JP2001166114A - 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット - Google Patents
光学シート及びこれを用いたバックライトユニットInfo
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Abstract
線方向への出光量を増大させることができる光学シート
及びかかる光学シートを用いて輝度を向上させることが
できるバックライトユニットの提供を目的とするもので
ある。 【解決手段】 特定の光学的性質を有する光学シート1
であって、そのシート中(バインダー4中)に屈折率制
御フィラー6が分散したものである。
Description
ックライトユニットに組み込まれる光拡散シートやプリ
ズムシート等に好適な光学シート及びこれを用いたバッ
クライトユニットに関するものである。
して発光させるバックライト方式が普及し、液晶層の下
面側にバックライトユニットが装備されている。かかる
バックライトユニット50は、一般的には図8(a)に
示すように、光源としての棒状のランプ51と、このラ
ンプ51に端部が沿うように配置される方形板状の導光
板52と、この導光板52の表面側に積層された複数枚
の光学シート53とを装備している。この光学シート5
3はそれぞれ、屈折、拡散等の特定の光学的性質を有す
るものであり、具体的には、導光板52の表面側に配設
される光拡散シート54、光拡散シート54の表面側に
配設されるプリズムシート55などが該当する。
明すると、まず、ランプ51より導光板52に入射した
光線は、導光板52裏面の反射ドット又は反射シート
(図示されず)及び各側面で反射され、導光板52表面
から出射される。導光板52から出射した光線は光拡散
シート54に入射し、拡散され、光拡散シート54表面
より出射される。その後、光拡散シート54から出射さ
れた光線は、プリズムシート55に入射し、プリズムシ
ート55の表面に形成されたプリズム部55aによっ
て、略真上方向にピークを示す分布の光線として出射さ
れる。このように、ランプ51から出射された光線が、
光拡散シート54によって拡散され、またプリズムシー
ト55によって略真上方向にピークを示すように屈折さ
れ、さらに上方の図示していない液晶層全面を照明する
ものである。
ート55の集光特性を考慮し、プリズムシート55の表
面側にさらに光拡散シートやプリズムシートを配設する
バックライトユニットもある。
50の光拡散シート54としては、図8(b)に示すよ
うな基材層56と光拡散層57とが積層されたものが一
般的に用いられており、光拡散層57は合成樹脂からな
るバインダー58中に合成樹脂、ガラス等からなるビー
ズ59が分散した構造を有している。かかる構造の光拡
散シート54は、図9に示すように、主にビーズ59の
外面での屈折により通過光線をビーズ59近傍に焦点さ
せ、その結果、所定の距離において光線を拡散させてい
る。
ト54にあっては、略球状のビーズ59を用いるため、
通過する光線は広範囲に拡散し(図9参照)、バックラ
イトユニット50として必要としない方向にも光線を拡
散させてしまっている。その結果、従来のバックライト
ユニット50は、光拡散シート54が不要な方向へ光線
を拡散させてしまう分だけ、出光量の低下を余儀なくさ
れている。
にビーズ59を分散した光拡散層57が積層された光拡
散シート54の他、エンボス加工等を施すことによって
表面に微細な凹凸が形成された光拡散シートもあるが、
どのタイプの光拡散シートも透過する光線を拡散させる
機能を主とし、光拡散機能によって出射光線のピーク方
向をより真上側に変角する機能を付加的に有する。その
ため、上記従来の光拡散シートでは、透過光線を法線方
向へ向ける変角機能を大きくするためには、必然的に光
拡散機能を大きくする必要があり、光拡散機能を増大さ
せすぎると、逆に、必要な法線方向への出光量が減少
し、バックライトユニット50を用いた液晶表示装置の
輝度が低下してしまうおそれがある。
表面のプリズム部55aによって通過する光線を法線方
向に変角する機能を有することから、屈折方向を変える
にはプリズム部55aの傾斜角を変更するための金型等
の設計変更を伴い、容易ではない。
ものであり、出光特性の制御を容易な方法で可能とし、
法線方向への出光量を増大させることができる光学シー
ト及びかかる光学シートを用いて輝度を向上させること
ができるバックライトユニットの提供を目的とするもの
である。
になされた発明は、特定の光学的性質を有する光学シー
トであって、そのシート中に屈折率制御フィラーが分散
したものである。ここで「屈折率制御フィラー」とは、
素材中に充填され、その素材の屈折率を制御する金属酸
化物等の無機物微粒子をいう。
折率制御フィラーを分散することから、分散する屈折率
制御フィラーの特性及びその分散密度によって当該光学
シートの屈折率を制御することができる。そのため、当
該光学シートへ入射した光線の屈折方向を制御でき、そ
の結果、透過光線を任意の方向に屈折して出射させるこ
とができる。つまり、光学シートが有する変角機能を容
易に調整することができる。また、屈折率制御フィラー
を分散する部分によっては、光線を拡散又は集光させる
光学的特性を付与することができ、また屈折率の制御に
よりその光学的特性を任意に制御することができる。
る場合、その基材層中に屈折率制御フィラーを分散させ
るとよい。この手段によれば、上述のように基材層の屈
折率を制御することができ、その結果、基材層表面を境
にした両側の屈折率差を制御することができる。そのた
め、基材層に対して入射及び出射する光線の屈折方向を
制御でき、その作用を利用して光学シートが有する変角
機能を容易に調整することができる。
ズが分散した光学的機能層を備えている場合、そのバイ
ンダー及び/又はビーズ中に屈折率制御フィラーを分散
させるとよい。このように光学的機能層のバインダーに
屈折率制御フィラーを分散させることで、バインダーの
屈折率を任意に制御することができる。そのため、基材
層とバインダーの屈折率差をより容易かつ任意に制御す
ることができ、その結果、それらの界面を透過する光線
の屈折方向を制御することができる。従って、この手段
からも変角機能における変角方向を容易に調整すること
ができる。
はビーズに屈折率制御フィラーを分散させることで、バ
インダーとビーズとの屈折率差及びビーズと外界との屈
折率差を任意に制御することができる。そのため、バイ
ンダーとビーズの界面での屈折及びビーズから外部へ出
射する際の屈折を制御することができ、その結果、ビー
ズから出射される光線の焦点距離を変動させることがで
きる。従って、このようにバインダーとビーズの屈折率
を制御することで、当該光学シートが有する光学的特性
を拡散から集光まで任意に制御することができる。
特性の制御は、基材層及びバインダー間の屈折率差とバ
インダー及びビーズ間の屈折率差とビーズと外部空間と
の屈折率差とを制御することによることから、上記屈折
率制御フィラーとしては屈折率の高い高屈折率制御フィ
ラー又は屈折率の低い低屈折率制御フィラーを用いるこ
とができる。
化チタン、硫化亜鉛及び酸化セリウムからなる群より選
択される1種又は2種以上のものを用いるとよい。これ
らの物質は屈折率が比較的高く、屈折率を高くする作用
が大きい。なお、かかる高屈折率制御フィラーによって
合成樹脂等からなる各要素の屈折率を高くする方が、後
述する低屈折率制御フィラーによって屈折率を低くする
より容易であり、屈折率制御効果が大きい。
は、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム及び酸化ケ
イ素からなる群より選択される1種又は2種以上のもの
を用いるとよい。これらの物質は屈折率が比較的低く、
屈折率を低くする作用が比較的大きい。
nm以上400nm以下が好適である。これは、屈折率
制御フィラーの粒径が上記範囲より小さいと合成樹脂等
からなる基地中への混入が困難になり、かつ、上記範囲
より小さい粒径の超微粒子の製造は困難であることから
であり、逆に、屈折率制御フィラーの粒径が上記範囲を
超えると、可視光の波長より大きく、透明性を維持する
ことができなくなってしまうことからである。
要素の界面付近において屈折率が連続的に変化するよう
上記屈折率制御フィラーの密度を傾斜させるとよい。こ
うすることで、各構成要素の界面での反射を低減でき、
光線の透過率を向上させることができる。
ンダー中に樹脂ビーズが分散したスティッキング防止層
を備え、そのバインダー及び/又はビーズ中に屈折率制
御フィラーを分散させることができる。このように基材
層の裏面にスティッキング防止層を備えることで、当該
光学シートを他のシートに重ねた場合でもスティッキン
グを防止することができる。また、スティッキング防止
層のバインダーの屈折率を制御することで、変角特性を
任意に制御することができる。
置されてランプから発せられる光線を表側に導く導光板
と、この導光板の表面側に配置されて光線を表側方向に
均一に導く光学シートとを備えた液晶表示装置用のバッ
クライトユニットにおいて、かかる光学シートに上記本
発明の光学シートを用いると、バックライトユニットを
構成する光拡散シートやプリズムシートの光学的特性に
合わせて当該光学シートの光学的特性、つまり変角特
性、拡散特性及び集光特性の強弱を制御することがで
き、それによって法線方向の出光量を向上させることが
できる。そのため、当該バックライトユニットを使用し
た液晶表示装置の輝度を向上させることができる。
明の実施の形態を詳説する。図1は本発明の一実施形態
に係る光学シートを示す模式的断面図で、図2は図1の
光学シートの屈折率制御フィラーとして高屈折率フィラ
ーを使用した場合の光線透過シミュレーション結果を示
す説明図で、図3は図1の光学シートの屈折率制御フィ
ラーとして低屈折率フィラーを使用した場合の光線透過
シミュレーション結果を示す説明図で、図4〜図8はそ
れぞれ図1の光学シートとは異なる形態に係る光学シー
トを示す模式的断面図である。
基材層2の表側に積層された光学的機能層3とから構成
されている。基材層2は、光線を透過させる必要がある
ので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されてい
る。かかる基材層2に用いられる合成樹脂としては、特
に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹
脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィ
ン、セルロースアセテート、耐候性塩化ビニル等が挙げ
られる。基材層2の厚みは、特には限定されないが、例
えば10μm以上500μm以下、好ましくは75μm
以上250μm以下とされる。基材層2の厚みが上記範
囲未満であると、光学的機能層3を形成する樹脂組成物
を塗工した際にカールが発生しやすくなってしまうこと
がある。逆に、基材層2の厚みが上記範囲を超えると、
液晶表示装置の輝度が低下してしまうことがあり、また
バックライトユニットの厚みが大きくなって液晶表示装
置の薄型化の要求に反することにもなる。
ンダー4中に分散するビーズ5から構成されている。バ
インダー4に用いられるポリマーとしては、例えば、ア
クリル系樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、フッ素系
樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド、エポキシ
樹脂等が挙げられる。またバインダー4には、上記のポ
リマーの他、例えば可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分
散剤等が配合されてもよい。バインダー4は光線を透過
させる必要があるので透明とされており、特に無色透明
が好ましい。
樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、
ポリアクリロニトリル、ポリアミド等が挙げられる。ビ
ーズ5は光拡散シート1を透過する光線量を多くするた
め透明とするのが好ましく、特に無色透明とするのが好
ましい。
μm以下が好ましく、1μm以上50μm以下が特に好
ましい。これはビーズ5の粒径が上記範囲未満である
と、光拡散効果が不十分となってしまい、逆に、粒径が
上記範囲を越えると、光学的機能層3を形成する樹脂組
成物の塗工が困難となってしまうことからである。当該
ビーズ5の粒径は、任意に抽出した100個のビーズ5
を顕微鏡で拡大して粒子の直径を測定し、これを単純平
均することにより導出される。なお、ビーズ5が球形で
ない場合は、任意の一方向におけるビーズ5の寸法とこ
れと直交する方向におけるビーズ5の寸法とを平均した
値とする。
インダー4中のポリマー分100重量部に対して0.1
重量部以上500重量部以下が好ましく、10重量部以
上300重量部以下が特に好ましい。これは、当該配合
量が上記範囲未満であると、光拡散効果が不十分となっ
てしまい、逆に、当該配合量が上記範囲を越えると、光
学的機能層3を形成する樹脂組成物の塗工が困難となっ
てしまうことからである。
ー6が分散しており、この点が当該光学シート1の特徴
である。かかる屈折率制御フィラー6は、上述のよう
に、混入・分散した素材の屈折率を制御するためのもの
であり、金属酸化物等の無機物微粒子である。従って、
屈折率制御フィラー6は、屈折率を向上させる高屈折率
フィラーと、屈折率を低下させる低屈折率フィラーとに
大別される。
機物微粒子であり、具体的には、酸化アルミニウム(ア
ルミナ)、酸化タンタル、酸化チタン(ルチル、アナタ
ーゼ)、硫化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、
酸化スズ、酸化インジウム等が挙げられ、中でもその屈
折率の高さから酸化チタン、硫化亜鉛及び酸化セリウム
が好ましく、これらの群より選択される1種又は2種以
上のものを用いるとよい。
機物微粒子であり、具体的には、フッ化カルシウム、フ
ッ化マグネシウム、フッ化ランタン、酸化ケイ素等が挙
げられ、中でもその屈折率の低さからフッ化カルシウ
ム、フッ化マグネシウム及び酸化ケイ素が好ましく、こ
れらの群より選択される1種又は2種以上のものを用い
るとよい。
上400nm以下が好ましく、5nm以上80nm以下
が特に好ましい。これは、屈折率制御フィラー6の粒径
が上記範囲より小さいとバインダー4中への混入が困難
になり、かつ、かかるサイズの超微粒子の製造は困難で
あることからであり、逆に、屈折率制御フィラー6の粒
径が上記範囲を超えると、可視光の波長より大きく、透
明性を維持することができなくなってしまうことからで
ある。
されるものではなく、例えば球状、立方状、針状、棒
状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状などが挙げられ
る。なかでも鱗片状及び板状が耐熱性及び熱的寸法安定
性の改善には好ましい。
重量部のバインダー4に対して0.01重量部以上10
0重量部以下が好ましく、10重量部以上100重量部
以下が特に好ましい。これは、屈折率制御フィラー6の
配合量が上記範囲未満であると、屈折率の制御を十分に
達成できなくなることからであり、逆に、配合量が上記
範囲を超えると、バインダー4中への分散が困難にな
り、かつ、光学シート1の機械的性質に悪影響を及ぼす
ことからである。
屈折率フィラーを使用した場合の効果を説明する。この
場合、基材層2やビーズ5の屈折率に比べてバインダー
4の屈折率が高くなり、基材層2とバインダー4との界
面で透過光線はより法線方向側に屈折する(図1中に矢
印で示す)。つまり、この場合の光学シート1は、屈折
率の違いによる変角機能を有している。またバインダー
4の屈折率がビーズ5の屈折率より大きいので、ビーズ
5を透過した光線の焦点位置をビーズ5から離隔するよ
うに作用し、換言すると、より集光するように作用す
る。今、ビーズ5の屈折率が1.49で、バインダー4
の屈折率が1.8の場合の光線透過シミュレーション結
果を図2に示す。この図2と、図9に示すバインダーと
ビーズの屈折率が等しい場合のシミュレーション結果と
を比較すると、図2の場合は上記集光性によって拡散特
性が弱められているのがわかる。
屈折率フィラーを使用した場合の効果を説明する。この
場合、基材層2やビーズ5の屈折率に比べてバインダー
4の屈折率が低くなり、上述の場合と逆の作用が生じ
る。つまり、基材層2とバインダー4との界面による変
角特性は低減され、バインダー4とビーズ5の屈折率の
大小によって拡散特性が現れる。この場合として、ビー
ズ5の屈折率が1.49で、バインダー4の屈折率が
1.3の光線透過シュミレーション結果を図3に示す。
この図3の場合と上記図9の場合とを比較すると、この
場合の方が拡散特性が高められているのがわかる。
的機能層3とから構成され、この光学的機能層3にはバ
インダー4中にビーズ5が分散し、屈折率制御フィラー
6が分散している点で、上記図1の光学シート1と同様
である。当該光学シート11は、ビーズ5中に屈折率制
御フィラー6が分散し、ビーズ5の屈折率を制御するこ
とができる。従って、当該光学シート11によれば、ビ
ーズ5とバインダー4との屈折率の大小及びその差を制
御することで、集光から拡散までの光学的特性を任意に
調整することができる。
的機能層3とから構成され、この光学的機能層3にはバ
インダー4中にビーズ5が分散し、屈折率制御フィラー
6が分散している点で、上記図1の光学シート1及び図
2の光学シート11と同様である。当該光学シート21
は、バインダー4中に屈折率制御フィラー6aが分散
し、ビーズ5中に屈折率制御フィラー6bが分散する。
そのため、当該光学シート21は、バインダー4の屈折
率とビーズ5の屈折率をともに制御することができる。
従って、基材層2とバインダー4との間、バインダー4
とビーズ5との間及びビーズ5と外界との間の屈折率の
大小及びその差の制御が容易になり、制御可能な幅も拡
大する。その結果、当該光学シート21のよれば、変角
特性、集光特性及び拡散特性などの光学的特性をさらに
容易かつ任意に制御することができる。
形成された基材層2のみからなるものであり、その内部
に屈折率制御フィラー6が分散している。そのため、当
該光学シート31は基材層2の屈折率を任意に制御で
き、基材層2の底面での光線の屈折方向を任意に制御で
きる。つまり、当該光学シート31は変角特性を有し、
その変角方向を任意に制御することができる。
的機能層3とを備え、さらに基材層2裏面にバインダー
9中にビーズ10が分散したスティッキング防止層8を
備えており、このバインダー9中に屈折率制御フィラー
6が分散している。よって、当該光学シート41は、ス
ティッキング防止層8のバインダー9の屈折率を任意に
制御することができ、その結果、バインダー9の下面及
びバインダー9と基材層2との界面での透過光線の屈折
方向を制御することができる。従って、当該光学シート
41は、その変角特性を任意に制御することができる。
に限定されるものではなく、屈折率制御フィラーは各構
成要素に任意の組合せで分散させることができる。ま
た、屈折率制御フィラーの分散密度を界面付近で傾斜さ
せ、各構成要素の界面付近で屈折率を連続的に変化させ
るとよい。こうすることで、各構成要素の界面での反射
を低減でき、光線の透過率を向上させることができる。
トによれば、変角特性、集光特性、拡散特性等の光学的
特性を任意に制御することができ、かかる光学的特性の
制御を利用して法線方向への出光量を増大させることが
できる。そのため、当該光学シートを用いたバックライ
トユニットは消費電力を上げることなく輝度を向上させ
ることができる。。
式的断面図である。
1.49で、バインダーの屈折率が1.8の場合の光線
透過シュミレーション結果を示す説明図である。
1.49で、バインダーの屈折率が1.3の場合の光線
透過シュミレーション結果を示す説明図である。
を示す模式的断面図である。
学シートを示す模式的断面図である。
態の光学シートを示す模式的断面図である。
なる形態の光学シートを示す模式的断面図である。
模式的斜視図で、(b)は一般的な光拡散シートを示す
模式的断面図である。
屈折率が1.49で、バインダーの屈折率が1.49の
場合の光線透過シュミレーション結果を示す説明図であ
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 特定の光学的性質を有する光学シートで
あって、 そのシート中に屈折率制御フィラーが分散した光学シー
ト。 - 【請求項2】 透明な基材層を備えており、この基材層
中に屈折率制御フィラーが分散した請求項1に記載の光
学シート。 - 【請求項3】 バインダー中にビーズが分散した光学的
機能層とを備えており、その光学的機能層のバインダー
及び/又はビーズ中に屈折率制御フィラーが分散した請
求項1又は請求項2に記載の光学シート。 - 【請求項4】 上記屈折率制御フィラーとして屈折率の
高い高屈折率制御フィラーが用いられている請求項1、
請求項2又は請求項3に記載の光学シート。 - 【請求項5】 上記屈折率制御フィラーとして屈折率の
低い低屈折率制御フィラーが用いられている請求項1、
請求項2又は請求項3に記載の光学シート。 - 【請求項6】 上記高屈折率制御フィラーとして、酸化
チタン、硫化亜鉛及び酸化セリウムからなる群より選択
される1種又は2種以上のものが用いられている請求項
4に記載の光学シート。 - 【請求項7】 上記低屈折率制御フィラーとして、フッ
化カルシウム、フッ化マグネシウム及び酸化ケイ素から
なる群より選択される1種又は2種以上のものが用いら
れている請求項5に記載の光学シート。 - 【請求項8】 上記屈折率制御フィラーの粒径が1nm
以上400nm以下である請求項1から請求項7のいず
れか1項に記載の光学シート。 - 【請求項9】 上記屈折率制御フィラーが分散した各構
成要素の界面付近において屈折率が連続的に変化するよ
う上記屈折率制御フィラーの密度を傾斜させる請求項1
から請求項8のいずれか1項に記載の光学シート。 - 【請求項10】 上記基材層裏面にバインダー中に樹脂
ビーズが分散したスティッキング防止層を備えており、
そのスティッキング防止層のバインダー及び/又はビー
ズ中に屈折率制御フィラーが分散した請求項1から請求
項9のいずれか1項に記載の光学シート。 - 【請求項11】 ランプと、このランプの側方に配置さ
れてランプから発せられる光線を表側に導く導光板と、
この導光板の表面側に配置されて光線を表側方向に均一
に導く請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の
光学シートとを備えた液晶表示装置用のバックライトユ
ニット。
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JP35268399A JP3374112B2 (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット |
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