JPWO2007055115A1 - 直下型バックライト装置 - Google Patents

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Abstract

輝度及び輝度均斉度が改善された光拡散板及び直下型バックライト装置を提供する。並列配置された複数本の線状光源と、その光を反射する反射板と、前記線状光源からの直射光および反射光を拡散して出射する光拡散板とを備えた直下型バックライト装置であって、前記光拡散板は、略平坦な光入射面と、前記光入射面から入射した光を拡散して出射する光出射面とを備え、前記光出射面は、前記線状光源の長手方向と略平行に延びるとともに、断面凹状または凸状の三角形からなる線状プリズムを複数有するプリズム条列を備え、各線状プリズムの２つの斜面のそれぞれと前記光入射面とのなす角度が等しく、前記線状プリズムの位置が、この線状プリズムに最も近い線状光源から離れるに従って、前記角度が連続的又は段階的に大きくなることを特徴とする直下型バックライト装置。

Description

本発明は、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、輝度均斉度の高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辺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装置である。
一方、直下型の装置は、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。この装置は、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、装置発光面の輝度均斉度が悪いので、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、点灯時の消費電力が上昇してしまった。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の表面に印刷し、冷陰極管の真上に放射される光束を低減する手法（特許文献１：特開平６-２７３７６０号公報）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その隣の冷陰極管との中間に相当する領域へ集束させる手法（特許文献２：特開２００１-１７４８１３号公報）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、光束の一部を遮断するので、冷陰極管が放射する光束の利用率が低下し、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、装置の構成が複雑になるという問題があった。
また、直下型に使用される光拡散板には、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あるが、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。これを解決するため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、及び５（それぞれ特開平５-３３３３３３号公報、特開平８-２９７２０２号公報及び特開２０００-１８２４１８号公報））。しかし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。
本発明の目的は、輝度及び輝度均斉度が改善された直下型バックライト装置を提供することにある。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、詳細な検討を行った結果、驚くべきことに、直下型バックライト装置等の直下型バックライト装置において、光拡散板の光出射面に断面鋸歯状のプリズム条列を設けるだけでは輝度均斉度改善の効果が十分でないが、そのプリズム条列を特定形状とすることにより、高輝度で輝度均斉度の高い装置が得られることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
具体的には、プリズム条例において、断面三角形状の線状プリズムを構成する２つの斜面と光入射面とのなす角度が等しくなるように形成し、これらの斜面と光入射面とのなす角度が、最も近い位置の線状光源から離れるにつれて大きくなるように形成することにより、高輝度で、かつ輝度均斉度を向上できることを見出した。
すなわち、本発明によれば、下記のものが提供される：
〔１〕 並列配置された複数本の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、前記線状光源からの直射光および前記反射板からの反射光を拡散して出射する、光拡散板とを備えた直下型バックライト装置であって、前記光拡散板は、前記線状光源からの光を入射する略平坦な光入射面と、前記光入射面とは反対側の面に設けられ、前記光入射面から入射した光を拡散して出射する光出射面とを備え、前記光出射面は、前記線状光源の長手方向と略平行に延びるとともに、断面凹状または凸状の三角形からなる線状プリズムを複数有するプリズム条列を備え、各線状プリズムの２つの斜面のそれぞれと前記光入射面とのなす角度が等しく、前記線状プリズムの位置が、この線状プリズムに最も近い線状光源から離れるに従って、前記角度が連続的又は段階的に大きくなることを特徴とする直下型バックライト装置。
ここで、角度が連続的に大きくなるとは、線状プリズムごとに角度が大きくなることである。また、角度が段階的に大きくなるとは、ある一定数量の線状プリズムを含む領域１と、その領域１における線状光源とは離れた側に隣接する領域２とが設けられている場合において、各領域１，２内における各線状プリズムの角度は互いに等しく、かつ、領域１内の線状プリズムの角度より、領域２内の線状プリズムの角度が大きくなることである。
〔２〕 〔１〕に記載された直下型バックライト装置において、前記光拡散板は、透明樹脂を含んで構成され、任意の線状プリズムの各斜面と前記光入射面とのなす角度をＸ(°)、前記斜面を有する線状プリズムの頂点と、この線状プリズムに最も近い位置にある線状光源の中心を光入射面上に投影した場合の位置との間の距離をＷ（ｍｍ）、前記線状光源の中心と光入射面との距離をａ（ｍｍ）、前記斜面の中心と光入射面との距離をｂ（ｍｍ）、前記斜面に第１番目と第２番目に近い線状光源の中心間の距離をＰ（ｍｍ）、前記透明樹脂の屈折率をｎとするとき、光出射面の少なくとも一部において式（１）の関係が成り立つことを特徴とする直下型バックライト装置。
Figure 2007055115
 〔３〕 〔２〕に記載された直下型バックライト装置において、前記出射面が、複数の領域より構成され、前記領域のそれぞれが、複数の前記線状プリズムを有し、各領域内において、線状プリズムの斜面のそれぞれと光入射面とがなす角度が等しく、前記領域のそれぞれにおいて、少なくとも１つの線状プリズムが、前記式（１）を満たすことを特徴とする直下型バックライト装置。
本発明の直下型バックライト装置は、輝度及び輝度均斉度が高く、液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置のバックライト等として有用である。
図１は、本発明の直下型バックライト装置の一例を示す縦断面図である。 図２は、本発明の直下型バックライト装置における、線状光源と光拡散板との関係を示す縦断面図である。 図３は、図２の領域Ｒ１を拡大して示す縦断面図である。 図４は、本発明の直下型バックライト装置における、光拡散板、線状光源及び反射板の関係の概略を示す斜視図である。 図５は、数式（１）及び（２）の意義について説明するために、本発明の直下型バックライト装置における光拡散板及び線状光源を示す模式的な縦断面図である。 図６は、図５における領域５０を拡大して示す部分断面図である。
本発明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と、線状光源からの光を反射する反射板と、線状光源からの直射光および反射板からの反射光を拡散して出射する、特定の光拡散板とを備える。
本発明に用いる線状光源は特に限定されないが、冷陰極管、熱陰極管、線状に配列したＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＥＤと導光体の組合せ等を使用することができる。このとき冷陰極管又は熱陰極管は直線状以外にも、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字状のものを使用することができる。これら３つの形状の光源を使用する場合には、管の平行な部分の中心間の距離を、隣接する線状光源の中心間の距離Ｐとする。
線状光源は輝度均一性の点からは冷陰極管が好ましく、発光効率の点からは線状に配列したＬＥＤ、ＬＥＤと導光体の組合せが好ましい。線状に配列したＬＥＤ、またはＬＥＤと導光体の組合せを使用する場合は、配列した一連のＬＥＤの組、またはＬＥＤと導光体の組合せ、が複数ある場合に、線状光源が複数本であるとする。
本発明に用いる反射板は特に限定されないが、白色または銀色に着色された樹脂、金属等を使用することができ、色は輝度均斉度改良から白色が好ましく、材質は軽量化の点から樹脂が好ましい。反射板は、図１に示す反射板３及び図４に示す反射板４０３のように、線状光源の、光拡散板と反対側の位置に設けることができる。
本発明に用いる光拡散板は、線状光源からの光を入射する略平坦な光入射面と、前記光入射面とは反対側の面に設けられ、前記光入射面から入射した光を拡散して出射する光出射面とを備える。前記光入射面は、凹凸のない略平坦な平坦面であり、前記光出射面には、特定の構造が設けられている。ここで、略平坦な平坦面とは、中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下の面のことである。
本発明に用いる光拡散板は、光出射面に、断面凹状又は凸状からなる三角形状の線状プリズムを複数有するプリズム条列を備える。ここで、プリズム条列について、例えば図４に示す光拡散板４０１を用いて説明する。図４に示すように、光拡散板４０１の光出射面には、プリズム条列４０１Ｂが設けられている。プリズム条列４０１Ｂは、互いに略平行な複数の線状プリズム４０１Ａから構成され、線状プリズム４０１Ａの長手方向に垂直な断面が、鋸歯状に形成されたものである。なお、図４においては、ごく概略的な図示のため、プリズム条列は多数の均一な線状プリズムからなるもので表現しているが、本発明の直下型バックライト装置における光拡散板は、後述の通りの特定の形状を有するものである。
ここで、断面凹状の線状プリズムとは、図１中に示される領域Ｕ２のように、プリズム条列を構成する線状プリズムの長手方向に垂直な断面（以下、単に「条列の断面」という。）において、隣り合う図中の山部Ｔの間の領域をいう。また、断面凸状の線状プリズムとは、図１中に示される領域Ｕ１のように、条列の断面において、隣り合う図中の谷部Ｖの間の領域をいう。本発明においては、条列単位を凹状としてみた場合又は凸状としてみた場合のいずれか少なくとも一方において下記に規定する条件を満たす場合は、当該条件を満たすものとする。
本発明の直下型バックライト装置において、前記光拡散板は、前記線状プリズムの長手方向が前記線状光源の長手方向と略平行に延びるよう配置される。ここで略平行とは、線状プリズムの長手方向と線状光源の長手方向とのなす角度が５°以下の場合を示している。
前記光拡散板において、前記線状プリズムの２つの斜面のそれぞれと光入射面とのなす角度は等しく、前記線状プリズムの位置に最も近い線状光源から離れるに従って、前記角度が連続的又は段階的に大きくなる。ここで、前記した「２つの斜面のそれぞれと光入射面とのなす角度が等しく」なる場合としては、線状プリズムの断面形状が二等辺三角形である（即ち、一つの線状プリズムの２つの斜面に対応する、断面平面(cross-sectional
surface)における２つの線分が、二等辺三角形における対称な２辺を構成する）場合を挙げることができる。この場合、前記２つの斜面は、断面二等辺三角形となるように線状プリズムを選んだときに、光入射面とは平行とならない２つの斜面となる。このような構成とすることにより、光拡散板を容易に設計、製造できるとともに、製品である直下型バックライト装置の輝度均斉度を高めながら、且つ、視野角もある程度広いものとすることができる。なお、本発明において、線状プリズムの２つの斜面のそれぞれと光入射面とのなす角度が「等しい」とは、角度の差が１°以内の場合である。なお、場合によっては、線状プリズムの頂点が丸くなることがあるが、この場合には、前記角度は、線状プリズムを構成する２つの斜面の直線部分と光入射面とのなす角度を示す。
このようなプリズム条列を、図１を参照して具体的に説明する。図１に示す直下型バックライト装置は、並列配置された線状光源２ａ及び２ｂと、反射板３と、光拡散板１とを備える。光拡散板１は、線状光源２ａ及び２ｂからの直射光及び反射板３からの反射光を入射する光入射面５と、光入射面５から入射した光を拡散して出射する光出射面１０とを備える。光出射面１０には、プリズム条列４が形成されている。プリズム条列４は、凹状の二等辺三角形を単位とする複数の線状プリズムを備えている。各線状プリズムにおいては、それを構成する２つの斜面のそれぞれと光入射面５とのなす角度が等しい。そして、線状プリズムは、直近の線状光源から遠いものほど、当該線状プリズムを構成する２つの斜面と光入射面５とのなす角度が大きくなっている。
当該構成を、プリズム条列４のうちの数個の線状プリズムを例として、さらに具体的に説明する。図１において、プリズム条列４は、斜面６ａ及び斜面６ｂで構成される線状プリズムと、斜面７ａ及び斜面７ｂで構成される線状プリズムと、斜面８ａ及び斜面８ｂで構成される線状プリズムと、斜面９ａ及び斜面９ｂで構成される線状プリズムとを含んでいる。斜面６ａ及び斜面６ｂのそれぞれと光入射面５とがなす角度は、等しい角度Ｘ１であり、斜面７ａ及び斜面７ｂのそれぞれと光入射面５とがなす角度は、等しい角度Ｘ２であり、斜面８ａ及び斜面８ｂのそれぞれと光入射面５とがなす角度は、等しい角度Ｘ３であり、斜面９ａ及び斜面９ｂのそれぞれと光入射面５とがなす角度は、等しい角度Ｘ４である。そして、角度Ｘ１〜Ｘ４の関係は、角度Ｘ１＜角度Ｘ２＜角度Ｘ３＜角度Ｘ４となっており、直近の線状光源２ａとの距離が離れるものほど大きな角度となっている。
プリズム条列において、線状プリズムを構成する斜面の面積は、図１に示す例のように均一であってもよく、異なっていてもよい。
図１に示す例においては、線状プリズムを構成する斜面と光入射面とのなす角度が、線状光源から遠くなるに従い、連続的に大きくなっている。即ち、隣接する線状プリズムの当該角度が互いに異なり、線状光源から遠いものほど大きな角度となっている。しかし、本発明の態様はこのようなものに限定されず、当該角度が段階的に大きくなるものであってもよい。即ち、光出射面上に、線状光源と平行な線により区切られた複数の領域が規定され、それぞれの領域中に、斜面と光入射面とのなす角度が等しい複数の線状プリズムが連続して設けられ、線状光源から遠い領域ほど、当該角度がより大きくなる態様のものであってもよい。このような態様において、当該領域の幅寸法が、線状光源の幅寸法（以下、Ｇとする）より小さくすると、輝度均斉度向上の効果をより一層大きくできる。
当該角度が段階的に大きくなる光拡散板を含む直下型バックライト装置の例を、図２及び３を参照して説明する。図２に示す直下型バックライト装置においては、複数の線状光源２が間隔Ｐで平行に設けられ、且つ、それらと離隔して、線状光源２からの直射光及び反射板（図示せず）からの反射光を拡散して出射する光拡散板１が設けられている。図２において、Ｒ１で区切られている領域は、光拡散板の線状プリズムの段階的な角度変化の繰り返し単位の一つを示す。
図３は、当該領域Ｒ１を拡大して説明する図である。繰り返し単位Ｕ３は、線状光源２を中心とし、その左右（隣接する線状光源への方向）へＰ×０．５延長する範囲を占めている。繰り返し単位Ｕ３においては、線状光源２に最も近い領域から順に、左右に、領域ｌ1、ｌ2…ｌs-1、ｌsが規定されている。領域ｌ1〜ｌsのそれぞれにおいて、線状プリズムの斜面のそれぞれと光入射面とがなす角度は等しい。領域ｌ1〜ｌsのそれぞれにおける、線状プリズムを構成する斜面と光入射面とのなす角度Ｘ1〜Ｘsは、角度Ｘ1＜角度Ｘ2＜…＜角度Ｘs-1＜角度Ｘsの関係となる。このような構成とすることにより、輝度均斉度を高めうるなどの、本発明の効果を得ることができる。このような態様において、好ましいＳの値は、特に限定されないが、Ｐ／（４Ｇ）以上であり、より好ましいＳの値は、Ｐ／（２Ｇ）以上である。
本発明に用い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。厚みが小さすぎると、支柱を多数形成する等自重によるたわみを抑えるための工夫が必要になる。また、厚みが大きすぎると成形が困難になる。
本発明において、光拡散板の線状プリズムのピッチ、即ち隣接する線状プリズムの山部間又は谷部間の距離は２０μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上５００μｍ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。ピッチが小さすぎると、形状が微細なために形状付与が難しくなったり、光拡散効果が低下したりするおそれがある。ピッチが大きすぎると光拡散が荒くなり、輝度むらを生じるおそれがある。また、ピッチは、図１に示す例のようにプリズム条列内において不均一であってもよく、均一であってもよい。
本発明においては、光拡散板のプリズム条列の表面を粗化して光が出射する方向を適度な範囲内でより多様にすることもできる。その場合、線状プリズムの表面を長手方向に対して直角方向に２０μｍ測定したときの中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．０８μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．０９μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以上１μｍ以下であることがさらに好ましい。Ｒａを好ましい範囲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、光の出射方向を多様にしすぎないようにできる。
本発明に用いる光拡散板の材質は、特に限定されないが、ガラス、樹脂及び樹脂を含む組成物等とすることができる。樹脂又は樹脂を含む組成物としては、混合しにくい２種以上の樹脂の混合物、又は透明樹脂に光拡散剤を分散したもの等を用いることができる。これらの中でも、軽量であること、成形が容易であることから樹脂又は樹脂を含む組成物が好ましく、全光線透過率とヘーズの調整が容易であることから透明樹脂に光拡散剤を分散させたものが特に好ましい。さらに、プリズム条列部分を含む光拡散板全体を透明樹脂に光拡散剤を分散させたもので形成し、光拡散板全体を同一の全光線透過率とヘーズに調整することが、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、より好ましい。
透明樹脂に光拡散剤を分散させた物の光拡散剤の含有量に特に制限はなく、光拡散板の厚みやバックライトの線状光源間隔などに応じて適宜選択することができるが、通常は分散物の全光線透過率は６０％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、８０％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く、９０％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。ヘーズは０％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好ましく、０％以上９０％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９５％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１００％以下、ヘーズを０％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。この場合の全光線透過率とはＪＩＳ Ｋ７３６１−１により両面平滑な２ｍｍ厚み板で測定した値で、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。
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％以上の樹脂のことであり、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、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等の吸水率が０．２５％以下である樹脂が、吸湿による変形が少ないので、反りの少ない大型の光拡散板を得ることができる点で好ましい。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て、特定の形状のプリズム条列を設計どおりに形成できる点でさらに好ましい。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、前記（メタ）アクリル酸とは、メタクリル酸およびアクリル酸を示している。
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。
光拡散板に用いられる光拡散剤は、光線を拡散させる性質を有する粒子であり、無機フィラーと有機フィラーに大別される。無機フィラーとしては、具体的には、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を用いることができる。有機フィラーの具体的な材料としては、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を用いることができる。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。
光拡散板に用いら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のビーズが好ましい。
前記光拡散剤は透明樹脂内部に含有された形で、使用される。
本発明の光拡散板を構成する透明樹脂の屈折率は、特に限定されないが、１．２〜２．０の範囲とすることができる。
本発明に用いる光拡散板の製造において、その表面に前記特定形状のプリズム条列を形成する方法に特に制限はなく、例えば、平板状の光拡散板表面にプリズム条列を形成することができ、あるいは、光拡散板の成形と同時にプリズム条列を形成することもできる。平板状の光拡散板表面にプリズム条列を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、所望の形状の線状プリズムを形成できる工具を用いた切削加工によることができ、あるいは、光硬化樹脂を塗布し、所望の形状の型を転写した状態で硬化させることもできる。光拡散板を押出成形で作製し、同時にプリズム条列を形成する場合は、所望のプリズム条列形状を有する異形ダイを用いて異形押出することができ、あるいは、押出後にエンボス加工によりプリズム条列を形成することもできる。光拡散板をキャスティングにより作製し、同時にプリズム条列を形成する場合は、所望のプリズム条列の形状を形成できるキャスティング型を用いることができる。光拡散板を射出成形により作製し、同時にプリズム条列を形成する場合は、所望のプリズム条列の形状を形成できる金型を用いることができる。光硬化樹脂への型形状転写、異形ダイによる押出し加工、エンボス加工、キャスティング、もしくは射出成形により、プリズム条列を形成する場合に使用する型は、所望の線状プリズムを形成できる工具を用いた型の金属部材への切削加工、もしくは所望の形状が形成された部材上への電鋳加工により得ることができる。
本発明の直下型バックライト装置においては、前記光拡散板が透明樹脂を含んで構成され、任意の線状プリズムの各斜面と光入射面とのなす角度をＸ(°)、該斜面を有する線状プリズムの頂点と、この線状プリズムに最も近い位置にある線状光源の中心を光入射面上に投影した場合の位置との間の距離をＷ（ｍｍ）、線状光源の中心と光入射面との距離をａ（ｍｍ）、該斜面の中心と光入射面との距離をｂ（ｍｍ）、該斜面に第１番目と第２番目に近い線状光源の中心間の距離をＰ（ｍｍ）、前記透明樹脂の屈折率をｎとするとき、式（１）の関係が成り立つことが、輝度均斉度の高い直下型バックライト装置とする上で好ましい。さらに、これらのパラメーターは、式（２）の関係を満たすことが、輝度均斉度をさらに高める上で好ましい。
Figure 2007055115
Figure 2007055115
上記パラメーターが式（１）、好ましくは式（２）を満たす場合、線状プリズムを構成する２つの斜面のうち１面が、線状光源からの光を、光入射面に垂直に近い方向に出射させる。そのため、上記パラメーターが式（１）、好ましくは式（２）を満たす場合、光入射面に垂直な方向への光の出射が確保され、良好な輝度及び輝度均斉度を得ることができる。
ここで、上記式（１）〜（２）の意義について、図面を参照して説明する。これらの式（１）〜（２）は、簡単に言えば、光拡散板を光出射面側から観察した際に、線状光源間に複数の線状光源の像が確認され、直下型バックライト装置を、高輝度で輝度均斉度の良好なものにできるようにする条件を示している。
以下、より具体的に説明する。図５及び図６は、上記式（１）〜（２）の意義について説明するための模式図であり、図５が直下型バックライト装置の断面図であり、図６が線状プリズム二つを示す部分５０の拡大図である。このような直下型バックライト装置において、下記のような仮想的な状態について検討する。すなわち、図５中の上方から下方に向かって、換言すれば、断面凸状の二等辺三角形からなる線状プリズムが形成された光出射面（ここでは仮想的に光入射面となる。）から、平坦面とされた光入射面（ここでは仮想的に光出射面となる。以下、「下面」と称する。）に向かって、下面に垂直な光が入射する場合について検討する。
例えば、２つの入射光Ｉ１、Ｉ２を例にとると、線状プリズムの右面に入射した光は、線状プリズムの右面と下面とで屈折し、右面の中心位置から（ａ＋ｂ）の距離が離れた面において、式（１）における中辺に従った水平距離分の位置に到達する。中辺の数値は、P、ａ，ｂ，ｎが定数であるとすると、Xのみの関数である。
ここで、これらの到達位置が１つに重畳するような場合、すなわち到達位置までの水平距離とＷ１、Ｗ2が等しく、そのような重畳位置に線状光源を配置したとすると、線状光源から出た光は、前述した太線で示す仮想的な光の経路を逆にたどって、線状プリズムの右面から上方へと垂直な方向に出射する。このような関係は、図示していないすべての線状プリズムでも成り立つ。すなわち、中辺とＷが等しくなるようにすると、光拡散板全面の線状プリズムの片面より、下面に垂直な方向に光が出射するので、輝度均斉度と輝度を大きく向上できる。ただし、本発明者が検討した結果、光の出射方向が下面垂直方向から多少ずれた場合でも十分な効果を有することがわかった。十分な効果を有する範囲とは、仮想的な入射光の水平方向への移動距離がPの０．２倍以内ずつの場合が好ましく、Pの０．１倍以内ずつの場合がより好ましい。
なお、式（１）〜（２）の中辺において、ｂ×tan（X−からsin（ｘ）/ｎ））の部分は、線状プリズム側から光拡散板に垂直な光が入射する本来と反対な状態を考えたときに、光がプリズム面から下面までに到達する水平方向の距離であり、ａ×tan（sin-1からsin（X/n））の部分は、同様な状態を考えたときに光が下面から光源の中央と同じ面までに到達する水平方向の距離である。前記結果をまとめると式（１）と（２）となる。
上記式は、光拡散板の全面において満たされていることが好ましいが、必ずしも、光拡散板の全面において満たされていなくても、当該好ましい効果を得ることができる。例えば、上述の通り、線状プリズムを構成する斜面と光入射面とのなす角度が、段階的に大きくなる場合、前記複数の領域のそれぞれにおいて、少なくとも一つの線状プリズム、好ましくは領域の中心に位置する線状プリズムが上記式の条件を満たす場合でも、好ましい効果を得ることができる。
具体的には例えば、図３に示す例においては、領域ｌ1〜ｌsのそれぞれにおいて、少なくとも一つの線状プリズムにおいて、上記式（１）又は（２）の関係が成立する場合、好ましい効果を得ることができる。
上記各パラメーターにおいて、Ｘは０〜９０°の値をとることができる。Ｗの値は、特に限定されないが１５〜１５０ｍｍであることが好ましく、２０〜１００ｍｍであることがより好ましい。ａの値は、特に限定されず直下型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く、５〜３０ｍｍであることが好ましく、５〜２５ｍｍであることがより好ましい。また、ｂの値は、０．４〜５ｍｍであることが好ましい。
前記各パラメーターＸ、Ｗ、ａ及びｂは、具体的には図１において示される通り計測されるものである。図１に示す例において、Ｘは角度Ｘ１〜Ｘ４であり、Ｗは線状光源２ａ及び線状光源２ｂそれぞれの中心間の距離であり、ａは線状光源２ａ又は線状光源２ｂから光入射面５までの距離であり、またｂは矢印ｂ１〜ｂ４で示される距離である。
本発明の直下型バックライト装置は、前記線状光源、反射板及び光拡散板を必須の構成要素として含むが、均等の範囲内での変更を加えてもよく、またこれら必須の構成要素に加えて、任意の構成要素を含むことができる。例えば、輝度と輝度均斉度向上のために、光拡散板の光源から遠い側に、拡散シートとプリズムシートを備えてもよい。さらに輝度向上のために、下記反射型偏光子を前記２種類のシートの光源から遠い側に備えてもよい。前記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(対応公報：国際公開パンフレットＷＯ９２／２２８３８号)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(対応公報：米国特許明細書第５，２３５，４４３号)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(対応公報：国際公開パンフレットＷＯ９５／１７３０３号)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(対応公報：国際公開パンフレットＷＯ９７／４１４８４号)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(対応公報：米国特許明細書第５，９９５，１８３号)に記載のもの）；などが使用できる。
本発明の直下型バックライト装置の用途は、特に限定されないが、液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置におけるバックライトとして好ましく用いることができる。
以下、本発明を実施例及び比較例を参照してより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
（実施例１）
透明樹脂として脂環式構造を有する樹脂（日本ゼオン株式会社製、ゼオノア１０６０Ｒ、屈折率１．５３）９９．８５重量部と、光拡散剤としてポリシロキサン系樹脂の架橋体の微粒子（GE東芝シリコーン株式会社製、トスパール１２０）０．１５重量部とが混合された組成物のペレットから、所定のプリズム形状を設けた金型を使用し、射出成形により表面にプリズム形状が転写された外形３１０ｍｍ×２８０ｍｍ、厚み約２．０ｍｍの光拡散板１を作製した。この光拡散板１の一方の表面には、長辺と平行に、表１に示す形状のプリズム条列が形成されており、他方は平坦面であった。この光拡散板は、全光線透過率が９３％であり、へーズが９３％であった。
次に、内寸幅３００ｍｍ、奥行き２００ｍｍ、深さ１８ｍｍの開口部を持つ筐体の底面および側面に反射シート（株式会社ツジデン製、製品名ＲＦ１８８）を貼り付けて反射板とし、直径３ｍｍ、長さ３６０ｍｍの冷陰極管８本を、底面から１．５ｍｍ離し、中心間距離を２５ｍｍとして、開口部長手方向に平行に、奥行き方向に等間隔に並列配置し、これにインバーターを接続して作製した照明用装置の上に、前記光拡散板１を、そのプリズム条列が冷陰極管と平行で光出射面側に位置するように設置した。この上に、光拡散シート（株式会社きもと製、製品名１８８ＧＭ−２）、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、製品名ＤＢＥＦ−Ｄ）、及び偏光板をこの順に載せ、直下型バックライト装置を作製した。
次いで、管電流６．５ｍＡとなるよう冷陰極管を点灯し、二次元色分布測定器（コニカミノルタ社製、機種名ＣＡ１５００Ｗ）を用いて短手方向中心線上で等間隔に１００点の輝度を測定し、下記の式（３）と式（４）に従って平均輝度Ｌａと輝度均斉度Ｌｕを算出したところ、平均輝度は３７４３ｃｄ／ｍ2で、輝度均斉度は１．３であった。
平均輝度 Ｌａ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２ 式（３）
輝度均斉度 Ｌｕ＝（（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌａ）×１００ 式（４）
（Ｌ１：輝度の上下変動における、輝度極大値の平均）
（Ｌ２：輝度の上下変動における、輝度極小値の平均）
輝度均斉度は、輝度の均一性を示す指標であり、この数値が小さい程、輝度の均一性は高い。
（実施例２）
金型として、実施例１で用いたものとは異なる所定のプリズム形状を設けたものを用いた他は実施例１と同様に操作し、光拡散板２を作製した。この光拡散板２の一方の表面には、長辺と平行に表１に示す形状のプリズム条列が形成されており、他方は平面であった。
光拡散板１に代えてこの光拡散板２を用いた他は、実施例１と同様に、直下型バックライト装置を作製して、評価を行った。平均輝度は３７５５ｃｄ/ｍ2、輝度均斉度は１．３であった。
（実施例３）
金型として、実施例１で用いたものとは異なる所定のプリズム形状を設けたものを用いた他は実施例１と同様に操作し、光拡散板３を作製した。この光拡散板３の一方の表面には、長辺と平行に表１に示す形状のプリズム条列が形成されており、他方は平面であった。
光拡散板１に代えてこの光拡散板３を用いた他は実施例１と同様に、直下型バックライト装置を作製して、評価を行った。平均輝度は３８３２ｃｄ／ｍ2、輝度均斉度は０．９であった。
（比較例１）
金型として、実施例１で用いたものとは異なる所定のプリズム形状を設けたものを用いた他は実施例１と同様に操作し、光拡散板４を作製した。この光拡散板４の一方の表面には、長辺と平行に表１に示す形状のプリズム条列が形成されており、他方は平面であった。
光拡散板１に代えてこの光拡散板４を用いた他は実施例１と同様に、直下型バックライト装置を作製して、評価を行った。平均輝度は３３９６ｃｄ／ｍ2、輝度均斉度は３．５であった。
（比較例２）
金型として、実施例１で用いたものとは異なる所定のプリズム形状を設けたものを用いた他は実施例１と同様に操作し、光拡散板５を作製した。この光拡散板５の一方の表面には、長辺と平行に表１に示す形状のプリズム条列が形成されており、他方は平面であった。
光拡散板１に代えてこの光拡散板５を用いた他は実施例１と同様に、直下型バックライト装置を作製して、評価を行った。平均輝度は３５２７ｃｄ／ｍ2、輝度均斉度は２．０であった。
各実施例及び比較例における測定結果を、表２にまとめて示す。
Figure 2007055115
表１中、「ｌ1〜ｌ10」はそれぞれ領域１〜領域１０の幅（ｍｍ）を示し、「Ｘ1〜Ｘ10」はそれぞれ領域１〜領域１０における線状プリズムの斜面と光入射面との角度（°）を示し、「ｂ1〜ｂ10」はそれぞれ領域１〜領域１０における線状プリズムの斜面の中心と光入射面との距離（ｍｍ）を示し、「幅」は領域１〜領域１０における線状プリズムの幅（ｍｍ）を示す。
Figure 2007055115
表２の結果から、本発明の直下型バックライト装置についての実施例（実施例１〜３）においては、輝度及び輝度均整度において良好な結果が得られたことが分かる。一方、比較例１及び２では、平均輝度および輝度均斉度の両方において十分な結果が得られていないことがわかる。なお、表２中の「○」は、当該部材を用いていることを示している。

Claims (3)

  1. 並列配置された複数本の線状光源と、
    前記線状光源からの光を反射する反射板と、
    前記線状光源からの直射光および前記反射板からの反射光を拡散して出射する、光拡散板とを備えた直下型バックライト装置であって、
    前記光拡散板は、前記線状光源からの光を入射する略平坦な光入射面と、前記光入射面とは反対側の面に設けられ、前記光入射面から入射した光を拡散して出射する光出射面とを備え、
    前記光出射面は、前記線状光源の長手方向と略平行に延びるとともに、断面凹状または凸状の三角形からなる線状プリズムを複数有するプリズム条列を備え、
    各線状プリズムの２つの斜面のそれぞれと前記光入射面とのなす角度が等しく、
    前記線状プリズムの位置が、この線状プリズムに最も近い線状光源から離れるに従って、前記角度が連続的又は段階的に大きくなることを特徴とする直下型バックライト装置。
  2. 請求項１に記載された直下型バックライト装置において、
    前記光拡散板は、透明樹脂を含んで構成され、
    任意の線状プリズムの各斜面と前記光入射面とのなす角度をＸ(°)、
    前記斜面を有する線状プリズムの頂点と、この線状プリズムに最も近い位置にある線状光源の中心を光入射面上に投影した場合の位置との間の距離をＷ（ｍｍ）、
    前記線状光源の中心と光入射面との距離をａ（ｍｍ）、
    前記斜面の中心と光入射面との距離をｂ（ｍｍ）、
    前記斜面に第１番目と第２番目に近い線状光源の中心間の距離をＰ（ｍｍ）、
    前記透明樹脂の屈折率をｎとするとき、光出射面の少なくとも一部において式（１）の関係が成り立つことを特徴とする直下型バックライト装置。
    Figure 2007055115
  3. 請求項２に記載された直下型バックライト装置において、
    前記出射面が、複数の領域より構成され、
    前記領域のそれぞれが、複数の前記線状プリズムを有し、
    各領域内において、線状プリズムの斜面のそれぞれと光入射面とがなす角度が等しく、
    前記領域のそれぞれにおいて、少なくとも１つの線状プリズムが、前記式（１）を満たすことを特徴とする直下型バックライト装置。
JP2007544096A 2005-11-11 2006-10-27 直下型バックライト装置 Pending JPWO2007055115A1 (ja)

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