JP4057978B2 - プリズムシートおよびバックライト - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置などに使われるプリズムシートおよびバックライトに関するものであり、さらに詳しくは、複数枚のプリズムシートを重ね合わせて使用する場合に顕著に生じる明暗模様の発生のないプリズムシートおよびバックライトに関するものである。

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製品において、液晶表示装置の消費電力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、液晶表示装置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、この消費電力をできる限り低く抑えることがバッテリー駆動時間を伸ばし、上記製品の実用価値を高める上で重要な課題とされている。

しかし、バックライトの消費電力を抑えることによって、バックライトの輝度を低下させたのでは液晶表示が見難くなり好ましくない。そこで、バックライトの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。これを実現する手段として、図３に示したような片面にプリズム列やレンチキュラー列等のプリズム列を多数形成したプリズムシートを、導光体の出射面側に載置したバックライトが提案されている。

このようなプリズムシートは、バックライトからの出射光を屈折作用によって正面方向に出射光を向けることによって、正面輝度を向上させバックライトの光学的な効率を向上させるものである。従来、このようなプリズムシートとしては、バックライトの正面輝度を向上させるためには、できる限り正確なレンズ形状を形成させることが必要であるとされていた。

しかし、従来のプリズムシートでは、図４に示したように、入射した主光線はＡで示したような光路を通ってプリズムシートから出射する。この時、各々のプリズム列を通過する主光線Ａの波面は波線Ｂで示したように保存され、隣り合うプリズム列を通過した主光線Ａの波面Ｂには、光路差Ｃが存在する。このため、プリズムシートから出射する出射光は光路差Ｃによる光の干渉を生じ、ニュートンリングのような明暗模様が発生し、液晶表示装置の外観が損なわれるという問題点を有していた。このような明暗模様は、プリズムシートの厚さ斑、プリズム形状の変動等によって顕著になる。また、より一層の正面輝度の向上を目的として、このようなプリズムシートを複数枚重ね合わせて使用することが行われてきているが、複数枚のプリズムシートを重ね合わせて使用した場合にも、このような明暗模様の発現は顕著になる。
本発明は、バックライトとしての正面輝度を損なうことなく、プリズムシートによる明暗模様、特に複数枚のプリズムシートを重ね合わせて使用した場合の顕著な明暗模様の発生のないプリズムシートおよびバックライトを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記のような従来のバックライトの問題点に鑑みて、プリズムシートのプリズム列を特定の配列とすることによって、プリズムシートによる明暗模様の発生を抑止できることを見出し、本発明に至ったものである。
すなわち、本発明のプリズムシートは、少なくとも一方の面に多数のプリズム列が平行に形成されたレンズ面を有するプリズムシートであって、レンズ面はプリズム頂角が一定で高さの異なる複数のプリズム列から構成されていることを特徴とするものである。また、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出射面側に載置したことを特徴とするものである。

本発明は、バックライトの正面輝度を低下させることなく、複数枚のプリズムシートを重ね合わせて使用した際の明暗模様の発現を抑止できるプリズムシートおよびバックライトを提供することができる。

本発明のプリズムシート２は、図１または図２に示したように、透明シートの一方の面に断面形状が略二等辺三角形である多数のプリズム列７が平行に形成されてなるものであり、図２に示したように高さの異なる複数のプリズム列７が配列されてレンズ面を構成することが重要である。このようにプリズム高さ（Ｈ）の異なるプリズム列７を配列することによってレンズ面を構成することによって、隣り合うプリズム列を通過した主光線Ａの波面Ｂの光路差Ｃによる明暗模様の発現が抑制され、高い輝度で優れた外観を有するバックライトを構成できる。

また、高さの異なる複数のプリズム列７としては、ピッチ（Ｐ）を一定としてプリズム頂角（θ）を変化させ高さ（Ｈ）を調整したプリズム列７、プリズム頂角（θ）を一定としてピッチ（Ｐ）を変化させ高さ（Ｈ）を調整したプリズム列７等が挙げられるが、本発明においては、正面輝度を十分に向上させ、プリズムシート２全体にわたって輝度を均一化させる等の点から、プリズム頂角（θ）を一定としてピッチ（Ｐ）を変化させ高さ（Ｈ）を調整する。この場合、プリズム列７のピッチ（Ｐ）は３０μｍ〜０．５ｍｍの範囲、頂角（θ）は６０〜１５０゜の範囲で適宜選択することが好ましい。特に、導光体３からの出射光の指向特性に応じて、正面輝度を十分に向上できる範囲で選定することが好ましい。

また、本発明のプリズムシート２においては、図２に示したように、中心部に位置するプリズム列９から外部に位置するプリズム列８に向かってプリズム列７の高さ（Ｈ）が順次高くなるように配列された複数のプリズム列７からなるプリズム列群Ａを繰返し配列することが好ましい。これは、このようなプリズム列群Ａでレンズ面を形成することによって、複数枚のプリズムシート２を重ね合わせて使用した場合のプリズムシート同志の接触が一定間隔の線接触となるため、プリズムシート同志の接触に光学特性の変化が小さくなるためである。また、プリズム列群Ａの中心から外部に向かってプリズム列７の高さ（Ｈ）が順次高くなるように配列することによって、連続するプリズム列７のピッチ（Ｐ）あるいは頂角（θ）が徐々に変化するため、プリズムシート２からの出射光の極端な特性変化がなく、光学特性の均一性の低下をまねくことが少ないためである。

この場合、一つのプリズム列群Ａを構成するプリズム列７の数は、そのプリズム列７のピッチ（Ｐ）によっても異なるが５〜５０個程度の範囲とすることが好ましい。また、一つのプリズム列群Ａの幅は０.５〜５ｍｍの範囲とすることが好ましい。これは、プリズム列群Ａの幅が０．５ｍｍ未満であるとプリズムシート同志の接触による明暗模様の抑制効果が十分に発揮されない傾向にあり、５ｍｍを越えると特定のプリズム列８への負荷が大きくなる傾向にあるためである。さらに、一つのプリズム列群Ａでのプリズム列７の高さ（Ｈ）は、最も高いプリズム列８の高さ（ｈ１ ）と最も低いプリズム列９の高さ（ｈ２ ）の比（ｈ２ ／ｈ１ ）が０．５〜０．９９の範囲となるように設定することが好ましく、さらに好ましくは０．６〜０．９８の範囲である。また、中心部のプリズム列９から外部のプリズム列８への高さ（Ｈ）の変化は、一定の幅で均一に変化させることが好ましい。

本発明のプリズムシート２は、可視光透過率が高く、屈折率の比較的高い材料を用いて製造することが好ましく、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂等が挙げられる。中でも、プリズムシート２の耐擦傷性、取扱い性、生産性等の観点から活性エネルギー線硬化型樹脂が好ましい。本発明においては、プリズムシート２に、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、拡散剤等の添加剤を添加することもできる。

本発明のプリズムシート２を製造する方法としては、押し出し成形、射出成形等の通常の成形方法が使用できる。活性エネルギー線硬化型樹脂を用いてプリズムシート２を製造する場合には、透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂によってレンズ部を形成する。まず、所定のレンズパターンを形成したレンズ型に活性エネルギー線硬化型樹脂液を注入し、透明基材を重ね合わせる。次いで、透明基材を通して紫外線、電子線等の活性エネルギー線を照射し、活性エネルギー線硬化型樹脂液を重合硬化して、レンズ型から剥離してプリズムシート２を得る。

プリズムシート２のレンズ部を構成する活性エネルギー線硬化型樹脂としては、ビス（メタク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）アクリロイルオキシジエトキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルペンタエトキシフェニル）プロパン、２，２−ビズ（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）フォスフェート、トリ（（メタ）アクリロイルオキシエトキシ）フォスフェート等の多官能（メタ）アクリル化合物等が挙げられる。これらは、単独または２種以上を混合して使用することもできる。

また、これら多官能（メタ）アクリル化合物とともに、活性エネルギー線硬化型樹脂の屈折率を調整するために、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、バリウム、鉛、アンチモン、チタン、錫、亜鉛等の金属と（メタ）アクリル酸等との金属塩を使用することもできる。これらは、単独または２種以上を混合して使用することもできる。

本発明において、活性エネルギー線硬化型樹脂に使用される光ラジカル発生触媒としては、例えば、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挙げることができる。

活性エネルギー線硬化型樹脂でレンズ部を形成したプリズムシート２において、使用される透明基材の材質は、紫外線、電子線等の活性エネルギー線を透過する材料であれば特に限定されず、柔軟な硝子板等を使用することもできるが、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等の透明樹脂が好ましい。

本発明のバックライト１は、図１に示したように、導光体３の一方の端部に蛍光灯等の光源４を配置し、導光体３の上に複数枚のプリズムシート２、２’を重ね合わせて載置して構成される。また、導光体３には、通常、出射面上に拡散シート６が載置され、出射面と反対側の面には、反射フィルム等によって反射層５が形成される。

本発明のバックライト１においては、通常、２枚のプリズムシート２、２’が使用され、第１のプリズムシート２と第２のプリズムシート２’とが、それぞれのプリズム列７が角度をなしてまたは平行するように積層して使用される。プリズムシート２、２’は、それぞれのレンズ面が上側または下側のいずれの方向となるように載置することができ、また、双方のプリズムシート２、２’のレンズ面が反対方向となるように載置することもできる。本発明のバックライトにおいては、少なくとも一枚のプリズムシート２のプリズム列７が光源４と平行となるように載置することが好ましい。

本発明においては、複数枚のプリズムシート２、２’を重ね合わせて使用する場合には、前述のような異なる高さの複数のプリズム列が形成されたプリズムシートを少なくとも１枚は使用することが好ましい。また、複数枚のプリズムシート２、２’をそれぞれのレンズ面が上側となるように重ね合わせる場合には、最上部に位置するプリズムシート２’以外のプリズムシートのうち少なくとも１枚を、前述のような異なる高さの複数のプリズム列が形成されたプリズムシート２とすることが好ましい。すなわち、図１に示したように、２枚のプリズムシート２、２’を載置する場合には、少なくとも第１のプリズムシート２として、異なる高さの複数のプリズム列が形成されたプリズムシートを使用することが好ましい。

本発明のバックライト１においては、図１に示した構成に限定されるものではなく、使用目的等に応じて種々の構成とすることができる。例えば、光源４は導光体３の少なくとも１つの端部に配置させればよいが、必要に応じて、複数個の光源４を配置することもできる。また、導光体３の出射面は拡散面あるいはレンズ面に形成してもよいし、印刷等によって導光体３全体から均一に光線が出射するような光量調整機構を施してもよい。さらに、導光体３の形状は、シート状、断面楔状、船型等の種々の形状のものを使用することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

高さが４０〜５０μｍ、頂角９０゜のプリズム列が中心部から外部に向けて除々に高くなるように形成された幅１ｍｍプリズム列群を繰返し配列したプリズムパターンを有するＡ４サイズ程度の黄銅製のレンズ型に、以下の組成からなる紫外線硬化型樹脂液を注入し、Ａ４サイズの厚さ１２５μｍのポリエチレンテレフタレート製フィルムをレンズ型に重ね合わせた後、約３００ｍｍ上方に配置した紫外線ランプ（８０Ｗ／ｃｍの照射強度、６．４ＫＷ）を用いて、ポリエチレンテレフタレート製フィルム側から３０秒間紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂液を重合硬化させ、レンズ型から剥離してプリズムシートを得た。得られたプリズムシートを２枚用いて、図１に示したように、バックライトユニットを構成したところ、明暗模様の発現は殆ど認められず、均一で高い輝度を有していた。

紫外線硬化型樹脂
（１）エチレンオキシド変性ビスフェノールＡジメタクリレー ４７重量部
ト（日立化成工業社製ファンクリルＦＡ−３２１Ｍ）
（２）ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジ ２５重量部
アクリレート（日本化薬化学工業社製ＫＡＹＡＲＡＤ
Ｒ−６０４）
（３）フェノキシエチルアクリレート（大阪有機化学工業社製 ２８重量部
ビスコート＃１９２）
（４）２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン− １．５重量部
１−オン（メルク社製Ｄａｒｏｃｕｒ１１７３）

高さが４０〜５０μｍ、ピッチ５０μｍのプリズム列が中心部から外部に向けて除々に高くなるように形成された幅１ｍｍプリズム列群を繰返し配列したプリズムパターンを有するＡ４サイズ程度の黄銅製のレンズ型を用いた以外は、実施例１と同一の材料を用い、同一の方法でプリズムシートを得た。得られたプリズムシートを２枚用いて、図１に示したように、バックライトユニットを構成したところ、明暗模様の発現は殆ど認められず、ほぼ均一で高い輝度を有していた。

高さが４０〜５０μｍ、頂角９０゜のプリズム列をランダムに配列したプリズムパターンを有するＡ４サイズ程度の黄銅製のレンズ型を用いた以外は、実施例１と同一の材料を用い、同一の方法でプリズムシートを得た。得られたプリズムシートを２枚用いて、図１に示したように、バックライトユニットを構成したところ、明暗模様の発現は殆ど認められず、ほぼ均一で高い輝度を有していた。

＜比較例１＞
レンズピッチが５０μｍ、頂角９５゜のプリズムパターンを有するＡ４サイズ程度の黄銅製のレンズ型を用いた以外は、実施例１と同一の材料を用い、同一の方法でプリズムシートを得た。得られたプリズムシートを２枚用いて、図１に示したように、バックライトユニットを構成したところ、均一で高い輝度を有していたが、明暗模様の発現が著しいものであった。

本発明のプリズムシートおよびバックライトは、液晶表示装置などに使われるものである。

本発明のバックライトの構成例を示すの部分斜視図である。 本発明のプリズムシートの概略を示す部分斜視図である。 従来のレンズズシートの概略を示す部分斜視図である。 従来のレンズズシートの主光線の光路および波面を示す断面図である。

符号の説明

１ ・・・ バックライト
２ ・・・ プリズムシート
３ ・・・ 導光体
４ ・・・ 光源
５ ・・・ 反射層
６ ・・・ 拡散シート
７ ・・・ プリズム列
８ ・・・ 最も高いプリズム列
９ ・・・ 最も低いプリズム列

Claims (2)

1. 少なくとも一方の面に多数のプリズム列が平行に形成されたレンズ面を有するプリズムシートであって、レンズ面はプリズム頂角が一定で高さの異なる５〜５０個のプリズム列からなるプリズム列群を繰返し配列することによって構成されており、一つのプリズム列群の最も高いプリズム列の高さ（ｈ _１ ）と最も低いプリズム列の高さ（ｈ _２ ）との比（ｈ _２ ／ｈ _１ ）が０．５〜０．９９であることを特徴とするプリズムシート。
2. 請求項１記載のプリズムシートを導光体の出射面側に載置したことを特徴とするバックライト。

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