両面形状付き拡散板
【課題】輝度低下を防ぎかつランプムラを完全に消すことである直下型バックライト式液晶ディスプレイ用の拡散板を提供する。
【解決手段】反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルの順に配設された直下型バックライト式液晶ディスプレイに搭載される拡散板であって、該拡散板が光学フィルムと接する側の表面に頂角５０〜１５０度の線状プリズム形状が賦型されており、さらに拡散板の線状光源と対峙する側の表面に山高さが０．２〜２０μｍの線状レンズ形状が賦型されていることを特徴とする拡散板。
【解決手段】反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルの順に配設された直下型バックライト式液晶ディスプレイに搭載される拡散板であって、該拡散板が光学フィルムと接する側の表面に頂角５０〜１５０度の線状プリズム形状が賦型されており、さらに拡散板の線状光源と対峙する側の表面に山高さが０．２〜２０μｍの線状レンズ形状が賦型されていることを特徴とする拡散板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶ディスプレイに搭載される拡散板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブラウン管に変わり液晶テレビやプラズマテレビといった平面薄型テレビが拡大し、特に液晶テレビが急成長している。液晶というのは自発光ではないのでバックライト（背面光源装置とも呼ぶ）が必要であり、バックライトにはエッジライト型と直下型の２つが一般的に用いられている。
エッジライト型は液晶パネルのエッジに線状光源を置き導光板で面発光させる方法で、薄くて軽いパソコンモニターなどに好適とされるが、大画面化や高輝度化が困難といわれている。一方、直下型は液晶パネル直下に線状光源を多数本並べ、拡散板で面発光させる方法で、大画面化や高輝度化に対応が容易で液晶テレビ用に好まれて使われている。
【０００３】
直下型バックライト式液晶ディスプレイの構造は図１に示すような反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルが順に配設された構造をしている。その部品の中でも拡散板は、線状光源の光を散乱し、線状光源真上の明線と隣り合う線状光源間隙にできる線状の明暗（いわゆるランプムラ）をぼかし、均斉を向上させる重要な光学的役割を持っている。
近年、コストダウンのためバックライトに使われる線状光源を削減する動きがあり、隣り合う線状光源の間隔（いわゆるランプピッチ）が広がる傾向にあり、ランプピッチが広がるとランプムラが目立つため液晶テレビの品位上問題となっていた。そこで、特許文献１では、拡散材を配合した樹脂拡散板が一般に広く用いられていたが、ランプムラを解消する方法として、光拡散剤を濃くする手法が行われた。しかし、この方法では輝度が低下するという問題があった。
【０００４】
特許文献２では、拡散板表面にプリズム形状をつけ、プリズムによる光の集光機能によって輝度低下を防ぎ、かつランプムラの解消を図った高機能板の開発も行われている。しかし、まだランプムラを完全に消すまでには至っていない。
【特許文献１】特開平１−１７２８０１号公報
【特許文献２】特開２００７−１８９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、輝度低下を防ぎかつランプムラを完全に消すことのできる直下型バックライト式液晶ディスプレイ用の拡散板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究の結果、拡散板表面にプリズム形状、該プリズム面と反対側の面に微細な線状レンズ形状を形成することにより、高輝度でかつランプムラを完全に消すことができることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルの順に配設された直下型バックライト式液晶ディスプレイに搭載される拡散板であって、該拡散板が光学フィルムと接する側の表面に頂角５０〜１５０度の線状プリズム形状が賦型されており、さらに拡散板の線状光源と対峙する側の表面に山高さが０．２〜２０μｍの線状レンズ形状が賦型されていることを特徴とする拡散板、である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の拡散板を用いると、直下型バックライト式液晶ディスプレイにおいて輝度の低下を防ぎ、かつランプムラを完全に消すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明について、以下詳細に説明する。
液晶テレビに多く用いられている直下型バックライト式液晶ディスプレイとは、直下型バックライトと呼ばれる背面光源装置に液晶パネルが組み合わされた構造をしており、図１に示す通りディスプレイ内側から反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルが順に配設されている。このうち反射板から光学フィルムまでを一般に直下型バックライトと呼び、液晶パネルを組合せ一体化されたものを液晶ディスプレイと呼ぶ。
反射板は金属板に反射材が塗布されているものや、白色や銀色のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系もしくはポリカーボネート（ＰＣ）系の反射フィルムが使われる。
線状光源とは線状の形をした光源で、液晶ディスプレイに用いられる線状光源として最も一般的なのは冷陰極管（略称ＣＣＦＬ）と呼ばれる直径２〜４ｍｍの蛍光管である。冷陰極管には直線状やＵ字管、Ｗ字管などあり線状の部分が長いほど大画面用に好まれる。
拡散板は上記線状光源の光を散乱させ、線状の光源を面状の光源に変換する重要な光学部材である。拡散板は透光性樹脂に光拡散材として光拡散微粒子が配合されているものが好ましい。
【０００９】
透光性樹脂としては、光学特性、特に透過率が高いアクリル系樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ樹脂）、スチレン系樹脂、ＰＣ系樹脂、環状オレフィン系樹脂などが好ましく、ＴＶ内部での吸水による変形を防ぐ観点から、吸水率の低いスチレン系樹脂、ＭＳ樹脂、ＰＣ系樹脂、環状オレフィン系樹脂がより好ましい。
透光性樹脂に配合することが好ましい光拡散微粒子は、有機系、無機系いずれの微粒子でもよく、例えばアクリル系架橋微粒子、ＭＳ系架橋微粒子、スチレン系架橋微粒子、シリコーン系架橋微粒子、炭酸カルシウム、酸化チタン、硫酸バリウム、タルク、マイカなどが挙げられる。
【００１０】
光拡散微粒子は、真球状、球状、楕円状、扁平形状、鱗片形状、多角形状、立方体、直方体が好ましく、その粒径は光散乱性能が良好な１〜３０μｍが好ましい。光拡散微粒子の配合量は、輝度低下を防ぐため、透光性樹脂１００重量部に対し３重量部以下であることが好ましい。
拡散板は上記透光性樹脂に上記光拡散材（光拡散微粒子）を配合した単一のシートであってもよいが、耐光性改良や表面硬度改良のため積層シートであってもよい。特に耐光性改良のため紫外線吸収剤を配合した１０〜１００μｍの表面層を積層することはより好ましい。拡散板の板厚は１．０〜３．０ｍｍが好ましく、１．０〜２．０ｍｍがより好ましい。
【００１１】
拡散板と液晶パネルの間に配設される光学フィルムは、拡散板を透過してきた光を更に散乱もしくは集光させる拡散フィルム、散乱光を集光させるプリズムフィルム、反射型偏光フィルムなどいわゆる輝度を向上させるフィルムなど高機能な複数のフィルム群である。ランプムラと呼ばれる線状光源の透けを防止するため、各種光学フィルムの組合せによる検討も行われているが、コストダウンの要求が強いテレビ向けの用途においては、光学フィルムを削減する要望が強く、光学フィルムによるランプムラ解消は厳しくなっている。
更に光学フィルムのその上に液晶パネルが乗り液晶ディスプレイとなるが、液晶パネルの透過率が低いため、液晶ディスプレイとしての明るさ、つまり輝度を上げるためには直下型バックライトの輝度を上げる必要がある。
【００１２】
直下型バックライトの輝度を上げる方法の一つは、線状光源の設置本数を増やすことである。現状、３２インチ液晶テレビ用の液晶ディスプレイにおいては、各社の液晶パネルの透過率によって差はあるが１６〜２０本もの線状光源が設置されている。液晶テレビとして一般に求められる輝度は５００ｃｄ以上といわれており、そのためには直下型バックライトに求められる輝度は５０００〜１５０００ｃｄともいわれ、特に高精細な液晶パネルを使う場合においては、より高輝度な直下型バックライトが必要である。線状光源の設置本数を増やせば当然この必要輝度は確保できるが、近年の液晶テレビの市場価格を考えると、線状光源は一本でも多く削減しコストダウンをはかることが強く求められている。
【００１３】
本発明で解決すべき課題として挙げているランプムラとは、液晶ディスプレイの画面上に内に配設された線状光源、いわゆるランプがぼんやりとムラのように透けて見える現象のことをいう。
線状光源の真上は明るく、隣り合う線状光源との間隙、いわゆるランプ間が暗くなり、明暗が縞模様のように画面上に現れるのが一般的なランプムラと呼ばれる現象である。光学フィルムの組合せによっては、ランプ間が逆に明るく、線状光源真上が暗くなり、やはり縞模様のランプムラが見える場合もある。
いずれのランプムラも、その原因は主に拡散板にあるといわれている。つまり拡散板の光散乱機能が弱く、線状光源を均斉のとれた面発光にすることができないことがランプムラの大きな原因の一つといわれる。そのため、従来は拡散板に配合する光拡散材の屈折率や粒径、量を再設計しランプムラの解消に取り組んできた。
【００１４】
しかし、線状光源の本数が削減されると、隣り合う線状光源の間隔、いわゆるランプ間隔は２倍近く広がり、しかも少ない本数で従来どおりの輝度を達成するために、線状光源一本一本を明るくする必要がある。ランプピッチが広がると、当然ランプ間隙の暗い部分が増えるため、ランプムラは大きくなり、なおかつ光源が明るくなるため、ランプムラはよりはっきりする。そのため、これまで以上にランプムラの解決が重要である。
【００１５】
光拡散材の増量によるランプムラの解決方法では、ランプムラは解決できても輝度が全く目標に到達できず、従来からの拡散板の設計では、このランプ削減モデルへの適用が困難であった。本発明では、ランプ削減の要望にこたえるため、従来の光拡散材による拡散板の設計だけではなく、光をコントロールすることを提案している。つまり、本発明の拡散板は、入光面にあたる線状光源側の表面に微細な線状レンズ形状を形成し、出光面にあたる光学フィルム側の表面に線状プリズム形状を形成することにより、線状光源から入射する光の光路をレンズとプリズム両方の反射屈折機能を用いて大きく変えるものである。
【００１６】
プリズム形状は拡散板の光学フィルムと接する面、つまり線状光源とは反対側の面に形成することが必要である。また、線状プリズム形状の方向は線状光源と並行になるよう形成されることが好ましい。
均斉のとれた面発光にするためには、プリズム形状の頂角は５０〜１５０度であることが必要であり、プリズム形状の頂角が５０度以上であるとランプ間隙に光を集光でき、１５０度以下であるとランプの真上に光を集中させない。好ましくは５５〜１３０度、より好ましくは６０度〜１２０度である。
【００１７】
拡散板表面に形成する線状プリズムの形状は、全て同じ頂角の線状プリズムであってもよいし、集光機能を分散するため複数の頂角をもったプリズム形状を組み合わせたものでもよい。プリズム形状の組合せの場合、一列ずつ異なる形状のプリズム形状を並べたり、複数列ずつ組み合わせたり、順番に組み合わせた形状にしてもよい。
線状プリズム形状は拡散板全面にあってもよいが、ランプムラを極小化するためランプの真上だけやランプの間隙だけに形成されてもよい。
線状プリズム形状のピッチは成形性から５０〜４００μｍが好ましい。
【００１８】
拡散板表面にプリズム形状を形成する方法には、押出賦型、ＵＶ造型、熱転写、圧縮成形、削りだし、エッチングその他各種方法が挙げられる。
押出賦型や熱転写は、拡散板を作製する押出し工程の中で、切削加工やエッチングによってプリズム形状を彫り込んだ金型ロールいわゆるプリズムロールの表面形状を拡散板表面に転写し冷却固化させる連続賦型プロセスである。
ＵＶ造型は、連続押出し工程でも枚葉のバッチ工程でもよいが、冷却固化ではなく紫外線硬化によってプリズム形状を拡散板表面に形成する方法である。
圧縮成形は、プリズム形状を彫り込んだ平面金型、いわゆるプリズム金型を拡散板表面に熱圧縮して形状を形成する方法である。
拡散板表面にプリズム形状が形成されると、プリズム形状には光散乱効果もあるため光拡散材を減量することもできる。つまりはランプムラを小さくし透過率を上げるつまり輝度を上げることが同時に可能である。
プリズムロールやプリズム金型を作製する方法は、切削加工、エッチング、放電加工など所定のプリズム形状が掘り込めるのであればいずれの方法で加工しても構わない。
【００１９】
本発明者らは、更に驚くべきことに線状プリズム形状の反対面、つまり線状光源側の面に、微細な線状レンズ形状を形成することにより、ランプムラを完全に消すことができることを見出した。
微細な線状レンズ形状は、線状プリズム形状面とは反対、拡散板表面の線状光源側の面に形成され、該線状レンズ形状の山高さが０．２〜２０μｍであるとランプムラを完全に解消することができる。好ましくは０．３〜１５μｍ、より好ましくは０．５〜１２μｍである。線状レンズ形状のピッチは成形性から１０〜４００μｍが好ましく、線の長さは１００μｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
線状レンズ形状は線状光源と並行に形成されることが好ましいが、モアレを防ぐため、好ましくは０．３度以下、より好ましくは０．２度以下の角度で交差させるとなおよい。
線状レンズ形状を形成する方法にはいくつかあるが、プリズム面同様に拡散板の押出し工程の中で、上述した微細線状レンズ形状を彫り込んだ金型ロール、いわゆるレンズロールの表面形状を拡散板表面に転写し、冷却固化させる連続賦型プロセスや、枚葉で上述の微細線状レンズ形状を彫り込んだレンズ金型を用い拡散板表面にプレス成形する方法が好ましい。
金型ロールの表面を微細な線状レンズ形状に掘り込む方法は、切削加工やエッチングなどの方法がある。金型に掘り込む形状はレンズ状が好ましいが、樹脂は冷却固化する際に収縮し、自由曲面を形成するため、掘り込む形状が微細な三角柱形状や四角柱、多角柱形状であっても賦型された形状は自由曲面によってなるレンズ形状になる。
【００２１】
本発明は、線状光源に対峙する面の微細な線状レンズ形状で、線状光源から入射される光をまず散らし、透過する光をプリズム面でさらに散乱集光させて拡散板から出光することが、完全にランプムラを消すポイントである。
【実施例】
【００２２】
本発明を実施例に基づいて説明する。
［測定方法］
実施例及び比較例で使用する各測定項目の測定方法は以下のとおりである。
１．プリズム頂角の測定
拡散板断面形状を反射型投影機によって映し出し、映し出された断面のプリズム形状の頂角を、分度器を用いて測定した。
２．レンズ山高さの測定
プリズム頂角同様に、拡散板断面形状を反射型投影機によって映し出し、映し出された微細レンズ形状の山と山を結ぶ線と、谷と谷を結ぶ線の線間距離をレンズの山高さとして０．０１μｍまで測定できるマイクロメータにて測定した。
３．輝度の測定
輝度計（トプコン社製ＢＭ−７）を用い、５０ｃｍ離れた位置からテレビ中央部の輝度を測定した。
４．ランプムラの測定
目視で○（見えない）、△（見える）、×（明らかに見える）で評価するとともに、２次元面輝度計（サイバネット社製プロメトリック）を用い、画面全体の面輝度値を測定する。測定した面輝度について、うねり成分との差分を取りその標準偏差を計算した値をランプムラ値として数値化した。ランプムラ値は当然小さければ小さいほどランプムラがないことを表しており、目視で判定したランプムラとの関係を示すとランプムラ値が０．０２以下であればほぼランプムラは見えず、更に０．０１以下になると全くランプムラを見ることはない。逆に０．０３を超えるとランプムラが徐々に見え出し、０．１を超えてしまうと誰の目にもランプムラが明らかであった。
【００２３】
［実施例１］
透光性樹脂としてポリスチレン樹脂（ＰＳジャパン社製ＧＰＰＳ）１００重量部に、拡散材としてシリコーン系架橋微粒子（信越化学社製ＫＭＰ、平均粒子径２μｍ）１重量部を配合し押出機に投入した。
押出機で溶融混練された樹脂をシート用Ｔダイと呼ばれる金型で拡幅吐出し、３本の冷却ロールに巻きつけ接触させることによって板厚１．５ｍｍのシート状の拡散板に成形した。
このとき、冷却ロールの１本には全面にあらかじめ頂角１２０度ピッチ１００μｍの線状プリズム形状を切削加工によって掘り込んでおり（プリズムロールと呼ぶ）、またプリズムロールと対向する冷却ロールの一本には同じく全面全周に切削加工によって山高さ５μｍ、ピッチ３０μｍの線状レンズ形状を彫り込み（レンズロールと呼ぶ）、このプリズムロールとレンズロールの間を通すようにシートを押出し成形することによって片面には頂角１２０度の線状プリズム形状、もう片面には山高さ５μｍの線状レンズ形状が形成された両面形状の拡散板を作製した。
【００２４】
このようにして作製した両面形状付き拡散板を市販の３２インチ液晶テレビに搭載し輝度とランプムラを測定した。
この３２インチ液晶テレビには、白色ＰＥＴ製反射シートに線状光源として直径３ｍｍの冷陰極管１２本がピッチ３３ｍｍ間隔で平行に並べられており、その上に拡散板、光学フィルムとして拡散フィルム、プリズムフィルム、反射偏光フィルムが順次配設され、その上にＶＡタイプの液晶パネルが搭載された構造のものを用いた。
上記のように作製された両面形状付き拡散板を、線状プリズム形状面が光学フィルムと接するように、線状レンズ形状面が線状光源と対峙するように搭載し、画面中央部の輝度を輝度計（トプコン社製ＢＭ７）で測定したところ５１０ｃｄであった。またランプムラ値は０．００１でありランプムラは全く見えなかった。
評価結果を表１に示した。
【００２５】
[比較例１]
押出し工程においてレンズロールではなく鏡面の平滑冷却ロールを使った以外は実施例１と同様に行い、片面に線状プリズム形状が賦型された拡散板を得た。当然逆面には線状レンズ形状はなくわずかに高さ０．０８μｍのうねりを持った平面であった。
この裏が平らなプリズム頂角１２０度の形状つきＰＳ拡散板を、実施例１と同様に市販の３２インチ液晶テレビに実装し、輝度とランプムラ値を測定したところ、輝度５２０ｃｄ、ランプムラ値０．１、ランプムラは目視で見える結果だった。
結果を表１に示す。
【００２６】
［実施例２〜７］、［比較例２］
レンズロールに掘り込む山高さを変えた以外は実施例１と同様に行った。
評価結果を表１に示す。
【００２７】
［実施例８〜１０］、［比較例３〜４］
プリズムロールのプリズム頂角を変えた以外は実施例１と同様に行った。
評価結果を表１に示す。
【００２８】
[比較例５]
表面にプリズム形状はなく、両面ともＲａ＝０．１の凹凸がついた市販のスチレン系の拡散板を用いて同様に評価を行った。該拡散板を搭載した３２インチ液晶テレビの輝度は４５０ｃｄであり、ランプムラ値は０．０２で、少しランプムラが見えた。
【００２９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の拡散板は、直下型バックライト式液晶ディスプレイの拡散板として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の拡散板を搭載した直下型バックライト式液晶ディスプレイの平面模式図。
【符号の説明】
【００３２】
１ 液晶パネル
２ 光学フィルム
３ 本発明の拡散板
４ 線状光源（冷陰極管）
５ 反射板
６ 筐体
７ 線状プリズム形状
８ 線状レンズ形状
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶ディスプレイに搭載される拡散板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブラウン管に変わり液晶テレビやプラズマテレビといった平面薄型テレビが拡大し、特に液晶テレビが急成長している。液晶というのは自発光ではないのでバックライト（背面光源装置とも呼ぶ）が必要であり、バックライトにはエッジライト型と直下型の２つが一般的に用いられている。
エッジライト型は液晶パネルのエッジに線状光源を置き導光板で面発光させる方法で、薄くて軽いパソコンモニターなどに好適とされるが、大画面化や高輝度化が困難といわれている。一方、直下型は液晶パネル直下に線状光源を多数本並べ、拡散板で面発光させる方法で、大画面化や高輝度化に対応が容易で液晶テレビ用に好まれて使われている。
【０００３】
直下型バックライト式液晶ディスプレイの構造は図１に示すような反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルが順に配設された構造をしている。その部品の中でも拡散板は、線状光源の光を散乱し、線状光源真上の明線と隣り合う線状光源間隙にできる線状の明暗（いわゆるランプムラ）をぼかし、均斉を向上させる重要な光学的役割を持っている。
近年、コストダウンのためバックライトに使われる線状光源を削減する動きがあり、隣り合う線状光源の間隔（いわゆるランプピッチ）が広がる傾向にあり、ランプピッチが広がるとランプムラが目立つため液晶テレビの品位上問題となっていた。そこで、特許文献１では、拡散材を配合した樹脂拡散板が一般に広く用いられていたが、ランプムラを解消する方法として、光拡散剤を濃くする手法が行われた。しかし、この方法では輝度が低下するという問題があった。
【０００４】
特許文献２では、拡散板表面にプリズム形状をつけ、プリズムによる光の集光機能によって輝度低下を防ぎ、かつランプムラの解消を図った高機能板の開発も行われている。しかし、まだランプムラを完全に消すまでには至っていない。
【特許文献１】特開平１−１７２８０１号公報
【特許文献２】特開２００７−１８９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、輝度低下を防ぎかつランプムラを完全に消すことのできる直下型バックライト式液晶ディスプレイ用の拡散板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究の結果、拡散板表面にプリズム形状、該プリズム面と反対側の面に微細な線状レンズ形状を形成することにより、高輝度でかつランプムラを完全に消すことができることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルの順に配設された直下型バックライト式液晶ディスプレイに搭載される拡散板であって、該拡散板が光学フィルムと接する側の表面に頂角５０〜１５０度の線状プリズム形状が賦型されており、さらに拡散板の線状光源と対峙する側の表面に山高さが０．２〜２０μｍの線状レンズ形状が賦型されていることを特徴とする拡散板、である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の拡散板を用いると、直下型バックライト式液晶ディスプレイにおいて輝度の低下を防ぎ、かつランプムラを完全に消すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明について、以下詳細に説明する。
液晶テレビに多く用いられている直下型バックライト式液晶ディスプレイとは、直下型バックライトと呼ばれる背面光源装置に液晶パネルが組み合わされた構造をしており、図１に示す通りディスプレイ内側から反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルが順に配設されている。このうち反射板から光学フィルムまでを一般に直下型バックライトと呼び、液晶パネルを組合せ一体化されたものを液晶ディスプレイと呼ぶ。
反射板は金属板に反射材が塗布されているものや、白色や銀色のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系もしくはポリカーボネート（ＰＣ）系の反射フィルムが使われる。
線状光源とは線状の形をした光源で、液晶ディスプレイに用いられる線状光源として最も一般的なのは冷陰極管（略称ＣＣＦＬ）と呼ばれる直径２〜４ｍｍの蛍光管である。冷陰極管には直線状やＵ字管、Ｗ字管などあり線状の部分が長いほど大画面用に好まれる。
拡散板は上記線状光源の光を散乱させ、線状の光源を面状の光源に変換する重要な光学部材である。拡散板は透光性樹脂に光拡散材として光拡散微粒子が配合されているものが好ましい。
【０００９】
透光性樹脂としては、光学特性、特に透過率が高いアクリル系樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ樹脂）、スチレン系樹脂、ＰＣ系樹脂、環状オレフィン系樹脂などが好ましく、ＴＶ内部での吸水による変形を防ぐ観点から、吸水率の低いスチレン系樹脂、ＭＳ樹脂、ＰＣ系樹脂、環状オレフィン系樹脂がより好ましい。
透光性樹脂に配合することが好ましい光拡散微粒子は、有機系、無機系いずれの微粒子でもよく、例えばアクリル系架橋微粒子、ＭＳ系架橋微粒子、スチレン系架橋微粒子、シリコーン系架橋微粒子、炭酸カルシウム、酸化チタン、硫酸バリウム、タルク、マイカなどが挙げられる。
【００１０】
光拡散微粒子は、真球状、球状、楕円状、扁平形状、鱗片形状、多角形状、立方体、直方体が好ましく、その粒径は光散乱性能が良好な１〜３０μｍが好ましい。光拡散微粒子の配合量は、輝度低下を防ぐため、透光性樹脂１００重量部に対し３重量部以下であることが好ましい。
拡散板は上記透光性樹脂に上記光拡散材（光拡散微粒子）を配合した単一のシートであってもよいが、耐光性改良や表面硬度改良のため積層シートであってもよい。特に耐光性改良のため紫外線吸収剤を配合した１０〜１００μｍの表面層を積層することはより好ましい。拡散板の板厚は１．０〜３．０ｍｍが好ましく、１．０〜２．０ｍｍがより好ましい。
【００１１】
拡散板と液晶パネルの間に配設される光学フィルムは、拡散板を透過してきた光を更に散乱もしくは集光させる拡散フィルム、散乱光を集光させるプリズムフィルム、反射型偏光フィルムなどいわゆる輝度を向上させるフィルムなど高機能な複数のフィルム群である。ランプムラと呼ばれる線状光源の透けを防止するため、各種光学フィルムの組合せによる検討も行われているが、コストダウンの要求が強いテレビ向けの用途においては、光学フィルムを削減する要望が強く、光学フィルムによるランプムラ解消は厳しくなっている。
更に光学フィルムのその上に液晶パネルが乗り液晶ディスプレイとなるが、液晶パネルの透過率が低いため、液晶ディスプレイとしての明るさ、つまり輝度を上げるためには直下型バックライトの輝度を上げる必要がある。
【００１２】
直下型バックライトの輝度を上げる方法の一つは、線状光源の設置本数を増やすことである。現状、３２インチ液晶テレビ用の液晶ディスプレイにおいては、各社の液晶パネルの透過率によって差はあるが１６〜２０本もの線状光源が設置されている。液晶テレビとして一般に求められる輝度は５００ｃｄ以上といわれており、そのためには直下型バックライトに求められる輝度は５０００〜１５０００ｃｄともいわれ、特に高精細な液晶パネルを使う場合においては、より高輝度な直下型バックライトが必要である。線状光源の設置本数を増やせば当然この必要輝度は確保できるが、近年の液晶テレビの市場価格を考えると、線状光源は一本でも多く削減しコストダウンをはかることが強く求められている。
【００１３】
本発明で解決すべき課題として挙げているランプムラとは、液晶ディスプレイの画面上に内に配設された線状光源、いわゆるランプがぼんやりとムラのように透けて見える現象のことをいう。
線状光源の真上は明るく、隣り合う線状光源との間隙、いわゆるランプ間が暗くなり、明暗が縞模様のように画面上に現れるのが一般的なランプムラと呼ばれる現象である。光学フィルムの組合せによっては、ランプ間が逆に明るく、線状光源真上が暗くなり、やはり縞模様のランプムラが見える場合もある。
いずれのランプムラも、その原因は主に拡散板にあるといわれている。つまり拡散板の光散乱機能が弱く、線状光源を均斉のとれた面発光にすることができないことがランプムラの大きな原因の一つといわれる。そのため、従来は拡散板に配合する光拡散材の屈折率や粒径、量を再設計しランプムラの解消に取り組んできた。
【００１４】
しかし、線状光源の本数が削減されると、隣り合う線状光源の間隔、いわゆるランプ間隔は２倍近く広がり、しかも少ない本数で従来どおりの輝度を達成するために、線状光源一本一本を明るくする必要がある。ランプピッチが広がると、当然ランプ間隙の暗い部分が増えるため、ランプムラは大きくなり、なおかつ光源が明るくなるため、ランプムラはよりはっきりする。そのため、これまで以上にランプムラの解決が重要である。
【００１５】
光拡散材の増量によるランプムラの解決方法では、ランプムラは解決できても輝度が全く目標に到達できず、従来からの拡散板の設計では、このランプ削減モデルへの適用が困難であった。本発明では、ランプ削減の要望にこたえるため、従来の光拡散材による拡散板の設計だけではなく、光をコントロールすることを提案している。つまり、本発明の拡散板は、入光面にあたる線状光源側の表面に微細な線状レンズ形状を形成し、出光面にあたる光学フィルム側の表面に線状プリズム形状を形成することにより、線状光源から入射する光の光路をレンズとプリズム両方の反射屈折機能を用いて大きく変えるものである。
【００１６】
プリズム形状は拡散板の光学フィルムと接する面、つまり線状光源とは反対側の面に形成することが必要である。また、線状プリズム形状の方向は線状光源と並行になるよう形成されることが好ましい。
均斉のとれた面発光にするためには、プリズム形状の頂角は５０〜１５０度であることが必要であり、プリズム形状の頂角が５０度以上であるとランプ間隙に光を集光でき、１５０度以下であるとランプの真上に光を集中させない。好ましくは５５〜１３０度、より好ましくは６０度〜１２０度である。
【００１７】
拡散板表面に形成する線状プリズムの形状は、全て同じ頂角の線状プリズムであってもよいし、集光機能を分散するため複数の頂角をもったプリズム形状を組み合わせたものでもよい。プリズム形状の組合せの場合、一列ずつ異なる形状のプリズム形状を並べたり、複数列ずつ組み合わせたり、順番に組み合わせた形状にしてもよい。
線状プリズム形状は拡散板全面にあってもよいが、ランプムラを極小化するためランプの真上だけやランプの間隙だけに形成されてもよい。
線状プリズム形状のピッチは成形性から５０〜４００μｍが好ましい。
【００１８】
拡散板表面にプリズム形状を形成する方法には、押出賦型、ＵＶ造型、熱転写、圧縮成形、削りだし、エッチングその他各種方法が挙げられる。
押出賦型や熱転写は、拡散板を作製する押出し工程の中で、切削加工やエッチングによってプリズム形状を彫り込んだ金型ロールいわゆるプリズムロールの表面形状を拡散板表面に転写し冷却固化させる連続賦型プロセスである。
ＵＶ造型は、連続押出し工程でも枚葉のバッチ工程でもよいが、冷却固化ではなく紫外線硬化によってプリズム形状を拡散板表面に形成する方法である。
圧縮成形は、プリズム形状を彫り込んだ平面金型、いわゆるプリズム金型を拡散板表面に熱圧縮して形状を形成する方法である。
拡散板表面にプリズム形状が形成されると、プリズム形状には光散乱効果もあるため光拡散材を減量することもできる。つまりはランプムラを小さくし透過率を上げるつまり輝度を上げることが同時に可能である。
プリズムロールやプリズム金型を作製する方法は、切削加工、エッチング、放電加工など所定のプリズム形状が掘り込めるのであればいずれの方法で加工しても構わない。
【００１９】
本発明者らは、更に驚くべきことに線状プリズム形状の反対面、つまり線状光源側の面に、微細な線状レンズ形状を形成することにより、ランプムラを完全に消すことができることを見出した。
微細な線状レンズ形状は、線状プリズム形状面とは反対、拡散板表面の線状光源側の面に形成され、該線状レンズ形状の山高さが０．２〜２０μｍであるとランプムラを完全に解消することができる。好ましくは０．３〜１５μｍ、より好ましくは０．５〜１２μｍである。線状レンズ形状のピッチは成形性から１０〜４００μｍが好ましく、線の長さは１００μｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
線状レンズ形状は線状光源と並行に形成されることが好ましいが、モアレを防ぐため、好ましくは０．３度以下、より好ましくは０．２度以下の角度で交差させるとなおよい。
線状レンズ形状を形成する方法にはいくつかあるが、プリズム面同様に拡散板の押出し工程の中で、上述した微細線状レンズ形状を彫り込んだ金型ロール、いわゆるレンズロールの表面形状を拡散板表面に転写し、冷却固化させる連続賦型プロセスや、枚葉で上述の微細線状レンズ形状を彫り込んだレンズ金型を用い拡散板表面にプレス成形する方法が好ましい。
金型ロールの表面を微細な線状レンズ形状に掘り込む方法は、切削加工やエッチングなどの方法がある。金型に掘り込む形状はレンズ状が好ましいが、樹脂は冷却固化する際に収縮し、自由曲面を形成するため、掘り込む形状が微細な三角柱形状や四角柱、多角柱形状であっても賦型された形状は自由曲面によってなるレンズ形状になる。
【００２１】
本発明は、線状光源に対峙する面の微細な線状レンズ形状で、線状光源から入射される光をまず散らし、透過する光をプリズム面でさらに散乱集光させて拡散板から出光することが、完全にランプムラを消すポイントである。
【実施例】
【００２２】
本発明を実施例に基づいて説明する。
［測定方法］
実施例及び比較例で使用する各測定項目の測定方法は以下のとおりである。
１．プリズム頂角の測定
拡散板断面形状を反射型投影機によって映し出し、映し出された断面のプリズム形状の頂角を、分度器を用いて測定した。
２．レンズ山高さの測定
プリズム頂角同様に、拡散板断面形状を反射型投影機によって映し出し、映し出された微細レンズ形状の山と山を結ぶ線と、谷と谷を結ぶ線の線間距離をレンズの山高さとして０．０１μｍまで測定できるマイクロメータにて測定した。
３．輝度の測定
輝度計（トプコン社製ＢＭ−７）を用い、５０ｃｍ離れた位置からテレビ中央部の輝度を測定した。
４．ランプムラの測定
目視で○（見えない）、△（見える）、×（明らかに見える）で評価するとともに、２次元面輝度計（サイバネット社製プロメトリック）を用い、画面全体の面輝度値を測定する。測定した面輝度について、うねり成分との差分を取りその標準偏差を計算した値をランプムラ値として数値化した。ランプムラ値は当然小さければ小さいほどランプムラがないことを表しており、目視で判定したランプムラとの関係を示すとランプムラ値が０．０２以下であればほぼランプムラは見えず、更に０．０１以下になると全くランプムラを見ることはない。逆に０．０３を超えるとランプムラが徐々に見え出し、０．１を超えてしまうと誰の目にもランプムラが明らかであった。
【００２３】
［実施例１］
透光性樹脂としてポリスチレン樹脂（ＰＳジャパン社製ＧＰＰＳ）１００重量部に、拡散材としてシリコーン系架橋微粒子（信越化学社製ＫＭＰ、平均粒子径２μｍ）１重量部を配合し押出機に投入した。
押出機で溶融混練された樹脂をシート用Ｔダイと呼ばれる金型で拡幅吐出し、３本の冷却ロールに巻きつけ接触させることによって板厚１．５ｍｍのシート状の拡散板に成形した。
このとき、冷却ロールの１本には全面にあらかじめ頂角１２０度ピッチ１００μｍの線状プリズム形状を切削加工によって掘り込んでおり（プリズムロールと呼ぶ）、またプリズムロールと対向する冷却ロールの一本には同じく全面全周に切削加工によって山高さ５μｍ、ピッチ３０μｍの線状レンズ形状を彫り込み（レンズロールと呼ぶ）、このプリズムロールとレンズロールの間を通すようにシートを押出し成形することによって片面には頂角１２０度の線状プリズム形状、もう片面には山高さ５μｍの線状レンズ形状が形成された両面形状の拡散板を作製した。
【００２４】
このようにして作製した両面形状付き拡散板を市販の３２インチ液晶テレビに搭載し輝度とランプムラを測定した。
この３２インチ液晶テレビには、白色ＰＥＴ製反射シートに線状光源として直径３ｍｍの冷陰極管１２本がピッチ３３ｍｍ間隔で平行に並べられており、その上に拡散板、光学フィルムとして拡散フィルム、プリズムフィルム、反射偏光フィルムが順次配設され、その上にＶＡタイプの液晶パネルが搭載された構造のものを用いた。
上記のように作製された両面形状付き拡散板を、線状プリズム形状面が光学フィルムと接するように、線状レンズ形状面が線状光源と対峙するように搭載し、画面中央部の輝度を輝度計（トプコン社製ＢＭ７）で測定したところ５１０ｃｄであった。またランプムラ値は０．００１でありランプムラは全く見えなかった。
評価結果を表１に示した。
【００２５】
[比較例１]
押出し工程においてレンズロールではなく鏡面の平滑冷却ロールを使った以外は実施例１と同様に行い、片面に線状プリズム形状が賦型された拡散板を得た。当然逆面には線状レンズ形状はなくわずかに高さ０．０８μｍのうねりを持った平面であった。
この裏が平らなプリズム頂角１２０度の形状つきＰＳ拡散板を、実施例１と同様に市販の３２インチ液晶テレビに実装し、輝度とランプムラ値を測定したところ、輝度５２０ｃｄ、ランプムラ値０．１、ランプムラは目視で見える結果だった。
結果を表１に示す。
【００２６】
［実施例２〜７］、［比較例２］
レンズロールに掘り込む山高さを変えた以外は実施例１と同様に行った。
評価結果を表１に示す。
【００２７】
［実施例８〜１０］、［比較例３〜４］
プリズムロールのプリズム頂角を変えた以外は実施例１と同様に行った。
評価結果を表１に示す。
【００２８】
[比較例５]
表面にプリズム形状はなく、両面ともＲａ＝０．１の凹凸がついた市販のスチレン系の拡散板を用いて同様に評価を行った。該拡散板を搭載した３２インチ液晶テレビの輝度は４５０ｃｄであり、ランプムラ値は０．０２で、少しランプムラが見えた。
【００２９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の拡散板は、直下型バックライト式液晶ディスプレイの拡散板として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の拡散板を搭載した直下型バックライト式液晶ディスプレイの平面模式図。
【符号の説明】
【００３２】
１ 液晶パネル
２ 光学フィルム
３ 本発明の拡散板
４ 線状光源（冷陰極管）
５ 反射板
６ 筐体
７ 線状プリズム形状
８ 線状レンズ形状
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルの順に配設された直下型バックライト式液晶ディスプレイに搭載される拡散板であって、該拡散板が光学フィルムと接する側の表面に頂角５０〜１５０度の線状プリズム形状が賦型されており、さらに拡散板の線状光源と対峙する側の表面に山高さが０．２〜２０μｍの線状レンズ形状が賦型されていることを特徴とする拡散板。
【請求項１】
反射板、線状光源、拡散板、光学フィルム、液晶パネルの順に配設された直下型バックライト式液晶ディスプレイに搭載される拡散板であって、該拡散板が光学フィルムと接する側の表面に頂角５０〜１５０度の線状プリズム形状が賦型されており、さらに拡散板の線状光源と対峙する側の表面に山高さが０．２〜２０μｍの線状レンズ形状が賦型されていることを特徴とする拡散板。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２３３７０８（Ｐ２００８−２３３７０８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７５８１７（Ｐ２００７−７５８１７）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
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