JP2006168260A - 導光板成形用金型の製造方法、導光板成形用金型、および導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能な導光板を、安価かつ安定に、短時間に大量生産する導光板成形用金型およびその製造方法を提供する。
【解決手段】導光板成形用金型であるワーク２を、ガルバノスキャナおよび長焦点ｆ−Θレンズ４０によって制御されるレーザービーム６０を用いて加工することにより、光拡散効果の大きい導光板を成形するような形状とする。加工パターンは、たとえば、パルス痕によって形成される円環、円環の内部をハッチングしたもの、凹状溝、等である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光板成形用金型に関する。

導光板とは、液晶ディスプレイに代表される非自発光体に光を導く部材のことである。
従来の導光板の例として、図１８に導光板９００を示す。導光板９００の表面上には、光を反射もしくは散乱によって液晶セルに誘導するためのパターン９００ａが形成されている。
このような導光板の成形の一手法として、パターン加工された成形金型を作成し、このパターンを導光板の表面に転写する方法がある。従来の導光板用成形金型の製造方法としては、機械加工による反射／拡散面の加工や、リソグラフィープロセスよる加工などが一般的である。

しかし、これらの加工方法では製作時間は数十時間から数日要していた。また、これによって大変高価なものになっている。導光板のパターン配列、すなわち光学設計は未だ完全に確立されておらず、試行錯誤が現状であるため、昨今開発スピードが要求される照明装置分野においては、製作時間の短縮が大きな課題となっている。

このような課題に対し、導光板の成形方法として、以下のような手法が採用されてきた。
特許文献１および２は、レーザー加工によるアプローチであって、樹脂に直接レーザー加工を施し、導光板を作成する方式を開示する。
特許文献３〜５は、プラスチック樹脂に超短パルスレーザーを用い、微細加工を施し、これを原型として電鋳技術によって金型を作成する方法を開示する。
特許文献６は、サンドブラストにて成形用金型に加工を行う方法を開示する。
特許文献７および８は、レーザーを加工ツールのひとつとして成形用金型に加工を行う方法を開示する。

特開２００２−１０３３７９号公報 特開２０００−６６０２９号公報 特開２００３−３３４８１７号公報 特開２００４−１１７４３４号公報 特開２００４−１１７４３３号公報 特開２００１−３２８０７０号公報 特開平１１−３３９５２７号公報 特開平８−３２７８０７号公報

しかしながら、上述のような方法においては、安価かつ短時間に、高性能な導光板を安定に大量生産することはできなかった。
特許文献１および２の方法は、試作模型の作成には有効ではあるが、量産性は無く、また光学特性も金型による成形品に比べ低い。またこの加工はＣＯ２レーザーでの加工が一般的なため、金型金属材への加工には不向きであり、微細加工は望めず、高性能な導光板の製造は不可能である。
特許文献３〜５の方法は、多光子吸収反応を利用する短パルスレーザーを使用するため、熱加工を利用するレーザーを使用する場合に比べて加工時間も大きい。また、短パルスレーザーは、開発途上の技術であることや、構造が複雑となることから装置が高価であり、産業性に乏しい。従来技術のリソグラフィ等との差別化が出来ないものである。
特許文献６の方法は、再現性に乏しく、現状では、多数個取りの成形において量産の品質を保つことは出来ない。
特許文献７および８の方法では、成形用金型に加工を行うとあるが、レーザーを加工ツールのひとつとして記述しているだけであり、加工方法の詳細については記述されていない。このため、性能向上等の点で有利な効果を生むレーザー加工の内容がどのようなものであるかについては不明である。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、高性能な導光板を、安価かつ安定に、短時間に大量生産する導光板成形用金型の製造方法を提供することを目的とする。

上述の問題点を解決するため、この発明に係る導光板成形用金型の製造方法は、樹脂に転写されて導光板を成形する導光板成形用金型の製造方法であって、金型の少なくとも一つの面に、エネルギー線を収束させて加工し、所定の形状を持つドットを形成することを特徴とするものである。

ドットは、外周と、外周の内部に形成される平行な複数の直線とからなることを特徴としてもよい。
ドットは、外周と、外周の内部に形成される自由曲線とからなることを特徴としてもよい。
ドットは、放物線、正弦波、直線、および自由曲線のうちいずれかの形状に配列されることを特徴としてもよい。
ドットは、複数の同心円、楕円、および多角形のうちいずれかの形状であることを特徴としてもよい。
ドットは、金型の同位置に繰り返しエネルギー線を照射することにより形成されることを特徴としてもよい。
ドットが形成される順序は、互いに隣接するドットどうしが連続して形成される順序であることを特徴としてもよい。

また、この発明に係る導光板成形用金型の製造方法は、樹脂に転写されて導光板を成形する導光板成形用金型の製造方法であって、金型の少なくとも一つの面に、エネルギー線を収束させて加熱し、凹状の溝を形成することを特徴とするものである。

凹状の溝は、放物線、正弦波、直線、および自由曲線のうちいずれかの形状であることを特徴としてもよい。
エネルギー線の焦点を金型の深さ方向において変位させ、金型の凹状の溝の底部に沿った断面において、凹状の溝の底部が自由曲線形状となることを特徴としてもよい。
エネルギー線はパルス発振によるエネルギー線であり、ドットまたは凹状の溝は複数のパルス痕によって構成され、複数のパルス痕のバイトサイズが１０μｍ以下であることを特徴としてもよい。
エネルギー線はパルス発振によるエネルギー線であり、ドットまたは凹状の溝の深さは１μｍ〜３０μｍであることを特徴としてもよい。
ドットまたは凹状の溝の周囲に、金型の面におけるエネルギー線加工されない部分よりも盛り上がった部分を形成することを特徴としてもよい。
ドットまたは凹状の溝は、スパーク部を含むことを特徴としてもよい。
エネルギー線が収束する位置近傍を、ガスまたは液体で冷却することを特徴としてもよい。
エネルギー線が収束する位置近傍を、シールドガス雰囲気中とすることを特徴としてもよい。
エネルギー線が収束する位置近傍を、アシストガス雰囲気中とすることを特徴としてもよい。
ドットまたは凹状の溝を形成する前に、金型の表面にシボパターンを付設することを特徴としてもよい。
エネルギー線はレーザーであることを特徴としてもよい。
エネルギー線は、熱発生領域波長レーザー、非熱加工領域波長レーザー、超短パルスレーザー、Ｘ線、電子ビームのいずれかであることを特徴としてもよい。
製造された導光板成形用金型に対し、電鋳を行って凹凸を反転することによって異なる導光板成形用金型を得ることを特徴としてもよい。

この発明に係る導光板成形用金型は、上記いずれかの導光板成形用金型の製造方法を用いて製造されるものである。
この発明に係る導光板は、上記の導光板成形用金型を用いて製造されるものである。

この発明に係る導光板成形用金型は、レーザーの精密微細加工性を利用するものであり、導光板成形用金型の両面もしくは片面にレーザーを照射し、加工することで、乱反射部が形成される。この加工を施した金型の光拡散部位を精密に忠実に、プラスチック樹脂に転写させて、高輝度導光板の製造を行う。

この発明によれば、導光板成形用金型は、金型の面に、レーザーを収束させて加工し、所定の形状を持つドットを形成するので、高性能な導光板を、安価かつ安定に、短時間に大量生産する。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
実施の形態１は、パルス発振レーザーでの熱加工時の加工現象を利用したものである。実施の形態１ではレーザーマーカーを使用する。レーザーマーカーは２枚のミラーでビームをスキャンするいわゆるガルバノスキャナ光学系を使用する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る金型製造装置２００および金型であるワーク２を示す。金型製造装置２００は、レーザー発信器１０と、レーザーのビーム径を広げるエキスパンダ７０と、ビームの反射角を変化させて加工位置を制御するＸ軸ミラー２１およびＹ軸ミラー２２と、ビームを集光レンズに入射させるベンダーミラー３０と、入射したビームを目標加工位置に収束させる長焦点ｆ−Θレンズである集光レンズ４０とを有する。

レーザー発信器１０は、ワーク２の表面を成形加工するためのレーザービーム６０を発信する。レーザー発信器１０は図示されないシャッターを備えており、レーザービーム６０のオン・オフを適宜制御可能である。
レーザービーム６０はパルスレーザーによるものであり、たとえば近赤外領域の波長を持つＹＡＧレーザーによるものである。エキスパンダ７０はレーザービーム６０のビーム径を広げる。

Ｘ軸ミラー２１およびＹ軸ミラー２２は、ビーム径が広げられたレーザービーム６０を受けるのに十分な大きさを持っており、それぞれ制御された角度でレーザービーム６０を反射し、ベンダーミラー３０に入射させる。なお、このように比較的大きなＸ軸ミラー２１およびＹ軸ミラー２２を保持しつつ高精度動作を行うために、金型製造装置全体の機械的剛性は高く構成されている。
なお、通常、大きなミラーの高速動作は困難であるが、実施の形態１における加工速度は数ｍｍ／ｓ〜数百ｍｍ／ｓと比較的低速の範囲であるため、本構成での実現が可能である。

ベンダーミラー３０は、レーザービーム６０をさらに反射して集光レンズ４０に入射させる。このとき、上述のＸ軸ミラー２１およびＹ軸ミラー２２の角度により、レーザービーム６０ａあるいはレーザービーム６０ｂ等として異なる角度で集光レンズ４０に入射する。

集光レンズ４０は、レーザービーム６０ａおよび６０ｂに生じる入射角の差を相殺し、ワーク２の表面に対して常にほぼ同じ角度でレーザービーム６０ａおよび６０ｂを入射させる。また、集光レンズ４０は、レーザービーム６０ａおよび６０ｂを、ワーク２の表面付近の任意の一定の深さすなわち表面からの距離で収束させる。この集光レンズ４０は長焦点ｆ−Θレンズであるので、広範囲なワーキングエリアが確保される。

上述のようにして、金型製造装置２００およびワーク２は、ワーク２の表面上あるいは表面から一定の距離をおいた平面上の一点にレーザービーム６０を収束させることができる。このレーザービームが収束する点の位置は、Ｘ軸ミラー２１およびＹ軸ミラー２２の角度に応じて変化する。
ワーク２は治具等によって保持される。ワーク２の表面は、粗さにおいてＲａ＝０。２５μｍである鏡面となっている。この鏡面が、一点に収束するレーザービーム６０によって加熱され、熱加工特有の荒れた部分２ａあるいは２ｂを形成する。これと同様にして、多数の荒れた部分からなるパターン２ｘが形成される。このようにしてワーク２の表面を加工成形する。

それぞれの荒れた部分は、図２（ａ）に示すように、一部において互いに重なる複数のパルス痕１０１ａを円環状に配置したパルス痕環であるドット１０１である。各パルス痕１０１ａは一度のパルス照射によって形成されるものであり、このパルス痕１０１ａを形成するレーザーの焦点を、特定の径を持つ円の円周方向、たとえば矢印ｃ方向に一定のスキャンスピードで移動させることによって、ドット１０１が形成される。この際、スキャンスピードにパルス周期を乗じたもの、すなわち連続する２つのパルス発振の間にレーザーの焦点が移動する距離をバイトサイズと呼ぶ。バイトサイズを１０μｍ以下となるように制御することにより、光学特性の優れた加工痕を形成することができる。
この例では、パルス周期が比較的長く、各パルス痕１０１ａが大きい状態であり、パルス痕１０１ａの縞模様が鮮明に表現される。
ドット１０１は、パルスレーザー特有の熱加工現象を用い、ドット自体に故意にパルス痕を表現し、ある程度の加工深さをもったものとして加工され、それに伴う光拡散効果を得る。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のドット１０１の、Ａ−Ａ線断面図である。パルスレーザー特有の熱加工現象により、パルス痕１０１ａの周囲が熱で盛り上がり、バリ１０１ｃとして残る。このバリ１０１ｃは、ワーク２の加工されない表面よりも盛り上がっている。このパルス痕１０１ａおよびバリ１０１ｃがドット１０１を形成する。
パルス痕１０１ａの深さは、たとえば１μｍ〜３０μｍである。
バリ１０１ｃをあえてそのまま用いることで、ワーク２を金型として用いて成形される導光板にはパルス痕１０１ａに対応する凸状部分と、その周りのバリ１０１ｃに対応する溝とが形成され、これにより光拡散効果を得ることができる。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットまたは凹状の溝の周囲に、金型の面におけるレーザー加工されない部分よりも盛り上がった部分を形成するので、導光板の光拡散効果を大きくする。

図３は、形成されたパターン２ｘおよびその形成順序の例を示す。
ワーク２の表面に対するレーザービーム６０による加工は、全体的には第一方向すなわち矢印ａの方向に沿って進行し、細かくは第一方向と直交する第二方向すなわち矢印ｂ１およびｂ２の方向に沿って進行する。
まず、図３においてワーク２の右下部分に、図２（ａ）のドット１０１が形成される。これが図３におけるドット２ｃである。そこからドット２ｄまで矢印ｂ１の方向に、同様のドットの列が形成される。次にドット２ｅが形成され、そこからドット２ｇまで矢印ｂ２の方向にドット列が形成される。さらにドット２ｇが形成され、その後も同様にしてドットの形成が続き、最終的にパターン２ｘが形成される。
このように、レーザー照射を隣接するドットに順に行うことにより、すなわち互いに隣接するドットを連続して形成することにより、スパーク部の形状の均一性を高めることができる。なお、スパーク部とは、加工部分の周囲に存在し、金型面における図示されない微小な凸状の荒れ面であり、これが樹脂に転写されたときは、微細な凹形状となる。
加工パターンのデータ、たとえばパターンの原点位置等の情報は、たとえばＣＡＤを使用して作成および保管する。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットが形成される順序は、互いに隣接するドットどうしが連続して形成される順序であるので、金型の表面の酸化度合いの均一性を高めることができる。

このようにしてワーク２の表面の成形が完了した後、パターン２ｘが形成されたワーク２を使用して、図示されない樹脂への転写を行い、これによって導光板を成形する。このとき、導光板において、ワーク２のパターン２ｘに含まれる荒れた部分が転写された部分は、熱加工特有の荒れた部分の転写であるので、光拡散効果が大きい部分となる。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、金型の少なくとも一つの面に、レーザーを収束させて加工し、所定の形状を持つドットを形成するので、光拡散効果が大きい導光板用の金型を製造する。

このように、本発明の実施の形態１によれば、導光板は、金型を転写することによって成形するので、同一のパターンを安定して迅速に生産することができる。

従来の方式、すなわち機械加工やリソグラフィ等による製造方式に比べ、成形用金型製作時間は大幅に削減され、成形試行サイクルは迅速となる。具体的には、数分から数十分程度でパターン加工が完了するので、１日に数回の光学評価が可能となる。このように、カットアンドトライ方式における導光板評価スピードの速さは類を見ない。
一度の試行で所望の光学特性を持った導光板を得ることは困難な現状においては、レーザー加工による導光板金型の製法は試行錯誤や微調整等の光学調整が短時間で可能なことから優位性は高い。

また微調整の効率もあがり高品質を実現できる。また、短納期、低コストを実現し、コストダウンが可能である。
加工には金属材料の加工に適したＹＡＧレーザーを使用するので、微細加工が可能となり、高性能な導光板を成形することができる。また、パルスレーザーを使用するので、加工時間が短縮され、レーザー発信器も安価に構成される。
また、ワーク２によるパターン２ｘの転写を行うので、再現性が高く、大量生産において品質を保つことができる。
また、具体的にレーザー加工のパターン２ｘが提供されるので、明確に上記のような効果を得ることができる。

上述の実施の形態１において、以下のような変形を施すことが可能である。
実施の形態１においては、ワーク２の表面加工は片面のみに行われるが、これはワーク２の両面に行われてもよい。

ドット１０１の状態は、レーザービーム６０の照射状況を変化させることにより制御することができる。
バイトサイズすなわち各パルス痕１０１ａの間隔は、スキャンスピードとパルス周期との積として制御されるので、パルス周期とスキャンスピードとの関係から最適パルス痕発生条件を求めることができる。したがって、光学特性に優れた加工痕形状を容易に形成可能である。図２（ａ）ではパルス痕１０１ａの縞模様が鮮明に表現されるが、この縞模様はバイトサイズによって調整可能であり、たとえばパルス周期を短くして図４（ａ）に示すドット１０２を形成してもよい。図４（ａ）のドット１０２においては、バイトサイズが小さいため、明確なパルス痕はなく、照射痕１０２ａの表面は滑らかである。また、照射痕１０２ａの周辺には、熱影響による焼け、すなわちスパーク部１０２ｂが形成される。このスパーク部１０２ｂは、微小な凸状の荒れ面であり、これが樹脂に転写されたときは、微細な凹形状となるので、拡散面積が増加し、ドットの拡散効果を補正する役割がある。

図４（ｂ）は、図４（ａ）のドット１０２の、Ｘ−Ｘ線断面図である。図２（ｂ）のドット１０１と同様に、パルスレーザー特有の熱加工現象により、照射痕１０２ａの周囲が熱で盛り上がり、バリ１０２ｃとして残る。このバリ１０２ｃは、ワーク２の加工されない表面よりも盛り上がっている。この照射痕１０２ａおよびバリ１０２ｃがドット１０２を形成する。
バリ１０２ｃをあえてそのまま用いることで、ワーク２を金型として用いて成形される導光板には照射痕１０２ａに対応する凸状部分と、その周りのバリ１０２ｃに対応する溝とが形成され、これにより光拡散効果を得ることができる。
上述のスパーク部は、バイトサイズを小さくするほかに、レーザービーム６０の出力を高くすることによっても形成される。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットまたは凹状の溝は、スパーク部を含むので、導光板の光拡散効果を大きくする。

ドットの形状は、図２（ａ）のドット１０１や図４（ａ）のドット１０２のような単純な円環状でなく、たとえば図５に示すパターン１０３に沿ってレーザー焦点の中心が移動することによって形成されるものであってもよい。パターン１０３は、ドット１０１を形成するものと同様の円環である外周１０３ａと、その内部をハッチングする、等間隔の平行線１０３ｂとからなる。なお、外周１０３ａは、ワーク２の表面の一部を囲うものであれば円環でなくともよい。
平行線１０３ｂの向きは、ワーク２によって成形される導光板が扱う光源からの光線に対して平行となる向きでも、垂直となる向きでも良い。導光板としての光学特性を大きくするには、特に光源と直行するパターンが有効である。ハッチング間隔はビーム径の幅によって、ＣＡＤでの加工パターンデータ作成時に調節する。
なお、等間隔の平行線１０３ｂの代わりに、自由曲線によって形成されるパターンを用いてもよい。

図６〜図８は、図５の軌跡１０３と同様に、外周とその内部の平行線に沿ってレーザー焦点が移動することによって形成されるドットの例であるドット１０４、１０５、１０６の形状をそれぞれ示す。
図６（ａ）において、ドット１０４は円環状の溝１０４ａと、平行な直線状の溝１０４ｂからなる。図６（ｂ）は、図６（ａ）のドット１０４のＢ−Ｂ線断面図であり、図２（ｂ）のドット１０１と同様に、円環状の溝１０４ａと、平行な直線状の溝１０４ｂと、それぞれの溝の周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ１０４ｃとを有する。
直線状の溝１０４ｂの間隔が比較的小さく、隣り合う直線状の溝１０４ｂの間にはワーク２の加工されない表面である平面が残らない。

図７（ａ）において、ドット１０５は円環状の溝１０５ａと、平行な直線状の溝１０５ｂからなる。図７（ｂ）は、図７（ａ）のドット１０５のＣ−Ｃ線断面図であり、図２（ｂ）のドット１０１と同様に、円環状の溝１０５ａと、平行な直線状の溝１０５ｂと、それぞれの溝の周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ１０５ｃとを有する。
直線状の溝１０５ｂの間隔は、図６のドット１０４に比べて大きく、隣り合う直線状の溝１０５ｂの間に、ワーク２の加工されない表面である平面が残る部分がある。

図８（ａ）において、ドット１０６は円環状の溝１０６ａと、平行な直線状の溝１０６ｂからなる。図８（ｂ）は、図８（ａ）のドット１０６のＤ−Ｄ線断面図であり、図２（ｂ）のドット１０１と同様に、円環状の溝１０６ａと、平行な直線状の溝１０６ｂと、それぞれの溝の周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ１０６ｃとを有する。
直線状の溝１０６ｂの間隔は、図７のドット１０５に比べてさらに大きく、隣り合う直線状の溝１０６ｂの間に、ワーク２の加工されない表面である平面が残る部分がある。
このようにドット内部をハッチングすることにより、拡散面を増加させ、輝度の向上を実現するパターンを形成することができる。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットは、外周と、外周の内部に形成される平行な複数の直線とからなるので、形成される導光板の輝度を向上する。

ドット形状は円のみでなく、複数の同心円、楕円、四辺形、三角などの多角形でもよい。
図９（ａ）〜（ｄ）を用いて、これらの形状からなるパターンのうちいくつかを部分的に示す。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、実施の形態１による円環状ドット、同心円状ドット、楕円状ドット、菱形状ドット、を示す。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットは、複数の同心円、楕円、および多角形のうちいずれかの形状であるので、導光板の光拡散効果を大きくする。

または、同位置でレーザーのシャッターをオン・オフし、これを繰り返すことで、ワーク２の同位置に繰り返しレーザーを照射し、スポットサイズすなわちワーク２の表面におけるレーザー焦点のサイズと同程度の大きさの、円形またはレーザービーム形状の荒れた光拡散ドットを配列するものであってもよい。なお、レーザービーム形状は、レーザーの種類によって異なり、シングルモードのレーザーではほぼ真円となるが、マルチモードのレーザーではゆがみが発生する。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットは、金型の同位置に繰り返しレーザーを照射することにより形成されるので、導光板の光拡散効果を大きくする。

ワーク２の表面に、あらかじめブラスト加工によるシボパターンを付設して摺りガラス状とし、その後上述のようなレーザー加工によりドットパターンを行ってもよい。これにより、ワーク２の表面は全体がシボパターンまたはドットによって覆われるので、輝度均一性が高まる。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットまたは凹状の溝を形成する前に、金型の表面にシボパターンを付設するので、導光板の輝度均一性が高まる。

レーザービーム６０の波長は、赤外領域や近赤外〜紫外領域であってもよく、またワーク２の材料の吸収特性および要求される加工精度に応じて変更してもよい。とくに、紫外光に近い波長を用いることで、準光アブレーションの要素を含んだ加工が可能となり、精度の高い、微細な加工を実現する。

レーザービーム６０の加工速度、出力、パルス周期などの照射条件は、適宜変更可能であってもよく、これによってレーザー加工によるドットすなわち光拡散部の深さ、形状、線幅を制御することが出来る。導光板成型用金型としては、求められる光学特性及び成形性から、深さは１μｍ〜３０μｍ、とくに数μｍ〜数十μｍの加工が望ましい。

上記ワーク２を用いて導光板を射出成形し、その導光板について輝度分布などの光学的評価をした後に、その評価に基づいて光学微調整を行ってもよい。すなわち、治具等によってワーク２を保持して加工の原点位置を不動としつつ、レーザーによる追加加工を行うことで、輝度分布の微調整を行う。なおこの微調整の際、加工データはＣＡＤデータ上で加工される。

加工パターンは、上記のように互いに離間したドットからなるパターンではなく、連続して形成されるドットあるいは線からなるパターンであってもよい。図１０（ａ）〜（ｃ）は線からなるパターンの例を示す。（ａ）は直線状、（ｂ）は正弦波状、（ｄ）は放物線状のパターン例である。また、これらのパターン例に限らず、たとえば自由曲線によるパターンを使用してもよい。それぞれの線は、レーザーの焦点の中心が異動する軌跡であり、この軌跡に沿ってレーザー加工によって乱反射溝が形成される。この乱反射溝は、凹状の溝である。このように線状に金型面を加工することで、離間したドットからなるパターンに比べ、輝度が向上する。これらのドットあるいは線からなるパターンと、凹状の溝とは、パルスレーザーのパルス痕によって形成される。
このように、本発明に係る、樹脂に転写されて導光板を成形する導光板成形用金型の製造方法では、金型の少なくとも一つの面に、レーザーを収束させて加工し、凹状の溝を形成するので、導光板の輝度が向上する。
また、凹状の溝は、放物線、正弦波、直線、および自由曲線のうちいずれかの形状であるので、導光板の輝度が向上する。
また、レーザーはパルスレーザーであり、ドットまたは凹状の溝はパルス痕によって構成されるので、導光板の光拡散効果が大きくなる。

凹状の溝の深さは、１μｍ〜３０μｍの範囲で一定であるが、これは一定でなくともよく、また、一部もしくは全部が１μｍ〜３０μｍの範囲の外となるものであってもよい。レーザービームの焦点をワーク２の深さ方向において変位させることで、溝の深さを制御してもよい。たとえば、ワーク２の、溝の底部に沿った断面において、溝の底部が自由曲線形状となるものであってもよい。このような形状とすることにより、他の加工方法では不可能なシミュレーションによる理想パターンの加工を行うことができる。

なお、上記凹状の溝は、レーザーをパルス発振とすることによって形成される、互いに離間した連続する微細なドットであってもよい。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、ドットは、放物線、正弦波、直線、および自由曲線のうちいずれかの形状に配列されるので、導光板の光拡散効果を大きくする。

図１１〜図１３は、図１０（ａ）に示される軌跡と同様に、平行線に沿ってレーザー焦点が移動することによって形成されるパターンの例であるパターン３０１、３０２、３０３の形状をそれぞれ示す。
図１１（ａ）において、パターン３０１は、複数の平行な直線状の溝３０１ａからなる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のパターン３０１のＩ−Ｉ線断面図であり、平行な直線状の溝３０１ａと、それぞれの溝の周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ３０１ｂとを有する。
直線状の溝３０１ａの間隔が比較的小さく、隣り合う直線状の溝３０１ａの間にはワーク２の加工されない表面である平面が残らない。

図１２（ａ）において、パターン３０２は、複数の平行な直線状の溝３０２ａからなる。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のパターン３０２のＪ−Ｊ線断面図であり、平行な直線状の溝３０２ａと、それぞれの溝の周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ３０２ｂとを有する。
直線状の溝３０２ａの間隔は、図１１のパターン３０１に比べて大きく、隣り合う直線状の溝３０２ａの間にはワーク２の加工されない表面である平面が残る部分がある。

図１３（ａ）において、パターン３０３は、複数の平行な直線状の溝３０３ａからなる。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のパターン３０３のＫ−Ｋ線断面図であり、平行な直線状の溝３０３ａと、それぞれの溝の周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ３０３ｂとを有する。
直線状の溝３０３ａの間隔は、図１２のパターン３０２に比べてさらに大きく、隣り合う直線状の溝３０３ａの間にはワーク２の加工されない表面である平面が残る部分がある。

加工に使用される光線は、熱発生領域の波長のレーザーに限定されず、非熱加工領域の波長のレーザーであってもよいし、また超短パルスレーザーであってもよい。また、加工に使用される光線は、エネルギー線であればレーザー以外のものであってもよく、Ｘ線や電子ビーム等のエネルギー線でもよい。各種エネルギー線を使用することにより、加工される材料および加工形状に最適なエネルギー線を選択することができる。

ワーク２として、成形用金型ではなく、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂に直接、加工を行ってもよい。この場合、樹脂に対して吸収特性の大きい波長選択が必要である。４００ｎｍ以下の波長のレーザーの中でも特に微細な加工の場合はビームサイズを小さく絞れる紫外域の波長を持つレーザーが有効である。しかし、透明材料に吸収特性のある波長を持つレーザー光源であれば特に限定はされない。

ワーク２に対する加工を終えた後、電鋳等の方法によって凹凸反転させ、新たな導光板成形用金型を形成してもよい。この場合、得られた新たな金型の表面は凸状のパターンを有することになり、この金型によって成形される導光板は凹状のパターンが表現される。こうすることにより、導光板を高輝度化することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、ワーク上でレーザー焦点を移動させる方法を、ガルバノスキャナによって焦点を移動させる方式ではなく、Ｘ−Ｙテーブルによってワークを移動させる方式としたものである。
図１４は、実施の形態２に係る金型製造装置２０１および金型であるワーク２を示す。ワーク２は実施の形態１のものと同様である。
エキスパンダ７０によって拡径されたレーザービーム６０は、ベンダーミラー３０によって反射され、集光レンズ４１に入射する。集光レンズ４１は、ワーク２の表面上あるいは表面から一定の距離をおいた平面上の一点にレーザービーム６０を収束させる。実施の形態１と異なり、この焦点の位置は集光レンズ４１に対して固定である。

ワーク２は、可動テーブル８０の支持表面に固定されている。可動テーブル８０は、上下左右前後に三次元的に平行移動が可能であり、ワーク２とともに移動することで、ワーク２をレーザー焦点に対して移動させる。このようにして、ワーク２上でレーザー焦点を相対的に移動し、実施の形態１と同様の加工を行う。

実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の変形が適用可能であるが、さらに以下のような変形が可能である。
非加工鏡面すなわちワーク２の表面のうちレーザー加工されない部分への熱の伝達を抑えるために、加工部位すなわちレーザービーム６０の焦点近傍をガスまたは液体で冷却しながら加工を行ってもよい。図１５は、加工部位を冷却する冷却装置９１の使用状態を示す。冷却装置９１の噴射口９２からレーザービーム６０の焦点に向かう方向、すなわち矢印ｄの方向に、冷却用のガスまたは液体が吹き付けられ、加工部位を冷却する。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、レーザーが収束する位置近傍を、ガスまたは液体で冷却するので、導光板の加工精度が向上する。

レーザーの熱影響をコントロールするために、アルゴン、窒素、ヘリウムガスなどをシールドガスとして用い、それらの雰囲気中にて加工を行ってもよい。図１６は加工部位にシールドガス雰囲気を形成するシールドカバー９４の使用状態を示す、シールドカバー９４は、ガス流入口９４ａと、加工部位の周囲に形成されたガス流出口９４ｂとを除き、集光レンズ４１の焦点側をほぼ覆う。
ガス流入口９４ａから矢印ｅの方向に流入したシールドガスによって、流出口９４ｂ付近すなわち加工部位近傍がシールドガス雰囲気中となるので、空気中の酸素から加工部位が保護され、酸化が防止される。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、レーザーが収束する位置近傍を、シールドガス雰囲気中とするので、導光板の加工精度が向上する。

また、上記シールドガスの代わりに、酸素ガスなどをアシストガスとして使用してもよい。アシストガスによって、加工部位近傍がアシストガス雰囲気中となるので、加工部位における熱加工が補助され、促進される。
このように、本発明に係る導光板成形用金型の製造方法では、レーザーが収束する位置近傍を、アシストガス雰囲気中とするので、導光板の加工精度が向上する。

図１７は、上述のシールドガスおよびアシストガスの作用を説明する図である。
（ａ１）はシールドガスもアシストガスも使用しない状態で加工を行った際に形成される加工痕３０７の形状であり、（ｂ１）は（ａ１）のＰ−Ｐ線断面図である。（ａ１）（ｂ１）において、加工痕３０７は、溝３０７ａと、その周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ３０７ｂと、熱影響によるスパーク部３０７ｃとを有する。

（ａ２）はアシストガスを使用して加工を行った際に形成される加工痕３０８の形状であり、（ｂ２）は（ａ２）のＱ−Ｑ線断面図である。（ａ２）（ｂ２）において、加工痕３０８は、溝３０８ａと、その周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ３０８ｂと、熱影響によるスパーク部３０８ｃとを有する。
アシストガスを使用しない場合の加工痕３０７に比べ、アシストガスを使用する場合の加工痕３０８では、熱加工が促進され、バリ３０８ｂはより大きく、溝３０８ａはより深く、スパーク部３０８ｃはより広くなる。

（ａ３）はシールドガスを使用して加工を行った際に形成される加工痕３０９の形状であり、（ｂ３）は（ａ３）のＲ−Ｒ線断面図である。（ａ３）（ｂ３）において、加工痕３０９は、溝３０９ａと、その周囲が熱で盛り上がって形成されるバリ３０９ｂと、熱影響によるスパーク部３０９ｃとを有する。
シールドガスを使用しない場合の加工痕３０９に比べ、シールドガスを使用する場合の加工痕３０９では、熱加工が抑制され、バリ３０９ｂはより小さく、溝３０９ａはより浅く、スパーク部３０９ｃはより狭くなる。

なお、上述の実施の形態１および実施の形態２は、それぞれの可動部を組み合わせてもよい。すなわち、Ｘ軸ミラー２１およびＹ軸ミラー２２と、長焦点ｆ−Θレンズである集光レンズ４０と、可動テーブル８０とを備え、レーザービーム６０の焦点とワーク２との両方が移動可能であるような構成であってもよい。

実施の形態２では、実施の形態１で得られた効果に加え、さらに、ワーク２に対するレーザー焦点の相対的移動に関して、移動可能範囲が集光レンズによって限定されないので、より広い範囲の導光板のサイズを扱うことができる。

本発明の実施の形態１に係る金型製造装置２００の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るドット１０１の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るドットのパターン２ｘを示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るドット１０２の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るパターン１０３の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るドット１０４の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るドット１０５の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るドット１０６の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るドットの形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るパターンを示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るパターン３０１の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るパターン３０２の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るパターン３０３の形状を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る金型製造装置２０１の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係る冷却装置９１の使用状態を示す図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係るカバー９４の使用状態を示す図である。 本発明の実施の形態２の変形例における、シールドガスおよびアシストガスの作用を示す図である。 従来の導光板９００の形状を示す図である。

符号の説明

２ ワーク（導光板成形用金型）、
６０、６０ａ、６０ｂ レーザービーム（エネルギー線）、
２ｃ〜２ｇ、１０１、１０２、１０４、１０５、１０６ ドット、
１０１ａ パルス痕、
１０２ｂ、３０７ｃ、３０８ｃ、３０９ｃ スパーク部、
１０３ａ 外周、１０３ｂ 平行線（平行な複数の直線）、
１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、３０１ａ、３０２ａ、３０３ａ、３０７ａ、３０８ａ、３０９ａ 溝（凹状の溝）、
１０１ｃ、１０２ｃ、１０４ｃ、１０５ｃ、１０６ｃ、３０１ｂ、３０２ｂ、３０３ｂ、３０７ｂ、３０８ｂ、３０９ｂ バリ（エネルギー線加工されない部分よりも盛り上がった部分）。

Claims (23)

1. 樹脂に転写されて導光板を成形する導光板成形用金型の製造方法であって、
   前記金型の少なくとも一つの面に、エネルギー線を収束させて加工し、所定の形状を持つドットを形成することを特徴とする、導光板成形用金型の製造方法。
2. 前記ドットは、外周と、前記外周の内部に形成される平行な複数の直線とからなる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導光板成形用金型の製造方法。
3. 前記ドットは、外周と、前記外周の内部に形成される自由曲線とからなる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導光板成形用金型の製造方法。
4. 前記ドットは、放物線、正弦波、直線、および自由曲線のうちいずれかの形状に配列される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導光板成形用金型の製造方法。
5. 前記ドットは、複数の同心円、楕円、および多角形のうちいずれかの形状である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導光板成形用金型の製造方法。
6. 前記ドットは、前記金型の同位置に繰り返し前記エネルギー線を照射することにより形成される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導光板成形用金型の製造方法。
7. 前記ドットが形成される順序は、互いに隣接するドットどうしが連続して形成される順序である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の導光板成形用金型の製造方法。
8. 樹脂に転写されて導光板を成形する導光板成形用金型の製造方法であって、
   前記金型の少なくとも一つの面に、エネルギー線を収束させて加熱し、凹状の溝を形成する
   ことを特徴とする、導光板成形用金型の製造方法。
9. 前記凹状の溝は、放物線、正弦波、直線、および自由曲線のうちいずれかの形状である
   ことを特徴とする、請求項８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
10. 前記エネルギー線の焦点を前記金型の深さ方向において変位させ、前記金型の前記凹状の溝の底部に沿った断面において、前記凹状の溝の底部が自由曲線形状となる
    ことを特徴とする、請求項８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
11. 前記エネルギー線はパルス発振によるエネルギー線であり、
    前記ドットまたは前記凹状の溝は複数のパルス痕によって構成され、
    前記複数のパルス痕のバイトサイズが１０μｍ以下である
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
12. 前記エネルギー線はパルス発振によるエネルギー線であり、
    前記ドットまたは前記凹状の溝の深さは１μｍ〜３０μｍである
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
13. 前記ドットまたは凹状の溝の周囲に、金型の前記面における前記エネルギー線加工されない部分よりも盛り上がった部分を形成する
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
14. 前記ドットまたは凹状の溝は、スパーク部を含む
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
15. 前記エネルギー線が収束する位置近傍を、ガスまたは液体で冷却する
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
16. 前記エネルギー線が収束する位置近傍を、シールドガス雰囲気中とする
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
17. 前記エネルギー線が収束する位置近傍を、アシストガス雰囲気中とする
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
18. 前記ドットまたは前記凹状の溝を形成する前に、前記金型の表面にシボパターンを付設する
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
19. 前記エネルギー線はレーザーである
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
20. 前記エネルギー線は、熱発生領域波長レーザー、非熱加工領域波長レーザー、超短パルスレーザー、Ｘ線、電子ビームのいずれかである
    ことを特徴とする、請求項１または８に記載の導光板成形用金型の製造方法。
21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の導光板成形用金型に対し、電鋳を行って凹凸を反転することによって異なる導光板成形用金型を得る
    ことを特徴とする、導光板成形用金型の製造方法。
22. 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の導光板成形用金型の製造方法を用いて製造される、導光板成形用金型。
23. 請求項２２に記載の導光板成形用金型を用いて製造される、導光板。

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