JP7428987B2 - 異方性光学フィルムを用いた導光積層体、及び、それを用いた表示装置用面状照明装置 - Google Patents
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Description
即ち、
本発明(1)は、
導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムとを、含む導光積層体であって、
前記導光板は、光を前記導光板の内部に入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光が、前記導光板内で反射及び屈折して出射する出射面とを、有しており、
前記異方性光学フィルムは、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率が変化するフィルムであり、
前記異方性光学フィルムは、前記出射面に、直接または他の層を介して積層されており、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含み、
前記出射面より光の出射強度が最大となる方向において出射した光が、前記異方性光学フィルムに対して入射した際の前記異方性光学フィルムの直線透過率が30%超であることを特徴とする、導光積層体である。
本発明(2)は、
前記複数の構造体の散乱中心軸方向と、前記光の出射強度が最大となる方向とがなす角度が20°超であることを特徴とする、前記発明(1)の導光積層体である。
本発明(3)は、
前記出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度が20°未満であることを特徴とする、前記発明(1)または(2)の導光積層体である。
本発明(4)は、
前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、深さ50μm以下である複数の凹型の光偏向要素を有していることを特徴とする、前記発明(1)~(3)の導光積層体である。
本発明(5)は、
前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、高さ50μm以下である複数の凸型の光偏向要素を有していることを特徴とする前記発明(1)~(3)の導光積層体である。
本発明(6)は、
前記他の層が、偏光板、位相差板のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする、前記発明(1)~(5)の導光積層体である。
本発明(7)は、
前記発明(1)~(6)のいずれかの導光積層体と、光源とを、含むことを特徴とする、表示装置用面状照明装置である。
本明細書において、「出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度」とする表現を、何の断りもなく、「出射強度が最大となる角度」と表現する場合がある。
直線透過率(%)=(直線透過光量/入射光量)×100
なお、本発明においては、断面形状が長径(長軸)及び短径(短軸)を有する場合、長径/短径をアスペクト比とし、断面形状がほぼ円形であって、有意に長径及び短径を規定できない場合、長径及び短径が、いずれも円の直径に該当するものとし、この場合のアスペクトを1とする。
2-1.導光積層体の構成
本発明にかかる導光積層体は、導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムを含む。前記導光積層体の光学特性を調整するため光拡散性の異なる複数の異方性光学フィルムを組み合わせて用いることができる。
2-1-1-1.導光板の構造
本発明にかかる導光板は、少なくとも1つの光源から発した光を、導光板内部に入射させる1つ以上の入射面を有している。また、入射した光が、導光板内を伝播し、導光板から出射する少なくとも1つの出射面を有している。エッジ型ライト方式の場合、前記入射面は、導光板の端面である。
導光板側面(図2(b)の導光板端面26)に設置された光源10から導光板2に入射した光は、導光板内面で全反射を繰り返しながら導光板内を進む。導光板2には、光が全反射する際に、反射角度を変える光偏向要素22が複数設けられており(図2(b)では、光偏向要素22の一例として、凹型の構造である光偏向要素が設けられている)、前記光偏向要素22で反射角度を変えられた光は、出射面21から外部に出射される。前記光偏向要素22は、導光板2の主面の一方、即ち、出射面とは反対側の面である光偏向面25に設けられる。
なお、導光板2の別の側部にも光源11を設置する場合{図5(b)}には、前記出射面内の光の出射均一性が向上できるため、上述したドット構造の配置や分布密度は適宜調整することができる。
一般的な表示装置においては、表示装置の視認側表面の法線方向より視認することを想定しているため、本発明における導光板の出射面内における導光板からの出射光の出射強度が最大となる方向と、出射面の法線方向とがなす角度θLGmaxは、20°未満であることが好ましい。
導光板のいずれかの面には、光の反射角度を変える光偏向要素が形成されている。前記光偏向要素の作製方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば超音波加工、加熱加工、レーザー加工、切削加工、ナノインプリントによる加工等の加工方法が挙げられる。例えば、凹型ドット構造を超音波加工によって作製する場合には、先端面に凹型ドット構造を反転させた形状を有する凸型ドット構造が配列されている超音波加工ホーンを、導光板材料に対して垂直に押圧することによって、ドット構造の形状が転写され凹型ドット構造を形成することができる。
2-1-2-1.異方性光学フィルムの構造
本発明による異方性光学フィルムは、前記導光板の出射面に直接または他の層を介して積層されており、前記導光板から出射された光を、特定の入射光角度において拡散させる働きを有する。つまり、前記異方性光学フィルムは、入射光角度により光の拡散性が変化することを特徴とする。
上述した構造を有する異方性光学フィルムは、当該フィルムへの入射光角度により光拡散性が異なる光拡散フィルム、すなわち入射光角度依存性を有する光拡散フィルムである。この異方性光学フィルムに所定の入射角度で入射した光は、屈折率の異なる領域の配向方向(例えば、ピラー構造におけるピラー構造体32aの延在方向(配向方向)やルーバー構造におけるルーバー構造体32bの高さ方向)と略平行である場合には拡散が優先され、当該方向に平行でない場合には透過が優先される。
光学プロファイルは、光拡散性を直接的に表現しているものではないが、直線透過率が低下することで逆に拡散透過率が増大していると解釈すれば、概ね光拡散性を示していると言える。
また、前記角度が20°以下の導光板出射光の入射角度範囲では、拡散性が高まり、直線透過率が低下してしまう恐れがある。
また、前記角度が13°以下の導光板出射光の入射角度範囲では、拡散性が高まり、直線透過率が低下してしまう恐れがある。
本発明にかかる異方性光学フィルムは、公知の方法で製造することができ、特に限定されない。本発明にかかる異方性光学フィルムの好適な製造方法としては、例えば、ピラー構造の異方性光学フィルムについては国際公開WO2015/111523号公報を、ルーバー構造の異方性光学フィルムについては特開2015-127819号公報に開示された製造方法を用いることができる。
本発明にかかる導光積層体は、上述した導光板と、異方性光学フィルムを、直接または他の層を介して積層する。積層方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、平板上で行うローラーによる貼合方法や二つのローラーの隙間を通す貼合方法などを挙げることができる。粘着剤層等を含む場合等には、必要に応じて加熱して貼り合わせる方法等を用いることができる。
前記導光積層体は、導光板の側面部(端面)に光源を設置することでエッジ型ライト方式の表示装置用面状照明装置として用いることができる。光源は、導光板の一つまたは、複数の側面部(端面)に設置することができる。複数の側面部に光源を設置する場合には、上述したように導光板表面のドット構造の分布密度を調整することができる。装置の省サイズ化の観点から光源は一つの側面部に設置することが好ましい。
本発明の導光積層体は、光源を設置して表示装置用面状照明装置とした際、太陽光や照明等の外光により周囲環境が明るい場合には、表示装置用面状照明装置は光源を用いる必要がないが、外光が導光板の光偏向面側より入射した後、異方性光学フィルム内で、異方性光学フィルムの散乱中心軸方向及び複数の構造体の配向方向を中心とする、光の拡散及び集光が起こるため、外光のみの場合であっても、十分に明るい(視認性の高い)特性を有する導光積層体、及び、それを用いた表示装置用照明装置とすることができる。
本発明で用いられる導光板は、公知のナノインプリント技術を用い、主面が130mm×90mm、厚みが2mmのPMMAのシートに、大きさが縦横共に約10μm、深さが約10μmの図4(f)に示す形状の凹型ドット構造が、約100個/mm2の密度で存在するものを作製し、導光板1とした。
また、凹型ドット構造が図4(a)に示す形状である他は、導光板1と同様に作製したものを、導光板2とした。
上記で作製した導光板出射面側に、透明性シリコン粘着フィルム(NSA-50、株式会社ニッパ製)を介して光学PETフィルム(A4100、東洋紡株式会社製)を貼り合わせた。
続いて導光板の90mm辺端部に対し、15mmの間隔で5個のLED光源(200mW)を設置して、導光板面状照明装置とした。
導光板面状照明装置のLED光源を点灯し、導光板の光出射側の出射面、または光偏向面の中心付近より出射される光の照度(出射強度)を、変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)にて測定することで、導光板の光学特性を評価した。なお、照度測定時、測定する面とは反対側の面(出射面または光偏向面)からの光の影響を避けるため、反対側の面に対し、厚み2mmの黒色フェルトシート(FU-714、和気産業株式会社製)を密着させて測定した。
本測定により、出射面における光の照度の最大値(出射強度の最大値)を示す出射光方向と、出射面の法線方向とがなす角度をθLGmaxとした。
続いて出射面における光の照度測定値のグラフ(出射光プロファイル)でのHWHM(Half Width Half Maximum)を、光拡散性の指標である拡散幅とした(ただし本実施例において、出射強度が最大となる出射光角度が、出射面の法線方向である0°から大きく離れているため、グラフの測定範囲内で、出射強度の1/2となる出射光角度が1点しか確認できない場合、出射強度が最大となる出射光角度と、出射強度が1/2となる出射光角度の確認可能な1角度との差の絶対値を、HWHMである拡散幅とした)。
以上、導光板面状照明装置とした際の、光学特性の評価結果を表1に示す。
異方性光学フィルム(LCF1~13)の作製方法は、まず、ピラー構造の異方性光学フィルムについては国際公開WO2015/111523を、続いてルーバー構造の異方性光学フィルムについては特開2015-127819を、参考として各種条件を振ることにより、表2に記載の構造体を有する厚み40μmの異方性光学フィルム(LCF1~13)を作製した。
作製した異方性光学フィルム(LCF1~13)の特性評価は、以下のようにして実施した。
異方性光学フィルム(LCF1~13)の厚みは、異方性光学フィルムの厚み方向断面を、光学顕微鏡で観察することにより測定した。
異方性光学フィルム(LCF1~13)の表面(製造時の紫外線照射側)を、光学顕微鏡で観察し、任意の10個の構造の径(径または長径及び短径)を測定し、各々の平均値を算出した後、算出された径に基づき、アスペクト比(長径及び短径を有する場合には、平均長径/平均短径、径のみの場合には1とする)を算出した。
異方性光学フィルム(LCF1~13)の複数の構造体の配向方向の角度(配向角)は、異方性光学フィルムの厚み方向断面を観察することにより測定した。
図7に示すような、変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)を用いて、実施例及び比較例の異方性光学フィルムの光学特性の評価を行った。固定した光源からの直進光を受ける位置に検出器を固定し、その間のサンプルホルダーに異方性光学フィルム(LCF1~13)のサンプルをセットした。図7に示すように直線(L)を回転軸としてサンプルを回転させてそれぞれの入射光角度(直進光が異方性光学フィルム平面の法線方向となる0°を含む)に対応する直線透過光量を測定し、直線透過率を出した。ここで図7に示されている直線(L)は、図6に示される各構造におけるTD方向と同じ軸である。なお、直線透過光量の測定は、視感度フィルターを用いた可視光領域の波長において測定した。
上記直線透過率に基づき光学プロファイルを作成し、当該光学プロファイルより、略対称性を有する入射光角度を散乱中心軸角度(θLCF)とし、導光板の光学特性評価で得られた、出射強度の最大値(-5°と+55°)を示す出射光角度における直線透過率を得た。
比較用等方性散乱体を、以下のようにして作製した。
下記屈折率1.47のアクリル系粘着剤組成物100質量部に対し、粘着剤組成物とは屈折率の異なる微粒子として、シリコーン樹脂微粒子(トスパール145、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)を適宜添加して希望とするヘイズ値に調整した。その際、アジターにて30分間の撹拌を行い微粒子分散塗液とした。当該塗液を、コンマコーターを用いて、離型PETフィルム1(セラピール BX8A、東レフィルム加工株式会社製)上に、溶剤乾燥後の膜厚が40μmとなるように塗工し、乾燥させて、PET付きの等方性散乱体を作製した。さらに、散乱体表面に対し、離型PETフィルム1よりも剥離力の高い、厚さ38μmの離型PETフィルム2(セラピール BXE、東レフィルム加工株式会社製)をラミネートし、両面PET付きの等方性の拡散粘着層である等方性散乱体(DA1)を作製した。
アクリル系粘着剤組成物
・アクリル系粘着剤(全固形分濃度18.8%、溶剤:酢酸エチル、メチルエチルケトン) 100質量部
(綜研化学社製、商品名:SKダインTM206)
・イソシアネート系硬化剤 0.5質量部
(綜研化学社製、商品名:L-45)
・エポキシ系硬化剤 0.2質量部
(綜研化学社製、商品名:E-5XM)
ヘイズ値の測定は、日本電色社工業株式会社製のヘイズメーター、NDH-2000を用いて、JIS K7136に準拠して測定した。
以上、作製した等方性散乱体(DA1)のヘイズ値の評価結果を表3に示す。
上記得られた導光板(導光板1及び2)の出射面に対し、透明性シリコン粘着フィルム(NSA-50、株式会社ニッパ製)を貼り合わせた後、貼り合わせた粘着フィルムの表面に対し、異方性光学フィルム(LCF1~13)または等方性散乱体(DA1)を貼り合わせることにより、表4に示す導光積層体(積層体1~5、比較積層体1~10)を得た。
作製した各導光積層体に対し、使用した導光板と、導光板の出射強度が最大値を示す出射光角度(θLGmax)と、使用した異方性光学フィルム及び等方性散乱体名と、異方性光学フィルムの散乱中心軸角度(θLCF)と、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度における異方性光学フィルムの直線透過率と、θLGmaxとθLCFとの差の絶対値であるθLGmax-θLCFとをまとめ、表4に示した。
導光積層体面状照明装置の作製は、上記導光板面状照明装置の作製における導光板及び透明性シリコン粘着フィルムの代わりに、上記で作製した導光積層体(積層体1~5、比較積層体1~10)を用いた他は同様にして、表5に示す導光積層体面状照明装置(実施例1~5、比較例1~10)を得た。
また、導光積層体面状照明装置の光学特性評価も、導光板面状照明装置の代わりに、上記で作製した導光積層体面状照明装置(実施例1~5、比較例1~10)を用い、上記導光板面状照明装置での出射面における評価は、導光積層体面状照明装置では、異方性光学フィルムまたは等方性散乱体側の表面に置き換えて評価することの他は、上記導光板面状照明装置の光学特性評価と同様に行い、評価した。
導光積層体面状照明装置の異方性光学フィルムまたは等方性散乱体側表面に、透明粘着層を介して、平滑な鏡面反射板(反射率約90%)を貼り合わせたものを作製し、反射輝度評価用サンプルとした。
変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)を用いて、前述の反射輝度評価用サンプルの反射輝度を測定した(その際、面状照明装置の光源は評価中点灯させないものとした)。具体的には、ハロゲンランプ光源からコリメート・レンズを介してコリメート光を、評価用サンプルの法線方向に対して-30°の入射角で光偏向面側より照射した。この際、異方性光学フィルムを用いたサンプルの場合は、散乱中心軸の方位角方向とは180°異なる方位角方向(反対の方位角)からコリメート光を照射した。尚、異方性光学フィルムを用いていないサンプルの場合の方位角方向は任意である。検出器をサンプルの法線方向に設置して(測定角を+15°とする)、反射輝度を測定した。予め、入射角-30°、測定角+30°において、標準白色板で反射輝度を測定し、下記式にて反射輝度ゲインを算出した。
反射輝度ゲイン=(サンプルの反射輝度÷標準白色板の反射輝度)×100
○:拡散幅が、使用した各導光板面状照明装置の拡散幅に対し、-10%~+10%の範囲内の値であるもの
×:拡散幅が、使用した各導光板面状照明装置の拡散幅に対し、-10%より小さい、または+10%よりも大きい値であるもの
○:反射輝度が10以上、反射輝度が十分である(明るく、視認性が良い)
×:反射輝度が10未満、反射輝度が不十分である(暗く、視認性が悪い)
表5に示されるとおり、本発明実施例1~5は、比較例1~10に対し、導光板面状照明装置の拡散幅に近い(-10%~+10%の範囲内)拡散幅を保持しつつ、反射輝度が十分良好である、つまり、表示装置用面状照明装置とした際、周囲環境が暗く、光源を用いた際でも、導光板単独のときと変わらない出射特性を(拡散性)有することができ、周囲環境が明るく、光源を用いない場合であっても、十分に明るい(視認性の高い)特性を有するものであることが分かる。
これに対し、ヘイズ値が85%の等方性散乱体DA1を用いた比較例1及び9や、導光板の光の出射強度が最大となる出射光角度での異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下である、LCF4~10及び13を用いた比較例2~8、10は、導光板面状照明装置の拡散幅と差が大きい値(-10%より小さい、または+10%よりも大きい値)であり、導光板の有する特性を損なってしまっていることが分かる。これは、導光板の光の出射強度が最大となる出射光角度での等方性散乱体による等方性の光拡散性や、異方性光学フィルムの拡散性の高さによるものであるものと推測された。
さらに比較例3では、上記導光板の有する特性を損なってしまっていることに加えて、異方性光学フィルムの散乱中心軸角度及び配向角が0°であるLCF5を用いているため、外光のみの光に対する反射輝度値も低く、視認性も悪いという結果となった。
2 :導光板
3 :異方性光学フィルム
3a :ピラー構造の異方性光学フィルム
3b :ルーバー構造の異方性光学フィルム
4 :偏光板
5 :位相差板
6 :封止層
7 :透明板
10,11 :光源
21 :出射面
22 :光偏向要素
23 :凹型光偏向要素
24 :凸型光偏向要素
25 :光偏向面
26 :導光板端面
31a,31b :マトリックス領域
32a :ピラー構造体
32b :ルーバー構造体
40 :光源
41 :検出器
71 :主面
Claims (6)
- 導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムとを、含む導光積層体であって、
前記導光板は、光を前記導光板の内部に入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光が、前記導光板内で反射及び屈折して出射する出射面とを、有しており、
前記異方性光学フィルムは、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率が変化するフィルムであり、
前記異方性光学フィルムは、前記出射面に、直接または他の層を介して積層されており、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含み、
前記出射面からの光の出射強度が最大となる方向において出射した光が、前記異方性光学フィルムに対して入射した際の前記異方性光学フィルムの直線透過率が30%超であり、
前記異方性光学フィルムの複数の構造体の散乱中心軸方向と、前記導光板の光の出射強度が最大となる方向とがなす角度が、20°超であることを特徴とする、導光積層体。 - 前記出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度が20°未満であることを特徴とする、請求項1に記載の導光積層体。
- 前記導光板の、前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、深さ50μm以下である複数の凹型の光偏向要素を有していることを特徴とする、請求項1または2に記載の導光積層体。
- 前記導光板の、前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、高さ50μm以下である複数の凸型の光偏向要素を有していることを特徴とする、請求項1または2に記載の導光積層体。
- 前記他の層が、偏光板、位相差板のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の導光積層体。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の導光積層体と、光源とを、含むことを特徴とする、表示装置用面状照明装置。
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