JP4532346B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電飾看板や照明器具、ディスプレイのバックライトや照明装置などに好適に用いられる面光源装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯電話などの表示装置として、液晶を利用したディスプレイが数多く用いられている。これらの液晶ディスプレイは、それ自体は発光体でないために、裏側からバックライトを使用して光を照射することにより表示が可能となっている。一般に、バックライトは、単に光を照射するだけでなく、画面全体を均一に照射しなければならないという要求に応えるため、サイドライト型または直下型と呼ばれる面光源の構造をとっている。

また、液晶画面の照明用器材として、導光板のエッジに設けた冷陰極線管を照明光源とした、いわゆるエッジライト方式が広く使用されている（特許文献１参照）。この方式の照明方法においては、光をより効率的に活用するため、冷陰極線管の周囲にリフレクターを設け、導光板から拡散された光を液晶画面側に効率的に反射させる目的で、導光板の下に反射板を設けることが行われている。これにより、冷陰極線管からの光のロスを少なくし、液晶画面を明るくする機能を付与している。

さらに、液晶テレビのような大画面用では、エッジライト方式では画面の高輝度化が望めないことから、直下型ライト方式が採用されてきている。この方式は、液晶画面の下部に冷陰極線管を並列に設けるもので、反射板の上に平行に冷陰極線管が並べられる。反射板は平面状のものや、冷陰極線管の部分を半円凹状に成形したものなどが用いられる（特許文献２参照）。

液晶ディスプレイには、高輝度、省スペースが求められているため、液晶画面用の面光源に用いられるリフレクターや反射板には、高い反射機能が要求されている。従来、上記リフレクターや反射板として、白色染料、白色顔料を添加したフィルムや内部に微細な気泡を含有させたフィルムが単独で、あるいはこれらのフィルムと金属板、プラスチック板などとを張り合わせたものが使用されてきた。特に、内部に微細な気泡を含有させたポリエステルフィルムは、輝度の向上効果や均一性に優れることから広く使用されている。このような内部に微細な気泡を含有したフィルムは、特許文献３、特許文献４などに開示されている。

しかし、反射板で液晶ディスプレイの輝度を向上させることには、限界がある。そのため、輝度を向上させる目的で、照明光源の出力を上げることなどが考えられる。また、より高精細な液晶画面の画像が求められるのに伴い、液晶画面の明るさを増して画像をより鮮明に、より見やすくする改良が進められており、照明光源（例えば、冷陰極線管：ＣＣＦＬ）もより高輝度、高出力のものとなってきている。しかし、ＣＣＦＬの出力を上げることで、ＣＣＦＬの直上と、ＣＣＦＬ同士の間での輝度むらが大きくなるため、輝度むらの改善が求められている。

一方、液晶ディスプレイには、省スペース化が求められており、そのためにバックライト部分も薄くなってきている。しかし、バックライト部分を薄くすることで、液晶パネルとＣＣＦＬとが近づき、画面上で輝度むらが生じるため、この輝むらを解消する目的で、各種光学フィルムが設置されている。例えば、面内均一性を高めて高品質の画像を得るため、導光板上に光拡散性フィルムを設置して、光を均一にしている。このような光拡散性フィルムの一例として、透明熱可塑性樹脂をシート状に成形後、表面に物理的に凹凸を付ける加工を施して得られた拡散シートが挙げられる（特許文献５参照）。

しかし、上記の光拡散性フィルムは、表面の凹凸の程度に拡散効果が依存する。また、凹凸加工時のフィルムの損傷が問題となる。さらに、このような光学フィルムは、フィルム自体が非常に高価であり、かつ液晶ディスプレイ製造時の組立工程も増えてしまい、コスト増を招いている。したがって、液晶ディスプレイをできるだけ安価にするために、反射板によって輝度むらをなくすことが望まれていた。

特開昭６３−６２１０４号公報 特開２００２−１８２５７９号公報 特開平６−３２２１５３号公報 特開平７−１１８４３３号公報 特開平４−２７５５０１号公報

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、加工性や形状保持性に優れた合成樹脂発泡体を光反射板として用い、かつこの反射板に拡散効果を持たせることにより、薄型で高い反射率を有するだけでなく、輝度むらを改善することができる面光源装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、複数の線状光源と、前記複数の線状光源の光を反射する光反射板とを備え、前記光反射板の光を反射する面が前記複数の線状光源と対向する面光源装置において、前記光反射板は、内部に気泡を含有する白色シートからなる合成樹脂製の光反射板であって、内部に含有される気泡が、Ｘ−Ｙ平面および前記Ｘ−Ｙ平面に対して垂直なＸ−Ｚ平面の断面で見たときにいずれも略楕円形状であり、前記線状光源は、その長手方向が前記光反射板の気泡の前記Ｘ−Ｙ平面の断面における短径方向と平行になるように設置されていることを特徴とする面光源装置を提供する。

本発明で用いる合成樹脂製の光反射板は、図１に示すように、内部に気泡を含有する白色シート（本発明においてシートはフィルムを含むものとする）からなる合成樹脂製の光反射板１０であって、内部に含有される気泡１２が、Ｘ−Ｙ平面およびＸ−Ｙ平面に対して垂直なＸ−Ｚ平面の断面で見たときにいずれも略楕円形状のものである。本発明において、「Ｘ−Ｙ平面の断面で見たときに略楕円形状である」とは、光反射板の光を反射する面（線状光源と対向する面）をＸ−Ｙ平面（図１の例ではシート上面）と定義したときに、この断面における気泡の形状が略楕円形状であるということを指す。

本発明においては、光反射板の光を反射する面（Ｘ−Ｙ平面）における気泡の断面形状に異方性があり、かつ上記断面における気泡の短径方向と線状光源の長手方向とが平行に配置されることにより、本発明の効果を得ることができる。これに対し、気泡形状が略真球状の場合は、Ｘ−Ｙ平面における気泡の断面形状は略円形となるため、この断面形状に異方性が小さく、そのため輝度むらの解消効果を得ることができない。

上述したような内部に含有される気泡がＸ−Ｙ平面の断面で見たときに略楕円形状である光反射板の製造方法は、機械的方法や組成によるなど特に限定はないが、例えば、内部に気泡を含有する白色シートを少なくとも一軸方向、特に一軸方向のみに延伸することにより得ることができる。より具体的には、本発明で用いる合成樹脂製の光反射板は、熱可塑性樹脂シートを加圧不活性ガス雰囲気中に保持して該熱可塑性樹脂シートに不活性ガスを含有させる工程と、不活性ガスを含有させた熱可塑性樹脂シートを常圧下で加熱して発泡させる工程と、発泡させた熱可塑性樹脂シートを一軸方向に延伸させる工程とからなる製造方法により製造することができる。

また、本発明で用いる合成樹脂製の光反射板は、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面の断面における長径方向Ｘの気泡径をＸｄ、短径方向Ｙの気泡径をＹｄとしたとき、下記式（１ａ）を満たすことが好ましく、さらに下記式（１ｂ）を満たすことが好ましい。
Ｙｄ／Ｘｄ≦０．６ …（１ａ）
０．０５≦Ｙｄ／Ｘｄ≦０．６ …（１ｂ）

さらに、本発明で用いる合成樹脂製の光反射板は、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直なＸ−Ｚ平面の断面における短径方向の気泡径をＺｄとしたとき、上記式（１ａ）あるいは（１ｂ）とともに、下記式（２ａ）、さらには（２ｂ）を満たすことが好ましい。
Ｚｄ／Ｘｄ≦０．６ …（２ａ）
０．０５≦Ｚｄ／Ｘｄ≦０．６ …（２ｂ）

本発明の面光源装置は、上述した光反射板と線状光源とを備え、図１に示すように、線状光源１４が、その長手方向Ｑが光反射板１０の気泡１２のＸ−Ｙ平面の断面における短径方向Ｙと平行になるように設置されているものである。線状光源としては、ＣＣＦＬ、蛍光灯などを用いることができる。

本発明の面光源装置は、線状光源の長手方向を光反射板の気泡のＸ−Ｙ平面の断面における短径方向と平行になるように配置することによって、輝度を維持したまま、光源の直上と光源間の輝度のむらがほとんどない優れた面光源装置となる。したがって、本発明の面光源装置は、電飾看板や照明器具、ディスプレイのバックライトや照明装置などに好適に用いることができる。

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明で用いる光反射板の材質としては、限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビフェニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコールなどの汎用樹脂、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、超高分子量ポリエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチック、またはこれらの共重合体もしくは混合物などが挙げられる。これらのうちでも、耐熱性、耐衝撃性などが良好であることから、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、シクロポリオレフィンが好ましく、中でもポリエステルが特に好ましい。さらに、ポリエステルの中でも、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。

本発明で用いる光反射板は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長域の光の平均反射率が９０％以上であることが好ましい。より好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９７％以上、特に好ましくは９８％以上である。

本発明で用いる光反射板の厚みは、特に限定されないが、２００μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは３００μｍ以上、さらに好ましくは３５０μｍ以上である。光反射板の厚みが２００μｍ以上であれば、高反射率を示すとともに、形状保持性、２次加工性、組み込み作業性に優れる。

本発明で用いる光反射板は、特に限定されないが、表面光沢度（入射角６０°、受光角６０°）が５０％以上であることが好ましい。より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは６５％以上である。表面光沢度が５０％以上であれば、拡散反射成分が少なくなるため、特にバックライトに使用した場合に、前面に反射される光が多くなり、輝度がより向上する傾向にある。

本発明で用いる光反射板においては、特性に影響を及ぼさない範囲で、発泡前の合成樹脂に、結晶化核剤、結晶化促進剤、気泡化核剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線防止剤、光安定剤、蛍光増白剤、顔料、染料、相溶化剤、滑剤、強化剤、難燃剤、架橋剤、架橋助剤、可塑剤、増粘剤、減粘剤などの各種添加剤を配合してもよい。また、得られた白色シートに上記添加剤を含有する樹脂を積層してもよいし、上記添加剤を含有する塗料をコーティングしてもよい。

本発明で用いる光反射板を例えば延伸により製造する場合、延伸の方法に限定はないが、例えば、未延伸シートを加熱したロール群に導き、長手方向（縦方向、すなわちシートの進行方向）に延伸し、次いでシートを冷却ロール群で冷却する方法が挙げられる。

また、未延伸シートの両端をクリップで把持しながら加熱されたテンターに導き、長手方向に垂直な方向（横方向あるいは幅方向）に延伸を行うこともできる。この延伸方法は、シートが加熱されたロールに接触することがないため、シート表面に光学的な欠点となる傷が生じないという利点を有する。

長手方向の延伸と幅方向の延伸を分離して行う逐次二軸延伸法や、長手方向の延伸と幅方向の延伸を同時に行う同時二軸延伸法の場合、縦、横の延伸倍率を変えることで、目的の気泡形状を作ることが可能であるが、本発明の効果が得られる光反射板を生産性良く製造するためには、一軸延伸がより好ましい。

上記延伸は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上、融解温度以下の温度で行うことが好ましい。例えば、白色シートがポリエチレンテレフタレートの場合は、延伸は７０〜２２０℃、好ましくは８０〜２００℃で行うことが好ましい。また、延伸後に白色シートに熱処理を施して熱固定を行ってもよい。熱処理を施す場合は、一般に熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度で行うが、最終的に製品として求められる各種特性を満たすように適宜条件設定を行う。

具体的な延伸方法の一例として、テンター法により、所定の倍率だけ延伸する方法が挙げられる。このときの延伸倍率は特に限定されないが、例えば白色シートがポリエチレンテレフタレートの場合、一軸方向に１．１倍以上、５倍未満が好ましい。より好ましくは１．２〜４倍であり、さらに好ましくは１．２〜３倍である。延伸倍率が１．１倍以上、５倍未満であれば、十分な延伸効果が得られるとともに、熱収縮の増大や、引き裂き伝搬抵抗の減少などの問題が生じることもなく、より高反射率の白色シートを得ることができる。

以下に、本発明を実施例によって説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。なお、得られた熱可塑性樹脂発泡体の各種特性の測定および評価は以下の通りとした。

（密度）
熱可塑性樹脂発泡体の密度（ρｆ）は、電子天秤（ＭＥＴＴＬＥＲ社製：ＡＥ２４０）を用いて、水置換法により求めた。

（発泡倍率）
熱可塑性樹脂発泡体の密度（ρｆ）を水中置換法により測定し、発泡前の樹脂の密度（ρｓ）との比ρｓ／ρｆとして算出した。ただし、熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレートの場合、ρｓは１．３４として計算した。

（厚み）
得られた熱可塑性樹脂発泡体の幅方向５点の厚みをシックネスゲージ（Ｔｅｃｌｏｃｋ社製：ＳＭ−１１２、測定子形状Φ１０ｍｍ、測定力２．５Ｎ以下）を用いて測定し、その平均値を熱可塑性樹脂発泡体の厚みとした。

（反射率）
分光光度計（島津製作所社製：ＵＶ−３１０１ＰＣ）を用いて、５５０ｎｍにおける反射率を測定した。なお、表１においては、硫酸バリウムの微粉末を固めた白板の拡散反射率を１００％として、各々の熱可塑性樹脂発泡体の拡散反射率を相対値で示している。

（表面光沢度）
表面光沢度は、光沢度計（ミノルタ社製：ＧＭ−２６８）により、入射角度６０°、受光角度６０°で測定した。測定は、すべて試料数ｎ＝５で行い、その平均値を求めた。

（面光源の輝度、輝度むら）
液晶テレビに熱可塑性樹脂発泡体をセットし、デジタル輝度計（ＴＯＰＣＯＭ社製：ＢＭ−９）と、デジタル輝度計受光器（ＴＯＰＣＯＭ社製：ＢＭ−９１０Ｄ）を用いて輝度（ｃｄ／ｍ^２）を測定した。輝度は３回測定し、その平均値で表した。また、輝度むらは、ＣＣＦＬ直上とＣＣＦＬ間の測定５点の最大値と最小値との差で示した。輝度むらの計算式は下記の通りである。
輝度差平均値＝｛（ａ−ｂ）＋（ａ−ｃ）＋（ｄ−ｃ）＋（ｄ−ｅ）｝／４
ａ：３本目のＣＣＦＬの真上の輝度
ｂ：２本目と３本目のＣＣＦＬ間の輝度
ｃ：３本目と４本目のＣＣＦＬ間の輝度
ｄ：４本目のＣＣＦＬの真上の輝度
ｅ：４本目と５本目のＣＣＦＬ間の輝度

（比較例１）
０．５ｍｍ厚み×３００ｍｍ幅×６０ｍ長さのポリエチレンテレフタレートシート（ユニチカ社製：Ｃ−０３１２グレード）のロールと、セパレータとして１６０μｍ厚み×２９０ｍｍ幅×６０ｍ長さ、目付量５５ｇ／ｍ^２のオレフィン系不織布のロール（日本バイリーン社製：ＦＴ３００グレード）を用意した。両者を重ねて、ポリエチレンテレフタレートシートの表面同士が接触する部分がないように巻いて新たにロールを作成した。

その後、上記ロールを圧力容器に入れ、炭酸ガスで６ＭＰａに加圧し、ポリエチレンテレフタレートシートに炭酸ガスを浸透させた。ポリエチレンテレフタレートシートへの炭酸ガスの浸透時間は７２時間とした。

次に、圧力容器からロールを取り出し、セパレータを取り除きながら炭酸ガスが浸透したポリエチレンテレフタレートシートだけを２２０℃に設定した熱風循環式発泡炉に発泡時間が１分となるように連続的に供給して発泡させた。得られた発泡体の厚みは７６０μｍ、平均気泡径は約１０μｍであった。得られたサンプルの性状を表１に示す。

（実施例１）
比較例１で作成した発泡体を、テンター法延伸装置を用いて１１６℃にて、延伸倍率が１．３倍となるように一軸方向に延伸し、そのまま２２０℃にて熱処理をした後、室温まで徐冷した。延伸した発泡体は、延伸前の厚みに対して約６７％まで薄肉化した。得られたサンプルの性状を表１に示す。

（実施例２）
延伸倍率を２．０倍としたこと以外は、実施例１と同様にして発泡体の延伸を行った。延伸した発泡体は、延伸前の厚みに対して約３８％まで薄肉化した。得られたサンプルの性状を表１に示す。

（比較例２）
比較例１で作成した発泡体を、縦１．４倍、横１．４倍の延伸倍率で同時二軸延伸法により二軸方向に延伸した。延伸した発泡体は、延伸前の厚みに対して約３３％まで薄肉化した。得られたサンプルの性状を表１に示す。

表１における比較例３は、実施例２において、延伸方向と線状光源の長手方向を平行にした（横方向）ものである。

（測定）
実施例２で得られた延伸発泡体を液晶テレビにセットして、輝度を測定した。延伸方向と蛍光灯の長手方向を平行にした場合を「横方向」、延伸方向と蛍光灯の長手方向を垂直にした場合を「縦方向」とする。図２はそれぞれ延伸発泡体を横方向と縦方向に置いた場合の輝度のグラフである。グラフ上で０ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍの位置が蛍光灯の真上である。延伸発泡体を縦方向に置いた場合は、輝度むらが小さく、反射板として優れていることがわかる。

図３のグラフは、比較例１、実施例１、実施例２で得られた発泡体を縦方向に置いた場合の輝度のグラフである。延伸した発泡体は、蛍光灯の直上と蛍光灯間の輝度差が小さくなっているのがわかる。また、延伸倍率が大きくなるにつれて、輝度差が小さくなっていくのがわかる。すなわち、延伸した発泡体は、延伸方向を蛍光灯の長手方向に対して垂直に置くことによって、輝度むらが小さく、反射板として優れたものとなった。

図４のグラフは、比較例１、実施例１、実施例２で得られた発泡体を横方向に置いた場合の輝度のグラフである。蛍光灯の直上と蛍光灯間の輝度差が大きいのがわかる。この傾向は延伸倍率が大きくなっても変わらない。

図５のグラフは、比較例１、実施例２、比較例２で得られた発泡体を縦方向に置いた場合の輝度のグラフである。なお、比較例２では、ある任意の方向に蛍光灯を配置し、その長手方向をＡ方向とし、このＡ方向に対して９０度回転させた方向をＢ方向とし、それぞれの位置を示した。本発明で使用する一軸延伸による発泡体では輝度むらが解消されるが、比較例の二軸延伸による発泡体ではこの効果が得られないことがわかる。

本発明の面光源装置に用いる光反射板および線状光源を示す説明図である。 実施例２で得られた発泡体を横方向と縦方向に置いた場合の輝度のグラフである。 比較例１、実施例１、実施例２で得られた発泡体を縦方向に置いた場合の輝度のグラフである。 比較例１、実施例１、実施例２で得られた発泡体を横方向に置いた場合の輝度のグラフである。 比較例１、実施例２、比較例２で得られた発泡体を縦方向に置いた場合の輝度のグラフである。

符号の説明

１０ 光反射板
１２ 気泡
１４ 線状光源

Claims (6)

1. 複数の線状光源と、光を反射する面が前記複数の線状光源と対向する光反射板とを備えた面光源装置において、前記光反射板は、内部に気泡を含有する白色シートからなる合成樹脂製の光反射板であって、内部に含有される気泡が、Ｘ−Ｙ平面および前記Ｘ−Ｙ平面に対して垂直なＸ−Ｚ平面の断面で見たときにいずれも略楕円形状であり、前記線状光源は、その長手方向が前記光反射板の気泡の前記Ｘ−Ｙ平面の断面における短径方向と平行になるように設置されていることを特徴とする面光源装置。
2. 前記合成樹脂製の光反射板は、前記Ｘ−Ｙ平面の断面における長径方向の気泡径をＸｄ、短径方向の気泡径をＹｄとしたとき、下記式（１ａ）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
   Ｙｄ／Ｘｄ≦０．６ …（１ａ）
3. 前記合成樹脂製の光反射板は、前記Ｘ−Ｚ平面の断面における短径方向の気泡径をＺｄとしたとき、下記式（２ａ）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
   Ｚｄ／Ｘｄ≦０．６ …（２ａ）
4. 前記合成樹脂製の光反射板は、内部に気泡を含有する白色フィルムを少なくとも一軸方向に延伸したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面光源装置。
5. 前記合成樹脂製の光反射板は、内部に気泡を含有する白色フィルムを一軸方向に延伸したものであることを特徴とする請求項４に記載の面光源装置。
6. 前記合成樹脂製の光反射板は、熱可塑性樹脂シートを加圧不活性ガス雰囲気中に保持して該熱可塑性樹脂シートに不活性ガスを含有させる工程と、不活性ガスを含有させた熱可塑性樹脂シートを常圧下で加熱して発泡させる工程と、発泡させた熱可塑性樹脂シートを一軸方向に延伸させる工程とからなる製造方法により製造された熱可塑性樹脂発泡体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の面光源装置。

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