JP2007179036A - 拡散シートおよびそれを用いたバックライトユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、光の等方拡散効果に優れた拡散シートを提供せんとするものである。
【解決手段】
本発明の拡散シートは、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散性シートにおいて、該シートの両側表面における60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)がともに1.1未満であり、かつ、少なくとも片側表面における該光沢度の最小値Gminが1〜50であることを特徴とするものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種表示装置、特に液晶表示装置のバックライトユニットに好適な拡散シートに関する。
液晶表示装置は、ノートパソコンや携帯電話機器を始め、テレビ、モニター、カーナビゲーション等、多様な用途に用いられている。液晶表示装置には、光源となるバックライトユニットが組み込まれており、バックライトユニットからの光線を液晶セルを通して制御することにより、表示される仕組みとなっている。このバックライトユニットに求められる特性は、単に光を出射する光源としてだけではなく、画面全体を明るく且つ均一に光らせることである。
バックライトユニットの構成は大きく二つに分けることができる。
1つは、サイドライト型バックライトと称される方式である。これは、例えば薄型化・小型化が求められるノートパソコン等に主に使用される方式であるが、基本構成として導光板を用いるのが特徴である。サイドライト型バックライトの場合、導光板の側面に蛍光管を設置し、側面から導光板に光線を入射させて、導光板内部を全反射させながら面内全体に光を伝搬しつつ、導光板の裏面に施された拡散ドット等により一部を全反射条件から離脱させて導光板前面から採光することにより、バックライトすなわち面光源として機能させるものである。サイドライト型バックライトの場合には、これら構成以外にも、導光板の裏面から漏れ出る光を反射させて再利用させる機能を担う反射フィルム、導光板前面から出射する光を均一化させる拡散シート、そして正面輝度を向上させるプリズムシートなど、多種類の光学フィルムが用いられている。
また、もう1つの方式は、直下型バックライトと称される方式である。これは、大型化・高輝度化が求められるテレビ用途に好ましく用いられる方式であるが、基本構成としては、導光板は用いず、画面奥に直接蛍光管を並べた構造が特徴である。画面奥に線状または一部線状の蛍光管を複数本平行に並べることにより、大画面にも対応可能で、さらに明るさも十分に確保できる。しかしながら、特徴でもある画面奥に設置された蛍光管による画面内の明るさむら(輝度むら)が生じる。つまり、複数本並んでいる蛍光管の真上は明るく、隣接する蛍光管の間が暗くなる(管むら)。このため、直下型バックライトでは、この管むらを解消するため、極めて強い光拡散性を有する乳白板を蛍光管の上側に設置し、画面の均一化を図っている(特許文献1)。乳白板は、微粒子を分散させたアクリル樹脂、またポリカーボネート樹脂等からなる光拡散板である。この乳白板により管むらが解消され画面の均一化が図れるのであるが、強く拡散させるために全光線透過率が低く光利用効率が悪くなり、また強く拡散しすぎるために不要な方向へ光を散らしてしまい、結果として、必要となる正面の明るさが不十分となる。そこで、乳白板の上に、光を等方的に拡散しながら、正面方向に集光効果を示す拡散シートを設置している(特許文献2)。この拡散シートは、基材シート上に有機架橋粒子などの微粒子を含有した拡散層を形成したシートであり、乳白板とは違い、ある程度正面方向への指向性を示す光学フィルムである。またこれら以外にも、蛍光管から後方に出射される光を反射する反射フィルム、さらに集光性を向上させるためのプリズムシート、偏光分離機能を発現し光利用効率を向上させる輝度向上シートなどが組み込まれる。
特開2004−29091号公報 特開2001−324607号公報
直下型バックライトにおいては、画面奥の蛍光管に由来する管むらを解消し、画面の均一化と高輝度化を両立させることが必要とされる。しかしながら、管むら解消の為に用いる乳白板は全光線透過率が低く光利用効率が悪い。またこの乳白板により散らしすぎた光を、拡散シートを用いて再度集光させるという極めて非効率的な構成を採用している。さらに、乳白板は厚みが2〜3mmと分厚く、薄膜、軽量化の妨げとなっている。
そこで、本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、光の等方拡散効果に優れた拡散シートを提供せんとするものである。
すなわち、本発明は、かかる拡散シートにより、効率的な拡散効果を発揮させることができ、それにより画面均一性と高い輝度特性を発現させ、バックライトユニットの薄型化を達成することができるという効果を奏するものである。
本発明は、かかる課題を解決するために、次の手段を採用するものである。すなわち、本発明の拡散シートは、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散性シートにおいて、該シートの両側表面における60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)がともに1.1未満であり、かつ、少なくとも片側表面における該光沢度の最小値Gminが1〜50であることを特徴とするものである。
また、本発明の拡散シートは、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散シートの少なくとも一方の面に、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満、かつ該光沢度の最小値Gminが1〜50である表層が積層されており、かつ、該内部拡散シートの他方の面の表面における60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満であることを特徴とするものである。
さらに、本発明の拡散シートは、以下の(1)〜(9)に示す特徴を好ましく具備するものである。
(1)該内部拡散シートが、その両面に樹脂層が積層されたものであること。
(2)該樹脂層が、二軸延伸シートであること。
(3)前記樹脂層が、ポリエステル系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂から構成されること。
(4)該マトリクス樹脂が、ポリエステル系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂から構成されること。
(5)該拡散シートの全光線透過率が、50〜95%であること。
(6)該拡散シートの全膜厚が25〜500μmであること。
(7)60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面において、85度光沢度の最小値Gmin85が、60度光沢度の最小値よりも小さいこと。
(8)85度光沢度の最小値Gmin85が、2以下であること。
(9)60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面に凹凸形状が形成されており、該凹凸形状の断面の断面アスペクト比が0.25以上であること。
また、本発明の拡散シートを用いたバックライトユニットは、少なくとも、略平行配列の複数の直線状光源、及び/又は略平行配列の複数の直線状部分を有する形状の光源、及び/又は略平行配列の直線状に明暗が観察される光源の上側に、前記拡散シートを設置することを特徴とする。
本発明によれば、光の等方拡散効果を効率的に発揮する拡散シートを提供することができ、これを液晶表示装置のバックライトユニットに組み込むことにより、高い画面均一性と高い輝度特性の両立が図れ、さらに薄型化を達成することが可能となる。
本発明は、前記課題、つまり光の等方拡散効果に優れた拡散シートについて、鋭意検討した結果、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散シートで構成され、拡散シートの表面を、特定の光沢度条件を満たす形にしてみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。すなわち、拡散シートの表面を、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満を満たすとともに、少なくとも片側表面における該光沢度の最小値Gminが1〜50であるという特定な表面形状に刻設・変形してみたところ、前記課題を見事に達成する拡散シートを完成するに至ったものである。
本発明の拡散シートは、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有する内部拡散シートにおいて、該内部拡散シートの両側表面における60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)がともに1.1未満であり、かつ、少なくとも片側表面における最小値Gminが1〜50であることを特徴とするものである。
また、本発明の拡散シートは、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散シートに、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満、かつ該光沢度の最小値Gminが1〜50である表層を積層し、かつ、他方の面に60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満である表層を積層して構成されたことを特徴とする。
本発明でいう60度光沢度は、シート表面に入射する光の反射によって定義される値であり、JIS Z8741に規定された方法に基づいて測定することができる。つまり、60度光沢度とは、測定表面に入射角60度で光を入射した時、入射光に対する正反射光の割合を標準板を基準として百分率で表した値のことである。本発明において、60度光沢度の測定は、まず任意の測定位置において測定し、該測定位置を中心に10度刻みでシートを360度回転させ、それぞれの方向において測定する。そして、得られた測定値(60度光沢度)の中で、最大値をGmax、最小値をGminと定義するものである。
このようにして得られる60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満とは、この表面に入射した光線は、入射方向に依らずほぼ同様の出射特性を示すことを表し、さらに少なくとも片側表面における最小値Gminが1〜50であることをも同時に満たすことにより、入射光線が入射方向に依らずほぼ同様の光の拡散特性を示すこと、すなわち等方的な拡散性を表すものである。
本発明において、かかる等方的な拡散性を示す拡散シートとすることにより、液晶表示装置のバックライトユニットに組み込んだとき、方向に依らずほぼ一定の明るさが確保できるため、その他の光学シートと組み合わせた場合においても、面内の均斉度が保ちやすくなるのである。すなわち、比(Gmax/Gmin)は1.1未満を満たすことが重要、かつ、必須要件である。
また、本発明において光沢度の絶対値が意味するのは、拡散シートの光出射特性、つまり配光特性の調整である。本発明の拡散シートは、バックライトユニットに組み込む場合には、光沢度を規定した表面を光出射面側に設置することが好ましく、これにより配光特性の調整が可能となる。配光特性の調整とは、内部拡散シートによって拡散された光線を所望の状態に変換することである。
例えば、内部拡散シートによって等方的に拡散される場合、内部構造による拡散のためほぼ完全等方拡散となり、正面方向へ出射する割合が減少する。そこで光沢度1〜50で規定される表面を出射面側に設けることにより、正面方向への集光効果が発現し正面輝度が向上する。また、バックライトユニットとしてはビーズシートやプリズムシートといったその他の光学シートと重ね合わせて用いるが、この光沢度範囲を満たす表面を有する本発明の拡散シートと組合せることで光線利用効率が高まり、さらに効率のよい拡散および集光効果が発揮される。また、内部拡散シートによって異方的に拡散される場合には、表面により等方拡散への変換とともに、前記効果が発現する。
ここで光沢度最小値Gminについては、50を越えると表面拡散効果が不十分で、ほぼ内部拡散シートの拡散性に左右されるため好ましくなく、60°で測定する光沢度で1を下回る場合は60°に対応した特殊形状であり等方的な拡散効果は得られないため好ましくない。光沢度最小値Gminのより好ましい範囲としては、5〜40、さらに好ましくは5〜30である。
本発明の拡散シートにおいて、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満であり、かつ、少なくとも片側表面における最小値Gminが1〜50である表面の形状を例示および説明するが、前記条件を満たす形状であればいずれの形状も好ましく用いることができる。
図1は、表面パターン(図1(a))及び断面形状(図1(b))の一例を示しているが、これは半球状の突起を表面に形成した例である。
表面に形成されるパターンは、図2に示すように、個々の突起が二次元方向に規則的に配列しているもの(図2(a)(b))、ランダムに配列しているもの(図2(c))、また、大きさ又は形状の異なる突起が混在して規則的又はランダムに配列しているもの(図2(d))などが挙げられ、いずれも面内の配列に異方性が、ほぼ無いか又は小さい状態が、比(Gmax/Gmin)が1.1未満を満たすためには好ましい。また、個々の突起の面内における縦横の長さの比率(アスペクト比)が極端に1を越える形状、例えば図2の例で説明すると楕円のような個々の突起形状が面内で異方性を有するものは、比(Gmax/Gmin)が1.1未満を満たすためには好ましいとは言えない。
すなわち、本発明の拡散シートにおいて、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)を1.1未満とするための好ましいシート面内パターンとしては、個々の突起の面内配列が異方性の無い規則的又はランダム配列であって、さらに個々の突起の面内形状が縦横長さの比率(アスペクト比)が1〜1.1を満たす形状であることが挙げられる。例えば、図2に示すパターンが最も好ましい形状の一つである。ただし、例えば、部分的に異方的な配列が存在したり、部分的に面内アスペクト比が1.1を超える突起があったとしても、拡散シート全体として前記条件を満たせば特性が発現するため除外するものではない。
また、個々の突起断面形状については、図3に示すように、半球状(図3(a))、釣鐘状(図3(b))、三角錐状(図3(c))、多角錐・円柱状(図3(d))、不定形状(図3(e))、円状(図3(f))などが好ましく用いられる。図3(f)の円状の場合、具体的には球状粒子をフィルム面に並べた構造等の場合であるが、粒子だけの配列でもよいし、粒子間に形成された空隙を樹脂で充填してもよい。図3において、図3(d)以外は、隣接する突起が連続パターンとして形成されている状態を示している。これらは個々の突起がそれぞれ間隔を空けて配列することも好ましい態様であるが、隣接突起間の平坦部が多くなると、拡散シートに入射した光をそのまま通過させるため、この領域が過度に多すぎると十分な拡散性が得られないことがある。よって、個々の突起が隣接した配列、もしくは図3(b)に代表されるような滑らかな曲線によって突起が連続して連なる配列が好ましい。これらの形状は、求める拡散シートの配光特性により適宜選択することが可能であるが、後述するように、輝度を向上させるためには、個々の突起断面形状のアスペクト比がより大きいものが好ましい。
配列ピッチ、高さについては、光沢度条件を満たすものであれば特に規定されるものではないが、好ましい範囲を以下に示す。配列ピッチについて、隣接パターンの頂部間距離として規定すると、0.5〜300μmが好ましく、さらに好ましくは1〜200μmである。ここで、隣接パターンが間隔を空けて配列している場合には、前記配列ピッチを個々の突起の底辺長さとする。また、突起高さについては、凹部最下点を結ぶ直線から頂部までの厚み方向距離と規定し、0.5〜200μmが好ましく、さらに好ましくは1〜150μmである。
ここで、本発明の拡散シートにおいて、60度光沢度の最小値Gminが1〜50である表面を得るためには、個々の突起断面形状を、突起高さと配列ピッチ(又は底辺長さ)の比(突起高さ/配列ピッチ、以下断面アスペクト比)を0.25以上とすることが好ましく、より好ましくは0.5以上とすることである。0.25以上の断面アスペクト比を持つ表面形状とは、フィルム厚み方向に延びた形状であり、このような形状を付与することによって、拡散シートに入射した光線を集光して正面の輝度を上げながら拡散性を示すようになる。0.25未満の断面アスペクト比では、拡散効果は得られるものの、十分な集光性を発揮することができず、輝度向上効果が小さいため、0.25以上とすることが好ましい。
配列ピッチ、高さ、形状などは、面内において一定、規則的又はランダムに変化する場合のいずれも好ましく用いられる。光の回折、干渉による色づきを低減するためには、ランダム化することが好ましい。
また、本発明の拡散シートは、60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面において、85度光沢度の最小値Gmin85が、60度光沢度の最小値Gminよりも小さいことが好ましい。ここで、85度光沢度の測定、及び最小値Gmin85の求め方については、光沢度測定時の測定角が85度に変わる以外は60度光沢度と同様に測定して求める。
ここで、85度光沢度は60度光沢度に比べ入射角が大きいために表面凹凸の高さの影響を受けやすく、フィルム膜厚方向により高く延びたパターンが形成されている場合、即ち断面アスペクト比が高い場合には、60度の場合よりも光沢度が小さくなる。即ち、85度光沢度の最小値Gmin85を、60度光沢度の最小値Gminよりも小さくすることによって、高輝度かつ高拡散性を達成するための好ましい形状が得られる。
また、本発明の拡散シートは、60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面において、85度光沢度の最小値Gmin85が、2以下であることが好ましい。この値を2以下にすることによって、拡散シートの表面に、急峻な形状が形成されていることがわかり、輝度向上を達成するためにさらに好ましい態様である。
また、本発明の拡散シートは、マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有する内部拡散シートで構成されているものであることが必須要件である。
かかる内部拡散シートに用いる拡散素子としては、例えば、硫酸バリウム、酸化チタン、硫酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、シリカ等の無機微粒子、またはアクリル樹脂、有機シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素樹脂、ホルムアルデヒド縮合物、フッ素樹脂等の有機(架橋)微粒子、または島状に分散したポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリエチレン、脂環式オレフィン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2、6−ナフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリメチルメタクリレート等に代表されるアクリル系樹脂、等からなる熱可塑性樹脂(各種共重合体を含む)、中空粒子、または気泡等を挙げることができる。拡散素子としては、1種類単独で用いてもよいし、2種類以上組み合わせて用いてもよい。これらは本発明の拡散シートに用いる拡散素子として好ましい一例を挙げたものであり、少なくとも可視光領域(380〜780nm)においてマトリクス樹脂と屈折率が異なる成分であれば、これらに限定されることなく好ましく用いることができる。
本発明の拡散シートに用いる拡散素子の粒径としては、平均一次粒径が0.5〜50μmであるのが好ましく、0.5〜30μmが更に好ましく、0.5〜20μmが最も好ましい。平均一次粒径が0.5μmよりも小さくなると、380〜780nmの可視光領域において拡散素子としての光拡散作用が十分に得られず、また50μmを越える場合には、有効な光拡散作用を得るためには内部拡散シートの膜厚が厚くなりすぎ、薄膜化できないため好ましくない。
また、拡散素子の形状は特に制限されることなく、球状(真球状含む)、回転楕円体、棒状、針状、扁平状、無定形など、いずれも好ましく用いることができる。本発明において、真球状以外の形状における粒径は、最も幅の狭い部分の長さが上記範囲を満たせばよい。
また、内部拡散シートにおける拡散素子の添加量は、拡散素子の屈折率、粒径および形状などによって適切量が異なるため、求める性能に合わせて適宜設定するが、凡そ内部拡散シートに対し0.01〜50質量%の範囲で添加されることが好ましく、さらに好ましくは0.01〜30質量%、最も好ましくは0.1〜30質量%である。
また、本発明の拡散シートを構成する内部拡散シートに用いるマトリクス樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2、6−ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエステル樹脂、イソフタル酸共重合ポリエステル樹脂、スピログリコール共重合ポリエステル樹脂、フルオレン共重合ポリエステル樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリエチレン、ポリプレピレン、ポリメチルペンテン、脂環式オレフィン共重合樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、およびこれらを成分とする共重合体、またはこれら樹脂の混合物等の熱可塑性樹脂が挙げられ、特に制限されることなく好ましく用いられる。
また、熱可塑性樹脂以外に、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂も好ましく用いることができる。
光硬化性樹脂の例としては、分子内に少なくとも一つのラジカル重合性を有する化合物、またはカチオン重合性を有する化合物等が挙げられる。ラジカル重合性を有する化合物としては、活性エネルギー線によりラジカルを発生する重合開始剤の存在下、活性エネルギー線照射により高分子化または架橋反応する化合物で、例えば、構造単位中にエチレン性の不飽和結合を少なくとも1個以上含むものであり、1官能であるビニルモノマーの他に多官能ビニルモノマーを含むものであり、またこれらのオリゴマー、ポリマー、混合物であってもよい。また、分子内に少なくとも一つのカチオン重合性を有する化合物としては、オキシラン環を有する化合物、オキセタン環を有する化合物、ビニルエーテル化合物から選ばれる一つあるいは2種以上の化合物から選ばれるもの等が挙げられる。
熱硬化性樹脂の例としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられ、これらより選択される1種類もしくは2種類以上の混合物を用いることができる。
光硬化性樹脂および熱硬化性樹脂には重合開始剤が用いられる。光硬化性樹脂の場合には感光波長および重合形式に合わせ、活性エネルギー線の照射によりラジカル種またはカチオン種を発生する光重合開始剤を、また熱重合開始剤の場合にはプロセス温度に合わせた熱重合開始剤を用いることが好ましい。
内部拡散シートのマトリクス樹脂としては、これら熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂をどのように組み合わせて用いてもよい。
また、内部拡散シートには、拡散素子、マトリクス樹脂以外にも、各種添加剤を添加することも好ましい態様である。添加剤としては、例えば、分散剤、相溶化剤、顔料、染料、蛍光増白剤、酸化防止剤、耐熱剤、耐光剤、耐候剤などが好ましく用いられるが、拡散シートとしての効果を阻害しない範囲内で、これら以外の添加剤も好ましく用いられる。
本発明の拡散シートは、少なくとも内部拡散シートを含有するシートであればよく、内部拡散シートのみからなる単膜、または内部拡散シートを含む二層以上の積層体から構成されたものを含むものである。以下、好ましいシート構成について説明する。
図4は比(Gmax/Gmin)が1.1未満で、かつ、Gminが1〜50であるという条件を満たす形状が片面に形成されている場合を示している。いずれも表面形状は一例である。
図4(a)は、拡散シートが内部拡散シートのみからなる単膜の場合を例示している。
図4(b)〜(f)には、内部拡散シートを含有する支持体層と、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満である表層からなる好ましい積層体の構成を例示する。図4(b)(c)は、内部拡散シートの片面に、光沢度条件を満たす表層が積層された拡散シートを示している。図4(b)のように、断面において個々のパターンが孤立した不連続な層として形成されていてもよいし、図4(c)のように、内部拡散シート表面をすべて覆い尽くすように形成されていてもよい。内部拡散シートからの拡散素子脱離防止、パターンの密着性向上のためには、図4(c)のように覆い尽くされている方が好ましい。
また、図4(d)に示すように、内部拡散シートの両側に樹脂層を積層した構成も好ましい態様である。両側に積層することによって、内部拡散シートの機械的強度の向上、および内部拡散シートからの拡散素子脱離防止が可能となり好ましい。両側に積層する場合には、表裏面の熱的または機械的特性のバランスをとるため、同じ膜厚で積層するのが好ましい。
また、積層する樹脂層については、内部拡散シートのマトリクス樹脂と同様の熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、好ましく用いられる添加剤も同様である。また、拡散素子は表面からの脱理防止の観点からは含有しない方が好ましいが、拡散性を向上又は調整するために添加してもよい。
本発明の拡散シートでは、二軸延伸シートを積層した構成も好ましい。図4(e)のように、二軸延伸シートを積層することにより、機械的強度や耐熱性が向上するため好ましい構成である。またさらに、内部拡散シートの両側に二軸延伸シートを積層することが好ましい。両側に積層することにより、バランス良く機械的強度および耐熱性が向上し、特に、拡散シートを薄膜化する際には両側に積層が好ましく用いられる(図4(f))。二軸延伸シートに用いられる樹脂としては、特に限定されることはないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−2、6−ナフタレート、またはこれらをベースとしたその他成分との共重合体や、混合物などのポリエステル系樹脂が、機械的強度、耐熱性、寸法安定性などの点から好ましく用いられる。
これらのうち、最も好ましいシート構成としては、両側に二軸延伸シートが積層された内部拡散シートと、光沢度条件を満たす表層からなる積層体が、前述のメリットを全て網羅できるため好ましい。二軸延伸シートとしてポリエステル系樹脂を選択した場合には、積層性、接着性を考慮すると、内部拡散シートのマトリクス樹脂もポリエステル系樹脂を主成分とする構成であることが好ましい。
また、図4において平坦面として図示されている下側表面にも、前記光沢度条件を満たす表面を形成することも好ましい態様である。また、その他多様な形状を付与することが可能であり、密着防止用などのマット層、帯電防止層、反射防止層など、特に限定されることなく好ましく用いられる。
本発明の拡散シートは、全膜厚が25〜500μmであることが好ましい。膜厚が25μmを下回るとシートのハンドリング性が低下するため好ましくない。また、膜厚が500μmを越えるシートは、拡散性の点では好ましいシートが得られるものの、バックライトユニット全体の薄型化の観点から、500μm以下であるのが好ましい。また、最も好ましい構成である両側に二軸延伸シートを積層した場合の表層積層比率は、片側5%以上であることが好ましい。5%以上とすることにより、シート全体としての剛性および耐熱性が向上するため好ましい。
本発明の拡散シートは、全光線透過率が50〜95%であることが好ましい。全光線透過率がこの範囲を満たすことにより、液晶表示装置のバックライトユニットに組み込んで用いた場合に、光利用効率が高くなり画面の輝度を高めることができるため好ましい。
また、本発明の拡散シートは、全体としてヘイズが50〜95%であることが好ましい。ヘイズは拡散シートの光拡散性を評価する指標の1つであり、本発明の拡散シートを用いた場合に良好な画面均一性を発現させるためには、ヘイズの値が上記範囲を満たすことが好ましい。また、内部拡散シート単体でのヘイズは、拡散シート全体として求める拡散性に合わせて調整可能であるが、例えば、20〜95%の範囲で用いられる。
本発明の拡散シートを製造する方法について説明するが、これらの方法に限定されることなく、その他の方法も好ましく用いられる。以下に、内部拡散シートの形成方法と求める光沢度を得る表面形成方法について説明する。
内部拡散シートの形成方法については、例えば、(1)拡散素子を分散したマトリクス樹脂を溶融押出してシート状に成形する方法、(2)拡散素子、マトリクス樹脂、溶剤を含んだ塗剤を基材上にキャストした後、溶剤を乾燥させて形成する方法、(3)拡散素子を分散した液状マトリクス樹脂を基材上にキャストした後、活性エネルギー線または熱によりマトリクス樹脂を硬化させて形成する方法、等が挙げられる。
これらのうち、(1)の方法は積層押出することにより積層体を一気に作製することが可能であり、さらに押出後に延伸工程を施すことにより二軸延伸シート層をも一括して作製できるため好ましい方法である。
また、求める光沢度を得る表面形成方法については、(a)金型を用いた金型転写方法、(b)表面を直接加工する方法、(c)粒子を含有した塗剤をコーティングする方法、(d)織物を貼り合わせる方法等が挙げられる。
(a)金型転写方法についてさらに詳述すると、(a1)金型又は/及び表面が熱可塑性を示すシートを加熱・加圧して圧着させ賦形する方法、(a2)表面に光又は熱硬化性樹脂が積層されたシートに金型を押しあて、活性エネルギー線の照射、又は加熱により樹脂を硬化させて賦形する方法、(a3)予め金型の凹部に充填された樹脂を、基材上に転写する方法等が挙げられる。
また、(b)直接加工する方法としては、(b1)機械的に切削冶具などを用いて所望形状に削る方法、(b2)サンドブラスト法により削る方法、(b3)レーザーにより削る方法、(b4)表面に光硬化性樹脂を積層したシートを、リソグラフィーや光干渉露光法などの手法を用いて所望形状に加工する方法等が挙げられる。
また、(c)粒子を含有した塗剤をコーティングする方法としては、有機又は無機球状粒子、バインダー樹脂、溶剤などを含有する塗剤を、各種手法によりコーティングし、溶剤を除去することにより形成する方法などが挙げられる。
また、(d)織物を貼り合わせる方法としては、縦糸および横糸の径や密度、形状などを制御した織物を基材上に貼り合わせる方法などが挙げられる。
これらのうちでは、生産性の観点から(a)金型転写方法がより好ましい製造方法であるが、これらのプロセスを組み合わせることも可能であり、適宜プロセスを選択することで、求める拡散シートを得ることができる。
また、本発明の拡散シートを用いたバックライトユニットは、少なくとも、略平行配列の複数の直線状光源、及び/又は略平行配列の複数の直線状部分を有する形状の光源、及び/又は略平行配列の直線状に明暗が観察される光源の上側に、本発明の拡散シートを設置することを特徴とする。
図5に直下型バックライトユニットの構成例を示す。
本発明の拡散シートが効果を発揮する直下型バックライトの光源としては、直線状、または直線状部分を有する形状(U字管、W字管など)のもの、または直線状に明暗が観察されるものであればよく、特に限定されないが、例えば蛍光管が好ましく用いられる。また、通常はこれらの光源の下側に反射シートを設置することによって、裏側に逃げていく光線を画面側に反射し輝度を向上させることができるが、光源がユニット底面の全面を覆う構造の場合には不要となる。また、本発明のバックライトユニットでは、前記拡散シートの上に、さらに本発明の拡散シートを設置することも好ましい態様である。
また、本発明の拡散シートのさらに上側に、ビーズシート、プリズムシート、輝度向上シートなどの光学シートを組み合わせて用いることが好ましい。これら光学シートの上方に液晶セルを設置する。
本発明の拡散シートにおいて、60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面は、蛍光管側および液晶セル側のいずれの方向を向いていてもよいが、輝度を向上させるためには液晶セル側を向いているのが好ましい。
以下に各実施例・比較例の測定方法及び評価方法について説明する。なお、以下の測定において、各サンプルの金型加工が施されている面を表面、その反対側の面を裏面とする。また、比較例1については、どちらの面にも金型加工が施されていないので、塗剤1が塗られている面を表面、その反対側の面を裏面とする。
(測定・評価方法)
A.光沢度
スガ試験機(株)製、デジタル変角光沢計UGV−5Bを用い、50mm角に切り出したサンプルの両面において、入射角60度、受光角60度(60度光沢度)、および入射角85度、受光角85度(85度光沢度)で、JIS Z8741に準じて測定した。測定は、まず任意の測定位置において行い、該測定位置を中心に10度刻みでシートを360度回転させ、それぞれの方向において測定し、得られた測定値の最大値をGmax、最小値をGminとした。
B.透過率、ヘイズ
スガ試験機(株)製、全自動直読ヘーズコンピューターHGM−2DP を用い、透過率およびヘイズを測定した。サンプルは50mm角に切り出し、光がサンプルの裏面から入射するようにしてセットした。
C.画面均一性および輝度特性
評価用11.5(170mm×235mm:対角290mm)インチ直下型バックライト(筐体、反射フィルム、蛍光管部分)を12Vにて点灯させ、1時間経過後に、蛍光管上側に本発明の拡散シート(175mm×240mm)を重ね、その上に拡散シート((株)きもと製、188GM3:透過率75%、ヘイズ89%)、プリズムシート((株)住友スリーエム製、BEFII90/50)を設置し、(株)アイ・システム製、輝度むら解析装置Eye―Scale3を用いて、正面方向における輝度および輝度むらを測定した。ここで、プリズムシートは、プリズム列が蛍光管長手方向と平行となるように設置した。測定位置は、バックライト中央を通り蛍光管長手方向に垂直な線上において行った。また、拡散シートは、表面が蛍光管とは逆側になるように設置し、表面から測定をおこなった。
輝度については、該測定位置の平均値として評価した。画面均一性については、該測定位置において得られる最大値と最小値の比率から下記式を用いて計算した。
・輝度むら(%)=100×(最大値−最小値)÷最小値
輝度むらについては、1.5%以下をAA、3%以下をA、5%以下をB、5%を越える場合をCとし、Cのレベルではむらが大きすぎてバックライトとして不適であることを示している。
また、評価用バックライト構成の詳細については次の通りである。
(蛍光管)
直径:2mm
本数:8本
隣接間隔:2cm
反射板との距離(下側):8mm
拡散シートとの距離(上側)25mm
(反射シート)
東レ(株)製 ルミラー(登録商標)188E60L。
以上の測定はすべて室温23℃の条件で行った。
以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
主押出機に、PETを12質量%、PETにイソフタル酸成分を17mol%共重合させたポリエステル樹脂を58質量%、PETにシクロヘキサンジメタノールを33mol%共重合させたポリエステル樹脂を30質量%、拡散素子としてポリメチルペンテンを9質量%混合したチップを供給し(B層)、また副押出機にPETを供給して(A層)、280℃にて三層積層溶融押出を行い(A/B/Aの三層。積層比1/8/1)、25℃に冷却された鏡面ドラム上に静電印可しながらキャストし押出シートを作製した。このシートを90℃に加熱されたロール群で予熱し、95℃で長手方向に3.5倍延伸した。その後、シート端部をクリップで把持して95℃に加熱されたテンター内に導き5秒予熱した後、その後連続的に110℃の雰囲気中で幅方向に3.5倍延伸した。更に連続的に235℃の雰囲気中で20秒間の熱処理を行い、膜厚125μmの内部拡散シートを作製した。
次に得られたシートの片面に、下記塗剤をコーティングし80℃で15分熱処理して溶剤を乾燥して表層(膜厚40μm)を形成し、基材1を得た。
(塗剤1)
ポリエステル樹脂 OKP−4(大阪ガスケミカル(株)製) 20質量部
メチルエチルケトン 40質量部
シクロヘキサノン 40質量部。
次に、下記金型1と基材1を155℃で2分加熱し、155℃を維持しながら圧力2MPaで、金型と基材1のコーティング面とを2分間圧着した。続いて70℃まで冷却後、金型を離型することにより、該コーティング面に下記表面形状のパターンを有する拡散シートを得た。
(金型1)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :半球状の窪み(半径20μm)
隣接パターン間のピッチ :45μm。
得られた拡散シートは、金型形状を反転した良好なパターンを有していた。
この金型形状を転写した表面において60度光沢度を測定したところ、面内の最大値Gmax21.5、最小値Gmin20.4であった(比率Gmax/Gmin=1.05)。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価したところ、輝度むらも小さく良好な画面均一性と高輝度化、およびユニットの薄型化を達成できた。輝度特性評価結果を表1に示す。
(実施例2)
主押出機に、PETを12質量%、PETにイソフタル酸成分を17mol%共重合させたポリエステル樹脂を58質量%、PETにシクロヘキサンジメタノールを33mol%共重合させたポリエステル樹脂を30質量%、拡散素子としてポリメチルペンテンを7質量%混合したチップを供給し(B層)、また副押出機にPETを供給して(A層)、280℃にて三層積層溶融押出を行い(A/B/Aの三層。積層比1/8/1)、25℃に冷却された鏡面ドラム上に静電印可しながらキャストし押出シートを作製した。このシートを90℃に加熱されたロール群で予熱し、95℃で長手方向に3.5倍延伸した。その後、シート端部をクリップで把持して95℃に加熱されたテンター内に導き5秒予熱した後、その後連続的に110℃の雰囲気中で幅方向に3.5倍延伸した。更に連続的に235℃の雰囲気中で20秒間の熱処理を行行い、膜厚150μmの内部拡散シートを作製した。
次に得られたシートの片面に、下記塗剤2をコーティングし膜厚30μmの表層を形成し、基材2を得た。
(塗剤2)
アデカオプトマー KRM−2199(旭電化工業(株)製) 10質量部
アロンオキセタン OXT−221(東亞合成(株)製) 1質量部
アデカオプトマー SP170(旭電化工業(株)製) 0.25質量部。
この基材2の塗剤2をコーティングした表面に下記金型2を押しあて、基材2の裏面側から超高圧水銀灯により1J/m照射して塗剤を硬化させ、金型を離型し、該コーティング面に下記表面形状のパターンを有する拡散シートを得た。
(金型2)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :半球状の窪み(半径15μm)
隣接パターン間のピッチ :40μm。
得られた拡散シートは、金型形状を反転した良好なパターンを有していた。
この金型形状を転写した表面において60度光沢度を測定したところ、面内の最大値Gmax35.6、最小値Gmin35.1であった(比率Gmax/Gmin=1.01)。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価したところ、輝度むらも小さく良好な画面均一性と高輝度化、およびユニットの薄型化を達成できた。輝度特性評価結果を表1に示す。
(実施例3)
実施例1において、金型1の代わりに下記金型3を用いる以外は実施例1と同様にして拡散シートを得た。
(金型3)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :楕円状の窪み(短径15μm:面方向、長径20μm:厚み方向)
隣接パターン間のピッチ :33μm。
得られた拡散シートは、金型形状を反転した良好なパターンを有していた。
この金型形状を転写した表面において60度光沢度を測定したところ、面内の最大値Gmax10.3、最小値Gmin9.7であった(比率Gmax/Gmin=1.06)。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価したところ、輝度むらも小さく良好な画面均一性と高輝度化、およびユニットの薄型化を達成できた。輝度特性評価結果を表1に示す。
(実施例4)
押出機に、PETを12質量%、PETにイソフタル酸成分を17mol%共重合させたポリエステル樹脂を58質量%、PETにシクロヘキサンジメタノールを33mol%共重合させたポリエステル樹脂を30質量%、拡散素子としてポリメチルペンテンを9質量%混合したチップを供給し、280℃にて溶融押出を行い(単層シート)、25℃に冷却された鏡面ドラム上に静電印可しながらキャストし、膜厚500μmの内部拡散シートを作製した。
次に、前記金型3と基材を110℃で2分加熱し、110℃を維持しながら圧力2MPaで、金型3と基材とを1分間圧着した。続いて60℃まで冷却後、金型を離型することにより、金型形状を反転したパターンを有する拡散シートを得た。ここで、基材は加熱圧着することにより、基材全体が変形して圧縮され、膜厚が230μmとなった。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価したところ、輝度むらも小さく良好な画面均一性と高輝度化、およびユニットの薄型化を達成できた。輝度特性評価結果を表1に示す。
(実施例5)
主押出機に、PETを21質量%、PETにイソフタル酸成分を17mol%共重合させたポリエステル樹脂を52質量%、PETにシクロヘキサンジメタノールを33mol%共重合させたポリエステル樹脂を27質量%、拡散素子としてポリメチルペンテンを9質量%混合したチップを供給し(Bシート)、また副押出機にPETを供給して(Aシート)、280℃にて三シート積層溶融押出を行い(A/B/Aの三シート。積層比15/70/15)、25℃に冷却された鏡面ドラム上に静電印可しながらキャストし押出シートを作製した。このシートを90℃に加熱されたロール群で予熱し、95℃で長手方向に3.5倍延伸した。その後、シート端部をクリップで把持して95℃に加熱されたテンター内に導き5秒予熱した後、その後連続的に110℃の雰囲気中で幅方向に3.5倍延伸した。更に連続的に235℃の雰囲気中で20秒間の熱処理を行い、膜厚188μmの内部拡散シートを有するシートを作製した。
次に得られたシートの片面に、前記塗剤1をコーティングし80℃で15分熱処理して溶剤を乾燥して表層(膜厚30μm)を形成し、基材を得た。
続いて、下記金型5と基材を160℃で2分加熱し、160℃を維持しながら圧力2MPaで、金型5と基材のコーティング面とを2分間圧着した。続いて70℃まで冷却後、金型を離型することにより、該コーティング面に下記形状を反転したパターンを有する拡散シートを得た。
(金型5)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :半径25μmの半球の上部1/5
(高さ5μm、底辺30μm)
隣接パターン間のピッチ :40μm。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価した。輝度特性評価結果を表1に示す。
(実施例6〜7)
実施例5において、下記金型6(実施例6)、金型7(実施例7)を用いる以外は同様にして拡散シートを作製し、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価した。輝度特性評価結果を表1に示す。
(金型6)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :半径25μm半円の上部2/5
(高さ10μm、底辺40μm)
隣接パターン間のピッチ :45μm
(金型7)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :半径25μmの半球の上部3/5
(高さ15μm、底辺46μm)
隣接パターン間のピッチ :50μm。
(比較例1)
実施例1において、金型転写を行わない以外は、実施例1と同様にして拡散シートを作製した。
このシート表面における60度光沢度を測定したところ、面内の最大値Gmax117.9、最小値Gmin116.1であった(比率Gmax/Gmin=1.02)。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価したところ、画面均一性および輝度の低下がみられた。輝度特性評価結果を表1に示す。
(比較例2)
実施例1において、下記金型4を用いる以外は同様にして拡散シートを作製した。
(金型4)
面内パターン :図2(a)
個々の形状 :半球状の窪み(半径20μm)
隣接パターン間のピッチ :200μm。
得られた拡散シートは、金型形状を反転した良好なパターンを有していた。
この金型形状を転写した表面において60度光沢度を測定したところ、面内の最大値Gmax84.0、最小値Gmin83.0であった(比率Gmax/Gmin=1.01)。
この拡散シートを、評価用のバックライトに組み込んで、輝度および輝度むらを評価したところ、画面均一性および輝度の低下がみられた。輝度特性評価結果を表1に示す。
Figure 2007179036
本発明の拡散シートは、各種表示装置、中でも液晶表示装置のバックライトユニットに組み込むことにより高い画面均一性と高い輝度特性を発現させる薄型の光学部材として適用可能である。
本発明の拡散シートの好ましい形状を模式的に示す図である。 本発明の拡散シートの好ましい表面パターンを模式的に示す図である。 本発明の拡散シートを構成する基材の好ましい断面形状を模式的に示す図である。 本発明の拡散シートを構成する基材の好ましい断面形状を模式的に示す図である。 本発明の拡散シートをバックライトに組み込んだ場合の構成を模式的に示す図である。
符号の説明
1 本発明の拡散シート
2 光沢度条件を満たす表面
3 内部拡散シート
4 樹脂層
5 二軸延伸シート層
6 蛍光管
7 反射シート
8 筐体
9 ビーズシート
10 プリズムシート
11 輝度向上シート
12 液晶セル

Claims (12)

  1. マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散シートにおいて、該シートの両側表面における60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)がともに1.1未満であり、かつ、少なくとも片側表面における該光沢度の最小値Gminが1〜50である拡散シート。
  2. マトリクス樹脂内部に拡散素子を含有して構成される内部拡散シートの少なくとも一方の面に、60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満、かつ該光沢度の最小値Gminが1〜50である表層が積層されており、かつ、該内部拡散シートの他方の面の表面における60度光沢度の最大値Gmaxと最小値Gminの比(Gmax/Gmin)が1.1未満である拡散シート。
  3. 前記内部拡散シートが、その両面に樹脂層が積層されたものである請求項1または2に記載の拡散シート。
  4. 前記樹脂層が、二軸延伸シートである請求項3に記載の拡散シート。
  5. 前記樹脂層が、ポリエステル系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂から構成されることを特徴とする請求項3または4に記載の拡散シート。
  6. 前記マトリクス樹脂が、ポリエステル系樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂から構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の拡散シート。
  7. 前記拡散シートの全光線透過率が、50〜95%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の拡散シート。
  8. 前記拡散シートの全膜厚が25〜500μmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の拡散シート。
  9. 前記拡散シートの60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面において、85度光沢度の最小値Gmin85が、60度光沢度の最小値よりも小さい請求項1〜8のいずれかに記載の拡散シート。
  10. 前記拡散シートの85度光沢度の最小値Gmin85が、2以下である請求項9に記載の拡散シート。
  11. 前記拡散シートが、60度光沢度の最小値Gminが1〜50を満たす表面に凹凸形状が形成されており、該凹凸形状の断面の明細書で定義する断面アスペクト比が0.25以上である請求項1〜10のいずれかに記載の拡散シート。
  12. 少なくとも、略平行配列の複数の直線状光源、及び/又は略平行配列の複数の直線状部分を有する形状の光源、及び/又は略平行配列の直線状に明暗が観察される光源の上側に、請求項1〜11のいずれかに記載の拡散シートを設置したバックライトユニット。
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