KR101817373B1 - 면광원 장치, 그것에 이용하는 도광체 및 그의 제조방법 - Google Patents

면광원 장치, 그것에 이용하는 도광체 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

광입사 단면과, 광출사면(242)과, 광출사면(242)의 반대측에 위치하는 이면(243)을 구비하는 판상의 도광체(24). 광출사면(242) 및 이면(243) 중 적어도 한쪽에는, 적어도 일부 영역에 발포 표면층(244)이 형성되어 있고, 발포 표면층(244)은 기포를 포함하고 또한 광출사면(242) 또는 이면(243)의 법선의 방향을 포함하는 단면이 오목 형상을 하고 있다. 도광체(24)는, 연속 제판법에 의해 제작된 아크릴 수지판으로 이루어지는 판상의 도광체 소재의 적어도 한쪽 주표면의 적어도 일부 영역에 대하여 적외 레이저 에칭을 행함으로써 발포 표면층(244)을 형성하는 것에 의해 제조된다.

Description

면광원 장치, 그것에 이용하는 도광체 및 그의 제조방법{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE, LIGHT GUIDE ELEMENT USED FOR SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE, AND METHOD FOR PRODUCING LIGHT GUIDE ELEMENT}
본 발명은, 에지라이트 방식의 면광원 장치, 및 그것을 구성하는 데 사용되는 도광체에 관한 것이고, 특히, 주표면에 형성되는 광출사 구조에 특징을 가지는 면광원 장치용 도광체 및 그의 제조방법, 및 상기 도광체를 이용한 면광원 장치에 관한 것이다.
본 발명의 도광체를 이용하여 구성되는 면광원 장치는, 예컨대, 휴대용 노트북 컴퓨터 등의 모니터나 액정 텔레비전 등의 표시부로서 사용되는 액정 표시 장치의 백라이트에 적합하다.
액정 표시 장치는, 기본적으로 백라이트와 액정 표시 소자로 구성되어 있다. 백라이트로서는, 액정 표시 장치의 컴팩트화의 관점에서 에지라이트 방식의 것이 다용되고 있다. 에지라이트 방식의 백라이트에 있어서는, 직사각형 판상의 도광체의 적어도 하나의 단면(端面)을 광입사 단면으로서 이용하고, 상기 광입사 단면에 따라 직관형 형광 램프 등의 선상 또는 막대상의 1차 광원 또는 발광 다이오드(LED) 등의 점상의 1차 광원을 배치하여, 상기 1차 광원으로부터 발생한 광을 도광체의 광입사 단면에 입사시켜 도광체 내부로 도입하고, 상기 도광체의 2개의 주표면 중의 한쪽에 있는 광출사면으로부터 출사하도록 하고 있다. 도광체의 광출사면으로부터 출사된 광은, 광출사면 상에 배치되는 광확산 필름 등의 광확산 소자 및 프리즘 시트 등의 광편향 소자에 의해 확산되어 소요의 방향으로 편향된다. 도광체의 2개의 주표면 중의 다른쪽인 이면으로부터도 광은 출사되고, 이 광을 도광체로 되돌리기 위해서, 이면에 대향하여 광반사 시트 등의 광반사 소자가 배치된다.
도광체의 광출사면 또는 이면에는, 도광체 내를 도광되는 광을 적절히 출사되게 하기 위한 광학 기능 구조로서의 광출사 기구가 형성된다. 이 광출사 기구로서는, 예컨대, 적절히 거칠게 된 조면 또는 다수의 렌즈열을 배열한 렌즈열 형성면과 같은 미소 요철 구조가 사용된다.
이러한 미소 요철 구조를 형성하기 위해서는, 블래스트 또는 절삭 등에 의해 형성한 형상 전사면을 갖는 성형용 형부재(型部材)를 포함하여 이루어지는 성형 장치를 이용하여 아크릴 수지 등의 투광성 소재를 프레스 성형하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
또한, 투광성 소재를 직접 가공하여 광출사 기구를 형성하는 방법도 알려져 있고, 예컨대 특허문헌 3에서는, 도광체 표면에 레이저광을 주사하면서 조사함으로써 미소 요철 구조로서 복수의 홈[溝]을 형성한 도광체가 개시되어 있다.
또한, 광산란제나 기포를 광출사 기구로서 이용하는 방법도 알려져 있고, 예컨대 특허문헌 4에는, 방사선 에너지 및 열 에너지의 부여에 의해 발포한 발포체로 이루어지는 도광체가 개시되어 있다.
국제 공개 제2005/073625호 공보 일본 특허공개 2009-266830호 공보 일본 특허공개 2007-87638호 공보 일본 특허공개 2006-155937호 공보
미소 요철 구조를 갖는 도광체를 이상의 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같은 프레스 성형에 의해 제조하는 경우에는, 성형용 형부재의 제작이 필요하다. 또한, 도광체 주표면에 형성해야 할 미소 요철 구조의 구성을 변경할 때는, 성형용 형부재를 바꾸는 것이 필요하여, 작업이 번거로움과 아울러 시간이 걸려, 제조 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 블래스트에 의해 성형용 형부재에 미소 요철 구조 전사면을 형성하는 경우, 도광체 광출사면 전체에서의 균일한 발광을 얻기 위해서, 광입사 단면에 가까운 영역보다도 광입사 단면으로부터 먼 영역에서 블래스트를 (1) 강하게 때리거나, (2) 치밀하게 때리거나 한다. 그렇게 하면, 광입사 단면으로부터 먼 영역에서의 블래스트 자국은, 광입사 단면에 가까운 영역의 것보다도 (1) 깊게 되거나, (2) 겹쳐 때리기가 되기도 하고, 광출사 기구의 수광면의 경사 각도가 변화되기 때문에, 도광체에 있어서 광입사 단면으로부터 먼 영역과 광입사 단면에 가까운 영역에서 광출사면으로부터의 광출사 방향이 변화된다.
또한, 성형용 형부재에 절삭 등에 의해 표면이 평활한 오목부의 반복(예컨대 다수의 렌즈열의 배열)으로 이루어지는 미소 요철 구조 전사면을 형성하는 경우에는, 오목부의 경사 각도를 소요의 것으로 설정하는 것으로 도광체에 있어서의 광출사면으로부터의 광출사 방향을 용이하게 제어할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 도광체 광출사면으로부터의 광출사 각도의 분포는, 좁은 각도에 집중한 피키(peeky)한 것으로 되어, 시야각이 좁은 것으로 된다. 그 결과, 상기 도광체와 각종 광학 시트를 조합하여 면광원 장치를 구성 또는 제작했을 때에, 광출사 기구로서 설치한 오목부가 주변부와 비교하여 강하게 발광하기 때문에, 비쳐 보이기 쉽고, 도광체 광출사면 전체로 균일하게 발광한 고품위의 면광원 장치로 하기 위해서는, 오목부를 미세하고, 치밀하게 형성할 필요가 있다.
또한, 이상과 같은 종래의 미소 요철 구조에서는, 도광체 주표면의 표면 형상에만 근거하여 광확산을 행하기 때문에, 확산성이 불충분하며, 면광원 장치로부터의 출사광의 각도 분포를 넓히는 것이 요구되는 경우에는 도광체 광출사면 상에 광확산 소자를 배치하는 것이 필요하게 된다.
광출사 기구부의 확산성을 강화하는 방법으로서, 특허문헌 3에서는, 표면에 미세한 공공(空孔)을 가지는 홈을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 이 기술을 이용하는 것에 의해, 표면이 평활한 광출사 기구를 가지는 도광체와 비교하여 넓은 출사광의 각도 분포를 얻을 수는 있지만, 홈 표면의 미세 요철만으로 광확산을 행하고 있기 때문에, 그 확산성은 충분하다고는 말할 수 없다.
한편, 특허문헌 4의 도광체에서는 발포부에 의한 광산란에 근거하여 광출사를 실현하고 있다. 이 도광체를 제조하기 위해서는, 특정한 발포제의 첨가가 필요하다. 또한, 이 기술에서는, 발포부에서의 광산란에 의해 출사광의 각도 분포를 넓게 할 수 있지만, 발포부와 그 이외의 부분의 경계(경계면)의 각도를 원하는 것으로 설정할 수는 없다. 그 때문에, 도광체 광출사면으로부터의 광출사의 방향을 원하는 것으로 설정할 수 없다.
본 발명의 하나의 목적은, 이상과 같은 기술적 과제에 비추어, 신규한 광확산 기능에 근거하는 광출사 기구를 갖는 면광원 장치용 도광체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이상과 같은 기술적 과제에 비추어, 광출사면으로부터의 광출사의 방향을 원하는 것으로 설정하는 것이 가능한 면광원 장치용 도광체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이상과 같은 기술적 과제에 비추어, 성형용 형부재를 이용한 성형 장치를 사용하지 않고 제조하는 것이 가능한 면광원 장치용 도광체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이상과 같은 면광원 장치용 도광체의 제조에 유리한 방법, 및 이상과 같은 면광원 장치용 도광체를 이용한 면광원 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 상기 목적 중 어느 하나를 달성하는 것으로서,
광입사 단면과, 광출사면과, 상기 광출사면의 반대측에 위치하는 이면을 구비하는 판상의 도광체로서,
상기 광출사면 및 이면 중 적어도 한쪽에는, 적어도 일부 영역에 발포 표면층이 형성되어 있고,
상기 발포 표면층은 기포를 포함하고 또한 상기 광출사면 또는 이면의 법선의 방향을 포함하는 단면(斷面)이 오목 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체
가 제공된다.
본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 발포 표면층의 두께가 1㎛∼50㎛이다. 본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 발포 표면층에 포함되는 기포의 직경이 1㎛∼50㎛이다. 본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 발포 표면층이 형성되어 있는 상기 일부 영역은, 상기 광출사면 및 이면 중 한쪽에 있어서의 도트상 영역으로 이루어진다. 본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 발포 표면층이 형성되어 있는 상기 일부 영역은, 상기 광출사면 및 이면 중 한쪽에 있어서의 스트라이프상 영역으로 이루어진다. 본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 발포 표면층 및 상기 도광체의 상기 발포 표면층 이외의 부분은 아크릴 수지로 이루어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 목적 중 어느 하나를 달성하는 것으로서,
상기 면광원 장치용 도광체와, 상기 도광체의 광입사 단면에 인접하여 배치된 1차 광원을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치
가 제공된다.
본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 면광원 장치는, 추가로, 상기 도광체의 이면에 인접하여 배치된 광반사 소자를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 면광원 장치는, 추가로, 상기 도광체의 광출사면에 인접하여 배치된 광편향 소자를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 광편향 소자는, 상기 도광체에 가까운 측의 입광면과, 상기 입광면과 반대측의 출광면을 구비하고 있고, 상기 출광면은 서로 평행하게 배열된 복수의 프리즘열을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 목적 중 어느 하나를 달성하는 것으로서,
상기 면광원 장치용 도광체를 제조하는 방법으로서,
연속 제판법에 의해 아크릴 수지판으로 이루어지는 판상의 도광체 소재를 제작하고,
상기 판상 도광체 소재의 적어도 한쪽 주표면의 적어도 일부 영역에 대하여 레이저 에칭을 행함으로써 상기 발포 표면층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 면광원 장치용 도광체의 제조방법
이 제공된다.
본 발명의 1태양에 있어서는, 상기 레이저 에칭에 사용되는 레이저는 적외 레이저이다.
본 발명에 의하면, 도광체의 발포 표면층은, 도광되는 광을 광출사면으로부터 출사되게 하는 광학 작용을 지니고, 특히, 오목부의 표면 근방에만 기포가 형성되고, 또한 기포 내부에 도광체 재료와는 굴절률이 크게 다른 기체를 내포하고 있기 때문에, 큰 광확산 작용이 얻어져, 이리 하여, 신규한 광확산 기능에 근거하는 광출사 기구를 갖는 면광원 장치용 도광체가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 성형용 형부재를 이용한 성형 장치를 사용하지 않고 면광원 장치용 도광체를 제조하는 것이 가능하고, 레이저 에칭의 가공 조건을 변경함으로써 용이하면서 신속하게 발포 표면층의 형태를 변경할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 오목부 경사면에 발포 표면층이 국재(局在)하기 때문에, 산란에 의해 넓은 시야각과 높은 발광 품위가 얻어지는 동시에, 경사면의 경사각을 적절히 설정함으로써 원하는 방향으로 광출사시킬 수 있고, 또한, 경사면에 발포 표면층이 국재하는 오목부를 도광체 주표면의 전역에 걸쳐 배치함으로써 용이하게 전역에 걸쳐 같은 방향으로 광출사되게 할 수 있으며, 또한, 간편한 방법으로 경사면에 발포 표면층이 국재하는 오목부를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 면광원 장치의 1실시형태를 나타내는 모식적 구성도이다.
도 2는 도 1의 면광원 장치에 있어서의 도광체를 나타내는 모식적 부분 단면도이다.
도 3은 도 1의 면광원 장치의 도광체의 이면에 형성된 발포 표면층을 나타내는 SEM 평면도이다.
도 4는 도 1의 면광원 장치의 도광체의 이면에 형성된 발포 표면층을 나타내는 SEM 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 면광원 장치용 도광체의 제조시에 사용되는 판상 도광체 소재를 제조하기 위한 장치의 일례를 나타내는 모식적 구성도이다.
도 6은 도 3과의 비교를 위해 나타내는, 압출 성형에 의해 수득된 아크릴 수지판으로 이루어지는 도광체 소재의 레이저 에칭 가공부의 SEM 평면도이다.
도 7은 도 4와의 비교를 위해 나타내는, 압출 성형에 의해 수득된 아크릴 수지판으로 이루어지는 도광체 소재의 레이저 에칭 가공부의 SEM 단면 사시도이다.
도 8은 면광원 장치용 도광체를 나타내는 모식도이다.
도 9는 면광원 장치의 광학 특성(휘도 분포)의 평가 방법의 설명도이다.
도 10은 면광원 장치의 광학 특성(발광 품위)의 평가 방법의 설명도이다.
도 11은 본 발명에 의한 면광원 장치용 도광체의 제조시에 사용되는 판상 도광체 소재를 제조하기 위한 장치의 일례를 나타내는 모식적 구성도이다.
도 12는 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에서 수득된 면광원 장치용 도광체의 광출사 기구로 되는 오목부의 관찰 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에서 수득된 면광원 장치용 도광체의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
도 14는 실시예 4 및 비교예 4에서 수득된 면광원 장치용 도광체의 광출사 기구로 되는 오목부의 관찰 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예 4 및 비교예 4에서 수득된 면광원 장치용 도광체의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
도 16은 면광원 장치용 도광체를 나타내는 모식도이다.
도 17은 면광원 장치의 광학 특성의 평가 방법의 설명도이다.
도 18은 실시예 5∼7 및 비교예 5∼7에서 수득된 면광원 장치용 도광체의 광출사 기구로 되는 오목부의 관찰 및 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시예 6 및 비교예 6에서 수득된 면광원 장치용 도광체의 광출사 기구로 되는 오목부의 SEM 관찰 결과를 나타낸 것이다.
도 20은 실시예 5 및 비교예 5에서 수득된 도광체 샘플 B9, B10의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
도 21은 실시예 5 및 비교예 5에서 수득된 도광체 샘플 B9, B10의 광출사면측에 프리즘 시트 2매를 배치했을 때의, 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
도 22는 실시예 6 및 비교예 6에서 수득된 도광체 샘플 B11, B12의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
도 23은 실시예 6 및 비교예 6에서 수득된 도광체 샘플 B11, B12의 광출사면측에 프리즘 시트 1매를 배치했을 때의, 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
도 24는 실시예 7 및 비교예 7에서 수득된 도광체 샘플 B13, B14의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 면광원 장치의 1실시형태를 나타내는 모식적 구성도이며, 도 2는 그 면광원 장치에 있어서의 도광체를 나타내는 모식적 부분 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 면광원 장치는, 점상의 1차 광원으로서의 LED(22)와, 상기 LED으로부터 발생하는 광을 도광하는 판상의 도광체(24)와, 광확산 소자(26)와, 제 1 광편향 소자(28)와, 제 2 광편향 소자(30)와, 광반사 소자(32)를 구비하고 있다.
도광체(24)는, 도 1 및 도 2에 있어서의 상하 방향을 두께 방향으로 하고 있고, 지면과 수직 방향으로 퍼짐을 갖고 있고, 전체로서 직사각형 판상을 하고 있다. 도광체(24)는, 4개의 측단면을 갖고 있고, 그 중 적어도 1쌍의 측단면 중의 적어도 한쪽이 광입사 단면(241)으로 되고, 상기 광입사 단면과 대향하도록 LED(22)가 인접 배치되어 있다. 도광체(24)의 광입사 단면(241)에 대략 직교하는 2개의 주표면 중의 한쪽에 있는 상면이 광출사면(242)으로 되어 있다. 본 실시형태에서는 상기 광출사면(242)은, 평활면(경면)으로 이루어지지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 광출사면에 프리즘 형상이나 렌티큘러 렌즈 형상, 마이크로렌즈 형상 등을 부여할 수 있다.
한편, LED(22)는 복수 설치되어 있더라도 좋다. 이 경우, 복수의 LED(22)는, 도 1의 지면과 수직한 방향에 적당한 간격을 갖고 배치되어, 그들로부터 발생하는 광의 최대 강도 광의 방향이 서로 평행이 되도록 배치하는 것이 바람직하다.
도광체(24)의 광출사면(242)와 반대측의 주면(이면)(243)에는, 광출사 기구가 형성되어 있다. 광출사 기구는, 이면(243)의 일부 영역에 형성된 발포 표면층(244)으로 이루어진다. 발포 표면층(244)은, 광출사면(242) 또는 이면(243)의 법선의 방향을 포함하는 단면(종단면)이 오목 형상을 하고 있다.
도 3은 발포 표면층(244)의 일례를 나타내는 SEM 평면도이며, 도 4는 그의 SEM 단면 사시도이다. 발포 표면층(244)이 형성되어 있는 영역은, 이면(243)에 있어서의 복수의 도트상 영역으로 이루어진다. 이 도트상 영역의 치수는, 예컨대 직경이 30㎛∼1000㎛이며, 깊이가 0.1㎛∼500㎛이며, 도 2에 표시되는 사면의 경사 각도 α가 1°∼70°이다.
한편, 발포 표면층(244)이 형성되어 있는 영역의 형상은, 이상과 같은 도트상으로 한정되지 않고, 스트라이프상 영역 즉 선상 또는 대상(帶狀)의 영역으로 이루어지는 것이더라도 좋다. 이 경우에 있어서도, 스트라이프의 연재(延在) 방향과 직교하는 단면(종단면)의 형상에 대하여, 상기 도트상의 경우의 단면(종단면)의 형상에 대한 설명이 적용된다.
발포 표면층(244)은, 아크릴 수지판으로 이루어지는 판상의 도광체 소재를 이용하여, 후술과 같이 하여 레이저 에칭 가공을 행함으로써 형성할 수 있다. 이리 하여, 발포 표면층(244) 및 도광체(24)의 발포 표면층 이외의 부분은 아크릴 수지로 이루어진다.
발포 표면층(244)의 종단면 형상(프로파일)의 변화는, 후술과 같은 제조방법에 있어서, 도광체 소재의 주표면에 대한 레이저의 출력, 주사 속도, 초점 위치(포커스 위치)의 거리를 변화시킴으로써 실현할 수 있다.
발포 표면층(244)은, 다수의 기포를 포함하고 있고, 기포 내부에 도광체 재료와는 굴절률이 크게 다른 기체를 내포하고 있다. 이리 하여, 발포 표면층(244)은 광의 투과 및 반사에 대한 불균일층으로서 기능하여, 그 광학적 성질에 있어서 광확산층으로서 기능한다. 이것에 의해, 광입사 단면(241)에 입사하여, 도광체 내부를 도광되는 광은, 발포 표면층(244)에서 확산 반사되고, 일부가 광출사면(242)으로부터의 출사가 허용되는 각도로 광출사면(242)으로 향하여, 상기 광출사면으로부터 출사된다.
도광체 이면(243)의 일부 영역에서 이상과 같은 발포 표면층(244)이 형성되어 있기 때문에, 광출사면(242)으로부터는, 광출사면(242)의 법선 방향(도 1 및 도 2에 있어서의 상하 방향) 및 광입사 단면(241)과 직교하는 방향의 쌍방을 포함하는 면내의 분포에 있어서 얼마쯤 브로드(broad)한 지향성을 갖는 광이 출사된다. 그 때문에, 시야각이 넓음과 아울러, 광출사 기구부가 시인되기 어렵고, 품위의 조정이 용이한 면광원 장치용 도광체를 얻는 것이 가능해진다.
발포 표면층(244)의 두께는 1㎛∼50㎛인 것이 바람직하고, 발포 표면층(244)에 포함되는 기포의 직경은 1㎛∼50㎛인 것이 바람직하다.
발포 표면층(244)에 포함되는 기포의 직경이 지나치게 작은 경우에는, 도광체(24) 내를 전파하는 광의 산란 강도가 파장 의존성을 나타내 버리기 때문에, 도광체(24)의 광입사 단면(241)에 가까운 영역과 광입사 단면(241)으로부터 먼 영역에서 출사광의 색조가 변화되어 버리는 컬러 쉬프트 현상이 일어난다. 한편, 발포 표면층(244)에 포함되는 기포의 직경이 지나치게 큰 경우에는, 기포의 표면적이 작아지기 때문에, 확산 효율의 저하를 초래하여 버린다.
또한, 발포 표면층(244)의 두께가 지나치게 얇은 경우에는, 필연적으로 발포 표면층(244)에 포함되는 기포의 직경도 지나치게 작은 것으로 되기 때문에, 전술한 기포의 직경이 지나치게 작은 경우의 설명이 적용된다. 한편, 발포 표면층(244)의 두께가 지나치게 두꺼운 경우, 기포의 직경도 지나치게 큰 경우에는 전술한 설명이 적용되고, 기포의 직경이 적정한 경우에는, 상기 발포 표면층에서의 출사율이 지나치게 높아지기 때문에, 도광체(24) 전역에서 휘도의 균제화를 꾀하기 어려워진다.
또한, 레이저 에칭 가공에 의해 오목부를 형성한 경우, 발포 표면층(244)은 오목부의 표면 근방에 국재하기 때문에, 기포의 일부가 표면에 노출하여, 상기 오목부의 표면이 미세한 요철로 된다. 이것 때문에, 발포 표면층(244)의 발포 상태는, 상기 오목부의 표면 조도와 상관이 있어, 기포가 다수 존재할수록 큰 표면 조도를 가지는 경향이 있다.
이면(243)에 있어서의 발포 표면층(244)의 영역은 복수 마련할 수 있다. 발포 표면층(244)의 영역이 도트상인 경우에는, 그 분포는, 예컨대, 랜덤상, 바둑판눈상, 최밀충전상과 같이 할 수 있다. 발포 표면층(244)의 영역이 스트라이프상인 경우에는, 그 분포는, 예컨대, 평행줄무늬상[縞狀]과 같이 할 수 있다. 또한, 발포 표면층(244)이 형성되어 있는 영역은, 이면(243)의 전역이더라도 좋다.
한편, 도광체(24)의 광출사 기구로서는, 상기의 같은 이면(243)에 형성한 발포 표면층(244)과 병용하여, 도광체(24)의 내부에 광확산성 미립자를 혼입 분산함으로써 형성한 것을 이용할 수 있다. 또한, 도광체(24)로서는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같은 전체로서 똑같은 두께(이면(243)의 발포 표면층(244)의 오목 형상을 무시한 경우의 두께)의 판상의 것 외에, 광입사 단면(241)으로부터 반대 단면쪽으로 점차로 두께가 작게 되는 쐐기 상의 것 등의, 여러 가지 단면 형상의 것을 사용할 수 있다.
또한, 이상과 같은 발포 표면층(244)으로 이루어지는 광출사 기구를 광출사면(242)에 형성하는 것도 가능하고, 또한, 광출사면(242) 및 이면(243)의 쌍방에 이상과 같은 발포 표면층(244)으로 이루어지는 광출사 기구를 형성하는 것도 가능하다.
도광체(24)의 두께는 예컨대 0.1∼10mm이다.
광확산 소자(26)는 도광체(24)의 광출사면(242) 상에 배치되어 있고, 예컨대 광확산 필름으로 이루어진다. 광출사면(242)로부터 출사되는 광의 지향성이 원하는 출사 각도, 시야각을 가지는 경우에 있어서는, 광확산 소자(26)를 생략할 수도 있다.
제 1 광편향 소자(28)는 광확산 소자(26) 상에 배치되어 있고, 제 2 광편향 소자(30)는 제 1 광편향 소자(28) 상에 배치되어 있다. 즉, 제 1 광편향 소자(28)와 도광체의 광출사면(242) 사이에 광확산 소자(26)가 개재하고 있다.
제 1 및 제 2 광편향 소자(28, 30)는, 도광체(24)에 가까운 측의 입광면과, 상기 입광면과 반대측의 출광면을 구비하고 있고, 출광면은 서로 평행하게 배열된 복수의 프리즘열을 포함하여 이루어진다. 단, 제 1 광편향 소자(28)와 제 2 광편향 소자(30)에서는, 출광면의 복수의 프리즘열의 연재 방향이 서로 직교하고 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 광편향 소자(28)의 출광면의 복수의 프리즘열의 연재 방향은 광입사 단면(241)과 평행하며, 제 2 광편향 소자(30)의 출광면의 복수의 프리즘열의 연재 방향은 광입사 단면(241)과 수직하다. 단, 이것에 한정되지 않는다. 제 1 광편향 소자(28)의 출광면의 복수의 프리즘열의 연재 방향 및 제 2 광편향 소자(30)의 출광면의 복수의 프리즘열의 연재 방향의 쌍방이, 광입사 단면(241)에 대하여 경사지고 또한 서로 직교하고 있는 것이더라도 좋다.
제 1 및 제 2 광편향 소자(28, 30)의 두께는 예컨대 30∼350㎛이다.
광출사면(242)으로부터 출사되는 광이 소요의 방향으로 분포의 피크를 가지는 경우에 있어서는, 제 1 또는 제 2 광편향 소자(28, 30)를 생략할 수도 있다.
광반사 소자(8)로서는, 예컨대 표면에 금속 증착 반사층을 갖는 플라스틱 시트나 안료를 함유시킨 백색의 시트나 발포 시트 등의 광반사 시트를 이용할 수 있다. 상기 안료로서는, 예컨대 산화타이타늄, 황산바륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 등을 들 수 있다. 한편, 도광체(24)의 광입사 단면으로서 이용되는 단면 이외의 단면에도 반사 부재를 붙이는 것이 바람직하다. 이면(243)으로부터 출사되는 광의 양이 무시할 수 있는 정도로 적은 경우에 있어서는, 광반사 소자(8)를 생략할 수도 있다.
이상과 같은 LED(22), 도광체(24), 광확산 소자(26), 제 1 및 제 2 광편향 소자(28, 30) 및 광반사 소자(32)로 이루어지는 면광원 장치의 발광면(제 2 광편향 소자(30)의 출광면) 상에, 액정 표시 소자를 배치하는 것에 의해 액정 표시 장치가 구성된다. 액정 표시 장치는, 도 1에 있어서의 상방으로부터 액정 표시 소자를 통해서 관찰자에 의해 관찰된다.
한편, 제 2 광편향 소자(30)의 출광면 상에 제 2 광확산 소자를 인접 배치하여, 화상 표시의 품위 저하의 원인이 되는 번쩍거림과 휘도 불균일 등을 억제하여 화상 표시의 품질을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 이상과 같은 면광원 장치용 도광체를 제조하기 위한 본 발명에 의한 제조방법의 실시형태를 설명한다.
우선, 주표면에 발포 표면층이 형성되어 있지 않은 도광체 소재를 제조한다. 이 도광체 소재는, 아크릴 수지판으로 이루어지는 판상의 것으로, 도광체(24)와 동등한 두께를 갖는다.
도광체 소재는, 예컨대, 상하로 마주 대하도록 배치된 2개의 엔들레스(endless)의 금속 회전 벨트와 그의 양 측변부에서 벨트 사이에 끼인 가스켓으로 시일되어 구성되는 주형에 메타크릴산 메틸의 시럽을 연속적으로 주입하여 중합시켜 판을 얻는 연속 제판법(연속 캐스팅법)에 의해 제조된다.
이 방법은, 구체적으로는, 예컨대 일본 특허공개 평8-151403호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 20℃에서의 점도가 100포아즈 이상이고 중합체 함유율이 25∼60중량%인 메타크릴산 메틸계 시럽에 1종 이상의 중합 개시제를 첨가하고, 이 시럽을 주형에 공급하고 50∼100℃의 온도로 가열하여 중합체 함유율이 적어도 70중량%에 달한 후, 중합 중의 시럽 온도와 거의 같거나 또는 그 이상의 온도 하에서 자생하는 중합 발열을 이용하여 중합을 행하는 것을 특징으로 하는 아크릴 판상 중합체의 제조방법이다.
여기서, 바람직하게는, 중합 중의 시럽 온도와 거의 같거나 또는 그 이상의 온도가 60∼150℃이다. 또한, 바람직하게는, 자생하는 중합 발열을 이용하여 중합하는 시럽의 피크 온도가 105∼140℃이다. 또한, 바람직하게는, 주형이 상하로 마주 대하도록 배치되어, 동일 방향으로 동일 속도로 주행하는 2개의 엔들레스 벨트와, 그 양 측변부에서 엔들레스 벨트에 끼어 주행하는 연속한 가스켓으로 구성되는 주형이다.
본 발명에서 사용되는 시럽의 원료가 되는 단량체는, 메타크릴산 메틸 단독 또는 메타크릴산 메틸을 주성분으로 하는 단량체 혼합물이며, 단량체 혼합물의 경우 메타크릴산 메틸은 80중량% 이상인 것이 바람직하다.
메타크릴산 메틸과 함께 사용되는 단량체로서는, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 뷰틸, 메타크릴산 사이클로헥실, 메타크릴산-2-에틸헥실, 메타크릴산 벤질 등의 메타크릴산 에스터, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 뷰틸, 아크릴산 사이클로헥실, 아크릴산-2-에틸헥실, 아크릴산 벤질 등의 아크릴산 에스터, 스타이렌, α-메틸스타이렌 등을 들 수 있다.
상기의 단량체를 중합하여 시럽을 얻는 데 사용되는 중합 개시제로서는, 예컨대, 다이아이소프로필퍼옥시다이카보네이트, t-뷰틸네오데카노에이트, t-뷰틸퍼옥시피발레이트, t-헥실퍼옥시피발레이트, 라우로일퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, t-뷰틸퍼옥시아이소프로필카보네이트, t-뷰틸퍼옥시벤조에이트, 다이큐밀퍼옥사이드, 다이-t-뷰틸퍼옥사이드 등의 유기 과산화물; 2,2'-아조비스(2,4-다이메틸발레로나이트릴), 2,2'-아조비스아이소뷰티로나이트릴, 1,1'-아조비스(1-사이클로헥세인카보나이트릴), 2,2'-아조비스(2,4,4-트라이메틸펜테인) 등의 아조 화합물을 들 수 있다. 중합 개시제의 첨가량은, 통상 단량체에 대하여 0.01∼0.5중량%이지만 중합 온도나 목적으로 하는 중합체 전화율에 따라서 적절히 결정된다.
시럽을 얻는 데에 있해서는, 필요에 따라 분자량 조정제를 사용할 수 있다. 구체적으로는 알킬기 또는 치환 알킬기를 갖는 제1급, 제2급 또는 제3급의 머캅탄, 예컨대, n-뷰틸머캅탄, i-뷰틸머캅탄, n-옥틸머캅탄, n-도데실머캅탄, s-뷰틸머캅탄, s-도데실머캅탄, t-뷰틸머캅탄 등을 들 수 있다. 분자량 조정제의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 시럽에 대하여 0.01∼0.2중량%의 범위로 바람직하게 사용할 수 있다.
상기의 단량체로부터 제조되는 시럽은, 20℃에서의 점도가 100포아즈 이상이고 중합체 함유율이 25∼60중량%인 것이 필요하다. 시럽의 점도가 100포아즈 미만 또는 중합체 함유율이 25중량% 미만이면 중합 시간이 길게 되고, 한편, 중합체 함유율이 60중량%를 초과하면 중합 개시제의 혼합이나 주형에의 시럽의 공급이 곤란하게 된다.
상기의 점도 및 중합체 함유율을 갖는 시럽은, 공지된 방법, 예컨대 일본 특허공고 소40(1965)-3701호 공보, 일본 특허공고 소47(1972)-35307호 공보, 일본 특허공고 소53(1978)-39918호 공보 등에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.
다음으로 상기의 시럽에 첨가되는 중합 개시제로서는, 전술한 시럽을 얻을 때에 사용되는 중합 개시제와 같은 것이 사용된다. 중합 개시제의 첨가량은, 통상 시럽에 대하여 0.03∼0.5중량%가 바람직하다.
한편, 본 발명에서 사용되는 시럽에는, 추가로 필요에 따라 각종의 첨가제, 예컨대 산화 안정제, 가소제, 염료, 안료, 이형제 등을 첨가할 수도 있다.
본 발명의 아크릴 판상 중합체를 얻는 데 사용되는 주형으로서는, 일본 특허공고 소46(1971)-41602호 공보, 동 47(1972)-33495호 공보 등에 기재되는 바와 같은 상하로 마주 대하도록 배치되어, 동일 방향으로 동일 속도로 주행하는 2개의 엔들레스 벨트와, 그 양 측변부에서 엔들레스 벨트에 끼어져 주행하는 연속한 가스켓으로 구성되는 연속적으로 판상 중합체를 제조하는 방식의 것이 바람직하다.
도 5는, 본 발명의 아크릴 판상 중합체(도광체 소재)를 연속적으로 제조하는 데 사용되는 중합 장치의 일례를 나타내는 개략 설명도이다.
도 5에 나타내는 중합 장치에 있어서는, 상하로 배치한 2개의 스테인레스제의 엔들레스 벨트(1,1')는 각각 주 풀리(2, 3, 2', 3')로 장력이 주어져, 동일 방향으로 동일 속도로 주행하도록 구동된다.
롤(4)은, 주행하는 엔들레스 벨트를 수평으로 지지하여, 벨트면 사이 거리, 즉 시럽의 두께를 규제한다.
시럽은, 도시하고 있지 않지만 정량 펌프 등에 의해 저장조로부터 시럽 공급관(5)에 송급되어 벨트(1') 상에 공급된다.
벨트면 사이의 양 측변부는 연속된 탄력성이 있는 가스켓(6)으로 시일되어, 벨트(1, 1')에 끼어져 이동한다.
벨트(1') 상에 공급된 시럽은, 벨트(1, 1')에 끼어져 주행하여, 가열 존(15, 16, 17 및 18)을 순차적으로 통과하여 중합을 완결하여, 판상 중합체(19)를 형성한다.
도 5에 있어서는, 가열 존(15)은 증기 파이프에 의한 공기 가열, 가열 존(16, 17)은 블로어에 의한 열풍 가열, 가열 존(18)은 증기 파이프에 의한 공기 가열을 이용하는 예를 나타내고 있지만, 이외의 가열 수단, 예컨대, 수욕 가열, 전열 가열, 적외선 가열, 전자 유도 가열 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다. 본 발명에 있어서는 열풍 가열, 전열 가열, 적외선 가열 등의 수단을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은, 상기와 같이 중합 장치를 이용하여 실시되지만, 가열 존(15)에 있어서는 시럽을 50∼90℃로 예비 가열시킨다.
가열 존(16, 17)에 있어서는, 시럽의 중합을 행하여, 중합체 함유율이 적어도 70중량%, 바람직하게는 70∼90중량%가 될 때까지 중합시킨다. 이 가열 존(16, 17)에 있어서는, 시럽의 중합 온도는 60∼100℃의 범위로 유지된다. 한편, 여기서 나타내고 있는 중합체 함유율은, 배치 제판 실험의 도중에서 샘플을 취출하여, 급속 냉각하는 것에 의해 중합을 정지하여 측정한 것이다.
다음으로 가열 존(18)에 있어서는, 추가로 시럽을 중합시켜 중합을 완결시키지만, 이 가열 존(18)은 중합 중의 시럽 온도와 거의 같거나 또는 그 이상의 온도, 바람직하게는 60∼150℃의 온도로 유지하여, 자생하는 시럽의 중합 발열을 이용하여 중합을 행한다. 즉, 중합 발열을 적극적으로 이용하여 중합을 완결시킨다. 이 때의 시럽의 중합 피크 온도는 105∼140℃, 바람직하게는 110∼130℃이다.
본 발명의 방법에 있어서, 중합체 함유율이 70중량% 미만이고, 중합 중의 시럽 온도와 거의 같거나 또는 그 이상의 온도로 자생하는 중합 발열을 이용하여 중합시킨 경우, 판상 중합체 중에 기포가 발생하게 되기 때문에 바람직하지 않다.
실질적인 중합의 완결은 적어도 중합체 함유율이 95중량%, 바람직하게는 95중량% 이상으로 하는 것에 의해 달성된다.
이어서, 이상과 같이 하여 수득된 도광체 소재의 주표면에 대하여, 레이저광 조사에 의한 에칭(레이저 에칭)을 행하여, 도광체 소재 주표면의 표층부에 발포 표면층(244)을 형성한다.
레이저 에칭에 사용되는 레이저로서는, 도광체 소재에 대한 에칭 효율이 좋은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 예컨대, 탄산 가스 레이저(CO2 레이저) 등의 적외 레이저가 사용된다. 탄산 가스 레이저로서는, KEYENCE사제 CO2 레이저 마커(ML-Z9520T: 발진 파장 9.3㎛, 평균 출력 20W)를 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 도광체 소재의 주표면에 대한 레이저의 출력, 주사 속도, 초점 위치(포커스 위치)의 거리를 변화시킴으로써, 용이하게 발포 표면층(244)의 종단면 형상(프로파일)을 변화시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은, 각각 본 발명에 따른 도 3 및 도 4와의 비교를 위해 나타내는 것으로, 압출 성형에 의해 수득된 아크릴 수지판으로 이루어지는 도광체 소재의 레이저 에칭 가공부의 SEM 평면도 및 SEM 단면 사시도이다. 이 경우에는, 발포 표면층은 형성되지 않았다. 압출 성형법에 의해 제조되는 아크릴 수지판을 도광체 소재로서 이용한 경우에는, 상기 본 발명의 경우보다 중합체의 분자량이 낮기 때문에, 레이저 에칭에 있어서 본 발명과 같은 가공 메커니즘으로는 되지 않는 것으로 추측된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
<도광체 소재의 제작>
도 5에 나타내는 장치를 이용하여, 일본 특허공개 평8(1996)-151403호의 실시예 1에 준하여, 이하와 같이 하여 도광체 소재를 제작했다.
0.016중량%의 2,2'-아조비스(2,4-다이메틸발레로나이트릴), 0.2중량%의 n-도데실머캅탄, 4중량%의 아크릴산 뷰틸을 함유하는 메타크릴산 메틸을 유량 6kg/h로 펌프에 의해 중합조에 공급하고, 중합조의 내액을 충분히 균일하게 교반하고, 온도를 130℃로 유지하고 10분간 중합을 행했다. 토출측에서의 중합 반응물(시럽)의 중합체 함유율은 28중량%이며, 점도는 12포아즈였다.
이 시럽을 컨덴서로 냉각하고, 기어 펌프에 의해 유량 4.5kg/h로 송액하고, 이것에 중합체 함유율이 20중량%이며, 0.32중량%의 t-헥실퍼옥시피발레이트와 0.008중량%의 아조비스아이소뷰티로나이트릴의 중합 개시제를 함유하는 10℃로 유지된 메타크릴산 메틸의 시럽을 펌프에 의해 0.5kg/h의 비율로 첨가하고, 스태틱 믹서를 내장한 혼합기로 혼합했다.
다음으로, 이 시럽을, 두께 1.5mm, 폭 500mm, 길이 10m(벨트(1))와 길이 12m(벨트(1'))의 2개의 스테인레스 스틸로 구성되고, 매분 0.04m로 주행하는 벨트(1') 상에 공급관(5)으로부터 0.83kg/h의 유량으로 공급하여, 상하의 벨트(1, 1')로 끼어 압연했다. 한편, 가스켓(6)은 연질 염화바이닐제 중공 파이프를 사용했다. 벨트에 의해 압연된 시럽을 가열 존(15)에서 70℃로 승온한 후, 가열 존(16)(열풍 82℃)을 4분간, 가열 존(17)(열풍 69℃)을 9분간, 가열 존(18)(100℃)을 6분간의 체재 시간이 되도록 순차적으로 통과시켜, 두께가 0.5mm인 투명한 아크릴 캐스트 시트를 수득했다.
이 아크릴 캐스트 시트를, 폭 30mm 및 길이 100mm의 직사각형으로 잘라내어, 도광체 소재 A1을 수득했다.
<면광원 장치용 도광체의 제작>
본 실시예에서 제작한 샘플(면광원 장치용 도광체 B1)의 모식도를 도 8에 나타낸다. 도 8에 있어서, a는 평면도를 나타내고, b는 종단면도를 나타낸다. 도 8을 참조하면서, 도광체 소재 A1로부터 면광원 장치용 도광체 B1을 얻기까지의 가공 공정, 특히 레이저 에칭 가공을 설명한다. 한편, 설명의 편의상, 도광체 소재의 각 부분에 관해서는, 도광체가 대응하는 부분과 동일한 명칭으로 부르는 것으로 한다. 이하에 있어서 같다.
도광체 소재 A1의 광출사면(110)와 대향하는 면(광출사면(110)의 반대측의 이면)(130)에, 키엔스사제 CO2 레이저 마커 ML-Z9520T(파장: 9.3㎛, 평균 출력: 20W)를 이용하여, 출력 80%, 주사 속도 500mm/sec, 레이저 초점 위치를 가공면에 맞춘 조건으로 레이저 에칭 가공을 실시하여, 오목형상의 발포 표면층을 단위 도트로 하여 상기 단위 도트를 복수 배열하여 이루어지는 광출사 기구(101)를 설치하여, 면광원 장치용 도광체 B1을 수득했다. 레이저 에칭 가공의 패턴은 도트상으로 하여, 광입사 단면(120)으로부터 50mm, 측단면으로부터 15mm의 위치를 중심으로 한 6mm×6mm의 영역에, 광입사 단면(120)과 평행한 방향에 0.5mm 피치로 13개 배열한 패턴을, 도광체의 도광 방향에 대응하는 방향(측단면과 평행한 방향)으로 0.5mm 피치로 13열 배열했다.
<발포 표면층의 관찰 및 측정>
수득된 면광원 장치용 도광체 B1의 오목형상의 발포 표면층의 표면 형상 및 단면 형상은, 주사형 전자 현미경(SEM, 히타치 하이테크놀러지사제 S-4300 SE/N형 주사 전자 현미경)으로 관찰했다. 관찰은, 임의로 추출한 단위 도트에 대하여 행하여, 그 관찰된 범위에 있어서, 상기 도광체 표면(상기 단위 도트의 표면)으로부터, 상기 도광체의 두께 방향의 가장 깊은 곳에 위치하는 기포의 최심 개소까지의 상기 두께 방향의 길이를 「발포 표면층의 두께」로 했다. 또한 발포 표면층의 기포의 상기 두께 방향의 길이를 측정하여, 그 최대치를 「기포의 직경」으로 했다.
<발포 표면층의 표면 조도 측정>
수득된 면광원 장치용 도광체 B1의 오목형상의 발포 표면층의 표면 조도(산술 평균 조도: Ra)는, 레이저 공초점 현미경(올림퍼스사제 주사형 공초점 레이저 현미경 LEXT OLS-3000)을 이용하여 평가했다. 상기 레이저 공초점 현미경으로, 오목형상의 발포 표면층의 3차원 프로파일을 측정하고, 수득된 프로파일을 바탕으로, 해석 소프트웨어 LEXT OLS application program 버전 5.0.7을 이용하여 표면 조도 곡선을 추출하여, Ra를 산출했다. 컷오프치는 λc=1/10으로 하고, 상기 측정을 임의로 추출한 3개소의 도트에 대하여 행하여, 각 도트 내에서 3개소 측정한 계 9데이타의 평균치를 갖고 Ra치로 했다.
<광학 평가>
(1) 휘도 분포 평가
도 9는, 휘도 분포 평가에 이용한 측정계의 모식도이다. 면광원 장치용 도광체 B1을 이용하여 구성된 면광원 장치의 휘도 분포는, 하기의 방법에 의해 평가했다.
정전류 전원(350)에 의해 20mA에서 발광시킨 LED 광원(340)(니치아화학공업사제 LED NSSW020BT 1등)을 피측정용의 면광원 장치용 도광체 B1의 광입사 단면(302)에, 반사 시트(310)(데이진 듀퐁 필름사제 UX 두께 225㎛)을 광출사면의 반대측의 이면(303)에 각각 배치했다. 휘도계(360)(TOPCON사제 휘도계 BM-7)를 이용하여, 광출사 기구(301)를 설치한 부위를 중심으로 한 시야각 2도의 영역의 광출사면(304)으로부터 출사되는 광의, 도광 방향과 평행하고 도광체 광출사면(304)에 수직한 면내에서의 -90도로부터 90도까지의 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 또 출사 방향은, 법선 방향을 0도, 광출사 기구(301)로부터 봤을 때 광입사 단면(302)의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 했다. 이 측정 결과에 근거하여, 휘도 분포의 반치 각도폭(도)을 수득했다. 평가의 결과에 관해서는 후술한다.
(2) 발광 품위 평가
도 10은, 발광 품위 관찰에 이용한 평가계의 모식도이다. 면광원 장치용 도광체 B1을 이용하여 구성된 면광원 장치의 발광 품위는, 하기의 방법에 의해 평가했다.
정전류 전원(350)에 의해 20mA에서 발광시킨 LED 광원(340)(니치아화학공업사제 LED NSSW020BT 1등)을 피측정용의 면광원 장치용 도광체 B1의 광입사 단면(302)에, 반사 시트(310)(데이진 듀퐁 필름사제 UX 두께 225㎛)를 광출사면의 반대측의 이면(303)에 각각 배치했다. 도광체 광출사면(304)에 인접하여 광확산 소자로서의 확산 시트(220), 및 제 1 및 제 2 광편향 소자로서의 프리즘 시트(230, 240)를 배치했다. 프리즘 시트는, 프리즘열 형성면이 면광원 장치용 도광체 B1의 광출사면(304)과 반대측(상향)으로 향하는 방향에 배치했다. 즉, 프리즘 시트(230, 240)는, 면광원 장치용 도광체 B1에 가까운 측의 입광면과, 상기 입광면과 반대측의 출광면을 구비하고 있고, 출광면은 복수의 프리즘열을 포함하여 이루어진다. 확산 시트(220)로서는, 기모토사제 LCD 백라이트용 고휘도 확산 필름 라이트업 100 GM3을, 프리즘 시트(230, 240)로서는, 스미토모스리엠사제 휘도 상승 필름 Vikuiti BEFII90/50을 이용했다. 제 1 프리즘 시트(230)는 프리즘열과 도광체 광입사 단면(302)이 서로 평행하게 되도록, 제 2 프리즘 시트(240)는 프리즘열과 도광체 내에서의 도광 방향이 서로 평행(즉 프리즘열과 도광체광입사 단면(302)이 서로 수직)이 되도록, 각각 배치했다.
전술한 휘도 분포 평가와 마찬가지로 하여, LED(340)를 발광시켜, 레이저 도트 패턴을 시인할 수 있는가 여부를 육안으로 확인함으로써 발광 품위를 평가하여, 레이저 에칭에 의해 형성한 도트를 시인할 수 있는 것을 「×」, 레이저 에칭에 의해 형성한 도트를 시인할 수 없고, 면으로서의 발광이 얻어지는 것을 「○」로 했다. 평가의 결과에 관해서는 후술한다.
(실시예 2)
두께 0.5mm의 아크릴 캐스트 시트(미쓰비시레이온사제 아크릴라이트 LX001)를 폭 30mm 및 길이 100mm의 직사각형으로 잘라내어, 도광체 소재 A2를 수득했다. 도광체 소재 A2를 이용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 면광원 장치용 도광체 B2를 제작했다. 수득된 면광원 장치용 도광체 B2에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로 오목형상의 발포 표면층의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
(실시예 3)
도 11은, 본 실시예에 있어서 판상 도광체 소재를 연속적으로 제조하는 데 사용한 장치를 나타내는 모식적 구성도이다. 이 장치에서는, 공급 다이(401)로부터 자외선 중합성 점성 액체(시럽)(402)를 공급하여, 아크릴 캐스트 시트(도광체 소재)(402')를 제조한다. 조출 장치(414) 및 권취 장치(415)를 이용하여 제 1 필름(413)을 주행시키고, 조출 장치(417) 및 권취 장치(418)를 이용하여 제 2 필름(416)을 주행시킨다. 공급된 자외선 중합성 점성 액체(2)는, 제 1 및 제 2 필름(413, 416)에 의해 협지되고, 상면 프레스 롤(408) 및 하면 프레스 롤(408')에 의해 니핑(nipping)되어 소요 두께의 층 형상으로 되어, 주행한다. 그동안, 자외선 조사 장치(404)에 의해 제 1 및 제 2 필름(413, 416)을 통해서 자외선이 조사되고, 또한 열풍 가열 장치(410)에 의해 가열이 이루어져, 자외선 중합성 점성 액체(402)가 중합되어 아크릴 캐스트 시트(402')로 된다.
본 실시예에서는, 우선, 메틸 메타크릴레이트 모노머 60중량부에 대하여, 자외선 분해 중합 개시제 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐케톤(지바 스페셜티 케미컬즈사제 이르가큐어184)을 0.01중량부, n-옥틸머캅탄 0.100중량부, 이형제로서 다이옥틸설포석신산 나트륨(미쓰이사이아나미드사제 에어로졸 OT-100)을 0.05중량부 첨가하고, 상온에서 용해시킨 후, 메틸 메타크릴레이트 폴리머 비드(미쓰비시레이온사제 BR-80 중량평균 분자량 10만) 40중량부를 80℃에서 30분간에 걸쳐 가열 용해시켜, 자외선 중합성 점성 액체(402)를 조제했다. 조합시의 거품을 빼기 위해서 50℃에서 2시간 정치시킨 후, 상온까지 자연 냉각시켰다.
이어서, 상기 자외선 중합성 점성 액체(402)를 이용하여, 도 11에 나타내는 장치로 아크릴 캐스트 시트(402')를 제조했다. 제 1과 제 2 필름(413, 416)으로서는 폭 500mm이고 두께 188㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(도요보사제 코스모샤인 A4100)을 사용하고, 자외선 조사 장치(404)로서 도시바사제 FL30S-BL 램프를 사용했다.
필름(413, 416)의 반송 속도를 0.13m/min으로 하여, 공급 다이(401)로부터 먼저 조제한 자외선 중합성 점성 액체(402)를 필름(416) 상에 폭 400mm, 두께 0.58mm의 시트상으로 공급한 후, 필름(413)을 씌웠다. 그 후, 자외선 조사 장치(404)에 의해 2mW/cm2의 조사 강도로 20분간 자외선을 조사하고, 열풍 가열 장치(410)에 의해 143℃에서 3분간 열처리한 후, 90℃로 공냉하고, 필름(413, 416)으로부터 박리하는 것에 의해, 두께 0.5mm의 아크릴 캐스트 시트(402')를 수득했다. 수득된 아크릴 캐스트 시트(402')를 폭 30mm 및 길이 100mm의 직사각형으로 잘라내는 것에 의해, 도광체 소재 A3을 제작했다.
수득된 도광체 소재 A3을 이용하여, 실시예 1과 같은 방법으로, 면광원 장치용 도광체 B3을 제작했다. 면광원 장치용 도광체 B3에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로, 오목형상의 발포 표면층의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
(비교예 1)
자외선 중합성 점성 액체(402)를 조제할 때의, n-옥틸머캅탄 첨가량을 0.135중량부로 한 것 이외는 실시예 3과 같이 하여, 도광체 소재 A4를 제작했다.
수득된 도광체 소재 A4를 이용하여, 실시예 1과 같은 방법으로, 면광원 장치용 도광체 B4를 제작했다. 면광원 장치용 도광체 B4에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로, 오목부의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
(비교예 2)
아크릴 수지 펠렛(미쓰비시레이온사제 아크리페트 VH000)을 원료로 하여, 공지된 압출 프로세스에 의해 수득된 두께 0.5mm의 아크릴 압출 시트를 폭 30mm 및 길이 100mm의 직사각형으로 잘라내어 도광체 소재 A5를 제작했다.
수득된 도광체 소재 A5를 이용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 면광원 장치용 도광체 B5를 제작했다. 면광원 장치용 도광체 B5에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로 오목부의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
(비교예 3)
실시예 1에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B1을 모형으로 하여, 본뜨기용 실리콘 고무(모멘티브 퍼포먼스 머테리얼즈사제 TSE3450)를 이용하여 레이저 도트부의 표면 형상을 전사한 형을 제작했다. 이 형의 표면에, 경화 후의 굴절률이 1.51인 자외선 경화성 모노머 혼합액을 전개하고, 그 위에 실시예 1에서 사용한 도광체 소재 A1을 적층하고, 도광체 소재 A1측으로부터 자외선을 조사하는 것에 의해 면광원 장치용 도광체 B1의 출사 기구부의 표면 형상을 전사에 의해 복제한 면광원 장치용 도광체 B6을 제작했다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B6에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로 오목부의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
[실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 평가 결과]
실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에서 제작한 면광원 장치용 도광체(B1∼ B6)의 오목부의 표면 및 단면의 관찰 결과(SEM 사진)를 도 12에 나타낸다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼3에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B1∼B3의 주표면에 레이저 에칭으로 형성한 오목형상의 광출사 기구부에서는, 표면에 수㎛ 오더의 요철이 관찰되어, 단면에는 복수의 기포가 경사면 근방에 국재하고 있음을 알 수 있다. 즉, 발포 표면층은, 잔금균열상 또는 함몰공상(陷沒孔狀) 또는 공동내포상(空洞內包狀)의 미세 구조를 갖는 것으로, 상기 미세 구조 중에 기포를 포함하는 것이다.
한편, 비교예 1에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B4의 오목부 표면에서도 미세한 요철을 관찰할 수 있지만, 그 단면에는 기포는 관찰되지 않고, 표면의 요철만으로 발포 표면층은 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 또한, 비교예 2에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B5의 오목부 표면은 평활하며, 단면에는 기포가 존재하고 있지 않고, 발포 표면층이 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 또한, 비교예 3에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B6은, 실시예 1에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B1의 형상을 전사하여 복제했기 때문에, 오목부는 B1과 동등한 표면을 갖지만, 그 단면에는 기포는 존재하지 않고, 표면의 요철만으로 발포 표면층은 형성되어 있지 않음을 알 수 있다.
도 13은, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에서 제작한 면광원 장치용 도광체(B1∼B6)의, 도광체 단체에서의 각 출사각에 있어서의 휘도의 분포(도 9의 측정 방법으로 측정된 휘도 분포)를 나타낸 것이고, 여기서는 휘도 분포의 프로파일을 비교하기 위해, 피크 휘도의 값을 1.0으로 하여 규격화한 데이터를 나타내고 있다. 또한 도면 중, 횡축이 출사광의 각도(출사 각도), 종축이 그 각도에 있어서의 상대 휘도를 나타내고 있고, 출사 각도는 광출사 기구로부터 봤을 때 광입사 단면의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 나타내고 있다.
표 1은, 단면 관찰의 결과로부터 얻어진 발포 표면층의 두께 및 기포의 직경, 표면 조도 측정의 결과 얻어진 산술 평균 조도(Ra), 휘도 분포 평가의 결과 얻어진 반치 각도폭, 발광 품위 평가의 결과를 정리한 것이다. 여기서 반치 각도폭이란, 도 13의 각 출사 프로파일에 있어서의 피크치의 50%(상대 휘도=0.5) 이상의 값을 취하는 각도폭을 나타낸 것이다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 에칭에 의해 설치한 오목부의 표면에 발포 표면층을 갖는 실시예 1∼3의 면광원 장치용 도광체는, 80도 이상의 반치 각도폭을 가진 브로드한 휘도 분포 특성을 갖고, 특히 법선 방향(도 13에 있어서의 0도 방향)의 휘도가 높아지고 있다. 그 때문에, 광학 소자와 조합하여 면광원 장치를 구성한 경우, 레이저 도트가 시인되기 어렵고 품위가 높은 발광이 얻어진다.
이에 반하여, 발포 표면층을 갖지 않는 비교예 1 및 2의 면광원 장치용 도광체에서는, 각각 64도, 42도의 반치 각도폭을 가진 휘도 분포 특성을 나타내어, 이 휘도 분포 특성은 실시예 1∼3의 면광원 장치용 도광체의 경우에 비하여 좁고 지향성이 강한 출사 패턴으로 되어 있다. 이것 때문에, 실시예 1∼3의 면광원 장치용 도광체의 경우와 같이 광학 소자와 조합하여 면광원 장치를 구성한 경우, 레이저 도트가 시인되기 쉽다. 이 도트 비쳐보임을 개선하여, 높은 발광 품위를 얻기 위해서는, 레이저 도트를 보다 미세하고 보다 고밀도로 형성할 필요가 있기 때문에, 결과적으로 레이저 에칭에 장시간이 필요하여, 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 비교예 3의 면광원 장치용 도광체 B6에서는, B1로부터 표면 형상을 전사했기 때문에, B1과 동등한 표면 조도를 갖지만, 발포 표면층을 갖고 있지 않다. 그 때문에, 표면의 요철에 의한 산란 효과 밖에 얻어지지 않고, 기포 내에 내포되는 기체와의 굴절률차로부터 생기는 높은 산란 효과를 얻을 수 없다. 그 때문에, 실시예 1과 비교하여 반치 각도폭이 현저하게 좁게 되어, 레이저 도트가 시인되기 쉽게 된다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
면광원 장치용 도광체 B1 B2 B3 B4 B5 B6
발포 표면층 두께(㎛) 4.9 38.4 6.2 없음 없음 없음
기포 직경(㎛) 4.9 33.6 6.2 없음 없음 없음
Ra (㎛) 0.58 0.40 0.30 0.14 0.05 0.60
반치 각도폭(도) 110 104 86 64 42 74
발광 품위 ○ ○ ○ × × ×
(실시예 4)
자외선 중합성 점성 액체(402)를 조제할 때의, 자외선 분해 중합 개시제 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐케톤 첨가량을 0.05중량부, n-옥틸머캅탄 첨가량을 0.05중량부로 한 것 이외는 실시예 3과 같이 하여 도광체 소재 A7을 제작했다.
수득된 도광체 소재 A7을 이용하여, 레이저 에칭 가공시의 조건을, 출력 80%, 주사 속도 500mm/sec, 레이저 초점 위치를 가공면(이면(130))으로부터 레이저 광원측으로 10mm 오프셋한 조건으로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 방법으로, 면광원 장치용 도광체 B7을 제작했다. 면광원 장치용 도광체 B7에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로, 오목형상의 발포 표면층의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 단, 발광 품위 평가에 관해서는, 실시예 1과 같이 도광체 광출사면(304)에 인접하여 확산 시트, 프리즘 시트(2매)를 배치한 위에, 추가로 실시예 1에서 이용한 확산 시트(기모토사제 LCD 백라이트용 고휘도 확산 필름 라이트업 100GM3)를 1매 더 배치하여 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
(비교예 4)
도광체 소재로서, 비교예 2에서 이용한 도광체 소재 A5를 이용한 것 이외는 실시예 4와 같은 방법으로 면광원 장치용 도광체 B8을 제작했다. 면광원 장치용 도광체 B8에 대하여, 실시예 4와 같은 방법으로, 오목부의 관찰, 표면 조도 측정 및 광학 평가를 행했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
[실시예 4 및 비교예 4의 평가 결과]
실시예 4 및 비교예 4에서 제작한 면광원 장치용 도광체(B7∼B8)의 오목부의 표면 및 단면의 관찰 결과(SEM 사진)를 도 14에 나타낸다.
도 14에 나타나는 바와 같이, 실시예 4에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B7의 주표면에 레이저 에칭으로 형성한 오목형상의 광출사 기구부에서는, 표면에 수㎛ 오더의 요철이 관찰되어, 단면에는 복수의 기포가 경사면 근방에 국재하고 있음을 알 수 있다. 이에 반하여, 비교예 4에서 제작한 면광원 장치용 도광체 B8의 광출사 기구부의 표면은 평활하며, 단면에는 기포가 존재하고 있지 않아, 발포 표면층이 형성되어 있지 않음을 알 수 있다.
도 15는, 실시예 4 및 비교예 4에서 제작한 면광원 장치용 도광체(B7∼B8)의, 도광체 단체에서의 각 출사각에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것으로, 여기서는 휘도 분포의 프로파일을 비교하기 위해, 피크 휘도의 값을 1.0으로 하여 규격화한 데이타를 나타내고 있다. 또한 도면 중, 횡축이 출사광의 각도(출사 각도), 종축이 그 각도에 있어서의 상대 휘도를 나타내고 있고, 출사 각도는 광출사 기구로부터 봤을 때 광입사 단면의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 나타내고 있다.
표 2는, 단면 관찰의 결과로부터 얻어진 발포 표면층의 두께 및 기포의 직경, 표면 조도 측정의 결과 얻어진 산술 평균 조도(Ra), 휘도 분포 평가의 결과 얻어진 반치 각도폭, 발광 품위 평가의 결과를 정리한 것이다. 여기서 반치 각도폭이란, 도 15의 각 출사 프로파일에 있어서의 피크치의 50%(상대 휘도=0.5) 이상의 값을 취하는 각도폭을 나타낸 것이다.
표 2에 나타내는 대로, 레이저 에칭에 의해 설치한 오목부의 표면에 발포 표면층을 갖는 실시예 4의 면광원 장치용 도광체는, 반치 각도폭이 60도의 브로드한 휘도 분포 특성을 갖고, 특히 법선 방향의 휘도가 높아지고 있다. 그 때문에, 광학 소자와 조합하여 면광원 장치를 구성한 경우, 레이저 도트가 시인되기 어렵고 품위가 높은 발광이 얻어진다.
이에 반하여, 발포 표면층을 갖지 않는 비교예 4의 면광원 장치용 도광체에서는, 38도의 반치 각도폭을 가진 휘도 분포 특성을 나타내며, 이 휘도 분포 특성은 실시예 4의 면광원 장치용 도광체의 경우에 비하여 좁고 지향성이 강한 출사 패턴으로 되어 있다. 이것 때문에, 실시예 4의 면광원 장치용 도광체의 경우와 같이 광학 소자와 조합하여 면광원 장치를 구성한 경우, 레이저 도트가 시인되기 쉽다. 이 경우에도, 이 도트 비쳐보임을 개선하여 높은 발광 품위를 얻기 위해서는, 레이저 도트를 보다 미세하고 보다 고밀도로 형성할 필요가 있기 때문에, 결과적으로 레이저 에칭에 장시간이 필요하여, 생산성의 저하를 초래한다.
실시예 4 비교예 4
면광원 장치용 도광체 B7 B8
발포 표면층 두께(㎛) 14.7 없음
기포 직경(㎛) 14.7 없음
Ra(㎛) 0.47 0.02
반치 각도폭(도) 60 38
발광 품위 ○ ×
(실시예 5)
<면광원 장치용 도광체의 제작>
실시예 1과 같은 방법으로 제작한 아크릴 캐스트 시트를, 폭 100mm 및 길이 100mm의 직사각형으로 잘라내어, 도광체 소재 A9를 제작했다.
수득된 도광체 소재 A9를 이용하여 본 실시예에서 제작한 샘플(면광원 장치용 도광체 B9)의 모식도를 도 16에 나타낸다. 도 16에 있어서, a는 평면도를 나타내고, b는 종단면도를 나타낸다. 도 16을 참조하면서, 도광체 소재 A9로부터 면광원 장치용 도광체 B9를 얻기까지의 가공 공정, 특히 레이저 에칭 가공을 설명한다.
도광체 소재 A9의 광출사면(110)과 반대측의 이면(130)의, 광입사 단면(120)으로부터 50mm 떨어진, 폭 방향(도 16a에서의 상하 방향)의 중앙의 위치에, 키엔스사제 CO2 레이저 마커 ML-Z9520T(파장: 9.3㎛, 평균 출력: 20W)를 이용하여, 레이저 출력을 90%, 주사 속도를 75mm/sec로 하고, 레이저 초점 위치를 가공면(이면(130))으로부터 레이저 광원측으로 9mm 오프셋한 조건으로 레이저 에칭을 실시하여, 광출사 기구가 되는 V홈 형상 종단면의 오목부(101)를 형성했다. 레이저 에칭의 패턴은, 광입사 단면(120)과 평행한 스트라이프상으로 하고, 길이를 10mm으로 했다.
이것에 의해, 면광원 장치용 도광체 B9를 수득했다. 상기 오목부(101)의 표층부가 발포 표면층(244)로 된다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B9에 있어서의 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 형상, 폭, 깊이, 및 광입사 단면측의 경사 각도(입사면측 경사 각도 ) α에 관해서는, 광학 현미경(니콘사제 IC 검사 현미경 ECLIPSE L200N)을 이용하여 평가했다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
또한, 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 광입사 단면측의 경사면의 표면 및 단면의 형태에 관해서는, 실시예 1과 같이 SEM에서 관찰했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
<광학 평가>
상기의 면광원 장치용 도광체 B9를 이용하여 면광원 장치를 제작하여, 그 광학 특성의 평가를 행했다. 도 17에 그 양상을 나타낸다.
면광원 장치용 도광체 B9의 광입사 단면(302)에 인접하여 1차 광원으로서의 LED(340)(니치아화학공업사제 LED NSSW020BT)를 등간격으로 5개 배열했다. 면광원 장치용 도광체 B9의 이면(303)에 인접하여 광반사 소자로서의 반사 시트(310)(도오레사제 Lumirror E20)를 공기층을 통해서 이간 배치했다.
정전류 전원(350)에 의해 20mA에서 LED(340)를 발광시켜, 휘도계(360)(TOPCON사제 휘도계 BM-7)를 이용하여, 광출사 기구(301)의 부위를 중심으로 한 시야각 2도의 영역의 광출사면(304)으로부터 출사되는 광의, 도광 방향과 평행하고 광출사면(304)에 수직한 면의 -90도로부터 90도까지의 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 한편, 출사광의 각도에 관해서는, 광출사면 법선 방향을 0도, 발포 표면층(301)으로부터 봤을 때 광입사 단면(302)의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 했다. 측정 결과를 도 20에 나타낸다.
이어서, 도광체 광출사면(304)에 인접하여 배치된 제 1 및 제 2 광편향 소자로서의 프리즘 시트(230, 240)를, 프리즘열 형성면이 면광원 장치용 도광체 B9의 광출사면(304)과 반대측(상향)으로 향하는 방향으로 배치했다. 즉, 프리즘 시트(230, 240)는, 면광원 장치용 도광체 B9에 가까운 측의 입광면과, 상기 입광면과 반대측의 출광면을 구비하고 있고, 출광면은 복수의 프리즘열을 포함하여 이루어진다. 프리즘 시트(230, 240)로서는, 스미토모스리엠사제 휘도 상승 필름 Vikuiti BEFII90/50을 이용했다. 제 1 프리즘 시트(230)는 프리즘열과 도광체 광입사 단면(302)이 서로 평행하게 되도록, 제 2 프리즘 시트(240)는 프리즘열과 도광체 내에서의 도광 방향이 서로 평행(즉 프리즘열과 도광체 광입사 단면(302)이 서로 수직)이 되는 방향으로 각각 배치했다.
상기와 같이 하여, LED(340)를 발광시켜, 휘도계(360)(TOPCON사제 휘도계 BM-7)를 이용하여, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 21에 나타낸다.
(비교예 5)
아크릴 수지 펠렛(미쓰비시레이온사제 아크리페트 VH000)을 원료로 하여 공지된 압출 프로세스에 의해 수득된 두께 0.5mm의 아크릴 압출 시트를 폭 100mm 및 길이 100mm의 직사각형으로 잘라낸 것을 도광체 소재로서 이용하여, 실시예 5와 같은 방법으로 면광원 장치용 도광체 B10을 제작했다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B10에 대하여, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101)의 형상, 폭, 깊이, 및 광입사 단면측의 경사 각도(입사면측 경사 각도) α를 평가했다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101)의 광입사 단면측의 경사면의 표면 및 단면의 형태를 관찰했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
또한, 상기의 면광원 장치용 도광체 B10을 이용하여, 실시예 5와 같이 하여 면광원 장치를 제작하여, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 20 및 도 21에 나타낸다.
(실시예 6)
레이저 출력 90%, 주사 속도 75mm/sec, 레이저 초점 위치를 가공면으로부터 레이저 광원측으로 7mm 오프셋한 조건으로 레이저 에칭을 실시한 것 이외는, 실시예 5와 같이 하여 면광원 장치용 도광체 B11을 제작했다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B11에 대하여, 실시예 5와 같은 방법으로 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 형상, 폭, 깊이, 및 광입사 단면측의 경사 각도(입사면측 경사 각도) α를 평가했다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 광입사 단면측의 경사면의 표면 및 단면의 형태를 관찰했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
또한, 상기의 면광원 장치용 도광체 B11을 이용하여, 실시예 5와 같이 하여 면광원 장치를 제작하여, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 단, 프리즘 시트(240)는 사용하지 않았다. 측정 결과를 도 22 및 도 23에 나타낸다.
(비교예 6)
도광체 소재로서 비교예 5로 사용한 아크릴 압출 시트를 이용한 것 이외는, 실시예 6과 같이 하여 면광원 장치용 도광체 B12를 제작했다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B12에 대하여, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101)의 형상, 폭, 깊이, 및 광입사 단면측의 경사 각도(입사면측 경사 각도) α를 평가했다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101)의 광입사 단면측의 경사면의 표면 및 단면의 형태를 관찰했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
또한, 상기의 면광원 장치용 도광체 B12를 이용하여, 실시예 6과 같이 하여 면광원 장치를 제작하여, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 22 및 도 23에 나타낸다.
(실시예 7)
레이저 출력 70%, 주사 속도 75mm/sec, 레이저 초점 위치를 가공면으로부터 레이저 광원측으로 2mm 오프셋한 조건으로 레이저 에칭을 실시한 것 이외는, 실시예 5와 같이 하여 면광원 장치용 도광체 B13을 제작했다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B13에 대하여, 실시예 5와 같은 방법으로 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 형상, 폭, 깊이, 및 광입사 단면측의 경사 각도(입사면측 경사 각도) α를 평가했다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 광입사 단면측의 경사면의 표면 및 단면의 형태를 관찰했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
또한, 상기의 면광원 장치용 도광체 B13을 이용하여, 실시예 5와 같이 하여 면광원 장치를 제작하여, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 단, 프리즘 시트(230, 240)는 사용하지 않았다. 측정 결과를 도 24에 나타낸다.
(비교예 7)
도광체 소재로서 비교예 5에서 사용한 아크릴 압출 시트를 이용한 것 이외는, 실시예 7과 같이 하여 면광원 장치용 도광체 B14를 제작했다.
수득된 면광원 장치용 도광체 B14에 대하여, 실시예 5와 같은 방법으로 오목부(101)의 형상, 폭, 깊이, 및 광입사 단면측의 경사 각도(입사면측 경사 각도) α를 평가했다. 그 결과를 도 18에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 같은 방법으로, 오목부(101)의 광입사 단면측의 경사면의 표면 및 단면의 형태를 관찰했다. 그 결과에 관해서는 후술한다.
또한, 상기의 면광원 장치용 도광체 B14를 이용하여, 실시예 7과 같이 하여 면광원 장치를 제작하여, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 24에 나타낸다.
[실시예 5∼7 및 비교예 5∼7의 관찰 결과]
상기의 도 18에 있어서의 「형상」은, 실시예 5∼7 및 비교예 5∼7에서 제작한 면광원 장치용 도광체(B9∼B14)의 광출사 기구를 구성하는 상기 V홈 형상 단면의 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 단면의 관찰 결과를 나타낸 것이다. 도면 중의 좌측의 경사면이 광입사 단면측에 상당한다.
도 18에 나타나는 바와 같이, 레이저 에칭시의 레이저 출력, 주사 속도, 포커스 위치의 조건을 적절히 조정함으로써 경사면의 각도를 특정한 각도로 제어한 V홈 형상을 형성할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 아크릴 캐스트 시트로부터 이루어지는 도광체 소재 및 아크릴 압출 시트로부터 이루어지는 도광체 소재 중 어느 것을 이용하여 제작된 도광체에 있어서도, 거의 같은 경사 각도를 가진 광출사 기구부가 형성되어 있음을 알 수 있었다.
도 19는, 광출사 기구부의 광입사 단면측 경사면의 SEM 관찰 결과를 나타낸 것이다. 여기서는, 대표적인 형상으로서, 실시예 6 및 비교예 6에서 수득된 도광체 샘플 B11, B12에 대하여, 경사면 표면(a, c) 및 경사면의 단면(b, d)의 관찰 결과가 나타내어져 있다. a, b에 나타나는 바와 같이, 아크릴 캐스트 시트로부터 이루어지는 도광체 소재의 주표면에 레이저 에칭으로 형성한 광출사 기구부에서는, 표면에 수㎛ 오더의 요철이 관찰되고, 단면에는 수㎛ 오더의 기포가 경사면 근방에 국재하여 내포되어 있음을 알 수 있다. 즉, 발포 표면층(244)은, 잔금균열상 또는 함몰공상 또는 공동내포상의 미세 구조를 갖는 것으로, 상기 미세 구조 중에 기포를 포함하는 것이다. 한편, c, d에 나타나는 바와 같이, 아크릴 압출 시트의 주표면에 레이저 에칭으로 형성한 광출사 기구부에서는, 표면이 평활하며, 단면에는 기포가 존재하지 않고 있음을 알 수 있다.
여기서는, 도광체 샘플 B11, B12의 비교에 관하여 나타내었지만, 도광체 샘플 B9, B10의 비교, 및 도광체 샘플 B13, B14의 비교에 있어서도 같은 경향이 보였다.
[실시예 5∼7 및 비교예 5∼7의 광학 평가 결과]
도 20은, 실시예 5 및 비교예 5에서 수득된 도광체 샘플 B9, B10의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것으로, 여기서는 휘도 분포의 프로파일을 비교하기 위해, 피크 휘도의 값을 1.0으로 하여 규격화한 데이타를 나타내고 있다. 또한 도면 중, 횡축이 출사광의 각도, 종축이 그 각도에 있어서의 상대 휘도를 나타내고 있고, 광출사 기구로부터 봤을 때 광입사 단면의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 나타내고 있다. 도 20에 나타나는 바와 같이, 도광체 샘플 B9, B10의 어느 것에 있어서도, 광출사 기구를 구성하는 V홈 형상 종단면의 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 경사면의 경사 각도 α를 25도 부근으로 제어함으로써 40도 부근에 출사 피크를 가지는 출사 프로파일이 얻어진다. 그러나, 도광체 샘플 B10은 출사 피크 각도 부근에서 급격히 출사하여, 지향성이 강한 프로파일을 나타내는 데 반하여, 본 발명의 실시형태인 도광체 샘플 B9는 브로드한 출사 프로파일이 되어, 특히 광입사 단면측으로 브로드하게 출사하고 있음을 알 수 있다. 이것은, 도광체 샘플 B9에서는 광출사 기구부의 발포 표면층(244)의 광입사 단면측 경사면 근방에 미세한 기포가 국재적으로 내포되어 있는 것에 근거하여, 도광체 내를 전파하고 있는 광이 효율적으로 산란되면서 출사되기 때문이다.
도 21은, 실시예 5 및 비교예 5에서 수득된 도광체 샘플 B9, B10의 광출사면측에 프리즘 시트 2매를 배치했을 때의, 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다. 도면에 나타나는 바와 같이, 어느 쪽의 도광체에 있어서도 프리즘 시트를 2매 이용하는 것에 의해 출사광의 피크를 법선 방향으로 일으킬 수 있지만, 양자의 출사 프로파일을 비교하면, 도광체 샘플 B9에서는 B10에 비하여 브로드한 출사 프로파일이 얻어지고 있다.
이하의 표 3은, 도 21의 각 출사 프로파일에 있어서의 피크치의 80%(상대 휘도=0.8) 이상의 값을 취하는 각도폭(80% 피크 각도폭)을 나타낸 것이다. 표 3에 나타내는 대로, 도광체 샘플 B10을 이용한 면광원 장치의 80% 피크 각도폭은 22.8도밖에 안 되는 데 반하여, 도광체 샘플 B9를 이용한 것의 80% 피크 각도폭이 30.5도까지 넓어지고 있어, 본 발명의 실시형태인 도광체를 이용하는 것에 의해, 확산 시트를 이용하지 않더라도 광출사면 법선 방향 부근에 피크를 가지는 출사 프로파일이 얻어져, 시야각이 넓은 면광원 장치가 얻어짐을 알 수 있었다.
실시예 5 비교예 5
면광원 장치용 도광체 B9 B10
80% 피크 각도폭(degree) 30.5 22.8
도 22는, 실시예 6 및 비교예 6에서 수득된 도광체 샘플 B11, B12의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다. 한편, 휘도의 값은 상술과 같이, 피크 휘도의 값을 1.0으로 하여 규격화했다. 도 22에 나타나는 바와 같이, 도광체 샘플 B11, B12의 어느 것에 있어서도, 광출사 기구를 구성하는 V홈 형상 단면의 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 경사면의 경사 각도 α를 45도 부근으로 제어함으로써 30도 부근에 출사 피크를 가지는 출사 프로파일이 얻어진다. 그러나, 도광체 샘플 B12는 출사 피크 각도 부근에서 급격히 출사하여, 지향성이 강한 프로파일을 나타내는 데 반하여, 본 발명의 실시형태인 도광체 샘플 B11은 브로드한 출사 프로파일이 되고, 특히 광입사 단면측으로 브로드하게 출사되고 있음을 알 수 있다. 이것은, 도광체 샘플 B11에서는 광출사 기구부의 발포 표면층(244)의 광입사 단면측 경사면 근방에 미세한 기포가 국재적으로 내포되어 있는 것에 근거하여, 도광체 내를 전파하고 있는 광이 효율적으로 산란되면서 출사되기 때문이다.
도 23은, 실시예 6 및 비교예 6에서 수득된 도광체 샘플 B11, B12의 광출사면측에, 광입사 단면과 평행한 프리즘열을 갖는 프리즘 시트(230)를 1매 배치했을 때의, 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다. 도면에 나타나는 바와 같이, 어느 도광체에 있어서도 프리즘 시트(230)를 1매 이용하는 것에 의해 출사광의 피크를 법선 방향으로 일으킬 수 있지만, 양자의 출사 프로파일을 비교하면, 도광체 샘플 B11에서는 B12에 비하여 브로드한 출사 프로파일이 얻어지고 있다.
이하의 표 4는, 도 23의 각 출사 프로파일에 있어서의 80% 피크 각도폭을 나타낸 것이다. 표 4에 나타나는 바와 같이, B12를 이용한 면광원 장치의 80% 피크 각도폭은 38.5도밖에 안 되는 데 반하여, B11을 이용한 것은 80% 피크 각도폭이 46.0도까지 넓어지고 있어, 본 발명의 실시형태인 도광체를 이용하는 것에 의해, 확산 시트, 광입사 단면과 수직한 프리즘열을 갖는 프리즘 시트를 이용하지 않더라도 광출사면 법선 방향 부근에 피크를 가지는 출사 프로파일이 얻어져, 시야각이 넓은 면광원 장치가 얻어짐을 알 수 있었다.
실시예 6 비교예 6
면광원 장치용 도광체 B11 B12
80% 피크 각도폭(degree) 46.0 38.5
도 24는, 실시예 7 및 비교예 7에서 수득된 도광체 샘플 B13, B14의, 도광체 단체에서의 각 출사 각도에 있어서의 휘도의 분포를 나타낸 것이다. 한편, 휘도의 값은 전술한 바와 같이, 피크 휘도의 값을 1.0으로 하여 규격화했다. 도 24에 나타나는 바와 같이, 도광체 샘플 B13, B14의 어느 것에 있어서도, 광출사 기구를 구성하는 V홈 형상 단면의 오목부(101) 및 발포 표면층(244)의 경사면의 경사 각도 α를 63도 부근으로 제어함으로써 -10도 부근에 출사 피크를 가지는 출사 프로파일이 얻어진다. 그러나, 본 발명의 실시형태인 도광체 샘플 B13은, 도광체 샘플 B14에 비하여 브로드한 출사 프로파일이 되어, 특히 광입사 단면과 반대 측으로 브로드하게 출사되고 있음을 알 수 있다. 이것은, 도광체 샘플 B13에서는 광출사 기구부의 발포 표면층(244)의 광입사 단면측 경사면 근방에 미세한 기포가 국재적으로 내포되어 있는 것에 근거하여, 도광체 내를 전파하고 있는 광이 효율적으로 산란되면서 출사되기 때문이다.
이리 하여, 확산 시트, 프리즘 시트를 이용하지 않고도, 도광판 단체로 광출사면 법선 방향 부근에 피크를 가지는 출사 프로파일이 얻어져, 시야각이 넓은 면광원 장치가 얻어짐을 알 수 있었다.
이상의 실시예 1∼7 및 비교예 1∼7의 결과로부터, 본 발명의 면광원 장치용 도광체를 이용함으로써, 출사광의 피크를 임의의 방향으로 제어하면서, 시야각이 넓고, 발광 품위가 양호한 면광원 장치가 얻어진다는 것이 나타났다.
1, 1': 엔들레스 벨트
2,2': 풀리
3,3': 풀리
4: 롤
5: 시럽 공급관
6: 가스켓
7, 8: 증기 라인
9, 10: 드레인 라인
11, 12, 13: 블로어
14,14': 열교환기
15, 16, 17, 18: 가열 존
19: 판상 중합체(도광체 소재)
22: LED
24: 도광체
241: 광입사 단면
242: 광출사면
243: 이면
244: 발포 표면층
26: 광확산 소자
28: 제 1 광편향 소자
30: 제 2 광편향 소자
32: 광반사 소자
A1, A9: 도광체 소재
101: 오목부(광출사 기구)
110: 광출사면
120: 광입사 단면
130: 이면
B1, B9: 면광원 장치용 도광체
220: 확산 시트
230, 240: 프리즘 시트
301: 발포 표면층(광출사 기구)
302: 광입사 단면
303: 이면
304: 광출사면
310: 반사 시트
340: LED
350: 정전류 전원
360: 휘도계
401: 공급 다이
402: 자외선 중합성 점성 액체(시럽)
402': 아크릴 캐스트 시트(도광체 소재)
404: 자외선 조사 장치
408: 상면 프레스 롤
408': 하면 프레스 롤
410: 열풍 가열 장치
413: 제 1 필름
414: 조출 장치
415: 권취 장치
416: 제 2 필름
417: 조출 장치
418: 권취 장치

Claims (12)

  1. 광입사 단면(端面)과, 광출사면과, 상기 광출사면의 반대측에 위치하는 이면을 구비하는 판상의 도광체로서,
    상기 광출사면 및 이면 중 적어도 한쪽에는, 적어도 일부 영역에 오목부가 형성되어 있고,
    상기 광출사면 및 이면 중 적어도 한쪽에는, 적어도 일부 영역에 발포 표면층이 형성되어 있고,
    상기 발포 표면층은, 직경이 1㎛∼50㎛인 기포를 포함하고 또한 상기 광출사면 또는 이면의 법선의 방향을 포함하는 단면(斷面)이 오목 형상을 하고 있고,
    상기 발포 표면층은, 상기 오목부의 표면 근방에 국재하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포 표면층의 두께가 1㎛∼50㎛인 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발포 표면층이 형성되어 있는 상기 일부 영역은, 상기 광출사면 및 이면 중 한쪽에 있어서의 도트상 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발포 표면층이 형성되어 있는 상기 일부 영역은, 상기 광출사면 및 이면 중 한쪽에 있어서의 스트라이프상 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발포 표면층 및 상기 도광체의 상기 발포 표면층 이외의 부분은 아크릴 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 면광원 장치용 도광체와, 상기 도광체의 광입사 단면에 인접하여 배치된 1차 광원을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 면광원 장치는, 추가로, 상기 도광체의 이면에 인접하여 배치된 광반사 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 면광원 장치는, 추가로, 상기 도광체의 광출사면에 인접하여 배치된 광편향 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광편향 소자는, 상기 도광체에 가까운 측의 입광면과, 상기 입광면과 반대측의 출광면을 구비하고 있고, 상기 출광면은 서로 평행하게 배열된 복수의 프리즘열을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 면광원 장치용 도광체를 제조하는 방법으로서,
    연속 제판법에 의해 아크릴 수지판으로 이루어지는 판상의 도광체 소재를 제작하고,
    상기 판상 도광체 소재의 적어도 한쪽 주표면의 적어도 일부 영역에 대하여 레이저 에칭을 행함으로써 상기 발포 표면층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 면광원 장치용 도광체의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저 에칭에 사용되는 레이저는 적외 레이저인 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 도광체의 제조방법.
  12. 삭제
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