JP2009054375A - 直下型バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源、及びこの光源に対面する光学フィルムを備え、光学フィルムの発光面法線からの傾斜角度を表す極角と、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角ψと、により任意方向の発光輝度を等高線で表した極点図により示される特定の発光パターンPA2の光を出射する直下型バックライトユニットであって、発光パターンPA2が、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が最大輝度値に対して10%以上となる異方性を有するとともに、同一極角で発光輝度が最小となる短軸方向と、これに直交する長軸方向のそれぞれに対して略線対称形状となる輝度分布を有する。
【選択図】図1
Description
(1) 光源、及び該光源に対面する光学フィルムを備え、前記光学フィルムの発光面法線からの傾斜角度を表す極角と、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角と、により任意方向の発光輝度を等高線で表した極点図により示される特定の発光パターンの光を出射する直下型バックライトユニットであって、
前記発光パターンは、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が前記最大輝度値に対して10%以上となる異方性を有するとともに、同一極角で発光輝度が最小となる短軸方向とこれに直交する長軸方向とのそれぞれに対して略線対称形状となる輝度分布を有する直下型バックライトユニット。
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、少なくとも2つの斜辺を含み、該斜辺と前記光学フィルム面との交差する角度(接触角)が20°以上40°未満である直下型バックライトユニット。
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、前記光源側に、少なくとも2つの斜辺と前記光学フィルム面に平行な辺とを混在させる直下型バックライトユニット。
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、曲線状の凸部となり、該曲線の接線と前記光学フィルム面との交差する最大の角度(接触角)が20°以上40°未満である直下型バックライトユニット。
前記光源の発光体が、複数の直状型光源である直下型バックライトユニット。
前記光源の発光体が、前記特定方向に沿って複数配置された点発光型光源である直下型バックライトユニット。
前記短軸方向が配向方向となって前記直下型バックライトユニットに対面して配置され、変調動作される液晶層を有する液晶表示パネルと、を備えた液晶表示装置。
前記液晶表示パネルの液晶層が、OCB液晶(πセル)モードで動作される液晶表示装置。
図1は本発明に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図、図2は本発明に係る直下型バックライトユニットにおける輝度分布特性を表す極点図である。
図1に示すように、本実施の形態に係る直下型バックライトユニット200は、光源、及びこの光源に対面する光学フィルム47を備える。光学フィルム47は、発光面法線N(図16参照)からの傾斜角度を表す極角θと、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角ψとにより任意方向の発光輝度を等高線で表した図2の極点図で示す特定の発光パターンPA2の光を出射する。この極点図においても、中心位置(法線方向)の輝度が高く、周辺(極角が増加する方向)ほど輝度が低くなる輝度分布である。
光学フィルム47による発光パターンPA2は、このような異方性を有するので、液晶配向方向に固有の透過率特性を有するOCB液晶パネルの光源として使用することで、図3に示すように、その透過率特性に依存するOCB液晶固有の輝度分布となった発光パターンPA2に重ねて、輝度最大値と輝度最小値の差をキャンセルでき、同一極角の全方位に対する輝度を均一化できる。
上記光学フィルム47を備えた直下型バックライトユニット200は、図3に示す液晶表示装置100に用いられる。液晶表示装置100は、直下型バックライトユニット200と、短軸33の方向が配向方向となって、直下型バックライトユニット200に対面して配置され、変調動作される液晶層を有するOCB液晶表示パネル(LCD)49とを備える。すなわち、透過率特性が短軸29の方向で最小となる液晶表示パネル49に対し、この透過率特性と略線対称形状となる輝度分布の発光パターンPA2が重ねられ、輝度最大値と輝度最小値の差がキャンセルされる。
光学フィルム47は、光源側に凸状のプリズム構造体51が複数形成された凹凸面を有する。プリズム構造体51の配列方向に直交する方向(図4の上下方向)の断面は、少なくとも2つの斜辺53a,53bを含む。光学フィルム47は、この斜辺53a,53bと光学フィルム面47aとの交差する角度(接触角)φが20°以上40°未満に設定された構成を有する。光源側から入射する光の入射角度と、光学フィルム面47aから出射される光の出射角度αとは、次式の関係となる。
図5は接触角ごとの入射角度と出射角度との相関を表したグラフである。
ここで、接触角φ=0°(◆印の折れ線)とは、プリズム構造体51の頂角55が0°である平板状の光学フィルム47を意味する。この場合、同グラフで表すように冷陰極蛍光管41からの光は、法線Nに対する入射角度と略等しい出射角度で出射される。したがって、プリズム構造体51の光偏向に伴う異方性発光パターンの形成ができない。これに対し、例えば接触角φ=20°以上のプリズム構造体51を有する光学フィルム47では、法線Nに対する入射角度に対し大きな出射角度が得られる。例えば接触角φ=20°の場合、−30°の入射角度で約40°の出射角度となる。つまり、入射光が大きな拡散角で偏向される。一方、接触角φが20°以下のプリズム構造体51で形成された光学フィルム47では、実効ある拡散角の得られないことが分かる。
上記した最適な接触角φの範囲(20°以上40°未満)のプリズム構造体51を有した光学フィルム47を、より具体的に示せば、図6の(a)〜(c)で表すようになる。同図において接触角φは、
φ1=22.5°
φ2=32.5°
φ3=39.0°
と設定され、20°<φ1<φ2<φ3<40°の関係を有する。各接触角の光学フィルムの効果については、後述の実施例で説明する。
図7は極角に対する液晶表示パネルの透過率と光学フィルムからの出射プロファイルとの関係を表したグラフである。
同グラフに示すように、液晶表示パネル49ではラビング方向の透過率(◆印の折れ線)が、ラビング直交方向の透過率(■印の折れ線)より低いことが分かる。一方、液晶表示パネル49のラビング方向に、拡散効果が大となる方位にして光学フィルム47を配設した構成では、その透過率(△印の折れ線)がラビング直交方向の透過率と同等となることが分かる。このときの光学フィルム47からの出射プロファイルは極角が0°を最低輝度として極角の増加とともに輝度が増加する2次関数で表される(▲印の折れ線)。
図8は平行な辺を有する変形例1に係る光学フィルムのバリエーションを(a)(b)(c)で表す断面図である。
図8(a)に示すように、光学フィルム47Aは、光源側に凸状のプリズム構造体51が複数形成された凹凸面を有し、プリズム構造体51の配列方向に直交する方向(図8の上下方向)の断面が、光源側に少なくとも2つの斜辺53a,53bと、同じく光源側に光学フィルム面47aに対して平行な辺61とを混在させる構成であってもよい。
また、平行な辺61は、図8(b)に示すように、プリズム構造体51の頂角55を平坦化して形成したものであってもよく、図8(c)に示すように、プリズム構造体51の頂角55と、プリズム構造体51同士間の凹部底面との双方に形成してもよい。
また、平行な辺61の斜辺53a,53bに対する存在比率は、所望の発光パターンPA2を得るために適宜設定される。
図9は凹凸面が波形状の変形例2に係る光学フィルムを表す断面図、図10は凹凸面が蒲鉾形状の変形例3に係る光学フィルムを表す断面図である。
光学フィルム47Bは、光源側に凸状のプリズム構造体51Aが複数形成された凹凸面を有し、プリズム構造体51の配列方向に直交する方向(図9の上下方向)の断面が、曲線状の凸部となり、この曲線の接線63と光学フィルム面47aとの交差する最大の角度(接触角)が20°以上40°未満とする。
光学フィルム47は、図9に示す波形形状の凸部で凸状のプリズム構造体51Aを形状した光学フィルム47Bとしてもよく、図10に示す蒲鉾形状の凸部で凸状のプリズム構造体51Bを形状した光学フィルム47Cとしてもよい。
図11は凹凸形状がランダムな変形例4に係る光学フィルムを表す断面図である。
この変形例に係る光学フィルム47Dは、異なる接触角φのプリズム構造体51E1,51E2,51E3,51E4,51E5,51E6,が、ランダムに配列されてなる。但し、各プリズム構造体51E1〜51E6の接触角φの範囲は、上記と同様の範囲(20°以上40°未満)に設定される。
この光学フィルム47Dによれば、特定の偏向光が周期的に観測されることによるモアレ縞を軽減することができ、高品位な表示が可能となる。
図12は光源にLEDが用いられた第2の実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を表す断面図である。
この実施の形態による液晶表示装置300は、光源の発光体が、特定方向に沿って複数配置された点発光型光源(LED)65と、直下型バックライトユニット400を備える。図例の構成では、左右に配列された点発光型光源65のそれぞれにさらに紙面垂直方向に複数の点発光型光源65が並設されている。つまり、点発光型光源65は、冷陰極蛍光管41の管軸に沿ったライン状に配設されている。
この液晶表示装置300では、複数の点発光型光源65の使用数を容易に増やすことが可能となり、発光面を容易に高輝度化することができるとともに、冷陰極蛍光管41等の直状型光源に比べ発熱量の少ないLED光源が使用可能となる。また、複数の点発光型光源65が分散配置されることで、周期的輝度むらも軽減可能となる。
実施例1では、ネマティック液晶の液晶ダイレクタが略同一方位であるπセルモードに視野角拡大フィルム(富士フイルム製 WVフィルム)の光学補償フィルムを形成したOCB液晶表示装置において、直下型冷陰極蛍光管光源(CCFL)の上に、拡散板を配置し、その上に接触角φ=22.5°のプリズムシート(クラレ製 商品名 ミラブライト)を、プリズム凹凸形成面が光源側を向き、さらにプリズム凹凸形成方向がπセルモードの液晶配向方位と略一致するように配置した。その結果、表1に示すように液晶表示面の輝度分布が均一となった。
また、実施例4では、ネマティック液晶の液晶ダイレクタが略同一方位であるπセルモードに視野角拡大フィルム(富士フイルム製 WVフィルム)の光学補償フィルムを形成したOCB液晶表示装置において、直下型BL光源(光源LED)の上に、拡散板を配置し、その上に接触角φ=22.5°のプリズムシート(クラレ製 商品名 ミラブライト)をプリズム凹凸形成面が光源側を向き、さらにプリズム凹凸の並び方向とは直交するプリズム延設方向がπセルモードの液晶配向方位と略一致するように配置した。その結果、液晶表示面の輝度分布が均一となった。
31,35 長軸
41 冷陰極蛍光管(光源)
47 光学フィルム
49 液晶表示パネル
65 点発光型光源(光源)
51 凸状のプリズム構造体
51A,51B 曲線状の凸部
53a,53b 斜辺
61 光学フィルム面に平行な辺
63 曲線の接線
100,300 液晶表示装置
200 直下型バックライトユニット
N 発光面法線
PA2 特定の発光パターン
ψ 発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角
φ 光学フィルム面に交差する角度(接触角)
θ 傾斜角度を表す極角
Claims (8)
- 光源、及び該光源に対面する光学フィルムを備え、前記光学フィルムの発光面法線からの傾斜角度を表す極角と、発光面内の特定方向からの回転角度を表す方位角と、により任意方向の発光輝度を等高線で表した極点図により示される特定の発光パターンの光を出射する直下型バックライトユニットであって、
前記発光パターンは、同一極角の全方位に対する輝度最大値と輝度最小値の差が前記最大輝度値に対して10%以上となる異方性を有するとともに、同一極角で発光輝度が最小となる短軸方向とこれに直交する長軸方向とのそれぞれに対して略線対称形状となる輝度分布を有する直下型バックライトユニット。 - 請求項1記載の直下型バックライトユニットであって、
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、少なくとも2つの斜辺を含み、該斜辺と前記光学フィルム面との交差する角度(接触角)が20°以上40°未満である直下型バックライトユニット。 - 請求項1記載の直下型バックライトユニットであって、
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、前記光源側に、少なくとも2つの斜辺と前記光学フィルム面に平行な辺とを混在させる直下型バックライトユニット。 - 請求項1記載の直下型バックライトユニットであって、
前記光学フィルムは、前記光源側に凸状のプリズム構造体が複数形成された凹凸面を有し、前記プリズム構造体の前記配列方向に直交する方向の断面が、曲線状の凸部となり、該曲線の接線と前記光学フィルム面との交差する最大の角度(接触角)が20°以上40°未満である直下型バックライトユニット。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の直下型バックライトユニットであって、
前記光源の発光体が、複数の直状型光源である直下型バックライトユニット。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の直下型バックライトユニットであって、
前記光源の発光体が、前記特定方向に沿って複数配置された点発光型光源である直下型バックライトユニット。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項記載の直下型バックライトユニットと、
前記短軸方向が配向方向となって前記直下型バックライトユニットに対面して配置され、変調動作される液晶層を有する液晶表示パネルと、を備えた液晶表示装置。 - 請求項7記載の液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの液晶層が、OCB液晶(πセル)モードで動作される液晶表示装置。
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