JP5603542B2 - プリズムシート - Google Patents
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Description
この面光源装置では、光源103から出た光が、光源用反射フィルム104によって導光板102に入射される。入射された光は、プリズムシート105により一定方向に揃えられ、光拡散フィルム106により、液晶表示装置の用途に応じた視野角範囲内に拡散される。こうして、光拡散フィルム106から均一に放射された光が、液晶表示面を点灯させる。一方、導光板102の反射シート101側に放出されてきた光も、反射シート101によって導光板102中へと戻すことにより損失が抑えられる。このように、光源からの光を高い効率で利用することで、優れた輝度を有する液晶表示装置が得られる。
近年、面光源装置の薄型化、軽量化が進められる中、一枚の光拡散フィルムで輝度の調整と、高い隠蔽性との両立が求められるようになってきた。光拡散フィルムで高い輝度の光拡散フィルムを実現するためには、光拡散フィルムの表面をできるだけ平滑面に近い形状とすることが好ましい。一方で、光拡散フィルムの表面を平滑面に近づけ、輝度の向上を優先させると隠蔽性が低くなる。さらに、光拡散フィルムの表面を平滑面に近づけると、テクスチャー斑が発現しやすい傾向となり、一枚の光拡散フィルムで、必要な輝度を確保し、かつ、高い隠蔽性を得ることは困難であった。
そこで本発明は、面光源装置に必要とされる輝度を維持しながら、隠蔽性の向上が図れ、かつ、テクスチャー斑を解消できる光拡散フィルムを目的とする。
本発明の光拡散フィルムの実施形態の一例について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の光拡散フィルムの実施形態の一例を示す断面図である。図1に示すとおり、光拡散フィルム10は、基材層14の一方の面に、凹凸な面13を有する光拡散層12が形成されている。
図2に示す通り、縞模様パターン20は、透光性の部材である透光性シート22に、幅を持った複数の黒色の直線(黒色線)24が等間隔で配置され、縞模様が表されている。黒色線24の幅W1と、その配置間隔であるW2とは等しく、幅W1とW2との和をラインピッチW(μm)とする。視認限界の測定は、例えば、縞模様パターン20として、ラインピッチWの異なる複数種の縞模様が印刷されたMTF測定用チャート(NBS1963A 解像力ターゲットポジ、エドモンド・オプティクス社製)を用いて行う。
縞模様の観察は、面13側から、ラインピッチWの異なる複数種の縞模様を順次観察する。観察結果は、縞模様の輪郭が鮮明、即ち、黒色線22とその配置間隔とを視認できる場合を視認可能とし、縞模様の輪郭が不鮮明、即ち、黒色線22とその配置間隔とを視認できない場合を視認不可とする。そして、視認不可と判定した縞模様の中で、ラインピッチWの値が最も大きいものをもって視認限界とする。例えば、ラインピッチWが200μmより広い縞模様は「視認可能」であり、ラインピッチWが200μm以下の縞模様は「視認不可」であった場合、視認限界は、視認不可のラインピッチWの値の中の最大値である200μmと判定する。得られた視認限界の値が大きいほど、黒色線24の配置間隔が粗な縞模様の輪郭を不鮮明にできるため、光拡散シート10の隠蔽性が高いことになる。
ここで、相対ピーク輝度は、(光拡散フィルムのピーク輝度)/(基材層のピーク輝度)で表される値である。「光拡散フィルムのピーク輝度」は、面光源装置上に光拡散フィルム10の基材層10側の面が面するように載置し、液晶表示部を面光源装置に載置しない状態で測定したピーク輝度である。「基材層のピーク輝度」は、基材層14のみを面光源装置上に載置した状態で測定したピーク輝度である
また、例えば、光拡散層12に光拡散材を添加し、その添加量や光拡散材の種類のバランスにより、面13の表面粗さを調整することができる。このような表面粗さの調整により、所望する相対ピーク輝度と視認限界とを達成することができる。
光拡散層12は、透光性が高く、所望する耐熱性・耐擦傷性・弾性等を有するものを使用することができる。例えば活性エネルギー線硬化樹脂からなり、液晶表示装置の表示画像の輝度を向上させる等の点から、高い屈折率を有するものが好ましく、具体的には、その屈折率が1.49以上、さらに好ましくは1.5以上、さらに好ましくは1.6以上である。光拡散層12を形成する活性エネルギー線硬化樹脂としては、紫外線、電子線等の活性エネルギー線で硬化させたものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリエステル類、エポキシ系樹脂、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、ウレタン(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート系樹脂等が挙げられる。中でも、(メタ)アクリレート系樹脂がその光学特性等の観点から特に好ましい。このような硬化樹脂に使用される活性エネルギー線硬化性組成物としては、取扱い性や硬化性等の点で、多官能アクリレートおよび/または多官能メタクリレート(以下、多官能(メタ)アクリレートとも記載)、単官能のアクリレートおよび/またはメタクリレート(以下、モノ(メタ)アクリレートとも記載)、および活性エネルギー線による光重合開始剤を主成分とするものが好ましい。代表的な多官能(メタ)アクリレートとしては、ポリオールポリ(メタ)アクリレート、ポリエステルポリ(メタ)アクリレート、エポキシポリ(メタ)アクリレート、ウレタンポリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらは、単独あるいは2種以上の混合物として使用される。また、モノ(メタ)アクリレートとしては、モノアルコールの(メタ)アクリル酸エステル、ポリオールの(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。特に、光拡散層12は多官能アクリレートを主成分とする合成樹脂からなるのが好ましい。
光拡散材の平均粒径は、例えば2〜10μm、好ましくは3〜8μm、さらに好ましくは3〜6μmである。粒径が2μmより小さいと着色や防眩性低下の原因となる恐れがあり、10μmより大きいとぎらつきが強くなる傾向にある。光拡散材は、前記粒径の範囲内で、2種類の平均粒径の拡散材を適宜混合して使用しても良い。
光拡散材の粒径分布における標準偏差は、例えば5μm以内である。光拡散材とそれが分散されるバインダー樹脂との屈折率差は、例えば0.03〜0.09である。尚、光拡散層12に対する光拡散材の質量割合は、例えば20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。
基材層14としては、透光性に優れ、活性エネルギー線を透過するものが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル系樹脂、ジアセチルセルロース及びトリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂、ポリスチレン(PSt)及びアクリロニトリル・スチレン共重合体(AS)等のスチレン系樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、環状ないしノルボルネン構造を有するポリオレフィン及びエチレン・プロピレン共重合体(EP)等のオレフィン系樹脂、ナイロン及び芳香族ポリアミド(PA)等のポリアミド系樹脂、ポリカーボネート(PC)系樹脂、塩化ビニル系樹脂(PVC)、ポリメタクリルイミド(PMI)系樹脂等の透明樹脂シートやフィルムが好ましい。また、帯電防止、反射防止、基材同士の密着性防止等の他の処理を施すこともできる。
さらに、必要に応じて、光拡散フィルム10にプリズム層を設け、光拡散層12とプリズム層とが一体化したプリズムシートとしてもよい。このようなプリズムシートについて、図4を用いて説明する。図4は、本発明の一実施形態にかかるプリズムシート30の断面図である。プリズムシート30は、光拡散フィルム10の面15側に、中間層32とプリズム列34からなるプリズム層31が設けられている。
プリズム層31は、中間層32とプリズム列34とにより構成されている。プリズム層31の厚さは特に限定されないが、例えば、15〜100μmの範囲で決定することが好ましい。上記範囲の下限値未満であるとプリズム形状の再現性が困難となり、上記範囲の上限値を超えるとプリズムピッチが大きくなり、液晶パネルの画素ピッチと干渉してモアレが発生するためである。
プリズム列34の形状は特に限定されず、プリズムシート30に求める性能に合わせて適宜決定することができる。例えば、高輝度面光源装置用のプリズムシートでは、プリズム列34の高さを15〜75μm程度、プリズム頂角を45〜75°程度、プリズム列34のピッチを10〜70μm程度とすることが好ましい。
中間層32の材質は、プリズム列34と同様である。
中間層32の厚さとしては、硬化収縮によるプリズム列34の変形を小さくすることができる体積が十分あればよく、例えば、3〜10μmの範囲で決定することが好ましい。
本発明の光拡散フィルム10の製造方法の一例について、図1、図4、図5に基づいて説明する。図5は、本発明の実施に用いられる光拡散フィルム製造装置の一例を示す模式図である。この製造方法は、活性エネルギー線硬化樹脂を含む、活性エネルギー線硬化樹脂組成物を用いて、光拡散層12の表面の凹凸を円筒形の型で賦形する方法である。
製造装置40は、ロール金型46と、ニップロール48と、固定ロール49と、活性エネルギー線発光源50と、タンク42とを有する。タンク42には、ノズル44が備えられている。ニップロール48は、ニップロール48の軸方向と、ロール金型46の軸方向とが平行で、かつ、ロール金型46との間に任意の間隙を有して設置されている。ロール金型46の二次側には、固定ロール49が配置されている。活性エネルギー線発光源50は、ロール金型46の周面にエネルギー線を照射できるように配置されている。
ロール金型46の凹凸パターンの形成方法としては、例えば、凹凸パターン形成面に、セラミックやガラス製等の研削材を吹き付けて行うブラスト加工が挙げられる。ブラスト加工における研削材の材質や粒径、形状、研削材を吹き付ける際の研削材の供給量、あるいは、研削材を吹き付ける際の吐出圧力、ブラストノズルとロール金型の距離、ノズルの移動速度、ロール金型の移動(回転)速度等を調整することにより、凹凸パターンの形状を調整する。かかる調整により、形成された光拡散層12の面13における、局部山頂の平均間隔S、凹凸間ピッチSm、算術平均粗さRa、十点平均粗さRz、算術平均傾斜角RΔaを所望する範囲に調整できる。
ニップロール48の材質は特に限定されず、ゴム材等が挙げられる。
こうして、凹凸が形成された光拡散層12を有する光拡散フィルム10を製造することができる。
また、光拡散層とプリズム層とを一体化したプリズムシートとすることで、面光源装置の組み立て時の煩雑さを低減することができる。加えて、光拡散フィルムとプリズムシートとの間での輝度の損失(フレネルロス)がなくなるため輝度が向上し、また、本発明の光拡散シートを備えることで、テクスチャー斑等のない高い品質の面光源装置を得ることができる。
さらに、転写により製造することができため、容易かつ安定的に、所望する機能を有する光拡散フィルムを製造することができる。
直径200mmφ、長さ3400mmの鉄心外周部に、厚さ300μmの銅メッキを施し、さらに銅の酸化防止のためにニッケルメッキを施したロール金型を作成し、これを回転させながらブラスト加工を行った。ブラスト加工は、ブラスト装置(PAM−101型、株式会社ニッチュー製)を用いて行った。ロール金型の表面から120mmの距離に8mmφのブラストノズルを設置し、該ロール金型の回転中心に向かって、吐出圧力0.8MPaで、ロール金型の周面全面にセラミック製の研削材(EJB−B505、サンゴバン株式会社製)を吹き付け、微細凹凸形状を有するロール金型Aを作製した。この際、ブラストノズルへの研削材の供給量(スクリュー率)は6%とし、ブラストノズルの移動速度は0.2mm/secとした。また、ロール金型Aの表面は、ビッカーズ硬度380に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から90mmの距離とした以外は、製造例1と同様にして、ロール金型Bを作製した。ロール金型Bの表面は、ビッカーズ硬度380に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から30mmの距離とした以外は、製造例1と同様にして、ロール金型Cを作製した。ロール金型Cの表面は、ビッカーズ硬度380に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から60mmの距離とし、研削材に、ガラス製の研削材(J−400−N、ポッターズ・バロティーニ株式会社製)を用い、ブラストノズルへの研削材の供給量を12%、ブラストノズルの移動速度を0.1mm/secとした以外は、製造例1と同様にして、ロール金型Dを作製した。ロール金型Dの表面は、ビッカーズ硬度380に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から25mmの距離とし、研削材に、アルミナ製の研削材(AX25、株式会社マイクロン製)を用い、吐出圧力0.9MPaとした以外は、製造例1と同様にして、ロール金型Eを作成した。ロール金型Eの表面はビッカーズ硬度500に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から90mmの距離とし、研削材に、ガラス製の研削材(J320、ポッターズ・バロティーニ株式会社製)を用いた以外は、製造例4と同様にして、ロール金型Fを作製した。ロール金型Fの表面は、ビッカーズ硬度500に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から60mmの距離とした以外は、製造例6と同様にして、ロール金型Gを作製した。ロール金型Gの表面は、ビッカーズ硬度500に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から30mmの距離とした以外は、製造例6と同様にして、ロール金型Hを作製した。ロール金型Hの表面は、ビッカーズ硬度500に調整した。
ブラストノズルの設置位置をロール金型の表面から220mmの距離とし、研削材に、セラミック製の研削材(B120、株式会社ニッチュー製)を用いた以外は、製造例6と同様にして、ロール金型Iを作製した。ロール金型Iの表面は、ビッカーズ硬度500に調整した。
実施例1〜5、比較例1〜4における光拡散フィルムの作製には、それぞれ表1に示すように、製造例1〜9で得られたロール金型を用いた。ロール金型とゴムニップロールとを平行に配置した。ロール金型とゴムニップロールとの間に、基材層として厚さ188μmのPET製フィルム(T910E、三菱化学ポリエステルフィルム株式会社製)をロール金型に添って供給した。そして、ゴムニップロールとロール金型との間で、前記基材層をニップした。
下記の紫外線硬化性組成物Aをゴムニップロールによって、ロール金型へとニップされている基材層のロール金型側に供給しながら、基材層を8m/minの速度で移動させた。ロール金型を回転させながら、紫外線照射装置から紫外線(メタルハライドランプ、120W/cm)を照射し、紫外線硬化性組成物Aを重合硬化させ、ロール金型の形状転写面の凹凸を転写させた。その後、ロール金型から離型し、基材層の一方の面に光拡散層が形成された光拡散フィルムを得た。
こうして得られた光拡散フィルムについて、表面粗さの指標として、光拡散層表面の局部山頂の平均間隔S、凹凸間ピッチSm、算術平均粗さRa、十点平均粗さRz、算術平均傾斜角RΔa、光拡散フィルムの視認限界、相対ピーク輝度を求め、その結果を表1に示す。また、光拡散フィルムのテクスチャー斑の評価を行い、その結果を表1に示す。
光拡散層の形成に用いた紫外線硬化性組成物の配合は、以下の通りである。
フェノキシエチルアクリレート(ビスコート#192、大阪有機化学工業株式会社製):50質量部
ビスフェノールA−ジエポキシ−アクリレート(エポキシエステル3000A、共栄社化学株式会社製):50質量部
2−ヒドリキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(ダロキュア1173、チバガイギー社製):1.5質量部
実施例、および、比較例で得られた光拡散フィルムの表面粗さのパラメータ、視認限界の測定、ピーク輝度の測定、テクスチャー斑の評価は、以下の方法により行った。
表面粗さの指標として、局部山頂間の平均間隔S、凹凸間ピッチSm、算術平均粗さRa、十点平均粗さRz、算術平均傾斜角(RΔa)を触針粗さ計SURFCOM1400LCD(株式会社東京精密製)を用い、JIS B0601(1994)、JIS B0031(1994)に従って測定した。なお、算術平均傾斜角RΔaは、触針粗さ計の測定方向の座標をxとし、得られた粗さ曲線関数g(x)から、下記式により求めた。
視認限界の測定は、半値全幅が17°で、出射光ピーク角度が法線(0°±5°)に位置し、かつ、単一ピーク出射光分布特性を有する14.1インチサイズの全反射形プリズムシート(S268YK、三菱レイヨン株式会社製)を使用した指向性面光源装置を用いて行った。面光源装置上に縞模様パターンとして、MTF測定用チャート(NBS1963A 解像力ターゲットポジ、厚さ1.5mm、エドモンド・オプティクス社製)を縞模様が形成されている面を前記面光源装置側として載置し、この上に実施例1〜5、比較例1〜4で得られた光拡散フィルムをその基材層側の面が、前記MTF測定用チャートに面するように載置した。次いで、光源を点灯し、光拡散フィルムを通して目視で確認し、視認限界を測定した。視認限界は縞模様のラインピッチの値(μm)で表した。
ピーク輝度測定は、半値全幅が17°で、出射光ピーク角度が法線(0°±5°)に位置し、かつ、単一ピーク出射光分布特性を有する、14.1インチサイズのかつ、単一ピーク出射光分布特性を有する14.1インチサイズの全反射形プリズムシート(S268YK、三菱レイヨン株式会社製)を使用した指向性面光源装置を用いて行った。該面光源装置の光拡散フィルムを実施例1〜5、比較例1〜4で得られた光拡散フィルムに置き換えた。そして、液晶パネルを載置しない状態で、面光源装置の中央から法線方向に50cm離した位置に受光部(株式会社トプコン製、商品名:BM−7)を配置し、光源を点灯し、光拡散フィルムのピーク輝度α及び全半値幅を測定した。一方、光拡散フィルムの代わりに、凹凸を付与してない基材層(188μm厚のPETフィルム)を載置した以外は同様の操作を行い、基材層のピーク輝度βを得た。実施例1〜5、比較例1〜4で得られた光拡散フィルムのピーク輝度は、下記式で表される相対ピーク輝度として評価した。
テクスチャー斑の評価は、14.1インチサイズの全反射形プリズムシート(S268YK、三菱レイヨン株式会社製)を使用した、半値全幅が17°で、出射光ピーク角度が法泉(0°±5°)に位置し、かつ、単一ピーク出射光分布特性を有する指向性面光源装置を用いて行った。該面光源装置の上に実施例1〜5、比較例1〜4で得られた光拡散フィルムを置き、光源を点灯させてテクスチャー斑を目視により観察した。
テクスチャー斑の評価基準は下記である。
○・・・テクスチャー斑は殆どなく、非常に滑らかな質感を有した見易い画質
△・・・テクスチャー斑を確認することができ、やや見難い画像
×・・・テクスチャー斑が目立ち非常に見難い画像
一方、局部山頂間の平均間隔Sが30μmを超える比較例1〜4は、テクスチャー斑が目立つものであった。
このことから、局部山頂間の平均間隔Sをコントロールすることで、テクスチャー斑を低減できることが判った。
12 光拡散層
13 面
14 基材層
20 縞模様パターン
22 透光性部材
24 黒色線
30、105 プリズムシート
31 プリズム層
34 プリズム列
Claims (2)
- 基材層と、該基材層の一方の面に形成された光拡散層とを有する光拡散フィルムと、該光拡散フィルムの基材層側に、高さ15〜75μm、プリズム頂角45〜75°、ピッチ10〜70μmのプリズム列が形成されたプリズム層を有するプリズムシートであって、
前記光拡散層の表面に、局部山頂間の平均間隔Sが12〜20μm、凹凸間ピッチSmが30〜50μm、算術平均粗さRaが0.3〜1μm、十点平均粗さRzが1.5〜4μm、算術平均傾斜角RΔaが5〜15°の凹凸が形成され、
前記凹凸は、ブラスト加工により形成された凹凸パターンが転写されたものであり、
前記光拡散フィルムは、下記測定方法Aにより求められる視認限界が、250μmを超え350μm以下であり、
前記光拡散フィルムは、下記測定方法Bにより求められるピーク輝度の相対値が0.4以上であるプリズムシート。
<測定方法A>
縞模様が印刷されたMTF測定用チャート(NBS1963A、解像力ターゲットポジ、厚さ1.5mm、エドモンド・オプティクス社製)を面光源装置上に載置し、前記MTF測定用チャートに光拡散フィルムを載置する。この際、基材層側の面が前記MTF測定用チャートに面するように前記光拡散フィルムを載置する。
光源を点灯し、前記光拡散フィルムを通して、目視で前記縞模様を確認する。
前記縞模様のラインピッチを視認できない場合を視認不可とし、視認不可のラインピッチの値が最も大きいものを視認限界とする。
<測定方法B>
半値全幅が17°で、出射光ピーク角度が法線(0°±5°)に位置し、かつ、単一ピーク出射光分布特性を有する指向性面光源装置から発光された光を、光拡散フィルムを透過させた後の面光源装置の中央から法線方向に50cm離した受光部(株式会社トプコン製、商品名:BM−7)で測定した輝度(α)を測定する。
光拡散フィルムに代えて基材層のみを用いて輝度(β)を測定し、下記式により相対ピーク輝度を求める。
相対ピーク輝度=α÷β - 前記光拡散層は、光拡散材を含まない請求項1に記載のプリズムシート。
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