JP5049444B2 - 拡散層 - Google Patents
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Description
本発明はライトボックスの分野に関する。より具体的には、本発明は光源を均一化するために基板上に堆積させる拡散層に関する。
【0002】
本発明は前記用途に限定されないが、ライトボックス、特にフラットランプから発せられる光を均一化するために使用される層に関して本発明をより具体的に説明する。フラットランプは特に、液晶スクリーンを照射するためのフラットスクリーンコンピュータ中に特に使用されているバックライト源であり得る。フラットランプは、例えば天井、床または壁に使用される建築用フラットランプであり得る。フラットランプは公共用フラットランプ、例えば公告パネル用ランプまたはランプをディスプレイキャビネットのラックまたは裏面を構成できるランプであり得る。
【0003】
前記したフラットランプは、特に現在公知の自動車の客室用照明の代わりにフラットランプを含む自動車のルーフを製作することも考えられているので、他の分野、例えば自動車業界でも使用し得る。また、自動車のダッシュボードのバックライトを製作することも可能である。
【0004】
「フラットランプ」は、本来実質的にフラットであるが所与の用途のために僅かにカーブしていてもよい2つの基板から構成される構築物に相当するものと理解されるべきである。
【0005】
例えば米国特許第6,034,470号明細書に記載されているようなフラットランプは2枚の実質的にフラットな基板(例えば、ガラスシート)から構成され、この基板上にランプを構成する各種層が堆積されている。例えば、ランプの後部シートである第1ガラスシートの内面には誘電体が被覆されてなる銀電極が堆積されており、他面にはアルミナ層及びリン層が堆積されている。アルミナ層及びリン層は他のガラスシートの内面上に堆積されており、前記アルミナ層がランプから発された光を均一とすることができる反射領域を形成する。酸化チタンのような他の材料は反射層としても機能し得る。
【0006】
しかしながら、発せられる光、特に液晶スクリーンのバックライトから発せられる光の場合は十分に均一でなく、過度に大きなコントラストを有する。前記ランプからの光の均一性を改善するための解決法は既に提案されている。特にガラスシートの前面の処理、例えばサンドブラストによるつや消し、ガラス表面の熱パターン化、またはガラスの厚さ全体の乳白色化が提案されているが、これらの処理は十分ではなく、多くの場合非常に高価である。均一性の観点から満足な方法はガラスシートの前面をプラスチック、例えばつや消しポリカーボネートまたはアクリルポリマーで被覆することである。しかしながら、この方法は複数のプラスチックコーティング層を必要とし、全体の厚さが5mm以上となるという欠点を有する。このコーティングの厚さがスクリーンを構成する他の部品に加わると、ランプの全厚さがかなり厚くなる。このことは、スクリーンの全体サイズを薄くしようとする現在のトレンドに逆行する。厚くなるとランプの輝度も低下する。前記ランプの別の欠点は、ブラスチックコーティングがランプの製作、特に電極を堆積させるステップ及びガラスシートの周囲をシールするステップを実施するときに必要な高温に耐えられないことである。
【0007】
本発明者らは、上記した従来方法と少なくとも同等であるが該方法の欠点、特に全体サイズ及び輝度の低下という欠点のないフラットランプより発せられる光を均一化する手段を検討してきた。
【0008】
上記目的は、本発明により、結合剤中の凝集粒子からなる拡散層であって、前記粒子は0.3〜2ミクロンの平均直径を有し、前記結合剤は10〜40容量%を占め、前記粒子は0.5〜20ミクロン(好ましくは、5ミクロン未満)の大きさを有する凝集物を形成し、前記層が40%以上(好ましくは、50%以上)のコントラスト減衰率(contrast attenuation)を有する前記拡散層により達成された。
【0009】
コントラスト減衰率は、テストパターンのコントラストを調べることにより測定される。幅8mmの黒線を8mm間隔で引いた透明なテストパターンをライトテーブルの上に載せる。調べようとする拡散層の上面をテストパターンから3mm離して置き、画像をカメラで撮影し、分析する。コントラスト減衰率cは下記式により定義される:
c=1−(C/C0)
ここで、CはLの平均値に対するLの標準偏差に等しく、C0はL0の平均値に対するL0の標準偏差であり、L0は拡散層なしのテストパターンの画像であり、Lは拡散層を存在させたときのテストパターンの画像である。
【0010】
拡散層は上記したプラスチック層の代わりに使用され得る。こうすると、所与のランプからの光の均一性が同等の場合厚さをかなり薄くできる。
【0011】
本発明の好ましい実施態様によれば、拡散層は45%以上、好ましくは60%以上の光透過率TLを有する。光透過率はイルミナントD65の下で測定したものである。
【0012】
本発明の有利な実施態様によれば、粒子は半透明粒子であり、酸化物、窒化物または炭化物の粒子のような無機粒子が好ましい。
【0013】
好ましくは、粒子は酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン及び酸化セリウム、または前記酸化物の少なくとも2つの混合物から選択される。
【0014】
前記粒子は当業者に公知の方法、特に沈降または熱分解により得ることができる。本発明によれば、粒子の少なくとも50%が平均直径との差が50%未満であるような粒径分布を有する。
【0015】
本発明の有利な実施態様によれば、ランプの組み立て中、特にランプをシールする前に層を作成する場合には結合剤はランプの操作温度及び/またはシール温度に耐えるのに十分な耐熱性を有している。この点に関して、拡散層が約300℃以上の高温に対して耐えなければならないときには無機結合剤が特に有利であることが分かる。
【0016】
拡散層が外側に位置しているときには、例えば特にフラットスクリーンを載置したときにランプに対して実施されるすべての取り扱い操作をダメージを与えることなく行うのに十分な摩耗耐性を有するように結合剤を選択することも有利である。
【0017】
諸要件に応じて、選択される結合剤は、例えば耐熱性の層を得たいときには無機結合剤、または特に層の作成を単純化するためには有機結合剤であり得る。後者の場合、例えば冷却したときに架橋が簡単に起こり得る。耐熱性を有する無機結合剤を選択すると、特にかなりの熱を発生する蛍光管等の原因で層が劣化する危険性を生ずることなく大きなフラットランプを製作することができる。従来方法では、プラスチックフィルムの熱劣化が起こり、そのため大きなフラットランプを製作することが非常に困難となっていた。
【0018】
有利には、結合剤は粒子とは異なる屈折率を有し、その差は好ましくは少なくとも0.1である。粒子の屈折率は有利には1.7以上、結合剤の屈折率は好ましくは1.6未満である。
【0019】
本発明の好ましい実施態様によれば、結合剤はケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム及びリン酸アルミニウムのような無機結合剤、及びポリビニルアルコール、熱硬化性樹脂及びアクリルポリマーのような有機結合剤から選択される。無機結合剤が特に好ましい。
【0020】
所望サイズの凝集物を形成するために、本発明では結合剤中に粒子をランダムに分布させる少なくとも1つの添加剤を添加することが有利である。好ましくは、分散剤は酸、塩基、二価イオン及び低分子量(好ましくは、50000g/モル未満)のイオン性ポリマーから選択される。
【0021】
大規模に均質な層を作成するために他の添加剤、例えばノニオン性、アニオン性またはカチオン性界面活性剤のような湿潤剤を添加することもできる。また、セルロースエーテルのようなレオロジー調節剤を添加することもできる。
【0022】
前記した層は1〜20ミクロンの厚さで堆積され得る。層の堆積方法は当業者に公知の何れの方法でもよく、例えばスクリーン印刷、ペイントのコーティング、ディップコーティグ、スピンコーティング、フローコーティング、噴霧等により堆積され得る。
【0023】
2ミクロン以上の厚さの層を堆積させたいときには、スクリーン印刷により堆積させることが有利である。
【0024】
層の厚さが4ミクロン未満の場合には、フローコーティングまたは噴霧により堆積させることが好ましい。
【0025】
また、本発明では、表面の被覆面積に応じて異なる厚さを有する層を作成する。この実施態様によれば、光源の固有不均一性を補正することができる。例えば、長さに沿った蛍光管の照度の変化を補正することができる。別の実施態様によれば、被覆密度が堆積表面上の場所によって異なるが、光源の固有非均一性を補正する効果は実質的に同一である層が作成される。これは、例えばスポットの密度が完全被覆領域から分散スポットの領域まで段階的にまたはその他の方法で異なるようにスクリーン印刷により堆積させた層であり得る。
【0026】
本発明によれば、拡散層を用途によって平面または非平面な形態を有する透明または半透明基板上に堆積させ得る。本発明で意図する用途は特にフラットランプ、例えば液晶スクリーンの照射、建築用イルミネーションまたは他の公共イルミネーションのために使用されるフラットランプである。
【0027】
フラットランプの場合、該ランプの前面を構成するガラスシート上に拡散層を堆積させることが好ましい。
【0028】
第1実施態様によれば、ランプの内側にあるガラスシートの前面上に拡散層を堆積させる。この実施態様によれば、拡散層をランプの製作中にガラスシート上に堆積させなければならない。この実施態様によれば、拡散層はランプを製作するのに必要な各種熱処理、特に電極の作成に相当する堆積操作を実施するため及びフラットランプの構造物を形成する2枚のガラスシートの周囲をシールするために必要な必要な各種熱処理に耐えるのに十分な耐熱性を有していなければならない。従って、本発明の拡散層は有利には無機結合剤を用いて作成される。
【0029】
上記した第1実施態様の1つの変形例によれば、本発明の拡散層をガラス上に直接堆積させ得る。また、第2実施態様によれば、既にガラス上に堆積させた層上に拡散層を堆積させ得る。特に2枚のガラス間に一定のスペースを維持するためにスペーサーを必要とするならば、本発明では本発明の拡散層によりスペーサーの接着が妨げられないようにスペーサー用の位置に相当するフリースペースを残して拡散層を堆積させることが有利である。前記したフリースペースは、拡散層を堆積するためスクリーン印刷法の使用を選択することにより容易に得ることができる。
【0030】
第2実施態様によれば、拡散層をランプの外側のガラスシートの面上に堆積させる。この実施態様によれば、本発明の拡散層が高い機械的強度特性、より具体的には耐摩耗性を有するように選択することが有利である。この場合、有利には拡散層を15%以上、好ましくは20%以上の量の無機または有機結合剤を用いて作成する。
【0031】
フラットランプの製作における拡散層の使用に関する本発明の別の実施態様によれば、前記拡散層をフラットランプの構造物を形成するガラスシートとは別に透明または半透明な基板上に堆積させる。この実施態様は、フラットランプの前面からある距離離して保持されているガラス基板上に拡散層を堆積することを含む。この実施態様によれば、物理の原理に従って拡散層の拡散効果を更に高め得る。このことは、前記構造物の容積または全体サイズは従来公知のものと等しくなるが、拡散に関して良好な性能を呈するという事実により相殺される。
【0032】
本発明では、基板がフラットランプの構造物を形成するガラスシートの1つであるかまたは独立の基板であるかに関係なく、基板の各側上に拡散層を堆積することが有利である。
【0033】
従って、本発明の拡散層によりフラットランプ、例えば液晶スクリーンを照射するためのフラットランプを製作することができる。従来公知の方法と比べて、本発明の拡散層によるとコントラスト減衰に関する性能が同等の場合前記ランプの全体サイズを小さくすることができる。
【0034】
拡散層の代替使用により、全体サイズが従来技術のフラットランプと等しい場合フラットランプから発する光のコントラスト減衰に関する性能を改善することができる。
【0035】
更なる詳細及び有利な効果は下記する実施例の記載から明らかとなるであろう。
【0036】
例1は、液晶スクリーンを照射するためのフラットランプの前面上に堆積させる本発明の層に関する。
【0037】
下記混合物を調製した。1ミクロンの平均直径を有するアルミナ粒子(15g)を脱イオン水(65.5g)に入れ、ここに分散誘導剤として50%ポリアクリル酸(0.4g)及び湿潤剤としてUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されているオクチルフェノールエトキシレート(0.3g)を添加した。
【0038】
こうして調製した溶液をタービンにおいて2分間混合した。
【0039】
次いで、20%ポリビニルアルコール水溶液(19g)を添加し、こうして形成された混合物を再びタービンに5分間通した。
【0040】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が1.5ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0041】
例2は、本発明に従って4ミクロンの厚さを有する乾燥層を形成するように実施例1の混合物をガラスシート上に堆積させて作成した層である。
【0042】
例3は、本発明に従って1ミクロンの厚さを有する乾燥層を形成するように実施例1の混合物をガラスシート上に堆積させて作成した層である。
【0043】
例4は、下記混合物から作成した本発明の層である。
【0044】
1ミクロンの平均直径を有するアルミナ粒子(15g)を脱イオン水(65.5g)に入れ、ここに分散誘導剤として50%ポリアクリル酸(0.4g)及び湿潤剤としてUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されているオクチルフェノールエトキシレート(0.3g)を添加した。
【0045】
こうして調製した溶液をタービンにおいて2分間混合した。
【0046】
次いで、20%ポリビニルアルコール水溶液(32g)を添加し、こうして形成された混合物をタービンに5分間通した。
【0047】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が4ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0048】
例5は、下記混合物から作成した本発明の層である。
【0049】
1ミクロンの平均直径を有するアルミナ粒子(15g)を脱イオン水(65.5g)に入れ、ここに分散誘導剤として50%ポリアクリル酸(0.4g)及び湿潤剤としてUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されているオクチルフェノールエトキシレート(0.3g)を添加した。
【0050】
こうして調製した溶液をタービンにおいて2分間混合した。
【0051】
次いで、20%ポリビニルアルコール水溶液(50g)を添加し、こうして形成された混合物をタービンに5分間通した。
【0052】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が4ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0053】
例6は、本発明に従って無機結合剤を含む下記混合物から作成した層である。
【0054】
1ミクロンの平均直径を有するアルミナ粒子(15g)を脱イオン水(72g)に入れ、ここに分散誘導剤として50%ポリアクリル酸(0.4g)を添加した。次いで、pHが10になるまで水酸化ナトリウムを添加し、混合物をタービンにおいて2分間均質化した。
【0055】
次いで、結合剤として25%ケイ酸リチウム水溶液(12.7g)及び湿潤剤としてUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されているオクチルフェノールエトキシレート(0.3g)を添加した。
【0056】
こうして調製した溶液を再びタービンに5分間通した。
【0057】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が2ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0058】
例7及び8は、上記した従来方法を使用した比較例である。ここでは、フラットランプの前面の前に配置する拡散素子としてつや消しプラスチックフィルムを使用している。
【0059】
例7では、1mmの厚さを有するプラスチックフィルムを用いた。
【0060】
例8では、全厚が2mmとなるように例7と同じプラスチックフィルムを2枚重層させた。
【0061】
例9は、本発明に従って下記混合物から作成した層である。
【0062】
50重量%のポリアクリル酸の水性懸濁液(4g)及び水酸化ナトリウム(NaOH)を脱イオン水(549g)中にpHが9となるまで添加した。次いで、この混合物に(NortonからSLURRY 9839の商品名で販売されている)1ミクロンの平均直径を有するジルコニア粒子を52重量%含有する水性懸濁液(288g)を添加した。こうして調製した混合物をタービンに10分間通した。次いで、結合剤として(GraceからLUDOXの商品名で販売されている)20重量%のポリケイ酸リチウムの水性懸濁液(158g)及び湿潤剤としてUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されているオクチルフェノールエトキシレート(1g)を添加した。
【0063】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が2ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0064】
例10は、本発明に従って下記混合物から作成した層である。
【0065】
50重量%のポリアクリル酸の水性懸濁液(4g)及び水酸化ナトリウム(NaOH)を脱イオン水(687g)中にpHが9となるまで添加した。次いで、この混合物に1ミクロンの平均直径を有するアルミナ粒子(150g)を添加した。こうして調製した混合物をタービンに10分間通した。次いで、結合剤として(GraceからLUDOXの商品名で販売されている)20重量%のポリケイ酸リチウムを含有する水性懸濁液(158g)及びUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されている湿潤剤(1g)を添加した。
【0066】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が2.5ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0067】
例11は、粒子サイズが小さい下記混合物を用いた比較例である。
【0068】
50重量%のポリアクリル酸の水性懸濁液(4g)及び水酸化ナトリウム(NaOH)を脱イオン水(87g)中にpHが9となるまで添加した。次いで、この混合物に0.2ミクロンの平均直径を有するアルミナ粒子を20重量%含有する水性懸濁液(750g)を添加した。こうして調製した混合物をタービンに10分間通した。次いで、(GraceからLUDOXの商品名で販売されている)20重量%のポリケイ酸リチウムを含有する水性懸濁液(158g)及びUnion CarbideからTRITON X−100の商品名で販売されている湿潤剤(1g)を添加した。
【0069】
次いで、この混合物を乾燥したときの層が2ミクロンの厚さを有するような量ガラスシート上にフローコーティング法により堆積させて、拡散層を作成した。
【0070】
ガラスシート上に堆積させた例1〜11の拡散層のコントラスト減衰率を上記方法に従って測定した。
【0071】
例1〜11の拡散層についてイルミナントD65下での光透過率を測定した。
【0072】
例3及び9〜11の拡散層について指の爪による耐引掻耐性を肉眼で調べた。表面を指の爪で引っ掻いた後に層がガラスシートから剥離しなかったときには耐引掻耐性は良好と判定し、層が剥離してガラスが見えたときには耐引掻耐性は不良と判定した。
【0073】
拡散層を450℃に1時間曝した後に耐熱性を測定した。層を肉眼で調べたときに少なくとも部分的に劣化していたときに耐熱性は“−”と示す。逆に、層が元の外観を維持しているときには耐熱性は“+”と示す。
【0074】
得られた結果を下表に示す。
【0075】
【表1】
【0076】
得られた結果は、同一の全体サイズ及び同等の光透過率の場合、本発明の拡散層は公知の方法に比べて優れたコントラスト減衰率を呈し、光(例えば、液晶スクリーン用フラットランプの光)の均一性を示す。
【0077】
上記結果から、同一の全体サイズ及び同等のコントラスト減衰率の場合、本発明の拡散層は従来技術で得られるよりも高い光透過率を示すことも分かる。
【0078】
上記した結果から、同等のコントラスト減衰率及び同等の光透過率の場合、本発明の拡散層により従来のものよりも全体サイズが小さいフラットランプ等を製作することができることが推察され得る。
【0079】
無機結合剤を用いて作成した層はより優れた耐引掻耐性及び耐熱性を有することに注目すべきである。
Claims (13)
- 無機結合剤中の凝集無機粒子からなる拡散層であって、前記無機粒子が0.3〜2ミクロンの平均直径を有し、前記無機結合剤が10〜40容量%を占め、前記無機粒子が0.5〜20ミクロンの大きさを有する凝集物を形成し、前記層が40%超のコントラスト減衰率を有することを特徴とする前記拡散層。
- 45%超の光透過率TLを有することを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の拡散層。
- 60%超の光透過率T L を有することを特徴とする、請求の範囲第2項に記載の拡散層。
- 前記無機粒子が、酸化物、窒化物および炭化物粒子から選択される半透明粒子であることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の拡散層。
- 前記無機粒子が酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、または前記酸化物を少なくとも2つ含む混合物であることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の拡散層。
- 酸、塩基、2価イオンおよび低分子量イオン性ポリマーから選択される分散剤を含むことを特徴とする、請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項に記載の拡散層。
- 1〜20ミクロンの厚さを有することを特徴とする、請求の範囲第1項〜第6項のいずれか1項に記載の拡散層。
- 前記無機結合剤が、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム及びリン酸アルミニウムから選択されることを特徴とする、請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載の拡散層。
- 複数のガラスシートから形成されるフラットランプ中の拡散フラット基板を作製するための、請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の拡散層の使用であって、
前記複数のガラスシートのうちの少なくともひとつが、前記拡散層がその上に堆積された拡散基板である
ことを特徴とする、使用。 - 前記拡散層が、前記拡散フラット基板の両側に堆積されることを特徴とする、請求の範囲第9項に記載の拡散層の使用。
- 前記拡散層が、スクリーン印刷、ペイントを用いるコーティング、ディップコーティング、スピンコーティング、フローコーティング、および噴霧からなる群から選択される堆積方法を用いて堆積させることを特徴とする、請求の範囲第9項または第10項に記載の拡散層の使用。
- 前記拡散層の厚さ及び/または被覆密度が、堆積面に亙って均一でないことを特徴とする、請求の範囲第9項〜第11項のいずれか1項に記載の拡散層の使用。
- 前記無機粒子が、5ミクロン未満の大きさを有する凝集物を形成することを特徴とする、請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の拡散層。
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