
尚、液晶表示バックライト用やフロントライト用の導光板として用いられるプリズムレンズ板を例として説明したが、本発明は、他の光学成形品、例えば自動車部品などに用いられる光の再帰性反射板、光ディスクなどにも同様に適用できるものである。
【００３９】
【実施例】
実施例１
図１及び２に示されるような、表面に縦横多数連続配列された四角錐状のプリズムを有するプリズムレンズ板の成形を、メタクリル樹脂（旭化成社製「デルペット８０ＮＨ」）を用いて行った。プリズムレンズ板は、金型の凹部によって形成されるコーナ部の断面角度θが９０度、プリズム幅Ｗが１２０μｍ、プリズム高さＨが６０μｍ、プリズムピッチＰが１２０μｍ、厚さＴが２ｍｍで、長辺が１２０ｍｍ、短辺が６０ｍｍの平面長方形とした。
【００４０】
射出成形機としては、住友重機械工業株式会社製「ＳＧ１２５Ｍ−ＨＰ」のシリンダーの中間部に穴を開けて二酸化炭素供給ラインを接続し、シリンダー内に二酸化炭素を注入できるようにしたものを用いた。
【００４１】
射出成形機のシリンダー温度を２４０℃とし、成形材料であるメタクリル樹脂を可塑化すると共に、上記シリンダーに設けた穴より二酸化炭素を８ＭＰａで注入して、溶融したメタクリル樹脂に溶解させた。二酸化炭素の溶解量は１．１重量％とした。
【００４２】
上記二酸化炭素を溶解させた溶融メタクリル樹脂を、予め６ＭＰａの二酸化炭素を２秒間注入して空気と置換した金型キャビティへ射出速度５０ｍｍ／ｓｅｃで射出し、作動油圧力で３ＭＰａの樹脂保圧を５秒間加え、２０秒間冷却した。金型温度は７０℃とした。
【００４３】
得られたプリズムレンズ板のコーナー部先端曲率半径ｒは０．５μｍであった。
【００４４】
得られたプリズムレンズ板について、光の反射光度をＪＩＳ　Ｋ７１０５に規定される再帰性反射性試験により測定した。光の入射角は３０度、観測角は０．３度とした。
【００４５】
プリズムレンズ板１０個の反射光度の平均値は、７．３ｃｄ／１０．７６ｌｘ（ルクス）であった。
【００４６】
実施例２
図３及び図４に示されるような、表面に多数連続並列された断面三角形状のライン状のプリズムを有するプリズムレンズ板を、射出成形機のシリンダー温度を２６０℃、樹脂保圧を作動油圧力で３．５ＭＰａ、冷却時間を１５ｓｅｃ、金型温度を８５℃、二酸化炭素溶解量を０．９重量％とした以外は、実施例１と同様にして成形した。プリズムレンズ板は、金型の凹部によって形成されるコーナ部の断面角度θが１３５度、プリズム幅Ｗが１５０μｍ、プリズム高さＨが７．５μｍ、プリズムピッチＰが１５０μｍ、厚さＴが０．６ｍｍで、長辺が５１ｍｍ、短辺が３８ｍｍの平面長方形とした。
【００４７】
得られたプリズムレンズ板のコーナー部先端曲率半径ｒは０．２μｍであった。当該コーナー部付近の電界放射型走査電子顕微鏡写真（５０００倍）を図７に示す。
【００４８】
得られたプリズムレンズ板の反射光度を実施例１と同様にして測定し、プリズムレンズ板１０個の平均値を求めたところ、２．１ｃｄ／１０．７６ｌｘであった。
【００４９】
比較例１
実施例１と同様のプリズムレンズ板を、二酸化炭素を用いなかった他は実施例１と同様にして成形し、実施例１と同様にして反射光度の測定を行った。その結果、反射光度の平均値は３．８ｃｄ／１０．７６ｌｘであった。
【００５０】
尚、得られたプリズムレンズ板のコーナー部先端曲率半径ｒは１３μｍであった。
【００５１】
比較例２
実施例２と同様のプリズムレンズ板を、二酸化炭素を用いなかった他は実施例２と同様にして成形し、実施例２と同様にして反射光度の測定を行った。その結果、反射光度の平均値は１．０ｃｄ／１０．７６ｌｘであった。
【００５２】
尚、得られたプリズムレンズ板のコーナー部先端曲率半径ｒは４．０μｍであった。当該コーナー部付近の電界放射型走査電子顕微鏡写真（５０００倍）を図８に示す。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したとおりのものであり、従来にはない極めて優れた光学的性能を有する光学成形品を得ることができ、これを例えば液晶表示パネルの導光板や、光再帰性反射板である自動車のリフレックスリフレクタなどとして用いた場合、消費電力の小さな光源や弱い光の中でも明るい画面を得ることができ、また視認性に優れた光再帰反射光を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリズムレンズ板の一例を示す部分平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係るプリズムレンズ板の他の例を示す部分平面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係るプリズムレンズ板の更に他の例を示す部分断面図である。
【図６】金型の凹部によって形成されるコーナー部の拡大図である。
【図７】実施例２で成形したプリズムレンズ板のコーナー部付近の電界放射型走査電子顕微鏡写真である。
【図８】比較例２で成形したプリズムレンズ板のコーナー部付近の電界放射型走査電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１　プリズム
２　金型の凹部によって形成されるコーナー部
θ　コーナー部の断面角度
ｒ　コーナー部先端の曲率半径
Ｗ　プリズム幅
Ｈ　プリズム高さ
Ｐ　プリズムピッチ
Ｔ　厚さ
【図１】
2004133148.tif 000003
【図２】
2004133148.tif 000004
【図３】
2004133148.tif 000005
【図４】
2004133148.tif 000006
【図５】
2004133148.tif 000007
【図６】
2004133148.tif 000008
【図７】
2004133148.tif 000009
【図８】
2004133148.tif 000010