JP5353385B2 - 光学シートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱膨張による変形を抑制することができる光透過性の光学シート、当該光学シートの製造方法、当該光学シートを含む面発光装置及び液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶表示パネルと、照明光源としてのバックライトを備えている。バックライトには、光源から出射された光を拡散するシートや、液晶表示パネル側に集光するシートのほか、光を偏光分離するシートなどの種々の光学シートが組み込まれる。

近年、液晶表示装置は、その薄型化が顕著である。それに伴い、液晶表示装置のバックライトに組み込まれる光学シートの薄膜化が進められている。光学シートの薄膜化による問題点の一つに、その剛性の低下が挙げられる。光学シートの剛性が低下すると、バックライトの温度上昇によって光学シートが変形しやすくなる。光学シートの線膨張係数が大きいと、バックライトの温度上昇に伴ってシートにうねりが発生し、当該うねりによる輝度ムラがパネル越しに視認されてしまう。

この問題を解消するために、例えば特許文献１には、光学シートの熱膨張による変形を規制する線状部材をバックライトの筐体部に設ける構造が記載されている。これにより、光学シートと液晶表示パネルとの接触を防止して、表示画面の輝度の均一性を確保するようにしている。

特開２００９−２１０３７号公報（段落［００５４］、図１、２）

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、線状部材という別の構成体を必要とするため、バックライトの部品点数の増加を招くという問題がある。また、線状部材は光学シートの光出射面を横切るように設置されるため、当該線状部材がパネル越しに視認されないようにするために、線状部材の構成および設置に種々の制限を伴う。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、熱膨張による変形を抑えることができる光学シート、当該光学シートの製造方法、当該光学シートを備える面発光装置及び液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る光学シートは、シート本体と、構造面部とを有する。
上記シート本体は、光が入射する第１の表面と光が出射する第２の表面とを有する単一の透光性樹脂材料層からなる。上記シート本体は、互いに直交する第１及び第２の面内軸方向に配向結晶化されている。上記シート本体の面内すべての方向の線膨張係数は、１．０×１０Ｅ−５／℃以下である。
上記構造面部は、上記第１及び第２の表面の少なくとも一方に形成され、幾何学形状を有する。

上記光学シートは単一の樹脂材料層で構成されるので、異種材料の積層体で構成される場合における各層間の熱膨張係数の違いに起因して発生するシートの反りが回避される。また、上記光学シートは、面内２軸方向に配向結晶化されることで、その配向の方向に剛性が高まり、線膨張係数が低下する。これにより、熱膨張による光学シートの変形量を小さく抑えることができる。さらに、上記シート本体の面内すべての方向において熱膨張を低減できるため、面内２軸方向における熱膨張量の違いに起因するシートのうねりが抑制される。そして、配向結晶化は、ランダム結晶化と異なり、シートの白化を防止できる。これにより、シート本体の透明性が維持されるため、光学シートとしての効果が失われることはない。

上記光学シートの面内方向における線膨張係数は、１．０×１０Ｅ−５／℃以下である。例えば、光透過シートとして汎用的に用いられているポリカーボネート等の非晶性樹脂シートは、線膨張係数が１．０×１０Ｅ−５／℃よりも大きい。このため、上記光学シートは、この種の非晶性樹脂シートに比べて、うねりなどの熱変形が抑制されることになる。また、１．０×１０Ｅ−５／℃以下の線膨張係数を得るための当該軸方向のヤング率は、例えば、３．０ＧＰａ以上である。したがって、この程度の剛性が得られる程度に上記シート本体を延伸することで、所望の熱特性を得ることが可能となる。

ここで、１０Ｅ−５の「Ｅ」はエクスポネンシャルを表し、１０Ｅ−５は１０^−５と同義である。また、３．０ＧＰａの「Ｇ」はギガを意味し、３．０ＧＰａは３．０×１０Ｅ９Ｐａである。

上記構造面部は、例えば、当該光学シートを透過する光の配向を制御する。上記構造面部は、光入射側の上記第１の表面に形成されてもよいし、光出射側の上記第２の表面に形成されてもよいし、これらの各面にそれぞれ形成されてもよい。一実施形態において、上記構造面部は、光学シートの光出射側の面（第２の表面）に形成される。

上記構造面部は、断面三角形状のプリズム形状としてもよい。これにより、上記光学シートを集光シートとして構成することができる。上記構造面部の形状はプリズム形状に限られず、曲面状の凸または凹レンズ形状であってもよい。

上記シート本体は、上記第１及び第２の面内軸方向に延伸処理された結晶性樹脂で構成することができる。結晶性樹脂は、延伸方向に結晶化が進み、その方向にヤング率（弾性率）が高まる。ヤング率の上昇に伴ってその方向の線膨張係数が小さくなり、熱変形が抑制される。結晶性樹脂としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体などが挙げられるが、勿論これらに限られない。

また、上記光学シートの全光線透過率を８０％以上とすることで、透過ロスの少ない光学シートを得ることが可能である。光学シートの透過率は、結晶の配向特性に影響される。結晶がランダムな方向に配向していると、シートが白化し透過率が落ちる。そこで、上記シート本体を２軸延伸することで結晶の配向に規則性をもたせることが可能となり、透明度を確保しながら所望の耐熱変形特性を付与することが可能となる。

上記構造面部を含むシート本体の厚みは、例えば、１０μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。厚みが１０μｍ未満では、ハンドリング性の低下が懸念される。厚みが３００μｍを超えると、シートの薄膜化への寄与率が低下する。

上記シート本体の第１及び第２の面内軸方向の屈折率は、１．５９以上とすることができる。これにより、上記光学シートを集光シートとして構成した場合、空気層との界面における屈折率差を大きくして集光性を高め、輝度向上率の上昇を図ることができる。

本発明の一形態に係る光学シートの製造方法は、第１の表面と第２の表面とを有する単一の結晶性樹脂からなる透光性のシートを、面内２軸方向に延伸することで、面内すべての方向の線膨張係数が１．０×１０Ｅ−５／℃以下となるように配向結晶化させることを含む。上記シートの前記第１及び第２の表面の少なくとも一方に、幾何学形状の構造面部が形成される。

上記光学シートの製造方法は、上記シートを面内２軸方向に配向結晶化することで、その方向の剛性を高め、線膨張係数を低下させる。これにより、面内すべての方向において熱膨張を低減できるため、熱膨張による変形が少ない光学シートを製造することが可能となる。

上記シートを配向結晶化させる工程は、上記シートに上記構造面部を形成する工程の前に実施されてよい。
これにより、構造面部の形状精度に優れた光学シートを製造することができる。

上記シートを配向結晶化させる工程は、第１の延伸工程と、第２の延伸工程とを有してもよい。上記第１の延伸工程は、上記シートを第１の面内軸方向に延伸する。上記第２の延伸工程は、上記シートを上記第１の面内軸方向と直交する第２の面内軸方向に延伸する。この場合、上記幾何学形状の構造面部を形成する工程は、上記第１の延伸工程の後、上記第２の延伸工程の前に実施される。
これによっても、構造面部の形状精度に優れた光学シートを製造することができる。

上記幾何学形状は、稜線を有する断面三角形状のプリズム形状を含んでもよい。この場合、上記第１の延伸工程の後に実施される上記構造面部の形成工程では、上記稜線が上記第１の面内軸方向と直交するように形成される。
これにより、延伸前後における構造面部の頂角の変動を抑制することができる。

一方、前記シートを配向結晶化させる工程は、前記シートに前記構造面部を形成する工程の後に実施されてもよい。
この場合、構造面部の形状精度をシートの延伸量で制御することができる。

上記構造面部を形成する工程は、幾何学形状の構造面を有する転写型を用いてもよい。これにより、当該構造面を形状精度に優れた構造面部を形成することができる。また、前記第２の表面を光出射側の面とすることで、上記構造面によって出射光の配向特性を高精度に制御することが可能となる。

本発明の一形態に係る面発光装置は、光学シートと、照明光源とを具備する。
上記光学シートは、光が入射する第１の表面と光が出射する第２の表面とを有する単一の透光性樹脂材料層からなる。上記光学シートは、上記第１及び第２の表面の少なくとも一方に幾何学形状の構造面部を有する。上記光学シートは、互いに直交する第１及び第２の面内軸方向に配向結晶化されている。上記シート本体の面内すべての方向の線膨張係数は、１．０×１０Ｅ−５／℃以下である。
上記照明光源は、上記光学シートの上記第１の表面側に配置され、上記第１の表面へ光を照射する。

上記面発光装置によれば、光学シートの熱膨張による変形が抑えられるため、輝度ムラの低減を図ることができる。

本発明の一形態に係る液晶表示装置は、光学シートと、照明光源と、液晶表示パネルとを具備する。
上記光学シートは、光が入射する第１の表面と光が出射する第２の表面とを有する単一の透光性樹脂材料層からなる。上記光学シートは、上記第１及び第２の表面の少なくとも一方に幾何学形状の構造面部を有する。上記光学シートは、互いに直交する第１及び第２の面内軸方向に配向結晶化されている。上記シート本体の面内すべての方向の線膨張係数は、１．０×１０Ｅ−５／℃以下である。
上記照明光源は、上記光学シートの上記第１の表面側に配置され、上記第１の表面へ光を照射する。
上記液晶表示パネルは、上記光学シートの上記第２の表面側に配置される。

上記液晶表示装置によれば、光学シートの熱膨張による変形が抑えられるため、光学シートの変形に伴う輝度ムラが液晶表示パネル越しに視認されることはない。これにより、表示画像の画質の劣化を防止することができる。

本発明によれば、光学シートの熱膨張による変形を抑制することができる。これにより、輝度ムラの少ない面発光装置及び液晶表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学シートの概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学シートの製造方法において使用される延伸機の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光学シートの製造方法において使用される延伸機の他の例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光学シートの製造方法において使用される転写装置の一例を示す側面図である。 図５に示した転写装置の構成の変形例を示す側面図である。 本発明の実施例に係るサンプルの物性及び特性の評価結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。まず、この液晶表示装置１０の全体構成について説明する。

［液晶表示装置の全体構成］
本実施形態の液晶表示装置１０は、液晶表示パネル１１と、第１及び第２の偏光子１２Ａ、１２Ｂと、プリズムシート１３と、拡散板１４と、バックライトユニット１５とを備えている。

液晶表示パネル１１は、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ構造を有している。液晶層の駆動方式は特に限定されず、例えば、ＶＡ（垂直配向）方式、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）方式、ＴＮ（ツイストネマチック）方式などが適用可能である。

第１の偏光子１２Ａは、液晶表示パネル１１の光入射側に配置された偏光子である。第２の偏光子１２Ｂは、液晶表示パネル１１の光出射側に配置された偏光子である。第１及び第２の偏光子１２Ａ、１２Ｂは、光透過軸と、これと直交する光吸収軸とを有する。本実施形態では、第１の偏光子１２Ａの光透過軸と、第２の偏光子１２Ｂの光透過軸とは、互いに直交するように配置されている。

プリズムシート１３は、液晶表示装置１０の正面輝度を向上させるための輝度向上フィルム（あるいはシート）として用いられている。プリズムシート１３は、バックライトユニット１５からの照明光（バックライト光）を拡散出射する拡散板１４の光出射側に配置される。プリズムシート１３は、拡散板１４からの出射光を正面方向に集光し、液晶表示パネル１１の正面輝度を向上させる機能を有している。

照明光源としてのバックライトユニット１５は、複数本の線状光源１６と、反射板１７とを備える直下型バックライトとして構成されている。これに代えて、バックライトユニット１５は、導光板を使用するエッジライト型バックライトとして構成されてもよい。また、光源１６は、冷陰極管等の線状光源が用いられているが、これ以外にも、例えば発光ダイオードや有機エレクトロルミネッセンス素子などが用いられてもよい。

プリズムシート１３及び拡散板１４は、バックライトユニット１５に組み込まれることによって、液晶表示パネル１１を背面側から照明する面発光装置が構成される。バックライトユニット１５に組み込まれる光学シートは、上述のプリズムシート１３及び拡散板１４に限られず、例えば、照明光をＰ波とＳ波とに分離する偏光分離シートなどが含まれてもよい。また、プリズムシート１３及び拡散板１４は必要に応じて複数枚用いられてもよい。

［プリズムシートの構成］
次に、プリズムシート１３の詳細について説明する。

図２は、プリズムシート１３の全体構成を模式的に示している。プリズムシート１３は単一の透光性樹脂材料層からなるシート本体１３ｓを含む。シート本体１３ｓは、光入射面１３ａと、光出射面１３ｂとを有する。光入射面１３ａはバックライト側に配置され、光出射面１３ｂは液晶表示パネル１１側に配置される。光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂはそれぞれ、プリズムシート１３（シート本体１３ｓ）と空気層との界面を構成する。

光出射面１３ｂには、幾何学形状を有する構造面部１３ｐが形成されている。構造面部１３ｐは、シート本体１３ｓの光出射面１３ｂに対して、対応する形状の構造面が形成された転写型を用いて形成される。したがって、構造面部１３ｐもまた、シート本体１３ｓと同一の材料で構成される。構造面部１３ｐは、光出射面１３ｂの全面に形成されているが、これに限られず、例えば液晶表示パネル１１の有効画素領域に対応する領域にのみ部分的に形成されてもよい。

本実施形態において、構造面部１３ｐのｙｚ断面の形状は、三角形のプリズム形状を有する。本実施形態では、構造面部１３ｐは断面二等辺三角形状に形成されている。プリズムの頂角は、特に限定されず、目的とする輝度特性に応じて適宜設定可能であり、例えば６０度以上１２０度以下とすることができる。上記範囲では特に、８５度以上９５度以下とすることができ、例えば９０度とすることができる。プリズムの頂部は鋭利な形状である場合に限られず、曲面形状であってもよい。構造面部１３ｐは複数列のプリズム面で構成されている。各プリズムは、ｘ軸方向に延びる稜線を有するとともに、ｙ軸方向に配列されている。プリズムの配列ピッチ（隣接する２つのプリズムの頂部の間の距離）は、特に限定されない。例えば、配列ピッチを５０μｍ以下とすることで、モアレの発生を抑えることが可能となる。

構造面部１３ｐは、上述したプリズム形状に限られず、例えば、シリドリカルレンズやトロイダルレンズのようにｙｚ断面が曲面形状のレンチキュラーレンズであってもよい。このような形状によっても、所定の集光特性を得ることができる。あるいは、ｘ方向及びｙ方向にそれぞれ所定の間隔をあけて配列されたレンズアレイのような集光シートであってもよい。

一方、シート本体１３ｓの光入射面１３ａは、平坦に形成されている。光入射面１３ａは所定の表面粗さを有するシボ面とすることも可能である。あるいは、光入射面１３ａにも幾何学形状の構造面部が形成されてもよい。この場合、構造面部の形態は、光入射面１３ａ側と光出射面１３ｂとで同一であってもよいし、異なっていてもよい。

シート本体１３ｓは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体などの結晶性樹脂材料で構成されている。シート本体１３ｓは、互いに直交する面内２軸方向（図２においてｘ方向及びｙ方向）に配向結晶化されている。

配向結晶化の第１の目的は、結晶の配向方向に沿ったシート本体１３ｓの線膨張係数を減少させることにある。一般に、線膨張係数は樹脂のもつ物性で決まる固有値ではあるが、結晶性樹脂に関しては配向結晶化を進めることで、その方向に線膨張係数も変化するという特性を有する。すなわち、結晶性樹脂は、配向結晶化された方向にヤング率が大きくなり、これに伴って線膨張係数が線形的に減少する。シート本体１３ｓの線膨張係数が減少することで（又はヤング率が大きくなることで）、シート本体１３ｓの熱膨張による変形を抑制することが可能となる。

また、シート本体１３ｓは、面内２軸方向に配向結晶化されているため、当該２軸方向に関して線膨張係数が低減されている。例えば、１軸延伸による配向結晶化では、延伸方向とこれに直交する方向との間に線膨張係数の大きな差が生じる。その結果、熱膨張による変形量が面内で不均一となることで、シートにうねりが発生し易くなる。これを回避するため、本実施形態のシート本体１３ｓは、上記結晶性樹脂シートを面内２軸方向に延伸することで、当該２軸方向の間における線膨張係数の差を低減し、高温環境下におけるシート本体１３ｓのうねりを抑制するようにしている。特に、２軸延伸の各軸方向におけるシートの延伸倍率を同等とすることにより、各軸間の線膨張係数の一様化を図ることができ、熱膨張量の不一致によるシートのうねりを抑制することができる。

本実施形態では、シート本体１３ｓは、そのｘｙ平面に平行なすべての方向（以下、ｘｙ面内方向という。）の線膨張係数が１．０×１０Ｅ−５／℃以下となるように、配向結晶化されている。この場合、シート本体１３ｓのｘｙ面内方向のヤング率は３．０ＧＰａ以上である。例えば、光学シートの構成材料として広く使用されるポリカーボネート（ＰＣ）やポリスチレン（ＰＳ）などの非晶性樹脂は、線膨張係数が１．０×１０Ｅ−５（１．０×１０^−５）台と比較的大きい。この種の非晶性樹脂シートを用いる場合、上記うねりの問題を解消するために、シート厚を大きくすることで剛性を確保することも考えられる。しかし、この手法ではシート厚の低減を図れなくなるとともに厚みの増加による材料コストの上昇を招いてしまうため、好ましくない。

配向結晶化の第２の目的は、結晶性樹脂層の透明度を確保することにある。結晶性樹脂は、ランダムに結晶化すると白化し、透過率が顕著に低下する。このような樹脂シートは、光学シートとしての使用に耐えられない。本実施形態では、シート本体１３ｓを２軸方向に配向結晶化させることで、配向特性に規則性をもたせ、白化による透過率の低下を抑制するようにしている。シート本体１３ｓは、例えば、８０％以上の全線透過率を有している。

配向結晶化の第３の目的は、シート本体１３ｓの屈折率を高めることにある。結晶性樹脂は、結晶化を進行させるほどその方向に屈折率が大きくなる。例えば、光出射面にプリズム面が形成されたシートにおいて、シートの屈折率が大きいほど空気層との屈折率差が大きくなり、光出射面における屈折角が大きくなる。これにより、シート内部を斜め方向に透過する光が光出射面において正面方向に偏向されやすくなり、正面輝度が向上する。本実施形態では、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体のような結晶性樹脂を用いることで、シート本体１３ｓは、１．５９以上の屈折率を有する。

シート本体１３ｓの厚みは、プリズムシート１３の厚みに相当する。したがって、液晶表示装置及び面発光装置の薄型化には、シート本体１３ｓの薄膜化が必須となる。例えば、プリズムシート１３の厚みは、１０μｍ以上３００μｍ以下とされる。厚みが１０μｍ未満では、ハンドリング性の低下が懸念される。一方、厚みが３００μｍを越えると、シートの薄膜化への寄与率が低下する。

シート本体１３ｓは、２軸延伸の際に厚み方向の寸法が減少する。したがって、シート本体１３ｓの延伸倍率によって、シート本体１３ｓの厚みを制御することも可能である。

［プリズムシートの作用］
以上のように構成されるプリズムシート１３は、拡散板１４とともに、バックライトユニット１５に組み込まれることで、液晶表示パネル１１を照明する面発光装置を構成する。液晶表示装置１０の動作時、プリズムシート１３は、バックライトユニット１５から出射された照明光を液晶表示パネル１１へ集光させることで、輝度を向上させる機能を果たす。

一方、プリズムシート１３は、バックライトユニット１５及び液晶表示パネル１１からの発熱により熱負荷を受ける。このとき、プリズムシート１３が熱膨張によって反りやうねりを含む変形が生じると、面内における輝度の均一性が低下し、液晶表示パネル１１の表示画像に輝度ムラを生じさせる場合がある。そこで、本実施形態のプリズムシート１３は、上述の構成を有することにより、熱膨張による変形が抑制され、輝度ムラの発生が回避される。

すなわち、本実施形態のプリズムシート１３によれば、単一の樹脂材料層で構成されている。したがって、異種材料の積層体で構成される場合における各層間の熱膨張係数の違いに起因して発生するシートの反りが回避される。
また、プリズムシート１３は、面内２軸方向に配向結晶化されていることから、その配向の方向に剛性が高められている。これにより、線膨張係数の低減が図られ、熱膨張による光学シートの変形量を小さく抑えることができる。
さらに、プリズムシート１３の面内すべての方向において熱膨張を低減できるため、面内２軸方向における熱膨張量の違いに起因するシートのうねりが抑制される。
配向結晶化は、ランダム結晶化と異なり、シートの白化を防止できる。これにより、シート本体の透明性が維持されるため、光学シートとしての効果が失われることはない。
そして、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体などの結晶性材料を使用することで、プリズムシートを比較的安価に製造することができるという利点もある。

また、上記のような特性を有するプリズムシート１３を用いることで、輝度ムラの発生を抑制し、輝度均一性に優れた面発光装置及び液晶表示装置を構成することができる。

［プリズムシートの製造方法］
次に、以上のように構成されるプリズムシート１３の製造方法について説明する。

本実施形態のプリズムシート１３の製造方法は、シートの作製工程と、シートの配向結晶化工程と、構造面部の形成工程とを有する。

シートの作製に際しては、アモルファス状態の結晶性樹脂が用いられる。結晶性樹脂としては、ＰＥＴ、ＰＥＮあるいはＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体が用いられる。ここで、アモルファス状態とは、結晶化度が例えば１５％以下のものを意味し、その後の配向結晶化工程において、所望の方向に容易に結晶化できる状態であればよい。結晶化度が１５％を超えると、白化による透過率の低下が顕著となり、光学シートとしての使用に適さなくなるからである。また、結晶化度が１５％を超えると、一般に材料のヤング率が高くなる。このため、その後に当該シートを延伸処理する場合、延伸に必要とされる負荷が大きくなり、更に延伸時の加熱温度をより高温に設定する必要が生じる。

このようなシートの作製方法としては、例えば、溶融押し出し成形法、キャスト法、などが挙げられる。作製されたシートは、所定サイズに裁断された枚葉シートであってもよいし、長尺の帯状シートであってもよい。なお、上記シートとして市販のものを用いることも勿論可能である。

シートの配向結晶化工程は、作製されたシートを２軸方向に延伸処理することで、シートを面内２軸方向に配向結晶化させる。延伸工程では、例えば、シートを送り方向（ＭＤ（Machine Direction）方向）に延伸する１軸延伸機（ロール延伸機、ゾーン一軸延伸機）と、シートを送り方向とは直交する方向（ＴＤ（Transverse Direction）方向）に延伸する１軸延伸機（テンター）とを併用することができる。あるいは、上記テンターによって、ＴＤ方向とＭＤ方向への同時２軸延伸も実施可能である。

図３は、典型的なロール延伸機を示す概略平面図である。このロール延伸機は、一定温度に加熱された帯状シート１００を走行方向に延伸させる複数の延伸ロール１１１、１１２を備える。延伸ロール１１２は、延伸ロール１１１よりも大きな回転速度で回転し、これらロール間において帯状シート１００を走行方向に沿って延伸する。図示の例では、延伸時にシート１００の幅方向は自由収縮させているが、当該シート幅を固定することでその方向への自由収縮を規制してもよい。

延伸倍率は、延伸ロール１１１、１１２間の回転速度差で制御される。本実施形態では、ＭＤ方向（例えば図２においてｙ方向）に１．０×１０Ｅ−５／℃以下の線膨張係数（３．０ＧＰａ以上のヤング率）が発現するような延伸倍率に設定される。

図４は、典型的なテンターを示す概略平面図である。この延伸機は、走行する帯状シート１００の幅方向の両端をクランプする複数組のクリップ対を備える。各クリップ対は、シート１００の幅方向に対向し、各組のクリップ１１３Ａ、１１３Ｂ、１１４Ａ、１１４Ｂはそれぞれ、ガイドレール１１５Ａ、１１５Ｂに沿って移動する。ガイドレール１１５Ａ、１１５Ｂは、シート１００の送り速度と同期してシート１００の幅方向に沿って各組のクリップを互いに離間する方向へ移動させるように、対称に設置されている。これにより、シート１００は、走行方向と直交する方向へ延伸される。

延伸倍率は、各組のクリップのシート幅方向への移動量の総和で制御される。本実施形態では、ＴＤ方向（例えば図２においてｘ方向）に１．０×１０Ｅ−５／℃以下の線膨張係数（３．０ＧＰａ以上のヤング率）が発現するような延伸倍率に設定される。

なお、各クリップをシート幅方向への移動と同期してシート走行方向に所定の変化率で移動速度を変化させることにより、シート１００をＴＤ方向とともにＭＤ方向へも延伸することが可能となる。

構造面部の形成工程は、幾何学形状の構造面を有する転写型を用いることができる。この転写型を、作製された帯状シートの少なくとも一方の面に転写することによって、上記構造面部が形成される。構造面部の形成工程では、例えば、エンドレスベルトを備えた転写装置、熱プレス装置などが用いられる。図５にエンドレスベルトを備えた転写装置の概略構成を示す。

図５に示す転写装置は、互いに所定間隔をおいて配置された加熱ロール２１１および冷却ロール２１２を有し、これら各ロール２１１、２１２にはエンドレスベルト２１３が巻装されている。エンドレスベルト２１３の外周面には、帯状シート２００の表面に形成される構造面部の形状に対応する形状のエンボス（構造面）２１３ａが形成されている。本実施形態では、上記構造面はプリズム形状に形成されている。各プリズムの稜線方向はエンドレスベルト２１３の幅方向（ＴＤ方向）に向けられている。転写装置は、加熱ロール２１１および冷却ロール２１２にそれぞれ所定の間隙をおいて対向するニップロール２１５、２１６を備えている。

帯状シート２００は、加熱ロール２１１とニップロール２１５との間に供給され、シート表面にエンドレスベルト２１３の構造面２１３ａが転写される。シート２００は加熱ロール２１１によってガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱されることで、シート表面にエンボス２１３ａに対応する形状の構造面部が形成される。加熱ロール２１１の表面温度は、Ｔｇ以上に設定される。

シート２００は、エンボス２１３ａの形状が付与された後、エンドレスベルト２１３と一体的に搬送され、冷却ロール２１２とニップロール２１６との間に供給される。そして、シート２００は、冷却ロール２１２によって所定温度に冷却（急冷）される。冷却ロール２１２の表面温度は、シート２００のＴｇよりも低い温度（例えば３０℃）に設定されている。以上のようにして、表面に構造面部２１０ａが形成されたシート２００が作製される。

図６は、図５に示した転写装置の構成の変形例を示している。図６の転写装置は、加熱ロール２１１と冷却ロール２１２との間に巻装された第１のエンドレスベルト２１３と、ニップロール２１５、２１６の間に巻装された第２のエンドレスベルト２１４とを備えている。第１のエンドレスベルト２１３の外周面は、シート２００の一表面に構造面部２１０ａを形成するためのエンボスを有している。第２のエンドレスベルト２１４の外表面は、図示の例では平坦面に形成されている。

上記構成の転写装置においては、加熱ロール２１１から冷却ロール２１２へ至る搬送経路に沿って、シート２００は、２つのエンドレスベルト２１３、２１４の間で挟持した状態で搬送される。これにより、シート２００を安定に搬送でき、搬送速度の高速化を図ることも可能となる。また、第２のエンドレスベルト２１４の外周面に所定のエンボスを形成することにより、シート２００の裏面側にも所定の幾何学形状の構造面部を形成することが可能となる。

プリズムシート１３の製造に際して、配向結晶化（延伸）工程と、構造面の転写工程の順序は、特に限定されない。上記各工程を経て作製されたシートを所定のサイズに裁断することで、本実施形態のプリズムシート１３が製造される。

例えば、作製したシートを２軸方向に延伸処理した後、当該シートの表面に構造面部を形成することができる。延伸工程では、シートの物理的変形を伴うため、延伸工程の前後で構造面部の形状が変化しやすい。このため、構造面部に高い形状精度が要求されるような光学シートに対しては、延伸処理したシートに構造面部を形状付与する方式が有利である。

一方、延伸前後におけるシートの物理的変化を利用して、構造面部の最終形状を調整することが可能である。この場合、構造面部の形成工程の後、延伸工程を実施すればよい。

また、延伸工程は、上述したように、ＭＤ方向とＴＤ方向とで、工程を独立させることができるため、これらＭＤ方向への延伸とＴＤ方向への延伸の各工程の間に、構造面部の形成工程を実施することができる。

例えば、図２に示すプリズムシート１３を作製する場合、ｙ方向（ＭＤ方向）への延伸工程（第１の延伸工程）、プリズム面（構造面部１３ｐ）の形成工程、ｘ方向（ＴＤ方向）への延伸工程（第２の延伸工程）の順序で実施することができる。これにより、最終の延伸工程がプリズムの稜線方向（ｘ方向）に沿うため、プリズムの配列ピッチや形状の変化を抑制することができる。なお、最終の延伸工程で形状の配列ピッチや形状を調整する場合などにおいては、２ステップ目の延伸方向をｙ方向とすることも可能である。

以上のようにして、プリズムシート１３が製造される。本実施形態によれば、面内方向における線膨張係数を小さいプリズムシート１３を製造することができる。また、線膨張係数の大きさをシートの延伸倍率で制御することができるため、所望の熱特性を容易に付与することができる。さらに、上記処理によって、所望の透過率、屈折率などを含む光学特性を同時に得ることが可能である。

また、２軸延伸の各軸方向におけるシートの延伸倍率を同等とすることにより、各軸間の線膨張係数の一様化を図ることができ、熱膨張量の不一致によるシートのうねりを抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

以下の条件で、構成の異なる複数のプリズムシートを作製し、これらを図１に示した液晶表示装置１０におけるプリズムシート１３としてそれぞれ組み込んだ。バックライトを点灯させてから２時間経過した後、パネル１１の正面側から視認される当該プリズムシートのうねりの様子を目視にて確認した。

うねりの評価は、目視にて確認されるパネルの輝度ムラを基準とした。評価結果は以下のように３段階に分類した。
「○」：全くうねりが視認されない
「△」：一部にうねりが視認された。
「×」：全体的にうねりが視認された。

各プリズムシートの作製条件は、以下のとおりである。

（実施例１）
５００μｍ厚のアモルファスＰＥＴのプレーンシート（屈折率１．５７、等方性）を２軸延伸機にてＭＤ、ＴＤそれぞれ２．０倍の延伸倍率で延伸した。次に、この延伸シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えることで形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。

（実施例２）
２５０μｍ厚のアモルファスＰＥＴのプレーンシート（屈折率１．５７、等方性）を、１軸延伸機にて、シート幅を固定した状態で単軸方向に延伸した。延伸倍率は１．５倍とした。次に、この延伸シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えることで形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。この際、プリズムの稜線方向が配向方向（延伸方向）と直交するようにプリズム形状を転写した。次に、当該シートを、１軸延伸機にて、そのプリズムの稜線方向（最初の延伸方向とは直交する方向）に１．５倍の延伸倍率で延伸した。この際、シートの送り方向前方側の端部は自由収縮自在とした。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。また、得られたプリズム形状は、底角が４５度、ピッチが４０．８μｍであることが確認された。

（実施例３）
５００μｍ厚のアモルファスＰＥＮのプレーンシート（屈折率１．６４、等方性）を２軸延伸機にてＭＤ、ＴＤそれぞれ２．０倍の延伸倍率で延伸した。次に、この延伸シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えることで形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。

（実施例４）
５００μｍ厚のアモルファスＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体（ＰＥＴ／ＰＥＮ：９０／１０）のプレーンシート（屈折率１．６４、等方性）を２軸延伸機にてＭＤ、ＴＤそれぞれ２．０倍の延伸倍率で延伸した。次に、この延伸シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えることで形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。

（比較例１）
１２５μｍ厚のＰＣ（ポリカーボネート）プレーンシート（屈折率１．５９、等方性）を準備した。当該シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えることで形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。

（比較例２）
１００μｍ厚の２軸延伸ＰＥＴ（屈折率１．６８、等方性）の一面に紫外線硬化性のアクリル樹脂にて、底角４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状を付与した。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。

（比較例３）
２５０μｍ厚のアモルファスＰＥＴのプレーンシート（屈折率１．５７、等方性）を準備した。当該シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えることで形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。

（比較例４）
２５０μｍ厚のアモルファスＰＥＴのプレーンシート（屈折率１．５７、等方性）を準備した。当該シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えて形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。この際、形状を付与してからＴｇ以下に冷却するまでの時間を比較例３の２倍とした。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、形状付与から冷却までの時間が比較例３の２倍であったため微白化していたが、所望の形状が得られていることが確認された。

（比較例５）
２５０μｍ厚のアモルファスＰＥＴのプレーンシート（屈折率１．５７、等方性）を準備した。当該シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えて形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。この際、形状を付与してからＴｇ以下に冷却するまでの時間を比較例３の３倍とした。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、形状付与から冷却までの時間が比較例３の３倍であったため白化していたが、所望の形状が得られていることが確認された。

（比較例６）
５００μｍ厚のアモルファスＰＥＴのプレーンシート（屈折率１．５７、等方性）を準備した。当該シートに、そのＴｇ以上の温度で、底角が４５度、ピッチが５０μｍのプリズム形状をもった原盤（転写型）に圧力を加えて形状付与した後、当該シートをＴｇ以下の温度に冷却して原盤から剥離した。次に、１軸延伸機にてプリズム稜線方向に４倍の延伸倍率で延伸した。この際、シートの送り方向前方側の端部は自由収縮自在とした。

以上のようにして作製されたプリズムシートは、透明性を維持したまま、所望の形状が得られていることが確認された。また、得られたプリズム形状は、底角が４５度、ピッチが２５μｍであることが確認された。

作製された各プリズムシートの厚み、ＭＤ及びＴＤ方向の線膨張係数及びヤング率、全光線透過率、うねりの評価結果を図７にそれぞれ示す。

図７に示すように、面内すべての方向の線膨張係数が１．０×１０Ｅ−５／℃以下（ヤング率が３ＧＰａ以上）である実施例１〜４に係るプリズムシートに関しては、バックライトユニット内の高温環境下においてもうねりは認められなかった。これに対して、面内すべての方向の線膨張係数が上記の範囲を超えている比較例１〜４、６に係るプリズムシートに関しては、うねりが確認された。

比較例５に関しては、線膨張係数が上記の範囲内にあるため、うねりの発生は認められなかった。しかし、全光線透過率が低いため、光学シートとして適する光学的特性は有していなかった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られず、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

以上の実施形態では、光学シートとしてプリズムシートを例に挙げて説明したが、これに限られず、表面に幾何学形状の構造面部を有する光学シート、例えば拡散シートやレンズシートなどにも、本発明は適用可能である。

１０…液晶表示装置
１１…液晶表示パネル
１３…プリズムシート
１３ｓ…シート本体
１３ａ…光入射面
１３ｂ…光出射面
１３ｐ…構造面部
１５…バックライトユニット
１６…光源

Claims (3)

1. 正面輝度を向上させるための集光シートとして用いられる光学シートの製造方法であって、
   第１の表面と第２の表面とを有する単一の結晶性樹脂からなる透光性のシートを第１の面内軸方向に延伸する第１の延伸工程と、前記シートを前記第１の面内軸方向と直交する第２の面内軸方向に延伸する第２の延伸工程とを含み、面内すべての方向の線膨張係数が１．０×１０Ｅ−５／℃以下となるように前記シートを配向結晶化させ、
   前記第１の延伸工程の後、前記第２の延伸工程の前に、前記シートの前記第１及び第２の表面の少なくとも一方に幾何学形状の構造面部を形成する
   光学シートの製造方法。
2. 請求項１に記載の光学シートの製造方法であって、
   前記幾何学形状は、稜線を有する断面三角形状のプリズム形状を含み、
   前記稜線は、前記第１の面内軸方向と直交するように形成される
   光学シートの製造方法。
3. 請求項１に記載の光学シートの製造方法であって、
   前記構造面部を形成する工程は、幾何学形状の構造面を有する転写型を用いて当該構造面を前記第２の表面に転写する工程を含む
   光学シートの製造方法。

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