JP2006178240A - 光透過性光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】
従来のプリズムシートには二枚重ねで用いるためにコストが高い、厚さが厚くなるという問題があった。
【解決手段】
本発明の光指向性制御用光透過性シートは裏面入射光を、一方向に屈曲させる部分A区分と、部分A区分で屈曲される方向とは異なる他の方向に屈曲させる部分B区分と、で埋め尽くされており、部分A区分と部分B区分が異なる形状を有している光学構造によって、一枚の光学シートで二方向に対して光束の指向性を向上させる効果がある。
【選択図】図８

Description

本発明は主に光透過性光学シートに関し、特に、本発明は、光学構造物によって入射光線を任意の方向に揃える機能を有する光透過性光学シートに関する。

近年、ディスプレイ分野や光通信分野など多くの場面で、ある程度広がった光線を一定の方向に揃えたいという要求が存在する。このような要求に答えるため、シート上もしくはシート内に光学構造物を設けることによって入射光を所定の方向に揃える機能を有する光指向性制御用光透過性シートが広く用いられている。このようなシートの代表的な製品としてプリズムシートがある。

プリズムシートは、例えば液晶ディスプレイのバックライトユニットに用いられて光源からの光を液晶表示面に効率よく導くために用いられている。プリズムシートはバックライトユニットで例えば代表的には図１のような構成で用いられる。図１において液晶パネル（８）を照射するバックライトユニット（１）は光源（２）と光源からの光線を液晶表示面下に導く導光板（３）、導光板からの光線を拡散する拡散シート（４）、拡散された光線を一方向に対して揃える機能を有するプリズムシート（５）、プリズムシート（５）と直交した方向に対して揃える機能を有するプリズムシート（６）、プリズムシート（５）、（６）で揃いすぎた光線を僅かに拡散して均一にする拡散シート（７）で構成されている。

プリズムシート（５）および（６）は典型的には図２のような形状をしており、一枚のプリズムシートで一方向に対して光線の向きを揃える機能を有している。このため多くの場合、Ｘ方向とＹ方向両方向に対して光線を揃えるために、プリズムシートを二枚重ねて用いている。しかし、プリズムシートは図２に示されるように微細で複雑な構造を有しており、一枚一枚の価格が非常に高価であり、これを二枚重ねて用いることはバックライトのコスト増加の主要な要因となっている。また、二枚重ねることによりバックライトの厚さが厚くなるという問題も生じていた。

そこで二枚のプリズムシートを一枚で代用する方法が検討されている。二枚のプリズムシートを一枚で代用しようとする場合、最も簡単に思いつく方法は図３に示すように四角錐状プリズム構造をシート上に形成する方法である（特開平9-54205）。この方法によればＸ方向、Ｙ方向、どちらの方向から見てもプリズム形状をなしており、一枚でプリズムシート二枚分の働きをする。しかし、このような形状をフォトリソグラフ法などの大面積化に向かない方法では作製可能だが、大面積の量産を行おうとすると、頂角付近の構造が潰れてしまうという問題が生じる。

通常、量産されているプリズムシートは回転ドラムを用いたフォトポリマー法（2P法）で成形を行う。2Ｐ法の一例を図４に示す。回転ドラム（１０）表面に成形するための型を形成して、これに長尺のフィルム（１１）を巻き付けて走行させる。この時、回転ドラム（１０）表面には樹脂供給ノズル（１２）によって紫外線硬化樹脂（１３）が塗布される。塗布された樹脂はブレード（１４）によって膜厚を均一にされる。回転ドラム（１０）表面に塗布された紫外線硬化樹脂が長尺のフィルム（１１）に接触した時点で紫外線ランプ（１５）によって紫外線が照射される。この結果、紫外線硬化樹脂（１３）は回転ドラム（１０）表面の形状を写し取った状態で長尺のフィルム（１１）に付着し、巻き取られていく。

この方法で従来のプリズムシートを成形する場合、プリズム形状の伸びる方向（図２、Ａ方向）がフィルムの走行方向と平行になるように方向を合わせた型で成形を行う。これは回転ドラムで成形を行う場合、回転ドラムの回転方向にフィルムが回転ドラムの曲率から平面状に大きく変形するため、急激に構造が変化するような急峻な構造を作るのが難しいためである。このためにプリズム形状の伸びる方向（図２、Ａ方向）を走行方向に対して垂直にした型で成形を行うと、フィルム走行方向に対して頂角付近が正確に成形できず、鋭角な構造を作ることができない。このような理由から、図３に示すような四角錐状プリズム構造を成形しようとすると、ドラム回転方向に対して頂角付近がつぶれてしまい、四角錐にならず、このような構造のプリズムシートは実用化されていない。

特開平9-54205

このように従来のプリズムシートにはコストが高い、二枚重ねで用いるために厚さが厚くなるという問題があった。本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、低コストで薄い光指向性制御用光透過性シートを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明の光指向性制御用光透過性シートは、裏面入射光を、一方向に屈曲させる部分A区分と、A区分で屈曲される方向とは異なる他の方向に屈曲させる部分B区分と、で埋め尽くされており、部分A区分と部分B区分が異なる形状を有するように構成する。このような構造を採ることにより、フィルム状の基材シートに対してドラム形状の金型のパターンを回転させながら転写して作製する際に、頂角のつぶれなどの転写不良の発生を防ぐことができる。

このような本発明の光指向性制御用光透過性シートの、第１の典型的な構成例としては、光学構造物がレンズとして働く部分区分と、プリズムとして働く部分区分を有するように構成するものである。

一方向にプリズム構造とすることは既に量産技術の確立した手法であり、問題なく成形できる。問題はもう一方向に対して鋭角な頂点を有することであり、成形時、この鋭角部分が潰れてしまう。そこで少なくとも一方向について、鋭角な構造を有さずにプリズムと同様な光学特性示す構造を作製することで問題を解決できる。

具体的には図５に示すようにプリズム構造とかまぼこ形状を組み合わせた構造を形成することによって問題が解決できる。A方向から見るとプリズム構造となっており（A方向と垂直な方向から入射する光線に対してプリズムの効果を示す）、B方向から見るとレンズ状になっている（B方向と垂直な方向から入射する光線に対してレンズの効果を示す）。B方向から見ると頂点部分が緩やかに変化する構造であるために成形しても頂角付近が潰れることがない。この光学構造はかまぼこの曲面形状を示す方向に対してレンズの効果を示す。このレンズ効果によってプリズムと同様に入射光線を一定の方向に揃えることが可能となる。

なお、図５においてはプリズムの方向とかまぼこ形状の方向が直角に交わっているが、必ずしも直角になる必要はなく、得たい光線分布にあわせて角度を変化させても何ら問題ない。

また、本発明の光指向性制御用光透過性シートの、第２の典型的な構成例としては、光学構造物がプリズムとして働く部分A区分と同じくプリズムとして働く部分B区分を有しており、A区分とB区分の面積が異なる形状を有するように構成するものである。

具体的には図１１に示すように短いプリズム構造と長いプリズム構造を組み合わせた構造を形成することによって問題が解決できる。A方向から見ると短いプリズム構造となっており、B方向から見ると長いプリズム構造になっている。A方向から見ると90°以下の鋭角構造となっているが、B方向から見ると90°以上の鈍角構造となっているために成形しても頂角付近が潰れることがない。

本発明によれば、低コストで薄い光指向性制御用光透過性シートを提供することができる。

以下、実施例に従って本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
先ず、図４に示す回転ドラム表面に図６に示すプリズム形状を切削加工によって形成した。この際、プリズムの伸びる方向（図６、Ａ方向）を回転ドラムの回転方向と水平になるように加工した。プリズムのピッチは50μｍ、プリズムの頂角は45°とした。

次にこの加工した回転ドラムを同じく切削加工によって、図７に示す逆かまぼこ形状を加工した。この際、逆かまぼこ形状の伸びる方向（図７、B方向）をプリズムの伸びる方向と垂直になるように加工を行った。かまぼこ形状のピッチは50μｍ、かまぼこ形状の円弧部分の半径は25μｍとした。

このようにして作製した回転ドラムに樹脂供給ノズルから紫外線硬化アクリル樹脂を吹きつけ、回転ドラム表面に塗布した。長尺フィルムとして厚さ125μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（PETフィルム）を用いて紫外線硬化アクリル樹脂を塗布した回転ドラムに巻き付けて走行させた。PETフィルムが回転ドラムに巻き付いた位置で紫外線ランプによって紫外線を照射し、紫外線硬化アクリル樹脂を硬化させた後、回転ドラムから剥離して図８に示す構造を表面に有する光学シートを作製した。

本例は本発明にかかる光学シートの第１の典型的な構成例を示したものである。なお、本実施例ではプリズムの頂角を45°としたが、特に45°である必要はなく、得たい光線分布にあわせて角度を変化させても何ら問題ない。同様にプリズムのピッチ、かまぼこ形状のピッチ、曲率なども得たい光線分布にあわせて変化させることが可能である。
（実施例２）
かまぼこ形状のピッチを35μｍ、かまぼこ形状の円弧部分の半径を20μｍとした他は実施例（１）と同様にして図９に示す構造を表面に有する光学シートを作製した。
（実施例３）
回転ドラム表面に図１２に示す構造の雌型形成した他は実施例（１）と同様にして、図１２に示す構造を表面に有する光学シートを成形した。この際、プリズムの伸びる方向（図１２、A方向）を回転ドラムの回転方向と水平になるように加工した。

A方向から見た部分A区分の３角形形状は高さ35μｍ、ピッチ（底辺）を70μｍとした。B方向から見た部分B区分の台形形状は高さ35μｍ、ピッチ（下底）が140μｍ、上底は70μｍとした。

本例は本発明にかかる光学シートの第２の典型的な構成例を示したものである。本例では、A方向３角形となるよう構成した。そしてそれに直行するB方向から見たときの部分B区分がで台形となるように構成した。本発明ではA方向から見たときに見える部分A区分の面積と、B方向から見たときに見えるB部分区分の面積が異なるように構成するものであるが、これら本発明の光学シートを画像表示装置に用いる場合にはA方向から見たときに見える部分A区分の面積と、B方向から見たときに見えるB部分区分の面積の面積比率αを1＜α≦10に設定することが好適である。αが1より小さいと成形形状が乱れてしまい、10より大きいと光指向性が劣化する。本例においてはαを３とした。
（実施例４）
B方向から見た部分B区分の台形形状を高さ35μｍ、ピッチ（下底）が350μｍ、上底は280μｍとした（αを9とした）他は実施例（１）と同様にして図１２に示す構造を表面に有する光学シートを作製した。
（比較例１）
先ず、図４に示す回転ドラム表面に、プリズムとかまぼこ形状の組み合わせの代わりに図３に示す四角錐構造の雌型を形成した他は実施例（１）と同様にして四角錐状プリズムシートを作製した。四角錐の雌型の形状は成型時に頂角となる部分Ｘ方向、Ｙ方向共にが９０°、プリズムのピッチは５０ミクロンとした。
（比較例２）
回転ドラムに逆かまぼこ形状の加工を行わない他は実施例（１）と同様にして図１０に示す構造を表面に有する光学シートを作製した。
（比較例３）
B方向から見た部分B区分の台形形状を高さ35μｍ、ピッチ（下底）が420μｍ、上底は350μｍとした（αを11とした）他は実施例（１）と同様にして図１２に示す構造を表面に有する光学シートを作製した。

実施例、比較例で作製した光学シートの形状転写性を表１に示す。実施例（１）、（２）、（３）および（４）の光学シートは回転ドラムの回転方向に対して頂角付近が緩やかに変化しているため、型の形状を正確に写し取ることができていることがわかる。これに対して比較例（１）の光学シートは回転ドラムの回転方向に対して頂角付近が鋭利で急激に変化した構造であるために押しつぶされてしまい、正確な成形ができなくなっていることがわかる。また、比較例（２）および（３）の光学シートは頂角付近が回転ドラムの回転方向に対して緩やかに変化しているため、正確に形状を写し取ることができている。

表１

表２に実施例、比較例で作製した光学シートの正面輝度の増加率を示す。実施例（１）、（２）、（３）、（４）共に従来のプリズムシート構造である比較例（２）のプリズムシート１枚を用いたときより正面輝度が向上しており、光学シート１枚で比較例（２）のプリズムシート２枚を用いたときの値に近い値を得られることがわかる。これに対して比較例（１）および（３）の光学シートは比較例（２）のプリズムシート１枚より正面輝度が向上しているものの、２枚用いたときよりはかなり低い値になっている。

表２

従来のバックライトユニットの構成例を示す概略構成図である。 従来のプリズムシート形状の一例を示す斜視図である。 従来のプリズムシート形状の一例を示す斜視図である。 光学シートの作製装置の一例を示す装置概略図である。 本発明の光学シートの形状の一例を示す三角図である。 本発明の光学シート作製に用いる回転ドラム表面の形状を示す三角図である。 本発明の光学シート作製に用いる回転ドラム表面の形状を示す三角図である。 本発明の光学シートの形状の一例を示す三角図である。 本発明の光学シートの形状の一例を示す三角図である。 従来の光学シートの形状の一例を示す三角図である。 本発明の光学シート作製に用いる回転ドラム表面の形状を示す三角図である。 本発明の光学シート作製に用いる回転ドラム表面の形状を示す三角図である。

符号の説明

１ バックライトユニット
２ 光源
３ 導光板
４ 拡散シート
５ プリズムシート
６ プリズムシート
７ 拡散シート
８ 液晶パネル
１０ 回転ドラム
１１ 長尺のフィルム
１２ 樹脂供給ノズル
１３ 紫外線硬化樹脂
１４ ブレード
１５ 紫外線ランプ

Claims (5)

1. 光線分布の制御機能を有する光学構造が付加された光透過性光学シートにおいて、光学構造物は、裏面入射光を、一方向に屈曲させる部分A区分と、部分A区分で屈曲される方向とは異なる他の方向に屈曲させる部分B区分と、で埋め尽くされており、部分A区分と部分B区分が異なる形状を有していることを特徴とする光透過性光学シート。
2. 特許請求光１記載の光透過性光学シートにおいて、レンズとして働く部分区分と、プリズムとして働く部分区分を光学構造物として有することを特徴とする光透過性光学シート。
3. 特許請求光１記載の光透過性光学シートにおいて、光学構造物がかまぼこ型のレンズ構造をなしている部分区分と、三角柱型のプリズム構造をなしている部分区分とを有することを特徴とする光透過性光学シート。
4. 特許請求光１記載の光透過性光学シートにおいて、光学構造物がプリズムとして働く部分A区分と同じくプリズムとして働く部分B区分を有しており、A区分とB区分の面積が異なることを特徴とする光透過性光学シート。
5. 特許請求光１記載の光透過性光学シートにおいて、光透過性光学シートの第１面に光学構造体を有し、第２面が平滑であることを特徴とする光透過性光学シート。
   

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