JP2010091644A

JP2010091644A - 光学モジュール

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Publication number: JP2010091644A
Application number: JP2008259320A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kashima; 裕久加島; Hiroyuki Ando; 博之安藤; Hiroshi Nagano; 長野　　寛
Original assignee: ALPHA KAKEN KK
Current assignee: ALPHA KAKEN KK
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】バックライトユニットで使用される光学部品の輝度を高め、部品点数を減らし、製造を容易にする。
【解決手段】支持体となりうる強度の剛性を持ち、少なくとも一方の側の表面に高さの異なる凹凸が形成されたプラスチック製の賦形光学板と、一方の側の表面に凹凸が形成され、凹凸が形成された面とは反対側の平坦面が前記賦形光学板の凹凸が形成された面側になるように前記賦形光学板に対向して配置されたプラスチック製の賦形光学シートと、前記賦形光学板と前記賦形光学シートの間に介在するシート状接着層とからなる。シート状接着層は光透過性で、予めシート形状をもったものであり、賦形光学シートの平坦面と接し、賦形光学板に賦形されている凹凸の高さの低い方の凸部の頂点部分と接することなく、高さの高い方の凸部の頂点部分と接する。これにより、シート状接着層は賦形光学板と賦形光学シートの間に空隙が形成された状態で賦形光学板と賦形光学シートを貼り合わせる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶モニター等の表示装置のバックライトユニットに用いられ、高い輝度を得るための光学部品に関するものである。

現行の薄型テレビ、モニター、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：個人用デジタル情報形態端末）、ゲーム機、カーナビゲーション、タッチパネル及びポータブルＤＶＤ（デジタルビデオディスク）プレイヤー等に用いられる液晶モニター等の表示装置のバックライトユニットは、導光板、光拡散板、光拡散フィルム（下拡散フィルム）、マイクロレンズシート、プリズムシート、プリズムプロテクトフィルム（上拡散フィルム）、輝度向上フィルム等の多くの光学部品の組合せにより構成されている。

しかし、近年の液晶モニター等の表示装置は、性能を維持或いは向上させ、且つ薄型化や低価格化等の要求が更に強められているが、これ以上の各光学部品の薄型化や低価格化は非常に厳しく、家電メーカー等の更なる要求強化を十分に満足出来なくなりつつある。

これらの理由から、集光シートの凹凸パターンが形成された表面と、光拡散シートの平坦な裏面とを全面接着すると伴に、凹凸パターンの凸部先端の接着埋没量を制限することにより凹凸パターン部に空気層を形成したディスプレイ用光学シートが提案されている。その光学シートによれば、集光・拡散機能に優れ、且つ集光シートと光拡散シートとが強固に一体化されて剛性を高めることができ、集光シート同士を全面接着したものや光拡散シート同士を全面接着したものに比べて集光機能や光拡散機能が向上するとされている（特許文献１参照。）。

集光シートと光拡散シートを貼り合わせるとシート１枚だけのものよりも剛性が高まるものの、シート同士を接着したものは液晶モニター等の表示装置のバックライトユニットの光学部品として使用する際には他の光拡散板など、支持体となるものに接合する必要がある。そのため、光学部品の薄型化や低価格化といった観点からは尚改良の余地がある。

他の光学素子としては、光拡散板の片面に接着層を介して集光性シートが貼合されてなり、片面には凹凸が設けられ、粘着剤層が凹凸の底部に接触しないように、集光性シートが片面に貼合されていることで、光拡散板の凹凸の底部と接着層との間の空隙により、より高い透過率で透過光を透過させる集光性シート貼合光拡散板（特許文献２参照。）。

他の光学素子としては、剛性をもつ光拡散板の平坦な表面と賦形光学フィルムの凹凸パターンが形成された面とは反対側の平坦な表面との間に、レンチキラー技術によって造られたコンクリートブロック様の架台を挟み込んで貼合した「ＳＡＴ」と称される光学モジュールが登場し、既に実用化されている。
特開２００８−００３２３３号公報特開２００８−１３４５１４号公報

特許文献１のディスプレイ用光学シートや特許文献２の集光性シート貼合光拡散板では、光拡散シートと集光シートの間に存在する接着層又は拡散板と集光シートの間に存在する接着層が接する凹凸は均一な高さの凸部をもつ凹凸であり、接着層はいずれも賦形された均一な凹凸の凸部の頂点部分と接触している。そのために、空隙は凸部の斜面部分及び底部分（凹部）のみにより形成されるので、十分な集光機能が得られない。
また、接着層は所定の部分に塗布した後に硬化させたものであるので、接着層を硬化させるまでに空隙部分が埋もれないように高粘度の接着剤を使用したり粘着剤を塗布する等、接着層の厚みを調整することが困難である。

「ＳＡＴ」と称される光学モジュールは、光拡散板が剛性を持っているため、支持体となる他の部材を必要としないので、部品点数を少なくする上で利点がある。しかし、その光学モジュールは製造工程が多く、コスト高となるため、一般的に広く普及するまでには至っていない。

本発明は、液晶モニター等の表示装置のバックライトユニットで使用される光学部品であって、輝度を高め、部品点数を減らし、かつ製造も容易にすることを目的とするものである。

本発明の光学モジュールは、賦形光学板と賦形光学シートを接着層により貼り合わせたものである。そして、賦形光学板は、プラスチック製で支持体となりうる強度の剛性を持ち、少なくとも一方の側の表面に高さの異なる凹凸が形成されたものである。賦形光学シートは、プラスチック製で可撓性を持ち、一方の側の表面に凹凸が形成され、凹凸が形成された面とは反対側の平坦面が賦形光学板の凹凸が形成された面側になるように賦形光学板に対向して配置されたものである。接着層は賦形光学板と賦形光学シートの間に介在するシート状接着層である。このシート状接着層は光透過性で、予めシート形状をもったものである。シート状接着層は賦形光学シートの平坦面と接し、賦形光学板の凹凸の高さの低い方の凸部の頂点部分と接することなく、高さの高い方の凸部の頂点部分と接することにより、賦形光学板と賦形光学シートの間に空隙（空気層）が形成された状態で賦形光学板と賦形光学シートとの間を貼り合わせている。

「賦形」とは、板状またはシート状の基材の表面に微細な凹凸形状を転写することをいう。

賦形光学板は、押出成形機や射出成形機などの様々なプラスチック成形機を用い、溶融製法、溶液製法又はその他の方法によって成形されたプラスチック製の光学板である。その構造は一種類の樹脂による単層構造でも複数種類の樹脂による多層構造でもよい。また樹脂のみの組成でもよく、又は樹脂中に無機微粒子もしくは有機微粒子を粒径の揃った状態で、又は粒径の異なる複数種類を含む状態で配合した組成でもよい。賦形光学板の総厚みは０．５〜５ｍｍで透光性があり、少なくとも一方の側の表面に２０〜１０００μｍの深さの高さの異なる凹凸が形成されている。

賦形光学シートは、プラスチックシート又はプラスチックフィルムの一方の側の表面に、５〜１００μｍの高さの凹凸を形成したもので、総厚みが５０〜１０００μｍのものである。賦形光学シートは、押出成形機や射出成形機等の様々なプラスチック成形機を用い、溶融製法、溶液製法又はその他の方法によって成形されたものでも、コーティング機を用い、紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を用いたＵＶ賦形、電子線硬化樹脂（ＥＢ硬化樹脂）を用いた賦形、熱硬化型樹脂を用いた加熱賦形等の様々なプラスチック成形機を用い、溶融製法、溶液製法、又はその他の賦形方法によって製作することができる。

シート状接着層は予めシート形状をもつ光透過性のものである。その形態としては、両面粘着テープ、両面粘着シート、両面粘着フィルム、剥離性のある基材に粘着剤が付着させてある転写粘着シートからの粘着層、粘着剤自体をシート状に加工した粘着剤シート、又は接着剤自体をシート状に加工した接着剤シートを用いることができる。賦形光学板と賦形光学シートをこれらのシート状接着層によって貼り合せることにより本発明の光学モジュールを得ることができる。

本発明の光学モジュールは、支持体機能を持つプラスチック製賦形光学板の凹凸が形成された面側に、予めシート形状をもつシート状接着層を介して可撓性を持つプラスチック製賦形光学シートの平坦面を、賦形光学板の低い方の凸部の頂点部分に接することなく、間に空隙が存在するように貼り合わせたものであるので、光源イメージを映し出すことがないだけでなく、賦形光学板の凹凸の低い方の凸部の頂点部分と接することなく存在する空隙（空気層）によって輝度の高い光学部品となる。

この光学モジュールは賦形光学板が支持体機能を持っているので、液晶モニター等の表示装置のバックライトユニットとして使用する際にも支持体となる別の部材を必要とせず、光学部品の数を削減することができることで、液晶モニター等の表示装置の薄型化と組立工程数の削減に寄与する。

また、両面粘着テープ、両面粘着フィルム、転写粘着シートなどのシート状接着層で賦形光学板と賦形光学シートを貼り合わせることで、容易で確実に賦形光学板の凹凸の低い方の凸部の頂点部分に接することなく賦形光学シートとの間に空隙（空気層）を形成することができるので、「ＳＡＴ」と称される光学モジュールに比べて低価格化を実現することができる。

賦形光学板に用いるプラスチックの材質としては、支持体となりうる強度の剛性をもち、透明性を有する熱可塑性樹脂であれば特に限定されるものではなく、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル（アクリル樹脂）、メタクリレート−スチレン共重合体、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂及びシクロオレフィン樹脂等を用いることができ、好ましくはポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル（アクリル樹脂）及びこれらの共重合樹脂を用いる。

賦形光学板の構成としては、一種類の樹脂による単層構造でも複数種類の樹脂による多層構造でもよく、またプラスチックだけの組成でもよく、プラスチック中に平均粒径が０．１〜２０オｍの無機微粒子もしくは有機微粒子を０．０１〜１０重量％配合した組成でもよい。更に、賦形光学板には光源から発生する紫外線による樹脂の劣化を防ぐ目的で紫外線吸収剤又は酸化防止剤を配合することが望ましい。

賦形光学板に配合することのできる無機微粒子又は有機微粒子の材質としては、シリカ、シリコーン、アルミナ、二酸化チタン、ガラス、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル（アクリル樹脂）、メタクリレート−スチレン共重合体、メラミン及びベンゾグアナミン等、光拡散性を有するものであれば特に限定しない。

賦形光学板の少なくとも一方の側の表面に形成する凹凸は、断面の形状が三角形（プリズム形）、半円形（蒲鉾形）、半楕円形または台形等の凸条からなるものであり、大きさの異なる一種類の同一の形状でも二種類以上の形状の異なる複数種類を組み合わせた複合形状でもよく、高さの異なる凸条が高低交互に混在するもの或いはランダムに配置された凸条が連続して繰り返されるように形成されている必要がある。賦形光学板の凹凸は、高さ（深さ）が２０〜１０００μｍ、好ましくは５０〜５００μｍであるものがよい。また、賦形光学板の総厚みは５ｍｍ以下で、好ましくは０．５〜３ｍｍである。

賦形光学板の表面に凹凸型を形成する方法としては、賦形ロールを有するＴダイ押出成形機や金属型に溶融樹脂を注入する射出成形機等による溶融製法、溶媒を用いた溶液製法、熱をかけた賦形スタンパーを直接樹脂板に押し当てる熱賦形、又は表面が平滑な光学板上に液体樹脂、ペースト樹脂もしくは樹脂溶液を賦形ロール等によって塗工した後に硬化させる方法等があり、性能、用途、価格等に応じた作製方法を選ぶことができる。

賦形光学シートは、プラスチックの材質として透明性を有する熱可塑性樹脂であれば特に限定されるものではなく、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル（アクリル樹脂）、メタクリレート−スチレン共重合体、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂及びシクロオレフィン樹脂等を用いることができ、好ましくはポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル（アクリル樹脂）、ポリエステル及びこれらの共重合樹脂等で、全光線透過率が６５％以上の透明性を有するものが好ましく、厚みが２ｍｍ以下、好ましくは５０〜１０００μｍのもので、用途、性能、価格等に併せて選択すればよく、特に限定されるものではない。

賦形光学シートは、プラスチック基材の一方の側の表面に、賦形ロールを有するＴダイ押出成形機や金属型に溶融樹脂を注入する射出成形機等による溶融製法、又は紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂もしくは熱硬化型樹脂からなる樹脂層を塗布し賦形型に押し付けた状態で硬化させた後で賦形型から剥離させる方法によって、又はプラスチック基材自体に熱をかけた賦形スタンパーを直接樹脂板に押し当てる熱賦形等によって凹凸を形成してあるもので、プラスチックの材質や賦形に用いる樹脂等の材質、賦形方法、用途、性能、価格等に併せて選択すればよく、特に限定されるものではない。

賦形光学シートの表面の凹凸は、凸条又は突起である。凹凸が凸条であるものは、それらの凸条は互いに平行である。凸条の断面形状は三角形（プリズム形）、半円形（蒲鉾形）、半楕円形又は台形等で、一種類の同一の形状でも二種類以上の異なる形状を組み合わせた複合形状でもよいが、凸条は連続して繰り返されるように形成されている必要がある。

凹凸が突起であるものは、突起の形状は半球形（レンズ形）、円錐形、三角錐形、四角錐形（ピラミッド形）、六角錐形等で、一種類の同一形状でも、複数種類の形状を組み合わせたものでもよいが、突起が密集して形成されている必要がある。

凸条からなる凹凸の好ましい形状は断面形状が三角形であり、また突起からなる凹凸の好ましい形状は半球形であり、凹凸の高さ（深さ）が１〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍで、同じ高さの凹凸でも複数の高さの凹凸が混在する形状でもよい。また賦形光学シートの総厚みは２ｍｍ以下、好ましくは５０〜１０００μｍである。

賦形光学シートに塗布成形によって凹凸を賦形する紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂又は熱硬化型樹脂からなる樹脂層の材質としては、アクリレート系官能基を持つウレタンアクリレートやポリエステルアクリレート等が挙げられ、一般的な紫外線硬化型、電子線硬化又は熱硬化型等の塗料用として利用可能なもので、透明プラスチック基材に対する付着性が良好で、塗膜の鉛筆硬度がＨＢ以上ものであれば特に限定するものではない。

また、賦形光学シートに塗布賦形する樹脂層の材質としては、前記に記載のもの以外にも、エポキシアクリレート、ポリエーテルアクリレート、反応性ポリアクリレート等のオリゴマーや紫外線硬化型エポキシ樹脂等も使用することができる。

賦形光学シートのプラスチック基材の一方の側の表面に凹凸を形成するための樹脂層を塗布する方法としては、ロールコート、スロットダイコート、グラビアコート、スプレーコート、シルクスクリーンコート、バーコート、ディッピング及び刷毛塗り等があるが、用途や生産性、形状、大きさ等を考慮して塗布方法を選択することができる。

そのような塗布方法によってプラスチック基材の一方の側の表面に塗布された樹脂層に凹凸を成形する方法としては、その樹脂層に金属製もしくはプラスチック製のロール又はスタンプ板を押し当てながら、又はベルトの表面に必要とする凹凸形状の賦形を施した型を押し当てながら、その樹脂層に紫外線、電子線又は熱を当てて硬化させた後に、その樹脂層をロール、スタンプ板又はベルトから剥離する方法を使用することができる。

賦形光学板と賦形光学シートを貼り合せるためのシート状接着層としては、短時間で接着可能なものが好ましく、また光の透過を妨げないものがよい。そのようなシート状接着層は両面粘着テープ、両面粘着フィルム、粘着剤又は接着剤により形成することができる。

賦形光学板と賦形光学シートを粘着剤、両面粘着フィルム又は両面粘着テープで貼り合せる場合は、両面粘着フィルム又は両面粘着テープとしては、貼り合せるそれぞれの材質との粘着性が良好で、光の透過を妨げないものであれば特に限定されるものではなく、その厚みとしては１０〜２００μｍが適当であり、３０〜１５０μｍが好ましい。

賦形光学板と賦形光学シートを両面粘着フィルム又は両面粘着テープで貼り合せる方法としては、両面粘着フィルム又は両面粘着テープを賦形光学板と賦形光学シートの間に挟み込んで圧着する方法をとることができる。また、転写粘着シートで貼り合せる方法としては、転写粘着シートを賦形光学シートに貼り付け、剥離性のある基材シートを剥がして粘着剤を転写した後で賦形光学板と圧着する方法をとることができる。

接着剤シートとしては、例えばホットメルト型接着剤（合成ゴム系、スチレン系、オレフィン系、エステル系、ウレタン系）、ローメルト接着剤、シアノアクレートモノマー（瞬間接着剤）、湿気硬化型接着剤（ウレタン系、シリコーン系）及びエポキシ系二液硬化型接着剤等があり、賦形光学板の材質や賦形光学シートの基材の材質との接着性が良好なものであれば特に限定されるものではない。

賦形光学板と賦形光学シートをホットメルト型接着剤シートで接着する場合は、賦形光学板と賦形光学シートの間にホットメルト型接着剤シートを挟み込んだ後、熱圧着処理を施すことで接着することができる。使用するホットメルト型接着剤シートの厚みとしては、１０〜２００μｍが適当であり、３０〜１５０μｍが好ましい。

賦形光学板と賦形光学シートを両面粘着テープ、両面粘着フィルム、転写粘着シート、粘着剤シート又は接着剤シートによって貼り合せる場合、十分な接着力が得られるのであれば、部分的に貼り合せても、全面を貼り合せてもよい。

賦形光学板と賦形光学シートを貼り合せる方向としては、それぞれの表面の凹凸の凸条の稜線が互いに平行になるように配置する平行配置と、互いに交差するように配置する交差配置がある。光源として冷陰極管のように長尺のものを使用する場合、平行配置に貼り合せたものは光源イメージを消す効果に優れ、交差配置に貼り合せたものは輝度を高める効果に優れているので、要求仕様に応じて貼り合せ配置を選ぶことができる。

基材プラスチックとしてトーヨースチロールＨＲＭ４０（東洋スチレン製）（材質はポリスチレン）に光拡散材として平均粒径が約２μｍのポリメタクリル酸メチル（アクリル）製の多分散ビーズであるエポスターＭＡ１００２（日本触媒製）を４重量％配合したプラスチックコンパウンドを、エンボスロールを有する押出成形機（Ｈｉｔｚ産機テクノ株式会社製）でＴダイ押出成形して、図１に示される賦形光学板１Ａを得た。得られた賦形光学板１Ａは、一方の表面に、断面形状が三角形状の高い凸条と低い凸条が交互に連続して形成された凹凸を持つものである。凹凸の高さ（深さ）は高い三角形状の凸条がおよそ１００μｍで、低い三角形状の凸条がおよそ５０μｍで、総厚さは１．５ｍｍである。

また、前記と同じ材料で同じ成形方法により得られた図２に示す賦形光学板１Ｂは、一方の表面に、断面形状が一種類の同一大きさの三角形状の凸条が連続して形成された凹凸を持つものである。凹凸の高さ（深さ）はおよそ１００μｍで、総厚さは１．５ｍｍである。

賦形光学シートとして、図３に示されるように、プラスチック基材であるポリエステル樹脂（材質はポリエチレンテレフタレート）フィルム３上に断面形状が三角形のプリズム形の凸条が連続して形成されているプリズム賦形部からなる凹凸であるプリズム賦形部２が形成されている賦形光学フィルム４（ＢＥＦ−ii：住友スリーエム製）を用いた。その賦形光学フィルム４のプリズム賦形がされていない側の面に、厚さ約５０μｍの両面粘着シート５（Ｎｏ．７６４：テラオカ製）（材質は基材がポリエチレンテレフタレートで粘着剤がアクリル系）の一方の面を貼合した。

両面粘着シート５の他方の面、すなわち賦形光学フィルム４に貼合した面と反対側の面を２種類の賦形光学板１Ａ及び１Ｂそれぞれの凹凸形成面と対向させて貼り合せて光学モジュールを得た。図４は実施例を表わし、賦形光学板１Ａを貼り合せたもの、図５は比較例を表わし、賦形光学板１Ｂを貼り合せたものである。このようにして実施例と比較例の２種類の光学モジュールのサンプルを得た。ここで、実施例では、賦形光学板１Ａの高さの低い凸条の頂点部分と、両面粘着シート５の面で賦形光学フィルム４に貼合した面とは反対側の面との間には空隙６が存在している。

光学部材用の輝度測定装置（トプコン製ＢＭ−７）を用いて、実施例と比較例の光学モジュールの輝度をそれぞれ測定した結果を表１に示す。

尚、輝度比較は、比較例の光学モジュールの輝度を１００％とした場合の相対比較である。

表１の結果によると、本発明の実施例の光学モジュールの輝度は、比較例として作製した光学モジュールの輝度よりも高い数値が得られており、本発明の光学モジュールの優位性が実証できた。

実施例で使用する賦形光学板１Ａを示す概略斜視断面図である。比較例で使用する賦形光学板１Ｂを示す概略斜視断面図である。賦形光学フィルム４を示す概略斜視断面図である。実施例の光学モジュールを示す概略斜視断面図である。比較例の光学モジュールを示す概略斜視断面図である。

符号の説明

１Ａ賦形光学板（大小凹凸型）
１Ｂ賦形光学板（同一凹凸型）
２凹凸であるプリズム賦形部
３プラスチック基材部
４賦形光学シート
５両面粘着シート
６空隙

Claims

支持体となりうる強度の剛性を持ち、少なくとも一方の側の表面に高さの異なる凹凸が形成されたプラスチック製の賦形光学板と、
一方の側の表面に凹凸が形成され、凹凸が形成された面とは反対側の平坦面が前記賦形光学板の凹凸が形成された面側になるように前記賦形光学板に対向して配置されたプラスチック製の賦形光学シートと、
前記賦形光学板と前記賦形光学シートの間に介在するシート状接着層とからなり、
前記シート状接着層は光透過性で、予めシート形状をもったものであり、
前記シート状接着層は前記賦形光学シートの平坦面と接し、前記賦形光学板に賦形されている凹凸の高さの低い方の凸部の頂点部分と接することなく、高さの高い方の凸部の頂点部分と接することにより前記賦形光学板と前記賦形光学シートの間に空隙が形成された状態で前記賦形光学板と前記賦形光学シートを貼り合わせている光学モジュール。