JP3014302B2 - プリズムシートおよびバックライト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコン、
携帯用液晶ＴＶ等に使用される液晶表示装置のバックラ
イトおよびそれに使用されるプリズムシートに関するも
のであり、さらに詳しくは、液晶表示装置の輝度を高く
することのできるプリズムシートおよびバックライトに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラー液晶表示装置は、携帯用ノ
ートパソコンや、カラー液晶パネルを使った携帯用液晶
ＴＶあるいはビデオ一体型液晶ＴＶ等として種々の分野
で広く使用されてきている。液晶表示装置は、基本的に
バックライトと液晶表示素子部とから構成されている。
バックライトとしては、液晶表示素子の直下に光源を設
けた直下方式や導光体の側面に光源を設けたエッジライ
ト方式があり、液晶表示装置のコンパクト化からエッジ
ライト方式が多用されてきている。このエッジライト方
式は、板状の導光体の側面部に光源を配置して、導光体
の表面全体を発光させる方式のバックライトである。

【０００３】このようなカラー液晶表示装置は、バッテ
リーによって駆動されるため、液晶表示装置の消費電力
がバッテリー駆動時間を伸ばすための障害になってい
る。中でも、液晶表示装置に使われているバックライト
の消費電力の割合は大きく、この消費電力をできる限り
低く抑えることがバッテリー駆動時間を伸ばし、上記製
品の実用価値を高める上で重要な課題とされている。し
かし、バックライトの消費電力を抑えることによって、
バックライトの光度を低下させたのでは液晶表示が見難
くなり好ましくない。そこで、バックライトの光度を犠
牲にすることなく消費電力を抑えるために、バックライ
トの光学的な効率を改善することが望まれている。

【０００４】このようなバックライトの代表的な構造を
図１に示した。図中１は蛍光灯等の光源であり、導光体
２の一方の側面（入射面）に対向して設置されている。
光源１から導光体２へ有効に光を導入するために、光源
１および導光体２の入射面を内側に反射剤を塗布したケ
ースやフィルム４で覆うように構成されている。また、
導光体２の裏面には、入射光線を出射面から出射させる
拡散手段３が形成されている。光源１の光は、導光体２
に入射して導光体内を伝わって全面に広がり、拡散手段
３によって拡散され導光体２の前面へ出射される。この
出射光は、法線方向に対して４０〜７０度程度傾いた指
向性を有しており、この指向性光を整えて法線方向に対
して２０〜４０度程度の方向に向けるために、あるいは
出射光の均一化を図るために、図２に示したように導光
体２の出射面上に拡散シート５を載置している。さら
に、この指向性光を整えて略法線方向に向けるために、
片面に多数のプリズム列を平行に形成したプリズムシー
ト６を１枚あるいは複数枚を重ね合せて載置している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなバ
ックライトにおいては、出射光の偏光は概ねランダムで
あるが、厳密には特定の偏光成分が強い部分偏光となっ
ていることが解った。すなわち、図２に示したように導
光体２の出射面上に拡散シート５を載置した時の出射光
の偏光強度を測定したところ、光源１が配置された導光
体２の端面と平行な偏光成分（水平偏光）が、これと垂
直な偏光成分（垂直偏光）よりも５％程度強いものであ
った。従って、バックライト上に配置される液晶パネル
では、入射光の一方の偏光成分しか使用されないため
に、上記のようなバックライトにおいては水平偏光を使
用した方が光学的な効率がよくなるものである。

【０００６】一方、プリズムシート６においては、プリ
ズムシート６のプリズム列に対して垂直な偏光成分を透
過し易く、平行な偏光成分は透過し難いという性質を有
しており、その透過率の差は数％〜十数％程度となる。
このため、載置されるプリズムシート６のプリズム列の
向きにによってバックライトの偏光強度は変化する。通
常、このようなプリズムシート６は、図１に示したよう
に拡散シート５の上に光源１が配置された導光体２の端
面とレンズ列が平行となるように載置されている。この
場合、拡散シート５から出射する出射光は水平偏光が強
く、プリズムシート６は垂直偏光を良く透過させるため
に、両者の効果は打ち消されプリズムシート６から出射
する出射光はランダム偏光に近いものとなり、液晶パネ
ルにおける光学的な効率を十分に向上させることはでき
なかった。

【０００７】そこで、本発明は、プリズムシートに、そ
れを透過する光の偏光面を制御する機能を付与すること
によって、導光体からの出射光の均一化や指向性の制御
という透明シート本来の機能を損なうことなく、液晶パ
ネルで使用する際の光学的な効率を向上させ、液晶表示
装置としての輝度の向上を図れるプリズムシートおよび
バックライトを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の透明
シートは、λ／８〜７λ／８位相板相当の光制御機能を
有する透明基材の少なくとも一方の面に、多数のプリズ
ム列が平行に形成されていることを特徴とするものであ
る。また、本発明のバックライトは、光源と、該光源に
対向する少なくとも一つの入射面および出射面を有する
板状の導光体から構成され、λ／８〜７λ／８位相板相
当の光制御機能を有する透明基材の少なくとも一方の面
に、多数のプリズム列が平行に形成されているプリズム
シートが、導光体の出射面側に設置されていることを特
徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のバックライトは、図１に
示したように、光源１と導光体２から構成され、導光体
２の厚さ方向の少なくとの一つの面（入射面）に光源１
が配設されている。導光体２は、少なくとも一つの側面
を入射面とし、これと略直交する一つの面を出射面と
し、光線透過率の高い合成樹脂から構成される。導光体
２を構成する合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アク
リル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹
脂等の高透明性の種々の合成樹脂を使用することができ
る。特に、メタクリル樹脂が、その光線透過率の高さ、
耐熱性、力学的特性、成形加工性にも優れており、導光
体用材料として最適である。

【００１０】このようなメタクリル樹脂とは、メタクリ
ル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メ
チルが８０重量％以上であることが好ましい。メタクリ
ル酸メチル以外の共重合成分としては、アクリル酸メチ
ル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブ
チル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）ア
クリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸フェ
ニル、（メタ）アクリル酸ベンジル、（メタ）アクリル
酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸グリシジ
ル、（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチル等の（メ
タ）アクリル酸エステル類、（メタ）アクリル酸類、エ
チレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロ
ールプロパントリ（メタ）アクリレート、アリル（メ
タ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）
アクリレート等の多官能（メタ）アクリレート類、スチ
レン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル単量体類、
フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等のマ
レイミド類、無水マレイン酸等が挙げられる。また、メ
タクリル樹脂の耐衝撃性の向上を目的として、アクリル
酸エステルを主成分とするゴム状共重合体にメタクリル
酸エステルを主成分とする共重合体をグラフトした共重
合体を含むものも使用できる。

【００１１】導光体２の入射面側には、入射面に対向し
て光源１が設置され、エッジライト方式のバックライト
が構成される。光源１から導光体２へ有効に光を導入す
るために、光源１および導光体２の入射面を内側に反射
剤を塗布したケースやフィルム５で覆うように構成する
ことが好ましい。導光体２の裏面は、拡散面を構成する
ために拡散層３が形成されており、これによって入射光
線を出射面から出射させる。

【００１２】導光体２の出射面上には、必要に応じて光
線を二次元的あるいは三次元的に拡散あるいは集束する
微細な形状が形成されている拡散シート５を介して、透
明フィルムあるいはシートからなる透明基材の少なくと
も一方の面に多数のプリズム列が平行に形成されたプリ
ズムシート６が載置されており、導光体２からの出射光
の均一化や指向性の制御が行われる。本発明において
は、このプリズムシート６を構成する透明基材として、
λ／８〜７λ／８位相板相当の光制御機能を有する位相
フィルムまたは位相シートを使用することが重要であ
る。なお、本発明において、λ／８〜７λ／８位相板相
当の光制御機能とは、光がプリズムシートを透過する際
にその偏光面を制御する機能である。

【００１３】本発明のプリズムシート６において、使用
される透明基材としては、ポリエステル系樹脂、アクリ
ル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹
脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等の透明樹脂からなる
フィルムあるいはシートが使用される。本発明において
は、透明基材にλ／８〜７λ／８位相板相当の光制御機
能を付与するためには、例えば、フィルム化あるいはシ
ート化工程において、λ／８〜７λ／８位相板と同等の
光制御機能を発揮するように、複屈折率や厚さ等を適宜
調整することが必要である。これは、透明基材にλ／８
〜７λ／８位相板と同等の光制御機能を付与することに
よって、プリズムシート６に、それを透過する光の偏光
面を制御する機能を付与することができるものであり、
それによって液晶パネルで使用する際の光学的な効率を
向上させ、液晶表示装置としての輝度の向上を図ること
ができる。この範囲を逸脱すると、上記のような本願発
明の効果が得られないものであり、好ましくはλ／４〜
５λ／８位相板と同等の光制御機能を付与したものであ
り、さらに好ましくはλ／２位相板と略同等の光制御機
能を付与したものである。

【００１４】本発明のプリズムシート６としては、上記
のような透明基材８に、図４に示したように、その少な
くとも一方の表面に多数のプリズム列９が平行に形成さ
れている。本発明のプリズムシート６は、透明基材８の
表面に紫外線、電子線等の活性エネルギー線で硬化し得
る活性エネルギー線硬化型樹脂を用いてプリズム列９を
形成してもよいし、透明基材８の表面に加熱プレス等の
方法によってプリズム列９を形成してもよい。また、本
発明のプリズムシート６においては、その厚さは０．１
〜３ｍｍ程度、プリズム列９のピッチは３０μｍ〜０．
５ｍｍ程度とすることが好ましい。活性エネルギー線硬
化型樹脂を用いて透明シートを製造する場合には、ま
ず、所定のプリズムパターンを形成したレンズ型に活性
エネルギー線硬化型樹脂液を注入し、透明基材８を重ね
合わせる。次いで、透明基材８を通して紫外線、電子線
等の活性エネルギー線を照射し、活性エネルギー線硬化
型樹脂液を重合硬化して、型から剥離してプリズムシー
ト６を得る。

【００１５】プリズムシート６のプリズム列９を構成す
る活性エネルギー線硬化型樹脂としては、ビス（メタク
ロイルチオフェニル）スルフォイド、２，４−ジブロモ
フェニル（メタ）アクリレート、２，３，５−トリブロ
モフェニル（メタ）アクリレート、２，２−ビス（４−
（メタ）アクリロイルオキシフェニル）プロパン、２，
２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフ
ェニル）プロパン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリ
ロイルオキシジエトキシフェニル）プロパン、２，２−
ビス（４−（メタ）アクリロイルペンタエトキシフェニ
ル）プロパン、２，２−ビズ（４−（メタ）アクリロイ
ルオキシエトキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパ
ン、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシジ
エトキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン、２，
２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエト
キシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン、２，２−
ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３，
５−ジメチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−
（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフ
ェニル）プロパン、ビス（４−（メタ）アクリロイルオ
キシフェニル）スルフォン、ビス（４−（メタ）アクリ
ロイルオキシエトキシフェニル）スルフォン、ビス（４
−（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシフェニ
ル）スルフォン、ビス（４−（メタ）アクリロイルオキ
シエトキシ−３−フェニルフェニル）スルフォン、ビス
（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３，５−
ジメチルフェニル）スルフォン、ビス（４−（メタ）ア
クリロイルオキシフェニル）スルフィド、ビス（４−
（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル）スルフ
ィド、ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエ
トキシフェニル）スルフィド、ビス（４−（メタ）アク
リロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニル）スル
フィド、ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシエトキ
シ−３，５−ジメチルフェニル）スルフィド、ジ（（メ
タ）アクリロイルオキシエトキシ）フォスフェート、ト
リ（（メタ）アクリロイルオキシエトキシ）フォスフェ
ート等の多官能（メタ）アクリル化合物等が挙げられ
る。これらは、単独または２種以上を混合して使用する
こともできる。

【００１６】また、これら多官能（メタ）アクリル化合
物とともに、活性エネルギー線硬化型樹脂の屈折率を調
整するために、スチレン、ビニルトルエン、クロルスチ
レン、ジクロルスチレン、ブロモスチレン、ジブロモス
チレン、ジビニルベンゼン、１−ビニルナフタレン、２
−ビニルナフタレン、Ｎ−ビニルピロリドン等のビニル
化合物、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メ
タ）アクリレート、ビフェニル（メタ）アクリレート、
等の（メタ）アクリル酸エステル類、ジアリルフタレー
ト、ジメタリルフタレート、ジアリルビフェニレート等
のアリル化合物、バリウム、鉛、アンチモン、チタン、
錫、亜鉛等の金属と（メタ）アクリル酸等との金属塩を
使用することもできる。これらは、単独または２種以上
を混合して使用することもできる。

【００１７】本発明において、活性エネルギー線硬化型
樹脂に使用される光ラジカル発生触媒としては、例え
ば、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパ
ン−１−オン、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケト
ン、メチルフェニルグリオキシレート、２，４，６−ト
リメチルベンゾイルフォスフィンオキサイド、ベンジル
ジメチルケタール等を挙げることができる。本発明のプ
リズムシート６は、λ／８〜７λ／８位相板と同様の光
制御機能を有する透明基材８を用いて構成されるが、そ
の透明基材８の光軸をプリズム列９と３５〜５５゜の角
度をなすように構成することが好ましい。特に、この角
度を４５゜とした場合に、最も大きな効果が得られるも
のである。

【００１８】図１に示したように、本発明のプリズムシ
ート６をプリズム列９が光源１が配置された導光体２の
端面と平行になるように載置して使用する場合、導光体
２から出射した出射光が、拡散シート５によって指向性
が変換された出射光となる。この拡散シート５から出射
した出射光は垂直偏光が強い光線となる。この出射光が
プリズムシート６を透過することによって、その指向性
が略法線方向に変換された出射光となる。この際、プリ
ズムシート６を構成する透明基材８を透過することによ
って、拡散シート５から出射した出射光の偏光面が回転
して垂直偏光の強い光となり、さらにプリズム列９の垂
直偏光を透過させ易いという特性によって、プリズムシ
ート６から出射する出射光は垂直偏光のより強いものと
なる。従って、この出射光は、その垂直偏光が水平偏光
より１０〜２０％程度強いものとなり、この垂直偏光を
液晶パネルで使用することによって、液晶表示装置の輝
度を従来のものよりも数％〜十数％程度高くすることが
可能となる。

【００１９】また、図３に示したように、第１のプリズ
ムシート６（本発明のプリズムシート）をプリズム列９
が光源１が配置された導光体２の端面と平行になるよう
に載置して、その上に第２のプリズムシート７（本発明
のプリズムシート）をプリズム列９が第１のプリズムシ
ート６のプリズム列９と直交するように載置して使用す
る場合には、上記のように第１のプリズムシート６から
出射する出射光は垂直偏光が強い光となる。この出射光
が、第２のプリズムシート７を構成する透明基材８を通
過することによって、第１のプリズム６から出射した出
射光の偏光面が回転して水平偏光の強い光となり、さら
に第２のプリズムシート７のプリズム列９の水平偏光を
透過させ易いという特性によって、第２のプリズムシー
ト７から出射する出射光は水平偏光のより強いものとな
る。従って、この出射光は、その水平偏光が垂直偏光よ
り強いものとなり、この水平偏光を液晶パネルで使用す
ることによって、液晶表示装置の輝度を従来のものより
も数％〜十数％程度高くすることが可能となる。

【００２０】さらに、図５に示したように、第１のプリ
ズムシート６をプリズム列９が光源１が配置された導光
体２の端面と垂直になるように載置して、その上に第２
のプリズムシート７をプリズム列９が第１のプリズムシ
ート６のプリズム列９と直交するように載置して使用す
る場合には、第２のプリズムシート７のみをλ／８〜７
λ／８位相板と同様の光制御機能を有する透明基材８を
用いて構成した本発明のプリズムシートとすることが好
ましい。この場合には、拡散シート５から出射する出射
光は水平偏光が強い光となり、この出射光が第１のプリ
ズムシート６の水平偏光を良く透過させるとうい特性に
よって、水平偏光のより強い出射光が第１のプリズムシ
ート６から出射される。この出射光が、第２のプリズム
シート７を構成する透明基材８を通過することによっ
て、その偏光面が回転して垂直偏光の強い光となり、さ
らに第２のプリズムシート７のプリズム列９の垂直偏光
を透過させ易いという特性によって、第２のプリズムシ
ート７から出射する出射光は垂直偏光のより強いものと
なる。従って、この出射光は、その垂直偏光が水平偏光
より強いものとなり、この水平偏光を液晶パネルで使用
することによって、液晶表示装置の輝度を従来のものよ
りも数％〜十数％程度高くすることが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。プリズムシート λ／２位相板と同等の光制御機能を有するポリカーボネ
ート延伸位相フィルムの片面に、ピッチ５０μｍ、頂角
９０゜のプリズム列を平行に多数有するレンズパターン
を形成した金型を用いて、アクリル系紫外線硬化型樹脂
（屈折率１．５２）によりプリズム部を形成し、プリズ
ムシートＡを得た。λ／２位相板と同等の光制御機能を
有するポリエステル延伸位相フィルムの片面に、ピッチ
５０μｍ、頂角９０゜のプリズム列を平行に多数有する
レンズパターンを形成した金型を用いて、アクリル系紫
外線硬化型樹脂（屈折率１．５２）によりプリズム部を
形成し、プリズムシートＢを得た。位相フィルムとして
の光制御機能を有さないポリメチルメタクリレート延伸
フィルムの片面に、ピッチ５０μｍ、頂角９０゜のプリ
ズム列を平行に多数有するレンズパターンを形成した金
型を用いて、アクリル系紫外線硬化型樹脂（屈折率１．
５２）によりレンチキュラーレンズ形成し、レンズシー
トＥを得た。なお、プリズムシートＡおよびＢにおいて
は、透明基材の光軸とプリズム列が４５゜となるように
形成した。

【００２２】実施例１〜２、比較例１ 表１に示したプリズムシートを用いて、図１に示したよ
うなバックライトを組立てた。この時の水平偏光と垂直
偏光の正面輝度を測定し、その結果を比較例１の正面輝
度を１００とした場合の相対値で表１に示した。

【００２３】実施例３、比較例２ 表１に示した２枚のプリズムシートを用いて、図３に示
したようなバックライトを組立てた。この時の水平偏光
と垂直偏光の正面輝度を測定し、その結果を比較例１の
正面輝度を１００とした場合の相対値で表１に示した。

【００２４】実施例４、比較例３ 表１に示した２枚のプリズムシートを用いて、図５に示
したようなバックライトを組立てた。この時の水平偏光
と垂直偏光の正面輝度を測定し、その結果を比較例１の
正面輝度を１００とした場合の相対値で表１に示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明においては、バックライトに使用
されるプリズムシートを、特定の位相板と同等の光制御
機能を有する透明基材を用いて形成することによって、
プリズムシートを透過する光の偏光面を制御する機能を
付与し、導光体からの出射光の指向性の制御というプリ
ズムシート本来の機能を損なうことなく、液晶パネルで
使用する際の光学的な効率を向上させ、液晶表示装置と
しての輝度の向上を図れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバックライトの構成例を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明のバックライトの一部の構成例を示す斜
視図である。

【図３】本発明のバックライの構成例を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明のプリズムシートの構成例を示す部分斜
視図である。

【図５】本発明のバックライトの構成例を示す部分斜視
図である。

【符号の説明】

１ ・・・ 光源 ２ ・・・ 導光体 ３ ・・・ 拡散層 ４ ・・・ 被覆フィルム ５ ・・・ 拡散シート ６ ・・・ プリズムシート（第１のプリズムシート） ７ ・・・ 第２のプリズムシート ８ ・・・ 透明基材 ９ ・・・ プリズム列

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−64085（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−337413（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−30831（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/02 G02F 1/1335

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 λ／８〜７λ／８位相板相当の光制御機
   能を有する透明基材の少なくとも一方の面に、多数のプ
   リズム列が平行に形成されていることを特徴とするプリ
   ズムシート。
2. 【請求項２】 λ／８〜７λ／８位相板相当の光制御機
   能を有する透明基材の光軸とプリズム列が３５〜５５゜
   の角度をなすように構成されていることを特徴とする請
   求項１記載のプリズムシート。
3. 【請求項３】 光源と、該光源に対向する少なくとも一
   つの入射面および出射面を有する板状の導光体から構成
   され、λ／８〜７λ／８位相板相当の光制御機能を有す
   る透明基材の少なくとも一方の面に、多数のプリズム列
   が平行に形成されているプリズムシートが、導光体の出
   射面側に設置されていることを特徴とするバックライ
   ト。
4. 【請求項４】 プリズムシートを構成するλ／８〜７λ
   ／８位相板相当の光制御機能を有する透明基材の光軸と
   プリズム列が３５〜５５゜の角度をなすように構成され
   ていることを特徴とする請求項３記載のバックライト。