JP2009238398A - バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光拡散体が加熱された際に光拡散体の変形を充分に防止して、均一な面発光が得られるように光拡散体の位置を保つことができるバックライトユニットを提供する。
【解決手段】本発明のバックライトユニット１は、ハウジング１０と、光拡散体２０と、光源３０と、ハウジング１０の光拡散体２０と対向する面１０ａに立設されたスペーサピン４０とを備え、光拡散体２０のハウジング１０側の面２０ａには凹部が形成され、凹部にスペーサピン４０の先端が挿入され、凹部とスペーサピン４０の先端とが接着剤により接着されて固定されており、光拡散体２０と接着剤との界面における光拡散体２０と接着剤との屈折率が略同等であり、スペーサピン４０と接着剤との界面におけるスペーサピン４０と接着剤との屈折率が略同等である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等に用いられるバックライトユニットに関する。

液晶表示装置の照明装置として、開口部を有するハウジングと、該ハウジングの開口部を塞いで設けられた光拡散体と、前記ハウジングに収容された光源とを備えるバックライトユニットを用いることがある。
通常、光拡散体は、均一な面発光を得るために、光源近傍の部分の拡散性を高めている。しかし、従来のバックライトユニットでは、光源から光と共に発せられる熱によって、光拡散体に伸びや反り等の変形をもたらすことがあった。光拡散体が変形すると、光源と光拡散体の拡散性の高い部分とが位置ずれして対応しなくなるため、均一な面発光が得られなくなっていた。
近年、液晶表示装置が薄型化されて、光源と光拡散体との距離が短くなっている。そのため、上記の光源の熱による光拡散体の位置ずれの問題は一層起こりやすくなっている。
光源の熱による光拡散体の変形の対策として、特許文献１では、ランプハウスにスペーサピンを取り付け、光拡散体が伸びて撓んだ際にスペーサピンの先端を光拡散体に当接させて、光拡散体が光源に接近しないように規制する方法が提案されている。
特開平１０−３２６５１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、光拡散体の変形を充分に防止できず、均一な面発光が得られるように光拡散体の位置を保つことができなかった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、光拡散体が加熱された際に光拡散体の変形を充分に防止して、均一な面発光が得られるように光拡散体の位置を保つことができるバックライトユニットを提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を包含する。
［１］ 開口部を有するハウジングと、該ハウジングの開口部を塞いで設けられた光拡散体と、前記ハウジングに収容された光源と、前記ハウジングの光拡散体と対向する面に、前記光源と接触しないように立設されたスペーサピンとを備え、
光拡散体のハウジング側の面には凹部が形成され、該凹部に前記スペーサピンの先端が挿入され、該凹部とスペーサピンの先端とが接着剤により接着されて固定されており、
光拡散体と接着剤との界面における光拡散体と接着剤との屈折率が略同等であり、スペーサピンと接着剤との界面におけるスペーサピンと接着剤との屈折率が略同等であることを特徴とするバックライトユニット。
［２］ 光拡散体は、面方向における光拡散性について、光源に近接する部分が、光源から離れた部分より高くされている［１］に記載のバックライトユニット。
［３］ 光拡散体は、内部に気泡が形成された発泡層と、該発泡層の一方の面に設けられた基材とを備える発泡フィルムであり、前記基材に前記スペーサピンの先端が挿入されている［１］または［２］に記載のバックライトユニット。

本発明のバックライトユニットによれば、光拡散体が加熱された際に光拡散体の変形を充分に防止して、均一な面発光が得られるように光拡散体の位置を保つことができる。

本発明のバックライトユニットの一実施形態について説明する。
図１に、本実施形態のバックライトユニットを示す。本実施形態のバックライトユニット１は、開口部１０ａを有するハウジング１０と、ハウジング１０の開口部１０ａを塞いで設けられた光拡散体２０と、ハウジング１０に収容された光源３０，３０・・・と、ハウジング１０の光拡散体２０と対向する面１０ｂに、光源３０と接触しないように立設されたスペーサピン４０と、光拡散体２０のハウジング１０と反対側の面２０ｂに設けられたプリズムシート５０とを備える。

（ハウジング）
本実施形態におけるハウジング１０は略四角錐台状であり、面積の大きい側の底面が開口部１０ａになっているものである。また、ハウジング１０は、開口部１０ａを有する略四角錐台状の基体１１と、基体１１の、光拡散体２０側の面に設けられた反射層１２とを有し、光源３０の光を光拡散体２０側に反射させるようになっている。

（光源）
本実施形態における光源３０，３０・・・は冷陰極管である。光源３０，３０・・・は、ハウジング１０および光拡散体２０のいずれとも接触しない位置で、図１の紙面と直交する方向に延在しており、その両端部はハウジング１０に固定されている。各光源３０，３０・・・は互いに平行で一定の間隔を保って配置されている。

（光拡散体）
本実施形態における光拡散体２０は略矩形状の平板状のフィルムで、その周縁が開口部１０ａの外縁１０ｃにおいてハウジング１０に固定されている。光拡散体２０は、図２に示すように、透明性樹脂マトリクス２１ａ中に気泡２１ｂ，２１ｂ・・・が多数形成された発泡層２１と、発泡層２１の一方の面に設けられた基材２２とを備える発泡フィルムである。

本実施形態における発泡層２１の気泡２１ｂは、一定の間隔で形成密度が変化するように形成されている。以下、説明の便宜上、光拡散体２０において、気泡２１ｂの形成密度が高い領域のことを高発泡領域２０ｃ、気泡２１ｂの形成密度が低い領域のことを低発泡領域２０ｄという。ただし、高発泡領域２０ｃと低発泡領域２０ｄとの間に明確な境界が存在している必要はない。
本実施形態では、図１に示すように、各光源３０の図示上側（光源３０に近接する部分）が高発泡領域２０ｃとされ、各光源３０，３０の間の図示上側（光源３０から離れた部分）が低発泡領域２０ｄとされている。高発泡領域２０ｃおよび低発泡領域２０ｄはいずれも、光源３０と平行に図１，２の紙面と直交する方向に延在している。
また、本実施形態における各低発泡領域２０ｄの、ハウジング１０側の面２０ａには、円錐形状の凹部２３が形成されている。また、隣接する凹部２３，２３同士の間隔は一定間隔になっている。

気泡２１ｂの直径は、光拡散性が高くなることから、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。また、気泡２１ｂの直径は、気泡２１ｂを容易に形成できることから、０．１μｍ以上であることが好ましい。

発泡層２１の厚さは３〜３００μｍであることが好ましい。発泡層２１の厚さが３μｍ以上であれば、発泡層２１に充分な拡散性を持たせることができ、３００μｍ以下であれば、充分に薄型化できる。

基材２２は、透明性樹脂製のシートである。基材２２を形成する透明性樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、メチルメタクリレートとスチレンの共重合体などが挙げられる。
基材２２は、光拡散性を有してもよいし、有さなくてもよい。

（スペーサピン）
本実施形態におけるスペーサピン４０は円錐形であり、ハウジング１０の光拡散体２０に対向する面１０ｂに一定間隔で立設されている。各スペーサピン４０の位置は、光拡散体２０の各凹部２３の位置に対応しており、その先端４１が各凹部２３に各々挿入されている。また、図３に示すように、スペーサピン４０の先端４１は光拡散体２０の凹部２３に接着剤６０により接着されて固定されている。

スペーサピン４０，４０同士の間隔、および、光拡散体２０の凹部２３，２３同士の間隔は１０〜５０ｍｍであることが好ましい。スペーサピン４０，４０同士の間隔、および、光拡散体２０の凹部２３，２３同士の間隔が１０ｍｍ以上であれば、光拡散体２０の凹部２３にスペーサピン４０を挿入する作業が容易になり、５０ｍｍ以下であれば、光拡散体２０の変形をより防止できる。

スペーサピン４０の材質としては、光拡散体２０の基材２２の材質と同様の透明性樹脂を使用できる。スペーサピン４０は光拡散性を有していないことが好ましい。これは、スペーサピン４０が配置されている部分は光源３０から離れており、光を拡散せずにそのまま出射させる要請が高い部分であるからである。

（接着剤）
本実施形態における接着剤６０は、基材２２を構成する材料とスペーサピン４０を構成する材料とを接着可能なものであり、例えば、基材２２を構成する材料およびスペーサピン４０を構成する材料と同等の溶解度パラメータＳＰを有する樹脂が挙げられる。ここで、溶解度パラメータは、物質の分子間力を表す尺度である。溶解度パラメータが近い物質同士は相溶性が高い。
接着剤６０の具体例としては、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどが挙げられる。

（屈折率）
バックライトユニット１においては、光拡散体２０と接着剤６０との界面における光拡散体２０と接着剤６０との屈折率が略同等であり、スペーサピン４０と接着剤６０との界面におけるスペーサピン４０と接着剤６０との屈折率が略同等である。
ここで、略同等の屈折率とは、互いの屈折率の差の絶対値が０．２以下のことである。また、互いの屈折率の差の絶対値は、好ましくは０．１以下、より好ましくは０．０５以下である。
本実施形態において、接着剤６０との界面における光拡散体２０の屈折率は基材２２を構成する透明性樹脂の屈折率である。したがって、この透明性樹脂と接着剤６０の屈折率とが略同等である。スペーサピン４０が均一な透明性樹脂で構成されていれば、接着剤６０との界面におけるスペーサピン４０の屈折率はその透明性樹脂の屈折率である。この場合、スペーサピン４０を構成する透明性樹脂の屈折率と接着剤６０との屈折率とが略同等である。

界面における光拡散体２０と接着剤６０との屈折率を略同等にし、界面におけるスペーサピン４０と接着剤６０との屈折率を略同等にするためには、例えば、基材２２およびスペーサピン４０を構成する透明性樹脂としてポリエチレンテレフタレート（屈折率；１．５７、溶解度パラメータＳＰ；１０．７）を用い、接着剤６０としてエポキシ樹脂（屈折率；１．５８、溶解度パラメータＳＰ；１０．９）を用いる方法が挙げられる。
また、基材２２およびスペーサピン４０を構成する透明性樹脂としてポリカーボネート（屈折率；１．５９、溶解度パラメータＳＰ；９．８）を用い、接着剤６０としてポリ塩化ビニル（屈折率；１．５４、溶解度パラメータＳＰ；９．６）を用いる方法が挙げられる。
また、基材２２およびスペーサピン４０を構成する透明性樹脂としてポリスチレン（屈折率；１．６０、溶解度パラメータＳＰ；９．２）を用い、接着剤６０としてポリ塩化ビニル（屈折率；１．５４、溶解度パラメータＳＰ；９．６）を用いる方法が挙げられる。
さらに、基材２２およびスペーサピン４０の一方を構成する透明性樹脂としてポリスチレン（屈折率；１．６０、溶解度パラメータＳＰ；９．２）を用い、基材２２およびスペーサピン４０の他方を構成する透明性樹脂としてポリカーボネート（屈折率；１．５９、溶解度パラメータＳＰ；９．８）を用い、接着剤６０としてポリ塩化ビニル（屈折率；１．５４、溶解度パラメータＳＰ；９．６）を用いる方法が挙げられる。

（プリズムシート）
本実施形態のバックライトユニット１はさらにプリズムシート５０を備えている。
プリズムシート５０は、光拡散体２０より出射した光の進行方向を、面に対して垂直方向に揃えるものである。具体的なプリズムシート５０としては、例えば、片面に円錐状または角錐状の突起を規則的に多数有する樹脂シートなどが挙げられる。

（バックライトユニットの製造方法）
上記バックライトユニット１の製造方法の一例を以下に示す。
本製造例では、まず、基材２２の一方の面に凹部２３，２３・・・を一定間隔で均一に多数形成し、基材２２の他方の面に後述する発泡性組成物からなる層を形成する。次いで、発泡性組成物からなる層を発泡させて、気泡２１ｂを有する発泡層２１を形成する。その際、面方向における気泡２１ｂの形成密度について、光源に近接する部分が、光源から離れた部分より高くなるように不均一に発泡させる。このようにして、気泡２１ｂの形成密度が一定の間隔で変化する光拡散体２０を得る。
次いで、ハウジング１０の、光拡散体２０に対向する面１０ｂに、接着剤等により各スペーサピン４０を所定の位置に取り付ける。また、ハウジング１０の所定の位置に、各光源３０を配置し、固定する。
次いで、ハウジング１０に取り付けられたスペーサピン４０の先端４１を光拡散体２０の凹部２３に挿入しつつ、光拡散体２０をハウジング１０の開口部１０ａを塞ぐように配置する。その際、光拡散体２０の凹部２３とスペーサピン４０の先端４１との間に接着剤６０を介在させる。また、光拡散体２０の一方の面２０ａの周縁と開口部１０ａの外縁１０ｃとの間にも適宜の接着剤を介在させる。これにより、光拡散体２０が固定されて、バックライトユニット１が得られる。

上記発泡性組成物としては、少なくとも紫外線等の放射線エネルギーを付与し、必要に応じて、別途、熱エネルギーを付与することによって発泡するもの、例えば、（Ａ）光照射によってガスを発生させる光発泡性化合物（特開平５−７２７２７号公報参照）、（Ｂ）光重合性化合物と熱発泡性化合物を組み合わせたもの（特許３４２２３８４号公報参照）、（Ｃ）放射線エネルギーの作用によって酸を発生する酸発生剤または塩基を発生する塩基発生剤と、酸または塩基と反応して一種類以上の低沸点揮発性物質を分解脱離する分解発泡性官能基を有する分解発泡性化合物とを含有する発泡性組成物（特開２００４−２８１２号公報、特開２００６−１５５９３７号公報参照）などが挙げられる。
とりわけ、気泡の直径を容易に１０μｍ以下にすることができ、かつ、気泡分布パターンを広範囲に精密制御できることから、（Ｃ）の発泡性組成物が好ましい。

（Ａ）の発泡性組成物を発泡させるためには、放射線エネルギーを付与すればよい。（Ａ）において、気泡２１ｂの形成密度が一定間隔で変化するように発泡性組成物を発泡させるためには、例えば、発泡性組成物からなる層に、放射線エネルギーの照射量に一定間隔で大小が生じるようなフォトマスクを載せた状態で放射線エネルギーを付与する方法などを適用することができる。
（Ｂ）の発泡性組成物を発泡させるためには、放射線エネルギーと熱エネルギーとを別工程にて付与すればよい。（Ｂ）において、気泡２１ｂの形成密度が一定間隔で変化するように発泡性組成物を発泡させるためには、例えば、発泡性組成物からなる層に、放射線エネルギーの照射量に一定間隔で大小が生じるようなフォトマスクを載せた状態で放射線エネルギーを付与する方法、発泡性組成物からなる層に、加熱量に一定間隔で大小が生じるように加熱する方法などを適用することができる。
（Ｃ）の発泡性組成物を発泡させるためには、放射線エネルギーと熱エネルギーとを別工程にて付与すればよい。（Ｃ）において、気泡２１ｂの形成密度が一定間隔で変化するように発泡性組成物を発泡させるためには、例えば、発泡性組成物からなる層に、放射線エネルギーの照射量に一定間隔で大小が生じるようなフォトマスクを載せた状態で放射線エネルギーを付与する方法などを適用することができる。また、分解発泡性官能基および／または酸発生剤もしくは塩基発生剤の濃度に一定間隔で大小が生じるように、発泡性組成物の層を形成する方法を適用することができる。

なお、バックライトユニット１は上記製造例以外の方法でも製造できる。例えば、光拡散体２０は、発泡層２１を形成した後に凹部２３を形成することによって得てもよい。

（作用効果）
以上説明したバックライトユニット１では、光拡散体２０の低発泡領域２０ｄに形成された凹部２３に、ハウジング１０に取り付けられたスペーサピン４０の先端４１が挿入されているため、面方向において光源３０から離れた部分に低発泡領域２０ｄが位置するようになる。また、面方向において光源３０に近接する部分に高発泡領域２０ｃが位置するようになる。そのため、光拡散体２０の、光源３０から強い光が入射する部分にて拡散性が高くなっており、光源３０から入射する光の強度が弱い部分に向けて光を拡散させるようになっている。

しかも、光拡散体２０に形成された凹部２３に、ハウジング１０に取り付けられたスペーサピン４０の先端４１が挿入され、接着剤６０により接着されて固定されているため、光源３０の熱によって光拡散体２０が加熱されて伸びが生じても位置ずれしにくくなっている。なお、光拡散体２０にスペーサピン４０を突き刺して固定することも考えられるが、その場合には、光拡散体２０に歪みが生じて不要な光散乱が生じるため、均一な面発光を得ることができない。
さらに、本実施形態では、光拡散体２０の他方の面２０ｂにプリズムシート５０が積層されているため、光拡散体２０の伸びが規制され、さらに位置ずれしにくくなっている。
したがって、本実施形態のバックライトユニット１によれば、光拡散体２０が加熱された際に光拡散体２０の変形を充分に防止して、光拡散体２０の位置を保つことができる。

また、光拡散体２０と接着剤６０との界面における光拡散体２０と接着剤６０との屈折率、または、スペーサピン４０と接着剤６０との界面におけるスペーサピン４０と接着剤６０との屈折率が異なっていると、それらの界面にて不要な光拡散が生じる。しかし、本実施形態のバックライトユニット１では、界面における光拡散体２０と接着剤６０との屈折率が略同等であり、界面におけるスペーサピン４０と接着剤６０との屈折率が略同等であるため、光拡散体２０の凹部２３とスペーサピン４０との接着部分で不要な光拡散を防止できる。そのため、光源３０からの光を気泡２１ｂにて確実に拡散させることができ、面方向において光源３０に近接する部分の光拡散性を確実に高くでき、均一な面発光を得ることができる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限定されない。
例えば、本発明においては、光拡散体２０は１層であってもよいし、３層以上であってもよい。
光拡散体２０が３層以上で構成されるものとしては、例えば、光拡散体２０における基材２２を、複数の層から構成された基材に置き換えたものが挙げられる。ここで、複数の層から構成された基材においては、全部の層が透明でもよいし、一部の層のみが光拡散性を有してもよいし、全部の層が光拡散性を有してもよい。
基材２２が複数の層から構成される場合には、少なくとも基材２２の最も光源３０側の層を構成する透明性樹脂の屈折率と接着剤６０との屈折率が略同等でなければならない。

光拡散体２０が複数の層から構成される場合には、隣接した層同士の熱膨張率が大きく異なると、熱によって光拡散体２０に反りが生じることがある。本発明では、スペーサピン４０によって光拡散体２０を固定するため、反りの発生も防止できる。

また、光拡散体２０は、気泡によって光拡散性を持たせたものに限らず、例えば、透明性樹脂マトリクス中に光散乱性粒子を含有することで光拡散性を持たせたものであってもよい。ここで、光散乱性微粒子としては、例えば、アクリル系、スチレン−アクリル系、ポリエチレン系の有機架橋ポリマービーズや、シリコーンビーズ、中空粒子などが挙げられる。透明性樹脂マトリクスとしては、基材２２と同様の樹脂が使用できる。
透明性樹脂マトリクス中に光散乱性粒子を含有する１層からなる光拡散体を用いる場合には、光散乱性粒子を含有する光拡散体を構成する透明性樹脂マトリックスの屈折率と接着剤６０との屈折率が略同等でなければならない。

また、光拡散体２０は、透明性樹脂からなるシートの表面に形成された微細凹凸によって光拡散性を持たせたものであってもよい。
１層の透明性樹脂からなるシートの表面に微細凹凸が形成された光拡散体を用いる場合には、微細凹凸が形成された光拡散体を構成する透明性樹脂の屈折率と接着剤６０との屈折率が略同等でなければならない。

光拡散体２０における凹部２３とスペーサピン４０の数に限定はなく、例えば、各々１つであっても構わない。ただし、スペーサピン４０の本数が少ないと、変形を充分に防止できないことがある。また、スペーサピン４０の本数が多すぎると、製造時に各凹部２３にスペーサピン４０を挿入することが困難になる。また、ハウジング１０内にて光が通りにくくなり、さらにスペーサピン４０によって不要な拡散を生じるおそれがある。

光拡散体２０の凹部２３およびスペーサピン４０の形状は円錐形状に限らず、例えば、多角錘状（例えば、三角錘状、四角錘状等）、円柱状、多角柱状（例えば、三角柱状、四角柱状等）などであってもよい。あるいは、光拡散体２０の凹部２３およびスペーサピン４０の形状は、光源３０に沿って延在する長尺の楔形であってもよい。
また、光源３０として、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点光源を用いてもよい。点光源の場合は、高発泡領域２０ｃも各点光源の位置に合わせて点状に配置される。

本発明のバックライトユニットでは、プリズムシート５０の光拡散体２０側と反対側の面に視野角向上フィルムを設けてもよい。
また、本発明のバックライトユニットは、プリズムシート５０を有していなくてもよい。プリズムシート５０を有さない場合には、その代わりに拡散フィルムをさらに配置してもよい。

本発明のバックライトユニットの一実施形態を示す断面図である。 図１に示すバックライトユニットを構成する光拡散体の一部を示す断面概略図である。 図１に示すバックライトユニットにおいて光拡散体の凹部にスペーサピンの先端が接着剤により固定されている部分を拡大した図である。

符号の説明

１ バックライトユニット
１０ ハウジング
１１ 基体
１２ 反射層
２０ 光拡散体
２０ｃ 高発泡領域
２０ｄ 低発泡領域
２１ 発泡層
２１ａ 透明性樹脂マトリクス
２１ｂ 気泡
２２ 基材
２３ 凹部
３０ 光源
４０ スペーサピン
４１ 先端
５０ プリズムシート
６０ 接着剤

Claims (3)

1. 開口部を有するハウジングと、該ハウジングの開口部を塞いで設けられた光拡散体と、前記ハウジングに収容された光源と、前記ハウジングの光拡散体と対向する面に、前記光源と接触しないように立設されたスペーサピンとを備え、
   光拡散体のハウジング側の面には凹部が形成され、該凹部に前記スペーサピンの先端が挿入され、該凹部とスペーサピンの先端とが接着剤により接着されて固定されており、
   光拡散体と接着剤との界面における光拡散体と接着剤との屈折率が略同等であり、スペーサピンと接着剤との界面におけるスペーサピンと接着剤との屈折率が略同等であることを特徴とするバックライトユニット。
2. 光拡散体は、面方向における光拡散性について、光源に近接する部分が、光源から離れた部分より高くされている請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 光拡散体は、内部に気泡が形成された発泡層と、該発泡層の一方の面に設けられた基材とを備える発泡フィルムであり、前記基材に前記スペーサピンの先端が挿入されている請求項１または２に記載のバックライトユニット。

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