光学单元及使用该光学单元的背光单元的制作方法

专利名称：光学单元及使用该光学单元的背光单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适合于具有优异的面均勻性及广视角的液晶显示装置、特别是汽车导航系统用液晶显示装置的背光单元的光学单元，及使用该光学单元的背光单元。
背景技术：
液晶显示装置被广泛用作电视或个人电脑等的画面的显示装置，大致分为直接观 看显示画面的直视式与观看荧幕上映出的影像的投影式。直视式液晶显示装置中，有透射 背光的光的透射式、不具有背光而使用自然光或室内灯等的反射光的反射式、及在亮处成 为反射式且在暗处成为透射式的半透射式。另一方面，投影式液晶显示装置中，有在前表面 的荧幕中映出影像的前投式、及将荧幕纳入至显示器机柜内而映出影像的背投式。现今，直 视式其中的透射式液晶显示装置已作为主流而普遍使用。对于透射式液晶显示装置而言，自背面照亮液晶层的背光方式较为普及，在液晶 层之下表面侧配备有边缘照明式(侧光式)、直下式等的背光单元。该边缘照明式的背光 单元20通常如图5所示，配备有作为光源的灯21、以端部沿着该灯21的方式而配置的方 形板状的导光板22、及积层于该导光板22的表面侧的光学单元23。作为光源的灯21是使 用LED(Light-EmittingDi0de，发光二极管)或冷阴极管等，就小型化及节能化的观点等而 言，目前普遍使用LED。该光学单元23具备重叠多片的光学片材，对透射光线具有扩散、折 射等光学功能。作为该光学单元23所具备的光学片材，可使用(1)配设于导光板22的表 面侧、主要具有光扩散功能的光扩散片材24，或(2)配设于光扩散片材24的表面侧、具有朝 法线方向侧的折射功能的棱镜片材25等。虽未图示，但考虑到上述导光板22的导光特性或光学单元23所具备的光学片材 的光学功能等，而也可更多地配设有光扩散片材或棱镜片材等光学片材的光学单元23。作为具有此种背光单元的液晶显示装置，可以被汽车导航系统所使用。该汽车导 航系统用液晶显示装置通常是设置于汽车的驾驶座与副驾驶座之间的中控台上。因此，该 汽车导航系统用液晶显示装置要求与个人电脑等其他液晶显示装置具有不同的光学性能。 艮口，汽车导航用液晶显示装置要求较广的视角，以可与正面相比自倾斜方向，即从驾驶座及 副驾驶座更合适地观看液晶画面。为了因应此种要求，例如也开发出了具备如下光学单元 的背光单元30，S卩，如图6所示，使作为光学片材的2片棱镜片材的突条棱镜正交，且将棱镜 设置成朝内(导光板方向)(例如参照日本专利特开2001-195913号公报等)。对该背光单元30的功能加以说明，首先，自灯31入射至导光板32的光线，经导光 板32背面的反射点或反射片材(未图示)及各侧面而反射，自导光板32表面出射。自导 光板32出射的光线入射至棱镜片材34，经折射而自表面出射。然后，自棱镜片材34表面出 射的光线入射至棱镜片材35，藉由形成于表面的多个突条棱镜部而作为朝左右方向广泛扩 散的分布的光线出射。如此，先前的汽车导航系统的液晶显示装置用的背光单元30中，自 灯31出射的光线藉由光学单元33而扩散，朝左右方向以表现出波峰的方式折射，进而照明 上方的未图示的液晶层整个面。
然而，根据此种光学单元33，如图4的图中比较例1所示，由于2片棱镜片材34及 35的朝倾斜方向的折射性过高，故正面亮度下降，若自正面观看汽车导航系统的液晶画面， 则产生画面变暗的不良状况。[先前技术文献][专利文献]专利文献1日本专利特开2001-195913号公报由此可见，上述现有的液晶显示装置的背光单元在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来 谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结 构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构 的光学单元及使用该光学单元的背光单元，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界 极需改进的目标。

发明内容
本发明的目的在于，克服现有的液晶显示装置的背光单元存在的缺陷，而提供一 种新型结构的光学单元及使用该光学单元的背光单元，所要解决的技术问题是使该光学单 元朝法线方向侧的折射及广角度的光扩散等光学功能较高、并且可容易且确实地控制该光 学功能，及该背光单元通过使用该光学单元而可以促进正面方向的高亮度化、广视角化、亮 度的均勻化等品质的提升，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种光学单元，其具备微透镜片材及配设于该微透镜片材的表面侧的棱镜片材，该微透镜片材在背面具有由多个微透镜所构成的微透镜阵列，棱镜片材在表面具有由多个突条棱镜部所构成的突起列。该光学单元除了棱镜片材以外，具备发挥优异的光学功能的微透镜片材，故朝法 线方向侧的折射、广角度的光扩散等光学功能格外提升。又由于微透镜片材在背面具有微 透镜阵列，由此光扩散功能得到提升，该光学单元的面均勻性获得格外提升。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的光学单元，其中所述的微透镜片材中的微透镜的平均直径较佳为ΙΟμπι以 上、200 μ m以下。由于微透镜片材是具备具有此种范围的平均直径的微透镜，由此可容易且 确实地控制光学功能，该光学单元的面均勻性获得提升。前述的光学单元，其中所述的微透镜片材中的微透镜的直径的变异系数较佳为 30%以上、100%以下。如此般微透镜的直径具有一定范围的分布，由此广角度的光扩散功 能进一步提升，可实现背光单元的广视角化。前述的光学单元，其中所述的微透镜片材中的微透镜阵列的素材的折射率较佳为 1.3以上、1.8以下。构成微透镜阵列的素材具有上述折射率，藉此能以广角度而均勻地进 行微透镜阵列中的光线的朝法线方向的折射及光扩散。前述的光学单元，其中使用聚碳酸酯系树脂作为上述微透镜片材的形成材料。微 透镜片材将聚碳酸酯系树脂作为形成材料，由此可容易且确实地成形上述特定形状的微透镜，故光学功能的控制可容易且确实地进行，并且由于具有适当的折射率及较高的透射率， 故正面亮度提高且可实现广角度的光扩散。前述的光学单元，其中所述的微透镜片材的微透镜阵列中的微透镜的配设图案较 佳为随机图案。根据具有此种随机图案的该光学单元，可在将该微透镜片材与其他光学构 件重合时减少叠纹的产生，并且提高光扩散性。前述的光学单元，其中所述的突条棱镜部较佳为三角柱状，且将顶角呈泛圆状态。 如此般突条棱镜部为三角柱状，且将其顶角呈泛圆状态，由此在突条棱镜部表面，自该光学 单元朝法线方向出射的光线的折射角减小，故可增加朝法线方向的出射光的量，从而使正 面亮度提升。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的 一种液晶显示装置用的背光单元，其是使由灯所发出的光线分散并引导至表面侧，该液晶 显示装置用的背光单元具备导光板、配设于该导光板的侧端面的灯、及配设于该导光板的 表面侧的上述光学单元。该光学单元具有较高的朝法线方向的折射及广角度的光扩散等光 学功能，故可提高该背光单元的正面方向的高亮度化、广视角化、亮度的均勻化等品质。尤 其，可实现广视角化的该背光单元可合适地用于大多情况下自倾斜方向观看的汽车导航系 统用液晶显示装置中。本发明中所谓“微透镜”，其是指界面为部分球面状的微小透镜，例如半球状凸 透镜、半球状凹透镜等相当于该微透镜。本发明中作为与“突条棱镜部”的条方向垂直的 方向的剖面形状，并无特别限定，除了直角三角形等三角形以外，例如包括四角形、五角 形等各种多角形或波形等。本发明中所谓“聚碳酸酯系树脂”，是指主链上具有碳酸酯键 (-0-R-0-C0-)的聚合物(polymer)。进而，本发明中所谓各片材的“表面”，是指背光单元中 具备该光学单元时光线出射之侧的一面。本发明中所谓各片材的“背面”，是指另一方的光 线入射之侧的面。本发明中所谓微透镜的直径的“变异系数”，是以直径的标准偏差除以平 均直径所得的值来定义。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明 光学单元及使用该光学单元的背光单元至少具有下列优点及有益效果根据本发明的光学 单元，朝法线方向侧的折射及广角度的光扩散等光学功能格外高，并且可容易且确实地控 制该光学功能，根据使用该光学单元的背光单元，可使正面方向的高亮度化、广视角化、亮 度的均勻化等品质得到提升。综上所述，本发明是有关于一种光学单元及使用该光学单元的背光单元。该光学 单元是一种朝法线方向侧的折射及广角度的光扩散等光学功能较高、并且可容易且确实地 控制该光学功能的光学单元。使用该光学单元的背光单元而可促进正面方向之的高亮度 化、广视角化、亮度之的均勻化等品质之的提升的背光单元。本发明之的光学单元具备微透 镜片材及配设于该微透镜片材之的表面侧之的棱镜片材，该微透镜片材于在背面具有由多 个微透镜所构成之的微透镜阵列，棱镜片材于在表面具有由多个突条棱镜部所构成之的突 起列。上述微透镜片材中之的微透镜之的直径之的变异系数较佳为30%以上、100%以下。 本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。


图1是表示本发明的一实施形态的光学单元的示意性剖面图。图2是表示图1的光学单元所具备的微透镜片材的局部仰视图。图3是表示具备图1的光学单元的背光单元的示意性立体图。图4是表示相对于视角的背光的亮度的图。图5是表示先前的通常的边缘照明式背光单元的示意性立体图。

图6是表示汽车导航系统用液晶显示装置中所用的先前的背光单元的示意性立 体图。1 光学单元2 微透镜片材3 棱镜片材4 基材层5 微透镜阵列6 微透镜7 基材层8 突条棱镜部9 顶角10 背光单元11 导光板12 灯20 背光单元21 灯22 导光板23 光学单元24 光扩散片材25 棱镜片材30 背光单元31 灯32 导光板33 光学单元34 棱镜片材35 棱镜片材D 直径H 高度R 曲率半径S:透镜间距离W:宽度α 顶角β 底角
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光学单元及使用该光学单元的背光单元其具体实 施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。图1的光学单元1具备微透镜片材2及棱镜片材3作为光学片材，在微透镜片材 2的表面侧配设有棱镜片材3。微透镜片材2如图2所示，具备片材状之基材层4、及该基材层4之背面所具有之 微透镜阵列5。基材层4由于必须使光线透射，故是由透明、特别是无色透明的合成树脂所形成。 作为被用作该基材层4的形成材料的合成树脂，并无特别限定，例如可列举聚对苯二甲酸 乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、丙烯酸系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚苯乙烯、聚烯烃、纤维素乙 酸酯、耐候性氯乙烯、活性能量线硬化型树脂等。其中，更佳为在微透镜阵列5的成形性优异的紫外线硬化型树脂、电子束硬化型树脂等活性能量线硬化型树脂或透明性及强度优异 的聚碳酸酯系树脂。又，也较佳为使用聚对苯二甲酸乙二酯膜、聚萘二甲酸乙二酯膜或聚碳 酸酯系树脂膜作为基材层4，并在其上以紫外线硬化性树脂等而形成微透镜6。作为形成基材层4的聚碳酸酯系树脂，较佳为含有直链聚碳酸酯系树脂及/或分 支聚碳酸酯系树脂的聚碳酸酯系树脂。作为本发明中所使用的直链聚碳酸酯系树脂及分支 聚碳酸酯系树脂，并无特别限定，可使用通常所用者。再者，也可仅由直链聚碳酸酯系树脂、 或仅由分支聚碳酸酯系树脂而形成基材层4。直链聚碳酸酯系树脂是藉由公知的光气法或熔融法而制造的直链的芳香族聚碳 酸酯系树脂，是由碳酸酯成分与双酚成分所形成。作为用以导入碳酸酯成分的前驱物质， 例如可列举光气、碳酸二苯酯等。又，作为双酚，例如可列举4，4' - 二羟基_2，2' -二苯 基丙烷、2，2_双(4-羟基苯基)丙烷、2，2_双(3，5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、1，1_双 (4-羟基苯基)环己烷、1，1-双(3，5-二甲基-4-羟基苯基)环己烷、1，1-双(4-羟基苯 基)癸烷、1，4_双(4-羟基苯基)丙烷、1，1_双(4-羟基苯基)环癸烷、1，1_双(3，5_ 二甲 基-4-羟基苯基)环十二烷、4，4- 二羟基二苯基醚、4，4-硫代双酚、4，4- 二羟基-3，3- 二氯 二苯基醚、4，4- 二羟基-2，5- 二羟基二苯基醚等。该些可单独或组合使用两种以上。分支聚碳酸酯系树脂是使用分支剂而制造的聚碳酸酯系树脂，分支剂例如可列 举氟甘胺酸、偏苯三甲酸、1，1，1-三(4-羟基苯基)乙烷、1，1，2_三(4-羟基苯基)乙烷、 1，1，2_三(4-羟基苯基)丙烷、1，1，1_三(4-羟基苯基)甲烷、1，1，1_三(4-羟基苯基) 乙烷、1，1，1-三(4-羟基苯基)丙烷、1，1，1-三(2-甲基-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1-三 (2-甲基-4-羟基苯基)乙烷、1，1，1-三(3-甲基-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1-三(3-甲 基-4-羟基苯基)乙烷、1，1，1-三(3，5-二甲基-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1-三(3，5-二 甲基-4-羟基苯基)乙烷、1，1，1_三(3-氯-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1_三(3-氯-4-羟 基苯基)乙烷、1，1，1_三(3，5-二氯-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1-三(3，5-二氯-4-羟基 苯基)乙烷、1，1，1-三(3-溴-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1_三(3-溴-4-羟基苯基)乙烷、 1，1，1_三(3，5-二溴-4-羟基苯基)甲烷、1，1，1-三(3，5-二溴-4-羟基苯基)乙烷等。此种分支聚碳酸酯系树脂例如可如日本专利特愿平1-321552号公报所记载般， 藉由以下方法而制造对于芳香族双酚类、上述分支剂及由光气所衍生的聚碳酸酯低聚物、 芳香族双酚类及末端终止剂，以包含该些化合物的反应混合液成为紊流的方式一边搅拌一 边进行反应，在反应混合液的粘度上升的时刻，添加碱性水溶液并且使反应混合液进行层 流而反应。本发明的树脂组成物的分支聚碳酸酯系树脂是以5 80质量％的范围而含于 聚碳酸酯系树脂中，较佳为10 60质量％的范围。其原因在于，若分支聚碳酸酯系树脂小 于10质量％，则伸长粘度下降而挤压成形时的成形变困难，若超过80质量％，则树脂的剪 断粘度变高而成形加工性下降。基材层4的厚度(平均厚度)并无特别限定，例如为10 μ m以上、500 μ m以下，较 佳为35 μ m以上、250 μ m以下，更佳为50 μ m以上、188 μ m以下。若基材层4的厚度小于上 述范围，则会发生在背光单元等中暴露于热下时容易产生翘曲、使用变困难等不良状况，反 之，若基材层4的厚度超过上述范围，则有时液晶显示装置的亮度下降，背光单元的厚度变 大而与液晶显示装置的薄型化的要求相背离。 微透镜阵列5是由多个微透镜6所构成。该微透镜6是形成为半球状(包括近似于半球的形状)等使光折射而发散或聚焦的光学曲面形状体，且设置于基材层4的背面。该 微透镜6由于必须使光线透射，故是由透明，特别是无色透明的合成树脂所形成，具体而言 是使用与上述基材层4相同的合成树脂。其中，更佳为透明性、强度优异且具有适当的折射 率的聚碳酸酯系树脂。

再者，微透镜6不限定于上述半球状凸透镜，也可为半球状凹透镜的微透镜。该半 球状凹透镜的微透镜也与上述微透镜6同样地具有优异的光学功能。再者，构成微透镜阵 列5的微透镜6不限定于相同形状及尺寸者。微透镜阵列5不限定于仅由半球状凸透镜、或 仅由半球状凹透镜构成，也可由半球状凸透镜与半球状凹透镜两方等多种微透镜所构成。基材层4及微透镜6中，除了上述合成树脂以外，例如也可调配填料、塑化剂、稳定 齐U、抗劣化剂、分散剂等。微透镜6是相对较密集且随机地配设于基材层4的背面。根据该随机图案，可在 将该微透镜片材2与其他光学构件重合时减少叠纹的产生，并且使光扩散性提升，从而能 以广角度来进行均勻的光线的出射。微透镜6的平均直径⑶的下限较佳为10 μ m,更佳为30 μ m,进而更佳为40 μ m。 另一方面，微透镜6的平均直径D的上限较佳为200μπι，更佳为150μπι，进而更佳为 100 μ m。若微透镜6的平均直径D小于10 μ m,则绕射的影响变大，容易引起光学性能的下 降或色分离，导致品质下降。另一方面，若微透镜6的平均直径D超过200 μ m,则容易发生 厚度的增大或亮度不均，导致品质下降。微透镜6的直径D的变异系数的下限较佳为30%，更佳为40%，上限较佳为 100%，更佳为80%。如此般微透镜6的直径D具有上述范围的特定的变异系数，即具有一 定的分布，由此可使入射至微透镜片材的光线以广角而扩散，从而可使光学单元的面均勻 性提升。若微透镜6的直径D的变异系数超过上述上限，则可能丧失微透镜片材2的背面 的平滑性，导致全光线透射率的下降。此处，所谓直径D的“变异系数”，是以直径的标准偏 差除以平均直径所得的值来定义。微透镜6的表面粗糙度Ra的下限较佳为0. 01 μ m，更佳为0. 03 μ m。另一方面，微 透镜6的表面粗糙度Ra的上限较佳为0. 1 μ m，更佳为0. 07 μ m。藉由如此般将微透镜6的 表面粗糙度Ra设定为上述下限以上，该微透镜片材2的微透镜阵列5的成形性变得相对较 容易，而减轻制造方面的技术性负担及成本负担。另一方面，藉由将微透镜6的表面粗糙度 Ra设定为小于上述上限，微透镜6表面的光的散射减少，结果可提高微透镜6的朝法线方向 侧的折射功能或光扩散功能，由于该良好的光学功能而可实现正面方向的高亮度化及出射 光的均勻化。微透镜6的平均高度H相对于平均曲率半径R的高度比H/R的下限较佳为5/8， 更佳为3/4。另一方面，该高度比H/R的上限较佳为1.3。藉由如此般将微透镜6的高度比 H/R设定为上述范围，可有效发挥微透镜6的透镜折射作用，该微透镜片材2的聚光等光学 功能格外提升。微透镜6的平均透镜间距离S相对于平均直径D的间隔比S/D的上限较佳为1/2， 更佳为1/5。藉由如此般将微透镜6的平均透镜间距离S设定为上述上限以下，而减少无助 于光学功能的平坦部，该微透镜片材2的聚光等光学功能格外提升。微透镜6的填充率的下限较佳为40%，更佳为60%。藉由如此般将微透镜6的填充率设定为上述下限以上，而提高微透镜6的占有面积，该微透镜片材2的光扩散功能等光 学功能格外提升。再者，所谓该微透镜的填充率，是指每特定的单位面积的所有微透镜所占 的比例。 构成微透镜阵列5的素材的折射率的下限较佳为1. 3，更佳为1. 45，另一方面，该 素材的折射率的上限较佳为1. 8，更佳为1. 6。该范围中，构成微透镜阵列5的素材的折射 率最佳为1. 5。藉由如此般将构成微透镜阵列5的素材的折射率设定为上述范围，而有效发 挥微透镜6的透镜折射作用，该微透镜片材2的光扩散等光学功能进一步提升。作为该微透镜片材2的制造方法，只要可形成上述构造者则并无特别限定，可采 用各种方法。作为该微透镜片材2的制造方法，可采用制作基材层4后另形成微透镜阵列 5的方法、将基材层4与微透镜阵列5 —体成形的方法，具体而言有(a)在具有微透镜阵列5的反转形状的片材模具上积层合成树脂，将该片材模具 剥离而形成该微透镜片材2的方法；(b)在具有微透镜阵列5的反转形状的金属模具中注入熔融树脂的射出成型法；(c)将片材化的树脂再次加热并夹在与上述相同的金属模具与金属板之间，进行 压制而转印形状的方法；(d)在周面上具有微透镜阵列5的反转形状的辊模具与其他辊的辊隙(nip)间通 过熔融状态的树脂，转印上述形状并进行挤压的片材成形法；(e)在基材层上涂布紫外线硬化型树脂，压抵于与上述相同的具有反转形状的片 材模具、金属模具或辊模具而对未硬化的紫外线硬化型树脂转印形状，照射紫外线而使紫 外线硬化型树脂硬化的方法；(f)对与上述相同的具有反转形状的金属模具或辊模具填充涂布未硬化的紫外线 硬化性树脂，以基材层压抵并整平，照射紫外线而使紫外线硬化型树脂硬化的方法；(g)自微细的喷嘴朝片材基材上射出或喷出未硬化(液态状)的紫外线硬化型树 脂等，并使其硬化的方法；及(h)代替紫外线硬化型树脂而使用电子束硬化型树脂的方法等。作为上述具有微透镜阵列5的反转形状的模具(mould)的制造方法，例如可藉由 以下方式来制造在基材上藉由光阻材料而形成斑点状的立体图案，使该立体图案藉由加 热流动化而成为曲面，藉此制作微透镜阵列模型，在该微透镜阵列模型的表面藉由电铸法 而积层金属层，将该金属层剥离。作为上述微透镜阵列模型的制作方法，也可采用上述(g) 所记载的方法。作为上述具有微透镜阵列5的反转形状的模具(片材模具等)的其他制造方法， 可藉由以下方式来制造使用表面上具有微透镜阵列形状的光学片材原版，藉由挤压层合 法在光学片材原版的表面积层模具用合成树脂层，自模具用合成树脂层将光学片材原版剥 离。挤压层合法中，更佳为藉由夹层挤压层合法在光学片材原版与模具用基材片材之间积 层模具用合成树脂层。根据上述制造方法，可藉由挤压层合法如实地转印表面上具有微透镜阵列形状的 光学片材原版的表面形状，故可生产性佳地制造光扩散功能等光学性能较高的光学片材。 特别是根据夹层挤压层合法，藉由模具用基材片材而确保光学片材形成模具的强度，可着 重于光学片材原版的表面形状的转印性或耐热性、模具用合成树脂层与光学层用合成树脂层的剥离性等而选定构成模具用合成树脂层的合成树脂，有助于所生产的光学片材的表面 形状的精密赋型性或光学片材形成模具的长寿命化。根据上述利用挤压层合法的制造方法，具有由具备随机的直径的多个微透镜6所 构成的背面的微透镜阵列5的反转形状的模具例如也可藉由以下方式而容易地制造将藉 由涂布具有多种直径的珠粒而形成的光扩散片材作为原版并进行转印等。根据上述制造方法，可容易且确实地形成任意形状的微透镜阵列5。因此，可容易 且确实地调整构成微透镜阵列5的微透镜6的直径D、高度比H/R、间隔比S/D、填充率等，其 结果，可容易且确实地控制该微透镜片材2的光学功能。该微透镜片材2藉由微透镜阵列5而具有较高的光扩散等光学功能，并且可容易 且确实地控制该光学功能。因此，该微透镜片材2可将朝向棱镜片材3的入射光线的波峰 方向控制为最适于朝法线方向侧的折射的倾斜角。再者，微透镜片材2也可在表面(与棱镜片材3接触的面)具有抗粘附层。藉由 具备该抗粘附层，可防止微透镜片材2与棱镜片材3的粘附。抗粘附层是由粘合剂及分散于该粘合剂中的珠粒所构成。该粘合剂是藉由使含有 基材聚合物的聚合物组成物硬化而形成。藉由该粘合剂而将珠粒大致等密度地配置固定于 基材层的表面。再者，该抗粘附层的厚度(珠粒除外的粘合剂部分的厚度)并无特别限定， 例如可设定为Ιμπι以上、IOym以下的程度。

上述基材聚合物并无特别限定，例如可列举丙烯酸系树脂、聚胺基甲酸酯、聚酯、 氟系树脂、聚硅氧系树脂、聚酰胺酰亚胺、环氧树脂、紫外线硬化型树脂等，该等聚合物可使 用一种或混合使用两种以上。特别是作为上述基材聚合物，较佳为加工性较高、可利用涂布 等方法而容易地形成抗粘附层的多元醇。粘合剂所用的基材聚合物由于必须使光线透射， 故设定为透明，更佳为无色透明。上述多元醇例如较佳为(a)在羟基过剩的条件下获得的聚酯多元醇、(b)将含有 含羟基的不饱和单体的单体成分聚合所得且具有(甲基)丙烯酰基单元等的丙烯酸系多元 醇。将该聚酯多元醇或丙烯酸系多元醇作为基材聚合物的粘合剂是耐候性较高，可抑制抗 粘附层的黄变等。再者，该聚酯多元醇与丙烯酸系多元醇可使用任一种，也可使用两种。再者，用以形成粘合剂的聚合物组成物中除了基材聚合物以外，例如可适当调配 微小无机填充剂、硬化剂、塑化剂、分散剂、各种勻化剂、抗静电剂、紫外线吸收剂、抗氧化 剂、粘性改质剂、润滑剂、光稳定剂等。作为珠粒的材料，大致分为无机填料与有机填料。作为无机填料，具体可使用二氧 化硅、氢氧化铝、氧化铝、氧化锌、硫化钡、硅酸镁或该等的混合物。作为有机填料的具体材 料，可使用丙烯酸系树脂、丙烯腈树脂、聚胺基甲酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚酰 胺等。其中，较佳为透明性较高、不妨碍光线的透射的丙烯酸系树脂，更佳为聚甲基丙烯酸 甲酉旨(PMMA，Polymethyl methacrylate)。珠粒的平均粒径的下限较佳为1 μ m,更佳为2 μ m,进而更佳为5 μ m,该平均粒径 的上限较佳为50 μ m，更佳为20 μ m，进而更佳为15 μ m。若珠粒的平均粒径小于上述下限， 则可能藉由珠粒而形成的抗粘附层的表面的凸部变小，无法获得充分的抗粘附效果，反之， 若珠粒的平均粒径超过上述上限，则可能会使微透镜片材的厚度增大，且有对背面侧重合 的其他光学构件造成损伤的问题。
若将该珠粒的调配量设定为相对较少的量，则珠粒彼此远离而分散于粘合剂中， 大多数珠粒是其下端自粘合剂极少量地突出。因此，若将该微透镜片材与导光板积层，则突 出的珠粒的下端抵接于导光板等的表面，而并非微透镜片材的背面的整个面与导光板等抵 接。藉此防止微透镜片材与导光板等的粘附，抑制液晶显示装置的画面的亮度不均。作为该抗粘附层的形成方法，例如包括以下步骤(a)藉由在构成粘合剂的聚合 物组成物中混合珠粒而制造抗粘附层用涂布液；及(b)藉由将该抗粘附层用涂布液涂布于 基材层4的背面而积层抗粘附层。再者，抗粘附层不限定于上述构成(由粘合剂及分散于该粘合剂中的珠粒所构 成)及形成方法，也可藉由利用与基材层4 一体成形的对表面的糙面加工而设置。藉由利 用此种一体成形而形成抗粘附层，可缩短制造步骤，从而可在工业上进行量产。棱镜片材3具备片材状的基材层7、及在该基材层7的表面的由多个突条棱镜部8 所构成的突起列。为了防止将多片的片材重叠时所产生的叠纹，该由多个突条棱镜部8所 构成的突起列较佳为并非完全平行及等间隔地形成，而以错开的间隔来形成突条棱镜部8。 该棱镜片材3藉由表面上具备的由多个突条棱镜部8所构成的突起列，而具有较高的朝法 线方向侧的折射功能及广角度的光扩散功能。再者，基材层7与上述微透镜片材2的基 材 层4相同。突条棱镜部8由于必须使光线透射，故是由透明、特别是无色透明的合成树脂所 形成，具体而言是使用与上述基材层7相同的合成树脂。与上述微透镜阵列5相同，构成 突条棱镜部8的素材的折射率的下限较佳为1.3，更佳为1.45，其上限较佳为1.8，更佳为 1. 6。突条棱镜部8是一个侧面与基材层7表面接触的三角柱状结构。与突条棱镜部8 的条方向垂直的方向的剖面形状较佳是顶角α为90°、底角β为45°的直角等腰三角 形，该顶角9呈泛圆状态。藉由如此般使得突条棱镜部8的顶角9呈泛圆状态，自该光学单 元1朝法线方向出射的光线的折射角减小，故可使朝正面方向的出射光的量增加，从而使 正面亮度提升。另一方面，非垂直地入射至该棱镜片材3的光线藉由突条棱镜部8而以广 角扩散，故可提高倾斜方向的亮度。突条棱镜部8的底面的宽度W的下限较佳为10 μ m,更佳为30 μ m,另一方面，上述 宽度W的上限较佳为1000 μ m，更佳为400 μ m。其原因在于，若突条棱镜部8的底面的宽度 W小于上述下限，则突条棱镜部8的形成困难，反之，若突条棱镜部8的底面的宽度W超过上 述上限，则会产生眩光、亮度不均等的问题。顶角9的曲率半径相对于突条棱镜部8的底面的宽度W之比(曲率半径比)的下 限较佳为1/100，更佳为1/30。另一方面，曲率半径比的上限较佳为1/2，特佳为1/6。其原 因在于，若顶角9的曲率半径比小于上述下限，则朝法线方向出射的光线的折射角的减小 较小，正面亮度下降，反之，若曲率半径比大于上述上限，则可能棱镜片材的光学功能、特别 是光扩散功能下降，朝广角度的光扩散性下降。该棱镜片材3的制造方法只要可形成上述构造则并无特别限定，可采用制作基材 层 后另形成突条棱镜部8的方法、将基材层7与突条棱镜部8 一体成形的方法，具体而言 有(a)在具有棱镜片材3表面的反转形状的片材模具上积层合成树脂，将该片材模具剥离而形成该棱镜片材3的方法；(b)在具有棱镜片材3表面的反转形状的金属模具中注入熔融树脂的射出成型法；(c)将片材化的树脂再次加热并夹在与上述相同的金属模具与金属板之间，进行 压制而转印形状的方法；(d)在周面上具有棱镜片材3表面的反转形状的辊模具与其他辊的辊隙间通过熔 融状态的树脂，转印上述形状并进行挤压的片材成形法；(e)在基材层上涂布紫外线硬化型树脂，压抵于与上述相同的具有反转形状的片 材模具、金属模具或辊模具而对未硬化的紫外线硬化型树脂转印形状，照射紫外线而使紫 外线硬化型树脂硬化的方法；(f)对与上述相同的具有反转形状的金属模具或辊模具填充涂布未硬化的紫外线 硬化性树脂，以基材层压抵并弄平整，照射紫外线而使紫外线硬化型树脂硬化的方法；及(g)代替紫外线硬化型树脂而使用电子束硬化型树脂的方法等。该光学单元1藉由背面上具有微透镜阵列5的微透镜片材2提升广角度的光扩散 等光学功能，藉由棱镜片材3提升朝法线方向侧的折射，故藉由将该2片的片材组合，可实 现正面亮度较高且具有广视角的光学单元。进而，藉由调整微透镜的平均直径或直径的变 异系数等，可容易且确实地控制光学功能，故可进一步提高光学单元的正面亮度及朝广角 的光扩散性。图3所示的边缘照明式背光单元10具备导光板11及配设于该导光板11的侧端 面的灯12，在该导光板11的表面侧重叠配设有该光学单元1。此时，以配设有灯12的导光 板U的侧端面与光学单元1中的突条棱镜部8成平行的方式配设。作为导光板11，可使用公知的导光板。导光板11的厚度(平均厚度)并无特别 限定，例如是设定为100 μ m以上、IOmm以下，较佳是设定为Imm以上、8mm以下。若导光板 11的厚度小于上述范围，则可能发生背光单元的亮度下降等不良状况，则可能无法耐受汽 车内等使用环境条件。反之，当导光板11的厚度超过上述范围时，也同样地有使液晶显示 装置的亮度下降，背光单元10的厚度变大而与液晶显示装置的薄型化的要求相背离。作为灯12，可使用通常的背光单元中所用的公知的灯，较佳为使用LED(发光二极 管)。藉由使用LED作为灯12，可节能且容易地获得高亮度，可实现背光单元10的薄型化。由灯12所发出、自导光板11表面出射的光线具有相对于法线方向而倾斜特定角 度的相对较强的波峰，但该背光单元10藉由具有较高的光扩散功能等、特别是具有较高的 朝法线方向侧的变角功能等的该光学单元1而可提高正面亮度，且广角度地扩散出射光。 因此，根据该背光单元10，可确保较高的正面亮度且广角度地确保该较高的亮度，故可获得 广视角及较高的亮度的面均勻性。具体而言，根据该背光单元10，若相对于法线方向的亮度(正面亮度)而左右 40°方向的亮度为90%以上、合适的是95%以上，且自正面而左右40° (共80° )的亮度 差(亮度的最大值与最小值之差)为10%以下、合适的是5%以下，则发挥极高的出射光的 面均勻性。再者，作为边缘照明式背光单元，不仅有以配设有灯12的导光板11的侧端面与光 学单元1中的突条棱镜部8成平行的方式配设的情形，也有以成垂直的方式配设的情形。也有将多个灯12配设于导光板11的两个以上的侧端面的情形。[实施例]以下，根据实施例对本发明加以详述，但并非根据该实施例的记载来限定性地解释本发明。〈微透镜片材的形成〉在具有微透镜阵列的反转形状的片材模具上积层熔融聚碳酸酯树脂，将片材模具 剥离，藉此形成微透镜片材。所形成的微透镜片材是以平均厚度为100 μ m、微透镜的平均直 径为60 μ m、微透镜的直径的变异系数为50%而形成。〈棱镜片材的形成〉在具有棱镜片材的反转形状的片材模具上积层熔融聚碳酸酯树脂，将片材模具剥 离，藉此形成棱镜片材。所形成的棱镜片材是以平均厚度为100 μ m、突条棱镜部的底面的宽 度为100 μ m而形成。[实施例]在厚度3mm的导光板的侧端面配置发光二极管作为光源。在导光板的表面，以微 透镜阵列成为背面侧(导光板侧)的方式配置上述微透镜片材。在该微透镜片材的表面， 以突条棱镜部成为表面侧、且突条棱镜部与发光二极管的配置边成平行的方式配置上述棱 镜片材。在棱镜片材的表面配置扩散片材而制成实施例的背光单元(导光板/背面微透镜 片材/表面棱镜片材)。[比较例1]代替微透镜片材，而以突条棱镜部成为背面侧、且另一棱镜片材与突条棱镜部以 正交的方式配置棱镜片材，除此以外，与实施例同样地制作比较例1的背光单元(导光板/ 背面棱镜片材/表面棱镜片材)。[比较例2]代替微透镜片材，而以突条棱镜部成为表面侧、且另一棱镜片材与突条棱镜部以 正交的方式配置棱镜片材，除此以外，与实施例同样地制作比较例1的背光单元(导光板/ 表面棱镜片材/表面棱镜片材)。[评价]以背光单元的表面侧法线方向为基准，在-80° 80°的范围内对实施例及比较 例1、2的背光单元的出射光的亮度进行测定。将其测定结果示于图4中。如图4所示，实 施例的背光单元在-40°至40°的约80°的视角中显示出均勻亮度，可知亮度高且面均勻 性非常优异。另一方面，比较例1的背光单元虽然视角相对较广，但包括正面亮度的整体亮 度下降。又可知，比较例2的背光单元虽然正面亮度较高，但视角自正面偏离时亮度大幅度 地下降。[产业上的可利用性]如上所述，本发明的光学单元及使用该光学单元的背光单元可使由灯所发出的光 线分散，并进行高亮度且具有广视角的均勻性较高的照射，可适用于液晶显示装置、特别是 直视式液晶显示装置、进而特别是透射式液晶显示装置。作为其用途，特别适合用于需要广 视角的汽车导航系统用液晶显示装置等。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱 离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种光学单元，其特征在于其具备微透镜片材及配设于该微透镜片材的表面侧的棱 镜片材，该微透镜片材在背面具有由多个微透镜所构成的微透镜阵列， 棱镜片材在表面具有由多个突条棱镜部所构成的突起列。
2.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于其中所述的微透镜片材中的微透镜的 平均直径为10 μ m以上、200 μ m以下。
3.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于其中所述的微透镜片材中的微透镜的 直径的变异系数为30%以上、100%以下。
4.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于其中构成该微透镜片材中的微透镜阵 列的素材的折射率为1.3以上、1.8以下。
5.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于其中使用聚碳酸酯系树脂作为该微透 镜片材的形成材料。
6.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于其中所述的微透镜片材的微透镜阵列 中的微透镜的配设图案为随机图案。
7.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于其中所述的突条棱镜部为三角柱状， 且顶角呈泛圆状态。
8.一种液晶显示装置用的背光单元，其是使由灯所发出的光线分散并引导至表面侧， 其特征在于具备导光板、配设于该导光板的侧端面的灯、及配设于该导光板的表面侧的根据权利要求1 所述的光学单元。
9.根据权利要求8所述的背光单元，其特征在于其是用于汽车导航系统用液晶显示装置。
全文摘要
本发明是有关于一种光学单元及使用该光学单元的背光单元。该光学单元是一种朝法线方向侧的折射及广角度的光扩散等光学功能较高、并且可容易且确实地控制该光学功能的光学单元。使用该光学单元的背光单元可促进正面方向的高亮度化、广视角化、亮度的均匀化等品质的提升。本发明的光学单元具备微透镜片材及配设于该微透镜片材的表面侧的棱镜片材，该微透镜片材在背面具有由多个微透镜所构成的微透镜阵列，棱镜片材在表面具有由多个突条棱镜部所构成的突起列。上述微透镜片材中的微透镜的直径的变异系数较佳为30％以上、100％以下。
文档编号G02F1/13357GK102033253SQ201010500060
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月2日
发明者冈部元彦, 原田贤一, 峯尾裕 申请人:吉罗企划股份有限公司