JP3147205B2 - バックライト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置などに使
われるバックライトユニットの正面輝度を、光学的な手
段によって向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年カラー液晶表示装置を備えた携帯用
ノートパソコンや、カラー液晶パネルを使った携帯用液
晶ＴＶあるいはビデオ一体型液晶ＴＶなどのバッテリー
駆動を前提とした製品において、消費電力が大きい液晶
表示装置がバッテリー駆動時間を伸ばすための障害にな
っている。中でもこれに使われているバックライトの消
費電力の割合は大きく、これを低く抑えることがバッテ
リー駆動時間を伸ばし、上記商品の実用価値を高める上
で重要な目標とされている。

【０００３】この際、消費電力を抑えるためにバックラ
イトの輝度を低下させたのでは表示が見にくくなって好
ましくない。そこで輝度を犠牲にすることなく消費電力
を抑えるために、バックライトの光学的な効率を改善す
ることが望まれているが、これを実現する手段として、
図１のごとく片面にプリズム列２を形成したプリズムシ
ート１をバックライト３の発光面の上におくものが、現
在実用化されている。

【０００４】このプリズムシートは熱可塑性透明プラス
チックの板の片面に、プレス成型によってプリズム列を
成型したり、透明シートの片面に紫外線硬化型樹脂組成
物によってプリズム列を形成したもので、素材として、
熱可塑性透明プラスチックはＰＭＭＡ（屈折率：ｎ＝1.
49），ＰＣ（ｎ＝1.59）など、紫外線硬化型樹脂組成物
は屈折率1.49〜1.55程度のアクリレート系の樹脂が使わ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、該プリ
ズムシートの輝度向上効果のより優れた形態を明らかに
することを目指し、検討を重ねた結果本発明に至ったも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のバッ
クライトは、光源と、該光源に対向する少なくとも一つ
の光入射面および光出射面を有する板状の導光体と、該
導光体の光出射面上に載置されるプリズムシートからな
り、該プリズムシートは透明基材と該透明基材上に形成
された紫外線硬化型樹脂からなるプリズム部とからな
り、該プリズム部の屈折率が１．６０以上であり、プリ
ズムの頂角が８０°〜１１０°であることを特徴とす
る。まず、プリズムシートによる輝度向上のメカニズム
を解析した結果、以下の二つの作用が働いていることが
わかった。

【０００７】第一の作用はプリズムシートによる光線の
屈折作用によるものである。図２の光線８，８’は発光
面４からプリズムシートに入り、正面方向に出て行く光
線を示している。図２から分かるようにこれらの光線は
入射面９とプリズム斜面１１，１１’で屈折しているた
め、プリズムシートに入射する際の入射角度は下記式
(1)のαとなり、本来正面方向に向かっていた光線成分
とは異なる。

【０００８】

【数１】

【０００９】式（１）中、ｎはプリズムの屈折率 一般に薄型表示器に使われるエッジライト方式バックラ
イトの指向性は、入射角が大きくなるほど光線密度が高
くなる性質を持っているため、このように角度αの光線
成分を利用することによって正面輝度が増す効果があ
る。

【００１０】この作用による正面輝度の改善効果は使用
されるバックライトの指向性に大きく作用されるもので
あり、図３のような直下型のバックライトではほとんど
この効果は期待できない。

【００１１】プリズムシートの第二の作用はプリズム面
からの全反射光によってバックライトの発光面の輝度が
増すことである。図２中の光線９は発光面４からプリズ
ムシートに入り、プリズム面に全反射して再び発光面に
戻る光線を示している。この際光線９はプリズムの両斜
面の法線と臨界角θc（＝sin^-1(1/ｎ)：ｎはプリズムの
屈折率）以上の入射角度をなしていなければならない。
従ってこのような全反射光の大きさはプリズムの頂角や
屈折率、バックライトの指向性などに依存するが、プリ
ズム頂角90゜〜110゜、屈折率1.49〜1.59の典型的なプリ
ズムシートの場合、無指向性のバックライトに対して、
全入射光の30〜40%程度が全反射して発光面４に戻って
くると推定される。発光面４には通常光を拡散反射する
拡散シートが使われており、全反射光９を拡散反射する
事によって発光面４の輝度を増し、結果として正面輝度
を増すことになる。この作用による正面輝度の増加はエ
ッジライト式および直下型の両方で認められ、例えばプ
リズム頂角90゜のＰＭＭＡ製プリズムシートを図３のよ
うに直下型のバックライトに使用し、約20%の正面輝度
増加が測定された。

【００１２】実際にはこれら二つの作用があいまって40
〜50%以上の正面輝度増加が達成されるわけで、これら
の効果はプリズム頂角とプリズムの屈折率に左右され
る。

【００１３】まずプリズム頂角は小さいほど角度αが大
きいため第一の作用は大きくなると期待できるが、反面
全反射光線９は減少し、第二の作用が小さくなる。従っ
てプリズム頂角には最適値が存在し、90゜〜110゜の値が
最も良く採用される。

【００１４】一方プリズムの屈折率は高いほど角度αが
大きく、第一の作用が大きくなるのに加えて、臨界角θ
cが小さくなることによる全反射光線９の増加が第二の
作用を増大し、両作用を通じて良い結果が期待できる。

【００１５】以上のようにプリズムの材料により屈折率
の高い材料を使うことが正面輝度の増加のために好まし
いことが分かった訳であるが、実際に使われている光学
プラスチックの屈折率はＰＣ（ポリカーボネート），Ｐ
Ｓ（ポリスチレン）の1.59程度が上限である。

【００１６】本発明のバックライトで使用されるプリズ
ムシートは、透明基材と該透明基材上に形成された紫外
線硬化型樹脂からなるプリズム部とからなり、該プリズ
ム部の屈折率を１．６０以上という高い屈折率とするも
のであり、これによって従来のプリズムシートを超える
正面輝度増加効果を実現するものである。

【００１７】今までは屈折率と輝度改善効果の関係が明
らかになっていなかったため、あえて取扱い性、加工
性、透明性やコスト等におけるデメリットが大きい高屈
折率プラスチックを使ったプリズムシートが作られるこ
とはなかったが、このような高屈折率プラスチックを使
う必要性が生じたことによって、上記デメリットの解消
が次なる課題となる。

【００１８】本発明で使用されるプリズムシートは、透
光性基材の片面に屈折率１．６０以上の紫外線硬化型樹
脂組成物によりプリズム列を形成する方法でプリズムシ
ートを作成するもので、透明基材に取扱い性や透明性の
優れたＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ポリエステル等のシート
を使うことによって、製品の優れた取扱い性・透明性が
確保され、紫外線硬化によりプリズム列を形成すること
によって優れた加工性が実現される。すなわち、紫外線
硬化型樹脂からなるプリズム部は数十μｍと薄いため、
多少透明性が劣ってもここでの光強度の減衰はなく、ま
たプリズムシートの物性的な強度は数百μｍの基材層が
決定し、更に高価な高屈折率ポリマーの使用量は少な
く、紫外線硬化によって生産性も良好となる。

【００１９】また、プリズムシートは、ガラス板を基材
として紫外線硬化型樹脂からなるプリズム部を形成する
方法によっても得られるが、コストや取扱い性を考慮す
ると通常の用途では実現できない。特に高い耐熱性が必
要とされるなどの特殊な用途以外では実質的に素材はプ
ラスチックに限定される。本発明のバックライトは、上
記のようなプリズムシートを導光体の光出射面上に載置
したエッジライト式のバックライトであり、プリズム部
の屈折率が１．６０以上となるようなプリズムシートを
使用することによって、従来のバックライトを超える正
面輝度の改善効果を実現できるものである。

【００２０】本発明に使われる屈折率１．６０以上の紫
外線硬化型樹脂組成物としては、ビス（メタクリロイル
チオフェニル）スルフォイド、２，４−ジブロモフェニ
ル（メタ）アクリレート、２，３，５−トリブロモフェ
ニル（メタ）アクリレート、２，２−ビス（４−（メ
タ）アクリロイルオキシフェニル）−プロパン、２，２
−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェ
ニル）−プロパン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリ
ロイルオキジエトキシフェニル）−プロパン、２，２−
ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシ
フェニル）−プロパン、２，２−ビス（４−（メタ）ア
クリロイルオキシエトキシ−３，５−ジブロモフェニ
ル）−プロパン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロ
イルオキシジエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）−
プロパン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオ
キシペンタエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）−プ
ロパン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキ
シエトキシ−３，５−ジメチルフェニル）−プロパン、
２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキ
シ−３−フェニルフェニル）−プロパン、ビス（４−
（メタ）アクリロイルオキシフェニル）−スルフォン、
ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニ
ル）−スルフォン、ビス（４−（メタ）アクリロイルオ
キシジエトキシフェニル）−スルフォン、ビス（４−
（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル）
−スルフォン、ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシ
エトキシ−３−フェニルフェニル）−スルフォン、ビス
（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３，５−
ジメチルフェニル）−スルフォン、ビス（４−（メタ）
アクリロイルオキシフェニル）−スルフィド、ビス（４
−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル）−ス
ルフフィド、ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシペ
ンタエトキシフェニル）−スルフィド、ビス（４−（メ
タ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニ
ル）−スルフィド、ビス（４−（メタ）アクリロイルオ
キシエトキシ−３，５−ジメチルフェニル）−スルフィ
ド、ジ（（メタ）アクリロイルオキシエトキシ）−フォ
ースフェート、トリ（（メタ）アクリロイルオキシエト
キシ）−フォースフェート等の多官能（メタ）アクリル
化合物等の高屈折率化合物を含有するものである。これ
らは、１種もしくは２種以上の混合系で使用することが
できる。

【００２１】これらを含む紫外線硬化型樹脂組成物は、
単体でプリズムシートを構成することもできるが、既に
指摘した通り材料コストが高い、生産性が悪い、黄変し
やすい、物理的な強度が不十分で取り扱いにくい等の問
題が生じ易い。このような問題点は、透明基材の片面に
紫外線硬化型樹脂組成物によりプリズム部を形成するこ
とによって大幅に改善される。

【００２２】以下、本発明のバックライトで使用される
プリズムシートを図面に従って説明する。プリズムシー
トは、透明基材１３と紫外線硬化型樹脂１４からなる。
この透明基材１３の材質は紫外線を通過する柔軟な硝子
板でもよいが、一般的にはアクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリメタクリルイミド樹
脂、ポリエステル樹脂等の透明合成樹脂フィルムが望ま
しく、図４のように、その紫外線硬化樹脂１４との密着
面に紫外線硬化型樹脂との密着性を向上させるアンカー
コート処理層１５が配されていれば、より強固に基材に
密着したプリズムシートが得られる。

【００２３】次に、図５のように、プリズム形状を形成
する紫外線硬化型樹脂組成物を準備し、それをプリズム
型１６に注入後、該透明基材１３を重ね合わせ、透明基
材１３を通して紫外線光源１８よりを紫外線を照射し重
合後、図６のように剥離してプリズムシート１９を得
る。

【００２４】該樹脂組成物は紫外線硬化型樹脂、紫外線
照射でラジカルを発生する触媒等で構成される。このと
きに用いる紫外線硬化型樹脂としては、前述したような
高屈折率化合物を含有させる等によって屈折率が１．６
０以上ものであればよく、エステル（メタ）アクリレー
ト系、エポキシ（メタ）アクリレート系、ウレタン（メ
タ）アクリレート系等の公知の樹脂系が挙げられ、分子
内に少なくとも重合性不飽和二重結合を有する化合物が
使用できる。重合性不飽和二重結合の例としては、（メ
タ）アクリロイル基が挙げられる。

【００２５】本発明においては、前述の紫外線硬化型樹
脂組成物の屈折率を調節するため、スチレン、ビニルト
ルエン、クロルスチレン、ジクロルスチレン、ブロモス
チレン、ジブロモスチレン、ジビニルベンゼン、１−ビ
ニルナフタレン、２−ビニルナフタレン、Ｎ−ビニルピ
ロリドン等のビニル化合物、フェニル（メタ）アクリレ
ート、ベンジル（メタ）アクリレート、ビフェニル（メ
タ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル類、
ジアリルフタレート、ジメタリルフタレート、ジアリル
ビフェニレート等のアリル化合物、（メタ）アクリル酸
とバリウム、鉛、アンチモン、チタン、錫、亜鉛等の金
属塩等を硬化を妨げない範囲で前述の紫外線硬化樹脂液
に配合することができる。これらは、１種もしくは２種
以上の混合系で使用される。

【００２６】以上の紫外線硬化型樹脂組成物に混合さ
れ、紫外線照射でラジカルを発生する触媒としては、２
−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１
−オン、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メ
チルフェニルグリオキシレート、２，４，６−トリメチ
ルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ベン
ジルジメチルケタール等を用いる事が出来る。

【００２７】本発明の紫外線硬化型樹脂液には、必要に
応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、黄変防止剤、ブル
ーイング剤、顔料、拡散剤当の添加剤が、硬化を妨げな
い範囲で配合されてもよい。

【００２８】紫外線硬化型樹脂及び屈折率調整用ポリマ
ー、触媒等を混合したドープは、予め、脱泡しておくと
ともに、液中のごみをフィルターで濾過しておくことが
望ましい。

【００２９】プリズムシート形状を形成するために使用
する、図７のプリズム形状を備えたプリズム型１６に
は、アルミニウム、黄銅、鋼等の金属製の型やシリコン
樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ
ソ樹脂あるいはポリメチルペンテン樹脂等の合成樹脂か
ら作った型およびまたは、上記材料にメッキを施したも
のや各種金属粉を混合したものから製作した型を用いる
ことができるが、耐熱性や強度の面から金属製の型を使
用することが望ましい。

【００３０】紫外線光源１８としては、蛍光灯、ケミカ
ルランプ、高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドラ
ンプ等の通常の紫外線光源が使用できる。本発明のバッ
クライト３は、図１に示したように、光の入射面と出射
面を有する板状の導光体７、蛍光灯等の冷陰極管５とプ
リズムシート１を具備してなるものである。導光体７
は、一側端面を光入射面とし、該光入射面と略直角の光
出射面と、その反対面に位置する反射面から構成され
る。導光体７の光入射面に対向して、蛍光灯等の冷陰極
管５が反射フィルム６で覆われて配置されている。そし
て、導光板７の光入射面から入射した冷陰極管５からの
入射光が、導光板７を通過して光出射面から出射する。
導光体７から出射した出射光は、導光体７の光出射面上
に載置されたプリズムシート１を通して照射するように
なっている。なお、導光体７とプリズムシート１との間
には、拡散フィルム４を配置してもよい。

【００３１】

【実施例】

実施例１ 下記の組成からなる紫外線硬化型樹脂液を、図７のよう
にピッチ０．０５mmで頂角９０゜の三角波形の形状を有
する、黄銅製の概略Ａ４サイズのプリズム型１６のまわ
りにシリコンゴムのパッキンをおいたものの中に注入
後、泡が入らぬようにガラス板をかぶせて固定し、その
後、該ガラス板の上部３００mmのところに設置した、８
０ｗ／ｃｍの照射強度の６．４ｋｗのウエスタンクオー
ツ社製紫外線ランプにより，３０秒間紫外線を照射して
樹脂を硬化させた後、剥離してプリズムシートを得た。

【００３２】＊紫外線硬化型樹脂組成物 ビス（メタクリロイルチオフェニル）スルフォイド、
２，４−ジブロモフェニル（メタ）アクリレート ・・
・ ６０重量％ トリメチロールプロパントリアクリレート ・・・
４０重量％ メルク社製（光硬化触媒）「Darocur １１７３」
・・・ 1.5重量％（上記３つの樹脂液の和に対して）

【００３３】上記、樹脂組成物の重合後の屈折率は、ｎ
＝１．６３であった。

【００３４】次に、図１のように、プリズムシートをス
タンレー社製の冷陰極管５と三菱レイヨン社製アクリル
製導光体７と東レ社製拡散フィルム４からなるバックラ
イトユニット３にセットし、該バックライトユニットの
直上１ｍのところから、トプコン社製ＢＭ７型輝度計で
輝度を測定した。

【００３５】比較例１ 下記の組成からなる紫外線硬化型樹脂液を使用し、上記
実施例１と同様の方法で、プリズムシートを得、同様に
輝度を測定した。 ＊紫外線硬化型樹脂組成物 日立化成社製 EO変性ビスフェノールＡジメタクリレ
ート ・・・ ５０重量％ 大阪有機工業社製 フェノキシエチルアクリレート
・・・ ３０重量％ 日本化薬社製 ヒドロキシピパリン酸変性トリメチロ
ールプロパンジアクリレート ・・・ ２０重量％ メルク社製（光硬化触媒）「Darocur １１７３」
・・・ 1.5重量％（上記３つの樹脂液の和に対して） 上記、樹脂組成物の重合後の屈折率は、ｎ＝１．５４で
あった。

【００３６】比較例２ 実施例１のプリズム型１６に、厚さ２５０μの三菱レイ
ヨン社製ＰＭＭＡフィルムを重ね合わせた後、１８０℃
に加熱しつつ、３０ｔの荷重を均等に掛け、３時間放置
後、冷却するのを待って剥離してプリズムシートを作成
した。これを使って同様に輝度を測定した。なお上記、
三菱レイヨン社製ＰＭＭＡフィルムの屈折率は、ｎ＝
１．４９２であった。

【００３７】実施例２ 上記実施例１の組成からなる紫外線硬化型樹脂液を図５
のように、実施例１のプリズム型に注入後、概略同サイ
ズのＩＣＩ社製ＭＸ７０５厚さ１８８μのポリエステル
シート１３を重ね合わせ、実施例１と同様に紫外線を照
射して樹脂を硬化させた後、剥離してプリズムシート１
９を得た。これを使って同様に輝度を測定した。本プリ
ズムシートは実施例１に見られた僅かな黄味も見られ
ず、適度な剛性と十分な曲げ強度を持った扱い易いもの
であった。

【００３８】比較例３ 上記比較例１の組成からなる紫外線硬化型樹脂液使い、
上記実施例２と同様な方法でプリズムシートを作成し
た。これを使って同様に輝度を測定した。実施例２と同
様に適度な剛性と十分な曲げ強度を持った扱い易いプリ
ズムシートであった。

【００３９】上記実施例１，２及び比較例１，２，３の
測定結果を表１に示した。ここではプリズムシートのな
い場合の輝度を１として、各プリズムシートを置いた場
合の輝度を比によって表している。本発明の実施例１，
２はいずれの比較例よりも優れた輝度向上効果を示して
いることが分かる。

【００４０】

【表１】

【００４１】なお表１に示した輝度比は、使用するバッ
クライトが異なればその絶対値は変化するものである
が、本発明者らが検討した範囲内ではバックライトの種
類によって上記比較例と実施例の大小関係が逆転するこ
とはなかった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は屈折率１．
６０以上の高屈折率の素材を使ってプリズム部を形成し
たプリズムシートを使用することによって、従来のバッ
クライトを越えた正面輝度向上効果を実現することが出
来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリズムシートとその使用形態の説明図であ
る。

【図２】プリズムシートの機能解説図である。

【図３】プリズムシートの本願発明と異なる使用形態を
示す図である。

【図４】プリズムシートの断面図である。

【図５】プリズムシートの作成方法を説明する図であ
る。

【図６】プリズムシートの作成方法を説明する図であ
る。

【図７】プリズムシート用プリズム型の一例の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ ・・・プリズムシート ２ ・・・プリズム列 ３ ・・・バックライト ４ ・・・拡散フィルム ５ ・・・冷陰極管 ６ ・・・反射フィルム ７ ・・・導光体 ８，８’ ・・・正面にでる光線 ９ ・・・全反射光 １０ ・・・プリズムシートの入射面 １１，１１’ ・・・プリズム斜面 １２ ・・・反射板 １３ ・・・ベースフィルム １４ ・・・紫外線硬化樹脂によるプリズム部 １５ ・・・アンカーコート層 １６ ・・・プリズム型 １７ ・・・紫外線硬化型樹脂液 １８ ・・・紫外線光源 １９ ・・・プリズムシート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 北川 清伸 審判官 矢沢 清純 審判官 森 正幸 (56)参考文献 特開 平５−127159（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−125115（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−217412（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−230104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−73101（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−33129（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源に対向する少なくとも一
   つの光入射面および光出射面を有する板状の導光体と、
   該導光体の光出射面上に載置されるプリズムシートから
   なり、該プリズムシートは透明基材と該透明基材上に形
   成された紫外線硬化型樹脂からなるプリズム部とからな
   り、該プリズム部の屈折率が１．６０以上であり、プリ
   ズムの頂角が８０°〜１１０°であることを特徴とする
   バックライト。