JPWO2008126520A1 - 光学シート及びその光学シートを用いた光源 - Google Patents
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Abstract
モアレを防止し、光学欠陥の発生のない良好な光学シートを提供する。液晶表示装置のバックライトユニット用光学シートにおいて、基材表面にプリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を形成し、基材裏面に周期的な配列を有する形状を設ける光学シートであり、基材裏面形状の周期性が基材表面の周期性と同一周期である光学シート。
Description
本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シート及び光源に関する。
液晶表示装置は、薄型、小型、低消費電力などの特長を生かし、現在、時計、電卓、テレビ、パソコン等の表示部に用いられている。更に、ナビゲーションシステム、ビュウファインダー、携帯用端末機器など数多くの用途に使われており、その市場は今後、さらに拡大するものと予想されている。
液晶表示装置には、外部から入射した光またはフロントライト光を反射させて表示する反射型、バックライト光で表示する透過型、外部から入射した光とバックライト光の両方の機能を用いる半透過型の３タイプがある。テレビ、パソコン等の表示部には、室内で見ることが多いことから、透過型が主流であり、また携帯電話等の携帯用端末機器では、屋外、室内、夜間等でも同等の表示品質を得るために半透過型が主流となっている。そのため、ほとんどの液晶表示装置にバックライトユニットが内蔵されている。
バックライトユニットには光源が液晶パネルの下にある直下型と光源が横にあり導光板を用いて光をパネルに導くエッジライト型があり、携帯性を重視した機器の多くはエッジライト型である。エッジライト型のバックライトユニットの構造は、図１に示すように、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、光を効率よく拡散シート４に導くため、導光板３の下に反射シート２を設置する。拡散シート４で拡散された光を高輝度化するため、通常、複数枚のプリズムシート５を配置する。また、その上に更に拡散シートを配置する場合もある。最近、バックライトの高輝度化や構成部品の低減化を目的としてプリズムシート５を一枚にする一枚プリズム方式が要求され始めている。
このような一枚プリズム方式のバックライトユニットの構造は、図２に示すように、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、光を効率よくプリズムシート５に導くため、導光板３の下に反射シート２を設置する。この導光板３から出射される光は指向性のある光であり、プリズムシート５で高輝度化され、さらに拡散させるため、拡散シート４を設置する。この方式では輝度が高く、プリズム枚数を減らせる利点がある。
このようにバックライトユニットにはプリズムシート、拡散シート等の光学シートが複数枚配置されている。光学シートを重ねて配置する場合には、シート間の空隙による干渉縞、あるいはシート同士の密着による光学欠陥の発生という問題点がある。このような問題点の解決方法として、シート裏面に微粒子を分散して微小突起を形成する方法（特許文献１、特許文献２）、また、機械加工によって作製した原型を型押し、ランダムな高さの突起を形成する方法（特許文献３）が提案されている。また、高輝度化を目的に、両面にプリズムが形成されたシートを配置する方法（特許文献４、特許文献５）が提案されている。
特許第２９５１５２５号公報
特開平１０−３００９０８号公報
特表２００２−５３６７０２号公報
特開２０００−５６１０６号公報
特開２０００−５６１０７号公報
このように、基材表面、裏面ともに微細形状を形成する光学シートでは、両面とも周期性がある場合、基材表面の周期性と基材裏面の周期性との間でモアレが発生し、シート単体でも視認でき、バックライトユニットの外観不良となる。そこで、モアレを防止し、光学欠陥の発生のない良好な光学シートを提供することを目的とした。
本発明者らは、バックライトユニットに用いる基材表面、裏面ともに微細形状を形成する光学シートの基材裏面形状の周期性を基材表面の周期性と同一周期にすること、あるいは基材裏面形状の周期性を２０μｍ以下にすることにより、モアレを防止し、光学欠陥の発生のない良好な光学シートを作製できることを見出した。
すなわち、本発明に係る光学シートは、液晶表示装置のバックライトユニット用光学シートにおいて、基材表面にプリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を形成し、基材裏面に周期的な配列を有する形状を設ける光学シートであり、基材裏面形状の周期性が基材表面の周期性と同一周期である。特に、前記基材表面形状及び基材裏面形状の周期性が４０〜５０μｍであることが望ましい。さらに、前記基材表面形状及び基材裏面形状の周期性は４４〜４８μｍであることがより望ましく、４６μｍであることが最も望ましい。
また、本発明に係る光学シートは、前記課題を解決するために、液晶表示装置のバックライトユニット用光学シートにおいて、基材表面にプリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を形成し、基材裏面に周期的な配列を有する形状を設ける光学シートであり、基材裏面形状の周期性が２０μｍ以下である。また、前記基材表面形状の周期性が４０〜５０μｍであることが望ましい。さらに、前記基材表面形状の周期性は４４〜４８μｍであることがより望ましく、４６μｍであることが最も望ましい。
本発明に係る光源は、前記光学シートと導光体を配してなる。
本発明によれば、モアレを防止し、光学欠陥の発生のない良好な光学シート及びその光学シートを用いた光源を提供することが可能となった。
１．光源（蛍光ランプ）
２．反射シート
３．導光板
４．拡散シート
５．プリズムシート
６．ダイヤモンドバイト
７．基材ロール
８．プリズム構造
９．紫外線照射装置
１０．供給ヘッド
１１．ロール状転写原型
１２．ニップロール
１３．基材
１４．樹脂層
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１４．樹脂層
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。この実施の形態は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シートである。特に、エッジライト型のバックライトユニットに好適であり、前述の図１に示したバックライトユニット構造の、例えば２枚のプリズムシートの代わりに用いることができる。
図１を参照すれば、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、反射板２を設置して導光板３から拡散シート４に導き、拡散シート４からプリズムシートして用いる光学シートに入射させ、この光学シート透過させる。
この光学シートは、図３に示すように、基材１３と、後述するロール状転写原型の裏面微細形状が転写された樹脂層１４と、基材表面に所望の構造が形成された層８で構成されてなる。
特に、基材表面の層８には、所定ピッチＰで周期的にプリズム形状を配置した。表面形状としては、プリズム構造の他、レンズ構造、レンチキュラー構造を形成してもよい。これらの構造の少なくとも一種類を形成すればよい。また、基材裏面の樹脂層１４には、表面の周期性と同一周期（所定ピッチＰ）で、例えば球面を有する凸部を形成した。所定ピッチＰは、例えば４０〜５０μｍが望ましく、４４〜４８μｍがより望ましく、４６μｍが最も望ましい。
また、基材裏面の樹脂層１４には、図４に示すように、表面側の層８のプリズム形状の周期性と不一致の周期の凸部を形成してもよいが、この場合周期はピッチを２０μｍ以下とすることが望ましい。なお、図３と図４の表面側層８のプリズム形状のピッチは同一スケールではない。
本発明の光学シート基材裏面の形状は、表面形状と同様にプリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造のいずれを形成しても良い。また、規則的なドットパターン、多角形パターン等の凹凸を設けても良い。この裏面の形状は転写原型表面の微小な形状を制御することにより変えることができる。
本発明の光学シート基材裏面の形状を作製するときに用いる転写原型を作製する方法としては、表面に機械加工を行うことにより作製できる。図５は本発明に用いる転写原型の製造工程を示す断面図である。図５に示すようなロール状基材７を回転させながら、ダイヤモンドバイト６を矢印方向に移動させるか、または、ロールを矢印方向に移動させながら、バイトで押圧することにより、形状を形成する。また複数の形状の異なるバイトで押圧するか、同じバイトで位置を変えて押圧することもできる。ダイヤモンドバイトの形状、加工ピッチ、加工面積、加工深さを選択することで形状を最適化することができる。
次に、微細形状を表面に有するロール状転写原型を用いた光学シート基材裏面の微細形状の作製について説明する。図６は本発明の光学シートの製造工程の一例を説明するための断面図である。図６に示すように、基材１３の上に樹脂層１４を供給ヘッド１０により塗布して形成した被転写フィルムを、上記のロール状転写原型１１を回転させながら、ニップロール１２により押し当て、紫外線照射装置９からの紫外光を照射して樹脂層を硬化させ微細形状を連続的に転写させ、剥離して作製することができる。
更に、作製したシートの基材表面に、裏面に形状を作製した方法と同様な方法で、プリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を作製する。
転写原型の材質は金属、セラミック、樹脂等、限定されないが、好ましくは寸法安定性、導電性に優れるステンレス等の鉄合金、さらに加工裕度のある銅、あるいはニッケルが積層されたものを用いることが好ましい。転写原型表面は機械研磨、エッチング、洗浄等を行い均一にして用いる。表面に微細形状を形成する方法として、レーザー加工、スパッタ、エッチング、フォトリソ等が挙げられる。生産性に優れ、所望の表面形状を効率的に得る方法として、転写原型表表面にダイヤモンドバイト等を用いて機械加工を行う方法が好ましい。
光学シート基材裏面の微細形状は、形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる。被転写フィルムは、変形可能な基材や基材に樹脂層を設けたものである。基材に樹脂層を設けた被転写フィルムは、樹脂層に転写原型を押し当てる工程、樹脂層を硬化する工程により、被転写フィルムにその表面形状を転写して得られる。耐熱性、耐溶剤性、形状安定性を向上させるために、押し当てる工程で熱、光等を与えてもよい。さらに、カップリング剤、接着性付与剤を添加することで基材との密着を向上させることもできる。基材と樹脂層の接着を向上させる目的で基材または樹脂層の接着面に接着性付与剤を塗布することもできる。
樹脂層には感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂、ゴムを用いることが好ましい。感光性樹脂を用いることにより、樹脂層の必要な部分だけを残し、不要な部分を除けるようにすることもできる。
本発明で用いる基材としては、化学的、熱的に安定であり、シートまたは板状に成形できるものを用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、（メタ）アクリル酸エステルの重合体、エチレンと酢酸ビニル、エチレンとアクリル酸エステル、エチレンとビニルアルコールのようなエチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合体、塩化ビニルとビニルアルコールの共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレンと（メタ）アクリル酸エステルのようなスチレン共重合体、ポリビニルトルエン、ビニルトルエンと（メタ）アクリル酸エステルのようなビニルトルエン共重合体、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸ブチルと酢酸ビニルのような（メタ）アクリル酸エステルの共重合体、セルロースアセテート、ニトロセルロース、セロハン等のセルロース誘導体、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエステル、合成ゴム、等から選ばれた、少なくとも１種類以上の有機高分子を用いることができる。またはアルミ、銅等の金属類等である。これらの中で特に好ましいのは寸法安定性に優れた２軸延伸ポリエチレンテレフタレートである。
本発明で用いる基材への樹脂層の塗布方法として、ロールコータ塗布、スピンコータ塗布、スプレー塗布、ホエラー塗布、ディップコータ塗布、カーテンフローコータ塗布、ワイヤバーコータ塗布、グラビアコータ塗布、エアナイフコータ塗布等がある。
以下、表１、表２を参照して、実施例１〜１４を説明する。本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
（実施例１〜１４）
直径１３０ｍｍ、幅４７０ｍｍのロール状の鉄製基材を回転させながら、銅めっきを行って、鉄に銅が２００μｍ積層されたロール基材を得た。さらに、ニッケルめっきを行って、ニッケルが２００μｍ積層された原型基材を得た。これを研磨して表面が鏡面となるように加工した。次にこれを回転させながら先端が半径Ｒ＝４０μｍの曲面のダイヤモンドバイトで一定周期、一定振幅で押圧し、半径が１７．２μｍ、深さ１．２μｍの球面を押し付けた形状が一定高さで周期的に並んだロール状転写原型を得た。加工周期はロール回転速度で制御し、加工深さはバイト振幅で制御した。実施例１〜実施例７、実施例８〜実施例１４は、加工周期を異ならせて作製したロール状転写型に対応する。
直径１３０ｍｍ、幅４７０ｍｍのロール状の鉄製基材を回転させながら、銅めっきを行って、鉄に銅が２００μｍ積層されたロール基材を得た。さらに、ニッケルめっきを行って、ニッケルが２００μｍ積層された原型基材を得た。これを研磨して表面が鏡面となるように加工した。次にこれを回転させながら先端が半径Ｒ＝４０μｍの曲面のダイヤモンドバイトで一定周期、一定振幅で押圧し、半径が１７．２μｍ、深さ１．２μｍの球面を押し付けた形状が一定高さで周期的に並んだロール状転写原型を得た。加工周期はロール回転速度で制御し、加工深さはバイト振幅で制御した。実施例１〜実施例７、実施例８〜実施例１４は、加工周期を異ならせて作製したロール状転写型に対応する。
基材として厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上にピッチ４６μｍ、高さ２３μｍ、頂角９０°のプリズム形状を配置したフィルムを用い、基材裏面に光硬化性樹脂溶液（下記１及び２）をダイコーターで塗布し、前記ロール状転写原型を押し当て、紫外線を照射し光硬化性樹脂を硬化しロール状転写原型から分離し、ロール状転写原型表面形状の反転形状が光硬化性樹脂層の表面に転写された光学シートを得た。
（光硬化性樹脂溶液１）：ヒタロイド７９８１−Ｆ４７（日立化成工業株式会社製）
（光硬化性樹脂溶液２）：ジイソシアネート化合物、ヒドロキシル基含有メチレングリコール及びカプロラクトン変性アクリレートから得られたウレタンオリゴマーからなるＵＶ硬化型樹脂組成物
（比較例１）
前記ロール状転写原型表面形状の反転形状を、基材裏面に転写させず、光学シート裏面に形状を形成しなかった以外は、実施例と同様にして、光学シートを得た。
（光硬化性樹脂溶液２）：ジイソシアネート化合物、ヒドロキシル基含有メチレングリコール及びカプロラクトン変性アクリレートから得られたウレタンオリゴマーからなるＵＶ硬化型樹脂組成物
（比較例１）
前記ロール状転写原型表面形状の反転形状を、基材裏面に転写させず、光学シート裏面に形状を形成しなかった以外は、実施例と同様にして、光学シートを得た。
作製したロール状転写原型の形状を基材裏面に転写した光学シートの裏面形状高さとピッチ、さらにこの光学シートを用いて作製したバックライトユニットの外観を観察した結果を表１、２に示した。高さとピッチについては、超深度形状測定顕微鏡ＶＫ−８５５０（株式会社キーエンス製商品名）を用いて測定した。また、外観観察には、図１に示した構造の２インチ用バックライトユニットの中で、プリズムシート５の２枚を得られた光学シートに置き換えて、モアレ等の光学欠陥が見えるかどうかを判定した。外観観察結果から光学シートを総合評価し、最も良好なものを○で、不良なものを×で示した。表１は、光硬化性樹脂溶液１を使用した結果である。表２は、光硬化性樹脂溶液２を使用した結果である。
表１に示した実施例１は裏面形状のピッチが８００μｍである。以下、実施例２は前記ピッチが５００μｍ、実施例３は２００μｍ、実施例４は４６μｍ、実施例５は３０μｍ、実施例６は２０μｍ、実施例７は１０μｍである。いずれも表面に形成したプリズム形状のピッチは前述したように４６μｍである。よって、実施例４は表面形状及び裏面形状のピッチが４６μｍで同一である。
また、表２に示した実施例８は裏面形状のピッチが８００μｍである。以下、実施例９は前記ピッチが５００μｍ、実施例１０は２００μｍ、実施例１１は４６μｍ、実施例１２は３０μｍ、実施例１３は２０μｍ、実施例１４は１０μｍである。いずれも表面に形成したプリズム形状のピッチは前述したように４６μｍである。よって、実施例１１は表面形状及び裏面形状のピッチが４６μｍで同一である。
表１、２の結果はいずれも同様の結果となり、裏面形状のない比較例では、モアレが観察されなかった。裏面形状のある実施例１、２，８、９では、基材表面の周期性と基材裏面の周期性との間でモアレが発生し、バックライトで観察された。更に裏面形状のすじもバックライトで観察された。実施例３、１０では裏面形状のすじは観察されないが、実施例１あるいは２と同様のモアレが発生した。裏面形状のピッチを表面形状のピッチと同一の４６μｍにした実施例４、１１、あるいは裏面形状のピッチを２０μｍ以下にした実施例６、７、１３、１４では、モアレやすじのない外観良好なバックライトが得られた。このように、基材裏面形状の周期性が基材表面の周期性と同一周期にすること、あるいは基材裏面形状の周期性を２０μｍ以下にすることにより、モアレを防止でき、光学欠陥の発生のない良好なバックライトユニットを得ることができた。
本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる光学シートであるが、表面に金属層を形成することにより反射シートとして使用することができる。また、得られた光学シートを転写原形として用いることもでき、その場合は、転写の転写であるので原転写原形の表面形状を転写することができる。
Claims (7)
- 光学シートにおいて、
基材表面にプリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を形成し、基材裏面に周期的な配列を有する形状を設ける光学シートであり、基材裏面形状の周期性が基材表面の周期性と略同一周期であることを特徴とする光学シート。 - 前記基材表面形状及び基材裏面形状の周期性が４０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の光学シート。
- 前記基材表面形状及び基材裏面形状の周期性が４４〜４８μｍであることを特徴とする請求項２記載の光学シート。
- 光学シートにおいて、
基材表面にプリズム構造、レンズ構造、レンチキュラー構造の少なくとも一種類を形成し、基材裏面に周期的な配列を有する形状を設ける光学シートであり、基材裏面形状の周期性が２０μｍ以下であることを特徴とする光学シート。 - 前記基材表面形状の周期性が４０〜５０μｍであることを特徴とする請求項４記載の光学シート。
- 前記基材表面形状の周期性が４４〜４８μｍであることを特徴とする請求項５記載の光学シート。
- 請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の光学シートと導光体を配してなる光源。
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