JPH0728057A - 導光板用複層反射層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導光板の照光効率を低下させる導光板と反射
層の界面の微小空気塊の生成を防ぎ、顔料含有量の多い
反射層との付着性を改善し、導光板の照光効率を上昇さ
せる。 【構成】導光板の反射層が、導光板材料の屈折率と大差
ない屈折率を持ちかつ柔軟性の、あるいは加熱時に柔軟
化する透明中間層と、反射層とからなる複層構造で、導
光板に押圧され、空気塊を排除しながら成層される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイ装置や
電飾看板のバックライトに使用される導光板の反射層の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】導光板の反射層は、１）導光板の裏面に
白色顔料あるいはガラスビーズを含むインキを一様にあ
るいはパターン状にシルク印刷する方法、２）導光板の
裏面にサンドマットをする方法、３）導光板の裏面に微
小なプリズムを彫刻または注型により作る方法などが提
案されている。２）のサンドマット法は印刷法にくらべ
導光板の法線方向への反射効率（以下有効反射効率と言
う）の高い反射面を作成できるが、照光面の光強度分布
を均一化するのに不可欠な反射部位のパターン化がしに
くく、サンドブラスト後の導光板からのブラスト材の洗
浄分離に多額の費用がかかり、かつ粗面の強度が弱く面
状照光板の組立作業時に粗面部位に傷が付き易く実用に
供されていないし、３）の微少プリズムを作成する方法
は光強度分布の設計が自由に出来、印刷法にくらべ有効
反射効率の高い導光板が得られるものの、彫刻作業や注
型用型の作成に多大のコストがかかり一部の小型導光板
に実施例が認められるのみで、大多数の導光板の反射層
は有効反射効率が低い欠点があるにもかかわらず、製造
費用の安い １）の印刷法で作成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サンドブラスト法で導
光板裏面に粗面を設けたり、微少プリズムを裏面に作成
する方法は多額の製造コストはかかるが、導光板に直接
凹凸面が形成され、実質的に導光板材料と空気からなる
微少な立体的な（導光板に平行でない）界面が形成さ
れ、導光板材料と空気の屈折率差にもとずく全反射がお
のおのの微少面で生じ、結果として有効反射効率の高い
反射層が形成される。

【０００４】一方印刷法に於いては樹脂結着材と白色顔
料あるいはガラスビーズ及び溶剤からなる反射層用イン
キが導光板に直接印刷され、乾燥される。乾燥インキ層
中の結着材と白色顔料あるいはビーズのなす微少界面で
全反射が生じ、導光板型面状光源の反射層として機能す
る。

【０００５】有効反射効率は樹脂結着材と白色顔料また
はガラスビーズ、あるいは反射層中に混在する微少空気
粒との界面の量に比例するので、高い有効反射率を得る
には層中の結着材と顔料との比率を顔料分の多い組成に
すべきであるが、高顔料化に従ってインキの物性が変化
し、印刷適性が悪化して、パターン印刷時の解像力の低
下、インキ流動性劣化、インキの研磨力増大による印刷
機材の寿命低下、印刷中のインキ乾燥による連続作業の
中断、インキの導光板への付着力の低減、乾燥インキ膜
の強度不足などの諸欠陥が生じ、やむなく低顔料含有イ
ンキで不十分な有効反射効率の印刷法反射層が製造され
ていた。 また被印刷体である導光板が剛体平面をなす
ので印刷法もシルク印刷法に限られ、シルクスクリーン
印刷に適した印刷適性を持つ低顔料インキが使用されて
いた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは反射層用イ
ンキや塗料を広範に検討した結果、顔料含有量と有効反
射率の関係には極大点がある事、極大点以上に顔料量を
増大していくに従って反射層と導光板間に微少空気塊が
増えてくる事、空気塊と導光板の界面は微少な全反射鏡
面を形成し、この微少空気塊の直下の反射層部位は有効
反射にまったく寄与していない事実を見いだした。

【０００７】また、あらかじめ粘着剤を塗工したポリメ
チルメタクリレート（以下ＰＭＭＡと言う）板を用意
し、樹脂結着剤と酸化チタンの体積混合比が１：１．５
（重量混合比が１：６）の高顔料含有塗料を塗工乾燥さ
せた厚さ５０ミクロンのポリエステルフィルムを反射層
が粘着層に接するように重ね、指先で部分的に強く押圧
した。加圧部の反射層は粘着層中に食い込み良く反射す
るが非押圧部は導光板と反射層の間に空気層が存在し反
射は認められなかった。

【０００８】さらにポリエチレングリコールテレフタレ
ート（以下ポリエステルと言う）フィルム支持体に上記
高顔料含有塗料を約１５ミクロンの厚さに塗布乾燥さ
せ、ついでガラス転移点温度が５０度Ｃの水性アクリル
樹脂塗料を部分的に約１０ミクロンの厚さに塗布乾燥さ
せた。この塗布層をＰＭＭＡ板に接するように重ね、１
２０度Ｃに加熱した銅凸版（６０％の１００線網凸版、
網点の高さ３００ミクロン）で２秒間、約１Ｋｇ／平方
センチの圧力で加圧し、のちフィルムを引き剥した。転
写された網点は導光板によく付着し、光を高能率に反射
したが、水性アクリル塗料を塗布していない部分の網点
は微細な点の集合状に反射し反射強度が極端に低いしか
つ、導光板への付着性も悪かった。

【０００９】本発明は導光板の反射層の有効反射効率を
低下させる、反射層と導光板間に存在する微小空気塊を
なくすために、導光板と反射層の間に、導光板材料の屈
折率と大差ない屈折率を有する柔軟性の、あるいは加熱
時に柔軟化する透明中間層を介在させ、押圧あるいは加
熱押圧工程をへて反射層を作成する新規な複層反射層に
関するものであり、さらには反射層中の顔料含有量をさ
らに高め有効反射率をより一層向上させうる技術を提供
するものである。

【００１０】本発明の複層反射層を導光板上にパターン
化して設けるには上述の様に、１）導光板自体にあらか
じめ柔軟性の、あるいは加熱時に柔軟化しうる樹脂層を
一様に塗工したのち、離型性のあるシート状支持体にパ
ターン状に印刷した反射層をかさね、圧着する方法、
２）導光板自体に柔軟性の、あるいは加熱時に柔軟化し
うる樹脂層をパターン印刷してのち、離型性のあるシー
ト状支持体に一様に塗工された反射層をかさね、圧着す
る方法、３）あらかじめ離型性のあるシート状支持体に
一様に塗工した反射層のうえに柔軟性の、あるいは加熱
時に柔軟化しうる樹脂層をパターン印刷し、導光板と重
ね、圧着する方法や、４）あらかじめ離型性のあるシー
ト状支持体にパターン印刷した反射層のうえに一様に柔
軟性の、あるいは加熱時に柔軟化しうる中間層を塗工
し、導光板とかさね、圧着する方法、あるいは、５）離
型性のあるシート状支持体に一様に反射層を塗工し、さ
らにその上に一様に柔軟性の、あるいは加熱時に柔軟化
しうる樹脂層を一様に塗工し、導光板にかさね、加熱凸
版でパターン転着させる方法や、６）赤外線を吸収して
発熱しうる黒色パターンを持ったシート状透明支持体の
パターン面に一様に反射層を塗工し、ついでその上に一
様に加熱時に柔軟化しうる樹脂層を塗工し、導光板とか
さね、圧着しながら赤外光を照射し発熱パターンに応じ
て転写する方法などがある。

【００１１】透明中間層用材料として利用できる樹脂
は、導光板の使用時の雰囲気で粘着性や流動性を示すよ
うな低軟化温度の材料は好ましくなく、また導光板材料
の熱変形温度より高い軟化点を示す材料も加熱圧着の際
に導光板を変形させたり、シート状支持体を変形あるい
は溶融させて好ましくなく、ガラス転位点温度が０度Ｃ
から１１０度Ｃの範囲の樹脂が好適に使用できる。

【００１２】ガラス転位点温度がこれより高い樹脂も可
塑剤の添加で実質的にガラス転位温度を低下でき使用で
きるし、異種樹脂の混合物も相溶性を満足すれば使用可
能である。

【００１３】しかしながらガラス転位点温度がこの範囲
に入る樹脂でも着色のある材料は反射光に着色が生じ好
ましくなく、また導光板自体との付着力の低い樹脂も好
ましくなく、さらに導光板材料の屈折率とかけ離れた屈
折率を持つ樹脂も導光板と透明中間層の境界平面で全反
射が生じ実質的に有効反射効率を低下させて好ましくな
い。

【００１４】導光板のナトリウムＤ線に対する屈折率か
ら±０．１２以内の差の屈折率を持つ樹脂を選択使用す
る。 たとえば屈折率が１．５２でガラス転位転が６５
度の塗料用塩化ビニル・酢酸ビニル・マレイン酸共重合
樹脂や屈折率１．４９でガラス転位転が５０度の塗料用
メタクリル酸メチル樹脂、などの各種の汎用塗料用樹脂
が使用できる。

【００１５】透明中間層用樹脂は適宜に溶剤に溶かさ
れ、水溶性樹脂や水性エマルジョンの場合には水に溶解
または分散され、導光板に直接にまたは、反射層をあら
かじめ設けたシート状支持体の反射層上に、乾燥厚さが
２ミクロンから５０ミクロンの範囲になるよう印刷また
は塗工され乾燥される。

【００１６】反射層を一時的に設けるシート状支持体は
印刷または塗工作業が可能で、押圧時に柔軟性のあるプ
ラスチックフィルムの６ミクロンから１７５ミクロンの
厚さのものが好ましく特に１２ミクロンから７５ミクロ
ンの厚さの汎用プラスチックフィルムは熱凸版法で反射
層を転写する際に解像性が良く、好ましい。また加熱押
圧時や塗布後の乾燥工程での適度の耐熱性も必要で、二
軸延伸したポリプロピレンフィルムやナイロンフィルム
あるいはポリエステルフィルムやポリメチルペンテンフ
ィルムなどの汎用フィルムあるいはポリイミドフィル
ム、ポリサルホンフィルムなどの耐熱性フィルムが使用
できる。

【００１７】反射層の離型性を改善するために離型剤を
あらかじめ下引きしたり、帯電防止処理をしておく事も
できる。このシート状支持体は複層反射層の転着後にす
ぐ剥離しても良いし、あるいは面状光源の組立時まで防
塵、防傷用保護シートとして剥さずに置いても良いし、
あるいはシート状支持体に白色高反射フィルムや金属蒸
着フィルムを使用し、転着後に剥さずに面状光源として
組み立てても良い。

【００１８】反射層は樹脂結着剤と高屈折率の白色顔料
および樹脂結着剤の溶剤を基本成分とする塗料またはイ
ンキを印刷または塗工工程をへて作成され、塗料または
インキ中には必要に応じて低屈折率の体質顔料や可塑
剤、粗面化剤、各種の塗料改質剤やガラスビーズが添加
できる。

【００１９】樹脂結着剤と白色顔料および体質顔料の混
合比は樹脂結着剤に対して顔料が多くなるに従い反射率
は高くなるものの乾燥後の塗膜の強度が落ちるのであま
り高められず、また顔料比が低いと反射効率が下がり反
射層としての機能が発揮できない。結着剤と顔料の体積
比で１：０．０３から１：２の範囲で塗膜強度が保て、
反射効率の調整が可能であるがそれ以上では反射効率の
上昇が緩やかになり、塗膜強度の低下が生じはじめるの
で１：０．０３から１：２の範囲に調整する。

【００２０】特に結着剤と顔料の体積比が１：１を越え
るとき、あるいは粗面化剤が添加されたとき、あるいは
平均粒径が６ミクロンを越える粗大な体質顔料が添加さ
れる場合には乾燥反射層塗膜の表面は粗面化し、この粗
面が中間層中に光学的に包埋された時に光の波長にくら
べ大きな凹凸境界面が生じ有効反射率をさらに増大させ
る効果を示す。

【００２１】白色高屈折率顔料には屈折率が２．７１の
ルチル型酸化チタンや２．０１の酸化亜鉛あるいは約２
のリトポンなどの微粒が、体質顔料としては炭酸カルシ
ウムやクレーが、粗面化剤としては粒径１〜２０ミクロ
ンのシリカが使用できる。

【００２２】反射層用の樹脂結着剤には汎用塗料用樹脂
が広範に選択使用できる。とくに中間層を有機溶剤系塗
料で重ね塗りする際は反射層の溶解を防ぐために反応型
樹脂を使用するのが好ましく、各種の反応性アクリル樹
脂や水酸基を有する塩化ビニルや飽和ポリエステル樹脂
と小量のイソシアネート硬化剤の組み合わせや、エポキ
シ系樹脂が使用できる。

【００２３】樹脂結着剤を溶かす溶剤に白色顔料と必要
に応じて体質顔料や粗面化剤、塗料改質剤を加え、ホモ
ジナイザーやポールミルあるいはサンドミル等の分散機
で分散し、その後に高速タービン翼撹拌機で樹脂液とと
もに撹拌混合しインキまたは塗料を作成し、必要に応じ
てはろ過あるいは粘度調整をしてからシート状支持体に
一様に塗布、乾燥するかまたは凹版あるいは適当な印刷
方法で支持体上にパターン化した反射層を作る。

【００２４】反射層の厚さは樹脂結着剤と顔料の体積比
が１：１以上の高顔料含有組成では１．５ミクロン以上
５０ミクロン以下で、体積比が１：１未満の組成では３
ミクロン以上５０ミクロン以下に調整するのが好まし
く、これ以下の厚さでは中間層が介在しても充分な有効
反射率が得られず、またこの範囲以上だと中間層の接着
増強効果が阻害される。

【００２５】複層反射層の導光板への押圧形成には市販
のプリント基板用ラミネーターが、熱凸版法でパターン
転写するにはホットスタンピングマシーンが使用でき
る。透明中間層及び反射層に使用する樹脂の物性やシー
ト状支持体の耐熱性により、適宜、温度、加圧時間、押
し圧を調整するが概ね温度は４０度Ｃから１８０度Ｃ、
速度は２ｃｍ／秒から２０ｃｍ／秒、押し圧は１平方セ
ンチ当たり０．３Ｋｇから１０Ｋｇで満足な複層反射層
の導光板上への押圧成層が可能である。

【００２６】

【作用】導光板と反射層とのあいだに介在する、導光板
材料の屈折率と大差ない屈折率を有する柔軟性の、ある
いは加熱時に柔軟化する透明中間層は反射層とともに押
圧されまたは加熱押圧され、空気塊を排除しながら導光
板に密着する。

【００２７】顔料を含み比較的に剛直な反射層に比べ透
明中間層は柔軟性に富み、多少表面に凹凸のある反射層
とも良くなじみ、空気塊のない中間層と反射層の界面を
形成する。一方、端面から照射されて導光板中を進行し
てくる反射界面に対して入射角の大きな光は導光板と中
間層との境界面に達しても、境界での屈折率の差が小さ
いので全反射を殆ど生ぜずに中間層に直進して進入す
る。さらに中間層と反射層間にも空気塊がなく結果的に
導光板中の光は妨げられる事無く反射層に進入出来、有
効に反射層中の樹脂結着剤と顔料のなす微細界面、ある
いは微細に分散分布している空気粒界面で乱反射し、拡
散反射光を中間層を経由して導光板に戻す。導光板の反
射面の対面、すなわち照光面に達した散乱光のうち、導
光板と空気界面のなす臨界角以内の光は照光面から空気
中に放散し有効反射光となる。

【００２８】図１は透明中間層のない場合の導光板タイ
プ面状照光板の光の挙動を示し、導光板端面から導光さ
れた光が導光板と空気塊の界面で全反射し照光面に出光
しない様子を図示したもので、図２は透明中間層があり
押圧により空気塊がなく複層化された本発明の反射層を
持つ導光板タイプ面状照光板の光の挙動を示し、かかる
無効な全反射が生じない様子を示す。

【００２９】上記のように構成された複層反射層は導光
板端面から導光された、反射層に平行に近い光線を多量
に含む光をうけ、これを無効な鏡面全反射を生ずること
無しに有効に乱反射させ、結果として照光面の照射効率
を向上させる。また中間層は副次的に、顔料を含むため
に付着力の劣る反射層の導光板への付着補強効果も持
ち、透明中間層の介在は反射層の高顔料化、即ち高反射
効率化を可能とする。

【００３０】

【実施例−１】厚さ３８ミクロンのポリエステルフィル
ム（アイシーアイ ジャパン社製 メリネックス Ｓタ
イプ）二枚の片面に表２に示す反射塗料Ｅを、乾燥後の
厚さが１２ミクロンになるようにワイヤーバーで塗工し
８０度の恒温槽中で１０分間乾燥させた。 ついでこの
内の一枚の反射層の上に表１の中間層塗料Ａを乾燥厚さ
１０ミクロンになるようにスピンコートし、８０度の恒
温槽中で１０分間乾燥した。四端面を光学研磨した厚さ
４ｍｍ，一辺が４ｃｍの正方形のＰＭＭＡ板に塗工面を
重ねて、フィルムの裏面側から表面温度が８０度に保た
れたシリコンゴム被覆ロールで両軸に約２０Ｋｇづつ加
重しながら押着し、フィルムを剥離した。図３に示す評
価装置を用いてＰＭＭＡ板の一端面から１６０００ｎｔ
の光を導入させ、ＰＭＭＡ板の上面５０ｃｍに設置した
輝度計（トプコン社製 ＢＬ−７型、視野角０．２度）
で５ｍｍ間隔に３６箇所の平均輝度を求めた。中間層の
ない試料の反射面には微小な粒状の非反射部があり平均
輝度が９２５ｎｔであったが中間層のある試料の反射面
は欠陥なく面状に光り、平均輝度は１８１０ｎｔであっ
た。

【００３１】

【実施例−２】実施例１で用いたＰＭＭＡ板の片面に、
表１に示す中間層用塗料Ｂを乾燥厚み１２ミクロンにな
るようスピンコートし、８０度Ｃの恒温乾燥器中で２０
分間乾燥した。別に厚さ３８ミクロンのポリエステルフ
ィルム（アイシーアイジャパン（株）製、メリネックス
Ｓタイプ）の片面に表２に示す反射塗料Ｆを乾燥厚さ
８ミクロンになるようにワイヤーバーで塗工し、同じく
８０度Ｃで２０分間乾燥した。約１４０度Ｃに加熱した
銅板製凸版（６０％の１００線網凸版、網点の高さ３０
０ミクロン）で２秒間、約２Ｋｇ／平方センチの圧力で
加圧し、のちフィルムを引き剥した。反射層は網点のパ
ターン状にＰＭＭＡ板に転着し、付着性は良好であっ
た。実施例１と同じように平均輝度をもとめたところＰ
ＭＭＡ板に同条件で押圧した試料の平均輝度は７８０ｎ
ｔで中間槽を介在させた試料の平均輝度は１４５０ｎｔ
であった。

【００３２】

【実施例−３】実施例１で用いたＰＭＭＡ板に中間層Ｃ
の塗料をスピンコーターで乾燥厚さ２０ミクロンになる
よう塗工し８０度で１０分間乾燥させた。べつに７５ミ
クロンのポリエステルフィルムに反射塗料Ｇを凹版印刷
法で網点パターンを厚さ２５ミクロンになるよう印刷
し、常温で２日間乾燥させた。 反射層と中間層を重ね
合わせフィルム面側から１２０度に熱したシリコン被覆
ロールで実施例１と同様押圧し、支持フィルムを剥し
た。パターンは忠実にＰＭＭＡ板に転着し、パターンど
うりにむらなく反射し、板に良く付着した。これに反し
中間層なしに直接ＰＭＭＡ板に転着させた反射層パター
ンは付着力が弱く、微細な点の集合状に反射し、パター
ンは板に転着しているもののまったく反射しない部分も
認められた。

【００３３】

【実施例−４】８０線の６０％網点ポジ画像を作成した
銀塩リスフィルム（富士フィルム製、ＦＴ−４５）の画
像面に反射塗料Ｈを厚さ８ミクロンになるようワイヤー
バー塗工し４０度で２０分乾燥した。乾燥後この層の上
に中間層塗料Ｄを厚さ５ミクロンになるよう同じくワイ
ヤーバー塗工し４０度で２時間乾燥した。厚さ４ｍｍ長
さ２０ｃｍ，幅１５ｃｍのＰＭＭＡ板に塗膜が接するよ
うに重ね、キセノンフラッシュ露光装置（理想科学
（株）製ＴＵ−２７５型）で加圧しながらフィルム面側
から赤外線露光した。リスフィルムの黒画像部に相当す
る反射層だけがＰＭＭＡ板に転着し網点状にパターン化
した反射層を得た。

【００３４】

【発明の効果】以上に詳述したように本発明は中間層を
介在させて導光板と反射層との間の空気塊の生成を防い
で導光板タイプ面状照光板の有効反射効率を高めるばか
りでなく従来は皮膜強度や付着力が弱くて実用できなか
った顔料含有量の大きな高反射率反射層を欠陥を生ずる
ことなく良く導光板に付着させ高輝度の面状照光板を実
現するし、ひいては導光板用光源の消費電力を軽減し、
導光板の厚さの低減化をもたらし、導光板タイプ面状照
光装置の重量低減化を可能にするなど産業上の効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の効果を説明するための中間層のない場
合の導光板中の光の挙動を示す一断面図である。

【図２】本発明の中間層があり押圧により空気塊がなく
複層化された反射層を有する導光板中の光の挙動を示す
一断面図である。

【図３】導光板評価装置の断面図である。

【符号の説明】

１．導光板 ２．空気塊 ３．反射層 ４．中間層 ５．導入光 ６．反射光７ ７．照光面 ８．冷陰極蛍光管 ９．輝度計 １０．試料

【表１】

【表２】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導光板と反射層の間に、導光板材料のナ
   トリウムＤ線に対する屈折率と±０．１２以内の屈折率
   差を持ちかつ、ガラス転位点温度が零度Ｃから１１０度
   Ｃの範囲にある、樹脂を主成分とする透明中間層を介在
   させ、あらかじめシート状支持体上に設けられた反射層
   を押圧あるいは加熱押圧して空気塊を除去しながら転着
   して作成する事を特徴とする導光板用複層反射層。
2. 【請求項２】 請求項１の透明中間層の厚さが２ミクロ
   ンから５０ミクロンである事を特徴とする請求項１の導
   光板用複層反射層。
3. 【請求項３】 反射層の厚さが１．５ミクロンから５０
   ミクロンである請求項１の導光板用複層反射層
4. 【請求項４】反射層中の樹脂結着剤と顔料の体積比が
   １：０．０３から１：２である請求項１の導光板用複層
   反射層。