JP2008233380A - 光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】空気層を拡散部位と輝度制御部位の貼合時に自然発生的に作る、もしくは拡散部位の拡散特性を変化させることで空気層を省くことにより、拡散部位と輝度制御部位とを一体化した光学シートを実現すること。
【解決手段】ディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シート１０において、光源２０から供給される照明光Ｐが入射する略平坦な入射面１１と、入射した照明光Ｐが出射する出射面とを備えた基材シート１７と、基材シート１７の出射面に粘着剤又は接着剤１８で接合され、出射面から出射した照明光Ｐの方向、範囲、色、輝度分布のうちの少なくとも何れかを制御する光学機能部材１７とを備え、粘着剤又は接着剤１８に、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートの改良に関する。

近年、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているタイプの普及が著しい。ラップトップコンピュータのような電池式装置において、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占める。

従って、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命が増大するが、これは電池式装置には特に望ましいことである。

米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）が、この問題を解決する光学シートとして広く使用されている。

ＢＥＦは、図２に示すように、部材７０上に、断面三角形状の単位プリズム７２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７２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２中に示す方向Ｆ）側である。

プリズム７２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７２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特許文献としては、特許文献１乃至３に例示されるように多数のものが知られている。

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３に示すように、屈折作用ｘによって、光源２０からの光Ｐ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。

ＢＥＦを用いた光学シートから出射される光強度分布は、図４に示すように、視聴者の視覚方向Ｆ，すなわち視覚方向Ｆに対する角度が０°における光強度が最も高められるものの、図中横軸に示す±９０°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという欠点がある。

Ｆ方向の輝度のみが極端に強い様な光強度ピークを有する輝度分布は望ましくはなく、±９０°近辺での光強度ピークのない滑らかな輝度分布の方が望ましい。

また、軸上輝度のみが過度に向上すると、図４に示すグラフ中（特に、垂直分布の曲線で）の山の幅が著しく狭くなり、視域が極端に限定されるため、グラフ中の山の幅を適度に拡げるために、プリズムシートとは別部材の光拡散フィルムを新たに併用する必要があり、部材数の増加を伴っている。また、併用する光拡散部位にはバックライトの蛍光灯の影を消すという機能も必要となっている。

このような欠点を克服するために、光学シート等の輝度制御部位と光拡散部位とを併用する必要性があるが、現行の様々な輝度制御部材は光拡散部位との界面に空気層を必要としている。これは中心輝度向上のため一度光拡散部位で拡散した光を樹脂部位と空気層の界面屈折を利用することで中央に再度集めるという効果を持つ。しかし、この空気層保持が光拡散部位と光学シート等の輝度制御部位とを一体化するうえでの難点となっている。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報

そこで反射層をスペーサとして空気層を保持しつつ光拡散部位と輝度制御部位を貼着することが望ましい。しかしながら、この場合、以下のような問題がある。

すなわち、光拡散部位と輝度制御部位との貼着には粘着剤もしくは接着剤を用いることが考えられるが、粘、接着剤を、空気層を潰さない程度に薄膜化する必要がある。しかし、薄膜化をすることで光拡散部位の表面凹凸起因の浮きや、十分な密着性を付与させるために柔軟な粘、接着剤を使用すると、これらの流動性から環境試験下において空気層が潰れてしまうといった問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、該空気層を光拡散部位と輝度制御部位の貼合時に自然発生的に作る、もしくは光拡散部位の拡散特性を変化させることで空気層を省くことにより、光拡散部位と輝度制御部位とを一体化した光学シートを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明では、ディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、光源から供給される照明光が入射する略平坦な入射面と、入射した照明光が出射する出射面とを備えた基材シートと、基材シートの出射面に粘着剤又は接着剤で接合され、出射面から出射した照明光の方向、範囲、色、輝度分布のうちの少なくとも何れかを制御する光学機能部材とを備える。そして、粘着剤又は接着剤に、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする。

請求項２の発明では、ディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、複数の単位レンズが並列形成されてなる略平坦なレンズ面と、レンズ面の反対側の面である非レンズ面とを有するレンズシートと、非レンズ面のうち、複数の単位レンズのそれぞれによる非集光領域に１：１に対応するように、第１の接着層又は第１の粘着層によって非レンズ面に接合され、光反射機能を有する光反射層と、非レンズ面のうち、光反射層が接合されていない領域に設けられ、光透過機能を有する光透過部とを備える。そして、第１の接着層又は第１の粘着層には、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項２に記載の光学シートにおいて、光反射層に第２の接着層又は第２の粘着層を介して接着又は粘着され、光源から供給される照明光を散乱させた後に、光反射層及び前記光透過部側へ導く光散乱層を更に備える。そして、第２の接着層又は第２の粘着層には、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする。

請求項４の発明は、基材シートは、アクリル、ＭＳ、ＰＳ、ＰＣのうち少なくとも何れかを含む有機系樹脂からなり、かつ球形又は無定形の形状であり有機又は無機の光拡散性微粒子を含み、粘着剤又は接着剤は、単層又は複層である請求項１に記載の光学シートである。

請求項５の発明は、光拡散粒子は、球形又は無定形の形状であり有機又は無機からなり、所定の屈折率を有する請求項１に記載の光学シートである。

請求項６の発明は、光拡散粒子の粒径ａが、１０×１０^−９（ｍ）≦ａ≦３０×１０^−６（ｍ）であり、光拡散粒子の、粘着剤又は接着剤の固形分中の重量割合ｂが、１重量％≦ｂ≦５０重量％であり、粘着剤又は接着剤の厚みｃが、１×１０^−６（ｍ）≦ｃ≦１００×１０^−６（ｍ）である請求項５に記載の光学シートである。

本発明によれば、該空気層を拡散部位と輝度制御部位の貼合時に自然発生的に作る、もしくは拡散部位の拡散特性を変化させることで空気層を省くことにより、拡散部位と輝度制御部位とを一体化した光学シートを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

すなわち、本発明の実施の形態に係る光学シート１０は、図１の部分断面図に示すように、ディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シート１０において、光源２０から供給され、略平坦な入射面１１から入射した照明光Ｐを散乱させる光散乱層１３と、光散乱層１３によって散乱された光が入射する略平坦な入射面１７ａを備えたレンズシート１７とを備えている。

光散乱層１３は、アクリル、ＭＳ、ＰＳ、ＰＣのうち少なくとも何れかを含む有機系樹脂のような樹脂材料からなる拡散板からなり、基材原料としてはアクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系／スチレン系共重合樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができ、これにスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、尿素樹脂、ホルムアルデヒド縮合物などからなる有機系粒子やガラスビーズ、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウムなどからなる無機系微粒子等を混練し、押し出し成形もしくは射出成形などで製造される。有機系樹脂は、このような良好な押し出し成形性が得られることと、安価なことである。また、ＰＥＴ等のフィルム上に上記樹脂に各種拡散材を添加したものを塗工し、ＵＶ硬化等をすることで得られた拡散フィルムでもよい。また、球形又は無定形形状の有機又は無機の光拡散性を有する微粒子を中に含んでも良い。

一方、レンズシート１７の非入射面側、すなわち出射面は、押し出し成形もしくはＰＥＴ等の基材上にＵＶ樹脂成形をすることで何らかのレンズ形状を持つことを特徴とする。レンズ形状はシリンドリカル、四角錐、球面、プリズムのいずれでもよく、ピッチは同ピッチあるいはランダムピッチであってもよい。また、光源２０側に反射層のようなものを付与させてもよい。図１は、一例として、複数の単位シリンドリカルレンズ１６が並列形成されてなる出射面を示している。

また、入射面１７ａには、複数の単位レンズ１６のそれぞれの非集光領域に１：１に対応するように、光反射機能を有する光反射層１４が接合されている。また、入射面１７ａのうち、光反射層１４が接合されていない領域は、光透過機能を有する光透過部１５となっている。

具体的な接合方法としては、熱可塑性やＵＶ硬化性の材料で光散乱層１３に光学機能部分である光反射層１４を直接付与する方法、ビーズや拡散剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし、光反射層１４を光散乱層１３上に直接塗布する方法があげられる。熱可塑性の材料やＵＶ硬化性の材料、バインダー樹脂としては、当該分野でよく知られているポリカーボネートやアクリル、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ビーズや拡散剤としてはガラスやシリカなどの無機フィラー、有機フィラーなどが挙げられる。

また別の接合方法としては、ＰＥＴやＰＣ（ポリカーボネート）やアクリルの光散乱層１３に上述したような熱可塑性やＵＶ硬化性の材料で光学シート１７のような輝度制御部位を付与する方法、ビーズや拡散剤をバインダーとなる樹脂とともに溶剤に溶かし光散乱層１３上に塗布する方法を経て接合する方法もある。この接合方法としては当該分野でよく知られた粘着剤や接着剤を用いて接着層又は粘着層１８を介して接合する方法や、エキシマレーザーで表面処理したのちに熱や圧力で基材と板を直接接合する方法が挙げられる。

一般に、複層構造の構造物は、熱による各部材の伸縮の違いにより、脆弱な接合部から剥がれや気泡が生じ易い。粘着剤や接着剤１８の場合も同様で、熱によりレンズシート１７や光散乱層１３と粘着剤や接着剤１８が部分的に剥がれたり、気泡が発生してしまう。この現象は、ある温度環境下での粘着剤や接着剤１８の密着力と相関性があるわけではなく、単に密着力向上だけでは解決できない。

そこで本発明者らは試行錯誤の結果、剥がれや気泡の発生は密着力ではなく、レンズシート１７と粘着剤又は接着剤１８の樹脂系の組合せや拡散材添加量、厚み等で解決できることを見出した。粘着剤又は接着剤１８に光拡散粒子を添加することで、皮膜強度を向上させある程度の膜厚を維持し、低屈折率層を保ちつつ各環境下での緩衝材としての作用を付与することが可能となった。

なお、接着層又は粘着層１８は、単層でも複層でもよい。そして、光拡散粒子は、球形又は無定形形状の有機又は無機からなり、所望の屈折率を有するように調節される。そして、光拡散粒子の粒径ａは、１０×１０^−９（ｍ）≦ａ≦３０×１０^−６（ｍ）である。また、光拡散粒子の、粘着層又は接着層１８の固形分中の重量割合ｂは、１重量％≦ｂ≦５０重量％である。このように、接着層又は粘着層１８に光拡散粒子を添加することで接着層又は粘着層１８の粘弾性を変化させ、流動性を抑制することで、例えば空気層からなる光透過部１５の潰れを抑制することが可能となる。

また、粘着層又は接着層１８の厚みｃは、１×１０^−６（ｍ）≦ｃ≦１００×１０^−６（ｍ）である。光拡散粒子の粒径ａを、１０×１０^−９（ｍ）以上としたことにより、接着層又は粘着層１８に光拡散粒子を添加した場合であっても、粘着皮膜の熱挙動を抑制でき、かつ粘着剤の表面を若干マット状にすることにより空気層からなる光透過部１５を保持することが可能となる。なお、粒径ａが大きすぎると、接着剤又は粘着剤１８による接着性又は粘着性が低下するので、光拡散粒子の粒径ａを３０×１０^−６（ｍ）以下としている。同様に、光拡散粒子の、粘着層又は接着層１８の固形分中の重量割合ｂもあまり高くなると粘着性又は接着性が低下するので、１重量％≦ｂ≦５０重量％としている。粘着層又は接着層１８の厚みｃが、１×１０^−６（ｍ）≦ｃ≦１００×１０^−６（ｍ）である理由は、粘着層又は接着層１８の厚みｃは、光拡散粒子の粒径ａよりも少し厚めであること、作成可能な厚みであること、光拡散粒子がスペーサとなって空気層である光透過部１５を保持可能な場合、５０×１０^−６（ｍ）位までは空気層を確保したいからである。

このような構成により、光源２０からの照明光Ｐは、入射面１１から光学シート１０に入射すると、光散乱層１３によって散乱される。そして、光散乱層１３によって散乱された光のうち、光透過部１５を通過した光のみが単位レンズ１６へ導かれ、単位レンズ１６によって、方向、範囲、色、輝度分布のうちの少なくとも何れかが制御された後に図１中に示すＦ方向側に出射する。一方、光透過部１５を通過しない光は、光反射層１４によって光散乱層１３側に一旦反射され、光散乱層１３内で散乱されることにより、あるいは光源２０の周囲に備えられた図示しない反射板によって反射されることにより、何れは光透過部１５を通過するようになる。

また、このような構成を考慮すると、光反射層１４をスペーサとして空気層（光透過部１５）を保持しつつ、光拡散部位として機能する光散乱層１３と、輝度制御部位として機能するレンズシート１７とを貼着することが望ましい。

本発明の実施の形態に係る光学シート１０によれば、以上説明したように、空気層１５を光散乱層１３とレンズシート１７との貼合時に自然発生的に作る、もしくは光散乱層１３の拡散特性を変化させることで空気層１５を省くことにより、光散乱層１３とレンズシート１７とを一体化した光学シート１０を実現することができる。

更に、以上のように構成した本発明の実施の形態に係る光学シート１０をバックライトユニットや液晶表示装置に組込み、光源２０を長時間点灯しても剥がれや気泡が生じることが無いことを確認することができた。つまり、本発明の実施の形態に係る光学シート１０を用いることによって、光源２０点灯時の熱による部材の剥がれや気泡による表示不具合がないバックライトユニットおよび液晶ディスプレイを実現することも可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、表層以外の材質、および粘着剤を貼らない側の材質については特に規定はなく、当該分野でよく知られる耐ＵＶ処理や帯電防止処理などの表面処理や表面処理層をもうけてあるものも本発明の範囲とする。また、粘着剤を貼る面に関してもコロナ処理、プラズマ処理など表層の材質を変えない処理を施しても良い。

本発明の実施の形態に係る光学シートの構成例を示す部分断面図。 ＢＥＦの構成例を示す斜視図。 ＢＥＦを用いた光学シートの構成例を示す部分断面図。 ＢＥＦを用いたバックライトによる光路制御特性を示す概念図。

符号の説明

１０…光学シート、１１…入射面、１３…光散乱層、１４…光反射層、１５…光透過部（空気層）、１６…単位レンズ、１７ａ…入射面、１７…レンズシート、１８…粘着層又は接着層、２０…光源、７０…部材、７２…プリズム

Claims (6)

1. ディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、
   光源から供給される照明光が入射する略平坦な入射面と、前記入射した照明光が出射する出射面とを備えた基材シートと、
   前記基材シートの出射面に粘着剤又は接着剤で接合され、前記出射面から出射した照明光の方向、範囲、色、輝度分布のうちの少なくとも何れかを制御する光学機能部材とを備え、
   前記粘着剤又は接着剤に、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする光学シート。
2. ディスプレイ用バックライトユニットにおける照明光路制御に使用される光学シートにおいて、
   複数の単位レンズが並列形成されてなるレンズ面と、前記レンズ面の反対側の面である略平坦な非レンズ面とを有するレンズシートと、
   前記非レンズ面のうち、前記複数の単位レンズのそれぞれによる非集光領域に１：１に対応するように、第１の接着層又は第１の粘着層によって前記非レンズ面に接合され、光反射機能を有する光反射層と、
   前記非レンズ面のうち、前記光反射層が接合されていない領域に設けられ、光透過機能を有する光透過部とを備え、
   前記第１の接着層又は第１の粘着層には、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする光学シート。
3. 請求項２に記載の光学シートにおいて、
   前記光反射層に第２の接着層又は第２の粘着層を介して接着又は粘着され、光源から供給される照明光を散乱させた後に、前記光反射層及び前記光透過部側へ導く光散乱層を更に備え、
   前記第２の接着層又は第２の粘着層には、光拡散粒子が分散混合されたことを特徴とする光学シート。
4. 前記基材シートは、アクリル、ＭＳ、ＰＳ、ＰＣのうち少なくとも何れかを含む有機系樹脂からなり、かつ球形又は無定形の形状であり有機又は無機の光拡散性微粒子を含み、前記粘着剤又は接着剤は、単層又は複層である請求項１に記載の光学シート。
5. 前記光拡散粒子は、球形又は無定形の形状であり有機又は無機からなり、所定の屈折率を有する請求項１に記載の光学シート。
6. 前記光拡散粒子の粒径ａが、１０×１０^−９（ｍ）≦ａ≦３０×１０^−６（ｍ）であり、前記光拡散粒子の、前記粘着剤又は接着剤の固形分中の重量割合ｂが、１重量％≦ｂ≦５０重量％であり、前記粘着剤又は接着剤の厚みｃが、１×１０^−６（ｍ）≦ｃ≦１００×１０^−６（ｍ）である請求項５に記載の光学シート。

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