JP3601460B2 - 大型導光板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１４インチ（３５５ｍｍ）以上の対角寸法を有する液晶ディスプレイのバックライトに用いられる大型導光板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
導光板は、ノートブック型パーソナルコンピュータやデスクトップ型パーソナルコンピュータ、さらには液晶モニターなどの液晶ディスプレイにおいて、側面に配置された光源からの光を液晶表示面に導くための光学要素として用いられている。液晶ディスプレイと導光板の配置を図１に断面概略図で示す。液晶ディスプレイ１の背面に配置されるバックライトは主に、導光板２，３、その背面に配置される反射層４、導光板２，３の前面（液晶ディスプレイ側）に配置される光拡散層５、並びに導光板２，３の側面に配置される光源７及びそこからの光を導光板２，３内に導くためのリフレクター８で構成される。そして、光源７からの光がリフレクター８で反射して導光板２，３内に入射し、その中を透過しながら背面に設けられた反射層４で反射して、前面側に出射するようになっている。前面側では、光拡散層５の存在により、光が全面に渡って均一に出射し、液晶ディスプレイ１のための照明となる。光源７には通常、冷陰極管が用いられる。
【０００３】
図１の（ａ）は、ノートブック型パーソナルコンピュータ等、対角寸法が１４インチ程度までの比較的小型のディスプレイに用いられる形式であって、その導光板２は、厚みが０．６ｍｍ程度から３．５ｍｍ程度まで順次変化するくさび形状のものである。このようなくさび形の導光板２を用いる場合は通常、その厚肉側端面に光源７が配置される。なお、図１（ａ）には、光源７が１本の例を示したが、光源が複数本用いられることもある。一方、図１の（ｂ）は、デスクトップ型パーソナルコンピュータや液晶モニターなど、より大型のディスプレイに用いられる形式であって、その導光板３は、厚みがほぼ均一なシート状のものである。このようなシート状の導光板３を用いる場合は通常、その対向する二つの側面に光源７，７が配置される。なお、図１（ｂ）には、相対する側面に１本ずつ、合計２本の光源７，７が配置された例を示したが、より大型のディスプレイでは、相対する側面に２本ずつ、３本ずつなど、複数本ずつ光源７，７が配置されることもある。
【０００４】
かかる導光板２，３には通常、光線透過率に優れるメタクリル樹脂が使用されている。そして、図１（ａ）に示すようなくさび形状の導光板２は、射出成形法によって製造され、図１（ｂ）に示すようなシート状の導光板３は、樹脂シートからの切り出しによって製造されている。
【０００５】
射出成形法について概略を説明すると、このために用いる射出成形装置は、金型、この金型を型締め方向又は型閉じ方向に駆動する型締め装置、型締めされた金型に溶融樹脂を射出する射出装置等で構成されている。金型は、可動側型板と固定側型板とで構成され、固定側型板には、溶融樹脂を通過させるためのスプルーが形成され、可動側型板と固定側型板とのパーティングラインに沿ってランナーとゲートが形成され、両型板に製品を成形するためのキャビティーが形成されている。可動側型板には、形成された成形品を取り出すための突出し手段が設けられる。射出装置は、樹脂材料を可塑化溶融させ、金型のキャビティー内に射出充填するためのもので、シリンダー、その中で回転駆動されるように設けられたスクリュー、シリンダーの先端部に取り付けられたノズル、シリンダーに樹脂材料を供給するホッパー、スクリューを駆動するモーター、スクリューを前進駆動するラム機構などで構成されている。
【０００６】
そして、シリンダーの外周部には、内部の樹脂を溶融するためにヒーターが設けられており、モーターによりスクリューを回転駆動するとともに、樹脂をシリンダーに供給し、通電されたヒーターにより、樹脂は加熱、加圧作用を受けて溶融混練され、そしてスクリューの先端に送られて蓄積される。次いで、ラム機構によりスクリューを前進駆動して、ノズルから金型のキャビティーに溶融樹脂を一気に射出し、所望の成形品を得ることになる。
【０００７】
一つの成形品を得るための一連の工程は、まず、シリンダー内に樹脂材料を計量供給し、所望量の溶融樹脂をシリンダー先端部に蓄積し、次いでスクリューを前進させてキャビティー内に溶融樹脂を射出充填し、そして溶融樹脂の冷却固化に伴う体積収縮分を補うための保圧力を付与し、その後引き続いて、成形品の金型内での冷却と次の成形のための溶融樹脂の計量を併行して行い、冷却完了後、可動側型板を移動させ、金型を開いて成形品を取り出すことからなる。
【０００８】
対角寸法が１４インチを超える導光板を上記射出成形法により製造するには、それ相当の型締め力を有する大型の成形機が必要となる。また、サイズが大きくなると、ゲートから流動末端までの距離が長くなり、成形が困難となる。すなわち射出成形においては、ショートショットや溶融樹脂が冷却固化に伴って体積収縮する不足分を保圧力によって補充するのであるが、ゲートからの距離が長すぎる場合には、圧力が有効に作用せず、ヒケが発生したり、金型キャビティー面の賦型が悪くなったりする。また大型成形機では、射出シリンダーに蓄積される溶融樹脂量が増すために、溶融樹脂の滞留による熱劣化が起こりやすい。さらに、光源である冷陰極管の光度が充分に末端まで届きにくいことから、射出成形法による１４インチ以上の対角寸法を有する均一厚みの大型導光板は実用化されておらず、かかる大型導光板の製造には、メタクリル樹脂シートからの切断加工が採用されているにすぎない。
【０００９】
すなわち、対角寸法１４インチ以上、さらに１５インチ以上の導光板は、厚みが均一のメタクリル樹脂シートを所望のサイズに切断したものが使用され、その両端部に冷陰極管を合計２本、４本又は６本配置して、バックライトとされている。メタクリル樹脂シートとしては、５〜１５ｍｍの厚みを有するものが用いられている。また、この場合は通常、まずメタクリル樹脂シートを粗切断した後、レーザーカッティング法により、端面の仕上げを兼ねて最終切断し、切断後のシートの片面に反射層パターンを印刷して製品とされる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
厚みが均一のメタクリル樹脂シートを切断して導光板とする方法では、メタクリル樹脂シートの厚み精度があまりよくないため、後工程での印刷ムラの原因となったり、フレームとの嵌合時に隙間が生じたり、嵌合できなくなったりする。また、レーザーカッティング工程でレーザー熱によりシート端面が垂れて不良を発生しやすく、さらには後工程での印刷コストが高くなるなど、射出成形法では問題とならない不具合が発生する。一方、対角寸法が１４インチを超える大型導光板に対しては、製品サイズが大きすぎて、射出成形法により良品を成形することは容易でない。
【００１１】
かかる事情に鑑み、本発明者は、対角寸法が１４インチ以上の大型導光板を、溶融樹脂からの成形によって製造し、しかも、厚みが均一で導光板としての要求性能を充分に満たしうる方法を見出すべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。したがって本発明の目的は、溶融樹脂からの成形によって、対角寸法１４インチ（３５５ｍｍ）以上の液晶ディスプレイバックライト用導光板を、厚み精度、寸法安定性、透明性、総合製造コストなどに優れる方法で製造することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、対角寸法１４インチ（３５５ｍｍ）以上の液晶ディスプレイ用大型導光板を形成するための金型キャビティーを射出装置のシリンダーに連通し、このシリンダー内に透明樹脂材料を供給し、シリンダー内に配置されたスクリューを回転させながら透明樹脂材料を前記金型キャビティーに連続的に流入させて賦型成形することにより、大型導光板を製造する方法を提供するものである。ここで、シリンダー内でスクリューを回転させながら樹脂材料を金型内に連続的に流入させて賦型成形する方法としては、特に限定されるわけではないが、例えば、フローモールドと呼ばれる成形法を挙げることができる。このような、シリンダー内でスクリューを回転させながら樹脂材料を金型内に連続的に流入させて賦型成形する方法自体は、樹脂の成形法の一つとして公知のものであるが、これを、従来採用されていなかった大型導光板の製造に適用することにより、溶融樹脂から直接、厚み精度、寸法安定性、透明性などに優れた大型導光板が製造でき、結果的に総合製造コストの低減にもつなげうる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、透明樹脂材料を原料として、射出装置のシリンダー内でスクリューを回転させながら、この樹脂材料を金型内に連続的に流入させて賦型成形する方法、例えばフローモールド成形法により大型導光板が製造される。原料の透明樹脂材料は、導光板としての要求物性を満足しうるものであればよく、例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、メチルメタクリレートとスチレンの共重合体であるＭＳ樹脂、非晶質シクロオレフィン系ポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、アクリロニトリルとブタジエンとスチレンの共重合体であるＡＢＳ樹脂、ポリサルフォン樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂など、溶融成形が可能な熱可塑性樹脂が挙げられる。メタクリル樹脂は、メチルメタクリレートを主体とする重合体であり、メチルメタクリレートの単独重合体のほか、メチルメタクリレートと、少量の、例えば１０重量％程度までの他の単量体、例えば、メチルアクリレートやエチルアクリレートのようなアルキルアクリレート類との共重合体であってよい。またこれらの透明樹脂は、必要に応じて、離型剤、紫外線吸収剤、顔料、重合抑制剤、連鎖移動剤、酸化防止剤、難燃化剤などを含有していてもよい。
【００１４】
本発明の方法に用いる成形機は、概略的には前述した通常の射出成形機とほぼ同様に構成されるが、この方法の特徴として、溶融樹脂の金型内キャビティーへの射出充填が、スクリューの回転駆動による連続的な圧送により行われることが挙げられる。したがって、スクリューの回転駆動を続けることにより、シリンダーの容積以上の容積を有する製品も成形することができる。また、金型に加わる圧力（型内圧）が通常の射出成形の半分程度でよいので、大面積製品でも、低い型締め力で成形することが可能である。一つの成形品を得るための工程は、スクリューの回転駆動で樹脂材料をシリンダー内へ供給することと、金型内キャビティーへ溶融樹脂を射出充填することを兼ねて併行して進行する。そして、金型内キャビティーの末端まで溶融樹脂が充填されると、樹脂圧によりスクリューが所定量後退し、保圧力を加える。保圧力の付与が終了すると、前述の射出成形法と同様、続いて冷却工程に入り、金型を開いて成形品が取り出される。通常の射出成形機におけるモーター駆動用のＲＯＭ（読み取り専用メモリー）を、この方法に適した仕様に改造することで、本発明の方法に用いる成形機とすることもできる。
【００１５】
本発明による成形法について、図２を参照しながら説明を進める。図２は、本発明で使用するのに適した成形装置の一例を概略的に示す断面図である。この装置は大きく分けて、射出装置１０と金型２０とで構成されている。射出装置１０は、射出シリンダー１１、このシリンダー内で回転し、前進駆動するスクリュー１２、このスクリュー１２を駆動するためのモーター１３、樹脂材料を射出シリンダー１１に供給するホッパー１４、射出シリンダー１１の外表面に設置された加熱ヒーター１５，１５等で構成されている。
【００１６】
一方、金型２０は、固定型２１と可動型２２とで構成されている。固定型２１には、可動型２２側に向けて断面がテーパ状に大きくなっており、溶融樹脂の流路となるスプルー２３が形成され、固定型２１と可動型２２の合わせ面には、両型２１，２２に沿ってランナー２４が形成され、ランナー２４はスプルー２３に連通し、その両先端部はゲート２５に連なっている。固定型２１と可動型２２の間には、導光板を成形するためのキャビティー２６，２６が形成され、これらのキャビティー２６，２６には、ゲート２５が連通している。したがってこの例では、キャビティー２６，２６が、ゲート２５、ランナー２４及びスプルー２３を介して、射出装置１０のシリンダー１１に連通していることになる。また可動型２２には、成形品を取り出す際に成形品を突き出すための突出し手段２７が内設されている。なお図２には、１回の成形で２個の製品を取るようにした例を示したが、１個取りとすることも、また１回の成形で３個又はそれ以上の製品を取るように設計することも可能である。
【００１７】
次に、以上のような射出装置１０と金型２０を使用した導光板の成形について説明する。スクリュー１２がほぼ最前進限の位置にある状態で、モーター１３によりスクリュー１２を回転駆動するとともに、ホッパー１４から樹脂材料を射出シリンダー１１内へ供給する。供給された樹脂材料は、加熱ヒーター１５，１５からの熱と、スクリュー１２の回転により受けるせん断・摩擦力から生じる熱とで可塑化混練され、スクリュー１２の回転移送作用でスクリュー先端方向へ運ばれ、スプルー２３及びゲート２５を介して、キャビティー２６に向けて連続的に送られる。そして、キャビティー２６の閉鎖空間が、流動射出された溶融樹脂で充満されると、充満した樹脂の圧力によりスクリュー１２がわずかに後退する。そのとき、樹脂圧によりスクリュー１２が後退しうる程度の適当な背圧を付与しておく。スクリュー１２が所定量後退すると、金型２０内で冷却される溶融樹脂の体積収縮を補えるような適当な保圧を加える。そして、冷却工程を経て、可動型２２が開き、突出し手段２７により成形品を突き出して取り出す。ただし、製品を取り出す方法は、このような突出し手段による態様に限らず、周知の取り出し法であればどのような手段を採用してもよい。成形品を取り出した後は、可動型２２が閉じて、次の成形品取りのためのサイクルに入る。
【００１８】
このような装置を用いて、まず、可動型２２を固定型２１側へ移動して金型を閉じ、両者により構成された閉鎖キャビティー２６内に、溶融樹脂を流動射出する。その際の溶融樹脂の射出成形温度（射出シリンダー内の樹脂温度）は、一般には１７０〜３００℃程度の範囲が採用され、メタクリル樹脂では通常、１９０〜２７０℃の温度で良好な成形体が得られる。また、スクリューの回転数は流動射出速度につながり、スクリュー回転数が高いほど速度が速くなる。成形品の厚みに応じて、一般には２０〜１５０ｒｐｍ の範囲が採用される。金型温度は、一般には３０〜１５０℃の範囲である。そして、流動射出によりキャビティー２６内に樹脂が充満したところで、樹脂圧力によりスクリュー１２が所定距離後退し、後退完了と同時に保圧を加えて所定時間維持し、冷却工程を経てから、金型を開いて、冷却された成形品を取り出せばよい。
【００１９】
こうして得られる成形品（導光板）は、透明性に優れている。これは、シリンダー内のスクリューを回転させながら透明樹脂材料を前記金型キャビティー内に連続的に流入させて賦型成形する方法の特徴の一つで、樹脂材料の供給工程と射出工程が同時に進行するため、一般の射出成形法に比べて、射出シリンダー内での溶融樹脂の滞留が極めて少ないことによる。また、成形品の厚みや外寸法の精度がよく、安定している。これは、一般の射出成形法に比べて、金型キャビティー内への溶融樹脂の射出充填が極めて遅く、かつ連続的になされることから、溶融樹脂の冷却に伴う体積収縮を随時補いながら、樹脂が充填されることによる。このため、体積収縮率が安定し、結果として製品寸法が安定し、かつ厚み変動も少なくなる。これらのことから、大型の液晶ディスプレイ用バックライトに現在使用されているメタクリル樹脂シートから切り出して製造される導光板に比べ、制度のよい製品が得られる。また、低い型締め力の成形機でも製品の複数個取りが可能となるため、導光板１個あたりの総合コストの低下につなげられる可能性もある。
【００２０】
【実施例】
本発明の方法をさらに具体的に説明するため、以下に実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２１】
実施例１
この例では、住友重機械工業株式会社製の成形機“ネスタール ２００ＳＹＣＡＰ ”を用い、シリンダー内でスクリューを回転させながら樹脂材料を金型内に連続的に流入させて賦型成形できる仕様となるようにＲＯＭを改造した。また金型は、型締め力２００トンの成形機に取り付けて成形可能なサイズに設計し、キャビティー１個取りとした。図３に、この金型によって成形される成形品の概略を斜視図で示す。導光板成形品３０は、スプルー３１、ゲート３２、導光板本体３３及び取付け部兼突出し部３４，３４により構成されており、ゲート３２は成形後に切断される。導光板本体３３は、３１ｃｍ×２４ｃｍの大きさで、厚みが６ｍｍとなるように設計した。
【００２２】
樹脂材料として、住友化学工業株式会社製のメチルメタクリレート樹脂“スミペックス ＭＧ５”（透明）を使用し、射出シリンダー内の樹脂温度は２３５℃に設定した。また、スクリュー回転数は１３０ｒｐｍ とした。金型温度は、表面温度計で測定されるキャビティー表面温度が９０℃となるように設定した。そして、流動射出により、キャビティー内に樹脂が充満したところで、樹脂圧力によりスクリューが１０ｍｍ後退し、後退完了と同時に保圧を加え、その状態で４０秒間保持し、冷却工程を経てから、金型を開いて、冷却された成形品を取り出した。
【００２３】
得られた成形品５枚をサンプルとして、面内厚み分布をダイヤルゲージで測定したところ、厚みのフレは±０．０９ｍｍ であった。また、以上の操作を繰り返して１００枚の導光板を製造し、それぞれの外寸をノギスで測定して寸法安定性を評価したところ、外寸のフレは±０．１８ｍｍ であった。導光板用メタクリル樹脂シートの規格では、厚みの誤差が±０．１ｍｍ以下、外寸の誤差が±０．２ｍｍ以下と言われており、これに比べて遜色のない値であった。さらに、上で得られた厚み６ｍｍの導光板について、 ＪＩＳ Ｋ ７１０５ に従って厚み方向の全光線透過率を測定したところ、９２％であった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、 液晶モニターやデスクトップ型パーソナルコンピュータなど、対角寸法が１４インチ以上の大型液晶ディスプレイに使用されるバックライト用大型導光板が、透明性や寸法安定性などに優れた状態で製造できる。また、生産サイクルを短縮できるなどの効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶ディスプレイと導光板の配置を示す概略断面図であって、（ａ）は、くさび形状の導光板を用いた例、（ｂ）は、シート状の導光板を用いた例である。
【図２】本発明で用いるのに適した成形装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明によって得られる型はずし直後の導光板成形品の一例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１……液晶ディスプレイ、
２、３……導光板、
７……光源、
１０……射出装置、
１１……射出シリンダー、
１２……スクリュー、
１３……モーター、
１４……ホッパー、
１５……加熱ヒーター、
２０……金型、
２１……固定型、
２２……可動型、
２６……キャビティー、
３０……導光板成形品、
３１……スプルー、
３２……ゲート、
３３……導光板本体。

Claims (3)

1. 対角寸法１４インチ（３５５ｍｍ）以上の液晶ディスプレイ用導光板を形成するための金型キャビティーを射出装置のシリンダーに連通し、該シリンダー内に透明樹脂材料を供給し、シリンダー内に配置されたスクリューを回転させながら透明樹脂材料を前記金型キャビティーに連続的に流入させて賦型成形することを特徴とする、大型導光板の製造方法。
2. フローモールド成形法により行われる請求項１記載の方法。
3. 透明樹脂がメタクリル樹脂である請求項１又は２記載の方法。

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