JP2014104620A - 光学シート、それを用いたバックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学シートの光立上げ形状の隠蔽性及び中央部の隠蔽性を高める事ができ、光をより遠くまで減衰せずに届かせる事が可能となる光学シートを提供する。
【解決手段】光学シートは、表層が他層より粘度が高くなるように表層に他層よりも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、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シートであって、押出法により表層の厚み比率が傾斜しており、また厚み比率が傾斜した表層に光散乱剤を含有しているシートを、表層が最も薄くなるシート中央で半裁し、２つの半裁シートの半裁面とは反対側のシート端部どうしを突き合わせた状態に形成されている。
【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輝度向上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があり、直下型式では、光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などがあり、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。

エッジライト方式では、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板状の導光板により、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光させる方式である。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、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２辺に光源を持ったエッジライト方式の照明装置では、導光板の光射出面の輝度ムラを低減するために、光入射両端と導光板中央部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おり、パターニング間隔が入射両端面から導光板中央部に疎から密になるパターニング法により導光板の輝度ムラを低減する方法が用いられている。

しかしながら、光射出面に光を導くために形成した光偏向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。

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

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導光板中央部に向けて表層厚みを増加させていき中央部で最大の表層厚みとなるようにする。さらに厚みを導光板中央部から入射逆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。光核散在を分散させることにより、光立上げパターンの隠蔽性を向上させることができ、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を奥まで届かせることが可能となる。更に２辺の入射端面より中央部へ厚みが厚くなるよう傾斜させることで、２辺から光を入射した場合でも光が奥まで届く事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、少なくとも２層以上の多層構成を有し、いずれの層も透明な熱可塑性樹脂シートで構成された光学シートであって、表層が他層より粘度が高くなるように前記表層に前記他層よりも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シートであって、前記押出法により前記表層の厚み比率が傾斜しており、また前記厚み比率が傾斜した前記表層に光散乱剤を含有しているシートを、前記表層が最も薄くなるシート中央で半裁し、２つの半裁シートの半裁面とは反対側のシート端部どうしを突き合わせた状態に形成され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、第１の発明において、前記２つの半裁シートの半裁面とは反対側のシート端部どうしを突き合わせた状態は、前記２つの半裁シートを、前記シート端部どうしを突き合わせて押出法により貼合することにより、一対のシートとした状態であることを特徴とする光学シートである。

第３の発明は、第２の発明において、前記押出法により前記２つの半裁シートを貼合する際、押出樹脂層に光拡散層を作製、もしくは押出樹脂層に接する面に光拡散シートを貼合することを特徴とする光学シートである。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明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。

光拡散層により導光板の光立上げ効果を持たせた形状の隠蔽性を向上させ、更に光入射両端面から導光板中央部にかけて光拡散層を傾斜させ配置することにより、入射端面より入った光が光拡散剤による影響を受けにくいため光源より入射した光を奥まで届かせることが可能となる。

本発明における表層厚み比率が傾斜したシートの構成を示す断面図 本発明における光学シートの概略形状を示す断面図 本発明の半裁シートを作製するための製造装置の全体構図を示す図 本発明の光学シートを作製するための製造装置の全体構図を示す図 本発明の光学シートを利用するための使用構図を示す断面図

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使用する場合、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及びその架橋体、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の光拡散層となる表層には、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。

本発明は、最低でも２層有するシート表層の厚み比率が中央から端部へ向けて傾斜させるシートを作製し、同一工程内でシートを半裁しロールとして巻き取る第１の工程と、半裁したシートを半裁面と逆端面で突き合わせ表層側に拡散層を有する層を貼り合わせ作製する第２の工程とからなる。

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、シート端部へ粘度が低い表層樹脂が粘度の高い他層樹脂を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。図１に表層厚み比率が傾斜したシートの構成例の断面図を示す。当該シートは、光拡散剤１３が混合された光学シート表層１１と光学シート裏層１２とからなる２層構成を有している。光学シート表層１１と光学シート裏層１２とのいずれの層も透明な熱可塑性樹脂シートで構成されている。当該シートが、いずれの層も透明な熱可塑性樹脂シートで構成された、表層と中央層と裏層との３層構成を有していてもよいし、少なくとも２層以上の多層構成であってよい。

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。

前記共押出法により作製した表層厚み比率が中央から端部へ向けて傾斜させたシートを表層比率が最大の厚みとなる部位で突き合わせる方法として、同押出工程内で表層厚み比率が最も低くなるシート中央で半裁し巻き取り２本の半裁ロールを作製する。２本の半裁ロールのシート半裁面とは反対側の端面どうしを突き合わせ、ロール繰出し機能を具備した押出機を用いＴダイによる押出法にて貼合する必要がある。

本発明の突き合わせた半裁シート表層に光拡散層を作製する方法には、例えば押出法があり、Ｔダイ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突き合わせた半裁シートとをロールにて貼り合わせる。このとき使用する溶融樹脂側の層として、光拡散層を混合したマスターバッチを使用し押出したものを貼り合わせる方法がある。図２に、突き合わされた状態の半裁シート２３に光拡散剤２１を含有した傾斜層上部光拡散層２２が貼り合された状態の構成を示す。

本発明の光学シート作製方法について、押出貼合法による例を説明する。ここでの押出貼合法では、押出機より溶融樹脂を押出して表層厚み比率を傾斜させ、同工程内で表層厚み比率が最小となるシート中央で半裁する工程を有する押出法により光学シートを作製し、同工程で光立上げ形状を転写し、半裁したシートのシート半裁面とは反対側のシート端部どうしを突き合わせ、突き合わせたシートを繰出せる機構を有するとともにＴダイより吐出した溶融樹脂と貼り合わせ可能な機能を有した押出成形機を用い、溶融樹脂層に光拡散層を作成する。図３に示した半裁シート作製方法では、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３１から、熱可塑性樹脂を過熱溶融する押出機、シート状に溶融樹脂を吐出するＴダイ３３、Ｔダイ３３から吐出した樹脂シート３４、形状転写ロール３５、冷却ロール３６、シートを所望のサイズに半裁する断裁機構３７、及び、半裁したシートを巻き取る巻取り機３８ａ、３８ｂまでを備えている。

形状転写ロール３５、冷却ロール３６は２５℃以上、２００℃以下で調整可能であるが、樹脂のガラス転移温度をＴｇとして、設定温度はＴｇ＋２０℃以下、Ｔｇ−２０℃以上が成形時に適している。Ｔｇ−２０℃以下で成膜すると形状転写ロールの形状転写が不十分となる。

形状転写ロール版３５はＴダイ３３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３３から吐出した吐出樹脂シートに凹凸形状を転写するものである。

このように得られた表層厚みが傾斜したシートをシート幅方向中央より断裁機構３７を用い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半裁シートが得られる。前記半裁シートを巻取り機３８ａ、３８ｂによりロールとして巻取る。

図４に示した光学シート作製方法では、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、半歳シートを繰出す繰出し機４１ａ、４１ｂ、前記繰出し機から繰出された半裁シートがシート表層の厚み比率が高い方が突き合わさるように繰出し、突き合わせた半裁シートの表層側を拡散フィラーを含有した溶融樹脂４３とロールにて加圧し貼り合わせるロール、及び、貼り合わせた一対の光学シートを巻き取る巻取り機４２を備えており、これらの機構で光学シートを得る。

図５に本発明の光学シートの使用構図を示した。本発明の光学シートは、表層厚みが傾斜しているが、傾斜した表層厚さの最も薄い対向する２辺に光源５１ａ、５１ｂが配置される。

（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層をシート状に押出す。このとき、溶融樹脂を、シート中央で各層の厚み比率が表層１０％、裏層９０％、シート端部で各層比率が表層５０％、裏層５０％となるように表裏層の溶融粘度が異なるような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２００μｍとなるように成形するとともに、形状転写ロールを用いて光立上げ形状を転写する。あるいは、上記押出条件の設定に代えて、表層が他層より粘度が高くなるように表層に他層よりもＭＩ（メルトインデックス）値の高い樹脂を使用して押出すようにしてもよい。また同工程内で表層厚みが最小となるシート中央で半裁しロールとし巻き取る。さらに、ロールとして巻き取った２つの半裁シートを半裁面とは反対側の端面どうしを突き合わせるようにし、前記ＰＳフィラーを用いて作製したマスターバッチを用いＴダイより吐出した溶融樹脂シートを一対の冷却ロール及び加圧ロールにて加圧して貼り合わせ傾斜層上部光拡散層を持った光学シートを得る。前記光学シートを導光板光射出面に光拡散層と反対面が接するように配した。ここで用いた導光板は光入射端両端面からシート中央に向けて光立上げ形状が疎から密に傾斜した形状配置を持っている。

（比較例１）
傾斜層上部光拡散層を作製せず、Ｔダイからアクリル樹脂を押出にて溶融吐出し半裁シートを貼り合わせ一対の光学シートを成膜し、それ以外は実施例１と同様の条件で成膜した。
（比較例２）
アクリル樹脂単層となるように押出条件を設定し押出し半裁シートを成膜した、それ以外は実施例１と同様の条件で成膜した。
（比較例３）
光拡散層単層となるように押出条件を設定し押出し半裁シートを成膜した、それ以外は実施例１と同様の条件で成膜した。
（比較例４）
シート中央で各層比率が表層１０％、裏層１０％、シート端部で各層比率が表層１０％、裏層１０％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押出し半裁シートを成膜した、それ以外は実施例１と同様の条件で成膜した。
（比較例５）
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１０％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押出し半裁シートを成膜した、それ以外は実施例１と同様の条件で成膜した。

実施例１、比較例１から５の評価として、輝度の測定として光学シート中心輝度を超低輝度分光放射計ＳＲ−ＵＬ２を用いて行い従来印刷導光板比で低下したものを評価×とした。また、光立上げ形状の隠蔽性については目視にて光立上げ形状が見えない条件を評価○として評価を行った。表１に、実施例１と比較例１〜４とを比較した結果を示す。

本発明の条件でシートを作製し裏面に光立上げ形状を作製することで、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シート中央部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、光入射端部からの光が拡散層で散乱されずシート中央部まで光を届かせることができる。さらに、上部拡散層は、シート中央部の突合せ面の隠蔽性を向上させることができる。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。

１１ 光学シート表層
１２ 光学シート裏層
１３ 光拡散剤
２１ 光拡散剤
２２ 傾斜層上部光拡散層
２３ 突き合わされた半裁シート
３１ ホッパー
３２ 押出機
３３ Ｔダイ
３４ 樹脂シート
３５ 形状転写ロール
３６ 冷却ロール
３７ 断裁機構
３８ａ，３８ｂ 巻取り機
４１ａ，４１ｂ 繰出し機
４２ 巻取り機
４３ フィラー含有溶融樹脂
５１ａ，５１ｂ 光源
５２ 光立上げ形状

Claims (5)

1. 少なくとも２層以上の多層構成を有し、いずれの層も透明な熱可塑性樹脂シートで構成された光学シートであって、
   表層が他層より粘度が高くなるように前記表層に前記他層よりも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シートであって、前記押出法により前記表層の厚み比率が傾斜しており、また前記厚み比率が傾斜した前記表層に光散乱剤を含有しているシートを、前記表層が最も薄くなるシート中央で半裁し、２つの半裁シートの半裁面とは反対側のシート端部どうしを突き合わせた状態に形成されていることを特徴とする光学シート。
2. 前記２つの半裁シートの半裁面とは反対側のシート端部どうしを突き合わせた状態は、前記２つの半裁シートを、前記シート端部どうしを突き合わせて押出法により貼合することにより、一対のシートとした状態であることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
3. 前記押出法により前記２つの半裁シートを貼合する際、押出樹脂層に光拡散層を作製、もしくは押出樹脂層に接する面に光拡散シートを貼合することを特徴とする請求項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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