直下型点光源バックライト装置
【課題】優れた輝度均一性を有したまま、バックライトユニットの厚みの薄さを保ち、点光源の個数を大幅に削減することを可能にする直下型点光源バックライト装置を提供する。
【解決手段】複数の点光源と、複数の点光源の上方に配置された光学板と、光学板の上方に配置された第1及び第2のプリズムシートと、を備え、複数の点光源のそれぞれは、光ピーク角度が±50〜80°であり、光学板は、少なくとも一方の表面に複数の凸型三角錐を有し、光学板の複数の凸型三角錐が賦形された面と反対側の面から入光した光の全光線透過率が37〜58%であり、第1及び第2のプリズムシートのそれぞれは、表面に平行に延在する複数の三角プリズムを有し、 第1及び第2のプリズムシートは、それぞれの複数の三角プリズムの延在方向が互いに略直交となるように配置されている、直下型点光源バックライト装置。
【解決手段】複数の点光源と、複数の点光源の上方に配置された光学板と、光学板の上方に配置された第1及び第2のプリズムシートと、を備え、複数の点光源のそれぞれは、光ピーク角度が±50〜80°であり、光学板は、少なくとも一方の表面に複数の凸型三角錐を有し、光学板の複数の凸型三角錐が賦形された面と反対側の面から入光した光の全光線透過率が37〜58%であり、第1及び第2のプリズムシートのそれぞれは、表面に平行に延在する複数の三角プリズムを有し、 第1及び第2のプリズムシートは、それぞれの複数の三角プリズムの延在方向が互いに略直交となるように配置されている、直下型点光源バックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直下型点光源バックライト装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、液晶ディスプレイ用のバックライトとしては、エッジライト型バックライトと直下型バックライトと呼ばれる2つの方式があるが、小型表示装置に対してはエッジライト、大型の表示装置に対しては、高輝度を実現できる直下型バックライトが多く用いられてきた。
【0003】
直下型バックライトとしては、一般的に冷陰極管のような線状光源が多く用いられており、拡散板や光学フィルムを用いて線状光源を面状に発光する方式がとられてきた。
【0004】
ところが近年、省エネルギーや水銀レス、先進的イメージの理由により、冷陰極管に替わって、LEDへのシフトが目覚しく、小型表示装置に多く用いられていたエッジライト型LEDが大型表示装置にも用いられるようになった。
【0005】
しかしながら、エッジライト型LEDは、直下型LEDよりも画質、コントラストが劣るというデメリットがあり、高画質、高コントラストを実現できる直下型LEDが求められている。ただし、直下型LEDは、LEDが点状光源であるために輝度ムラが発生し易いという問題があり、樹脂板や光学フィルムの機能により、点光源を面光源化する技術が求められている。
【0006】
LED光源としては、一般的にはLED直上光の光線強度の強いランバーシャン分布を有するLEDが用いられることが多いが、LED直上の強い光を面光源化するためには、多数のLEDを要し、さらにバックライトユニットに厚みを要するという問題があり、近年、LED削減の観点から、高角度側の出光強度の強いLEDが使用されるようになっている。
【0007】
近年の直下型LED用バックライトに対してのディスプレイ技術としては、高角度側に強い出光強度を持つLEDに対しての面光源化が可能であり、且つLED光源の更なる削減、光学フィルムの削減、及びバックライトユニットの厚みの削減が課題となっている。これに対し、斜面角度と、屈折率と、の特定の相関を有する略凸型三角錐を光拡散板の出光面側に賦形する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】国際公開第11/030594号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1は、優れた輝度均一性を有したまま、バックライトユニット厚みの薄さを十分に保ててはいない。そこで、本発明は、高角度側に光ピークを有する点光源を用いた直下型点光源バックライトにおいて、優れた輝度均一性を有したまま、バックライトユニットの厚みの薄さを保ち、点光源の個数を大幅に削減することを可能にする直下型点光源バックライト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】
【0010】
本発明者らが鋭意研究した結果、以下の構成により、上記課題を解決することを見出した。
即ち本発明の態様は、複数の点光源と、複数の点光源の上方に配置された光学板と、光学板の上方に配置された第1及び第2のプリズムシートと、を備え、複数の点光源のそれぞれは、光ピーク角度が±50〜80°であり、光学板は、少なくとも一方の表面に複数の凸型三角錐を有し、光学板の複数の凸型三角錐が賦形された面と反対側の面から入光した光の全光線透過率が37〜58%であり、第1及び第2のプリズムシートのそれぞれは、表面に平行に延在する複数の三角プリズムを有し、第1及び第2のプリズムシートは、それぞれの複数の三角プリズムの延在方向が互いに略直交となるように配置されている、直下型点光源バックライト装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、高角度側に光ピークを有する直下型点光源バックライトユニットと、光学板、及び直交配置された2枚のプリズムシートとの組み合わせにより、優れた輝度均一性を可能にし、且つバックライトユニットの厚みの薄さを保持したまま、点光源の個数を大幅に削減することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態に係る直下型点光源バックライトユニットの縦断面図である。
【図2】実施形態に係る第1及び第2の三角プリズムシートの斜視図である。
【図3】実施形態に係る半値幅を説明する図である。
【図4】実施形態に係るバックライトのLED配置(格子配置)の一例を示す平面図である。
【図5】実施形態に係るバックライトのLED配置(千鳥配置)の一例を示す平面図である。
【図6】実施形態に係る光学板の一例の出光面側の正面平面図(凸型三角錐形状)である。
【図7】実施形態に係る光学板表面に賦形された凸型三角錐形状の例を示す斜視図である。
【図8】実施形態に係る光学板表面に賦形された凸型三角錐形状の正面図及びその断面図である。
【図9】実施形態に係る光学板表面に賦形された凸型三角錐形状の底面三角形の内角図である。
【図10】実施形態に係る光学板の層構成図(同一層、連続層、セパレート層)である。
【図11】実施例に係るLED−1の出光分布図である。
【図12】実施例に係るLED−2の出光分布図である。
【図13】実施例に係るLED−3の出光分布図である。
【図14】実施例に係るLED−4の出光分布図である。
【図15】実施例に係るLED−5の出光分布図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と言う。)について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【0014】
〔1〕バックライトユニットの形態
図1に示す本実施形態の直下型点光源バックライトユニットは、それぞれ±50〜80°の光ピーク角度を有する複数の点光源(LED)を備える。複数の点光源の上方には、複数の点光源が発した光が入光する面とは反対側の出光面側に凸型三角錐形状が表面に複数形成されている光学板が配置されている。光学板は、賦形面の反対側から入光した全光線透過率が、37〜58%である。さらに、本実施形態の直下型点光源バックライトは、光学板の上方に配置された、図2に示すように出光面側の表面に第1の方向に複数の三角プリズムが平行に延在する第1の三角プリズムシートと、出光面側の表面に、第1の方向と直交する第2の方向に複数の三角プリズムが平行に延在する第2の三角プリズムシートと、を備える。また、本実施形態の直下型点光源バックライトは、図1に示すように、点光源の下方に、反射シートをさらに備えていてもよい。
【0015】
〔2〕点光源の出光ピーク角
本実施形態の直下型点光源バックライトユニットにおいて、複数の点光源のそれぞれが、上述の通り、光ピーク角度が±50〜80°を有するLED光源の場合、優れた輝度均一性が得られる。
【0016】
〔3〕点光源のその他の出光分布
点光源は、光ピーク角度の輝度に対する0°の出光相対強度が15%以上55%以下であることが、輝度均一性の観点から好ましい。図3に例示する光ピーク角度の輝度の半値に相当する角度の幅(以下、半値幅)は、輝度均一性の観点から、20°以上55°以下であることが好ましい。
【0017】
〔4〕点光源の形態
用いられる点光源は、出光分布以外の条件については、特に制限はなく、例えば、青色LEDにより黄色蛍光体を励起するタイプや、青色LEDにより緑色、赤色蛍光体を励起するワンチップタイプの擬似白色LED;赤色/緑色/青色LEDを組み合わせて白色光を作るマルチチップタイプ、更には近紫外LEDと赤色/緑色/青色蛍光体を組み合わせたワンチップタイプの擬似白色LED、更には赤色/緑色/青色レーザーの組み合わせ等が挙げられる。また、LEDチップが樹脂で覆われているものであってもよいし、レンズキャップ形状に成型された樹脂で被さっているものであってもよい。
【0018】
〔5〕点光源と光学板の空間距離
点光源の頂部と、光学板と、の空間距離は、輝度均一性の観点から3mm以上であることが好ましく、より好ましい空間距離は5mm以上である。
【0019】
〔6〕点光源の配置方法
本実施形態の直下型点光源バックライトにおいて、複数の点光源の配置方法は、特に制限は無いが、優れた輝度均一性を発揮させる観点から、各点光源間距離を出来るだけ均一にして周期的に配置することが好ましい。
【0020】
具体的には、図4に示すように、点光源を、直下型点光源バックライトユニット内の縦方向と横方向に、それぞれ等間隔に正方格子又は長方格子状に配置する配列方法や、図5に示すように、点光源を画面縦方向と横方向にそれぞれ等間隔に千鳥状(または三角格子状)に配置する配列方法等が好ましく採用できる。ここで格子とは、正方形、長方形を構成する各頂点の配置をいい、千鳥とは、菱形四角形を構成する各頂点の配置をいう。
【0021】
〔7〕凸型三角錐
複数の点光源の上方に配置される光学板は、図6に示すように、出光面側の表面に複数の凸部が形成されており、複数の凸部のそれぞれは、三角錐形状である。
【0022】
〔8〕凸型三角錐形状
光学板の凸部形状である三角錐形状とは、底面が三角形であって、頂上の点又は面積が底面よりも小さい三角形である立体をいう。図7に示すように、光学板の凸部側面は、平面であってもよく、頂上が点である場合、その頂上は尖っていても、曲面であってもよい。また、三角錐の稜線は尖っていても、曲面でもよい。さらに、本実施形態の光学板の凸部の形状である三角錐形状は、頂点(又は頂上の三角形の中心)と底面の三角形の中心とを結んだ直線(中心軸)が、平面と垂直であること、すなわち、斜三角錐ではないことが好ましい。
【0023】
〔9〕凸型三角錐の周期性
光学板は、その表面に、三角錐形状を有する同一形状の凸部を、周期的に形成されたものであることが好ましい。
【0024】
〔10〕凸型三角錐形状(傾斜角)
光学板の凸部三角錐形状は、輝度均一性の観点から、三角形状の底面と接する側面とがなす角度の下限値が、47°以上が好ましく、49°以上がより好ましく、55.5°以上であることが特に好ましい。上限値は、65°以下であることが好ましく、64°以下がさらに好ましい。
【0025】
〔11〕凸型三角錐形状(傾斜角の説明)
凸型三角錐形状の傾斜角は、上述したように、凸部の側面と底面とがなす角である。なお、凸部の側面の一部が曲面を含む場合であっても、凸部の側面に平面が含まれている場合には、その平面と底面がなす角が傾斜角となる。凸部の側面に複数の平面が含まれている場合には、最も面積の大きい平面と底面がなす角が傾斜角となる。また、凸部の側面がすべて曲面である場合には、傾斜角は、側面の接平面と底面となす角のうち最も大きい角とする。さらに、三角錐形状が、斜三角錐である場合には、傾斜角は、凸部の3つの側面と底面がなす角のうち最も大きな角とする。
【0026】
〔12〕凸型三角錐形状(断面の説明)
図8を参照して、凸型三角錐形状は、下記式(1)を満たすことが、輝度均一性の観点から好ましい。
0 ≦ g/(b+c+d)≦ 0.30・・・(1)
式(1)中のb,c及びdは、凸型三角錐を、以下のH点、I点、及びJ点の3点を通る平面で切断した際に現れる三角形状の切断面部分であって、
bは、三角錐凸部の底面と接する側面とがなす角度の直線範囲Bを水平面に投影した線分の長さを示す。
cは、直線範囲Bより裾部側にある部分Cを水平面に投影した線分の長さを示す。
dは、直線範囲Bより頂部側にある部分Dを水平面に投影した線分の長さを示す。
H点:凸部頂点(凸部頂部が平面である場合は、三角形状の頂部平面の重心)
I点:H点から垂直に底面の三角形に投影した点。
J点:I点から、底面の三角形を構成する辺のうちI点との距離が最も近い一辺へ、垂線を引いた際の、交点。
なお、図8においては、部分Bとして直線線分を例示しているが、部分Bは、前記〔10〕を満たす角度範囲内の、曲線であってもよい。
【0027】
また、式(1)中のgは、凸型三角錐を、以下のH´点、I´点、及びJ´点の3点を通る平面で切断した際に現れる三角形状の切断面部分の側面と底面がなす角度が52〜62°の直線部分よりも頂部側を水平面に投影した線分の長さを示す。
H´点:H点と底面の三角形の頂点とを結んだ線分の中点。
I´点:H´点から垂直に底面の三角形に投影した点。
J´点:I´点から、底面の三角形を構成する辺のうちI´点との距離が最も近い一辺へ、垂線を引いた際の、交点。
【0028】
輝度均一性の観点から、0.01≦g/(b+c+d)≦0.20であることがより好ましく、0.01≦g/(b+c+d)≦0.10であることがさらに好ましい。
【0029】
さらに、色ムラ特性、輝度及び輝度均一性の観点からは、本実施形態の光学板の凸部の形状及び配置は、下記式(2)と(3)を満たすことが好ましい。
0≦c/(b+c+d)≦0.20・・・(2)
0≦d/(b+c+d)≦0.40・・・(3)
さらなる輝度均一性の観点から、0.01≦c/(b+c+d)≦0.13であることがより好ましく、0.01≦c/(b+c+d)≦0.06であることがさらに好ましい。
【0030】
なお、上述したb、c、d、g、及び傾斜角は、後述のレーザー顕微鏡を用いて光学板表面の断面形状観察を行うことにより求めることができる。
【0031】
また、光学板の凸部の三角錐形状における、上述したb、c、dは、その和b+c+dは、輝度均一性、モアレ、及び製造の観点から下限値は、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、さらに15μm以上であることが好ましい。上限値は200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましく、120μm以下であることがさらに好ましい。また、光学板の凸部の三角錐形状の高さ(底面から最上部までの距離)は、10μm以上であることが好ましく、400μm以下であることが好ましい。
【0032】
〔13〕凸型三角錐の底面三角形
三角錐形状の凸部は、光学板の表面に複数個設けられる。複数個の凸部の形状は同一であっても異なっていてもよい。また、複数個の凸部の配置の態様については、本明細書の記載に限定されないが、例えば、複数の凸部を、隣り合う凸部底面三角形の向かい合う辺同士が、互いに平行となるように、隣接して配置することが、輝度均一性及び生産性の観点から好ましい。
【0033】
また、凸部の底面の三角形の形状についても、本明細書の記載に限定されないが、例えば、図9に示すように、凸部の底面の三角形の内角を、それぞれα、β、γとした場合、|α−β|、|β−γ|、|γ−α|が、各々20°以下であることが輝度均一性の観点から好ましく、10°以下であることがより好ましく、5°以下であることがさらに好ましい。凸部の底面の三角形のとりわけ好ましい形状は二等辺三角形、正三角形である。
【0034】
さらに、光学板の表面に設けられる略三角錐形状の凸部は、光学板の水平面の70面積%以上の領域に形成されることが、輝度均一性の観点から好ましく、80面積%以上に形成されることがより好ましく、90面積%以上に形成されることがさらに好ましく、95面積%以上に形成されることがさらにより好ましい。
【0035】
〔14〕光学板の屈折率
光学板の屈折率は、輝度、輝度均一性の観点から1.43以上であることが好ましく、1.49以上がより好ましく、1.53以上が更に好ましく、1.55以上が特に好ましい。屈折率の上限は特に無いが、輝度、色ムラ特性、正面輝度均一性、及び斜視輝度均一性の観点から屈折率は1.71以下であることが好ましく、1.65以下であることがより好ましい。
【0036】
屈折率は、凸部を形成する部位を切断分離し、その後、熱プレス等で表面が平滑なフィルムを作製し、JIS K7142に準拠してアッベ屈折計を用いることにより求めることができる。又、凸部を平滑化できない場合は、凸部を切断した後、前記切断部位を粉砕して、ベッケ法により求めることも出来る。
【0037】
また、光学板の凸部を形成している材料の屈折率は、試料を形成する材料のうち透明なもの(例えば、透明樹脂)によって決まり、光拡散剤等が添加されていてもそれにより屈折率自体は変化しない。そこで、凸部が光拡散剤等を含んでいて拡散性を有するために上記の方法で屈折率を測定することが難しい場合等には、凸部を形成する材料のうち透明なもの(例えば、透明樹脂原料)だけをフィルム化し、前記同様にアッベ屈折計を用いてそのフィルムの屈折率を測定し、屈折率を求めることもできる。
【0038】
〔15〕光学板の層構成
光学板は、少なくともレンズ層と、拡散層と、を具備していることが、輝度均一性の観点から好ましい。ここで、レンズ層とは、凸型三角錐形状が形成されている層である。また、拡散層とは、透明樹脂と拡散剤とを含む光を拡散させる層である。レンズ層、拡散層共に単一層から形成されてもよいし、各々複数の層から形成されてもよい。
【0039】
図10に示すように、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、は、同一層であってもよいし、連続層であってもよいし、あるいはセパレート層であってもよい。同一層とは、(b)拡散層の表面に三角錐が形成される、すなわち(b)拡散層に(a)レンズ層が組み込まれた層構成をいう。
【0040】
連続層とは、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、が密着し、一体化した層構成をいう。セパレート層とは、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、が別々のシートとして存在し、2枚のシートを物理的に重ね合わせた構成をいう。セパレート層については、光源に近い方から、(a)レンズ層、(b)拡散層、或いは(b)拡散層、(a)レンズ層の組み合わせで配置してもよいし、更に(a)レンズ層と(b)拡散層の間に別のシートを配置してもよい。
【0041】
光学板の凸部(図10に示す構成の場合においては、(a)レンズ層)を構成する材料についは、〔14〕に記載の屈折率を有するものであれば限定されず、例えば光透過性の高い樹脂が好ましく用いられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、等のポリエステル樹脂、及びこれ等の共重合体;ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリスチレン、スチレンーアクリロニトリル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、アルファメチルスチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート等のアクリル系樹脂;メタクリル酸エステル樹脂、及びポリカーボネート樹脂等が使用可能である。
【0042】
光学板が、図10の構成を有する場合、(b)拡散層を構成する材料については、特に限定はなく、例えば、(透明)樹脂と、拡散剤と、を含む樹脂組成物が挙げられる。好ましくは、光学板の(b)拡散層を構成する材料は、透明樹脂に、透明樹脂の屈折率と異なる屈折率を持った光拡散剤成分を最適粒径で最適量分散させたものである。
【0043】
樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、等のポリエステル樹脂、及びこれ等の共重合体;ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリスチレン、スチレンーアクリロニトリル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、アルファメチルスチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート等のアクリル系樹脂;メタクリル酸エステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【0044】
光拡散剤としては、例えば、アクリル系樹脂架橋微粒子、スチレン系樹脂架橋微粒子、シリコーン系樹脂架橋微粒子、MS(メチルメタクリレート・スチレン共重合体)系架橋微粒子、フッ素樹脂微粒子、ガラス微粒子、シリカ微粒子、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナ、タルク、マイカ等が挙げられ、これらは単独もしくは併用して使用することができる。
【0045】
光拡散剤の形状としては、真球状、楕円状、不定形状、針状、板状、中空状、柱状、錐状等の形状が挙げられる。光拡散剤の平均粒径としては、輝度均一性、及び易製造の観点から1〜20μmが好ましく、2〜10μmが最も好ましい。平均粒径については、粒径分布計により求めることができる。
【0046】
〔16〕光学板の全光線透過率Tt
光学板の凸型三角錐が賦形された面の反対側から入光した光の全光線透過率Ttは、一定の輝度ムラ条件のもと、使用する点光源の個数を減らすという観点から、37〜58%である。
【0047】
なお、全光線透過率Ttは、光学板の(a)レンズ層と(b)拡散層が同一層である場合、(a)レンズ層と(b)拡散層が連続層である場合、及び(a)レンズ層と(b)拡散層がセパレート層である場合は、(a)レンズ層と(b)拡散層を重ねた状態で熱プレス等により圧縮成型して得た凸型三角錐形状が賦形されたプレス品を、凸型三角錐形状が賦形されていない面を入光面とし、JIS K7105に準拠することで測定することができる。また、光学板が(a)レンズ層のみで構成される場合は、(a)レンズ層を上記と同じ方法により熱プレスした後、前記と同じ測定を行うことで求めることができる。
【0048】
また、光学板が、図10の構成を有する場合において、(b)拡散層を構成する樹脂と、光拡散剤と、の屈折率差は、輝度均一性、及び易製造の観点から、下限値が0.05以上であることが好ましく、0.10以上であることがより好ましい。また、上限値が0.20以下であることが好ましく、0.16以下であることがより好ましい。ポリスチレン樹脂に対して好ましい光拡散剤としては、例えば、アクリル系架橋微粒子やシリコーン系架橋微粒子が挙げられる。
【0049】
〔17〕光学板の厚み
光学板は、剛性、輝度、輝度均一性の観点から、下限値が、0.5mm以上であることが好ましく、0.8mm以上であるとより好ましく、1.0mm以上だとさらに好ましい。上限値は3.0mm以下であることが好ましく、2.5mm以下であることがより好ましく、さらには2.0mm以下であると好ましい。なお、光学板が、図10に示す構成を有する場合において、光学板の(a)レンズ層と、(b)拡散層と、がセパレート層である場合は、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、を重ね合わせた時の総厚を光学板の厚みとする。
【0050】
〔18〕その他の層
光学板は、(a)レンズ層と(b)拡散層と、に加え、必要に応じて更に別の層を積層した積層構造とすることができる。その層構成は用途、目的に応じて適宜選択することができる。層構成の例としては、(a)レンズ層、(b)拡散層の他、その他の樹脂組成物や化合物からなる層をX層、Y層、Z層とすると、例えばX層/(a)(b)同一層の2層構成や、X層/(a)層/(b)層、(a)層/(b)層/X層、(a)層/X層/(b)層の3層構成、X層/(a)層/(b)層/X層、X層/(a)層/(b)層/Y層、X層/(a)層/Y層/(b)層の4層構成、更にはX層/Y層/(a)/(b)/Y層、X層/(a)層/Y層/(b)層/X層、X層/(a)層/Y層/(b)層/Z層の5層構成等が挙げられる。
【0051】
なお、同じ樹脂組成物から構成される層を連続して複数積層することもできる。また、5層以上積層してもよいが、製造の容易さを考えると光学板は5層以下で構成することが好ましい。
【0052】
〔19〕添加剤
光学板には、各種添加剤を配合してもよい。このような添加剤としては、例えば、有機や無機の染料や顔料、艶消し剤、熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、消泡剤、整色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、結晶核剤、増白剤、不純物の捕捉剤、増粘剤、及び表面調整剤等が挙げられる。
【0053】
〔20〕光学板の裏面
光学板は、輝度均一性及び、バックライトに装着された支持ピンとの擦れ性の観点から、上述した三角錐形状の凸部が形成された面とは反対側の面、すなわち、入光面(光源側の面)となる面、に凹凸形状を設けることが好ましい。具体的には、入光面の平均傾斜角Uの下限値が、1°以上であることが輝度及び輝度均一性の観点から好ましく、3°以上であることがより好ましく、5°以上であることがさらに好ましい。上限値は、30°以下であることが好ましく、25°以下であることがより好ましく、さらには20°以下であることが好ましい。
【0054】
平均傾斜角Uは、光学板断面をレーザー顕微鏡で観察し、1μm幅の平均傾斜角(光学板の水平面に対する傾斜角)を光学板の長手方向と短手方向に1000μm幅で連続して求め、長手方向の平均値と短手方向の平均値を計算し、更にその平均を算出することにより求めることができる。なお、本実施形態の光学板が図10に示す構成を有する場合であって、(a)レンズ層と(b)拡散層がセパレート層の場合は、(a)レンズ層、(b)拡散層共に、入光面側の平均傾斜角を上記範囲にすることが好ましい。
【0055】
〔21〕光学板の製造方法
光学板は、光学板の各層を構成する材料を公知の方法により成形し、公知の方法により凸部を形成して製造できる。例えば、光透過性の高い樹脂を含んだ樹脂組成物を、溶融状態にて口金より押出して、所望の形状に加工したロールを用いて成形する溶融成形法;樹脂組成物を溶媒に溶解した状態にて口金より押出して、所望の形状に加工したロールを用いて成形する溶液キャスト法;溶液キャスト法にて表面賦形して得た固体フィルムに、溶融樹脂を積層する押出ラミネーション法や固体フィルムどうしを積層するドライラミネーション法;溶融状態にて口金より押出した板を所望の形状に加工したプレス金型を用いて熱プレス成形する方法;更には所望の形状に加工した金型を用いて射出成形する方法等が挙げられる。これらのうち、生産性、環境適性の観点から、溶融成形法が最も好ましい。
【0056】
〔22〕三角プリズムシートの形状
光学板の上方に配置される第1及び第2の三角プリズムシートのそれぞれの出光面側の表面には、図2に示すように、一方向に延在する複数の三角プリズムが賦形されている。三角プリズムの三角形の底辺と、側面と、が成す傾斜角に特に限定はないが、輝度均一性の観点から40度〜50度であることが好ましく、42度〜48度であることがより好ましく、特に好ましくは45度である。
【0057】
また、第1及び第2の三角プリズムシートのそれぞれは、変角光度計(例えば、日本電色工業者製GC5000L)により、550nmの単色光を、延在する三角プリズムに対して垂直方向から、三角プリズムシートの出光面の反対側の面に、入射角30度で入光させた際、測定される出光分布のメインピーク角が−3°〜3°であると、優れた輝度均一性に効果的である。さらに、メインピーク角が−1°〜1°であると、より好ましい。
【0058】
〔23〕三角プリズムシートの配置方法
第1及び第2の三角プリズムシートは、輝度均一性の観点から、前述の通り、それぞれの三角プリズムの延在方向を略直交させるように配置する。例えば、光学板の上方に、第1の三角プリズムシートを、三角プリズムの延在方向が直下型点光源バックライトユニットの長辺方向に対して垂直になるように配置し、さらにその上方に、第2の三角プリズムシートを、三角プリズムの延在方向が直下型点光源バックライトユニットの長辺方向に平行になるように配置することで、優れた輝度均一性を達成することが可能である。
【0059】
〔24〕三角プリズムシートの形状(ピッチ)
一方向に延在する三角プリズムの底辺と底辺の間隔は、輝度、モアレ、輝度均一性の観点から、350μm以下であることが好ましく、より好ましくは、230μm以下、さらには、120μm以下であることが好ましい。
【0060】
〔25〕三角プリズムシートの屈折率
第1及び第2の三角プリズムシートのそれぞれの屈折率は、下限値が1.45以上であることが、輝度、輝度均一性の観点から好ましい。上限値は1.70以下であることが好ましい。
【0061】
また、光学板と、第1の三角プリズムシートとの間に、集光性機能を有する光学フィルムを1枚設けると、輝度均一性の観点から好ましい。集光性を有する光学フィルムとは、フィルムに入射した光を、フィルム直上方向に立ち上げる機能を有するフィルムをいい、550nmの単色光を入射角60度でシートに入射した際に変角光度計で測定される出光分布のメインピーク角が35°〜45°である。
【0062】
〔26〕反射シート
本実施形態の直下型点光源バックライトユニットの点光源の下方に配置される図1に示す反射シートは、拡散反射率90%以上の白色樹脂シートを用いることが好ましく、95%以上の白色樹脂シートを用いることがより好ましい。拡散反射率は、分光光度計、例えば島津製作所製分光光度計UV−2200を用いて、シートに波長が450nm〜700nmの光を入射角0°で入射させたときの反射率を10nm毎に測定し、平均反射率を算出することにより求めることができる。
【実施例】
【0063】
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明の実施の形態はこれらに限定されるものではない。
【0064】
(凸三角錐形状の観測方法)
凸三角錐形状は、キーエンス製のレーザー顕微鏡VK−9700(以下、レーザー顕微鏡)により観測した。
【0065】
(光学板の全光線透過率Ttの測定方法)
実施例及び比較例に記載の光学板の全光線透過率は、光学板の凸三角錐形状が賦形されていない面を入光面、凸三角錐形状が賦形されている面を出光面として、日本電色工業社製の濁度計NDH2000により、JISK7105に準拠した方法により測定した。
【0066】
(LEDピーク角度の測定方法)
LEDピーク角度は、コニカミノルタ社製の分光放射輝度計CS−2000により測定した。測定方法は、アパーチャー角度は1°とし、カメラにはNDフィルター(1/10)を加えて測定した。CS−2000とLEDの距離は、1000mmとし、CS−2000の角度を、0度〜90度の1度刻みに振って出光分布を測定し、輝度最大となった角度をLEDピーク角度とした。
【0067】
(輝度ムラの測定方法)
LED光源バックライトに、光学板及び所定の光学フィルムを配置し、LEDを点灯させて、コニカミノルタ社の2次元輝度計CA2000を用いて正面輝度を測定し、そのデータを元に輝度ムラを算出した。
【0068】
なお、測定は、LED光源バックライトを点灯してから1時間後に測定を行い、測定に使用した有効画面寸法は、42インチサイズの表示画面(523×930mm)中の520×520mmを切り取って行い、カメラと光学板の距離は、1m離して測定した。カメラの解像度は、490×490とした。
【0069】
(輝度ムラ値算出方法)
LEDバックライトのLED直上及び、LED間の画面上の縦と横のラインの輝度データに関して、各ライン別に輝度比(輝度/輝度の移動平均値)の標準偏差を求め、求めた標準偏差値の平均値を輝度ムラ値とした。ここで、移動平均値とは、特定区間の輝度の平均値のことであり、具体的には、隣り合うLEDを結ぶライン上での平均輝度を指す。
【0070】
(LED間隔PMAXの算出方法)
前述の輝度ムラ値が0.0035となるようにLEDを正方格子状に配置した時のLED中心からLED中心の距離をLED間隔PMAX(mm)とした。
【0071】
(LED個数の算出方法)
LED個数は、上記、輝度ムラ値0.0035を満たす時の最大平均LED間隔PMAXから、下記の式より算出した。
LED個数=(523mm×930mm)/LED間隔PMAX(mm)2
【0072】
(プレス原板の製造方法)
実施例及び比較例に係る光学板は、プレス原板を加工したものである。以下にプレス原板の製造方法を説明する。
(1−1.プレス原板1)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)98.50質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子1.50質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0073】
(1−2.プレス原板2)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.50質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.50質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0074】
(1−3.プレス原板3)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.70質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.30質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0075】
(1−4.プレス原板4)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.85質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.15質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0076】
(1−5.プレス原板5)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.93質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.07質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0077】
(1−6.プレス原板6)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.30質量部と、平均粒径5μmのアクリル系架橋粒子(積水化成工業社製、テクポリマーMBX−5)0.70質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0078】
(1−7.プレス原板7)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.50質量部と、平均粒径5μmのアクリル系架橋粒子(積水化成工業社製、テクポリマーMBX−5)0.50質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0079】
(2.光学板の製造方法)
実施例及び比較例に記載の光学板について説明する。光学板は、上述のように作製したプレス原板を、所定形状に賦形されたプレス金型に挟み込んで、プレス機に投入し、プレス板温度180℃、面圧100kg/cm2の条件で、30分間プレスを行うことにより得た。その後、プレス原板を挟み込んだプレス金型を水冷却したプレス機に入れ替えて、10分間冷却した。冷却後、プレス金型から所定の形状に賦形された、厚さ1.7mmの光学板を取り出した。
【0080】
得られた光学板は、入光面側の表面が平均傾斜角10度の凹凸形状を有するマット形状であり、出光面側には周期的な凸三角錐形状が賦形されていた。この凸三角錐形状を前述の凸三角錐形状の観測方法で観測したところ、凸三角錐形状の底面の1辺の長さは、346μmであり、正三角形であった。また、凸三角錐形状の凸部頂点と、底面に垂直に投影した点とを結び、その長さを計測した結果、154μmであった。さらに、凸三角錐形状の底面と接する側面の傾斜角は全ての側面で57°であった。
【0081】
(2−1.光学板1)
光学板1は、プレス原板1を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板1の全光線透過率は、60%であった。
【0082】
(2−2.光学板2)
光学板2は、プレス原板2を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板2の全光線透過率は、58%であった。
【0083】
(2−3.光学板3)
光学板3は、プレス原板3を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板3の全光線透過率は、50%であった。
【0084】
(2−4.光学板4)
光学板4は、プレス原板4を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板4の全光線透過率は、37%であった。
【0085】
(2−5.光学板5)
光学板5は、プレス原板5を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板5の全光線透過率は、30%であった。
【0086】
(3.プリズムシート)
実施例及び比較例に記載の、光学板の上に配置されるプリズムシートについて説明する。
【0087】
<第1のプリズムシート>
実施例及び比較例に係る第1のプリズムシートとは、表面形状のプリズムの傾斜角が45°である住友3M社製のBEFIIIである。第1のプリズムシートの1方向に延在するプ
リズム形状の延在方向と、LEDバックライトユニットの長辺方向と、が略垂直になるよう、第1のプリズムシートを、光学板の上に配置した。
<第2のプリズムシート>
実施例及び比較例に係る第2のプリズムシートとは、表面形状のプリズムの傾斜角が45°である住友3M社製のBEFIIIでありる。第2のプリズムシートの1方向に延在する
プリズム形状の延在方向と、LEDバックライトユニットの長辺方向と、が略平行になるよう、第1のプリズムシートの上方に第2のプリズムシートを配置した。
【0088】
(4.LEDのピーク角度)
次に、実施例及び比較例で用いたLED−1、LED−2、LED−3、LED−4、及びLED−5のピーク角度について説明する。
【0089】
<4−1.LED−1>
LED−1を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、LEDピーク角度は、±45°、半値幅は67°、0°の出光相対強度は59%であった。出光分布を図11に示す。
【0090】
<4−2.LED−2>
LED−2を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、LEDピーク角度は、±50°、半値幅は45°、0°の出光相対強度は53%であった。出光分布を図12に示す。
【0091】
<4−3.LED−3>
LED−3を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、LEDピーク角度は、±66°、半値幅は28°、0°の出光相対強度は42%であった。出光分布を図13に示す。
【0092】
<4−4.LED−4>
LED−4を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、光ピーク角度が±80°、半値幅は20°、0°の出光相対強度は17%であった。出光分布を図14に示す。
【0093】
<4−5.LED−5>
LED−5を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、光ピーク角度が±85°、半値幅は19°、0°の出光相対強度は12%であった。出光分布を図15に示す。
【0094】
(実施例1)
光ピーク角度50°のLED−2を用いた正方格子状に配置されたLEDのバックライトユニット上に、光学板2を凸三角錐形状が出光面側になるように1枚搭載し、その上に第1の三角プリズムシートと、第2の三角プリズムシートと、を配置した。第1の三角プリズムシートは、LEDバックライトユニットの長辺方向に対して、三角プリズムの延在方向が垂直になるよう配置した。また、第2の三角プリズムシートは、LEDバックライトユニットの長辺方向に対して、三角プリズムの延在方向が平行になるよう配置した。さらに、LEDから見て光学板が配置されている面とは反対側の面に、反射シートを配置した。
【0095】
LEDと、光学板と、の距離は17mmであり、LEDと、反射シートと、の距離は3mmとした。輝度ムラ値が0.0035となるようにLED間隔を一定間隔広げたところ、LED間隔Pmax値は、54mmであり、LED個数は167個と少なかった。評価結果を下記表1に示す。
【0096】
(実施例2、3、及び比較例1、2)
光学板2を光学板1、3、4、5に変更し、その他の条件は、実施例1と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。最大平均LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記表1に示す。
【表1】
【0097】
(実施例4)
使用するLEDを光ピーク角度66°のLED−3に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、60mmであり、LED個数は135個と少なかった。評価結果を下記表2に示す。
【0098】
(実施例5、6、及び比較例3、4)
光学板2を光学板1、3、4、5に変更し、その他の条件は、実施例4と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表2に示す。
【表2】
【0099】
(実施例7)
使用するLEDを光ピーク角度80°のLED−4に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、80mmであり、LED個数は76個と少なかった。評価結果を下記表3に示す。
【0100】
(実施例8、9、及び比較例5、6)
光学板2を光学板1、3、4、5に変更し、その他の条件は、実施例7と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表3に示す。
【表3】
【0101】
(比較例7)
使用するLEDを光ピーク角度85°のLED−5に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、40mmであり、LED個数は304個と多かった。評価結果を下記表4に示す。
【0102】
(比較例9、11)
光学板2を光学板3、4に変更し、その他の条件は、比較例7と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表4に示す。
【0103】
(比較例8)
使用するLEDを光ピーク角度45°のLED−1に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、40mmであり、LED個数は304個と多かった。評価結果を下記表4に示す。
【0104】
(比較例10、12)
光学板2を光学板3、4に変更し、その他の条件は、比較例8と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。最大平均LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表4に示す。
【表4】
【0105】
(比較例15)
光ピーク角度50°のLED−2を用いた正方格子状に配置されたLEDのバックライトユニットに、光学板2を凸三角錐形状が出光面側になるように1枚搭載し、その上に三角プリズムシートを、LEDバックライトユニットの長辺方向に対して、三角プリズムの延在方向が平行になるよう、1枚のみ搭載した。また、LEDから見て光学板が配置されている面とは反対側の面に、反射シートを配置した。
【0106】
LEDと、光学板と、の距離は17mmであり、LEDと、反射シートと、の距離は3mmとした。輝度ムラ値が0.0035となるようにLED間隔を一定間隔広げたところ、LED間隔Pmax値は、32mmであり、LED個数は475個と多かった。評価結果を下記表5に示す。
【0107】
(比較例16)
光学板2を光学板4に変更し、その他の条件は、比較例15と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。その結果、LED間隔Pmax値は30mmであり、LED個数は540個と多かった。評価結果を下記の表5に示す。
【0108】
(比較例17)
使用するLEDを光ピーク角度66°のLED−3に、使用する光学板を光学板3に変更した以外は、比較例15と同じ条件とした。LED間隔Pmax値は38mmであり、LED個数は337個と多かった。評価結果を下記表5に示す。
【0109】
(比較例18)
使用するLEDを光ピーク角度80°のLED−4に変更した以外は、比較例15と同じ条件とした。LED間隔Pmax値は、40mmであり、LED個数は、304個と多かった。評価結果を下記表5に示す。
【0110】
(比較例19)
光学板2を光学板4に変更した以外のその他の条件は、比較例18と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値は26mmであり、LED個数は720個と多かった。評価結果を下記の表5に示す。
【表5】
【産業上の利用可能性】
【0111】
本発明は、直下型点光源バックライトユニットを有する液晶TV、照明装置、あるいは看板等のデジタルサイネージに利用可能である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、直下型点光源バックライト装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、液晶ディスプレイ用のバックライトとしては、エッジライト型バックライトと直下型バックライトと呼ばれる2つの方式があるが、小型表示装置に対してはエッジライト、大型の表示装置に対しては、高輝度を実現できる直下型バックライトが多く用いられてきた。
【0003】
直下型バックライトとしては、一般的に冷陰極管のような線状光源が多く用いられており、拡散板や光学フィルムを用いて線状光源を面状に発光する方式がとられてきた。
【0004】
ところが近年、省エネルギーや水銀レス、先進的イメージの理由により、冷陰極管に替わって、LEDへのシフトが目覚しく、小型表示装置に多く用いられていたエッジライト型LEDが大型表示装置にも用いられるようになった。
【0005】
しかしながら、エッジライト型LEDは、直下型LEDよりも画質、コントラストが劣るというデメリットがあり、高画質、高コントラストを実現できる直下型LEDが求められている。ただし、直下型LEDは、LEDが点状光源であるために輝度ムラが発生し易いという問題があり、樹脂板や光学フィルムの機能により、点光源を面光源化する技術が求められている。
【0006】
LED光源としては、一般的にはLED直上光の光線強度の強いランバーシャン分布を有するLEDが用いられることが多いが、LED直上の強い光を面光源化するためには、多数のLEDを要し、さらにバックライトユニットに厚みを要するという問題があり、近年、LED削減の観点から、高角度側の出光強度の強いLEDが使用されるようになっている。
【0007】
近年の直下型LED用バックライトに対してのディスプレイ技術としては、高角度側に強い出光強度を持つLEDに対しての面光源化が可能であり、且つLED光源の更なる削減、光学フィルムの削減、及びバックライトユニットの厚みの削減が課題となっている。これに対し、斜面角度と、屈折率と、の特定の相関を有する略凸型三角錐を光拡散板の出光面側に賦形する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】国際公開第11/030594号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1は、優れた輝度均一性を有したまま、バックライトユニット厚みの薄さを十分に保ててはいない。そこで、本発明は、高角度側に光ピークを有する点光源を用いた直下型点光源バックライトにおいて、優れた輝度均一性を有したまま、バックライトユニットの厚みの薄さを保ち、点光源の個数を大幅に削減することを可能にする直下型点光源バックライト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】
【0010】
本発明者らが鋭意研究した結果、以下の構成により、上記課題を解決することを見出した。
即ち本発明の態様は、複数の点光源と、複数の点光源の上方に配置された光学板と、光学板の上方に配置された第1及び第2のプリズムシートと、を備え、複数の点光源のそれぞれは、光ピーク角度が±50〜80°であり、光学板は、少なくとも一方の表面に複数の凸型三角錐を有し、光学板の複数の凸型三角錐が賦形された面と反対側の面から入光した光の全光線透過率が37〜58%であり、第1及び第2のプリズムシートのそれぞれは、表面に平行に延在する複数の三角プリズムを有し、第1及び第2のプリズムシートは、それぞれの複数の三角プリズムの延在方向が互いに略直交となるように配置されている、直下型点光源バックライト装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、高角度側に光ピークを有する直下型点光源バックライトユニットと、光学板、及び直交配置された2枚のプリズムシートとの組み合わせにより、優れた輝度均一性を可能にし、且つバックライトユニットの厚みの薄さを保持したまま、点光源の個数を大幅に削減することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態に係る直下型点光源バックライトユニットの縦断面図である。
【図2】実施形態に係る第1及び第2の三角プリズムシートの斜視図である。
【図3】実施形態に係る半値幅を説明する図である。
【図4】実施形態に係るバックライトのLED配置(格子配置)の一例を示す平面図である。
【図5】実施形態に係るバックライトのLED配置(千鳥配置)の一例を示す平面図である。
【図6】実施形態に係る光学板の一例の出光面側の正面平面図(凸型三角錐形状)である。
【図7】実施形態に係る光学板表面に賦形された凸型三角錐形状の例を示す斜視図である。
【図8】実施形態に係る光学板表面に賦形された凸型三角錐形状の正面図及びその断面図である。
【図9】実施形態に係る光学板表面に賦形された凸型三角錐形状の底面三角形の内角図である。
【図10】実施形態に係る光学板の層構成図(同一層、連続層、セパレート層)である。
【図11】実施例に係るLED−1の出光分布図である。
【図12】実施例に係るLED−2の出光分布図である。
【図13】実施例に係るLED−3の出光分布図である。
【図14】実施例に係るLED−4の出光分布図である。
【図15】実施例に係るLED−5の出光分布図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と言う。)について、詳細に説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
【0014】
〔1〕バックライトユニットの形態
図1に示す本実施形態の直下型点光源バックライトユニットは、それぞれ±50〜80°の光ピーク角度を有する複数の点光源(LED)を備える。複数の点光源の上方には、複数の点光源が発した光が入光する面とは反対側の出光面側に凸型三角錐形状が表面に複数形成されている光学板が配置されている。光学板は、賦形面の反対側から入光した全光線透過率が、37〜58%である。さらに、本実施形態の直下型点光源バックライトは、光学板の上方に配置された、図2に示すように出光面側の表面に第1の方向に複数の三角プリズムが平行に延在する第1の三角プリズムシートと、出光面側の表面に、第1の方向と直交する第2の方向に複数の三角プリズムが平行に延在する第2の三角プリズムシートと、を備える。また、本実施形態の直下型点光源バックライトは、図1に示すように、点光源の下方に、反射シートをさらに備えていてもよい。
【0015】
〔2〕点光源の出光ピーク角
本実施形態の直下型点光源バックライトユニットにおいて、複数の点光源のそれぞれが、上述の通り、光ピーク角度が±50〜80°を有するLED光源の場合、優れた輝度均一性が得られる。
【0016】
〔3〕点光源のその他の出光分布
点光源は、光ピーク角度の輝度に対する0°の出光相対強度が15%以上55%以下であることが、輝度均一性の観点から好ましい。図3に例示する光ピーク角度の輝度の半値に相当する角度の幅(以下、半値幅)は、輝度均一性の観点から、20°以上55°以下であることが好ましい。
【0017】
〔4〕点光源の形態
用いられる点光源は、出光分布以外の条件については、特に制限はなく、例えば、青色LEDにより黄色蛍光体を励起するタイプや、青色LEDにより緑色、赤色蛍光体を励起するワンチップタイプの擬似白色LED;赤色/緑色/青色LEDを組み合わせて白色光を作るマルチチップタイプ、更には近紫外LEDと赤色/緑色/青色蛍光体を組み合わせたワンチップタイプの擬似白色LED、更には赤色/緑色/青色レーザーの組み合わせ等が挙げられる。また、LEDチップが樹脂で覆われているものであってもよいし、レンズキャップ形状に成型された樹脂で被さっているものであってもよい。
【0018】
〔5〕点光源と光学板の空間距離
点光源の頂部と、光学板と、の空間距離は、輝度均一性の観点から3mm以上であることが好ましく、より好ましい空間距離は5mm以上である。
【0019】
〔6〕点光源の配置方法
本実施形態の直下型点光源バックライトにおいて、複数の点光源の配置方法は、特に制限は無いが、優れた輝度均一性を発揮させる観点から、各点光源間距離を出来るだけ均一にして周期的に配置することが好ましい。
【0020】
具体的には、図4に示すように、点光源を、直下型点光源バックライトユニット内の縦方向と横方向に、それぞれ等間隔に正方格子又は長方格子状に配置する配列方法や、図5に示すように、点光源を画面縦方向と横方向にそれぞれ等間隔に千鳥状(または三角格子状)に配置する配列方法等が好ましく採用できる。ここで格子とは、正方形、長方形を構成する各頂点の配置をいい、千鳥とは、菱形四角形を構成する各頂点の配置をいう。
【0021】
〔7〕凸型三角錐
複数の点光源の上方に配置される光学板は、図6に示すように、出光面側の表面に複数の凸部が形成されており、複数の凸部のそれぞれは、三角錐形状である。
【0022】
〔8〕凸型三角錐形状
光学板の凸部形状である三角錐形状とは、底面が三角形であって、頂上の点又は面積が底面よりも小さい三角形である立体をいう。図7に示すように、光学板の凸部側面は、平面であってもよく、頂上が点である場合、その頂上は尖っていても、曲面であってもよい。また、三角錐の稜線は尖っていても、曲面でもよい。さらに、本実施形態の光学板の凸部の形状である三角錐形状は、頂点(又は頂上の三角形の中心)と底面の三角形の中心とを結んだ直線(中心軸)が、平面と垂直であること、すなわち、斜三角錐ではないことが好ましい。
【0023】
〔9〕凸型三角錐の周期性
光学板は、その表面に、三角錐形状を有する同一形状の凸部を、周期的に形成されたものであることが好ましい。
【0024】
〔10〕凸型三角錐形状(傾斜角)
光学板の凸部三角錐形状は、輝度均一性の観点から、三角形状の底面と接する側面とがなす角度の下限値が、47°以上が好ましく、49°以上がより好ましく、55.5°以上であることが特に好ましい。上限値は、65°以下であることが好ましく、64°以下がさらに好ましい。
【0025】
〔11〕凸型三角錐形状(傾斜角の説明)
凸型三角錐形状の傾斜角は、上述したように、凸部の側面と底面とがなす角である。なお、凸部の側面の一部が曲面を含む場合であっても、凸部の側面に平面が含まれている場合には、その平面と底面がなす角が傾斜角となる。凸部の側面に複数の平面が含まれている場合には、最も面積の大きい平面と底面がなす角が傾斜角となる。また、凸部の側面がすべて曲面である場合には、傾斜角は、側面の接平面と底面となす角のうち最も大きい角とする。さらに、三角錐形状が、斜三角錐である場合には、傾斜角は、凸部の3つの側面と底面がなす角のうち最も大きな角とする。
【0026】
〔12〕凸型三角錐形状(断面の説明)
図8を参照して、凸型三角錐形状は、下記式(1)を満たすことが、輝度均一性の観点から好ましい。
0 ≦ g/(b+c+d)≦ 0.30・・・(1)
式(1)中のb,c及びdは、凸型三角錐を、以下のH点、I点、及びJ点の3点を通る平面で切断した際に現れる三角形状の切断面部分であって、
bは、三角錐凸部の底面と接する側面とがなす角度の直線範囲Bを水平面に投影した線分の長さを示す。
cは、直線範囲Bより裾部側にある部分Cを水平面に投影した線分の長さを示す。
dは、直線範囲Bより頂部側にある部分Dを水平面に投影した線分の長さを示す。
H点:凸部頂点(凸部頂部が平面である場合は、三角形状の頂部平面の重心)
I点:H点から垂直に底面の三角形に投影した点。
J点:I点から、底面の三角形を構成する辺のうちI点との距離が最も近い一辺へ、垂線を引いた際の、交点。
なお、図8においては、部分Bとして直線線分を例示しているが、部分Bは、前記〔10〕を満たす角度範囲内の、曲線であってもよい。
【0027】
また、式(1)中のgは、凸型三角錐を、以下のH´点、I´点、及びJ´点の3点を通る平面で切断した際に現れる三角形状の切断面部分の側面と底面がなす角度が52〜62°の直線部分よりも頂部側を水平面に投影した線分の長さを示す。
H´点:H点と底面の三角形の頂点とを結んだ線分の中点。
I´点:H´点から垂直に底面の三角形に投影した点。
J´点:I´点から、底面の三角形を構成する辺のうちI´点との距離が最も近い一辺へ、垂線を引いた際の、交点。
【0028】
輝度均一性の観点から、0.01≦g/(b+c+d)≦0.20であることがより好ましく、0.01≦g/(b+c+d)≦0.10であることがさらに好ましい。
【0029】
さらに、色ムラ特性、輝度及び輝度均一性の観点からは、本実施形態の光学板の凸部の形状及び配置は、下記式(2)と(3)を満たすことが好ましい。
0≦c/(b+c+d)≦0.20・・・(2)
0≦d/(b+c+d)≦0.40・・・(3)
さらなる輝度均一性の観点から、0.01≦c/(b+c+d)≦0.13であることがより好ましく、0.01≦c/(b+c+d)≦0.06であることがさらに好ましい。
【0030】
なお、上述したb、c、d、g、及び傾斜角は、後述のレーザー顕微鏡を用いて光学板表面の断面形状観察を行うことにより求めることができる。
【0031】
また、光学板の凸部の三角錐形状における、上述したb、c、dは、その和b+c+dは、輝度均一性、モアレ、及び製造の観点から下限値は、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、さらに15μm以上であることが好ましい。上限値は200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましく、120μm以下であることがさらに好ましい。また、光学板の凸部の三角錐形状の高さ(底面から最上部までの距離)は、10μm以上であることが好ましく、400μm以下であることが好ましい。
【0032】
〔13〕凸型三角錐の底面三角形
三角錐形状の凸部は、光学板の表面に複数個設けられる。複数個の凸部の形状は同一であっても異なっていてもよい。また、複数個の凸部の配置の態様については、本明細書の記載に限定されないが、例えば、複数の凸部を、隣り合う凸部底面三角形の向かい合う辺同士が、互いに平行となるように、隣接して配置することが、輝度均一性及び生産性の観点から好ましい。
【0033】
また、凸部の底面の三角形の形状についても、本明細書の記載に限定されないが、例えば、図9に示すように、凸部の底面の三角形の内角を、それぞれα、β、γとした場合、|α−β|、|β−γ|、|γ−α|が、各々20°以下であることが輝度均一性の観点から好ましく、10°以下であることがより好ましく、5°以下であることがさらに好ましい。凸部の底面の三角形のとりわけ好ましい形状は二等辺三角形、正三角形である。
【0034】
さらに、光学板の表面に設けられる略三角錐形状の凸部は、光学板の水平面の70面積%以上の領域に形成されることが、輝度均一性の観点から好ましく、80面積%以上に形成されることがより好ましく、90面積%以上に形成されることがさらに好ましく、95面積%以上に形成されることがさらにより好ましい。
【0035】
〔14〕光学板の屈折率
光学板の屈折率は、輝度、輝度均一性の観点から1.43以上であることが好ましく、1.49以上がより好ましく、1.53以上が更に好ましく、1.55以上が特に好ましい。屈折率の上限は特に無いが、輝度、色ムラ特性、正面輝度均一性、及び斜視輝度均一性の観点から屈折率は1.71以下であることが好ましく、1.65以下であることがより好ましい。
【0036】
屈折率は、凸部を形成する部位を切断分離し、その後、熱プレス等で表面が平滑なフィルムを作製し、JIS K7142に準拠してアッベ屈折計を用いることにより求めることができる。又、凸部を平滑化できない場合は、凸部を切断した後、前記切断部位を粉砕して、ベッケ法により求めることも出来る。
【0037】
また、光学板の凸部を形成している材料の屈折率は、試料を形成する材料のうち透明なもの(例えば、透明樹脂)によって決まり、光拡散剤等が添加されていてもそれにより屈折率自体は変化しない。そこで、凸部が光拡散剤等を含んでいて拡散性を有するために上記の方法で屈折率を測定することが難しい場合等には、凸部を形成する材料のうち透明なもの(例えば、透明樹脂原料)だけをフィルム化し、前記同様にアッベ屈折計を用いてそのフィルムの屈折率を測定し、屈折率を求めることもできる。
【0038】
〔15〕光学板の層構成
光学板は、少なくともレンズ層と、拡散層と、を具備していることが、輝度均一性の観点から好ましい。ここで、レンズ層とは、凸型三角錐形状が形成されている層である。また、拡散層とは、透明樹脂と拡散剤とを含む光を拡散させる層である。レンズ層、拡散層共に単一層から形成されてもよいし、各々複数の層から形成されてもよい。
【0039】
図10に示すように、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、は、同一層であってもよいし、連続層であってもよいし、あるいはセパレート層であってもよい。同一層とは、(b)拡散層の表面に三角錐が形成される、すなわち(b)拡散層に(a)レンズ層が組み込まれた層構成をいう。
【0040】
連続層とは、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、が密着し、一体化した層構成をいう。セパレート層とは、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、が別々のシートとして存在し、2枚のシートを物理的に重ね合わせた構成をいう。セパレート層については、光源に近い方から、(a)レンズ層、(b)拡散層、或いは(b)拡散層、(a)レンズ層の組み合わせで配置してもよいし、更に(a)レンズ層と(b)拡散層の間に別のシートを配置してもよい。
【0041】
光学板の凸部(図10に示す構成の場合においては、(a)レンズ層)を構成する材料についは、〔14〕に記載の屈折率を有するものであれば限定されず、例えば光透過性の高い樹脂が好ましく用いられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、等のポリエステル樹脂、及びこれ等の共重合体;ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリスチレン、スチレンーアクリロニトリル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、アルファメチルスチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート等のアクリル系樹脂;メタクリル酸エステル樹脂、及びポリカーボネート樹脂等が使用可能である。
【0042】
光学板が、図10の構成を有する場合、(b)拡散層を構成する材料については、特に限定はなく、例えば、(透明)樹脂と、拡散剤と、を含む樹脂組成物が挙げられる。好ましくは、光学板の(b)拡散層を構成する材料は、透明樹脂に、透明樹脂の屈折率と異なる屈折率を持った光拡散剤成分を最適粒径で最適量分散させたものである。
【0043】
樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、等のポリエステル樹脂、及びこれ等の共重合体;ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、脂環式ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;ポリスチレン、スチレンーアクリロニトリル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、アルファメチルスチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリメチルメタクリレート、ポリエチルアクリレート等のアクリル系樹脂;メタクリル酸エステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【0044】
光拡散剤としては、例えば、アクリル系樹脂架橋微粒子、スチレン系樹脂架橋微粒子、シリコーン系樹脂架橋微粒子、MS(メチルメタクリレート・スチレン共重合体)系架橋微粒子、フッ素樹脂微粒子、ガラス微粒子、シリカ微粒子、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナ、タルク、マイカ等が挙げられ、これらは単独もしくは併用して使用することができる。
【0045】
光拡散剤の形状としては、真球状、楕円状、不定形状、針状、板状、中空状、柱状、錐状等の形状が挙げられる。光拡散剤の平均粒径としては、輝度均一性、及び易製造の観点から1〜20μmが好ましく、2〜10μmが最も好ましい。平均粒径については、粒径分布計により求めることができる。
【0046】
〔16〕光学板の全光線透過率Tt
光学板の凸型三角錐が賦形された面の反対側から入光した光の全光線透過率Ttは、一定の輝度ムラ条件のもと、使用する点光源の個数を減らすという観点から、37〜58%である。
【0047】
なお、全光線透過率Ttは、光学板の(a)レンズ層と(b)拡散層が同一層である場合、(a)レンズ層と(b)拡散層が連続層である場合、及び(a)レンズ層と(b)拡散層がセパレート層である場合は、(a)レンズ層と(b)拡散層を重ねた状態で熱プレス等により圧縮成型して得た凸型三角錐形状が賦形されたプレス品を、凸型三角錐形状が賦形されていない面を入光面とし、JIS K7105に準拠することで測定することができる。また、光学板が(a)レンズ層のみで構成される場合は、(a)レンズ層を上記と同じ方法により熱プレスした後、前記と同じ測定を行うことで求めることができる。
【0048】
また、光学板が、図10の構成を有する場合において、(b)拡散層を構成する樹脂と、光拡散剤と、の屈折率差は、輝度均一性、及び易製造の観点から、下限値が0.05以上であることが好ましく、0.10以上であることがより好ましい。また、上限値が0.20以下であることが好ましく、0.16以下であることがより好ましい。ポリスチレン樹脂に対して好ましい光拡散剤としては、例えば、アクリル系架橋微粒子やシリコーン系架橋微粒子が挙げられる。
【0049】
〔17〕光学板の厚み
光学板は、剛性、輝度、輝度均一性の観点から、下限値が、0.5mm以上であることが好ましく、0.8mm以上であるとより好ましく、1.0mm以上だとさらに好ましい。上限値は3.0mm以下であることが好ましく、2.5mm以下であることがより好ましく、さらには2.0mm以下であると好ましい。なお、光学板が、図10に示す構成を有する場合において、光学板の(a)レンズ層と、(b)拡散層と、がセパレート層である場合は、(a)レンズ層と、(b)拡散層と、を重ね合わせた時の総厚を光学板の厚みとする。
【0050】
〔18〕その他の層
光学板は、(a)レンズ層と(b)拡散層と、に加え、必要に応じて更に別の層を積層した積層構造とすることができる。その層構成は用途、目的に応じて適宜選択することができる。層構成の例としては、(a)レンズ層、(b)拡散層の他、その他の樹脂組成物や化合物からなる層をX層、Y層、Z層とすると、例えばX層/(a)(b)同一層の2層構成や、X層/(a)層/(b)層、(a)層/(b)層/X層、(a)層/X層/(b)層の3層構成、X層/(a)層/(b)層/X層、X層/(a)層/(b)層/Y層、X層/(a)層/Y層/(b)層の4層構成、更にはX層/Y層/(a)/(b)/Y層、X層/(a)層/Y層/(b)層/X層、X層/(a)層/Y層/(b)層/Z層の5層構成等が挙げられる。
【0051】
なお、同じ樹脂組成物から構成される層を連続して複数積層することもできる。また、5層以上積層してもよいが、製造の容易さを考えると光学板は5層以下で構成することが好ましい。
【0052】
〔19〕添加剤
光学板には、各種添加剤を配合してもよい。このような添加剤としては、例えば、有機や無機の染料や顔料、艶消し剤、熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、消泡剤、整色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、結晶核剤、増白剤、不純物の捕捉剤、増粘剤、及び表面調整剤等が挙げられる。
【0053】
〔20〕光学板の裏面
光学板は、輝度均一性及び、バックライトに装着された支持ピンとの擦れ性の観点から、上述した三角錐形状の凸部が形成された面とは反対側の面、すなわち、入光面(光源側の面)となる面、に凹凸形状を設けることが好ましい。具体的には、入光面の平均傾斜角Uの下限値が、1°以上であることが輝度及び輝度均一性の観点から好ましく、3°以上であることがより好ましく、5°以上であることがさらに好ましい。上限値は、30°以下であることが好ましく、25°以下であることがより好ましく、さらには20°以下であることが好ましい。
【0054】
平均傾斜角Uは、光学板断面をレーザー顕微鏡で観察し、1μm幅の平均傾斜角(光学板の水平面に対する傾斜角)を光学板の長手方向と短手方向に1000μm幅で連続して求め、長手方向の平均値と短手方向の平均値を計算し、更にその平均を算出することにより求めることができる。なお、本実施形態の光学板が図10に示す構成を有する場合であって、(a)レンズ層と(b)拡散層がセパレート層の場合は、(a)レンズ層、(b)拡散層共に、入光面側の平均傾斜角を上記範囲にすることが好ましい。
【0055】
〔21〕光学板の製造方法
光学板は、光学板の各層を構成する材料を公知の方法により成形し、公知の方法により凸部を形成して製造できる。例えば、光透過性の高い樹脂を含んだ樹脂組成物を、溶融状態にて口金より押出して、所望の形状に加工したロールを用いて成形する溶融成形法;樹脂組成物を溶媒に溶解した状態にて口金より押出して、所望の形状に加工したロールを用いて成形する溶液キャスト法;溶液キャスト法にて表面賦形して得た固体フィルムに、溶融樹脂を積層する押出ラミネーション法や固体フィルムどうしを積層するドライラミネーション法;溶融状態にて口金より押出した板を所望の形状に加工したプレス金型を用いて熱プレス成形する方法;更には所望の形状に加工した金型を用いて射出成形する方法等が挙げられる。これらのうち、生産性、環境適性の観点から、溶融成形法が最も好ましい。
【0056】
〔22〕三角プリズムシートの形状
光学板の上方に配置される第1及び第2の三角プリズムシートのそれぞれの出光面側の表面には、図2に示すように、一方向に延在する複数の三角プリズムが賦形されている。三角プリズムの三角形の底辺と、側面と、が成す傾斜角に特に限定はないが、輝度均一性の観点から40度〜50度であることが好ましく、42度〜48度であることがより好ましく、特に好ましくは45度である。
【0057】
また、第1及び第2の三角プリズムシートのそれぞれは、変角光度計(例えば、日本電色工業者製GC5000L)により、550nmの単色光を、延在する三角プリズムに対して垂直方向から、三角プリズムシートの出光面の反対側の面に、入射角30度で入光させた際、測定される出光分布のメインピーク角が−3°〜3°であると、優れた輝度均一性に効果的である。さらに、メインピーク角が−1°〜1°であると、より好ましい。
【0058】
〔23〕三角プリズムシートの配置方法
第1及び第2の三角プリズムシートは、輝度均一性の観点から、前述の通り、それぞれの三角プリズムの延在方向を略直交させるように配置する。例えば、光学板の上方に、第1の三角プリズムシートを、三角プリズムの延在方向が直下型点光源バックライトユニットの長辺方向に対して垂直になるように配置し、さらにその上方に、第2の三角プリズムシートを、三角プリズムの延在方向が直下型点光源バックライトユニットの長辺方向に平行になるように配置することで、優れた輝度均一性を達成することが可能である。
【0059】
〔24〕三角プリズムシートの形状(ピッチ)
一方向に延在する三角プリズムの底辺と底辺の間隔は、輝度、モアレ、輝度均一性の観点から、350μm以下であることが好ましく、より好ましくは、230μm以下、さらには、120μm以下であることが好ましい。
【0060】
〔25〕三角プリズムシートの屈折率
第1及び第2の三角プリズムシートのそれぞれの屈折率は、下限値が1.45以上であることが、輝度、輝度均一性の観点から好ましい。上限値は1.70以下であることが好ましい。
【0061】
また、光学板と、第1の三角プリズムシートとの間に、集光性機能を有する光学フィルムを1枚設けると、輝度均一性の観点から好ましい。集光性を有する光学フィルムとは、フィルムに入射した光を、フィルム直上方向に立ち上げる機能を有するフィルムをいい、550nmの単色光を入射角60度でシートに入射した際に変角光度計で測定される出光分布のメインピーク角が35°〜45°である。
【0062】
〔26〕反射シート
本実施形態の直下型点光源バックライトユニットの点光源の下方に配置される図1に示す反射シートは、拡散反射率90%以上の白色樹脂シートを用いることが好ましく、95%以上の白色樹脂シートを用いることがより好ましい。拡散反射率は、分光光度計、例えば島津製作所製分光光度計UV−2200を用いて、シートに波長が450nm〜700nmの光を入射角0°で入射させたときの反射率を10nm毎に測定し、平均反射率を算出することにより求めることができる。
【実施例】
【0063】
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明の実施の形態はこれらに限定されるものではない。
【0064】
(凸三角錐形状の観測方法)
凸三角錐形状は、キーエンス製のレーザー顕微鏡VK−9700(以下、レーザー顕微鏡)により観測した。
【0065】
(光学板の全光線透過率Ttの測定方法)
実施例及び比較例に記載の光学板の全光線透過率は、光学板の凸三角錐形状が賦形されていない面を入光面、凸三角錐形状が賦形されている面を出光面として、日本電色工業社製の濁度計NDH2000により、JISK7105に準拠した方法により測定した。
【0066】
(LEDピーク角度の測定方法)
LEDピーク角度は、コニカミノルタ社製の分光放射輝度計CS−2000により測定した。測定方法は、アパーチャー角度は1°とし、カメラにはNDフィルター(1/10)を加えて測定した。CS−2000とLEDの距離は、1000mmとし、CS−2000の角度を、0度〜90度の1度刻みに振って出光分布を測定し、輝度最大となった角度をLEDピーク角度とした。
【0067】
(輝度ムラの測定方法)
LED光源バックライトに、光学板及び所定の光学フィルムを配置し、LEDを点灯させて、コニカミノルタ社の2次元輝度計CA2000を用いて正面輝度を測定し、そのデータを元に輝度ムラを算出した。
【0068】
なお、測定は、LED光源バックライトを点灯してから1時間後に測定を行い、測定に使用した有効画面寸法は、42インチサイズの表示画面(523×930mm)中の520×520mmを切り取って行い、カメラと光学板の距離は、1m離して測定した。カメラの解像度は、490×490とした。
【0069】
(輝度ムラ値算出方法)
LEDバックライトのLED直上及び、LED間の画面上の縦と横のラインの輝度データに関して、各ライン別に輝度比(輝度/輝度の移動平均値)の標準偏差を求め、求めた標準偏差値の平均値を輝度ムラ値とした。ここで、移動平均値とは、特定区間の輝度の平均値のことであり、具体的には、隣り合うLEDを結ぶライン上での平均輝度を指す。
【0070】
(LED間隔PMAXの算出方法)
前述の輝度ムラ値が0.0035となるようにLEDを正方格子状に配置した時のLED中心からLED中心の距離をLED間隔PMAX(mm)とした。
【0071】
(LED個数の算出方法)
LED個数は、上記、輝度ムラ値0.0035を満たす時の最大平均LED間隔PMAXから、下記の式より算出した。
LED個数=(523mm×930mm)/LED間隔PMAX(mm)2
【0072】
(プレス原板の製造方法)
実施例及び比較例に係る光学板は、プレス原板を加工したものである。以下にプレス原板の製造方法を説明する。
(1−1.プレス原板1)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)98.50質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子1.50質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0073】
(1−2.プレス原板2)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.50質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.50質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0074】
(1−3.プレス原板3)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.70質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.30質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0075】
(1−4.プレス原板4)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.85質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.15質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0076】
(1−5.プレス原板5)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.93質量部と、平均粒径2μmのシリコーン系架橋粒子0.07質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0077】
(1−6.プレス原板6)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.30質量部と、平均粒径5μmのアクリル系架橋粒子(積水化成工業社製、テクポリマーMBX−5)0.70質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0078】
(1−7.プレス原板7)
屈折率1.59のポリスチレン樹脂(PSジャパン社製、スタイロンG9504)99.50質量部と、平均粒径5μmのアクリル系架橋粒子(積水化成工業社製、テクポリマーMBX−5)0.50質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、二軸押出機(東芝機械社製TEM−58)で、樹脂温度230℃の条件で溶融混練し、ペレット化した。次に、得られたペレットをTEX−90単軸押出機で再度溶融混練し、1000m幅Tダイより押出しし、1.7mm厚シートを作製した。
【0079】
(2.光学板の製造方法)
実施例及び比較例に記載の光学板について説明する。光学板は、上述のように作製したプレス原板を、所定形状に賦形されたプレス金型に挟み込んで、プレス機に投入し、プレス板温度180℃、面圧100kg/cm2の条件で、30分間プレスを行うことにより得た。その後、プレス原板を挟み込んだプレス金型を水冷却したプレス機に入れ替えて、10分間冷却した。冷却後、プレス金型から所定の形状に賦形された、厚さ1.7mmの光学板を取り出した。
【0080】
得られた光学板は、入光面側の表面が平均傾斜角10度の凹凸形状を有するマット形状であり、出光面側には周期的な凸三角錐形状が賦形されていた。この凸三角錐形状を前述の凸三角錐形状の観測方法で観測したところ、凸三角錐形状の底面の1辺の長さは、346μmであり、正三角形であった。また、凸三角錐形状の凸部頂点と、底面に垂直に投影した点とを結び、その長さを計測した結果、154μmであった。さらに、凸三角錐形状の底面と接する側面の傾斜角は全ての側面で57°であった。
【0081】
(2−1.光学板1)
光学板1は、プレス原板1を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板1の全光線透過率は、60%であった。
【0082】
(2−2.光学板2)
光学板2は、プレス原板2を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板2の全光線透過率は、58%であった。
【0083】
(2−3.光学板3)
光学板3は、プレス原板3を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板3の全光線透過率は、50%であった。
【0084】
(2−4.光学板4)
光学板4は、プレス原板4を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板4の全光線透過率は、37%であった。
【0085】
(2−5.光学板5)
光学板5は、プレス原板5を材料として、上述した光学板の製造方法により製造した。得られた光学板5の全光線透過率は、30%であった。
【0086】
(3.プリズムシート)
実施例及び比較例に記載の、光学板の上に配置されるプリズムシートについて説明する。
【0087】
<第1のプリズムシート>
実施例及び比較例に係る第1のプリズムシートとは、表面形状のプリズムの傾斜角が45°である住友3M社製のBEFIIIである。第1のプリズムシートの1方向に延在するプ
リズム形状の延在方向と、LEDバックライトユニットの長辺方向と、が略垂直になるよう、第1のプリズムシートを、光学板の上に配置した。
<第2のプリズムシート>
実施例及び比較例に係る第2のプリズムシートとは、表面形状のプリズムの傾斜角が45°である住友3M社製のBEFIIIでありる。第2のプリズムシートの1方向に延在する
プリズム形状の延在方向と、LEDバックライトユニットの長辺方向と、が略平行になるよう、第1のプリズムシートの上方に第2のプリズムシートを配置した。
【0088】
(4.LEDのピーク角度)
次に、実施例及び比較例で用いたLED−1、LED−2、LED−3、LED−4、及びLED−5のピーク角度について説明する。
【0089】
<4−1.LED−1>
LED−1を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、LEDピーク角度は、±45°、半値幅は67°、0°の出光相対強度は59%であった。出光分布を図11に示す。
【0090】
<4−2.LED−2>
LED−2を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、LEDピーク角度は、±50°、半値幅は45°、0°の出光相対強度は53%であった。出光分布を図12に示す。
【0091】
<4−3.LED−3>
LED−3を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、LEDピーク角度は、±66°、半値幅は28°、0°の出光相対強度は42%であった。出光分布を図13に示す。
【0092】
<4−4.LED−4>
LED−4を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、光ピーク角度が±80°、半値幅は20°、0°の出光相対強度は17%であった。出光分布を図14に示す。
【0093】
<4−5.LED−5>
LED−5を前述のLEDピーク角度の測定方法で測定した結果、光ピーク角度が±85°、半値幅は19°、0°の出光相対強度は12%であった。出光分布を図15に示す。
【0094】
(実施例1)
光ピーク角度50°のLED−2を用いた正方格子状に配置されたLEDのバックライトユニット上に、光学板2を凸三角錐形状が出光面側になるように1枚搭載し、その上に第1の三角プリズムシートと、第2の三角プリズムシートと、を配置した。第1の三角プリズムシートは、LEDバックライトユニットの長辺方向に対して、三角プリズムの延在方向が垂直になるよう配置した。また、第2の三角プリズムシートは、LEDバックライトユニットの長辺方向に対して、三角プリズムの延在方向が平行になるよう配置した。さらに、LEDから見て光学板が配置されている面とは反対側の面に、反射シートを配置した。
【0095】
LEDと、光学板と、の距離は17mmであり、LEDと、反射シートと、の距離は3mmとした。輝度ムラ値が0.0035となるようにLED間隔を一定間隔広げたところ、LED間隔Pmax値は、54mmであり、LED個数は167個と少なかった。評価結果を下記表1に示す。
【0096】
(実施例2、3、及び比較例1、2)
光学板2を光学板1、3、4、5に変更し、その他の条件は、実施例1と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。最大平均LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記表1に示す。
【表1】
【0097】
(実施例4)
使用するLEDを光ピーク角度66°のLED−3に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、60mmであり、LED個数は135個と少なかった。評価結果を下記表2に示す。
【0098】
(実施例5、6、及び比較例3、4)
光学板2を光学板1、3、4、5に変更し、その他の条件は、実施例4と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表2に示す。
【表2】
【0099】
(実施例7)
使用するLEDを光ピーク角度80°のLED−4に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、80mmであり、LED個数は76個と少なかった。評価結果を下記表3に示す。
【0100】
(実施例8、9、及び比較例5、6)
光学板2を光学板1、3、4、5に変更し、その他の条件は、実施例7と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表3に示す。
【表3】
【0101】
(比較例7)
使用するLEDを光ピーク角度85°のLED−5に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、40mmであり、LED個数は304個と多かった。評価結果を下記表4に示す。
【0102】
(比較例9、11)
光学板2を光学板3、4に変更し、その他の条件は、比較例7と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表4に示す。
【0103】
(比較例8)
使用するLEDを光ピーク角度45°のLED−1に変更した以外は実施例1と同様の条件としたところ、LED間隔Pmax値は、40mmであり、LED個数は304個と多かった。評価結果を下記表4に示す。
【0104】
(比較例10、12)
光学板2を光学板3、4に変更し、その他の条件は、比較例8と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。最大平均LED間隔Pmax値、及びLED個数の結果を、下記の表4に示す。
【表4】
【0105】
(比較例15)
光ピーク角度50°のLED−2を用いた正方格子状に配置されたLEDのバックライトユニットに、光学板2を凸三角錐形状が出光面側になるように1枚搭載し、その上に三角プリズムシートを、LEDバックライトユニットの長辺方向に対して、三角プリズムの延在方向が平行になるよう、1枚のみ搭載した。また、LEDから見て光学板が配置されている面とは反対側の面に、反射シートを配置した。
【0106】
LEDと、光学板と、の距離は17mmであり、LEDと、反射シートと、の距離は3mmとした。輝度ムラ値が0.0035となるようにLED間隔を一定間隔広げたところ、LED間隔Pmax値は、32mmであり、LED個数は475個と多かった。評価結果を下記表5に示す。
【0107】
(比較例16)
光学板2を光学板4に変更し、その他の条件は、比較例15と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。その結果、LED間隔Pmax値は30mmであり、LED個数は540個と多かった。評価結果を下記の表5に示す。
【0108】
(比較例17)
使用するLEDを光ピーク角度66°のLED−3に、使用する光学板を光学板3に変更した以外は、比較例15と同じ条件とした。LED間隔Pmax値は38mmであり、LED個数は337個と多かった。評価結果を下記表5に示す。
【0109】
(比較例18)
使用するLEDを光ピーク角度80°のLED−4に変更した以外は、比較例15と同じ条件とした。LED間隔Pmax値は、40mmであり、LED個数は、304個と多かった。評価結果を下記表5に示す。
【0110】
(比較例19)
光学板2を光学板4に変更した以外のその他の条件は、比較例18と同様のLED及び三角プリズムシートを用いて、LED間隔を広げて輝度ムラを評価した。LED間隔Pmax値は26mmであり、LED個数は720個と多かった。評価結果を下記の表5に示す。
【表5】
【産業上の利用可能性】
【0111】
本発明は、直下型点光源バックライトユニットを有する液晶TV、照明装置、あるいは看板等のデジタルサイネージに利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の点光源と、
前記複数の点光源の上方に配置された光学板と、
前記光学板の上方に配置された第1のプリズムシートと、
前記第1のプリズムシートの上方に配置された第2のプリズムシートと、
を備え、
前記複数の点光源のそれぞれは、光ピーク角度が±50〜80°であり、
前記光学板は、少なくとも一方の表面に複数の凸型三角錐を有し、
前記光学板の前記複数の凸型三角錐が賦形された面と反対側の面から入光した光の全光線透過率が37〜58%であり、
前記第1及び第2のプリズムシートのそれぞれは、表面に平行に延在する複数の三角プリズムを有し、
前記第1及び第2のプリズムシートは、それぞれの前記複数の三角プリズムの延在方向が互いに略直交となるように配置されている、
直下型点光源バックライト装置。
【請求項2】
前記光学板が、前記複数の凸型三角錐が賦形された面が出光面側となるよう配置された、請求項1に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項3】
前記第1及び第2のプリズムシートのそれぞれが、前記複数の三角プリズムが設けられた面が出光面側となるよう配置された、請求項1又は2に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項4】
前記複数の点光源の下方に配置された反射シートを更に備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項5】
前記複数の三角プリズムのそれぞれの傾斜角が40〜50度である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項1】
複数の点光源と、
前記複数の点光源の上方に配置された光学板と、
前記光学板の上方に配置された第1のプリズムシートと、
前記第1のプリズムシートの上方に配置された第2のプリズムシートと、
を備え、
前記複数の点光源のそれぞれは、光ピーク角度が±50〜80°であり、
前記光学板は、少なくとも一方の表面に複数の凸型三角錐を有し、
前記光学板の前記複数の凸型三角錐が賦形された面と反対側の面から入光した光の全光線透過率が37〜58%であり、
前記第1及び第2のプリズムシートのそれぞれは、表面に平行に延在する複数の三角プリズムを有し、
前記第1及び第2のプリズムシートは、それぞれの前記複数の三角プリズムの延在方向が互いに略直交となるように配置されている、
直下型点光源バックライト装置。
【請求項2】
前記光学板が、前記複数の凸型三角錐が賦形された面が出光面側となるよう配置された、請求項1に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項3】
前記第1及び第2のプリズムシートのそれぞれが、前記複数の三角プリズムが設けられた面が出光面側となるよう配置された、請求項1又は2に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項4】
前記複数の点光源の下方に配置された反射シートを更に備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の直下型点光源バックライト装置。
【請求項5】
前記複数の三角プリズムのそれぞれの傾斜角が40〜50度である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の直下型点光源バックライト装置。
【図1】
【図2】
【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2】
【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】
【公開番号】特開2013−4408(P2013−4408A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−136521(P2011−136521)
【出願日】平成23年6月20日(2011.6.20)
【出願人】(309002329)旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月20日(2011.6.20)
【出願人】(309002329)旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]