JP2012098516A - 多重曲率を有する光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】プリズムパターンの頂上部をラウンド状に形成することによって、耐スクラッチ性を向上させると共に、輝度の減少を最小限に抑制することができる、多重曲率を有する光学シートを提供すること。
【解決手段】光学シートは、透光性の材料からなる基材層１００、及び前記基材層の上面に多数のプリズムパターン２１０が一方向に配列し形成されている集光層２００を含み、前記集光層のプリズムパターンは、所定の曲率でラウンド状に形成される頂上部２１２と、前記頂上部の両端から各々下向きに傾斜し延長され、所定の曲率でラウンド状に形成される一対の第１傾斜部２１４と、前記第１傾斜部の各々から下方に傾斜し平らに延長される一対の第２傾斜部２１６とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に光を供給するバックライトユニットに適用され、光を拡散及び集光するための光学シートに関するものであって、詳細にはプリズムパターンの頂上部がラウンド状に形成されるようにすることによって、耐スクラッチ性の向上を図れるようにすると共に、輝度の減少を最小化することができるようにした、多重曲率を有する光学シートに関する。

一般的に、液晶表示装置（ＬＣＤ、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、その背面に備えられ、光を照射するバックライトユニット（ＢＬＵ、Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）により供給される白色光によって映像情報を作られる。

このような液晶表示装置に適用されるバックライトユニットの構造が、光源、導光板、反射板、光学シートからなるという点は、当業界において周知、慣用的なもので、これに対する特許も多数存在する。

バックライトユニットは、前述したように液晶表示装置に光を照らす手段として、適切な視野角を確保した状態で高輝度の光を供給することが、最も大切なポイントである。

ここで、バックライトユニットの構成において、光源から出射し、導光板により案内される光を拡散及び集光することによって輝度及び視野角を確保する機能をするものが光学シートであり、該光学シートは導光板の上部から光を拡散させるためにビーズなどの拡散粒子を含む拡散シートと、拡散シートの上部で光を集光させるために上部面にプリズムパターンが形成されているプリズムシートと、プリズムシートを保護するために上部に積層される保護シートとからなり、これら構成要素のうち、プリズムシートが光の輝度の向上に直接的な機能を奏することになる。

図１ａのように、従来、プリズムシートのプリズムパターンは、集光効率を高めるために三角形の断面から形成され、この場合、頂角が９０°の直角プリズムである時、最も優れた輝度を得ることができた。

しかしながら、プリズムパターンが三角形の断面から形成された場合、優れた輝度は得られるが、スクラッチの発生が多くなる問題があった。

この問題を解決するために、図１ｂのようにピーク部がとがっているのではなく所定の曲率（曲率半径Ｒ）がラウンド状になるプリズムパターンが提示されており、ラウンド型のピーク部を持ったプリズムパターンは、三角形の断面を持つプリズムパターンに比べて、スクラッチの発生が著しく低減し、製品の信頼性を確保することができた。

しかしながら、プリズムパターンがラウンド型のピーク部を持つように形成された場合、スクラッチの発生は少なくなったが、三角形の断面を持つプリズムパターンに比べて輝度が低下するといった欠点があった。

そこで、本発明者は、ラウンド型のピーク部を持つプリズムパターンと同様な耐スクラッチ性を確保すると共に輝度まで向上できる方案に関する研究を進めた結果、本発明を見出した。

また、従来のプリズムシートは、そのピーク部がプリズムシートの長手方向に平らな状態になっているため、その上部に積層されるフィルム（例えば、プリズムシート又は偏光フィルム）との接触面積が広くなり、それによりウェットアウト（ｗｅｔ−ｏｕｔ）現象が発生し、液晶表示装置の画質が低下する問題があった。

一方、従来のプリズムシートは、別の工程を通じて製造された後、バックライトユニットの組立現場へ運搬されているが、プリズムシートの運搬時に生じえるスクラッチを防止するためにプリズムシートのパターンが形成された面に保護フィルムを別途に貼り合わせている。

このように従来のプリズムシートは、シートそれ自体が耐スクラッチ性を有していないため、製造後に運搬などの過程でスクラッチが発生することを防止するために必ず保護フィルムを備えなければならず、しかも保護フィルムによるプリズムシートの不良が頻繁に発生するという問題があった。

本発明は、前述した問題点などを改善するために案出されたものであって、頂上部をラウンド状に形成することによって、耐スクラッチ性の向上を図ると共に輝度の減少を最小限に抑制することができるようにした、光学シートを提供することにその目的がある。

また、頂上部の形状を変形し、ウェットアウト現象を防止できるようにした、光学シートを提供することに他の目的がある。

さらに、本発明は、別途の保護フィルムを貼り合わせなくても、後工程で発生し得る不良を最小限に抑制し、生産コストが低減すると共に、生産工程の単純化を期待することができる、光学シートを提供することに他の目的がある。

前記目的を達成するために、本発明による多重曲率を有する光学シートは、透光性の材料からなる基材層と、前記基材層の上面に多数のプリズムパターンが一方向に配列し形成されている集光層とを含み、前記集光層のプリズムパターンは、所定の曲率でラウンド状に形成される頂上部と、前記頂上部の両端から各々下向きに傾斜し延長され、所定の曲率でラウンド状に形成される一対の第１傾斜部と、前記第１傾斜部の各々から下向きに傾斜し、平らに延長される一対の第２傾斜部とを備えている、多重曲率を有する光学シートを提供することによって達成される。

ここで、前記第１傾斜部の曲率は、前記頂上部の曲率より小さいほうが望ましい。

また、前記集光層のプリズムパターンは、それぞれ頂上部及び底辺が長手方向に沿って高さが変化するように形成されていてもよい。

さらに、前記基材層の下部面には、バインダー樹脂と、前記バインダー樹脂に含有される多数のビーズを持ったスティッキング防止層とが備えられており、前記ビーズは前記バインダー樹脂の下部面から下方に突出し形成されていてもよい。

一方、前記集光層はアクリレートオリゴマー４０〜５０重量部、アクリレートモノマー４５〜５５重量部、光開始剤１〜５重量部及び添加剤０．０１〜２重量部が含有された組成物に紫外線を照射し架橋させることによって形成される。

また、前記アクリレートオリゴマーは、ウレタンアクリレートオリゴマーであることが望ましい。

本発明の多重曲率を有する光学シートによると、プリズムパターンの頂上部をラウンド状に形成することによって耐スクラッチ性が向上できる。特に頂上部につながっている、ラウンド状に形成された第１傾斜部が備えられていることによって、輝度の減少を最小限に抑制することができる。

また、プリズムパターンの頂上部が、各々長手方向に沿って高さが変化するように形成されていることによって、頂上部の接触面積が減少し、ウェットアウトの防止が図れる。

また、プリズムパターンが自己回復の性質を持っており、微細なスクラッチが発生しても、一定の時間が経過すると、自ら復元することになり、スクラッチの発生を防止するための保護フィルムを別途用いる必要はない。それに保護フィルムの使用による不良の問題を生じせず、作業工程の単純化が期待できるので、コストの低減にも寄与することができる。

（ａ）と（ｂ）は、従来プリズムシートの概略断面図である。 本発明の一実施例による光学シートの概略的な断面図である。 図２に示した光学シートの概略的な斜視図である。 （ａ）は、従来のプリズムシートのスクラッチを試験した結果を示し、（ｂ）は、本発明の一実施例による光学シートのスクラッチを試験した結果を示す図である。 本発明の一実施例による光学シートの自己回復性質により復元される過程を示す図である。

以下、本発明の望ましい実施例について添付図面を参照し、詳細に説明する。但し、以下で説明する実施例は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施し得る程度に詳細に説明するためのものであって、これに本発明の保護範囲が限定されるものではない。

図２は本発明の一実施例による光学シートの概略的な断面図であり、図３は図２に示した光学シートの概略的な斜視図である。図２及び図３に示したように、本発明の一実施例による光学シートは、基材層１００及び集光層２００を含み、さらにスティッキング防止層３００を含むことができる。

基材層１００は、下部から入射する光を上部に伝達する役割を奏するものである。このような基材層１００は、光が効率よく透過し得るように透光性の材料からなるが、望ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂からなる。

また、基材層１００が備えられていることによって、集光層２００をなす多数のプリズムパターン２１０を容易に形成することができる。

集光層２００は、基材層１００を通じて伝達される光を、その上部に積層されているディスプレー部（図示せず）の正面に光が出射するようにする役割を奏するものであって、基材層１００の上面に備えられ、平らに形成される光入射面と、パターンが形成される光出射面とを有する。

さらに詳細には、集光層２００は、基材層１００の上面に一方向に配列される多数のプリズムパターン２１０からなり、プリズムパターン２１０の下面が光入射面となり、プリズムパターン２１０の上面が光出射面となる。

ここで、集光層２００のプリズムパターン２１０は、頂上部２１２、一対の第１傾斜部２１４及び一対の第２傾斜部２１６を持つように形成され、特に頂上部２１２と第１傾斜部２１４は各々所定の曲率でラウンド状に形成され、第２傾斜部２１６は平らに形成されている。

即ち、プリズムパターン２１０は、頂上部２１２が所定の曲率でラウンド状に形成され、頂上部２１２の両端から所定の曲率でラウンド状に形成される第１傾斜部２１４が下向きに傾斜するように延長され、第１傾斜部２１４から平らに形成される第２傾斜部２１６が下向きに傾斜するように延長される形状を持つ。

プリズムパターン２１０の頂上部２１２をラウンド状に形成する理由は、先端が尖った形状に形成された頂上部に比べて、優れた耐スクラッチ性を確保できるからである。

さらに、所定の曲率でラウンド状に形成される第１傾斜部２１４を別途設ける理由は、輝度の向上のためである。

このような第１傾斜部２１４は、頂上部２１２の両端から各々下向きに傾斜し延長され、各々所定の曲率でラウンド状に形成されている。

また、第２傾斜部２１６は、第１傾斜部２１４のそれぞれから下向きに傾斜し延長され、各々平らに形成されている。

集光層２００についてさらに詳細に説明すると、頂上部２１２と第１傾斜部２１４を各々ラウンド状に形成する前のプリズムパターン２１０の形状は、第２傾斜部２１６が上向きに傾斜し延長される辺を斜辺とし、頂上部が尖った三角形の断面の形状を呈している。

そして、頂上部が尖った形状に形成されていると、スクラッチの発生が多くなるため、頂上部をラウンド状に形成したのである。しかし、頂上部をラウンド状に形成すると、頂上部が尖った形状のものより輝度が低下するという不都合がある。これに対する実験のデータを表１に示す。

前記表１のように、プリズムパターンの頂上部が９０°の頂角を有する、先端が尖った形状の場合の輝度を１００とすると、ラウンド状の頂上部を有する場合（曲率半径Ｒ＝１〜１０?）の輝度を測定した結果、曲率半径が増加するほど輝度は減少していることがわかった。

本発明の一実施例による光学シートは、従来の頂上部が尖った形状に形成されたものよりは耐スクラッチ性が向上するようにしており、従来頂上部がラウンド状に形成された場合と同様な耐スクラッチ性を有しながらも輝度はもっと向上するように構成することを最も大きな特徴としている。

このために、プリズムパターン２１０に頂上部２１２の他に第１傾斜部２１４が備えられるのであり、特に図２のようにプリズムパターン２１０の第１傾斜部２１４が頂上部２１２より小さい曲率を有するように構成する。これは、第１傾斜部２１４の曲率半径Ｒ２を頂上部２１２の曲率半径Ｒ１より大きくするという意味である。

このようにプリズムパターン２１０の頂上部２１２をラウンド状に形成し、頂上部が尖った形状に形成された場合より耐スクラッチ性が向上するように構成すると共に、ラウンド状に形成された第１傾斜部２１４をさらに付加することにより頂上部のみをラウンド状にした場合より輝度がさらに向上するように構成するのである。

試験例
[比較例１]
頂上部が尖った形状に形成されたプリズムパターンを有する光学シート。

[比較例２]
頂上部が曲率半径４?を有するラウンド状に形成されたプリズムパターンを有する光学シート。

[実施例]
頂上部が曲率半径４?を有するラウンド状に形成され、第１傾斜部は曲率半径６?を有するラウンド状に形成された光学シート。

図４ａは、比較例１による光学シートのスクレッチを試験した結果であり、図４ｂは、実施例による光学シートのスクラッチを試験した結果である。スクレッチの試験は次のように行った。分銅（Ｗｅｉｇｈｔ）は、１００〜７００ｇの間のものを使用し、１００ｇ単位で積み重ねて使用した。次いで、ゴムバンドで巻いた分銅を光学シート上に載置した後、ゴムバンドを均一な速度で引っ張り、光学シート上におけるスクラッチの発生の有無を試験した。図４ａ及び図４ｂの写真の数字は、測定に使われた分銅の重さを示したものである。

図４ａのように、比較例１では２００〜１０００ｇの間の分銅を使用した場合、外観でスクラッチが多く発生していることを確認でき、１００ｇの分銅を使用した場合にも微細にスクラッチが発生していることを確認できた。

これと違って、図４ｂに示したように、実施例は１００〜６００ｇでスクラッチがほとんど発生しなかったことを確認できた。このように、実施例でスクラッチがほとんど発生しなかった理由は、頂上部が４?の曲率半径を有するラウンド状に形成されているからである。

また、実施例による光学シートと比較例１及び２による光学シートの輝度を測定し、その結果を下記の表２に示す。参考として、輝度測定装置は、ＴＯＰＣＯＮ社製のＢＭ７を使用し、温度２５℃、湿度３５%、５．７ｍＶ電流の条件下で、各光学シートが適用されたエッジ型バックライトユニットの輝度を測定した。

比較例１は、頂上部の先端が尖った形状に形成されていて、比較例２及び実施例より高輝度を示しており、実施例は比較例２に比べて高輝度を示している。前述したように、比較例１を基準として実施例が比較例２に比べて輝度の減少が少ない理由は、実施例はラウンド状に形成された第１傾斜部を備えているからである。

このように、本発明の一実施例による光学シートは、比較例１に比べて耐スクラッチ性が向上され、比較例２に比べて高輝度が得られるという結果により、本発明が目的とすることを実現することが可能である。

一方、集光層２００のプリズムパターン２１０は、頂上部２１２が長手方向に沿って高さが変化するように構成することが望ましいが、これはプリズムパターン２１０の上部に積層される他のシートとの接触面積を減らすことによってウェットアウトを防止するためである。

即ち、図３に示したように、プリズムパターン２１０は、頂上部２１２が長手方向に沿って高さが変化し、所定のウェーブ状の形状を有するように形成される。頂上部２１２がウェーブ状になっている場合、頂上部が平らな場合より上部に積層される他のシートとの接触面積が減少することによってウェットアウトが防がれる。

さらに、プリズムパターン２１０の頂上部２１２がウェーブ状になっていると、光がさらに大きい屈折角で屈折され、視野角が拡大される利点もある。

スティッキング防止層３００は、基材層１００へ光が流入する前に光を拡散させる役割をするものであって、図３に示したようにバインダー樹脂３１０及びバインダー樹脂３１０に含有されるビーズ３２０を含む。

ここで、スティッキング防止層３００に含有されるビーズ３２０は、スティッキング防止層３００の下部面から所定の高さ、３〜５?で突出するように形成されていることが望ましい。このようにビーズ３２０が所定の高さで突出していると、基材層１００とその下部に位置する導光板（図示せず）との接触面積が減少し、相互付着、即ちスティッキング（Ｓｔｉｃｋｉｎｇ）を防止できると共に、ウェットアウトやモアレ（Ｍｏｉｒe）現状の防止も可能となる。

このようなスティッキング防止層３００を構成するバインダー樹脂３１０としては、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアクリレート（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ、ＰＥＩ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｎａｐｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ、ＰＰＳ）、ポリアリレート（Ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｔｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）の何れかであり、特にポリエチレンテレフタレートであることが望ましい。

また、スティッキング防止層３００に含有されるビーズ３２０は、アクリル系、ナイロン系又はシリコン系化合物等からなり、摩擦係数が０．３６（ＭＩＵ）以下のメチルシリコンパウダー（Ｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｐｏｗｄｅｒ）又はナイロンパウダー（Ｎｙｌｏｎ ｐｏｗｄｅｒ、例えば、Ｎｙｌｏｎ‐１２）等が用いられる。メチルシリコンパウダー又はナイロンパウダーの場合は、それ自体に弾性があるので、接触する他のシートとの摩擦に因る、ビーズ３２０それ自体のスクラッチも防止できるという利点がある。

このように、スティッキング防止層３００は、ビーズ３２０を含有していることにより光を拡散させる機能を奏しており、またビーズ３２０が下方に向けて所定の高さで突出することによって、スティッキング、ウェットアウト現状及びモアレ現状を防止できる。

一方、本発明の一実施例による光学シートは、集光層２００がスクレッチに対して自己回復の性質を持っており、微細なスクレッチが発生した場合には、徐々に回復をし、一定の時間が経過すると、スクレッチが消滅してしまう。

このために、集光層２００は、アクリレートオリゴマー４０〜５０重量部、アクリレートモノマー４５〜５５重量部、光開始剤１〜５重量部及び添加剤０．０１〜２重量部を含有した組成物からなり、この組成物に紫外線を照射し架橋させることによって集光層２００が形成される。

望ましくは、集光層２００を成す組成物にアクリレートオリゴマー４５重量部、アクリレートモノマー５２重量部、光開始剤３重量部及び添加剤２重量部が含有されるように構成する。

ここで、アクリレートオリゴマーは、集光層の特性を大きく左右する役割を奏するものであって、特にウレタンアクリレートオリゴマーを適用することが望ましい。

また、アクリレートモノマーは、反応性希釈剤又は架橋剤としての役割を奏するものである。

また、光開始剤は光を吸収しラジカルを生成した後、開始をする役割を奏するものであって、反応性が優秀で分子量の大きいものが適用され、特に硬化時にアルデヒド構造を形成しないものがよい。

この場合、光開始剤は、アルファヒドロキシケトン（α−Ｈｙｄｒｏｘｙｋｅｔｏｎｅ）、 フェニルグリオキシルレート（Ｐｈｅｎｙｌｇｌｙｏｘｙｌａｔｅ）、 ベンジルジメチルケタール（Ｂｅｎｚｙｌｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｋｅｔａｌ）、及びアルファアミノケトン（α−Ａｍｉｎｏｋｅｔｏｎｅ）からなる群から一つ又は二つ以上を選択することができる。

そして、添加剤としては、重合反応を抑制する抑制剤、表面を均一にする表面平滑剤、気泡の発生を抑制する消泡剤などが用いられる。

このような自己回復の性質を有する光学シートのスクラッチを試験した結果を図５に示す。図５に示した光学シートは、ウレタンアクリレートオリゴマー４５重量部、アクリレートモノマー５２重量部、光開始剤３重量部及び添加剤２重量部を含有した組成物に紫外線を照射し架橋させることによって形成したものである。

図示の如く、光学シートにスクラッチを加えた結果、自己回復の性質により徐々に回復しながら、約４秒の時間が経過した後にはスクラッチが完全に消滅してしまったことを確認できた。

このように、光学シートがスクラッチに対して自己回復の性質を有していることによって、光学シートを製造し、搬送する過程でスクラッチが発生することを防止するために別途の保護フィルムを貼り合わせる必要はない。

結局、光学シートは、頂上部がラウンド状に形成され、耐スクラッチ性が向上されると共に、スクラッチが発生したとしても自己回復の性質により一定時間が経過すると復元されるので、さらに向上した耐スクラッチ性を有することになる。

１００ 基材層
２００ 集光層
２１０ プリズムパターン
２１２ 頂上部
２１４ 第１傾斜部
２１６ 第２傾斜部
３００ スティッキング防止層
３１０ バインダー樹脂
３２０ ビーズ

Claims (6)

1. 透光性の材料からなる基材層、及び
   前記基材層の上面に多数のプリズムパターンが一方向に配列し形成されている集光層を含み、
   前記集光層のプリズムパターンは、所定の曲率でラウンド状に形成されている頂上部と、前記頂上部の両端から各々下向きに傾斜し延長され、所定の曲率でラウンド状に形成されている一対の第１傾斜部と、前記第１傾斜部の各々から下向きに傾斜し、平らに延長される一対の第２傾斜部とを備えている、多重曲率を有する光学シート。
2. 前記第１傾斜部の曲率は、
   前記頂上部の曲率より小さい、請求項１に記載の多重曲率を有する光学シート。
3. 前記集光層のプリズムパターンは、
   頂上部及び底辺が各々長手方向に沿って高さが変化するように形成されている、請求項１又は請求項２に記載の多重曲率を有する光学シート。
4. 前記基材層の下部面には、
   バインダー樹脂と前記バインダー樹脂に含有される多数のビーズを持つスティッキング防止層とが形成されており、前記ビーズは前記バインダー樹脂の下部面から下方に突出し形成されている、請求項１又は請求項２に記載の多重曲率を有する光学シート。
5. 前記集光層は、アクリレートオリゴマー４０〜５０重量部、アクリレートモノマー４５〜５５重量部、光開始剤１〜５重量部及び添加剤０．０１〜２重量部が含有された組成物に紫外線を照射し架橋させることによって形成される、請求項１に記載の多重曲率を有する光学シート。
6. 前記アクリレートオリゴマーはウレタンアクリレートオリゴマーである、請求項５に記載の多重曲率を有する光学シート。