JP2009187011A - 正面輝度が改善された長手方向ウェーブパターンのプリズム山を持つプリズムシート、これを採用したバックライトユニット、及び該バックライトユニットを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長手方向ウェーブパターンのプリズム山を持つプリズムシート、これを採用したバックライトユニット、及び該バックライトユニットを備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 透明基板２５ａと、透明基板２５ａ上に配されたものであって、長手方向ウェーブパターンのプリズム山２５ｂと、を備え、長手方向ウェーブパターンは、プリズム山２５ｂの高さが長手方向に沿って連続的または不連続的に変化するように形状化され、長手方向ウェーブパターンの反復周期は、プリズム山２５ｂの平均高さの５０ないし１００倍であるプリズムシート。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリズムシート、前記プリズムシートを採用したバックライトユニット、及び該バックライトユニットを備えた液晶表示装置に関し、より詳細には、所定の反復周期を持つ長手方向ウェーブパターンのプリズム山を備えるプリズムシート、前記プリズムシートを採用したバックライト、及び前記バックライトを備えた液晶表示装置に関する。

最近、薄型化、小型化及び低消費電力化などが求められるノート型パソコン、テレビまたは携帯電話などに使われる平板表示装置として、プラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰ）、電界放出ディスプレイ装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ：ＦＥＤ）、薄膜トランジスタ液晶表示装置（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ：ＴＦＴ−ＬＣＤ）などが開発され、これらのうち色再現性に優れ、かつ薄型の液晶表示装置が最も活発に研究されている。

前記平板表示装置のうちＰＤＰ及びＦＥＤは自発的に発光できるが、液晶表示装置はそれ自体は発光体ではないため、補助光源であるバックライトユニットを利用して光を照射することによって、画像表示が可能になっている。前記バックライトユニットは光を照射するが、画面全体を均一に照射しなければならないという要求に応じるために、エッジ型または直下型と呼ばれる面光源の構造を持つ。

図４は、エッジ型光源を持つ従来技術によるバックライトユニットを示した分離斜視図である。

図４を参照すれば、エッジ型光源を持つ従来技術によるバックライトユニット１０は、光源１１、前記光源１１から発光される光を案内する導光板１２、導光板１２の下部に配される反射シート１３、導光板１２の上部に配される拡散シート１４、拡散シート１４の上部に配されるプリズムシート１５、及びプリズムシート１５の上部に配される保護シート１６を備える。また、バックライトユニットの光源１１の外部には光源カバー１１ａが配されている。また、ここでは図示されていないが、前記バックライトユニット１０上に、液晶表示パネルと反射防止層とが順次積層されて液晶表示装置（液晶表示パネル）を構成する。また、前記液晶表示パネルの上下両面に、各１枚ずつ２枚の偏光板がさらに配される。

光源１１は光を発生させるものであって、線光源ランプまたは面光源ランプ、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）など多様な光源が使われうる。

導光板１２は、光源１１で発生した光を拡散シート１４にガイドするものであって、直下型光源を採用する場合には省略できる。

反射シート１３は、光源１１で発生した光を反射させて、拡散シート１４の方向に供給する。

拡散シート１４は、導光板１２を通じて入射される光を拡散及び散乱させて、プリズムシート１５へ供給する。

プリズムシート１５は、拡散シート１４を通じて入射される光を屈折させて液晶表示パネル（図示せず）の平面に集光させる。プリズムシートは、高い集光効率、広い視野角、モアレ現象防止、他のフィルムとの光学的結合防止など多様な設計目標によって、プリズム山の形態及び山傾斜面の角度など多様な設計値の変形及び組み合わせが可能であり、商業的に適用されている。図４は、そのうち、それぞれ上面にストライプ状に配列された三角形のプリズム山が形成されている２枚のプリズムシート１５ａ、１５ｂが互いに直角に交差するように配された形態で使われた場合を例示したものである。

一方、プリズムシート１５を保護するための方案として、保護シート１６がプリズムシート１５の上部に配されるのが必須である。

ところが、前記のような構成を持つプリズムシート１５は、製造時に表面が損傷するか、その内外部に異物が混入するなどの理由によって、不良になる場合が多い。このようにプリズムシート１５に不良が発生する場合、ユーザーは液晶表示装置の画質が悪いと感じるため、不良が発生したプリズムシート１５は確認後に廃棄されなければならない。これは結局、プリズムシート１５の歩留まりを低下させる原因になる。

また、前記のような構成を持つ従来技術によるバックライトユニットは、プリズム山が一定の方向のストライプ形状に配され、プリズム山パターンが液晶表示パネルのＲＧＢパターンと重なることによってモアレ現象が発生するという問題点がある。

またこの場合、プリズムシート１５のプリズム山の形態がストライプ状にパターン化されていて、それぞれのプリズムシート１５ａ、１５ｂが隣接したシート１５ｂ、１６と接触する表面積が増大し、これによって浸潤（ｗｅｔ−ｏｕｔ）現象が発生するという問題点がある。ここで、浸潤現象とは、二つの表面が互いに光学的に接触して一つのフィルムから次のフィルムに光が伝えられる時、屈折率の変化が除去される場合に生じる現象であって、観察者がスクリーン画像がまだらに随時変化する外観を持つと認識する現象をいう。この浸潤現象は、特に、プリズムシート１５のように光学的効果のために立体化された表面（すなわち、プリズム山）を持つフィルムを使用する場合に問題になる。

本発明の一具現例は、所定の反復周期を持つ長手方向ウェーブパターンのプリズムを備えるプリズムシートを提供する。

本発明の他の具現例は、前記プリズムシートを採用したバックライトユニットを提供する。

本発明のさらに他の具現例は、前記バックライトユニットを備える液晶表示装置を提供する。

本発明の一側面は、透明基板と、前記透明基板上に配されたものであって、長手方向ウェーブパターンのプリズム山と、を備え、前記長手方向ウェーブパターンは、前記プリズム山の高さが長手方向に沿って連続的または不連続的に変化するように形状化され、前記長手方向ウェーブパターンの反復周期は、前記プリズム山の平均高さの５０ないし１００倍であるプリズムシートを提供する。

前記プリズム山は、三角形形状の断面を持つ。

前記プリズム山は、底辺の長さが２５μｍないし１ｍｍであり、高さが５ないし６００μｍである。

前記プリズム山は、その頂角が６０ないし１１５゜である。

前記プリズム山は、アーチ状の断面を持つ。

本発明の他の側面は、前記プリズムシートを備えるバックライトユニットを提供する。

本発明のさらに他の側面は、前記バックライトユニットを備える液晶表示装置を提供する。

本発明の一具現例によるプリズムシートを示した斜視図である。 図１のプリズムシートとこれに積層された他の光学フィルムとを示した断面図である。 図１と類似した構成を持つプリズムシートに対してシミュレーションテストを行うことによって、長手方向ウェーブパターンの反復周期による正面輝度の変化を調べた結果を棒グラフで示した図面である。 エッジ型の光源を持つ従来技術によるバックライトユニットを示した分離斜視図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の一具現例によるプリズムシートについて詳細に説明する。

図１は、本発明の一具現例によるプリズムシートを示した斜視図であり、図２は、図１のプリズムシートとこれに積層された他の光学フィルムとを示した断面図である。

図１を参照すれば、本発明の一具現例によるプリズムシート２５は、透明基板２５ａ及びプリズム山２５ｂを備える。

透明基板２５ａは、ポリエステル樹脂などの材質で形成されて、これに入射される光を透過させる役割を行う。

プリズム山２５ｂは、透明基板２５ａ上に配されて透明基板２５ａを通じて入射される光を液晶表示パネル（図示せず）の平面に集光させる。プリズム山２５ｂは、透明基板２５ａと同様の材質で形成されることが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。本具現例で、プリズム山２５ｂは、長手方向ウェーブパターンを持つように形状化される。具体的に、前記長手方向ウェーブパターンは、プリズム山２５ｂの高さが長手方向に沿って連続的または不連続的に変化するように形状化される。このようにプリズム山２５ｂを形状化することによって、図２に示したように、プリズムシート２５上に積層される他の光学フィルム３０とプリズム山２５ｂとの接触表面積を縮小して異物の混入、接触によるスクラッチ、及びユーザーの不良視認性を低減し、製品の不良率を低減させるだけではなく、浸潤現象が発生することを防止できる。これについては後でさらに詳細に説明する。

しかし、前記のようにプリズム山２５ｂの高さを変化させる場合、プリズムシート２５に入射された光がプリズム山２５ｂの頂上部を通過して出光される時、その出光位置が多角化されることによってプリズムシート２５の正面に集光される光量が減少する。これによって、前記のような構成を持つプリズムシート２５を採用した液晶表示パネルは正面輝度が低減するという問題点がある。

これらの問題点を解決するための方案として、プリズム山２５ｂは、そのウェーブパターンがプリズム山２５ｂの平均高さ（ｈ_{２５ｂ、ａｖｇ}）の５０ないし１００倍である反復周期ＲＰを持つように形成される。このように、プリズム山２５ｂのウェーブパターンの反復周期ＲＰを限定すれば、プリズム山２５ｂのウェーブパターンによる前述した正面輝度の減少をある程度低減させることができる。すなわち、プリズム山２５ｂのウェーブパターンの反復周期ＲＰが５０以上になれば、そうでない場合に比べて出光される光の方向が規則的に正面に向かうので、これらのプリズムシート２５を採用した液晶表示装置の正面輝度が増大する。しかし、前記反復周期ＲＰが１００を超過すれば、プリズムシート２５が隣接したシート３０と接触する表面積が増大し、これによって浸潤現象が発生するという問題点がある。

また、前記プリズム山２５ｂは三角形の断面を持つことが望ましく、その底辺の長さが２５μｍないし１ｍｍであり、高さが５ないし６００μｍであり、頂角が６０ないし１１５゜である。ここで、底辺とは、プリズム山２５ｂの厚さ方向の断面において透明基板２５ａの平面と接するプリズム山２５ｂの一辺を意味し、頂角とは、プリズム山２５ｂの厚さ方向の断面において前記底辺と対向するプリズム山２５ｂの角を意味する。プリズム山２５の断面形状、大きさ及び頂角が前記範囲を外れれば、正面輝度が低下し、視野角が狭くなって望ましくない。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、前記プリズム山２５ｂは方形、五角形、アーチ状など他の多様な形状の断面を持つことができる。

以下、図２を参照して長手方向ウェーブパターンのプリズム山２５ｂが歩留まりを向上させて浸潤現象を防止する原理について詳細に説明する。

図２を参照すれば、プリズムシート２５の上部表面Ｓは表面接触部Ｃで光学フィルム３０と光学的に接触する。ここで、光学フィルム３０は偏光板（図示せず）に含まれたフィルムでありうる。

本具現例ではプリズム山２５ｂが、前述したように長手方向に沿ってその高さが連続的または不連続的に変化するように長手方向ウェーブパターンで形状化されており、プリズム山２５ｂの表面Ｓのうち表面接触部Ｃが非接触部（すなわち、Ｃを除外したＳ部）に比べて非常に小さい。したがって、大部分の光Ｌ_１は、前記非接触部から出光された後、プリズムシート２５と空気層Ａとの界面で屈折して空気層Ａを経て光学フィルム３０に入射される。一方、残りの少量の光Ｌ_２はほとんど屈折しない状態で表面接触部Ｃを通過して光学フィルム３０に入射されるが、その量が非常に少なくて観察者が表面接触部Ｃの透過特性が周囲領域（すなわち、空気層Ａ）の透過特性と異なると認識しなくなり、結果的にその部分Ｃを非正常または欠陥のある部分と認識しなくなる。また、プリズム山２５ｂが長手方向ウェーブパターンで形状化されることによって、液晶表示パネル（図示せず）のＲＧＢパターンとの光学的重畳が減少するか、または排除されてモアレ現象が減少するか、または防止される効果も得ることができる。

さらに、表面接触部Ｃが非接触部に比べて非常に小さいため、表面接触部Ｃへの異物の混入量が減少するだけではなく表面接触部Ｃで発生するスクラッチも減少して製品不良率が全体的に低減する。また、プリズム山２５ｂの高さが多様に変化するため、出光位置が多角化されて、ユーザーは製品不良があってもこれを明確に認められなくなり、結果的に不良製品を廃棄処分しなくてもそのまま使用できるようになって製品不良率を低減できる要因になる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。

図１と類似した構成を持つプリズムシートについて、下記のようにシミュレーションテストを行うことによって長手方向ウェーブパターンの反復周期による正面輝度の変化を調べて図３に示した。

（使用したシミュレーションソフトウェア）
コンピュータシミュレーションのためのソフトウェアとして、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ社製のＬｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ ６．０を使用した。

（シミュレーションパラメータ）
●Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｒａｙ：３，０００，０００ Ｒａｙｓ
●Ｒａｙ Ｐｏｗｅｒ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：０．００１
●Ｓｏｕｒｃｅ Ｔｏｔａｌ Ｐｏｗｅｒ：１ ｌｕｍｅｎ
●Ａｎｇｕｌａｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｕｒｃｅ：Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ
（対象プリズムシート）
●横×縦：１２．７ｃｍ×８．８９ｃｎ
●プリズム山の高さ：２４．５〜２６．５μｍ
●プリズム山の底辺の長さ：４９〜５３μｍ
●長手方向ウェーブパターンの反復周期：１，０００μｍ、１，５００μｍ
●透明基板の屈折率：１．６６７
●プリズム山の屈折率：１．４８〜１．６２の範囲で調節される（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ：０．０３）
●Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ：３Ｍ社製のＶｉｋｕｉｔｉ ＢＥＦIII１０Ｔ−２２−ＤＩＡＧ
図３を参照すれば、長手方向ウェーブパターンの反復周期が１，０００μｍ（プリズム山の平均高さ：２５μｍ、前記平均高さの４０倍）から１，５００μｍ（前記平均高さの６０倍）に増加することにより、正面輝度が上昇したということが分かる。具体的には、前記反復周期がプリズム山の平均高さの４０倍から６０倍に増加した時、正面輝度は約１．５％増加した。

以上、図面を参照して本発明による望ましい具現例が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の具現例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。

本発明は、液晶表示装置関連の技術分野に好適に用いられる。

２５ プリズムシート
２５ａ 透明基板
２５ｂ プリズム山

Claims (7)

1. 透明基板と、
   前記透明基板上に配されたものであって、長手方向ウェーブパターンのプリズム山と、を備え、
   前記長手方向ウェーブパターンは、前記プリズム山の高さが長手方向に沿って連続的または不連続的に変化するように形状化され、
   前記長手方向ウェーブパターンの反復周期は、前記プリズム山の平均高さの５０ないし１００倍であるプリズムシート。
2. 前記プリズム山は、三角形形状の断面を持つ請求項１に記載のプリズムシート。
3. 前記プリズム山は、底辺の長さが２５μｍないし１ｍｍであり、高さが５ないし６００μｍである請求項２に記載のプリズムシート。
4. 前記プリズム山は、その頂角が６０ないし１１５゜である請求項２に記載のプリズムシート。
5. 前記プリズム山は、アーチ状の断面を持つ請求項１に記載のプリズムシート。
6. 請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載のプリズムシートを備えるバックライトユニット。
7. 請求項６に記載のバックライトユニットを備える液晶表示装置。

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