JP2012084473A - 反射基材、バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 高い輝度を有し、これにより光源の本数を増やすことなく、確実に輝度ムラの発生を防止可能な反射基材と、これを用いたバックライトユニットを提供する。
【解決手段】 反射基材１は、たとえば熱可塑性のポリエステル発泡体である樹脂発泡体であり、シート状、フィルム状、板状などで形成される。反射基材１の一方の表面側にはスキン層５ａが形成される。スキン層５ａはわずかでも形成されれば良い。すなわち、反射面側の表面に微細気泡３が露出しなければよい。また、スキン層５ａの厚みは７μｍ以下とすることが望ましい。スキン層５ａの厚みが厚すぎると、スキン層５ａで光を吸収してしまうためである。反射基材１の反射面側とは逆側にはスキン層５ｂが形成される。したがって、反射基材１は、両面にスキン層が形成される。したがって、反射基材１の両面において、多数の微細気泡が表面に露出することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に液晶テレビなどのバックライトユニットに用いられる反射基材において、使用時に輝度ムラが発生することがなく、高い輝度を得ることが可能な反射基材およびこれを用いたバックライトユニットに関するものである。

液晶テレビのディスプレイ等に用いられるバックライトユニットには、導光板に対して光を反射するシート状、フィルム状、板状等の反射基材が用いられる。この場合、反射基材を導光板の後方に配置し、例えばエッジライト方式によって導光板側方から光を照射することで、導光板の表面全体（すなわちディスプレイ全面）に対して光が均一に出射される。

このような反射基材としては、内部に微細気泡を有し、厚さが２００μｍ以上で比重が０．７以下の熱可塑性ポリエチレン発泡体からなる光反射板がある（特許文献１）。

特許第２９２５７４５号公報

近年、液晶テレビの大型化等に伴いより大きな反射基材が用いられ、この場合でも画面全体に対して輝度ムラの発生がなく均一な輝度が求められる。輝度ムラとは、本来ディスプレイ全面で均一な輝度で視認されるべき場合においても、部分的に輝度が高いまたは輝度が低い部分が生じるものである。このような輝度ムラが生じると、正確な画像を再現することができず、当該ディスプレイの視認者に対しても不快感を与えることとなる。しかしながら反射基材が大型となることで、反射基材にしわなどが発生し、輝度ムラの要因となる恐れがある。

また、このような大型のディスプレイに対しては、より高い輝度が求められる。たとえば、パソコン用の１７インチ程度のモニタであれば２００ｃｄ／ｍ^２程度の輝度で足りるが、４０インチのテレビでは、４００ｃｄ／ｍ^２が必要となる。

一方、大型の画面全体に対して高い輝度を得るためには、エッジライトを画面の上下左右にそれぞれ配置する方法がある。この場合、光源を４本用いることとなりコスト増を招く。しかしながら、光源を２本としたのでは、光源から遠い側が暗くなるなどの問題がある。なお、本明細書でいう光源には、ＬＥＤのような点光源を一列に配置したものも含む。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、高い輝度を有し、これにより光源の本数を増やすことなく、確実に輝度ムラの発生を防止可能な反射基材と、これを用いたバックライトユニットを提供することを目的とする。

バックライトユニット用の反射基材であって、内部に微細気泡層を有し、前記微細気泡層の両面側には微細気泡を覆うようにスキン層が形成され、反射面側のスキン層の厚みが７μｍ以下であることを特徴とする反射基材である。

両面の前記スキン層の厚みの合計が１０μｍ以上であることが望ましい。前記反射基材は、厚さが１００μｍ以上の可撓性ポリエステル発泡体であり、前記微細気泡層は、平均気泡径が５０μｍ以下であることが望ましい。

前記反射基材の反射面側の表面には軟質ビーズが塗布されてもよい。

第１の発明によれば、反射面側にスキン層が形成され、内部に微細気泡層を有するため、従来の反射板と比較して高い輝度を得ることができるとともに、反射基材の剛性を確保することができ、反射基材の変形等に基づく輝度ムラ等の発生を抑えることができる。

特に、反射面側のスキン層の厚みを７μｍ以下とすることで、スキン層による光の吸収を抑制するとともに、表面が平滑であることによる鏡面反射と、反射基材内部の微細気泡による拡散反射のバランスが良くなり、高い輝度を得ることができる。

ここで、スキン層が形成されるとは、微細気泡層に対する層が形成されることであり、微細気泡層を構成する微細気泡がほとんど分布せず、反射基材の表面に微細気泡が全体として露出していない状態を指す。なお、スキン層の厚みが７μｍ以下とは、スキン層の厚みが０μｍを超えて７μｍ以下であることを指し、わずかであっても微細気泡が表面に露出しないように表面を平滑にする層が形成されればよい。

第２の発明は、第１の発明にかかる反射基材と、前記反射基材の上に設けられる導光板と、前記導光板の側方に設けられる光源と、を具備することを特徴とするバックライトユニットである。

第２の発明によれば、輝度ムラが発生することがなく製造が容易なバックライトユニットを得ることができる。

本発明によれば、高い輝度を有し、これにより光源の本数を増やすことなく、確実に輝度ムラの発生を防止可能な反射基材と、これを用いたバックライトユニットを提供することができる。

反射基材１の断面概略図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図。 反射基材１の製造工程を示す図。 スキン層を示す断面図。 スキン層を示す平面図。 スキン層を有さない反射基材の平面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明にかかる反射基材１を示す断面概略図であり、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。反射基材１は両表面にスキン層５ａ、５ｂを有し、内部に微細気泡３を多数有する微細気泡層７が形成される。

反射基材１は、例えば発泡体などの樹脂基材であり、シート状、フィルム状、板状などで形成される。より詳細には、平均気泡径が５０ｎｍ以上で５０μｍ以下の微細な気泡または気孔を内部に有する熱可塑性樹脂シートに好適に用いることができる。なお、反射基材１厚みとしては０．１ｍｍ以上であることが望ましい。反射基材１の厚みが０．１ｍｍ未満では強度が弱く、波シワが発生しやすいため好ましくない。また、反射基材１の比重としては０．７以下であることが望ましい。比重が大きいと、微細気泡の分布が十分ではなく、微細気泡による効果が小さくなる。また、反射基材の性能を確保するためには、反射基材の全反射率は９０％以上であることが望ましい。

なお、反射基材１が熱可塑性ポリエステル発泡体である場合には、結晶化度は３０％以上であることが望ましい。結晶化度が３０％未満だと柔らかい状態なので、波シワが発生しやすいため好ましくない。

また、前記シート、フィルムに用いられる樹脂中には、酸化防止剤、紫外線防止剤、滑剤、顔料、強化剤などの添加剤を適宜添加することもできる。また、これら添加剤を含有する塗布層をシート、フィルム上に成形してもよい。

図１（ｂ）に示すように、反射基材１の一方の表面側にはスキン層５ａが形成される。なお、以後スキン層５ａ側の表面を反射面側とする。スキン層５ａはわずかでも形成されれば良い。すなわち、反射面側の表面に微細気泡３が露出しなければよい。また、スキン層５ａの厚みは７μｍ以下とすることが望ましい。スキン層５ａの厚みが厚すぎると、スキン層５ａで光を吸収してしまうためである。スキン層５ａによって、反射基材１の反射面が略平滑となるため、反射基材１の表面における鏡面反射を効率よく生じさせることができる。

反射基材１の反射面側とは逆側にはスキン層５ｂが形成される。したがって、反射基材１は、両面にスキン層が形成される。スキン層５ｂもスキン層５ａと同様に０μｍを超えて形成され、少なくともスキン層自体が形成される必要がある。したがって、反射基材１の両面において、多数の微細気泡が表面に露出することがない。

スキン層５ａ、５ｂのそれぞれの厚みの合計は１０μｍ以上とする。反射基材１の両面にスキン層を形成することで、反射基材１の剛性を保つことができ、かつ、その合計が１０μｍ以上とすることで十分な強度を得ることができる。たとえば、一方の側のスキン層が形成されないと、当該面においては圧縮または引張を受け持つ樹脂が少なく、容易に変形してしまうため望ましくない。また、スキン層の合計が１０μｍ未満では、反射基材の曲げ等に対するスキン層が受け持つ強度が十分ではなく望ましくない。したがって、スキン層は両面に必ず形成されるとともに、その厚みの合計が１０μｍ以上であることが望ましい。

前述の通り、微細気泡層７は、平均気泡径が５０ｎｍ以上で５０μｍ以下であることが望ましい。このようにすることで、反射基材内部での適切な拡散反射を得ることができ、本発明によれば前述の鏡面反射と拡散反射とのバランスに非常に優れる。

次に、反射基材１の製造方法について述べる。図２は基材１ａを示す図である。基材１ａは、内部に微細気泡層９を有し、その両面にスキン層５ｂが形成される。このような基材１ａは、例えば以下のようにして形成される。

まず、熱可塑性ポリエステルシートとセパレータとを重ね合わせて巻くことによりロールを形成する。ここで用いられるセパレータは、不活性ガスや必要に応じて用いられる有機溶剤が自由に出入りする空隙を有し、かつそれ自身への不活性ガスの浸透が無視できるものであればいかなるものでもよい。セパレータとしては、特に樹脂製不織布または金属製の網が好適である。樹脂製不織布としてはポリオレフィン系樹脂またはナイロン系樹脂からなるものが好適である。また、ポリエステル系樹脂からなる不織布でも、繊維が延伸されており不活性ガスが浸透しにくくなっているものであれば、好適に使用できる。金属製の網としては、一般的にワイヤークロスと呼ばれ、平織、綾織、平畳織、綾畳織などの織り方で縦線と横線とが直角方向に編まれているものが好ましい。材質は鉄、銅、アルミ、チタンまたはこれらの合金などが適用可能であるが、価格、寿命を考慮するとステンレス鋼がより好適である。一方、熱可塑性ポリエステルシートは無延伸であることが好ましい。これは、熱可塑性ポリエステルシートが延伸されていると、ガスが十分にシート内に浸透しないため、目的とする発泡シートが得られなくなるためである。

シートに有機溶剤を含有させると、熱可塑性ポリエステルシートの結晶化度を３０％以上にすることができる。この結果、シートの剛性が増大してシート表面にセパレータの跡が残存しにくくなるとともに、不活性ガスの浸透時間を短縮できる。なお、セパレータの種類によってはシート表面にセパレータの跡が残存しないこともあるので、有機溶剤を含有させる処理は必ずしも必要なわけではない。ただし、ガス浸透時間の短縮の観点からは有機溶剤を含有させる処理を実施することが好ましい。

樹脂シートの結晶化度を上げるために用いられる有機溶剤としては、ベンゼン、トルエン、メチルエチルケトン、ギ酸エチル、アセトン、酢酸、ジオキサン、ｍ−クレゾール、アニリン、アクリロニトリル、フタル酸ジメチル、ニトロエタン、ニトロメタン、ベンジルアルコールなどが挙げられる。これらのうち、取り扱い性および経済性の観点からアセトンがより好ましい。

ロールに有機溶剤を含有させる方法としては、有機溶剤中にロールを浸漬する方法、またはロールを有機溶剤の蒸気中に保持する方法が用いられる。後者の方法は、前者の方法と比較して有機溶剤の使用量が少量でよく、しかも熱可塑性ポリエステルシートに添加された添加剤の溶出がほとんどないという点で優れている。

ロールを有機溶剤に浸漬する方法では、処理時間は室温で数時間から十数時間であれば十分であり、それ以上長時間にわたって処理しても樹脂中の有機溶剤の含有量はそれほど増加しない。ロールを有機溶剤の蒸気中に保持して有機溶剤を含有させるときの処理時間は、発泡させる樹脂の種類、シートの厚さによっても異なる。例えば、室温、大気圧においてアセトン蒸気で飽和している密閉容器にポリエチレンテレフタレートからなるロールを入れてアセトンを浸透させる場合、シートの厚さが０．６ｍｍであれば処理時間は２４時間以上、０．９ｍｍであれば４８時間以上であれば十分である。このような処理により、樹脂中のアセトンの含有量は４〜５重量％となる。

なお、予めロールに有機溶剤を含有させてシートの結晶化度を高めた場合には、不活性ガスを多量に含有させることにより結晶化度を高める必要がなくなるので、不活性ガスの浸透時間を短くすることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレートシートに二酸化炭素を６０ｋｇ／ｃｍ^２で浸透させる場合、シートの厚さが０．６ｍｍならば浸透時間は１時間以上、０．９ｍｍならば２時間以上で十分である。

また、ロール状のシートを有機溶剤に浸漬した場合には、次の工程の前に、シートを別に用意したセパレータとともに巻き直して新たにロールを作製してもよい。

次に、以上のようにして形成されたロールを高圧力容器内に入れ、加圧不活性ガス雰囲気中に保持して熱可塑性ポリエステルシートに発泡剤となる不活性ガスを含有させる。不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどが挙げられる。これらのうち、二酸化炭素は熱可塑性ポリエステル中に多量に含有させることができる点で好ましい。不活性ガスの浸透圧力は３０〜７０ｋｇ／ｃｍ^２、さらに５０ｋｇ／ｃｍ^２以上とすることが好ましい。不活性ガスの浸透時間は１時間以上とし、より好ましくは飽和状態になるまでガスを浸透させる。飽和状態になるまでのガス浸透時間およびガス浸透量は、発泡させる樹脂の種類、不活性ガスの種類、浸透圧力およびシートの厚さによって異なる。例えば、ポリエチレンテレフタレートシートに二酸化炭素を６０ｋｇ／ｃｍ^２で浸透させる場合、シートの厚さが０．６ｍｍならば浸透時間は２４時間以上、０．９ｍｍならば９６時間以上とすることが好ましい。このような条件では、樹脂中の二酸化炭素の含有量は６〜７重量％となる。

さらに、高圧力容器からロールを取り出し、セパレータを取り除きながら、不活性ガスを含有する熱可塑性ポリエステルシートだけを加熱することにより発泡させる。この際、高圧力容器から取り出した後、発泡させるまでの時間を調整することにより、得られる発泡体の嵩比重を調整できる。

具体的には、この時間が長いほど嵩比重の大きな発泡体が得られる。発泡時の加熱温度は、その樹脂のガラス転移点以上で融点以下に設定される。加熱手段としては、熱風循環式発泡炉、オイルバス、溶融塩バスなどが挙げられるが、取り扱い性の観点から熱風循環式発泡炉を用いることが好ましい。熱風循環式発泡炉における発泡条件は、例えば発泡温度を２４０℃程度とし、発泡時間が１〜５分となるような線速度に設定する。その後、炉から出た発泡シートを１５０℃以上に温度調整した熱成形ロールに巻き取り、これを冷却することにより熱可塑性ポリエステル発泡体シートを得る。

図２に示すように、得られた熱可塑性ポリエステル発泡体シート（基材１ａ）は、微細気泡層９を有し、両面にスキン層５ｂを有する。得られた基材１ａは、例えば厚さ方向の半分の位置で厚さ方向に直交する切断面１１で切断される。

切断面１１における切断方法としては、例えば、バンドナイフにより基材１ａをスライス加工すればよい。バンドナイフの回転速度と基材１ａの送り速度を適宜調整することで、切断時に切断面の表層が潰されてスキン層が形成される。

例えば、ナイフ速度１．４ｍ／ｓ、ライン速度８〜１５ｍ／ｍｉｎで行うことで、スキン層が形成される。なお、カンナ方式による半裁でも、線速を２０〜３０ｍ／ｍｉｎまで上げることで同様に切断面にスキン層が形成される。以上により、反射基材１が形成される。

図３は、得られた反射基材１の反射面近傍の一例を示す図で、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、切断面にはスキン層が形成される。すなわち、切断面近傍には、微細気泡が形成さず、表面に微細気泡が露出することがない。このようにして得られた反射基材は、切断面側が反射面側となる。

一方、図４には、同様の基材の切断条件を調整して、切断面に微細気泡が露出した例を示す平面図である。図４に示すように、スキン層が形成されていないと、切断目には多数の微細気泡が露出する。すなわち、切断条件を適宜設定することで、切断面（すなわち反射面側）にスキン層を形成することができる。
以上では、熱可塑性ポリエステル発泡体シートを厚さ方向の半分の位置で厚さ方向に直交する切断面１１で切断することにより、切断面にスキン層を形成するようにしたが、熱可塑性ポリエステルに上述のガスを浸透させ発泡させる際に、ガスを浸透させる条件により、片面に０μｍを超え７μｍ以下のスキン層を形成することができる。より詳細には、熱可塑性ポリエステルに上述のガスを浸透させ発泡する際、熱可塑性ポリエステルに浸透したガスは、ガスを抜いた大気開放時にシートの表層から順次抜けていく。すなわち、大気開放とほぼ同時に発泡させると薄いスキン層(樹脂組成にもよるが、例えば２μｍ)にでき、大気開放時より時間を置くことで、スキン層を厚くすることが可能となる。

次に、種々の反射基材に対し、バックライトユニットとして組み上げた状態での輝度と、輝度ムラの発生状況を調査した。被検体である反射基材は、以下のように製造した。

まず、ポリエチレンテレフタレート（日本ユニペット株式会社製、ＲＴー５５３Ｃ）１００重量部に、ポリエステル系エラストマー（三菱化学株式会社製、プリマロイ（登録商標）Ｂ１９４２Ｎ）２重量部を添加して混練した後、０．４８ｍｍ厚×５４０ｍｍ幅×３５５ｍ長さのシートに成形した。この樹脂シートと、オレフィン系不織布のセパレータを重ねて、樹脂シートの表面同士が接触する部分がないように巻いてロール状にした。

その後、上記ロールを圧力容器に入れ、炭酸ガスで５．２ＭＰａに加圧し、樹脂シートに炭酸ガスを浸透させた。樹脂シートへの炭酸ガスの浸透時間は３５時間とした。次に、圧力容器からロールを取り出し、セパレータを取り除きながら樹脂シートだけを２２０℃に設定した熱風循環式発泡炉に連続的に供給して発泡させた。得られた発泡体は均一に発泡しており、平均気泡径が０．９μｍと非常に微細であった発泡体の厚さは０．７ｍｍとなり、発泡体シートの全反射率は９９．９％であった。

得られた発泡体シートに対して各種条件により半裁等を行い、スキン層等の態様の異なる反射基材を得た。各反射基材に対して、バックライトユニットを仮組し、ディスプレイの表面における輝度を評価した。バックライトユニットの構成としては、反射基材上に順に、導光板、第１拡散フィルム、プリズムシート、第２拡散フィルムを組み立てた。導光板の側方には、エッジライト方式としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源を２本設けた。なお、プリズムシートは０．３０ｍｍ厚の材質ＰＥＴであり、第１拡散フィルムは０．３１ｍｍ厚の材質ＰＥＴであり、第２拡散フィルムは０．３８ｍｍ厚の材質ＰＥＴであり、導光板は４．０ｍｍ厚の材質アクリルのものを用いた。

導光板の表面側には、導光板に垂直な方向に２次元色彩輝度計（コニカミノルタセンシング株式会社製ＣＡ２０００）を設置し、導光板表面全体の輝度を測定した。輝度は、表裏にスキン層を有さないシートとして、帝人デュポン社製の厚さ０．１８８ｍｍの反射フィルム（ＵＸＺ１）に、厚さ０．２５ｍｍ程度のＰＥＴシートを張り付けたものを測定標準として用い、測定標準の輝度を１００％とした場合のそれぞれの被検体の相対輝度を求めた。また、得られた輝度に対して色調画像処理を行い、画像に基づき、目視により輝度ムラの発生を評価した。たとえば、周囲と不連続な輝度の変化や、部分的な輝度変化などがないかを目視で評価した。結果を表１に示す。

反射面側スキン層厚および裏面側スキン層厚は、それぞれの面におけるスキン層の厚みを示す。スキン層０は、スキン層を有しないものであり、微細気泡が露出しているものを示す。スキン層厚合計は、両面のスキン層の厚みの合計である。輝度は、前述の方法で測定した輝度である。なお、相対輝度が１０４％以上のものは、光源を４本用いることなく、２本の光源であっても全体の輝度を十分に確保できるものである。

輝度ムラはそれぞれの試験片に対して１０件（１０枚）の評価を行い、その内で輝度ムラが発生しなかった件数を示した。すなわち、「１０／１０」は全て合格したことを示し、「２／１０」は１０件中２件のみが合格したことを示す。なお、輝度ムラは、反射基材の凹凸（しわ等）に起因するものに限った。

表１から明らかなように、反射面側のスキン層が７μｍ以下のＮｏ．１〜６は、すべて輝度が１０４％以上となり、また、輝度ムラも発生せず、光源を増やすことなく必要な輝度を得ることができた。しかしながら反射面側のスキン層の厚さが７μｍを超えるＮｏ．１０、１１は、輝度が１０４％未満であり、光源を２本とすることができず、十分な輝度を得ることができなかった。

また、反射面側のスキン層が０（すなわちスキン層が形成されていない）のＮｏ．８は、剛性が十分でなく、反射基材のしわ等によって輝度ムラが発生した。また、両面にスキン層を有しても、スキン層厚みの合計が１０μｍ未満のＮｏ．９でも、強度不足に伴う輝度ムラの発生が見られた。

本発明によれば、大型のディスプレイにも使用可能であり、光源を例えば４本に増やすことなく使用可能な反射基材を得ることができる。本発明の反射基材は、極めて高い輝度を発揮するとともに、輝度ムラが生じることがない。特に、反射基材が剛性を有するため、より薄い反射基材であっても、しわ等が発生しにくく、これによる輝度ムラの発生を抑制することができる。

このような効果を最大限発揮するためには、スキン層の厚みは７μｍ以下であるとともにスキン層合計厚みが１０μｍ以上である。また、微細気泡層の平均気泡径を５０μｍ以下とするとともに、全厚を１００μｍ以上とすることで、鏡面反射と拡散反射とのバランスが最もよく、高い輝度と輝度ムラの発生がない反射基材を得ることができる。

なお、反射面側に微細気泡が露出しないため、反射面は略平滑となる。このため、当該反射面に軟質ビーズを塗布することも容易である。すなわち、微細気泡が露出して表面に凹凸が形成されると、ビーズにムラが発生したり、均一に塗布することが困難となる恐れがあるが、平滑とすることでビーズの塗布が容易となる。なお、軟質ビーズとしては例えば硬質のガラスやポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、軟質のポリメタクリル酸ブチル（ＰＢＭＡ）が使用できる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………反射基材
１ａ………基材
３………微細気泡
５ａ、５ｂ………スキン層
７………微細気泡層
９………微細気泡層
１１………切断面

Claims (5)

1. バックライトユニット用の反射基材であって、
   内部に微細気泡層を有し、
   前記微細気泡層の両面側には微細気泡を覆うようにスキン層が形成され、
   反射面側のスキン層の厚みが７μｍ以下であることを特徴とする反射基材。
2. 両面の前記スキン層の厚みの合計が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の反射基材。
3. 前記反射基材は、厚さが１００μｍ以上の可撓性ポリエステル発泡体であり、前記微細気泡層は、平均気泡径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射基材。
4. 前記反射基材の反射面側の表面には軟質ビーズが塗布されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の反射基材。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の反射基材と、
   前記反射基材の上に設けられる導光板と、
   前記導光板の側方に設けられる光源と、
   を具備することを特徴とするバックライトユニット。