(57)【要約】【課題】  光学的性能の低下を抑制しつつ、機械的特性に優れ、薄型化による割れ等の問題の発生を抑制することができる導光体を提供する。【解決手段】  （メタ）アクリル系樹脂組成物からなるコア層と、コア層の一方の面もしくは両面に、ポリカーボネート樹脂からなるスキン層とを備えるシート状成形物であって、シート状成形物全体の厚みが０．０５〜１．０ｍｍであり、シート状成形物全体の厚みａと、前記スキン層の厚みｂとが１／５≧ｂ／ａ≧１／１００を満足する。【選択図】  図１
2011112834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（メタ）アクリル系樹脂を主成分とするコア層と、前記コア層の一方の面もしくは両面に、ポリカーボネート樹脂を主成分とするスキン層とを備えるシート状の導光体であって、
前記導光体の厚みが０．０５〜１．０ｍｍであり、前記導光体の厚みａと、前記スキン層の厚みｂが下記（１）式を満足することを特徴とする、面光源装置用導光体。
１／５  ≧  ｂ／ａ  ≧  １／１００  ・・・（１）
【請求項２】
光出射面およびその反対側の裏面を有し、
前記光出射面および前記裏面の少なくとも一方の面には光出射機構が形成されており、
前記光出射面の前記光出射機構に対応する部位から選択的に光を出射することを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
【請求項３】
多層溶融押出し成形による、請求項１乃至２に記載の面光源装置用導光体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、ビデオカメラ、携帯ゲーム機、液晶テレビ、ノートパソコン等のキースイッチ等に使用される面光源装置用導光体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートパソコン、携帯ゲーム機などをはじめとする電子機器には、暗環境下での機器の操作を容易にするため、透光性のキー部材の背面から光を照射して操作キーを照明する照明装置が利用されている。このような照明装置に用いられる面光源装置には、ハウジング内に蛍光灯等の線状光源や発光ダイオード等の点光源を複数個配置した直下方式、板状の導光体の側端面に線状光源あるいは点光源を配置したエッジライト方式があるが、コンパクト化・薄型化の要求が強い機器では、エッジライト方式のものが多く採用されている。
【０００３】
エッジライト方式の面光源装置は、通常、板状透明材料を導光体とし、その側端面に対向して配置された光源からの光を側端面（光入射面）から導光体中に入射させ、照明したい部位に対応する部位の導光体の表面（光出射面）あるいは裏面に光出射機能を形成することにより入射した光を散乱、反射、屈折させ、光出射面から出射させる。
【０００４】
エッジライト方式の面光源装置に用いられるシート状透明材料としては、透明性が高く、光学用途に適したメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）の単独重合体もしくは共重合体などの（メタ）アクリル系樹脂が広く用いられている。
【０００５】
（メタ）アクリル系樹脂をシート状に加工する方法としては、キャスト成形や溶融押出し成形法が広く知られているが、（メタ）アクリル系樹脂は機械特性が低いため薄型化、特に１ｍｍ以下の薄型シートを製造しようとすると、割れ等の問題が顕著となっていた。また、キャスト成形などにより薄型シートを製造しようとしても、１ｍｍ以下の薄型のシートを製造することは困難であった。
【０００６】
割れ等の問題を防ぎつつ溶融押出し成形により薄型化を達成する方法としては、（メタ）アクリル系樹脂より機械強度に優れる樹脂材料を用いる方法が用いられており、例えば特許文献１では、（メタ）アクリル系樹脂にアクリルゴム等のゴム状粒子を分散させた樹脂組成物を用いる方法が、特許文献２では、ポリカーボネート樹脂を用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４９０３８号公報
【特許文献２】特開２００７−８０８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているようなゴム状粒子を分散させた場合には、分散させたゴム状粒子が導光板内で光散乱を起こす。光散乱が起こると、出射光が黄色く変化してしまったり（黄変）、導光板内を伝送する光が光散乱により減衰してしまい長距離での光伝送が困難になる、といった問題が引き起こされる。
【０００９】
また、特許文献２に記載されているようなポリカーボネート樹脂を用いた場合も、ポリカーボネート樹脂の材料吸収により黄変の問題が起こり易い。また、これを回避するためにブルーイング剤を添加したグレードを使用した場合、ブルーイング剤の光吸収により導光性能の低下を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明の好適な実施例においては（メタ）アクリル系樹脂を主成分とするコア層と、コア層の一方の面もしくは両面に、ポリカーボネート樹脂を主成分とするスキン層を備えるシート状の導光体であって、前記導光体の厚みが０．０５〜１．０ｍｍであり、前記導光体の厚みａと、前記スキン層の厚みｂが１／５≧ｂ／ａ≧１／１００の関係を満足することを特徴とする、面光源装置用導光体が提供される。
【００１１】
一般的に（メタ）アクリル系樹脂を主成分とするコア層にポリカーボネートを主成分とするスキン層を積層した構造では、コア層よりもスキン層の屈折率が大きいため、コア層とスキン層の界面において光の全反射が起こらないために、導波路構造をとることができない。従って、導光体などの光学分野において上述のような構造を用いることは通常では考えられない。しかしながら、光学特性の良好な材料をコア材とし、機械特性に優れた材料をスキン材としたシート状成形物を用い、コア材およびスキン材の厚みを特定の範囲とすることで、黄変や、ブルーイング剤やゴム粒子などに起因する光学的性能の低下を抑制しつつ、機械的特性に優れ、薄型化による割れ等の問題の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を用いることにより、割れ等の問題を防ぎつつ、薄型でかつ色変化の少ない導光体を提供することができる。また割れが起こりにくいため、工程通過性が良好となり、低価格にて効率よく薄型の導光体を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るシート状成形物（導光体）を示す図である。
【図２】本発明に係るシート状成形物（導光体）を示す図である。
【図３】本発明に係るシート状成型物の製造について示した図である。
【図４】本発明の実施形態の一つであるキーボード照明用面光源装置を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施例で作製した導光体の概略図である。
【図６】導光体の測定系の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１および図２を参考にしながら、本発明に係るシート状成形物Ａ（導光体）について説明する。なお、シート状成型物を種々の形状に切断するなどの加工が施されて、導光体が製造されるが、本質的なシート状の構造に変化がないために、本発明においてはシート状成型物と導光体とを等価物として扱うこととする。
【００１５】
図１に示す通り、スキン層２はコア層１の少なくとも片方の面を覆い、シート状成形物全体の厚みａと、スキン層２の厚みｂが所定の範囲を満足する形で形成されていれば良いが、図２に示すようにコア層１の両側を覆う形で形成される方が、材料間の熱収縮率の違いが相殺され、そりなどの変形を軽減することができるためより好ましい。なお、コア層１の両面にスキン層２を設ける場合（図２参照）、スキン層の厚みは片面の厚みとする。
【００１６】
シート状成形物全体の厚みは、機器のコンパクト化、薄型化を実現するため、０．０５〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましく、ＬＥＤ光源の高さや、取扱い性を加味すると、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。
【００１７】
コア層を形成する材料としては、（メタ）アクリル系樹脂を主成分とするものであれば特に限定されないが、例えばメタクリル酸メチルの単独重合体（ＰＭＭＡ）又は共重合体を主成分として構成することができる。メタクリル酸メチルの共重合体を用いる場合、メタクリル酸メチル単位の含有量は５０質量％以上とすることが好ましい。また、共重合可能な単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、ｎ−アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル酸エステル類、マレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、スチレン等を例示できる。上記の中でも、透光性、耐久性に優れるとともに安価なことから、ＰＭＭＡを主成分として構成することが好ましい。
【００１８】
スキン層を形成する材料は、ポリカーボネート樹脂を主成分とするものであれば特に制限されるものではないが、ポリカーボネート樹脂は、材料特性上、樹脂内を透過する光の黄変を起こしやすいため、ブルーイング剤を含有したグレードを用いる方が好ましい。また、良好な光学特性を得るためにはコア層の厚みに対するスキン層の層比をなるべく小さくすることが好ましい。導光体からの出射光の色度変化は、ｘ値、ｙ値ともに０．０１内外程度であれば許容されるが、０．０２以上の変化があると目視で色変化を確認することができ、面光源装置には不適である。
【００１９】
コア材に用いる、メタクリル酸メチルの単独重合体（ＰＭＭＡ）又は共重合体は、引張破壊ひずみが１０％以下と小さいため、例えば溶融押出成形機にて厚さ１ｍｍ以下の薄肉シートを単層で製造しようとすると冷却ロールを通過する際に曲げによる割れが生じやすく、工程通過不良が起きやすい。
【００２０】
一方、ポリカーボネート樹脂は機械特性や耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックのひとつとして知られており、引張破壊ひずみが４０％以上と非常に大きいため、コア層の一方の面もしくは両面にスキン層として配置することで補強層として機能し、機械物性が向上し、工程通過性が改善される。なお、引張破壊ひずみは、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ  ７１６２（１Ａ／５）に従った方法で測定される。
【００２１】
コア層とスキン層の厚み比率は、コア層比が大きいほど光学特性が良好となり、スキン層比が大きいほど機械物性の向上が見込めるため、工程通過性が良好となる。本発明においては、シート状成形物全体の厚みをａ、スキン層の厚みをｂとした場合、両者の比率ｂ／ａが下記（１）式を満足するようにシート状成形物全体が構成される。ｂ／ａが１／５を超えると、導光する光の黄変が起こりやすく、１／１００を下回ると、機械特性が低下し製造工程中で不良が発生しやすくなる傾向がある。ｂ／ａの上限値は、１／１０以下であることがより好ましく、１／１５以下であることがさらに好ましい。
【００２２】
１／５  ≧  ｂ／ａ  ≧  １／１００  ・・・（１）
次に、図３を参考に、本発明に係るシート状成型物の製造について説明する。本発明のシート状成形物は、スリット状吐出口を有するダイを用いて、透明な有機重合体からなるコア層の少なくとも片面を、スキン層で覆いながら溶融押出成形して得ることができる。図３に、本発明の面光源装置用導光体を製造する装置の一例の概略図を示す。
【００２３】
（メタ）アクリル系樹脂を主成分とするコア層の材料と、ポリカーボネート樹脂を主成分とするスキン層の材料とを溶融押出機３１、３２から押し出し、フィードブロック３３に導き、コア材の少なくとも片面をスキン材で覆う層構造を形成した後、ダイ３４から押し出しシート状成形物Ａを得る。ダイ３３の形状は、特に限定されるものではないが、スリット状吐出口に向かって流路断面形状が徐々に変形する拡幅部を有し、層構造を保持した状態で所定の幅と厚さで吐出することができる形状が好適である。このようなスリットダイを用いることで、シート全体の厚みと各層の厚みを均一に制御しながら成形することが可能となる。さらに、上記スリットダイから吐出された溶融樹脂を挟み込み、冷却することができる冷却ロール３５を２本以上備えていると、シート厚みと表面の平滑性をより緻密に制御できるため、好ましい。
【００２４】
また、多層溶融押出し成形により厚みと表面の平滑性を緻密に制御したシート状成形物を得るためには、押出しの際のコア層とスキン層の層間の流速を揃えることが非常に重要となる。そのため、コア層、スキン層として用いる材料の溶融粘度を適宜調整し、最適な組み合わせの材料を選択することが重要である。コア材、スキン材の溶融粘度の組み合わせは、厚みと表面の平滑性を緻密に制御できる組み合わせであれば、特に限定されるものではないが、コア材と比較して、溶融粘度の低い材料をスキン材として選択することが好ましい。なお、本願発明においては、樹脂材料の溶融粘度は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ７２１０に準じた方法で測定される。
【００２５】
次に、本発明のシート状成形物を面光源装置用導光体に加工する方法について説明する。
【００２６】
図４は、本発明による面光源装置の一つの実施形態であるキーボード照明用面光源装置を示す分解斜視図である。図４に示されているように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源としての複数のＬＥＤ４１と、該ＬＥＤ４１から発せられる光を光入射端面４２から入射させ導光して、光出射面４３から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４０と、該導光体に隣接配置される遮光シート４５及び反射シート４６とを備えている。遮光シートは、遮光性のシートに、照明を行いたい部位に合わせた窓状の開口部を設け照明を行うキーボードのキー以外の部位を遮光する形状をとっており、これを用いることで照明を行いたい部位以外への光の侵入を効率的に防ぐことができる。遮光シートの上、もしくは導光体と遮光シートの間に光拡散シートを挿入してもよい。また、前記光拡散シートに遮光性の塗料で遮光パターンを印刷し、前記遮光シートの機能を複合化してもよい。
【００２７】
ＬＥＤ４１は導光体４０の互いに略平行な１対の端縁のうちの一方（図４の左側の端縁：光入射端縁）に隣接し且つそのＹ方向に関する中央及びその両側に互いに適宜の距離を隔てて配置されている。一次光源であるＬＥＤ等の点状光源は、導光体４０の大きさ等に応じて複数個を等間隔あるいは近接して配置することができる。
【００２８】
導光体４０の入射端縁には、ＬＥＤ４１が配置される位置に相当する光入射端面４２が形成されている。導光体４０に形成される光入射端面４２は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよいし、導光体４０の一部をくり抜き、その内側に形成されていてもよい。また、光入射端面４２は、ＸＹ面内での光の広がりを大きくするために、粗面化されていたり、プリズム形状が形成されていてもよい。
【００２９】
導光体４０のキーに相当する部位（照明を行いたい部位）には、光出射面４３あるいは光出射面と対向する裏面に光出射機構が設けられている。光出射機構は粗面、ドットパターン、レンズ列、溝形状などの凹凸構造を用いることができる。また凹凸構造のほかに光散乱性のインクによる印刷も用いることができる。なお、光出射機構として凹凸構造を形成する場合、部分的に導光体の厚さａとスキン層の厚みｂとが１／５≧ｂ／ａ≧１／１００の関係を満たさない場合がある。しかしながら、シート状成型物Ａとしては１／５≧ｂ／ａ≧１／１００の関係を満たしているため、凹凸を形成することにより部分的に上記関係を満たさなくなったものについても、本発明の範囲内に含まれることとする。
【００３０】
本発明のシート状成形物を面光源装置用導光体に加工するためには、まず面光源装置に適合した寸法にカットすることが必要となる。カットの方法は、ギロチン、ヒートカット、回転のこぎり、バイト切削、レーザー切断、ミーリング加工等の方法を適用すればよい。
【００３１】
光入射端面は、カット断面をそのまま用いてもよいが、より精密に光の広がりを制御するため、後加工により光入射端面を整えてもよい。具体的には、シェービングマシン、リファイナー、振動切削等の方法を用いることができる。
【００３２】
導光体４０の光出射面および裏面に光出射機構を形成する方法としては、溶融押出成形時の冷却ロールに所望の転写パターンを設け、押出成形と同時にパターン転写を行ってもよいし、成形後に所望の表面構造を有する金型等を用い、熱プレスすることで形成してもよい。また、レーザー加工機や、機械加工を用いて表面に傷付け加工を行ってもよい。さらにはスクリーン印刷や、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて光出射機構を形成することもできる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３４】
（実施例１）
図５に本実施例で作製した導光体の概略図を示す。幅１２００ｍｍ、リップ開口０．６ｍｍのスリットダイをもつ共押出シート製造機を用いて、スキン／コア／スキンの３層構造の導光体を成形した。コア材としては、メタクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製、アクリペットＶＨ０００、引張破壊ひずみ６％）を、スキン材としてはポリカーボネート樹脂（出光興産（株）製、タフロンＩＲ２５００、引張破壊ひずみ９０％）を用いた。押出機温度を、コア層押出機２５０℃、スキン層押出機２６５℃、スリットダイ温度を２７０℃とし、スキン材／コア材／スキン材の吐出量が、体積比１／１３／１となるように調整して運転し、スリットダイから吐出された溶融樹脂をロール温度１１０℃、ロール間隙０．０８ｍｍに設定した冷却ロール間に挟み込み、シート端部の厚みが不整な部分をトリミングすることにより、幅９８０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのシート状成形物Ａ１を製造した。シート状成形物Ａ１を製造するにあたり、割れなどの工程通過不良は特に発生しなかった。得られたシートの断面を観察したところ、厚み方向に（スキン／コア／スキン）の形態をとる２種３層構造であり、各層の厚みは、２０μｍ／２６０μｍ／２０μｍであった。
【００３５】
このシート状成形物Ａ１を幅１５ｍｍ、長さ３００ｍｍの長方形状に切り出し、入光端面から５０ｍｍ、２５０ｍｍの部位に（株）キーエンス製  CO2レーザーマーカー  ＭＬ−Ｚ９５２０Ｔを用いて、レーザーエッチングを施した。レーザーエッチングのパターンは、導光体の長手方向に平行なライン形状とし、長さ５ｍｍのパターンを２．５ｍｍ間隔で３本平行に設けた。また、光入射端面に近いエッチング溝５０の深さより光入射端面から離れたエッチング溝５１の深さ方が深くなるよう、エッチング強度を調整した。得られたエッチング溝５０、５１の形状は、レーザー共焦点顕微鏡（オリンパス（株）製  ＯＬＳ−３０００）で評価した。光入射端面４２は、ダイヤモンド刃を用いたミーリングマシンにより鏡面に仕上げ、導光体Ｃ１を得た。
【００３６】
図６に測定系の概略を示す。測定の際には、Ｃ１のエッチング加工を施した面を下側に向け、非加工面を出射面とした。定電流電源６０により２０ｍＡで駆動されるＬＥＤ４１（日亜化学工業社製  ＬＥＤ  ＮＳＳＷ０２０ＢＴ  １個使用）を被測定用の導光体Ｃ１の光入射端面４２の中央に配置し、輝度計６１（（株）トプコンテクノハウス製  輝度計ＢＭ−７）を用い、エッチング溝５０、５１を設けた部位を中心とした視野角２°のエリアの出射面から出射される光の輝度および色度を測定した。その結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例１）
実施例１で使用した共押出シート製造機を用い、メタクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製、アクリペットＶＨ０００、引張破壊ひずみ６％）の単層シート状成形物を製造した。押出機温度を２５０℃、スリットダイ温度を２５０℃とし、スリットダイから吐出された溶融樹脂をロール温度１１０℃、ロール間隙０．０８ｍｍに設定した冷却ロール間に挟み込み、シート端部の厚みが不整な部分をトリミングすることにより、幅９８０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのシート状成形物Ａ２を得た。この際、シート状成形物Ａ２がロールに接触し屈曲する部分でシートの破断が頻繁に生じ、工程通過性が非常に悪かった。得られたシート状成形物Ａ２のうち割れなどが生じていない部分について、実施例１と同様に加工することで導光体Ｃ２を得た。なお、レーザーエッチングの強度は、実施例１と同等の形状が得られるよう適宜調整した。Ｃ２を用いて実施例１と同様の方法で出射面から出射される光の輝度および色度を測定した。その結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例２）
実施例１で使用した共押出シート製造機を用い、ポリカーボネート樹脂（出光興産（株）製、タフロンＩＲ２５００、引張破壊ひずみ９０％）の単層シート状成形物を製造した。押出機温度を２７０℃、スリットダイ温度を２７０℃とし、スリットダイから吐出された溶融樹脂をロール温度１１０℃、ロール間隙０．０８ｍｍに設定した冷却ロール間に挟み込み、シート端部の厚みが不整な部分をトリミングすることにより、幅９８０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのシート状成形物Ａ３を得た。この際、シートの破断等の工程通過不良は特に発生しなかった。得られたシート状成形物Ａ３を用い、実施例１と同様に加工することで導光体Ｃ３を得た。なお、レーザーエッチングの強度は、実施例１と同等の形状が得られるよう適宜調整した。Ｃ３を用いて実施例１と同様の方法で出射面から出射される光の輝度および色度を測定した。その結果を表１に示す。
【００３９】
（比較例３）
実施例１で使用した共押出シート製造機を用い、アクリルゴム含有メタクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製、アクリペットＩＲＳ４０４、引張破壊ひずみ４０％）の単層シート状成形物を製造した。押出機温度を２５０℃、スリットダイ温度を２５０℃とし、スリットダイから吐出された溶融樹脂をロール温度１１０℃、ロール間隙０．０８ｍｍに設定した冷却ロール間に挟み込み、シート端部の厚みが不整な部分をトリミングすることにより、幅９８０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのシート状成形物Ａ４を得た。この際、シートの破断等の工程通過不良は特に発生しなかった。得られたシート状成形物Ａ４を用い、実施例１と同様に加工することで導光体Ｃ４を得た。なお、レーザーエッチングの強度は、実施例１と同等の形状が得られるよう適宜調整した。Ｃ４を用いて実施例１と同様の方法で出射面から出射される光の輝度および色度を測定した。その結果を表１に示す。
【００４０】
表１に、実施例１および比較例１〜３のシート構成、工程通過性、エッチング溝形状、光学特性の評価結果を示す。なお、工程通過性の判定基準は、製造時にシート破断等のトラブルが発生した場合を『×』、トラブルが発生しなかった場合を『○』とした。また、光学特性の判定基準は、色度変化量（ΔｘおよびΔｙ）の数値が、０．０２以上のものを『×』、０．０２以下のものを『○』とした。
【００４１】
これらの結果から示されるように、本発明に記載のシート状成形物を用いることにより、シート加工時に割れ等の問題が発生せず工程通過性が良好であり、かつ色変化の少ない導光体が得られることが示された。
【００４２】
【表１】
2011112834.tif 000003
【符号の説明】
【００４３】
コア層                １
スキン層              ２
シート状成形物        Ａ
溶融押出機            ３１、３２
フィードブロック      ３３
ダイ（スリットダイ）  ３４
冷却ロール            ３５
導光体                ４０
ＬＥＤ                ４１
光入射端面            ４２
光出射面              ４３
遮光シート            ４５
反射シート            ４６
光出射機構            ４７
エッチング溝          ５０、５１
電源                  ６０
輝度計                ６１
【図１】
2011112834.tif 000004
【図２】
2011112834.tif 000005
【図３】
2011112834.tif 000006
【図４】
2011112834.tif 000007
【図５】
2011112834.tif 000008
【図６】
2011112834.tif 000009