JP2010500611A - Ｌｃｄバックライトユニット用集光フィルム及びこれを用いたｌｃｄバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はＬＣＤバックライトユニット用集光フィルムに関する。
【解決手段】 本発明の集光フィルムは、フィルム部、上記フィルム部の上面に形成された出光部及び上記フィルム部の下面に位置した入光部からなり、上記集光フィルムの内部に光拡散剤が含まれることをその特徴とする。本発明の集光フィルムは、光を散乱させることができる光拡散剤を含むことにより、集光フィルムから出光される光の輝度分布特性を改善して視野角を向上させ、ホットバンド（ｈｏｔｂａｎｄ）の発生を防ぐ効果をもたらした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＬＣＤバックライトユニットに使用される集光フィルムに関するもので、より詳しくは、フィルムの内部に光拡散剤を含み、狭い視野角及びホットバンド（Ｈｏｔｂａｎｄ）の発生のような問題を解決するよう考案されたＬＣＤバックライトユニット用集光フィルムに関する。

ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、液晶表示装置）とは、一般に共通電極と色フィルターなどが形成されている上部基板と、薄膜トランジスタと画素電極などが形成されている下部基板との間に液晶物質を注入し、画素電極と共通電極に相違する電位を印加することにより、電界を形成して液晶分子の配列を変更させ、これを通して光の透過率を調節して画像を表現する装置をいう。

ＬＣＤは、小型化、軽量化及び低電力消費などの利点を有し、既存のブラウン管の短所を克服することができる代替画像表示手段として注目を浴びてきており、 最近は殆どの画像表示装置において使用されている。

但し、ＬＣＤは自ら発光できない受動素子であるため、パネルの下部に光を提供するためのバックライトユニットが備えられなければならない。バックライトユニットは光源の位置によってエッジ型バックライトユニットと直下型バックライトユニットとに分けられ、光源及び光源の上部に積層される各種の光学フィルムを含んで成る。

図１（Ａ）と図１（Ｂ）は、従来のバックライトユニットの構成を説明するためのもので、図１（Ａ）には直下型バックライトユニットが、図１（Ｂ）にはエッジ型バックライトユニットが図示されている。

図１（Ａ）に図示された通り、従来の直下型バックライトユニットは、光源１と、上記光源１の上部に装着される拡散板２、上記拡散板２の上に順次に積層される第１拡散フィルム３、集光フィルム４、第２拡散フィルム５などの光学フィルムからなっている。この際、上記拡散板２は平行に並んだ線光源１を面光源に変える光源隠蔽機能を行い、集光フィルム４は拡散板２及び第１拡散フィルム３を通過して種々の方向に拡散された光を視野範囲内に集光させる役割をする。この際、第１拡散フィルム３は隠蔽機能の補強及び集光フィルム４を補助する役割をし、第２拡散フィルム５は集光フィルム４から出射される光の輝度分布を緩やかにする役割をする。

一方、エッジ型バックライトユニットも図１（Ｂ）に図示された通り、光源１、上記光源１から出た光を視聴者の方向に満遍なく偏向させる導光板２'、上記導光板２'の上に積層される第１拡散フィルム３、集光フィルム４、第２拡散フィルム５などの光学フィルムで構成されている。

このように、従来のＬＣＤバックライトユニットは、優れた画質を具現するため複数の光学フィルムを使用しており、上記に記載された光学フィルムの他にも視野角の補正または輝度向上などの目的で、多様な光学フィルムをさらに使用している実情である。

しかし、積層される光学フィルムの数が多くなると、画質は改善されるもののバックライトユニットの生産コストが高くなり、ＬＣＤ装置の体積が大きくなるという問題点がある。従って、多い光学フィルムを使用することなく、優れた画質を具現することができ、製造コストが安価なバックライトユニットを開発するための研究が続いている実情である。

本発明は、拡散フィルム無しで単独で使用できるよう考案された集光フィルムを提供することにより、バックライトユニットの製造コストを低減することができるようにすることを目的とする。

上記のような目的を達成すべく、本発明は、フィルム部、上記フィルム部の上面に形成される出光部及び上記フィルム部の下面に形成される入光部からなる集光フィルムにおいて、上記集光内部に光拡散剤を含むことを特徴とするバックライトユニット用集光フィルムを提供する。

この際、上記出光部はレンチキュラーレンズからなり、上記入光部は一定間隔で凹凸が形成され、この凹凸の突出部に反射面が形成されることを特徴とする。

一方、上記フィルム部としては、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエステルスルホン、ポリブタジエン、ポリエーテルケトン及びポリウレタンなどのような材質からなる高分子フィルムを使用することができ、上記出光部と入光部は硬化性樹脂を使用して製造することができる。

また、上記光拡散剤としては平均粒径が１乃至１０μｍで、上記集光フィルムの内部と０．０１乃至０．１程度の屈折率差を有するビードタイプの球形粒子を使用することが好ましい。

図１の４に図示された通り、従来にバックライトユニットに使用されていた集光フィルムは、その上面にレンチキュラーレンズが形成され、その下面に反射層が形成され、上記反射層には光が通過できる開口部が形成されている。光は開口部を通して集光フィルムに入射され、上面のレンチキュラーレンズによって集光される。

図２には集光レンズを通過して出た光の視聴角による垂直軸の輝度分布を表したグラフが図示されている。図２に図示された通り、従来の集光フィルムを通過した光は視聴角による輝度分布が激しく変わる部分が発生することが分かる。このような光特性により、従来の集光フィルムは輝度分布が激しく変わる視聴角度で明暗の境が生じる、いわゆるホットバンド（ｈｏｔｂａｎｄ）があらわれ、これはＬＣＤの画質を低下させる要因となる。これを解決するため、従来には集光フィルムを通過した光を拡散フィルムに通過させ輝度の変化を緩和する方法を使用した。しかし、既に言及した通り、使用される光学フィルムの数が増加するほどバックライトユニットの製造コストが高くなり、バックライトユニットの体積も大きくなるという問題点がある。

従って、本発明では集光フィルムの内部に光を散乱させる光拡散剤を含むようにすることにより、拡散フィルム無しで単独で使用できる集光フィルムを提供して経済的でありながらも性能に優れたバックライトユニットを提供することができるようにした。

本発明は、集光フィルムの内部に光を散乱させることができる光拡散剤を含ませ、集光フィルムから出射される光の輝度分布特性を改善することにより、視野角を向上させ、ホットバンド（ｈｏｔｂａｎｄ）の発生を防ぐという効果をもたらした。

また、本発明は入光部に凹凸を形成することにより、反ＵＶインクなどを用いて容易に反射面を形成することができるようにした。

また、本発明の入光部及び出光部は硬化性樹脂を用いて製造されるため、金型などの方法を利用して所望の形状、大きさまたはピッチを有する集光フィルムを製作することができ、その製造工程も簡単であるという長所がある。

さらに、本発明の集光フィルムを装着したバックライトユニットは拡散フィルムを装着する必要が無いため、生産コストが安価であるという長所がある。

従来のバックライトユニットを表した図面である。 従来のバックライトユニットを表した図面である。 集光フィルムの視野角による輝度分布を表したグラフである。 本発明の集光フィルムの構造を説明するための図面である。 光拡散体が含まれた本発明の集光フィルムを図示した図面である。 光拡散体が含まれた本発明の集光フィルムを図示した図面である。 光拡散体が含まれた本発明の集光フィルムを図示した図面である。 本発明の集光フィルムと従来の集光フィルムの輝度分布を比較して表したグラフである。

以下、図３を参照して本発明のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルムをより具体的に説明する。図３には本発明の集光フィルムが図示されている。図３に図示された通り、本発明の集光フィルムは、フィルム部１０、入光部２０、出光部３０からなっている。

フィルム部１０は、後述する入光部２０及び出光部３０を支持するためのもので、ポリエステルフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルスルホンフィルム、ポリブタジエンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリウレタンフィルムなどからなることができ、入光部２０と出光部３０を支持する役割をしなければならないため、３０〜３５０μｍ程度の厚さを有することが好ましい。

入光部２０は光が集光フィルムに入射される部分であり、上記フィルム部１０の下面に形成される。

本発明の集光フィルムは、図３に図示された通り、一定な間隔の凹凸が形成され、上記凹凸の突出部に反射面５０が形成された入光部２０を有することをその特徴とする。これは反射面の形成を容易にするためのもので、入光部２０に凹凸が成形されると、反ＵＶインク、反射熱転写フィルムなどのように表面に反射特性を与えることのできる素材（以下、"反射面材料"）をローラなどの適切な道具を使用して突出部に塗布することにより、容易に反射面５０を形成することができる。

このように形成された反射面５０は集光が行われない経路に進行する光を遮断し、これを光源方向に反射させ光の利用効率及び光特性を向上させる。反射面の材料には二酸化チタンが５０%以上含まれることが好ましい。

また、本発明の入光部２０は硬化性樹脂を用いて製造され、上記硬化性樹脂はウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、エステルアクリレート及びラジカル発生型モノマーなどからなる群から１種以上選択して単独または混合して使用することができる。

硬化性樹脂を用いると金型などの方法により容易に大量生産することができて製作が容易で、所望の形状、大きさ、ピッチに形成することができるという長所がある。また、硬化性樹脂に光拡散剤７０を分散させ、上記硬化性樹脂と光拡散剤の混合物を成形した後硬化する方法により、容易に光拡散剤７０を含む集光フィルムを製造することができる。

一方、出光部３０は上記フィルム部１０の上面に形成され、一般にレンチキュラーレンズからなる。上記の通り、レンチキュラーレンズは上記入光部の開口部を通過した光を集光させることにより、視聴範囲内の明るさ（輝度）を向上させる役割をする。

このようなレンチキュラーレンズ及びその製造方法については当該分野に良く知られており、本発明のレンチキュラーレンズもこのような従来の製造方法により製造されることができる。

一方、上記出光部３０は入光部２０と同様に硬化性樹脂で製造されることが好ましく、上記硬化性樹脂はウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、エステルアクリレート及びラジカル発生型モノマーなどからなる群から１種以上選択され、単独または混合して使用することができる。

この場合、上記の通り、金型などを通して容易に大量生産することができ、所望の形状のレンズを製作することが容易で、光拡散剤を含む集光フィルムを容易に製造することができるという長所がある。

図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）には多様な形態の光拡散剤を含む集光フィルムが図示されている。本発明の集光フィルムは、フィルム部、入光部または出光部のいずれか一つ以上の部分に光拡散剤を含んでなる。すなわち、集光フィルムの全部分に光拡散剤を含むこともでき（未図示）、図４（Ａ）乃至図４（Ｃ）に例示された通り、フィルム部、入光部、出光部の一部分のみ光拡散剤を含むこともできる。

一方、上記光拡散剤７０としては集光フィルムの内部と屈折率が相違する微小粒子を使用し、より具体的には平均粒径が約１乃至１０μｍの粒子であることが好ましい。粒子の形は制限されないが、球形の場合に性能がより優れる。

上記光拡散剤は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリブタジエン、こられの共重合体、シリカなどからなる群から選択され使用されることができ、集光フィルムの内部と屈折率の差が約０．０１乃至０．１程度であることが好ましい。一般には１．４８乃至１．５９程度の屈折率を有する物質を使用することが好ましい。

一方、上記光拡散剤７０は硬化性樹脂溶液に分散させて使用することができる。光拡散剤を硬化性樹脂に分散させた後、上記硬化性樹脂を成形した後、硬化して光学シートを製造することにより、容易に光拡散剤が含まれた集光フィルムを製造することができる。この際、上記光拡散剤は硬化性樹脂１００重量部に対して５乃至３０重量部の量に混合されることが好ましい。

上記のように構成された集光フィルムは、その内部に存在する光拡散剤によって入射した光が満遍なく散乱または反射され、フィルムから出光される光の輝度の変化が緩和し、その結果、激しい輝度の変化により発生していたホットバンド（ｈｏｔｂａｎｄ）現象を緩和及び防止するようになる。以下、本発明の好ましい実施例を通して本発明をより詳しく説明する。

屈折率が約１．５３のＵＶ硬化型樹脂１００ｇにビードタイプのＰＭＭＡポリマー（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、屈折率１．４９、平均粒子径１５μｍ）２０ｇを分散させ硬化性樹脂溶液を製造する。上記硬化性樹脂溶液をロール型金型と１２５μｍ厚さのＰＥＴフィルムの間に流し込んで硬化させる方法であり、ＰＥＴフィルムの上面と下面にそれぞれレンチキュラーレンズと入光部を製造し、上記入光部の突出面に反射型インクを塗布して反射面を形成する。
［比較例］

ビードタイプのＰＭＭＡポリマーを添加しないことを除いては上記実施例と同一な方法で集光フィルムを製造する。
［実験例］

ゴニオメータに付着したＢＭ７（Ｎｉｋｏｎ社製）を用いて上記実施例及び比較例の方法で製造された集光フィルムを単独でエッジ型導光板上に積層した後、垂直方向を基準とした視野角による輝度分布を測定した。実験結果は図５に記載されている。

図５に図示された通り、比較例の集光フィルムの場合、約±２０°付近の視聴角度で輝度が急激に減少する反面、実施例の集光フィルムは緩やかな輝度変化をみせることがわかる。上記のように、ホットバンド（ｈｏｔｂａｎｄ）は急激な輝度の変化によって発生するため、実施例の集光フィルムのように緩やかな輝度の変化をみせる集光フィルムを使用するとホットバンド（ｈｏｔｂａｎｄ）の発生が緩和して、より優れた品質の画質を具現することが可能になる。

一方、本発明は上記のような集光フィルムを含んでなるＬＣＤ用バックライトユニットを提供する。本発明のバックライトユニットは集光フィルムに含まれた光拡散剤が光の輝度分布を緩やかにしてホットバンド現象を防ぐため、拡散フィルムが無くても画質に優れ、生産費用も低減することができるという長所がある。

Claims (11)

1. フィルム部、前記フィルム部の上面に形成される出光部及び前記フィルム部の下面に形成される入光部からなるＬＣＤバックライトユニット用集光フィルムにおいて、
   前記集光フィルムの内部に光拡散剤が含まれることを特徴とするＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
2. 前記出光部は、レンチキュラーレンズからなることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
3. 前記入光部は一定間隔の凹凸を有し、
   前記凹凸の突出部には反射面が形成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
4. 前記反射面は、表面に二酸化チタンを５０％以上含む反ＵＶインクで形成されることを特徴とする請求項３に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
5. 前記光拡散剤は平均粒径が１乃至１０μｍで、前記集光フィルムの内部と屈折率の差が０．０１乃至０．１であることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
6. 前記光拡散剤は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリブタジエン、こられの共重合体及びシリカからなる群から選択されることを特徴とする請求項５に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
7. 前記フィルム部は、ポリエステルフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルスルホンフィルム、ポリブタジエンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリウレタンフィルムからなる群から選択される高分子フィルムからなることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
8. 前記入光部及び出光部は、硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
9. 前記硬化性樹脂は、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、エステルアクリレート及びラジカル発生型モノマーからなる群から選択された１種以上を単独または混合して使用することを特徴とする請求項８に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
10. 前記硬化性樹脂は、硬化性樹脂の１００重量部に対して５乃至３０重量部の光拡散剤を含むことを特徴とする請求項８に記載のＬＣＤバックライトユニット用集光フィルム。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の集光フィルムを装着したＬＣＤバックライトユニット。

Images