JP5282104B2 - 光学シート及びこれを具備した液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、その長さ方向に少なくとも一部が平行配列と非平行配列を有する微細構造を具備する光学シート及びこれを具備した液晶表示装置（ＬＣＤ）に関するものである。より詳細には、本発明はモアレ柄(Moire fringe)を効果的に除去可能で輝度を向上させることができる光学シート及びこの光学シートを具備した液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、ノートブック、パーソナルコンピューターまたはＴＶなどの情報用ディスプレイとしてたくさん使われており、需要の拡大によって、その特性も毎年改善されている。非発光素子であるＬＣＤの液晶パネルは、その構造上バックライトユニットを要する。バックライトユニットの場合、多様な光学素子で構成される。また、バックライトユニットは輝度向上のために周期的な配列の光学シートを使用するようになる。

図１は、典型的な液晶表示装置の構造を示している。液晶表示装置１０１は、図１に示されるように、バックライトユニット２０と液晶パネル３０で構成される。バックライトユニット２０は、光源２１、導光板(Light guide plate)２２、拡散シート(diffuser film)２４、プリズムシート(Prism sheet)１０を含む。光源２１で発生する光は導光板２２を通過しながら散乱して直接目に入射するので導光板２２のパターンをそのまま目に映すようになる。このパターンは、液晶パネル３０を装着した後にも確実に感知することができる水準であるので、拡散シート２４によってこれらが最小化されるか、またはなくされる。しかし、拡散シート２４を通過させると、光の輝度は水平、垂直両方向に拡散が起きるので急激に落ちる。このためプリズムシート１０は、光を再び集光させて光輝度を挙げるようになる。プリズムシート１０は、波（山と谷）模様の微細なピッチ(pitch)を有している。一般的な場合、プリズムシート１０は、ピッチの下側と上側が垂直と水平で直交するように調整されて二枚が一セットで使われる。プリズムシートを通過した光は、集光する視野角を有して前向きになり輝度も改善される。このような構造を適用した液晶表示装置の場合、液晶パネル３０の周期的な構造とプリズムシート１０の周期的な構造との結合によってまた他の周期を有するモアレ柄(Moire fringe)を発生させる。

図２に示されるように、モアレ柄は通常的にピッチがＰである周期的な二つの格子(Ｇｄ、Ｇｒ)がθの角度で重なった時に観察されるモアレ柄の周期Ｄは、数式１のように決まる。

数式１に示されるように、二つの周期的な格子が重なってできる交差角(θ)が小さいほど、大きい周期のモアレ柄の格子を発生させ、交差角が大きいほど、小さな周期のモアレ柄を発生させる。このようなモアレ柄は液晶パネル３０で周期的に明るい形状と暗いパターンを示して、液晶表示装置１０１の品質を低下させる要因になっている。

一方、液晶表示装置でのモアレ柄を無くすための多様な試みがなされている。その代表的な例として、米国特許第５，２８０，３７１号によると、モアレ柄を無くすために図３に示されるように、液晶表示装置で液晶パネル３０に対してプリズムシート１０の角度をすこし傾けることで(すなわち、液晶パネルの垂直軸に対してすこし回転させることで)、モアレ柄の周期を充分に大きくして、ディスプレイパネル上にモアレ柄が現われないようにする技術が開示されている。しかし、このような液晶表示装置の場合、周期的配列のプリズムシートを回転（傾けて配置）させることで配列全体が傾いてモアレ柄発生現象は減少したが、プリズムシートの配列が傾くことによって輝度が下落する短所を示す。

本発明は、前記した従来の問題点を改善しようと提案されるものであり、前記モアレ柄を効果的に除去可能で光輝度を向上させることができる光学シートを提供することにその目的がある。

また、本発明は液晶パネル配列と前記光学シート配列の適切なマッチングを通じてモアレ柄の発生を最小化しながら輝度が下がる特性を最大限抑制することができる液晶表示装置（ＬＣＤ）を提供することにその目的がある。

前記した目的を達成するための本発明は、
透明物質で形成されるシート形状の透明基板;そして
前記透明基板の一表面に形成されて光を出射する複数の微細構造のアレイを有する微細構造層;を含んで、
前記透明基板の上側から見る時の、前記各微細構造のうちの少なくとも一部は、その長さ方向に繰り返される平行配列と非平行配列を有することを特徴とする光学シートに関するものである。

また本発明は、
透明物質で形成されるシート形状の透明基板と;
前記透明基板の表面に形成されて光を出射する複数の微細構造のアレイを有する微細構造層;及び
前記微細構造層の上部に形成された、複数のピクセルを形成して映像を表示する液晶パネル;を含んで、
前記液晶パネルの上側から見る時の、前記各微細構造のうちの少なくとも一部は、その長さ方向に前記液晶パネルのピクセルの一側辺に対して少なくとも１回繰り返される平行配列と非平行配列を有することを特徴とする液晶表示装置に関するものである。

本発明の光学シートによれば、透明パネルと光学シートの交差角度を、非平行な微細構造の傾斜角以内で自由に決定することで、モアレ柄の発生を最小化してモアレ柄発生現象によるディスプレイ品質低下を最小化して、ひいては使用者がモアレ柄を観察することができないようにすることができる。

また本発明の光学シートは、例えば、図３に示したような従来の液晶表示装置の製造方法のように、従来のモアレ柄を抑制するための４５度/１３５度の抜き形成方式から脱して非平行な微細構造の傾斜角以内で自由にシートを抜き形成することができるので、抜き形成による損失を減らして、製品の収率及び生産性を向上させることができる。

また、本発明の光学シートが装着されたバックライトユニットによれば、点光源のようなＬＥＤを光源として使用するタイプで光学シートを４５度/１３５度回転（傾けて配置）させることで発生する白点欠陷(White Spot)と斜線形態で発生する白線欠陥(White line)を最小化することができて、外観品質維持のために要求されるバックライトユニットの不用空間(Dead space)を最小化させることができて、ディスプレイ品質を改善することができる。

また、本発明のバックライトユニットが装着された液晶表示装置によれば、液晶パネルとマッチされる光学シートの配列が一部は平行で、一部は平行ではないことで、モアレ柄の発生を抑制しながらも光学シートの傾きによる輝度低下を最小化して、ディスプレイの品質及び光効率を向上させることができる。

また本発明の液晶表示装置では、前記パターンを適用することでモアレ柄発生を減少させる特性だけではなく、光学シート内の欠陷(Defect)を隠す効果によって光学シートの耐スクラッチ特性及びバックライトユニットの外観品質も向上させることができる。

典型的な液晶表示装置に対する分解斜視図である。 液晶表示装置で発生するモアレ柄を説明するための二つの格子の間の模式図である。 従来の液晶表示装置での液晶パネルと光学シートとの関係を示した図面である。 本発明による液晶表示装置に対する分解斜視図である。 図４の光学シートに対する斜視図である。 図４の光学シートに対する平面図である。 図４の液晶表示装置での液晶パネルと光学シートとの関係を示した図面である。

以下、本発明を添付した図面を参照して詳しく説明する。
図４は、本発明による液晶表示装置に対する分解斜視図である。図４を参照すれば、本発明による液晶表示装置１００は、液晶パネル１３０とバックライトユニット１２０を具備している。

液晶パネル１３０は、よく知られたところのように、バックライトユニット１２０からの個々のピクセル(図７参照)１３１を透過する光を制御してカラー映像(Ｒ、Ｇ、Ｂ)を表現する。

バックライトユニット１２０は、光源１２１、該光源１２１の近くに配置された導光板１２２及び光学シート１１０を含む。導光板１２２と光学シート１１０との間には拡散シート１２４がさらに配置されることもできる。また、導光板１２２の背面には反射シート１２３が設けられていて、光学シート１１０を保護するために光学シート１１０の上側に図示しない保護シートが配置されることもできる。このような本発明の液晶表示装置１００は、後述される光学シート１１０を除いて、公知された図１の構造と同一であるので、ここで詳しい説明は省略することにする。

図５及び図６は、本発明による光学シートに対する実施例として、図５はその斜視図であり、図６はその平面図である。図５及び図６に参照される本発明による光学シート１１０、すなわちプリズムシートは透明基板１１１及び微細構造層１１２を含む。

前記透明基板１１１は、光を透過することができる透明物質でなされて光学シートの本体を構成する。前記透明基板を形成する透明物質は、アクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニルでなされたグループから選択された一つの透明樹脂であることができる。

前記透明基板１１１の表面に形成された微細構造層１１２は、光を出射する複数の微細構造１１３、１１５を含む。前記微細構造層１１２が位置する面と反対側の透明基板の面１１１ａは滑らかな面を形成することもできて、あるいは、凹凸を有する図示しない別途の微細構造面を形成することもでき、さらに、前記拡散シート１２４がさらに一体で形成されていてもよい。

また、前記透明基板１１１と微細構造層１１２は、それぞれ別に製造されてお互いに接合されることもできるが、一つのシートに上に一体で形成されることが望ましい。

また、前記透明基板１１１の下部及び／又は前記微細構造層１１２の上部のうちの少なくとも一方に反射偏光基板を形成することもできる。

本発明で前記微細構造層１１２を形成する微細構造１１３、１１５のうちの少なくとも一部はその長さ方向に、図６に示されるように、透明基板１１１の上側から見る時の、その微細構造の長さ方向に沿って1回以上の平行配列と非平行配列を繰り返す。本発明で前記微細構造層１１２を形成する各微細構造のうちの少なくとも一部はその長さ方向に沿って、前記透明基板１１１の平面上で平行配列の微細構造１１３ａ、１１５ａと非平行部分の微細構造１１３ｂ、１１５ｂのアレイが反復的に配置されてつながる配列を有する。言い換えれば、前記微細構造層１１２は微細構造１１３、１１５の長さ方向に沿って平行部分と非平行部分を繰り返して有する。図６で暗い部分は微細構造１１３、１１５配列の山部分に比べて相対的に輝度が低い谷部分に該当する。このような平行部分と非平行部分の繰り返しは特別に定型化されないが、一定な周期を示しながら繰り返されることもできる。このような微細構造アレイを有する光学シート１１０は、液晶パネル１３０とマッチされて高輝度(High luminance)を維持して、モアレ柄発生現象を起こさないのに液晶表示装置の製造に関して非常に有利である。

図７は、本発明の光学シート１１０が液晶パネル１３０とマッチされた状態を液晶パネル１３０のピクセル１３１から見たものである。図７に示されるように、前記液晶パネル１３０の上側から見る時の、前記微細構造層１１２の各微細構造のうちの少なくとも一部は、その長さ方向に前記液晶パネルのピクセルの一側辺に対して平行配列と非平行配列を少なくとも１回以上繰り返す微細構造アレイを有する。すなわち、本発明では前記光学シート１１０が液晶パネル１３０に配置された時、各サブピクセル(Sub-pixel)１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂで構成されるピクセル１３１の一側辺に対して、微細構造層１１２を形成する各微細構造１１３、１１５の少なくとも一部分が平行交差と非平行交差を1回以上繰り返す配列形態を有する。これによって、光学シート１１０の一面に傾きが付与された後、微細構造アレイの一部は液晶パネル１３０と一致して、微細構造アレイの他の一部は液晶パネル１３０における光学シート１１０を傾けた（回転させた）効果と同様に、輝度下落を補償しながらモアレ柄も減少させることができる。

また、図３のようにモアレ柄現状の減少のために、大きい角度で光学シートを抜き形成する必要がなくなるために、液晶表示装置の生産性を増大させる（改善する）ことができる。それだけでなく、ＬＥＤを光源として使ったバックライトユニットでは、光学シートの回転（傾けて配置）時に発生する白点欠陷と斜線形態で発生する白線欠陷を最小化することができ、さらに光学シートを回転（傾けて配置）させることで発生する輝線を最小化して、ディスプレイの品質を改善することができる。また、本発明によれば、前記非平行配列を一部の微細構造に適用することで、モアレ柄を減少させる特性と液晶表示装置の欠陷を隠す効果だけではなく、光学シートの耐スクラッチ特性及びバックライトの外観品質も向上させることができる。

本発明による光学シートで、微細構造層を形成する微細構造の断面形状は特別に限定されないし、例えば、光学的特性に従い、断面で三角形状または多角形のプリズム、半球型または部分円弧形状を有することができる。また、透明基板に形成される微細構造アレイは特別に限定しないが、５〜１００μmのピッチ間隔で形成されることが望ましい。しかし、本発明での光学シートは、微細構造アレイがどのような断面形状やピッチ間隔を有しても上述した微細構造を有することが重要である。

本発明で前記光学シート上に液晶パネルを配置する時、前記平行配列と非平行配列の周期は特別に限定しないが、液晶パネルのピクセルの５０倍以下がより望ましい。

また、前記平行配列が直列で非平行配列にコンバートされる区間は、直線的なものが望ましいが、曲率を有することもできる。この時、その曲率値は特別に限定しないが、ピッチの６００倍以下がより望ましい。

また前記平行配列と非平行配列とがコンバートされる区間の周期は、液晶パネルの各ピクセル当たりの光の明るさの差が２０％以下になるように決定されることがより望ましい。

さらに、前記液晶パネルの透過領域は垂直透過領域と水平透過領域のうちのいずれか一つが５００μm以下の値を有することが望ましい。

以上、本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、当業者なら、本発明の技術思想と領域を脱しない範囲内で本発明を多様に修正または変更させることができることは自明であろう。例えば、本発明の実施例では光学シート１１０と拡散シート１２４とを別に区分したが、拡散シート１２４も光学シート１１０の下部に形成して拡散シートと光学シートを一体で構成することもできる。

１００ 液晶表示装置
１１０ 光学シート
１１１ 透明基板
１１２ 光学微細構造層
１１３、１１５ 微細構造アレイ
１２０ バックライトユニット
１２１ 光源
１２２ 導光板
１２３ 反射板
１２４ 拡散シート

Claims (17)

1. 透明物質で形成されるシート形状の透明基板と;
   前記透明基板の表面に形成されて光を出射する微細構造アレイを有する微細構造層と;及び
   前記微細構造層の上部に形成され、複数のピクセルを形成して映像を表示する液晶パネルと;を含んで、
   前記液晶パネルの上側から見る時の、前記微細構造のうちの少なくとも一部はその長さ方向に前記液晶パネルのピクセルの一側辺に対して平行配列と非平行配列を少なくとも１回以上繰り返すことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記平行配列と非平行配列とがコンバートされる区間は曲率を有して、その曲率値は微細構造ピッチの６００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記透明基板と微細構造層は、一体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記平行配列と非平行配列になる区間の周期は、液晶パネルの各ピクセル当たりの光の明るさ差が２０％以下になるようになされたものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記透明物質は、アクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニルでなされたグループから選択された一つの透明樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記複数の微細構造の断面形状は、三角形、多角形、半球型及び部分円弧形状のうちのいずれか一つの断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記透明基板は、前記微細構造層と反対側面に滑らかな面を形成していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記透明基板は、前記微細構造層と反対側面に凹凸を有した面を形成していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記複数の微細構造アレイは、５〜１００μmのピッチ間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記透明基板の下部及び前記微細構造層の上部のうちの少なくとも一方に反射偏光基板が形成されている特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
11. 透明物質で形成されるシート形状の透明基板と;そして
    前記透明基板の表面に形成されて光を出射する複数の微細構造アレイを有する微細構造層と;を含んで、
    前記透明基板の上側から見る時の、前記微細構造アレイのうちの少なくとも一部は、前記透明基板の一側辺に対してその長さ方向に平行配列と非平行配列を繰り返すことを特徴とする光学シート。
12. 前記平行配列と非平行配列は、少なくとも１回繰り返されることを特徴とする請求項１１に記載の光学シート。
13. 前記平行な配列と非平行な配列とがコンバートされる区間は、曲率を有して、その曲率値は微細構造ピッチの６００倍以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光学シート。
14. 前記平行配列と非平行配列とがコンバートされる区間は、直線的であることを特徴とする請求項１１に記載の光学シート。
15. 前記透明基板と微細構造層は一体で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学シート。
16. 前記透明基板は、前記微細構造層と反対側面に凹凸を有した面を形成していることを特徴とする請求項１１に記載の光学シート。
17. 前記透明基板の下部及び前記微細構造層の上部のうちの少なくとも一方に反射偏光機材が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学シート。

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