JP2006343450A - 光学シート、バックライトユニット、電気光学装置及び電子機器、並びに光学シートの製造方法 - Google Patents

光学シート、バックライトユニット、電気光学装置及び電子機器、並びに光学シートの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 高輝度を有し、輝度むらを低減することができる光学シート、バックライトユニット、電気光学装置及び電子機器、並びに光学シートの製造方法を提供する。
【解決手段】 光学シート1の製造方法は、シート2上に第1マイクロレンズ5aの材料となる液状の第1レンズ材料3aをドット配列に吐出する第1吐出工程(図6(b))と、シート2上に配列された第1レンズ材料3aを半硬化させて第1レンズ材料4aを形成する半硬化工程(同図(c))と、第1レンズ材料4aのドット間の隙間部11に向けて第2レンズ材料3bを吐出する第2吐出工程(同図(d))と、第1,2レンズ材料4a,3bを本硬化して第1,2マイクロレンズ5a,5bとが一体化して、マイクロレンズアレイ6を形成する本硬化工程(同図(e))とを有する。
【選択図】 図6

Description

本発明は、光学シート、バックライトユニット、電気光学装置及び電子機器、並びに光学シートの製造方法に関する。
バックライトユニットは、ノート型パソコンや携帯端末等の液晶ディスプレイ装置等の光源として用いられ、その機能上、高輝度化、輝度の均一化が要求されている。
従来のバックライトユニットは、光源と、光源の光を面全体に導く導光板と、導光板から照射される光を拡散させる光学シート(拡散板)等で構成されている。光学シートは、シート上に複数のマイクロレンズが形成されているものが知られている(例えば、特許文献1)。
特開平6−27454号公報
しかしながら、上記の光学シートは、マイクロレンズ間に隙間部があるため、該隙間部を通る光線が存在しやすかった。このため、集光されにくく、十分な高輝度を得ることができなかった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、高輝度を有し、輝度むらを低減することができる光学シート、バックライトユニット、電気光学装置及び電子機器、並びに光学シートの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の光学シートの製造方法では、シート上にマイクロレンズの材料となる液状の第1レンズ材料をドット配列に吐出する第1吐出工程と、シート上に配列された第1レンズ材料を半硬化させる半硬化工程と、第1レンズ材料のドット間の隙間部に向けてマイクロレンズの材料となる液状の第2レンズ材料を吐出する第2吐出工程と、第1及び第2レンズ材料を本硬化してマイクロレンズアレイを形成する本硬化工程と、を有することを要旨とする。
これによれば、第1レンズ材料を吐出して第1レンズ材料がシート上にドット配列に付着される(第1吐出工程)。付着された第1レンズ材料は、半硬化の状態に硬化される(半硬化工程)。次いで、第1レンズ材料のドット間の隙間部に向けて第2レンズ材料が吐出される(第2吐出工程)。そして、第1及び第2レンズ材料は、本硬化され、マイクロレンズアレイが形成される(本硬化工程)。従って、第1レンズ材料が半硬化の状態で、第2レンズ材料を吐出することにより、第1レンズ材料と第2レンズ材料とが容易に結合せず、第1レンズ材料の形状を保持した状態で、第2レンズ材料は、第1レンズのドット間の隙間部に濡れ拡がり、シート上がマイクロレンズで覆われるので、高輝度を有し、輝度むらを低減することができる。
本発明の光学シートの製造方法は、第1吐出工程の前に、シート上に撥液処理を施す撥液処理工程を有してもよい。
これによれば、吐出されてシート上に付着した第1レンズ材料の液滴は、撥液処理により接触角が大きくなり、大きな曲率の液滴に形成されるので、第1レンズ材料のドット間の隙間部に第2レンズ材料が溜まりやすくなり、容易に隙間なくシートをマイクロレンズで覆うことができる。
本発明の光学シートの製造方法の第1吐出工程では、第1レンズ材料を千鳥配置に吐出してドット配列を形成し、第2吐出工程では、第1レンズ材料のドット間の隙間部に第2レンズ材料を吐出してもよい。
これによれば、第1レンズ材料を千鳥配置に配列することにより、ドットの間隔が密となるので、比較的少量の第2レンズ材料の吐出でも、容易に隙間なくシートをマイクロレンズで覆うことができる。
本発明の光学シートの製造方法は、第1レンズ材料と第2レンズ材料のうち、少なくともいずれか一方に拡散微粒子が含まれていてもよい。
これによれば、拡散微粒子が含まれたマイクロレンズ材料を形成することにより、光拡散性を向上させることができる。
本発明の光学シートは、上記の光学シートの製造方法により製造されたことを要旨とする。
これによれば、シート上がマイクロレンズでほとんど隙間なく覆われるので、高輝度を有し、輝度むらを低減することができる光学シートを提供することができる。
本発明の光学シートは、光透過性を有するシートと、シート上に配列された第1マイクロレンズと、第1マイクロレンズ間に形成された第2マイクロレンズと、を有し、第1及び第2マイクロレンズとが一体化して形成されたマイクロレンズアレイを有することを要旨とする。
これによれば、シート上に形成された第1マイクロレンズ間に第2マイクロレンズが成形され、第1及び第2マイクロレンズが一体化したマイクロレンズアレイがシートを覆うので、高輝度を有し、輝度むらを低減することができる。
本発明の光学シートは、第1と第2マイクロレンズの曲率がそれぞれ異なるマイクロレンズアレイを有してもよい。
これによれば、曲率が異なるマイクロレンズを組み合わせることにより、焦点距離をほぼ均一にすることができる。
本発明の光学シートは、第1と第2マイクロレンズの大きさが、それぞれ異なるマイクロレンズアレイを有してもよい。
これによれば、大きさが異なるマイクロレンズを組み合わせることにより、焦点距離をほぼ均一にすることができる。
本発明の光学シートは、第1と第2マイクロレンズが、それぞれ異なる材料からなるマイクロレンズアレイを有してもよい。
これによれば、材料が異なるマイクロレンズを組み合わせ、該材料の屈折率を調節することにより、焦点距離をほぼ均一にすることができる。
本発明は、光源と、光源から発せられる光を分散させる光学シートを備えたバックライトユニットであって、光学シートとして、上記の光学シートを備えたことを要旨とする。
これによれば、第1及び第2マイクロレンズが一体化したマイクロレンズアレイが、シート上を覆うように形成されるので、高輝度をもたらし、輝度むらを低減したバックライトを提供することができる。
本発明の電気光学装置は、上記のバックライトユニットを備えたことを要旨とする。
これによれば、高輝度をもたらし、輝度むらを低減した電気光学装置を提供することができる。
本発明の電子機器は、上記の電気光学装置を搭載したことを要旨とする。
これによれば、高輝度をもたらし、輝度むらを低減した電子機器を提供することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
[光学シートの構成]
まず、本発明に係る光学シートの構成について説明する。図1は、光学シートを模式した構成図であり、図1(a)は、平面図を示し、同図(b)は、図1(a)のA−A断面図を示す。
図1(a),(b)において、光学シート1は、光透過性を有するシート2と、シート2上に形成されたマイクロレンズアレイ6で構成されている。
シート2は、光透過性を有し、例えば、アクリル系樹脂、ガラス、石英、ポリカーボネート、ポリエステル等の透明樹脂材料が用いられる。
マイクロレンズアレイ6は、シート2上に形成された第1マイクロレンズ5aと第2マイクロレンズ5bとが一体化して形成されている。
第1,2マイクロレンズ5a,5bは、略半球状を成し、第2マイクロレンズ5bは、第1マイクロレンズ5aの一部及び配列間を覆うように形成されている。
第1,2マイクロレンズ5a,5bは、例えば、紫外線硬化型アクリル系樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂が用いられ、前駆体としては、ポリイミド前駆体を挙げることができる。
紫外線硬化型樹脂は、プレポリマー、オリゴマーおよびモノマーのうち少なくとも1種と光重合開始剤を含んだものからなる。
紫外線硬化型アクリル系樹脂では、プレポリマーまたはオリゴマーとして、例えば、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、ポリエーテルアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のアクリレート類、エポキシメタクリレート類、ウレタンメタクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が利用できる。
モノマーとしては、例えば、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、N−ビニル−2−ピロリドン、カルビトトールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボリニルアクリレート、ジンクロペンテニルアクリレート、1,3−ブタンジオールアクリレート等の単官能性モノマー、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールメタクリレート、ネオペンチルグリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート等の二官能性モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の多官能性モノマーが挙げられる。
光重合開始剤としては、例えば、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン類、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、p−イソプロピル−α−ヒドロキシイソブチルフェノン等のブチルフェノン類、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、α,α−ジクロ−4−フェノキシアセトフェノン等のハロゲン化アセトフェノン類、ベンゾフェノン、N,N−テトラエチル−4,4−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンジルジメチルケタール等のベンジル類、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル等のベンゾイン類、1−フェニル−1、2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシムなどのオキシム類、2−メチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン等のキサントン類、ベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル等のベンゾインエーテル類、ミヒラーケトン類のラジカル発生化合物を挙げることができる。紫外線硬化型アクリル系樹脂を硬化した後の樹脂は、透明度が高いという利点を有している。
ポリイミド前駆体としては、ポリアミック酸、ポリアミック酸の長鎖アルキルエステル等を挙げることができる。ポリイミド前駆体を熱硬化させて得られたポリイミド系樹脂は可視光領域において、80%以上の透過率を有し、屈折率が1.7〜1.9と高いため、大きなレンズ効果が得られる。
[バックライトユニットの構成]
次に、本発明に係るバックライトユニットの構成について説明する。図2は、バックライトユニットを模式した断面図である。
図2において、バックライトユニット40は、光源42と、光源42の直近に配置された導光板41と、導光板41に面して配置された反射板43と、反射板43が配置された導光板41の面の反対面に配置された光学シート1で構成されている。光源42は、照明装置であり、例えば、冷陰極蛍光管等が用いられる。光源42から照射された光は導光板41の面全体に広げられ、光学シート1に照射される。照射された光は、光学シート1のマイクロレンズ5a,5bを通して拡散される。反射板43は、光源42から照射された光を反射させて導光板41の面全体から光が出射されるように光を反射させる。
また、導光板41には、反射ドット(図示せず)が形成されている。光源42からの光線は、導光板41の中を全反射しながら進んでいくうちに、反射ドットに当たって向きを変え、全反射角よりも小さくなった成分の光が導光板41から照射されるようになっている。反射ドットの配列は、光の反射が均一になるように、光源42から離れるにしたがって、密になるように配置されている。光学シート1では、導光板41の正面から見たときの反射ドットを拡散により見えにくくする機能も備えている。
導光板41は、表面が略平坦化され、光を透過させる透明性を有し、例えば、アクリル系樹脂、ガラス、石英、ポリカーボネート、ポリエステル等の透明樹脂材料が用いられる。
[電気光学装置の構成]
次に、本発明に係る電気光学装置の構成について説明する。図3は、電気光学装置としての液晶表示装置を模式した断面図である。
図3において、液晶表示装置50は、光を照射するバックライトユニット40と、バックライトユニット40から照射された光を受けて表示する液晶表示部51とで構成されている。
液晶表示部51は、下側基板部60がバックライトユニット40の光学シート1の近傍に設置され、下側基板部60と対向するように上側基板部70を有している。下側基板部60と上側基板部70はシール材52によって規定された間隔が保持され、該間隔内には液晶材53が封入されている。
下側基板部60は、下側透明基板61と、下側透明基板61の上面に形成された表示電極62と、表示電極62の上面に形成された配光膜63を有している。また、下側透明基板61に対して表示電極62の反対面に偏光板64が配置されている。
上側基板部70は、上側透明基板71と、下側透明基板61に対向する方向であって、上側透明基板71の面に形成されたブラックマトリクス72と、ブラックマトリクス72によって区画された領域には、色要素としてのカラーフィルタ73a(R),73b(G),73c(B)が形成されている。さらに、ブラックマトリクス72およびカラーフィルタ73a,73b,73cの上面に形成された保護膜74と、保護膜74の上面に形成された共通電極75と、共通電極75の上面に形成された配光膜76を有している。また、上側透明基板71のカラーフィルタ73a,73b,73cの反対面には偏光板77が配置されている。
下側基板部60と上側基板部70は、シール材52の接着力によって接着され、シール材52の高さによって規定された両基板部60,70の間には液晶材53が封入されている。
[電子機器の構成]
次に、本発明に係る電子機器の構成について説明する。図4は、電子機器としてのパーソナルコンピュータを模式した斜視図であり、図4において、パーソナルコンピュータ80の表示部に電気光学装置としての液晶表示装置50が搭載されている。
[光学シートの製造方法]
次に、本発明に係る光学シートの製造方法について説明する。図5は、吐出ヘッドの構成を示し、同図(a)は、一部破断した斜視図であり、同図(b)は、要部断面図である。
図6において、符号110は、吐出ヘッドである。
図5(a)において、吐出ヘッド110は、振動板114と、ノズルプレート115を備えている。振動板114とノズルプレート115との間には、液溜まり116が配置され、孔118を介して供給される機能液が常に充填されるようになっている。また、振動板114と、ノズルプレート115との間には、複数の隔壁112が位置している。そして、振動板114と、ノズルプレート115と、一対の隔壁112とによって囲まれた部分がキャビティ111である。キャビティ111は、ノズル120に対応して設けられているため、キャビティ111の数とノズル120の数とは同じである。キャビティ111には、一対の隔壁112間に位置する供給口117を介して、液溜まり116から機能液が供給される。
図5(b)に示すように、振動板114上には、それぞれのキャビティ111に対応して振動子113が取り付けられている。振動子113は、ピエゾ素子113cと、ピエゾ素子113cを挟む一対の電極113a、113bを有する。この一対の電極113a、113bに駆動電圧を与えることで、対応するノズル120から機能液が液滴121となって吐出される。ノズル120の周辺部には、液滴121の飛行曲がりやノズル120の孔詰まり等を防止するために、例えばNi−テトラフルオロエチレン共析メッキ層からなる撥機能液層119が設けられている。なお、機能液を吐出させるために、振動子113の代わりに電気熱変換素子を用いてもよく、電気熱変換素子による材料液の熱膨張を利用して、材料液を吐出することができる。
次に、光学シートの製造方法について説明する。図6は、光学シートの製造方法を示す工程図である。
図6(a)の撥液処理工程では、シート2の表面に撥液処理を施す。撥液処理は、CF4プラズマ等で処理される。
図6(b)の第1吐出工程では、吐出ヘッド110からシート2に向けて、マイクロレンズの材料となる液状の第1レンズ材料3aの液滴121を吐出し、シート2上に液状の第1レンズ材料3aを付着させる。吐出する際、液状の第1レンズ材料3aが隣接する第1レンズ材料3aに接しない程度に吐出量や着弾位置を制御して吐出を行う。シート2上に付着された第1レンズ材料3aは、液滴吐出において、一滴の液滴吐出で、一つのレンズ形状を形成してもよいし、複数の液滴を吐出して、一つのレンズ形状を形成してもよい。
図6(c)の半硬化工程では、第1レンズ材料3aを半硬化させて半硬化状態の第1レンズ材料4aを形成する。半硬化は、紫外線照射装置160により第1レンズ材料3aに紫外線を照射することにより行われる。第1レンズ材料3aは、本硬化時よりも紫外線の照射時間を短く、或いは、紫外線の照射強度を弱くするなどして、半硬化状態となる。
図6(d)の第2吐出工程では、第1レンズ材料4aのドット間の隙間部11に向けて、第1レンズ材料3aと同一の材料の液状の第2レンズ材料3bの液滴121を吐出し、隙間部11と第1レンズ材料4aの一部を覆うように第2レンズ材料3bを付着させる。
図6(e)の本硬化工程において、紫外線照射装置160により第1,2レンズ材料4a,3bに紫外線を照射することにより硬化させて、第1,2マイクロレンズ5a,5bを形成し、一体化したマイクロレンズアレイ6を形成する。
従って、上記の実施形態によれば、以下に示す効果がある。
(1)光学シート1は、第1マイクロレンズ5aの一部と第1マイクロレンズ5aのドット間の隙間部11に第2マイクロレンズ5bが形成されて、シート上は、ほぼ隙間なくマイクロレンズアレイ6で覆われるので、高輝度を有し、輝度むらを低減することができる。
(2)半硬化された第1レンズ材料4aの状態で、第2レンズ材料3bを吐出するので、第1レンズ材料4aと第2レンズ材料3bとが接触しても液であったときのように1つの大きな液滴に結合してしまうことがなく、第1レンズ材料4aの形状を保持した状態で、マイクロレンズアレイ6を形成することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。
(変形例1)本実施形態では、第1,2マイクロレンズ5a,5bの曲率をほぼ等しく形成したが、これに限定されない。例えば、図7に示すように、異なる曲率の第1,2マイクロレンズ5a,5bを形成してもよい。このようにすれば、例えば、第2マイクロレンズ5bの曲率が、第1マイクロレンズ5aに比べて、曲率を小さく形成することにより、レンズの高さが異なっても、液晶表示部51に対する集光距離をほぼ等しくすることができる。
(変形例2)本実施形態では、第1,2マイクロレンズ5a,5bの大きさをほぼ等しく形成したが、これに限定されない。例えば、図8に示すように、異なる大きさの第1,2マイクロレンズ5a,5bを形成してもよい。このようにしても、シート2がマイクロレンズアレイ6で覆われるので、拡散性を向上させることができる。
(変形例3)本実施形態では、第1マイクロレンズ5aを四角形格子状に配置したが、これに限定されない。例えば、図9に示すように、千鳥配置に形成してもよい。このようにすれば、第1マイクロレンズ5aのドットの間隔が密となるので、比較的少量の第2レンズ材料の吐出でも、容易に隙間なくシート2を第1,第2マイクロレンズ5a,5bで覆うことができる。
(変形例4)本実施形態では、第1,2マイクロレンズ5a,5bのレンズ材料を同一にしたが、これに限定されず、異なる材料で形成された第1,2マイクロレンズ5a,5bを形成してもよい。このようにすれば、屈折率が異なって、液晶表示部51に対する焦点距離を調節することができる。
(変形例5)図6において、同図(d)の第2吐出工程の前に、シート2の表面と第1レンズ材料4aの表面に親液処理を施してもよい。このようにすれば、第2吐出工程において吐出された第2レンズ材料3bは、親液処理により濡れ性が向上して隙間部11に塗れ拡がるので、容易に隙間部11を埋めることができる。
(変形例6)第1レンズ材料3aと第2レンズ材料3bのうち、少なくとも一方に拡散微粒子を含む材料を用いてもよい。このようによれば、さらに拡散性を向上させることができる。
(変形例7)本実施形態において、第2吐出工程によって形成された第2マイクロレンズ5bは凸形状を有したが、これに限定されず、凹形状を有してもよい。このようにしても、高輝度を有し、輝度むらを低減させることができる。
(変形例8)図6(d)の第2レンズ材吐出工程の前に、第1レンズ材料4aに撥液処理を施す工程を設けてもよい。このようにすれば、第2レンズ材料3bは、第1レンズ材料4aに撥ねるので、容易に凸形状の第2マイクロレンズ5bを形成することができる。
(変形例9)第1レンズ材料3aと第2レンズ材料3bの材料が異なり、第1レンズ材料3aに対して第2レンズ材料3bは撥液性を有してもよい。このようにすれば、第2レンズ材3bは、第1レンズ材料3aが半硬化した第1レンズ材料4aに対して撥ねるので、容易に凸形状の第2マイクロレンズ5bを形成することができる。
本実施形態における光学シートを模式した構成を示し、(a)は平面図、(b)は断面図。 バックライトユニットを模式した断面図。 電気光学装置としての液晶表示装置を模式した断面図。 電気機器としてのパーソナルコンピュータを模式した斜視図。 吐出ヘッドの構成を示し、(a)は一部破断した斜視図、(b)は要部断面図。 光学シートの製造方法を示す工程図。 変形例1における光学シートを模式した断面図。 変形例2における光学シートを模式した断面図。 変形例3における光学シートを模式した平面図。
符号の説明
1…光学シート、2…シート、3a,4a…第1レンズ材料、3b…第2レンズ材料、5a…第1マイクロレンズ、5b…第2マイクロレンズ、6…マイクロレンズアレイ、11…隙間部、40…バックライトユニット、41…導光板、42…光源、43…反射板、50…電気光学装置としての液晶表示装置、51…液晶表示部、80…電子機器としてのパーソナルコンピュータ、110…吐出ヘッド、121…液滴、160…紫外線照射装置。

Claims (12)

  1. シート上にマイクロレンズの材料となる液状の第1レンズ材料をドット配列に吐出する第1吐出工程と、
    前記シート上に配列された前記第1レンズ材料を半硬化させる半硬化工程と、
    前記第1レンズ材料の前記ドット間の隙間部に向けて前記マイクロレンズの材料となる液状の第2レンズ材料を吐出する第2吐出工程と、
    前記第1及び第2レンズ材料を本硬化してマイクロレンズアレイを形成する本硬化工程と、を有することを特徴とする光学シートの製造方法。
  2. 請求項1に記載の光学シートの製造方法において、
    前記第1吐出工程の前に、前記シート上に撥液処理を施す撥液処理工程を有することを特徴とする光学シートの製造方法。
  3. 請求項1または2に記載の光学シートの製造方法において、
    前記第1吐出工程では、前記第1レンズ材料を千鳥配置に吐出して前記ドット配列を形成し、
    前記第2吐出工程では、前記第1レンズ材料の前記ドット間の隙間部に第2レンズ材料を吐出することを特徴とする光学シートの製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学シートの製造方法において、
    前記第1レンズ材料と前記第2レンズ材料のうち、少なくともいずれか一方に拡散微粒子が含まれていることを特徴とする光学シートの製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学シートの製造方法により製造されたことを特徴とする光学シート。
  6. 光透過性を有するシートと、
    前記シート上に配列された第1マイクロレンズと、
    前記第1マイクロレンズ間に形成された第2マイクロレンズと、を有し、
    前記第1及び第2マイクロレンズとが一体化して形成されたマイクロレンズアレイを有することを特徴とする光学シート。
  7. 請求項6に記載の光学シートにおいて、
    前記第1と第2マイクロレンズの曲率がそれぞれ異なる前記マイクロレンズアレイを有することを特徴とする光学シート。
  8. 請求項6に記載の光学シートにおいて、
    前記第1と第2マイクロレンズの大きさが、それぞれ異なる前記マイクロレンズアレイを有することを特徴とする光学シート。
  9. 請求項6に記載の光学シートにおいて、
    前記第1と第2マイクロレンズが、それぞれ異なる材料からなる前記マイクロレンズアレイを有することを特徴とする光学シート。
  10. 光源と、光源から発せられる光を分散させる光学シートを備えたバックライトユニットであって、
    前記光学シートとして、請求項6〜9のいずれか一項に記載の光学シートを備えたことを特徴とするバックライトユニット。
  11. 請求項10に記載のバックライトユニットを備えたことを特徴とする電気光学装置。
  12. 請求項11に記載の電気光学装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
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