JP2008032824A - 光拡散シート - Google Patents

Abstract

【課題】十分な全光線透過率を有し、広い視点角度において十分な輝度が得られる光拡散シートを提供する。
【解決手段】透明基材１０の上に、樹脂層２２に粒子２４（樹脂）を含有させた光拡散層２０と、樹脂層３２に粒子３４（シリカ）が分散された粒子分散層３０とが積層されて形成されており、粒子分散層３０の膜厚は光拡散層２０の膜厚より薄いと共に、粒子分散層３０の粒子３４の径は光拡散層２０の粒子２４の径より小さく、かつ粒子分散層３０の粒子３４の含有量は、光拡散層２０の粒子２４の含有量より低く設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は光拡散シートに係り、さらに詳しくは、透過光線を拡散させる機能を有し、液晶表示装置のバックライトユニットに好適に適用できる光拡散シートに関する。

液晶表示装置は、自発光型ではないため一般的にバックライト方式が採用され、液晶素子からの透過光によって画像が表示される。図１には、液晶表示装置のエッジライト方式のバックライトユニットの一例が示されている。図１に示すように、バックライトユニットは、光源１００と、光源１００の横方向に配置された導光板２００と、導光板２００の下に配置された反射フィルム３００と、導光板２００の上側に設置された光拡散シート４００と、光拡散シート４００の上側に設置されたプリズムシート５００とを備えている。

光源１００から導光板２００に入射した光は、導光板２００及び反射フィルム３００によって反射され、その表面から上側に出射される。導光板２００から出射した光は光拡散シート４００に入射し、光拡散シート４００で拡散され、光拡散シート４００から上側に出射される。その後、光拡散シート４００から出射された光は、プリズムシート５００に入射し、プリズムシート５００よって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、光源１００から出射された光が、光拡散シート４００の光拡散効果によって正面輝度が増強され、さらにプリズムシート５００によって真上方向にピークを示すように屈折され、液晶層に照射される。

従来技術の光拡散シートには、透明基材の上に複数の微粒子を分散させた樹脂層（光拡散層）が形成されて基本構成されるものがある。特許文献１には、合成樹脂にビーズを混入させたシート基材の上にバインダにビーズを分散したビーズ層を積層したものが記載されている。

また、特許文献２には、透明基板の上に光拡散層として微粒子を含有する樹脂皮膜層が形成され、その上に表面が凹凸形状の樹脂皮膜層が重畳形成された構造の光拡散シートにおいて、各層のヘイズ値を調整することによってギラツキや白ぼけを防止することが記載されている。
特開平１０−１０３０４号公報 特開２００２−９０５０８号公報

しかしながら、従来の光拡散シートでは、複数の微粒子を含有するため全光線透過率特性が悪くなる傾向があり、光源からの光のロスが発生しやすい。また、従来技術では、微粒子を含有する層を積層するなどして正面での輝度を上げる方法が試みられているが、正面からみたときの輝度は十分に得られるものの、斜め方向からみたときの輝度が低下する傾向があり、輝度の角度依存性が大きいといった問題がある。

本発明は以上の問題点を鑑みて創作されたものであり、十分な全光線透過率を有し、広い視点角度において十分な輝度が得られる光拡散シートを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は光拡散シートに係り、透明基材と、前記透明基材の上に形成され、樹脂層に粒子を含有させた光拡散層と、前記光拡散層の上に形成され、樹脂層に粒子が分散された粒子分散層とを有し、前記粒子分散層の膜厚は前記光拡散層の膜厚より薄いと共に、前記粒子分散層の粒子の径は前記光拡散層の粒子の径より小さく、かつ前記粒子分散層の粒子の含有量は、前記光拡散層の粒子の含有量より低く設定されていることを特徴とする。

本発明の光拡散シートは、透明基材（ＰＥＴフィルムなど）の上に光拡散層と粒子分散層とが積層されて基本構成されている。粒子分散層の膜厚は光拡散層の膜厚より薄く設定されている。また、粒子分散層の粒子（好適にはシリカ粒子）の径は、光拡散層の粒子（好適には樹脂粒子）の径より小さく設定されている。さらには、粒子分散層の粒子の含有量は、光拡散層の粒子の含有量よりも少なく設定されている。

このようにして構成される光拡散シートでは、まず、光拡散シートの下方に配置された光源からの光が透明基材を透過して光拡散層に入射する。このとき、所要の粒子が分散された光拡散層の光拡散効果によって、粒子を透過する光は主に真上方向（正面方向）に増幅された明るい光となって粒子分散層に入射する。ここで、粒子分散層は、光拡散層よりも粒子含有量を少なくして光透過が良好な薄膜の樹脂領域が多く存在する状態となっている。このため、光拡散層よりも透過する光の方向が規制されなくなり、斜め方向においても光が出射されるようになって十分な輝度が得られるようになっている。しかも、粒子分散層には光拡散層からの拡散光の輝度が下がらない程度に粒子が分散されているので、光拡散効果によって真上方向（正面方向）にも十分な輝度が得られるようになる。このようにすることにより、視点角度によって輝度が殆ど変化しない光拡散シートを構成することができる。しかも、透明性の高いＰＥＴフィルムと同等な全光線透過率（８０〜９０％以上）が得られる。

また、粒子分散層の粒子として多孔質のシリカ粒子を使用することにより、多孔質構造によってシリカ粒子から拡散する光の軌道修正が行われ、真上方向（正面方向）ばかりではなく、斜め方向に光がより拡散されるようになり、輝度の角度依存性がさらに改善される。

以上説明したように、本発明では、高い全光線透過率が得られ、かつ視点角度によって輝度が殆ど変化しない光拡散シートが構成される。

本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。

図２は本発明の実施形態の光拡散シート示す断面図である。図２に示すように、本発明の実施形態の光拡散シート１は、透明基材としてのＰＥＴフィルム１０と、その上に形成された光拡散層２０と、その上に形成された粒子分散層３０とによって基本構成されている。ＰＥＴフィルム１０の他にもアクリル樹脂やポリエステル樹脂などの各種の透明フィルムを使用することができる。

光拡散層２０は、樹脂バインダから形成された透明性の樹脂層２２の中に透明又は白色の樹脂粒子２４（粒子はビーズや顔料とも呼ばれる）が分散されて構成されている。樹脂層２２としては好適にはアクリル樹脂が使用される。また、樹脂粒子２４としては、シリコーン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、ポリエステル樹脂粒子などが使用される。なお、樹脂粒子２４の代わりにシリカ粒子を使用してもよい。

光拡散層２０の樹脂粒子２４の最適な例ではアクリル樹脂粒子が用いられ、樹脂粒子２４は、樹脂層２２を構成する樹脂が１００重量部に対して７０〜１５０重量部（好適には１００重量部）の比率で樹脂層２２に分散されている。樹脂層２２の中の樹脂粒子２４の含有量をｇ／ｃｍ³（樹脂層２２の単位体積に含有される樹脂粒子２４のトータル重量）に換算すると、０．４４６〜０．６４８ｇ／ｃｍ³（好適には０．５２８ｇ／ｃｍ³）となる。

また、樹脂粒子２４は、その径が５〜１５μｍ（好適には８μｍ）のものが使用される。また、光拡散層２０の膜厚は５〜１５μｍ（好適には１０μｍ）に設定される。

光拡散層２０では、樹脂層２２の中に樹脂粒子２４が略均一に分散されており、樹脂粒子２４として比較的径が大きいものを使用する場合は、図１にように樹脂層２２の上面から樹脂粒子２４の上部が突出した状態で形成される。

一方、光拡散層２０の上に形成された粒子分散層３０は、樹脂バインダから形成された透明性の樹脂層３２の中に透明又は白色のシリカ粒子３４が分散されて構成されている。粒子分散層３０においても樹脂層３２としては好適にアクリル樹脂が使用される。粒子分散層３０のシリカ粒子３４の径は、光拡散層２０の樹脂粒子２４の径よりも小さく設定されており、その径は１〜５μｍである。また、粒子分散層３０の膜厚は、光拡散層２０の膜厚より薄く設定されており、その膜厚は１〜１０μｍ（好適には３〜５μｍ）である。

粒子分散層３０のシリカ粒子３４は、複数の微細な１次粒子が凝集した凝集粒子から形成されており、内部から外面にかけて微細な孔が設けられた多孔質体となっている。また、シリカ粒子３４は、樹脂層３２を構成する樹脂が１００重量部に対して１０〜５０重量部（好適には２０重量部）の比率で樹脂層３２に分散されている。樹脂層３２の中のシリカ粒子３４の含有量をｇ／ｃｍ³（樹脂層３２の単位体積に含有されるシリカ粒子３４のトータル重量）に換算すると、０．０９１〜０．３８７ｇ／ｃｍ³（好適には０．１７４ｇ／ｃｍ³）となる。

さらに、シリカ粒子３４は疎水化処理が施されて疎水性を有しており、これによって樹脂への濡れ性（分散性）を高くしているので、シリカ粒子３４は樹脂層３２の中に略均一に分散されている。なお、本実施形態では、粒子分散層３０の粒子の好適な例としてシリカ粒子３４を挙げたが、光拡散層２０で説明した各種の樹脂粒子を使用してもよい。

以上のように、本実施形態の光拡散シート１では、ＰＥＴフィルム１０の上に光拡散層２０と粒子分散層３０とが積層されて基本構成されている。そして、粒子分散層３０の膜厚は光拡散層２０の膜厚より薄く設定されている。また、粒子分散層３０のシリカ粒子３４の径は、光拡散層２０の樹脂粒子２４の径より小さく設定されている。さらには、粒子分散層３０のシリカ粒子３４の樹脂層３２への含有量は、光拡散層２０の樹脂粒子２４の樹脂層２２への含有量よりも少なく設定されている。

このようにして構成される光拡散シート１では、まず、光源からの光がＰＥＴフィルム１０を透過して光拡散層２０に入射する。このとき、所要の樹脂粒子２４が分散された光拡散層２０の光拡散効果によって、樹脂粒子２４を透過する光は主に真上方向（正面方向）に輝度が増幅された明るい光となって粒子分散層３０に入射する。またこのとき、粒子分散層３０では、その膜厚が光拡散層２０よりも薄く、それに含まれるシリカ粒子３４の径が光拡散層２０の樹脂粒子２４より小さく、かつシリカ粒子３４の含有量が光拡散層２０の樹脂粒子２４よりも少なく設定されている。

つまり、粒子分散層３０は、光拡散層２０よりも粒子のトータル含有量を少なくして光透過が良好な薄膜の樹脂領域が多く存在する状態となっている。このため、粒子分散層３０を透過する光の方向が光拡散層２０よりも規制されにくくなり、斜め方向にも光が出射されて斜め方向から視認しても十分な輝度が得られるようになっている。

しかも、粒子分散層３０には光拡散層２０からの拡散光の輝度が下がらない程度にシリカ粒子３４が分散されているので、シリカ粒子３４の光拡散効果によって真上方向（正面方向）にも十分な輝度が得られるようになる。このようにして、本実施形態の光拡散シート１は、正面から斜め方向に視点角度が変わっても輝度が殆ど変化せず、輝度の角度依存性が改善される。

さらには、粒子分散層３０のシリカ粒子３４は多孔質体からなるので、多孔質構造によってシリカ粒子３４から拡散する光の軌道修正が行われる。つまり、シリカ粒子３４を透過拡散する光も真上方向（正面方向）ばかりではなく、斜め方向にも光がより拡散されるようになり、これによっても輝度の角度依存性が改善される。

次に、本発明の実施形態の光拡散シートの製造方法の好適な一例について説明する。まず、ＵＶ硬化型のアクリル系の樹脂バインダが１００重量部、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる樹脂粒子（径：８μｍ）が１００重量部、溶剤（ＭＥＫ（メチルエチルケトン）／ＴＯ（トルエン））が２５０重量部となるように設定し、それらを混合して塗布液を得る。そして、その塗布液をＰＥＴフィルム１０上に塗布量１０ｇ／ｍ²で塗布して膜厚が１０μｍ程度の塗布膜を形成した後に、その塗布膜に対してＵＶ照射して塗布膜を硬化させることにより、樹脂粒子２４が分散された光拡散層２０を得る。

続いて、ＵＶ硬化型のアクリル系の樹脂バインダが１００重量部、シリカ粒子（径：２．１μｍ）が２０重量部、溶剤（ＭＥＫ／ＴＯ）が１６０重量部となるように設定し、それらを混合して塗布液を得る。このとき、本実施形態では、シリカ粒子が疎水性を有するので、シリカ粒子が樹脂液の中に均一に分散される。そして、その塗布液を光拡散層２０の上に塗布量５ｇ／ｍ²で塗布して膜厚が５μｍ程度の塗布膜を形成した後に、その塗布膜に対してＵＶ照射して塗布膜を硬化させることにより、シリカ粒子３４が分散された粒子分散層３０を得る。

以上により、図２に示した本実施形態の光拡散シート１が得られる。

本願発明者は、本実施形態の光拡散シートの効果を確認するための比較実験を行った。上記した製造方法によって製造された本実施形態の光拡散シート１（図２）と、比較例１及び２の光拡散シートとにおいて、全光線透過率、ヘイズ値、輝度の角度依存性を調査して比較した。その結果を表１に示す。表１の輝度の角度依存性については、０°の輝度は光拡散シートの正面から輝度を測定した結果である。また、１５〜６０°の輝度は、光拡散シートの表面に対して垂直な軸からの傾斜角度を示しており、角度が大きくなるにつれて光拡散シートのより斜め方向から測定していることを示す。

また、表１において、比較例１の光拡散シートは図２の本実施形態の光拡散シート１において粒子分散層３０が省略されたものである。また、比較例２は、一般的な液晶テレビに使用されている光拡散シートである。

表１に示すように、全光線透過率に関しては、比較例１及び２が７０〜７５％程度であるのに対し、本実施形態の光拡散シート１では、９１％と高く透明性の高いＰＥＴフィルム単体の値と同等であり、光のロスが少ない光拡散シートを構成できることが分かる。光拡散層２０及び粒子分散層３０の構成条件を微調整するとしても少なくも８０％の以上の全光線透過率が得られる。

また、輝度の角度依存性に関しては、比較例１では、０°の輝度（光拡散シートの正面から測定）は３０１５ｃｄ／ｍ²であるが、角度が大きくなるにつれて輝度が減少し、６０°になると６４％程度の輝度（１９２１ｃｄ／ｍ²）に減少する。比較例２も同様に、０°の輝度（光拡散シートの正面から測定）は３４９６ｃｄ／ｍ²であるが、６０°になると４１％程度の輝度（１４３９ｃｄ／ｍ²）に減少する。これらのデータは、比較例１及び２では、光拡散層に含まれる粒子を透過する光は、主に真上方向（正面方向）に光拡散されることを意味する。

しかしながら、本実施形態の光拡散シートでは、０°の輝度（光拡散シートの正面から測定）から６０°までの間で、輝度の大きな減少はみられず、２９６４〜２８０５ｃｄ／ｍ²の輝度が得られている。このように、本実施形態の光拡散シート１では、光拡散層２０と粒子分散層３０をそれらの膜厚や粒子の径及び含有量を最適化して積層することによって、広い視点角度の範囲において十分な輝度が得られることが分かる。

また、ヘイズ値に関しては、比較例１及び２が８０〜８５％程度であるのに対して、本実施形態の光拡散シートでは４０％と減少している。これは、輝度の角度依存性を改善するために粒子分散層３０の膜厚を薄めにし、シリカ粒子３４の含有量を低めに設定した結果、透明度が向上したためであると考えられる。しかしながら、本実施形態の光拡散シートを液晶表示装置のバックライトユニット（光源の配置が直下型）に適用する場合、ヘイズ値が４０％程度あれば光源の写り込みは発生せず、十分に使用できる範囲であり何ら問題はないことが確認された。また、光源の配置が端部となるエッジライト方式のバックライトユニットに適用する場合であっても、導光板のドッドの映り込みは発生しない。

以上説明したように、本実施形態では、光拡散層２０と粒子分散層３０とをそれらの膜厚、粒子径及び粒子の含有量を最適化して積層することにより、全光線透過率が高く光ロスが少なく、かつ視点角度によって輝度が殆ど変化しない光拡散シートを構成することができる。

また、本実施形態の光拡散シートを輝度の角度依存性をもつ通常の光拡散シートの上に配置することにより、視点角度によって輝度が殆ど変化しない光拡散シートを構成することも可能である。

図１は液晶表示装置のバックライトユニットの一例を示す構成図である。 図２は本発明の実施形態の光拡散シートを示す断面図である。

符号の説明

１…光拡散シート、１０…ＰＥＴフィルム、２０…光拡散層、２２，３２…樹脂層、２４…樹脂粒子、３０…粒子分散層、３４…シリカ粒子。

Claims (10)

1. 透明基材と、
   前記透明基材の上に形成され、樹脂層に粒子を含有させた光拡散層と、
   前記光拡散層の上に形成され、樹脂層に粒子が分散された粒子分散層とを有し、
   前記粒子分散層の膜厚は前記光拡散層の膜厚より薄いと共に、前記粒子分散層の粒子の径は前記光拡散層の粒子の径より小さく、かつ前記粒子分散層の粒子の含有量は前記光拡散層の粒子の含有量より低く設定されていることを特徴とする光拡散シート。
2. 前記光拡散層及び前記粒子分散層の各粒子は、樹脂粒子又はシリカ粒子であることを特徴とする請求項１に記載の光拡散シート。
3. 前記光拡散層の粒子は前記樹脂粒子であり、前記粒子分散層の粒子は前記シリカ粒子であることを特徴とする請求項２に記載の光拡散シート。
4. 前記粒子分散層の前記シリカ粒子は、疎水性を有することを特徴とする請求項３に記載の光拡散シート。
5. 前記粒子分散層の前記シリカ粒子は、多孔質体からなることを特徴とする請求項３に記載の光拡散シート。
6. 前記光拡散層の粒子の径は５乃至１５μｍから選択され、前記粒子分散層の粒子の径は１〜５μｍから選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光拡散シート。
7. 前記光拡散層の前記樹脂粒子はアクリル樹脂からなり、その含有量は、前記樹脂層を構成する樹脂が１００重量部に対して前記樹脂粒子が７５乃至１５０重量部であり、
   前記粒子分散層の前記シリカ粒子の含有量は、前記樹脂層を構成する樹脂が１００重量部に対して前記シリカ粒子が１０乃至５０重量部であることを特徴とする請求項３に記載の光拡散シート。
8. 前記光拡散層の膜厚は５〜１５μｍから選択され、前記粒子分散層の膜厚は１乃至１０μｍから選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光拡散シート。
9. 前記光拡散シートの全光線透過率は８０％以上であり、ヘイズ値が４０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光拡散シート。
10. 前記透明基材はＰＥＴフィルムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光拡散シート。

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