JPH1073726A

JPH1073726A - バックライト用導光体

Info

Publication number: JPH1073726A
Application number: JP9179864A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakanishi; 寛中西; Nobuhiro Hirota; 暢宏廣田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度で、色調斑の少ない均一なバックライ
トを提供できる。【解決手段】屈折率（ｎ_d ）が１．３９〜１．４９、
平均粒径が１０〜１５μｍのシリコーン粒子を０．０１
〜０．５重量％含有した透明樹脂からなるバックライト
用導光体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコン、
液晶テレビ等に使用される液晶表示装置、駅や公共施設
等における案内標示板や大型看板等の表示装置、種々の
案内標識や交通標識等の交通表示装置等の表示装置に使
用される各種表示装置のバックライト用導光体に関する
ものであり、さらに詳しくは、高輝度で、輝度斑のない
均一なバックライトを提供できるバックライト用導光体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置を備えた携帯用ノー
トパソコン、携帯用液晶ＴＶ、ビデオ一体型液晶ＴＶ、
カーナビゲイションシステム等においては、ＣＲＴ（カ
ソードレイチューブ）並の高画質なものが要求され、高
輝度で均一なバックライトが必要とされている。また、
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、消費電力の割合が大きいバックライトの消費電力
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
晶表示が見辛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。

【０００３】このようなバックライトの構造としては、
蛍光ランプ等の光源を液晶パネルの下方に配置する直下
方式のものと、光源を側面に配置した導光体を用いるエ
ッジライト方式に大別される。このうち、エッジライト
方式では、バックライトをコンパクト化できるという特
徴を有するが、直下方式と比較して輝度が低いという欠
点を有しており、液晶表示装置の高画質化、省電力化と
いう課題に十分に対応できるものではなかった。このよ
うなエッジライト方式では、導光体の表面に形成した印
刷層や粗面部等を設けることにより、導光体中を伝搬す
る光が印刷層や粗面部等に到達した際に反射または散乱
が起こり、導光体から出射させる手段が用いられてい
る。しかし、このような導光体では、入射した一部の光
は導光体内部で反射を繰返すことにより減衰してしまう
ため、入射した全ての光が出射されず光の利用効率に劣
るものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、導光体を構成
する透明樹脂中に、透明樹脂とは屈折率の異なる無機粒
子や有機粒子を添加して、導光体内部で光散乱を起こさ
せ入射光を効率よく出射させる方法が提案されている。
しかし、このように無機粒子や有機粒子を添加した場合
には、これら拡散粒子自体が可視光域の光を吸収るとた
め、光線透過率が低下し高い輝度が得られなものであっ
た。これに対して、導光体中に添加する光散乱粒子とし
てシリコーンビースを用いることが提案されている。

【０００５】例えば、特公平５−１６００２号公報で
は、平均粒子径０．３〜１０μｍの球状シリコーン粒子
を１〜５０重量％添加した光拡散板が提案されている。
しかし、エッジライト方式の導光体においては、このよ
うに１重量％以上ものシリコーン粒子を添加すると、光
源近傍で散乱する光の割合が多く導光体端部まで透過す
る光の割合が少なくなり、バックライトとしての輝度の
均一性に劣るものである。また、特開平６−３２４２１
５号公報においては、平均粒子径０．３〜４．５μｍの
シリコーン粒子を添加した導光体が提案されている。し
かしながら、このように数μｍ程度以下の粒子径の小さ
いシリコーン粒子を用いた場合には、可視光線の短波長
側での光の損失が大きくなり、導光体の光源から離れた
端部で出射光が黄色みを帯びてしまうという問題点を有
していた。本発明は、バックライトのコンパクト化とい
う特徴を生かしたエッジライト方式において、高い輝度
を有するるとともに、色調斑の少ない液晶表示装置のバ
ックライトを構成できる導光体を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な状況に鑑み、バックライト用導光体について鋭意検討
した結果、本発明に到達したものである。すなわち、本
発明のバックライト用導光体は、屈折率（ｎ_d ）が１．
３９〜１．４９、平均粒径が１０〜１５μｍのシリコー
ン粒子を０．０１〜０．５重量％含有した透明樹脂から
なることを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の導光体を構成する透明樹
脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリルとスチレン
の共重合体）、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリメチル
ペンテン樹脂等の高透明性の種々の合成樹脂を使用する
ことができる。特に、メタクリル樹脂が、その光線透過
率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性にも優れて
おり、導光体用材料として最適である。

【０００８】本発明において、メタクリル樹脂とは、メ
タクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリ
ル酸メチルが８０重量％以上であることが好ましい。メ
タクリル酸メチル以外の共重合成分としては、アクリル
酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリ
ル酸ブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メ
タ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル
酸フェニル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）ア
クリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸グ
リシジル、（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチル等
の（メタ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸
類、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリ
メチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、アリル
（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メ
タ）アクリレート等の多官能（メタ）アクリレート類、
スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体
類、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等
のマレイミド類、無水マレイン酸等が挙げられる。ま
た、メタクリル樹脂の耐衝撃性の向上を目的として、ア
クリル酸エステルを主成分とするゴム状共重合体にメタ
クリル酸エステルを主成分とする共重合体をグラフトし
た共重合体を含むものも使用できる。

【０００９】本発明においては、上記のようなメタクリ
ル樹脂に代表される透明樹脂に特定のシリコーン粒子を
配合させることが、本発明の目的を達成するうえで重要
である。使用されるシリコーン粒子としては、特に限定
されるものではなく、例えば、ケイ素原子に有機基が直
結し、残りの結合が酸素と直結しており、ケイ素原子と
酸素が繰り返すシロキサン結合でポリマーとなったもの
等が挙げられる。また、シロキサン結合が三次元網状構
造を有するものであってもよい。ケイ素原子に直結する
有機基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピ
ル基、ブチル基等のアルカン基、カルボキシル基、カル
ボニル基、エステル基、エーテル基等が挙げられる。こ
れら有機基を有するシリコーン粒子は、透明樹脂との親
和性に優れ、透明樹脂との分散性が極めて良好である。

【００１０】使用するシリコーン粒子は、その屈折率
（ｎ_d ）が１．３９〜１．４９の範囲である。これは、
屈折率（ｎ_d ）が１．３９未満であると、透明樹脂との
屈折率の差が大きくなり隠蔽性が出てくるようになり、
導光体端部まで透過する光の割合が少なくなりバックラ
イトとしての輝度の均一性に劣るためであり、逆に１．
４９を超えると十分な光線透過率が得られなくなり、光
源からの距離による輝度差が大きくなり輝度斑が生じる
ためであり、好ましくは１．４２〜１．４６の範囲であ
る。なお、本発明において、シリコーン粒子の屈折率
（ｎ_d ）とは、２３℃におけるナトリウムｄ線５８９ｎ
ｍに対する値をいう。

【００１１】また、本発明で使用されるシリコーン粒子
の平均粒径は、１０〜１５μｍの範囲である。これは、
シリコーン粒子の粒径が１０μｍ未満では、可視光線領
域での短波長側の光損失が大きくなり、導光体の光源近
傍での出射光は青味を帯び、導光体の光源から離れた部
分での出射光は黄色味を帯びてくるようになり、バック
ライトとしての色調斑が大きくなるためであり、逆に１
５μｍを超えると光散乱効果が低下し、必要な光散乱効
果を得るためには添加量を増加させる必要があるためで
あり、好ましくは１１〜１３μｍの範囲である。

【００１２】シリコーン粒子の透明樹脂への含有量は、
０．０１〜０．５重量％であり、好ましくは０．０３〜
０．３重量％の範囲である。これは、シリコーン粒子の
含有量が０．０１重量％未満では、十分な光拡散性が得
られず輝度を十分に向上させることができないためであ
り、逆に０．５重量％を超えると光線透過率が低下し、
光源からの距離による輝度差が大きくなり輝度斑が生じ
るためである。シリコーン粒子の含有量は、使用される
バックライトの大きさ、厚さ、使用される光源の数や配
置等に応じて、この範囲で適宜選定することが好まし
い。

【００１３】シリコーン粒子の形状は、特に限定される
ものではないが、楕円球形状あるいは真球形状であるこ
とが好ましく、特に真球形状あるいはこれに近い形状で
あることが好ましい。特に、導光体を射出成形法によっ
て製造する場合には、棒状や板状のものでは、射出成型
時に配向を起こしやすくなり、導光体として特異な配光
性を生じる場合があるため、真球形状あるいはこれに近
い形状であることが好ましい。

【００１４】シリコーン粒子の透明樹脂への添加方法に
ついては、特に限定されるものではないが、例えば、ペ
レット状またはビーズ状の透明樹脂とシリコーン粒子を
混合し、押出機を用いて混練することによって、透明樹
脂中に均一にシリコーン粒子を分散させることができ
る。特に、二軸押出機を用いて混練を行うことが、シリ
コーン粒子の均一拡散の点から好ましい。シリコーン粒
子の分散が不均一である場合には、バックライトとして
輝度斑が生じやすく、また、射出成形法によって導光体
を製造する場合には、シルバーストリークの成形不良を
起こしやすい。本発明のバックライト用導光体は、透明
樹脂とシリコーン粒子との混合物を、溶融混練して一般
的に使用されている射出成形や押出成形等によって成形
することによって製造することができる。

【００１５】本発明においては、バックライト用導光体
は、肉厚が均一なシート形状のもの、一灯式の光源側か
ら徐々に肉厚が薄くなる楔形状のもの、二灯式の両光源
側から中央部にいくに従って徐々に肉厚が薄くなるもの
等、種々の形状のものが使用できる。また、導光体から
の出射光分布をより均一にするために、導光体の出射面
に白色や半透明色等のインキを用いてドット状パターン
を印刷したり、シボ状、ドット状等の凹凸加工を施すこ
ともできる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例１メタクリル樹脂（三菱レイヨン社製アクリペットＶＨ＃
０００）と、屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径１２μ
ｍの真球状のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トス
パール３１２０）０．１重量％とを、ヘンシェル内で２
分間攪拌して混合した後、押出機（池貝社製ＰＣＭ４
５）に投入し、バレル温度２５０℃、ダイス温度２５０
℃、スクリュー回転数２００ｒｐｍにて混練押出し、押
出されたストランドをペレタイザーを用いてペレット化
した。得られたペレットは、メタクリル樹脂中にシリコ
ン粒子が均一に分散していた。

【００１７】得られたシリコーン粒子含有メタクリル樹
脂ペレットを、射出成形機（東芝機械社製ＩＳ８０ＦＰ
Ａ３−２Ａ）を用いて、シリンダー温度２４０℃、金型
温度８０℃にて、１００ｍｍ×１２０ｍｍで、厚さが５
ｍｍである板状の導光体を成形した。得られた導光体を
切削加工して長さ５ｍｍと５０ｍｍの２種の試験片を作
成した。これら２つの試験片を、分光光度計（日立製作
所社製Ｕ−３５００）にて直径６０ｍｍの積分球を用い
て分光光線透過率特性を測定した。分光光線透過率の測
定結果から、Ｃ光源、２゜視野条件でＬａｂ表色系を算
出し、その結果を表１に示した。また、２つの試験片の
Ｌａｂから色差ΔＥａｂを算出して、透過距離による色
調差を調べ、その結果を表１に示した。

【００１８】比較例１屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径０．３μｍの真球状
のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１０
３）を用いた以外は実施例１と同様にして導光体を作製
した。得られた導光体を切削加工して長さ５ｍｍと５０
ｍｍの２種の試験片を作成した。これら２つの試験片
を、分光光度計（日立製作所社製Ｕ−３５００）にて直
径６０ｍｍの積分球を用いて分光光線透過率特性を測定
した。分光光線透過率の測定結果から、Ｃ光源、２゜視
野条件でＬａｂ表色系を算出し、その結果を表１に示し
た。また、２つの試験片のＬａｂから色差ΔＥａｂを算
出して、透過距離による色調差を調べ、その結果を表１
に示した。

【００１９】比較例２屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径０．５μｍの真球状
のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１０
５）を用いた以外は実施例１と同様にして導光体を作製
した。得られた導光体を切削加工して長さ５ｍｍと５０
ｍｍの２種の試験片を作成した。これら２つの試験片
を、分光光度計（日立製作所社製Ｕ−３５００）にて直
径６０ｍｍの積分球を用いて分光光線透過率特性を測定
した。分光光線透過率の測定結果から、Ｃ光源、２゜視
野条件でＬａｂ表色系を算出し、その結果を表１に示し
た。また、２つの試験片のＬａｂから色差ΔＥａｂを算
出して、透過距離による色調差を調べ、その結果を表１
に示した。

【００２０】比較例３屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径０．８μｍの真球状
のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１０
８）を用いた以外は実施例１と同様にして導光体を作製
した。得られた導光体を切削加工して長さ５ｍｍと５０
ｍｍの２種の試験片を作成した。これら２つの試験片
を、分光光度計（日立製作所社製Ｕ−３５００）にて直
径６０ｍｍの積分球を用いて分光光線透過率特性を測定
した。分光光線透過率の測定結果から、Ｃ光源、２゜視
野条件でＬａｂ表色系を算出し、その結果を表１に示し
た。また、２つの試験片のＬａｂから色差ΔＥａｂを算
出して、透過距離による色調差を調べ、その結果を表１
に示した。

【００２１】比較例４屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径２μｍの真球状のシ
リコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１２０）
を用いた以外は実施例１と同様にして導光体を作製し
た。得られた導光体を切削加工して長さ５ｍｍと５０ｍ
ｍの２種の試験片を作成した。これら２つの試験片を、
分光光度計（日立製作所社製Ｕ−３５００）にて直径６
０ｍｍの積分球を用いて分光光線透過率特性を測定し
た。分光光線透過率の測定結果から、Ｃ光源、２゜視野
条件でＬａｂ表色系を算出し、その結果を表１に示し
た。また、２つの試験片のＬａｂから色差ΔＥａｂを算
出して、透過距離による色調差を調べ、その結果を表１
に示した。

【００２２】比較例５屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径３μｍの真球状のシ
リコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１３０）
を用いた以外は実施例１と同様にして導光体を作製し
た。得られた導光体を切削加工して長さ５ｍｍと５０ｍ
ｍの２種の試験片を作成した。これら２つの試験片を、
分光光度計（日立製作所社製Ｕ−３５００）にて直径６
０ｍｍの積分球を用いて分光光線透過率特性を測定し
た。分光光線透過率の測定結果から、Ｃ光源、２゜視野
条件でＬａｂ表色系を算出し、その結果を表１に示し
た。また、２つの試験片のＬａｂから色差ΔＥａｂを算
出して、透過距離による色調差を調べ、その結果を表１
に示した。

【００２３】比較例６屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径４．５μｍの真球状
のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１４
５）を用いた以外は実施例１と同様にして導光体を作製
した。得られた導光体を切削加工して長さ５ｍｍと５０
ｍｍの２種の試験片を作成した。これら２つの試験片
を、分光光度計（日立製作所社製Ｕ−３５００）にて直
径６０ｍｍの積分球を用いて分光光線透過率特性を測定
した。分光光線透過率の測定結果から、Ｃ光源、２゜視
野条件でＬａｂ表色系を算出し、その結果を表１に示し
た。また、２つの試験片のＬａｂから色差ΔＥａｂを算
出して、透過距離による色調差を調べ、その結果を表１
に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、本発明である実
施例１の導光体では、シリコーン粒子の平均粒径の異な
る比較例１〜６の導光体と比較して、色調斑が非常に少
ないものである。

【００２６】実施例２メタクリル樹脂（三菱レイヨン社製アクリペットＶＨ５
＃０００）と、屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径１２
μｍの真球状のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製ト
スパール３１２０）０．０８重量％とを、ヘンシェル内
で２分間攪拌して混合した後、押出機（池貝社製ＰＣＭ
４５）に投入し、バレル温度２５０℃、ダイス温度２５
０℃、スクリュー回転数２００ｒｐｍにて混練押出し、
押出されたストランドをペレタイザーを用いてペレット
化した。得られたペレットは、メタクリル樹脂中にシリ
コン粒子が均一に分散していた。

【００２７】得られたシリコーン粒子含有メタクリル樹
脂ペレットを、射出成形機（東芝機械社製ＩＳ８０ＦＰ
Ａ３−２Ａ）を用いて、シリンダー温度２３０℃、金型
温度８０℃にて、９０ｍｍ×１８０ｍｍで、一方の端面
の厚さが３ｍｍ、他方の端面の厚さが１．５ｍｍである
楔形状の導光体を成形した。この導光体の一方の面に半
透明色インキを用いてドット状パターンの印刷を施し
た。得られた導光体のドット状パターン形成面側に反射
フィルム、その反対面に拡散フィルムを積層して、肉厚
の厚い端面に外径３ｍｍの冷陰極蛍光ランプを設置し
て、図１に示したような構造のバックライトを構成し
た。

【００２８】得られたバックライトの拡散フィルム面か
らの出射光の輝度を、図１に示したＡ〜Ｅの５点（蛍光
ランプから１６０ｍｍ、１２０ｍｍ、８０ｍｍ、４０ｍ
ｍの各点）で測定して、その平均値である平均輝度と
し、最小輝度／最大輝度である輝度斑、Ａ点とＢ点にお
ける出射光の色度座標（ｘ，ｙ）中のｙ値の差（絶対
値）を表２に示した。なお、平均輝度は、比較例７、８
との相対比較のため、実施例２での平均輝度を１００と
して示した。

【００２９】実施例３真球状のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパー
ル１３０）の添加量を０．０１重量％とした以外は実施
例２と同様にして導光体を作製した。得られた導光体を
用いて、実施例２と同様にバックライトを構成し、輝度
測定を行い平均輝度（実施例２の平均輝度１００に対す
る値）、輝度斑および色度座標中のｙ値の差（絶対値）
を表２に示した。

【００３０】比較例７シリコーン粒子を使用しない以外は実施例２と同様にし
て導光体を作製した。得られた導光体を用いて、実施例
２と同様にバックライトを構成し、輝度測定を行い平均
輝度（実施例２の平均輝度１００に対する値）、輝度斑
および色度座標中のｙ値の差（絶対値）を表２に示し
た。

【００３１】比較例８屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径３μｍの真球状のシ
リコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１３０）
を用いた以外は実施例２と同様にして導光体を作製し
た。得られた導光体を用いて、実施例２と同様にバック
ライトを構成し、輝度測定を行い平均輝度（実施例２の
平均輝度１００に対する値）、輝度斑および色度座標中
のｙ値の差（絶対値）を表２に示した。

【００３２】比較例９屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径２μｍの真球状のシ
リコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１３０）
を用いた以外は実施例２と同様にして導光体を作製し
た。得られた導光体を用いて、実施例２と同様にバック
ライトを構成し、輝度測定を行い平均輝度（実施例２の
平均輝度１００に対する値）、輝度斑および色度座標中
のｙ値の差（絶対値）を表２に示した。

【００３３】比較例１０屈折率（ｎ_d ）１．４４、平均粒径０．８μｍの真球状
のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパール１３
０）を用いた以外は実施例２と同様にして導光体を作製
した。得られた導光体を用いて、実施例２と同様にバッ
クライトを構成し、輝度測定を行い平均輝度（実施例２
の平均輝度１００に対する値）、輝度斑および色度座標
中のｙ値の差（絶対値）を表２に示した。

【００３４】比較例１１真球状のシリコーン粒子（東芝シリコーン社製トスパー
ル１３０）の添加量を１重量％とした以外は実施例２と
同様にして導光体を作製した。得られた導光体を用い
て、実施例２と同様にバックライトを構成し、輝度測定
を行い平均輝度（実施例２の平均輝度１００に対する
値）、輝度斑および色度座標中のｙ値の差（絶対値）の
測定を行ったが、導光体の冷陰極蛍光ランプを設置した
光入射面近傍でほとんどの光が出射し、導光体の先端部
での出射光が得られなかった。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２から明らかなように、本発明の導光体
を用いた実施例２のバックライトは、色調斑が少なく、
輝度斑および平均輝度も比較的良好なものであり、バラ
ンスの良い特性を有するものである。これに対して、シ
リコーン粒子を添加しない導光体を用いた比較例７のバ
ックライトでは、色調斑については優れているものの、
平均輝度および輝度斑が劣るものであり、平均粒径の小
さいシリコーン粒子を添加した導光体を用いた比較例８
〜１０のバックライトでは、平均輝度および輝度斑には
優れているものの、色調斑が著しいものである。また、
シリコーン粒子の添加量の多い導光体を用いた比較例１
１のバックライトでは、導光体の光入射面近傍でほとん
どの光が出射し、導光体の先端部にまで到達する光がほ
とんどなく、実用性のないものであった。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、特定のシリコーン粒子を特定
量含有した透明樹脂を用いて導光体を構成することによ
って、高輝度で、色調斑の少ない均一なバックライトを
提供でき、表示装置の高画質化、省電力化を達成できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２のバックライトの構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１・・・導光体２・・・蛍光ランプ３・・・反射フィルム４・・・拡散フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率（ｎ_d ）が１．３９〜１．４９、
平均粒子径が１０〜１５μｍのシリコーン粒子を０．０
１〜０．５重量％含有した透明樹脂からなることを特徴
とするバックライト用導光体。