JPWO2018155482A1 - 導光フィルムおよびバックライトユニット - Google Patents
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Abstract
Description
LCDの消費電力を削減する方法として、LCDのバックライトを複数の領域に分割し、映像のシーンに合わせて領域毎にバックライトの輝度を調整すること(ローカルディミング)が提案されている。
例えば、特許文献1には、端部において複数並列して配される光源と、光源の並列方向に沿って複数並列して配されるとともに光源からの光が入射される導光部と、光源の並列方向と交差する方向に沿って複数並列して配されるとともに導光部からの光を出射させる出光部と、を備え、複数の出光部には、少なくとも相対的に光源側に配される第1出光部と、第1出光部よりも相対的に光源側とは反対側に配される第2出光部とが含まれるのに対し、複数の導光部には、少なくとも第1出光部に光学的に接続される第1導光部と、第2出光部に光学的に接続される第2導光部とが含まれている照明装置が記載されている。
特許文献1において、導光部は出光部の背面側に配置されている。
出射部と導光部との位置関係がずれると、組をなす導光部からの光を出射部に適正に入射できない。また、導光部を出射部の背面側に配置するため、湾曲させた際に、出射部と出射部の下側に配線された他の組の導光部とが意図せず接触してしまうおそれがある。そのため、出射部に意図しない光が入射されてしまうおそれがある。
このように、複数の出射部と、出射部の背面側に配置される複数の導光部とを有するバックライトをフレキシブル化した場合には、複数の出射部のそれぞれに適正な光量を入射させることができず、領域毎の輝度の調整(ローカルディミング)を適正に行なうことができないという問題があった。
すなわち、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。
隣接する光学ユニットの間に充填される樹脂部とを有し、
導光部は、光源から入射された光を出射部に導くものであり、
出射部は、導光部から導光されて入射した光を光出射面から出射するものであり、
複数の光学ユニットは、互いの出射部の光出射面を平行にして、光出射面の面方向に配列され、
導光部と出射部とは、光出射面の面方向に配列されている導光フィルム。
(2) 出射部は、光出射面から光を出射するための光取出し構造を有する(1)に記載の導光フィルム。
(3) 各光学ユニットの出射部と導光部とが接合されている(1)または(2)に記載の導光フィルム。
(4) 各光学ユニットの出射部と導光部とは、導光部内の光の進行方向に平行な方向に、複数の位置で接合されており、
導光部内の光の進行方向に向かって、隣接する接合部間の距離が短くなる(3)に記載の導光フィルム。
(5) 各光学ユニットの導光部には、出射部に向けて光を出射するための光取出し構造を有する(3)に記載の導光フィルム。
(6) 各光学ユニットの出射部と導光部とが離間しており、
出射部と導光部との間に樹脂部が充填されている(1)または(2)に記載の導光フィルム。
(7) 導光部は、出射部に向けて光を出射するための光取出し構造を有する(6)に記載の導光フィルム。
(8) 導光部は、光出射面に垂直な方向の高さが2mm以下であり、導光部内の光の進行方向に直交する方向の幅が5mm以下である(1)〜(7)のいずれかに記載の導光フィルム。
(9) 複数の光学ユニットは、樹脂部に覆われている(1)〜(8)のいずれかに記載の導光フィルム。
(10) 光学ユニット上に積層された部分の樹脂部の厚みが40μm以上である(9)に記載の導光フィルム。
(11) 樹脂部の形成材料は、光学ユニットの形成材料よりも屈折率が低い(1)〜(10)のいずれかに記載の導光フィルム。
(12) 基材フィルムを有し、
複数の光学ユニットが基材フィルムの一方の主面上に配列されている(1)〜(11)のいずれかに記載の導光フィルム。
(13) (1)〜(12)のいずれかに記載の導光フィルムと、
導光フィルムの複数の光学ユニットの各導光部に向けて光を出射する複数の光源とを有するバックライトユニット。
(14) 光源が発光ダイオードまたは半導体レーザーである(13)に記載のバックライトユニット。
本発明の導光フィルムは、
導光部および出射部を有する複数の光学ユニットと、
隣接する光学ユニットの間に充填される樹脂部とを有し、
導光部は、光源から入射された光を出射部に導くものであり、
出射部は、導光部から導光されて入射した光を光出射面から出射するものであり、
複数の光学ユニットは、互いの出射部の光出射面を平行にして、光出射面の面方向に配列され、
導光部と出射部とは、光出射面の面方向に配列されている導光フィルムである。
本発明の導光フィルム10は、導光部18と出射部16とを有する複数の光学ユニット12と、樹脂部14と、基材フィルム20とを有する。
図1に示す例では、導光部18の一方の端面は、導光フィルム10aの側面に表出しており光入射面として機能する。また、導光部18の1つの側面の光入射面から遠い側の一部は、出射部16の側面に対面して接合されている。
図3に示すように、光学ユニット12は、平板状の出射部16と線状(棒状)の導光部18とを有する。
導光部18は、光源が出射した光を一方の端面から入射されて、入射した光を出射部16に導くものである。
図3に示す例では、出射部16は、最大面である主面の形状が矩形状であり、一方の主面を基材フィルム20側にして配置されている。また、出射部16の基材フィルム20とは反対側の主面が光出射面である。従って、図3に示す例では、光は出射部16から紙面に垂直な方向に出射される。
なお、隣接する光学ユニット12間の距離は、0.001mm以上1.0mm以下が好ましく、0.001mm以上0.95mm以下がより好ましい。
出射部と導光部との位置関係がずれると、組をなす導光部からの光を出射部に適正に入射できない。また、導光部を出射部の背面側に配置するため、湾曲させた際に、出射部と出射部の下側に配線された他の組の導光部とが意図せず接触してしまうおそれがある。そのため、出射部に意図しない光が入射されてしまうおそれがある。
このように、複数の出射部と、出射部の背面側に配置される複数の導光部とを有するバックライトをフレキシブル化した場合には、複数の出射部のそれぞれに適正な光量を入射させることができず、領域毎の輝度の調整(ローカルディミング)を適正に行なうことができないという問題があった。
導光部と出射部とが厚み方向に重複しないように光出射面の面方向に配列されることで、導光フィルムを湾曲させた場合でも、出射部と導光部とが接触しにくくできる。また、光学ユニットの間に充填される樹脂部を有することで、導光フィルムを薄型のフィルム状であっても、湾曲させた際、あるいは、衝撃を受けた際などに、出射部と導光部との位置関係がずれるのを防止できる。
従って、本発明の導光フィルムは、衝撃に強く、湾曲させた際にも領域毎の輝度の調整(ローカルディミング)を適正に行なうことができる。
光学ユニット12の数は2以上であればよく、ローカルディミングによる消費電力の低減効果の観点から2以上1600以下が好ましく、8以上600以下がより好ましい。
また、光学ユニット12の配列パターンにも特に限定はなく、導光フィルムの主面の大きさ、光学ユニット12の出射部16の大きさおよび形状等に応じて適宜配列すればよい。
なお、以下の説明において、光学ユニットの配列パターンを紙面の縦方向の数×横方向の数で表す。
例えば、図5に示す例では、2×2の位置と2×3の位置の2つの光学ユニット12は、四方を他の光学ユニット12に囲まれている。2×2の位置の光学ユニット12の導光部18は、1×2の位置の光学ユニット12と1×3の位置の光学ユニット12との間に配線されている。また、2×3の位置の光学ユニット12の導光部18は、4×2の位置の光学ユニット12と4×3の位置の光学ユニット12との間に配線されている。
本発明の導光フィルムはこのような課題を解決できるため、光学ユニットを3×3以上に配列する構成に、より好適に適用することができる。
ローカルディミングによる消費電力の低減効果、導光フィルム全体の面積に対する出射部の合計面積を大きくできる点等の観点から、光学ユニットは、2×4〜28×56に配列されるのが好ましい。
図10に示す例では、光学ユニット12の一方の主面が樹脂部14と面一に形成されており、光学ユニット12の他方の面が樹脂部14に覆われている。
図11に示す例では、光学ユニット12の両面が樹脂部14に覆われている。
図12に示す光学ユニット12bのように、出射部16と導光部18とが、導光部18内の光の進行方向に平行な方向に、複数の接合部24を有する構成としてもよい。言い換えると、導光部18の1つの側面と出射部の1つの側面とが接合しており、その接合部には、導光部18内の光の進行方向に沿って複数の孔部が形成された構成としてもよい。
その際、導光部内の光の進行方向に向かって、隣接する接合部24間の距離が短くなるのが好ましい。
一方、図12に示す例のように、出射部16と導光部18とが、導光部18内の光の進行方向に平行な方向に、複数の接合部24を有する構成とした場合には、複数の接合部24から出射部16に光が入射するため、出射部16に入射する光は線光源から出射された光に近い状態になる。そのため、出射部16の光出射面から出射される光の均一性を向上できる。
その際、複数の光取出し構造は、光取出し構造を有さない場合の導光部18から出射部16への光の配光分布を確認し、出射部16の光が配光されない(されにくい)方向へ光が配光されるように形成されるのが好ましい。たとえば図3に示す例の場合、出射部16の、導光部18の光入射面側へ光を配光するよう、導光部18内の光の進行方向に向かって、複数の光取出し構造26の密度が漸次低くなるのが好ましい。または、導光部18内の光の進行方向に向かって、複数の光取出し構造26の長さが漸次短くなるのが好ましい。
図14に示す光学ユニット12cは、導光部18の1つの側面と出射部16の1つの側面とが近接して対面して配置されている。導光部18の、出射部16と対面する側面の反対側の側面には光取出し構造26を有し、導光部18内を導光された光は、導光部18の側面から出射部16の側面に向かって出射される。
また、図15に示す光学ユニット12dは、光取出し構造26が導光部18の、出射部16と対面する側面に形成される以外は図14の光学ユニット12cと同様の構成である。
なお、光学ユニットの各態様において、光取出し構造26は、導光部18の側面上に配置されていてもよいし、図14ならびに図15に示すように、導光部18内に一部が埋没するように配置されてもよい。光取出し構造26を導光部18内に一部が埋没するように配置することで、導光部18内を導光される光が光取出し構造26に当たりやすくなり、より好適に光を出射部16に向かわせることができる。
このように、光入射面18aの面積を大きくすることで、光源からの光を効率よく取り込むことができる。
ここで、導光部18が、光入射面近傍の部分において、光入射面18aに近づくにつれて断面績が大きくなる形状の場合には、光入射面18aの光の進行方向に直交する方向の幅をt1とし、光出射面に垂直な方向の高さをh1とし、断面績が拡大する部分の奥行きをs1とし、光入射面近傍の部分以外の、均一な断面績の棒状の部分の光の進行方向に直交する方向の幅をt2とし、光出射面に垂直な方向の高さをh2とすると(図16および図17参照)、
幅t1は0.1mm以上5mm以下が好ましく、1mm以上3mm以下がより好ましい。
高さh1は0.1mm以上2mm以下が好ましく、0.1mm以上0.5mm以下がより好ましい。
奥行きs1は0.1mm以上5mm以下が好ましく、0.1mm以上4mm以下がより好ましい。
幅t2は0.001mm以上1mm以下が好ましく、0.001mm以上0.95mm以下がより好ましい。
高さh2は0.001mm以上1mm以下が好ましく、0.001mm以上0.95mm以下がより好ましい。
また、各光学ユニット12の出射部16の平面視の形状は同じであっても異なっていてもよい。
導光フィルム全体の面積に対する出射部の合計面積を大きくできる点等の観点から、出射部の平面視の形状は矩形状とするのが好ましい。
また、各光学ユニット12の導光部18の長さは、各光学ユニット12の配置に応じて適宜設定すればよい。
光学ユニット12は、導光部18および出射部16を備える。導光部18および出射部16は、基本的に同じ材料で形成されるが、異なる材料で形成されていてもよい。以下においては、まとめて光学ユニット12の形成材料として説明する。
例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレート、MS樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。
また、光を光学ユニット12内に好適に導光させるために、光学ユニット12の形成材料の屈折率は、樹脂部14の形成材料よりも高い屈折率であるのが好ましい。この点から、光学ユニット12の形成材料は、ポリカーボネート、アクリルを高屈折率化した材料、フルオレン系アクリレートなどが好ましい。
前述のとおり、光学ユニット12の出射部16は、光出射面から光を出射するための光取出し構造22を有していてもよい。また、導光部18は、光を出射部16に向かわせるための光取出し構造26を有していてもよい。
なお、光取出し構造22と光取出し構造26とは、基本的に同じ構造であるので、まとめて説明を行なう。
例えば、光取出し構造としては、プリズム(三角溝状)、円錐状等の凹凸パターンを形成した構造、屈折率の異なる界面を設ける構造、あるいは、反射性を有する複数のドットを所定のパターンで離散的に配置した構造等がある。
また、光取出し構造としては、光学ユニットの内部に光を散乱させるための散乱粒子を混錬分散させる構成がある。
同様に、光学ユニットの内部に光を散乱させるための散乱粒子を混錬分散させる構成の場合にも、光が入射される位置から離間するほど、散乱粒子の濃度が大きくなるようにしてもよい。
また、光学ユニットの導光部および出射部は、光入射面となる面および光出射面となる面以外の側面に反射層が形成されていてもよい。
反射層としては、光を反射することができれば、どのような材料で形成されてもよい。例えば、PETやPP等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、アルミニウム等の金属箔を担持した樹脂シート、あるいは、アルミニウム等の金属箔を反射層として側面に配置すればよい。あるいは、導光部および出射部の側面に直接、蒸着などでアルミニウム等の金属膜を形成してもよい。
樹脂部14の形成材料は、公知の樹脂材料が適宜利用可能である。
ここで、樹脂部14の形成材料は、光学ユニット12の形成材料よりも低い屈折率の材料であるのが好ましい。
例えば、アクリル樹脂、アクリル変性シリコーン等のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。
光学ユニット12と樹脂部14の形成材料の屈折率の差を上記範囲とすることで、光を光学ユニット12内に適切に導光させることができる。
基材フィルム20は、可撓性を有する帯状(シート状)の支持体が好ましい。基材フィルム20を有することで、光学ユニット12および樹脂部14を支持し、導光フィルムの強度が向上され、且つ、製造を容易に実施することが可能となる。なお、少なくとも光出射面側に配置される基材フィルム20は透明性を有するのが好ましい。
本発明において、透明性を有するとは、可視光領域における全光線透過率が80%以上であることである。可視光領域とは、380〜780nmの波長領域をいうものとする。透明の尺度として用いられる光線透過率は、JIS−K7105に記載された方法、すなわち積分球式光線透過率測定装置を用いて全光線透過率および散乱光量を測定し、全光線透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。可撓性を有する支持体については、特開2007−290369号公報段落0046〜0052、特開2005−096108号公報段落0040〜0055を参照できる。
次に、上記の如く構成された本発明の導光フィルムの製造工程の一例について図18〜図19を参照して説明する。
塗布液調製工程では、光学ユニットとなる光学ユニット形成用塗布液、ならびに、樹脂部となる樹脂部形成用塗布液をそれぞれ調製する。なお、光学ユニット形成用塗布液および樹脂部形成用塗布液には有機溶媒を含んでいても、含んでいなくても構わない。本工程において、ポリマー組成物を溶融、混練させることにより、光学ユニット形成用の組成物を調整する場合も含まれる。
次に、基材フィルム20上に光学ユニット形成用塗布液を塗布し、塗布した光学ユニット形成用塗布液に凹凸パターンを有する型(モールド)を圧接して所定のパターンに形成して、光学ユニット形成用塗布液を硬化させて、図18に示すような、基材フィルム20上に、複数の光学ユニット12が形成された積層フィルムを形成する。
次に、積層フィルムの複数の光学ユニット12の間に樹脂部形成用塗布液を塗布し、樹脂部形成用塗布液を硬化させる前に、基材フィルム20を貼り合せた後、樹脂部形成用塗布液を硬化させて樹脂部14を形成して、導光フィルムが作製される。
熱硬化を行う場合の温度および加熱時間等は形成材料に応じて適宜設定すればよい。
また、光硬化を行なう場合の光の種類および照射量等は形成材料に応じて適宜設定すればよい。
また、上記工程をRtoRで行なう場合には、全ての工程をRtoRで連続的に行なってもよいし、例えば、光学ユニット形成工程の後に、一旦、ロール状に巻き取って、その後、巻き取ったロールに対してRtoRにより樹脂部形成工程等を行なう構成としてもよい。
また、RtoRにより得られる連続した(長尺の)導光フィルムは、必要により切断機により裁断(切断)すればよい。
また、インクジェット法、ディスペンサー法でパターン形成をすることもできる。
光透過性のモールド材は、特に限定されないが、所定の強度、耐久性を有するものであればよい。具体的には、ガラス、石英、PMMA、ポリカーボネート樹脂などの光透明性樹脂、透明金属蒸着膜、ポリジメチルシロキサンなどの柔軟膜、光硬化膜、ステンレス(SUS)等の金属膜が例示される。
図面を参照して、本発明の導光フィルムを備えたバックライトユニットについて説明する。図20は、バックライトユニットの概略構成を示す模式図である。
なお、バックライトユニット100は、導光フィルム10および光源102以外に、公知のバックライトユニットに用いられる各種の機能性フィルム等を有していてもよい。例えば、バックライトユニット100は、導光フィルム10の光出射面とは反対側の面に反射板を有していてもよい。また、導光フィルム10の光出射面側には、拡散フィルムおよびプリズムシート等を有していてもよい。
各光源102から出射された光はそれぞれ、光入射面から各導光部18に入射し、入射した光は導光部18内を導光されて出射部16に入射する。出射部16に入射した光はそれぞれ、出射部16の一方の主面である光出射面から出射される。これにより、導光フィルム10から面状の光が出射される。
その際、各光源102の光量を映像のシーンに合わせて光学ユニット毎に調整することで、ローカルディミングを行なうことができる。
また、光源が出射する光の色についても特に制限はないが白色光であるのが好ましい。白色光を発光するLEDとしては、GaN系発光ダイオード、InGaN系発光ダイオード等の表面にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を塗布したLEDチップが例示される。
この導光フィルム10dにおいて、出射部16Aが面方向の中央部分(破線で囲まれた領域)に配列される光学ユニット12A(12Aa〜12Ah、区別が不要な場合はまとめて12Aとする)、具体的には、5×5、5×28、12×28、12×5の位置を結んだ線の内側に配列される光学ユニット12Aは、第1の基材フィルム20Aの上に形成されており、これらの外側に出射部16Bが配列される光学ユニット12B(12Ba〜12Bh、区別が不要な場合はまとめて12Bとする)は、第2の基材フィルム20Bの上に形成されている。
図24中、破線で囲んだ領域Cの光学ユニット12Bの配列を図25に示し、領域Dの光学ユニット12Bの配列を図26に示す。なお、図24〜図29では、図24における左右方向を矢印Xで示し、上下方向を矢印Yで示す。
領域Cのように、図24中左端部側に配列される光学ユニット12Bは、図25に示すように、左右方向に配列された4つの光学ユニット12Bを一組として、各光学ユニット12Bの導光部18Bが出射部16Bから導光フィルム10dの左側の側面まで延在するように配列されている。図24中右端部側に配列される光学ユニット12Bも同様に、導光部18Bが導光フィルム10dの右側の側面まで延在するように配列されている。
一方、領域Dのように、図24中上端部側に配列される光学ユニット12Bは、図26に示すように、上下方向に配列された4つの光学ユニット12Bを一組として、各光学ユニット12Bの導光部18Bが出射部16Bから導光フィルムの上側の側面まで延在するように配列されている。図24中下端部側に配列される光学ユニット12Bも同様に、導光部18Bが導光フィルム10dの下側の側面まで延在するように配列されている。
図27中、破線で囲んだ領域Eの光学ユニット12Aの配列を図28に示し、領域Fの光学ユニット12Aの配列を図29に示す。
領域Eのように、図27中左端部側に配列される光学ユニット12Aは、図28に示すように、左右方向に配列された4つの光学ユニット12Aを一組として、各光学ユニット12Aの導光部18Aが出射部16Aから導光フィルム10dの左側の側面まで延在するように配列されている。図27中右端部側に配列される光学ユニット12Aも同様に、導光部18Aが導光フィルム10dの右側の側面まで延在するように配列されている。
一方、領域Fのように、図27中上端部側に配列される光学ユニット12Aは、図29に示すように、上下方向に配列された4つの光学ユニット12Aを一組として、各光学ユニット12Aの導光部18Aが出射部16Aから導光フィルム10dの上側の側面まで延在するように配列されている。図27中下端部側に配列される光学ユニット12Aも同様に、導光部18Aが導光フィルム10dの下側の側面まで延在するように配列されている。
複数の光学ユニット12が2枚以上の基材フィルムのいずれかに配列される構成とすることにより、より多くの光学ユニット12を容易に面方向に配列することができる。また、ローカルディミングの形状の自由度を上げることができる。
<導光フィルムの作製>
実施例1として、図1に示すように光学ユニットが2×4に配列された導光フィルムを作製した。積層構造は、図17に示す例のように、樹脂部14中に光学ユニット12が包埋され樹脂部14の両面に基材フィルム20が積層されるものとした。
また、作製した導光フィルムは、図1に示すように、図中左側の4つの光学ユニット12それぞれの光入射面18aが導光フィルムの左側の側面に形成されるものとし、図中右側の4つの光学ユニット12それぞれの光入射面が導光フィルムの右側の側面に形成されるものとした。
図1に示すように、図中左右方向の中央側(光入射面から遠い側)の4つの光学ユニットの導光部の長さは、図中左右方向の側面側(光入射面に近い側)の4つの光学ユニットの導光部の長さよりも長い。以下、出射部の配置位置が導光部の光入射面に近い側を第1の光学ユニットとし、遠い側を第2の光学ユニットとする。
基材フィルムとして、ポリエチレンテレフタレート(PET、東洋紡株式会社製、コスモシャイン(登録商標)A4300、厚み23μm)を用いた。
樹脂部形成用塗布液として、KER−4000−UV(信越シリコーン社製)を準備した。以下、塗布液1という。
下記の組成の光学ユニット形成用塗布液を調製し、塗布液2とした。
・EA−F5710(大阪ガス化学社(株)製)) 99質量部
・光重合開始剤(イルガキュア819(BASF(株)製)) 1質量部
第1の基材フィルム上に塗布液1を塗布し、続いて、200W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、紫外線を基材フィルム側より2000mJ/cm2照射して室温25℃で硬化させ、第1の基材フィルム上に膜厚0.04mmの樹脂部を形成した。
以下に示す光インプリント法で第1の基材フィルム上に形成した樹脂部の上に光学ユニットを形成した。
まず、光学ユニットの配列パターンに対応する凹凸形状をフォトエッチング法で形成したSUSモールドを準備した。
SUSモールドには、光学ユニットの形状が以下の形状となるように凹凸形状を形成した。
また、第1の光学ユニットと第2の光学ユニットの間の距離は0.125mmとした。
また、第1の光学ユニットおよび第2の光学ユニットの出射部の光出射面とは反対側の面(裏面)には、円錐型の凹凸パターンを複数有するものとした。凹凸パターンは、導光部の光入射面に最も近い、出射部の頂点を中心に同心円状に配置した。
上記工程で作製した光学ユニットが形成された第1の基材フィルムの光学ユニット側と第2の基材フィルムの間に塗布液1をディスペンサーで流し込み、ゴムローラで0.3MPaの圧力で圧接して、過剰な塗布液を排出し、塗布液1を光学ユニットを形成した第1の基材フィルムと第2の基材フィルムとの間に充填した。続いて、200W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、紫外線を第1の基材フィルム側より2000mJ/cm2照射して室温25℃で硬化し、導光フィルムを作製した。
第1の基材フィルムおよび第2の基材フィルムをはがし、図11に示すような樹脂部をむき出しの状態にした以外は、実施例1と同様の導光フィルムを形成した。
基材フィルムとして、以下に示す厚み40μmのアクリル系樹脂フィルム(ラクトン化ポリメチルメタクリレートフィルム)を用い、下層の樹脂部形成工程を省略した以外は実施例1と同様の導光フィルムを作製した。すなわち、図7に示すように光学ユニットが第1の基材フィルム上に直接形成された積層構造の導光フィルムとした。
光学ユニットが、図12に示す光学ユニットのように、出射部と導光部とが、導光部内の光の進行方向に平行な方向に、複数の接合部を有する構成とし、出射部の裏面に形成される円錐型の凹凸パターンが導光部18内の光の進行方向と平行に配置される以外は、実施例1と同様の導光フィルムを作製した。すなわち、導光部と出射部との接合部に、光の進行方向に沿って複数の孔部が形成された構成とした。
このような孔部は、光学ユニット形成工程で用いるSUSモールドとして、孔部に対応する位置、形状および大きさの凸部を設けたSUSモールドを作製しこれを用いて光学ユニットを作製することで形成した。
光学ユニットの全ての側面の表面粗さRaを0.6μmとし、この側面にアルミニウム箔からなる反射層を設けた以外は、実施例4と同様の導光フィルムを作製した。
また、反射層の形成は以下のようにして行った。
光学ユニット形成工程の後、光学ユニットの側面以外を保護するシートを貼った上で、一般的なスパッタリング装置を用いて、表面粗さRa0.6μmに調整された側面に、アルミニウム箔を形成した。ターゲットとしてアルミニウム、放電ガスとしてアルゴンを用いた。成膜圧力は0.5Pa、成膜出力は400Wとした。成膜した膜厚は100nmであった。
樹脂部形成用塗布液を下記の塗布液3に変えた以外は実施例1と同様にして導光フィルムを作製した。
下記に記載のアクリル樹脂を使用した。MMAはメチルメタクリレートに由来する構造単位を表す。
重量平均分子量130万、MMA比率100%のアクリル樹脂を、以下の方法で合成した。
メカニカルスターラー、温度計、冷却管をつけた1Lの三ツ口フラスコにイオン交換水300g、ポリビニルアルコール(ケン化度80%、重合度1700)0.6gを加えて攪拌し、ポリビニルアルコールを完全に溶解した後、メチルメタクリレート100g、過酸化ベンゾイル0.15gを添加し、85℃で6時間反応させた。得られた懸濁液をナイロン製ろ過布によりろ過、水洗し、ろ過物を50℃で終夜乾燥することで、目的のポリマーをビーズ状で得た(92.0g)。
温度計、攪拌羽根、滴下ロート及び還流冷却管を備えた1Lの三口フラスコにフェノール83g、n−オクチルメルカプタン5gを仕込み、系中を窒素置換した後、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノン25.2gを仕込み、45℃に保持しながら、塩化水素ガスを吹き込み、4時間反応させた。反応終了後、12質量%水酸化ナトリウム水溶液加えて中和した後、一旦80℃まで加熱し、室温まで冷却後、析出物した結晶をろ別した。得られた粗結晶を多量のトルエンに分散溶解させ、共沸脱水により水を除去した後、活性白土5gを添加して、30分間環流攪拌した。熱ろ過により活性白土を除去し、得られたろ液に水28gを添加して再結晶することにより化合物A−30を得た(43g、白色結晶)。
下記に記載の組成物をミキシングタンクに投入し、230度で溶融し、(メタ)アクリル系樹脂組成物を調製し塗布液3とした。
アクリル樹脂 100質量部
添加剤A−30 20質量部
カネエースM−210(株式会社カネカ製) 15質量部
図14に示す光学ユニットのように、出射部と導光部とを0.125mm離間して配置し、導光部の、出射部と対面する側面の反対側の側面には光取出し構造として三角溝状の凹凸パターンを導光部内に含むように複数設け、出射部の裏面に形成される三角溝状の凹凸パターンを導光部と出射部とが対面する側面に平行に配置した以外は実施例1と同様の導光フィルムを作製した。
図13に示す光学ユニットのように、導光部内の、出射部と対面する領域に、光取出し構造(矩形状の孔部 高さ0.125mm、幅0.015mm、長さ0.018mm、0.022mm、0.03mm、0.046mm、0.09mm、角度:導光方向に対して30.5度)を、この順で導光部の光入射面側から導光部18内の光の進行方向に沿って矩形の重心同士の間隔5mmで設け、出射部の裏面に形成される三角溝状の凹凸パターンが導光部18内の光の進行方向と平行に配置される以外は実施例1と同様の導光フィルムを作製した。
第2の光学ユニットの導光部を、第1の光学ユニットの出射部の下側に配線される構成とし、樹脂部を有さない構成として導光フィルムを作製した。
<導光フィルムの作製>
実施例9として、図22に示すように光学ユニット(出射部)が16×32に配列された導光フィルムを作製した。第1の基材フィルム20Aおよび第2の基材フィルム20Bとして、実施例3で使用した厚み40μmのアクリル系樹脂フィルム(ラクトン化ポリメチルメタクリレートフィルム)を用い、下層の樹脂部形成工程を省略した。すなわち、図23に示すように光学ユニット12Aが第1の基材フィルム20A上に直接形成され、また、光学ユニット12Bが第2の基材フィルム20B上に直接形成され、これらの基材フィルムを積層した構造の導光フィルムとした。
また、作製した導光フィルムは、図22に示すように、16×32に配列された光学ユニットのうち、中心部の8×24の光学ユニット12Aは第1の基材フィルム20A上へ形成されるものとし、これ以外の端部側の光学ユニット12Bは、第2の基材フィルム20B上へ形成されるものとした。
図22に示すように、出射部が中心部に配置される8×24個の光学ユニット12Aの導光部18Aの長さは、端部側の光学ユニット12Bの導光部18Bの長さよりも長い。
樹脂部形成用塗布液として、実施例1で使用した塗布液1を用いた。
光学ユニット形成用塗布液として、実施例1で使用した塗布液2を用いた。
実施例1と同様に光インプリント法で第1の基材フィルム20Aの上に光学ユニット12Aを形成し、第2の基材フィルム20Bの上に光学ユニット12Bを形成した。
まず、光学ユニット12Aの配列パターンに対応する凹凸形状をフォトエッチング法で形成したSUSモールドAを準備した。同様に、光学ユニット12Bの配列パターンに対応する凹凸形状をフォトエッチング法で形成したSUSモールドBを準備した。
図25において、光学ユニット12Baは、出射部16Bの横と縦の長さ(X方向×Y方向)が39.875mm×44.125mmの矩形状で厚みが0.125mmとし、導光部18Bが幅t2が0.125mm、高さh2が0.125mm、長さが0.5mmとした。光学ユニット12Bbは、出射部16Bが39.875mm×44.25mmの矩形状で厚みが0.125mmとし、光学ユニット12Bbの導光部18Bは幅t2が0.125mm、高さh2が0.125mm、長さが80mm+5.5mm+0.5mmとした。光学ユニット12Bcは、出射部16Bが39.875mm×44.5mmの矩形状で厚みが0.125mmとし、光学ユニット12Bcの導光部18Bは幅t2が0.125mm、高さh2が0.125mm、長さが120mm+5.5mm+0.5mmとした。光学ユニット12Bdは、出射部16Bが39.875mm×44.75mmの矩形状で厚みが0.125mmとし、光学ユニット12Bdの導光部18Bは幅t2が0.125mm、高さh2が0.125mm、長さが160.5mmとした。
また、光学ユニット12B間の距離はいずれも0.125mmとした。
また、光学ユニット12Bの出射部16Bの光出射面とは反対側の面(裏面)には、円錐型の凹凸パターンを複数有するものとした。凹凸パターンは、導光部18Bの光入射面に最も近い、出射部16Bの頂点を中心に同心円状に配置した。これにより、図25にあるような光学ユニットを形成した。
すなわち、光学ユニット12Aa〜12Ahの出射部16Aをそれぞれ、光学ユニット12Ba〜12Bhの出射部16Bと同じ形状とした。さらに、光学ユニット12それぞれの導光部18Aについても、出射部16Aの位置及び形状に応じて、図25の長さに準じて形成した。
上記工程で作製した光学ユニット12Aが形成された第1の基材フィルム20Aの光学ユニット12A側と光学ユニット12Bが形成された第2の基材フィルム20Bの光学ユニット12B側に塗布液1をディスペンサーで流し込み、ゴムローラで0.3MPaの圧力で圧接して、過剰な塗布液を排出し、塗布液1を光学ユニットを形成した第1の基材フィルム20Aと第2の基材フィルム20Bとの間に充填した。続いて、200W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、紫外線を第2の基材フィルム20B側より2000mJ/cm2照射して室温25℃で硬化し、導光フィルムを作製した。
<導光フィルムの作製>
実施例10として、図30に示すように、出射部16jの形状が外寸30mmのハート形状となる光学ユニット12jと、このハート形状に対応して切り抜かれた出射部16kを有する光学ユニット12kとを有する構成とした以外は実施例1と同様にして導光フィルムを作製した。
また、出射部16jおよび出射部16kの光出射面とは反対側の面(裏面)には、円錐型の凹凸パターンを複数有するものとした。凹凸パターンは、導光部18jの光入射面に最も近い、出射部16j頂点を中心に同心円状に配置した。
塩ビシート、反射フィルムESR(3M社製)の上にLED光源を図31に示すように配置した。その上にMC−PET(古河電工社製)に直径0.5mmの孔をLED光源の位置と対応するようにあけたシートを配置し、直下型バックライトの模擬サンプルを作製した。
<導光フィルムの作製>
実施例11として、図32に示すような車載メーターの形状に合わせた、図33に示すような形状の出射部を有する光学ユニットを配列した第1の基材フィルム20Aと、図34に示すような3×5個の矩形状の出射部を有する光学ユニットを配列した第2の基材フィルム20Bとが積層された導光フィルムを作製した。
また、樹脂部形成用塗布液として、実施例1で使用した塗布液1を用いた。
また、光学ユニット形成用塗布液として、実施例1で使用した塗布液2を用いた。
実施例1と同様に、光インプリント法で第1の基材フィルム20Aの上に光学ユニット12Aを形成し、第2の基材フィルム20Bの上に光学ユニット12Bを形成した。
まず、光学ユニット12Aの配列パターンに対応する凹凸形状をフォトエッチング法で形成したSUSモールドCを準備した。同様に、光学ユニット12Bの配列パターンに対応する凹凸形状をフォトエッチング法で形成したSUSモールドDを準備した。
15個の光学ユニット12Bは、それぞれ長方形状の出射部16Bと線状の導光部18Bとを有し、導光部18Bの1つの側面の一部が、出射部の1つの側面に対面して接合される形状とした。図34に示すように、15個の出射部が3×5に配列されている。また、15個の導光部18Bはそれぞれ、端面(光入射面)が導光フィルムの側面に表出するように、図中上下方向あるいは左右方向に延在している。
光学ユニット12Beは、出射部16Bが52.65mm×49.25mmの長方形状で厚みが0.125mmとし、導光部18Bが幅t2が0.125mm、高さh2が0.125mm、長さが0.375mmとし、また、光学ユニット12Bfは、出射部16Bが52.775mm×49.25mmの長方形状で厚みが0.125mmとし、導光部18Bは幅t2が0.125mm、高さh2が0.125mm、長さが99mmとした。
また、各光学ユニット12Bの間の距離は0.125mmとした。
また、各光学ユニット12Bの出射部16Bの光出射面とは反対側の面(裏面)には、円錐型の凹凸パターンを複数有するものとした。凹凸パターンは、導光部18Bの光入射面に最も近い、出射部16Bの頂点を中心に同心円状に配置した。
図33に示すように、同心円状に配列された4つの円形状または円環形状の出射部16Am〜16Ap(まとめて16Aともいう)が2組配置されている。また、8個の出射部16Aには、それぞれ導光部18Aが接続されており、導光部18Aそれぞれ、端面(光入射面)が導光フィルムの側面に表出するように、図中左右方向または上下方向に延在している。
また同心円状の光学ユニット12Aの周囲は、265mm×149mmの矩形状の出射部16とした。
上記工程で作製した光学ユニット12Aが形成された第1の基材フィルム20Aの光学ユニット12A側と光学ユニット12Bが形成された第2の基材フィルム20Bの光学ユニット12B側に塗布液1をディスペンサーで流し込み、ゴムローラで0.3MPaの圧力で圧接して、過剰な塗布液を排出し、塗布液1を光学ユニットを形成した第1の基材フィルム20Aと第2の基材フィルム20Bとの間に充填した。続いて、200W/cmの空冷メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、紫外線を第2の基材フィルム20B側より2000mJ/cm2照射して室温25℃で硬化し、導光フィルムを作製した。
塩ビシート、反射フィルムESR(3M社製)の上にLED光源を図35に示すように配置した。その上にMC−PET(古河電工社製)に直径0.5mmの孔202をLED光源の位置と対応するようにあけたシートを配置し、直下型バックライトの模擬サンプルを作製した。
実施例および比較例で作製した導光フィルムを組み込んだバックライトユニットをそれぞれ作製して、光学ユニット間の輝度ムラ、光学ユニット面内の輝度ムラおよび曲げ耐性を以下のように測定し、評価した。
実施例1〜11、および、比較例1については、塩ビシート、反射フィルムESR(3M社製)、導光フィルム、拡散シート、2枚のプリズムシート(プリズム溝を直交配置)、および、DBEF(3M社製)をこの順に配置し、塩ビシート上に積層した各フィルム、および、シートを固定した。光学ユニットの導光部にLED光源を配置してバックライトユニットを作製した。
比較例2および3については、模擬サンプルの孔のあいたMC−PET上へ拡散シート、2枚のプリズムシート(プリズム溝を直交配置)、および、DBEF(3M社製)をこの順に配置した。
LED光源から導光フィルムに光を入射し、Radinat社製イメージング色彩輝度計PM−1400を用いて第1の光学ユニットの領域の輝度分布1と第2の光学ユニットの領域の輝度分布2とを計測した。
なお、実施例9では、光学ユニット12Aaを第1の光学ユニット、光学ユニット12Adを第2の光学ユニットを12Adとして輝度分布を測定した。また、実施例10では、光学ユニット12jを第1の光学ユニット、光学ユニット12kを第2の光学ユニットとして輝度分布を測定した。また、実施例11では、光学ユニット12Baを第1の光学ユニット、光学ユニット12Bbを第2の光学ユニットとして輝度分布を測定した。
ユニット間輝度変化率=|平均輝度1−平均輝度2|/{(平均輝度1+平均輝度2)×0.5}
ユニット間輝度変化率を指標にして、下記4段階に分け、光学ユニット間の輝度ムラとして評価を行った。
<評価基準>
A:輝度変化率が0〜20%未満
B:輝度変化率が20%以上〜40%未満
C:輝度変化率が40%以上〜60%未満
D:輝度変化率が60%以上
上記のようにして測定した輝度分布1、2からそれぞれ平均輝度1、2、最大輝度1、2、最小輝度1、2を求め、下記式から輝度変化率1、2を算出した。
輝度変化率i=(最大輝度i−最小輝度i)/平均輝度i
i=1または2
輝度変化率1、2の内大きい方を指標として採用し、下記4段階に分け、光学ユニット面内の輝度ムラとして評価を行った。
<評価基準>
A:輝度変化率が0〜20%未満
B:輝度変化率が20%以上〜40%未満
C:輝度変化率が40%以上〜60%未満
D:輝度変化率が60%以上
これらの評価結果を表1に示す。
作製したバックライトユニットの第2の光学ユニットの導光部にのみ光を入射し、Radinat社製イメージング色彩輝度計PM−1400を用いて第2の光学ユニットの領域の平均輝度を計測した。
次に、バックライトユニットを曲率半径45mmで曲げた状態で、上記と同様に第2の光学ユニットの導光部にのみ光を入射し、第2の光学ユニットの領域の平均輝度を計測した。
<評価基準>
A:60%以上
B:40%以上〜60%未満
C:20%以上〜40%未満
D:0%〜20%未満
評価結果を表2に示す。
ハローの程度を、下記のように評価した。一つの光学ユニット単体による照明光の平均輝度L0と、隣接する非点灯の光学ユニットへ洩れこんだ光の平均輝度Lnとのコントラスト比(L0/Ln)から算出して、下記4段階に分けた。
<評価基準>
A:3.5以上
B:2.75以上〜3.5%未満
C:2%以上〜2.75未満
D:2未満
評価結果を表3に示す。
また、実施例10と比較例2において、作製したバックライトユニットの上に、液晶モニタ(LL−M220 シャープ社製)から取出した駆動回路付液晶パネルを配置し、外寸30mmのハート形状を白表示(ハート形状以外は黒表示)させた状態を撮影した画像をそれぞれ図36および図37に示す。実施例10の場合は、ハート形状以外の部分に黒の光漏れがなくハローが見られないが、比較例2の場合は黒表示の光漏れが発生しており、ハローが発生している。
また、表1から、導光部から出射部に光を導くため、導光部が光取出し構造を有することが好ましいことがわかる。
以上から本発明の効果は明らかである。
12、12b、12c、12d、12e、12A、12B 光学ユニット
14 樹脂部
16、16A、16B 出射部
18、18A、18B 導光部
18a 光入射面
20、20A、20B 基材フィルム
22、26 光取出し構造
24 接合部
32 樹脂部形成用塗布液
37 光学ユニット形成用塗布液
50 転送ローラ
52、58、62、68 バックアップローラ
54、64 塗布部
56、66 硬化部
59 積層フィルム
60 ラミネートローラ
100 バックライトユニット
102 光源
Claims (14)
- 導光部および出射部を有する複数の光学ユニットと、
隣接する前記光学ユニットの間に充填される樹脂部とを有し、
前記導光部は、光源から入射された光を前記出射部に導くものであり、
前記出射部は、前記導光部から導光されて入射した光を光出射面から出射するものであり、
複数の前記光学ユニットは、互いの前記出射部の前記光出射面を平行にして、前記光出射面の面方向に配列され、
前記導光部と前記出射部とは、前記光出射面の面方向に配列されている導光フィルム。 - 前記出射部は、前記光出射面から光を出射するための光取出し構造を有する請求項1に記載の導光フィルム。
- 各光学ユニットの前記出射部と前記導光部とが接合されている請求項1または2に記載の導光フィルム。
- 各光学ユニットの前記出射部と前記導光部とは、前記導光部内の光の進行方向に平行な方向に、複数の位置で接合されており、
前記導光部内の光の進行方向に向かって、隣接する接合部間の距離が短くなる請求項3に記載の導光フィルム。 - 各光学ユニットの前記導光部には、前記出射部に向けて光を出射するための光取出し構造を有する請求項3に記載の導光フィルム。
- 各光学ユニットの前記出射部と前記導光部とが離間しており、
前記出射部と前記導光部との間に前記樹脂部が充填されている請求項1または2に記載の導光フィルム。 - 前記導光部は、前記出射部に向けて光を出射するための光取出し構造を有する請求項6に記載の導光フィルム。
- 前記導光部は、前記光出射面に垂直な方向の高さが2mm以下であり、前記導光部内の光の進行方向に直交する方向の幅が5mm以下である請求項1〜7のいずれか一項に記載の導光フィルム。
- 複数の前記光学ユニットは、前記樹脂部に覆われている請求項1〜8のいずれか一項に記載の導光フィルム。
- 前記光学ユニット上に積層された部分の前記樹脂部の厚みが40μm以上である請求項9に記載の導光フィルム。
- 前記樹脂部の形成材料は、前記光学ユニットの形成材料よりも屈折率が低い請求項1〜10のいずれか一項に記載の導光フィルム。
- 基材フィルムを有し、
複数の前記光学ユニットが前記基材フィルムの一方の主面上に配列されている請求項1〜11のいずれか一項に記載の導光フィルム。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の導光フィルムと、
前記導光フィルムの複数の前記光学ユニットの各前記導光部に向けて光を出射する複数の光源とを有するバックライトユニット。 - 前記光源が発光ダイオードまたは半導体レーザーである請求項13に記載のバックライトユニット。
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