JP2006323087A

JP2006323087A - プリズムシート

Info

Publication number: JP2006323087A
Application number: JP2005145557A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hishida; 誠菱田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】少なくとも一面に、断面略三角形状で一方向に伸びるレンズ単位６ａが多数並列に設けられたプリズムシート６において、モアレの視認性を低減したうえで輝度低下を抑制できるようにする。
【解決手段】レンズ単位形成面と反対側の面が、微細な凹凸を有する粗面に形成されており、凹凸の高低差ΔＡが、０．５μｍ〜８μｍに設定されているとともに、隣り合う凸６ｂと凸６ｂとの間の実質的な平坦部６ｃの長さΔＢが、５μｍ〜４０μｍに設定されている。これにより、光の拡散と透過とのバランスが良好となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等に用いられるプリズムシートに関する。

近年、カラー液晶表示装置は、ノート型パソコンやデスクトップ型パソコンのモニターや、液晶テレビジョン（ＴＶ）等、種々の分野で長さ広く使用されてきている。

液晶表示装置の基本構成は、液晶セルとバックライトとを備えている。バックライトには、光源を液晶セルの直下に設けた直下型や、光源を導光体の側面に設けたエッジライト方式がある。

カラー液晶表示装置は、他の表示装置（ＣＲＴ、ＰＤＰ、有機ＥＬ）と比較して、消費電力が少ないという点で優れているが、視認性の観点から正面輝度が低くなることは容認できない。

そこで、バックライトの光学的な効率を改善し、少ない消費電力で正面輝度を高くすることが必要とされており、従来から、バックライトの導光板の出射面側に、片面にプリズム列やレンチキュラー列等のレンズ単位を多数形成してなるプリズムシートを設けている。

プリズムシートは、バックライトからの出射光を屈折作用によって、より正面方向に出射光を向ける事によって、正面輝度を向上させバックライトの光学的な輝度を向上させるものである。

一般的に、プリズムシートのレンズ単位について、断面形状が二等辺三角形でかつ頂角を９０度としたものが輝度向上を図るうえで最適であると考えられている。なお、レンズ単位の頂部の曲率半径は「０」、つまり先鋭とされる。

なお、より一層の正面輝度の向上を目的として、プリズムシートを複数枚重ね合わせて使用することもある。また、視野角を改善する目的から、光再指向フィルムを用いた構成のものが見受けられる。

プリズムシートに求められる機能が輝度向上であることから、できる限り正確なプリズム形状を形成するのが望ましいが、その場合、干渉縞、明暗ムラ（以下、モアレという）を誘発しやすい。

このモアレは、シート間の隙間に起因したり、プリズムパターンの溝ピッチに起因したりすると考えられており、そのメカニズムは隣接する光の干渉によるものと考えられている。

また、ピクセルモアレ（液晶画素ピッチとプリズムシートのレンズ単位の溝ピッチとの干渉によるモアレ）は、プリズムパターンの溝ピッチが大きい程視認しやすい。

このようなモアレを視認できないレベルまで低減する一策として、プリズムシートの裏面（非プリズム面）側に拡散機能を持たせることが考えられている（例えば特許文献１，２参照。）。

この場合、プリズムシートの裏面に、ビーズ等の粒子状物を分散して埋め込むことによって微細な凸を設けることにより、拡散機能を発揮するようになっている。

この他、プリズムシートの裏面に凸状ドットを設けたうえで、このプリズムシートと拡散フィルムとを併用してディスプレー装置を構成したものが考えられている（例えば特許文献３参照。）。
特開平１１−１３３２１４号公報特開平７−１５１９０９号公報特開平６−１０２５０６号公報

上記特許文献１，２に係る従来例では、モアレの視認性を低減することが可能であるものの、プリズムシートの裏面を略鏡面とする場合との比較で輝度が低下することが避けられず、プリズムシート本来の機能が低下することが指摘される。また、ビーズ等の粒子状物を分散配置する構造であるため、製造が面倒で、そのビーズの配置を制御することが困難であることが指摘される。

上記特許文献３に係る従来例では、モアレの視認性を低減するとともに、輝度低下を抑制しようとするものであるが、ディスプレー装置全体の構成要素の組み合わせを工夫していて、プリズムシート単体で前記効果の両立を図るようにしたものではない。

本発明は、プリズムシートにおいて、モアレの視認性を低減したうえで輝度低下を抑制できるようにすることを目的としている。

本発明は、少なくとも一面に、断面略三角形状で一方向に伸びるレンズ単位が多数並列に設けられたプリズムシートであって、レンズ単位形成面と反対側の面が、微細な凹凸を有する粗面に形成されており、凹凸の高低差が、０．５μｍ〜８μｍに設定されているとともに、隣り合う凸と凸との間の実質的な平坦部の長さが、５μｍ〜４０μｍに設定されていることを特徴としている。

なお、実質的な平坦部とは、隣り合う凸と凸との間の谷の部分のことであり、詳しくは凸の裾野からそれに隣り合う凸の裾野までの間の部分のことであり、また、凹凸の高低差未満の極微小な凹凸を含んでいてもよい。

この場合、光の拡散と透過のバランスが良好となり、モアレの発生を抑制することが可能になるうえ、輝度低下の度合いを軽減することが可能になる。

本発明に係るプリズムシートによれば、その裏面を略鏡面とする場合に比べて、モアレの視認性を低減したうえで輝度低下を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係るプリズムシートの説明に先立ち、その使用対象の一例となる液晶表示装置の基本構成を図１に示して、簡単に説明する。

図示例の液晶表示装置は、液晶セル１と、直下型のバックライト２とを備えている。バックライト２は、光源３と、拡散板４と、拡散シート５と、プリズムシート６と、反射偏光機能フィルム７とを有している。

このバックライト２の機能を説明する。まず、光源３より拡散板４に入射した光線が、拡散板４の表面の全面から拡散放出される。拡散板４から放出された光線は、拡散シート５を通過してプリズムシート６に入射し、プリズムシート６の表面から略真上方向にピークを示す分布に光線として出射され、反射偏光機能フィルム７を介して液晶セル１全面を照明するようになる。拡散シート５は、プリズムシート６のプリズム形状の正確性をあえて崩してモアレを人間の目に認知出来ない程度に低減するために役立つ。

上記プリズムシート６は、その表面に、図２に示すように、一方向に伸びる凸形状のレンズ単位６ａ・・・が多数並列に設けられている。

このプリズムシート６は、例えばポリカーボネート系樹脂で単層構造とされている。レンズ単位６ａは、断面形状が略二等辺三角形に形成されている。

なお、レンズ単位６ａの頂角θは、好ましくは例えば７０度〜１１０度の範囲に、また、隣り合うレンズ単位６ａの頂部間ピッチＷは、好ましくは例えば２０μｍ〜１００μｍの範囲にそれぞれ設定される。

ここで、プリズムシート６の裏面つまりレンズ単位６ａ形成面と反対側の面について、微細な凹凸を有する粗面に形成されており、図３および図４に示すように、凹凸の高低差ΔＡが、０．５μｍ〜８μｍに設定されているとともに、隣り合う凸６ｂと凸６ｂとの間の実質的な平坦部６ｃの長さ寸法ΔＢが、５μｍ〜４０μｍに設定されている。

なお、ここで、実質的な平坦部６ｃとは、図４において凸６ｂの裾野からそれと隣り合う凸６ｂの裾野までの間の部分のことを指す。

以上説明した特定事項を有するプリズムシート６を製造する方法としては、例えばプリズムパターンと反対の模様を彫刻した金型を用いて賦型する賦型法、あるいは射出成形方法等を採用することができる。

例えば図５や図６に示すような挟圧賦型法では、Ｔ型ダイ１１，２１より溶融樹脂をシート状に押出した後に、賦型ロール１２，２２と挟圧部材（スリーブベルト１３またはフレックスロール２３）とで挟圧し、挟圧後はシート原反１０を速やかに冷却してガラス転移温度Ｔｇ以下にし、その下流でさらに冷却してから適宜の巻き取り機により巻き取る。

なお、挟圧部材として、図５に示す装置では、スリーブベルト１３を用いているが、図６に示す製造装置では、国際公開番号ＷＯ９７／２８９５０に示されるような弾性ロール２３ａの外径側に媒体（例えば水等）２３ｂを介して金属薄膜２３ｃを外装した構造のフレックスロール２３とされており、それ以外は図５と図６とで互いに同じ構成である。

図５に示すスリーブベルト１３は、温度調節機能を有する弾性ロール１３ａと冷却ロール１３ｂとに巻き掛けられている。スリーブベルト１３は、例えば厚み２５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは２５０μｍ〜３５０μｍであり、材質は耐久性等の点から、ハードクロムやニッケル合金が好ましい。

また、挟圧後の冷却は、樹脂のガラス転移温度Ｔｇ付近では樹脂の挙動が大きく変化するため、ガラス転移温度Ｔｇより１０℃、好ましくは２０℃以上低く設定することによって樹脂の挙動を安定させる温度にすることが好ましい。

そして、プリズムシート６の裏面を粗面、例えば梨地状とするには、例えばスリーブベルト１３の表面またはフレックスロール２３の表面を、マット、その他微細模様を施した形状とし、この面からプリズムシート６の裏面に転写することによって得ることができる。

以上のような方法でプリズムシート６を製造すれば、特別な製造工程を必要とすることなく、プリズムシート６の裏面を、適度な凹凸を有する粗面にすることが可能になり、それによって、光の拡散と透過とのバランスを良好とすることができて、モアレの視認性を低減するとともに輝度の低下度合いを軽減できるようになる。

次に、上記特定事項を適用した実施例１，２と、上記特定事項から外れる比較例１，２，３とについて実験を行ったので、表１に示して説明する。

実施例１，２は、プリズムシートの素材とする樹脂をメルトインデックス（３００℃、１．２ｋｇ)４３のポリカーボネートとし、図５に示す製造装置を用いて製造した。

なお、賦型ロール１２は直径２５０ｍｍ、スリーブベルト１３は、例えば「特許第２８０８２５１号」に示すような構成とされ、１５０φの弾性ロール１３ａと冷却ロール１３ｂを介する２８０φの金属製のスリーブベルトとされている。

Ｔ型ダイ１１よりダイ出口２６０℃の溶融樹脂をシート状に押出した後に、賦型ロール１２とスリーブベルト１３とで挟圧し、シート原反の温度をガラス転移温度Ｔｇ以下にした後に、適宜位置で剥離し、その下流でさらに冷却してから適宜の巻き取り機により巻き取る。このとき、スリーブベルト１３による挟圧圧力は線圧２０ｋｇ／ｃｍとなるようにし、ライン速度は１０ｍ／分で一定とした。

そして、実施例１，２に係るプリズムシート６および比較例１〜３に係るプリズムシートにおける裏面の形状的な条件は、下記表１に示すとおりである。
(実施例１)
スリーブベルト１３は、高木彫刻製とし、その表面に、ＪＩＳ規格Ｒ６００１（１９９８）３．精密研磨用微粉の種類と粒度分布に示される粒度番手に相当するマット加工を施している。この粒度を「＃４００」とし、凹凸の高低差ΔＡを２μｍ、平坦部６ｃの長さΔＢを２０μｍとしている。
(実施例２)
実施例１において、スリーブベルト１３の表面の粒度を「＃３００」とし、凹凸の高低差ΔＡを４μｍ、平坦部６ｃの長さΔＢを３８μｍとしている。
(比較例１)
実施例１において、スリーブベルト１３の表面の粒度を「＃１０００」とし、凹凸の高低差ΔＡを０．２μｍ、平坦部６ｃの長さΔＢを５μｍとしている。
(比較例２)
プリズムシート６の素材として、積水フィルム社製Ｗ−８１８を用いる。その裏面について、凹凸の高低差ΔＡは２μｍ、平坦部６ｃの長さΔＢは３μｍである。
(比較例３)
プリズムシート６の素材として、住友スリーエム社製Ｔｈｉｃｋ−ＲＢＥＦを用いる。その裏面について、凹凸の高低差ΔＡは５μｍ、平坦部６ｃの長さΔＢは１５０μｍである。

なお、表１において、凹凸の差（高低差ΔＡ）は十点平均粗さＲｚで表している。

また、表１に示す項目のうち、顕微鏡観察、輝度上昇率、モアレ評価は、下記（１）〜（３）のようにしている。

（１）顕微鏡観察
レーザー顕微鏡（キーエンス製ＶＫ８５１０）を使用し、内蔵の解析ソフト等を利用する。つまり、レーザー顕微でプリズムシート６の裏面を撮影し、この撮影画像（図３参照）を画像処理することによって、例えば基準とする凸６ｂの中心点に対して４５°方向に四本の線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を描くとともに、各線Ｌ１〜Ｌ４における断面（図４参照）を描き、高低差ΔＡと長さΔＢとを測定する。但し、図４に示す断面図は、図３の線Ｌ４を選択しているものとする。

（２）輝度上昇率
輝度計（コニカミノルタ社製ＬＳ１００）でプリズムシート単品の輝度を測定し、輝度上昇率を求めた。また、輝度の低下度合いを観察する為に、リファレンスとして裏面を鏡面にしたプリズムシート（輝度上昇率１４０％）を製造して、比較した。

（３）モアレ評価
モアレ評価は、市販の液晶テレビジョンに備える直下型バックライト（図１の符号２参照）に用いるプリズムシート（図１の符号６参照）として、測定対象となるプリズムシートを組み込み、五人で目視により官能的に評価した。

結果を説明する。まず、表１に示すように、輝度上昇率が実施例１，２がそれぞれ「１３８」、「１３７」であり、また、比較例１〜３がそれぞれ「１３２」、「１２８」、「１３４」である。このように実施例１，２の場合、輝度上昇率１４０％のプリズムシートに比べて遜色ない程度であった。

また、モアレの視認性について、実施例１，２，比較例３の場合はモアレを視認できなかったが、比較例１，２の場合はモアレが視認された。

このように、本発明では、上記形状により光の拡散と透過とのバランスが良好となり、モアレの視認性低減と輝度低下抑制とを両立することが可能になったものと考えられる。そして、上記結果に基づき、本発明では、モアレの視認性低減と輝度低下抑制とを両立するために、若干のマージンを見込んで、凹凸の高低差ΔＡを０．５μｍ〜８μｍ、隣り合う凸６ｂと凸６ｂとの間の実質的な平坦部６ｃの長さΔＢを５μｍ〜４０μｍに特定するに至った。

以下において、参考までに、モアレの視認性低減と輝度低下抑制とを両立することが可能になった原因について、プリズムシート６のサイドから入射した光の拡散反射を中心に考察する。

まず、凸６ｂが高くて高低差ΔＡが上記特定範囲の上限値（８μｍ）より大きい場合には散乱度合いが増すため、輝度低下が大きくなり、また、凸６ｂが極端に低くて高低差ΔＡが上記特定範囲の下限値（０．５μｍ）より小さい場合にはモアレの視認性の低減効果が薄くなる。

また、長さΔＢが上記特定範囲の下限値（５μｍ）より小さい場合、複数の凸６ｂが重なっていたり近接していたりするため、入射光は凸６ｂに従って反射拡散するが、均一ではなく一部領域に集中して他領域は反射が少なくなる。この反射光は、液晶表示装置内の反射板で反射された時にも同様の分布を持つため、明暗模様が発生するとともに、輝度が低下すると言える。

長さΔＢが上記特定範囲の上限値（４０μｍ）より大きい場合、複数の凸６ｂが互いに離れているため、入射光は離れた凸６ｂの影響で反射拡散光が狭い範囲で「ふた山」等の分布をもつことになる。このため、人の目にはモアレが視認しにくくなるという効果はあるが、暗部の存在により輝度低下もありうる。但し、実験では凸６ｂが小さい場合より効果がある。

長さΔＢを上記特定範囲（５μｍ〜４０μｍ）に設定した場合は、反射拡散光がほぼ全域にわたり端縁に向かって徐々に暗くなるので、モアレの視認性を低減しかつ輝度低下を抑制できていると言える。

本発明に係るプリズムシートを用いた液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。図１のプリズムシート単体のプリズムパターン形成面の一部を示す斜視図である。図１のプリズムシートの裏面を顕微鏡撮影したときの画像を模式的に示す平面図である。図３の（４）−（４）線断面の矢視図である。図２のプリズムシートを製造するための製造装置を示す概略構成図である。図２のプリズムシートを製造するための他の製造装置を示す概略構成図である。

符号の説明

２バックライト
６プリズムシート
６ａレンズ単位
６ｂプリズムシート裏面の凸
６ｃプリズムシート裏面の平坦部
ΔＡ凹凸の高低差
ΔＢ平坦部の長さ

Claims

少なくとも一面に、断面略三角形状で一方向に伸びるレンズ単位が多数並列に設けられたプリズムシートであって、
レンズ単位形成面と反対側の面が、微細な凹凸を有する粗面に形成されており、凹凸の高低差が、０．５μｍ〜８μｍに設定されているとともに、隣り合う凸と凸との間の実質的な平坦部の長さが、５μｍ〜４０μｍに設定されていることを特徴とするプリズムシート。