JP2015184322A - 光制御シート、映像源ユニット、及び光制御シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光制御機能の低下を抑制しつつも界面反射や干渉縞の発生を防止することができる光制御シートを提供する。
【解決手段】透光性を有する基材層（１６）と、基材層の一方側の面に配置された光制御層（１１）と、を備え、基材層には、光制御層が配置された側とは反対側の面に１μｍ未満のピッチで凸部又は凹部である単位要素（１７ａ）が複数配列された微小構造体（１７）が形成されており、光制御層は、シート面に沿って配列され、断面形状が台形である光を透過する光透過部（１２）と、隣り合う光透過部の間に光吸収性を有する材料が充填されて形成される光吸収部（１３）と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に用いられて光源からの光を制御して出射する光制御シート、該光制御シートを用いた映像源ユニット、及び光制御シートの製造方法に関する。

例えば液晶表示装置等の表示装置では、光源からの光を、映像の情報が含まれる液晶パネルを透過させることで観察者に映像を提供する。このとき液晶パネルに入射する光源からの光は、できるだけ液晶パネルのパネル面の法線に平行であることが好ましく、これにより効率よく質の高い映像を出射することができる。

このために例えば特許文献１に記載されているような光制御シートが用いられることがある。この光制御シートはシート面に沿って所定の間隔を有して配列される台形断面の光透過部と、隣り合う光透過部の間に設けられる三角形断面の光吸収部とにより構成されている。光制御シートによれば、所定の角度を有して光制御シートに入射した光は光透過部と光吸収部との界面にて全反射してシート面の法線方向に近付くように向きが変えられる。一方、当該所定の角度より大きな角度で光制御シートに入射して界面に達した光は光吸収部により吸収される。これにより、上記したような好ましい光を効率よく液晶パネルに入射させることができる。

ところが、このように効率よく出射されようとする光において、隣り合う層の界面で反射が起こり光の利用効率を低下させている問題があった。またこのような界面ではいわゆる光学密着により干渉縞（ニュートンリング）が発生することがあった。

かかる問題に対して特許文献１では、基材フィルム層の層面を表面粗さＲａを０．１μｍ以上とすることにより改善を図っている。

特開２０１０−２１７８７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような粗面では、光制御シートの上記光制御機能により所定の方向に向けられた光が当該粗面により拡散してしまい、光制御機能を十分に活かすことができないことがあった。

そこで本発明は、光制御機能の低下を抑制しつつも界面反射や干渉縞の発生を防止することができる光制御シートを提供することを課題とする。また、当該光制御シートを備える映像源ユニット及び光制御シートの製造方法を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、透光性を有する基材層（１６）と、基材層の一方側の面に配置された光制御層（１１）と、を備え、基材層には、光制御層が配置された側とは反対側の面に１μｍ未満のピッチで凸部又は凹部である単位要素（１７ａ）が複数配列された微小構造体（１７）が形成されており、光制御層は、シート面に沿って配列され、断面形状が台形である光を透過する光透過部（１２）と、隣り合う光透過部の間に光吸収性を有する材料が充填されて形成される光吸収部（１３）と、を具備する、光制御シート（１０）である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光制御シート（１１０）において、光制御層（１１）のうち、基材層（１６）とは反対側には透光性を有する透光層（１１６）を備え、透光層には光制御層が配置された側とは反対側の面に１μｍ未満のピッチで凸部又は凹部である単位要素（１７ａ）が複数配列された微小構造体（１７）が形成されている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光制御シート（１０、１１０）と、光制御シートの基材層（１６）側に配置される映像源（５０）と、光制御シートの前記基材層側とは反対側に配置される光源（２）と、を備える映像源ユニット（１）である。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光制御シート（１０、１１０）を製造する方法であって、基材層（１６）は微小構造体（１７）を形成する凹凸を有する賦型シート（２８）を用いて、該賦型シートに溶融した押し出し材（２２）を供給して成型し、基材層のうち微小構造体（１７）とは反対側の面と、光透過部（１２）の形状に対応した凹凸を設けた金型ロール（３４）との間に、電離放射線硬化性樹脂を供給して硬化させることにより光透過部を形成し、隣り合う光透過部間に光吸収性を有する材料を充填して光吸収部（１３）を形成する、光制御シートの製造方法である。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の光制御シート（１１０）を製造する方法であって、基材層（１６）は微小構造体（１７）を形成する凹凸を有する賦型シート（２８）を用いて、該賦型シートに溶融した押し出し材（２２）を供給して成型し、基材層のうち微小構造体とは反対側の面と、光透過部（１２）の形状に対応した凹凸を設けた金型ロール（３４）との間に、電離放射線硬化性樹脂を供給して硬化させることにより光透過部を形成し、隣り合う光透過部間に光吸収性を有する材料を充填して光吸収部（１３）を形成し、光制御層（１１）のうち基材層とは反対側の面に、微小構造体を形成する凹凸を有する賦型シートを用いて、光制御層と該賦型シートとの間に溶融した押し出し材を供給して透光層（１１６）を成型する、光制御シートの製造方法である。

本発明によれば、光制御機能の低下を抑制しつつも界面反射や干渉縞の発生を防止することができ、輝度、光の利用効率を高めることが可能である。
また、光制御シートの製造方法によれば、このような光制御シートを効率よく作製することができる。

１つの形態に係る光制御シートの断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。 図１に示した光制御シートのうち光制御層の一部を拡大して示した図である。 図１に示した光制御シートの一部を拡大して示した図である。 光制御シートの製造方法の一例を説明する図である。 光制御シートの製造方法の一例を説明する他の図である。 光制御シートの製造方法の一例を説明する他の図である。 他の形態に係る光制御シートの断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。 他の形態に係る光制御シートの製造方法の一例を説明する図である。 映像表示装置のうち映像源ユニットの断面を示し、その層構成を模式的に示した図である。 光制御シートにおける光路を説明するための図である。 光拡散層における光路を説明するための図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。

図１は１つの形態に係る光制御シート１０の断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。以下に示す図では、見易さのため、繰り返しとなる符号は一部省略することがある。

光制御シート１０は、光制御層１１、基材層１６を有している。以下に各層について説明する。

光制御層１１は、光制御シート１０のシートの厚さ方向断面において略台形である光透過部１２と、該光透過部１２の間に配置された光吸収部１３とを備えている。光透過部１２及び光吸収部１３は図２に表れる断面を有して紙面の奥／手前の方向に延びている。図２には２つの光吸収部１３及びこれに隣接する光透過部１２に着目した光制御層１１の拡大図を示した。

光透過部１２は、図１、図２で表れる断面において、一方のシート面側が短い上底、他方のシート面側が長い下底となるように配置された等脚台形断面を有する。なお、本形態では隣り合う光透過部１２が下底側で連結されている。また、光透過部１２は、光吸収部１３よりも高い屈折率Ｎｐを有した光透過性樹脂で構成されている。光透過部１２の屈折率は特に限定されることはないが、１．５５以上であることが好ましく、取扱いや割れの観点から１．６１以下であることが好ましい。より好ましくは１．６０以下である。

光透過部１２を構成する材料としては、例えば、光硬化型のプレポリマー（Ｐ１）に、反応性希釈モノマー（Ｍ１）および光重合開始剤（Ｓ１）を配合した光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。
光硬化型プレポリマー（Ｐ１）としては、例えば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリチオール系等のプレポリマーを挙げることができる。
また、反応性希釈モノマー（Ｍ１）としては、例えば、ビニルピロリドン、２−エチルヘキシルアクリレート、β−ヒドロキシアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート等を挙げることができる。また、その他屈折率を高くすることができる観点から、フルオレン骨格を有するビニル化合物、フルオレン骨格を有するアクリル酸エステル化合物、及びフルオレン骨格を有するメタクリル酸エステル化合物の少なくとも１つを用いることもできる。
また、光重合開始剤（Ｓ１）としては、例えば、ヒドロキシベンゾイル化合物（２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾインアルキルエーテル等）、ベンゾイルホルメート化合物（メチルベンゾイルホルメート等）、チオキサントン化合物（イソプロピルチオキサントン等）、ベンゾフェノン（ベンゾフェノン等）、リン酸エステル化合物（１，３，５−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド等）、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。

光吸収部１３は、隣り合う光透過部１２の間に配置される部位である。光吸収部１３は、光透過部１２の間にできる溝に形成され、図１、図２に表れる断面において、光透過部１２の上底側に長い下底を有し、光透過部１２の下底側に短い上底が配置される等脚台形である。また、光吸収部１３は、特に光透過部１２との界面を形成する部位において光透過部１２よりも低い屈折率を有している。当該屈折率は特に限定されることはないが、１．５０以下が好ましく、材料の入手性の観点から１．４７以上であることが好ましい。より好ましくは１．４９以上である。
本形態では光吸収部１３は、屈折率がＮｂである物質が充填されたバインダー部１４と、該バインダー部１４に混入された光吸収粒子１５とを備えている。そして当該バインダー部１４が光透過部１２よりも低い屈折率の材料により構成されている。

このような低屈折率の材料は特に限定されることはないが、例えば光硬化型プレポリマー（Ｐ２）に、反応性希釈モノマー（Ｍ２）および光重合開始剤（Ｓ２）を配合した光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。
上記光硬化型プレポリマー（Ｐ２）としては、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、およびブタジエン（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
また、上記反応性希釈モノマー（Ｍ２）としては、例えば、単官能モノマーとして、（メタ）アクリル酸エステルモノマー及び（メタ）アクリルアミド誘導体が挙げられる。また、多官能モノマーとして、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。
そして、上記光重合開始剤（Ｓ２）としては、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイド等が挙げられる。

屈折率Ｎｐと屈折率Ｎｂとの差は、特に限定されるものではないが、Ｎｐ−Ｎｂが０より大きいことが好ましい。これにより光透過部１２と光吸収部１３との界面で所定の条件を満たした光を全反射するとともに、シート面法線に対して大きな角度を有する光は光吸収部１３に入射させて吸収させることができる。

光吸収粒子１５は、カーボン等の顔料又は赤、青、黄等の染料にて所定の濃度に着色された粒子である。これには例えば市販の着色樹脂微粒子を使用することもできる。具体的には、黒色の粒子としてカーボンブラック等の黒色顔料や樹脂粒子例えばアクリル等の透明粒子に前記したカーボンブラック等の黒色顔料を混合したもの等が用いることができる。また、黒色顔料以外の青色、紫色、黄色、赤色の各種顔料及び／又は染料の混合、又は青色、紫色、黄色、赤色着色材に前記黒色着色材を混合分散し、実質的に黒色にした材料を使用しても良い。青色顔料としては、銅フタロシアニン等が、紫色顔料としては、ジオキサジンバイオレット等が、黄色顔料としては、ジスアゾイエロー等が、赤色顔料としては、クロモフタルレッドタイペル等が用いられるが、その限りではなく、顔料でなく、染料でも良い。また、青色、紫色、黄色、赤色、黒色顔料または染料を混合分散した着色顔料又は染料で、樹脂粒子例えばアクリル等の透明粒子を着色した着色粒子でも良い。上記の着色粒子の中では、黒色粒子がもっとも光吸収性が高いので好ましい。

また、光吸収粒子１５は入手性、光学的特性及び取扱いの観点から平均粒径が１μｍ以上の粒子が好ましく、加えて光吸収部１３の台形である下底の長さの半分以下であることがさらに好ましい。光吸収粒子１５の大きさが１μｍ未満と小さすぎると、斜辺に多くの光吸収粒子が存在し得ることになり、当該斜辺で全反射すべき光の一部も吸収してしまうことがあり、反射効率の低下を招く虞があるからである。また、製造時において、シート面に光吸収粒子が残存する場合があり、製造上の問題を生じる可能性もある。
一方、光吸収粒子１５の大きさが光吸収部１３の下底の長さの半分を超えて大きすぎると、製造時に隣り合う光透過部１２の間に充填し難くなり充填率が悪くなる。さらには各光吸収部の充填率にばらつきが生じることになり、光学的なムラが生じる虞がある。

さらに光吸収粒子１５の分散量は、光吸収部１３の全体の体積に対して１０体積％以上５０体積％以下であることが好ましい。かかる比率を維持することによって、十分な光吸収効果を保ちつつ、容易な製造条件を与えることができる。

また、光を吸収する観点からは、光吸収部１３の光吸収性能は目的によって適宜調整可能であるが、該光吸収部１３を構成する材料のみで形成された６μｍ厚さのシートの透過率測定において、透過率が４０％以上７０％以下となるように構成されていることが好ましい。透過率を４０％以上７０％以下とするための手段は特に限定されるものではないが、例えば光吸収粒子の含有量や光吸収性能を調整して適用することを挙げることができる。

光透過部１２と光吸収部１３と界面（シート厚さ方向に延在する２つ傾斜面）のシート面法線に対する角度θ_１（図２参照）は目的に応じて変更可能であり、特に限定されるものではないが、通常の表示装置の場合、適切に光を吸収をする観点から、１度以上１０度以下であることが好ましい。

また、光透過部１２、光吸収部１３のピッチは特に限定されることはないが３０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。光吸収部１３のうち、図２にＡで示した上底の長さは２μｍ以上２５μｍ以下の範囲であることが好ましい。Ａの長さが小さくなると光吸収部は三角形に近付くので、光吸収部は三角形であってもよい。
さらに光吸収部１３のうち、図２にＢで示した厚さ方向大きさは６０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。

上記した形態では光透過部と光吸収部との界面は１つの面により形成されていたが、図２と同じ断面において界面が折れ線状になる形態や曲線状になる形態であってもよい。このときには当該界面が光吸収部１３の中央から見て凸になっても凹になってもよい。
また、複数の光透過部及び光吸収部が全て同じ形状である必要はなく、周期的、又はランダムに形状やピッチが異なってもよい。

本形態では、上記したように光吸収部の斜辺における全反射の効率の観点から光吸収部に光吸収粒子を混入させることにより光吸収性能を得ることとした。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、光吸収部にカーボン等の顔料や所定の染料を混入して光吸収部全体を所定の濃度に着色してもよい。

図１に戻り、引き続き光制御シート１０に備えられる構成について説明する。基材層１６は、該基材層１６の一方の面上に光制御層１１を形成するためのベースとなる層である。図３に図１の一部を拡大して示した。本形態では光制御層１１のうち光透過部１２の長い下底側の面に基材層１６が配置されている。

図１、図３からわかるように基材層１６の面のうち、光制御層１１に接していない側の面には微小構造体１７が形成さている。以下微小構造体１７について説明する。

本形態における微小構造体１７は、基材層１６の一方の面から掘り下げられるように多数の単位要素１７ａから構成された、いわゆるモスアイ構造による光反射抑制構造を有する。従って本形態では単位要素１７ａは凹状である。
各単位要素１７ａは、光に対する反射抑制構造を発揮し得る大きさ及び配置となっている。すなわち、単位要素１７ａは、隣接する単位要素１７ａの最深部同士の間隔（ピッチ）をＰとすると該Ｐは１μｍ未満とされている。好ましくは、このピッチＰについての平均値Ｐ_ａｖｅと標準偏差σに対して、最大間隔Ｐ_ｍａｘを、
Ｐ_ｍａｘ＝Ｐ_ａｖｅ＋３σ
とし、ＪＩＳ Ｚ ８１２０の定義に従って可視光波長帯域の最長波長８３０ｎｍをλ_ｍａｘとしたときに、
Ｐ_ｍａｘ＜λ_ｍａｘ
とすることで、光反射抑制構造を構成する。
一方、光反射抑制の対象となる光を可視光全域の光とするのであれば、ＪＩＳ Ｚ ８１２０の定義に従って可視光波長帯域の最短波長３６０ｎｍをλ_ｍｉｎとして、
Ｐ_ｍａｘ＜λ_ｍｉｎ
とすることが好ましい。

光反射抑制効果が必要とされる可視光として、例えば可視光波長帯域の最長波長８３０ｎｍを含まないこともあり得る。すなわち、光反射抑制効果が必要とされる可視光領域はＰ_ｍａｘにより適宜設定することができる。例えばＰ_ｍａｘを３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で設定することもできる。

単位要素１７ａの深さは、１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の程度である。ここで単位要素１７ａの深さとは、単位要素１７ａの最深部と、単位要素１７ａの開口部と、の高低差、言い換えると、単位要素１７ａの表面の包絡面に対する垂直方向における、単位要素１７ａの最深部と単位要素１７ａの開口部との距離である。複数の単位要素１７ａの深さは、揃っていても不揃いでもいずれでも良い。単位要素１７ａの深さは、単位要素１７ａ表面の包絡面に対する垂直方向において、屈折率の変化をより滑らかにすることができる観点から、大きい（深い）方が好ましい。

屈折率の変化を滑らかにする観点で、単位要素１７ａはその最深部から開口部に行くにつれて、単位要素１７ａの断面積が、漸増する形状が好ましい。また、最深部は断面積がゼロ又はゼロに近いことがより好ましい。

なお、本形態では単位要素１７ａが凹状である例を説明した。これによれば基材層１６が他の層や他の部材に接触した際に単位要素１７ａが損失してしまうことを防止することができる。ただし、単位要素はこれに限らず、上記凹状である単位要素１７ａの凹形状と同様の形状を有する突起により形成してもよい。

以上のような微小構造体１７によれば、光の反射を抑制して光を効率よく観察者側に出射したり、光吸収部に光を吸収させることができるとともに、光学密着による干渉縞（ニュートンリング）の発生も併せて防止することが可能となる。

基材層１６に用いられる材料は透光性を備えるとともに基材としてのコシを有するものであればよい。これには例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、
トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、アクリル、ポリカーボネート等を挙げることができる。その中でも液晶表示装置に用いた際に下偏光板に積層することを考慮すれば複屈折（リタデーション）を小さく抑えることができるトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、アクリル、ポリカーボネートが好ましい。

光制御シート１０は、例えば次のような工程を含んで製造することができる。図４〜図６に説明のための図を示した。

図４は基材層１６となる中間シート２２’を作製する押し出し成型装置２０を説明する図である。
押し出し成型装置２０は、熱可塑性樹脂をシート状に押し出す押し出し機２１と、押し出し機２１から押し出された押し出し材２２を誘導するロール２３、２４、２５、２６と、押し出し材２２を成型する型として機能する賦型シート２８と、該賦型シート２８を供給する賦型シート供給手段２９と、を備えている。押し出し機２１は、原料となるペレット状の熱可塑性樹脂を加熱して溶融し、これを押し出し材２２としてシート状にしてダイ２１ａから押し出す。
一方、型供給手段２９から賦形シート２８が巻き出され第１ロール２３と第２ロール２４との間を通される。ここで賦形シート２８には、押し出し材２２と接触する側（第２ロール２４側）の面に、複数の単位要素１７ａを形成できる微小な多数の突起が設けられている。
そして、押し出し機２１から押し出された押し出し材２２は、賦形シート２８と第２ロール２４との間に供給される。これにより押し出し材２２は賦形シート２８のうち微小な多数の突起が設けられた面に接触し、これに応じた凹部が形成される。その後押し出し材２２と賦形シート２８とは一体となったまま第２ロール２４と第３ロール２５との間、第３ロール２５と第４ロール２６との間を通過するように送られる。この過程で押し出し材２２は冷却されることにより硬化してその形状が固定される。そして離型ロール２７により押し出し材２２と賦形シート２８とが分離される。
これにより押し出し材２２の一方の表面には微小構造体１７が形成された基材層１６となる中間シートが２２’が作製される。

図５は基材層１６となる中間シート２２’の一方の面上に光透過部１３を成型する成型装置３０を説明する図である。
成型装置３０は、電離放射線硬化樹脂３２をシート状に供給する供給機３１と、供給機３１から供給された電離放射線硬化樹脂３２を成型しつつ誘導するニップロール３３、金型ロール３４、及び第１ロール３５及び第２ロール３６と、中間シート２２’を供給するシート供給手段３９と、電離放射線照射装置３７と、を備えている。
供給機３１は、硬化前の電離放射線硬化樹脂をシート状にして供給ノズル３１ａから供給する。

一方、シート供給手段３９から中間シート２２’が巻き出され、ニップロール３３と金型ロール３４との間を通される。このとき、中間シート２２’は微小構造体１７が形成された面をニップロール３３側に向け、これとは反対側の平滑面が金型ロール３４側に向けられている。ここで金型ロール３４にはその表面に、複数の光透過部１２を形成できる凹凸が設けられている。
そして、供給機３１から硬化前の電離放射線硬化樹脂３２（ここでは紫外線硬化樹脂３２）が、中間シート２２’と金型ロール３４との間に供給される。これにより電離放射線硬化樹脂３２は金型ロール３４の表面に設けられた凹凸面に接触し、これに応じた凹凸（すなわち光透過部１２）が形成される。その後、電離放射線硬化樹脂３２と中間シート２２’とは一体となったまま金型ロール３４と第１ロール３５との間、第１ロール３５と第２ロール３６との間を通過するように送られる。この過程で電離放射線硬化樹脂３２に電離放射線照射装置３７（ここでは紫外線照射装置３７）から電離放射線（紫外線）が照射され、電離放射線硬化樹脂３２が硬化して形状が固定される。
これにより基材層１６上に光透過部１２が積層された中間シート３８が作製される。

次に、図６に示すように、中間シート３８の光透過部１２間に、光吸収部１３を形成する。具体的には、次の通りである。
光透過部１２上に、光吸収粒子が分散されたバインダー構成組成物４１を供給し、ドクターブレード４０によって光吸収粒子及びバインダー構成組成物４１を光透過部１２間の溝４２に充填しつつ、余剰分を掻き落とす。そして、光透過部１２間の溝４２に残ったバインダー構成組成物４１に光を照射して硬化させる。これにより溝４２内のバインダー構成組成物４１が硬化して光吸収部１３となる。なお、図６に示した矢印ＶＩは、中間シート３８の送り方向である。

以上のようにして得られた積層体を必要な大きさに打ち抜くことにより光制御シート１０を得ることができる。

上記の例では基材層１６の作製を溶融押し出しにより行ったが、これに限らず例えば射出成型により作製することができる。このときには、射出成型の型の内側に賦形シートを配置して型内に材料を射出すればよい。冷却後に離型することにより基材層１６を得る。

図７は他の形態に係る光制御シート１１０の断面を示し、その層構成を模式的に表した図である。光制御シート１１０は、光制御層１１、基材層１６、接着剤層１１１、及び透光層１１６を有している。
光制御シート１１０のうち、光制御層１１及び基材層１６は上記した光制御シート１０と同様であることから同じ符号を付し、説明を省略する。

接着剤層１１１は、光制御層１１に透光層１１６を接着するために接着剤が配置された層で、光制御層１１の面のうち、基材層１６が配置された面とは反対側の面に設けられる。接着剤層１１１は、公知の粘着材、接着剤を用いることができ、光学的に透明で使用環境下での剥離、著しい変色が無く、また他の部材へ損傷を与えないものがよい。

透光層１１６は、接着剤層１１１に積層される層で、上記した基材層１６と同様に光制御層１１とは反対側の面に多数の単位要素１７ａを具備してなる微小構造体１７が形成されている。従ってその構造及び材料自体は基材層１６と同じ考え方により構成すればよい。

このような光制御シート１１０によれば、光制御層１１が基材層１６と透光層１１６とに挟まれるように配置されている。これにより、光制御層１１に入出する光について微小構造体１７を通過することになり、光の透過効率を高めることができる。また、これに加えて光制御シート１１０の反りを防止することができる。

ここでは接着剤層１１１を介して透光層１１６を光制御層１１に積層したが、接着剤層１１１に直接透光層１１６を設けてもよい。これは例えば次のように行うことができる。図８に説明のための図であり、押し出し成型装置２０’である。
この場合にも押し出し成型装置２０（図４参照）と同様、押し出し機２１は、原料となるペレット状の熱可塑性樹脂を加熱して溶融し、これを押し出し材２２としてシート状にしてダイ２１ａから押し出す。
一方、基材層１６上に光制御層１１が積層された帯状の積層体２０’ａ及び微小構造体を形成可能な多数の突起が設けられた賦形シート２８が巻き出され第１ロール２３と第２ロール２４との間を通される。このとき、積層体２０ａの光制御層１１側の面と賦形シート２８に形成された微小な多数の突起が形成された面とが向かい合うようにする。
そして、押し出し機２１から押し出された押し出し材２２は、積層体２０’ａと賦形シート２８との間に供給される。これにより押し出し材２２は光制御層１１及び賦形シート２８のうち微小な多数の突起が設けられた面に接触し、これに応じた形状が形成される。その後、積層体２０’ａ、押し出し材２２及び賦形シート２８は一体となったまま第２ロール２４と第３ロール２５との間、第３ロール２５と第４ロール２６との間を通過するように送られる。この過程で押し出し材２２は冷却されることにより硬化してその形状が固定される。そして離型ロール２７により賦形シート２８が分離される。
これにより、光制御シート１１０の層構成を有する帯状の積層体が形成される。これを必要な大きさに打ち抜くことにより光制御シート１１０となる。

図９は、光制御シート１０を備える映像表示装置のうち、該光制御シート１０を具備する映像源ユニット１の部分に注目してその断面を示し、層構成を模式的に表した図である。本形態における映像表示装置は液晶表示装置であり、映像源ユニット１は、液晶ディスプレイパネルユニット１である。図９では紙面右が観察者側となる。ここでは光制御シート１０を適用した例を説明するが、この代わりに光制御シート１１０を適用してもよい。

映像源ユニット１は、バックライト２、プリズムシート３、反射型偏光シート４、光制御シート１０、映像源５０、及び光拡散シート６０を備えている。

バックライト２は、映像表示装置の光源である。ここには通常の液晶ディスプレイパネルユニットに用いられるバックライトを用いることができる。これには例えば、発光源を面内に略均等に配置して面状の光源とする形式や、縁（エッジ）に発光源を配置して反射面等を利用して最終的に面状に光を出射するエッジ入力型となる形式等を挙げることができる。

プリズムシート３は、バックライト２からの光を面光源としてできるだけ均一とするシートである。ここには通常の液晶ディスプレイパネルユニットに用いられるプリズムシート３を用いることができる。
ここで、プリズムシート３の一方の面又は両面に光を拡散させる層が配置されていてもよい。

反射型偏光シート４は、所定の偏光した光を透過し、それ以外の光を反射することができる偏光シートである。これによれば、透過しない光は反射されて再利用に供されるので輝度の向上を図ることが可能となる。ここに用いられる反射型偏光シートは公知のシートを用いることができる。

映像源５０は、映像表示装置の映像が表される部位であり、偏光板５１、５３、及びこれに挟まれる液晶パネル５２を備えている。
偏光板５１、５３は、液晶パネル５２を挟むように配置される一対の光学要素であり、吸収軸方向に平行な振動面を有する偏光光を吸収する一方、吸収軸方向に直交する振動面を有する偏光光を透過する機能を有する。当該偏光板５１、５３と液晶パネル５２を透過したバックライト２の光が映像光となり観察者側に出射される。光源側に配置される偏光板５１を下偏光板、観察者側に配置される偏光板５３を上偏光板と呼ぶこともある。
液晶パネル５２には、ここに出射されるべき映像情報が表されている。ここには通常の液晶ディスプレイパネルユニットに用いられる液晶パネルを用いることができる。

光拡散シート６０は、上記映像源５０からの映像を制御して、観察者に質の高い映像を提供する各機能のフィルムが積層されたシートである。光拡散シート６０は、接着剤層６１、ＰＥＴフィルム層６２、光拡散層６３、接着剤層６４、ＴＡＣフィルム層６５、及びアンチグレアフィルム層（ＡＧ層）６６を備えている。

接着剤層６１、６４は、接着剤が配置された層である。接着剤層６１、６４に用いられる接着剤は光を透過させるとともに、他に接着させることができればその材質は特に限定されるものではない。これには、例えばＰＳＡ（感圧接着剤、Pressure sensitive adhesive）を挙げることができる。その接着力は例えば数Ｎ／２５ｍｍ〜２０Ｎ／２５ｍｍ程度である。

ＰＥＴフィルム層６２は、該ＰＥＴフィルム層６２の一方の面上に光拡散層６３を形成するためのベースとなる基材層としてのフィルム層で、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分として形成されている。本実施形態では、ＰＥＴを主成分とする場合を説明したが、必ずしもＰＥＴを材料とすることはなく、その他にもポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、又はポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）樹脂等の「ポリエステル系樹脂」を用いることができる。本実施形態では、性能に加え、量産性、価格、入手可能性等の観点からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分とする樹脂が好ましい材料であるとして説明した。

光拡散層６３は、シートの厚さ方向断面において略台形である複数の光透過部６３ａと、該光透過部６３ａの間に形成される光吸収部６３ｂと、を備えている。
光透過部６３ａは、映像源５０側が長い下底、観察者側が短い上底となるように配置された略台形断面を有する要素である。本形態では下底側において隣り合う光透過部６３ａが連結されている。また、光透過部６３ａは、屈折率がＮｋである光透過性樹脂で構成されている。これには上記した光制御層１１の光透過部１２で説明した材料により形成することができる。

光吸収部６３ｂは、光透過部６３ａの間に形成される。従って光吸収部６３ｂは光透過部６３ａの上底側を長い下底とし、光透過部６３ａの下底側を長い上底とする台形形状である。
光吸収部６３ｂには、光吸収粒子６３ｄを分散させたバインダー６３ｃが含まれている。ここで、バインダー６３ｃに用いられるバインダー材、及び光吸収粒子６３ｄは特に限定されるものではないが、上記した光制御層１１の光吸収部１３と同様の材料及び考えにより構成することができる。

これによれば、バインダー６３ｃの屈折率をＮｃとしたとき、光透過部６３ａと光吸収部６３ｂとの屈折率差は、Ｎｋ−Ｎｃとなる。また、光透過部６３ａと光吸収部６３ｂとの界面は傾斜を有している。これにより、当該斜辺に達した映像光の一部はここで上記屈折率差に基づいて全反射するともに、該映像光の視野角を拡げる方向に出射することが可能となる。

ＴＡＣフィルム層６５は、トリアセチルセルロースにより形成されるフィルムであり、保護膜として用いられる。また、ＴＡＣフィルム層６５は、光拡散シート６０に備えられる機能層を構成する層の１つである。ここに用いられるＴＡＣフィルムは通常の液晶映像源ユニットに用いられるものを適用することができる。

ＡＧ層６６は、観察者が画面を見た時のぎらつきを防止（防眩）することができるフィルムである。ＡＧ層６６も光拡散シート６０に備えられる機能層を構成する層の１つである。ここに用いられる防眩フィルムは通常に入手できるものを適用することが可能である。

本形態では、機能層に備えられる層としてＴＡＣフィルム層６５及びＡＧ層６６を挙げたが、当該機能層に具備される層はこれに限定されるものではない。入射した映像光の質を高めて出射することができる機能を有する層であればこれに含めることができる。これには例えば反射防止層、ハードコート層、帯電防止層、偏光フィルタ層、防汚層等を挙げることができる。
反射防止層はいわゆるアンチリフレクション層であり、ＡＲ層ともいわれる。これは反射を防止することができる機能を有するフィルムが配置される。
ハードコート層は、ＨＣ層ともいわれる。これは、画像表示面に傷がつくことを抑えるために耐擦傷性を付与することができる機能を有するフィルムが配置された層である。
帯電防止層は、アンチスタティック（ＡＳ）層ともいわれる。これは、帯電、すなわち静電気が帯電することを防止することができる機能を有するフィルムが配置された層である。これには通常に入手できるＡＳフィルムを適用することが可能である。
防汚層は画面表面の汚れを防止することができる機能を有するフィルムが配置された層である。
偏光フィルタ層は、上記した偏光フィルタと同様のものである。必要に応じてここに配置してもよい。

図９からわかるように、光制御シート１０を備える映像源ユニット１では、光制御シート１０の基材層１６と映像源２０の偏光板５１とが微小構造体１７により接しているので、密着による模様、干渉縞を抑制することができる。

以上のような映像源ユニット１が筐体の内側に配置され、映像源ユニット１を作動させるための各種装置が具備されることにより、表示装置として機能させることができる。

このような表示装置が作動し、光制御シート１０に入光した光の光路について、説明する。図１０に光路例を示した。ここで光路例は説明するための概念的なものであり、反射や屈折の程度を厳密に表しているものではない。以下同様である。

バックライト２から光透過部１２の中央部付近に入射した光Ｌ１は、光透過部１２内を直進して通過し、基材層１６も透過して液晶パネル側に出射される。このとき基材層１６の出光面には微小構造体１７が形成されているので、ここで反射や拡散が抑制されており、効率よく液晶パネル側に光が出射される。当該微小構造体１７は、単なる粗面ではなく上記説明した構造を具備しているので、反射や拡散が効果的に抑えられている。

バックライト２からから所定の角度を有して光透過部１２の端部付近に入射した入射光Ｌ２、Ｌ３は、屈折率Ｎｐの光透過部１２と屈折率Ｎｂの光吸収部１３との屈折率差により、光透過部１２と光吸収部１３との傾斜した界面にて全反射され、シート面法線に平行な角度に近づいて基材層１６を透過して液晶パネル側に出射される。このときにも、基材層１６の出光面には微小構造体１７が形成されているので、ここで反射や拡散が抑制されており、効率よく液晶パネル側に光が出射される。当該微小構造体１７は、単なる粗面ではなく上記説明した構造を具備しているので、反射や拡散が効果的に抑えられている。

また、光吸収部１３の底辺から該光吸収部１３に入射した光Ｌ４は、光吸収粒子１５に吸収される。また、プリズム部１２に大きな角度を有して入射した光Ｌ５は、光透過部１２と光吸収部１３との屈折率差によっても全反射されることなく光吸収部１３の内部に入光し、光吸収粒子１５に吸収される。

このようにしてバックライト２からの光をできるだけシート面法線に平行である角度に近い光を映像源に提供することが可能で、かつ、輝度の低下を抑制することができる光制御シートを提供することが可能となる。

次に光拡散シート６０による光拡散について説明する。図１１に光路例を示した。

映像源５０から出射した映像光Ｌ１１は、光拡散シート６０内に備えられる各層を透過して、通常に観察者に出射される。また、映像光Ｌ１２、Ｌ１３は、光透過部６３ａと光吸収部６３ｂとの界面で全反射されて観察者側に出射される。このとき光吸収部６３ｂの斜辺は上記したように傾斜しているので、当該斜辺による反射の前後で光の角度が変わり、視野角を広げる方向への映像光の出射が可能となる。これにより広い視野角を得ることができる。

また、映像光Ｌ１４は、光透過部６３ａと光吸収部６３ｂとの屈折率差に基づいて、その界面で全反射することなく、光吸収部６３ｂに侵入した映像光である。このような映像光Ｌ１４は、光吸収粒子６３ｄにより吸収される。また、迷光もこのような態様により吸収させることができる。

一方、外光として映像表示装置に入射した外光Ｌ１５は、光吸収部６３ｂに入射して光吸収粒子６３ｄにより吸収される。このように外光の一部が光吸収部６３ｂに吸収されてコントラストを向上させることができる。

映像源ユニット１によれば、光制御シート１０により映像光が観察者正面方向に平行となる方向に集光されるとともに、該集光された映像光を光拡散シート６０が拡散することにより、広い視野角を得ることができる。
また、光拡散シート６０は、光制御シート１０の光制御層１１の構成と共通する部位を有しているので、材料及び製造の一部を共通化することができ、コストを削減することも可能である。

実施例では図１に示したような層構成とし、基材層に上記説明した微小構造体を形成し、これに光制御層を積層した。一方比較例では基材層に粗面を形成し、これに光制御層を積層した。以下に詳しく説明する。

＜基材層＞
実施例の基材層は微小構造体を有するポリカーボネートのシートとした。当該基材層は次の手順で作製した。すなわち、初めにアクリル樹脂（スミペックＳＴＨ−５５、住友化学株式会社）の表面に凸状の微小構造体を形成し、これを賦形のためのシート（賦形シート）とした。次に、この賦形シートをロール間に供給するとともに、シートとロール間には溶融したポリカーボネートを供給した。これによりポリカーボネートの一方の面には賦形シートとの界面において、該賦形シートに形成された微小構造体とは反転した形態の微小構造体が形成される。この状態でポリカーボネートを硬化させて賦形シートから離型させ、基材層を得た。
比較例の基材層はポリカーボネートにより形成した。このポリカーボネートは押出し成型されたフィルムに対してベルトプレスにて加熱と加圧とを同時におこなう方法で製造し、このとき、一方の面に粗面を形成した。粗面の表面粗さ（Ｒａ）は０．５μｍである。

＜光制御層＞
光制御層は上記基材層のうち微小構造体が配置された側とは反対側（実施例）、及び粗面が形成された側とは反対側（比較例）に積層した。積層の方法は、図５、図６を用いて上記説明した通りである。
光制御層のうち光透過部は、エポキシアクリレートが３９質量％、アクリレートモノマーが５８質量％、及び光開始剤が３質量％の配合の組成物を金型ロールを用いて、図５で説明したように形成した。ここで、紫外線は１Ｊ／ｃｍ^２で照射した。また、光透過部の形状は、上底が０．０３ｍｍ、下底が０．０６ｍｍ、高さが０．１５ｍｍの台形とした。硬化後の屈折率は１．５６である。
一方、光制御層のうち、光吸収部には、ウレタンアクリレートが３３．６質量％、エポキシアクリレートが１４．４質量％、トリプロピレングリコールジアクリレートが２８．０質量％、メトキシトリエチレングリコールアクリレートが４．０質量％、光重合開始剤が４．０質量％、及び光吸収粒子が１６．０質量％からなる組成物を充填し、１Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外線を照射した。ここで、組成物の充填は、図６を用いて説明したように上記形成した光透過部の全面に該組成物を供給し、余剰の組成物を金属ブレードでかきとることによりおこなった。また、組成物に含まれる光吸収粒子は、カーボンブラックを３０質量％含有したアクリルビーズであり、その平均粒子径は５μｍである。
光制御層の構成は実施例および比較例で同じとした。

＜評価方法＞
上記実施例及び比較例の光制御シートについて透過率及び干渉縞(ニュートンリング）の評価を行った。透過率は微小偏角輝度計（ＧＰ５００、株式会社村上色彩研究所）を用いて輝度を測定することにより行った。干渉縞の発生の有無は目視による観察で評価した。

＜結果＞
実施例及び比較例の光制御シートを上記評価方法で評価した結果、いずれの光制御シートも干渉縞（ニュートンリング）の発生はなかった。そして、実施例の光制御シートは比較例の光制御シートより輝度が高く、利用効率が８％高かった。

１ 映像源ユニット
２ バックライト（光源）
３ プリズムシート
４ 反射型偏光シート
１０ 光制御シート
１１ 光制御層
１２ 光透過部
１３ 光吸収部
１４ バインダー部
１５ 光吸収粒子
１６ 基材層
１７ 微小構造体
１７ａ 単位要素
５０ 映像源
５１ 偏光板
５２ 液晶パネル
５３ 偏光板
６０ 光拡散シート
１１０ 光制御シート
１１１ 接着剤層
１１６ 透光層

Claims (5)

1. 透光性を有する基材層と、
   前記基材層の一方側の面に配置された光制御層と、を備え、
   前記基材層には、前記光制御層が配置された側とは反対側の面に１μｍ未満のピッチで凸部又は凹部である単位要素が複数配列された微小構造体が形成されており、
   前記光制御層は、シート面に沿って配列され、断面形状が台形である光を透過する光透過部と、隣り合う前記光透過部の間に光吸収性を有する材料が充填されて形成される光吸収部と、を具備する、光制御シート。
2. 前記光制御層のうち、前記基材層とは反対側には透光性を有する透光層を備え、
   前記透光層には前記光制御層が配置された側とは反対側の面に１μｍ未満のピッチで凸部又は凹部である単位要素が複数配列された微小構造体が形成されている、請求項１に記載の光制御シート。
3. 請求項１又は２に記載の光制御シートと、
   前記光制御シートの前記基材層側に配置される映像源と、
   前記光制御シートの前記基材層側とは反対側に配置される光源と、を備えることを特徴とする映像源ユニット。
4. 請求項１又は２に記載の光制御シートを製造する方法であって、
   前記基材層は前記微小構造体を形成する凹凸を有する賦型シートを用いて、該賦型シートに溶融した押し出し材を供給して成型し、
   前記基材層のうち前記微小構造体とは反対側の面と、前記光透過部の形状に対応した凹凸を設けた金型ロールとの間に、電離放射線硬化性樹脂を供給して硬化させることにより光透過部を形成し、
   隣り合う前記光透過部間に光吸収性を有する材料を充填して前記光吸収部を形成する、光制御シートの製造方法。
5. 請求項２に記載の光制御シートを製造する方法であって、
   前記基材層は前記微小構造体を形成する凹凸を有する賦型シートを用いて、該賦型シートに溶融した押し出し材を供給して成型し、
   前記基材層のうち前記微小構造体とは反対側の面と、前記光透過部の形状に対応した凹凸を設けた金型ロールとの間に、電離放射線硬化性樹脂を供給して硬化させることにより光透過部を形成し、
   隣り合う前記光透過部間に光吸収性を有する材料を充填して前記光吸収部を形成し、
   前記光制御層のうち前記基材層とは反対側の面に、前記微小構造体を形成する凹凸を有する賦型シートを用いて、前記光制御層と該賦型シートとの間に溶融した押し出し材を供給して前記透光層を成型する、光制御シートの製造方法。

Images