(57)【要約】      （修正有）【課題】バックライトの正面輝度を向上させ得るマイクロレンズフィルム及び該マイクロレンズフィルムを用いたバックライトユニットを提供する。【解決手段】頂点Ｔが底面の中心Ｃからずれた略半球形状のマイクロレンズが一方の表面に配列されてなるマイクロレンズフィルム、並びに光源を備えた導光板、マイクロレンズフィルム及びプリズムシートが積層されてなるバックライトユニットであって、前記マイクロレンズフィルムにおいて、マイクロレンズの頂点Ｔが底面の中心Ｃから光源と反対側にずれるように配置されてなるバックライトユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂点が底面の中心からずれた略半球形状のマイクロレンズが一方の表面に配列されてなるマイクロレンズフィルム。
【請求項２】
マイクロレンズの頂点が一定方向にずれている請求項１記載のマイクロレンズフィルム。
【請求項３】
マイクロレンズの、底面の中心からの頂点のずれ長さをＡとし、マイクロレンズの底面の半径をＲとしたとき、Ａ／Ｒが0.3〜0.6である請求項１又は２記載のマイクロレンズフィルム。
【請求項４】
光源を備えた導光板、請求項１〜３いずれか記載のマイクロレンズフィルム及びプリズムシートが積層されてなるバックライトユニットであって、前記マイクロレンズフィルムにおいて、マイクロレンズの頂点が底面の中心から光源と反対側にずれるように配置されてなるバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、照明装置等に好適に用いられるバックライトユニット及び該バックライトユニットに用いられ得るマイクロレンズフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等のバックライトユニットに使用されるマイクロレンズフィルム(マイクロレンズアレイ)としては、例えば、特許文献１に記載されたような、半球状のマイクロレンズを有するものが知られている。
【特許文献１】特開２００４−１４５３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液晶表示装置用のバックライトにはより高い正面輝度が要求されており、従来の半球状のマイクロレンズでは、十分な正面輝度は得られない。
【０００４】
本発明の課題は、バックライトの正面輝度を向上させ得るマイクロレンズフィルム及び該マイクロレンズフィルムを用いたバックライトユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の要旨は、
〔１〕  頂点が底面の中心からずれた略半球形状のマイクロレンズが一方の表面に配列されてなるマイクロレンズフィルム、並びに
〔２〕  光源を備えた導光板、請求項１〜３いずれか記載のマイクロレンズフィルム及びプリズムシートが積層されてなるバックライトユニットであって、前記マイクロレンズフィルムにおいて、マイクロレンズの頂点が底面の中心から光源と反対側にずれるように配置されてなるバックライトユニット
に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のマイクロレンズフィルムは、バックライトユニットの正面輝度を向上させることができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のマイクロレンズフィルムは、従来のマイクロレンズが底面の中心に頂点を有する半球形状であるのに対して、頂点が底面の中心からずれた略半球形状のマイクロレンズが一方の表面に配列されている点に大きな特徴を有している。かかるマイクロレンズフィルムを、マイクロレンズの頂点が底面の中心から光源と反対側にずれるように配置して、後述の順に導光板及びプリズムシートと重ね、液晶表示装置等のバックライトユニットとして用いることにより、バックライトの正面輝度が格段に向上する。これは、マイクロレンズの頂点を底面の中心から光源と反対側にずらすことにより、マイクロレンズからの出射光の角度が変化し、プリズムシートで正面へ向けることができる入射光量が増加するためである。
【０００８】
本発明のマイクロレンズフィルムの断面模式図を図１(ａ)に、従来の断面模式図を図１(ｂ)に示す。図１に示すように、(ｂ)に記載の従来の半球形状のマイクロレンズの頂点Ｔは底面の中心Ｃの鉛直上にあるのに対して、(ａ)に記載の本発明の略半球形状のマイクロレンズの頂点Ｔは底面の中心Ｃからずれている。
【０００９】
略半球形状のマイクロレンズの、底面の中心からの頂点のずれ長さをＡとし、マイクロレンズの底面の半径をＲとしたとき、Ａ／Ｒは、正面輝度の観点から、0.3〜0.6が好ましく、0.3〜0.4がより好ましい。
【００１０】
マイクロレンズの底面の半径(Ｒ)は、回折の影響による分光の発生を防止する観点から、2.5μm以上が好ましく、拡散効果を高め輝度ムラを低減する観点から、50μm以下が好ましい。かかる観点から、マイクロレンズの底面の半径(Ｒ)は、2.5〜50μmが好ましく、5〜20μmがより好ましい。
【００１１】
また、マイクロレンズの高さ、即ち底面から頂点までの長さをＨとしたとき、Ｈ／Ｒは、正面輝度の観点から、0.9〜1.1が好ましい。
【００１２】
各マイクロレンズの頂点のずれ長さ、ずれ方向は、生産性の観点から、いずれも一定であることが好ましい。
【００１３】
マイクロレンズフィルムの材質は、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリカルボジイミド等の樹脂等が挙げられるが、これらのなかでは、耐熱性の観点からは、エポキシ樹脂及びポリイミドが好ましく、生産性の観点からはポリスチレン樹脂が好ましい。
【００１４】
マイクロレンズフィルムの製造方法は特に限定されないが、生産性の観点から、予め所望の略半球形状の凹部を形成した成形用の型を用いて、表面に略半球形状のマイクロレンズを有するフィルムを成形することが好ましい。
【００１５】
成形用の型は、例えば、表面が平滑なフィルム状の型材に、投影マスクを介してレーザー光を照射し、型材の表面を略半球形状にエッチングする方法により、製造することができる。具体的には、後述のように、段階的に大きさが異なる複数の透光部分が形成された投影マスクを用い、型材及び／又は投影マスクを順次移動する際に、レーザー光の照射と型材及び／又は投影マスクの移動とを繰り返すことにより、凹部を形成する各部分を複数回エッチングし、型材の表面に略半球形状の凹部を形成する。
【００１６】
型材としては、エッチング加工されるプラスチックフィルムであれば、その材質は特に限定されず、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ABS樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂等からなるフィルムが挙げられるが、レーザー光の種類に対して、そのレーザー光の波長の吸収があるものを選択することが好ましく、また、マイクロレンズフィルムの材質とは異なる樹脂フィルムであって、成形条件に耐え得る物性を有する樹脂フィルムを適宜選択することが好ましい。
【００１７】
また、型材には、加工時のハンドリング・加工表面のフラット性等を考え、厚さ10〜200μm程度のものを用いるのが好ましい。この場合、ガラス板、金属板等に貼りあわせて使用してもよく、またスピンコート、塗工方式等により該ガラス板、金属板等に塗布し使用してもよい。
【００１８】
投影マスクは、レーザー光が通過する所望の形状の透光部分とレーザー光を遮断する遮光部分を持ち、順次透光部分を変更することにより深さ方向への形状がコントロールできる設計であれば、その形状は円、矩形、多角形等を問わない。その透光部分の数も任意に選択すればよく、実質的な解像性(分解能、階調)及びステージ移動による誤差を考慮した場合、5〜100個とすることが好ましい。さらに透光部分は、投影マスク上に直線上に並んでいることが好ましい。透光部分の直径は、投影像の直径及び集光レンズによって異なる。また、投影マスクの材質は、金属又は合金のみから成るもの(メタル投影マスク)或いは石英ガラス上に金属を蒸着し、金属被膜されたもの(蒸着・被膜メタル投影マスク)等が好ましい。石英ガラス上に金属を蒸着し、金属被膜する場合、レーザー光に対する耐久性あるいは解像力の観点から、クロム蒸着・アルミ蒸着・モリブデン蒸着・誘電体多層被膜等が特に好適である。前記遮光部分は、メタル投影マスクの場合、マスク上に穴が開いていない部分、又は蒸着・被膜メタル投影マスクの場合、蒸着・被膜された部分であって、レーザー光が通過できない部分が遮光部分に相当することになる。前記透光部分は、メタル投影マスクの場合、マスク上に穴が開いた部分、又は蒸着・被膜メタル投影マスクの場合、金属蒸着・被覆されていない石英ガラスの部分であって、レーザー光が通過できる部分が透光部分となる。ここで石英ガラスは紫外光をほぼ100％透過させることが可能である。
【００１９】
投影マスクの透光部分及び遮光部分の作製方法としては、例えば（１）石英ガラスに金属クロムを蒸着し、（２）さらに金属クロム層の上に露光用のレジストを塗布し、（３）露光又はレーザー光照射にてレジスト層をパターニングしてエッチングし、（４）さらにクロム層をウエットエッチングまたはレーザー照射でエッチングし、（５）最後にレジスト層を剥離することによって透光部分と遮光部分を作製する方法等が挙げられる。また別の例としては、石英ガラスに金属クロムを蒸着し、レーザー光の直接照射によって金属クロム層を切除する作製方法等が挙げられる。
【００２０】
レーザー光は、エキシマレーザー、YAGレーザー、CO2レーザー、フェムト秒レーザー、ピコ秒レーザー等が好ましい。特に微細加工を考えた場合、400nm以下の紫外領域の発振波長を有するレーザー光がさらに好ましい。
【００２１】
レーザー光のエネルギー密度は、特に制限されないが、紫外領域(エキシマレーザー)の場合、型材上で好ましくは100〜2000mJ/cm2、より好ましくは300〜800mJ/cm2である。
【００２２】
本発明において「型材及び／又は投影マスクを順次移動させる」とは、レーザー光の照射後に投影マスクと型材との相方又はいずれか一方を移動させることによって、型材上のレーザー光照射部分(投影像)と投影マスクの透光部分が、順次、次の位置関係を有することを意味する。あるレーザー光照射時を基準として、レーザー光照射された投影像から見た次の投影マスクの透光部分は、隣接した透光部分であってもよく、離れた箇所の透光部分であってもよい。その際、移動方法には特に制限はなく、型材、投影マスクのどちらが移動してもよいが、微細な凹凸形状を加工できる方法であるのが好ましい。さらに該移動方法に用いられる方法としては、型材の置かれているステージがＸＹ平面上で移動する方法がより好ましく、より精密な加工のために、該ステージ又はレーザーの集光レンズが１ショットごとに、深さ方向にエッチングされる分だけ、Ｚ軸方向に移動させる方法がさらに好ましい。
【００２３】
さらに、上記方法により成形用の型を製造する際に、集光レンズを好適に用いることもできる。集光レンズは、特に制限はないが、集光レンズは投影マスクと型材間に配置されるのが好ましく、集光倍率として1/1〜1/30倍が好ましい。実際に設備として使用する場合、投影マスクの大きさとそれに対する加工サイズと加工領域あるいはレーザー光の照射量、強度と投影マスク作製の難易度を考えると1/5〜1/15倍の集光倍率がより好ましい。
【００２４】
本発明で、例えば1/30倍の集光倍率を有する集光レンズを用いる場合、目的とする投影像(型材)に比べて30倍の大きさを有する投影マスクの透光部分が必要になる。さらに、1/5倍の集光倍率を有する集光レンズを用いた場合、投影像に比べて5倍の大きさを有する投影マスクの透光部分が必要であり、エネルギーは、集光倍率の2乗に反比例することから、投影像(型材)に500mJ/cm2のエネルギー密度で照射する場合、投影マスクを通過する際のエネルギー密度は20mJ/cm2で済むことになる。集光レンズが1倍の集光倍率を有する場合は、投影像と投影マスクの透光部分の大きさは等倍になり、必要なエネルギー密度も等倍となる。
【００２５】
さらに本発明において、集光レンズを用いる１つの特徴として、投影マスクについての経済的及び精度の観点から、投影マスクの透光部分の直径、及び透光部分の配置とピッチを容易に作製できることが挙げられる。
【００２６】
本発明において、エッチングされる深さは、特に制限はないが、投影マスク、集光レンズ、レーザーのエネルギー密度、及び型材の観点から、レーザーの１回照射当たり、好ましくは0.05〜3μm、より好ましくは、0.1〜1μm、さらに好ましくは0.1〜0.5μmである。
【００２７】
図２に、マイクロレンズフィルム成形用の型を製造する方法の原理を示す。ただし、集光レンズは1/1倍とした時の概略図として示してある。
【００２８】
まず、図２(ａ)に示されている、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きさが異なる透光部分が形成された投影マスク１を介して、１回目のレーザー光２を型材５に照射して、型材表面をエッチングする。
【００２９】
次に、１つの間隔分(送りピッチ３)だけ型材を搭載しているステージを直線方向４に移動して、同様に、第２回目のレーザー光２を型材５に照射して、型材表面をエッチングする。同様にして、ステージの移動とレーザー光の照射を繰り返し、１箇所の凹部に対して４回レーザーエッチングをすることにより、レンズ形状の型となる凹部が形成される。ただし、第１回目の照射時の、左の３つ(Ａ，Ｂ，Ｃ)は、レンズ加工が行われない。
【００３０】
図２(ｂ)は、小さい透光部分(Ｄ)から、大きい透光部分(Ａ)へ順にレーザー光を照射して加工する方法を示しているが、逆に、大きい透光部分(Ａ)から、小さい透光部分(Ｄ)へ順にレーザー光を照射して加工することもできる。凹型の球面を滑らかにする観点からは、図２(ｂ)のように、大きい透光部分(Ａ)へ順にレーザー光照射加工する方法が好ましい。
【００３１】
なお、図２(ｂ)の概略図では、図２(ａ)に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの中心が等間隔となるように配置された投影マスクを用い、半球形状の凹部が形成されているが、図３に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの中心が、点線に示すような等間隔ではなく少しずつずれるように配置された投影マスクを用いることにより、頂点が底面の中心からずれた略半球形状の凹部が形成される。
【００３２】
成形用の型を用いて、マイクロレンズフィルムを製造する方法は、特に制限されないが、例えば、上記方法により略半球形状の凹部を形成した成形用型に、マイクロレンズフィルムとして用いる熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂等の樹脂シートをプレスして、熱硬化性樹脂の場合は熱硬化することにより、紫外線硬化型樹脂の場合には紫外線を照射することにより、樹脂シートを硬化させて凸型のマイクロレンズシートを得ることができる。
【００３３】
なお、図２では成形用型として凹型の加工を示したが、投影マスクの光透過部分と光遮光部分を逆転することにより、凸型の加工をすることもできる。
【００３４】
マイクロレンズフィルムを大量に生産する場合は、型の耐久性を考慮すると樹脂型よりも金型が好ましいことから、予め、透光部分と遮光部分とが逆転した投影マスクを用いて作製した凸型の型を利用して、凹型の金型を作製したり、上記方法により得られた凸型のマイクロレンズシートの表面に、スパッタリングによりニッケル薄膜を形成し、さらに、その上に、ニッケル電解めっきをして、凹型の金型を作製したりして、金属製の成形用型を作製することもできる。
【００３５】
図４は、本発明で用いる投影マスクパターンの一例を示す。最大直径が150μｍ、最小直径が30μｍで、15段階の大きさが異なる光透過部分が左右直線上に並んでいる。そして、その直線上に並んだ光透過部分が15列千鳥状に配列されている。
【００３６】
本発明のバックライトユニットは、光源を備えた導光板、本発明のマイクロレンズフィルム及びプリズムシートが積層されたものであり、前記の如く、マイクロレンズフィルムは、マイクロレンズの頂点が光源と反対側に底面の中心からずれるように配置されている。
【００３７】
本発明のバックライトユニットは、正面輝度特性の観点から、導光板の１側面に光源を備えたエッジライト型であることが好ましい。
【００３８】
本発明のバックライトユニットの一実施態様として、エッジライト型のバックライトの断面図を図５に示す。図５に示すバックライトユニットにおいて、光源６を備えた導光板７の上に、本発明のマイクロレンズフィルム８、プリズムシート９が順じ重ねられている。
【００３９】
光源６としては、従来の発光ダイオード、陰極管、有機ＥＬ、無機ＥＬ等を使用することができる。
【００４０】
導光板７は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリカルボジイミド等の樹脂を用いて、トランスファー成形、プレス成形などの成形法によって製造することができる。
【００４１】
導光板７からの出射光の最大強度の方向の角度は、導光板の表面に対して1〜25°であることが好ましい。
【００４２】
プリズムシート９の材質は、特に限定されないが、アクリル樹脂等が挙げられ、図６に示したように、プリズムの断面形状が直角二等辺三角形のものを用いることが好ましい。例えば、市販品としては、住友３Ｍ社製のＢＥＦシートを使用することができる。
【００４３】
本発明のマイクロレンズフィルムを、マイクロレンズの頂点が光源設置側と反対方向にずれるように搭載したバックライトユニットは、極めて高い正面輝度を発揮する。
【実施例】
【００４４】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００４５】
実施例１
(1) マイクロフィルム成形用型の作製
厚み125μmのポリイミドのシートをガラス板に貼りあわせたものを、ステージ上に設置した。円形にて透光部分の直径を変化させた投影マスクを用意した。該透光部分の直径は、最大直径が150μm、除々に透光部分が小さくなり、最小直径が30μｍであった。透光部分の数は25段階で、千鳥状に配列されているが、透光部分の中心は等間隔ではなく少しずつずらしてあった。上記投影マスクを介して、248nmのエキシマレーザー光(LPX220i、ラムダフィジック社製)を、シート上のエネルギー密度が500mJ/cm2となるように、ポリイミドシートに照射しエッチングした。投影マスクの下には集光レンズ(集光倍率1/15)があり、シート上の照射領域が1/15倍に縮小された。従って、ポリイミドシート表面での照射サイズは、最大直径が10μm、最小直径が2μmであった。レーザー照射を１パルス(ショット)照射するごとに、ステージをレンズ１つ分だけ移動し、１つのレンズ部分について25回照射した。なお、ステージの移動は、小さな透光部分からエッチングが開始され、大きな透光部分で終了する方向で行った。１回の照射でエッチングされる深さは0.2μmであり、25回で5μmの深さになった。半径(R)が5μm、高さ(H)が5μm、底面の中心からの頂点のずれ長さ(A)が1.75μm、A/Rが0.35である、略半球形状の凸部の型となる凹部が千鳥状に縦1500列、横1500列で配列された、20mm×20mmの成形用型を得た。
【００４６】
(2) マイクロレンズフィルムの作製
(1)で作製した成形用型の表面にフッ素系の離型処理層を形成した後、厚み30μm、縦30mm、横30mmの半硬化状態のエポキシ樹脂シートを成形用面に載せて、さらにその上に離型処理をしたＰＥＴフィルムを載せて、温度150℃にて5分間、鋼板により加圧した。その後、エポキシ樹脂シートを型から取り出し、ＰＥＴフィルムを剥離することによって、半径(Ｒ)が5μm、高さ(Ｈ)が5μm、底面の中心からの頂点のずれ長さ(Ａ)が1.75μm、Ａ／Ｒが0.35、Ｈ／Ｒが1.0である、略半球形状のマイクロレンズを縦1500列、横1500列で有するマイクロレンズフィルムを得た。
【００４７】
(3) バックライトユニットの作製
光源を備えた導光板の上に、(2)で作製したマイクロレンズフィルム、プリズムシート(住友３Ｍ社製BEFシート)を順次積載して、図５に示すようなバックライトユニットを作製した。
【００４８】
実施例２
マイクロレンズのＡ／Ｒを0.55とした以外は、実施例１と同様にして、マイクロレンズフィルムを作製し、さらに、それを用いてバックライトユニットを作製した。
【００４９】
比較例１
マイクロレンズのA/Rを0とした、即ちマイクロレンズを半球状にした以外は、実施例１と同様にして、マイクロレンズフィルムを作製し、さらに、それを用いてバックライトユニットを作製した。
【００５０】
〔評価〕
トプコン社製の輝度計(BM-9)を用いて、実施例１、２、比較例１のバックライトユニットの正面輝度を測定した。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2008226763.tif 000003
【００５２】
以上の結果より、マイクロレンズの頂点が底面の中心からずれている略半球形状のマイクロレンズフィルムを搭載した実施例１、２のバックライトユニットは、半球形状のマイクロレンズフィルムを搭載した比較例１のバックライトユニットよりも、高い正面輝度を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のマイクロレンズフィルムを用いたバックライトユニットは、液晶表示装置、照明装置等に用いられるバックライトユニットとして好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１(ａ)は、本発明の略半球形状のマイクロレンズフィルムの断面模式図であり、図１(ｂ)は、従来の半球形状のマイクロレンズフィルムの断面模式図である。
【図２】図２(ａ)は、投影マスクを上方から見た図であり、図２(ｂ)は、成形用型の製造工程を示す概念図である。
【図３】図３は、略半球形状のマイクロレンズフィルムの型となる凹部を形成するために用いられる投影マスクの模式図である。
【図４】図４は、投影マスクパターンを示す図である。
【図５】図５は、本発明のバックライトユニットの一実施態様の断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｃ  マイクロレンズの底面の中心
Ｔ  マイクロレンズの頂点
Ｒ  マイクロレンズの底面の半径
Ａ  マイクロレンズの頂点のずれ長さ
Ｈ  マイクロレンズの高さ
１  投影マスク
２  レーザー光
３  送りピッチ
４  ステージ移動方向
５  型材
６  光源
７  導光板
８  マイクロレンズフィルム
９  プリズムシート
【図１】
2008226763.tif 000004
【図２】
2008226763.tif 000005
【図３】
2008226763.tif 000006
【図５】
2008226763.tif 000007
【図４】
2008226763.tif 000008