JP2002011769A - 大型導光板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対角寸法が１４インチ（３５５mm）以上の大
型導光板を、溶融樹脂からの成形によって製造し、しか
も厚みが均一で導光板としての要求性能を充分に満たし
うるようにする。 【解決手段】 対角寸法１４インチ（３５５mm）以上の
液晶ディスプレイ用大型導光板を形成するための金型キ
ャビティーを射出装置のシリンダーに連通し、このシリ
ンダー内に透明樹脂材料を供給し、シリンダー内に配置
されたスクリューを回転させながら透明樹脂材料を前記
金型キャビティーに連続的に流入させて賦型成形するこ
とにより、大型導光板３３を製造する。透明樹脂は、例
えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、ＭＳ樹脂、非晶質シクロオレフィン系ポリマー、ポ
リプロピレン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、Ａ
ＢＳ樹脂、ポリサルフォン樹脂、熱可塑性ポリエステル
樹脂などでありうるが、特にメタクリル樹脂が適してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１４インチ（３５
５mm）以上の対角寸法を有する液晶ディスプレイのバッ
クライトに用いられる大型導光板の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】導光板は、ノートブック型パーソナルコ
ンピュータやデスクトップ型パーソナルコンピュータ、
さらには液晶モニターなどの液晶ディスプレイにおい
て、側面に配置された光源からの光を液晶表示面に導く
ための光学要素として用いられている。液晶ディスプレ
イと導光板の配置を図１に断面概略図で示す。液晶ディ
スプレイ１の背面に配置されるバックライトは主に、導
光板２，３、その背面に配置される反射層４、導光板
２，３の前面（液晶ディスプレイ側）に配置される光拡
散層５、並びに導光板２，３の側面に配置される光源７
及びそこからの光を導光板２，３内に導くためのリフレ
クター８で構成される。そして、光源７からの光がリフ
レクター８で反射して導光板２，３内に入射し、その中
を透過しながら背面に設けられた反射層４で反射して、
前面側に出射するようになっている。前面側では、光拡
散層５の存在により、光が全面に渡って均一に出射し、
液晶ディスプレイ１のための照明となる。光源７には通
常、冷陰極管が用いられる。

【０００３】図１の（ａ）は、ノートブック型パーソナ
ルコンピュータ等、対角寸法が１４インチ程度までの比
較的小型のディスプレイに用いられる形式であって、そ
の導光板２は、厚みが０.６mm程度から３.５mm程度まで
順次変化するくさび形状のものである。このようなくさ
び形の導光板２を用いる場合は通常、その厚肉側端面に
光源７が配置される。なお、図１（ａ）には、光源７が
１本の例を示したが、光源が複数本用いられることもあ
る。一方、図１の（ｂ）は、デスクトップ型パーソナル
コンピュータや液晶モニターなど、より大型のディスプ
レイに用いられる形式であって、その導光板３は、厚み
がほぼ均一なシート状のものである。このようなシート
状の導光板３を用いる場合は通常、その対向する二つの
側面に光源７，７が配置される。なお、図１（ｂ）に
は、相対する側面に１本ずつ、合計２本の光源７，７が
配置された例を示したが、より大型のディスプレイで
は、相対する側面に２本ずつ、３本ずつなど、複数本ず
つ光源７，７が配置されることもある。

【０００４】かかる導光板２，３には通常、光線透過率
に優れるメタクリル樹脂が使用されている。そして、図
１（ａ）に示すようなくさび形状の導光板２は、射出成
形法によって製造され、図１（ｂ）に示すようなシート
状の導光板３は、樹脂シートからの切り出しによって製
造されている。

【０００５】射出成形法について概略を説明すると、こ
のために用いる射出成形装置は、金型、この金型を型締
め方向又は型閉じ方向に駆動する型締め装置、型締めさ
れた金型に溶融樹脂を射出する射出装置等で構成されて
いる。金型は、可動側型板と固定側型板とで構成され、
固定側型板には、溶融樹脂を通過させるためのスプルー
が形成され、可動側型板と固定側型板とのパーティング
ラインに沿ってランナーとゲートが形成され、両型板に
製品を成形するためのキャビティーが形成されている。
可動側型板には、形成された成形品を取り出すための突
出し手段が設けられる。射出装置は、樹脂材料を可塑化
溶融させ、金型のキャビティー内に射出充填するための
もので、シリンダー、その中で回転駆動されるように設
けられたスクリュー、シリンダーの先端部に取り付けら
れたノズル、シリンダーに樹脂材料を供給するホッパ
ー、スクリューを駆動するモーター、スクリューを前進
駆動するラム機構などで構成されている。

【０００６】そして、シリンダーの外周部には、内部の
樹脂を溶融するためにヒーターが設けられており、モー
ターによりスクリューを回転駆動するとともに、樹脂を
シリンダーに供給し、通電されたヒーターにより、樹脂
は加熱、加圧作用を受けて溶融混練され、そしてスクリ
ューの先端に送られて蓄積される。次いで、ラム機構に
よりスクリューを前進駆動して、ノズルから金型のキャ
ビティーに溶融樹脂を一気に射出し、所望の成形品を得
ることになる。

【０００７】一つの成形品を得るための一連の工程は、
まず、シリンダー内に樹脂材料を計量供給し、所望量の
溶融樹脂をシリンダー先端部に蓄積し、次いでスクリュ
ーを前進させてキャビティー内に溶融樹脂を射出充填
し、そして溶融樹脂の冷却固化に伴う体積収縮分を補う
ための保圧力を付与し、その後引き続いて、成形品の金
型内での冷却と次の成形のための溶融樹脂の計量を併行
して行い、冷却完了後、可動側型板を移動させ、金型を
開いて成形品を取り出すことからなる。

【０００８】対角寸法が１４インチを超える導光板を上
記射出成形法により製造するには、それ相当の型締め力
を有する大型の成形機が必要となる。また、サイズが大
きくなると、ゲートから流動末端までの距離が長くな
り、成形が困難となる。すなわち射出成形においては、
ショートショットや溶融樹脂が冷却固化に伴って体積収
縮する不足分を保圧力によって補充するのであるが、ゲ
ートからの距離が長すぎる場合には、圧力が有効に作用
せず、ヒケが発生したり、金型キャビティー面の賦型が
悪くなったりする。また大型成形機では、射出シリンダ
ーに蓄積される溶融樹脂量が増すために、溶融樹脂の滞
留による熱劣化が起こりやすい。さらに、光源である冷
陰極管の光度が充分に末端まで届きにくいことから、射
出成形法による１４インチ以上の対角寸法を有する均一
厚みの大型導光板は実用化されておらず、かかる大型導
光板の製造には、メタクリル樹脂シートからの切断加工
が採用されているにすぎない。

【０００９】すなわち、対角寸法１４インチ以上、さら
に１５インチ以上の導光板は、厚みが均一のメタクリル
樹脂シートを所望のサイズに切断したものが使用され、
その両端部に冷陰極管を合計２本、４本又は６本配置し
て、バックライトとされている。メタクリル樹脂シート
としては、５〜１５mmの厚みを有するものが用いられて
いる。また、この場合は通常、まずメタクリル樹脂シー
トを粗切断した後、レーザーカッティング法により、端
面の仕上げを兼ねて最終切断し、切断後のシートの片面
に反射層パターンを印刷して製品とされる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】厚みが均一のメタクリ
ル樹脂シートを切断して導光板とする方法では、メタク
リル樹脂シートの厚み精度があまりよくないため、後工
程での印刷ムラの原因となったり、フレームとの嵌合時
に隙間が生じたり、嵌合できなくなったりする。また、
レーザーカッティング工程でレーザー熱によりシート端
面が垂れて不良を発生しやすく、さらには後工程での印
刷コストが高くなるなど、射出成形法では問題とならな
い不具合が発生する。一方、対角寸法が１４インチを超
える大型導光板に対しては、製品サイズが大きすぎて、
射出成形法により良品を成形することは容易でない。

【００１１】かかる事情に鑑み、本発明者は、対角寸法
が１４インチ以上の大型導光板を、溶融樹脂からの成形
によって製造し、しかも、厚みが均一で導光板としての
要求性能を充分に満たしうる方法を見出すべく鋭意研究
を行った結果、本発明を完成するに至った。したがって
本発明の目的は、溶融樹脂からの成形によって、対角寸
法１４インチ（３５５mm）以上の液晶ディスプレイバッ
クライト用導光板を、厚み精度、寸法安定性、透明性、
総合製造コストなどに優れる方法で製造することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、対
角寸法１４インチ（３５５mm）以上の液晶ディスプレイ
用大型導光板を形成するための金型キャビティーを射出
装置のシリンダーに連通し、このシリンダー内に透明樹
脂材料を供給し、シリンダー内に配置されたスクリュー
を回転させながら透明樹脂材料を前記金型キャビティー
に連続的に流入させて賦型成形することにより、大型導
光板を製造する方法を提供するものである。ここで、シ
リンダー内でスクリューを回転させながら樹脂材料を金
型内に連続的に流入させて賦型成形する方法としては、
特に限定されるわけではないが、例えば、フローモール
ドと呼ばれる成形法を挙げることができる。このよう
な、シリンダー内でスクリューを回転させながら樹脂材
料を金型内に連続的に流入させて賦型成形する方法自体
は、樹脂の成形法の一つとして公知のものであるが、こ
れを、従来採用されていなかった大型導光板の製造に適
用することにより、溶融樹脂から直接、厚み精度、寸法
安定性、透明性などに優れた大型導光板が製造でき、結
果的に総合製造コストの低減にもつなげうる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、透明樹脂材料を原料
として、射出装置のシリンダー内でスクリューを回転さ
せながら、この樹脂材料を金型内に連続的に流入させて
賦型成形する方法、例えばフローモールド成形法により
大型導光板が製造される。原料の透明樹脂材料は、導光
板としての要求物性を満足しうるものであればよく、例
えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、メチルメタクリレートとスチレンの共重合体である
ＭＳ樹脂、非晶質シクロオレフィン系ポリマー、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン、アクリ
ロニトリルとブタジエンとスチレンの共重合体であるＡ
ＢＳ樹脂、ポリサルフォン樹脂、熱可塑性ポリエステル
樹脂など、溶融成形が可能な熱可塑性樹脂が挙げられ
る。メタクリル樹脂は、メチルメタクリレートを主体と
する重合体であり、メチルメタクリレートの単独重合体
のほか、メチルメタクリレートと、少量の、例えば１０
重量％程度までの他の単量体、例えば、メチルアクリレ
ートやエチルアクリレートのようなアルキルアクリレー
ト類との共重合体であってよい。またこれらの透明樹脂
は、必要に応じて、離型剤、紫外線吸収剤、顔料、重合
抑制剤、連鎖移動剤、酸化防止剤、難燃化剤などを含有
していてもよい。

【００１４】本発明の方法に用いる成形機は、概略的に
は前述した通常の射出成形機とほぼ同様に構成される
が、この方法の特徴として、溶融樹脂の金型内キャビテ
ィーへの射出充填が、スクリューの回転駆動による連続
的な圧送により行われることが挙げられる。したがっ
て、スクリューの回転駆動を続けることにより、シリン
ダーの容積以上の容積を有する製品も成形することがで
きる。また、金型に加わる圧力（型内圧）が通常の射出
成形の半分程度でよいので、大面積製品でも、低い型締
め力で成形することが可能である。一つの成形品を得る
ための工程は、スクリューの回転駆動で樹脂材料をシリ
ンダー内へ供給することと、金型内キャビティーへ溶融
樹脂を射出充填することを兼ねて併行して進行する。そ
して、金型内キャビティーの末端まで溶融樹脂が充填さ
れると、樹脂圧によりスクリューが所定量後退し、保圧
力を加える。保圧力の付与が終了すると、前述の射出成
形法と同様、続いて冷却工程に入り、金型を開いて成形
品が取り出される。通常の射出成形機におけるモーター
駆動用のＲＯＭ（読み取り専用メモリー）を、この方法
に適した仕様に改造することで、本発明の方法に用いる
成形機とすることもできる。

【００１５】本発明による成形法について、図２を参照
しながら説明を進める。図２は、本発明で使用するのに
適した成形装置の一例を概略的に示す断面図である。こ
の装置は大きく分けて、射出装置１０と金型２０とで構
成されている。射出装置１０は、射出シリンダー１１、
このシリンダー内で回転し、前進駆動するスクリュー１
２、このスクリュー１２を駆動するためのモーター１
３、樹脂材料を射出シリンダー１１に供給するホッパー
１４、射出シリンダー１１の外表面に設置された加熱ヒ
ーター１５，１５等で構成されている。

【００１６】一方、金型２０は、固定型２１と可動型２
２とで構成されている。固定型２１には、可動型２２側
に向けて断面がテーパ状に大きくなっており、溶融樹脂
の流路となるスプルー２３が形成され、固定型２１と可
動型２２の合わせ面には、両型２１，２２に沿ってラン
ナー２４が形成され、ランナー２４はスプルー２３に連
通し、その両先端部はゲート２５に連なっている。固定
型２１と可動型２２の間には、導光板を成形するための
キャビティー２６，２６が形成され、これらのキャビテ
ィー２６，２６には、ゲート２５が連通している。した
がってこの例では、キャビティー２６，２６が、ゲート
２５、ランナー２４及びスプルー２３を介して、射出装
置１０のシリンダー１１に連通していることになる。ま
た可動型２２には、成形品を取り出す際に成形品を突き
出すための突出し手段２７が内設されている。なお図２
には、１回の成形で２個の製品を取るようにした例を示
したが、１個取りとすることも、また１回の成形で３個
又はそれ以上の製品を取るように設計することも可能で
ある。

【００１７】次に、以上のような射出装置１０と金型２
０を使用した導光板の成形について説明する。スクリュ
ー１２がほぼ最前進限の位置にある状態で、モーター１
３によりスクリュー１２を回転駆動するとともに、ホッ
パー１４から樹脂材料を射出シリンダー１１内へ供給す
る。供給された樹脂材料は、加熱ヒーター１５，１５か
らの熱と、スクリュー１２の回転により受けるせん断・
摩擦力から生じる熱とで可塑化混練され、スクリュー１
２の回転移送作用でスクリュー先端方向へ運ばれ、スプ
ルー２３及びゲート２５を介して、キャビティー２６に
向けて連続的に送られる。そして、キャビティー２６の
閉鎖空間が、流動射出された溶融樹脂で充満されると、
充満した樹脂の圧力によりスクリュー１２がわずかに後
退する。そのとき、樹脂圧によりスクリュー１２が後退
しうる程度の適当な背圧を付与しておく。スクリュー１
２が所定量後退すると、金型２０内で冷却される溶融樹
脂の体積収縮を補えるような適当な保圧を加える。そし
て、冷却工程を経て、可動型２２が開き、突出し手段２
７により成形品を突き出して取り出す。ただし、製品を
取り出す方法は、このような突出し手段による態様に限
らず、周知の取り出し法であればどのような手段を採用
してもよい。成形品を取り出した後は、可動型２２が閉
じて、次の成形品取りのためのサイクルに入る。

【００１８】このような装置を用いて、まず、可動型２
２を固定型２１側へ移動して金型を閉じ、両者により構
成された閉鎖キャビティー２６内に、溶融樹脂を流動射
出する。その際の溶融樹脂の射出成形温度（射出シリン
ダー内の樹脂温度）は、一般には１７０〜３００℃程度
の範囲が採用され、メタクリル樹脂では通常、１９０〜
２７０℃の温度で良好な成形体が得られる。また、スク
リューの回転数は流動射出速度につながり、スクリュー
回転数が高いほど速度が速くなる。成形品の厚みに応じ
て、一般には２０〜１５０rpm の範囲が採用される。金
型温度は、一般には３０〜１５０℃の範囲である。そし
て、流動射出によりキャビティー２６内に樹脂が充満し
たところで、樹脂圧力によりスクリュー１２が所定距離
後退し、後退完了と同時に保圧を加えて所定時間維持
し、冷却工程を経てから、金型を開いて、冷却された成
形品を取り出せばよい。

【００１９】こうして得られる成形品（導光板）は、透
明性に優れている。これは、シリンダー内のスクリュー
を回転させながら透明樹脂材料を前記金型キャビティー
内に連続的に流入させて賦型成形する方法の特徴の一つ
で、樹脂材料の供給工程と射出工程が同時に進行するた
め、一般の射出成形法に比べて、射出シリンダー内での
溶融樹脂の滞留が極めて少ないことによる。また、成形
品の厚みや外寸法の精度がよく、安定している。これ
は、一般の射出成形法に比べて、金型キャビティー内へ
の溶融樹脂の射出充填が極めて遅く、かつ連続的になさ
れることから、溶融樹脂の冷却に伴う体積収縮を随時補
いながら、樹脂が充填されることによる。このため、体
積収縮率が安定し、結果として製品寸法が安定し、かつ
厚み変動も少なくなる。これらのことから、大型の液晶
ディスプレイ用バックライトに現在使用されているメタ
クリル樹脂シートから切り出して製造される導光板に比
べ、制度のよい製品が得られる。また、低い型締め力の
成形機でも製品の複数個取りが可能となるため、導光板
１個あたりの総合コストの低下につなげられる可能性も
ある。

【００２０】

【実施例】本発明の方法をさらに具体的に説明するた
め、以下に実施例を示すが、本発明はこれらによって限
定されるものではない。

【００２１】実施例１ この例では、住友重機械工業株式会社製の成形機“ネス
タール 200SYCAP ”を用い、シリンダー内でスクリュー
を回転させながら樹脂材料を金型内に連続的に流入させ
て賦型成形できる仕様となるようにＲＯＭを改造した。
また金型は、型締め力２００トンの成形機に取り付けて
成形可能なサイズに設計し、キャビティー１個取りとし
た。図３に、この金型によって成形される成形品の概略
を斜視図で示す。導光板成形品３０は、スプルー３１、
ゲート３２、導光板本体３３及び取付け部兼突出し部３
４，３４により構成されており、ゲート３２は成形後に
切断される。導光板本体３３は、３１cm×２４cmの大き
さで、厚みが６mmとなるように設計した。

【００２２】樹脂材料として、住友化学工業株式会社製
のメチルメタクリレート樹脂“スミペックス MG5”（透
明）を使用し、射出シリンダー内の樹脂温度は２３５℃
に設定した。また、スクリュー回転数は１３０rpm とし
た。金型温度は、表面温度計で測定されるキャビティー
表面温度が９０℃となるように設定した。そして、流動
射出により、キャビティー内に樹脂が充満したところ
で、樹脂圧力によりスクリューが１０mm後退し、後退完
了と同時に保圧を加え、その状態で４０秒間保持し、冷
却工程を経てから、金型を開いて、冷却された成形品を
取り出した。

【００２３】得られた成形品５枚をサンプルとして、面
内厚み分布をダイヤルゲージで測定したところ、厚みの
フレは±０.０９mm であった。また、以上の操作を繰り
返して１００枚の導光板を製造し、それぞれの外寸をノ
ギスで測定して寸法安定性を評価したところ、外寸のフ
レは±０.１８mm であった。導光板用メタクリル樹脂シ
ートの規格では、厚みの誤差が±０.１mm以下、外寸の
誤差が±０.２mm以下と言われており、これに比べて遜
色のない値であった。さらに、上で得られた厚み６mmの
導光板について、 JIS K 7105 に従って厚み方向の全光
線透過率を測定したところ、９２％であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、 液晶モニターやデス
クトップ型パーソナルコンピュータなど、対角寸法が１
４インチ以上の大型液晶ディスプレイに使用されるバッ
クライト用大型導光板が、透明性や寸法安定性などに優
れた状態で製造できる。また、生産サイクルを短縮でき
るなどの効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶ディスプレイと導光板の配置を示す概略断
面図であって、（ａ）は、くさび形状の導光板を用いた
例、（ｂ）は、シート状の導光板を用いた例である。

【図２】本発明で用いるのに適した成形装置の一例を示
す概略断面図である。

【図３】本発明によって得られる型はずし直後の導光板
成形品の一例を模式的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１……液晶ディスプレイ、 ２、３……導光板、 ７……光源、 １０……射出装置、 １１……射出シリンダー、 １２……スクリュー、 １３……モーター、 １４……ホッパー、 １５……加熱ヒーター、 ２０……金型、 ２１……固定型、 ２２……可動型、 ２６……キャビティー、 ３０……導光板成形品、 ３１……スプルー、 ３２……ゲート、 ３３……導光板本体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対角寸法１４インチ（３５５mm）以上の液
   晶ディスプレイ用導光板を形成するための金型キャビテ
   ィーを射出装置のシリンダーに連通し、該シリンダー内
   に透明樹脂材料を供給し、シリンダー内に配置されたス
   クリューを回転させながら透明樹脂材料を前記金型キャ
   ビティーに連続的に流入させて賦型成形することを特徴
   とする、大型導光板の製造方法。
2. 【請求項２】フローモールド成形法により行われる請求
   項１記載の方法。
3. 【請求項３】透明樹脂がメタクリル樹脂である請求項１
   又は２記載の方法。