JP2006171409A - 低吸水性光拡散板 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸水時の形状変化が少なく、かつ実用上問題のない拡散板を提供する。
【解決手段】 スチレン７０〜１００重量％およびメタクリル酸メチルまたはアクリロニトリル０〜３０重量％を含むモノマー組成物を重合して得られる重合体を主成分とし、少なくとも表層９、中間層８、表層９の３層から成り、該表層９に紫外線吸収剤を含有し、該中間層８に珪素を含む光拡散剤を含有する、ＪＩＳ Ｋ ７２０９による飽和吸水率が０．３％未満の光拡散性板状成形体。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光拡散性を有する、スチレンを特定量含むモノマー組成物を重合した重合体からなり、飽和吸水率が０．３％未満の光拡散性板状成形体に関するものであり、詳しくは液晶テレビに用いられている直下型バックライトユニット用拡散板に関するものである。

液晶ディスプレイは自発光型ではないため、冷陰極管に代表される光源とその光を効率良く利用するための導光体が必要である。従来の小型液晶ディスプレイはサイズが小さいため図１に示すような１本、もしくは少数の冷陰極管がモニターに対して横に配列されるエッジライト型バックライトユニットを採用し、導光板を利用して光を画面全体に広げていた。バックライトとは液晶パネルを後ろ側から明るくする照明の事を指し、バックライトユニットとは一般的に冷陰極管、導光体、光学フィルムを含む照明部全体を指す。エッジライト型はバックライトが薄い、冷陰極管の本数が少ないというスペース、コスト上のメリットがあるため携帯電話やパソコンのモニターを始めとして幅広く用いられていた。

しかし液晶ディスプレイのサイズが大きくなっていくと、1本の冷陰極管では輝度が十分ではないという問題が生じるため、大型液晶ディスプレイでは冷陰極管を増やす必要がある。そのため大型液晶ディスプレイでは図２に示すように画面に対して直下に複数の光源を配列させる直下型バックライトユニットが採用されている。直下型バックライトユニットでは導光板の透明性が高いと光源のムラが画面に出てしまうため、拡散板を用いて光源から出る光を均一に拡散させる必要がある。一般的に拡散板とはプラスチックシート中に基材となる樹脂とは屈折率の異なる微粒子を含む板状成形体のことを指す。

拡散板に求められる性能は、光源からの光を均一に広げる拡散性、周囲の湿度変化により反り、たわみを発生させない低吸水性、板の色調が経時変化しない耐光性といったものが挙げられる。吸水性が高いと形状変化を起こしやすく、サイズが大きいほどその変化量も大きくなる。そのため画面の大型化が進むにつれて特に改善要求が高まっている。

樹脂は吸水することにより伸びを生じる。拡散板において吸水による反りはバックライト側と液晶パネル側とで拡散板周囲の湿度環境が異なるため、吸水状態が異なり生じる。その挙動は冷陰極管を点灯したときが最も顕著になる。すなわち冷陰極管によって熱せられ、乾燥するためバックライト側、場合によってはパネル側に拡散板が凹むことにより画面の輝度ムラが発生したり、場合によっては拡散板と接触した部材が破損するといったことが生じる。吸水率の高い拡散板は周囲の湿度環境の変化を受けやすく、結果として反り変化を起こしやすい。導光板に用いられてきたメチルメタクリル酸樹脂（ＰＭＭＡ）を大型液晶ディスプレーの拡散板に用いるとその吸水率が高いため、バックライトを点灯した際にバックライト側と液晶パネル側とでの吸水率の差が生じやすく、大きな反り、たわみの発生原因となっていた。

この現象を抑制させるため、拡散板表面に吸水率の低い樹脂層を積層することで吸水による拡散板の反りを低減する方法が提案されている（特許文献１参照。）。しかしながら拡散板の反りは表層だけではなく中心層の吸水性にも大きく依存するため、全ての層で吸水性の低い樹脂を用いる必要がある。この方法では２４時間での吸水が少ない原料樹脂を用いているが、中心層の材料として吸水速度が遅く飽和吸水率が高いアクリル樹脂を用いると拡散板の反りを低減する効果は不十分である。また実装した拡散板は継続的に吸水し続けるため、吸水性の評価時間は２４時間の吸水量では短すぎて不適切であり、飽和吸水率により評価する必要がある。この他に吸水率の低いポリカーボネートを用いる方法（特許文献２参照。）も提案されている。しかしポリカーボネートを直下型バックライトユニットの拡散板として用いた際には、硬度が低いため自重によりたわんだり、あるいは実装時に光学フィルムを表面に載せた際に傷がつくという問題があった。
特開２００４−１７０９３７号公報 特開２００４−１２６１８５号公報

本発明は上記問題点を解決し、吸水時の形状変化が少なく、かつ実用上問題のない拡散板を提供することにある。

発明者らは、鋭意検討の結果、発明者らは鋭意検討した結果、原料に吸水率の低いスチレン成分を特定量以上含む重合体を用いることにより吸湿による反り、たわみを低減でき、かつ直下型バックライトユニットに効果的に用いることができる拡散板が得られることを見出した。
すなわち本発明は、スチレン７０〜１００重量％およびメタクリル酸メチルまたはアクリロニトリル０〜３０重量％を含むモノマー組成物を重合して得られる重合体を主成分とし、少なくとも表層、中間層、表層の３層から成り、該表層に紫外線吸収剤を含有し、該中間層に珪素を含む光拡散剤を含有する、ＪＩＳ Ｋ ７２０９による飽和吸水率が０．３％未満の光拡散性板状成形体に関するものである。

本発明の拡散板を、直下型バックライトユニットを用いた液晶ディスプレイの拡散板に用いることによって、吸水による反り、たわみを著しく低減することが可能となり、環境変化によらず良好な画像の得られる液晶ディスプレイを提供できる。

本発明において用いられる重合体は、スチレン７０〜１００重量％およびメタクリル酸メチルまたはアクリロニトリル０〜３０重量％を含むモノマー組成物を重合して得られ、飽和吸水率が０．３％未満のものである。スチレンを特定量以上含むことにより光拡散性板状成形体の飽和吸水率を０．３％未満にすることが出来る。またスチレンを含むことにより剛性が確保され、拡散板を大型化した際に自重による反り、たわみ、さらには表面の傷つきを防ぐことが出来る。スチレンを７０重量％未満含むモノマー組成物では、吸水性が高くなり好ましくない。また、３０重量％以下の共重合用モノマーとしてメタクリル酸メチルまたはアクリロニトリルを用いることにより、スチレンのみの場合に比べて光透過性が得られ好ましい。
拡散板の吸湿による反り、たわみを低減するためには拡散板自体の吸水性を下げることが最も効果的である。液晶ディスプレイの直下型バックライトユニットに用いる際の板状成形体は厚み２ｍｍが一般的である。

本発明の光拡散性板状成形体は、構成が表層、中間層、表層の少なくとも３層からなるものである。具体的な例を図３に記す。中間層（８）、表層（９）ともにスチレンを７０重量％以上含むモノマー組成物を重合して得られた重合体が用いられる。該重合体としてはスチレン７０〜１００重量％およびメタクリル酸メチルまたはアクリロニトリル０〜３０重量％を含むモノマー組成物を重合して得られる重合体が好ましく、スチレンおよびメタクリル酸メチルを含むモノマー組成物を重合して得られる重合体（スチレン−ＭＭＡ共重合樹脂）がさらに好ましい。スチレン−ＭＭＡ共重合樹脂としてはスチレン：ＭＭＡ（重量比）＝７５：２５〜９０：１０が望ましい。中間層（８）と表層（９）の吸水率性に差があると反り、たわみを生じやすいため同一の重合体を主成分とすることが望ましい。この他に耐候性を良くするために冷陰極管側となる面にもう一層紫外線吸収剤や光安定剤を添加した層を設けることも可能である。さらに拡散剤を添加した中間層（８）を複層化してそれぞれの層に屈折率、粒径、形状、組成などが異なる光拡散剤を加えた構成をとることにより光拡散性能を向上させることも可能である。いずれの場合も反り、たわみの発生を抑えるという意味において同一の重合体を主成分とすることが望ましい。
いずれの場合も該樹脂を用いて得られた本発明の光拡散性板状成形体の２５℃における飽和吸水率は０．３％未満であることが好ましい。
本発明の光拡散性板状成形体は、大きさ１８ｃｍ角、厚み２ｍｍの時、２５℃×５０％ＲＨの環境下で片面水浸漬し２４０時間放置した際の反り変化量が１ｍｍ未満であり、反り、たわみを低減させる。

本発明の光拡散性板状成形体において、色調変化を低減するために、表層に紫外線吸収剤を添加する。光拡散性板状成形体が多層構成の場合は表層に多くの紫外線吸収剤を添加すれば良く、コスト上も好ましい。本発明の光拡散性板状成形体において、表層に対して紫外線吸収剤を少なくとも５００ｐｐｍ以上、好ましくは７００ｐｐｍ以上添加する。紫外線吸収剤としてはベンゾトリアゾール系などがあげられるが、これに限定されるものではない。ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤としては２−[２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α, α−ジメチルベンジル）フェニル]−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（３，５−ジ−ｔ−アミル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−５’−ｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。その他の紫外線吸収剤として、２−エチル，２’−エトキシ−オキサルアニリド、［（４−メトキシフェニル）−メチレン］−ジメチルエステル、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルベンゾフェノンなどが挙げられる。この中でも２−[２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α, α−ジメチルベンジル）フェニル]−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−５’−ｔ−オクチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−エチル，２’−エトキシ−オキサルアニリドが好ましく、２−[２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α, α−ジメチルベンジル）フェニル]−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾールが更に好ましい。表層の厚みも重要になるが薄ければ耐光劣化が起こり、厚ければコスト的なメリットが少なくなる。そのため光拡散性板状成形体全体の厚みが２〜２．５ｍｍの場合には、表層の厚みは４０ミクロン以上２００ミクロン以下が望ましい。さらに耐光性を良くするため、中間層に紫外線吸収剤を添加しても良く、紫外線吸収剤の添加量はコストの面から表層濃度の７５％以下、より好ましくは６０％以下であることが望ましい。

本発明の光拡散性板状成形体は中間層に光拡散剤が添加される。重合体の屈折率との差が大きな屈折率を有する光拡散剤を添加することにより、ごく少量添加でも良好な光拡散性、光隠蔽性を発現し、良質な光拡散性板状成形体を得ることが出来る。光拡散剤には無機微粒子、有機微粒子、珪素含有微粒子があり、具体的には無機微粒子としては炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラスビーズ、アルミナなど、有機微粒子としてはスチレン架橋微粒子、ＭＭＡ架橋微粒子、スチレン−ＭＭＡ架橋微粒子、シロキサン架橋微粒子などが挙げられる。本発明のように高い光拡散性と光隠蔽性を要求される場合は用いる光拡散剤としては、重合体との屈折率の差が０．１以上であるものが好ましく、さらに、珪素含有微粒子が有効である。珪素含有微粒子としてはシリカ、およびシロキサン架橋微粒子が上げられるが、光拡散性の点からシロキサン架橋微粒子の方が好ましい。一般的にシロキサン架橋微粒子では構成成分、珪素に直結する有機基の選択により屈折率を調整でき、要求性能に応じたものを選べばよい。有機基として代表的なものはフェニル基やメチル基であるが、メチル基を選択することがより好ましい。粒径としては５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下であり、添加量としては中間層中１重量％未満であることが好ましい。添加量が１重量％以上では、光拡散剤の色によって拡散板の色調が影響を受け好ましくない。また、その他の光拡散剤である有機微粒子や無機微粒子との併用も可能である。

本発明の光拡散性板状成形体において、その他に顔料や染料、酸化防止剤、帯電防止剤などの添加剤を添加することが可能である。本発明の光拡散性板状成形体には、各層に必要に応じて添加できるが顔料や染料を加える場合は耐光性能を考慮し中心層に多く添加することが望ましい。

以下、本発明を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、光拡散性板状成形体の評価方法は次の通りである。

＜飽和吸水率＞
ＪＩＳ Ｋ ７２０９に従い、光拡散性板状成形体を１０ｃｍ角に断裁し２５℃×５０％ＲＨの環境下で水中に完全浸漬した。サンプルはヤマト科学（株）製ＤＮ６００を用いて６０℃の環境下で２４時間乾燥した後に評価を開始した。測定は２４時間毎に飽和状態に達するまで行い、吸水率は次式を用いて算出を行った。４８時間経過しても吸水率に変化が無い状態を飽和状態とした。
ｃ＝｛（ｍ２−ｍ１）／ｍ１｝×１００
ここにｃ：吸水率、ｍ１：初期乾燥後、浸漬前のサンプル重量、ｍ２：浸漬後のサンプル重量とする。
＜反り変化量＞
光拡散性板状成形体を１８ｃｍ角に断裁し２５℃×５０％ＲＨの環境下で片面水浸漬した。２４時間毎に拡散板を取り出し水平な台の上に置き、拡散板の４隅が台からどの位離れているかを測定した。拡散板４隅における数値を平均し、反り変化量（ｍｍ）を測定した。
＜光拡散性＞
２０インチの液晶ディスプレイ（シャープ（株）製 ＬＣ−２０Ｅ１−Ｓ）の液晶パネル、光学フィルムを外した状態で光拡散性板状成形体のみを実装し、点灯時の冷陰極管の見えやすさを目視にて評価した。測定は暗室にて行い、観察者から液晶ディスプレイまでの距離は１ｍとした。結果を以下の３段階に分けて評価した。○：冷陰極管がほとんど見えない、△：冷陰極管が少し見える、×：冷陰極管が透けて見える
＜耐候性＞
試験はＡＳＴＭ Ｇ５３に準拠し（株）東洋精機製作所製ユウブコンＵＣ−１型を用いて行った。紫外線ランプにはアトラス社製サンランプＵＶＡ−３４０を用い、５０℃の環境下で行った。日本電色工業（株）製ＣＯＨ３００Ａを用いて１２０時間後のＹＩの変化値を測定した。

＜実施例１＞
ＭＭＡ２０重量％、スチレン８０重量％からなるモノマー組成物を用いて重合させたＭＭＡ−スチレン共重合樹脂（ＭＳ１、屈折率１．５７）１００部にシロキサン架橋光拡散性微粒子（平均粒径２μｍ、屈折率１．４３）０．５重量部からなる中間層と、ＭＳ１ １００部に２−[２−ヒドロキシ−３，５−ビス（α, α−ジメチルベンジル）フェニル]−２Ｈ−ベンゾトリアゾール１０００ｐｐｍからなる表層とを、共押し出し成形により２種３層の多層シート（光拡散性板状成形体）を得た。このときの各層の厚みは両表層がそれぞれ約０．０７ｍｍ、中間層が約１．８６ｍｍ、総厚み２．０ｍｍであった。飽和吸水率、反り変化量の結果を表１に記す。飽和吸水率、反り変化量共に小さかった。また耐候性も良好であった。

＜実施例２＞
中間層に加える光拡散剤をシリカ（平均粒径１．５μｍ、屈折率１．４６）０．９８重量部とした以外は実施例１と同様に行い、２種３層の多層シート（光拡散性板状成形体）を得た。飽和吸水率、反り変化量の結果を表１に記す。

＜比較例１＞
中心層の材料としてアクリル樹脂（屈折率１．４９）（旭化成株式会社製「デルペットＬＰ−１」以下ＰＭＭＡ１）、表層の材料としてＭＳ１を用いた以外は、実施例１と同様に行い、２種３層の多層シート（光拡散性板状成形体）を得た。飽和吸水率、反り変化量の結果を表１に記す。

＜比較例２＞
中間層および表層の材料としてスチレン３７重量％、ＭＭＡ６３重量％からなるモノマー組成物を重合して得た重量平均分子量１５００００のペレット（屈折率１．５３）（以下ＭＳ２）を用いた以外は、実施例１と同様に行い、２種３層の多層シート（光拡散性板状成形体）を得た。飽和吸水率、反り変化量の結果を表１に記す。

＜比較例３＞
中間層材料にＭＳ２、表層材料にＭＳ１を用いた以外は、実施例１と同様に行い、２種３層の多層シート（光拡散性板状成形体）を得た。飽和吸水率、反り変化量の結果を表１に記す。

＜比較例４＞
中間層の材料にＭＳ１、表層の材料にはＭＭＡ８０重量％、スチレン２０重量％からなるモノマー組成物を重合して得たスチレン−ＭＭＡ共重合樹脂（屈折率１．５１）（以下ＭＳ３）を用いた以外は、実施例１と同様に行い、２種３層の多層シート（光拡散性板状成形体）を得た。飽和吸水率、反り変化量の結果を表１に記す。

比較例１では表層には吸水率の小さなスチレン−ＭＭＡ共重合体を持ってきたが、飽和吸水率は非常に高く反り変化量も大きなものであった。このことは中心層の吸水性が高い場合は吸水率、反りが大きくなることを示している。また光拡散剤とＰＭＭＡ１の屈折率差も小さいため光拡散性も不十分であった。
比較例２では実施例１と同様に中間層と表層の原料は同一であるものの、ＭＳ２の吸水性が高いため、飽和吸水率、反りともに大きかった。また光拡散剤とＭＳ２の屈折率差も小さいため光拡散性も不十分であった。
比較例３では表層材料に中間層材料よりも吸水性の低い材料を持ってきたのにかかわらず、飽和吸水率、反り変化量ともに大きかった。比較例１と同様に中間層材料の吸水性が高いと反りが大きくなることを示している。また光拡散剤とＭＳ２の屈折率差も小さいため光拡散性も不十分であった。
比較例４では中間層材料は実施例１と同様に飽和吸水性が低いが、表層材料はＭＭＡ成分が多く吸水性が高い。そのため飽和吸水率は小さくとも反り量は大きかった。

エッジ型バックライトユニットを用いた液晶ディスプレイの略図 直下型バックライトユニットを用いた液晶ディスプレイの略図 本発明の板状成形体の構成

符号の説明

１・・・導光板
２・・・光学フィルム
３・・・液晶パネル
４・・・冷陰極管
５・・・反射板（反射フィルム）
６・・・拡散板
７・・・筐体
８・・・中間層
９・・・表層

Claims (6)

1. スチレン７０〜１００重量％およびメタクリル酸メチルまたはアクリロニトリル０〜３０重量％を含むモノマー組成物を重合して得られる重合体を主成分とし、少なくとも表層、中間層、表層の３層から成り、該表層に紫外線吸収剤を含有し、該中間層に珪素を含む光拡散剤を含有する、ＪＩＳ Ｋ ７２０９による飽和吸水率が０．３％未満の光拡散性板状成形体。
2. 表層に紫外線吸収剤を少なくとも５００ｐｐｍ以上含有する請求項１記載の光拡散性板状成形体。
3. 中間層に重合体との屈折率の差が０．１以上である光拡散剤を含む請求項１記載の光拡散性板状成形体。
4. 光拡散剤が珪素含有微粒子である請求項３記載の光拡散性板状成形体。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散性板状成形体を拡散板に用いた直下型バックライトユニット。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散性板状成形体を直下型バックライトユニットの拡散板に用いた液晶ディスプレイ。

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