JP6697354B2 - 積層光学シート - Google Patents

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Description

本発明は、光学フィルムの薄型化による波打ち(ワーピング)を防ぐワーピングレス機能を有する拡散シートおよび積層光学シートに関するものである。
液晶パネルに用いられるバックライトユニットは、拡散シート、プリズムシート、導光板を物理的に積み重ねる構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。すなわち、図9に示すように、光源32からの光を導く導光板30と反射シート34があり、その上に下拡散シート2、下プリズムシート11、拡散機能付き上プリズムシート21があり、これらがバックライトユニットを構成する。上プリズムシート21の上には液晶パネル40がある。液晶パネル40は液晶セル42の表面側と裏面側を偏光板(41,43)で挟みこんだ構成になっている。
このバックライトユニットを薄くするために、上下プリズムシート(11,21)や下拡散シート2を薄くしていくと、LEDの放射熱により、それぞれの部材でワーピングが発生し、部材実装が困難となる。そのため、プリズムシートや拡散シートの薄さには自ずと限界がある。従って、プリズムシートや拡散シートの薄型化や軽量化を図るには、ワーピングレス機能を持たせる必要がある。
図6は、プリズムシートと拡散シートを物理的に積層して構成(接着剤を図示せず)した従来構造のバックライトユニットの断面図である。ワーピングの発生がなく、部材実装時のハンドリングをよくするためには上下プリズムシート(11,21)と下拡散シート2にワーピングレス機能を持たせる必要がある。現状の携帯情報端末の画面サイズは、通常4〜5インチであり、図6におけるD1、D2、D3のそれぞれの厚さは150μm以上必要とする。その結果、バックライトユニットの厚さが450μm以上となる。D1、D2、D3のそれぞれの厚さが150μm未満の場合、バックライトユニットのLED光源による放射熱の影響で、各シートに撓みが発生してしまい、外観不具合等の問題が発生する。
かかる問題を解決するための方法として、上プリズムシート21、下プリズムシート11、下拡散シート2のそれぞれを貼り合わせて一体化する方法が検討されている。しかし、従来、下プリズムシート11と上プリズムシート21の一体化させる場合、図7(図6のAの部分の拡大図)のように、上プリズムシート21の裏面に接着層23を設けて、その接着層23と下プリズムシート11を貼り合わせることで一体化させることから、下プリズムシート11表面の全てのプリズム列の頂点部分が接着層23で埋められてしまい、一体化させない場合と比べて光学性能が低下してしまう。すなわち、下プリズムシート11と上プリズムシート21の一体化させる場合、十分な集光性能が得られないといった問題がある。
また、従来、下プリズムシート11と下拡散シート2を一体化させる場合、図8(図6のBの部分の拡大図)のように、下プリズムシート11の裏面に接着層13を設けて、その接着層13と下拡散シート2の拡散層3を貼り合わせることで一体化させることから、下拡散シート2の表面の拡散層3が接着層13で完全に埋められてしまい、下拡散シート2の拡散性能が著しく失われてしまうといった問題がある。
このように、上プリズムシート、下プリズムシート、下拡散シートを貼り合わせて一体化することによる光学特性や拡散特性の低下が問題となっている。
特開2000−352607号公報
かかる状況に鑑みて、本発明は、波打ち(ワーピング)を防ぐワーピングレス機能を有し、かつ、光学特性や拡散特性に優れた拡散シートおよびそれらを用いた積層光学シートを提供することを目的とする。
すなわち、本発明の拡散シートは、第1の高さを有する第1凸部が並列配置され、第1の高さより低いランダムな高さを有する第2凸部が周期的乃至はランダムに配置された微細凹凸形状を表面に有する構成を成す。
そして、拡散シートに上層シートが積層された際、拡散シートの表面に積層される上層シートの裏面の接着層に、第1凸部の一部分が接着され、第2凸部は接着されないことを特徴とする。
かかる構成により、拡散シートは上層シートの裏面の接着層に第1凸部の一部分が接着されることによって確実に固定され、拡散シート自体の波打ち(ワーピング)を抑制できる。すなわち、拡散シートはワーピングレス機能を備えることになる。また、拡散シートは上層シートの裏面の接着層に第2凸部は接着されないことから、拡散シートの第2凸部の拡散性能の低下がなく或は低下が少なく、拡散シート全体として光学特性や拡散特性に優れることになる。
ここで、上記の拡散シートにおいて、第1凸部の高さと第2凸部の高さの差分は、接着層の厚さよりも大きいことが好ましい。第1凸部が接着層にしっかりと接着されても、第2凸部の頂点部分は接着層に接着されないため、拡散シートの第2凸部の拡散性能の低下を防ぐからである。
また、上記の拡散シートにおいて、第1凸部の高さをh,幅をw、第2凸部の高さをh,幅をwとすると、h:h=1:x(xは0.5〜0.1)、かつ、w:w=1:y(yは、1.0〜0.1)を満足することが好ましい。
第2凸部の高さ(h)を第1凸部の高さ(h)の半分以下とすることにより、第1凸部が上層シートの接着層にしっかりと接着された場合でも、第2凸部の頂点部分は接着層に接着されなくなり、ワーピングレス機能を持たせ、第2凸部の拡散性能の低下を防ぐことができる。
また、第2凸部の幅(w)は、第1凸部の幅(w)と同じかそれより短くする。これは、第2凸部の形状や頂角を調整するためである。例えば、第2凸部の高さ(h)を第1凸部の高さ(h)の半分の場合に、第1凸部と第2凸部の形状を等しくしようとしたならば、第2凸部の幅(w)は、第1凸部の幅(w)の半分にする。仮に、第2凸部の高さ(h)を第1凸部の高さ(h)の半分の場合に、第2凸部の幅(w)が第1凸部の幅(w)と同じならば、第2凸部は第1凸部よりも裾野が広がった緩やかな凸部の形状になる。
本発明の拡散シートにおいて、第1凸部は線条であることが好ましい。第1凸部が線条とされることで、成形が容易となり、製品の品質を向上させることができる。また、成形が容易となることで、製造コストを削減することもできる。ここで、線条に設けられた際の配置は、周期的な並列配置であることが好ましいが、ランダムな間隔での並列配置でも構わない。
本発明の拡散シートは、互いに隣接する第1凸部の間に少なくとも1つの第2凸部が配置されても良い。
第1凸部の高さより低い高さの第2凸部は、頂点部分が接着層に接着されないことから、光学性能が低下せず、本来の拡散性能が維持できる。このため、第1凸部の間に第2凸部を複数配置して、拡散シート全体の拡散性能を高めることができる。なお、互いに隣接する第1凸部の間に1つの第2凸部が配置される場合、第1凸部と第2凸部が交互に配置されることになる。
また、本発明の拡散シートは、第1凸部のみが複数隣接する第1凸部群の間に少なくとも1つの第2凸部が配置されても良い。第1凸部の頂点部分が接着層に接着されるため、第1凸部のみが隣接する第1凸部群を設けることで、上層シートとの接着強度をより高めることができる。
本発明の拡散シートは、光拡散性粒子を含まないことが好ましい。光拡散性粒子の凝集によるムラや欠点の発生を防止すべく、金型表面に凹凸を形成して、紫外線硬化樹脂や熱可塑性樹脂を用いて金型の凹凸を転写成形して、光拡散性粒子を用いることなく拡散シートを作製する。
次に、積層プリズムシートについて説明する。
積層プリズムシートは、略三角柱形状の単位プリズムが平行に複数配列されたプリズム列を表面に有する少なくとも2層のプリズムシートであって、上層プリズムシートが積層される下層プリズムシートのプリズム列は、第1の高さを有する複数の第1プリズム列と、第1の高さより低い第2の高さを有する複数の第2プリズム列とが周期的に配置されている。そして、上層プリズムシートの裏面の接着層に、下層プリズムシートの第1プリズム列の頂点部分が接着され、第2プリズム列の頂点部分が接着されない構成を成す。
上層プリズムシートの裏面の接着層に、下層プリズムシートの第1プリズム列の頂点部分が接着され、第2プリズム列の頂点部分が接着されない特徴を備えることで、下層プリズムシート表面の全てのプリズム列の頂点部分が接着層で埋められてしまい、一体化しない場合と比べて光学性能が低下し、十分な集光性能が得られないといった問題を回避する。
また、プリズム列の高さが均一でないことにより、ウェットアウトと呼ばれるプリズムシートを重ねた際に生じるシミの発生を抑制できる。
積層プリズムシートにおいて、互いに隣接する第1プリズム列の間に少なくとも1つの第2プリズム列が配置されてもよい。第1プリズム列の高さより低い高さの第2プリズム列は、頂点部分が接着層に接着されないことから、光学性能が低下せず、本来の集光性能が維持できる。このため、第1プリズム列の間に第2プリズム列が複数配置して、プリズムシート全体の集光性能を高めることができる。なお、互いに隣接する第1プリズム列の間に1つの第2プリズム列が配置される場合、第1プリズム列と第2プリズム列が交互に配置されることになる。
また、第1プリズム列のみが複数隣接する第1プリズム列群の間に少なくとも1つの第2プリズム列が配置されてもよい。第1プリズム列の頂点部分が接着層に接着されるため、第1プリズム列のみが隣接する第1プリズム列群を設けることで、接着強度を高めることができる。
ここで、積層プリズムシートにおける上層プリズムシートは、その裏面に微細凹凸形状を有する拡散層を備え、接着層は拡散層に積み重ねられ、接着層の屈折率nと拡散層の屈折率nは、|n−n| > 0.1 を満足することが好ましい。
この場合、上層プリズムシートは、拡散機能付き上層プリズムシートとなる。
接着層の屈折率nと拡散層の屈折率nに所定の屈折率差を設けるのは、拡散層に接着層が積み重ねられた場合であっても、拡散層の拡散機能を発揮させることができるからである。
積層プリズムシートにおける第2プリズム列の第2の高さは、第1プリズム列の第1の高さを1とすると、0.6〜0.9であることが好ましい態様である。第1プリズム列の第1の高さと、第2プリズム列の第2の高さの差が小さすぎると、下層プリズムシートの第1プリズム列の頂点部分が接着され、第2プリズム列の頂点部分が接着されない状態になった際、接着層と結合度合いが弱くなるという欠点がある。一方、第1プリズム列の第1の高さと、第2プリズム列の第2の高さの差が大きすぎると、下層プリズムシートの第1プリズム列の頂点部分が接着され、第2プリズム列の頂点部分が接着されない状態になった際、接着層と結合度合いが強くなるが、接着層に接着される部分が大きくなり、光学性能が低下するという欠点がある。そのため、第1プリズム列の第1の高さと、第2プリズム列の第2の高さの差は、所定の高さの差にするのが好ましい。
積層プリズムシートにおける第1プリズム列の高さをm,幅をk、第2プリズム列の高さをm,幅をkとすると、m:m=x(但し、xは0.6〜0.9)、かつ、k:k=1:1を満足することが好ましい態様である。効果的な拡散効果と光学効果を得るための条件である。なお、積層プリズムシートにおける第1プリズム列の形状は、第2プリズム列の形状と相似形を成してもよい。
本発明の拡散シートにおいて、隣接する第1凸部相互の間隔は、0.1〜0.6mmであることが好ましい。かかる範囲とすることで、光学性能を維持しつつ、効果的にワーピングを抑制することが可能となる。第1凸部相互の間隔が0.6mmより大きい場合、線条模様が肉眼で確認可能となるため好ましくない。第1凸部相互の間隔が0.1mmより小さい場合、モアレが生じやすく、光学特性が劣化するため好ましくない。
本発明の拡散シートにおいて、拡散シートの表面に積層される上層シートの裏面の接着層と第2凸部の間には、1〜100μmの空気層が設けられたことが好ましい。空気層が設けられることで、光学性能の低下を防止し、本来の拡散性能を維持することが可能となる。
積層プリズムシートにおける下層プリズムシートのプリズム列の単位プリズムの頂上部の形状は曲面を呈し、下層プリズムシートのプリズム列の頂上部が上層プリズムシートの裏面の接着層に面で接し、貫入されないことでもよい。単位プリズムの頂上部が接着層に貫入されないことにより、プリズムシートの集光性が損なわれず、輝度低下を防止することができる。また、従来の下層プリズムシートの頂上部が鋭角の積層プリズムシートでは、単位プリズムの頂上部が接着層に貫入されないように接着しようとすると、接着面積が狭く、頂上部の接着点と接着層との界面接近の効果がほとんど見込めず、接着点が接着層にμmオーダーで貫入して、接着層の強度を弾性の観点で高くしないと、接着力が十分ではなかった。しかし、積層プリズムシートによれば、頂上部の形状が曲面であり接着面積が広く、接着層に対する界面の割合が大きいため、界面の静電的相互作用、界面における分子的な結合によるものが強くなるため、接着力が大きくなり、剥離強度を高めることができる。
また、単位プリズムの頂上部の形状が曲面を呈することで、視野角輝度特性も向上する。
積層プリズムシートにおいて、下層プリズムシートのプリズム列の単位プリズムの頂上部の形状が曲面を呈し、下層プリズムシートのプリズム列の頂上部が上層プリズムシートの裏面の接着層に面で接し、貫入されない場合、接着層の厚みは0.5〜2μmであることが好ましく、より好ましくは0.8〜1.3μmである。単位プリズムの頂上部が接着層に貫入されないため、このように接着層の厚みを薄く設けることが可能となるのである。
本発明の積層光学シートは、本発明の拡散シートの上に、積層プリズムシートが積層される。また、本発明の積層光学シートは、本発明の拡散シートの上に、既に公知のプリズムシートが積層されても良い。さらに、本発明の積層光学シートは、本発明の拡散シートの上に、P波を透過しS波を反射するプリズムシートが積層されても良い。P波を透過しS波を反射するプリズムシートは、反射するS波を反射シートの反射によりP波に偏光させてP波を増加させるため、輝度をより向上させることができる。
本発明の拡散シートおよび積層光学シートは、ワーピングレス機能を有し、かつ、光学特性や拡散特性に優れるといった効果がある。
本発明の拡散シートの断面構成図 下プリズムシートと下拡散シートの接合断面構成の比較図 積層プリズムシートの断面構成図 上プリズムシートと下プリズムシートの接合断面構成の比較図 本発明の積層光学シートの断面構成図 従来のバックライトユニットの断面構成図 従来の上プリズムシートと下プリズムシートの接合部分の断面構成図 従来の下プリズムシートと下拡散シートの接合部分の断面構成図 液晶パネルの構成図 試作品の断面拡大写真 試作品の輝度性能測定データ一覧表を示す図 下プリズムシートと凸部を有する拡散シートの接合部分の断面構成図 実施例2の拡散シートの断面構成図
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
図1は、本発明の拡散シートの断面構成図を示している。凸部を有する拡散シート1は、拡散シート2の表面に、第1の高さを有する第1凸部3aと、第1の高さより低い第2の高さを有する第2凸部3bとが、並列配置された微細凹凸形状の拡散層3が形成され、拡散シート2の裏面には高さが均一あるいはランダムな凸部4aを有する拡散層4が形成されている。
そして、拡散シート1の表面に積層される上層シート(図示せず)の裏面の接着層(図示せず)には、拡散層3の第1凸部3aの一部分が接着され、拡散層3の第2凸部3bは接着されない。
なお、図1では、拡散シート1において、第1凸部3aの高さをh,幅をw、第2凸部3bの高さをh,幅をwとした場合、h:h=1:0.5、w:w=1:1程度のものを想定し図示している。また、第1凸部3aの高さhと第2凸部3bの高さhの差分Δdは、接着層の厚さよりも大きく設けられている。
図2は、下プリズムシートと拡散シートの接合断面構成について従来構造と本発明の拡散シート構造との比較を示している。図2(1)が従来構造であり、図2(2)が本発明の拡散シート構造である。図2(1)に示す従来構造の場合、拡散シート(下拡散シート)2の表面の拡散層3に形成されている凸部の高さは均一であり、表面に積層される上層シート(下プリズムシート)11の裏面の接着層13に全ての凸部が埋め込まれる構造になっている。凸部が埋め込まれると拡散性能が低下することになり、特に、全ての凸部が埋め込まれることになると、著しく拡散性能が低下してしまう。
一方、図2(2)に示す本発明の拡散シート構造の場合、拡散シート(下拡散シート)2の表面の拡散層3に形成されている凸部の高さは均一ではなく、第1凸部3aと、第1凸部3aの高さより低い高さの第2凸部3bとが並列配置されており、表面に積層される上層シート(下プリズムシート)11の裏面の接着層13には、第1凸部3aの一部だけが接着されるようになっている。そして、高さが低い第2凸部3bは下プリズムシート11の裏面の接着層13には接着されないので、第2凸部3bの拡散性能はそのまま維持できることになる。従って、本発明の拡散シート構造は、従来構造の場合と比べて、拡散性能の低下は少なく、拡散性能が優れることになる。
図12は、下プリズムシートと本発明の拡散シートの接合断面構成図を示している。図12に示すように、凸部を有する拡散シート1は、拡散シート2の表面に、第1の高さを有する第1凸部3aと、第1の高さより低い第2の高さを有する第2凸部3bとが、並列配置された微細凹凸形状の拡散層3が形成され、拡散シート2の裏面には高さが均一あるいはランダムな凸部4aを有する拡散層4が形成されている。
そして、拡散シート1の表面に積層される下プリズムシート11の裏面の接着層13には、拡散層3の第1凸部3aの一部分が接着され、拡散層3の第2凸部3bは接着されない。ここで、隣接する第1凸部3aの間隔Pは、0.1〜0.6mmである。また、高さの差分Δdは、1〜100μmである。
図3は、上プリズムシート21と下プリズムシート11の接合部分の断面構成図である。下プリズムシート11では、第1の高さを有する複数の第1プリズム列12aと、第1の高さより低い第2の高さを有する複数の第2プリズム列12bとが周期的に配置されている。そして、上プリズムシート21の裏面の接着層23に、下プリズムシート11の第1プリズム列12aの頂点部分が接着され、第2プリズム列12bの頂点部分が接着されないようになっている。
図3に示す上プリズムシート21の場合、表面のプリズム層22には高さと幅が均一の略三角柱形状の単位プリズムが平行に複数のプリズム列22aが配列され、裏面には高さが均一あるいはランダムな凸部の拡散層24が形成され、さらに接着層23が形成されている。ここで、接着層の厚みはDで示される。
図3では、下プリズムシート11において、第1プリズム列12aの高さをm,幅をk、第2プリズム列12bの高さをm,幅をkとした場合、m:m=1:0.5、k:k=1:1程度のものを想定して図示している。また、第1プリズム列12aの高さmと第2プリズム列12bの高さをmの差分Δdは、接着層の厚みDよりも大きく設けられている。
図4は、上プリズムシートと下プリズムシートの接合断面構成について従来構造と積層プリズムシート構造との比較を示している。図4(1)が従来構造であり、図4(2)が積層プリズムシート構造である。図4(1)に示す従来構造の場合、下プリズムシート11の表面のプリズム列12の高さは均一であり、下プリズムシート11の表面に積層される上プリズムシート21の裏面の接着層23に全てのプリズム列12の頂点部分が埋め込まれる構造になっている。プリズム列の頂点部分が埋め込まれると拡散性能が低下することになり、特に、全てのプリズム列の頂点部分が埋め込まれることになると、著しく集光性能が低下してしまう。
一方、図4(2)に示す積層プリズムシート構造の場合、下プリズムシート11の表面のプリズム列12の高さは均一ではなく、第1プリズム列12aと、第1プリズム列12aの高さより低い高さの第2プリズム列12bとが周期的に並列配置されており、表面に積層される上プリズムシート21の裏面の接着層23には、第1プリズム列12aだけが接着される構造になっている。そして、高さが低い第2プリズム列12bは上プリズムシート21の裏面の接着層23には接着されないので、第2プリズム列12bの集光性能はそのまま維持できることになる。従って、積層プリズムシート構造は、従来構造の場合と比べて、集光性能の低下は少なく、プリズムシート全体として集光拡散性能が優れることになる。
図5は、本発明の積層光学シートの断面構成図を示す。本発明の積層光学シートは、導光板30の上に、下拡散シート2、下プリズムシート11、拡散機能付き上プリズムシート21が積層されている。
下拡散シート2は、第1の高さを有する第1凸部と、第1の高さより低い第2の高さを有する第2凸部とが、並列配置されている。隣接する第1凸部の間には、1つ以上の第2凸部が並んでいる。図5の場合、第2凸部が連続して並び、1つの第1線条凸部があるというように並列配置されている。
下拡散シート2の表面に積層される下プリズムシート11の裏面の接着層13に、第1凸部の一部分が接着され、第2凸部は接着されていない。また、下拡散シート2の裏面には高さが均一あるいはランダムな凸部の拡散層4が形成されている。
上プリズムシート21の表面には、高さと幅が均一のプリズム列が並列配列されたプリズム層22が形成され、裏面には高さが均一な凸部の拡散層が形成されると共に接着層23が形成されている。そして、下プリズムシート11は、第1の高さを有する複数の第1プリズム列と、第1の高さより低い第2の高さを有する複数の第2プリズム列とが周期的に配置されたプリズム層12が形成され、上プリズムシート21の裏面の接着層23に、下プリズムシート11の第1プリズム列の頂点部分が接着され、第2プリズム列の頂点部分が接着されていない。
(試作評価結果)
下プリズムシートと拡散シートを接合された4種の試作品(No.1〜4)を作製し、その断面拡大写真ならびに輝度性能を測定した結果を、それぞれ図10、図11に示す。
断面拡大写真は、接合シート断面を2000倍に拡大したものである。
試作品No.1では、山の高さが足りず、接着層が拡散部分をほぼ埋めてしまったため、拡散性能が低下していた。また、試作品No.2、No.3では、山の高さが接着層の厚みよりも大きいため、拡散性能を保ったまま貼り合わせが可能となり、拡散性能に優れていたことを確認できた。なお、試作品No.4では、拡散性能は問題がなかったが、接着時の圧力が強すぎたため山の部分が上プリズムシートに突き刺さってしまい(拡大写真参照)、結果的に輝度低下が大きくなってしまった。
図13は、実施例2の拡散シートの断面構成図を示している。
図13に示すように、凸部を有する拡散シート1aは、図1に示す拡散シート1と同様に、拡散シート2の表面に、第1の高さを有する第1凸部3aと、第1の高さより低い第2の高さを有する第2凸部3bとが、周期的に並列配置された微細凹凸形状の拡散層3が形成され、拡散シート2の裏面には高さが均一あるいはランダムな凸部4aを有する拡散層4が形成されている。
しかしながら、図1では、1つの第1凸部3aと1つの第1凸部3aの間に複数の第2凸部3bが設けられていたのに対し、本実施例では、3つの第1凸部3aと3つの第1凸部3aの間に複数の第2凸部3bが設けられている。第1凸部3aが多く設けられることにより、拡散シート1aを上層シートに接着させる際に、より接着力を高めることが可能である。図示しないが、本実施例では、第1凸部3aは、図13に示す図では、手前から奥に向かって線条に設けられている。
本発明は、液晶パネルのバックライトユニットを構成する光学シートとして有用である。
1,1a 凸部を有する拡散シート
2 拡散シート
3a 第1凸部
3b 第2凸部
3,4,24 拡散層
11 下プリズムシート
12,22 プリズム層
12a,12c 第1プリズム列
12b 第2プリズム列
13,23 接着層
21 上プリズムシート
22a プリズム列
25 頂上部
30 導光版
32 光源
34 反射シート
40 液晶パネル
41,43 偏光板
42 液晶セル
50 バックライトユニット
A,B,C 拡大図
D 厚み
P 間隔
R 曲率半径
Δd 高さの差分
,h,m,m 高さ
,w,k,k

Claims (3)

  1. 第1の高さを有する第1凸部が並列配置され、第1の高さより低いランダムな高さを有する第2凸部ランダムに配置された微細凹凸形状を表面に有し、
    高さがランダムな凸部を裏面に有する拡散シート。
  2. 前記第1凸部は、線条であることを特徴とする請求項の拡散シート。
  3. 請求項1又は2の拡散シートの表面にプリズムシートが積層され
    前記プリズムシートの裏面の接着層に、前記拡散シートの第1凸部の一部分が接着され、第2凸部は接着されないことを特徴とする積層光学シート。

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