JP2006021526A - 導光板金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板に微小凸部を形成する従来の方法は、微小凸部の形状の多様化及び微細化に制約があり、製造工程が複雑、コストアップという欠点がある。従って、本発明は前記技術課題を解決するように、導光板金型及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る導光板金型は、複数の微小凹部を形成した表面を有すると共に、前記複数の微小凹部は、軸線方向での断面が円弧形状及び角形状の溝を有し、前記複数の溝が所定の光学系に従って形成される。非自発光型の平面モニタのバックライトモジュールに利用する導光板は、前記金型を利用して、プラスチック射出成形、ホットプレス、転写又はコーティングなどを介して、バッチ生産される。本発明は導光板金型の製造方法も提供する。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、導光板金型及びその製造方法に関する。

非自発光型の平面モニタ（例えば、ＬＣＤモニタ）の光源として平面光源モジュールが広く用いられる。透光性ＬＣＤモニタにはバックライトモジュールが利用されるが、反射型モニタにはフロントライトモジュールが利用される。バックライトモジュールは線光源（例えば、冷陰極管）又は点光源（例えば、発光ダイオード）を高輝度及び均一な平面光源に変換するように構成される。

図１２及び図１３には、導光板２の端面に冷陰極管１を設置し、導光板２の反射面に高密度の微小凸部３を形成し、また、導光板２の上側に下方拡散シート４、該下方拡散シート４の上側に下方プリズムレンズ５と上方プリズムレンズ６を設置し、バックライトモジュールの最上層に上方拡散シート７を設置する従来のバックライトモジュールの構成を示す。

冷陰極管１からの光が導光板２に入射すると、導光板２の反射面の微小凸部３により光を導光板２に導く全反射条件が破られ、発光面への出射光が均一に調整される。上方拡散シート７と下方拡散シート４は、光を拡散させる機能を有するが、上方プリズムレンズ６と下方プリズムレンズ４は、光を導光板２の法線に沿って発光するように調整する。

導光板２の反射面の微小凸部３は、発光面から出射された光を均一な面光源にするように、円形、ハニカム形、楕円形、あるいは半球形等に構成される。また、微小凸部３の寸法は、ミクロンオーダーからナノメータのオーダーに加工され、この寸法が小さいほど発光面からの出射光が均一に調整される。このようにすれば、バックライトモジュールに設置される複数の拡散シートを省略することができるので、導光板の小型化を実現することができる。

導光板２の発光面はミラーにしてもよく、前記プリズムレンズに代えて微小凸部を設けても良い。Ｖ字溝とされた微小凸部を設けた場合、従来の発光面をミラーとした導光板に一枚のプリズムレンズを設けて構成される光学系と同様であるので、この一枚のプリズムレンズを省略することができる。ピラミッド形の微小凸部を設けた場合、従来の発光面をミラーとした導光板に二枚のプリズムレンズを設けて構成される光学系と同様であるので、これら二枚のプリズムレンズを省略することができる。ただし、上述の場合においては、多様な形状及びサイズを実現するために、導光板の微小凸部の斜面と頂角等は精度良く構成する必要がある。

円形、ハニカム形、楕円形、半球形など光面の均一化を調整する微小凸部と、Ｖ字形、金字塔形などの光の方向を調整する微小凸部と、を組み合わせてなる所定の幾何学形状の光学素子を導光板の入射面、発光面又は反射面に使用する場合、拡散シート及びプリズムレンズを省略し、かつ、導光板の発光面への出射光の均一化及び輝度の安定化を実現したり、バックライトモジュールを簡単に構成したりすることができる。しかし、コストを低減するとともに、微細且つ多様な形状が要求される導光板の微小凸部を容易に形成するための加工方法が必要である。

従来、導光板表面の微小凸部の形成方法は、主に以下のような方式がある。
１. シルクスクリーン印刷式：例えば、特許文献１及び特許文献２に示されるように、導光板表面にシルクスクリーン印刷インクまたは樹脂を利用する。主な欠点は、スクリーンの微細化に制約があり、微小凸部を３００μｍよりも小さくすることが困難な上、形状の安定化及び多様化も困難であることが挙げられる。
２. 機械加工式：ダイヤモンドカッターを利用して金型を加工し、電鋳法（electroform）で中子を製造し、この中子を利用してプラスチック射出成形又は焼嵌めで導光板を成型する。この方法によれば、微小凸部の形状及びサイズをコントロールすることができるので、形状の多様化を実現することができる。主な欠点は、微小凸部のサイズが、機械加工上の制約により、数十μｍよりも小さくすることが困難なため、一層の微細化が実現できないことが挙げられる。
３. フォトレジスト：例えば、特許文献３及び特許文献４に示されるように、基板にフォトレジスト膜を付け、基板に露光して現像し、微小凸部を成型した後、電鋳法で中子を製造し、この中子を利用してプラスチック射出成形または焼嵌めで導光板を成形する。主な欠点は、工程が複雑で、コストアップにつながることである。

つまり、導光板に微小凸部を構成する従来の方法は、微小凸部の形状の多様化及び微細化に制約があり、製造工程が複雑、コスト増加という欠点がある。
米国特許第５，９８８，８２６号明細書 米国特許第６，１９９，９９４号明細書 米国特許第５，７７６，６３６号明細書 中国特許第０１１０４２２７号明細書

従来技術に記載される非自発光平面のモニタ装置において、バックライトモジュールの構成が複雑、モニタの薄型化に不利、また、従来の方法によりバックライトモジュールに形成された微小凸部の形状の多様化及び微細化に制約があり、製造工程が複雑、コスト増加という技術課題を解決するために、本発明はバッチ生産でき、射出光の輝度及び均一化を確保し、バックライトモジュールの構成を簡単にする導光板の金型を提供することを第一目的とする。

また、導光板に多様な微小凸部を形成し、かつ、工程が簡単で、コストが低い導光板金型の製造方法を提供することを第二目的とする。

前記第一目的を実現するために、本発明に係る導光板金型は、複数の微小凹部を形成した表面を有すると共に、前記複数の微小凹部は、軸線方向での断面が円弧形状の溝及び角状の溝を有し、前記複数の溝が所定の光学系に従って形成されることを特徴とする。

導光板は前記金型を利用して、プラスチック射出成形、ホットプレス、転写又はコーティングなどを介して、バッチ生産される。前記導光板の表面には前記金型の表面形状に対応する微小凸部、即ち、複数の軸線方向での断面が円弧形状及び角形状の凸起が形成される。前記円弧形状及び角形状の凸起が金型表面と同じの光学系に従って形成される。前記軸線方向の断面が円弧形状の溝は光面の均一性を調整できる。また、軸線方向での断面が角形状の溝は、光の方向を調整して、光を導向板の発光面から所定の角度の範囲に発光させる。これにより、この範囲での輝度を上げることができる。

前記第二目的を実現するために、本発明は形状が異なる複数のヘッドを有するプレス装置を準備する第一の段階と、硬質の金型板材を準備する第二の段階と、プレス装置を駆動して、金型板材の指定領域に一定の形状の第一の溝をプレスする第三の段階と、異なる形状のヘッドを変換して、金型板材の別領域に異なる形状の第二の溝をプレスする第四の段階と、前記第四の段階を繰り返して、金型板材の異なる指定領域に異なる形状の数種溝をプレスする第五の段階と、を含む導光板金型の製造方法を提供する。

従来技術と比べて、本発明に係る導光板金型及びその製造方法において、金型の表面に微小凹部が形成され、また、この微小凹部は軸線方向での断面が円弧形状と角形状の溝を含む。前記金型を利用して、金型表面形状に対応する微小凸部を有する導光板を生産することができる。前記微小凸部は光面の均一性と、光の方向と、射出光の輝度を制御できるので、従来のバックライトモジュールにおける拡散シート、プリズムレンズなどの構成を省略し、バックライトモジュールを簡単にして、平面モニタを薄型化できるという利点がある。また、本発明に係る導光板金型の製造方法は、金型の表面に形成される微小凹部の形状の多様化及び微細化を実現すると共に、工程を簡素化し、低コスト、工程の高速化及び高精度なプレス加工を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る導光板金型及びその製造方法を説明する。

図１１に示すように、本発明に係る導光板金型の製造方法は、次の段階を含む。

段階１０：複数の、形状が異なるヘッドを有するプレス装置を準備する。前記ヘッドは一般にダイヤモンドなどのような硬質で、耐摩耗性を有する材料を微細加工して得たもので、使用寿命が長い。

前記ヘッドは図1、図３、図４、図５に示すような異なるテーパー形又は円錐形を為し、球形又はプリズムなどの形状でもよい、また、テーパー、球形又は柱形に限らず、光学系の要求に従って自由に構成できる。テーパー形のヘッドを利用して、導光板金型の表面には、軸線方向での断面がＶ字形、径方向での断面が三角形状、方形、プリズム又は円形の溝がプレスにより形成されるが、柱形のヘッドを利用して軸線方向の断面がＵ字形、径方向での断面が方形又はプリズムの溝をプレスにより形成することもできる。また、球形ヘッドを利用して、断面をスムースな円弧形状にした溝とすることもできる。すなわち、ヘッド形状は、要求される溝の形状により適切に決定される。これによって、従来の技術におけるフォトレジスト又はシルクスクリーンなどによって導光板の微小凹部を加工する方法では、多様な形状の溝を形成することが困難であったという欠点を解決できる。

溝のサイズが大きいと、導光板金型で製造された導光板表面における微小凸部も大きくなって、モニタの現像画質に影響する。従って、導光板金型における溝のサイズができるだけ小さいことが要求される。本発明に係る金型により導光板に形成される溝のサイズはヘッドのサイズによって決定され、溝サイズの微細化を確実に保証することができる。図１において、ヘッド１１の先端の幅ｂと、先端部の高さｈとは、共に５μｍ以下できるが、機械加工の場合、物理的な制約により、溝の深さを１μｍとした場合、この溝の幅は、１０μｍよりも大きくならざるを得ない。従って、本発明に係る溝の加工方法によれば、溝の長さが短すぎる場合、点形状の溝及び曲線の形状が急に変わる溝を加工することができないという従来の技術課題を解決することができる。

段階２０：導光板金型の板材を供給する。この板材は硬質材料からなり、一般にニッケル又はニッケル合金である。前記導光板金型板材の少なくとも一方の表面に光学原理に符合する幾何形状を生成することがより好ましい。

段階３０：プレス装置を駆動し、前記金型板材における一方の表面の所定領域に第一の溝をプレスする。図２に示すように、図１に示したヘッド１１を利用して導光板に一回のプレスにより、溝１２を形成する。大規模の加工を実現するために、高速かつ高精度のプレス装置を利用する。また、高速かつ高精度のプレスを実現するように、リニアモータ又は圧電材料による駆動を利用して行なえば良い。

ヘッドで一度、一つの微小凹部をプレスにより形成して、これを繰り返して複数の微小凹部を形成する。ヘッドが前方へ移動する距離（プレスの距離）をより小さく設定すると、例えば、プレスの距離がヘッドの幅より小さい場合、連続的にプレス加工を繰り返すと、複数の微小凹部が連結されて要求される長さの線状の溝が形成される。線状の溝は直線状の溝でも、曲線状の溝（円弧曲線と自由曲線を含む）でも良いし、また、連続する線状の溝でも、間欠的な溝でも良い。これらは、ヘッドを制御して異なる深さと方向と長さにプレスして形成することができる。

図６に示されるように、ヘッドで連続プレスして形成された複数の微小凹部が連結された線状の溝１３を形成される。図７は、図６における溝１３のＶＩＩ−ＶＩＩ線視断面図である。前記の前進距離を適当に設定すれば、隣接するプレス痕との間に生じる凹凸（図７に示す溝底部の凹凸）を少なくし、よりスムースな溝を形成することができる。

段階４０：プレス装置のヘッドを形状が異なるヘッドに交換して、導光板材における一方の表面の他の領域に異なる形状の第二の溝をプレスする。

第二の溝をプレスする場合、段階３０と同じように、一回のプレスで一つの微小凹部を形成し、これを繰り返して複数の微小凹部を形成する。ヘッドの前進距離を短く設定して、連続してプレスを繰り返すと、複数の微小凹部が連結されて要求される長さの線状の溝が形成される。

段階５０：段階４０を繰り返し、前記金型板材における一方の表面に種々の形状の溝を形成する。段階３０乃至段階５０に形成された数種の溝は、所定の光学系に従って形成される。

プレス装置のヘッドを形状が異なるヘッドに交換したり、プレスの深さ、方向又は前進距離を制御するために、プレス装置には、電気的な制御装置を設置することがより好ましい。

プレス加工によってプレス箇所の周辺が膨出する場合、この膨出部により、導光板の性能が低下するので、カット、研削、研磨、バフ研磨等加工等により前記膨出部を除去する。

上記の製造方法は、フォトレジストに比較して、簡単、且つ、低コストであるという利点を有する。

前記方法により製造された導光板金型は図８乃至図１０に示すように、前記金型の一方の表面に異なる複数の溝からなるパターンが形成されている。図８乃至図１０は、これらパターンのマクロ的概略図であり、一つ一つの微小凹部のサイズはミクロン以下になるので、図示しない。ただし、本発明に係る方法により、導光板金型の表面に異なる複数の溝が形成され、これら複数の溝の断面形状は、円弧形状と角形状の組み合わせとされている。一つ一つの微小凹部は点状の溝であり、線状の溝は、複数の微小凹部を連続的に形成して設けられる。前記点状の溝と前記線状の溝により、種々の光パターンを形成することが理解できる。

実施形態１について、図８を参照すると、導光板金型１００は表面１０３を含み、前記表面１０３に複数の微小凹部が形成される。前記微小凹部は断面が円弧形状と角形状の点状溝であって、これらの点状溝を連続的及び間欠的に形成することによって、種々の直線状の溝１０５を形成することができる。この実施形態１においては、複数の直線状の溝１０５は、互いに平行又は同一の直線上に配置される。また、この実施形態１においては、導光板金型１００の一端では、同一の直線上にある複数の直線状の溝１０５が間隔をもって形成されており、導光板金型１００の他端に向かうにつれて、前記間隔が小さくされる。そして、表面１０３の他端近傍では、複数の直線状の溝１０５が連続して形成されている。前記導光板金型１００で製造する導光板は、金型表面１０３の微細構造に対応する構成を有するので、その一端に線状の微小凹部が大きな間隔をもって形成される。これにより光源を、前記間隔が形成される箇所に設置することができる。

実施形態２について、図９を参照すると、導光板金型２００は表面２０３を含み、前記表面２０３に複数の微小凹部が形成される。前記微小凹部は断面が円弧形状と角形状の点状溝であり、これらの点状溝から円弧形状の溝２０５を形成する。また、円弧形状の溝２０５は連続の線状の溝であり、図９にように規則的に配置され、表面２０３の一端に近い場所では円弧中心が二つある。曲線状の溝２０５は、前記二つの円弧中心を中心として同心円状に形成されており、表面２０３の他端に向かうにつれて、円弧半径が次第に大きくなっており、表面２０３の他端近傍では直線状の溝とされている。前記導光板金型２００で製造する導光板は、金型表面２０３の表面形状に対応する構成を有する。この場合、光源は前記導光板の中心に設置してもよい。

実施形態３において、図１０を参照すると、導光板金型３００は表面３０３を含み、前記表面３０３に複数の微小凹部が形成される。前記微小凹部は断面が円弧形状と角形状の点状溝であって、これらの点状溝を間欠的に形成することによって、曲線状の溝３０５を形成することができる。前記曲線状の溝３０５は、表面３０３の一の隅から同心円状に形成されている。前記導光板金型３００で製造する導光板は、金型表面３０３の表面形状に対応する構成を有する。この場合、光源は前記導光板の隅に設置することが好ましい。

導光板金型の表面に形成されるパターンは、上述した実施形態以外にも種々の変形が可能である。具体的には、実施形態２における点状溝は連続的に形成することができ、実施形態３における点状溝は間欠的に形成することができる。また、断面が円弧形状と角形状の点状溝の二種類の溝の組み合わせにより、光源の均一化及び輝度の調整を適宜行うことができるので、本発明は上述した実施形態に限定されないものである。

導光板は前記金型を利用して、プラスチック射出成形、ホットプレス、転写又はコーティングなどの方法により、バッチ生産される。前記導光板の表面には前記金型の表面形状に対応する微小凸部、即ち、複数の軸線方向での断面が円弧形状及び角形状の微小凸部を形成する。前記両種の微小凸部は、金型表面に対応して所定の光学系に従って形成されている。前記軸線方向の断面が円弧形状の溝は発光面への出射光を均一に調整する。軸線方向の断面が角形状の溝は、光が導向板の発光面から分配角の範囲に射出されて輝度を上げるため、発光の方向を調整できる。

従来の技術に比べて、本発明に係る導光板金型及びその製造方法は次の優れた点がある。金型表面には微小凹部を形成し、前記微小凹部は軸線方向の断面が円弧形状と角形状の溝を含み、前記金型を利用して、表面が金型表面形状に対応する微小凸部を製造することができる。前記微小凸部から形成されたパターンにより、光の面の均一性と光の方向を調整し、輝度を高めることができる。従って、従来のバックライトモジュールにおける拡散板、プリズムレンズなどを省略し、バックライトモジュールを簡単にすると共に、平面モニタを薄型化することができる。本発明に係る導光板金型の製造方法により、微小凹部の形状の多様化及び微細化を実現すると共に、工程を簡素化し、低コスト、工程の高速及び高精度なプレス加工を実現することができる。

本発明に係る金型加工用のヘッドを示す模式図である。 本発明の金型板材にプレスされた溝を示す図である。 本発明に係る金型加工用のヘッドの他の形態を示す模式図である。 本発明に係る金型加工用のヘッドの他の形態を示す模式図である。 本発明に係る金型加工用のヘッドの他の形態を示す模式図である。 本発明の金型板材に形成された線状の溝を示す模式図である。 図６における溝１３のＶＩＩ−ＶＩＩ線視断面図である。 本発明の第１の実施形態の、金型基板の表面における数種の、形状が異なる溝からなったパターンを示す模式図である。 本発明の第２の実施形態の、金型基板の表面における数種の、形状が異なる溝からなったパターンを示す模式図である。 本発明の第３の実施形態の、金型基板の表面における数種の、形状が異なる溝からなったパターンを示す模式図である。 本発明の導光板金型の製造方法のフローチャートである。 従来のバックライトモジュールを示す模式図である。 従来の別なバックライトモジュールを示す模式図である。

符号の説明

１ 冷陰極管
２ 導光板
３ 微小凸部
４ 下方拡散シート
５ 下方プリズムレンズ
６ 上方プリズムレンズ
７ 上方拡散シート
１１ ヘッド
１３ 直線状の溝
１００，２００，３００ 導光板金型
１０３，２０３，３０３ 表面
１０５，２０５，３０５ 直線状または曲線状の溝

Claims (10)

1. 微小凹部を形成した表面を有する導光板金型において、
   前記微小凹部は複数の、軸線方向での断面が円弧形状及び角形状の点状溝を為し、
   前記円弧形状及び角形状の溝が所定の光学系に従って形成されることを特徴とする導光板金型。
2. 前記軸線方向での断面が角形状の点状溝は、径方向での断面が方形、三角形状、プリズムまたは円形であることを特徴とする、請求項１に記載の導光板金型。
3. 軸線方向での断面が角形状の点状溝は、軸線方向での断面の形状がＶ字形又はＵ字形のであることを特徴とする、請求項１に記載の導光板金型。
4. 前記点状溝が連続的に形成されて複数の線状の溝が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の導光板金型。
5. 前記線状溝が直線状を為し、
   前記直線状の溝は、その延在方向に間隔を置いて複数形成されると共に、前記導光板金型の表面の一端から他端に向けて互いに平行して形成されており、
   前記間隔を、前記一端の近傍から前記他端の近傍に向かうに従い小さくしたことを特徴とする、請求項４に記載の導光板金型。
6. 前記線状溝が円弧状を為し、
   該円弧状の溝は、前記導光板金型の表面の一端近傍の少なくとも一つの中心から、同心円状に複数形成されることを特徴とする、請求項４に記載の導光板金型。
7. 形状が異なる複数のヘッドを有するプレス装置を準備する第一の段階と、
   導光板金型の板材を供給する第二の段階と、
   プレス装置を駆動して、前記板材における表面の所定領域に第一の溝をプレスする第三の段階と、
   プレス装置のヘッドを形状が異なるヘッドに交換して、前記表面の他の領域に異なる形状の第二の溝をプレスする第四の段階と、
   前記第四の段階を繰り返し、前記表面に、形状が異なる複数の溝をプレスする第五の段階と、を含むことを特徴とする導光板金型の製造方法。
8. 前記ヘッドは球形状、柱形状及びテーパー形状を含むことを特徴とする、請求項７に記載の導光板金型の製造方法。
9. プレス装置に電気的な制御装置を設置して、ヘッドの変換及びプレスの深さ、プレスの方向又は該プレスの前進距離を制御することを特徴とする、請求項７に記載の導光板金型の製造方法。
10. 導光板基板の板材における少なくとも一方の表面に予めパターンを形成することを特徴とする、請求項７に記載の導光板金型の製造方法。
    

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