用于制造模塑板的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及用于制造模塑板的方法和装置，更具体地，涉及可用于由一个树脂片材生产多块模塑板并且所述模塑板的端面光滑的用于制造模塑板的方法和装置。
背景技术
常规地，已经采用挤出模塑方法制造几毫米厚的挤出模塑板。通常，普通的实践是制造厚度在其宽度方向上均匀的片材。然而，下面提及的专利文件1描述了一种用于制造在其宽度方向上具有厚度分布的挤出板的方法。在采用如上所述的这种挤出模塑方法形成的挤出模塑板的情况下，在制造模塑板之前切除耳部(树脂膜的宽度方向上的端部)，因为耳部在后续步骤中难以具有所需的厚度。
本申请人已经提出了一种用于形成下述专利文件2中描述的树脂膜的方法和装置，其目的在于改善将在后续步骤中切除的耳部的可再循环性并且提高挤出模塑板的生产率。该方法和装置通过以下方式形成树脂膜：在由用于树脂膜中部的树脂形成的树脂膜主体的宽度方向上的两个端部上，层压用于树脂膜端部的树脂，以用端部用树脂覆盖树脂膜主体的宽度方向上的端部。根据该成形方法和装置，可以降低树脂间边界的无序，同时防止构成树脂膜的中部用树脂和端部用树脂的膜分离。还可以改善耳部的可再循环性。
另外，下面提及的专利文件3描述了一种能够调节产品宽度的挤出方法和装置。该挤出方法和装置是在流动通道中可调节地安置定边装置(deckle)并且通过调节该定边装置保持产品宽度的方法和装置。
[专利文件1]日本专利申请公开No.2004-082359
[专利文件2]日本专利申请公开No.2004-181753
[专利文件3]日本专利申请公开No.7-76038
附带说明，在这种模塑板作为用于光学应用的光导板的情况下，在使用挤出模塑方法形成的模塑板中，重要的是，模塑树脂片材用于引入光的端面的表面粗糙度小并且所述端面光滑(平坦)。
然而，专利文件2或3中描述的方法需要在采用切割机将使用挤出模塑方法制造的树脂片材切割至预定尺寸后，使用机械方法抛光切割端面以使端面光滑。
本发明是考虑上述情形而完成的。因此，本发明的一个目的是提供用于制造模塑板的方法和装置，采用这种方法和装置可以获得具有光滑端面的模塑板，而无需抛光模塑板端面，并且降低其制造成本。
【发明内容】
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种由主体用树脂制造形成为所需尺寸的多个模塑板的方法，所述方法的特征在于包括：
挤出步骤：将熔融状态的不同类型的树脂合并，所述不同类型的树脂中的一种是主体用树脂，而另一种是废弃用树脂，并且将这些树脂以片状方式从模头中挤出，从而形成树脂片材，在所述树脂片材中，所述主体用树脂和所述废弃用树脂是在所述树脂片材的宽度方向上交替设置的；
冷却和凝固步骤：通过将所述树脂片材夹持在夹持辊(nip roller)和冷却辊之间而冷却和凝固所述树脂片材，然后从所述冷却辊分离所述树脂片材；
切割步骤：将冷却和凝固的树脂片材在其宽度方向上切割；和
分离步骤：将切割的树脂片材分离成所述主体用树脂和所述废弃用树脂。
根据第一方面，由于将不同树脂分别用作主体用树脂和废弃用树脂，可以容易地将由这些树脂形成的树脂片材分离成主体用树脂和废弃用树脂。因此，可以省略将树脂片材在其加工方向上切割的步骤。从而，可以通过将模塑板在其宽度方向上切割并且分离树脂片材而获得所需尺寸的模塑板。另外，在已经与废弃用树脂分开的主体用树脂中形成光滑端面。因此，无需像常规那样抛光模塑板的端面，即使将模塑板用于光学应用如光导板。而且，在与主体用树脂分离的废弃用树脂被丢弃的情况下，通过使用廉价树脂作为废弃用树脂，当与常规那样将从昂贵的主体用树脂切除的切割部分丢弃的情况相比时，可以进一步降低成本。
本发明第二方面的特征在于，在第一方面中，冷却辊是其中形成预定形状的凹凸图案的模塑辊，并且在冷却和凝固树脂片材的同时，将凹凸图案转印到树脂片材上。
本发明用于制造模塑板的方法通过在冷却辊上形成凹凸图案，不仅可以有效地用于制造厚度在其宽度方向上均匀的模塑板，而且可以有效地用于制造在其宽度方向上具有厚度分布(即，其横截面不均匀)的模塑板。
本发明第三方面的特征在于，在第一或第二方面中，主体用树脂和废弃用树脂的溶解度参数彼此不同。
根据第三方面，主体用树脂和废弃用树脂在其熔融状态下不相互混合，因为这些树脂的溶解度参数彼此不同。因此，可以容易地分离冷却和凝固的树脂片材。此外，可以通过使用比主体用树脂廉价的树脂作为废弃用树脂而降低制造成本。而且，可以改善废弃用树脂的可再循环性，因为可以防止主体用树脂与其混合。
本发明第四方面的特征在于，在第三方面中，溶解度参数之差为0.8以上，但不大于1.3。
根据第四方面，可以防止主体用树脂和废弃用树脂之间的膜分离，因为它们之间的溶解度参数之差为0.8以上，但不大于1.3。还可以防止树脂彼此混合，或者在分离时不施加任何不合理的力，因此，表面不变粗糙。因此，可以使得在分离步骤后的树脂片材的端面平坦。因此，可以省略抛光树脂膜端面的步骤。
本发明第五方面的特征在于，在第一至第四方面的任一方面中，将废弃用树脂层压在主体用树脂上的至少三个位置，所述至少三个位置包括主体用树脂宽度方向上的两个端部。
根据第五方面，将废弃用树脂层压在主体用树脂上的至少三个位置，所述至少三个位置包括主体用树脂宽度方向上的两个端部。在挤出模塑中，在使用前将树脂片材的端部切除以将树脂片材调节到所需尺寸，因为树脂片材宽度方向上的端部的厚度倾向于变薄。在本发明中，由于端部是由废弃用树脂形成的，因此通过分离废弃用树脂，可以容易地将模塑板制成所需尺寸。另外，通过在宽度方向上交替安置主体用树脂和废弃用树脂而形成树脂片材，可以在安置废弃用树脂的位置容易地切割主体用树脂膜，并且制造具有无瑕端面的模塑板。因此，可以由一个树脂片材容易地生产多块模塑板。
本发明的第六方面的特征在于，在第一至第五方面的任一方面中，模塑板是用于液晶显示装置的光导板。
使用本发明方法制造的模塑板具有光滑切割端面，无需抛光，并且可以适宜地用作液晶显示装置用光导板。
为了实现上述目的，本发明的第七方面提供一种用于制造模塑板的装置，其特征在于包括：
合并部，其将熔融状态的不同类型的树脂合并，所述不同类型的树脂中的一种是主体用树脂，而另一种是废弃用树脂；
挤出模头，其将合并的树脂以片状方式从模头出料口挤出；
冷却和凝固设备，其将树脂片材夹持在夹持辊和冷却辊之间以冷却和凝固树脂片材，然后将树脂片材从冷却辊分离；
切割设备，其将冷却和凝固的树脂片材在片材宽度方向上切割；和
分离设备，其将切割的树脂片材分离成主体用树脂和废弃用树脂。
本发明的第八方面的特征在于，在第七方面中，冷却辊是其上形成预定形状的凹凸图案的模塑辊。
本发明的第九方面的特征在于，在第七或第八方面中，主体用树脂和废弃用树脂的溶解度参数彼此不同。
本发明的第十方面的特征在于，在第九方面中，溶解度参数之差为0.8以上，但不大于1.3。
本发明的第十一方面的特征在于，在第七至第十方面的任一方面中，所述合并部被安置在所述主体用树脂流经的流动通道中的至少三个位置，所述至少三个位置包括所述流动通道的宽度方向上的两个端部。
本发明的第十二方面的特征在于，在第七至第十一方面的任一方面中，模塑板是用于液晶显示装置的光导板。
第七至第十二方面是将第一至第六方面中所述的用于制造模塑板的方法开发成用于制造模塑板的装置的结果。根据第七至第十二方面，可以获得与用于制造模塑板的方法相同的优点。
根据本发明，通过在模塑板宽度方向上层压不用作产品的非必需的廉价树脂和在形成模塑板后简单地分离非必需的树脂，可以容易地制造所需尺寸的模塑板。因此，可以省略将模塑板在其加工方向上切割的步骤。此外，还可以省略抛光步骤，因为模塑板在其加工方向上的切割表面可以是光滑的。再有，通过安置多种废弃用树脂，可以在从一个树脂片材生产多块模塑板时有效地使用树脂。
【附图说明】
图1是用于制造模塑板的装置的整体构造图；
图2A和2B是挤出模头的示意图；
图3A和3B是挤出模头的剖面侧视图；并且
图4A和4B是用于解释分离步骤的工艺过程图。
附图标记的描述
10：用于制造模塑板的装置，11：树脂片材，11A：主体用树脂片材，11B：废弃用树脂片材，12：挤出模头，14：冷却辊，15：树脂膜模塑设备，16：夹持辊，18：分离辊，20：切割设备，22：分离设备，28，42：歧管，30，44：狭缝，32：主体树脂流动通道，34：废弃树脂流动通道，36：合并部，40：辊，46：主体树脂进料口，48：废弃树脂进料口，A：主体用树脂，B：废弃用树脂
【具体实施方式】
以下，将参考相应附图描述根据本发明的用于制造模塑板的方法和装置的优选实施方案。
《用于制造模塑板的装置》
图1是本发明中用于制造模塑板的装置10的整体构造图。
如图1中所示，冷却辊14和夹持辊16在挤出模头12下方平行地相邻设置。另外，将分离辊18在夹持辊16跨过冷却辊14的另一侧与冷却辊14平行地相邻设置。以熔融状态从挤出模头12挤出的树脂片材11在冷却辊14和夹持辊16之间以及在冷却辊14和分离辊18之间通过，与冷却辊14圆周表面接触地移动，并且在分离辊18的位置处离开冷却辊14。因此，制造冷却和凝固的自支撑树脂片材11。然后，在用切割设备20(激光器等)将树脂片材11在其宽度方向上切割后，通过分离设备22从树脂片材11的上方和下方施加力。因此，将树脂片材在其移动方向上分离，从而制造模塑板29。
图2A和2B是挤出模头12的示意图，其中图2A是正视图并且图2B是透视图。将取其中在树脂片材宽度方向上以废弃用树脂，主体用树脂，废弃用树脂，主体用树脂和废弃用树脂的顺序交替设置树脂的实例来描述挤出模头12。如图2A和2B中所示，本发明的挤出模头被构造成其中废弃用树脂的模块(die block)包含在主体用树脂的模块之内的结构。
在挤出模头12内部，安置用于形成树脂片材11的主体用树脂A流经的主体树脂流动通道32，用于形成树脂片材11宽度方向上的两个端部和中部的废弃用树脂B流经的废弃树脂流动通道34，和主体树脂流动通道32和废弃树脂流动通道34相互合并的合并部36。另外，主体树脂流动通道32和废弃树脂流动通道34在合并部36相互合并，其中它们的厚度彼此相等。因此，可以形成主体用树脂和废弃用树脂的厚度彼此相等的树脂片材11。由于可以将主体用树脂和废弃用树脂的端面在其厚度方向上垂直接合，因而主体用树脂的端面在分离步骤后可以是光滑的，因此，可以省略后续抛光步骤。
如图2A和2B中所示，在将相应树脂进料到主体树脂流动通道32和废弃树脂流动通道34并且使这些树脂在相同方向上移动的同时，将主体用树脂A和废弃用树脂B在合并部36合并。因此，当树脂相互合并时，树脂之间的边界面不向主体用树脂A和废弃用树脂B中的任一个移动，因此，可以形成与移动方向平行的边界面。
图3A和3B显示了挤出模头12的剖面侧视图，其中图3A是沿图2A的线a-a’截取的横截面视图(主体树脂流动通道)，图3B是沿线b-b’截取的横截面视图(废弃树脂流动通道)。如图3A中所示，主体树脂流动通道32主要由歧管28和狭缝30构成，其中进料到挤出模头12中的主体用树脂A流在挤出模头12宽度方向(树脂膜11宽度方向)上被歧管28扩展，然后树脂通过狭缝30被挤出到外部。
如图3B中所示，废弃用树脂B同样积聚在也处于废弃树脂流动通道34的歧管42中并且通过狭缝44挤出到外部。合并部36由主体树脂流动通道32和废弃树脂流动通道34的狭缝30和44组合而形成。另外，废弃树脂流动通道34，即在主体用树脂A中部形成的废弃用树脂B的流动通道，同样由歧管和狭缝形成。用于在中部形成的废弃树脂流动通道34的歧管是在主体树脂流动通道32内形成的。在此情况下，可以从作为树脂进料口的挤出模头12的前侧进料废弃用树脂B，如图2A和2B中所示。
注意，尽管在图2A和2B中，废弃树脂流动通道34是在树脂膜11的端部和中部形成的，但本发明不限于这种构造。备选地，废弃树脂流动通道34的位置和数量可以根据要制备的树脂膜的尺寸等适当选择。另外，优选在树脂膜的两个端部都安置废弃树脂流动通道34。由于模塑树脂膜的端部倾向于比所需厚度薄，在制造模塑板之前切除端部。因此，通过采用废弃用树脂B形成树脂膜的端部，可以容易地切除非必需的部分和使用由主体用树脂制造的树脂片材作为模塑板。
树脂膜模塑设备15配置有一对旋转冷却辊14和夹持辊16。将以片状方式从挤出模头12排出的熔融状态的树脂片材11进料到这些辊之间，在冷却辊14上冷却和凝固，并且在分离辊18的位置分离。该冷却辊14是其上形成预定形状的凹凸图案的模塑辊，并且可以在将凹凸图案转印到树脂片材上的同时冷却和凝固树脂片材。在制造在其宽度方向上厚度均匀的模塑板时，可以使用其上没有形成凹凸图案的模塑辊。
切割设备20是将通过分离辊18从冷却辊14分离的冷却和凝固的树脂片材11在其宽度方向上切割的设备。优选通过使用CO2激光器，YAG激光器等作为切割设备20的联机切割来切割树脂片材。通过使用联机切割，可以容易地在短时间内切割树脂片材。还可以使树脂片材的切割表面光滑。
分离设备22是将在其宽度方向上切割的树脂片材11分离成主体用树脂和废弃用树脂的设备。由分离设备22分离的主体用树脂形成为模塑板29。由于主体用树脂和废弃用树脂的溶解度参数彼此不同，可以容易地通过施加力而使树脂彼此分离。因此，通过在重力向下的方向上向主体用树脂施加力并且在重力向上的方向上向废弃用树脂施加与上述力相反的力，可以容易地使树脂彼此分离。
《用于制造模塑板的方法》
接着，描述使用如上所述构造的模塑板制造装置10的本发明的模塑板制造方法。
首先，说明用于本发明的制造模塑板的方法和装置的树脂。本发明的制造方法是通过使用主体用树脂A和废弃用树脂B进行的，其中主体用树脂A是作为挤出模塑板的原料的树脂，而废弃用树脂B是帮助制造挤出模塑板并且在制造后废弃的树脂。主体用树脂A和废弃用树脂B优选在溶解度参数(以下也称作“SP值”)上彼此不同，更优选溶解度参数之差为0.8以上但不大于1.3，还更优选为1.0以上但不大于1.2。通过将溶解度参数设置在上述范围内，防止树脂在它们的熔融状态彼此混合。另外，可以防止主体用树脂A和废弃用树脂B在冷却和凝固步骤以及在切割步骤中的膜分离。此外，由于树脂不彼此混合或者在分离时不施加任何不合理的力并因此表面没有粗糙化，可以保持主体用树脂和废弃用树脂的端面的平整度。因此，可以将这些端面用作入射平面而无需抛光，因此，省略抛光步骤。再有，通过防止膜分离，可以在分离步骤中保持树脂膜主体和树脂膜废弃部的粘附性直至将外力施加到挤出模塑板。
作为如上所述的这些树脂的主体用树脂A，可以使用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylene methacrylate)树脂，聚碳酸酯树脂，聚苯乙烯树脂，MS树脂，环烯烃树脂等。然而，主体用树脂A不具体限于这些树脂，只要树脂具有透明性并且可以用于光导板等即可。作为废弃用树脂B，可以使用聚乙烯树脂，聚丙烯树脂，聚氯乙烯树脂，聚氨酯树脂，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂等。这些树脂中，优选使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂或聚碳酸酯树脂作为主体用树脂A，并且优选使用聚乙烯树脂或聚丙烯树脂作为废弃用树脂B。另外，最优选使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂和聚乙烯树脂作为主体用树脂A和废弃用树脂B的组合。尽管对于每个树脂可以使用多种树脂，但是优选使用单独的树脂作为废弃用树脂B，以提高其可再循环性。废弃用树脂B不限于任何具体的树脂，只要树脂可挤出即可。
挤出步骤是通过将这些树脂从挤出模头12挤出而进行的。将主体用树脂A注入主体树脂进料口46中，树脂流在歧管28内在树脂片材的宽度方向上扩展，并且树脂经由狭缝30被挤出。同样，将废弃用树脂B注入废弃树脂进料口48中，树脂流在歧管42内在树脂片材的宽度方向上扩展，并且树脂经由狭缝44被挤出。主体用树脂A和废弃用树脂B在通过狭缝30和44时在合并部36相互合并，并且接合和挤出。如果此时以高速挤出，树脂膜变得易于膜分离，并且变得难以使主体用树脂和废弃用树脂相互粘附。因此优选通过控制挤出速率挤出树脂膜。具体而言，挤出优选以0.2cm/s以上但是不高于20cm/s的速率进行，但这取决于树脂类型。
将从挤出模头12挤出的树脂片材11夹持在夹持辊16和冷却辊14之间，并且在树脂膜模塑步骤中用冷却辊14冷却和凝固，从而形成冷却和凝固的树脂片材11。然后，将树脂片材11通过分离辊18从冷却辊14分离，接着是切割树脂片材11的后续步骤。
切割步骤是将树脂片材11在其宽度方向上切割的步骤。切割步骤优选通过上述联机切割进行。通过采用联机切割来切割树脂片材11，可以使切割表面光滑并且因此省略抛光步骤。
最后，将切割的树脂片材的主体用树脂和废弃用树脂用分离设备彼此分离。因此，主体用树脂形成模塑板29，其面对废弃用树脂的边界表面是光滑和平坦的。图4A和4B显示了分离步骤的工艺过程图。因为主体用树脂片材11A和废弃用树脂片材11B是使用具有不同溶解度参数的树脂制造的，通过施加外力可以容易地使树脂片材彼此分离。因此，如图4A中所示，通过用辊40从主体用树脂片材11A上方侧向其施加力并且用辊40从废弃用树脂片材11B下方侧向其施加力，可以容易地使树脂片材彼此分离，如图4B中所示。因此在本发明中可以省略在加工方向上切割的步骤，从而提高生产率。
另外，由于树脂的溶解度参数彼此不同，可以在不使树脂彼此混合的情况下制造模塑板。因此，可以使分离后的边界表面光滑。因此，可以使用边界表面作为入射平面而无需进行抛光步骤，并且因此，模塑板可以适宜地用作液晶显示装置用光导板。另外，可以省略抛光步骤从而提高生产率。
注意，可以通过在模塑板宽度方向上安置多个废弃用树脂来调节模塑板的尺寸。还可以在不必进行切割步骤的情况下制造多块挤出模塑板，因此，这种布置在由一个树脂片材生产多块模塑板时也有效。
尽管在本实施方案中是以仅由树脂膜11制造挤出模塑板的实例进行说明的，但是该制造方法还可以用于其中将树脂膜11层压在基板上的膜状层压体。
[实施例]
以下，通过实施例说明本发明的显著优点。
[比较例1]
挤出模塑板的制造是使用夹持辊进行的，藉此在其宽度方向上可以获得两个反向楔形的挤出模塑板。使用通过将光漫射树脂混合到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂中而制备的树脂。随后，将挤出模塑板在其宽度方向和加工方向上联机切割，以获得所需尺寸的光导板。之后，通过使用机械抛光方法抛光切割表面而制造挤出模塑板，使得其横截面为Ra：0.05μm。
<试验实施例1>主体用树脂：PMMA树脂
[实施例1至3，比较例2至5]
为了获得与比较例1相同的挤出模塑板，使用相同的夹持辊进行模塑。作为主体用树脂，如在比较例1中，使用通过混合光漫射树脂到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂中而制备的树脂(SP值：9.2)。另外，将表1中所示的树脂在宽度方向上的三个位置(两端和中部)层压，作为废弃用树脂。注意，使用的废弃用树脂中没有混合光漫射树脂。在挤出模塑后，使用CO2激光器将树脂片材在其宽度方向上联机切割并且分离废弃用树脂，从而获得所需尺寸的光导板。测试结果示于表1中。另外，所用树脂的SP值显示在表2中。
[表1]
主体用树 脂 废弃用树脂 SP值之差 (绝对值) 结果
实施例1 PMMA 聚丙烯 1.3 好
实施例2 PMMA 聚乙烯 1.2 好
比较例2 PMMA PMMA 0 紧密粘附
比较例3 PMMA 聚苯乙烯 0.2 紧密粘附
比较例4 PMMA 聚氯乙烯 0.4 紧密粘附
实施例3 PMMA 聚氨酯 0.8 好
比较例5 PMMA 聚对苯二甲 酸乙二醇酯 1.5 剥离
[表2]
树脂名称 SP值
聚丙烯 7.9
聚乙烯 8.0
聚苯乙烯 9.0
PMMA 9.2
聚氯乙烯 9.6
聚氨酯 10.0
聚对苯二甲酸乙二醇酯 10.7
<试验实施例2>主体用树脂：聚苯乙烯树脂
使用聚苯乙烯树脂作为主体用树脂，以与试验实施例1相同的方式制造光导板，不同之处在于使用表3中所示的树脂作为废弃用树脂。测试结果示于表3中。
[表3]
主体用树脂 废弃用树脂 SP值之差 (绝对值) 结果
实施例4 聚苯乙烯 聚丙烯 1.1 好
实施例5 聚苯乙烯 聚乙烯 1.0 好
比较例6 聚苯乙烯 聚氯乙烯 0.6 紧密粘附
实施例6 聚苯乙烯 聚氨酯 1.0 好
比较例7 聚苯乙烯 聚对苯二甲 酸乙二醇酯 1.7 剥离
<结果>
在代表常规方法的比较例1中，将挤出模塑板在加工方向上切割。该方法还需要抛光切割表面，因此，其生产率被证实低于实施方案1的生产率。另外，在实施方案1中，在树脂膜主体和树脂膜废弃部之间的边界表面的粗糙度Ra为0.02μm，因此表现出小于比较例1的横截面粗糙度，而无需进行抛光步骤。
另外，在其中溶解度参数之差小于0.8的比较例2至4和6中，主体用树脂和废弃用树脂彼此紧密接触而没有相互剥离。在其中溶解度参数之差大于1.3的比较例5和7中，树脂在冷却后立即相互剥离，因此显示出在操作装置中的困难。
如上所述，溶解度参数之差优选设置为0.8以上但不大于1.3。