JP5137581B2 - 導光板 - Google Patents
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Description
1.側端面に光源を配置するエッジライト方式の面光源装置用の導光板であって、平均粒子が0.24〜0.3μmの二酸化チタン微粒子を含有する透明熱可塑性樹脂からなり、該板の片面を光出射面としたとき、その裏面に前記光源を配置された側端面から光源から遠ざかる方向に向かってグラデーションを有する光拡散処理が施されており、前記光出射面上の25個の輝度測定点の三刺激値(XYZ)から得られる黄色度(YI)の最大値(YImax)と最小値(YImin)との差である色調ムラ(ΔYImax−min)が20以下であることを特徴とする導光板。
2.前記透明熱可塑性樹脂組成物中に二酸化チタンを0.01〜20ppm含有する透明熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする上記1に記載の導光板。
3.前記透明熱可塑性樹脂組成物中に二酸化チタン微粒子を0.01〜4ppm含有する透明熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする上記1に記載の導光板。
4.前記二酸化チタン微粒子の体積換算で90%累積平均粒径(D90)と10%累積平均粒径(D10)との比(D90/D10)が5.0以下であることを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の導光板。
5.前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面が、半円柱の円弧が連接して並んでおり、該連接した円弧が側端面と略直角となるよう配列された形状をしており、各半円柱の断面形状が曲率半径(R)とシリンドリカルズレンズ列ピッチ(P)の比(R/P)が0.6〜2.0であることを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の導光板。
6.前記透明熱可塑性樹脂がメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン系樹脂から選ばれる一種であることを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載の導光板。
B:ランプハウス
C:導光板
D:光反射シート
E:光拡散シート
<導光板を構成する透明熱可塑性樹脂>
本発明において、導光板を構成する透明熱可塑性樹脂には、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、非晶性ポリエステル等が挙げられる。好ましくは、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン系樹脂であり、更に好ましくはメタクリル樹脂である。
本発明の導光板中に分散される微粒子は、平均一次粒子径が0.24μm〜0.3μmの二酸化チタン微粒子を使用する。この範囲であると、光源から導光板中に入射光が微粒子によって散乱されることにより、光源近傍と板中央部で出射光色調が異なる現象、いわゆる色調ムラが生じ難い。また、後方反射等による光損失も少ない。さらに光源から入射光を効率的に出射面側に散乱させることができる。これにより、発光輝度の向上効果と出射面内の色調ムラ抑制のバランスを良好にすることができる。二酸化チタンは輝度が高いので、透明熱可塑性樹脂に対する濃度が比較的低くても高い輝度が得られる特徴があるものの、粒径が大きすぎても小さすぎても色調ムラが激しくなる傾向にある。上記の範囲をはずれて粒子径が0.2μm以下となると、可視光の波長域の中で比較的波長の短い青い光が微粒子によって散乱されるために、光出射面の色調ムラが大きくなる傾向にある。また粒子径が0.4μm以上であると光散乱効果が低くなることがあり、導光板の輝度を上げるためには微粒子の添加量を多くしなくてはならない。微粒子の増加に伴い、微粒子の中を透過する光の量が増えることになり、微粒子自体が可視光域の波長の光を吸収するために微粒子を透過した光は透過する前と色が変わり、色調ムラが大きくなる。
二酸化チタンの結晶構造は、例えばルチル型、及びアナタース型などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
本発明の導光板は、出射面の裏面に光拡散グラデーションを有する。光拡散処理は、入射面から入光した光を出射面に十分量到達させるために、光の角度を補正するためのものである。例えば、導光板表面の端部から中央部、もしくは一端から他端に向かって(光源から光源の最も遠い部分に向かって)大きさが徐々に大きくなったり、個数が徐々に増えるグラデーションをつけて、円形や四角形などが多数連続するドットパターンを付与すればよい。
本発明の導光板の成形方法は公知の方法を用いることができるが、例えば次のような方法が挙げられる。上述の透明熱可塑性樹脂と微粒子からなる樹脂組成物を、例えば押出機、或いはプレス成形機によりシート成形体とし、その後所定のサイズに切り出して、カット面を研磨加工して導光板を得て、さらに必要に応じてシリンドリカルズレンズ列を賦形処理を行い、光拡散処理を施す。また、賦形金型を用いて射出成形機で成形する方法もある。
1. 微粒子を有機液体中に、例えば超音波発生装置を用い均一分散させて樹脂組成物を製造する。ここで言う有機液体とは、一般の有機液体や、透明熱可塑性樹脂を構成する重合性単量体等であり、光拡散剤が溶解、膨潤等を起こしにくく、且つ均一に分散しうるもので有れば何ら限定されるものではない。微粒子の分散状態により数種類の有機液体を任意の割合で混合して使用しても良い。一般有機液体としては、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、キシレン、トルエン等の芳香族類、メタノール、エタノール等のアルコール類があげられる。
また、本発明の導光板には、出射光分布を均一にするために、光出射面裏面に前記光源を配置された側端面から光源から遠ざかる方向に向かってグラデーションを有する光拡散処理を施す必要がある。
光拡散処理としては、例えば、ドットや凹凸形状を、光源を配置する位置から離れるに従って徐々に面積が広くなるようなグラデーションパターンにしたものや、同一大のドットや凹凸形状を光源から離れるに従ってピッチが狭くなるようにしたグラデーションパターンが挙げられる。この場合のドットや凹凸の形状には円形、四角形などが挙げられ、その大きさは0.1〜2.0mm程度が例としてあげられる。
本発明の導光板は、色調ムラ(ΔYImax−min)が20以下である必要がある。色調ムラとは次のような現象をいう。すなわち、光源から導光板の側端面に入射した光は、導光板の内部を全反射を繰り返しながら上記の光拡散処理によって散乱されることにより、臨界角を越えて出射面から発光する。その時に、導光板を構成する透明熱可塑性樹脂、微粒子その他必要に応じて含まれる紫外線吸収剤、離型剤及び酸化防止剤などにより、可視光域の短波長側の青い光が散乱又は吸収されることにより、黄色に見えることである。この色調ムラは、出射面上の距離が光源から離れるほど強くなる傾向にある。色調ムラ(ΔYImax−min)は、以下のようにして求められる。
黄色度(YI)=100(1.28X−1.06Z)/Y
この色調ムラが20以下であると、例えば液晶モニターにおいて面光源装置から液晶パネルを透過した光の色再現性に優れる。好ましくは10以下であり、さらに好ましくは8以下である。
また本願発明の導光板には、光源から発生する紫外線によって導光板が着色するのを抑えるために、必要に応じて紫外線吸収剤を添加することができる。紫外線吸収剤の添加により、カラー用光源装置においては、モニターを長時間使用しても画面上の色調が常に一定であり、且つ、色調ムラの発生をさらに抑えることができる。更には、輝度の低下、及び輝度ムラの拡大をも抑制することができる。
<平均一次粒子径の測定方法>
微粒子の平均一次粒子径については、下記の方法で測定を行った。微粒子を透過型電子顕微鏡で写真撮影し、得られた粒子画像の長径と短径を測定した。
光散乱性及び波長依存性を考慮して、微粒子1単位の大きさを測定するため、得られた測定値をその平均値を微粒子1個の粒子径とし、微粒子100個の粒径の平均値を平均一次粒子径とした。
ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を微粒子の分散媒体として使用し、「レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−750」((株)堀場製作所製)を用いて測定した。
累積平均粒径は、体積換算の累積分布により求め、累積体積が90%となる平均粒径をD90とし、累積体積が10%となる平均粒径をD10とした。
図1に示したエッジライト方式液晶光源装置を用いて評価を行った。光源Aとして4mmφの冷陰極管(ハリソン電気製)を、長さ319mm、幅241mmの導光板Cの両端面に設置し、光反射シートDとして長さ318mm、幅240mmのレイホワイト75(きもと製)を用い、導光板Cの上部に光拡散シートE(光拡散シートD121;ツジデン製)を2枚載せた。
冷陰極管にインバータを接続し、このインバータに直流電圧安定装置から12Vの電圧をかけ30分間点灯後に、出射面から0.5m離れた位置に設置した輝度計(BM−7Fast/視野角1度設定;トプコン製)により、出射面上の25点での輝度を測定した。25点は、図3に示したように、出射面全体を縦5分割、横5分割の計25分割し、各区画の中央を測定点とした。得られた測定値から平均輝度を算出した。
導光板に光源を配置した際に、光源近傍での青味が強く光源から離れた部分での黄味が強くなる現象である色調ムラの度合いを見る目的で評価を行った。
上記の平均輝度測定において、輝度計により輝度と併せて得られる各測定点の三刺激値(X,Y,Z)を用いて下記の式により黄色度(YI)を算出し、測定点の最大黄色度(YImax)−最小黄色度(YImin)の差(ΔYIMAX−MIN)を色調ムラとした。
黄色度(YI)の算出式:黄色度(YI)=100(1.28X−1.06Z)/Y
<導光板の出射光ムラの評価方法>
光源近傍での出射光と中央部での出射光とのバランスを見る目的で、上記の平均輝度測定において、出射面全体の輝度のバランスを目視で観察して、評価を行った。
出射光ムラ=(輝度min/輝度max)×100(%)
メタクリル酸メチル79.9重量%、アクリル酸メチル5.1重量%、及びエチルベンゼン15重量%からなる単量体混合物に1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン150ppm及びn−オクチルメルカプタン300ppmを添加し、均一に混合した。この混合溶液を内容積10リットルの密閉式耐圧反応器に連続的に供給し、攪拌下に平均温度130℃、平均滞留時間2時間で重合した。この樹脂を反応器に接続された貯槽に連続的に送り出し、減圧下で揮発分を除去した後、押出機に連続的に溶融状態で移送した。押出機のサイド部よりフィードポンプを用いて、140℃で加熱溶融された紫外線吸収剤<2−(5−メチル−2ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール>を所定量添加し、得られた樹脂組成物を押し出すことによりメタクリル樹脂αのペレットを得た。このペレットを分析した結果、その共重合率はメタクリル酸メチル単位94.0重量%,アクリル酸メチル単位6.0重量%で、2−(5−メチル−2ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾールを150ppm含有したものであった。
二酸化チタン(平均一次粒子径:0.29μm)0.15gをキシレン:メタノール=3:1の混合有機液体20g中に超音波洗浄機(IUCHI製 US−4)を用いて、発信周波数38KHzで30分間分散させ、均一に分散していることを確認した。この分散液をメタクリル樹脂αペレット1.5kgへ均一にふりかけ、ヘンシェルミキサー(三井三池工業(株)製)にて1400回転で1分間ブレンドした。この操作を混合ペレットが必要量になるまで繰り返し、得られた混合ペレットを30mmφ2軸押出機(ナカタニ製)で100Torrに減圧脱揮しながら250℃の温度で押出し、二酸化チタンを100ppm含有したメタクリル樹脂組成物を得た。以下、これを原料ペレットAとする。
上記の原料ペレットAの作製において、二酸化チタンの平均一次粒子径を0.25μmに変えた以外は同様にしてペレットを作製した。得られたメタクリル樹脂組成物を、原料ペレットBとする。
<原料ペレットCの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、二酸化チタンの平均一次粒子径を0.045μmに変えた以外は同様にしてペレットを作製した。得られたメタクリル樹脂組成物を、原料ペレットCとする。
<原料ペレットDの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、平均一次粒子径が0.29μmの二酸化チタンに変えて、平均一次粒子径が0.5μmの酸化アルミニウムを使用した以外は同様にしてペレットを作製した。得られたペレットは酸化アルミニウムを100ppm含有していた。このメタクリル樹脂組成物を、原料ペレットDとする。
<原料ペレットEの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、平均一次粒子径が0.29μmの二酸化チタンに変えて、平均一次粒子径が0.27μmの酸化アルミニウムを使用した以外は同様にしてペレットを作製した。得られたペレットは酸化アルミニウムを100ppm含有していた。このメタクリル樹脂組成物を、原料ペレットEとする。
<原料ペレットFの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、二酸化チタンの平均一次粒子径を0.2μmに変えた以外は同様にしてペレットを作製した。得られたメタクリル樹脂組成物を、原料ペレットFとする。
<原料ペレットGの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、二酸化チタンの平均一次粒子径を0.4μmに変えた以外は同様にしてペレットを作製した。得られたメタクリル樹脂組成物を、原料ペレットGとする。
<原料ペレットHの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、メタクリル樹脂αペレットを環状オレフィン樹脂ペレット(日本ゼオン製:ゼオノア1060R)に変え、30mmφ2軸押出機(ナカタニ製)でホッパーに窒素をパージし、且つ100Torrに減圧脱揮しながら250℃の温度で押出した以外は同様にしてペレットを作製した。得られた環状オレフィン樹脂組成物を、原料ペレットHとする。
<原料ペレットKの作製>
上記の原料ペレットAの作製において、メタクリル樹脂αペレットをポリカーボネート樹脂ペレット(帝人化成製:パンライト/L−1250Y)に変え、30mmφ2軸押出機(ナカタニ製)でホッパーに窒素をパージし、且つ100Torrに減圧脱揮しながら260℃の温度で押出した以外は同様にしてペレットを作製した。得られたポリカーボネート樹脂組成物を、原料ペレットKとする。
原料ペレットAとメタクリル樹脂αペレットを混合重量比1:199の比率でタンブラーにより均一混合した。得られた混合ペレットを、シート用Tダイを有する50mmφ単軸押出機と、80℃に温度調節されたポリシングロールおよび引き取り装置からなる押出シート成形機を用いて250℃の温度で押出して、幅400mm、厚み6mmで二酸化チタンを0.5ppm含有した押出板を得た。
次いで得られた押出板から幅241mm、長さ319mmのサイズに丸鋸を用いて切り出し、切り出した板のカット面を精密研磨機(PLA−BEAUTY:メガロテクニカ(株)製)を用いて研磨し、更にバフ研磨を施し、鏡面状に仕上げた。次いで、15インチサイズのドットグラデーションを施した印刷スクリーンを用い、インキにマットメジウムSR931/15(ミノグループ製)を使用して、導光板の片面にスクリーン印刷行い光拡散層を形成した導光板を得た。
[実施例2]
原料ペレットAを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比1:49に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを2.0ppm含有した導光板を得た。
[参考例1]
原料ペレットAを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比1:4に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを20.0ppm含有した導光板を得た。
[実施例4]
原料ペレットBを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比1:49に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを2.0ppm含有した導光板を得た。
[実施例5]
原料ペレットBを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比1:24に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを4.0ppm含有した導光板を得た。
[実施例6]
原料ペレットGと環状オレフィン樹脂ペレット(日本ゼオン製:ゼオノア1060R)を混合重量比1:49の比率で混合し、得られた混合ペレットを、同一の押出シート成形機を用いて、ホッパー部分に窒素パージをしながら250℃の温度で押出した以外は同様の方法で二酸化チタンを2.0ppm含有した押出板を得た。
[実施例7]
原料ペレットKとポリカーボネート樹脂ペレット(帝人化成製:パンライト/L−1250Y)を混合重量比1:49の比率混合し、同一の押出シート成形機を用いて、260℃の温度で押出した以外は同様の方法で、二酸化チタンを2.0ppm含有した押出板を得た。
[実施例8]
原料ペレットDを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:49に変更した他は実施例1と同様の方法で、酸化アルミニウムを2.0ppm含有した導光板を得た。
[実施例9]
曲率半径100μmの1/2円形状を先端に有したバイトを用いピッチ100μmで旋盤で表面加工されたエンボスロールで導光板の片面を賦形した他は実施例1と同様の方法で押出板を得た。得られた押出板からシリンドリカルズレンズ列が光入射面に対して略直角となるよう、幅241mm、長さ319mmのサイズに丸鋸を用いて切り出した後、切り出した板のカット面の研磨し、バフ研磨、スクリーン印刷を実施例1と同様の方法で行い導光板を得た。
[実施例10]
曲率半径100μmの1/2円形状を先端に有したバイトを用いピッチ100μmで旋盤で表面加工されたエンボスロールで導光板の片面を賦形した他は実施例2と同様の方法で押出板を得た。得られた押出板は実施例8と同様に加工して導光板を得た。
[実施例11]
曲率半径175μmの円柱を縦に1/2に切断した形であるシリンドリカルズレンズ形の山がピッチ100μmで連接した形状に表面加工されたエンボスロールで導光板の片面を賦形した他は実施例1と同様の方法で押出板を得た。得られた押出し板は実施8と同様に加工して導光板を得た。
[実施例12]
曲率半径100μmの1/2円形状を先端に有したバイトを用いピッチ100μmで旋盤で表面加工されたエンボスロールを2本用いて導光板の両面を賦形した他は実施例1と同様の方法で押出板を得た。得られた押出板は実施例8と同様に加工して導光板を得た。
[比較例1]
二酸化チタン微粒子を用いない他は実施例1と同様の方法で導光板を作製した。
[比較例2]
原料ペレットAとメタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:0に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを100.0ppm含有した導光板を得た。
[比較例3]
原料ペレットCを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:49に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを2.0ppm含有した導光板を得た。
[比較例4]
原料ペレットDを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:4に変更した他は実施例1と同様の方法で、酸化アルミニウムを20.0ppm含有した導光板を得た。
[比較例5]
原料ペレットEを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:11.5に変更した他は実施例1と同様の方法で、酸化アルミニウムを12.5ppm含有した導光板を得た。
[比較例6]
原料ペレットFを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:49に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを2.0ppm含有した導光板を得た。
[比較例7]
原料ペレットGを用い、メタクリル樹脂αペレットとの混合重量比を1:49に変更した他は実施例1と同様の方法で、二酸化チタンを2.0ppm含有した導光板を得た。
表1に示すように、実施例1、2、4〜11の導光板はいずれも平均輝度、色調ムラ、出光ムラともに優れた性能を有するものであった。特に、液晶モニター等の表示装置用導光板は、色調ムラ(ΔYImax−min)が微粒子無添加の場合(比較例1)の色調ムラの4倍程度以下であることが望ましいが、実施例の導光板はいずれも24以下となった。また、実施例8〜11の導光板のように、表面がシリンドリカルズレンズ形の山が連接した形に賦形されていることにより、さらに平均輝度が高まった。
Claims (2)
- 側端面に光源を配置するエッジライト方式の面光源装置用の導光板であって、平均一次粒子径が0.24〜0.3μmの二酸化チタン微粒子を0.1〜4ppm含有する透明熱可塑性樹脂組成物からなり、該板の片面を光出射面としたとき、その裏面に前記光源を配置された側端面から光源から遠ざかる方向に向かってグラデーションを有する光拡散処理が施されており、前記光出射面上の25個の輝度測定点の三刺激値(XYZ)から得られる黄色度(YI)の最大値(YImax)と最小値(YImin)との差である色調ムラ(ΔYImax−min)が10以下であることを特徴とする導光板。
- 前記透明熱可塑性樹脂がメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン系樹脂から選ばれる一種であることを特徴とする請求項1に記載の導光板。
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