(57)【要約】【課題】液晶表示モジュール用大型導光板の歩留向上、生産性向上を実現する製造方法及び金型構造を提供する。【解決手段】バルブゲートを導光板の光拡散反射面形成側の金型４ａ中央部に固定し、金型面とバルブゲートの端部（バルブゲート本体１０の端面及びゲートピン１３の端面）が同一面となるように研磨加工を行なった後、光拡散反射用の微小凹凸部１ｅを前記金型面４ａとバルブゲート端部面上に同時加工を行なう。これによりバルブゲートと光拡散反射面形成側金型面に同一形状の微細凹凸１ｅをもった金型構造を製作出来る。【選択図】図１０
2004025817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型転写方式の導光板製造方法において、光拡散反射面側の金型中央部にバルブゲートを設け、前記バルブゲート部から樹脂材を射出成型することを特徴とする導光板の製造方法及び金型。
【請求項２】
前記バルブゲートを導光板の光拡散反射面側の金型中央部に固定し、前記光拡散反射面側の金型面、バルブゲート本体端面、及びゲートピン端面が同一面となるように研磨加工後、光拡散反射用の微小凹凸部を前記金型面、バルブゲート本体端面、及びゲートピン端面に同時加工により形成することを特徴とする請求項１記載の導光板の製造方法及び金型。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明は液晶表示モジュールにおいて、照明光源からの光を拡散反射して液晶表示部に照明光を送る導光板の製造方法において、溶融プラスチック（樹脂）材を該樹脂材の凝固温度以下の温度に設定した金型内に加圧注入（射出）し、該金型内で樹脂を冷却固化することにより製造する（射出成形法）導光板の製造方法及び金型に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
液晶表示モジュールはパーソナルコンピュータの普及にともない、例えば１６インチ程度まで大画面化が進んできたが、液晶テレビの実用化により１７インチからさらに２０インチ以上と大表示画面化が進展してきている。したがって、液晶表示素子だけでなく、導光板も同時に大型化に対応しなければならない。また、大型化にともなう液晶表示モジュールの重量増加、厚みの増加を極力低減する、すなわち、薄型軽量化の要求も強いが成形不良増加の課題があり、成形不良を低減できる大型導光板製造技術の開発が急務であった。
【０００３】
図１に導光板の説明図を示す。導光板１はアクリル樹脂等の透明プラスチック材による薄板状（板厚ｔは数ｍｍ）の部品であり、反射板３に３方を囲まれた光源２の光を光入射面１ｄから入光する。導光板１の側面は、光入射面１ｄ以外の３個所の側面は反射面１ｂになっており、入射した光が外部に漏洩しないようになっている。導光板１の下面は微細な凹凸を施した光拡散反射面１ｃ、上面は光射出面１ａになっており、図の矢印のごとく光拡散反射面１ｃに当たり拡散した光の上方への反射光が光射出面１ａから出射される。なお、光拡散反射面１ｃだけでなく光射出面１ａ上にも微細な凹凸が施されている場合もある。前記微細な凹凸は光拡散反射面１ｃ上、及び、微細凹凸が施されている場合は光射出面１ａ上、の全面に施されているので、反射光は光拡散反射面１ｃと光射出面１ａの全面で反射され、導光板１は面光源として機能する。
【０００４】
導光板１の製造方法としては、プラスチック板の下部に凹凸パターンを印刷したフィルムを貼り付ける方式（印刷導光板）、プラスチック板に凹凸を直接切削加工を行なう方式（切削導光板）、及び、プラスチック射出成型により金型と同一形状のプラスチック部材を作る方式（金型転写導光板）が代表的であるが、微細な凹凸の付いた導光板を量産性よく製造する方式としては金型転写方式が最も優れている。
【０００５】
図２に光拡散反射部の説明図を示す。光拡散反射面１ｃ上には微細凹凸１ｅが全面に加工されており、微細凹凸１ｅに光が当たり拡散反射する。図にはＶ溝形状の凹凸形成（プリズム方式）の例を示すが、この他に、円筒状の突起を形成する方式（ドット方式）、サンドブラスト加工により微小な凹凸を形成する方式（サンドブラスト方式）、等が実用化されている。図中の微小凹凸１ｅの高さｈが３０μｍ以下、ピッチＰが２０〜６０μｍ程度の微細凹凸の製品が実用化されている。
【０００６】
図３に金型転写方式による従来の導光板の金型断面図を示す。一対の金型４ａ、４ｂから構成され、溶融樹脂の注入口部であるスプール６、ゲート７及びキャビテイ５が加工されている。導光板１を射出成型加工する場合、導光板１の製品面にゲート部の痕跡が残ると不良になるので、図のようにゲート部は製品の側面に設けられている（サイドゲート方式とよぶ）。射出成形用金型の温度は樹脂の凝固温度より低い温度に設定されており、高温の溶融樹脂はスプール６からゲート７を経て、金型内キャビテイ５に射出され、金型で冷却され凝固し成型される。図４に従来の導光板成型後の外形を示す。この外形で必要な部分は導光板１の部分だけであり、ゲート７及びスプール６の部分は不要なので、射出成型後、図のＡ−Ａ‘部を切断除去する。なお、導光板の厚さｔは数ｍｍであり、大型になるほど厚くなる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
導光板が例えば１７インチ以上に大型化するにともない、次のような成型上の課題が顕在化してきた。図５に金型内の樹脂の流れの説明図を示す。溶融樹脂は金型４ａ、４ｂの間のキャビテイ５内を図示の樹脂流動層の如く流動していくが、金型との接触部は図のように徐々に固化（樹脂固化層）していく。したがって、キャビテイ５の樹脂の流動距離が長い（導光板の場合は大型である）、キャビテイ５の間隙が狭い（導光板の場合は板厚が薄い）、樹脂の流動速度が遅い、あるいは、金型温度が低すぎる、等の場合は、樹脂の固化が進展して、キャビテイ５への樹脂の充填完了前に樹脂の流動が停止、すなわち、樹脂が未充填となってしまう。また、樹脂流動層の温度は時間の経過とともに低下する。樹脂の粘度は樹脂温度が低いほどが大きいので、樹脂温度が低下して樹脂粘度が大きくなると光拡散反射面１ｃの微細な凹凸の内部に樹脂が充填されなくなる（凹凸が転写されなくなる）転写不良が発生する。図６に従来の導光板用金型内の樹脂流れ説明図を示す。溶融樹脂は図の如く、ゲート部から放射状にキャビテイ５に流入するが、図のごとく、最もゲート部から遠い位置に未充填不良部が発生しやすい。また、未充填不良部の近傍には、前記転写不良が発生しやすい。
【０００８】
これら成型不良の対策としては、導光板１の板厚を厚くする、金型温度を高く設定すること、等が考えられる。しかし、板厚を厚くする対策は、導光板１の重量が重くなってしまうので実用的ではない。また、金型温度の高温化については次のような問題がある。図７に金型内の樹脂の温度変化の模式図を示す。金型内に樹脂が射出開始されてから、樹脂温度は溶融樹脂温度（Ｔ０）から図の曲線（実線）のように低下していく。ここで、ゲート部付近の樹脂温度と樹脂流動層先端部の樹脂温度の変化速度は異なり、流動層先端部の温度の方がゲート部付近の樹脂温度より、温度低下速度は速い。これが、前記、未充填不良や転写不良発生の原因となっている。ここで、樹脂流動層先端部の樹脂温度が樹脂凝固温度（Ｔ１）以下になると樹脂の流動が停止する。すなわち、樹脂の流動停止までの時間ｔ１は樹脂流動層先端の温度低下に依存する。
【０００９】
また、ゲート部付近の樹脂温度が製品取出し温度（Ｔ２）（金型温度（Ｔ３）と樹脂凝固温度（Ｔ１）の間の温度）に達した時に成型が終了し、この時の時間ｔ２が成型時間となる。今、金型温度を図の一点鎖線に上昇させると、各部の温度変化は図の破線で示す曲線のごとく上昇し、流動停止時間ｔ１は図の矢印に示すように長くなり樹脂の流動性は改善されるが、成型時間ｔ２も図示のごとく長くなり生産性が低下する。図１１に導光板１の部材として最もよく用いられているアクリル樹脂の温度特性の例を示すが、金型温度（Ｔ３）と樹脂の凝固温度（Ｔ１）の差は４０〜８０℃程度であり、金型温度の変更による条件変更範囲はそれほど大きくはない。
【００１０】
このように、従来のサイドゲート方式では導光板１の大型化への対応が困難になってきている。導光板の厚さを厚くすることなく大型化に対応するには樹脂の流動距離を短くすることが最も得策である。このためには、ゲートを中央部に設ければよいが、ゲート部の痕跡が導光板製品面に残り、ゲート部分の光散乱特性がゲート部周辺と異なり導光板の光特性不良の原因となるので、導光板用の金型構造として中央ゲート方式は不可であると従来から考えられていた。また、中央ゲート方式の候補として、ゲート部の残り量を小さくできるバルブゲート方式があるが、これも微小ながらゲート痕が残ることから、導光板の中央部にゲートを設けることは、全く検討の対象外となっていた。
【００１１】
従来のサイドゲート方式成型法の固有の課題として、ゲート部、スプール部の切断加工があげられる。加工法としては刃物による切断、レーザ切断等が用いられているが、切断時の割れ、欠け不良の発生、及び、切断屑による導光板１上の傷不良発生等が問題となっている。また、一回の成型で導光板部のみを成型できないので、切断工程という余分な工程を必要とし、生産性低下の要因となっている。
【００１２】
本発明は、従来の導光板の製造方法における、成型時のゲート切断に起因する割れ、欠け、傷不良発生の防止、例えば１７インチ以上の大型導光板成型時に問題となっている未充填不良、転写不良等の成型不良の防止、等の不良低減による歩留向上のほか、ゲート切断工程の不要化、成型時間の長大化を防ぐことによる生産性向上を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
金型転写方式の導光板製造方法において、金型の光散乱反射面側の中央部にバルブゲートを設け、該バルブゲート部から樹脂材を注入成型する。
【００１４】
ここで、ゲート痕が目視上問題とならないように、バルブゲートと金型の光拡散反射面側の加工を次のように行なう。バルブゲートを導光板の光拡散反射面形成側の金型中央部に固定し、光拡散反射面形成側の金型面とバルブゲート端部（バルブゲート本体の端面及びゲートピンの端面）が同一面となるように研磨加工を行なった後、光拡散反射用の微小凹凸部を前記金型面とバルブゲート端部面上に同時加工を行なう。これによりバルブゲートと光拡散反射面形成側金型面に同一形状微細凹凸をもった金型構造を製作出来る。
【００１５】
これにより、樹脂の流動距離を短くできる中央ゲート方式を採用しても、バルブゲート部と金型部の段差部に起因する光拡散反射特性誤差を目視上無視できる誤差とすることが出来る。
【発明の実施の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図８は中央ゲート方式の樹脂の流れの説明図である。図のように中央ゲート９を用いれば、図のように樹脂はゲート部から放射状に流れる。中央ゲート方式と図６の従来方式（サイドゲート方式）と比較すれば、樹脂の流動距離は中央ゲート方式では図６の従来のサイドゲート方式の約半分となるので、中央ゲート方式を用いれば、サイドゲート方式よりも未充填不良や転写不良等の成形不良が低減できることは明らかである。例えば、２８インチの導光板の厚さを１４〜１５インチの導光板の厚さと同一にすることも可能となる。
【００１７】
中央ゲート方式の場合、ゲート部のゲート痕が問題となるので、ゲートはゲート痕を小さくできるバルブゲート方式を採用する。図９にバルブゲート方式の説明図を示す。バルブゲートはバルブゲート本体１０、ゲートピン１３、ゲートピン送り部（図示省略）から構成されている。バルブゲート本体１０の先端は金型４ａにネジで固定するが、前記ネジ部はクリアランスが０になるように加工されている。なお、バルブゲート本体１０の金型への固定は、この他に、溶接、圧入等でもよい。ゲートピン１０は取付具１６とマニホールド１５の穴を貫通してゲートバルプ本体１０内に挿入されており、前記貫通穴はＯリング１７によりシールされている。図中のバルブゲート本体１０の外形Ｄは１０〜２０ｍｍ程度、ゲートピン１３先端の径ｄ２とゲート穴の径ｄ１は３〜６ｍｍ程度である。なお、ゲート穴１１の径ｄ１はゲートピン１３先端部の径ｄ２よりわずかに（ミクロンオーダー）大きい寸法とする。図９はゲートピン１３が後退した位置にある状態であり、この状態で溶融樹脂は図の矢印のごとくマニホールド１５の溶融樹脂流路１４を経て、バルブゲート本体１０の先端部のゲート穴１１からキャビテイ５に射出される。ここで、バルブゲート本体１０、ゲートピン１３はヒータ１２で加熱されているのでバルブゲート内の樹脂は凝固しない。樹脂注入終了後、ゲートピン１３の後端部を油圧で駆動しゲートピン１３を図の矢印方向に前進させ、ゲートピン１３の先端をゲート穴１１内に挿入して成型を終了する。
【００１８】
図１０に、金型及びバルブゲート表面の加工方法を示す。まず、図１０（ａ）に示すように、バルブゲート本体１０を金型４ａに固定する、この時、ゲートピン１３を金型４ａ表面よりもわずかに付き出した位置になるように突き出し位置を調整する。この時、バルブゲート本体１０の先端面と金型４ａ、ゲートピン１３の先端面は図示のごとく段差が付いている。次に、図１０（ｂ）に示すように、金型４ａ表面、バルブゲート１０の先端面、及び、ゲートピン１３の先端面を同時加工により鏡面研磨を行い各部の段差を無くす（３μｍ以下にすることも可能である）。最後に、図１０（ｃ）に示すごとく、金型４ａの表面、バルブゲート本体１０の先端面、及び、ゲートピン１３の先端面を同時加工にて各面に同一寸法の微小凹凸をつける。現状の加工技術によればこの微小凹凸部の高さ、ピッチを１０μｍ以下にすることは比較的容易であり、６μｍ程度のものも実用化されている。これにより、光拡散反射面１ｃ成型用の微小凹凸部が加工される。なお、微小凹凸１ｅの加工はＶ溝加工、ドット状突起加工、サンドプラスト加工等のいずれでもよい。
【００１９】
導光板１の光学特性で重要な点は、照明むら、局部的な照明変化（例えば、黒点、黒筋、白点、白筋状の変化等）である。したがって、図１０の方法で製造したバルブゲート方式金型で成型した導光板は前記光学特性を満足しなければならない。照明むらの原因としては、金型４ａ表面、バルブゲート本体１０の先端面、及び、ゲートピン１３先端面の微細凹凸の形状寸法差の有無によるが、これら３つの面は同時加工しているので、これら各面の表面からの拡散反射光の特性は同一であるといえるので照明むらの問題は発生しない。一方、局部的な照明むらは微細凹凸１ｅの局部的な不連続性に起因する、すなわち、金型４ａとバルブゲート本体１０の繋ぎ目と両者の鏡面加工後の段差誤差ｅ１、ｅ２、バルブゲート本体１０のゲート穴１１とゲートピン１３のクリアランスｅ３、及び、ゲートピン１３を閉じた時のゲートピン１０の位置決め誤差が大きければ局部的な照明変化（線状の照明むら）が発生する。
【００２０】
液晶表示モジュールに要求される導光板１の光学特性は、目視にて識別できる光学的な不良かどうかであり、導光板１の局部的な照明むらも目視による光学的な異常検知能力以下の寸法でなくてはならない。一般に、人の目視分解能（ある間隔をあけた２点を別の点と識別しうる限度の間隔）は８０μｍ程度と言われているが、局部的な異常検出能力はこの目視分解能よりも一般に高いこと、人により能力差があることを考慮しても、２０μｍ程度の幅の局所的照明むらであれば実用的に目視では問題とはならないといえる。かりに微小凹凸１ｅの高さ、ピッチが各々５μｍ以下であれば、前記、金型４ａとバルブゲート本体部１０の繋ぎ目と両者の鏡面加工後の段差誤差、バルブゲート本体１０のゲート穴１１とゲートピン１３のクリアランス、ゲートピン１３を閉じた時のゲートピン１０とバルブゲート本体１０の先端面の段差、すなわち、ゲートピンの位置決め誤差が、微小凹凸１ｅの高さ、ピッチと同程度以下であれば全く光学特性に影響を与えないといえる。
【００２１】
金型４ａとバルブゲート本体１０の繋ぎ目と両者の鏡面加工後の段差誤差、バルブゲート１０のゲート穴１１とゲートピン１３のクリアランスは現状の加工技術を用いれば３μｍ以下にすることは充分可能である。なお、成形時のゲートピン１３の温度とバルブゲート本体１０の先端（ゲート穴１１部）の温度は異なるので、ゲートピン１３の外形ｄ２とゲート穴１１の外形ｄ１のクリアランスは実成形時の各部の温度差による熱膨張差を考慮して加工する。また、ゲートピン１３を閉じた時のゲートピン１３の位置決め誤差は、ゲートピン駆動位置決めを油圧制御で行なえば３μｍ以下にすることは充分可能である。したがって、前記各誤差を微細突起１ｅの寸法より小さくにすることは技術的に達成可能である。なお、成型時には、金型、バルブゲートともに加熱されるが、両者の温度差によりゲートピン１３の停止位置がずれるので、油圧制御によるゲートピン停止位置は成型時に導光板の仕上がり精度を確認して決定する。このように、現状の加工精度、ゲートピンの位置決め精度であれば、光学特性上問題がない導光板１の製造が可能である。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、従来の導光板の製造方法（サイドゲート方式）において問題となっている、成型時のゲート切断に起因する割れ、欠け、傷不良発生防止、大型導光板成型時に発生しやすい未充填不良、転写不良等成型不良の防止、及び、生産性向上のため、ゲート切断を不要とし、成型時間の長大化を防ぐことが可能となり、１７インチ以上の大型導光板でも、１４インチ以下のサイドゲート方式と同等あるいはそれ以上の歩留、生産性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導光板の説明図である。
【図２】光拡散反射部の説明図である。
【図３】金型転写方式による従来の導光板の金型断面図である。
【図４】従来の導光板成型後の外形図である。
【図５】金型内の樹脂流れの説明図である。
【図６】従来の導光板用金型内の樹脂流れ説明図である。
【図７】金型内の樹脂の温度変化の模式図である。
【図８】中央ゲート方式の樹脂流れの説明図である。
【図９】バルブゲート方式の説明図である。
【図１０】金型及びバルブゲート表面の加工方法である。
【図１１】アクリル樹脂の温度特性の例である。
【符号の説明】
１　　導光板
１ａ　光射出面
１ｂ　反射面
１ｃ　光拡散反射面
１ｄ　光入射面
１ｅ　微小凹凸
２　　光源
３　　反射板
４　　金型
４ａ　金型
４ｂ　金型
５　　キャビテイ
６　　スプール
７　　ゲート
８　　未充填不良
９　　中央ゲート
１０　バルブゲート本体
１１　ゲート穴
１２　ヒータ
１３　ゲートピン
１４　溶融樹脂流路
１５　マニホールド
１６　取付具
１７　Ｏリング
【図１】
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【図２】
2004025817.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004025817.tif 000009
【図８】
2004025817.tif 000010
【図９】
2004025817.tif 000011
【図１０】
2004025817.tif 000012
【図１１】
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