JPH09159810A - 光制御シートおよびこれを備えた面状発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示素子等に用いた場合に正面方向が充
分明るくなるような集光性と、ある程度の視野角度範囲
内であれば均等に明るく見えるという拡散性とを兼ね備
え、且つキズ等の外観欠陥の視認を防止した光制御シー
ト、およびこれを備えた面状発光装置を提供する。 【解決手段】 光制御シート31は、ロール表面に陽極酸
化処理が施されたアルミニウム製エンボスロール12を用
いて成形され、上面32が、規則的な多数の略平行な波型
を有し、その波型に中心線平均粗さＲａが０．１μｍ〜
１μｍとなるような微細な凹凸加工が施されている構造
面であり、下面36が、光学的な平面または該平面に微細
な凹凸加工が施されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光制御シート、お
よびこれを備えた面状発光装置に関する。

【０００２】本明細書において、「アルミニウム」とは
純アルミニウムのみならずアルミニウム合金をも意味す
ることとする。また、本明細書において、「シート」と
は、厚みによって定義される厳密な意味でのシートのみ
ならず、通常フィルムと呼ばれる薄手のものも含むこと
とする。

【０００３】

【従来の技術】パーソナルコンピュータや液晶テレビ等
において、液晶表示画面は自家発光性を有しないので、
視認性を高めるためには他からの照明を必要とし、その
ため、液晶表示素子の背面から光を当てる光源ユニット
（以下バックライトユニットという）が考案された。

【０００４】バックライトユニットは、その開発当初に
おいては螢光ランプ等の光源を液晶表示素子の背面に直
接配した構造をとっていたが、最近では全ユニットの厚
みを薄くして機器の小型化を図るために、光源を液晶表
示素子の少なくとも一側面に配したエッジライト方式と
いう構造をとることが多い。

【０００５】エッジライト方式の面状光源装置は、図７
に示す基本構造を有する。すなわち、この装置では、光
源としての螢光管21は、透明板からなる導光板22の一側
面に配されている。導光板22の背面には塗料のドットパ
ターン24が形成されている。ドットパターン24は、側面
の螢光管21から入射した光を、画面のどの位置からも均
等に出射させるために導光板22の背面に形成された光散
乱性の印刷パターンであり、疑似光源と呼ばれるもので
ある。導光板22の後側には反射板25が配されている。

【０００６】螢光管21から発せられた光線は、導光板端
面23より導光板内部に進入し、その背面のドットパター
ン24によって乱反射され、導光板表面より前方へ出射さ
れる。導光板22の表面より出射された光線の各出射角度
における強度分布、すなわち出射光パターン26を図８に
示す。図８では、出射光のほとんどは、導光板22の法線
方向から大きくはずれた方向へ出射され、またその分布
も著しく急峻である。このため、通常、導光板22の法線
方向より観察する使用者にとっては液晶表示画面が非常
に暗い画面となってしまう。

【０００７】この欠点を克服するため、図９に示すよう
に、導光板22の表面上に光拡散シート27を設置する方法
が考案された。光拡散シート27は、透明なガラスまたは
プラスチックシートの表面に無機または有機の光拡散剤
を塗布したものや、透明プラスチックシートの表面にマ
ット加工やシボ加工などにより粗度Ｒａ＝１００〜１５
０μｍ程度の微細なランダム凹凸面を形成したものであ
る。この光拡散シート27を使用した場合の光線の各出射
角度における強度分布、すなわち出射光パターン28を図
９に示す。図９では、図８に比較して法線方向への光線
の出射が増加していることが分かる（特開昭６０−４６
５０３号公報参照）。

【０００８】しかしながら、光拡散剤を用いた光拡散シ
ート27では、使用者に不用な方向への光線の出射が依然
として多く、また、光拡散シート27と導光板22の界面で
の乱反射による光線の損失も無視できない。そのため、
これをバックライト方式の液晶表示素子の照明装置に用
いた場合、正面方向への出射光量があまり多くない。ま
た、ランダム凹凸面を形成した光拡散シートでは、光拡
散剤を用いたシートよりは集光性に優れるが、最近のバ
ックライトの高輝度化等の要求に対しては完全なものと
はいえない。

【０００９】さらにこれらの欠点を改善する方法とし
て、前記光拡散シートに代え、図１０に示す構成のプリ
ズムシート29を用いることが試みられている。プリズム
シート29は片面に多数の小さなプリズムを並列状に並べ
たものであり、これに入射した光線を屈折あるいは反射
させる機能を有する光学機能シートである。このプリズ
ムシート29を用いた場合の光線の各出射角度における強
度分布、すなわち出射光パターン30では、図１１に示す
ように、法線方向への光線の出射が著しく増加してい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、出射光の指向性が強すぎるため視野角度が非常に狭
く、使用者の位置が僅かでも移動すると、観察される輝
度は急激に低下する。また、このようなプリズムシート
29は、表面光沢に優れるという特性を有するため、キズ
や付着異物による外観欠陥が発生し易い等の欠点をも
つ。

【００１１】本発明の課題は、上記の点に鑑み、液晶表
示素子等に用いた場合に正面方向が充分明るくなるよう
な集光性と、ある程度の視野角度範囲内であれば均等に
明るく見えるという拡散性とを兼ね備え、且つキズ等の
外観欠陥の視認を防止した光制御シート、およびこれを
備えた面状発光装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による光制御シー
トは、ロール表面に陽極酸化処理が施されたアルミニウ
ム製エンボスロールを用いて成形され、一方の面が、規
則的な多数の略平行な波型を有し、その波型に中心線平
均粗さＲａが０．１μｍ〜１μｍとなるような微細な凹
凸加工が施されている構造面であり、他方の面が、光学
的な平面または該平面に微細な凹凸加工が施されたもの
であることを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明による面状発光装置は、上記
の光制御シートを備えたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による光制御シートの一方
の面において、規則的な多数の略平行な波型よりなる構
造面は、集光機能に寄与する。また、微細な凹凸面より
なる構造面は、光拡散機能に寄与する。

【００１５】波型としては、以下のようなものが例示さ
れる。

【００１６】ａ）横断面正弦波型のような規則的な波
型、 ｂ）プリズムシート（頂角略９０度）のように、横断面
略直角三角形の山部。

【００１７】ここで、ｂ）の山部の頂および隣り合う山
部同士の間の谷には、やや丸みをつけるようにしてもよ
いが、その度合があまり大きすぎると集光機能を低下さ
せるので、曲率半径２５μｍ以下とするのが好ましい。

【００１８】本発明による光制御シートにおいて、一方
の面の規則的な多数の略平行な波型の傾斜面が他方の面
となす角度は、シートの集光機能に寄与するため、用途
に応じて適宜設定する必要がある。例えば、液晶表示画
面のように明るさを必要とする用途に用いられる光制御
シートの場合、上記傾斜角度は、好適には４０度〜５０
度となされる。

【００１９】また、規則的な多数の略平行な波型の相互
間ピッチは、狭ければ狭いほど液晶表示画面の画質を向
上させることができ、好適には１５０μｍ以下、さらに
好適には１００μｍ以下となされる。

【００２０】拡散機能に寄与する形状としては、規則的
な多数の略平行な波型を有する面に微細な凹凸による極
薄のマット加工が施されている状態が好適である。マッ
ト濃度は、拡散機能に寄与するため、シートの用途に応
じて適宜に設定する必要がある。このマット濃度は、シ
ート表面の中心線平均粗さＲａにより定量化可能であっ
て、Ｒａ＝０．１μｍ〜１μｍの範囲であるのが好まし
い。Ｒａが小さいほど法線方向の輝度が向上するが、Ｒ
ａが０．１μｍ未満になると極端に光沢を有することに
なってギラツキが生じ、また、外観欠陥を生じ易い。逆
に、Ｒａが大きいほど視野角度が広がり、外観欠陥の発
生を抑えられるが、Ｒａが１μｍを越えると法線方向の
輝度が低下してしまう。

【００２１】本発明において、シートの一方の面に上記
マット加工を施す方法は、ロール表面に陽極酸化処理が
施されたアルミニウム製エンボスロールを用いてシート
成形を行うものである。

【００２２】通常、エンボスロールは、ロール本体と、
これの両端中心部に突出状に設けられた軸芯とからな
り、ロール本体は、表面に所要の彫刻形状を有するロー
ル外筒部と、その内側のロール芯部とからなる。該ロー
ル本体は、ロール外筒部とロール芯部とが同一素材から
なる一体物となっていてもよい。

【００２３】ロール本体のロール芯部および軸芯の素材
は、一般に金属ロールの軸芯として用いられるものであ
ればよく、特に限定されない。例えば、ＪＩＳ Ｈ００
０１に示されるアルミニウム合金や鋼材、ステンレス鋼
材等の鉄系素材が適宜選択される。

【００２４】他方、ロール外筒部には、素材として６０
００系合金や７０００系合金等のアルミニウムが用いら
れ、且つその表面に陽極酸化処理が施される。アルミニ
ウムを素材とすることにより、軽量で作業時の扱いが容
易となり、精緻な彫刻形状の加工性を得ることができ
る。また、その表面に陽極酸化処理が施されることによ
り、ロール表面の耐磨耗性、耐腐食性、耐擦傷性が向上
するとともに、酸化や汚れによるムラ模様が視認される
ことがないので、同ロールを用いて得られる型押し成形
シートにキズや付着異物による外観欠陥が生じることを
防止できる。

【００２５】ロール外筒部の表面に施される陽極酸化処
理の方法としては、例えば、電解液として硫酸、蓚酸、
クロム酸、リン酸、有機酸等を用いた陽極酸化法が挙げ
られる。表面処理によるマット濃度は、酸が濃い程濃く
なる。シート表面に光沢が要求されるときには、蓚酸を
用いた陽極酸化法が好適に用いられる。

【００２６】このようなエンボスロールを用いてシート
成形を行なうことにより、シートの一方の面に、上記の
条件を満たす良好なマット調の表面形状が得られる。

【００２７】構造面の反対側の面は概ね平面であればよ
い。概ね平面とは、光学的に平面であるか、もしくは該
平面に微細な凹凸加工が施されている面をいう。この凹
凸加工の代表例はマット加工である。マットの粗度およ
び加工方法は特に限定されないが、該平面の表面粗度が
大きいほど正面輝度が低下するので、用途に応じて適宜
設定する。該平面の表面粗度は、好適にはＲａ＝０．０
３μｍ〜０．９μｍの範囲である。

【００２８】光制御シートの材質は、透明なプラスチッ
クであれば特に限定されないが、光の出射方向を制御す
るという機能上、屈折率１．４以上のものが好ましい。
例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、
ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポ
リカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニ
ル樹脂等が挙げられる。

【００２９】シートの全体厚みは、好ましくは平均５０
μｍ以上、さらに好ましくは平均１００μｍ〜３５０μ
ｍの範囲である。

【００３０】以上のとおり、本発明による光制御シート
は、正面方向の集光性と、ある程度の視野角度範囲内で
あれば均等に明るく見えるという拡散性とを兼ね備える
とともに、キズ等の外観欠陥の目立ちにくいものであ
る。

【００３１】また、本発明による面状発光装置は、上記
の光制御シートを使用するものであり、これによって、
従来輝度不足や拡散性不足のために複数枚使用していた
光制御シートの枚数を減らしたり、バックライトの駆動
電力を低減させたりすることができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３３】実施例１ 図６において、シート成形装置のエンボスロール12は、
ロール本体13と、これの両端中心部に突出状に設けられ
た軸芯14とからなり、ロール本体13は、ロール外筒部15
と、その内側のロール芯部16とからなる。

【００３４】ロール外筒部15は、アルミニウム合金（６
０６１、質別Ｔ６）からなり、ロール芯部16および軸芯
14は機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ）からなる。
ロール外筒部15とロール芯部16との間の空隙部には四条
スパイラル状の熱媒体流路が配され、同流路を１３５℃
に温度調節された機械油が循環することにより、ロール
全面にわたって均一な表面温度を与えて押出シートが成
形適温に保持されるようになされている。

【００３５】ロール外筒部15の表面には、精密切削研磨
により平滑処理が施された後、精密旋盤を用いてエンボ
スが形成され、更に電解液として硫酸を用いた陽極酸化
法により陽極酸化皮膜が形成され、その後、同皮膜に封
孔処理が施されている。

【００３６】図６に示すシート成形装置において、Ｔダ
イ1 から押し出されたシート状ポリカーボネート溶融樹
脂18は、エンボスロール12およびゴムロール17によって
挟圧されながらエンボスロール12表面で固化し、次い
で、複数のアニールロール8 によって歪み除去された
後、搬送ロール9 を経て、２本の引取ロール10の間から
取り出される。こうして、上面にエンボスが施されかつ
全体厚みが１９０μｍのポリカーボネート樹脂よりなる
光制御シート31を得た。

【００３７】図１および図２に示すように、光制御シー
ト31の上面32は、横断面正弦波型であり、その波型にマ
ット加工により中心線平均粗さＲａが０．５μｍとなる
ような微細な凹凸が施されている構造面である。上面32
の正弦波型の最大傾斜角度は４５度であり、山間ピッチ
は１００μｍであり、山谷の曲率半径は１５μｍであ
る。下面36は、マット加工により中心線平均粗さＲａが
０．０８μｍとなるような微細な凹凸加工が施された概
ね平面である。なお、中心線平均粗さは、各面において
触針を（構造面については、正弦波型の山谷の長さ方向
に沿って）走査し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で定義される
Ｒａを測定したものである。

【００３８】実施例２ 図３および図４において、光制御シート34は、図６に示
すシート成形装置を用いて作製された全体厚みが１９５
μｍのポリカーボネート樹脂シートよりなり、その上面
35は、横断面直角三角形の頂角を有する多数の山部が平
行に形成されたプリズム面であり、そのプリズム面にマ
ット加工により中心線平均粗さＲａが０．５μｍとなる
ような微細な凹凸が施されている構造面である。上面35
の山部の傾斜角度は４５度であり、山間ピッチは１００
μｍであり、山谷の曲率半径は５μｍである。下面37
は、マット加工により中心線平均粗さＲａが０．０８μ
ｍとなるような微細な凹凸加工が施された概ね平面であ
る。

【００３９】比較例１ 全体厚みが２００μｍであり、構造面32の中心線平均粗
さＲａが１５μｍである点を除いて、実施例１と同じ光
制御シートである。

【００４０】比較例２ 全体厚みが２００μｍであり、構造面35に光学的平面加
工が施されている点を除いて、実施例２と同じ光制御シ
ートである。

【００４１】上記実施例および比較例の光制御シートに
ついて物性評価を行った。各物性は下記の方法により測
定した。

【００４２】法線方向輝度：長辺１灯式バックライトの
決められた９点の正面方向からの輝度（法線方向）をＪ
ＩＳ Ｃ７６１に基いて測定し、その平均値を求めた。

【００４３】視野角度：長辺１灯式バックライトを蛍光
管と平行に１度刻みで回転させ、バックライト中央１点
の輝度を各角度において測定し、法線方向の５０％の輝
度を達成する角度を求めた。

【００４４】光沢度：ＪＩＳ Ｋ ７１０５に準じた方
法において、シートの構造面の山（谷）の長さ方向と平
行になるように平面側から入光し、入光角度および受光
角度を７５度としたときのシート反射率を測定した。

【００４５】こうして得られた評価結果を、各光制御シ
ートの形状と併せて表１に示す。

【００４６】

【表１】 実施例１の光制御シート31を用いた場合、導光板22の表
面より出射された光線の各出射角度における強度分布、
すなわち出射光パターン33を図５に示す。図５では、出
射光は導光板22の法線方向を中心としてその周囲に十分
な角度範囲で分布していることが認められる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、正面方向の集光性と、
ある程度の視野角度範囲内であれば均等に明るく見える
という拡散性とを兼ね備え、且つキズ等の外観欠陥の目
立ちにくい光制御シートを提供することができる。

【００４８】また、本発明によれば、従来よりも少ない
枚数の光制御シートを使用しても同様の輝度が得られ、
バックライトの駆動電力が少なくてすむ面状発光装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光制御シートの一例を示す横断面
図である。

【図２】図１中のＡ部拡大図である。

【図３】本発明による光制御シートの一例を示す横断面
図である。

【図４】図３中のＢ部拡大図である。

【図５】本発明による光制御シートを用いた場合の出射
光特性を示す概略図である。

【図６】光制御シートの製造工程を示す概略図である。

【図７】エッジライト方式の面状発光装置を示す斜視図
である。

【図８】導光板単体での出射光特性を示す概略図であ
る。

【図９】従来技術による光拡散シートを用いた場合の出
射光特性を示す概略図である。

【図１０】プリズムシートの斜視図である。

【図１１】プリズムシートを用いた場合の出射光特性を
示す概略図である。

【符号の説明】

１：Ｔダイ ８：アニールロール ９：搬送ロール １０：引取ロール １２：エンボスロール １３：ロール本体 １４：軸芯 １５：ロール外筒部 １６：ロール芯部 １７：ゴムロール １８：シート状ポリカーボネート溶融樹脂 ２１：螢光管 ２２：導光板 ２３：導光板端面 ２４：ドットパターン ２５：反射板 ２６：出射光パターン ２７：光拡散シート ２８：出射光パターン ２９：プリズムシート ３０：出射光パターン ３１：光制御シート ３２：上面（構造面） ３３：出射光パターン ３４：光制御シート ３５：上面（構造面） ３６：下面 ３７：下面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロール表面に陽極酸化処理が施されたア
   ルミニウム製エンボスロールを用いて成形され、一方の
   面が、規則的な多数の略平行な波型を有し、その波型に
   中心線平均粗さＲａが０．１μｍ〜１μｍとなるような
   微細な凹凸加工が施されている構造面であり、他方の面
   が、光学的な平面または該平面に微細な凹凸加工が施さ
   れたものであることを特徴とする光制御シート。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光制御シートを備えた面
   状発光装置。