JP2009122239A - 輝度向上パネル - Google Patents

Abstract

【課題】一体化された輝度向上パネルにおいて、柔軟性も含めた充分な接着強度と明るさを両立することであり、同時にシンプルな構成として生産性も両立させる、優れた輝度向上パネルを提供する。
【解決手段】バックライトユニット３は、光源３２と液晶パネル１の間に輝度向上パネル２を設置した構造である。輝度向上パネル２の中には、２つの膜２１、２２によって形成される平面７、８によって挟まれ、なおかつ、２平面７、８の中間に気体を充填した閉空間を設置する。この閉空間は表裏をサンドイッチされた構造であり、２平面間をつなぐ複数の支柱５と、各支柱５の間をつなぐ隔壁４から構成される。このような構造により、密閉された気体層を仲立ちとした３層以上の層構成を有することとなり、すぐれたクッション性と、断熱効果等が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライトユニットに利用される輝度向上パネルに関し、特に直下型のバックライトユニットの特性改善目的に使用される輝度向上パネルに関する。

一般に、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な光源（いわゆるバックライト）を内蔵している。この光源で消費する電力が装置全体で消費する電力の相当部分を占めるが、総電力の低減が強く要望される昨今においては、光源の効率を向上させることが必須となっている。
この効率の向上には発光変換効率自体を高めたり、周辺の明るさに応じて調光する手段と併せて、発行した光線の利用効率を高める手法がある。

そして、光線の利用効率を高める手段としては、光源または導光板と液晶バネルとの間に、輝度向上フィルム（Brightness Enhancement Film：ＢＥＦ、米国３Ｍ社の登録商標）を備えた光学フィルムが広く使用されている。

このＢＥＦは、透明基材上に断面三角形状の単位プリズムを一方向に周期的に配列したフィルムである。このプリズムは光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）で形成されている。ＢＥＦは、“軸外（off-axis）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（on-axis）”に方向転換（redirect）または“リサイクル（recycle）”する。
そして、ディスプレイの使用時（観察時）に、ＢＥＦは軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向である。

また、プリズムの反復的アレイ構造が１方向のみの配列では、その配列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能である。そこで、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の配列方向が互いに略直交するように、２枚のシートを重ねて組み合わせて用いる。
このようなＢＥＦの採用により、ディスプレイ設計者は、電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
なお、ＢＥＦに代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用することは、多数の特許文献に開示されている（たとえば特許文献１乃至３参照）。

また、プリズムではなく単位レンズの反復的アレイ構造（レンチキュラーレンズともいわれる）を有する光学フィルムが提案されている（たとえば特許文献４参照）。この光学フィルムの液晶パネル側の面は、光源から発せられ光学フィルム内を進行した光を液晶パネルへ導くように、複数の単位レンズが反復的に形成されたアレイ構造となっている。
この光学フィルムの他方の面には、レンズの焦点面近傍が開口部となるようにストライプ状にパターン化された反射層が設けられている。単位レンズが半円柱状凸シリンドリカルレンズの場合、各々の単位レンズに１：１で対応して開口部ができるように、反射層がストライプ状に形成される。このような反射層は、白色顔料たとえば二酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末を透明な接着剤などの溶液に混合した混合物を、所定のパターンとなるように、印刷または転写することにより形成されている。

この光学フィルムを、液晶ディスプレイのバックライトユニットに組み込むと、拡散フィルムから出射した光のうち、反射層間の開口部を通過した光のみがレンズに入射し、レンズによって一定方向に集光された後に出射される。さらに、光学フィルムから出射した光は、偏光板に入射し、所定の偏光成分の光のみが液晶パネルに導かれる。

一方、開口部を通過しなかった光は、反射層で反射されて拡散フィルム側に戻され、反射板へ導かれる。そして、反射板によって反射されることによって再び拡散フィルムに入射し、拡散フィルムにおいて再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光となった後に開口部を通ってレンズに入射し、レンズによって所定角度内に絞られて光学フィルムから出射される。

このような光学フィルムを用いたバックライトユニットでは、反射層間の開口部の大きさおよび位置を調節することによって、光の利用効率を高めながら、レンズから正面方向に出射される光の割合を高めるように制御することができる。

ところで、大型ディスプレイにおいては、その大きさと総光量ゆえ、直下型のバックライトユニットを採用せざるを得ないが、光利用効率を向上させ、ディスプレイの輝度を向上させるために使用される、輝度向上フィルムは、その原理上、別体化や空気層の設置などにより、光路中に空間を設置する必要がある。
この場合、一体化した場合には接触部分での光吸収反射が生じるが、その影響軽減のため、接触面積が小さくすると、充分な接着強度を得ることができない。
そして、ＢＥＦ等のように別体のフィルムとして供給する場合には、部品数の増加やコスト面での問題が生じてしまう。

これに対して、光学フィルムに凸を設け、凸部を固定に使用する方法がある。
これは予め設けた凸部を接着部分として使用する方式であり、非接着部に空隙を設けて空気層として機能させる方式であり、凸部形状の取り方にも多数の提案がある。
また最初から一体化した構造の輝度向上パネルもあり、接着面積を大きく取る事が可能である。
特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報 特開２０００−２８４２６８号公報

しかしながら、上記従来技術で説明したように、所定の形状が腑形された透明な光学フィルムに、凸部を設け、凸部で接着／粘着などにより固定を行う方式では、その接着力に関しては、接着／粘着の材質に起因する接着力と共に、その接着面積、すなわち凸部の面積比率が大きなファクターとなる。

一方でその接着面積の比率は輝度と直接関わり、面積比率が大きくなるほど輝度向上フィルムの効果が薄れたり、光の散乱を生じたりするため、輝度が低下する。
一般に強固な接着を行うと、熱などによる素材の伸縮を逃がすことができなくなり、剥がれが生じるなど、不具合を生じやすい。

このため、充分な接着力を得ながら、輝度を維持するには輝度向上フィルムのプリズム形状や、ヘイズ度を調整する必要があり、著しく実用性が劣るという課題がある。
また、フィルム中に白色ストライプ層が存在する構成では、白色層を接着／固定することになるため、透明フィルムを固定する場合と比べて広い面積での固定が可能であるが、白色層の強度が、機材フィルム並の強度とすることが現実的には困難であり、接着強度が得られても白色層の破壊が起こるため、強度上の課題に対しての制約となる。

本発明の目的は、一体化された輝度向上パネルにおいて、柔軟性も含めた充分な接着強度と明るさを両立することであり、同時にシンプルな構成として生産性も両立させる、優れた輝度向上パネルを提供することにある。

本発明の輝度向上パネルは、複数の積層膜によって構成される積層構造を有し、前記複数の積層膜で形成される少なくとも２つの平面によって挟まれた空間に、２つの平面をつなぐ複数の支柱を配置するとともに、各支柱間を結ぶ隔壁を配置して、前記各支柱部と隔壁によって閉空間を構成し、さらに前記閉空間内部に気体を充填してなる構造を、少なくとも一層有することを特徴とする。

また本発明の輝度向上パネルは、前記支柱と隔壁との間が継ぎ目無く連続であり、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする。また本発明の輝度向上パネルは、前記閉空間内に注入される充填材によって、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする。また本発明の輝度向上パネルは、前記複数の平面を構成する部材と、前記複数の支柱及び隔壁とが、同一の素材により形成されることを特徴とする。また本発明の輝度向上パネルは、前記２つの平面の法線方向から視た場合における前記複数の支柱と隔壁の占める面積が、全面積の５％以下であることを特徴する。

本発明のバックライトユニットは、複数の平面によって構成される積層構造を有する輝度向上パネルを用いたバックライトユニットであって、前記輝度向上パネルは、複数の積層膜によって構成される積層構造を有し、前記複数の積層膜で形成される少なくとも２つの平面によって挟まれた空間に、２つの平面をつなぐ複数の支柱を配置するとともに、各支柱間を結ぶ隔壁を配置して、前記各支柱部と隔壁によって閉空間を構成し、さらに前記閉空間内部に気体を充填してなる構造を、少なくとも一層有することを特徴とする。

また本発明のバックライトユニットは、前記支柱と隔壁との間が継ぎ目無く連続であり、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする。また本発明のバックライトユニットは、前記閉空間内に注入される充填材によって、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする。また本発明のバックライトユニットは、前記複数の平面を構成する部材と、前記複数の支柱及び隔壁とが、同一の素材により形成されることを特徴とする。また本発明のバックライトユニットは、前記２つの平面の法線方向から視た場合における前記複数の支柱と隔壁の占める面積が、全面積の５％以下であることを特徴する。

また本発明の液晶表示ディスプレイ装置は、複数の平面によって構成される積層構造を有する輝度向上パネルを用いたバックライトユニットを含む液晶表示ディスプレイ装置であって、前記輝度向上パネルは、複数の積層膜によって構成される積層構造を有し、前記複数の積層膜で形成される少なくとも２つの平面によって挟まれた空間に、２つの平面をつなぐ複数の支柱を配置するとともに、各支柱間を結ぶ隔壁を配置して、前記各支柱部と隔壁によって閉空間を構成し、さらに前記閉空間内部に気体を充填してなる構造を、少なくとも一層有することを特徴とする。

また本発明の液晶表示ディスプレイ装置は、前記支柱と隔壁との間が継ぎ目無く連続であり、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする。また本発明の液晶表示ディスプレイ装置は、前記閉空間内に注入される充填材によって、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする。また本発明の液晶表示ディスプレイ装置は、前記複数の平面を構成する部材と、前記複数の支柱及び隔壁とが、同一の素材により形成されることを特徴とする。また本発明の液晶表示ディスプレイ装置は、前記２つの平面の法線方向から視た場合における前記複数の支柱と隔壁の占める面積が、全面積の５％以下であることを特徴する。

本発明の輝度向上パネルによれば、複数の積層膜によって構成される積層構造のうちの少なくとも１層が、気体を充填された閉空間の集合により構成されることから、密閉された気体層を仲立ちとした３層以上の層構成を有することとなるため、すぐれたクッション性を有することとなり、曲げやスクラッチに対する耐久性を向上させるだけでなく、断熱効果により温度湿度の変化に対する応答を緩和させる効果がある。
例えば仮に、単層の解放された空気層では保持手段が限られ、支持強度を確保が困難であるが、本発明のように、２つの平面に挟まれた構造とすることで、機械的支持剛構造を容易に得ることが可能である。また、閉空間内のクッション性により容易に潰れない、強固な保持を行うことが可能となる。

また、本発明の輝度向上パネルによれば、支柱−隔壁間を連続的に継ぐことで機械的な変形に対する応力を一点に集中させず、分散させることができるため、形状安定性を向上させることができる。さらに、光学的な効果として、シーン反射など、キラキラと不規則な、しかし高輝度の反射を防ぐことができ、好適である。

また、本発明の輝度向上パネルによれば、閉空間の壁面を単一の素材により構成することにより、充填した気体に対して密閉性を向上させるのに効果的である。また、同一部材であれば熱膨張率などの各種物理的な係数が同一となるので、形状維持及び安定性の向上に有効である。加えて、ガスバリヤ性も向上するため長期間に渡っての安定性も期待できる。
また、本発明の輝度向上パネルによれば、ディスプレイ正面視方向の場合の支柱と隔壁の構造体の占める面積比率を５％未満とすることで、光学的な影響、たとえは、屈折、反射、散乱などの影響を最小限に抑えることができ、特にディスプレイの輝度確保に寄与できる。

さらに、これらの輝度向上パネルを、バックライトユニット、もしくは液晶ディスプレイに用いることで、輝度を向上させた、より明るい、強固かつ柔軟な接着力を両立させたディスプレイを得ることが可能である。
加えて、結果として薄く空気層を保持した状態と透過と見なせる場合には、３角プリズムをベースとした輝度向上フィルムや、白ストライプとレンチキュラーレンズ構造からなる輝度向上フィルムを、片面に設けることで、全反射による角度選択効果や、繰り返し光の再利用などの効果により、さらなる輝度向上効果を得ることができる。

図１は本発明の実施の形態による輝度向上パネルを用いたバックライトユニットの断面図である。
図示のように、本実施の形態によるバックライトユニット３は、反射板となる背面板３１上に、冷陰極管など線状の光源３２を一列に整列して配置され、それらの光源３２と液晶パネル１の間に拡散板、ＢＥＦなどの輝度向上フィルムの集合体である輝度向上パネル２を設置した構造である。
この輝度向上パネル２を構成する拡散板は、ポリカーボネイト（ＰＣ）やメタクリルスチレン（ＭＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）等に適宜光拡散フィラーを添加した樹脂板を用いることができる。また、この樹脂板に、プリズム形状やレンチキュラー形状を転写成型したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのフィルムを貼合するなどしても良い。
光原の反射側（図示下方）面には必要に応じ、反射膜としてアルミや銀などの薄膜を、コーティングやメッキ／蒸着／スパッタなどで設置することも可能である。

この輝度向上パネル２の中に、上層と下層の２つの膜２１、２２によって形成される平面７、８によって挟まれ、なおかつ、２平面７、８の中間に気体を充填した閉空間を設置する。
設置の方法は、片方の平面（膜）上に予め閉空間となるパターンを形成した状態で、密閉すべき気体雰囲気中に配置し、開いている面を閉鎖するようにして、もう片方の平面（膜）を形成するような方法を採用することができる。
なお、密閉すべき気体は、空気でもよく、そのほか窒素や二酸化炭素、水蒸気、あるいはＨｅやＡｒなどの不活性ガスが使用できる。また、空いている面を閉鎖する手段としては、ラミネートなどの方法によれば簡便に実現できるので望ましい。

これ以外にも、発泡性のマイクロカプセルを含む発泡層を、未発泡状態にて上下の板（膜）にてサンドイッチし、例えば加熱や活性化光の照射などにより、発泡させても得ることができる。
また、適度な水分を含ませた２液硬化性のポリウレタン樹脂を上下２枚の板（膜）でサンドイッチした状態で硬化反応をさせることにより、樹脂中に含まれた水分が水蒸気として発泡する現象を用いても良い。
また、閉空間を形成するための上下の膜２１、２２は、本例で説明する加工作業を可能とする強度が必要であり、例えば加工用の薄膜の樹脂フィルムと十分な剛性を有する支持フィルムや支持板とを接合したものを用いることが可能であり、加工作業の実情等に鑑みて適宜選択し得るものである。

図２は輝度向上パネル中の閉空間を示す正面図である。
閉空間は画面全体に配置されるが、その形状は規則的でも良く、また、ランダムな形状でも良い。
形状の周期性についてはモアレの発生具合を勘案し適宜計上を調整するのが望ましい。
閉空間は表裏をサンドイッチされた構造であり、２平面間をつなぐ複数の支柱５と、各支柱５の間をつなぐ隔壁４から構成される。

支柱５は主として機械的強度を得るための構造であり、透明な材質で構成されることが望ましいが、望まれるディスプレイの光学特性との関係から適宜設定してよく、半透明や白色の構成でも良い。
隔壁４は、気体を充填し保持しておくための構造であり、充填する気体に対してガスバリア性を有しているものが望ましい。
また、厚さについては特に限定しないが、閉空間での密閉が維持できる範囲で薄くすることが望ましい。なお、隔壁４の強度を上げることで、全体の強度を向上することが可能となる。

図３は輝度向上パネル中の閉空間が滑らかな輪郭とした場合を示す正面図であり、図２と同等のパターンを閉空間とした場合を示している。
また図４は図３におけるＡ−Ａ'断面を示しており、上下を２つの平面（膜）７、８でサンドイッチされた構造を有しており、その間を充填材９で充填している。
閉空間６は充填された充填材９により全方向を取り囲まれており、充填された気体と接している。
この充填材９は、閉空間を維持できれば良いため、プラスチックなどのように硬いものばかりでなく、例えばゴム状の物体でも良い。

閉空間を滑らかな立体構造とすることで、支柱５や隔壁４への応力の集中を防ぎ、安定な構造とすることができる。さらに、光学的な効果として、構造の端部分で生ずるシーン反射などの強い反射を防ぐことができるため、キラキラ感の低減やユニフォーミティの向上にも有用である。

積層膜としてフィルムを使用する場合には、透明な樹脂フィルムが好ましく、充填する材料に適した易接着処理を施すと接着強度を向上させるので好ましい。
積層膜のフィルム材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが挙げられる。

以下、具体的な実施例に基づいて本発明を説明する。
（実施例１）
本実施例においては図２に示す例について説明する。
支柱５や隔壁４のパターン形状を製作するために、版による転写法を採用することができる。この場合には、例えば印刷用のシリンダーに製版の技術を適用すればよい。
すなわち、支柱及び隔壁を絵柄として銅シリンダー上にパターンニング、エッチングを施すことで支柱及び隔壁パターンが凹形状に形成された版が得られる。

このようにして得た版を用いて、積層フィルム上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線硬化性樹脂にレンズ成型ロールのレンズ構造を転写した後、紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させてレンズ層を形成することにより、所望のパターンが形成されたフィルムを得る。
これとは別の粘着層を塗工もしくは転写したフィルムを用意し、このフィルムのパターン形成面と粘着面とで貼合し、これを拡散板などの支持板やプリズムシートなどの中間に接着／ラミネートなどにより接着することにより、本品を得ることができる。

ここでは光学フィルムの支持フィルムとして厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（製品名；東洋紡Ａ４３００）を選定、使用した。
また、支持フィルム上に紫外線硬化性樹脂を塗布し、紫外線硬化性樹脂にレンズ成型ロールのレンズ構造を転写した後、紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させてレンズ層を形成することにより、レンズフィルムを作製した。

（実施例２）
本実施例においては図３及び図４に示す例について説明する。
このパターンにおいては気体の膨張を利用して形状を得る方法である。
今回は、加熱により発泡するインキをプリズムシートの裏面に塗工／乾燥させる。
この際にはパターンはなく一様なベタパターンで良い。

その次に拡散板などの支持板に粘着材などを介して貼合あるいは接着を行う。
この際にもパターンは必要なく、全面ベタに接着して良い。
従って、貼合機を使用した一般的な貼合作業にて実施が可能である。

その後、インキを発泡させ（多くは過熱による）、閉空間を形成させる。
この際にインキ層やマイクロカプセルなどの表面張力が働くため、滑らかな閉空間を形成することができる。
また、正面視における接触点と隔壁の占める割合を５％以下とすることで輝度などの光学特性と保持力を両立することができた。
以上の手順により得られた光源ユニットを液晶ディスプレイに組み込み映像を表示させたところ、良好な表示を得る事が可能であった。

本発明の一実施の形態に係るバックライトユニットを示す断面図である。 図１に示す輝度向上パネル中の閉空間を示す正面図である。 図１に示す輝度向上パネル中の閉空間が滑らかな輪郭として形成された場合を示す正面図である。 図３のＡ−Ａ'断面図である。

符号の説明

１……液晶パネル、２……輝度向上パネル、３……バックライトユニット、４……隔壁、５……支柱、６……閉空間、７、８……２つの平面、９……充填材。

Claims (15)

1. 複数の積層膜によって構成される積層構造を有し、
   前記複数の積層膜で形成される少なくとも２つの平面によって挟まれた空間に、２つの平面をつなぐ複数の支柱を配置するとともに、各支柱間を結ぶ隔壁を配置して、前記各支柱部と隔壁によって閉空間を構成し、さらに前記閉空間内部に気体を充填してなる構造を、少なくとも一層有する、
   ことを特徴とする輝度向上パネル。
2. 前記支柱と隔壁との間が継ぎ目無く連続であり、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする請求項１記載の輝度向上パネル。
3. 前記閉空間内に注入される充填材によって、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする請求項１記載の輝度向上パネル。
4. 前記複数の平面を構成する部材と、前記複数の支柱及び隔壁とが、同一の素材により形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の輝度向上パネル。
5. 前記２つの平面の法線方向から視た場合における前記複数の支柱と隔壁の占める面積が、全面積の５％以下であることを特徴する請求項１〜４のいずれか１項記載の輝度向上パネル。
6. 複数の平面によって構成される積層構造を有する輝度向上パネルを用いたバックライトユニットであって、
   前記輝度向上パネルは、複数の積層膜によって構成される積層構造を有し、
   前記複数の積層膜で形成される少なくとも２つの平面によって挟まれた空間に、２つの平面をつなぐ複数の支柱を配置するとともに、各支柱間を結ぶ隔壁を配置して、前記各支柱部と隔壁によって閉空間を構成し、さらに前記閉空間内部に気体を充填してなる構造を、少なくとも一層有する、
   ことを特徴とするバックライトユニット。
7. 前記支柱と隔壁との間が継ぎ目無く連続であり、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする請求項６記載のバックライトユニット。
8. 前記閉空間内に注入される充填材によって、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする請求項６記載のバックライトユニット。
9. 前記複数の平面を構成する部材と、前記複数の支柱及び隔壁とが、同一の素材により形成されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１記載のバックライトユニット。
10. 前記２つの平面の法線方向から視た場合における前記複数の支柱と隔壁の占める面積が、全面積の５％以下であることを特徴する請求項６〜９のいずれか１項記載のバックライトユニット。
11. 複数の平面によって構成される積層構造を有する輝度向上パネルを用いたバックライトユニットを含む液晶表示ディスプレイ装置であって、
    前記輝度向上パネルは、複数の積層膜によって構成される積層構造を有し、
    前記複数の積層膜で形成される少なくとも２つの平面によって挟まれた空間に、２つの平面をつなぐ複数の支柱を配置するとともに、各支柱間を結ぶ隔壁を配置して、前記各支柱部と隔壁によって閉空間を構成し、さらに前記閉空間内部に気体を充填してなる構造を、少なくとも一層有する、
    ことを特徴とする液晶表示ディスプレイ装置。
12. 前記支柱と隔壁との間が継ぎ目無く連続であり、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示ディスプレイ装置。
13. 前記閉空間内に注入される充填材によって、前記閉空間の内部が滑らかな輪郭を有することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示ディスプレイ装置。
14. 前記複数の平面を構成する部材と、前記複数の支柱及び隔壁とが、同一の素材により形成されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１記載の液晶表示ディスプレイ装置。
15. 前記２つの平面の法線方向から視た場合における前記複数の支柱と隔壁の占める面積が、全面積の５％以下であることを特徴する請求項１１〜１４のいずれか１項記載の液晶表示ディスプレイ装置。

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