JP6861388B2 - 導光板と導光板の射出成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表示面を均一に発光させる面発光の導光板とその製造方法に関するものである。
特許文献1には図12に示す導光板が記載されている。
この導光板51は、点光源52の光が入射面51aから入射し、導光板51の内部に導入した光が裏面に形成されたV溝53の傾斜面で反射して導光板51の表面の表示領域51bから出射して、表示領域51bが面発光する。表示領域51bを均一に面発光させるために、導光板51には入射面51aからV溝53の間の区間に、複数の貫通孔54が入射面51aに沿って形成されている。図12では入射面51aに沿って一列の貫通孔54が形成されている。また、図13に示すように複数行の貫通孔54を形成したものもある。
特許文献2には図14と図15に示す導光板が記載されている。
この導光板61は、裏面から表面に達した貫通孔62が凹状の入光部63に沿って形成されている。点光源64から導光板61に入射した光は、貫通孔62で拡散して導光板61の表面の表示領域61bから出射する。貫通孔62に代わって図16に示すように裏面で開口した非貫通穴65が形成されているものもある。
また導光板では、入射面に微細な凹凸形状を設けている。微細な凹凸形状のある射出成形品を得るためには、特許文献3に示されているように金属板に微細な凹凸形状を設けたスタンパーを、金型に組み込んで樹脂成形することが知られている。
特開2003−100132号公報 特開2000−30520号公報 特開平8−6017号公報
しかしながら、光源からの光を均一に発光させるために、貫通孔54,62や非貫通穴65を有する導光板51,61を樹脂射出成形工法にて作成する場合には、以下の課題が発生する。
すなわち、溶融された樹脂を金型のスプル・ゲートを介して金型に設けたキャビティなる部分へ溶融樹脂を流動・充填させるには、成形品(導光板)での貫通孔54,62や非貫通穴65の部分は金型で固定されたピンを配置するため、そのピンが樹脂流動の妨げとなって、流動模様であるウエルドが発生し、ウエルドにより不均一な発光のある導光板となってしまう。
また、ピンが樹脂の充填を妨げることで、導光板の流動末端まで樹脂が充填できなくなってしまう課題が発生する。さらに貫通孔54,62や非貫通穴65を複数列配置する構成では、ウエルドの発生や充填で大きな課題となる。
また非貫通穴65とする場合であっても、非貫通部分で光が直進すれば本来の目的が達成できないので、結果、非貫通穴65を構成するピンは樹脂の流動を妨げるに十分な深さの固定ピンとなる。特に、面発光導光板の全周もしくはほぼ全周の端部に入光部が存在する場合や、導光板の形状制約から、金型の樹脂を充填させる入口であるゲートを入光部にしか設定できない場合においては、ピンを必ず通過させて樹脂を流動させることになるため、流動によるウエルドの課題が必ず発生する。場合によっては、導光板の流動末端まで完全に樹脂を充填させることができない課題が発生する。
また、貫通孔54,62や非貫通穴65によって導光板の内部で光の屈折回数が増すことで、光が減衰したり、屈折箇所で屈折せず、出射面からの出射する光について、導光板の内を光源から反対側へ届く光の量は減少し、結果、発光効率が低下したり不均一な発光となる課題が発生する。
また、スタンパーを組み込んだ金型構成の場合、光源から光を均一に発光させることを目的として、入光部に貫通孔や非貫通穴を設けようとすれば、その方法として次の2つの方法が考えられる。
1つ目の方法は、固定側の金型にピンを組み込み、スタンパーに貫通孔をあけて、ピンを通して前記スタンパーを金型にセットする方法が考えられるが、スタンパーは電鋳方式によって製作され、その材質はNiもしくはNi合金であるため、金型を構成する金属と線膨張係数が異なることで、スタンパー金型側の固定ピンの位置ズレが発生し、スタンパーの変形や破損を起こす課題がある。
2つ目の方法は、金型のスタンパーを組み込んだ側の固定側金型とは反対側の可動側金型にピンを組み込み、スタンパー面へ直接に、ピンを押し当てて、導光板に貫通孔や非貫通穴を形成する方法がある。この場合においては、スタンパーの材質がNiもしくはNi合金であるため、硬度が低く、ピンを直接に押し当てる構成では、スタンパーを傷つけ変形させるという課題がある。スタンパーを組み込んだ側(固定側)とは反対側(可動側)からピンを組み込み、かつ非貫通穴とする方法があるが、この場合はスタンパーに纏わる課題は発生しないが、前述のとおり、溶融樹脂の流動不良といった成形上の課題が発生する。
本発明は、成形時の溶融樹脂の流動不良を解決することができ、均一で良好な面発光を実現できる導光板とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の導光板は、裏面と表面の間の入光部から内部に入射した光を、前記裏面に前記表面に向かって窪んで形成された凹部面で反射させて、前記反射した光が前記表面から出射する導光板において、前記入光部から前記凹部の間の区間の前記表面で開口して前記裏面に向かって延び前記裏面に貫通しない深さの非貫通穴を設け、前記非貫通穴の前記裏面に近い内面に凹凸を形成し、前記非貫通穴に設けた前記凹凸の形状が、最寄りの前記入光部から入射する光と平行に延びるプリズム形状である、ことを特徴とする。
また本発明の導光板の射出成形方法は、裏面と表面の間の入光部から内部に入射した光を、前記裏面に前記表面に向かって窪んで形成された凹部面で反射させて、前記反射した光が前記表面から出射する導光板の射出成形方法であって、表面に微細凹凸形状を形成したスタンパーを配置した第1金型と、成形品を形成する凹部と前記凹部内へ摺動可能なピンを有する第2金型とを型締めし、前記型締めして形成したキャビティ内に溶融した樹脂を射出・充填し、前記樹脂の充填後から保圧開始までに、先端が前記スタンパーに接触しない位置まで前記ピンを前記キャビティへ挿入し、保圧工程にて前記成形品の形状をつくり、前記ピンは、先端に凹凸形状を有するものであって、前記導光板の裏面に近い内面に凹凸を有する非貫通穴を形成可能なものを使用し、前記ピンが形成する前記非貫通穴の前記凹凸の形状が、最寄りの前記入光部から入射する光と平行に延びるプリズム形状である、ことを特徴とする。
この導光板の構成によると、入光部から凹部の間の区間の表面で開口して裏面に向かって延び裏面に貫通しない深さの非貫通穴を設け、非貫通穴の表面に近い内面に凹凸を形成したため、出射面を均一で良好な面発光を実現できる。
また、導光板の射出成形方法の構成によると、型締めして形成したキャビティ内に溶融した樹脂を射出・充填する際には、非貫通穴を形成するためのピンがキャビティ内に突出していないため、射出流動時のウエルドや、連続もしくは非連続なプリズム形状である微小な凹凸形状の転写を妨げるような充填不良をなくすことができる。樹脂の充填後から保圧開始までに、先端がスタンパーに接触しない位置までピンをキャビティへ挿入し、保圧工程にて成形品の形状をつくるので、非貫通穴形成用のピンがスタンパーを破損することがなく、長期間にわたって良好な導光板を製造できる。
本発明の実施の形態1の導光板を出射面となる表面と対向する裏面側から見た正面図 同実施の形1の導光板を出射面となる表面側から見た正面図 同実施の形態の導光板の(a)入光部付近のA−AA断面図と、(b)導光板を表面側から見た平面図と、(c)入光部付近のB−BBの拡大断面図 同実施の形態の導光板の樹脂成形に使用する射出成形金型の断面図 同実施の形態の第2金型の凹部の斜視図 同実施の形態の樹脂成形の型閉じ状態の断面図 同実施の形態の樹脂成形の充填開始時の断面図 同実施の形態の樹脂成形の充填完了直後の断面図 同実施の形態の型開き状態の断面図 本発明の実施の形態2の導光板を裏面側から見た正面図 同実施の形態の導光板を表面側から見た拡大平面図 特許文献1に記載された導光板の斜視図 特許文献1に記載された別の導光板の斜視図 特許文献2に記載された導光板の斜視図 図14の要部の拡大図 特許文献2に記載された別の導光板の断面図
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図11に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1と図2は実施の形態1の導光板1を使用した表示装置2を示す。
この表示装置2は、透光性の樹脂材を樹脂成形した板状で矩形の導光板1と、光源としての光源基板3a,3b,3c,3dとで構成されている。光源基板3a〜3dにはそれぞれ間隔を空けて発光ダイオード(以下、LEDと称す)4が実装されている。導光板1の表面5と図3(a)に示す導光板1の裏面6の間、つまり導光板1の側面である入光部7には、光源基板3a〜3dからの光が入射している。導光板1の裏面6には、図3(a)に示すように表面5に向かって窪んで形成された微小な連続もしくは非連続なプリズム或いは微小なドット形状で構成された凹部8が形成されている。図1と図2では凹部8の図示が省略されている。凹部8は、仮想線で示す表示領域9の内側に形成されている。
導光板1の内部に入った光は、裏面6に形成された凹部8によって反射されて表面5から導光板1の外部に出射する。導光板1の表面5で、入光部7から表示領域9の間の区間10には、裏面6の側に向かって延び裏面6に貫通していない深さの非貫通穴11が、入光部7の長さ方向に沿って所定間隔で複数形成されている。
なお、従来例を示した図16に見られた非貫通穴65が出射面とは反対側の裏面で開口しているのに対して、この実施の形態の非貫通穴11が出射面である表面5で開口している点が異なっている。
さらにこの実施の形態の非貫通穴11の裏面6に近い内面である奥端面には、図2と図3(b)(c)に示すように最寄りの入光部7から入射する光と平行に延びる断面三角のプリズム形状の溝12が形成されている。
この導光板1は、図4に示した射出成形金型20によって樹脂成形できる。
射出成形金型20は、固定側の第1金型21と可動側の第2金型22を有している。第1金型21には、表面に微小な凹凸23を設けたスタンパー24が組み込まれている。スタンパー24の凹凸23は、導光板1の裏面6に凹部8を形成するためのものである。
導光板1の板厚を構成するキャビティ凹部25は、第1金型21と第2金型22のうちの第2金型22のみに形成されている。さらに第2金型22には、キャビティ凹部25に先端が突出した突出状態と、キャビティ凹部25から後退した後退状態とに駆動される複数のピン26,26,・・・・が組み込まれている。この複数のピン26,26,・・・・は導光板1に複数の非貫通穴11を形成するためのものである。ピン26,26,・・・・の先端の端面には、導光板1の非貫通穴11の奥端面に溝12を形成する凹凸(図示せず)が形成されている。図5は複数のピン26,26,・・・・が突出状態のキャビティ凹部25を示している。
図6〜図9は樹脂成形の工程を示している。
図6は、型締め機構(図示せず)により圧力をかけて第2金型22を第1金型21に押し付けて型締め後で、スタンパー24とキャビティ凹部25とで囲まれたキャビティ27に溶融樹脂が注入される前の状態を示している。突出状態のピン26,26,・・・・のその先端はスタンパー24に当接しない。
第1金型21と第2金型22を型締め後、溶融樹脂28をスプル29とランナ30を介してゲート31からキャビティ27に流動させる図7の工程では、ピン26,26,・・・・はキャビティ凹部25に突出しない後退状態に駆動されている。ピン26,26,・・・・が後退状態になっているため、樹脂射出時に溶融樹脂の先端部28aはピン26,26,・・・・によって流動が妨げられない状態で流動し、キャビティ27内に充填される。
射出充填後、流動樹脂に圧力がかかってピン26,26,・・・・が可動できなくなる保圧工程の開始までの期間に、図8に示すようにピン26,26,・・・・をスタンパー24に接しない位置を上限として上昇させる。ピン26,26,・・・・の動作手段については記載しないが、エアーシリンダーや電磁ソレノイド等によって駆動可能である。
保圧工程を経て第1金型21と第2金型22の冷却が完了した型開き状態を図9に示す。
かかる構成によれば、樹脂の充填時に流動を妨げる凸形状がキャビティ27にないため、ウエルドのない均一な導光板1を得ることができ、かつ上記構成によって得られた導光板1においては、光源基板3a〜3dのLED4からの光を、非貫通穴11の形状とその内部の空間との界面で屈折または全反射させることができる。
また非貫通穴11とすることで、ピン26,26,・・・・の先端が、スタンパー24に当接することがないので、材料がNiまたはNi合金であって強度の低いスタンパー24を傷つけることなく、スタンパー24の寿命を延ばすことができる。
非貫通穴11が導光板1の入光部7から内側に入った部分に構成されるので、図1,図2に示したように全周に入光部7が存在する場合でも、ゲート部以外は成形後のままの形状で、ゲート面については、端面がフラットで良いため、ゲートカットを簡単にできる。
さらに、導光板1に、仮に入光部7のない端面が存在しても、その端面が意匠や組み立て等により複雑な形状が必要な場合、その部分から樹脂の流入口であるゲートを設定すれば、成形後に新たにゲートを取り除くと同時に前記複雑な形状を1枚ずつ削りださなくてはならないことになる。本実施例によれば入光面であっても樹脂の流入口であるゲート31を設定可能であり、後加工の最も少ない位置や充填させるに最適な位置にゲート31を設定することが可能となる。
さらに、図3(c)などに示すように、非貫通穴11の先端形状に、プリズム形状の溝12を付加することで、非貫通穴11を透過する光量を減らせない効果がある。具体的には、貫通孔の場合は光源から直進した光がその貫通孔の形状とその貫通孔の内部の空間との界面で屈折または全反射されることになるため、導光板内を直接に伝わって、導光板の末端側に向かう光がないことになる。非貫通穴11とすることで、非貫通穴11の上面部を抜けて導光板の末端側へ届く光の量をある程度確保することができるが、光の通る厚みが薄いため、その間の屈折回数が多くなりそれによって、光出射面からの光漏れが発生し、光出射面からの出射する光について、屈折回数が増大するにあわせて光量は減少する。この実施の形態の非貫通穴11の奥端面には溝12を形成したため、その面にて光が出射面から直接に抜ける方向での屈折する光がなくなるため、光源基板3a〜3dから入光した光がそのまま光源の反対側へ直進して抜けることなく、かつ非貫通穴11の天面からの光漏れをなくすことができるので、均一な発光面である導光板を実現することができる。
なお、本実施の形態において、非貫通穴11の奥端面に、断面三角のプリズム形状の溝12を設けたが、断面がフネレル形状や四角形状等の微細な凹凸にしても良い。
この導光板1は、入光方向が導光板の全ての端面から入光することが必要な絵柄切替の表示装置等において均一な発光を実現できる。絵柄を表示する表示装置の導光板としての具体例以外に、各種表示パネルのバックライト等の発光装置として使用することもできる。
また、入光面につながった形状や、入光面に直接微細な形状を構成することで均一に発光させるものではないため、導光板の全周もしくはほぼ全周の端部に入光部が存在する場合や、導光板の形状制約から、入光部以外から樹脂を充填させるための流路の入り口であるゲートが設定できない場合においても、自由にゲートが設定できることで、均一に発光する全面発光装置もしくは部分発光装置であるスタンパー方式の導光板を、射出成形方法により製造できる。
(実施の形態2)
図10と図11は本発明の実施の形態2を示す。
実施の形態1では、入光部7に沿って一列に並んだ複数の非貫通穴11を導光板1に形成したが、この実施の形態2においては、入光部7に沿って複数列に並んだ複数の非貫通穴11を導光板1に形成している点が、実施の形態1とは異なっている。その他は実施の形態1と同じである。
図11に示すように光源基板3a〜3dのLED4から直進する光の光源幅W1は、非貫通穴11の幅W2よりも大きい。そのためこの実施の形態2では、入光部7に沿って複数列に並んだ複数の非貫通穴11を導光板1に形成している。非貫通穴11の幅W2がLED4の光源幅W1よりも小さい場合には、一列に並んだ複数の非貫通穴11を導光板1に形成しただけでは、LED4から入射した一部の光は入光面に近い非貫通穴11によって拡散されるが、非貫通穴11をすり抜けて直進する光が発生する。これを防ぐためには非貫通穴11の幅W2を光源幅W1よりも大きく設定すればよいが、その分、非貫通穴11が大きくなり、結果、非貫通穴11の隣り合った隙間がなくなり、導光板1の形状を保てなくなる。
そこで、図10と図11に示すように入光面に沿って一列に配列した複数の非貫通穴11の第1群41とは別に、第1群41の非貫通穴11によって拡散されることなく直進してきた光を受け止めて拡散させるように、第1群41と表示領域9との間に、入光部7に沿って一列に配列した複数の非貫通穴11からなる第2群42を拡散板1に設けることによって、導光板1に入射した光の全部またはそのほとんどを、第1,第2群41,42の非貫通穴11によって屈折または全反射されることにより拡散させることができる。
このように、複数列の非貫通穴11を導光板1に配置することで、導光板1の表示領域9を均一に発光させることが可能になる。
この実施の形態2の導光板1の場合も、第2金型22に出退可能な2列のピン26,26,・・・・を設けた射出成形金型13を使用して実施の形態1の場合と同じ工程を実行することによって樹脂成形できる。
この実施の形態2では、第1,第2群41,42の2列に配列された非貫通穴11の場合を説明したが、3列以上の複数列に非貫通穴11を配列して構成することもできる。
上記の各実施の形態において非貫通穴11の断面形状が円形であったが、楕円、多角形のとすることもできる。
本発明の導光板は、入光方向が面発光導光板の全ての端面から入光することが必要な絵柄切り替えの表示装置等において、均一な発光を有し、またバックライト等の発光装置で導光板だけで、発光ダイオードの光源を均一化させるためにも適用できる。
1 導光板
2 表示装置
3a,3b,3c,3d 光源基板
4 発光ダイオード
5 導光板1の表面
6 導光板1の裏面
7 入光部
8 凹部
9 表示領域
10 入光部7から表示領域9の間の区間
11 非貫通穴
12 溝
20 射出成形金型
21 第1金型
22 第2金型
23 凹凸
24 スタンパー
25 キャビティ凹部
26,26,・・・・ ピン
27 キャビティ
28 溶融樹脂
28a 溶融樹脂の先端部
29 スプル
30 ランナ
31 ゲート
41,42 第1,第2群
W1 光源幅
W2 非貫通穴11の幅

Claims (3)

  1. 裏面と表面の間の入光部から内部に入射した光を、前記裏面に前記表面に向かって窪んで形成された凹部面で反射させて、前記反射した光が前記表面から出射する導光板において、
    前記入光部から前記凹部の間の区間の前記表面で開口して前記裏面に向かって延び前記裏面に貫通しない深さの非貫通穴を設け、
    前記非貫通穴の前記裏面に近い内面に凹凸を形成し、
    前記非貫通穴に設けた前記凹凸の形状が、最寄りの前記入光部から入射する光と平行に延びるプリズム形状である、
    導光板。
  2. 非貫通穴の断面形状が円、楕円、多角形の何れかであることを特徴とする、
    請求項1記載の導光板。
  3. 裏面と表面の間の入光部から内部に入射した光を、前記裏面に前記表面に向かって窪んで形成された凹部面で反射させて、前記反射した光が前記表面から出射する導光板の射出成形方法であって、
    表面に微細凹凸形状を形成したスタンパーを配置した第1金型と、成形品を形成する凹部と前記凹部内へ摺動可能なピンを有する第2金型とを型締めし、
    前記型締めして形成したキャビティ内に溶融した樹脂を射出・充填し、
    前記樹脂の充填後から保圧開始までに、先端が前記スタンパーに接触しない位置まで前記ピンを前記キャビティへ挿入し、保圧工程にて前記成形品の形状をつくり、
    前記ピンは、先端に凹凸形状を有するものであって、前記導光板の裏面に近い内面に凹凸を有する非貫通穴を形成可能なものを使用し、
    前記ピンが形成する前記非貫通穴の前記凹凸の形状が、最寄りの前記入光部から入射する光と平行に延びるプリズム形状である、
    導光板の射出成形方法。
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