JPH06123802A - 透過型光拡散板及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄いフィルム又はシートにて、光拡散性能が
優れ、透過率の高い透過型光拡散板及びその製造法を提
供する。 【構成】 透明球状ビーズ１と透明樹脂２とからなる透
過型光拡散板11であって、その表面の片面が平滑面３で
あり、他の面が表層透明球状ビーズ１a の突出した粗面
４である透過型光拡散板。及びその製造法として、透明
球状ビーズと透明性熱可塑性樹脂よりなるマスターチッ
プをＴダイ押出成形し、特定条件にて非対称冷却・賦形
化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平面光源用の光拡散板等
に好適に使用される光拡散性の改良された透過型光拡散
板及びその製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶ディスプレイのバックライト
装置は、ある厚みを有するアクリル樹脂製導光板の片側
もしくは両側の端面より管球で光を投入し、平面光源を
形成するものであって、液晶セルの裏面からある程度の
間隔をもって設けられ、かつ液晶画面の明るさを均一に
するための透過型光拡散板をその中間に配置したものが
実用されている。 従来の光拡散板は透明な熱可塑性シ
ートまたはフィルムの表面をエンボス加工により、フィ
ルム表面上にランダムな微細な凹凸を作り、透過光の光
散乱効果を創出させ、光拡散板としたものが使用されて
いる。しかし、液晶画面サイズが大きくなるにつれ、携
帯型、可搬型として液晶ディスプレイ装置全体としての
軽量化、コンパクト化が一層強く要求され、アクリル樹
脂製導光板の厚さが薄くなる傾向にあるため、従来の光
拡散板の性能では出光面での輝度の均一性がどうしても
達成できない。かくしてこの輝度斑を解消するために従
来の光拡散板を２枚重ねて使用する状況になってきてい
る。この際、透過光量の不足、作業能率の低化、コスト
アップ等の好ましくない点が目立つようになってきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の透
過型光拡散板においては光拡散効率が低く、かつ透過光
量が不足するという問題があった。本発明は、このよう
な状況に鑑み、要求されるような薄い厚さの板であって
も光拡散率が大きく、透過率が高い透過型光拡散板、及
びその製造法を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
課題を解決するために鋭意検討の結果、ガラスビーズの
ような透明球状ビーズをポリカーボネートのような透明
樹脂中に均一に分散したシートが本発明の目的を達成し
得ることを見出し、本発明に到達した。すなわち、第一
の発明は、平均粒径10〜120 μm の透明球状ビーズが分
散された透明樹脂のフィルム状又はシート状の板からな
り、透明球状ビーズの屈折率と透明樹脂の屈折率との差
が0.05以上であり、板の片面は平滑面であり、その反対
面には透明球状ビーズが突出していることを特徴とする
透過型光拡散板を要旨とするものである。

【０００５】また、第二の発明は、体積比率0.7 〜5.0
、屈折率差0.05以上の透明性熱可塑性樹脂と透明球状
ビーズを溶融混練し、押出成形して、押出物の片面に鏡
面冷却ロールを接触させ、以下の(1) 、(2) 式にて表さ
れる温度条件で冷却・賦形化することを特徴とする透過
型光拡散板の製造法を要旨とするものである。 Ｔ_k ≦ Ｔ_s＋20 ≦ Ｔ_e−30 ≦ Ｔ_m−50 (1) 0.3 ≦ (Ｔ_m−Ｔ_e) ≦ (Ｔ_m−Ｔ_s) ≦ 0.7 (2) （ここで、Ｔ_m は押出温度(℃) 、Ｔ_s は透明性熱可塑
性樹脂の凝固温度(℃) 、Ｔ_e は押出物強制冷却開始温
度(℃) 、Ｔ_k は鏡面冷却ロール表面温度(℃) を表
す。）

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
透過型光拡散板は透明球状ビーズが透明樹脂中にほぼ均
一に分散したフィルム状又はシート状の板からなるもの
である。本発明の透明球状ビーズはガラス、石英、アル
ミナ等の無機透明体、あるいはアクリル樹脂、ポリスチ
レン、ポリカーボネート、ポリアリレート、共重合ポリ
エチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂等の有機透明体を素材とする真球状あるいは
僅かに変形した球状の微粒体であり、特にガラスビーズ
が好適である。ガラスとしてはソーダライム、カリウム
ライム、カリウム鉛、ボロシリケート、アルミナシリケ
ート、アルミナボロシリケート、ハイシリカ等の組成の
ものが好適に使用できる。有機透明体としては上記樹脂
の架橋体等の耐熱性改質物が特に有効である。

【０００７】本発明の透明球状ビーズは平均粒径が10〜
120 μm のものが好ましく、特に30〜80μm のものが好
適である。平均粒径がこの範囲よりはずれるとフィルム
化又はシート化した光拡散板の表面粗度の制御が困難と
なり、光拡散性能の品質安定性が悪化するので好ましく
ない。透明球状ビーズの工業製品は通常かなりの粒度分
布を有するが、その分布は標準偏差σで表して５μm 以
内であることが好ましい。透明球状ビーズの形状は真球
状あるいは僅かに変形した球状のものが好ましい。ま
た、透明球状ビーズの屈折率は1.４〜2.2 のものが好ま
しく、特に1.45〜1.70のものが実用的である。また、平
均粒径の異なるもの、屈折率の異なるものを２種類以上
混合して用いることも可能である。

【０００８】本発明の透明樹脂としては前記したような
非晶性樹脂よりなる本質的に透明な有機透明体が好適に
使用し得るが、それ以外にポリオレフィン、ポリアミ
ド、ポリエステル、、ポリアセタール、アクリロニトリ
ル・ブタジエン・スチレン系共重合体、ポリスルホン、
ポリアリルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェ
ニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリ
エーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリア
ミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド等の本来
結晶性樹脂に属する樹脂でも押出後の製板・製膜工程に
おける冷却条件等の製造条件の選択によって、極力結晶
化を抑えたり、結晶の大きさを１μm 以下に微細化する
ことにより透明性を向上した樹脂、あるいは他成分との
共重合等の化学的な改質によって結晶性を低下せしめた
樹脂等も有効に使用できる。これらのうちで代表的な例
としてはポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレ
ート等でその一例としてポリエステルの１種であるポリ
エチレンテレフタレートあるいはその共重合体が挙げら
れる。またこれら熱可塑性樹脂は単独であっても使用で
きるが、多種樹脂成分の混合体（ポリマーアロイ、ポリ
マーブレンド）であっても差し支えない。

【０００９】本発明の透過型光拡散板はフィルム状又は
シート状で、その厚みは100 〜500μm が好ましい。100
μm 未満の厚さでは製板化( 製膜化) の時点で透明球
状ビーズの凝集が起こりやすい。また、500 μm を超え
る厚さでは透明球状ビーズの含有量の多いものは外力に
対して脆く、割れやすく、また、透過率が低下する傾向
がある。本発明における透明樹脂と透明球状ビーズの体
積比率ρは、室温(25 ℃) における透明樹脂の体積／透
明球状ビーズの体積によって表される数値であって、通
常この比率は、0.7 〜5.0 の値のものが好適に使用され
る。光拡散性能に関与する特性値として、同上特性値と
透過型光拡散板の厚みd(μm)及び透明球状ビーズの平均
直径a(μm)との間に成立する数１によって誘導される透
明球状ビーズの平均層数ｎが定義される。

【００１０】

【数１】

【００１１】この透明球状ビーズ層の平均層数ｎは光拡
散性能に大きく影響を及ぼす因子であり、実用的に好適
に使用し得る範囲は３〜８層が適切である。同平均層数
ｎが３層未満の場合は、充分な光拡散性能が得られず、
また、８層を超える場合は、光線透過率の著しい低下を
招くことになる。透過型光拡散板の製造に際しては、製
品用途に応じて平均層数ｎが上記範囲内の所定幅以内に
収まるように、数１に関与する上記各因子を高精度に制
御することが好ましい。本発明の透明球状ビーズと透明
樹脂の屈折率の差は0.05以上あるものを選択することが
望ましい。この値が0.05未満の場合は充分な光拡散性能
が得られない。

【００１２】本発明の透過型光拡散板の両表面は平滑度
が異なるものを使用する。すなわち、本板の片面が平滑
面、その反対面は表層ビーズが突出して粗面が形成され
たものが好適に使用できる。この構造の例を図面を用い
て説明する。図１は本発明の透過型光拡散板の一実施態
様の断面図を概念的に描いたものであるが、本発明の透
過型光拡散板11は透明球状ビーズ１の間隙に透明樹脂２
が充填した複合板であって、表面は平滑面３と粗面４よ
りなる。粗面中には表層の透明球状ビーズ１ａの一部が
面外に飛び出して凹凸面を形成している。なお、同図に
てはビーズの表面の少なくとも一部が完全に露出してい
る例を示しいるが、突出部のビーズ表面に薄く透明樹脂
が被覆している場合でも本発明のの目的は充分達成され
る。

【００１３】次に本発明の製造法について述べる。本発
明の前記した屈折率差が0.05以上の透明性熱可塑性樹脂
のペレットと平均粒径30〜120 μm 、屈折率1.5 〜2.2
の透明球状ビーズとを体積比率が0.7 〜5.0 となるよう
に混合する。ここで透明性熱可塑性樹脂はそれ自体必ず
しも透明である必要はないが、少なくとも製膜・製板工
程後透明性の高い透明樹脂となるような熱可塑性樹脂の
ことを意味するものであって、前記したようにポリエス
テル、ポリカーボネート、ポリアリレート等の樹脂が使
用できる。

【００１４】この混合原料を混練型エクストルーダー等
のような混練押出機を用いて溶融混練し透明球状ビーズ
と透明樹脂とがほぼ均一に混合配合した混練配合ペレッ
ト（マスターチップ）を調製する。

【００１５】このマスターチップ（絶乾品）をＴダイ等
の押出ダイスを備えたエクストルーダーに供給し、大気
中あるいは水中に押出し、押出物の片面を鏡面冷却ロー
ルに接触させ、以下の(1) 、(2) 式にて表される温度条
件で冷却・賦形化する。 Ｔ_k ≦ Ｔ_s＋20 ≦ Ｔ_e−30 ≦ Ｔ_m−50 (1) 0.3 ≦ (Ｔ_m−Ｔ_e) ≦ (Ｔ_m−Ｔ_s) ≦ 0.7 (2) （ここで、Ｔ_m は押出温度(℃) 、Ｔ_s は透明性熱可塑
性樹脂の凝固温度(℃) 、Ｔ_e は押出物強制冷却開始温
度(℃) 、Ｔ_k は鏡面冷却ロール表面温度(℃) を表
す。）冷却・賦形化を上記温度条件の範囲外で行った場
合は本発明の目的とする板の両表面の平滑・粗面形態が
形成されない。この際、透過型光拡散板の厚みは100 〜
500 μm となるように押出量及び捲取速度を設定するこ
とが好ましい。なお、上記押出物の鏡面冷却ロールによ
る冷却賦形の際、ロール上の押出物をゴムロールの様な
軟質のロールにてニッピングすることにより粗面の粗度
制御と均整度向上を達成することが可能となる。

【００１６】本製造法にて片面が平滑面、でその反対面
が粗面である本発明の透過型光拡散板が得られる。

【００１７】

【作用】本発明の透過型光拡散板にて、平滑面から垂直
方向に光を入射すると、透明樹脂中に分散した多層の透
明球状ビーズによる光屈折・反射によって効果的に光の
拡散がおこり、表層の突出した透明球状ビーズにて集光
して系外に出射する。この際、入射光が強度に偏りがあ
るものでも出射光はほぼ一様な光となる。しかも光量の
損失が少ない。

【００１８】例えば、液晶表示装置等のバックライトと
して使用する場合は、本板を光散乱性インクでドット印
刷したアクリル導光板の反対面上に、その平滑面が接す
るように重ね、一端面あるいは対向する両端面からスリ
ット状光を照射することにより、アクリル導光板上の多
数のドットより散乱される多点スポット状の光を本透過
型光拡散板の平滑面より垂直方向に入射し、この入射光
は幾重かのガラスビーズで屈折、反射を繰り返して出光
面の粗面で屈折し拡散して、通過光は輝度むらの無い一
様な輝度を有する面光源となる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施態様を実施例により具体
的に説明する。 実施例１ 透明性熱可塑性樹脂；日本エステル（株）製ポリエチレ
ンテレフタレートチップＭＡ2103( η_rel ；1.40、凝固
温度；80℃) と透明球状ビーズ；（株）ユニオン製ガラ
スビーズＵＢ35Ｍ（平均粒径63μm 、粒径分布53〜75μ
m 、屈折率1.93）を用い、ポリエチレンテレフタレート
チップ／ガラスビーズの体積比率が1,87となるように配
合し、実用的に均一なマスターチップを製造した。この
際、テグスのカッティングは良好で脆さは認められなか
った。

【００２０】次に、日鋼50mmφ押出機、400mm 巾Ｔダイ
を用い、Ｔダイリップ間隔200 μm、スクリューデザイ
ン圧縮比2.76Ｌ／Ｄ＝22、スクリュー回転数20rpm 、押
出量20Kg／h 、押出温度280 ℃で前記マスターチップ絶
乾品を押出し、(1) 大気中にてエアーギャップ10cm( 押
出物強制冷却開始温度200 ℃) の位置に表面温度20℃の
キャスティングロール（鏡面冷却ロール）を配置して押
出物を片面冷却する方式、及び(2) 同上エアーギャップ
の位置に25℃の水浴を配置し、押出物の両面を均等に冷
却する方式にて冷却し、それぞれ310 μm 厚さのフィル
ムを製膜した。このフィルムを製膜直後、枚葉に裁断し
て透過型光拡散板を得た。

【００２１】得られた透過型光拡散板は、体積比率、板
厚み、及びガラスビーズの平均直径より、数１を用いて
計算したところ、ガラスビーズの平均層数が4.3 であっ
た。顕微鏡観測により、大気中系冷却物はキャスティン
グロールに接触した面が平滑面となり、その反対側の面
が表層ガラスビーズが突出した粗面となっていることが
確認された。 また、水中系冷却物はフィルム両面の粗
度がほぼ等しく、上記平滑面と粗面とのほぼ中間的な粗
度の面となっていることが観察された。そして、大気中
系冷却物は非常に光拡散性能のよいことが認められた
が、水中系冷却物は所期の光拡散性能が得られなかっ
た。

【００２２】次に、本調製試料（大気中系冷却物；以
後、試作品と称する）について光拡散性能及び透過率を
評価するために、平行光束を平滑面に垂直に入射させ背
面の輝度を０゜、15゜、30゜、45゜、60゜、75゜の方向
から測定した。この際、光源は白熱タングステン電球
（Ａ光源）を使用し、輝度の測定はＴＯＰＣＯＮ社製の
輝度計ＢＭ−８を用いた。これらの光源と輝度計を組込
んだ光拡散測定装置を試作し、上記角観測角での輝度を
測定することにより、光拡散性を評価した。図２は上記
光拡散測定装置の概要を示したものである。

【００２３】比較例として現行市販の拡散板（某社製ポ
リカーボネートフィルムのエンボス加工品、厚さ250 μ
m 、２枚重ね；以後、現行品と称する。）についても同
様の測定を行った。以上の測定結果をまとめると表１に
示した通りとなった。

【００２４】

【表１】

【００２５】この測定結果から、観測角が30゜の点で試
作品と現行品の輝度がほぼ等しいレベルにあることが判
った。また、観測角0 〜30゜の範囲で現行品の輝度が高
く、30〜75゜の範囲では試作品の輝度が逆転して高くな
っている。このことは現行品に比較して本発明の試作品
であるガラスビーズ練り込みフィルムのほうが光拡散性
が優れていることを示している。

【００２６】

【発明の効果】以上の記載より明らかなように、本発明
の透過型光拡散板は光拡散性が従来品に比較して一段と
優れており、しかも透過率が高く、以下に記すような数
々の特徴を有するので、多様な光学製品に好適に利用す
ることができる。 (1) 出光面での拡散角度が大きいため、出射光の視野角
が広い。 (2) 透過光は分光現象がなく、均一な拡散光が得られ
る。 (3) 透明板との張り合わせや、プレス加工等においても
光学的性能は損なわれない。

【００２７】例えば、その代表的なものとしては、液晶
表示板のバックライト用光拡散板、発光ダイオード・エ
レクトロルミネッセンス素子等を光源とする透過型表示
板の広角視野材料、拡散光照明用材料、透過型スクリー
ン用材料等の製品分野が挙げられる。また、本発明の透
過型光拡散板は厚さが薄くても光拡散性能が優れている
ので、可搬型、携帯型のコンパクトな光学部品として利
用できる等多くの利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透過型光拡散板の一実施態様の断面図
である。

【図２】本発明の透過型光拡散板の光拡散性能を測定す
るための光拡散測定装置の概要説明図である。

【符号の説明】

１ 透明球状ビーズ １a 粗面の表層透明球状ビーズ ２ 透明樹脂 ３ 透過型光拡散板の平滑面 ４ 透過型光拡散板の粗面 ５ 光源（白熱タングステン電球） ６ スライダック ７ 集光用レンズ ８ 光線トリミング窓 ９ 暗箱 10 照射窓 11 透過型光拡散板( 測定試料 ) 12 輝度計（変角位置移動可能）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 当麻 克行 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 小塚 佳明 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 (72)発明者 松田 博之 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒径10〜120 μm の透明球状ビーズ
   が分散された透明樹脂のフィルム状又はシート状の板か
   らなり、透明球状ビーズの屈折率と透明樹脂の屈折率と
   の差が0.05以上であり、板の片面は平滑面であり、その
   反対面には透明球状ビーズが突出していることを特徴と
   する透過型光拡散板。
2. 【請求項２】 体積比率0.7 〜5.0 、屈折率差0.05以上
   の透明性熱可塑性樹脂と透明球状ビーズを溶融混練し、
   押出成形して、押出物の片面に鏡面冷却ロールを接触さ
   せ、以下の(1) 、(2) 式にて表される温度条件で冷却・
   賦形化することを特徴とする透過型光拡散板の製造法。 Ｔ_k ≦ Ｔ_s＋20 ≦ Ｔ_e−30 ≦ Ｔ_m−50 (1) 0.3 ≦ (Ｔ_m−Ｔ_e) ≦ (Ｔ_m−Ｔ_s) ≦ 0.7 (2) （ここで、Ｔ_m は押出温度(℃) 、Ｔ_s は透明性熱可塑
   性樹脂の凝固温度(℃) 、Ｔ_e は押出物強制冷却開始温
   度(℃) 、Ｔ_k は鏡面冷却ロール表面温度(℃) を表
   す。）