JP2006116759A - 光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型のキャビティ内面の微細パターンを正確に光学材料に転写することができる光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法を提供する。
【解決手段】光学材料の射出成形用の金型において、複数個のゲートを有し、光学材料の面に対応するキャビティの少なくとも一つの面に、厚さが０.２〜２ｍｍであり、表面の算術平均粗さＲaが３０μｍ以下である微細パターンを有するスタンパーと、該スタンパーの裏側に、厚さが０.０１〜１ｍｍであり、熱伝導率が５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、引張り弾性率が２ＧＰａ以上である断熱層を設けてなることを特徴とする光学材料射出成形用金型、及び、該金型を用い、溶融した熱可塑性樹脂を、該金型のキャビティに射出注入することを特徴とする光学材料の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、金型のキャビティ内面の微細パターンを正確に光学材料に転写することができる光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法に関する。

パーソナルコンピュータ、薄型テレビジョン、カーナビゲーションシステムなどの表示画面に、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、液晶表示パネルとバックライトとを備えている。液晶表示装置のバックライトとしては、光源を導光板のエッジ部に設置するエッジライト型バックライトと、光源を光拡散板を介して表示画面の直下に配置する直下型バックライトが一般的に用いられている。光源から出射される光を均一な面光源とするために、導光板には、光入射面である側面と、光反射面及び光出射面である主面に微細パターンが設けられることが多く、光拡散板には、光入射面及び光出射面である主面に微細パターンが設けられることが多い。光学材料の面の微細パターンは、金型キャビティ面の微細パターンの転写により形成される場合が多いが、微細パターンを正確に転写することは容易ではなく、転写性を向上するためにさまざまな試みがなされている。
例えば、樹脂導光板の光散乱部を形成する金型表面の微細な凹凸形状の転写を均一にする金型として、金型の型表面を構成する一面が凹凸状に粗面化されたパターン表面を有する金属板及び該金属板の裏側が耐熱性重合体である断熱層からなる層構造を有する樹脂導光板成形用金型が提案されている（特許文献１）。また、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂表面の冷却固化層の形成を少なくすることによって、転写性を向上させ、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生を低減させ、高い生産性を実現する成形方法として、転写開始温度以上の熱可塑性樹脂を、転写開始温度以下に保持された金型のキャビティ部に導入し、該金型で冷却されて転写開始温度以下に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度に上昇するように、キャビティ部側の表面部分の熱容量が設定された金型を使用して射出成形する方法が提案されている（特許文献２）。さらに、キャビティ内面の導光板への転写性がより一層向上する射出成形方法として、側面の両端部近傍に、射出成形用のゲートに接続された張り出し部を有する金型を用いる射出成形方法が提案されている（特許文献３）。
特開平９−１５５８７５号公報（第２頁） 特開平１１−１２９３０５号公報（第２、４頁） 特開２００３−３２９８４３号公報（第２−３頁）

本発明は、金型のキャビティ内面の微細パターンを正確に光学材料に転写することができる光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、金型に複数個のゲートを設け、微細パターンを有するスタンパーを断熱層を介して金型に取り付けて射出成形することにより、スタンパーの微細パターンを正確に成形品に転写し、優れた光学特性を有する光学材料を製造し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）光学材料の射出成形用の金型において、複数個のゲートを有し、光学材料の面に対応するキャビティの少なくとも一つの面に、厚さが０.２〜２ｍｍであり、表面の算術平均粗さＲaが３０μｍ以下である微細パターンを有するスタンパーと、該スタンパーの裏側に、厚さが０.０１〜１ｍｍであり、熱伝導率が５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、引張り弾性率が２ＧＰａ以上である断熱層を設けてなることを特徴とする光学材料射出成形用金型、
（２）光学材料が、厚さが０.２〜１０ｍｍであり、一対の側面の形状が略台形若しくは略台形が組み合わされた形状、他の対の側面が略長方形又はすべての側面が略長方形である導光板、又は、すべての側面が略長方形である光拡散板である(１)に記載の光学材料射出成形用金型、
（３）断熱層が、熱重量分析における５％減量温度が３００℃以上の合成樹脂フィルムである(１)に記載の光学材料射出成形用金型、
（４）合成樹脂フィルムが、ポリイミドフィルムである(３)に記載の光学材料射出成形用金型、
（５）(１)ないし(４)のいずれか１項に記載の金型を用い、溶融した熱可塑性樹脂を、該金型のキャビティに射出注入することを特徴とする光学材料の製造方法、
（６）光学材料が、厚さが０.２〜１０ｍｍであり、一対の側面の形状が略台形若しくは略台形が組み合わされた形状、他の対の側面が略長方形又はすべての側面が略長方形である導光板、又は、すべての側面が略長方形である光拡散板である(５)に記載の光学材料の製造方法、
（７）熱可塑性樹脂が、脂環式構造を有する樹脂を含む(５)に記載の光学材料の製造方法、及び、
（８）熱可塑性樹脂が、メタクリル樹脂又は(メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル化合物共重合体を含む(５)に記載の光学材料の製造方法、
を提供するものである。

本発明の光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法によれば、光学材料の表面にスタンパーの微細パターンを正確に転写し、優れた光学特性を有する導光板や光拡散板などを、効率的に製造することができる。

本発明の光学材料射出成形用金型は、複数個のゲートを有し、光学材料の面に対応するキャビティの少なくとも一つの面に、厚さが０.２〜２ｍｍであり、表面の算術平均粗さＲaが３０μｍ以下である微細パターンを有するスタンパーと、該スタンパーの裏側に、厚さが０.０１〜１ｍｍであり、熱伝導率が５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、引張り弾性率が２ＧＰａ以上である断熱層を設けてなる金型である。
本発明の金型において、複数個のゲートの位置に特に制限はなく、光学材料の主面となる表面又は裏面に設けることができ、あるいは、側面に設けることもできる。これらの中で、複数個のゲートは、光学材料の光入射面、光反射面又は光出射面とならない側面に設けることが好ましい。複数個のゲートを、光学材料の光入射面、光反射面又は光出射面とならない側面に設けることにより、光学材料を用いた製品の表示画面の画質がゲート痕のために低下することを防ぐことができる。複数個のゲートを設けることにより、金型キャビティ内での溶融樹脂の流動距離を短縮し、溶融樹脂の温度低下による粘度上昇を防ぎ、スタンパーの微細パターンを光学材料に正確に転写することができる。
本発明の金型は、スタンパーの裏側に断熱層を有するので、金型キャビティ内における溶融樹脂の温度低下が少なく、複数のゲートから注入された溶融樹脂が別方向から合流しても、十分に低粘度を保っているので、目視により認められるようなウエルドラインが発生するおそれがない。本発明の金型は、金型温度を低くしても、スタンパーに接触する溶融樹脂の温度低下を防ぐことができるので、スタンパーの微細パターンを正確に光学材料に転写し、かつサイクルタイムを短縮することができる。

本発明の金型においては、光学材料の面に対応するキャビティの少なくとも一つの面に、厚さが０.２〜２ｍｍであり、表面の算術平均粗さＲaが３０μｍ以下である微細パターンを有するスタンパーを設ける。光学材料の面としては、例えば、導光板の光入射面、光反射面及び光出射面や、光拡散板の光入射面及び光出射面などを挙げることができる。本発明において、スタンパーの材質に特に制限はなく、例えば、ニッケル板、タングステン板、ステンレス鋼板などを挙げることができる。本発明において、スタンパーの厚さは０.２〜２ｍｍであり、より好ましくは０.４〜１.５ｍｍである。スタンパーの厚さが０.２ｍｍ未満であると、剛性が不足してスタンパーに歪みを生ずるおそれがあり、またスタンパーを作製するのも困難である。スタンパーの厚さが２ｍｍを超えると、断熱の効果が十分でなくなる。また、スタンパーの厚さは２ｍｍ以下で十分な剛性と強度を有し、通常は厚さが２ｍｍを超えるスタンパーを用いる必要はない。本発明において、スタンパーの微細パターンの算術平均粗さＲaは３０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下である。算術平均粗さＲaが３０μｍを超えるパターンは、光学材料の表面の微細パターンとして満足すべき機能を発揮せず、また、算術平均粗さＲaが３０μｍを超える粗いパターンは、通常の射出成形により成形品に転写することができる。

本発明の光学材料射出成形用金型においては、スタンパーの裏側の金型との間に、断熱層を設ける。スタンパーの裏側に断熱層を設けることにより、金型キャビティ内に射出された溶融樹脂の温度低下を防ぎ、溶融樹脂の粘度を低く保って、スタンパーの微細パターンを、成形される光学材料の表面に正確に転写することができる。本発明において、断熱層の厚さは０.０１〜１ｍｍであり、より好ましくは０.０５〜０.５ｍｍである。断熱層の厚さが０.０１ｍｍ未満であると、断熱性が不足してスタンパーの表面温度が下がり、微細パターンの転写性が不良となるおそれがある。断熱層の厚さが１ｍｍを超えると、断熱層の材料は金属よりも弾性率が低いので、スタンパーが変形したり、金型キャビティの寸法精度が低下して、製品に厚みむらが発生するおそれがある。本発明において、断熱層の熱伝導率は５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、より好ましくは１Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下である。断熱層の熱伝導率が５Ｗ／(ｍ・Ｋ)を超えると、断熱性が不足してスタンパーの表面温度が下がり、微細パターンの転写性が不良となるおそれがある。本発明において、断熱層を形成する材質の引張り弾性率は２ＧＰａ以上であり、より好ましくは３ＧＰａ以上である。断熱層を形成する材質の曲げ弾性率が２ＧＰａ未満であると、断熱層の変形により金型キャビティの寸法精度が低下するおそれがある。

本発明の光学材料射出成形用金型は、厚さが０.２〜１０ｍｍであり、一対の側面の形状が略台形若しくは略台形を組み合わせた形状、他の対の側面が略長方形又はすべての側面が略長方形である導光板、又は、すべての側面が略長方形である光拡散板の射出成形による製造に好適に用いることができる。導光板には、一対の側面の形状が略台形であり、厚さの大きい方の略長方形の側面を光入射面とする導光板と、一対の側面の形状が略台形を組み合わせた形状であり、それぞれの略台形の長辺に垂直な方向に光入射面を形成した導光板と、すべての側面が略長方形であって、相対する一対の側面のそれぞれを光入射面とする導光板がある。面積が広い一方の主面が光反射面となり、他方の主面が光出射面となる。
略台形とは、台形又は、台形の辺もしくは角に光源を組み込むための切り込みが入った形状のことを言い、略長方形とは、長方形又は、長方形の辺もしくは角に光源を組み込むための切り込みが入った形状のことを言う。また略台形を組み合わせた形状とは、図１から図３に示すように複数の略台形を、略台形の平行な二辺に垂直な方向に平行に配置して、平行な二辺のうちの一辺を、他の略台形の平行な二辺のうちの一辺に重ね合わせた形状である。このとき、隣接する略台形の平行な二辺の重ね合わせ方は、平行な二辺のうちの短辺同士でも、長辺同士でも、短辺と長辺でもよい。
本発明の金型を用い、導光板の光入射面、光反射面及び／又は光出射面に微細パターンを形成することにより、輝度ムラの少ない高画質の表示画面を得ることができる。光拡散板は、すべての側面が略長方形であり、面積が広い一方の主面が光入射面となり、他方の主面が光出射面となる。本発明の金型を用い、光拡散板の光入射面及び／又は光出射面に微細パターンを形成することにより、輝度ムラの少ない高画質の表示画面を得ることができる。本発明の金型は、厚さが０.２〜１０ｍｍである導光板又は光拡散板に適用することが好ましく、厚さが０.５〜６ｍｍである導光板又は光拡散板に適用することがより好ましい。厚さが０.２ｍｍ未満では成形が困難であり、１０ｍｍを超える導光板又は光拡散板は、断熱層の影響で表面の冷却が遅くなり、成形時間が長くなりすぎる。
本発明の光学材料射出成形用金型においては、断熱層の熱重量分析における５％減量温度が３００℃以上であることが好ましく、３５０℃以上であることがより好ましい。５％減量温度が３００℃未満であると、断熱材の物性が変化し、スタンパーに影響を与えるおそれがある。５％減量温度は、ＪＩＳ Ｋ ７１２０に準じて、乾燥空気を流入ガスとし、昇温速度１０℃／ｍｉｎで測定することができる。
本発明の金型においては、断熱層を形成する合成樹脂フィルムが、ポリイミドフィルムであることが好ましく、芳香族複素環ポリイミドフィルムであることがより好ましく、全芳香族ポリイミドフィルムであることがさらに好ましい。全芳香族ポリイミドフィルムは、５％減量温度が高いばかりでなく、長期耐熱劣化性にも優れ、機械的強度も高いので、金型の寿命を長くすることができる。

本発明の光学材料の製造方法においては、本発明の金型を用い、複数個のゲートから、溶融した熱可塑性樹脂を金型のキャビティに射出注入する。溶融した熱可塑性樹脂を複数個のゲートから金型キャビティに射出注入することにより、金型キャビティ内での溶融樹脂の流動距離が短くなり、金型キャビティの面を形成するスタンパーは裏側に断熱層を有するので、溶融樹脂の温度低下による粘度上昇が防止され、スタンパーが有する微細パターンを成形品である光学材料の表面に正確に転写することができる。
本発明方法は、厚さが０.２〜１０ｍｍであり、一対の側面の形状が略台形若しくは略台形が組み合わされた形状、他の対の側面が略長方形若しくはすべての側面が略長方形である導光板、又は、すべての側面が略長方形である光拡散板の製造に好適に適用することができる。
本発明方法に用いる熱可塑性樹脂に特に制限はなく、例えば、脂環式構造を有する樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、(メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル化合物共重合体、ポリエーテルスルホンなどを挙げることができる。これらの中で、脂環式構造を有する樹脂、メタクリル樹脂及び(メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル共重合体を好適に用いることができ、脂環式構造を有する樹脂を特に好適に用いることができる。
脂環式構造を有する樹脂は、溶融樹脂の流動性が良好なので、金型キャビティのスタンパーの微細パターンを正確に転写することができ、吸湿性が極めて低いので、寸法安定性に優れ、光学材料に反りを生ずることがなく、比重が小さいので、大型の厚物平板形状の光学材料を軽量化することができる。

脂環式構造を有する樹脂としては、主鎖又は側鎖に脂環式構造を有する重合体を挙げることができる。主鎖に脂環式構造を有する重合体は、機械的強度と耐熱性が良好なので、特に好適に用いることができる。脂環式構造は、飽和環状炭化水素構造であることが好ましく、その炭素数は４〜３０であることが好ましく、５〜２０であることがより好ましく、６〜１５であることがさらに好ましい。脂環式構造を有する重合体中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、５０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましい。
脂環式構造を有する樹脂としては、例えば、ノルボルネン系単量体の開環重合体若しくは開環共重合体又はそれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体若しくは付加共重合体又はそれらの水素添加物、単環の環状オレフィン系単量体の重合体又はその水素添加物、環状共役ジエン系単量体の重合体又はその水素添加物、ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体若しくは共重合体又はそれらの水素添加物、ビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体又は共重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物などを挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系単量体の重合体の水素添加物及びビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物は、機械的強度と耐熱性に優れるので、特に好適に用いることができる。

メタクリル樹脂は、透明性に優れ、強靭でひびが入りにくいので、光学材料として好適に用いることができる。メタクリル樹脂としては、ＪＩＳ Ｋ ６７１７−１に規定されるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）単独重合体、又は、８０％（ｍ／ｍ）以上のＭＭＡと２０％（ｍ／ｍ）以下の他のモノマーの共重合体を挙げることができる。この規格に規定されるメタクリル樹脂の中で、ビカット軟化温度９６〜１０４℃、メルトフローレート８〜１６の指定分類コード１００−１２０のメタクリル樹脂は、適度な流動性と強度を有するので、好適に用いることができる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル−芳香族ビニル化合物共重合体は、低級アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル系単量体と芳香族ビニル系単量体とを共重合することにより得ることができる。低級アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル系単量体としては、炭素数１〜４のアルキル基、好ましくは炭素数１又は２のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルを挙げることができる。芳香族ビニル系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｏ−クロルスチレン、ｐ−クロルスチレンなどを挙げることができる。(メタ)アクリル酸アルキルエステル系単量体と芳香族ビニル系単量体は、いずれも、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。これらの中で、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体を好適に用いることができる。
本発明方法においては、必要に応じて、熱可塑性樹脂に、他の重合体、配合剤、光拡散剤などを配合することができる。他の重合体としては、例えば、ポリブタジエンなどを挙げることができる。光拡散剤としては、例えば、ポリスチレン系重合体架橋物、ポリシロキサン系重合体架橋物などを挙げることができる。配合剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、着色剤、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、蛍光増白剤などを挙げることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
脂環式構造を有する樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］を用いて、１５インチ型導光板を射出成形により作製した。
導光板の寸法は、横３２０ｍｍ、縦２４０ｍｍであって、横３２０ｍｍ側の光入射面となる側面の厚さ２.１ｍｍ、光入射面と対向する側面の厚さ０.７ｍｍであり、他の２側面は台形である。
使用した金型は、コールドランナーを備えた３プレート金型であり、金型の光出射面に対応する面には、成形品に底面の直径１０.０μｍ、高さ５.０μｍ、アスペクト比０.５０の多数の半球ドットを形成するための窪みを有するニッケル板を加工した厚さ０.６ｍｍのスタンパーを、断熱層としての厚さ７５μｍの全芳香族ポリイミドフィルム（引張り弾性率３.４ＧＰａ、熱伝導率０.１５Ｗ／(ｍ・Ｋ)）と積層して取り付けた。スタンパーの中心部のＲaを測定するとＲa＝１.５μｍであった。金型の光入射面に対応する面には、ピッチ５０μｍ、頂角１２０度で、光入射面と略直交するプリズム形状を有するニッケル板を加工した厚さ０.６ｍｍのスタンパーを、断熱層としての厚さ７５μｍの全芳香族ポリイミドフィルムと積層して取り付けた。ゲートは、光入射面と直交する両側面の、光入射面から１０ｍｍ離れ、厚さ方向の中央の位置に、ピンポイントゲート各１個を設けた。
型締力３,４４０ｋＮの射出成形機を用い、溶融樹脂温度２７０℃、金型温度８０℃、射出７秒、冷却１５秒、取り出し１０秒、合計３２秒のサイクルタイムで射出成形を行った。容易に金型から取り出すことができ、目視では成形品にウエルドラインは認められなかった。
得られた導光板の光出射面の半球ドットの底面の直径と高さを、光入射面から１０ｍｍ、６５ｍｍ、１２０ｍｍ、１７５ｍｍ及び２３０ｍｍ離れた光入射面に平行な５本の直線と、光入射面と直交する一つの側面から１０ｍｍ、８５ｍｍ、１６０ｍｍ、２３５ｍｍ及び３１０ｍｍ離れた光入射面に垂直な５本の直線との交点、合計２５点において、超深度形状測定顕微鏡［(株)キーエンス、ＶＫ−９５００］を用いて測定した。半球ドットの底面の直径はすべて１０.０μｍ、高さは最大４.８μｍ、最小４.７μｍ、平均４.７５μｍであり、(半球ドットの高さ／金型の窪みの深さ)×１００（％）として求めた転写率の平均値は９５％であった。
実施例２
脂環式構造を有する樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］の代わりに、メタクリル樹脂［旭化成(株)、デルペット８０ＮＨ］を用いた以外は、実施例１と同様にして、射出成形により導光板を作製した。
３２秒のサイクルタイムで容易に金型から取り出すことができ、目視では成形品にウエルドラインは認められなかった。半球ドットの底面の直径はすべて１０.０μｍ、高さは最大４.７μｍ、最小４.５μｍ、平均４.６０μｍであり、転写率の平均値は９２％であった。
実施例３
ピンポイントゲートを、光入射面と直交する両側面の、光入射面から１０ｍｍ離れ、厚さ方向の中央の位置と、光入射面から２３０ｍｍ離れ、厚さ方向の中央の位置とに各１個ずつ、合計４個設けた以外は、実施例１と同様にして、射出成形により導光板を作製した。
３２秒のサイクルタイムで容易に金型から取り出すことができ、目視では成形品にウエルドラインは認められなかった。半球ドットの底面の直径はすべて１０.０μｍ、高さは最大４.８μｍ、最小４.７μｍ、平均４.７５μｍであり、転写率の平均値は９５％であった。

比較例１
実施例１で用いた金型から、断熱層としての全芳香族ポリイミドフィルムを取り外してスタンパーを付け直し、脂環式構造を有する樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］を用いた以外は、実施例１と同様にして、射出成形により導光板を作製した。
３２秒のサイクルタイムで容易に金型から取り出すことができ、目視では成形品にウエルドラインは認められなかった。半球ドットの底面の直径はすべて１０.０μｍ、高さは最大４.５μｍ、最小２.０１μｍであり、ウエルド付近の半球ドットが低かった。半球ドットの高さの平均は３.２２μｍであり、転写率の平均値は６４％であった。
比較例２
脂環式構造を有する樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］の代わりに、メタクリル樹脂［旭化成(株)、デルペット８０ＮＨ］を用いた以外は、比較例１と同様にして、射出成形により導光板を作製した。
３２秒のサイクルタイムで容易に金型から取り出すことができたが、目視により成形品にウエルドラインが認められた。半球ドットの底面の直径はすべて１０.０μｍ、高さは最大３.１２μｍ、最小１.２５μｍであり、半球ドットは全体的に低く、特にウエルド付近が低かった。半球ドットの高さの平均は２.１１μｍであり、転写率の平均値は４２％であった。
比較例３
脂環式構造を有する樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］を用い、金型温度を９０℃とした以外は、比較例１と同様にして、射出成形により導光板を作製した。
サイクルタイム３２秒では、取り出し不良が発生したので、冷却時間を３０秒、サイクルタイムを４７秒としたところ、容易に金型から取り出すことができた。目視により成形品にウエルドラインは認められなかった。半球ドットの底面の直径はすべて１０.０μｍ、高さは最大４.７０μｍ、最小３.７５μｍであり、ウエルド付近の半球ドットが若干低かった。半球ドットの高さの平均は４.２５μｍであり、転写率の平均値は８５％であった。
実施例１〜３及び比較例１〜３の結果を、第１表に示す。

第１表に見られるように、光出射面に半球ドットを形成する窪みを有するスタンパーを、裏側に断熱層としての厚さ７５μｍの全芳香族ポリイミドフィルムを積層して金型に取り付けて射出成形した実施例１〜３の導光板は、ウエルドラインが目視により認められず、光出射面の半球ドットの高さが高く、半球ドットの転写率が９２％以上に達している。
これに対して、断熱層としての全芳香族ポリイミドフィルムを取り外した金型を用いて射出成形した比較例１〜３の導光板は、光出射面の半球ドットの高さが低く、半球ドットの転写率が低い。また、熱可塑性樹脂としてメタクリル樹脂を用いた比較例２の導光板には、視認できるウエルドラインが発生している。
実施例４
脂環式構造を有する樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］９９.７重量部とポリシロキサン系重合体微粒子［ジーイー東芝シリコーン(株)、トスパール１２０］０.３重量部を混合し、二軸押出機を用いてストランド状に押し出し、ペレタイザで切断することにより、光拡散板用樹脂を調製した。この樹脂を用いて、１５インチ型光拡散板を射出成形により作製した。
光拡散板の寸法は、横３２０ｍｍ、縦２４０ｍｍ、厚さ２ｍｍであって、すべての側面が長方形である。
使用した金型は、コールドランナーを使用した３プレート金型であり、金型の光出射面に対応する面には、厚さ０.６ｍｍのニッケル板にピッチ５０.０μｍ、高さ１４.４μｍ、頂角１２０度のプリズムを横方向に形成したスタンパーを、実施例１と同じ全芳香族ポリイミドフィルムと積層して取り付けた。
ゲートは、図４に●で示すように、光入射面に対応する面の縦横をそれぞれ二分割する線で四分割した長方形の対角線の交点に各１個ずつ、合計４個のピンポイントゲートを設けて、実施例１と同じ条件で射出成形することにより光拡散板を作製した。
３２秒のサイクルタイムで容易に金型から取り出すことができ、目視では成形品にウエルドラインは認められなかった。得られた光拡散板のプリズムのピッチと高さを、実施例１と同様にして測定した。プリズムのピッチはすべて５０.０μｍ、高さは最大１４.３μｍ、最小１３.７μｍ、平均１４.０μｍであり、(光拡散板のプリズムの高さ／金型のプリズムの高さ)×１００（％）として求めた転写率の平均値は９７％であった。
比較例４
実施例４で用いた金型から、断熱層としてのポリイミドフィルムを取り外してスタンパーを付け直した以外は、実施例４と同様にして、射出成形により光拡散板を作製した。
３２秒のサイクルタイムで容易に金型から取り出すことができ、目視では成形品にウエルドラインは認められなかった。得られた光拡散板のプリズムのピッチと高さを、実施例１と同様にして測定した。プリズムのピッチはすべて５０.０μｍ、高さは最大１２.７μｍ、最小１１.７μｍ、平均１２.２μｍであり、転写率の平均値は８５％であった。
実施例４及び比較例４の結果を、第２表に示す。

第２表に見られるように、光出射面にプリズムを形成する凹凸を有するスタンパーを、裏側に断熱層としての厚さ７５μｍの全芳香族ポリイミドフィルムを積層して金型に取り付けて射出成形した実施例４の光拡散板は、光出射面のプリズムの高さが高く、プリズムの転写率が９７％に達している。
これに対して、断熱層としての全芳香族ポリイミドフィルムを取り外した金型を用いて射出成形した比較例４の光拡散板は、光出射面のプリズムの高さが低く、プリズムの転写率が低い。

本発明の光学材料射出成形用金型及び光学材料の製造方法によれば、光学材料の表面にスタンパーの微細パターンを正確に転写し、優れた光学特性を有する導光板や光拡散板などを、効率的に製造することができる。

略台形を組み合わせた形状を側面に持つ導光板の一例 略台形を組み合わせた形状を側面に持つ導光板の別の一例 略台形を組み合わせた形状を側面に持つ導光板の別の一例 実施例４で用いた金型のゲート位置の説明図

Claims (8)

1. 光学材料の射出成形用の金型において、複数個のゲートを有し、光学材料の面に対応するキャビティの少なくとも一つの面に、厚さが０.２〜２ｍｍであり、表面の算術平均粗さＲaが３０μｍ以下である微細パターンを有するスタンパーと、該スタンパーの裏側に、厚さが０.０１〜１ｍｍであり、熱伝導率が５Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下であり、引張り弾性率が２ＧＰａ以上である断熱層を設けてなることを特徴とする光学材料射出成形用金型。
2. 光学材料が、厚さが０.２〜１０ｍｍであり、一対の側面の形状が略台形若しくは略台形が組み合わされた形状、他の対の側面が略長方形又はすべての側面が略長方形である導光板、又は、すべての側面が略長方形である光拡散板である請求項１に記載の光学材料射出成形用金型。
3. 断熱層が、熱重量分析における５％減量温度が３００℃以上の合成樹脂フィルムである請求項１に記載の光学材料射出成形用金型。
4. 合成樹脂フィルムが、ポリイミドフィルムである請求項３に記載の光学材料射出成形用金型。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の金型を用い、溶融した熱可塑性樹脂を、該金型のキャビティに射出注入することを特徴とする光学材料の製造方法。
6. 光学材料が、厚さが０.２〜１０ｍｍであり、一対の側面の形状が略台形若しくは略台形が組み合わされた形状、他の対の側面が略長方形又はすべての側面が略長方形である導光板、又は、すべての側面が略長方形である光拡散板である請求項５に記載の光学材料の製造方法。
7. 熱可塑性樹脂が、脂環式構造を有する樹脂を含む請求項５に記載の光学材料の製造方法。
8. 熱可塑性樹脂が、メタクリル樹脂又は(メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル化合物共重合体を含む請求項５に記載の光学材料の製造方法。

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