JP5091490B2 - 光学シート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、図1に示すような、テレビなどで用いられる直下型バックライトでは、光源42からの出射光は、集光フィルム(光学シート)41に入射し、入射光の一部は光学フィルム41で屈折透過して出射の角度が変わり正面方向に出射し、残りが反射して光源42の方向に戻される。集光フィルム41からの反射光は、光源42、拡散板43、拡散シート44などの表面で反射され、再び集光フィルム41に入射する。
このような構成とすることにより、光源の出射光の輝度分布は広く分散しており、正面の輝度は低くなる特性を有しているため、集光フィルム41によって光源からの光を正面方向の輝度が高くなるように指向特性を改善している。
これに対して、図2のX部分を通過する光の成分Bは、液晶表示装置等の有効な視野角外に広角度で出射する光(以下、サイドローブ光と称する)であり正面輝度の増加には寄与しない無駄な光としてロスされている。そのため、輝度の低下を招くばかりでなく、画面法線方向から極端にかけ離れた角度で再度輝度の高い画像が観察され、違和感のある画像となるなどの問題を生じていた。
しかし、この反射部材は、プリズムパターンの3分の2以下の大きさで、プリズムパターンの谷間に位置するとの記載があるだけで、サイドローブ光となり得る入射光を効果的に反射し得る位置を正確に特定してはおらず、サイドローブ光となり得る入射光の有効利用が図れない可能性がある。また、反射部材の具体的な形成方法についても、何ら開示がない。
また、前記プリズムシートに、光遮断部を設けて、サイドローブ光の発生を防止しようとする提案がされている(特許文献2参照)。この特許文献2では、前記光遮断部の具体的な形成方法が開示されており、特定方向から光を入射して、該照射される光の通過する光路の有無(光密度の粗密)を利用したセルフアライメント法により、光の透過部と光吸収部とを作り分けている。前記光の通過する部分(光密度の高い部分)のみを透過部とし、光の通過しない部分(光密度の低い部分)を光遮断部としている。
しかし、この場合、正面方向から光を照射して光の透過部と光吸収部とを形成しているのではなく、正面方向(プリズムシートの法線方向)に対して35〜71°方向から照射しているので、正面方向に光を集光する目的のものには不向きである。更に、光遮断部として、黒色の光吸収層を用いているので、サイドローブ光となり得る入射光が吸収され、有効な光利用が妨げられ、輝度の向上が図れない問題がある。
しかし、前記光学的性質として「反射」を採択した場合においては、図2の成分Dに見られるように、入射角度によっては、サイドローブ光となる入射光が反射されずにサイドローブ光として出射することがあり、サイドローブ光を更に効率的に抑制する構成を勘案する余地があった。
<1> 本質的に可視光吸収性のない材料により形成された光学シートであって、
光を集光乃至散乱させる凹凸部が形成された第一の表面を有する支持体と、
該支持体とは光学的性質の異なる光学調整部と、を有してなり、
前記第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射した際の、前記支持体における該光の不通過部の少なくとも一部に、前記光学調整部が、前記支持体の厚さ方向に複数形成されたことを特徴とする光学シートである。
<2> 光学的性質が、光反射性である前記<1>に記載の光学シートである。
<3> 光学的性質が、光拡散性である前記<1>に記載の光学シートである。
<4> 光学的性質が、屈折率差である前記<1>に記載の光学シートである。
<5> 支持体が、2層以上の多層構造である前記<1>から<4>のいずれかに記載の光学シートである。
<6> 凹凸部が、プリズム構造である前記<1>から<4>のいずれかに記載の光学シートである。
<7> 凹凸部が列設された方向におけるプリズム構造の断面形状は、頂角が60〜120°の二等辺三角形状である前記<6>に記載の光学シートである。
<8> 第1の表面と、第1の光学調整部との間に第2の光学調整部を有してなり、前記第1の光学調整部と第2の光学調整部との距離に対して、第一の表面から第2の光学調整部までの距離が、0.3〜0.5である前記<1>から<7>のいずれかに記載の光学シートである。
光を集光乃至散乱させる凹凸部が少なくとも第一の表面に形成された支持体の、前記第一の表面とは反対側に位置する第二の表面に、感光層を形成する第1の感光層形成工程と、
前記支持体の第一の表面側から、前記第二の表面の法線方向に平行な光を入射して前記感光層を露光する第1の露光工程と、
前記感光層の非露光部であって、前記支持体に、該支持体とは光学的性質の異なる第1の光学調整部を形成する第1の光学調整部形成工程と、
前記第二の表面に前記支持体と光学的性質が略同じ支持層を形成し、該支持層における前記第二の表面とは反対側に位置する第三の表面に、感光層を形成する第2の感光層形成工程と、
前記支持体の第一の表面側から、前記第二の表面の法線方向に平行な光を入射して前記感光層を露光する第2の露光工程と、
前記感光層の非露光部であって、前記支持体に、該支持体とは光学的性質の異なる第2の光学調整部を形成する第2の光学調整部形成工程と、
を含むことを特徴とする光学シートの製造方法である。
<10> 第三の表面に、前記支持体と光学的性質が略同じ支持層を形成し、該支持層における前記第三の表面とは反対側に位置する第四の表面に、少なくとも一層の第二の支持体を形成する工程を含む前記<9>に記載の光学シートの製造方法である。
<11> 感光層が、ポジ型感光層であって、現像により露光部の感光層を除去し、非露光部の感光層の少なくとも一部に光学的調整部を形成した前記<9>から<10>のいずれかに記載の光学シートの製造方法である。
<12> 感光層が、ネガ型感光層であって、現像により非露光部の感光層を除去し、該感光層の除去された領域の少なくとも一部に、複数の光学的調整部を形成した前記<9>から<10>のいずれかに記載の光学シートの製造方法である。
<13> 感光層が、光硬化型のポジ型感光層であって、露光による粘着性の変化を利用して、非露光部の感光層の少なくとも一部に複数の光学的調整部を形成した前記<9>から<10>のいずれかに記載の光学シートの製造方法である。
<14> 支持体の凹凸部が、支持体上に、光硬化性樹脂を含む塗布液を塗布し、露光し、硬化させることにより形成される前記<9>から<13>のいずれかに記載の光学シートの製造方法である。
このため、前記光学調整部を構成する一の光学調整部が、第1の表面における前記不通過部を通過する入射光の光路を調整することにより、従来においてサイドローブ光となり得た入射光の有効利用を図ることができ、集光機能又は光拡散機能に優れ、所望の角度方向、特に正面方向への輝度上昇率に優れた光学シートを提供することができる。
また、前記光学調整部を構成する他の光学調整部が、第1の表面における前記不通過部を通過せずに前記不通過部を通過する入射光の光路を調整することにより、サイドローブを大幅に抑制する光学シートを提供することができる。
このため、サイドローブ光となり得る入射光の有効利用を図ることができ、集光機能又は光拡散機能に優れ、所望の角度方向、特に正面方向への輝度上昇率に優れ、更にサイドローブを大幅に抑制することができる光学シートを、高精度かつ効率的に製造することができる。
本発明の光学シートは、支持体と、光学調整部とを少なくとも有してなる。
また、前記光学調整部は、前記支持体の厚さ方向に所定の間隔をもって配設された複数の光学調整部から構成され、例えば、第1の光学調整部、及び第2の光学調整部からなる。
本発明の光学シートとしては、本質的に可視光吸収性のないことが必要である。
ここでいう可視光吸収性とは、吸収した光エネルギーを光学シートの内部で最終的に熱に変換する性質を有することを意味し、具体的には、ランベルトベールの法則に従う光吸収のうち、可視光吸収性のものを意味し、紫外線や赤外線領域に光吸収を持つものは除かれる。また、光学シートの内部に全反射、フレネル反射、金属光沢などを有するものは、本質的に光をほとんど吸収することなく光を反射させるので、可視光吸収性から除外される。
なお、前記可視光吸収性は、ゼロであることが理想であるが、実質的には可視光吸収性をゼロにすることは困難であり、可能な限り少なくすることが、入射した可視光の利用効率を高める上で好ましい。また、そのためには前記光の不通過部(光束密度が低くなるいずれかの部分)であっても可視光吸収性の材料を使用しないことが望ましい。
前記支持体は、光を集光乃至散乱させる凹凸部が形成された第一の表面を有し、該第一の表面とは反対側の面にも、凹凸部を形成してもよい。
前記凹凸部としては、光を集光乃至散乱させることが可能な微細な凹凸であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プリズム構造が好ましい。
前記支持体を2層以上設けて多層構造とする場合は、例えば、第一の支持体に、第二以上のシート状の支持体を貼り合わせてもよいし、第一の支持体の表面に、第二の支持体形成用の光硬化性樹脂を含む塗布液などを塗布し、露光し、硬化させて形成してもよい。
前記剛性とは、具体的には、JIS P8125規格に記載されているテーバー剛度として測定可能な支持体の物性のことを表す。
前記無機材料としては、例えば、ガラス、石英、シリコン、などが挙げられる。
前記有機材料としては、例えば、トリアセチルセルロース等のアセテート系樹脂;ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂;ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記プリズムシートとしては、長さ方向に対して垂直な断面形状が三角形状である長尺なプリズムレンズが、支持体上に複数配列されたものであってもよいし、三角錐状、四角錐状などのプリズムレンズが、支持体上に複数個、一定間隔又はランダムに2次元的に配置されたもの(以下、ピラミッドシートと称することがある)であってもよい。また、支持体に、三角錐状、四角錐状などの凹部が、一定間隔又はランダムに2次元的に形成されたもの(以下、逆ピラミッドシートと称することがある)であってもよい。
前記レンチキュラーシートとしては、長さ方向に対して垂直な断面形状が半円形である長尺なレンチキュラーレンズが、支持体上に複数配列されたものであってもよいし、半球形のレンチキュラーレンズが、支持体上に複数個、一定間隔又はランダムに2次元的に配置されたものであってもよい。
これらの中でも、長尺なプリズムレンズが複数配列されたプリズムシート、ピラミッドシート、逆ピラミッドシートなど、非球面の表面を規則的に用いた支持体は、正面方向の輝度上昇率が高く、より好適に挙げられる。
前記凹凸部の凹凸形状の周期(ピッチ)としては、1〜150μmが好ましく、5〜100μmがより好ましい。前記凹凸形状の周期(ピッチ)が、150μmを超えると、ディスプレイ用に用いた場合、微小凹凸が視認されやすくなり、ギラツキ感が生じる場合がある。前記周期(ピッチ)が、1μm未満であると、規則的な周期で凹凸形状を配置することが困難となる場合があり、また、後述の式1より明らかなように、光学シート内部の光束密度が低くなる部分も小さくなることから、光学調整部を形成するための感光層に、より高い解像度が必要となるため、光学シートの製作が困難となることがある。更に、同時に光学シートの厚みも薄くなるため、取り扱いが難しく、光学シートの製作がより困難となることがある。
前記凹凸形状の周期(ピッチ)の規則性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、規則性がまったくない場合には、支持体内部の光束密度が低くなる部分の計算が困難となり、感光層を形成する支持体の厚みの選択が困難となることから、一定の規則性があることが好ましい。
前記凹凸形状の周期(ピッチ)が一定値でない場合、その周期の変化は10倍以内が好ましく、4倍以内がより好ましい。前記周期変化が、10倍を超えると、正面方向の輝度上昇の効率が極端に低下することがある。
また、前記凹凸部の高さとしては、1〜100μmが好ましく、5〜50μmがより好ましい。前記凹凸部の高さが、1μm未満であると、高度の集光性を発現することが困難となることがあり、100μmを超えると、凹凸部の機械的な強度が低下し、掻き傷等の欠陥が発生しやすくなったり、凹凸が視認されやすくなりギラツキ感が生じることがある。
以下、プリズムシートについて詳細に説明する。
前記凹凸部を形成した支持体が、プリズムシートである場合、該プリズムの形状としては(プリズムレンズがストライプ状の場合は、長さ方向に対する断面形状)、二等辺三角形状が好ましく、頂角が60〜120°が好ましく、80〜100°がより好ましい。前記頂角が60°未満であったり、120°を超えると、集光効果が低下し、正面方向の輝度が低下することがある。
前記樹脂を、UV硬化性樹脂として用いる場合は、上記のような構造を含有し、更に、(メタ)アクロイル基、ビニル基、エポキシ基等の反応性基含有化合物と、紫外線等の放射線照射にて該反応性基含有化合物を反応させうる、ラジカルやカチオン等の活性種を発生する化合物とを混合したものが挙げられる。特に硬化の速さからは、(メタ)アクロイル基、ビニル基等の不飽和基を含有する反応性基含有化合物(モノマー)と、光によりラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤との組み合わせが好ましい。
特に硬化の速さからは、(メタ)アクロイル基、ビニル基などの不飽和基を含有する反応性基含有化合物(モノマー)と、光によりラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤の組み合わせが好ましい。中でも(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクロイル基含有化合物が好ましい。この(メタ)アクロイル基含有化合物としては(メタ)アクロイル基が1個あるいは2個以上含有した化合物を用いることができる。また、上記のアクロイル基、ビニル基などの不飽和基を含有する反応性基含有化合物(モノマー)は必要に応じて、単独で用いても、複数種を混合して用いてもよい。
このような、芳香環を有する単官能モノマーの市販品としては、アロニックスM113、M110、M101、M102、M5700、TO−1317(以上、東亞合成(株)製)、ビスコート#192、#193、#220、3BM(以上、大阪有機化学工業(株)製)、NKエステルAMP−10G、AMP−20G(以上、新中村化学工業(株)製)、ライトアクリレートPO−A、P−200A、エポキシエステルM−600A、ライトエステルPO(以上、共栄社化学(株)製)、ニューフロンティアPHE、CEA、PHE−2、BR−30、BR−31、BR−31M、BR−32(以上、第一工業製薬(株)製)等が挙げられる。
このような構造を有する不飽和モノマーの市販品としては、ビスコート#700、#540(以上、大阪有機化学工業(株)製)、アロニックスM−208、M−210(以上、東亞合成(株)製)、NKエステルBPE−100、BPE−200、BPE−500、A−BPE−4(以上、新中村化学(株)製)、ライトエステルBP−4EA、BP−4PA、エポキシエステル3002M、3002A、3000M、3000A(以上、共栄社化学(株)製)、KAYARAD R−551、R−712(以上、日本化薬(株)製)、BPE−4、BPE−10、BR−42M(以上、第一工業製薬(株)製)、リポキシVR−77、VR−60、VR−90、SP−1506、SP−1506、SP−1507、SP−1509、SP−1563(以上、昭和高分子(株)製)、ネオポールV779、ネオポールV779MA(日本ユピカ(株)製)等が挙げられる。
このようにして調製される本発明の樹脂液の粘度は、通常10〜50,000mPa・s/25℃である。基材やエンボスロ−ルに樹脂液を供給する場合は、粘度が高すぎると、均一に組成物を供給するのが難しくなり、レンズを製造する際、塗布むらやうねり、気泡の混入が生じたりするため、目的とするレンズ厚を得るのが難しくなり、レンズとしての性能を十分に発揮できない。特に、ラインスピ−ドを高速化したときにその傾向が顕著になる。従ってこの場合は、液粘度が低い方が好ましく、10〜100mPa・sであり、更に好ましくは、10〜50mPa・sである。このような低い粘度は前記の有機溶剤を適当量添加することにより調整が可能である。また、塗布液の保温設定により、粘度を調整することも可能である。一方、溶剤蒸発後の粘度が低すぎるとエンボスロ−ルで型押しする際、レンズ厚のコントロールが難しく、一定厚の均一なレンズを形成できない場合があり、好ましい粘度は100〜3,000mPa・sである。有機溶剤を混合している場合は、樹脂液の供給からエンボスロ−ルで型押しするまでの工程間に、有機溶剤を加熱乾燥などにより蒸発させる工程を設けることにより、樹脂液供給時は低粘度で均一に液供給ができ、エンボスロ−ルで型押しする際は、有機溶剤を乾燥させより高粘度化させた樹脂液で均一に型押しすることが可能になる。
前記高屈折率な無機微粒子の粒子径は、小さい方が樹脂の透明性が高くなり好ましい。具体的には、100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましく、20nm以下が更に好ましい。
前記高屈折率な無機微粒子は、通常のUV硬化性樹脂に混合して使用することができる。このため、上記のような高屈折率のUV硬化性樹脂に混合することにより、より高屈折率なUV硬化性樹脂を得ることができる。
また、前記プリズムシートは、ポリカーボネートなどの熱可塑性のシートが溶融状態のうちに金属製の鋸歯状のプリズムシート原盤ロールを押し当てる方法、同じく熱可塑性の樹脂を片側に鋸歯状の形状をもった原盤の中に押し出し成型する方法などによっても作成することができる。
前記凹凸部が形成された支持体が、拡散シートである場合について説明する。
前記拡散シートに拡散性を付与する方法としては、特に制限はなく、拡散粒子を含有させてもよく、異なる屈折率の樹脂を混練してもよく、空気ビーズや中空ビーズなどを含有させてもよい。また、光拡散面に、ビーズを付着させる、ブラストを掛けて荒らす、溶けやすい物質を含浸させて形成後溶解させる等、面粗さを粗くして面形状で拡散効果を付与することができる。
また、より詳細には、下記のような拡散シートを用いることもできる。
該拡散シートは、樹脂、揮発性液体、及び粒子からなる塗布液を、支持体上に塗布し、乾燥することにより形成される。
前記塗布液の成分としては、樹脂、揮発性液体、粒子、更に必要に応じてその他の成分が挙げられる。
前記樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等が挙げられる。
前記揮発性液体としては、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、トルエン、水等が挙げられる。
前記粒子の形状としては、球状、楕円球状、勾玉状等が挙げられる。
前記粒子平均粒径としては、乾燥後の塗布層の平均厚みよりも大きければよく、0.5〜50μmであることが好ましい。
前記粒子の平均粒径としては、例えば、動的光散乱法、レーザー回折法等を用いた測定装置により測定することができる。
前記粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機粒子、無機粒子等が挙げられる。
前記有機粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記有機粒子としては、架橋構造を有するものが好ましい。
前記架橋構造を有する有機粒子としては、架橋構造を有するアクリル樹脂粒子等が好ましい。
前記粒子の添加量としては、前記樹脂100質量部に対して、1〜1,000質量部が好ましく、25〜400質量部がより好ましい。前記添加量が1質量部未満であると、光拡散剤としての機能を果たせなくなることがあり、1,000質量部を超えると、粒子が分散しにくくなることがある。
前記樹脂の屈折率と、前記粒子の屈折率との比の値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜調製することができるが、例えば、25℃で測定したD(n25)線の屈折率において、0.9〜1.1となることが好ましく、0.95〜1.05がより好ましい。
前記樹脂の屈折率と、前記粒子の屈折率との比の値が、0.9未満又は1.1を超えると、粒子、樹脂界面での反射光成分が大きくなり、光の透過率が低下することがある。
前記粒子沈降防止剤としては、例えば、脂肪酸アミド、酸化ポリエチレン、金属石鹸類、有機ベントナイト、水添ヒマシ油ワックスなどが挙げられる。これらの中でも、脂肪酸アミド、酸化ポリエチレンがより好ましい。これらは、1種単独でよいし、2種以上を併用してもよい。
前記散乱剤としては、上述した粒子と同様に、光拡散剤としての機能を果たすので、光拡散性を更に向上させることができる。
前記散乱剤の平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1〜5μmであることが好ましい。
前記散乱剤の平均粒径は、特に制限はなく、例えば、動的光散乱法、レーザー回折法等を用いた測定装置により測定することができる。
前記散乱剤の材料としては、特に制限はなく、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、アルミナ、ジルコニア等が挙げられる。
前記散乱剤の前記塗布液中における添加量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記塗布液全量に対して、1〜20質量部が好ましい。
前記増粘剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することがき、例えば、アクリルアミドアミン塩等が挙げられる。
前記増粘剤の添加量としては、前記樹脂100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましい。
前記フッ素系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フッ素系アニオン界面活性剤、フッ素系両性界面活性剤等が挙げられる。
前記フッ素系界面活性剤の添加量としては、前記樹脂100質量部に対して、0.001〜0.1質量部が好ましい。
前記塗布液の表面張力は、例えば、自動表面張力計(CBVP−A3、協和界面科学(株)製)により測定することができる。
前記塗布液の粘度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25℃において、10〜200mPa・sが好ましく、5〜150mPa・sがより好ましい。前記粘度が10mPa・s未満であると、粒子沈降性を維持することが困難になることがあり、200mPa・sを超えると、送液性、塗布性、面状等が悪化することがある。
前記塗布液の粘度は、例えば、東京計器(株)製E型粘度計(ELD型)により測定することができる。
前記塗布液の固形分の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記塗布液の全量100質量部に対して、10〜40質量部が好ましく、20〜30質量部がより好ましい。
前記光学調整部は、前記支持体の内部乃至表面に設けられ、該支持体とは光学的性質が異なるものである。
本発明の光学シートの前記光学調整部は、前記支持体の凹凸部が形成された第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射した際の、前記支持体における該光の不通過部の少なくとも一部に複数形成される。前記複数の光学調整部は、前記支持体の厚さ方向に所定の間隔をもって設けられることが好ましい。
ここで、前記光の不通過部とは即ち、フレネル反射により進入する若干の光や迷光などを除き、本質的に光束密度が低くなる部分を意味し、より具体的には光学シート内部の光束密度が最も高くなる部分に比較して、光束密度がその50%未満となる部分を指す。
該光の不通過部について、図4に示すように、光学シートが、例えば断面形状が二等辺三角形状の長尺なプリズムレンズが複数平行に配列されたプリズムシートである場合を以下に説明する。
図4に示すように、光学シート1に対して、凹凸部5を有する第一の表面3側より、該第一の表面3とは反対側に位置する面4の法線方向に対して、平行光hνを入射した際に、光学シート1内部、即ち、支持体2内部の光の不通過部は、図4の斜線部の領域(不通過部6)になる。
前記不通過部6は、高さY、幅Xの断面菱形状であり、
θ1:プリズムの頂角
L:プリズムの底辺の長さ(ピッチ)
n1:プリズム形成物(凹凸部5)の屈折率
n2:支持体2の屈折率(射出成型で同一素材の場合、n1=n2)
θ2:第一の表面とは反対側に位置する面4の法線方向に対して平行光hνを入射した際の空気層からプリズム(凹凸部5)内部への出射角
θ3:プリズム(凹凸部5)から支持体2への入射角
θ4:プリズム(凹凸部5)から支持体2への出射角
とした場合、下記式1で表すことができる。
θ2=arcsin(sin(90−(θ1/2)))/n1)
θ3=90−(θ1/2)−θ2
θ4=arcsin(n1・sinθ3/n2)
Y=L・((1/(2・tanθ4))−(1/(2・tan(θ1/2))))
X=Y・tanθ4
Y=52.4μm
X=16.9μmと計算することができる。
前記不通過部の少なくとも一部に光学調整部を複数形成する態様としては、図5Aに示すように、不通過部6の一部であって、断面三角形状の第1の光学調整部7aと、断面台形状の第2の光学調整部7bとを形成してもよい。
また、同図Aに2点鎖線で示すように、第1の光学調整部7a、及び第2の光学調整部7bを形成した支持体2における第一の表面とは反対側に位置する面4側に、更に他の支持体2Bを積層してもよい。
また、図5Bに示すように、不通過部6の一部であって、断面逆三角形状の第1の光学調整部7aと、断面逆台形状の第2の光学調整部7bとを形成してもよい。
また、図5Cに示すように、不通過部6の一部であって、支持体2における第一の表面とは反対側に位置する面4上に第1の光学調整部7aを形成すると共に、当該面4と、凹凸部5との間に第2の光学調整部7bを形成してもよい。
なお、本発明における第1の光学調整部7a、及び第2の光学調整部7bは、前記不通過部の少なくとも一部において、前記支持体の厚さ方向に所定の間隔、又は厚みをもって形成されていれば、上記の具体例に限られるものではない。
以下、光反射性、光拡散性、及び屈折率差を有する光学調整部7について詳細に説明する。
本発明の光学シートは、前記支持体の凹凸部が形成された第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射した際に、支持体内部乃至表面の光束密度が低くなるいずれかの部分に、該支持体とは光反射性の異なる領域(光学調整部)を複数有することが好ましい。
前記光反射性の異なる光学調整部としては、例えば、金属膜のような正反射性を有するもので形成してもよいし、拡散反射性を有する白色層により形成してもよい。具体的には、例えば、図5Cに示すように、支持体2の第二の表面(第一の表面とは反対側に位置する面)4上、及び当該第二の表面4と、凹凸部5との間に、金属の蒸着により光反射性を有する金属膜を形成し、光学調整部7a、及び光学調整部7bとすることができる。
前記正反射性の金属膜としては、金、銀、アルミニウム、白金、パラジウム、ルビジウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム、水銀、銅、鉄、ニッケルなどが挙げられ、これらの中でも、反射率が高い観点から、銀、アルミニウムを蒸着させて形成した金属膜が、より好適に挙げられる。これらの金属は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせた合金を使用してもよい。
前記金属膜の厚みとしては、光を透過しない程度であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、100nm以下が好ましい。
前記添加する粒子の粒径としては、0.1〜5μmが好ましく、0.2〜1μmがより好ましい。前記添加する粒子の粒径が、0.1μm未満であると、反射性能が低下することがあり、5μmを超えると、白色層の厚みの理想的な設計が困難となったり、粒子が白色層からはみ出すことにより、やはり理想的な設計が困難となることがある。
前記粒子は、バインダー(結着剤)内に添加されて用いられるが、該バインダーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、具体的には、ゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース、エチルセルロース、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース、カルボキシル化セルロースなどの変性セルロース類、澱粉類、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、アセタール樹脂、ナイロン、フェノール樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、及びそのエステル化物であるアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エチレン酢ビ樹脂、塩化ビニル、SBR、NBRなどのゴム類などが挙げられる。
前記粒子の添加量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記バインダーの体積に対して、1〜90体積%が好ましい。前記添加量が、1体積%未満であると、光の反射性が低下することがあったり、白色層に過度の厚みが必要となることがあり、90体積%を超えると、白色層の耐久性が低下し、傷などの故障を起こすことがある。
本発明に用いられる光学シートは、前記支持体の凹凸部が形成された第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射した際に、支持体内部乃至表面の光束密度が低くなるいずれかの部分に光拡散性の領域(光学調整部)を複数有することが好ましい。該光拡散性を有する光学調整部が複数存在すると、光路が複合的に変わることで従来正面へと集光できなかった光を更に利用できるようになる。
ここでいう光散乱とは反射光/透過光の比率が、1以下のものを指す。
前記光拡散性を有する光学調整部はそれぞれ、例えば、PMMA、シリカなどの低屈折率粒子をスチレンなどの比較的高屈折率のバインダー中に内包させること、又は粒子を含有した層を用いて表面に微細な凹凸を形成することにより形成することができる。
本発明に用いられる光学シートは、前記支持体の凹凸部が形成された第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射した際に、支持体内部乃至表面の光束密度が低くなるいずれかの部分に、該支持体とは屈折率の異なる領域(光学調整部)を複数有することが好ましい。該屈折率の異なる光学調整部が複数存在することで、従来は正面に集光できず利用できなかった光を屈折させることで光路を複合的に変化させ、一旦入射面側に戻すか、又は正面方向に集光させる効果が顕著に発現され、好ましい。
このような構成とすることで、従来プリズム斜面で一回全反射して外部に放出されていた光、いわゆるサイドローブ光となり得る入射光の光路を、より正面方向(支持体の法線方向)に屈折させ、プリズム斜面で2回正反射させることで背面側に光を戻すことが可能となり、光の集光効率が向上し、より好ましい。
ここで、前記光学調整部を構成する第1の光学調整部7a、及び第2の光学調整部7bの屈折率と、支持体の屈折率との差は、0.05以上が好ましく、0.1以上がより好ましい。該屈折率差が、0.05未満であると、サイドローブ光となり得る入射光の光路の屈折が良好に行えず、集光効率が低くなることがある。
前記光重合性の素材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、従来公知のラジカル重合性、カチオン重合性のモノマーに光重合開始剤を添加して用いることができる。
前記重合性モノマーとしては、単官能、多官能のものを単独又は混合して適宜用いることができるが、単官能単独よりも、多官能性のものを一部混合させることが、現像を安定化させる観点からより好ましい。
光学調整部7a,7bの屈折率としては、その素材の組み合わせにより適宜選択可能であるが、光学設計の容易さから、1.45〜1.65が好ましい。
また、光学調整部7a,7bに高屈折率能を付与するために、無機微粒子を添加することも好ましい。
前記無機微粒子としては、Si(屈折率3.5)、TiO2(屈折率2.2〜2.7)、CeO2(屈折率2.2)、ZrO2(屈折率2.1)、In2O3(屈折率2.0)、La2O3(屈折率1.95)、SnO2(屈折率1.9)、Y2O3(屈折率1.82)、Sb2O5(屈折率2.09〜2.29)などの高屈折率微粒子が挙げられる。これら無機微粒子の粒径としては、100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましく、20nm以下が更に好ましい。更に光拡散性、光反射性を付与する目的で、100nmより大きい粒子を添加することも可能である。
本発明の光学シートは、前記凹凸部を形成した支持体における第一の表面とは反対側に位置する面側に、更に、本質的に可視光吸収性がなく剛性がある第二の支持体を積層し、多層構造とするのが好ましい。該第二の支持体としては、シート状のものを貼り合わせることが好ましい。
このように、第二の支持体を積層することにより、前記適度な剛性により光学シートの取り扱い性が向上する観点から、より好ましい。
前記第二の支持体に用いるシートとしては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができ、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルベースのシート、TACベースのシートなどが挙げられる。
また、貼り合わせる本質的に可視光吸収性がなく剛性があるシートは、表面に凹凸部を形成したものを用いてもよい。この凹凸部の形状としては、特に制限なく、上記、第一の支持体に用いたような、プリズムシート、レンチキュラーシート、フライアイレンズシート、四角錘等を2次元的に配置したピラミッドシート、四角錘状等の凹部を形成した逆ピラミッドシート、球形の粒子を用いて表面に凹凸を作製した拡散シートなどが挙げられる。
このように表面に凹凸部が形成された第二の支持体を貼り合わせることで、光学シートの正面からの輝度を向上させる効果が得られ、更に光学シートの剛性も向上させることが可能となる観点から、より好ましい。
前記第一の支持体と、第二の支持体との貼り合わせには従来公知の方法を用いることができ。例えば、いずれかの支持体の表面全体又は表面の一部に接着剤を塗布して貼り合わせる方法、いずれかの支持体の一部を溶融させ、双方の支持体を貼り合わせる方法などが挙げられるが、表面に凹凸形状を有する第二の支持体を貼り合わせる場合には、該第二の支持体と、前記第一の支持体との間に、空気層を設けて貼り合わせることが好ましく、この空気層を設けるため、双方の支持体を部分的に貼り合わせることが好ましい。
本発明の光学シートは、集光機能又は光拡散機能に優れ、所望の角度方向、特に正面方向への輝度上昇率に優れているので、携帯電話、パソコン用モニタ、テレビ、液晶プロジェクタ等の液晶表示装置に好適に使用することができる。より具体的には、前記光学シートは、該液晶表示装置のバックライトとして使用されるエッジライト式面光源装置の導光板の上面に、凹凸部を上にして設けて、好適に使用することができる。
また、前記光学シートは、必要な角度への集光性に特に優れているので、上述の液晶表示装置において、不要な角度への出射光、即ち、サイドローブ光を少なくすることができ、該液晶表示装置の輝度を上昇させることができる光学シートとして、より好適に使用することができる。
本発明の光学シートの製造方法は、感光層形成工程と、露光工程と、光学調整部形成工程とを少なくとも含む単位工程を複数回有し、必要に応じて、凹凸部形成工程、現像工程(液体現像工程)、第二の支持体形成工程などのその他の工程を含んでなる。
なお、本実施形態における光学シートの製造方法では、感光層形成工程、露光工程、及び光学調整部形成工程が、少なくともこの順で行われる単位工程を複数回行うため、例えば、第1の感光層形成工程、第1の露光工程、及び第1の光学調整部形成工程が行われた後に、前記支持体と略同じ光学特性を示す支持層を形成する支持層形成工程が行われ、該支持層に再び感光層を形成する第2の感光層形成工程、第2の露光工程、及び第2の光学調整部形成工程が行われることとなる。したがって、感光層、及び光学調整部は、前記支持体の厚さ方向において所定間隔をもって複数回形成されることとなる。
前記凹凸部形成工程は、支持体の少なくとも一方の表面(第一の表面)に、光を集光乃至散乱させる凹凸部を形成する工程である。市販のプリズムシート、レンチキュラーレンズシート、フライアイレンズシート、拡散シートなどを用いる場合は、該凹凸部形成工程を省くことができる。
前記凹凸部は、本発明の光学シートにおける支持体の第一の表面とは反対側に位置する面(後述する第四の表面)にも形成してもよい。
前記凹凸部の形成方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができ、例えば、支持体上に、光硬化性樹脂などを含む塗布液を塗布し、凹凸を形成した金型などに押し付けた状態で、露光し、前記光硬化性樹脂を硬化させた後、金型を外すことにより形成することができる。
また、前記凹凸部は、ポリカーボネートなどの熱可塑性のシートが溶融状態のうちに金属製の鋸歯状のプリズムシート原盤ロールを押し当てる方法、同じく熱可塑性の樹脂を片側に鋸歯状の形状をもった原盤の中に押し出し成型する方法などによっても形成することができる。
また、凹凸部が粒子などにより形成され、拡散性を有する場合は、前記拡散シートの説明で述べたような方法で凹凸部を形成することができる。
また、凹凸部が形成された支持体の製造方法としては、下記のようなプリズムシートの製造方法を用いてもよい。
前記支持体及び凹凸部の素材、その他の詳細は、前記光学シートの説明中で述べたとおりである。
前記プリズムシートの製造方法の一例について図面を参照して説明する。図3は、本発明が適用されるプリズムシートの製造装置80の構成を示す概念図である。このプリズムシートの製造装置80は、シート状体供給手段81と、塗布手段82と、乾燥手段89と、凹凸ロールであるエンボスロール83と、ニップロール84と、樹脂硬化手段85と、剥離ロール86と、保護フィルム供給手段87と、シート巻き取り手段88、等とから構成される。
シートWの幅としては、0.1〜3mが、シートWの長さとしては、1,000〜100,000mが、シートWの厚さとしては、1〜300μmのものがそれぞれ一般的に採用される。ただし、これ以外のサイズの適用も妨げられるものではない。
以上により、プリズム形状の単位レンズが一軸方向に形成されたレンズ列が隣接して略全面に配列されたプリズムシートを作製することができる。
前記感光層形成工程は、前記支持体において凹凸部が形成される第一の表面とは反対側に位置する面に、感光層を形成する工程である。
前記感光層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、感光層用塗布液を、支持体における第一の表面とは反対側に位置する面に塗布し、乾燥することにより、形成することができる。
前記塗布は、スピンコーター、ロールコーター、バーコーター、カーテンコーター等の公知の塗布手段を用いて行うことができる。
乾燥工程での温度としては、60〜140℃が好ましく、80〜120℃がより好ましい。乾燥時間は10秒〜2分間が好ましく、10秒〜1分間がより好ましい。
前記ポジ型感光層がアルカリ現像型である場合、組成物としては、酸価を有するバインダー、キノンジアジドを少なくとも含む。
上記バインダーとしては、フェノールノボラック樹脂、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸などのカルボン酸含有のポリマー、及びこれらと共重合可能な不飽和二重結合を有するモノマーとの共重合体などが挙げられる。これらの中でも、フェノールノボラック樹脂がより好ましく挙げられる。
前記組成物を溶解する溶媒としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、ノルマルプロパノール、エタノール、メタノールなどのアルコール系溶剤などが挙げられる。これらの中でも、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤がより好ましく挙げられる。
前記感光層としては、このほかにも、界面活性剤、マット剤、すべり性を付与するためのワックス、などを適宜用いることができる。
また、拡散反射能を持たせる目的で白色の微粒子を含有させることは工程数が削減できより好ましい、白色の微粒子としてはSi(屈折率3.5)、TiO2(屈折率2.2〜2.7)、CeO2(屈折率2.2)、ZrO2(屈折率2.1)、In2O3(屈折率2.0)、La2O3(屈折率1.95)、SnO2(屈折率1.9)、Y2O3(屈折率1.82)、Sb2O5(屈折率2.09〜2.29)、酸化亜鉛、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカなどの無機粒子を含有する層、中空粒子などの内部に空気を有する粒子を含有する層、多孔質層などが挙げられる。これらの中でも、屈折率が高く反射性に優れている観点から、酸化チタンがより好適に挙げられる。また、中空粒子などの空気含有層も結着剤との屈折率差が大きく、反射性に優れているためより好ましい。
また、ポジ型感光層としては、光重合による接着性の消失を利用した光硬化型の感光層を用いることもできる。この場合は、液体による現像を不要とするため、工程が簡略化でき、より好ましい。
前記ポジ型感光層が光硬化型の感光層である場合、組成物としては、バインダーと重合可能なモノマーと、光重合開始剤を含有する。バインダーは未硬化膜の粘着性をコントロールする目的で添加され、公知のものを用いることができる。その中でも、アクリル系の樹脂がモノマーとの相溶性が良好であり好ましい。
前記重合可能なモノマーとしては、アクリルモノマーに代表されるような分子中に不飽和二重結合を有するものが好ましい。より具体的には、前記プリズムシートの説明で列挙したような(メタ)アクロイル基含有化合物、芳香環を有する単官能モノマー、(メタ)アクリロイル基を分子中に2つ有する不飽和モノマー、ビスフェノール骨格をもつ不飽和モノマー、3官能以上の(メタ)アクリレート不飽和モノマー、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーなどのモノマーを適宜用いることができる。
分子中に不飽和二重結合を有するモノマーを用いる場合は、酸素による重合阻害を防ぐ目的で、露光の際に窒素などの不活性ガスで雰囲気を置換するか、もしくは酸素遮断性のカバーフイルムを用いることがより好ましい。
酸素遮断性のカバーフイルムは、従来公知の素材を用いればよいが、好ましくは酸素透過性の低いものがより好ましい。酸素遮断性の高い素材としては、ポリビニルアルコールコーティングを施したフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンなどを挙げることができる。
また、重合可能なモノマーとしてオキセタンなどに代表されるカチオン重合性のモノマーを用いることもできる。具体的には、エポキシ基、オキセタン基、オキソラン基などのような環状エーテル基を有する分子量1,000以下の化合物、上述した置換基を側鎖に有するアクリルまたはビニル化合物、カーボネート系化合物、低分子量のメラミン化合物、ビニルエーテル類やビニルカルバゾール類、スチレン誘導体、アルファ−メチルスチレン誘導体、ビニルアルコールとアクリル、メタクリルなどのエステル化合物をはじめとするビニルアルコールエステル類など、カチオン重合可能なビニル結合を有するモノマー類を併せて使用することができる。カチオン重合性のモノマーは、重合に酸素の影響を受けないため好ましい。
前記光重合開始剤としては、ラジカル重合性のものであれば、光ラジカル発生剤(光ラジカル重合開始剤)を用いることが好ましい。具体的には、前記プリズムシートの説明で列挙したような、アセトフェノンなどの光ラジカル重合開始剤を用いることができる。
また、カチオン重合性のモノマーを用いる場合は、前記光重合開始剤としては、オニウム塩に代表される光酸発生剤を用いることが好ましい。具体的には、例えば、オニウム塩、ジアゾニウム塩、キノンジアジド化合物、有機ハロゲン化物、芳香族スルフォネート化合物、バイスルフォン化合物、スルフォニル化合物、スルフォネート化合物、スルフォニウム化合物、スルファミド化合物、ヨードニウム化合物、スルフォニルジアゾメタン化合物、およびそれらの混合物などを使用することができる。
前記露光工程は、前記支持体の第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射して前記感光層を露光する工程である。
前記ポジ型感光層が、アルカリ現像型の場合は、露光部分、即ち光の通過部が、現像液などに可溶性となり、現像により、非露光部、即ち光の不通過部の感光層のみが支持体上に残留する。
前記ポジ型感光層が、光硬化型の場合は、露光部分、即ち光の通過部が重合反応により粘着性を消失し現像剤の付着性の制御が可能となり、像形成できる。
ネガ型感光層の場合は、露光部分、即ち光の通過部のみが硬化し、現像により、非露光部、即ち光の不通過部の感光層が除去され、露光部分のみの感光層が支持体上に残留する。
前記露光方法としては、特に制限はないが、シート法線方向に平行な光線が入射できることが必要である。具体的には、レーザー光などのデジタル露光機による露光方法や、光源からの光を、レンズ系を用いて平行光を発生させるアナログ露光機による露光方法などが挙げられる。
前記アナログ露光としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプなどで露光を行なう方法が挙げられる。
前記デジタル露光としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2次元状に並んだ空間光変調デバイスを用い、画像データに基づいて光を変調しながら相対走査することで2次元画像の形成を行なう方法等が挙げられる。
これらの中でも、レーザー光を用いた場合には、平行光を照射することが容易であり好ましい。
前記光学調整部形成工程は、前記感光層の非露光部であって、前記支持体、又は支持層に、該支持体とは光学的性質の異なる光学調整部を形成する工程である。
前記ポジ型感光層が、アルカリ現像型の場合は、非露光部のみの感光層が支持体上に残留し、該非露光部の感光層部分に、光学調整部を形成する。該光調整部の形成には、種々の方法を用いることができるが、具体的には、(1)上記ポジ感光層の粘着性を利用し、粉体のトナーを付着させる方法、(2)シート状のトナー層をポジ型感光層の面に重ね合わせ、適度な温度で熱ラミネートし、トナーシートを剥離し、ポジ型感光層の部分にトナー層を転写させ、光学調整部を付与する方法、(3)あらかじめポジ型感光層に光学調整部材を含有させ、アルカリ現像と同時に光学調整部を形成する方法、(4)ポジ型感光層の上層(支持体の反対面側)に光学調整部材を含有したトナー層を塗布し、感光層、色材層の2層構成とし、現像と同時に光学調整部を形成する方法を挙げることができる。この場合、露光工程の光が有効に使え、感度が向上するためより好ましい。上記粉体トナー、トナーシートのトナー層、ポジ感光層に含有させる光学調整部材としては白色の拡散反射性を有する部材が好ましい。
前記ポジ型感光層が、光硬化型の場合は、露光部分、即ち光の通過部が重合反応により粘着性を消失し、現像剤の付着性の制御が可能となり、未露光で粘着性の残存する部分に光学調整部を形成する。
光学調整部の形成方法としては、(1)粉体のトナーを付着させる方法、(2)シート状のトナー層をポジ感光層の面に重ね合わせ、適度な温度で熱ラミネートし、トナーシートを剥離し、光学調整部を付与する方法を挙げることができる。上記粉体トナー、トナーシートのトナー層としては白色の拡散反射性を有する部材が好ましい。
前記ネガ型感光層の場合は、非露光部の感光層が支持体上から除去されている。この感光層の存在しない非露光部に光学調整部を形成する。
光学調整部を形成する方法としては、(1)金属反射層を蒸着させ、その後にネガ型感光層の残存している部分を強酸、強アルカリの剥離液を用いて金属反射層ごと剥離する方法、(2)非露光部の感光層が支持体上から除去されている部分に屈折率の異なる樹脂をあるいは樹脂モノマーを充填させる方法などが挙げられる。
前記液体現像工程は、前記感光層の露光領域、若しくは未露光領域の感光層を、液体を用いて除去する工程である。該液体現像工程は、前記露光工程の後、光学調整部形成工程の一環として、もしくは光学調整部形成工程との間に行うことができる。
前記未硬化領域の除去方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、現像液を用いて除去する方法などが挙げられる。
前記現像液としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アルカリ性水溶液、水系現像液、有機溶剤などが挙げられ、これらの中でも、弱アルカリ性の水溶液が好ましい。該弱アルカリ水溶液の塩基成分としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、硼砂などが挙げられる。
前記第二の支持体形成工程は、前記支持体(第一の支持体)における第一の表面とは反対側に位置する面側に、少なくとも一層の第二の支持体を形成する工程である。該第二の支持体は、単層であってもよいし、二層以上の多層構造としてもよい。
前記第二の支持体の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シート状の第二の支持体を接着剤などにより第一の支持体に貼り付けてもよい。また、第二の支持体は、第一の支持体上に、樹脂を含む塗布液を塗布し、乾燥させることにより形成してもよいし、第一の支持体上に、光硬化性樹脂などを含む塗布液を塗布し、露光することで、前記光硬化性樹脂を硬化させることにより形成してもよい。
前記凹凸部を形成した支持体として、下記のようにしてプリズムシートを作製した。
〔プリズム層塗布液の調整〕
下記処方のプリズム層塗布液を調整した。
下記の組成物をミキシングタンクに投入し、50℃に加熱しながら攪拌して、各成分を溶解し、塗布液を調製した。なお、硬化後のプリズム層の屈折率は1.59であった。前記プリズム層の屈折率は、同一の液を平坦な塗布膜として形成し、プリズムカプラー屈折率測定機(SPA4000 Sairon Technology Inc.)により測定した。
・エベクリル3700(ダイセルUBC(株)製)・・・2.55質量部
・NKエステルBPE−200(新中村化学(株)製)・・・0.85質量部
・アロニックスM−110(東亞合成(株)製)・・・0.85質量部
・ニューフロンティアBR−31(第一工業製薬(株)製)・・・4.25質量部
・メチルエチルケトン・・・2.89質量部
・ルシリンTPO−L(BASF(株)製)・・・0.17質量部
両面に易接着処理を施した厚み7.6μmの透明PET製の支持体の第一の表面に、前記で調製したプリズム層塗布液を乾燥質量で14g/m2となるように塗布し、80℃で1分間乾燥させた後、該プリズム層を、頂角90°、ピッチ(底辺の長さ)50μmのストライプ状にプリズム形状が彫刻された金属の型(金型)に押し当てた。この押し当て状態で、前記PET製支持体における第一の表面とは反対側に位置する面側から、高圧水銀灯を用いて1,500mJ/cm2の露光量で露光し、金型を剥離し、プリズムシートA(凹凸部を形成した支持体)を得た。
両面に易接着処理を施した厚み25μmの透明PET製の支持体の第一の表面に、前記で調製したプリズム層塗布液を乾燥質量で14g/m2となるように塗布し、80℃で1分間乾燥させた後、該プリズム層を、頂角90°、ピッチ(底辺の長さ)50μmのストライプ状にプリズム形状が彫刻された金属の型(金型)に押し当てた。この押し当て状態で、前記PET製支持体における第一の表面とは反対側に位置する面側から、高圧水銀灯を用いて1,500mJ/cm2の露光量で露光し、金型を剥離し、プリズムシートB(凹凸部を形成した支持体)を得た。
下記処方のポジ型感光層用塗布液を調製した。
・フェノールノボラック樹脂(住友デュレズ(株)製、PR−50716、融点:76℃)・・・2.5質量部
・フェノールノボラック樹脂(住友デュレズ(株)製、PR−51600B、融点:55℃)・・・3.5質量部
・1,2−ナフトキノン(2)ジアジド−4−スルフォン酸クミルフェノールエステル・・・2.0質量部
・メチルエチルケトン・・・40質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート・・・20質量部
・界面活性剤(大日本インキ(株)製、メガファックF−176PF)・・・0.1質量部
下記処方のネガ型感光層用塗布液を調製した。
・ベンジルメタクリレート/メタクリル酸共重合体(モル比73/27)・・・100質量部
・ペンタエリスリトールテトラアクリレート・・・80質量部
・ルシリンTPO−L(BASF(株)製)・・・1.6質量部
・メチルエチルケトン・・・1,134質量部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート・・・486質量部
・界面活性剤(大日本インキ(株)製、メガファックF−176PF)・・・0.2質量部
下記処方で、光学調整部形成用の白色反射層用塗布液を調整した。
[ホワイト顔料分散母液の組成]
・ポリビニルブチラール(エスレックB BL−SH、積水化学工業(株)製)・・・2.7質量部
・ルチル型酸化チタン(JR805、テイカ(株)製、質量平均粒子径0.29μm)・・・35.0質量部
・分散助剤(ソルスパース20000、アビシア(株)製)・・・0.35質量部
・n−プロピルアルコール・・・62.0質量部
上記組成物を、アイガー社製モーターミルM50によりジルコニアビーズを用いて分散し、ホワイト顔料分散母液を調製した。
・上記で調製されたホワイト顔料分散母液・・・1,200質量部
・ワックス系化合物
ステアリン酸アミド(ニュートロン2、日本精化(株)製)・・・5.7質量部
ベヘン酸アミド(ダイヤミッドBM、日本化成(株)製)・・・5.7質量部
ラウリン酸アミド(ダイヤミッドY、日本化成(株)製)・・・5.7質量部
パルミチン酸アミド(ダイヤミンドKP、日本化成(株)製)・・・5.7質量部
エルカ酸アミド(ダイヤミッドL−200、日本化成(株)製)・・・5.7質量部
オレイン酸アミド(ダイヤミッドO−200、日本化成(株)製)・・・5.7質量部
・ロジン(KE−311、荒川化学(株)製、成分:樹脂酸80〜97%;樹脂酸成分:アビエチン酸30〜40%、ネオアビエチン酸10〜20%、ジヒドロアビエチン酸14%、テトラヒドロアビエチン酸14%)・・・80.0質量部
・界面活性剤(メガファックF−780F、固形分30%、大日本インキ化学工業社製)・・・16.0質量部
・n−プロピルアルコール・・・1,600質量部
・メチルエチルケトン・・・580質量部
下記組成のアルカリ現像液を調製した。
・炭酸ナトリウム・・・59質量部
・重炭酸ナトリウム・・・32質量部
・水・・・720質量部
・ブチルセロソルブ・・・1質量部
下記組成のアルカリ剥離液を調製した。
・1N水酸化ナトリウム水溶液・・・1,000質量部
・ブチルセロソルブ・・・1質量部
<白色反射シートの作製>
厚み20μmのPET製支持体上に、前記で調製した白色反射層塗布液を、乾燥膜厚が2μmになるように塗布し、100℃で2分間乾燥させ、白色反射シートを作製した。
実施例1では、後述するように、支持体を多層構造とし、これらの支持体の光の不通過部の一部に、光学調整部を複数形成している。
図6Aに示すように、前記で作製したプリズムシートA(凹凸部5を形成した支持体2a)の平坦な第二の表面4側に、前記で調製したネガ型感光層用塗布液(光硬化性樹脂液10)を、乾燥膜厚0.5μmになるように塗布し、100℃で2分間乾燥させ、支持体2aの第二の表面4上にネガ型感光層11を形成した。
次に、図6Bに示すように、支持体2aの凹凸部5を形成した第一の表面3側から、平行光線照射機(マスクアライメント装置M−2L、ミカサ(株)製)を用いて、平坦な第二の表面4の法線方向に平行に紫外線照射し、ネガ型感光層11を露光した。
ここで、図6Bにおいてハッチングで示す部分が、光の不通過部(光束密度の低い部分)6であり、ネガ型感光層11において、光の不通過部6に影響されない部分が硬化する。
次いで、前記で調製したアルカリ現像液を用いて、ネガ型感光層の非露光部を洗い流し、図6Cに示すように、第二の表面4に部分的にネガ型感光層11を有する支持体2aを得た。
引き続き、部分的にネガ型感光層11が形成された第二の表面4に、図6Dに示すように、金属アルミニウム(アルミニウム蒸着層12)を100nm蒸着し、引き続き、前記で調製したアルカリ剥離液を使用して、前記ネガ型感光層11を剥離し、図6Eに示すように、光の不通過部6にストライプ状にアルミニウム蒸着層12が形成された支持体2aを得た。該アルミニウム蒸着層12が、第1の光学調整部7aであり、その光反射率は、90%であった。
ここで、図6Gにおいてハッチングで示す部分が、光の不通過部(光束密度の低い部分)6であり、ネガ型感光層11において、光の不通過部6に影響されない部分が硬化する。
引き続き、部分的にネガ型感光層11が形成された第三の表面8に、図6Iに示すように、金属アルミニウム(アルミニウム蒸着層12)を100nm蒸着し、引き続き、前記で調製したアルカリ剥離液を使用して、ネガ型感光層11を剥離し、図6Jに示すように、光の不通過部6にストライプ状にアルミニウム蒸着層12が形成された支持体2bを得た。該アルミニウム蒸着層12が、第2の光学調整部7bであり、その光反射率は、90%であった。
前記部分的に光反射性を有する光学調整部7が複数形成された実施例1の光学シート(プリズムシート)を、液晶表示装置の液晶表示パネルに設置した。なお、その設置方向は、第1の方向と、立設された液晶表示パネルの垂直方向とが略一致するように設定した。
この液晶表示装置を用いて、正面を0°として、受光機を±90°操作し、光学シート1から出射される出射光角度分布(前記正面を基準とした角度(°)に対する光度(cd)分布)を測定したグラフを図8に示す。なお、前記光度は、単位立体角当りの(受光機で受け取った)光束量によって定義される。また、図8では、凹凸部が列設された方向における出射光角度分布だけでなく、凹凸部が列設された方向と直交する方向における出射光角度分布をも含めた平均の出射光角度分布も示した。また、下記のようにして、実施例1の光学シートを評価した。結果を表1に示す。
平面光源(FLR3:フナテック(株))上に、実施例1の光学シートを敷き、色彩輝度計(BM−7:トプコン(株))にて、輝度の測定を行った。光学シートのない光源のみの正面輝度を1としたときの、光学シートを敷いた場合の正面輝度の倍率を用いて輝度評価を行った。
◎: 1.8以上
○: 1.6以上、1.8未満
×: 1.6未満
実施例1の光学シートにおける正面輝度(受光機が受光する光度)が6,500cd/m2となるように冷陰極管に流れる電流値を調整した。そして、正面を0°として、受光機を±90°操作し、光学シート1から出射される出射光角度分布を測定し、±45°付近で一旦光度が落ちる現象が発生するか否かでサイドローブの影響を評価した。
なお、下記評価基準において、「従来」とは、「光学調整部」を有しない光学シートにおける光度を指す。
◎:±60〜70°付近における光度の上昇が、従来の1/2未満
○:±60〜70°付近における光度の上昇が、従来の1/2程度
△:±60〜70°付近における光度の上昇が、従来の3/4程度
×:±60〜70°付近で一旦光度が落ちる現象が発生する(従来と同等)
<光学シートの作製>
実施例1において、両面に易接着処理を施した透明PET製の支持体2aの厚みを7.6μmから、表1中「aの寸法」に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして、複数の光学調整部が形成された実施例3〜12の光学シート1(プリズムシート)を作製した。
なお、参考例2〜6、9〜11、実施例7及び8では、支持体2の厚さ方向における第2の光学調整部7bの設置深さは実施例1と同じくし、第1の光学調整部7aと、第2の光学調整部7bとの距離(支持体2の厚さ方向における間隔)をそれぞれ異ならせた。
また、参考例2〜6、9〜11、実施例7及び8の光学シート(プリズムシート)を液晶表示装置の液晶表示パネルに設置し、実施例1と同様にして光学シート1から出射される出射光角度分布を測定したグラフを図9〜14に示すと共に、光学シートの評価を行なった。該評価結果を表1に示す。
<光学シートの作製>
比較例1の光学シートとして、前記で作製したプリズムシートBをそのまま用いた。
比較例1の光学シート(プリズムシート)を液晶表示装置の液晶表示パネルに設置し、実施例1と同様にして光学シート1から出射される出射光角度分布を測定したグラフを図8に示すと共に、光学シートの評価を行なった。該評価結果を表1に示す。
<光学シートの作製>
図7Aに示すように、前記で作製したプリズムシートB(凹凸部5を形成した支持体2)の平坦な第二の表面4(凹凸部5が形成された第一の表面とは反対側に位置する面)側に、前記で調製したポジ型感光層用塗布液を、乾燥膜厚が0.5μmになるように塗布し、100℃で2分間乾燥させ、前記支持体2の第二の表面4上にポジ型感光層10を形成した。
次に、図7Bに示すように、前記支持体2の凹凸部5を形成した第一の表面3側から、平行光線照射機(マスクアライメント装置M−2L、ミカサ(株)製)を用いて、平坦な前記第二の表面4の法線方向に平行に紫外線照射し、前記ポジ型感光層を露光した。図7Bにおいてハッチングで示す部分が、光の不通過部(光束密度の低い部分)6である。
次いで、前記で調製したアルカリ現像液を用いて、ポジ型感光層の露光部を洗い流し、図7Cに示すように、支持体2の第二の表面4であって光の不通過部6に、部分的にポジ型感光層10を有する支持体2を得た。
上記部分的にポジ型感光層10を有する支持体2の、前記ポジ感光層10が形成された第二の表面4に、前記で作製した白色反射層13を設けた白色反射シート14を、粘着性を有する前記ポジ型感光層10に第二の表面4に白色反射層13が接触するように配置し、ラミネート装置にて熱ラミネート(速度:0.5m/min.加熱温度:80℃)した。
その後、白色反射シート14を支持体2から剥離することにより、前記ポジ型感光層10の形成部にストライプ状に、白色反射層13が転写された支持体2を得て、比較例2の光学シート1を形成した。白色反射層13が、光学調整部7であり、その光反射率は、75%であった。
比較例2の光学シート(プリズムシート)を液晶表示装置の液晶表示パネルに設置し、実施例1と同様にして光学シート1から出射される出射光角度分布を測定したグラフを図9〜14に示すと共に、光学シートの評価を行なった。該評価結果を表1に示す。
特に、第1の光学調整部7aの設置位置を基準にした第2の光学調整部7bの位置が、a/b=0.3〜0.5を満たす実施例1、及び実施例7〜8においては、サイドローブがより軽減され、a/b=0.3を満たす実施例8では、サイドローブの発生が更に軽減されていることが確認された。
ここで、サイドローブ光の影響を確認し易い出射角度70°近傍における実施例1、7、8、参考例2〜6及び9〜11、及び比較例1〜2の光度の分布を図15に示す。図15に示すように、第2の表面と第2の光学調整部との距離を44.7μmとした実施例1におけるサイドローブ光の光度が特に低くなっており、光学シート内において第2の光学調整部の位置をこのように設定した実施例1では、サイドローブ光の軽減効果が顕著であることが明らかとなった。
これらの実施例及び参考例に対して、光学調整部が形成されていない比較例1の光学シートでは、サイドローブと呼ばれるプリズムシートの法線方向からプリズム稜線と直交する方向に約70°傾いた角度に見られる出射光が多く、正面(プリズムシートの法線方向)輝度が低いものであった。
また、光学調整部が1つのみ形成された比較例2の光学シートでは、構造も簡単で、比較例1よりも正面(プリズムシートの法線方向)輝度が高く、プリズムシートの法線方向からプリズム稜線と直交する方向に約70°傾いた角度におけるサイドローブも若干抑えられ、実用には十分であるが、正面輝度、及びサイドローブの低減においては本発明の光学シートほどの効果を得ることができなかった。
2 支持体
2a 支持体
2b 支持層
3 第一の表面
4 第二の表面
5 凹凸部
6 不通過部
7a 第1の光学調整部
7b 第2の光学調整部
8 第三の表面
9 第四の表面
10 ポジ型感光層
11 ネガ型感光層
12 アルミニウム蒸着層
13 白色反射層
14 白色反射シート
80 プリズムシート製造装置
81 シート供給手段
82 塗布手段
83 エンボスロール
84 ニップロール
85 樹脂硬化手段
86 剥離ロール
87 保護フィルム供給手段
88 シート巻取り手段
89 乾燥手段
W 支持体
Claims (12)
- 本質的に可視光吸収性のない材料により形成された光学シートであって、
光を集光乃至散乱させる凹凸部が形成された第一の表面を有する支持体と、
該支持体とは光学的性質の異なる少なくとも第1の光学調整部及び第2の光学調整部と、を有してなり、
前記第一の表面側から、該第一の表面とは反対側に位置する面の法線方向に平行な光を入射した際の、前記支持体における該光の不通過部の少なくとも一部に、前記第1の光学調整部と前記第2の光学調整部が、前記支持体の厚さ方向に形成され、前記第一の表面から前記第1の光学調整部までの距離をaとし、前記第2の光学調整部から前記第1の光学調整部までの距離をbとしたとき、a/bの比が0.3〜0.5であることを特徴とする光学シート。 - 光学的性質が、光反射性である請求項1に記載の光学シート。
- 光学的性質が、光拡散性である請求項1に記載の光学シート。
- 光学的性質が、屈折率差である請求項1に記載の光学シート。
- 支持体が、2層以上の多層構造である請求項1から4のいずれかに記載の光学シート。
- 凹凸部が、プリズム構造である請求項1から4のいずれかに記載の光学シート。
- 凹凸部が列設された方向におけるプリズム構造の断面形状は、頂角が60〜120°の二等辺三角形状である請求項6に記載の光学シート。
- 請求項1から7のいずれかに記載の光学シートの製造方法であって、
光を集光乃至散乱させる凹凸部が少なくとも第一の表面に形成された支持体の、前記第一の表面とは反対側に位置する第二の表面に、感光層を形成する第1の感光層形成工程と、
前記支持体の第一の表面側から、前記第二の表面の法線方向に平行な光を入射して前記感光層を露光する第1の露光工程と、
前記感光層の非露光部であって、前記支持体に、該支持体とは光学的性質の異なる第1の光学調整部を形成する第1の光学調整部形成工程と、
前記第二の表面に、前記支持体と光学的性質が略同じ支持層を形成し、該支持層における前記第二の表面とは反対側に位置する第三の表面に、感光層を形成する第2の感光層形成工程と、
前記支持体の第一の表面側から、前記第二の表面の法線方向に平行な光を入射して前記感光層を露光する第2の露光工程と、
前記感光層の非露光部であって、前記支持体に、該支持体とは光学的性質の異なる第2の光学調整部を形成する第2の光学調整部形成工程と、
を含むことを特徴とする光学シートの製造方法。 - 第三の表面に、前記支持体と光学的性質が略同じ支持層を形成する請求項8に記載の光学シートの製造方法。
- 感光層が、ポジ型感光層であって、現像により露光部の感光層を除去し、非露光部の感光層の少なくとも一部に複数の光学的調整部を形成した請求項8から9のいずれかに記載の光学シートの製造方法。
- 感光層が、ネガ型感光層であって、現像により非露光部の感光層を除去し、該感光層の除去された領域の少なくとも一部に、複数の光学的調整部を形成した請求項8から9のいずれかに記載の光学シートの製造方法。
- 感光層が、光硬化型のポジ型感光層であって、露光による粘着性の変化を利用して、非露光部の感光層の少なくとも一部に複数の光学的調整部を形成した請求項8から9のいずれかに記載の光学シートの製造方法。
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