JP2011022265A - 拡散シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シートに対して垂直に光線を入射させたときにシートから出射される光の拡散角度が最大を示す第一方向での拡散角度Aと、前記第一方向に垂直な第二方向での拡散角度Bの比が、前記シート面内の全領域において略一定であり、かつ、前記拡散角度A及び前記拡散角度Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シート、及び、表面に曲面形状を有する凹部又は凸部が複数設けられた凹凸構造を有する拡散シートであって、凹凸構造のアスペクト比が最大を示す第一方向でのアスペクト比Aと、前記第一方向に垂直な第二方向でのアスペクト比Bとの比が、前記シート面内の全領域で略一定であり、かつ、前記アスペクト比A及び前記アスペクト比Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シート。
【選択図】図1
Description
一般に、直下型光源ユニット等の光源ユニットを備えた液晶表示装置では、光源にCCFLなどの線状光源や、LEDなどの点状光源が用いられる。このため、面内で光強度のバラツキがあり、光源近傍とそれ以外で輝度ムラが発生しやすい。
そこで、従来では、光源と拡散性能を有するシートとの間に一定の距離を置き、光源からの光を拡散させ、光強度の面内バラツキを最小にする手法をとっている。
このように、光学シートと光源の距離が、面内で大きな差のある場合、光強度の面内バラツキが大きいために、輝度ムラが発生する。
この拡散シートは、入射光を拡散出射することで輝度ムラを低減する機能を有し、例えば、少なくとも光源の直上位置にあたる表面部位に第一の拡散層を、また、光源の非直上位置にあたる表面部位に第二の拡散層を分布形成する。その結果、光源近傍の部位では大きな拡散度合で光が出射するため輝度が低減され、光源から離れた部位では小さな拡散度合で光が出射するため輝度の低下が抑制される。
前記拡散角度A及び前記拡散角度Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シート。
凹凸構造のアスペクト比が最大を示す第一方向でのアスペクト比Aと、前記第一方向に垂直な第二方向でのアスペクト比Bとの比が、前記シート面内の全領域で略一定であり、かつ、
前記アスペクト比A及び前記アスペクト比Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シート。
まず、本発明の第一の実施形態の拡散シートについて説明する。
本発明の第一の実施形態の拡散シートは、シートに対して垂直に光線を入射させたときにシートから出射される光の拡散角度が最大を示す第一方向での拡散角度Aと、前記第一方向に垂直な第二方向での拡散角度Bの比が、前記シート面内で略一定であり、かつ、
前記拡散角度A及び前記拡散角度Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化することを特徴とする拡散シートである。
尚、前記第一方向は、シート面内で一方向(測定点によらず同じ方向)であることが好ましい。また、例えば、拡散シートの形状が矩形である場合、第一方向はそのいずれか一辺に平行な方向とすることができる。
ここで、拡散角度A及び拡散角度Bが周期的に変化する方向はシート面内に少なくとも1つあればよい。周期的に変化する方向は、拡散シート面について拡散角度A、拡散角度Bの分布図を作成することにより特定することができる。
拡散角度A、拡散角度Bの周期的な変化における極大値あるいは極小値を示す箇所は、シート面内で点状に分布していても、平行な線状に連なって分布していても良い。極大値あるいは極小値を与える箇所が平行な線状に連なって分布している場合、周期的な変化をする方向と、線状に分布した極大値あるいは極小値とは垂直に交わる。
拡散角度A及び拡散角度Bが周期的に変化する方向は、例えば、拡散シートの形状が矩形である場合には、いずれかの一辺に平行な方向とすることができる。
ここで、同一のパターンが繰り返されるとは、実質的に同一のパターンが繰り返されていればよく、各パターンの周期、極大値及び極大値を示す箇所(周期の開始点からの変位)、並びに、極小値の値極小値を示す箇所(周期の開始点からの変位)が、それぞれ、全繰り返しパターンの平均値の±15%以内(好ましくは10%以内、より好ましくは5%以内)の範囲で一致していれば、同一のパターンが繰り返されていることとする。
図7に、拡散角度が周期的に変化する際の、変化の仕方の具体例を示す。図7(a)〜(f)において、横軸は拡散角度が周期的に変化する方向の変位を示し、縦軸は拡散角度を示す。
なお、ここでいう拡散角度とは、特定の方向における拡散角度ではなく、すべての方向における拡散角度をいう。
例えば、シート上に、拡散角度A及び拡散角度Bの値が異なる複数のエリアを、少なくとも一方向に沿って周期的に配置することによって製造してもよい。この場合、拡散角度A、Bの変化は段階的になる(例えば、図7(e)参照)。
また、シートの拡散角度A、Bを周期的に連続的に変化させてもよい。
なお、本発明において、拡散シート表面とは、拡散シートの側面のうち、面積が最も広い側面(一対の側面)をいう。また、本発明において、表面に凹凸構造を有する拡散シートは、単層層構造のもの(単体)であってもいいし、基材と、その上に形成された拡散層等の多層構造のもの(積層体)であってもよく、拡散シートが、基材と、その上に形成された拡散層を有する積層体である場合、凹凸構造は拡散層に形成することができる。
まず、予め干渉露光により、レーザー光をレンズやマスクを介して感光性材料やフォトレジストに照射し、拡散角度が位置によって変化するようにスペックルパターンを形成したサブマスタ型を作製する。レーザー照射システムを構成する部材間の距離やサイズを変えスペックルパターンの寸法、形状及び方向を調節することにより、所望の拡散角度を示す凹凸構造を記録することができる。
凹凸構造は、等方性の凹部又は凸部と、異方性の凹部又は凸部を組み合せて構成することもできる。
尚、拡散シートの拡散角度を制御するために凹凸構造の形状を変化させる場合、凹部又は凸部の開口又は底面の形状(ピッチ)だけではなく、高さを変えることでアスペクト比を制御することもできる。
また、0.1°以上120°以下の拡散角度の範囲を自由に制御するには、各凹部又は凸部の平均サイズは小さい方が好ましい。
光源と、
光源から投射された光の光路に設けられたサイズおよび形状可変の開口を備えたマスクと、
光源から投射された光により生ずる拡散パタンを記録するためのプレートと、
光の一部をブロックするためにマスクとプレートの間に設けられたブロッカー
を用い、
マスクの開口とブロッカーのサイズ及び形状と、
各構成部材間の距離を
プレートに拡散パタンを記録する位置によって変化させて作る方法が挙げられる。
このように、一般的に記録する拡散パタンを変化させる方法は、例えば、特表2003−525472号公報(WO01/065469)に開示されている。
拡散角度比A/Bの値が面内で略同一のまま、拡散角度A及びBを一方向に沿って周期的に変化させる方法としては、次のような手法があげられる。
干渉露光によってスペックルパターンの凹凸を形成する場合においては、凹凸を形成するシート基材を、その端部から拡散角度A、Bを周期的に変化させる方向と平行な方向に一定の幅分だけ露出し、残りの部分はマスクで覆って露光する。次いで、露出部分を拡散角度A、Bを周期的に変化させる方向に沿ってずらすと共に、レーザービームと感光材料の距離を変えて露光する。以上の操作を繰り返すことで、拡散角度A/Bは略同一で、拡散角度A及びBを、マスクを順次移動させた方向に沿って段階的に変化させたパターンを製造することができる。
凹凸がマイクロレンズ、レンチキュラーレンズ、プリズム等である場合には、まず原型となる、上記のような微細凹凸形状で、拡散角度比A/Bが面内で略一定で、拡散角度A及びBが変化していない形状を作成し、次いで、拡散角度A、Bを周期的に変化させる方向に沿って周期的に各凸部の間の谷間又は凹部を樹脂等で埋めて拡散角度A及びBを変化させる方法が挙げられる。樹脂を埋める際には、スクリーン印刷またはインクジェット法印刷を利用することができ、これによって、周期性のあるパターンとする。最初にマスタとして作成する拡散パターンが凹型であれば、凹部の深さがが減少したパターンとなり、最初のパターンが凸型であれば、凸部の間が谷間が埋まったパターンとなり、その結果、凹部又は凸部のアスペクト比が所定の方向に沿って周期的に変わる形状となる。この方法は、凹凸が干渉露光のスペックルパターンにより形成される場合にも応用可能である。
これをサブマスタとして、電鋳などの方法で金属を被着してこの金属に凹凸拡散パターンを転写してマスタ型を作製する。次いで、光透過性樹脂層等に、上記マスタ型を用いて紫外線による賦形を行って、光透過性樹脂層等に凹凸拡散パターンを転写する。
本発明の第二の実施態様の拡散シートは、表面に、曲面形状を有する凹部又は凸部が複数設けられた凹凸構造を有する拡散シートであって、アスペクト比が最大を示す第一方向での凹凸構造のアスペクト比Aと、前記第一方向に垂直な第二方向での凹凸構造のアスペクト比Bとの比が、前記シート面内で略一定であり、かつ、前記アスペクト比A及び前記アスペクト比Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シートである。
アスペクト比A及びアスペクト比Bが周期的に変化する方向は、例えば、拡散シートの形状が矩形である場合には、いずれかの一辺に平行な方向とすることができる。
なお、「周期的に変化する」とは、本発明の第一の実施態様に関して説明した定義と同義である。
例えば、シート上に、アスペクト比A及びアスペクト比Bの値が異なる複数のエリアを、少なくとも一方向に沿って周期的に配置することによって製造してもよい。この場合、拡散角度A、Bの変化は段階的になる。また、シートの拡散角度A、Bを周期的に順次変化させてもよい。
拡散シートの凹凸構造のアスペクト比は、例えば、凹凸構造のピッチや高さを変更することにより、変化させることができる。
株式会社キーエンス製の超深度カラー3D形状測定顕微鏡(VK−9500)を用いて測定した干渉露光によるスペックルパターンを用いて形成された等方拡散シートの3次元構造の例を図2(a),(b)に示す。各3次元構造共に、測定領域内で凹凸構造のピッチ、高さ、アスペクト比はいずれの方向においても同じである。尚、これらの拡散シートは等方拡散であるため、アスペクト比Aとアスペクト比Bは等しい。(拡散角度もA=B)
図2(a)の構造を表面に持つ拡散シートの凹凸構造は平均ピッチ6.0μm、平均高さ2.0μm、平均アスペクト比0.33であり、拡散角度Aは測定範囲内の領域において、40°である。
図2(b)の構造を表面に持つ拡散シートの凹凸構造は平均ピッチ6.0μm、平均高さ1.2μm、平均アスペクト比0.2であり、拡散角度Aは測定範囲内の領域において、20°である。
このように、アスペクト比を変化させるには、例えば、凹部又は凹凸部のピッチを変えず、高さを変化させても良いし、凹部又は凹凸部の高さを変化させずピッチを変化させても良い。
また、以上より明らかなように、凹凸構造のアスペクト比を変化させることによって拡散角度を変化させることができる。よって、第一の実施態様において、拡散シートの拡散角度は、凹凸構造のアスペクト比を変化させることによって変化させてもよい。ただし、表面形状の変化によって拡散角度を変化させる方法は、この限りではない。
光源は、少なくとも2つの光源からなり、光源としては、図3(a)の参照符号1に示すように、冷陰極管(CCFL)などの線光源や、図3(b)の参照符号2に示すように、LED(発光ダイオード)、レーザーなどの点光源を用いることができる。図3の例において、前記光源1,2は本発明に係る拡散シート(図示せず)の入光面及び出光面に対して、直下に配列されている。
尚、照度分布の周期は、概ね、拡散シートと光源との間の距離と対応する。
図3の(a)及び(b)は、光源の投影領域である第一領域と、光源の間の投影領域である第二領域を示している。図3の(a)及び(b)は、光源ユニットにおける光源と拡散シートのみを図示したものであって、光源側から、拡散シートのシート面に対して垂直方向に見た図である。図3の(a)及び(b)において、斜線で示した参照符号33の領域が第一領域であり、それ以外の領域、すなわち、参照符号34の領域、が第二領域である。また、参照符号1はCCFL光源を示し、参照符号2はLED光源を示す。
ここで、第一領域とは、光源ユニットに組み込まれた拡散シートを、その真上からシート面の垂直方向に観察(平面視)したときに観察される、光源の投影領域である。ここで、光源の投影領域とは、光源ユニットの光源からの光が照射されている主領域であって、具体的には、拡散シートの光源の真上(又は真下)に相当する位置から、(隣接する光源の間の距離)×1/4の範囲内にある領域をいう。
なお、本発明は、拡散シート全体の領域を前記第一領域と、前記第二領域との2つに分割し、それらの領域における拡散角度Aの間の大小関係のみを規定したものであって、少なくとも第一領域における拡散角度Aが、第二領域における拡散角度Aより大きければよく、各領域内の拡散角度はさらに光源からの距離に応じてよって変化していてもよい。
なお、本発明は、全体の領域を前記第一領域と、前記第二領域との2つに分割し、それらの領域におけるアスペクト比Aの間の大小関係のみを規定したものであって、少なくとも第一領域におけるアスペクト比Aが、第二領域におけるアスペクト比Aよりも大きければよく、各領域内のアスペクト比Aはさらに光源からの距離に応じて変化していてもよい。
また、前記拡散板は、表面に凹凸構造が形成されていても良い。前記拡散板表面の凹凸構造としては、等方性のマイクロレンズ、異方性のプリズム条列或いはレンチキュラーレンズなどが表面に形成されていても良い。レンチキュラーレンズの断面は厳密な円状レンズでなくてもよく、楕円状のものや、円弧と直線が混在した形状であってもよい。これらには、必要に応じて、前記有機ポリマーや無機微粒子を添加したものを用いることができる。
このようなシートとしては、例えば、デラグラスDL/DHシリーズ(旭化成イーマテリアルズ(株)製)、ゼオノア拡散板(日本ゼオン(株)製)、図5で示すようなMicrolens Brightness Film(Bright View Technologies(株)製)等が挙げられる。
また、2成分以上の樹脂を混合し、延伸してシート状とした拡散板も用いることができる。
前述の、本発明の拡散シート以外で使用される拡散シート6としては、表面に複数のビーズをコートした拡散シート、表面にランダムな凹凸形状を成形した拡散シート、集光拡散シートなどを用いることができる。
尚、本発明の拡散シートと区別するため、第二の拡散シート6は前述のように表面形状を明記して、以降、表面に複数のビーズをコートした拡散シートを6A、表面にランダムな凹凸形状を成形した拡散シートを6B、集光拡散シートを6Cなどとして記す。
プリズムシート7は、例えばPETフィルムやポリカーボネートフィルム、ポリスチレンなどの基材表面にアレイ状のプリズムパターンを施した光学シートが挙げられ、主にバックライトの光を集光させ輝度を向上させる目的で用いられる。プリズムパターンは厳密にプリズム形状でなくてもよく、頂部にR形状を施したものや、ウェーブフィルム状または下向きプリズム状であってもよい。例えば、ビキュイティBEFIII(商品名、3M(株)製)、ビキュイティBEFII(商品名、3M(株)製)、ビキュイティRBEF(商品名、3M(株)製)、LES−T2F(商品名、LGケミカル(株)製)、ウェーブフィルムW818(商品名、3M(株)製)、ダイヤアートC(商品名、三菱レイヨン(株)製)等が挙げられる。プリズム層の材料としてはアクリル系フォトポリマーやポリカーボネートなどがよく用いられるが、これに限定されない。
反射型偏光シート8としては、自然光又は偏光から直線偏光を分離する機能を有するシートを用いることができる。前記直線偏光を分離するシートとしては、例えば、軸方向で直交する直線偏光の一方を透過し、他方を反射するフィルム等が挙げられる。前記反射型偏光シートとしては、具体的には、複屈折位相差の大きい樹脂(ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂等)と、複屈折位相差の小さい樹脂(シクロオレフィンポリマー等)とを交互に多層積層し一軸延伸して得られるシートや、複屈折性のポリエステル樹脂を数百層積層した構造からなるシート(DBEF、3M(株)製)等を用いることができる。
また、光源ユニットの光源として、BRAVIA KDL−32JE1のCCFL光源を用い、図3(a)のように、CCFL光源に平行な軸をx軸、x軸に垂直な軸をy軸とした。
表面にランダムな凹凸形状を成形した拡散シート6Bとしては、厚み250μmのLSD30(商品名、Luminit(株)製)を用いた。
プリズムシート7としては、厚み280μmのビキュイティBEFIII(商品名、3M(株)製)を用いた。
表面に複数のビーズをコートした拡散シート6Aとしては、厚み145μmのオパルスPBS−071(商品名、恵和(株)製)を用いた。
図4(d)に示すように、光源にCCFL1を用い、光源下方に反射シート4を、光源上方に拡散板5、拡散シート3、拡散シート6B(LSD30)、第1のプリズムシート7(ビキュイティBEFIII)、第2のプリズムシート7(ビキュイティBEFIII)、拡散シート6A(オパルスPBS−071)をこの順で配置し、実施例1の光源ユニットを構成した。
拡散シート3としては、厚さ100μmのPET基材上の出光面に凹凸構造が形成された、等方拡散シートを用いた。この拡散シートは、面内の拡散角度A及びBが、面内の全領域においてA/B=1であり、かつ、面内に拡散角度A、Bが極大・極小値を示す箇所が平行に線状に連なっていて、拡散角度A及びBが極大値55°、極小値0.7°、周期47.6mmでシートの一辺と平行な方向に沿って周期的に変化している。この等方拡散シートを、拡散角度A(及びB)が極大となる部分が光源の直上になるように、(拡散角度A及びBが線状に連なった極大・極小値の方向とx軸(CCFL光源と平行な方向)が一致するように)配置した。
○: S.D.値が0.004未満
×: S.D.値が0.004以上
図4(d)に示すように、光源にCCFL1を用い、光源下方に反射シート4を、光源上方に拡散板5、拡散シート3、拡散シート6B(LSD30)、第1のプリズムシート7(ビキュイティBEFIII)、第2のプリズムシート7(ビキュイティBEFIII)、拡散シート6A(オパルスPBS−071)をこの順で配置し、実施例3の光源ユニットを構成した。
拡散シート3としては、厚さ100μmのPET基材上の出光面に、凹凸構造が形成された、異方拡散シートを用いた。この拡散シートにおいては、面内の拡散角度A及びBが、面内の全領域においてA/B=1.2であり、かつ、拡散シート面内に拡散角度A、Bが極大・極小値を示す箇所が線状に連なっていて、拡散角度Aは、極大値45°、極小値0.6°周期47.6mmで、拡散角度Bは、極大値37°、極小値0.5°、周期47.6mmで、シートの一辺と平行な方向に沿って、周期的に変化している。そして、拡散角度Aを与える第一方向が、前記線状の極大値と平行方向になっている。拡散シート3を、拡散角度A(またはB)が極大となる部分が光源の直上になるように配置して用いた。このとき拡散角度Aを与える第一方向は、CCFLと平行になるように作成した。
○: S.D.値が0.004未満
×: S.D.値が0.004以上
図4(d)に示すように、光源にCCFL1を用い、光源下方に反射シート4を、光源上方に拡散板5、拡散シート3、拡散シート6B(LSD30)、第1のプリズムシート7(ビキュイティBEFIII)、第2のプリズムシート7(ビキュイティBEFIII)、拡散シート6A(オパルスPBS−071)をこの順で配置し、実施例3の光源ユニットを構成した。
拡散シート3は、厚さ100μmのPET基材上の出光面に、凹凸構造を形成した異方性拡散シートである。この拡散シートは、面内の全領域でA/B=1.2であり、拡散角度Aが、極大値56°、極小値0.7°、周期が47.6mmで、拡散角度Bが、極大値46°、極小値0.6°、周期が47.6mmで、シートの一辺と平行な方向に沿って、周期的に変化する。この異方拡散シートを、拡散角度Aが極大となる部分を光源の直上に配置するようにして用いた。このとき拡散角度Aを与える第一方向は、CCFLと垂直になるように作成した。
○: S.D.値が0.004未満
×: S.D.値が0.004以上
2:点光源
3:本発明の拡散シート
4:反射シート
5:拡散板
6:第二の拡散シート
7:プリズムシート
8:反射型偏光シート
33:第一領域
34:第二領域
Claims (21)
- シートに対して垂直に光線を入射させたときにシートから出射される光の拡散角度が最大を示す第一方向での拡散角度Aと、前記第一方向に垂直な第二方向での拡散角度Bの比が、前記シート面内の全領域において略一定であり、かつ、
前記拡散角度A及び前記拡散角度Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シート。 - 前記拡散角度Aと前記拡散角度Bの比が、下記式を満たす請求項1に記載の拡散シート。
1≦A/B≦30 - 表面に曲面形状を有する凹部及び/又は凸部が複数設けられた凹凸構造を有する、請求項1又は2に記載の拡散シート。
- 前記凹凸構造が、干渉露光によるスペックルパターンを用いて形成されたものである請求項3の拡散シート。
- 表面に曲面形状を有する凹部又は凸部が複数設けられた凹凸構造を有する拡散シートであって、
凹凸構造のアスペクト比が最大を示す第一方向でのアスペクト比Aと、前記第一方向に垂直な第二方向でのアスペクト比Bとの比が、前記シート面内の全領域で略一定であり、かつ、
前記アスペクト比A及び前記アスペクト比Bが、前記シート面内で少なくとも一方向に沿って周期的に変化する拡散シート。 - 前記アスペクトA及びアスペクト比Bの変化が、前記凹凸構造の高さの変化によって起こる請求項5に記載の拡散シート。
- 前記アスペクトA及びアスペクト比Bの変化が、前記凹凸構造のピッチの変化、によって起こる請求項5に記載の拡散シート。
- 複数の光源と、
該光源の上方に配設された請求項1から7のいずれかに記載の拡散シートと、
を備えた光源ユニット。 - 前記拡散シートの拡散角度A及びBが周期的に変化する方向及びその周期と、前記拡散シートの入光面における照度が周期的には変化する方向及びその周期とが略等しくなるように両者を配置した請求項8に記載の光源ユニット。
- 前記拡散シートのアスペクト比A及びBが周期的に変化する方向及びその周期と、前記拡散シートの入光面における照度が周期的には変化する方向及びその周期とが略等しくなるように両者を配置した請求項8に記載の光源ユニット。
- 前記光源が線状光源である請求項9〜10のいずれかに記載の光源ユニット。
- 前記光源が点状光源である請求項9〜10のいずれかに記載の光源ユニット。
- 前記拡散シートの平面視において、
前記光源の投影領域である第一領域における拡散角度Aが、
前記光源の間の投影領域である第二領域における拡散角度Aより、高い請求項8に記載の光源ユニット。 - 前記第一領域内で、光源からの距離が長くなるに従って、拡散角度Aが、連続的または段階的に低くなることを特徴とする請求項13に記載の光源ユニット。
- 前記拡散シートの平面視において、
前記光源の投影領域である第一領域におけるアスペクト比Aが、
前記光源の間の投影領域である第二領域におけるアスペクト比Aより、高いことを特徴とする請求項8に記載の光源ユニット。 - 前記第一領域内で、光源からの距離が長くなるに従って、アスペクト比Aが、連続的または段階的に小さくなることを特徴とする請求項15に記載の光源ユニット。
- 拡散板と、前記光源の下方に配置される反射シートと、をさらに備える請求項8から請求項16のいずれかに記載の光源ユニット。
- 第二の拡散シートをさらに具備する請求項8から請求項17のいずれかに記載の光源ユニット。
- プリズムシートをさらに具備する請求項8から請求項18のいずれかに記載の光源ユニット。
- 反射型偏光シートをさらに具備する請求項8から請求項19のいずれかに記載の光源ユニット。
- 請求項8から20に記載の光源ユニットと、
前記光源ユニットの上方に配設された液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。
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