JP5285181B2 - 導光板の製造方法、及び導光板 - Google Patents

Description

本発明は、導光板の製造方法、及び上記製造方法により製造された導光板に関する。

従来、熱ロール方式等を用いて樹脂を溶融させてから所定の形状に硬化させることにより、該樹脂の表面にドットパターンを形成した導光板がある。この様な導光板において、ドットパターンが導光板の表面に均一に形成されれば、導光板の端面からＬＥＤ光等を入射させた場合に導光板の表面において斑が無く均一に発光する拡散光を得ることが可能である（例えば、特許文献１参照。）。

特願２００６−５１１１２８号公報

しかしながら、前述の導光板において、熱ロール方式等によって導光板の表面に四角錐や円錐等の反射面から成る凹パターン痕を均一に形成するためには、熱ロール方式等に用いられる加工具の先端に設けられた加工部の形状に近似するように、樹脂の表面を部分的に精度良く溶融して凹パターン痕を形成する必要がある。ところが、樹脂を溶融させた際に発生した樹脂屑が加工部の先端に付着したり、加工部の先端に残留した樹脂屑が新たに形成する樹脂の凹パターン痕に付着したり、冷却時間が足りない場合には溶融した凹パターン痕の変形が発生することなどにより、樹脂の表面に複数の均一な凹パターン痕を形成できないという問題があった。

本発明はこの様な実情に鑑みてなされたものであり、超音波加工用ホーンを用いた導光板基材に対する加工条件を制御することにより、導光板基材の主面に対して設計値に近似した形状の凹パターン痕を形成することができる導光板の製造方法、及び上記製造方法により製造された導光板を提供することを目的とする。

上記したような課題を解決する為に、本発明の一態様は、超音波発振器と、該超音波発振器から供給された駆動信号に基づいて駆動するホーン部と、を有する超音波加工部を備えた導光板製造装置により、前記導光板基材の表面に超音波処理を施す導光板の製造方法であって、前記ホーン部を降下させ、該ホーン部の先端部を前記導光板基材の主面に当接させ、該ホーン部に所定の印加時間だけ超音波を印加し、前記導光板基材を部分的に溶解させ所定の深さまで前記ホーン部の先端を降下させ、前記導光板基材を部分的に溶解して、凹パターン痕を前記導光板の表面に形成する第１の工程と、前記ホーン部への前記超音波の印加を停止し、前記導光板基材を冷却する第２の工程と、前記ホーン部を上昇させる第３の工程と、を備え、前記超音波の印加時間と前記凹パターン痕の深さとが比例関係にあることを特徴とする。

本発明に係る導光板製造装置及び導光板の製造方法によれば、超音波加工用ホーンを用いた導光板基材に対する加工条件を制御することにより、導光板基材の主面に対して設計値に近似した形状の凹パターン痕を形成することができる。

本発明の第１の実施形態の導光板製造装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態の導光板製造装置における超音波加工部のＸ軸方向に係る導光板基材の加工開始高さの検知を示す模式図であり、（ａ）は導光板基材の加工開始高さの検知動作を開始する前の状態を示す模式図、（ｂ）は導光板基材の加工開始高さの検知動作中の状態を示す模式図、（ｃ）は導光板基材の加工開始高さの検知動作が完了した状態を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の導光板製造装置における導光板基材に対する超音波加工用ホーンの押下及び位置の保持に伴う超音波加工用ホーンに印加する超音波のタイミングに係るタイムチャートを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の導光板の製造方法における超音波加工用ホーンを用いた導光板基材への加工を示す模式図である。

以下、本発明の導光板製造装置、導光板の製造方法、及び導光板に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の導光板製造装置、導光板の製造方法、及び導光板は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。

［第１の実施形態］
まず本願発明に係る導光板製造装置の構成について図１及び図２を参照しながら説明し、次に本願発明に係る導光板の製造方法について図３及び図４を参照しながら説明する。なお、本願発明に係る導光板については、導光板の製造方法に係る説明の過程で図４等を参照しながら随時説明する。

まず、本願発明に係る導光板製造装置１の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。

導光板製造装置１は、図１に示すように、導光板製造装置１を構成する部材を搭載するための機台１０と、加工対象物としての導光板基材Ｄを加工可能とする様に配置する作業台２０と、作業台２０上に導光板基材Ｄを固定する固定機構と、導光板基材Ｄに超音波加工処理を施す超音波加工部３０と、入力された加工情報に基づいて超音波加工部３０を移動させる移動機構４０とを備える。この様な導光板製造装置１は、図示せぬ制御部の制御に基づき移動機構４０により超音波加工部３０を移動させて導光板基材Ｄに対して押下することにより、導光板基材Ｄ上の所定の位置に超音波加工処理を施す。なお、説明の便宜上、各図面に示す三次元直交座標又は二次元直交座標を用いて説明を行う。以下、導光板製造装置１を構成する各構成部材について具体的に説明する。

機台１０は、導光板製造装置１を構成する部材を搭載するための台であり、上段板１１及び下段板１２の２段構成を備える箱型の台である。機台１０の上段板１１には、作業台２０及び移動機構４０が設けられている。また機台１０の下段板１２には、真空ポンプ２３及び超音波発振器３１が搭載されている。また、機台１０の側面には、ユーザが導光板基材Ｄの加工方法に関する加工情報を入力すると共に、導光板製造装置１全体の制御を行う操作部１３が設けられている。さらに機台１０の下面の角部には、導光板製造装置１全体を移動可能とすると共に、導光板製造装置１の傾きを調整可能な調整脚１４が設けられている。

作業台２０は、加工対象物としての導光板基材Ｄを加工可能とする様に配置する台である。この様な作業台２０において、固定機構は真空ポンプ２３を駆動して孔２２内部を減圧することにより、導光板基材Ｄを作業台２０上に真空吸着するものである。この様な固定機構は、真空ポンプ２３と、該真空ポンプ２３に接続された図示せぬチューブ材と、孔２２内部に配設された図示せぬ真空チャックと、該真空チャックを個別に制御する図示せぬ制御部材によって構成される。

超音波加工部３０は、導光板基材Ｄに超音波加工処理を施すためのものである。この様な超音波加工部３０において、ホーン部３２は、超音波発振器３１から供給された駆動信号に基づいて導光板基材Ｄの表面に超音波加工処理を施す。この様なホーン部３２は、図２（ｂ）に示す様に、導光板基材Ｄと接触することで、導光板基材Ｄに振動を伝達し、導光板基材Ｄの表面に超音波加工処理を施す先端部３４と、図示せぬピエゾ圧電素子、及びコーン部材を備える振動子３３と、振動子３３の一部を被覆する図示せぬ振動子ケースとによって構成される。

また、超音波加工部３０において、超音波加工部３０全体を移動させる場合には移動機構４０を用い、導光板基材Ｄの表面に加工すべき模様に応じてホーン部３２をホーン移動部によりＺ軸方向に移動させる。例えば、導光板製造装置１を用いて複数の凹パターン痕を加工する場合は、ホーン移動部を用いてホーン部３２を移動させることで、導光板基材Ｄ上に効率的に超音波加工処理を施すことが可能となる。この様なホーン移動部は、図示せぬコンプレッサーと接続された図示せぬエアシリンダーを用いてホーン部３２を垂直方向に移動させる。なお、本実施形態においてはエアシリンダーを用いてホーン部３２を垂直方向に移動させるが、ホーン部３２内部に弾性部材を設け、ホーン部３２の自重と弾性部材の復元力を用いてホーン部３２を垂直方向に移動させるものであっても良い。

なお、超音波加工部３０に係る導光板基材Ｄの加工開始高さの検知機構を、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）に示すように、超音波加工部３０は、その自重等により下方向に加重されており、これを支えるためにプレート４７には、支持ブロック４８を介して微妙な位置調整が可能なストッパ部材４９が形成されている。ここで、超音波加工部３０が操作部１３を介して入力された加工情報に基づき下方向へ移動を開始し、導光板基材Ｄの近傍にて下方向への移動速度を減速した後に、最初にホーン部３２の先端が導光板基材Ｄの表面に接触して、図２（ｂ）に示すように超音波加工部３０は停止することになる。さらに、可動テーブル４６が下降を継続すると、超音波加工部３０は上方向に移動し、図２（ｃ）に示すように超音波加工部３０とストッパ部材４９とが離間し、この部分での通電が解除されることになる。

移動機構４０は、入力された導光板基材Ｄの加工方法に関する加工情報に含まれる位置情報に基づいて超音波加工部３０を移動させるためのものである。この様な移動機構４０は、上段板１１上に固定されたＸ軸レール部材４１と、Ｙ軸レール部材４２と、Ｚ軸レール部材４３とによって構成される。ここで、超音波加工部３０は、Ｚ軸レール部材４３に沿って、Ｚ軸方向に移動可能に形成されている。

次に本願発明に係る設計値に近似した凹パターン痕を精度良く形成する導光板の製造方法について図３及び図４を参照しながら説明する。なお、本願発明に係る導光板については、導光板の製造方法に係る説明の過程で図４等を参照しながら説明する。

導光板の製造方法において、図４（ａ）に示すように、超音波加工用ホーンであるホーン部３２が導光板基材Ｄに対して降下することにより、ホーン部３２の先端部３４の加工部位３４Ａが導光板基材Ｄの主面に当接すると、図２（ｃ）を参照しながら前述した通りストッパ部材４９により該当接が検知される。なお、図４には導光板基材Ｄに対して四角錐形状から成る４行４列のマトリクス状の凹パターン痕を形成する例を示している。ここで、導光板基材Ｄの主面に加工部位３４Ａが当接したことが検知された時間を時刻ｔａとする。この時刻ｔａに、超音波印加タイマー及びホールドタイマーがスタートし、超音波発振器３１の制御に基づいてホーン部３２に超音波が印加される。なお、超音波印加タイマー及びホールドタイマーの作動時間は、超音波発信器３１に予め設定されている。具体的には、ホールドタイマーの作動時間は後述する時刻ｔｄ迄であり、超音波印加タイマーの作動時間は後述する時刻ｔｃ迄である。また、ホールドタイマーのタイムアップ信号は図示せぬ制御部のシーケンサに入力され、ホーン部３２を後述する時刻ｔｄにおいて上昇させるトリガに使用する。

なお、ホーン部３２の先端部３４の加工部位３４Ａが導光板基材Ｄに接触している間、ホーン部３２において発生している超音波振動に係るエネルギーが導光板基材Ｄに伝達され、加工部位３４Ａと接触している導光板基材Ｄが部分的に溶解して、凹パターン痕が導光板基材Ｄの表面に徐々に形成される。ここで、時刻ｔａから所定の時間が経過して時刻ｔｂになると、ホーン部３２の降下が停止される。この時刻ｔｂには、導光板基材Ｄの主面に設計上の所定の深さの凹パターン痕が形成されているものの、図４（ｂ）に示すように、導光板基材Ｄに形成された凹パターン痕の表面部Ｄ１は形成直後のため平坦では無く高温であり、且つ凹パターン痕の周辺部Ｄ２は超音波加工により高温になっている。

この状態で、もしホーン部３２を上昇させると、加工部位３４Ａの形状が導光板基材Ｄの凹パターン痕に十分に転写されていないことから設計値に近似した形状とはならない。さらに、超音波加工に起因して凹パターン痕の表面部Ｄ１と周辺部Ｄ２が十分に硬化していないため、ホーン部３２の先端部３４の加工部位３４Ａが導光板基材Ｄの凹パターン痕に粘着した状態で離間することになり、凹パターン痕の形状が崩れてしまう。そこで、時刻ｔｃまでホーン部３２への超音波の印加を継続する。

時刻ｔｃになると、図４（ｃ）に示すように、導光板基材Ｄに形成された凹パターン痕の表面部Ｄ３は、凹パターン痕が形成されてから十分に時間が経過したことから、凹パターン痕に残留していた歪み等が除去され、加工部位３４Ａの形状に沿った反射面を備えている。すなわち、時刻ｔｃでは、導光板基材Ｄの凹パターン痕の表面部Ｄ３に加工部位３４Ａの形状が十分に転写されていることから設計値に近似した形状となっている。しかし、超音波加工に起因して凹パターン痕の表面部Ｄ３と周辺部Ｄ２は十分に硬化していない。そこで、時刻ｔｃにおいて、ホーン部３２に対する超音波の印加を停止することにより、導光板基材Ｄに形成した凹パターン痕の表面部Ｄ３と周辺部Ｄ２を冷却させる。

時刻ｔｄになると、図４（ｄ）に示すように、導光板基材Ｄに形成した凹パターン痕の
表面部Ｄ３と周辺部Ｄ２は十分に冷却された温度に下がっている。具体的には、時刻ｔｄになると、例えば導光板基材Ｄであるアクリル樹脂の温度が、該アクリル樹脂の軟化温度である９０℃付近から下がり、十分に冷却された状態になっている。そこで、時刻ｔｄにおいて、ホーン部３２を上昇させる。ここで、導光板基材Ｄに形成された凹パターン痕は、加工部位３４Ａの形状が導光板基材Ｄの凹パターン痕に十分に転写されていることにより設計値に近似した形状である。よって、導光板基材Ｄの凹パターン痕の表面部Ｄ３と周辺部Ｄ２が十分に冷却されたことにより硬化しているため、ホーン部３２を上昇させた時に加工部位３４Ａが、導光板基材Ｄの凹パターン痕の表面部Ｄ３から表面部Ｄ３の形状に影響を与えることなく離間する。なお、時刻ｔｅ乃至時刻ｔｈにおける導光板の製造方法は、時刻ｔa乃至時刻ｔｄにおける導光板の製造方法と同様である。

また、時刻ｔｃ乃至時刻ｔｄまでの時間は、導光板基材Ｄの材質や製造に係るタクト等を考慮して、例えば０．０５秒から０．３秒の間で設定する。同様に、時刻ｔｂ乃至時刻ｔｄまでの時間は、例えば時刻ｔａ乃至時刻ｔｂまでの時間の２倍程度に設定する。また、超音波加工用ホーンの先端高さはホーン部３２の先端部３４の加工部位３４Ａの高さであり、移動時の高さｈ１は導光板基材Ｄの主面の位置である超音波加工の加工開始高さｈ２を基準として例えば２ｍｍに設定する。同様に、超音波加工の加工完了深さｈ３は導光板基材Ｄの主面の位置である超音波加工の加工開始高さｈ２を基準として例えば０．７３ｍｍに設定する。

ここで、時刻ｔａ乃至時刻ｔｃまでの時間は、以下の通り設定する。例えば、凹パターン痕の深さに係る設定値を、それぞれ０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、及び０．１５とすると、導光板基材Ｄに形成される実際の凹パターン痕の深さは、それぞれ０．７３ｍｍ、０．７６ｍｍ、０．７９ｍｍ、０．８２ｍｍ、及び０．８５ｍｍとなる。すなわち、凹パターン痕の深さに係る設定値を０．０１増やす毎に、導光板基材Ｄに形成される実際の凹パターン痕の深さが０．０３ｍｍずつ深くなる。この様に凹パターン痕の深さに係る設定値に基づき超音波加工部３０に係る超音波の印加時間を制御することで、導光板基材Ｄに形成する凹パターン痕の深さを高精度で変化させることができる。

例えば０．７３ｍｍの深さの凹パターン痕を得るためには、下記の一般式（１）で表される超音波加工部３０への超音波の印加時間をＴ[秒]＝（０．１＋０．０１）×１．１＝０．１２１秒とすれば良い。すなわち、凹パターン痕の深さが、それぞれ０．７３ｍｍ、０．７６ｍｍ、０．７９ｍｍ、０．８２ｍｍ、及び０．８５ｍｍになるように、０．０３ｍｍずつ深く加工するためには、超音波を印加する増加時間△Ｔ[秒]を０．０１×１．１＝０．０１１秒ずつ長くすれば良い。

なお、ｔ１は加工基準深さを得るための時間であり、具体的にはホーン部３２の先端部３４を導光板基材Ｄの表面から所定の加工深さまで降下させる時間である。同様に、ｔ２は凹パターン痕の深さに係る所定の変化量を得るための時間であり、具体的には超音波加工部３０に設けられたホーン部３２の先端部３４を導光板基材Ｄの表面に継続して当接させている延長時間である。同様に、係数Ｋは、設計上の凹パターン痕深さを得るための補正係数である。また、ｔ１は、マルチホーンの先端数（加工ドット数）及び加工材料の加工仕様によって適宜に変更可能である。また、ｔ２及びＫは、加工材料の加工仕様によって適宜に変更可能である。

また、上述した導光板の製造方法では、超音波加工用ホーンであるホーン部３２に対する超音波の印加を、所定の時刻に基づいてＯＮ又はＯＦＦする制御する構成として説明したが、この様な構成に限定されることはない。具体的には、時刻ｔｂから時刻ｔｃの時間内にホーン部３２へ印加する超音波の電気エネルギーを、時刻ｔａから時刻ｔｂの時間内にホーン部３２へ印加する超音波の電気エネルギーよりも減少させる制御方法とする構成としても良い。同様に、時刻ｔｃから時刻ｔｄの時間内において、ホーン部３２への超音波の印加を完全に停止させずに、時刻ｔｂから時刻ｔｃの時間内にホーン部３２に印加される超音波の電気エネルギーを減少させた状態で、超音波の印加を継続するように制御する構成としても良い。

以上、本発明に係る導光板製造装置１及び導光板の製造方法によれば、導光板基材Ｄに所定の深さまで凹パターン痕を形成した後、超音波加工用ホーンへの超音波の印加を継続させた状態で超音波加工用ホーンの位置を保持し一定の時間が経過してから、さらに所定の時間に亘り超音波加工用ホーンの位置を保持した状態で超音波加工用ホーンへの超音波の印加を停止させる。すなわち、導光板基材Ｄに形成された凹パターン痕に加工部位３４Ａの形状が導光板基材Ｄの凹パターン痕に十分に転写され、且つ導光板基材Ｄの凹パターン痕の周辺部が十分に冷却されて硬化している状態で、導光板基材Ｄからホーン部３２を離間させる。したがって、導光板基材Ｄに形成された凹パターン痕は加工部位３４Ａの形状に沿った反射面を備えており、導光板基材Ｄの主面に対して設計値に近似した形状の凹パターン痕を精度良く形成されている。また、この様な導光板製造装置１及び導光板の製造方法により製造された導光板によれば、精度良く形成された凹パターン痕により、導光板の端面からＬＥＤ光等を入射させた場合に、導光板の表面において均一な拡散光を得ることができる。

なお、第１の実施形態においては、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上述した実施形態において加工部に超音波加工部３０を用いて説明を行ったが、いわゆる高周波誘導加熱方式を用いた高周波ハンダコテであっても良い。また、超音波加工部３０を可動テーブル４６から着脱自在に形成し、高周波ハンダコテを取り付け可能としても良い。また、超音波加工部３０の前面にデジタルマイクロスコープを着脱自在に形成しても良い。なお、デジタルマイクロスコープを取り付けた場合には、加工状況を随時監視することが可能となる。

１ 導光板製造装置
１０ 機台
１１ 上段板
１２ 下段板
１３ 操作部
１４ 調整脚
２０ 作業台
２１ 板部材
２２ 孔
２３ 真空ポンプ
３０ 超音波加工部
３１ 超音波発振器
３２ ホーン部
３３ 振動子
３４ 先端部
３４Ａ 加工部位
４０ 移動機構
４１ Ｘ軸レール部材
４２ Ｙ軸レール部材
４３ Ｚ軸レール部材
４４ ガイドレール
４６ 可動テーブル
４７ プレート
４８ 支持ブロック
４９ ストッパ部材
Ｄ 導光板基材
Ｄ１ 表面部
Ｄ２ 周辺部
Ｄ３ 表面部
ｈ１ 移動時の高さ
ｈ２ 加工開始高さ
ｈ３ 加工完了深さ

Claims (4)

1. 超音波発振器と、該超音波発振器から供給された駆動信号に基づいて駆動するホーン部と、を有する超音波加工部を備えた導光板製造装置により、前記導光板基材の表面に超音波処理を施す導光板の製造方法であって、
   前記ホーン部を降下させ、該ホーン部の先端部を前記導光板基材の主面に当接させ、該ホーン部に所定の印加時間だけ超音波を印加し、前記導光板基材を部分的に溶解させ所定の深さまで前記ホーン部の先端を降下させ、前記導光板基材を部分的に溶解して、凹パターン痕を前記導光板の表面に形成する第１の工程と、
   前記ホーン部への前記超音波の印加を停止し、前記導光板基材を冷却する第２の工程と、
   前記ホーン部を上昇させる第３の工程と、
   を備え、前記超音波の印加時間と前記凹パターン痕の深さとが比例関係にあること
   を特徴とする導光板の製造方法。
2. 前記第１の工程では、所定の深さまで前記ホーン部の先端を降下させた後、前記超音波の印加を所定時間継続すること
   を特徴とする請求項１に記載の導光板の製造方法。
3. 前記ホーン部は、前記先端部により前記導光板基材と接触することで、該導光板基材に振動を伝達し、該導光板基材の表面に超音波加工処理を施すこと
   を特徴とする請求項１に記載の導光板の製造方法。
4. 請求項１乃至４のいずれかに記載の導光板の製造方法により製造された導光板。