JP2007241272A - 光拡散フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトモジュール等の光学部材から放射する光の輝度を均一にし、明暗ゾーンを低減する光拡散フィルム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複数の光源を有する直下型又は組込型のバックライトモジュールに使われる光拡散フィルム１’は、対向する二つの面を有する基板層１０と、基板層１０の一方の面に形成された一つの拡散層１１と、基板層１０のもう一方の面に形成された上面と光源３の位置に対応して配置された複数の光路調整部１２３を有する下面とを備える帯電防止層１２と、を含み、光源３から出射する光は、直接又は、光路調整部１２３によって散乱又は反射された後に帯電防止層１２に入射し、基板層１０と拡散層１１を通って出射する。
【選択図】図６

Description

本発明は、光拡散フィルム及びその製造方法並びに前記光拡散フィルムを使用した表示装置に関し、特に、液晶ディスプレイ（LCD）のような平面ディスプレイの直下型（DIRECT-IN）又は組込型のバックライトモジュールに使用される光拡散フィルムに係るものである。

近年、従来の重くサイズの大きい陰極線管（CRT）ディスプレイは徐々に平面ディスプレイ（FPD）に置き換えられており、平面ディスプレイの中では低消費電力、フルカラー、薄さ、軽量、携帯性の点で液晶ディスプレイ（LCD）が優位に立ち、市場の主流になっている。一般に、光源を有するバックライトモジュールは液晶が自己発光しない問題を解決するために液晶パネルの後面に配置される。バックライトモジュールは光を光源から液晶パネルへ均一に導き、光が液晶パネルを通過することにより、画像がLCD上に表示されて使用者や視聴者の目にデータが送り届けられるようになっている。

従来のバックライトモジュールは、光源の位置によってエッジライト型、直下型、組込型に分類することができる。

エッジライト型のバックライトモジュールは、その端に光源を配置し、軽量で、薄く、幅が狭く、低消費電力であるという特徴を有し、特に携帯電話、携帯情報端末、ノートパソコンに適応することができる。しかし、エッジライト型のバックライトモジュールは、導光板の厚みに対する制限により端に配置される光源の量が制限されるため、より大きなサイズのLCDに対しては十分な光源を提供することができず、一般的に、中型又は小型のバックライトモジュールにしか使うことができない。

直下型及び組込型の光バックライトモジュールにおいては、液晶パネルの直下に直接多数の光源が配置され、光はその表面から上方へ放射される。これは、より重く、よりスペースを必要とするが、十分な光源を配置することができるため、光の使用に関して高輝度、良い視野角、高効率等の有利性を有する。これにより、一般に、これらはLCDモニターやLCDテレビジョンなどの装置のなかの、より大きなサイズのバックライトモジュールに使用されることができる。

図１は、従来の直下型バックライトモジュールを示しており、下から上へ、反射シート２、複数の光源３、導光板４、拡散シート１、輝度上昇フィルム５の順番に重ねられて形成されている。前記モジュールは、反射偏向シート６と液晶パネル７と接合してLCDを形成する。このようなバックライトモジュールの中で、光源３は直線形状やＵ字形状、又は他の連続的な曲線形状のランプとすることができ、適切な場所に配置される。光は、導光板４によって増幅された輝度を伴って光源３から放射された後、拡散シート１へ入射し、拡散シートの中の拡散微粒子による屈折と散乱の効果によって均一に拡散される。その後、光は一般にプリズム作用を有する輝度上昇フィルム５を通過することにより、屈折と反射によって集光されて光路が整えられ、前方への輝度を向上させる。最後に、光は液晶パネル７に入射する前に反射偏向シート６を通過することにより、前方及び広視野角の範囲で輝度を上昇させる。一番下に配置された反射シート２は、拡散シート１によって底へ反射された光を再度反射して拡散シート１へ戻すことにより光源３の使用効率を向上させる。

図３は、従来の組込型バックライトモジュールを示しており、下から上へ、反射シート２、複数の光源８２を有する光源支持板８、拡散層１の順番に重ねられて形成されている。前記モジュールは、反射変更シート６と液晶パネル７と接合してLCDを形成する。このようなバックライトモジュールの中で、光源８２は、直線状やドット状に分布した複数のLEDや、他の形の他の光源とすることができ、ガラス又はアクリル板によって形成される保持体８１に配置される。光は、光源８２から直接拡散シート１へ放射され、拡散シート１の中の拡散微粒子による屈折と散乱の効果によって均一に拡散される。このような光の放射方法によれば、光が直接前方へ放射されるために前方の輝度は非常に増大する。最後に、光は液晶パネル７に入射する前に反射偏向シート６を通過することにより、前方への輝度を上昇させると共に広視野角に輝度を上昇させる。一番下に配置された反射シート２は、拡散シート１によって底へ反射された光を再度反射して拡散シート１へ戻すことにより、光源８２の使用効率を向上させるようになっている。

しかし、上述の配置に従った直下型及び組込型のバックライトモジュールにおいては、光源３又は８２からの光が直接上方へ放射されて伝播するため、液晶パネル７は、光源の真上の場所でより高い輝度を有し、光源３又は８２の間の場所の上方ではより低い輝度を有していた。このような現象は、図２に示すように、光源の配置によって引き起こされる輝度の違いのために、液晶パネル７上に明暗ゾーン（light-dark zones）を引き起こしていた。

主に、このような問題を解決するには２つの方法がある。図１を参照して説明すると、一つの方法は、この明暗ゾーン現象を減らすために、光源３と導光板４又は拡散層１との間隔を広げることである。しかしながら、光源３と他の構成要素との間隔を広げると、輝度が減るだけでなく、バックライトモジュール全体の厚さがそれと共に増えてしまい、バックライトモジュールに対する軽量で、薄く、高光利用効率という要求に反してしまう。

もう一つの方法は、溝や他のパターンを導光板４上に設けるか、または、導光板４を無くして不均一な密度で分布させた蛍光物質を直接拡散シート１に加えることにより、光を散乱させて明暗ゾーン現象を減らすことである。

しかし、このような二つの方法は、製造工程が複雑になるために実現は難しく、たとえそれらが技術的に解決しても、コストの増加が莫大になるため、大量生産の中でそのようなことを実行することは不可能である。

それゆえ、直下型のバックライトモジュールの分野における上述の明暗ゾーンの問題は、光学特性を損なうことなく、また、前記モジュールの厚さを増やすことなく、また、大幅にコストを増加させることなく解決されるべきである。そこで、本発明は、このような要求を満足することを目的とする。

本発明の目的は、光を反射し、散乱し、拡散し、集光し、混合する効果を有することで、光源の位置に対応する液晶パネルの位置において、明暗ゾーンを形成することなく、直下型又は組込型のバックライトモジュールから放射する光を均一に分布させることができ、これにより、輝度を上昇させることができる光拡散フィルムを提供することである。

本発明の他の目的は、光を反射し、散乱し、拡散し、集光し、混合する効果を有する上記光拡散フィルムを、現在使用されている製造工程に対して、優れた互換性により、特別な製造コストをかけることなく容易に導入することを可能とする製造方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、光を反射し、散乱し、拡散し、集光し、混合する効果を有する上述の光拡散フィルムを備えたバックライトモジュールを提供することと、それを備えた表示装置を提供することである。前記バックライトモジュールは、前記光拡散フィルムを備えることにより、前記モジュールの体積及びコストを増やすことなく、より良い輝度と均一性を有し、このため、このように形成された表示装置はより良い表示効果を有することができる。

本発明の一態様によると、少なくとも一つの光源が配置された直下型又は組込型のバックライトモジュールに使われる光拡散フィルムは、対向する二つの面を有する基板層と、前記基板層の一方の面に形成された拡散層と、前記基板層のもう一方の面に形成された第一表面と前記少なくとも一つの光源の位置に対応して配置された少なくとも一つの光路調整部を有する第二表面とを備える帯電防止層と、を含んで構成され、前記光源からの光は、直接又は、前記少なくとも一つの光路調整部によって光路が調整された後に前記帯電防止層に入射し、前記基板層と前記拡散層とを通って出射する。

本発明の他の態様によると、直下型及び組込型のバックライトモジュールに使用される上述の光拡散フィルムの製造方法は、基板層となる透明又は半透明の層を用意する工程と；拡散層と、前記透明又は半透明の層に接合される第一表面と少なくとも一つの光路調整部を形成する第二表面とを有する帯電防止層と、を前記透明又は半透明の層の対向する二つの表面上にそれぞれ形成する工程と；を含んで構成されるものである。

本発明の更に他の態様によると、バックライトモジュールは上述の光拡散フィルムを備えるものである。

本発明の更に他の態様によると、表示装置は上述の光拡散フィルムを使用するバックライトモジュールを備えるものである。

これにより、本発明による光拡散フィルムを備えたバックライトモジュールは、その厚さを増すことなく、また、優れた互換性により製造工程を複雑にすることなく、また、コストを増やすことなく、輝度の大きな向上と均一化を達成することができる。

直下型又は組込型のバックライトモジュールで使用される光拡散フィルムは、主に、基板層と拡散層と帯電防止層とを含んで構成される。前記拡散層は前記基板層の一方の面に形成される。前記帯電防止層の一方の面は前記基板層の前記拡散層とは反対の面に形成される。前記帯電防止層の他方の表面は少なくとも一つの光路調整部を有し、この光路調整部は主にバックライトモジュールで使用される少なくとも一つの光源の位置と対応するように配置される。 動作に関して、前記モジュールの少なくとも一つの光源から放射される光は、直接又は、前記少なくとも一つの光路調整部によって散乱された後前記帯電防止層に入射し、さらに前記基板層と前記拡散層を通ることにより、光は均一な分布となって出射することができる。

前記基板層は、例えばPET等のポリマーフィルム材料から製造することができる。また、前記拡散層は、例えばPMBA等のポリマー樹脂材料から製造され、表面に微細な面粗さが形成されて均一な光拡散効果を提供すると共に、その集光作用により輝度を提供することができる。さらに、前記帯電防止層は、例えばPMMA等のポリマー樹脂材料から形成され、モジュールの組立工程の間に塵などが付着することを防ぐことができる。さらにまた、前記光路調整部は、複数のドットを、例えば耐紫外線インク等を用いて、スクリーン印刷等により形成することができる。

図４は、本発明によるバックライトモジュールに使用される光拡散フィルム１’の好ましい実施形態を示している。光拡散フィルム１’は、基板層１０と、拡散層１１と、帯電防止層１２とを含んでいる。拡散層１１は、基板層１０の一方の表面上に形成され、帯電防止層１２は基板層１０のもう一方の表面上に形成されてる。帯電防止層１２の上面は基板層１０と接合しており、底面は複数の光路調整部１２３を有している。

この実施形態において、基板層１０の材料は、透明又は半透明の樹脂フィルムとすることができ、PET、TAC、PEN、ポリマロナート、ポリイミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアミン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、又はそれと同等のものから選択されるのが好ましい。前記樹脂フィルムの厚さは25〜300μm、さらには50〜200μmがより好ましい。

拡散層１１は、主に、有機透明散乱粒子１１２と非有機微粒子１１３とからなる複数の拡散粒子と、前記複数の拡散粒子を基板層１０に保持する樹脂バインダー１１１とを含んでいる。

樹脂バインダー１１１の材料は熱可塑性高分子樹脂とすることができ、（メタ）アクリレートのモノマー又はポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルペンテン、又はそれと同等のものから選択されるのが好ましい。また、前記（メタ）アクリレートのモノマー又はポリマーは、ポリメチル（メタ）アクリレート又はポリエチル（メタ）アクリレートなどから選択されるのが好ましい。そして、前記ポリエステルは、ポリエチレンテレフタレート又はポリプロピレンテレフタレートが好ましい。拡散層１１における樹脂バインダー１１１の割合は、１０〜９０重量％、より好ましくは４０〜８０重量％とすることができる。

有機透明散乱粒子１１２の材料は、PMMA、ポリメトキシベンジルアセテート（PMBA）、PＶC、又はそれと同等なものからより選択されるのが好ましい。拡散層１１における有機透明散乱粒子１１２の割合は１０〜９０重量％、より好ましくは３０〜８０重量％である。

非有機微粒子１１３の材料は、SiO2、AL2O3、シリコン、又はそれと同等なものからより選択されるのが好ましい。拡散層１１における非有機微粒子１１３の割合は３０〜９０重量％、より好ましくは３０〜９０重量％である。

この実施形態においては、樹脂バインダー１１１は、拡散層１１内で１０〜３０重量％の割合を有するポリメチル（メタ）アクリレートと、拡散層１１内で１０〜３０重量％の割合を有するポリエチレンテレフタレートとを含んで構成することができ、有機透明散乱粒子１１２は、拡散層１１内で１５〜４０重量％の割合を有するPMMAと、拡散層１１内で１０〜３０重量％の割合を有するPMBAとを含んで構成することができ、非有機微粒子１１３は、拡散層１１内で１０〜４０重量％の割合を有するSiO2と、拡散層１１内で１０〜３０重量％の割合を有するシリコンとを含んで構成することができる。拡散層１１の厚さは、１５〜４０μmの範囲が好ましい。

帯電防止層１２は、基本的に拡散層１１に類似しており、主に、有機透明散乱粒子１２２で構成される複数の拡散粒子を含むと共に、複数の拡散粒子を基板層１０上に保持する樹脂バインダー１２１を含む。拡散層１１との違いは、拡散粒子と樹脂バインダーの割合と、帯電防止層１２の厚さと、帯電防止層１２の底面の光路調整部１２３である。そして、帯電防止層１２は、樹脂バインダー１２１の表面から突き出して形成されている拡散粒子を有し、帯電防止層１２が他の要素と接触するとき、その接触は突き出ている拡散粒子のみで行われ、帯電防止層の樹脂と他の要素との間に隙間が形成される。このため、塵などの静電付着が防止される。

帯電防止層１２の中で、樹脂バインダー１２１の割合は６０〜９５重量％、より好ましくは７０〜９０重量％とすることができ、また、有機透明散乱粒子１２２の割合は、５〜４０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％とすることができる。

この実施形態において、樹脂バインダー１２１は帯電防止層１２内で１０〜７０重量％の割合を有するポリメチル（メタ）アクリレートと、帯電防止層１２内で１０〜５０重量％の割合を有するポリエチレンテレフタレートとを含んで構成することができ、また、有機透明散乱粒子１２２は、帯電防止層１２内で１０〜３０重量％の割合を有するPMMAを含んで構成することができる。帯電防止層１２の厚さは、１０〜２５μmの範囲が好ましい。

光路調整部１２３は、主に、バックライトモジュールの光源の空間分布に対応するように、帯電防止層１２の底面に配置されている。前記空間分布は、本発明による光拡散フィルム１’に使用されているバックライトモジュールの光源の配置に基づいて得られる。図１に示す直下型のバックライトモジュールを参照して説明する。先ず、光源３が適切な場所に配列されて、反射シート２と導光板４との間に配置される。その後、光源から導光板４を通って進む像は、CCD又は色分光計を用いて高解像度に現像される。これにより、暗明ゾーン（dark-light zones）が現れた空間分布グラフ、すなわち、輝度空間分布グラフを得ることができる。次に、例えばPhotoShop（登録 商標）などのコンピューターソフトウェアを使用して、前記グラフを正確に画像ファイルに変換し、光路調整部１２３の配置図を描く。光路調整部１２３は、前記配置図に従って、例えば次に示す方法により、帯電防止層１２の底面に形成されることができる。

方法１：図４に示すように、耐紫外線インクによるドット印刷によって、不透明又は部分的に透明な光路調整部１２３を形成する。

方法２：例えばPCのような半透明な材料を用いて、コーティング、真空蒸着、イオンスパッタリングなどのような製造方法により、図５に示すように、前記表面形状がＶ型形状からなる光路調整部１２３１や、Ｒ型形状からなる光路調整部１２３２となる、種々の表面形状の光路調整部１２３を形成する。

方法３：上述の方法１と方法２とを組み合わせて、光路調整部１２３を形成する。

そして、以下に示す方法を用いることにより、上述の実施形態における光拡散フィルム１’を形成することができる。先ず、基板層１０となる透明な基板を容器に収容し、超音波振動を与えると共に温めることにより基板層１０を洗浄する。その後、基板層１０はコーティングステーションに乗せられ、更に拡散層１１を構成する物質が前記コーティングステーションの中に入れられ、前記ステーションを作動させて前記透明な基板の一方の面全体に材料がコーティングされる。その後、コーティング後の半完成品は、乾燥のため約１〜１５分間、７５〜１２５℃の一定温度及び一定湿度の下でオーブンに入れられる。そして、その厚さと特性が要求されたものと適合することが確かめられた後、基板層１０のもう一方の表面に対しても上述の工程が繰り返され、基板層１０がコーティングステーションに乗せられ、帯電防止層１２を構成する材料が前記コーティングステーションに入れられて、前記透明な基板のもう一方の表面全体がコーティングされる。このように形成された帯電防止層１２は二つの表面を有し、上面は前記透明な基板に接合され、底面は、後に光路調整部１２３を配置するときに使用される。その後、前記光拡散フィルムの半完成品は乾燥のため定温定湿に保たれたオーブンに入れられ、その後、その厚さと特性が要求されたものと適合することが確かめられる。上述のコーティングの工程は、静電スプレーによって行ってもよい。

その後、耐紫外線インクが要求される配置図に従って帯電防止層１２の半完成品の底面にスクリーン印刷されて、複数のドットからなる光路調整部１２３が形成される。

最後に、前記光学フィルムは紫外線乾燥機の中に入れられて、２５０〜５００℃の下で乾燥される。

本発明に従って形成された光拡散フィルム１’は、図１に示される拡散シート１のような従来の拡散シートに直接置き換えることができる。そして、様々な従来の表示装置におけるバックライトモジュール、例えば、図１や図３に示されるような従来のLCD装置内の直下型や組込型のバックライトモジュールに対して、追加修正することなく使用することができる。図６に示す典型的な具体例は、本発明による光拡散フィルム１’を、光源３を有する直下型バックライトモジュールに対して直接的に応用した例を示している。動作に関して、光は光源３から実線で示すように放射され、直接帯電防止層１２に入射するか、一部の光は光源３から点線で示すように放射されて光路調整部によって散乱又は反射された後帯電防止層１２に入射し、基板層１０と拡散層１１を通って出射する。これにより、出射光は規則的な分布となるだけでなく輝度を上昇させることができる。図７に示すもう一つの典型的な具体例は、本発明による光拡散フィルム１’を、光源８２を有する組込型バックライトモジュールに対して直接的に応用した例を説明しており、その動作は図６に示す例と同じである。また、図７は、光路調整部１２３によって散乱又は反射された光の一部が、保持体８１の表面で散乱又は反射された後、帯電防止層１２に入射することができる点について更に説明している。

実際の試験によって、本発明による光拡散フィルムを備えた表示装置のバックライトモジュールは、その厚さを増すことなく、また、製造工程を複雑にすることなく、また、コストを増やすことなく、光度の均一化と輝度の大きな向上が達成されることが示されている。

本発明の具体例が図示されて説明されているが、当業者による様々な修正及び改良は可能である。本発明の具体例は、一つの実例で述べられているがその意味を限定するものではない。本発明は、説明されている特定の形に限定されるものではなく、本発明の精神と範囲を維持する全ての修正は、請求項で定義された範囲内に属するものである。

従来の直下型バックライトモジュールの概略部分図である。 図１の光源に対応する位置と、輝度の関係を説明するグラフである。 従来の組込型バックライトモジュールの概略部分図である。 本発明の一実施形態による光拡散フィルムの概略部分図である。 本発明の一実施形態による光拡散フィルムに配置される光路調整部の概略部分図である。 本発明の一実施形態による光拡散フィルムを使用する直下型バックライトモジュールの概略部分図である。 本発明の一実施形態による光拡散フィルムを使用する組込型バックライトモジュールの概略部分図である。

符号の説明

１’…光拡散フィルム
３,８２…光源
１０…基板層
１１…拡散層
１２…帯電防止層
１１１…樹脂バインダー
１２３,１２３１,１２３２…光路調整部

Claims (8)

1. 少なくとも一つの光源を有するバックライトモジュールに使用される光拡散フィルムであって、
   対向する二つの面を有する基板層と、
   前記基板層の一方の面に形成された拡散層と、
   前記基板層のもう一方の面に形成される第一表面と、前記少なくとも一つの光源の位置に対応して配置される少なくとも一つの光路調整部を有する第二表面と、を備える帯電防止層と、
   を含んで構成され、
   前記少なくとも一つの光源からの光が、直接又は、前記少なくとも一つの光路調整部によって光路が調整された後に前記帯電防止層に入射し、前記基板層及び前記拡散層を通って出射することを特徴とする光拡散フィルム。
2. 前記拡散層及び前記帯電防止層のそれぞれは、
   複数の拡散粒子と、
   前記基板層上に前記複数の拡散粒子を保持するための樹脂バインダーと、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
3. 前記拡散層における前記樹脂バインダーの割合は、１０〜９０重量％であることを特徴とする請求項２記載の光拡散フィルム。
4. 前記基板層の厚さは２５〜３００μmであり、前記拡散層の厚さは１５〜４０μmであり、前記帯電防止層の厚さは１０〜２５μmであることを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
5. 前記光路調整部は、不透明な材料、一部透明な材料、半透明な材料又はそれらの材料の組み合わせにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
6. 前記光路調整部は、ドット印刷（dot printing）された耐紫外線インクから形成されていることを特徴とする請求項５記載の光拡散フィルム。
7. 前記光路調整部は、Ｖ型形状又はＲ型形状の表面を有することを特徴とする請求項５記載の光拡散フィルム。
8. 前記バックライトモジュールは直下型バックライトモジュールであり、前記光拡散フィルムは前記光源の直上に設けられ、導光板は光を前記光源から前記光拡散フィルムの中へ導入するために前記光源と前記拡散フィルムとの間に配置されることを特徴とする請求項１記載の光拡散フィルム。
   

Images