JP2013190761A - 光学シート、バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学シートを多層構造として表層に光拡散層を配し、裏面形状の隠蔽性を高め、さらに入射端面より逆端面に向けて表層厚み比率を増加させていくことにより光源より入った光を奥までとどくようにするとともに、光源より入射する光の利用効率を上げることを可能とする。
【解決手段】光学シートは、表層と中央層と裏層との３層構成の透明な熱可塑性樹脂シート、もしくは、表層と裏層との２層構成の透明な熱可塑性樹脂シートを備え、前記表層が他層より粘度が高くなるようにＭＩ値の高い樹脂を使用、もしくは押出条件を設定し前記表層が他層より低い樹脂粘度となるよう樹脂をＴダイより押出す押出法により作製された、前記表層の厚み比率が傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に液晶テレビや照明等に用いられる光学シートを共押出法にて多層構成に製造された光学部材に関する。

液晶表示装置に代表されるディスプレイ装置では、光源より出射された光を液晶パネルに入射するバックライト方式が主にとられている。画像表示に必要となる明るさは当該バックライトより得られている。

バックライト方式を採用する液晶表示装置では、消費電力においてバックライト光源が多くの割合を占める。よって光源の光の利用効率向上による消費電力低減が強く求められている。

バックライトにおける光源の光の利用率を高める手段に輝度向上シートを使用する方法がとられており、表面に微細な凹凸パターンを有する光学シートが使用されている。例えば、液晶表示装置の輝度向上を目的として表面にプリズム形状を付与したシートがあり、３Ｍ社のＢＥＦ（登録商標：Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）に代表される上向きに設置する頂角９０°のプリズムシートが使用されている。

バックライト方式には大別して直下型方式とエッジライト方式とがあり、直下型方式は、光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などを用い、出射光を拡散させる拡散板を通す方式である。出射光を拡散させる拡散板を通して、その発光した光源の形状が認識できてしまうため、拡散板には非常に光散乱性の強い樹脂板が用いられている。

エッジライト方式は、光源を端部に設置し光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平版状の導光板により、光源からの光を導光板内で多重反射させ光源の光を面発行させる方式である。エッジライト方式では光源を端部に設置することにより薄型化を可能にする。また、エッジから入射した光を均一に発光させることができるため、直下方式のような光源の形状が発生することがない。

エッジライト方式の照明装置は、一般的に導光板光射出面と反対側の面に、入射した光を光射出面に導く光立上げ効果を持った光立上げパターンが配列されている。

現在、光立上げ効果として形成されているパターンとして、特許文献１に示されるような白色のインキがドット状に印刷されたものがある。また、インクジェット方式やレーザーアブレーション方式、押出賦形方式などによってマイクロレンズを形成し、光立上げ効果を持たせた導光板が作られている。

また導光板の光射出面の輝度ムラを低減するために、特許文献２や特許文献３に示されるように光入射端と反対側で光入射端部側より光の利用効率を上げる効果を持たせるため、入射端部側より多くの光立上げパターンを形成するパターニング方法が用いられている。パターニング間隔が入射端面から反対面に疎から密になるパターニング法により、光源より遠い密側でより多くの光を立ち上げることができ、導光板の光射出面全面で輝度ムラを低減する方法が用いられている。

特開平１−２４１５９０号公報 特開２００６−１５５９９４号公報 特開平６−１７４９３１号公報

しかしながら、光射出面に光を導くために形成した光立上げパターンを有することで、光射出面上にパターン形状が出てしまう。さらに疎密形状を用いた場合、疎側でパターン形状が多く光射出面上に写り込むため、光立上げパターンの隠蔽性の点で問題がある。

上記光立上げパターン隠蔽性を向上させるために、光拡散剤を導光板シート内部に含有させることにより、光を散乱させ光立上げパターンを消す方式がある。しかし、この方式では光拡散剤の効果で入射光の散乱も増すため、入射端部より入った光が奥まで届かず、均一な輝度分布が得られず、また光が光拡散剤により等方散乱されることから導光板射出面より得られる光の量が低下して暗くなってしまう問題がある。

また、光パターンの隠蔽性を向上させるために、導光板と光拡散シートを併せることにより隠蔽性を得る方式がある。しかし、この方式では光拡散シートを用いるため、光射出面輝度の低下、光拡散シートを追加することでコストが増加するという問題がある。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、光学シートを多層構成にし、多層表層を入射端面より逆端面に向けて表層厚み比率を減少させていき、さらに厚み比率を端部へ向け薄くなるよう傾斜させた表層に光拡散剤を分散させる。光拡散層の厚みを傾斜させたことで入射端面より入った光拡散剤の影響を受けにくいため光が奥まで届く。さらに光立上げパターンを入射端面より疎密パターンとした場合でも、より多くの光拡散効果が必要となる疎にパターン配置された光入射端部と逆端面でより厚い光拡散層を得られるため、光立上げパターンの隠蔽性を向上させることができる光学シート構成を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
第１の発明は、表層と中央層と裏層との３層構成の透明な熱可塑性樹脂シート、もしくは、表層と裏層との２層構成の透明な熱可塑性樹脂シートを備える、光学シートであって、前記表層が他層より粘度が高くなるようにＭＩ値の高い樹脂を使用して、もしくは押出条件を設定して前記表層が他層より低い樹脂粘度となるよう樹脂をＴダイより押出す押出法により作製された、前記表層の厚み比率が傾斜していることを特徴とする光学シートである。

第２の発明は、前記厚み比率が傾斜している表層に光散乱剤を含有することを特徴とする第１の発明に記載の光学シートである。

第３の発明は、前記表層または前記裏層の少なくとも片面が凹凸形状を有することを特徴とする第１の発明または第２の発明に記載の光学シートである。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか１つに記載の光学シートを具備してなることを特徴とするバックライトユニットである。

第５の発明は、第４の発明に記載のバックライトユニットを具備してなることを特徴とする液晶表示装置である。

表層を光拡散層として当該光拡散層により光立上げ効果を持たせた形状の隠蔽性を向上させ、さらに光拡散層厚みを傾斜させて配置することにより、光学シート端部光源より入射した光が光学シート内部を通過する。従って、光源端面と反対側に通り抜ける光量が増加し、正面方向へ取り出さす光の利用効率を向上させることが可能となる。

本発明により作製される光学シートの構成の一例を示した概略図 本発明の熱可塑性樹脂シートを作製するための製造装置の全体構図 本発明における光学シートの形状概略図

本発明に用いられる熱可塑性樹脂には、光学シートの製造に適した樹脂を選ぶ必要がある。光学シートの製造には透明な透明性、耐熱性、耐湿性、耐衝撃性が必要となる。例えば液晶表示装置にしようする場合、耐熱性、耐湿性、耐衝撃性を備えていることが求められる。このような熱可塑性樹脂には、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂が適している。

本発明に用いられる光拡散剤には、例えば、アクリル系粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子およびその架橋体、ポリウレタン系粒子、ポリエステル系粒子、シリコン系粒子、フッ素系粒子、これらの共重合体、スメクタイト、タルクなどの粘土化合物粒子、シリカ、酸化チタン、アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化ストロンチウム、水酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ガラス粒子等を挙げることができる。

本発明の光学シートは光拡散層となる表層に樹脂材料と光拡散剤とを混合したマスターバッチを、例えば押出法にて作製した物を使用する。光拡散層を表層とすることにより光立上げ形状隠蔽性を向上させる事が望ましい。図１に光学シートの一例の断面図を示す。光学シートは、光拡散剤１１が混合された光学シート表層１０と光学シート裏層１２とからなる２層構成の透明な熱可塑性樹脂シートを備えている。当該熱可塑性樹脂シートの裏層側の面には光立上げ形状１３が設けられ、表層側の面にはレンズ形状貼合シート１４が貼り合されている。例えば、図３に示すように、光学シート表層３３の端面３２に対向して光源３１が配置される。光学シートは、表層と中央層と裏層との３層構成の透明な熱可塑性樹脂シートを備えていてもよい。

本発明の光学シート製造方法としてＴダイによる共押出法があり、表層樹脂が他層より溶融粘度が低い場合、粘度が低い表層樹脂が粘度の高い他層樹脂をシート端部へ巻き込む現象がある。前記巻き込み現象によりシート中央から端部にかけて表面樹脂層の厚み比率が他層と比較し大きくなっていく現象を利用し、表層の厚みの比率をシート中央から端部へ向けて増加するように傾斜させる。よって表層溶融樹脂が他層より粘度が低い状態となるよう押出条件を設定し樹脂を吐出する必要がある。

また、表層の厚みがシート中央部の厚みがシート端部の厚みの８０％未満となるように調整することが望ましい。

本発明の光学シートにレンズ形状を作製する方法は、例えばＵＶ成形や押出法、射出成形法により作成したシートを貼り合わせて光学シートに形状作製する貼合法、Ｔダイによる押出法により溶融樹脂を吐出し、溶融樹脂と本発明により得られた光学シートとをロールにて貼り合わせ、このとき使用する溶融樹脂側のロールに形状を持たせることにより形状を作製する転写方式がある。

共押出法を行うには、表層に樹脂材料と光拡散剤とを混合したマスターバッチを使用し、Ｔダイ内で多層化される。そのため、多層化される樹脂の温度を各層毎に調整しフローマークを発生しない条件にて行う必要がある。

本発明の光学シート作製方法についてここでは押出機より溶融樹脂を押出し溶融樹脂シートに形状を表層に形状を有するシートを張り合わせる貼合法により作製し、裏層にロールより転写するロール転写法により形状を作製する方式について説明する。図２に示した光学作製方法では、一対の形状を有した加圧ロールを備えた押出成形装置を用いる。当該押出成形装置は、原料を供給するホッパー２１から熱可塑性樹脂を過熱溶融する押出機２２、シート状に溶融樹脂を吐出するＴダイ２３、Ｔダイ２３から吐出した樹脂シート２４、パターン形状を有した転写ロール版２５、パターンのない加圧ロール２９、表層に形状を溶融樹脂と貼合するレンズ形状貼合シート２８、および、シートを所望するサイズに断裁する断裁機２６からなる。

転写ロール版２５は２５℃以上、２００℃以下で調整可能であるが、設定温度は、樹脂のガラス転移温度Ｔｇに対して、Ｔｇ−２０℃以上、Ｔｇ＋３０℃以下が成形時に適している。Ｔｇ−２０℃未満で成膜すると凹凸形状転写する場合十分に転写することができず、Ｔｇ＋３０度より高く設定すると転写ロール版２５に溶融樹脂が張り付いてしまう。

転写ロール版２５はＴダイ２３から吐出された熱可塑性樹脂に凹凸パターンを転写するための形状を有している。この形状は例えばレンチキュラーレンズ形状をしており、Ｔダイ２３から吐出した吐出樹脂シート２４に凹凸形状を転写するものである。

このように得られた光学シートをシート幅方向中央より断裁することにより、表層の厚み比率がシート中央よりシート端部へ向けて増加したシート２７が得られる。ここでの断裁加工は例えば丸鋸やランニングソー、レーザー断裁などを使用することが望ましい。

（実施例１）
アクリル樹脂を主剤とし、粒直径６μｍ、屈折率１．５９のＰＳフィラーを体積比率０．００３〜０．０１％にてマスターバッチを作製する。表層に前記マスターバッチを使用し、裏層にアクリル樹脂を使用し、押出機にＴダイを取付け、共押出法により２層をシート状に溶融樹脂を、シート中央で各層比率が表層５０％、裏層５０％、シート端部で各層比率が表層１０％、裏層９０％となるよう表裏層の溶融粘度が異なるように押出条件を設定して押出し、溶融樹脂シートの厚みがシート中央から端部まで２０００μｍとなるように成形を行った。成形の際、Ｔダイより吐出した溶融樹脂シートを一対の形状を有した転写ロール版と加圧ロールにて加圧裏面にレンズ形状を転写し、搬送し表層溶融樹脂側にレンズ形状貼合シートを貼り合わせることにより表裏層に形状を転写した。

加圧ロール版形状は断面形状がレンチキュラー形状をシート中央層から端部へかけてレンズピッチが疎から密になるように配し、レンズ形状貼合シート側にはプリズム形状の三角形を配した。さらにシート幅方向中央よりレーザー断裁機を用いて半裁し所望のシートを得た。光源側端部のレンチキュラー形状は疎に配置されている。

（比較例１）
アクリル樹脂単層となるように押出条件を設定して押出し、単層アクリル樹脂層に光拡散材を含まないクリア層となるよう押出シートを作製、それ以外は実施例１と同様の条件に成膜した。

（比較例２）
前記マスターバッチを使用し単層となるよう押出条件を設定して押出し、光拡散層単体となるよう押出シートを作製、それ以外は実施例１と同様の条件に成膜した。

（比較例３）
表層光拡散層の層比率が光入射反部から入射側と逆端面まで１０％となるように押出条件を設定して押出し、それ以外は実施例１と同様の条件に成膜した。

（比較例４）
表層光拡散層の層比率が光入射反部から入射側と逆端面まで５０％となるように押出条件を設定して押出し、それ以外は実施例１と同様の条件に成膜した。

表１に、実施例１および比較例１〜４の結果の比較を示す。

本発明の条件でシートを作製することで、表層に光散乱層を配することにより、光立上げ形状のある裏面パターンの隠蔽性を向上させる事ができる。さらに表層に光散乱層の厚みを光入射端面より光入射端面の逆側端面まで厚みが増加するよう、厚み比率を傾斜させ配することにより、光源より入射した光をシート端部まで光散乱剤により散乱されることなく届かせることができ、光入射端面より得られた光の利用効率を上げることができる。本発明のシートを利用することにより優れた隠蔽性を持ち、さらに優れた光利用効率をもった液晶表示装置や、照明器具に用いることができる光学シートの作製ができる。

１０ 光学シート表層
１１ 光拡散剤
１２ 光学シート裏層
１３ 光立上げ形状
１４ レンズ形状貼合シート
２１ ホッパー
２２ 押出機
２３ Ｔダイ
２４ 吐出樹脂シート
２５ 転写ロール版
２６ 断裁機
２７ 光学シート
２８ レンズ形状貼合シート
２９ 加圧ロール
３１ 光源
３２ 入射端面
３３ 光学シート

Claims (5)

1. 表層と中央層と裏層との３層構成の透明な熱可塑性樹脂シート、もしくは、表層と裏層との２層構成の透明な熱可塑性樹脂シートを備える、光学シートであって、
   前記表層が他層より粘度が高くなるようにＭＩ値の高い樹脂を使用して、もしくは押出条件を設定して前記表層が他層より低い樹脂粘度となるよう樹脂をＴダイより押出す押出法により作製された、前記表層の厚み比率が傾斜していることを特徴とする光学シート。
2. 前記厚み比率が傾斜している表層に光散乱剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
3. 前記表層または前記裏層の少なくとも片面が凹凸形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学シート
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学シートを具備してなることを特徴とするバックライトユニット。
5. 請求項４に記載のバックライトユニットを具備してなることを特徴とする液晶表示装置。

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