JP2023008355A - 光学シート積層体、バックライトユニット、液晶表示装置、情報機器、及びバックライトユニットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックライトユニットにおいて低電力でも高輝度な画面を実現する。【解決手段】光学シート積層体１００は、青色光源４２を用いたバックライトユニット４０に組み込まれる。光学シート積層体１００は、第１面２１ａに略逆四角錐状の複数の凹部２２が設けられた拡散シート４３と、プリズム延伸方向が互いに直交する一対のプリズムシート４４及び４５とを備える。拡散シート４３は、１枚で又は複数枚積層して配置される。複数の凹部２２は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度は、２０°以上７０°以下である。【選択図】図７
Description
本開示は、光学シート積層体、バックライトユニット、液晶表示装置、情報機器、及びバックライトユニットの製造方法に関するものである。
近年、スマートフォンやタブレット端末などの各種情報機器の表示装置として、液晶表示装置（以下、液晶ディスプレイということもある。）が広く利用されている。液晶ディスプレイのバックライトとしては、光源が液晶パネルの背面に配置される直下型方式、又は、光源が液晶パネルの側面の近傍に配置されるエッジライト方式が主流となっている。
直下型バックライトを採用する場合、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源からの光を拡散させて画面全体に亘って輝度や色度の均一性を上げるために、拡散シートやプリズムシート等の光学シートが使用される（例えば特許文献１参照）。
ノートパソコンやタブレットなどの薄型ディスプレイの直下型バックライトユニットにおいては、例えば逆ピラミッド状の凹部が２次元配列された拡散シートが用いられると共に、拡散シートの上側（表示画面）には、通常、プリズム稜線が互いに直交する２枚のプリズムシートが配置される。
ノートパソコンやタブレットなど持ち運びして使用される携帯情報端末では、さらなる低消費電力が求められている。これに伴い、バックライトユニットに組み込まれる光学シートについても、低電力で高輝度な画面を実現できることが求められている。
本開示は、バックライトユニットにおいて低電力でも高輝度な画面を実現することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本開示に係る光学シート積層体は、青色光源を用いたバックライトユニットに組み込まれる光学シート積層体であって、少なくとも一面に略逆四角錐状の複数の凹部が設けられた拡散シートと、プリズム延伸方向が互いに直交する一対のプリズムシートとを備え、前記拡散シートは、１枚で又は複数枚積層して配置され、前記複数の凹部は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度は、２０°以上７０°以下である。
本開示に係る光学シート積層体によると、同じ光源、同じ電力、同じ光学シート積層構成で比較して、拡散シートの凹部（逆四角錐）配列方向とプリズムシートのプリズム延伸方向との角度差が０°近傍又は９０°近傍である場合よりも、輝度が増大する。従って、バックライトユニットにおいて低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
本開示に係る光学シート積層体において、前記交差角度が、２５°以上３５°以下、又は５５°以上６５°以下であると、輝度をより一層増大させることができる。
本開示に係るバックライトユニットは、液晶表示装置に組み込まれ、青色光源から発せられた光を色変換シートを介して表示画面側に導くバックライトユニットであって、前記表示画面と前記青色光源との間に、前述の本開示に係る光学シート積層体を備え、前記拡散シートは、前記青色光源と前記一対のプリズムシートとの間に配置される。
本開示に係るバックライトユニットによると、前述の本開示に係る光学シート積層体を備えるため、低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
本開示に係るバックライトユニットにおいて、前記青色光源は、前記拡散シートから見て前記表示画面の反対側に設けられた反射シートの上に配置されてもよい。このようにすると、拡散シートと反射シートとの間での多重反射によって光がさらに拡散されるので、輝度均一性が向上する。
本開示に係るバックライトユニットにおいて、前記拡散シートは、複数枚積層して前記一対のプリズムシートと前記青色光源との間に配置されてもよい。このようにすると、複数枚の拡散シートによって、青色光源から直進してきた光が繰り返し拡散されるので、輝度均一性が向上する。
本開示に係るバックライトユニットにおいて、前記青色光源と前記拡散シートとの間の距離は、５ｍｍ以下、好ましくは２．５ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下であってもよい。このようにすると、バックライトユニットを小型化することができる。
本開示に係るバックライトユニットにおいて、前記色変換シートは、前記青色光源と前記拡散シートとの間、又は、前記拡散シートと前記一対のプリズムシートとの間に配置されてもよい。このようにすると、色変換シートによって、青色光源を発した光を白色光に変換することができる。
本開示に係る液晶表示装置は、前述の本開示に係るバックライトユニットと、液晶表示パネルとを備える。
本開示に係る液晶表示装置によると、前述の本開示に係るバックライトユニットを備えるため、低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
本開示に係る情報機器は、前述の本開示に係る液晶表示装置を備える。
本開示に係る情報機器によると、前述の本開示に係る液晶表示装置を備えるため、低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
本開示に係るバックライトユニットの製造方法は、液晶表示装置に組み込まれ、青色光源から発せられた光を色変換シートを介して表示画面側に導くバックライトユニットの製造方法であって、前記青色光源から見て前記表示画面側に、少なくとも一面に略逆四角錐状の複数の凹部が設けられた拡散シートを１枚で又は複数枚積層して配置する工程と、前記拡散シートから見て前記表示画面側に、プリズム延伸方向が互いに直交する一対のプリズムシートを配置する工程とを備え、前記複数の凹部は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度が、２０°以上７０°以下となるように、前記拡散シート及び前記一対のプリズムシートが配置される。
本開示に係るバックライトユニットの製造方法によると、同じ光源、同じ電力、同じ光学シート積層構成で比較して、拡散シートの凹部（逆四角錐）配列方向とプリズムシートのプリズム延伸方向との角度差が０°近傍又は９０°近傍である場合よりも、輝度を増大させることができる。従って、低電力でも高輝度な画面を実現できるバックライトユニットを得ることができる。
本開示によると、バックライトユニットにおいて低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
（実施形態）
以下、実施形態に係る光学シート積層体、バックライトユニット、液晶表示装置、情報機器、及びバックライトユニットの製造方法について、図面を参照しながら説明する。尚、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
以下、実施形態に係る光学シート積層体、バックライトユニット、液晶表示装置、情報機器、及びバックライトユニットの製造方法について、図面を参照しながら説明する。尚、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
＜液晶表示装置の構成＞
図１に示すように、液晶表示装置５０は、液晶表示パネル５と、液晶表示パネル５の下面に貼付された第１偏光板６と、液晶表示パネル５の上面に貼付された第２偏光板７と、液晶表示パネル５の背面側に第１偏光板６を介して設けられたバックライトユニット４０とを備えている。
図１に示すように、液晶表示装置５０は、液晶表示パネル５と、液晶表示パネル５の下面に貼付された第１偏光板６と、液晶表示パネル５の上面に貼付された第２偏光板７と、液晶表示パネル５の背面側に第１偏光板６を介して設けられたバックライトユニット４０とを備えている。
液晶表示パネル５は、互いに対向するように設けられたＴＦＴ基板１及びＣＦ基板２と、ＴＦＴ基板１とＣＦ基板２との間に設けられた液晶層３と、ＴＦＴ基板１とＣＦ基板２との間に液晶層３を封入するために枠状に設けられたシール材（図示省略）とを備える。
液晶表示装置５０の表示画面５０ａを正面（図１の上方）から見た形状は、原則、長方形又は正方形であるが、これに限らず、長方形の角が丸くなった形状、楕円形、円形、台形、又は、自動車のインストルメントパネル（インパネ）などの任意の形状であってもよい。
液晶表示装置５０では、各画素電極に対応する各サブ画素において、液晶層３に所定の大きさの電圧を印加して液晶層３の配向状態を変える。これにより、バックライトユニット４０から第１偏光板６を介して入射した光の透過率が調整される。透過率が調整された光は第２偏光板７を介して出射されて画像が表示される。
本実施形態の液晶表示装置５０は、種々の情報機器（例えばカーナビゲーション等の車載装置、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ノートパソコンやタブレット等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コピー機、券売機、現金自動預け払い機など）に組み込まれる表示装置として用いられる。
ＴＦＴ基板１は、例えば、ガラス基板上にマトリクス状に設けられた複数のＴＦＴと、各ＴＦＴを覆うように設けられた層間絶縁膜と、層間絶縁膜上にマトリクス状に設けられ且つ複数のＴＦＴにそれぞれ接続された複数の画素電極と、各画素電極を覆うように設けられた配向膜とを備える。ＣＦ基板２は、例えば、ガラス基板上に格子状に設けられたブラックマトリクスと、ブラックマトリクスの各格子間にそれぞれ設けられた赤色層、緑色層及び青色層を含むカラーフィルターと、ブラックマトリクス及びカラーフィルターを覆うように設けられた共通電極と、共通電極を覆うように設けられた配向膜とを備える。液晶層３は、電気光学特性を有する液晶分子を含むネマチック液晶材料等により構成される。第１偏光板６及び第２偏光板７は、例えば、一方向の偏光軸を有する偏光子層と、その偏光子層を挟持するように設けられた一対の保護層とを備える。
＜バックライトユニット及び光学シート積層体の構成＞
図２に示すように、バックライトユニット４０は、反射シート４１と、反射シート４１上に２次元状に配置された複数の青色光源４２と、複数の青色光源４２の上側に設けられた光学シート積層体１００とを備える。光学シート積層体１００は、青色光源４２の側に配置された拡散シート４３と、拡散シート４３の上側（表示画面５０ａの側）に設けられた一対のプリズムシート４４及び４５とを有する。また、光学シート積層体１００は、青色光源４２と拡散シート４３との間に色変換シート４６を有する。
図２に示すように、バックライトユニット４０は、反射シート４１と、反射シート４１上に２次元状に配置された複数の青色光源４２と、複数の青色光源４２の上側に設けられた光学シート積層体１００とを備える。光学シート積層体１００は、青色光源４２の側に配置された拡散シート４３と、拡散シート４３の上側（表示画面５０ａの側）に設けられた一対のプリズムシート４４及び４５とを有する。また、光学シート積層体１００は、青色光源４２と拡散シート４３との間に色変換シート４６を有する。
本実施形態では、同じ構造の拡散シート４３を例えば２枚積層してバックライトユニット４０に設ける。拡散シート４３は１枚で用いてもよいし、或いは、３枚以上積層して用いてもよい。特に、バックライトユニット４０の白色光源４０の精密配置等によって輝度均一性を十分に大きくできる場合には、拡散シート４３を１枚で用いてもよい。一対のプリズムシート４４及び４５は、プリズム延伸方向（プリズム稜線の延びる方向）が互いに直交する下側プリズムシート４４及び上側プリズムシート４５であってもよい。色変換シート４６は、拡散シート４３と一対のプリズムシート４４及び４５との間に配置されてもよい。
反射シート４１は、例えば、白色のポリエチレンテレフタレート樹脂製のフィルム、銀蒸着フィルム等により構成される。
青色光源４２の種類は特に限定されないが、例えばＬＥＤ素子やレーザー素子等であってもよく、コスト、生産性等の観点からＬＥＤ素子を用いてもよい。ＬＥＤの出光角度特性を調節するために、ＬＥＤ素子にレンズを装着してもよい。青色光源４２は、例えば、ＣＩＥ１９３１の色度座標においてｘ＜０．２４、ｙ＜０．１８の光を発する。青色光源４２がＬＥＤ素子から構成される場合、ＬＥＤ素子（チップ）は、平面視した場合に長方形状を有していてもよく、その場合、一辺の長さは１０μｍ以上（好ましくは５０μｍ以上）２０ｍｍ以下（好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下）であってもよい。数ｍｍ角のＬＥＤチップが、２次元的に一定の間隔で反射シート４１上に配置されてもよい。複数のＬＥＤチップを等間隔で配置する場合、隣り合う２つのチップの中心間距離は、０．５ｍｍ以上（好ましくは２ｍｍ以上）２０ｍｍ以下であってもよい。
拡散シート４３は、図３に示すように、基材層２１を有する。拡散シート４３（基材層２１）は、光出射面となる第１面２１ａと、光入射面となる第２面２１ｂとを有する。すなわち、拡散シート４３は、第２面２１ｂを青色光源４２の方に向けて配置される。基材層２１のマトリックスとなる樹脂は、光を透過させる材料で構成されていれば、特に限定されないが、例えば、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＭＳ（メチルメタクリレート・スチレン共重合）樹脂、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、セルロールアセテート、ポリイミド等であってもよい。基材層２１は、拡散剤その他の添加剤を含んでいてもよいし、或いは、実質的に添加剤を含有しなくてもよい。基材層２１に含有可能な添加剤は、特に限定されないが、例えば、シリカ、酸化チタン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム等の無機粒子であってもよいし、例えば、アクリル、アクリルニトリル、シリコーン、ポリスチレン、ポリアミド等の有機粒子であってよい。
拡散シート４３の厚さは、特に限定されないが、例えば、３ｍｍ以下（好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下）で０．１ｍｍ以上であってもよい。拡散シート４３の厚さが３ｍｍを超えると、液晶ディスプレイの薄型化の達成が難しくなる。拡散シート４３の厚さが０．１ｍｍを下回ると、輝度を均一にすることが難しくなる。拡散シート４３は、フィルム状であってもよいし、プレート（板）状であってもよい。
拡散シート４３の第１面２１ａには、図４に示すように、略逆四角錐状（逆ピラミッド状）の複数の凹部２２が２次元マトリクス状に配列される。言い換えると、複数の凹部２２は、互いに直交する２方向に沿って配列される。隣り合う凹部２２同士は、稜線１１１によって区画される。稜線１１１は、凹部２２が配列される２方向に沿って延びる。凹部２２の中心（逆ピラミッドの頂点）１１２は、凹部２２の最深部である。図４では、簡単のため、凹部２２が５×５のマトリクス状に配置された様子を例示しているが、凹部２２の実際の配列数ははるかに多い。複数の凹部２２の２次元配列において、各凹部２２は、第１面２１ａに隙間無く設けられてもよいし、所定の間隔をあけて設けられてもよい。また、光拡散効果が損なわれない程度に、一部の凹部２２がランダムに配列されてもよい。
凹部２２の頂角θは例えば９０°であり、凹部２２の配列ピッチｐは例えば１００μｍであり、凹部２２の深さは例えば５０μｍであってもよい。凹部２２の頂角θとは、拡散シート４３の配置面に対して垂直な面（縦断面）で、凹部２２の中心（逆ピラミッドの頂点１１２）を通り且つ当該中心を挟んで向き合う一対の斜面を垂直に横切るように切断したときに現れる断面において、斜面の断面線同士がなす角のことである。また、凹部２２の配列ピッチｐとは、隣り合う凹部２２の中心（逆ピラミッドの頂点１１２）同士の間の距離（拡散シート４３の配置面に平行な方向に沿った距離）のことである。
拡散シート４３の第２面２１ｂは、例えば平坦面（鏡面）又はエンボス加工面であってもよい。拡散シート４３は、第１面２１ａに凹凸形状（凹部２２）を持つ基材層２１の１層構造で構成してもよい。拡散シート４３は、両面が平坦な基材層と、一面に凹凸形状を持つ層との２層構造で構成してもよい。拡散シート４３は、一面に凹凸形状を持つ層を含む３層以上の構造で構成してもよい。拡散シート４３の製造方法は、特に限定されないが、例えば、押し出し成型法、射出成型法などを用いてもよい。
押し出し成型法を用いて、凹凸形状を表面に持つ単層の拡散シートを製造する手順は次の通りである。まず、拡散剤が添加されたペレット状のプラスチック粒子（併せて、拡散剤が添加されていないペレット状のプラスチック粒子を混合してもよい）を単軸押し出し機に投入し、加熱しながら溶融、混錬する。その後、Ｔ－ダイスにより押し出された溶融樹脂を２本の金属ロールで挟んで冷却した後、ガイドロールを用いて搬送し、シートカッター機により枚葉平板に切り落とすことによって、拡散シートを作製する。ここで、所望の凹凸形状を反転した形状を表面に持つ金属ロールを使用して溶融樹脂を挟むことにより、ロール表面の反転形状が樹脂に転写されるので、所望の凹凸形状を拡散シート表面に賦形することができる。また、樹脂に転写された形状は、必ずしもロール表面の形状が１００％転写されたものとはならないので、転写度合いから逆算して、ロール表面の形状を設計してもよい。
押し出し成型法を用いて、凹凸形状を表面に持つ２層構造の拡散シートを製造する場合は、例えば、２つの単軸押し出し機のそれぞれに、各層の形成に必要なペレット状のプラスチック粒子を投入した後、各層毎に前述と同様の手順を実施し、作製された各シートを積層すればよい。
或いは、以下のように、凹凸形状を表面に持つ２層構造の拡散シートを作製してもよい。まず、２つの単軸押し出し機のそれぞれに、各層の形成に必要なペレット状のプラスチック粒子を投入し、加熱しながら溶融、混錬する。その後、各層となる溶融樹脂を１つのＴ－ダイスに投入し、当該Ｔ－ダイス内で積層し、当該Ｔ－ダイスにより押し出された積層溶融樹脂を２本の金属ロールで挟んで冷却する。その後、ガイドロールを用いて積層溶融樹脂を搬送し、シートカッター機により枚葉平板に切り落とすことによって、凹凸形状を表面に持つ２層構造の拡散シートを作製してもよい。
また、ＵＶ（紫外線）を用いた賦形転写によって、以下のように拡散シートを製造してもよい。まず、転写したい凹凸形状の反転形状を有するロールに未硬化の紫外線硬化樹脂を充填し、当該樹脂に基材を押し当てる。次に、紫外線硬化樹脂が充填されたロールと基材とが一体になっている状態で、紫外線を照射して樹脂を硬化させる。次に、樹脂によって凹凸形状が賦形転写されたシートをロールからはく離させる。最後に、再度シートに紫外線照射を行って樹脂を完全硬化させ、凹凸形状を表面に持つ拡散シートを作製する。
尚、本開示では、通常の形状転写技術により幾何学的に厳密な逆四角錐の凹部を形成することが難しいことを考慮して、「略逆四角錐」との表記を用いるが、「略逆四角錐」は、真正の又は実質的に逆四角錐とみなせる形状を含むものとする。また、「略」とは、近似可能であることを意味し、「略逆四角錐」とは、逆四角錐に近似可能な形状をいう。例えば、頂部が平坦な「逆四角錐台形」についても、本発明の作用効果が失われない程度に頂部面積が小さいものは、「略逆四角錐」に包含されるものとする。また、工業生産上の加工精度に起因する不可避的な形状のばらつきの範囲内で「逆四角錐」から変形した形状も、「略逆四角錐」に包含される。
プリズムシート４４及び４５は、光線を透過させる必要があるので、透明（例えば無色透明）の合成樹脂を主成分として形成される。プリズムシート４４及び４５は、一体に形成されてもよい。下側プリズムシート４４は、基材層４４ａと、基材層４４ａの表面に積層される複数の突条プリズム部４４ｂからなる突起列とを有する。同様に、上側プリズムシート４５は、基材層４５ａと、基材層４５ａの表面に積層される複数の突条プリズム部４５ｂからなる突起列とを有する。突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂはそれぞれ、基材層４４ａ及び４５ａの表面にストライプ状に積層される。突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂはそれぞれ、裏面が基材層４４ａ及び４５ａの表面に接する三角柱状体である。突条プリズム部４４ｂの延伸方向と突条プリズム部４５ｂの延伸方向とは、互いに直交する。これにより、拡散シート４３から入射される光線を下側プリズムシート４４によって法線方向側に屈折させ、さらに下側プリズムシート４４から出射される光線を上側プリズムシート４５によって表示画面５０ａに対して略垂直に進むように屈折させることができる。
プリズムシート４４及び４５の厚さ（基材層４４ａ及び４５ａの裏面から突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの頂点までの高さ）の下限は、例えば、５０μｍ程度、より好ましくは１００μｍ程度であってもよい。プリズムシート４４及び４５の厚さの上限は、２００μｍ程度、より好ましくは１８０μｍ程度であってもよい。プリズムシート４４及び４５における突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂのピッチの下限は、例えば、２０μｍ程度、より好ましくは２５μｍ程度であってもよい。プリズムシート４４及び４５における突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂのピッチの上限は、例えば、１００μｍ程度、より好ましくは６０μｍ程度であってもよい。突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの頂角は、例えば、８５°以上９５°以下であってもよい。突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの屈折率の下限は、例えば、１．５、より好ましくは１．５５であってもよい。突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの屈折率の上限は、例えば、１．７であってもよい。
プリズムシート４４及び４５は、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）フィルムからなる基材層４４ａ及び４５ａに、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂を用いて形状転写された突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂを設けたものであってもよいし、或いは、突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂが基材層４４ａ及び４５ａと一体成形されたものであってもよい。
色変換シート４６は、青色光源４２からの光を、任意の色（例えば緑色や赤色）の波長をピーク波長とする光に変換する波長変換シートである。色変換シート４６は、例えば、波長４５０ｎｍの青色光を、波長５４０ｎｍの緑色光と波長６５０ｎｍの赤色光に変換する。この場合、波長４５０ｎｍの青色光を発する青色光源４２を用いると、色変換シート４６によって青色光が部分的に緑色光と赤色光に変換されるので、色変換シート４６を透過した光は白色光になる。色変換シート４６としては、例えば、ＱＤ（量子ドット）シートや蛍光シート等を用いてもよい。
図示は省略しているが、プリズムシート４４及び４５の上側（表示画面５０ａの側）に偏光シートを設けてもよい。偏光シートは、バックライトユニット４０から出射された光が液晶表示装置５０の第１偏光板６に吸収されることを防止することによって、表示画面５０ａの輝度を向上させる。
以上に説明した本実施形態の光学シート積層体１００において、例えば図５に示すように、拡散シート４３の凹部２２の配列方向（Ｘ方向及びＹ方向）と、プリズムシート４４及び４５の突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの延伸方向とは、２０°以上７０°以下、より好ましくは２５°以上３５°以下又は５５°以上６５°以下で交差する。尚、図５では、簡単のため、突条プリズム部４４ｂの図示を省略しているが、突条プリズム部４４ｂの延伸方向と突条プリズム部４５ｂの延伸方向とは互いに直交するため、突条プリズム部４５ｂの延伸方向が前述の交差角度範囲を満たす場合、突条プリズム部４４ｂの延伸方向も前述の交差角度範囲を満たす。
＜実施形態の特徴＞
本実施形態の光学シート積層体１００は、青色光源４２を用いたバックライトユニット４０に組み込まれる。光学シート積層体１００は、第１面２１ａに略逆四角錐状の複数の凹部２２が設けられた拡散シート４３と、突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの延伸方向（以下、プリズム延伸方向ということもある）が互いに直交する一対のプリズムシート４４及び４５とを備える。拡散シート４３は、１枚で又は複数枚積層して配置される。複数の凹部２２は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度は、２０°以上７０°以下である。
本実施形態の光学シート積層体１００は、青色光源４２を用いたバックライトユニット４０に組み込まれる。光学シート積層体１００は、第１面２１ａに略逆四角錐状の複数の凹部２２が設けられた拡散シート４３と、突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの延伸方向（以下、プリズム延伸方向ということもある）が互いに直交する一対のプリズムシート４４及び４５とを備える。拡散シート４３は、１枚で又は複数枚積層して配置される。複数の凹部２２は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度は、２０°以上７０°以下である。
本実施形態の光学シート積層体１００によると、同じ光源、同じ電力、同じ光学シート積層構成で比較して、拡散シート４３の凹部（逆四角錐）配列方向とプリズムシート４４及び４５のプリズム延伸方向との角度差が０°近傍又は９０°近傍である場合よりも、輝度が増大する。従って、バックライトユニット４０において低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
本実施形態の光学シート積層体１００において、前記交差角度が、２５°以上３５°以下、又は５５°以上６５°以下であると、輝度をより一層増大させることができる。
本実施形態のバックライトユニット４０は、液晶表示装置５０に組み込まれ、青色光源４２から発せられた光を色変換シート４６を介して表示画面５０ａ側に導く。バックライトユニット４０は、表示画面５０ａと青色光源４２との間に、本実施形態の光学シート積層体１００を備え、拡散シート４３は、青色光源４２とプリズムシート４４及び４５との間に配置される。
本実施形態のバックライトユニット４０によると、本実施形態の光学シート積層体１００を備えるため、低電力でも高輝度な画面を実現することができる。
本実施形態のバックライトユニット４０において、青色光源４２は、拡散シート４３から見て表示画面５０ａの反対側に設けられた反射シート４１の上に配置されてもよい。このようにすると、拡散シート４３と反射シート４１との間での多重反射によって光がさらに拡散されるので、輝度均一性が向上する。
本実施形態のバックライトユニット４０において、拡散シート４３は、複数枚積層してプリズムシート４４及び４５と青色光源４２との間に配置されてもよい。このようにすると、複数枚の拡散シート４３によって、青色光源４２から直進してきた光が繰り返し拡散されるので、輝度均一性が向上する。
本実施形態のバックライトユニット４０において、青色光源４２と拡散シート４３との間の距離が５ｍｍ以下であると、バックライトユニット４０を小型化することができる。また、今後の中小型液晶ディスプレイの薄型化をにらみ、青色光源４２と拡散シート４３との距離をより好ましくは２．５ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下、究極的には０ｍｍとしてもよい。
本実施形態のバックライトユニット４０において、色変換シート４６は、青色光源４２と拡散シート４３との間、又は、拡散シート４３とプリズムシート４４及び４５との間に配置されてもよい。このようにすると、色変換シート４６によって、青色光源４２を発した光を白色光に変換することができる。
本実施形態のバックライトユニット４０の製造方法では、青色光源４２から見て表示画面５０ａ側に、略逆四角錐状の複数の凹部２２が設けられた拡散シート４３を１枚で又は複数枚積層して配置する工程と、拡散シート４３から見て表示画面５０ａ側に、プリズム延伸方向が互いに直交する一対のプリズムシート４４及び４５を配置する工程とを備える。複数の凹部２２は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度が、２０°以上７０°以下となるように、拡散シート４３と一対のプリズムシート４４及び４５が配置される。
本実施形態のバックライトユニット４０の製造方法によると、同じ光源、同じ電力、同じ光学シート積層構成で比較して、拡散シート４３の凹部（逆四角錐）配列方向とプリズムシート４４及び４５のプリズム延伸方向との角度差が０°近傍又は９０°近傍である場合よりも、輝度を増大させることができる。従って、低電力でも高輝度な画面を実現できるバックライトユニット４０を得ることができる。
本実施形態の液晶表示装置５０は、本実施形態のバックライトユニット４０と、液晶表示パネル５とを備える。このため、バックライトユニット４０によって、低電力でも高輝度な画面を実現することができる。液晶表示装置５０が組み込まれた情報機器（例えばノートパソコンやタブレットなどの携帯情報端末）でも同様の効果を得ることができる。
（実施例）
以下、実施例について説明する。
以下、実施例について説明する。
実施例の光学シート積層体１００として、厚さ１３０μｍで同じ構造の拡散シート４３を同じ向きに２枚重ねたものの上に、プリズム延伸方向が互いに直交する下側プリズムシ－ト４４及び上側プリズムシ－ト４５を配置したものを用いた。尚、実施例の光学シート積層体１００は、拡散シート４３の下側にＱＤシートからなる色変換シート４６を配置したものと、色変換シート４６を配置しないものの２種類を用意した。
拡散シート４３は、厚さ８０μｍの透明なポリカーボネートシート上に、屈折率１．５８７のＵＶ硬化樹脂を用いて、頂角９０°、深さ５０μｍの逆ピラミッド形状の凹部２２をピッチ１００μｍで２次元配列して形成した。拡散シート４３は、凹部２２の形成面（第１面２１ａ）が光出射面となるように配置した。拡散シート４３の第２面２１ｂは、平坦面（鏡面）とした。
プリズムシート４４及び４５は、ＰＥＴフィルムからなる基材層４４ａ及び４５ａに、アクリレートからなるＵＶ硬化型アクリル系樹脂を用いて突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂを設けて形成した。下側プリズムシ－ト４４は、総厚さが１４５μｍで、高さ１２μｍ、頂角９４°の突条プリズム部４４ｂをピッチ２５μｍで配列した。上側プリズムシ－ト４５は、総厚さが１２８μｍで、高さ２４μｍ、頂角９３°の突条プリズム部４５ｂをピッチ５１μｍで配列した。
実施例の光学シート積層体１００の下側（拡散シート４３の側）に青色光源４２を配置し、拡散シート４３とプリズムシート４４及び４５との配置関係を変化させながら、光学シート積層体１００を通過した光の輝度を調べた。青色光源４２としては、ピーク波長４５０ｎｍ（半値全幅１６ｎｍ）の青色ＬＥＤが２．８ｍｍピッチで２次元的に複数配置されたＬＥＤアレイを用いた。
輝度測定の初期状態として、図６に示すように、拡散シート４３は、凹部２２の配列方向の１つを基準方向（Ｘ軸方向）に一致させて（配置角０°で）配置し、下側プリズムシート４４は、突条プリズム部４４ｂの延伸方向をＸ軸に対して反時計回りに１０２°回転させて（配置角１０２°で）配置し、上側プリズムシート４５は、突条プリズム部４５ｂの延伸方向をＸ軸に対して反時計回りに１２°回転させて（配置角１２°で）配置した。
第１輝度測定として、前記初期状態から、２枚の拡散シート（逆ピラミッドシート）４３の配置向き（配置角）を反時計回りに１０°ずつ１８０°回転させながら、輝度変化を測定した。また、比較のため、第２輝度測定として、前記初期状態から、２枚のプリズムシート４４及び４５の配置向き（配置角）を反時計回りに１０°ずつ１８０°回転させながら、輝度変化を測定した。
各輝度測定では、青色光源４２（ＬＥＤアレイ）の上に、実施例の光学シート積層体１００を配置し、さらにその上にシート類の浮きを抑えるために透明ガラス板を載せて、トプコンテクノハウス社製の２次元色彩輝度計ＵＡ－２００を用いて、鉛直方向上向き（ＬＥＤアレイからガラス板に向かう方向）の輝度を３３ｍｍ四方の範囲について測定した。得られた二次元輝度分布画像に対して、個々のＬＥＤの発光強度バラツキに対する補正を行い、異物等に起因する輝点・暗点ノイズを抑えるためのフィルタリング処理を行った後、全画素の輝度について平均値を算出した。
図７及び図８にそれぞれ、前述の第１輝度測定及び第２輝度測定で得られた輝度変化を示す。図７及び図８において、横軸は、「上側プリズムシ－ト４５の配置角」－「拡散シート（逆ピラミッドシート）４３の配置角」（以下、単に「配置角差」ということもある）を表し、初期状態の配置角差は１２°（図６参照）である。
尚、図７では、拡散シート４３の回転に伴い、「配置角差」が１０°ずつ減り、図８では、上側プリズムシート４５の回転に伴い、「配置角差」が１０°ずつ増えるが、拡散シート４３が配置角０°（１８０°）及び９０°（２７０°）で等価な形状を有することから、「配置角差」は以下のように換算した。すなわち、「配置角差」がマイナスの値の場合は、「配置角差」に９０°の倍数を加算して０°以上９０°以下の値に換算し、「配置角差」が９０°を超える場合は、「配置角差」から９０°の倍数を減算して０°以上９０°以下の値に換算した。このようにすると、横軸の同じ「配置角差」に対して、縦軸の輝度測定値は複数存在する。また、以上のように換算した「配置角差」は、拡散シート４３の凹部２２の配列方向とプリズムシート４４及び４５の突条プリズム部４４ｂ及び４５ｂの延伸方向との交差角度（以下、単に「交差角度」ということもある）に等しくなる。
また、図７及び図８において、輝度は、色変換シート４６を設けた光学シート積層体１００の初期状態（「配置角差」が１２°のとき）の輝度測定値を１００％とした相対輝度で表している。
図７及び図８に示すように、色変換シート４６の有無に関わらず、「配置角差」が２０°～７０°の範囲（つまり「交差角度」が２０°～７０°の範囲）で、「配置角差」が０°近傍又は９０°近傍（つまり「交差角度」が０°近傍又は９０°近傍）のときと比べて、輝度が有意に増大している。特に、「配置角差」が３０°近傍及び６０°近傍（つまり「交差角度」が３０°近傍及び６０°近傍）で相対輝度は極大値となり、当該極大値となる「配置角差」の±５°の範囲で比較的大きな輝度が得られている。
以上に説明したように、実施例の光学シート積層体１００では、拡散シート４３の配置角を変化させた場合でも、プリズムシート４４及び４５の配置角を変化させた場合でも、「交差角度」が２０°～７０°の範囲で輝度が増大し、特に、「交差角度」が２５°～３５°又は５５°～６５°の範囲で輝度が顕著に増大することが分かった。
（その他の実施形態）
前記実施形態（実施例を含む。以下同じ。）では、拡散シート４３とプリズムシート４４及び４５と色変換シート４６とから光学シート積層体１００を構成した。しかし、光学シート積層体１００は、拡散シート４３、プリズムシート４４、４５及び色変換シート４６以外の他の光学シートをさらに含んでいてもよい。
前記実施形態（実施例を含む。以下同じ。）では、拡散シート４３とプリズムシート４４及び４５と色変換シート４６とから光学シート積層体１００を構成した。しかし、光学シート積層体１００は、拡散シート４３、プリズムシート４４、４５及び色変換シート４６以外の他の光学シートをさらに含んでいてもよい。
また、前記実施形態では、光学シート積層体１００に含まれる拡散シート４３の第１面２１ａに設ける凹部２２の逆多角錐形状を逆四角錐としたが、これに代えて、二次元配置可能な他の形状、例えば逆三角錐や逆六角錐としてもよい。或いは、二次元配置可能な凹部２２に代えて、突条プリズム部等の突起列を設けてもよい。また、拡散シート４３の第２面２１ｂは、平坦面（鏡面）又はエンボス加工面としたが、拡散シート４３の第２面２１ｂに、二次元配置可能な逆多角錐形状の凹部や、突条プリズム部等の突起列を設けてもよい。
以上、本開示についての実施形態を説明したが、本開示は前述の実施形態のみに限定されず、開示の範囲内で種々の変更が可能である。すなわち、前述の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
１ ＴＦＴ基板
２ ＣＦ基板
３ 液晶層
５ 液晶表示パネル
６ 第１偏光板
７ 第２偏光板
２１ 基材層
２１ａ 第１面
２１ｂ 第２面
２２ 凹部
４０ バックライトユニット
４１ 反射シート
４２ 青色光源
４３ 拡散シート
４４ 下側プリズムシート
４４ａ 基材層
４４ｂ 突条プリズム部
４５ 上側プリズムシート
４５ａ 基材層
４５ｂ 突条プリズム部
４６ 色変換シート
５０ 液晶表示装置
５０ａ 表示画面
１００ 光学シート積層体
１１１ 稜線
１１２ 凹部中心（逆ピラミッド頂点）
２ ＣＦ基板
３ 液晶層
５ 液晶表示パネル
６ 第１偏光板
７ 第２偏光板
２１ 基材層
２１ａ 第１面
２１ｂ 第２面
２２ 凹部
４０ バックライトユニット
４１ 反射シート
４２ 青色光源
４３ 拡散シート
４４ 下側プリズムシート
４４ａ 基材層
４４ｂ 突条プリズム部
４５ 上側プリズムシート
４５ａ 基材層
４５ｂ 突条プリズム部
４６ 色変換シート
５０ 液晶表示装置
５０ａ 表示画面
１００ 光学シート積層体
１１１ 稜線
１１２ 凹部中心（逆ピラミッド頂点）
Claims (10)
- 青色光源を用いたバックライトユニットに組み込まれる光学シート積層体であって、
少なくとも一面に略逆四角錐状の複数の凹部が設けられた拡散シートと、
プリズム延伸方向が互いに直交する一対のプリズムシートとを備え、
前記拡散シートは、１枚で又は複数枚積層して配置され、
前記複数の凹部は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度は、２０°以上７０°以下である
光学シート積層体。 - 前記交差角度は、２５°以上３５°以下、又は５５°以上６５°以下である
請求項１に記載の光学シート積層体。 - 液晶表示装置に組み込まれ、青色光源から発せられた光を色変換シートを介して表示画面側に導くバックライトユニットであって、
前記表示画面と前記青色光源との間に、請求項１又は２に記載の光学シート積層体を備え、
前記拡散シートは、前記青色光源と前記一対のプリズムシートとの間に配置される
バックライトユニット。 - 前記青色光源は、前記拡散シートから見て前記表示画面の反対側に設けられた反射シートの上に配置される
請求項３に記載のバックライトユニット。 - 前記拡散シートは、複数枚積層して前記一対のプリズムシートと前記青色光源との間に配置される
請求項３又は４に記載のバックライトユニット。 - 前記青色光源と前記拡散シートとの間の距離は、５ｍｍ以下である
請求項３～５のいずれか１項に記載のバックライトユニット。 - 前記色変換シートは、前記青色光源と前記拡散シートとの間、又は、前記拡散シートと前記一対のプリズムシートとの間に配置される
請求項３～６のいずれか１項に記載のバックライトユニット。 - 請求項３～７のいずれか１項に記載のバックライトユニットと、
液晶表示パネルとを備える
液晶表示装置。 - 請求項８に記載の液晶表示装置を備える情報機器。
- 液晶表示装置に組み込まれ、青色光源から発せられた光を色変換シートを介して表示画面側に導くバックライトユニットの製造方法であって、
前記青色光源から見て前記表示画面側に、少なくとも一面に略逆四角錐状の複数の凹部が設けられた拡散シートを１枚で又は複数枚積層して配置する工程と、
前記拡散シートから見て前記表示画面側に、プリズム延伸方向が互いに直交する一対のプリズムシートを配置する工程とを備え、
前記複数の凹部は、二次元マトリクス状に配列され、当該配列方向と前記プリズム延伸方向との交差角度が、２０°以上７０°以下となるように、前記拡散シート及び前記一対のプリズムシートが配置される
バックライトユニットの製造方法。
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