(57)【要約】【課題】表面に微細形状を有し、薄くとも充分な機械強度を有した導光体を提供する。【解決手段】表面に微細形状が施された透明樹脂板からなる導光体は、中心層と表層と裏層との３層から構成されている。中心層を構成する樹脂のＭＩ値（メルトインデックス値）は０．８〜５．５であり、前記表層及び前記裏層を構成する樹脂のＭＩ値は５．５〜２０である。少なくとも表層又は裏層のいずれか一方の表面に、パターンが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に微細形状が施された透明樹脂板からなる導光体であって、
前記導光体は、中心層と表層と裏層との３層から構成されてなり、
前記中心層を構成する樹脂のＭＩ値（メルトインデックス値）が０．８〜５．５であり、かつ、前記表層及び前記裏層を構成する樹脂のＭＩ値が５．５〜２０であり、
少なくとも前記表層又は前記裏層のいずれか一方の表面に、パターンが形成されてなることを特徴とする導光体。
【請求項２】
前記表層と前記中心層と前記裏層の厚み比は、２：６：２から０．３：６：０．３の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
前記中心層を構成する樹脂のＭＩ値が２〜５．５であり、かつ、前記表層及び前記裏層を構成する樹脂のＭＩ値が１０〜２０であることを特徴とする、請求項１に記載の導光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイのバックライト等に利用される面光源装置に用いる光学シート及びその製造方法に関する。また、本発明の光学シートは、ＴＶをはじめとする各種ディスプレイ装置のみならず、照明機材、デジタルサイネージなど各種装置に用いられ輝度向上や視野角改善に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来の導光体を用いた面光源装置は、冷陰極管やＬＥＤ等の光源と、光源に入射端面を近接させて配置する透明体で構成される導光体と、導光体の表面に配置した拡散板やレンズなどの光取り出し構造と、導光体の裏面に設けた反射面などより構成されている。
【０００３】
このような面光源装置では、光源から発せられた光を、導光体の入射端面から導光体内に取り入れ、導光体の表面と裏面にて反射して、伝播することにより、入射端面の反対側へ入射光が伝達されている。そして、導光体内で伝播する一部の光を、導光体表面もしくは裏面に設けられた粗面やレンズなどの微細構造による反射や屈折で射出させ、この光を照明光としている。
【０００４】
導光体の表面もしくは裏面に施す光学形状は、予め用意された金属や樹脂などからなる型を用意して、その型の形状を転写する工法が一般的に用いられる。例えば、熱と圧力により、プラスチックシートと型を圧着して形状を熱圧転写・剥離する方法や、電離放射線などの照射で液状の樹脂を重合硬化させる手段で、型の形状が転写された導光体を得る方法などがある。また、その光学形状としては、プリズム形状や、レンズ形状とする場合が多い。それらの形状を正確に実現し、所望の光学特性を得るには、型材から形状を正確に転写し、型材の形状を導光体の表面に再現することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９２５０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
導光体は、ディスプレイ装置の中で、他の部材と比べて比較的大きな重量と厚さを占めている部材である。導光体は、光源からの光線をその内部で伝播し、然るべき位置で、所望の方向にその光線を射出させる機能が求められている。そのため、ディスプレイ全体をカバーする面積を確保しつつ、たわみなどが生じない機械的強度が必要であり、要求される機械的強度に応じた厚みが必要となる。
【０００７】
一方で、画面の全域においてムラ無く観察者へ向けて光線を射出させるために、導光体の表面に微細構造を設けて、光線の反射及び屈折を適切にコントロールする方式がある。光利用効率の良好な導光体とするには、一般に、プリズム形状のようなエッジを有するパターンが有効である。
【０００８】
導光体の表面パターンにおけるエッジ部分は、狭い部分に樹脂を充填する必要があるため、成形に際しては、導光体を柔らかい素材とし、且つ、柔らかくなる条件（例えば温度や圧力などの条件）で、金型などの形状を転写する方式で作製する。しかし、転写が容易な粘度の低い樹脂は、柔らかく機械的強度が低い。このため、同程度の強度を得るには、導光板全体の厚みを、より厚くしなければならない。
【０００９】
ディスプレイ、とりわけＴＶ向けの大型ディスプレイでは、ディスプレイ装置全体の薄型化や軽量化のためには、硬い材料を用いて薄くしたい。しかし、硬い材料を使用するとパターンの転写が困難となってしまう、トレードオフの関係となり、薄型化と軽量化に限界がある。
【００１０】
本発明の目的は、表面に微細形状を有し、薄くとも充分な機械強度を有した導光体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、表面に微細形状が施された透明樹脂板からなる導光体であって、導光体は、中心層と表層と裏層との３層から構成されてなり、中心層を構成する樹脂のＭＩ値（メルトインデックス値）が０．８〜５．５であり、かつ、表層及び裏層を構成する樹脂のＭＩ値が５．５〜２０であり、少なくとも表層又は裏層のいずれか一方の表面に、パターンが形成されてなることを特徴とする導光体である。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、表層と中心層と裏層の厚み比が、２：６：２から０．３：６：０．３の範囲にある。また、第３の発明は、第１の発明において、中心層を構成する樹脂のＭＩ値が２〜５．５であり、かつ、表層及び裏層を構成する樹脂のＭＩ値が１０〜２０である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る導光体は、一枚板の構造内部に機械的強度の異なる３つの層（中心層、光の射出面となる表層、その裏面側に位置する裏層）により構成される。中心層に、ＭＩ値（メルトインデックス値；流動性指数）が低い材料、すなわち硬い材料を用いることで、導光体自体が充分な機械的強度を有し、導光体全体を薄くする事が出来る。
【００１４】
また、導光体の表面部分を構成する表層、あるいは、裏面部分を構成する裏層に高ＭＩ値の樹脂を用いることで、微細であり、かつエッジを有するパターンを良好に転写することが出来る。
【００１５】
更に、中心層の樹脂に硬い材料を用いることにより、従来では高精度な転写が難しかった押出法でも導光体を製造することが可能となり、インジェクション法と比べて生産性を向上させることができる。
【００１６】
加えて、表層と裏層で厚さを等しくすることにより、ディスプレイ自体の発熱に伴う、導光体の温度上昇から生じる変形（そり）を抑えることができる。ここで、アクリル単層品を押出法で成形した場合には必ずそりが生じる。それに対して、導光体を多層構成とすることで、温度の上昇時においても、導光体内部での応力バランスが保たれるため、導光体の変形が抑制され、導光体の高温耐性を向上させることが出来る。
【００１７】
更に、導光体の表層が比較的柔らかくなり、素材の形状復元性が向上するため、コスレや割れ欠けなどが生じにくくなり、導光体の耐久性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における導光体の一例を示した概略図
【図２】本発明における導光体に光線を通したときの概略図
【図３】本発明における導光体の概略斜視図
【図４】本発明における導光体の製造方法を示す図
【図５】本発明における導光体の一例を示した概略図
【図６】本発明における導光体の別の一例を示した概略図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明における導光体は、透明部材からなり、一般的な光学用の透明樹脂を用いて構成することが出来る。加工が比較的容易なプラスチック材料、例えば、ポリカーボネイト樹脂、ＭＳ（メタクリルスチレン）樹脂などを用いれば、耐衝撃性に優れた割れにくい特徴を持たせることが出来る。また、アクリル系樹脂やポリスチレン系樹脂を用いれば耐擦性を向上させることが可能となる。
【００２０】
本発明の導光体の中心層（主層）は、導光体自身の機械的強度を高めつつ、高い透明性を有している事が望ましい。中心層には、前述のポリカーボネイトやアクリル系樹脂を選定すると良い。この導光体の表層、及び、裏層には、中心層を構成する樹脂とはＭＩ値（メルトインデックス値）が異なる材料が使用される。例えば、前出のポリカーボネイト（中心層）とアクリル（表層及び裏層）など、異種の樹脂の組み合わせでもよい。なお、中心層を構成する樹脂のＭＩ値が０．８〜５．５（例えば、ＭＩ値＝２）であり、かつ、表層及び裏層を構成する樹脂のＭＩ値が５．５〜２０（例えば、ＭＩ値＝２０）である。
【００２１】
異種の樹脂を組み合わせる場合には、比較的容易に効果を得られるが、樹脂の溶融温度や溶融時の粘度などによる加工条件に隔たりがある場合に、加工性が著しく低下する場合がある。
【００２２】
この場合には、表層及び裏層の樹脂に、中心層と同じ種類の樹脂で分子量の異なるものや、中心層で使用する樹脂に添加剤を加えたものなどを選定すれば、樹脂の溶融温度や溶融時の粘度などの加工条件が両立しやすいため、シート加工が容易となる。
【００２３】
本発明の導光体の製造方法としては、Ｔダイによる多層押出法や、インジェクション法、あるいは、押出コーティング法などを用いればよい。ここでは、生産性に優れたＴダイによる多層押出法を用いた場合について説明する。Ｔダイによる多層押出法は、Ｔダイを用いて多層樹脂膜を作り、冷却ロールで多層樹脂膜を冷却しながらシーティングを行う方式である。
【００２４】
Ｔダイによる多層押出法は、異種の樹脂をそれぞれ溶融して共に押出させる押出機を、フィードブロックに接続、フィードブロック内で合流多層化してＴダイから多層樹脂膜として吐出させる方式である。
【００２５】
この共押出しを行うには、フローマークの発生を防ぐ事が重要である。一般には、導光体の各層の樹脂に、ＭＩ値が近いものを選定し、Ｔダイ吐出後の流速を揃えていた。
【００２６】
本発明においては、ＭＩ値の異なる樹脂を使用する。そのため、Ｔダイ内で多層化される樹脂の温度を、導光体の層毎に調整し、フローマークが発生しない吐出条件を決定する。フローマークは、流動性の高い樹脂同士が、それぞれに異なる流速を持って、他方と異なる流動性を持つために生じる。中心層を硬く保ち、その表層に粘度の低い層を薄く沿わせるように吐出条件（温度や吐出量）を決定することで、フローマークの無い多層樹脂膜を得ることが出来る。
【００２７】
この際、樹脂シートの厚さが均等となるよう、樹脂の流れを、Ｔダイのリップボルト、あるいは、Ｔダイの幅方向の温度分布での調整を行う。
【００２８】
導光体の表面、あるいは裏面に、プリズムやレンズなどの稜線を有するパターンの光学形状を設ける場合には、光学形状の転写法の一例として、Ｔダイから吐出された樹脂を引取りながら除冷を行う冷却ロールに、予め樹脂や金属等の基材に光学形状を刻んでおき、その基材の形状を転写する方法を用いることができる。
【００２９】
また、精細なパターンが有効な例としては、三角プリズムと、その頂角が丸まった三角プリズムを比較すればわかりやすい。例えば、三角プリズム（例えば、ＢＥＦ（３Ｍ））と、三角プリズムの頂点部分が丸まった形状からなるもの（例えば、ＲＢＥＦ（３Ｍ））との比較では、後者の輝度が低く、エッジがある精細なパターンは性能を発揮させるために有用である。
【００３０】
この形状転写は、導光体の表層もしくは裏層が溶融状態で基材に接することで行うが、樹脂が充分に高温で流動性を有した状態で圧着する必要が有るため、Ｔダイに近い上流側で形状転写を行うことが望ましい。
【００３１】
この形状転写に使用する冷却ロールは、鉄芯上に銅メッキを施して、その銅の層にパターニングが施されている。パターニングには、銅の層を彫刻する加工、たとえばダイヤモンドバイトによる切削加工、砥石による研削加工、選択的に腐食を施すエッチング加工、その他の既存のパターンニング技術を用いることができる。この銅メッキ上に、クロムメッキを施すことで、表面硬度の向上による銅層の保護を図ることが可能となる。
【００３２】
このほかにも、金属やセラミックをシリンダー表面に溶射、研磨を施すことで耐久性を高めたロールを使用したり、ニッケル表面に形状を刻んだロール等を使用したりすることができる。冷却ロールによって充分に冷やされた樹脂シートは、フィルム状であれば巻取り加工、板状であれば断裁加工により製品とすることができる。また、透明クリアな多層樹脂シートを作った上で、切削や熱圧加工などの後加工により形状成形を行っても良い。
【００３３】
このようにして得られた樹脂シートを、適宜断裁し、その切断面を研磨、光入射面とすることで、本発明の導光体を得られる。
【００３４】
次に、本発明について下記に図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３５】
図１は、本発明における導光体の一例の概略断面図である。本発明の導光体は、中心層１１（主層）、表層１２、裏層１３の３層構成となっている。これら３層の境界面は、平滑かつ平行な面となっている。表層１２には、光線射出用の形状として、プリズム形状をつけてあり、このパターンによって光の射出方向や明るさをコントロールすることが出来る。一方、裏層１３には、光を取り出すための独立パターンが設けられており、このパターン形状に入射する光線の向きを表面側へ向ける役割を有する。
【００３６】
図２は、本発明における導光体に光源２１からの光線を通したときの概略を説明するための図である。光源２１から発して導光体の端面（側面）から入射した光線は、中心層と表層あるいは裏層との境界面に当たるたびに、屈折と反射を繰り返して、入射側と反対側へと導かれる。導光体内での反射は、中心層との屈折率差で生じるため、屈折率差が無いと見なせるほど小さい事が望ましい。
【００３７】
中心層と表層又は裏層とで同種の材料を使用する場合でも、同種の材料でグレード違い、例えば同じアクリルなどで品種・グレードが違う場合などが想定される。このような場合に、屈折率の差が０．００１以下であれば、境界面での屈折・反射は事実上無視できるため、この範囲に入るよう材料を選定すればよい。
【００３８】
図３は、本発明における導光体３３の概略斜視図である。図１で示した断面形状を、連続して構成することで、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管（Cold Cathode Fluorescent Lamp）などの線状光源や、ＬＥＤなどの点状光源、あるいは、点状光源を並べて配置するなど、様々な配置に対応が可能となる。
【００３９】
図４は、本発明における導光体の製造方法を説明するための図である。
光学形状を有するフィルムからなる中心層（第２層）を構成する樹脂４６と、保護フィルムからなる表層及び裏層（第１層）を構成する樹脂４７は、それぞれ別々の押出機４１にて溶融され、Ｔダイ４２へ供給される。Ｔダイ４２の上流部分に設けられるフィードブロック（図示せず）などで合流、多層化を行っても良いし、Ｔダイ４２の内部で合流多層化させるなど、これまでに実用化されている一般の多層化技術を使用すればよい。
【００４０】
Ｔダイ４２から吐出される樹脂は、押出機４１の回転数、温度条件などを調整し、適切な層比、厚みをコントロールできる。
【００４１】
引取り機に到達した溶融樹脂は、冷却ロール４３および冷却ロール４４間で挟み込み、冷却ロール４４に密着するようにロール温度、トルク、挟圧を調整する。この際に、冷却ロールで挟み込む力をコントロールすることで、厚みの調整を行うこともできるが、この際には、樹脂が外力で変形可能な温度に保たれていることが必要である。
【００４２】
冷却ロール４４と冷却ロール４５で除熱を行い、冷却ロールの温度差や、張力等を用いてシートの反りを矯正しながらシーティングを行い、更に下流部分で巻き取り、もしくは断裁を行うことで、保護フィルム一体型の導光体を得られる。
【００４３】
この製造過程においては、樹脂シートに形状を転写するために、樹脂温度を高温とすることが望ましい。アクリル樹脂の場合には、２４５℃まで加熱すると転写性が良好となり、吐出量約１００Ｋｇ／ｈにて吐出することで、有効幅５００ｍｍの導光体を得ることができる。
【００４４】
各層への樹脂吐出量の比率は、フローマークや形状転写に影響の無い樹脂温度が維持でき、フローマークが生じないように設定する。主層に粘度の高い樹脂を選定し、表層あるいは裏層に粘度の低い樹脂を選定して、フローマークが消える温度条件にて吐出することでシートを作ることが出来る。
【００４５】
図５は、本発明における導光体の一例を示した概略図であり、導光体の表裏に同等の形状を設けた場合を示している。図５の導光体は、中心層５１と、プリズム形状が施された表層５２及び裏層５３とを備えている。本発明においては、形状転写を自在に行う事が出来るので、導光体の使用目的などに応じて、例えば、光源のレイアウトや、必要とされる正面輝度、照射範囲、などの光学諸条件に応じて、導光体の表面と裏面とも複雑な形状を設けることが可能である。
【００４６】
図６は、本発明における導光体の一例を示した概略図である。図６の導光体は、中心層６１と、プリズム形状が施された表層６２と、形状転写が施されていない裏層５３とを備えている。３層構成のシート成形を行いつつ、形状転写を片面のみに施すことによって、片面成形シートの場合においても、３層構成とした利点、すなわち、導光体の加温に伴う変形を抑えることができるというメリットを享受することが可能となる。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
導光体中における境界面で、入射光が全反射や反射による作用は、境界面での屈折率差が０．０５未満であればよく、特に０．００１未満となれば、境界面での光作用は無視してよい。表層及び裏層の材料に、中心層と同種の樹脂を選定する場合には、グレードや添加物による屈折率差は非常に小さく、殆ど問題となるケースは無いため、選択肢は広い。例えば、中心層と表層及び裏層にアクリル樹脂を選定する場合には、例えば三菱レイヨンアクリペットＶＨ（中心層）、及びＴＦ９（表層及び裏層）の場合、共に、屈折率１．４９０であり、屈折率差０．０００１未満の組み合わせが得られる。
【００４８】
この樹脂を用いた多層押出しにより、幅５００ｍｍで厚さ２ｍｍの成形品を得る場合には、各層の幅方向の中心部における各層の厚み比を、２：６：２から０．３：６：０．３の範囲として検証を行ったところ、単一樹脂で製造した単層品と同等の透明アクリル板を得ることが出来た。２：６：２を超えて表層を厚くした場合には、吐出した樹脂が柔らかすぎてバンクマークを生じることからシーティングが困難であり、０．３：６：０．３より表層を薄くした場合には樹脂層の均一な厚み分布の維持が困難となり、部分的に形状転写が出来ないなど、不具合を生じ望ましくない。
【００４９】
上記の加工例では、樹脂の冷却に３本ロール方式の引取り機を使用しているので、冷却ロール４３、４４を、形状を彫刻した金型とすることで、形状の転写を行う事ができる。本発明の構成では、溶融状態の表層（あるいは裏層）の形状被転写層の粘度が、単層品と比べて低くなるため、良好な形状転写率を得ることが出来た。例えば、９０°の頂角を持つプリズム形状を転写する場合に、単層ではその形状の概ね６０％前後までしか樹脂が達せず、不完全な形状転写となる。それに対して、本発明の構成では、その形状の１００％まで樹脂が達し、完全な形状転写を実現できた。
【００５０】
このように得られたシートを、所望の形状に断裁することで導光体を得ることができる。
断裁には、薄手の場合にはスリッターが使用できるが、厚手の場合は丸鋸やランニングソー、レーザー断裁など、適宜選定し使用すればよい。
【００５１】
上記のように得られた導光体を７７４ｍｍ×４３０ｍｍに断裁し、８０℃で２時間放置したところ、長手方向で３ｍｍの反り量を得る事が出来た。反り量はその用途により異なるが、概ね３ｍｍ以内が求められており、充分実用となる結果が得られた。比較のため中心層のみとした単層品では同条件で１７ｍｍの反り量となり、高温の熱源と近接するディスプレイ用途には使用できないレベルである。
【００５２】
また、同じ層構成（樹脂種類、層比）のまま、押出機の引取速度を上げ、導光体の厚さを１ｍｍとした、単層品と多層品を製造して比較を行った。その結果、単層品は人手で持ち上げると、割れ・欠けが生じてしまい、著しく生産性を損なうが、本発明による多層品は人手で持ち上げても、割れ・欠けを生じることなく、生産性に優れた導光体を得ることが出来た。
【００５３】
３層を構成する樹脂の選定を行う際には、表層あるいは裏層への形状転写性が最重要である。形状を転写する場合にはＭＩ値が５．５〜２０の範囲（例えば三菱レイヨン製アクリル樹脂であれば、ＶＨ５，ＴＦ８，ＴＦ９などが該当する。）であれば、そのライン速度（型を押当てる時間）と樹脂に加える圧力のバランスが取れることから、プリズム形状の様なエッジを有するパターンの形状転写が可能となる。
【００５４】
中心層（中心部分）のＭＩ値が、成形する樹脂シートの機械的強度をほぼ決定する。そのため、中心層には、比較的低ＭＩ値の樹脂を選定する。具体的にはＭＩ値が０．８〜５．５の樹脂（例えば三菱レイヨン製アクリル樹脂であれば、ＶＨ４，ＶＨ５，ＭＤなどが該当する。）であれば、前記層比の範囲において良好な機械的強度を得ることが出来る。
【００５５】
上記の範囲で様々な樹脂の組合せを検討したところ、表層あるいは裏層のＭＩ値が１０未満の場合は、形状の転写性が不良となり、また、２０を超える場合には、中心層（中心部分）のＭＩ値以下となる材料を選択できない。中心層（中心部分）のＭＩ値が２未満では、樹脂粘度が高すぎて、スムースなシーティングが困難となり、表層あるいは裏層との流動性の適合性が取れずにフローマークも生じる為、外観不良となってしまうおそれがある。このフローマークは、中心層（中心部分）のＭＩ値が５．５を越えた場合にも生じるため、望ましくない。実際に導光体の製作を行う際には、表層あるいは裏層のＭＩ値が１０〜２０の範囲、かつ中心層（中心部）分のＭＩ値が２〜５．５の範囲であれば、より望ましく、充分な効果が得られる上に、生産性も良好である事が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、液晶ディスプレイのバックライト等に利用される面光源装置に用いる光学シート及びその製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１１      導光体の中心層
１２      導光体の表層
１３      導光体の裏層
２１      光源
２２      入射面
２３      入射光
２４      射出光
３１      光源
３２      入射面
３３      導光体
４１      押出機
４２      Ｔダイ
４３      冷却ロール
４４      冷却ロール
４５      冷却ロール
４６      主層を構成する樹脂
４７      表層もしくは裏層を構成する樹脂
４８ａ    樹脂ペレット
４８ｂ    樹脂ペレット
４８ｃ    樹脂ペレット
４９      スクリュー
５１      導光体の中心層
５２      導光体の表層
５３      導光体の裏層
６１      導光体の中心層
６２      導光体の表層
６３      導光体の裏層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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