(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム本体と、フィルム本体の入射側の主面に形成されて、該主面から突出し、該主面に対して傾斜した傾斜面を持ち、頂部が同一平面内にある複数の凸部とを備え、該凸部の頂部から入った光を該凸部の傾斜面で反射させて、該凸部の形成された該主面と反対側の出射側の主面から出射させる光拡散フィルムであって、少なくとも該凸部が光硬化性化合物および粒状物質の混合物からなる粒状物質混合組成物を少なくとも一部に含み、かつ、該粒状物質は、メチルメタクリレートを主成分とするメタクリレート系重合体と、メチルメタクリレートおよびスチレンを主成分とするメタクリル−スチレン系共重合体と、から選択された少なくとも一種の粒状物質である光拡散フィルム。
【請求項２】
前記粒状物質混合組成物が前記凸部および前記フィルム本体の一部に含まれている請求項１に記載の光拡散フィルム。
【請求項３】
前記粒状物質混合組成物における、光硬化性化合物の硬化物と粒状物質との屈折率差が０．０３以上０．１８以下である請求項１に記載の光拡散フィルム。
【請求項４】
前記粒状物質の平均粒子径が１〜１０μｍの範囲内である請求項１に記載の光拡散フィルム。
【請求項５】
側面に１つ以上の光源が設けられた導光板と、請求項１に記載の光拡散フィルムとを備え、該導光板と該光拡散フィルムの凸部の頂部とが接着されてなる面光源素子。
【請求項６】
請求項１に記載の光拡散フィルムを用いる液晶表示装置。
【請求項７】
請求項５に記載の面光源素子を用いる液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などに利用される光拡散フィルムおよびそれを用いた面光源素子並びに液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ、ビデオカメラなどの小型表示装置やカーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などの中大型表示装置として広く使用されるようになった液晶表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）と映像情報を与える液晶表示パネルとで構成され、該液晶表示パネルが与えた映像情報により光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。【０００３】
一般的な面光源素子１０の構成を図３に示す。冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源１１から発せられた光は、ポリメチルメタクリレートやシクロオレフィンポリマーなどの透明材料からなる導光板１２に入射し、該導光板１２内を伝搬する。導光板１２にはドット印刷や微細パターンなどからなる裏面処理１３が施されており、該裏面処理１３に入射した伝搬光が拡散することにより導光板１２から出射される。出射された光は無指向性であるため、光拡散フィルム１４とプリズムシート１５を複数枚使用することにより、正面方向に集光し輝度を上昇させる。図３の場合は、光拡散フィルム１枚と各々のレンズを直交させたプリズムシート２枚を使用した例である。また、導光板１２の裏面側には金属を蒸着したフィルムや発泡ポリエチレンテレフタレートなどからなる反射シート１６が配置され、導光板１２の裏面側に出射された光を再度導光板１２に戻す機能を果たす。【０００４】
上述した面光源素子における光拡散フィルムは、無指向性の光を正面方向に集光することの他に、面光源素子のぎらつき、つまり、面の一部がまぶしく光ることの抑制や該面光源素子の面内均一性向上といった役割を果たす。それ故、光拡散フィルムを使用しない構成で面光源素子を実現することは非常に難しいと考えられる。【０００５】
これに対して、液晶表示装置はここ数年の普及が進むにつれて、薄型化や軽量化などが望まれており、特に、携帯電話、ＰＤＡ、ビデオカメラなどのモバイル用途におけるニーズは年々強まっている。そこで、面光源素子の薄型化、軽量化を実現するための方法として、出射光の角度分布を制御するためのプリズムシートの機能を導光板に取り込むといった提案がなされており、一定の効果を発揮しているが（例えば、特許文献１および２）、別途、光を散乱させる光拡散フィルムを用いる必要がある。【０００６】
また、面光源素子の最外層に粒状物質を含む樹脂を積層したり、微細な凹凸を形成したりして、拡散機能を付与する提案もある（例えば、特許文献３）。この方法によれば、面光源素子にプリズムシート、光拡散フィルムの機能を取り込むことができるため、部材を削減することは可能であるが、面光源素子の表面形状による光の屈折・散乱を利用しており、本質的に薄型化を実現することは難しい。【０００７】
一方、光拡散フィルムの機能を導光板に取り込む方法として、導光板に粒状物質を混入させる試みもなされている（例えば、特許文献４および５）。しかし、これらの方法では出射光の面内均一性を保つことや、所望の出射光角度を得るために、プリズムシートを必ず併用しなければならないといった課題がある。
【特許文献１】米国特許第５，３９６，３５０号明細書
【特許文献２】特開平１１−１４４５１５号公報
【特許文献３】特開２００１−３３８５０７号公報
【特許文献４】特開平２−２２１９２５号公報
【特許文献５】特開平４−１４５４８５号公報
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、薄型化や軽量化を実現することが可能な光拡散フィルムおよびそれを用いた面光源素子並びに該光拡散フィルムおよび／または該面光源素子を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる光拡散フィルムは、フィルム本体と、フィルム本体の入射側の主面に形成されて、該主面から突出し、該主面に対して傾斜した傾斜面を持ち、頂部が同一平面内にある複数の凸部とを備え、該凸部の頂部から入った光を該凸部の傾斜面で反射させて、該凸部の形成された該主面と反対側の出射側の主面から出射させる光拡散フィルムであって、少なくとも該凸部が光硬化性化合物および粒状物質の混合物からなる粒状物質混合組成物を少なくとも一部に含み、かつ、該粒状物質は、メチルメタクリレートを主成分とするメタクリレート系重合体と、メチルメタクリレートおよびスチレンを主成分とするメタクリル−スチレン系共重合体と、から選択された少なくとも一種の粒状物質であることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、光拡散フィルムの凸部が粒状物質混合組成物を少なくとも一部に含むことによって、該凸部内で光を散乱させるとともに、該凸部の特定形状によって、該散乱光を正面方向に集光させることにより、当該光拡散フィルムのみで、正面方向の集光と同時に発光のぎらつきを抑制して面内均一性を向上することができる。これにより、従来のように複数のプリズムシートや光拡散フィルムなどを必要とせずに、該光拡散フィルムのみで同等の機能を有しつつ薄型化や軽量化を実現することが可能な光拡散フィルムが得られる。
【００１１】
好ましくは、前記粒状物質混合組成物における、光硬化性化合物の硬化物と粒状物質との屈折率差が０．０３以上０．１８以下である。また、好ましくは、前記粒状物質の平均粒子径が１〜１０μｍの範囲内である。
【００１２】
本発明に係る面光源素子は、側面に１つ以上の光源が設けられた導光板と、前記した光拡散フィルムとが、該光拡散フィルムの凸部の頂部で接着されてなることを特徴とする。この面光源素子によれば、正面方向の集光と同時に発光のぎらつきを抑制して面内均一性を向上するので、従来のように複数のプリズムシートや光拡散フィルムなどを必要とせずに、該光拡散フィルムのみで同等の機能を有しつつ面光源素子の薄型化や軽量化を実現することが可能となる。
【００１３】
本発明にかかる液晶表示装置は、前記した光拡散フィルムおよび／または面光源素子を用いることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
【図１】本発明にかかる面光源素子を示す概略構成図である。
【図２】(ａ)は本発明にかかる光拡散フィルムの一例を示す概略構成図であり、(ｂ)はその他例を示す概略構成図である。
【図３】従来の面光源素子の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明にかかる面光源素子の一例の概略図を示す。この面光源素子２０は、側面に１つ以上の光源２１が設けられている導光板２２と、光拡散フィルム２５とを備えている。【００１６】
光拡散フィルム２５は、入射側の主面２４ａおよび出射側の主面２４ｂを有するフィルム本体２４と、複数の凸部２３とを備え、該凸部２３は、フィルム本体２４の入射側の主面２４ａに形成されて、該主面２４ａから突出し、該主面２４ａに対して傾斜した傾斜面２３ｂを持ち、頂部２３ａが同一平面内にある。光拡散フィルム２５のうち少なくとも凸部２３が光硬化性化合物および粒状物質の混合物からなる粒状物質混合組成物により形成されている。凸部２３の形状は少なくとも一部に曲面を有するものであれば特に限定されないが、例えばだ円形や円形の断面形状のものが好ましい。また、複数の凸部２３は１次元配列または２次元配列で配置される。【００１７】
この面光源素子２０は、前記導光板２２の出射面２２ａと、光拡散フィルム２５の凸部２３の頂部２３ａとが接着されてなる。光源２１から発せられた光は導光板２２中を全反射しながらロスなく伝播し、該凸部２３の頂部２３ａと導光板２２の出射面２２ａの接点でのみ伝搬光が取り出される。そして、凸部２３の頂部２３ａから入った光は、凸部２３の粒状物質混合組成物により凸部２３内で散乱しながら、凸部２３の傾斜面２３ｂで反射し、該凸部２３の形成された主面２４ａと反対側の出射側の主面２４ｂから出射する。【００１８】
本発明では、光拡散フィルム２５の凸部２３を粒状物質混合組成物で形成することによって、該凸部２３内で光を散乱させるとともに、該凸部２３の特定形状によって、該散乱光を正面方向に集光させることにより、当該光拡散フィルム２５のみで、正面方向の集光と同時に発光のぎらつきを抑制して面内均一性を向上することができる。出射光の視野角分布は、該凸部２３の傾斜面２３ｂの形状で制御することが可能であるため、従来のようにプリズムシートを使用する必要はない。こうして、複数のプリズムシートや光拡散フィルムなどを用いることなく、同等の機能を有しつつ薄型化や軽量化を実現することが可能な光拡散フィルムが得られる。【００１９】
なお、光拡散フィルム２５は、図２（ａ）のように凸部２３のみを該粒状物質混合組成物により形成してもよいし、図２（ｂ）の他例のように凸部２３だけでなくフィルム本体２４の一部の平坦層までを形成するようにしてもよい。【００２０】
本発明の面光源素子によれば、従来のプリズムシートおよび光拡散フィルムの機能を取り込むことができ、発光面上に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などを設けた液晶表示装置の薄型化や軽量化も達成することができる。【００２１】
本発明の光拡散フィルム２５の本体（支持体）２４には、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリシクロオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルホン、セルロースアセテート、ポリアリレートなどからなる可視光領域で透明なフィルムが用いられる。【００２２】
光拡散フィルム２５の凸部２３を形成する粒状物質混合組成物は、光硬化性化合物および粒状物質の混合物からなる。該光硬化性化合物は、重合性の単量体および所望に応じて光重合開始剤等の他の成分を含む。該重合性の単量体は光重合可能な化合物であり、かつ分子内に少なくとも１個のエチレン系二重結合を有する光重合可能なエチレン系不飽和化合物を一般的に使用することができるが、必要に応じて、さらに、光カチオン重合可能なエポキシ系またはオキセタン系の化合物等を加えてもよい。本発明を実施するに際して用い得る光重合可能なエチレン系不飽和化合物としては（メタ）アクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート等の単官能性（メタ）アクリレート系モノマー；Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルイミダゾール、Ｎ−ビニルカプロラクタム、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、酢酸アリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニルなどのビニル系モノマー；および１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート等の２官能性（メタ）アクリレートモノマー；トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリ（メタ）アクリロイルシアヌレート、トリ（メタ）アクリロイルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、１，３，５−トリ（メタ）アクリロイルヘキサヒドロ−ｓ−ヒドラジン等の多官能性（メタ）アクリレートモノマー；およびウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレートオリゴマーなどが挙げられる。これらは１種類以上が用いられ、複数種の成分からなる組成物として使用してもよい。なお、上記化合物の名称中、「（メタ）アクリル酸」は「アクリル酸」と「メタクリル酸」の総称であり、「（メタ）アクリレート」は「アクリレート」と「メタクリレート」の総称であり、「（メタ）アクリロイル」は「アクリロイル」と「メタクリロイル」の総称である。また、必要に応じて光重合開始剤を加えてもよい。光重合開始剤の具体例としては、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、キサントフルオレノン、ベンズアルデヒド、アントラキノン、１−(４−イソプロピルフェニル)−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２，４−ジエチルチオキサントン、カンファー��ノン、２−メチル−１−［４−(メチルチオ)フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン等が挙げられる。【００２３】
また、本発明の粒状物質としては、メチルメタクリレートを主成分とするメタクリレート系重合体、メチルメタクリレートおよびスチレンを主成分とするメタクリル−スチレン系共重合体からなるものが用いられる。この時、該粒状物質の平均粒子径は１〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。１μｍよりも小さな粒子径である場合、粒子径が可視光の波長に近すぎることにより、拡散光の波長依存性が強くなりすぎるため色付きの問題が発生する。一方、１０μｍよりも大きい粒子径である場合、光硬化性化合物に混合可能な粒状物質の量が制限されるため、十分な拡散性能を実現できない。
【００２４】
また、上記光硬化性化合物の硬化物と粒状物質との屈折率差は、０．０３以上０．１８以下であることが好ましい。屈折率差が０．０３よりも小さい場合には拡散性能も小さくなるために、所望の拡散性能を得るためには粒状物質混合組成物の膜厚を厚くしなければならず、本発明の目的である薄型化とは相反する。また、屈折率差が０．１８よりも大きい場合には拡散性能の波長依存性が強くなるため、発光に赤や黄色などの色付きが生じやすくなるといった問題が出てくる。【００２５】
粒状物質混合組成物への粒状物質の添加量については特に限定されない。高い拡散特性を必要とする場合には添加量を増やすことが好ましく、逆にそれほど高い拡散特性を必要としない場合には添加量は少なくても構わない。また、本発明の範囲内であれば、異なる性質の粒状物質を混合して使用することも可能である。つまり、有機物質からなる粒状物質と無機物質からなる粒状物質を混合することや、屈折率や平均粒子径の異なる粒状物質を混合することも可能である。【００２６】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。【００２７】
実施例１
光硬化性化合物（ＵＶＸ４３７０、アクリレート系組成物、東亞合成株式会社製）９０重量部、およびポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡ）製の粒状物質（ＴＭ−Ｘ−５、東亞合成株式会社製）１０重量部を混合することで粒状物質混合組成物を調製した。光硬化性化合物の硬化物と粒状物質の屈折率はそれぞれ、１．５６３および１．４９７であり、また粒状物質は直径５．４μｍの真球状であった。【００２８】
次に８０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで厚さ０．１３ｍｍのＰＭＭＡフィルム（テクノロイＳ００１、住友化学工業株式会社製）に、高さ２０μｍ、幅２５μｍ程度の略半球状の複数の凸部形状を形成し光拡散フィルムを作製した。なお、該光拡散フィルムは該凸部形状のネガ型が形成されたニッケルスタンパを用い、該ニッケルスタンパに上述の粒状物質混合組成物を充填した後、該ＰＭＭＡフィルムをラミネートし、該ＰＭＭＡフィルム側からＵＶ照射することで得ることができる。このときの光拡散フィルムにおける粒状物質混合組成物の厚みは１００μｍとした。次に、導光板として９０ｍｍ×７０ｍｍの大きさで厚さ０．８ｍｍのＰＭＭＡキャスト板（パラグラス、株式会社クラレ製）を用い、ＵＶ接着剤（ＵＶＸ４３３２、東亞合成株式会社製）を介して該光拡散フィルムの該凸部形状の頂部と接着した。次に、該導光板の端面のコーナー部に白色ＬＥＤ（ＮＡＣＷ００８、日亜化学工業株式会社製）５灯を配置することで面光源素子を得た。【００２９】
上記のようにして得られた面光源素子の各ＬＥＤに直流電流３０ｍＡを印加し面光源素子を発光させた。色彩輝度計（ＢＭ−７Ａ、トプコン株式会社製）を用いて、該面光源素子の中央部における正面輝度を測定したところ１１５０ｃｄ／ｍ２であった。また、面光源素子を上下および左右にあおる際の、あおり角に対する輝度の変化を測定し面光源素子の出射光の視野角を評価したところ４６、４４度であった。なお、出射光の視野角はピーク輝度に対する半値幅で定義している。【００３０】
実施例２
光硬化性化合物（ＶＮ−２、アクリレート系組成物、東亞合成株式会社製）９０重量部、およびＰＭＭＡ製の粒状物質Ａ（ＴＭ−Ｘ−１、東亞合成株式会社製）２．５重量部、粒状物質Ｂ（ＴＭ−Ｘ−５、東亞合成株式会社製）７．５重量部を混合することで粒状物質混合組成物を調製した。光硬化性化合物の硬化物の屈折率は１．５８１、粒状物質Ａ、Ｂの屈折率はともに１．４９７であり、粒状物質Ａおよび粒状物質Ｂの直径はそれぞれ、２．４μｍおよび５．４μｍの真球状であった。【００３１】
次に８０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで厚さ０．１３ｍｍのＰＭＭＡフィルム（テクノロイＳ００１、住友化学工業株式会社製）に、高さ２０μｍ、幅２５μｍ程度の略半球状の複数の凸部形状を形成し光拡散フィルムを作製した。なお、該光拡散フィルムは該凸部形状のネガ型が形成されたニッケルスタンパを用い、該ニッケルスタンパに上述の粒状物質混合組成物を充填した後、該ＰＭＭＡフィルムをラミネートし、該ＰＭＭＡフィルム側からＵＶ照射することで得ることができる。このときの光拡散フィルムにおける粒状物質混合組成物の厚みは１００μｍとした。次に、導光板として９０ｍｍ×７０ｍｍの大きさで厚さ０．８ｍｍのＰＭＭＡキャスト板（パラグラス、株式会社クラレ製）を用い、ＵＶ接着剤（ＵＶＸ４３３２、東亞合成株式会社製）を介して該光拡散フィルムの該凸部形状の頂部と接着した。次に、該導光板の端面のコーナー部に白色ＬＥＤ（ＮＡＣＷ００８、日亜化学工業株式会社製）５灯を配置することで面光源素子を得た。【００３２】
上記のようにして得られた面光源素子の各ＬＥＤに直流電流３０ｍＡを印加し面光源素子を発光させた。色彩輝度計（ＢＭ−７Ａ、トプコン株式会社製）を用いて、該面光源素子の中央部における正面輝度を測定したところ８００ｃｄ／ｍ２であった。また、面光源素子を上下および左右にあおる際の、あおり角に対する輝度の変化を測定し面光源素子の出射光の視野角を評価したところ５５、５６度であった。【００３３】
比較例１
光拡散フィルムを作製する際に粒状物質混合組成物の代わりに光硬化性化合物（ＵＶＸ４３７０）を用いる以外は実施例１と同様に面光源素子を作製した。【００３４】
得られた面光源素子において、各ＬＥＤに直流電流３０ｍＡを印加し面光源素子を発光させた。色彩輝度計を用いて面光源素子の中央部における正面輝度を測定したところ２３００ｃｄ／ｍ２であった。また、面光源素子を上下および左右にあおる際の、あおり角に対する輝度の変化を測定し面光源素子の出射光の視野角を評価したところ２９、３０度であった。【００３５】
上記実施例１および２で得られた面光源素子の発光を確認したところ、ぎらつきがなく面内均一であることを確認した。さらに、これらの面光源素子上に液晶表示パネルを載せて映像情報を表示したところ、面内の色むらがなく良好な文字および映像を視認することができた。また、観察者が上下左右に移動してもこれらの面光源素子の発光にはほとんど違和感がなかった。【００３６】
一方、比較例１で得られた面光源素子の発光を観察したところ、視野角が非常に狭いだけでなく、面光源素子のぎらつきを確認することができた。また、観察者が面光源素子の正面からわずかに移動しただけで、輝度が大きく低下することがわかった。
【図１】
0004896003.tif 000002
【図２】
0004896003.tif 000003
【図３】
0004896003.tif 000004