導光板の加工と製造方法
【課題】 輝度が高く、照度ムラが無く漏洩光を最小に抑えて、均一に中心部まで導く面状発光体導光板の精密加工を容易に量産可能にする装置を提供する。
【解決手段】導光板成型加工機９のバイト刃金型２２をプレスパンチングプレート２１に設ける。部材２３は、成型加工機９に搬送されると２１によって押圧されて光伝送用の溝と漏洩光防止用のドットパターン８３は一体成型される。部材は形状認識センサ２５によって加工前と後に認識する。不良品が検出されれば、直ちに排除する。加工後に不良個所が見つかれば、そのデータを成型加工機のコントローラ２６にフィードバックして９の制御機構の微細な調整をおこなう。一体成型加工が可能なために量産性はきわめて高い。
【解決手段】導光板成型加工機９のバイト刃金型２２をプレスパンチングプレート２１に設ける。部材２３は、成型加工機９に搬送されると２１によって押圧されて光伝送用の溝と漏洩光防止用のドットパターン８３は一体成型される。部材は形状認識センサ２５によって加工前と後に認識する。不良品が検出されれば、直ちに排除する。加工後に不良個所が見つかれば、そのデータを成型加工機のコントローラ２６にフィードバックして９の制御機構の微細な調整をおこなう。一体成型加工が可能なために量産性はきわめて高い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等にバックライトとして用いられる導光板の加工と製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ディスプレイは、液晶ＴＶ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ），ノートパソコン、携帯電話機表示部のパネル、広告照明装置等各種ディスプレイのバックライトとして、広く普及している。とくにテレビジョン始め、情報家電、ＯＡ機器等の表示装置の応用では、社会生活に浸透している。低消費電力、薄型、軽量であることから、今やＣＲＴ（ブラウン管）を凌ぎ、かつ安価になってきた。今後、ＴＶの地上波デジタル放送の全面移管する事から、家庭用ＴＶに急速に発展していくと考えられる。
【０００３】
液晶ディスプレイのバックライトには、面状発光体が多く採用されている。特徴は、輝度が高く、均一に面の中心部まで減衰させないで光を導いて全体を均一に面発光させるから液晶ＴＶには有効である。例えば、エッジライト型の面状発光体光源は、高輝度なＬＥＤ（発光ダイオード）が使われる。
【０００４】
面状発光体のバックライトとしての導光板（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ Ｐｌａｔｅ）は、液晶ディスプレイ内で液晶セルに導く透明板のことである。その大部分がアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を原料にして、射出成形により生産されている。
【０００５】
導光板は、液晶ディスプレイの大型化、軽量化、薄肉化、高輝度ＬＥＤの低消費電力化という技術的発展の側面を担っている。その技術的ハードルは、一般化して手軽に構成できるようになった。一方、加工と製造としての成形機の金型、周辺装置、原料樹脂、成形条件を含めた成形システムの高い精密度と量産性が要求される。
【０００６】
導光板は、端面にＬＥＤを配置するエッジライト方式のバックライトが一般的である。導光板部材２３に精密加工したＶ字溝７２と７３のドットパターンからなる。Ｖ字溝は光を減衰させないで平均して面の中心部まで導く工夫がされている。Ｖ字溝から漏れてしまった光は、７３のドットによって漏洩光をＶ字溝７２に再度復帰させる効果がある。従って、導光板部材加工には量産性を含めた高精度と高品質が要求される所以にある。
【０００７】
Ｖ字溝は、従来特別な工作機械とかレーザ光を使って微細加工していた。しかし、量産性に乏しく精度、コスト上問題が多かった。従って、均一な特性をもった面状発光体用バックライトの製造は難しかった。
【特許文献１】 特開２００２−１６９０３ 号公報
【特許文献２】 特開２００２−３２８６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、従来の面状発光体バックライトの導光板の量産性をあげて、高精密に加工して、製造する事は、極度に難しくコストも多くかかった。
【０００９】
導光板の素材である透明部材は主にアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を使うが、部材の表面は滑らかでなく、ミクロ的には凹凸がある。その表面上に１００ミクロン程度のＶ字溝を均一に精度よく加工する必要があった。
【００１０】
導光板は、光の減衰を少なくするために様々な工夫が必要である。Ｖ字溝の深さを一定にしたり、端部は浅く中心部に行くほどＶ字溝を深くしたり又、その逆もある。これらの精度と品質をμ単位で高く維持して量産効果をあげるのは、極めて難しかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レーザ光、特別な切削工具等を使わないで導光板部材にＶ字溝の形成を部材の表面の凹凸にもかかわらず、精度を保って量産性の向上を生み出す方法を提供するものである。
【００１２】
透明なアクリル樹脂部材の表面は、凹凸があって粗い。この素材の粗さを前提に、Ｖ字溝の形成に量産性を上げて、加工と製造装置に特別の工夫を施した。量産性を上げる事を目的にして、従来の切削バイトをプレス加工で一挙に成型できるように金型で構成した。
【００１３】
導光板部材２３に、Ｖ字溝成型用のバイト状金型２２を押圧して面状の導光板２３は、一瞬の間に製造できる。Ｖ字溝の深さは、１００μ程度である。押圧に微妙な制御を必要とする。この課題を高精度パルスモータ駆動とバイト金型との間を精密に測定する、センサとの組み合わせによって解決した。そして、適度な押圧で１００μ程度のＶ字溝を一体成型する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の導光板のＶ字溝の加工と製造は、バイト列を金型に形成して、導光板素材の表面との距離をセンサによって精密に測定する。μ単位で表面の粗さに応じてバイト金型の押圧を柔軟に制御して、精密なＶ字溝の適切な深さを一体成型する。
【００１５】
プレス加工装置に設けたバイト金型の上下駆動源の位置決めは、精度を保つためにパルスモータ又は、超音波モータによって微細な制御をする。このバイト金型は、目的に応じて、多彩なＶ字溝紋様パターンを用意する。光を均一に導くための複雑なＶ字溝パターンを一瞬のうちに、成型加工できるから、量産性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、発光源からの光を効率良く均一に面の中心部まで導くためのＶ字溝面状発光体導光板の製造方法に関するものである。特に、量産効果を目的とした製造方法を提供するものである。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、本発明の要部示すプレス金型機の断面図である。図１において、９は本発明による導光板加工機のプレス金型機である。１０は可動部であって、ｙ，ｙ’間の上下を運動して２３の導光板部材を押圧してＶ字溝を一瞬の時間で成型できる。
【００１８】
１１は、固定保持部であって１０の受けプレートである。１２、１３，１４は可動部の保持部材で、１５，１６，１７は、２０の可動部ストリッパプレート・ガイドピンである。１５、１７のピンには、クッション用のスプリングコイルを巻いている。これは、パンチプレートに押圧する際に衝撃を緩和する効果をもたせている。１８，１９はパンチプレート２１のガイドピンである。
【００１９】
２０は、ストリッパプレートであって、２１はパンチプレートである。２０、２１は、システムコントローラ２６からの命令によって、２１を押圧して２３の導光板部材に１００μ程度のＶ字溝を一体成型する。
【００２０】
２２はバイト刃の金型である。成型目的に応じて大きさは、柔軟に替えられる。２３は、導光板部材であって、アクリル樹脂が一般的である。２４は本金型成型機の固定部のダイプレートである。
【００２１】
２５は、２３の部材加工後成型された導光板Ｖ字溝の深さ、形状を認識するセンサである。フォトセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を使う。ＣＣＤはラインセンサ、エリアセンサを使用する。電荷結合素子と称してデジタルカメラ等に広く使用されている。
【００２２】
ＣＣＤの場合、数μ単位で認識できるから導光板の形状、Ｖ字溝パターン、深さの測定が可能である。２６は、システムコントローラであってＣＰＵによって、測定データを演算して異常値の識別が可能である。異常値が見つかれば、９の金型成型機の図示していない制御機構部にフィードバックして適性値に制御する。
【００２３】
２５は、２３の導光板の形状認識して異常値のチェックを行う事から、最適値に制御するのと、不良品を排除して高品質な製品の確保ができるという、特徴をもった導光板金型成型機である。２５にて認識した２３の形状は、ディスプレイ２７に写し出される。形状、Ｖ字溝の詳細な紋様、数μ単位でこれらのデータが表示される。形状に変更があったり、不良品が出てデータの変更、再入力する際には２８のキーボードから行う。
【００２４】
図２は、９の導光板金型成型機を用いて、導光板を量産している工程の模式図を示したものである。１０の可動部はｙ，ｙ’方向に上下して２２のバイト刃を２３の導光板部材にプレスして導光板を瞬時に一体成型加工できる。
【００２５】
２４のダイプレート上には、導光板部材２３が運ばれてくる。２３ｂは、次に成型する部材であって、９の金型成型機に入る段階である。２３ａは、９に入って一旦停止する。１０がｙ’方向に下りてきて、２３を押圧して一体成型加工する。
【００２６】
次に２３ｃは、成型が終わって加工された部材である。２５のセンサは、この２３ｃの形状認識を行う。不良品であれば、この部材を排除する。データを９のコントローラにフィードバックして不良個所の適正化を行なって、高品質の管理を行う。
【００２７】
部材２３は、ｘ，ｘ’の方向に２４のダイプレート上を搬送する。９の成型機に入ってプレス加工されるときに２３は、停止する。そして一体成型加工された後、再び搬送されて不良品でなければ、完成品として次工程に送られる。
【００２８】
２３ｂの前工程において、部材２３の成型加工し易いように２３を図示していないヒータで暖めるといっそう加工効果が向上する場合もある。目的に応じてセラミックヒータ、ヒートローラを備えてもよい。又、２５のセンサを９の入口部位に備えて成型加工前の部材２３ｂの形状を測定して不良部材かどうか、品質のチェックと不良品であればこの工程で排除する。
【００２９】
図３は、導光板の金型成型機バイト刃の構成を示す図である。図３（ａ）において、３１は金型バイト刃の構成を示す正面図である。３２はバイト刃部であって、３３はＶ字溝成型刃で３４はドットパターン成型突起刃である。
【００３０】
図３（ｂ）は、（ａ）のＡ，Ａ’から見た断面図である。図において、３１は金型バイト刃の構成で３２はその成型用の刃部位を示す。図３の（ｃ）は、（ａ）のＢ，Ｂ’から見た断面の構成である。３１は成型用の刃部位の構成で３４は、ビットパターン成型用の突起刃である。
【００３１】
３５は、Ｖ字溝成型用の刃部位の金型構成を示す。図３の（ｄ）は、刃部位金型の詳細を示した拡大図である。３４は前記説明したようにビットパターン成型用の突起刃であって、３５はＶ字溝成型用の刃部位である。３４，３５は導光板２３の構造に応じて異なった形状にする事もできる。
【００３２】
応用によっては、Ｖ字溝でなく半円筒状、Ｕ字型状等の方が光の拡散効率が良い場合もある。この場合には、３５の刃の形状は半円筒、Ｕ字形状の成型形状刃になる。３４のドットパターンの形状も同様で、楕円、正方形、長方形、菱形等いろいろある。これらの形状成型用の刃部位を目的に応じて構成すればよい。
【００３３】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態におけるバイト刃の金型の構造に関するものである。本例では、導光板の成型にあたって様々な大きさに対応できるように、金型刃部位の大きさを柔軟に容易に変えられる構造にした事に特徴がある。
【００３４】
図４は、金型刃部位を接合して任意の大きさにできる構造にした。図４（ａ）は、金型刃の断面の構成を示す。４１は成型用のバイト刃金型のメス溝４１ａが付いた構造になっている。４２は、オス突起構造４２ａとメス凹部４２ｂの付いた構造のバイト刃金型である。
【００３５】
４１と４２の金型を嵌めこめば、２倍の大きさになる。目的の導光板に応じて金型を自在に変えられる。図においてａ１は、４１のメス凹み部４１ａの深さ方向を示し、ａ２は４２ａのオス突起部の長手方向を示す。４２ｂは、金型４２のメス凹部であって、その深さ方向は、４１と同じａ１である。
【００３６】
図４では、４１，４２を接続して目的の導光板に備えることが出来る。図４（ｂ）は金型４１、４２の平面図を示す。これらを嵌め込み接続していけば、任意の大きさの導光板に対応できる。図４の例では、Ｘ方向に広げていく方法を示しているが、Ｙ方向にこのような嵌め込み構造を備えていけば、面状に広げられる。
【００３７】
図５は、導光板２３の断面形状を示す。７１はアクリル樹脂等の部材で構成した導光板である。７２は、Ｖ字溝であって７３はドットパターンを示す。導光板の端面に置かれた図示していない光源からの光は、７２の中を進み中心部まで減衰しないで光を搬送する。
【００３８】
７３のドットパターンは、丸状、楕円状、四角、長方形状いろいろある。このドットパターンは、Ｖ字溝から漏洩した光をＶ字溝に戻す効果がある。２３の導光板の表面か裏面に成型される。７２は必ずしもＶ字溝でなく、半円、Ｕ型構造でもよい。効果のある形状を選択できる。２２のバイト刃金型は、これに対応した成型金型を用意しておく。
【００３９】
図６は、本金型で成型した導光板の紋様を示す。図６（ａ）は、蛇行型のパターン（紋様）を採用した例である。図において８１は、導光板本体であって８２は蛇行型Ｖ字溝、８３はドットパターンである。
【００４０】
図６（ｂ）は、楕円状のＶ字溝パターンの例である。８４は導光板本体であって、８５は楕円状のＶ字溝、８６はドットパターンである。図６（ｃ）は、蛇行状のＶ字溝がＸ，Ｙ方向に成型した例である。図において８７は、ＸＹ方向の蛇行Ｖ字溝を成型した導光板である。
【００４１】
８８は、Ｙ方向の蛇行Ｖ字溝であって、８９はＸ方向の蛇行Ｖ字溝パターンである。９０は、ＸＹ蛇行Ｖ字溝間に設けたドットパターンである。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、効率よく減衰しないで面状発光体の中心部まで均一に光を導くために、紋様パターンを工夫したものである。
【００４２】
本発明による面状発光体導光板の一体成型加工装置は、フォトセンサ又は超音波センサによって、成型加工部材の表面粗さ、形状認識をおこなう。Ｖ字溝の深さが均一になるようにＣＰＵで演算処理してバイトの上下位置を微細に制御する。
【００４３】
導光板の目的に応じて前記図４に示すように、大きさを自在に変えられてかつ溝の形状をＶ字溝だけでなく多彩な構造にできる。光伝播用導光溝パターンも直線状から蛇行状等多種な構成に一体成型できる。これらの多彩な一体成型加工金型２２を数多く用意しておけばよい。
【００４４】
［第３実施形態］
図９は本導光板成型金型機を制御するシステムコントローラの構成図である。導光板アクリル部材を１００μの深さを保って、精度よく成型加工する。そのためには、高精度なコンピュータ制御が要求される。本実施例では、この要求に合致したシステムを提案するものである。
【００４５】
図７において、９１はシステムバスであって、９２はシステム全体を統括して演算と制御をおこなうＣＰＵ（中央制御装置）である。９３はプログラムメモリであるＲＯＭであって９４はメモリであるＲＡＭである。９５はデータメモリであって、センサ１００からのデータを一次保管して、そのデータをもとにＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：演算処理装置）９６が演算して制御データを９２のＣＰＵにおくる役割がある。
【００４６】
９７のＩ／Ｏ１は外部のセンサとの入出力であって、９８のＩ／Ｏ２は駆動部、モータ、クラッチの類との入出力部である。９９のＩ／Ｏ３は、外部ディスプレイ、入力装置とのインタフェース部である。
【００４７】
Ｉ／Ｏ１に接続している１００のセンサはフォトセンサ、ＣＣＤであって１０２の導光板の形状を認識する。導光板部材表面の粗さを計測して、１００μ程度の深さを均一に保っているかどうか、Ｖ字溝成型の精度と成型加工した導光板の表面の紋様をチェックする。
【００４８】
１０１は、導光板部材からの反射光をセンサに入力する形状認識の模式である。１０３はモータＰＭ１であって、図２のダイプレート２４上の導光板部材２３を搬送する。金型成型機９で正確に位置決めして停止させる。
【００４９】
１０４のＰＭ２は、図１の金型成型機９のプレス押圧するための上下運動Ｙ，Ｙ’を揺動する駆動モータである。そしてパンチプレート図１の２１に加圧して２２によって、導光板部材に正確に１００μ程度の光伝送溝を一体成型加工する。
【００５０】
１０５のＰＭ３は、パンチプレートの位置決めをおこなう。図示していない装置によって、成型溝の深さを調整する。１００μの深さであるから、数μの微調整をおこなう。導光板部材表面の粗さは、数μ〜数十μの凹凸がある。平均して１００μ程度に保って溝の深さの調整をおこなう事は、光伝送に必要である。
【００５１】
Ｉ／Ｏ３、９９に接続している１０６のディスプレイは、導光板部材２３の形状認識を行って、その映像を写す。２３の部材表面の状態を３次元画像で写して、表面の粗さ、成型した溝の深さがわかる。
【００５２】
１０７は、キーボード等の入力装置であって、９の金型成型機の動きの詳細な制御データを入力したり、変更できる。したがって、１００のセンサによって形状認識して不良であったり、不具合があった時には、成型加工した製品を除外したり適正なデータを再入力して次の部材から精度のよい正しい製品に仕上げる事ができる。
【００５３】
以上説明したように本発明によると、面状発光体のバックライトである導光板は、金型成型加工機によって、プレス成型加工機で一体成型加工して瞬時に製品を仕上げることが可能である。従来は、バイト、レーザ光によって一点づつ切削加工して製作していたが、多大な時間と工数がかかって量産性に乏しかった。
【００５４】
数μ単位の精度を得るためには、ＣＣＤセンサを金型成型機に設けて部材の形状をディスプレイして、不具合、不良があれば直ちに適正なデータを入力して、成型加工機にフィードバックできるから、量産効果はきわめて向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１実施形態の金型成型機の構成を示した図である。
【図２】同、部材の搬送と加工工程を示した図である。
【図３】同、金型の構成を示した図である。
【図４】第２実施形態の導光板金型の構成を示した図である。
【図５】同、金型によって製作した導光板の完成パターンを示した図である。
【図６】第３実施形態のシステム構成を示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
９ プレス金型加工機
１０ 可動部
１１ 固定部
１２，１４，１４ 保持部
１５、１６，１７ ストリッパプレートガイドピン
１８，１９ パンチプレートガイドピン
２０ ストリッパプレート
２１ パンチプレート
２２、３１ 刃部成型金型
２３ 導光板部材
２４ ダイプレート
２５ 形状認識センサ
３２ 金型の刃列構成
３３、３５ 金型の刃
３４ 金型のドット刃
４１ メス型金型刃部
４１ａ、４２ｂ 金型凹部
４２ オス、メス型金型刃部
４２ａ 金型凸部
７１、８１、８４、８７ 導光板
７２ Ｖ字溝
７３ ドット凹部
８２ 蛇行型Ｖ字溝
８３、８６、９０ ドット
８５ 楕円状Ｖ字溝
８８，８９ 蛇行交叉型Ｖ字溝
９１ システムバス
９２ 中央演算処理装置、ＣＰＵ
９３ プログラムメモリ、ＲＯＭ
９４ メモリ、ＲＡＭ
９５ データメモリ
９６ 演算プロセッサ、ＤＳＰ
９７，９８，９９ 入出力ポート
１００ 形状認識センサ
１０１ 入射光
１０２ 測定部材、導光板
１０３，１０４，１０５ 駆動源、モータ
１０６ ディスプレイ
１０７ キーボード、データ入力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等にバックライトとして用いられる導光板の加工と製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ディスプレイは、液晶ＴＶ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ），ノートパソコン、携帯電話機表示部のパネル、広告照明装置等各種ディスプレイのバックライトとして、広く普及している。とくにテレビジョン始め、情報家電、ＯＡ機器等の表示装置の応用では、社会生活に浸透している。低消費電力、薄型、軽量であることから、今やＣＲＴ（ブラウン管）を凌ぎ、かつ安価になってきた。今後、ＴＶの地上波デジタル放送の全面移管する事から、家庭用ＴＶに急速に発展していくと考えられる。
【０００３】
液晶ディスプレイのバックライトには、面状発光体が多く採用されている。特徴は、輝度が高く、均一に面の中心部まで減衰させないで光を導いて全体を均一に面発光させるから液晶ＴＶには有効である。例えば、エッジライト型の面状発光体光源は、高輝度なＬＥＤ（発光ダイオード）が使われる。
【０００４】
面状発光体のバックライトとしての導光板（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ Ｐｌａｔｅ）は、液晶ディスプレイ内で液晶セルに導く透明板のことである。その大部分がアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を原料にして、射出成形により生産されている。
【０００５】
導光板は、液晶ディスプレイの大型化、軽量化、薄肉化、高輝度ＬＥＤの低消費電力化という技術的発展の側面を担っている。その技術的ハードルは、一般化して手軽に構成できるようになった。一方、加工と製造としての成形機の金型、周辺装置、原料樹脂、成形条件を含めた成形システムの高い精密度と量産性が要求される。
【０００６】
導光板は、端面にＬＥＤを配置するエッジライト方式のバックライトが一般的である。導光板部材２３に精密加工したＶ字溝７２と７３のドットパターンからなる。Ｖ字溝は光を減衰させないで平均して面の中心部まで導く工夫がされている。Ｖ字溝から漏れてしまった光は、７３のドットによって漏洩光をＶ字溝７２に再度復帰させる効果がある。従って、導光板部材加工には量産性を含めた高精度と高品質が要求される所以にある。
【０００７】
Ｖ字溝は、従来特別な工作機械とかレーザ光を使って微細加工していた。しかし、量産性に乏しく精度、コスト上問題が多かった。従って、均一な特性をもった面状発光体用バックライトの製造は難しかった。
【特許文献１】 特開２００２−１６９０３ 号公報
【特許文献２】 特開２００２−３２８６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、従来の面状発光体バックライトの導光板の量産性をあげて、高精密に加工して、製造する事は、極度に難しくコストも多くかかった。
【０００９】
導光板の素材である透明部材は主にアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を使うが、部材の表面は滑らかでなく、ミクロ的には凹凸がある。その表面上に１００ミクロン程度のＶ字溝を均一に精度よく加工する必要があった。
【００１０】
導光板は、光の減衰を少なくするために様々な工夫が必要である。Ｖ字溝の深さを一定にしたり、端部は浅く中心部に行くほどＶ字溝を深くしたり又、その逆もある。これらの精度と品質をμ単位で高く維持して量産効果をあげるのは、極めて難しかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レーザ光、特別な切削工具等を使わないで導光板部材にＶ字溝の形成を部材の表面の凹凸にもかかわらず、精度を保って量産性の向上を生み出す方法を提供するものである。
【００１２】
透明なアクリル樹脂部材の表面は、凹凸があって粗い。この素材の粗さを前提に、Ｖ字溝の形成に量産性を上げて、加工と製造装置に特別の工夫を施した。量産性を上げる事を目的にして、従来の切削バイトをプレス加工で一挙に成型できるように金型で構成した。
【００１３】
導光板部材２３に、Ｖ字溝成型用のバイト状金型２２を押圧して面状の導光板２３は、一瞬の間に製造できる。Ｖ字溝の深さは、１００μ程度である。押圧に微妙な制御を必要とする。この課題を高精度パルスモータ駆動とバイト金型との間を精密に測定する、センサとの組み合わせによって解決した。そして、適度な押圧で１００μ程度のＶ字溝を一体成型する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の導光板のＶ字溝の加工と製造は、バイト列を金型に形成して、導光板素材の表面との距離をセンサによって精密に測定する。μ単位で表面の粗さに応じてバイト金型の押圧を柔軟に制御して、精密なＶ字溝の適切な深さを一体成型する。
【００１５】
プレス加工装置に設けたバイト金型の上下駆動源の位置決めは、精度を保つためにパルスモータ又は、超音波モータによって微細な制御をする。このバイト金型は、目的に応じて、多彩なＶ字溝紋様パターンを用意する。光を均一に導くための複雑なＶ字溝パターンを一瞬のうちに、成型加工できるから、量産性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、発光源からの光を効率良く均一に面の中心部まで導くためのＶ字溝面状発光体導光板の製造方法に関するものである。特に、量産効果を目的とした製造方法を提供するものである。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、本発明の要部示すプレス金型機の断面図である。図１において、９は本発明による導光板加工機のプレス金型機である。１０は可動部であって、ｙ，ｙ’間の上下を運動して２３の導光板部材を押圧してＶ字溝を一瞬の時間で成型できる。
【００１８】
１１は、固定保持部であって１０の受けプレートである。１２、１３，１４は可動部の保持部材で、１５，１６，１７は、２０の可動部ストリッパプレート・ガイドピンである。１５、１７のピンには、クッション用のスプリングコイルを巻いている。これは、パンチプレートに押圧する際に衝撃を緩和する効果をもたせている。１８，１９はパンチプレート２１のガイドピンである。
【００１９】
２０は、ストリッパプレートであって、２１はパンチプレートである。２０、２１は、システムコントローラ２６からの命令によって、２１を押圧して２３の導光板部材に１００μ程度のＶ字溝を一体成型する。
【００２０】
２２はバイト刃の金型である。成型目的に応じて大きさは、柔軟に替えられる。２３は、導光板部材であって、アクリル樹脂が一般的である。２４は本金型成型機の固定部のダイプレートである。
【００２１】
２５は、２３の部材加工後成型された導光板Ｖ字溝の深さ、形状を認識するセンサである。フォトセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を使う。ＣＣＤはラインセンサ、エリアセンサを使用する。電荷結合素子と称してデジタルカメラ等に広く使用されている。
【００２２】
ＣＣＤの場合、数μ単位で認識できるから導光板の形状、Ｖ字溝パターン、深さの測定が可能である。２６は、システムコントローラであってＣＰＵによって、測定データを演算して異常値の識別が可能である。異常値が見つかれば、９の金型成型機の図示していない制御機構部にフィードバックして適性値に制御する。
【００２３】
２５は、２３の導光板の形状認識して異常値のチェックを行う事から、最適値に制御するのと、不良品を排除して高品質な製品の確保ができるという、特徴をもった導光板金型成型機である。２５にて認識した２３の形状は、ディスプレイ２７に写し出される。形状、Ｖ字溝の詳細な紋様、数μ単位でこれらのデータが表示される。形状に変更があったり、不良品が出てデータの変更、再入力する際には２８のキーボードから行う。
【００２４】
図２は、９の導光板金型成型機を用いて、導光板を量産している工程の模式図を示したものである。１０の可動部はｙ，ｙ’方向に上下して２２のバイト刃を２３の導光板部材にプレスして導光板を瞬時に一体成型加工できる。
【００２５】
２４のダイプレート上には、導光板部材２３が運ばれてくる。２３ｂは、次に成型する部材であって、９の金型成型機に入る段階である。２３ａは、９に入って一旦停止する。１０がｙ’方向に下りてきて、２３を押圧して一体成型加工する。
【００２６】
次に２３ｃは、成型が終わって加工された部材である。２５のセンサは、この２３ｃの形状認識を行う。不良品であれば、この部材を排除する。データを９のコントローラにフィードバックして不良個所の適正化を行なって、高品質の管理を行う。
【００２７】
部材２３は、ｘ，ｘ’の方向に２４のダイプレート上を搬送する。９の成型機に入ってプレス加工されるときに２３は、停止する。そして一体成型加工された後、再び搬送されて不良品でなければ、完成品として次工程に送られる。
【００２８】
２３ｂの前工程において、部材２３の成型加工し易いように２３を図示していないヒータで暖めるといっそう加工効果が向上する場合もある。目的に応じてセラミックヒータ、ヒートローラを備えてもよい。又、２５のセンサを９の入口部位に備えて成型加工前の部材２３ｂの形状を測定して不良部材かどうか、品質のチェックと不良品であればこの工程で排除する。
【００２９】
図３は、導光板の金型成型機バイト刃の構成を示す図である。図３（ａ）において、３１は金型バイト刃の構成を示す正面図である。３２はバイト刃部であって、３３はＶ字溝成型刃で３４はドットパターン成型突起刃である。
【００３０】
図３（ｂ）は、（ａ）のＡ，Ａ’から見た断面図である。図において、３１は金型バイト刃の構成で３２はその成型用の刃部位を示す。図３の（ｃ）は、（ａ）のＢ，Ｂ’から見た断面の構成である。３１は成型用の刃部位の構成で３４は、ビットパターン成型用の突起刃である。
【００３１】
３５は、Ｖ字溝成型用の刃部位の金型構成を示す。図３の（ｄ）は、刃部位金型の詳細を示した拡大図である。３４は前記説明したようにビットパターン成型用の突起刃であって、３５はＶ字溝成型用の刃部位である。３４，３５は導光板２３の構造に応じて異なった形状にする事もできる。
【００３２】
応用によっては、Ｖ字溝でなく半円筒状、Ｕ字型状等の方が光の拡散効率が良い場合もある。この場合には、３５の刃の形状は半円筒、Ｕ字形状の成型形状刃になる。３４のドットパターンの形状も同様で、楕円、正方形、長方形、菱形等いろいろある。これらの形状成型用の刃部位を目的に応じて構成すればよい。
【００３３】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態におけるバイト刃の金型の構造に関するものである。本例では、導光板の成型にあたって様々な大きさに対応できるように、金型刃部位の大きさを柔軟に容易に変えられる構造にした事に特徴がある。
【００３４】
図４は、金型刃部位を接合して任意の大きさにできる構造にした。図４（ａ）は、金型刃の断面の構成を示す。４１は成型用のバイト刃金型のメス溝４１ａが付いた構造になっている。４２は、オス突起構造４２ａとメス凹部４２ｂの付いた構造のバイト刃金型である。
【００３５】
４１と４２の金型を嵌めこめば、２倍の大きさになる。目的の導光板に応じて金型を自在に変えられる。図においてａ１は、４１のメス凹み部４１ａの深さ方向を示し、ａ２は４２ａのオス突起部の長手方向を示す。４２ｂは、金型４２のメス凹部であって、その深さ方向は、４１と同じａ１である。
【００３６】
図４では、４１，４２を接続して目的の導光板に備えることが出来る。図４（ｂ）は金型４１、４２の平面図を示す。これらを嵌め込み接続していけば、任意の大きさの導光板に対応できる。図４の例では、Ｘ方向に広げていく方法を示しているが、Ｙ方向にこのような嵌め込み構造を備えていけば、面状に広げられる。
【００３７】
図５は、導光板２３の断面形状を示す。７１はアクリル樹脂等の部材で構成した導光板である。７２は、Ｖ字溝であって７３はドットパターンを示す。導光板の端面に置かれた図示していない光源からの光は、７２の中を進み中心部まで減衰しないで光を搬送する。
【００３８】
７３のドットパターンは、丸状、楕円状、四角、長方形状いろいろある。このドットパターンは、Ｖ字溝から漏洩した光をＶ字溝に戻す効果がある。２３の導光板の表面か裏面に成型される。７２は必ずしもＶ字溝でなく、半円、Ｕ型構造でもよい。効果のある形状を選択できる。２２のバイト刃金型は、これに対応した成型金型を用意しておく。
【００３９】
図６は、本金型で成型した導光板の紋様を示す。図６（ａ）は、蛇行型のパターン（紋様）を採用した例である。図において８１は、導光板本体であって８２は蛇行型Ｖ字溝、８３はドットパターンである。
【００４０】
図６（ｂ）は、楕円状のＶ字溝パターンの例である。８４は導光板本体であって、８５は楕円状のＶ字溝、８６はドットパターンである。図６（ｃ）は、蛇行状のＶ字溝がＸ，Ｙ方向に成型した例である。図において８７は、ＸＹ方向の蛇行Ｖ字溝を成型した導光板である。
【００４１】
８８は、Ｙ方向の蛇行Ｖ字溝であって、８９はＸ方向の蛇行Ｖ字溝パターンである。９０は、ＸＹ蛇行Ｖ字溝間に設けたドットパターンである。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、効率よく減衰しないで面状発光体の中心部まで均一に光を導くために、紋様パターンを工夫したものである。
【００４２】
本発明による面状発光体導光板の一体成型加工装置は、フォトセンサ又は超音波センサによって、成型加工部材の表面粗さ、形状認識をおこなう。Ｖ字溝の深さが均一になるようにＣＰＵで演算処理してバイトの上下位置を微細に制御する。
【００４３】
導光板の目的に応じて前記図４に示すように、大きさを自在に変えられてかつ溝の形状をＶ字溝だけでなく多彩な構造にできる。光伝播用導光溝パターンも直線状から蛇行状等多種な構成に一体成型できる。これらの多彩な一体成型加工金型２２を数多く用意しておけばよい。
【００４４】
［第３実施形態］
図９は本導光板成型金型機を制御するシステムコントローラの構成図である。導光板アクリル部材を１００μの深さを保って、精度よく成型加工する。そのためには、高精度なコンピュータ制御が要求される。本実施例では、この要求に合致したシステムを提案するものである。
【００４５】
図７において、９１はシステムバスであって、９２はシステム全体を統括して演算と制御をおこなうＣＰＵ（中央制御装置）である。９３はプログラムメモリであるＲＯＭであって９４はメモリであるＲＡＭである。９５はデータメモリであって、センサ１００からのデータを一次保管して、そのデータをもとにＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：演算処理装置）９６が演算して制御データを９２のＣＰＵにおくる役割がある。
【００４６】
９７のＩ／Ｏ１は外部のセンサとの入出力であって、９８のＩ／Ｏ２は駆動部、モータ、クラッチの類との入出力部である。９９のＩ／Ｏ３は、外部ディスプレイ、入力装置とのインタフェース部である。
【００４７】
Ｉ／Ｏ１に接続している１００のセンサはフォトセンサ、ＣＣＤであって１０２の導光板の形状を認識する。導光板部材表面の粗さを計測して、１００μ程度の深さを均一に保っているかどうか、Ｖ字溝成型の精度と成型加工した導光板の表面の紋様をチェックする。
【００４８】
１０１は、導光板部材からの反射光をセンサに入力する形状認識の模式である。１０３はモータＰＭ１であって、図２のダイプレート２４上の導光板部材２３を搬送する。金型成型機９で正確に位置決めして停止させる。
【００４９】
１０４のＰＭ２は、図１の金型成型機９のプレス押圧するための上下運動Ｙ，Ｙ’を揺動する駆動モータである。そしてパンチプレート図１の２１に加圧して２２によって、導光板部材に正確に１００μ程度の光伝送溝を一体成型加工する。
【００５０】
１０５のＰＭ３は、パンチプレートの位置決めをおこなう。図示していない装置によって、成型溝の深さを調整する。１００μの深さであるから、数μの微調整をおこなう。導光板部材表面の粗さは、数μ〜数十μの凹凸がある。平均して１００μ程度に保って溝の深さの調整をおこなう事は、光伝送に必要である。
【００５１】
Ｉ／Ｏ３、９９に接続している１０６のディスプレイは、導光板部材２３の形状認識を行って、その映像を写す。２３の部材表面の状態を３次元画像で写して、表面の粗さ、成型した溝の深さがわかる。
【００５２】
１０７は、キーボード等の入力装置であって、９の金型成型機の動きの詳細な制御データを入力したり、変更できる。したがって、１００のセンサによって形状認識して不良であったり、不具合があった時には、成型加工した製品を除外したり適正なデータを再入力して次の部材から精度のよい正しい製品に仕上げる事ができる。
【００５３】
以上説明したように本発明によると、面状発光体のバックライトである導光板は、金型成型加工機によって、プレス成型加工機で一体成型加工して瞬時に製品を仕上げることが可能である。従来は、バイト、レーザ光によって一点づつ切削加工して製作していたが、多大な時間と工数がかかって量産性に乏しかった。
【００５４】
数μ単位の精度を得るためには、ＣＣＤセンサを金型成型機に設けて部材の形状をディスプレイして、不具合、不良があれば直ちに適正なデータを入力して、成型加工機にフィードバックできるから、量産効果はきわめて向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１実施形態の金型成型機の構成を示した図である。
【図２】同、部材の搬送と加工工程を示した図である。
【図３】同、金型の構成を示した図である。
【図４】第２実施形態の導光板金型の構成を示した図である。
【図５】同、金型によって製作した導光板の完成パターンを示した図である。
【図６】第３実施形態のシステム構成を示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
９ プレス金型加工機
１０ 可動部
１１ 固定部
１２，１４，１４ 保持部
１５、１６，１７ ストリッパプレートガイドピン
１８，１９ パンチプレートガイドピン
２０ ストリッパプレート
２１ パンチプレート
２２、３１ 刃部成型金型
２３ 導光板部材
２４ ダイプレート
２５ 形状認識センサ
３２ 金型の刃列構成
３３、３５ 金型の刃
３４ 金型のドット刃
４１ メス型金型刃部
４１ａ、４２ｂ 金型凹部
４２ オス、メス型金型刃部
４２ａ 金型凸部
７１、８１、８４、８７ 導光板
７２ Ｖ字溝
７３ ドット凹部
８２ 蛇行型Ｖ字溝
８３、８６、９０ ドット
８５ 楕円状Ｖ字溝
８８，８９ 蛇行交叉型Ｖ字溝
９１ システムバス
９２ 中央演算処理装置、ＣＰＵ
９３ プログラムメモリ、ＲＯＭ
９４ メモリ、ＲＡＭ
９５ データメモリ
９６ 演算プロセッサ、ＤＳＰ
９７，９８，９９ 入出力ポート
１００ 形状認識センサ
１０１ 入射光
１０２ 測定部材、導光板
１０３，１０４，１０５ 駆動源、モータ
１０６ ディスプレイ
１０７ キーボード、データ入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ディスプレイ等バックライトの面状発光体の精密加工装置であって、一体成型加工するプレス加工で一体成型する装置において、光伝送用導光板の溝を刻印した成型用金型２２をプレスパンチプレートに設けて一体成型する手段と、
該導光板部材を一体成型加工して量産効果を向上することを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の成型加工機は、センサ２５を備えて部材成型加工後に形状認識を行って、不良品を排除する手段と、
該２５からの認識データを成型加工機のコントローラ２６にフィードバックして、高精度な品質の導光板を成型加工することを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項３】
前記請求項１において、導光板成型加工用の金型２２は、Ｖ字溝、漏洩光防止用のドットパターンを配列して、目的に応じてＶ字溝の紋様金型を多種用意して、一体成型加工することを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項４】
前記記載の金型３１は、導光板の用途に応じて任意に大きさを変えることを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項４】
請求項４に記載の金型３１は、相互に接続嵌合できる４１、４２の構造であって、嵌合用のオス型突起部と一方のメス型の凹部位を設けて、任意の大きさにすることを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項５】
前記請求項１において、該成型加工機に設けた形状認識センサ２５は、導光板部材の成型加工前に形状認識をおこなって、部材の不良を個所のチェックをおこなって排除する手段と、
該部材の形状データのサンプリングをおこなって、適正な精度の成型加工ができるように該成型加工機９にデータを入力して、成型加工機の機構制御部の調整をおこなうことを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項６】
前記記載の機構制御部位置決めの調整は、２５のセンサから得られたデータに基づいて、コントローラ２６に設けてある演算プロセッサによっておこなうことを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項１】
液晶ディスプレイ等バックライトの面状発光体の精密加工装置であって、一体成型加工するプレス加工で一体成型する装置において、光伝送用導光板の溝を刻印した成型用金型２２をプレスパンチプレートに設けて一体成型する手段と、
該導光板部材を一体成型加工して量産効果を向上することを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の成型加工機は、センサ２５を備えて部材成型加工後に形状認識を行って、不良品を排除する手段と、
該２５からの認識データを成型加工機のコントローラ２６にフィードバックして、高精度な品質の導光板を成型加工することを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項３】
前記請求項１において、導光板成型加工用の金型２２は、Ｖ字溝、漏洩光防止用のドットパターンを配列して、目的に応じてＶ字溝の紋様金型を多種用意して、一体成型加工することを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項４】
前記記載の金型３１は、導光板の用途に応じて任意に大きさを変えることを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項４】
請求項４に記載の金型３１は、相互に接続嵌合できる４１、４２の構造であって、嵌合用のオス型突起部と一方のメス型の凹部位を設けて、任意の大きさにすることを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項５】
前記請求項１において、該成型加工機に設けた形状認識センサ２５は、導光板部材の成型加工前に形状認識をおこなって、部材の不良を個所のチェックをおこなって排除する手段と、
該部材の形状データのサンプリングをおこなって、適正な精度の成型加工ができるように該成型加工機９にデータを入力して、成型加工機の機構制御部の調整をおこなうことを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【請求項６】
前記記載の機構制御部位置決めの調整は、２５のセンサから得られたデータに基づいて、コントローラ２６に設けてある演算プロセッサによっておこなうことを特徴とする導光板の加工と製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１７６１３７（Ｐ２００７−１７６１３７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３８１２３７（Ｐ２００５−３８１２３７）
【出願日】平成１７年１２月２７日（２００５．１２．２７）
【出願人】（５０４１４０６７９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２７日（２００５．１２．２７）
【出願人】（５０４１４０６７９）
【Ｆターム（参考）】
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