JPWO2007032469A1 - 直下型バックライト装置 - Google Patents

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Abstract

反射板、並列配置された複数の線状光源及び光拡散板が、この順に配置されて構成され、光拡散板は、その少なくともひとつの主面に、3以上の傾斜側面を有する凹形又は凸形の構造単位を複数有し、構造単位を有する主面の最大高さRzが1,000μm以下であり、且つ隣接する線状光源の中心軸間の領域の直上にあたる領域における、線状光源の中心軸方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面中に、傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる該傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ該傾きXnのすべてが隣接する線状光源の中心軸間の平均距離aL(mm)及び線状光源の中心軸と光拡散板における線状光源側の主面との間の最小距離bL(mm)との間に、12.5−10×(bL/aL)<Xn<85−25×(bL/aL)の関係を有する部分が含まれる、直下型バックライト装置。

Description

本発明は、液晶表示装置などの表示装置で用いられる直下型バックライト装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、輝度が高く、輝度均斉度の良い直下型バックライト装置に関する。
従来、液晶ディスプレイ用のバックライト装置としては、冷陰極管を光源とした装置が広く用いられており、エッジライト型と呼ばれる方式と直下型と呼ばれる方式がある。エッジライト型は、細管の冷陰極管を導光板の端面に配置した構成からなり、端面から入射した光は導光板内で反射を繰り返し、導光板主面に出光するバックライト装置である。一方、直下型バックライト装置は、複数本の並列配置した冷陰極管と、冷陰極管の背面に設けられた反射板と、発光面をなす光拡散板とを組み合わせた構成からなるバックライト装置である。直下型バックライト装置は、エッジライト型とは対照的に、冷陰極管の使用本数を増やすことができるために、発光面を容易に高輝度化することができる。
しかし、直下型バックライト装置には、発光面の輝度均斉度が悪いという問題がある。特に、冷陰極管の真上で輝度が高くなるために発生する周期的輝度むらが大きな問題となる。つまり、バックライト装置発光面の輝度均斉度が悪いと、液晶ディスプレイの表示画面に表示むらが発生する。
直下型バックライト装置では冷陰極管の間隔を小さくすることで輝度均斉度を改善することはできるが、そのためには冷陰極管の数を増やさねばならず、バックライトの構造が複雑になったり、点灯時の消費電力が上昇してしまう問題がある。また冷陰極管と光拡散板の距離を大きくすることでも輝度均斉度を改善できるが、その場合はバックライト装置が厚くなってしまい、液晶ディスプレイの薄型化を実現できなかった。
さらに従来、輝度均斉度を改良するために、種々の対策がなされてきた。例えば、縞模様やドット状の光量補正パターンを光拡散板に印刷し、冷陰極管の真上に放射される光量を低減し、冷陰極管間に放射される光量を相対的に増やす手法(特許文献1の図6に例示)や、波型反射板を利用して、反射板からの反射光を冷陰極管と冷陰極管の中間に相当する領域へ集める手法(特許文献2)が提案されている。
しかし、輝度均斉度の改良手段として、光量補正パターンの印刷を行うと、光量の一部を遮断するので、冷陰極管が放射する光量の利用率が低下し、十分な輝度が得られないという問題があった。また、波型反射板を用いると、装置の構成が複雑となり、バックライト装置が複雑になる問題があった。
一方、直下型バックライト装置に使用される光拡散板では、透明樹脂に光拡散剤を分散した材料が使用されることが多い。このような材料を用いた光拡散板においては、輝度均斉度を改良させるために光拡散剤の濃度を上げると輝度が低下してしまうという問題があった。そこで、これを解決するためにさらに、光拡散板表面にプリズム形状等のパターンを形成し、輝度を低下させずに表面形状による拡散効果を持たせることが提案されている(特許文献3、4、5)。しかしながら、光拡散板表面にプリズム状パターンを形成しただけでは、輝度均斉度の改良は十分ではなかった。
例えば、特許文献3〜5では、プリズム条列の形状として断面鋸歯状のものが使用されているが、このほかに輝度向上効果を改善するために、断面鋸歯状突起にかわって、多角錘状突起を持つシートの使用が提案されている(特許文献6)。しかしながら、前記多角錘状突起を持つシートの使用では輝度均斉度を改善することはできなかった。
特開平6−273760号公報 特開2001−174813号公報 特開平5−333333号公報 特開平8−297202号公報 特開2000−182418号公報 特許第3134422号公報
本発明は、直下型バックライト装置の改良に関するものであり、光の高い有効利用率を実現し、さらに発光面の周期的輝度むらを抑制して、輝度と輝度均斉度の改良とを同時に実現することができる、薄型の直下型バックライト装置を提供することを目的としてなされたものである。
本発明者は、上記の課題を解決すべく、詳細な検討を行った結果、直下型バックライト装置において、光拡散板の少なくとも一つの主面に特定の凹形又は凸形の構造単位を設け、その構造単位の傾斜側面の傾き、隣接する線状光源の中心軸間の距離、及び線状光源の中心軸と光拡散板における線状光源側の主面との間の距離の間に特定の関係を持つようにした光拡散板と線状光源とを配置することにより、高輝度で輝度均斉度が良い直下型バックライト装置が得られることを見いだした。この知見に基づいてさらに検討し本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の態様のものを含む。
(1) 反射板、並列配置された複数の線状光源、及び光拡散板が、この順に配置されて構成される直下型バックライト装置であって、
前記光拡散板は、
その少なくともひとつの主面に、3以上の傾斜側面を有する凹形又は凸形の構造単位を複数有し、
該構造単位を有する主面の最大高さRzが1,000μm以下であり、且つ
隣接する線状光源の中心軸間の領域の直上にあたる領域における、線状光源の中心軸方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面中に、
(1)傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる前記傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ
(2)該傾きXnのすべてが前記隣接する線状光源の中心軸間の平均距離aL(mm)及び前記線状光源の中心軸と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との間の最小距離bL(mm)との間に、12.5−10×(bL/aL)<Xn<85−25×(bL/aL)の関係を有する部分が含まれる、
直下型バックライト装置。
(2) 反射板、複数の点状光源、及び光拡散板が、この順に配置されて構成される直下型バックライト装置であって、
前記光拡散板は、
その少なくともひとつの主面に、3以上の傾斜側面を有する凹形又は凸形の構造単位を複数有し、
該構造単位を有する主面の最大高さRzが1,000μm以下であり、且つ
隣接する三つの点状光源で囲まれ且つ他の点状光源を含まない領域の直上にあたる領域における、該三つの点状光源のうちの二つの点状光源の中心を結んだ方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面の少なくとも1つの中に、
(1)傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる前記傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ
(2)該傾きXnのすべてが前記隣接する三つの点状光源の中心間の平均距離aP(mm)及び前記点状光源の中心と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との間の最小距離bP(mm)との間に、12.5−11×(bP/aP)<Xn<85−28.5×(bP/aP)の関係を有する部分が含まれる、
直下型バックライト装置。
(3) 前記の直下型バックライト装置において、前記構造単位が凸形であり、該構造単位が断面鋸歯状のプリズム条列に、当該プリズム条列の稜線方向と異なる向きにV字状の切り込みを入れて得られるものである。
(4) 前記の直下型バックライト装置において、前記構造単位の形状が角錐または角錐台である。
(5) 前記の直下型バックライト装置において、前記構造単位が凹形であり、前記構造単位が断面鋸歯状のプリズム条列に、当該プリズム条列の稜線方向と異なる向きにV字状の切り込みを入れて得られる凸状形状を有する転写部材の当該凸形状を転写して得られるものである。
(6) 前記の直下型バックライト装置において、前記構造単位の形状が角錐又は角錐台である。
(7) 前記の直下型バックライト装置において、光拡散板が透明樹脂及び光拡散剤を含む樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全光線透過率が60%以上98%以下である。
(8) 前記の直下型バックライト装置において、光拡散板が透明樹脂及び光拡散剤を含む樹脂組成物からなり、該樹脂組成物のヘーズが20%以上100%以下である。
さらに、本発明は次のような好ましい態様を含む。
(9) 前記直下型バックライト装置において、光拡散板が吸水率0.25%以下の透明樹脂で形成されている。
(10) 前記直下型バックライト装置において、光拡散剤が、ポリスチレン系重合体、ポリシロキサン系重合体又はそれらの架橋物である。
本発明の直下型バックライト装置は、高い光量有効利用率を持ち、発光面の周期的輝度むらが抑制されているため、薄く、輝度が高く、輝度均斉度が良い。
本発明の第一実施形態に係る直下型バックライト装置の斜視図とその一部拡大図である。 本発明において型に用いる金属部材の加工方法の一例である。 本発明の規則的に並んだ、3以上の傾斜側面を有する凸形の構造単位の一例の斜視図である。 本発明において型に用いる金属部材の一例の上面図である。 本発明において型に用いる金属部材の一例の上面図である。 本発明において型に用いる金属部材の一例の上面図である。 本発明において型に用いる金属部材の一例の上面図である。 本発明の第二実施形態に係る直下型バックライト装置を模式的に示す斜視図である。 第一の態様に係る複数の点状光源の配置を模式的に示す平面図である。 第二の態様に係る複数の点状光源の配置を模式的に示す平面図である。 第三の態様に係る複数の点状光源の配置を模式的に示す平面図である。
符号の説明
1 光拡散板
2 線状光源
3 反射板
X1、X2 構造単位の傾斜側面を表す線の傾き
a 線状光源の中心軸間の距離
b 線状光源の中心軸と光拡散板の距離
4 金属部材
5−1、5−2 切削加工に用いる工具
12 点状光源
本発明に係る直下型バックライト装置は、反射板、並列配置された複数の線状光源若しくは離散配置された複数の点状光源、及び光拡散板が、この順に配置されて構成されるものである。
(反射板)
本発明に用いられる反射板は、光を反射することができる板であれば特に限定されない。例えば、白色または銀色に着色された樹脂板、金属板等が挙げられる。反射板の色は輝度均斉度改良から白色が好ましい。また、輝度と輝度均斉度を高度にバランスさせるため、白色部分と銀色部分を混在させたものとしてもよい。材質は軽量化の点から樹脂が好ましい。
(線状光源)
本発明に用いられる線状光源は、直線状の発光部を有するものであれば特に限定されない。本発明において、線状光源には、冷陰極管や熱陰極管のような発光素子そのものの形状が直線状になっているものだけではなく、LED等の光源からの光を導光体で導き直線状発光面から光を出射するようにしたもの等、直線状の発光部と同一視できるものも含まれる。
冷陰極管又は熱陰極管には、直線状以外に曲線状発光部が含まれていてもよい。例えば、平行な2本の管が一つの略半円でつながれ一本になったU字状のもの、平行な3本の管が二つの略半円でつながれ一本になったN字状のもの、又は平行な4本の管が三つの略半円でつながれ一本になったW字状のものなどが挙げられる。
線状光源としては、輝度均一性の観点からは冷陰極管が好ましく、色再現性の点からは、LEDからの光を導光体で導き直線状発光面から光を出射するようにしたものが好ましい。
本発明では、複数の線状光源が並列に配置される。すなわち、隣接する直線状発光部が略平行になるように並べられる。そして3以上の直線状発光部を並べる場合には、それらを等間隔にすることが好ましい。
本発明において、隣接する線状光源の中心軸間の距離aLnは、特に限定されないが、15mm以上150mm以下であることが好ましく、20mm以上100mm以下であることがより好ましい。隣接する線状光源の中心軸間の距離aLnを上記範囲とすることにより、消費電力が低減でき、かつバックライト装置の組み立てが容易になるとともに、輝度ムラを低減することができる。
本発明においては、線状光源の中心軸と、光拡散板の線状光源に近い側の主面との間の距離bLnは、バックライト装置の厚みと輝度均斉度を考慮して設計すればよいが、2mm以上30mm以下であることが好ましく、3mm以上25mm以下であることがより好ましい。本発明においては、各線状光源についての距離bLnはほぼ等しいことが好ましい。前記距離bLnを上記範囲とすることにより、輝度むらを低減でき、かつランプの発光効率の低下を防ぐことができる。あわせて、バックライト装置全体の厚さを薄くすることができる。
本発明においては、輝度均斉度向上の観点から、隣接する線状光源の中心軸間の距離aLn、線状光源の中心軸と光拡散板の光源に近い側の面との距離bLnともに、バックライト装置内で、通常、一定の値であるが、画面中央部が明るいブラウン管に似せた輝度分布を得るために、バックライト装置中央付近で、周辺部よりも、aLn及びbLnを小さく設定することがある。
(点状光源)
本発明に用いられる点状光源は、点状の発光部を有するものである。点状光源の代表例として発光ダイオード(LED)を挙げることができる。発光ダイオードは、白色、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)などの様々な色を発光するものがある。本発明においては、点状光源として(1)白色LEDのみを使用したもの、(2)RGB三原色を組み合わせたもの、および(3)RGB三原色に中間色又は白色を組み合わせたものなどを、色バランスを顧慮して適宜選択して用いることができる。なお、点状光源は、相当直径数mm〜十数mm程度の大きさを持ったものも含む。
前記RGB三原色を組み合わせたもの((2)および(3))には、(A)赤色LEDと緑色LEDと青色LEDとを少なくとも1つずつ近接配置して、各色を混合させて白色を発光させるもの、および(B)赤色LEDと緑色LEDと青色LEDとを適宜配置し、各色のLEDを時分割で発色させるフィールドシーケンシャル法を用いてカラー表示させるものがある。なお、(A)の場合は近接配置したLEDの組み合わせを一つの点状光源とみなす。
本発明において点状光源は、離散配置される。点状光源の配置態様は特に制限されない。点状光源の配置態様としては、点状光源を直線状一列に配置したもの;図9に示すように直下型バックライト装置の縦方向および横方向に沿って、所定の間隔で配置したもの;図10に示すように、図9における点状光源A1〜A4を取り除いたようなもの、すなわち、矩形の四頂点のそれぞれに点状光源12を配置し、さらに、この矩形の対角線の交点に点状光源12を配置したようなもの;図11に示すように、正六角形が連続して形成されたハニカム構造の各頂点に点状光源12をそれぞれ配置したようなもの;などが挙げられる。
以上のような態様において、点状光源間の間隔は、すべての箇所で均一となっていてもよいし、部分的に変化していてもよい。部分的に変化する場合とは、例えば、直下型バックライト装置の中央箇所などにおいて点状光源間の間隔が狭まるような場合などである。
ここで、隣接する点状光源とは、2つの点状光源の中心間を結んだ線において、この線上に他の点状光源が存在しない状態にある2つの点状光源のことである。
なお、上記RGB三原色を組み合わせたもの(A)の場合には、近接して配置された各LEDの中心に基づいて、1つとみなされた点状光源の中心を特定し、この中心に基づいて、隣接する点状光源間の距離aPnを求める。
また、上記RGB三原色を組み合わせたもの(B)の構成の場合には、各色LEDごとに上記定義に従って各色毎の距離aPnを求め、それら平均値を本発明で規定する隣接する点状光源間の距離aPnとする。
本発明において、隣接する点状光源の中心間の距離aPnは特に限定されないが、隣接する点状光源の中心間の距離aPnのうち、その距離が短い方から4つ選択し、その四つの平均値は、10mm以上200mm以下であることが好ましく、15mm以上150mm以下であることがより好ましい。該平均値を上記範囲とすることにより、消費電力が低減でき、且つバックライト装置の組み立てが容易になるとともに、輝度むらを低減することができる。
本発明においては、点状光源の中心と、光拡散板の点状光源に近い側の主面との距離bPnも、バックライト装置の厚みと輝度均斉度を考慮して設計すればよいが、2mm以上100mm以下であることが好ましく、3mm以上80mm以下であることがより好ましい。
前記距離bPnを上記範囲とすることにより、輝度むらを低減でき、LEDの発熱によるディスプレイの表示品質低下を防ぐことができる。さらにバックライト装置の厚さを薄くできる。
本発明においては、輝度均斉度向上の観点から、隣接する点状光源の中心間の距離aPn、点状光源の中心と光拡散板の光源に近い側の面との距離bPnともに、バックライト装置内で、通常一定の値であるが、画面中央部が明るいブラウン管に似せた輝度分布を得るために、バックライト装置中央付近で、周辺部よりも、aPn及びbPnを小さく設定することがある。
(光拡散板)
本発明に用いられる光拡散板は、入射された光の進行方向を乱し、主面(板面)から均等な輝度の光を出射できるようにするための板である。光拡散板は光入射面と光出射面とを有する(本発明では、これらをそれぞれ主面という場合がある)。線状光源又は点状光源からの光は、該光源から近い側に位置する光入射面に入射する。そして、光拡散板の光入射面に入射した光は、光拡散板内において、または、光入射面または光出射面の少なくとも一方に規則的に設けられた複数の構造単位によって、光が多様な方向へ拡散し、線状光源から遠い側の光出射面から出射する。
本発明に用いられる光拡散板は、その少なくともひとつの主面上に3以上の傾斜側面を有する凹形又は凸形の構造単位を有する。該構造単位は、主面全体に有していてもよいし、主面の光学的有効面にだけ有していてもよい。
構造単位は、光拡散板の両主面に形成されていてもよいが、線状光源から遠い側の主面(光出射面)のみに形成されている方が輝度をより向上させるために好ましい。光拡散板の入射面に入射した光は、この構造単位により、特定の方向へ屈折されて、光出射面から拡散照射される。
構造単位は、傾斜側面が3つ以上ある凸形又は凹形である。構造単位は光の出射方向を絞るような凸形又は凹形が好ましい。構造単位の具体的形状としては、角錐状凸形またはそれを転写した凹形、角錐台状凸形またはそれを転写した凹形、蒲鉾状レンチキュラーレンズ条列または断面鋸歯状のプリズム条列にその稜線方向と異なる向きにV字状の切り込みを入れた凸形、またはそれらを転写した凹形等が挙げられる。なお、角錐としては、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐等が挙げられ、角錐台として三角錐台、四角錐台、五角錐台、六角錐台等が挙げられる。
これらの凸形又は凹形のうち、断面鋸歯状のプリズム条列にその稜線方向と異なる向きにV字状の切り込みを入れた凸形、またはそれを転写した凹形が、構造単位の形成が容易であるため、好ましく使用される。
なお、断面鋸歯状プリズム条列とは、長手方向に垂直な方向に切断した断面が三角形又は台形の突起部が連なった形状になっていることをいう。断面鋸歯状プリズム条列は、三角形の突起部の裾がつながってV字型の溝を形成するようになっていてもよいし、三角形突起部の裾間に水平部が存在してもよい。三角形の裾がつながってV字型の溝を形成するようになっているものの方が、光を効率よく拡散できるので好ましい。また三角形の突起部の形状は、特に制限されないが、液晶ディスプレイの正面方向の輝度が最も高くなるようにするために、二等辺三角形であることが好ましい。
構造単位は、成形する際の型の製作が容易であることから凹形のみ又は凸形のみから成ることが好ましい。また構造単位は、1種類の凸形又は凹形からなるものでもよいし、複数種の凸形又は凹形の組み合わせからなるものであってもよい。
本発明においては、構造単位又は構造単位の一群が周期的に繰り返し並ぶことが、輝度均斉度向上のために好ましい。
その周期は20μm以上700μm以下であることがより好ましく、40μm以上400μm以下であることがさらに好ましい。構造単位の周期が上記範囲未満であると構造単位の形成が難しくなったり、光拡散効果が低下したりするおそれがある。前記周期が上記範囲を超えると、光拡散が粗くなり、輝度むらを生じるおそれがある。
本発明に用いる光拡散板は、構造単位を有する主面の最大高さRzが1,000μm以下である。
最大高さRzが1000μmを超えると加工が困難となるので、凹形又は凸形の構造単位を均一に形成することが難しくなり、ひいては輝度均斉度が悪化してしまう。バックライト装置の輝度と輝度均斉度のバランスをより改善し、光拡散板の加工をより容易にするために、構造単位を有する主面の最大高さRzが2μm以上1000μm以下であることが好ましく、4μm以上800μm以下であることがより好ましく、8μm以上500μm以下であることが最も好ましい。構造単位を有する主面の最大高さRzは、JIS B0601に準拠して、構造単位を有する主面について超深度形状測定顕微鏡を用いて求める。
本発明において、光拡散板の構造単位の傾斜側面は平滑な面であってもよいが、傾斜側面の一部分又は全面が粗面であってもよい。また構造単位を構成する全部の傾斜側面が粗面であってもよいし、一部の傾斜側面のみが粗面であってもよい。傾斜側面が適度な粗さの粗面になっていると光の出射方向を適度な範囲内でより多様にすることができる。構造単位の傾斜側面を粗面にされた光拡散板は、該側面の光拡散板主面に平行な辺に対して直角方向に20μm測定したときの算術平均高さRaが、好ましくは0.08μm以上3μm以下、より好ましくは0.09μm以上2μm以下、特に好ましくは0.1μm以上1μm以下である。傾斜側面のRaを0.08μm以上にすることにより光の出射方向をより多様にすることができ、3μm以下にすることにより、光の出射方向を多様にしすぎないようにすることができる。なお、算術平均高さRaは、JIS B0601に準拠して、構造単位の傾斜側面について超深度形状測定顕微鏡を用いて求める。
本発明に用いられる光拡散板は、それを構成する材料や、製法によって特に制限されない。
光拡散板を構成する材料は、特に制限されないが、ガラス、混合しにくい2種以上の樹脂の混合物、透明樹脂に光拡散剤を分散させた樹脂組成物、1種類の透明樹脂等が通常使用される。これらの中で軽量であること、成形が容易であることから樹脂が好ましい。また、輝度向上が容易である点から1種類の透明樹脂を材料として用いるのが好ましい。さらに全光線透過率とヘーズの調整が容易である点から、透明樹脂に光拡散剤を分散させてなる樹脂組成物が好ましい。
凹形又は凸形の構造単位の部分は、光拡散板の基部と、異なる材料で形成されていてもよいが、同じ材料で、特に透明樹脂に光拡散剤を分散させてなる樹脂組成物で形成することが、光拡散板全体を同一の全光線透過率とヘーズに調整でき、さらに光拡散板から出射する光の方向がさらに多様にできるために好ましい。
本発明において透明樹脂とはJIS K7361−1により両面平滑な2mm厚み板で測定した全光線透過率が70%以上の樹脂である。透明樹脂としては、例えば、ポリエチレン、プロピレン−エチレン共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、芳香族ビニル系単量体と低級アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの共重合体、ポリエチレンテレフタレート、テレフタル酸−エチレングリコール−シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリカーボネート、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、脂環式構造を有する樹脂などを挙げることができる。これらの中で、ポリカーボネート、ポリスチレン、芳香族ビニル系単量体を10%以上含有する芳香族ビニル系単量体と低級アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの共重合体または脂環式構造を有する樹脂が好ましい。さらに、透明樹脂は、吸水率が0.25%以下であるものが、吸湿による変形が少なく、反りの少ない大型の光拡散板を得ることができるので好ましい。
これらの中で、特に、脂環式構造を有する樹脂は、流動性が良好であり、大型の光拡散板を効率よく製造し得る点で好ましい。脂環式構造を有する樹脂と光拡散剤を混合したコンパウンドは、光拡散板に必要な高透過性と高拡散性とを兼ね備え、色度が良好なので、好適に用いることができる。なお、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸およびメタクリル酸のことである。
脂環式構造を有する樹脂は、主鎖及び/又は側鎖に脂環式構造を有する樹脂である。機械的強度、耐熱性などの観点から、主鎖に脂環式構造を含有する樹脂が特に好ましい。
脂環式構造としては、飽和環状炭化水素(シクロアルカン)構造、不飽和環状炭化水素(シクロアルケン、シクロアルキン)構造などを挙げることができる。機械的強度、耐熱性などの観点から、シクロアルカン構造やシクロアルケン構造が好ましく、中でもシクロアルカン構造が最も好ましい。脂環式構造を構成する炭素原子数は、格別な制限はないが、通常4〜30個、好ましくは5〜20個、より好ましくは5〜15個の範囲であるときに、機械的強度、耐熱性及び光拡散板の成形性の特性が高度にバランスされ、好適である。
脂環式構造を有する樹脂中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、使用目的に応じて適宜選択すればよいが、通常50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上である。脂環式構造を有する繰り返し単位の割合が過度に少ないと、耐熱性が低下し好ましくない。なお、脂環式構造を有する樹脂中における脂環式構造を有する繰り返し単位以外の繰り返し単位は、使用目的に応じて適宜選択される。
脂環式構造を有する樹脂の具体例としては、(1)ノルボルネン系単量体の開環重合体及びノルボルネン系単量体とこれと開環共重合可能なその他の単量体との開環共重合体、並びにこれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体及びノルボルネン系単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との付加共重合体などのノルボルネン系重合体;(2)単環の環状オレフィン系重合体及びその水素添加物;(3)環状共役ジエン系重合体及びその水素添加物;(4)ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体及びビニル脂環式炭化水素系単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体、並びにこれらの水素添加物、ビニル芳香族系単量体の重合体の芳香環の水素添加物及びビニル芳香族単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体の芳香環の水素添加物などのビニル脂環式炭化水素系重合体;などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、機械的強度等の観点から、ノルボルネン系重合体及びビニル脂環式炭化水素系重合体が好ましく、ノルボルネン系単量体の開環重合体水素添加物、ノルボルネン系単量体とこれと開環共重合可能なその他の単量体との開環共重合体水素添加物、ビニル芳香族系単量体の重合体の芳香環の水素添加物及びビニル芳香族単量体とこれと共重合可能なその他の単量体との共重合体の芳香環の水素添加物がさらに好ましい。
光拡散板に使用される光拡散剤は、光線を拡散させる性質を有する粒子である。光拡散剤には無機光拡散剤と有機光拡散剤とがある。無機光拡散剤を構成する無機物質としては、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、マグネシウムシリケート、又はこれらの混合物などが挙げらる。有機光拡散剤を構成する有機物質としては、アクリル系樹脂、アクリロニトリル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリシロキサン系樹脂、メラミン系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂等が挙げられる。これらの中で、ポリスチレン系樹脂、ポリシロキサン系樹脂若しくはこれらの架橋物からなる微粒子は、高分散性、高耐熱性、成形時の着色(黄変)がないので、特に好適に用いることができる。ポリシロキサン系樹脂の架橋物からなる微粒子は、耐熱性により優れるので、さらに好適に用いることができる。
光拡散板に使用される光拡散剤の形状は、特に限定されないが、例えば、球状、立方状、針状、棒状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状などが挙げられ、中でも光の拡散方向を等方的にすることのできる球状が好ましい。
前記光拡散剤は透明樹脂内部に含有された形で、巨視的に均一かつ離間的に分散されて、使用される。
透明樹脂に光拡散剤を分散させた樹脂組成物中の光拡散剤の含有量は、特に制限はなく、光拡散板の厚みや光源間隔などに応じて適宜選択することができるが、通常は樹脂組成物の全光線透過率が60%以上98%以下となるように光拡散剤の含有量を調整することが好ましく、65%以上95%以下となるように光拡散剤の含有量を調整することがより好ましい。また、ヘーズが20%以上100%以下となるように光拡散剤の含有量を調整することが好ましく、25%以上100%以下となるように光拡散剤の含有量を調整することがより好ましい。全光線透過率を60%以上、ヘーズを100%以下とすることで輝度をより向上することができ、全光線透過率を98%以下、ヘーズを20%以上とすることで輝度均斉度をより向上させることができる。
全光線透過率はJIS K7361−1により両面平滑な2mm厚み板で測定した値であり、ヘーズはJIS K7136により両面平滑な2mm厚み板で測定した値とする。
光拡散板の厚みは、特に限定されないが、0.4mmから5mmであることが好ましく、0.8mmから4mmであることがさらに好ましい。厚みが0.4mmより小さいと、バックライト装置に支柱を多数形成する等の自重によるたわみを抑えるための工夫が必要になり、バックライト装置の構造が複雑になる。また厚みが5mmを超えると成形が困難になる。
光拡散板の表面に構造単位を形成する方法は、特に制限はなく、例えば、平板状の光拡散板表面に構造単位を形成する方法であってもよいし、光拡散板基部の形成と同時に構造単位を形成する方法であってもよい。
平板状の光拡散板表面に構造単位を形成する方法としては、例えば、平板状の光拡散板表面を切削加工する法、平板状の光拡散板表面に光硬化樹脂又は熱硬化樹脂を塗布し、その塗膜にロール又は押型で所望の形状を転写し、その状態で塗膜を硬化させる方法、平板状の光拡散板表面を所望の形状を有するロール又は押型でプレスするエンボス加工法などが挙げられる。
光拡散板基部の形成と同時に構造単位を形成する方法としては、所望の構造単位の形状を形成できるキャスティング型を用いたキャスティング法、所望の構造単位の形状を形成できる金型を用いた射出成形法などが挙げられる。
射出成形法、キャスティング法は、上述のように、光拡散板基部の形成と同時に構造単位を形成することができるので、工程が簡便である。キャスティング法は、板を成形できる型内で行うこともできるし、連続ベルト二枚の間に原料を流し込み、ベルトを動かしながら連続的に行うこともできる。
射出成形法では、形状転写率を高めるために、樹脂を注入する際の型温度を上げ冷却時に型を急冷することが好ましい。また樹脂を注入する際に型を広げその後型を閉じる射出圧縮成形法を適用することも好ましい。
エンボス加工法は、形状転写率を面内で均一にすることができる。押出成形によって得られた板をそのままエンボス加工工程に送り、連続的に成形を行うこともできる。
光硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いた型形状転写法は、形状の転写率を大きくすることができる。この方法では、光硬化樹脂または熱硬化性樹脂を、形状転写前に流動しない程度まで硬化させておき、形状転写と同時または直後に光を照射してまたは熱を加えて硬化を完了させることが好ましい。型形状転写法は、射出成形法、押出成形法またはキャスティング法により作成した平板に直接適用させてもよいが、この型形状転写法を薄いフィルムに適用させ所望の形状を形成させたフィルムを得、そのフィルムを、射出成形法、押出成形法またはキャスティング法により作成した平板にラミネートする方法の方が、より高い形状転写率を得ることができるので好ましい。
光硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いた型形状転写法、エンボス加工法、キャスティング法、もしくは射出成形法に用いられる型は、微細な形状を形成可能な切削加工や電鋳加工により得ることができる。
型を得るための切削加工について詳しく述べると、次のような工程を例にあげることができる。
まず、図2(a)に示すような板状の部材4を準備する。
次に、図2(b)に示すように、最初に断面鋸歯状のプリズム条列を形成できる工具5−1を使用して、前記部材上に一方向にプリズム条列を切削加工する。
そして、図2(c)に示すように、前記プリズム条列の稜線方向と異なる方向に、V字状の切り込みを形成できる工具5−2を使用して切削加工する。工具5−2は、工具5−1と同じ角度の斜面を形成できるものでもよいし、異なる角度を形成できるものでもよい。
このとき前記プリズム条列と高さを同じにし、ピッチを工夫することで四角錐を形成できる。ピッチを大きめにして、屋根状の形状(図3に示すような形状)を形成してもよい。
また必要に応じ、さらに別の方向へ切削加工することもできる。上記切削加工のうち少なくとも一方で、V字の左右の平均傾きが異なる工具を用いれば、構造単位の側面の平均傾きを2種類得ることができるし、またV字の左右の平均傾きが同じ工具を用いても、少なくとも一方の切削方向が光拡散板の長手または短手方向と異なるようにしておくことによっても、構造単位の側面の平均傾きを2種類得ることができる。
ロールの場合は、金属ロールに同様な切削加工を行ってもよいし、スタンパーを上記切削加工によって得、そのスタンパーを金属ロールに貼り付けてもよい。
本発明の直下型バックライト装置において、線状光源を用いた場合には、隣接する線状光源の中心軸間の領域の直上にあたる領域における、線状光源の中心軸方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面中に、(1)傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる前記傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ (2)該傾きXnのすべてが前記隣接する線状光源の中心軸間の平均距離aL(mm)及び前記線状光源の中心軸と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との間の最小距離bL(mm)との間に、12.5−10×(bL/aL)<Xn<85−25×(bL/aL)の関係L1、好ましくは15−10×(bL/aL)<Xn<80−25×(bL/aL)の関係L2を有する部分が含まれる。
本発明の直下型バックライト装置において、点状光源を用いた場合には、隣接する三つの点状光源で囲まれ且つ他の点状光源を含まない領域の直上にあたる領域における、該三つの点状光源のうちの二つの点状光源の中心を結んだ方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面の少なくとも1つの中に、(1)傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる前記傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ (2)該傾きXnのすべてが前記隣接する三つの点状光源の中心間の平均距離aP(mm)及び前記点状光源の中心と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との間の最小距離bP(mm)との間に、12.5−11×(bP/aP)<Xn<85−28.5×(bP/aP)の関係P1を有する部分が含まれる。
本発明の直下型バックライト装置には、前記傾斜側面nを表す線の傾きが2種以上ある。傾き間の差は特に制限されないが、通常、角度が2度以上離れている。
隣接する線状光源の中心軸間の領域の直上にあたる領域中における、上記関係L1、好ましくは関係L2を有する部分の割合は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、特に好ましくは70%以上である。
最短距離で隣接する二つの点状光源の間の点状光源の直径を幅とする領域の直上にあたる領域における、上記関係P1、好ましくは関係P2を有する部分の割合は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、特に好ましくは70%以上である。
この様な関係を有する部分を含ませることによって、より高い輝度で、輝度均斉度に優れたバックライト装置を得ることができる。
前記のような関係を有する部分を含ませる方法は、特に制限されないが、例えば、凹形又は凸形の構造単位を非対称な多角錐で形成する方法、該構造単位の規則的な配列方向と、線状光源の中心軸の方向又は最短距離で隣接する二つの点状光源の中心間を結んだ方向とを、直角でも、平行でもない角度で交差するように配置する方法などがある。本発明においては後者の方法が好適である。
なお、傾きXnは、構造単位を有する主面について超深度形状測定顕微鏡を用いて直接観察し、光拡散板の法線に直角な線と傾斜側面nを表す線との交点の劣角である。
例えば、図1(c)において、光拡散板の法線に直角な線は一点鎖線で表され、傾斜側面を表す線は一点鎖線の上側に描かれた実線である。最左の三角形の左側の傾斜側面(右上がりの実線)はX2の傾きを持ち、右側の傾斜側面(左下がりの実線)はX1の傾きを持つ。また、左から2番め又は3番目に示される多角形の天面を示す実線も傾斜側面を表す線であり、図1(c)では、この実線の傾きはX1となっている。
また、本発明において、構造単位の傾斜側面は、一つの平面で形成されているものだけでなく、曲面となっているものも含む。傾斜側面が曲面の場合には、傾きXnは該曲面の接線の傾きを平均した値である。
本発明の直下型バックライト装置には、さらに輝度および輝度均斉度向上のための光学部材として、拡散シートおよび/またはプリズムシートを、光拡散板の光源から遠い側に設置してもよい。さらに輝度向上のために、反射型偏光子を前記光学部材の光源から遠い側に設置してもよい。
前記の反射型偏光子としては、ブリュースター角による偏光成分の反射率の差を利用した反射型偏光子(例えば、特表平6−508449号公報に記載のもの);コレステリック液晶による選択反射特性を利用した反射型偏光子;具体的には、コレステリック液晶からなるフィルムと1/4波長板との積層体(例えば、特開平3−45906号公報に記載のもの);微細な金属線状パターンを施工した反射型偏光子(例えば、特開平2−308106号公報に記載のもの);少なくとも2種の高分子フィルムを積層し、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光子(例えば、特表平9−506837号公報に記載のもの);高分子フィルム中に少なくとも2種の高分子で形成される海島構造を有し、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光子(例えば、米国特許第5,825,543号明細書に記載のもの);高分子フィルム中に粒子が分散し、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光子(例えば、特表平11−509014号公報に記載のもの);高分子フィルム中に無機粒子が分散し、サイズによる散乱能差に基づく反射率の異方性を利用する反射型偏光子(例えば、特開平9−297204号公報に記載のもの);などが挙げられる。
本発明の実施形態を図面を示しながら説明する。
<第一実施形態>
図1(a)は、本発明の第一実施形態に係る直下型バックライト装置の一例を示す模式的斜視図である。本実施形態の直下型バックライト装置は、並列配置された複数本の線状光源2、線状光源2からの光を反射する反射板3、並びに光入射面から入射し、この光入射面の反対側の面である光出射面から光を拡散照射する光拡散板1を備えている。
図1(b)は、光出射面に凸形の構造単位(四角錘)が規則的に配列された光拡散板1の一例を示すものである。図1(b)に示すように、本実施形態に用いられる光拡散板の凸形の構造単位は、3個以上の傾斜側面を有する(図1においては四角錐)。そして、線状光源の中心軸の方向に直角な方向を示す一点鎖線と、光拡散板の構造単位の配列方向(図1では四角錘の底辺)とが直角でも平行でもない状態になっている。
図1(c)は、線状光源の長手方向に直交する方向を切断線(図中の一点鎖線)とする、図1(a)に示された反射板3、線状光源及び光拡散板の垂直断面を示す図である。図1(c)の下側の四角形で表されたものが反射板、その上側の二つの円が線状光源、多角形が並んだ部分が光拡散板である。二つの円の間の領域の直上にあたる光拡散板の領域には、4つの多角形(構造単位)が含まれている。図1(c)に示すように、本実施形態では凸形の構造単位の傾斜側面は単一平面で形成されているので、凸形構造単位の各傾斜側面nを表す線の傾きXnは、凸構造単位の各傾斜側面nを表す線と凸構造単位間に形成された凹部の最底部を結び線との成す劣角で表している。図1(c)に示される本実施形態では、最左側の傾斜側面の平均傾きを除き、他の傾斜側面の平均傾きは同じなので、それらを簡単のためにひとまとめにしてX1と表記し、平均傾きX1とX2の2種類を示している。
なお、本実施形態においては、図1(c)のX1に示すように、右上がり、左上がりのいずれの場合であっても、その角度が同じ数値であれば同じ種類のものとする。
また、本第一実施形態では、傾きXnの全てが、隣接する線状光源の中心軸間の平均距離aL(mm)及び前記線状光源の中心軸と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との最小距離bL(mm)との間に、12.5−10×(bL/aL)<Xn<85−25×(bL/aL)の関係を満たしている(図1中は平均距離aLはa、最小距離bLはbと表記している。)。また、光拡散板の光出射面の最大高さRzが1,000μm以下になっている。
<第二実施形態>
図8は、第二実施形態に係る直下型バックライト装置を模式的に示す斜視図である。図8に示すように、第二実施形態の直下型バックライト装置は、複数の点状光源12と、前記光拡散板1とを備えて構成されている。第二実施形態に係る直下型バックライト装置は、図1(a)において、並列配置された複数の線状光源2を離散配置された複数の点状光源12に置き換えた構成となっている。
第二実施形態の直下型バックライト装置は、前記第一実施形態とは、光源が点状光源である点と、前記平均傾きXnの好適な範囲とが相違している。
本第二実施形態では、傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)のすべてが、最短に隣接する点状光源間の距離aP(mm)及び前記点状光源の中心と前記光拡散板における前記点状光源側の主面との最小距離をbP(mm)との間に、12.5−11×(bP/aP)<Xn<85−28.5×(bP/aP)の関係を満たしている。また、光拡散板の光出射面の最大高さRzが1,000μm以下になっている。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。なお、部及び%は、特に制限のない限り重量基準である。
製造例1(光拡散板用ペレット1)
透明樹脂として脂環式構造を有する樹脂〔日本ゼオン(株)、ゼオノア1060R、吸水率0.01%〕99.9部と、光拡散剤として平均粒径2μmのポリシロキサン系重合体の架橋物からなる微粒子0.1部とを混合し、二線押出機で混練してストランド状に押し出し、ペレタイザーで切断して光拡散板用ペレット1を製造した。この光拡散板用ペレットから、射出成形機〔型締め力1000kN〕を用いて、両面が平滑な厚み2mmで100mm×50mmの試験板を成形した。この試験板の全光線透過率とヘーズを、JIS K7361―1とJIS K7136にしたがって、積分球方式色差濁度計を用いて測定した。全光線透過率は94%であり、ヘーズは89%であった。
製造例2(光拡散板用ペレット2)
脂環式構造を有する樹脂とポリシロキサン系重合体の架橋物微粒子とそれぞれ99.7部と0.3部とする以外は製造例1と同様にして光拡散板用ペレット2を製造した。この光拡散板用ペレットの全光線透過率は85%であり、ヘーズは99%であった。
製造例3(スタンパー1)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角90度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺に対し、30度傾けた方向に、幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μm、頂角90度の断面鋸歯状プリズム条列の突起を切削加工することにより作成した。さらに前記プリズム条列に対し、直交する方向に幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μm、頂角90度の断面鋸歯状プリズム条列を前記プリズム条列と頂点が一致するように形作る切削加工を行うことによりスタンパー1を得た。得られたスタンパー1は、底面が一辺70μmの正方形、高さ35μmの四角錐が、その一辺がスタンパーの長手の辺から30度傾いて、周期的に繰り返された凸状形状を有していた。
製造例4(スタンパー2)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430(以下、「金属部材」ということがある。)の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角90度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺に対し、30度傾けた方向に、幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μm、頂角90度の断面鋸歯状プリズム条列の突起を、切削加工を行うことにより得た。さらに前記プリズム条列に対し、直交する方向に幅70μm、高さ29.4μm(深さも等しい値になる)、ピッチ70μm、頂角100度の断面鋸歯状プリズム条列を前記プリズム条列と頂点が一致するように形作る切削を行った。この金属部材は、ピッチ70μmで頂角90度の断面鋸歯状プリズム条列に深さ29.4μmのV字形状の切り込みが連続して入った形状を有していた。さらに前記形状を有する金属部材のニッケル−リン無電解メッキ面上に、スルファミン酸ニッケル水溶液を用いた電鋳によりニッケルを500μmの厚さに形成し、前記無電解メッキ面から引き剥がして、図4に示すような凹状形状を有するスタンパー2を得た。
製造例5(スタンパー3)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430(以下、「金属部材」ということがある。)の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角90度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺に対し、30度傾けた方向に、幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μm、頂角90度の断面鋸歯状プリズム条列の突起を、切削加工を行うことにより得た。さらに前記プリズム条列に対し、直交する方向に幅70μm、高さ35μm、ピッチ140μm、頂角90度のV字状切り込みを前記プリズム条列と最低点とが一致するように形作る切削を行った。この金属部材は底面が、一辺70μmで他の一辺が140μmの長方形、高さ35μmで、長方形の各辺に直交する方向に観察すると45度の平均傾きを持つ側面を持つ形状が、周期的に繰り返された形状を有していた。さらに前記形状を有する金属部材のニッケル−リン無電解メッキ面上に、スルファミン酸ニッケル水溶液を用いた電鋳によりニッケルを500μmの厚さに形成し、前記無電解メッキ面から引き剥がして、図5に示すような凹状形状を有するスタンパー3を得た。
製造例6(スタンパー4)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角60度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺に対し、34度傾けた方向に、幅70μm、高さ61μm、ピッチ70μm、頂角60度の断面鋸歯状プリズム条列1の突起を、切削加工を行うことにより得た。さらに頂角60度のダイヤモンド切削工具を用いて、長さ387mm(長手)の辺に対し、61度傾けた方向に、幅70μm、高さ61μm、ピッチ70μm、頂角60度の断面鋸歯状プリズム条列2を前記プリズム条列1と頂点が一致するように形作る切削を行った。さらに頂角60度のダイヤモンド切削工具を用いて、長さ387mm(長手)の辺に対し、81度傾けた方向に、幅70μm、高さ61μm、ピッチ70μm、頂角60度の断面鋸歯状プリズム条列を前記プリズム条列1及び2と最低点とが一致するように形作る切削を行うことによりスタンパー4を得た。得られたスタンパー4は、底面が三角形状、高さ61μmの形状が、周期的に繰り返された図6に示すような形状を有していた。
製造例7(スタンパー5)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角90度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺に対し、平行方向に、幅70μm、高さ61μm、ピッチ70μm、頂角60度の断面鋸歯状プリズム条列の突起を、切削加工を行うことにより得た。さらに前記プリズム条列に対し、直交する方向に幅70μm、高さ35μm(深さも等しい値になる)、ピッチ70μm、頂角90度の断面鋸歯状プリズム条列を前記プリズム条列と頂点が一致するように形作る切削を行った。この金属部材はピッチ70μmで頂角60度の断面鋸歯状プリズム条列に深さ35μmのV字形状の頂点が連続して入った形状である。さらに前記金属部材のニッケル−リン無電解メッキ面上に、スルファミン酸ニッケル水溶液を用いた電鋳によりニッケルを500μmの厚さに形成し、前記無電解メッキ面から引き剥がすことにより、凹状形状を有するスタンパー5を得た。
製造例8(スタンパー6)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角150度と頂角100度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺と平行方向に、幅70μm、深さ9.4μm、底角150度と、幅22.4μm、深さ9.4μm、底角100度のV字型溝を交互に切削加工を行うことにより得た。さらに長さ387mm(長手)の辺に対し、35度傾けた方向に幅70μm、ピッチ70μm、底角60度のV字型溝を前記プリズム条列と最低点とが一致するように形作る切削を行うことによりスタンパー6を得た。得られたスタンパー6は、底面が一辺70μmの平行四辺形、その一辺が、スタンパー長手の辺から30度傾いて周期的に繰り返された図7に示すような凸状形状を有していた。
製造例9(スタンパー7)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角170度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺に対し、30度傾けた方向に、幅70μm、高さ3.1μm、ピッチ70μm、頂角170度の断面鋸歯状プリズム条列の突起を切削加工した。さらに前記プリズム条列に対し、直交する方向に幅70μm、高さ3.1μm、ピッチ70μm、頂角170度の断面鋸歯状プリズム条列を前記プリズム条列と頂点が一致するように形作る切削を行うことによりスタンパー7を得た。得られたスタンパー7は、底面が一辺70μmの正方形、高さ3.1μmの四角錐の一辺が、スタンパー長手の辺から30度傾いて周期的に繰り返された凸状形状を有していた。
製造例10(スタンパー8)
寸法387mm×308mm、厚さ2mmのステンレス鋼SUS430の全面に、厚さ100μmのニッケル−リン無電解メッキを施し、頂角110度のダイヤモンド切削工具を用いて、ニッケル−リン無電解メッキ面に、長さ387mm(長手)の辺と平行方向に、幅80μm、高さ28.0μm、ピッチ80μm、頂角110度の断面鋸歯状プリズム条列の突起を切削加工した。さらに前記プリズム条列に対し、直交する方向に高さ28.0μm、ピッチ66.8μm、頂角100度の断面鋸歯状プリズム条列を形作る切削を行うことによりスタンパー7を得た。得られたスタンパー8は、底面が80μmと66.8μmの長方形、高さ28.0μmの四角錐が周期的に繰り返された凸状形状を有していた。
製造例11(スタンパー9)
製造例10で得られた凸状四角錐部材のニッケル−リン無電解メッキ面上に、スルファミン酸ニッケル水溶液を用いた電鋳によりニッケルを500μmの厚さに形成し、前記無電解メッキ面から引き剥がすことにより、四角錐が周期的に繰り返された凹状形状を有するスタンパー9を得た。
製造例12(光拡散板用ペレット3)
透明樹脂として芳香族ビニル系単量体と低級アルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの共重合体(スチレンーメチルメタアクリレート共重合体、PSジャパン株式会社製 MX150)を使用する以外は、製造例1と同様にして光拡散板用ペレット3を製造した。この光拡散板用ペレットの全光線透過率は92%であり、ヘーズは87%であった。
製造例13(重合性組成物)
メタクリル酸メチル30重量部及びスチレン70重量部の混合物に、重合開始剤としてt−ヘキシルパーオキシピバレート0.4部、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート0.4部を添加し、30分間攪拌した。その後、減圧下にて脱気を行い、重合性組成物を得た。
製造例14(成形ロール)
直径200mm、長さ300mmのステンレス製ロールの表面にニッケル−リンメッキ(リン含有割合10重量%)を厚さ100μmで施した。その表面に頂角90度のダイヤモンドバイトを用い、ロールの長さ方向に対し30°傾いた方向にプリズム条列を幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μmで全面に形成し、前記プリズム条列に直交する方向に同じダイヤモンドバイトを用い、幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μmでプリズム条列を全面に形成し、凸状形状を有する成形ロールを得た。
製造例15(金型部材)
237mm×315mm×100mmのステンレス製のブロック表面にニッケル−リンメッキ(リン含有割合10重量%)を厚さ100μmで施した。その表面に頂角90度のダイヤモンドバイトを用い、長さ315mmの辺に対し30°傾いた方向にプリズム条列を幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μmで全面に形成し、前記プリズム条列に直交する方向に同じダイヤモンドバイトを用い、幅70μm、高さ35μm、ピッチ70μmでプリズム条列を全面に形成し、凸状形状を有する金型部材を得た。
実施例1
内寸幅305mm、奥行き227mm、深さ17mmの乳白色プラスチック製ケースの内面に反射シート(株式会社ツジデン製、RF188)を貼着して反射板とし、反射板の底から3.5mm離して、直径3mm、長さ360mmの冷陰極管8本を、冷陰極管の中心軸間の距離aLを24.5mmとなるように配置し、電極部近傍をシリコーンシーラントで固定し、インバーターを取り付けた。この設計のバックライト装置では冷陰極管中心軸と光拡散板の冷陰極管側との距離bLは13.5mmとなるので、aLとbLの数値を前記関係L1を示す数式に代入し、構造単位の側面傾きXn(度)の好適な範囲を求めると7.0<Xn<71.2である。
次に、製造例2で得られたスタンパー1を取り付けた金型を準備し、これと製造例1で得られた光拡散板用ペレット1を用い、射出成形機(型締め力4,410kN)を用いて、四角錐が転写された凹状の表面形状を有し、厚み2mmで237mm×315mmの光拡散板をシリンダー温度280度、金型温度85度で成形した。得られた光拡散板の表面を超深度顕微鏡を用い、凹構造単位の底点を通って光拡散板の長手に垂直な方向の観察を行ったところ、凹構造単位の側面の傾きは2種類あり、各傾きの角度は、X1が41度、X2が27度で、最大高さRzは、34.3μm、表面粗さRaは0.005μmであった。
上記の光拡散板を、凹構造単位が冷陰極管の反対側(反光源位置)になるようにし、冷陰極管を取り付けたプラスチックケース上に設置した。さらにプリズムシート(住友スリーエム株式会社製、Thick−RBEF)を、プリズムシートのプリズム条列の長手方向が冷陰極管と平行で、光拡散板から遠い側になるように設置した。その上に、複屈折を利用した反射偏光子(住友スリーエム株式会社製DBEF−D)を設置し、さらに偏光板を取り付けることにより直下型バックライト装置を作成した。
次いで、作成した直下型バックライト装置について管電流5mAを印加して冷陰極管を点灯し、二次元色分布測定装置を用いて、短手方向中心軸上で等間隔に100点の正面方向の輝度を測定し、下記の数式2と数式3に従って輝度平均値Laと輝度むらLuを得た。このとき、輝度平均値は4,401cd/m2で、輝度むらは、0.76であった。
輝度平均値 La=(L1+L2)/2 (数式2)
輝度むら Lu=((L1−L2)/La)×100 (数式3)
L1:複数本設置された冷陰極管真上での輝度極大値の平均
L2:極大値に挟まれた極小値の平均
輝度むらは、輝度の均一性を示す指標であり、輝度むらが悪いときは、その数値は大きくなる。
実施例2
プリズムシートの替わりに拡散シート(株式会社きもと製 188GM2)を使用し、管電流を5.5mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は4,521cd/m2、輝度むらは0.91であった。
実施例3
光拡散板上の部材を、光拡散板に近い側から拡散シート、プリズムシート、拡散シート、偏光板とし、管電流を7mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は4,413cd/m2、輝度むらは0.89であった。
実施例4
光拡散板上の部材を、光拡散板に近い側から拡散シート、拡散シート、偏光板とし、管電流を7mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は4,291cd/m2、輝度むらは0.99であった。
実施例5
製造例3で得られたスタンパー2を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用し、光拡散板上の部材を、光拡散板に近い側から拡散シート、複屈折を利用した反射偏光子、偏光板とし、管電流を5.5mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。得られた光拡散板の、凸構造単位の側面の傾きは2種類あり、各傾きの角度はX1が41度、X2が23度、最大高さRzは34.3μmであった。また、輝度平均値は4,560cd/m2、輝度むらは0.87であった。
実施例6
製造例4で得られたスタンパー3を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用し、光拡散板上の部材を、光拡散板に近い側から拡散シート、複屈折を利用した反射偏光子、偏光板とし、管電流を5.5mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。得られた光拡散板の、凸構造単位の側面の傾きは2種類あり、各傾きの角度は、X1が41度、X2が27度、最大高さRzは34.1μmであった。また、輝度平均値は4,631cd/m2、輝度むらは0.98であった。
実施例7
製造例5で得られたスタンパー4を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用し、光拡散板上の部材を、光拡散板に近い側から拡散シート、複屈折を利用した反射偏光子、偏光板とし、管電流を5.5mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。得られた光拡散板の、凹構造単位の側面の傾きは3種類あり、各傾きの角度は、X1が55度、X2が40度、X3が15度、最大高さRzは59.4μmであった。また、輝度平均値は4,512cd/m2、輝度むらは0.77であった。
実施例8
冷陰極管の中心軸間の距離aLを40mmで6本使用し、光拡散板上の部材を、光拡散板に近い側から拡散シート、プリズムシート、複屈折を利用した反射偏光子、偏光板とし、管電流を7mAとする以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。前記関係1を示す数式で計算した凸構造単位の側面の傾きXn(度)の好適な範囲は9.1<Xn<76.6である。輝度平均値は4,060cd/m2、輝度むらは0.40であった。
実施例9
製造例6で得られたスタンパー5を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用し、凸構造単位を冷陰極管側にした以外は、実施例1と同様にして直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。得られた光拡散板の、凸構造単位の側面の傾きは2種類あり、各傾きの角度は、X1が60度、X2が27度、最大高さRzは34.1μmであった。また、輝度平均値は4,313cd/m2、輝度むらは0.72であった。
実施例10
製造例7で得られたスタンパー6を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用した以外は、実施例1と同様に直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。得られた光拡散板の、凹構造単位の側面の傾きは3種類あり、各傾きの角度は、X1が55度、X2が40度、X3が15度、最大高さRzは9.2μmであった。輝度平均値は4,543cd/m2、輝度むらは0.78であった。
比較例1
製造例8のスタンパー7を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用する以外は、実施例1と同様にして光拡散板を成形し、次いで直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。得られた光拡散板の、凹構造単位の側面の傾きは2種類あり、各傾きの角度は、X1が4度、X2が3度、最大高さRzは3μmであった。輝度平均値は4,693cd/m2、輝度均斉度は8.48であった。
比較例2
製造例8のスタンパー7を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用する以外は、実施例2と同様にして光拡散板を成形し、次いで直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は4,467cd/m2、輝度均斉度は2.74であった。
比較例3
製造例8のスタンパー7を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用する以外は、実施例3と同様に直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は4,416cd/m2、輝度均斉度は2.14であった。
比較例4
製造例8のスタンパー7を取り付けた金型を使用して製作した光拡散板を使用する以外は、実施例4と同様にして光拡散板を成形し、次いで直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は4,302cd/m2、輝度均斉度は2.21であった。
実施例1〜10の構成と測定結果を表1に、比較例1〜4の構成と測定結果を表2に示す。
Figure 2007032469
Figure 2007032469
実施例1〜10と比較例1〜4を比較すると、構造単位の側面の傾きの角度Xnが、関係L1を満たす範囲内である場合は、平均輝度が4,000cd/m2以上、輝度むらが1以下とよい値が得られている。それに対し、比較例1〜4のように構造単位の側面の傾きXnが前記関係L1の範囲より小さい場合には、輝度むらが多くなる。
次に、点状光源であるLEDを用いた場合について説明する。
実施例11
内寸幅305mm、奥行き227mm、深さ16mmの乳白色プラスチック製ケースの底面に放熱用に0.5mmのアルミ板を敷き、その上に反射シート(株式会社ツジデン製、RF188)を貼着して反射板とした。次に、反射板の底に点状光源である白色チップタイプLED(日亜化学工業株式会社製NCCW002S:大きさ: 7.2×11.2×4.7mm)を中心間が縦横とも30mmの均等配列(図8に示す態様)になるように設置し、電極部に直流電流を供給できるように配線した。この設計のバックライト装置ではLED中心間の距離aPは36.2mm、LED中心と光拡散板のLED側との距離bPは13.15mmとなるので、aPとbPの数値を前記関係P1の数式に代入し、構造単位の側面の傾きXn(度)の好適な範囲を求めると8.5<Xn<74.6であった。そして、この上に実施例8と同じ光拡散板、拡散シート、プリズムシート、複屈折を利用した反射偏光子設置し、偏光板を取り付け直下型バックライト装置を作成した。
次に、作成した直下型バックライト装置について、電圧3.8V、電流350mAを印加してLEDを点灯し、実施例1と同じ評価を行った。輝度平均値は5640cd/m2、輝度むらは0.69であった。
実施例12
点状光源の配置を、長手方向の間隔が35mm、短手方向の間隔が30mmの長方形状の配列とし、光拡散板を製造例10によるスタンパー8を用いた凹状の四角錐が配列したものとする以外は、実施例11と同様にして直下型バックライト装置を作成した。この設計のバックライト装置ではLED中心間の距離aPは45.1mm、LED中心と光拡散板のLED側との距離bPは13.15mmとなるので、aPとbPの数値を関係P1の数式に代入し、構造単位の側面の傾きXn(度)の好適な範囲を求めると9.3<Xn<76.7であった。
次に、作成した直下型バックライト装置について、電圧3.8V、電流350mAを印加してLEDを点灯し、実施例1と同じ評価を行った。輝度平均値は5530cd/m2、輝度むらは0.43であった。
実施例13
光拡散板を製造例11によるスタンパー9を用いた凸状の四角錐が配列したものとする以外は、実施例12と同様にして直下型バックライト装置を作成し、評価を行った。輝度平均値は5560cd/m2、輝度むらは0.40であった。
比較例5
比較例1と同じ光拡散板を使用する以外は実施例11と同様にしてLEDを用いた直下型バックライト装置を作成し、その評価を行った。輝度平均値は5980cd/m2、輝度均斉度は3.90であった。
実施例11〜13と比較例5の構成と測定結果を表3に示す。
Figure 2007032469
実施例11〜13と比較例5を比較すると、構造単位の側面の傾きXnが前記関係P1を示す数式を満たす範囲内である場合には、輝度むらの改善効果が大きいことがわかる。
実施例14
製造例12で得た光拡散板用ペレット3を、一線押出機を用い、幅350mmのTダイから押し出し、厚み2.0mmの板を得た。一線押出機のシリンダー温度は250℃とし、ダイヘッドの温度を240℃とした。得られた板を237mm×315mmに切断して平板の光拡散板とした。
得られた平板の光拡散板に製造例14の成形ロールを140℃に加熱し、回転しながら押し当てることにより、凹状構造単位を有する光拡散板を製造した。
この凹状構造単位を有する光拡散板を使用する以外は、実施例11と同様にして評価を行った。輝度平均値は5724cd/m2、輝度むらは0.69であった。
実施例15
実施例14と同じ平板の光拡散板上に紫外線硬化樹脂(帝国インキ株式会社製UV SPA369)をバーコーターで100μm厚みに塗布し、高圧水銀ランプを積算光量で100mJ/cm2照射して流動しない程度に硬化させた。さらに製造例14の成形ロールを回転しながら押し当てることにより、凹状形状を付与した。その直後に更に高圧水銀ランプを積算光量で150mJ/cm2照射して、硬化を完了させることにより凹状形状を有する光拡散板を製造した。
この凹状形状を有する光拡散板を使用する以外は実施例141と同様にして評価を行った。輝度平均値は5667cd/m2、輝度むらは0.49であった。
実施例16
厚み200μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(以下PETフィルムとする)上に、実施例15と同じ紫外線硬化樹脂をバーコーターで100μm厚みに塗布した。さらに製造例14の成形ロールを回転しながら押し当てると同時に、PETフィルム側から高圧水銀ランプを積算光量で250mJ/cm2照射して、硬化を完了させることにより凹状形状を有するフィルムを製造した。このフィルムのPETフィルム側に光硬化性接着剤(株式会社スリーボンド製スリーボンド3017)を塗布し、実施例14と同じ平板の光拡散板上に接着し、凹状形状を有する光拡散板を製造した。接着剤の光硬化は、凹状形状を有する側から高圧水銀ランプを積算光量で8000mJ/cm2照射して行った。
この凹状形状を有する光拡散板を使用する以外は実施例14と同様にして評価を行った。輝度平均値は5639cd/m2、輝度むらは0.48であった。
実施例17
製造例15の金型部材の四隅に厚み10mmの流れ止め部材を設置し、製造例13の重合性組成物を重合物が厚み2mmになるように供給した。加熱槽中において80℃で1時間の重合を行い、引き続き遠赤外線ヒーターを使用し130℃で1時間加熱して、重合を完了させ、凹状形状を有する光拡散板を製造した。
この光拡散板を使用する以外は実施例11と同様にして評価を行った。輝度平均値は5610cd/m2、輝度むらは0.40であった。
実施例14〜17の構成と測定結果を表4に示す。これらの実施例の製造方法によっても、良好な結果を得ることができた。
Figure 2007032469
本発明の直下型バックライト装置によれば、線状光源と光拡散板の距離が小さいまま、平均輝度と輝度均斉度を向上することが可能なため、液晶表示装置に直下型バックライト装置を組み込んだとき、高画質で薄型の液晶表示装置を得ることができる。

Claims (10)

  1. 反射板、並列配置された複数の線状光源、及び光拡散板が、この順に配置されて構成される直下型バックライト装置であって、
    前記光拡散板は、
    その少なくともひとつの主面に、3以上の傾斜側面を有する凹形又は凸形の構造単位を複数有し、
    該構造単位を有する主面の最大高さRzが1,000μm以下であり、且つ
    隣接する線状光源の中心軸間の領域の直上にあたる領域における、線状光源の中心軸方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面中に、
    (1)傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる前記傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ
    (2)該傾きXnのすべてが前記隣接する線状光源の中心軸間の平均距離aL(mm)及び前記線状光源の中心軸と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との間の最小距離bL(mm)との間に、12.5−10×(bL/aL)<Xn<85−25×(bL/aL)の関係を有する部分が含まれる、
    直下型バックライト装置。
  2. 反射板、複数の点状光源、及び光拡散板が、この順に配置されて構成される直下型バックライト装置であって、
    前記光拡散板は、
    その少なくともひとつの主面に、3以上の傾斜側面を有する凹形又は凸形の構造単位を複数有し、
    該構造単位を有する主面の最大高さRzが1,000μm以下であり、且つ
    隣接する三つの点状光源で囲まれ且つ他の点状光源を含まない領域の直上にあたる領域における、該三つの点状光源のうちの二つの点状光源の中心を結んだ方向に直交する方向を切断線とする光拡散板の垂直断面の少なくとも1つの中に、
    (1)傾きXn(単位:度、nは自然数で、各傾斜側面を表すための副指数である。)の異なる前記傾斜側面nを表す線が2以上あり、且つ
    (2)該傾きXnのすべてが前記隣接する三つの点状光源の中心間の平均距離aP(mm)及び前記点状光源の中心と前記光拡散板における前記線状光源側の主面との間の最小距離bP(mm)との間に、12.5−11×(bP/aP)<Xn<85−28.5×(bP/aP)の関係を有する部分が含まれる、
    直下型バックライト装置。
  3. 前記構造単位が凸形であり、
    前記構造単位が断面鋸歯状のプリズム条列に、当該プリズム条列の稜線方向と異なる向きにV字状の切り込みを入れて得られるものである請求項1または2に記載の直下型バックライト装置。
  4. 前記構造単位の形状が角錐または角錐台である請求項3に記載の直下型バックライト装置。
  5. 前記構造単位が凹形であり、
    前記構造単位が断面鋸歯状のプリズム条列に、当該プリズム条列の稜線方向と異なる向きにV字状の切り込みを入れて得られる凸状形状を有する転写部材の当該凸形状を転写して得られるものである請求項1または2に記載の直下型バックライト装置。
  6. 前記構造単位の形状が角錐又は角錐台である請求項5に記載の直下型バックライト装置。
  7. 前記光拡散板が透明樹脂及び光拡散剤を含む樹脂組成物からなり、
    該樹脂組成物の全光線透過率が60%以上98%以下である請求項1〜6のいずれか一に記載の直下型バックライト装置。
  8. 前記光拡散板が透明樹脂及び光拡散剤を含む樹脂組成物からなり、
    該樹脂組成物のヘーズが20%以上100%以下である請求項7に記載の直下型バックライト装置。
  9. 光拡散板が吸水率0.25%以下の透明樹脂で形成されている請求項1〜8のいずれか一に記載の直下型バックライト装置。
  10. 光拡散剤が、ポリスチレン系重合体、ポリシロキサン系重合体又はそれらの架橋物である請求項7又は8に記載の直下型バックライト装置。


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