JP4970647B2

JP4970647B2 - 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット

Info

Publication number: JP4970647B2
Application number: JP2000375531A
Authority: JP
Inventors: 景子平川
Original assignee: Keiwa Inc
Current assignee: Keiwa Inc
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: JP2002182200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットに組み込まれる光学シート及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。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶層を背面から照らして発光させるバックライト方式が普及し、液晶層の下面側にバックライトユニットが装備されている。かかるバックライトユニット５０は、一般的には図３（ａ）に示すように、光源としての棒状のランプ５１と、このランプ５１に端部が沿うように配置される方形板状の導光板５２と、この導光板５２の表面側に積層された複数枚の光学シート５３とを装備している。この光学シート５３は、光線のピーク方向を法線方向側へ屈折させる機能、輝度分布を拡散・集光させる機能等の所定の光学的機能を有するものであり、具体的には、導光板５２の表面側に配設されるビーズ塗工タイプの光学シート５４、この光学シート５４の表面側に配設されるプリズムタイプの光学シート５５などがある。
【０００３】
このバックライトユニット５０の機能を説明すると、まず、ランプ５１より導光板５２に入射した光線は、導光板５２裏面の反射ドット又は反射シート（図示されず）及び各側面で反射され、導光板５２表面から出射される。導光板５２から出射した光線はビーズ塗工タイプの光学シート５４に入射し、拡散・法線方向側への屈折等の所定の光学的作用が奏され、光学シート５４の表面より出射される。その後、光学シート５４から出射された光線は、プリズムタイプの光学シート５５に入射し、表面に形成されたプリズム部５５ａによって、略真上方向にピークを示す分布の光線として出射される。このように、ランプ５１から出射された光線が、光学シート５４によって拡散等され、また光学シート５５によって略真上方向にピークを示すように屈折され、さらに上方の図示していない液晶層全面を照明するものである。
【０００４】
また図示していないが、光学シート５５の表面側にさらにビーズ塗工タイプやプリズムタイプの光学シートが配設されたバックライトユニットもある。
【０００５】
上述の構造を有するバックライトユニット５０におけるビーズ塗工タイプの光学シート５４としては、図３（ｂ）に示すような基材層５６と光学的機能層５７とが積層されたものが一般的に用いられており、光学的機能層５７は合成樹脂からなるバインダー５８中に合成樹脂、ガラス等からなるビーズ５９が分散した構造を有している。
【０００６】
なお、上記バックライトユニット５０はいわゆるエッジライト型のものであるが、直下型のバックライトユニットにもビーズ塗工タイプの光学シートは用いられており、上記光学シート５４と同様の構造である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のビーズ塗工タイプの光学シート５４は、ビーズ５９のうちバインダー５８の表面から突出した部分が凸レンズ的に機能し、拡散、集光、屈折等の光学的機能を専ら奏するものであり、バインダー５８とビーズ５９の界面での屈折作用は、材料的な制限から屈折率差をあまり大きくできないため、光学的機能にあまり寄与していない。かかるビーズ５９の突出部の数を増大させることは光学シート５４の面積やビーズ５９の平均粒径の面で一定の制限があり、その結果、ビーズ塗工タイプの光学シート５４の光学的機能の向上には一定の限界がある。
【０００８】
また、合成樹脂のバインダー５８中へのビーズ５９の分散は容易ではなく、均一に分散させることが困難である。そのため、光学シート５４の各領域毎に光拡散性のばらつきが生じるおそれがあり、また光学シート５４において光拡散性の大小の制御が困難である。
【０００９】
本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、光拡散性が高く、光拡散性及び集光性の調製が容易かつ確実な光学シート及びこの光学シートを用いて輝度ムラが防止され、かつ、輝度が向上するバックライトユニットの提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた発明は、透明な基材層と、所定の光学的機能を有する光学的機能層とを備える光学シートであって、この光学的機能層がバインダー中にビーズと気泡とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
当該光学シートによれば、光学的機能層のバインダー中にビーズを有することから、従来のビーズ塗工タイプの光学シートと同様に、ビーズでバインダー表面に形成される凸レンズ状の突出部により集光等の光学的機能を奏することができる。
【００１２】
また、当該光学シートによれば、光学的機能層のバインダー中に気泡をも有することから、かかる気泡の界面での屈折・反射によって透過する光線を種々の方向に拡散することができるが、かかる気泡内には何らかの気体が存在し、上記従来のビーズ塗工タイプの光学シートにおける光拡散剤のビーズとバインダーの屈折率差よりも気泡とバインダーの屈折率差が格段に大きくなるため、従来のビーズのみの光学シートと比較して光拡散能を格段に大きくすることができる。
【００１３】
さらに、当該光学シートによれば、上述のようにビーズによって集光等の光学的機能を奏し、かつ、気泡によって光拡散機能を奏することができるため、ビーズと気泡との比率を調整することで、容易かつ確実に上記光拡散機能と集光等の光学的機能とのバランスを制御することができる。
【００１４】
また、バインダー中への気泡の分散はビーズの分散よりも容易であるため、当該光学シートは、光学的機能を奏する部分の分散一様性を高くでき、その結果、光学的機能のムラの発生が低減でき、かつ、所定の光学的機能を有する光拡散シートの大量生産が容易になる。
【００１５】
上記気泡としては球状の気泡が好ましい。この手段のように、気泡を球状とすることで、拡散の均一性を促進でき、また、気泡の密度や平均径などの調整により光拡散性の制御が可能になる。
【００１６】
上記気泡の平均径（平均直径）としては０．５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。このように気泡の平均径を上記範囲とすることで、全光線透過率の低下を防止しつつ、光拡散性や拡散の均一性を促進することができる。
【００１７】
上記気泡のバインダーに対する体積比としては１ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下が好ましい。気泡のバインダーに対する体積比を上記範囲とすることで、光学シートとしての強度及び耐久性を保持しつつ、上述の光拡散性を確保することができる。
【００１８】
上記気泡の密度としては２０コ／mm²以上２×１０⁶コ／mm²以下が好ましい。ここで「密度」とは、当該光学シートにおける単位面積当たりに存在する気泡の個数を意味する。このように気泡の密度を上記範囲とすることで、全光線透過率の低下を防止しつつ、上述の光拡散性促進作用を発揮することができる。
【００１９】
上記ビーズの平均粒径としては１６μｍ以上２５μｍ以下が好ましい。ビーズの平均粒径を上記範囲、つまりビーズによるギラツキが発生しない程度に比較的粒径の大きなビーズを用いることで、均一な光拡散性を奏しつつ、光学的機能層の表面へのビーズの突出を容易にし、拡散、集光等の光学的機能を格段に向上させることができる。
【００２０】
上記ビーズの密度としては５００コ／mm²以上５０００コ／mm²以下が好ましい。ここで「密度」とは、当該光学シートにおける単位面積当たりに存在するビーズの個数を意味する。このようにビーズの密度を上記範囲とすることで、当該光学シート全面にビーズを１層かつ比較的稠密に配設させることができ、全光線透過率の低下を防止しつつ、集光等の光学的機能拡散を促進することができる。
【００２１】
上記気泡のビーズに対する体積比としては５０ｖｏｌ％以上１５０ｖｏｌ％以下が好ましい。気泡のビーズに対する体積比を上記範囲とすることで、上述の気泡による光拡散性とビーズによる集光等の光学的機能とをともに奏することができ、上記範囲内で気泡とビーズの比率を調整することで、光拡散能と集光等の光学的機能のバランスを容易かつ確実に制御することができる。
【００２２】
なお、当該光学シートにおいて、上記基材層における光学的機能層積層側と反対側に、バインダー中にビーズが分散したスティッキング防止層をさらに備えることができる。この手段によれば、当該光学シートと重ねられる導光板、プリズムシート等とのスティッキングを防止することができる。
【００２３】
従って、ランプから発せられる光線を分散させて表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、上記本発明の光学シートを備えると、当該光学シートの高い光拡散性及び集光等の光学的機能によって光学シートの装備枚数を少なくすることができ、その結果、薄型化を促進することができる。また、当該光学シートの光拡散能及び集光等の光学的機能により高輝度でかつ輝度ムラのない高品質のバックライトユニットとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模式的断面図で、図２は図１の光学シートとは異なる形態に係る光学シートを示す模式的断面図である。
【００２５】
図１の光学シート１は、基材層２と、この基材層２の表面に積層された光学的機能層３とから構成されている。
【００２６】
基材層２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテート、耐候性塩化ビニルなどの合成樹脂から形成されている。基材層２は光線を透過させる必要があるので透明とされており、特に無色透明が好ましい。基材層２の厚みは特には限定されないが、例えば５０μｍ以上２５０μｍ以下とされる。基材層２の厚みが上記範囲未満であると、光学的機能層３を形成する樹脂組成物を塗工した際にカールが発生しやすくなってしまうことがある。逆に、基材層２の厚みが上記範囲を超えると、液晶表示装置の輝度が低下してしまうことがあり、またバックライトユニットの厚みが大きくなって液晶表示装置の薄型化の要求に反することにもなる。
【００２７】
光学的機能層３は、基材層２表層に配設された複数のビーズ５と、このビーズ５を基材層２表面に固定するためにビーズ５間に層状に充填されるバインダー４と、バインダー４中に分散する気泡６とから構成されている。
【００２８】
バインダー４に用いられるポリマーとしては、例えばアクリル系樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂等が挙げられる。バインダー４中には、上記のポリマーの他、例えば可塑剤、安定化剤、劣化防止剤、分散剤、帯電防止剤等が配合されてもよい。バインダー４は光線を透過させる必要があるので透明とされており、特に無色透明が好ましい。
【００２９】
ビーズ５は略球形であり、樹脂ビーズ又はガラスビーズが用いられる。かかる樹脂ビーズの材質としては、例えばアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド等が挙げられる。ビーズ５は光学シート１を透過する光線量を多くするため透明とするのが好ましく、特に無色透明とするのが好ましい。
【００３０】
ビーズ５の平均粒径は、１６μｍ以上２５μｍ以下が好ましく、２０μｍ程度が特に好ましい。平均粒径が上記範囲未満であると、ビーズ５をバインダー４の表面から突出させ、光学的機能層３の表面に光学的機能を奏する凸レンズ部が形成されるよう塗工することが困難になり、逆に、ビーズ５の平均粒径が上記範囲を越えると、均一な拡散が困難になることからである。
【００３１】
ビーズ５の粒度分布は、その幅を小さく、シャープな曲線となるよう粒度を揃える方がよい。これは、ビーズ５の粒度が定まらなければ、上述のようにビーズ５をバインダー４表面から突出させることができなくなるためである。
【００３２】
光学的機能層３におけるビーズ５のバインダー４に対する質量比は、３以上４以下が好ましく、３．４以上３．６が特に好ましい。これは、ビーズ５の質量比が上記範囲より小さいと、ビーズ５をバインダー４の表面から突出させることが困難になり、その結果、光学的機能を促進することができなくなることからであり、逆に、ビーズ５の質量比が上記範囲を超えると、バインダー４が少なすぎてビーズ５の接着不良が生じ、ビーズ５と基材層２の表面との間に形成される空隙によって全光線透過率が低下することからである。
【００３３】
ビーズ５の密度としては５００コ／mm²以上５０００コ／mm²以下が好ましく、１６００コ／mm²以上４０００コ／mm²以下が特に好ましい。これは、ビーズ５の密度が上記範囲より小さいと、ビーズ５が散点的に存在することとなり、ビーズ５の突出による集光等の光学的機能があまり促進されず、逆に、ビーズ５の密度が上記範囲を超えると、ビーズ５が重なって配設されるだけであり、バインダー４の表面にビーズ５の突出部を増加させることができないので、光学的機能の促進はなく、全光線透過率の低下を招来するからである。
【００３４】
なお、上記「突出」という用語は、バインダー４の表面からビーズ５の上部が完全に突出している場合の他、バインダー４の平均的表面からビーズ５の上部が突出しているがそのバインダー４によってビーズ５の表面が薄く被覆されている場合も含まれる概念である。
【００３５】
気泡６は、バインダー４中に存在する何らかの気体を含む微小部分であり、その形状は特に限定されず、例えば球状、粒状、多面体状、金平糖状、ランダム形状、紡錘状等種々の形状が可能である。但し、拡散の均一性及び光拡散性の制御のためには、気泡６の形状は球状が好ましい。また、気泡６は原則としてバインダー４の内部に存在するが、バインダー４の表面に開口した開口気泡が存在してもよく、この開口気泡により光拡散性が促進される。
【００３６】
気泡６に含まれる気体は、気泡６の形成方法により決定され、特に限定されるものではない。例えば、後述するように発泡剤を用いた場合、発泡剤の種類により空気、窒素ガス、二酸化炭素、アンモニアガス等が充填される。
【００３７】
気泡６の平均径としては、０．５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上５０μｍ以下が特に好ましい。これは、気泡６の平均径が上記範囲より小さいと、所定の光拡散性を確保するために気泡６の密度を高めなければならず、全光線透過率の低下を招来するおそれがあり、逆に、気泡６の平均径が上記範囲を超えると、光拡散性や拡散の均一性が阻害されることからである。
【００３８】
バインダー４に対する気泡６の体積比としては、１ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下が好ましく、２０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下が特に好ましい。これは、気泡６の体積比が上記範囲より小さいと、光学シートとして必要な光拡散性が確保できず、逆に、気泡６の体積比が上記範囲を超えると、光学的機能層３の強度及び耐久性が低下することからである。
【００３９】
気泡６の密度としては、２０コ／mm²以上２×１０⁶コ／mm²以下が好ましく、５０コ／mm²以上１×１０⁶コ／mm²以下が特に好ましい。これは、気泡６の密度が上記範囲より小さいと、光拡散シートとして必要な光拡散性が確保できず、逆に、気泡６の密度が上記範囲を超えると、全光線透過率の低下を招来することからである。
【００４０】
上記気泡６のビーズ５に対する体積比としては、５０ｖｏｌ％以上１５０ｖｏｌ％以下が好ましい。このように気泡６のビーズ５に対する体積比を上記範囲とすることで、上述の気泡６による光拡散性とビーズ５による集光等の光学的機能とをともに奏することができ、上記範囲内で気泡６とビーズ５の比率を調整することで、光拡散能と集光等の光学的機能のバランスを容易かつ確実に制御することができる。
【００４１】
この光学シート１では基材層２の裏面は平滑面とされているが、裏面に例えばエンボス加工等を施し、光拡散性能やスティッキング防止性能を向上させても良い。
【００４２】
当該光拡散シート１の製造方法としては、熱硬化性樹脂を主ポリマーとする樹脂組成物中にビーズ５と発泡剤を添加・混練し、かかる樹脂組成物を基材層２の表面にコーティングした後、その樹脂組成物を熱硬化させると共に発泡剤を発泡させることでバインダー４中に気泡６が分散した光学的機能層３を形成する方法が採用される。
【００４３】
図２の光学シート１１は、基材層２と、この基材層２の表側に設けられた光学的機能層３と、基材層２の裏面に設けられたスティッキング防止層１２とから構成されている。基材層２及び光学的機能層３の構成は、図１に示された実施形態のものと同じであるため、同一番号を付して説明を省略する。従って、当該光学シート１１も、光学的機能層３のビーズ５と気泡６とにより格段に高い光学的機能を奏することができ、ビーズ５と気泡６の比率を調整することでビーズ５による集光等の光学的機能と気泡６による拡散機能とを容易かつ確実に制御することができる。
【００４４】
スティッキング防止層１２は、バインダー１３と、このバインダー１３中に分散するビーズ１４とから構成されている。バインダー１３及びビーズ１４の材質は、光学的機能層３に用いられているものと同じである。スティッキング防止層１２の厚み（ビーズ１４を除いたバインダー１３部分の厚み）は特には限定されないが、例えば１μｍ以上１０μｍ以下程度とされている。
【００４５】
ビーズ１４の配合量は比較的少量とされているので、ビーズ１４は互いに離間してバインダー１３中に分散している。そして、ビーズ１４の多くはその下端がバインダー１３から突出している。この光学シート１１を導光板（図３（ａ）参照）と積層すると、突出したビーズ１４の下端が導光板の表面に当接する。従って、光学シート１１の裏面の全面が導光板と当接することがない。これにより、光学シート１１と導光板とのスティッキングが防止され、液晶表示装置の画面の輝度ムラが抑えられる。
【００４６】
従って、図３（ａ）に示すようなバックライトユニット５０に図１又は図２の光学シート１、１１を使用すると、当該光学シート１、１１の格段に高い光学的機能により品質が向上する。例えば、光学シート１、１１に高い光拡散性を発現させると、輝線やランプイメージの発生を防止することができ、輝度ムラを防止することができ、また光学シート１、１１に高い集光性を発現させると、正面輝度を高めることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学シートによれば、拡散、集光等の光学的機能を格段に向上させることができ、各光学的機能の制御も容易である。また、当該光学シートを用いたバックライトユニットによれば、輝度の向上や輝度ムラの防止を促進することができ、品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学シートを示す模式的断面図である。
【図２】図１の光学シートと異なる形態の光学シートを示す模式的断面図である。
【図３】（ａ）は一般的なバックライトユニットを示す模式的斜視図で、（ｂ）は一般的なビーズ塗工タイプの光学シートを示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１光学シート
２基材層
３光学的機能層
４バインダー
５ビーズ
６気泡
１１光学シート
１２スティッキング防止層
１３バインダー
１４ビーズ

Claims

透明な基材層と、所定の光学的機能を有する光学的機能層とを備える光学シートであって、この光学的機能層が、透明なバインダー中に直接分散された気泡と透明なビーズとを有し、この気泡が発泡剤を発泡させて形成されてなり、上記気泡のバインダーに対する体積比が２０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする光学シート。
上記気泡が球状である請求項１に記載の光学シート。
上記気泡の平均径が０．５μｍ以上１００μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の光学シート。
上記気泡の密度が２０コ／mm^２以上２×１０^６コ／mm^２以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学シート。
上記ビーズの平均粒径が１６μｍ以上２５μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学シート。
上記ビーズの密度が５００コ／mm^２以上５０００コ／mm^２以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学シート。
上記基材層における光学的機能層積層側と反対側に、バインダー中にビーズが分散したスティッキング防止層をさらに備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学シート。
ランプから発せられる光線を分散させて表面側に導く液晶表示装置用のバックライトユニットにおいて、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学シートが備えられていることを特徴とする液晶表示装置用のバックライトユニット。