JP2005128140A - 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の消費電力を上げることなく、光源が発する光を有効に利用するための光学シートを提供する。また、特に、液晶表示装置のバックライトユニットの消費電力を上げることなく、液晶表示装置の輝度を向上させることができるバックライトユニット用光学シート及びこれを用いたバックライトユニットを提供する。
【解決手段】 紫外線を吸収することにより燐光を発する有機化合物を含有し、光源が発する紫外光を可視光に変換するための光学シートであって、前記有機化合物が前記光学シートのバインダー樹脂とは相溶しない樹脂によりカプセル化されていることを特徴とする光学シートを用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、光源が発する紫外光を可視光に変換するための光学シートに関し、特に、液晶表示装置のバックライトユニットに組み込まれる光学シート及びこれを用いたバックライトユニットに関するものである。

光学シートとしては、ホログラムシート、偏光シート、光反射防止シート、光反射シート、光一部反射一部透過シート、回折格子シート、干渉フィルタシート、色フィルタシート、光波長変換シート、光拡散シート等がある。液晶表示装置のバックライトユニットに組み込まれる光学シートとしては、導光板、光拡散シート又はプリズムシート等がある。

液晶表示装置においては、液晶層を背面から照らして発光させるバックライト方式が普及しており、そのようなバックライト方式においては、液晶層の下面側にバックライトユニットが装備されている。バックライトユニットの概略図を図２に示す。一般的には、バックライトユニット１０は、冷陰極管やＬＥＤ等の光源１１と、導光板１３、光拡散シート１４、及びプリズムシート１５等の複数枚の光学シート１２を有している。

バックライトユニット１０の側面に設けられている光源１１より導光板１３に入射した光線は、導光板の底面に配設されているマイクロドットあるいは導光板の底面や側面に配設されている反射シート（図示されず）で反射され、導光板１３の表面から出射される。導光板１３から出射された光線は光拡散シート１４に入射し、拡散し、光拡散シート１４表面より出射される。その後、光拡散シート１４から出射された光線は、プリズムシート１５に入射し、プリズムシート１５の表面に形成されたプリズム部１５ａによって、略真上方向に出射される。

バックライトユニット１０としては、更に、集光性を向上させるために、複数のプリズムシート１５及び光拡散シート１４を設けたものもある。

ところで、静止画像や動画像を鮮明に表示するためには、液晶表示装置の輝度を向上させる必要がある。そのための手段としては、光源１１の光量を向上させること、光拡散シート１４やプリズムシート１５の種々の光学的性質を改善すること等がある。しかしながら、液晶表示装置が使用される携帯電話やノートパソコン等の携帯電子機器は、長時間の使用を可能とするために消費電力に限りがあり、光源１１から発せられる光量を増加させるには限界がある。

バックライトユニットの消費電力を上げることなく液晶表示装置の輝度を向上させる手段としては、光拡散シートの樹脂層に蛍光染料を添加すること（例えば、特許文献１参照）、バックライトユニットに装備される光学シートに可視波長以外の光線を可視光線に変換するための蛍光活性イオンを含有すること（例えば、特許文献２参照）等、種々の提案が為されている。しかしながら、これらの技術によっても現在要求されているレベルまで、液晶表示装置の輝度を十分に向上させることは達成できていない。
特許第２６９８８９８号公報 特開２００１−２１８８５号公報

したがって、本発明の目的は、光源の消費電力を上げることなく、光源が発する光を有効に利用するための光学シートを提供するものである。また、特に、本発明の目的は、液晶表示装置のバックライトユニットの消費電力を上げることなく、液晶表示装置の輝度を向上させることができるバックライトユニット用光学シート及びこれを用いたバックライトユニットを提供するものである。

本発明者らは鋭意検討した結果、光源から発せられる光線中に含まれる紫外線を励起三重項状態から燐光発光する物質に吸収させて可視光線として放出させることにより、可視域の光量を増加させることができること、及び燐光発光する物質を樹脂でカプセル化することでより効率良く可視光への波長変換が行われることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、紫外線を吸収することにより燐光を発する有機化合物を含有し、光源が発する紫外光を可視光に変換するための光学シートであって、前記有機化合物が前記光学シートのバインダー樹脂とは相溶しない樹脂によりカプセル化されていることを特徴とする光学シートを提供するものである。

本発明の光学シートを、例えば、液晶表示装置のバックライトユニットに使用した場合、光源から発せられる光線中に含まれる紫外線を高効率で可視光線に変換することができ、その結果、光源の光量を上げなくても、紫外線から変換された可視光線の光量分だけ液晶表示装置の輝度を向上させることができる。従って、液晶表示装置の輝度向上のために消費電力を上げる必要はなく、当該バックライトユニットを用いた携帯電話やノートパソコン等の携帯電子機器を長時間使用すること、及び静止画像、動画像をより鮮明に表示することが可能となる。

本発明の光学シートを使用すると、光源が発する光線中に含まれる紫外線を効率よく可視光に変換することができ、光源の消費電力を上げなくとも高輝度の表示をすることが可能となる。したがって、液晶表示素子のバックライトユニットに本発明の光学シートを用いた場合、冷陰極管やＬＥＤ等の光源から発せられる光線中に含まれる紫外線を可視光線に変換でき、変換した可視光線の光量だけ液晶表示装置の輝度を向上させることができる。従って、静止画像や動画像のより鮮明な表示が可能になる。また、本発明の光学シート中には、燐光を発する有機化合物をカプセル化した樹脂粒子が分散しているため、光を均一に散乱させる機能がある。したがって、本発明の光学シートは光拡散シートとして適した性能を有する。

本発明で使用する紫外線を吸収することにより燐光を発する有機化合物としては、励起三重項状態から基底一重項状態に電子が遷移する時に発光する物質であり、具体的な例としては遷移金属錯体、ベンゾフェノン、４−メチル−安息香酸、ジベンゾチオフェン等を例示することができる。また、遷移金属錯体に使用される遷移金属としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等を例示することができる。遷移金属錯体に使用される配位子としては、例えば、アセチルアセトナート、２，２‘−ビピリジン、４，４’−ジメチル−２，２‘−ビピリジン、１，１０−フェナントロリン、２−フェニルピリジン、ポルフィリン、フタロシアニン等を例示することができる。これらの配位子は、一つの錯体について一種類または複数の種類が配位されていてもよい。

上記の中でも、本発明で使用する紫外線を吸収することにより燐光を発する有機化合物としては、白金又はイリジウムの錯体であることが好ましい。更に、下記式(I)、式(II)、式(III)、式(IV)、式(V)、又は式(VI)で表される化合物であることがより好ましい。特に、式(II)、式(V)、又は式(VI)で表される化合物であることが好ましい。

また、変換された可視光線はバックライトユニット等に使用する場合、白色光であることが望ましい。上記の化合物の発光色はそれぞれ以下の通りである。
式(I)の化合物；緑色
式(II)の化合物；緑色
式(III)の化合物；赤色
式(IV)の化合物；黄色
式(V)の化合物；赤色
式(VI)の化合物；青緑色
本発明の光学シートでは、式(V)の化合物と式(VI)の化合物を適当量混合すると紫外光を波長変換した可視光の色が白色光となるので好ましい。

本発明の光学シートでは、紫外線を吸収することにより燐光を発する有機化合物が無輻射遷移を引き起こし、燐光発光の効率が低下することを防止するため、光学シートのバインダー樹脂とは相溶しない樹脂により燐光を発する有機化合物をカプセル化している。励起三重項状態が失活して無輻射遷移を起こす原因の一つとして、燐光発光する物質の媒体中の濃度を増すときに起きる濃度消光と呼ばれる励起子間の相互作用がある。また、励起三重項状態が失活して無輻射遷移を起こす原因の他の一つとして、酸素の介在がある。本発明では、上記の方法を採ることで、濃度消光、あるいは酸素の介在による無輻射遷移を抑えることが可能となっている。本発明で使用する燐光を発する有機化合物のカプセル化粒子（以下、カプセル化樹脂粒子という）を製造するの形状は球形であることが好ましい。そのような形状にすることにより、本発明の光学シートの光散乱性が向上し、光拡散シートとして用いた場合の性能が良好となる。

燐光を発する有機化合物をカプセル化する樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。燐光を発する有機化合物のカプセル化樹脂粒子は透過する光量を多くするために透明とすることが好ましく、特に無色透明とすることが好ましい。また、上記の樹脂の中でも、カプセル化樹脂粒子内部に励起三重項状態から燐光発光する物質を封じ込めるために、酸素透過性が無く、疎水性の樹脂を使用することが好ましい。

本発明で使用する燐光を発する有機化合物をカプセル化する樹脂としては、光学シートのバインダー樹脂と相溶しない樹脂であることが必要であり、光学シートのバインダー樹脂の種類に応じて選択する必要がある。この場合、光学シートのバインダー樹脂とカプセル化するための樹脂とは、異なる種類の樹脂であることが望ましいが、同種の樹脂を用いる場合には、例えば、どちらかが直鎖構造の樹脂であり、もう一方が架橋構造の樹脂であるといったように構造の異なる樹脂の組み合わせを選択することが好ましい。

燐光発光する物質を樹脂内部に封じ込める方法としては、樹脂と燐光発光する物質を混練して粉砕する方法、樹脂溶液に燐光発光する物質を分散混合した後スプレードライ等で乾燥造粒する方法、モノマー中に燐光発光する物質を添加し、媒体中に乳化、分散或いは溶解して重合させることにより樹脂粒子を形成する、乳化重合法、縣濁重合法、分散重合法或いは沈殿重合法等様々な従来公知の方法が適用できる。本発明では、上記の製造方法の中でも、乳化重合法を用いてアクリル樹脂、又はポリスチレン樹脂によりカプセル化したカプセル化樹脂粒子を製造するのが好ましい。この場合、アクリルモノマー、又はスチレン系モノマー中に燐光を発する有機化合物を分散させ、公知の乳化重合法により燐光を発する有機化合物のカプセル化樹脂粒子を製造する。乳化重合法によれば、球形で微小なカプセル化樹脂粒子を得ることができる。本発明で使用するカプセル化樹脂粒子の粒子径は０．５μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。

本発明の光学シートに使用するバインダー樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、又は紫外線硬化型樹脂のような電離放射線硬化型樹脂等が挙げられる。また、バインダー樹脂中には、前記の樹脂の他、例えば可塑剤、安定化剤、分散剤等が配合されていてもよい。バインダー樹脂は光線を透過させるため透明であることが好ましく、特に無色透明が好ましい。カプセル化樹脂粒子が分散した本発明の光学シートを製造する方法としては、例えば、バインダー樹脂の樹脂溶液中にカプセル化樹脂粒子を分散させ、それを薄膜状に塗工後、乾燥する方法、バインダー樹脂とカプセル化樹脂粒子を混合し、溶融混練後、薄膜状に圧延する方法、等がある。

以下に本発明の光学シートを液晶表示素子のバックライトユニットの光拡散シートに使用する場合の例を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るバックライトユニット用光拡散シートを示す模式的断面図である。

図１は光拡散シートであり、透過する光線を均一に拡散させる光学的性質を有する。この光拡散シート１は、具体的には、基材層２と、この基材層２の表側に積層された光拡散層３と、基材層２の裏面に積層されたスティッキング防止層４とから構成されている。

基材層２は、光線を透過させる必要があるので透明、特に無色透明の合成樹脂から形成されている。かかる基材層２に用いられる合成樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテート、耐候性塩化ビニル等が挙げられる。

光拡散層３は、バインダー樹脂５とバインダー樹脂５中に分散する樹脂ビーズ６とから構成されている。このように樹脂ビーズ６を分散させることにより、光拡散層３を透過する光線を均一に拡散させることができる。また、樹脂ビーズ６の上端がバインダー樹脂５から突出したものやバインダー樹脂５に埋設させるものを設けることで、光線をより良く拡散させることができる。

バインダー樹脂５に用いられる樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、又は紫外線硬化型樹脂のような電離放射線硬化型樹脂等が挙げられる。また、バインダー樹脂５には、前記の樹脂の他、例えば可塑剤、安定化剤、分散剤等が配合されてもよい。バインダー樹脂は光線を透過させる必要があるので透明とされており、特に無色透明が好ましい。また、酸素透過性が無く、疎水性のものが好ましい。

スティッキング防止層４は、バインダー樹脂７とこのバインダー樹脂７中に分散する樹脂ビーズ８とから構成されている。バインダー樹脂７及び樹脂ビーズ８の材質は、光拡散層３に用いられているものと同様であってもかまわない。なお、当該スティッキング防止層４は導光板（図２参照）とのスティッキングの防止を目的としているため、樹脂ビーズ８の配合量は比較的少なく、そのため、樹脂ビーズは互いに離間してバインダー樹脂７中に分散している。

光拡散シート１の樹脂ビーズ６又は樹脂ビーズ８、あるいはその両方を前記の燐光発光する有機化合物をカプセル化した樹脂粒子（カプセル化樹脂粒子）とすることで、紫外線を可視光線に変換する波長変換機能が光拡散シート１に発現する。そのため、当該光拡散シート１をバックライトユニットの光拡散シートとして用いることで、液晶面に送られる可視光線の光量を増すことができ、その結果、電力消費量を上げることなしに液晶表示装置の輝度を向上させることができる。

本発明の光学シートは、上記のように光拡散シートに用いるのみでなく、図２に示される導光板１３やプリズムシート１５に使用しても良い。また、本発明の光学シートは、液晶表示装置のバックライトユニットに組み込まれる光学シートとしての用途のみに限定されるものではなく、例えば、ホログラムシート、偏光シート、光反射防止シート、光反射シート、光一部反射一部透過シート、回折格子シート、干渉フィルタシート、色フィルタシート、光波長変換シート、光拡散シート等の用途に使用することができる。

（実施例１）
（カプセル化樹脂粒子の製造方法）
攪拌機、不活性ガス導入管、還流冷却器及び温度計を備えたフラスコに、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルスルフォアンモニウム（第一工業製薬社製ハイテノールＮ−０８）０．５質量部を溶解した脱イオン水９００質量部を仕込んだ。そこへ予め調製しておいたメタクリル酸メチル８５質量部、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン１０質量部及びＩｒ錯体２種類の混合物５質量部（前記式(VI)の化合物４．９質量部及び前記式(V)の化合物０．１質量部）を配合した混合物を仕込み、攪拌機によって３０００ｒｐｍで撹拌して均一な縣濁液とした。

次いで、不活性ガス導入管から窒素ガスを吹き込みながら７５℃に加熱し、この温度で５時間重合反応を行った後冷却した。この縣濁液を濾過、洗浄した後乾燥して平均粒径５μｍのＩｒ錯体を含有するカプセル化樹脂粒子を得た。このＩｒ錯体を含有するカプセル化樹脂粒子を用いて、下記のような方法で光拡散シートを作成した。

厚さ１００μｍのポリエステルフィルム（東レ社製ルミラーＴ６０）の表面に、樹脂としてアクリルポリオール（大日本インキ化学工業社製アクリディックＡ−８０７）を、カプセル化樹脂粒子として前記のＩｒ錯体を含有するカプセル化樹脂粒子を使用し、樹脂１００質量部に対してカプセル化樹脂粒子１５０質量部を分散した乾燥膜厚１５μｍの光拡散層を作成した。次に、前記したポリエステルフィルムの裏面に、前記した樹脂１００質量部に対してシリカ（日本化学工業社製ニッブシールＥ−２２０Ａ）１０質量部を分散した乾燥膜厚２μｍのスティッキング防止層を作成して、スティッキング防止層付きの光拡散シートを作成した。
（実施例２）
実施例１において、Ｉｒ錯体として前記式(II)の化合物５質量部を使用した以外は実施例１と同じ方法でスティッキング防止層付きの光拡散シートを作成した。

（比較例１）
実施例１におけるカプセル化樹脂粒子の替わりに、樹脂ビーズとして市販のポリメチル
メタクリレート粒子（積水化成品工業社製テクポリマーＭＢＸ−５）を使用し、光拡散層に蛍光染料（日本化学工業社製ニッカフローＯＢ）を１質量部含有させた以外は実施例１と同じ方法でスティッキング防止層付きの光拡散シートを作成した。
（比較例２）
実施例１におけるカプセル化樹脂粒子の替わりに、樹脂ビーズとして市販のポリメチルメタクリレート粒子（積水化成品工業社製テクポリマーＭＢＸ−５）を使用した以外は実施例１と同じ方法でスティッキング防止層付きの光拡散シートを作成した。
得られた４種類の光拡散シートをバックライトユニットに組み込んで、バックライトユニット上面から明るさを目視で判定した。
実施例１：○（良好）
実施例２：○（良好）
比較例１：△（やや劣る）
比較例２：×（劣る）

本発明の一実施形態に係るバックライトユニット用光拡散シートを示す模式的断面図である。 一般的なバックライトユニットを示す模式的斜視図である。

符号の説明

１ 光拡散シート
２ 基材層
３ 光拡散層
４ スティッキング防止層
５ 樹脂バインダー
６ 樹脂ビーズ（カプセル化樹脂粒子）
７ 樹脂バインダー
８ 樹脂ビーズ（カプセル化樹脂粒子）
１０ バックライトユニット
１１ 光源
１２ 光学シート
１３ 導光板
１４ 光拡散シート
１５ プリズムシート
１５ａ プリズム部

Claims (6)

1. 紫外線を吸収することにより燐光を発する有機化合物を含有し、光源が発する紫外光を可視光に変換するための光学シートであって、前記有機化合物が前記光学シートのバインダー樹脂とは相溶しない樹脂によりカプセル化されていることを特徴とする光学シート。
2. 前記燐光を発する有機化合物が、白金又はイリジウムの錯体である請求項１記載の光学シート。
3. 前記燐光を発する有機化合物が、式(I)、
   

   

   式(II)、
   

   

   式(III)、
   

   

   式(IV)、
   

   

   式(V)、
   

   

   又は式(VI)
   

   

   で表される化合物である請求項１記載の光学シート。
4. 液晶表示装置のバックライトユニットに用いる請求項１、２又は３のいずれかに記載された光学シート。
5. 請求項１、２又は３のいずれかに記載された光学シートを用いることを特徴とする液晶表示装置のバックライトユニット用光拡散シート。
6. 請求項１、２又は３のいずれかに記載された光学シートを用いたことを特徴とする液晶表示装置用のバックライトユニット。
   

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