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JP2011215352A - 光学シート積層体、照明装置および表示装置 - Google Patents

光学シート積層体、照明装置および表示装置 Download PDF

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茂洋 山北
Takeshi Hosoya
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Motosuke Hirai
基介 平井
Hiroshi Ishimori
拓 石森
Hiroshi Hayashi
弘志 林
Yoshiyuki Maekawa
欣之 前川
Yutaka Mizuno
裕 水野
Daisuke Ito
大介 伊藤
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Abstract

【課題】薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することの可能な光学シート積層体ならびにそれを備えた照明装置および表示装置を提供する。
【解決手段】光学シート10の凹凸部11の頂部12のうち光学シート20の下面20Bとの対向部分全体と、光学シート20の下面20Bのうち凹凸部11の頂部との対向部分全体とが互いに直接接合(熱溶着、熱圧着)されている。光学シート10と光学シート20との接合には、接着フィルムなどの接着剤が用いられていない。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の光学シートが積層された光学シート積層体ならびにそれを備えた照明装置および表示装置に関する。
従来から、ワードプロセッサやラップトップ型のパーソナルコンピュータ等の表示装置として、薄型で見やすいバックライト(照明装置)を備えた液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示装置用の照明装置としては、導光板の側端部に蛍光管のような線状光源を配置し、この導光板の上に複数の光学素子を介して液晶パネルを設置したエッジライト型の照明装置と、液晶パネルの直下に光源と複数の光学素子とを配置した直下型の照明装置とがある(特許文献1参照)。
従来から、液晶表示装置用の照明装置では、視野角や輝度などの改善を目的として多数の光学素子が用いられている。光学素子としては、例えば、光拡散性を有する拡散板や、光集光性を有するプリズムシートなどが挙げられる。
特開2005−301147号公報 特開平11−209807号公報
ところで、近時の表示装置の大画面化に伴い、照明装置も大面積化している。この場合、プリズムシート等の各種光学シートや、拡散板も大面積化が求められることになる。ところが、これらの光学シートを大面積化すると、自重でのしわ、たわみ、そりが生じやすくなる。また、大面積化に伴い、表示面の明るさを保つために光源の照度が高くなる。そのため、面積が増大した光学シートの表面に当たる熱も増加するが、熱は光学シートの表面に不均一に伝わるので、熱による光学シートの変形は一様には起こらない。その結果、熱によってもしわ、たわみ、そりが生じやすいと言える。
一方、このような画面の大型化に伴う、光学シートのしわ、たわみ、そりの発生を防止する方法として、例えば、光学シートを厚くして、剛性不足を改善することが考えられる。しかし、このようにした場合には、照明装置が厚くなってしまい、薄型化を阻害してしまう。そこで、例えば特許文献1に記載されているように、光学シート同士を積層順に透明接着剤で全面的に貼り合わせることが考えられる。このように光学シートを、透明接着剤を介して積層することにより、光学シートの剛性を高めることができ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することが可能となる。
しかし、光学シート同士を単に透明接着剤を介して貼り合わせる構成では、透明接着剤の厚さの分だけ厚くなってしまい、薄型化を阻害する可能性がある。また、透明接着剤の分だけ重量が重くなってしまい、軽量化を阻害する可能性もある。これらの問題は、例えば、特許文献2に記載されているように、光学シートの端部だけを接着剤で貼り合わせた場合にも生じてしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することの可能な光学シート積層体ならびにそれを備えた照明装置および表示装置を提供することにある。
本発明の第1の光学シート積層体は、上面および下面のうち少なくとも上面が凹凸形状となっている第1光学シートと、上面および下面を有する第2光学シートとを備えたものである。凹凸形状の頂部のうち第2光学シートの下面との対向部分全体と、第2光学シートの下面のうち凹凸形状の頂部との対向部分全体とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている。
本発明の第1の照明装置は、光学シート積層体と、光学シート積層体に向けて光を射出する光源とを備えたものである。この照明装置に含まれる光学シート積層体は、上記の第1の光学シート積層体と同一の構成要素を備えている。本発明の第1の表示装置は、上記の第1の光学シート積層体と同一の構成要素を有する光学シート積層体と、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、光学シート積層体を介して表示パネルを照明する光源とを備えたものである。
本発明の第1の光学シート積層体、第1の照明装置および第1の表示装置では、第1光学シートの凹凸形状の頂部のうち第2光学シートの下面との対向部分全体と、第2光学シートの下面のうち凹凸形状の頂部との対向部分全体とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている。つまり、第1光学シートと第2光学シートとの接合に接着剤が用いられていない。また、凹凸形状の頂部全体が接合されているので、光学シート同士を接着剤で貼り合わせたものと同等の接着性が得られている。
本発明の光学シート積層体の製造方法は、以下の2つの工程を含むものである。
(A)上面および下面のうち少なくとも上面が凹凸形状となっている第1光学シートと、上面および下面を有する第2光学シートとを準備する準備工程
(B)凹凸形状の頂部のうち第2光学シートの下面との対向部分全体と、第2光学シートの下面のうち凹凸形状の頂部との対向部分全体とを中間材を挟まずに互いに直接接合する接合工程
本発明の光学シート積層体の製造方法では、第1光学シートの凹凸形状の頂部のうち第2光学シートの下面との対向部分全体と、第2光学シートの下面のうち凹凸形状の頂部との対向部分全体とが、中間材を挟まずに互いに直接接合される。つまり、第1光学シートと第2光学シートとの接合に接着剤が用いられない。また、凹凸形状の頂部全体が接合されているので、光学シート同士を接着剤で貼り合わせたものと同等の接着性が得られる。
本発明の第2の光学シート積層体は、上面および下面のうち少なくとも上面が平坦面となっている第1光学シートと、上面および下面のうち少なくとも下面が平坦面となっている第2光学シートとを備えたものである。第1光学シートの上面のうち第2光学シートの下面との対向部分全体と、第2光学シートの下面のうち第1光学シートの上面との対向部分全体とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている。
本発明の第2の照明装置は、光学シート積層体と、光学シート積層体に向けて光を射出する光源とを備えたものである。この照明装置に含まれる光学シート積層体は、上記の第2の光学シート積層体と同一の構成要素を備えている。本発明の第2の表示装置は、上記の第2の光学シート積層体と同一の構成要素を有する光学シート積層体と、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、光学シート積層体を介して表示パネルを照明する光源とを備えたものである。
本発明の第2の光学シート積層体、第2の照明装置および第2の表示装置では、第1光学シートの上面のうち第2光学シートの下面との対向部分全体と、第2光学シートの下面のうち第1光学シートの上面との対向部分全体とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている。つまり、第1光学シートと第2光学シートとの接合に接着剤が用いられていない。また、光学シートの対向部分全体が接合されているので、光学シート同士を接着剤で貼り合わせたものと同等の接着性が得られている。
本発明の第1の光学シート積層体、第1の照明装置、第1の表示装置および光学シート積層体の製造方法によれば、第1光学シートと第2光学シートとを中間材を挟まずに互いに直接接合し、さらに光学シートの凹凸形状の頂部全体を接合するようにした。これにより、薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することができる。
本発明の第2の光学シート積層体、第2の照明装置および第2の表示装置によれば、第1光学シートと第2光学シートとを中間材を挟まずに互いに直接接合し、さらに光学シートの対向部分全体を接合するようにした。これにより、薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る光学シート積層体の一例を表す断面図である。 溶融押し出し製法およびエンボスベルト製法で製造した光学シートの複屈折量(屈折率差Δn)を対比して表した図である。 (A)溶融押し出し製法で製造した光学シートの加熱による形状変化を表す断面図である。(B)エンボスベルト製法で製造した光学シートの加熱による形状変化を表す断面図である。 図1の光学シート積層体の一変形例の断面図である。 図1の光学シート積層体の他の変形例の断面図である。 図1の光学シート積層体のその他の変形例の断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る光学シート積層体の一例を表す断面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る光学シート積層体の一例を表す断面図である。 図8の光学シート積層体の一変形例の断面図である。 図8の光学シート積層体の他の変形例の断面図である。 図8の光学シート積層体のその他の変形例の断面図である。 図8の光学シート積層体のその他の変形例の断面図である。 図1、図4〜図12の光学シート積層体に含まれる各光学シートの製造方法の一例について説明するための工程図である。 図1、図4〜図12の光学シート積層体の製造方法の一例について説明するための工程図である。 3層構造の光学シート積層体の製造方法の一例について説明するための工程図である。 4層構造の光学シート積層体の製造方法の一例について説明するための工程図である。 各光学シート積層体とカール量との関係を表す図である。 図17中のカール量の計測方法について説明するための模式図である。 輝度比と90°ピール強度との関係の、ヒートロール温度依存性の一例を表す図である。 接合幅と輝度比との関係の、ヒートロール温度依存性の一例を表す図である。 接合幅と90°ピール強度との関係の、ヒートロール温度依存性の一例を表す図である。 輝度比と90°ピール強度との関係の、凹凸ピッチ依存性の一例を表す図である。 接合面積比と90°ピール強度との関係の一例を表す図である。 一適用例にかかる光学素子の斜視図および断面図である。 他の適用例にかかる表示装置の断面図である。
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

1.第1の実施の形態(図1〜図6)
構造
効果
変形例
2.第2の実施の形態(図7)
構造
効果
3.第3の実施の形態(図8〜図12)
構造
効果
変形例
4.製造方法(図13〜図23)
エンボスベルト製法
熱ラミネート製法
3層の光学シートを積層する場合の製造方法
4層の光学シートを積層する場合の製造方法
カール量
剥がれ
各種評価
5.適用例(図24、図25)
<第1の実施の形態>
[構造]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光学シート積層体1の断面構成の一例を表すものである。この光学シート積層体1は、照明装置や、表示装置のバックライトなどに好適に用いられるものであり、複数の光学シートを備えたものである。
光学シート積層体1は、例えば、図1に示したように、2枚の光学シート10,20を備えている。光学シート10は、上面10Aおよび下面10Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート10は、例えば、図1に示したように、上面10Aに凹凸部11を有し、下面10Bに平坦面を有している。なお、下面10Bにも凹凸部11が設けられていたり、凹凸部11とは異なる凹凸が設けられていたりしてもよい。
凹凸部11は、上面10Aの全体または一部(例えば上面10Aのうち端縁を除いた領域)に設けられている。凹凸部11は、例えば、断面が三角形状の帯状の複数のプリズム(三角プリズム)が配列された形状(凹凸形状)となっている。なお、凹凸部11は、例えば、断面が非球面形状の帯状の複数のプリズム(非球面形状型プリズム)が配列された形状(凹凸形状)となっている。凹凸部11が上述したような複数の三角プリズムまたは非球面形状型プリズムが配列された形状となっている場合には、光学シート10は、下面10B側から入射した光を集光するプリズムシートとして機能する。
なお、光学シート10は、凹凸部11を有し、かつ、全体または一部に光拡散機能を有する賦形拡散シート(集光機能と光拡散機能を兼ね備えた光学シート)として機能するものであってもよい。この光拡散機能は、等方性であってもよいし、異方性であってもよい。光拡散機能を付与する手段としては、例えば、形状付与のほか、光学シート10にフィラーを内添する方法がある。
光学シート20は、光学シート10と同様、上面20Aおよび下面20Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート20は、光学シート10の上面10A側に配置されており、光学シート20の下面20Bと、光学シート10の上面10Aとが互いに対向している。光学シート20は、例えば、図1に示したように、上面20Aに凹凸部21を有し、下面20Bに平坦面を有している。なお、上面20Aに凹凸部21がなく、上面20Aが平坦面となっていてもよい。
凹凸部21は、例えば、球面、非球面、曲面、または多面を有する複数の凸部が2次元配置された形状(凹凸形状)となっている。凹凸部21は、例えば、凹凸部11と同様、三角プリズムまたは非球面形状型プリズムが配列された形状(凹凸形状)となっている。凹凸部11に三角プリズムまたは非球面形状型プリズムが含まれている場合には、凹凸部21および凹凸部11に含まれる三角プリズムまたは非球面形状型プリズムの延在方向は互いに交差していることが好ましい。凹凸部21が上述したような複数の三角プリズムまたは非球面形状型プリズムが配列された形状となっている場合には、光学シート20は、下面20B側から入射した光を集光するプリズムシートとして機能する。
なお、光学シート20は、凹凸部21を有さず、全体または一部に光拡散機能を有する拡散シートとして機能するものであってもよい。あるいは、光学シート20は、凹凸部21を有し、かつ、全体または一部に光拡散機能を有する賦形拡散シート(集光機能と光拡散機能を兼ね備えた光学シート)として機能するものであってもよい。この光拡散機能は、等方性であってもよいし、異方性であってもよい。光拡散機能を付与する手段としては、例えば、形状付与のほか、光学シート10にフィラーを内添する方法がある。
2枚の光学シート10,20は、接着剤などの中間剤を介さずに、互いに直接に接合されている。具体的には、凹凸部11の頂部12のうち光学シート20の下面20Bとの対向部分全体と、光学シート20の下面20Bのうち凹凸部11の頂部12との対向部分全体とが互いに直接に熱ラミネートによって接合されている。ここで、熱ラミネートとは、接合したい材料同士の間に熱溶融性の接着フィルムを挟まずに、接合したい材料の一部を溶融させることにより、接合したい材料同士を接合(熱溶着、熱圧着)することを意味している。また、上述の頂部12とは、凹凸部11の稜線を形成する部分を指している。
また、2枚の光学シート10,20のうち少なくとも光学シート10については、表層に歪みが生じにくい塑性変形が支配的な製造方法によって作製されたものであることが好ましい。例えば、光学シート10は、凹凸部11の形状の反転パターンを有する型(図示せず)を光学シート10の原料である樹脂材料のガラス転移温度以上の温度にした状態で、反転パターンを光学シート10の原料である樹脂材料からなる樹脂層(図示せず)に押し当てたのち、そのままの状態で、型を冷却して反転パターンを樹脂層に転写することにより作製されたものである。
なお、光学シート20については、上記製造方法で作製してもよいし、それ以外の方法によって作製されたものであってもよく、例えば、表層に歪みが生じやすい弾性変形が支配的な製造方法(例えば溶融押し出し製法)によって作製されたものであってもよい。また、光学シート10の外縁における単位面積あたりの接合面積が、光学シート10の外縁以外の部位における単位面積あたりの接合面積よりも大きくなっていてもよい。なお、単位面積あたりの接合面積は、光学シート20の下面20Bうち光学シート10との対向領域の面積を1としたときに、光学シート10と光学シート20との接合面積を指しており、いわゆる接合面積比である。このようにした場合には、光学シート積層体1の端縁における剥がれを防止することができる。また、光学シート10の上面10Aに形成された凹凸部11のピッチ(配列方向のピッチ)が50μm以下となっていることが好ましい。また、光学シート20の下面20Bうち光学シート10との対向領域の面積を1としたときに、光学シート10と光学シート20との接合面積が、0.055以上となっていることが好ましい。さらに、光学シート20の下面20Bうち光学シート10との対向領域の面積を1としたときに、光学シート10と光学シート20との接合面積が、0.115以下となっていることが好ましい。なお、これらの理由については後に詳述するものとする。また、熱ラミネートによる接合方法および2枚の光学シート10,20自体の製造方法についても、後の<製造方法>の欄で詳細に説明する。
ところで、塑性変形が支配的な製造方法(例えば、後述のエンボスベルト製法)によって光学シートが作製された場合には、その光学シートの複屈折値は、5×10-5以下となる。一方、弾性変形が支配的な製造方法(例えば、溶融押し出し製法)によって光学シートが作製された場合には、その光学シートの複屈折値は、5×10-5を大幅に上回り、例えば、5×10-4よりも大きな値となる(図2参照)。
後者の複屈折値が前者の複屈折値よりも大きいのは、後者の製造方法では、製造過程で樹脂層の内部に外力や応力によって大きな歪みが発生し、その歪みに起因して複屈折性が生じているからである。例えば、溶融押し出し製法では、溶融状態の樹脂が、ロール状の原盤に対して、吐出機からフィルム状に流し込まれるが、その流し込む過程においてフィルム状の樹脂の表面はガラス転移点よりも低い温度の空気で冷却される。このときに、フィルム状の樹脂の表面は概ね平坦面となっている。さらに、ロール状の原盤に樹脂が流れ込む。このとき、樹脂の内部はまだガラス転移点以上の樹脂が存在しているため、樹脂がまだ柔らかく、ロール原盤の形状が転写される。ここで、ロール状の原盤はガラス転移点よりも低いので、樹脂の内部も徐々に冷却されていき、最終的に形状が固まる。このとき、凹凸形状の転写された樹脂の表面およびその近傍には、その凹凸形状を平坦面に戻そうとする歪みが蓄積されている。従って、溶融押し出し製法で作製された光学シートには、その歪みに起因する複屈折性が生じている。
一方、前者の複屈折値が後者の複屈折値よりも小さいのは、前者の製造方法では、製造過程で樹脂層の内部に外力や応力による歪みがほとんど発生せず、歪みに起因する複屈折性がほとんど生じていないからである。例えば、後述のエンボスベルト製法では、樹脂フィルムの表面が、エンボスベルトおよびロールによってガラス転移点以上の温度で加熱され、溶融した状態で、その表面にエンボスベルトが押圧される。このときに、樹脂フィルムのうちエンボスベルトの接している部分は溶融状態となっているので、その部分には何の歪みも蓄積し得ない。その後、樹脂フィルムとエンボスベルトとが互いに密着した状態で、樹脂フィルムがガラス転移点よりも低い温度に冷却され、その結果、樹脂フィルムの表面に、エンボスベルトの凹凸形状が転写される。このとき、凹凸形状の転写された樹脂の表面およびその近傍には、何の歪みも蓄積しておらず、樹脂フィルムの凹凸部分には、その凹凸形状を平坦面に戻そうとする歪みは存在しない。従って、エンボスベルト製法で作製された光学シートには、歪みに起因する複屈折性が生じていない。
ところで、歪みに起因して生じる複屈折は、誘起複屈折に分類されるものであり、延伸などにより分子の選択配向に起因して生じる配向複屈折とは異なるものである。従って、光学シート10(または光学シート20)を塑性変形が支配的な製造方法によって作製した場合であっても、その光学シートに配向複屈折が生じていることがある。そのときには、その光学シートの複屈折を測定すると、誘起複屈折だけでなく、配向複屈折も検出されるので、その測定値が誘起複屈折の値なのか、配向複屈折の値なのか、またはそれらが複合した値なのかがわからない。しかし、誘起複屈折は、外力や応力によって生じた大きな歪みに起因して生じるものであることから、その測定値に誘起複屈折が含まれているか否かは、その光学シートをガラス転移温度以上の温度に加熱してみればわかる。
例えば、光学シート10(または光学シート20)をガラス転移温度以上の温度で加熱したときに、凹凸部11(または凹凸部21)の形状が変化した場合には、その測定値に誘起複屈折が含まれているといえる。例えば、ある光学シートをガラス転移温度以上の温度(例えば、Tg+20℃)で10秒以上、加熱したときに、その光学シートの凹凸形状が緩やかな凹凸形状に変化した場合には、その凹凸部分に蓄積していた大きな歪みによって凹凸形状が変化したと考えられ、その測定値に誘起複屈折が含まれていると判断することができる。実際、溶融押し出し製法によって作製した光学シートをガラス転移温度以上の温度(例えば、Tg+20℃)で1日間、加熱したときに、その光学シートの凹凸形状(図3(A)の「加熱前」と示した曲線を参照)が緩やかな凹凸形状(図3(A)の「加熱後」と示した曲線を参照)に変化した。なお、光学シートの厚みに依っては、上で例示した加熱時間よりももっと短い加熱時間でも、凹凸形状が変化し得る。
また、例えば、光学シート10(または光学シート20)をガラス転移温度以上の温度で加熱したときに、凹凸部11(または凹凸部21)の形状が変化しない場合には、その測定値に誘起複屈折が含まれていないといえる。例えば、ある光学シートをガラス転移温度以上の温度(例えば、Tg+20℃)で10秒以上、加熱したときに、その光学シートの凹凸形状が変化しなかった場合には、その凹凸部分には歪みが蓄積していないために凹凸形状が変化しなかったと考えられ、その測定値には誘起複屈折が含まれていないと判断することができる。実際、エンボスベルト製法によって作製した光学シートをガラス転移温度以上の温度(例えば、Tg+20℃)で1日間、加熱したときに、その光学シートの凹凸形状(図3(B)の「加熱前」と示した曲線を参照)はほとんど変化しなかった(図3(B)の「加熱後」と示した曲線を参照)。
以上のことから、上述の複屈折値について正確に表現すると、塑性変形が支配的な製造方法によって光学シートが作製された場合には、その光学シートの誘起複屈折値が、5×10-5以下となる。一方、弾性変形が支配的な製造方法によって光学シートが作製された場合には、その光学シートの誘起複屈折値が、5×10-5を大幅に上回り、例えば、5×10-4よりも大きな値となる。
[効果]
本実施の形態では、光学シート10の凹凸部11の頂部12のうち光学シート20の下面20Bとの対向部分全体と、光学シート20の下面20Bのうち凹凸部11の頂部との対向部分全体とが互いに直接に熱ラミネートによって接合されている。つまり、光学シート10と光学シート20との接合に接着剤が用いられていない。また、凹凸部11の頂部12全体が光学シート20の下面20Bに接合されているので、光学シート10,20同士を接着剤で貼り合わせたものと同等の接着性が得られている。従って、薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することができる。
また、本実施の形態において、光学シート10および光学シート20のうち少なくとも光学シート10が塑性変形の支配的な製造方法によって作製されている場合には、光学シート10と光学シート20との接合時に、光学シート10の凹凸部11の形状が崩れるのを防ぐことができる。従って、この場合には、光学特性をほとんど変化させることなく、上記の効果を得ることができる。
[変形例]
(第1の変形例)
上記実施の形態では、光学シート20の凹凸部21が、例えば、球面、非球面、曲面、または多面を有する複数の凸部が2次元配置された形状(凹凸形状)となっており、かつ光学シート20が、全体または一部に光拡散機能を有している場合が例示されていた。ここで、この光拡散機能は、等方性であってもよいし、異方性であってもよい。光拡散機能が異方性である場合には、例えば、凹凸部31に含まれる各凸部は、面内に形状異方性および屈折率異方性を有している。例えば、凹凸部31に含まれる各凸部は、各凸部の延在方向と、各凸部の配列方向とで異なる屈折率を有している。
ここで、屈折率の面内異方性は、半結晶性または結晶性の樹脂を含むシートを一の方向に延伸することにより発現させることが可能である。半結晶性または結晶性の樹脂には、延伸方向の屈折率が延伸方向と直交する方向の屈折率よりも大きくなる樹脂や、延伸方向の屈折率が延伸方向と直交する方向の屈折率よりも小さくなる樹脂などがある。延伸方向の屈折率が大きくなる正の複屈折性を示す材料しては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)及びこれらの混合物又はPET−PENコポリマー等の共重合体、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。一方、延伸方向の屈折率が小さくなる負の複屈折性を示す材料としては、例えばメタクリル樹脂、ポリスチレン系樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重合体及びこれらの混合物等が挙げられる。
なお、屈折率の面内異方性は、例えば、屈折率異方性を有する結晶材料を用いることによっても、発現させることが可能である。また、製造工程の簡略化の観点からは、光学シート20全体を同一の材料により構成することが好ましいが、凹凸部21を、光学シート20の他の部位とは異なる材料で構成してもよい。
(第2の変形例)
上記実施の形態または上記変形例において、光学シート10の凹凸部11に含まれる各凸部が、形状異方性および屈折率異方性を有していてもよい。この場合、凹凸部11は、各凸部の延在方向と、各凸部の配列方向とで異なる屈折率を有している。このとき、凹凸部11の凸部における各凸部の延在方向の屈折率と、凹凸部11の各凸部における各凸部の配列方向の屈折率との大小関係が、例えば、凹凸部21の各凸部における各凸部の延在方向の屈折率と、凹凸部21の各凸部における各凸部の配列方向の屈折率との大小関係と等しくなっていることが好ましい。また、本変形例において、凹凸部11は、例えば、球面、非球面、曲面、または多面を有する複数の凸部が2次元配置された形状(凹凸形状)となっている。
(第3の変形例)
また、上記実施の形態およびその変形例では、光学シート積層体1は、2枚の光学シートを備えていたが、3枚以上の光学シートを備えていてもよい。つまり、光学シート積層体1は、2層構造となっていてもよいし、3層以上の複数層構造となっていてもよい。ただし、その場合に、互いに隣接する2枚の光学シート同士が、互いに直接に熱ラミネートによって接合されていることが好ましい。
例えば、図4に示したように、光学シート10の下面10B側に、光学シート30が設けられていてもよい。この光学シート30は、上面30Aおよび下面30Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート10の下面10Bと、光学シート30の上面30Aとが互いに対向している。光学シート30は、例えば、図4に示したように、上面30Aに凹凸部31を有し、下面30Bに平坦面を有している。なお、上面30Aに凹凸部31がなく、上面30Aが平坦面となっていてもよい。
凹凸部31は、例えば、球面、非球面、曲面、または多面を有する複数の凸部が2次元配置された形状(凹凸形状)となっている。光学シート30は、例えば、全体または一部に光拡散機能を有しており、拡散シートとして機能する。この光拡散機能は、等方性であってもよいし、異方性であってもよい。
2枚の光学シート30,10は、接着剤などの中間剤を介さずに、互いに直接に接合されている。具体的には、凹凸部31の頂部32のうち光学シート10の下面10Bとの対向部分全体と、光学シート10の下面10Bのうち凹凸部31の頂部32との対向部分全体とが互いに直接に熱ラミネートによって接合されている。また、光学シート30は、表層に歪みが生じにくい塑性変形が支配的な製造方法によって作製されたものであることが好ましい。例えば、光学シート30は、凹凸部31の形状の反転パターンを有する型(図示せず)を光学シート30の原料である樹脂材料のガラス転移温度以上の温度にした状態で、反転パターンを光学シート30の原料である樹脂材料からなる樹脂層(図示せず)に押し当てたのち、そのままの状態で、型を冷却して反転パターンを樹脂層に転写することにより作製されたものである。なお、光学シート30の製造方法については、後の<製造方法>の欄で詳細に説明する。
(第4の変形例)
また、上記の第3の変形例では、3枚目の光学シートが拡散シートとして機能するものである場合が例示されていたが、それ以外の機能を有するものであってもよい。例えば、図5(A),(B)に示したように、上記の変形例において、光学シート30の代わりに、光学シート40が設けられていてもよい。
この光学シート40は、上面40Aおよび下面40Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート10の下面10Bと、光学シート40の上面40Aとが互いに対向している。光学シート40は、例えば、図5(A),(B)に示したように、上面40Aに凹凸部41を有し、下面40Bに平坦面を有している。
凹凸部41は、例えば、凹凸部11と同様、断面が三角形状の帯状の複数のプリズム(三角プリズム)が配列された形状(凹凸形状)となっている。凹凸部11に三角プリズムが含まれている場合には、凹凸部41に含まれる三角プリズムは、凹凸部11に含まれる三角プリズムの延在方向と交差する方向に延在していることが好ましい。凹凸部41が上述したような複数の三角プリズムが配列された形状となっている場合には、光学シート40は、下面40B側から入射した光を集光するプリズムシートとして機能する。
2枚の光学シート40,10は、上記変形例3と同様に、接着剤などの中間剤を介さずに、熱ラミネート等によって互いに直接に接合されている。また、光学シート40は、上記変形例3と同様に、表層に歪みが生じにくい塑性変形が支配的な製造方法によって作製されたものであることが好ましい。なお、光学シート40の製造方法については、後の<製造方法>の欄で詳細に説明する。
(第5の変形例)
また、上記の第4の変形例では、3枚目の光学シートが三角プリズムシートである場合が例示されていたが、それ以外の形状のプリズムシートであってもよい。例えば、図6(A),(B)に示したように、上記の第4の変形例において、光学シート40の代わりに、光学シート50が設けられていてもよい。
この光学シート50は、上面50Aおよび下面50Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート10の下面10Bと、光学シート50の上面50Aとが互いに対向している。光学シート50は、例えば、図6(A),(B)に示したように、上面50Aに凹凸部51を有し、下面50Bに平坦面を有している。
凹凸部51は、例えば、表面が非球面の帯状の複数のプリズム(非球面プリズム)が配列された形状(凹凸形状)となっている。凹凸部11に三角プリズムが含まれている場合には、凹凸部51に含まれる非球面プリズムは、凹凸部11に含まれる三角プリズムの延在方向と交差する方向に延在していることが好ましい。凹凸部51が上述したような複数の非球面プリズムが配列された形状となっており、かつ凹凸部51が上面50A側にだけ設けられ、下面50Bが平坦面となっている場合には、光学シート50は、下面50B側から入射した光の輝度むらを改善しつつ、上面50Aから射出する際の発散角を所定の角度に修正するプリズムシートとして機能する。
2枚の光学シート50,10は、上記変形例3と同様に、接着剤などの中間剤を介さずに、熱ラミネート等によって互いに直接に接合されている。また、光学シート50は、上記変形例3と同様に、表層に歪みが生じにくい塑性変形が支配的な製造方法によって作製されたものであることが好ましい。なお、光学シート50の製造方法については、後の<製造方法>の欄で詳細に説明する。
<第2の実施の形態>
[構造]
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る光学シート積層体2の断面構成の一例を表すものである。この光学シート積層体2は、照明装置や、表示装置のバックライトなどに好適に用いられるものであり、複数の光学シートを備えたものである。なお、以下では、上記実施の形態およびその変形例において示した構成要素と同一の構成要素に対しては、同一の符号が付されている。
光学シート積層体2は、例えば、図7に示したように、4枚の光学シート10,70,60,20をこの順に積層して構成されたものである。光学シート60は、上面60Aおよび下面60Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート60は、例えば、図7に示したように、上面60Aおよび下面60Bのいずれの面においても、平坦面を有している。光学シート60は、例えば、反射偏光シート(反射性偏光子)である。
反射偏光シートは、例えば屈折率の互いに異なる層を交互に積層した多層構造を有しており、光学シート10によって指向性の高められた光をps分離すると共にp波だけを透過させ、s波を選択的に反射するようになっている。反射されたs波は、例えば、照明装置(図示せず)の反射シートで再び反射され、その際にp波とs波に分かれるので、反射偏光シートで反射されたs波を再利用することができる。この反射偏光シートは、さらに、上記多層構造を拡散シートで挟み込んで形成されていてもよい。これにより、その多層膜を透過したp波を反射偏光シート内の拡散シートで拡散して、視野角を広げることが可能となる。この反射偏光シートは、上記多層構造だけでも光源からの熱によりほとんどたわまない程度の剛性を備えているが、上記多層構造を拡散シートで挟み込んだ積層構造を備えている場合には、より一層剛性が上がるので、たわみは生じない。なお、拡散シートとして輝度向上に望ましいのは、光源入射側から入射した後の出射側でのヘイズ値が小さくなる(後方散乱へイズ値が、前方散乱 ヘイズ値よりも小さくなる)様に設計することが望ましく、例えば光出射側に 凸状のレンズアレイを多数設けられたような構造が望ましいが、結果として後方散乱へイズ値が、前方散乱ヘイズ値よりも小さくなれば輝度高上に寄与される。
光学シート70は、例えばプレーンシートである。この光学シート70は、光学シート60との関係で、上面60A側の光学シートの厚さH2と、下面60B側の光学シートの厚さH1とが互いに等しくまたは略等しくなるように挿入されたものである。従って、光学シート20の厚さと、光学シート10の厚さとが互いに等しいか、または略等しい場合には、この光学シート70は省略される。
ところで、上面60A側の光学シートおよび下面60B側の光学シートの材料(または線膨張係数)が互いに等しいか、または略等しい場合には、光学シート60との関係で、上面60A側の光学シートの厚さH2と、下面60B側の光学シートの厚さH1とが互いに等しくまたは略等しくなっていることが好ましい。また、上面60A側の光学シートおよび下面60B側の光学シートの材料(または線膨張係数)が互いに異なっている場合には、線膨張係数の大小関係に応じて、それぞれの厚さH1,H2が適宜、設定されることが好ましい。例えば、上面60A側の光学シートの線膨張係数が下面60B側の光学シートの線膨張係数よりも大きい場合には、上面60A側の光学シートの厚さH2が下面60B側の光学シートの厚さH1よりも薄くなっていることが好ましい。
ただし、上記のようにすべきなのは、光学シート60の材料(または線膨張係数)と、上面60A側の光学シートおよび下面60B側の光学シートの材料(または線膨張係数)とが互いに異なっている場合に限られる。
光学シート20,60、光学シート60,70、および光学シート70,10は、それぞれ、上記実施の形態と同様に、接着剤などの中間剤を介さずに、熱ラミネート等によって互いに直接に接合されている。なお、必要に応じて、これらのうち一部の接合に接着剤などの中間剤が用いられても構わない。
[効果]
本実施の形態では、2枚の光学シート20,60、2枚の光学シート60,70、および2枚の光学シート70,10のうち少なくとも一組の光学シートが互いに直接に熱ラミネートによって接合されている。つまり、その光学シートの接合においては接着剤が用いられていない。また、凹凸部の頂部全体、または対向部分全体が接合されているので、光学シート同士を接着剤で貼り合わせたものと同等の接着性が得られている。従って、薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することができる。
また、本実施の形態において、光学シート10,20,60,70のうち少なくとも光学シート10が塑性変形の支配的な製造方法によって作製されている場合には、光学シート10と光学シート70(光学シート70が省略された場合には光学シート60)との接合時に、光学シート10の凹凸部11の形状が崩れるのを防ぐことができる。従って、この場合には、光学特性をほとんど変化させることなく、上記の効果を得ることができる。
<第3の実施の形態>
[構造]
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る光学シート積層体3の断面構成の一例を表すものである。この光学シート積層体3は、照明装置や、表示装置のバックライトなどに好適に用いられるものであり、複数の光学シートを備えたものである。光学シート積層体3は、例えば、図8に示したように、3枚の光学シート30,80,20をこの順に積層して構成されたものである。光学シート80は、上面80Aおよび下面80Bを有する矩形状の樹脂シートである。光学シート80は、例えば、図8に示したように、上面80Aに凹凸部81を有し、下面80Bに平坦面を有している。なお、下面80Bにも凹凸部81が設けられていたり、凹凸部81とは異なる凹凸が設けられていたりしてもよい。
凹凸部81は、上面80Aの全体または一部(例えば上面80Aのうち端縁を除いた領域)に設けられており、例えば、断面が三角形状の帯状の複数のプリズム(三角プリズム)が配列された形状(凹凸形状)となっている。凹凸部81が上述したような複数の三角プリズムが配列された形状となっている場合には、光学シート80は、下面80B側から入射した光を集光するプリズムシートとして機能する。
ところで、上面80A側の光学シートの材料および下面80B側の光学シートの材料(または線膨張係数)が互いに等しいか、または略等しい場合には、光学シート80との関係で、上面80A側の光学シートの厚さH2と、下面80B側の光学シートの厚さH1とが互いに等しくまたは略等しくなっていることが好ましい。また、上面80A側の光学シートおよび下面80B側の光学シートの材料(または線膨張係数)が互いに異なっている場合には、線膨張係数の大小関係に応じて、それぞれの厚さH1,H2が適宜、設定されることが好ましい。例えば、上面80A側の光学シートの線膨張係数が下面80B側の光学シートの線膨張係数よりも大きい場合には、上面80A側の光学シートの厚さH2が下面80B側の光学シートの厚さH1よりも薄くなっていることが好ましい。
ただし、上記のようにすべきなのは、光学シート80の材料(または線膨張係数)と、上面80A側の光学シートおよび下面80B側の光学シートの材料(または線膨張係数)とが互いに異なっている場合に限られる。
光学シート20,80、および光学シート80,30は、それぞれ、上記実施の形態と同様に、接着剤などの中間剤を介さずに、熱ラミネート等によって互いに直接に接合されている。なお、必要に応じて、これらのうち一部の接合に接着剤などの中間剤が用いられても構わない。
[効果]
本実施の形態では、2枚の光学シート20,80、および2枚の光学シート80,30のうち少なくとも一組の光学シートが互いに直接に熱ラミネートによって接合されている。つまり、その光学シートの接合においては接着剤が用いられていない。また、凹凸部の頂部全体が接合されているので、光学シート同士を接着剤で貼り合わせたものと同等の接着性が得られている。従って、薄型化および軽量化を図りつつ、しわ、たわみ、そりの発生を防止することができる。
また、本実施の形態において、光学シート20,30,80のうち少なくとも光学シート30,80が塑性変形の支配的な製造方法によって作製されている場合には、光学シート30と光学シート80との接合時、および光学シート80と光学シート20との接合時に、光学シート30,80の凹凸部31,81の形状が崩れるのを防ぐことができる。従って、この場合には、光学特性をほとんど変化させることなく、上記の効果を得ることができる。
[変形例]
上記の第3の実施の形態では、3枚目の光学シートとして光学シート30が用いられていたが、それとは異なる光学シートが用いられていてもよい。例えば、図9(A),(B)に示したように、上記の第3の実施の形態において、光学シート30の代わりに、光学シート40が設けられていてもよい。また、例えば、図10(A),(B)に示したように、上記の第3の実施の形態において、光学シート30の代わりに、光学シート50が設けられていてもよい。また、例えば、図11に示したように、上記の第3の実施の形態において、光学シート30の代わりに、光学シート70が設けられていてもよい。また、例えば、図12に示したように、上記の第3の実施の形態において、光学シート30の代わりに、光学シート90が設けられていてもよい。なお、光学シート90は、光学シート70の裏面に凹凸部91を設けたものに相当する。このように、光学シート70の裏面に凹凸部91を設けることにより、輝度ムラの改善、視野角の向上、耐傷性の向上など、様々なメリットを得ることができる。
<製造方法>
次に、上記各実施の形態およびそれらの変形例に係る光学シート積層体1〜3および光学シート10〜90の製造方法の一例について説明する。
[エンボスベルト製法]
図13(A)は、光学シート10〜90のうち表面に凹凸を有するものに相当する光学シート170の製造装置100の概略構成を表すものである。この製造装置100は、塑性変形が支配的な製造方法の1つであるエンボスベルト製法を実施することの可能な装置である。この製造装置100は、例えば、図13(A)に示したように、ヒートロール110、冷却ロール120、ニップロール130、ガイドロール140、およびエンボスベルト150を備えている。
エンボスベルト150は、後述の樹脂シート160の表面に形状を転写するためのものである。エンボスベルト150は、外側の表面に凹凸部150Aを備えている。凹凸部150Aは、光学シート170の表面に転写する凹凸形状を反転させた形状となっており、凸部140Aに含まれる凹形状または凸形状は、例えば、エンボスベルト150の外側の表面の移動方向(エンボスベルト150の周回方向)に延在している。なお、凹凸部150Aに含まれる凹形状または凸形状が、例えば、エンボスベルト150の周回方向と交差する方向に延在していてもよい。
ヒートロール110は、エンボスベルト150の裏側(凹凸部150Aとは反対側)に配置されており、エンボスベルト150を動作させるとともに、加熱するようになっている。冷却ロール120は、エンボスベルト150の裏側(凹凸部150Aとは反対側)に配置されており、エンボスベルト150を動作させるとともに、冷却するようになっている。ニップロール130およびガイドロール140は、エンボスベルト150の外側(凹凸部150A側)に配置されており、エンボスベルト150と所定の間隙を介して対向配置されている。ニップロール130は、エンボスベルト150を介して、ヒートロール110と対向配置されており、ガイドロール140は、エンボスベルト150を介して、ヒートロール120と対向配置されている。ニップロール130とエンボスベルト150との間に形成された間隙180は、ニップロール130がヒートロール110とともに、後述の樹脂シート160をエンボスベルト150に対して所定の圧力で押圧することができる程度の大きさとなっている。ニップロール130は、樹脂シート160を加熱する役割も有している。
ここで、エンボスベルト150は、ヒートロール110側で加熱されており、その温度T1は樹脂シート160のガラス転移温度以上となっている。また、エンボスベルト150は、冷却ロール120側で冷却されており、その温度T2は樹脂シート160のガラス転移温度よりも低くなっている。例えば、ヒートロール110およびニップロール130が樹脂シート160のガラス転移温度(Tg)よりも高い温度(Tg+ΔT)で発熱しており、その熱がエンボスベルト150を伝播することにより、エンボスベルト150のヒートロール110側の温度T1が樹脂シート160のガラス転移温度以上となっている。また、例えば、冷却ロール120が樹脂シート160のガラス転移温度(Tg)よりも低い温度に冷却されており、エンボスベルト150が冷却ロール120によって冷却されることにより、エンボスベルト150のヒートロール120側の温度T2が樹脂シート160のガラス転移温度よりも低くなっている。
このような構成の製造装置100において、プレーンシートなどの樹脂シート160が、図示しないロールから送り出され、間隙180に挿通されるとともに、その間隙180において、樹脂シート160がヒートロール110およびニップロール130によって凹凸部150Aに押圧される。すると、樹脂シート160のうち、少なくともエンボスベルト150側の表面が樹脂シート160のガラス転移温度(Tg)を超えて溶融する。樹脂シート160は、しばらくはその状態を維持した状態で、エンボスベルト150上を移動する。その後、ヒートロール110からある程度離れたあたりで、樹脂シート160の温度が樹脂シート160のガラス転移温度(Tg)を下回る。すると、樹脂シート160のエンボスベルト150側の表面が固化し、凹凸部150Aの反転形状(凹凸部170A)が樹脂シート160に転写される。その後、凹凸部150Aの反転形状が転写された樹脂シート160がエンボスベルト150から剥離される。このようにして、凹凸部170Aを有する光学シート170が製造される。
なお、上記の製造装置100において、光学シート170をエンボスベルト150から剥離させる際に、図13(A)に示したように光学シート170を屈曲させてもよいし、例えば、図13(B)に示したように、光学シート170を屈曲させずにまっすぐ引き出してもよい。このとき、樹脂シート160を支持するエンドレスベルト190と、エンドレスベルト190を動作させるガイドロール191,192が樹脂シート160の下面に設けられていてもよい。また、光学シート170は、塑性変形が支配的な他の製造方法によっても製造可能である。塑性変形が支配的な製造方法としては、上述のエンボスベルト製法の他に、例えば、射出成型法や熱プレス成型法などがある。
次に、上記の製造方法により得られる効果について説明する。上記の製造方法では、光学シート150のうち少なくともエンボスベルト150側の表面が、エンボスベルト150およびヒートロール110,130によってガラス転移点以上の温度で加熱され、溶融した状態で、その表面にエンボスベルト150が押圧される。このときに、光学シート150のうちエンボスベルト150の接している部分は溶融状態となっているので、その部分には何の歪みも蓄積し得ない。その後、光学シート150とエンボスベルト150とが互いに密着した状態で、光学シート150がガラス転移点よりも低い温度に冷却され、その結果、光学シート150の表面に、エンボスベルト150の凹凸部150Aの形状が転写される。このとき、凹凸部150Aの形状の転写された光学シート170の表面およびその近傍には、何の歪も蓄積しておらず、光学シート170の凹凸部170Aには、その凹凸形状を平坦面に戻そうとする歪みは存在しない。そのため、光学シート170を、光学シート170のガラス転移温度以上の温度(例えば、Tg+20℃)で10秒間、加熱したとしても、光学シート170の凹凸部170Aの形状が崩れることがない。従って、光学シート170の凹凸部170Aの頂部を他の光学シートに接合した時に、凹凸部170の形状が崩れるのを最小限に抑えることができる。
[熱ラミネート製法]
図14は、光学シート積層体1〜3の製造装置200の概略構成を表すものである。図14には、製造装置200において、光学シート積層体1を製造する様子が模式的に示されている。なお、図14では、光学シート10の凹凸部11が製造装置200の幅方向(紙面に垂直な方向)に延在している様子が例示されているが、製造装置200の流れ方向に延在していてもよい。この製造装置200は、2つのヒートロール210,220を備えたものである。2つのヒートロール210,220は所定の間隙を介して配置されている。
ヒートロール210は、上側の光学シート(例えば光学シート20)を、2つのヒートロール210,220の間隙230に送り出すとともに、下側の光学シート(例えば光学シート10)に押圧するためのものである。ヒートロール220は、下側の光学シートを間隙230に送り出すとともに、上側の光学シートに押圧するためのものである。さらに、2つのヒートロール210,220は、上側の光学シートおよび下側の光学シートのガラス転移温度以上の温度で発熱しており、間隙230において、上側の光学シートと、下側の光学シートとが互いに接する部分を溶融させるようになっている。
このような構成の製造装置200において、下側の光学シートが、図示しないロールから送り出され、ヒートロール210を介して間隙230に挿通される。一方、上側の光学シートが、図示しないロールから送り出され、ヒートロール220を介して間隙230に挿通される。その後、その間隙230において、下側の光学シートおよび上側の光学シートがヒートロール210,220によって押圧されると共に加熱される。すると、上側の光学シートと、下側の光学シートとが互いに接する部分が、上側の光学シートおよび下側の光学シートのガラス転移温度以上の温度を超えて溶融する。溶融状態で接触した上側の光学シートおよび下側の光学シートは、間隙230を出ると、徐々に冷却され、それらの温度が上側の光学シートおよび下側の光学シートのガラス転移温度を下回る。すると、上側の光学シートおよび下側の光学シートの溶融部分が固化し、上側の光学シートおよび下側の光学シートが互いに接合される。このようにして、光学シート170が製造される。
[3層の光学シートを積層する場合の製造方法]
図15は、上記の製造装置200において、3層の光学シートを同時に接合して、光学シート積層体300を製造する方法の一例を示したものである。
まず、下側の光学シート310が、図示しないロールから送り出され、ヒートロール210を介して間隙230に挿通される。上側の光学シート320が、図示しないロールから送り出され、ヒートロール220を介して間隙230に挿通される。さらに、中間の光学シート330が、図示しないロールから送り出され、光学シート310と光学シート320との間に挿通される。その後、間隙230において、光学シート310,320,330がヒートロール210,220によって押圧されると共に加熱される。すると、光学シート310と光学シート320とが互いに接する部分が光学シート310,320のガラス転移温度以上の温度を超えて溶融し、さらに、光学シート320と光学シート330とが互いに接する部分が光学シート320,330のガラス転移温度以上の温度を超えて溶融する。溶融状態で接触した光学シート310,320,330は、間隙230を出ると、徐々に冷却され、それらの温度がこれらのガラス転移温度を下回る。すると、光学シート310および光学シート320の溶融部分が固化し、光学シート310および光学シート320トが互いに接合される。さらに、光学シート320および光学シート330の溶融部分が固化し、光学シート320および光学シート330トが互いに接合される。このようにして、光学シート積層体300が製造される。
ところで、上記の製法は、特に、材料または線膨張係数が互いに異なる光学シート同士を接合する際に有効な方法である。例えば、光学シート330の材料(または線膨張係数)と、光学シート310,320の材料(または線膨張係数)とが互いに異なるとする。光学シート330は、例えば、延伸したポリエチレンナフタレート(PEN)からなり、光学シート310,320、例えば、ポリカーボネートからなる。光学シート310,320の線膨張係数は、製造装置200における流れ方向および幅方向のいずれも、7×10-5/℃である。一方、光学シート330の線膨張係数は、製造装置200における流れ方向において8×10-5/℃であり、製造装置200における幅方向において4×10-5/℃である。光学シート310,320の線膨張係数と、光学シート330の線膨張係数とは、製造装置200における幅方向において特に大きく相違している。このような特性を有する光学シート310,320,330を上述した製法を用いて同時に接合した場合には、線膨張係数の相違に起因して、しわ、たわみ、そりが発生するのを低減することができる。なお、この光学シート積層体300を製造するに際して、光学シート310,320を上述のエンボスベルト製法を用いて製造しておくことが好ましい。
[4層の光学シートを積層する場合の製造方法]
図16は、上記の製造装置200において、光学シート積層体300と、光学シート340とを接合して、光学シート積層体400を製造する方法の一例を示したものである。なお、図16では、光学シート340の凹凸が製造装置200の幅方向(紙面に垂直な方向)に延在している様子が例示されているが、製造装置200の流れ方向に延在していてもよい。
まず、光学シート340が、図示しないロールから送り出され、ヒートロール210を介して間隙230に挿通される。一方、光学シート積層体300が、図示しないロールから送り出され、ヒートロール220を介して間隙230に挿通される。その後、その間隙230において、光学シート340および光学シート積層体300がヒートロール210,220によって押圧されると共に加熱される。すると、光学シート340と、光学シート積層体300とが互いに接する部分が、光学シート340および光学シート積層体300内の光学シート310のガラス転移温度以上の温度を超えて溶融する。溶融状態で接触した光学シート340および光学シート積層体300は、間隙230を出ると、徐々に冷却され、それらの温度が光学シート340および光学シート積層体300内の光学シート310のガラス転移温度を下回る。すると、光学シート340および光学シート積層体300の溶融部分が固化し、光学シート340および光学シート積層体300が互いに接合される。このようにして、光学シート積層体400が製造される。
[カール量]
以下に、上記のそれぞれの製造方法によって作製された光学シート積層体のカール量Hcについて説明する。図17は、比較例1,2,3に係る光学シート積層体および実施例1,2に係る光学シート積層体に含まれる各光学シートの厚さおよびカール量Hcを表したものである。なお、カール量Hcは、各光学シート積層体を図18(A)に示したサイズに裁断したテストサンプルTを、平坦面Sに置いたときの反り量(図18(B)参照)を計測することにより得られたものである。
図17から、延伸PEN(光学シート330)を中心に、表裏にそれぞれ接合されたPC(光学シート310,320)の厚さのバランスが対称となっている場合(実施例1)には、カール量Hcが少ないことがわかる。また、2段階に分けて熱ラミネーションを行った場合であっても、延伸PEN(光学シート330)を中心に、表側に接合されたPC(光学シート320)の厚さと、裏側に接合されたPC(光学シート310,340)の厚さとのバランスが対称となっている場合(比較例3)には、カール量Hcが比較的少ないことがわかる。さらに、図15のプロセスにおいて、ヒートロール210,220の温度を異ならせ、適切な条件に設定した場合には、カール量Hcが劇的に小さくなることがわかる(実施例2)。なお、比較例1,2,3および実施例1では、ヒートロール210,220の温度を同一の温度(160度)に設定していたが、実施例2では、ヒートロール220の温度をヒートロール210の温度(140度)よりも高い温度(170度)に設定した。
なお、図14〜図16に示した製造プロセスにおいて、光学シート10,20,310,320,340および光学シート積層体300を熱ラミネートにより接合させる前に、ヒートロール210,220に接触させておくことが好ましい。光学シート10,20310,320,340および光学シート積層体300に高温を加えると、これらは膨張するが、その膨張量が大きいと、接合時にこれらに応力がかかり、カールの原因となる。そのため、接合前にあらかじめ、学シート10,20310,320,340および光学シート積層体300を加熱しておき、膨張させておくことにより、接合時にこれらに応力がかからないようにしておくことが好ましい。
また、上下のフィルムが同一材料からなる場合には、上下のヒートロール210,220の温度が互いに等しくなっていることが好ましい。これは、上下のフィルムの膨張量を等しくすることができるからである。また、逆に、上下のフィルムが互いに異なる材料からなる場合には、上下のフィルムの膨張量が互いに等しくなるように、上下のヒートロール210,220の温度を調整することが好ましい。
[剥がれ]
上記のようにして作成した光学シート積層体は、液晶表示装置のバックライトなどに搭載するために、例えばトムソン刃やビク刃などを用いて所定の形状および大きさにカットされる。このとき、光学シート積層体内の各光学シートの接合強度が不十分である場合には、カット時に光学シートの剥がれが生じる虞がある。また、光学シート積層体内の各光学シートの接合強度が不十分である場合には、光学シート積層体の機械的な強度も不十分となるので、光学シート積層体のハンドリングが難しくなる虞がある。
接合強度の大きさは、主に、単位面積当たりの接合面積の大きさに依存する。そこで、単位面積当たりの接合面積を大きくすることが考えられる。しかし、一方の光学シートの凹凸部の頂部と他方の光学シートの裏面(平坦面)とを互いに接合する場合に、光学シート全面に渡って、単位面積当たりの接合面積を大きくしたときには、凹凸部の凹凸形状が崩れ過ぎてしまい、光学特性が変化(悪化)してしまう可能性がある。
そこで、そのような場合には、光学シートの外縁と、光学シートの外縁以外の部分とで、単位面積あたりの接合面積を変えることが好ましい。具体的には、光学シートの外縁における単位面積あたりの接合面積が、光学シートの外縁以外の部位における単位面積あたりの接合面積よりも大きくなるように、光学シート同士を接合することが好ましい。このようにした場合には、光学特性に大きく影響する、光学シートの外縁以外の部位における凹凸形状の変化を最小限に抑えることができ、さらに、光学シート同士の接合強度を高めることができる。
ところで、ハンドリングや打ち抜き工程などでは、光学シート積層体の剥がれは、光学シート積層体の外縁部分に生じたわずかな剥がれがきっかけとなって生じる。何故ならば、光学シート同士を部分的に(頂部だけで)接合した場合には、光学シート積層体を、面内方向に引っ張った際に剥がれる強度(せん断引張り強度)よりも、光学シート積層体を、折り曲げながら引っ張った際に剥がれる強度(折り曲げ角度が180°の場合は剥離強度)の方が弱いからである。従って、上述したように、光学シート積層体の外縁部分の接合強度を強くし、その部分からの剥がれが生じ難くなるようにすれば、光学シート積層体の外縁以外の部分の接合強度が弱くても、光学シート積層体に剥がれが生じる可能性を低減することができる。
光学シート積層体の外縁部分において、光学シート積層体の中心部分と比べて接合部分の割合を多くした場合には、中心部分と外縁部分とでは表示特性が異なる。そのため、接合強度を強化する部分は、表示パネルの有効画素領域(表示領域)と非対向の部分に設けられていることが好ましい。現状では、上市されている液晶表示装置に搭載されている光学シートは表示パネルの表示領域に対して、水平方向および垂直方向ともに20mm程度大きなサイズとなっている。従って、接合強度を強化する部分は、光学シートの端縁から10mm未満の範囲内に設けられていることが好ましい。
[各種評価]
以下の各種評価を行うために使用する光学シート積層体について説明する。この光学シート積層体は、PCからなる2枚の光学シートを接合させた2層構造の光学シート積層体である。下側の光学シートとして、断面が直角二等辺三角形の棒状の複数の凸部が上側の面内に並列配置されたプリズムシートを用いた。上側の光学シートは、概半球状の複数の凸部が上側の面内に2次元配置された拡散シートである。光学シート積層体として、下側の光学シートの凸部のピッチが40、50または70umとなっているものをそれぞれ1つずつ用意した。下側の光学シートおよび上側の光学シートは、上述のエンボスベルト製法で作製した。
上記の3種類の光学シート積層体において、輝度、ピール強度および接合幅を測定した。
輝度の測定にはトプコン製BM−7を用いた。なお、以下では、3種類の光学シート積層体を作製する前の下側の光学シートおよび上側の光学シートの積層体の輝度を100%として、3種類の光学シート積層体の輝度を輝度比で表すものとする。
接合強度は、下側の光学シートおよび上側の光学シートの一部を剥がした上で、ピール試験機を用いて、上側の光学シートと下側の光学シートが90度の角度を成すように、上側の光学シートを引っ張った。このとき、引っ張る力が弱いと光学シート積層体の剥がれは進行しないが、ある引っ張り強度を過ぎると剥離が進行する。このときの臨界的な剥離強度を90度ピール強度として測定した。剥離強度は高ければ高いほど良いが、ハンドリングで光学シート積層体に剥離が生じないようにするためには0.2N/25mm幅あれば十分である。また、打ち抜き工程で光学シート積層体に剥離が生じないようにするためには、剥離強度は臨界的に1N/25mm幅以上あれば十分である。打ち抜き工程で光学シート積層体に剥離が生じないようになっていれば、光学シート同士をロールで接合し、その後、接合により得られた光学シート積層体を打ち抜くことが可能となるので、工業的に生産性が向上し、好適である。
接合幅については、光学シート積層体の切断面を光学顕微鏡で測定することにより得た。ここでは、下側の光学シートの凸部の頂部のうち、上側の光学シートの下面に接している部分の幅を接合幅と定義した。
図19は、輝度比と90°ピール強度との関係の、ヒートロール温度依存性を表したものである。図19では、下側の光学シートの凸部のピッチを50μmとした。図19から、ヒートロール210,220の温度を170度、190度、200度と変化させたときに、ヒートロール210,220の温度が190度、200度となっていた場合には、ヒートロール210,220の温度が170度となっていた場合と比べて、輝度比およびピール強度ともに好ましい値となっていることがわかる。このことから、PCフィルムにおいては、ヒートロール210,220の温度すなわち接合温度は190度以上が好ましいと言える。
図20は、接合幅と輝度比との関係の、ヒートロール温度依存性を表したものである。図20から、接合幅が大きくなればなるほど、輝度比が低くなることがわかった。ただし、このとき、ヒートロール210,220の温度による変化は見られなかった。
図21は、接合幅と90°ピール強度との関係の、ヒートロール温度依存性を表したものである。図21から、接合幅が大きくなればなるほど、ピール強度が強くなることがわかった。また、図21から、ヒートロール210,220の温度が190度となっていた場合には、ヒートロール210,220の温度が170度となっていた場合と比べて、同じ接合幅において、ピール強度が大きくなることがわかった。このことから、接合幅が小さい場合であっても、高温で接合させることにより、ピール強度を強化することが可能であることがわかった。つまり、高温で接合させることにより、密着性(接着性)を高めることができると言える。
密着(接着)の質についてミクロ的に考えてみると、以下のようになる。接合時には互いにガラス転移点を越えた高分子が交わり、接合後に常温に戻されて密着する。接合時にガラス転移点近傍であると、高分子のエネルギーが低く、たとえば分子運動が活発ではない。また、高分子同士の分子間力に対して高分子の運動エネルギーが低いことから光学シート同士の界面での高分子の絡まり方が十分ではない。これに対して、接合温度が高いと高分子の運動エネルギーも高く、高い運動状態、振動状態を形成するために界面でより強固な接合になるといえる。以上のように、密着(接着)の質を決めるのは高分子のエネルギー状態であり、ガラス転移点からの差で決まるといえる。PCのガラス転移点は150℃であることから、ガラス転移点より40度以上高い温度(190℃)で接合すると密着(接着)の質が良くなり、良好な接合状態が作られる。
図22は、ヒートロール210,220の温度を190度一定にし、下側の光学シートの凸部のピッチを40、50、70μmにしたときの、輝度比と90°ピール強度との関係の、凹凸ピッチ依存性を表したものである。図22から、下側の光学シートの凸部のピッチを40μm、50μmとした場合には、下側の光学シートの凸部のピッチを70μmとした場合と比べて、輝度比およびピール強度ともに好ましい値となっていることがわかる。このことから、下側の光学シートの凸部のピッチは50μm以下となっていることが好ましいと言える。これは以下のような理由によるものである。接合面積に依存して輝度は一意的に定まる。これに対してピール強度は接合面積と完全に対応しない。ピール強度は、上述したように密着(接着)の質によっても変化するし、図21のように下側の光学シートの凸部のピッチによっても変化する。下側の光学シートの凸部のピッチによるピール強度の変化は以下のように説明される。接合面積は、「ひとつの接合部の面積」×「接合部の数」で決まる。仮に接合面積が同じであっても、接合部の数が多いほうが、構造上、ピール強度が高くなる。このことから、下側の光学シートの凸部のピッチは50μm以下であると好ましい。
図23は、ヒートロール210,220の温度を190度一定にし、下側の光学シートの凸部のピッチを50μmにしたときの、単位面積当たりの接合面積(接合面積比)と90°ピール強度との関係を表したものである。前述のように、ハンドリングで光学シート積層体に剥離が生じないようにするためには剥離強度は0.2N/25mm幅あれば十分である。また、打ち抜き工程で光学シート積層体に剥離が生じないようにするためには剥離強度は臨界的に1N/25mm幅以上あれば十分である。図23から、ハンドリングで光学シート積層体に剥離が生じない0.2N/25mm幅の剥離強度を得るためには、接合面積比が0.055(5.5%)以上であればよい。また、図23から、打ち抜き工程で光学シート積層体に剥離が生じない1.0N/25mm幅の剥離強度を得るためには、接合面積比が0.115(11.5%)以上であればよい。
[適用例]
次に、上記各実施の形態およびその変形例に係る光学シート積層体1〜3,300,400の一適用例について説明する。
(第1の適用例)
例えば、図24に示したように、光学シート積層体1〜3,300,400と、照明装置に一般的に用いられる厚さ1mm以上の拡散板500とを、周縁に設けた接合部510によって一体化するようにしてもよい。このようにした場合には、より高い剛性を得ることができる。接合部510による接合方法としては、熱溶着、熱圧着、超音波溶着など中間剤を用いない手法でもよいし、接着剤などの中間剤を用いた手法を用いてもよい。接着剤としては、例えばPSA(感圧接着剤)を用いることができる。
(第2の適用例)
図25は、本適用例にかかる表示装置600の断面構成を表したものである。この表示装置600は、画像信号に基づいて駆動される液晶表示パネル610と、液晶表示パネル610の背後に配置された光源620と、液晶表示パネル610および光源620との間に配置された光学シート積層体1〜3,300,400および拡散板630とを備えている。なお、必要に応じて、拡散板630を省略することも可能である。また、液晶表示パネル610が、本発明の「表示パネル」の一具体例に相当する。
液晶表示パネル610は、図示しないが、画像表示側の透明基板と光源620側の透明基板との間に液晶層を有する積層構造となっている。具体的には、画像表示側から順に、偏光板、透明基板、カラーフィルタ、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明画素電極、透明基板および偏光板を有している。
偏光板は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光(偏光)のみを通過させる。これら偏光板はそれぞれ、偏光軸が互いに90度異なるように配置されており、これにより光源620からの射出光が、液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、光源620側の透明基板には、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのTFT(ThinFilm Transistor;薄膜トランジスタ)および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。カラーフィルタは、光源620からの射出光を例えば、赤(R)、緑(G)および青(B)の三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して構成されている。透明電極は、例えばITO(Indium Tin Oxide;酸化インジウムスズ)からなり、共通の対向電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、VA(Vertical Alignment)モードの液晶からなり、駆動回路からの印加電圧により、光源620からの射出光を画素ごとに透過または遮断する機能を有する。透明画素電極は、例えばITOからなり、画素ごとの電極として機能する。
光源620は、光学シート積層体1〜3,300,400を介して液晶表示パネル610を照明するものである。光源620は、例えば、複数の線状光源が等間隔(例えば20μm間隔)で並列配置されたものである。線状光源は、典型的には、冷陰極管(CCFL;Cold Cathode Fluorescent Lamp)と呼ばれる冷陰極蛍光ランプであるが、熱陰極管(HCFL;Hot Cathode Fluorescent Lamp)であってもよい。また、線状光源は、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)などの点状光源を直線状に配置したものであってもよい。各線状光源は、例えば光学シート積層体1〜3の下面と平行な面内において、例えば最下の光学シートの凹凸の延在方向と平行な方向に延在して配置されている。
ところで、本適用例では、光学シート積層体1〜3が用いられているので、光学シートのしわ、たるみ、反りに起因する光学特性の低下がほとんどなく、表示品質の高い表示装置を提供することができる。また、光学シート積層体1〜3を用いた結果、表示装置600全体を薄くすることができ、表示装置600を軽量化することができる。
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態、変形例、適用例を互いに組み合わせて実施することが可能である。また、本発明における光学シートは、フィルム状の光学素子(光学フィルム)も含むものとする。
1,2,3,300,400…光学シート積層体、10,20,30,40,50,60,70,80,90,310,320,330,340…光学シート、10A,20A,30A,40A,50A,60A,70A,80A,90A…上面、10B,20B,30B,40B,50B,60B,70B,80B,90B…下面、11,21,31,41,51,61,81…凹凸部、12,22,32,42,52,62,82…頂部、100,200…製造装置,500,630…拡散板、510…接合部、600…表示装置、610…液晶表示パネル、620…光源。

Claims (17)

  1. 上面および下面のうち少なくとも上面が凹凸形状となっている第1光学シートと、
    上面および下面を有する第2光学シートと
    を備え、
    前記凹凸形状の頂部のうち前記第2光学シートの下面との対向部分全体と、前記第2光学シートの下面とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている
    光学シート積層体。
  2. 前記第1光学シートの誘起複屈折値が、5×10-5以下となっている
    請求項1に記載の光学シート積層体。
  3. 前記第1光学シートは、前記凹凸形状の反転パターンを有する型を当該第1光学シートの原料である樹脂材料のガラス転移温度以上の温度にした状態で、前記反転パターンを樹脂材料からなる樹脂層に押し当てたのち、そのままの状態で、前記型を冷却して前記反転パターンを前記樹脂層に転写することにより形成されたものである
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  4. 前記第1光学シートの外縁における単位面積あたりの接合面積が、前記第1光学シートの外縁以外の部位における単位面積あたりの接合面積よりも大きくなっている
    請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光学シート積層体。
  5. 前記第1光学シートの上面に形成された凹凸形状のピッチが50μm以下となっている
    請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光学シート積層体。
  6. 前記第2光学シートの下面うち前記第1光学シートとの対向領域の面積を1としたときに、前記第1光学シートと前記第2光学シートとの接合面積は、0.055以上となっている
    請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の光学シート積層体。
  7. 前記第2光学シートの下面うち前記第1光学シートとの対向領域の面積を1としたときに、前記第1光学シートと前記第2光学シートとの接合面積は、0.115以下となっている
    請求項6に記載の光学シート積層体。
  8. 上面および下面のうち少なくとも上面が平坦面となっている第1光学シートと、
    上面および下面のうち少なくとも下面が平坦面となっている第2光学シートと
    を備え、
    前記第1光学シートの上面のうち前記第2光学シートの下面との対向部分全体と、前記第2光学シートの下面のうち前記第1光学シートの上面との対向部分全体とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている
    光学シート積層体。
  9. 前記第1光学シートおよび前記第2光学シートは互いに同一材料によって構成されている
    請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の光学シート積層体。
  10. 前記第1光学シートおよび前記第2光学シートはポリカーボネートを含んで構成されている
    請求項9に記載の光学シート積層体。
  11. 前記第1光学シートおよび前記第2光学シートは互いに異なる材料によって構成されており、
    前記第1光学シートおよび前記第2素子光学シートのうち熱膨張率が相対的に大きな方のシートの厚さが、前記第1光学シートおよび前記第2素子光学シートのうち熱膨張率が相対的に小さな方のシートの厚さよりも薄くなっている。
    請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の光学シート積層体。
  12. 前記第2光学シートとの関係で、前記第1光学シートとは反対側に配置されるとともに、前記第1光学シートの熱膨張率と同一または略同一の熱膨張率を有する第3光学シートをさらに備え、
    前記第3光学シートの前記第2光学シート側の面と、前記第2光学シートの前記第3光学シート側の面とが、中間材を挟まずに互いに直接接合されている
    請求項11に記載の光学シート積層体。
  13. 前記第2光学シートは、反射性偏光子である
    請求項12に記載の光学シート積層体。
  14. 上面および下面のうち少なくとも上面が凹凸形状となっている第1光学シートと、上面および下面を有する第2光学シートとを準備する準備工程と、
    前記凹凸形状の頂部のうち前記第2光学シートの下面との対向部分全体と、前記第2光学シートの下面のうち前記凹凸形状の頂部との対向部分全体とを中間材を挟まずに互いに直接接合する接合工程と
    を含む光学シート積層体の製造方法。
  15. 前記準備工程において、前記凹凸形状の反転パターンを有する型を前記第1光学シートの原料である樹脂材料のガラス転移温度以上の温度にした状態で、前記反転パターンを前記樹脂材料からなる樹脂層に押し当てたのち、そのままの状態で、前記型を冷却して前記反転パターンを前記樹脂層に転写することにより前記第1光学シートを形成する
    請求項14に記載の光学シート積層体の製造方法。
  16. 請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の光学シート積層体と、
    前記光学シート積層体に向けて光を射出する光源と
    を備えた照明装置。
  17. 請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の光学シート積層体と、
    画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
    前記光学シート積層体を介して前記表示パネルを照明する光源と
    を備えた表示装置。
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