KR101056980B1 - 투명 수지제의 도광판 및 면 형상 광원 장치, 그리고도광판의 제조 방법 - Google Patents

투명 수지제의 도광판 및 면 형상 광원 장치, 그리고도광판의 제조 방법 Download PDF

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미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

도광판은, 투명한 열가소성 수지로 이루어지고, 제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖고, 제 1 면의 표면부에는 볼록부 및/또는 오목부가 형성되어 있고, 제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 70㎜ 이하이고, 도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하이다.

Description

투명 수지제의 도광판 및 면 형상 광원 장치, 그리고 도광판의 제조 방법{LIGHT GUIDING PLATE FORMED OF TRANSPARENT RESIN, PLANAR LIGHT SOURCE, AND LIGHT GUIDING PLATE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, PC 나 휴대 전화, PDA (휴대 정보 단말, Personal Digital Assistant), 카 내비게이션 장치, 게임기 등에서 사용되는 액정 표시 장치용의, 또는 그 밖의 용도에 있어서 사용되는, 투명한 열가소성 수지제의 도광판 및 그 도광판을 장착한 면 형상 광원 장치, 그리고 그 도광판의 제조 방법에 관한 것이다.
PC 나 휴대 전화, PDA, 카 내비게이션 장치, 게임기 등에서 사용되는 액정 표시 장치에는, 액정 표시 장치의 박형, 경량화, 에너지 절약, 고휘도ㆍ고정세화의 요구에 대처하기 위해서 면 형상 광원 장치가 장착되어 있다. 그리고, 이 도광판은 제 1 면과 이 제 1 면과 대향하는 평탄한 제 2 면을 갖고, 일반적으로 투명한 재료로 제작되어 있다.
도 1a 에 모식적인 단면도를 나타낸 도광판 (40) 은, 제 1 면 (41), 이 제 1 면 (41) 과 대향한 제 2 면 (43), 제 1 측면 (44), 제 2 측면 (45), 제 1 측면 (44) 과 대향한 제 3 측면 (46), 및 제 2 측면 (45) 과 대향한 제 4 측면 (47) 을 갖는다. 제 1 면 (41) 의 표면부에는 요철부 (42) 가 형성되어 있다.
그리고, 액정 표시 장치에서의 백라이트식 면 형상 광원 장치에 있어서는, 도 1b 에 모식적인 단면도를 나타낸 바와 같이, 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 이 액정 표시 장치 (60) 와 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 광원 (50) 으로부터 사출되고, 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 으로부터 입사된 광은, 제 1 면 (41) 에서 반사되어 제 2 면 (43) 으로부터 사출되는 광, 및 제 1 면 (41) 을 투과하는 광으로 나누어진다. 제 1 면 (41) 을 투과한 광은, 제 1 면 (41) 과 대향하는 위치에 배치된 반사 부재 (51) 에 의해서 반사되어, 도광판 (40) 에 다시 입사되고, 제 2 면 (43) 으로부터 사출된다. 제 2 면 (43) 으로부터 사출된 광은, 제 2 면 (43) 과 대향하여 배치된 액정 표시 장치 (60) 로 유도된다. 액정 표시 장치 (60) 와 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 사이에는 통상 프리즘 시트 (55) 및 확산 시트 (52) 가 겹쳐서 배치되어, 광을 균일하게 확산시키고 있다.
또한, 액정 표시 장치에서의 프론트라이트식 면 형상 광원 장치에 있어서는, 도 1c 에 개념도를 나타낸 바와 같이, 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 이 액정 표시 장치 (60) 와 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 광원 (50) 으로부터 사출되고, 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 으로부터 입사된 광을 제 1 면 (41) 에서 반사시켜, 제 2 면 (43) 으로부터 사출시킨다. 그리고, 제 2 면 (43) 과 대향하는 위치에 배치된 액정 표시 장치 (60) 를 통과시키고, 반사 부재 (54) 에 의해 반사시켜, 다시 액정 표시 장치 (60) 를 통과시킨다. 이 광은, 또한, 위상차 필름 (53) 및 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 에 형성된 반사 방지층 (도시 생략) 을 통과하여 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 으로부터 사출되어서, 화상으로서 인식된다. 프론트라이트식 면 형상 광원 장치가 백라이트식 면 형상 광원 장치보다 밝으며, 또한, 한낮이라면 외광만으로 밝게 할 수 있는 방식이기 때문에, 소비전력을 저감할 수 있다는 이점이 있다.
그런데, 프리즘 시트 (55) 가 고가일 뿐만 아니라, 또한 여러 장을 사용하는 경우, 조립 공수 (工數) 가 많아진다는 문제가 있다. 그 때문에, 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 에 프리즘 형상의 요철부 (42) 를 형성함으로써, 이러한 문제를 해결하고 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평10-55712호 참조). 여기서, 저소비 전력, 고휘도를 달성하기 위해서는, 프리즘 형상의 요철부 (42) 의 밀도를 가능한 한 높게 하여 휘도 효율을 향상시킬 필요가 있다. 또한, 제 2 면 (43) 에 광확산 효과가 있는 블래스트 엠보싱을 형성하고, 확산 시트를 없애는 방법도 검토되고 있다.
종래, 이러한 도광판은 사출 성형법에 기초하여 제조되고 있다. 즉, 용융 수지 사출부 (게이트부) 및 캐비티를 구비한 금형 조립체를 사용하여, 투명한 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부를 통해서 캐비티로 사출함으로써, 도광판을 성형하고 있다. 그리고, 투명한 열가소성 수지로서 PMMA 등의 재료가 사용되고 있었다. 그러나, 휴대 전화, PDA 등의 기기 내부에서 발생하는 열이 많아지는 경향이 있어, 내열성이 높은 폴리카보네이트 수지로 대체되고 있다.
또한, 휴대 전화 등에 있어서 사용되고 있는 액정 표시 장치의 두께는 현행 3㎜ 정도이고, 도광판의 두께는 가장 얇은 것이 0.7㎜ 정도이다. 그리고, 액정 표시 장치의 두께를 한층 더 얇게 하고자 하는 강한 요망에 부응하기 위해서, 도광 판의 두께도 0.7㎜ 를 밑도는 두께가 요구되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평10-138275호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평10-052839호
특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 평10-055712호
특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 평11-058406호
특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 2004-050819호
특허 문헌 6 : 일본 공개특허공보 2003-014938호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
일본 공개특허공보 평10-138275호에는, 두께 0.1㎜ 내지 10㎜ 의 도광판 및 그 사출 성형 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 공개특허공보 평10-052839호 및 일본 공개특허공보 평10-055712호에는 박육부가 0.1㎜ 내지 1㎜ 이고, 후육부와 박육부의 차가 0.5㎜ 이상인 도광판 및 그 사출 성형 방법이 개시되어 있다. 그리고, 일본 공개특허공보 평11-058406호에는, 두께 0.1㎜ 내지 7㎜ 의 박판형 성형품 및 그 사출 성형 방법이 개시되어 있다. 그리고 또한, 일본 공개특허공보 2004-050819호에는, 0.1㎜ 내지 30㎜ 의 성형체 및 그 성형 방법이 개시되어 있다. 또한, 표면에 프리즘 형상의 요철부를 갖는 도광판을 유동성이 나쁜 폴리카보네이트 수지를 사용하여 사출 성형법에 기초해서 성형한 경우, 특히 게이트부에서 먼 곳에 위치하는 도광판의 표면 부분에 프리즘 형상의 요철부를 형성할 수 없다는 문제를 해결하기 위한 수단이, 예를 들어 일본 공개특허공보 2003-14938호에 개시되어 있다.
그러나, 이들 특허 공개 공보에 개시된 실시예에 있어서는, 도광판이나 성형품의 두께가 0.7㎜ 이상이다. 또한, 도광판이나 성형품은 100㎜ 이상의 크기이다. 이러한 두께나 크기를 갖는 도광판이나 성형품은, 이들 특허 공개 공보에 개시된 방법으로 성형하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 특허 공개 공보에 개시된 기술에 근거하여 두께가 0.7㎜ 를 밑도는 도광판의 사출 성형법에 기초하는 제조를 시도한 경우, 유동 말단 (용융 수지 사출부 (게이트부) 로부터 가장 먼 곳) 에 상당하는 캐비티 부분을 용융 열가소성 수지로 완전히 충전할 수 없어, 실제로는 원하는 도광판을 제조할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 두께가 0.7㎜ 를 밑도는 매우 얇은 도광판 및 이러한 도광판이 장착된 면 형상 광원 장치, 그리고 이러한 도광판의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도광판은, 투명한 열가소성 수지로 이루어지고, 제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖는 도광판으로서,
제 1 면의 표면부에는 볼록부 및/또는 오목부가 형성되어 있고 (즉, 볼록부가 형성되어 있거나 또는 오목부가 형성되어 있고, 혹은 볼록부와 오목부가 형성되어 있고),
제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하, 바람직하게는 45㎜ 이상, 120㎜ 이하이고,
도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하, 바람직하게는 0.15㎜ 이상, 0.50㎜ 이하이고,
평면도가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면 형상 광원 장치는,
도광판, 및, 광원으로 이루어지고,
그 도광판은,
투명한 열가소성 수지로 이루어지고,
제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖고,
제 1 면의 표면부에는 볼록부 및/또는 오목부가 형성되어 있고 (즉, 볼록부가 형성되어 있거나 또는 오목부가 형성되어 있고, 혹은 볼록부와 오목부가 형성되어 있고),
제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하, 바람직하게는 45㎜ 이상, 120㎜ 이하이고,
도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하, 바람직하게는 0.15㎜ 이상, 0.50㎜ 이하이고,
평면도가 200㎛ 이하이며,
도광판의 제 1 측면으로부터 광이 입사되고, 제 1 면 및/또는 제 2 면으로부터 광이 사출되는 것을 특징으로 한다.
면 형상 광원 장치에 있어서는, 광원이, 예를 들어 도광판의 단부인 제 1 측면 (입광면) 에 배치되어 있다. 그리고, 광원으로부터 사출되어, 제 1 측면으로부터 도광판에 입사된 광이, 도광판의 제 1 면에 형성된 볼록부 또는 오목부에 의해서 산란되어서 제 1 면 및/또는 제 2 면으로부터 사출된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도광판의 제조 방법은,
투명한 열가소성 수지로 이루어지고, 제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖고,
제 1 면의 표면부에는 볼록부 및/또는 오목부가 형성되어 있고,
제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하이고,
도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하이고,
평면도가 200㎛ 이하인 도광판의 제조 방법으로서,
캐비티, 및, 도광판의 어느 하나의 측면에 대응하는 부분 (캐비티면) 으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하기 위한 용융 수지 사출부를 구비하며, 제 1 금형부와 제 2 금형부로 구성된 금형 조립체를 사용하여,
(A) 제 1 금형부와 제 2 금형부를 형조임력 F0 으로 형조임하여, 캐비티를 형성한 후,
(B) 캐비티 안으로 용융 수지 사출부로부터 투명한 용융 열가소성 수지를 사출하고,
(C) 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 완료로부터 t 초가 경과한 후, 혹은, 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 및 거기에 이어지는 보압 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후 (단, 0 초 ≤ t ≤ 8.0 초), 형조임력을 0.5F0 이하로 하고,
(D) 캐비티 안의 열가소성 수지가 냉각, 고화된 후, 제 1 금형부와 제 2 금형부를 몰드 개방하여, 도광판을 꺼내는,
각 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도광판의 제조 방법에 있어서는, 캐비티 안으로 용융 열가소성 수지를 사출하는 공정의 완료와 동시에 (즉 t = 0) 또는 8.0 초가 경과할 때까지 (즉, 0 ＜ t ≤ 8.0 초), 혹은, 캐비티 안으로 용융 열가소성 수지를 사출하는 공정 및 거기에 이어지는 보압 공정 (보압 공정의 시간을 t' 초로 한다) 의 완료와 동시에 (즉 t = 0) 또는 8.0 초가 경과할 때까지 (즉, 0 ＜ t ≤ 8.0 초), 형조임력 F1 을 0.5F0 이하로 하는데, 바람직하게는 0.5 초 ≤ t ≤ 6 초, 보다 바람직하게는 1 초 ≤ t ≤ 4 초로 하는 것이 바람직하고, 보다 현실적으로는, 성형된 도광판의 변형 상태를 관찰하여 시간 t 를 설정하면 된다. 한편, t 의 값이 8 초를 초과하면, 통상, 캐비티 안의 열가소성 수지의 냉각에 의한 수축이 완료되어, 변형이 열가소성 수지 내에 잔류된 상태가 되기 때문에, 도광판에 비틀림 또는 부풀음이 발생하거나, 평면도가 저하될 우려가 있다. 또한, 0 ≤ F1/F0 ≤ 0.5, 보다 바람직하게는 0 ≤ F1/F0 ≤ 0.4, 더욱 바람직하게는 0 ≤ F1/F0 ≤ 0.3 을 만족하는 것이 바람직하고, 보다 현실적으로는, 성형된 도광판의 변형 상태를 관찰하여, F0 의 값, F1 의 값을 설정하면 된다. 한편, 형조임력 F1 을 0.5F0 이하로 하지 않으면, 캐비티 안의 열가소성 수지의 내부에 발생한 변형이 해방되기 어려워, 도광판에 비틀림 또는 부풀음이 발생하거나, 평면도가 저하될 우려가 있다.
또한, 형조임력 F0 의 값은, 형조임력 F0 가 가해지는 방향에 수직인 가상 평면으로 도광판을 절단하였을 때의 도광판의 최대 단면적을 SMAX (㎠) 로 하였을 때,
F0 ≥ 9.8 × 103 × SMAX(N) (= SMAX × 103kgf)
을 만족하는 것이 바람직하다. 형조임력 F0 의 상한치는 사용하는 사출 성형 장치에 따라 다른데, 예를 들어 2.9 × 104 × SMAX(N) (= SMAX ×3 × 103kgf) 을 들 수 있다. 형조임력 F0 의 값이 지나치게 작은 경우에는, 도광판에 버가 발생할 우려가 있고, 지나치게 크면, 분리 라인으로부터의 공기나 수지에서 발생한 가스의 배기를 촉진할 수 없게 되어, 캐비티 안의 용융 열가소성 수지의 유동성이 약간 떨어지게 되고, 도광판 내부에 변형이 잔류할 우려가 생기기 때문에, 형조임력 F0 의 값은 적절히 조정할 필요가 있다.
통상, 사출 성형 장치에 구비된 사출 실린더에 있어서 계량, 가소화되고, 용융된 열가소성 수지가 사출 실린더로부터 사출되어, 고정 금형부와 가동 금형부로 구성된 금형 조립체에 형성된 스프루 (sprue) 및 용융 수지 사출부 (게이트부) 를 통해서 캐비티 안으로 도입 (사출) 되고, 보압된다. 보압 공정에 있어서는, 사출 압력과는 별도의 임의로 조정 가능한 압력 (2 차 사출 압력) 으로 전환함으로써, 용융 열가소성 수지의 역류 방지, 및 캐비티 안의 열가소성 수지의 냉각, 고화로 인한 성형 수축을 방지하기 위해 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 보충하는 것이 이루어진다. 용융 수지 사출부 (게이트부) 가 고화된 후에는 보압이 필요없게 되므로, 통상, 용융 수지 사출부 (게이트부) 가 고화되기까지의 시간을 대상으로 하여 보압 공정의 시간 (보압 시간 : t') 을 결정한다. 본 발명의 도광판의 제조 방법에 있어서는, 두께가 0.1㎜ 내지 0.55㎜ 의 매우 얇은 도광판을 사출 성형하기 때문에, 경우에 따라서는, 보압 시간 (t') 을 0 초로 해도 되고, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 보압 압력으로서 1 × 108Pa 이하의 압력을 가하는 보압 공정의 시간 (보압 시간 : t') 을 2 초 이하 (t' ≤ 2), 바람직하게는 0.1 초 ≤ t' ≤ 1 초로 하는 것이 바람직하다. 보압 공정에 있어서의 압력 (보압 압력) 이 지나치게 높거나, 보압 시간이 지나치게 길면, 도광판이 변형되는 원인이 된다. 캐비티 안으로 용융 열가소성 수지를 사출하는 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후, 형조임력을 0.5F0 이하로 하는데, 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정의 완료로부터 t 초가 경과할 때까지의 사이에는, 형조임력을 F0 으로 유지한 채로, 뿐만 아니라 보압은 실시하지 않는다 (즉, 사출 실린더로부터 캐비티 안의 열가소성 수지에 압력을 가하지 않는다). 또는, 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 및 거기에 이어지는 보압 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후, 형조임력을 0.5F0 이하로 하는데, 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 보압 공정의 완료로부터 t 초가 경과할 때까지의 사이에는, 형조임력을 F0 으로 유지한 상태인 채로 한다. 한편, 보압 공정이 완료되어 있기 때문에, 사출 실린더로부터 캐비티 안의 열가소성 수지에 압력을 가하지 않는다.
본 발명의 도광판의 제조 방법에 있어서는, 필요에 따라서, 몰드 개방하기 전에 캐비티 안을 에어 블로우하여 캐비티면으로부터 도광판을 이형시켜 이형 저항을 감소시키거나, 몰드 개방 중 또는 이젝트 전에 에어 블로우를 병용함으로써, 특히 전사성을 높인 도광판의 이형시 변형을 억제하는 것이 가능해져, 평면도의 향상을 한층 더 효과적으로 달성할 수 있다.
본 발명의 도광판, 면 형상 광원 장치 또는 도광판의 제조 방법 (이하, 이들을 총칭하여 간단하게 본 발명이라고 부르는 경우가 있다) 에 있어서, 도광판의 평면도는 200㎛ 이하, 바람직하게는 150㎛ 이하, 한층 더 바람직하게는 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.
한편, 평면도의 측정은, JIS B 7513-1992 에 기초하여 실시할 수 있다. 단, 도광판의 두께가 얇기 때문에, 프로브의 접촉 압력에 의해서 휘어져, 정확한 값이 얻어지지 않을 우려가 있기 때문에, 접촉 압력이 낮은 저압 프로브 또는 비접촉 색 레이저 프로브를 사용하여 측정을 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는,
(1) 전체적으로, 두께가 대략 일정한 박판 형상을 갖는 도광판,
(2) 입광면인 제 1 측면 근방의 부분이 두껍게 되어 있고, 다른 부분의 두께가 대략 일정한 도광판,
(3) 입광면인 제 1 측면으로부터 입광면에 대향하는 면인 제 3 측면 (예를 들어, 용융 수지 사출부의 근방에 위치하는 측면) 을 향하여 두께가 얇아지는 쐐기 모양의 도광판의 3 종류가 일반적으로 존재하는데, 정반에 놓인 도광판의 최저 3 군데를 측정하여 보정한 면을 기준면으로 하고, 시료면에 있어서 최저 21 군데를 측정하여, 평면도로 한다. 그 때, 일정 두께의 도광판에 있어서는, 네 모서리 및 중앙 부근은 반드시 측정하는 것으로 한다. 입광면인 제 1 측면 근방의 부분이 두껍게 되어 있는 도광판에서는, 이 두꺼운 부분에서의 측정은 피하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 측면만이 두꺼운 도광판에 있어서는, 그 부분에서의 측정은 피하는 것이 바람직하다. 한편, 시료면을, 볼록부 및/또는 오목부가 형성되어 있는 제 1 면으로 한다.
본 발명의 도광판 또는 면 형상 광원 장치에 있어서는, 캐비티, 및 도광판의 어느 하나의 측면 (제 1 측면, 제 2 측면, 제 3 측면, 또는 제 4 측면이고, 바람직하게는 제 1 측면) 에 대응하는 캐비티면으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하기 위한 용융 수지 사출부를 구비한 금형 조립체를 사용하고, 도광판은, 투명한 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부를 통해서 캐비티 안으로 사출함으로써 성형되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 이 경우, 또는, 본 발명의 도광판의 제조 방법에 있어서는, 예를 들어 제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이가 52㎜ 이고, 두께가 0.3㎜ 인 도광판을, Q 값이 0.60 인 열가소성 수지를 사용하여, 수지 온도 330℃ 의 사출 조건하, 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부를 통해서 캐비티 안으로 사출함으로써 성형하는 경우의 수지 사출 속도는, 1.2mㆍ초－1 이상, 바람직하게는 1.5mㆍ초－1 이상, 한층 더 바람직하게는 2.0mㆍ초－1 이상인 것이 바람직하다. 일반적으로, 통상적인 사출 성형법에 있어서는, 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부를 통해서 캐비티 안으로 사출할 때의 수지 사출 속도는 0.1mㆍ초－1 내지 0.3mㆍ초－1 정도이다. 본 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 수지 사출 속도는 종래의 사출 성형법과 비교하여 20 배 이상이나 고속이다. 이와 같이, 종래의 기술과는 비교되지 않는 고속의 수지 사출 속도로 투명한 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부를 통해서 캐비티 안으로 사출함으로써, 두께가 얇은 캐비티 안에 용융 열가소성 수지를, 확실하고 완전하게 충전시킬 수 있다. 수지 온도를 360℃ 이상으로 함으로써, 0.1mㆍ초－1 내지 0.3mㆍ초－1 정도의 종래의 사출 성형법에 기초하는 성형이 가능해지지만, 성형 조건에 따라서는 열가소성 수지가 열 분해에 의해서 황변하여, 도광판의 휘도 저하나 품질 저하를 초래하는 문제가 생길 우려가 있다.
또한, 상기 서술한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서는, 지르코니아 세라믹스 또는 도전성 지르코니아 세라믹스로 이루어지는 인서트 블록 본체, 및, 도광판의 제 1 면에 볼록부 및/또는 오목부를 형성하기 위해서, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체의 표면에 배치되고, 오목부 및/또는 볼록부가 형성된 금속층으로 이루어지는 인서트 블록이 금형 조립체의 내부에 배치되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
인서트 블록 본체를 지르코니아 세라믹스 또는 도전성 지르코니아 세라믹스와 같은 열전도율이 낮은 재료로 구성함으로써, 캐비티 안의 용융 열가소성 수지의 급랭을 방지할 수 있는 결과, 용융 열가소성 수지의 유동성이 향상되고, 금속층과 접촉한 용융 열가소성 수지에 고화층이 형성되는 것을 회피할 수 있으며, 캐비티의 두께가 매우 얇음에도 불구하고, 캐비티 안을 용융 열가소성 수지에 의해 확실하고 또한 완전히 충전시킬 수 있다. 여기에 추가하여, 금속층에 형성된 오목부 및/또는 볼록부를 도광판에 확실하게, 또한 정확하면서 높은 정밀도로 전사할 수 있다.
상기의 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서는, 도광판의 제 1 측면으로부터 광이 입사되고, 한정하는 것은 아니지만, 도광판의 제 3 측면에 대응하는 캐비티면으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
상기의 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서, 열가소성 수지의 Q 값은 0.5㎤ㆍ초－1 이상, 바람직하게는 0.6㎤ㆍ초－1 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 열가소성 수지의 Q 값은, 고화 (高化) 식 플로우 테스터 (시마즈 제작소 주식회사 제조) 를 사용하여, 280℃ 로 가열한 용융 열가소성 수지에 하중 1.57 × 107Pa (160kgf/㎠) 를 가한 상태에서, 직경 1㎜, 길이 10㎜ 의 노즐에서 유출시켰을 때의 용융 열가소성 수지의 유출량 (단위 : ㎤ㆍ초－1) 이다. Q 값이 높을수록, 용융 열가소성 수지의 유동성이 좋다고 할 수 있다. 한편, Q 값이 지나치게 높으면, 열가소성 수지의 인성 (靭性) 이 없어져 도광판이 깨지기 쉬워지는 경향이 있기 때문에, 현실적인 Q 값의 상한치로서 1.5㎤ㆍ초－1 을 들 수 있다. 한편, 예를 들어, 종래의 방향족 폴리카보네이트 수지에 있어서는 Q 값의 최고값이 기껏해야 0.36 ∼ 0.40㎤ㆍ초－1 에 불과하여, 0.5㎤ㆍ초－1 이상인 상기 Q 값은, 지금까지는 없었던 매우 높은 값이다.
이상에서 설명한 각종 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서, 열가소성 수지로서, 방향족 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 노르보르넨계의 중합체 수지인 닛폰 제온 주식회사에서 제조한 「제오노아」(ZEONOR) 등의 시클로올레핀 수지, 투명 폴리이미드 수지, 지환식 아크릴 수지, 폴리스티렌 등의 스티렌계 수지와 같은 투명성 열가소성 수지를 예시할 수 있고, 바람직하게는 방향족 폴리카보네이트 수지를 들 수 있다.
본 발명에서의 사용에 적합한 폴리카보네이트는, 공지된 방법에 기초하여 제조할 수 있고, 예를 들어, 계면 중합법, 피리딘법, 에스테르 교환법, 고리형 카보네이트 화합물의 개환 중합법을 비롯한 각종 제조 방법을 들 수 있다. 구체적으로는, 방향족 디하이드록시 화합물 또는 이것과 소량의 폴리하이드록시 화합물과, 일반적으로 포스겐으로서 알려져 있는 염화카르보닐, 또는, 디메틸카보네이트나 디페닐카보네이트로 대표되는 탄산디에스테르, 일산화탄소나 이산화탄소와 같은 카르보닐계 화합물을, 반응시킴으로써 얻어지는, 직쇄상, 또는 분기되어 있어도 되는 열가소성 방향족 폴리카보네이트의 중합체 또는 공중합체이다.
원료인 방향족 디하이드록시 화합물로서, 예를 들어, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 [= 비스페놀 A], 2,2-비스(4-하이드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시-3,5-디에틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시-(3,5-디페닐)페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시-3,5-디브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)펜탄, 2,4'-디하이드록시-디페닐메탄, 비스-(4-하이드록시페닐)메탄, 비스-(4-하이드록시-5-니트로페닐)메탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 3,3-비스(4-하이드록시페닐)펜탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)시클로헥산, 비스(4-하이드록시페닐)술폰, 2,4'-디하이드록시디페닐술폰, 비스(4-하이드록시페닐)술파이드, 4,4'-디하이드록시디페닐에테르, 4,4'-디하이드록시-3,3'-디클로로디페닐에테르, 4,4'-디하이드록시-2,5-디에톡시디페닐에테르 등을 들 수 있고, 바람직하게는 비스(4-하이드록시페닐)알칸류이고, 특히 바람직하게는 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 [비스페놀 A 라고 불린다] 이다. 이들 방향족 디하이드록시 화합물은, 단독으로 사용하거나 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
분기된 폴리카보네이트를 얻기 위해서는, 플루오로글루신, 4,6-디메틸-2,4,6-트리스(4-하이드록시페닐)헵텐-2,4,6-디메틸-2,4,6-트리스(4-하이드록시페닐)헵탄, 2,6-디메틸-2,4,6-트리스(4-하이드록시페닐)헵텐-3,1,3,5-트리스(4-하이드록시페닐)벤젠, 1,1,1-트리스(4-하이드록시페닐)에탄 등으로 나타내는 폴리하이드록시 화합물, 또는, 3,3비스(4-하이드록시아릴)옥시인돌 (= 이사틴비스페놀), 5-클로로이사틴비스페놀, 5,7-디클로로이사틴비스페놀, 5-브로모이사틴비스페놀 등을 상기 서술한 방향족 디하이드록시 화합물의 일부로서 사용하면 되고, 사용량은 0.01 ∼ 10 몰%, 바람직하게는 0.1 ∼ 2 몰% 이다.
계면 중합법에 의한 반응에 있어서는, 반응에 불활성인 유기 용매, 알칼리 수용액의 존재하에서, 통상 pH 를 10 이상으로 유지하고, 방향족 디하이드록시 화합물 및 적절히 분자량 조정제 (말단 정지제), 필요에 따라서 방향족 디하이드록시 화합물의 산화 방지를 위한 산화 방지제를 사용하여 포스겐과 반응시킨 후, 제 3 급 아민 또는 제 4 급 암모늄염 등의 중합 촉매를 첨가하여, 계면 중합함으로써 폴리카보네이트를 얻을 수 있다. 분자량 조절제의 첨가는, 포스겐화시부터 중합 반응 개시시까지의 사이이면 특별히 한정되지 않는다. 한편, 반응 온도는 0 ∼ 35℃ 이고, 반응 시간은 수 분 ∼ 수 시간이다.
여기서, 반응에 불활성인 유기 용매로서, 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 모노클로로벤젠, 디클로로벤젠 등의 염소화 탄화수소류, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소 등을 들 수 있다. 분자량 조절제 또는 말단 정지제로서 1 가의 페놀성 수산기를 갖는 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는, m-메틸페놀, p-메틸페놀, m-프로필페놀, p-프로필페놀, p-tert-부틸페놀, p-장쇄 알킬 치환 페놀 등을 들 수 있다. 분자량 조절제의 사용량은, 방향족 디하이드록시 화합물 100 몰에 대하여 50 ∼ 0.5 몰, 바람직하게는 30 ∼ 1 몰이다. 중합 촉매로서, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리부틸아민, 트리프로필아민, 트리헥실아민, 피리딘 등의 제 3 급 아민류 ; 트리메틸벤질암모늄클로라이드, 테트라메틸암모늄클로라이드, 트리에틸벤질암모늄클로라이드 등의 제 4 급 암모늄염 등을 들 수 있다.
에스테르 교환법에 의한 반응은, 탄산디에스테르와 방향족 디하이드록시 화합물의 에스테르 교환 반응이다. 통상, 탄산디에스테르와 방향족 디하이드록시 화합물의 혼합 비율을 조정하거나, 반응시의 감압도를 조정하거나 함으로써, 원하는 폴리카보네이트의 분자량과 말단 하이드록실기량이 정해진다. 보다 적극적인 방법으로서, 반응시에, 별도로 말단 정지제를 첨가하는 조정 방법도 주지되어 있다. 이 때의 말단 정지제로서, 1 가 페놀류, 1 가 카르복실산류, 탄산디에스테르류를 들 수 있다. 말단 하이드록실기량은 폴리카보네이트의 열 안정성, 가수분해 안정성, 색조 등에 큰 영향을 미치므로, 실용적인 물성을 갖게 하기 위해서는 바람직하게는 1000ppm 이하이고, 700ppm 이하가 특히 바람직하다. 또한, 에스테르 교환법에 의해 제조하는 폴리카보네이트에서는, 말단 하이드록실기량이 지나치게 적어지면, 분자량이 증가하지 않고, 색조도 나빠지기 때문에, 100ppm 이상이 바람직하다. 따라서, 방향족 디하이드록시 화합물 1 몰에 대하여 탄산디에스테르를 등몰량 이상 사용하는 것이 일반적이고, 바람직하게는 1.01 ∼ 1.30 몰의 양으로 사용된다.
에스테르 교환법에 의해 폴리카보네이트를 제조할 때에는, 통상 에스테르 교환 촉매가 사용된다. 에스테르 교환 촉매로는 특별히 제한은 없지만, 주로 알칼리 금속 화합물 및/또는 알칼리 토금속 화합물이 사용되고, 보조적으로 염기성 붕소 화합물, 염기성 인 화합물, 염기성 암모늄 화합물, 또는 아민계 화합물 등의 염기성 화합물을 병용하는 것도 가능하다. 이러한 원료를 사용한 에스테르 교환 반응에서는, 100 ∼ 320℃ 의 온도에서 반응을 실시하고, 최종적으로는 2.7 × 102Pa (2㎜Hg) 이하의 감압하, 방향족 하이드록시 화합물 등의 부생성물을 제거하면서 용융 중축합 반응하는 방법을 들 수 있다. 용융 중축합은, 배치식, 또는 연속적으로 실시할 수 있지만, 본 발명에서의 사용에 적합한 폴리카보네이트에 있어서는, 안정성 등의 관점에서 연속식으로 실시하는 것이 바람직하다. 에스테르 교환법에 있어서, 폴리카보네이트 중의 촉매의 실활제로서 촉매를 중화시키는 화합물, 예를 들어 황함유 산성 화합물 또는 그것으로 형성되는 유도체를 사용하는 것이 바람직하고, 그 양은, 촉매의 알칼리 금속에 대하여 0.5 ∼ 10 당량, 바람직하게는 1 ∼ 5 당량의 범위이고, 폴리카보네이트에 대하여 통상 1 ∼ 100ppm, 바람직하게는 1 ∼ 20ppm 의 범위에서 첨가한다.
이상에서 설명한 각종 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서, 열가소성 수지는, 점도 평균 분자량 (Mv) 이 1.0 × 104 내지 1.5 ×104, 바람직하게는 1.1 × 104 내지 1.4 × 104 의 방향족 폴리카보네이트 수지인 것이 바람직하다. 한편, 방향족 폴리카보네이트 수지의 점도 평균 분자량이 1.0 × 104 미만이면, 도광판의 기계적 강도가 저하되고, 도광판의 요구 성능을 만족시킬 수 없다는 우려가 있다. 한편, 방향족 폴리카보네이트 수지의 점도 평균 분자량이 1.5 × 104 를 초과하는 경우, 용융된 방향족 폴리카보네이트 수지의 유동성이 떨어져, 성형성에 문제가 생기고, 원하는 도광판을 얻기가 어려워진다.
한편, 점도 평균 분자량 (Mv) 은, 염화메틸렌을 용매로 하여, 우벨로데 점도계에 의해서 25℃ 의 온도에서 측정한 용액 점도로부터 구한 극한점도 [η] 를 사용하여, 다음 식에 의해 산출하였다.
η = 1.23 × 10-4 × Mv0 .83
이상에서 설명한 각종 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서, CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 가 1931 년에 책정한 국제 표시법인 CIE 1931 XYZ 표색계에서의 xy 색도도에 있어서 도광판의 (x, y) 값은, x ≤ 0.375 그리고 y ≤ 0.335, 바람직하게는 x ≤ 0.370 그리고 y ≤ 0.330 을 만족하는 것이 바람직하다. 도광판의 (x, y) 값이 이 범위로부터 일탈하면, 도광판의 색이 황변하여, 외관이 그다지 좋지 않게 된다. 한편, xy 색도도에 있어서의 도광판의 (x, y) 값은, 광원으로서 백색 LED 를 사용하고, 톱콘사 제조의 휘도계 SR3, BM7 또는 BM5A 중 어느 하나를 사용하여 측정되며, 입광면에서부터 가장 먼 도광판 부분의 3 군데 (측정 범위 : 직경 10㎜) 의 측정 결과의 평균치이다.
보다 구체적으로는, 휘도 측정을 포함하는 xy 색도도 (CIE 시스템 또는 CIE 색도도라고도 불린다) 에 있어서의 (x, y) 값의 결정은, 이하의 방법에 기초하여 실시할 수 있다. 즉, 예를 들어, 암실 내에서 도광판의 입광면으로부터 도광판으로 도광 가능한 유닛 상에 도광판을 놓고, 램프로부터 사출된 광을 도광판의 입광면으로부터 도광판으로 도광시킨다. 그리고, 도광판의 상방 약 35㎝ 지점에 배치된 휘도계로, 도광판으로부터 사출된 광의 휘도를 측정한다. 도광판으로부터 휘도계까지의 거리를 변경함으로써 측정 범위의 크기를 변경할 수 있다. 한편, 도광판의 휘도 측정 등은, 측정 지점의 숫자만큼 도광판을 될 수 있는 한 균등하게 분할하여, 이러한 분할된 영역의 중앙 부분에서 실시하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 각종 바람직한 형태를 포함하는 본 발명에 있어서, 도광판은, 전체적으로 두께가 대략 일정한 박판 형상을 갖고, 도광판의 제 1 측면 (입광면) 으로부터 광이 입사되고, 제 1 면 및/또는 제 2 면으로부터 광이 사출되는 구성으로 할 수 있고, 또는, 전체적으로 쐐기 모양의 절두 (切頭) 형 사각추 형상을 갖고, 절두형 사각추의 2 개의 대향하는 측면이 도광판의 제 1 면 및 제 2 면에 해당하고, 절두형 사각추의 저면이 도광판의 제 1 측면에 해당하고, 절두형 사각추의 정상면이 도광판의 제 3 측면에 해당하고, 절두형 사각추의 나머지 2 개의 대향하는 측면이 도광판의 제 2 측면 및 제 4 측면에 해당하며, 도광판의 제 1 측면 (입광면) 으로부터 광이 입사되고, 제 1 면 및/또는 제 2 면으로부터 광이 사출되는 구성으로 할 수 있다. 또는, 도광판은, 전체의 8 할 이상이 두께가 대략 일정한 박판 형상을 갖고, 나머지 부분은 서서히 두께가 두꺼워지며, 이러한 부분은 제 1 측면 (입광면) 에서 종단되어 있는 구조로 할 수도 있다. 한편, 박판 형상을 갖는 도광판에 있어서는 도광판의 두께가 전체적으로 「대략 일정한」이라고 표현하고 있는데, 이러한 표현은, 도광판의 성형시 성형 조건 등의 편차에 의해서 도광판의 두께에 편차가 생길 수 있지만, 도광판의 이러한 두께 편차를 포함하기 위함이다.
본 발명에 있어서, 「투명한 열가소성 수지」란, JIS K 7105-1981 의 제 5.52 항 (측정법 A) 에 기초하여 측정된 평행광선 투과율이 85% 이상인 열가소성 수지를 가리킨다. 한편, 측정에 있어서는, 수지 시험편의 두께를 3.0㎜ 로 한다.
도광판 두께의 측정은 마이크로미터를 사용하여 실시하고, 도광판의 최저 9 군데를 측정하여 평균 두께를 구한다. 더불어, 두께 차를 구하는 것이 바람직하다. 여기서, 두께 차를 구하는 경우, 특히 용융 수지 사출부의 근방에 위치하는 캐비티 부분에 대응한 도광판 부분 (예를 들어, 제 3 측면 근방의 도광판 부분) 과, 유동 말단에 상당하는 캐비티 부분에 대응한 도광판 부분 (예를 들어, 입광면인 제 1 측면 근방의 도광판 부분) 사이의 두께 차가 가장 커지는 경향이 있기 때문에, 도광판의 이들 부분의 두께를 측정함으로써 두께 차를 구하는 것이 바람직하다. 일정한 두께의 도광판에 있어서는, 두께 차는 80㎛ 이하인 것이 바람직하다. 80㎛ 를 초과하면, 도광판에 있어서의 광학 설계에 기초한 휘도의 값보다 실제 휘도의 값이 작아질 우려가 있으며, 예를 들어, 박형화한 액정 표시 장치 유닛에 도광판을 장착하기가 곤란해지고, 무리하게 장착시키면, 액정 표시 장치 본체에 압력이 가해져 액정 표시 장치 본체가 파손될 위험성이 있다.
도광판에 있어서, 제 1 면의 주연부에는 볼록부나 오목부가 형성되어 있지 않아도 되고, 또는, 제 1 면의 주연부에 있어서는, 후술하는 볼록부 또는 오목부의 크기나 표면 거칠기의 규정을 만족하고 있지 않아도 된다. 즉, 실질적으로 광의 산란 등에 기여하지 않은 제 1 면의 부분에는 볼록부나 오목부가 형성되어 있지 않아도 되고, 또는, 볼록부 또는 오목부의 크기나 표면 거칠기의 규정을 만족하고 있지 않아도 된다.
본 발명의 도광판을 액정 표시 장치에서 사용하는 경우에는, 에지식의 백라이트식 면 형상 광원 장치에 장착하는 것도 가능하고, 에지식의 프론트라이트식 면 형상 광원 장치에 장착할 수도 있다. 즉, 이들 면 형상 광원 장치는, 본 발명의 면 형상 광원 장치에 상당한다.
에지식의 백라이트식 면 형상 광원 장치에 있어서는, 예를 들어 형광 램프나 발광 다이오드 (LED) 로 이루어지는 광원이 도광판의 제 1 측면 근방에 배치되어 있다. 그리고, 도광판의 제 1 면에 대향하여 반사 부재가 배치되어 있다. 또한, 도광판의 제 2 면에 대향하여 액정 표시 장치가 배치되어 있다. 광원으로부터 사출된 광은, 도광판의 제 1 측면으로부터 도광판에 입사되고, 제 1 면의 볼록부 또는 오목부에 충돌하여 산란된 후, 제 1 면으로부터 사출되고, 반사 부재에서 반사되어서, 제 1 면으로 다시 입사되고, 제 2 면으로부터 사출되어, 액정 표시 장치를 조사한다. 액정 표시 장치와 도광판의 제 2 면과의 사이에는, 예를 들어 확산 시트를 배치해 두어도 된다.
에지식의 프론트라이트식 면 형상 광원 장치에 있어서도, 예를 들어 형광 램프나 발광 다이오드로 이루어지는 광원이 도광판의 제 1 측면 근방에 배치되어 있다. 그리고, 도광판의 제 2 면에 대향하여 액정 표시 장치가 배치되어 있다. 광원으로부터 사출된 광은, 도광판의 제 1 측면으로부터 도광판에 입사되고, 제 1 면의 볼록부 또는 오목부에 충돌하여 산란된 후, 제 2 면으로부터 사출되고, 위상차 필름이나 편광 필름을 통과하여, 액정 표시 장치를 통과한다. 그리고, 액정 표시 장치로부터 사출된 광은, 액정 표시 장치의 외측에 배치된 반사 부재에 의해서 반사되어, 액정 표시 장치를 다시 통과하고, 위상차 필름이나 편광 필름을 통과한 후, 또 다시 도광판을 통과하여, 도광판의 제 1 면으로부터 사출된다. 이 광이, 액정 표시 장치에 표시된 화상 등으로서 인식된다. 통상, 도광판의 제 2 면 표면에는 반사 방지층이 형성되어 있다.
본 발명의 면 형상 광원 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광을 직접 도광판으로 유도해도 되고, 간접적으로 도광판으로 유도해도 된다. 후자의 경우, 예를 들어 광섬유를 사용하면 된다. 광원을, 면 형상 광원 장치의 구성, 구조, 사용 용도 등에 따라서 형광등, 백열등, 발광 다이오드, 형광관 등의 인공적인 광원으로 할 수도 있고, 태양광 등의 자연광으로 할 수도 있다.
도광판의 제 1 면에 형성된 볼록부 또는 오목부의 높이나 깊이, 피치, 형상을 일정하게 해도 되고, 광원으로부터 멀어짐에 따라서 변화시켜도 된다. 후자의 경우, 예를 들어 볼록부 또는 오목부의 피치를 광원으로부터 멀어짐에 따라서 작게 해도 된다. 또한, 볼록부의 피치 또는 오목부의 피치란, 도광판으로의 광입사 방향에 따른 볼록부의 피치 또는 오목부의 피치를 의미한다.
본 발명에 있어서, 제 1 면에 형성된 볼록부는, 그 높이가 5 × 10-7m 내지 6 × 10-5m, 바람직하게는 1 × 10-6m 내지 5 × 10-5m, 한층 더 바람직하게는 2 × 10-6m 내지 4 × 10-5m 이고, 피치는, 5 × 10-7m 내지 4 × 10-4m, 바람직하게는 5 × 10-6m 내지 3.5 × 10-4m, 한층 더 바람직하게는 3 × 10-5m 내지 3.0 × 10-4m 인 것이 바람직하다. 또는, 제 1 면에 형성된 오목부는, 그 깊이가 5 × 10-7m 내지 6 × 10-5m, 바람직하게는 1 × 10-6m 내지 5 × 10-5m, 한층 더 바람직하게는 2 × 10-6m 내지 4 × 10-5m 이고, 피치는, 5 × 10-7m 내지 4 × 10-4m, 바람직하게는 5 × 10-6m 내지 3.5 × 10-4m, 한층 더 바람직하게는 3 × 10-5m 내지 3.0 × 10-4m 인 것이 바람직하다. 또는, 제 1 면에 형성된 볼록부 및/또는 오목부의 총 수의 70% 이상이, 바람직하게는 80% 이상이, 표면 거칠기 0.3㎛ 이하, 바람직하게는 0.15㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.08㎛ 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 한편, 볼록부와 볼록부 사이에 위치하는 도광판의 제 1 면의 평탄부의 표면 거칠기, 또는, 오목부와 오목부 사이에 위치하는 도광판의 제 1 면의 평탄부의 표면 거칠기는 특별히 규정되지 않는다. 즉, 이 도광판의 제 1 면의 평탄부의 표면 거칠기 (RZ) 를 0.3㎛ 이하로 해도 되고, 0.3㎛ 를 초과하는 값으로 해도 되며, 미세한 요철을 형성해도 된다. 또는, 도광판에 있어서, 볼록부와 볼록부 사이, 또는, 오목부와 오목부 사이에 위치하는 도광판의 제 1 면의 부분에 평탄부가 존재하지 않아도 된다. 즉, 도광판의 제 1 면에 요철부가 형성된 구성으로 할 수도 있다.
도광판의 제 1 면에 형성된 볼록부 및/또는 오목부는, 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향을 따라서 연장되는 연속한 직선형의 볼록 형상 및/또는 오목 형상을 갖는 구성으로 할 수 있다. 여기서, 도광판으로의 광입사 방향으로서 제 1 면과 수직인 가상 평면으로 도광판을 절단하였을 때의 연속하는 직선형의 볼록 형상 및/또는 오목 형상의 단면 형상으로, 삼각형 ; 정사각형, 직사각형, 사다리꼴을 포함하는 임의의 사각형 ; 임의의 다각형 ; 원의 일부, 타원의 일부, 포물선의 일부, 쌍곡선의 일부와 같은 각종 매끄러운 곡선을 예시할 수 있다. 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향이란, 도광판으로의 광입사 방향을 0 도로 하였을 때, 60 도 ∼ 120 도의 방향을 의미한다. 이하에 있어서 「도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향」도, 동일한 의미로 사용한다.
또는, 제 1 면에 형성된 각 볼록부 및/또는 각 오목부는, 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향을 따라서 가상의 직선 상에 배열된 불연속한 볼록 형상 및/또는 오목 형상을 갖는 구성으로 할 수도 있다. 여기서, 불연속한 볼록 형상 및/또는 오목 형상의 형상으로서, 각추, 원추, 원기둥, 삼각기둥이나 사각기둥을 포함하는 다각 기둥 ; 구의 일부, 회전 타원체의 일부, 회전 포물선체의 일부, 회전 쌍곡선체의 일부와 같은 각종 매끄러운 곡면을 예시할 수 있다.
불연속한 볼록 형상 또는 오목 형상이 곡면인 경우에 있어서의 표면 거칠기는, 표면 거칠기 (Rt) 에 의해 규정하는 것이 바람직하고, 불연속한 볼록 형상 또는 오목 형상이 그 외의 것인 경우에 있어서의 표면 거칠기, 또는, 연속한 볼록 형상 또는 오목 형상인 경우에 있어서의 표면 거칠기는, 표면 거칠기 (RZ) 에 의해 규정하는 것이 바람직하다. 표면 거칠기 (RZ) 및 표면 거칠기 (Rt) 는, JIS B 0601-2001 의 규정에 기초한다.
도광판의 제 2 면은 대략 평면인 것이 바람직하지만, 제 2 면이 이러한 현상에 한정되는 것은 아니고, 경면이어도 되고, 예를 들어 미세한 요철면으로 할 수도 있다.
한편, 도광판의 제 2 면을 성형하기 위해서, 금형 조립체의 내부에 배치된 제 2 인서트 블록을 추가로 구비한 구성으로 할 수 있다. 그리고 이 경우, 도광판을 백라이트식 면 형상 광원 장치에 사용하는 경우, 캐비티에 대향하는 제 2 인서트 블록의 표면은 경면이어도 되고, 블라스트면으로 할 수도 있다. 한편, 도광판을 프론트라이트식 면 형상 광원 장치에 사용하는 경우, 캐비티에 대향하는 제 2 인서트 블록의 표면은 경면으로 해야 한다. 여기서, 캐비티에 대향하는 제 2 인서트 블록의 표면을 경면으로 하는 경우, 캐비티에 대향하는 제 2 인서트 블록 표면의 표면 거칠기 (RZ) 는 0.01㎛ 내지 0.1㎛, 바람직하게는 0.01㎛ 내지 0.08㎛, 한층 더 바람직하게는 0.01㎛ 내지 0.05㎛ 로 하는 것이 바람직하다. 한편, 제 2 인서트 블록은 지르코니아 세라믹스로 구성할 수도 있고, 또는, 지르코니아 세라믹스 또는 도전성 지르코니아 세라믹스와 금속층으로 구성할 수도 있다. 전자의 경우, 지르코니아 세라믹스의 표면 거칠기 (RZ) 가 상기 값을 만족하고 있으면 되고, 후자의 경우, 금속층 표면의 표면 거칠기 (RZ) 가 상기 값을 만족하고 있으면 된다. 한편, 이러한 구성의 제 2 인서트 블록을, 편의상 세라믹스제의 제 2 인서트 블록으로 부르는 경우가 있다. 경우에 따라서는, 제 2 인서트 블록을 금속으로 구성해도 된다. 나아가서는, 인서트 블록과 세라믹스제 제 2 인서트 블록을 총칭하여 「인서트 블록 등」이라고 부르는 경우가 있다.
이하, 인서트 블록 등에 관해서 설명한다.
인서트 블록 등의 인서트 블록 본체를 구성하는 지르코니아 세라믹스 또는 도전성 지르코니아 세라믹스는, 부분 안정화 지르코니아 세라믹스로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 인서트 블록 등의 인서트 블록 본체를 부분 안정화 지르코니아 세라믹스로 구성하는 경우, 부분 안정화 지르코니아 세라믹스에 있어서의 부분 안정화제는, 칼시아 (산화칼슘, Ca0), 이트리아 (산화이트륨, Y2O3), 마그네시아 (산화마그네슘, MgO), 실리카 (산화규소, SiO2) 및 세리아 (산화세륨, CeO2) 으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종류의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 지르코니아 세라믹스 또는 도전성 지르코니아 세라믹스 중에 함유되는 부분 안정화제의 비율은, 부분 안정화제가 칼시아인 경우, 3 몰% 내지 15 몰%, 바람직하게는 6 몰% 내지 10 몰%, 이트리아인 경우, 1 몰% 내지 8 몰%, 바람직하게는 2 몰% 내지 5 몰%, 마그네시아인 경우, 4 몰% 내지 15 몰%, 바람직하게는 8 몰% 내지 10 몰%, 세리아인 경우, 3 몰% 내지 18 몰%, 바람직하게는 6 몰% 내지 12 몰% 인 것이 바람직하다.
인서트 블록 등에 있어서, 인서트 블록 본체의 두께는 0.1㎜ 내지 10㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 10㎜, 보다 바람직하게는 1㎜ 내지 7㎜, 한층 더 바람직하게는 2㎜ 내지 5㎜ 인 것이 바람직하다. 인서트 블록 본체의 두께가 0.1㎜ 미만인 경우, 인서트 블록 등에 의한 단열 효과가 적어져 캐비티 안으로 사출된 용융 열가소성 수지의 급랭을 초래하여, 도광판에 볼록부 또는 오목부가 형성되기 힘들어질 우려가 있다. 또한, 금속 또는 합금제의 금형 조립체에 인서트 블록 등을 고정시킬 때에는, 예를 들어 열경화성 접착제를 사용하여 인서트 블록 등을 금형 조립체 내부에 접착하면 되지만, 인서트 블록 본체의 두께가 0.1㎜ 미만인 경우, 접착제의 막두께가 불균일해지면 인서트 블록 등에 불균일한 응력이 남기 때문에서, 도광판 표면에 기복이 생기는 현상이 일어나거나, 캐비티 안으로 사출된 용융 열가소성 수지의 압력에 의해서 인서트 블록 등이 파손되는 경우가 있다. 한편, 인서트 블록 본체의 두께가 10㎜ 를 초과하는 경우, 인서트 블록 등에 의한 단열 효과가 지나치게 커져, 캐비티 안의 수지의 냉각 시간을 연장하지 않으면, 도광판을 꺼낸 후에 도광판이 변형되는 경우가 있다. 그 때문에, 성형 사이클의 연장과 같은 문제가 발생하는 경우가 있다.
캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체 표면의 표면 거칠기 (RZ) 는, 0.1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 0.1㎛ 내지 8㎛, 한층 더 바람직하게는 0.1㎛ 내지 5㎛ 인 것이 바람직하다. 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체 표면의 표면 거칠기 (RZ) 를 0.1㎛ 이상으로 함으로써, 이러한 표면에 무전해 도금법으로 금속층을 형성할 때 앵커 효과를 얻을 수 있으므로, 이러한 표면에 무전해 도금법으로 금속층을 형성하는 것이 가능해진다. 한편, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체 표면의 표면 거칠기 (RZ) 가 10㎛ 를 초과하면, 금속층의 표면의 거칠기가 거칠어져, 금속층의 표면 연마에 걸리는 시간이 증대되거나, 금속층에 핀홀이 발생하기 쉬워진다. 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체의 표면을, 블라스트 처리에 의해서 또는 에칭 처리에 의해서 거칠게 할 수 있다.
인서트 블록 본체를 구성하는 지르코니아 세라믹스, 도전성 지르코니아 세라믹스 또는 부분 안정화 지르코니아 세라믹스의 열전도율은, 8.5J/(mㆍsㆍK) 이하 [8.5W/(mㆍK) 이하, 또는, 2 × 10-2cal/(㎝ㆍsㆍK) 이하], 구체적으로는 약 3.5 ∼ 6J/(mㆍsㆍK) 이다. 8.5J/(mㆍsㆍK) 를 초과하는 열전도율을 갖는 무기 재료를 사용하여 인서트 블록 본체를 제작한 경우, 성형 조건에도 따르지만, 캐비티 안의 용융 열가소성 수지가 인서트 블록 등에 의해서 급랭되기 때문에, 인서트 블록 등을 구비하고 있지 않은 통상의 탄소강 등으로 제작된 금형 조립체를 사용하여 성형된 도광판과 동일한 정도의 외관밖에 얻어지지 않는 경우가 있다.
인서트 블록 등에 의해서 금형 조립체에 형성된 캐비티의 일부가 구성되는데, 여기서 캐비티의 일부를 구성한다란, 도광판의 외형을 규정하는 캐비티면의 일부를 구성하는 것을 의미한다. 보다 구체적으로는 캐비티는, 예를 들어 금형 조립체를 구성하는 제 1 금형부 또는 제 2 금형부에 형성된 캐비티를 구성하는 면 (금형부의 캐비티면) 과, 경우에 따라서는 인서트 블록에 형성된 캐비티의 일부를 구성하는 표면 (인서트 블록의 캐비티면) 으로 구성되어 있다. 이하의 설명에 있어서도 동일하다. 한편, 오목부 및/또는 볼록부가 형성된 금속층도 캐비티면을 구성한다. 인서트 블록 등의 캐비티면의 전부, 또는 원하는 부위에는, 오목부 또는 볼록부를 갖는 금속층이 배치되어 있다. 후자의 경우, 원하는 부위 이외의 인서트 블록의 캐비티면은 평탄한 금속층으로 구성되어 있는 경우도 있다.
인서트 블록 등에 있어서 금속층은, 예를 들어, 적어도 인서트 블록의 캐비티면에 배치되어 있으면 되고, 인서트 블록 본체의 전체 표면에 형성되어 있어도 된다.
금속층에 형성된 오목부 및/또는 볼록부의 표면이 필요로 하는 표면 거칠기는, 경면 가공한 프리즘형의 형상인 경우와, 에칭 가공이나 기계 가공에 의해서 얻어지는 도트형의 형상인 경우에서 서로 다르지만, 0.5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 금속층에 형성된 오목부의 총 수의 80% 이상이, 바람직하게는 90% 이상이 도트 형상인 경우, 표면 거칠기 0.5㎛ 이하, 경면 가공인 경우, 표면 거칠기 0.1㎛ 이하, 바람직하게는 0.05㎛, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 불연속한 볼록 형상이 곡면인 경우에 있어서의 표면 거칠기는, 표면 거칠기 (Rt) 에 의해 규정하는 것이 바람직하고, 불연속한 볼록 형상이 그 밖의 것인 경우에 있어서의 표면 거칠기, 또는 연속한 볼록 형상인 경우에 있어서의 표면 거칠기는, 표면 거칠기 (RZ) 에 의해 규정하는 것이 바람직하다.
여기서, 인서트 블록 등에 있어서 금속층은, Cr, Cr 화합물, Cu, Cu 화합물, Ni 및 Ni 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종류의 재료로 이루어지고, 금속층에 형성된 오목부의 깊이를 d 로 하였을 때, 금속층의 두께 t (단위 : m) 는, (d ＋ 5) × 10-6m ≤ t ≤ 5 × 10-4m, 바람직하게는, (d ＋ 10) × 10-6m ≤ t ≤ 1 × 10-4m 를 만족하는 것이 바람직하다. 또는, 금속층에 형성된 볼록부의 높이를 h 로 하였을 때, 금속층의 두께 t (단위 : m) 는, (h ＋ 5) × 10-6m ≤ t ≤ 5 × 10-4m, 바람직하게는, (h ＋ 10) × 10-6m ≤ t ≤ 1 × 10-4m 를 만족하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 금속층에 각종 방법으로 오목부 또는 볼록부를 형성할 수 있고, 금속층을 일반적인 절삭 가공기로 용이하게 가공할 수 있다. 또, 캐비티 안으로 사출된 용융 열가소성 수지가 금속층과 접촉한 경우에도, 용융 열가소성 수지가 급랭되는 것을 방지할 수 있다. 나아가서는, 금형부 (경우에 따라서는 인서트 블록 장착부나 인서트 블록 장착용 코어) 에 대한 인서트 블록의 미세 조정을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 높은 내찰상성이나 표면 경도를 얻을 수 있다. 여기서, 금속층의 두께 (t) 란, 금속층에 형성된 오목부 또는 볼록부의 오목부 바닥부 또는 볼록부 선단부로부터 인서트 블록 본체의 표면 (후술하는 활성 금속막이 형성되어 있는 경우에는, 활성 금속막과 금속층의 계면) 까지의 거리를 의미한다.
인서트 블록 등에 있어서, 금속층은 1 층으로 구성해도 되고, 복수 층으로 구성해도 된다. Cr 화합물로서, 구체적으로는 니켈-크롬 합금을 들 수 있다. 또한, Cu 화합물로서, 구체적으로는 구리-아연 합금, 구리-카드뮴 합금, 구리-주석 합금을 들 수 있다. 또, Ni 화합물로서, 구체적으로는 니켈-인 합금 (Ni-P 계 합금), 니켈-철 합금, 니켈-코발트 합금, 니켈-주석 합금, 니켈-철-인 합금 (Ni-Fe-P 계 합금), 니켈-코발트-인 합금 (Ni-Co-P 계 합금) 을 들 수 있다. 금속층에 높은 내찰상성이 요구되는 경우에는, 예를 들어 금속층을 크롬 (Cr) 으로 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 금속층에 내찰상성은 그다지 요구되지 않지만, 두께가 필요한 경우에는, 예를 들어 금속층을 구리 (Cu) 로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 금속층에 내찰상성도 어느 정도 요구되고, 그 위에 두께도 필요한 경우에는, 예를 들어 금속층을 니켈 (Ni) 로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 금속층에 두께가 필요하고, 그 위에 표면 경도가 필요한 경우에는, 금속층을 2 층 구성으로 하여, 예를 들어 하층을 구리 (Cu) 또는 니켈 (Ni) 로 구성해서 원하는 두께로 하여 두께 조정을 실시하고, 한편 상층을 얇은 크롬 (Cr) 으로 구성하는 것이 바람직하다.
인서트 블록 등의 금속층에 있어서의 오목부 또는 볼록부의 형성은, 물리적 방법 또는 화학적 방법에 의해서 실시할 수 있다. 다이아몬드 바이트를 사용한 기계 가공에 의해서, 금속층에 오목부 또는 볼록부를 형성할 수 있다. 또한, 오목부 또는 볼록부를 화학적인 방법으로 형성하는 경우, 레지스트층을 금속층의 표면에 도포하고, 예를 들어 원하는 마스크를 사이에 두고 자외선을 레지스트층에 조사함으로써 레지스트층에 패턴을 형성하거나, 또는 인쇄법으로 레지스트층을 형성한 후, 이어서, 이러한 레지스트층을 에칭용 마스크로 하여 금속층을 에칭함으로써, 금속층에 오목부 또는 볼록부를 형성할 수 있다. 한편, 원한다면, 복수 회의 레지스트층의 형성과 에칭을 실시하여, 오목부 또는 볼록부를 형성해도 된다.
인서트 블록 등에 있어서, 인서트 블록 본체의 표면에 금속층을 배치하는 방법, 구체적으로는 예를 들어 인서트 블록 본체의 표면에 금속층을 형성하는 방법으로서, 전기 도금법, 무전해 도금법, 무전해 도금법과 전기 도금법의 조합을 들 수 있다. 한편, 전기 도금법을 적용하는 경우, 후술하는 활성 금속막을 형성하는 것은 필수적이지 않지만, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체의 표면을 조면화한 후, 무전해 도금을 실시하고, 이어서 전기 도금할 필요가 있다.
인서트 블록 등에 있어서, 인서트 블록 본체를 구성하는 지르코니아 세라믹스는 도전성을 가지지 않는 것, 즉 체적 고유 저항치가 1 × 109Ωㆍ㎝ 를 초과하는 것을 가리킨다. 그리고, 이러한 인서트 블록 등에 있어서, 인서트 블록 본체는 지르코니아 세라믹스로 이루어지고, 인서트 블록 본체와 금속층 사이에 활성 금속막이 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을 편의상 인서트 블록 등의 제 1 구성이라고 부른다.
인서트 블록 등의 제 1 구성에 있어서, 활성 금속막은, Ti, Zr 및 Be 로 이루어지는 군에서 선택된 금속 (활성 금속) 과, Ni, Cu, Ag 및 Fe 로 이루어지는 군에서 선택된 금속의 공정 (共晶) 조성물로 이루어지고, 활성 금속막의 두께는 1 × 10-6m 내지 5 × 10-5m, 바람직하게는 3 × 10-6m 내지 4 × 10-5m 인 것이 바람직하다. 공정 조성물로서 보다 구체적으로는, 예를 들어 Ti-Ni, Ti-Cu, Ti-Cu-Ag, Ti-Ni-Ag, Zr-Ni, Zr-Fe, Be-Cu, Be-Ni 를 들 수 있다. 활성 금속막의 두께를 1 × 10-6m 내지 5 × 10-5m 로 함으로써 높은 도전성을 갖는 활성 금속막을 얻을 수 있고, 즉, 비도전성의 지르코니아 세라믹스에 대하여 도전성을 부여할 수 있어, 금속층을 예를 들어 전기 도금법으로 형성하는 것이 가능해진다.
활성 금속막을 형성하는 방법으로서, 활성 금속 솔더법을 들 수 있다. 활성 금속 솔더법을 채용함으로써, 활성 금속막은 인서트 블록 본체의 표면에 대하여 높은 밀착성을 얻을 수 있다. 또한, 인서트 블록 본체에 대하여 금속층이 높은 밀착력을 얻을 수 있게 된다. 여기서, 활성 금속 솔더법이란, 활성 금속막을 구성하는 금속 재료로 이루어지는 페이스트를, 예를 들어 스크린 인쇄법에 의해서 인서트 블록 본체의 표면에 도포하고, 진공 중 또는 불활성 가스 중에서 약 800℃ ∼ 1000℃ 의 고온에서 베이킹하는 방법을 가리킨다.
또는, 인서트 블록 등에 있어서, 인서트 블록 본체는, 체적 고유 저항치가 1 × 109Ωㆍ㎝ 이하, 바람직하게는 1 × 104Ωㆍ㎝ 이하인 도전성 지르코니아 세라믹스로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 한편, 이러한 구성을 편의상 인서트 블록 등의 제 2 구성이라고 부른다. 도전성 지르코니아 세라믹스의 체적 고유 저항치가 1 × 109Ωㆍ㎝ 를 초과하면, 지르코니아 세라믹스가 절연체가 되기 때문에, 인서트 블록 본체의 표면에 금속층을 직접 형성하기가 어려워진다. 도전성 지르코니아 세라믹스의 체적 고유 저항치의 하한치는 1 × 10-4Ωㆍ㎝ 인 것이 바람직하다.
인서트 블록 등의 제 2 구성에 있어서, 지르코니아 세라믹스를 도전성으로 하기 위해서는, 지르코니아 세라믹스에 도전성 부여제를 첨가하면 된다. 도전성 부여제로서, Fe2O3, NiO, Co3O4, Cr2O3, TiO2, TiN 중의 적어도 1 종류를 들 수 있고, 또는, 도전성 부여제로서, TiC, WC, TaC 등의 탄화물 중 적어도 1 종류를 들 수도 있다. 도전성 지르코니아 세라믹스에 있어서의 도전성 부여제의 함유량은 10 중량% 이상인 것이 바람직하다. 10 중량% 미만이면, 체적 고유 저항치를 1 × 109Ωㆍ㎝ 이하로 하기가 어려운 경우가 있다. 한편, 도전성 부여제를 다량으로 첨가하면, 지르코니아 세라믹스의 체적 고유 저항치는 내려가지만, 얻어진 소결체인 인서트 블록 본체의 강도가 손상된다. 그 때문에, 40 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
인서트 블록 등의 제 2 구성에 있어서, 소결 온도 억제제를 3 중량% 이하의 범위에서 도전성 지르코니아 세라믹스에 함유시켜도 된다. 도전성 부여제로서 Fe2O3, NiO, Co3O4, Cr2O3, TiO2, TiN 을 사용하는 경우, 소결 온도 억제제로서 Ca, K, Na, Mg, Zn, Sc 등의 산화물을 들 수 있고, 도전성 부여제로서 TiC, WC, TaC 등의 탄화물을 사용하는 경우, 소결 온도 억제제로서 Al2O3, TiO2 를 들 수 있다. 이러한 소결 온도 억제제를 3 중량% 이하의 범위에서 함유시키면, 소성 온도를 낮추고, 지르코니아 및 도전성 부여제의 입자 성장을 억제할 수 있기 때문에, 인서트 블록 본체의 굽힘 강도나 경도와 같은 기계적 특성을 높일 수 있다.
인서트 블록 등의 제 1 구성에 있어서, 활성 금속막의 형성에 활성 금속 솔더법을 채용하면, 활성 금속막이 인서트 블록 본체의 표면에 대하여 높은 밀착성을 얻을 수 있고, 인서트 블록 본체에 대하여 금속층이 높은 밀착력을 얻을 수 있게 된다. 또한, 인서트 블록 등의 제 1 구성에 있어서 활성 금속막을 형성하면, 인서트 블록 본체의 표면은 도전성을 갖게 되어, 금속층을 예를 들어 전기 도금법으로 형성하는 것이 가능해진다. 또는, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체 표면의 표면 거칠기를 규정하는 것에 의해서도 인서트 블록 본체에 대하여 무전해 도금법에 기초해서 금속층을 형성할 수 있고, 나아가, 인서트 블록 본체에 대하여 금속층이 높은 밀착력을 얻을 수 있게 된다. 한편, 인서트 블록 등의 제 2 구성에 있어서는, 인서트 블록 본체를 도전성 지르코니아 세라믹스로 구성함으로써 인서트 블록 본체의 표면에 금속층을 직접 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 인서트 블록 등의 최표면에 금속층이 형성되어 있기 때문에, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체의 표면에서의 금속층에 볼록부 또는 오목부를 각종 가공 방법으로 용이하게 형성하는 것이 가능해지고, 높은 내찰상성이나 표면 경도를 얻을 수 있다. 또한, 인서트 블록 본체의 가공시에 인서트 블록 본체의 외주부에 발생한 미세한 크랙을 금속층으로 피복하면, 이러한 크랙이 용융 열가소성 수지와 접촉하지 않게 되므로 인서트 블록 등이 잘 파손되지 않는다.
인서트 블록 본체의 에지부에 발생한 미세한 크랙이 용융 열가소성 수지와 접촉하여 인서트 블록 등이 파손되는 것을 방지하기 위해서, 경우에 따라서는, 인서트 블록 본체의 에지부를 다이아몬드 지석으로 연마하여 응력이 집중되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또는, 경우에 따라서는, 반경 0.3㎜ 이하의 곡률면이나 C 면 커트를 형성하여, 인서트 블록 본체의 에지부에 대한 응력 집중을 피하는 것이 바람직하다.
인서트 블록 등에 있어서, 인서트 블록 본체의 표면에 금속층을 배치하는 방법으로, 지르코니아 세라믹스로 이루어지는 인서트 블록 본체에 착탈이 자유롭게 장착할 수 있는 금속층 (금속막) 을 탑재하는 방법을 대체 방법으로 들 수 있다. 착탈이 자유로운 금속층 (금속막) 의 제작 방법으로서, 유리면에 포토레지스트를 사용하여 요철부를 형성한 마더형을 사용하여, 전기 주조법에 의해 제작하는 방법을 들 수 있다. 한편, 금속층 (금속막) 을 인서트 블록 본체에 착탈이 자유롭게 탑재하는 경우, 성형시, 캐비티 안으로 사출된 용융 열가소성 수지의 유동에 의해서 금속층 (금속막) 이 움직이지 않도록, 금속층 (금속막) 을, 인서트 블록 본체의 주변부에서의 진공 흡착에 의해 인서트 블록 본체에 고정하는 구성으로 하거나, 또는, 인서트 블록 본체의 외주부와 함께 별도의 금속 블록으로 누르는 것이 바람직하지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 단순히 금속층 (금속막) 을 인서트 블록 본체에 탑재해도 된다.
경우에 따라서는, 인서트 블록 본체를 금속제로 하고, 금속제의 인서트 블록 본체에 지르코니아 세라믹스층을 형성해도 된다. 지르코니아 세라믹스층의 형성 방법으로서 용사법을 들 수도 있다. 즉, 용사 건을 사용하여 상기 서술한 지르코니아 조성물로 이루어지는 분체를 금속제의 인서트 블록 본체에 대하여 고온으로 분사하는 방법으로서, 아크 용사, 플라즈마 용사 등이 있는데, 지르코니아 조성물을 용사하는 경우, 융점이 높기 때문에, 고온을 발생시킬 수 있는 플라즈마 용사법이 유효하다. 지르코니아 세라믹스층의 두께는 0.5㎜ 내지 2㎜ 로 하는 것이 바람직하고, 지나치게 두껍게 하면, 지르코니아 세라믹스층이 변형에 의해서 갈라질 우려가 있다. 금속제의 인서트 블록 본체와 지르코니아 세라믹스층 사이의 밀착성을 높이기 위해서, Ni-Cr 등의 금속을 용사한 후, 지르코니아 조성물을 용사하는 것이 바람직하다. 얻어진 지르코니아 세라믹스층의 표면에 금속층을 배치하는 경우, 상기 서술한 방법을 들 수 있다.
본 발명의 도광판 또는 본 발명의 면 형상 광원 장치를 구성하는 도광판은, 도광판의 제조 방법에 의해서 제조 (성형) 하는 것이 바람직하지만, 도광판의 사양 등에 따라서는, 열가소성 수지를 성형하기 위해서 일반적으로 사용되는 사출 성형법을 채용할 수도 있다. 즉, 금형 조립체를 구성하는 제 1 금형부와 제 2 금형부를 형조임하여, 캐비티 안으로 용융 수지 사출부로부터 용융 열가소성 수지를 사출한 후, 캐비티 안의 투명 수지를 냉각, 고화시키고, 이어서, 제 1 금형부와 제 2 금형부를 몰드 개방시켜, 금형 조립체로부터 도광판을 꺼내는 방법으로 할 수 있다. 또는, 금형 조립체를 캐비티의 용적을 가변시킬 수 있는 구조로 하여, 성형할 도광판의 용적 (VM) 보다 캐비티의 용적 (VC) 이 커지도록 제 1 금형부와 제 2 금형부를 형조임하고, 그 캐비티 (용적 : VC) 안으로 용융 열가소성 수지를 사출하여, 용융 열가소성 수지의 사출 개시 전, 개시와 동시에, 사출 중에, 또는 사출 완료 후, 캐비티의 용적을 성형할 도광판의 용적 (용적 : VM) 까지 감소시키는 방법 (사출 압축 성형법) 으로 할 수도 있다. 한편, 캐비티의 용적이 성형할 도광판의 용적 (VM) 이 되는 시점을, 용융 열가소성 수지의 사출 중, 또는 사출 완료 후 (사출 완료와 동시를 포함한다) 로 할 수 있다. 이러한 금형 조립체의 구조로서, 제 1 금형부와 제 2 금형부에 의해 텔레스코프식 구조가 형성되는 구조나, 캐비티의 용적을 가변시킬 수 있는, 캐비티 안에서 가동 코어를 금형 조립체가 추가로 구비하는 구조를 들 수 있다. 한편, 코어의 이동 제어는, 예를 들어 유압 실린더에 의해 실시할 수 있다.
용융 수지 사출부로는, 예를 들어, 사이드 게이트 구조나 탭 게이트 구조, 필름 게이트 구조를 들 수 있다. 용융 수지 사출부는, 도광판의 어느 하나의 측면에 대응하는 캐비티면에 있어서 캐비티에 대해 개구되어 있으면 되며, 입광면인 제 1 측면, 또는, 입광면인 제 1 측면에 대향하는 제 3 측면에 대응하는 캐비티면에 있어서 캐비티에 개구되어 있어도 되고, 경우에 따라서는 제 2 측면 또는 제 4 측면에 대응하는 캐비티면에 있어서 캐비티에 개구되어 있어도 된다.
발명의 효과
본 발명의 도광판 또는 면 형상 광원 장치에 있어서는, 도광판의 제 1 면의 표면부에 볼록부 및/또는 오목부가 형성되어 있고, 제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하이고, 도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하이기 때문에, 예를 들어, 액정 표시 장치의 두께를 한층 더 얇게 한 경우라도, 도광판을 확실하게 액정 표시 장치에 장착하는 것이 가능해진다. 또한, 도광판의 평면도를 200㎛ 이하로 규정함으로써, 외관 상으로 도광판에 크게 기복이 생기거나, 도광판의 평균 휘도의 값, 휘도 균정도 (均整度) 의 값이 저하되는 문제가 발생하는 것을 확실히 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 도광판의 제조 방법에 있어서는, 캐비티 안으로 용융 열가소성 수지를 사출하는 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후, 혹은, 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 및 거기에 이어지는 보압 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후 (단, 0 초 ≤ t ≤ 8.0 초), 형조임력을 0.5F0 이하로 함으로써, 캐비티 안의 열가소성 수지의 냉각시에 발생하는 변형, 또는, 수축에 의해서 발생하는 변형을 저감할 수 있기 때문에, 도광판 내부의 변형이 감소되어, 도광판에 비틀림이나 부풀음이 발생하지 않고, 높은 평면도를 갖는 도광판을 성형할 수 있다. 또한, 본 발명의 도광판의 제조 방법은, 사출 성형 장치의 작동을 제어하는 소프트웨어를 개조함으로써 달성할 수 있다.
도 1a 는, 도광판 및 면 형상 광원 장치의 모식적인 단면도이고, 도 1b 및 도 1c 각각은, 종래의 백라이트식 면 형상 광원 장치의 개념도, 및 프론트라이트식 면 형상 광원 장치의 개념도이다.
도 2a 는, 캐비티 안으로 사출된 용융 열가소성 수지의 유동 방향과 직각인 방향에 따른 금형 조립체의 모식적인 단면도이고, 도 2b 는, 캐비티 안으로 사출된 용융 열가소성 수지의 유동 방향에 따른 금형 조립체의 모식적인 단면도이다.
도 3a 는, 인서트 블록의 모식적인 사시도이고, 도 3b 는, 실시예 1 에 있어서 도광판의 모식적인 사시도이다.
도 4a ∼ 도 4e 는, 도광판 변형예의 모식적인 단면도이다.
도 5a 및 도 5b 는 각각, 도 4b 및 도 4c 에 나타낸 도광판 변형예의 모식적인 사시도이다.
도 6a 및 도 6b 는 각각, 도 4d 및 도 4e 에 나타낸 도광판 변형예의 모식적인 사시도이다.
도 7a ∼ 도 7d 는, 도광판의 별도 변형예의 모식적인 단면도이다.
도 8a 및 도 8b 는 각각, 도 7a 및 도 7b 에 나타낸 도광판 변형예의 모식적인 사시도이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c 는 각각, 금형 조립체 변형예의 형조임한 상태를 나타내는 모식적인 단면도, 인서트 블록 변형예의 모식적인 일부 단면도, 및 인서트 블록 본체 변형예의 모식적인 단면도이다.
도 10a 및 도 10b 는 각각, 도 9 에 나타낸 금형 조립체 변형예의 몰드 개방한 상태를 나타내는 모식적인 단면도, 및 인서트 블록 변형예의 모식적인 확대 단면도이다.
도 11 은, 실시예 3 과 동일한 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용해서 각종 시험을 실시하여, 얻어진 도광판의 두께와 도광판 길이 방향의 길이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 실시예 1 ∼ 실시예 5 의 실시에 적합한 사출 성형 장치의 개념도이다.
(부호의 설명)
10, 110 : 제 1 금형부 (가동 금형부)
11 : 인서트 블록 장착 부재
12, 15 : 걺 부재
13, 113 : 제 2 금형부 (고정 금형부)
14 : 제 2 인서트 블록 장착 부재
16, 17, 116, 117 : 볼트
18, 118 : 캐비티
19 : 용융 수지 사출부
111 : 피복 플레이트
114 : 제 2 피복 플레이트
20, 120 : 인서트 블록
20A, 120A : 인서트 블록의 캐비티면
21, 121 : 인서트 블록 본체
22, 122 : 금속층
23, 123 : 홈부
30, 130 : 제 2 인서트 블록
40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, 140A, 140B, 140C, 140D : 도광판
41, 141 : 제 1 면
42, 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 142A, 142B, 142C, 142D : 요철부, 볼록부 또는 오목부
43, 143 : 제 2 면
44, 144 : 제 1 측면
45, 145 : 제 2 측면
46, 146 : 제 3 측면
47, 147 : 제 4 측면
50 : 광원
51 : 반사 부재
52 : 확산 시트
53 : 위상차 필름
54 : 반사 부재
55 : 프리즘 시트
60 : 액정 표시 장치
200 : 사출 실린더
201 : 스크류
210 : 고정 플래턴 (fixed platen)
211 : 가동 플래턴 (movable platen)
212 : 타이 바 (Tie-bar)
213 : 형조임용 유압 실린더
214 : 유압 피스톤
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 기초해서 본 발명을 설명한다.
실시예 1
실시예 1 은, 본 발명의 도광판 및 면 형상 광원 장치에 관한 것이다. 실시예 1 의 도광판 (40) 및 면 형상 광원 장치의 모식적인 단면도를 도 1a 에 나타낸다. 또한, 실시예 1 의 도광판 (40) 의 모식적인 사시도를 도 3b 에 나타낸다.
공칭 2.3 인치의 실시예 1 의 도광판 (40) 은, 투명한 열가소성 수지로 이루어지고, 제 1 면 (41), 이 제 1 면 (41) 과 대향한 제 2 면 (43), 제 1 측면 (44), 제 2 측면 (45), 제 1 측면 (44) 과 대향한 제 3 측면 (46), 및 제 2 측면 (45) 과 대향한 제 4 측면 (47) 을 갖는다. 그리고, 제 1 면 (41) 의 표면부에는 요철부 (42) 가 형성되어 있다. 이 도광판 (40) 은, 전체적으로 두께가 대략 일정한 박판 형상을 가지며, 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 으로부터 광이 입사되고, 제 1 면 (41) 및 제 2 면 (43) 으로부터 광이 사출된다.
실시예 1 에 있어서는, 제 1 면 (41) 의 표면부에는 높이 10㎛, 피치 50㎛ 의 요철부 (42) 가 형성되어 있다. 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 요철부 (42) 는, 도광판 (40) 으로의 광입사 방향 (도면에서는 가운데가 비어 있는 화살표로 나타내는 경우가 있다) 과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 연장되는 연속한 직선형의 요철 형상을 갖는다. 즉, 도광판 (40) 으로의 광입사 방향으로서 제 1 면 (41) 과 수직인 가상 평면으로 도광판 (40) 을 절단하였을 때의 요철부 (42) 의 단면 형상은 톱니 형상 (단면 형상 : 삼각형) 이다. 바꿔 말하면, 실시예 1 의 도광판 (40) 에 있어서는, 요철부 (42) 와 요철부 (42) 사이에 위치하는 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 부분에 평탄부가 존재하지 않는다.
그리고, 액정 표시 장치에서의 백라이트식 면 형상 광원 장치에 있어서는, 도 1b 에 모식적인 단면도를 나타낸 바와 같이, 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 이 액정 표시 장치 (60) 와 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 광원 (50) 으로부터 사출되고, 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 으로부터 입사된 광은, 제 1 면 (41) 에서 반사되어 제 2 면 (43) 으로부터 사출되는 광, 및 제 1 면 (41) 을 투과하는 광으로 나누어진다. 제 1 면 (41) 을 투과한 광은, 제 1 면 (41) 과 대향하는 위치에 배치된 반사 부재 (51) 에 의해서 반사되어, 도광판 (40) 에 다시 입사되고, 제 2 면 (43) 으로부터 사출된다. 제 2 면 (43) 으로부터 사출된 광은, 제 2 면 (43) 과 대향하여 배치된 액정 표시 장치 (60) 로 유도된다. 액정 표시 장치 (60) 와 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 사이에는 확산 시트 (52) 및 프리즘 시트 (55) 가 1 장 배치되어, 광을 균일하게 확산시키고 있다. 한편, 프리즘 시 트 (55) 의 표면에 형성된 연속된 볼록 형상을 갖는 볼록부 (도시 생략) 는, 도광판 (40) 으로의 광입사 방향과 대략 평행한 방향을 따라서 연장되고 있다.
또한, 액정 표시 장치에서의 프론트라이트식 면 형상 광원 장치에 있어서는, 도 1c 에 개념도를 나타낸 바와 같이, 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 이 액정 표시 장치 (60) 와 대향하도록 배치되어 있다. 그리고, 광원 (50) 으로부터 사출되고, 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 으로부터 입사된 광을 제 1 면 (41) 에서 반사시켜, 제 2 면 (43) 으로부터 사출시킨다. 그리고, 제 2 면 (43) 과 대향하는 위치에 배치된 액정 표시 장치 (60) 를 통과시키고, 반사 부재 (54) 에 의해 반사시켜, 다시 액정 표시 장치 (60) 를 통과시킨다. 이 광은, 또한, 위상차 필름 (53) 및 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 에 형성된 반사 방지층 (도시 생략) 을 통과하고 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 으로부터 사출되어, 화상으로서 인식된다.
실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 ∼ 실시예 5 에 있어서는, 도 2a 및 도 2b 에 모식도를 나타낸 바와 같이, 캐비티 (18), 및 도광판 (40) 의 제 3 측면 (46) 에 대응하는 캐비티면으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하기 위한 용융 수지 사출부 (19) (사이드 게이트 구조를 갖는다) 를 구비한 금형 조립체를 사용하여, 도광판을 제조한다. 이 금형 조립체는, 보다 구체적으로는, 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 와 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 를 구비하고, 제 1 금형부 (10) 과 제 2 금형부 (13) 를 형조임함으로써 캐비티 (18) 가 형성된다. 한편, 도 2b 는, 캐비티 (18) 안으로 사출된 용융 열가소성 수지의 유동 방향에 따른 모식적인 단면도로, 도 2b 에 있어서, 캐비티 (18) 의 왼손측이 도광판 (40) 의 제 3 측면 (46) 을 형성하는 부분에 상당하고, 캐비티 (18) 의 오른손측이 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 을 형성하는 부분에 상당한다. 한편, 도 2a 는, 캐비티 (18) 안에 사출된 용융 열가소성 수지의 유동 방향과 직각인 방향에 따른 모식적인 단면도로, 도 2a 에 있어서, 캐비티 (18) 의 왼손측이 도광판 (40) 의 제 4 측면 (47) 을 형성하는 부분에 상당하고, 캐비티 (18) 의 오른손측이 도광판 (40) 의 제 2 측면 (45) 을 형성하는 부분에 상당한다.
도 12 에 개념도를 나타낸 바와 같이, 사출 성형 장치는, 용융 열가소성 수지를 공급하기 위한 스크류 (201) 를 내부에 갖는 사출 실린더 (200), 고정 플래턴 (210), 가동 플래턴 (211), 타이 바 (212), 형조임용 유압 실린더 (213), 및 유압 피스톤 (214) 을 구비하고 있다. 가동 플래턴 (211) 은, 형조임용 유압 실린더 (213) 내의 유압 피스톤 (214) 의 작동에 의해서 타이 바 (212) 상을 평행 이동할 수 있다. 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 는 고정 플래턴 (210) 에 장착되어 있고, 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 은 가동 플래턴 (211) 에 장착되어 있다. 도 12 의 화살표 「A」 방향으로의 가동 플래턴 (211) 의 이동에 의해서 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 가 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 에 걸려 결합되고, 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 와 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 가 형조임력 F0 으로 형조임되어, 캐비티 (18) 가 형성된다. 형조임력 F0 은, 형조임용 유압 실린더 (213) 에 의해서 제어된다. 또한, 예를 들어, 본 발명의 도광판의 제조 방법에 있어서는 형조임용 유압 실린더 (213) 의 제어에 기초하여 형조임력이 F0 에 서 F1 로 저하되고, 나아가서는, 도 12 의 화살표 「B」 방향으로의 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 의 이동에 의해서 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 가 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 와의 결합이 해제되어, 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 와 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 는 몰드 개방된다.
실시예 1 의 금형 조립체에 있어서는, 지르코니아 세라믹스로 이루어지는 인서트 블록 본체 (21), 및 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 에 요철부 (42) 를 형성하기 위해서, 캐비티 (18) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (21) 의 표면에 배치되고, 볼록 오목부가 형성된 금속층 (22) 으로 이루어지는 인서트 블록 (20) 이 금형 조립체의 내부에 배치되어 있다. 한편, 인서트 블록 (20) 의 모식적인 사시도를 도 3a 에 나타낸다. 또한, 인서트 블록 (20) 과 동일한 구조를 갖는 제 2 인서트 블록 (30) 이, 금형 조립체의 내부에 배치되어 있다. 이 제 2 인서트 블록 (30) 은, 구체적으로는 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 을 성형하기 위해서, 지르코니아 세라믹스로 이루어지는 인서트 블록 본체 (31), 및 도광판 (40) 의 제 2 면 (43) 을 형성하기 위해서, 캐비티 (18) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (31) 의 표면에 형성된 금속층 (32) (단, 볼록 오목부는 형성되어 있지 않다) 으로 이루어진다. 인서트 블록 (20) 및 제 2 인서트 블록 (30) 은, 금형 조립체에 형성된 캐비티 (18) 의 일부를 구성한다. 인서트 블록 (20) 은 인서트 블록 장착 부재 (11) 에 장착되고, 인서트 블록 장착 부재 (11) 는 볼트 (16) 에 의해서 제 1 금형부 (10) 에 고정되어 있다. 한편, 제 2 인서트 블록 (30) 은 제 2 인서트 블록 장착 부재 (14) 에 장착되고, 제 2 인서트 블록 장착 부재 (14) 는 볼트 (17) 에 의해서 제 2 금형부 (13) 에 고정되어 있다.
인서트 블록 (20) 의 인서트 블록 장착 부재 (11) 에 대한 구체적인 장착 방법으로서, 인서트 블록 (20) 의 대향하는 2 개의 측면에 홈부 (23) 를 형성하고, 이 홈부 (23) 와 대향하는 인서트 블록 장착 부재 (11) 의 부분에도 홈부를 형성하여, 이들 홈부 내에 구리, 진유, 고무 등의 부드러운 소재로 이루어지는 걺 부재 (12) 를 배치하는 방법을 들 수 있다. 제 2 인서트 블록 (30) 을 제 2 인서트 블록 장착 부재 (14) 에 장착하는 구체적인 방법도, 제 2 인서트 블록 (30) 의 대향하는 2 개의 측면에 홈부를 형성하고, 이 홈부와 대향하는 제 2 인서트 블록 장착 부재 (14) 의 부분에도 홈부를 형성하여, 이들 홈부 내에 구리, 진유, 고무 등의 부드러운 소재로 이루어지는 걺 부재 (15) 를 배치하는 방법으로 할 수 있다. 이러한 장착 방법을 채용함으로써, 인서트 블록 (20) 이나 제 2 인서트 블록 (30) 의 가장자리 부분에 손상이 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
인서트 블록 (20) 은 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 을 성형하기 위해서 사용되며, 부분 안정화제로서 이트리아 (Y203) 를 함유한 부분 안정화 지르코니아 세라믹스 (부분 안정화된 산화지르코늄, ZrO3) 로 이루어지는 두께 5.0㎜ 의 인서트 블록 본체 (21) 와, 도광판 (40) 의 요철부 (42) 를 형성하기 위해서, 캐비티 (18) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (21) 의 표면에 형성된 금속층 (22) 으로 이루어진다. ZrO2-Y2O3 이라는 조성을 갖는 부분 안정화 지르코니아 세라믹스 중에 함유 되는 부분 안정화제의 비율을 3 몰% 로 하였다. 부분 안정화 지르코니아 세라믹스의 열전도율은 약 3.8J/(mㆍsㆍK) 이다. 금속층 (22) 에 형성된 톱니 (프리즘) 형상의 요철부의 깊이 (d) 는 10㎛ 이고, 피치 (P) 는 50㎛ 로, 톱니 형상 (단면 형상 : 삼각형) 을 갖는다. 금속층 (22) 에 형성된 요철부는, 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 연장되는 연속한 직선형의 요철 형상을 갖고, 또, 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 에 형성된 요철부 (42) 와 상보적인 형상을 갖는다. 이 요철부가 형성된 부분이, 인서트 블록 (20) 의 캐비티면 (20A) 에 상당한다. 금속층 (22) 에 형성된 요철부의 표면 (보다 구체적으로는, 오목 볼록부 전체의 표면) 의 표면 거칠기 (RZ) 를 0.2㎛ 이하 (구체적으로는, 평균치로 RZ = 0.01㎛) 로 하였다.
금속층 (22) 은, 전기 도금법에 의해서 형성된 두께 5㎛ 의 Ni 층과, 그 위에 형성된 두께 100㎛ 의 Ni 화합물층 (무전해 도금에 의해서 형성된 Ni-P 층) 의 2 층으로 이루어진다. 즉, 금속층 (22) 의 두께 (t) 는 105㎛ 이다. 한편, 도면에서는 금속층 (22) 을 1 층으로 나타내었다. 캐비티 (18) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (21) 표면의 표면 거칠기 (RZ) 는 0.5㎛ 이다. 또한, 인서트 블록 본체 (21) 와 금속층 (22) 사이에는, 두께 10㎛ 의 Ti-Cu-Ag 공정 조성물로 이루어지는 활성 금속막 (도시 생략) 이 형성되어 있다. 이 활성 금속막은, 활성 금속 솔더법에 의해서 형성되어 있다.
구체적으로는, 인서트 블록 본체 (21) 를 지르코니아 (ZrO2) 분말 및 Y2O3 분 말의 혼합품을 프레스 성형한 후, 소성하여 제작하였다. 그 후, 캐비티 (18) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (21) 의 표면에 대하여 다이아몬드 지석을 사용한 연마 및 마무리를 실시하고, 이러한 표면의 표면 거칠기 (RZ) 를 0.5㎛ 로 하였다. 다음으로, 인서트 블록 본체 (21) 의 전체면에, 활성 금속 솔더법에 기초하여 활성 금속막을 형성하였다. 구체적으로는, Ti-Cu-Ag 공정 조성물으로 이루어지는 페이스트를 인서트 블록 본체 (21) 의 전체면에 도포하고, 진공 중에서 약 800℃ 의 고온에서 베이킹함으로써 활성 금속막을 형성하였다. 그 후, 전기 도금법으로 활성 금속막 상에 니켈층을 형성하고, 다시 그 위에 무전해 도금법으로 Ni-P 층을 형성하였다. 그 후, Ni-P 층에 톱니 (프리즘) 형상의 요철부가 형성된 다이아몬드 바이트를 사용한 기계 가공을 실시하여, 금속층 (22) 에 요철부를 형성하였다.
제 2 인서트 블록 (30) 도, 금속층 (32) 에 요철부를 형성하지 않는 점을 제외하고, 인서트 블록 (20) 과 동일한 방법으로 제작할 수 있다. 또한, 금속층 (32) 의 표면 거칠기 (RZ) 는 0.01㎛ 이다.
한편, 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 및 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 를 탄소강 S55C 로 제작하고 절삭 가공하여, 인서트 블록 장착부를 형성하였다. 그리고, 인서트 블록 장착부에 인서트 블록 (20) 및 제 2 인서트 블록 (30) 을, 앞서 설명한 방법에 기초하여 장착하였다.
이와 같이 제작한 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 과 제 2 금형부 (고정 금 형부 : 13) 를 조합함으로써 실시예 1 의 금형 조립체를 얻었다. 완성된 금형 조립체를 성형 장치에 장착시킨 후, 금형 조립체를 금형 온조기를 사용해서 130℃ 까지 가열한 후, 40℃ 까지 급랭시켜도, 인서트 블록 (20) 이나 제 2 인서트 블록 (30) 에 균열 등의 손상은 발생하지 않았다. 또한, 금속층 (22, 32) 에도 손상은 발생하지 않았다.
성형 장치로서 주식회사 조딕 플라스틱 (Sodick Plustech Co., Ltd) 제조의 TR100EH2 사출 성형기를 사용하였다. 또한, 투명 수지로서 표 1 에 점도 평균 분자량 및 Q 값을 나타내는 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여, 사출 성형을 실시하였다. 수지 온도, 금형 온도, 수지 사출 속도 등의 성형 조건을 표 1 과 같이 하였다. 그리고, 제 1 금형부 (10) 와 제 2 금형부 (13) 를 형조임하여, 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 상태로 한 후, 사출 실린더 (200) 내에서 계량, 용융된 투명한 용융 열가소성 수지를, 용융 수지 사출부 (19) (사이드 게이트 구조를 갖는다) 를 통해서 캐비티 (18) 로 사출하였다. 소정량 (캐비티 (18) 를 완전히 충전하는 양) 의 용융 폴리카보네이트 수지를 용융 수지 사출부 (19) 를 통해서 캐비티 (18) 안으로 사출한 후, 캐비티 (18) 안의 폴리카보네이트 수지를 냉각, 고화시키고, 30 초 후에 금형 조립체를 몰드 개방하여, 도광판 (40) 을 금형 조립체로부터 꺼내었다. 한편, 실시예 1 ∼ 실시예 4 또는 비교예 1 ∼ 비교예 3 에 있어서는, 도광판을 종래의 사출 성형 방법에 기초하여 제조하였다. 즉, 제 1 금형부 (10) 와 제 2 금형부 (13) 의 형조임시에서부터 몰드 개방까지의 동안, 형조임 력을 값 F0 으로 계속해서 유지하였다. 여기서,
F0 = 4.9 × 105 (N)
(= 50 톤ㆍf)
로 하였다. 또한, 보압 압력, 보압 시간을 다음과 같이 하였다.
보압 압력 = 70 × 106Pa
보압 시간 = 1.5 초
얻어진 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 과 제 3 측면 (46) 사이의 길이인 도광판 (40) 의 길이 방향의 길이 (LL), 길이 방향과 직각 방향의 길이 (LS), 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균치를 표 1 에 나타낸다.
한편, 휘도 측정은 톱콘사 제조의 BM5A 를 사용하여, 직경 10㎜ 의 측정 범위에 있어서 9 군데에서 휘도를 측정하였다. 직경 10㎜ 의 측정 범위를, 용융 수지 사출부 근방에 대응하는 도광판 (40) 부분에서 3 군데, 도광판 중앙 부분에서 3 군데, 도광판 단부 근방에서 3 군데의 합계 9 군데로 하였다.
또한, 표면 거칠기ㆍ형상 측정기 폼 탈리서프 (Form Talysurf) 를 사용하여, 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 요철부 (42) 표면 (보다 구체적으로는 요철부 전체의 표면) 의 표면 거칠기 (RZ) 를 측정한 결과, 모든 요철부 (42) (보다 구체적으로는 요철부 전체의 표면) 가 RZ 0.3㎛ 이하였다. 구체적으로는, 제 1 측면 (44) 근방에 위치하는 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 요철부 (42) 에 있어서의 RZ 가 약 0.01㎛, 제 3 측면 (46) 근방에 위치하는 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 요철부 (42) 에 있어서의 RZ 가 약 0.02㎛ 였다.
캐비티의 두께가 0.27㎜ 로 매우 얇고, 도광판 (40) 길이 방향의 길이 (LL) 가 52㎜ 로 긺에도 불구하고, 소정 물성 (점도 평균 분자량 및 Q 값) 을 갖는 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여, 소정의 성형 조건 (수지 온도, 금형 온도, 수지 사출 속도) 으로 성형하였기 때문에, 캐비티 (18) 는 열가소성 수지로 완전히 충전되어, 원하는 형상을 갖는 도광판 (40) 을 성형할 수 있었다. 또한, 도광판의 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균도 원하는 범위 내였다.
실시예 2
실시예 2 는 실시예 1 의 변형이다. 실시예 2 에 있어서는, 실시예 1 과 동일한 금형 조립체, 인서트 블록 등 (치수는 상이함), 성형 장치를 사용하였다. 실시예 2 가 실시예 1 과 서로 다른 점은,
(1) 실시예 1 의 방향족 폴리카보네이트 수지보다 점도 평균 분자량이 낮고, Q 값이 높은 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 점
(2) 수지 온도를 10℃ 높게 하여, 340℃ 로 한 점
(3) 수지 사출 속도를 300㎜ㆍ초－1 느리게 하여 1200㎜ㆍ초－ 1 로 한 점, 및, 사출률이 서로 다른 점
(4) 도광판 (40) 의 공칭 치수를 2.6 인치로 한 점
의 4 점이다.
얻어진 도광판 (40) 의 길이 방향의 길이 (LL), 길이 방향과 직각 방향의 길이 (LS), 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균치를 표 1 에 나타낸다.
실시예 2 에 있어서는, 캐비티의 두께가 0.27㎜ 로 매우 얇고, 도광판 (40) 길이 방향의 길이 (LL) 가 58㎜ 로 한층 더 길어졌음에도 불구하고, 소정 물성 (점도 평균 분자량 및 Q 값) 을 갖는 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여, 소정의 성형 조건 (수지 온도, 금형 온도, 수지 사출 속도) 으로 성형하였기 때문에, 캐비티 (18) 는 열가소성 수지로 완전히 충전되어, 원하는 형상을 갖는 도광판 (40) 을 성형할 수 있었다. 또한, 도광판의 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균도 원하는 범위 내였다.
실시예 3
실시예 3 도 실시예 1 의 변형이다. 실시예 3 에 있어서는, 실시예 1 과 동일한 구조를 갖는 금형 조립체, 인서트 블록 등 (치수는 상이함), 성형 장치를 사용하였다. 실시예 3 이 실시예 1 과 서로 다른 점은,
(1) 실시예 1 의 방향족 폴리카보네이트 수지보다 점도 평균 분자량이 낮고, Q 값이 높은 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 점
(2) 수지 온도를 10℃ 높게 하여, 340℃ 로 한 점
(3) 수지 사출 속도를 1200㎜ㆍ초－1 느리게 하여 300㎜ㆍ초－ 1 로 한 점, 및, 사출률이 서로 다른 점
(4) 도광판 (40) 의 공칭 치수를 3.0 인치로 한 점
(5) 캐비티 (18) 의 두께를 0.37㎜ 로 한 점
의 5 점이다.
얻어진 도광판 (40) 의 길이 방향의 길이 (LL), 길이 방향과 직각 방향의 길이 (LS), 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균치를 표 1 에 나타낸다.
실시예 3 에 있어서는, 캐비티의 두께가 0.37㎜ 로 매우 얇고, 도광판 (40) 길이 방향의 길이 (LL) 가 64㎜ 로 한층 더 길어졌음에도 불구하고, 소정 물성 (점도 평균 분자량 및 Q 값) 을 갖는 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여, 소정의 성형 조건 (수지 온도, 금형 온도, 수지 사출 속도) 으로 성형하였기 때문에, 캐비티 (18) 는 열가소성 수지로 완전히 충전되어, 원하는 형상을 갖는 도광판 (40) 을 성형할 수 있었다. 또한, 도광판의 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균도 원하는 범위 내였다.
실시예 4
실시예 4 도 실시예 1 의 변형이다. 실시예 4 에 있어서는, 실시예 1 과 동일한 구조를 갖는 금형 조립체, 성형 장치를 사용하였다. 실시예 4 가 실시예 1 과 서로 다른 점은,
(1) 인서트 블록 및 제 2 인서트 블록을 강재로 제조한 점
(2) 수지 온도를 20℃ 높게 하여, 350℃ 로 한 점
(3) 수지 사출 속도를 800㎜ㆍ초－1 느리게 하여 700㎜ㆍ초－ 1 로 한 점, 및, 사출률이 서로 다른 점
(4) 도광판 (40) 의 공칭 치수를 2.0 인치로 한 점의 4 점이다.
얻어진 도광판 (40) 의 길이 방향의 길이 (LL), 길이 방향과 직각 방향의 길이 (LS), 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균치를 표 1 에 나타낸다.
실시예 4 에 있어서는, 캐비티의 두께가 0.27㎜ 로 매우 얇음에도 불구하고, 또한, 인서트 블록 및 제 2 인서트 블록을 강재로 제조했음에도 불구하고, 소정 물성 (점도 평균 분자량 및 Q 값) 을 갖는 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여, 소정의 성형 조건 (수지 온도, 금형 온도, 수지 사출 속도) 으로 성형하였기 때문에, 캐비티 (18) 는 열가소성 수지로 완전히 충전되어, 원하는 형상을 갖는 도광판 (40) 을 성형할 수 있었다. 또한, 도광판의 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균도 원하는 범위 내였다.
비교를 위해, 표 2 에 나타내는 비교예 1 ∼ 비교예 3 을 실행하였다.
여기서, 비교예 1 에 있어서는, 실시예 1 과 동일한 구조를 갖는 금형 조립체, 성형 장치를 사용하였다. 비교예 1 이 실시예 1 과 서로 다른 점은,
(1) 인서트 블록 및 제 2 인서트 블록을 강재로 제조한 점
(2) 실시예 1 의 방향족 폴리카보네이트 수지보다 점도 평균 분자량이 높고, Q 값이 낮은 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 점
(3) 수지 온도를 20℃ 높게 하여, 350℃ 로 한 점의 3 점이다.
또한, 비교예 2 에 있어서도, 실시예 1 과 동일한 구조를 갖는 금형 조립체, 성형 장치를 사용하였다. 비교예 2 가 실시예 1 과 서로 다른 점은,
(1) 인서트 블록 및 제 2 인서트 블록을 강재로 제조한 점
(2) 실시예 1 의 방향족 폴리카보네이트 수지보다 점도 평균 분자량이 높고, Q 값이 낮은 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 점
(3) 수지 온도를 40℃ 높게 하여, 370℃ 로 한 점
(4) 수지 사출 속도를 300㎜ㆍ초－1 느리게 하여 1200㎜ㆍ초－ 1 로 한 점, 및, 사출률이 서로 다른 점의 4 점이다.
또한, 비교예 3 에 있어서도, 실시예 1 과 동일한 구조를 갖는 금형 조립체, 성형 장치를 사용하였다. 비교예 3 이 실시예 1 과 서로 다른 점은,
(1) 실시예 1 의 방향족 폴리카보네이트 수지보다 점도 평균 분자량이 높고, Q 값이 낮은 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용한 점
(2) 수지 온도를 20℃ 높게 하여, 350℃ 로 한 점
(3) 수지 사출 속도를 800㎜ㆍ초－1 느리게 하여 700㎜ㆍ초－ 1 로 한 점, 및, 사출률이 서로 다른 점의 3 점이다.
비교예 1 ∼ 비교예 3 에 의해서 얻어진 도광판의 길이 방향의 길이 (LL), 길이 방향과 직각 방향의 길이 (LS), 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균치를 표 2 에 나타낸다.
비교예 1 에 있어서는, 열가소성 수지의 Q 값이 낮고 (즉, 용융 열가소성 수지의 점도가 높고), 강재로 만든 인서트 블록 및 제 2 인서트 블록의 조합에서는 캐비티 안을 용융 열가소성 수지로 충전할 수 없었다.
한편, 비교예 2 에 있어서는, 열가소성 수지의 Q 값이 낮지만 (즉, 용융 열가소성 수지의 점도가 높지만), 수지 온도를 370℃ 로 하였기 때문에 캐비티 안을 용융 열가소성 수지로 충전하는 것은 가능하였다. 그러나, 얻어진 도광판에 있어서의 평면도 값이 나쁘고, 또한, 휘도 평균치의 값도 낮은 것이었다.
또, 비교예 3 에 있어서는, 열가소성 수지의 Q 값이 낮지만 (즉, 용융 열가소성 수지의 점도가 높지만), 인서트 블록 및 제 2 인서트 블록을 실시예 1 과 동일하게 부분 안정화 지르코니아 세라믹스로 제작하였기 때문에, 수지 온도를 350℃ 로 해도 캐비티 안을 용융 열가소성 수지로 충전하는 것은 가능하였다. 그러나, 얻어진 도광판에 있어서의 평면도의 값이 나빴다.
Figure 112007066490725-pct00001
Figure 112007066490725-pct00002
실시예 5
실시예 5 는, 본 발명의 도광판의 제조 방법에 관한 것이다. 실시예 5 에 있어서도, 실시예 1 과 동일한 사출 성형기를 사용하였다. 또한, 투명 수지로서 표 3 에 점도 평균 분자량 및 Q 값을 나타내는 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여 사출 성형을 실시하였다. 또한, 실시예 5 에서의 수지 온도, 금형 온도, 수지 사출 속도, 형조임력 F0, 형조임력 F1, 시간 t 의 값 등의 성형 조건을 표 3 과 같이 하였다. 또, 얻어진 도광판 (40) 의 제 1 측면 (44) 과 제 3 측면 (46) 사이의 길이인 도광판 (40) 의 길이 방향의 길이 (LL), 길이 방향과 직각 방향의 길이 (LS), 평균 두께, 두께 차, 평면도, (x, y) 값, 휘도 평균치를 표 3 에 나타낸다.
실시예 5 에 있어서는, 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 와 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 를 형조임력 F0 으로 형조임하여, 도 2a 및 도 2b 에 나타낸 상태로 한 후, 사출 실린더 (200) 내에서 계량, 가소화되고, 용융된 용융 열가소성 수지를, 스프루 (215) 및 용융 수지 사출부 (19) (사이드 게이트 구조를 갖는다) 를 통해서 캐비티 (18) 로 사출하였다. 소정량 (캐비티 (18) 를 완전히 충전하는 양) 의 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부 (19) 를 통해서 캐비티 (18) 안으로 사출하고, 캐비티 (18) 안으로 용융 열가소성 수지를 사출하는 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후, 혹은, 캐비티 (18) 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 및 거기에 이어지는 보압 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후, 형조임력을 0.5F0 이하로 하여, 캐비티 (18) 안의 열가소성 수지가 냉각, 고화시킨 후, 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 와 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 를 몰드 개방하여, 도광판을 꺼내었다.
Figure 112007066490725-pct00003
표 3 으로부터, 실시예 5 의 도광판의 제조 방법을 채용함으로써, 도광판의 평면도 값으로서 한층 더 우수한 값이 얻어지는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서의 금형 조립체의 구조, 사용한 투명한 열가소성 수지, 사출 성형 조건, 인서트 블록이나 제 2 인서트 블록의 구성, 구조, 도광판의 구성, 구조는 예시로서, 적절히 변경할 수 있다.
방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하여, 각종 시험을 실시한 결과를 도 11 에 나타낸다. 도 11 에 있어서, 가로축에서의 「두께」의 값 (단위 : ㎜) 은 도광판의 두께를 의미하고, 세로축에서의 「유동 길이」의 값 (단위 : ㎜) 은 제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이를 의미한다. 또한, 「고속 성형기 (단열)」, 「고속 성형기 (강재)」, 「일반 성형기 (단열)」, 「일반 성형기 (강재)」, 「고온도 성형」, 「일반 온도 성형」, 「재료」, 「일반 재료」의 의미는 이하에 설명하는 바와 같다.
「고속 성형기 (단열)」
… 실시예 1 에 있어서 설명한 것과 동일한 인서트 블록을 사용하여, 수지 사출 속도를 2000㎜ㆍ초－ 1 로 해서 성형.
「고속 성형기 (강재) 」
… 강재로 제작된 인서트 블록을 사용하여, 수지 사출 속도를 2000㎜ㆍ초－ 1 로 해서 성형.
「일반 성형기 (단열) 」
… 실시예 1 에 있어서 설명한 것과 동일한 인서트 블록을 사용하여, 수지 사출 속도를 100㎜ㆍ초－ 1 로 해서 성형.
「일반 성형기 (강재) 」
… 강재로 제작된 인서트 블록을 사용하여, 수지 사출 속도를 100㎜ㆍ초－ 1 로 해서 성형.
「고온도 성형」
… 수지 온도 350℃, 금형 온도 120℃ 에서 성형.
「일반 온도 성형」
… 수지 온도 290℃, 금형 온도 80℃ 에서 성형.
「재료」
… 점도 평균 분자량이 1.2 × 104 이고, Q 값이 1.20 인 방향족 폴리카보네이트 수지.
「일반 재료」
… 점도 평균 분자량이 1.6 × 104 이고, Q 값이 0.36 인 방향족 폴리카보네이트 수지.
도 11 로부터, 지르코니아 세라믹스로 제작된 인서트 블록을 사용함으로써 길이 방향의 길이가 한층 더 긴 도광판을 성형할 수 있고, 높은 Q 값을 갖는 열가소성 수지를 사용함으로써 길이 방향의 길이가 한층 더 긴 도광판을 성형할 수 있고, 고온도 성형을 실시하는 것에 의해서도 길이 방향의 길이가 한층 더 긴 도광판을 성형할 수 있음을 알 수 있다.
또 다른 방법으로, 인서트 블록 (20) 은, 이하에 설명하는 방법으로 제작할 수도 있다. 또한, 제 2 인서트 블록 (30) 도 동일한 방법으로 제작할 수 있다.
먼저, 부분 안정화 지르코니아를 프레스 성형한 후, 소성함으로써, 인서트 블록 본체 (21) 를 얻는다. 그 후, 캐비티 (18) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (21) 의 표면에 대하여 알루미나 입자를 사용한 블라스트 처리를 실시하여, 이러한 표면의 표면 거칠기 (RZ) 를 2㎛ 로 한다. 계속해서, 무전해 도금법으로 인서트 블록 본체 (21) 의 이러한 표면에 두께 2㎛ 의 Ni-P 층을 형성한 후, 전기 도금법으로 그 위에 두께 5㎛ 의 Ni 층을 형성하고, 다시, 그 위에 무전해 도금법으로 두께 100㎛ 의 Ni-P 층을 형성한다. 그 후, Ni-P 층에 톱니 (프리즘) 형상의 요철부가 형성된 다이아몬드 바이트를 사용한 기계 가공을 실시하여, 금속층 (22) 에 요철부를 형성한다.
또는, 인서트 블록 본체 (21) 를 부분 안정화된 도전성 지르코니아 세라믹스로 구성할 수도 있다. 또, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체 (21) 의 표면에 금속층 (22) 을 형성한다. 즉, 인서트 블록 본체 (21) 는, 구체적으로는 부분 안정화 지르코니아 (ZrO2-Y2O3) 세라믹스로 이루어지고, 도전성 부여제로서 Fe2O3 이 8 중량% 함유되어 있다. 또, 부분 안정화 지르코니아 세라믹스 중에 함유되는 부분 안정화제인 Y2O3 의 비율을 3㏖% 로 한다. 이러한 도전성 지르코니아 세라믹스의 열전도율은 약 3.8J/(mㆍsㆍK) 이고, 체적 고유 저항치는 1 × 108Ωㆍ㎝ 이다. 금속층 (22) 은 크롬 (Cr) 으로 이루어진다. 한편, 인서트 블록 본체 (21) 의 전체면에 전기 도금법으로 금속층 (22) 을 형성한다.
도 4a ∼ 도 4e, 도 5a ∼ 도 5b, 도 6a ∼ 도 6b, 도 7a ∼ 도 7d, 도 8a ∼ 도 8b 에, 도광판의 각종 변형예를 나타낸다.
도 4a ∼ 도 4e 및 도 7a ∼ 도 7d 에 모식적인 단면도를 나타낸 도광판 (40A) ∼ 도광판 (40E), 도광판 (140A) ∼ 도광판 (140D) 은, 전체적으로 쐐기 모양의 절두형 사각추 형상을 갖고, 절두형 사각추의 2 개의 대향하는 측면이 도광판의 제 1 면 (41, 141) 및 제 2 면 (43, 143) 에 해당하고, 절두형 사각추의 저면이 도광판의 제 1 측면 (44, 144) (두꺼운 단부) 에 해당하고, 절두형 사각추의 정상면이 도광판의 제 3 측면 (46, 146) 에 해당하며, 절두형 사각추의 나머지 2 개의 대향하는 측면이 도광판의 제 2 측면 (45, 145) 및 제 4 측면 (47, 147) 에 해당한다. 그리고, 도광판의 제 1 측면 (44, 144) 으로부터 광이 입사되고, 제 1 면 (41, 141) 및/또는 제 2 면 (43, 143) 으로부터 광이 사출된다. 절두형 사각추의 저면에 상당하는 제 1 측면 (입광면 : 44, 144) 의 두께를 예를 들어 0.5㎜, 절두형 사각추의 정상면에 상당하는 제 3 측면 (46, 146) 의 두께를 예를 들어 0.2㎜ 로 한다. 또한, 도광판의 폭을 예를 들어 42㎜, 길이를 예를 들어 58㎜ 로 한다. 여기서, 도광판의 폭이란, 도 4 및 도 7 의 지면 수직 방향에 있어서의 도광판의 길이를 의미하고, 도광판의 길이는, 도 4 및 도 7 의 지면과 평행한 좌우 방향에 있어서의 도광판의 길이를 의미한다.
도 4a 에 모식적인 단면도를 나타내는 도광판 (40A) 에서는, 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 요철부 (42A) 는, 도광판 (40A) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 연장되는 연속한 직선형의 요철 형상을 갖고, 도광판 (40A) 으로의 광입사 방향으로서 제 1 면 (41) 과 수직인 가상 평면으로 도광판 (40A) 을 절단하였을 때의 연속하는 요철 형상의 단면 형상은 톱니 형상 (단면 형상 : 삼각형) 이다. 한편, 도면에 있어서의 참조 번호에서, 도 1a 에 나타낸 것과 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 의미한다.
도 4b 에 모식적인 단면도를 나타내고, 모식적인 사시도를 도 5a 에 나타낸 도광판 (40B) 에서는, 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 볼록부 (42B) 는, 도광판 (40B) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 연장되는 연속한 직선형의 볼록 형상을 갖고, 도광판 (40B) 으로의 광입사 방향으로서 제 1 면 (41) 과 수직인 가상 평면으로 도광판 (40B) 을 절단하였을 때의 연속하는 볼록 형상의 단면 형상은 사다리꼴이다.
또한, 도 4c 에 모식적인 단면도를 나타내고, 모식적인 사시도를 도 5b 에 나타낸 도광판 (40C) 에서는, 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 볼록부 (42C) 는, 도광판 (40C) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 가상의 직선 상에 배열된 불연속한 볼록 형상을 갖고, 불연속한 볼록 형상의 모양은 각추 또는 피라미드형이다.
그리고 또, 도 4d 에 모식적인 단면도를 나타내고, 모식적인 사시도를 도 6a 에 나타낸 도광판 (40D) 에서는, 제 1 면의 표면부에 형성된 볼록부 (42D) 는, 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 가상의 직선 상에 배열된 불연속한 볼록 형상을 갖고, 불연속한 볼록 형상의 모양은 형상은 대략 반구형이다.
또, 도 4e 에 모식적인 단면도를 나타내고, 모식적인 사시도를 도 6b 에 나타낸 도광판 (40E) 에서는, 제 1 면의 표면부에 형성된 볼록부 (42E) 는, 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 가상의 직선 상에 배열된 불연속의 볼록 형상을 갖고, 불연속 볼록 형상의 형상은 원기둥이다.
도 7a 에 모식적인 단면도를 나타내고, 모식적인 사시도를 도 8a 에 나타낸 도광판 (140A) 에서는, 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 오목부 (142A) 는, 도광판 (140A) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 배열된 연속한 직선형의 오목 형상을 갖고, 도광판 (140A) 으로의 광입사 방향으로서 제 1 면 (141) 과 수직인 가상 평면으로 도광판 (140A) 을 절단하였을 때의 연속하는 오목 형상은 사다리꼴이다.
또한, 도 7b 에 모식적인 단면도를 나타내고, 모식적인 사시도를 도 8b 에 나타낸 도광판 (140B) 에서는, 제 1 면 (41) 의 표면부에 형성된 오목부 (142B) 는, 도광판 (140B) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 배열된 연속한 직선형의 오목 형상을 갖고, 도광판 (140B) 으로의 광입사 방향으로서 제 1 면 (141) 과 수직인 가상 평면으로 도광판 (140A) 을 절단하였을 때의 연속하는 오목 형상은 삼각형이다.
또한, 도 7c 에 모식적인 단면도를 나타낸 도광판 (140C) 에서는, 제 1 면 (141) 의 표면부에 형성된 오목부 (142C) 는, 도광판 (140C) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 가상의 직선 상에 배열된 불연속의 오목 형상을 갖고, 불연속 오목 형상의 형상은 대략 반구이다.
또한, 도 7d 에 모식적인 단면도를 나타낸 도광판 (140D) 에서는, 제 1 면 (141) 의 표면부에 형성된 오목부 (142D) 는, 도광판 (140D) 으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 가상의 직선 상에 배열된 불연속의 오목 형상을 갖고, 불연속 오목 형상의 형상은 원기둥이다.
인서트 블록 (20) 이나 제 2 인서트 블록 (30) 을 제 1 금형부 (가동 금형부 : 10) 및 제 2 금형부 (고정 금형부 : 13) 에 고정시키는 방법으로서, 실시예 1 에 설명한 고정 방법 이외로도, 예를 들어 이하에 설명하는 방법을 들 수 있다. 즉, 도 9a 에는 금형 조립체를 형조임한 상태를 나타내고, 도 10a 에는 금형 조립체를 몰드 개방한 상태를 나타내는데, 이들 도 9a 및 도 10a 에 모식적인 단면도를 나타내는 금형 조립체는,
(A) 제 1 금형부 (가동 금형부 : 110) 및 제 2 금형부 (고정 금형부 : 113) 로 이루어지고, 형조임시에 캐비티 (118) 가 형성되는, 투명 수지제의 도광판을 성형하기 위한 금형 조립체와,
(B) 캐비티 (118) 안으로 용융 투명 수지를 도입하기 위한 사이드 게이트 방식의 용융 수지 사출부 (도시 생략) 와,
(C) 제 1 금형부 (110) 에 배치되어, 캐비티 (118) 의 일부를 구성하는 인서트 블록 (120) 과,
(D) 제 2 금형부 (113) 에 배치되어, 캐비티 (118) 의 일부를 구성하는 제 2 인서트 블록 (130) 을 구비하고 있다.
금형 조립체에는, 볼트 (116) 에 의해서 제 1 금형부 (110) 에 장착되고, 캐비티 (118) 의 일부를 구성하며, 인서트 블록 (120) 의 단면을 피복하는 피복 플레이트 (111) 가 추가로 구비되어 있다. 한편, 피복 플레이트 (111) 는 인서트 블록 (120) 의 전체 둘레의 단면을 피복하고 있다. 그리고 또, 볼트 (117) 에 의해서 제 2 금형부 (113) 에 장착되고, 캐비티 (118) 의 일부를 구성하며, 제 2 인서트 블록 (130) 의 단면을 피복하는 제 2 피복 플레이트 (114) 가 추가로 구비되어 있다. 한편, 제 2 피복 플레이트 (114) 는 제 2 인서트 블록 (130) 의 전체 둘레의 단면을 피복하고 있다. 피복 플레이트 (111) 및 제 2 피복 플레이트 (114) 에는 용융 수지 사출부 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
도 10b 에 모식적인 확대 단면도를 나타내고, 도 9b 에 모식적인 확대된 일부 단면도를 나타내는 인서트 블록 (120) (두께 3.0㎜) 은, 도광판의 제 1 면을 성형하기 위해서 사용되고, 부분 안정화제로서 이트리아 (Y203) 를 함유한 부분 안정화 지르코니아 세라믹스 (부분 안정화된 산화지르코늄, ZrO2) 로 이루어지는 인서트 블록 본체 (121) 와, 도광판의 제 1 면을 형성하기 위해서, 캐비티 (118) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (121) 의 표면에 배치되고, 톱니 (프리즘) 형상을 갖는 요철부 (123) 가 형성된 금속층 (122) 으로 이루어진다. 한편, 인서트 블록 본체 (121) 의 모식적인 단면도를 도 9c 에 나타낸다. 금속층 (122) 에 형성된 요철부 (123) 는, 도광판으로의 광입사 방향과 소정 각도를 이루는 방향 (구체적으로는 대략 직각인 방향) 을 따라서 연장되는 연속한 오목 형상을 갖고, 또한, 도광판 (40) 의 제 1 면 (41) 에 형성된 요철부와 상보적인 형상을 갖는다. 이 요철부 (123) 가 형성된 부분이, 인서트 블록 (120) 의 캐비티면 (120A) 에 상당한다.
금속층 (122) 은, 전기 도금에 의해서 형성된 두께 5㎛ 의 Ni 층과, 그 위에 형성된 두께 100㎛ 의 Ni 화합물층 (무전해 도금에 의해서 형성된 Ni-P 층) 의 2 층으로 이루어진다. 즉, 금속층 (122) 의 두께 (t) 는 105㎛ 이다. 또, 도면에서는, 금속층 (122) 을 1 층으로 나타내었다. 한편, 캐비티 (118) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (121) 표면의 표면 거칠기 (RZ) 는 0.5㎛ 이다. 또한, 인서트 블록 본체 (121) 와 금속층 (122) 사이에는, 두께 10㎛ 의 Ti-Cu-Ag 공정 조성물로 이루어지는 활성 금속막 (124) 이 형성되어 있다. 이 활성 금속막 (124) 은, 활성 금속 솔더법에 의해 형성되어 있다.
제 1 금형부 (110) 과 제 2 금형부 (113) 를 형조임한 상태에 있어서 피복 플레이트 (111) 와 대향하는 인서트 블록 본체 (121) 부분의 표면에는, 표면이 평탄한 금속층 (122B) (도 10b 참조) 이 형성되어 있다. 또, 이 금속층 (122B) 은 금속층 (122) 과 동시에 형성되고, 금속층 (122B) 의 아래에는 활성 금속막 (124) 이 형성되어 있다.
구체적으로는, 인서트 블록 본체 (121) 를, 지르코니아 (ZrO2) 분말 및 Y2O3 분말의 혼합품을 프레스 성형한 후, 소성하여 제작하였다 (도 9c 의 모식적 단면도 참조). 그 후, 캐비티 (118) 에 대향하는 인서트 블록 본체 (121) 의 표면 (표면 (121A) 이라고 부른다) 및 피복 플레이트 (111) 와 대향하는 인서트 블록 본체 (121) 의 표면 (표면 (121B) 이라고 부른다) 에 대하여 다이아몬드 지석을 사용한 연마 및 마무리를 실시하여, 이러한 표면 (121A, 121B) 의 표면 거칠기 (RZ) 를 0.5㎛ 로 하였다. 다음으로, 인서트 블록 본체 (121) 의 이러한 표면 (121A, 121B) 에, 활성 금속 솔더법에 기초하여 활성 금속막 (124) 을 형성하였다. 구체적으로는, Ti-Cu-Ag 공정 조성물로 이루어지는 페이스트를 인서트 블록 본체 (121) 의 이러한 표면 (121A, 121B) 에 도포하고, 진공 중에서 약 800℃ 의 고온에서 베이킹함으로써 활성 금속막 (124) 을 형성하였다. 그 후, 활성 금속막 (124) 이 형성된 부분 이외의 인서트 블록 본체 (121) 부분을 마스킹하여, 전기 도금법으로 니켈층을 형성하고, 다시 그 위에 무전해 도금법으로 Ni-P 층을 형성하였다. 그 후, Ni-P 층에, 톱니 (프리즘) 형상의 요철부가 형성된 다이아몬드 바이트를 사용한 기계 가공을 실시하여, 금속층 (122) 에 요철부 (123) 를 형성하였다.
표면 (캐비티면) 이 평평한 점을 제외하고, 제 2 인서트 블록 (130) 은 실질적으로 인서트 블록 (120) 과 동일한 구성, 구조를 갖는다. 한편, 금속층 (132) 의 표면 거칠기 (RZ) 는 0.01㎛ 이다.
제 1 금형부 (가동 금형부 : 110) 를 탄소강 S55C 로 제작하고, 절삭 가공하여 인서트 블록 장착부를 형성하였다. 표면 (121B) 상에 형성된 금속층 (122B) 을 금속 가공용의 평면 절삭기를 사용하여 절삭하였다. 그리고, 인서트 블록 장착부에 인서트 블록 (120) 을 장착하고, 인서트 블록 (120) 단면을 피복 플레이트 (111) 로 피복한 후, 피복 플레이트 (111) 를 볼트 (116) 에 의해 제 1 금형부 (110) 에 고정시켰다.
또, 제 2 금형부 (고정 금형부 : 113) 를 탄소강 S55C 로 제작하고, 절삭 가공하여 인서트 블록 장착부를 형성하였다. 그리고, 인서트 블록 장착부에 제 2 인서트 블록 (130) 을 장착하고, 제 2 인서트 블록 (130) 의 단면을 제 2 피복 플레이트 (114) 로 피복한 후, 제 2 피복 플레이트 (114) 를 볼트 (117) 에 의해 제 2 금형부 (113) 에 고정시켰다.
이렇게 해서 얻어진 금형 조립체를 사용하여, 실시예 1 ∼ 실시예 5 에서 설명한 것과 동일한 방법으로 도광판을 사출 성형할 수 있다.

Claims (11)

  1. 투명한 열가소성 수지로 이루어지고, 제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖는 도광판으로서,
    제 1 면의 표면부에는 볼록부와 오목부중의 일방 또는 양방이 형성되어 있고,
    제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하이고,
    도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하이고,
    평면도가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    캐비티, 및, 도광판의 어느 하나의 측면에 대응하는 캐비티면으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하기 위한 용융 수지 사출부를 구비한 금형을 사용하고,
    도광판은, 투명한 용융 열가소성 수지를 용융 수지 사출부를 통해서 캐비티 안으로 사출함으로써 성형되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    지르코니아 세라믹스, 또는 도전성 지르코니아 세라믹스로 이루어지는 인서트 블록 본체, 그리고, 도광판의 제 1 면에 볼록부와 오목부중의 일방 또는 양방을 형성하기 위해서, 캐비티에 대향하는 인서트 블록 본체의 표면에 배치되고, 오목부와 볼록부중의 일방 또는 양방이 형성된 금속층으로 이루어지는 인서트 블록이 금형의 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    도광판의 제 1 측면으로부터 광이 입사되고,
    도광판의 제 3 측면에 대응하는 캐비티면으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열가소성 수지의 Q 값은 0.5㎤·초－1 이상, 1.5㎤·초－1 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열가소성 수지는, 점도 평균 분자량이 1.0 × 104 내지 1.5 × 104 의 방향족 폴리카보네이트 수지인 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    도광판의, CIE 1931 XYZ 표색계에서의 xy 색도도에 있어서 (x, y) 의 값은, x ≤ 0.375 그리고 y ≤ 0.335 를 만족하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    도광판은, 전체적으로 두께가 일정한 박판 형상을 갖고,
    도광판의 제 1 측면으로부터 광이 입사되고, 제 1 면과 제 2 면중의 일방 또는 양방으로부터 광이 사출되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전체적으로 쐐기 모양의 절두형 사각추 형상을 갖고,
    절두형 사각추의 2 개의 대향하는 측면이 도광판의 제 1 면 및 제 2 면에 해당하고, 절두형 사각추의 저면이 도광판의 제 1 측면에 해당하고, 절두형 사각추의 정상면이 도광판의 제 3 측면에 해당하고, 절두형 사각추의 나머지 2 개의 대향하는 측면이 도광판의 제 2 측면 및 제 4 측면에 해당하며,
    도광판의 제 1 측면으로부터 광이 입사되고, 제 1 면과 제 2 면중의 일방 또는 양방으로부터 광이 사출되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 도광판, 및, 광원으로 이루어지는 면 형상 광원 장치로서,
    그 도광판은,
    투명한 열가소성 수지로 이루어지고,
    제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖고,
    제 1 면의 표면부에는 볼록부와 오목부중의 일방 또는 양방이 형성되어 있고,
    제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하이고,
    도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하이고,
    평면도가 200㎛ 이하이며,
    도광판의 제 1 측면으로부터 광이 입사되고, 제 1 면과 제 2 면중의 일방 또는 양방으로부터 광이 사출되는 것을 특징으로 하는 면 형상 광원 장치.
  11. 투명한 열가소성 수지로 이루어지고, 제 1 면, 그 제 1 면과 대향한 제 2 면, 제 1 측면, 제 2 측면, 그 제 1 측면과 대향한 제 3 측면, 및, 그 제 2 측면과 대향한 제 4 측면을 갖고,
    제 1 면의 표면부에는 볼록부와 오목부중의 일방 또는 양방이 형성되어 있고,
    제 1 측면과 제 3 측면 사이의 길이인 도광판의 길이 방향의 길이는 40㎜ 이상, 130㎜ 이하이고,
    도광판의 최저 8 할을 차지하는 영역의 두께는 0.1㎜ 이상, 0.55㎜ 이하이고,
    평면도가 200㎛ 이하인 도광판의 제조 방법으로서,
    캐비티, 및, 도광판의 어느 하나의 측면에 대응하는 부분으로부터 용융 열가소성 수지를 캐비티 안으로 사출하기 위한 용융 수지 사출부를 구비하며, 제 1 금형부와 제 2 금형부로 구성된 금형 조립체를 사용하여,
    (A) 제 1 금형부와 제 2 금형부를 형조임력 F0 으로 형조임하여, 캐비티를 형성한 후,
    (B) 캐비티 안으로 용융 수지 사출부로부터 투명한 용융 열가소성 수지를 사출하고,
    (C) 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 완료로부터 t 초가 경과한 후, 혹은, 캐비티 안으로의 용융 열가소성 수지의 사출 공정 및 거기에 이어지는 보압 (保壓) 공정의 완료로부터 t 초가 경과한 후 (단, 0 초 ≤ t ≤ 8.0 초), 형조임력을 0.5F0 이하로 하고,
    (D) 캐비티 안의 열가소성 수지가 냉각, 고화된 후, 제 1 금형부와 제 2 금형부를 몰드 개방하여, 도광판을 꺼내는 각 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조 방법.
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