JPH0933706A - プリズムシートおよびそれを利用した光源装置、液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッジライト型、直下型いずれのバックライト
に対しても正面方向に光を集光する機能を有するプリズ
ムシートを提供する。 【解決手段】垂直断面の形状が不等辺三角形の線状プリ
ズムが平行配列したプリズムシートにおいて、該三角形
の底辺の長さが２０〜１４０μｍであることを特徴とす
るプリズムシート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリズムシート及
びそれを利用した光源装置、液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、その軽量化や高精細化
等に伴って、ＯＡ機器やパーソナルコンピュター等に広
く使用されている。しかし、液晶表示は非発光表示のた
め、外光状態の悪い場所では照明が必要である。このた
め、後方から液晶表示面を均一に照明する面光源を備
え、輝度を確保している。かかるバックライトは光源と
光拡散部材で構成され、白熱電球などの点光源または蛍
光灯などの線光源を光拡散部材で面光源としている。近
年、カラー液晶テレビ等を始め、液晶表示装置のカラー
化が進んでおり、従来の単色液晶表示装置に使用された
面光源手段では十分な輝度を確保することが出来なくな
っている。このため、バックライトを備えた液晶表示装
置での輝度改良のために、種々のものが提案されてい
る。例えば、特開平２−７７７２６号公報のものは、輝
度ムラを改善するために拡散板と液晶パネルの間に非球
面フレネルレンズの集光レンズを設けたものである。ま
た、特開昭６１−１５１０４号公報のものは、線光源と
拡散板との間に階段部を形成する複数の光伝導体からな
る光拡散器を設け、前記拡散板に三角柱状のプリズムを
板状に配列させたものである。また、実開平２−６２４
１７号公報のものは、光源と拡散板との間に透明板を設
け、該透明板の前記光源に対応する部分にプリズム作用
を有する複数の溝を設けたものである。特開平５−３３
３３４号公報のものは、面光源と液晶セルとの間に頭頂
角の異なるプリズム部を持つプリズムレンズ設けたもの
である。このように、従来の液晶表示装置等の光源装置
においては、表示光の輝度を上げる手段として、バック
ライトの拡散光をプリズムレンズで集光することによ
り、表示光の特定方向の輝度を上げる方法が採用されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での拡散シートとプリズムシートを組み合わせたバック
ライトシステムにおいて、特にエッジライト型のバック
ライトを用いた場合、正面輝度を最も高くすることがで
きず、斜め方向の輝度が最も高くなるために、液晶ディ
スプレイの特性に悪影響を与えていた。この原因は、こ
れまで提案されているプリズムシートのプリズム部の断
面が二等辺三角形であるために光の集光能力が均等にな
り、元々視角方向によって輝度の変化（以下輝度むらと
言う）の大きいエッジライト型のバックライトに対して
は十分な効果を得ることができないためである。これに
対して特開平６−３３１８３１号にはプリズム間のピッ
チが長く断面が不等辺三角形のプリズムシートを用いる
ことが提案されているが、このようなプリズムシートを
用いた場合、ピッチが長く、個々のプリズム部が大きく
なるために、単位面積あたりのプリズムの数が少ないた
めに集光効率が低下するだけでなく、外部の衝撃に対し
て弱くなり、欠け、傷などの欠陥が生じやすくなるとい
う問題がある。また、不等辺三角形の底辺とそれぞれの
辺とのなす角の差が大き過ぎると、エッジライト型のバ
ックライトシステムには効果があるが、逆に直下型のバ
ックライトシステムに用いた場合にはかえって輝度むら
を生じてしまう。

【０００４】本発明はこうした状況に鑑み、集光効率が
良く、エッジライト型のバックライトを用いた場合に輝
度むらが改善され、正面方向に光を集光できるようなプ
リズムシート、および直下型、エッジライト型いずれの
バックライトを用いた場合でも輝度むらが改善され、正
面方向に光を集光できるようなプリズムシートを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために、バックライトの光を集光するプリズ
ムシートにおいて、プリズム部の断面が不等辺三角形
で、なおかつ該三角形の底辺の長さが２０〜１４０μｍ
であるプリズムシートを用いることにより、エッジライ
ト型のバックライトにおいては輝度むらが改善され、特
に該三角形の一辺が底辺に対して３０〜４５゜であり、
もう一方の辺が４５〜６５゜であるプリズムシートを用
いることにより、エッジライト型のバックライトにおい
ては輝度むらが改善され、直下型のバックライトにおい
ては輝度むらが発生せず、いずれの場合においても正面
方向に光を集光できることを新規に見いだし本発明に至
った。即ち、本発明は、（１）垂直断面の形状が不等辺
三角形の線状プリズムが平行配列したプリズムシートに
おいて、該三角形の底辺の長さが２０〜１４０μｍであ
ることを特徴とするプリズムシート、（２）該三角形の
一辺が、底辺に対して３０〜４５゜であり、もう一方の
辺が４５〜６５゜であることを特徴とする（１）のプリ
ズムシート、（３）隣接する線状プリズム同士が接して
おり、かつ該線状プリズム同士の対応する面が互いに平
行であることを特徴とする（１）または（２）のプリズ
ムシート、（４）拡散シートおよび（１）ないし（３）
３のいずれかのプリズムシートを組み込んだ光源装置、
（５）拡散シートおよび（１）ないし（３）３のいずれ
かのプリズムシートを組み込んだ液晶表示装置、に関す
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明のプリズムシートはプリズ
ム部と支持体部に大別される。プリズム部は垂直断面の
形状が不等辺三角形の線状プリズムを多数有しており、
好ましくは隣接する線状プリズム同士が接し、かつ該線
状プリズム同士の対応する面が互いに平行となるように
配列したもので、該不等辺三角形の底辺の長さが好まし
くは２０〜１４０μｍ、より好ましくは３０〜１００μ
ｍ、さらに好ましくは３５〜６０μｍ程度がよい。ま
た、該不等辺三角形の形状はエッジライト型のバックラ
イトを用いる場合には該バックライトの輝度むらの程度
によって異なるが、三角形の一辺と底辺とのなす角が好
ましくは４５〜７０°、もう一方の辺と底辺とのなす角
が６５〜８０゜にするのが好ましい。また、直下型、エ
ッジライト型バックライトのいずれにも用いる場合、該
不等辺三角形の一辺と底辺とのなす角が好ましくは３０
〜４５°、より好ましくは３５〜４５°、もう一方の辺
と底辺とのなす角が４５〜６５゜、より好ましくは５０
〜６０°にするのがよい。該プリズムシート、プリズム
部と支持体部は同一の材質でも、異なる材質でもよい。
プリズムシート中の複数のプリズムは平行に配列され、
一つのプリズムは直線状であることが好ましい。なお、
支持体部の表面は光学的に平面であっても、また該表面
に微細な凹凸加工が施されていてもよい。

【０００７】このような本発明のプリズムシートの構造
の一例を図１に示す。このプリズムシートは不等辺三角
形の底辺の長さが５０μｍ、不等辺三角形の一辺と底辺
とのなす角が５３°、もう一方の辺と底辺とのなす角が
４２°の直線プリズムを多数有している。

【０００８】本発明のプリズムシートは、光を通過させ
るものであれば、硬い板状のものでも、柔軟なフィルム
状のものでもよいが、集光レンズとして液晶表示装置に
使用する場合は、軽量化が要求されるため、柔軟なフィ
ルム状のものが好ましい。プリズムシートの厚さは使用
目的に応じ異なるが、集光レンズとして液晶表示装置に
使用する場合は好ましくは５０〜５００μｍ、より好ま
しくは１００〜３００μｍ、さらに好ましくは１５０〜
２５０μｍ程度がよい。

【０００９】また、プリズムシートの材質は、透明なも
のがよく、例えばプラスチック等があげられるが、特に
制限はない。プラスチックとしては、熱可塑性樹脂、熱
硬化性樹脂、紫外線等のエネルギー線硬化性樹脂等が使
用でき、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリ
オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリ
エステル樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、塩化ビニ
ル、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリレー
ト樹脂等があげられる。集光レンズとして液晶表示装置
に使用する場合は、光学的に均質で等方性である透明な
プラスチックが好ましく、またその屈折率は好ましくは
１．５〜１．６５、より好ましくは１．５５〜１．６程
度のものがよい。このようなプラスチックとしては、例
えばアクリル樹脂、ポリカーボネート等のプラスチック
レンズに使用されるものがあげられるが、製造上の容易
さを考慮すると、少なくともプリズム部が紫外線等のエ
ネルギー線硬化性のプラスチック（樹脂）が好ましい。
エネルギー線硬化性樹脂としては、例えばポリエステル
系アクリレート、ウレタン系アクリレート、エポキシ系
アクリレート等のアクリレート樹脂があげられる。

【００１０】本発明に用いられるプリズムシートは一体
成型法、ツーピース法のいずれでも製造可能である。一
体成型法により得られるプリズムシートは一層のシート
になっており、ツーピース法により得られるプリズムシ
ートは二層になっている。一体成型法は上記の樹脂製の
フィルムを金型に押し当てるか、または軟化もしくは溶
融した上記の樹脂を金型に入れて成型する方法で、例え
ば鋳造、溶剤キャスティング法、押出成型しながらのロ
ールエンボス法、平板への熱プレス法、モノマーキャス
ティング法、射出成型法等があげられる。ツーピース法
はベースフィルム上にプリズムを形成する方法で、具体
的はに上記の樹脂の溶液を金型に入れ、ついでその上を
上記の樹脂製のベースフィルムで覆い、樹脂溶液を硬化
させて成型する方法である。このツーピース法で使用す
る樹脂としては熱硬化性樹脂も使用できるが、硬化性の
点から紫外線等のエネルギー線硬化性樹脂が好ましい。
このような種々の製造法のうち、特に製造上の容易さを
考慮すると、上記のエネルギー線硬化性樹脂等を使用し
ベースフィルム上にプリズムを形成するツーピース法が
好ましい。具体的には、例えばレーザー加工等により製
作したプリズムの金型に上記のエネルギー線硬化性樹脂
を塗布し、ついでその上にベースフィルムを重ね、紫外
線等のエネルギー線を照射し硬化させ、その後、金型か
ら硬化物を取り出せばよい。又、連続的にはロールエン
ボス法等が採用されるが、製造方法は特に限定されな
い。ベースフィルム（支持体部）としては、透明なもの
がよく、例えばプラスチック等があげられるが、特に制
限はない。プラスチックとしては、熱可塑性樹脂、熱硬
化性樹脂、紫外線等のエネルギー線硬化性樹脂等が使用
でき、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオ
レフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエ
ステル樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、塩化ビニ
ル、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリレー
ト樹脂等があげられる。集光レンズとして液晶表示装置
に使用する場合は、光学的に均質で等方性である透明な
プラスチックが好ましく、またその屈折率は好ましくは
１．４５〜１．７５、より好ましくは１．５〜１．６５
程度のものがよい。このようなプラスチックとしては、
例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート等のプラスチッ
クレンズに使用されるものがあげられる。ベースフィル
ムの厚さは好ましくは２０〜１５０μｍ、より好ましく
は４０〜１００μｍ程度がよい。

【００１１】図２および図３は、本発明のプリズムシー
トを集光レンズとして使用した光源装置及び液晶表示装
置の一実施例の部分断面図である。本発明の光源装置
は、バックライト１の上にプリズムシート２が設置され
たものである（所望により、バックライト１とプリズム
シート２の間に拡散板を使用してもよい）。本発明の液
晶表示装置は、この光源装置のプリズムシート２の上に
液晶表示素子３が設置されたものである。液晶表示素子
３は、例えば、スペーサーにより一定の間隔を隔てて設
けられた２枚のガラス基板の間に液晶が充填され、さら
に、この２枚の上下ガラス基板のそれぞれの外面には偏
光板が設けられており、上部ガラス基板の内側と下部の
ガラス基板の内面にはそれぞれ内部電極が設けられてい
る。内部電極は、微小な画素電極が多数縦横に配列され
て構成されている。液晶表示素子３がカラー液晶表示素
子である場合には、上部ガラス基板の内側にはカラーフ
ィルター層と、このカラーフィルター層の外面に内部電
極が設けられ、下部のガラス基板の内面には内部電極が
設けられている。また、カラーフィルター層は、赤、
緑、青の３色の色フィルターを画素電極に対応して配列
して、各々の画素を形成している。

【００１２】バックライト１は、導光板４とその反対面
に反射シート５、その一端または中央に蛍光灯等の線状
光源６を配置して構成されている。そして、線状光源６
からの入射光が、導光板４を通して、一部は反射シート
５に反射して出射面から出射してプリズムシート２に入
射する。バックライト１は図２および図３に示した構造
のものに限らず、通常使用されている種々のものが使用
できる。

【００１３】図２および図３に示したバックライト１の
正面輝度および上下方向（中心軸は線状光源６の縦軸と
同一方向）に傾斜させた場合の視角方向による輝度むら
を図４に示した。図のように直下型バックライトは輝度
むらが非常に少ないのに対し、エッジライト型のバック
ライトは輝度むらが大きいことが分かる。

【００１４】以下、実施例と比較例を挙げて本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例１ 一つの直線プリズムの成形後の垂直断面が頂角８５゜、
一つの辺と底辺とのなす角が５２．５゜、もう一方の辺
と底辺とのなす角が４２．５゜、底辺の長さが５０μｍ
の不等辺三角形になるような雌金型に、硬化後の屈折率
が１．５７であるアクリル系紫外線硬化樹脂を流し込
み、その上に屈折率１．５５、厚さ５０μｍのポリカー
ボネートフィルムを積層した後、紫外線を照射し、該樹
脂を硬化させた後、該金型より脱型することにより、厚
さ１５０μｍの本発明の不等辺三角形プリズムシートを
得た。このプリズムシートを、拡散シートを使用せず、
図２のバックライトの上に設置し、本発明の光源装置を
得た。この光源装置の正面輝度および上下方向（中心軸
は線状光源６の縦軸と同一方向）に傾斜させ視角方向に
よる輝度むらを測定し、結果を図５に示した。

【００１５】実施例２ 実施例１で用いた本発明のプリズムシートを導光板上に
拡散シートを設置した図２のバックライトの上に設置
し、本発明の光源装置を得た。この光源装置の正面輝度
および上下方向（中心軸は線状光源６の縦軸と同一方
向）に傾斜させ視角方向による輝度むらを測定し、結果
を図６に示した。

【００１６】実施例３ 実施例１で用いた本発明のプリズムシートを導光板上に
拡散シートを設置した図３のバックライトの上に設置
し、本発明の光源装置を得た。この光源装置の正面輝度
および上下方向（中心軸は線状光源６の縦軸と同一方
向）に傾斜させ視角方向による輝度むらを測定し、結果
を図７に示した。

【００１７】比較例１ プリズムの断面が頂角９５゜の二等辺三角形で、底辺の
長さが５０μｍのプリズムシートを用いた以外は実施例
１と同様に評価した。結果を図５に示した。

【００１８】比較例２ プリズムの断面が頂角９５゜の二等辺三角形で、底辺の
長さが５０μｍのプリズムシートを用いた以外は実施例
２と同様に評価した。結果を図６に示した。

【００１９】比較例３ プリズムの断面が頂角９５゜の二等辺三角形で、底辺の
長さが５０μｍのプリズムシートを用いた以外は実施例
３と同様に評価した。結果を図７に示した。

【００２０】図５はエッジライト型のバックライトを用
い、拡散シートを使用しない光源装置のデータである。
プリズムシートを使用しない光源装置のデータを示した
図４に比し、本発明の実施例１、比較例１とも傾斜角０
°の正面輝度が大幅に向上している。しかしながら、本
発明の実施例１では、輝度のピークが比較例１より傾斜
角０°の方向にずれており、正面方向に光が集光されて
いる。また傾斜角が約−１０〜２０°付近の範囲で本発
明の実施例１の輝度が比較例１より高くなっており、輝
度むらが改善されている。図６はエッジライト型のバッ
クライトおよび拡散シートを使用した光源装置のデータ
である。プリズムシートを使用しない光源装置のデータ
を示した図４に比し、本発明の実施例２、比較例２とも
傾斜角０°の正面輝度が大幅に向上している。しかしな
がら、本発明の実施例２では、輝度のピークが比較例２
より傾斜角０°の方向にずれており、正面方向に光が集
光されている。図７は直下型のバックライトを用いた光
源装置のデータである。プリズムシートを使用しない光
源装置のデータを示した図４に比し、本発明の実施例
３、比較例３とも傾斜角が約−３０〜３０°付近の範囲
で輝度が大幅に向上している。これらの結果から、直下
型のバックライトを用いた場合は、本発明のプリズムシ
ートは従来のプリズムシートと同様の性能を有し、エッ
ジライト型のバックライトを用いた場合は従来のプリズ
ムシートに比べて輝度むらが改善され、かつ正面方向に
光がより集光されるという効果を発揮することが分か
る。

【００２１】

【発明の効果】本発明のプリズムシートは、断面が不等
辺三角形であるプリズムシートであって、このプリズム
シートを使用した光源装置は、エッジライト型バックラ
イトを用いても輝度むらを改善し、正面方向に光を集光
することができ、この光源装置を液晶表示装置に使用す
ることにより、表示品位の向上をはかることができる。
また、直下型のバックライトを用いても正面方向に光を
集光することができ、この光源装置を液晶表示装置に使
用することにより、表示品位の向上をはかることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリズムシートの構造図の一例。

【図２】本発明のプリズムシートを使用したエッジライ
ト型のバックライトを有する液晶表示装置の一例の断面
図。

【図３】本発明のプリズムシートを使用した直下型のバ
ックライトを有する液晶表示装置の一例の断面図。

【図４】図２および図３のバックライト１の上下方向の
輝度分布図。

【図５】実施例１および比較例１の上下方向の輝度分布
図。

【図６】実施例２および比較例２の上下方向の輝度分布
図。

【図７】実施例３および比較例３の上下方向の輝度分布
図。

【符号の説明】

図１ １：プリズム部 ２：支持体部 図２、図３ １：バックライト ２：プリズムシート ３：液晶表示素子 ４：導光板 ５：反射シート ６：蛍光灯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直断面の形状が不等辺三角形の線状プリ
   ズムが平行配列したプリズムシートにおいて、該三角形
   の底辺の長さが２０〜１４０μｍであることを特徴とす
   るプリズムシート。
2. 【請求項２】該三角形の一辺が、底辺に対して３０〜４
   ５゜であり、もう一方の辺が４５〜６５゜であることを
   特徴とする請求項１のプリズムシート。
3. 【請求項３】隣接する線状プリズム同士が接しており、
   かつ該線状プリズム同士の対応する面が互いに平行であ
   ることを特徴とする請求項１または２のプリズムシー
   ト。
4. 【請求項４】拡散シートおよび請求項１ないし３のいず
   れか一項のプリズムシートを組み込んだ光源装置。
5. 【請求項５】拡散シートおよび請求項１ないし３のいず
   れか一項のプリズムシートを組み込んだ液晶表示装置。