JP2002182200A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光拡散性が高く、光拡散性及び集光性の調製
が容易かつ確実である光学シート及びこの光学シートを
用いて輝度ムラを防止し、かつ、輝度を向上させるバッ
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】 透明な基材層２と、所定の光学的機能を
有する光学的機能層３とを備える光学シート１であっ
て、この光学的機能層３がバインダー４中にビーズ５と
気泡６とを有することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライトユニットに組み込まれる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。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、液晶層を背面から照ら
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３（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、光線のピーク方向を法線方向側へ屈折させる機
能、輝度分布を拡散・集光させる機能等の所定の光学的
機能を有するものであり、具体的には、導光板５２の表
面側に配設されるビーズ塗工タイプの光学シート５４、
この光学シート５４の表面側に配設されるプリズムタイ
プの光学シート５５などがある。

【０００３】このバックライトユニット５０の機能を説
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ビーズ
塗工タイプの光学シート５４に入射し、拡散・法線方向
側への屈折等の所定の光学的作用が奏され、光学シート
５４の表面より出射される。その後、光学シート５４か
ら出射された光線は、プリズムタイプの光学シート５５
に入射し、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、
光学シート５４によって拡散等され、また光学シート５
５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。

【０００４】また図示していないが、光学シート５５の
表面側にさらにビーズ塗工タイプやプリズムタイプの光
学シートが配設されたバックライトユニットもある。

【０００５】上述の構造を有するバックライトユニット
５０におけるビーズ塗工タイプの光学シート５４として
は、図３（ｂ）に示すような基材層５６と光学的機能層
５７とが積層されたものが一般的に用いられており、光
学的機能層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。

【０００６】なお、上記バックライトユニット５０はい
わゆるエッジライト型のものであるが、直下型のバック
ライトユニットにもビーズ塗工タイプの光学シートは用
いられており、上記光学シート５４と同様の構造であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のビーズ塗工タイ
プの光学シート５４は、ビーズ５９のうちバインダー５
８の表面から突出した部分が凸レンズ的に機能し、拡
散、集光、屈折等の光学的機能を専ら奏するものであ
り、バインダー５８とビーズ５９の界面での屈折作用
は、材料的な制限から屈折率差をあまり大きくできない
ため、光学的機能にあまり寄与していない。かかるビー
ズ５９の突出部の数を増大させることは光学シート５４
の面積やビーズ５９の平均粒径の面で一定の制限があ
り、その結果、ビーズ塗工タイプの光学シート５４の光
学的機能の向上には一定の限界がある。

【０００８】また、合成樹脂のバインダー５８中へのビ
ーズ５９の分散は容易ではなく、均一に分散させること
が困難である。そのため、光学シート５４の各領域毎に
光拡散性のばらつきが生じるおそれがあり、また光学シ
ート５４において光拡散性の大小の制御が困難である。

【０００９】本発明はこれらの不都合に鑑みてなされた
ものであり、光拡散性が高く、光拡散性及び集光性の調
製が容易かつ確実な光学シート及びこの光学シートを用
いて輝度ムラが防止され、かつ、輝度が向上するバック
ライトユニットの提供を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた発明は、透明な基材層と、所定の光学的機能
を有する光学的機能層とを備える光学シートであって、
この光学的機能層がバインダー中にビーズと気泡とを有
することを特徴とするものである。

【００１１】当該光学シートによれば、光学的機能層の
バインダー中にビーズを有することから、従来のビーズ
塗工タイプの光学シートと同様に、ビーズでバインダー
表面に形成される凸レンズ状の突出部により集光等の光
学的機能を奏することができる。

【００１２】また、当該光学シートによれば、光学的機
能層のバインダー中に気泡をも有することから、かかる
気泡の界面での屈折・反射によって透過する光線を種々
の方向に拡散することができるが、かかる気泡内には何
らかの気体が存在し、上記従来のビーズ塗工タイプの光
学シートにおける光拡散剤のビーズとバインダーの屈折
率差よりも気泡とバインダーの屈折率差が格段に大きく
なるため、従来のビーズのみの光学シートと比較して光
拡散能を格段に大きくすることができる。

【００１３】さらに、当該光学シートによれば、上述の
ようにビーズによって集光等の光学的機能を奏し、か
つ、気泡によって光拡散機能を奏することができるた
め、ビーズと気泡との比率を調整することで、容易かつ
確実に上記光拡散機能と集光等の光学的機能とのバラン
スを制御することができる。

【００１４】また、バインダー中への気泡の分散はビー
ズの分散よりも容易であるため、当該光学シートは、光
学的機能を奏する部分の分散一様性を高くでき、その結
果、光学的機能のムラの発生が低減でき、かつ、所定の
光学的機能を有する光拡散シートの大量生産が容易にな
る。

【００１５】上記気泡としては球状の気泡が好ましい。
この手段のように、気泡を球状とすることで、拡散の均
一性を促進でき、また、気泡の密度や平均径などの調整
により光拡散性の制御が可能になる。

【００１６】上記気泡の平均径（平均直径）としては
０．５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。このように
気泡の平均径を上記範囲とすることで、全光線透過率の
低下を防止しつつ、光拡散性や拡散の均一性を促進する
ことができる。

【００１７】上記気泡のバインダーに対する体積比とし
ては１ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下が好ましい。気泡
のバインダーに対する体積比を上記範囲とすることで、
光学シートとしての強度及び耐久性を保持しつつ、上述
の光拡散性を確保することができる。

【００１８】上記気泡の密度としては２０コ／mm²以上
２×１０⁶コ／mm²以下が好ましい。ここで「密度」と
は、当該光学シートにおける単位面積当たりに存在する
気泡の個数を意味する。このように気泡の密度を上記範
囲とすることで、全光線透過率の低下を防止しつつ、上
述の光拡散性促進作用を発揮することができる。

【００１９】上記ビーズの平均粒径としては１６μｍ以
上２５μｍ以下が好ましい。ビーズの平均粒径を上記範
囲、つまりビーズによるギラツキが発生しない程度に比
較的粒径の大きなビーズを用いることで、均一な光拡散
性を奏しつつ、光学的機能層の表面へのビーズの突出を
容易にし、拡散、集光等の光学的機能を格段に向上させ
ることができる。

【００２０】上記ビーズの密度としては５００コ／mm²
以上５０００コ／mm²以下が好ましい。ここで「密度」
とは、当該光学シートにおける単位面積当たりに存在す
るビーズの個数を意味する。このようにビーズの密度を
上記範囲とすることで、当該光学シート全面にビーズを
１層かつ比較的稠密に配設させることができ、全光線透
過率の低下を防止しつつ、集光等の光学的機能拡散を促
進することができる。

【００２１】上記気泡のビーズに対する体積比としては
５０ｖｏｌ％以上１５０ｖｏｌ％以下が好ましい。気泡
のビーズに対する体積比を上記範囲とすることで、上述
の気泡による光拡散性とビーズによる集光等の光学的機
能とをともに奏することができ、上記範囲内で気泡とビ
ーズの比率を調整することで、光拡散能と集光等の光学
的機能のバランスを容易かつ確実に制御することができ
る。

【００２２】なお、当該光学シートにおいて、上記基材
層における光学的機能層積層側と反対側に、バインダー
中にビーズが分散したスティッキング防止層をさらに備
えることができる。この手段によれば、当該光学シート
と重ねられる導光板、プリズムシート等とのスティッキ
ングを防止することができる。

【００２３】従って、ランプから発せられる光線を分散
させて表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニ
ットにおいて、上記本発明の光学シートを備えると、当
該光学シートの高い光拡散性及び集光等の光学的機能に
よって光学シートの装備枚数を少なくすることができ、
その結果、薄型化を促進することができる。また、当該
光学シートの光拡散能及び集光等の光学的機能により高
輝度でかつ輝度ムラのない高品質のバックライトユニッ
トとすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しつつ本発
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。

【００２５】図１の光学シート１は、基材層２と、この
基材層２の表面に積層された光学的機能層３とから構成
されている。

【００２６】基材層２は、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、耐候性塩化ビニルなどの合成樹脂
から形成されている。基材層２は光線を透過させる必要
があるので透明とされており、特に無色透明が好まし
い。基材層２の厚みは特には限定されないが、例えば５
０μｍ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。

【００２７】光学的機能層３は、基材層２表層に配設さ
れた複数のビーズ５と、このビーズ５を基材層２表面に
固定するためにビーズ５間に層状に充填されるバインダ
ー４と、バインダー４中に分散する気泡６とから構成さ
れている。

【００２８】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。バインダー４中に
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、帯電防止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。

【００２９】ビーズ５は略球形であり、樹脂ビーズ又は
ガラスビーズが用いられる。かかる樹脂ビーズの材質と
しては、例えばアクリル樹脂、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は光学シート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。

【００３０】ビーズ５の平均粒径は、１６μｍ以上２５
μｍ以下が好ましく、２０μｍ程度が特に好ましい。平
均粒径が上記範囲未満であると、ビーズ５をバインダー
４の表面から突出させ、光学的機能層３の表面に光学的
機能を奏する凸レンズ部が形成されるよう塗工すること
が困難になり、逆に、ビーズ５の平均粒径が上記範囲を
越えると、均一な拡散が困難になることからである。

【００３１】ビーズ５の粒度分布は、その幅を小さく、
シャープな曲線となるよう粒度を揃える方がよい。これ
は、ビーズ５の粒度が定まらなければ、上述のようにビ
ーズ５をバインダー４表面から突出させることができな
くなるためである。

【００３２】光学的機能層３におけるビーズ５のバイン
ダー４に対する質量比は、３以上４以下が好ましく、
３．４以上３．６が特に好ましい。これは、ビーズ５の
質量比が上記範囲より小さいと、ビーズ５をバインダー
４の表面から突出させることが困難になり、その結果、
光学的機能を促進することができなくなることからであ
り、逆に、ビーズ５の質量比が上記範囲を超えると、バ
インダー４が少なすぎてビーズ５の接着不良が生じ、ビ
ーズ５と基材層２の表面との間に形成される空隙によっ
て全光線透過率が低下することからである。

【００３３】ビーズ５の密度としては５００コ／mm²以
上５０００コ／mm²以下が好ましく、１６００コ／mm²以
上４０００コ／mm²以下が特に好ましい。これは、ビー
ズ５の密度が上記範囲より小さいと、ビーズ５が散点的
に存在することとなり、ビーズ５の突出による集光等の
光学的機能があまり促進されず、逆に、ビーズ５の密度
が上記範囲を超えると、ビーズ５が重なって配設される
だけであり、バインダー４の表面にビーズ５の突出部を
増加させることができないので、光学的機能の促進はな
く、全光線透過率の低下を招来するからである。

【００３４】なお、上記「突出」という用語は、バイン
ダー４の表面からビーズ５の上部が完全に突出している
場合の他、バインダー４の平均的表面からビーズ５の上
部が突出しているがそのバインダー４によってビーズ５
の表面が薄く被覆されている場合も含まれる概念であ
る。

【００３５】気泡６は、バインダー４中に存在する何ら
かの気体を含む微小部分であり、その形状は特に限定さ
れず、例えば球状、粒状、多面体状、金平糖状、ランダ
ム形状、紡錘状等種々の形状が可能である。但し、拡散
の均一性及び光拡散性の制御のためには、気泡６の形状
は球状が好ましい。また、気泡６は原則としてバインダ
ー４の内部に存在するが、バインダー４の表面に開口し
た開口気泡が存在してもよく、この開口気泡により光拡
散性が促進される。

【００３６】気泡６に含まれる気体は、気泡６の形成方
法により決定され、特に限定されるものではない。例え
ば、後述するように発泡剤を用いた場合、発泡剤の種類
により空気、窒素ガス、二酸化炭素、アンモニアガス等
が充填される。

【００３７】気泡６の平均径としては、０．５μｍ以上
１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上５０μｍ以下が
特に好ましい。これは、気泡６の平均径が上記範囲より
小さいと、所定の光拡散性を確保するために気泡６の密
度を高めなければならず、全光線透過率の低下を招来す
るおそれがあり、逆に、気泡６の平均径が上記範囲を超
えると、光拡散性や拡散の均一性が阻害されることから
である。

【００３８】バインダー４に対する気泡６の体積比とし
ては、１ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下が好ましく、２
０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下が特に好ましい。これ
は、気泡６の体積比が上記範囲より小さいと、光学シー
トとして必要な光拡散性が確保できず、逆に、気泡６の
体積比が上記範囲を超えると、光学的機能層３の強度及
び耐久性が低下することからである。

【００３９】気泡６の密度としては、２０コ／mm²以上
２×１０⁶コ／mm²以下が好ましく、５０コ／mm²以上１
×１０⁶コ／mm²以下が特に好ましい。これは、気泡６の
密度が上記範囲より小さいと、光拡散シートとして必要
な光拡散性が確保できず、逆に、気泡６の密度が上記範
囲を超えると、全光線透過率の低下を招来することから
である。

【００４０】上記気泡６のビーズ５に対する体積比とし
ては、５０ｖｏｌ％以上１５０ｖｏｌ％以下が好まし
い。このように気泡６のビーズ５に対する体積比を上記
範囲とすることで、上述の気泡６による光拡散性とビー
ズ５による集光等の光学的機能とをともに奏することが
でき、上記範囲内で気泡６とビーズ５の比率を調整する
ことで、光拡散能と集光等の光学的機能のバランスを容
易かつ確実に制御することができる。

【００４１】この光学シート１では基材層２の裏面は平
滑面とされているが、裏面に例えばエンボス加工等を施
し、光拡散性能やスティッキング防止性能を向上させて
も良い。

【００４２】当該光拡散シート１の製造方法としては、
熱硬化性樹脂を主ポリマーとする樹脂組成物中にビーズ
５と発泡剤を添加・混練し、かかる樹脂組成物を基材層
２の表面にコーティングした後、その樹脂組成物を熱硬
化させると共に発泡剤を発泡させることでバインダー４
中に気泡６が分散した光学的機能層３を形成する方法が
採用される。

【００４３】図２の光学シート１１は、基材層２と、こ
の基材層２の表側に設けられた光学的機能層３と、基材
層２の裏面に設けられたスティッキング防止層１２とか
ら構成されている。基材層２及び光学的機能層３の構成
は、図１に示された実施形態のものと同じであるため、
同一番号を付して説明を省略する。従って、当該光学シ
ート１１も、光学的機能層３のビーズ５と気泡６とによ
り格段に高い光学的機能を奏することができ、ビーズ５
と気泡６の比率を調整することでビーズ５による集光等
の光学的機能と気泡６による拡散機能とを容易かつ確実
に制御することができる。

【００４４】スティッキング防止層１２は、バインダー
１３と、このバインダー１３中に分散するビーズ１４と
から構成されている。バインダー１３及びビーズ１４の
材質は、光学的機能層３に用いられているものと同じで
ある。スティッキング防止層１２の厚み（ビーズ１４を
除いたバインダー１３部分の厚み）は特には限定されな
いが、例えば１μｍ以上１０μｍ以下程度とされてい
る。

【００４５】ビーズ１４の配合量は比較的少量とされて
いるので、ビーズ１４は互いに離間してバインダー１３
中に分散している。そして、ビーズ１４の多くはその下
端がバインダー１３から突出している。この光学シート
１１を導光板（図３（ａ）参照）と積層すると、突出し
たビーズ１４の下端が導光板の表面に当接する。従っ
て、光学シート１１の裏面の全面が導光板と当接するこ
とがない。これにより、光学シート１１と導光板とのス
ティッキングが防止され、液晶表示装置の画面の輝度ム
ラが抑えられる。

【００４６】従って、図３（ａ）に示すようなバックラ
イトユニット５０に図１又は図２の光学シート１、１１
を使用すると、当該光学シート１、１１の格段に高い光
学的機能により品質が向上する。例えば、光学シート
１、１１に高い光拡散性を発現させると、輝線やランプ
イメージの発生を防止することができ、輝度ムラを防止
することができ、また光学シート１、１１に高い集光性
を発現させると、正面輝度を高めることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学シー
トによれば、拡散、集光等の光学的機能を格段に向上さ
せることができ、各光学的機能の制御も容易である。ま
た、当該光学シートを用いたバックライトユニットによ
れば、輝度の向上や輝度ムラの防止を促進することがで
き、品質を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模
式的断面図である。

【図２】図１の光学シートと異なる形態の光学シートを
示す模式的断面図である。

【図３】（ａ）は一般的なバックライトユニットを示す
模式的斜視図で、（ｂ）は一般的なビーズ塗工タイプの
光学シートを示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１ 光学シート ２ 基材層 ３ 光学的機能層 ４ バインダー ５ ビーズ ６ 気泡 １１ 光学シート １２ スティッキング防止層 １３ バインダー １４ ビーズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な基材層と、所定の光学的機能を有
   する光学的機能層とを備える光学シートであって、 この光学的機能層がバインダー中にビーズと気泡とを有
   することを特徴とする光学シート。
2. 【請求項２】 上記気泡が球状である請求項１に記載の
   光学シート。
3. 【請求項３】 上記気泡の平均径が０．５μｍ以上１０
   ０μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の光学シ
   ート。
4. 【請求項４】 上記気泡のバインダーに対する体積比が
   １ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下である請求項１、請求
   項２又は請求項３に記載の光学シート。
5. 【請求項５】 上記気泡の密度が２０コ／mm²以上２×
   １０⁶コ／mm²以下である請求項１から請求項４のいずれ
   か１項に記載の光学シート。
6. 【請求項６】 上記ビーズの平均粒径が１６μｍ以上２
   ５μｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項
   に記載の光学シート。
7. 【請求項７】 上記ビーズの密度が５００コ／mm²以上
   ５０００コ／mm²以下である請求項１から請求項６のい
   ずれか１項に記載の光学シート。
8. 【請求項８】 上記気泡のビーズに対する体積比が５０
   ｖｏｌ％以上１５０ｖｏｌ％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。
9. 【請求項９】 上記基材層における光学的機能層積層側
   と反対側に、バインダー中にビーズが分散したスティッ
   キング防止層をさらに備える請求項１から請求項８のい
   ずれか１項に記載の光学シート。
10. 【請求項１０】 ランプから発せられる光線を分散させ
    て表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニット
    において、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載
    の光学シートが備えられていることを特徴とする液晶表
    示装置用のバックライトユニット。