KR20200033314A - 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

정면 휘도를 상승시킴과 함께, 흑색 표시 시의 경사 방향의 광누출을 저감시키고 표시 성능을 향상시킨다. 투명 기재의 편면에 렌즈 어레이가 형성되어 있으며, 투명 기재의 다른 한쪽의 면에 복수의 원뿔 사다리꼴이 배열되어 있는 광평행화 부재와, 도광판과, 광원을 포함하는 백라이트 유닛으로서, 광평행화 부재 상의 원뿔 사다리꼴은, 높이 방향에 있어서 투명 기재로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁아지는 형상이고, 렌즈 어레이의 각 렌즈의 위치가 이 렌즈에 대응하는 원뿔 사다리꼴의 위치에 대하여, 렌즈의 중심과 이 렌즈로부터 가장 가까운 광원을 잇는 방향에 있어서, 광원으로부터 먼 방향으로 어긋나 있으며, 렌즈의 광축이 이 렌즈에 대응하는 원뿔 사다리꼴의 경사면을 통과하도록 배치되어 있고, 도광판과 원뿔 사다리꼴의 투명 기재 측과는 반대 측의 표면이 접하고 있으며, 광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴의 형상이 특정 수식을 충족시킨다.

Description

백라이트 유닛 및 액정 표시 장치
본 발명은, 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는, 소비 전력이 작고, 공간을 절약하는 화상 표시 장치로서 해마다 그 용도가 넓어지고 있다. 액정 표시 장치는, 일례로서, 백라이트 유닛, 백라이트 측 편광판, 액정 패널 및 시인 측 편광판 등이, 이 순서로 마련된 구성으로 되어 있다.
백라이트 유닛으로서는, 예를 들면 도광판과, 그 단면(측면)에 배치한 광원을 구비하고, 광원으로부터 단면으로 입사된 광을 도광하여 주면 전체로부터 액정 패널을 향하여 조사하는 에지 라이트형(사이드 라이트형이라고 칭하는 경우도 있음)이나, 도광판을 이용하지 않고, 액정 패널의 직하에 광원을 배치하여, 액정 패널을 향하여 조사하는 직하형이 알려져 있다. 또한, 백라이트 유닛 상에는, 확산 시트, 및 액정 패널 주면의 법선 방향(정면 방향)으로 광을 집광하는 집광 시트 등이 마련되어 있다.
백라이트 유닛으로부터 확산 시트 및/또는 집광 시트를 통과한 사출되는 광은 극각 방향으로 휘도 분포를 갖고 있기 때문에, 액정 셀에 대하여 경사 방향으로 광이 입사한다. 액정 셀은 시야각 의존성을 갖고 있고, 액정 셀을 흑색 표시했을 때의 경사 방향으로 입사한 광의 투과율이 높아지게 된다. 그 결과 액정 표시 장치의 흑색 표시 시의 경사 방향으로부터 시인했을 때의 휘도가 상승하게 되고, 화질의 저하로 이어지게 된다. 특히 최근에는, 흑색 표시 시의 표시가 우수한 유기 EL을 사용한 표시 장치(OLED)도 확산되고 있어, 액정 표시 장치로서도 흑색 표시 시의 휘도를 보다 저감시키는 것이 요망되고 있다.
상기 문제를 해결하는 방법으로서, 액정 패널로 입사하는 광을 평행광으로 하고, 광이 액정 셀을 통과한 후에 광을 산란시킴으로써, 상기 경사 방향의 콘트라스트를 개량시키는 구성이 제안되어 있다(비특허문헌 1, 비특허문헌 2). 또, 백라이트 유닛으로부터 사출되는 광을 평행광으로 하기 위하여, 특허문헌 1, 비특허문헌 3에 나타나는 바와 같은 광평행화 부재가 제안되어 있다.
또, 특허문헌 2에는, 한쪽의 면에 제1 렌즈 어레이가 형성되고, 그 이면에 제2 렌즈 어레이가 형성된 투광성의 기재로 이루어지는 렌즈 시트이며, 제2 렌즈 어레이는, 1 또는 복수의 렌즈가 폭 s의 대략 평탄면 사이에 개재된 형태가 일 주기가 되는 패턴으로 구성되고, 제1 렌즈 어레이와 제2 렌즈 어레이와의 주기가 일치하며, 그 위상 어긋남은 대략 0 또는 대략 반주기인 렌즈 시트가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 평10-253808호 일본 공개특허공보 2009-162843호
SID 2009 DIGEST 514~517 IDW 2011 475~478 Applied Optics, vol. 55, No. 26, 7307~7313(2016)
특허문헌 1에서는, 투명 기재 상에 사다리꼴 형상의 미소 입체와 렌즈를 마련한 광평행화 부재가 제안되어 있고, 정면 방향을 향하는 광이 집광·평행화되어 있는 것이 기재되어 있지만, 액정 셀 흑색 표시 시의 경사 방향의 휘도 상승에 영향을 주는 광평행화 부재로부터 경사 방향으로 사출하는 광의 휘도에 대해서는 아무런 기재가 없다. 또, 미소 입체의 도광판에 접하는 면적 비율이 낮기 때문에, 광의 취출 효율이 낮아져 휘도가 저하되게 되는 문제가 있었다.
비특허문헌 3에는 도광판 상에, 투명 기재 상의 편면에 원뿔 사다리꼴 형상을, 다른 한쪽의 면에 렌즈 형상을 갖는 광학 시트를 마련하여 광을 평행화하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 기재된 구성에서는, 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴 형상 경사면으로 입사한 광의 일부가 전반사되지 못하고, 경사면으로부터 빠져 나옴으로써, 액정 표시 장치의 흑색 표시 시의 경사 방향으로부터 시인했을 때의 휘도 상승으로 이어지게 된다는 과제가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여, 정면 휘도를 상승시킴과 함께, 경사 방향의 휘도는 저감시키는 광평행화 부재를 구비한 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. 액정 표시 장치의 정면 휘도를 상승시킴과 함께, 흑색 표시 시의 경사 방향에 있어서의 광누출을 저감시키고 표시 성능을 향상시키는 광평행화 부재를 구비한 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 광평행화 부재를 구비한 백라이트 유닛을 가짐으로써, 콘트라스트를 향상시킨 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 백라이트 유닛은, 투명 기재의 편면에 렌즈 어레이가 형성되어 있으며, 이 투명 기재의 다른 한쪽의 면에 원뿔 사다리꼴이 배열되어 있는 광평행화 부재와, 도광판과, 광원을 포함하는 백라이트 유닛으로서, 광평행화 부재는, 도광판의 한쪽의 주면에 대면하여 배치되고, 광원은, 도광판 중 적어도 하나의 측면에 대면하여 배치되며, 이 광평행화 부재 상의 원뿔 사다리꼴은, 높이 방향에 있어서, 투명 기재로부터 멀어짐에 따라 그 폭이 좁아지는 형상이고, 렌즈 어레이의 각 렌즈의 위치가 각각, 이 렌즈에 대응하는 원뿔 사다리꼴의 위치에 대하여, 이 렌즈의 중심과 이 렌즈로부터 가장 가까운 광원을 잇는 방향에 있어서, 광원으로부터 먼 방향으로 어긋나 있으며, 렌즈의 광축이 원뿔 사다리꼴의 경사면을 통과하도록 배치되어 있고, 도광판과 원뿔 사다리꼴의 투명 기재 측과는 반대 측의 표면이 접하고 있음과 함께, 이 광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴의 형상이 하기 식 1~식 3을 충족시키는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure pct00001
[수학식 2]
Figure pct00002
[수학식 3]
Figure pct00003
여기에서 n1은 도광판의 굴절률, n2는 원뿔 사다리꼴의 굴절률, θave는 하기 식 4로 나타나는 값이고, 식 4 중의 m은 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위의 분할수, θi는 상기 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위를 m 분할했을 때의 i번째의 입사 각도, θ는 원뿔 사다리꼴의 경사 각도, R은 렌즈의 투명 기재 측의 반경, r은 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와 반대 측의 면의 반경이다.
[수학식 4]
Figure pct00004
본 발명에서는, 광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴의 형상이 하기 식 5~식 6을 충족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 5]
Figure pct00005
[수학식 6]
Figure pct00006
본 발명의 백라이트 유닛에 포함되는 광평행화 부재에 있어서는, 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선(垂線)과의 거리 L이 하기 식 7을 충족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 7]
Figure pct00007
여기에서, θ는 원뿔 사다리꼴의 경사 각도, h는 원뿔 사다리꼴의 높이, r은 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와 반대 측의 면의 반경이다.
광평행화 부재의 투명 기재의 두께를 d, 렌즈의 초점 거리를 f로 했을 때에, 식 8을 충족시키는 것이 바람직하다.
d≤f≤d+h…식 8
여기에서, h는 원뿔 사다리꼴의 높이이다.
광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴과 렌즈의 사이에, 개구부를 마련한 광흡수층을 갖고 있고, 광흡수층의 개구부의 중심과 렌즈의 광축의 위치가 일치하는 것이 바람직하다.
광흡수층의 개구부가 원형이고, 개구부의 직경 Rb가 식 9를 충족시키는 것이 바람직하다.
0.15<Rb/R≤1.0…식 10
도광판과 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와는 반대 측의 표면이 접착층을 통하여 접하고 있는 것이 바람직하다.
광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와는 반대 측의 면에, 원뿔 사다리꼴보다 경사 각도가 작은 원뿔 사다리꼴 형상 또는 원뿔 형상의 돌기부를 갖고 있고, 돌기부 원뿔 사다리꼴 측의 면의 반경이, 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와는 반대 측의 면의 반경과 동일한 것이 바람직하다.
복수의 렌즈는 불규칙하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.
광평행화 부재로부터 시인 측에 광편향 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
광편향 부재가 프리즘 시트인 것이 바람직하다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 액정 표시 소자와, 상기 중 어느 하나의 본 발명의 백라이트 유닛을 구비한다.
본 발명의 백라이트 유닛은, 투명 기재의 편면에 렌즈 어레이가 형성되어 있으며, 이 투명 기재의 다른 한쪽의 면에 원뿔 사다리꼴이 배열되어 있는 광평행화 부재와 도광판과 광원을 포함하는 백라이트 유닛으로서, 광평행화 부재는, 도광판의 한쪽의 주면에 대면하여 배치되고, 광원은, 도광판 중 적어도 하나의 측면에 대면하여 배치되며, 이 광학 시트상의 원뿔 사다리꼴은, 높이 방향에 있어서, 투명 기재로부터 멀어짐에 따라 그 폭이 좁아지는 형상이고, 렌즈 어레이의 각 렌즈의 위치가 각각, 이 렌즈에 대응하는 원뿔 사다리꼴의 위치에 대하여, 이 렌즈의 중심과 이 렌즈로부터 가장 가까운 광원을 잇는 방향에 있어서, 광원으로부터 먼 방향으로 어긋나 있으며, 렌즈의 광축이 원뿔 사다리꼴의 경사면을 통과하도록 일 방향으로 어긋나 배치되어 있고, 도광판과 원뿔 사다리꼴의 상기 투명 기재와는 반대 측의 표면이 접하고 있음과 함께, 도광판의 굴절률 n1과 원뿔 사다리꼴의 굴절률 n2의 관계가 n2>n1를 충족시키기 때문에, 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사한 광이, 원뿔 사다리꼴 하면의 계면에서 굴절하며, 원뿔 사다리꼴 경사면으로 입사하는 광을 양호한 효율로 전반사시킬 수 있게 된다. 식 2를 충족시키는 바와 같이 원뿔 사다리꼴의 형상을 제어함으로써, 원뿔 사다리꼴의 경사면에서 전반사한 광은, 정면 방향(광평행화 부재의 주면의 법선 방향을 0°로 했을 때의 방위각 0°, 극각 0° 방향)을 중심으로서 대략 ±40°의 방향을 향할 수 있다. 이 경사면에서 전반사한 광을 렌즈에서 평행광으로 변환할 수 있기 때문에, 평행도가 높은 광을 정면 방향으로 사출할 수 있다. 식 1과 식 2를 충족시킴으로써 원뿔 사다리꼴 경사면으로부터 빠져 나오는 광을 큰폭으로 억제할 수 있기 때문에, 경사 방향으로 향하는 광을 억제할 수 있고, 결과적으로 액정 표시 장치의 흑색 표시 시의 경사 방향으로부터 시인했을 때의 휘도 상승을 억제할 수 있다. 또한 식 3을 충족시킴으로써, 도광판으로부터의 광 취출 효율을 높일 수 있고, 그 결과 정면 방향의 휘도를 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 액정 표시 장치 1의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 백라이트 유닛의 일례에 있어서의 도광판과 원뿔 사다리꼴과의 계면에 있어서의 광의 굴절을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 백라이트 유닛의 일례에 있어서의 도광판과 원뿔 사다리꼴과의 계면에 있어서의 광의 굴절을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 백라이트 유닛이 갖는 광평행화 부재에 있어서의 원뿔 사다리꼴 및 렌즈의 형상을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 4는 광평행화 부재에 있어서의 식 4로 나타나는 θave를 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 5는 광평행화 부재의 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선과의 거리 L을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 6은 광평행화 부재의 렌즈와 원뿔 사다리꼴을 정방 배치로 배치한 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 7은 광평행화 부재의 렌즈와 원뿔 사다리꼴을 육방 배치로 배치한 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 8은 광평행화 부재의 렌즈와 원뿔 사다리꼴을 랜덤하게 배치한 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 9는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치의 평가에 있어서의 방위각의 정의를 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 원뿔 사다리꼴과 도광판과의 접촉 부분을 확대하여 나타내는 단면 모식도이다.
도 11은 원뿔 사다리꼴과 도광판과의 접촉 부분의 다른 일례를 확대하여 나타내는 단면 모식도이다.
도 12는 광평행화 부재의 다른 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 13은 광평행화 부재의 다른 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 14는 실시예의 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 15는 실시예의 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 16은 비교예의 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 17은 프리즘 시트의 배치 각도를 설명하기 위한 모식도이다.
도 18은 프리즘 시트의 배치 각도와 휘도비와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19는 피크 휘도의 방향과 피크 휘도의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 피크 휘도의 방향과 피크 휘도의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 21은 피크 휘도의 방향과 피크 휘도의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 피크 휘도의 방향과 피크 휘도의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23은 피크 휘도의 방향과 피크 휘도의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 피크 휘도의 방향과 피크 휘도의 비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 본 발명의 액정 표시 장치의 다른 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치의 실시형태를 상세하게 설명한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "~"를 이용하여 나타나는 수치 범위는, 특별히 설명이 없는 한 "~"의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 액정 표시 장치(40)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
이 액정 표시 장치(40)는, 광원(10)과 도광판(12)과 광평행화 부재(2)를 구비한, 본 발명의 제1 실시형태의 백라이트 유닛(1)과, 화상 표시면과 반대 측의 백라이트 입사면으로부터 광이 입사되는 액정 표시 소자(30)로 구성되어 있다.
광평행화 부재(2)는, 투명 기재(21)와, 투명 기재(21)의 한쪽의 면에 복수 배열되어 있는 렌즈(22), 즉 렌즈 어레이와, 투명 기재(21)의 다른 쪽의 면에 복수 배열되어 있는 원뿔 사다리꼴(20)을 갖는다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 광원(10)은 도광판(12)의 측면에 대면하여 배치되어 있고, 광평행화 부재(2)는 도광판(12)의 광을 출사하는 측(액정 표시 소자(30) 측)의 주면 상에 배치되어 있다. 광평행화 부재(2)는 원뿔 사다리꼴(20) 측을 도광판(12)을 향하여 배치되어 있다.
이와 같은 액정 표시 장치(40)에 있어서, 광원(10)이 출사한 광은, 도광판(12)의 측면으로 입사한다. 도광판(12)은, 측면으로부터 입사한 광을 도광하고, 액정 표시 소자(30) 측의 주면으로부터 출사한다. 도광판(12)으로부터 출사된 광은, 광평행화 부재(2)로 입사한다. 광평행화 부재(2)는, 입사한 광을 액정 표시 소자의 주면의 법선 방향(정면 방향)으로 집광하여(지향성을 높여) 출사하고, 액정 표시 소자(30)에 광을 입사시킨다.
본 실시형태의 광원(10)은 LED여도 되고, 레이저 광원이어도 된다. 레이저 광원은, 색재현성의 향상과 보다 양호한 효율로 광을 면내 방향으로 확산시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 또, 광원은 백색 광원이어도 되고, 다른 발광색의 광원이 복수 사용되어도 된다. 광원의 두께는 액정 표시 장치의 박형화의 관점에서 작은 것이 바람직하고, 0.2mm~5mm가 바람직하며, 0.2mm~1mm가 더 바람직하다.
도 1에 나타내는 예에 있어서는, 광원(10)은, 기판(11) 상에 배열되고 고정되어 있다.
기판(11)은, 도광판(12)의 광을 출사하는 측의 면과는 반대 측의 면과 대면하여 배치되어 있다. 또, 기판(11)의 표면의 크기는, 도광판(12)의 광을 출사하는 측의 면과는 반대 측의 면을 덮는 크기이다.
광원(10)이 배치되는 기판(11)은 특별히 제한은 없고, 공지의 것을, 각종 이용 가능하다. 광을 효율적으로 이용하기 위하여, 기판(11)의 도광판(12)과 대면하는 면은, 흡수가 작고 반사율이 높은 반사면인 것이 바람직하다. 예를 들면, 백색 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)나 폴리에스터계 수지를 이용한 다층막 필름으로 이루어지는 반사면을 갖는 것이 바람직하지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 폴리에스터계 수지를 이용한 다층막 필름으로서는, 예를 들면 3M사제의 ESR(상품명)을 들 수 있다.
도광판(12)은, 광원(10)의 발광 파장에 있어서의 흡수가 적고 투명한 기재를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)로 대표되는 아크릴계 기재, 유리 기재, 폴리카보네이트계 기재 등의 투명 기재가 바람직하다. 아크릴계 기재는 특히 투명성이 높고, 표면의 평활성도 높기 때문에 바람직하다. 또, 유리 기재는 강성이 높기 때문에 박막화가 가능하고, 액정 표시 장치 전체의 박형화에도 기여할 수 있기 때문에 바람직하다. 도광판의 굴절률 n1은, 광원으로부터의 광을 효율적으로 도광할 수 있는 관점과, 광의 흡수를 억제할 수 있는 관점에서 1.4~1.6인 것이 바람직하다.
도광판(12) 상에는 광평행화 부재(2)와 도광판(12)을 광학적으로 접착시키기 위한 접착층(13)이 마련된다. 접착층(13)은 각종 접착제나 점착제, UV(자외선) 경화성 수지 등의 공지의 것을 이용 가능하지만, 발광 파장에 있어서의 흡수가 적고 투명성이 높은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 액상의 것을 이용하면 원뿔 사다리꼴의 측면에 부착되어 효과에 영향이 있으므로, 액체 성분이 적은 고체 형상의 접착제로 구성되는 것이 바람직하다.
접착층(13)의 탄성률은 0.1MPa~3.0MPa, 접착층(13)의 두께는 1μm~20μm인 것이 바람직하다. 상기 범위의 소재를 사용함으로써, 접착층(13)의 변형을 억제할 수 있고, 변형 기인의 광누출을 억제할 수 있다. 또, 원뿔 사다리꼴(20)과 도광판(12)의 접착성을 높일 수 있다.
접착층(13)은 도광판(12)의 광을 출사하는 면 전체를 덮도록 마련해도 되고, 광평행화 부재(2)의 원뿔 사다리꼴(20)의 투명 기재(21)와 반대 측의 면(20a)의 부분에만 마련해도 된다. 접착층(13)의 굴절률 n3은 도광판(12)으로부터의 광 취득의 관점과, 원뿔 사다리꼴(20)로 입사하는 광을 굴절시키는 관점에서, n1≤n3<n2 또는 n1<n3≤n2의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.
또한, n1은 도광판(12)의 굴절률이며, n2는, 원뿔 사다리꼴의 굴절률이다.
바람직한 양태의 일례로서, n1=n3<n2의 경우를 도 2a에 나타낸다. 본 실시형태의 광평행화 부재(2)에 구비할 수 있는 원뿔 사다리꼴(20)의 굴절률 n2는 도광판의 굴절률 n1보다 큰 값을 갖고 있다. 이로써, 도 2a에 예시하는 바와 같이, 도광판(12) 표면에 고각도로 입사하는 광이, 도광판(12)과 접착층(13)과의 계면, 또는 접착층(13)과 원뿔 사다리꼴의 면(20a)과의 계면에서 굴절하기 때문에, 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)에서 전반사하는 광을 증가시킬 수 있다. 반대로 굴절률 n2가 n1 이하인 경우, 도 2b에 나타내는 바와 같이 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)에서 전반사하지 못하고 경사면으로부터 빠져 나오게 되는 광이 증가하게 된다.
상술한 바와 같이, 광평행화 부재(2)는, 투명 기재(21)와, 투명 기재(21)의 한쪽의 면에 복수 배열되어 있는 렌즈(22)(렌즈 어레이)와, 투명 기재(21)의 다른 쪽의 면에 복수 배열되어 있는 원뿔 사다리꼴(20)을 갖는다.
원뿔 사다리꼴(20)은, 높이 방향(투명 기재(21)의 주면에 수직인 방향)에 있어서, 투명 기재(21)로부터 멀어짐에 따라, 폭(높이 방향으로 수직인 단면의 직경)이 좁아지는 형상이다. 따라서, 원뿔 사다리꼴(20)의 측면(이하, 경사면(20c)라고 함)은 높이 방향에 대하여 경사져 있다.
여기에서, 1개의 렌즈(22)와 이 렌즈(22)에 대응하는 1개의 원뿔 사다리꼴(20)을 1개의 유닛으로 하면, 적어도 하나의 유닛에 있어서, 렌즈(22)의 면방향(투명 기재(21)의 주면에 평행한 방향)의 위치가 렌즈(22)에 대응하는 원뿔 사다리꼴(20)의 면방향의 위치에 대하여, 렌즈(22)의 중심과 이 렌즈(22)로부터 가장 가까운 광원(10)을 잇는 방향에 있어서, 광원(10)으로부터 먼 방향으로 어긋나 있으며, 렌즈(22)의 광축이 렌즈(22)에 대응하는 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면을 통과하도록 배치되어 있다.
또한, 적어도 하나의 유닛에 있어서, 렌즈(22)와 원뿔 사다리꼴(20)과의 위치가 상술과 같이 어긋나 있으면 되고, 모든 유닛에 있어서, 렌즈(22)와 원뿔 사다리꼴(20)과의 위치가 상술과 같이 어긋나 있는 것이 바람직하다.
또, 렌즈(22)와 원뿔 사다리꼴(20)과의 어긋남 양은, 모든 유닛에서 동일해도 되고, 달라도 된다.
또, 복수의 렌즈(22)의 배열과 복수의 원뿔 사다리꼴(20)의 배열이 동일한 형태이고, 복수의 렌즈(22)가 전체적으로 원뿔 사다리꼴(20)에 대하여 어긋나 있어도 된다.
본 발명의 백라이트 유닛에 포함되는 광평행화 부재에 있어서는, 이 광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴의 형상이 하기 식 1~식 3을 충족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 8]
Figure pct00008
[수학식 9]
Figure pct00009
[수학식 10]
Figure pct00010
여기에서 n1은 도광판의 굴절률, n2는 원뿔 사다리꼴의 굴절률, θave는 하기 식 4로 나타나는 값이며, 식 4 중의 m은 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위의 분할수, θi는 상기 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위를 m 분할했을 때의 i번째의 입사 각도, θ는 원뿔 사다리꼴의 경사 각도, R은 렌즈의 투명 기재 측의 반경, r은 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와 반대 측의 면의 반경이다.
도 3에 원뿔 사다리꼴에 있어서의 각 값의 정의(定義) 개소에 대하여 도시한다.
[수학식 11]
Figure pct00011
본 발명에 있어서, 더 바람직하게는 하기 식 5~6을 충족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 12]
Figure pct00012
[수학식 13]
Figure pct00013
원뿔 사다리꼴(20)의 형상을 식 1~식 3 및 식 5~6의 범위로 형상을 제어함으로써, 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)으로부터 광이 빠져 나오는 것을 억제할 수 있고, 액정 표시 장치(40)의 흑색 표시 시의 경사 방향으로부터 시인했을 때의 휘도 상승을 억제할 수 있음과 함께, 정면 방향을 향하는 광을 집광·평행화시킬 수 있다. 또한 도광판(12)으로부터의 광 취출 효율을 높일 수 있고, 정면 방향의 휘도를 상승시킬 수 있다.
식 4 중의 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위(θi의 범위)는, 도광판의 임계 반사각(θc)을 이용하면, θc~90°로 구할 수 있다. θc는 다음 식으로 구해진다.
[수학식 14]
Figure pct00014
n0: 도광판 주위의 굴절률(공기의 경우 1.0)
n1: 도광판의 굴절률
예를 들면, 공기 중에 놓여진 도광판의 굴절률 n1을 1.5로 하면 θc는 약 41.8°가 되고, 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 각도 범위는 41.8~90°가 된다.
θave는 0.1° 간격으로 입사 각도 범위를 분할하여 식 4에 따라 구한다. θave는 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 입사각에서 원뿔 사다리꼴로 입사한 광이 원뿔 사다리꼴의 경사면에 있어서 전반사한 후에, 정면 방향(0° 방향)을 향하기 위하여 필요한 원뿔 사다리꼴의 경사 각도의 평균값을 나타내고 있다.
본 발명의 백라이트 유닛에 있어서, 광평행화 부재의 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선과의 거리 L은 하기 식 7을 충족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 15]
Figure pct00015
L의 정의에 대해서는 도 5에 나타낸다. 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L이 상기 범위를 충족시킴으로써, 광평행화 부재로부터 사출하는 광의 피크 각도를, 정면 방향으로 향하게 할 수 있어, 정면 방향의 휘도를 상승시킬 수 있다.
광평행화 부재(2)의 원뿔 사다리꼴(20)을 구성하는 재료는, 도광판의 굴절률 n1보다 큰 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 일례로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 벤질메타크릴레이트, MS수지(폴리메타크릴스타이렌), 사이클로올레핀 폴리머, 사이클로올레핀 코폴리머, 셀룰로스다이아세테이트, 셀룰로스트라이아세테이트 등의 셀룰로스아실레이트 등, 공지의 백라이트 장치에 이용되는 도광판과 동일한 투명성이 높은 수지로 형성하면 된다. 상기 수지는 열가소성 수지에 한정하지 않고, 예를 들면 아크릴레이트 모노머, 에폭시 모노머 등의 자외선 경화성 수지, 전자선 경화성 수지 등의 전리 방사선 경화성 수지, 열경화성 수지도 사용할 수 있다. 또, 굴절률 상승을 위하여, 수지 재료 중에 무기 미립자를 첨가해도 된다. 일례로서는 지르코니아 미립자, 티타니아 미립자 등을 들 수 있다. 이들 미립자는 수지 중에서 광이 산란하지 않도록, 수 nm~수 μm의 입경으로 분산한 상태로 하는 것이 바람직하다.
광평행화 부재(2)의 원뿔 사다리꼴(20)의 투명 기재 측의 반경은, 액정 표시 소자의 일 화소의 한 변의 길이보다 작은 것이 바람직하고, 1μm~200μm인 것이 바람직하다. 이 범위로 조정함으로써, 화소에 대하여 균일하게 광을 입사시키는 것이 가능하게 된다.
광평행화 부재(2)의 투명 기재(21)는 공지의 백라이트 장치에 이용되는 도광판과 동일한 투명성이 높은 수지로 이루어지는 기재를 이용하면 된다. 일례로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 벤질메타크릴레이트, MS수지(폴리메타크릴스타이렌), 사이클로올레핀 폴리머, 사이클로올레핀 코폴리머, 셀룰로스다이아세테이트, 셀룰로스트라이아세테이트 등의 셀룰로스아실레이트 등을 들 수 있다.
투명 기재(21)의 두께(d)는 렌즈의 초점 거리(f)에 대하여, 하기 식 8을 충족시키는 범위로 하는 것이 바람직하다.
d≤f≤d+h…식 8
여기에서, h는 원뿔 사다리꼴의 높이이다.
또, 렌즈의 초점 거리(f)는, 하기 식으로 구해진다.
f=r1/(n4-1)
여기에서, n4는 렌즈의 굴절률, r1는 렌즈의 곡률 반경이다.
투명 기재(21)의 두께를 상기 범위로 함으로써, 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)에서 반사한 광을 집광할 수 있고, 정면 휘도의 상승 및 경사 방향의 광누출을 억제할 수 있다.
투명 기재(21)의 표면은 원뿔 사다리꼴(20) 및 렌즈(22)의 밀착 향상을 위하여, 코로나 처리나 플라즈마 처리 등의 표면 처리를 행해도 되고, 밀착 향상층을 부여해도 된다.
광평행화 부재(2)의 렌즈 어레이를 구성하는 렌즈(22)는, 구면 렌즈여도 되고 비구면 렌즈여도 되며, 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)에서 전반사한 광이 렌즈(22)로 집광할 수 있도록 곡면을 조정하면 된다. 렌즈에 사용되는 재료는, 공지의 백라이트 장치에 이용되는 도광판과 동일한 투명성이 높은 수지로 형성하면 된다. 일례로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 벤질메타크릴레이트, MS수지(폴리메타크릴스타이렌), 사이클로올레핀 폴리머, 사이클로올레핀 코폴리머, 셀룰로스다이아세테이트, 셀룰로스트라이아세테이트 등의 셀룰로스아실레이트 등을 들 수 있다. 상기 수지는 열가소성 수지에 한정하지 않고, 예를 들면 아크릴레이트 모노머, 에폭시 모노머 등의 자외선 경화성 수지, 전자선 경화성 수지 등의 전리 방사선 경화성 수지, 열경화성 수지도 사용할 수 있다.
광평행화 부재(2)의 렌즈(22)의 투명 기재 측의 반경은, 액정 표시 소자의 일 화소의 한 변의 길이보다 작은 것이 바람직하고, 1μm~200μm인 것이 바람직하다. 이 범위로 조정함으로써, 화소에 대하여 균일하게 광을 입사시키는 것이 가능하게 된다.
도 6~도 8에 광평행화 부재(2)의 주면에 있어서의 광이 사출하는 법선 방향으로부터 관찰한 렌즈(22) 및 원뿔 사다리꼴(20)의 배치예를 나타낸다. 렌즈(22) 및 원뿔 사다리꼴(20)은, 도 6 및 도 7과 같이 정방 배치 및 육방 배치로 최밀(最密)이 되도록 배치해도 되고, 도 8과 같이 랜덤(불규칙)하게 배치해도 된다. 즉, 1개의 렌즈(22)와 이 렌즈(22)에 대응하는 1개의 원뿔 사다리꼴(20)을 1개의 유닛으로 하면, 복수의 유닛은 불규칙하게 배치되어 있어도 된다. 광원(10)으로부터의 거리에 따라 유닛의 배치 밀도를 바꾸어, 광평행화 부재(2)의 면내로부터 균일하게 광을 취출하도록 조정해도 된다.
유닛(렌즈(22) 및 원뿔 사다리꼴(20))을 랜덤하게 배치함으로써, 무아레의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 예에서는, 원뿔 사다리꼴(20)과 도광판(12)은, 접착층(13)을 통하여 접하는 구성으로 했지만, 이에 한정되지는 않고, 원뿔 사다리꼴(20)과 도광판(12)이 직접 접하고 있어도 된다.
여기에서, 원뿔 사다리꼴(20)과 도광판(12)이 접착층(13)을 통하여 접하는 구성의 경우에는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 원뿔 사다리꼴(20)의 투명 기재(21)와는 반대 측의 면(하면)에, 원뿔 사다리꼴 형상 또는 원뿔 형상의 돌기부(24)를 갖는 것이 바람직하다. 돌기부(24)의 경사 각도는 원뿔 사다리꼴(20)보다 작다. 또, 돌기부(24)의 원뿔 사다리꼴(20) 측의 면의 반경은, 원뿔 사다리꼴(20)의 투명 기재(21)와는 반대 측의 면(돌기부(24)측의 면)의 반경과 동일하다.
돌기부(24)를 갖지 않는 구성의 경우에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 도광판(12)으로부터의 광의 일부는, 접착층(13)을 통하여 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)으로부터 원뿔 사다리꼴(20)로 입사하게 된다. 이 광이 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)에서 반사하면, 정면 방향보다 비스듬한 방향으로 반사되기 때문에, 경사 방향의 광누출의 양이 많아지게 될 우려가 있다.
이에 대하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 원뿔 사다리꼴(20)의 하면에 원뿔 사다리꼴(20)보다 경사 각도가 작은 돌기부(24)를 마련함으로써, 접착층(13)을 통과한 광이 돌기부(24)로부터 원뿔 사다리꼴(20)로 입사한다. 이로써, 광은 원뿔 사다리꼴(20)의 경사면(20c)에서 정면 방향으로 반사되어, 경사 방향의 광누출의 양을 저감시킬 수 있다. 이와 같이, 원뿔 사다리꼴(20)의 하면에 돌기부(24)를 마련함으로써, 원뿔 사다리꼴(20)이 접착층(13)에 매몰되는 것에 기인하는 광누출을 억제할 수 있음과 동시에, 원뿔 사다리꼴(20)의 접착층(13)에 대한 접착성을 향상시킬 수 있다.
광누출을 적합하게 억제할 수 있는 관점에서, 돌기부(24)의 경사 각도(θb)는 5~25°인 것이 바람직하다.
또, 도 1에 나타내는 예에서는, 도광판(12) 중 하나의 측면에 광원(10)이 배치되는 구성으로 했지만, 이에 한정되지는 않고, 도광판의 2 이상의 측면에 광원이 배치되어 있어도 된다. 도광판의 2 이상의 측면에 광원이 배치되는 경우에는, 해당하는 렌즈로부터 가장 가까운 광원을 기준으로 하여, 이 렌즈와 가장 가까운 광원을 잇는 방향에 있어서, 광원으로부터 먼 방향으로, 원뿔 사다리꼴의 위치에 대하여 렌즈의 위치가 어긋나 있으면 된다. 또, 렌즈가 복수의 광원으로부터 등거리의 위치에 있는 경우에는, 적어도 하나의 광원을 기준으로 하여, 원뿔 사다리꼴의 위치에 대하여 렌즈의 위치가 어긋나 있으면 된다.
또, 광평행화 부재(2)의 원뿔 사다리꼴(20)과 렌즈(22)의 사이에, 개구부를 마련한 광흡수층을 갖고 있어도 된다. 이 개구부의 중심은 렌즈(22)의 광축의 위치와 일치하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 12에 나타내는 광평행화 부재의 일례에서는, 원뿔 사다리꼴(20)과 투명 기재(21)의 사이에 광흡수층(26)을 갖는다. 광흡수층(26)에는, 개구부(26a)가 설치되어 있고, 개구부의 중심이 렌즈(22)의 광축과 일치하고 있다.
혹은, 도 13에 나타내는 광평행화 부재의 일례에서는, 렌즈(22)와 투명 기재(21)의 사이에 광흡수층(26)을 갖는다. 이 경우도, 광흡수층(26)에는, 개구부(26a)가 설치되어 있고, 개구부의 중심이 렌즈(22)의 광축과 일치하고 있다.
이와 같이, 원뿔 사다리꼴과 렌즈의 사이에 개구부를 마련한 광흡수층을 마련함으로써, 원뿔 사다리꼴의 경사면에서 반사된 광 중, 정면 방향을 향하는 광은 개구부를 통과하여 렌즈로 입사되고, 경사 방향으로 향하는 광은 광흡수층(26)에 의하여 흡수되기 때문에, 경사 광누출을 억제할 수 있다.
여기에서, 광흡수층의 개구부의 형상에는 특별히 한정은 없지만, 원형인 것이 바람직하다.
개구부가 원형의 경우에는, 개구부의 직경 Rb가 식 9를 충족시키는 것이 바람직하다.
0.15<Rb/R≤1.0…식 9
Rb/R을 0.15 이상으로 함으로써, 렌즈로 입사하는 광량을 확보할 수 있고, 액정 표시 장치에 사용했을 때에 높은 정면 휘도를 얻을 수 있다. Rb/R을 1 이하로 함으로써 확실하게 차광 효과를 얻을 수 있고, 경사 광누출을 적합하게 억제할 수 있다.
경사 광누출을 적합하게 억제할 수 있는 관점에서, 광흡수층의 흡광도는 1 이상인 것이 바람직하다.
광흡수층으로서는, 기존의 바인더 소재에 카본 블랙이나 카본 나노 튜브 등을 혼합한 재료를 사용할 수 있다. 또, 바인더 소재로서 레지스트 소재를 이용함으로써, UV(자외선) 노광에 의하여 흡수층의 개구부를 패터닝하여 형성하는 것이 가능해진다.
광흡수층의 두께는, 광흡수층의 재료, 흡광도, 광투과율 등에 따라 적절히 설정하면 된다. 구체적으로는, 0.1μm~10μm가 바람직하고, 0.5μm~5μm가 보다 바람직하다.
본 발명의 백라이트 유닛에 있어서는, 광평행화 부재 상에 루버 필름, 이방성이 있는 광흡수 시트(이하, 이방성 광흡수 시트라고 한다) 등을 마련해도 된다. 이방성 광흡수 시트를 마련함으로써, 경사 방향으로 빠져 나오는 광을 더 저감시킬 수 있다. 이방성 광흡수 시트로서는, 루버 타입의 광학 시트(3M사제, 블랙 시큐리티/프라이버시 필터), 일본 특허공보 제4902516호 등에 기재된 이색성 색소를 이방적으로 배향시킨 광학 필름 등을 이용할 수 있다.
(광편향 부재)
본 발명의 백라이트 유닛에 있어서, 광의 사출 방향을 제어하기 위하여, 광평행화 부재 상에 광편향 부재를 마련해도 된다(도 14 참조). 광편향 부재로서는, 광의 굴절을 이용하는 프리즘 시트, 렌즈 시트, 회절을 이용한 투과형 회절 격자 등을 들 수 있다. 광평행화 부재로부터 사출한 평행광을 일 방향으로 편향시키는 부재로서는 프리즘 시트가 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유닛은, 경사 방향에 대한 광누출이 적고, 정면 방향의 휘도가 높은 광을 출사할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 백라이트 유닛에, 광편향 부재를 더 마련함으로써, 정면 방향으로 출사한 광을 임의의 방향으로 편향시켜, 임의의 방향의 휘도를 높게 할 수 있다.
이와 같은 백라이트 유닛을 이용함으로써, 예를 들면 자동차에 탑재되는 디스플레이를 특정 방향(예를 들면, 운전석 측)으로부터 시인하기 쉽고, 다른 방향으로부터는 시인하기 어렵게 할 수 있다. 그 결과, 자동차의 정면 혹은 측면 유리에 대한 디스플레이의 비침을 억제시킬 수 있기 때문에, 운전자가 정면 혹은 측면 유리를 통하여 밖을 시인하기 쉬워진다.
(확산 필름)
또, 광편향 부재로부터 사출한 광의 확대를 제어하기 위하여, 광편향 부재 상에 확산 필름을 마련해도 된다. 확산 필름으로서는, 공지의 확산 필름을 사용할 수 있다. 특히, 표면에 요철을 갖는 확산 시트와 같은, 확산 필름 내부 및 표면에 있어서의 후방 산란이 적은 것을 이용하는 것이, 광의 사출 방향을 유지하기 위하여 바람직하다.
본 발명의 광평행화 부재를 구비한 액정 표시 장치에 있어서는, 액정 패널의 시인 측에 광확산 부재를 마련하는 것이 바람직하다. 광확산 부재는, 기재 중에 미립자를 함유한 확산 시트, 표면의 요철을 갖는 확산 시트, 회절 격자, 마이크로 렌즈 어레이나 렌티큘러 렌즈 등 광의 굴절을 이용한 부재, 등 공지의 부재를 사용할 수 있다.
광확산 부재를 마련함으로써, 액정 패널을 통과한 평행광을 확산할 수 있고, 액정 표시 장치의 시야각 의존성을 개량할 수 있다.
또, 본 발명의 백라이트 유닛에 있어서는, 도 25에 나타내는 바와 같이, 사이드 에지형 광원과 직하형 광원을 병용해도 된다. 사이드 에지 광원 점등 시(직하광원은 비점등)는, 지금까지 기재와 같이, 경사 방향에 대한 광누출이 적고, 정면 방향의 휘도가 높은 광을 출사할 수 있다. 한편, 직하 광원 점등 시(사이드 에지 광원은 비점등)는, 각 부재에서 다양한 방향으로 광이 굴절하기 때문에, 정면뿐만 아니라 경사 방향에서도 백라이트광이 출사된다. 즉, 점등하는 광원을 전환하는 것만으로, 1대의 디스플레이로, 그 시야각을 협시야와 광시야로 전환할 수 있다. 이로써, 1인일 때는 프라이버시를 중시한 사용법이 가능하고, 복수일 때는 데이터나 화상/영상을 공유화하는 사용법이 가능해진다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명의 특징을 더 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 절차 등은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한, 적절히, 변경할 수 있다. 또, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한, 이하에 나타내는 구성 이외의 구성으로 할 수도 있다.
[실시예 1]
<<광평행화 부재의 제작>>
경사 각도(θ)가 62°, 원뿔 사다리꼴의 투명 기재 측의 반경 30μm, 원뿔 사다리꼴의 높이(h)가 42μm, 피치가 60μm인 원뿔 사다리꼴을 정방 배치한 금형 I과, 반경(R)이 30μm, 피치가 60μm인 구면 렌즈를 정방 배치한 금형 II를 준비했다.
투명 기재로서 50μm의 PET 필름(도요보사제, 코스모샤인 A4300)을 이용하여, 투명 기재의 편면에, n2=1.69의 자외선 경화성 수지(아이카 고교제, ACHR-MOLD-19)를 도공하고, 금형 I을 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형 I로부터 경화한 수지를 박리하고, 원뿔 사다리꼴의 패턴을 PET 필름 상에 부형했다.
상기 원뿔 사다리꼴을 부형한 면과 반대 면에, n=1.50의 자외선 경화 수지(아이카 고교제, Z=977-9L)를 도포하고, 금형 II를 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형 II로부터 경화한 수지를 박리하고, 렌즈의 패턴을 PET 필름 상에 부형했다. 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리가 13.3μm가 되도록, 렌즈와 원뿔 사다리꼴을 어긋나게 부형을 행하여, 광평행화 부재 A1을 얻었다.
<<도광판과 광평행화 부재의 첩합>>
도광판으로서, 두께 1.0mm, 굴절률 n1=1.50의 아크릴판(닛토 쥬시 고교사제, CRALEX)을 이용했다. 다음으로 광학 접착층 형성용 소재로서, SK다인 SF-2147(소켄 가가쿠 주식회사제) 90.87질량부, TD-75(소켄 가가쿠 주식회사제) 0.04질량부, 아세트산 에틸 9.09질량부를 혼합했다. 이 액을 도광판 상에 건조 후의 막두께가 0.3~0.5μm가 되도록 도공한 후, 70℃ 10분으로 가열하며, 굴절률이 1.50인 광학 접착층을 형성했다.
상기 광학 접착층을 마련한 도광판 상에, 광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴을 접착시키는 것처럼 첩합했다.
[실시예 2]
원뿔 사다리꼴의 경사 각도(θ)를 57°로 한 금형 I을 이용하여, 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L을 9.5μm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A2를 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 3]
원뿔 사다리꼴의 경사 각도(θ)를 70°로 한 금형 I을 이용하여, 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L을 18.5μm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A3를 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 4]
원뿔 사다리꼴의 제작 수지를, 실시예 1에 기재된 n2=1.69의 자외선 경화 수지와 n=1.50의 자외선 경화 수지를 혼합하고, n2=1.60이 되도록 조정한 것을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A4를 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 5]
원뿔 사다리꼴의 제작 수지를 n2=1.75의 수지(NTT-AT사제, 임프린트용 수지)로 변경하고, 원뿔 사다리꼴의 경사 각도(θ)를 65°, 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L을 15.3μm로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A5를 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 6]
렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L을 5.4μm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A6을 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 7]
렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L을 20.6μm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A7을 구비한 도광판을 제작했다.
[비교예 1](원뿔 사다리꼴과 렌즈를 갖는 부재가 모두 없는 형태)
프리즘 형상용의 금형을 준비했다. 프리즘의 꼭지각이 45°, 프리즘 피치가 50μm이고, 프리즘 형상이 일 방향으로 연재한 형상을 갖는 금형을 제작했다.
100μm의 PET 필름(도요보사제, 코스모샤인 A4300)의 편면에, n=1.50의 자외선 경화 수지(아이카 고교제, Z=977-9L)를 도포하고, 프리즘 형상의 금형을 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형으로부터 경화한 수지를 박리하고, 프리즘 형상을 PET 필름 상에 부형한 프리즘 시트 B1을 제작했다.
다음으로 VA 모드의 액정 표시 장치 LL-M220(샤프 주식회사제)를 분해하고, 백색 도트 부착의 도광판 및 확산 필름을 취출했다. 이 도광판 상에 확산 필름을 설치하여, 추가로 프리즘의 연장 방향이 직교하도록 프리즘 시트 B1을 2매 설치했다.
[비교예 2]
원뿔 사다리꼴의 경사 각도(θ)를 75°로 한 금형 I을 이용하여, 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리 L을 20.8μm로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 B2를 구비한 도광판을 제작했다.
[비교예 3]
원뿔 사다리꼴의 제작 수지를 n2=1.50의 자외선 경화 수지(아이카 고교제, Z=977-9L)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 광평행화 부재 B3을 구비한 도광판을 제작했다.
[비교예 4]
경사 각도(θ) 57°, 원뿔 사다리꼴의 투명 기재 측의 반경 24μm, 원뿔 사다리꼴의 높이(h)가 30μm, 피치가 100μm인 원뿔 사다리꼴을 정방 배치한 금형 I과, 곡률 반경(R)이 52μm, 피치가 100μm인 구면 렌즈를 정방 배치한 금형 II를 준비했다.
38μm의 PET 필름(도요보사제, 코스모샤인 A4300)의 편면에, n=1.47의 자외선 경화성 수지 조성물(닛폰 가야쿠(주)제 KAYARAD-HX220 80 중량부, 닛폰 가야쿠(주)제 KAYARAD-UX4101 20 중량부, BASF 재팬(주)제 Irgacure184 1 중량부, 닛폰 가야쿠(주) KAYACURE-EPA 0.2중량부, BASF 재팬(주)제 TINUVIN PS 1.5중량부의 혼합물)을 도공하고, 금형 I을 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형 I로부터 경화한 수지를 박리하고, 원뿔 사다리꼴의 패턴을 PET 필름 상에 부형했다.
상기 원뿔 사다리꼴을 부형한 면과 반대 면에, n=1.50의 자외선 경화 수지(아이카 고교제, Z=977-9L)를 도포하고, 금형 II를 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형 II로부터 경화한 수지를 박리하고, 렌즈의 패턴을 PET 필름 상에 부형했다. 렌즈의 광축과 원뿔 사다리꼴의 수선의 거리가 일치하도록, 렌즈와 원뿔 사다리꼴을 부형하여, 광평행화 부재 B4를 얻었다.
[비교예 5](원뿔 사다리꼴과 렌즈를 갖는 부재가 모두 없는 형태)
일본 공개특허공보 2009-162843호의 실시예 1에 기재되어 있는, 제1 비구면 렌즈 어레이와 제2 오목형 프리즘 어레이로 이루어지는 렌즈 시트를 제작했다. 먼저, 제1 비구면 렌즈 어레이의 금형과, 제2 오목형 프리즘의 금형을 준비했다. 75μm의 PET 필름(도요보사제, 코스모샤인 A4300)의 편면에, n=1.50의 자외선 경화 수지(아이카 고교제, Z=977-9L)를 도포하고, 제1 비구면 렌즈 어레이의 금형을 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형으로부터 경화한 수지를 박리하고, 비구면 렌즈의 패턴을 PET 필름 상에 부형했다. n=1.69의 자외선 경화성 수지(아이카 고교제, ACHR-MOLD-19)를 도공하고, 제2 오목형 프리즘의 금형을 압압한 후, 자외선을 조사하여 경화시켰다. 금형으로부터 경화한 수지를 박리하고, 목적의 렌즈 시트를 얻었다. 제1 비구면 렌즈의 광축과, 제2 오목형 프리즘의 꼭짓점이 일치하도록 부형했다.
[평가]
(굴절률)
각 소재의 굴절률은, Metricon사제 프리즘 커플러 model 2010을 이용하고, 파장 532nm로 계측하여 구했다.
(백라이트 유닛의 평가)
VA 모드의 액정 표시 장치 LL-M220(샤프 주식회사제)을 분해하고, 도광판을 취출한 후에, 각 실시예 및 비교예에서 제작한 부재의 도광판 단면을 LED에 밀착시키도록 하여 배치했다. 또한, 각 광평행화 부재는 LED와 밀착시킨 도광판 단면과 수직 방향(LED로부터의 광의 진행 방향)으로, 표 1(표 1-1) 기재의 거리 L만큼, 원뿔 사다리꼴의 수선에 대하여 렌즈의 광축을 어긋나게 하도록 배치했다.
제작한 백라이트 유닛의 광원을 점등시키고, ELDIM사의 EZContrast를 이용하여 휘도 분포를 계측했다. 극각 0° 방향(정면 방향), 방위각 0° 극각 60° 및 방위각 180° 극각 -60°의 휘도의 값과 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭을 지표로 했다. 또한, 방위각 및 극각의 정의는 도 9에 나타낸다.
(백라이트 유닛을 구비한 액정 표시 장치의 평가)
제작한 백라이트 유닛 상에, LL-M220의 액정 셀을 배치했다. 실시예 1~7 및 비교예 2~5의 백라이트 유닛을 사용한 경우에서는, 액정 패널의 시인 측 최표면에, 렌티큘러 렌즈(60Lpi, 0.43mm 두께)를 배치했다. 렌티큘러 렌즈는, 렌즈의 연장 방향을 방위각 90° 방향이 되도록 배치했다. 그리고, 백라이트 유닛을 점등시키고, 액정 셀을 백색 표시 및 흑색 표시 상태로 하며, ELDIM사의 EZContrast를 이용하여 휘도 계측을 행했다. 백색 표시 및 흑색 표시에 있어서의 극각 0° 방향(정면 방향), 방위각 0° 극각 60° 및 방위각 180° 극각 -60° 의 휘도를 지표로 했다.
각 실시예 및 비교예의 계측 결과를 표 1(표 1-1 및 표 1-2)에 나타낸다. 종래의 백라이트에 사용되어 있는 프리즘 시트를 2매 사용한 구성인 비교예 1에서는 극각 ±60°에 있어서의 휘도가 대략 800Cd/m2로 높고, 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 33°로 광의 평행광화가 되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 동일하게, 일본 공개특허공보 2009-162843에 기재된 구성인 비교예 5도 극각 ±60°에 있어서의 휘도가 대략 800Cd/m2로 높고, 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 36°로 광의 평행광화가 되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
또, 원뿔 사다리꼴의 경사 각도가 높은 비교예 1, 원뿔 사다리꼴과 도광판의 굴절률이 동일한 비교예 2에서는, 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 10° 이하로 광의 평행광화는 달성되어 있지만, 극각 ±60°에 있어서의 휘도가 대략 900~3000Cd/m2로 높다. 특허문헌 1의 실시 양태인 비교예 4에서는, 정면 방향의 휘도 피크가 -7°로 정면 방향으로부터 경사진 방향이며, 정면 방향의 휘도가 더 낮아지고 있다.
이에 대하여, 본 발명의 실시예 1~7에서는 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 10° 이하이며, 피크 각도가 0°±5° 의 범위에 들어가 있고, 극각 ±60°에 있어서의 휘도가 더 억제 되어 있는 것을 알 수 있다. 특히, 식 4, 식 5를 충족시키고 있는 실시예 1, 실시예 4, 실시예 5에서는 다른 실시예에 대하여, 극각 ±60°의 휘도가 더 억제되어 있음과 함께, 정면 방향의 휘도는 높여져 있는 것을 알 수 있다.
[표 1-1]
Figure pct00016
[표 1-2]
Figure pct00017
다음으로 각 실시예 및 비교예의 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치의 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 백라이트 유닛에서의 휘도 평가 결과와 동일하게, 본 발명의 실시예에서는, 비교예에 대하여 극각 ±60°에 있어서의 흑색 표시 시의 휘도가 억제되어 있는 것이 되어 있음과 함께, 백색 표시 시의 정면 방향, 극각 ±60°의 휘도는 상승되어 있고, 콘트라스트가 높은 표시 성능이 달성되어 있다.
[표 2]
Figure pct00018
다음으로 본 발명의 광평행화 부재에, 이방성 광흡수 시트를 배치한 결과를 나타낸다.
[실시예 8]
실시예 1의 광평행화 부재 상에, 추가로 루버 필름(3M사제, Black Privacy Filter PF 12.1WS)를 설치했다.
[실시예 9]
(이방성 광흡수 조성물의 조제)
하기의 성분을 혼합하고, 80℃에서 1시간 교반함으로써, 이방성 광흡수 조성물을 얻었다. 이색성 색소에는, 일본 공개특허공보 2013-101328호의 실시예에 기재된 아조계 색소를 이용했다. 중합성 액정 화합물 1 및 2는, lub et al., Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 115, 321-328(1996) 기재의 방법에 따라 합성했다.
이방성 광흡수 조성물
─────────────────────────────────
·하기의 중합성 액정 화합물 1 75질량부
·하기의 중합성 액정 화합물 2 25질량부
·이색성 색소 12.8질량부
·중합 개시제(2-다이메틸아미노-2-벤질-1-(4-모폴리노페닐)뷰탄-1-온(이르가큐어 369; 치바 스페셜티 케미컬즈사제))
6부 질량부
·레벨링제(폴리아크릴레이트 화합물(BYK-361N; BYK-Chemie사제)
3질량부
·용제(o-자일렌) 250질량부
─────────────────────────────────
중합성 액정 화합물 1
[화학식 1]
Figure pct00019
중합성 액정 화합물 2
[화학식 2]
Figure pct00020
이색성 색소 1
[화학식 3]
Figure pct00021
(이방성 광흡수 시트 1의 제작)
장변 490mm×단변 280mm의 50μm PET(도요보사제, 코스모샤인 A4300) 상에, 스핀 코터를 이용하여 상기의 이방성 광흡수 조성물을 도포한 후, 110℃로 설정한 건조 오븐에서 1분간 건조함으로써, 중합성 액정 화합물 및 이색성 색소가 배향된 건조 도막을 얻었다. 이 건조 도막을 실온까지 자연 냉각한 후에 고압 수은 램프(유니큐어 VB-15201BY-A, 우시오 덴키 주식회사제)를 이용하여, 자외선을 조사(질소 분위기하, 파장: 365nm, 파장 365nm에 있어서의 적산광량: 1000mJ/cm2)함으로써, 중합성 액정 화합물을 중합하여 이방성 광흡수 시트 1을 얻었다.
실시예 1의 광평행화 부재 상에, 이방성 광흡수 시트 1을 설치하고, 실시예 9로 했다.
루버 필름 혹은 이방성 광흡수 시트 1을 배치한 각 실시예의 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치의 평가 결과를 표 3에 나타낸다. 이들을 배치한 실시예 8, 실시예 9에서는, 백색 휘도가 저하를 억제하면서, 흑색 표시 시의 경사 방향으로부터의 휘도가 실시예 1에 대하여 추가로 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
[표 3]
Figure pct00022
[실시예 10]
실시예 1로 나타낸 렌즈 및 원뿔 사다리꼴과 동일한 형상을, 장변 490mm×단변 280mm의 50μm PET 상에 부형했다. 1세트의 렌즈와 원뿔 사다리꼴로 이루어지는 구조의 밀도가, 이때 한쪽의 단변으로부터 다른 한쪽의 단변을 향하고, 70개/mm2로부터 278개/mm2로 증가하듯이, 불규칙하게 배치한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 백라이트 유닛을 제작했다.
다음으로, 실시예 1 및 실시예 10의 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치의 무아레의 관찰 결과를 표 4에 나타낸다. 구조를 불규칙하게 배치한 실시예 10에서는, 무아레의 발생을 억제하는 것이 되어 있고, 시인성이 우수한 것을 알 수 있다.
[표 4]
Figure pct00023
[실시예 11~17 및 비교예 6~10]
도광판을 하기의 도광판으로 변경한 것, 및 광학 접착층을 하기의 접착층으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1~7 및 비교예 1~5와 동일하게 하여 광평행화 부재를 구비한 도광판을 제작했다.
<<도광판과 광평행화 부재의 첩합>>
도광판으로서 280mm×487mm, 두께 2.0mm, 굴절률 n1=1.50의 아크릴판(닛토 쥬시 고교사제, CRALEX)을 이용했다. 광학 접착층으로서 주식회사 파낙제의 5μm 두께의 OCAPDS1-5를 사용하고, 광평행화 부재의 원뿔 사다리꼴을 도광판에 첩합했다. 광평행화 부재의 샘플 사이즈는 평방 50mm이고, 도광판의 중앙부에 첩합했다.
[실시예 18]
원뿔 사다리꼴 및 렌즈를 부형하는 PET 지지체(투명 기재)의 두께를 38μm로 한 것 이외에는 실시예 11과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A8을 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 19]
원뿔 사다리꼴 및 렌즈를 부형하는 PET 지지체의 두께를 75μm로 한 것 이외에는 실시예 11과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A9를 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 20]
<<광흡수층의 형성>>
(흑색 안료 분산액의 제작)
이하의 조성이 되도록 카본 블랙, 분산제, 폴리머 및 용제를 혼합하고, 흑색 안료 분산물 1을 얻었다.
(흑색 안료 분산물 1)
·특허 5320652호 단락 번호〔0036〕~〔0042〕의 기재에 따라 제작한 수지 피복 카본 블랙 13.1질량%
·분산제 1〔하기 구조〕 0.65질량%
·폴리머 6.72질량%
(벤질메타크릴레이트/메타크릴산=72/28몰비의 랜덤 공중합체물, 중량 평균 분자량 3.7만)
·프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트 79.53질량%
[화학식 4]
Figure pct00024
(광흡수층액의 조제)
이하의 조성이 되도록, 흑색 안료 분산물 1, 바인더, 광산발생제, 계면활성제를 혼합하고, 광흡수층액을 조제했다. 바인더 1 및 바인더 2는 WO2013/161861에 따라 합성했다. 광산발생제는 WO2014/161861에 따라 합성했다.
·흑색 안료 분산물 1: 25.954질량%
·바인더 1: 하기 구조의 분자량 13700의 랜덤 공중합체 6.836질량%
·바인더 2: 하기 구조의 분자량 11500의 랜덤 공중합체 6.836질량%
·광산발생제: 하기 구조의 화합물 1.000질량%
·계면활성제: DIC 주식회사제 메가팍 F-554 0.016질량%
·프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트 59.358질량%
바인더 1
[화학식 5]
Figure pct00025
바인더 2
[화학식 6]
Figure pct00026
광산발생제
[화학식 7]
Figure pct00027
여기에서 Ts는 트실기(p-톨루엔설폰일기)를 나타낸다.
(현상액의 조제)
KOH계 현상액(KOH, 비이온 계면활성제 함유, 상품명: CDK-1, 후지필름 일렉트로닉스 머티리얼즈(주)제)을 100배 희석하여 현상액으로서 이용했다.
(광흡수층의 패터닝)
실시예 11의 금형 II를 이용하여, PET 지지체의 한 면에 렌즈를 부형한 샘플을 준비했다. PET 지지체의 렌즈의 부형면과 반대 면에, 상기에서 조정한 광흡수층액을 도공하고, 95℃에서 2분 건조시켜, 2μm의 광흡수층을 마련했다. 렌즈와 동일 피치(60μm)에서, Φ60μm의 원형의 개구부를 갖는 노광 마스크를 준비하고, 렌즈의 중심과 노광 마스크의 개구부의 중심이 일치하도록 노광 마스크의 얼라인먼트를 조정했다. 365nm에 있어서의 조사량이 1000mJ/cm2가 되도록, 평행 UV광을 조사했다. UV조사 후, 현상액을 이용하여 패들 현상(60초×3회)을 행한 후, 순수로 세정하여 바람 건조시켰다. 또한, 365nm에 있어서의 조사량이 1000mJ/cm2가 되도록, UV광을 조사한 후, 120℃ 10분간 열처리를 행하고, 광흡수층을 경화시켜, Φ60μm의 개구부를 갖는 광흡수층이 패터닝된 렌즈부형막 C1을 얻었다.
<<원뿔 사다리꼴의 부형>>
실시예 11과 동일하게 하여, 상기 C1의 흑층이 패터닝된 면에, 원뿔 사다리꼴의 중심이 렌즈와 13.3μm 어긋나도록 원뿔 사다리꼴을 부형하고, 광평행화 부재 A10을 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 21~23]
광흡수층의 개구부의 직경(Φ)을 표 5(표 5-1) 기재의 값으로 변경한 것 이외에는 실시예 20과 동일하게 하여 광평행화 부재 A11~A13을 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 24]
실시예 11의 금형 I을 이용하여, PET 지지체의 편면에 원뿔 사다리꼴을 부형한 샘플을 준비했다. PET 지지체의 원뿔 사다리꼴의 부형면과 반대 면에, 상기에서 조정한 광흡수층액을 도공하고, 95℃에서 2분 건조시켜, 2μm의 광흡수층을 마련했다. 원뿔 사다리꼴과 동일 피치(60μm)에서, Φ30μm의 원형의 개구부를 갖는 노광 마스크를 준비하고, 원뿔 사다리꼴의 중심으로부터 13.3μm 어긋난 위치가, 노광 마스크의 개구부의 중심이 되도록 노광 마스크의 얼라인먼트를 조정했다. 365nm에 있어서의 조사량이 1000mJ/cm2가 되도록, 평행 UV광을 조사했다. UV조사 후, 현상액을 이용하여 패들 현상(60초×3회)을 행한 후, 순수로 세정하여 바람 건조시켰다. 또한, 365nm에 있어서의 조사량이 1000mJ/cm2가 되도록, UV광을 조사한 후, 120℃ 10분간 열처리를 행하고, 광흡수층을 경화시켜, Φ30μm의 개구부를 갖는 광흡수층이 패터닝된 렌즈부형막 C2를 얻었다.
(렌즈의 부형)
실시예 11과 동일하게 하여, 상기 C2의 광흡수층이 패터닝된 면에, 광흡수층의 개구부의 중심이 렌즈의 광축과 일치하도록 렌즈를 부형하고, 광평행화 부재 A14를 구비한 도광판을 제작했다.
[실시예 25]
도 11으로 나타내는 바와 같은, 돌기부를 갖는 원뿔 사다리꼴을 형성하기 위하여, 금형 I의 원뿔 사다리꼴의 바닥면(반경 30μm의 면과 반대 측)에 높이 2μm의 원뿔 형상이 형성된 금형 III를 준비했다. 원뿔 사다리꼴을 금형 III으로 부형한 것 이외에는 실시예 11과 동일하게 하여, 광평행화 부재 A15를 구비한 도광판을 제작했다.
[평가]
(백라이트 유닛의 평가)
VA 모드의 액정 표시 장치 LL-M220(샤프 주식회사제)를 분해하고, 도광판을 취출한 후에, 실시예 11~25 및 비교예 6~10에서 제작한 부재의 도광판 단면을 LED에 밀착시키도록 하여 배치했다. 또한, 각 광평행화 부재는 LED와 밀착시킨 도광판 단면과 수직 방향(LED로부터의 광의 진행 방향)에, 표 5 기재의 거리 L만큼, 원뿔 사다리꼴의 수선에 대하여 렌즈의 광축을 어긋나도록 배치했다.
제작한 백라이트 유닛의 광원을 점등시켜, ELDIM사의 EZContrast를 이용하여 휘도 분포를 계측하고, 하기 4점을 평가 지표로 했다.
·피크 휘도의 극각
·피크 휘도의 반값 반폭
·극각 0° 휘도(정면 휘도)
·정면 휘도에 대한, 방위각 0°, 극각 40~60°와 방위각 180°, 극각 40~60°의 휘도(기울기 휘도)의 비율 또한, 방위각 및 극각의 정의는 도 9에 나타내는 바와 같다.
(백라이트 유닛을 구비한 액정 표시 장치의 평가)
제작한 백라이트 유닛 상에, LL-M220의 액정 셀을 배치했다. 실시예 11~25 및 비교예 7~10의 백라이트 유닛을 사용한 경우에는, 액정 패널의 시인 측 최표면에, 렌티큘러 렌즈(60Lpi, 0.43mm 두께)를 배치했다. 렌티큘러 렌즈는, 렌즈의 연장 방향을 방위각 90° 방향이 되도록 배치했다. 그리고, 백라이트 유닛을 점등시키고, 액정 셀을 백색 표시 및 흑색 표시 상태로 하며, ELDIM사의 EZContrast를 이용하여 휘도 계측을 행하여, 하기 2점을 지표로서 평가를 행했다.
·백색 표시 시의 정면 휘도
·정면 방향 및 방위각 0° 극각 60° 방향에 있어서의 CR(콘트라스트)
각 실시예 및 비교예의 계측 결과를 표 5(표 5-1 및 표 5-2), 표 6 및 표 7에 나타낸다.
표 5로부터, 종래의 백라이트에 사용되어 있는 프리즘 시트를 2매 사용한 구성인 비교예 6에서는 극각 40~60°에 있어서의 휘도가 정면 휘도의 0.1배로 높고, 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 33°로 광의 평행광화가 되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 동일하게, 일본 공개특허공보 2009-162843에 기재된 구성인 비교예 10도 극각 40~60°에 있어서의 휘도가 정면 휘도의 0.14배로 높고, 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 36°로 광의 평행광화가 되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
또, 원뿔 사다리꼴의 경사 각도가 높은 비교예 6, 원뿔 사다리꼴과 도광판의 굴절률이 동일한 비교예 7에서는, 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 10° 이하로 광의 평행광화는 달성되어 있지만, 극각 40~60°에 있어서의 휘도가 정면에 대하여 0.12~0.35배로 높다. 특허문헌 1의 실시 양태인 비교예 9에서는, 정면 방향의 휘도 피크가 -5°로 정면 방향으로부터 경사진 방향이며, 정면 방향의 휘도가 더 낮아지고 있다.
이에 대하여, 본 발명의 실시예 11~17에서는 정면 방향의 휘도 피크의 반값 반폭이 10° 이하이며, 피크 각도가 0° ±5°의 범위에 들어가 있고, 추가로 극각 40°~60°에 있어서의 휘도가 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 특히, 식 4, 식 5를 충족하고 있는 실시예 11, 실시예 14, 실시예 15에서는 다른 실시예에 대하여, 추가로 극각 40°~60°의 휘도가 억제되어 있음과 함께, 정면 방향의 휘도는 높여져 있는 것을 알 수 있다.
또, 식 8을 충족시키는 실시예 11 및 실시예 18에서는 정면 휘도가 높고 극각 40°~60°의 휘도가 낮은 것에 대하여, 식 8을 충족하지 않는 실시예 19에서는 정면 휘도의 저하, 피크 휘도 반값폭의 증가, 극각 40°~60°의 휘도 증가가 보여진다.
표 6으로부터, 렌즈와 원뿔 형상과의 사이에 광흡수층을 도입한 실시예 20~24에서는, 극각 40°~60°의 휘도 억제 효과가 보여졌다. 식 9를 충족시키는 실시예 20~22 및 실시예 24에서는 실시예 11에 대하여 정면 휘도의 저하가 5% 이내인 것에 대하여, 식 9를 충족하지 않는 실시예 23에서는 정면 휘도가 30% 정도 저하되어 있다.
표 7로부터, 원뿔 사다리꼴의 하면에 원뿔 형상을 부여한 실시예 25에서는 정면 휘도가 30% 정도 저하되게 되어 있지만, 극각 40~60°의 휘도는 억제되어 있다.
[표 5-1]
Figure pct00028
[표 5-2]
Figure pct00029
[표 6]
Figure pct00030
[표 7]
Figure pct00031
다음으로 각 실시예 및 비교예의 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치의 평가 결과를 표 8에 나타낸다. 백라이트 유닛에서의 휘도 평가 결과와 동일하게, 본 발명의 실시예에서는, 비교예에 대하여 정면 및 극각 60°의 콘트라스트가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
[표 8]
Figure pct00032
다음으로 본 발명의 광평행화 부재에, 이방성 광흡수 시트를 배치한 결과를 나타낸다.
[실시예 26 및 실시예 27]
실시예 11의 광평행화 부재 상에, 루버 필름(3M사제, Black Privacy Filter PF 12.1WS), 및 실시예 9에서 제작한 이방성 광흡수 시트 1을 각각 설치하고, 평가를 행했다.
실시예 26 및 실시예 27의 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치의 평가 결과를 표 9에 나타낸다. 이방성 광흡수 시트를 배치한 실시예 26, 실시예 27에서는, 백색 휘도가 저하를 억제하면서, 흑색 표시 시의 경사 방향으로부터의 휘도가 실시예 11에 대하여 더 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
[표 9]
Figure pct00033
[실시예 28]
실시예 11에서 나타낸 렌즈 및 원뿔 사다리꼴과 동일한 형상을, 장변 490mm×단변 280mm의 50μm PET 상에 부형했다. 1세트의 렌즈와 원뿔 사다리꼴로 이루어지는 구조의 밀도가, 이때 한쪽의 단변으로부터 다른 한쪽의 단변을 향하여, 70개/mm2로부터 278개/mm2로 증가하도록, 불규칙하게 배치한 것 이외에는, 실시예 11과 동일하게 하여 백라이트 유닛을 제작했다.
다음으로, 실시예 11 및 실시예 28의 백라이트 유닛을 사용한 액정 표시 장치의 무아레의 관찰 결과를 표 10에 나타낸다. 구조를 불규칙하게 배치한 실시예 28에서는, 무아레의 발생을 억제하는 것이 되어 있고, 시인성이 우수한 것을 알 수 있다.
[표 10]
Figure pct00034
다음에 본 발명의 백라이트 유닛의 광평행화 부재 상에, 광편향 부재를 배치하고, 광의 사출 방향을 정면에서 다른 일 방향으로 굽히는 예를 나타낸다.
[실시예 29]
도 14에 나타내는 바와 같이, 실시예 11의 백라이트 유닛(1) 상에, 두께 100μm의 PET 지지체(54)의 편면에 프리즘 각도 θ1=40°, 프리즘 피치 P1=30μm의 프리즘(52)이 형성된 프리즘 시트(50)를 배치했다. 프리즘 시트는, 프리즘면이 광평행화 부재 측에 오도록 배치했다.
[실시예 30]
도 15에 나타내는 바와 같이, 실시예 11의 백라이트 유닛 상에, 두께 100μm의 PET 지지체(54)의 편면에 프리즘 각도 θ1=40°, 프리즘 피치 P1=30μm의 프리즘(52)이 형성되어 있고, 다른 한쪽의 면에 프리즘 각도 θ2=21°, 프리즘 피치 P2=60μm의 프리즘(56)이 형성된 프리즘 시트(50)를 배치했다. 프리즘 각도 40°의 프리즘(52)의 형성면이 광평행화 부재 측에 오도록 배치했다.
[비교예 11]
(도광판)
배면 측에 일본 공개특허공보 2015-130361의 실시예에 기재된 형상(배열 피치 P1=100μm, 각도 α=2°, 각도 β=15° )이 형성되고, 출광 측에 일본 공개특허공보 2013-051149의 실시예 4에 나타나는 오각형 형상이 형성된 도광판을 준비했다. 도광판의 두께는 2mm로 했다.
(프리즘 시트)
일본 공개특허공보 2017-037829를 참고로 프리즘 시트를 제작했다. 프리즘부의 각 치수는 Wb=18μm, Hb=14μm, Wb2=11μm, θ1=51.0°, θ2=53.5°로 했다(도 16 참조).
이 프리즘 시트를 프리즘부가 도광판에 향하도록 배치했다.
[비교예 12]
비교예 11의 프리즘부의 치수를 Wb=18μm, Hb=14μm, Wb2=6μm, θ1=65.0°, θ2=67.5°로 한 것 이외에는, 비교예 11과 동일하게 하여 프리즘 시트를 제작하고, 이 프리즘 시트를 비교예 11과 동일한 도광판 상에 배치했다.
프리즘 시트의 프리즘부의 연장 방향과 방위각 90° 방향이 이루는 각도를 θp라고 한다.
θp를 0°에서 180°로 변화시켰을 때의 휘도 분포를 계측하고, 각 θp에서의 피크 휘도의 극각, 방위각 및 휘도 값을 구했다.
각 예의 θp=0° 시의 피크 휘도에 대한, 각 θp의 피크 휘도의 비율을 휘도비(L)로 했다.
θp를 변화시킨 경우의 피크 휘도의 변화를 도 18에 나타낸다.
비교예 11 및 12에서는 프리즘 시트의 배치 각도(θp)에 의하여 피크 휘도가 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 본 발명의 실시예 29 및 30에서는 프리즘 시트의 배치 각도(θp)를 변경해도 피크 휘도는 거의 변화가 없고, 프리즘 시트의 배치 각도에 의하지 않고, 휘도가 유지되어 있는 것을 알 수 있다.
도 19~도 22는 프리즘 시트의 배치 각도(θp)를 변화시켰을 경우의 각 예의 피크 휘도의 방위각 및 극각 위치를 콘투어(contour)도로 나타내고 있다. 도 19는 비교예 11, 도 20은 비교예 12, 도 21은 실시예 29, 도 22는 실시예 30의 결과이다. 또, 도 중, 휘도비가 0.8 이상이 되는 위치를 ○으로 나타내고, 0.6보다 크고 0.8보다 작아지는 위치를 △로 나타내며, 0.6 이하가 되는 위치를 ×로 나타냈다.
도 19 및 도 20으로부터, 비교예 11 및 12에서는 프리즘 시트의 배치 각도(θp)의 변화에 수반하여 피크 휘도의 위치는 비대칭적인 궤적으로 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 휘도비(L)를 0.8 이상으로 할 수 있는 영역은 특정 방위각 및 극각에 한정되어 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 21로부터, 실시예 29에서는 프리즘 시트의 배치 각도(θp)에 대응하여, 극각을 유지한 채로 방위각만 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 어느 피크 휘도도 변화가 작고, 휘도비(L)를 0.8 이상으로 할 수 있는 영역이 넓은 것을 알 수 있다.
또, 도 22로부터, 실시예 29에 대하여 프리즘 형상을 변경한 실시예 30에서도, 실시예 29와 동일한 거동으로 되어 있고, 백라이트의 지향 각도를 넓은 범위에서 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
[실시예 31]
실시예 30의 프리즘 시트의 시인 측에, 광확산 시트(LSD20-PC-10-12)를 배치했다. 프리즘 시트의 배치 각도(θp)=0°로 했다.
도 23 및 도 24는 각각, 실시예 29 및 실시예 31의 피크 휘도의 위치를 흑점으로 나타내고, 또 L=0.5가 되는 위치를 실선으로 이은 도이다. 즉, 실선으로 둘러싼 영역은 휘도비(L)가 0.5 이상이 되는 영역이다. 도 23 및 도 24로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 구성에서는 프리즘 시트에서 광의 출사 방향을 제어한 후에, 확산 시트를 통과함으로써, 피크 휘도의 위치는 변경하지 않고, 광의 확대폭을 크게 할 수도 있다.
이상로부터, 본 실시예에서는 간편한 구성으로, 광의 출사 각도(방위각·극각) 및 광의 확대폭을 넓은 범위에서 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
[실시예 32]
직하형 광원으로서, 칩 LED 유닛화 기판(주식회사 야지마 세이사쿠쇼제)에, 백색 LED(NSSW157T 니치아 가가쿠 고교 주식회사제)를, 땜납을 이용하여 부착했다. 이것을 1세트로 하고, 가로로 9세트, 세로로 7세트, 합계 63세트를 늘어놓아 직하형 광원을 제작했다. 이를 LL-M220(샤프 주식회사제)의 도광판 하에 배치했다. 그 이외에는 실시예 1과 동일하게 배치하고, 사이드 에지 광원만을 점등시킨 경우와, 직하형 광원만을 점등시킨 경우와의 디스플레이 화상의 외관을, 정면과 극각 60도에서 비교했다. 사이드 에지 광원만을 점등시킨 경우는, 정면에서는 매우 밝게 시인할 수 있었지만, 60도에서는 화상은 시인할 수 없었다. 한편, 직하형 광원만을 점등시킨 경우는, 정면 휘도는 내려갔지만, 정면에서도 60도에서도 화상은 시인 가능했다.
이로써, 광원의 변환만으로, 디스플레이의 시야각을 전환하는 것이 가능한 것을 확인했다.
1 백라이트 유닛
2 광평행화 부재
10 광원
11 기판
12 도광판
13 접착층
20 원뿔 사다리꼴
20a 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와 반대 측의 면
20c 원뿔 사다리꼴의 경사면
21 투명 기재
22 렌즈
24 돌기부
26 광흡수층
26a 개구부
30 액정 표시 소자
40 액정 표시 장치
50 프리즘 시트
52, 56 프리즘
54 기재

Claims (12)

  1. 투명 기재의 편면에 렌즈 어레이가 형성되어 있으며, 상기 투명 기재의 다른 한쪽의 면에 복수의 원뿔 사다리꼴이 배열되어 있는 광평행화 부재와, 도광판과, 광원을 포함하는 백라이트 유닛으로서,
    상기 광평행화 부재는, 상기 도광판의 한쪽의 주면에 대면하여 배치되고,
    상기 광원은, 상기 도광판 중 적어도 하나의 측면에 대면하여 배치되며,
    상기 광평행화 부재 상의 상기 원뿔 사다리꼴은, 높이 방향에 있어서, 상기 투명 기재로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁아지는 형상이고,
    상기 렌즈 어레이의 각 렌즈의 위치가 각각, 상기 렌즈에 대응하는 상기 원뿔 사다리꼴의 위치에 대하여, 상기 렌즈의 중심과 상기 렌즈로부터 가장 가까운 상기 광원을 잇는 방향에 있어서, 상기 광원으로부터 먼 방향으로 어긋나 있으며, 상기 렌즈의 광축이 상기 렌즈에 대응하는 상기 원뿔 사다리꼴의 경사면을 통과하도록 배치되어 있고,
    상기 도광판과 상기 원뿔 사다리꼴의 상기 투명 기재와는 반대 측의 표면이 접하고 있음과 함께,
    상기 광평행화 부재의 상기 원뿔 사다리꼴의 형상이 하기 식 1~식 3을 충족시키는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
    Figure pct00035

    Figure pct00036

    Figure pct00037

    여기에서 n1은 도광판의 굴절률, n2는 원뿔 사다리꼴의 굴절률, θave는 하기 식 4로 나타나는 값이고, 식 4 중의 m은 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위의 분할수, θi는 상기 도광판으로부터 원뿔 사다리꼴로 입사하는 광의 입사 각도 범위를 m 분할했을 때의 i번째의 입사 각도, θ는 원뿔 사다리꼴의 경사 각도, R은 렌즈의 투명 기재 측의 반경, r은 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와 반대 측의 면의 반경이다.
    Figure pct00038
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광평행화 부재의 상기 원뿔 사다리꼴의 형상이 하기 식 5~식 6을 충족시키는 백라이트 유닛.
    Figure pct00039

    Figure pct00040
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광평행화 부재의 상기 렌즈의 광축과 상기 렌즈에 대응하는 상기 원뿔 사다리꼴의 수선과의 거리 L이 하기 식 7을 충족시키는 백라이트 유닛.
    Figure pct00041

    여기에서, θ는 원뿔 사다리꼴의 경사 각도, h는 원뿔 사다리꼴의 높이, r은 원뿔 사다리꼴의 투명 기재와 반대 측의 면의 반경이다.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광평행화 부재의 상기 투명 기재의 두께를 d, 상기 렌즈의 초점 거리를 f로 했을 때에, 식 8을 충족시키는 백라이트 유닛.
    d≤f≤d+h…식 8
    여기에서, h는 원뿔 사다리꼴의 높이이다.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광평행화 부재의 상기 원뿔 사다리꼴과 상기 렌즈의 사이에, 개구부를 마련한 광흡수층을 갖고 있고, 상기 광흡수층의 상기 개구부의 중심과 상기 렌즈의 광축의 위치가 일치하는 백라이트 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광흡수층의 상기 개구부가 원형이고, 상기 개구부의 직경 Rb가 식 9를 충족시키는 백라이트 유닛.
    0.15<Rb/R≤1.0…식 9
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 원뿔 사다리꼴의 상기 투명 기재와는 반대 측의 표면이 접착층을 통하여 접하고 있는 백라이트 유닛.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 광평행화 부재의 상기 원뿔 사다리꼴의 상기 투명 기재와는 반대 측의 면에, 상기 원뿔 사다리꼴보다 경사 각도가 작은 원뿔 사다리꼴 형상 또는 원뿔 형상의 돌기부를 갖고 있고, 상기 돌기부의 상기 원뿔 사다리꼴 측의 면의 반경이, 상기 원뿔 사다리꼴의 상기 투명 기재와는 반대 측의 면의 반경과 동일한 백라이트 유닛.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 렌즈는 불규칙하게 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광평행화 부재보다 시인 측에 광편향 부재가 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 광편향 부재가 프리즘 시트인 백라이트 유닛.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 백라이트 유닛을 구비한 액정 표시 장치.
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