JP2011064986A

JP2011064986A - 光学フィルム

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Publication number: JP2011064986A
Application number: JP2009216291A
Authority: JP
Inventors: Naoto Shintani; 新谷直人; Tomoyuki Kitagawa; 北川智之; Yukio Shimamura; 幸男島村
Original assignee: SUNTECHOPT CO Ltd
Current assignee: SUNTECHOPT CO Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】十分な拡散効果により干渉縞の発生がなく、ウエットアウトやカットオフが生じにくく、また拡散シートや拡散マット処理等の工数やコストを必要とせずに表示品位を保つことのできる光学フィルムを提供する。
【解決手段】表側に平面の基材面を有するフィルム基材（２０）上に設けられ、所定の稜線方向に伸びる稜線（１１Ｌ）を有した構造体を備える。構造体は、稜線（１１Ｌ）が正負均等に所定範囲の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（１１ｐ）、並びに沈み部（１１ｄ）を有しながら伸びると共に、稜線（１１Ｌ）の両側の表面にそれぞれ、全体の平均勾配角度がプラスマイナス１０°以上の拡散面（１２ｆ）を有する。
【選択図】図６

Description

液晶表示ユニット等の光学表示機器において液晶パネルの上下に積層して使用される光学フィルムに関する。

液晶表示ユニット等の光学表示機器においては、液晶パネルの上下に光学フィルムを複数枚積層して使用される。従来の光学フィルムとして、長さに沿って高さを変化する構造体を備え、その変動は、構造体の公称高さの４０倍未満の公称周期を備える光学フィルムが開示される（例えば特許文献１参照）。

特表２００２−５０４６９８

上記従来の光学フィルムはレンチキュラー高さに変動を設けているものの、変動が不十分で拡散効果のないものであった。このため、積層する光学フィルム間あるいは液晶パネルとの間で干渉縞の発生やウエットアウトの問題、あるいは視野角内における輝度の急激な変化により発生するカットオフの問題があった。また表示パネルの光透過性基本単位のサイズとレンズピッチの周期性の関係により発生するモアレ等の表示品位低下の問題があった。

また従来の液晶表示ユニット等の光学表示機器においては、光学フィルムの上部構造表面の保護シートとして拡散シートを用いたり、構造面の反対側の面に拡散マット処理を施したりする必要があった。しかしこれらは別部材の形成やマット処理加工のための工数やコストを要するものであった。

そこで本発明は、十分な拡散効果により干渉縞の発生がなく、ウエットアウトやカットオフが生じにくく、また拡散シートや拡散マット処理等の工数やコストを必要とせずに表示品位を保つことのできる光学フィルムを提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく本発明では下記（１）〜（６）の手段を講じている。

（１）本発明の光学フィルムは、
表側に平面の基材面を有するフィルム基材（２０）と、
前記基材面上に設けられ、所定の稜線方向に伸びる稜線（１１Ｌ）を一つ以上有した構造体（１０）と、を備えた光透過性のフィルム体からなり、
前記構造体（１０）は、稜線（１１Ｌ）が、正負均等に±３°以上±４０°以内の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（１１ｐ）、並びに沈み部（１１ｄ）を有しながら伸びると共に、稜線（１１Ｌ）の両側の表面にそれぞれ、全体の平均勾配角θが±10°以上の拡散面（１２ｆ）を有することを特徴とする。

上記のように、変動の各周期における高さの変化の変動幅がランダムであると、周期的な模様の表出が軽減される。さらにこの連続曲面は、稜線方向に沿う垂直断面視にて周期及び振幅幅が変動するサインカーブからなることが好ましい。

（２）前記光学フィルムにおいて、構造体の拡散面（１２ｆ）は、平均勾配角θが±５°以上であることが好ましい。

（３）前記いずれかの光学フィルムにおいて、構造体（１０）の拡散面（１２ｆ）はそれぞれ、稜線方向に沿って、高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する連続曲面からなることが好ましい。この場合、拡散面の稜線が凸状湾曲縁にて形成されることで、前記拡散面の拡散効果は向上することとなる。さらにこの山形形状の弯曲は所定径の真円弧からなることが好ましい。また更に、前記稜線（１１Ｌ）と平行な拡散縁ライン（１２Ｌ）が、正負均等に±3°以上±40°以内の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（２１ｐ）、並びに沈み部（２１ｄ）を有しながら伸びることが好ましい。

（４）前記いずれかの光学フィルムにおいて、構造体（１０）は、頂部（１１）の両側の拡散面（１２ｆ）の先側に、稜線（１１Ｌ）と並走する谷部ライン（１３Ｌ）を有し、
二つ以上の構造体（１０）が、それぞれの谷部ライン（１３Ｌ）を隣接境界として幅方向に隣接してフィルム基材（２０）上に形成され、
この谷部ライン（１３Ｌ）は高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する連続曲線からなることが好ましい。

（５）前記（４）の光学フィルムにおいて、谷部ライン（１３Ｌ）は、正負均等に±３°以上±４０°以内の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（３１ｐ）、並びに沈み部（３１ｄ）を有しながら伸びることが好ましい。

（６）前記（１）〜（５）のいずれかの光学フィルムにおいて、稜線方向と交わる断面視にて、各頂部１１が凸状の曲線縁すなわちアール状の曲線で構成されることが好ましい。このような場合、構造物の稜線方向を横断する方向の断面視にて、各構造体（１０）は山形形状をなすものであり、この山形形状の頂部が先尖することなくアール状に形成される。さらにいえば頂部は、例えば図８のように、頂部１１の伸長方向と直交する鉛直方向断面（横断面）視にて、真円弧又は楕円円弧からなるアール状の凸状曲線縁を備えることが好ましい。このようなものであれば拡散面１２ｆの光拡散効果がより向上する。

また、上記いずれかの光学フィルムにおいて、拡散面が周期的な模様となるのを軽減するため、拡散面の周期と変動幅の両方又は少なくともいずれかはランダムであることが好ましい。

本発明は光学フィルムの構造体表面に広範囲の拡散に十分な変動の勾配を持つ不規則な高さの変動を付与することにより光学フィルム構造面よりの出射光および構造面への入射光並びにその反射光を視野角内に於いて広範囲に拡散させ干渉縞、ウエットアウト並びにカットオフやモアレ発生等、表示品位低下の問題の低減に加え構造体表面の拡散効果により微小異物やスクラッチ傷等、構造体の微小欠陥の隠ぺい性を向上させるものである。また、これまで構造体表面の保護シートとして拡散シートを用いるか、或いは構造面の反対側の面に拡散マット処理をしてきたが、これを必要としない低コスト化にも寄与するものである。

実施例１の光学フィルムの斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、及び平面図のＡ−Ａ線幅方向一部断面図（ｃ）。実施例１の光学フィルムの伸長方向に沿う変動線（稜線１１Ｌ及び拡散伸長線１２Ｌ）の説明図。図２の変動線における勾配角θの説明図。図２の変動線における勾配角θの採り方を規定する説明図。実施例の光学フィルム１を含むフラットパネルディスプレイの積層構造の分解説明図。図５に説明するフラットパネルディスプレイの積層構造の一部断面説明図。発散角γを持った光源による構造体１０への入射及び出射光の拡散角α´の説明図。実施例２の光学フィルムの幅方向一部断面説明図。

本発明の光学フィルムは基本的に、図１に示すように、フィルム基材２０上に複数の所定の平面稜線方向に伸びる断面山形形状の構造体１０を備えた光透過性のフィルム体からなる。フィルム基材２においては複数の構造体１０が一面に、対向面３が他面に備えられた構成となる。

（構造体１０）
各構造体１０は稜線方向に沿って伸びる最大高さ部である頂部１１と、その両側にそれぞれ連なる構造面１２ｆと、その先の底部１３とを有する。この構造体１０は、稜線方向と交わる方向を幅方向としたとき、幅方向に沿う断面形状、すなわち横断面形状が凸状のものとなっている。この凸状の横断面形状において、前記構造体１０の頂部１１の両側の表面にそれぞれ拡散面１２ｆが形成され、その各先部に谷部１３が形成される。

それぞれの構造体１０の幅すなわち両側の谷部１３間の距離は、稜線方向に沿って等しく設定され、隣り合う構造体同士が谷部１３で連接される。稜線１１Ｌは平面視にて所定方向に直線的に伸長して配置され、隣り合う構造体１０同士の稜線１Ｌが等間隔に並走する。本願発明の特徴として稜線１１Ｌは伸長方向に沿う断面視にてランダムに高さが変化し、ピーク部１１ｐと沈み部１１ｄを有する。すなわち頂部１１の高さの変化である勾配１１θが、前記頂部１１の稜線１１Ｌに設けられる。さらに好ましくは、前記勾配が、頂部１１の稜線１１Ｌ及び次述する拡散面１２ｆの双方に設けられる。

（頂部１１）
各頂部１１は、稜線方向に対し正負均等で±３°以上±４０°以内の傾斜勾配にて高さが変化しながら伸びる。構造体１０の頂部１１が稜線方向に伸びる（すなわち連続的に連なる）ことで頂部ラインである稜線１１Ｌが形成される。稜線は平面視で直線となっており、この平面視の稜線１１Ｌの直線状の延伸方向が稜線方向となっている。なお稜線方向は直線に限らず、左右いずれかまたは両側交互に変動する湾曲曲線でもよい。頂部１１が連なってなる稜線１１Ｌは、高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する連続曲線からなることが好ましい。さらにこの連続曲線は、稜線方向に沿う垂直断面視にて周期及び振幅幅が変動するサインカーブからなることが好ましい。

（拡散面１２ｆ）
拡散面１２ｆは、頂部の両側の表面に設けられ、それぞれの上側辺にある頂部１１と共に、高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する変動面からなる。前記稜線方向に沿う垂直断面視において、頂部の両側がそれぞれ凸状湾曲した山形形状からなる。全体の平均勾配角θが±１０°以上、好ましくは±５°以上となっている。構造体１０の伸長方向に沿う断面で見たとき、拡散面１２ｆ上の幅方向任意位置における拡散伸長線１２Ｌは、前記稜線１１Ｌと平行してランダムに高さが変化し、ピーク部１２ｐと沈み部１２ｄを有し（図６）、また拡散面１２ｆの伸長方向に沿う高さの変化である勾配１２θが、前記頂部１１の稜線１１Ｌと平行して同一曲線によって設けられる。このとき拡散伸長線１２Ｌのピーク部１２ｐと沈み部１２ｄは、稜線１１Ｌのピーク部１１Ｐ、沈み部１１ｄと同じ伸長位置に配される。拡散効果の点から、拡散稜線１２Ｌは真円弧の凸状湾曲縁にて形成されることが好ましい。

（他の変動形態）
また拡散面１２ｆの他の形態として、変動の各周期における高さの変化の変動幅はランダムであり、或いは／及び拡散面の変動の各周期はランダムであって、拡散伸長線１２Ｌが、頂部１１の稜線１１Ｌと異なる変動曲線からなるものとすることができる。このとき拡散伸長線１２Ｌのピーク部１２ｐと沈み部１２ｄは、稜線１１Ｌのピーク部１１ｐ、沈み部１１ｄと必ずしも同じ伸長位置とはならない。

このような形態例として例えば、構造体１０の頂部１１からの幅方向距離に応じて、拡散伸長線１２Ｌのピーク部１２ｐと沈み部１２ｄの伸長方向位置が稜線１１Ｌのピーク部１１ｐ、沈み部１１ｄの伸長方向位置が徐々に大きくずれるものとすることができる。このずれ方は伸長方向の各位置において一定ではなく、ある伸長位置では他の伸長方向位置よりも大きくずれて、拡散伸長線１２Ｌのピーク部１２ｐと沈み部１２ｄの隣接間隔が稜線１１Ｌのピーク部１１ｐ、沈み部１１ｄの間隔よりも広がる個所、並びに、逆に拡散伸長線１２Ｌのピーク部１２ｐと沈み部１２ｄの隣接間隔が稜線１１Ｌのピーク部１１ｐ、沈み部１１ｄの間隔よりも狭まる個所、という２種類の個所を交互に或いはランダムな組み合わせとして有していてもよい。

（谷部１３）
構造体１０は、頂部１１の両側の拡散面１２ｆの先側に谷部１３を有しており、各構造体１０の谷部同士が幅方向に隣接してフィルム基材２０上に形成される。この谷部１３が稜線１１Ｌと平行に伸びることで、谷部ライン１３Ｌが形成される。実施例の谷部ライン１３Ｌは平面視にて直線状である（図１ｂ）が、一方向または両方向に交互に湾曲する曲線状のものでもよい。谷部ライン１３Ｌは稜線１１Ｌと同様、高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する連続曲線からなる。

（構造体１０の幅方向隣接）
そして二つ以上の構造体１０が、それぞれ共通する谷部ラインで１３Ｌ連接され、谷部１３を隣接境界として、フィルム基材２０上へ、稜線方向と交わる方向すなわち幅方向に隣接して並ぶ。これによって幅方向へ連続した凹凸形状の横断面形状が形成される。凹凸形状の高さ方向最高部が頂部１１となり、最低部が谷部１３となる。横断面の幅方向に沿って、頂部１１と谷部１３とが交互に連続的に表れる。横断面視にてこの頂部１１と谷部１３の間に表れる境界線が、拡散面１２ｆの横断面縁である。

（フラットパネルディスプレイにおける構成）
フラットパネルディスプレイにおいて、上記光学フィルム１は、図５に示すように２枚が重ねられ、それぞれの光学フィルム１の稜線１１Ｌ同士が、例えば平面視縦方向と平面視横方向の組み合わせのように、平面視似て直交するように配置される。２枚の光学フィルム１の下方へは順に下拡散シート７が配され、さらに下方に導光板８が配される。導光板８の側部にはＣＣＦＴまたはＬＥＤの光源９が配置され、導光板８側へ発光した光が上方へ照射される。

一方、２枚の光学フィルム１の上方へは順に裏偏光板４、液晶セルユニット５、及び表偏光板６が配され、前記下拡散シート７と共に、互いに間隙を有して或いは有さずに重ねられ、導光板８上に積層構成される。図６に示すように、液晶セルユニット５は、下方から上方へ順に、裏偏光板２と密着形成される下部の下基板ガラス５１と、フィルター部５２ｍ及び各画素のセル部（第一セル部５２ｒ、第二セル部５２ｇ、第三セル部５２ｂ）が平面内に形成された液晶セル５２と、液晶セル５２の上面に密着形成された上基板ガラス５３とから構成され、上基板ガラス５３の上面に表偏光板６が密着形成される。また図６に示すように、光学フィルム１の稜線１１Ｌとその上方の裏偏光板４との間には空隙４１Ｇが設けられ、下基板ガラス５１上面と液晶セル５２下面との間には液晶セルギャップ５０Ｇが設けられる。

実施例としては構造体１０の頂部１１の稜線１１Ｌおよびこれから両側へ下方傾斜して連なる構造面１２ｆの、伸長方向に沿った正面視断面形状として、２等辺プリズムレンズに変動の中心高さｈｃに対し±ｈ／２の変動振幅をもつ期間Ｐの図２の正弦波状変動線の数式１を加えた。

変動面の勾配は下記数式２のようになり、これは図３に示すように、レンズの長さ方向に0から±π・ｈ／Ｐの連続した勾配面をもつ。

即ち振幅の中心高さｈｃにおける水平線を基準とした勾配角θ（図４に示される水平方向からの傾斜角）は、次の数式３のようになる。

頂部１１の稜線１１Ｌ、及び拡散面１２ｆの拡散伸長線１２Ｌがこの勾配角θの変化を有する線縁で構成されるものであれば、レンズの長さ方向に０から±θの連続した勾配角θをもつ変動面となる。そして勾配角θは変動幅(振幅)と変動期間によって決まる。勾配角θが大きいほど広範囲に拡散する。

また、変動面よりの出射光の拡散角αは、構造体の空気に対する屈折率をｎとすると下記数式４のようになる。

ただし、勾配角θは変動面の全反射角を超えないθ＜ｓｉｎ^−１（１/ｎ）を満たす。例えばｎ＝１．５７の場合、θ＜４０℃である。
変動面である拡散面１２ｆから照射面である液晶セル５２下面までの実効距離をＬeとしたとき、拡散面１２ｆからの出射光の、液晶セル５２下面での拡散範囲Ｄｃは以下数式５で表される。

標準的なディスプレイの画角範囲で視力１の人間が識別できる間隔をＤ＝０．１２mmとすると、拡散範囲が人間の目の識別間隔以上であれば十分に拡散された照射光とすることができ、以下数式６により数式７が成り立つ。

実際には図７に示すように、構造体１０に入射する光源側の光は完全な平行光でなく発散角γを持っている。また発散角γに対する輝度変化および変動面による拡散角に対する輝度変化はガウス分布にて近似でき、その輝度半値幅角度をそれぞれ２γ、２αとすると、発散角を持つ光源の変動面による拡散角α´は以下数式８のようになる。

数式５より以下数式９が導かれる。

変動面である拡散面１２ｆ及び稜線１１Ｌの勾配角が数式７で得られる拡散角度を満たすものであれば、十分な拡散効果が得られる。

フラットパネルディスプレイにおいて、上記光学フィルム１は、図５に示すような構成で積層される。このとき図６に示すように、拡散面１２ｆから照射面である液晶セル５２下面までの実効距離Ｌｅはガラス基板５３の厚さを０．５ｍｍ^ｔ、偏光板６の厚さを０．３ｍｍ^ｔとし、液晶セルギャップ５０Ｇおよび変動面である稜線１１Ｌと裏偏光板４の間の空隙４１Ｇを無視する。また基板ガラス５１，５３および裏偏光板４の屈折率を約１．５とすると、構造体１０の変動面である拡散面５２ｆから液晶セル５２の下面までの実効距離Ｌｅ（図６）は以下数式１０のとおり、０．５３ｍｍとなる。構造体１０の変動面である拡散面１２ｆ及び稜線１１Ｌの拡散角度α＞６．４°で勾配角θ＞１１°となる。

以上のことを検証するためピエゾ振動子による高速工具装置によって切削バイトの先端を高速に正弦波振動させてロール状金型を切削し、ＰＥＴ面上に樹脂成型し、以下の変動面をもつ2等辺プリズムレンズを制作した。

実施例２の頂部１１は、例えば図８のように、頂部１１の伸長方向と直交する鉛直方向断面（横断面）視にて、所定の弦長の真円弧からなるアール状の凸状曲線縁を備えており、拡散面１２ｆの光拡散効果がより向上したものとなっている。この断面円弧状に構成された頂部１１の幅方向中央が稜線１１Ｌとなる。特記しない他の構成は実施例１と同様である。

（実施例２の光学フィルムの検証）
本発明の効果を検証するためピエゾ振動子による高速工具装置によって切削バイトの先端を高速に正弦波振動させてロール状金型を切削し、ＰＥＴ面上に樹脂成型し、以下の変動面である拡散面１２ｆ及び稜線１１Ｌをもつ２等辺プリズムレンズを制作した。

レンズのｙ軸方向のピッチは２５μｍ、２等辺プリズムの頂角は８８°、頂部１１のＲ=１．５μｍ、弦長２．２μｍ（図８）、ｘ軸方向の各変動期間は６３μｍから１９０μｍで不規則に変化し、平均期間１１５μｍ、ｚ軸方向の変動の中心高さｈｃ=１０．８μｍ、変動振幅は７μｍ（±３．５μｍ）の正弦波形状に変動する拡散面１２ｆを持っている。

ランダム変動期間における拡散面１２ｆの拡散角度αは±３．７°から±１１．７°、平均拡散角度α＝±６．２°、ランダム変動面の勾配角θは±６．６°から±１９．２°、平均勾配角θ＝±１０．８°であった。

上記実施例２の光学フィルムの製作例を図５，６に示す構成のバックライトユニットに組み込んで拡散性を確認した。具体的には干渉縞、密着性、カットオフ等の解消やモアレ現象の低減とともに欠陥や異物隠ぺい性について、下記比較例１，２と比較したところ、表１に示すような予想以上の満足すべき結果が得られた。なお評価観察は、表示コントラスト比１０：１以上の上下左右±４５°の全視野角内において明瞭に視認できるものは×、改善されているものの視認されるものは△、視認できないレベルにまで改善されているものを○で評価した。
比較例１：頂角９０°の変動する稜線１１Ｌを有し、頂部１１がアール状に形成されていない２等辺プリズムレンズ
比較例２：頂角９０°の変動面を有さない２等辺プリズムレンズ

本発明の光学フィルムは上述の実施例に限定されること無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の要素変更、組み合わせ、構成置換が可能である。例えば稜線１１Ｌとして規定する勾配角θを拡散伸張線１２Ｌとしてのみ規定してもよく、また谷部ライン１３Ｌとしてのみ規定しても良い。またこれら稜線１１Ｌ、拡散伸張線１２Ｌ、谷部ライン１３Ｌがこの順に変動周期及び振幅が徐々に大きくなるように設定するなど、様々な組み合わせの設定が可能である。

２０フィルム基材
１１Ｌ稜線
１０構造体
１１ｐ、２１ｐ、３１ｐピーク部
１１ｄ、２１ｄ、３１ｄ沈み部
１２ｆ拡散面
１２Ｌ拡散縁ライン（拡散伸張線）
１３Ｌ谷部ライン

Claims

表側に基材面を有するフィルム基材（２０）と、
前記基材面上に設けられ、所定の稜線方向に伸びる稜線（１１Ｌ）を一つ以上有した構造体（１０）と、を備えた光透過性のフィルム体からなり、
前記構造体（１０）は、稜線（１１Ｌ）が、正負均等に±3°以上±40°以内の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（１１ｐ）、並びに沈み部（１１ｄ）を有しながら伸びると共に、稜線（１１Ｌ）の両側の表面にそれぞれ、全体の平均勾配角度が±10°以上の拡散面（１２ｆ）を有することを特徴とする光学フィルム。
構造体の拡散面（１２ｆ）は、平均勾配角度が±５°以上である請求項１記載の光学フィルム。
構造体（１０）の拡散面（１２ｆ）はそれぞれ、稜線方向に沿って、高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する連続曲面からなり、
前記稜線（１１Ｌ）と平行な拡散縁ライン（１２Ｌ）が、正負均等に±3°以上±40°以内の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（１２ｐ）、並びに沈み部（１２ｄ）を有しながら伸びる請請求項１又は２記載の光学フィルム。
構造体（１０）は、頂部（１１）の両側の拡散面（１２ｆ）の先側に、稜線（１１Ｌ）と並走する谷部ライン（１３Ｌ）を有し、
二つ以上の構造体（１０）が、それぞれの谷部ライン（１３Ｌ）を隣接境界として幅方向に隣接してフィルム基材（２０）上に形成され、
この谷部ライン（１３Ｌ）は高さの連続変化又は稜線方向の連続変化をもって非周期的に変動する連続曲線からなる請求項１乃至３のいずれか記載の光学フィルム。
谷部ライン（１３Ｌ）は、正負均等に±3°以上±40°以内の傾斜勾配にて高さが変化することでピーク部（１３ｐ）、並びに沈み部（１３ｄ）を有しながら伸びる請求項４記載の光学フィルム。
稜線方向と交わる横断面視にて、各頂部（１０）が凸状の曲線縁で構成される請求項１乃至５のいずれかに記載の光学フィルム。