JPWO2018181853A1 - 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面状光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 端面から入射した光が屈曲して表面方向に出射する出射面を有し、前記出射面内の出射強度が最大となる角度が、前記出射面に垂直な方向に対し、20°〜60°である導光板と、前記出射面に対し、直接又は他の層を介して積層される光の入射光角度により拡散性が変化する異方性光学フィルムとを、有する導光積層体であって、前記導光板の出射面とは反対側の面である反対面が、大きさ50μm以下、高さ又は深さが50μm以下である凹型又は凸型の構造を複数有し、前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体よりなる構造領域とを有し、前記導光板の出射強度が最大となる角度において、前記異方性光学フィルムに対して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、異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする導光積層体、及び前記導光積層体を用いた面状光源装置である。
【選択図】 図3
Description
これらの課題を解決するため、図1(c)に示すような導光板32及び異方性散乱フィルム34(異方性光散乱フィルム又は異方性散乱部材)による光の散乱効果を利用する手法として、例えば特許文献1には、溝構造(図4(a)の111)を有する導光板と、異方性散乱部材との組み合わせによる反射型液晶表示装置が提案されており、特許文献2には、図4(b)に示すようなプリズムアレイ構造108を有する導光板と、異方性光散乱フィルムとの組み合せによる前方照明装置が提案されており、又特許文献3では、面発光手段導光板と、凹凸パターン形成シートを有する異方性付与手段との組み合わせによる異方性面発光ユニットが提案されている。
端面から入射した光が屈曲して表面方向に出射する出射面を有し、
前記出射面内の出射強度が最大となる角度が、前記出射面に垂直な方向に対し、20°〜60°である導光板と、
前記出射面に対し、直接又は他の層を介して積層される光の入射光角度により拡散性が変化する異方性光学フィルムとを、
有する導光積層体であって、
前記導光板の出射面とは反対側の面である反対面が、大きさ50μm以下、高さ又は深さが50μm以下である凹型又は凸型の構造を複数有し、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体よりなる構造領域とを有し、
前記導光板の出射強度が最大となる角度において、前記異方性光学フィルムに対して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、異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする導光積層体である。
本発明(2)は、
前記異方性光学フィルムの法線方向に対する散乱中心軸角度が、
前記出射強度が最大となる角度よりも前記法線方向側に傾斜しており、
前記散乱中心軸角度と、前記出射強度が最大となる角度との差が20°以内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、
前記散乱中心軸角度が、前記光源に近い位置から遠い位置にかけて連続的に変化していくことを特徴とする前記発明(2)の導光積層体である。
本発明(4)は、
前記複数の構造体の形状が、板状であることを特徴とする前記発明(1)〜(3)のいずれか一つの導光積層体である。
本発明(5)は、
前記異方性光学フィルム法線方向の直線透過率が60%以上であることを特徴とする前記発明(1)〜(4)のいずれか一つの導光積層体である。
本発明(6)は、
前記導光板反対面の構造が、凹型であることを特徴とする前記発明(1)〜(5)のいずれかの導光積層体である。
本発明(7)は、
前記凹型又は凸型の構造が封止され、前記封止内部が、気体、液体、固体又は真空の少なくともいずれかで満たされていることを特徴とする前記発明(1)〜(6)のいずれかの導光積層体である。
本発明(8)は、
前記他の層が、偏光板、位相差板又はその両方の少なくともいずれかであることを特徴とする前記発明(1)〜(7)の導光積層体である。
本発明(9)は、
少なくとも前記発明(1)〜(7)のいずれかの導光積層体と、光源とからなることを特徴とする面状光源装置である。
1.主な用語の定義
「低屈折率領域」と「高屈折率領域」は、本発明に係る異方性光学フィルムを構成する材料の局所的な屈折率の高低差により形成される領域であって、他方に比べて屈折率が低いか高いかを示した相対的なものである。これらの領域は、異方性光学フィルムを形成する材料が硬化する際に形成される。
直線透過率(%)=(直線透過光量/入射光量)×100
「散乱中心軸」とは、異方性光学フィルムへの入射光角度を変化させた際に光拡散性がその入射光角度を境に略対称性を有する光の入射光角度と一致する方向を意味する。「略対称性を有する」としたのは、散乱中心軸がフィルムの法線方向に対して傾きを有する場合には、光学特性である後述する光学プロファイルが、厳密には対称性を有しないためである。
散乱中心軸は、入射光角度に対する直線透過光量の測定により得られた光学プロファイルに基づき、当該光学プロファイルにおける略対称性を有する入射光角度を、散乱中心軸とすることができる。
2−1.全体構造
本発明による導光積層体(例えば図3(a)〜(e))は、少なくとも導光板101と、入射光角度により光の拡散性が変化する異方性光学フィルム103とで構成される。
前記導光板と、前記異方性光学フィルムとの間、又は各表面上には、別の層を設けることができる。前記別の層は、特に限定されないが、封止部材107、偏光板105、位相差板104、又は、偏光板105と位相差板104両方、などを挙げることができる。
封止部材107は、導光板表面に形成された、光を反射・屈折させて外部に出射させるための構造であり、例えば、複数の凹レンズ型ドット構造を有する導光板の、汚れの付着やキズによる光学特性低下を避けるための目的などで用いられ、封止フィルムや接着剤などが利用される(図3(e))。
又、偏光板105は、導光板から出射された出射光を、特定方向に偏光、又は偏波した光だけに限って通過させる板であり、例えば本発明による面状光源装置が液晶表示装置用光源として用いられる場合に利用される。
さらに位相差板104は、例えば液晶ディスプレイの光学補償用に用いられる材料であり、複屈折性による光学的な歪みや視角方向による変調が原因で起こる表示の着色等、視角依存性の発生を防止する目的で利用される。
さらに、本発明による面状光源装置をバックライトとして用いる場合(図3(d))では、導光板101の出射面とは反対側の面である反対面に、反射板106を設けることができる。その場合には異方性光学フィルム103は、導光板の出射面に設けることができる。
又、図3(f)に示すように、導光板の出射面に異方性光学フィルム103を設け、さらに異方性光学フィルム103の表面に、反射板106を設けてもよい。
2−2−1.導光板
図2(a)に、導光板42に光源41を設け、光を入射させた場合の板内の光の進行を示した。導光板内に入射した光は、導光板42の内部を全反射によって反射されながら進行し、光源41とは反対側の端面から出射される。光は導光板内面で全反射されるため、出射面43から出射することはできない。出射面から均一に光を取り出すためには、例えば図2(b)に示したように、導光板52の一方の主面に凹型の構造である加工部54を設ける。この加工部54によって、導光板52内を進行するする光は反射する角度を変えられ、反射、屈折し、出射面53から出射することができる。
導光板は、板、フィルムなどの透明部材、又は、それら部材の積層物で構成されている。導光板の材質は、透明部材であればよく、例えば透明樹脂やガラスなどが挙げられるが、透明樹脂が好ましく、透明性の高い熱可塑性樹脂がより好ましい。透明性の高い熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂などが挙げられる。なかでも透明性の見地から可視光領域に波長の吸収領域がないポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が好ましい。
上述したように前記凹型ドット構造は、大きさ及び深さが50μm以下であることが好ましい。
前記凹型ドット構造の例を図5(a)〜(g)に示した。前記凹型ドット構造は、これらに限られるものではない。このうち半球状である図5(a)が好ましい。このようにすることで、光を拡散しやすくすることができるため、出射面内の光の均一性を高めることができる。ここで前記凹型ドット構造を構成する面のうち、光の進行方向に対する凹型ドット構造の形状は、全て曲面とするか、又は、光の進行方向に対し、垂直ではない領域が、少なくとも1つは存在するような形状となる。これらの形状、大きさ及び深さは、一種類に統一されていてもよく、複数を組み合せてもよい。
ここで、凹型ドット構造の大きさは、図5(a)〜(g)に示した長さである、Xとすることができる。Xは、光の進行方向に面する凹型ドット構造の長さを示し、凹型ドット構造の光に対する性能に寄与する。又、深さは、凹型ドット構造を有する平面A−Aから、凹型ドット構造の最も深い位置までの距離とすることができる。
ここで、上記凸型ドット構造の場合、凹型ドット構造の「深さ」は「高さ」となる。この場合、高さは、凸型ドット構造を有する平面から凸型ドット構造の最も高い位置までの距離、とすることができる。
尚、導光板の別の側部にも光源を設置する場合には、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。
又、前記凹型ドット構造を有する導光板表面に別の層を積層させる際に、封止を行わない場合には、前記加工部以外の導光板反対面と、前記別の層との間に薄い空気層が入る可能性があり、干渉ムラを引き起こす場合がある。封止を行うことで、前記干渉ムラを防止することができる。
又、前記ドット構造を封止した場合のドット構造加工部内部は、気体、液体、固体のいずれかで満たされていてもよく、又は、真空状態であってもよい。
本発明における導光板の出射面内における導光板出射光の出射強度が最大となる角度(図7(a))は、出射面に垂直な方向に対し、20°〜60°である。図7(b)に示したように、異方性光学フィルムの散乱中心軸を20°〜60°とした際、導光板の出射強度が最大となる角度が20°未満の場合には、異方性光学フィルムを直線透過するため、十分な照度を持ち、異方性光学フィルムと組み合わせる必要がない。一方、導光板出射強度が最大となる角度が60°を超える場合には、異方性光学フィルムと組み合わせても照度向上の効果は期待できない。
導光板のいずれかの面には、光の反射角度を変える加工部が形成されている。前記加工部の作製方法としては、特に限定されず、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。
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又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。
図8〜図11を参照しながら、本発明による異方性光学フィルムについて説明する。
図8は、ピラー(略柱状)構造及びルーバー(略板状)構造の複数の構造体よりなる構造領域を有する異方性光学フィルムの構造と、これらの異方性光学フィルムに入射した透過光の様子の一例を示す模式図である。図9は、異方性光学フィルムの光拡散性の評価方法を示す説明図である。図10は、図8に示したピラー構造及びルーバー構造の異方性光学フィルムへの入射光角度と直線透過率との関係を示すグラフである。図11は、拡散領域と非拡散領域を説明するためのグラフである。
異方性光学フィルムは、フィルムの膜厚方向に、フィルムのマトリックス領域とは屈折率の異なる複数の構造体よりなる構造領域が形成されたフィルムである。
前記構造領域は、前記異方性光学フィルムの一方の表面から他方の表面にかけての領域すべてにわたって形成されてもよく、部分的に、又は、断続的に形成されてもよい。
前記構造体の形状は、特に制限されるものではないが、例えば、図8(a)に示すように、マトリックス領域61中に、短径と長径のアスペクト比の小さな略柱状(例えば、棒状)に形成されたマトリックス領域とは屈折率の異なるピラー構造体63が形成された異方性光学フィルム(ピラー構造の異方性光学フィルム60)や、図8(b)に示すように、マトリックス領域71中に、アスペクト比の大きな略板状に形成されたマトリックス領域とは屈折率の異なるルーバー構造体73が形成された異方性光学フィルム(ルーバー構造の異方性光学フィルム70)がある。又これら構造領域の形状は、単一の形状のみで構成されていてもよく、複数の形状を組み合せて用いてもよい。例えば、前記ピラー構造体と前記ルーバー構造体が混在するようにしてもよい。そのようにすることで、光学フィルムの光学特性、特に直線透過率や拡散性が幅広く調整できる。
又、これら構造領域の配向方向は、フィルムの法線方向に対して傾きを有してもよい。このようにすることで、入射光が法線方向から所定角度傾いた方向に近い入射光角度範囲(拡散領域)では強く拡散されるが、それ以上の入射光角度範囲(非拡散領域)では拡散が弱まり直線透過率が高まるという性質を有することができる。
さらに、前記導光板の出射強度が最大となる角度は、光源に近い領域では、出射面の法線方向に近い角度であり、光源から離れるに従って、法線方向に対して傾きが大きくなる傾向がある。そのため前記異方性光学フィルムの散乱中心軸の角度は、前記導光板の出射強度が最大となる角度の変化に合わせて変化させることが好ましい。このようにすることで、導光積層体の光の出射面内の出射強度の均一性を向上することができる。
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63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73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。
なお本発明においては、異方性光学フィルムは導光板との組み合わせに用いるため、直線透過率が30%以下となる入射光の角度範囲(光学プロファイル上で2つの直線透過率が30%以下となる各入射光角度値間の範囲)を、拡散性が高い範囲である、「拡散範囲」として取り扱うこととする。
3−1.異方性光学フィルムの製造方法
本形態に係る異方性光学フィルムは、光硬化性組成物層にUV等の光線を照射することにより製造することができる。以下、初めに異方性光学フィルムの原料を説明し、次に異方性光学フィルムの製造プロセスを説明する。
異方性光学フィルムの原料については、(1)光重合性化合物、(2)光開始剤、(3)配合量、その他任意成分の順に説明する。
本形態に係る異方性光学フィルムを形成する材料である光重合性化合物は、ラジカル重合性又はカチオン重合性の官能基を有するマクロモノマー、ポリマー、オリゴマー、モノマーから選択される光重合性化合物と光開始剤とから構成され、紫外線及び/又は可視光線を照射することにより重合・硬化する材料である。ここで、異方性光学フィルムに含まれる異方性光学フィルムを形成する材料が1種類であっても、密度の高低差ができることによって屈折率差が生ずる。UVの照射強度が強い部分は硬化速度が早くなるため、その硬化領域周囲に重合・硬化材料が移動し、結果として屈折率が高くなる領域と屈折率が低くなる領域が形成されるからである。なお、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタアクリレートのどちらであってもよいことを意味する。
本形態では、光重合性化合物として、シリコーン骨格を有する光重合性化合物を使用することが好ましい。シリコーン骨格を有する光重合性化合物は、その構造(主にエーテル結合)に伴い配向して重合・硬化し、低屈折率領域、高屈折率領域、又は、低屈折率領域及び高屈折率領域を形成する。シリコーン骨格を有する光重合性化合物を使用することによって、構造体63、73を傾斜させやすくなり、正面方向への集光性が向上する。なお、低屈折率領域は構造体63、73又はマトリックス領域61、71のいずれか一方に相当するものであり、他方が高屈折率領域に相当する。
シリコーン骨格を有する光重合性化合物にシリコーン骨格を有さない化合物を配合して、異方性光学フィルムを形成すると、低屈折率領域と高屈折率領域が分離して形成されやすくなり、異方性の程度が強くなり好ましい。シリコーン骨格を有さない化合物は、光重合性化合物のほかに熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を用いることができ、これらを併用することもできる。光重合性化合物としては、ラジカル重合性又はカチオン重合性の官能基を有するポリマー、オリゴマー、モノマーを使用することができる(ただし、シリコーン骨格を有していないものである)。熱可塑性樹脂としては、ポリエステル、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂とその共重合体や変性物が挙げられる。熱可塑性樹脂を用いる場合においては熱可塑性樹脂が溶解する溶剤を使用して溶解し、塗布、乾燥後に紫外線でシリコーン骨格を有する光重合性化合物を硬化させて異方性光学フィルムを成形する。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステルとその共重合体や変性物が挙げられる。熱硬化性樹脂を用いる場合においては、紫外線でシリコーン骨格を有する光重合性化合物を硬化させた後に適宜加熱することで、熱硬化性樹脂を硬化させて異方性光学フィルムを成形する。シリコーン骨格を有さない化合物として最も好ましいのは光重合性化合物であり、低屈折率領域と高屈折率領域が分離しやすいことと、熱可塑性樹脂を用いる場合の溶剤が不要で乾燥過程が不要であること、熱硬化性樹脂のような熱硬化過程が不要であることとなど、生産性に優れている。
ラジカル重合性化合物を重合させることのできる光開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパノン−1、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、ビス(シクロペンタジエニル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(ピル−1−イル))チタニウム、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド等が挙げられる。又、これらの化合物は、各単体で用いてもよく、複数混合して用いてもよい。
本形態において、上記光開始剤は、光重合性化合物100重量部に対して、0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜7重量部、より好ましくは0.1〜5重量部程度配合される。これは、0.01重量部未満では光硬化性が低下し、10重量部を超えて配合した場合には、表面だけが硬化して内部の硬化性が低下してしまう弊害、着色、柱状構造の形成の阻害を招くからである。これらの光開始剤は、通常粉体を光重合性化合物中に直接溶解して使用されるが、溶解性が悪い場合は光開始剤を予め極少量の溶剤に高濃度に溶解させたものを使用することもできる。このような溶剤としては光重合性であることがさらに好ましく、具体的には炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。又、光重合性を向上させるために公知の各種染料や増感剤を添加することも可能である。さらに、光重合性化合物を加熱により硬化させることのできる熱硬化開始剤を光開始剤と共に併用することもできる。この場合、光硬化の後に加熱することにより光重合性化合物の重合硬化をさらに促進し完全なものにすることが期待できる。
光重合性化合物を含む組成物を調製する際の溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン等を使用することができる。
次に、本形態の異方性光学フィルム60及び異方性光学フィルム70のプロセス(製造方法)について説明する。図12は、ピラー構造である本形態の異方性光学フィルム60の製造プロセスの概要及び製造プロセスに従って成長するピラー構造体63形成の概略を示す。又、図13は本形態の異方性光学フィルム70の製造プロセスの概要及び製造プロセスに従って成長するルーバー構造体73形成の概略を示す。
本形態に係る異方性光学フィルム60及び異方性光学フィルム70の形成工程として、以下の工程について詳述する。
(工程1)基材上に、異方性光学フィルム形成用組成物を塗工し、塗工膜を設け、乾燥させた塗工工程(異方性光学フィルム60及び70の製造において共通の工程)
(工程2)塗工膜上にマスクフィルムを積層するマスクフィルム積層工程(異方性光学フィルム60及び70の製造において共通の工程であり任意)
(工程3)塗工膜上で光線の照射による効果を行う異方性光学フィルム構造領域形成工程(異方性光学フィルム60及び70の製造において異なる工程であり、後述する)
工程1において、光重合性化合物を含む組成物を基体上にシート状に設ける手法としては、通常の塗工方式や印刷方式が適用される。具体的には、エアドクターコーティング、バーコーティング、ブレードコーティング、ナイフコーティング、リバースコーティング、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング、スプレーコーティング、スロットオリフィスコーティング、カレンダーコーティング、ダムコーティング、ディップコーティング、ダイコーティング等のコーティングや、グラビア印刷等の凹版印刷、スクリーン印刷等の孔版印刷等の印刷等が使用できる。組成物が低粘度の場合は、基体の周囲に一定の高さの堰を設けて、この堰で囲まれた中に組成物をキャストすることもできる。
工程2において、光硬化性組成物層の酸素阻害を防止して、本形態に係る異方性光学フィルムの特徴である構造領域(複数の構造体)を効率良く形成させるために、塗工膜の光照射側に密着して光の照射強度を局所的に変化させるマスクフィルム(以下、単にマスク等とする。)を積層することが好ましい。マスクの材質としては、特に限定されず、例えば、通常の透明プラスチックフィルム等を用いればよいが、カーボン等の光吸収性のフィラーをマトリックス中に分散したもので、入射光の一部はカーボンに吸収されるが、開口部は光が十分に透過できるような構成のものでもよい。このようなマトリックスとしては、PET、TAC、PVAc、PVA、アクリル、ポリエチレン等の透明プラスチックや、ガラス、石英等の無機物や、これらのマトリックスを含むシートに紫外線透過量を制御するためのパターニングや紫外線を吸収する顔料を含んだものであっても構わない。このようなマスクを用いない場合には、窒素雰囲気下で光照射を行うことで、光硬化性組成物層の酸素阻害を防止することも可能である。又、通常の透明フィルムを光硬化性組成物層上に積層するだけでも、酸素阻害を防ぎ構造領域の形成を促す上で有効である。このようにマスクや透明フィルムを介した光照射は、本形態に係る異方性光学フィルムの作製に有効である。
次に、図12及び図13に基づいて、異方性光学フィルム構造領域形成工程にて使用する装置の説明を行い、異方性光学フィルムの具体的な形成プロセスについて説明する。
先ず、異方性光学フィルム60の製造には、図12に示すように、主に、光源(図示せず)と、遮光板65と、移動ステージ(図示せず)とを用いる。
そして異方性光学フィルム70の製造には、図13に示すように、主に、光源(図示せず)と、指向性拡散素子76と、遮光板75と、移動ステージ(図示せず)とを用いる。
AR1領域の工程では、塗工膜の全体が未だ遮光板によって覆われており、光源から発せられた光は塗工膜上に照射されていない。この段階では、塗工膜の全てが、領域AR1に位置している。従って、図12及び図13の状態(a)に示すように、構造領域は形成されず、塗工膜の全体が未硬化の状態である。
移動ステージの駆動によって、塗工膜がある程度の距離を移動すると、塗工膜は領域AR1から領域AR2に移動する。
前記導光積層体は、導光板の側面部に光源を設置することでエッジタイプの面状光源装置として用いることができる。光源は、導光板の一つ又は、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。
本発明で用いられる凹型ドット構造を有する導光板は、公知のナノインプリント技術を用いて作製した。
130mm×90mmのサイズの2mmの厚みのPMMAのシートに、UV硬化アクリル樹脂(光重合開始剤含有)により10μmの厚みで塗布層を形成し、直径約40μmで高さが約10μmの凸レンズ型のドット構造を有する金型(凸型レンズ密度:約100個/mm2)にてプレスを行いながら、PMMAのシートの塗布層と反対側の面からUV光線を照射して硬化することにより、本発明で用いる凹型ドッド構造の導光板Aを作製した。得られた導光板Aの表面をレーザー顕微鏡で観察し、大きさ(直径)が約40μmで深さが約8μmの凹レンズ型ドット構造(図14(a))が約100個/mm2の密度で存在する凹型ドット構造の導光板が得られていることを確認した。
続いて、130mm×90mmのサイズの2mmの厚みのPMMAのシートに、UV硬化アクリル樹脂(光重合開始剤含有)により10μmの厚みで塗布層を形成し、直径約60μmで高さが約10μmの凸レンズ型のドット構造を有する金型(凸型レンズ密度:約100個/mm2)にてプレスを行いながら、PMMAのシートの塗布層と反対側の面からUV光線を照射して硬化することにより、本発明で用いる凹型ドッド構造の導光板Bを作製した。得られた導光板Bの表面をレーザー顕微鏡で観察し、大きさ(直径)約60μmで深さが約8μmの凹レンズ型ドット構造(図14(b))が約100個/mm2の密度で存在する凹型ドット構造の導光板が得られていることを確認した。
さらに、130mm×90mmのサイズの2mmの厚みのPMMAのシートに、UV硬化アクリル樹脂(光重合開始剤含有)により10μmの厚みで塗布層を形成し、直径約40μmで高さが約10μmの凹レンズ型のドット構造を有する金型(凹型レンズ密度:約100個/mm2)にてプレスを行いながら、PMMAのシートの塗布層と反対側の面からUV光線を照射して硬化することにより、本発明で用いる凸型ドット構造の導光板Cを作製した。得られた導光板Cの表面をレーザー顕微鏡で観察し、大きさ(直径)約40μmで高さが約9μmの凸レンズ型ドット構造(図14(c))が約100個/mm2の密度で存在する凸型ドット構造の導光板が得られていることを確認した。
比較例に用いた溝状導光板は、公知のナノインプリント技術を用いて作製した。130mm×90mmのサイズの2mmの厚みのPMMAのシートに、UV硬化アクリル樹脂(光重合開始剤含有)により50μmの厚みで塗布層を形成し、ピッチ50μm、高さ50μm及び長さ90mmの直線プリズム型の溝構造を有する金型にてプレスを行いながら、PMMAのシートの塗布層と反対側の面からUV光線を照射して硬化することにより、比較例で用いる直線プリズム型溝構造の導光板Dを作製した。得られた導光板Dの表面をレーザー顕微鏡で観察し、大きさ(プリズム三角形形状における底辺長さ)が約50μmで深さが約45μmの直線プリズム型溝構造(図14(d))が存在する直線プリズム型溝構造の導光板が得られていることを確認した。
本実施例に用いられる導光板は、導光板サイズ90mm辺の端部に、15mmの間隔で5個のLED光源(200mW)を設置することで導光板面状光源装置とした。
導光板面状光源装置のLED光源を点灯し、導光板出射側の面(以降出射面と称す、凹型ドット構造、凸型ドット構造又は直線プリズム型溝構造ではない側の面、平滑面)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(ジェネシア社製)にて測定し、導光板の光学特性を評価した。なお照度の測定時、導光板出射側の面とは反対側の面(以降反対面と称す)からの光の影響を避けるため、反対面に対し、和気産業社製黒色フェルトシート(FU−714、厚み2mm)を密着させて測定した。
光の照度測定値の最大値を100%とし、各出射光角度における当該最大値に対する照度測定値の相対値を輝度(%)とした。さらに反対面に出射される光の照度を、上記出射面の光の照度と同様に測定し、それぞれの面側の各出射光角度における輝度の除法値(出射側の輝度/反対側の輝度)をコントラストとした。導光板面状光源装置とした際の、導光板における光学特性の評価結果を表1に示す。
異方性光学フィルム(LCF1〜10)の作製方法は、まず、ピラー構造に関しては国際公開WO2015/111523を、続いてルーバー構造に関しては特開2015−127819を、そしてLCF9(異方性光学フィルムの散乱中心軸角度が面内で連続的に変化する構造)に関しては、上記ルーバー構造に関する公報及び特開2013−182227を参考として各種条件を振ることにより表2に記載の構造及び特性を有する異方性光学フィルム(LCF1〜10)を作製した。
作製した異方性光学フィルム(LCF1〜10)の特性評価は、以下のようにして実施した。
実施例及び比較例の異方性光学フィルムの表面(紫外線照射時の照射光側)を光学顕微鏡で観察し、任意の100個の構造の長径LA及び短径SAを測定し、各々の平均値を算出した後、算出された平均長径及び平均短径に基づき、アスペクト比(平均長径/平均短径)を算出した。
図9に示すような、変角光度計ゴニオフォトメータ(ジェネシア社製)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実施例及び比較例で得られた異方性光学フィルムをセットした。図9に示すように回転軸(L)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9に示される回転軸(L)は、図8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製し、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とし、さらに直線透過率が30%以下となる入射光の角度範囲を求め、この範囲を拡散範囲とした。
以上作製した異方性光学フィルム(LCF1〜10)の構造及び特性評価結果を表2に示す。
得られた導光板(導光板A〜D)の出射面に対し、公知の透明性アクリル粘着剤による粘着層(厚み25μm)を貼り合わせた後、表3に示す組み合わせにて、粘着層表面に異方性光学フィルム(LCF1〜10)を貼り合せることにより、実施例1〜10及び比較例1〜7の導光積層体を得た。
導光板及び異方性光学フィルムの種類と、表1に示した導光板の最大輝度角度(以降Yと称す)及び表2に示した異方性光学フィルムの散乱中心軸角度(以降Xと称す)との差(Y−X)と、導光板の最大輝度角度における異方性光学フィルムの直線透過率とをまとめ、表3に示す。なお、導光板の最大輝度角度における異方性光学フィルムの直線透過率は、上記異方性光学フィルムの光学プロファイルにおいて、表1記載の導光板の最大輝度角度のときの直線透過率とした。
導光積層体の評価は、上記導光板面状光源装置の作製と導光板光学特性の評価と同様に、導光板の代わりに導光積層体による導光積層体面状光源装置を作製して実施した(ただし光源の設置は、導光積層体の導光板に対し、上記導光板面状光源装置作製時と同様に設置した)。評価結果を表4に示す。
視認性の評価では、導光積層体面状光源装置における導光板を点灯状態とした後、導光板出射側の面の法線方向から導光積層体を目視にて観察を行ない、ギラツキ感と、導光積層体出射側の面内における輝度の面内均一性を評価した。又、直径0.25mm、ピッチ0.5mmの黒色ドットパターンを印刷した白い紙の上に、厚さ2mmのガラス板を置き、その上に出射面がガラス板側となる様に導光積層体を重ね合わせ、反対面の法線方向から目視にて観察を行ない、印刷されたドットパターンが明瞭に確認できるかをボケ感として評価した。なおギラツキ感とボケ感に対しては、導光板を点灯状態としたときだけでなく、非点灯状態であるときとの両方において評価した。
上記ギラツキ感、ボケ感及び輝度の面内均一性評価の指標は各評価項目をまとめて、1:悪い(ギラツキやすい、ボケやすい、輝度が面内不均一)から、5:良い(キラツキ難い、ボケ難い、輝度の面内均一性が良い)までの5段階にて5人による判定を行ない、5人の判定の平均値を評価点とした。評価結果を表5に示す。
表4に示されるとおり、本発明実施例では、比較例1〜4に対し、最大輝度角度が法線方向(導光積層体の出射面0°)に近く、視認する角度において有効に働くだけでなく、最大輝度角度におけるコントラスト、0°における輝度及び0°におけるコントラストが、比較例1〜4に比べて数値が大きく、優れた照明となり得るものであった。
特に実施例5及び7は、表2より、0°の直線透過率が60%以上であり、かつ、表3より、導光板の最大輝度角度と散乱中心軸との差(X−Y)が、5〜20°の範囲であるため、表4において、実施例の中でもより高い0°におけるコントラストを得ることができたと思われる。
これに対し、比較例5〜7は、直線プリズム型溝構造(図14(d))の導光板を用いることにより、表4において、最大輝度角度は法線方向に近く優れているものの、最大輝度角度におけるコントラスト及び0°におけるコントラストが実施例と比べて数値が低く、実施例よりも照明として劣るものであった。
さらに表5に示されるとおり、視認性の面でも本発明実施例では、比較例1〜7に比べ、ギラツキ感及びボケ感をバランス良く抑えることが可能であり、ディスプレイの照明に用いた場合、画像視認性を阻害しないだけでなく、輝度の面内均一性にも優れているため光源の利用効率が良く、優れた照明となり得るものであった。
特に実施例10は、散乱中心軸が連続的に変化してゆく異方性光学フィルムを用いているため、優れた面内均一性を得ることができたと思われる。
以上、本発明実施例は優れた照明となり得るものであるが、特に実施例7は、導光積層体におけるいずれの評価においても優れており、0°における高い輝度と、最大輝度角度及び0°におけるコントラストを有しつつ、高い視認性を有した優れたものであった。
検出器 2
面状光源装置 10,20,30
導光板 12,22,32,42,52,101a〜101d,109a,109b
プリズムレンズ 13,23
拡散フィルム 24
異方性散乱フィルム 34
出射面 43,53
加工部 54
異方性光学フィルム 60,70,103
マトリックス領域 61,71
ピラー構造体 63
塗工膜 64,74
遮光板 65,75
ルーバー構造体 73
指向性拡散素子 76
導光積層体 100,110,120,130,140,150
位相差板 104
偏光板 105
反射板 106
封止部材 107
プリズムアレイ構造 108
凹型ドット構造 109(a)−1〜7
溝構造 111
Claims (9)
- 端面から入射した光が屈曲して表面方向に出射する出射面を有し、
前記出射面内の出射強度が最大となる角度が、前記出射面に垂直な方向に対し、20°〜60°である導光板と、
前記出射面に対し、直接又は他の層を介して積層される光の入射光角度により拡散性が変化する異方性光学フィルムとを、
有する導光積層体であって、
前記導光板の出射面とは反対側の面である反対面が、大きさ50μm以下、高さ又は深さが50μm以下である凹型又は凸型の構造を複数有し、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体よりなる構造領域とを有し、
前記導光板の出射強度が最大となる角度において、前記異方性光学フィルムに対して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、異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする導光積層体。 - 前記異方性光学フィルムの法線方向に対する散乱中心軸角度が、
前記出射強度が最大となる角度よりも前記法線方向側に傾斜しており、
前記散乱中心軸角度と、前記出射強度が最大となる角度との差が20°以内であることを特徴とする請求項1に記載の導光積層体。 - 前記散乱中心軸角度が、前記光源に近い位置から遠い位置にかけて連続的に変化していくことを特徴とする請求項2記載の導光積層体。
- 前記複数の構造体の形状が、板状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の導光積層体。
- 前記異方性光学フィルム法線方向の直線透過率が60%以上である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。
- 前記導光板反対面の構造が、凹型であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の導光積層体。
- 前記凹型又は凸型の構造が封止され、前記封止内部が、気体、液体、固体又は真空の少なくともいずれかで満たされていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の導光積層体。
- 前記他の層が、偏光板、位相差板又はその両方の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の導光積層体。
- 少なくとも請求項1〜7のいずれか1項に記載の導光積層体と、光源とからなることを特徴とする面状光源装置。
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