JP6966225B2 - 直下型バックライト - Google Patents
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図2で例示される本開示の直下型バックライト200に用いられる青色光源202は、基材(例えば、白色基材、反射層を備える基材などの反射性基材)上に配置され、ダウンコンバージョン層206で青色光を緑及び赤色光に変換可能なエネルギーを有する光源であればいかなるものでもよく、次のものに限定されないが、約425nm〜約485nmの波長帯域に発光中心(ピーク)波長を有する青色光を発光する光源、例えば、青色発光ダイオード(青色LED)、青色レーザー光を用いることができる。中でも、青色LEDは、高輝度及び省エネルギー化に優れることに加え、ダウンコンバージョン層での緑及び赤色光の変換効率に優れている。LEDとしては、無機LED、有機LEDなどを使用することができる。
図1に例示されるような従来の直下型バックライト100の場合、ダウンコンバージョン層106から青色光源102側へ出射する緑色光(図中の黒色矢印)及び赤色光(図中の白抜き矢印)は、拡散層104又はキャビティ部103を経て、青色光源102から出射する光進行方向とは異方向に進行するため、色ムラ及び輝度減少の原因となっていた。特に、部分駆動(ローカルディミング)を備える液晶ディスプレイの場合には、バックライトを暗くした部分に緑及び赤色光が侵入することがあり、映像全体のコントラストを低下させる原因となっていた。異方向へ進行した緑及び赤色光は、拡散層104等で一部が吸収されて減衰するため、直下型バックライト100を出射する、青色光、緑色光及び赤色光の強度を十分に均一化することが困難であった。
本開示の直下型バックライト200は、光波長選択性透過反射層205の第2主要面に隣接する第1主要面と、当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面とを有する、ダウンコンバージョン層206を含んでいる。係るダウンコンバージョン層206とは、青色光を緑色光及び赤色光にダウンコンバージョン(下方変換)し得る層であり、例えば、量子ドット、蛍光染料等の蛍光体、又はこれらの両方を含み、任意にポリマーマトリクスを含む層を使用することができる。中でも、発光スペクトルの幅が狭く、色の均一性を向上させ得る観点から、量子ドットを含む層が好ましい。ポリマーマトリクスとしては、次のものに限定されないが、ホットメルト型マトリクス、エポキシなどの熱硬化型マトリクス、(メタ)アクリレートなどの放射線(例えば、紫外線、電子線)硬化型マトリクスを使用することができる。ダウンコンバージョン層の厚さとしては、約0.3μm以上、約3μm以上又は約30μm以上にすることができ、約500μm以下、約300μm以下又は約150μm以下にすることができる。ダウンコンバージョン層は、ナイフコーター、ダイコーター、ロールコーター、バーコーター、キャストコーター、ノッチバーコーター(コンマコーター)、グラビアコーター、ロッドコーター等の塗工法、押し出し成形法などの公知の方法によって形成することができる。以下に、ダウンコンバージョン層である量子ドット層の一態様を示す。
図1に示されるような従来の直下型バックライト100に備わる拡散層104は、一般的に、拡散性ビーズとバインダー樹脂との混合物からなっている。この場合、拡散性ビーズとバインダー樹脂との間の屈折率差が小さいため、界面領域での光学損失が無視できず、輝度の減少をもたらしていた。また、光源102の直上部と周辺部とでは光強度は一般的に異なるが、従来の拡散層は全体が均一な拡散性を呈するため、光源上の拡散層を通過した、光源付近の光の強度と、光源から離れた付近の光の強度とが大きく相違し、それが輝度ムラの原因となることが判明した。本開示の直下型バックライト200は、光波長選択性透過反射層205の第1主要面にパターン化拡散層204をさらに備えることができる。係るパターン化拡散層204は、例えば図5に示されるような、1つ以上のパターン部(白色部)と、該パターン部以外の部分に相当する1つ以上の非パターン部(黒色部)とを備え、パターン部が非パターン部よりも高い拡散性能(低い光透過率)を有し、非パターン部がパターン部よりも低い拡散性能(高い光透過率)を有する。パターン化拡散層は、このような拡散性又は光透過性の異なる構成を備えるため、パターン部直下の光源からの入射光は、拡散性の高いパターン部によって入射光よりも光強度の弱い散乱光として分散し、一方、光源周辺部の光はパターン部に比べて光強度を弱められずにパターン化拡散層を通過するため、パターン化拡散層を出射した光源直下の散乱光と光源周辺部の散乱光との光強度を同程度にすることができるので、輝度の低下を防止しつつ、光源の輪郭の隠蔽性、輝度ムラを改善することができる。
本開示の直下型バックライト200は、ダウンコンバージョン層の第2主要面に光リサイクル層(208、210)をさらに備えることができ、該光リサイクル層上に、透明パネル212を積層することができる。光リサイクル層とは、入射光の一部分をリサイクル又は反射し、入射光の一部分を透過させる光学要素を指し、光リサイクル層は、入射光の少なくとも約30%、少なくとも約40%、又は少なくとも約50%をリサイクル又は反射することができる。光リサイクル層を直下型バックライトに適用すると、輝度を向上させることができる。光リサイクル層でリサイクルされた光は、ダウンコンバージョン層に再度入射し、緑及び赤色光に変換されるが、本開示の直下型バックライトは、ダウンコンバージョン層の下層に光波長選択性透過反射層を備えるため、このような緑及び赤色光が発生しても、係る光の少なくとも一部を該光波長選択性透過反射層で反射させて視認側に再度戻すことができる。その結果、本開示の直下型バックライトは、光リサイクル層を採用したとしても、光波長選択性透過反射層を所定の位置に適用していない従来の直下型バックライトに比べて、色ムラなく、輝度を向上させることができる。光リサイクル層としては、例えば微細構造化層208及び反射性偏光子層210からなる群から選択される少なくとも一種を使用することができ、光リサイクル効果、色ムラ等の観点から、微細構造化層208及び反射性偏光子層210を併用することが好ましい。
ポリエチレンナフタレート(PEN)およびポリメチルメタクリレート(PMMA)を用い、共押出プロセスを介して逐次平面フィルム製造ラインで550層の共押出し多層ポリマーフィルムを製造した。該製造方法では、フィードブロック法(例えば、米国特許第3,801,429号によって記載されたものなど)を用いて550層作製し、それを水冷キャスティングホイール上に共押出し、逐次長さ配向装置(長さオリエンター:LO)およびテンター装置によって連続的に配向させた。一つの押出機によってポリエチレンナフタレート(PEN)をフィードブロックに送出し、もう一つの押出機によってPMMAをフィードブロックに送出した。これらの溶融物の流れをフィードブロックに通すことによって、保護境界層(PBL)として機能するPENの二つの外層を伴った光学層であるPENとPMMAの550層の交互層を作製した。この製造方法では、PMMA溶融プロセス装置を約249℃に維持し、PEN溶融プロセス装置を約290℃に維持し、フィードブロック、表皮層モジュールおよびダイも約290℃に維持した。
サイズ225mm×295mmのEFD−D2−85を用意し、下記の樹脂含浸手段を採用して、図3の上方に示されるような構成(図3中の2、4の円形部は1と3の中間地点を示すものであり、パターン部ではない。)のパターン化拡散層を作製した(以下、「P−EFD」と呼ぶ場合がある。)。パターン部を、光源の真上に配置されるように6箇所形成し、かつ、図5に示されるような0%〜92%の諧調率で形成した。得られたパターン化拡散層の2つの光源間の半分の位置(図3の2又は4の位置)における相対全光線透過率は113.0%であり、2つの光源間の1/4の位置(図3の例えば1及び2の半分の位置)における相対全光線透過率は110.5%であった。
樹脂含浸法:UVインクジェットプリンターによる印刷法
印刷装置 :UFJ−3042FX(株式会社ミマキエンジニアリング製)
印刷インク:LH−100クリアインク
RIPソフトウェア:Raster LinkPro5 UL
カラーテーブル:UV−PET v3.1
解像度 :720×600VD
印刷条件 :8パス
<例1>
EFD−D2−85上に、BP−MOF、QDEF−360a、BEF−4 GT及びDBEF D4−400を順に積層して、直下型バックライト用光学積層体を作製した。
BP−MOFを積層しなかったこと以外は、例1と同様の方法で直下型バックライト用光学積層体を作製した。
EFD−D2−85上に、BP−MOF及びQDEF−360aを順に積層し、さらに、線状プリズムアレイが各々直交するように2枚のBEF−4 GTを積層して、直下型バックライト用光学積層体を作製した。
BP−MOFを積層しなかったこと以外は、例2と同様の方法で直下型バックライト用光学積層体を作製した。
EFD−D2−85上に、BP−MOF及びQDEF−360aを順に積層し、さらに、線状プリズムアレイが各々直交するように2枚のBEF−4 GTを積層した後、DBEF D4−400を積層して、直下型バックライト用光学積層体を作製した。
BP−MOFを積層しなかったこと以外は、例3と同様の方法で直下型バックライト用光学積層体を作製した。
P−EFD上に、BP−MOF及びQDEF−360aを順に積層して、直下型バックライト用光学積層体を作製した。
図7に示されるような諧調率が0%〜50%のP−EFDを使用したこと以外は、例4と同様の方法で直下型バックライト用光学積層体を作製した。
図8に示されるような諧調率が0%〜30%のP−EFDを使用したこと以外は、例4と同様の方法で直下型バックライト用光学積層体を作製した。
P−EFDをEFD−D2−85に変更した以外は、例4と同様の方法で直下型バックライト用光学積層体を作製した。
図3に示すような構成で、反射材303(白色PETフィルム)を適用した容器内に、青色LEDを、1、3、5の位置に2つずつ計6箇所配置した。容器上に厚さ2mmの透明板307(アクリル板)を置き、その上に直下型バックライト用光学積層体320を配置し、光学試験用のサンプルを作製した。図4に示すように、直下型バックライト用光学積層体420の上方において、図3の3の位置に配列している2つの青色LEDの略中間位置にカメラレンズを配置するとともに、全ての青色LEDが視野角内に入るように2次元色彩輝度計450(CA−2500、コニカミノルタ株式会社製)を配置した。6.1V、150mAの条件で青色LEDを発光させ、2次元色彩輝度計450で、中心輝度値、平均輝度値、CIEx及びCIEyの値を測定した。
サイズ420mm×300mmのEFD−D2−85を用意し、下記の樹脂含浸手段を採用して、図5〜図9に示される諧調率のパターン部を備えるパターン化拡散層サンプル(例8〜例10及び比較例5、6)を各々作製した。図5のパターン化拡散層(例8)は、白抜き円形状の中心から外側にかけて、0%〜92%の諧調がかかっているパターン部を有し、図6のパターン化拡散層(例9)は、白抜き円形状の中心から外側にかけて、0%〜70%の諧調がかかっているパターン部を有し、図7(例10)のパターン化拡散層は、白抜き円形状の中心から外側にかけて、0%〜50%の諧調がかかっているパターン部を有し、図8のパターン化拡散層(比較例4)は、白抜き円形状の中心から外側にかけて、0%〜30%の諧調がかかっているパターン部を有し、図9のパターン化拡散層(比較例5)は、白抜き円形状の中心から外側にかけて、0%〜15%の諧調がかかっているパターン部を有している。ここで、パターン部は光源の真上に配置されるように10箇所形成した。パターン部を有さない拡散層サンプルとして、EFD−D2−85を採用した(比較例6)。
樹脂含浸法:UVインクジェットプリンターによる印刷法
印刷装置 :UFJ−3042FX(株式会社ミマキエンジニアリング製)
印刷インク:LH−100クリアインク
RIPソフトウェア:Raster LinkPro5 UL
カラーテーブル:UV−PET v3.1
解像度 :720×600VD
印刷条件 :8パス
図16及び図17に示されるような構成で、反射材(白色PETフィルム)を適用した容器503内に白色LED502を計10箇所配置した。図18に示されるように、容器に厚さ3mmの透明板607(アクリル板)を置き、その上にパターン化拡散層サンプル620(例8〜例10並びに比較例4及び5)又はEFD−D2−85(比較例6)を配置し、さらに、パターン部が隠蔽されないように黒色層610を適用した厚さ3mmの透明板607(アクリル板)を配置して、輝度ムラ評価試験のサンプルを作製した。図18に示すように、パターン化拡散層サンプル620の上方において、図17の容器の略中心部(点線のクロス部)にカメラレンズを配置するとともに、全ての白色LED602が視野角内に入るように2次元色彩輝度計650(CA−2000、コニカミノルタ株式会社製)を配置した。14.62V、0.7Aの条件で白色LEDを発光させ(但し、図17の上段左から2番目の白色LEDが切れていたため、この白色LEDは発光しなかった。)、2次元色彩輝度計650で輝度分布を測定した。これらのパターン化拡散層サンプルのうち、図5に示した諧調率0%〜92%のサンプル(例8)及び比較例6の輝度分布に関する画像写真を図19に示し、輝度分布の測定箇所、並びに輝度分布に関する画像写真及びその輝度分布の測定結果に関するグラフを図20〜図25に示した。ここで、図21〜図24の(b)における各グラフ内の太実線は、図20の画像写真で例示されるような最上部のライン(「上部LED列」という場合がある。)における輝度値の推移を示しており、点線は、図20の画像写真の中間ラインにおける輝度値の推移を示しており、細実線は、図20の画像写真の最下部のライン(「下部LED列」という場合がある。)における輝度値の推移を示しており、図21〜図24の(b)の各グラフは、図21〜図24の(a)の画像写真の結果に各々対応している。図25は、図21〜図24の(b)の各グラフにおける上部LED列の結果をまとめたグラフである。
102、202、302 青色光源
103、203 キャビティ部
104 拡散層
106、206 ダウンコンバージョン層
108、208 光リサイクル層(微細構造化層)
110、210 光リサイクル層(反射性偏光子層)
112、212 透明パネル
120、220、320、420 直下型バックライト用光学積層体
204 パターン化拡散層
205 光波長選択性透過反射層
303、403 反射材
307、407、607 透明板
450、650 2次元色彩輝度計
502、602 白色光源
610 黒色層
503 反射材を備える容器
620 パターン化拡散層サンプル
本開示の実施態様の一部を以下の[項目1]−[項目10]に記載する。
[項目1]
青色光源と、
光波長選択性透過反射層であって、前記青色光源からの光が入射する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面を有する、光波長選択性透過反射層と、
ダウンコンバージョン層であって、前記光波長選択性透過反射層の第2主要面に隣接する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面とを有する、ダウンコンバージョン層と、を備える、直下型バックライト。
[項目2]
前記ダウンコンバージョン層の第2主要面に光リサイクル層をさらに備える、及び/又は前記光波長選択性透過反射層の第1主要面にパターン化拡散層をさらに備える、項目1に記載の直下型バックライト。
[項目3]
前記ダウンコンバージョン層が量子ドット層である、項目1又は2に記載の直下型バックライト。
[項目4]
前記光波長選択性透過反射層は、波長が380〜520nmの光に対して50%以上の透過率、及び波長が550〜800nmの光に対して30%以下の透過率を有し、並びに波長が380〜520nmの光に対して20%以下の反射率、及び波長が550〜800nmの光に対して25%以上の反射率を有する、項目1〜3の何れか一項に記載の直下型バックライト。
[項目5]
前記光リサイクル層が、反射性偏光子層及び微細構造化層からなる群から選択される少なくとも一種である、項目2〜4の何れか一項に記載の直下型バックライト。
[項目6]
前記パターン化拡散層が、不織布、織布、編布及び多孔性基材からなる群から選択される少なくとも一種を含む、項目2〜5の何れか一項に記載の直下型バックライト。
[項目7]
前記パターン化拡散層のパターン部が、前記青色光源の配置箇所と対応し、樹脂非含浸部を含み、
前記パターン部以外の部分が樹脂含浸部を含む、項目2〜6の何れか一項に記載の直下型バックライト。
[項目8]
光源間の半分の位置における前記パターン化拡散層の相対全光線透過率が、105%以上である、項目2〜7の何れか一項に記載の直下型バックライト。
[項目9]
前記青色光源が青色LEDである、項目1〜8の何れか一項に記載の直下型バックライト。
[項目10]
項目1〜9の何れか一項に記載の直下型バックライトを備える液晶ディスプレイ。
Claims (9)
- 青色光源と、
光波長選択性透過反射層であって、前記青色光源からの光が入射する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面を有する、光波長選択性透過反射層と、
ダウンコンバージョン層であって、前記光波長選択性透過反射層の第2主要面に隣接する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面とを有する、ダウンコンバージョン層と、を備え、
前記光波長選択性透過反射層は、波長が380〜520nmの光に対して50%以上の透過率、及び波長が550〜800nmの光に対して30%以下の透過率を有し、並びに波長が380〜520nmの光に対して20%以下の反射率、及び波長が550〜800nmの光に対して25%以上の反射率を有する、直下型バックライト。 - 青色光源と、
光波長選択性透過反射層であって、前記青色光源からの光が入射する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面を有する、光波長選択性透過反射層と、
ダウンコンバージョン層であって、前記光波長選択性透過反射層の第2主要面に隣接する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面とを有する、ダウンコンバージョン層と、
前記光波長選択性透過反射層の第1主要面にパターン化拡散層とを備え、
前記パターン化拡散層のパターン部が、前記青色光源の配置箇所と対応し、樹脂非含浸部を含み、
前記パターン部以外の部分が樹脂含浸部を含む、直下型バックライト。 - 青色光源と、
光波長選択性透過反射層であって、前記青色光源からの光が入射する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面を有する、光波長選択性透過反射層と、
ダウンコンバージョン層であって、前記光波長選択性透過反射層の第2主要面に隣接する第1主要面、及び当該第1主要面の反対側に位置する第2主要面とを有する、ダウンコンバージョン層と、
前記光波長選択性透過反射層の第1主要面にパターン化拡散層とを備え、
光源間の半分の位置における前記パターン化拡散層の相対全光線透過率が、105%以上である、直下型バックライト。 - 前記ダウンコンバージョン層の第2主要面に光リサイクル層を備える、及び/又は前記光波長選択性透過反射層の第1主要面にパターン化拡散層を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の直下型バックライト。
- 前記ダウンコンバージョン層が量子ドット層である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の直下型バックライト。
- 前記ダウンコンバージョン層の第2主要面に光リサイクル層を備え、前記光リサイクル層が、反射性偏光子層及び微細構造化層からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1〜5の何れか一項に記載の直下型バックライト。
- 前記光波長選択性透過反射層の第1主要面にパターン化拡散層を備え、前記パターン化拡散層が、不織布、織布、編布及び多孔性基材からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜6の何れか一項に記載の直下型バックライト。
- 前記青色光源が青色LEDである、請求項1〜7の何れか一項に記載の直下型バックライト。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載の直下型バックライトを備える液晶ディスプレイ。
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