JP2008052132A - バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＦＬ等の棒状光源から光拡散板への照射光を、複数本の棒状光源の管軸方向に対して垂直方向に拡散させて、液晶表示パネルを照射する面状の光を均一にし得ることは勿論のこと、従来の直下方式のバックライトユニットを利用することを可能とし、製造コストを低減させたバックライトユニットを提供する。
【解決手段】反射板と、複数本の棒状光源と、光拡散板とを備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、粘着剤と、この粘着剤と屈折率の異なる針状フィラーとからなり、針状フィラーが、略同一方向に配向して粘着剤中に分散されており、針状フィラーの長軸方向が、棒状光源の管軸方向と略同一の方向である、異方性光拡散粘着層を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネルを裏面から照明する直下方式のバックライトユニットに関するものである。

液晶表示装置においては、液晶自体が発光しないため、表示画像の視認性を高めるためには、液晶表示パネルを裏面から照明するバックライトユニットが必要である。このような液晶用のバックライトユニットには、直下方式と、エッジライト方式とがある。直下方式は、反射板上に棒状光源を配置し、その上に光拡散板を設置し、棒状光源からの直接光と、棒状光源からの光を反射板で反射させた光とを、液晶表示パネルに向け、光拡散板によって拡散させて均一な面状の光を得るものである。また、エッジライト方式は、導光板の側端部に棒状又は線状光源を配設し、導光板の裏面に配置させた反射板によって、導光板に入射させた光を液晶表示パネル面方向に向け、次いで、導光板と液晶表示パネルとの間に配設させた光拡散板によって、導光板から出射させた光を拡散させて均一な面状の光を得るものである。

直下方式のバックライトユニットは、蛍光管から液晶表示パネルに直接光を照射するため、エッジライト方式に比べて光の利用効率が高く、高輝度を必要とするモニタやテレビジョン受像機等に用いられている。ところが、従来の直下方式のバックライトユニットでは、棒状光源、例えば冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）による液晶表示パネルの照射面において、バックライトユニットの構成及び光源の特性によっては、ＣＣＦＬから離れるに従って輝度が低下し、隣接するＣＣＦＬの中間部分に対応する領域に光量の低い部分が発生して、複数本のＣＣＦＬの管軸方向に対して垂直方向に明暗の波状のムラ、いわゆる管ムラが発生するといった問題を有している。

この管ムラの問題に対しては、光反射板上に円筒光源の管軸方向の両側面に沿って反射率の異なるパターンを形成することによって、管ムラを減少させた直下方式のバックライト装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。また、光透過拡散板を光拡散シートによりサンドイッチ状に積層することにより、配光特性を向上させ、管ムラの増大を防止するバックライト装置が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上記従来技術のバックライト装置においては、反射板上に形成された反射率の異なるパターンや、光透過拡散板を狭持する光拡散シートを備えた構成を製造することとなり、製造工程が煩雑になり、製造コストが高くなるといった問題を有している。

また、光を特定方向にのみ拡散させる拡散部材としては、粘着剤中に、この粘着剤と屈折率の異なる針状フィラーを略同一方向に配向して分散させた異方性光拡散粘着層が開発されている（例えば、特許文献３参照。）。この異方性光拡散粘着層によれば、異方性拡散層に対して垂直に入射させた光が配向された針状フィラーの長軸方向に対して直交する方向に拡散されるという効果を奏する。

特開２００２−１１６７０５号公報 特開２００５−１１６５０４号公報 特開２００４−２１２９１６号公報

そこで、本発明は、ＣＣＦＬ等の棒状光源から光拡散板への照射光を、複数本の棒状光源の管軸方向に対して垂直方向に拡散させて、液晶表示パネルを照射する面状の光を均一にし得ることは勿論のこと、従来の直下方式のバックライトユニットを利用することを可能とし、製造コストを低減させたバックライトユニットを提供することを目的としている。

本発明者は、上記の従来技術を鑑みて、上記の針状フィラーを略同一方向に配向して粘着剤中に分散させた異方性光拡散粘着層を従来の直下方式のバックライトユニットに適用することによって、複数本の棒状光源の管軸方向に対して垂直方向に管ムラが発生することを防止し、本願発明の完成に至った。したがって、本発明のバックライトユニットは、反射板と、複数本の棒状光源と、光拡散板とを備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、粘着剤と、上記粘着剤と屈折率の異なる針状フィラーとからなる異方性光拡散粘着層を設け、上記針状フィラーが、略同一方向に配向して上記粘着剤中に分散されており、上記針状フィラーの長軸方向が、上記棒状光源の管軸方向と略同一の方向であることを特徴としている。

本発明によれば、針状フィラーを略同一方向に配向して粘着剤中に分散させた異方性光拡散粘着層を、この針状フィラーの長軸方向が複数本の棒状光源の管軸方向と略同一の方向となるように設けることによって、棒状光源から光拡散板への照射光を、複数本の棒状光源の管軸方向に対して垂直方向に拡散することができ、液晶表示パネルを照射する面状の光を均一にすることができる。

また、本発明の構成としては、従来公知の反射板、複数本の棒状光源及び光拡散板を備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、本発明における異方性光拡散粘着層を規定の配置に設けるだけで、本発明のバックライトユニットを構成することができることから、製造コストを従来に比べて格段に低減させることができるという効果も奏する。

本発明のバックライトユニットは、上記の異方性光拡散粘着層を、棒状光源から液晶表示パネルまでのいずれかの位置に設ける構成であるが、図１に示すように、反射板１、複数本の棒状光源２及び光拡散板３を備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、棒状光源２と光拡散板３との間に、異方性光拡散粘着層４を設ける構成であることが好ましい。

このような構成の本願発明のバックライトユニットによれば、複数本の棒状光源２が発光すると、棒状光源２から照射された光が、直接又は反射板１により反射されて、棒状光源２と光拡散板３との間に設けられた異方性光拡散粘着層４に入射する。すると、粘着剤中に略同一方向に配向して分散された針状フィラーの長軸方向が複数本の棒状光源２の管軸方向と略同一の方向に配置されているため、異方性光拡散粘着層４に入射された光が、複数本の棒状光源２の管軸方向に対して垂直方向に拡散され、光拡散板３へ面状に均一に出射される。これにより、光拡散板３内に均一に入射された光が、液晶表示パネルに出射されて、均一化された面状の光を液晶表示パネルに照射することができる。

上記のような、本発明のバックライトユニットによって得られる面状に均一化された液晶表示パネルへの出射光について図２を参照して説明する。図２は、下段に、バックライトユニットの積層構成の断面図を、また、上段に、この構成のバックライトユニットによる液晶表示パネルへの光量分布曲線を示し、（ａ）は反射板と棒状光源のみの構成、（ｂ）は、反射板、棒状光源及び光拡散板を設けた従来の構成、（ｃ）は反射板、棒状光源、異方性光拡散粘着層及び光拡散板を設けた本発明の構成を示した。

図２から明らかなように、反射板１と複数本の棒状光源２のみの構成であるバックライトユニット（ａ）では、照射面における棒状光源２に最も接近した部分と、隣接する棒状光源２の中間部分とにおいて、棒状光源２から液晶表示パネルへの照射光の光量に差異が生じ、複数本の棒状光源２の管軸方向に対して垂直方向に明暗の波状のムラ、いわゆる管ムラが発生している。これに対し、（ａ）の構成における棒状光源２の液晶表示パネル側にさらに光拡散板３を備えた従来のバックライトユニット（ｂ）では、この光拡散板３によって、棒状光源２から液晶表示パネルへの照射光が、光拡散板の光入射面の全方向に拡散され、管ムラが多少改善されている。さらに、（ｂ）の構成における棒状光源２と光拡散板３との間にさらに異方性光拡散粘着層４を設けた本発明のバックライトユニット（ｃ）では、棒状光源２から液晶表示パネルへの照射光が、複数本の棒状光源２の管軸方向に対して垂直方向に拡散され、管ムラが飛躍的に改善されている。

本発明における反射板、複数本の棒状光源及び光拡散板は、従来公知の構成及び材質のものを用いることができる。そのため、これらの構成及び材質についての説明は省略し、以下、異方性光拡散粘着層についてのみ説明する。

本発明における異方性光拡散粘着層は、粘着剤と、この粘着剤と屈折率の異なる針状フィラーとからなり、この針状フィラーが、略同一方向に配向して粘着剤中に分散されている。そして、針状フィラーの長軸方向が、棒状光源の管軸方向と略同一の方向に配置されていることが必須である。なお、本発明のバックライトユニットにおいては、針状フィラーは、本発明の目的である異方性拡散機能を発現できる程度に配向していれば足り、必ずしも全ての針状フィラーが正確に配向している必要はない。

次に、本発明における異方性光拡散粘着層による異方性光拡散機構を図３を参照して詳細に説明する。図３は、本発明における異方性光拡散粘着層、及びこれに細い直線光を垂直入射させた時の透過光の拡散状態を模式的に示す図であり、斜線部分は、本発明における異方性光拡散粘着層の透過光の投射像を模式的に示す図である。なお、図３においては、便宜上、針状フィラーの長軸方向をｘ軸、異方性光拡散粘着層の面をｘｙ平面、異方性光拡散粘着層の厚さ方向をｚ軸とした。

図３に示すように、本発明における異方性光拡散粘着層に直線光を垂直入射させると、入射光は粘着剤と異なる屈折率を有する針状フィラーの表面で屈折される。その結果、針状フィラーの長軸方向と直交する面やその近傍への光拡散量が増すことになり、拡散光は異方性を示す。すなわち、透過光の投射像は針状フィラーの長軸方向と直交する方向に伸びた楕円形状となる。これに対し、針状フィラーの代わりに、球状フィラーを用いた光拡散粘着層では、図４に示すように、入射光は球状フィラーの表面で等方的に拡散されることとなり、異方性を示さない。すなわち、透過光の投射像は円形状となる。

次いで、本発明における異方性光拡散粘着層に用いられる粘着剤としては、特に限定されるものではないが、（ａ）光学的透明性が高いこと、（ｂ）異方性光拡散粘着層を形成する基材（例えば、偏光板の保護フィルムであるＴＡＣフィルム等）と近い屈折率を有すること、（ｃ）偏光素子用の粘着剤等として信頼性が高く実績が多いこと、（ｄ）比較的安価なこと等の要件を満たすものが好ましい。かかる要件を満たすものとしては、アクリル系粘着剤等が挙げられる。

アクリル系粘着剤の主成分としては、アクリル酸及びそのエステル、メタクリル酸及びそのエステル、アクリルアミド、アクリロニトリル等のアクリルモノマーの単独重合体もしくはこれらの共重合体、前記アクリルモノマーの少なくとも１種と、酢酸ビニル、無水マレイン酸、スチレン等のビニルモノマーとの共重合体等が挙げられる。

これらの中でも、粘着性を発現するエチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルへキシルアクリレート等の主モノマーと、凝集力成分となる酢酸ビニル、アクリルアミド、アクリロニトリル、スチレン、メタクリレート等のモノマーと、接着力を向上させ架橋化起点を付与するアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸、ヒドロキシルエチルメタクリレート、ヒドロキシルプロピルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メチロールアクリルアミド、グリシジルメタクリレート等の官能基含有モノマーとからなる共重合体であって、ガラス転移点Ｔｇが−６０〜−１５℃の範囲にあり、質量平均分子量が１０万〜２００万の範囲にあるものが好適である。

本発明においては、アクリル系粘着剤には上記主成分の他、必要に応じて、金属キレート系、イソシアネート系、エポキシ系等の架橋剤を１種あるいは２種以上配合することもできる。

また、アクリル系粘着剤としては、末端や側鎖にアクリル基を有するオリゴマーとアクリル系モノマーに光重合開始剤等を配合してなり、基材上に塗工した後、紫外線等を照射することにより塗工層が粘着化するものを用いることもできる。

さらに、アクリル系粘着剤は、にごりや着色がなく透明性の高いものが好ましく、その屈折率は１．４５〜１．５５であることが好ましい。なお、本明細書において、粘着層の屈折率は、ＪＩＳ Ｋ−７１４２（１９９６）に記載のＡ法に基づいて測定されるものとする。

また、本発明における異方性光拡散粘着層にあっては、ＪＩＳ−Ｚ−０２３７（１９８０）に基づく１８０°剥離強度が１００〜２０００ｇ／２５ｍｍの範囲になるように、粘着力が調整されていることが実用上好ましい。１８０°剥離強度が１００ｇ／２５ｍｍ未満では、耐環境性が不十分となり、特に高温高湿時に剥離が生じる恐れがあり、逆に２０００ｇ／２５ｍｍ超では貼り直しが困難であり、貼り直しができても剥離部分に粘着剤が残る恐れがあるため、好ましくない。

本発明に用いられる針状フィラーは、粘着剤と屈折率が異なり、針状（繊維状を含む）を呈する高アスペクト比のフィラーであれば特に限定されるものではないが、本発明においては、無色又は白色のものが好ましい。具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、ベーマイト、ホウ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、塩基性硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム等の金属化合物、ガラス、合成樹脂等からなる針状または繊維状物が好適に用いられる。

針状フィラーのサイズとしては、長径が２〜５０００μｍ、短径が０．１〜２０μｍであることが好ましく、長径が１０〜３００μｍ、短径が０．３〜５μｍであることが特に好ましい。長径が２μｍ未満あるいは５０００μｍ超では、粘着層中に針状フィラーを良好に分散・配向させることが困難となり、異方性光拡散機能を安定して発現させることができなくなる恐れがあるため、好ましくない。一方、短径が０．１μｍ未満では、針状フィラーを良好に分散・配向させることが困難であると共に、光拡散機能が低下する恐れがあり、短径が２０μｍ超では、拡散光がぎらつきの強いものとなるため、好ましくない。

本発明においては、粘着剤と針状フィラーとの屈折率に差があることが必須であるが、良好な光拡散機能を発現させるためには、屈折率差が０．０１以上であることが好ましく、０．０５以上であることが特に好ましい。なお、本明細書における針状フィラーの屈折率は、ＪＩＳ Ｋ−７１４２（１９９６）に記載のＢ法に基づいて測定されるものとする。

本発明における異方性光拡散粘着層中の針状フィラーの含有量は特に限定されるものではないが、所望の光学特性や、針状フィラーのサイズや比重、粘着剤と針状フィラーとの屈折率差等に応じて適宜設計され、０．１〜５０．０質量％であることが好ましく、５〜４５質量％であることが特に好ましい。針状フィラーの含有量が０．１質量％未満では光拡散性が不十分となる恐れがあり、５０．０質量％超では粘着力が低下して剥離を生じる恐れがあるため、好ましくない。

本発明における異方性光拡散粘着層の厚さは特に限定されるものではないが、１〜５０μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることが特に好ましい。異方性光拡散粘着層の厚さが１μｍ未満では、十分な粘着力や異方性光拡散機能を発現できなくなる恐れがあり、５０μｍ超では、光学特性のさらなる向上効果が得られず、製造効率も悪くなるため、好ましくない。

次いで、本発明における異方性光拡散粘着層の製造方法について説明する。
本発明における異方性光拡散粘着層は、例えば、粘着剤中に針状フィラーを分散させたフィラー含有粘着組成物を調製し、これを離型シートや各種光学素子等の基材上に塗工した後、溶剤を乾燥除去し、その上に離型シートや各種光学素子をラミネートし、さらに必要に応じて粘着剤成分の硬化又は安定化のために、室温あるいは３０〜６０℃程度の温度環境下で１日〜２週間程度キュアーすることにより容易に製造できる。

一般に、アクリル系粘着剤等の粘着剤は、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン等の溶剤を含んだ状態で市販されているが、フィラー含有粘着組成物の調製にあたっては、濡れ性、レベリング性、乾燥性等の塗工適性を向上させるために、上記溶剤の他に、必要に応じて、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等の溶剤を添加してもよい。

また、針状フィラーの粘着剤中への分散性を向上するために、予めフィラー表面に油脂類、界面活性剤、シランカップリング剤等の分散性向上剤を作用させ、フィラー表面を改質しておいてもよい。なお、かかる分散性向上剤は、針状フィラーの表面に付着させる代わりに、フィラー含有粘着組成物に配合することもできる。針状フィラーの粘着剤中への分散は、デイスパー、アジター、ボールミル、アトライター等の各種混合・攪拌装置、分散装置等を用いて行うことができる。また、フィラー含有粘着組成物には、必要に応じて着色染料、蛍光染料、増粘剤、界面活性剤、レベリング剤等を添加することもできる。

調製したフィラー含有粘着組成物は、基材に塗工する前にあらかじめ脱泡しておくことが好ましい。フィラー含有粘着組成物の塗工は、例えば、リバースコーター、ダムコーター、コンマコーター、ダイコーター、ドクターバーコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ロールコーター等のコーターを用いて行うことができる。

フィラー含有粘着組成物を塗工する際には、フィラー含有粘着組成物にかかる剪断力により、各針状フィラーはその長軸が塗工方向にほぼ沿うように配向するため、針状フィラーが略同一方向に配向して分散された本発明における異方性光拡散粘着層を比較的に容易に製造することができる。なお、針状フィラーの配向の程度は、針状フィラーのサイズや、フィラー含有粘着組成物の粘度、塗工方式、塗工速度等により調整できる。また、形成する異方性光拡散粘着層の厚さは、フィラー含有粘着組成物の塗工厚さや、フィラー含有粘着組成物中の溶剤量等により容易に調整できる。

また、本発明のバックライトユニットにおいては、透明基材上に積層した異方性光拡散粘着層を作製し、この積層体の異方性光拡散粘着層を光拡散板の光入射面上に貼着させた構成が、製造上及び取扱いの観点から好ましいが、この異方性光拡散粘着層は、複数本の棒状光源と光拡散板との間に配設されていればよく、上記のように光拡散板に直接貼着された構成でなくともよい。さらに、本発明においては、反射防止フィルムや拡散性フィルムを異方性光拡散粘着層を介して光拡散板に貼着させた構成とすることもでき、この反射防止フィルム及び拡散性フィルムとしては、従来公知の構成及び材質のものを用いることができる。

本発明のバックライトユニットを模式的に示す図である。 バックライトユニットの積層構成の断面図、及び、この構成のバックライトユニットによる液晶表示パネルへの光量分布曲線を示す線図である。 本発明における異方性光拡散粘着層に細い直線光を垂直入射させた時の透過光の拡散状態を模式的に示す図である。 球状フィラーを用いた光拡散粘着層に細い直線光を垂直入射させた時の透過光の拡散状態を模式的に示す図である。

符号の説明

１…反射板、２…複数本の棒状光源、３…光拡散板、４…異方性光拡散粘着層。

Claims (4)

1. 反射板と、複数本の棒状光源と、光拡散板とを備えた直下方式のバックライトユニットにおいて、
   粘着剤と、上記粘着剤と屈折率の異なる針状フィラーとからなる異方性光拡散粘着層を設け、
   上記針状フィラーが、略同一方向に配向して上記粘着剤中に分散されており、
   上記針状フィラーの長軸方向が、上記棒状光源の管軸方向と略同一の方向であることを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記異方性光拡散粘着層は、前記棒状光源と前記光拡散板との間に設けることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記針状フィラーは、長径が２〜５０００μｍ、短径が０．１〜２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバックライトユニット。
4. 前記粘着剤と前記針状フィラーとの屈折率差は、０．０１以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバックライトユニット。

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