JP2014219673A - 照明用光学シートおよびそれを用いた照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 シートの一方の面に、一方向に向かって蛇行して延在する複数の凸形状により形成された凹凸パターンを有し、前記シートの他方の面に、断面の頂角30〜80度の単位プリズムが複数並列したプリズム列を有する光学シートであって、前記複数の凸形状の延在方向と前記単位プリズムの長手方向が略平行であることを特徴とする光学シート。
【選択図】 図6
Description
必要とする方向に光を拡散する方法として凹凸構造に異方性光拡散特性を持たせたシートが提案されている(特許文献2)。
また、照明の小型化のため、光源から拡散部材までの距離を短く設計する傾向にある。これらの傾向は、いずれも、より輝度ムラの問題を発生しやすくしている。
以上のような状況から、光源の輝度ムラを解消するために、更なる光拡散性能を有するシートが求められている。
[1]シートの一方の面に、一方向に向かって蛇行して延在する複数の凸形状により形成された凹凸パターンを有し、前記シートの他方の面に、断面が頂角30〜80度の単位プリズムが複数並列したプリズム列を有する光学シートであって、前記複数の凸形状の延在方向と前記単位プリズムの長手方向が略平行であることを特徴とする光学シート。
[2]前記凹凸パターンの配向度が0.20以上である[1]に記載の光学シート。
[3]前記凹凸パターンの最頻ピッチが0.3〜20μm、アスペクト比が0.1以上であることを特徴とする[1]または[2]に記載の光学シート。
[4]前記凸形状の傾斜面に、前記凸形状の延在方向と略同じ方向に蛇行して延在する複数の微細凸形状を有する[1]〜[3]に記載の光学シート。
[5]前記複数の微細凸形状の配向度が0.20以上である[4]に記載の光学シート。
[6]前記複数の微細凸形状が最頻ピッチ0.3〜2.0μmである微細凹凸パターンを形成している[4]または[5]に記載の光学シート。
[7]前記複数の微細凸形状が、前記凹凸パターンの配向方向との差が5度以内である微細凹凸パターンを形成している[4]〜[6]のいずれかに記載の光学シート。
[8]前記プリズム列の配列方向と略平行に配列された複数の光源と、[1]〜[7]のいずれかに記載の光学シートとを有する照明装置であって、
前記光源は照射角が90°以上であり、
前記光源から出射した光を 前記光学シートの前記プリズム列を有する面から入射して前記凹凸パターンを有する面から出射する照明装置。
本発明の光学シートの実施形態1について説明する。但し、本発明は、実施形態1に限定されるものではない。
図1に、本実施形態の光学シート10を示す。図1は、本発明に係る光学シート10の一例を示す断面図である。
本実施形態の光学シート10は一方の面に凹凸パターン11を有し、また、もう一方の面にプリズム列12を有する。
凹凸パターン11は、最頻ピッチPは1μmを超え20μm以下であることが好ましい。最頻ピッチPが1μm未満であると、本発明の光学シートの製造が困難になり、前記上限値を超えると、凹凸が光拡散性として好ましくない輝線として視認される場合があるからである。
具体的に、最頻ピッチPは以下の方法により求められる。
まず、凹凸パターン11の上面の光学顕微鏡による観察を行う。次いで、顕微鏡観察により得られた凹凸構造の画像をグレースケール画像に変換する。グレースケールのファイルの画像(図2参照)では、白度が低いところ程、凹部の底部が深い(白度が高いところ程、凸部の頂部が高い)ことを表している。次いで、図2を2次元フーリエ変換する(図3および図4を参照)。このフーリエ変換像の頻度(γF1)をスムージング処理し、得られたグラフから、フーリエ変換像の中心部以外で最大頻度を示す位置(αFmax,βFmax)を求める。そして、最頻ピッチP=1/{√(αFmax 2+βFmax 2)}の式から最頻ピッチPを求める。
凹凸パターン11の配向度Cは0.20以上であり、0.25以上であることが好ましく、0.30以上であることがより好ましい。配向度Cが0.20未満であると、光拡散性が損なわれることがある。
まず、最頻ピッチPを求める際に得たフーリエ変換像を利用し、XF軸上に最大照度部分が一致するようにθ回転(図4参照)したフーリエ変換像を作成する(図11参照)。次いで、(αFmax,βFmax)を通るβF軸に平行補助線β’Fを引き、補助線β’Fを横軸とし、補助線β’F上の照度(γF軸)を縦軸としたβ’F−γF図を作成する。次いで、β’F−γF図のβ’F軸の値を最頻ピッチPの逆数(1/P)で割ったβ”F−γF図(図12参照)を作成し、このβ”F−γF図からピークの半値幅W(頻度が最大値の半分になる高さでのピークの幅)を求める。この半値幅は配向度Cを表す。
前記単位プリズムは、三角形を三角形が存在する平面の法線方向に平行移動させたときの軌跡で現される三角柱構造を有するものであり、前記単位プリズムの長手方向は、前記法線方向と同じ方向である。前記単位プリズムは、三角柱の四角形である側面の1つを光学シートのシート面に接地したように配置される。尚、本発明において単位プリズムは、三角柱構造に近い形状のものも含み、三角柱の角が丸みを帯びた角である形態、三角柱の角が微小な多角により形成された角である形態、光学シートの端部または単位プリズムの長手方向の一部において、三角柱の一部が切断された構造または光学シートの端部で三角柱の一部が変形した構造である形態、隣接する単位プリズム同士が長手方向の一部でブリッジを形成した形態等を含む。
プリズム列12の配列方向は凹凸パターン11の配向方向と略平行である。プリズム列12の配列方向と凹凸パターン11の配向方向が略平行であると、後述するように、光源の均斉化効果が高くなる。
本実施形態の光学シート20は、一方の面に凹凸パターン21を有し、またもう一方の面にプリズム列22を有する。ここで、凹凸パターン21は、一方向に沿って波状の凹凸(凸部23a、凹部23b)が繰り返されることによって形成された凹凸パターン23と、凹凸パターン23の表面に、凹凸パターン23の延在方向に略平行に波状の凹凸(凸部24a、凹部24b)が繰り返されることによって形成された微細凹凸パターン24とを有する。
最頻ピッチP1は、実施形態1と同様の方法で求められる。
一方、凹凸パターン23の配向度C1は0.50以下であることが好ましく、0.40以下であることがより好ましく、0.35以下であることがさらに好ましい。配向度C1が前記上限値以下であれば、光学シートの異方光拡散性が保たれるため、等方光拡散に近くづくことによる、不要な方向への拡散に起因する輝度や照度の低下を抑制することができる。
配向度C1は、実施形態1の配向度Cと同様の方法により求められる。
アスペクト比A1は実施形態1と同様の方法で求められる。
凹凸パターン23の稜線が蛇行しており、凹凸パターン23の延在方向と直交する方向に沿って切断した断面が正弦波状の輪郭を含む形状であると、光拡散性がより高くなりやすくなる。
具体的に、最頻ピッチP2は以下の方法により求められる。
まず、凹凸パターン21の上面および断面の電子顕微鏡による写真観察を行う。ただし、凹凸パターン23の最頻ピッチP1を求めるときよりも観察倍率を高くする。次いで、顕微鏡観察により得られた凹凸構造の画像をグレースケール画像に変換した後、2次元フーリエ変換を行う。このフーリエ変換像の頻度(γF2)をスムージング処理し、得られたグラフから、フーリエ変換像の中心部以外で最大頻度を示す位置(αF2max,βF2max)を求める。そして、最頻ピッチP2=1/{√(αF2max 2+βF2max 2)}の式から最頻ピッチP2を求める。
また、微細凹凸パターン24の配向度C2は0.50以下であることが好ましく、0.40以下であることがより好ましく、0.35以下であることがさらに好ましい。微細凹凸パターン24の配向度Cを0.5以下とすることにより、異方光拡散性が更に上に大きくなり、必要とされる方向への照度を上げることが可能な光学シートとなる。
微細凹凸パターン24の配向度C2も実施形態1の配向度Cの測定方法と同様にして測定できる。
微細凹凸パターン24の平均高さB2は次のようにして求める。図7の微細凹凸パターン24を形成する凸部24aの高さは、両隣の2つの凹部24bL,24bRの底から凸部24aのピークまでの距離の和の1/2である。すなわち、微細凹凸パターン24を形成する凸部24asの高さbsは、凸部24asに対して一方側の凹部24bLsの底から計測した凸部24aLsの高さをLs、他方側の凹部24bRsの底から計測した高さをRsとした際に、bs=(Ls+Rs)/2となる。このようにして各凸部24asの高さbsを求める。そして、50個の凸部24a1,24a2・・・の高さBsを測定し、それらの高さを平均して平均高さB2を求める。
配向方向は、以下の方法により求められる。
次に、画像2を使用する以外は凹凸パターン23の配向方向を求める場合と同様の方法により微細凹凸パターン24の配向方向θ2´が得られる。
このとき、凹凸パターン23の配向方向と微細凹凸パターン24の配向方向との差はθ2´−θ1´で表される。
プリズム列22の配列方向も凹凸パターン21の配向方向と略平行である。プリズム列22の配列方向と凹凸パターン21の配向方向が略平行であると、後述するように、光源の均斉化効果が高くなる。
[第1の製造方法]
実施形態1の光学シート10を製造する方法の例について説明する。但し、本発明は、製造方法を限定するものではない。
本実施形態の光学シート10の製造方法は、図8に示すように、樹脂製の基材である加熱収縮性フィルム13の片面に、表面が平滑な硬質層14(以下、表面平滑硬質層14という。)を設けて積層シート10aを形成する工程(以下、第1の工程という。)と、加熱収縮性フィルム13を加熱収縮させて、積層シート10aの少なくとも表面平滑硬質層14を折り畳むように変形させて凹凸パターン形成シート10bを形成する工程(以下、第2の工程という。)と、凹凸パターン形成シート10bにプリズム列12を転写する、または基材に凹凸パターン形成シート10bの凹凸パターン11およびプリズム列12を転写する工程(以下、第3の工程という。)とを有する方法である。
ここで、表面平滑硬質層13とは、JIS B0601に記載の中心線平均粗さ0.1μm以下の層である。
第1の工程にて、加熱収縮性フィルム13の片面に表面平滑硬質層14を設けて積層シート10aを形成する方法としては、例えば、加熱収縮性フィルム13の片面に、樹脂の溶液または分散液をスピンコーターやバーコーター等により塗工し、溶媒を乾燥させる方法、加熱収縮性フィルム13の片面に、あらかじめ作製した表面平滑硬質層14を積層する方法などが挙げられる。表面平滑硬質層14の厚みは0.05μmを超え5μm以下であることが好ましく、0.1〜2μmであることがより好ましい。表面平滑硬質層14の厚みが0.05を超え5μm以下であれば、凹凸パターン11の最頻ピッチPを、確実に1μmを超え20μm以下にできる。
加熱収縮性フィルムの中でも、50〜70%収縮するものが好ましい。50〜70%収縮する加熱収縮性フィルムを用いれば、変形率を40%以上にでき、最頻ピッチPが1μmを超え20μm以下、アスペクト比0.1以上の凹凸パターン11を容易に製造できる。
ここで、変形率とは、(変形前の長さ−変形後の長さ)/(変形前の長さ)×100(%)のことである。
第2の工程にて、加熱収縮性フィルム13を熱収縮させることにより、表面平滑硬質層14に、収縮方向に対して垂直方向に波状の凹凸パターン11を形成させる。加熱収縮性フィルム13を加熱収縮させる際の加熱方法としては、熱風、蒸気、熱水または遠赤外線中に通す方法等が挙げられる。
第2の工程にて得られた凹凸パターン形成シート10bにプリズム列12を転写することで、光学シート10が得られる。
上記方法にて光学シート10を得る場合、第1および第2の樹脂は透明性の高い材料であることが好ましく、全光線透過率は85%以上の材料を用いることが好ましい。
前記凹凸パターン形成シート10bにプリズム列12を転写する方法は、例えば特開2012−022292に記載された方法を使用することができる。
[第2の製造方法]
第1の工程において、積層シート10aを形成する方法としては、例えば、加熱収縮性フィルム13の片面に金属や金属化合物を蒸着させる方法、加熱収縮性フィルム13の片面に、あらかじめ作製した表面平滑硬質層14を積層する方法などが挙げられる。
表面平滑硬質層14のヤング率を前記範囲にするためには、表面平滑硬質層14を、金、アルミニウム、銀、炭素、銅、ゲルマニウム、インジウム、マグネシウム、ニオブ、パラジウム、鉛、白金、シリコン、スズ、チタン、バナジウム、亜鉛、ビスマスよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属で構成することが好ましい。または、表面平滑硬質層14を、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化スズ、酸化銅、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化鉛、酸化ケイ素、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛、ガリウムヒ素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属化合物で構成することが好ましい。
ここで、ヤング率は、JIS Z 2280−1993の「金属材料の高温ヤング率試験方法」にて温度を23℃に変更して測定した値である。表面平滑硬質層14が金属化合物からなる場合も同様である。
第2の工程にて、加熱収縮性フィルム13を熱収縮させることにより、表面平滑硬質層14に、収縮方向に対して垂直方向に波状の凹凸パターン11を形成させる。
加熱収縮性フィルム13を加熱収縮させる際の加熱方法としては、熱風、蒸気、熱水または遠赤外線中に通す方法等が挙げられる。
前記凹凸パターン形成シート10bを一方の母型とし、前記切削により形成された表面にプリズム列12を有する金属製の型をもう一方の型として、特開2012−022292に記載の転写方法を用いることで、透明基材の一方の面に凹凸パターン11が、もう一方の面にプリズム列12がそれぞれ形成された光学シート10が得られる。
光学シートの実施形態2の製造方法について説明する。但し、本発明は、製造方法を限定するものではない。
本実施形態の光学シート20の製造方法も実施形態1の製造方法と同様に、加熱収縮性フィルムの片面に、表面平滑硬質層を設けて積層シートを形成する第1の工程と、加熱収縮性フィルムを加熱収縮させ凹凸パターン形成シートを形成する第2の工程と、凹凸パターン形成シートにプリズム列を転写する、または基材に凹凸パターン形成シートの凹凸パターンおよびプリズム列を転写する第3の工程とを有する方法である。
本実施形態における積層シート形成工程は、加熱収縮性樹脂フィルムの片面に、表面が平滑で2種の樹脂からなる硬質層(以下、「表面平滑硬質層」という。)を少なくとも1層設けて、積層シートを得る工程である。ここで、表面平滑硬質層とは、JIS B0601に記載の中心線平均粗さ0.1μm以下の層であって、加熱収縮性樹脂フィルムを収縮させる条件下で軟化しない層である。
本実施形態では、加熱収縮性樹脂フィルムとして、1軸または2軸延伸フィルムを用いる。1軸延伸は、縦延伸、横延伸のいずれであってもよい。
また、加熱収縮性樹脂フィルムは、延伸倍率1.1〜15倍で延伸されていることが好ましく、1.3〜10倍で延伸されていることがより好ましい。
加熱収縮性樹脂フィルムは、表面平滑硬質層を容易に形成できることから、表面が平坦であることが好ましい。ここで、平坦とは、JIS B0601による中心線平均粗さが0.1μm以下のことである。
一方、Tg2MとTg2Nとが離れすぎても、微細凹凸パターン24を形成しにくくなるため、Tg2M−Tg2Nが20℃以下であることが好ましく、19℃以下であることがより好ましい。
表面平滑硬質層の厚さは連続的に変化していても構わない。表面平滑硬質層の厚さが連続的に変化している場合には、圧縮後に形成される凹凸パターン23のピッチおよび深さが連続的に変化するようになる。
塗料の塗工方法としては、例えば、エアナイフコーティング、ロールコーティング、ブレードコーティング、メイヤーバーコーティング、グラビアコーティング、スプレーコーティング、キャストコーティング、カーテンコーティング、ダイスロットコーティング、ゲートロールコーティング、サイズプレスコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング等が挙げられる。
乾燥方法としては、熱風、赤外線等を用いた加熱乾燥法が挙げられる。
第2の工程は、上記積層シートを加熱して加熱収縮性樹脂フィルムを収縮させることにより、前記表面平滑硬質層を折り畳むように変形させて、が形成された凹凸パターン形成シート21bを形成する工程である。
加熱収縮工程では、主収縮方向に40%以上の収縮率で収縮させることが好ましい。主拡散方向の収縮率を40%以上にすると、収縮不足の部分を小さくすることができる。一方、収縮率を大きくしすぎると、得られる凹凸パターン形成シートの面積が小さくなり、歩留まりが低くなるため、収縮率の上限は80%が好ましい。
加熱収縮性樹脂フィルムの熱収縮させる際の加熱温度は、使用する加熱収縮性樹脂フィルムの種類、目的とする凹凸パターン23の最頻ピッチP1、アスペクト比A1および配向度C1、目的とする微細凹凸パターン24の最頻ピッチP2および配向度C2に応じて適宜選択することが好ましい。
加熱収縮温度は、加熱収縮性樹脂フィルムを構成する樹脂Lのガラス転移温度Tg1以上の温度にすることが好ましい。Tg1以上の温度で熱収縮させると、凹凸パターン23を容易に形成できる。
実施形態1の第1の製造方法の第3工程と同様の方法で光学シート20が得られる。
光学シートの更に別の製造方法について説明する。但し、本発明は、製造方法を限定するものではない。
前述の第1〜3の製造方法のいずれかの製造方法の第2工程で得られた凹凸パターン形成シート10bまたは21bを型として、ナノインプリント法または射出成型法によって、凹凸パターン形成シート10bまたは21bの凹凸パターンと同じ表面形状が転写されたシート状転写物、或いは凹凸パターン形成シート10bまたは21bの凹凸パターンの表面形状を反転した表面形状が転写されたシート状転写物を作成し、概シート状転写物を用いて、第1の製造方法の第3工程と同様の方法で光学シート20を得ることができる。
本発明の光学シートの特徴は、凹凸パターンおよびプリズム列の配列方向と略平行に配列された照射角が90°以上のLED等の点光源が複数線状に配列された光源からの出射光をプリズム列が形成された面から入射し、凹凸パターンが形成されている面から出射する場合、光源の輝度ムラを低減する効果が高い。
前記輝度ムラ低減効果について図9および図10を用いて説明する。図9は、本発明の光学シートおよび点光源の断面図である。また、図10(a)は、本発明の光学シートを使用していないときの点光源の見え方である。
点光源から出射した光の一部は該凹凸パターンにより、シート法線方向に屈折する。該凹凸パターンは前記凸形状が延在する方向に直交する方向の輝度ムラを低減し、図10(b)に示すように、点光源を略線状光源にすることが可能となる。
10a 積層シート
10b、21b 凹凸パターン形成シート
11、21 凹凸パターン
11a、23a、24a 凸部
11b、23b、24b 凹部
12、22 プリズム列
13 加熱収縮性フィルム
14 表面平滑硬質層
23 凹凸パターン
24 微細凹凸パターン
Claims (8)
- シートの一方の面に、一方向に向かって蛇行して延在する複数の凸形状により形成された凹凸パターンを有し、前記シートの他方の面に、断面の頂角30〜80度の単位プリズムが複数並列したプリズム列を有する光学シートであって、前記複数の凸形状の延在方向と前記単位プリズムの長手方向が略平行であることを特徴とする光学シート。
- 前記凹凸パターンの配向度が0.20以上である請求項1に記載の光学シート。
- 前記凹凸パターンの最頻ピッチが1.0〜20.0μm、アスペクト比が0.1〜2であ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。
- 前記凸形状の傾斜面に、前記凸形状の延在方向と略同じ方向に蛇行して延在する複数の微細凸形状を有する請求項1〜3に記載の光学シート。
- 前記複数の微細凸形状の配向度が0.20以上である請求項4に記載の光学シート。
- 前記複数の微細凸形状が最頻ピッチ0.3〜2.0μmである微細凹凸パターンを形成している請求項4または5に記載の光学シート。
- 前記複数の微細凸形状が、前記凹凸パターンの配向方向との差が5度以内である微細凹凸パターンを形成している請求項4〜6のいずれかに記載の光学シート。
- 前記プリズム列の配列方向と略平行に配列された複数の光源と、請求項1〜7のいずれかに記載の光学シートとを有する照明装置であって、
前記光源は照射角が90°以上であり、
前記光源から出射した光を 前記光学シートの前記プリズム列を有する面から入射して前記凹凸パターンを有する面から出射する照明装置。
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