(57)【要約】【課題】    輝度が高く、照度ムラが無く均一に中心部まで導く面状発光体導光板の精密加工を容易に量産可能にする装置を提供する。【解決手段】面状発光体導光板部材１９の表面１６の形状認識センサ１１を、切削バイト収納ユニット１４の前面に備える。センサ１１は、導光板部材の表面１６の形状の状態と粗さを検知する。センサ１１によって認識した部材表面１６の状態を三次元立体像データとその形状を表示する。切削バイト１５に設けた駆動源１３は、センサ１１によって認識した形状に応じて微細に制御して切削バイト１５を揺動して、部材表面１６のどんな形状であっても精度良く均一にＶ字溝１７を切削して形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ディスプレイ等バックライトの面状発光体の精密加工装置において、面状発光体導光板部材１６の表面の粗さと形状を認識するセンサ１１と切削バイト１５に設けた上下の微動制御駆動源１３と、一体にして設けた収納した格納部１４とを備えて、センサ１１によって検知した導光板部材表面１６の粗さに応じて、
該１３の駆動源を微細に制御して１６の表面の凹凸に敏感に対応して切削バイトを揺動させ一定の深さに精度よく保ってＶ字溝を形成することを特徴とする面状発光体の精密加工方法とその製造装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の面状発光体導光板部材の精密加工装置は、表面粗さ認識センサ１１と切削バイト１５とその揺動駆動源１３を一体にした構成したバイト収納部１４を設け、
該収納部１４は、切削する導光板の形状と大きさに応じて１４長手方向を自在に変えることを特徴とする面状発光体の精密加工とその製造方法。
【請求項３】
センサ１１は、導光板部材１９の切削加工前に、該部材１９の表面形状と粗さの認識をおこなって、
製造装置９６に備えた演算処理装置にて三次元立体像を表示する手段と、
部材１９の表面形状とその粗さの状態に応じて切削深さを決定する演算手段を備えたことを特徴とする前記請求項１に記載の面状発光体の精密加工とその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、液晶ディスプレイ等に用いられる導光板とバックライトの精密加工とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  液晶（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）ディスプレイは、液晶ＴＶ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ），ノートパソコン、携帯電話機表示部のパネル、広告照明器具等各種ディスプレイ装置に応用されている。とくにテレビジョン始め、情報家電、ＯＡ機器等のディスプレイとして社会に浸透している。低消費電力、薄型、軽量であることから今やＣＲＴを凌いで、かつ安価な方向に進んでいるため今後、地上波デジタル放送の全面移管に伴って家庭用ＴＶに普及が急速になると考えられる。【０００３】  液晶ディスプレイのバックライトには、面状発光体が多く採用されている。特徴は、輝度が高く、均一に面の中心部まで減衰しないで光を導いて全体を均一に面発光させるから液晶ＴＶには有効である。例えば、エッジライト型の面状発光体光源は、図１０に示すように１２４、１２５のような発光源であるＬＥＤ，冷陰極管、蛍光管を主にもちいる。【０００４】  面状発光体のバックライトとしての導光板（Ｌｉｇｈｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｐｌａｔｅ）は、液晶ディスプレイ内で液晶セルに導く透明板のことである。その大部分がアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を原料にして、射出成形により生産されている。【０００５】  導光板は、液晶ディスプレイの大型化、軽量化、薄肉化、低消費電力化という技術的発展の側面を担っており技術的ハードルはますます高くなっている。一方、成形機に金型、周辺装置、原料樹脂、成形条件を含めた成形システムの高い完成度が要求される。【０００６】  導光板は、光源１２４，１２５を表示装置の側面に配置するエッジライト方式のバックライトが一般的である。導光板部材１２１の短面より精密加工切削したＶ字溝１２４と１２３のドットパターンからなる。Ｖ字溝は光を減衰させないで平均して面の中心部まで導く工夫がされている。Ｖ字溝から漏れてしまった光は、１２３のドットによって漏洩光をＶ字溝１２２に再度復帰させる効果がある。従って、導光板部材加工に高精度と高品質が要求される。【０００７】  Ｖ字溝は、従来特別な工作機械とかレーザ光を使って微細加工していた。しかし、量産性に乏しく精度、コスト上問題が多かった。従って、均一な特性をもった面状発光体用バックライトの製造は難しかった。
【特許文献１】  特開２００２−１６９０３号公報
【非特許文献１】  小林駿介（１９９３）「電子ディスプレイ」電子情報通信学会、ｐｐ．１１７−１５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  解決しようとする問題点は、従来の面状発光体バックライトの導光板を精度よく高精細に量産することは極度に難しくコストもかかった。【０００９】  導光板の素材である透明部材は主にアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を使うが、部材の表面は滑らかでなく、ミクロ的には凹凸である。その表面上に１００ミクロン程度のＶ字溝を均一に精度よく切削加工する必要があった。【００１０】  導光板は、光の減衰を少なくするために様々な工夫が必要である。Ｖ字溝の深さを一定にしたり、端面を浅く中心部ほど深く彫ったり又、その逆もある。これらの精度と品質をμ単位で高く維持するのは、極めて難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、レーザ光、特別な切削工具等を使わないで導光板部材にＶ字溝を部材の表面の凹凸にもかかわらず、精度を保って生産性の向上を生み出す方法を提供する。【００１２】  透明なアクリル樹脂部材の表面は、凹凸であって粗い。この素材の粗さを前提に、Ｖ字溝の切削加工を精度よく仕上げるために特別の工夫を施した。切削バイトは素材表面の粗さに応じて上下して均一な一定の深さに切削できるような機構を設けた。【００１３】  切削バイト列にレーザ測定センサを設けて部材の表面の粗さを正確に計測する。これによって、粗面表面の凹凸±１０μ以内で計測できる。かつ、レーザセンサをライン状のスポットで計測すれば１，２００μｍ×１００μｍ角を一度に安定にデータを収集して処理できる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明の面状発光体の導光板のＶ字切削加工は、切削バイト列に安価なレーザセンサを備えて、導光板素材の表面の粗さを計測する。表面の粗さに応じて切削バイトを柔軟に上下させて精密なＶ字溝の深さで切削する。【００１５】  切削バイト上に設けたバイトの上下駆動源に超音波モーター又は、ピエゾ振動子によって微細な揺動の制御をする。このバイト駆動源は、多彩なＶ字紋様パターンを描く際にも使用できるから効率がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  本発明は、発光源からの光を効率良く均一に面の中心部まで導く面状発光体導光板のＶ字溝を精度よく高品質に量産することを目的とした製造方法を提供するものである。【００１７】  図１は、本発明の要部示す断面図である。１１は１６の導光板部材の表面粗さを測定するレーザセンサ、フォトセンサである。１１は発光と受光素子が収納されている。拡散反射型と正反射型がある。さらにサンプリング速度を高速に得るために素子を直列に、並列に並べたライン型、エリア型のフォトセンサを目的に応じて使う。【００１８】  計測した部材の表面の粗さは、図１１の１０５のデータメモリに蓄えて切削深さの制御データとする。１２は１１から発射する光ビーム、１６からの反射ビームである。１１はライン型、エリア型センサである。当然単ビームのスポットセンサで高精度に測定してもよい。【００１９】  １４は、切削バイト１５とバイト１５の上下と微細な揺動制御用の超音波モーター、ピエゾ振動子である。１１で測定した部材１６の表面粗さに応じてバイト１５の揺動制御をおこなう。１７はＶ字溝であって、１８は導光板部材１９の基底部である。【００２０】  図２は、図１を正面から見た模式図であって、バイト列とセンサの関係を示したものである。１１の表面粗さセンサは、ｘからｘ’の方向にスキャンする。バイト１５の切削に先立ってスキャンして、導光板部材１９の表面の状態を三次元立体形状を演算処理して把握する。これをデータにして、１６の表面の粗さに応じてバイト１５は、柔軟に上下する。そして１００μ程度の深さで正確に彫っていく。【００２１】  図３は本発明による導光板部材１９の断面図である。図において３１は、Ｖ字溝であって、３２は導光板部材の表面粗さを示す。３３は仮想基準線である。前記図２で説明したようにセンサ１１で測定した３２の表面粗さに応じて、Ｖ字溝３１の切削溝の深さの精度を得るために基準線を設定する。これは、測定結果から得られたデータをもとに図１１に示すＣＰＵ１０２によって演算処理した結果に基づく。【００２２】  ３４は導光板部材であって、３５はこの基底部である。Ｃは仮想基準線の距離を示す。表面３２は凹凸がある。３５の基底部も当然凹凸がある。３３はこれらの値を考慮してＣＰＵ１０２の演算によって決められる。【００２３】  図４はセンサ４１による導光板部材の表面の様子を測定する模式図である。４２はセンサ４１からの光ビームと表面３２からの反射ビームを示す。４１は、サンプリングしながら導光板部材の表面３２の二次元立体像を把握する。【００２４】  図５は、図４においてセンサ４１でサンプリングした導光板部材の表面３２の凹凸の値である。５１は表面凹凸の突起部で５２は凹み部である。５３はサンプリングポイントを示す。【００２５】  図６は、正確に切削されているかどうか彫ったＶ字溝の精度を測定する模式図である。６１はセンサであって、６２は発射、反射の光ビームである。６６は切削したＶ字溝である。６４は部材の表面であって、６３は導光板部材、６５はその基底部である。６７は仮想基準線であってＣは基底部６５からの距離を示す。【００２６】  前記図４は、センサ４１によって、切削前の導光板部材の表面形状を測定する模式であって、図６は、切削後のＶ字溝の精度を測定する模式図である。表面凹凸センサ６１は、前記図４の４１と同じものである。センサ６１のサンプリング速度は、バイトの切削速度より高速であるから、表面の形状、粗さ状態６４を切削しながら彫ってＶ字溝の精度を測定できる。【００２７】  もちろん、切削完了後に再スキャンして精度をチェックしてもよい。しかしレーザ光、フォトセンサの計測スキャン速度は、きわめて早いから切削しながらＶ字溝の精度をチェックできる。精度が規定値と外れていれば、再加工して基準値に修正する。【００２８】  図７は、前記図６にてセンサ６１によってスキャンした導光板部材の表面の形状を認識した画像である。ＣＰＵによって演算処理されて表面の凹凸を三次元立体画像で表示される。この画像より切削前に部材の良し悪しを判定して、選別するとより高品質の導光板の製作が可能になる。この部材の選別は切削前に行うから導光板部材を全面スキャンして測定する。【００２９】  図７において７１は、部材の表面の形状をミクロ的に拡大して示したものである。７２は導光板部材である。【００３０】  図８は、本発明による面状発光体導光板の製造装置の要部の断面を示したものである。８１、８２は切削バイト列９２の左右位置決を行う駆動モーターである。精度を得るためにパルスモーターを使用する。その他、位置決めにはサーボモータを用いてもよい。いづれも前記図７にて得られたデータによって数μの値で制御される。【００３１】  ８３，８４は９２の左右平行度をとるためのラックピニオン歯車である。８５、８６はカム状の部材であって、９２を安定に押圧するのと、Ｖ字溝の紋様パターンを多様に描くために微細な振動を与える役割をする。カムの代わりに超音波モーター、ピエゾ振動子でも同じ効果がある。【００３２】  ９２は切削バイト列であって一度にＶ字溝を並列に切削できるように配列してある。切削バイト８９は、９１の表面粗さ、形状に応じての柔軟に微細に上下する。８９の上部に備えた８７の超音波モーター、あるいはピエゾ振動子によって上下する。【００３３】  ８８は、９１の表面粗さ、形状を検知するフォトセンサである。９２の進行方向前面にあって、切削バイト８９の手前に設けている。切削する前に表面の粗さ、形状を認識して８９の上下の位置を微細に制御する。【００３４】  ８８の形状認識フォトセンサは切削しながら、９２の前面を高速でスキャンする。８８には図示していない駆動モーターを備えている。このモーターは、リニアモーター、超音波モーターが適している。【００３５】  ９３は切削されたＶ字溝であって、９１は導光板部材である。９０は、部材９１を安定に設置する本装置のテーブルを示す。装置を簡単な構造にするために、９２のようなバイトを列状に並べないで８７，８８，８９を一体化して、単体でスキャンしながら切削する構成にしてもよい。【００３６】  図９は、本装置全体を示す平面図である。９５は、９２の切削バイト列を駆動するモーターであって、９２は９３、９４の９２移動用部材を走行する。９３、９４はラックピニオン状の歯車、滑らかなベアリングで構成した金属製のレール、あるいは磁気浮上リニアモーターが好ましい。【００３７】  ９２は、Ｘ方向に移動しながら９１の導光板部材を切削する。８８のセンサは９２の前面をＹ方向にスキャンして９１の表面の形状を認識する。認識したデータは９９のモニターに映し出される。９８は、Ｖ字溝の深さ、紋様のパターンを修正したいときに外部から入力するキーボードである。９７は、部材９１を安定に固定するためのコーナ固定部材である。【００３８】  図１０は、面状発光体導光板の構成図である。１２１は導光板であって、１２２はＶ字溝である。１２３はＶ字溝間に配置したドットパターンでＶ字溝から漏洩した光をもとのＶ字溝に戻す効果がある。【００３９】  １２４は導光板１２１の上部の、１２５は下端面に配置した光源である。一般には発光ダイオードアレイ（ＬＥＤ）、冷陰極管が使われる。図１０の例では、上下に光源を配置してあるが四隅の端面かあるいは、応用によっては一ヶ所でもよい。【００４０】  図１１は、本発明による製造装置を制御するシステム構成である。図において１０１はシステムバスであって、１０２は中央演算処理装置（ＣＰＵ）である、１０３はプログラムを格納してあるＲＯＭである。１０４はＲＡＭであって、１０５はデータメモリである。センサ１１３にて採集した外部の生データを記録する。【００４１】  １０６の入出力ポートは、モニタ１１０とキーボード入力装置、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を接続する。１０７はＩ／Ｏ２であってセンサを接続する。１１２は発光素子で１１３は受光素子である。ラインセンサ、エリアセンサであれば１１２、１１３は必要に応じて複数個備えられる。【００４２】  １０８は、Ｉ／Ｏ３であって、駆動源を制御する。１１４、１１５、１１６はモーターである。１０９はＩ／Ｏ４であって切削バイトの上下振動、紋様パターン制御用の超音波もーたー、ピエゾ振動子の制御をおこなう。１１７〜１１７ｎｍは、バイトの上部に備えた超音波モーター、ピエゾ振動子である。【００４３】  本発明による面状発光体導光板の切削装置は、フォトセンサ又は超音波センサによって、切削部材の表面粗さ、形状認識をおこなう。Ｖ字溝の深さが均一になるようにＣＰＵで演算処理してバイトの上下位置を微細に制御する。【００４４】  三次元立体像によって表面の粗さ、凹凸を認識できる。従って、数μの値で制御可能である。バイトの上下位置の制御は、バイト上部に設けた超音波モーター、又はピエゾ振動子によって微細に制御する。Ｖ字溝の紋様パターンは、応用によってこれらのバイトと一体に設けた駆動素子を制御して達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】  切削バイトユニットとセンサの構成を示した図である。
【図２】  センサとバイトユニット列の構成による切削の模式を示した図である。
【図３】  導光板部材の断面を示した図である。
【図４】  センサによる導光板部材の表面を測定する模式図である。
【図５】  センサによるデータのサンプリングする様子を示す模式図である。
【図６】  Ｖ字溝パターンをセンサによって切削精度をチェックする模式を示した図である。
【図７】  導光板部材の表面形状を示した三次元立体図である。
【図８】  本切削加工装置の要部を示した断面図である。
【図９】  同、平面図である。
【図１０】  面状発光体の構成例を示した図である。
【図１１】  本切削加工装置の制御システム構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】    １１、４１，６１，８８、１１１        形状認識センサ
１２、４２、６２                      センサからの入出力ビーム
１３、８７                            切削バイト上下、揺動駆動源
１４                                  バイト収納部材
１５、８９                            切削バイト
１６、３２、６４、７１                導光板部材の表面
１７，３１、６６、９３，１２２        Ｖ字溝
１８、３５、６５                      導光板部材基底部
１９、３４、６３、７２，９１，１２１  導光板部材
３３、６７                            Ｖ字溝底部基準線
５１                                  導光板部材表面凸部
５２                                  同、凹部
５３                                  センサのサンプリングポイント
８１，８２                            切削バイト列平行度制御駆動源
８３、８４                            同、平行度制御ラックピニオン歯車
８５、８６                            同、微調整用カム部材、超音波モーター
９０                                  導光板部材設置テーブル
９２                                  切削バイト列格納装置
９３，９４                            切削バイト列移動用部材、リニアモーター
９５                                  切削バイト列装置の駆動源
９６                                  面状発光体導光板加工製造装置
９７                                  導光板部材押さえコーナ部材
９８                                  データ入力装置
９９                                  モニタ装置、ＰＣ
１０１                                システムバス
１０２                                中央演算処理装置、ＣＰＵ
１０３                                プログラムメモリ、ＲＯＭ
１０４                                メモリ、ＲＡＭ
１０５                                データメモリ
１０６、１０７、１０８、１０９        入出力ポート
１１０                                モニタ、ＰＣ
１１１                                センサユニット
１１２、１１３                        センサ発受光部
１１４，１１５，１１６                駆動源
１１７、１１７ｎｍ                    バイト微動制御駆動源
１２３                                ドットパターン
１２４、１２５                        光源
【図１】
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【図２】
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【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】
2007042562.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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