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1. (WO2019045095) バックライトユニットおよび液晶表示装置
Document

明 細 書

発明の名称 バックライトユニットおよび液晶表示装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

非特許文献

0008  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0009   0010  

課題を解決するための手段

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031  

発明の効果

0032  

図面の簡単な説明

0033  

発明を実施するための形態

0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086  

実施例

0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163   0164   0165   0166   0167   0168   0169   0170   0171   0172  

符号の説明

0173  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2A   2B   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25  

明 細 書

発明の名称 : バックライトユニットおよび液晶表示装置

技術分野

[0001]
 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。

背景技術

[0002]
 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。
[0003]
 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。
[0004]
 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。
[0005]
 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。
[0006]
 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。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特開平10-253808号公報
特許文献2 : 特開2009-162843号公報

非特許文献

[0008]
非特許文献1 : SID2009 DIGEST 514~517
非特許文献2 : IDW2011 475~478
非特許文献3 : Applied Optics,vol.55,No.26、7307~7313(2016)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0009]
 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。
[0010]
 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。

課題を解決するための手段

[0011]
 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。
[0012]
[数1]


[0013]
[数2]


[0014]
[数3]


[0015]
 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。
[0016]
[数4]


[0017]
 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。
[0018]
[数5]


[0019]
[数6]


[0020]
 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。
[0021]
[数7]


[0022]
 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。
[0023]
 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。
[0024]
 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。
[0025]
 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
[0026]
 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。
[0027]
 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。
[0028]
 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。
[0029]
 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。
[0030]
 光偏向部材がプリズムシートであることが好ましい。
[0031]
 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。

発明の効果

[0032]
 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。

図面の簡単な説明

[0033]
[図1] 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。
[図2A] 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。
[図2B] 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。
[図3] 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。
[図4] 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。
[図5] 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。
[図6] 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。
[図7] 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。
[図8] 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。
[図9] 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。
[図10] 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。
[図11] 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。
[図12] 光平行化部材の他の一例を示す断面模式図である。
[図13] 光平行化部材の他の一例を示す断面模式図である。
[図14] 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。
[図15] 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。
[図16] 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。
[図17] 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。
[図18] 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。
[図19] 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。
[図20] 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。
[図21] 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。
[図22] 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。
[図23] 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。
[図24] 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。
[図25] 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。

発明を実施するための形態

[0034]
 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。
[0035]
 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。
[0036]
 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。
[0037]
 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。
[0038]
 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。
[0039]
 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。
[0040]
 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。
[0041]
 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。
[0042]
 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。
[0043]
 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。
[0044]
 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。
[0045]
 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。
[0046]
 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。
[0047]
 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。
[0048]
[数8]


[0049]
[数9]


[0050]
[数10]


[0051]
 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。
[0052]
[数11]


[0053]
 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。
[0054]
[数12]


[0055]
[数13]


[0056]
 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。
[0057]
[数14]


[0058]
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。
[0059]
 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。
[0060]
[数15]


[0061]
 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。
[0062]
 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。
[0063]
 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。
[0064]
 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。
[0065]
 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=r 1/(n4-1)
ここで、n4はレンズの屈折率、r 1はレンズの曲率半径である。
[0066]
 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。
[0067]
 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。
[0068]
 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。
[0069]
 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。
[0070]
 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。
[0071]
 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。
[0072]
 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。
[0073]
 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。
[0074]
 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。
[0075]
 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。
[0076]
 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。
[0077]
 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。
[0078]
 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。
[0079]
 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。
[0080]
 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。
[0081]
 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。
[0082]
 (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。
[0083]
 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。
[0084]
 (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。
[0085]
 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。
[0086]
 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。
実施例
[0087]
 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。
[0088]
 [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。
[0089]
 <<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。
[0090]
 [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。
[0091]
 [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。
[0092]
 [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。
[0093]
 [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。
[0094]
 [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。
[0095]
 [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。
[0096]
 [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。
[0097]
 [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。
[0098]
 [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。
[0099]
 [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。
[0100]
 [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。
[0101]
 [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。
[0102]
 (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。
[0103]
 (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。
[0104]
 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/m 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/m 2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/m 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。
[0105]
[表1-1]


[0106]
[表1-2]


[0107]
 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。
[0108]
[表2]


[0109]
 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。
[0110]
 [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。
[0111]
 [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。
[0112]
 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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
[0113]
 重合性液晶化合物1
[化1]


[0114]
 重合性液晶化合物2
[化2]


[0115]
 二色性色素1
[化3]


[0116]
 (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/cm 2)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。
[0117]
 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。
[0118]
 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。
[0119]
[表3]


[0120]
 [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/mm 2から278個/mm 2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。
[0121]
 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。
[0122]
[表4]


[0123]
 [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。
[0124]
 <<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。
[0125]
 [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。
[0126]
 [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。
[0127]
 [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。
[0128]
 (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%
[0129]
[化4]


[0130]
 (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。
[0131]
・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%
[0132]
バインダー1
[化5]


[0133]
バインダー2
[化6]


[0134]
光酸発生剤
[化7]


ここでTsはトシル基(p-トルエンスルホニル基)を表す。
[0135]
 (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。
[0136]
 (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/cm 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/cm 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。
[0137]
 <<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。
[0138]
 [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。
[0139]
 [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/cm 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/cm 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。
[0140]
 (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。
[0141]
 [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。
[0142]
 [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。
[0143]
 (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)
[0144]
 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。
[0145]
 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。
[0146]
[表5-1]


[0147]
[表5-2]


[0148]
[表6]


[0149]
[表7]


[0150]
 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。
[0151]
[表8]


[0152]
 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。
[0153]
 [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。
[0154]
 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。
[0155]
[表9]


[0156]
 [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/mm 2から278個/mm 2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。
[0157]
 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。
[0158]
[表10]


[0159]
 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。
[0160]
 [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。
[0161]
 [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。
[0162]
 [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。
[0163]
 (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。
[0164]
 [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。
[0165]
 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。
[0166]
 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。
[0167]
 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。
[0168]
 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。
[0169]
 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。
[0170]
 [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。
[0171]
 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。
[0172]
 [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。

符号の説明

[0173]
  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

請求の範囲

[請求項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。
[数1]


[数2]


[数3]


 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。
[数4]


[請求項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。
[数5]


[数6]


[請求項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。
[数7]


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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。
[請求項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。

図面

[ 図 1]

[ 図 2A]

[ 図 2B]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]