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

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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