JP6304027B2 - 熱可塑性樹脂成形体及びその製造方法、熱可塑性樹脂導光体、光源装置並びに液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂成形体及びその製造方法、熱可塑性樹脂導光体、光源装置並びに液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、基本的に光源装置と液晶表示素子とから構成されている。光源装置としては、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のバックライト（背面光源装置）が多用されている。エッジライト方式のバックライトにおいては、矩形板状の導光体の少なくとも１つの側端面を光入射端面として用いて、光入射端面に沿って直管型蛍光ランプ等の線状若しくは棒状の一次光源又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状の一次光源を配置し、一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面に入射させて導光体内部へと導入し、導光体の２つの主表面のうちの一方の面である光出射面から出射させるようにしている。導光体の光出射面から出射した光は、光出射面上に配置される光拡散フィルム等の光拡散素子により拡散され、プリズムシート等の光偏向素子により所要の方向へと偏向される。導光体の光出射面と反対側の主表面である裏面からも光は出射し、この光を導光体に戻すために、裏面に対向するように光反射シート等の光反射素子が配置される。

上述のような導光体としては、導光体の材料である熱可塑性樹脂成形体に様々な光学機能構造が形成されたものが用いられる。光学機能構造としては、例えば、導光体内に導光される光を出射させるための光出射機構が挙げられる。

この光出射機構として、放射線エネルギー及び熱エネルギーの付与により形成された気泡を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５５９３７号公報

液晶表示装置の高精細化や低消費電力化に伴い、バックライトには、より少ない光量の一次光源で、より高輝度の発光を可能にするものが求められている。そのため、バックライトの構成部材である導光体に形成される光出射機構としては、一次光源からの光を高効率で出射できる機能が求められる。

しかしながら、特許文献１に開示されている導光体では、所定の密度で形成された気泡を光出射機構として用いているが、気泡の径が２０μｍ以下、具体的には、０．３μｍ程度と小さいため、個々の気泡の光出射効率は低く、その明るさは十分とはいえない。

また、特許文献１の導光体の製造方法においては、気泡形成のために発泡を誘起する特定の添加剤を添加する必要がある。

更に、特許文献１の導光体の製造方法では、放射線エネルギーを照射した部分に気泡が形成されるため、放射線エネルギーの照射面内では気泡の形成位置を制御することができるが、放射線エネルギーの照射方向に平行な深さ方向では気泡の形成位置を制御することは難しい。

本発明の課題は、光出射効率が良好な空孔が形成された熱可塑性樹脂成形体及びこれを用いた熱可塑性樹脂導光体を提供することにあり、またこの熱可塑性樹脂導光体を用いた光源装置及び液晶表示装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、光出射効率が良好な空孔が形成された熱可塑性樹脂成形体を添加剤なしで製造する方法を提供することにある。

本発明のもう一つの課題は、光出射効率が良好な空孔を成形体の内部の任意の位置に形成することが可能な熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することにある。

上記課題は、下記の発明［１］〜［１３］により解決される。
［１］ 表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有する熱可塑性樹脂成形体。
［２］ 透明性を有する［１］に記載の熱可塑性樹脂成形体。
［３］ 以下に示すパルスレーザー照射工程の後に、以下に示す加熱処理工程を経て得られる熱可塑性樹脂成形体であって、熱可塑性樹脂成形体の表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有する熱可塑性樹脂成形体。
（パルスレーザー照射工程）
熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部にパルスレーザーの焦点を合わせた状態でパルスレーザーを照射して、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成する工程
（加熱処理工程）
クラックが形成された熱可塑性樹脂成形素体を、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱処理して、熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を形成する工程
［４］ 空孔内に熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂の分解生成ガスを有する［１］〜［３］のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体。
［５］ 以下に示すパルスレーザー照射工程の後に、以下に示す加熱処理工程を経て得られる熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂成形体の表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有する熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（パルスレーザー照射工程）
熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部にパルスレーザーの焦点を合わせた状態でパルスレーザーを照射して、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成する工程
（加熱処理工程）
クラックが形成された熱可塑性樹脂成形素体を、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱処理して、熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を形成する工程
［６］ パルスレーザーが、１０８０ｎｍ以下の波長、２００フェムト秒以下のパルス幅及び５μＪ／パルス以上のエネルギーを有する［５］に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
［７］ 加熱処理の時間が、３分以上３０分以下である［５］又は［６］に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
［８］ 加熱処理の温度が、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋３０℃以上である［５］〜［７］のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
［９］ ［１］〜［４］のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体を用い、内部に導入される光が入射する光入射端面と、内部に導光された光が出射する光出射面と、を有し、曇価が５％以下である熱可塑性樹脂導光体。
［１０］ 内部に導入される光が入射する光入射端面と、内部に導光された光が出射する光出射面と、を有し、曇価が５％以下の熱可塑性樹脂導光体であって、光出射面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有する熱可塑性樹脂導光体。
［１１］ コア―クラッド構造を有する［９］又は［１０］に記載の熱可塑性樹脂導光体。
［１２］ ［９］又は［１０］に記載の熱可塑性樹脂導光体に一次光源が具備されている光源装置であって、一次光源が熱可塑性樹脂導光体の光入射端面に隣接して配置されている光源装置。
［１３］ ［１１］に記載の熱可塑性樹脂導光体に一次光源が具備されている光源装置であって、一次光源が熱可塑性樹脂導光体の光入射端面に隣接して配置されている光源装置。
［１４］ ［１２］に記載の光源装置が具備されている液晶表示装置。
［１５］ ［１３］に記載の光源装置が具備されている液晶表示装置。

本発明によれば、光出射効率が良好な空孔が形成された熱可塑性樹脂成形体及びこれを用いた熱可塑性樹脂導光体を提供することができる。

また、この熱可塑性樹脂導光体を用いることによって、高輝度発光の光源装置及び液晶表示装置を提供することができる。

更に、本発明によれば、光出射効率が良好な空孔を添加剤なしで形成できるため、簡便で低コスト化が可能な熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することができる。

また、本発明の熱可塑性樹脂成形体の製造方法により、光出射効率が良好な空孔を、熱可塑性樹脂成形体の内部の任意の位置に形成することが可能なため、一次光源からの光を高効率で出射できる熱可塑性樹脂成形体を提供することができる。

本発明の熱可塑性樹脂導光体を用いて構成される光源装置は、例えば、パソコン等のモニター、液晶テレビ等の液晶表示装置のバックライトやシーリングライト等の室内照明、照明看板等の照明装置に使用される光源に好適である。

また、本発明の熱可塑性樹脂成形体は、例えば、パソコン等のモニター、液晶テレビ等の液晶表示装置の拡散板や、シーリングライト等の室内照明、照明看板等の照明装置に使用される拡散板や、建材、看板、面板等の意匠板としても使用できる。

本発明の熱可塑性樹脂成形体の一実施形態を示す模式的斜視図 パルスレーザーの照射に用いるフェムト秒レーザー加工装置の一実施形態を示す模式図 本発明の熱可塑性樹脂導光体の一実施形態を示す模式的断面図 本発明の光源装置の一実施形態を示す模式的断面図 熱可塑性樹脂導光体の法線輝度の測定装置の一実施形態を示す模式図 実施例で作製した熱可塑性樹脂導光体の空孔の配列の一実施形態を示す模式図 実施例で作製したクラック形成シートの概略図 実施例で作製した熱可塑性樹脂導光体の概略図 参考例で作製したクラック形成シートの概略図 参考例１における種々の加熱処理の温度での熱可塑性樹脂成形体の加熱処理の時間と熱可塑性樹脂成形体中の空孔の最小径との相関を示すグラフ 参考例２における種々の加熱処理の温度での熱可塑性樹脂成形体の加熱処理の時間と熱可塑性樹脂成形体中の空孔の最小径との相関を示すグラフ 参考例２で作製した熱可塑性樹脂成形体の空孔部の一実施形態を示す光学顕微鏡写真 本発明の熱可塑性樹脂成形体の一実施形態を示す模式的斜視図

＜熱可塑性樹脂成形体＞
本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂成形体は、熱可塑性樹脂成形体の表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有するものである。

熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、メタクリル酸エステル−スチレン共重合体（ＭＳ樹脂）、環状オレフィン樹脂（ＣＯＰ）及びＡＢＳ樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂成形体を光学用途に用いる場合の熱可塑性樹脂としては、広い波長領域で高い光透過性を有するアクリル樹脂が好ましい。

熱可塑性樹脂成形体は、熱可塑性樹脂成形体の用途に合わせて様々な形状のものが使用できる。熱可塑性樹脂成形体を導光体として用いる場合の熱可塑性樹脂成形体の形状としては、例えば、板状が挙げられる。

熱可塑性樹脂成形体には、用途に応じた透明性を有するものを使用することができる。例えば、熱可塑性樹脂成形体を導光体として用いる場合には、熱可塑性樹脂成形体は曇価５％以下の透明性を有するものが好ましい。

＜空孔＞
本発明の実施形態において、空孔とは、熱可塑性樹脂成形体又は後述する熱可塑性樹脂導光体の内部に存在する空間である。空孔は、例えば、熱可塑性樹脂成形体又は熱可塑性樹脂導光体を構成する熱可塑性樹脂の解重合や熱分解等によって生じたクラックを、熱により膨張させて形成させることができる。この場合、空孔内には熱可塑性樹脂の分解生成ガスが存在する。

空孔は、熱可塑性樹脂成形体又は熱可塑性樹脂導光体の表面から１０μｍ以上の内部のみに存在する。空孔が熱可塑性樹脂成形体又は熱可塑性樹脂導光体の表面から１０μｍ以上の内部のみに存在することにより、導光体から出射する光のぎらつきを抑えることができる。空孔は、熱可塑性樹脂成形体又は熱可塑性樹脂導光体の表面から２０μｍ以上の内部のみに存在していることが好ましく、表面から３０μｍ以上の内部のみに存在していることがより好ましい。

空孔の最小径は３０μｍ以上である。空孔の最小径を３０μｍ以上とすることにより、熱可塑性樹脂成形体を熱可塑性樹脂導光体として用いたときの光出射効率を良好とすることができる。一方、空孔の最小径は５０μｍ以上が好ましく、７０μｍ以上がより好ましい。空孔の最大径は、導光体から出射する光の輝度斑を抑える点で、２０ｍｍ以下が好ましい。光学的な透明性を重視する熱可塑性樹脂導光体として熱可塑性樹脂成形体を使用する場合は、空孔の最大径は１ｍｍ以下が好ましく、意匠性を重視する熱可塑性樹脂意匠板として熱可塑性樹脂成形体を使用する場合は、空孔の最大径は２０ｍｍ以下が好ましい。

以下に、空孔の最小径について図１を用いて説明する。図１は、本発明の熱可塑性樹脂成形体の一実施形態を示す模式的斜視図である。ここで、熱可塑性樹脂成形体２０が板状である場合には、その厚み方向をｚ軸方向とし、これに直交し且つ互いに直交する方向をｘ軸方向及びｙ軸方向としている。本発明の実施形態においては、ｚ軸方向及びｙ軸方向から空孔２４４を観察した場合の、空孔２４４の最も小さい幅を最小径、空孔２４４の最も大きい幅を最大径とした。また、アスペクト比は、最大径を最小径で除した値である。

上記の最小径及びアスペクト比の説明は、熱可塑性樹脂導光体の内部に存在する空孔についても同様に当てはまる。

空孔の形状は、略球形である。略球形とは形状が球に近く、角が無いものをいう。空孔の形状を略球形とすることにより、熱可塑性樹脂成形体を熱可塑性樹脂導光体として用いたときの光出射効率を、良好とすることができる。空孔のアスペクト比は、３以下が好ましい。

＜熱可塑性樹脂成形素体＞
熱可塑性樹脂成形素体は、熱可塑性樹脂成形体を得るために使用される材料で、空孔を形成する前の段階のものである。熱可塑性樹脂成形素体は、熱可塑性樹脂成形体の用途に合わせて様々な形状のものが使用できる。例えば、熱可塑性樹脂成形体を導光体として用いる場合、熱可塑性樹脂成形素体の形状としては、例えば、板状が挙げられる。

熱可塑性樹脂成形素体には、用途に応じた透明性を有するものを使用することができる。例えば、熱可塑性樹脂成形体を導光体として用いる場合には、熱可塑性樹脂成形素体は、曇価５％以下の透明性を有するものが好ましい。

＜熱可塑性樹脂成形体の製造方法＞
熱可塑性樹脂成形体の製造方法としては、例えば、熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部にパルスレーザーの焦点を合わせた状態でパルスレーザーを照射して、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成する工程（パルスレーザー照射工程）の後に、クラックが形成された熱可塑性樹脂成形素体を、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱処理して、熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を形成する工程（加熱処理工程）を経て製造する方法が挙げられる。

（パルスレーザー照射工程）
パルスレーザー照射工程では、熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部にパルスレーザーの焦点を合わせた状態でパルスレーザーを照射することによって、熱可塑性樹脂成形素体の内部の目的とする場所にクラックが形成される。パルスレーザーの焦点の位置は、目的に応じて熱可塑性樹脂成形素体内部の任意の位置及び深さに設定できる。

熱可塑性樹脂成形素体の表面から１０μｍ以上の内部のみにクラックを形成するためには、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂を透過する波長を有するパルスレーザーを用いることが好ましく、多光子吸収が起こるパルス幅を有するパルスレーザーを用いることが好ましい。このような波長及びパルス幅を有するパルスレーザーを用いて熱可塑性樹脂成形素体の内部に焦点を合わせた状態で照射することにより、目的とする位置に照射エネルギーを集中させることができる。その結果、多光子吸収が生じることにより熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂が解重合又は熱分解し、熱可塑性樹脂成形素体の内部の目的とする位置にクラックを形成することができる。

パルスレーザーとしては、例えば、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂としてアクリル樹脂を用いた場合、３５０〜１０８０ｎｍの波長で２０ナノ秒以下のパルス幅を有するものを使用することができる。例えば、パルス幅が２０ナノ秒以下のパルスレーザーの場合には、３５５ｎｍ、５２５ｎｍ、７８０ｎｍ、７９０ｎｍ、８０８ｎｍ、８３０ｎｍ及び１０６４ｎｍの波長のパルスレーザーが挙げられる。また、例えば、パルス幅が２００フェムト秒以下のパルスレーザーの場合には、７８０ｎｍ、７９０ｎｍ、８０８ｎｍ及び８３０ｎｍの波長のパルスレーザーが挙げられる。

クラックの大きさは、パルスレーザーの出力が高くなるほど大きくなる傾向にあり、照射パルス数が多いほど大きくなる傾向にある。従って、パルスレーザーの出力及び照射パルス数を制御することにより、クラックの大きさを調整することがでえきる。

パルスレーザーとしては、熱可塑性樹脂成形素体の分子結合を切断させるため、１０８０ｎｍ以下の波長で２００フェムト秒以下のパルス幅を有し、５μＪ／パルス以上のエネルギーを有するものが好ましい。

パルスレーザーを熱可塑性樹脂成形素体に照射するための装置としては、例えば、図２に示すフェムト秒レーザー加工装置１００が挙げられる。

図２において、フェムト秒レーザー加工装置１００は、フェムト秒レーザー光源１、半波長板２、グランレーザープリズム３、シャッター４、ミラー５、５’、５”、対物レンズ６、ｚ軸ステージ９及び自動二軸ステージ１０から構成されている。ｚ軸ステージ９上に被加工物である熱可塑性樹脂成形素体８が載置される。

フェムト秒レーザー光源１から発せられたフェムト秒レーザー光７は、半波長板２、グランレーザープリズム３、シャッター４、ミラー５、５’、５”及び対物レンズ６を経て、ｚ軸ステージ９上の熱可塑性樹脂成形素体８の内部の所定の場所に焦点を結んだ状態で照射される。なお、フェムト秒レーザーの照射パルス数は、シャッター４によりレーザー照射時間を変更することで設定される。また、焦点位置の調整は、ｚ軸ステージ９及び自動二軸ステージ１０により行われる。

（加熱処理工程）
加熱処理工程では、内部にクラックが形成された熱可塑性樹脂成形素体は、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱処理される。これによりクラックが空孔に成長し、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を、内部のみに有する熱可塑性樹脂成形体が得られる。

空孔の大きさは、クラックの大きさを制御することによって調整することができる。空孔は、パルスレーザー照射工程で形成されるクラックが大きいほど大きくなる傾向にある。

熱可塑性樹脂成形体中の空孔の位置は、熱可塑性樹脂成形素体中に形成されたクラックの位置と基本的に同じなので、空孔を形成する位置は、クラックを形成する位置によって調整できる。本発明の実施形態においては、熱可塑性樹脂成形素体内部のクラックの形成位置をパルスレーザーの焦点位置によって制御できるので、熱可塑性樹脂成形体の内部の任意の位置に空孔を形成することが可能となる。

熱可塑性樹脂成形素体の加熱処理の温度は、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上が好ましい。熱可塑性樹脂成形素体の加熱処理の温度を熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上とすることにより、熱可塑性樹脂が軟化するため、短時間で空孔を成長させることができる。熱可塑性樹脂成形素体の加熱処理の温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋３０℃以上がより好ましく、熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋５０℃以上が更に好ましい。

加熱処理の温度が高くなるほど、空孔の成長速度が速くなる傾向にあるが、成長した空孔の大きさのばらつきは大きくなる傾向にある。一方、加熱処理の温度が低くなるほど、空孔の成長速度は遅くなる傾向にあるが、成長した空孔の大きさのばらつきは小さくなる傾向にある。

また、加熱処理の時間が長くなるほど、空孔は大きくなる傾向にあり、空孔のアスペクト比が１である球形に近くなる傾向にある。加熱処理の時間は、空孔の大きさのばらつきを小さくする点で３分以上が好ましく、生産性向上の点で３０分以下が好ましい。

加熱処理の方法としては、例えば、熱風乾燥機等の加熱炉で加熱する方法、赤外線ヒーター等の熱線で加熱する方法及び高温の金属板等の熱媒体に接触させて加熱する方法が挙げられる。

加熱処理工程を施す部位は、熱可塑性樹脂成形素体全体でもよいし、空孔を形成させる場所のみでもよい。

加熱処理工程においては、熱可塑性樹脂成形素体の変形を抑制するために、例えば、熱可塑性樹脂成形素体を吊り下げた状態や熱可塑性樹脂成形素体の外周部を挟持するようなホルダーに固定した状態で加熱処理することが好ましい。本発明の実施形態においては、必要に応じて加熱処理工程の後に、得られた熱可塑性樹脂成形体の不要部をトリミングしてもよい。

＜熱可塑性樹脂導光体＞
本発明の実施形態に係る熱可塑性樹脂導光体は、熱可塑性樹脂導光体の内部に導入される光が入射する光入射端面と熱可塑性樹脂導光体の内部に導光された光が出射する光出射面とを有し、曇価が５％以下で、光出射面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上で略球形の空孔を有するものである。なお、熱可塑性樹脂導光体の曇価としては、透明性の点で、５％以下が好ましい。また、熱可塑性樹脂導光体には、熱可塑性樹脂成形体を使用することができる。

熱可塑性樹脂導光体を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、メタクリル酸エステル−スチレン共重合体（ＭＳ樹脂）及び環状オレフィン樹脂（ＣＯＰ）が挙げられる。これらの中で、広い波長領域で高い光透過性を有するアクリル樹脂が好ましい。

熱可塑性樹脂導光体を得るために使用される板状の熱可塑性樹脂素材としては、例えば、アクリル樹脂ペレットを原料として射出成形法又は押出成形法等の熱溶融プロセスにより製造された成形体や、アクリルモノマーを原料としてキャスト重合法で製造されたアクリルキャストシートが挙げられる。

図３は、本発明の熱可塑性樹脂導光体の一実施形態を示す模式的断面図である。

熱可塑性樹脂導光体２４は、図３における上下方向を厚み方向としており、紙面と垂直の方向に広がりをもっており、全体として矩形板状をなしている。熱可塑性樹脂導光体２４は、光入射端面２４１を有する。光入射端面２４１は、一次光源が隣接配置される面である。熱可塑性樹脂導光体２４の４つの側端面のうちの少なくとも１つの面が、光入射端面２４１となる。熱可塑性樹脂導光体２４は、主面の一方として光出射面２４２、及びその反対側の主面として裏面２４３を有している。なお、本実施形態では、上面のみを光出射面２４２としているが、両面を光出射面２４２としてもよい。また、本実施形態では、光出射面２４２が平滑面（鏡面）である熱可塑性樹脂導光体を例示しているが、これに限定されるものではなく、光出射面にプリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、マイクロレンズ形状等の各種機能付与形状を形成することができる。

熱可塑性樹脂導光体２４は、その内部に空孔２４４を有している。

空孔２４４には、例えば、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂と屈折率が大きく異なる熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂の分解生成ガス等の気体が内包されているため、空孔２４４は光の透過及び反射に対する拡散部として機能する。これにより、光入射端面２４１に入射し、熱可塑性樹脂導光体２４の内部に導光された光は、空孔２４４において屈折、反射又は散乱され、一部が光出射面２４２から出射する。従って空孔２４４は、熱可塑性樹脂導光体２４の内部に導光された光を光出射面から出射させるための光出射機構として機能する。

空孔２４４は、熱可塑性樹脂成導光体２４の内部の任意の位置に複数設けることができ、所望の光学性能を得るために空孔２４４の数及び配列パターンを適宜調整することができる。空孔２４４の配列パターンとしては、例えば、ランダム状、碁盤目状及び最密充填状が挙げられる。

また、空孔２４４は、熱可塑性樹脂導光体２４の一部の領域のみに形成されていてもよいし、全領域にわたって形成されていてもよい。

熱可塑性樹脂導光体２４には、必要に応じて導光体２４の光出射面２４２及び裏面２４３の少なくとも一方の面に追加の光出射機構を形成することができる。追加の光出射機構としては、例えば、微小凹凸構造及び光散乱性インクを印刷したドットが挙げられる。

熱可塑性樹脂導光体２４の厚さは、例えば０．１〜１０ｍｍである。

熱可塑性樹脂導光体２４としては、図３に示される様な全体として一様な厚さの板状のものの他に、光入射端面２４１から反対端面の方へと次第に厚さが薄くなるくさび状のもの等の、種々の断面形状のものを使用することができる。熱可塑性樹脂導光体は、例えば、射出成形法により製造された熱可塑性樹脂成形素体を用いて得ることができる。

熱可塑性樹脂導光体２４の色は、目的に応じて選択できる。例えば、一次光源の色をそのまま出射させる場合には、熱可塑性樹脂導光体の光透過率の観点から無色透明が好ましい。また、一次光源の色と異なる色を出射させる場合には、着色したものを使用することができる。

熱可塑性樹脂成形体は、例えば、図１３に示すように、必要に応じて多層化した板状体とすることができる。図１３の熱可塑性樹脂成形体２０は、低屈折率樹脂層であるクラッド１３０２、高屈折率樹脂層であるコア１３０１及び低屈折率樹脂層であるクラッド１３０２の３層構造のコア−クラッド構造を有している。この構造とすることにより、熱可塑性樹脂成形体２０の表面がほこりや指紋により汚れても、その汚れが目立ちにくいという特長を付与することができる。コアとクラッドの材料としては、コアをアクリル樹脂、クラッドをポリフッ化ビニリデンの組合せや、コアをポリカーボネート樹脂、クラッドをアクリル樹脂の組合せにするなど、クラッドの材料の屈折率がコアの材料の屈折率より低くなる組合せであれば任意の組合せが選べる。

熱可塑性樹脂導光体は、熱可塑性樹脂成形素体を用いて、熱可塑性樹脂成形体の製造方法と同様の方法により製造することができる。

＜一次光源＞
本発明の実施形態に使用される一次光源としては、例えば、白色光及び着色光が挙げられる。白色光としては、例えば、白色ＬＥＤが挙げられる。着色光としては、例えば、着色ＬＥＤが挙げられる。白色ＬＥＤの具体例としては、ＮＳＳＷ０２０ＢＴ（日亜化学工業（株）製、商品名）が挙げられる。着色ＬＥＤの具体例としては、ＮＥＳＢ０６４（日亜化学工業（株）製、商品名）が挙げられる。

＜光源装置＞
本発明の実施形態に係る光源装置は、熱可塑性樹脂導光体に一次光源が具備されているもので、一次光源が熱可塑性樹脂導光体の光入射端面に隣接して配置されている。

本発明の光源装置の一実施形態の模式的断面図を図４に示す。

図４では一次光源としてＬＥＤ２２を備えており、ＬＥＤ２２は複数設けられていてもよい。ＬＥＤ２２を複数設置する場合、ＬＥＤ２２は、図４の紙面と垂直の方向に所望の間隔で配置することができる。なお、ＬＥＤ２２を複数設置する場合は、それぞれのＬＥＤ２２から発せられる光の最大強度の方向が、平行となるように配置されることが好ましい。

光拡散素子２６は、熱可塑性樹脂導光体２４の光出射面２４２の上に配置されている。光出射面２４２から出射される光の指向性が、所望の出射角度及び視野角を持つ場合においては、光拡散素子２６を省略してもよい。光拡散素子２６としては、例えば、光拡散フィルムが挙げられる。

第１の光偏向素子２８は光拡散素子２６の上に配置されており、第２の光偏向素子３０は第１の光偏向素子２８の上に配置されている。第１の光偏向素子２８又は第２の光偏向素子３０としては、例えば、上向きのプリズムシートが挙げられる。第１の光偏向素子２８及び第２の光偏向素子３０は同じタイプのものでも異なるタイプのもののいずれでもよい。

第１の光偏向素子２８と第２の光偏向素子３０は、出光面の複数のプリズム列の稜線が互いに直交している。第１の光偏向素子２８の出光面の複数のプリズム列の稜線は光入射端面２４１と平行であり、第２の光偏向素子３０の出光面の複数のプリズム列の稜線は光入射端面２４１と垂直である。また、第１の光偏向素子２８の出光面の複数のプリズム列の稜線及び第２の光偏向素子３０の出光面の複数のプリズム列の稜線の双方が、光入射端面２４１に対して斜めで且つ互いに直交しているものであってもよい。

第１の光偏向素子２８及び第２の光偏向素子３０の厚さは、例えば、３０〜３５０μｍである。

光出射面２４２から出射される光の指向性が所望の出射角度及び視野角を持つ場合においては、第１の光偏向素子２８及び第２の光偏向素子３０の少なくとも一方を省略してもよい。

光反射素子３２は、裏面２４３の下に配置されている。光反射素子３２としては、例えば、表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシート、顔料を含有させた白色のシート及び発泡シート等の光反射シートが挙げられる。上記の顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム及び炭酸マグネシウムが挙げられる。なお、裏面２４３から出射される光の量が無視し得る程度に少ない場合においては、光反射素子３２を省略してもよい。

本発明の実施形態に係る光源装置においては、必要に応じて、熱可塑性樹脂導光体２４の光入射端面２４１以外の側端面に、光反射素子３２と同様の光反射素子を配置することができる。

＜液晶表示装置＞
本発明の実施形態に係る液晶表示装置は、本発明の実施形態に係る光源装置が具備されているものであり、例えば、図４の光源装置の上に液晶表示素子が配置されているものが挙げられる。

以下に本発明を、実施例を用いて説明する。

＜空孔及びクラックの評価＞
光学顕微鏡（（株）ニコン製、商品名：ＩＣ検査顕微鏡 ＥＣＬＩＰＳＥ Ｌ２００Ｎ）を用い、図１に示す空孔の場合と同様にして、熱可塑性樹脂成形体又は熱可塑性樹脂導光体の内部に形成された空孔をｚ軸方向及びｙ軸方向から観察した。ｚ軸方向及びｙ軸方向から観察したときの空孔の最も小さい幅を最小径とし、最も大きい幅を最大径とした。また、最大径を最小径で除した値をアスペクト比とした。なお、最小径及びアスペクト比は、１６個のクラックの中から任意に選択した３個のクラックの最小径及びアスペクト比のそれぞれの平均値をいう。

またクラックについても、空孔の場合と同様の方法で評価した。

＜法線輝度の測定＞
光源装置を用いて、以下に示す法線輝度の測定により空孔の光出射効率を評価した。

図５に示す構造を有する光源装置の光出射面の輝度測定領域以外を黒色のマスクで覆った後に、一次光源であるＬＥＤ３４０を２０ｍＡで発光させ、輝度計３６０（（株）トプコンテクノハウス製、商品名：色彩輝度計ＢＭ−７）を用い、輝度測定領域３００からの出射光の法線輝度を測定した。なお、法線輝度は、熱可塑性樹脂導光体の代わりに熱可塑性樹脂導光体を得る前のクラック形成シートを使用した場合の法線輝度を１．０とした場合の相対値である。

（作製例１）フェムト秒レーザー加工装置の作製
レーザー光源１としてＱＵＡＮＴＲＯＮＩＸ社製、Ｉｎｔｅｇｒａ−ｃ（商品名、波長：７９０ｎｍ、パルス幅：１２０フェムト秒、パルス周波数：１ｋＨｚ）を用い、図２に示すフェムト秒レーザー加工装置１００を作製した。

（実施例１）
アクリル樹脂ペレット（三菱レイヨン（株）製、商品名：アクリペットＶＨ６＃００１、質量平均分子量８．６万、ガラス転移温度１１０℃）を原料として厚み３ｍｍのアクリル押出シートを製造した。次いで、得られたアクリル押出シートから１６０ｍｍ×１００ｍｍの長方形に切り出し、熱可塑性樹脂成形素体を得た。

フェムト秒レーザー加工装置１００を用いて、熱可塑性樹脂成形素体の表面から深さ１．５ｍｍの位置にパルスレーザーの焦点を合わせ、レーザー出力３０ｍＷ及び照射パルス数２パルスの条件でパルスレーザーを照射し、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成させた。自動二軸ステージ１０を移動させながら上記のパルスレーザーの照射操作を更に１５回繰り返し、熱可塑性樹脂成形素体の主表面中央の６ｍｍ×６ｍｍの領域（図７のパルスレーザー照射領域１０１）に、図６に示すような配列パターンを有するクラックを形成させ、図７に示すクラック形成シート７００を得た。

得られたクラック形成シート７００は、主表面から１．５ｍｍの深さの位置にクラックの中心を有し、クラックの最小径は１７μｍで、クラックのアスペクト比は１０．７であった。

次いで、クラック形成シート７００の外周をアルミニウム製のホルダーで挟持し、熱風乾燥機（佐竹化学機械工業（株）製、製品名：熱風循環高温乾燥器４１−Ｓ５）を用い、１８０℃で６．５分間加熱処理してクラックを空孔へと成長させ、空孔を有する熱可塑性樹脂成形体を得た。

空孔を有する熱可塑性樹脂成形体から、パルスレーザー照射領域１０１を主表面の中央に有する熱可塑性樹脂導光体用試験片を切り出した後、この試験片の全ての側端面をダイヤモンドバイトにより鏡面に切削して、図８に示す３０ｍｍ×１００ｍｍの大きさの熱可塑性樹脂導光体６００を作製した。

得られた熱可塑性樹脂成形体及び熱可塑性樹脂導光体は、主表面から１．５ｍｍの深さの位置に空孔の中心を有し、空孔の最小径は８５μｍで、空孔のアスペクト比は２．４であった。

図５に示すように、熱可塑性樹脂導光体６００の光入射端面３０２と対向するようにＬＥＤ３４０（日亜化学工業（株）製、商品名：白色ＬＥＤ ＮＳＳＷ０２０ＢＴ）を１灯配置した。光出射面３０４とは反対側の裏面３０３には、裏面３０３に対向するように反射シート３１０（帝人デュポンフィルム（株）製、商品名：テトロンフィルムＵＸ、厚み２２５μｍ）を配置して、光源装置を得た。得られた光源装置における法線輝度を測定した。法線輝度は６．３であった。

なお、法線輝度は、後述する比較例１で得られたクラック形成シートの法線輝度を１．０とした場合の相対値である。

パルスレーザー照射及び加熱処理の加工条件並びに得られた熱可塑性樹脂導光体の評価結果を表１に示す。

（実施例２〜４）
加熱処理の加工条件を表１に示す条件とする以外は実施例１と同様にして、熱可塑性樹脂導光体を得た。熱可塑性樹脂導光体の評価結果を表１に示す。

（比較例１）
加熱処理を実施しない以外は実施例１と同様にして、クラック形成シートを得た。クラック形成シートの評価結果を表１に示す。

（実施例５〜７）
パルスレーザー照射及び加熱処理の加工条件を、表２に記載した条件とする以外は実施例１と同様にして、熱可塑性樹脂導光体を得た。熱可塑性樹脂導光体の評価結果を表２に示す。

なお、法線輝度は、後述する比較例２で得られたクラック形成シートの法線輝度を１．０とした場合の相対値である。

（比較例２）
加熱処理を実施しない以外は実施例５と同様にして、クラック形成シートを得た。クラック形成シートの評価結果を表２に示す。

（参考例１）
アクリル樹脂ペレット（三菱レイヨン（株）製、商品名：アクリペットＶＨ６＃００１、質量平均分子量８．６万、ガラス転移温度１１０℃）を原料として、厚み３ｍｍのアクリル押出シートを製造した。次いで、得られたアクリル押出シートから１６０ｍｍ×１００ｍｍの長方形に切り出し、熱可塑性樹脂成形素体を得た。

フェムト秒レーザー加工装置１００を用いて、熱可塑性樹脂成形素体の表面から深さ１．５ｍｍの位置にパルスレーザーの焦点を合わせ、レーザー出力３０ｍＷ及び照射パルス数２パルスの条件でパルスレーザーを照射して、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成させた。自動二軸ステージ１０を移動させながら上記のパルスレーザーの照射操作を更に３回繰り返し、図９に示すような配列パターンを有するクラック５０１を形成させ、クラック形成シート９００を得た。

次いで、クラック形成シート９００の外周をアルミニウム製ホルダーで挟持し、熱風乾燥機（佐竹化学機械工業（株）製、商品名：熱風循環高温乾燥器４１−Ｓ５）を用い、表３に示す温度及び時間で加熱処理して、熱可塑性樹脂成形体を得た。加工条件及び得られた熱可塑性樹脂成形体の評価結果を表３に示す。

なお、参考例における最小径及びアスペクト比は、熱可塑性樹脂成形体の内部に形成された４個の空孔の最小径及びアスペクト比のそれぞれの平均値をいう。

各加熱処理の温度における、加熱処理の時間と空孔の最小径との関係を図１０に示す。なお、図１０におけるエラーバーは４個の空孔の最小径のばらつきの範囲を示す。

（参考例２）
パルスレーザー照射及び加熱処理の加工条件を、表４に記載した条件とする以外は参考例１と同様にして、熱可塑性樹脂成形体を得た。評価結果を表４に示す。

各加熱処理の温度における、加熱処理の時間と空孔の最小径との関係を図１１に示す。なお、図１１におけるエラーバーは４個の空孔の最小径のばらつきの範囲を示す。

空孔の一例として、条件２７で得られた空孔をｚ軸方向及びｙ軸方向から観察した際の光学顕微鏡写真を図１２に示す。

表３、４及び図１０、１１から明らかなように、本発明の実施例に係る製造方法により、添加剤を用いることなく熱可塑性樹脂成形体の内部に空孔を形成できることがわかる。また、パルスレーザー照射及び加熱処理の加工条件を制御することにより、任意の最小径及びアスペクト比を有する空孔を形成できることがわかる。

また、図１０及び図１１から明らかなように、加熱処理温度が高いほど、空孔形成に要する時間は短くなるが、空孔寸法のばらつきは大きくなる傾向にある。一方、加熱処理温度が低いほど、空孔形成に要する時間は長くなるが、空孔寸法のばらつきは小さくなる（即ち大きさの揃った空孔を形成しやすくなる）傾向にある。

（参考例３）
パルスレーザー照射及び加熱処理の加工条件を、表５に記載した条件とする以外は参考例１と同様にして、空孔の最小径及びアスペクト比を求めた。ただし、加熱処理には、マッフル炉（（株）いすゞ製作所製、商品名：ＥＰＴＳ−１１Ｋ）を用いた。評価結果を表５に示す。

表５から明らかなように、熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下の加熱温度で加熱処理を実施した場合は、アスペクト比が３以下である空孔を形成することができなかった。

１ フェムト秒レーザー光源
２ 半波長板
３ グランレーザープリズム
４ シャッター
５、５’、５” ミラー
６ 対物レンズ
７ フェムト秒レーザー光
８ 熱可塑性樹脂成形素体
９ ｚ軸ステージ
１０ 自動二軸ステージ
２０ 熱可塑性樹脂成形体
２２、３４０ ＬＥＤ
２４、６００ 熱可塑性樹脂導光体
２６ 光拡散素子
２８ 第１の光偏向素子
３０ 第２の光偏向素子
３２ 光反射素子
１００ フェムト秒レーザー加工装置
１０１ パルスレーザー照射領域
２４１、３０２ 光入射端面
２４２、３０４ 光出射面
２４３、３０３ 裏面
２４４ 空孔
３００ 輝度測定領域
３１０ 反射シート
３２０ マスク
３６０ 輝度計
５０１ クラック
７００、９００ クラック形成シート
１３０１ コア
１３０２ クラッド

Claims (14)

1. 光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有し、且つ、
   前記空孔内に、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂の分解生成ガスを有する熱可塑性樹脂成形体。
2. 透明性を有する請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体。
3. 以下に示すパルスレーザー照射工程の後に、以下に示す加熱処理工程を経て得られる熱可塑性樹脂成形体であって、熱可塑性樹脂成形体の光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有し、且つ、前記空孔内に、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂の分解生成ガスを有する熱可塑性樹脂成形体。
   （パルスレーザー照射工程）
   熱可塑性樹脂成形素体の光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部にパルスレーザーの焦点を合わせた状態でパルスレーザーを照射して、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成する工程
   （加熱処理工程）
   クラックが形成された熱可塑性樹脂成形素体を、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱処理して、熱可塑性樹脂成形素体の光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を形成する工程
4. 以下に示すパルスレーザー照射工程の後に、以下に示す加熱処理工程を経て得られる熱可塑性樹脂成形体の製造方法であって、熱可塑性樹脂成形体の光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有する熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
   （パルスレーザー照射工程）
   熱可塑性樹脂成形素体の光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部にパルスレーザーの焦点を合わせた状態でパルスレーザーを照射して、熱可塑性樹脂成形素体の内部のみにクラックを形成する工程
   （加熱処理工程）
   クラックが形成された熱可塑性樹脂成形素体を、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱処理して、熱可塑性樹脂成形素体の光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を形成する工程
5. パルスレーザーが、１０８０ｎｍ以下の波長、２００フェムト秒以下のパルス幅、及び５μＪ／パルス以上のエネルギーを有する請求項４に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
6. 加熱処理の時間が、３分以上３０分以下である請求項４又は５に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
7. 加熱処理の温度が、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋３０℃以上である請求項４に記載の熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
8. 請求項１に記載の熱可塑性樹脂成形体を用い、内部に導入される光が入射する光入射端面と、内部に導光された光が出射する光出射面と、を有し、曇価が５％以下である熱可塑性樹脂導光体。
9. 内部に導入される光が入射する光入射端面と、内部に導光された光が出射する光出射面と、を有し、曇価が５％以下の熱可塑性樹脂導光体であって、
   光出射面となる表面から１０μｍ以上の内部のみに、最小径が３０μｍ以上の略球形の空孔を有し、
   前記空孔内に、熱可塑性樹脂成形素体を構成する熱可塑性樹脂の分解生成ガスを有する熱可塑性樹脂導光体。
10. コア―クラッド構造を有する請求項８又は９に記載の熱可塑性樹脂導光体。
11. 請求項８又は９に記載の熱可塑性樹脂導光体に一次光源が具備されている光源装置であって、一次光源が熱可塑性樹脂導光体の光入射端面に隣接して配置されている光源装置。
12. 請求項１０に記載の熱可塑性樹脂導光体に一次光源が具備されている光源装置であって、一次光源が熱可塑性樹脂導光体の光入射端面に隣接して配置されている光源装置。
13. 請求項１１に記載の光源装置が具備されている液晶表示装置。
14. 請求項１２に記載の光源装置が具備されている液晶表示装置。
    

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