恵和株式会社 KEIWA Incorporated

光拡散フィルム

光拡散フィルムとは何か

光拡散フィルムとは、特定の方向に集中する光を拡散させて光を均一にする効果を持つフィルムのことです。

この光拡散フィルムの代表的な用途として液晶ディスプレイに用いられています。液晶はよく耳にする言葉ですが、TVやノートパソコン、タブレット、スマートフォン等のディスプレイ画面に使われ、私たちの生活の多くの場面で用いられています。たとえば、スマートフォン端末です。ここではこのスマートフォンやタブレット端末を例に出して、光拡散フィルムの概要について説明します。

まず、一番表面にある透明の部分、これをパネルと言います。この部分にタッチセンサーが装着されていて、私たちがパネルを指で触ると、触った部分に反応します。
さらに、次の黒いパネル、これが液晶パネルです。
この液晶パネルの下に、バックライトユニットの光源があり、光拡散フィルムはバックライトユニットの光学フィルムとして使用されています。バックライトユニットの最表面に光拡散フィルムが敷かれています。これを上拡散フィルムと呼びます。その下にプリズムシートというギラギラザラザラしたシートがあります。その下にまた光拡散フィルムが敷かれています。これを下拡散フィルムと呼びます。
それらは導光板と呼ばれる透明の板の上に置かれます。導光板の端(サイド)の部分には光を出すμmLEDがたくさん並んでいます。LEDから光が出て導光板、拡散フィルムやプリズムシートを通して画面全体を明るく均一な光にするという仕組みです。

通電されると、LEDから光が横にまっすぐ出ます。導光板についている模様(ドットパターン)によって光を画面全体に立ち上げます。そうすることにより、LEDのランプがある部分だけではなくて、画面全体が明るくなります。ところがこのままでは、導光板についている模様(ドットパタン)も丸見えになってしまうのです。これでは、ディスプレイとして表示画面が不均一で見にくい状態のままです。
この時に必要になるが、光拡散フィルムです。まず下拡散フィルムですが、光を拡散させる効果により、不均一な導光板の模様を隠します。それは、特別な樹脂を塗った表面の構造が微細な凹凸であるため白く見えます。真っすぐだった光を、多方向に均一に散らしてくれます。これが、光の拡散です。

ただ、これだけでは光が散らばったままなので、私たちが表示画面を見た時には明るく感じられません。そこで、このプリズムシートのギザギザが、拡散した光を正面方向(皆さんが見る目の方向)へ立ち上げるのです。そうすると、画面が見やすい明るさになります。ところが、このプリズムシートはギラギラした見にくい状態になってしまいます。
このギラギラを消すために働くのが、上拡散フィルムです。これをプリズムの上に乗せると、ギラギラの状態が無くなり均一に見えるようになります。

このように、液晶ディスプレイの中で光を拡散させ、しかも明るく均一に美しく見やすくするのが、光拡散フィルムの役割です。
またこの光拡散フィルムは、少量の光源で全体を明るくすることができるため、省電力の役割も果たしています。バッテリーが長持ちするようになったのは、電池自体の性能が向上したことがもちろんですが、こうした光拡散フィルムが果たしている役割もきわめて大きいのです。

光拡散フィルムの構造

では、光拡散フィルムはどのような構造をしているのでしょうか。

光拡散フィルムは、光学用の透明PETフィルム(PETとはペットボトル等に使われるポリエチレンテレフタレートというプラスチックのことです)の表面に、アクリル樹脂等でできた透明な有機微粒子(ビーズ)を、透明のバインダー樹脂を使って表面にコーティングすることで接着させてあります。
光源からの光が、この透明の有機微粒子の層を通る際に、複雑な屈折と反射を繰り返すのです。そうすることで、全体を均一に、しかも画面を見る際に必要とされる角度に光を集めることで、明るさが均一化されるのです。

一方、この透明の有機微粒子の層の反対側には、まばらに有機微粒子を接着させてあります。それにより、この光拡散フィルムの下に別の機能を持ったフィルムが存在しても、密着することを防げるのです。フィルム同志が密着すると、いろいろな悪影響を及ぼし合う危険性があります。液晶パネルは、さまざまな光学的な機能を持った多数のフィルムが何枚も重なって構成されることが一般的です。ですから隣り合う部材との影響を避けることも、光拡散フィルムの大切な性能なのです。

光拡散フィルムの優れた特徴

こうした光拡散フィルムの構造により、光拡散フィルムは優れた特徴を持っています。主には次の4つです。

① 画面の隅ずみまで光を均一にムラなく拡散させ表示画面を美しく見せること。
② 光源の明るさを有効に使うことで表示画面を明るくすること。
③ 省エネルギーに貢献すること。
④ 薄くて軽量であること。

①の拡散という機能と②の明るいという機能は、本来は正反対の現象を指しているのですが、光拡散フィルムにおいては、この2つを同時に実現させることが必要欠くべからざる要件であり、光拡散フィルムを開発・製造をするにあたっての基本命題でもあります。

また最近では、スマートフォンやタブレット端末の新性能や新機種の開発の動きが激しく、④の光拡散フィルムが薄くて軽いということに関して、ますます厳しく要求されるようになってきています。
これらの特徴を高いレベルで実現させ続けることが、光拡散フィルムの使命です。

光拡散フィルムの用途

これまで述べたように光拡散フィルムは、特定の方向に向かう光を拡散させるという働きをします。そのため、様々な製品や技術に組み込まれています。その代表的なものは次の通りです。

■スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン
先述のように、液晶ディスプレイに組み込まれ、見やすい画面や軽量で小さいサイズの実現等に貢献しています。
1990年代以降、液晶ディスプレイの市場は拡大を続けてきました。市場が拡大するとともに、基本的な性能の向上も強く求められました。その一つが、輝度(明るさ)を上げることです。つまり液晶ディスプレイの光源であるバックライトの輝度を高めることが常に求められてきたのです。すなわち、光を拡散させながら、なおかつ光源の輝度を落とさないという高度なニーズです。

■テレビモニター、大型モニター
最近ではディスプレイの外側の縁をできるたけ狭くして、全面ディスプレイ化することが求められています。これはスマートフォンやタブレットにも要請されていることですが、ここにも光拡散フィルムの高度な性能が求められています。

■照明設備、看板
先にLEDを例示したように、LEDが使われる様ざまな設備に光拡散フィルムが使用され、また街頭照明やトンネルの中の照明、各種の看板等にも広く光拡散フィルムが使われています。

■自動車関係
私たちに身近なものとしては、自動車用のルームランプがあります。ここにも光拡散フィルムが組み込まれています。またHUD用の光源にも光拡散フィルムが欠かせません。 HUDとはヘッドアップディスプレイのことで、運転手の視線の先にナビを表示することができる機能です。

■検査機器や各種センサー
光を使う検査機器、たとえばガラス検査機器やセンサーには光を均一にする効果を持つ光拡散フィルムが重要な役割を果たします。
 

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