JP4282660B2

JP4282660B2 - プリズムシート及びそれを採用したバックライトユニット

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Publication number: JP4282660B2
Application number: JP2005338081A
Authority: JP
Inventors: 鎭煥金; 桓榮崔
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2025-11-24
Also published as: KR20060057857A; KR100657914B1; EP1662279A1; US20060109681A1; DE602005005267T2; EP1662279B1; DE602005005267D1; JP2006146241A; US7448787B2

Description

本発明は、プリズムシート及びそれを採用したバックライトユニットに係り、さらに詳細には、入射光のほとんどを屈折透過させうる構造のプリズムシート及びそれを採用したバックライトユニットに関する。

一般的に、バックライトユニットは、それ自体に発光能力のない液晶表示装置などの光源として利用されるものであって、光源の配置位置によって、直下発光型とエッジ発光型とに区分される。直下発光型は、液晶表示装置の背面に設置されたランプが光を液晶パネルに直接照射する方式である。一方、エッジ発光型は、導光板（ＬＧＰ：ＬｉｇｈｔＧｕｉｄｅＰａｎｅｌ）のエッジ方向に設置されたランプが光を照射し、この照射された光をＬＧＰを通じて液晶パネル側に伝達する方式である。

図１は、従来のエッジ発光型バックライト装置を示す概略的な断面図である。図面を参照すれば、ＬＧＰ３の一側エッジに冷陰極蛍光ランプ（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ、以下、ＣＣＦＬという）１が設置されている。前記ＬＧＰ３は、テーパ状を有するものであって、その底面に散乱パターン４が形成されている。
そして、ＬＧＰ３の底面には、ＣＣＦＬ１から入射された光を液晶表示素子（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ、以下、ＬＣＤという）パネル２０側に放出させるための反射板５が形成されている。したがって、前記ＣＣＦＬ１から照射された光は、エッジ３ａを通じてＬＧＰ３に入射される。この入射された光は、ＬＧＰ３と反射板５とによって面光に変換され、ＬＧＰ３の上面３ｂに出射される。

前記ＬＧＰ３の上面３ｂには、拡散板７と、２枚のプリズムシート１０とが配置されている。前記プリズムシート１０それぞれは、複数のプリズムが隣接して配列された構造を有するものであって、プリズムの配列方向及び役割によって、第１及び第２プリズムシート１０ａ，１０ｂに区分される。第１プリズムシート１０ａのプリズム配列方向と第２プリズムシート１０ｂのプリズム配列方向とは、互いに垂直である。第１プリズムシート１０ａは、前記ＬＧＰ３及び拡散板７を経由して入射された光の垂直方向の経路（図面が示された紙面に垂直方向）を補正する。そして、前記第２プリズムシート１０ｂは、入射光の水平方向の経路を補正する。したがって、前記第１及び第２プリズムシート１０ａ，１０ｂを備えて入射光の垂直成分及び水平成分の進行経路を補正することによって、この補正された光を前記ＬＣＤパネル２０に出射する。

前記プリズムシート１０と前記ＬＣＤパネル２０との間には偏光板１５が備えられる。この偏光板１５は、前記プリズムシート１０を透過して入射された光のうち、特定の偏光の光のみを透過させて前記ＬＣＤパネル２０に向かわせる。したがって、前記ＬＧＰ３の上面に出射された光は、前記拡散板７によって広がり、２枚のプリズムシート１０によって経路が補正された状態で前記ＬＣＤパネル２０側に進む。

一方、前記プリズムシート１０は、図２に示したように、入射面１１ａを有する入射部１１と、この入射面１１ａの裏面に形成されるものであって、第１及び第２出射面１３ａ，１３ｂをそれぞれ有する複数のプリズム１３と、を備える。このプリズムシート１０は、屈折率ｎ₀を有する空気中に位置し、前記入射部１１と前記プリズム１３とは、同じ屈折率ｎを有する同一材質で一体または分離形成されている。したがって、前記入射部１１に入射される一入射光Ｌ₁は、入射角θより小さい角度の出射角θ’で前記入射部１１の内部に屈折入射される。これは、前記入射部１１に入射される全ての光に対しても同一に適用される。前記入射部１１に入射された光は、入射部１１とプリズム１３との境界部分では屈折なしに直進透過する。一方、前記プリズム１３の屈折率ｎがその外部空気の屈折率ｎ₀に比べて高いので、第１または第２出射面１３ａ，１３ｂに入射された光は、臨界角θ_Cより小さい角度で入射された場合には、入射角に比べて大きい屈折角で出射され、臨界角θ_Cより大きい角度で入射された光は、内部で全反射される。

しかし、上記の構成では、バックライトユニットに入力される光のうち一部しか液晶表示装置に提供されない。具体的に、入射面１１ａに入射された光のうち、一部の光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃は、前記プリズム１３の第１または第２出射面１３ａ，１３ｂに出射されて有効光として利用される。ここで、一部の光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃が第１または第２出射面１３ａ，１３ｂに入射される際の入射角は、臨界角θ_Cより小さい角度である。しかし、一方、一部の光Ｌ₄，Ｌ₅は、前記プリズム１３の第１出射面１３ａまたは第２出射面１３ｂに出射できず、内部全反射されて前記入射面１１ａ側に向かう。ここで、一部の光Ｌ₄，Ｌ₅が第１または第２出射面１３ａ，１３ｂに入射される際の入射角は、臨界角θ_Cより大きい角度である。また、一部光Ｌ₆は、第１または第２出射面１３ａ，１３ｂを屈折透過しても、ＬＣＤパネル（図１の２０）方向に向かわないという問題点がある。したがって、光源１から照明された光のうち、一部のみが有用光として利用されるので、光効率が低下するという問題点がある。

また、前記のように構成されたバックライトユニットは、ＬＧＰ、拡散子、プリズムシートを別途に備えることによって、全体構成が複雑であり、製造コストが上昇するという問題点がある。
そこで、本発明は、前記問題点を勘案して案出されたものであって、入射光を効率よく利用することができるプリズムシートを提供することを第１目的とする。

また、本発明は、前記プリズムシートを有するバックライトユニットを提供することを第２目的とする。

前記目的を達成するための本願第１発明によるプリズムシートは、第１入射面を有し、前記第１入射面からの入射光を透過させるものであって、前記第１入射面とは反対の一面に引込形成された少なくとも一つのグルーブを備えた基板と、前記グルーブ内に設けられたものであって、前記基板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する屈折部材と、
前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって、前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するプリズムと、を備え、前記プリズムは、前記屈折部材と接する第２入射面と、前記基板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とする。

本発明によるプリズムシートは、入射光を１次的に屈折透過させることによってプリズムに入射される光の入射角を狭める少なくとも一つの屈折部材を備え、プリズムシートを透過した有用光を増大させて光効率を改善できる。
本願第２発明は、第１発明において、前記グルーブは、その断面形状が三角溝の形状を有し、前記屈折部材は、前記グルーブ内に前記プリズムの形状と対称する形状に形成されることを特徴とするプリズムシートを提供する。

屈折部材とプリズムとを嵌め合わせるようにコンパクトに形成することができる。
本願第３発明は、第１発明において、前記グルーブは、その断面形状が半円形または半楕円形を有し、前記屈折部材は、前記グルーブ内にその断面形状が半円形または半楕円形に形成されることを特徴とするプリズムシートを提供する。
本願第４発明は、第１発明において、前記屈折部材は、前記プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有することを特徴とするプリズムシートを提供する。

屈折部材が屈折率勾配を有することによって、屈折部材のエッジ部分に入射された光路を補正できる。
本願第５発明は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記基板は、相互平行に配列された複数のグルーブを備え、前記グルーブそれぞれに位置した複数の屈折部材のうち少なくとも一つの屈折部材は、他の屈折部材と異なる屈折率を有することを特徴とするプリズムシートを提供する。

複数の屈折部材の屈折率を異にして集光効率を異ならせることによって、エッジ発光によって光量の差を有する平面光の入射時に光量を補償できる。
本願第６発明は、第５発明において、前記複数の屈折部材それぞれの屈折率が相異なり、屈折率の順序に前記複数の屈折部材が配置されることを特徴とするプリズムシートを提供する。

屈折率の順序に配列して屈折透過による集光効率を異ならせることによって、エッジ発光によって光量の差を有する平面光の入射時に光量を補償できる。
本願第７発明は、第６発明において、前記屈折部材のうち少なくとも何れか一つの屈折部材は、前記プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有することを特徴とするプリズムシートを提供する。

エッジ発光によって光量の差を有する平面光の入射時に光量を補償できる。
本願第８発明は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記基板と前記プリズムとは、同一材質からなることを特徴とするプリズムシートを提供する。
基板とプリズムとを同一材質で形成することで、屈折部材の選択が容易となる。例えば、基板よりも大きな屈折率を有する材質を選択することで、プリズムと屈折部材との屈折率の関係を考慮する必要がない。

本願第９発明は、第８発明において、前記基板及び前記プリズムそれぞれは、アクリル系樹脂からなることを特徴とするプリズムシートを提供する。
本願第１０発明は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記屈折部材は、環状オレフィン共重合体、ポリカーボネート及びポリエーテルイミドのうち選択された何れか一つの材質からなることを特徴とするプリズムシートを提供する。

また、本願第１１発明によるプリズムシートは、第１入射面を有し、前記第１入射面からの入射光を透過させるものであって、前記第１入射面とは反対の一面にそれぞれ逆三角形に引込形成された複数のグルーブを備えてアクリル系樹脂からなる基板と、前記グルーブ内に設けられるものであって、前記基板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する環状オレフィン共重合体、ポリカーボネート及びポリエーテルイミドのうち選択された何れか一つの材質からなる屈折部材と、前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって、前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するアクリル系樹脂からなるプリズムと、を備え、前記プリズムは、前記屈折部材と接する第２入射面と、前記基板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とする。

また、前記目的を達成するための本願第１２発明によるバックライトユニットは、光を照射する少なくとも一つの光源と、前記光源から一側面に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面を有する導光板と、前記導光板の前記出光面の裏面に離隔配置されて、入射光を前記出光面方向に反射させる反射板と、前記導光板の出光面に引込形成された少なくとも一つのグルーブと、前記グルーブ内に設けられるものであって前記導光板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する屈折部材と、前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するプリズムと、を備えたプリズムシートと、を備え、前記プリズムは、前記屈折部材と接する第２入射面と、前記導光板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とする。

本願第１３発明は、第１２発明において、入射光を拡散透過させる拡散部材をさらに備えることを特徴とするバックライトユニットを提供する。
拡散部材により、光をより拡散させて輝度均一度を向上することができる。
本願第１４発明は、第１２発明において、前記拡散部材は、前記プリズムシート上に配置された拡散シートであることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

本願第１５発明は、第１２発明において、前記拡散部材は、前記導光板内に分布された複数のビードからなることを特徴とするバックライトユニットを提供する。
導光板内にビードを備えることによって、導光板を通じて伝えられる光を乱反射させることによって拡散させうる。よって、光の輝度均一度をより向上させることができる。
本願第１６発明は、第１２乃至第１５発明のいずれかにおいて、前記導光板と前記反射板との間に配置されるものであって、入射光を一方向に屈折透過させる複数のプリズムを備えた第２プリズムシートをさらに備えることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

第２プリズムシートにより、導光板の出光面に向かう光を一方向にさらに屈折透過させることができる。
本願第１７発明は、第１２乃至第１５発明のいずれかにおいて、前記グルーブは、その断面形状が三角溝の形状を有し、前記屈折部材は、前記グルーブ内に前記プリズムの形状と対称する形状に形成されることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

本願第１８発明は、第１７発明において、前記屈折部材は、前記プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有することを特徴とするバックライトユニットを提供する。
本願第１９発明は、第１２乃至第１５発明のいずれかにおいて、前記屈折部材は、それぞれの屈折率が相異なり、前記光源側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置された複数の屈折部材を備えることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

本願第２０発明は、光を照射する少なくとも一つの光源と、前記光源から一側面に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面を有する導光板と、前記導光板の前記出光面の裏面に離隔配置されて、入射光を前記出光面方向に反射させる反射板と、前記導光板と前記反射板との間に配置されるものであって、第１入射面を有し、前記第１入射面からの入射光を透過させるものであって、前記第１入射面とは反対の一面に引込形成された少なくとも一つのグルーブを備えた基板と、前記グルーブ内に設けられるものであって前記基板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する屈折部材と、前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するプリズムと、を備えたプリズムシートと、を備え、前記プリズムは、前記屈折部材と接する第２入射面と、前記基板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とするバックライトユニットを提供する。

本願第２１発明は、第２０発明において、前記プリズムシートの屈折部材は、それぞれの屈折率が相異なり、前記光源側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置された複数の屈折部材を備えることを特徴とするバックライトユニットを提供する。
本願第２２発明は、第２０発明において、入射光を拡散透過させる拡散部材をさらに備えることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

本願第２３発明は、第２２発明において、前記拡散部材は、前記導光板の出射面上に配置された拡散シートであることを特徴とするバックライトユニットを提供する。
本願第２４発明は、第２２発明において、前記拡散部材は、前記導光板内に分布された複数のビードからなることを特徴とするバックライトユニットを提供する。
本願第２５発明は、第２２発明において、前記導光板上に配置されるものであって、入射光を一方向に屈折透過させる複数のプリズムを備えた第２プリズムシートをさらに備えることを特徴とするバックライトユニットを提供する。

また、本願第２６発明によるバックライトユニットは、光を照射する少なくとも一つの光源と、前記光源から一側面に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面を有する導光板と、前記導光板の前記出光面の裏面に離隔配置され、入射光を前記出光面方向に反射させる反射板と、前記導光板の出光面に引込形成された複数のグルーブと、前記グルーブ内に設けられ、前記導光板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有するものであって前記光源側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置された複数の屈折部材と、前記屈折部材それぞれと対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有する複数のプリズムと、を備えた第１プリズムシートと、前記導光板内に分布された複数のビードからなるものであって、入射光を拡散透過させる拡散部材と、前記導光板と前記反射板との間に配置されるものであって、入射光を一方向に屈折透過させる複数のプリズムを備えた第２プリズムシートと、を備え、前記第１プリズムシートの前記プリズムは、前記屈折部材と接する第２入射面と、前記導光板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とする。

本発明を用いれば、入射光を効率よく利用することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
図３を参照すれば、本発明の第１実施形態によるプリズムシート３０は、透明な材質の部材で構成されるものであって、基板３１と、屈折部材３５及びプリズム４１を備える。
前記基板３１は、入射面３１ａを通じて入射された光を前記プリズム４１側に透過させるものであって、前記入射面３１ａの裏面に引込形成された少なくとも一つのグルーブ３２を備える。前記グルーブ３２は、図示されたように、相互平行に配置された複数のグルーブを備えることが望ましい。図３は、前記グルーブ３２が４つ備えられたことを例として示した図面である。

前記屈折部材３５は、前記グルーブ３２内にそれぞれ設けられるものである。つまり、グルーブ３２の表面とプリズム４１の入射面４１ａとにより囲まれる領域に屈折部材３５が配置される。ここで、前記基板３１の屈折率ｎ₁に比べて相対的に高い屈折率ｎ₂を有する。したがって、前記基板３１側から前記屈折部材３５に入射される光は、何れも入射角に比べて相対的に小さい出射角で屈折部材３５の内部に屈折入射する。ここで、屈折入射角は、前記基板３１と前記屈折部材３５との屈折率の差によって異なるように設定される。

図３に示すように、前記プリズム４１の１つ１つは、前記屈折部材３５それぞれと対向して配置されて入射光を屈折透過させる。このために、前記プリズム４１は、前記屈折部材３５と対向する入射面４１ａと、相互に所定角をなした状態で対向して配置されて入射光を屈折透過させる第１及び第２出射面４１ｂ，４１ｃと、を備える。また、前記プリズム４１は、前記屈折部材３５に比べて相対的に低い屈折率を有する材質で構成される。

さらに望ましくは、前記プリズム４１は、前記基板３１と同じ屈折率ｎ₁を有する同じ材質からなる。例えば、前記基板３１と前記プリズム４１とは、５４６.１ｎｍ波長の光に対して屈折率ｎ₁が１.４９３０９であるアクリル系樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））からなる。
前記屈折部材３５は、前記基板３１及びプリズム４１の屈折率ｎ₁に比べて相対的に高い屈折率ｎ₂を有する材質で構成される。このために、前記屈折部材３５は、５４６.１ｎｍ波長の光に対して１.５３４１９の屈折率を有する環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ：ＣｙｃｌｉｃＯｌｅｆｉｎＣｏｐｏｌｙｍｅｒ）、同一光に対して１.５９１０２の屈折率を有するポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、同一光に対して１.６５８１２の屈折率を有するポリエーテルイミドなどのプラスチック材質で構成されうる。

ここで、前記グルーブ３２は、図示したように、断面形状が三角形に形成され、前記屈折部材３５は、前記プリズム４１の形状と対称な逆三角形に形成されることが望ましい。屈折部材３５とプリズム４１とを嵌め合わせるようにコンパクトに形成することができる。
前記のように構成されたプリズムシート３０は、前記屈折部材３５から前記プリズム４１の入射面４１ａに向かう光は、前記屈折部材３５と前記プリズム４１との屈折率関係によって決定された臨界角θ_c1より小さい角度で前記入射面４１ａに入射されるので、境界部分で全反射なしに全ての光が前記プリズム４１に向かう。屈折部材３５の屈折率ｎ₂は、基板３１の屈折率ｎ₁に比べて相対的に高いため、基板３１側から屈折部材３５に入射される光の入射角よりも小さい出射角で屈折部材３５に光が出射される。つまり、屈折部材３５からプリズム４１の入射面４１ａに入射される光の入射角は、基板３１側から屈折部材３５に入射される光の入射角より小さくなる。これにより、入射面４１ａに入射される光の入射角が臨界角θ_c1より小さく調整される。このとき、前記屈折部材３５の屈折率が前記プリズム４１の屈折率に比べて相対的に高いので、前記入射面４１ａに入射された光の入射角に比べて大きい出射角で前記プリズム４１内部に光が入射される。

前記プリズム４１の内部に入射された光は、前記入射面４１ａに対して傾いて位置した第１及び第２出射面４１ｂ，４１ｃを通じて屈折率ｎ₀を有する空気媒質に出射される。この場合、プリズム４１の屈折率ｎ₁が空気媒質の屈折率ｎ₀に比べて大きいので、第１及び第２出射面４１ｂ，４１ｃに入射される光の入射角よりも大きい出射角で空気中に出射される。そのため、その境界面での臨界角θ_c2より大きい角度で第１及び第２出射面４１ｂ，４１ｃに入射された場合、全反射が起こりうる。しかし、前記屈折部材３５を備えることにより、前記プリズム４１に向かう光を１次的に屈折させて、前記プリズム４１の第１及び第２出射面４１ｂ，４１ｃと空気との境界部分に入射される光の入射角を臨界角θ_c2より小さくすることが可能である。よって、プリズム４１の内部において全反射されることを防止し得る。つまり、基板３１より屈折率が大きい屈折部材３５を追加することで、基板３１から屈折部材３５を介してプリズム４１に入射される光の入射角を臨界角θ_c2より小さくすることができる。このようにして、屈折部材３５によりプリズム４１への入射角を小さくして全反射を防ぐことで、有用光を増大させて光の利用効率を向上させることができる。

図４Ａないし図４Ｄは、図３のプリズムシートの製造過程を示す図面である。まず、図４Ａに示したように、ＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂を準備し、モールディングまたはエンボッシング工程を通じてグルーブ３２が形成された基板３１を製造する。次いで、図４Ｂに示したように、ＣＯＣ、ＰＣ、ポリエーテルイミド（例えば、ウルテム（Ｕｌｔｅｍ））などの高屈折素材を前記グルーブ３２に充填して屈折部材３５を形成する。

また、図４Ｃに示したように、ＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂を準備し、モールディングを通じて複数の三角プリズム構造が隣接して配置される形態のプリズム４１を製造する。
最終的に、図４Ｂの工程を通じて準備された基板３１上に前記プリズム４１をアラインし、接着材４５を通じてボンディングすることによって、図３に示した第１実施形態によるプリズムシートを製造できる。

図５を参照すれば、本発明の第２実施形態によるプリズムシート１３０は、透明な材質の部材で構成されるものであって、基板１３１と、屈折部材１３５及びプリズム１４１を備える。
本実施形態によるプリズムシート１３０は、第１実施形態によるプリズムシート（図３の３０）と比較する時、前記屈折部材１３５の形状を変更した点で区別され、他の構成及び機能は実質上同じである。

前記屈折部材１３５は、図示したように、グルーブ１３２内に断面形状が半円形に形成されるものであって、前記基板１３１及び前記プリズム１４１に比べて相対的に屈折率が高い材質で構成される。ここで、前記屈折部材１３５の断面形状は、前記半円形に限定されるものではなく、多様な形状、例えば、半楕円形、非円形曲線形に形成されることもある。

このように、屈折部材１３５を前記プリズム１４１の下部に配置して、入射光を１次的に屈折させることによって、前記プリズム１４１に入射される光の入射角を狭めることによって、前記プリズム１４１の第１及び第２出射面１４１ｂ，１４１ｃでほとんどの光を屈折透過させうる。
図６を参照すれば、本発明の第３実施形態によるプリズムシート２３０は、基板２３１と、屈折部材２３５及びプリズム２４１を備える。本実施形態によるプリズムシート２３０は、第１及び第２実施形態によるプリズムシート（図３の３０）（図５の１３０）と比較する時、前記屈折部材２３５の屈折率特性を変更した点で区別され、他の構成及び機能は実質上同じである。

前記屈折部材２３５は、前記プリズム２４１で隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有する。すなわち、前記屈折部材２３５の前記プリズム２４１に隣接した面を２３５ａとし、これから最も遠く位置した頂点を２３５ｂとする時、前記屈折部材２３５の屈折率ｎ_iの分布は、図７に示した通りである。すなわち、プリズム２４１と隣接した面２３５ａから頂点２３５ｂ側に行くほど徐々に屈折率が上昇する。また、前記屈折部材２３５の屈折率ｎ_iは、全ての領域にわたって前記基板２３１の屈折率ｎ₁よりは大きい値を有する。このような屈折部材２３５の形成は、屈折率が漸進的に上昇する複数の層を積層形成することによって具現可能である。

前記のように、屈折率勾配を有する屈折部材２３５を備えた場合には、屈折部材２３５の角部分に入射される光の進路を見る時、点線で表示された方向の代わりに、実線で表示された方向に向かうようになる。つまり、屈折部材２３５の全ての部分の屈折率は基板の屈折率よりも大きいため、まず屈折部材２３５への光の入射角よりも屈折部材２３５内部への出射角の方が小さくなる。次に、屈折部材２３５の屈折率がプリズムに隣接した面２３５ａに行くほど小さくなるため、屈折部材２３５内を進む光の入射角よりも出射角がどんどん大きくなる。よって、屈折部材２３５のエッジ部分に入射された光は、実線Ｌ_Aに示すように進行するようになる。一方、破線Ｌ_Bに示す光については、屈折部材２３５が徐々に屈折率が変化する構成ではない場合であるので、屈折部材２３５内部への光の出射角は実線Ｌ_Aよりも小さくなる。

このように、屈折部材２３５の屈折率を基板２３１側からプリズム側に向かって徐々に小さくすることで、エッジ部分に入射された光路を補正できる。よってエッジ部分の光も有効に利用して、光の利用効率をさらに高めることができる。
図８を参照すれば、本発明の第４実施形態によるプリズムシート３３０は、基板３３１と、屈折部材３３５及びプリズム３４１を備える。本実施形態によるプリズムシート３３０は、第１ないし第３実施形態によるプリズムシートと比較する時、前記屈折部材３３５の屈折率特性を変更した点で区別され、他の構成及び機能は実質上同じである。

すなわち、前記基板３３１は、相互平行に配列された複数のグルーブ３３２を備え、前記屈折部材３３５は、前記グルーブ３３２それぞれに位置する。ここで、前記複数の屈折部材３３５のうち少なくとも一つの屈折部材は、他の屈折部材と異なる屈折率を有する。
さらに望ましくは、前記複数の屈折部材３３５それぞれの屈折率が相異なり、屈折率順序に前記屈折部材３３５が配置される。図面を参照しつつ屈折率の分布を見れば、左側から右側に屈折部材３３５は、屈折率は、ｎ₂₁，ｎ₂₂，ｎ₂₃，．．．，ｎ_2kをそれぞれ有し、その屈折率の大小関係は、ｎ₂₁＜ｎ₂₂＜ｎ₂₃＜ｎ_2kの順である。ここで、屈折率ｎ₂₁を有する屈折部材は光源に最も近いところに配置され、屈折率ｎ₂₂，ｎ₂₃，．．．，ｎ_2kの順に光源から遠く配置される。このような屈折率の分布を有するプリズムシート３３０を備えた場合には、エッジ発光型のバックライトユニットに採用される時、ＬＧＰの出光面での位置による透光率の差による輝度の不均一を補償できる。すなわち、光源に近く位置する屈折部材に比べて、遠く位置した屈折部材の屈折率を高くして、遠く位置した部分の透過効率を向上させる。光源から遠く離れた屈折部材ほど、基板３３１から屈折部材３３５に入射される光の入射角と比較して、屈折部材３３５内部に出射される光の出射角が小さくなる。よって、光源から遠く離れた屈折部材ほど、プリズム３４１への光の入射角が小さくなり、より確実にプリズム３４１を透過させることができる。そして、光源から遠く位置して相対的に透過率が劣る部分の照度を高めることができる。このように、複数の屈折部材の屈折率を異にし、これらを屈折率の順序に配列して屈折透過による集光効率を異ならせることによって、エッジ発光によって光量の差を有する平面光の入射時に光量を補償できる。

本実施形態において、前記複数の屈折部材３３５それぞれは、図７を参照して説明されたような屈折部材のように、プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有しうる。
図９及び図１０を参照すれば、本発明の第１実施形態によるバックライトユニットは、ＬＧＰ４２０と、このＬＧＰ４２０の少なくとも一側に配置された光源４１０と、反射板４６０及びプリズムシート４４０を備える。

前記光源４１０は、図示したような構造のＣＣＦＬのような線光源またはＬＥＤのような点光源で構成されるものであって、前記ＬＧＰ４２０の一側面４２１に光を照射する。前記ＬＧＰ４２０は、前記光源４１０からその一側面４２１に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面４２３を有する。このＬＧＰ４２０は、前記光源４１０から遠く位置した出光面４２３の部分を通じて出射される光効率を高めて出光面４２３全体にわたって均一光を出射させるために、その厚さが徐々に狭まる構造、すなわち、出光面４２３の裏面である底面４２５が傾いて形成された構造を有する。つまり、ＬＧＰ４２０の厚みを徐々に小さくすることで、光源４１０から離れた位置での輝度の弱まりを防ぐようにしている。

前記反射板４６０は、前記ＬＧＰ４２０の底面４２５に所定距離で離隔配置されるものであって、底面４２５を通じて入射された光を前記出光面４２３方向に反射させ、光の利用効率を向上させる。
前記プリズムシート４４０は、前記出光面４２３に形成されるものであって、前記出光面４２３から出光された光を図９のＸ軸方向に屈折透過させることによって、有用光を増大させる。このプリズムシート４４０は、前記ＬＧＰ４２０に対して引込形成された屈折部材４４１と、入射光を屈折透過させるプリズム４４５とを備える。このために、前記ＬＧＰ４２０の出光面４２３には、引込形成された一つ以上のグルーブ４２３ａが形成されている。ここで、グルーブ４２３ａは、その断面形状が三角溝の形状を有するものであって、図面のＹ軸方向に長く形成される。特に、前記グルーブ４２３ａは、複数個備えられるものであって、各グルーブ４２３ａは、同一方向に相互隣接して配列される。

前記屈折部材４４１は、前記グルーブ４２３ａのそれぞれに設けられるものであって、前記ＬＧＰ４２０の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する。前記プリズム４４５は、前記屈折部材４４１と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって、前記屈折部材４４１に比べて相対的に低い屈折率を有する。
ここで、前記屈折部材４４１は、図示したように、前記グルーブ４２３ａ内に前記プリズム４４５の形状と対称な形状に形成されうる。また、図５を参照して説明されたプリズムシート１３０のように、半円形、楕円形、非円形曲線形に形成されることもある。また、前記屈折部材４４１は、図６及び図７を参照して説明されたプリズムシート２３０のように、前記プリズム４４５に隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する構造の屈折率勾配を有しうる。

それと共に、前記屈折部材４４１は、図８を参照して説明したプリズムシート３３０のように、それぞれの屈折率が相異なる複数の屈折部材を備えることが望ましい。この場合、前記屈折部材４４１の配置を参照すれば、前記光源４１０側に近く配置された屈折部材４４１ａに比べて、前記光源４１０側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置され、光源４１０から最も遠く離れた屈折部材４４１ｂが最も大きい屈折率値を有することが望ましい。このように配置された場合、複数のプリズム４４５それぞれを通じて出射される光は、入射角の分布に対する屈折角を異ならせることができる。したがって、前記出光面４２３を透過して出射された照明光が光源４１０からの距離差によって輝度差を有する場合であっても、前記プリズムシート４４０を通じて輝度差をある程度補償できる。

また、本発明は、前記ＬＧＰ４２０と前記反射板４６０との間に第２プリズムシート４５０をさらに備えうる。前記第２プリズムシート４５０は、通常的な光学プリズムと同じ構造及び形状を有するものであって、前記ＬＧＰ４２０の出光面４２３に向かう光をＹ軸方向に屈折透過させる。
また、本実施形態によるバックライトユニットは、入射光を拡散透過させる拡散部材４３０をさらに備えうる。

前記拡散部材４３０の一実施形態は、図９及び図１０に示したように、前記ＬＧＰ４２０内に分布された複数のビード４３１からなる。ここで、前記ビード４３１は、前記ＬＧＰ４２０と屈折率が異なる透明玉からなるものであって、その形状は、図示されたような球形だけでなく、楕円体形で構成され、多様なサイズを有しうる。このように、前記ＬＧＰ４２０内に複数のビード４３１を備えることによって、前記ＬＧＰ４２０を通じて伝えられる光を乱反射させることによって拡散させうる。よって、光の輝度均一度をより向上させることができる。この場合、拡散部材４３０を前記ＬＧＰ４２０に対して一体に形成することによって、拡散機能を行いつつも全体構成をコンパクト化できるという利点がある。

一方、前記拡散部材４３０の他の実施形態は、図１１に示したように、前記プリズムシート４４０上に配置された拡散シート４３５で構成されることもある。
前記のように、エッジ発光型のバックライトユニットを構成する場合、ＬＣＤパネル（図９の４８０）などの自発的な発光能力のない画像形成装置の光源として採用する時、さらに光効率が改善され、かつ均一な平面光を提供できる。

図１２を参照すれば、本発明の第２実施形態によるバックライトユニットは、ＬＧＰ５２０と、このＬＧＰ５２０の少なくとも一側に配置された光源５１０と、反射板５６０及びプリズムシート５４０を備える。本実施形態によるバックライトユニットは、第１実施形態によるバックライトユニットと比較する時、前記プリズムシート５４０の配置を変更したことに特徴があり、光源５１０、ＬＧＰ５２０及び反射板５６０は、第１実施形態によるバックライトユニットの同一名の部材と実質上同じであるので、ここでその詳細な説明は省略する。

前記プリズムシート５４０は、ＬＧＰ５２０の底面に所定距離で、前記ＬＧＰ５２０と前記反射板５６０との間に配置される。
このプリズムシート５４０は、基板５４１と、この基板５４１に対して引込形成された屈折部材（図示せず）と、入射光を屈折透過させるプリズム５４５と、を備える。このプリズムシート５４０の構成及び動作は、図３ないし図８を参照して説明された本発明の実施形態によるプリズムシートの構成と実質上同じであるので、簡単な説明にとどめ、その詳細な説明は省略する。ＬＧＰ５２０の底面からの光は反射板５６０により反射され、プリズムシート５４０に入射される。そして、前述の実施形態と同様に、基板５４１よりも屈折率の大きな屈折部材を経由した光は、出射角が小さくなってプリズムシート５４０から出射される。そして、ＬＧＰ５２０内部を経由して出光面５２３から出光される。これにより、出光面５２３から光を効率よく屈折透過させて有用光を増大させることができる。

また、本発明は、前記ＬＧＰ５２０上に第２プリズムシート５５０をさらに備えうる。前記第２プリズムシート５５０は、通常的な光学プリズムと同じ構造及び形状を有するものであって、前記ＬＧＰ５２０の出光面５２３に向かう光を一方向に屈折透過させる。
また、本実施形態によるバックライトユニットは、入射光を拡散透過させる拡散部材５３０をさらに備えうる。

前記拡散部材５３０は、前記ＬＧＰ５２０内に分布された複数のビード５３１からなるか、または前記第２プリズムシート５６０上に別途に備えられた拡散シート（図示せず）で構成される。
前記実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。

（作用効果）
本発明によるプリズムシートは、入射光を１次的に屈折透過させることによってプリズムに入射される光の入射角を狭める少なくとも一つの屈折部材を備え、プリズムシートを透過した有用光を増大させて光効率を改善できる。それと共に、複数の屈折部材を備える場合、屈折部材が屈折率勾配を有することによって、屈折部材のエッジ部分に入射された光路を補正できる。また、複数の屈折部材の屈折率を異にし、これらを屈折率の順序に配列して屈折透過による集光効率を異ならせることによって、エッジ発光によって光量の差を有する平面光の入射時に光量を補償できる。

また、本発明によるバックライトユニットは、前記プリズムシートを備えることによって、ＬＧＰから出射される光の出光分布の差を補償して最終的に出射される光分布の均一性を高めうる。それと共に、有用光を増大させることによって、光効率を上げうる。そして、拡散部材としてＬＧＰ内にビードを形成して一体化することによって、全体構成をコンパクト化できる。

本発明は、例えば、プリズムシート及びそれを採用したバックライトユニットに関連した技術分野に適用可能である。

従来のエッジ発光型のバックライトユニットを示す概略的な断面図である。図１のプリズムシートの一部を示す図面である。本発明の第１実施形態によるプリズムシートを示す概略的な部分断面図である。図３のプリズムシート製造過程を示す図面である。図３のプリズムシート製造過程を示す図面である。図３のプリズムシート製造過程を示す図面である。図３のプリズムシート製造過程を示す図面である。本発明の第２実施形態によるプリズムシートを示す概略的な部分断面図である。本発明の第３実施形態によるプリズムシートの要部を抜粋して示す概略的な断面図である。図６の屈折部材の深さによる屈折率の変化を示すグラフである。本発明の第４実施形態によるプリズムシートの要部を抜粋して示す概略的な断面図である。本発明の第１実施形態によるバックライトユニットを示す概略的な斜視図である。図９のバックライトユニットを示す概略的な断面図である。図１０の拡散部材の他の実施形態を説明するためのバックライトユニットの概略的な断面図である。本発明の第２実施形態によるバックライトユニットを示す概略的な断面図である。

符号の説明

３０プリズムシート
３１基板
３１ａ，４１ａ入射面
３２グルーブ
３５屈折部材
４１プリズム
４１ｂ第１出射面
４１ｃ第２出射面
θ_c1，θ_c2 臨界角
ｎ₀，ｎ₁，ｎ₂ 屈折率

Claims

第１入射面を有し、前記第１入射面からの入射光を透過させるものであって、前記第１入射面とは反対の一面に引込形成された少なくとも一つのグルーブを備えた基板と、
前記グルーブ内に設けられたものであって、前記基板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する屈折部材と、
前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって、前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するプリズムと、を備え、
前記プリズムは、
前記屈折部材と接する第２入射面と、前記基板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、
前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とするプリズムシート。
前記グルーブは、その断面形状が三角溝の形状を有し、
前記屈折部材は、前記グルーブ内に前記プリズムの形状と対称する形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
前記グルーブは、その断面形状が半円形または半楕円形を有し、
前記屈折部材は、前記グルーブ内にその断面形状が半円形または半楕円形に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプリズムシート。
前記屈折部材は、
前記プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有することを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプリズムシート。
前記基板は、相互平行に配列された複数のグルーブを備え、
前記グルーブそれぞれに位置した複数の屈折部材のうち少なくとも一つの屈折部材は、他の屈折部材と異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプリズムシート。
前記複数の屈折部材それぞれの屈折率が相異なり、屈折率の順序に前記複数の屈折部材が配置されることを特徴とする請求項５に記載のプリズムシート。
前記屈折部材のうち少なくとも何れか一つの屈折部材は、
前記プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有することを特徴とする請求項６に記載のプリズムシート。
前記基板と前記プリズムとは、同一材質からなることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプリズムシート。
前記基板及び前記プリズムそれぞれは、アクリル系樹脂からなることを特徴とする請求項８に記載のプリズムシート。
前記屈折部材は、環状オレフィン共重合体、ポリカーボネート及びポリエーテルイミドのうち選択された何れか一つの材質からなることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプリズムシート。
第１入射面を有し、前記第１入射面からの入射光を透過させるものであって、前記第１入射面とは反対の一面にそれぞれ逆三角形に引込形成された複数のグルーブを備えてアクリル系樹脂からなる基板と、
前記グルーブ内に設けられるものであって、前記基板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する環状オレフィン共重合体、ポリカーボネート及びポリエーテルイミドのうち選択された何れか一つの材質からなる屈折部材と、
前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって、前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するアクリル系樹脂からなるプリズムと、を備え、
前記プリズムは、
前記屈折部材と接する第２入射面と、前記基板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、
前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とするプリズムシート。
光を照射する少なくとも一つの光源と、
前記光源から一側面に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面を有する導光板と、
前記導光板の前記出光面の裏面に離隔配置されて、入射光を前記出光面方向に反射させる反射板と、
前記導光板の出光面に引込形成された少なくとも一つのグルーブと、前記グルーブ内に設けられるものであって前記導光板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する屈折部材と、前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するプリズムと、を備えたプリズムシートと、を備え、
前記プリズムは、
前記屈折部材と接する第２入射面と、前記導光板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、
前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とするバックライトユニット。
入射光を拡散透過させる拡散部材をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のバックライトユニット。
前記拡散部材は、前記プリズムシート上に配置された拡散シートであることを特徴とする請求項１２に記載のバックライトユニット。
前記拡散部材は、前記導光板内に分布された複数のビードからなることを特徴とする請求項１２に記載のバックライトユニット。
前記導光板と前記反射板との間に配置されるものであって、入射光を一方向に屈折透過させる複数のプリズムを備えた第２プリズムシートをさらに備えることを特徴とする請求項１２ないし１５のうち何れか１項に記載のバックライトユニット。
前記グルーブは、その断面形状が三角溝の形状を有し、
前記屈折部材は、前記グルーブ内に前記プリズムの形状と対称する形状に形成されることを特徴とする請求項１２ないし１５のうち何れか１項に記載のバックライトユニット。
前記屈折部材は、前記プリズムに隣接した部分から遠くなるほど屈折率が上昇する屈折率勾配を有することを特徴とする請求項１７に記載のバックライトユニット。
前記屈折部材は、それぞれの屈折率が相異なり、前記光源側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置された複数の屈折部材を備えることを特徴とする請求項１２ないし１５のうち何れか１項に記載のバックライトユニット。
光を照射する少なくとも一つの光源と、
前記光源から一側面に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面を有する導光板と、
前記導光板の前記出光面の裏面に離隔配置されて、入射光を前記出光面方向に反射させる反射板と、
前記導光板と前記反射板との間に配置されるものであって、第１入射面を有し、前記第１入射面からの入射光を透過させるものであって、前記第１入射面とは反対の一面に引込形成された少なくとも一つのグルーブを備えた基板と、前記グルーブ内に設けられるものであって前記基板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有する屈折部材と、前記屈折部材と対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有するプリズムと、を備えたプリズムシートと、を備え、
前記プリズムは、
前記屈折部材と接する第２入射面と、前記基板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、
前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とするバックライトユニット。
前記プリズムシートの屈折部材は、それぞれの屈折率が相異なり、前記光源側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置された複数の屈折部材を備えることを特徴とする請求項２０に記載のバックライトユニット。
入射光を拡散透過させる拡散部材をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のバックライトユニット。
前記拡散部材は、前記導光板の出射面上に配置された拡散シートであることを特徴とする請求項２２に記載のバックライトユニット。
前記拡散部材は、前記導光板内に分布された複数のビードからなることを特徴とする請求項２２に記載のバックライトユニット。
前記導光板上に配置されるものであって、入射光を一方向に屈折透過させる複数のプリズムを備えた第２プリズムシートをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載のバックライトユニット。
光を照射する少なくとも一つの光源と、
前記光源から一側面に入射された光の進行をガイドするものであって、光が出射される出光面を有する導光板と、
前記導光板の前記出光面の裏面に離隔配置され、入射光を前記出光面方向に反射させる反射板と、
前記導光板の出光面に引込形成された複数のグルーブと、前記グルーブ内に設けられ、前記導光板の屈折率に比べて相対的に高い屈折率を有するものであって前記光源側から遠くなるほど屈折率が上昇するように配置された複数の屈折部材と、前記屈折部材それぞれと対向して配置されて入射光を屈折透過させるものであって前記屈折部材に比べて相対的に低い屈折率を有する複数のプリズムと、を備えた第１プリズムシートと、
前記導光板内に分布された複数のビードからなるものであって、入射光を拡散透過させる拡散部材と、
前記導光板と前記反射板との間に配置されるものであって、入射光を一方向に屈折透過させる複数のプリズムを備えた第２プリズムシートと、を備え、
前記第１プリズムシートの前記プリズムは、
前記屈折部材と接する第２入射面と、前記導光板から突出するように互いに傾斜を成して対向して配置され、前記第２入射面から入射された光が出射される第１出射面及び第２出射面と、を有し、
前記第１出射面又は前記第２出射面に入射する光の入射角は、光が全反射する臨界角よりも小さいことを特徴とするバックライトユニット。