JP5391798B2 - バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents
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特許文献1〜3には、拡散性能を向上させる手段として、拡散板の光出射面にレンズ形状を賦形した例が開示されている。一例として、拡散板の上に凸型曲面を有するレンズが配置されている。このような拡散板では、光源の配置に合わせてレンズの形状を設計し、レンズのアライメントを決定することが必要となる場合があり、製造工程が煩雑化することが生じる。また、拡散板の光出射面にレンズ形状を賦形することにより、拡散板の全光線透過率が低下して、画面表示に必要な輝度を得ることが難しくなることもある。さらにまた、拡散板の上に配置したレンズシートと液晶画素とからモアレ干渉縞が生じる問題も考えられる。
そのため、前記光拡散部材である大小粒径の真球形状粒子と不定形粒子の配合比の最適化を図ることにより、光の透過率を維持しながら光を効果的に拡散させることができ、結果的に輝度を保持すると同時に光源の輝度ムラを消すことが出来る。
また、光拡散性に寄与する真球形大粒径粒子、真球形状小粒径粒子、不定形状粒子の屈折率差を最適な範囲に設定することができ、光の拡散性を向上させることが可能となる。
また、前記透明樹脂100重量部に、前記光散乱粒子が合計で2重量部〜5重量部分散させることで、光の拡散性を向上させることが可能となる。
また、光伝搬層の光入射面側となす角度は、20度以上90度以下の間で、第一頂部から光伝搬層の光入射面側に行くに従い大きくなるように連続して変化する構成にしたので、正面からの入射光Hを様々な角度へ拡散することができる。さらに、光伝搬層の光入射面側となす角度が20度より小さくなる面がないため、第一傾斜面のどの箇所に光が入射しても大きな角度で偏向することができる。
なお、全光線透過率は、JIS K7361−1に準拠した測定値である。また、光伝搬層23は、ヘイズ値が95%以下であることが好ましい。光伝搬層23は、光偏向要素28によって偏向拡散された入射光を効果的に拡げて伝搬し、拡散基材26へ入射させる。従って、ヘイズ値が95%を超える場合には、十分な光拡散効果を得ることが出来ないため好ましくない。なお、ヘイズ値は、JIS K7136に準拠した測定値である。
光Hが光偏向要素28に入射すると、空気の屈折率と光偏向レンズ28の屈折率n0とにより光Hは偏向される。このとき光偏向要素28の屈折率n0が大きいほど屈折角は大きくなるため、光偏向要素28の屈折率n0は大きい方が望ましい。図9(a)においては、光偏向要素28、光伝搬層23の光偏向要素28側の層23A、及び光伝搬層23の拡散基材26側の層23Bのそれぞれの界面において、光が光源41側から観察者側Fに進むにあたり、界面での屈折率が高くなる場合を2点鎖線、屈折率が変わらない場合を点線、屈折率が低くなる場合を実線で表している。例えば、光偏向要素28により偏向された光が光伝搬層23に入射する際、n0>n1、すなわち屈折率が低くなる場合、実線で図示される方向へ偏向する。偏向された光と光伝搬層23の観察者側Fとは反対側の面23aとのなす角度が小さくなるため、拡散性能は向上する。
このような場合には、正面方向(観察者方向)の発光輝度が高い視野角特性を得ることができる。
押出法は、押出機で熱可塑性樹脂を加熱溶融させ、Tダイから押出し、板状に成形する方法である。また、共押出法は、積層板を形成する場合に用い、複数台の押出機を用い、フィードブロックダイやマニホールドダイなどの積層ダイから、積層押出しを行い、複層板状に成形する方法である。
(実施例1)
まず、屈折率1.59の熱可塑性ポリカーボネート樹脂に、真球形状小粒径粒子として屈折率1.49、平均粒径2μmのメタクリル粒子を0、1重量%(質量%)添加して、光拡散基材(実施例1−1)を作製した。
この光拡散基材(実施例1−1)の出射光の輝度分布形状を測定した。サイドローブのある輝度分布形状が得られた。
この光拡散基材(実施例1−2)の出射光の輝度分布形状を測定すると、サイドローブの高さが小さくなった輝度分布形状が得られた。また、最大傾斜角が緩やかになり、視野角が広くなった。
この光拡散基材(実施例1−3)の出射光の輝度分布形状を測定すると、サイドローブの高さが更に小さくなった。また、最大傾斜角がより緩やかになり、視野角がより広くなった。
屈折率1.59のポリカーボネート樹脂に、3種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.55、平均粒径4μmのMS、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径2μmのシリコーン、不定形粒子として、屈折率1.43のシリコーンを用い、樹脂重量部98に対して、光散乱粒子の合計が2重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子と真球形状小粒径粒子と不定形粒子の重量比率(質量比率)が3:2:1となるように設定した。
次に、この光拡散基材のランプイメージの抑制効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.59のポリカーボネート樹脂に、3種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.51、平均粒径3μmのMS、不定形粒子として、屈折率1.43のシリコーンを用い、樹脂重量部97に対して、光散乱粒子の合計が3重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子と真球形状小粒径粒子と不定形粒子の重量比率が6:4:3となるように設定し、光拡散基材の板厚を1.5mmとしたこと以外は、実施例2と同様にして光拡散基材を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージの抑制効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.59のポリカーボネート樹脂に、2種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.55、平均粒径4μmのMS、不定形粒子として、屈折率1.43のシリコーンを用い、樹脂重量部98に対して、光散乱粒子の合計が2重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子と不定形粒子の重量比率が3:1となるように設定したこと以外は、実施例2と同様にして光拡散板を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージ効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.59のポリカーボネート樹脂に、2種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径2μmのシリコーン、不定形粒子として、屈折率1.43のシリコーンを用い、樹脂重量部97に対して、光散乱粒子の合計が3重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子と不定形粒子の重量比率が4:3となるように設定し、光拡散基材の板厚を1.5mmとしたこと以外は、実施例2と同様にして光拡散基材を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージ効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.56のメタアクリルスチレン共重合樹脂(MS樹脂)に、4種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、第一の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径2μmのシリコーンを用い、不定形粒子として、屈折率1.43のシリコーンを用い、さらに、第二の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.46、平均粒径6μmのフッ素付加アクリルを用い、樹脂重量部97.5に対して、光散乱粒子の合計が2.5重量部となるようにし、さらに、第一の真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子、不定形粒子、第二の真球形状大粒径粒子の重量比率が4:4:3:4となるように設定したこと以外は、実施例2と同様にして光拡散基材を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージ効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.49のメタアクリル樹脂に、4種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、第一の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径3μmのMSを用い、不定形粒子として、屈折率1.43のシリコーンを用い、さらに、第二の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径12μmのシリコーンを用い、樹脂重量部97に対して、光散乱粒子の合計が3重量部となるようにし、さらに、第一の真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子、不定形粒子、第二の真球形状大粒径粒子の重量比率が4:3:3:6となるように設定し、光拡散基材の板厚を1.5mmとしたこと以外は、実施例2と同様にして光拡散基材を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージ効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.56のメタアクリルスチレン共重合樹脂(MS樹脂)に、2種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の質量比率で添加した。具体的には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径3μmのMSを用い、樹脂重量部97.5に対して、光散乱粒子の合計が2.5重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子の重量比率が1:1となるように設定したこと以外は、実施例2と同様にして光拡散基材を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージ効果と明るさの評価を行った。
屈折率1.56のメタアクリルスチレン共重合樹脂(MS樹脂)に、1種類の光散乱粒子をそれぞれ所定の重量比率で添加した。具体的には、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径2μmのシリコーンを用い、樹脂重量部97に対して、光散乱粒子の合計が3重量部となるようにし、光拡散基材の板厚を1.5mmとしたこと以外は、実施例2と同様にして光拡散基材を作製した。
次に、この光拡散基材のランプイメージ効果と明るさの評価を行った。
本実施例、及び比較例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
(正面輝度評価)
ディスプレイ装置70を全白表示とし、画面中心部を分光放射輝度計(SR−3A:トプコンテクノハウス社製)にて測定した。
(ランプイメージ評価)
ディスプレイ装置70を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機(ProMetric1200:Radiant Imaging社製)にて測定、複数の冷陰極管の並びに対して垂直方向の輝度分布データにより解析を行った。なお、輝度分布は冷陰極管に対応した波型の分布が得られるので、中心の5本分の冷陰極管に相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化(%)を算出した。この輝度変化の標準偏差σが1%以内であれば、光学シートの拡散性が良好と判定した。
比較例2、3、4はランプイメージが不良という結果となった。
一方、実施例2〜5は輝度を落とすことなくランプイメージ低減効果を得られ、現状必要となる目標の表示品位を達成することができた。
第一の光拡散基材には、不定形粒子のみを樹脂重量部98に対して2重量部分散させて、層厚250μmで形成した。
第二の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.55、平均粒径4μmのMS、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径3μmのMSを用い、樹脂重量部97に対して、光散乱粒子の合計が3重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子の重量比率が1.8:1.2となるように設定し、層厚1250μmで形成した。
第三の光拡散基材は、第一の光拡散基材と同様の構成とした。
第一、第二の光拡散基材は、実施例6と同様の構成とした。
第二の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径6μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径3μmのMSを用い、樹脂重量部95.3に対して、光散乱粒子20の合計が4.7重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子の重量比率が3.5:1.2となるように設定し、層厚1250μmで形成した。
第一、第二の光拡散基材は、実施例6と同様の構成とした。
第二の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径2μmのシリコーンを用い、樹脂重量部97に対して、光散乱粒子の合計が3重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子の重量比率が2:1となるように設定し、層厚1250μmで形成した。
第一、第二の光拡散基材は、実施例6と同様の構成とした。
第二の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.51、平均粒径12μmのMS、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径2μmのシリコーンを用い、樹脂重量部96.4に対して、光散乱粒子の合計が3.7重量部となるようにし、さらに、真球形状大粒径粒子、真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子の重量比率が1.5:2:1となるように設定し、層厚1250μmで形成した。
第一、第二の光拡散基材は、実施例6と同様の構成とした。
第二の光拡散基材には、第一の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.51、平均粒径20μmのMS、第二の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.51、平均粒径12μmのMS、第三の真球形状大粒径粒子として、屈折率1.43、平均粒径4.5μmのシリコーン、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.41、平均粒径1μmのシリコーンを用い、樹脂重量部96.4に対して、光散乱粒子の合計が3.7重量部となるようにし、さらに、第一の真球形状大粒径粒子、第二の真球形状大粒径粒子、第三の真球形状大粒径粒子、真球形状小粒径粒子の重量比率が1:1.5:2:1となるように設定し、層厚1250μmで形成した。
第一、第二の光拡散基材は、実施例6と同様の構成とした。
第二の光拡散基材には、真球形状小粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径3μmのMSを用い、樹脂重量部96.5に対して、光散乱粒子の合計が3.5重量部となるようにし、層厚1250μmで形成した。
第一、第二の光拡散基材は、実施例6と同様の構成とした。
第二の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径4μmのMSを用い、樹脂重量部98に対して、光散乱粒子の合計が2重量部となるようにし、層厚1250μmで形成した。
第一の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.54、平均粒径3μmのMSを用い、樹脂重量部98に対して、光散乱粒子の合計が2重量部となるようにした。
第二の光拡散基材には、真球形状大粒径粒子として、屈折率1.55、平均粒径4μmのMSを用い、樹脂重量部98に対して、光散乱粒子の合計が2重量部となるようにし、層厚1250μmで形成した。
第三の光拡散基材は、第一の光拡散基材と同様の構成とした。
本実施例、及び比較例のディスプレイ装置を以下の測定方法により評価した。
(正面輝度評価)
ディスプレイ装置70を全白表示とし、画面中心部を分光放射輝度計(SR−3A:トプコンテクノハウス社製)にて測定した。
(ランプイメージ評価)
ディスプレイ装置70を全白表示とし、画面全体を輝度ムラ測定機(ProMetric1200:Radiant Imaging社製)にて測定、複数の冷陰極管の並びに対して垂直方向の輝度分布データにより解析を行った。なお、輝度分布は冷陰極管に対応した波型の分布が得られるので、中心の5本分の冷陰極管に相当する輝度データを抽出して平均輝度を算出した後、平均輝度に対する輝度変化(%)を算出した。この輝度変化の標準偏差σが1%以内であれば、光学シートの拡散性が良好と判定した。
比較例5、7はランプイメージが不良という結果となった。一方、実施例6〜10は明るさを落とすことなくランプイメージ低減効果を得られ、現状必要となる目標の表示品位を達成することができた。
Claims (15)
- 光拡散基材の光入射面側に光伝搬層と光偏向要素を設けた構造を有する光均一素子と、光源とを備え、前記光均一素子と前記光源が対向するように配置されるバックライトユニットであって、
前記光拡散基材が透明樹脂に光拡散剤が混入されてなる光拡散部材であって、前記光拡散剤は平均粒径4〜20μmの真球形状大粒径粒子と、平均粒径1〜3μmの真球形状小粒径粒子と、不定形状粒子との少なくとも3種類の粒子が含有され、
前記透明樹脂と前記真球形状大粒径粒子との屈折率差が0.05〜0.16であり、前記透明樹脂と前記真球形状小粒径粒子との屈折率差が0.05〜0.18であり、前記透明樹脂と前記不定形状粒子との屈折率差が0.06〜0.16であり、
前記光拡散基材は、前記透明樹脂100重量部に、前記光拡散剤が合計で2重量部〜5重量部分散されてなり、
前記光偏向要素が稜線で形成された第一頂部と、前記稜線の両側から前記光伝搬層の光入射面に至る一対の第一傾斜面とを有し、前記光伝搬層の屈折率をnとし、前記光偏向要素のピッチをPとし、前記第一傾斜面が前記光伝搬層に接合する接合点における前記第一傾斜面への接線が、前記光伝搬層の光入射面となす角度をθとしたとき、前記光伝搬層の厚さTが下記の数1を満たし、
さらに前記一対の第一傾斜面は互いに離れる方向に凸の湾曲面で形成され、前記傾斜面の各点における接線と、前記光伝搬層の光入射面側となす角度が、20度以上90度以下の間で、前記第一頂部から前記光伝搬層の光入射面側に行くに従い大きくなるように連続して変化している、
ことを特徴とするバックライトユニット。
- 前記光拡散基材が3層以上積層されてなることを特徴とする請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記光拡散基材が3層以上積層されてなり、前記光拡散基材の少なくとも1層に紫外線吸収剤が添加されていることを特徴とする請求項1または2記載のバックライトユニット。
- 前記光偏向要素の第一頂部が稜線を有することを特徴とする請求項1に記載のバックライトユニット。
- 前記光拡散基材の光入射面側に光伝搬層が形成され、前記光伝搬層の光入射面側に光偏向要素が形成されており、前記光拡散基材は、透明樹脂に光拡散領域が分散されてなり、全光線透過率が10%〜60%、ヘイズ値が95%以上であり、前記伝搬層は全光線透過率が80%以上、ヘイズ値が95%以下であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記拡散基材の光出射面側に微細な凹凸が設けられたことを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記拡散基材の光出射面側に凹凸を有する光拡散レンズが設けられたことを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記拡散基材の光出射面側が略平坦であることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記光偏向要素と前記光伝播層及び前記光拡散基材が多層押出法により一体成形されていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記光拡散基材と前記光伝搬層とが多層押出法により一体成形されており、シート状に成形された光偏向要素が光伝搬層とが固定層により積層されていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記拡散基材の光出射面側に集光レンズと光透過基材から成る光学フィルムが設けられており、前記集光レンズは複数で一定のピッチで配列されて、前記集光レンズの形状が凸曲面形状であり、弧状表面を有する第三頂部と、前記第三頂部から前記光透過基材へ至る第三傾斜面とを有しており、前記第三頂部に行くに従い、対向する前記第三傾斜面の間の距離が次第に減少するように形成されていることを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記光学フィルムと前記光均一素子との間に複数の光マスクと、前記光マスクを離間する光透過用開口部とが設けられており、前記光透過開口部が、前記集光レンズの前記第三頂部に対応して設けられ、前記光マスクを介して前記光学フィルムと前記光均一素子とが一体積層されていることを特徴とする請求項11に記載のバックライトユニット。
- 前記光学フィルムと前記光均一素子との間にドット状または線状のリブが配列され、前記リブを介して前記光学フィルムと前記光均一素子とが一体積層されてなることを特徴とする請求項11に記載のバックライトユニット。
- 前記光源が線状光源であり、前記光偏向レンズの形状がレンチキュラー型であり、平面視したときに、前記レンチキュラー型レンズの長軸方向と前記線状光源の長軸方向とのなす角が20度以下であることを特徴とする請求項1から13の何れか1項に記載のバックライトユニット。
- 画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する画像表示素子と、請求項1から14の何れか1項に記載のバックライトユニットを備えることを特徴とするディスプレイ装置。
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