JP4479695B2 - 光学パネル用金型 - Google Patents

Description

本発明は、光学パネル用金型に関し、詳しくは拡散面と鏡面とを有するプリズム形状によって光方向を制御することができる光学パネルを成形するための光学パネル用金型に関するものである。

従来、オーバーヘッドプロジェクター（以下、ＯＨＰという）に用いられる光学パネルとして、少なくとも一つ以上の面にプリズムアレイ面（複数個のプリズム形状）を有し、一個のプリズム形状において、プリズムを構成する少なくとも一つ以上の面を拡散面とし、残りの面のうち少なくとも一つ以上の面を鏡面とすることにより、光方向を制御する機能を持ったフレネルレンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このＯＨＰ３２では、図３９に示すように、光源３４の光を大口径のフレネルレンズ３０で集光し、透明原稿３３を通った後に集光されて細くなった光路を結像レンズ３５、反射ミラー３７を介してスクリーン３６上に結ばせるようにしたものであるが、上記集光用のフレネルレンズ３０は、図４０に示すように、パネル面９に対して略傾斜した一つの鏡面２と略垂直な一つの溝壁３１とで１個のプリズム形状Ｗが構成され、複数個のプリズム形状Ｗが集まってプリズムアレイ面４が構成されている。ところで、ＯＨＰ３２のフレネルレンズ３０の一つの欠点として、レンズの溝壁３１から反射或いは屈折される不必要な光（結像レンズ３５に向かわない方向Ｄの光線）がＯＨＰ３２の使用者にとって非常に眩しく感じることである。そこで、従来では、図４０に示す溝壁３１を粗面化することによって上記欠点を解決している。

上記フレネルレンズ３０を成形する金型の製造方法として、例えば特公昭６１−１６６０５号公報には、図４１に示すように、最終的に拡散面形成用金型部として残すべき略垂直面１３ａと、最終的に鏡面形成用金型部として残すべき略傾斜面１２ａとを有するプリズムアレイ形状面１４を概略形状に切削加工した後で、プリズムアレイ形状面１４の全面にフォトレジスト４０を均一に塗布し、レンズ中心に面している略傾斜面１２ａのみにレジスト４０が残るように、フォトマスク７０を用いてレジスト４０の露光、現像を行い（図４１（ｂ））、その後、レンズ中心に面していない露出した略垂直面１３ａをエッチングにより粗面化を行って拡散面形成用金型部１３を形成し、その後、残ったレジスト４０を除去して鏡面形成用金型部１２を形成し、このようにして得られた金型１１（図４１（ｄ））によって熱可塑性樹脂のプレス成形を行うことで、図４０に示すフレネルレンズ３０を製造するようにしている。

ところが、従来の金型１１の製造方法にあっては、概略形状に切削加工した後に、金型１１の略垂直面を拡散形状とするために、レジスト塗布工程、露光・現像工程、エッチング工程、レジスト除去工程がそれぞれ必要となり、金型１１の完成までに工程数が多く、生産性が悪いという問題がある。また、粗面加工にエッチングを適用しているために、製造される光学パネル１の溝壁３１において十分な配光特性を得るための面粗度を確保することが難しくなるという問題もある。
特公昭６１−１６６０５号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、切削工具の長寿命化と金型の長寿命化とを図ることができる光学パネル用金型を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために、請求項１記載の発明にあっては、パネル面９に対して略垂直となる拡散面３とパネル面９に対して傾斜した鏡面２とを有するプリズム形状によって光方向を制御することができる光学パネル１を成形するための光学パネル用金型であって、前記光学パネル１の鏡面２はその先端部分に屈折した屈折斜面５０が形成されると共に、該屈折斜面５０のパネル面９に対する傾きが屈折斜面５０以外の斜面部分よりも小さくされ、前記拡散面３を形成するための粗面化された拡散面形成用金型部１３と、鏡面２を形成するための鏡面形成用金型部１２を備え、切削加工により拡散面形成用金型部１３と鏡面形成用金型部１２とが形成される金型型部ブロック１０の被切削面の表面の材質が銅メッキからなることを特徴としている。

このような構成とすると、切削工具６の長寿命化を図ることができると共に、成形寿命に耐えることができる長寿命の金型１１を得ることができる。また、鏡面２における先端部分に屈折した屈折斜面５０を形成し、この屈折斜面５０のパネル面９に対する傾きを屈折斜面５０以外の斜面部分よりも小さくすることによって、この傾きの小さい屈折斜面５０で屈折する角度が変り、その結果、拡散面３で拡散される光線Ａ１の量が減少し、より多くの光線を一方向に配光制御することが可能になる。

また請求項２記載の発明にあっては、拡散面形成用金型部１３の表面又は表層が耐磨耗性を有する材料で構成されるのが好ましい。

また請求項３記載の発明にあっては、拡散面形成用金型部１３の表面にＮｉメッキからなる保護コーティングを被覆するのが好ましい。この場合、拡散面形成用金型部１３の粗面形状を保護コーティングで埋めてしまうことなく、拡散面形成用金型部１３の面粗度を確保できる。また保護コーティングを簡易的且つ均一に形成することができる。

上述のように本発明に係る光学パネル用金型は、切削加工により拡散面形成用金型部と鏡面形成用金型部とが形成される金型型部ブロックの被切削面の表面の材質が銅メッキからなるので、切削工具の長寿命化を図ることができると共に、成形寿命に耐えることができる長寿命の金型を得ることが可能となる。また、鏡面における先端部分に屈折した屈折斜面を形成し、この屈折斜面のパネル面に対する傾きを屈折斜面以外の斜面部分よりも小さくすることによって、この傾きの小さい屈折斜面で屈折する角度が変り、その結果、拡散面で拡散される光線の量が減少し、より多くの光線を一方向に配光制御することが可能になる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１は本発明の光学パネル用金型１１の一例を示し、図２は上記光学パネル用金型１１を用いて成形した光学パネル１の一例を示したものであり、この光学パネル１は、照明器具用パネル等に使用されて光方向を制御する機能を有しており、少なくとも一つ以上の面に複数個のプリズム形状からなるプリズムアレイ面４を有し、各々のプリズム形状において、プリズムを構成する少なくとも一つ以上の面を拡散面３とし、残りの面のうち少なくとも一つ以上の面を鏡面２として構成されている。ここでは、個々のプリズム形状のピッチＰが例えば０．０５ｍｍ〜５ｍｍ程度の微小なプリズムアレイ面４で構成されている。

図３は、図２におけるプリズムアレイ形状面１４の一部を拡大して示したものであるが、一個のプリズム形状は、複数個の面で構成されており、パネル面９に対して略垂直な溝壁となる面を拡散面３（面粗度Ｒａ＝１．０〜５．０程度、好ましくはＲａ＝１．０〜３．０）とし、また、パネル面９に対して略斜面となる面を鏡面２（面粗度Ｒａ＝０．１以下、好ましくはＲａ＝０．０５以下）としている。このようにプリズムの面方向に応じて面粗度状態を規定することにより、好ましい光方向制御特性を得ることができる。

ここで、参考例として、図４に示すように、パネル面９に対して略垂直面となる面も、略斜面となる面も、全ての面が鏡面２である場合には、光学パネル１のプリズムアレイ面４側から入射した光線Ａは、プリズムの略斜面で一度屈折し、パネル内を通過した後、出射する際にも屈折し、狙いの方向へ光を向けることが可能であるが、略垂直面に近い位置に入射した光線Ｂは、プリズムの略斜面で一度屈折した後、略垂直面で反射され、狙いの方向とは逆の方向Ｄへ光を出射してしまい、一方向へ光方向を制御するための光学パネル１としては不適切である。

他の参考例として、図５に示すように、パネル面９に対して略垂直面となる面も、略斜面となる面も、全ての面が拡散面３である場合には、光学パネル１のプリズムアレイ面４側から入射した光線は、プリズムアレイ面４の全面で拡散してしまい、光方向を制御することができず、これも一方向へ光方向を制御するための光学パネル１としては不適切である。

更に他の参考例として、図８に示すように、プリズム形状がパネル面９に対してすべて略斜面のみで構成される場合には、光方向を制御する機能を得るためには、パネル面９に対して正の傾きを持った斜面を鏡面２とし、負の傾きを持った斜面を拡散面３とするか、あるいは、その逆（パネル面９に対して負の傾きを持った斜面を鏡面２とし、正の傾きを持った斜面を拡散面３とする）のように面の傾き方向と、面状態（拡散面３か鏡面２か）を統一することが必要である。

一方、本発明の図３に示した面構成を持つ光学パネル１にあっては、図６に示すように、光学パネル１のプリズムアレイ面４側から入射した光線Ａは、プリズムの略傾斜面（鏡面２）で一度屈折し、パネル内を通過した後、出射する際にも屈折し、狙いの方向へ光を向けることが可能であり、また、略垂直面（拡散面３）に近い位置に入射した光線Ｂは、プリズムの略傾斜面（鏡面２）で一度屈折した後、略垂直面（拡散面３）で拡散されるため、狙いの方向とは逆の方向へ光を強く出射することはなく、パネル全体としては、図７に示すように、一方向へ光方向を制御する効果に優れている。

図９は、図４〜図６で示したモデルに関する光方向制御特性の結果を示したものである。曲線が膨らんでいる方向（配光強方向）ｅに対して出射している光束が多いことを示しており、図９のイで示した図６のモデル（略斜面が鏡面２、略垂直面が拡散面３、特に拡散面３面粗度：Ｒａ＝１．５レベル）が光方向制御特性に優れていることがわかる。図９のロは同じく図６のモデル（拡散面３面粗度：Ｒａ＝０．５レベル）を示している。なお、図９のハは図４のモデル（プリズム形状が全面鏡面２）、図９のニは図５のモデル（プリズム形状が全面拡散面３（拡散面３面粗度：Ｒａ＝１．５レベル）をそれぞれ示している。

ところで、図１０（ｂ）に示すように、プリズムアレイ面４の略傾斜した鏡面２が一直線上に形成されている場合には、鏡面２で屈折した光線Ａの一部Ａ１が略垂直な拡散面３にぶつかり拡散される。このため、拡散面３で拡散される光線が増加してしまい、より多くの光線を一方向に配光制御することが困難となる。そこで、本例では、図１０（ａ）に示すように、略傾斜した鏡面２における拡散面３に近い側の先端部分に屈折した屈折斜面５０を形成し、この屈折斜面５０のパネル面９に対する傾きを屈折斜面５０以外の斜面部分よりも小さくすることによって、この傾きの小さい屈折斜面５０で屈折する角度が変り、その結果、拡散面３で拡散される光線Ａ１の量が減少し、より多くの光線を一方向に配光制御することが可能になる。また、鏡面２の屈折斜面５０を例えば三面以上の複数面に細かく分割してもよく、この場合、一方向に配光制御できる光線量を更に増やすことができるものである。

図１１〜図１６は、上記構成の光学パネル１を成形するための光学パネル用金型１１の製造工程の一例を示している。この光学パネル用金型１１におけるプリズムアレイ形状面１４が形成される金型型部ブロック１０には、拡散面３を形成するための拡散面形成用金型部１３と、鏡面２を形成するための鏡面形成用金型部１２とを備えている。ここでは、一つの拡散面形成用金型部１３が光学パネル１の一つの拡散面３（図６）に対応し、一つの鏡面形成用金型部１２が光学パネル１の一つの鏡面２（図６）に対応しており、金型型部ブロック１０には、拡散面形成用金型部１３と鏡面形成用金型部１２とが交互に複数個連続したプリズムアレイ形状面１４が構成されている。この金型型部ブロック１０の材質としては、銅、真鍮、ニッケル、アルミニウム、亜鉛合金またはＳ５５Ｃ等の鋼材上に銅、ニッケルを０．５〜１０ｍｍ程度の厚みにメッキしたものが例として挙げられる。

次に、金型型部ブロック１０（ワーク）にプリズムアレイ形状面１４を形成するにあたっては、先ず図１１に示すように、拡散面形成用金型部１３を形成するための第１の面１３ａ（略垂直面）に、形成しようとする拡散面形成用金型部１３の概略形状を形成し、鏡面形成用金型部１２を形成するための第２の面１２ａ（略傾斜面）に、形成しようとする鏡面形成用金型部１２の概略形状を形成する。このようなプリズムアレイ形状面１４の概略形状を形成する例としては、図１２に示す往復切削用の切削工具６、或いは図１３に示す回転切削用の切削工具６′を用いる。これらの切削工具６，６′は、いずれも、プリズムアレイ形状面１４の断面形状を反転させた断面略三角形状を有している。

ここで、図１２の往復切削方法に使用する切削工具６としては、超硬バイトや、単結晶ダイヤモンドバイト、或いは焼結ダイヤモンドバイト等が挙げられる。切削送り速度は６〜７ｍ／分程度、１回の切削での切り込み量は３０〜５０μｍ程度が望ましい。一方、図１３の回転切削方法に使用する切削工具６′としては、回転砥石等が挙げられる。切削時の回転速度は、φ２００程度の回転砥石の場合は２０００〜２５００ｒｐｍ程度、切削送り速度は１５〜２５ｍ／分程度、１回の切削での切り込み量は３０〜５０μｍ程度が望ましい。

そして、上記往復切削用の切削工具６を図１２（ｂ）の矢印ホで示す方向に往復させることにより、或いは、上記回転切削用の切削工具６′を図１３（ｂ）の矢印ヘで示す方向に回転させることにより、図１１に示すような概略形状の第１の面１３ａと第２の面１２ａとを切削加工により形成することができる。

その後、上記概略形状のプリズムアレイ形状面１４に対してブラスト加工を施す。ブラスト粒子については、サンド、ビーズ等の例があるが、粒子の形状としては、突起部分が多いサンドブラストを用い、粒子径は５００〜２０００番程度のブラスト番手が望ましい。また図１４に示すように、最終的に拡散面３が必要な第１の面１３ａのみにブラスト粒子がぶつかるように斜め方向トからブラスト加工を行うことが望ましい。つまり第２の面１２ａと略平行な方向からブラスト粒子を概略形状のプリズムアレイ形状面１４の全面に亘って吹きつけることによって、ブラスト粒子が主に第１の面１３ａに衝突し、第１の面１３ａには拡散形状を有する拡散面形成用金型部１３が形成される。

その後、金型型部ブロック１０のプリズムアレイ形状面１４のうちの第２の面１２ａ（最終的に鏡面形成用金型部１２となる略傾斜面）のみを鏡面とする。この方法の一例を図１５、図１６に示す。

図１５では、切削工具６として単結晶ダイヤモンドを用いている。この刃物７の断面形状は、金型１１の最終的なプリズムアレイ形状面１４の断面形状における略垂直面（最終的に拡散面形成用金型部１３となる面）から距離Ｓ（約１０〜２０μｍ）だけオフセットした形状となっている。また、プリズムアレイ形状面１４の第２の面１２ａにおいて図１０（ａ）に示す光学パネル１の屈折した屈折斜面５０に対応する屈曲面５１が得られるように、単結晶ダイヤモンドからなる切削工具６には斜面５２が形成されている。そしてこの切削工具６による切削方法としては、全面が拡散面形状となっている金型型部ブロック１０のプリズムアレイ形状面１４のうち、最終的に拡散面３が必要な拡散面形成用金型部１３（略垂直面）に接触しないように、１０〜２０μｍオフセットした位置に切削工具６を位置決めし、第２の面１２ａのみを切断できるようにする。切削送り速度は６〜７ｍ／分程度、１回の切削での切り込み量は５〜１０μｍ程度が望ましい。またこのとき、図１６に示すように、刃物７の断面形状を光学パネル用金型１１の略垂直面から５°〜１０°程度の勾配θを有する形状にしてもよい。

上記のように単結晶ダイヤモンドからなる切削工具６を用いて第２の面１２ａを鏡面２に仕上げて鏡面形成用金型部１２が形成され、目的とする拡散面形成用金型部１３と鏡面形成用金型部１２とが交互に複数個連続して形成されたプリズムアレイ形状面１４を有する光学パネル用金型１１を製造することができる。

なお、上記第２の面１２ａ（略傾斜面）を鏡面加工する他の方法として、例えば、図１に示すように、円錐形に成形された成形ダイヤモンド工具６０を、予め、形成されている金型１１のプリズムアレイ形状面１４の第２の面１２ａに押しつけるバニシング加工を施すことにより，第２の面１２ａを鏡面２に仕上げることが可能である。このとき成形ダイヤモンド工具６０の母線を曲線とすれば、略傾斜面が曲面となる形状の加工が可能となる。

しかして、プリズムアレイ形状面１４を概略形状に切削加工した後に、ブラスト加工による拡散面形成用金型部１３の形成工程と、鏡面仕上げによる鏡面形成用金型部１２の形成工程とを行うだけでよいので、従来のようなレジスト塗布工程、露光・現像工程、エッチング工程、レジスト除去工程を行う場合と比較して、本発明では金型１１完成までの工程数が少なくなり、生産性が大幅に向上することとなる。しかも、ブラスト加工によって粗面形成を行うので、従来のエッチングと比較して、簡便に拡散面形状の加工を行うことが可能となり、形状の再現性の点できわめて優位であるうえに、拡散面形状の精度がきわめて高くなり、従って、成形された光学パネル１の拡散面３において十分な配光特性を得るための面粗度を確保することが容易になるという利点もある。

ここで、本発明においては、前記切削工程において、金型型部ブロック１０の被切削面の表面の材質を銅メッキとしている。例えばＳＵＳ３０４、４２０等の母材に純銅メッキを施すのが望ましい。このメッキ厚は例えば１００〜３０００μｍ程度とする。ただし、メッキに要する時間等を考慮すると、メッキ厚は１００〜４００μｍ程度が好ましい。また、硬度はＨｖ２００〜２２０程度とすることで、２００００〜１０００００ショットの成形寿命に耐えることが可能となる。この実施形態は請求項１と対応するものである。しかして銅メッキをその総厚よりも薄い厚みで切削してプリズム形状を形成することによって、切削工具６の寿命を長くできると共に、金型１１の寿命を長くでき、殊に純銅メッキとすることで、含有成分のばらつき等による品質不良が発生する心配もなくなる。

図１７〜図１９は、光学パネル用金型１１の製造方法の他例を示している。本方法では、最初に切削加工によってプリズムアレイ形状面１４の概略形状加工を行うと同時に、この概略形状のプリズムアレイ形状面１４の全面に亘って鏡面加工を施す。プリズムアレイ形状面１４の概略形状加工方法としては、前記図１１〜図１３と同様な超硬バイトや単結晶ダイヤモンドバイト等による切削加工によって行う。また、プリズムアレイ形状面１４全面に鏡面仕上げを行う方法としては、前記図１４または図１５のような単結晶ダイヤモンド工具や成形ダイヤモンド工具等を用いて行う。

その後、最終的に鏡面形成用金型部１２として残すべき第２の面１２ａのみに高硬度コーティング５を被覆する。高硬度コーティング５を施す方法の一例を図１７に示す。コーティングの種類としては、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｒ等があり、表面硬度としてはＨｖ２５００〜３０００である。コーティングの方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、及び蒸着法などがある。これらの方法は、形状のカゲになる部分についてはコーティングがつきにくいため，図１７のようなセッティングにより、略傾斜面（鏡面形成用金型部１２となる鏡面仕上げされている面）のみにコーティングされ、略垂直面（第１の面１３ａ）についてはコーティングされないか、されてもオングストロームレベルの厚みとなる。なお図１７中の矢印リはコーティングの方向を示し、２０はコーティングの蒸発源、２１はワーク載置台を示している。

そして図１８に示すように、略傾斜面（鏡面形成用金型部１２となる鏡面仕上げされている面）のみに高硬度コーティング５を被覆した後に、プリズムアレイ形状面１４の全面にブラスト加工を施す。このとき、図１８の矢印トで示すように、最終的に拡散面形成用金型部１３となる第１の面１３ａのみにブラスト粒子がぶつかるように斜めからブラスト加工を行うことにより、高硬度コーティング５の表面は鏡面形状が残り、従って、最終的には、図１９に示すように、高硬度コーティング５を被覆していない第１の面１３ａのみに拡散面形成用金型部１３を形成することができると共に、高硬度コーティング５の表面が鏡面形成用金型部１２となる。

図２０は光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例として、切削工具６の両側の切削面６ａが拡散面形状になっている例を示している。図２０に示すように、予め拡散面形状で構成された切削工具６で金型１１のプリズムアレイ形状面１４を概略形状に切削加工した後に、略傾斜した第２の面１２ａのみを鏡面仕上げすることによって、目的とする金型型部ブロック１０のプリズム形状を得ることができる。ここで、切削工具６を超硬バイトとした場合には、切削送り速度は６〜７ｍ／分程度、１回の切削での切り込み量は５０〜１００μｍ程度が可能であり、簡便に早く形状の加工を行うことが可能である。一方、切削工具６を焼結ダイヤモンドバイトとした場合は、切削送り速度は６〜７ｍ／分程度、１回の切削での切り込み量は３０〜５０μｍ程度が可能であり、超硬バイトと比較して、加工時間がかかるが、拡散面形状の精度が高く、形状の再現性の点で優位である。なお、第２の面１２ａを鏡面仕上げする方法としては、前記図１５または図１６のような単結晶ダイヤモンド工具や成形ダイヤモンド工具等を用いて行うことができる。

図２１は図２０の変形例を示している。ここでは、切削工具６として焼結ダイヤモンドバイトを用い、その片側の切削面６ｂを平滑面とし、他側の切削面６ｃを拡散面形状としたものを用いることによって、拡散面加工と鏡面加工とを同時に行うことができ、これにより金型型部ブロック１０に拡散面形成用金型部１３と鏡面形成用金型部１２とを同時に形成することができ、製造工程数を一層削減できるものとなる。

図２２は光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例を示している。ここでは、プリズムアレイ形状面１４を概略形状に加工すると同時に、このプリズムアレイ形状面１４全面に鏡面仕上げを行った後に、切削工具６を用いて第１の面１３ａを拡散面形状に加工する。なお鏡面加工方法としては、前記図１５または図１６のような単結晶ダイヤモンド工具や成形ダイヤモンド工具等を用いて行うことができる。ここで、上記第１の面１３ａを切削工具６を用いて拡散面形状に加工するにあたっては、切削工具６の先端が、略垂直な第１の面１３ａに形成される拡散面形状の断面形状と同じであるものを使用し、微小ピッチずつ切削工具６を送ることにより（送りピッチは、１〜５μｍ程度が望ましい）、第１の面１３ａを拡散面形状に切削して拡散面形成用金型部１３を形成することができる。なお切削工具６としては、単結晶ダイヤモンドバイト、または、焼結ダイヤモンドバイトが望ましい。またこのとき、切削工具６の刃物７の刃先７ａの下面をプリズムアレイ形状面１４の略傾斜面形状と一致させることにより、プリズムアレイ形状面１４の概略形状加工、略傾斜面形状の鏡面化、及び略垂直面の拡散面形状加工が同時に可能となり、製造工程数を一層削減できる。また、切削用ダイヤモンドバイトを微小ピッチずつ送り移動することで、拡散面形状の精度がきわめて高くなるという利点もある。

図２３は光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例を示している。本例では、プリズムアレイ形状面１４の断面形状を反転させた断面形状を有する放電電極９０を用いて、プリズムアレイ形状面１４を概略形状に加工形成すると同時に、第１の面１３ａ及び第２の面１２ａを拡散面形状に加工し、その後、第２の面１２ａのみに鏡面仕上げを行うものである。ここで概略形状のプリズムアレイ形状面１４に加工するために用いる放電電極９０の材質としては、例えばカーボン、または、銅が望ましい。そして放電電極９０に電流に流す電流値、及び、電流のオン、オフのインターバルをパラメータとすることにより、プリズムアレイ形状面１４の概略形状の加工と同時に、図２３に示すように、プリズムアレイ形状面１４全面において拡散面形状を形成することが可能である。また最後に第２の面１２ａを鏡面仕上げする方法としては、前記図１５または図１６のような単結晶ダイヤモンド工具や成形ダイヤモンド工具等を用いて行うことができる。

なお、図２３の変形例として、図２４に示すように、放電ワイヤー２３による放電加工にて、プリズムアレイ形状面１４の概略形状の加工と同時に、形状全面について拡散面形状を形成することも可能である。この方法によれば、曲面形状等の加工も可能となり、プリズムアレイ形状の自由度が増すという利点がある。

図２５、図２６は光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例を示している。本例では、振動切削加工方法により概略形状のプリズムアレイ形状面１４を形成した後に、第１の面１３ａを拡散面形状に加工して拡散面形成用金型部１３を形成し、その後、第２の面１２ａを鏡面仕上げして鏡面形成用金型部１２を形成するものである。ここでは、振動切削加工に用いる切削工具６のクランプ部２５に超音波振動子２６、またはピエゾ素子等を設置し、切削時に微小振動を加えながら切削加工を行うものである。そして、プリズムアレイ形状面１４を概略形状に加工した後で、プリズムアレイ形状面１４の第１の面１３ａを拡散面形状に切削する。このとき図２５の矢印Ｅで示す左右方向に微小振動を繰り返しながら切削を行うことで、第１の面１３ａにおいて目的とする拡散面形状を得ることができる。ここで振動の条件としては、例えば振幅５〜２０μｍ、周波数１５〜２５ｋＨｚ程度のものが望ましい。またこの方法によると、図２６に示すように、切削方向Ｅに対して垂直方向に凹凸形状を有する拡散面形状を形成することが可能であり、このとき前記図２２に示す切削工具６の先端を微小ピッチずつ移動させる方法と併用することによって、二次元的な拡散面形成用金型部１３を容易に形成することができる。なお図２６中のＧは加工前の略垂直面、Ｈは加工後の略垂直面をそれぞれ示している。

図２７は、光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例を示しており、一度粗面化させた第２の面１２ａ（最終的に鏡面形成用金型部１２となる略斜面）を切削工具６により鏡面加工する際に、切削工具６の刃物７を、予め粗面化させた拡散面形成用金型部１３から１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲で間隔（以下、オフセット量Ｍという。）をあけて、切削を行うようにしている。切削工具６は、例えば単結晶ダイヤモンドからなる刃物７が用いられる。また刃物７の断面形状は、プリズムアレイ形状面１４の拡散面形成用金型部１３と接触しないように上記所定のオフセット量Ｍをあけて、第２の面１２ａのみを切削できるような略Ｖ字状をしている。

しかして、予めプリズムアレイ形状面１４全体が拡散面形状となっているワーク（金型型部ブロック１０）に対して、最終的に拡散面が必要な拡散面形成用金型部１３に接触しないように、切削工具６を拡散面形成用金型部１３から１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲でオフセットした位置にくるように、切削工具６を位置決めし、切削送り速度を６〜７ｍ／分程度にして、第２の面１２ａのみを切削する。ここで、オフセット量Ｍが１０μｍよりも小さいと、第２の面１２ａの切削時に発生する切削切り粉によって予め粗面化させた拡散面形成用金型部１３を擦ってしまい、そのために面粗度が小さくなってしまい、この金型１１で成形された光学パネル１は十分な光学特性が得られなくなる。逆に、図２８（ｂ）に示すように、オフセット量Ｍ´が３０μｍよりも大きいと、この金型１１で成形された光学パネル１は、鏡面２の面積がオフセット量Ｍの分だけ小さくなり、そのために片側に配光させる割合が減少し、十分な光学特性を得ることができなくなる。

この方法によれば、拡散面形成用金型部１３に対する切削工具６のオフセット量Ｍを１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲、好ましくは２０μｍ以上、２５μｍ以下の範囲に設定して、切削することによって、拡散面形成用金型部１３の面粗度を確保できるようになり、この金型１１で得られる光学パネル１は、図２８（ａ）に示すように、片側に配光させる割合が増加し、より望ましい光学特性を得ることが可能となる。

なお、図２７の例では、拡散面形成用金型部１３に沿って切削工具６をオフセットした場合を説明したが、例えば図２９に示すように、拡散面形成用金型部１３に対して５〜１０°程度の勾配θを持たせてオフセットするようにしてもよい。この場合においても、拡散面形成用金型部１３に対する切削工具６のオフセット量Ｍを１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲に設定して、切削することによって、光学パネル１のより望ましい光学特性を得ることができる。

図３０は、光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例を示しており、一度粗面化させた第２の面１２ａ（最終的に鏡面形成用金型部１２となる略斜面）を切削工具６で鏡面加工する際に、切削工具６の刃物７による１回の切込量Ｎが５μｍ以下となるように切削するようにしている。切込量Ｎが５μｍよりも大きくなると、切削切り粉の発生量が増えて、予め粗面化させた拡散面形成用金型部１３を擦ってしまうからである。なお切削工具６は、例えば単結晶ダイヤモンドからなる刃物７が用いられる。しかして、第２の面１２ａを切削するあたっては、図２７の実施形態と同様に、拡散面形成用金型部１３に対する切削工具６のオフセット量Ｍを１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲に設定し、且つ、１回の切込量Ｎを５μｍ以下、好ましくは、１μｍ以上、２．５μｍ以下に設定し、切削送り速度を６〜７ｍ／分程度にして、第２の面１２ａのみを切削する。この方法によれば、１回の切削で発生する切削切り粉の量が微量であるために、切削時に切削切り粉によって、予め粗面化させた拡散面形成用金型部１３を擦るのを防止できる。従って、拡散面形成用金型部１３の面粗度を確保できると共に、鏡面形成用金型部１２の切削時における１回の切込量Ｎを５μｍ以下に設定することで、鏡面形状の精度を高めることができ、形状の再現性の点で優位となり、このような金型１１で得られる光学パネル１は、より望ましい光学特性を得ることが可能となる。

図３１は、光学パネル用金型１１の製造方法の更に他例を示しており、一度粗面化させた第２の面１２ａ（最終的に鏡面形成用金型部１２となる略斜面）を切削工具６により切削する際に、最終切込量Ｌの合計が１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲となるように切削するものである。１０μｍよりも小さいと、一度粗面化させた凹凸が完全に除去されずに残り、また３０μｍよりも大きいと、この金型１１で成形される光学パネル１において、前記図３２（ｂ）に示すように、配光させたい方向と逆方向に光が反射する割合が増えるために、十分な配光特性を得ることができなくなるからである。なお切削工具６は、例えば単結晶ダイヤモンドからなる刃物７が用いられる。しかして、第２の面１２ａを切削するあたっては、図２７の実施形態と同様に、拡散面形成用金型部１３に対する切削工具６のオフセット量Ｍを１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲に設定し、切削送り速度を６〜７ｍ／分程度とし、且つ、最終切込量Ｌの合計が１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲となるように第２の面１２ａのみを切削する。この方法によれば、一度粗面化させた第２の面１２ａに形成された凹凸を完全に削り取ることができる。特に、最終切込量Ｌの合計が１０μｍ以上、３０μｍ以下の範囲、好ましくは２０μｍ以上、２５μｍ以下に設定して切削することにより、鏡面形成用金型部１２の平滑性を確保でき、このような金型１１で得られる光学パネル１は、前記図３２（ａ）に示すように、拡散面３の面粗度を確保できると同時に、配光させたい方向と逆方向に光が反射する割合が減少することで、十分な配光特性を得ることが可能となる。

また、前記各実施形態において、最終的な金型プリズム形状の粗面化させた拡散面形成用金型部１３（略垂直面）の面粗度はＲａ０．６６以上、１．５以下であるのが望ましい。図３３に面粗度Ｒａと光学パネル１の配光割合（％）との関係を示す。ここで、拡散面形成用金型部１３の面粗度Ｒａを０．６６以上、１．５０以下（好ましくは０．６６以上、１．４０以下）とすることにより、光学パネル１の配光割合として必要な６０．２％を確保することができ、光学パネル１の十分な光学特性を確保できる。さらに有効な配光特性を得るためには、面粗度Ｒａを０．８８以上、１．１９以下の範囲とするのが望ましい。なお配光割合（％）とは、配光分布図（図９参照）において、０°方向を境界とした場合の「片側光束（光束の多い領域／全光束）」のことである。

また、最終的な金型プリズム形状の粗面化させた拡散面形成用金型部１３（略垂直面）の面形状の平均アスペクト比を、光学パネル１の必要な配光割合を得ることができる所定値以上に設定するのが望ましい。図３４に粗面化させた拡散面形成用金型部１３の面形状の平均アスペクト比と、この金型１１で成形された光学パネル１の配光割合との関係を示す。ここでいう面形状とは、表面粗さ測定機で計測した図３５の面粗度データプロファイルに示される凹凸のことであり、これを部分的に拡大したものを図３６に示す。図３６から平均アスペクト比（＝１／ｎ×（ｂ１／ａ１＋ｂ２／ａ２＋ｂ３／ａ３＋……＋ｂｎ／ａｎ）を算出することができる。この平均アスペクト比を０．６１以上とすることにより、図３４に示すように、光学パネル１の配光割合として必要な６０．２％を確保することができるようになる。さらに有効な配光特性を得るためには、平均アスペクト比を０．７３以上とするのが望ましい。

図３７は、最終的な金型プリズム形状の粗面化させた拡散面形成用金型部１３における面粗度データプロファイルを示したものである。ここでは、拡散面形成用金型部１３（略垂直面）の面粗さ中心に対して、図３７に示す任意の上限値Ｘと下限値Ｙとを設定し、その間の範囲を基準値範囲Ｚとし、面粗度データプロファイルの各ポイント数の中で、基準値範囲Ｚ内に納まるポイント数と、基準値範囲Ｚを越えてしまうポイント数とに分類し、基準値範囲Ｚ内のポイント数とこれを越えるポイント数の割合で面粗度を評価する。図３８は、面粗さ中心に対して上限値Ｘ及び下限値Ｙをそれぞれ１．５μｍずつの幅で設定した場合において、その基準値範囲Ｚを越えるポイント数の割合と配光割合との関係を示している。ここで、基準値範囲Ｚを越えるポイント数の割合を８％以上とすることにより、光学パネル１の配光割合として必要な６０．２％を確保できるようになる。さらに有効な配光特性を得るためには、基準値範囲Ｚを越えるポイント数の割合を１９％以上とすることが望ましい。

また、前記各実施形態において、金型１１の粗面化させた拡散面形成用金型部１３の表面又は表層を、耐磨耗性を有する材料で構成するのが望ましい。この実施形態は請求項２と対応するものである。拡散面形成用金型部１３の表面或いは表層に耐磨耗性を付与する方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、及び蒸着等によるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｒ等のコーティング、或いはＣｒメッキ、或いはＮｉメッキ等の方法が挙げられる。また表面硬度としては、Ｈｖ１０００〜３０００であり、粗面化させた拡散面形成用金型部１３（略垂直面）を保護できると共に、成形による磨耗を防止できる。また、刃物７の寿命を確保できると共に、光学パネル１の光学特性を確保できる。さらに、耐磨耗のコーティングを施さない場合と比較して、金型１１の寿命を５倍〜２０倍に伸ばすことが可能となる。

また、金型１１の粗面化させた拡散面形成用金型部１３の表面に、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下の厚みの保護コーティングを被覆するのが望ましい。つまり、拡散面形成用金型部１３（略垂直面）の面粗度がＲａ０．６６〜１．４１であるので、保護コーティングの厚みを０．１μｍ以上、０．５μｍ以下にすることにより、拡散面形成用金型部１３の粗面形状を保護コーティングで埋めてしまうことがなく、面粗度を確保できる。また、拡散面形成用金型部１３への耐磨耗性の付与と光学パネル１の配光特性の確保とを図るためには、保護コーティングの厚みを０．２μｍ以上、０．３μｍ以下にすることが特に望ましい。

さらに、保護コーティングはＮｉメッキであるのが望ましい。この実施形態は請求項３と対応するものである。このＮｉメッキは簡易的に行うことができると共に、均一な薄膜コーティングが可能となり、コーティング工程の簡易化を図ることができる。

本発明の実施形態の一例の光学パネル用金型の斜視図である。 同上の金型で成形された光学パネルの断面図である。 図２のａ部の拡大断面図である。 同上のプリズムアレイ面が全面鏡面の場合の光線制御の説明図である。 同上のプリズムアレイ面が全面拡散面の場合の光線制御の説明図である。 図３のｂ部の拡大断面図であり、プリズムアレイ面の略垂直面を拡散面とし、略傾斜面を鏡面とした場合の光線制御の説明図である。 図６の光線制御の説明図である。 他の実施形態の光学パネルの断面図である。 同上のプリズム面状態と配光分布の関係を説明する図である。 （ａ）は図３のｂ部における光線の反射状態の説明図、（ｂ）は屈折斜面を設けない場合の光線の反射状態の説明図である。 同上のプリズムアレイ形状面を概略形状に加工した状態の斜視図である。 （ａ）は同上のプリズムアレイ形状面の概略形状を往復切削工具により形成する場合を図１１のｃ方向から見た図、（ｂ）は図１１のｄ方向から見た図である。 （ａ）は同上のプリズムアレイ形状面の概略形状を回転切削工具により形成する場合を図１１のｃ方向から見た図、（ｂ）は図１１のｄ方向から見た図である。 同上の金型型部ブロックのプリズムアレイ形状面の第１の面にブラスト加工を施す場合の説明図である。 同上の金型型部ブロックのプリズムアレイ形状面の第２の面に鏡面加工を施す場合の一例の説明図である。 同上の金型型部ブロックのプリズムアレイ形状面の第２の面に鏡面加工を施す場合の他例の説明図である。 他の実施形態の断面図である。 同上のブラスト加工における粒子の衝突方向の説明図である。 同上のブラスト加工後の拡散面形状の説明図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 図２５の矢印Ｆ方向から見た図である。 更に他の実施形態の断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の刃物のオフセット量と光学パネルの配光効率の関係を説明する概略側面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 更に他の実施形態の断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の刃物のオフセット量と光学パネルの配光効率の関係を説明する概略側面図である。 更に他の実施形態における配光割合と面粗度との関係を示すグラフである。 更に他の実施形態における配光割合と平均アスペクト比との関係を示すグラフである。 更に他の実施形態におけるスキャン距離と面高さとの関係を示すグラフである。 同上の平均アスペクト比の説明図である。 更に他の実施形態における面粗度のデータを示すグラフである。 更に他の実施形態における配光割合と基準値範囲を越えるポイント割合との関係を示すグラフである。 従来のＯＨＰの概略構成図である。 従来のフレネルレンズの断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は従来のフレネルレンズを成形するための金型の製造工程図である。

符号の説明

１ 光学パネル
２ 鏡面
３ 拡散面
４ プリズムアレイ面
５ 高硬度コーティング
６ 切削工具
７ 刃物
７ａ 切削面
９ パネル面
１０ 金型型部ブロック
１１ 光学パネル用金型
１２ 鏡面形成用金型部
１２ａ 第２の面
１３ 拡散面形成用金型部
１３ａ 第１の面
１４ プリズムアレイ形状面
Ｌ 最終切込量
Ｍ 間隔（オフセット量）
Ｎ １回の切込量
Ｘ 上限値
Ｙ 下限値
Ｚ 基準値範囲

Claims (3)

1. パネル面に対して略垂直となる拡散面とパネル面に対して傾斜した鏡面とを有するプリズム形状によって光方向を制御することができる光学パネルを成形するための光学パネル用金型であって、前記光学パネルの鏡面はその先端部分に屈折した屈折斜面が形成されると共に、該屈折斜面のパネル面に対する傾きが屈折斜面以外の斜面部分よりも小さくされ、前記拡散面を形成するための粗面化された拡散面形成用金型部と、鏡面を形成するための鏡面形成用金型部を備え、切削加工により拡散面形成用金型部と鏡面形成用金型部とが形成される金型型部ブロックの被切削面の表面の材質が銅メッキからなることを特徴とする光学パネル用金型。
2. 前記拡散面形成用金型部の表面又は表層が耐磨耗性を有する材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学パネル用金型。
3. 前記拡散面形成用金型部の表面にＮｉメッキからなる保護コーティングを被覆してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学パネル用金型。

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