JP2008096889A - 光拡散シート - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の端部に光源を配置してなるエッジライト式バックライトユニットにおいて、光源の高輝度化に伴い発生する輝度ムラを防止することができる光拡散シートを提供する。
【解決手段】バインダー樹脂と樹脂粒子を含有し、透明基材シートの表側に積層された光拡散層と、透明基材シートの裏面で周辺端部の少なくとも一辺に形成された光遮蔽層と、光遮蔽層以外の全領域に、光遮蔽層と略同一膜厚で積層された背面層を有する光拡散シート。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置用バックライトユニットの構成部品の一つである光拡散シートに関し、特に導光板の端部に光源を配置してなるエッジライト式バックライトユニットに用いられる光拡散シートに関する。

液晶表示装置の一般的な構成の一例を図１に示す。液晶表示装置には、液晶モジュール１に背面から光を供給するバックライトユニット２が装備されている。かかるバックライトユニット２は図１に示すように、光源３、導光板５、反射シート４及び６、光拡散シート７、レンズシート８及び９からなり、特に携帯電話等のモバイル用途においては、薄型化、低消費電力化を図るため、発光ダイオード等の光源を導光板の端部に並べて配置するエッジライト方式が一般的となってきた。

前記エッジライト式バックライトユニットにおいては、光源３から発せられた光は導光板５の下面及び側面、或いは反射シート４又は６の表面で反射を繰り返して、導光板３の上面から出射される。この出射光は光拡散シート７で拡散され、レンズシート８及び９により正面方向に集光されて、液晶モジュール１に供給される。ここで、光拡散シート７は導光板５からの出射光を拡散し、バックライトユニットの輝度を均一化する機能を有している。

近年、発光ダイオード等の光源の発光効率が向上し、高輝度化が進むに伴い、光源近傍に輝度ムラが発生するという問題が顕在化してきた。図２に、従来公知の輝度ムラ防止技術の一例を示す。光拡散シート７の裏面に、光遮蔽性を有する黒色インキを、スクリーン印刷機等で部分的に印刷して光遮蔽層１０を形成する。あるいは光遮蔽層をインクジェットプリンターで印刷することにより印刷精度を向上させる試みも行われている（特許文献１参照）。光拡散シートの裏面に印刷された光遮蔽層１０は、導光板５上面の光源近傍領域を覆うように配置され、余分な光を吸収することで光源近傍の高輝度部分を遮蔽し、光源からの遠近に起因する輝度ムラを改善するものである。

しかしながら上述の方法では、光拡散シート裏面の光遮蔽層が有る部分と無い部分の境目に、光遮蔽層の膜厚分の段差が生じ、光拡散シートと導光板との間の隙間からの光の漏れや、前記段差で光拡散シートのたわみに起因する輝度ムラが生じやすくなるという問題があった。また、モバイル用途においては、振動や衝撃が加わる環境で使用されるため、前記光遮蔽層が導光板に激しく接触し、光遮蔽層のインキの一部が脱落し、黒点や白点等の輝度ムラが発生するという問題もあった。さらに、バックライトユニット内部の光拡散シートの厚みスペースが、光遮蔽層の厚み分増加し、バックライトユニットの薄膜化を妨げるという問題もあった。

一方で、基材シートの外縁部に被覆用の印刷層を形成し、該印刷層を、ビーズを含むハードコート剤で前記印刷層を覆うように全面印刷して、スティッキング防止層を形成することにより、基材シートとの接着強度が低い前記印刷層の脱落を防ぐ方法も提案されている。しかしハードコート剤にビーズが含まれることから、前記印刷層部分は少なくともビーズの粒経に印刷層の厚さを加えた厚さを呈することになり、光拡散シート裏面の厚み段差は避けられず、総厚も増加するという問題があった。
特開２００２−２２９０８ 特開２００１−６６４０４

本発明の目的は、導光板の端部に光源を配置してなるエッジライト式バックライトユニットにおいて、光源の高輝度化に伴い発生する輝度ムラを効果的に防止することができる光拡散シートを提供することにある。特に拡散シートの膜厚を増加させることなく輝度ムラを防止することのできる光拡散シートを提供することである。

本発明者は、光拡散シートの裏面における光遮蔽層と背面層の構成及び配置について鋭意研究を重ねた結果、光拡散シートの裏面で光源が配置される周辺端部に光遮蔽層が形成され、かつ、光遮蔽層以外の全領域に光遮蔽層と略同一膜厚になるように背面層が形成された光拡散シートを、該光遮蔽層が導光板上面の光源近傍領域を覆うように配置されることにより、バックライトユニットの輝度ムラが防止できることを見出し、本発明を成すに至った。

即ち、本発明は、バインダー樹脂と樹脂粒子を含有し、透明基材シートの一方の面に積層された光拡散層と、前記透明基材シートの他方の面で、その周辺端部の少なくとも一辺に沿った部分に積層された光遮蔽層と、前記他方の面で前記光遮蔽層以外の全領域に前記光遮蔽層と略同一膜厚で形成された背面層を有することを特徴とする光拡散シートを提供する。さらに本発明は発光ダイオードランプアレイと、該発光ダイオードランプアレイの側方に配置されて、ランプから発せられる光線を一方の側に導く導光板と、該導光板の光出射側に配置される上記の光拡散シートを備える事を特徴とした液晶表示装置用のバックライトユニットを提供する。

本発明の光拡散シートは、該光拡散シート裏面に光遮蔽層を部分的に形成し、該光遮蔽層を導光板の光出射面側に向かい合わせ、発光ダイオードランプアレイに沿ってその近傍領域を覆うように配置することで、ランプ近傍に偏在する高輝度領域からの出射光を吸収し、光源からの遠近に起因する輝度ムラを防止する。さらに、背面層は透明基材シートの光遮蔽層が積層された領域以外の領域に形成され、背面層と光遮蔽層を略同一膜厚で形成することにより、光核酸シートの膜厚を減少させることが出来るとともに、背面層と光遮蔽層の境界部付近の段差に起因して発生する輝度ムラをも防止することができる。さらに段差がないために、モバイル用途において振動や衝撃が加わり光遮蔽層が導光板に激しく接触した場合に、光遮蔽層のインキの一部が脱落することが起こりにくい。

まず、本発明の光拡散シートの構造について図３を用いて説明する。本発明の光拡散シートは、少なくとも透明基材シート１１、および該基材シートの少なくとも一方の面に形成された光拡散層１２、もう一方の面に形成された背面層１５及び光遮蔽層１７から構成される。

透明基材シート１１の材質としては、透明性を有するものであれば特に限定されない。例えば、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂等が挙げられるが、表面の平滑性や機械強度から、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。透明基材シートの厚さは、５〜３００μｍの範囲が好ましい。５μｍより薄い場合、塗工、印刷、二次加工時の取り扱いが困難となり、作業性が著しく低下する。一方３００μｍより厚い場合には、基材そのものの可視光透過率が低下し、バックライトユニットの輝度を低下させてしまうため好ましくない。透明基材シートの表面のうち少なくとも一方の面には、光拡散層との密着性を向上させるため、易接着処理剤を塗布する、あるいはコロナ処理を施すなど、易接着処理が施されていればより好ましい。

光拡散層１２は、少なくとも樹脂粒子１３およびバインダー樹脂１４を含有する。該樹脂粒子は、光拡散材として有効なものであれば特に限定されないが、例えば、アクリルビーズ、ウレタンビーズ、アクリルウレタンビーズ、スチレンビーズ、シリコーンビーズ等が挙げられる。該樹脂粒子の形状は真球状が好ましく、粒子径は、体積平均粒子径で１〜３０μｍの範囲が好ましく、３〜２０μｍの範囲がより好ましい。体積平均粒子径が１より小さいと、光拡散層を透過する光が拡散されずに透過するようになり、光拡散効果が低下する傾向にある。体積平均粒子径が３０μｍを超えると、樹脂粒子が脱落しやすくなるため欠点を生ずる原因となりやすく、外観上も異物感のある均一性を欠いたものとなりやすい。

前記樹脂粒子の他に、必要に応じて、無機粒子、または無機−有機ハイブリッド材料粒子を含有してもよい。例えば、シリカ、クレー、タルク、酸化チタン、酸化亜鉛、などから選ばれる１種類、または２種類以上の粒子を、光拡散シートの諸特性を阻害しない範囲で含有させることができる。

光拡散層のバインダー樹脂１４としては、光拡散シートの透明性を阻害しないものであれば特に限定されず、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂等があげられるが、透明性、基材シートとの密着性、樹脂粒子の保持力などから、アクリルポリオール等のアクリル系共重合体を、ポリイソシアネートで架橋したものが特に好ましい。

該光拡散層には、必要に応じて、硬化剤、硬化触媒、分散剤、可塑剤、帯電防止剤、劣化防止剤等が配合されていてもよい。

背面層１５は、少なくともバインダー樹脂を含有するが、スティッキング防止、耐擦傷性や衝撃吸収性付与等の目的で、樹脂粒子１６を含有したものが特に好ましい。該バインダー樹脂としては、光拡散シートの透明性を阻害しないものであれば特に限定されないが、例えば、透明性、基材シートとの密着性、樹脂粒子の保持力などから、アクリルポリオール等のアクリル系共重合体、ポリエステルポリオール等のポリエステル系共重合体を、ポリイソシアネートで架橋したものが特に好ましい。

樹脂粒子１６としては、光透過性を阻害するものでなければ特に限定はしないが、例えば、アクリルビーズ、ウレタンビーズ、アクリルウレタンビーズ、スチレンビーズ、シリコーンビーズ等が挙げられる。該樹脂粒子の粒子径は、体積平均粒子径で１〜３０μｍの範囲が好ましく、３〜２０μｍの範囲がより好ましい。

該背面層には、必要に応じて、硬化剤、硬化触媒、滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、紫外線遮蔽剤、光拡散材などを含有させることができる。

光遮蔽層１７は、少なくとも顔料とバインダー樹脂を含有する。前記顔料は、塗膜にしたときに光遮蔽性を有する粉体であれば特に限定されず、例えば、酸化チタン等の白色顔料、青の他着色顔料が使用できるが、薄膜で良好な光遮蔽性が得られること、波長依存性がないことからカーボンブラックが特に好ましい。

該光遮蔽層に含有されるバインダー樹脂は、印刷インキに使用されるバインダー樹脂であれば特に限定されないが、顔料の分散性や透明基材シートとの密着性から、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂等を、ポリイソシアネートで架橋したものが特に好ましい。

前記光遮蔽層には、必要に応じて、硬化剤、硬化触媒、分散剤、帯電防止剤、滑剤等を含有させることができる。

次に、本発明における光拡散シートの製造方法の一例について説明する。

該光拡散シートは、透明基材シートの片面に光拡散層用塗料を塗布して光拡散層を形成し、もう一方の面に背面層用塗料及び光遮蔽層用塗料を、ほぼ導膜厚に塗布又は印刷して背面層及び光遮蔽層を形成する。

光拡散用塗料は、前記樹脂粒子とバインダー樹脂に、必要に応じて、有機溶剤等の溶媒を加えて攪拌混合し、調製する。

次に、透明基材シートの一方の面に、光拡散層用塗料を塗布して乾燥させ、光拡散層を形成する。塗布する方法には一般的な塗工又は印刷方式が利用できる。例えば、グラビア、小径グラビア、リバースロール、ダイ、リップ、スクリーン、ブレード、ナイフ、キャスト、スピン、エアドクター、スプレー、カーテン、キスなどの方式が利用できる。塗膜の乾燥には、一般的な乾燥方式が利用できる。例えば、熱風、赤外線、マイクロ波、誘導加熱などの乾燥方式が適用でき、乾燥後、必要に応じ、所定の温度および時間にて熱硬化を行う。光拡散用塗料に活性エネルギー線硬化性化合物を含む場合には紫外線硬化、電子線硬化などの乾燥・硬化方式が利用できる。

光拡散層の厚さは、光拡散性を阻害しない範囲で薄い方が好ましく、１〜３０μｍが好ましい。ここで光拡散層に樹脂粒子が含有される場合には、光拡散層の厚さは突出している樹脂粒子の頂点からの高さではなく、樹脂を保持しているバインダー樹脂層表面の透明基材シート面からの高さを示す。光拡散層の厚さは、概光拡散層中に含有される樹脂粒子の一部が、バインダー樹脂層表面より突出して固定されるように調整することがより好ましい。

背面層用塗料は、前記背面層用塗料に用いられるバインダー樹脂に、好ましくは樹脂粒子を加え、必要に応じて、有機溶剤等の溶媒を加え、撹拌混合して調製する。

光遮蔽用塗料は、前記顔料と前記光遮蔽層用塗料に用いられるバインダー樹脂、必要に応じて、分散剤、溶媒等を加え、分散機で混練処理した後、塗液配合に調整し、撹拌混合して調製する。

透明基材シートの、光拡散層を形成した面とは反対面に、背面層用塗料及び光遮蔽層用塗料を、背面層と光遮蔽層の形成領域が重ならないように、また光遮蔽層以外の全面に背面層が形成されるように塗布して乾燥させ、背面層及び光遮蔽層をほぼ同一膜厚に形成する。この結果光遮蔽層と背面層とは略同一平面を形成する。塗布する方法、及び乾燥・硬化の方法としては、光拡散層用塗料に対して用いたと同様の方法を用いることができる。

背面層の厚さは、１〜１０μｍが好ましい。ここで背面層に樹脂粒子が含有される場合は、背面層の厚さは、突出している樹脂粒子の頂点からの高さではなく、樹脂を保持しているバインダー樹脂層表面の透明基材シート面からの高さを示す。背面層の厚さは、該背面層中に含有される樹脂粒子の一部がバインダー樹脂層表面より突出して固定されるように調整することがより好ましい。

光遮蔽層の厚みは、光遮蔽性が得られる範囲内で、背面層と略同一膜厚となるように調整する。その際、背面層と光遮蔽層との膜厚差は２μｍ以内が好ましい。また、光遮蔽性が得られる範囲としては、全光線透過率で１％以下が好ましい。

以上のようにして光拡散層、背面層及び光遮蔽層が塗布形成された光拡散シートを、バックライトユニットの規定の形状に打ち抜いた後、その背面層を前記導光板の光出射面側に向かい合わせて配置し、かつ光遮蔽層が形成された部分を、前記導光板の光出射面で前記発光ダイオードランプアレイに沿った周辺端部を覆うように配置する。

以上のようにして製造される本発明の光拡散シートは、液晶表示装置用バックライトユニットを構成する光拡散フィルムとして利用するのに特に有用であるが、この用途に限定されるものではなく、光拡散光の必要な種々の用途に適用することができる。

以下に、実施例を用いて本発明を説明する。

（実施例１）
＜光拡散層用塗料ａの調製工程＞
アクリルポリオール樹脂溶液「アクリディックＷＤＵ―９３８」 １００ 質量部
〔固形分５０％、大日本インキ化学工業社製〕
アクリル樹脂ビーズ「ケミスノーＭＲ−７ＨＧ」 ６５ 質量部
〔体積平均粒子径約６μｍ、綜研化学社製〕
ポリイソシアネート溶液「コロネートＨＬ」 １４ 質量部
〔固形分７５％、ＨＤＩ系、日本ポリウレタン工業社製〕
トルエン １４０ 質量部
以上を分散攪拌機で攪拌混合し、光拡散層用塗料ａを得た。

＜背面層用塗料ｂの調製工程＞
ポリエステルポリオール樹脂溶液「バイロン２０ＳＳ」 １００ 質量部
〔固形分２０％、東洋紡社製〕
アクリルウレタン樹脂ビーズ「ＢＣ−７９」 １ 質量部
〔体積平均粒子径約６μｍ、岐阜セラック製造所社製〕
ポリイソシアネート溶液「コロネートＨＬ」 ３ 質量部
〔固形分７５％、ＨＤＩ系、日本ポリウレタン工業社製〕
トルエン ２０ 質量部
以上を分散攪拌機で攪拌混合し、光拡散層用塗料ａを得た。

＜光遮蔽層用塗料ｃの調製工程＞
カーボンブラック「ＲＥＧＡＬ ９９Ｉ」 １００ 質量部
〔キャボット社製〕
塩化ビニル樹脂「ＭＲ−１１０」 ４０ 質量部
〔日本ゼオン社製〕
ポリウレタン樹脂「Ｔ―５２０６」 ４０ 質量部
〔大日本インキ化学工業社製〕
ポリイソシアネート溶液「ハードナーＮＯ．１０」 ２０ 質量部
〔固形分３８％、ＨＤＩ系、大日本インキ化学工業社製〕
トルエン ３３０ 質量部
メチルエチルケトン ３３０ 質量部
酢酸エチル １３０ 質量部
上記の配合比率において、先ず、カーボンブラック１００質量部と塩ビ樹脂３０質量部を、３本ロールを使って混練し、その後に残りの材料を加えて溶解、攪拌混合して、光遮蔽層用塗料ｃを得た。

＜基材への塗布・乾燥・硬化工程＞
透明基材シートとして、ポリエチレンテレフタレートフィルム「Ａ４３００（５０μｍ）」〔東洋紡績社製〕を使用し、この一方の面に上記光拡散層用塗料ａを、リバースコーターを使って塗布し、熱風乾燥させて、乾燥膜厚１０μｍの光拡散層を形成した。次に、透明基材シートの他方の面に、上記背面層用塗料ｂ及び光遮蔽層用塗料ｃを、グラビア印刷機を使って背面層と光遮蔽層が重なりあわないように塗布し、熱風乾燥させて、乾燥膜厚３μｍの背面層と同じく膜厚３μｍのストライプパターンからなる光遮蔽層を形成した。前記塗布工程終了後、硬化反応を促進させるため、４０℃恒温室中４８時間保管して硬化させ、規定の大きさに打ち抜き加工を行い本発明の光拡散シートを得た。
なお光遮蔽層の全光線透過率は１％以下であり。背面層中の樹脂粒子はその一部が背面層表面より突出して固定された形状を呈していた。

実施例１における光遮蔽層形成部分の、ＪＩＳＫ−７３６１に定める全光線透過率は０％であった。

以上で得た光拡散シートを、バックライトユニットに挿入して点灯試験をし、目視判定をした結果、光遮蔽層を有しない光拡散シートに比較して、輝度ムラが大幅に改善された。
光遮蔽層は背面層と略同一膜厚で同一平面を形成するように塗布されるため、光拡散シートの全厚は薄くなり、光遮蔽層と背面層の境界面に起因する輝度ムラも発生しなかった。
さらに、試験機は梱包包装試験機「ＢＦ―５０ＵＴ」（アイメックス社製）を使用し、重力加速度２．５Ｇ、振幅０．８ｍｍ、周波数１０Ｈｚ〜４０Ｈｚで周期的に変化する振動をｘｙｚ方向に２０分間加える方法で行った。また、振動試験後の点灯試験において、光遮蔽層の脱落による輝度ムラも認められなかった。

液晶表示装置の一般的な構成の一例を示した分解図である。 従来の輝度ムラ防止技術の一例を示した断面図である。 本発明の光拡散シートを示した断面図である。

符号の説明

１ 液晶モジュール
２ バックライトユニット
３ 光源
４、６ 反射シート
５ 導光板
７ 光拡散シート
８、９ プリズムシート
１０ 光遮蔽層
１１ 透明基材シート
１２ 光拡散層
１３ 樹脂粒子
１４ バインダー樹脂層
１５ 背面層
１６ 樹脂粒子
１７ 光遮蔽層

Claims (5)

1. バインダー樹脂と樹脂粒子を含有し、透明基材シートの一方の面に積層された光拡散層と、前記透明基材シートの他方の面で、その周辺端部の少なくとも一辺に沿った部分に積層された光遮蔽層と、前記他方の面で前記光遮蔽層以外の全領域に前記光遮蔽層と略同一膜厚で形成された背面層を有することを特徴とする光拡散シート。
2. 前記背面層はバインダー樹脂と該バインダー樹脂中に分散した樹脂粒子を含有し、かつ該樹脂粒子の一部が該背面層表面より突出して固定されている請求項１記載の光拡散シート。
3. 前記光遮蔽層はバインダー樹脂と該バインダー樹脂中に分散したカーボンブラック粒子を含有し、かつ全光線透過率が１％以下である請求項１または２に記載の光拡散シート。
4. 前記光拡散シートは導光板の端部に発光ダイオードランプアレイを配置してなるバックライトユニットの、前記導光板の光出射面側に、前記背面層を向かい合わせて配置される光拡散シートであって、前記光遮蔽層は、前記導光板の光出射面で前記発光ダイオードランプアレイに沿った周辺端部を覆うように配置される請求項１〜３のいずれか１項に記載の光拡散シート。
5. 発光ダイオードランプアレイと、該発光ダイオードランプアレイの側方に配置されて、ランプから発せられる光線を一方の側に導く導光板と、該導光板の光出射側に配置される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載された光拡散シートを備える事を特徴とした液晶表示装置用のバックライトユニット。

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