JP2010152293A - 拡散部材、バックライトユニットおよびディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される拡散部材、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に関し、ランプイメージ起因の輝度ムラのない均一な光拡散板およびバックライトユニットならびにディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】
光源の光を入射する入射面に凹凸形状を有する光学フィルムと、
前記光学フィルムの光射出面と
前記光学フィルムを透過した光を入射する入射面に凹凸形状を有する基板とを
粘着層を介して一体化した光拡散板であって、
前記粘着層と前記基板の凹凸形状の界面に空気層を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、拡散部材、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に関するものである。特に、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される拡散部材、バックライトユニットおよびディスプレイ装置に関するものである。

大型の液晶表示装置の多くは、光源として複数の冷陰極管又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）を含んだ直下型バックライトユニットを使用している。
直下型バックライトユニットを使用すると画面全体に亘って明るい表示が可能となる。
しかし、直下型バックライトユニットを使用した場合、画面に光源のシルエット（ランプイメージ）が発生し易い。すなわち光源の配列に対応した輝度ムラが生じ易い。
また、冷陰極管やＬＥＤからなる光源を用いた直下型方式のバックライトでは、光源からの出射光を拡散部材により拡散させるようにしているが、これでも発光した光源の形状が直接視認されることがある。
そこで、現状では光拡散板のＨａｚｅ値を上げるか、もしくは光源側にプリズムレンズを配置してランプイメージを低減させる方法が採用されている。

特開２００７−２１３０３５ 特開２００７−２２５８５３

しかしながら、完全にランプイメージを消すために、無理に拡散粒子を増やした場合には、全光線透過率が下がりすぎ、輝度が下がるという問題があり、また、プリズムレンズを配置する方式はプリズムレンズが一定のピッチで平面方向に配列されるものであるため、光源、画素等とモアレを生じ易く、これを低減するためには拡散フィルム等が必要となる。このため、使用部材が増加しコストアップにつながるという問題を有しており、このような問題の少ないバックライトユニット用の光拡散板の開発が要求されている。

従来においては、輝度ムラの無い均一な光を出射するために、光拡散板の光入射面及び光出射面に凹凸を賦形し、光を拡散させ輝度ムラを低減する方法が取られているが、近年盛んに開発が行われているディスプレイ装置の省電力化や薄型化に伴い、バックライトとして用いられるＣＣＦＬ間距離の広がりやＣＣＦＬ−パネル間距離の縮まりが顕著になり、賦形した光拡散板を用いた場合、ランプイメージを完全には消すことができず、画像品位の低下を招く問題がある。
これは、ＣＣＦＬ間距離が広がったり、ＣＣＦＬ−パネル間距離が縮まったりしたことにより、ＣＣＦＬから照射された光が十分に広がる前に光学部材に入射されるため、バックライトの明暗がより強く反映されてしまうことに由来する。

光源の光を入射する入射面に凹凸形状を有する光学フィルムと、
前記光学フィルムの光射出面と
前記光学フィルムを透過した光を入射する入射面に凹凸形状を有する基板とを
粘着層を介して一体化した光拡散板であって、
前記粘着層と前記基板の凹凸形状の界面に空気層を有することを特徴とする。

前記光学フィルムは、略半球状またはプリズム等の単位レンズが２次元配列された形状であることを特徴とする。

前記光学フィルムは、光拡散機能を持っていることを特徴とする。

請求項１〜３のいずれか１項に記載の光拡散板と、光源と、を備えることを特徴とする。

画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項４に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とする。

前記画像表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする。

本発明によれば、ランプイメージ起因の輝度ムラのない均一な光拡散板を得ることができる。

本発明に係わる光拡散板の一実施形態を示した概略断面図 本発明に係わる光拡散板の空気層を設けた場合の一実施形態を示した概略断面図 本発明に係わる光学フィルム２０の一実施例を示す模式構成図 本発明に係わる光学フィルム２０の一実施例を示す模式構成図 本発明に係わる光学フィルム２０の製造方法の一例を示す部分拡大断面図 本発明に係わる光学フィルム２０の製造方法の一例を示す部分拡大断面図 本発明に係わるバックライトユニットの構造を説明するための概略図 本発明に係わるディスプレイ装置の構造を説明するための概略図 本発明の効果を示すための実施例の説明図

以下、本発明にかかる光拡散板及びこれを用いたバックライトユニット並びにディスプレイ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図に示す各部位の縮尺または比率は実際とは一致しない。また、これに限定されるものでもない。

図１は、本発明にかかる光拡散板の一実施の形態を示した概略断面図である。
本実施の形態における光拡散板２２は、図１に示すように、基板２１に粘着層１９を介して光学フィルム２０を接合されることによりで構成される。
光学フィルム２０は光入射面もしくは前記光出射面の少なくとも一方の面に張り合わされる。

従来においては、基板に直接、凹凸を賦形する手法が取られていたが、基板に直接凹凸を賦形する場合、凹凸のパターンの再現性が低く、凹凸の高さや形状に制限ができてしまう。

基板２１は、全光線透過率が４０％〜８０％であることが好ましい。全光線透過率が４０％未満の場合には、正面方向（観察者側）への出射光の輝度低下を生じさせるので好ましくなく、逆に、全光線透過率が８０％を超える場合には、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するので好ましくない。

基板２１は、ヘイズ値が９８％以上であることが好ましい。ヘイズ値が９８％未満の場合は、拡散性能が不十分となり、面内輝度の均一性が悪化するので好ましくない。

基板２１は、透明樹脂に光拡散粒子が分散されて形成されている。
前記透明樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンなどを用いることができる。

前記光拡散粒子としては、無機酸化物または樹脂からなる透明粒子を用いることができる。無機酸化物からなる透明粒子としては、例えば、シリカ、アルミナなどを用いることができる。また、樹脂からなる透明粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体；メラミン−ホルマリン縮合物の粒子；ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素ポリマー粒子；シリコーン樹脂粒子などを用いることができる。
また、先に記載した透明粒子から２種類以上の透明粒子を組み合わせて使用してもよい。さらにまた、透明粒子の大きさ、形状は、特に規定されない。

基板２１の厚さは０．１〜５ｍｍであることが好ましい。
基板２１の厚みが０．１〜５ｍｍである場合には、最適な拡散性能と輝度を得ることができる。逆に、０．１ｍｍ未満の場合には、拡散性能が足りず、５ｍｍを超える場合には、樹脂量が多いため吸収による輝度低下が生じる。

粘着層１９は、たとえば、アクリル、ウレタン系の樹脂を挙げることができる。
イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物などの架橋材をアクリル系ポリマーに添加し、アクリル系ポリマーに設けた架橋基点であるカルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基などと反応させ、架橋する。

架橋材としては、適度な凝集力を得られるので、イソシアネート化合物またはエポキシ化合物が特に好ましく用いられる。

イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネートなどの芳香族イソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどの脂環式イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネートなどを挙げることができる。

エポキシ化合物としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−ｍ−キシレンジアミン、１，３−ビス（Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサンなどを挙げることができる。

硬化剤としては、これらの化合物を単独で使用してもよく、また、２種以上混合して使用してもよい。

粘着層１９は、粘着付与剤、粘着調整剤などの添加剤を含有させても良い。これらの添加剤を含有させることにより、粘着力を上げ、密着性を向上させることができる。

なお、粘着層１９は、単層であるかどうかは特に規定されない。

図２は、本発明に係わる光拡散板の空気層を設けた場合の一実施形態を示した概略断面図である。
図１に示した構成と基本は同一であるが、基板２１の入射面に凹凸が設けられており、光学フィルム２０を粘着層１９を介して貼合した場合、基板２１と粘着層１９との界面に空気層２３を有する構造となっている。

空気層２３を設けることにより、基板２１に光が入射する前に図１に示した空気層が無い場合よりも、光を拡散させることができる。

基板２１の凹凸は基板２１の押出し成型時にマットロールを押し当てることにより作成することができる。

光学フィルム２０は、略半球状またはプリズム等の単位レンズが２次元配列された形状であり、拡散性及び輝度を向上させる機能を持っていることを特徴とする。

図３及び図４は、本発明の光学フィルム２０の一実施例を示す模式構成図である。
図３は、透明な樹脂板もしくはフィルム１１上に略半球状単位レンズ１２が２次元配列された光学フィルム２０の模式構成図である。
また、図４は、透明な樹脂板もしくはフィルム１１上にプリズム状単位レンズ１３が２次元配列された光学フィルム２０の模式構成図である。

図５は、本発明の光学フィルム２０の製造方法の一例を示す部分拡大断面図である。
まず、透明な樹脂板もしくはフィルム１１と、凹凸形状（ここでは、略半球状単位レンズ）の反転型が形成された成形型４１を準備し、透明な樹脂板もしくはフィルム１１と成形型１０の間に紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、樹脂版もしくはフィルム１１を成形型１０に貼り付けた状態で、透明な樹脂板もしくはフィルム１１側より紫外線を全面露光し、成形型１０内の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させる。

ここで、透明な樹脂板もしくフィルム１１としては、例えばアクリル樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂からなるシート及びフィルムが使用できる。

成形型１０からの離型性の点から、可とう性のあるアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＭＳ樹脂などが光透過性や柔軟性の点から好ましい。

成形型１０は銅、真鍮等の加工基材をフォエッチング法もしくは機械加工、レーザー加工等にて作製される。

上記紫外線硬化型樹脂液の代表的なものとして、分子中にアクリロイル基を有する紫外線硬化型樹脂であり、エポキシアクリレート系，ウレタンアクリレート系，ポリエステルアクリレート系，ポリオールアクリレート系のオリゴマー、ポリマーと単官能・２官能・あるいは多官能重合性（メタ）アクリル系モノマー、例えばテトラヒドロフルフリルアクリレート，２−ヒドロキシエチルアクリレート，２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート，ポリエチレングリコールジアクリレート，ポリプロピレングリコールジアクリレート，トリメチロールプロパントリアクリレート，ペンタエリトリトールトリアクリレート，ペンタエリトリトールテトラアクリレートなどのモノマー、オリゴマー、ポリマーなどの混合物が使用される。

また、紫外線硬化型樹脂液に配合されるものとして、光重合開始剤、例えばベンゾフェノン，ジエチルチオキサントン，ベンジルジメチルケタール，２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン，１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン，２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニル〕−２−モリフォリノプロパン−１，アシルホスフィンオキサイドなどがあるが、光重合開始剤は１００％反応するわけではなく、未反応のものが成形されたレンズの性能に悪影響を及ぼすことから、０．１〜７重量％の範囲、好ましくは０．５〜５重量％で、未硬化部が残らない程度に添加量をとどめるべきである。

また、必要に応じて、希釈剤が用いられることもあり、有機溶剤、例えばアセトン，エタノール，メタノール，酢酸エチル，クロロホルム，四塩化炭素，テトラヒドロフラン，シクロヘキサン，ジエチルエーテル，メチルエチルケトン，トルエン，ベンゼンなどが使用される。

さらに、その他添加されるものとして、紫外線吸収剤，光安定剤，界面活性剤，消泡剤，帯電防止剤，酸化防止剤，難燃剤などがあるが、これらの添加剤は、成形されるレンズの性能に悪影響を及ぼさないものや、悪影響を及ぼさない程度の添加量でなければならない。

図６には、プリズム状単位レンズ２２が２次元配列された光学フィルム２０の製造工程の一例を示すが、略半球状単位レンズとほぼ同じ工程で作製されるので、作製法については省略する。

次に、バックライトユニットの構成について図７を参照して説明する。
図７に示すバックライトユニットは、光拡散板２２と、この光拡散板２２の光入射側に配置された直下型の光源３１を備える。
光拡散板２２は、図１に示す場合と同様な要素から構成されているので、その構成説明は省略する。
光源３１は、複数の蛍光灯、ＣＣＦＬ、ＥＥＦＬ，あるいは線状に配されたＬＥＤなどが該当する。

次に、ディスプレイ装置の構成について図８を参照して説明する。
図８に示すディスプレイ装置は、光拡散板２２、この光拡散板２２の光入射側に配置された直下型の光源３１を備えるバックライトユニットと、光拡散板２２の出射面に対向して配置された液晶パネル３２（特許請求の範囲に記載した画像表示素子に相当する）を備える。また、光拡散板２２と液晶パネル３２の間に配光特性を制御する光学フィルム３３を備える場合もある。

上記のように構成されたバックライトユニットおよびディスプレイ装置において、光源３１から発せられた光は光拡散板２２で均一化されることでランプイメージを不明瞭にする。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
まず、ＰＥＴ樹脂からなる１００μｍ厚の樹脂フィルム１１とプリズム状単位レンズの反転型が形成された成形型１０を準備し、樹脂フィルム１１と成形型１０の間に紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、樹脂フィルム１１を成形型１０に貼り付けた状態で、樹脂フィルム１１側より紫外線を全面露光し、成形型１０内の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させた。
使用した紫外線硬化型樹脂溶液としては、ウレタンアクリレート樹脂を使用した。露光条件は、光源に高圧水銀ランプを用い、露光量５００ｍＪ／ｃｍ２で硬化した。

次に、成形型１０から樹脂フィルム１１を離型し、樹脂フィルム１１上にプリズム状単位レンズ１３が２次元配列された光学フィルム２０を作製した。
ここで、成形型１０はレンズピッチ１５０μｍ、高さ７５μｍであり、作成されたプリズム状単位レンズ１３はレンズピッチ１５０μｍ、高さ７５μｍであった。

作成された光学フィルム２０を基板２１へ粘着層１９を介して貼号し、光拡散板２２を得た。基板２１の材質としては、スチレン及びアクリルとスチレン共重合体で厚み２ｍ
ｍのもので光学フィルムとの貼合面はグロス加工されているものを用い、厚み２５μｍの粘着層１９を用いた。

（実施例２）
光学フィルム作成に関しては実施例１と同様で、
まず、ＰＥＴ樹脂からなる１００μｍ厚の樹脂フィルム１１とプリズム状単位レンズの反転型が形成された成形型１０を準備し、樹脂フィルム１１と成形型１０の間に紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、樹脂フィルム１１を成形型１０に貼り付けた状態で、樹脂フィルム１１側より紫外線を全面露光し、成形型１０内の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させた。

次に、成形型１０から樹脂フィルム１１を離型し、樹脂フィルム１１上にプリズム状単位レンズ１３が２次元配列された光学フィルム２０を作製した。
ここで、成形型１０はレンズピッチ１５０μｍ、高さ７５μｍであり、作成されたプリズム状単位レンズ１３はレンズピッチ１５０μｍ、高さ７５μｍであった。

作成された光学フィルム２０を基板２１へ粘着層１９を介して貼号し、光拡散板２２を得た。基板２１の材質としては、スチレン及びアクリルとスチレン共重合体で厚み２ｍ
ｍのもので光学フィルムとの貼合面はマット加工（表面粗さ：Ｒａ２．６μｍ、Ｒｚ１７．４μｍ）されたものを用い、厚み２５μｍの粘着層１９を用いた。

実施例１の場合、基板２１と粘着層１９の間に隙間は無く、実施例２の場合には基板２１と粘着層１９の界面には空気層２３が設けられている。空気層２３が生じるかどうかは、基板２１の貼合面マット加工粗さと粘着層１９の厚みとの兼ね合いによる。

（実施例３）
実施例１のパターンの成形型１０を用いて、押出し賦形により拡散板を作成した。ここで作成されたプリズム状単位レンズ１３はレンズピッチ１４２μｍ、高さ４９μｍであった。

（実施例４）
まず、ＰＥＴ樹脂からなる１００μｍ厚の樹脂フィルム１１と略半球状単位レンズの反転型が形成された成形型１０を準備し、樹脂フィルム１１と成形型１０の間に紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、樹脂フィルム１１を成形型１０に貼り付けた状態で、樹脂フィルム１１側より紫外線を全面露光し、成形型１０内の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させた。

次に、成形型１０から樹脂フィルム１１を離型し、樹脂フィルム１１上に略半球状単位レンズ１２が２次元配列された光学フィルム２０を作製した。
ここで、成形型１０はレンズ直径１００μｍ、高さ５０μｍであり、作成された略半球状単位レンズ１２はレンズ直径１００μｍ、高さ５０μｍであった。

作成された光学フィルム２０を基板２１へ粘着層１９を介して貼号し、光拡散板２２を得た。基板２１の材質としてはスチレン及びアクリルとスチレン共重合体で厚み２ｍｍのもので光学フィルムとの貼合面はグロス加工されているものを用い、厚み２５μｍの粘着層１９を用いた。

（実施例５）
光学フィルム作成に関しては実施例４と同様で、
まず、ＰＥＴ樹脂からなる１００μｍ厚の樹脂フィルム１１と略半球状単位レンズの反転型が形成された成形型１０を準備し、樹脂フィルム１１と成形型１０の間に紫外線硬化型樹脂溶液を満たし、樹脂フィルム１１を成形型１０に貼り付けた状態で、樹脂フィルム１１側より紫外線を全面露光し、成形型１０内の紫外線硬化型樹脂溶液を硬化させた。

次に、成形型１０から樹脂フィルム１１を離型し、樹脂フィルム１１上に略半球状単位レンズ１３が２次元配列された光学フィルム２０を作製した。
ここで、成形型１０はレンズ直径１００μｍ、高さ５０μｍであり、作成された略半球状単位レンズ１２はレンズ直径１００μｍ、高さ５０μｍであった。

作成された光学フィルム２０を基板２１へ粘着層１９を介して貼号し、光拡散板２２を得た。基板２１の材質としては、スチレン及びアクリルとスチレン共重合体で厚み２ｍｍのもので光学フィルムとの貼合面はマット加工（表面粗さ：Ｒａ２．６μｍ、Ｒｚ１７．４μｍ）されたものを用い、厚み２５μｍの粘着層１９を用いた。

実施例４の場合、基板２１と粘着層１９の間に隙間は無く、実施例５の場合には基板２１と粘着層１９の界面には空気層２３が設けられている。空気層２３が生じるかどうかは、基板２１の貼合面マット加工粗さと粘着層１９の厚みとの兼ね合いによる。

（実施例６）
実施例４のパターンの成形型１０を用いて、押出し賦形により拡散板を作成した。ここで作成された略半球状単位レンズ１３はレンズピッチ９５μｍ、高さ３０μｍであった。

上記のように作成したサンプルを点灯させたバックライトに配置し、影消し効果の比較検証を実施した。影消し効果の評価については目視にて実施した。評価結果を図９に記す。

この図９において、影消し効果の評価結果を表す○印は輝度ムラ視認できないレベルを示し、評価結果を表す△印は光源に沿った輝度ムラがうっすらと確認できるレベルを示し、評価結果を表す×印は光源に沿った輝度ムラがハッキリと確認できるレベルを示している。
図９から明らかなように、賦形品よりもフィルム貼合品のほうが金型の再現性が高く所望の光学特性を得やすく輝度ムラ低減に効果があること、基板と粘着層の界面に空気層が存在することにより拡散効果が増し輝度ムラ低減に効果があること、とを確認した。

なお、今回作成した光拡散板は一例であり、本発明に係る構成のみに限定されるものではない。

１９…粘着層 ２０…光学フィルム、２１…基板、２２…光拡散板、２３…空気層、１１…樹脂板もしくはフィルム、１２…略半球状単位レンズ、１３…プリズム状単位レンズ、１０…成形型、３０…ランプハウス、３１…光源、３２…液晶パネル、３３…光学フィルム

Claims (6)

1. 光源の光を入射する入射面に凹凸形状を有する光学フィルムと、
   前記光学フィルムの光射出面と
   前記光学フィルムを透過した光を入射する入射面に凹凸形状を有する基板とを
   粘着層を介して一体化した光拡散板であって、
   前記粘着層と前記基板の凹凸形状の界面に空気層を有することを特徴とする光拡散板。
2. 前記光学フィルムは、略半球状またはプリズム等の単位レンズが２次元配列された形状であることを特徴とする請求項１に記載の光拡散板。
3. 前記光学フィルムは、光拡散機能を持っていることを特徴とする請求項１乃至２に何れか１項記載の光拡散板。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光拡散板と、光源と、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
5. 画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項４に記載のバックライトユニットと、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。
6. 前記画像表示素子が液晶表示素子であることを特徴とする請求項５に記載のディスプ
   レイ装置。

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