JP2006349891A - 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

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】 本発明の光学シート１の製造方法では、シート２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３ａをドット状に吐出する吐出工程（図６（ｂ））と、第１レンズ材料３ａを硬化して、第１マイクロレンズ５ａを形成する第１硬化工程（同図（ｃ））と、第１マイクロレンズ５ａが形成されたシート２をマイクロレンズの材料となる液状の第２レンズ材料３ｂに浸液させて、第１マイクロレンズ５ａのドット間の隙間部１１を埋める浸液工程（同図（ｅ））と、第２レンズ材料３ｂを硬化させる第２硬化工程（同図（ｆ））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状に吐出する吐出工程と、第１レンズ材料を硬化して、マイクロレンズを形成する第１硬化工程と、マイクロレンズが形成されたシートをマイクロレンズの材料となる液状の第２レンズ材料に浸液させて、マイクロレンズのドット間の隙間部を埋める浸液工程と、第２レンズ材料を硬化させる第２硬化工程とを有することを要旨とする。

これによれば、シート上に第１レンズ材料が吐出され、吐出された第１レンズ材料を硬化することによりマイクロレンズが形成される。次いで、マイクロレンズが形成されたシートを液体槽等の中の第２レンズ材料に浸液させる。第２レンズ材料に浸液して、第２レンズ材料がマイクロレンズとシート上に付着することにより、マイクロレンズが更に大きく形成され、また、マイクロレンズ間の隙間部が埋められる。そして、第２レンズ材料を硬化することにより、シート上を覆い尽くすようにマイクロレンズアレイが形成される。従って、シート上が、マイクロレンズアレイによりシートが覆われるので、例えば、バックライトユニット等の使用に際し、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、吐出工程では、第１レンズ材料を千鳥配置に吐出してもよい。

これによれば、シートに付着した第１レンズ材料のドット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、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、塗布された第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、大きな曲率の液滴を形成しやすくなり、曲率の大きいマイクロレンズを形成することができる。

本発明の光学シートの製造方法は、第１硬化工程と浸液工程の間に、シート上の少なくともマイクロレンズが形成された領域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、塗布された第２レンズ材料は、マイクロレンズに施された撥液処理によって撥ねるので、マイクロレンズ間に凸状のマイクロレンズを形成することができる。

本発明の光学シートの製造方法は、第１硬化工程と浸液工程の間に、マイクロレンズが形成された領域以外のシートの領域に親液処理を施す親液処理工程と、マイクロレンズが形成された領域に撥液処理を施す撥液処理工程とを有してもよい。

これによれば、塗布された第２レンズ材料は、マイクロレンズに施された撥液処理によって撥ね、シートに施された親液処理によって濡れ広がるので、マイクロレンズ間に凸状のマイクロレンズを形成することができるとともに、容易にマイクロレンズのドット間の隙間部を埋めることができる。

本発明の光学シートの製造方法は、第１及び第２レンズ材料のうち、少なくとも一方のレンズ材料に拡散微粒子を含むレンズ材料を用いてもよい。

これによれば、拡散微粒子が含まれたマイクロレンズアレイ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アレイで覆われるので、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では、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マイクロレンズ上及び第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マイクロレンズ上及び第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、例えば、バックライトユニット等の使用に際し、高輝度を有し、輝度むらを低減することができる。

本発明では、光源から発せられる光線を分散させて導くバックライトユニットであって、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、高輝度を有し、輝度むらを低減したバックライトユニットを提供することができる。

本発明の電気光学装置では、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、高輝度を有し、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。

本発明の電子機器では、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、高輝度を有し、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、斜視図を示し、同図（ｂ）は、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、凸形状を成し、第２マイクロレンズ５ｂは、第１マイクロレンズ５ａ及び第１マイクロレンズ５ａの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。光学シート１のシート２は、導光板４１から照射された光を受けて散乱し、散乱した光のうち第１，２マイクロレンズ５ａ，５ｂを通して集光される。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、反射板４３には、光源４２から照射された光を乱反射させるための反射ドットが設けられているが、第１，２マイクロレンズ５ａ，５ｂの光拡散によって、照射面を直視したときに、反射ドットの形状を見えにくくすることができる。

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、電子機器としてのノート型パソコンを模式した斜視図であり、図４において、ノート型パソコン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。まず、製造方法に用いる吐出ヘッドについて説明する。図５は、吐出ヘッドの構成を示し、図５（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、光学ユニッ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吐出速度を制御して吐出を行う。

図６（ｃ）の第１硬化工程では、第１レンズ材料３ａを硬化させて第１マイクロレンズ５ａを形成する。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。

図６（ｄ）の撥液処理工程では、シート２及び第１マイクロレンズ５ａ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。なお、撥液処理する領域は、少なくとも第１マイクロレンズ５ａの表面に処理する。

図６（ｅ）の浸液工程では、第１マイクロレンズ５ａが形成されたシート２をマイクロレンズの材料となる液状の第２レンズ材料３ｂが入っている液体槽１８０の中に浸液させる。液体槽１８０にシート２を浸液するときは、シート２の第１マイクロレンズ５ａが形成されている面を液面に向け、第１マイクロレンズ５ａ間の空気を逃がすように浸液させる。また、液体槽１８０からシート２を引き出すときは、図６（ｅ）に示すようにシート２を傾けて、シート２上に余分な第２レンズ材料３ｂが付着しないようにしながら引き出す。本工程によって、第１マイクロレンズ５ａのドット間の隙間部１１に第２レンズ材料３ｂが付着される。

図６（ｆ）の第２硬化工程において、紫外線照射装置１６０により第２レンズ材料３ｂに紫外線を照射することにより硬化させて第２マイクロレンズ５ｂが形成され、第１，２マイクロレンズ５ａ，５ｂの形成により、一体化したマイクロレンズアレイ６が形成される。
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、シート２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）第２マイクロレンズ５ｂは、第１マイクロレンズ５ａが形成されたシート２を、第２レンズ材料３ｂが入っている液体槽１８０に浸液させて形成されるので、容易に隙間部１１に形成し、加工時間を短縮することができる。

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７に示すように、千鳥配置（三角形格子状）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３ｂの付着で、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２）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３）図６（ｄ）において、撥液処理を行ったが、マイクロレンズ５ａに撥液処理を行い、シート２のマイクロレンズ５ａが形成されていない領域には、親液処理を施してもよい。このようにすれば、第２レンズ材料３ｂは、マイクロレンズ５ａに施された撥液処理により撥ねられる。また、シート２に施された親液処理により濡れ性が向上するので、凸状のマイクロレンズ５ｂが形成でき、さらに、容易に隙間部１１を埋めることができる。

（変形例４）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。このようにすれば、さらに拡散性を向上させることができる。

（変形例５）本実施形態において、凸形状の第２マイクロレンズ５ｂを形成したが、これに限定されず、図６（ｄ）の撥液処理に代えて、マイクロレンズ５ａに親液処理を施すことにより、凹形状の第２マイクロレンズ５ｂを形成してもよい。このようにしても、拡散性を向上させることができる。

（変形例６）図６（ｆ）において、マイクロレンズ５ａが形成されているシート２の面を重力方向と反対方向に向けて紫外線照射したが、これに限定されない。例えば、マイクロレンズ５ａが形成されているシート２の面を重力方向に向けて紫外線照射して硬化させてもよい。このようにすれば、マイクロレンズ５ａと、シート２面に付着した第２マイクロレンズ材料３ｂが、重力方向に引っ張られて硬化するので、曲率が大きい第１，第２マイクロレンズ５ａ，５ｂを形成することができる。

光学シートを模式した構成を示し、（ａ）は斜視図、（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。 電気機器としてのノート型パソコンを模式した斜視図。 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。 光学ユニットの製造方法を示す工程図。 変形例における光学ユニットを模式した斜視図。

符号の説明

１…光学シート、２…シート、３ａ…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…電子機器としてのノート型パソコン、１１０…吐出ヘッド、１２１…液滴、１６０…紫外線照射装置、１８０…液体槽。

Claims (11)

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状に吐出する吐出工程と、
   前記第１レンズ材料を硬化して、前記マイクロレンズを形成する第１硬化工程と、
   前記マイクロレンズが形成された前記シートを前記マイクロレンズの材料となる液状の第２レンズ材料に浸液させて、前記マイクロレンズのドット間の隙間部を埋める浸液工程と、
   前記第２レンズ材料を硬化させる第２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、
   前記吐出工程では、前記第１レンズ材料を千鳥配置に吐出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。
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硬化工程と前記浸液工程の間に、前記シート上の少なくとも前記マイクロレンズが形成された領域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。
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おいて、
   前記第１硬化工程と前記浸液工程の間に、
   前記マイクロレンズが形成された領域以外の前記シートの領域に親液処理を施す親液処理工程と、
   前記マイクロレンズが形成された領域に撥液処理を施す撥液処理工程と、を有することを特徴とする光学シートの製造方法。
6. 請求項１〜５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及び第２レンズ材料のうち、少なくとも一方の前記レンズ材料に拡散微粒子を含む前記レンズ材料を用いることを特徴とする光学シートの製造方法。
7. 請求項１〜６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。
8. 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マイクロレンズ上及び前記第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。
9. 光源から発せられる光線を分散させて導くバックライトユニットであって、
   請求項７または８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。
10. 請求項９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。
11. 請求項１０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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