JP2004050685A

JP2004050685A - 導光板製造用金属板、それを用いた導光板の製造方法及び導光板

Info

Publication number: JP2004050685A
Application number: JP2002212572A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ozawa; 小沢　和則
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp; Asahi Chemical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp; Asahi Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】導光板の凹状パターン部が成形しやすく、かつ、光を効率的に反射するパターンを有する金属板を作製し、該金属板を金型のキャビティ部の片面または両面に装着して、合成樹脂を用いて導光板を射出成形する方法を提供する。
【解決手段】断面形状が半楕円形もしくは半円形で深さ２〜１００μｍであり、かつ内面の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）が０．１〜２０μｍである粗面の凹状パターンを形成した導光板製造用金属板を金型の片面または両面に装着して、合成樹脂を用いて導光板を射出成形する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置等に用いられるバックライト用の導光板を製造する方法に関するものであり、光を散乱または反射させる凸状部が表面に設けられた導光板を効率的に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に一般な液晶表示装置のバックライトユニットの構造を示す。ランプ（５）からの光を、導光板（３）の側方から入光させ、導光板（３）の光を反射するドット（７）で入射光を散乱させて出光面に光を出光し、拡散板フィルム（２）プリズムフィルム（１）によって光を集光し、明るくてむらの少ないバックライトユニットを形成している。
従来、導光板は透明プラスチック板を切削した後、光を反射するパターンを導光板の表面に印刷することで製作していた。最近は一度に導光板を製造する為、金型に光を反射するパターンを施して射出成形する方法が増えている。
導光板の射出成形品のドット（７）として、特開平９−１７１１１１号公報には以下のような様々な形状が記載されている。
【０００３】
１）金型表面に凸状ドット（導光板のドットは凹状）
金型表面の凸状ドットについては矩形溝（特開平６−１２３８１０号公報など）や破線状三角溝（特開平５−１９６９３６号公報など）、半円溝（特開平５−７９５３７号公報など）などがある。
２）金型表面に凹状ドット（導光板のドットは凸状）
金型表面の凹状ドットの断面には図２のように矩形（実開平５−７９５３７号公報など）や三角（特開平５−３１３１６３号公報など）、半球（特開平６−２８１９２９号公報など）などがある。
導光板の光を反射させる導光板の輝度を明るく均一にすることを確立するのが難しく、複数のパターンを成形して最も良い物を選ぶ場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光を反射するパターンを導光板の表面に印刷する方法では切削と印刷の両方の工程を行わなくてはならず、複雑な工程操作を必要とする。
金型表面に凸状ドットがあると、射出成形時にドット部のゲート逆側にウェルド不良が発生し、得られた導光板をバックライトユニットに組み込んだ場合、ウェルド部が光って目立つ輝点不良といわれる不良が発生する。ウェルドとは、樹脂同士がぶつかった場所に出来るスジ不良のことである。
【０００５】
金型表面に凹状ドットがあるものの内、矩形や三角などの角のあるものは、金型の形状が作りにくく、また、実際に導光板を成形した時の転写が悪い。更に、射出成形して得られた導光板に光を入光させた時、光を散乱させる部分が角のエッジのみである為、導光板としての反光効率が悪い。
導光板の凸状ドットの断面が半楕円形または半円形のように丸みを帯びている場合でも、凸状面が平滑である場合、面と凸状ドットの接するエッジのみしか光が散乱しないため、導光板としての反光効率が悪い。
従来の１つの製品につき１つの金型というような金型構造では、パターン変更の際、パターン毎に金型が必要となる。さらに、金型交換作業が必要となる。また、射出成形においてパターンを形成させた金属板を用いるよりも金型に直接パターンを形成した方が、導光板の転写が悪いと言う問題が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の第一は、断面形状が半楕円形もしくは半円形で凹部底面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）が０．１〜２０μｍであり、かつ金属板表面から凹部底面十点平均値までの深さが２〜１００μｍである凹状部を有することを特徴とする導光板製造用金属板である。
本発明の第二は、厚みが０．１〜１０ｍｍの金属板を用い、この金属板の表面にフォトレジスト層を形成する工程、フォトレジストを露光する工程、露光されたフォトレジストを現像する工程及びエッチング工程で製造することを特徴とする凹状部を有する導光板製造用金属板の製造方法である。
本発明の第三は、凹部断面形状が半楕円形もしくは半円形で、凹部底面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）が０．１〜２０μｍであり、かつ金属板表面から凹部底面十点平均値までの深さが２〜１００μｍである凹状部を有する導光板製造用金属板を金型の片面または両面に装着して、合成樹脂を用いて射出成形することを特徴とする導光板の製造方法である。
本発明の第四は、該製造方法で得られる導光板である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の導光板は射出成形により製造する。射出成形を用いると、一度の工程でパターンを有する導光板を製造することが出来る。導光板とは、ランプからの入射光を反射するパターンを有する透明プラスチック板のことである。パターンとは、ランプからの光を均一に反射するために配置されたドットのことである。ドットとは、導光板の表面に施された光を反射するための反射点である。トッドには二通りあり、一つ目は印刷によって表面に施したドット、二つ目は射出成形の金型転写によって施したドットである。導光板のパターンは、ランプに近くなるほどドットの面積の割合が少なくなる。ドットの面積の割合を変える方法として大きく二通りあり、一つ目はドットの大きさを変える方法（ランプから遠くなるほどドットを大きくする）であり、二つ目はドットの大きさは変えずに間隔を変える方法（ランプから遠くなるほどドットの間隔を狭くする）である。
本発明の導光板製造用金型にはパターンを有する金属板を用いる。パターン変更の際に金属板を交換するだけで新しいパターンの導光板を製造できる為、効率的である。また、金属板を用いると金型と金属板との間に薄い空気層が存在し、完全に密着しない為、金型単体よりも熱伝導率が悪くなる。そのため、樹脂の熱を保持しやすくなり、結果として金型単体よりも金属板を用いた方が転写は良くなる。
【０００８】
本発明の導光板製造用金属板は凹状ドットを有する。凹状ドットとは、図１の７で示す導光板３の表面の凸状部を射出成形時に転写させる為、予め金型（本発明では金属板）表面に設けた凹状のドットを言う。金属板が凸状ドットを有していると、射出成形時に樹脂の回りこみによってウェルド不良を発生させてしまう為、良くない。ウェルド不良を発生させた導光板をバックライトユニットに組み込むとウェルド部が光って目立つ輝点不良が起きやすい。凹状ドットを有する金属板を金型に組み込んで導光板を射出成形した場合、導光板の光を反射するドットは凸状になる。
【０００９】
本発明の導光板成形に用いる金属板の凹状ドットは断面形状が半楕円形もしくは半円形である。半楕円形は図２（ａ）のように楕円の下側半分の形状を示す。また、図２（ｂ）のように一部に直線部分が含まれていても良い。半円形は図２（ｃ）のように半円で構成されている。又、図２（ｄ）のように半円の一部で構成されていても良い。導光板の光を反射するドットの断面が半楕円形または半円形の凸状の場合、丸みを帯びている部分がある為、入射光が様々な方向に散乱し、矩形や三角などの角のあるものより導光板のドットとして好ましい。
【００１０】
金属板の凹状ドットの深さは、２〜１００μｍが適正である。深さとは金属板表面から底面の十点平均値までの距離である。２〜１００μｍが適正である理由は、凹状ドットの深さが１００μｍより大きい場合、導光板（３）と反射フィルム（６）との間隔が広くなって光の反射効率が低下してしまう為である。一方、深さが２μｍより小であると、光の反射効率が低下して所望の輝度を得ることが出来なくなる。また、深さが２μｍより小であると製造時の深さのコントロールが難しくなりバラツキを生じるため、好ましくない。金属板の凹状ドットの深さは、より好ましくは５〜４０μｍである。
【００１１】
金属板の凹状ドット底面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）は、０．１〜２０μｍの範囲が良い。十点平均粗さＲｚが０．１μｍ未満であると面とドットの接する部分しか光らない為、効率的に散乱させることが出来ない。十点平均粗さＲｚが２０μｍを超えると金型からの導光板の離型性に悪影響がでる。金属板の十点平均粗さＲｚは、好ましくは１〜１０μｍである。
金属板の凹状ドットの深さ及び十点平均粗さＲｚのコントロールはエッチング剤の組成、濃度、温度、時間、噴出速度などの条件を変えることで行う。例えば、深さは時間を長くするほど深くなり、粗さは高濃度、高温で処理したり組成を変更したりすることで粗くする。
【００１２】
本発明における金属板の厚みは、０．１〜１０ｍｍが好ましい。厚みが０．１ｍｍより薄い場合は、金属板としての製造及び取り扱いが難しい。また、金属板が薄い場合、裏側にゴミが入った時に、金属板が変形してゴミを転写しやすくなる。そのため、細心の注意を払わなければならず、作業性が悪い。厚みが１０ｍｍより厚い場合は重量が重くなる為、交換時に落下させて凹状パターンを破損することとなるので良くない。金属板の厚みとして、更に好ましくは０．８〜２ｍｍである。
【００１３】
導光板成形用金属板の凹状パターンは、切削加工やブラスト、エッチング、電鋳などによって製造することが出来る。その内、エッチングを用いると凹状ドットと凹面の粗面化、及び丸みを帯びたドット形状が一度に作成できるので、エッチングによって製造することが好ましい。
エッチングには、化学エッチング、電気化学エッチング、コロイドエッチング、ドライエッチングがあり、コスト、実施しやすさなどで化学エッチングが望ましい。（「第４版　電気化学便覧　９．２．３エッチング　発行所：丸善株式会社　編者：社団法人電気化学協会」参照）
【００１４】
本発明の導光板成形用金属板をエッチングによって製造する方法を、図３を用いて説明する。図３（ａ）のように金属板（９）の　表面にフォトレジスト層（８）を形成する。フォトレジスト層は、感光した部分が現像液に可溶になるタイプと不溶になるタイプの２種類あり、どちらを用いても良い。次に、図３（ｂ）のように導光板のパターンを施したフォトマスク（１０）をフォトレジスト層上に重ね、紫外線（ＵＶ）で全体を一度に露光する。露光後、図３（ｃ）のように現像して、パターンを形成したフォトレジスト層（１２）が残る。現像後、図３（ｄ）のようにのフォトレジスト面にエッチング処理を行う。この工程においては、一般のエッチング剤、たとえば過硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムなどのアルカリエッチング液または塩化第二銅、塩化第二鉄、クロム酸／硫酸混液、過酸化水素水／硫酸混液などの酸性エッチング液などを用いる。続いて、図３（ｅ）のようにフォトレジスト層を剥離することにより、多数の半楕円形もしくは半円形で、かつ表面が粗面化された凹状ドット（１３）を有する金属板（１４）が完成する。この工程において剥離剤は、メチレンクロライド、グリコールエーテル、これらの混合溶剤、またはこれらと水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液との混合液などの溶剤を用いる。
【００１５】
本発明において金属板の材質は、ステンレス鋼、ニッケル、真鍮などを用いることが出来る。中でもステンレス鋼はゴミを挟んだ時の変形が少ない為、特に好ましい。金属板の表面は鏡面であっても粗面であっても良い。ただし、鏡面の方がパターンの調整が容易である為、好ましい。
金属板を金型に組み込む方法としては、真空吸引や枠押さえ、ボルト固定などなどがある。中でも真空引きは真空ポンプを停止させるだけで金属板を容易に取り外せる為、特に好ましい。金属板は、金型の固定側と移動側のどちらに組み込んでも良い。
射出成形する合成樹脂としては、透明なプラスチック材料全般が使用可能である。具体例としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂などがある。このうちアクリル樹脂は、透明性、価格、成形性の点で優れており本発明に適した材料である。
本発明を実施例で説明する。
【００１６】
【実施例１】
表面を鏡面にした厚み２ｍｍのステンレス鋼（Ｃ：０．３８％、Ｓｉ：０．８％、Ｍｎ：０．５％、Ｃｒ：１３．６％）の板を用いて導光板成形用金属板を作成した例である。鏡面のステンレス板の表面に正型フォトレジスト（感光した部分が現像液に可溶になるタイプ）を形成させる。フォトマスクは凹状ドットの大きさを変える方法（ランプから遠くなるほど凹状ドットが大きくなる）で設計された半楕円形状の２次元パターンを形成している。このフォトマスクをステンレス板上に配置した後、マスク上方から紫外線（ＵＶ）を照射して露光する。露光後、現像液を用いて、露光部のフォトレジストを除去する。
【００１７】
次に塩化鉄（ＩＩＩ）と硝酸からなるエッチング液を用いて深さ４０μｍまでエッチングを実施する。この工程により断面が半楕円形の凹状ドットが形成させた。エッチングの後、フォトレジストの残りを取り除く。上記工程を経て凹状パターンを施した金属板を作製した。この金属板を導光板製造用金型の固定側に装着し、アクリル樹脂であるデルペット８０ＮＨ（旭化成製）を射出成形して寸法：縦２１８ｍｍ、横２９０ｍｍ、厚さ：２．４ｍｍ〜０．８ｍｍの導光板を得た。この導光板をバックライトに組み込み、輝点不良が無く、輝度が均一で明るいバックライトを得ることが出来た。
図４は上記の方法で作製した金属板の半楕円形凹状ドットの断面形状を走査型レーザー顕微鏡で測定した例である。この凹状ドットの深さは約４０μｍ、長辺幅は約３５０μｍである。凹状ドットの頂点付近の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）は、約１０μｍである。
【００１８】
【実施例２】
図５は実施例１と同様の方法で作製した半円形凹状パターンを有する金属板の半円形凹状ドット部を走査型レーザー顕微鏡で測定した例である。フォトマスクとしては凹状ドットの大きさ変えずに間隔を変える方法（ランプから遠くなるほど凹状ドットの間隔が狭くなる）で設計した半円形状の２次元パターンを形成したものを使用した。エッチングは深さ２０μｍまで行った。金属板の凹状ドットの深さは約２０μｍ、長辺幅は約７０μｍである。凹状ドットの頂点付近の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）は、約３μｍである。この金属板を用いて成形された導光板をバックライトに組み込んだ際、輝点不良が無く、輝度が均一で明るいバックライトを得ることが出来た。
【００１９】
【比較例】
厚み０．３ｍｍのニッケル板を用いて寸法：縦１８９ｍｍ、横２５２ｍｍ、厚さ：２ｍｍ〜０．７ｍｍの導光板を成形した。金属板は電鋳によって作製した矩形凸状パターンを有している。アクリル樹脂であるデルペット８０ＮＨ（旭化成製）を用いて射出成形した所、金属板の矩形凸状ドットの周りを樹脂が回りこむことによるウェルド不良が発生した。この導光板をバックライトに組み込んだ所、ウェルド不良の部分に輝点不良が発生した。
【００２０】
【発明の効果】
光を反射するパターンを射出成形時に転写させることで工程を簡素化出来る。金型表面に凹状ドットを施すことでウェルド不良を改善出来る。金型表面に半楕円形もしくは半円形の凹状ドットは、製造しやすく、導光板としての反光効率が良い。導光板の凸状ドットの断面が十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）が０．１〜２０μｍである場合、導光板としての反光効率が良い。金属板を用いる金型構造にすることで導光板製造用金型を共通化出来る。さらに、パターン交換作業が簡素化出来る。また、金型に直接パターンを形成した場合より、導光板の転写が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッジライト方式のバックライトユニットの一般的な構成を示した図
【図２】導光板製造用金属板の凹状ドットの例
【図３】凹状パターンを有する導光板製造用金属板の製造方法の説明図
【図４】本発明の実施例１の半楕円形凹状パターンを施した金属板の半楕円形凹状ドット部の断面形状を走査型レーザー顕微鏡で測定した例
【図５】本発明の実施例２の半円形凹状パターンを施した金属板の半円形凹状ドット部の断面形状を走査型レーザー顕微鏡で測定した例
【符号の説明】
１・・・プリズムフィルム
２・・・拡散フィルム
３・・・導光板
４・・・ランプハウス
５・・・ランプ
６・・・反射フィルム
７・・・ドット
８・・・フォトレジスト
９・・・金属板
１０・・・フォトマスク
１１・・・露光された部分
１２・・・現像後に残ったフォトレジスト
１３・・・エッチングで粗面化された部分
１４・・・光学パターンを施された金属板

Claims

凹部断面形状が半楕円形もしくは半円形で、凹部底面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）が０．１〜２０μｍであり、かつ金属板表面から凹部底面十点平均値までの深さが２〜１００μｍである凹状部を有することを特徴とする導光板製造用金属板。
厚みが０．１〜１０ｍｍの金属板を用い、この金属板の表面にフォトレジスト層を形成する工程、フォトレジストを露光する工程、露光されたフォトレジストを現像する工程及びエッチング工程で製造することを特徴とする凹状部を有する導光板製造用金属板の製造方法。
凹部断面形状が半楕円形もしくは半円形で、凹部底面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１−１９９４準拠）が０．１〜２０μｍであり、かつ金属板表面から凹部底面十点平均値までの深さが２〜１００μｍである凹状部を有する導光板製造用金属板を金型の片面または両面に装着して、合成樹脂を用いて射出成形することを特徴とする導光板の製造方法。
請求項３記載の導光板の製造方法で得られる導光板。