JP6806911B2 - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents
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Description
非特許文献3には導光板上に、透明基材上の片面に円錐台形状を、もう一方の面にレンズ形状を有する光学シートを設けて光を平行化することが提案されている。しかし、記載の構成では、導光板から円錐台形状斜面に入射した光の一部が全反射しきれずに、斜面から漏れ出ることで、液晶表示装置の黒表示時の斜め方向から視認した時の輝度上昇に繋がってしまう課題がある。
d≦f≦d+h ・・・ 式8
ここで、hは円錐台形の高さである。
0.15<Rb/R≦1.0 ・・・ 式10
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りが無い限り「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
光平行化部材2は、透明基材21と、透明基材21の一方の面に複数配列されているレンズ22、すなわち、レンズアレイと、透明基材21の他方の面に複数配列されている円錐台形20とを有する。
このような液晶表示装置40において、光源10が出射した光は、導光板12の側面に入射する。導光板12は、側面から入射した光を導光し、液晶表示素子30側の主面から出射する。導光板12から出射された光は、光平行化部材2に入射する。光平行化部材2は、入射した光を液晶表示素子の主面の法線方向(正面方向)に集光して(指向性を高めて)出射し、液晶表示素子30に光を入射させる。
基板11は、導光板12の光を出射する側の面とは反対側の面と対面して配置されている。また、基板11の表面の大きさは、導光板12の光を出射する側の面とは反対側の面を覆う大きさである。
光源10が配置される基板11は特に制限なく、公知のものが、各種、利用可能である。光を効率的に用いるために、基板11の導光板12と対面する面は、吸収が小さく反射率が高い反射面であることが好ましい。例えば、白色PET(ポリエチレンテレフタレート)やポリエステル系樹脂を用いた多層膜フィルムからなる反射面を有するものが好ましいが、これに限るものではない。ポリエステル系樹脂を用いた多層膜フィルムとしては、例えば、3M社製のESR(商品名)が挙げられる。
接着層13の弾性率は0.1MPa〜3.0MPa、接着層13の厚みは1μm〜20μmであることが好ましい。上記範囲の素材を使用することで、接着層13の変形を抑制でき、変形起因の光漏れを抑制出来る。また、円錐台形20と導光板12の接着性を高めることが出来る。
接着層13は導光板12の光を出射する面全体を覆うように設けても良いし、光平行化部材2の円錐台形20の透明基材21と反対側の面20aの部分のみに設けても良い。接着層13の屈折率n3は導光板12からの光取り出しの観点と、円錐台形20に入射する光を屈折させる観点から、n1≦n3<n2またはn1<n3≦n2の関係を満たすことが好ましい。
なお、n1は導光板12の屈折率であり、n2は、円錐台形の屈折率である。
また、レンズ22と円錐台形20とのずれ量は、すべてのユニットで同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、複数のレンズ22の配列と複数の円錐台形20の配列とが同じ形で、複数のレンズ22が全体的に円錐台形に20に対してずれていてもよい。
図3に円錐台形における各値の定義箇所について図示する。
式4中の導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲(θiの範囲)は、導光板の臨界反射角θcを用いると、θc〜90°と求めることができる。θcは次式で求められる。
n1:導光板の屈折率
例えば、空気中に置かれた導光板の屈折率n1を1.5とするとθcは約41.8°となり、導光板から円錐台形に入射する光の角度範囲は41.8〜90°となる。
θaveは0.1°刻みで入射角度範囲を分割し式4に従って求める。θaveは図4に示すように、各入射角で円錐台形に入射した光が円錐台形の斜面において全反射した後に、正面方向(0°方向)に向かうために必要な円錐台形の傾斜角度の平均値を表している。
d≦f≦d+h ・・・ 式8
ここで、hは円錐台形の高さである。
また、レンズの焦点距離fは、下記式で求められる。
f=r1/(n4−1)
ここで、n4はレンズの屈折率、r1はレンズの曲率半径である。
透明基材21の表面は円錐台形20およびレンズ22の密着向上のために、コロナ処理やプラズマ処理などの表面処理を行っても良いし、密着向上層を付与しても良い。
ユニット(レンズ22および円錐台形20)をランダムに配置することで、モアレの発生を抑制できる。
例えば、図12に示す光平行化部材の一例では、円錐台形20と透明基材21との間に光吸収層26を有する。光吸収層26には、開口部26aが設けられており、開口部の中心がレンズ22の光軸と一致している。
あるいは、図13に示す光平行化部材の一例では、レンズ22と透明基材21との間に光吸収層26を有する。この場合も、光吸収層26には、開口部26aが設けられており、開口部の中心がレンズ22の光軸と一致している。
開口部が円形の場合には、開口部の直径Rbが式9を満たすことが好ましい。
0.15<Rb/R≦1.0 ・・・ 式9
Rb/Rを0.15以上とすることで、レンズに入射する光量を確保することができ、液晶表示装置に使用した時に高い正面輝度を得ることができる。Rb/Rを1以下とすることで確実に遮光効果を得ることができ、斜め光漏れを好適に抑制できる。
光吸収層としては、既存のバインダー素材にカーボンブラックやカーボンナノチューブなどを混合した材料を使用出来る。また、バインダー素材としてレジスト素材を用いることで、UV(紫外線)露光によって吸収層の開口部をパターニングして形成することが可能となる。
本発明のバックライトユニットにおいて、光の射出方向を制御するために、光平行化部材の上に光偏向部材を設けても良い(図14参照)。光偏向部材としては、光の屈折を利用するプリズムシート、レンズシート、回折を利用した透過型回折格子などを上げることが出来る。光平行化部材から射出した平行光を一方向に偏向させる部材としてはプリズムシートが好ましい。
このようなバックライトユニットを用いることで、例えば、自動車に搭載されるディスプレイを特定の方向(例えば、運転席側)から視認しやすく、他の方向からは視認しにくくすることができる。その結果、自動車の正面もしくは側面ガラスへのディスプレイの写り込みを抑制させることができるため、運転者が正面もしくは側面ガラスを通して外を視認しやすくなる。
また、光偏向部材から射出した光の広がりを制御するために、光偏向部材の上に拡散フィルムを設けても良い。拡散フィルムとしては、公知の拡散フィルムを使用することが出来る。特に、表面に凹凸を有する拡散シートのような、拡散フィルム内部および表面における後方散乱が少ないものを用いることが、光の射出方向を維持するために好ましい。
光拡散部材を設けることで、液晶パネルを通過した平行光を拡散することができ、液晶表示装置の視野角依存性を改良することが出来る。
<<光平行化部材の作製>>
傾斜角度θが62°、円錐台形の透明基材側の半径30μm、円錐台形の高さhが42μm、ピッチが60μmの円錐台形を正方配置した金型Iと、半径Rが30μm、ピッチが60μmの球面レンズを正方配置した金型IIを準備した。
透明基材として50μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4300)を用い、透明基材の片面に、n2=1.69の紫外線硬化性樹脂(アイカ工業製、ACHR−MOLD−19)を塗工し、金型Iを押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型Iから硬化した樹脂を剥離し、円錐台形のパターンをPETフィルム上に賦形した。
上記円錐台形を賦形した面と反対面に、n=1.50の紫外線硬化樹脂(アイカ工業製、Z=977−9L)を塗布し、金型IIを押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型IIから硬化した樹脂を剥離し、レンズのパターンをPETフィルム上に賦形した。レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離が13.3μmになるように、レンズと円錐台形をずらして賦形を行い、光平行化部材A1を得た。
導光板として、厚み1.0mm、屈折率n1=1.50のアクリル板(日東樹脂工業社製、CRALEX)を用いた。次に光学接着層形成用素材として、SKダインSF−2147(綜研化学株式会社製)90.87質量部、TD-75(綜研化学株式会社製)0.04質量部、酢酸エチル9.09質量部を混合した。この液を導光板上に乾燥後の膜厚が0.3〜0.5μmとなるように塗工した後、70℃10分で加熱し、屈折率が1.50の光学接着層を形成した。
上記光学接着層を設けた導光板上に、光平行化部材の円錐台形を接着させる様に貼合した。
円錐台形の傾斜角度θを57°にした金型Iを用い、レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Lを9.5μmとした以外は実施例1と同様にして、光平行化部材A2を備えた導光板を作製した。
円錐台形の傾斜角度θを70°にした金型Iを用い、レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Lを18.5μmとした以外は実施例1と同様にして、光平行化部材A3を備えた導光板を作製した。
円錐台形の作製樹脂を、実施例1に記載のn2=1.69の紫外線硬化樹脂とn=1.50の紫外線硬化樹脂を混合し、n2=1.60となるように調整したものを使用した以外は、実施例1と同様にして、光平行化部材A4を備えた導光板を作製した。
円錐台形の作製樹脂をn2=1.75の樹脂(NTT−AT社製、インプリント用樹脂)に変更し、円錐台形の傾斜角度θを65°、レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Lを15.3μmに変更した以外は、実施例1と同様にして、光平行化部材A5を備えた導光板を作製した。
レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Lを5.4μmとした以外は実施例1と同様にして、光平行化部材A6を備えた導光板を作製した。
レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Lを20.6μmとした以外は実施例1と同様にして、光平行化部材A7を備えた導光板を作製した。
プリズム形状用の金型を準備した。プリズムの頂角が45°、プリズムピッチが50μmで、プリズム形状が一方向に延在した形状を有する金型を作製した。
100μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4300)の片面に、n=1.50の紫外線硬化樹脂(アイカ工業製、Z=977−9L)を塗布し、プリズム形状の金型を押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型から硬化した樹脂を剥離し、プリズム形状をPETフィルム上に賦形したプリズムシートB1を作製した。
次にVAモードの液晶表示装置LL−M220(シャープ株式会社製)を分解し、白色ドット付きの導光板および拡散フィルムを取り出した。この導光板の上に拡散フィルムを設置し、さらにプリズムの延在方向が直交するようにプリズムシートB1を2枚設置した。
円錐台形の傾斜角度θを75°にした金型Iを用い、レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Lを20.8μmとした以外は実施例1と同様にして、光平行化部材B2を備えた導光板を作製した。
円錐台形の作製樹脂をn2=1.50の紫外線硬化樹脂(アイカ工業製、Z=977−9L)に変更した以外は、実施例1と同様にして、光平行化部材B3を備えた導光板を作製した。
傾斜角度θ57°、円錐台形の透明基材側の半径24μm、円錐台形の高さhが30μm、ピッチが100μmの円錐台形を正方配置した金型Iと、曲率半径Rが52μm、ピッチが100μmの球面レンズを正方配置した金型IIを準備した。
38μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4300)の片面に、n=1.47の紫外線硬化性樹脂組成物(日本化薬(株)製KAYARAD−HX220 80重量部、日本化薬(株)製KAYARAD−UX4101 20重量部、BASFジャパン(株)製Irgacure184 1重量部、日本化薬(株)KAYACURE−EPA 0.2重量部、BASFジャパン(株)製TINUVIN PS1.5重量部、の混合物)を塗工し、金型Iを押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型Iから硬化した樹脂を剥離し、円錐台形のパターンをPETフィルム上に賦形した。
上記円錐台形を賦形した面と反対面に、n=1.50の紫外線硬化樹脂(アイカ工業製、Z=977−9L)を塗布し、金型IIを押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型IIから硬化した樹脂を剥離し、レンズのパターンをPETフィルム上に賦形した。レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離が一致するように、レンズと円錐台形を賦形し、光平行化部材B4を得た。
特開2009−162843号の実施例1に記載されている、第1の非球面レンズアレイと第2の凹型プリズムアレイからなるレンズシートを作製した。まず、第1の非球面レンズアレイの金型と、第2の凹型プリズムの金型を準備した。75μmのPETフィルム(東洋紡社製、コスモシャインA4300)の片面に、n=1.50の紫外線硬化樹脂(アイカ工業製、Z=977−9L)を塗布し、第1の非球面レンズアレイの金型を押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型から硬化した樹脂を剥離し、非球面レンズのパターンをPETフィルム上に賦形した。n=1.69の紫外線硬化性樹脂(アイカ工業製、ACHR−MOLD−19)を塗工し、第2の凹型プリズムの金型を押し付けた後、紫外線を照射し硬化させた。金型から硬化した樹脂を剥離し、目的のレンズシートを得た。第1の非球面レンズの光軸と、第2の凹型プリズムの頂点が一致するように賦形した。
(屈折率)
各素材の屈折率は、Metricon社製プリズムカプラーmodel2010を用い、波長532nmで計測し求めた。
VAモードの液晶表示装置LL−M220(シャープ株式会社製)を分解し、導光板を取り出した後に、各実施例および比較例で作製した部材の導光板端面をLEDに密着させるようにして配置した。なお、各光平行化部材はLEDと密着させた導光板端面と垂直方向(LEDからの光の進行方向)に、表1(表1−1)記載の距離Lだけ、円錐台形の垂線に対してレンズの光軸をずらすように配置した。
作製したバックライトユニットの光源を点灯させ、ELDIM社のEZContrastを用いて輝度分布を計測した。極角0°方向(正面方向)、方位角0°極角60°および方位角180°極角−60°の輝度の値と正面方向の輝度ピークの半値半幅を指標とした。なお、方位角および極角の定義は図9に示す。
作製したバックライトユニット上に、LL−M220の液晶セルを配置した。実施例1〜7および比較例2〜5のバックライトユニットを使用した場合では、液晶パネルの視認側最表面に、レンチキュラーレンズ(60Lpi、0.43mm厚)を配置した。レンチキュラーレンズは、レンズの延在方向を方位角90°方向となるように配置した。そして、バックライトユニットを点灯させ、液晶セルを白表示および黒表示の状態にして、ELDIM社のEZContrastを用いて輝度計測を行った。白表示および黒表示における極角0°方向(正面方向)、方位角0°極角60°および方位角180°極角−60°の輝度を指標とした。
また、円錐台形の傾斜角度が高い比較例1、円錐台形と導光板の屈折率が等しい比較例2では、正面方向の輝度ピークの半値半幅が10°以下と光の平行光化は達成出来ているが、極角±60°における輝度がおよそ900〜3000Cd/m2と高い。特許文献1の実施様態である比較例4では、正面方向の輝度ピークが−7°と正面方向から傾いた方向であり、さらに正面方向の輝度が低くなっている。
これに対して、本発明の実施例1〜7では正面方向の輝度ピークの半値半幅が10°以下であり、ピーク角度が0°±5°の範囲に入っており、さらに極角±60°における輝度が抑制出来ていることが分かる。特に、式4、式5を満たしている実施例1、実施例4、実施例5では他の実施例に対して、さらに極角±60°の輝度が抑制されているとともに、正面方向の輝度は高められていることが分かる。
実施例1の光平行化部材の上に、さらにルーバーフィルム(3M社製、Black Privacy Filter PF12.1WS)を設置した。
(異方性光吸収組成物の調製)
下記の成分を混合し、80℃で1時間攪拌することで、異方性光吸収組成物を得た。二色性色素には、特開2013−101328号公報の実施例に記載のアゾ系色素を用いた。重合性液晶化合物1および2は、lub et al., Recl.Trav.Chim.Pays-Bas, 115, 321-328(1996)記載の方法に従って合成した。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・下記の重合性液晶化合物1 75質量部
・下記の重合性液晶化合物2 25質量部
・二色性色素1 2.8質量部
・重合開始剤(2−ジメチルアミノ−2−ベンジル−1−(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン(イルガキュア369;チバスペシャルティケミカルズ社製))
6部質量部
・レベリング剤(ポリアクリレート化合物(BYK−361N;BYK−Chemie社製) 3質量部
・溶剤(o-キシレン) 250質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――
長辺490mm×短辺280mmの50μmPET(東洋紡社製、コスモシャインA4300)上に、スピンコーターを用いて上記の異方性光吸収組成物を塗布した後、110℃に設定した乾燥オーブンで1分間乾燥することで、重合性液晶化合物及び二色性色素が配向した乾燥塗膜を得た。この乾燥塗膜を室温まで自然冷却した後に高圧水銀ランプ(ユニキュアVB―15201BY−A、ウシオ電機株式会社製)を用いて、紫外線を照射(窒素雰囲気下、波長:365nm、波長365nmにおける積算光量:1000mJ/cm2)することにより、重合性液晶化合物を重合して異方性光吸収シート1を得た。
実施例1で示したレンズおよび円錐台形と同じ形状を、長辺490mm×短辺280mmの50μmPET上に賦形した。一組のレンズと円錐台形からなる構造の密度が、このとき一方の短辺からもう一方の短辺に向かって、70個/mm2から278個/mm2と増えるように、不規則に配置した以外は、実施例1と同様にしてバックライトユニットを作製した。
導光板を下記の導光板に変更したこと、および光学接着層を下記の接着層に変更したこと以外は、実施例1〜7および比較例1〜5と同様にして光平行化部材を備えた導光板を作製した。
導光板として、280mm×487mm、厚み2.0mm、屈折率n1=1.50のアクリル板(日東樹脂工業社製、CRALEX)を用いた。光学接着層として、株式会社パナック製の5μm厚みのOCA PDS1−5を使用し、光平行化部材の円錐台形を導光板に貼合した。光平行化部材のサンプルサイズは50mm角で、導光板の中央部に貼合した。
円錐台形およびレンズを賦形するPET支持体(透明基材)の厚みを38μmとした以外は実施例11と同様にして、光平行化部材A8を備えた導光板を作製した。
円錐台形およびレンズを賦形するPET支持体の厚みを75μmとした以外は実施例11と同様にして、光平行化部材A9を備えた導光板を作製した。
<<光吸収層の形成>>
(黒顔料分散液の作製)
以下の組成となるようにカーボンブラック、分散剤、ポリマーおよび溶剤を混合し、黒顔料分散物1を得た。
・特許5320652号公報段落番号〔0036〕〜〔0042〕の記載に従って作製した樹脂被覆カーボンブラック 13.1質量%
・分散剤1〔下記構造〕 0.65質量%
・ポリマー 6.72質量%
(ベンジルメタクリレート/メタクリル酸=72/28モル比のランダム共重合体物、重量平均分子量3.7万)
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 79.53質量%
以下の組成になるように、黒顔料分散物1、バインダー、光酸発生剤、界面活性剤を混合し、光吸収層液を調製した。バインダー1およびバインダー2はWO2013/161861に従い合成した。光酸発生剤はWO2014/161861に従い合成した。
・バインダー1:下記構造の分子量13700のランダム共重合体 6.836質量%
・バインダー2:下記構造の分子量11500のランダム共重合体 6.836質量%
・光酸発生剤:下記構造の化合物 1.000質量%
・界面活性剤:DIC株式会社製メガファックF−554 0.016質量%
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 59.358質量%
KOH系現像液(KOH、ノニオン界面活性剤含有、商品名:CDK−1、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ(株)製)を100倍希釈して現像液として用いた。
実施例11の金型IIを用いて、PET支持体の片面にレンズを賦形したサンプルを準備した。PET支持体のレンズの賦形面と反対面に、上記で調整した光吸収層液を塗工し、95℃で2分乾燥させ、2μmの光吸収層を設けた。レンズと同一ピッチ(60μm)で、Φ60μmの円形の開口部を有する露光マスクを準備し、レンズの中心と、露光マスクの開口部の中心が一致するように露光マスクのアライメントを調整した。365nmにおける照射量が1000mJ/cm2となるように、平行UV光を照射した。UV照射後、現像液を用いてパドル現像(60秒×3回)を行った後、純水で洗浄し風乾させた。さらに365nmにおける照射量が1000mJ/cm2となるように、UV光を照射した後、120℃10分間熱処理を行い、光吸収層を硬化させ、Φ60μmの開口部を有する光吸収層がパターニングされたレンズ賦形膜C1を得た。
実施例11と同様にして、上記C1の黒層がパターニングされた面に、円錐台形の中心がレンズと13.3μmずれるように円錐台形を賦形し、光平行化部材A10を備えた導光板を作製した。
光吸収層の開口部の直径Φを表5(表5−1)記載の値に変えたこと以外は実施例20と同様にして光平行化部材A11〜A13を備えた導光板を作製した。
実施例11の金型Iを用いて、PET支持体の片面に円錐台形を賦形したサンプルを準備した。PET支持体の円錐台形の賦形面と反対面に、上記で調整した光吸収層液を塗工し、95℃で2分乾燥させ、2μmの光吸収層を設けた。円錐台形と同一ピッチ(60μm)で、Φ30μmの円形の開口部を有する露光マスクを準備し、円錐台形の中心から13.3μmずれた位置が、露光マスクの開口部の中心となるように露光マスクのアライメントを調整した。365nmにおける照射量が1000mJ/cm2となるように、平行UV光を照射した。UV照射後、現像液を用いてパドル現像(60秒×3回)を行った後、純水で洗浄し風乾させた。さらに365nmにおける照射量が1000mJ/cm2となるように、UV光を照射した後、120℃10分間熱処理を行い、光吸収層を硬化させ、Φ30μmの開口部を有する光吸収層がパターニングされたレンズ賦形膜C2を得た。
実施例11と同様にして、上記C2の光吸収層がパターニングされた面に、光吸収層の開口部の中心がレンズの光軸と一致するようにレンズを賦形し、光平行化部材A14を備えた導光板を作製した。
図11で示すような、突起部を有する円錐台形を形成するために、金型Iの円錐台形の底面(半径30μmの面と反対側)に高さ2μmの円錐形状が形成された金型IIIを準備した。円錐台形を金型IIIで賦形した以外は実施例11と同様にして、光平行化部材A15を備えた導光板を作製した。
(バックライトユニットの評価)
VAモードの液晶表示装置LL−M220(シャープ株式会社製)を分解し、導光板を取り出した後に、実施例11〜25および比較例6〜10で作製した部材の導光板端面をLEDに密着させるようにして配置した。なお、各光平行化部材はLEDと密着させた導光板端面と垂直方向(LEDからの光の進行方向)に、表5記載の距離Lだけ、円錐台形の垂線に対してレンズの光軸をずらすように配置した。
作製したバックライトユニットの光源を点灯させ、ELDIM社のEZContrastを用いて輝度分布を計測し、下記4点を評価指標とした。
・ピーク輝度の極角
・ピーク輝度の半値半幅
・極角0°輝度(正面輝度)
・正面輝度に対する、方位角0°、極角40〜60°と方位角180°、極角40〜60°の輝度(斜め輝度)の比率なお、方位角および極角の定義は図9に示すとおりである。
作製したバックライトユニット上に、LL−M220の液晶セルを配置した。実施例11〜25および比較例7〜10のバックライトユニットを使用した場合では、液晶パネルの視認側最表面に、レンチキュラーレンズ(60Lpi、0.43mm厚)を配置した。レンチキュラーレンズは、レンズの延在方向を方位角90°方向となるように配置した。そして、バックライトユニットを点灯させ、液晶セルを白表示および黒表示の状態にして、ELDIM社のEZContrastを用いて輝度計測を行い、下記2点を指標として評価を行った。
・白表示時の正面輝度
・正面方向および方位角0°極角60°方向におけるCR(コントラスト)
表5から、従来のバックライトに使用されているプリズムシートを2枚使用した構成である比較例6では極角40〜60°における輝度が正面輝度の0.1倍と高く、正面方向の輝度ピークの半値半幅が33°と光の平行光化が出来ていないことが分かる。同様に、特開2009−162843に記載の構成である比較例10も極角40〜60°における輝度が正面輝度の0.14倍と高く、正面方向の輝度ピークの半値半幅が36°と光の平行光化が出来ていないことが分かる。
また、円錐台形の傾斜角度が高い比較例6、円錐台形と導光板の屈折率が等しい比較例7では、正面方向の輝度ピークの半値半幅が10°以下と光の平行光化は達成出来ているが、極角40〜60°における輝度が正面に対して0.12〜0.35倍と高い。特許文献1の実施様態である比較例9では、正面方向の輝度ピークが−5°と正面方向から傾いた方向であり、さらに正面方向の輝度が低くなっている。
また、式8をみたす実施例11および実施例18では正面輝度が高く極角40°〜60°の輝度が低いことに対し、式8を満たさない実施例19では正面輝度の低下、ピーク輝度半値幅の増加、極角40°〜60°の輝度増加がみられる。
表6から、レンズと円錐形状との間に光吸収層を導入した実施例20〜24では、極角40°〜60°の輝度抑制効果がみられた。式9を満たす実施例20〜22および実施例24では実施例11に対して正面輝度の低下が5%以内であるのに対して、式9を満たさない実施例23では正面輝度が30%程度低下してしまっている。
表7から、円錐台形の下面に円錐形状を賦与した実施例25では正面輝度が30%程度低下してしまっているが、極角40〜60°の輝度は抑制されている。
実施例11の光平行化部材の上に、ルーバーフィルム(3M社製、Black Privacy Filter PF12.1WS)、および、実施例9で作製した異方性光吸収シート1をそれぞれ設置し、評価を行った。
実施例11で示したレンズおよび円錐台形と同じ形状を、長辺490mm×短辺280mmの50μmPET上に賦形した。一組のレンズと円錐台形からなる構造の密度が、このとき一方の短辺からもう一方の短辺に向かって、70個/mm2から278個/mm2と増えるように、不規則に配置した以外は、実施例11と同様にしてバックライトユニットを作製した。
図14に示すように、実施例11のバックライトユニット1上に、厚み100μmのPET支持体54の片面にプリズム角度θ1=40°、プリズムピッチP1=30μmのプリズム52が形成されたプリズムシート50を配置した。プリズムシートは、プリズム面が光平行化部材側に来るように配置した。
図15に示すように、実施例11のバックライトユニット上に、厚み100μmのPET支持体54の片面にプリズム角度θ1=40°、プリズムピッチP1=30μmのプリズム52が形成されており、もう一方の面にプリズム角度θ2=21°、プリズムピッチP2=60μmのプリズム56が形成されたプリズムシート50を配置した。プリズム角度40°のプリズム52の形成面が光平行化部材側に来るように配置した。
(導光板)
背面側に特開2015-130361の実施例に記載の形状(配列ピッチP1=100μm、角度α=2°、角度β=15°)が形成され、出光側に特開2013-51149の実施例4に示される五角形形状が形成された導光板を準備した。導光板の厚みは2mmとした。
特開2017−37829を参考にプリズムシートを作製した。プリズム部の各寸法はWb=18μm、Hb=14μm、Wb2=11μm、θ1=51.0°、θ2=53.5°とした(図16参照)。
このプリズムシートをプリズム部が導光板に向くように配置した。
比較例11のプリズム部の寸法をWb=18μm、Hb=14μm、Wb2=6μm、θ1=65.0°、θ2=67.5°とした以外は、比較例11と同様にしてプリズムシートを作製し、このプリズムシートを比較例11と同様の導光板上に配置した。
θpを0°から180°と変化させた時の輝度分布を計測し、各θpでのピーク輝度の極角、方位角および輝度値を求めた。
各例のθp=0°の時のピーク輝度に対する、各θpのピーク輝度の割合を輝度比Lとした。
比較例11および12ではプリズムシートの配置角度θpによってピーク輝度が減少してしまうことがわかる。これに対して、本発明の実施例29および30ではプリズムシートの配置角度θpを変えてもピーク輝度はほぼ変化が無く、プリズムシートの配置角度によらず、輝度が維持できていることが分かる。
また、図22から、実施例29に対してプリズム形状を変えた実施例30でも、実施例29と同様の挙動になっており、バックライトの指向角度を広い範囲で制御出来ることが分かる。
実施例30のプリズムシートの視認側に、光拡散シート(LSD20-PC−10−12)を配置した。プリズムシートの配置角度θp=0°とした。
以上のことから、本実施例では簡便な構成で、光の出射角度(方位角・極角)および光の広がり幅を広い範囲で制御することができることがわかる。
直下型光源として、チップLEDユニット化基板(株式会社矢島製作所製)に、白色LED(NSSW157T 日亜化学工業株式会社製)を、はんだを用いて取り付けた。これを1セットとして、横に9セット、縦に7セット、計63セットを並べて直下型光源を作製した。これをLL−M220(シャープ株式会社製)の導光板の下に配置した。それ以外は実施例1と同様に配置し、サイドエッジ光源のみを点灯させた場合と、直下型光源のみを点灯させた場合とのディスプレイ画像の見えを、正面と極角60度から比較した。サイドエッジ光源のみを点灯させた場合は、正面では非常に明るく視認できたが、60度からは画像は視認できなかった。一方、直下型光源のみを点灯させた場合は、正面輝度は下がったものの、正面でも60度からも画像は視認可能であった。
これにより、光源の切り替えのみで、ディスプレイの視野角を切り替えること可能であることを確認した。
2 光平行化部材
10 光源
11 基板
12 導光板
13 接着層
20 円錐台形
20a 円錐台形の透明基材と反対側の面
20c 円錐台形の斜面
21 透明基材
22 レンズ
24 突起部
26 光吸収層
26a 開口部
30 液晶表示素子
40 液晶表示装置
50 プリズムシート
52、56 プリズム
54 基材
Claims (12)
- 透明基材の片面にレンズアレイが形成されており、該透明基材のもう一方の面に複数の円錐台形が配列している光平行化部材と、導光板と、光源とを含むバックライトユニットであって、
前記光平行化部材は、前記導光板の一方の主面に対面して配置され、
前記光源は、前記導光板の少なくとも1つの側面に対面して配置され、
該光平行化部材上の前記円錐台形は、高さ方向において、前記透明基材から離れるにしたがって幅が狭くなる形状であり、
前記レンズアレイの各レンズの位置がそれぞれ、該レンズに対応する前記円錐台形の位置に対して、該レンズの中心と該レンズから最も近い前記光源とを結んだ方向において、前記光源から遠い方向にずれており、該レンズの光軸が該レンズに対応する前記円錐台形の斜面を通るように配置されており、
前記導光板と前記円錐台形の前記透明基材とは反対側の表面とが接しているとともに、
該光平行化部材の前記円錐台形の形状が下記式1〜式3を満たすことを特徴とするバックライトユニット。
- 前記光平行化部材の前記円錐台形の形状が下記式5〜式6を満たす請求項1に記載のバックライトユニット。
- 前記光平行化部材の前記レンズの光軸と該レンズに対応する前記円錐台形の垂線との距離Lが下記式7を満たす請求項1または2に記載のバックライトユニット。
- 前記光平行化部材の前記透明基材の厚みをd、前記レンズの焦点距離をfとした時に、式8を満たす請求項1〜3のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
d≦f≦d+h ・・・ 式8
ここで、hは円錐台形の高さである。 - 前記光平行化部材の前記円錐台形と前記レンズの間に、開口部を設けた光吸収層を有しており、前記光吸収層の前記開口部の中心と前記レンズの光軸の位置が一致する請求項1〜4のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
- 前記光吸収層の前記開口部が円形であり、前記開口部の直径Rbが式9を満たす請求項5に記載のバックライトユニット。
0.15<Rb/R≦1.0 ・・・ 式9 - 前記導光板と前記円錐台形の前記透明基材とは反対側の表面とが接着層を介して接している請求項1〜6のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
- 前記光平行化部材の前記円錐台形の前記透明基材とは反対側の面に、前記円錐台形よりも傾斜角度が小さい円錐台形状または円錐形状の突起部を有しており、前記突起部の前記円錐台形側の面の半径が、前記円錐台形の前記透明基材とは反対側の面の半径と等しい請求項7に記載のバックライトユニット。
- 複数の前記レンズは不規則に配置されている請求項1〜8のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
- 前記光平行化部材より視認側に光偏向部材が配置されている請求項1〜9のいずれか一項に記載のバックライトユニット。
- 前記光偏向部材がプリズムシートである請求項10に記載のバックライトユニット。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のバックライトユニットを備えた液晶表示装置。
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