JP2010015119A - 薄膜トランジスター液晶ディスプレイバックライトユニット用の光学シート及びこれを備えた薄膜トランジスター液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜トランジスター液晶ディスプレイバックライトユニット用の光学シート及びそれを備えた薄膜トランジスター液晶ディスプレイを提供する。
【解決手段】透明基材シートと、前記透明基材シートの上に多数の突出部により拡散パターンが形成された光拡散層からなるが、前記拡散パターンが光が入射する胴体部と前記胴体部の上に所定の厚さにて形成された突出部との間のアスペクト比が０.８以上を満たす光学シートであって、輝度が改善されて、ディスプレイの側面または背面に位置する光源ランプから発せられる光を通過させながら、均一な光拡散を誘導して鮮明な画像が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスター液晶ディスプレイ（以下、「ＴＦＴ−ＬＣＤ」と称する）バックライトユニット用の光学シート及びそれを備えた薄膜トランジスター液晶ディスプレイ、より詳細には、ディスプレイの側面または背面に位置する光源ランプから発せられる光を通過させながら、均一な光拡散を誘導して鮮明な画像が得られるようにした光学シート及びそれを備えた薄膜トランジスター液晶ディスプレイに関する。

液晶ディスプレイは超薄型に製作可能な、低消費電力、低発熱及び高鮮明の画像出力装置であって、近年、各産業分野における画像表示装置として脚光を浴びている。しかしながら、この種の液晶ディスプレイは、他のフラットディスプレイ方式とは異なり、液晶そのものが非発光素材であるため、ディスプレイ画面の明るさを高めるためにさらなる発光装置を必要とする。

さらなる発光装置としては、フロントライト方式及びバックライト方式の発光装置などがあるが、前記バックライト方式はディスプレイ素子の裏面に取り付けられたバックライトユニットの光源から発生される光を導光板を介して向かい側に到達させ、金属蒸着板または不透明な白色板などの反射板に反射させて前面に光を出射させてディスプレイ画面の明るさを高めるような間接照明方式である。かかるバックライト方式においては、最小の消費電力をもって最大の画像の明るさを実現する必要がある。

このため、これらの要求に応えるために、基材シートの少なくとも一方の面に光拡散層を形成した光学シートを製造して、光源から発散された光を液晶駆動部に伝達するような方式が注目されている。

このとき、光学シートは、光源ランプから照射されて拡散板または導光板を透過した光を損失なしに通過させながらも、均一に拡散させる機能を有するが、光学シートが備えるべき最も重要な特性は、高い全光線透過率と高いヘイズ特性である。

これらの光特性以外に求められる特性としては、高い光効率、すなわち、高い輝度がある。すなわち、光源において一様に形成された光の分布及び光の経路を液晶ディスプレイに必要となる正面光に変更することである。

このような光学シートは、基材シートの上に通常高分子樹脂及び球状粒子から構成された組成物を塗布して、光が入射する胴体部と、前記球状粒子で突出部が形成される。

しかしながら、従来の光学シートは、光が入射する胴体部と突出部との間のアスペクト比が低くて、光学シートに求められる高効率の光路、すなわち、高輝度を所望のように達成することができないのが実情である。

そこで、本発明者らは、従来の光学シートの低い高輝度特性を改善するために鋭意努力した結果、透明基材シートと、前記透明基材シートの上に多数の突出部により拡散パターンが形成された光拡散層からなる光学シートにおいて、基材シートの上に形成された突出部の単位胴体部の半径ｌに対する突出部の厚さｄの割合を特定して製造することにより、ＴＦＴ−ＬＣＤバックライトに用いて好適な全光線透過率とヘイズを有し、特に、高輝度実現を確かめ、本発明を完成するに至った。

本発明の目的は、透明基材シートの上に多数の突出部により形成された拡散パターンが特定のアスペクト比を充足し、高輝度を実現するＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニット用の光学シートを提供することである。

本発明の他の目的は、前記光学シートを備えるバックライトアセンブリーを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、前記光学シートを備える薄膜トランジスター液晶ディスプレイを提供することである。

本発明は、透明基材シート及び前記透明基材シートの上に多数の突出部により拡散パターンが形成された光拡散層を備え、前記拡散パターンが透明基材シートの上に形成された突出部の単位胴体部の半径ｌに対する突出部の厚さｄの割合（アスペクト比）が０.８以上であるＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニット用の光学シートを提供する。さらに詳しくは、前記アスペクト比が０.８〜１.５である。

本発明において、前記拡散パターンは、電子ビーム照射装置により表面形状が形成されるものであり、前記電子ビーム照射が、タングステン、タンタル及びモリブデンからなる群から選択されるいずれか１種の高融点素材フィラメントを加熱して熱電子を放出することにより行われる。

このとき、電子ビームは０.００５〜０.１ｎｍの波長範囲において照射され、好ましい吸収線量は、４０〜１２０ｋＧｙである。

また、多数の突出部は球状または半球状であり、本発明の突出部の単位胴体部の半径ｌが０.００５〜５０μｍを充足する。

本発明は、高輝度の光学シートを備えるバックライトアセンブリーを提供するものである。

さらに、本発明は、高輝度の光学シートを備える薄膜トランジスター液晶ディスプレイを提供する。

本発明により、透明基材シート及び前記透明基材シートの上に多数の突出部により拡散パターンが形成された光拡散層を備えるが、前記拡散パターンが透明基材シートの上に形成された突出部の単位胴体部の半径ｌに対する突出部の厚さｄの割合であるアスペクト比を特定することにより、本発明の光学シートは高輝度が得られるＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニット用の光学材料として有用である。

以下、本発明を詳述する。

本発明は、透明基材シートと、前記透明基材シートの上に多数の突出部により拡散パターンが形成された光拡散層を含み、前記拡散パターンが透明基材シートの上に形成された突出部の単位胴体部の半径ｌに対する突出部の厚さｄの割合であるアスペクト比が０.８以上の光学シートを提供する。

図１は、本発明の光学シートの突出部が半球状の拡散パターンであるときにおけるアスペクト比を定義したものであり、本発明の光学シートにおけるアスペクト比は０.８以上の高割合であることが好ましく、さらに好ましくは、０.８〜１.５を充足する。このとき、アスペクト比が０.８未満であれば、光の集光性が低下し、１.５を超えると、光の全反射量の増加によりむしろ輝度が低下する。

本発明の光学シートは、透明基材シートの上に多数の突出部により光拡散層が形成されるが、高いアスペクト比を満たすことを特徴とし、本発明において定義されたアスペクト比を充足する手段であれば、特に限定はない。

そこで、本発明は、透明基材シートの上に高分子樹脂及び光拡散粒子よりなる組成物を塗布及び乾燥した後、電子ビームを照射して、前記透明基材シートの上に多数の突出部が球状または半球状の拡散パターンを形成する光学シートを提供する。

本発明の光学シートに形成された拡散パターンにおいて、前記アスペクト比０.８〜１.５のものは、コーティング方式により１次的に表面形状を形成し、この後、電子ビームを照射して突出部が球状または半球状の拡散パターンを有するように製造する。

より詳細には、組成物として用いられる高分子樹脂及び有機粒子の架橋度及び照射される電子ビームのエネルギー量の調整により表面形状が得られる。すなわち、架橋された有機粒子と非架橋の高分子樹脂からなる表面形状に電子ビームを照射して前記非架橋の高分子樹脂層に分解を誘導することにより、相対的に架橋された有機粒子の球状表面の形状を目立たせて目的とするアスペクト比の表面形状を得る。

本発明において用いられる電子ビーム照射方式の電子ビーム波長範囲は０.００５〜０.１ｎｍであり、高融点素材のフィラメントを加熱して熱電子を放出している。前記高融点素材フィラメントとしては、タングステン、タンタル及びモリブデンからなる群から選択されるいずれか１種が用いられる。

フィラメントは電子銃内に取り付けられているが、多量の電子を供給できることや、周りの雰囲気に影響されないことが求められるため、高真空状態に真空引きすることが一般的である。

電子ビーム照射単位としては吸収線量（ｋＧｙ）があるが、用途、製品によって要求される吸収線量がそれぞれ異なる。本発明の電子ビームの好ましい吸収線量は４０〜１２０ｋＧｙである。このとき、吸収線量が４０ｋＧｙ以下の領域においてはダイオキシン分解機能、揮発油有機化合物分解機能があり、吸収線量５０ｋＧｙの領域においては高分子硬化の機能がある。なお、吸収線量が６０〜１２０ｋＧｙの領域においては高分子物質の分解、収縮などの機能がある。これにより、本発明においては、高分子樹脂の分解可能な電子ビーム吸収線量の領域において吸収線量を調節することにより表面形状の球状化を目立たせることができる。

前記光学シートにおいて、多数の突出部は、高分子樹脂内に分散される光拡散粒子及びそのサイズにより調節可能である。

このとき、前記突出部の単位胴体部の半径ｌは０.００５〜５０μｍを充足し、前記範囲から外れると、光効率の向上効果があまり得られず、ＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニットとして適用するのに好ましくない。

本発明において好適に用いられる光拡散粒子は、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド及びポリメチルメタクリレートからなる群から選択される１種以上であり、球状であることが好ましい。特に、本発明の光拡散粒子は、粒子の製造に際し、架橋剤により架橋化された粒子が用いられる。

また、前記有機粒子が光学シートを透過する光線量を極大化するためには、透明なものを用いることが好ましく、さらに好ましくは、無色透明なものを用いる。

さらに、前記粒子の粒径は０.１〜１００μｍであることが好ましく、２０〜７０μｍであることがさらに好ましい。このとき、粒子粒径が０.１μｍ未満であれば、光拡散効果が不十分であり、粒子粒径が１００μｍを超えると、光拡散層を形成する樹脂組成物のコーティングを困難にし、且つ、積層後に粒子の脱落などの問題を引き起こす。

さらに、本発明の光拡散層に用いられる高分子樹脂は、硬化型樹脂であれば、特に制限なく使用可能であるが、取扱と入手のし易さを考慮したとき、熱硬化型樹脂であることがさらに好ましい。このため、熱硬化型樹脂の好適な例としては、ヨウ素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ウレタン樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ポリアミドイミドなどが挙げられる。さらに、光拡散層には、前記高分子樹脂の他に、可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分散剤、消泡剤、発泡剤などをさらに配合してもよい。

光透過率が８５〜９５％の所望の光学特性を有する光学シートを製造するためには、高分子樹脂と有機粒子との割合を調節することが重要であり、好ましくは、高分子樹脂１００重量部に対して、粒子を０.１〜１０００重量部使用し、より好ましくは、１０〜５００重量部使用する。このとき、有機粒子の配合量が０.１重量部未満であれば、光拡散効果が不十分になり、前記有機粒子の配合量が１０００重量部を超えると、光拡散層を形成する樹脂組成物の塗布が困難になる。

また、光透過率を調節するためには光拡散層の厚さを調節する必要があるが、８５〜９５％の全光線透過率を得るためには、光拡散層の厚さが０.２〜５００μｍであることが好ましく、さらに好ましくは、２〜２００μｍである。塗布の厚さが０.２μｍ未満であれば、コーティング時にフィルムとの接着力が下がり、積層後に粒子の脱落が発生するという問題点があり、５００μｍを超えると、全光線透過率が８４％以下となって所望の拡散フィルムを製造することができなくなる。

本発明の光学シートにおいて用いられる基材シートは、好ましくは、光線を透過させる必要があることから、透明な合成樹脂、特に、無色透明な合成樹脂である。その具体例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテートなどが挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。

本発明の透明基材シートの厚さは特に限定されないが、１０〜５００μｍであることが好ましく、さらに好ましくは、７５〜２５０μｍである。このとき、基材シートの厚さが１０μｍ未満であれば、光拡散層を形成する樹脂組成物によりカールが発生し易く、５００μｍを超えると、液晶表示装置の輝度が低下し、バックライトユニットが厚くなって液晶表示装置の薄型化の要求に相反する。

本発明の光学シートは、前記光拡散層の形成された透明基材シートの裏面にブロッキング防止層が形成されていてもよい。

前記ブロッキング防止層は、ブロッキング防止用の高分子樹脂及びブロッキング防止用の粒子から構成され、前記ブロッキング防止用の高分子樹脂は硬化性樹脂であることが好ましいが、さらに好ましくは、取扱いと入手の容易性を考慮して、熱硬化性樹脂を使用する。熱硬化性樹脂としては、ヨウ素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ウレタン樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂及びポリアミドイミドからなる群から選択されるいずれか１種を用いることが好ましいが、これらに特に限定されない。ブロッキング防止用の高分子樹脂は、光線を透過させる必要があるため、無色透明であることが好ましい。なお、ブロッキング防止用の高分子樹脂には、可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分散剤、消泡剤、発泡剤、ワックス剤または帯電防止剤などがさらに配合されてもよい。

前記ブロッキング防止用の粒子は、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニール、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド及びポリメチルメタクリレートからなる群から選択されるいずれか１種の材質からなり、球状を帯びることが好ましい。このとき、ブロッキング防止層に用いられる粒子の使用量は、ブロッキング防止層に用いられる高分子樹脂１００重量部に対して、０.０１〜５００重量部である。より好ましくは、０.１〜１００重量部である。このとき、粒子の使用量が０.０１重量部未満であれば、工程中にフィルム走行性を阻害するようなブロッキング現象が発生し、５００重量部を超えると、ブロッキング防止層を形成する樹脂組成物のコーティングが困難になる。

ブロッキング防止層用の粒子もまた、光拡散シートを通過する光線量を最大化させるために、無色透明であることが好ましく、粒子の粒径範囲も、０.１〜１００μｍ、さらに好ましくは、０.１〜５０μｍにする。このとき、粒径が０.１μｍ未満であれば、工程中にフィルム走行性を阻害するようなブロッキング現象が発生し、１００μｍを超えると、ブロッキング防止層を形成するブロッキング防止層樹脂組成物のコーティングが困難であり、しかも、ブロッキング防止層の積層後に粒子が脱落されるという不都合がある。

さらに、高い光透過率及びブロッキング防止機能を確保し、且つ、８５〜９５％の全光線透過率を得るために、ブロッキング防止層の塗布層の厚さを調節することがあるが、好ましくは、０.１〜１００μｍであり、さらに好ましくは、０.１〜５０μｍの範囲であり、最も好ましくは、０.１〜２０μｍの範囲である。このとき、ブロッキング防止層の厚さが０.１μｍ未満であれば、コーティング時に基材シートとの接着力が下がり、積層後に粒子が脱落するという問題点があり、１００μｍを超えると、全光線透過率が８４％以下に低下して所望の光拡散シートを製造することができない。

そこで、本発明の光学シートは、高い全光線透過率とヘイズを有し、特に、高い輝度を実現することにより［表６］、ディスプレイの側面または背面に位置する光源ランプからの光を通過させながら、均一な光拡散を誘導して鮮明な光画像を得ることができる。このため、本発明の光学シートは、ＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニット用として有用である。

本発明は、前記輝度が改善された光学シートを備えたバックライトアセンブリーを提供する。さらに、本発明は、前記輝度が改善された光学シートを備えた薄膜トランジスター液晶ディスプレイを提供する。

以下、実施例を挙げて本発明を詳述する。

この実施例は本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれら実施例に限定されることはない。

実施例１
高い透明度を有するポリエステルフィルム（東レセハン株式会社ＸＧ５３３−１００μｍ）の片面に下記表１の組成比を有する塗布液をメイヤーバーを用いて塗布した後、１１０℃において６０秒間乾燥して、厚さ３０μｍの光拡散コーティング層を形成した。この後、前記光拡散層に加速電圧９０Ｋｖ、吸収線量１００ｋＧｙの電子ビーム（岩崎電気株式会社ＥＺＣｕｒｅ）を照射して図２に示す拡散パターンが形成された光学シートを製造した。

実施例２
高い透明度を有するポリエステルフィルム（東レセハン株式会社ＸＧ５３３−１００）の片面に下記表２の組成比を有する塗布液をメイヤーバーを用いて塗布した後、１１０℃において６０秒間乾燥して、厚さ３０μｍの光拡散コーティング層を形成した。この後、前記光拡散層に加速電圧９０Ｋｖ、吸収線量６０ｋＧｙの電子ビーム（岩崎電気株式会社ＥＺＣｕｒｅ）を照射して図３に示す拡散パターンが形成された光学シートを製造した。

実施例３
前記実施例１において製造された光拡散層が形成された基材シートの裏面に下記表３の組成比を有するブロッキング防止層塗布液を塗布した後、１１０℃において４０秒間乾燥して厚さが５μｍのブロッキング防止層が形成された光学シートを製造した。

比較例１
高い透明度を有するポリエステルフィルム（東レセハン株式会社ＸＧ５３３−１００ｕｍ）の片面に下記表４の組成比を有する塗布液をメイヤーバーを用いて塗布した後、１１０℃において６０秒間乾燥して厚さ３０μｍの光学シートを製造した。

実験例１ アスペクト比の測定
上記において製造された光学シートに対して、断面切断後に走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、日立、Ｓ−３４００Ｎ）を用いてアスペクト比を測定した。

測定されたアスペクト比は図１における定義の通りであり、それぞれ製造された光学シートのアスペクト比の結果を下記表５に示す。

前記結果から、表面形状を形成するときに光拡散コーティング層への電子ビーム照射を最適化することにより、透明基材シートの上に形成された突出部の単位胴体部の半径ｌに対する突出部の厚さｄの割合であるアスペクト比が０.８以上を充足することが確認できた。

実験例２ 光学特性の測定
１.全光線透過率の測定
上記において製造された光学シートの光透過能及び光分散能を検定するために、下記のように行った。

ヘイズ測定機（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＤＩＧＩＴＡＬ ＨＡＺＥＭＥＴＥＲ、日本電飾社製）を用いて１０ｃｍ×１０ｃｍのサイズにサンプリングした光学シート１枚を垂直に置き、垂直に置かれた試料の直角方向に５５０ｎｍの波長を有する光を透過して測定された値を記録した。この全光線透過率値は下記式１を用いて算出し、その結果を表６に示す。

２．ヘイズの測定
上記において製造された光学シートに対して、下記式２に基づいてヘイズを測定し、その結果を表６に示す。

３．輝度の測定
上記において製造された光学シートの光拡散能を測定するために、下記のように行った。

３２”直下型バックライトユニットを用いて輝度を測定し、拡散シートを裁断してこの拡散シートを光拡散板の上に貼り付け、トップコン社製のＢＭ−７測定機を用いて測定角度０.２°、ＢＭ−７とバックライトユニットとの間の間隔を２５ｃｍにし、バックライトユニットにあるランプ１３個の位置とランプとの間の空間１２箇所の輝度を９回繰り返し測定して、ランプ部分の輝度平均値と無ランプ部分の輝度平均値との差分を測定して光拡散性に代表させた。なお、前記輝度平均値の差分（ランプ部分の輝度平均値−無ランプ部分の輝度平均値）を下記表６に示す。

前記結果から、アスペクト比が０.８以上の高割合を有する光学シートの方が、従来の光学シートよりも優れた高輝度を示している。このため、本発明の高アスペクト比を充足する光学シートは、ディスプレイの側面または背面に位置する光源ランプからの光を通過させながら均一な光拡散を誘導して鮮明な光画像が得られることから、ＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニットに用いて好適である。

第一に、本発明は、拡散パターンの形状において、光が入射する胴体部と前記胴体部の上に所定の厚さの突出部が特定のアスペクト比を充足する光学シートを提供する。
第二に、本発明の光学シートは、従来よりも輝度が大幅に改善され、ディスプレイの側面または背面に位置する光源ランプからの光を通過させながら、均一な光拡散を誘導して鮮明な光画像が得られることから、ＴＦＴ−ＬＣＤバックライトユニットに用いて好適である。
第三に、本発明は、特定のアスペクト比を充足することから、輝度が改善された光学シートを備えたバックライトアセンブリー、さらには、薄膜トランジスター液晶ディスプレイを提供することができる。

以上、本発明を実施例を挙げて詳述したが、本発明の技術思想範囲内において種々の変形及び修正が可能であることは当業者にとって自明であり、このような変形及び修正が特許請求の範囲に属するということは言うまでもない。

本発明の光学シートの突出部が半球状の拡散パターンを有するときにおけるアスペクト比を定義した図である。 本発明の光学シートの製造時における電子ビーム照射前の表面形状を示す図である。 本発明の光学シートの製造時における電子ビーム照射後の表面形状を示す図である。

Claims (12)

1. 透明基材シートと、前記透明基材シート上の多数の突出部により拡散パターンが形成された光拡散層からなる薄膜トランジスター液晶ディスプレイ光学シートであって、
   前記拡散パターンにおいて、透明基材シートの上に形成された突出部の単位胴体部の半径（ｌ）に対する突出部の厚さ（ｄ）の割合であるアスペクト比が０.８以上であることを特徴とする、前記光学シート。
2. 拡散パターンが、電子ビーム照射装置により表面形状が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光学シート。
3. 電子ビーム照射が、タングステン、タンタル及びモリブデンからなる群から選択されるいずれか１種の高融点素材フィラメントを加熱して熱電子を放出することにより行われることを特徴とする、請求項２に記載の光学シート。
4. 電子ビームが、０.００５〜０.１ｎｍの波長範囲において照射されることを特徴とする、請求項２または３に記載の光学シート。
5. 電子ビームが、４０〜１２０ｋＧｙ吸収線量にて照射されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の光学シート。
6. アスペクト比が０.８〜１.５であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光学シート。
7. 多数の突出部が球状または半球状であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光学シート。
8. 突出部の単位胴体部の半径（ｌ）が０.００５〜５０μｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の光学シート。
9. 拡散パターンが、透明基材シートの上に高分子樹脂及び有機粒子からなる組成物が塗布され、球状または半球状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の光学シート。
10. 高分子樹脂が熱硬化樹脂であることを特徴とする、請求項９に記載の光学シート。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の光学シートを備えることを特徴とする、バックライトアセンブリー。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の光学シートを備えることを特徴とする、薄膜トランジスター液晶表示装置。

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