KR20100088545A - 액정 표시 장치용 광학 시트 및 이것을 사용한 백라이트 유닛 - Google Patents

액정 표시 장치용 광학 시트 및 이것을 사용한 백라이트 유닛 Download PDF

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토시로 코바야시
모토히코 오카베
유타카 미네오
켄이치 하라다
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가부시키가이샤 지로 코포레토 프란
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Abstract

광학적 기능, 특히 광확산 기능이 각별히 높은 액정 표시 장치용 광학 시트 및 이것을 사용하여 시야각의 적정화, 램프 이미지의 소거, 박형화 등의 품질의 향상이 촉진되는 백라이트 유닛의 제공을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 표면에 마이크로 렌즈 어레이를 가지는 액정 표시 장치용 광학 시트로서, 이면에 미세한 요철 형상을 가지고, 이 이면의 표면 거칠기(Ra)(산술 평균 거칠기)가 1.5μm 이상 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트이다. 표면의 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로 렌즈의 평균 반경은 3μm 이상 90μm 이하, 이면의 표면 거칠기(Ra)는 상기 마이크로 렌즈의 평균 반경의 1/50 이상 1/2 이하이면 된다. 이면의 표면 거칠기에 있어서, Rz(10점 평균 거칠기)와 Ra의 비(Rz/Ra)가 1 이상 40 이하이면 된다.

Description

액정 표시 장치용 광학 시트 및 이것을 사용한 백라이트 유닛{OPTICAL SHEET FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS AND BACKLIGHT UNIT USING THE SAME}
본 발명은 집광, 광확산, 광선의 법선 방향으로의 변각 등의 여러 기능을 가지고, 특히 액정 표시 장치용의 백라이트 유닛에 적합한 광학 시트, 및 이것을 사용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 액정층을 배면으로부터 비추는 백라이트 방식이 보급되어, 액정층의 하면측에 에지 라이트형(사이드 라이트형), 직하형 등의 백라이트 유닛이 장비되어 있다. 이러한 에지 라이트형의 백라이트 유닛(10)은 일반적으로는 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 광원으로서의 봉 형상의 램프(11)와, 이 램프(11)에 단부가 따르도록 배치되는 사각형판 형상의 도광판(12)과, 이 도광판(12)의 표면측에 적층되는 복수매의 광학 시트(13)를 장비하고 있다. 이 광학 시트(13)는 굴절, 광확산 등의 특정의 광학적 기능을 가지는 것이며, 구체적으로는 (1) 도광판(12)의 표면측에 배열 설치되고, 주로 광확산 기능이나 집광 기능을 가지는 마이크로 렌즈 시트(14), (2) 마이크로 렌즈 시트(14)의 표면측에 배열 설치되고, 주로 법선 방향측으로의 굴절 기능을 가지는 프리즘 시트(15) 등이 해당된다.
이 백라이트 유닛(10)의 기능을 설명하면, 우선, 램프(11)로부터 도광판(12)에 입사한 광선은 도광판(12) 이면의 반사 도트 또는 반사 시트(도시 생략) 및 각 측면에서 반사되어, 도광판(12) 표면으로부터 출사된다. 도광판(12)으로부터 출사한 광선은 마이크로 렌즈 시트(14)에 입사하고, 표면에 설치된 마이크로 렌즈 계면에서 확산되어 출사된다. 그 후에, 마이크로 렌즈 시트(14)로부터 출사된 광선은 프리즘 시트(15)에 입사하고, 표면에 형성된 프리즘부(16)에 의해, 대략 바로 위 방향에 피크를 나타내는 분포의 광선으로서 출사된다. 백라이트 유닛(10)은 이와 같이 램프(11)로부터 출사된 광선이 광학 시트(13)에 의해 확산되고, 대략 바로 위 방향에 피크를 나타내도록 굴절되며, 또한 상방의 도시하지 않는 액정층 전체면을 조명하는 것이다.
또 도시하지 않지만, 상기 서술한 도광판(12)의 도광 특성이나 광학 시트(13)의 광학적 기능 등을 고려하여, 마이크로 렌즈 시트나 프리즘 시트 등의 광학 시트(13)를 더욱 많이 배열 설치한 백라이트 유닛도 있다.
상기 종래의 마이크로 렌즈 시트(14)로서는, 일반적으로는 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 복수의 마이크로 렌즈로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이(17)를 표면에 구비하고 있고, 이면은 평면 형상을 가지고 있다(예를 들어 일본 특허 공개 2004-191611호 공보 등 참조). 이와 같이 마이크로 렌즈 시트 표면에 설치된 이 마이크로 렌즈 계면에 있어서, 램프로부터 발해진 광선은 정면측으로 집광, 확산, 법선 방향측으로 변각되거나 한다.
그러나, 이 마이크로 렌즈 시트의 집광, 광확산, 변각 등의 광학적 기능은 표면 형상 및 굴절률에 의해 정해지기 때문에, 기능 향상에는 일정한 한계가 있다. 특히, 직하형 백라이트에 있어서는, 광학 시트의 광확산 기능이 충분하지 않은 경우에는 램프 이미지의 소거 효과가 적어, 램프 이미지가 액정 화면 표면에 나타나 버린다는 문제가 존재한다. 따라서, 종래의 백라이트 유닛(10)에서는, 고액이며 또한 취급이 곤란함에도 불구하고 복수매의 광학 시트를 구비할 필요가 있다. 이와 같이 복수매의 광학 시트를 구비한 경우, 액정 표시 장치로서의 휘도가 저하된다는 문제가 존재함과 아울러, 백라이트 유닛의 박형화를 저해한다.
일본특허공개2004-191611호공보
본 발명은 이들 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 광학적 기능, 특히 광확산 기능이 각별히 높은 액정 표시 장치용 광학 시트 및 이것을 사용하여 시야각의 적정화, 램프 이미지의 소거, 박형화 등의 품질의 향상이 촉진되는 백라이트 유닛의 제공을 목적으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 발명은,
표면에 마이크로 렌즈 어레이를 가지는 액정 표시 장치용 광학 시트로서,
이면에 미세한 요철 형상을 가지고,
이 이면의 표면 거칠기(Ra)(산술 평균 거칠기)가 1.5μm 이상 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트이다.
해당 액정 표시 장치용 광학 시트는 표면의 마이크로 렌즈 어레이에 더해, 이면에 표면 거칠기(Ra)(산술 평균 거칠기)가 1.5μm 이상 4.0μm 이하가 되도록 미세한 요철 형상이 형성되어 있다. 이 때문에, 액정 표시 장치용 광학 시트 이면의 계면에 있어서도, 해당 요철 형상에 의해 백라이트로부터의 광선을 굴절, 확산시키거나 할 수 있다. 이와 같이 요철 형상과 가시광의 파장(360nm 내지 750nm)의 관계에 있어서, 이 파장의 수 배의 사이즈의 미세한 요철 형상을 가지는 계면에 있어서, 가장 효과적으로 광선이 확산된다. 따라서, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트는 표리 양면의 계면에 있어서 백라이트로부터의 광선을 효과적으로 굴절, 확산시킬 수 있기 때문에, 광확산 기능 등의 광학적 기능이 각별히 높아진다. 또 해당 액정 표시 장치용 광학 시트에 의하면 표리 양면의 계면에서의 굴절에 의해 광선을 굴절, 확산시키고 있기 때문에, 액정 표시 장치용 광학 시트 중에서의 광선의 손실을 최소한으로 억제하여 광투과율을 높일 수 있다.
상기 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로 렌즈의 평균 반경은 3μm 이상 90μm 이하이면 된다. 해당 액정 표시 장치용 광학 시트에 의하면, 마이크로 렌즈가 상기 범위의 평균 반경을 가지고 있는 것에 의해, 광확산 기능 등의 광학적 기능이 더욱 높아지고, 그 광학적 기능의 제어를 용이하고 또한 확실히 할 수 있다.
해당 액정 표시 장치용 광학 시트의 이면의 표면 거칠기(Ra)는 상기 마이크로 렌즈의 평균 반경의 1/50 이상 1/2 이하이면 된다. 이면의 표면 거칠기와 마이크로 렌즈의 반경의 비가 상기 범위인 해당 액정 표시 장치용 광학 시트에 의하면, 이면의 미세 요철 형상과 표면의 마이크로 렌즈의 상승 효과에 의해 광확산 효과를 더욱 높일 수 있다.
해당 액정 표시 장치용 광학 시트의 이면의 표면 거칠기에 있어서, Rz(10점 평균 거칠기)와 Ra의 비(Rz/Ra)가 1 이상 40 이하이면 된다. 이면의 미세한 요철 형상이 Rz/Ra가 상기 범위가 되도록 전체에 대략 균일하게 형성됨으로써, 이면의 요철의 불균일을 저감시킬 수 있기 때문에, 해당 액정 표시층용 광학 시트의 광확산성을 높이고, 또한 면균일성을 높일 수 있다.
해당 액정 표시 장치용 광학 시트는 동일 재질로 일체 형성되어 있으면 된다. 해당 광학 시트가 이와 같이 동일한 재질로 일체 형성되어 있는 것에 의해, 시트 내부에서의 광의 굴절이나 산란이 생길 일이 없고, 광선의 손실을 최소한으로 억제함으로써, 광투과율 및 휘도를 높일 수 있다.
상기 마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 마이크로 렌즈의 배열 설치 패턴은 정삼각형 격자 패턴 또는 랜덤 패턴인 것이 바람직하다. 이 정삼각형 격자 패턴은 마이크로 렌즈를 보다 조밀하게 배열 설치할 수 있기 때문에, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트 렌즈의 충전율이 용이하게 높아지고, 집광, 광확산 등의 광학적 기능이 각별히 향상된다. 또 랜덤 패턴으로 마이크로 렌즈를 배열 설치함으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트를 다른 광학 부재와 중첩시켰을 때에 모아레의 발생이 저감된다.
상기 요철 형상의 배열 설치 패턴은 랜덤 패턴인 것이 바람직하다. 요철 형상을 랜덤 패턴으로 배열 설치함으로써, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트의 이면에서의 광확산성을 더욱 높일 수 있다. 덧붙여, 랜덤 패턴으로 함으로써 요철 형상의 공업적인 형성을 용이하게 행할 수 있다.
표면에 상기 마이크로 렌즈 어레이의 반전 형상을 가지는 엠보스 롤과, 이 엠보스 롤과 평행하게 배치되고, 표면에 상기 요철 형상의 반전 형상을 가지는 엠보스 롤을 사용한 압출 시트 성형법에 의해 해당 액정 표시 장치용 광학 시트가 형성되면 된다. 해당 수단에 의하면, 소정의 마이크로 렌즈 어레이 및 요철 형상을 가지는 시트를 용이하고 또한 고정밀도로 성형할 수 있고, 용이하게 동일 재질로 일체 형성할 수도 있다.
따라서 램프로부터 발해지는 광선을 분산시켜 표면측으로 이끄는 해당 광선을 이끄는 액정 표시 장치용의 백라이트 유닛에 있어서, 광학적 기능, 특히 광확산 기능 및 그 제어 기능이 각별히 높은 해당 액정 표시 장치용 광학 시트를 구비함으로써 휘도의 통일화 및 고도화에 의해 품질이 높아진다.
여기서, 액정 표시 장치용 광학 시트의 「표면」 및 「이면」은 통상 액정 표시 장치용 광학 시트를 액정 표시 장치의 백라이트 유닛에 구비한 경우에 표측(액정층측)을 향하는 면을 「표면」, 그 반대측(도광판측)의 면을 「이면」으로 한다. 「마이크로 렌즈」는 볼록 렌즈 및 오목 렌즈를 포함하는 개념이다. 「정삼각형 격자 패턴」은 표면을 동일 형상의 정삼각형으로 구분하고, 그 정삼각형의 각 정점에 마이크로 렌즈를 배열 설치하는 패턴을 의미한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시용 광학 시트에 의하면, 광학적 기능, 특히 광확산 기능이 각별히 높고, 그 광학적 기능의 제어가 용이하고 또한 확실하다. 또한, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트를 사용한 백라이트는 시야각의 적정화, 램프 이미지의 소거, 박형화 등의 품질의 향상 및 저비용화가 촉진된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 액정 표시 장치용 광학 시트를 도시한 모식적 부분 단면도.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치용 광학 시트를 구비하는 백라이트 유닛을 도시한 모식적 단면도.
도 3(a) 및 (b)는 일반적인 백라이트 유닛을 도시한 모식적 사시도 및 종래의 일반적인 마이크로 렌즈 시트를 도시한 모식적 단면도.
이하, 적당히 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
도 1의 액정 표시 장치용 광학 시트(1)는 기재(2)와, 이 기재(2)의 표면에 형성되는 마이크로 렌즈 어레이(3)와, 기재(2)의 이면에 형성되는 미세한 요철 형상(4)을 구비하고 있다.
기재(2)는 광선을 투과시킬 필요가 있으므로 투명, 특히 무색 투명의 합성 수지로 형성되어 있다. 이러한 기재(2)에 사용되는 합성 수지로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로오스아세테이트, 내후성 염화비닐, 방사선 경화형 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)의 성형성이 우수한 자외선 경화형 수지, 전자선 경화형 수지 등의 방사선 경화형 수지나 폴리카보네이트, 폴리올레핀 등의 열가소성 수지가 바람직하다.
기재(2)의 두께(평균 두께)는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10μm 이상 500μm 이하, 바람직하게는 35μm 이상 250μm 이하, 특히 바람직하게는 50μm 이상 188μm 이하가 된다. 기재(2)의 두께가 상기 범위 미만이면, 백라이트 유닛 등에 있어서 열에 노출되었을 때에 컬이 발생하기 쉬워져버리고, 취급이 곤란해지는 등의 문제가 발생한다. 반대로, 기재(2)의 두께가 상기 범위를 넘으면, 액정 표시 장치의 휘도가 저하되어 버리는 경우가 있고, 또 백라이트 유닛의 두께가 커져서 액정 표시 장치의 박형화의 요구에도 반하게 된다.
기재(2)를 형성하는 폴리머 수지 중에 미소 무기 충전제를 함유해도 된다. 이와 같이 기재(2) 중에 미소 무기 충전제를 함유함으로써, 기재(2), 나아가서는 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 내열성이 향상된다. 이 미소 무기 충전제를 구성하는 무기물로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 무기 산화물이 바람직하다. 이 무기 산화물은 금속 원소가 주로 산소 원자와의 결합을 통하여 3차원의 네트워크를 구성한 각종 함산소 금속 화합물로 정의된다. 무기 산화물을 구성하는 금속 원소로서는, 예를 들어 원소주기율표 제2족 내지 제6족으로부터 선택되는 원소가 바람직하고, 원소주기율표 제3족 내지 제5족으로부터 선택되는 원소가 더욱 바람직하다. 특히, Si, Al, Ti 및 Zr로부터 선택되는 원소가 바람직하고, 금속 원소가 Si인 콜로이달실리카가 내열성 향상 효과 및 균일 분산성의 면에서 미소 무기 충전제로서 가장 바람직하다. 또 미소 무기 충전제의 형상은 구 형상, 침 형상, 판 형상, 비늘조각 형상, 파쇄 형상 등의 임의의 입자 형상이면 되며, 특별히 한정되지 않는다.
미소 무기 충전제의 평균 입자 직경의 하한으로서는 5nm가 바람직하고, 10nm가 특히 바람직하다. 한편, 미소 무기 충전제의 평균 입자 직경의 상한으로서는 50nm가 바람직하고, 25nm가 특히 바람직하다. 이것은 미소 무기 충전제의 평균 입자 직경이 상기 범위 미만에서는 미소 무기 충전제의 표면 에너지가 높아지고, 응집 등이 일어나기 쉬워지기 때문이며, 반대로, 평균 입자 직경이 상기 범위를 넘으면 단파장의 영향으로 백탁하여, 기재(2)의 투명성이 저하되어, 투과율에 영향을 주기 때문이다.
또한, 기재(2) 중에 대전 방지제를 함유하면 된다. 이와 같이 대전 방지제가 혼련된 폴리머 수지로 기재(2)를 형성함으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)에 대전 방지 효과가 발현되어, 먼지를 빨아당기거나, 다른 광학 시트 등과의 중첩이 곤란해지는 등의 정전기의 대전에 의해 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 또 대전 방지제를 표면에 코팅하면 표면의 끈적임이나 오탁이 생기지만, 이와 같이 기재(2) 중에 대전 방지제를 혼련함으로써 이러한 폐해는 저감된다. 이 대전 방지제로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 알킬황산염, 알킬인산염 등의 음이온계 대전 방지제, 제4암모늄염, 이미다졸린 화합물 등의 양이온계 대전 방지제, 폴리에틸렌글리콜계, 폴리옥시에틸렌소르비탄모노스테아르산에스테르, 에탄올아미드류 등의 비이온계 대전 방지제, 폴리아크릴산 등의 고분자계 대전 방지제 등이 사용된다. 그 중에서도 대전 방지 효과가 비교적 큰 양이온계 대전 방지제가 바람직하며, 소량의 첨가로 대전 방지 효과가 나타난다.
또한, 기재(2) 중에 자외선 흡수제를 함유하면 된다. 이와 같이 자외선 흡수제를 함유하는 기재(2)를 형성함으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)에 자외선 커트 기능이 부여되어, 백라이트 유닛의 램프로부터 발해지는 미량의 자외선을 커트하여, 자외선에 의한 액정층의 파괴를 방지할 수 있다.
상기 자외선 흡수제 대신에 또는 자외선 흡수제와 함께 자외선 안정제(분자쇄에 자외선 안정기가 결합한 기재 폴리머를 포함함)를 사용하는 것도 가능하다. 이 자외선 안정제에 의해 자외선에서 발생하는 래디컬, 활성산소 등이 불활성화되어 자외선 안정성, 내후성 등을 향상시킬 수 있다. 이 자외선 안정제로서는 자외선에 대한 안정성이 높은 힌더드 아민계 자외선 안정제가 적합하게 사용된다. 또한, 자외선 흡수제와 자외선 안정제를 병용함으로써 자외선에 의한 열화 방지 및 내후성이 각별히 향상된다.
마이크로 렌즈 어레이(3)는 대략 동일 직경을 가지는 다수의 마이크로 렌즈(5)로 구성되어 있다.
마이크로 렌즈 어레이(3)는 기재(2)와 일체 성형되는 것이 바람직하다. 단, 기재(2)와 별체로 성형할 수도 있다. 마이크로 렌즈 어레이(3)는 광선을 투과시킬 필요가 있으므로 투명, 특히 무색 투명의 합성 수지로 형성되어 있으며, 구체적으로는 상기 기재(2)와 마찬가지의 합성 수지가 사용되고 있다. 또 기재(2)로서 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 또는 폴리카보네이트 필름을 사용하고, 그 위에 자외선 경화성 수지 등으로 마이크로 렌즈(5)를 형성할 수도 있다. 또한, 마이크로 렌즈(5)에는 상기한 합성 수지 외에 예를 들어 필러, 가소제, 안정화제, 열화 방지제, 분산제 등이 배합되어도 된다.
마이크로 렌즈(5)는 볼록 형상의 부분적 대략 구 형상을 가지는 소위 볼록 렌즈이다. 마이크로 렌즈(5)의 평균 반경으로서는 3μm 이상 90μm 이하, 특히 10μm 이상 75μm 이하가 바람직하다. 마이크로 렌즈(5)의 평균 반경이 상기 범위 미만이면, 라이트가 발하는 광선의 파장과의 관계에서 회절 현상이 생길 우려가 있고, 반대로 상기 범위를 넘으면, 기재 표면 계면에 있어서 충분한 광확산성을 가지지 않는다.
마이크로 렌즈(5)는 기재(2)의 표면에 비교적 조밀하게 또한 기하학적으로 배열 설치되어 있다. 마이크로 렌즈(5)는 기재(2)의 표면에 있어서 정삼각형 격자 패턴으로 배열 설치되어 있다. 따라서 마이크로 렌즈(5)의 피치 및 렌즈간 거리는 모두 일정하다. 이 배열 설치 패턴은 마이크로 렌즈(5)를 가장 조밀하게 배열 설치할 수 있고, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 집광 기능, 광확산 기능, 변각 기능 등의 광학적 기능을 향상시킬 수 있다.
마이크로 렌즈(5)의 충전율의 하한으로서는 40%, 특히 60%, 또한 특히 70%가 바람직하다. 이와 같이, 마이크로 렌즈(5)의 충전율을 상기 하한 이상으로 함으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1) 표면에 있어서의 마이크로 렌즈(5)의 점유 면적을 높이고, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 집광, 광확산 등의 광학적 기능이 각별히 향상된다.
마이크로 렌즈(5)의 렌즈 높이(H)의 곡률반경(R)에 대한 높이비(H/R)의 하한으로서는 5/8가 바람직하고, 3/4이 특히 바람직하다. 한편, 이 높이비(H/R)의 상한으로서는 1이 바람직하다. 여기서 「렌즈 높이」는 마이크로 렌즈(5)의 기저면으로부터 최정부까지의 수직 거리를 의미한다. 이와 같이 마이크로 렌즈(5)의 높이비(H/R)를 상기 범위로 함으로써 마이크로 렌즈(5)에 있어서의 렌즈적 굴절 작용이 효과적으로 나타나고, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 집광, 광확산 등의 광학적 기능이 각별히 향상된다.
마이크로 렌즈(5)의 렌즈간 거리(S;P-D)의 직경(D)에 대한 간격비(S/D)의 상한으로서는 1/2이 바람직하고, 1/5이 특히 바람직하다. 여기서, 「렌즈간 거리」는 이웃하는 한 쌍의 마이크로 렌즈(5) 사이의 최단 거리를 의미한다. 이와 같이 마이크로 렌즈(5)의 렌즈간 거리(S)를 상기 상한 이하로 함으로써 광학적 기능에 기여하지 않는 평탄부가 저감되고, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 집광, 광확산 등의 광학적 기능이 각별히 향상된다.
마이크로 렌즈(5)의 개개의 광선 출사 각도의 평균이 액정 표시 장치용 광학 시트(1) 평면으로의 법선에 대해서 ±25° 이상으로 하는 것이 바람직하고, ±40°로 하는 것이 특히 바람직하다. 이와 같은 광선 출사 각도를 가지는 마이크로 렌즈(5)로부터 마이크로 렌즈 어레이(3)를 형성함으로써 액정 표시 장치용 광학 시트로서 필요한 시야각 특성을 얻을 수 있다.
요철 형상(4)은 미세한 다수의 요철로 이루어지고, 이 요철은 랜덤 패턴으로 비교적 조밀하게 설치되어 있다.
요철 형상(4)은 마이크로 렌즈 어레이(3)와 마찬가지로, 기재(2)와 일체 성형되어 있다. 단, 기재(2)와 별체로 성형되어도 된다. 요철 형상(4)은 광선을 투과시킬 필요가 있으므로, 투명, 특히 무색 투명의 합성 수지로 형성되어 있으며, 구체적으로는 상기 기재(2)와 마찬가지의 합성 수지가 사용되고 있다. 또 기재(2)로서 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 또는 폴리카보네이트 필름을 사용하고, 그 위에 자외선 경화성 수지 등으로 요철 형상(4)을 형성할 수도 있다. 또한, 요철 형상(4)에는 상기한 합성 수지 외에 예를 들어 필러, 가소제, 안정화제, 열화 방지제, 분산제 등이 배합되어도 된다.
해당 요철 형상(4)이 기재(2)의 이면에 형성되어 있는 것으로, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 광확산성이 각별히 향상된다. 즉, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)에 의하면, 백라이트로부터의 광선이 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 이면에 입사할 때, 요철 형상(4)의 계면에 의해, 광선은 모든 방향으로 굴절되기 때문에 광확산성이 향상되게 된다.
이와 같이, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 표면에 마이크로 렌즈 어레이(3), 이면에 요철 형상(4)을 형성함으로써, 광이 입사하는 이면에 있어서 요철 형상(4)에 의해 광을 광각도로 확산시켜 광시야각을 얻을 수 있고, 광이 출사하는 표면에 있어서 볼록 형상의 마이크로 렌즈(5)에 의해 광을 법선 방향으로 변각시킴으로써 정면 휘도를 유지할 수 있다. 특히, 기재(2)와 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)을 일체로 동일 재질로 형성한 경우, 이들의 굴절은 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 표리의 계면에서만 행해지기 때문에, 즉 액정 표시 장치용 광학 시트(1) 내부에서의 광의 굴절, 산란 등은 생기지 않기 때문에, 광의 액정 표시 장치용 광학 시트(1) 내부에서의 손실을 매우 적게 할 수 있고, 광투과율 및 정면 휘도를 높일 수 있다.
요철 형상(4)은 기재(2)의 이면의 표면 거칠기(Ra)가 1.5μm 이상 4.0μm 이하, 바람직하게는 2.0μm 이상 3.5μm 이하가 되도록 형성되어 있다. 이와 같이, 가시광의 파장(360nm 내지 750nm)과의 관계에 있어서, 이 파장의 수 배의 사이즈의 미세한 요철 형상(4)을 가지는 계면에 있어서, 효과적으로 광선이 확산된다. 특히, 파장의 5배 정도의 미세한 요철 계면에 있어서 그 효과는 매우 현저하게 나타난다. 기재(2)의 이면의 표면 거칠기(Ra)가 상기 범위 미만이면, 이면 계면에서의 광확산 효과가 작고, 충분한 광확산 기능을 가지지 않기 때문에, 직하형 백라이트 유닛에 있어서 램프 이미지 소거 기능이 충분히 발휘되지 않는다. 또 기재(2)의 이면의 표면 거칠기(Ra)가 상기 범위를 넘는 경우에 있어서도, 이면 계면에서의 광확산성이 거칠어지기 때문에, 출사하는 광선의 면균일성이 저하된다. 또한, 표면 거칠기(Ra)가 커지면 요철 무늬가 눈에 띄고, 특히 표면 거칠기(Ra)가 4.0을 넘는 경우에는 육안으로 요철의 존재가 확인될 수 있기 때문에, 액정 표시 장치용의 광학 시트로서 품질이 저하되게 된다.
요철 형상(4)은 기재(2)의 이면의 표면 거칠기(Ra)가 마이크로 렌즈(5)의 곡률반경(R)의 1/50 이상 1/2 이하인 것이 바람직하고, 1/30 이상 1/4 이하인 것이 더욱 바람직하다. 기재(2) 이면의 표면 거칠기(Ra)와 마이크로 렌즈(5)의 곡률반경(R)의 비(Ra/R)가 상기 범위인 것에 의해, 일정한 정면 휘도를 확보하면서 광확산성을 향상시킬 수 있다. 상기 비(Ra/R)가 1/50 미만인 경우는 마이크로 렌즈(5)에 대해서 이면의 요철이 지나치게 작아, 충분한 확산 효과가 나타나지 않는다. 반대로, 상기 비가 1/2을 넘으면, 이면 계면에서의 광확산이 거칠어져, 마이크로 렌즈(5)에 의해 충분하게 법선 방향으로 광선을 기립시킬 수 없어 정면 휘도가 저하된다.
요철 형상(4)은 기재(2)의 이면의 표면 거칠기가 JIS-B-0601:2001 부속서 1에 기재되는 10점 평균 거칠기(Rz)와 Ra의 비(Rz/Ra)가 1 이상 40 이하, 바람직하게는 1 이상 20 이하, 더욱 바람직하게는 1 이상 10 이하가 되도록 성형되어 있다. Rz(10점 평균 거칠기)는 국소적인 요철의 크기를 나타내는 파라미터이며, 이 값의 Ra(산술 평균 거칠기)에 대한 비율(Rz/Ra)이 크면 국소적으로 요철이 많이 존재하는 것이 된다. 이 국소적인 요철이 시트 상의 휘점 또는 암점이 되기 때문에 면균일성이 저하된다. 특히, Rz/Ra가 상기 범위를 넘으면 면균일성의 저하가 현저해지고, 또한 내찰상 성능이 저하된다.
이 요철 형상(4)의 볼록부끼리의 평균 피치는 특별히 한정되지 않지만, 마이크로 렌즈(5)의 렌즈간 거리(S)의 10% 이하인 것이 바람직하다. 또 요철 형상(4)의 볼록부끼리의 평균 피치는 마이크로 렌즈(5)의 직경(D)의 5% 이하인 것이 바람직하고, 0.1 이상 2% 이하인 것이 보다 바람직하다. 요철 형상(4)의 볼록부끼리의 평균 피치가 이와 같은 조건을 만족함으로써, 기재(2) 이면으로부터 입사하는 광선의 주로 이면 계면에서의 확산 효과와, 주로 표면 계면에서의 법선 방향으로의 변각 효과의 상승 효과에 의해, 광확산성이나 면균일성을 높이고, 정면 휘도가 높은 광선을 조사시킬 수 있다.
또한, 요철 형상(4)의 볼록부끼리의 평균 피치는 5μm 이하인 것이 바람직하고, 1μm 이상 3μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 요철 형상(4)의 볼록부끼리의 평균 피치가 지나치게 크면, 이면 계면에서의 충분한 광확산 기능이 발휘되지 않고, 또한 표면측으로부터 요철 형상이 시인될 수 있기 때문에 품질이 저하된다. 또 요철 형상(4)의 볼록부끼리의 평균 피치가 지나치게 작은 경우도, 이면 계면에서의 광확산 기능이 충분히 발휘되지 않는다.
해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 제조 방법으로서는, 상기 구조의 것을 형성할 수 있으면 특별히 한정되는 것은 아니고, 각종 방법이 채용된다. 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 제조 방법으로서는, 기재(2)를 작성한 후에 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)을 따로 형성하는 방법과, 기재(2)와 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)을 일체 성형하는 방법이 가능하며, 구체적으로는,
(a) 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)의 표면의 반전 형상을 가지는 시트형에 합성 수지를 적층하고, 그 시트형을 벗김으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)를 형성하는 방법,
(b) 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)의 표면의 반전 형상을 가지는 금형에 용융 수지를 주입하는 사출 성형법,
(c) 시트화된 수지를 재가열하여 상기와 마찬가지의 금형과 금속판 사이에 끼워 프레스하여 형상을 전사하는 방법,
(d) 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)의 표면의 반전 형상을 둘레면에 가지는 2개의 롤형 사이에 용융 상태의 수지를 통과시키고, 상기 형상을 전사하는 압출 시트 성형법,
(e) 기재에 자외선 경화형 수지를 도포하고, 상기와 마찬가지의 반전 형상을 가지는 시트형, 금형 또는 롤형에 눌러 미경화의 자외선 경화형 수지에 형상을 전사하고, 자외선을 쏘여 자외선 경화형 수지를 경화시키는 방법,
(f) 상기와 마찬가지의 반전 형상을 가지는 금형 또는 롤형에 미경화의 자외선 경화성 수지를 충전 도포하고, 기재로 눌러 균일하게 하고, 자외선을 쏘여 자외선 경화형 수지를 경화시키는 방법,
(g) 자외선 경화형 수지 대신에 전자선 경화형 수지를 사용하는 방법, 등이 있다.
상기 (d) 내지 (f)에 있어서의 롤형을 사용하는 방법에 대해 이하 설명한다. 표면에 마이크로 렌즈 어레이(3)의 반전 형상을 가지는 엠보스 롤과, 이 엠보스 롤과 소정의 간격으로 평행하게 배치되고, 표면에 요철 형상(4)의 반전 형상을 가지는 엠보스 롤을 사용하여, 이 2개의 엠보스 롤 사이에 필름 형상 수지를 통과시킴으로써, 표면에 마이크로 렌즈 어레이(3)가, 이면에 요철 형상(4)이 일체로 형성된다. 해당 방법에 의하면, 소정의 마이크로 렌즈 어레이 및 요철 형상을 가지는 시트를 용이하고 또한 고정밀도로 성형할 수 있고, 용이하게 동일 재질로 일체 형성할 수도 있다. 또한, 엠보스 롤로 성형하고 있는 점에서, 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)에 불연속한 이음매 부분이 생기지 않아, 심리스한 광학 시트를 제조할 수 있다.
2개의 엠보스 롤 사이에 통과되는 필름 형상 수지로서는, 용융 수지여도 되고, 시트 형상 수지의 양면에 미경화의 수지가 적층된 것 등이어도 되지만, 용융한 열가소성 수지를 T다이로부터 필름 형상으로 압출한 것이 바람직하다. 이와 같이, 소위 압출 시트 성형법에 의해 제조함으로써, 용융된 상태에서 압출된 수지를 엠보스 롤로 성형할 수 있기 때문에, 필름 성형과 표면 및 이면의 표면 형상을 동시에 행하는 것이 가능하게 되기 때문에, 용이하고 또한 효율적으로 해당 광학 시트를 제조할 수 있다.
해당 액정 표시용 광학 시트(1)의 다른 제조 방법으로서는, 상기 (a)와 (d)를 조합시킨 방법을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들어 용융 수지를 시트형에 적층함으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 하나의 면의 표면 형상(마이크로 렌즈 어레이(3) 또는 요철 형상(4))을 성형하고, 다른 일방의 면의 표면 형상(마이크로 렌즈 어레이(3) 또는 요철 형상(4))을 소정의 표면 형상을 가지는 롤형으로 성형하는 제조 방법이다. 이 경우, 해당 롤형을 가지는 엠보스 롤과, 이 엠보스 롤과 평행하게 소정의 간격으로 배치된 닙롤을 사용하고, 이 사이의 엠보스 롤측에 용융 수지가 적층된 면이 접하도록, 용융 수지가 적층된 시트형을 통과시킴으로써 해당 액정 표시 장치용 광학 시트가 형성된다.
해당 제조 방법에 의하면, 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 요구되는 품질 특성에 의해 종류에 따라 각종 형상 패턴의 변경이 생기는 면의 형상(예를 들어 마이크로 렌즈 어레이(3)의 성형은 시트형으로, 상이한 종류에 있어서도 일정한 형상으로 대응할 수 있는 면의 형상(예를 들어 요철 형상(4))의 성형은 롤형으로 행한다는 각종 조건에 대응한 효율적인 제조가 가능해진다.
상기 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)의 반전 형상을 가지는 형(금형, 롤형 등)의 제조 방법으로서는, 예를 들어 기재 상에 포토레지스트 재료에 의해 반점 형상의 입체 패턴을 형성하고, 이 입체 패턴을 가열 유동화에 의해 곡면화함으로써 마이크로 렌즈 어레이 모형을 제작하고, 이 마이크로 렌즈 어레이 모형의 표면에 전주법(電鑄法)에 의해 금속층을 적층하고, 이 금속층을 박리함으로써 제조할 수 있다.
상기 제조 방법에 의하면, 임의 형상의 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)이 용이하고 또한 확실하게 형성된다. 그 때문에, 마이크로 렌즈 어레이(3)를 구성하는 마이크로 렌즈(5)의 사이즈, 충전율, 배열 설치 패턴 및 요철 형상(4)의 표면 거칠기, 사이즈, 형상 등이 용이하고 또한 확실하게 조정되며, 그 결과 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 광학적 기능이 용이하고 또한 확실하게 제어된다.
요철 형상(4)의 반전 형상을 가지는 형(금형, 롤형 등)의 다른 제조 방법으로서는, 예를 들어 에어 블라스트, 웨트 블라스트, 샌드 블라스트 등의 블라스트 가공을 시행함으로써 형성할 수 있다. 이것에 의해, 보다 간편하게 요철 형상(4)의 반전 형상인 형을 형성할 수 있다. 상기 서술한 가운데에서도, 샌드 블라스트에 의해 요철 형상(4) 반전 형상형을 형성한 경우, 보다 균일하게 해당 형을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 형에 의하면, 기재(2)의 이면에 Rz/Ra의 값이 작은 요철 형상(4)을 형성할 수 있고, 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 정면 휘도의 향상을 도모하면서, 휘도의 편차 및 불균일을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 이와 같은 블라스트 가공은 복수회 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 균일하게 요철 형상의 반전형을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 형에 의하면, 액정 표시 장치용 광학 시트(1)의 기재(2) 이면의 Rz/Ra의 값을 더욱 낮출 수 있다. 또 블라스트 가공에 있어서 형에 대해서 분사되는 미립자의 평균 입경은 10μm 이하인 것이 바람직하고, 1 내지 5μm인 것이 보다 바람직하며, 2 내지 3μm인 것이 더욱 바람직하다.
상기 마이크로 렌즈 어레이(3) 및 요철 형상(4)의 반전 형상을 가지는 형(시트형 등)의 다른 제조 방법으로서는, 표면에 마이크로 렌즈 어레이(3) 또는 미세한 요철 형상(4)을 가지는 광학 시트 원판을 사용하고, 이 광학 시트 원판의 표면에 압출 라미네이트법에 의해 형용 합성 수지층을 적층하고, 그 후 형용 합성 수지층으로부터 광학 시트 원판을 박리함으로써 제조할 수 있다. 압출 라미네이트법 중에서도, 특히 샌드위치 압출 라미네이트법에 의해, 광학 시트 원판과 형용 기재 시트 사이에 형용 합성 수지층을 적층하면 된다.
상기 제조 방법에 의하면, 압출 라미네이트법에 의해 표면에 마이크로 렌즈 어레이(3) 또는 미세한 요철 형상(4)을 가지는 광학 시트 원판의 표면 형상을 충실히 전사할 수 있기 때문에, 광확산 기능 등의 광학적 성능이 높은 광학 시트를 생산성 좋게 제조할 수 있다. 특히, 샌드위치 압출 라미네이트법에 의하면, 형용 기재 시트에 의해 광학 시트 형성형의 강도가 확보되기 때문에, 형용 합성 수지층을 구성하는 합성 수지를 광학 시트 원판의 표면 형상의 전사성이나, 내열성, 광학층용 합성 수지층과의 박리성 등에 주안점을 두어 선정할 수 있고, 생산되는 광학 시트재의 표면 형상의 정밀부형성이나 광학 시트 형성형의 장기 수명화에 기여한다.
도 2에 도시한 에지 라이트형 백라이트 유닛은 도광판(6)과, 이 도광판(6)의 대우변에 배열 설치되는 한 쌍의 선 형상 램프(7)와, 도광판(6)의 표면측에 겹쳐서 배열 설치되는 액정 표시 장치용 광학 시트(1)를 구비하고 있다. 램프(7)로부터 발해지고, 도광판(6) 표면으로부터 출사되는 광선은 법선 방향에 대해서 소정 각도 경사진 비교적 강한 피크를 가지고 있지만, 해당 백라이트 유닛에 의하면, 정면측으로의 집광 기능, 법선 방향측으로의 변각 기능에 있어서 종래의 기능을 가지면서 각별히 높은 광확산 기능을 가지는 해당 액정 표시 장치용 광학 시트(1)에 의해, 휘도의 균일화가 도모되고, 넓은 시야각을 가지는 광으로 변환된다. 따라서, 해당 백라이트 유닛은 종래 필요했던 광학 시트(비즈 도공 시트 등)의 장비 매수의 저감화가 도모되어, 박형화, 고품질화 및 저비용화가 촉진된다. 또한, 광학 시트 장비 매수의 저감화에 의해 휘도의 향상이 촉진된다. 또한, 에지 라이트형 백라이트 유닛은 4개, 6개 등의 램프(7)가 장비되기도 한다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치용 광학 시트는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 표면의 마이크로 렌즈의 배열 설치 패턴으로서는 조밀 충전 가능한 상기 정삼각형 격자 패턴에 한정되지 않고, 정사각형 격자 패턴이나 랜덤 패턴도 가능하다. 랜덤 패턴에 의하면, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트를 다른 광학 부재와 중첩시켰을 때에 모아레의 발생이 저감된다.
또 표면에 오목 렌즈의 마이크로 렌즈로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이를 설치하는 것도 가능하다. 표면에 오목 렌즈의 마이크로 렌즈 어레이를 설치한 경우도, 상기 볼록 렌즈의 마이크로 렌즈 어레이를 설치한 경우와 마찬가지로 우수한 광확산성 등 광학적 기능을 가진다.
또, 표면의 마이크로 렌즈와 이면의 미세한 요철 형상이 각각 상이한 굴절률을 가지는 재료로 형성되어도 된다. 이와 같이 표면과 이면이 상이한 굴절률 재질로 이루어지는 마이크로 렌즈 및 요철 형상으로 형성됨으로써, 재질 사이의 계면에 있어서도 광의 굴절 등이 생기기 때문에, 해당 액정 표시용 광학 시트의 광확산성 및 면균일성을 높일 수 있다.
또한, 해당 액정 표시 장치용 광학 시트를 표리 반대(도광판측에 마이크로 렌즈가 형성된 면, 액정층측에 미세한 요철 형상이 형성된 면)로 백라이트 유닛에 배열 설치해도 된다. 이와 같이 배열 설치된 백라이트 유닛에 있어서도, 광학적 기능, 특히 광확산 기능 및 그 제어 기능이 각별히 높은 해당 액정 표시 장치용 광학 시트에 의해, 휘도의 통일화 및 고도화에 의해 품질이 높아진다.
이상과 같이, 본 발명의 액정 표시 장치용 광학 시트는 액정 표시 장치의 백라이트 유닛의 구성 요소로서 유용하며, 특히 투과형 액정 표시 장치에 사용하기에 적합하다.
1…액정 표시 장치용 광학 시트 2…기재
3…마이크로 렌즈 어레이 4…요철 형상
5…마이크로 렌즈 6…도광판
7…램프 10…백라이트 유닛
11…램프 12…도광판
13…광학 시트 14…마이크로 렌즈 시트
15…프리즘 시트 16…프리즘부
17…마이크로 렌즈 어레이

Claims (9)

  1. 표면에 마이크로 렌즈 어레이를 가지는 액정 표시 장치용 광학 시트로서,
    이면에 미세한 요철 형상을 가지고,
    이 이면의 표면 거칠기(Ra)(산술 평균 거칠기)가 1.5μm 이상 4.0μm 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로 렌즈의 평균 반경이 3μm 이상 90μm 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이면의 표면 거칠기(Ra)가 상기 마이크로 렌즈의 평균 반경의 1/50 이상 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 이면의 표면 거칠기에 있어서, Rz(10점 평균 거칠기)와 Ra의 비(Rz/Ra)가 1 이상 40 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 동일 재질로 일체 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 배열 설치 패턴이 정삼각형 격자 패턴 또는 랜덤 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 요철 형상의 배열 설치 패턴이 랜덤 패턴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  8. 제 1 항에 있어서, 표면에 상기 마이크로 렌즈 어레이의 반전 형상을 가지는 엠보스 롤과, 이 엠보스 롤과 평행하게 배치되고, 표면에 상기 요철 형상의 반전 형상을 가지는 엠보스 롤을 사용한 압출 시트 성형법에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 광학 시트.
  9. 램프로부터 발해지는 광선을 분산시켜 표면측으로 이끄는 액정 표시 장치용의 백라이트 유닛에 있어서,
    제 1 항에 기재된 액정 표시 장치용 광학 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용의 백라이트 유닛.
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