JP2004163945A - プリズムシート、プリズムシートの製造方法及びプリズムシートを利用した液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度及び視野角を改善したプリズムシート、これの製造方法及びこれを利用した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 光を集光して液晶表示装置に提供する機能を有するプリズム形状の集光部のピーク部分の内角を鈍角の角度を有するように変更すると同時に、集光部の内角の大きさに対応して集光部の光屈折率を変更してランプで発生した光の集光効率を増加させる。ランプで発生した光の集光効率を増加させてディスプレイ装置を評価するに大きい要素に作用する輝度特性及びディスプレイ装置を評価するにまた他の大きい要素に作用する視野角特性を向上させる。
【選択図】 図１１

Description

本発明はプリズムシート、プリズムシートの製造方法及びプリズムシートを利用した液晶表示装置に関するものであり、より詳しくは、輝度及び視野角特性を大きく向上させたプリズムシート、プリズムシートの製造方法及びプリズムシートを利用した液晶表示装置に関するものである。

プリズムシート（ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ）は、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ；ＬＣＤ）に使用される光学シートとして広く知られている。例えば、特許文献１、“ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭ”には、光を集光する機能及び液晶表示パネル（ＬＣＤ ｐａｎｅｌ）の画素パターン（ｐｉｘｅｌ ｐａｔｔｅｒｎ）と干渉されて発生するモアレ（ｍｏｉｒｅ）を防止する機能を有するプリズムシートが説明されている。

プリズムシートはディスプレイ輝度を高くするために、大部分の液晶表示装置に適用される程度に幅広く使用されている。

図１は従来のプリズムシートを図示した概念図である。

図１に示すように、従来プリズムシート１００は非常に単純な構成を有する。プリズムシート１００は滑らかな光入射面１１０、横になった三角柱形状を有する複数個の集光部１１６が形成された光出射面１２０及び光入射面１１０と光出射面１２０を連結する側面１３０を有する。

ここで、集光部１１６のうちの相互に向き合って連結された２個の面を第１集光面１１２及び第２集光面１１４と称する。従来プリズムシート１００は第１集光面１１２及び第２集光面１１４のピーク部分での角度が９０°で最適化されている。

図２は従来プリズムシートと入射光の関係を示す概念図である。

図２に示すように、プリズムシート１００は、光入射面１１０に入射される入射光１４０と第１集光面１１２、または入射光１４０と第２集光面１１４からなる角度によって、入射光１４０を反射させ、または集光して透過させる。

例えば、プリズムシート１００の集光部１１６のピーク部分の角度が９０°であり、入射光１４０が光入射面１１０に対して直角に近い角度に第１集光面１１２に到達すると仮定した時、入射光１４０はスネルの法則により光入射面１１０をそのままに通過して第１集光面１１２に到達する。第１集光面１１２に到達した入射光１４０は第２集光面１１４に直角反射される。以後、入射光１４０は第２集光面１１４で再び反射された後、光入射面１１０を通じて出射される。

即ち、プリズムシート１００の集光部１１６のピーク部分の角度が９０°であり、入射光１４０が光入射面１１０と９０°の角度に第１集光面１１２に到達する場合、入射光１４０はプリズムシート１００を通過しない。

一方、プリズムシート１００の集光部１１６のピーク部分の角度が９０°であり、入射光１４０が光入射面１１０に対して鋭角に第１集光面１１２に到達する場合、プリズムシート１００に入射された入射光１４０はプリズムシート１００から出射され得る。

このようなプリズムシート１００と入射光１４０の関係により、プリズムシート１００の集光部１１６のピーク部分の角度が９０°であるプリズムシート１００は導光板を使用する液晶表示装置に非常に適している。

図３は従来の集光部のピーク部分の角度が９０°であるプリズムシートが適用された液晶表示装置の概念図である。

図３に示すように、従来の液晶表示装置２００はランプ２１０、導光板２２０、拡散板２３０、プリズムシート１００及び液晶表示パネル２５０により構成される。ランプ２１０で発生した光は導光板２２０、拡散板２３０及びプリズムシート１００を経て液晶表示パネル２５０に供給される。

ここで、ランプ２１０は液晶表示装置２００の体積を減少させるために導光板２２０の側面２２２側に配置され、導光板２２０の側面２２２に光を供給する。このような液晶表示装置２００はエッジ型液晶表示装置と称する。導光板２２０は供給された光を拡散板２３０に向かって出射するが、ここで、導光板２２０から出射された光のうちの大部分は導光板２２０の出射面２２４に対して鋭角（ａｃｕｔｅ ａｎｇｌｅ）を有する。

図４は図３の拡散板の上面で正面輝度を測定したグラフである。図５は図４の９０°及び２７０°を切断した状態での輝度グラフである。

図４または図５のグラフに示すように、導光板２２０の表面から出射された光は大部分導光板２２０の表面に対して垂直である正面Ｏから約３０°程度傾斜した両側方向に出射される。図４には最大輝度が観測される部分に図面符号Ｌ１及びＬ２に示されている。図５に示すように、導光板の正面Ｏから約３０°程度傾斜した２所で輝度Ｃが観測される。ここで、正面Ｏ部分では輝度Ｃより低い輝度Ｄが観測される。

このように、正面輝度が正面に対して周辺部より低い場合、ディスプレイ品質が低下されるために、導光板２２０の上面には正面輝度を向上するための拡散板２３０が形成される。

しかし、拡散板２３０のみでは正面輝度を大きく向上させることが困難であるために、拡散板２３０の上面にはプリズムシート１００が配置される。

プリズムシート１００はプリズムシート１００の光入射面１１０に対して鋭角に入射された光を屈折させて正面輝度を大きく向上させる。このように、プリズムシート１００により正面輝度を増加させるためにはプリズムシート１００の第１集光面１１２及び第２集光面１１４の角度を９０°に調節することが望ましい。

図６は従来のまた他の液晶表示装置の概念図である。

図６に示した従来の液晶表示装置は複数個のランプが並列方式に配置された直下型液晶表示装置である。

直下型液晶表示装置３００はランプ３１０、拡散板３２０、図１に図示されたプリズムシート１００及び液晶表示パネル３３０により構成される。直下型液晶表示装置３００の光経路はランプ３１０、拡散板３２０、プリズムシート１００及び液晶表示パネル３３０である。

ランプ３１０は液晶表示パネル３３０の下部に並列方式に配置されるために、ランプ３１０で発生して拡散板３２０を通過した光は大部分プリズムシート１００の光入射面に対して垂直方向を有し、その他の少数光はプリズムシート１００の光入射面１１０に対して鋭角を有する。

直下型液晶表示装置３００はエッジ型液晶表示装置と光経路が相当に相異する。直下型液晶表示装置３００のランプで発生した大部分の光はプリズムシートの光入射面に対して傾斜するように入射され、エッジ型液晶表示装置のランプで発生した大部分の光はプリズムシートの光入射面に対して垂直方法に入射される。

直下型液晶表示装置３００に使用されたプリズムシートの第１集光面１１２及び第２集光面１１４の角度が９０°である場合、拡散板３２０から出射された光はプリズムシート１００で反射された後、再度拡散板３２０に向かう。拡散板３２０に向かった光は拡散板３２０で散乱されて消滅されて損失される。

これは簡単な実験によっても立証され、第１集光面１１２及び第２集光面１１４の角度が９０°であるプリズムシートの光入射面に対して９０°の角度に直進する光を照射する場合、ランプ３１０で発生した光の相当量がプリズムシートから反射され、一部のみがプリズムシートを通過することが分かる。

結局、エッジ型液晶表示装置で使用したプリズムシートを直下型液晶表示装置にそのままに適用する場合、輝度効率が大きく低下される。そして、輝度効率が低下される場合、直下型液晶表示装置のディスプレイ性能も大きく低下される。

図７は従来のエッジ型液晶表示装置で使用されたプリズムシートを直下型液晶表示装置に適用した場合、視野角分布を図示したグラフである。図８は図７の９０°及び２７０°部分での輝度を図示したグラフである。

図７または図８に示すように、直下型液晶表示装置の正面ではエッジ型液晶表示装置に比べて少ない量の光のみが通過する。これは、前述したように、プリズムシートで大部分の光が反射されたためである。

また、図６乃至図８を参照すると、拡散板３２０から垂直に近い方向にプリズムシート１００に入射された光は、プリズムシートと殆ど平行な方向にも光が出射される。この部分は図７に図面符号Ｌ３、Ｌ４に図示されており、図８には図面符号Ｆまたは図面符号Ｇに図示されている。プリズムシートと殆ど平行な方向に出射される光はディスプレイに利用できない。従って、プリズムシートの集光部の角度が９０°であるプリズムシートは直下型液晶表示装置に適用することが困難である。

特許文献１“ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＬＭ”には、プリズムシートの第１集光面及び第２集光面の角度を７０°〜１１０°に拡張した技術も開示されている。しかし、特許文献１によりプリズムシートの光屈折率を１．５８６に固定した状態で、第１集光面及び第２集光面の角度を９０°から１１０°まで増加させても、輝度改善効果は非常に小さい。これは、プリズムシートの光屈折率及び第１集光面及び第２集光面での角度がプリズムシートの光学的特性を決定するためである。しかし、特許文献１では、光屈折率を大きく考慮しなかったために、依然、多くの問題点を有している。
米国特許第６，３５４，７０９号明細書

本発明の目的は、光屈折率及び集光面の角度を変更して視野角及び輝度を高くしたプリズムシートを提供することにある。

本発明の他の目的は、光屈折率及び集光面の角度を変更して視野角及び輝度を高くしたプリズムシートの製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、光屈折率及び集光面の角度を変更したプリズムシートを利用して視野角及び輝度が改善された高品質液晶表示装置を提供することにある。

上述した目的を達成するための本発明によるプリズムシートは、光が入射される光入射面と、前記光入射面と向き合い、第１区間では傾斜した第１集光面、前記第１集光面と連結され、前記第１区間と連結された第２区間では逆傾斜した第２集光面を含む集光部が反復して形成された光出射面と、前記光出射面と前記光入射面を連結する側面を含み、前記集光部の前記第１集光面及び第２集光面からなる角度は鈍角である。

上述した他の目的を達成するための本発明によるプリズムシートの製造方法は、外部で加えられる刺激により硬化される条件性硬化物質を含む流動性光屈折物質を薄膜形態に加工する段階と、前記薄膜に、第１区間では傾斜した第１集光面、前記第１区間と連結された第２区間では逆傾斜した第２集光面が反復して形成され、前記第１集光面及び第２集光面の角度は鈍角である集光部を形成する段階と、前記条件性硬化物質を硬化させる段階とを含む。

また、上述した目的を達成するための本発明による液晶表示装置は、第１光を発生する少なくとも１個のランプが並列配置されたランプアセンブリと、前記第１光の供給を受けて拡散された第２光を出射する拡散部材と、前記拡散部材の上部に配置され、前記第２光が入射される光入射面と、前記第２光のうちの前記光入射面に対して実質的に直角に近い第３光を集光して出射するために第１区間では傾斜面を有する第１集光面と、前記第１集光面と連結され、前記第１区間と連結された第２区間では逆傾斜面を有する第２集光面を含む集光部が反復して形成され、前記第１集光面及び第２集光面からなる角度が鈍角である光出射面及び前記光出射面及び光入射面を連結する側面を含むプリズムシートと、前記光出射面から出射された第４光を情報が含まれた第５光に変換する液晶表示パネルとを含む。

以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施形態をより詳細に説明する。

図９は本発明によるプリズムシートの部分切開斜視図である。図１０は図９のＡ部分拡大図である。

図１０または図９に示すように、プリズムシート４００は光入射面４１０、光出射面４２０及び側面４３０により構成される。

光入射面４１０はランプなどから発生した光が入射され、滑らかな面により構成される。光出射面４２０は光入射面４１０と向き合う関係を有し、側面４３０は光出射面４２０と光入射面４１０を連結する。

光出射面４２０は光出射面４２０から連続して突出された複数個の集光部４４０を含む。集光部４４０は第１集光面４４２及び第２集光面４４５により構成される。第１集光面４４２及び第２集光面４４５は光出射面４２０に交代に形成される。

図１１は本発明の一実施形態によるプリズムシートの側面図である。

図１１に示すように、集光部４４０の各々は、第１高さＨ、幅Ｗを有する。また、第１集光面４４２及び第２集光面４４５は、幅Ｗ内のそれぞれ第１区間Ｌ１及び第２区間Ｌ２において、第１高さＨ、光入射面４１０に対して鋭角θ１、θ２を成して形成されている。第１集光面４４２は光出射面４２０のうち、第１長さを有する第１区間Ｌ１にわたって形成される。第１集光面４４２は第１高さＨを有し、第１区間では傾斜するように形成される。ここで、第１集光面４４２は光入射面４１０に対して傾斜角θ１を有する。

第２集光面４４５は第１区間Ｌ１から第１長さを延長した第２長さを有する第２区間Ｌ２に形成される。第２集光面４４５は光出射面４２０から第１高さＨを有する第１集光面４４２の端部と連結される。従って、第２集光面４４５は第１高さＨから段々高さが低くなって、光出射面４２０に到達するように逆傾斜するように形成される。ここで、第２集光面４４５は光入射面４１０に対して逆傾斜角θ２を有する。光入射面４１０に対して第１集光面４４２の傾斜角θ１及び光入射面４１０に対して第２集光面４４５の逆傾斜角θ２は同一である。

一方、各々の集光部４４０に含まれた第１集光面４４２及び第２集光面４４５からなる角度は鈍角（ｏｂｔｕｓｅ ａｎｇｌｅ）を有する。また、プリズムシート４００は集光部４４０の第１集光面４４２及び第２集光面４４５からなる角度の大きさに比例して増加する光屈折率を有する。

このように、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５の角度を鈍角で形成する場合、光入射面４１０に対して実質的に９０°に近い角度で入射される光は第１集光面４４２及び第２集光面４４５で集光された後出射される。

具体的には、第１集光面４４２及び第２集光面４４５がなす角度は９０°より大きく、１４０°より小さい。第１集光面４４２及び第２集光面４４５が成す角度が１１０°より大きく１４０°以下であるとさらに好ましい。また、集光部４４０の第１集光面４４２及び第２集光面４４５がなす角度により、集光部４４０の光屈折率は１．４０〜１．７０まで変更される。

図１２は本発明の一実施形態によるプリズムシートのうち、いずれか一つの集光部を図示した概念図である。図１１には、第１集光面４４２及び第２集光面４４５の角度がαであるプリズムシート４００に、プリズムシート４００の光入射面４１０に対して直角に入射光４５０が入射された場合の出射角が図示されている。

図１２に示すように、空気の光屈折率ｎ_aは１であり、プリズムシートの光屈折率ｎ_pは１．４０〜１．７０で選択される。

ここで、第１集光面４４２に対して垂直である法線Ｎ（Ｎｏｒｍａｌ、Ｎ）と光入射面４１０に対して９０°の角度に入射された入射光４５０がなす角度（以下、プリズム入射角という）を図１２に図示されたようにβと称する。

また、第１集光面４４２及び第２集光面４４５からなる角度をαと称する。また、法線Ｎと第１集光面４４２から出射された出射光４５５からなる角度をγ（ｇａｍｍａ）（以下、プリズム出射角という）と称し、光入射面４１０に対して垂直方向を基準にして第１集光面４４２から出射された光とのなす角度をθ_outと称する。プリズム入射角βとαの関係は下記式（１）に表される。

プリズム入射角（β）＝９０°−（α°／２） …（１）
図１２及び式（１）でプリズム入射角β及び角度αは全て度（ｄｅｇｒｅｅ）単位であり、９０°はラジアン（ｒａｄｉａｎｓ）単位でπ／２である。プリズム出射角γとプリズムシートの光屈折率ｎ_p及びプリズム入射角βとの関係は下記式（２）に表される。

プリズム出射角 γ＝arcsin（（１／ｎ_p）×sinβ°） …（２）
図１２及び式（２）でプリズム出射角（γ）は度単位であり、ｎ_pはプリズムシート４００の屈折率である。出射角θ_outとα、γとの関係は、下記式（３）に表される。

出射角（θ_out）＝９０°−（α°／２）−γ° …（３）
以下、式（１）、式（２）、式（３）を通じて光屈折率１．４１〜１．４９、光屈折率１．５１〜１．５９及び光屈折率１．６１〜１．６９に対して、図１１または図１２に図示されたプリズムシート４００の集光部４４０の角度を７９°から１４０°まで増加させたとき、出射光４５５と垂直をなす角度変化を説明する。ここで、視野角及び輝度は出射光４５５及び垂直をなす角度及び光屈折率によって変更される。

表１は図１１または図１２に図示されたプリズムシート４００の光屈折率を１．４１〜１．４９のうちのいずれか一つを選択し、第１集光面４４２及び第２集光面４４５の角度を７９°から１４０°まで変更させながら、プリズムシートから出射された光の分布をシミュレーションした図表である。

まず、表１で、プリズム入射角（β）は式（１）で変数である角度（α）に第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度を７９°から１４０°のうち選択された一つをに代入して算出する。

例えば、角度（α）が１１０°である場合、プリズム入射角（β）９０°−（１１０°／２）によって３５°に算出される。

続いて、式（２）を利用して光入射面（１１０）に垂直である方向を基準でプリズムシートから出射された光の角度であるプリズム出射角（γ）が算出される。

プリズム出射角（γ）を算出するために、式（２）のｎ_pに屈折率１．４１〜１．４９のうち、１．４を選択して代入する。例えば、プリズム出射角（γ）はｎｐが１．４であり、角度αが１１０°の場合、arcsin（（１／１．４）×sin３５°）であり、これを計算すると、２４．１８°が算出される。ここで、計算は度（ｄｅｇｒｅｅ）単位で計算する。

式（１）によってプリズム入射角（β）及び出射角（γ）が算出されると、垂直に対する出射角（θ_out）を算出することができる。
垂直に対する出射角（θ_out）は式（３）によって算出される。例えば、垂直に対する出射角（θ_out）は９０°−１１０°／２−２４．１８°によって約１０．８１が算出される。

このとき、垂直に対する出射角（θ_out）が０（ｚｅｒｏ）に近ければ垂直方向の輝度は大きく増加し、垂直に対する出射角（θ_out）が増加すると垂直方向の輝度は減少される。

表１を参照すると、輝度分布はプリズムシート４００の光屈折率が１．４１〜１．４９であるとき、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が６０°〜９０°以内である場合、入射光４５０がプリズムシート４００から出射されることが相当に困難であり、プリズムシート４００から出射されても垂直となす角度が非常に大きくなって正面視野角及び輝度が大きく低下される。

一般的に、導光板を使用する液晶表示装置は導光板から出射された光が導光板の表面に対して傾けた方向に出射されるのでプリズムシートの二つ集光面の角度９０°で最適化される。一方、導光板を使用しない液晶表示装置は二つの集光面の角度が９０°であるプリズムシートを用いる場合、かえって輝度及び視野角の特徴が大きく低下される。

本実施例によると、導光板を使用しない液晶表示装置ではプリズムシートの二つの集光面の間各を９０°より大きく１４０°位になるようにすることで輝度及び視野角の特性を改善し得る。望ましくは、プリズムシート二つの集光面の角度を１１０°よりは大きく１４０°以下に設定することで輝度及び視野角をより向上させることができる。

一方、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が１４０°以上である区間で出射された光は、輝度は増加するが視野角を大きく減少させるため、液晶ＴＶなどに使用するには望ましくない。従って、第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が１４０°以上であるプリズムシートは視野角の特性よりは輝度の特性が重要な液晶表示装置に適用することが望ましい。

プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が９０°より大きく、１４０°より小さい区間のうち、９０°〜１２０°区間ではディスプレイに必要である輝度がさらに多く増加され、正面での視野角分布も増加される。

表２はプリズムシートの光屈折率を１．５１〜１．５９のうちのいずれか一つを選択し、図１１または図１２に図示された第１集光面４４２及び第２集光面４４５からなる角度を７９°〜１４０°まで変更させながら、プリズムシート４００から出射された光の分布をシミュレーションした表である。

まず、表２でプリズム入射角（β）は式（１）で変数である角度（α）に第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度を７９°から１４０のうち選択された一つを代入して算出される。

例えば、角度（α）が１１０°である場合、プリズム入射角（β）は９０°−（１１０°／２）によって３５°である。

式（２）を利用して光入射面１１０に垂直である方向を基準にプリズムシートから出射された光の角度であるプリズム出射角が算出される。

プリズム出射角を算出するために、式（２）のｎ_pに光屈折率１.５１〜１．５９のうち１．５を代入し、前に算出されたプリズム入射角を代入する。例えば、プリズム出射角はｎ_pが１．５であり、角度が１１０°の場合、arcsin（（１／１．５）×sin３５°）であり、これを計算すると、２２.４８が算出される。ここで、計算は度単位で計算する。

式（１）によってプリズム入射角及びプリズム出射角が算出されると、垂直に対する出射角（θ_out）を算出することができる。垂直に対する出射角（θ_out）は式（３）によって算出される。例え、垂直に対する出射角（θ_out）は９０°−１１０°／２−２２．４８°によって約１２．５２°が算出される。

このとき、垂直に対する出射角（θ_out）が０（ｚｅｒｏ）に近ければ垂直方向の輝度は大きく増加し、垂直に対する出射角（θ_out）が増加するほど垂直方向の輝度は減少される。

表２を参照すると、輝度分布はプリズムシート４００の光屈折率が１．５１〜１．５９であり、プリズムシート４００の第１集光面４４２と第２集光面４４５のピーク部分の角度が６０°〜９０°以内に含まれる場合、入射光４５０がプリズムシート４００から出射されることが困難であり、プリズムシート４００から出射されても垂直となす角度が非常に大きくなって正面視野角及び正面輝度が大きく低下される。

一般的に、導光板を使用する液晶表示装置は導光板から出射された光が表面に対して傾斜した方向に出射されるため、プリズムシートの二つの集光面角度は９０°で最適化される。一方、導光板を使用しない液晶表示装置は二つ集光面の角度が９０°であるプリズムシートを使用する場合、かえって輝度及び視野角が大きく低下される。

本実施例によると、導光板を使用しない液晶表示装置ではプリズムシートの二つの集光面の角度を９０°より大きく１４０°位になるようにすることで輝度及び視野角の特性を改善することができる。

一方、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が１４０°以上である区間で出射された光は、輝度が増加されるが、視野角を大きく減少させるため、液晶ＴＶなどに適用して使用することは望ましくない。従って、第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が１４０°以上であるプリズムシートは視野角特性よりは輝度特性が重要である液晶表示装置に適用することが望ましい。

プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が９０°〜１４０°である区間の中でも特に９０°〜１２０°の区間ではディスプレイに必要とされる輝度が増加され、正面での視野角分布も増加される。

表３はプリズムシートの光屈折率を１．６１〜１．６９で選択し、第１集光面４４２及び第２集光面４４５の角度を７９°から１４０°まで変更させながら、プリズムシートから出射された光の分布をシミュレーションした表である。

表３によるとプリズム入射角は式（１）で変数である角度に第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度を７９°〜１４０°のうち選択された一つを代入して算出される。

例えば、角度が１１０°である場合、プリズム入射角は９０°−（１１０°／２）によって３５°に算出される。

続いて、式（２）を利用して光入射面１１０に垂直である方向を基準でプリズムシートから出射された光の角度であるプリズム出射角（γ）が算出される。

プリズム出射角を算出するために、式（２）のｎ_pに光屈折率１．６１〜１．６９のうち１．６を選択して代入し、前に算出されたプリズム入射角（β）を代入する。例えば、プリズム出射角はｎ_pが１．６であり、角度が１１０°の場合、arcsin（（１／１．６）×sin３５）であり、これを計算すると、２１．００°が算出される。ここで、計算は度単位で計算する。

式（１）によってプリズム入射角及びプリズム出射角が算出されると、垂直に対する出射角（θ_out）を算出することができる。垂直に対する出射角（θ_out）を算出することができる。垂直に対する出射（θ_out）は式（３）によって算出される。例えば、垂直に対する出射角（θ_out）は９０°−１１０°／２−２１．００°によって約１４．００°に算出される。

このとき、垂直に対する出射角（θ_out）が０（ｚｅｒｏ）に近くなればなるほど垂直方向の輝度は増加され、垂直に対する出射角（θ_out）が増加すればするほど垂直方向の輝度は減少される。

表３を参照すると、輝度分布はプリズムシート４００の光屈折率が１．６１〜１．６９の間であり、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が６０°〜９０°以内に含まれる場合、入射光４５０がプリズムシート４００から出射されることが非常に困難であり、プリズムシート４００から出射されても垂直となす角度が大きくなって正面視野角及び正面輝度が低下される。

一般的に、導光板を使用する液晶表示装置は導光板から出射された光が導光板の表面に対して傾射した方向に出射されるのでプリズムシートの二つの集光面の角度は９０°で最適化される。一方、導光板を使用しない液晶表示装置は二つの集光面の角度が９０°であるプリズムシートを使用する場合、かえって輝度及び視野角特性が低下される。

本発明の実施例によると、導光板を使用しない液晶表示装置ではプリズムシートの二つの集光面の角度を９０°より大きく１４０°位になるようにすることで輝度及び視野角の特性を改善することができる。

一方、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が１４０°以上の区間で出射された光は、輝度は増加されるが、視野角を大きく低下させるため、液晶ＴＶなどに適用して使用することは望ましくない。従って、第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が１４０°以上であるプリズムシートは視野角特性よりは輝度特性が重要である液晶表示装置に適用するのが望ましい。

プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５のピーク部分の角度が９０°〜１４０°の区間の中でも特に、９０°〜１２０°の区間ではディスプレイに必要とされる輝度はより増加され、正面での視野角分布も増加される。

図１３は本発明によるプリズムシートのピーク部分に曲率を形成したことを図示した概念図である。

図１３に示すように、プリズムシート４００の第１集光面４４２及び第２集光面４４５と合うピーク部分には曲面５４４が形成される。

曲面５４４はプリズムシート４００から出射される光の輝度分布をさらに均一に形成する。ここで、集光部５４０は幅Ｗである。そして、幅Ｗ内において、第１集光面４４２、第２集光面４４５及び曲面５４４は、３つの領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を形成している。

ここで、曲面５４４の投影長さＷ１は第１集光面４４２及び第２集光面４４５の投影長さＷ２の５％〜２０％以内になるようにすることが望ましい。

図１４は本発明によるプリズムシートの後面にベースフィルムを形成したことを図示した概念図である。

図１４に示すように、プリズムシート６００は１．４０〜１．７０の光屈折率を有する物質により製作することが望ましいが、これと異なるようにプリズムシート６００の後面に透明しながらプリズムシート６００と類似している光屈折率を有するベースフィルム６６０を形成しても関係ない。

このような構成を有するプリズムシート６００はポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの材質またはこれらを混合した材質からなる。

以下、このような構成を有するプリズムシートを製造する過程を図面を参照して説明する。

図１５は本発明の一実施形態によりプリズムシートを製造する第一過程を図示した概念図である。

図１５に示すように、まず、ベース本体６６０には外部から加えられた刺激により硬化される条件性硬化物質を含む流動性光屈折物質６４３が薄膜で塗布される。以下、ベース本体６６０に塗布された光屈折物質６４３を光屈折薄膜と称し、図面符号６４３を付与する。

ここで、条件性硬化物質は紫外線により硬化される紫外線硬化物質を使用することが望ましい。流動性光屈折物質はポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリエステル（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの材質またはこれらを混合した材質からなる。ここで、光屈折物質の光屈折率は１．４０〜１．７０で選択することが望ましい。

図１６は光屈折薄膜に集光部を形成する過程を図示した概念図である。

図１６に示すように、光屈折薄膜６４３の表面は図１１に図示された集光部の形状と反対形状のパターン５１０が表面に形成された円筒形スタンパー５１５により加圧される。これにより、光屈折薄膜６４３の表面には、第１長さを有する第１区間Ｌ１では傾斜し、第１高さを有する第１集光面６４２、第１集光面６４２と連結され、第１区間Ｌ１から延長された第２区間Ｌ２において、逆傾斜した第２集光面６４５が形成される。円筒形スタンパー５１５は光屈折薄膜６４３の表面を回転しながら加圧し、光屈折薄膜６４３の表面には集光部６４０が連続的に形成される。

円筒形スタンパー５１５により加工された集光部６４０には、紫外線照射装置５３０により紫外線５３５が照射される。紫外線５３５により集光部６４０に含まれた紫外線硬化物質は硬化され、図１１に図示されたようなプリズムシート６００が製作される。

ここで、プリズムシート６００の第１集光面６４２及び第２集光面６４５の角度は鈍角であり、望ましくは第１集光面６４２及び第２集光面６４５の角度は９０°より大きく、１２０°より小さい角を有する。

図１７は本発明の一実施形態によるプリズムシートを利用した液晶表示装置が図示されている。

図１７に示すように、液晶表示装置７００は全体的に、ランプアセンブリ７１０、拡散板７２０、プリズムシート６００及び液晶表示パネルアセンブリ７３０により構成される。

ランプアセンブリ７１０は光を発生させる少なくとも一つのランプ７１４により構成される。ランプアセンブリ７１０は複数個のランプにより構成することが望ましく、各ランプ７１４は並列配置される。

このような構成を有するランプアセンブリ７１０で発生した光はランプ７１４の間が離隔されているので、不均一な輝度を有する。具体的に、輝度はランプ７１４に近接するほど高く、ランプ７１４とランプ７１４の間では相対的に低い輝度を有する。

また、ランプ７１４の上部で均一な輝度を有するようにするために、ランプアセンブリ７１０の上部には拡散板７２０が設けられる。

拡散板７２０はランプアセンブリ７１０で発生した光を拡散及び拡散板７２０に対して垂直に近い方向を有するように光の経路を変更させる。

拡散板７２０の上部には拡散板７２０で発生した光を集光するためのプリズムシート６００が設けられる。

プリズムシート６００及びこれの製造方法は、前述した図９以下の図面を参照して詳細に説明したので、その重複された説明は省略する。以下、プリズムシート６００と関連した部分に対して、前述したことと同じ名称及び同じ符号を使用する。

プリズムシート６００の光入射面６１０に入射される光は、大部分が拡散板７２０に対して直角に近い光学分布を有する。プリズムシート６００は集光部６４０の第１集光面６４２及び第２集光面６４５がなす角度が鈍角、望ましく９０°より大きく、１４０°より小さく構成されて拡散板７２０から出射された光の大部分を集光して出射する。これとは違って、プリズムシート６００は集光部６４０の第１集光面６４２及び第２集光面６４５がなす角度が９０°よりは大きく１２０°よりは小さく構成される。

図１８はプリズムシートから出射された光の視野角を正面部分で測定したグラフである。

図１８に示すように、直下型液晶表示装置で集光部６４０の角度を調節することにより、従来の図７または図８に図示されたように、プリズムシートからプリズムシートと殆ど平行な方向に出射される光が存在せず、これにより図１７に図示されたプリズムシート６００で出射した光の輝度は向上され、視野角も改善される。

液晶表示パネル７００はプリズムシート６００から出射された光を映像が含まれたイメージ光に変更する。ここで、液晶表示パネル７００に入射される光は液晶表示パネル７００に対して直角に近い光が入射されるために、正面視野角は優れており、輝度が大きく増加し、高品質ディスプレイを実施することになる。

本発明によると、プリズムシートに形成された集光部の角度及び角度により光屈折率を変更して、さらに高い輝度及びさらに向上された視野角に映像をディスプレイできるようにする効果を有する。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるのであろう。

従来プリズムシートを図示した概念図である。 従来プリズムシートと入射光の関係を図示した概念図である。 従来集光部のピーク部分の角度が９０°であるプリズムシートが適用された液晶表示装置の概念図である。 図３の拡散板の上面で正面輝度を測定したグラフである。 図４の９０°及び２７０°を切断した状態での輝度グラフである。 従来また他の液晶表示装置の概念図である。 従来エッジ型液晶表示装置で使用されたプリズムシートを直下型液晶表示装置に適用したとき、視野角分布を図示したグラフである。 図７の９０°及び２７０°部分での輝度を図示したグラフである。 本発明によるプリズムシートの部分切開斜視図である。 図９のＡ部分拡大図である。 本発明の一実施形態によるプリズムシートの側面図である。 本発明の一実施形態によるプリズムシートのうちのいずれか一つの集光部を図示した概念図である。 本発明によるプリズムシートのピーク部分に曲率を形成したことを図示した概念図である。 本発明によるプリズムシートの後面にベースフィルムを形成したことを図示した概念図である。 本発明の一実施形態によりプリズムシートを製造する第一過程を図示した概念図である。 光屈折薄膜に集光部を形成する過程を図示した工程図である。 本発明の一実施形態によるプリズムシートを利用した液晶表示装置を示す。 プリズムシートから出射された光の視野角を正面部分で測定したグラフである。

符号の説明

１００、４００、６００ プリズムシート
１１０、４１０、６１０ 光入射面
１１２、４４２、６４２ 第１集光面
１１４、４４５、６４５ 第２集光面
１１６、４４０、６４０ 集光部
１２０、４２０、６２０ 光出射面
１４０ 入射光
２００ 液晶表示装置
２１０ ランプ
２２０ 導光板
２２２、４３０ 側面
２２４ 出射面
２３０ 拡散板
２５０ 液晶表示パネル
７００ 液晶表示装置
７１０ ランプアセンブリ
７１４ ランプ
７２０ 拡散板
７３０ 液晶表示パネルアセンブリ

Claims (18)

1. 光が入射される光入射面と、
   前記光入射面と向き合って第１区間において傾斜した第１集光面、及び前記第１集光面と連結され、前記第１区間と連結された第２区間において前記第１集光面に対して逆傾斜した第２集光面を含む集光部が反復して形成された光出射面と、
   前記光出射面と前記光入射面を連結する側面とを含み、
   前記集光部の前記第１集光面及び第２集光面のなす角度は鈍角である、ことを特徴とするプリズムシート。
2. 前記光入射面に対して実質的に直角に近い角度に入射される前記光が透過するように、前記角度は９０°より大きく、１４０°より小さく、かつ前記集光部の光屈折率は前記角度の大きさに比例して増加する、請求項１に記載のプリズムシート。
3. 前記集光部の前記光屈折率は１．４〜１．７であることを特徴とする請求項２に記載のプリズムシート。
4. 前記光入射面に対して実質的に直角に近い角度に入射される前記光が透過するように、前記角度は９０°〜１４０°であり、前記集光部の前記光屈折率は１．４１〜１．４９であることを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
5. 前記光入射面に対して実質的に直角に近い角度に入射される前記光が透過するように、前記角度は９０°〜１４０°であり、前記集光部の前記光屈折率は１．５０〜１．５９であることを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
6. 前記光入射面に対して実質的に直角に近い角度に入射される前記光が透過するように、前記角度は９０°〜１４０°であり、前記光屈折率は１．６０〜１．７０であることを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
7. 前記光屈折率は、光入射面に対して実質的に直角に近い角度に入射される前記光が透過するように、前記角度は１１０°〜１４０°であり、前記角度の大きさに比例して集光部の光屈折率は増加することを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
8. 前記第１集光面及び前記第２集光面の境界は曲面加工されたことを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
9. 前記曲面加工された長さは前記集光部の幅の５％〜２０％であることを特徴とする請求項８に記載のプリズムシート。
10. 前記集光部はポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリエスター（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｐｈｔｈａｌａｔｅ）により構成されたグループから選択された材質からなることを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
11. 外部で加えられる刺激により硬化される条件性硬化物質を含む流動性光屈折物質を薄膜形態に加工する段階と、
    前記薄膜に、第１区間において傾斜した第１集光面、及び前記第１区間と連結された第２区間において前記第１集光面に対して逆傾斜した第２集光面が反復して形成され、前記第１集光面及び第２集光面のなす角度は鈍角である集光部を形成する段階と、
    前記条件性硬化物質を硬化させる段階とを含むことを特徴とするプリズムシートの製造方法。
12. 前記集光部を形成する段階は、前記角度を９０°より大きく、１４０°より小さく形成することを特徴とする請求項１１に記載のプリズムシートの製造方法。
13. 前記集光部を形成する段階は、前記角度を１１０°より大きく、１４０°より小さく形成することを特徴とする請求項１１に記載のプリズムシートの製造方法。
14. 前記条件性硬化物質を含む前記流動性光屈折物質を薄膜形態に加工する段階以前には、前記流動性光屈折物質の前記光屈折率は１．４〜１．７で調節することを特徴とする請求項１１に記載のプリズムシートの製造方法。
15. 前記集光部を形成する段階は、前記角度を９０°より大きく、１２０°より小さく形成することを特徴とする請求項１１に記載のプリズムシートの製造方法。
16. 第１光を発生する少なくとも１個のランプが並列配置されたランプアセンブリと、
    前記第１光の供給を受けて拡散された第２光を出射する拡散部材と、
    前記拡散部材の上部に配置され、前記第２光が入射される光入射面と、
    前記第２光のうちの前記光入射面に対して実質的に直角に近い第３光を集光して出射するために第１区間において傾斜面を有する第１集光面と、
    前記第１集光面と連結され、前記第１区間と連結された第２区間において前記第１集光面に対して逆傾斜面を有する第２集光面を含む集光部が反復して形成され、前記第１集光面及び第２集光面からなる角度が鈍角である光出射面及び前記光出射面及び光入射面を連結する側面とを含むプリズムシートと、
    前記光出射面から出射された第４光を情報が含まれた第５光に変換する液晶表示パネルと、
    を含むことを特徴とする液晶表示装置。
17. 前記角度は９０°より大きく１２０°以下であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 前記角度は１１０°より大きく１４０°以下であることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置。

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