JP2008197322A - 光学シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光反射部に白色顔料を含有した白色顔料ペーストを用いることによって、低コストで高精度な光反射部が作製できる光学シートの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】透明基材１１の一方の面にレンズを、他方の面に光硬化性樹脂層３１を形成し、光硬化性樹脂層３１をレンズ２１を介して露光し、光硬化性樹脂層３１に露光領域３１ａと未露光領域３１ｂを形成する。さらに、未露光領域３１ｂの光硬化性樹脂を除去し、透明基材１１の他方の面にパターン化された樹脂部３１ｃと開口部３２を形成する。さらに、開口部３２に白色顔料ペーストを埋め込み、硬化し、白色顔料を含有する樹脂部４１し、パターン化された樹脂部３１ｃを除去し、透明基材１１の一方の面にシリンドリカルレンズからなるレンズ２１が、他方の面に光反射部４１ａと光透過領域４２が形成された光学シート４０を作製する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示素子を組み込んだ画像表示装置（液晶ディスプレイ）に代表されるディスプレイにおける輝度向上機能を有する光学シートの製造方法に関する。

液晶ディスプレイは、他の画像表示装置（プラズマディスプレイパネル、有機ELディスプレイ、電界放出ディスプレイなど）のように自発光型ではないために、光源すなわちバックライトユニット１５０（図８参照）を必要とする場合がほとんどである。その場合には、バックライトユニット１５０の消費電力が液晶表示素子９０を駆動させるのに必要な消費電力に上乗せされることになる。

そこで、バックライトユニット１５０の消費電力を可能な限り低減させるために、輝度向上機能を有する光学シートを用いることで、ディスプレイの総消費電力の低減が試みられている。

前記のバックライトユニットの消費電力を低減させるための輝度向上シートでは、米国３M社が開発した輝度強調フイルム（BEF：Brightness Enhancement Film）が公知である（例えば、特許文献１参照）。
透光性フイルムの一方の面にプリズム形状が形成され、かつ他方の面に透明な凸状ドットが形成された光学シート、さらに導光板および拡散フイルムなどで組み合わされた液晶ディスプレイ装置は、輝度が高くかつモアレ現象の生じない液晶ディスプレイ装置として提供される。

ＢＥＦは、図７に示すように、部材１４１上に、断面三角形状の単位プリズム１４２が一方向に周期的に配列されたフィルムである。このプリズム１４２は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。ＢＥＦは、“軸外（off-axis）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（on-axis）”に方向転換（redirect）または“リサイクル（recycle）”する。

ディスプレイの使用時（観察時）に、ＢＥＦは、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向（図７中に示す方向Ｆ）側である。

プリズム１４２の反復的アレイ構造が１方向のみの並列では、その並列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、２枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。

ＢＥＦの採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
ＢＥＦに代表されるプリズム１４２の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する旨が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

上記のようなＢＥＦを輝度制御部材として用いた光学シートでは、図６に示すように、屈折作用ｘによって、バックライトユニット１５０からの光１５０ａが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向Ｆの光の強度を高めるよう
に制御することができる。しかしながら、同時に反射／屈折作用ｙによる光成分が、視聴者の視覚方向Ｆに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。

したがって、図６及び図７に示すようなＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、視聴者の視覚方向Ｆにおける光強度が最も高められるものの、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという問題がある
このような欠点を克服するために、図５に示すように、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造を有する光学シートを用いたバックライトユニットが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

この光学シート４０の透明基材１１の液晶表示素子７１側の面には、光学シート４０内を進行した光を液晶表示素子９０へ導くレンズ２１が設けられている。このレンズ２１は、図４の斜視図に示すように、複数の単位レンズが反復的にアレイ構造をなしている。さらに、他方の面には、該レンズ２１の焦点面近傍に開口部４２をもつストライプ状のパターンからなる光反射部４１ａが設けられている。

この光反射部４１ａは、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定のパターン（単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の場合、単位レンズそれぞれに１：１で対応して光透過部４２を有するストライプ状となる。）で印刷形成（あるいは、転写形成）したものである。

図３は、図４の光学シート４０に図５に示すバックライトユニットを適用した場合のバックライトからの光路制御特性を示す説明図である。
拡散フィルム６２から出射した光のうち、光透過領域４２を通過した光のみが、レンズ２１に入射し、レンズ２１によってある一定方向に集光された後に出射される。
そして、偏光板７１に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶表示素子９０に導かれる。

一方、光透過部４２を通ることができなかった光は、光反射部４１ａで反射され、拡散板６１側に戻され反射板５２へ導かれる。そして、反射板５２によって反射されることによって再び拡散板６１に入射し、拡散板６１において再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光となった後に開口部４２を通ってレンズ２１に入射し、レンズ２１によって、図３に示すように、所定角度φ内に絞られて出射される。

このような光学シート４０を用いたバックライトユニットでは、光学シート４０の光透過部４２の大きさ及び位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、レンズ２１から正面方向Ｆに出射される光の割合を高めるように制御することができる。

しかし前記特許文献4に開示されているバックライトユニットでは、バックライト光源の利用効率の点で優位であるが、レンズ部の作製に加えて光反射性ストライプパターンの位置・形状を高精度に形成する必要がある。

前記特許文献4では、光反射性ストライプパターンの形成方法として印刷方式が記載されているが、印刷方式ではレンズピッチの微細化が進んだ場合、光反射性ストライプパターンの位置・形状を高精度に形成するのは困難であるとういう問題がある。

また、レンズシートの反レンズ面に形成した感光性樹脂層に対するレンズ部自身の集光特性を利用して、正確に個々のレンズ部の非集光部にあたる位置を規定する、所謂セルフアライメント方式が、正確に単位レンズの集光部を開口する（正確に単位レンズの非集光部を遮光する）上で有効である。
光学シートの作製方法として、レンズシートの平坦面に電離放射線硬化型樹脂層を形成し
、光源とレンズシートとを、シリンドリカルレンズの並設方向に相対移動させながら、シリンドリカルレンズの長手方向に延びた帯状の光線（スリット光）を、シリンドリカルレンズ側からレンズシートの平坦面に対して垂直に照射して、各シリンドリカルレンズによって集光された部分の未硬化状態の前記樹脂を硬化させ、硬化した部分以外の前記樹脂表面（粘性の残る非集光部） に光反射部を転写して、前記平坦面に光反射性ストライプパターンを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報 特開２０００−２８４２６８号公報 特許第３２４３１６６号公報

しかし、光反射部形成手段として、セルフアライメント方式を用いた転写法を実施する場合には、転写箔のインキ層の切れ性が悪く剥離方向に対する方向性が発生し、剥離時の尾引きやギザツキ現象が起こり、精細なパターンが形成できないという問題が生じる。
また、特許文献５に開示されている方式では、感光性樹脂層（光反射性パターンの形成箇所を規定するため）と転写箔（ 光反射性パターンを形成するため）の二つの材料が必要であり、かつ剥離フィルムなどの副資材も発生し、コスト高の要因ともなる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、光反射部に白色顔料を含有した白色顔料ペーストを用いることによって、低コストで高精度な光反射部が作製できる光学シートの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記問題を解決するために、まず請求項１では、透明基材１１の一方の面にストライプ状に配列されてなるレンズ２１が、他方の面にストライプ状に配列されてなる光反射部４１ａと光透過部４２とがそれぞれ形成されてなる光学シートの製造方法であって、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする光学シートの製造方法としたものである。
（ａ）透明基材１１の一方の面にレンズを、他方の面に光硬化性樹脂層３１を形成する工程。
（ｂ）前記光硬化性樹脂層３１を前記レンズ２１を介して露光し、前記光硬化性樹脂層３１に露光領域３１ａと未露光領域３１ｂを形成する工程。
（ｃ）前記未露光領域３１ｂの光硬化性樹脂を除去し、透明基材１１の他方の面にパターン化された樹脂部３１ｃと開口部３２を形成する工程。
（ｄ）前記開口部３２に白色顔料ペーストを埋め込み、硬化し、白色顔料を含有する樹脂部４１する工程。
（ｅ）前記パターン化された樹脂部３１ｃを除去し、光反射部４１ａ及び光透過領域４２を形成する工程。

また、請求項２では、前記光硬化性樹脂層３１の膜厚が、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学シートの製造方法としたものである。

本発明の光学シートの製造方法では、レンズ２１の集光機能を使用し、光硬化性樹脂を露光してパターニングを行うため、ストライプの位置を高精度に再現できるストライプパターンが作成可能である。
また、光硬化性樹脂を使用しているため、高精細かつ５μｍ以上の膜厚のパターンを作成することが可能となる。

光硬化性樹脂層３１の膜厚を５μｍ〜５０μｍとすることで、５μｍ〜３０μｍ厚の光反射部を形成することができる。

また、光反射部に白色顔料を含有することで、散乱反射が発生し、バックライト光でレンズ部に到達しなかった光は、再帰反射され、光の利用効率が向上する。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ｄ）〜（ｅ）は、本発明の光学シートの製造方法を示す模式構成部分断面図である。

まず、透明基材１１の一方の面にレンズ２１が形成されたレンズシートの他方の面に光硬化性樹脂層３１を形成する（図１（ａ）参照）。
ここで、透明基材１１はＰＥＴフィルム等が使用できる。
レンズ２１は、ＵＶ硬化型樹脂（材質；アクリル樹脂）で形成されたシリンドリカルレンズ群からなる。
レンズ２１は、透明基材１１に紫外線硬化樹脂を塗布して樹脂層を形成し、レンズ成型用ロールに通し、レンズ成型用ロール形状を転写すると同時に、紫外線（光源：高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなど）照射することにより、前記樹脂層を硬化させてレンズ成形を行なう。

光硬化性樹脂層３１は、ネガ型ドライフィルムをラミネート加工するか、光硬化性樹脂を、公知のコーティング方法（例えば、ロールコーティング、グラビアコーティング、カーテンフローコーティング、スピンコーティング等）で形成することができる。
また、光硬化性樹脂層３１の膜厚は、後記する５〜３０μｍ厚の光反射部を形成するためには、５〜５０μｍが好適である。

次に、レンズ２１を介して光硬化性樹脂層３１を光露光し、光硬化性樹脂層３１に露光領域３１ａと未露光領域３１ｂを形成する（図１（ｂ）参照）。
露光使用する光源は、例えば高圧水銀ランプが好適である。

次に、専用の現像液で露光領域３１ａと未露光領域３１ｂが形成された光硬化性樹脂層３１を現像処理し、パターン化された樹脂部３１ｃと未露光領域３１ｂが現像処理で取り除かれた開口部３２を形成する（図１（ｃ）参照）。

次に、バインダー樹脂に白色顔料を混練した白色顔料ペーストを開口部３２に塗布し、ワイピング加工後、乾燥硬化して、白色顔料を含有する樹脂部４１を形成する（図２（ｄ）参照）。
白色顔料ペーストは、白色顔料、バインダー樹脂、溶剤、および添加剤で構成されたものが使用できる。白色顔料としては、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられ、二酸化チタンが好適である。
白色顔料の含有量としては、体積分率（ 顔料体積分率（ＰＶＣ）に相当する）３０〜７０％が好適である。
バインダー樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やこれらの変性物・誘導体等を用いることができる。
溶剤としては、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル、イソプロビルアルコールなどを用いることができる。
添加剤としては、レベリング剤、分散剤などが使用できる。

次に、パターン化された樹脂部３１ｃを粘着テープにて物理的に剥離処理するか、専用の剥離液で剥離する等の方法で除去し、光反射部４１ａと光透過領域４２を形成し、透明基材１１の一方の面にシリンドリカルレンズからなるレンズ２１が、他方の面に光反射部４１ａと光透過領域４２が形成された光学シート４０を作製する。

まず、７５μｍ厚のＰＥＴフィルム（Ａ４３００：東洋紡製）からなる透明基材１１の一方の面に紫外線硬化樹脂を用いたシリンドリカルレンズ群からなるレンズ２１を、他方の面に３０μｍ厚のネガ型ドライフィルム（ＦＸ９３０：デュポンエムアールシードライフィルム社製）をラミネート速度：１ｍ／分、ラミネート圧：０．４ＭＰａ、ラミネート温度：室温のラミネート条件でラミネートして光硬化性樹脂層３１を形成した（図１（ａ）参照）。

次に、レンズ２１を介して光硬化性樹脂層３１を高圧水銀ランプで光露光し、光硬化性樹脂層３１に露光領域３１ａと未露光領域３１ｂを形成した（図１（ｂ）参照）。

次に、専用の現像液（エタノール）で露光領域３１ａと未露光領域３１ｂが形成された光硬化性樹脂層３１を現像処理し、パターン化された樹脂部３１ｃと未露光領域３１ｂが現像処理で取り除かれた開口部３２を形成した（図１（ｃ）参照）。
パターン化された樹脂部３１ｃの膜厚は、３０μｍであった。

次に、ウレタン樹脂に二酸化チタンを混練して作製した白色顔料ペーストを開口部３２に塗布し、ワイピング加工後、乾燥硬化して、白色顔料を含有する樹脂部４１を形成した（図２（ｄ）参照）。

次に、パターン化された樹脂部３１ｃを粘着テープにて物理的に剥離処理し、光反射部４１ａと光透過領域４２を形成し、透明基材１１の一方の面にシリンドリカルレンズからなるレンズ２１が、他方の面に光反射部４１ａと光透過領域４２が形成された光学シート４０を作製した。
パターン化された樹脂部３１ｃ除去後の光反射部４１ａの膜厚は、１５μｍであり、光透過率は１０％であった。

（ａ）〜（ｃ）本発明の光学シートの製造方法の一実施例の一部を示す模式構成部分断面図である。 （ｄ）〜（ｅ）本発明の光学シートの製造方法の一実施例の一部を示す模式構成部分断面図である。 光学シート４０にバックライトユニットを適用した場合の光路制御特性を示す説明図である。 レンズシートの一例を示す斜視図である。 バックライトユニットの一例を示す斜視図である。 光学シートの光制御性を示す説明図である。 輝度強調フイルムの一例を示す説明図である。 バックライトユニットを用いたディスプレイの構成を示す説明図である。

符号の説明

１１……透明基材
２１……レンズ
３１……光硬化性樹脂層
３１ａ……露光領域
３１ｂ……未露光領域
３１ｃ……パターン化された樹脂部
３２……開口部
４１……白色顔料を有する樹脂部
４０、１４０……光学シート
４１ａ……光反射部
４２……光透過領域
５１……ランプハウス
５２……反射板
５３……光源
５３ａ……光
６１……拡散フィルム
６２……拡散板
７１……偏光板
９０……液晶表示素子
１４０……光学部材積層体
１４１……部材
１４２……単位プリズム
１５０……バックライトユニット
１５０ａ……光
１５１……反射板
１５２……光源

Claims (2)

1. 透明基材（１１）の一方の面にストライプ状に配列されてなるレンズ（２１）が、他方の面にストライプ状に配列されてなる光反射部（４１ａ）と光透過部（４２）とがそれぞれ形成されてなる光学シートの製造方法であって、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする光学シートの製造方法。
   （ａ）透明基材（１１）の一方の面にレンズを、他方の面に光硬化性樹脂層（３１）を形成する工程。
   （ｂ）前記光硬化性樹脂層（３１）を前記レンズ（２１）を介して露光し、前記光硬化性樹脂層（３１）に露光領域（３１ａ）と未露光領域（３１ｂ）を形成する工程。
   （ｃ）前記未露光領域（３１ｂ）の光硬化性樹脂を除去し、透明基材（１１）の他方の面にパターン化された樹脂部（３１ｃ）と開口部（３２）を形成する工程。
   （ｄ）前記開口部（３２）に白色顔料ペーストを埋め込み、硬化し、白色顔料を含有する樹脂部（４１）する工程。
   （ｅ）前記パターン化された樹脂部（３１ｃ）を除去し、光反射部（４１ａ）及び光透過領域（４２）を形成する工程。
2. 前記光硬化性樹脂層（３１）の膜厚が、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学シートの製造方法。

Images