JPH08192432A - 導光体成形用型の製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＬＣＤのバックライト用導光体を、性能確認済
みの試作品の通りに、アクリル樹脂で射出成形するため
の金型の製作方法を提供することにある。 【構成】アクリル樹脂板の平滑な表面の一方に、屈折率
がアクリル樹脂に等しいＵＶ硬化形樹脂をインクにして
光の拡散、反射用ドットを印刷し、その上にアクリル樹
脂製ビーズを一様に散布し、更に紫外線照射して樹脂を
硬化させた後、印刷されたドット状部に固着状態になっ
たビーズだけを残して他部分のビーズを除去して、一方
の表面に凹凸が形成されたアクリル板を作り、これに導
光体としての検査を行い良好な性能が確認された物を原
型として、表面の凹凸が其の侭対向表面に反転転写され
た硬質金属製の射出成形機用型を公知の手法で形成させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過形液晶表示装置の
バックライト用導光体をアクリル樹脂により射出成形法
で製作するための金型（スタンパ）を、本発明に係る導
光体試作品の中から予め検査して良好な性能が確認され
たものを原型として選定し、その原型通りの表面形状の
全アクリル樹脂製導光体製品を、射出成形法で大量に製
作できるように、上記アクリル樹脂製試作品を原型とし
て金型業界公知の方法で硬質金属製の射出成形機用金型
を製作する導光体成形用型の製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、所謂フラットパネルディスプレイ
が広く用いられるようになった。その中で、どのような
環境でも表示が見易く、カラー表示も自由なために、バ
ックライト付き透過形液晶表示装置（ＬＣＤ）が好んで
用いられている。この種の表示装置は一般に携帯用機器
に用いられることが多いため、軽量、薄型、低消費電力
にする必要があり、そのために表示部の外側に配置した
直径の小さい管状光源（通常は冷陰極放電管ＣＦＬ）か
らの光を、導光体を用いて液晶表示素子の裏面に導き、
それを透過光光源にして表示させる場合が多い。従っ
て、高い効率で、すなわち光の損失を極力抑制しなが
ら、その部分に到達した光の一部分の方向を、液晶表示
素子の裏面に向けて出来るだけ効率良く反射させてほぼ
直角に方向転換させ、しかも液晶表示素子裏面全面に対
して一様な輝度で拡散放射できる導光体が求められてい
る。

【０００３】導光体の、光源に近い部分では、途中での
光の減衰は少ないから、導光体表面全体の輝度を一様に
するために、導光体表面から液晶表示素子裏面に向けて
放射する光の量は、比率的に、少なくすべきである。ま
た、光源から遠い部分では途中で液晶表示素子裏面に向
けて光を放射させたり、或いは途中で導光体そのものに
吸収（導光体素材として良く用いられるアクリル樹脂の
場合は吸収は少ないとは云うものの、もちろん皆無では
ないから）されたりして、導光体中をその部分まで到達
できた光の量は比較的少ないから、導光体表面から液晶
表示素子裏面に向けて放射する光の量は、比率的に、多
くすべきである。

【０００４】上記ように、導光体の光源側端部から導光
体内に取り込まれた光を、導光体裏面に設けた拡散、反
射手段によって適当に拡散、反射させ、導光体表面から
液晶表示素子裏面に向けて放射する光の量の面密度すな
わち輝度を、導光体表面の各部分において同等、すなわ
ち導光体の表面側の輝度が全面で一様になるようにす
る。そのために、従来は、導光体の裏面の各部が適当に
調節された反射率を持つように、反射率の高い酸化チタ
ン（チタン白）の粉末や屈折率の高いガラスビーズを混
入したアクリル樹脂を印刷インクとして使用し、光源に
近い個所では直径の比較的小さいドットを（ドット間隔
を大きくして）比較的粗な密度で、光源から遠い個所で
は直径が比較的大きいドットを（ドット間隔を狭くし
て）比較的高い密度で印刷することが行われていた。こ
の方法の場合、インクドットの中で頻繁に屈折や反射が
繰り返されるが、光路が長くなり、かつ、通過光に対し
ては吸収量が多い酸化チタンが混入されているため、イ
ンクドット中での光の吸収損失がかなり多かった。ま
た、このような製品を量産することも必ずしも容易では
なかった。一方、上記のような手段を用いる代わりに、
従来から、導光体の裏面に、導光体中の導光方向に直交
する方向に頂部を有する稜を、稜の尖った頂部を導光方
向に繰り返し多数突出させて配設して、凹凸面を形成さ
せ、屈折率の高い物質（通常アクリル樹脂）で形成され
た導光体と空気との界面で光を全反射、拡散させること
も行われていた。この方法の場合は、光源からの距離に
応じて稜の形状、稜の突出頻度を変えて、導光体表面側
の輝度を一様にしていた。しかし、何れの手段をとった
場合でも、ある程度、原理的な設計基準はあるが、最終
的に最も良好な性能を得るには、所謂カットアンドトラ
イで、試作修正を繰り返して仕様を決定せざるを得なか
った。そのため、新しい導光体の開発期間は長くなり、
開発費用も高くなるのが通例であるという問題があっ
た。

【０００５】図５は従来のインクドット反射方式導光体
を用いた液晶表示装置の断面図である。液晶表示素子１
は、液晶１Ｃ、それを収納封入する液晶セルの上、下板
ガラス１Ａ、液晶セルの上下に配置された上、下偏光板
１Ｂよりなる。２はレンズ又はプリズム系で、上フィル
ム２Ａ、下フィルム２Ｂよりなる。３は拡散シートであ
る。４は導光体のアクリル樹脂基体板、４Ａはアクリル
樹脂基体板の裏面に、酸化チタンの粉末やガラスビーズ
を混入したアクリル樹脂を印刷インクとして用いて、ス
クリーン印刷手法により印刷形成されたインクドットで
ある。このインクドット４Ａは、光源に近い個所では直
径の比較的小さいドットを比較的粗な密度で、光源から
遠い個所では直径が比較的大きいドットを比較的高い密
度で印刷してあって、導光体中を光源ＣＦＬからその部
分にまで導かれて来た光を、液晶表示素子裏面へ向けて
方向転換、散乱反射させるなどの作用を行う。５は反射
シート、６はＣＦＬ、７は反射板（リフレクタ）であ
る。また、８は光線であるが、図示したものの他に、実
際には種々の方向の光線８がアクリル樹脂基体板４に入
射していることは自明であろう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来からの問題を解消し、導光体としての性能が良好で
あることが確認されたアクリル樹脂射出成形製品を量産
するための射出成形機用型（スタンパ）を容易に製作で
きるようにすることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、無色透明なアクリル樹脂板の平滑
な表面の一方に、屈折率が上記アクリル樹脂板に等しく
且つ無色透明な紫外線硬化形樹脂をインクにして、光を
拡散、反射させる凹凸部の基礎となるドットを印刷した
のち、ドットを形成している上記紫外線硬化形樹脂が粘
稠性を保持している間に、その上に無色透明なアクリル
樹脂製のビーズを全面一様に散布し、更に紫外線照射に
より樹脂を硬化させ、印刷されたドット状部に粘着し樹
脂の硬化により其処に固着状態になったビーズだけを残
して、樹脂ドット表面以外の部分に散布されたビーズを
除去した後、上記の如くして作成した、一方の表面に凹
凸が形成されたアクリル板に対し導光体としての検査を
行い、良好な性能が確認されたものを原型として、上記
表面の凹凸がそのまま対向表面に反転転写された硬質金
属製の射出成形機用型を公知の手法により形成すること
にした。

【０００８】

【作用】本発明により射出成形法によりアクリル樹脂で
製作された量産製品は、あらかじめ、アクリル樹脂と、
アクリル樹脂に等しい屈折率を有する紫外線（ＵＶ）硬
化形樹脂、及び、アクリル樹脂製ビーズなどで作られ
た、光学的には全体がアクリル樹脂だけで作られたのと
同様な試作品を原型としているので、結局、原型とした
試作品と同様な光学的性能のものが得られることにな
る。上記全体がアクリル樹脂製の試作品では、従来の、
高屈折率物質である酸化チタンやガラスビーズを混入し
た紫外線硬化形インクによる印刷手法製品よりも、導光
体表面輝度が５％向上するという良好な試験結果が得ら
れた。これは従来技術の製品では、印刷されたドット内
で多数回の反射、屈折が繰り返されるが、光路が長くな
り、インク中で光が吸収される量が多くなるのに対し
て、本発明に係る全アクリル樹脂製（試作）品では、光
線を全反射させる臨界角（アクリル樹脂の場合４７．２
°）以上の入射角で樹脂と空気との界面に入射される光
線の量が、従来の反射インクを用いた製品の場合よりも
比率的に増加し（導光体裏面の上記界面に到達するまで
はアクリル樹脂中を直線的に通過するだけなので光の吸
収は少ない）、表面の方へ向けて全反射、拡散される光
線の量が増加するためと思われる。一方、上記臨界角以
内の角度で樹脂と空気との界面に入射された光は、空気
側へ拡散出射される。この拡散出射された光は、反射シ
ート（図５中の５）により導光体の裏面へ再度入射され
る。また、本発明の方法は、光の通路に直交する稜を形
成させる方法よりも性能確認用の試作品の製作が簡単容
易である。

【０００９】

【実施例】本発明による製品は量産製造時に印刷手法を
全く使用せず、したがってインクも全く用いないから、
一般にインクレスタイプと呼ばれる。従来のインクを用
いてドットを印刷した導光体では、インク中に混合され
た酸化チタンやガラスビーズなどの高屈折率物質の微粒
子とアクリル樹脂系インクとの界面で全反射が生じ、全
反射回数は多く反射光量の比率も多くなるが、光路が長
くなりインク中で吸収される光量が多くなる。これに対
し、本発明による導光体では、導光体裏面の、アクリル
樹脂と空気との界面に臨界角以上の角度で入射される光
量（すなわち全反射される光量）が増加する（界面に達
するまでは、アクリル樹脂の中を真っ直ぐ通過するだけ
なので光路は短く吸収は殆ど無い）ために、導光体の表
面の輝度が向上するものと思われる。

【００１０】図１は本発明１実施例のアクリル樹脂基体
板の表面加工方法を説明するための図である。図１
（ａ）はアクリル基体板４の平滑な表面の一方の上に、
ＵＶ硬化形樹脂をインクに用いて、ドット４Ｂを印刷し
た状態を示す。ドット４Ｂは、導光体が光源から取り込
んだ光を、それぞれの部分で適当に拡散反射させること
ができるように、光源に近い部分では小さい直径のもの
が粗に分布して、光源から遠い部分では直径の大きいも
のが密に分布して形成されている。なお、ドットの印刷
は、スクリーン印刷手法により容易に実行できる。ま
た、インク材料としては、溶剤蒸発形ではなく、ＵＶ硬
化形の樹脂、例えば、ＵＶ硬化形変性アクリル樹脂また
はアクリレート系のもので、アクリル樹脂基体板４と屈
折率が同等のものを用いれば良い。図１（ｂ）は、アク
リル樹脂基体板４の表面にＵＶ硬化形樹脂をインクにし
てドット４Ｂを形成させたのち、このインクが未だ粘稠
性を保持している間（すなわち未だＵＶ照射を受けてい
ない状態）に、全面に一様にアクリル樹脂ビーズ４Ｃを
散布した状態を示す図である。この状態では、ドット４
Ｂは未だ硬化しておらず、粘稠性があるから、ドット４
Ｂの外表面に散布されたアクリル樹脂ビーズ４Ｃはドッ
ト４Ｂに粘着する。しかし、ドットとドットの中間の、
アクリル樹脂基体板４の本来の表面上に散布されたアク
リル樹脂ビーズ４Ｃは、アクリル樹脂基体板４の表面に
粘着しない。したがって、ドットとドットの中間に散布
されたアクリル樹脂ビーズは、極めて容易にアクリル樹
脂基体板４から離れる。なお、この実施例では、アクリ
ル樹脂ビーズの直径４０μｍ程度のものをイソプロピル
アルコール（ＩＰＡ）に良く撹拌懸濁させた後、スプレ
ー塗布法により全面に満遍なく塗布して、良好な結果が
得られた。こののち、ＵＶ炉へ投入し、ＵＶ硬化形樹脂
を硬化させ、ドットに粘着したビーズが多少の外力を加
えられてもドットから離れないように固着させる。アク
リル樹脂ビーズ４Ｃをドット４Ｂに固着させてから、図
１（ｃ）に示すように、ドットとドットの中間に散布さ
れたアクリル樹脂ビーズ４Ｃを、空気噴流または水洗に
より除去する。この状態になったものを、本発明ではア
クリル樹脂による射出成形用金型を製作するための原型
として用いる。

【００１１】図１（ｃ）に示した状態となった導光体の
原型を、液晶表示装置に取付けた状態を図２に示してあ
る（この状態でも実用に耐える）。本発明に係る上記の
ようにして作られた導光体の原型は、ドット印刷用イン
クの材料として、通常のアクリル樹脂とは異なるＵＶ硬
化形樹脂を用いてはいるが、ＵＶ硬化形樹脂として硬化
後の屈折率がアクリル樹脂基体板の屈折率に等しいもの
を用いているから、本発明に係る導光体成形用金型の原
型は、光学的には全体を通常のアクリル樹脂で製作した
ものと同等である。したがって、この原型から製作し
た、表面の凹凸がそのまま対向表面に反転転写された硬
質金属製の射出成形機用型を、アクリル樹脂製品の射出
成形機のスタンパとして用いて製造した導光体の量産製
品は、外形形状が上記原型と全く同じで、材質は全てア
クリル樹脂で、内部に固体異物質同士の界面が存在しな
いものとなる。結局、このように製造された射出成形法
による量産製品の光学的性能は、上記原型の性能と同等
になる。つまり、本発明に係る原型試作品について、あ
らかじめ光学的性能を検査しておけば、量産開始後の製
品の光学的性能を予知できることになる。既述のよう
に、本発明に係る導光体を射出成形するための金型製作
用の原型は、性能検査の結果、性能良好なものでは、従
来の酸化チタンなどを混入したインクで散乱、反射用イ
ンクドットを印刷した導光体よりも５％程度良好な結果
が得られている。上記のようにして射出成形して量産し
た導光体を、液晶表示装置に取付けた状態を図３に示し
てある。図２ではドット４Ｂとアクリル樹脂基体板４と
の間に境界線が存在していた（光学的に同質でも、材料
としては異質である）が、図３では材質の境界は全く存
在しない。ただ表面に凹凸部４Ｄが形成されているだけ
である。この導光体では、入射光の光路が短いので、形
成物質すなわちアクリル樹脂による光の吸収は殆どな
く、ビーズによる半球形凹凸の名残を止めている裏面の
凹凸部４Ｄに、直接、入射光が到達し、其処のアクリル
樹脂と空気との界面で、拡散出射や全反射が生ずる。そ
の状態を図４に示す。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、透
過形液晶表示装置のバックライト用導光体をアクリル樹
脂により射出成形法で製作するための金型（スタンパ）
を、本発明に係る導光体試作品の中から予め検査して良
好な性能が確認されたものを原型として選定し、その原
型通りの表面形状の全アクリル樹脂製導光体製品を、射
出成形法で大量に製作できるようになる。導光体表面輝
度が更に一様になるように再設計したりする場合等に、
従来よりも短期間内に容易に安価に実行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明１実施例のアクリル樹脂基体板の表面加
工の手順を説明するための図である。

【図２】本発明に係る導光体射出成形機用金型の原型の
試作品を液晶表示装置に取付けた状態を示す図である。

【図３】本発明に係る導光体射出成形機用金型により全
体をアクリル樹脂だけで成形した導光体量産製品を液晶
表示装置に取付けた状態を示す図である。

【図４】本発明により射出成形法で全体をアクリル樹脂
だけで量産した導光体の裏面凹凸部の空気との界面にお
ける光線の拡散出射、全反射などの状態の例を示す図で
ある。

【図５】従来のインクドット反射方式導光体を用いた液
晶表示装置の断面図である。

【符号の説明】

１…液晶表示素子、 １Ａ…液晶セルの上、下板ガラ
ス、 １Ｂ…液晶セルの上下に配置された上、下偏光
板、 １Ｃ…液晶、 ２…レンズ又はプリズム系、２Ａ
…上フィルム、 ２Ｂ…下フィルム、 ３…拡散シー
ト、 ４…導光体のアクリル樹脂基体板、 ４Ａ…アク
リル樹脂基体板の裏面に酸化チタンの粉末やガラスビー
ズを混入したアクリル樹脂を印刷インクとして形成され
たインクドット、 ４Ｂ…ＵＶ硬化形樹脂をインクに用
いて印刷形成したドット、 ４Ｃ…アクリル樹脂ビー
ズ、 ４Ｄ…射出成形法により量産した本発明に係る全
アクリル樹脂製導光体裏面の凹凸部、 ５…反射シー
ト、 ６…ＣＦＬ、 ７…反射板（リフレクタ）、 ８
…光線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 33:00 105:32 Ｂ２９Ｌ 11:00 (72)発明者 村松 浩嗣 千葉県茂原市早野3350番地 日立エレクト ロニックデバイシズ株式会社内 (72)発明者 真篠 直寛 千葉県茂原市早野3350番地 日立エレクト ロニックデバイシズ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透過形液晶表示装置のバックライト用導光
   体をアクリル樹脂で製作するために射出成形機に取付け
   る型の製作に際して、無色透明なアクリル樹脂板の平滑
   な表面の一方に、屈折率が上記アクリル樹脂板に等しく
   且つ無色透明な紫外線硬化形樹脂をインクにして、光を
   拡散、反射させる凹凸部の基礎となるドットを印刷した
   のち、ドットを形成している上記紫外線硬化形樹脂が粘
   稠性を保持している間に、その上に無色透明なアクリル
   樹脂製のビーズを一様に散布し、更に紫外線照射により
   樹脂を硬化させ、印刷されたドット状部に粘着し樹脂の
   硬化により其処に固着状態になったビーズだけを残し
   て、樹脂ドット表面以外の部分に散布されたビーズを除
   去した後、上記の如くして作成した、一方の表面に凹凸
   が形成されたアクリル板に対し導光体としての検査を行
   い、良好な性能が確認されたものを原型として、上記表
   面の凹凸がそのまま対向表面に反転転写された硬質金属
   製の射出成形機用型を公知の手法により形成するように
   したことを特徴とする導光体成形用型の製作方法。