JP7368430B2 - 光拡散シート、バックライトユニット、液晶表示装置、情報機器、及び光拡散シートの製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本開示の範囲は、以下の実施形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
図1に示すように、本実施形態の液晶表示装置50は、液晶表示パネル5と、液晶表示パネル5の下面に貼付された第1偏光板6と、液晶表示パネル5の上面に貼付された第2偏光板7と、液晶表示パネル5の背面側に第1偏光板6を介して設けられたバックライトユニット40とを備えている。液晶表示パネル5は、互いに対向するように設けられたTFT基板1及びCF基板2と、TFT基板1とCF基板2との間に設けられた液晶層3と、TFT基板1とCF基板2との間に液晶層3を封入するために枠状に設けられたシール材(図示省略)とを備える。
図2に示すように、本実施形態のバックライトユニット40は、反射シート41と、反射シート41上に2次元状に配置された複数の小型光源42と、複数の小型光源42の上側に設けられた第1光拡散シート43の積層体と、第1光拡散シート43の積層体の上側に設けられた第2光拡散シート44と、第2光拡散シート44の上側に順に設けられた第1プリズムシート45及び第2プリズムシート46とを備える。本例では、第1光拡散シート43の積層体は、同じ構造の第1光拡散シート43が2層積層されて構成される。図示は省略しているが、第2プリズムシート46の上側に偏光シートが設けられてもよい。
図2に示す例では、第1光拡散シート43の第1面(小型光源42と対向する面)43aに複数の凹部22を形成したが、これに代えて、或いは、これに加えて、第1光拡散シート43の第2面43bに、凹部22と同様の他の凹部を複数形成してもよい。
以下、第1光拡散シート43の製造方法について説明する。第1光拡散シート43の製造方法は、特に限定されないが、例えば、押出成形法、射出成形法などを用いてもよい。第1光拡散シート43を押出成形する場合、例えば、ライン速度を10m/分以上30m/分以下、圧縮線圧力を100kgf/cm以上500kgf/cm以下に設定してもよい。
以下、本実施形態の第1光拡散シート43の特徴について、図5~図10を参照しながら詳細に説明する。
以上に説明したように、本実施形態の第1光拡散シート43は、略逆多角錐又は略逆多角錐台形に形成された複数の凹部22を少なくとも第1面43aに有する。複数の凹部22を区画する稜線23は、稜線23の交点23a同士を結ぶ直線に対して、当該交点23a間において凹んだ形状を有する。複数の凹部22の配列ピッチをPとし、複数の凹部22の配列方向において稜線23の頂部の曲線部分が占める寸法をWrとすると、比率Wr/Pは、0.3以下である。稜線23の交点23a同士を結ぶと稜線23との最大高低差dは、1μm以上10μm以下である。
以下、実施例に係る第1光拡散シート43について、比較例と対照しながら説明する。
後述する各実施例の第1光拡散シート43に形成された凹部22の形状観察は、キーエンス社製のレーザーマイクロスコープVK-100を使用して行った。具体的には、逆正四角錐に形成された凹部22の稜線23の断面形状(図6、図7、図9、図10に示す断面形状)、図6、図7に示す最大高低差dx、dy(交点23a間を結ぶ直線と稜線23との距離の最大値)とその平均値d、図9、図10に示す高さHx、Hy(凹部22の中心22aから稜線23の頂点までの高さ)とその平均値H、図9、図10に示す寸法Wrx、Wry(X方向、Y方向において稜線23の頂部の曲線部分が占める寸法)とその平均値Wr、図6、図7に示す凹部22の配列ピッチPx、Py(X方向、Y方向における交点23a同士の水平距離)とその平均値P、配列ピッチPに対する寸法Wrの比率Wr/P(単位:%)、及び、図9、図10に示す角度θx、θy(X方向、Y方向において凹部22の壁面(逆正四角錐の斜面)と第1光拡散シート43のシート面とがなす角度)の測定を行った。
後述する各実施例の第1光拡散シート43の光学物性として、Haze(ヘーズ)、及び波長450nmにおける光線透過率を測定した。Hazeは、JIS K-7105に準拠して、スガ試験機株式会社製のHZ-2を用いて、逆正四角錐に形成された凹部22の有る面(第1面43a)から光を入射させて測定した。また、波長450nmにおける光線透過率は、日本分光株式会社製のV-670を用いて、逆正四角錐に形成された凹部22の有る面(第1面43a)から光を入射させて測定した。
後述する各実施例の第1光拡散シート43の耐傷付き性試験には、図15に示した装置を用いた。図15に示すように、固定サンプルとなる第1光拡散シート43の下面を第1面43a(逆正四角錐形状の凹部22が形成された面)にし、移動サンプルとなる第1光拡散シート43の上面を第2面43b(マット面)にして、ガラス板上に移動サンプル及び固定サンプルを順次積層し、上方から、直径20mmの円形の面積に荷重516gfの重りを載せて、引取速度10mm/秒の速さで移動サンプルを引き取りながら100mm移動させて、移動サンプルと固定サンプルとの摩擦面の傷付き度合を目視で検査、判定した。検査、判定は、固定サンプルの下面(逆正四角錐の凹部22の形成面)、及び移動サンプルの上面(マット面)の両方について行った。
AA:目視では傷付きが全く見えず、耐傷付き性に大変優れた光拡散シートである。
A :目視では傷付きが殆ど見えず、耐傷付き性のかなり優れた光拡散シートである。
B :目視で傷付きがわずかに見え、耐傷付き性がある程度優れた光拡散シートである。
C :目視で傷つきが少し見え、耐傷付き性が何とか許される下限近くである光拡散シートである。
× :目視でも傷付きがはっきり多く見え、耐傷付き性の劣る光拡散シートである。
後述する各実施例の第1光拡散シート43の輝度及び輝度均一性の測定は、図2及び図3に示すバックライトユニット40の構成で実施した。すなわち、アレイ状に配列された小型光源42(LEDアレイ)の上に、後述する実施例で得られた逆正四角錐形状の凹部22を有する第1光拡散シート43を、凹部22が形成された第1面43aを光源42側に向けて2枚重ねて配置した。第1光拡散シート43の積層体の上には、後述の実施例18と同じ芳香族ポリカーボネート樹脂に同じ拡散剤を同じ組成で配合して用いた厚さ120μmの第2光拡散シート44を1枚、鏡面である第2面44bを光源42側に向けて重ねて配置した。第2光拡散シート44の製造では、一方のロールに鏡面ロールを用い、他方のロールに後述の実施例1と同じランダムなマット形状(表面粗さRa=2.5μm)を表面に持ったロールを用いて、実施例1と同じ方法で作成した。第2光拡散シート44においては、マット面(第1面44a)側の表面粗さRaが1.6μm、鏡面(第2面44b)側の表面粗さRaが0.4μmであった。第2光拡散シート44の上には、2枚のプリズムシート45、46を重ねて配置した。以上の構成で輝度及び輝度均一性の測定を行った。尚、LEDアレイとしては、LEDピッチ3mmのものを使用し、LED(小型光源42)としては、Cree社製の青色LED(品番XPGDRY-L1-0000-00501)を使用した。
輝度均一性(%)=(断面輝度の平均値)÷(断面輝度の標準偏差)×100
の計算式に従って、輝度均一性(%)を求めた。このようにして求められた輝度均一性の数値が高いほど、輝度が均一であることを示す。
AA:輝度均一性が210%以上で、目視で輝度ムラが全く見えないレベルで、最も優れた均一性を示す光拡散シートである。
A :輝度均一性が200%以上210%未満で、目視で輝度斑は殆ど見えない、優れた均一性を示す光拡散シートである。
B :輝度均一性が190%以上200%未満で、目視で輝度斑がわずかに見えるが、合格レベルの均一性を示す光拡散シートである。
C :輝度均一性が180%以上190%未満で、目視で輝度斑が見えるが、合格レベル最低限の均一性を示す光拡散シートである。
X :輝度均一性が180%未満で、目視で輝度斑がはっきり見える、均一性に劣る光拡散シートである。
A:断面輝度の平均値が3150cd/m2 以上の光拡散シートである。
B:断面輝度の平均値が3100cd/m2 以上3150cd/m2 未満の光拡散シートである。
C:断面輝度の平均値が3050cd/m2 以上3100cd/m2 未満の光拡散シートである。
後述する各実施例の第1光拡散シート43の総合評価は、耐傷付き性試験の結果、及び輝度均一性の評価結果に基づいて、以下の基準で行った。
AA:逆正四角錐面及びマット面の両方の耐傷付き性試験の評価結果と、輝度均一性の評価結果において、全てA以上であり且つ2つ以上AAがある総合的に最も優れた光拡散シートである。
A :逆正四角錐面及びマット面の両方の耐傷付き性試験の評価結果と、輝度均一性の評価結果において、全てA以上である総合的に最も優れた光拡散シート(ただしAA評価品を除く)である。
B :逆正四角錐面及びマット面の両方の耐傷付き性試験の評価結果と、輝度均一性の評価結果において、全てB以上である総合的に優れた光拡散シート(ただしAA、A評価品を除く)である。
C :逆正四角錐面及びマット面の両方の耐傷付き性試験の評価結果と、輝度均一性の評価結果において、全てC以上である総合的に最低限度以上の性能を有する使用可能な光拡散シート(ただしAA、A、B評価品を除く)である。
× :逆正四角錐面及びマット面の両方の耐傷付き性試験の評価結果と、輝度均一性の評価結果において、どれか1つ以上に×評価がある総合的に劣った光拡散シートである。
実施例1の第1光拡散シート43の製造方法は、以下の通りである。まず、ISO1133に準拠して測定したメルトマスフローレイトが15g/10分である芳香族ポリカーボネート樹脂を押出機に投入して、溶融混錬してからT-ダイより樹脂を押し出す。その後、2本の金属ロールのうち一方のロールとして、図16の(A)、(B)((B)は(A)のX-Y線断面方向から見た形状図)に示した形状(高さ50μm、ピッチ100μmで頂角90度の正四角錐のピラミッド形状)を表面に持ったロールを使用し、他方のロールとして、ランダムなマット形状(表面粗さRa=2.5μm)を表面に持ったロールを使用し、T-ダイより押し出された溶融樹脂を当該2つのロールで挟んで形状転写しながら冷却する。これにより、表1に示すように、ロール上の正四角錐の高さに依存した深さの凹(逆)ピラミッド形状を1つの表面に持ち、表面粗さRa=1.67μmのマット面を別の表面に持つ厚さ180μmの単層の光拡散シートを押出成形法によって作成した。尚、成形条件としては、表1に示すように、ライン速度が17m/分、2つのロール間の圧縮力(圧縮線圧力)が280kgf/cmとなるように加圧を行い、ポリカーボネート樹脂への形状転写が良好で、且つロールからのシートの剥離が良好な樹脂温度条件(230~310℃)において光拡散シートを得た。
実施例2の第1光拡散シート43の製造方法では、2本の金属ロールのうち正四角錐形状のロールとして、高さ54.6μm、ピッチ100μmで頂角が85度の正四角錐のピラミッド形状を表面に持ったロールを使用した点を除いて、表1に示すように、実施例1と同じ条件を用いた。
比較例1では、まず、実施例1と同じ芳香族ポリカーボネート樹脂を用いて、厚さ1mmのプレス原板を作った。続いて、図17の(A)、(B)((B)は(A)のX-Y線断面方向から見た形状図)に示した形状(実施例1と同じ形状の正四角錐のピラミッド形状においてピラミッドの谷部分を曲率半径4.2μmの曲面形状に丸めた形状)を表面に持った平板金型と、実施例1と同じランダムなマット形状(表面粗さRa=2.5μm)を表面に持った平板金型とを使用し、2枚の金型でプレス原板を挟んで、加熱冷却装置の付いたプレス機に入れて、プレス板温度250℃、面圧200kg/cm2 の条件で20分間プレスした。その後、加圧したままでプレス板温度を20℃まで冷却して、樹脂板が十分冷却されるまで加圧保持し、表1に示す厚さ180μmの光拡散シートを圧縮成形法によって作成した。
実施例1~3で得られた第1光拡散シート43について、測定で得られた各要素の形状、寸法及び角度などを比較例1~3と合わせて表2に示し、光学物性の測定結果、耐傷付き性試験の結果、輝度及び輝度均一性の評価結果、並びに総合評価結果を比較例1~3と合わせて表3に示す。
実施例4~7では、表4に示すように、成形条件のうちライン速度を15m/分~4m/分に変更した点を除いて、実施例1と同じ方法で光拡散シートを作製した。
実施例4~10で得られた第1光拡散シート43について、測定で得られた各要素の形状、寸法及び角度などを比較例4と合わせて表5に示し、光学物性の測定結果、耐傷付き性試験の結果、輝度及び輝度均一性の評価結果、並びに総合評価結果を比較例4と合わせて表6に示す。
実施例11の第1光拡散シート43の製造方法では、2本の金属ロールのうち正四角錐形状のロールとして、高さ90.0μm、ピッチ180μmで頂角が90度の正四角錐のピラミッド形状を表面に持ったロールを使用した点を除いて、実施例1とほぼ同じ条件を用いて、表7に示す厚さ200μmの光拡散シートを作製した。
実施例15~17においては、実施例13と同じロールを用いて、表7に示すように、成形条件のうちライン速度を15m/分~11m/分に変更して、厚さ200μmの光拡散シートを作製した。
実施例11~17で得られた第1光拡散シート43について、測定で得られた各要素の形状、寸法及び角度などを比較例5と合わせて表8に示し、光学物性の測定結果、耐傷付き性試験の結果、輝度及び輝度均一性の評価結果、並びに総合評価結果を比較例5と合わせて表9に示す。
実施例18においては、実施例1で用いた芳香族ポリカーボネート樹脂99質量部に対して、拡散剤としてシリコーン複合パウダー(平均粒子径2.0μm)1質量部をあらかじめ混合したものを押出機に投入して溶融混錬を行う点を除いて、実施例1と同じ条件を用いて、表10に示す厚さ180μmの光拡散シートを作製した。
実施例18~23で得られた第1光拡散シート43について、測定で得られた各要素の形状、寸法及び角度などを表11に示し、光学物性の測定結果、耐傷付き性試験の結果、輝度及び輝度均一性の評価結果、並びに総合評価結果を表12に示す。
実施例24においては、実施例1で用いた芳香族ポリカーボネート樹脂、及び表13に示す成形条件を用いると共に、2本の金属ロールのうち一方のロールとして、図16の(A)、(B)に示した形状(高さ50μm、ピッチ100μmで頂角90度の正四角錐のピラミッド形状)を表面に持ったロールを使用し、他方のロールとして、ランダムなマット形状(表面粗さRa=1.6μm)を表面に持ったロールを使用し、表13に示す厚さ120μmの光拡散シートを作製した。
実施例24~27で得られた第1光拡散シート43について、測定で得られた各要素の形状、寸法及び角度などを表14に示し、光学物性の測定結果、耐傷付き性試験の結果、輝度及び輝度均一性の評価結果、並びに総合評価結果を表15に示す。また、実施例24~27、及び比較例1のそれぞれにおける耐傷つき性試験後のサンプル、具体的には、固定サンプル下面(逆四角錐面)、及び移動サンプル上面(マット面)の表面写真を図18に示す。
以上、本開示についての実施形態(実施例を含む。以下同じ。)を説明したが、本開示は前述の実施形態のみに限定されず、開示の範囲内で種々の変更が可能である。すなわち、前述の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。例えば、光拡散シートの構成(層構造、材質等)は、前述の実施形態の第1光拡散シート43の構成に限定されないことは言うまでもない。また、光拡散シートが適用されるバックライトや、当該バックライトを備えた液晶表示装置の構成も、前述の実施形態のバックライトユニット40や液晶表示装置50の構成に限定されないことは言うまでもない。
2 CF基板
3 液晶層
5 液晶表示パネル
6 第1偏光板
7 第2偏光板
21 基材層
22 凹部
22a 中心
23 稜線
23a 交点
23b 最下点
40 バックライトユニット
41 反射シート
42 小型光源
43 第1光拡散シート
43a 第1面
43b 第2面
44 第2光拡散シート
44a 第1面
44b 第2面
45 第1プリズムシート
46 第2プリズムシート
50 液晶表示装置
50a 表示画面
Claims (17)
- 略逆多角錐又は略逆多角錐台形に形成された複数の凹部を少なくとも第1面に有する光拡散シートであって、
前記複数の凹部を区画する稜線は、当該稜線の交点同士を結ぶ直線に対して、当該交点間において前記稜線の最下点を中心に略対称に凹んだ形状を有し、
前記複数の凹部の配列ピッチをPとし、前記複数の凹部の配列方向において前記稜線の頂部の曲線部分が占める寸法をWrとすると、比率Wr/Pは、0.3以下であり、
前記直線と前記稜線との最大高低差dは、1μm以上10μm以下である、
光拡散シート。 - 前記最大高低差dは、1.5μm以上7μm以下である
請求項1に記載の光拡散シート。 - 前記最大高低差dは、2.5μm以上5μm以下である
請求項2に記載の光拡散シート。 - 前記比率Wr/Pは、0.2以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の光拡散シート。 - 前記比率Wr/Pは、0.1以下である、
請求項4に記載の光拡散シート。 - 前記配列ピッチPは、50μm以上500μm以下であり、
前記複数の凹部の壁面が前記光拡散シートのシート面となす角度は、40度以上65度以下である、
請求項1~5のいずれか1項に記載の光拡散シート。 - 前記稜線は、前記交点間において略放物線状、略円弧状、略三角形状又は略台形状に凹んでいる、
請求項1~6のいずれか1項に記載の光拡散シート。 - 前記複数の凹部は、略逆四角錐又は略逆四角錐台形に形成され、
前記稜線は、第1方向及び第2方向に延び、
前記最大高低差dは、前記第1方向における前記直線と前記稜線との最大高低差dxと、前記第2方向における前記直線と前記稜線との最大高低差dyとの平均値であり、
前記配列ピッチPは、前記第1方向における前記複数の凹部の配列ピッチPxと、前記第2方向における前記複数の凹部の配列ピッチPyとの平均値であり、
前記寸法Wrは、前記第1方向において前記稜線の頂部の曲線部分が占める寸法Wrxと、前記第2方向において前記稜線の頂部の曲線部分が占める寸法Wryとの平均値である、
請求項1~7のいずれか1項に記載の光拡散シート。 - 前記複数の凹部は、前記第1面のみに設けられ、
第2面は、マット面である、
請求項1~7のいずれか1項に記載の光拡散シート。 - 液晶表示装置に組み込まれ、光源から発せられた光を表示画面の方に導くバックライトユニットであって、
前記表示画面と前記光源との間に、請求項1~9のいずれか1項に記載の光拡散シートを備える、
バックライトユニット。 - 前記光源は、前記光拡散シートから見て前記表示画面の反対側に設けられた反射シートの上に配置される、
請求項10に記載のバックライトユニット。 - 前記光拡散シートは、複数枚積層して前記表示画面と前記光源との間に配置される
請求項10又は11に記載のバックライトユニット。 - 前記光拡散シートは、3枚以上積層して前記表示画面と前記光源との間に配置される
請求項12に記載のバックライトユニット。 - 3枚以上積層された前記光拡散シートのうち、前記表示画面に最も近い光拡散シートは、拡散剤を含有し、その他の光拡散シートは、実質的に拡散剤を含有しない
請求項13に記載のバックライトユニット。 - 請求項10~14のいずれか1項に記載のバックライトユニットと、
液晶表示パネルとを備える、
液晶表示装置。 - 請求項15に記載の液晶表示装置を備える、
情報機器。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の光拡散シートの製造方法であって、
ライン速度が10m/分以上30m/分以下、圧縮線圧力が100kgf/cm以上500kgf/cm以下で前記光拡散シートを押出成形する、
光拡散シートの製造方法。
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