JPH07198911A - 面光源装置用光線制御シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドット見えを防止し、かつ指向性の強い光線
を導光板の正面方向に出射させることを可能とする光拡
散シートとしての面光源装置用光線制御シート、さらに
は集光シートとしての機能も具備した面光源装置用光線
制御シートを提供 【構成】 厚さ５０〜２００μｍ、全光線透過率６０％
以上、ヘイズ７５％以上の結晶性高分子材料により面光
源装置用光線制御シートを構成する。その面光源装置用
光線制御シートの少なくとも一方の面に横断面形状が略
正弦波状の凹凸条を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータやワード
プロセッサなどの液晶表示デバイスに用いられる面光源
装置に組み込まれる光線制御シートに関し、特に導光板
の出光面側に配置される光線制御シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータやワードプロセッサなどに
使用される液晶表示デバイスは、視認性を向上させるた
めに、背面部に面光源装置を備えたものが一般的になっ
ており、これはバックライト式液晶表示デバイスと呼ば
れる。この面光源装置、即ちバックライト装置として、
薄肉化、軽量化、省電力化などの観点から、エッジライ
ト方式と呼ばれる形式が普及している。

【０００３】エッジライト方式のバックライト装置は、
例えば特開昭６３−７５０５３号公報、特開平３−５７
２５号公報に示されており、これは図１に示されている
構成を有する。エッジライト方式のバックライト装置は
液晶表示デバイスの表示画面とほぼ同等の大きさを有す
る導光板１の一方の端面２側に配置された棒状の冷陰極
管３を有している。

【０００４】このバックライト装置においては、冷陰極
管３から発せられた光線は、直接的に、あるいは反射性
を有するランプホルダ４に反射して間接的に導光板端面
２より導光板１の内部に進入し、導光板１の裏面５に部
分的に光拡散塗料によって印刷されたドット６に照射さ
れて乱反射し、導光板表面７より図にて上方へ出射す
る。このドット６のパターンは、導光板１の出射面内
で、明るさが均一になるように調整されている。

【０００５】導光板１の裏面５と冷陰極管配置側とは反
対側の端面８には各々裏面反射板９と端面反射板１０と
が配置されている。裏面反射板９と端面反射板１０は、
それぞれ導光板１の裏面５と端面８から漏れ出た光を拡
散反射して導光板１内に再入射させ、導光板表面７から
出射する有効光量を増加させる働きをする。また、さら
に大きな出射光量を得るために、端面反射板１０の代わ
りに、この端面部分にも、もう一組の冷陰極管３とラン
プホルダ４とが付設される場合もある。

【０００６】上述のような構造のバックライト装置にお
いては、液晶セルを通して画面を見たとき、ドット６の
パターンが明瞭に視認されるため、導光板１の表面７に
光拡散シート１１を積層配置し、これによってドット６
からの反射光を拡散して導光板全体に明暗のむらが生じ
ないようにすることが行われている。この光拡散シート
１１としては、特開昭６３−３３７０３号公報に示され
ているように、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ
メチルメタクリレートなどの透明なシートの片面、また
は両面に酸化チタンやガラス短繊維などの光拡散剤を塗
布したもの、特開平１−２０９４０２号公報や特開平１
−１７２８０１号公報に示されているように、ポリエス
テル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートな
どの樹脂に酸化チタン、ガラス短繊維などの光拡散剤を
添加した材料から成型したシートが挙げられる。

【０００７】またこの状態では、通常十分な明るさが確
保できないので、光拡散シート１１の上に集光シート１
２を積層配置するのが普通である。この集光シート１２
は光拡散シート１１によって拡散された光を法線方向に
集めて明るさを強める働きをする。この集光シート１２
としては、特開平２−１３９２５号公報に示されている
ように、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチル
メタクリレートなどの透明なシートの片面または両面に
任意の凹凸加工を施したものが知られており、また出射
面の断面形状の一周期が、特開昭６２−１４４１０２号
公報に示されているようなプリズム形状、あるいは特願
平４−１９９５７６号明細書に示されているような正弦
波形状であるような、一次元周期的凹凸構造にすること
が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】現在、市場に出回って
いる液晶表示デバイス用のエッジライト方式のバックラ
イト装置の多くは、出光方向が正面ではなく、著しい指
向性を有している。ドット印刷部分の中央において、導
光板１の表面と冷陰極管３の管軸の両方に垂直な面内の
輝度分布を測定してみると、最大輝度方向は＋６０〜７
０°であり、正面方向は十分な明るさが得られない。こ
こで角度は、導光板表面の法線方向を０°、冷陰極管３
側を−、端面反射板１０側を＋とした。

【０００９】光拡散シート１１は、上述したようにドッ
ト６からの光を拡散してドット見えを防止する以外に、
導光板１から著しく斜めに出射している出射光を他の角
度にも分配して全体的に出射方向を正面方向に向ける役
割を担っているが、しかし従来の光拡散シート１１では
ドット隠蔽性ならびに出光方向を偏向させる力と光損失
のバランスが十分ではない。

【００１０】すなわち、光の拡散力を強くして出射方向
を正面方向にもってくると、ドット見えは確実に防止さ
れるが、光拡散シート１１による光損失が大きく、集光
シート１２が使用されても十分な明るさが得られない。
これに対し光損失の低減のために光拡散シート１１の厚
さを薄くすると、光拡散性が不足し、微かながらドット
が見え、また光が十分正面に立たず、集光シート１２が
使用されても最大輝度方向が＋１０°以下にならず、正
面輝度は最大輝度より２〜１０％低い値となる。

【００１１】シートの片面または両面に任意の凹凸加工
を施された集光シート１２は、シートの表面形状による
散乱を利用したもので、集光シート１２によれば、法線
方向の光線が増加するものの、集光機能に関して非常に
優れたものは得られ難く、使用者の不要な方向への光線
が依然として多い。プリズムによる集光シート１２で
は、法線方向への光線の放射は著しく増加するが、しか
しその分布は非常に狭い範囲に限られ、観察者の位置が
僅かにでも移動すると、輝度は急激に低下する。また光
線を拡散させる効果が全くないために、集光シート１２
の単独使用では、導光板１に印刷されたドットパターン
が明瞭に観察され、実用には適さない。

【００１２】本発明の目的は、ドット見えを防止し、か
つ指向性の強い光線を導光板の正面方向に出射させるこ
とを可能とする光拡散シートとしての面光源装置用光線
制御シート、さらには集光シートとしての機能も具備し
た面光源装置用光線制御シートを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による面光源装置用光線制御シートは、厚
さ５０〜２００μｍ、全光線透過率６０％以上、ヘイズ
７５％以上の結晶性高分子材料により構成されているこ
とを特徴としている。また本発明による面光源装置用光
線制御シートは、その結晶性高分子膜製のシートの少な
くとも一方の面に横断面形状が略正弦波状の凹凸条が設
けられていてよい。

【００１４】また上述の目的を達成するために、本発明
による面光源装置用光線制御シートは、厚さ５０〜２０
０μｍ、全光線透過率６０％以上、ヘイズ７５％以上と
なるような２種類以上の高分子材料により構成され、少
なくとも一方の面に横断面形状が略正弦波状の凹凸条が
設けられていることを特徴としている。結晶性高分子材
料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフ
ルオロエチレン、高密度ポリエチレンなどの透明でない
ものが例示される。

【００１５】光線制御シートの全光線透過率は６０％以
上であることが好ましい。全光線透過率が６０％未満で
あると、光線制御シートによる損失が大きくて、バック
ライト装置の出射光量が減少する。光線制御シートのヘ
イズは７５％以上であることが好ましい。ヘイズが７５
％未満であると、光の拡散される割合が小さく、ドット
見えが防止できない。

【００１６】ここでいう全光線透過率、ヘイズはＪＩＳ
規格Ｋ−７１０５，Ｋ−６７１４，Ｋ−６７４５に準拠
したものである。すなわち、積分球式光透過率測定装置
によって、全光線透過率、散乱光透過率、平行光線透過
率を測定したとき、ヘイズは散乱光透過率と全光線透過
率の比で表される。光線制御シートの厚さはシートの透
明度によって最適値が定まり、透明なシートほど厚く不
透明なシートほど薄くなるが、シート厚は５０μｍ以
上、２００μｍ以下であることが好ましい。５０μｍ未
満であると、シートに皺が入りやすくバックライト装置
の製造時の作業性が低下する。また、バックライト装置
と液晶セルとの間隔は装置全体の薄型化が求められてお
り、光線制御シート１枚の厚さの上限は約２００μｍで
ある。

【００１７】２種類以上の高分子材料により構成された
光線制御シートは、略正弦波状の凹凸条を設けたフィル
ムを、透明でないポリマーアロイを用いて作成する。ポ
リマーアロイとしては、厚さ５０〜２００μｍのシート
にしたとき、全光線透過率が６０％以上、ヘイズ７５％
以上となり、肉眼で観察される程の相分離を起こさない
ものが用いられる。

【００１８】何れの光線制御シートにおいても、略正弦
波状の凹凸条は下式により表される。 Ｙ＝ａｓｉｎｂＸ 但しＹ：厚み方向座標値 Ｘ：凹凸条を横切る方向の座標値 ａ：係数 ｂ：係数

【００１９】

【作 用】結晶性高分子は１〜３μｍの大きさの微結晶
から成っており、この微結晶による高次散乱により、光
線制御シート内部で入射光の強度と方向は均一化され
る。すなわち、指向性の強い光線を、より広い範囲にわ
たり均一に散乱出射し、さらにドット見えを防止するこ
とができる。この光線制御シートの出射光を集光シート
の入射光とすることにより、導光板表面の法線方向、す
なわち正面方向に効率よく集光することができる。これ
により導光板正面が非常に明るくなる。

【００２０】さらに一方の面、例えば出射面に正弦波状
の凹凸条が付与されていることにより、集光性がさらに
改善される。またポリマーアロイでは相関距離がサブミ
クロンからミクロンオーダーの不均一構造を有し、その
固体内部の不均一構造に起因する高次散乱によって導光
体に取り込まれた光が効率よく拡散し、さらに出射面に
正弦曲面よりなる凹凸形状を付与することにより、正面
方向に光を集めるとともにドット見えを防止することが
できる。

【００２１】この場合、混合する材料の種類や量、分子
量によって、ポリマーアロイ内部の不均一構造の大きさ
や相関距離および屈折率の揺らぎ（誘電率の揺らぎ）を
変えることができ、光の拡散の程度を制御することがで
きる。一般的には主となるポリマーと、混合するポリマ
ーとの屈折率差が大きいほど同様の効果を発現するため
に必要な混合量が少なくなるので好ましい。

【００２２】

【実施例】本発明を下記実施例により具体的に説明す
る。 〔実施例１〕図１において、光拡散シート１１の代わり
として、厚さ１００μｍの高密度ポリエチレン樹脂製の
光線制御シートを用いる。この光線制御シートの全光線
透過率は７７％、ヘイズは８６％であった。この上に透
明なポリカーボネート樹脂を材料に用い、押出し成型法
により一面に山谷の高低差（振幅）４０μｍ、周期（ピ
ッチ）１００μｍの正弦波状の凹凸条による周期表面構
造を刻印した厚さ２５０μｍのシート２枚を集光シート
１２として用いた。このとき、集光シート１２の配置角
度を、集光シート１２の凹凸条の稜線と冷陰極管３の管
軸のなす角度で表すことにすると、一枚目は−４５°、
二枚目は＋４５°であった。ただし、稜線が右下がりの
ものを−、右上がりのものを＋とする。

【００２３】〔実施例２〕図１において、光拡散シート
１１の代わりとして、厚さ１００μｍのポリテトラフル
オロエチレン樹脂製の光線制御シートを用いる。この光
線制御シートの全光線透過率は７９％、ヘイズは８７％
であった。この上に透明なポリカーボネート樹脂を材料
を用い、プレス成型法により、一面に山谷の高低差１５
０μｍ、ピッチ３００μｍの直角二等辺三角形の凹凸条
による周期表面構造を刻印した厚さ３５０μｍのシート
を集光シート１２として用いた。このとき、集光シート
１２の配置角度は９０°であった。

【００２４】このままだと、液晶セルを通して見たとき
集光シート１２の稜線が視認されるため、さらにその上
に、厚さ２５０μｍの透明なポリカーボネート樹脂を材
料に用い、プレス成型法により一面に深さ１５０μｍの
ランダムな凹凸構造を刻印したシートを光拡散シートと
して配置した。

【００２５】〔実施例３〕ポリテトラフルオロエチレン
樹脂を材料に用い、プレス成形法により、図２に示され
ているように、一面に振幅１００μｍ、ピッチ１００μ
ｍの正弦波状の表面構造を有し、全体の厚みが２５０μ
ｍとなる成形シートを光拡散シート１１と集光シート１
２として用いる。このポリテトラフルオロエチレンを厚
さ１００μｍのシートにした時の全光線透過率は７７
％、ヘイズは８６％であった。

【００２６】〔実施例４〕高密度ポリエチレン樹脂を材
料に用い、押出−ロール転写成形法により一面に振幅８
０μｍ、ピッチ１００μｍの正弦波状の表面構造を有
し、全体の厚みが２５０μｍとなる成形シートを光拡散
シート１１と集光シート１２として用いる。この高密度
ポリエチレンを厚さ１００μｍのシートにした時の全光
線透過率は７９％、ヘイズは８７％であった。

【００２７】〔実施例５〕ポリカーボネート樹脂に５重
量部のポリテトラフルオロエチレン樹脂を混練した材料
を用い、押出−ロール転写成形法により、一面に振幅１
００μｍ、ピッチ１００μｍの正弦波状の表面構造を有
し、全体の厚みが２５０μｍとなる成形シートを光拡散
シート１１と集光シート１２として用いる。このポリマ
ーアロイを厚さ１００μｍのシートにした時の全光線透
過率は７７％、ヘイズは８６％であった。

【００２８】〔実施例６〕ポリメチルメタクリル酸樹脂
に１０重量部のポリスチレン樹脂を混練した材料を用
い、プレス成形法により一面に振幅８０μｍ、ピッチ１
００μｍの正弦波状の表面構造を有し、全体の厚みが２
５０μｍとなる成形シートを光拡散シート１１と集光シ
ート１２として用いる。

【００２９】このポリマーアロイを厚さ１００μｍのシ
ートにした時の全光線透過率は７９％、ヘイズは８７％
であった。なお、実施例３〜６においては、シートの表
面形状は光線方向を変化させる機能を有するため、本シ
ートを直接測定して、結晶性高分子の光学特性とするの
は好ましくない。したがって結晶性高分子の光学特性は
押出し成形法によって得られた、両面とも平滑なシート
として評価した。

【００３０】〔比較例１〕実施例１において、光拡散シ
ート１１として裏面に直径１０〜３０μｍのガラスビー
ズが塗布されている厚さ２００μｍの透明なポリカーボ
ネート樹脂シートを用いた以外は同一の条件にした。 〔比較例２〕実施例２において、光拡散シート１１とし
て裏面に直径５〜１０μｍのガラスビーズが塗布されて
いる厚さ２００μｍの透明なポリカーボネート樹脂シー
トを用いた以外は同一の条件にした。

【００３１】〔比較例３〕厚さ２５０μｍのポリマーカ
ーボネート樹脂を材料に用い、押出成形法によって得ら
れた成形体の一面に深さ１５０μｍで凹凸密度１２０本
／インチの不規則な凹凸面を形成した。 〔比較例４〕透明なポリカーボネート樹脂を材料に用
い、プレス成形法により、一面に頂角９０°斜面の角度
４５°、ピッチ３００μｍ、全体厚み５００μｍのプリ
ズム形状を付与し、従来技術によるプリズムフィルムを
得た。このプリズムフィルムを構成する面は、すべて光
学的平滑面とした。

【００３２】〔性能の評価試験〕実施例１、２と比較例
１、２については、性能の評価試験を以下の条件にて行
った。図１において、光源として外径３ｍｍφ、長さ１
３０ｍｍの冷陰極管３を使用する。ランプホルダ４はラ
ンプ面側に銀蒸着されたポリエチレンテレフタレートフ
ィルムにより構成した。導光板１は、縦１２８ｍｍ、横
２２０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリメチルメタクリレート板
から成る。裏面反射板９及び端面反射板１０は厚さ１５
０μｍの不透明ポリエチレンテレフタレートフィルムか
ら成っている。

【００３３】導光板１の表面７に実施例および比較例の
光線制御シートを配置する。このように構成されたエッ
ジライト方式のバックライト装置の冷陰極管３のインバ
ータを直流９．６Ｖで駆動して、バックライト装置を点
灯した。バックライト性能は、画面の明るさとドット隠
蔽性で評価した、画面の明るさは、ドット印刷部分の中
央において、導光板表面と冷陰極管の管軸の両方に垂直
な面内の輝度分布を１ｍ離れた位置から視野角０．３°
の輝度計で測定した。角度は導光板表面の法線方向を０
°、冷陰極管側を−、端面反射板側を＋とした。評価対
象は、正面輝度および最大輝度とその方向である。測定
輝度が５００ｃｄ／ｃｍ² 以上あれば、液晶セルを通し
て見たとき実用上問題のない明るさといえる。ドット隠
蔽性は、バックライト画面から５０ｃｍ離れた位置から
光拡散シート及び集光シートを通して画面を見たときの
ドットの見え方で評価した。評価としては全くドットが
見えないものを○、微かでも見えるものを×とした。評
価結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例３〜６と比較例４、５については、
性能の評価試験を以下の条件にて行った。図１におい
て、光源として外径３．５ｍｍ、長さ１３５ｍｍの冷陰
極管３を使用する。導光体６は、横１９６ｍｍ、縦１３
５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍのポリメチルメタクリレート板
からなる。裏面反射板９及び端面反射板１０は厚さ１５
０μｍの不透明ポリエチレンテレフタレートフィルムか
ら成っている。導光板１の表面７に実施例および比較例
の光線制御シートを配置する。そして光線制御シートの
上に液晶表示素子を配置した。

【００３６】こうして構成されたエッジライト方式のバ
ックライト装置を直流１２Ｖのインバーターで駆動し
て、光線制御シートの評価を行った。 （１）画面の明るさ 画面上の定点（９ヶ所）において、法線方向に３０ｃｍ
離れた位置から視野角２°の輝度を計り、明るさのデー
タとした。測定データが５５０ｃｄ／ｃｍ² 以上であれ
ば実用上問題のない明るさである。 （２）ドットパターンの視認性 画面から法線方向に５０ｃｍ離れた位置から、調光フィ
ルムを通して表示画面を見たとき、正面輝度と発光外観
の評価結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明による光線制御シートが使用され
ると、ドット隠蔽性に優れ、かつ画面正面が明るいバッ
クライト装置を提供することができ、高輝度であるとと
もに、必要且つ十分な角度範囲から観察可能な液晶表示
装置が具現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】エッジライト方式のバックライト装置を示す断
面図である。

【図２】本発明による光線制御シートの凹凸条形状を示
す説明図である。

【図３】比較例の光線制御シートの凹凸条形状を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 導光板 ３ 冷陰極管 ４ ランプホルダ ６ ドット ９ 裏面反射板 １０ 端面反射板 １１ 光拡散シート １２ 集光シート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ５０〜２００μｍ、全光線透過率６
   ０％以上、ヘイズ７５％以上の結晶性高分子材料から成
   る面光源装置用光線制御シート。
2. 【請求項２】 少なくとも一方の面に横断面形状が略正
   弦波状の凹凸条が設けられていていることを特徴とする
   請求項１に記載の面光源装置用光線制御シート。
3. 【請求項３】 厚さ５０〜２００μｍ、全光線透過率６
   ０％以上、ヘイズ７５％以上となるような２種類以上の
   高分子材料により構成され、少なくとも一方の面に横断
   面形状が略正弦波状の凹凸条が設けられていていること
   を特徴とする面光源装置用光線制御シート。