JP2009003241A - 光学部材および面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境条件の変化にともなった反りの発生が抑制される光学部材を提供する。
【解決手段】光学部材２０は、第１基材シート２１と、第１基材シートの一方の面２２ａ上に配列された複数の単位レンズ３１を含むレンズ部３０と、第１基材シートの他方の面２２ｂに接合された第２の基材シート２５と、を備える。単位レンズは架橋性樹脂硬化物からなる。第１基材シートの厚みｔ１は第２基材シートの厚みｔ２よりも薄い。
【選択図】図１

Description

本発明は、面光源装置に組み込まれる集光機能を有した光学部材に係り、とりわけ環境条件の変化にともなった反りの発生が抑制された光学部材と、この光学部材を備えた面光源装置と、に関する。

液晶表示装置等に用いられる面光源装置には、光の進路方向を絞り、ある方向（典型的には、正面方向）への輝度を集中的に向上させる光学部材（プリズムシートまたはレンズシートとも呼ばれる）が組み込まれている（例えば、特許文献１）。通常、光学部材は、基材シートと、基材シート上に架橋性樹脂を賦形してなる複数の単位レンズと、を有している。
特許第２７４２８８０号公報

このような光学部材は、温度や湿度等の環境条件の変化にともなって反りが発生してしまうという、不具合を有している。このような反りが発生すると、光学部材が予定された集光機能を発揮することができなくなるだけでなく、表示装置上に輝度ムラや、さらには光学部材の皺まで視認されるようになる。

光学部材に発生する反りは、通常、光学部材の単位レンズ側が内側となる。反りが発生する詳細なメカニズムは不明であるが、一つの要因として、単位レンズをなす架橋性樹脂の賦形時における重合収縮に起因して光学部材内に残留する応力、および、単位レンズおよび基材シートの間における熱膨張率の相違が影響しているものと考えられる。

この反りを抑制するための方法として、基材シートの厚みを厚くすることや、基材シートを積層すること等が試されてきた。しかしながら、未だ、光学部材の反りを十分に抑制することはできていない。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、環境条件の変化にともなった反りの発生が抑制された光学部材、並びに、この光学部材を備えた面光源装置を提供することを目的とする。

本発明者が鋭意研究を重ねたところ、単位レンズを配列された第１基材シートと、第１基材シートの単位レンズとは反対側に積層された第２基材シートと、を光学部材に設けるとともに、第１基材シートの厚みを第２基材シートの厚みよりも薄くすることにより、環境条件の変化にともなった光学部材の反りの発生を大幅に抑制することができることが知見された。本発明は、このような知見に基づくものである。

本発明による光学部材は、第１基材シートと、前記第１基材シートの一方の面上に配列され架橋性樹脂硬化物からなる複数の単位レンズを含むレンズ部と、前記第１基材シートの他方の面に接合された第２の基材シートと、を備え、前記第１基材シートの厚みは前記第２基材シートの厚みよりも薄いことを特徴とする。

本発明による光学部材において、前記第１基材シートおよび前記第２基材シートは、延伸ポリエチレンテレフタレートからなり、前記第１基材シートの厚みは５０μｍ以上であり、前記第２基材シートの厚みは２５０μｍ以下であるようにしてもよい。

また、本発明による光学部材において、前記第２基材シートは、前記第１基材シート側に向けて凸となる反り特性を有するようにしてもよい。

さらに、本発明による光学部材において、前記レンズ部の各単位レンズの前記第１基材シートからの突出高さは１０μｍ以上であるようにしてもよい。

本発明による面光源装置は、上述したいずれかの光学部材と、前記光学部材に光を投射する光源と、を備えることを特徴とする。

本発明による光学部材によれば、温度や湿度等の環境条件の変化にともなって大きな反りが発生してしまうことを防止することができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。

図１乃至図４は本発明による光学部材および面光源装置の一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は光学部材を示す側面図であり、図２は光学部材を示す斜視図であり、図３は光学部材が組み込まれた面光源装置の構成を概略的に示す図である。

図１および図２に示すように、光学部材（光学シート、レンズシート、プリズムシート）２０は、第１基材シート２１と、第１基材シート２１の一方の面上に形成されたレンズ部３０と、第１基材シート２１の他方の面に接合された第２基材シート２５と、を備えている。この光学部材２０は、面光源装置１４の一部分を構成するようになる。図３に示された面光源装置１４は、光学部材２０と、光学部材２０の第２基材シート２５側に配置された光拡散シート１５と、光拡散シート１５および光学部材２０に光を投射する光源１６と、光源１６を覆うように設けられた反射板１７と、を有している。なお、図３に示された例において、面光源装置１４は直下型として構成されているが、これに限られず、光学部材２０はエッジライト型の面光源装置にも適用され得る。また、本願明細書で用いるレンズの語は、狭義のレンズの他、いわゆるプリズムをも包含する意味で用いる。

そして、面光源装置１４は、光学部材２０のレンズ部３０側に配置された液晶表示パネル１２とともに、液晶表示装置１０を構成し得る。ここで、液晶パネル１２とは、ガラス等からなる一対の支持板と、支持板間に配置された液晶と、平面内において画素ごとに配置され液晶分子の配向を電場によって制御する電極と、を有するパネルである。支持板間の液晶は、一つの画素を形成する領域毎にその配列を変化させられ得るようになっており、この結果、液晶パネル１２は面光源装置１５からの面状光を画素毎に透過または遮断させることができるシャッターとして機能する。

光源１６としては、例えば線状の冷陰極管、点状のＬＥＤまたは電場発光（エレクトロルミネッセンス）体等を用いることができる。反射板１７は、光源１６からの光を光学部材２０側へ向けるための部材であり、反射板１７の少なくとも内側表面は、例えば金属等の高い反射率を有する材料からなっている。

光拡散シート１５は、光源１６からの光を等方的に拡散させ、光源１６の構成に起因した輝度ムラを解消するためシートである。光拡散シート１５としては、表面に凹凸面（マット面）が形成された光拡散シートや、基材と基材中に分散された光拡散粒子とを有する光拡散シートや、その他の公知の光拡散シートを用いることができる。このような光拡散シート１５は、例えば、ポリカーボネイト樹脂やアクリルスチレン樹脂等の光透過性の高い樹脂から形成され得る。

次に、光学部材２０について詳述する。光学部材２０は、光拡散シート１５側から入射してきた光の進行方向を正面方向（レンズシート３０のシート面に直交する方向、面光源装置の発光面の法線方向でもある）へ絞り、正面方向への輝度を向上させるようにするためのシートである。上述したように、光学部材２０は、第１基材シート２１と、第１基材シート２１の一方の面上に形成されたレンズ部３０と、第１基材シート２１の他方の面に接合された第２基材シート２５と、を備えている。

レンズ部３０は、第１基材シート２０の一方の面２２ａ上に形成された多数の単位レンズ３１を含んでいる。図１および図２に示すように、単位レンズ３１は、一方向に反って直線状に延びるとともに、一方向に直交する一方の面２２ａ上の他方向に沿って隙間なく並べて配列されている。単位レンズ３１は、その長手方向に直交する方向に沿った断面において、三角形形状、さらに詳細には二等辺三角形形状となっている。レンズ部３０は、例えば紫外線硬化型樹脂のような架橋性樹脂を、第１基材シート２１の一方の面２２ａ上で硬化させることによって、形成されている。架橋性樹脂硬化物からなる単位レンズ３１は、製造方法上の理由等により、第１基材シート２１から１０μｍ以上突出するようになる。

図１および図２に示す例において、第１基材シート２１と第２基材シート２５との間には接着層２４が設けられており、この接着層２４を介し、第１基材シート２１と第２基材シート２５とが接合されている。第１基材シート２１および第２基材シート２５は延伸ポリエチレンテレフタレートから形成されている。

ポリエチレンテレフタレートからなるフィルム（シート）は、厚さが２５０μｍを超えると黄味がかってくる傾向がある。したがって、表示装置に組み込まれる光学部材２０において、第１基材シート２１および第２基材シート２５は、２５０μｍ以下の厚みを有していることが好ましい。また、第１基材シート２１上にレンズ部３０を賦形する場合、第１基材シート２１にある程度を剛性が求められる。具体的には、第１基材シート２１は、５０μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。

また、本実施の形態において、第１基材シート２１の厚みｔ１は第２基材シート２５の厚みｔ２よりも薄くなっている。このように第１基材シート２１の厚みｔ１と第２基材シート２５の厚みｔ２とを調整しておくことにより、周囲を取り巻く環境の条件変化、例えば温度の変化や湿度に変化にともなって発生する光学部材２０の反りの程度を、大幅に低減することができる。後述の実施例から明らかになるように、第１基材シート２１の厚みｔ１を第２基材シート２５の厚みｔ２以上にすると、環境条件の変化にともなって大きな反りが発生してしまうようになる。また、第１基材シート２１の厚みｔ１の第２基材シート２５の厚みｔ２に対する比を０．７５以下とした場合には、光学部材の反りの程度を、一般的に好ましいとされている程度（例えば、平面視２００ｍｍ×２００ｍｍのサンプルで５ｍｍ以下の反り）までにおおよそ抑制することができる。

ところで、レンズ部３０をなす架橋性樹脂を架橋重合させた場合、樹脂は重合収縮する。この結果、レンズ部３０を形成された第１基材シート２１は、図４に示すように、レンズ部３０とは反対側（他方の面２２ｂの側）に向けて凸となる反り特性を有するようになる。なお、延伸ポリエチレンテレフタレートのフィルム（シート）も、通常、反り特性を有する。延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが反り特性を有するようになる詳細な原因は不明ではあるが、製造時における冷却速度が一方の面側と他方の面側との間で相違することが一要因であると考えられる。そして、本実施の形態においては、レンズ部３０を形成した後における反りを低減するため、第１基材シート２１の反り特性がレンズ部３０の側に向けて凸となるように、第１基材シート２１のレンズ部３０を形成される側の面２２ａを決定することが好ましい。また、同様に、レンズ部３０に起因した反りを低減するため、第２基材シート２５の反り特性が第１基材シート２１の側に向けて凸となるように、第２基材シート２５を第１基材シート２１に対して配置することが好ましい。

なお、ここでいう反り特性とは、使用時の状態で、または、環境条件が変化した後の状態で、いずれか一方の側に反りやすくなっている性質のことをいう。

以上のような本実施の形態によれば、単位レンズ３１を配列された第１基材シート２１と、第１基材シート２１の単位レンズ３１とは反対側に積層された第２基材シート２５と、を光学部材２０に設けるとともに、第１基材シート２１の厚みｔ１を第２基材シート２５の厚みｔ２よりも薄くすることにより、環境条件の変化にともなった光学部材２０の反りの発生を大幅に抑制することができる。

なお、本実施の形態による光学部材２０および面光源装置１４は、上記の態様に限定されるものではなく、様々な変更を加えることができる。

例えば、上述した実施の形態において、レンズ部３０の単位レンズ３１が断面三角形形状を有する例を示したが、これに限られない。レンズ部３０の単位レンズ３１が、断面において、例えば楕円の一部をなす形状を有するようにしてもよい。また、単位レンズ３１が二つの方向に沿って間隔を空けて配置され、レンズ部３０がフライアイレンズを形成するようにしてもよい。

上述した実施の形態について、具体的な例によりさらに詳細に説明する。

平面視形状が２００ｍｍ×２００ｍｍの正方形の光学部材であって、図１に示す層構成を有した光学部材を作製した。第１基材シートおよび第２基材シートは、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートのフィルムとした。レンズ部は、紫外線硬化性アクリレートプレポリマーを紫外線照射で架橋硬化して形成した。接着層は、アクリル系接着剤とし、第１基材シートと第２基材シートとを全面で接着した。

得られた各光学部材について、第１基材シートの厚みｔ１、第２基材シートの厚みｔ２および単位レンズの配列ピッチＰを測定した。測定結果を表１に示す。

また、得られた光学部材について環境条件を変化させた後に発生する反りの程度を評価した。

加熱カール試験としての第１試験を行った。第１試験においては、光学部材を８０℃に保たれた空間内に１分間放置した。その後、当該空間から光学部材を取り出し、光学部材の温度が室温に戻ったところで、光学部材の反りを測定した。

一方、湿熱カール試験として第２試験、第３試験および第４試験を行った。第２試験においては、光学部材を４５℃で相対湿度９５％に保たれた空間内に２４時間放置した。その後、当該空間から光学部材を取り出し、光学部材の温度が室温に戻ったところで、光学部材の反りを測定した。第３試験においては、光学部材を６０℃で相対湿度９５％に保たれた空間内に２４時間放置した。その後、当該空間から光学部材を取り出し、光学部材の温度が室温に戻ったところで、光学部材の反りを測定した。第４試験においては、光学部材を８０℃で相対湿度９５％に保たれた空間内に２４時間放置した。その後、当該空間から光学部材を取り出し、光学部材の温度が室温に戻ったところで、光学部材の反りを測定した。

反りの測定方法は、第２基材シートが支持面と対面するようにして平面視形状が２００ｍｍ×２００ｍｍの正方形の光学部材を支持面上に載置し、光学部材の四隅の支持面からの浮き上がりを反りとして測定することとした。また、反りが０ｍｍである場合には、レンズ部が支持面と対面するようにして光学部材を支持面上に載置し、光学部材の四隅の支持面からの浮き上がりを反りとして測定することとした。このときの測定値は、符号をマイナスとして表すこととした。表２および図５に、第１乃至第４試験における反りの測定結果を示す。表２および図５における測定結果は、測定された四隅における浮き上がり量のうちの最大の値とした。

第１基材シートの厚みｔ１の第２基材シートの厚みｔ２に対する比が１以下となった場合に、反りの量を安定して小さくすることができた。また、第１基材シートの厚みｔ１の第２基材シートの厚みｔ２に対する比が０．７５以下となった場合に、最大反り量を、一般的に好ましいとされている５ｍｍ以下にすることができた。

図１は、本発明による光学部材の一実施の形態を示す側面図である。 図２は、図１に示された光学部材を示す斜視図である。 図３は、本発明による面光源装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 図４は、反り特性を説明するとともに、第１基材シートと第２基材シートとの好ましい積層方法を説明するための斜視図である。 図５は、第１基材シートの厚みｔ１の第２基材シートの厚みｔ２に対する比と反りの程度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１４ 面光源装置
２０ 光学部材（レンズシート、プリズムシート）
２１ 第１基材シート
２２ａ 一方の面
２２ｂ 他方の面
２５ 第２基材シート
３０ レンズ部
３１ 単位レンズ

Claims (5)

1. 第１基材シートと、
   前記第１基材シートの一方の面上に配列され架橋性樹脂硬化物からなる複数の単位レンズを含むレンズ部と、
   前記第１基材シートの他方の面に接合された第２の基材シートと、を備え、
   前記第１基材シートの厚みは前記第２基材シートの厚みよりも薄い
   ことを特徴とする光学部材。
2. 前記第１基材シートおよび前記第２基材シートは、延伸ポリエチレンテレフタレートからなり、
   前記第１基材シートの厚みは５０μｍ以上であり、
   前記第２基材シートの厚みは２５０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学部材
3. 前記第２基材シートは、前記第１基材シート側に向けて凸となる反り特性を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記レンズ部の各単位レンズの前記第１基材シートからの突出高さは１０μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学部材。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された光学部材と、
   前記光学部材に光を投射する光源と、を備える
   ことを特徴とする面光源装置。

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