JP2009058660A - 光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】ゴーストを低減し、生産性の良好な光学シートを提供する。
【解決手段】 プリズム列１１と遮光部２０が交互に配列した視野角制御層２を有する光学シートであって、遮光部２０は、その配列方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、プリズム列１１の屈折率は、遮光部２０の屈折率と異なり、プリズム列１１と遮光部２０との界面において、屈折率が徐々に変化している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイ用フィルター、視野角制御シート等の光学シートに関する。

外光反射を抑制して画像のコントラストを改善したり、視野角を制御したりするディスプレイ用フィルター等の光学シートとして、透光部と遮光部を交互に配列した光学シートが知られている。このような光学シートでは、映像の高精細化に対応して、透光部と遮光部の配列ピッチは１ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下にすることが望まれる。

また、透光部と遮光部を交互に配列した光学シートをディスプレイパネルの前面に配置すると、透光部と遮光部との界面で反射された光線が観察者に観察されることによりゴーストと呼ばれる二重像が発生する場合がある。これに対し、ゴーストを防止する光学シートとしては、透明なシート状部材と遮光性のシート状部材とを光散乱層を介して交互に多数積層し、積層方向に対して垂直にスライスすることにより、透光部と遮光部との間に光拡散層を介在させた光学シートが知られている（特許文献１、特許文献２）。しかしながら、この光学シートは生産性が低い。

また、透明なシート状部材の表面をダイシングソーで研削することにより、溝内部表面が粗面となっている平行な溝を形成し、その溝内部に光吸収性物質又は光散乱性物質を充填し、透光部と遮光部との界面を粗面にした光学シートが知られている（特許文献３）。しかしながら、この光学シートも透明なシート状部材を１枚ずつ研削する必要があるため、生産性が低い。

この他、横断面略台形のプリズム列が並列した形状の樹脂シートからなる透光部を、成形型を用いて転写成形し、その後、透光部のプリズム列側表面に遮光材料を塗布し、次いで、余分な遮光材料を掻き取ることにより、図７に示すように、プリズム列１１同士の間の溝に遮光部２０ｘを形成した光学シート１ｘが知られている（特許文献４）。この光学シート１ｘは、特許文献１や特許文献２の光学シートに比して生産性が良好となる。

しかしながら、同図に示すように、この光学シート１ｘでは、観察者は、プリズム列１１からなる透光部１０ｘをそのまま透過してくる映像光の他に、透光部１０ｘと遮光部２０ｘとの界面で反射した映像光を観察することになるため、映像光が２重になるゴーストが生じる。

特公昭58-47681号公報 特表平6-504627号公報 特開平9-311206号公報 特開2006-178092号公報

図７に示した映像光のゴーストの発生を防止するには、透光部１０ｘを成形する金型にサンドブラスト、エッチング等の処理を施してその表面を粗面化し、それにより透光部１０と遮光部２０ｘとの界面を粗面化することが考えられる。

しかしながら、金型にこれらの粗面化処理を施すと、金型が変形するなどの問題が生じる。

これに対し、本発明は、ゴーストを低減し、生産性の良好な光学シートを提供することを目的とする。

本発明者は、プリズム列と遮光部を交互に配列した視野角制御層を有する光学シートを製造するにあたり、プリズム列と遮光部との界面反射をなくしてゴーストを解消するためには、これらの屈折率を同一にすることが望ましいが、実際上それは難しく、一方、プリズム列と遮光部との界面において屈折率を徐々に変化させると、この界面における光線の反射強度を低下させ、ゴーストを低減できることを見出した。

即ち、本発明は、プリズム列と遮光部が交互に配列した視野角制御層を有する光学シートであって、遮光部は、その配列方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、プリズム列の屈折率は、遮光部の屈折率と異なり、プリズム列と遮光部との界面において、屈折率が徐々に変化している光学シートを提供する。

また、本発明は、この光学シートの製造方法として、プリズム列同士の間に断面形状が略Ｖ字形状の溝が形成されている光透過層を成形し、その溝に、屈折率が異なる遮光材料を、屈折率が漸次変化するように複数層充填し、遮光部を形成するか、あるいは、その溝に、プリズム列を溶解又は膨潤させることのできる遮光材料を充填することによりプリズム列と遮光材料との界面において屈折率を連続的に変化させ、遮光部を形成する方法を提供する。

本発明の光学シートは、プリズム列と遮光部が交互に配列された視野角制御層を有し、かつ、プリズム列と遮光部との界面において屈折率が徐々に変化しているので、この界面における反射強度が低下する。

したがって、プリズム列と遮光部との界面の反射に起因するゴーストを低減させることが可能となる。

また、本発明によれば、ゴーストが低減した光学シートを低コストに生産性高く製造することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

図１は、本発明の光学シートの一態様の斜視図である。この光学シート１は、ディスプレイ用フィルター、視野角制御シート等として使用できる光学シート１であって、柱状のプリズム列１１と柱状の遮光部２０が交互に配列した視野角制御層２を有している。図２は、この光学シート１の、プリズム列１１と遮光部２０の配列方向の断面図（Ｘ−Ｘ断面図）である。

図示したように、この光学シート１では、並列したプリズム列１１は光透過層１０の片面の突出部として形成されており、その基部の幅Ｌ1 に対し、突出端となっているプリズム列上面１２の幅Ｌ3 が狭くなっている。

一方、遮光部２０では、その幅が上面２１に向かって漸次広くなる略Ｖ字形状を有している。

この光学シートでは、プリズム列１１の屈折率が、遮光部２０の屈折率とは異なり、かつ、プリズム列１１と遮光部２０との界面において、屈折率が徐々に変化していることを特徴としている。

これにより、光透過層１０のプリズム列非形成面側から、プリズム列１１と遮光部２０との界面に入射する光線の、その界面における反射強度を低下させることができる。したがって、図７に示したような、界面からの反射光に起因するゴーストの発生を防止することができる。

この場合、プリズム列１１と遮光部２０との界面において、屈折率が遮光部２０に向かって連続的に変化するようにしてもよく、段階的に変化するようにしてもよい。プリズム列１１と遮光部２０との界面における反射光強度をより低減させる点、及び後述する界面の製法上の便宜からは、プリズム列１１と遮光部２０との界面の屈折率は連続的に変化させることが好ましい。

本発明において遮光部２０の断面形状としては、図３Ａに示すように、略Ｖ字形状の遮光部２０の先端２２を平坦にしてもよく、図３Ｂに示すように、丸めてもよい。これにより、光透過層１０の成形用金型の耐久性を向上させることができきる。
また、略Ｖ字形状の斜面２３を、図３Ｃに示すように、屈曲させたり、曲線にしてもよく、図３Ｄに示すように、階段状にしてもよい。

遮光部２０の斜面２３と光学シート１の厚み方向とのなす角度θは、光学シート１の使用目的や、金型製造及び金型からの抜きの容易さなどによって適宜定めるが、例えば、遮光部２０を観察者側に向けてディスプレイの前面に配置するディスプレイ用フィルター、視野角制御シート又は光拡散シートとして使用する場合には、３°〜３０°とすることが好ましい。この角度θが小さすぎると、光透過層１０の成形用金型の耐久性に不具合が生じたり、成形品と金型との離型性に不具合が生じる場合がある。反対に、角度θが大きすぎると好ましい視野角を得られない場合がある。

遮光部２０の高さＬ5 と遮光部２０の幅Ｌ4 は、制御したい視野角や成形の容易さの点から適宜設定するが、通常、この比Ｌ5/Ｌ4 は２〜１０程度が好ましい。

図３Ａのように、遮光部２０の先端２２を平坦にする場合、その幅Ｌ2 は、光透過層１０の成形用金型の耐久性の点から２μｍ以上が好ましい。また、光透過層１０を熱可塑性樹脂から成形する場合、熱可塑性樹脂の形状転写安定性の点から２０μｍ以下とすることが好ましい。

配列ピッチＰは、光学シート１を映像表示装置にディスプレイ用フィルター等として用いる場合、映像の高精細化に対応するため３００μｍ以下とすることが好ましい。一方、金型製作精度や成型加工精度の点から、３０μｍ以上とすることが好ましい。

遮光部２０の幅Ｌ4 と配列ピッチＰの比Ｌ4/Ｐは、所望の光拡散性能に応じて選ぶことができるが、通常０．１〜０．７程度が好ましい。

プリズム列１１の高さＬ5 と底面幅Ｌ1 との比（アスペクト比＝Ｌ5/Ｌ1）は、光透過層１０を成形する金型の耐久性や成形性の点から３以下が好ましい。

光透過層１０の層厚Ｌ6 は、押出成形によりそのプリズム列１１を高アスペクト比に成形する場合に、プリズム列１１の転写性能に影響する重要な要素となる。そのため、層厚Ｌ6 は、プリズム列１１の高さＬ5 の約１．５〜３．５倍が好ましい。

光学シート１の製造方法としては、まず、光透過層１０を、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂の押出成形により製造し、次いで、成形した光透過層１０のプリズム列１１同士の間に遮光部２０を形成することにより製造することができる。また、光透過層１０の成形には、透明シートと成型用金型との間に紫外線硬化樹脂を充填し、転写成形する方法（２Ｐ成形法（Photo Polymerization））を用いることもできるが、紫外線硬化樹脂が高価であることから、熱可塑性樹脂の押出成形によることが好ましい。この他、熱プレス成形を用いることもできる。

光透過層１０の成形用金型としては、上述のプリズム列１１の配列と逆形状に凹凸を配列した金型を使用する。

光透過層１０の成形用金型は、平板状としてもよいが、図４に示すように、溝３１をロールの周方向に形成した押出成形用のロール成形金型３０とすることが好ましい。これにより、熱可塑性樹脂を用いて効率よく光透過層１０を成形することができる。

光透過層１０を成形した後の遮光部２０の形成方法としては、光透過層１０のプリズム列１１の並列面側に遮光材料を塗布し、プリズム列１１の上面上の遮光材料を掻き取ることによりプリズム列同士の間の溝に遮光材料を充填し、遮光材料を固定して遮光部とする。

この場合、プリズム列１１と遮光部２０との界面において、屈折率をプリズム列１１と遮光部２０との間で段階的に変化させるには、プリズム列同士の間の溝に、屈折率が異なる遮光材料を、屈折率が漸次変化するように複数層充填し、遮光部を形成する。

また、プリズム列１１と遮光部２０との界面において、屈折率をプリズム列１１と遮光部２０との間で連続的に変化させるには、プリズム列同士の間の溝に、プリズム列を溶解又は膨潤させることのできる遮光材料を充填することによりプリズム列と遮光材料との界面において屈折率を徐々に変化させる。この方法は、上述の屈折率を段階的に変化させる方法に比して工程数が少ない点から、より実際的である。

遮光材料としては、遮光性粒子を含有した白色インクや黒インク等を使用することができる。遮光性粒子の具体例としては、平均粒径１〜３０μｍ程度のカーボン粒子、樹脂微粒子、ガラス微粒子、金属酸化物微粒子、各種顔料等を使用することができる。なお、外光コントラストの改善を目的としない場合には、遮光材料は、白色であってよい。

遮光性粒子の遮光材料における混入量は、少なすぎると遮光部２０に遮光効果を充分に発揮させることができず、多すぎると、遮光材料を硬化させた後にも、遮光部２０の中心部で硬化不足が生じる場合がある。この混入量の好ましい範囲は、プリズム列１１同士の間の溝の開口幅（遮光部２０の上面２１の幅）をＬ4μｍ、遮光性粒子の混入量をＷ重量％としたときに、
３０≦Ｌ4 ×Ｗ≦５００ であり、特に、
４０≦Ｌ4 ×Ｗ≦３００
が好ましい。

また、遮光性粒子を分散させるインクバインダーとしては、紫外線硬化樹脂、樹脂を溶剤で溶解した接着剤組成物、熱硬化性樹脂等を使用することができ、プリズム列１１の屈折率に対して遮光部２０の屈折率が徐々に変化するように、あるいはプリズム列の構成材料を溶解又は膨潤できるように適宜選択する。

例えば、プリズム列が、スチレン系樹脂からなり、その屈折率が１．５８の場合に、インクバインダーとしては、硬化後の屈折率が１．５４となるウレタンアクリレート系紫外線硬化性樹脂を使用する。この例ではモノマーがプリズム列を膨潤させることのできる成分となる。

遮光材料をプリズム列１１同士の間に充填する具体的な方法としては、例えば、光透過層１０のプリズム列１１側に、そのプリズム列の構成材料を溶解又は膨潤させることのできる遮光材料を塗布後、プリズム列１１同士の間の溝に遮光材料が残るように、プリズム列１１の上面１２上の余分な遮光材料をゴム製ヘラ、金属製ブレード、金属製ローラー等を用いて掻き取る。その後、プリズム列１１と遮光部２０の界面をぼかすために所定時間をおき、次いで、遮光材料を紫外線照射等により固定する。

この他、遮光部２０の形成方法としては、接着材を兼ねた遮光材料をプリズム列１１の並列面側に塗布した後、塗布面に光透過性シートを重ね合わせ、プリズム列の頂部が光透過性シートと略接する状態に圧して貼り合わせてもよい。

光透過層１０の遮光部２０側、その反対側、又は双方には、必要に応じて光拡散性粒子を分散させた光拡散シート、着色シート、防眩シート等を配置してもよい。

図５に示すように、本発明の光学シート１は、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等のディスプレイパネル４０の前面に装着して、あるいは背面投写型スクリーンとして用いることができる。その場合、光学シートの装着方向は、外光コントラストの向上、視野角制御などの目的に応じて、プリズム列を観察者側に向けたり映像光源側に向けたりすればよい。

実施例１（視野角制御シートの製造）
図６に示すような、断面略台形の溝３１が並列したロール成形金型３０ｂを製造した。このロール成形金型３０ｂの寸法は、これから成形する光透過層、あるいは遮光部の寸法の凹凸を逆転させたものであり、次の通りとした。

遮光部の高さＬ5：１２８μｍ
遮光部の上面の幅Ｌ4：４０μｍ
ピッチＰ：１０６μｍ
斜面角度θ：６°
遮光部先端幅Ｌ2 ：５μｍ

次に、このロール成形金型３０ｂを用いて、スチレン・メタクリル酸メチル共重合体樹脂（屈折率１．５８）を押出成形し、光透過層を成形した。この光透過層の層厚は２３０μｍであった。

次いで、平均粒径４μｍのカーボン粒子を５重量％含有するアクリル系紫外線硬化樹脂からなる黒インク（硬化後の屈折率１．５４）を光透過層のプリズム列側の全面に塗布し、この状態で１０分間放置した。その後、金属製ロールを用いてプリズム列同士の間の略Ｖ字形状の溝に充填されているもの以外の黒インクを掻き取った後、紫外線を照射して黒インクを硬化させることにより断面略Ｖ字形状の遮光部を形成し、視野角制御シートを得た。

この視野角制御シートの遮光部の断面を拡大観察した結果、光透過層の略Ｖ字形状の表面が約３μｍほど膨潤しており、遮光部とプリズム列との界面が不明瞭になっていた。

比較例１
実施例１と同様のロール成形金型を用い、これと透明ＰＥＴフィルムとの間にウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂液（硬化後の屈折率１．５８）を充填後、透明ＰＥＴフィルムの反対側から別のロールで均一にならし、紫外線を照射して実施例１と同様の形状の光透過層を形成した。

次いで、実施例１と同様の黒インクを用い、光透過層のプリズム列側の全面に塗布し、その後、金属製ロールを用いてプリズム列同士の間の略Ｖ字形状の溝に充填されているもの以外の黒インクを掻き取った。この黒インクの掻き取り直後に、紫外線を照射して黒インクを硬化させることにより断面略Ｖ字形状の遮光部を形成し、視野角制御シートを得た。

この視野角制御シートの遮光部の断面を拡大観察した結果、遮光部とプリズム列との界面が明瞭であった。

評価
５０インチのプラズマディスプレイ前面に実施例１及び比較例１の視野角制御シートを装着し、室内光の照明の下で映像を観察した。この場合、視野角制御シートの装着方向は、そのプリズム列が水平方向に延在する向きとし、黒インクを塗布した側を観察者側に向けた。
結果を表１に示す。

表１の通り、実施例１の視野角制御シートをプラズマディスプレイに装着した場合には、ゴーストによる二重像が目立たなかった。

これに対し、比較例１では斜め上側あるいは下側から観察した時に二重像が目立った。

本発明は、ディスプレイ用フィルター、視野角制御シート等の光学シート及びその製造技術として有用である。

光学シートの斜視図である。 光学シートの断面図である。 光学シートの断面図である。 光学シートの断面図である。 光学シートの断面図である。 光学シートの断面図である。 ロール成形金型の斜視図である。 光学シートの使用方法の説明図である。 ロール成形金型の断面図である。 映像光によるゴーストの説明図である。

符号の説明

１ 光学シート
２ 視野角制御層
１０ 光透過層
１１ プリズム列
２０ 遮光部
２１ 遮光部上面
２２ 遮光部先端
２３ 遮光部の斜面
３０ ロール成形金型
３１ 溝
４０ ディスプレイパネル

Claims (4)

1. プリズム列と遮光部が交互に配列した視野角制御層を有する光学シートであって、
   遮光部は、その配列方向の断面形状が略Ｖ字形状であり、
   プリズム列の屈折率は、遮光部の屈折率と異なり、
   プリズム列と遮光部との界面において、屈折率が徐々に変化している光学シート。
2. プリズム列と遮光部との界面において、屈折率が連続的に変化している請求項１記載の光学シート。
3. 請求項１記載の光学シートの製造方法であって、プリズム列同士の間に断面形状が略Ｖ字形状の溝が形成されている光透過層を成形し、その溝に、屈折率が異なる遮光材料を、屈折率が漸次変化するように複数層充填し、遮光部を形成する光学シートの製造方法。
4. 請求項１記載の光学シートの製造方法であって、プリズム列同士の間に断面形状が略Ｖ字形状の溝が形成されている光透過層を成形し、その溝に、プリズム列を溶解又は膨潤させることのできる遮光材料を充填することによりプリズム列と遮光材料との界面において屈折率を連続的に変化させ、遮光部を形成する光学シートの製造方法。

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