JP2008292602A - 光学シート及び多層シート - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な光学効果を達成可能であり且つ設計が容易な光学シートを提供する。
【解決手段】本発明の光学シート１０は、幅方向に互いに隣接した複数の溝１１が一方の主面に設けられ、前記複数の溝１１の各々の側壁は前記溝１１の開口が底部と比較して幅広となるように前記主面に対して少なくとも部分的に傾いており、前記複数の溝１１の各々の底部に、前記主面に対して前記長さ方向に逆向きに傾いた一対の傾斜面を各々が含むと共に前記溝１１の長さ方向に互いから離間して配列した複数の凸部１２が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一方の主面に複数の凹部が設けられた光学シートに関する。

特許文献１には、液晶表示装置で使用する光学シートが記載されている。この光学シートは、一方の主面に複数の凹部が設けられた樹脂層である。各凹部は、三角錐形状を有している。また、各凹部の開口は、正三角形状を有している。

この光学シートを使用すると、全方向で光の広がり角をほぼ等しくすることができる。しかしながら、各々が三角錐形状を有している複数の凹部を一方の主面に設けた光学シートで、複雑な光学効果を得ることは難しい。
特開平８−２７１８８９号公報

本発明の目的は、複雑な光学効果を達成可能であり且つ設計が容易な光学シートを提供することにある。

本発明の一側面によると、幅方向に互いに隣接した複数の溝が一方の主面に設けられた樹脂層を具備し、前記複数の溝の各々の側壁は前記溝の開口が底部と比較して幅広となるように前記主面に対して少なくとも部分的に傾いており、前記複数の溝の各々の底部に、前記主面に対して前記長さ方向に逆向きに傾いた一対の傾斜面を各々が含むと共に前記溝の長さ方向に互いから離間して配列した複数の凸部が設けられていることを特徴とする光学シートが提供される。

なお、用語「フィルム」と用語「シート」とは厚さに応じて使い分けることがあるが、ここでは、厚さの大小に応じた区別はしていない。

本発明によると、複雑な光学効果を達成可能であり且つ設計が容易な光学シートが提供される。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る光学シートを概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す光学シートの一部を拡大して示す斜視図である。図３は、図２に示す光学シートのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図２に示す光学シートのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図２に示す光学シートのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

なお、図１乃至図５において、Ｘ方向及びＹ方向は光学シート１０の主面に平行であり、これらは互いに交差している。また、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向である。

図１乃至図５に示す光学シート１０は、例えば、拡散シート又は視野角制御シートである。この光学シート１０は、光透過性を有している。

光学シート１０の一方の主面には、幅方向，すなわち、Ｙ方向，に互いに隣接した複数の溝１１が設けられている。これら溝１１の各々は、Ｘ方向に延びた形状を有している。溝１１は、図１及び図２に示すように直線状であってもよく、曲線状であってもよい。例えば、溝１１は、蛇行していてもよい。

各溝１１の一対の側壁は、その溝１１の開口が底部と比較して幅広となるように、先の主面に対して少なくとも部分的に傾いている。各溝１１において、その側壁の傾斜部が先の主面に対して為す角度θ１は、例えば、４０°乃至６０°の範囲内とする。角度θ１が小さいと、光の広がり角を制御する効果が小さい。角度θ１が大きいと、全光線透過率が低下すると共に、後述するスタンパの研削加工が難しくなる。各溝１１において、一方の側壁の傾斜部が先の主面に対して為す角度と、他方の側壁の傾斜部が先の主面に対して為す角度とは、図１乃至図４に示すように等しくてもよく、異なっていてもよい。

これら溝１１は、構造が同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、溝１１の一部と他の一部とで、角度θ１及び／又は深さＤが異なっていてもよい。

溝１１は、図１乃至図３に示すようにＶ字溝であってもよく、Ｕ字溝などの他の形状を有する溝であってもよい。溝１１の側壁は、垂直面及び／又は曲面を含んでいてもよい。また、溝１１は、先の主面に対して略平行な底面を含んでいてもよい。

これら溝１１の各々の底部には、複数の凸部１２が設けられている。各溝１１において、これら凸部１２は、その溝１１の長さ方向，すなわち、Ｘ方向，に互いから離間して配列している。

各凸部１２は、先の主面に対してＸ方向に逆向きに傾いた一対の傾斜面を含んでいる。図１乃至図５に示す光学シート１０では、各凸部１２は、一対の二等辺三角形からなる。

各凸部１２の傾斜面が先の主面に対して為す角度θ２は、例えば、４０°乃至６０°の範囲内とする。角度θ２が小さいと、光の広がり角を制御する効果が小さい。角度θ２が大きいと、全光線透過率が低下すると共に、後述するスタンパの研削加工が難しくなる。

角度θ２と角度θ１とは、等しくてもよく、異なっていてもよい。また、各凸部１２において、一方の傾斜面が先の主面に対して為す角度と、他方の名斜面が先の主面に対して為す角度とは、図１、図２及び図５に示すように等しくてもよく、異なっていてもよい。

これら凸部１２は、構造が同一であってもよく、異なっていてもよい。例えば、凸部１２の一部と他の一部とで、角度θ２及び／又は高さＨが異なっていてもよい。また、Ｘ方向に隣り合う凸部１２間の距離ｄは、一定であってもよく、場所に応じて異なっていてもよい。

凸部１２は、図１、図２及び図５に示すように、先の主面に対して平行な面を含んでいなくてもよく、そのような面を含んでいてもよい。また、凸部１２の傾斜面は、平面であってもよく、曲面であってもよい。

凸部１２の高さＨは、溝１１の深さＤと等しいか又はそれよりも低い。高さＨが深さＤと比較してより低い場合、例えば、この光学シート１０を光学フィルムと重ねたときに、凸部１２が光学フィルムと接触するのを抑制できる。それゆえ、この場合、光学フィルムとの接触に起因した凸部１２の変形及び／又は損傷を生じ難い。

また、高さＨが深さＤと等しい場合、例えば、この光学シート１０を光学フィルムと重ねて溝１１の開口を塞ぐと、溝１１内の空間は凸部１２によって分断される。これに対し、高さＨが深さＤと比較してより低い場合、この光学シート１０を光学フィルムと重ねて溝１１の開口を塞いだとしても、溝１１内の空間が凸部１２によって分断されることはない。それゆえ、後者の構造を採用した場合、前者の構造を採用した場合と比較して、光学フィルムとの不所望な付着を生じ難い。

なお、溝１１をＶ字溝とし、各凸部１２を一対の二等辺三角形で構成し、高さＨを深さＤと等しくすると、各々が寄棟形状を有する複数の凹部が一方の主面上でＸ方向とＹ方向とに配列した光学シート１０が得られる。また、溝１１をＶ字溝とし、各凸部１２を一対の二等辺三角形で構成し、高さＨを深さＤよりも低くすると、図１及び図２に示すように、各々が半切妻形状を有する複数の凹部が一方の主面上でＸ方向とＹ方向とに配列した光学シート１０が得られる。

この光学シート１０では、溝１１は、主として、Ｘ方向に垂直な面内での光の広がりに影響を及ぼす。他方、凸部１２は、主として、Ｙ方向に垂直な面内での光の広がりに影響を及ぼす。このように、この光学シート１０によると、Ｘ方向に垂直な面内での光の広がりとＹ方向に垂直な面内での光の広がりとを異なる構造によって制御できるため、複雑な光学効果を達成することができる。

また、この光学シート１０は、以下に説明するように設計が容易である。
凸部１２を省略した場合を仮定すると、溝１１がＸ方向に垂直な面内での光の広がりに及ぼす影響は、角度θ１と深さＤと光学シート１０の屈折率ｎとから容易に計算できる。また、溝１１を省略した場合を仮定すると、凸部１２がＹ方向に垂直な面内での光の広がりに及ぼす影響は、角度θ１と高さＨと屈折率ｎと距離ｄとから容易に計算できる。そして、これら計算結果を用いれば、溝１１及び凸部１２がＸ方向に垂直な面内での光の広がりとＹ方向に垂直な面内での光の広がりとに及ぼす影響を計算することも容易である。

それゆえ、光学シート１０に要求される光学効果から、溝１１及び凸部１２に採用すべき構造を容易に計算することができる。すなわち、この光学シート１０は、設計が容易である。

なお、例えば、距離ｄをゼロとしても、高さＨを十分に小さくすることにより、Ｘ方向に垂直な面内での光の広がりがＹ方向に垂直な面内での光の広がりと比較してより大きい光学シート１０を得ることができる。しかしながら、高さＨが小さな凸部１２を高い寸法精度で形成することは難しい。

これに対し、Ｘ方向に隣り合った凸部１２を互いから離間させれば、高さＨを過剰に小さくすることなしに、Ｘ方向に垂直な面内での光の広がりがＹ方向に垂直な面内での光の広がりと比較してより大きい光学シート１０を得ることができる。それゆえ、凸部１２の寸法精度に起因して光学シート１０の光学特性が設計値から大きくずれるのを防止できる。

また、溝１１を互いから離間させた場合、光学シート１０の溝１１間の領域に対応した部分に入射した光の広がりを制御することはできない。これに対し、溝１１を互いに隣接させると、全ての入射光についてその広がりを制御することができる。

光学シート１０の先の主面のうち、溝１１間の境界に対応した領域は、Ｘ方向から見たときに湾曲していてもよい。こうすると、光学シート１０と重ね合わせる部品が傷つき難くなると共に、光学シート１０自体も傷つき難くなる。また、光学シート１０と層状の部品とを貼り合わせる場合には、その貼り合わせが容易になる。

光学シート１０は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。単層構造の光学シート１０は、例えば、樹脂層からなる。多層構造の光学シートは、例えば、基材上に樹脂層又は無機物層を形成してなる。

樹脂層の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン共重合樹脂等の熱可塑性樹脂及びポリエチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂、又は、紫外線硬化樹脂及び電子線硬化樹脂などの電離放射線硬化樹脂を使用することができる。基材の材料としては、樹脂層又は無機物層と比較して安定性に優れた材料を使用することができる。典型的には、基材の材料としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂を使用する。無機物層の材料としては、例えば、珪酸塩などの無機材料を使用することができる。

光学シート１０は、例えば、スタンパを用いた方法により形成することができる。例えば、樹脂層の材料として熱可塑性樹脂を使用し、加熱したスタンパを樹脂層に押し当てる。これにより、スタンパの凹凸構造を樹脂層に転写する。或いは、基材とスタンパとの間に電離放射線硬化樹脂を介在させ、この状態で電離放射線硬化樹脂に電離放射線を照射する。このようにして硬化させた電離放射線硬化樹脂を基材と共にスタンパから取り外すことにより光学シート１０を得る。

スタンパとしては、例えば、平面スタンパ又はロールスタンパを使用することができる。ロールスタンパを使用する方法は、平面スタンパを使用する方法と比較して生産性に優れている。

ロールスタンパは、例えば、以下の方法により製造することができる。まず、ロール面が銅メッキ層からなるロールを準備する。次いで、このロール面を、バイトを用いて切削加工する。これにより、ロール面に、溝１１間の境界に対応したパターンの溝と凸部１２に対応したパターンの溝又は凹部とを形成する。

この光学シート１０では、上記の通り、角度θ１及びθ２は、例えば、４０°乃至６０°の範囲内とする。こうすると、透過光の拡がり角を特に狭くすることができると共に、高い全光線透過率を達成できる。

図６は、光学シートに設ける凹凸構造が透過光の広がり角に及ぼす影響の例を示すグラフである。図中、横軸は角度θ１及びθ２を示し、縦軸は透過光の広がり角を示している。また、「最大広がり角」は、光学シート１０にその平坦面側から平行光を照射し、入射角を変化させながら透過光の広がり角を測定した場合に得られる広がり角の最大値を示し、「最小広がり角」は、同様の条件のもとで得られる広がり角の最小値を示している。なお、ここでは、簡略化のため、距離ｄをゼロとし、角度θ１と角度θ２とを等しくし、深さＤと高さＨとを等しくした。

図６に示すように、角度θ１及びθ２を約４０°以下とすると、最大広がり角を著しく小さくすることができる。また、角度θ１及びθ２が例えば約６０°以下であれば、高い全光線透過率を達成できる。それゆえ、角度θ１及びθ２を約４０°乃至約６０°の範囲内とすると、光学シート１０に、光源が放出した光の多くを特定の方向に射出させることができる。

この光学シート１０は、多層シートの一部として使用することができる。
図７は、図１乃至図５に示す光学シートを含んだ多層シートの一例を概略的に示す断面図である。図８は、図１乃至図５に示す光学シートを含んだ多層シートの他の例を概略的に示す断面図である。図９は、図１乃至図５に示す光学シートを含んだ多層シートのさらに他の例を概略的に示す断面図である。

図７乃至図９に示す多層シートは、図１乃至図５を参照しながら説明した光学シート１０と、光学層２０とを含んでいる。

図７に示す多層シートにおいて、光学層２０は、光学シート１０の溝１１が設けられた面を被覆している。この多層シートでは、光学層２０の表面には、光学シート１０の表面に対応して溝と凸部とが設けられている。この光学層２０は、例えば、気相堆積法により形成することができる。この多層シートでは、光学シート１０側を光入射側としてもよく、光学層２０側を光入射側としてもよい。光学層２０としては、例えば、光学シート１０とは屈折率が異なる透明層、光吸収層又は光反射層を使用することができる。

図８に示す多層シートにおいて、光学層２０は、光学シート１０の溝１１が設けられた面を被覆している。この多層シートでは、光学層２０の表面は平坦面である。この光学層２０は、例えば、溶液塗布法により形成することができる。或いは、フィルム状の光学層２０を準備しておき、これと光学シート１０とを粘着剤層又は接着剤層を介して貼り合わせてもよい。この多層シートでは、典型的には、光学シート１０側を光入射側とする。光学層２０としては、例えば、光吸収層、光反射層又は光散乱層を使用することができる。

図９に示す多層シートにおいて、光学層２０は、光学シート１０の溝１１が設けられた面の裏面を被覆している。この光学層２０は、例えば、気相堆積法又は溶液塗布法により形成することができる。或いは、フィルム状の光学層２０を準備しておき、これと光学シート１０とを粘着剤層又は接着剤層を介して貼り合わせてもよい。この多層シートでは、典型的には、光学シート１０側を光入射側とする。光学層２０としては、例えば、光吸収層、光反射層又は光散乱層を使用することができる。

透明層の材料としては、例えば、光学シート１０について例示した樹脂、又は、ガラス及びシリコーンゴムなどの無機材料を使用することができる。

光吸収層の材料としては、例えば、カーボン及び金属塩などの着色顔料、染料又はそれらの組み合わせを使用することができる。

光反射層の材料としては、例えば、銀、アルミニウム及びそれらの合金などの金属材料を使用することができる。光反射層の材料として、二酸化チタン、硫酸バリウム及び酸化マグネシウムなどの白色顔料とバインダ樹脂との混合物を使用してもよい。

光散乱層の材料としては、例えば、微粒子と、これとは屈折率が異なるバインダ樹脂との混合物を使用することができる。微粒子の材料としては、アルミナ及びシリカなどの無機材料、又は、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂及びアクリルスチレン共重合樹脂などの有機材料を使用することができる。バインダ樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ノルボルネン樹脂、ナイロン樹脂又はそれらの混合物を使用することができる。微粒子の寸法は、溝１１の開口幅、溝１１の深さＤ、及びＸ方向に隣り合った凸部１２の中心間距離と比較してより小さくする。典型的には、微粒子の寸法は、溝１１の開口幅、溝１１の深さＤ、及び距離ｄと比較してより小さくする。

なお、微粒子及びバインダ樹脂の各々が無色であったとしても、バインダ樹脂と微粒子との屈折率差及び／又は微粒子の粒径を適宜設定すること，例えば、微粒子の平均粒径を５μｍ以下とすること，により、光散乱層を青味がかった色に見せることができる。但し、微粒子の粒径を小さくすると、後方散乱が増大し、その結果、全光線透過率が低下する傾向にある。

これら多層シートには、様々な変形が可能である。例えば、図９に示す多層シートは、光学層２０の代わりに又は光学層２０に加えて、例えば金属又はガラスからなる遮音材層を含んでいてもよい。こうすると、多層シートに、遮音材としての機能を付与することができる。また、多層シートは、光学層２０の代わりに又は光学層２０に加えて、ガラス層、プラスチックフィルム、拡散層、反射防止（anti-reflection）層、アンチグレア（anti-glare）層、低反射（low reflection）層、及び帯電防止（anti-static）層などの層を含んでいてもよい。

上述した光学シート１０及び多層シートは、様々な用途で利用可能である。例えば、これら光学シート１０及び多層シートは、照明装置用の拡散シートとして、又は、液晶ディスプレイの視野角制御及び／又は輝度ムラ抑制の目的で利用することができる。また、上述した多層シートは、正面方向への光反射が極めて小さい光吸収シートとして、コーナーポールなどで使用されている光反射シートとして、又は意匠用シートとして利用することができる。

以下に、本発明の実施例を説明する。
（実施例）
図９に示す多層シートを以下の方法により製造した。

まず、厚さが７５μｍであり、屈折率が１．５１のポリエチレンテレフタレートフィルムを準備した。このフィルムの一方の主面上に紫外線硬化樹脂を塗布し、この塗布面にロールスタンパを押し当てながら紫外線を照射した。以上のようにして、図１乃至図５に示す光学シート１０を得た。

なお、ここでは、紫外線硬化樹脂として、硬化後の屈折率が１．５５６であるものを使用した。溝１１は、幅Ｗを５０μｍとし、深さＤを２３．１μｍとし、角度θ１を４２．７４°とした。凸部１２は、Ｘ方向のピッチＰを５０μｍとし、高さＨを２０．３μｍとし、角度θ２を４４．４°とした。

次に、光学シート１０の溝１１を設けた面の裏面に、アクリル樹脂と黒色顔料とを含有したインクを塗布した。このインク層を硬化させることにより、光学層２０として光吸収層を形成した。

以上のようにして、図９に示す多層シートを完成した。以下、この多層シートを「シートＡ」と呼ぶ。

（比較例）
本例では、光学シート１０の代わりに、厚さが７５μｍであり、屈折率が１．５１のポリエチレンテレフタレートフィルムを使用したこと以外は、シートＡに関して説明したのと同様の方法により多層シートを製造した。すなわち、本例では、光学シート１０から溝１１及び凸部１２を省略した。以下、この多層シートを「シートＢ」と呼ぶ。

次に、シートＡに対し、光吸収層を設けた面の裏面に法線方向から光を照射して、その透過率を調べた。その結果、全光線透過率は０．１６％であった。
また、同様の条件のもとで、反射光について輝度を測定した。その結果を図１０に示す。

図１０は、観察角度と輝度との関係を示すグラフである。図中、横軸は観察角度を示し、縦軸は相対輝度を示している。

図１０に示すように、シートＢは、広い角度範囲内で高い相対輝度を示した。これに対し、シートＡは、約１５°以下の角度範囲内では高い相対輝度を示したものの、それよりも大きい角度範囲内では相対輝度が極めて低かった。この結果から、シートＡは、シートＢと比較して反射防止シートとしての性能に優れていることがわかる。

本発明の一態様に係る光学シートを概略的に示す斜視図。 図１に示す光学シートの一部を拡大して示す斜視図。 図２に示す光学シートのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。 図２に示す光学シートのＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。 図２に示す光学シートのＶ−Ｖ線に沿った断面図。 光学シートに設ける凹凸構造が透過光の広がり角に及ぼす影響の例を示すグラフ。 図１乃至図５に示す光学シートを含んだ多層シートの一例を概略的に示す断面図。 図１乃至図５に示す光学シートを含んだ多層シートの他の例を概略的に示す断面図。 図１乃至図５に示す光学シートを含んだ多層シートのさらに他の例を概略的に示す断面図。 観察角度と輝度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…光学シート、１１…溝、１２…凸部、２０…光学層。

Claims (10)

1. 幅方向に互いに隣接した複数の溝が一方の主面に設けられ、前記複数の溝の各々の側壁は前記溝の開口が底部と比較して幅広となるように前記主面に対して少なくとも部分的に傾いており、前記複数の溝の各々の底部に、前記主面に対して前記長さ方向に逆向きに傾いた一対の傾斜面を各々が含むと共に前記溝の長さ方向に互いから離間して配列した複数の凸部が設けられていることを特徴とする光学シート。
2. 前記複数の溝の各々はＶ字溝であることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
3. 前記複数の溝の各々において、前記複数の凸部は前記溝の深さと比較してより低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学シート。
4. 前記複数の溝の各々において、前記一対の傾斜面の各々が前記主面に対してなす角度は、前記側壁の前記主面に対して傾いた部分が前記主面に対してなす角度とは異なっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学シート。
5. 前記長さ方向から見たときに前記主面のうち前記複数の溝間の境界に対応した領域は湾曲していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学シート。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートと、前記一方の主面又は前記光学シートの他方の主面を被覆した透明層とを具備し、前記光学シートは光透過性であり、前記透明層は前記光学シートとは屈折率が異なることを特徴とする多層シート。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートと、前記光学シートの他方の主面を被覆した光吸収層とを具備し、前記光学シートは光透過性であることを特徴とする多層シート。
8. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートと、前記光学シートの他方の主面を被覆した光反射層とを具備し、前記光学シートは光透過性であることを特徴とする多層シート。
9. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートと、前記一方の主面を被覆した光吸収層とを具備したことを特徴とする多層シート。
10. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学シートと、前記一方の主面を被覆した光反射層とを具備したことを特徴とする多層シート。

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