WO2020066311A1 - 異方性光学フィルムを用いた導光積層体、及び、それを用いた表示装置用面状照明装置 - Google Patents
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- F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
Definitions
- the present invention relates to a light guide laminate using an anisotropic optical film used for a transmission type display device, a reflection type display device and the like, and a planar light source lighting device for a display device using the light guide laminate.
- a display device lighting device which includes a light source on an end surface of a display panel (including a light guide plate) and serves as illumination light for the display panel is an edge type. It is called a light method, and it is easy to reduce the thickness and weight. Further, there is an advantage that even if the number of light sources is reduced for the purpose of reducing power consumption, a dark part between the light sources does not become a dark part in the display surface of the display panel.
- the edge type light system having such advantages is widely used as a lighting device for a display device of a liquid crystal display device.
- the edge-type light system includes an edge-type front light and an edge-type backlight.
- the light guide plate is arranged on the viewing side of the display panel, and in the edge type backlight, the light guide plate is arranged on the back side of the display panel (opposite to the viewing side of the display panel). ing.
- the light guide plate used in the edge-type light system is such that light incident on the end face of the light guide plate and propagating in the light guide plate is, for example, a surface of the light guide plate opposite to the light exit surface (the surface facing the display panel).
- the light is extracted from the light emitting surface by changing the propagation direction of the light by the light deflecting element formed on the (light deflecting surface).
- the light deflecting element is formed by printing a white ink in the form of dots (Patent Document 1), forming a microlens by an inkjet method (Patent Document 2), and forming a recess by using a laser ablation method (Patent Document 1). 3), it is known to be formed by a method of forming unevenness using a mold (Patent Document 4).
- the emitted light emitted from the light guide plate be emitted so as to spread in a certain angle range around the normal direction (front direction) of the light guide plate surface. Therefore, as a method for obtaining emission light having a sufficient intensity in the normal direction of the light exit surface of the light guide plate, for example, the formation of the above-described light deflecting element or the light exit surface of the light guide plate and / or light deflection There has been proposed a method of arranging a diffraction grating on a surface such that the diffraction efficiency increases as the angle from the normal to the end face of the light guide plate, which is the light incident portion, increases (Patent Document 5).
- a light guide plate having an emission intensity peak at an angle close to the normal direction over the entire light exit surface is used as a light guide plate for a display device and has a luminance in a normal direction which is a general viewing direction of a display.
- the shape of the light deflecting element is generally complicated because the peak of the emission intensity is near the normal line. Therefore, finely adjusting the emission light characteristics of such a light guide plate in order to increase the viewing angle requires a new design of the light deflection element, which leads to an increase in manufacturing cost and lead time. There was a problem that it would.
- the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to combine a specific light guide plate and an anisotropic optical film, thereby making it possible to output light without fine adjustment of the light guide plate. It is an object of the present invention to provide a light guide laminate having a wide viewing angle characteristic without lowering the contrast of the light guide, and a planar lighting device for a display device using the same.
- the present inventors have conducted intensive studies on the above problems, and found that the angle between the direction in which the emission intensity of the light emitted from the emission surface is maximum and the normal direction of the emission surface is less than 20 °. And a light guide laminate obtained by laminating an anisotropic optical film having a linear transmittance of 30% or less when light in a direction in which the emission intensity becomes maximum is directly or through another layer, The inventors have found that the above-mentioned problem is solved, and have completed the present invention.
- the present invention (1) A light guide laminate including a light guide plate and at least one anisotropic optical film, The light guide plate, an incident surface that allows light to enter the inside of the light guide plate, Light incident from the incident surface has an emission surface that is reflected and refracted and emitted in the light guide plate, The angle between the direction in which the emission intensity of the light emitted from the emission surface is maximized and the normal direction of the emission surface is less than 20 °,
- the anisotropic optical film is a film in which the linear transmittance is changed by the angle at which light is incident on the anisotropic optical film, that is, the amount of transmitted light in the linear direction of incident light / the amount of incident light.
- the anisotropic optical film, on the emission surface, is laminated directly or via another layer,
- the anisotropic optical film includes a matrix region and a structural region including a plurality of structures,
- the linear transmittance of the anisotropic optical film when the light emitted from the emission surface in the direction in which the emission intensity of the light is maximum is incident on the anisotropic optical film is 30% or less.
- a light-guiding laminate characterized by the following.
- the present invention (2) The light guide laminate according to the invention (1), wherein an angle formed by a direction of a scattering center axis of the plurality of structures and a direction in which the light emission intensity is maximum is 25 ° or less. .
- the present invention (3) The invention (1), wherein a plurality of concave light deflecting elements having a size of 50 ⁇ m or less and a depth of 50 ⁇ m or less are provided on a light deflecting surface opposite to the emission surface. Or it is a light guide laminated body of (2).
- the present invention (4) The invention according to (1), wherein a plurality of convex light deflecting elements having a size of 50 ⁇ m or less and a height of 50 ⁇ m or less are provided on a light deflecting surface opposite to the emission surface. Or it is a light guide laminated body of (2).
- the present invention (5) The light guide laminate according to any one of the inventions (1) to (4), wherein the other layer includes at least one of a polarizing plate and a retardation plate.
- the present invention (6) A planar lighting device for a display device, comprising: the light guide laminate according to any one of the inventions (1) to (5); and a light source.
- the light-guide laminated body which has the characteristic of a wide viewing angle, without reducing the contrast of emitted light, even if it does not fine-tune a light-guide plate, and the planar illumination for display apparatuses using the same.
- An apparatus can be provided.
- FIG. 8 is a graph showing a relationship between an incident light angle on a pillar structure and a louver structure anisotropic optical film shown in FIG. 7 and a linear transmittance.
- 5 is a graph (optical profile) for explaining a diffusion region and a non-diffusion region in an anisotropic optical film.
- 5 is a three-dimensional polar coordinate display for explaining a scattering center axis in the anisotropic optical film.
- the expression "a plurality of structures included in the anisotropic optical film” and “the structural region including a plurality of structures included in the anisotropic optical film” are each without notice, It may be referred to as “plural structures” or “structural region”.
- Linear transmittance generally refers to the linear transmittance of light incident on an anisotropic optical film, and when light is incident from a certain incident light angle, the amount of transmitted light in the linear direction of the incident light, This is a ratio with the amount of incident light, and is represented by the following equation.
- Linear transmittance (%) (linear transmitted light amount / incident light amount) ⁇ 100
- the “pillar structure” refers to an anisotropic optical film having a plurality of structures having an aspect ratio of 1 to less than 2.
- the cross-sectional shape is a cross-sectional shape of the plurality of structures on a plane orthogonal to the orientation direction of the plurality of structures.
- the aspect ratio is defined as major axis / minor axis
- the sectional shape is substantially circular, and the major axis and minor axis are significantly larger. Is not defined, both the major axis and the minor axis correspond to the diameter of the circle, and the aspect in this case is 1.
- the “louver structure” refers to an anisotropic optical film in which the aspect ratio, which is the ratio of the major axis (major axis) to the minor axis (minor axis) of the cross-sectional shape of a plurality of structures, is 2 or more.
- the cross-sectional shape is the same as in the case of the “pillar structure”.
- Light guide laminate 2-1 Configuration of Light Guide Laminate
- the light guide laminate according to the present invention includes a light guide plate and at least one anisotropic optical film.
- a plurality of anisotropic optical films having different light diffusing properties can be used in combination.
- the anisotropic optical film is laminated directly or via another layer on an emission surface of the light guide plate described later.
- the other layer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the other layer for example, an adhesive layer for bonding the light guide plate and the anisotropic optical film, a polarizing plate, a retardation plate and the like can be mentioned, they can be used alone or in combination of a plurality of them .
- FIGS. 1A to 1E show examples of the structure of the light guide laminate.
- the pressure-sensitive adhesive layer is not shown, but can be laminated between the respective layers.
- the material and thickness of the pressure-sensitive adhesive layer are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. It is sufficient that the light guide plate 2 and the anisotropic optical film 3 can be fixed, and a light guide plate or the like suitable for the adherend can be selected. Further, the pressure-sensitive adhesive layer may be an adhesive.
- the polarizing plate 4 is a plate that allows light emitted from the light guide plate 2 to pass only to light polarized or polarized in a specific direction, and is, for example, a liquid crystal display device using the light guide laminate according to the present invention. It is used when it is used as a surface illumination device.
- the polarizing plate 4 used in the present invention is not particularly limited, and can be selected according to the desired optical characteristics of the light guide laminate 1.
- the retardation plate 5 is a material used for optical compensation of a liquid crystal display, for example, and prevents the occurrence of viewing angle dependence, such as display distortion caused by optical distortion due to birefringence or modulation due to the viewing angle direction. Used for the purpose of doing.
- the retardation plate 5 used in the present invention is not particularly limited, and can be selected according to the desired optical characteristics of the light guide laminate 1.
- a sealing layer 6, a reflection plate and the like can be laminated.
- the sealing layer 6 seals, for example, the light deflecting element 22 on the surface of the light polarization plane.
- the sealing layer 6 can prevent the light deflection element 22 from being damaged or dust or the like from adhering to prevent the optical characteristics of the light guide laminate 1 from deteriorating.
- the light guide plate according to the present invention has one or more incident surfaces that allow light emitted from at least one light source to enter the inside of the light guide plate. Further, the incident light has at least one exit surface that propagates through the light guide plate and exits from the light guide plate. In the case of the edge type light system, the incident surface is an end surface of the light guide plate.
- the number of the incident surface is not limited to one, but may be plural. It is possible to arrange a plurality of light sources for the purpose of increasing the emission intensity of the light guide plate.
- the light guide plate and the light source may be arranged adjacent to each other or may be arranged at an interval. It is preferable that the light source and the light guide plate are disposed adjacent to each other from the viewpoint that the light emitted from the light source is hardly attenuated and the size of the display device is reduced.
- the light emitted from the light source may be directly incident on the light guide plate, or may be indirectly incident via a mirror, a light guide material, or the like.
- the light guide plate reflects the light incident from the light source inside the light guide plate, and emits light outside the light guide plate, and reflects the light propagating inside the light guide plate in the direction of the light exit surface, refracts the light from the light exit surface.
- a light deflecting element for emitting light. The light propagating inside the light guide plate is reflected and refracted in the direction of the exit surface by the light deflecting element, and exits from the exit surface.
- the position where the light deflecting element is provided is not limited as long as the light propagating in the light guide plate is reflected in the direction of the emission surface and the function as the light guide plate is not hindered.
- the intensity of the emitted light on the entire wide emission surface is uniform, so that the light deflecting element is a light deflection surface which is the surface of the light guide plate on the opposite side to the emission surface. It is preferably provided on a surface.
- FIG. 2A shows the progress of light in the plate when the light source 10 is adjacent to the end face of the transparent plate 7 made of the material used for the light guide plate and light is incident.
- the light that has entered the plate travels while being reflected inside the transparent plate 7 by total internal reflection, and is emitted from the end face opposite to the light source 10. Since the light is totally reflected by the inner surface of the plate, it cannot be emitted from the main surface 71 of the light guide plate.
- the light guide plate 2 is provided with a plurality of light deflecting elements 22 for changing the reflection angle when the light is totally reflected (in FIG. 2B, as an example of the light deflecting element 22, light having a concave structure is used).
- the light whose reflection angle has been changed by the light deflecting element 22 is emitted from the emission surface 21 to the outside.
- the light deflecting element 22 is provided on one of the main surfaces of the light guide plate 2, that is, on a light deflecting surface 25 which is a surface on the opposite side to the light emitting surface.
- the light guide plate is composed of a transparent member such as a plate or a film, or a laminate of these members.
- the material of the light guide plate may be a transparent member, and examples thereof include a transparent resin and glass.
- a transparent resin is preferable, and a highly transparent thermoplastic resin is more preferable.
- the thermoplastic resin having high transparency include a polyolefin resin, a vinyl resin, an acrylic resin, a polyamide resin, a polyester resin, a polycarbonate resin, a polyurethane resin, and a polyether resin. Above all, from the viewpoint of transparency, a polycarbonate resin, an acrylic resin, or a urethane resin having no wavelength absorption region in the visible light region is preferable.
- the structure of the light deflecting element that changes the reflection angle of light in the light guide plate is not particularly limited, but preferably has a plurality of dot structures that are concave or convex structures, and preferably has a concave dot structure. More preferred. These structures may be used alone, or a plurality of structures may be used in combination.
- the concave shape indicates a concave shape with respect to the light guide plate surface
- the convex shape indicates a convex shape with respect to the light guide plate surface.
- FIG. 3A shows an example of a concave dot structure, in which a hemispherical concave light deflecting element 23 is provided on a light deflecting surface 25 surface, which is a surface opposite to the light exit surface 21 of the light guide plate 2. Is formed.
- FIG. 3B shows an example of a convex dot structure, in which a plurality of hemispherical convex light deflecting elements 24 are formed on the surface of the light deflecting surface 25 of the light guide plate 2.
- the light deflecting element preferably has a concave or convex dot structure having a size of 50 ⁇ m or less, a height or a depth of 50 ⁇ m or less, and a concave dot structure having a size and a depth of 50 ⁇ m or less. More preferably, there is. In this way, when the light guide laminate according to the present invention is used as a front light, the light deflection element structure can be prevented from being visually recognized.
- the concave dot structure preferably has a size and a depth of 50 ⁇ m or less.
- the concave dot structure is not limited to these. By making the concave dot structure in this manner, light can be easily diffused, so that the uniformity of light in the emission surface can be improved. These shapes, sizes, and depths may be unified into one type, or a plurality may be combined.
- the light guide plate light deflecting surface is a concave dot structure, but may be a convex dot structure.
- the size of the concave dot structure can be X, which is the length shown in FIGS. 4 (a) to 4 (g).
- X indicates the length of the concave dot structure facing the light traveling direction, and contributes to the performance of the concave dot structure with respect to light.
- the depth of the concave dot structure can be the distance from the plane AA having the concave dot structure to the deepest position of the concave dot structure.
- the “depth” of the concave dot structure is “height”.
- the height can be the distance from the plane having the convex dot structure to the highest position of the convex dot structure.
- the size and depth of the concave dot structure can be changed according to the distance from the light source, with the upper limit of each being 50 ⁇ m.
- the size and depth of the concave dot structure can be continuously increased as the distance from the light source increases.
- the amount of light emitted from the emission surface is small at a position near the light source and where the light is strong, and the amount of light emitted increases as the distance from the light source member increases, so that the uniformity of the amount of emitted light can be increased.
- a large-sized concave dot structure may be used only in a portion where light is to be emitted more strongly, or a dot structure having a partially different structure may be used so that only a part has a different appearance.
- the dot structures can be randomly and plurally arranged on the surface of the light guide plate, or arranged such that the distribution density of the dot structures increases as the light guide plate 2 moves away from the side closer to the light source 10 to the farther side.
- the distribution density can be about 50 / mm 2 in a region closest to the light source 10 and about 300 / mm 2 in a region farthest from the light source. By doing so, it is possible to improve the uniformity of light emission in the light emission surface. In the case where the light source 11 is also installed on another side of the light guide plate 2 (FIG. 5B), the uniformity of light emission on the emission surface can be improved.
- the distribution density can be adjusted as appropriate.
- a light deflecting element that changes a light reflection angle is formed.
- the method for manufacturing the light deflecting element is not particularly limited, and a known method can be used.
- processing methods such as ultrasonic processing, heating processing, laser processing, cutting processing, processing by nanoimprint, and the like can be given.
- an ultrasonic processing horn in which a convex dot structure having a shape obtained by inverting the concave dot structure is arranged on the tip end surface, with respect to the light guide plate material. By pressing vertically, the shape of the dot structure is transferred and a concave dot structure can be formed.
- the dot structure can also be manufactured by screen printing or silk printing.
- a concave shape or a convex shape may be formed at the same time when the light guide plate is formed by using a mold or the like prepared so that the dot structure can be formed.
- Anisotropic optical film 2-1-2-1 Structure of Anisotropic Optical Film
- the anisotropic optical film according to the present invention is laminated directly or via another layer on the light-exit surface of the light guide plate, and emits light emitted from the light guide plate at a specific incidence. It has the function of diffusing at light angles. That is, the anisotropic optical film is characterized in that the light diffusivity changes depending on the incident light angle.
- the diffusivity of the anisotropic optical film according to the present invention is defined as a linear transmittance, which is (amount of transmitted light in a linear direction of incident light / amount of incident light) depending on an angle at which light enters the anisotropic optical film. Can be shown. That is, when the linear transmittance is high, the light incident on the anisotropic optical film has many components of the light transmitted linearly, and the diffusivity is low. When the linear transmittance is low, the incident light has few components that are transmitted linearly, and the diffusivity is high.
- the anisotropic optical film according to the present invention includes a matrix region and a structural region including a plurality of structures. The structure will be described in detail below with reference to FIGS.
- FIG. 7 shows the structure of an anisotropic optical film having a plurality of structural bodies having a pillar (substantially columnar) structure and a louver (substantially plate-like) structure, and transmitted light incident on these anisotropic optical films. It is a schematic diagram which shows an example of a situation.
- FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a method for evaluating light diffusivity of an anisotropic optical film.
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between the angle of incident light to the anisotropic optical film having the pillar structure and the louver structure shown in FIG. 7 and the linear transmittance.
- FIG. 10 is a graph (optical profile) for explaining a diffusion region and a non-diffusion region.
- An anisotropic optical film is a film in which a structural region composed of a plurality of structures having different refractive indexes from the matrix region of the film is formed in the film thickness direction.
- the structural region may be formed over the entire region from one surface to the other surface of the anisotropic optical film, or may be formed partially or intermittently.
- the cross-sectional shape of the structure is not particularly limited.
- a substantially columnar shape for example, a rod-like shape having a small diameter and a long diameter in a matrix region 31a is provided. 7
- an anisotropic optical film pillar structure anisotropic optical film 3a
- Anisotropic optical film in which a louver structure 32b having a different refractive index from the matrix region and formed in a substantially plate shape having a large aspect ratio is formed in the matrix region 31b.
- the shape of these structural regions may be composed of only a single shape or a combination of a plurality of shapes.
- the pillar structure and the louver structure may be mixed. By doing so, the optical properties of the optical film, particularly the linear transmittance and the diffusivity, can be adjusted widely.
- the orientation direction of these structural regions may have an inclination with respect to the normal direction of the film.
- the incident light is strongly diffused in the incident light angle range (diffusion region) close to the direction inclined at a predetermined angle from the normal direction, but diffused in the larger incident light angle range (non-diffusion region). Is reduced and the linear transmittance is increased.
- the angle between the direction in which the emission intensity of the light emitted from the light guide plate is maximized and the direction of the scattering center axis of the plurality of structures in the structure region is 25 ° or less, This has a remarkable effect that a wide viewing angle characteristic can be obtained without lowering the contrast of the emitted light.
- the anisotropic optical film having the above-described structure is a light diffusion film having different light diffusivity depending on the incident light angle to the film, that is, a light diffusion film having incident light angle dependence.
- Light incident on the anisotropic optical film at a predetermined incident angle is directed to the orientation direction (for example, the extending direction (orientation direction) of the pillar structure 32a in the pillar structure or the louver structure in the louver structure) in the regions having different refractive indexes. (In the height direction of 32b), diffusion takes precedence, and when not parallel to this direction, transmission takes precedence.
- the light diffusivity of the anisotropic optical film will be described more specifically with reference to FIGS. 8 and 9.
- the light diffusivity of the anisotropic optical film 3a having the pillar structure and the anisotropic optical film 3b having the louver structure will be described as an example.
- the method of evaluating light diffusivity is as follows. First, as shown in FIG. 8, the anisotropic optical films 3a and 3b are arranged between the light source 40 and the detector 41. In the present embodiment, the case where the irradiation light I from the light source 40 is incident from the normal direction of the anisotropic optical films 3a and 3b is defined as an incident light angle of 0 °.
- the anisotropic optical films 3a and 3b are arranged so as to be able to rotate arbitrarily about the straight line L, and the light source 40 and the detector 41 are fixed.
- the sample anisotropic optical films 3a, 3b
- the sample is moved straight while changing the angle about the straight line L on the sample surface as the central axis.
- Each of the anisotropic optical films 3a and 3b was evaluated for light diffusion when the TD direction (width direction of the anisotropic optical film) in FIG. 7 was selected as the rotation center straight line L shown in FIG.
- FIG. 9 shows the evaluation results of the obtained light diffusion properties.
- FIG. 9 shows the incident light angle dependence of the light diffusion (light scattering) of the anisotropic optical films 3a and 3b shown in FIG. 7 measured using the method shown in FIG.
- the vertical axis in FIG. 9 indicates the linear transmittance, which is an index indicating the degree of scattering.
- linear transmittance (linear transmitted light amount, which is the detected light amount of the detector 41 when the anisotropic optical films 3a and 3b are present / different
- the amount of incident light which is the amount of light detected by the detector 41 when there is no anisotropic optical film 3a, 3b
- the horizontal axis represents the angle of incident light on the anisotropic optical film 3a, 3b.
- the solid line in FIG. 9 indicates the light diffusivity of the anisotropic optical film 3a having a pillar structure, and the broken line indicates the light diffusivity of the anisotropic optical film 3b having a louver structure.
- the sign of the incident light angle indicates that the directions of rotating the anisotropic optical films 3a and 3b are opposite.
- the anisotropic optical films 3a and 3b have an incident light angle dependency of light diffusivity whose linear transmittance changes depending on the incident light angle.
- a curve showing the incident light angle dependence of light diffusivity as shown in FIG. 9 is referred to as an “optical profile”.
- the optical profile does not directly represent the light diffusivity, if it is interpreted that the linear transmittance decreases and the diffuse transmittance increases, the optical profile generally indicates the light diffusivity. It can be said that there is.
- the light diffusivity (linear transmittance) is substantially equal to the incident light angle of light having substantially symmetry about the incident light angle.
- the coincident direction is referred to as “scattering central axis direction”, and the symmetry axis is referred to as “scattering central axis”.
- “having substantially symmetry” means that when the scattering center axis is inclined with respect to the normal direction of the anisotropic optical film, the optical profile, which is an optical characteristic, is strictly symmetric. It is because it does not have.
- the incident light angle at this time is measured at the optical profile of the anisotropic optical film, and is substantially at the center (center of the diffusion region) between the minimum values in the optical profile.
- the orientation direction (extending direction) of the plurality of structures in the structural region is preferably formed so as to be parallel to the scattering central axis direction, and the anisotropic optical film has desired linear transmittance and diffusivity. It can be determined as appropriate. It is sufficient that the scattering center axis direction and the orientation direction of the columnar region are parallel as long as they satisfy the law of the refractive index (Snell's law), and need not be strictly parallel.
- FIG. 11 is a three-dimensional polar coordinate display for explaining the scattering center axis P in the anisotropic optical film.
- the scattering center axis is represented by a polar angle ⁇ and an azimuth ⁇ where the surface of the anisotropic optical film is an xy plane and the normal is the z axis. can do. That is, it can be said that Pxy in FIG. 11 is the length direction of the scattering center axis P projected on the surface of the anisotropic optical film.
- the orientation direction of the plurality of structures can be adjusted to a desired angle by changing the direction of the light beam applied to the composition containing the sheet-like photopolymerizable compound when manufacturing these.
- each of the plurality of scattering center axes and the orientation direction may include the plurality of structures having the parallel relationship. preferable.
- a normal isotropic light diffusion film shows a mountain-shaped optical profile having a peak near 0 °.
- the angle in the scattering center axis direction with respect to the normal direction of the anisotropic optical film of the pillar structure 32a and the louver structure 32b is 0 ° (this In FIG. 7, as shown in FIG.
- the linear transmittance when the orientation direction of the plurality of structures is also 0 °, the linear transmittance is small at an incident light angle near 0 ° ( ⁇ 20 ° to + 20 °), and the incident light angle (absolute value) 3 shows a valley-shaped optical profile in which the linear transmittance increases as the value increases.
- the anisotropic optical film has such a property that the incident light is strongly diffused in the incident light angle range close to the scattering central axis, but the diffusion is weakened and the linear transmittance is increased in the further incident light angle range.
- the angle range of the two incident light angles with respect to the linear transmittance having an intermediate value between the maximum linear transmittance and the minimum linear transmittance is referred to as a diffusion region, and the other incident light angle ranges are referred to as a non-diffusion region (transmission region). Name.
- FIG. 10 shows the optical profile of the louver-structured anisotropic optical film 3b of FIG. 9, and as shown in FIG. 10, the maximum linear transmittance (in the example of FIG. 78%) and the minimum linear transmittance (in the example of FIG. 10, the linear transmittance is about 6%), and two incident angles with respect to the linear transmittance (in the example of FIG. 10, the linear transmittance is about 42%).
- the incident light angle range between the light angles is a diffusion region, and the other (two light angles on the optical profile shown in FIG. 10).
- the incident light angle range (outside the two incident light angles at the position of the black point) is the non-diffusion area.
- the anisotropic optical film of the present invention since the anisotropic optical film is used in combination with the light guide plate, the angle range of the incident light where the linear transmittance is 30% or less (the two linear transmittances are 30% or less on the optical profile).
- the range between the respective incident light angle values) is treated as a “diffusion range” that is a range having high diffusivity.
- the anisotropic optical film of the present invention has a linear transmittance of 30% or less when light is incident from the direction in which the emission intensity at the emission surface of the light guide plate is maximum. It can be said that it has a high diffusivity with respect to light from the direction in which the emission intensity at the surface is maximum.
- the transmitted light has a substantially circular shape, and substantially the same light in the MD direction and the TD direction. Shows diffusivity. That is, in the anisotropic optical film 3a having the pillar structure, light diffusion is isotropic.
- the anisotropic optical film 3a having the pillar structure has a problem that the width of the diffusion region is smaller than that of the anisotropic optical film 3b having the louver structure.
- the transmitted light has a substantially needle shape, and the transmitted light is in the MD direction and the TD direction. Diffusivity differs greatly. That is, in the anisotropic optical film 3b having a louver structure, light diffusion has anisotropy.
- the diffusion is wider in the MD direction than in the pillar structure, but is smaller in the TD direction than in the pillar structure.
- the light diffusivity in particular, the optical profile near the boundary between the non-diffusion region and the diffusion region
- the anisotropic optical film 3b when applied to a display device, it appears as a sudden change or glare in luminance, which may reduce visibility.
- the anisotropic optical film having the louver structure has a problem that light interference (rainbow) is likely to occur.
- the anisotropic optical film 3b has an effect that the linear transmittance in the non-diffusion region is high and the display characteristics can be improved.
- the optical characteristics of the anisotropic optical film change depending on the aspect ratio of a plurality of structures in the anisotropic optical film. That is, the optical characteristics of the anisotropic optical film can be adjusted by adjusting the aspect ratio.
- the aspect ratio is defined as a ratio of the major axis / major axis when the cross-sectional shape of a plurality of structures on a plane whose normal direction is the orientation direction of the plurality of structures has a major axis (major axis) and a minor axis (minor axis).
- major axis major axis
- minor axis minor axis
- the diameter can be measured by a known method.
- a measuring method for example, a cross-sectional shape of ten randomly selected structures is observed with a scanning electron microscope or the like, each diameter is measured, and an aspect ratio can be determined from each average diameter.
- the aspect ratio is not particularly limited, it is preferably 1 or more and less than 50, and more preferably 1 or more and 10 or less, because as the aspect ratio becomes large, there is a possibility that a sudden change in brightness and glare may occur. Preferably, it is 1 or more and 5 or less. By setting the aspect ratio in such a range, a sudden change in brightness and glare can be suppressed, and light diffusion and light collection can be more excellent.
- the anisotropic optical film has a linear transmittance of 30% or less with respect to incident light at an angle (less than 20 °) at which the emission intensity in the emission surface of the light guide plate is maximized. That is, since the diffusivity is strong, the illuminance of light in the normal direction can be increased, and a light guide laminate having a wide viewing angle can be obtained without lowering the contrast of emitted light.
- the direction of the scattering center axis direction of the plurality of structures of the anisotropic optical film is preferably 25 ° or less, and more preferably 20 ° or less, with the direction in which the emission intensity of the light guide plate is maximized. Is more preferred. By doing so, the light emitted from the light guide plate is strongly diffused, but if it exceeds 25 °, the diffusivity is weakened and the linear transmittance is increased.
- the orientation direction of the plurality of structures of the anisotropic optical film is preferably 17 ° or less, and more preferably 13 ° or less, with the direction in which the emission intensity of the light guide plate is maximized. preferable. By doing so, the light emitted from the light guide plate is strongly diffused, but if it exceeds 17 °, the diffusivity is weakened and the linear transmittance is increased.
- the anisotropic optical film according to the present invention can be produced by a known method, and is not particularly limited.
- a preferable method for producing the anisotropic optical film according to the present invention for example, WO2005 / 111523 is disclosed for anisotropic optical film having a pillar structure, and JP-A-2002-115523 is described for Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873.
- the manufacturing method disclosed in JP-A-2005-127819 can be used.
- the light guide laminate according to the present invention laminates the above-described light guide plate and an anisotropic optical film directly or via another layer.
- a lamination method a known method can be used. For example, a bonding method using a roller performed on a flat plate, a bonding method in which a gap between two rollers is passed, and the like can be given.
- a method of heating and bonding as necessary can be used.
- the light guide laminate can be used as a surface illumination device for an edge light type display device by installing a light source on a side surface (end surface) of a light guide plate.
- the light source can be installed on one or more side faces (end faces) of the light guide plate.
- the distribution density of the dot structure on the light guide plate surface can be adjusted as described above. It is preferable to install the light source on one side from the viewpoint of reducing the size of the device.
- a known light source can be used and is not particularly limited. Examples include rod-shaped cold cathode tubes and LEDs. An LED light source is preferable from the viewpoint of size saving and power consumption.
- the surface illumination device for a display device is used for a transmission type display device and a reflection type display device.
- the light guide plate used in the present invention is formed on a PMMA sheet having a main surface of 130 mm ⁇ 90 mm and a thickness of 2 mm by using a known nanoimprint technology, and is about 10 ⁇ m in both length and width and about 10 ⁇ m in depth in FIG. ) Were manufactured at a density of about 100 dots / mm 2 .
- the LED light source of the light guide plate planar lighting device is turned on, and the illuminance (emission intensity) of light emitted from the light emission side of the light guide plate on the light emission side or near the center of the light deflection surface is measured by a goniophotometer. (Manufactured by Genesia Corporation) to evaluate the optical characteristics of the light guide plate. During the illuminance measurement, a black felt sheet (FU-714, FU-714, 2 mm thick) was applied to the surface on the opposite side (outgoing surface or light deflecting surface) to avoid the influence of light from the opposite side. (Manufactured by Wake Sangyo Co., Ltd.).
- the angle between the emission light direction indicating the maximum value of the illuminance of light on the emission surface (the maximum value of the emission intensity) and the normal direction of the emission surface was defined as ⁇ LGmax .
- FWHM Full Width Half Maximum
- a diffusion width which is an index of light diffusion.
- the value obtained by dividing the illuminance measurement value within ⁇ 2 ° with respect to the normal direction of the light guide plate emission surface by the illuminance measurement value within ⁇ 2 ° with respect to the normal direction of the light deflection surface is referred to as the front-back contrast.
- Table 1 shows the evaluation results of the optical characteristics of the light guide plate planar lighting device.
- anisotropic optical films (Preparation of anisotropic optical film)
- the method for producing anisotropic optical films (LCF1 to LCF7) is described first in International Publication WO2015 / 111523 for anisotropic optical films having a pillar structure, and in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-2015 for anisotropic optical films having a louver structure.
- anisotropic optical films (LCF1 to 8) having a thickness of 40 ⁇ m and having the structures shown in Table 2 were produced.
- the thickness of the anisotropic optical films was measured by observing a cross section in the thickness direction of the anisotropic optical film with an optical microscope.
- the surface of the anisotropic optical film (LCF1 to 7) (the side irradiated with ultraviolet light at the time of manufacture) is observed with an optical microscope, and the diameter (diameter or major axis and minor axis) of any ten structures is measured. After calculating the average value, the aspect ratio (average major axis / average minor axis when the major axis and minor axis are included, and 1 when the diameter alone is used) was calculated based on the computed diameter.
- the angle (orientation angle) of the orientation direction of the plurality of structures of the anisotropic optical film was measured by observing a cross section in the thickness direction of the anisotropic optical film.
- the straight line (L) shown in FIG. 8 is the same axis as the TD direction in each structure shown in FIG.
- the measurement of the amount of linearly transmitted light was measured at a wavelength in the visible light region using a visibility filter.
- An optical profile is created based on the linear transmittance, an incident light angle having substantially symmetry is defined as a scattering center axis angle ( ⁇ LCF ) from the optical profile, and the emission intensity of the light guide plate obtained from the optical characteristic evaluation is obtained.
- the linear transmittance at the emitted light angle (-5 °) showing the maximum value was obtained.
- Table 2 shows the evaluation results of the properties of the anisotropic optical films (LCF1 to LCF7) thus prepared.
- a comparative isotropic scatterer was produced as follows.
- silicone resin fine particles (Tospearl 145, manufactured by Momentive Performance Materials Co., Ltd.) are appropriately used as fine particles having a different refractive index from the pressure-sensitive adhesive composition.
- the haze value was adjusted to a desired haze value by addition.
- stirring was performed for 30 minutes with an agitator to obtain a fine particle dispersion coating liquid.
- the coating liquid is applied on a release PET film 1 (Therapy @ BX8A, manufactured by Toray Film Processing Co., Ltd.) so that the film thickness after solvent drying is 40 ⁇ m, and dried.
- An isotropic scatterer with PET was produced.
- a release PET film 2 (Therapy @ BXE, manufactured by Toray Film Processing Co., Ltd.) having a thickness of 38 ⁇ m and having a higher peeling force than the release PET film 1 is laminated on the scatterer surface, and isotropically with PET on both sides. Isotropic scatterers (DA1 and DA2) which are non-diffusive adhesive layers.
- Acrylic adhesive composition Acrylic adhesive (total solids concentration 18.8%, solvent: ethyl acetate, methyl ethyl ketone) 100 parts by mass (manufactured by Soken Chemical Co., trade name: SK Dyne TM206) ⁇ 0.5 parts by mass of isocyanate curing agent (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd., trade name: L-45) ⁇ Epoxy hardener 0.2 parts by mass (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd., trade name: E-5XM)
- a transparent silicone pressure-sensitive adhesive film (NSA-50, manufactured by Nippa Co., Ltd.) was bonded to the light exit surface of the light guide plate obtained above, and the surface of the bonded pressure-sensitive adhesive film was bonded to an anisotropic optical film (LCF1). 7) or laminating isotropic scatterers (DA1 and 2) to obtain light guide laminates (laminates 1, 2, 4 to 6 and comparative laminates 1 to 4) shown in Table 4.
- the names of the used anisotropic optical film and isotropic scatterer, the scattering center axis angle ( ⁇ LCF ) of the anisotropic optical film, and the maximum value of the light guide plate emission intensity are shown.
- Table 4 summarizes the linear transmittance of the anisotropic optical film at the output light angle ( ⁇ LGmax , ⁇ 5 °) shown and ⁇ LGmax ⁇ LCF which is the absolute value of the difference between ⁇ LGmax and ⁇ LCF. It was shown to.
- the light guide laminate planar lighting device is manufactured by replacing the light guide plate and the transparent silicone adhesive film in the above light guide plate surface illumination device with the light guide laminate (laminates 1, 2, 4 to 4). 6, and using the comparative laminates 1 to 4) in the same manner, the light-guiding laminate planar illumination devices (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4) shown in Table 5 were obtained.
- the evaluation of the optical characteristics of the light guide laminate planar lighting device was performed using the above-prepared light guide laminate planar lighting devices (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4) instead of the light guide plate planar lighting device.
- the present invention provides a light guide laminate having a wide viewing angle characteristic without reducing the contrast of emitted light without fine adjustment of the light guide plate, and a planar illumination for a display device using the same.
- An apparatus can be provided.
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Abstract
【課題】 導光板の微調整を行わずとも、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有する導光積層体、及び、それを用いた表示装置用面状照明装置の提供。 【解決手段】 導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムとを、含む導光積層体であって、前記導光板は、光を前記導光板の内部に入射させる入射面と、前記入射面から入射した光が、前記導光板内で反射及び屈折して出射する出射面とを、有しており、前記出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度が20°未満であり、前記異方性光学フィルムは、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率が変化するフィルムであり、前記異方性光学フィルムは、前記出射面に、直接または他の層を介して積層されており、前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含み、前記出射面からの光の出射強度が最大となる方向において出射した光が、前記異方性光学フィルムに対して入射した際の前記異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする、導光積層体。
Description
本発明は、透過型表示装置、反射型表示装置等に用いられる、異方性光学フィルムを用いた導光積層体と、前記導光積層体を用いた表示装置用面状光源照明装置に関する。
近年、照明装置を内蔵する表示装置は、薄型、軽量、低消費電力であることが、強く求められている。そのような表示装置として、光源からの照明光を表示パネル面内での輝度や照射方向を均一にするための導光板を備えるタイプの普及が進んでいる。
光源と、導光板とを、組み合わせた表示装置用照明装置のうち、光源を表示パネル(導光板を含む)の端面部に備え、表示パネルの照明光とする表示装置用照明装置は、エッジ型ライト方式と呼ばれ、薄型化、軽量化が容易である。さらに、消費電力削減を目的として、光源の数量を減らしても、光源間の暗部が表示パネルの表示面内の暗部とならないという長所がある。このような長所を有するエッジ型ライト方式は、液晶表示装置の表示装置用照明装置として多用されている。
また、エッジ型ライト方式には、エッジ型フロントライトと、エッジ型バックライトがある。エッジ型フロントライトは、導光板が、表示パネルの視認側に配置されており、エッジ型バックライトは、導光板が、表示パネルの背面側(表示パネルの視認側とは反対側)に配置されている。
エッジ型ライト方式に用いられる導光板は、導光板の端面に入射し、導光板内を伝播する光を、例えば導光板の、光出射面(表示パネルと対向する面)とは逆側の面(光偏向面)に形成した光偏向要素によって、光の伝播方向を変えることによって、光出射面から取り出している。
光偏向要素は、白色のインキをドット状に印刷する方法(特許文献1)、インクジェット法によってマイクロレンズを形成する方法(特許文献2)、レーザーアブレーション法を用いてくぼみを形成する方法(特許文献3)、金型を用いて凹凸を形成する方法(特許文献4)等により形成されることが知られている。
表示装置の画面表示性能の観点から、導光板から出射した出射光は、導光板表面の法線方向(正面方向)を中心として一定の角度範囲に広がるように出射することが望ましい。そこで、導光板の光出射面の法線方向に十分な強度の射出光を得るための方法として、例えば、上記光偏向要素の形成を応用したり、導光板の光出射面及び/または光偏向面に、光入射部である導光板の端面の法線方向からの角度が大きいほど回折効率が大きくなるような回折格子を配する方法(特許文献5)等が提案されている。
前述した様に光射出面全面に渡り法線方向に近い角度に出射強度のピークを持つ導光板は、表示装置用の導光板として、ディスプレイの一般的な視認方向である法線方向で輝度が高い、という点で優れているが、出射強度のピークを法線付近とするため、一般的に光偏向要素の形状が複雑である。このため、このような導光板に対し、視野角拡大のために出射光特性の微調整を行うことは、光偏向要素を新たに設計する必要があり、製造コスト及びリードタイムの増大を招いてしまうという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特定の導光板と異方性光学フィルムとを、組み合わせることで、前記導光板の微調整を行わずとも、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有する導光積層体、及び、それを用いた表示装置用面状照明装置を提供することである。
上記課題について、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、出射面の法線方向とがなす角度が20°未満である導光板と、前記出射強度が最大となる方向の光が入射した際の直線透過率が30%以下である異方性光学フィルムとを、直接または他の層を介して積層した導光積層体が、前記課題を解決することを発見し、本発明を完成するに至った。
即ち、
本発明(1)は、
導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムとを、含む導光積層体であって、
前記導光板は、光を前記導光板の内部に入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光が、前記導光板内で反射及び屈折して出射する出射面とを、有しており、
前記出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度が20°未満であり、
前記異方性光学フィルムは、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率が変化するフィルムであり、
前記異方性光学フィルムは、前記出射面に、直接または他の層を介して積層されており、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含み、
前記出射面より光の出射強度が最大となる方向において出射した光が、前記異方性光学フィルムに対して入射した際の前記異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする、導光積層体である。
本発明(2)は、
前記複数の構造体の散乱中心軸方向と、前記光の出射強度が最大となる方向とがなす角度が25°以下であることを特徴とする、前記発明(1)の導光積層体である。
本発明(3)は、
前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、深さ50μm以下である複数の凹型の光偏向要素を有していることを特徴とする、前記発明(1)または(2)の導光積層体である。
本発明(4)は、
前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、高さ50μm以下である複数の凸型の光偏向要素を有していることを特徴とする前記発明(1)または(2)の導光積層体である。
本発明(5)は、
前記他の層が、偏光板、位相差板のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする、前記発明(1)~(4)の導光積層体である。
本発明(6)は、
前記発明(1)~(5)のいずれかの導光積層体と、光源とを、含むことを特徴とする、表示装置用面状照明装置である。
即ち、
本発明(1)は、
導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムとを、含む導光積層体であって、
前記導光板は、光を前記導光板の内部に入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光が、前記導光板内で反射及び屈折して出射する出射面とを、有しており、
前記出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度が20°未満であり、
前記異方性光学フィルムは、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率が変化するフィルムであり、
前記異方性光学フィルムは、前記出射面に、直接または他の層を介して積層されており、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含み、
前記出射面より光の出射強度が最大となる方向において出射した光が、前記異方性光学フィルムに対して入射した際の前記異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする、導光積層体である。
本発明(2)は、
前記複数の構造体の散乱中心軸方向と、前記光の出射強度が最大となる方向とがなす角度が25°以下であることを特徴とする、前記発明(1)の導光積層体である。
本発明(3)は、
前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、深さ50μm以下である複数の凹型の光偏向要素を有していることを特徴とする、前記発明(1)または(2)の導光積層体である。
本発明(4)は、
前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、高さ50μm以下である複数の凸型の光偏向要素を有していることを特徴とする前記発明(1)または(2)の導光積層体である。
本発明(5)は、
前記他の層が、偏光板、位相差板のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする、前記発明(1)~(4)の導光積層体である。
本発明(6)は、
前記発明(1)~(5)のいずれかの導光積層体と、光源とを、含むことを特徴とする、表示装置用面状照明装置である。
本発明によれば、導光板の微調整を行わずとも、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有する導光積層体、及び、それを用いた表示装置用面状照明装置を提供することができる。
1.主な用語の定義
本明細書において、「出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度」とする表現を、何の断りもなく、「出射強度が最大となる角度」と表現する場合がある。
本明細書において、「出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度」とする表現を、何の断りもなく、「出射強度が最大となる角度」と表現する場合がある。
本明細書において、「異方性光学フィルムに含まれる複数の構造体」及び「異方性光学フィルムに含まれる複数の構造体を含む構造領域」とする表現を、それぞれ何の断りもなく、「複数の構造体」、「構造領域」と表現する場合がある。
「直線透過率」とは、一般に、異方性光学フィルムに対して入射した光の直線透過性に関し、光がある入射光角度から入射した際に、入射した光の直線方向の透過光量と、入射した光の光量との比率であり、下記式で表される。
直線透過率(%)=(直線透過光量/入射光量)×100
直線透過率(%)=(直線透過光量/入射光量)×100
「ピラー構造」とは、異方性光学フィルムにおける複数の構造体の断面形状のアスペクト比が、1以上2未満のものを示す。なお、前記断面形状とは、前記複数の構造体の配向方向と直交する平面による前記複数の構造体の断面形状である。
なお、本発明においては、断面形状が長径(長軸)及び短径(短軸)を有する場合、長径/短径をアスペクト比とし、断面形状がほぼ円形であって、有意に長径及び短径を規定できない場合、長径及び短径が、いずれも円の直径に該当するものとし、この場合のアスペクトを1とする。
なお、本発明においては、断面形状が長径(長軸)及び短径(短軸)を有する場合、長径/短径をアスペクト比とし、断面形状がほぼ円形であって、有意に長径及び短径を規定できない場合、長径及び短径が、いずれも円の直径に該当するものとし、この場合のアスペクトを1とする。
「ルーバー構造」とは、異方性光学フィルムにおける複数の構造体の断面形状の長径(長軸)と、短径(短軸)との比であるアスペクト比が、2以上のものを示す。なお、前記断面形状とは、「ピラー構造」の場合と同様である。
2.導光積層体
2-1.導光積層体の構成
本発明にかかる導光積層体は、導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムを含む。前記導光積層体の光学特性を調整するため光拡散性の異なる複数の異方性光学フィルムを組み合わせて用いることができる。
2-1.導光積層体の構成
本発明にかかる導光積層体は、導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムを含む。前記導光積層体の光学特性を調整するため光拡散性の異なる複数の異方性光学フィルムを組み合わせて用いることができる。
前記異方性光学フィルムは、後述する前記導光板の出射面に、直接または他の層を介して積層される。
前記他の層とは、本発明の効果を阻害しない限りにおいて、特に限定されない。前記他の層は、例えば、導光板と異方性光学フィルムとを接合するための粘着剤層、偏光板、位相差板等を挙げることができ、それらを単独または複数組み合わせて用いることができる。導光積層体の構造例を図1(a)~(e)に示した。なお、粘着剤層は図示を省略したが、各層間に積層することができる。
前記粘着材層の材質や厚さは、本発明の効果を阻害しない限りにおいて、特に限定されない。導光板2や異方性光学フィルム3等が固定できればよく、導光板等の被着体に合ったものを選択することができる。また、前記粘着剤層は、接着剤であってもよい。
偏光板4は、導光板2から出射された出射光を、特定方向に偏光、または偏波した光だけに限って通過させる板であり、例えば本発明による導光積層体を用いた液晶表示装置用面状照明装置として用いられる場合に利用される。本発明に用いられる偏光板4は、特に限定されず、所望する導光積層体1の光学特性に合わせて選択することができる。
位相差板5は、例えば、液晶ディスプレイの光学補償用に用いられる材料であり、複屈折性による光学的な歪みや視角方向による変調が原因で起こる表示の着色等、視角依存性の発生を防止する目的で利用される。本発明に用いられる位相差板5は、特に限定されず、所望する導光積層体1の光学特性に合わせて選択することができる。
また、導光板2の出射面の反対側の表面である光偏向面25には、封止層6や反射板等を積層することができる。
前記封止層6は、例えば、光偏光面の表面の光偏向要素22を封止する。前記封止層6は、光偏向要素22が損傷したり、ゴミ等が付着したりすることで、導光積層体1の光学特性が低下することを防ぐことができる。
2-2-1.導光板
2-1-1-1.導光板の構造
本発明にかかる導光板は、少なくとも1つの光源から発した光を、導光板内部に入射させる1つ以上の入射面を有している。また、入射した光が、導光板内を伝播し、導光板から出射する少なくとも1つの出射面を有している。エッジ型ライト方式の場合、前記入射面は、導光板の端面である。
2-1-1-1.導光板の構造
本発明にかかる導光板は、少なくとも1つの光源から発した光を、導光板内部に入射させる1つ以上の入射面を有している。また、入射した光が、導光板内を伝播し、導光板から出射する少なくとも1つの出射面を有している。エッジ型ライト方式の場合、前記入射面は、導光板の端面である。
前記入射面は、単数に限られず、複数有していてもよく、導光板の出射強度を高める目的で、光源を複数配置することが可能となる。
前記導光板と、光源とは、隣接して配置されてもよく、間隔をあけて配置してもよい。光源から発した光が減衰しにくいこと、また、表示装置の小型化の観点から、光源と導光板とは隣接して配置されることが好ましい。
また、光源を発した光は、導光板に直接入射してもよいし、ミラーや導光材などを介して間接的に入射してもよい。
前記導光板は、光源から入射した光を、その内部で反射して、導光板外に出射する出射面と、導光板内部を伝播する光を、出射面方向に反射、屈折させ、出射面から出射させるための光偏向要素とを有する。前記導光板内部を伝播する光は、光偏向要素により出射面方向に反射・屈折され、出射面から出射される。
前記光偏向要素を設ける位置は、導光板内を伝播する光を出射面方向に反射させ、導光板としての機能を阻害しない限りにおいて、限定されない。導光板が用いられる液晶表示装置の場合、広い出射面全体の出射光の強度が均一であることが好ましいため、光偏向要素は、出射面とは対向する反対側の導光板表面である光偏向面に設けられることが好ましい。
図2(a)に、導光板に用いられる材質の透明板7の端面に光源10を隣接させ、光を入射させた場合の板内の光の進行を示した。板内に入射した光は、透明板7の内部を全反射によって反射されながら進行し、光源10とは反対側の端面から出射される。光は板内面で全反射されるため、導光板における主面71から出射することはできない。
続いて図2(b)を用いて、光偏向要素22に関する説明を行う。
導光板側面(図2(b)の導光板端面26)に設置された光源10から導光板2に入射した光は、導光板内面で全反射を繰り返しながら導光板内を進む。導光板2には、光が全反射する際に、反射角度を変える光偏向要素22が複数設けられており(図2(b)では、光偏向要素22の一例として、凹型の構造である光偏向要素が設けられている)、前記光偏向要素22で反射角度を変えられた光は、出射面21から外部に出射される。前記光偏向要素22は、導光板2の主面の一方、即ち、出射面とは反対側の面である光偏向面25に設けられる。
導光板側面(図2(b)の導光板端面26)に設置された光源10から導光板2に入射した光は、導光板内面で全反射を繰り返しながら導光板内を進む。導光板2には、光が全反射する際に、反射角度を変える光偏向要素22が複数設けられており(図2(b)では、光偏向要素22の一例として、凹型の構造である光偏向要素が設けられている)、前記光偏向要素22で反射角度を変えられた光は、出射面21から外部に出射される。前記光偏向要素22は、導光板2の主面の一方、即ち、出射面とは反対側の面である光偏向面25に設けられる。
導光板は、板、フィルムなどの透明部材、または、それら部材の積層物で構成されている。導光板の材質は、透明部材であればよく、例えば、透明樹脂やガラスなどが挙げられるが、透明樹脂が好ましく、透明性の高い熱可塑性樹脂がより好ましい。透明性の高い熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂などが挙げられる。なかでも透明性の見地から可視光領域に波長の吸収領域がない、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂が好ましい。
前記導光板内の光の反射角度を変える光偏向要素の構造は、特に限定されないが、凹型または凸型の構造であるドット構造を複数有していることが好ましく、凹型ドット構造であることがより好ましい。これらの構造は単独で用いられてもよく、複数の構造を組み合せて用いてもよい。なお、凹型とは、導光板表面に対して、凹型形状であることを示し、凸型とは、導光板表面に対して、凸型形状であることを示す。図3(a)は、凹型ドット構造を示す例であり、導光板2の出射面21とは反対側の面である、光偏向面25表面に対し、半球状の凹型光偏向要素23が複数形成されている。図3(b)は、凸型ドット構造を示す例であり、導光板2の光偏向面25表面に対し、半球状の凸型光偏向要素24が複数形成されている。
前記光偏向要素は、大きさが50μm以下、高さまたは深さが50μm以下である凹型または凸型のドット構造であることが好ましく、大きさ及び深さが50μm以下である凹型のドット構造であることがより好ましい。このようにすることで、本発明にかかる導光積層体がフロントライトとして使用された場合において、前記光偏向要素構造が視認されることを防止できる。
以下に、前記光偏向要素の構造を好適例である凹型ドット構造とした場合について詳細に記載する。
上述したように前記凹型ドット構造は、大きさ及び深さが50μm以下であることが好ましい。
前記凹型ドット構造の形状例を図4(a)~(g)に示した。前記凹型ドット構造は、これらに限られるものではない。前記凹型ドット構造をこのようにすることで、光を拡散しやすくすることができるため、出射面内の光の均一性を高めることができる。これらの形状、大きさ及び深さは、一種類に統一されていてもよく、複数を組み合せてもよい。
図4(a)~(g)に示した前記凹型ドット構造は、導光板光偏向面が、凹型ドット構造であるが、凸型ドット構造としてもよい。
ここで、凹型ドット構造の大きさは、図4(a)~(g)に示した長さである、Xとすることができる。Xは、光の進行方向に面する凹型ドット構造の長さを示し、凹型ドット構造の光に対する性能に寄与する。また、凹型ドット構造の深さは、凹型ドット構造を有する平面A-Aから、凹型ドット構造の最も深い位置までの距離とすることができる。
ここで、上記凸型ドット構造の場合、凹型ドット構造の「深さ」は「高さ」となる。この場合、高さは、凸型ドット構造を有する平面から凸型ドット構造の最も高い位置までの距離、とすることができる。
また、前記凹型ドット構造の大きさ及び深さは各50μmを上限に、光源からの距離に応じて変化させることができる。例えば、前記凹型ドット構造の大きさ及び深さを、光源から離れるに従い連続的に大きくすることができる。この場合、光源から近く光が強い位置では出射面より射出される光量が小さく、光源部材から遠ざかるにつれて射出される光量が大きくなるため、出射する光の光量の均等性を高くすることができる。
また、より強く光を出射したい部分のみに大きいサイズの凹型ドット構造としてもよいし、一部のみが異なる外観を呈するように、一部のみ異なる構造のドット構造としてもよい。
前記ドット構造は、導光板表面にランダムかつ複数に配置することができ、または、導光板2の光源10に近い側から遠い側に離れるに従い、ドット構造の分布密度が高くなるように配置することができる{図5(a)}。例えば、前記分布密度は、光源10に最も近い領域では50個/mm2程度とし、光源から最も離れた領域では300個/mm2程度とすることができる。このようにすることで出射面内の光の出射均一性を向上することができる。
なお、導光板2の別の側部にも光源11を設置する場合{図5(b)}には、前記出射面内の光の出射均一性が向上できるため、上述したドット構造の配置や分布密度は適宜調整することができる。
なお、導光板2の別の側部にも光源11を設置する場合{図5(b)}には、前記出射面内の光の出射均一性が向上できるため、上述したドット構造の配置や分布密度は適宜調整することができる。
2-1-1-2.導光板の特性
本発明における導光板の出射面内における導光板からの出射光の出射強度が最大となる方向と、出射面の法線方向とがなす角度θLGmax(図6)は、20°未満である。前記角度が、かかる範囲にある場合には、後述する異方性光学フィルムと組み合わせることで、導光積層体として、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有することができる。
本発明における導光板の出射面内における導光板からの出射光の出射強度が最大となる方向と、出射面の法線方向とがなす角度θLGmax(図6)は、20°未満である。前記角度が、かかる範囲にある場合には、後述する異方性光学フィルムと組み合わせることで、導光積層体として、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有することができる。
2-1-1-3.導光板の製造方法
導光板のいずれかの面には、光の反射角度を変える光偏向要素が形成されている。前記光偏向要素の作製方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば超音波加工、加熱加工、レーザー加工、切削加工、ナノインプリントによる加工等の加工方法が挙げられる。例えば、凹型ドット構造を超音波加工によって作製する場合には、先端面に凹型ドット構造を反転させた形状を有する凸型ドット構造が配列されている超音波加工ホーンを、導光板材料に対して垂直に押圧することによって、ドット構造の形状が転写され凹型ドット構造を形成することができる。
導光板のいずれかの面には、光の反射角度を変える光偏向要素が形成されている。前記光偏向要素の作製方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば超音波加工、加熱加工、レーザー加工、切削加工、ナノインプリントによる加工等の加工方法が挙げられる。例えば、凹型ドット構造を超音波加工によって作製する場合には、先端面に凹型ドット構造を反転させた形状を有する凸型ドット構造が配列されている超音波加工ホーンを、導光板材料に対して垂直に押圧することによって、ドット構造の形状が転写され凹型ドット構造を形成することができる。
また、ドット構造は、スクリーン印刷やシルク印刷等によっても作製することができる。
なお、ドット構造は、ドット構造を成形することができるように作製しておいた金型等を使用して導光板の成形時、同時に凹型形状または凸型形状を成形してもよい。
2-1-2.異方性光学フィルム
2-1-2-1.異方性光学フィルムの構造
本発明による異方性光学フィルムは、前記導光板の出射面に直接または他の層を介して積層されており、前記導光板から出射された光を、特定の入射光角度において拡散させる働きを有する。つまり、前記異方性光学フィルムは、入射光角度により光の拡散性が変化することを特徴とする。
2-1-2-1.異方性光学フィルムの構造
本発明による異方性光学フィルムは、前記導光板の出射面に直接または他の層を介して積層されており、前記導光板から出射された光を、特定の入射光角度において拡散させる働きを有する。つまり、前記異方性光学フィルムは、入射光角度により光の拡散性が変化することを特徴とする。
本発明にかかる異方性光学フィルムの拡散性は、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率として示すことができる。即ち、直線透過率が高い場合には、異方性光学フィルムに入射した光は直線的に透過する光の成分が多く、拡散性は低い。直線透過率が低い場合には、前記入射した光は直線的に透過する成分が少なく、拡散性が高くなる。
本発明にかかる異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含む。以下に図7~図10を参照しながら、その構造体について詳述する。
図7は、ピラー(略柱状)構造及びルーバー(略板状)構造の複数の構造体よりなる構造領域を有する異方性光学フィルムの構造と、これらの異方性光学フィルムに入射した透過光の様子の一例を示す模式図である。図8は、異方性光学フィルムの光拡散性の評価方法を示す説明図である。図9は、図7に示したピラー構造及びルーバー構造を有する異方性光学フィルムへの入射光角度と直線透過率との関係を示すグラフである。図10は、拡散領域と非拡散領域を説明するためのグラフ(光学プロファイル)である。
異方性光学フィルムは、フィルムの膜厚方向に、フィルムのマトリックス領域とは屈折率の異なる複数の構造体よりなる構造領域が形成されたフィルムである。
前記構造領域は、前記異方性光学フィルムの一方の表面から他方の表面にかけての領域すべてにわたって形成されてもよく、部分的に、または、断続的に形成されてもよい。
前記構造体の断面形状は、特に制限されるものではないが、例えば、図7(a)に示すように、マトリックス領域31a中に、長径と短径のアスペクト比の小さな略柱状(例えば、棒状)に形成された、マトリックス領域とは屈折率の異なるピラー構造体32aが形成された異方性光学フィルム(ピラー構造の異方性光学フィルム3a)や、図7(b)に示すように、マトリックス領域31b中に、アスペクト比の大きな略板状に形成された、マトリックス領域とは屈折率の異なるルーバー構造体32bが形成された異方性光学フィルム(ルーバー構造の異方性光学フィルム3b)がある。
これら構造領域の形状は、単一の形状のみで構成されていてもよく、複数の形状を組み合せて用いてもよい。例えば、前記ピラー構造体と前記ルーバー構造体が混在するようにしてもよい。そのようにすることで、光学フィルムの光学特性、特に直線透過率や拡散性が幅広く調整できる。
これら構造領域の配向方向は、フィルムの法線方向に対して傾きを有してもよい。このようにすることで、入射光が法線方向から所定角度傾いた方向に近い入射光角度範囲(拡散領域)では強く拡散されるが、それ以上の入射光角度範囲(非拡散領域)では拡散が弱まり直線透過率が高まるという性質を有することができる。本発明の導光積層体では、導光板の出射光の出射強度が最大となる方向と、前記構造領域の複数の構造体の散乱中心軸方向とがなす角度が、25°以下の場合に、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有することができるという顕著な効果を示す。
2-1-2-2.異方性光学フィルムの特性
上述した構造を有する異方性光学フィルムは、当該フィルムへの入射光角度により光拡散性が異なる光拡散フィルム、すなわち入射光角度依存性を有する光拡散フィルムである。この異方性光学フィルムに所定の入射角度で入射した光は、屈折率の異なる領域の配向方向(例えば、ピラー構造におけるピラー構造体32aの延在方向(配向方向)やルーバー構造におけるルーバー構造体32bの高さ方向)と略平行である場合には拡散が優先され、当該方向に平行でない場合には透過が優先される。
上述した構造を有する異方性光学フィルムは、当該フィルムへの入射光角度により光拡散性が異なる光拡散フィルム、すなわち入射光角度依存性を有する光拡散フィルムである。この異方性光学フィルムに所定の入射角度で入射した光は、屈折率の異なる領域の配向方向(例えば、ピラー構造におけるピラー構造体32aの延在方向(配向方向)やルーバー構造におけるルーバー構造体32bの高さ方向)と略平行である場合には拡散が優先され、当該方向に平行でない場合には透過が優先される。
ここで、図8及び図9を参照しながら、異方性光学フィルムの光拡散性についてより具体的に説明する。ここでは、上述したピラー構造の異方性光学フィルム3aと、ルーバー構造の異方性光学フィルム3bの光拡散性を例に挙げて説明する。
光拡散性の評価方法は、以下のようにして行う。まず、図8に示すように、異方性光学フィルム3a、3bを、光源40と検出器41との間に配置する。本形態においては、光源40からの照射光Iが、異方性光学フィルム3a、3bの法線方向から入射する場合を入射光角度0°とした。また、異方性光学フィルム3a、3bは直線Lを中心として、任意に回転させることができるように配置され、光源40及び検出器41は固定されている。すなわち、この方法によれば、光源40と検出器41との間にサンプル(異方性光学フィルム3a、3b)を配置し、サンプル表面の直線Lを中心軸として角度を変化させながらサンプルを直進透過して検出器41に入る直線透過光量を測定することにより、入射角ごとの直線透過率を算出することができる。
異方性光学フィルム3a、3bを、それぞれ、図7のTD方向(異方性光学フィルムの幅方向)を図8に示す回転中心の直線Lに選んだ場合における光拡散性を評価し、得られた光拡散性の評価結果を図9に示した。
図9は、図8に示す方法を用いて測定した図7に示す異方性光学フィルム3a、3bが有する光拡散性(光散乱性)の入射光角度依存性を示すものである。図9の縦軸は、散乱の程度を示す指標である直線透過率{本形態では、所定の光量の照射光を異方性光学フィルム3a、3bの法線方向から入射させたときに、入射方向と同じ方向に出射された光の光量の割合、より具体的には、直線透過率=(異方性光学フィルム3a、3bがある場合の検出器41の検出光量である直線透過光量/異方性光学フィルム3a、3bがない場合の検出器41の検出光量である入射光量)×100}を示し、横軸は異方性光学フィルム3a、3bへの入射光角度を示す。
図9中の実線は、ピラー構造の異方性光学フィルム3aの光拡散性を示し、破線は、ルーバー構造の異方性光学フィルム3bの光拡散性を示している。なお、入射光角度の正負は、異方性光学フィルム3a、3bを回転させる方向が反対であることを示している。
図9に示すように、異方性光学フィルム3a、3bは、入射光角度によって直線透過率が変化する光拡散性の入射光角度依存性を有するものである。ここで、図9のように光拡散性の入射光角度依存性を示す曲線を、「光学プロファイル」と称する。
光学プロファイルは、光拡散性を直接的に表現しているものではないが、直線透過率が低下することで逆に拡散透過率が増大していると解釈すれば、概ね光拡散性を示していると言える。
光学プロファイルは、光拡散性を直接的に表現しているものではないが、直線透過率が低下することで逆に拡散透過率が増大していると解釈すれば、概ね光拡散性を示していると言える。
また、光学プロファイルにおいて、異方性光学フィルムへの入射光角度を変化させた際に光拡散性(直線透過性)が、その入射光角度を境に略対称性を有する光の入射光角度と一致する方向を「散乱中心軸方向」と称し、この対称軸を「散乱中心軸」と称する。なお、「略対称性を有する」としたのは、散乱中心軸が異方性光学フィルムの法線方向に対して傾きを有する場合には、光学特性である光学プロファイルが、厳密には対称性を有しないためである。なお、このときの入射光角度は、異方性光学フィルムの光学プロファイルを測定し、光学プロファイルにおける極小値に挟まれた略中央部(拡散領域の中央部)となる。
構造領域の複数の構造体の配向方向(延在方向)は、散乱中心軸方向と平行になるように形成することが好ましく、異方性光学フィルムが、所望の直線透過率や拡散性を有するよう、適宜定めることができる。なお、散乱中心軸方向と、柱状領域の配向方向とが平行であるとは、屈折率の法則(Snellの法則)を満たすものであればよく、厳密に平行である必要はない。
Snellの法則は、屈折率n1の媒質から屈折率n2の媒質の界面に対して光が入射する場合、その入射光角度θ1と屈折角θ2との間に、n1sinθ1=n2sinθ2の関係が成立するものである。例えば、n1=1(空気)、n2=1.51(異方性光学フィルム)とすると、入射光角度が30°の場合、構造領域の配向方向(屈折角)は約19°となるが、このように入射光角度と屈折角が異なっていてもSnellの法則を満たしていれば、本発明においては平行の概念に包含される。
次に、図11を参照しながら、異方性光学フィルムにおける散乱中心軸Pについて、さらに説明する。図11は、異方性光学フィルムにおける散乱中心軸Pを説明するための3次元極座標表示である。
上記散乱中心軸は、図11に示すような3次元極座標表示によれば、異方性光学フィルムの表面をxy平面とし、法線をz軸とすると、極角θと方位角φとによって表現することができる。つまり、図11中のPxyが、上記異方性光学フィルムの表面に投影した散乱中心軸Pの長さ方向ということができる。
ここで、異方性光学フィルムの法線(図11に示すz軸)と、前記複数の構造体の配向方向(配向方向が、散乱中心軸方向と上記で述べた平行の概念に包含されている場合)とのなす極角θ(-90°<θ<90°)を本発明における散乱中心軸角度と定義する。複数の構造体の配向方向は、これらを製造する際に、シート状の光重合性化合物を含む組成物に照射する光線の方向を変えることで、所望の角度に調整することができる。
本発明にかかる異方性光学フィルムに複数の散乱中心軸が含まれる場合には、複数の散乱中心軸のそれぞれと、配向方向とが上記平行の関係である前記複数の構造体を含むことが好ましい。
光学プロファイルに対し、通常の等方的な光拡散フィルムでは、0°付近をピークとする山型の光学プロファイルを示す。一方、異方性光学フィルム3a、3bでは、図9に示す様に、ピラー構造体32a、ルーバー構造体32bの異方性光学フィルムの法線方向に対する散乱中心軸方向の角度を0°(この場合、図7より、複数の構造体の配向方向も0°)とすると、0°付近(-20°~+20°)の入射光角度で直線透過率が小さく、入射光角度(の絶対値)が大きくなるにつれて直線透過率が大きくなる谷型の光学プロファイルを示す。
このように、異方性光学フィルムは、入射光が散乱中心軸に近い入射光角度範囲では強く拡散されるが、それ以上の入射光角度範囲では拡散が弱まり直線透過率が高まるという性質を有する。以下、最大直線透過率と最小直線透過率との中間値の直線透過率に対する2つの入射光角度の角度範囲を拡散領域と称し、それ以外の入射光角度範囲を非拡散領域(透過領域)と称する。
ここで、図10を参照しながら、ルーバー構造の異方性光学フィルム3aを例に挙げて拡散領域と非拡散領域について説明する。図10は、図9のルーバー構造の異方性光学フィルム3bの光学プロファイルを示したものであるが、図10に示すように、最大直線透過率(図10の例では、直線透過率が約78%)と最小直線透過率(図10の例では、直線透過率が約6%)との中間値の直線透過率(図10の例では、直線透過率が約42%)に対する2つの入射光角度の間(図10に示す光学プロファイル上の2つの黒点の位置の2つの入射光角度の内側)の入射光角度範囲が拡散領域となり、それ以外(図10に示す光学プロファイル上の2つの黒点の位置の2つの入射光角度の外側)の入射光角度範囲が非拡散領域となる。
なお本発明においては、異方性光学フィルムは導光板と組み合わせて用いるため、直線透過率が30%以下となる入射光の角度範囲(光学プロファイル上で2つの直線透過率が30%以下となる各入射光角度値間の範囲)を、拡散性が高い範囲である、「拡散範囲」として取り扱うこととする。即ち、本発明における異方性光学フィルムは、導光板の出射面における出射強度が最大となる方向から入射があった場合に、その直線透過率が30%以下となるため、前記導光板の出射面における出射強度が最大となる方向からの光に対して、高拡散性であると言える。
ピラー構造の異方性光学フィルム3aでは、図7(a)の透過光の様子を見ればわかるように、透過光は略円形状となっており、MD方向とTD方向とで略同一の光拡散性を示している。すなわち、ピラー構造の異方性光学フィルム3aでは、光の拡散は等方性を有する。
また、図9の実線で示すように、入射光角度を変えても光拡散性(特に、非拡散領域と拡散領域との境界付近における光学プロファイル)の変化が比較的緩やかであるため、輝度の急激な変化やギラツキを生じないという効果がある。
しかしながら、異方性光学フィルム3aでは、図9の破線で示されたルーバー構造の異方性光学フィルム3bの光学プロファイルと比較すればわかるように、非拡散領域における直線透過率が低いため、表示特性(輝度やコントラスト等)がやや低下してしまうという問題もある。
また、ピラー構造の異方性光学フィルム3aは、ルーバー構造の異方性光学フィルム3bと比較して、拡散領域の幅も狭い、という問題もある。
他方、ルーバー構造の異方性光学フィルム3bでは、図7(b)の透過光の様子を見ればわかるように、透過光は、略針状となっており、MD方向とTD方向とで光拡散性が大きく異なる。すなわち、ルーバー構造の異方性光学フィルム3bでは、光の拡散は異方性を有する。
具体的には、図7に示す例では、MD方向ではピラー構造の場合よりも拡散が広がっているが、TD方向ではピラー構造の場合よりも拡散が狭まっている。
また、図9の破線で示すように、入射光角度を変えると、(本形態の場合、TD方向において)光拡散性(特に、非拡散領域と拡散領域との境界付近における光学プロファイル)の変化が極めて急峻であるため、異方性光学フィルム3bを表示装置に適用した場合、輝度の急激な変化やギラツキとなって現れ、視認性を低下させるおそれがあった。
さらに、ルーバー構造の異方性光学フィルムは光の干渉(虹)が生じやすい、という問題もある。
一方、異方性光学フィルム3bでは、非拡散領域における直線透過率が高く、表示特性を向上させることができるという効果がある。
上述したように、異方性光学フィルム内の複数の構造体のアスペクト比によって、異方性光学フィルムの光学特性は変化する。即ち、前記アスペクト比を調整することで、異方性光学フィルムの光学特性を調整することができる。
ここで、前記アスペクト比は、複数の構造体における、複数の構造体の配向方向を法線方向とする平面における断面形状が長径(長軸)及び短径(短軸)を有する場合、長径/短径をアスペクト比とし、断面形状がほぼ円形であって、有意に長径及び短径を規定できない場合、長径及び短径が、いずれも円の直径に該当するものとし、この場合のアスペクトを1とする。
前記径の測定方法は、公知の方法で測定することができる。測定方法としては、例えば、走査型電子顕微鏡などで、無作為に選んだ構造体10個の断面形状を観察して各径を測定し、その各平均径より、アスペクト比とすることができる。
前記アスペクト比は、特に限定されないが、アスペクト比が大きくなるにつれ、輝度の急激な変化やギラツキを生じるおそれがあるため、1以上50未満であることが好ましく、1以上10以下であることがより好ましく、1以上5以下であることがさらに好ましい。上記アスペクト比をこのような範囲とすることで、輝度の急激な変化やギラツキを抑制し、光の拡散性・集光性により優れることとなる。
また、前記異方性光学フィルムは、前記導光板の出射面内の出射強度が最大となる角度(20°未満)における入射光に対し、その直線透過率が30%以下である。即ち、拡散性が強いため、法線方向の光の照度を強めることができ、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有する導光積層体とすることが可能となる。
さらに前記異方性光学フィルムの複数の構造体の散乱中心軸方向は、前記導光板の出射強度が最大となる方向とがなす角度が25°以下であることが好ましく、20°以下であることがより好ましい。このようにすることで、導光板出射光は強く拡散されるが、25°超では、拡散性が弱まり、直線透過率が高まる。
そして前記異方性光学フィルムの複数の構造体の配向方向は、前記導光板の出射強度が最大となる方向とがなす角度が17°以下であることが好ましく、13°以下であることがより好ましい。このようにすることで、導光板出射光は強く拡散されるが、17°超では、拡散性が弱まり、直線透過率が高まる。
2-1-2-3.異方性光学フィルムの製造方法
本発明にかかる異方性光学フィルムは、公知の方法で製造することができ、特に限定されない。本発明にかかる異方性光学フィルムの好適な製造方法としては、例えば、ピラー構造の異方性光学フィルムについては国際公開WO2015/111523号公報を、ルーバー構造の異方性光学フィルムについては特開2015-127819号公報に開示された製造方法を用いることができる。
本発明にかかる異方性光学フィルムは、公知の方法で製造することができ、特に限定されない。本発明にかかる異方性光学フィルムの好適な製造方法としては、例えば、ピラー構造の異方性光学フィルムについては国際公開WO2015/111523号公報を、ルーバー構造の異方性光学フィルムについては特開2015-127819号公報に開示された製造方法を用いることができる。
2-2.導光積層体の製造方法
本発明にかかる導光積層体は、上述した導光板と、異方性光学フィルムを、直接または他の層を介して積層する。積層方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、平板上で行うローラーによる貼合方法や二つのローラーの隙間を通す貼合方法などを挙げることができる。粘着剤層等を含む場合等には、必要に応じて加熱して貼り合わせる方法等を用いることができる。
本発明にかかる導光積層体は、上述した導光板と、異方性光学フィルムを、直接または他の層を介して積層する。積層方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、平板上で行うローラーによる貼合方法や二つのローラーの隙間を通す貼合方法などを挙げることができる。粘着剤層等を含む場合等には、必要に応じて加熱して貼り合わせる方法等を用いることができる。
2-3.導光積層体の用途
前記導光積層体は、導光板の側面部(端面)に光源を設置することでエッジ型ライト方式の表示装置用面状照明装置として用いることができる。光源は、導光板の一つまたは、複数の側面部(端面)に設置することができる。複数の側面部に光源を設置する場合には、上述したように導光板表面のドット構造の分布密度を調整することができる。装置の省サイズ化の観点から光源は一つの側面部に設置することが好ましい。
前記導光積層体は、導光板の側面部(端面)に光源を設置することでエッジ型ライト方式の表示装置用面状照明装置として用いることができる。光源は、導光板の一つまたは、複数の側面部(端面)に設置することができる。複数の側面部に光源を設置する場合には、上述したように導光板表面のドット構造の分布密度を調整することができる。装置の省サイズ化の観点から光源は一つの側面部に設置することが好ましい。
前記光源は公知のものが使用でき、特に限定されない。例としては棒状の冷陰極管やLEDなどが挙げられる。省サイズ化や消費電力の観点からLED光源が好ましい。
前記表示装置用面状照明装置は、透過型表示装置、反射型表示装置に用いられる。
次に、本発明を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
(導光板の作製)
本発明で用いられる導光板は、公知のナノインプリント技術を用い、主面が130mm×90mm、厚みが2mmのPMMAのシートに、大きさが縦横共に約10μm、深さが約10μmの図4(f)に示す形状の凹型ドット構造が、約100個/mm2の密度で存在するものを作製した。
本発明で用いられる導光板は、公知のナノインプリント技術を用い、主面が130mm×90mm、厚みが2mmのPMMAのシートに、大きさが縦横共に約10μm、深さが約10μmの図4(f)に示す形状の凹型ドット構造が、約100個/mm2の密度で存在するものを作製した。
(導光板面状照明装置の作製)
上記で作製した導光板出射面側に、透明性シリコーン粘着フィルム(NSA-50、株式会社ニッパ製)を介して光学PETフィルム(A4100、東洋紡株式会社製)を貼り合わせた。
続いて導光板の90mm辺端部に対し、15mmの間隔で5個のLED光源(200mW)を設置して、導光板面状照明装置とした。
上記で作製した導光板出射面側に、透明性シリコーン粘着フィルム(NSA-50、株式会社ニッパ製)を介して光学PETフィルム(A4100、東洋紡株式会社製)を貼り合わせた。
続いて導光板の90mm辺端部に対し、15mmの間隔で5個のLED光源(200mW)を設置して、導光板面状照明装置とした。
(導光板面状照明装置の光学特性評価)
導光板面状照明装置のLED光源を点灯し、導光板の光出射側の出射面、または光偏向面の中心付近より出射される光の照度(出射強度)を、変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)にて測定することで、導光板の光学特性を評価した。なお、照度測定時、測定する面とは反対側の面(出射面または光偏向面)からの光の影響を避けるため、反対側の面に対し、厚み2mmの黒色フェルトシート(FU-714、和気産業株式会社製)を密着させて測定した。
本測定により、出射面における光の照度の最大値(出射強度の最大値)を示す出射光方向と、出射面の法線方向とがなす角度をθLGmaxとした。
続いて出射面における光の照度測定値のグラフ(出射光プロファイル)でのFWHM(Full Width Half Maximum)を、光拡散性の指標である拡散幅とした。
そして導光板出射面の法線方向に対し、±2°以内での照度測定値を、光偏向面の法線方向に対し、±2°以内での照度測定値で除した値を表裏コントラストとした。
以上、導光板面状照明装置とした際の、光学特性の評価結果を表1に示す。
導光板面状照明装置のLED光源を点灯し、導光板の光出射側の出射面、または光偏向面の中心付近より出射される光の照度(出射強度)を、変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)にて測定することで、導光板の光学特性を評価した。なお、照度測定時、測定する面とは反対側の面(出射面または光偏向面)からの光の影響を避けるため、反対側の面に対し、厚み2mmの黒色フェルトシート(FU-714、和気産業株式会社製)を密着させて測定した。
本測定により、出射面における光の照度の最大値(出射強度の最大値)を示す出射光方向と、出射面の法線方向とがなす角度をθLGmaxとした。
続いて出射面における光の照度測定値のグラフ(出射光プロファイル)でのFWHM(Full Width Half Maximum)を、光拡散性の指標である拡散幅とした。
そして導光板出射面の法線方向に対し、±2°以内での照度測定値を、光偏向面の法線方向に対し、±2°以内での照度測定値で除した値を表裏コントラストとした。
以上、導光板面状照明装置とした際の、光学特性の評価結果を表1に示す。
(異方性光学フィルムの作製)
異方性光学フィルム(LCF1~7)の作製方法は、まず、ピラー構造の異方性光学フィルムについては国際公開WO2015/111523を、続いてルーバー構造の異方性光学フィルムについては特開2015-127819を参考として各種条件を振ることにより、表2に記載の構造体を有する厚み40μmの異方性光学フィルム(LCF1~8)を作製した。
異方性光学フィルム(LCF1~7)の作製方法は、まず、ピラー構造の異方性光学フィルムについては国際公開WO2015/111523を、続いてルーバー構造の異方性光学フィルムについては特開2015-127819を参考として各種条件を振ることにより、表2に記載の構造体を有する厚み40μmの異方性光学フィルム(LCF1~8)を作製した。
(異方性光学フィルムの特性評価)
作製した異方性光学フィルム(LCF1~7)の特性評価は、以下のようにして実施した。
作製した異方性光学フィルム(LCF1~7)の特性評価は、以下のようにして実施した。
(異方性光学フィルムの厚み)
異方性光学フィルム(LCF1~7)の厚みは、異方性光学フィルムの厚み方向断面を、光学顕微鏡で観察することにより測定した。
異方性光学フィルム(LCF1~7)の厚みは、異方性光学フィルムの厚み方向断面を、光学顕微鏡で観察することにより測定した。
(アスペクト比)
異方性光学フィルム(LCF1~7)の表面(製造時の紫外線照射側)を、光学顕微鏡で観察し、任意の10個の構造の径(径または長径及び短径)を測定し、各々の平均値を算出した後、算出された径に基づき、アスペクト比(長径及び短径を有する場合には、平均長径/平均短径、径のみの場合には1とする)を算出した。
異方性光学フィルム(LCF1~7)の表面(製造時の紫外線照射側)を、光学顕微鏡で観察し、任意の10個の構造の径(径または長径及び短径)を測定し、各々の平均値を算出した後、算出された径に基づき、アスペクト比(長径及び短径を有する場合には、平均長径/平均短径、径のみの場合には1とする)を算出した。
(配向角)
異方性光学フィルム(LCF1~7)の複数の構造体の配向方向の角度(配向角)は、異方性光学フィルムの厚み方向断面を観察することにより測定した。
異方性光学フィルム(LCF1~7)の複数の構造体の配向方向の角度(配向角)は、異方性光学フィルムの厚み方向断面を観察することにより測定した。
(散乱中心軸角度、直線透過率)
図8に示すような、変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)を用いて、実施例及び比較例の異方性光学フィルムの光学特性の評価を行った。固定した光源からの直進光を受ける位置に検出器を固定し、その間のサンプルホルダーに異方性光学フィルム(LCF1~7)のサンプルをセットした。図8に示すように直線(L)を回転軸としてサンプルを回転させてそれぞれの入射光角度(直進光が異方性光学フィルム平面の法線方向となる0°を含む)に対応する直線透過光量を測定し、直線透過率を出した。ここで図8に示されている直線(L)は、図7に示される各構造におけるTD方向と同じ軸である。なお、直線透過光量の測定は、視感度フィルターを用いた可視光領域の波長において測定した。
上記直線透過率に基づき光学プロファイルを作成し、当該光学プロファイルより、略対称性を有する入射光角度を散乱中心軸角度(θLCF)とし、導光板の光学特性評価で得られた、出射強度の最大値を示す出射光角度(-5°)における直線透過率を得た。
図8に示すような、変角光度計ゴニオフォトメータ(株式会社ジェネシア製)を用いて、実施例及び比較例の異方性光学フィルムの光学特性の評価を行った。固定した光源からの直進光を受ける位置に検出器を固定し、その間のサンプルホルダーに異方性光学フィルム(LCF1~7)のサンプルをセットした。図8に示すように直線(L)を回転軸としてサンプルを回転させてそれぞれの入射光角度(直進光が異方性光学フィルム平面の法線方向となる0°を含む)に対応する直線透過光量を測定し、直線透過率を出した。ここで図8に示されている直線(L)は、図7に示される各構造におけるTD方向と同じ軸である。なお、直線透過光量の測定は、視感度フィルターを用いた可視光領域の波長において測定した。
上記直線透過率に基づき光学プロファイルを作成し、当該光学プロファイルより、略対称性を有する入射光角度を散乱中心軸角度(θLCF)とし、導光板の光学特性評価で得られた、出射強度の最大値を示す出射光角度(-5°)における直線透過率を得た。
以上、作製した異方性光学フィルム(LCF1~7)の特性評価結果を表2に示す。
(等方性散乱体の作製)
比較用等方性散乱体を、以下のようにして作製した。
比較用等方性散乱体を、以下のようにして作製した。
下記屈折率1.47のアクリル系粘着剤組成物100質量部に対し、粘着剤組成物とは屈折率の異なる微粒子として、シリコーン樹脂微粒子(トスパール145、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)を適宜添加して希望とするヘイズ値に調整した。その際、アジターにて30分間の撹拌を行い微粒子分散塗液とした。当該塗液を、コンマコーターを用いて、離型PETフィルム1(セラピール BX8A、東レフィルム加工株式会社製)上に、溶剤乾燥後の膜厚が40μmとなるように塗工し、乾燥させて、PET付きの等方性散乱体を作製した。さらに、散乱体表面に対し、離型PETフィルム1よりも剥離力の高い、厚さ38μmの離型PETフィルム2(セラピール BXE、東レフィルム加工株式会社製)をラミネートし、両面PET付きの等方性の拡散粘着層である等方性散乱体(DA1及び2)を作製した。
(アクリル系粘着剤組成物)
・アクリル系粘着剤(全固形分濃度18.8%、溶剤:酢酸エチル、メチルエチルケトン) 100質量部
(綜研化学社製、商品名:SKダインTM206)
・イソシアネート系硬化剤 0.5質量部
(綜研化学社製、商品名:L-45)
・エポキシ系硬化剤 0.2質量部
(綜研化学社製、商品名:E-5XM)
・アクリル系粘着剤(全固形分濃度18.8%、溶剤:酢酸エチル、メチルエチルケトン) 100質量部
(綜研化学社製、商品名:SKダインTM206)
・イソシアネート系硬化剤 0.5質量部
(綜研化学社製、商品名:L-45)
・エポキシ系硬化剤 0.2質量部
(綜研化学社製、商品名:E-5XM)
(等方性散乱体のヘイズ値の評価)
ヘイズ値の測定は、日本電色社工業株式会社製のヘイズメーター、NDH-2000を用いて、JIS K7136に準拠して測定した。
以上、作製した等方性散乱体(DA1及び2)のヘイズ値の評価結果を表3に示す。
ヘイズ値の測定は、日本電色社工業株式会社製のヘイズメーター、NDH-2000を用いて、JIS K7136に準拠して測定した。
以上、作製した等方性散乱体(DA1及び2)のヘイズ値の評価結果を表3に示す。
(導光積層体の作製)
上記得られた導光板の出射面に対し、透明性シリコーン粘着フィルム(NSA-50、株式会社ニッパ製)を貼り合わせた後、貼り合わせた粘着フィルムの表面に対し、異方性光学フィルム(LCF1~7)または等方性散乱体(DA1及び2)を貼り合わせることにより、表4に示す導光積層体(積層体1、2、4~6、比較積層体1~4)を得た。
作製した各導光積層体に対し、使用した異方性光学フィルム及び等方性散乱体名と、異方性光学フィルムの散乱中心軸角度(θLCF)と、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度(θLGmax、-5°)における異方性光学フィルムの直線透過率と、θLGmaxとθLCFとの差の絶対値であるθLGmax-θLCFとを表にまとめ、表4に示した。
上記得られた導光板の出射面に対し、透明性シリコーン粘着フィルム(NSA-50、株式会社ニッパ製)を貼り合わせた後、貼り合わせた粘着フィルムの表面に対し、異方性光学フィルム(LCF1~7)または等方性散乱体(DA1及び2)を貼り合わせることにより、表4に示す導光積層体(積層体1、2、4~6、比較積層体1~4)を得た。
作製した各導光積層体に対し、使用した異方性光学フィルム及び等方性散乱体名と、異方性光学フィルムの散乱中心軸角度(θLCF)と、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度(θLGmax、-5°)における異方性光学フィルムの直線透過率と、θLGmaxとθLCFとの差の絶対値であるθLGmax-θLCFとを表にまとめ、表4に示した。
(導光積層体面状照明装置の作製と導光積層体面状照明装置の光学特性評価)
導光積層体面状照明装置の作製は、上記導光板面状照明装置の作製における導光板及び透明性シリコーン粘着フィルムの代わりに、上記で作製した導光積層体(積層体1、2、4~6、比較積層体1~4)を用いた他は同様にして、表5に示す導光積層体面状照明装置(実施例1~5、比較例1~4)を得た。
また、導光積層体面状照明装置の光学特性評価も、導光板面状照明装置の代わりに、上記で作製した導光積層体面状照明装置(実施例1~5、比較例1~4)を用い、上記導光板面状照明装置での出射面における評価は、導光積層体面状照明装置では、異方性光学フィルムまたは等方性散乱体側の表面に置き換えて評価することの他は、上記導光板面状照明装置の光学特性評価と同様に行い、評価した。
以上、導光積層体面状装置に用いた導光積層体の関係と、導光積層体面状照明装置とした際の光学特性評価結果を以下、表5に示した。さらに拡散幅及び表裏コントラストにおいては、以下評価基準により、評価し、表5に示した。
導光積層体面状照明装置の作製は、上記導光板面状照明装置の作製における導光板及び透明性シリコーン粘着フィルムの代わりに、上記で作製した導光積層体(積層体1、2、4~6、比較積層体1~4)を用いた他は同様にして、表5に示す導光積層体面状照明装置(実施例1~5、比較例1~4)を得た。
また、導光積層体面状照明装置の光学特性評価も、導光板面状照明装置の代わりに、上記で作製した導光積層体面状照明装置(実施例1~5、比較例1~4)を用い、上記導光板面状照明装置での出射面における評価は、導光積層体面状照明装置では、異方性光学フィルムまたは等方性散乱体側の表面に置き換えて評価することの他は、上記導光板面状照明装置の光学特性評価と同様に行い、評価した。
以上、導光積層体面状装置に用いた導光積層体の関係と、導光積層体面状照明装置とした際の光学特性評価結果を以下、表5に示した。さらに拡散幅及び表裏コントラストにおいては、以下評価基準により、評価し、表5に示した。
(拡散幅評価基準)
◎:55°以上、拡散性を広くする能力が十分にある
○:50°以上55°未満、拡散性を広くする能力がある
×:50°未満、拡散性を広くする能力が乏しい
◎:55°以上、拡散性を広くする能力が十分にある
○:50°以上55°未満、拡散性を広くする能力がある
×:50°未満、拡散性を広くする能力が乏しい
(表裏コントラスト評価基準)
○:8.0以上、導光板コントラストと同等である
×:8.0未満、コントラスト低下が顕著である
○:8.0以上、導光板コントラストと同等である
×:8.0未満、コントラスト低下が顕著である
(評価結果)
表5に示されるとおり、本発明実施例1~5は、比較例1~4に対し、導光板コントラストレベルを維持したまま、拡散幅の数値より、出射光の拡散性を広くする、つまり視野角の広い特性を有することができることが分かる。
これに対し、ヘイズ値が50%の等方性散乱体DA1を用いた比較例1では、導光板コントラストレベルは維持できているものの、拡散性を広くする効果は見られなかった。また、ヘイズ値が85%の等方性散乱体DA2を用いた比較例2では、拡散性を広くすることはできるものの、コントラストの低下が確認された。これは、ヘイズ値を85%とするため、多く添加した、シリコーン樹脂微粒子による後方散乱が原因であるものと推測された。
また、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度における異方性光学フィルムの直線透過率が30%より大きい、LCF6及び7を用いた比較例3及び4は、導光板コントラストレベルは維持できているものの、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度における異方性光学フィルムの拡散性が弱いため、拡散性を広くすることができていない。
表5に示されるとおり、本発明実施例1~5は、比較例1~4に対し、導光板コントラストレベルを維持したまま、拡散幅の数値より、出射光の拡散性を広くする、つまり視野角の広い特性を有することができることが分かる。
これに対し、ヘイズ値が50%の等方性散乱体DA1を用いた比較例1では、導光板コントラストレベルは維持できているものの、拡散性を広くする効果は見られなかった。また、ヘイズ値が85%の等方性散乱体DA2を用いた比較例2では、拡散性を広くすることはできるものの、コントラストの低下が確認された。これは、ヘイズ値を85%とするため、多く添加した、シリコーン樹脂微粒子による後方散乱が原因であるものと推測された。
また、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度における異方性光学フィルムの直線透過率が30%より大きい、LCF6及び7を用いた比較例3及び4は、導光板コントラストレベルは維持できているものの、導光板出射強度の最大値を示す出射光角度における異方性光学フィルムの拡散性が弱いため、拡散性を広くすることができていない。
以上、本発明は、導光板の微調整を行わずとも、出射光のコントラストを低下させずに、視野角の広い特性を有する導光積層体、及び、それを用いた表示装置用面状照明装置を提供することができるものである。
1 :導光積層体
2 :導光板
3 :異方性光学フィルム
3a :ピラー構造の異方性光学フィルム
3b :ルーバー構造の異方性光学フィルム
4 :偏光板
5 :位相差板
6 :封止層
7 :透明板
10,11 :光源
21 :出射面
22 :光偏向要素
23 :凹型光偏向要素
24 :凸型光偏向要素
25 :光偏向面
26 :導光板端面
31a,31b :マトリックス領域
32a :ピラー構造体
32b :ルーバー構造体
40 :光源
41 :検出器
71 :主面
2 :導光板
3 :異方性光学フィルム
3a :ピラー構造の異方性光学フィルム
3b :ルーバー構造の異方性光学フィルム
4 :偏光板
5 :位相差板
6 :封止層
7 :透明板
10,11 :光源
21 :出射面
22 :光偏向要素
23 :凹型光偏向要素
24 :凸型光偏向要素
25 :光偏向面
26 :導光板端面
31a,31b :マトリックス領域
32a :ピラー構造体
32b :ルーバー構造体
40 :光源
41 :検出器
71 :主面
Claims (6)
- 導光板と、少なくとも1つの異方性光学フィルムとを、含む導光積層体であって、
前記導光板は、光を前記導光板の内部に入射させる入射面と、
前記入射面から入射した光が、前記導光板内で反射及び屈折して出射する出射面とを、有しており、
前記出射面から出射する光の出射強度が最大となる方向と、前記出射面の法線方向とがなす角度が20°未満であり、
前記異方性光学フィルムは、光が前記異方性光学フィルムに入射する角度により、入射した光の直線方向の透過光量/入射した光の光量である、直線透過率が変化するフィルムであり、
前記異方性光学フィルムは、前記出射面に、直接または他の層を介して積層されており、
前記異方性光学フィルムは、マトリックス領域と、複数の構造体を含む構造領域とを、含み、
前記出射面からの光の出射強度が最大となる方向において出射した光が、前記異方性光学フィルムに対して入射した際の前記異方性光学フィルムの直線透過率が30%以下であることを特徴とする、導光積層体。 - 前記異方性光学フィルムの複数の構造体の散乱中心軸方向と、
前記導光板の光の出射強度が最大となる方向とがなす角度とが、25°以下であることを特徴とする、請求項1に記載の導光積層体。 - 前記導光板の、前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、深さ50μm以下である複数の凹型の光偏向要素を有していることを特徴とする、請求項1または2に記載の導光積層体。
- 前記導光板の、前記出射面とは反対側の面である光偏向面に、大きさ50μm以下、高さ50μm以下である複数の凸型の光偏向要素を有していることを特徴とする、請求項1または2に記載の導光積層体。
- 前記他の層が、偏光板、位相差板のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の導光積層体。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の導光積層体と、光源とを、含むことを特徴とする、表示装置用面状照明装置。
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-
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- 2019-08-06 WO PCT/JP2019/030990 patent/WO2020066311A1/ja not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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