JP2009058658A - 光学シート - Google Patents

Abstract

【課題】高アスペクト比のプリズム列を微細ピッチに並列させた光透過層を有する光学シートを、熱可塑性樹脂を用いて低コストにかつ安定した光学特性に製造する。
【解決手段】先端に向かって幅狭となるプリズム列１１が並列した光透過層１０を有する光学シート１において、そのプリズム列１１の上面１２と斜面１３との交部に、曲率半径Ｒ＝３μｍ〜３０μｍの丸みをもたせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイ用フィルター、視野角制御シート、光拡散シート等の光学シートに関する。

外光反射を抑制して画像のコントラストを改善したり、視野角を拡大又は制限したりするディスプレイ用フィルター、視野角制御シート、光拡散シート等の光学シートとして、断面略台形形状のプリズム列を並列させた光透過層を有するものが使用されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

このような光学シートでは、映像の高精細化に対応して、プリズム列の配列ピッチを１ｍｍ以下の微細ピッチとすることが好ましく、また、視野角制御効果を大きくする場合にはプリズム列の幅に対する高さ（以下、アスペクト比という）を高くすることが望まれる場合がある。

一方、このような光学シートの光透過層の製造方法としては、成形用金型と紫外線硬化樹脂を用いた２Ｐ成形法（Photo Polymerization）（特許文献３）が知られている。

特開2006-189867号公報 特開2006-343711号公報 特開2000-352068号公報

光透過層を２Ｐ成形法で製造すると、紫外線硬化樹脂が高価であるため、コスト高となる。

これに対し、熱可塑性樹脂を用いた押出成形法によれば比較的安価に光透過層を製造できるが、プリズム列を微細ピッチかつ高いアスペクト比に製造する場合には、金型からの形状の転写性能の低さが問題となる。

即ち、溶融樹脂が金型の奥まで充分に充填されず、成形された光学シートのプリズム列の肩部に形状ムラが生じてしまう。

また、プリズム列の肩部では溶融樹脂が金型に密着しないので、密着している他の部分との表面粗さが異なる。そのため、光透過層のプリズム列側表面に遮光材料を積層後、プリズム列の上の余分な遮光材料を掻き取ることによりプリズム列同士の間の溝に遮光材料等を充填した場合に、表面粗さのムラに起因して掻き取りムラが生じてしまう。

そして、このような肩部の形状ムラや遮光材料の掻き取りムラにより、筋状のムラが観察されるなど、光学特性や外観が低下する。

これに対し、本発明は、高アスペクト比のプリズム列を微細ピッチに並列させた光透過層を有する光学シートを、熱可塑性樹脂を用いて低コストにかつ安定した光学特性に製造できるようにすることを目的とする。

本発明者は、プリズム列を並列させた光透過層を有する光学シートを製造するにあたり、プリズム列の肩部分を許容できる範囲で丸めた設計とすると、型抜きが容易となり、金型からの転写性能も向上して得られるプリズム列の肩部分の形状ムラや表面粗さのムラが低減し、光学性能や外観が安定することを見出した。

即ち、本発明は、先端に向かって幅狭となるプリズム列が並列した光透過層を有する光学シートであって、プリズム列の上面と斜面との交部が、曲率半径３μｍ〜３０μｍの丸みを有する光学シートを提供する。

また、本発明は、この光学シートの光透過層の成形用金型として、金型表面に、溝底面に向かって幅狭となる溝が並列しており、溝底面と溝斜面との交部が、曲率半径３μｍ〜３０μｍの丸みを有する金型を提供する。

さらに、本発明は、この光学シートの製造方法として、その光透過層を、上述の金型を用いて熱可塑性樹脂を押出成形により製造する方法を提供する。

本発明の光学シートはプリズム列が並列した光透過層を有し、このプリズム列の上面と斜面との交部が、曲率半径３μｍ〜３０μｍの丸みを有するので、この光透過層を、金型を用いて熱可塑性樹脂から成形するにあたり、アスペクト比を高くしても、微細ピッチにしても、所期の形状に成形することが可能となる。

そのため、光透過層を、熱可塑性樹脂を用いて安価に製造しても、プリズム列の肩部の形状ムラに起因する光学特性の低下や外観の低下をなくすことが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

図１は、本発明の光学シート１の一態様の斜視図であり、図２は、その光透過層１０のｘ−ｘ断面図である。

この光学シート１は、ディスプレイ用フィルター、視野角制御シート、光拡散シート等として使用できる光学シート１であって、光透過層１０と遮光部２０を有している。

光透過層１０は、先端に向かって幅狭となるプリズム列１１が片面に並列した形態を有している。

図２に示すように、この光透過層１０の片面に並列しているプリズム列１１は、その並列方向の断面が略台形である。そしてプリズム列の上面１２と斜面１３との交部である肩部１４が、曲率半径Ｒ＝３μｍ〜３０μｍの丸みを有している。このように肩部１４に丸みをもたせることにより、光透過層１０を金型で成形する場合に、金型の奥まで溶融樹脂を充填し、金型と溶融樹脂とを密着させることができ、また、金型からの抜きも容易となる。したがって、肩部１４に形状ムラや表面粗さのムラが生じることを防止でき、光透過層１０に安定した光学性能や外観を付与することができる。

これに対し、曲率半径Ｒが小さすぎると、肩部１４に丸みをもたせることによる上述の効果を得られない。反対に、曲率半径Ｒが大きすぎると、ピッチＰに対する肩部１４の割合が大きく、肩部１４を通過した光が拡散する割合が大きくなるため、光学シート１をディスプレイ用フィルター、視野角制御シートに使用した場合に映像がぼけるなどの不具合を生じる。またプリズム列の並列面側に遮光材料を塗布し、プリズム列の上面上の遮光材料を掻き取り、プリズム列同士の間の溝の遮光材料を固定して遮光部を形成する場合に、掻き取り具を押し当てる力のムラによって遮光層幅のムラが生じやすいという不具合を生じる。

曲率半径Ｒの好ましい大きさは、プリズム列１１のピッチＰによって異なり、ピッチＰが３００μｍを超える場合には、
曲率半径Ｒ ＝Ｐ×０．０１（μｍ）〜Ｐ×０．２（μｍ） 式（１）
とし、ピッチＰが３００μｍ以下の場合には、
曲率半径Ｒ ＝Ｐ×０．０２（μｍ）〜Ｐ×０．１５（μｍ） 式（２）
とすることが好ましい。
加工精度の点から、より好ましい曲率半径Ｒは５μｍ〜２０μｍである。

プリズム列１１のピッチＰは、５００μｍより大きいと、ピッチＰに対する肩部１４の割合が小さくなり、肩部１４に丸みをもたせることによる上述の効果を得にくくなるので、５００μｍ未満とすることが好ましく、特に映像の高精細化に対応するため３００μｍ以下が好ましい。また、金型製作精度や成型加工精度の点から、ピッチＰは３０μｍ以上が好ましい。

プリズム列１１の高さＬ5と底面幅Ｌ1 との比（アスペクト比＝Ｌ5/Ｌ1）は、制御したい視野角や成形の容易さの点から適宜設定するが、この比が高い程、肩部１４に丸みをもたせる本発明の効果が顕著となるので、０．８以上が好ましく、１以上がより好ましい。また、この光透過層１０を成形する金型の耐久性や成形性の点から３以下が好ましい。

プリズム列１１同士の間の断面略楔形の溝１５の底面１６の幅Ｌ2 は、光透過層１０の金型の耐久性の点から２μｍ以上が好ましく、熱可塑性樹脂の形状転写安定性の点から２０μｍ以下とすることが好ましい。また、金型の耐久性の点から、この底面１６とプリズム列１１の斜面１３との交部に丸みをもたせてもよい。

プリズム列１１の上面幅Ｌ3 は、光利用効率及び視野角制御能力の点からプリズム列１１のピッチＰの３０〜９０％とすることが好ましい。ここで上面幅Ｌ3 とは、図２に示すように、プリズム列１１の断面において、上面１２の外挿線と斜面１３の外挿線との交点から求められる幅である。

プリズム列１１の斜面１３と光透過層１０の法線とのなす角度θは、光学シート１の使用目的や、金型製造及び金型からの抜きの容易さなどによって適宜定めるが、例えば、遮光部２０を観察者側に向けてディスプレイの前面に配置するディスプレイ用フィルター、視野角制御シート又は光拡散シートとして使用する場合には、３°〜３０°とすることが好ましい。この角度θが小さすぎると光透過層１０の成形用金型の耐久性に不具合が生じたり、金型と成型品との離型性に不具合が生じる場合がある。反対に、角度θが大きすぎると好ましい視野角を得られない場合がある。なお、プリズム列１１の斜面１３が屈曲していたり、丸みをもっていたりする場合には、斜面１３の角度θの最も小さい部分を上述の角度範囲とすればよい。

光透過層１０の断面形状については、図３Ａに示すように、プリズム列１１を連続させて、プリズム列１１同士の間に断面楔形の溝が形成されるようにしてもよく、図３Ｂに示すように、プリズム列１１を、所定間隔を開けて並列させ、プリズム列１１同士の間に断面台形の溝が形成されるようにしてもよい。

また、図３Ｃに示すようにプリズム列１１の上面１２を屈曲させたり、図３Ｄに示すように斜面１３を屈曲させたりしてプリズム列１１の断面形状を台形より多角形化してもよく、図３Ｅに示すように斜面１３を湾曲させてもよい。プリズム列１１の上面１２を屈曲させる場合、その屈曲面をシート面に対し４５°以内とする事が好ましい。この角度が大きすぎると、ピッチＰに対する肩部１４の割合が大きくなる場合と同様の不具合を生じる場合があるためである。

光透過層１０の層厚Ｌ6 は、押出成形によりそのプリズム列１１を高アスペクト比に成形する場合に、プリズム列１１の転写性能に影響する重要な要素となる。そのため、層厚Ｌ6 は、プリズム列１１の高さＬ5 の約１．５〜３．５倍が好ましい。

光透過層１０の構成材料は、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂等からなる熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂等とすることができるが、コストの点から熱可塑性樹脂とすることが好ましい。

光透過層１０を成形する金型としては、上述のプリズム列１１の配列と逆形状に凹凸を配列した金型を使用する。図４は、かかる金型３０の断面図である。したがって、この金型３０の表面には、溝底面３２に向かって幅狭となる溝３１が形成されており、溝底面３２と溝斜面３３との交部が丸みを有し、その曲率半径Ｒは、３μｍ〜３０μｍとなっている。

光透過層１０の成形用金型３０は、平板状としてもよいが、図５に示すように、溝３１をロールの周方向に形成した押出成形用のロール成形金型３０ｂとすることが好ましい。これにより、熱可塑性樹脂を用いて効率よく光透過層１０を成形することができる。

なお、金型３０自体の製造方法は、銅、黄銅等からなる金型材料を、常法により切削バイト等で切削して製造することができる。

一方、遮光部２０は、光透過層１０のプリズム列１１同士の間の断面略楔形の溝に遮光材料を充填し、固定したものである。

遮光材料としては、樹脂微粒子、ガラス微粒子、金属酸化物微粒子、各種顔料等の光拡散剤を混合した白色インクや、カーボン粒子等の黒色粉末、黒色色素等の光吸収剤を混合した黒インク等を使用することができる。なお、外光コントラストの改善を目的としない場合には、遮光材料は、白色であってよい。

また、インクバインダーとしては、紫外線硬化樹脂、樹脂を溶剤で溶解した接着剤組成物、熱硬化性樹脂等を使用することができ、遮光部２０に付与する屈折率等に応じて適宜選択する。

即ち、遮光部２０の屈折率を光透過層１０の屈折率より低くすることにより、図６Ａに示すように、遮光部１０とプリズム列１１との界面の全反射を利用して、光利用効率を高めることができ、また、図６Ｂに示すように、光拡散効果を向上させることができる。

逆に、遮光部２０とプリズム列１１との界面で反射した光によりいわゆる二重像などの不具合を生じる場合は、遮光部２０の屈折率を光透過層１０の屈折率と略同等あるいはそれ以上とすることが好ましい。

したがって、光透過層１０に対する遮光部２０の屈折率は、光学シート１の用途等に応じて適宜定める。

遮光部２０の形成方法としては、光透過層１０の成形後、そのプリズム列１１の並列面側に遮光材料を塗布し、プリズム列１１同士の間の溝１５に遮光材料が残るように、プリズム列１１の上面１２上の余分な遮光材料をゴム製ヘラ、金属製ブレード、金属製ローラー等を用いて掻き取ることが好ましい。これにより、遮光部２０の幅や深さを一様に安定した大きさに形成することができる。

この他、遮光部２０の形成方法としては、接着材を兼ねた遮光材料をプリズム列１１の並列面側に塗布した後、塗布面に光透過性シートを重ね合わせ、プリズム列１１の頂部が光透過性シートと略接する状態に圧して貼り合わせてもよい。

光透過層１０の遮光部２０側、その反対側、又は双方には、必要に応じて光拡散性粒子を分散させた光拡散シート、着色シート、防眩シート等を配置してもよい。

図７に示すように、本発明の光学シート１は、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等のディスプレイパネル４０の前面に装着して、あるいは背面投写型スクリーンとして用いることができる。その場合、光学シートの装着方向は、外光コントラストの向上、映像光の拡散、視野角制御などの目的に応じて、プリズム列を観察者側に向けたり映像光源側に向けたりすればよい。

実施例１（光拡散シートの製造）
図４の断面形状を有する溝３１を備えた表面が銅製のロール成形金型３０を製造した。この場合、溝３１の寸法は次の通りとした。

底面幅Ｌ3：７４μｍ
開口幅Ｌ1：１０１μｍ
深さＬ5：１２８μｍ
溝底面３２の法線と溝斜面３３との角度θ：６°
曲率半径Ｒ：１３μｍ
ピッチＰ：１０６μｍ

このロール成形金型を用いて、メタクリル・スチレン共重合体樹脂を押し出し成形し、図２の断面形状を有する光透過層１０を成形した。

次いで、平均粒径５μｍのカーボン粒子を５重量％含有するアクリル系紫外線硬化樹脂からなる黒インクを光透過層１０のプリズム列側の全面に塗布し、その後、金属製ロールを用いてプリズム列１１同士の間の略楔形の溝に充填されているもの以外の黒インクを掻き取り、紫外線を照射して黒インクを硬化させることにより遮光部２０を形成し、光拡散シートを得た。

この光拡散シートの厚みは２３０μｍであった。また、その断面形状を測定した結果、プリズム列の肩部１４の曲率半径Ｒは１３〜１５μｍであり、黒インクの深さは１０５〜１１０μｍであった。

比較例１
ロール成形金型として溝底面と溝斜面との交部に丸みのないものを使用した以外は実施例１と同様にして光拡散シートを製造した。

得られた光拡散シートの光透過層のプリズム列の肩部の曲率半径Ｒは６〜１５μｍであり、黒インクの深さは１０５〜１１５μｍであった。

比較例２
ロール成形金型として溝底面と溝斜面との交部の丸みの曲率半径Ｒが３５μｍのものを使用した以外は実施例１と同様にして光拡散シートを製造した。

得られた光拡散シートの光透過層のプリズム列の肩部の曲率半径Ｒは３５〜３７μｍであり、黒インクの深さは９０〜１１０μｍであった。

評価
５０インチのプラズマディスプレイ前面に実施例１及び比較例１，２の光拡散シートを装着し、室内光の照明の下で映像を観察した。この場合、光学シートの装着方向は、そのプリズム列が水平方向に延在する向きとし、黒インクを塗布した側を観察者側に向けた。
結果を表１に示す。

表１の通り、実施例１の光拡散シートをプラズマディスプレイに装着した場合には、外観、外光コントラストとも良好であった。これに対し、比較例１では、外光コントラストは良好であったが、特に、上下斜め方向から観察したときに白黒ランダムな筋状のムラが目立ち、外観に問題があった。比較例２では、外光コントラストがやや不良であり、また、上下斜め方向から観察したときに白い筋状のムラが目立ち、外観に問題があった。

本発明は、ディスプレイ用フィルター、視野角制御シート、光拡散シート等の光学シート及びその製造技術として有用である。

光学シートの斜視図である。 光透過層の断面図である。 光透過層の断面図である。 光透過層の断面図である。 光透過層の断面図である。 光透過層の断面図である。 光透過層の断面図である。 金型の断面図である。 押出成形用金型の斜視図である。 視野角制御シートとして使用する場合の光線図である。 光拡散シートとして使用する場合の光線図である。 光学シートの使用方法の説明図である。

符号の説明

１ 光学シート
１０ 光透過層
１１ プリズム列
１２ 上面
１３ 斜面
１４ 肩部
１５ 溝
１６ 底面
２０ 遮光部
３０ 金型
３１ 溝
３２ 溝底面
３３ 溝斜面
４０ ディスプレイパネル
Ｐ プリズム列のピッチ
Ｒ プリズム列の肩部の曲率半径

Claims (11)

1. 先端に向かって幅狭となるプリズム列が並列した光透過層を有する光学シートであって、プリズム列の上面と斜面との交部が、曲率半径３μｍ〜３０μｍの丸みを有する光学シート。
2. プリズム列の並列方向の断面が略台形である請求項１記載の光学シート。
3. プリズム列同士の間に遮光部を有する請求項１又は２記載の光学シート。
4. プリズム列の底面幅に対する高さの比が０．８以上である請求項１〜３のいずれかに記載の光学シート。
5. プリズム列の斜面と光透過層の法線とのなす角度θが３°〜３０°である請求項１〜４のいずれかに記載の光学シート。
6. プリズム列のピッチが５００μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の光学シート。
7. 光透過層が熱可塑性樹脂からなる請求項１〜６のいずれかに記載の光学シート。
8. 先端に向かって幅狭となるプリズム列が並列した光透過層を成形する金型であって、金型表面に、溝底面に向かって幅狭となる溝が並列しており、溝底面と溝斜面との交部が、曲率半径３μｍ〜３０μｍの丸みを有する金型。
9. 溝がロールの周方向に形成されている請求項８記載の金型。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の光学シートの製造方法であって、その光透過層を、請求項９記載の金型を用いて熱可塑性樹脂の押出成形により製造する光学シートの製造方法。
11. 光透過層を製造後、そのプリズム列の並列面側に遮光材料を塗布し、プリズム列の上面上の遮光材料を掻き取り、プリズム列同士の間の溝の遮光材料を固定して遮光部を形成する請求項１０記載の光学シートの製造方法。