专利名称：面光源装置、面光源装置用导光体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及边缘照明方式的面光源装置和用来构成它的导光体，尤其，涉及具有在主表面形成光出射结构的特征的面光源装置用导光体及其制造方法、以及采用该导光体的面光源装置。采用本发明的导光体而构成的面光源装置最适合于例如作为便携式笔记本计算机等的显示器、液晶电视机等的显示部所使用的液晶显示装置的背光。
背景技术：
液晶显示装置基本上由背光和液晶显示元件构成。作为背光，从液晶显示装置的紧凑化的观点来看，经常使用边缘照明方式。关于边缘照明方式的背光，将矩形板状的导光体的至少一个端面作为光入射端面来使用，沿着该光入射端面配置直管型日光灯等线状或棒状的一次光源或者发光二极管(LED)等点状的一次光源，让发自该一次光源的光入射到导光体的光入射端面上并导入到导光体内部，且使其从作为该导光体的两个主表面中的一个的光出射面射出。从导光体的光出射面射出的光通过配置于光出射面上的光漫射膜等光漫射元件及棱镜片等光偏转元件进行漫射且向所需的方向偏转。光也从作为导光体的两个主表面中的另一个的背面射出，为了将该光返回到导光体，与背面相对地配置有光反射片等光反射元件。导光体的光出射面或背面形成有作为用于使在导光体内传导的光适宜地射出的光学功能结构的光出射机构。作为这种光出射机构可以采用例如像被适度地粗加工过的粗糙面或排列了许多透镜列的透镜列形成面那样的微小凹凸结构。为了形成这种微小凹凸结构，已知的方法有，采用包含具有通过喷砂或切削等形成的形状转印面的成型用模具构件而构成的成型装置，对丙烯酸树脂等透光性原材料进行冲压成型的方法(参见专利文献I及专利文献2)。另外，也知晓有对透光性原材料直接进行加工而形成光出射机构的方法，例如在专利文献3中，公开了通过一边对导光体表面进行激光扫描一边进行照射而形成作为微小凹凸结构的多个槽的导光体。另外，还有将光散射剂、气泡作为光出射机构来使用的方法也人们所知道，例如在专利文献4中公开了由通过放射线能及热能的赋予而发泡了的发泡体构成的导光体。现有技术文献专利文献专利文献I:国际公开第2005 / 073625号公报专利文献2:日本特开2009 - 266830号公报专利文献3:日本特开2007 - 87638号公报专利文献4:日本特开2006 - 155937号公报
发明内容
发明要解决的问题通过上述专利文献I及专利文献2那样的冲压成型来制造具有微小凹凸结构的导光体的情况下，则需要制作成型用模具构件。并且，对应该在导光体主表面上形成的微小凹凸结构的结构进行变更的时候，则有必要对成型用模具构件进行更换，操作麻烦且花费时间，还有可能降低制造效率。另外，通过喷砂在成型用模具构件上形成微小凹凸结构转印面的时候，为了使得导光体光出射面整体均匀地发光，在与靠近光入射端面的区域相比离光入射端面更远的区域(I)强有力地进行喷砂或者(2)密集地喷砂。那样的话，离光入射端面远的区域中的喷射痕迹将变得比靠近光入射端面的区域的(I)深或者(2)重叠，由于光出射机构的受光面的倾斜角度变化，所以在导光体中，在离光入射端面远的区域和靠近光入射端面的区域内来自光出射面的光出射方向将发生变化。另外，通过切削等在成型用模具构件上形成由表面平滑的凹部的重复(例如许多透镜列的排列)而构成的微小凹凸结构转印面时，通过将凹部的倾斜角度设定为所需要的角度，就能够对导光体上的来自光出射面的光出射方向容易地进行控制。但是，在这种情况下，来自导光体光出射面的光出射角度的分布变成集中于狭窄角度的峰形，视角将变得狭窄。其结果，在将上述导光体与各种光学片进行组合构成或制作面光源装置时，由于作为光出射机构而设置的凹部与周边部相比发光强烈，因而为了要做成易看透的、导光体光出射面整体均匀发光的高品位的面光源装置，则有必要形成细密的凹部。另外，采用如上所述的现有的微小凹凸结构的话，因为仅基于导光体主表面的表面形状进行光漫射，所以漫射性不充分，在要求来自面光源装置的出射光的角度分布宽阔的情况下，则有必要在导光体光出射面上配置光漫射元件。作为加强光出射机构部的漫射性的方法，专利文献3中提出有在表面形成具有微细空孔的槽的方法。通过采用这种技术，虽然与表面具有平滑的光出射机构的导光体相比较，能够得到较宽阔的出射光的角度分布，但由于仅通过槽表面的微细凹凸进行光漫射，所以不能说其漫射性是充分的。另一方面，专利文献4的导光体是基于由发泡部产生的光散射来实现光出射的。要制造这种导光体，就有必要添加特定的发泡剂。另外，在这种技术中，虽然通过由发泡部产生的光散射可以使出射光的角度分布宽阔，但是，发泡部与其以外部分的边界(界面)的角度无法设定成所期望的角度。为此，无法将来自导光体光出射面的光出射的方向设定成所期望的方向。本发明的一个目的在于鉴于上述的技术问题，提供一种具有基于新的光漫射功能的光出射机构的面光源装置用导光体。本发明的其他目的在于鉴于上述的技术问题，提供一种能够将来自光出射面的光出射的方向设定成所期望的方向的面光源装置用导光体。本发明的其他目的在于鉴于上述的技术问题，提供一种无需使用采用成型用模具构件的成型装置就能够制造的面光源装置用导光体。本发明的另一其他目的在于提供一种有利于如上所述的面光源装置用导光体的制造方法、及采用如上所述的面光源装置用导光体的面光源装置。解决问题的手段
根据本发明，作为实现上述目的中的任何一个，提供一种面光源装置用导光体，其为具备光入射端面、光出射面、以及位于所述光出射面相反侧的背面的、板状导光体，其特征在于，在所述光出射面和背面中的至少一个的至少一部分区域上形成有发泡表面层，所述发泡表面层包含气泡，且所述发泡表面层的包含所述光出射面或背面的法线方向的截面呈凹形状。在本发明的一种实施方式中，所述发泡表面层的厚度为I μ m 50 μ m。在本发明的一种实施方式中，所述发泡表面层包含的气泡的直径为Ium 50 μπι。在本发明的一种实施方式中，形成有所述发泡表面层的所述一部分区域，由所述光出射面和背面中的一个上的点状区域构成。在本发明的一种实施方式中，形成有所述发泡表面层的所述一部分区域，由所述光出射面和背面中的一个上的条纹状区域构成。在本发明的一种实施方式中，所述发泡表面层及所述导光体的所述发泡表面层以外的部分由丙烯酸树脂构成。另外，根据本发明，提供如下这样的面光源装置作为实现上述目的中的任何一个 的面光源装置，该面光源装置的特征在于，其包括上述的面光源装置用导光体和与该导光体的光入射端面相邻配置的一次光源而构成。在本发明的一种实施方式中，所述面光源装置还包括与所述导光体的背面相邻配置的光反射元件而构成。在本发明的一种实施方式中，所述面光源装置还包括与所述导光体的光出射面相邻配置的光偏转兀件而构成。在本发明的一种实施方式中，所述光偏转兀件具备靠近所述导光体一侧的入光面和与该入光面相反一侧的出光面；所述出光面包括相互平行地排列的多个棱镜列而构成。并且，根据本发明，提供如下这样的面光源装置用导光体的制造方法作为实现上述目的中的任何一个的方法，其是制造上述的面光源装置用导光体的方法，其特征在于，利用连续制板法来制作由丙烯酸树脂板构成的板状导光体原材料；通过对该板状导光体原材料的至少一个主表面的至少一部分区域进行激光蚀刻，来形成所述发泡表面层。 在本发明的一种实施方式中，所述激光蚀刻所使用的激光为红外激光。发明的效果根据本发明，提供了以下这样的面光源装置用导光体，S卩，导光体的发泡表面层具有使被导入的光从光出射面出射那样的光学作用，尤其，因为仅在凹部的表面附近形成有气泡，且在气泡内部含有与导光体材料的折射率大不一样的气体，所以得到较大的光漫射作用，这样，便具有基于新的光漫射功能的光出射机构。另外，根据本发明，无需使用采用成型用模具构件的成型装置就能够制造面光源装置用导光体，通过更改激光蚀刻的加工条件，就可以容易且迅速地变更发泡表面层的形态。尤其，根据本发明，因为发泡表面层局限在凹部倾斜面，所以通过散射能够得到宽阔的视角和高的发光品位，同时，可以通过对倾斜面的倾斜角进行适宜地设定，使光向所期望的方向出射；另外，通过将限于在倾斜面上存在发泡表面层的凹部配置到整个导光体主表面，就可以容易地使光在整个区域都向相同方向出射，并且，可以用简便的方法来形成仅在倾斜面上存在有发泡表面层的凹部。
图I是表示本发明的面光源装置的一种实施方式的示意性的结构图。图2是表示图I的面光源装置中的导光体的示意性的局部截面图。图3是表示在图I的面光源装置的导光体的背面上所形成的发泡表面层的SEM俯视图。图4是表示在图I的面光源装置的导光体的背面上所形成的发泡表面层的SEM截面立体图。图5是表示用于制造在制造本发明的面光源装置用导光体的时候所使用的板状导光体原材料的装置的一个例子的示意性结构图。
图6是为了与图3作比较而示出的、通过挤压成型得到的由丙烯酸树脂板组成的导光体原材料的激光蚀刻加工部的SEM俯视图。图7是为了与图4作比较而示出的、通过挤压成型得到的由丙烯酸树脂板组成的导光体原材料的激光蚀刻加工部的SEM截面立体图。图8是表示面光源装置用导光体的示意图。图9是面光源装置的光学特性(亮度分布)的评价方法的说明图。图10是面光源装置的光学特性(发光品位)的评价方法的说明图。图11是表示用于制造在制造本发明的面光源装置用导光体时所使用的板状导光体原材料的装置的一个例子的示意性的结构图。图12是表示由实施例I 3及比较例I 3得到的面光源装置用导光体的成为光出射机构的凹部的观察结果的图。图13表示由实施例I 3及比较例I 3得到的面光源装置用导光体的、导光体单体中的各出射角度的亮度分布。图14是表示由实施例4及比较例4得到的面光源装置用导光体的成为光出射机构的凹部的观察结果的图。图15表示由实施例4及比较例4得到的面光源装置用导光体的、导光体单体中的各出射角度的亮度分布。图16是示出面光源装置用导光体的示意图。图17是面光源装置的光学特性的评价方法的说明图。图18是表示由实施例5 7及比较例5 7得到的面光源装置用导光体的成为光出射机构的凹部的观察及评价结果的图。图19表示由实施例6及比较例6得到的面光源装置用导光体的成为光出射机构的凹部的SEM观察结果。图20表示由实施例5及比较例5得到的导光体样本B9，BlO的、导光体单体中的各出射角度的亮度分布。图21表示在由实施例5及比较例5得到的导光体样本B9，B10的光出射面侧配置2块棱镜片时的、各出射角度的亮度分布。图22表示由实施例6及比较例6得到的导光体样本Bll，B12的、导光体单体中的各出射角度的亮度分布。图23表示在由实施例6及比较例6得到的导光体样本Bll，B12的光出射面侧配置I块棱镜片时的、各出射角度的亮度分布。
图24表示由实施例7及比较例7得到的导光体样本B13，B14的、导光体单体中的各出射角度的亮度分布。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图I是表示本发明的面光源装置的一种实施方式的示意性的结构图，图2是表示图I的面光源装置中的导光体的示意性的局部截面图。如图I所示，本实施方式的面光源装置包括作为点状一次光源的LED22、将由该LED发射的光进行导光的板状导光体24、光漫射元件26、第I光偏转元件28、第2光偏转元件30以及光反射元件32。导光体24将图I和图2中的上下方向作为厚度方向，在与纸面垂直的方向上具有展宽，作为整体则呈矩形板状。导光体24有4个侧端面，其中至少一对侧端面中的至少一个面设为光入射端面241，与该光入射端面对着地相邻配置有LED22。将作为与导光体24 的光入射端面241大致正交的两个主表面中的一个的上表面设为光出射面242。在本实施方式中，虽然该光出射面242由平滑面(镜面)构成，但并不限于此，可以对光出射面赋予棱镜形状、双凸透镜形状、微透镜形状等。此外，LED22也可以设多个。在这种情况下，优选地，在与图I的纸面垂直的方向上以适宜的间隔配置多个LED22，且配置使得从这些LED22发射的光的最大强度光的方向相互平行。在导光体24的与光出射面242相反一侧的主面(背面)243上,形成有光出射机构。光出射机构由在背面243的一部分的区域上形成的发泡表面层244构成。发泡表面层244的包含光出射面242或背面243的法线方向的截面(纵截面)呈凹形状。图3是表示发泡表面层244的一个例子的SEM俯视图，图4是其SEM截面立体图。形成有发泡表面层244的区域由背面243上的多个点状区域构成。该点状区域的尺寸，例如直径为30 μ m 1000 μ m ;深度为O. I μ m 500 μ m ;如图2所示，斜面的倾斜角度α为
I。 70°。此外，形成有发泡表面层244的区域的形状，不限于如上述那样的点状，也可以由条纹状区域即线状或带状的区域构成。即使在这种情况下，关于与条纹的延伸方向正交的截面(纵截面)的形状，也适合有关上述点状情形的截面(纵截面)形状的说明。发泡表面层244可以通过采用由丙烯酸树脂板构成的板状导光体原材料，进行如后述那样的激光蚀刻加工来形成。这样，发泡表面层244及导光体24的发泡表面层以外的部分由丙烯酸树脂构成。发泡表面层244的纵截面形状(侧面)的变化，可以通过在如后述那样的制造方法中，使相对于导光体原材料的主表面的激光输出、扫描速度、焦点位置(对焦位置)的距离变化来实现。发泡表面层244包含许多气泡，在气泡内部含有与导光体材料的折射率大不一样的气体。这样，发泡表面层244对于光的透射及反射发挥非均匀层的功能，在其光学性质中发挥光漫射层的功能。由此，入射到光入射端面241且在导光体内部传导的光在发泡表面层244上被漫反射，其一部分以被允许自光出射面242出射的角度朝向光出射面242并从该光出射面出射。
由于在导光体背面243的一部分区域中形成有如上述那样的发泡表面层244，所以在包括光出射面242的法线方向(图I及图2中的上下方向)及与光入射端面241正交的方向这两者的平面内的分布上带有一些宽的指向性的光从光出射面242出射。因此，可以得到视角宽阔且光出射机构部不易被视觉辨认、容易调整品位的面光源装置用导光体。发泡表面层244的厚度优选地为I μ m 50 μ m ;发泡表面层244中所包含的气泡的直径优选地为I μ m 50 μ m。在发泡表面层244所包含的气泡的直径过小的情况下，由于导光体24内传播的光的散射强度显示出对波长的依赖性，所以在导光体24的靠近光入射端面241的区域和离光入射端面241远的区域将发生出射光的色调变化的颜色转移现象。另一方面，在发泡表面层244所包含的气泡的直径过大的情况下，由于气泡的表面面积变小，所以将导致漫射效率的降低。
另外，在发泡表面层244的厚度过薄的情况下，由于必然地发泡表面层244包含的气泡的直径也过小，所以符合上述气泡的直径过小的情形的说明。另一方面，在发泡表面层244的厚度过厚的情况下、气泡的直径也过大的情况下，符合上述说明，在气泡的直径适当的情况下，由于该发泡表面层的出射率变得过高，所以难以在导光体24的整个区域谋求亮度的均匀整齐。另外，在通过激光蚀刻加工来形成凹部的时候，由于发泡表面层244仅限存在于凹部的表面附近，所以气泡的一部分将露出于表面，所述凹部的表面将变成微细的凹凸。为此，发泡表面层244的发泡状态与所述凹部的表面粗糙度有关，且具有气泡存在的数量越多则越具有大的表面粗糙度的倾向。背面243上的发泡表面层244的区域可以设置多个。发泡表面层244的区域为点状的情况下，其分布可以做成例如、无规则状、围棋盘状、最密集的充填状。发泡表面层244的区域为条纹状的情况下，其分布可以做成例如平行的条纹状。并且，形成有发泡表面层244的区域也可以是背面243的整个区域。此外，作为导光体24的光出射机构，可以通过同时使用如上述那样的在背面243形成的发泡表面层244，并将光漫射性微粒子混入分散在导光体24的内部来形成。另外，作为导光体24，除了为如图I及图2所示那样的整体一样厚度(忽略了背面243的发泡表面层244的凹形状情况下的厚度)的板状以外，还可以使用如从光入射端面241到相反端面厚度逐渐变小那样的楔子状等的各种截面形状。另外，也可以将由上述发泡表面层244构成的光出射机构形成在光出射面242上，并且，也可以在光出射面242及背面243的两个面上形成由上述发泡表面层244构成的光出射机构。导光体24的厚度为例如O. I 10mm。光漫射兀件26配置在导光体24的光出射面242上,例如由光漫射膜构成。在由光出射面242出射的光的指向性具有所期望的出射角度、视角的情况下，也可以省略光漫射元件26。第I光偏转元件28配置在光漫射元件26上，第2的光偏转元件30配置在第I光偏转元件28上。即，光漫射元件26夹在第I光偏转元件28与导光体的光出射面242之间。第I及第2光偏转兀件28, 30包括靠近导光体24侧的入光面和与该入光面相反侧的出光面，出光面含有相互平行地排列的多个棱镜列而构成。但在第I光偏转元件28和第2光偏转元件30，出光面的多个棱镜列的延伸方向相互正交。在本实施方式中，第I光偏转元件28的出光面的多个棱镜列的延伸方向与光入射端面241是平行的，第2光偏转元件30的出光面的多个棱镜列的延伸方向与光入射端面241是垂直的。但并不限于此。也可以是第I光偏转元件28的出光面的多个棱镜列的延伸方向及第2光偏转兀件30的出光面的多个棱镜列的延伸方向的双方，相对于光入射端面241是倾斜的且为相互正交的。第I及第2光偏转元件28，30的厚度为例如30 350 μ m。由光出射面242出射的光为在所需要的方向上具有分布的峰值的情况下，第I或第2光偏转元件28，30也可以省略。作为光反射元件8，可以采用例如在表面具有金属蒸镀反射层的塑料片、或含有颜 料的白色片、或发泡片等光反射片。作为所述颜料，例如可以举出氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、碳酸镁等。此外，优选地，在用作导光体24的光入射端面的端面以外的端面也附设有反射构件。在从背面243出射的光的量少到能够忽视的程度的情况下，也可以省略光反射元件8。通过在上述那样的由LED22、导光体24、光漫射兀件26、第I及第2光偏转兀件28、30以及光反射元件32构成的面光源装置的发光面(第2光偏转元件30的出光面)上配置液晶显示元件，而构成液晶显示装置。观察者可以从图I的上方透过液晶显示元件观察到液晶显示装置。此外，可以在第2光偏转元件30的出光面上相邻配置第2光漫射元件，来抑制成为画像显示品位下降的原因的闪烁和亮斑等，使图像显示的质量提高。其次，对用于制造上述面光源装置用导光体的本发明的制造方法的实施方式进行说明。首先，制造主表面上未形成发泡表面层的导光体原材料。该导光体原材料为由丙烯酸树脂板构成的板状材料，具有与导光体24相同的厚度。导光体原材料例如通过连续制板法(连续浇铸法)来进行制造，即，向由上下相对配置的2个环状的金属转动带及其两侧边部夹在传动带之间的垫圈密封构成的铸模连续地注入甲基丙烯酸甲酯的浆料使其聚合而制得板。该方法具体地如日本特开平8 - 151403号公报所述的那样，是一种丙烯酸板状聚合物的制造方法，其特征是在20°C下的粘度为100泊以上并且聚合物含有率为25 60重量％的甲基丙烯酸甲酯系浆料中添加I种以上的聚合引发剂，将该浆料提供给铸模并加热到50 100°C的温度，当聚合物含有率至少达到70重量％后，在与聚合中的浆料温度大致相同或者其以上的温度下，利用自然产生的聚合发热来进行聚合。在此，优选地，与聚合中的浆料温度大致相同或者其以上的温度为60 150°C。另夕卜，优选地，利用自然产生的聚合发热进行聚合的浆料的峰值温度为105 140°C。另外，优选地，铸模是由上下相对地配置的、在同一方向以同一速度移动的2个的环状传动带和、用其两侧边部夹在环状传动带上移动的连续的垫圈构成的铸模。成为本发明所使用的浆料的原料的单体，是单独的甲基丙烯酸甲酯或是以甲基丙烯酸甲酯为主成分的单体混合物，单体混合物的场合，以甲基丙烯酸甲酯为80重量％以上为佳。作为与甲基丙烯酸甲酯一起使用的单体，可以举出甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸一 2 -乙基己酯、甲基丙烯酸苄酯等甲基丙烯酸酯，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸一 2 —乙基己酯、丙烯酸苄酯等丙烯酸酯，苯乙烯、α —甲基苯乙烯等。作为对上述单体进行聚合并得到浆料所使用的聚合引发剂，可以举出例如，过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔己酯、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧异丙基甲酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物等有机过氧化物；2，2’ 一偶氮二(2，4 一二甲基戊腈)、2，2’ —偶氮二异丁腈、1，I’ 一偶氮二(I 一环己烷腈)、2，2’ 一偶氮二(2，4，4 一三甲基戊烷)等偶氮化合物。相对于单体，通常聚合引发剂的添加量为O. 01 O. 5重量％，但可根据聚合温度和目标聚合物转化率适宜地决定。在获得浆料之时，可以根据需要来使用分子量调整剂。具体地，具有烷基或取代烷基的第I级、第2级或第3级的硫醇可以举出例如，正丁硫醇、异丁硫醇、正辛硫醇、正十二烷基硫醇、仲丁硫醇、仲十二烷基硫醇、叔丁硫醇等。分子量调整剂的使用量虽然不作特别的限定，但优选地可以使用例如相对于浆料为O. 01 O. 2重量％的范围。由上述单体制得的浆料，必须在20°C下粘度为100泊以上，聚合物含有率为25 60重量％。如果浆料的粘度不足100泊或聚合物含有率不足25重量％的话，聚合时间将变长；另一方面，如果聚合物含有率超过60重量％，则聚合引发剂的混合及向铸模供给浆料就会变得困难。具有上述粘度及聚合物含有率的浆料可以通过公知的方法如日本特公昭40 -3701号公报、日本特公昭47 - 35307号公报、日本特公昭53 — 39918号公报等所述的方法来进行制造。其次，作为上述浆料中所添加的聚合引发剂可以使用与得到上述浆料时所采用的同样的聚合引发剂。聚合引发剂的添加量通常相对于浆料优选为O. 03 O. 5重量％。此外，在本发明所采用的浆料中，还可以根据需要添加各种添加剂、例如氧化稳定齐IJ、可塑剂、染料、颜料、脱模剂等。作为要得到本发明的丙烯酸板状聚合物所使用的铸模，优选为如日本特公昭46 — 41602号公报、日本特公昭47 — 33495号公报等所述的、由上下相对配置且在同一方向以同一速度移动的2个环状传动带和、用其两侧边部夹在环状传动带上移动的连续的垫圈所构成的连续地制造板状聚合物的方式的铸模。图5是示出为连续地制造本发明的丙烯酸板状聚合物(导光体原材料)所使用的聚合装置的一个例子的概略说明图。在图5所示的聚合装置中，上下配置的2个不锈钢制的环状传动带1，I’分别由主滑轮2，3，2’，3’赋予张力并被驱动以朝同一方向以同一速度移动。滚筒4对移动的环状传动带进行水平支承，且对传动带表面间距离、即浆料的厚度进行控制。浆料通过未图示的定量泵等从贮存槽被送至浆料供给管5并被供给到传动带I’上。
传动带表面间的两侧边部被连续的具有弾性的垫圈6所密封、且夹在传动带1，I’间进行移动。供给传动带I’上的浆料被夹在传动带1，I’之间移动，依次通过加热区域15，16，17及18并完成聚合，形成板状聚合物19。在图5中，虽然示出了加热区域15利用蒸汽管进行空气加热、加热区域16，17利用鼓风机进行热风加热、加热区域18利用蒸汽管进行空气加热的例子，但是可以采用除此以外的加热手段，例如、水浴加热、电热加热、红外线加热、电磁感应加热等公知的方法。在本发明中，优选采用热风加热、电热加热、红外线加热等手段。本发明的方法虽然采用如上所述的聚合装置进行实施，但在加热区域15中使浆料预加热到50 90°C。在加热区域16，17中，进行浆料的聚合，且使之聚合直到聚合物含有率至少为70重量％、优选地为70 90重量％为止。在该加热区域16，17中，浆料的聚合温度保持在60 100°C的范围。此外，这里示出的聚合物含有率为在分批制板实验的中途取出样本，通过迅速冷却使聚合停止并进行测定的。接着，在加热区域18中，使浆料进一步聚合并完成聚合，该加热区域18维持与聚合时的浆料温度大致相同或者其以上的温度，优选为60 150°C，利用自然产生的浆料的聚合发热来进行聚合。即，积极地利用聚合发热以使聚合完成。此时，浆料的聚合峰值温度为105 140°C，优选为110 130°C。在本发明的方法中，在聚合物含有率不足70重量％、在与聚合时的浆料温度大致相同或者其以上的温度下利用自然产生的聚合发热使之聚合的情况下，由于板状聚合物中有气泡产生，所以不理想。实质性的聚合完成是通过聚合物含有率至少为95重量％、优选地为95重量％以上来达成的。接着，通过激光照射对如上所述得到的导光体原材料的主表面进行蚀刻(激光蚀刻)，从而在导光体原材料主表面的表层部上形成发泡表面层244。作为激光蚀刻所使用的激光，优选地使用对导光体原材料进行蚀刻效率好的激光，可以使用例如二氧化碳激光(CO2激光)等红外激光。作为二氧化碳激光，可以举出KEYENCE公司制的CO2激光打标机(ML — Z9520T :振荡波长9. 3 μ m、平均输出20W)。如上所述，通过使相对于导光体原材料的主表面的激光输出、扫描速度、焦点位置(对焦位置)的距离发生变化，便可以容易地使发泡表面层244的纵截面形状(侧面)发生变化。图6及图7分别示出用于与本发明的图3及图4进行比较的、由利用挤压成型得到的丙烯酸树脂板构成的导光体原材料的激光蚀刻加工部的SEM俯视图及SEM截面立体图。在这种情况下，未形成发泡表面层。在将通过挤压成型法制造的丙烯酸树脂板用作导光体原材料的情况下，由于比起上述本发明的情形聚合物的分子量要低，所以可以推测在激光蚀刻方面与本发明的加工机制是不同的。实施例以下，通过实施例及比较例对本发明进行更具体的说明。
(实施例1)
<导光体原材料的制作>采用图5所示的装置，按日本特开平8 — 151403号的实施例1，如下所述地进行导光体原材料的制作。将含有O. 016重量％的2，2’ 一偶氮二(2，4 一二甲基戊腈)、0. 2重量％的正十二烷基硫醇、4重量％的丙烯酸丁酯的甲基丙烯酸甲酯以6kg / h的流量通过泵供给聚合槽，将聚合槽内的液体充分均匀地搅拌，将温度维持在130°C进行了 10分钟的聚合。在排出侧的聚合反应物(浆料)的聚合物含有率为28重量％，粘度为12泊。将该浆料用冷却器进行冷却，通过齿轮泵以4. 5kg / h的流量输送液体，在这当中，将聚合物含有率为20重量％、含有O. 32重量％的过氧化新戊酸叔己酯和O. 008重量％的偶氮二异丁腈的聚合引发剂的、被维持在10°C的甲基丙烯酸甲酯的浆料通过泵以0.5kg / h的比例进行添加，且用内置了静态混合器的混合机进行了混合。接着，将该浆料从供给管5以O. 83kg / h的流量供给到由厚度I. 5mm、宽度500mm、·长度IOm (传动带I)和长度12m (传动带I’)的2条不锈钢构成的、以每分O. 04m移动的传动带I’上，用上下传动带I，I’夹着进行压延。此外，垫圈6使用了软质氯乙烯制的中空管。被传动带压延了的浆料在加热区域15升温到70°C后，依次通过加热区域16、17、18，使得在加热区域16 (热风82°C)逗留4分钟、在加热区域17 (热风69°C)逗留9分钟、在加热区域18 (IO(TC)逗留6分钟，得到厚度为O. 5mm的透明的丙烯酸浇铸片。将该丙烯酸浇铸片切成宽度30mm及长度IOOmm的矩形便得到导光体原材料Al。<面光源装置用导光体的制作>在本实施例中制作的样本(面光源装置用导光体BI)的示意图在图8中示出。在图8中，a表不俯视图、b表不纵截面图。一边参照图8 一边对从导光体原材料Al至得到面光源装置用导光体BI的加工工序尤其是激光蚀刻加工进行说明。此外，为了便于说明，对导光体原材料的各部分，用与导光体的对应部分相同的名称来称呼。以下同样。对与导光体原材料Al的光出射面110相对的面(光出射面110的相反侧的背面)130，用KEYENCE公司制CO2激光打标机ML —Z9520T (波长9. 3 μ m、平均输出:20W)，以输出80%、扫描速度500mm / sec、激光焦点位置与加工面对准的条件实施激光蚀刻加工，而设置光出射机构101，该光出射机构101是将凹状的发泡表面层作为单位点并将多个该单位点排列而形成的，从而得到面光源装置用导光体BI。激光蚀刻加工的图案假设为点形状，在以离光入射端面120是50mm、离侧端面15mm的位置为中心的6mmX 6mm的区域中，将在与光入射端面120平行的方向以O. 5mm的间距排列的13个图案,在与导光体的导光方向对应的方向(与侧端面平行的方向)以O. 5mm的间距排列了 13列。<发泡表面层的观察及测定>所得到的面光源装置用导光体BI的凹状发泡表面层的表面形状及截面形状用扫描型电子显微镜(SEM、日立高科技公司制S — 4300SE / N型扫描电子显微镜)进行了观察。观察是对任意抽取的单位点进行的，在该被观察的范围内，从所述导光体表面(该单位点的表面)，直到位于所述导光体的厚度方向的最深处的气泡的最深处为止的所述厚度方向的长度作为“发泡表面层的厚度”。另外对发泡表面层的气泡的所述厚度方向的长度进行测定，将其最大值作为“气泡的直径”。<发泡表面层的表面粗糙度测定>
所得到的面光源装置用导光体BI的凹状的发泡表面层的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)，用激光共焦显微镜(奥林巴斯公司制扫描型共焦激光显微镜LEXT OLS 一3000)进行了评价。用所述激光共焦显微镜对凹状的发泡表面层的三维分布口 7 7 4
)进行测定，根据得到的分布，利用分析软件LEXTOLS application program版本5. O. 7抽取表面粗糙度曲线，算出了 Ra。截止值设为Xc=I / 10，对任意抽取的3处的点进行所述测定，以在各点内3处测定的合计9个数据的平均值作为Ra值。<光学评价>(I)亮度分布评价图9是用于亮度分布评价的测定系统的示意图。利用面光源装置用导光体BI构成的面光源装置的亮度分布通过下述方法进行了评价。分别将通过恒流电源350以20mA发光的LED光源340 (日亚化学工业公司制LED NSSW020BT I个)配置在被测定用的面光源装置用导光体BI的光入射端面302 ;将反射片310 (帝人杜邦薄膜公司制UX 厚度225 μ m)配置在光出射面的相反侧的背面303。用亮度计360(T0PC0N公司制亮度计BM — 7)，对从以设置有光出射机构301的部位为中心的视角2度的区域的光出射面304出射的光的、在与导光方向平行并与导光体光出射面304垂直的平面内的-90度到90度的出射光角度上的亮度分布进行了测定。另外，出射方向设定为法线方向设为O度，从光出射机构301来看，光入射端面302的方向设为-(负)；其相反方向设为十(正)。根据该测定结果，得到亮度分布的半值角度宽度(度)。关于评价的结果将在后面叙述。(2)发光品位评价图10是用于发光品位观察的评价系统的示意图。利用面光源装置用导光体BI构成的面光源装置的发光品位通过下述方法进行了评价。分别将通过恒流电源350以20mA发光的LED光源340 (日亚化学工业公司制LEDNSSW020BT I个)配置在被测定用的面光源装置用导光体BI的光入射端面302 ;将反射片310 (帝人杜邦薄膜公司制UX厚度225 μ m)配置在光出射面的相反侧的背面303。与导光体光出射面304相地接配置作为光漫射元件的漫射片220、以及作为第I及第2光偏转元件的棱镜片230，240。棱镜片以棱镜列形成面朝着与面光源装置用导光体BI的光出射面304相反一侧(朝上)的方向进行配置。即，棱镜片230，240具备靠近面光源装置用导光体BI侧的入光面，和与该入光面相反一侧的出光面；出光面含有多个棱镜列而构成。作为漫射片220，采用了木本(KIMOTO)公司制IXD背光用高亮度漫射膜LIGHT-UP 100GM3 ;作为棱镜片230、240，采用了住友3M公司制增光膜Vikuiti BEFI190 / 50。分别将第I棱镜片230配置成棱镜列与导光体光入射端面302相互平行；将第2棱镜片240配置成棱镜列与导光体内的导光方向相互平行(即棱镜列与导光体光入射端面302相互垂直)。与前述的亮度分布评价同样地，使LED340发光，通过目视来确认激光点图案可否能够被视觉辨认，由此来评价发光品位，将由激光蚀刻形成的点能够进行视觉辨认的定为「X」，将由激光蚀刻形成的点不能进行视觉辨认、可得到作为面的发光的定为「〇」。关于评价的结果在后面叙述。(实施例2)将厚度O. 5mm的丙烯酸浇铸片(三菱丽阳公司制ACRYLITE LX001)切成宽度30mm及长度IOOmm的矩形，得到导光体原材料A2。用导光体原材料A2，通过与实施例I同样的方法，制作面光源装置用导光体B2。对得到的面光源装置用导光体B2，通过与实施例I同样的方法，进行了凹状的发泡表面层的观察、表面粗糙度测定及光学评价。关于其结果将在后面叙述。(实施例3)图11示出了在本实施例中连续地制造板状导光体原材料所使用的装置的示意性结构图。在该装置中，由供给模401供给紫外线聚合性粘性液体(浆料)402，制造丙烯酸浇铸片(导光体原材料)402’。用放出装置414及卷绕装置415使第一膜413移动，用放出装置417及卷绕装置418使第二膜416移动。所供给的紫外线聚合性粘性液体2被第一及第二膜413、416夹持，被上表面压紧辊408及下表面压紧辊408’夹住而变成所需厚度的层状，并进行移动。其间，通过紫外线照射装置404经第一及第二膜413，416进行紫外线照射，再通过热风加热装置410进行加热，从而紫外线聚合性粘性液体402聚合成为丙烯酸浇铸片402，。
·
在本实施例中，首先，相对于异丁烯酸甲酯单体60重量份，添加紫外线分解聚合引发剂I 一轻基一环己基一苯基酮(汽巴精化公司(Ciba Specialty ChemicalsCorporation)制IRGACURE184)0. 01重量份、正辛硫醇O. 100重量份、作为脱模剂的二辛基磺基琥珀酸钠(三井寸^ 7 f彡F (Cyanamid)公司制AEROSOL OT 一 100) 0. 05重量份，在常温下使之溶解后，使异丁烯酸甲酯聚合物有孔玻璃珠(e — X)(三菱丽阳公司制BR —80重量平均分子量10万)40重量份在80°C下花30分钟加热溶解，调制成紫外线聚合性粘性液体402。为了去除调合时的泡，在50°C下静置2小时后，直到常温为止进行自然冷却。其次，用所述紫外线聚合性粘性液体402，通过如图11所示的装置制造了丙烯酸浇铸片402’。作为第一和第二膜413、416，使用了宽度为500mm、厚度为188 μ m的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(东洋纺公司制C0SM0SHINE A4100);作为紫外线照射装置404，使用了东芝公司制FL30S - BL灯。设膜413，416的输送速度为0. 13m / min，将以前调整了的紫外线聚合性粘性液体402从供给模401呈宽度400mm、厚度0. 58mm的片状地供给至膜416上之后，盖上膜413。其后，通过紫外线照射装置404以2mW / cm2的照射强度进行20分钟的紫外线照射，通过热风加热装置410在143°C下进行3分钟热处理后，气冷至90°C，通过从膜413，416上剥离，便得到厚度0. 5mm的丙烯酸浇铸片402’。通过将得到的丙烯酸浇铸片402’切成宽度30mm及长度100_的矩形,制作成了导光体原材料A3。用得到的导光体原材料A3，通过与实施例I同样的方法，制作了面光源装置用导光体B3。对于面光源装置用导光体B3，用与实施例I同样的方法，进行了凹状的发泡表面层的观察、表面粗糙度测定及光学评价。关于其结果将在后面叙述。(比较例I)除了调制紫外线聚合性粘性液体402时的、正辛硫醇添加量设为0. 135重量份以夕卜，与实施例3同样地制作了导光体原材料A4。用得到的导光体原材料A4，通过与实施例I同样的方法，制作了面光源装置用导光体B4。对于面光源装置用导光体B4，用与实施例I同样的方法，进行了凹部的观察、表面粗糙度测定及光学评价。关于其结果将在后面叙述。
(比较例2)将以丙烯酸树脂颗粒(三菱丽阳公司制ACRYPET VH000)为原料，通过公知的挤压工艺得到的厚度O. 5mm的丙烯酸挤出片切成宽度30mm及长度IOOmm的矩形,制作了导光体原材料A5。用得到的导光体原材料A5，通过与实施例I同样的方法，制作了面光源装置用导光体B5。对于面光源装置用导光体B5，用与实施例I同样的方法，进行了凹部的观察、表面粗糙度测定及光学评价。关于其结果将在后面叙述。(比较例3)用实施例I制作的面光源装置用导光体BI作为母型，采用装模用硅橡胶(Momentive Performance Materials公司制TSE3450)制作了将激光点部的表面形状进行转印的模型。在该模型的表面上，将硬化后的折射率为I. 51的紫外线硬化性单体混合液进 行展开，在其上面将实施例I中使用的导光体原材料Al进行叠层，通过从导光体原材料Al侧进行紫外线照射，制作通过转印而复制了面光源装置用导光体BI的出射机构部的表面形状的面光源装置用导光体B6。对于得到的面光源装置用导光体B6，用与实施例I同样的方法，进行了凹部的观察、表面粗糙度测定及光学评价。关于其结果将在后面叙述。[实施例I 3及比较例I 3的评价结果]对实施例I 3及比较例I 3中制作的面光源装置用导光体(BI B6)的凹部的表面及截面进行观察的结果(SEM照片)在图12中示出。如图12所示，观察得知实施例I 3中制作的面光源装置用导光体BI B3的主表面上通过激光蚀刻形成的凹状的光出射机构部中，表面上有数μ m量级的凹凸，截面上多个气泡仅限存在于倾斜面附近。即，发泡表面层具有龟裂状或下沉孔状或含有空洞状的微细结构，上述微细结构中含有气泡。另一方面，得知虽然在比较例I中制作的面光源装置用导光体B4的凹部表面也可以观察到微细凹凸，但其截面上未观察到有气泡，仅为表面的凹凸而未形成发泡表面层。另外，得知比较例2中制作的面光源装置用导光体B5的凹部表面是平滑的，截面上不存在气泡，未形成发泡表面层。并且，得知比较例3中制作的面光源装置用导光体B6，由于是转印实施例I中制作的面光源装置用导光体BI的形状而复制的，所以虽然具有与凹部BI同等的表面，但其截面上不存在气泡，仅为表面凹凸而未形成发泡表面层。图13示出了实施例I 3及比较例I 3中制作的面光源装置用导光体(BI B6)的、导光体单体中的各出射角的亮度的分布(用图9的测定方法测定的亮度分布)，在此，为了对亮度分布的曲线π 7进行比较，示出以峰值亮度的值为I. O而进行了归一化的数据。另外，图中，横轴表示出射光的角度(出射角度)、纵轴表示该角度的相对亮度，出射角度从光出射机构来看，光入射端面的方向以-(负)来表不；其相反方向以十(正)来表不。表I是将从截面观察的结果得到的发泡表面层的厚度及气泡的直径、由表面粗糙度测定的结果得到的算术平均粗糙度(Ra)、由亮度分布评价的结果得到的半值角度宽度、发光品位评价的结果进行汇总的表。在此所谓半值角度宽度是指取图13的各出射曲线上的峰值的50% (相对亮度=O. 5)以上的值的角度宽度。
如表I所示,在利用激光蚀刻设置的凹部的表面具有发泡表面层的实施例I 3的面光源装置用导光体，带有具有80度以上的半值角度宽度的较宽的亮度分布特性，尤其法线方向(图13的O度方向)的亮度增高了。因此，在与光学元件组合构成面光源装置的情况下，可以得到激光点难以视觉辨认且品位高的发光。对此，在没有发泡表面层的比较例I及2的面光源装置用导光体中，分别显示具有64度、42度的半值角度宽度的亮度分布特性，该亮度分布特性与实施例I 3的面光源装置用导光体的情形相比则为狭窄的指向性强的出射图案。为此，在与实施例I 3的面光源装置用导光体的情形同样地与光学元件进行组合并构成面光源装置的情况下，激光点易被视觉辨认。为了要改进该激光点的透出、得到高发光品位，有必要使激光点形成得更细且更高的密度，其结果，激光蚀刻则需要更长时间，因而导致生产效率下降。另外，在比较例3的面光源装置用导光体B6中，由于从BI转印了表面形状，所以具有与BI同等的表面粗糙
度，但没有发泡表面层。因此，只能得到因表面凹凸而产生的散射效果，而无法得到因与气泡内包含的气体的折射率差而产生的高散射效果。因此，与实施例I比较，半值角度宽度显著地变得狭窄，激光点易被视觉辨认。[表 I]
权利要求
1.一种面光源装置用导光体，为具备光入射端面、光出射面、以及位于所述光出射面相反侧的背面的板状导光体，其特征在于，在所述光出射面和背面中的至少一个的至少一部分区域上形成有发泡表面层，所述发泡表面层包含气泡，且所述发泡表面层的包含所述光出射面或背面的法线方向的截面呈凹形状。
2.如权利要求I所述的面光源装置用导光体，其特征在于，所述发泡表面层的厚度为I μ m 50 μ m0
3.如权利要求I或2所述的面光源装置用导光体，其特征在于，所述发泡表面层包含的气泡的直径为I μ m 50 μ m。
4.如权利要求I至3中的任一项所述的面光源装置用导光体，其特征在于，形成有所述发泡表面层的所述一部分区域，由所述光出射面和背面中的一个上的点状区域构成。
5.如权利要求I至3中的任一项所述的面光源装置用导光体，其特征在于，形成有所述发泡表面层的所述一部分区域，由所述光出射面和背面中的一个上的条纹状区域构成。
6.如权利要求I至5中的任一项所述的面光源装置用导光体，其特征在于，所述发泡表面层及所述导光体的所述发泡表面层以外的部分由丙烯酸树脂构成。
7.一种面光源装置，其特征在于，其包括权利要求I至6中的任一项所述的面光源装置用导光体和与该导光体的光入射端面相邻配置的一次光源而构成。
8.如权利要求7所述的面光源装置，其特征在于，所述面光源装置还包括与所述导光体的背面相邻配置的光反射元件而构成。
9.如权利要求7或8所述的面光源装置，其特征在于，所述面光源装置还包括与所述导光体的光出射面相邻配置的光偏转兀件。
10.如权利要求9所述的面光源装置，其特征在于，所述光偏转元件具备靠近所述导光体一侧的入光面和与该入光面相反一侧的出光面，所述出光面包括相互平行地排列的多个棱镜列而构成。
11.一种面光源装置用导光体的制造方法，其是制造权利要求I至6中的任一项所述的面光源装置用导光体的方法，其特征在于，利用连续制板法来制作由丙烯酸树脂板构成的板状导光体原材料；通过对该板状导光体原材料的至少一个主表面的至少一部分区域进行激光蚀刻，来形成所述发泡表面层。
12.如权利要求11所述的面光源装置用导光体的制造方法，其特征在于，所述激光蚀刻所使用的激光为红外激光。
全文摘要
本发明提供一种板状的导光体(24)，其具备光入射端面、光出射面(242)、以及位于所述光出射面(242)相反侧的背面(243)。在光出射面(242)和背面(243)中的至少一个的至少一部分区域上形成有发泡表面层(244)；发泡表面层(244)包含气泡，且包含光出射面(242)或背面(243)的法线方向的截面呈凹形状。导光体(24)是通过对利用连续制板法所制作的由丙烯酸树脂板构成的板状导光体原材料的至少一个主表面的至少一部分区域进行红外激光蚀刻，来形成发泡表面层(244)而制得的。
文档编号G02F1/13357GK102933891SQ20118001391
公开日2013年2月13日 申请日期2011年3月15日 优先权日2010年3月17日
发明者八木健二, 清水稔, 涌井康雄, 仓地与志也, 户田正利 申请人:三菱丽阳株式会社