JP2007316292A - 光学シート及び、その光学シートを用いた光源 - Google Patents

Abstract

【課題】再現性の良い転写原型加工を容易にし、バックライトの輝度を大きく低下せず、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生を低減できる光学シート及びその光学シートを用いた光源を提供する。
【解決手段】光学シート用の基材１３の一方の表面に、プリズム構造８、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類が形成されており、前記基材１３の他方の表面に、一定の高さを有し周期的な配列を有する凹凸形状１５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シート及び光源に関する。

液晶表示装置は、薄型、小型、低消費電力などの特長を生かし、現在、時計、電卓、テレビ、パソコン等の表示部に用いられている。更に、ナビゲーションシステム、ビュウファインダー、携帯用端末機器など数多くの用途に使われており、その市場は今後、さらに拡大するものと予想されている。

液晶表示装置には、外部から入射した光またはフロントライト光を反射させて表示する反射型、バックライト光で表示する透過型、外部から入射した光とバックライト光の両方の機能を用いる半透過型の３タイプがある。テレビ、パソコン等の表示部には、室内で見ることが多いことから、透過型が主流であり、また携帯電話等の携帯用端末機器では、屋外、室内、夜間等でも同等の表示品質を得るために半透過型が主流となっている。そのため、ほとんどの液晶表示装置にバックライトユニットが内蔵されている。

バックライトユニットには光源が液晶パネルの下にある直下型と光源が横にあり導光板を用いて光をパネルに導くエッジライト型があり、携帯性を重視した機器の多くはエッジライト型である。エッジライト型のバックライトユニットの構造は、図４に示すように、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、光を効率よく拡散シート４に導くため、導光板３の下に反射シート２を設置する。拡散シート４で拡散された光を高輝度化するため、通常、複数枚のプリズムシート５を配置する。また、その上に更に拡散シートを配置する場合もある。最近、バックライトの高輝度化や構成部品の低減化を目的としてプリズムシート５を一枚にする一枚プリズム方式が要求され始めている。

このような一枚プリズム方式のバックライトユニットの構造は、図５に示すように、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、光を効率よくプリズムシート５に導くため、導光板３の下に反射シート２を設置する。この導光板３から出射される光は指向性のある光であり、プリズムシート５で高輝度化され、さらに拡散させるため、拡散シート４を設置する。この方式では輝度が高く、プリズム枚数を減らせる利点がある。

このようにバックライトユニットにはプリズムシート、拡散シート等の光学シートが複数枚配置されている。このように光学シートを重ねて配置する場合には、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生という問題点がある。このような問題点の解決方法として、微粒子を分散して微小突起を形成する方法（特許第２９５１５２５号公報、特開平１０−３００９０８号公報）、また、機械加工によって作製した原型を型押し、ランダムな高さの突起を形成する方法（特表２００２−５３６７０２号公報）が提案されている。

特許第２９５１５２５号公報 特開平１０−３００９０８号公報 特表２００２−５３６７０２号公報

特許第２９５１５２５号公報、特開平１０−３００９０８号公報では、微粒子を分散して微小突起を形成するために、干渉縞は低減できるが、バックライトユニットの輝度を著しく低下させるという、欠点がある。また、特表２００２−５３６７０２号公報では、干渉及び光学欠陥を低減できるが、突起高さをランダムにするため、転写原型加工の難易度が高く、再現性良く転写原型が作製できないという、欠点がある。本発明は、再現性の良い転写原型加工を容易にし、バックライトの輝度を大きく低下せず、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生を低減できる光学シート及びその光学シートを用いた光源を提供することを目的とした。

本発明者らは、バックライトユニットに用いる光学シートの基材表面（裏面）に一定の高さを有し、周期的な配列を有する凹凸形状を設け、この光学シートをバックライトユニットに設置することにより、バックライトの輝度を大きく低下せず、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生を低減できることを見出した。また、一定の高さを有し、周期的な配列を有する凹凸形状を表面に持つロール状転写原型を作製し、この形状を被転写フィルムに転写して、このような光学シートを再現性良く、容易に作製できることを見出した。

本発明は、以下に関する。
１．液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シートにおいて、光学シート用の基材の一方の表面に、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類が形成されており、前記基材の他方の表面に、一定の高さを有し周期的な配列を有する凹凸形状が設けられている、光学シート。
２．凹凸形状が、凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写基材である光学シート用の基材の表面にその形状を転写する方法で設けられた凹凸形状である、項１に記載の光学シート。
３．凹凸形状を表面に有するロール状転写原型が、機械加工を行い、その表面に凹凸形状を形成したロール状転写原型である、項２に記載の光学シート。
４．液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光源において、項１〜３いずれかに記載の光学シートの凹凸形状を設けた表面側に、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を有する光学シートを配してなる光源。
５．液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光源において、項１〜３いずれかに記載の光学シートの凹凸形状を設けた表面側に、導光体を配してなる光源。
６．導光体が、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を有する導光体である、項５に記載の光源。

本発明により、再現性の良い転写原型加工を容易にし、バックライトの輝度を大きく低下せず、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生を低減できる光学シート及びその光学シートを用いた光源を提供することが可能となった。

本発明の光学シート基材表面（裏面）の凹凸形状は、転写原型表面の微小な凹凸形状を制御することにより変えることができる。凹凸形状の高さは一定で、１μｍ以上であることが望ましい。また、凹凸形状の配列は周期的であり、周期は５μｍ〜２０００μｍの範囲が望ましい。転写原型の加工上の制約で、高さを一定にできない場合には、高さに規則的な変化を設けても良い。

本発明の光学シート基材表面（裏面）の凹凸形状を作製するときに用いる転写原型表面に機械加工を行う方法としては、例えば図２に示すようなロール状基材を回転させながら、ダイヤモンドバイト６を移動させるか、または、ロールを移動させながら、バイトで押圧することにより、凹凸形状を形成する。また複数の形状の異なるバイトで押圧するか、同じバイトで位置を変えて押圧することもできる。ダイヤモンドバイトの形状、加工ピッチ、加工面積、加工深さを選択することで凹凸形状を最適化することができる。

また、凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いた光学シート基材表面（裏面）の凹凸形状の作製は、例えば、図３に示すように、基材１３の上に下塗り層１４を供給ヘッド１０により塗布して形成した被転写フィルムを、上記のロール状転写原型１１を回転させながら、ニップロール１２により押し当て、紫外線照射装置９からの紫外光を照射して下塗り層を硬化させ凹凸形状を連続的に転写させ、剥離して作製することができる。

更に、作製したシートの基材表面に、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を作製する。このようにして、図１に示すように、基材１３と、ロール状転写原型の表面凹凸形状が転写された下塗り層１４と、基材の表面に所望の構造が形成された層（凹凸形状）１５で構成された光学シートとすることができる。

転写原型の材質は金属、セラミック、樹脂等、限定されないが、好ましくは寸法安定性、導電性に優れるステンレス等の鉄合金、さらに加工裕度のある銅、あるいはニッケルが積層されたものを用いることが好ましい。転写原型表面は機械研磨、エッチング、洗浄する等を行い均一にして用いる。表面に凹凸形状を形成する方法として、レーザー加工、スパッタ、エッチング、フォトリソ等が挙げられる。生産性に優れ、所望の表面凹凸を効率的に得る方法として、転写原型表表面にダイヤモンドバイト等を用いて機械加工を行う方法が好ましい。

光学シート基材表面（裏面）の凹凸形状は、凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られることが好ましい。被転写フィルムは、変形可能な基材や基材に下塗り層を設けたものが好ましい。基材に下塗り層を設けた被転写フィルムは、例えば、下塗り層に転写原型を押し当てる工程、下塗り層を硬化する工程により、被転写フィルムにその表面形状を転写して得られる。耐熱性、耐溶剤性、形状安定性を向上させるために、押し当てる工程で熱、光等を与えてもよい。さらに、カップリング剤、接着性付与剤を添加することで基材との密着を向上させることもできる。基材と下塗り層の接着を向上させる目的で基材または下塗り層の接着面に接着性付与剤を塗布することもできる。

下塗り層には感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂、ゴムを用いることが好ましい。感光性樹脂を用いることにより、下塗り層の必要な部分だけを残し、不要な部分を除けるようにすることもできる。

本発明で用いる基材としては、化学的、熱的に安定であり、シートまたは板状に成形できるものを用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、エチレンと酢酸ビニル、エチレンとアクリル酸エステル、エチレンとビニルアルコールのようなエチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合体、塩化ビニルとビニルアルコールの共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレンと（メタ）アクリル酸エステルのようなスチレン共重合体、ポリビニルトルエン、ビニルトルエンと（メタ）アクリル酸エステルのようなビニルトルエン共重合体、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸ブチルと酢酸ビニルのような（メタ）アクリル酸エステルの共重合体、セルロースアセテート、ニトロセルロース、セロハン等のセルロース誘導体、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエステル、合成ゴム、等から選ばれた、少なくとも１種類以上の有機高分子を用いることができる。またはアルミ、銅等の金属類等である。これらの中で特に好ましいのは寸法安定性に優れた２軸延伸ポリエチレンテレフタレートである。

本発明で用いる基材への下塗り層の塗布方法として、ロールコータ塗布、スピンコータ塗布、スプレー塗布、ホエラー塗布、ディップコータ塗布、カーテンフローコータ塗布、ワイヤバーコータ塗布、グラビアコータ塗布、エアナイフコータ塗布等がある。

本発明の光源は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光源であり、前記の光学シートの凹凸形状を設けた表面側に、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を有する光学シートを配してなる光源、あるいは、光学シートの凹凸形状を設けた表面側に、導光体を配してなる光源でもよい。更に、前記の導光体は、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を有する導光体であることが好ましい。

以下、実施例により本発明を説明する。本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
（実施例１〜７）
直径１３０ｍｍ、幅４７０ｍｍのロール状の鉄製基材を回転させながら、銅めっきを行って、鉄に銅が２００μｍ積層されたロール基材を得た。さらに、ニッケルめっきを行って、ニッケルが２００μｍ積層された原型基材を得た。これを研磨して表面が鏡面となるように加工した。次にこれを回転させながら先端が半径Ｒ＝４０μｍの曲面のダイヤモンドバイトで一定周期、一定振幅で押圧し、半径が１７．２μｍ、深さ１．２μｍの球面を押し付けた形状が一定高さで周期的に並んだロール状転写原型を得た。加工周期はロール回転速度で制御し、加工深さはバイト振幅で制御した。

基材として厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上にピッチ５０μｍ、高さ２５μｍ、頂角９０°のプリズム形状を配置したフィルムを用い、基材裏面に下塗り層として光硬化性樹脂溶液をコンマコーターで５μｍの膜厚になるよう塗布乾燥し被転写フィルムを得た。次に前記ロール状転写原型を押し当て、紫外線を照射し光硬化性樹脂を硬化しロール状転写原型から分離し、ロール状転写原型表面の凹凸形状の反転形状が光硬化性樹脂層（下塗り層）の表面に転写された光学シートを得た。
（光硬化性樹脂（下塗り層）溶液）：
アクリル酸−ブチルアクリレート−ビニルアセテート共重合体 ５重量部
ブチルアセテート（モノマー） ８重量部
ビニルアセテート（モノマー） ２重量部
アクリル酸（モノマー） ０．３重量部
ヘキサンジオールアクリレート（モノマー） ０．２重量部
ベンゾインイソブチルエーテル（開始剤） ２．５重量部

（比較例１）
前記ロール状転写原型表面の凹凸形状の反転形状を、光硬化性樹脂層（下塗り層）の表面に転写させず、光学シート表面に凹凸形状を形成しなかった以外は、実施例と同様にして、光学シートを得た。

作製したロール状転写原型の凹凸形状を基材裏面に転写した光学シートの裏面凹凸形状高さとピッチ、さらにこの光学シートを用いて作製したバックライトユニットの外観を観察した結果を表１に示した。高さとピッチについては、超深度形状測定顕微鏡ＶＫ−８５５０（株式会社キーエンス製商品名）を用いて測定した。また、外観観察には、図４に示した構造の２インチ用バックライトユニットの中で、プリズムシート５の２枚のうち、上側を得られた光学シートに置き換えて、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥が見えるかどうかを判定した。さらに、光学シート上で色彩輝度計ＢＭ−７（ＴＯＰＣＯＭ社製商品名）を用いて、輝度を測定し、明るさの評価とした。外観観察と輝度から光学シートを総合評価し、最も良好なものを◎で、良好なものを○で、不良なものを×で示した。

表１のように、凹凸形状のないものでは、シート間の空隙による干渉縞及びシート同士の密着による光学欠陥が観察された。基材裏面に一定の高さの凹凸形状を設けることによって、シート同士の密着による光学欠陥を見えなくすることができた。さらにピッチを小さくすることによって、シート間の空隙による干渉縞を見えなくすることができた。いずれも輝度はほとんど変化しなかった。このように、一定の高さの凹凸形状を周期的な配列を有する凹凸形状を設けたとき、バックライトの輝度を大きく低下せず、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生のない良好なバックライトユニットを得ることができた。

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シートであるが、表面に金属箔層を形成することにより反射シートとして使用することができる。また、得られた光学シートを転写原形として用いることもでき、その場合は、転写の転写であるので原転写原形の表面形状を転写することができる。

本発明の光学シートの構造の一例を示す断面図である。 本発明に用いる転写原型の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の光学シートの製造工程の一例を示す断面図である。 従来のバックライトユニットの構造を説明するための断面図である。 従来の１枚プリズムタイプバックライトユニットの構造を説明するための断面図である。

符号の説明

１．蛍光ランプ
２．反射シート
３．導光板
４．拡散シート
５．プリズムシート
６．ダイヤモンドバイト
７．基材ロール
８．プリズム構造
９．紫外線照射装置
１０．供給ヘッド
１１．ロール状転写原型
１２．ニップロール
１３．基材
１４．下塗り層
１５．凹凸形状

Claims (6)

1. 液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シートにおいて、光学シート用の基材の一方の表面に、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類が形成されており、前記基材の他方の表面に、一定の高さを有し周期的な配列を有する凹凸形状が設けられている、光学シート。
2. 凹凸形状が、凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写基材である光学シート用の基材の表面にその形状を転写する方法で設けられた凹凸形状である、請求項１に記載の光学シート。
3. 凹凸形状を表面に有するロール状転写原型が、機械加工を行い、その表面に凹凸形状を形成したロール状転写原型である、請求項２に記載の光学シート。
4. 液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光源において、請求項１〜３いずれかに記載の光学シートの凹凸形状を設けた表面側に、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を有する光学シートを配してなる光源。
5. 液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光源において、請求項１〜３いずれかに記載の光学シートの凹凸形状を設けた表面側に、導光体を配してなる光源。
6. 導光体が、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を有する導光体である、請求項５に記載の光源。
   
   
   
   

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