JP2010277903A - 直下型バックライトユニット用反射板 - Google Patents

Abstract

【課題】精密な曲面成形を要しないことで生産性が高く、液晶表示装置の直下型バックライトユニットに用いたときに輝度ムラを低減することができる、直下型バックライトユニット用反射板を提供する。
【解決手段】白色の基材フィルムおよびそのうえに設けられた熱硬化性樹脂からなる厚み１〜１０００μｍの白色のプリズム層からなる直下型バックライトユニット用反射板。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットのうち、線状の光源が並列して設置されている形式である直下型バックライトユニットに用いる反射板に関する。詳しくは、薄型の直下型バックライトユニットにも用いることのできる、直下型バックライトユニット用反射板に関する。

大型液晶テレビなどの大型で高い輝度が必要な液晶表示装置には、直下型バックライトユニットが用いられている。この直下型バックライトユニットは、線状の光源を液晶画面と反射板の間に平行に並べて配置する形式であり、反射板として、内部に微細なボイドを含有する白色フィルムが広く利用されている（特許文献１）。

直下型バックライトユニットは、その構造上、線状の各光源の直上の位置と、真上以外の位置、特に二つの線状の光源の間の位置とで、輝度差が生じやすく、バックライトユニットの輝度ムラの原因となる。

反射板を光源の配置に合わせて変形させて光の反射方向を制御すれば、輝度ムラが大幅に低減できるという報告例があるが（特許文献２および３）、この方法では、反射板を精密な曲面に形成する必要があり、バックライトの設計に合わせて、大掛りな装置で一枚一枚を加工する必要があるので生産が低く、成形後の反射板の取扱いが難しい。さらに、立体的な形状の反射板となるために反射板自体の厚みが数ｃｍとなり、バックライトユニットが厚くなり、薄型の液晶表示装置には適さない。

特開２００６−２８４６８９号公報 特開２００７−１４９３４３号公報 特開２００６−３１８７２４号公報

本発明は、精密な曲面成形を要しないことで生産性が高く、液晶表示装置の直下型バックライトユニットに用いたときに輝度ムラを低減することができる、直下型バックライトユニット用反射板を提供することを課題とする。

すなわち本発明は、白色の基材フィルムおよびそのうえに設けられた熱硬化性樹脂からなる厚み１〜１０００μｍの白色のプリズム層からなる、直下型バックライトユニット用反射板である。

本発明によれば、精密な曲面成形を要しないことで生産性が高く、液晶表示装置の直下型バックライトユニットに用いたときに輝度ムラを低減することができる、直下型バックライトユニット用反射板を提供することができる。

本発明の反射板を直下型バックライトユニットの用いる場合のバックライトユニットにおける、反射板の配置の位置を表わす。 本発明の反射板の白色のプリズム層および白色の基材層の断面図である。 プリズム層の頂角θを表わす。 本発明の反射板の製造方法の一例を表わす模式図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

［白色の基材フィルム］
白色の基材フィルムとしては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂をフィルム状に成形したもので白色を呈するものを用いることができる。基材フィルムにおける白色とは、見掛け上白色のものであればよいが、好ましくは、Ｙｘｙ表色系において、Ｙが６０以上、ｘが０．２２〜０．３８、ｙが０．１９〜０．４２の範囲にあるものをいう。

基材フィルムとして熱可塑性樹脂フィルムを用いることが生産性の点で好ましい。この熱可塑性樹脂として、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィドを挙げることができる。寸法安定性および機械的特性が良好で、可視光線域における吸収がほとんどないという点から、ポリエステルが好ましい。

ポリエステルとして、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレートを挙げることができる。これらのポリエステルは、ホモポリマー、コポリマーのいずれであってもよい。

コポリマーである場合、共重合成分はシジカルボン酸成分、ジオール成分のいずれかまたは両方であってよい。ジカルボン酸成分として、例えばイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、スルホン酸塩基含有イソフタル酸を挙げることができる。ジオール成分として、例えば炭素数２〜１５のジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、分子量４００〜２万のポリアルキレングリコールを挙げることができる。共重合成分の割合は、例えば２０モル％以下である。

白色の基材フィルムの厚みは、好ましくは２０〜１０００μｍ、さらに好ましくは２０〜５００μｍ、特に好ましくは５０〜５００μｍである。２０μｍ未満であると基材フィルムの平坦性を確保することが難しく好ましくなく、１０００μｍを超えるとコスト高となり好ましくない。

白色の基材フィルムを熱硬化性樹脂から成形する場合、熱硬化性樹脂に白色の顔料を含有させることによって白色の基材フィルムを得ることができる。

基材フィルムを熱可塑性樹脂から成形する場合、熱可塑性樹脂に、該熱可塑性樹脂に非相溶性な樹脂もしくは無機粒子を配合し、さらに溶融押出して未延伸フィルムとしたものを少なくとも一方向に延伸することにより、または、溶融した熱可塑性樹脂に炭酸ガスなどの気体を注入して押出し、フィルム状に成形することにより、内部に微細なボイドを形成して、白色の基材フィルムを得ることができる。

白色の基材フィルムは、高い反射率と必要な機械的強度を得る観点から、内部に微細なボイドを有する二軸延伸ポリエステルフィルムであることが好ましい。

基材フィルムの熱可塑性樹脂としてポリエステルを用い、ボイドを形成する物質として非相溶な樹脂を用いる場合、非相溶性な樹脂としては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、具体的には例えばポリ−３−メチルブテン−１、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニル−ｔ−ブタン、１，４−トランス−ポリ−２，３−ジメチルブタジエン、ポリビニルシクロヘキサン、ポリスチレン、ポリフルオロスチレン、セルロースアセテートセルロースプロピオネート、ポリクロロトリフルオロエチレンを用いることができ、特に好ましくはポリプロピレン、ポリメチルペンテンを用いる。これらポリプロピレン、ポリメチルペンテンは樹脂自体が高透明であるため、光の吸収を抑えて反射率を向上させることができ最適である。

非相溶な樹脂を用いる場合、基材フィルムのポリエステル組成物１００重量％あたり、好ましくは５〜３０重量％用いる。５重量％未満であると高い反射率を得ることが難しく好ましくない。３０重量％を超えると基材フィルムの製造過程において破断しやすくなるため好ましくない。

ボイドを形成する物質として無機粒子を用いる場合、高い反射性能を得る観点から白色顔料を用いることが好ましい。この白色顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、二酸化珪素の粒子、好ましくは硫酸バリウム粒子を用いることができる。硫酸バリウム粒子は、板状、球状いずれの形状をとる粒子であってもよい。硫酸バリウム粒子を用いることで特に良好な反射率を得ることができる。

無機粒子の平均粒径は、好ましくは０．３〜３．０μｍ、さらに好ましくは０．４〜２．５μｍ、特に好ましくは０．５〜２．０μｍである。０．３μｍ未満であると凝集が生じ易く好ましくなく、３．０μｍを超えると基材フィルムの製造過程において破断しやすくなるため好ましくない。

無機粒子の含有量としては、反射層のポリエステル組成物１００重量部あたり、好ましくは３０〜６０重量部用いる。３０重量％未満であると高い反射率が得られにくく、紫外線に因る劣化が激しくなったりして好ましくない。６０重量％を超えると基材フィルムの製造過程において破断しやすくなるため好ましくない。

白色の基材フィルムは、単一の層からなる単層フィルム、複数の層からなる積層フィルムのいずれであってもよい。
積層フィルムである場合、例えば、Ａ層／Ｂ層、Ａ層／Ｂ層／Ａ層、Ａ層／Ｂ層／Ｃ層の構成とすることができる。また、これらの構成を含む４層以上の構成であってもよい。
なお、白色の基材フィルムとして、ポリエステルの白色フィルムが、商品名ＵＸ（帝人デュポンフィルム製）の名称で市販されており、好適に用いることができる。

［プリズム層］
本発明におけるプリズム層は、白色のプリズム層である。
プリズム層における白色とは、見掛け上白色のものであればよいが、、好ましくは、Ｙｘｙ表色系において、Ｙが６０以上、ｘが０．２２〜０．３８、ｙが０．１９〜０．４２の範囲にあるものをいう。

プリズム層が白色でなく透明であると線状の光源からの入射光の多くがプリズム層を透過するため輝度ムラの低減の効果が小さくなる。プリズム層が白色のプリズム層であることによって、プリズム表面で多くの光が反射され、また、プリズム内部での光の拡散効果を得ることができ、輝度ムラの解消の高い効果を得ることができる。プリズム層が白色以外の色であると、バックライトユニットに反射板として用いたときに液晶表示装置の表示面において正確な色再現ができない。

本発明における白色のプリズム層は、熱硬化性樹脂からなる。
熱硬化型樹脂としては、例えば、ポリウレタン、ポリアクレート、ポリメタクリレート、ポリイソシアネート、エポキシ、これらの共重合体、および２種以上の混合物を用いることができる。また、速く強固なプリズム層を形成する観点から、プリズムの形成に用いる未硬化の熱硬化性樹脂には、架橋剤を配合することが特に好ましい。架橋剤として、イソシアネート系架橋剤、メラミン系架橋剤、エポキシ系架橋剤を用いることができる。

白色のプリズム層を得るために、熱硬化性樹脂は、白色顔料の粒子を含有するか、または熱硬化性樹脂と屈折率の異なる有機物質または無機物質の粒子を含有することが好ましい。この場合、屈折率は０．４以上異なることが好ましい。

白色顔料としては、例えば、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、二酸化珪素の粒子、好ましくは硫酸バリウム粒子を用いることができる。硫酸バリウム粒子は、板状、球状いずれの形状をとる粒子であってもよい。

白色顔料を用いる場合、その平均粒径は、好ましくはプリズム層厚の１／１０以下、さらに好ましくはプリズム層厚の１／１００以下であり、プリズム層厚に対する平均粒径の相対値が小さいほど、より表面粗さの少ないプリズム層を形成できるため好ましい。この範囲の平均粒径の無機粒子を用いることで、プリズム層の傾斜に基づいた反射特性を良好に反映する反射板を得ることができる。

白色顔料を用いる場合の白色顔料の含有率は、輝度ムラを低減するために十分な光拡散性を得る観点から、白色プリズム層の重量を基準として好ましくは１０〜８０重量％、さらに好ましくは３０〜８０重量％である。

熱硬化性樹脂と屈折率の異なる有機物質または無機物質の粒子を用いる場合、その平均粒径は、好ましくはプリズム層厚の１／１０以下、さらに好ましくはプリズム層厚の１／１００以下であり、プリズム層厚に対する平均粒径の相対値が小さいほど、より表面粗さの少ないプリズム層を形成できるため好ましい。この範囲の平均粒径の無機粒子を用いることで、プリズム層の形状による光反射すなわち幾何光学に基づいた光反射特性を良好に発揮する反射板を得ることができる。

熱硬化性樹脂と屈折率の異なる有機物質または無機物質の粒子を用いる場合のその含有率は、輝度ムラを低減するために十分な光拡散性を得る観点から、白色プリズム層の重量を基準として好ましくは１０〜８０重量％、さらに好ましくは３０〜８０重量％である。

プリズム層の熱硬化性樹脂には、蛍光増白剤を含有してもよい。蛍光増白剤としては、例えば商品名「ＯＢ−１」（イーストマン社製）、商品名「Ｕｖｉｔｅｘ−ＭＤ」（チバガイギー社製）、商品名「ＪＰ−Ｃｏｎｃ」（日本化学工業所製）を用いることができる。蛍光増白剤を含有する場合、蛍光増白剤の濃度は、プリズム層の重量を基準として、例えば０．００５〜０．２重量％、好ましくは０．０１〜０．２重量％、さらに好ましくは０．０１〜０．１重量％である。０．０１重量％未満であると蛍光増白剤としての効果が十分に表れず好ましくなく、０．２重量％を越えると蛍光増白剤の持つ特有の色が現れてしまい好ましくない。

白色のプリズム層の厚みは１〜１０００μｍである。この厚みは、プリズム状に形成された突起の底辺から頂点までの高さである。１μｍ未満であるとミー散乱により拡散反射され、プリズム層の形状による光反射すなわち幾何光学に基づいた光反射を得ることができない。１０００μｍを超えると線状の光源と突起が接近してしまい、反射板が光源からの熱で変形する原因となる。

白色のプリズム層の厚みは、基材フィルムの厚みと同じか基材フィルムの厚みより薄いことが好ましい。このことで、プリズム形成時に基材フィルムの平坦性を維持することができる。

白色のプリズム層は、基材フィルムの面内の一方向に平行に連続的に形成された複数のプリズムの列からなることが好ましい。この形状であることによって、バックライトユニットに配置される線状の光源の間隔が比較的広い場合にも、輝度ムラを効果的に低減することができる。

プリズムの列は隣あうプリズムの列と相互に隙間なく並でいる必要はないが、プリズムの列とこれに隣り合う他のプリズムの列との相互の隙間が広すぎると白色の基材フィルムの一部がむき出しになり、輝度ムラ解消効果が小さくなる。このため、プリズムの列とこれに隣り合う他のプリズムの列との相互の間隔は、プリズムの列自体の幅の１倍より狭いことが好ましく、さらに１／２倍より狭いことが好ましく、特に１／４倍より狭いことが好ましい。

本発明において、基材フィルムの面内の一方向に平行に連続的に形成された複数のプリズムの列の各列のプリズムは、単一の連続する細長いプリズムレンズから構成されてもよく、複数の微細なプリズムの集合から構成されてもよい。微細なプリズムの集合から構成される場合、例えば四角推状のプリズムが一列に並び、または複数の列に隙間なく並び、プリズムの列を形成する態様をとることができる。

いずれの場合も、プリズムの列の連続方向に垂直な方向の、プリズムの断面形状は、頂角６０〜１５０°の二等辺三角形であることが好ましい。バックライトユニットにおける線状の光源同士の間隔、線状の光源と反射板との間隔、線状の光源の直径によってもかわるが、頂角が９０°〜１５０°であると、輝度ムラの解消効果が大きくなる。

同一の反射板のプリズム層について、プリズムの頂角の全てを同一にする必要はないが、頂角が異なるプリズムを作製するのは技術的に難しく高コストとなるため、同一の頂角であることが好ましい。

プリズムの列は、液晶ディスプレイの直下型バックライトユニットに配置するときには、線状光源である蛍光管と平行に並ぶように配置する。平行にすることで、輝度ムラの防止効果として高い効果を得ることができる。

［製造方法］
本発明の直下型バックライトユニット用反射板は、例えば、白色顔料を含有する未硬化の熱硬化型樹脂を、断面が二等辺三角形の溝を彫った金属シートに塗布し、その上に白色の基材フィルムをラミネートし、加熱して熱硬化型樹脂を熱硬化させ、金型を剥離する方法で、容易に高い生産性で製造することができる。また、白色の基材フィルムのうえに設けた白色の熱硬化性樹脂の層を切削加工してプリズム層を形成してもよい。

以下、実施例により本発明を詳述する。
反射板の評価は以下の方法で行った。なお、白色の基材フィルムとして、フィルムの厚みが２２５μｍのポリエチレンテレフタレートの二軸延伸フィルム（帝人デュポンフィルム製 テイジンテトロンＵＸ−２２５）を使用した。

（１）輝度ムラ
輝度ムラの評価は、直下型バックライトユニットを備える液晶テレビ（Ｓａｍｓｕｎｇ社製、バックライトユニット型番ＬＴＹ３２０ＡＢ０１、バックライトサイズ３２インチ、線状光源として蛍光管を８本搭載）を分解し、バックライトユニットのみを取り出し、該バックライトユニットに搭載されている反射板を評価対象の反射板に置き換え、バックライトを点灯させた状態で輝度ムラが発生しているかどうかを下記の方法で評価した。なお、プリズムの列を備える反射板は、液晶ディスプレイの直下型バックライトユニットに配置するときに、蛍光管とプリズムの列が平行に並ぶように配置した。

輝度計（大塚電子製、瞬間マルチ測光システムＭＣＰＤ−７７００）を用いて、受光用オプティカルファイバーの受光部を、評価用バックライトユニットの光学シート面に対し垂直（０°）かつ評価用バックライトユニットの光学シート面との距離が５０ｃｍとなる位置に固定し、視野角を２°視野、バックライトを点灯してから１時間後の輝度を測定した。輝度の測定は、輝度計の受光部を蛍光管の真上に置いた場合と、蛍光管と蛍光管の中間点の真上に置いた場合でそれぞれ測定を行い、輝度ムラを以下の式に従って算出した。
輝度ムラ
＝（輝度計の受光部を蛍光管と蛍光管の中間点の真上に置いた場合の輝度）
÷（輝度計の受光部を蛍光管の真上に置いた場合の輝度）

（２）色度
色差計（日本電色工業社製ＳＺ−Σ９０を用い、ＪＩＳ−Ｋ７１０５に従って３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚから、Ｙ、ｘ、ｙを求めた。光源は標準の光Ｃを用い、サンプルの裏打ちには標準白色板（硫酸バリウム）を用いた。

［実施例１］
ユーダブルＳ−２７４０（アクリル系樹脂、日本触媒製）１００重量部、コロネートＨＬ（イソシアネート系架橋剤、日本ポリウレタン工業製）２０重量部、ＴＣＡ８８８（酸化チタン粒子、トーケムプロダクツ製、平均粒径０．２μｍ）５０重量部からなる熱硬化性樹脂組成物を、断面が二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、頂角１２０°）の溝が隙間無く彫られており表面がテフロン(登録商標)コートされた金属シート（アルマイト製）に塗布し、熱硬化性組成物を塗布した金属シートの上に、白色の基材フィルムをラミネートし、１００℃で３０分かけて熱硬化させた。３０分後、金属シートを剥離して反射板を得た。得られた反射板の色度を評価したところ、Ｙ＝８５、ｘ＝０．３２、ｙ＝０．３２であった。得られた反射板の輝度ムラを評価したところ、輝度ムラは０．８であり、輝度ムラがほぼ解消されておりわずかに見える程度であった。評価結果を表１にまとめる。

［実施例２］
熱硬化性樹脂組成物を表１記載のとおり変更する以外は実施例１と同様にして、反射板を得た。評価結果を表１にまとめる。

［実施例３］
熱硬化性樹脂組成物を表１記載のとおり変更する以外は実施例１と同様にして、反射板を得た。評価結果を表１にまとめる。

［実施例４］
熱硬化性樹脂組成物およびプリズムの形成に用いる金属シートの頂角を表１記載のとおり変更する以外は実施例１と同様にして反射板を得た。評価結果を表１にまとめる。

［比較例１］
ユーダブルＳ−２７４０（アクリル系樹脂、日本触媒製）１００重量部、コロネートＨＬ（イソシアネート系架橋剤、日本ポリウレタン工業製）２０重量部からなる熱硬化性組成物を、断面が二等辺三角形（ピッチ５０μｍ、頂角１２０°）の溝が隙間無く彫られており表面がテフロン(登録商標)コートされた金属シート（アルマイト製）に塗布し、熱硬化性組成物を塗布した金属シートのうえに白色の基材フィルムをラミネートし、１００℃で３０分かけて熱硬化させた。３０分後、金属シートを剥離して反射板を得た。得られた反射板の色度を評価したところ、Ｙ＝８８、ｘ＝０．３１、ｙ＝０．３１であった。得られた反射板の輝度ムラを評価したところ輝度ムラは０．７であり、輝度ムラが鮮明に見えた。評価結果を表１にまとめる。

［比較例２］
プリズムの形成に用いる金属シートの頂角を表１記載のとおり変更する以外は比較例１と同様にして反射板を得た。評価結果を表１にまとめる。

［比較例３］
白色の基材フィルムをそのまま反射板として用いた。色度を評価したところ、Ｙ＝８９、ｘ＝０．３１、ｙ＝０．３１であった。輝度ムラは０．７であり、輝度ムラが鮮明に見えた。評価結果を表１にまとめる。

なお、ピッチは、隣り合うプリズムの列同士の間隔である。

本発明の液晶表示装置の直下型バックライトユニット用反射板は、液晶ディスプレイの直下型バックライトユニットの反射板として好適に用いることができる。

Claims (8)

1. 白色の基材フィルムおよびそのうえに設けられた熱硬化性樹脂からなる厚み１〜１０００μｍの白色のプリズム層からなる、直下型バックライトユニット用反射板。
2. プリズム層が、白色顔料を含有する熱硬化性樹脂からなる、請求項１記載の反射板。
3. プリズム層が、反射板の面内の一方向に平行に連続的に形成された複数のプリズムの列からなる、請求項１記載の反射板。
4. プリズムの列の連続方向に垂直な方向のプリズムの断面形状が、頂角６０〜１５０°の二等辺三角形である、請求項３記載の反射板。
5. プリズム列が、複数の微細なプリズムの集合からなる、請求項３記載の反射板。
6. 白色の基材フィルムが、内部に微細なボイドを有する二軸延伸ポリエステルフィルムである、請求項１記載の反射板。
7. 白色の基材フィルムの厚みが２０〜１０００μｍである、請求項１記載の反射板。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の反射板、および該反射板のプリズム列と平行に配置された線状の光源を含む、直下型バックライトユニット。