JP2009265498A

JP2009265498A - 耐擦傷性レンズシート

Info

Publication number: JP2009265498A
Application number: JP2008117235A
Authority: JP
Inventors: Yorinobu Yamazaki; 順伸山崎; Shunichi Umemoto; 俊一梅本; Yoshinori Yamaguchi; 美則山口; Yoshikuni Morita; 佳邦森田
Original assignee: Goyo Paper Working Co Ltd
Current assignee: Goyo Paper Working Co Ltd
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】裏面に傷が付きにくく、また傷が付いても目立ちにくく、さらにモアレが発生せず得られる画像の品位が高く、安価な耐擦傷性レンズシートを提供する。
【解決手段】一方の面に多数のレンズ構造２が配列され、他方の面に略一定高さの突起３が多数設けられているレンズシート１であって、該突起３の配列が不規則であり、レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率が０．３〜２０％であることを特徴とする耐擦傷性レンズシート１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライト等に用いる耐擦傷性レンズシートに関し、更に詳しくは、他の光学素子と擦れたときも傷が付きにくく、また、傷が付いたとしても目立ちにくく、さらにモアレが発生しない耐擦傷性レンズシートに関する。

近年、液晶表示装置が多方面に用いられるようになって、それぞれの用途に応じて多様な性能が求められている。ＯＡ機器、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー等では、軽量化、薄型化、高画質化の要求が強く、更に、液晶表示装置にあっては、広視野化、広画面化、高輝度化の要求が強くなっている。

これらの要求に応ずるために、出射光の明暗差やギラツキを目立たなくする機能を有する拡散シートや拡散板を使用したり、光の指向性を変更、即ち不要な方向の光を方向変換して観察者の正面に集光する機能を有するフライアイレンズシートやプリズムシートなどのレンズシートを使用するのが一般化している（これらを総称して、光学シートと称する）。特に、プリズムシートは、画像の観察に余り重要でない上下方向に拡散する光のみを前方に集中し、左右方向に拡散する光については集光しないため、広視野化と高輝度化を同時に達成することができ、広く使用されている。

これらの光学シートは、通常の場合、２枚以上重ねて使用されるが、液晶表示装置等の組み立て時や搬送時の振動等により、光学シート同士が接触したり擦り合わされ、光学シートの裏面に擦傷が付いて画質が低下する場合がある。即ち、このような傷が付いた光学シートを液晶表示装置等に組み込んだ場合、傷が観察者により視認されるため、高品質の画質を得ることができない。

この欠点を解消する方法として、レンズフイルムの表面に熱、光、電離性放射線により硬化する樹脂を塗工することによりハードコート処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では製造工程が複雑になり、コストが上昇してしまう欠点がある。
特開平１１−３２６６０７号公報

本発明者は、光学シートの裏面に突起を設ければ裏面に傷がつきにくく、また、この突起の頂部に傷が付いたとしてもこれを視認するのは難しく、目立たないことを見出した。しかしながら、この突起を例えばレンズシートに適用した場合、設けた突起に入射光した光がレンズシート本来の光学効果とは異なる方向に屈折するため、これがレンズシート本来の光学効果と干渉してモアレが生じ、画像の品位が著しく低下する。
そこで、本発明者はこのような欠点を解決するためさらに鋭意研究を続けた結果、突起の配列を不規則にすれば、突起に入射して本来とは異なる方向に屈折した光が生じても、これらの光がレンズシート本来の光学効果とはほとんど干渉せず、モアレが発生しないことを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は、裏面に傷が付きにくく、また、傷が付いたとしても目立たず、且つモアレが発生せず得られる画像の品位が高く、安価な耐擦傷性レンズシートを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る発明は、一方の面に多数のレンズ構造が配列され、他方の面に略一定高さの突起が多数設けられているレンズシートであって、該突起の配列が不規則であり、レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率が０．３〜２０％であることを特徴とする耐擦傷性レンズシートを内容とする。

本発明の請求項２に係る発明は、突起の高さが５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐擦傷性レンズシートを内容とする。

本発明の請求項３に係る発明は、突起の底面が直径２０〜５００μｍの円形、または１辺が２０〜５００μｍの方形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐擦傷性レンズシートを内容とする。

本発明の請求項４に係る発明は、レンズ構造がプリズム構造又はフライアイレンズ構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の耐擦傷性レンズシートを内容とする。

本発明の請求項５に係る発明は、拡散剤が配合された樹脂により構成されており、ヘイズが３５〜７８％であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の耐擦傷性レンズシートを内容とする。

本発明のレンズシートは、レンズ構造を有さない他方の面、即ち裏面に略一定高さの突起が多数設けられているので、他の光学シート等と接触したり擦れあったとしても、他の光学シートは本発明のレンズシートにおける突起の頂部だけと接触し、裏面とは直接接触しないため、擦傷が付きにくく、また突起の頂部に傷が付いたとしても目立たない。また、レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率が０．３〜２０％とすることにより、十分な耐擦傷性を発揮するとともに、正面輝度も優れたレンズシートが得られる。さらに、突起の配列は不規則なので突起の部分に入射した光が出射する方向は実質的に不規則になり、全体として拡散光に等しくなるので、レンズシート本来の光学効果とは干渉せず、モアレが生じない。

突起の高さは５〜１００μｍが好ましく、この範囲とすることによりレンズシートの裏面には殆ど傷がつかず、例え傷がついたとしても殆ど目立たない上、正面輝度も低下しない。

突起の底面を直径２０〜５００μｍの円形、または１辺が２０〜５００μｍの方形とすれば、肉廻り性が特に改良されていない透明樹脂を使って通常の方法で必要な高さの突起を形成でき、また正面輝度も低下しない。

好ましいレンズ構造としては、プリズム構造やフライアイレンズ構造が挙げられる。

拡散剤が配合された樹脂によりレンズシートを構成すると、裏面の突起が一層見えにくくなり、モアレがさらに生じにくくなるとともに、別途拡散シート等を配置する必要がないため、構造が簡単となるばかりでなく、組み立てコストが低減される。拡散材はヘイズが３５〜７８％の範囲となるように樹脂に配合されるのが好ましい。

本発明のレンズシート１は、図１に概略図を示すとおり、一方の面（以後、レンズ面ということがある）に多数のレンズ構造２が配列され、他方の面（以後、裏面ということがある）に略一定高さの突起３が多数設けられているレンズシート１であって、該突起３の配列が不規則であり、レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率が０．３〜２０％であることを特徴とする。

本発明において、レンズ面に配列されるレンズ構造２としては集光機能がある形状であればどのような形状でも使用できるが、プリズム構造又はフライアイレンズ構造である場合に特に効果が大きい。
プリズム構造としては、三角柱の断面の形状が集光能力を発揮し易い、頂角が６０度より１２０度の形状を選ぶことができる。好ましくは７０度より１１０度の範囲である。三角形の形状は特に限定されず、等辺、不等辺のいずれでもよいが、レンズシート１の法線方向に集光性能を向上させる点で二等辺三角形が好ましく、従って、頂部に相対した底辺に隣接して隣の二等辺三角形を順次配置し、頂部の列が長軸となり互いにほぼ平行になるように配列した構造とするのが好ましい。
フライアイレンズ構造としては、直径５〜５００μｍ、焦点距離４〜１０００μｍの小レンズが配列された通常のものを選択できる。

本発明において、レンズシート１の総面積に対する突起３の総設置面積の比率は０．３〜２０％、好ましくは２〜６％、更に好ましくは３．５〜４．５％である。この比率が０．３％未満であると、レンズシート１の裏面を十分支えることができないため、耐擦傷性効果が低下し、２０％を超えるとレンズ面の光学効果を妨げる度合いが大きくなり、正面輝度が低下する。
なお、突起３の総設置面積とは、突起３の底面がレンズシート１に設置されている部分の面積の総和をいう

本発明において、裏面に設けられる突起３は、本発明のレンズシートの裏面に他の光学シートを重ねた時に、その光学シートが本発明のレンズシート裏面に直接接するのを防ぐためのものであり、これにより本発明のレンズシート１と他の光学シートが接触したり擦れ合ったとしても、擦傷は突起３の頂辺だけに付き、その他の部分は傷付かないので、擦傷は視認しにくくなる。
突起３の形状は特に限定されず、立方体、直方体、四角錐、四角錐台形、円柱、円錐、円錐台形など、様々な形状とすることができる。
突起３の高さは５〜１００μｍ程度が好ましい。高さが５μｍ未満の場合、視力の良い人には擦傷が視認出来ることがあるなど、耐擦傷性効果が低下する傾向があり、１００μｍを超えると、レンズ面の光学効果を妨げる度合いが大きくなり、正面輝度が低下する傾向がある。
また、底面の大きさについては特に限定されないが、底面が円形の場合は直径が、方形の場合は１辺の長さが２０〜５００μｍ程度が好ましい。直径又は１辺の長さが２０μｍ未満であると、使用する透明樹脂の粘度や金型の種類によっては十分な高さの突起３を形成させにくくなって、耐擦傷性効果が低下する傾向があり、５００μｍを超えると、レンズ面の光学効果を妨げる度合いが大きくなり、正面輝度が低下する傾向がある。

本発明においては、突起３の配列が不規則である点が最も重要である。突起３を規則的、例えば格子状に配列した場合、突起３に入射した光の出射方向が特定方向に揃って、互いに強調しあうため、突起３による光学効果の影響が強くなり、これがレンズ面の光学効果と干渉してモアレが生じるが、突起３を不規則に配列すると、突起３に入射した光の出射方向が揃わず、互いに打ち消しあうので、突起３による光学効果が生じず、モアレも発生しない。

不規則の配列を形成する方法は特に限定されず、例えば、スプレー等により平面上に微粒子を散布してその平面を写真機等により撮影し、その画像に記載された微粒子の像の配列に従って金型に突起３の雌型を刻設し、これを樹脂に転写する方法が例示できる。
また、上記の画像の代わりに、乱数を発生させる関数ｆ_(x)及びｆ_(y)を用いて、原点に対する座標（ｆ_(x)，ｆ_(y)）を所定の数だけ作成し、この座標に従って金型に突起３の雌型を刻設してもよい。
但し、突起３の配置は完全なランダムではなく、突起間の距離が短くなり過ぎないように調整するほうが好ましい。突起３の間隔が１０μｍ程度より短くなると、これらの突起３が恰も１つの突起３であるかのように認識され、肉眼で見えてしまう可能性がある。
適当な間隔は、レンズシート１の全面積に対する前記突起３の設置面積の比率等によっても異なるが、例えば突起３の設置面積がレンズシート全面積の４％程度の時、１７０〜８００μｍ程度のピッチである。

上記の不規則な配列は、レンズシート１裏面の全面に亘って一挙に作成する必要はなく、図２（ａ）に示したように敷設可能な形状の単位区画４にだけ不規則な配列を作成し、図２（ｂ）に示したようにこの単位区画４を多数配列することにより、本発明で使用可能な不規則配列を得ることができる。ここで、単位区画４の形状は平面上に連設して隙間無く敷き詰めることが可能な形状であればよく、図２に記載したような正方形だけでなく、長方形状、直角三角形、２等辺三角形、正六角形などでもよい。

上記のように単位区画４を多数配列する際、単位区画４自体を規則的に配列することになってしまうため、突起３全体の配列も一部規則的になってしまい、ごく僅かな模様（パターン）が発生することがある。具体的にいえば、現在の技術で、金型に突起３の雌型を刻設するために、座標データをコンピュータにインプットしようとすると、記憶装置の容量や処理装置の演算速度の関係で、５〜１０ｍｍ四方という比較的狭い単位区画４の座標データしかインプットできず、突起３の配列はこの単位区画４の規則的な繰り返しとなってしまい、これが模様（パターン）の原因となる場合がある。
この程度の僅かな模様（パターン）は、拡散材が配合された樹脂を使用することで解消できる。拡散材の種類や量は特に限定されないが、レンズシート１のヘイズが３５〜７８％となる程度に配合すればよい。レンズシート１のヘイズが３５％未満であれば、視力の良い人には僅かなモアレが感じられるなど、画質が低下する傾向があり、７８％を超えると輝度が低下する傾向がある。
なお、レンズシートはその法線と平行に入射した光を所定の角度に曲げてしまうため、ＪＩＳＫ７１３６に規定される方法で直接ヘイズを測定することができないので、本発明では、該レンズシートと同一の材料からなり、該レンズシートからレンズ構造２及び突起３を除いた厚さであって両面が平坦なシートについてヘイズを測定する。

レンズシート１の材質は透明材料である限り特に限定されず、通常の光学用の透明樹脂を使用することができる。光学用の透明樹脂具体例としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアリレート、ポリイミド等の熱可塑性樹脂や、アクリル系樹脂等の電離性放射線等により硬化する硬化性樹脂が挙げられる。

拡散剤としては、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム等の無機粒子や、架橋ポリアクリレート、架橋ＭＳ樹脂（ＭＭＡとスチレンの共重合体）、シリコン樹脂等の有機粒子が例示できる。
具体的な拡散材の量は、この拡散材の透明度、粒径、屈折率、レンズシート１を構成する透明樹脂の屈折率、レンズシート１の厚さ等により変化するため一概には言えないが、例えば平均粒径２〜１０μｍのアクリル粒子を拡散材とし、レンズシート１を構成する透明樹脂をポリカーボネートとし、レンズシート１の厚さを２４０μｍとする場合は透明樹脂１００ｇに対し０．２０〜１．２ｇ程度を配合すると、レンズシート１のヘイズが、３５〜７８％程度となる。

レンズシート１のレンズ面にレンズ構造２を形成するとともに、裏面に突起３を形成する方法としては、熱可塑性樹脂を用いる方法と硬化性樹脂を用いる方法がある。熱可塑性樹脂の場合には通常の形成方法が可能で、所望の金型内へ射出成形するか、シート状材料を金型により圧縮成形する方法が可能である。
押出成形にあっては、シート状に押し出された材料を加熱下にエンボスするか、溶融押出時に金型ロールに押圧するか、特許第２９２５０６９号に記載されているように、前もって型付けされた離型性シートに挟圧して該型を転写して成形することができる。そして、同時成形する場合は、例えば、一方の片面は離型性シートにより、他方の片面は金型ロールによって成形することも出来る。
また、硬化性樹脂において、電離性放射線による場合は紫外線硬化樹脂を使用するのが通常である。一般的には透明な支持体上に硬化性樹脂を塗布後、型内で紫外線を照射して成形される。
なお、レンズ面のレンズ構造２及び裏面の突起３は一体的に同時に形成してもよいが、別々に形成してこれを貼り合わせてもよい。

本発明のレンズシート１の厚さは任意であるが、液晶テレビの組立て作業時の取扱い性の点からは、通常５０μｍより５００μｍが好ましく、連続生産上からは１００μｍより４００μｍが好ましい。

以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（使用する樹脂の調整）
ポリカーボネートの透明樹脂「パンライトＬ−１２２５Ｙ」（帝人化成株式会社製）及び拡散材が配合されたポリカーボネートの透明樹脂「Ｘ−０３９８」（帝人化成株式会社製）を単独で、又は所定の割合で混合して用いた。「パンライトＬ−１２２５Ｙ」を樹脂Ａとし、「Ｘ−０３９８」を樹脂Ｄとし、樹脂Ａと樹脂Ｄを３：１の重量比で混合した樹脂を樹脂Ｂとし、同じく２：１の重量比で混合した樹脂を樹脂Ｃとした。

（レンズシートの製造）
実施例１
樹脂Ａを溶融押出の樹脂温度２９５℃でダイスよりシート状に押し出し、押出されたシート状溶融樹脂を、レンズ構造（プリズム構造）の雌型が予め型付けされた離型性シートと、１辺が１０ｍｍの正方形のなかに不規則配列の突起の雌型が刻設された単位区画が隙間無く配列された冷却ロールとの間に挟圧する方法でレンズシートを製造した。
上記離型性シートに雌型として刻まれたプリズム構造は、断面形状が頂角９０度で底辺との角が４５度の二等辺三角形であり、底面幅５０μｍのプリズム構造であるレンズ構造２が配列されているレンズシートを作成するためのものである。
また、上記冷却ロールに雌型として刻設された突起は、底面が１辺９８μｍの正方形で高さが１８μｍの四角錐台形であり、総設置面積がレンズシートの総面積の４％となるように調整されている。
得られたシートからプリズム構造及び突起を除いた部分の厚みは２６０μｍであった。得られたレンズシートの耐擦傷性試験結果及び光学特性は、後述の方法で測定・判定した。測定・判定結果については他の実施例、比較例のものと共に表１に示す。

実施例２
プリズム構造及び突起を除いた部分の厚みを３２０μｍとした他は上記実施例１と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例３、４
素材として樹脂Ｂを使用し、プリズム構造及び突起を除いた部分の厚みをそれぞれ１８０μｍ、３２０μｍとした他は、上記実施例１と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例５、６
素材として樹脂Ｃを使用した他は、上記実施例３、４と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例７
素材として樹脂Ｄを使用した他は、上記実施例３と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例８〜１１
プリズム構造及び突起を除いた部分の厚みをそれぞれ２６０μｍ、２８０μｍ、３００μｍ、３２０μｍとした他は、上記実施例７と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例１２〜１４、比較例１、２
レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率（以下、単に面積比率ということがある）を０．１％（比較例１）、０．３％（実施例１２）、１０％（実施例１３）、２０％（実施例１４）、３０％（比較例２）とした他は、上記実施例９と同様にしてレンズシートを作成した。比較例１は面積比率が小さ過ぎるため耐擦傷性が悪く、比較例２は逆に面積比率が大き過ぎるため、輝度が低い。

実施例１５〜１９
突起の高さをそれぞれ２μｍ、４μｍ、５μｍ、８μｍ、１０μｍとした他は、上記実施例９と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例２０、２１
突起の底面及び高さをそれぞれ１辺が１５０μｍの正方形、３５μｍ（実施例２０）、１辺が３０５μｍの正方形、６０μｍ（実施例２１）とした他は、上記実施例９と同様にしてレンズシートを作成した。

実施例２２、２３
突起の底面、面積比率、突起の高さをそれぞれ１辺４９５μｍの正方形、６％、１００μｍ（実施例２２）、１辺６０５μｍの正方形、７％、１５０μｍ（実施例２３）とした他は、上記実施例９と同様にしてレンズシートを作成した。

比較例３〜５
裏面に突起を設けず、プリズム構造を除いた部分の厚みをそれぞれ１６０μｍ、２４０μｍ、３００μｍとした他は、上記実施例９と同様にしてレンズシートを作成した。突起が設けられていないため、耐擦傷性が悪い。

比較例６
素材として樹脂Ｃを使用した他は比較例４と同様にしてレンズシートを作成した。突起が設けられていないため、耐擦傷性が悪い。

比較例７
突起の配列を格子状とした他は、上記実施例９と同様にしてレンズシートを作成した。突起の配列が規則的であるため、モアレが観察される。

（耐擦傷性試験）
〔拡散シート摩擦試験〕
上記実施例及び比較例のレンズシートを裏面を上にして固定し、その上に拡散フィルムＢＳ−７０２（恵和株式会社製）を凹凸面を下にして載置し、更にその上に５０ｇの錘を載置して、拡散フィルムを５ｍ／ｍｉｎの速度で引っ張った。
評価方法：パネラー５人にレンズシートの裏面を斜め方向より目視で観察させ、傷が見えたパネラーの人数により下記の基準で判定した。
○：０人
△：１〜２人
×：３〜５人

（光学特性の測定・判定方法）
レンズシートの明暗差は、輝度計の受光面を小さくしてバックライトの各部の輝度を測定し、その差を計算することにより測定できる。しかし面光源の品位は肉眼による判定も欠かすことが出来ない。
更にバックライトの品位の特徴付けには特定の方向に強く出射するような光線の存在の有無があり、これはギラツキとして肉眼により判定できる。
従って、輝度計による測定と肉眼による判定とにより、光学特性を評価した。

輝度の測定：
バックライト（３２インチ直下型方式、シャープ株式会社製、ＬＣ３２Ｄ１０Ｂ）の上に厚さ２ｍｍの光拡散板「オプトマックス」（住友ベークライト株式会社製）を載置した。さらにその上に実施例及び比較例で得られたレンズシートを、レンズ面が出射面側となり、プリズム構造の長軸方向が陰極線管の長軸方向と一致するように載置した。
レンズシートを設置した面の上方５００ｍｍの距離に、輝度計ミノルタＣＡ−１５００（コニカ・ミノルタ株式会社製）により、測定面積４．８ｃｍ²として、設置したレンズシートの中心点の輝度を測定した。
なお、表１において「対照」とはレンズシートを載置せず、光拡散板のみで輝度を測定した結果を表わす。

モアレの有無：
バックライト（３２インチ直下型方式、シャープ株式会社製、ＬＣ３２Ｄ１０Ｂ）の上に拡散フイルムＤ１２４Ｚ（ツジデン株式会社製）を凹凸面を上になるように置き、この上に実施例、比較例で得られたレンズシートを、その裏面が前記拡散フィルムの凹凸面に接するように設置してから、バックライトからレンズシートを通して出射された光を目視で観察し、モアレを観察できるか否かをパネラー５人により目視判定させた。評価はモアレを観察できたパネラーの人数により下記の基準で判定した。
○：０人
△：１〜２人
×：３〜５人

叙上のとおり、本発明のレンズシートは、一方の面に多数のレンズ構造が配列され、他方の面に略一定高さの突起が多数設けられているレンズシートであって、該突起の配列が不規則であり、レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率が０．３〜２０％であるにより、傷が付きにくく、また傷が付いても視認しにくく、しかもモアレが発生しないので、液晶表示装置等のレンズシートとして有用である。

本発明の耐擦傷性レンズシートを示す概略説明図である。（ａ）は単位区画内における突起の配列を示す概略説明図であり、（ｂ）は突起及び単位区画の配列を示す概略説明図である。

符号の説明

１耐擦傷性レンズシート
２レンズ構造
３突起
４単位区画

Claims

一方の面に多数のレンズ構造が配列され、他方の面に略一定高さの突起が多数設けられているレンズシートであって、該突起の配列が不規則であり、レンズシートの総面積に対する突起の総設置面積の比率が０．３〜２０％であることを特徴とする耐擦傷性レンズシート。
突起の高さが５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐擦傷性レンズシート。
突起の底面が直径２０〜５００μｍの円形、または１辺が２０〜５００μｍの方形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐擦傷性レンズシート。
レンズ構造がプリズム構造又はフライアイレンズ構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の耐擦傷性レンズシート。
拡散剤が配合された樹脂により構成されており、ヘイズが３５〜７８％であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の耐擦傷性レンズシート。