JP2005084195A - 拡散シート - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度を大きく低下せず、導光板のむら、輝度むら等の外観不良を改善できる拡散シートを提供する。
【解決手段】 液晶表示装置のバックライトユニット用拡散シートであって、その拡散シートのヘイズが８．５〜３２％である拡散シート。この拡散シートは、微小な凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる。ロール状転写原型は、粗化めっきまたは機械加工で形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる拡散シートに関する。

液晶表示装置は、薄型、小型、低消費電力などの特長を生かし、現在、時計、電卓、テレビ、パソコン等の表示部に用いられている。更に近年、ナビゲーションシステム、ビュウファインダー、携帯用端末機器など数多くの用途に使われており、その市場は今後、さらに拡大するものと予想されている。

液晶表示装置には、外部から入射した光またはフロントライト光を反射させて表示する反射型、バックライト光で表示する透過型、外部から入射した光とバックライト光の両方の機能を用いる半透過型の３タイプがある。テレビ、パソコン等の表示部には、室内で見ることが多いことから、透過型が主流であり、また携帯電話等の携帯用端末機器では、屋外、室内、夜間等でも同等の表示品質を得るために半透過型が主流となっている。そのため、ほとんどの液晶表示装置にバックライトユニットが内蔵されている。

バックライトユニットには光源が液晶パネルの下にある直下型と光源が横にあり導光板を用いて光をパネルに導くエッジライト型があり、携帯性を重視した機器の多くはエッジライト型である。エッジライト型のバックライトユニットの構造は、図４に示すように、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、光を効率よく拡散シート４に導くため、導光板３の下に反射シート２を設置する。拡散シート４で拡散された光を高輝度化するため、通常、複数枚のプリズムシート５を配置する。最近、バックライトの高輝度化や構成部品の低減化を目的としてプリズムシート４を一枚にする一枚プリズム方式が要求され始めている。

このような一枚プリズム方式のバックライトユニットの構造は、図５に示すように、バックライトとなる蛍光ランプ１の光を側面から導光板３に入射させ、光を効率よくプリズムシート５に導くため、導光板３の下に反射シート２を設置する。この導光板３から出射される光は指向性のある光であり、プリズムシート５で高輝度化され、さらに拡散させるため、拡散シート６を設置する。この方式では輝度が高く、プリズム枚数を減らせる利点はあるが、その反面、導光板３のむらや輝度むら、または導光板３とプリズムシート５とのモアレ等が認識されやすいという問題点がある。
拡散シートは、基板に感光性樹脂を塗布しフォトマスクを用いてパターン化して凹凸を形成するいわゆるフォトリソグラフィー法による方法（特開平４−２４３２２６号公報）、また、拡散性を制御するために樹脂に微粒子を分散させたものを基板に膜形成する方法（特開平７−１１０４７６号公報）が提案されている。

特開平４−２４３２２６号公報 特開平７−１１０４７６号公報

特開平４−２４３２２６号公報の方法では粗化面を形成するために、基板にフォトマスクで露光し、現像する工程があるため、工程が複雑であり、低コスト、高生産性とは言えなかった。またフォトマスクを作製する工程で、大面積をランダムにパターン形成することは困難である。特開平７−１１０４７６号公報の方法では、微粒子を均一に分散することが困難であることや、微粒子濃度を薄くしたり、粒径を変化させても、粒子間の隙間は発生するため、その平坦部では正反射角度の反射が高くなり、光源の映り込みが発生するという問題が見られた。
上記した一枚プリズム方式の導光板３のむらや輝度むら、または、導光板３とプリズムシート５とのモアレ等が認識されやすいという問題点を解決するために、本発明者らは鋭意、検討した結果、このような外観不良を認識しにくくするためには、さらに拡散シートを設置することが考えられるが、球状微粒子を分散する従来方法で作製したようなヘイズの高いものを使用した場合、輝度が低下する問題があった。本発明は、輝度を大きく低下せず、導光板のむら、輝度むら等の外観不良を改善できる拡散シートを提供することを目的とした。

本発明の請求項１に記載の発明は、液晶表示装置のバックライトユニット用拡散シートであって、その拡散シートのヘイズが８．５〜３２％であることを特徴とする拡散シートである。
請求項２に記載の発明は、微小な凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる請求項１に記載の拡散シートである。
請求項３に記載の発明は、転写原型表面に粗化めっきを行い、その表面に微小な凹凸形状を形成したロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる請求項１または請求項２に記載の拡散シートである。
請求項４に記載の発明は、転写原型表面に機械加工を行い、その表面に微小な凹凸形状を形成したロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる請求項１または請求項２に記載の拡散シートである。
本発明者らは、バックライトユニットに用いる拡散シートのヘイズを８．５％〜３２％に制御することにより、バックライトの輝度を大きく低下せず、導光板のむら、輝度むら等の外観不良を改善できることを見出した。また、微小な凹凸形状を表面に持つロール状転写原型を作製し、形状を被転写フィルムに転写して、このようなヘイズを小さく制御した拡散シートで、バックライトの輝度を大きく低下せず、導光板のむら、輝度むら等の外観不良を改善できることを見出した。

本発明の拡散シートのヘイズは、転写原型表面の微小な凹凸形状を制御することにより変えることができ、ヘイズが８．５％〜３２％の範囲であれば、バックライトの輝度を大きく低下せず、外観不良を改善できる。ヘイズが８．５％未満では導光板のむら、輝度むら等の外観不良が見えやすくなり、また、３２％を超えて大きすぎると輝度が低下する。バックライトの輝度をほとんど低下させず、外観不良をなくすためには、ヘイズは１４．３％〜２６．２％の範囲であれば、より好ましい。

本発明の拡散シートを作製するときに用いる微小な凹凸形状を表面に有するロール状転写原型は、例えば、その製造工程を図２に示すように、基材ロール８を回転しながら、機材ロール８とアノード電極９に直流電源１０を用いて通電させ、めっき液７のめっき金属を基材ロール表面に付着させて微小な凹凸形状を形成することができる。
また、微小な凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いた拡散シートの作製は、図３に示すように、ベースフィルム１３の上に下塗り層１４を供給ヘッド１５により塗布して形成した被転写フィルムを、上記のロール状転写原型１１を回転させながら、ニップロール１２により押し当て、紫外線照射装置１６からの紫外光を照射して下塗り層を硬化させ微小な凹凸形状を連続的に転写させ、剥離して作製することができる。
このようにして、図１に示すように、ベースフィルム１３とロール状転写原型の微小な表面凹凸形状が転写された下塗り層１４とで構成された拡散シートとすることができる。

転写原型の材質は金属、セラミック、樹脂等、限定されないが、好ましくは寸法安定性、導電性に優れるステンレス等の鉄合金、さらに加工裕度のある銅が積層されたものを用いることが好ましい。転写原型表面は機械研磨、エッチング、洗浄する等を行い均一にして用いる。表面に微小な凹凸形状を形成する方法として、サンドブラスト加工、レーザー加工、ビーズ含有薄膜樹脂塗布、スパッタ、エッチング、フォトリソ等が挙げられる。生産性に優れ、所望の微小な表面凹凸を効率的に得る方法として、転写原型表面に粗化めっきを行う方法、または、表面にダイヤモンドバイト等を用いて機械加工を行う方法が好ましい。

転写原型表面に粗化めっきを行う方法としては、転写原型の基材が導電性のものであればそのまま、非導電性であれば導電処理を施してから粗化めっきを行う。粗化めっきは文献「現場技術者のための実用めっき（１）（昭和５３年発行、槙書店、日本プレーティング協会編）に示されている方法を用いれば良く、銅めっき、ニッケルめっき、クロムめっき等の電気めっき、無電解めっき、微粒子共析めっき、電着塗装等の公知の方法で行うことができる。ロールを回転させながら粗化めっきすることでムラや継ぎ目なしの転写原型を作製することができる。電流密度を変化させ、粗化レベルの制御を行うことにより、凹凸形状を最適化するのが容易となり、また、めっき液組成やめっき液温度で粗化レベルを制御してもよい。粗化めっき後に再度光沢めっきを行って形状を最適化することもできる。さらに、転写原型表面の硬度を上げたり、酸化を防止する目的で保護めっきを行ってもよい。これらのため、クロム、ニッケル、亜鉛等のめっきを行うのが好ましい。

転写原型表面に機械加工を行う方法としては、ロール状基材を回転させながら、ダイヤモンドバイトを移動させるか、または、ロールを移動させながら、バイトで押圧することにより、凹凸形状を形成する。バイトとバイトの間は密接してもよく任意の距離をあけてもよい。また複数の形状の異なるバイトで押圧するか、同じバイトで位置を変えて押圧することもできる。ダイヤモンドバイトの形状、加工ピッチ、加工面積を選択することで凹凸形状を最適化することができる。

拡散シートは、微小な凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる。被転写フィルムは、変形可能なベースフィルムやベースフィルムに下塗り層を設けたものである。ベースフィルムに下塗り層を設けた被転写フィルムは、下塗り層に転写原型を押し当てる工程、下塗り層を硬化する工程により、被転写フィルムにその表面形状を転写して得られる。耐熱性、耐溶剤性、形状安定性を向上させるために、押し当てる工程で熱、光等を与えてもよい。さらに、カップリング剤、接着性付与剤を添加することでベースフィルムとの密着を向上させることもできる。ベースフィルムと下塗り層の接着を向上させる目的でベースフィルムまたは下塗り層の接着面に接着性付与剤を塗布することもできる。

下塗り層には感光性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂、ゴムを用いることが好ましい。感光性樹脂を用いることにより、下塗り層の必要な部分だけを残し、不要な部分を除けるようにすることもできる。
アルカリで現像可能な感光性樹脂としては、酸価が２０〜３００、重量平均分子量が１，５００〜２００，０００の範囲にあるものが好ましく、例えばスチレン系単量体とマレイン酸との共重合体又はその誘導体（以下、ＳＭ系重合体という）、アクリル酸又はメタクリル酸等のカルボキシル基を有する不飽和単量体とスチレン系単量体、メチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等のアルキルメタクリレート、同様のアルキル基を有するアルキルアクリレート等の単量体との共重合体が好ましい。

ＳＭ系共重合体は、スチレン、α−メチルスチレン、ｍ又はｐメトキシスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−ヒドロキシスチレン、３−ヒドロキシメチル−４−ヒドロキシスチレン等のスチレン又はその誘導体（スチレン系単量体）と無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノ−ｎ−プロピル、マレイン酸モノ−ｉｓｏ−プロピル、マレイン酸−ｎ−ブチル、マレイン酸モノ−ｉｓｏ−ブチル、マレイン酸モノ−ｔｅｒｔ−ブチル等のマレイン酸誘導体を共重合させたもの（以下、共重合体（ｌ））という）がある。共重合体（ｌ）には、メチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート等のアルキルメタクリレート等、前記した共重合体（ｌ）を反応性二重結合を有する化合物で、変性したものがある（共重合体（ll））。

上記共重合体（ll）は、共重合体（l）中の酸無水物基又はカルボキシル基に不飽和アルコール、例えばアリルアルコール、２−ブラン−１，２−オールフルフリルアルコール、オレイルアルコール、シンナミルアルコール、２−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、Ｎ−メチロールアクリルアミド等の不飽和アルコール、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、α−エチルグリシジルアクリレート、イタコン酸モノアルキルモノグリシジルエステル等のオキシラン環及び反応性二重結合をそれぞれ１個有するエポキシ化合物と反応させることにより製造することができる。この場合、アルカリ現像を行うために必要なカルボキシル基が共重合体中に残っていることが必要である。ＳＭ系重合体以外のカルボキシル基を有する重合体も、上記と同様に反応性二重結合の付与は、感光度の点から好ましい。

これらの共重合体の合成は特公昭４７−２５４７０号公報、特公昭４８−８５６７９号公報、特公昭５１−２１５７２号公報等に記載されている方法に準じて行うことができる。転写後硬化させるために必要に応じて光開始剤やエチレン性二重結合を有するモノマー等を予め添加することができる。

本発明で用いるベースフィルムとしては、化学的、熱的に安定であり、シートまたは板状に成形できるものを用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、エチレンと酢酸ビニル、エチレンとアクリル酸エステル、エチレンとビニルアルコールのようなエチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合体、塩化ビニルとビニルアルコールの共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレンと（メタ）アクリル酸エステルのようなスチレン共重合体、ポリビニルトルエン、ビニルトルエンと（メタ）アクリル酸エステルのようなビニルトルエン共重合体、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸ブチルと酢酸ビニルのような（メタ）アクリル酸エステルの共重合体、セルロースアセテート、ニトロセルロース、セロハン等のセルロース誘導体、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエステル、合成ゴム等から選ばれた、少なくとも１種類以上の有機高分子を用いることができる。またはアルミ、銅等の金属類等である。これらの中で特に好ましいのは寸法安定性に優れた２軸延伸ポリエチレンテレフタレートである。

本発明で用いる被転写フィルムが、ベースフィルムに下塗り層を設けたものである場合、ベースフィルムへの下塗り層の塗布方法として、ロールコータ塗布、スピンコータ塗布、スプレー塗布、ホエラー塗布、ディップコータ塗布、カーテンフローコータ塗布、ワイヤバーコータ塗布、グラビアコータ塗布、エアナイフコータ塗布等がある。

（実施例１）
直径１３０ｍｍ、幅４７０ｍｍのロール状の鉄製基材を回転させながら、銅めっきを行って、鉄に銅が２００μｍ積層された原型基材を得た。これを研磨して表面が鏡面となるように加工した。次にこれを回転させながら以下に示す銅めっき液に浸漬し、電流密度が８（Ａ/ｄｍ^２）となるように電流を調節し、光沢めっきを行った後、同じめっき液中で電流密度を２〜４(Ａ/ｄｍ^２)の間で電流を調整し、粗化めっきを行った後、めっき液を除去する目的で純水洗浄した。次に銅の酸化を抑えるために、以下に示すニッケルめっき液に浸漬しながら、電流密度２(Ａ/ｄｍ^２)となるように電流を調整して光沢ニッケルめっきを行って、表面に微小な凹凸形状を形成したロール状転写原型を得た。
（銅めっき液）：
硫酸銅 ２１０ｇ/リットル
硫酸 ６０ｇ/リットル
チオ尿素 ０.０１ｇ/リットル
デキストリン ０.０１ｇ/リットル
塩酸 ０.０１ｇ/リットル
液温 ３０℃
（ニッケルめっき液）：
硫酸ニッケル ２４０ｇ/リットル
塩化ニッケル ４５ｇ/リットル
硼酸 ３０ｇ/リットル
浴温 ５０℃

ベースフィルムとしてに厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、このベースフィルム上に下塗り層として光硬化性樹脂溶液をコンマコーターで５μｍの膜厚になるよう塗布乾燥し被転写フィルムを得た。次に前記ロール状転写原型を押しあて、紫外線を照射し光硬化性樹脂を硬化しロール状転写原型から分離し、ロール状転写原型表面の微小な凹凸形状の反転形状が光硬化性樹脂層（下塗り層）の表面に転写された拡散シートを得た。
（光硬化性樹脂（下塗り層）溶液）：
アクリル酸-ブチルアクリレート-ビニルアセテート共重合体 ５重量部
ブチルアセテート（モノマー） ８重量部
ビニルアセテート（モノマー） ２重量部
アクリル酸（モノマー） ０.３重量部
ヘキサンジオールアクリレート（モノマー） ０.２重量部
ベンゾインイソブチルエーテル（開始剤） ２.５重量％

銅粗化めっきの際の電流密度を２〜４(Ａ/ｄｍ^２)に変えて作製したロール状転写原型の微小な凹凸形状を転写した拡散シートのヘイズと全光線透過率、さらにこの拡散シートをバックライトユニット構成の最上部に配置したときの外観観察結果を合わせて表１に示したす。全光線透過率及びヘイズについては、デジタル濁度計NDH-20D（日本電色工業株式会社製商品名）を用いて測定した。また、外観観察には、２インチ用バックライトユニットにすじ状にむらのある導光板を用いて、得られた拡散シートをバックライトユニット最上部に設置し、そのむらが見えるかどうかを判定した。さらに、拡散シート上で色彩輝度計BM-5（TOPCOM社製商品名）を用いて、輝度を測定し、明るさの評価とした。外観観察と輝度から拡散シートを総合評価し、最も良好なものを◎で、良好なものを○で、不良なものを×で示した。

総合評価 ◎：最も良好、○：良好、×：不良

（実施例２）
直径１３０ｍｍ、幅４７０ｍｍのロール状の鉄製基材を回転させながら、銅めっきを行って、鉄に銅が２００μｍ積層された原型基材を得た。これを研磨して表面が鏡面となるように加工した。次にこれを回転させながら先端が半径Ｒ=４０μｍの曲面のダイヤモンドバイトでランダムに押圧し、半径が１１．２μｍ、深さ１．６μｍの球面を押し付けた形状がランダムに並んだロール状転写原型を得た。加工面積は、バイトで押し付けた部分の総面積とロール型原型基材の表面積との比率を３〜３３％の間で調節した。次に銅の酸化を抑えるために、実施例１で用いたニッケルめっき液に浸漬しながら、電流密度２(Ａ/ｄｍ^２)となるように電流を調整して光沢ニッケルめっきを行って、表面に微小な凹凸形状を形成したロール状転写原型を得た。

実施例１と同様に、ベースフィルムに厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、このベースフィルム上に実施例１で用いた光硬化性樹脂溶液をコンマコーターで５μｍの膜厚になるよう塗布乾燥した。次に前記で作製したロール状転写原型を押しあて、紫外線を照射し光硬化性樹脂を硬化しロール状転写原型から分離し、転写原型の凹凸の反転形状が光硬化性樹脂層（下塗り層）の表面に転写された拡散シートを得た。

加工面積を調節して作製したロール状転写原型の凹凸形状を転写した拡散シートのヘイズと全光線透過率、さらにこの拡散シートをバックライトユニット構成の最上部に配置したときの外観観察結果を合わせて表２に示したす。実施例１と同様に全光線透過率及びヘイズについては、デジタル濁度計NDH-20D（日本電色工業株式会社製商品名）を用いて測定した。また、外観観察には、２インチ用バックライトユニットにすじ状にむらのある導光板を用いて、得られた拡散シートをバックライトユニット最上部に設置し、そのむらが見えるかどうかを判定した。さらに、拡散シート上で色彩輝度計BM-5（TOPCOM社製商品名）を用いて、輝度を測定し、明るさの評価とした。外観観察と輝度から拡散シートを総合評価し、最も良好なものを◎で、良好なものを○で、不良なものを×で示した。

総合評価 ◎：最も良好、○：良好、×：不良

表１，２の結果からヘイズ８．５％〜３１．８％の範囲のとき、明るく外観不良の見えにくい良好なバックライトユニットを得ることができた。

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに用いられる拡散シートであるが、表面に金属箔層を形成することにより反射シートとして使用することができる。また、得られた拡散シートを転写原形として用いることもでき、その場合は、転写の転写であるので原転写原形の表面形状を転写することができる。

本発明の拡散シートの構造を示す断面図である。 本発明に用いる転写原型の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の拡散シートの製造工程の一例を示す断面図である。 従来のバックライトユニットの構造を説明するための断面図である。 従来の１枚プリズムタイプバックライトユニットの構造を説明するための断面図である。

符号の説明

１．蛍光ランプ
２．反射シート
３．導光板
４．拡散シート
５．プリズムシート
６．めっき層
７．めっき液
８．基材ロール
９．アノード電極
１０．直流電源
１１．ロール状転写原型
１２．ニップロール
１３．ベースフィルム
１４．下塗り層
１５．供給ヘッド
１６．紫外線照射装置

Claims (4)

1. 液晶表示装置のバックライトユニット用拡散シートであって、その拡散シートのヘイズが８．５〜３２％であることを特徴とする拡散シート。
2. 微小な凹凸形状を表面に有するロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる請求項１に記載の拡散シート。
3. 転写原型表面に粗化めっきを行い、その表面に微小な凹凸形状を形成したロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる請求項１または請求項２に記載の拡散シート。
4. 転写原型表面に機械加工を行い、その表面に微小な凹凸形状を形成したロール状転写原型を用いて、被転写フィルムにその形状を転写して得られる請求項１または請求項２に記載の拡散シート。

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