JP5192877B2

JP5192877B2 - 光学機能部材

Info

Publication number: JP5192877B2
Application number: JP2008089486A
Authority: JP
Inventors: 聡服部; 充倉田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009244482A

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等のバックライトユニットや、照明装置に用いられる面光源装置において、照明光路制御に使用される光学機能部材に関する。

ＬＣＤ用バックライトや照明装置においては、エッジ部に設けられた光源と、光源からの光を面発光に変える平板状の導光部材（導光板又は導光フィルムともいう）とを有する面光源装置が用いられている。面光源装置としては、光源からの光を導光部材の平板面から均一に且つ効率よく面発光させるために、レンズシートや光拡散シートを備えたものが知られている。通常は、レンズシートや光拡散シートを導光部材上に重ねて載置され、これにより、導光部材に入射した光をシートと垂直な方向に転向させている。

近年では、上記レンズシートや光拡散シートなどの光学部品の数を減らすために、或いは、面光源装置を薄型化するために、導光部材に光転向機能を付加した構成が考案されている。

例えば、特許文献１には、図１０（ａ）に示すように、発光ダイオード５０ａを有する光源５０と、導光体５１と、支持フィルム５３上に複数のレンズ５４がアレイ状に形成されたレンズシート５２と、反射膜５６とを備えた面光源装置が開示されている。特許文献１では、各レンズ５４の平坦な頂部５４ａを導光体５１に貼り付けることで、導光体５１とレンズシート５２とが一体化されている。このような構成では、図１０（ｂ）に示すように、レンズ５４を介して、導光体５１内を伝搬する光が上向きに転向される。

また、特許文献２では、図１１に示すように、光源６０と、導光体６１と、基材層６３表面に接着剤層６６を介して接着された複数のマイクロプリズム６４からなるレンズシート６２とを有するバックライト装置が開示されており、ここでは、マイクロプリズム６４の平坦な光入射面６４ａが、接着剤層６５を介して導光体６１に接着されている。このような構成においても、図示のように、マイクロプリズム６４を介して、導光体６１内を伝搬する光は上向きに転向される。

また、特許文献３では、導光板と、特定の偏光を選択的に透過する偏光機能層と、出射光の出射角度を制御するためのレンズシートとが、一体的に形成された構成が開示されている。特許文献３では、レンズシートの表面に複数の凸部が１次元配列又は２次元配列で配置され、この凸部の頂部で導光板の出射面と接着されている。
特許第３８２６１４５号公報米国特許第５，３９６，３５０号公報特開２００６−２４４８０３号公報

平板状の導光部材とレンズシートとを一体化する方法としては、例えば、レンズシート表面に配列された各レンズ先端の平坦面に、接着剤を塗布し、導光部材に貼合する方法や、導光部材に接着剤を塗布し、各レンズ先端の平坦部を載せて貼合する方法が用いられる。貼合方法としては、例えば、特許文献１に記載されているように、フィルム状の導光部材（以下、導光フィルムという）を用いて、導光フィルムのロールとレンズシートのロールとを連続的に送り出し、両者を貼り合わせた後に巻き取るという、ロール・ツー・ロールプロセスで作成することが試みられている。このロール・ツー・ロールプロセスにおいては、例えば図１２に示すように、導光フィルム５１にレンズ５４を貼り合わせ（接触させ）、その後搬送ロール７０まで搬送され、搬送ロール７０で押圧されることでレンズ５４が導光フィルム５１表面に固定される。

しかしながら、導光フィルムとレンズシートとを一体化する場合、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、導光フィルム５１の平面とレンズ５４先端の平坦部に挟まれる部分の接着剤層の厚みは、圧着の際の圧力で変化してしまい、レンズ５４と導光フィルム５１の相対位置が変化したり、接着剤５５が両者の接合部からはみ出したりする。接着剤５５のはみ出しが著しい場合には、介在する接着剤量が不十分となり、接合強度が低下する上に、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、はみ出し部の影響で、光の出射量及び出射方向にばらつきが生じる。さらに、通常、接着剤としては、高い接合強度を得るために、被着体表面の微細凹部に入って投錨効果の得られる低粘度で高流動性を有する熱硬化タイプのものを用いる場合が多く、完全硬化までに１時間以上を要する。この場合、上記のロール・ツー・ロールプロセスを用いて一体化すると、接着剤層が十分に硬化していない状態で搬送ロールや巻き取りロール等で押圧されるため、上記のような接着剤層のはみ出しや厚み方向の相対位置の変化（接着剤層の厚さの変化）が生じるだけでなく、レンズのシート面方向の位置ずれが発生してしまう。このように、導光部材とレンズシートとを一体化した光学シートにおいては、接着剤の流動性に起因する接合強度の面内ばらつき及びレンズの低い位置精度、さらにこれらに伴う光の出射量及び出射方向のばらつきといった問題があり、これら問題を解消可能な光学シートの開発が望まれている。

そこで、本発明の目的は、導光部材とレンズシートとの接合強度の面内均一性及びレンズの位置精度に優れ、光の出射量及び出射方向にばらつきを低減可能な光学機能部材を提供することにある。

本発明の第１の態様は、側面に設けられた光源から入射した光を伝播するための平板状の導光部材と、表面に複数の単位レンズが配置された、前記導光部材から出射される出射光の出射角度を制御するためのレンズシートとを有し、これらが粘接着剤層を介して一体的に形成された光学機能部材であって、前記単位レンズは、その先端部に、断面三角形の１８０°未満の頂角による稜線を有する三角柱が並列に配置された形状の頂部を複数有し、前記粘接着剤層を介して前記導光部材と前記レンズシートとを貼合する際の貼合方向と、前記三角柱の稜線の方向と、が一致するように前記レンズシートの表面に配置されており、前記単位レンズの先端部は、前記導光部材に近い前記頂部の角度が、前記導光部材に遠い根元部の角度よりも小さい角度の鋭角であり、前記導光部材に向かって凸状の前記単位レンズの頂部が前記粘接着剤層に食い込み、食い込みの際に押し出された前記粘接着剤層を構成する粘接着剤が前記単位レンズの先端部の周囲に盛り上がった状態で、前記導光部材と前記レンズシートとが接着されていることを特徴とする光学機能部材である。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様にかかる光学機能部材において、前記単位レンズは、当該単位レンズの先端部における最頂部と凹部との高さの差が、前記粘接着剤層の厚みよりも大きいことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、前記第２の態様にかかる光学機能部材において、前記最頂部を有する頂部の前記粘接着剤層に食い込む部分の体積と、前記凹部と前記粘接着剤層とによって形成される空間の容積とが等しくなるように、前記最頂部を有する頂部が前記粘接着剤層に食い込んでいることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、前記第１から第３のいずれかの態様にかかる光学機能部材において、前記単位レンズの先端部が前記粘接着剤層を貫いて、前記１つ又は複数の単位レンズの最頂部が、前記導光部材に接していることを特徴とする。

本発明の第５の態様は、前記第１から第４のいずれかの態様にかかる光学機能部材において、前記粘接着剤層は、光硬化型粘接着剤からなることを特徴とする。

本発明の第６の態様は、前記第１から第５のいずれかの態様にかかる光学機能部材において、前記粘接着剤層の硬化後の屈折率が、前記単位レンズの屈折率と等しいことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、前記第１から第６のいずれかの態様にかかる光学機能部材において、前記粘接着剤層の硬化後の屈折率が、前記導光部材の屈折率と等しいことを特徴とする。

本発明の光学機能部材によれば、単位レンズとして、先端部に、１８０°未満の頂角を有する頂部を１つ又は複数有するものを用い、その頂部を粘接着剤層に食い込んだ状態で、導光部材とレンズシートとが接着されているので、頂部がくい込む効果によって、粘接着剤層の流動性にかかわらず、一定以上の高い接合強度を確保することができるとともに、面内で均一な接合強度を得ることができる。特に、頂部を複数有するものを用いることで、粘接着剤層との接触面積が増加し、接合強度をより向上させることができる。また、一定以上の高い接合強度確保でき、さらに接合強度が面内で均一化することで、レンズシートと導光部材の貼合後、接着剤層の硬化完了までにおいて、厚み方向の相対位置の変化やレンズの位置ずれが生じ難い。このため、レンズの位置精度が向上するので、光の出射量及び出射方向にばらつきを低減し、より均一な面発光を実現することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる光学機能部材（光学シート）１０を示す断面図である。光学シート１０は、導光フィルム１１と、レンズシート１２とを有し、これらが粘接着剤層１５を介して一体的に形成されている。
レンズシート１２は、導光フィルムから出射される出射光の出射角度を制御するためのものであり、基材フィルム１３と、基材フィルム１３の表面に配列された複数の単位レンズ１４とで構成されている。

レンズシート１２は、導光フィルム１１の光出射面１１ａから出射される出射光の出射角度を制御するためのものであり、基材フィルム１３と、この基材フィルム１３の表面に配列された複数の単位レンズ１４とで構成される。

単位レンズ１４は、図１に示すように、先端部に１８０°未満の頂角を有する頂部１４ａを有しており、その頂部１４ａが粘接着剤層１５に食い込むように配置されている。このように、単位レンズ１４の頂部１４ａが粘接着剤層１５に食い込むことで、粘接着剤の流動性にかかわらず、一定以上の高い接合強度を確保することができるとともに、レンズシート面内で均一な接合強度を得ることができる。また、これにより、レンズシート１２と導光フィルム１１を一体化する際に、厚み方向の相対位置の変化やレンズの位置ずれを生じ難くすることができる。具体的には、導光フィルム１１とレンズシート１２を連続的に送り出し、貼り合わせた後に巻き取るというロール・ツー・ロールプロセスで光学シート１０を作製する場合には、ロール搬送や巻取りの際の曲率の影響で、接着部に力が加わるため、硬化の進行が不十分な場合には、レンズと導光フィルムの厚み方向の相対位置が変化したり、フィルム面方向のレンズの位置ずれが生じたりする課題があるが、頂部１４ａを有する単位レンズ１４を用い、且つ、頂部１４ａを粘接着剤層１５に食い込ませることで、レンズの位置精度を向上させることができ、このような課題を解消することが可能となる。また、レンズの位置精度が向上する結果、光の出射量及び出射方向にばらつきを低減し、より均一な面発光を実現することができる。

単位レンズ１４の頂部１４ａの先端は、図１に示すように、粘接着剤層１５を貫いて導光フィルム１１に接触していることが好ましい。頂部１４ａの先端と導光フィルム１１とが接触するように、頂部１４ａの形状及び／又は粘接着剤層１５の厚みを設計することで、粘接着剤層１５を介してレンズアレイを導光フィルム１１に押圧貼合する際に、頂部１４ａの先端が導光フィルムに達した時点で食い込みが停止するため、レンズ１４と導光フィルム１１との相対位置が安定し、厚み方向の位置精度をより向上させることができる。

単位レンズの形状は、その先端部に、１８０°未満の頂角を有する頂部を少なくとも１つ有するものであれば特に限定されない。図１で示した単位レンズ１４に代えて、例えば、図２に示すような、３つの頂部２４ａ〜２４ｃを有する単位レンズ２４を用いることができる。このような構成により、図１で示した単位レンズ１４よりも、粘接着剤層１５との接触面積が増加するので、接合強度をより向上させることができる。

単位レンズ２４を用いる場合にも、図示のように、その最頂部２４ａが導光フィルム１１に接していることが好ましい。また、単位レンズ２４においては、最頂部２４ａと凹部２４ｄとのレンズ底面からの高さの差ｈが、粘接着剤層１５の厚みよりも大きく設定することが好ましい。これにより、頂部２４ａが粘接着剤層１５に食い込んだことによって押し出された粘接着剤を、２つの凹部２４ｄと粘接着剤層１５とによって形成される空間で吸収することができ、粘接着剤のはみ出しを抑制することができ、接合強度と位置精度の安定性を得ることができる。特に、頂部２４ａの粘接着剤層１５に食い込んだ部分の体積と、２つの凹部２４ｄと粘接着剤層１５とによって形成される空間の容積とが等しくなるように、頂部２４の形状、及び／又は、粘接着剤層の厚さを設計することが好ましく、これにより押し出された粘接着剤を上記空間に完全に吸収することができる。

また、図１で示した単位レンズ１４に代えて、例えば図３に示すような、その頂部３４ａが三角柱を並列に配置してなるストライプ形状を有する単位レンズ３４を用いることもできる。単位レンズ３４を用いる場合にも、その最頂部が導光フィルム１１に接していることが好ましい。また、このような形状の単位レンズ３４を用いる場合には、レンズシート１２を粘接着剤層１５を介して導光フィルムに貼合する際に、図示のように、各単位レンズ３４の三角柱の稜線がレンズシート１２の貼合方向と一致するようにして貼合することが好ましい。これにより、頂部３４ａの凹部への空気の取り込みのない、良好な接合が可能となる。

粘接着剤層１５を構成する粘接着剤は、接着剤や、感圧接着剤とも呼称される粘着剤の他、接着性と粘着性とを兼ね備えた粘接着剤とを含むものである。接着剤としては、（メタ）アクリレート系、オキセタン系などのモノマー・オリゴマー系接着剤、尿素樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾルシノール樹脂系、エポキシ系、ポリウレタン樹脂系、酢酸ビニル樹脂系、ポリビニルアルコール樹脂系、アクリル樹脂系、セルロース樹脂系などの樹脂系接着剤、クロロプレン系、ニトリルゴム系、スチレンブタジエンゴム系、スチレンブロック共重合熱可塑性エラストマー系、ブチルゴム系、天然ゴム系、再生ゴム系、塩化ゴム系、シリコーンゴム系などのゴム系接着剤、膠や澱粉系などの天然系接着剤などが挙げられる。また、粘着剤としては、（メタ）アクリレート系、オキセタン系、スチレンブタジエンゴム系、ブチルゴム系、天然ゴム系、シリコーンゴム系、ポリイソプレン系、ポリブテン系、ポリビニルエーテル系、アクリル樹脂系、ポリエステル系などが挙げられる。粘接着剤としては、例えば、先に挙げた接着剤と粘着剤の混合物を用いることができる。

上記の接着剤、粘着剤、あるいは粘接着剤を用いて、常温あるいは加熱しながらの圧着や、紫外線等の光を照射することによって、粘接着剤層１５が硬化され、導光フィルム１１とレンズシート１２とが接着される。粘接着剤層１５としては、熱硬化性よりも硬化速度の速い光硬化性の粘接着剤を用いることが好ましい。これにより、例えば、ロール・ツー・ロールプロセスで作製する場合において、導光フィルム１１とレンズシート１２との貼合直後の光照射によって速やかに硬化するので、搬送ロールや巻取りロールに至るまでに十分に硬化してレンズアレイを固定することができる。よって、レンズのフィルム面方向の位置ずれをより一層抑制することができる。

また、粘接着剤層１５の硬化後の屈折率を、単位レンズ１４及び／又は導光フィルム１１の屈折率と等しくすることで、界面での光の反射を低減でき、出射光のロスを低減できる点で好ましい。

以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図４に示すような、断面が、台形（上辺４５μｍ、下辺１０μｍ、高さ２５μｍ）と三角形（底辺４μｍ、高さ３μｍ）とを組み合わせた形状を有する単位レンズを複数配列したレンズシートを準備した。粘接着剤層３μｍを厚さ７００μｍの導光フィルム上に塗工し、貼合用ローラーを用いてレンズシートと貼合し、UV硬化させて、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍの光学シートを作成した。
導光フィルムのエッジから光を入射させたときの、導光フィルム正面（発光面）の長さ方向の輝度分布を図５に示す。なお、グラフ中、横軸は導光フィルムの光源側端部からの長さ方向の距離を示す。

（実施例２）
図６に示す断面形状を有する単位レンズを複数配列したレンズシートを準備した。粘接着剤層３μｍを厚さ７００μｍの導光フィルム上に塗工し、貼合用ローラーを用いてレンズシートと貼合し、UV硬化させて、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍの光学シートを作成した。
導光フィルムのエッジから光を入射させたときの、導光フィルムの正面（発光面）長さ方向の輝度分布を図７に示す。

（比較例１）
断面が、上辺４５μｍ、下辺１０μｍ、高さ２５μｍの台形形状を有する単位レンズを複数配列したレンズシートを準備した。粘接着層３μｍを厚さ７００μｍの導光フィルム上に塗工し、貼合用ローラーを用いてレンズシートと貼合し、熱硬化させて、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍの光学シートを作成した。
導光フィルムのエッジから光を入射させたときの、導光フィルム正面（発光面）の長さ方向の輝度分布を図８に示す。

また、実施例１、実施例２、比較例１の面発光の均一性と接合強度についてまとめた結果を図９に示す。
図５，７〜９の結果より、実施例１及び２は、いずれも比較例１と比べて輝度のばらつきが少なく、優れた輝度均一性を得られることがわかる。
また、接合強度に関しては、比較例１では、粘接着剤層の流動性により接合強度の面内ばらつきが生じたのに対し、実施例１、実施例２では、頂部が食い込む効果によって接合強度を面内で均一化することができた。さらに実施例２では、複数の頂部を有することから、接合強度をより向上させることができた。

本発明の一実施形態にかかる光学機能部材を示す断面図である。単位レンズの変形例を示す断面図である。単位レンズの他の変形例を示す断面図である。実施例１の単位レンズを示す断面図である。実施例１の導光フィルム正面（発光面）の長さ方向の輝度分布を示すグラフである。実施例２の単位レンズを示す断面図である。実施例２の導光フィルム正面（発光面）の長さ方向の輝度分布を示すグラフである。比較例１の導光フィルム正面（発光面）の長さ方向の輝度分布を示すグラフである。実施例１、２及び比較例１の面発光の均一性と接合強度の結果を示すグラフである。（ａ）は、従来の光学機能部材の例を示す断面図であり、（ｂ）は、図１０に示す面光源装置での光の伝搬を説明するための図である。従来の光学機能部材の他の例を示す断面図である。従来の光学機能部材の製造方法を説明するための図である。従来の光学機能部材の不具合を説明するための図（その１）である。従来の光学機能部材の不具合を説明するための図（その２）である。

符号の説明

１０光学シート（光学機能部材）
１１導光フィルム（導光部材）
１２レンズシート
１３基材フィルム
１４単位レンズ
１４ａ頂部
１５粘接着剤層

Claims

側面に設けられた光源から入射した光を伝播するための平板状の導光部材と、表面に複数の単位レンズが配置された、前記導光部材から出射される出射光の出射角度を制御するためのレンズシートとを有し、これらが粘接着剤層を介して一体的に形成された光学機能部材であって、
前記単位レンズは、その先端部に、断面三角形の１８０°未満の頂角による稜線を有する三角柱が並列に配置された形状の頂部を複数有し、前記粘接着剤層を介して前記導光部材と前記レンズシートとを貼合する際の貼合方向と、前記三角柱の稜線の方向と、が一致するように前記レンズシートの表面に配置されており、
前記単位レンズの先端部は、前記導光部材に近い前記頂部の角度が、前記導光部材に遠い根元部の角度よりも小さい角度の鋭角であり、
前記導光部材に向かって凸状の前記単位レンズの頂部が前記粘接着剤層に食い込み、食い込みの際に押し出された前記粘接着剤層を構成する粘接着剤が前記単位レンズの先端部の周囲に盛り上がった状態で、前記導光部材と前記レンズシートとが接着されていることを特徴とする光学機能部材。
前記単位レンズは、当該単位レンズの先端部における最頂部と凹部との高さの差が、前記粘接着剤層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学機能部材。
前記最頂部を有する頂部の前記粘接着剤層に食い込む部分の体積と、前記凹部と前記粘接着剤層とによって形成される空間の容積とが等しくなるように、前記最頂部を有する頂部が前記粘接着剤層に食い込んでいることを特徴とする請求項２に記載の光学機能部材。
前記単位レンズの先端部が前記粘接着剤層を貫いて、前記１つ又は複数の単位レンズの最頂部が、前記導光部材に接していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学機能部材。
前記粘接着剤層は、光硬化型粘接着剤からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学機能部材。
前記粘接着剤層の硬化後の屈折率が、前記単位レンズの屈折率と等しいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学機能部材。
前記粘接着剤層の硬化後の屈折率が、前記導光部材の屈折率と等しいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学機能部材。