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

本発明は、バックライトユニットおよびこれを用いた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、消費電力が小さく、省スペースの画像表示装置として年々その用途が広がっている。液晶表示装置は、一例として、バックライトユニット、バックライト側偏光板、液晶パネルおよび視認側偏光板などを、この順で設けられた構成となっている。
バックライトユニットとしては、例えば、導光板と、その端面（側面）に配置した光源とを備え、光源から端面に入射された光を導光して主面全体から液晶パネルに向け照射するエッジライト型（サイドライト型と称する場合もある）や、導光板を用いず、液晶パネルの直下に光源を配置して、液晶パネルに向け照射する直下型が知られている。さらに、バックライトユニット上には、拡散シート、および、液晶パネル主面の法線方向（正面方向）に光を集光する集光シートなどが設けられている。
バックライトユニットから拡散シートおよび／または集光シートを通過した射出される光は極角方向に輝度分布を有しているため、液晶セルに対して斜め方向に光が入射する。液晶セルは視野角依存性を有しており、液晶セルを黒表示した際の斜め方向に入射した光の透過率が高くなってしまう。その結果として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が上昇してしまい、画質の低下に繋がってしまう。特に近年では、黒表示時の表示に優れている有機ＥＬを使用した表示装置（ＯＬＥＤ）も広まってきており、液晶表示装置としても黒表示時の輝度をより低減することが望まれている。
上記問題を解決する方法として、液晶パネルに入射する光を平行光にし、光が液晶セルを通過した後に光を散乱させることで、上記斜め方向のコントラストを改良させる構成が提案されている（非特許文献１、非特許文献２）。また、バックライトユニットから射出される光を平行光にするために、特許文献１、非特許文献３に示されるような光平行化部材が提案されている。
また、特許文献２には、一方の面に第１のレンズアレイが形成され、その裏面に第２のレンズアレイが形成された透光性の基材からなるレンズシートであって、第２のレンズアレイは、１又は複数のレンズが幅ｓの略平坦面で挟まれた形が一周期となるパターンで構成され、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの周期が一致し、その位相ズレは略０又は略半周期であるレンズシートが記載されている。
特開平１０−２５３８０８号公報 特開２００９−１６２８４３号公報
ＳＩＤ２００９ ＤＩＧＥＳＴ ５１４〜５１７ ＩＤＷ２０１１ ４７５〜４７８ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．２６、７３０７〜７３１３（２０１６）
特許文献１では、透明基材上に台形状の微小立体とレンズを設けた光平行化部材が提案されており、正面方向へ向かう光が集光・平行化されていることが記載されているが、液晶セル黒表示時の斜め方向の輝度上昇に影響する光平行化部材から斜め方向に射出する光の輝度については何ら記載が無い。また、微小立体の導光板に接する面積比率が低いために、光の取り出し効率が低くなり輝度が低下してしまう問題があった。
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。
本発明は、上記事情に鑑み、正面輝度を上昇させるとともに、斜め方向の輝度は低減させる光平行化部材を備えたバックライトユニットを提供することを目的とする。液晶表示装置の正面輝度を上昇させるとともに、黒表示時の斜め方向における光漏れを低減し表示性能を向上させる光平行化部材を備えたバックライトユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、光平行化部材を備えたバックライトユニットを有することで、コントラストを向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明のバックライトユニットは、透明基材の片面にレンズアレイが形成されており、この透明基材のもう一方の面に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、光平行化部材は、導光板の一方の主面に対面して配置され、光源は、導光板の少なくとも１つの側面に対面して配置され、この光平行化部材上の円錐台形は、高さ方向において、透明基材から離れるにしたがってその幅が狭くなる形状であり、レンズアレイの各レンズの位置がそれぞれ、このレンズに対応する円錐台形の位置に対して、このレンズの中心とこのレンズから最も近い光源とを結んだ方向において、光源から遠い方向にずれており、レンズの光軸が円錐台形の斜面を通るように配置されており、導光板と円錐台形の透明基材側とは反対側の表面が接しているとともに、この光平行化部材の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。
ここでｎ１は導光板の屈折率、ｎ２は円錐台形の屈折率、θaveは下記式４で表される値であって、式４中のｍは導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲の分割数、θiは上記導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲をｍ分割した際のi番目の入射角度、θは円錐台形の傾斜角度、Ｒはレンズの透明基材側の半径、rは円錐台形の透明基材と反対側の面の半径である。
本発明では、光平行化部材の円錐台形の形状が下記式５〜式６を満たすことが好ましい。
本発明のバックライトユニットに含まれる光平行化部材においては、レンズの光軸と円錐台形の垂線との距離Ｌが下記式７を満たすことが好ましい。
ここで、θは円錐台形の傾斜角度、ｈは円錐台形の高さ、rは円錐台形の透明基材と反対側の面の半径である。
光平行化部材の透明基材の厚みをｄ、レンズの焦点距離をfとした時に、式８を満たすことが好ましい。
ｄ≦ｆ≦ｄ＋ｈ ・・・ 式８
ここで、ｈは円錐台形の高さである。
光平行化部材の円錐台形とレンズの間に、開口部を設けた光吸収層を有しており、光吸収層の開口部の中心とレンズの光軸の位置が一致することが好ましい。
光吸収層の開口部が円形であり、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１０
導光板と円錐台形の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ことが好ましい。
光平行化部材の円錐台形の透明基材とは反対側の面に、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、突起部円錐台形側の面の半径が、円錐台形の透明基材とは反対側の面の半径と等しいことが好ましい。
複数のレンズは不規則に配置されていることが好ましい。
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ことが好ましい。
光偏向部材がプリズムシートであることが好ましい。
本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子と、上記のいずれかの本発明のバックライトユニットとを備える。
本発明のバックライトユニットは、透明基材の片面にレンズアレイが形成されており、この透明基材のもう一方の面に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、光平行化部材は、導光板の一方の主面に対面して配置され、光源は、導光板の少なくとも１つの側面に対面して配置され、この光学シート上の円錐台形は、高さ方向において、透明基材から離れるにしたがってその幅が狭くなる形状であり、レンズアレイの各レンズの位置がそれぞれ、このレンズに対応する円錐台形の位置に対して、このレンズの中心とこのレンズから最も近い光源とを結んだ方向において、光源から遠い方向にずれており、レンズの光軸が円錐台形の斜面を通るように一方向にずれて配置されており、導光板と円錐台形の前記透明基材とは反対側の表面が接しているとともに、導光板の屈折率ｎ１と円錐台形の屈折率ｎ２の関係がｎ２＞ｎ１を満たすため、導光板から円錐台形へ入射した光が、円錐台形下面の界面で屈折し、円錐台形斜面に入射する光を効率良く全反射させることが出来るようになる。式２を満たすように円錐台形の形状を制御することによって、円錐台形の斜面で全反射した光は、正面方向（光平行化部材の主面の法線方向を０°とした時の方位角０°極角０°方向）を中心としておおよそ±４０°の方向に向かうことが出来る。この斜面で全反射した光をレンズで平行光に変換出来るため、平行度の高い光を正面方向に射出することが出来る。式１と式２を満たすことで円錐台形斜面から抜け出る光を大幅に抑制できるために、斜め方向に向かう光を抑制することが出来、結果として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を抑制することが出来る。さらに式３を満たすことで、導光板からの光取り出し効率を高めることが出来、その結果正面方向の輝度を上昇させることが出来る。
本発明の一実施形態の液晶表示装置１の概略構成を示す断面模式図である。 本発明のバックライトユニットの一例における導光板と円錐台形との界面における光の屈折を説明するための断面模式図である。 本発明のバックライトユニットの一例における導光板と円錐台形との界面における光の屈折を説明するための断面模式図である。 本発明のバックライトユニットが有する光平行化部材における円錐台形およびレンズの形状を説明するための断面模式図である。 光平行化部材における式４で示されるθaveを説明するための断面模式図である。 光平行化部材のレンズの光軸と円錐台形の垂線との距離Ｌを説明するための断面模式図である。 光平行化部材のレンズと円錐台形を正方配置で配置した例を表す平面模式図である。 光平行化部材のレンズと円錐台形を六方配置で配置した例を表す平面模式図である。 光平行化部材のレンズと円錐台形をランダムに配置した例を表す平面模式図である。 バックライトユニットおよび液晶表示装置の評価における方位角の定義を説明するための模式図である。 円錐台形と導光板との接触部分を拡大して示す断面模式図である。 円錐台形と導光板との接触部分の他の一例を拡大して示す断面模式図である。 光平行化部材の他の一例を示す断面模式図である。 光平行化部材の他の一例を示す断面模式図である。 実施例のバックライトユニットの構成を説明するための断面模式図である。 実施例のバックライトユニットの構成を説明するための断面模式図である。 比較例のバックライトユニットの構成を説明するための断面模式図である。 プリズムシートの配置角度を説明するための模式図である。 プリズムシートの配置角度と輝度比との関係を表すグラフである。 ピーク輝度の方向とピーク輝度の割合との関係を表すグラフである。 ピーク輝度の方向とピーク輝度の割合との関係を表すグラフである。 ピーク輝度の方向とピーク輝度の割合との関係を表すグラフである。 ピーク輝度の方向とピーク輝度の割合との関係を表すグラフである。 ピーク輝度の方向とピーク輝度の割合との関係を表すグラフである。 ピーク輝度の方向とピーク輝度の割合との関係を表すグラフである。 本発明の液晶表示装置の他の一例を示す断面模式図である。
以下、図面を参照して、本発明のバックライトユニットおよび液晶表示装置の実施形態を詳細に説明する。
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。
図１は本発明の一実施形態の液晶表示装置４０の概略構成を示す断面図である。
この液晶表示装置４０は、光源１０と導光板１２と光平行化部材２とを備えた、本発明の第１の実施形態のバックライトユニット１と、画像表示面と反対側のバックライト入射面から光が入射される液晶表示素子３０とから構成されている。
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。
図１に示すように、光源１０は導光板１２の側面に対面して配置されており、光平行化部材２は導光板１２の光を出射する側（液晶表示素子３０側）の主面上に配置されている。光平行化部材２は円錐台形２０側を導光板１２に向けて配置されている。
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。
本実施形態の光源１０はＬＥＤであっても良いし、レーザー光源であってもよい。レーザー光源は、色再現性の向上と、より効率良く光を面内方向に拡げることができる点で好ましい。また、光源は白色光源であっても良いし、異なる発光色の光源が複数使用されてもよい。光源の厚みは液晶表示装置の薄型化の観点から小さいことが望ましく、０．２ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．２ｍｍ〜１ｍｍが更に好ましい。
図１に示す例においては、光源１０は、基板１１上に配列されて固定されている。
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。
導光板１２は、光源１０の発光波長における吸収が少なく透明な基材を用いることが好ましい。例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）に代表されるアクリル系基材、ガラス基材、ポリカーボネート系基材などの透明基材が好ましい。アクリル系基材は特に透明性が高く、表面の平滑性も高いため好ましい。また、ガラス基材は剛性が高いため薄膜化が可能であり、液晶表示装置全体の薄型化にも寄与できるため好ましい。導光板の屈折率ｎ１は、光源からの光を効率よく導光できる観点と、光の吸収が抑制出来る観点から１．４〜１．６であることが好ましい。
導光板１２上には光平行化部材２と導光板１２を光学的に接着させるための接着層１３が設けられる。接着層１３は各種接着剤や粘着剤、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂などの公知のものが利用可能であるが、発光波長における吸収が少なく透明性の高いものを利用することが好ましい。また、液状のものを用いると円錐台形の側面に付着して効果に影響があるので、液体成分の少ない固体形状の接着剤から構成されることが好ましい。
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。
好ましい態様の一例として、ｎ１＝ｎ３＜ｎ２の場合を図２Ａに示す。本実施形態の光平行化部材２に備えられる円錐台形２０の屈折率ｎ２は導光板の屈折率ｎ１よりも大きい値を有している。これにより、図２Ａに例示するように、導光板１２表面に高角度で入射する光が、導光板１２と接着層１３との界面、または、接着層１３と円錐台形の面２０ａとの界面で屈折するため、円錐台形２０の斜面２０ｃにて全反射する光を増やすことが出来る。反対に屈折率ｎ２がｎ１以下の場合、図２Ｂに示すように円錐台形２０の斜面２０ｃで全反射出来ずに斜面から漏れ出てしまう光が増えてしまう。
前述のとおり、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（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。
円錐台形２０は、高さ方向（透明基材２１の主面に垂直な方向）において、透明基材２１から離れるにしたがって、幅（高さ方向に垂直な断面の直径）が狭くなる形状である。したがって、円錐台形２０の側面（以下、斜面２０ｃという）は高さ方向に対して傾斜している。
ここで、１つのレンズ２２とこのレンズ２２に対応する１つの円錐台形２０を１つのユニットとすると、少なくとも１つのユニットにおいて、レンズ２２の面方向（透明基材２１の主面に平行な方向）の位置がレンズ２２に対応する円錐台形２０の面方向の位置に対して、レンズ２２の中心とこのレンズ２２から最も近い光源１０とを結んだ方向において、光源１０から遠い方向にずれており、レンズ２２の光軸がレンズ２２に対応する円錐台形２０の斜面を通るように配置されている。
なお、少なくとも１つのユニットにおいて、レンズ２２と円錐台形２０との位置が上述のようにずれていればよく、全てのユニットにおいて、レンズ２２と円錐台形２０との位置が上述のようにずれていることが好ましい。
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。
本発明のバックライトユニットに含まれる光平行化部材においては、この光平行化部材の円錐台形の形状が下記式１〜式３を満たすことが好ましい。
ここでｎ１は導光板の屈折率、ｎ２は円錐台形の屈折率、θaveは下記式４で表される値であって、式４中のｍは導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲の分割数、θiは上記導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲をｍ分割した際のi番目の入射角度、θは円錐台形の傾斜角度、Ｒはレンズの透明基材側の半径、rは円錐台形の透明基材と反対側の面の半径である。
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。
本発明において、さらに好ましくは下記式５〜６を満たすことが好ましい。
円錐台形２０の形状を式１〜式３および式５〜６の範囲に形状を制御することで、円錐台形２０の斜面２０ｃから光が抜け出ることを抑制でき、液晶表示装置４０の黒表示時の斜め方向から視認した時の輝度上昇を抑制することが出来とともに、正面方向に向かう光を集光・平行化させることが出来る。さらに導光板１２からの光取り出し効率を高めることができ、正面方向の輝度を上昇させることが出来る。
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。
ｎ０：導光板周囲の屈折率（空気の場合１．０）
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。
本発明のバックライトユニットにおいて、光平行化部材のレンズの光軸と円錐台形の垂線との距離Ｌは下記式７を満たすことが好ましい。
Ｌの定義については図５に示す。レンズの光軸と円錐台形の垂線の距離Ｌが上記範囲を満たすことで、光平行化部材から射出する光のピーク角度を、正面方向へ向けることが出来、正面方向の輝度を上昇させることが出来る。
光平行化部材２の円錐台形２０を構成する材料は、導光板の屈折率ｎ１よりも大きい材料であれば特に限定されない。一例としてポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂（ポリメタクリルスチレン）、シクロオレフィンポリマ、シクロオレフィンコポリマ、セルロースジアセテート、セルローストリアセテートなどのセルロースアシレート等、公知のバックライト装置に用いられる導光板と同様の透明性が高い樹脂で形成すればよい。上記樹脂は熱可塑性樹脂に限らず、例えば、アクリレートモノマー、エポキシモノマーなどの紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、も使用することができる。また、屈折率上昇のために、樹脂材料中に無機微粒子を添加しても良い。一例としてはジルコニア微粒子、チタニア微粒子などが挙げられる。これら微粒子は樹脂中で光が散乱しないように、数ｎｍ〜数μｍの粒径で分散した状態にすることが好ましい。
光平行化部材２の円錐台形２０の透明基材側の半径は、液晶表示素子の一画素の一辺の長さよりも小さいことが好ましく、１μｍ〜２００μｍであることが好ましい。この範囲に調整することで、画素に対して均一に光を入射させることが可能になる。
光平行化部材２の透明基材２１は公知のバックライト装置に用いられる導光板と同様の透明性が高い樹脂からなる基材を用いればよい。一例としてポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂（ポリメタクリルスチレン）、シクロオレフィンポリマ、シクロオレフィンコポリマ、セルロースジアセテート、セルローストリアセテートなどのセルロースアシレート等、が挙げられる。
透明基材２１の厚みｄはレンズの焦点距離ｆに対して、下記式８を満たす範囲とすることが好ましい。
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の厚みを上記範囲にすることで、円錐台形２０の斜面２０ｃで反射した光を集光することができ、正面輝度の上昇および斜め方向の光漏れを抑制することが出来る。
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。
光平行化部材２のレンズアレイを構成するレンズ２２は、球面レンズであっても非球面レンズであっても良く、円錐台形２０の斜面２０ｃで全反射した光がレンズ２２で集光出来るように曲面を調整すればよい。レンズに使用される材料は、公知のバックライト装置に用いられる導光板と同様の透明性が高い樹脂で形成すればよい。一例としてポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂（ポリメタクリルスチレン）、シクロオレフィンポリマ、シクロオレフィンコポリマ、セルロースジアセテート、セルローストリアセテートなどのセルロースアシレート等、が挙げられる。上記樹脂は熱可塑性樹脂に限らず、例えば、アクリレートモノマー、エポキシモノマーなどの紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、も使用することができる。
光平行化部材２のレンズ２２の透明基材側の半径は、液晶表示素子の一画素の一辺の長さよりも小さいことが好ましく、１μｍ〜２００μｍであることが好ましい。この範囲に調整することで、画素に対して均一に光を入射させることが可能になる。
図６〜図８に光平行化部材２の主面における光が射出する法線方向から観察したレンズ２２および円錐台形２０の配置例を示す。レンズ２２および円錐台形２０は、図６および図７のように正方配置および六方配置で最密となるように配置しても良いし、図８のようにランダム（不規則）に配置しても良い。すなわち、１つのレンズ２２とこのレンズ２２に対応する１つの円錐台形２０とを１つのユニットとすると、複数のユニットは不規則に配置されていてもよい。光源１０からの距離に応じてユニットの配置密度を変えて、光平行化部材２の面内から均一に光を取り出すように調整しても良い。
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。
なお、図１に示す例では、円錐台形２０と導光板１２とは、接着層１３を介して接する構成としたが、これに限定はされず、円錐台形２０と導光板１２とが直接接していてもよい。
ここで、円錐台形２０と導光板１２とが接着層１３を介して接する構成の場合には、図１１に示すように、円錐台形２０の透明基材２１とは反対側の面（下面）に、円錐台形状または円錐形状の突起部２４を有することが好ましい。突起部２４の傾斜角度は円錐台形２０よりも小さい。また、突起部２４の円錐台形２０側の面の半径は、円錐台形２０の透明基材２１とは反対側の面（突起部２４側の面）の半径と等しい。
突起部２４を有さない構成の場合には、図１０に示すように、導光板１２からの光の一部は、接着層１３を通って円錐台形２０の斜面２０ｃから円錐台形２０に入射してしまう。この光が円錐台形２０の斜面２０ｃで反射すると、正面方向よりも斜めの方向に反射されるため、斜め方向の光漏れの量が多くなってしまうおそれがある。
これに対して、図１１に示すように、円錐台形２０の下面に円錐台形２０よりも傾斜角度の小さい突起部２４を設けることで、接着層１３を通った光が突起部２４から円錐台形２０に入射する。これによって、光は円錐台形２０の斜面２０ｃで正面方向に反射され、斜め方向の光漏れの量を低減することができる。このように、円錐台形２０の下面に突起部２４を設けることで、円錐台形２０が接着層１３に埋没することに起因する光漏れを抑制出来ると共に、円錐台形２０の接着層１３に対する接着性を向上させることが出来る。
光漏れを好適に抑制できる観点から、突起部２４の傾斜角度θｂは５〜２５°であることが好ましい。
また、図１に示す例では、導光板１２の１つの側面に光源１０が配置される構成としたが、これに限定はされず、導光板の２以上の側面に光源が配置されていてもよい。導光板の２以上の側面に光源が配置される場合には、該当するレンズから最も近い光源を基準として、このレンズと最も近い光源とを結んだ方向において、光源から遠い方向に、円錐台形の位置に対してレンズの位置がずれていればよい。また、レンズが複数の光源から等距離の位置にある場合には、少なくとも一つの光源を基準にして、円錐台形の位置に対してレンズの位置がずれていればよい。
また、光平行化部材２の円錐台形２０とレンズ２２との間に、開口部を設けた光吸収層を有していてもよい。この開口部の中心はレンズ２２の光軸の位置と一致するのが好ましい。
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。
このように、円錐台形とレンズとの間に開口部を設けた光吸収層を設けることで、円錐台形の斜面で反射された光のうち、正面方向に向かう光は開口部を通過してレンズに入射され、斜め方向に向かう光は光吸収層２６によって吸収されるため、斜め光漏れを抑制できる。
ここで、光吸収層の開口部の形状には特に限定はないが、円形であるのが好ましい。
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。
斜め光漏れを好適に抑制できる観点から、光吸収層の吸光度は1以上であることが好ましい。
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。
光吸収層の厚みは、光吸収層の材料、吸光度、光透過率等に応じで適宜設定すればよい。具体的には、０．１μｍ〜１０μｍが好ましく、０．５μｍ〜５μｍがより好ましい。
本発明のバックライトユニットにおいては、光平行化部材の上にルーバーフィルム、異方性のある光吸収シート（以下、異方性光吸収シートという）等を設けてもよい。異方性光吸収シートを設けることで、斜め方向に漏れ出る光をさらに低減させることができる。異方性光吸収シートとしては、ルーバータイプの光学シート（３Ｍ社製、ブラックセキュリティ／プライバシーフィルター）、特許第４９０２５１６号公報などに記載の二色性色素を異方的に配向させた光学フィルム等を用いることが出来る。
（光偏向部材）
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。
上述のとおり、本発明のバックライトユニットは、斜め方向への光漏れが少なく、正面方向の輝度が高い光を出射することができる。このような本発明のバックライトユニットに、さらに、光偏向部材を設けることで、正面方向に出射した光を任意の方向に偏向させて、任意の方向の輝度を高くすることができる。
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。
（拡散フィルム）
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。
本発明の光平行化部材を備えた液晶表示装置においては、液晶パネルの視認側に光拡散部材を設けることが好ましい。光拡散部材は、基材中に微粒子を含有した拡散シート、表面の凹凸を有する拡散シート、回折格子、マイクロレンズアレイやレンチキュラーレンズなど光の屈折を利用した部材、など公知の部材を使用することが出来る。
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。
また、本発明のバックライトユニットにおいては、図２５に示すように、サイドエッジ型光源と直下型光源を併用してもよい。サイドエッジ光源点灯時(直下光源は非点灯)は、これまで記載のとおり、斜め方向への光漏れがすくなく、正面方向の輝度が高い光を出射ことができる。一方、直下光源点灯時（サイドエッジ光源は非点灯）は、各部材で様々な方向に光が屈折するため、正面だけでなく斜め方向にもバックライト光が出射される。つまり、点灯する光源を切り替えるだけで、１台のディスプレイで、その視野角を狭視野と広視野に切り替えることができる。これにより、１人ではプライバシーを重視した使い方が可能であり、複数人ではデータや画像/映像を共有化する使い方が可能となる。
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。なお、以下に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、以下に示す構成以外の構成とすることもできる。
［実施例１］
＜＜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。
＜＜導光板と光平行化部材の貼合＞＞
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。
［実施例２］
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。
［実施例３］
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。
［実施例４］
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。
［実施例５］
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。
［実施例６］
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。
［実施例７］
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。
［比較例１］（円錐台形とレンズを有する部材が共にない形態）
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。
［比較例２］
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。
［比較例３］
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。
［比較例４］
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。
［比較例５］（円錐台形とレンズを有する部材が共にない形態）
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。
［評価］
（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。
（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、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。
（バックライトユニットを備えた液晶表示装置の評価）
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。
各実施例および比較例の計測結果を表１（表１−１および表１−２）に示す。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１では極角±６０°における輝度がおよそ８００Ｃｄ／ｍ２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５も極角±６０°における輝度がおよそ８００Ｃｄ／ｍ2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。
次に各実施例および比較例のバックライトユニットを使用した液晶表示装置の評価結果を表２に示す。バックライトユニットでの輝度評価結果と同様に、本発明の実施例では、比較例に対して極角±６０°における黒表示時の輝度が抑制されていることが出来ていると共に、白表示時の正面方向、極角±６０°の輝度は上昇出来ており、コントラストの高い表示性能を達成できている。
次に本発明の光平行化部材に、異方性光吸収シートを配置した結果を示す。
［実施例８］
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。
［実施例９］
（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。
異方性光吸収組成物
―――――――――――――――――――――――――――――――――
・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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
重合性液晶化合物１
重合性液晶化合物２
二色性色素１
（異方性光吸収シート１の作製）
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の光平行化部材の上に、異方性光吸収シート１を設置し、実施例９とした。
ルーバーフィルムあるいは異方性光吸収シート１を配置した各実施例のバックライトユニットを使用した液晶表示装置の評価結果を表３に示す。これらを配置した実施例８、実施例９では、白輝度が低下を抑えつつ、黒表示時の斜め方向からの輝度が実施例１に対しさらに低減出来ていることが分かる。
［実施例１０］
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。
次に、実施例１および実施例１０のバックライトユニットを使用した液晶表示装置のモアレの観察結果を表４に示す。構造を不規則に配置した実施例１０では、モアレの発生を抑制することが出来ており、視認性に優れることが分かる。
［実施例１１〜１７および比較例６〜１０］
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。
＜＜導光板と光平行化部材の貼合＞＞
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。
［実施例１８］
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。
［実施例１９］
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。
［実施例２０］
＜＜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。
（黒顔料分散物１）
・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％
（光吸収層液の調製）
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。
・黒顔料分散物１： ２５．９５４質量％
・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％
バインダー１
バインダー２
光酸発生剤
ここでＴｓはトシル基（ｐ−トルエンスルホニル基）を表す。
（現像液の調製）
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。
（光吸収層のパターニング）
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。
＜＜円錐台形の賦形＞＞
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。
［実施例２１〜２３］
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２４］
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。
（レンズの賦形）
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。
［実施例２５］
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。
［評価］
（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。
（バックライトユニットを備えた液晶表示装置の評価）
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）
各実施例および比較例の計測結果を表５（表５−１および表５−２）、表６および表７に示す。
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。
これに対して、本発明の実施例１１〜１７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４０°〜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１１、実施例１４、実施例１５では他の実施例に対して、さらに極角４０°〜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。
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。
次に各実施例および比較例のバックライトユニットを使用した液晶表示装置の評価結果を表８に示す。バックライトユニットでの輝度評価結果と同様に、本発明の実施例では、比較例に対して正面および極角６０°のコントラストが向上出来ていることが分かる。
次に本発明の光平行化部材に、異方性光吸収シートを配置した結果を示す。
［実施例２６および実施例２７］
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２６および実施例２７のバックライトユニットを使用した液晶表示装置の評価結果を表９に示す。異方性光吸収シートを配置した実施例２６、実施例２７では、白輝度が低下を抑えつつ、黒表示時の斜め方向からの輝度が実施例１１に対しさらに低減出来ていることが分かる。
［実施例２８］
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。
次に、実施例１１および実施例２８のバックライトユニットを使用した液晶表示装置のモアレの観察結果を表１０に示す。構造を不規則に配置した実施例２８では、モアレの発生を抑制することが出来ており、視認性に優れることが分かる。
次に本発明のバックライトユニットの光平行化部材の上に、光偏向部材を配置し、光の射出方向を正面から他の一方向に曲げる例を示す。
［実施例２９］
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。
［実施例３０］
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。
［比較例１１］
（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。
（プリズムシート）
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１２］
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。
プリズムシートのプリズム部の延在方向と方位角９０°方向のなす角度をθｐとする。
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。
θｐを変化させた場合のピーク輝度の変化を図１８に示す。
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。
図１９〜図２２はプリズムシートの配置角度θｐを変化させた場合の各例のピーク輝度の方位角および極角位置をコンター図で示している。図１９は比較例１１、図２０は比較例１２、図２１は実施例２９、図２２は実施例３０の結果である。また、図中、輝度比が０．８以上となる位置を〇で示し、０．６より大きく０．８より小さくなる位置を△で示し、０．６以下となる位置を×で示した。
図１９および図２０から、比較例１１および１２ではプリズムシートの配置角度θｐの変化に伴いピーク輝度の位置は非対称的な軌跡で変化していることが分かる。また、輝度比Ｌが０．８以上と出来る領域は特定の方位角および極角に限られていることが分かる。
一方、図２１から、実施例２９ではプリズムシートの配置角度θｐに対応して、極角を保ったまま方位角のみ変化していることが分かる。また、いずれのピーク輝度も変化が小さく、輝度比Ｌが０．８以上と出来る領域が広いことが分かる。
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３１］
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。
図２３および図２４はそれぞれ、実施例２９および実施例３１のピーク輝度の位置を黒点で示し、また、Ｌ＝０．５となる位置を実線で結んだ図である。すなわち、実線で囲んだ領域は輝度比Ｌが０．５以上となる領域である。図２３および図２４から分かるように、本実施例の構成ではプリズムシートで光の出射方向を制御した後に、拡散シートを通すことで、ピーク輝度の位置は変えずに、光の広がり幅を大きくすることも出来る。
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。
［実施例３２］
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。
１ バックライトユニット
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)

  1. 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。
    ここでｎ１は導光板の屈折率、ｎ２は円錐台形の屈折率、θaveは下記式４で表される値であって、式４中のｍは導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲の分割数、θiは上記導光板から円錐台形に入射する光の入射角度範囲をｍ分割した際のi番目の入射角度、θは円錐台形の傾斜角度、Ｒはレンズの透明基材側の半径、rは円錐台形の透明基材と反対側の面の半径である。
  2. 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。
  3. 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。
    ここで、θは円錐台形の傾斜角度、ｈは円錐台形の高さ、rは円錐台形の透明基材と反対側の面の半径である。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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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