KR100781611B1

KR100781611B1 - 프리즘 시트, 이 프리즘 시트를 사용한 백라이트 유닛 및투과형 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100781611B1
Application number: KR1020047005167A
Authority: KR
Inventors: 고하라사유리; 야마다후미아키; 나가노다이즈
Original assignee: 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2007-12-05
Also published as: US20080212338A1; US7661863B2; WO2003040784A1; EP1455203A1; CN100529802C; CN1578915A; US20070222916A1; JPWO2003040784A1; JP4351534B2; EP1455203A4; TWI258023B; US7661864B2; KR20050043723A

Abstract

본 발명은 프리즘 시트, 상기 프리즘 시트를 사용한 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 프리즘 시트는, 소정 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선(L)을 반사시킴으로써 광선의 진행 방향을 변환하는 프리즘 시트(10)로서, 시트 기초부(12)에서 꼭대기부(18a)에까지 연장되고 광선(L)을 전반사시키기 위한 반사면이, 적어도 곡율이 작은 면과 상기 곡율이 작은 면과는 다른 면을 포함하는 고차면(18)으로 구성되어 있다. 또한, 본 발명은 전술한 프리즘 시트를 포함하여 구성되는 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치를 제공한다.

Description

프리즘 시트, 이 프리즘 시트를 사용한 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치{PRISM SHEET, BACK LIGHT UNIT USING THE PRISM SHEET, AND TRANSMISSIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 프리즘 구조를 포함하는 프리즘 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투과형 액정 표시 장치와 같은 표시 장치에 있어서, 광선을 선택적으로 반사시키기 위한 프리즘 구조를 포함하는 프리즘 시트, 이 프리즘 시트를 포함하여 구성되는 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치, 특히 투과형 액정 표시 장치는 휴대용 노트북 PC나 텔레비전 등에 적용되고 있고, 최근에는 점점 더 소비 전력을 억제하여 배터리 구동 시간을 연장시킬 것, 경량화, 하이 콘트라스트화 및 소형화를 달성할 것이 요망되고 있다. 전술한 투과형 액정 표시 장치는, 통상 소형 형광관과 같은 광원을 사용한 백라이트 유닛에 의해 배면으로부터 광선이 조사(照射)되고, 박막 트랜지스터 어레이와 같은 구동 수단에 의해 구동되는 액정 패널의 광 투과성의 변화에 따라 다양한 표시를 하는 것이 가능하게 되고 있다. 이 경우, 특히 소비 전력을 억제하여 배터리 구동 시간을 연장시키기 위해서 소형 형광관과 같은 광원의 소비 전력을 억제하는 것만으로는, 표시부의 휘도가 저하되어 표시가 어둡게 되기 때문에 보기가 어렵 게 되고, 또한 콘트라스트도 저하되어 양호한 표시 특성을 제공하는 것이 곤란하게 된다.

이 때문에, 소비 전력을 억제하면서도 휘도가 향상되는 백라이트 유닛이 요구되고 있으며, 특히 최근에는 액정 표시 장치의 백라이트 유닛으로서는 지향 출사성이 있는 타입의 것이 많이 이용되게 되고 있다. 그 이유는, 지향성이 있는 백라이트 쪽이 종래의 산란식보다도 반사에 의한 손실이 적고, 소형 형광관으로부터의 광선을 유효하게 이용하는 것을 가능하게 하여, 양호한 표시 특성을 부여하면서 소비 전력을 억제할 수 있기 때문이다.

또한, 지금까지 액정 표시 장치에 사용되는 전술한 백라이트 유닛에는 여러 가지 방식을 채용하는 것이 제안되어 있으며, 지금까지 제안된 방식으로서는, 예컨대 직하(直下) 방식, 사이드라이트(side-light) 방식 등을 들 수 있다. 특히 최근에는 투과형 액정 표시 장치의 박형화, 경량화와 함께, 사이드라이트 방식이 주류로 되고 있다.

도 26에서는 종래의 사이드라이트 방식의 백라이트 유닛을 도시한다. 종래의 백라이트 유닛은, 도 26에 도시된 바와 같이 소형 형광관 등의 광원(60)과, 리플렉터를 구비하는 램프 홀더로 이루어지는 광원부(62)와, 광원(60)으로부터의 광선을 면(面) 내로 유도하는 도광판(64)과, 그 하부에 설치되는 반사판(66)을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 도 26에 도시된 바와 같이 도광판(64)의 상측에는 집광 목적의 프리즘 시트(68)와, 휘도 불균일을 해소하기 위한 확산판(70) 등의 광학 부재가 배치되어 구성되어 있다.

광원(60)으로부터 조사되는 광선은 광원부(62)에서 집광된 후 도광판(64)에 입사된다. 도광판(64)은 투명한 아크릴 수지 등으로 형성되어 있으며, 입사한 광선을 반사시키면서 도광판(64)의 내부를 따라서 유도하여, 도광판 전면에 걸쳐 대략 균일한 휘도를 부여하는 평면 광원을 구성하고 있다. 이 때, 광선을 도광판에서 내보내는 방식으로는 크게 2가지가 있으며, 추출하는 방법에 따라 출사 분포도 다르게 된다.

도광판(64)으로부터 빛을 추출하기 위한 방식의 하나는, 액정 텔레비젼이나 모니터 등에 다용되는 방식으로서, 광선(L)을 도광판의 저면에 인쇄된 도트 패턴에 의해 산란시킴으로써 도광판(64)의 법선 방향 정면으로 추출하는 방식이다. 이 방식에 의해 도광판(64)으로부터 추출된 광선(L)은 비교적 등방적으로 넓어진 분포를 갖고 있다.

또한, 도광판(64)으로부터 빛을 추출하는 다른 방식은, 휴대용 노트북 PC, 텔레비젼, 셀룰러폰 등에 다용되는 방식으로서, 도광판(64)을 쐐기형으로 구성하여 광선의 전반사 조건을 깨뜨림으로써 도광판의 밖으로 추출하는 방식이다. 이 경우에도 편향 혹은 휘도 불균일을 해소하기 위해서, 도광판의 바닥에는 도트 패턴이 인쇄 또는 가공되어 있다. 전술한 방식에 의해 광선을 추출하는 경우에는, 출사광은 도광판(64)의 법선 방향보다 빛의 진행 방향 측으로 크게 기운 경사 방향으로 강도 피크를 갖는, 지향성 있는 분포를 갖게 된다. 전술한 어느 추출 방법에서도, 도광판(64)의 바닥면으로부터 새어나온 광선은 도광판의 이면에 배치된 반사판(62)에 의해서 법선 방향으로 편향되게 된다.

또한, 광원의 휘도 불균일을 저감하기 위해서, 도 26에 도시된 바와 같이 도광판(64)의 위에는 1장 또는 2장의 확산판이 설치되는 경우가 많다. 또한, 도광판(64), 확산판(70)으로부터의 광선을 편향ㆍ집광함으로써 정면 휘도를 향상시키기 때문에, 확산판 외에 필요한 매수(枚數)의 프리즘 시트가 적절하게 배치된다.

지금까지는, 투과형 액정 표시 장치의 여러 가지 특성을 개량하기 위해서, 전술한 프리즘 시트에 관해서도 검토가 이루어져 있다. 예컨대, 지향 출사성이 있는 사이드라이트식 백라이트 유닛의 도광판면으로부터 출사되는 광선은, 전술한 바와 같이, 통상 법선 방향에서 광원의 입사 방향과 반대측 경사 방향으로 강도 피크가 있는 사출광 분포를 보인다. 통상적으로, 프리즘 시트나 렌즈 시트 등의 광학 시트는 이 도광판으로부터의 빛을 편향하기 위해서 사용된다. 이 때의 프리즘의 형상 또는 렌즈 구조에 관해서도, 지금까지 여러 가지 검토가 이루어져 오고 있으며, 예컨대 프리즘 시트로서는 프리즘부가 시트 상면에 있는 도 26에 도시된 바와 같은 상향형과, 프리즘부가 하면에 형성된 일본 특허 공개 2000-89009호 공보에 개시되어 있는 것과 같은, 하향형의 프리즘 시트가 제안되어 있다.

이하, 본 발명에 있어서는, 프리즘부가 상측, 즉 액정 패널 측을 향한 것을 상향 프리즘 시트, 프리즘부가 하측, 즉 도광판 측을 향한 것을 하향 프리즘 시트로 하여 참조한다. 상향 프리즘 시트와 하향 프리즘 시트는 각각 빛의 편향 원리 및 구성이 다른 것으로 되어 있다.

상향 프리즘 시트로 가장 일반적인 형상은 프리즘 단면이 직각이등변삼각형인 것이다. 이 프리즘 시트는 통상 2장 조합하여 도광판 위에 배치되어 있으며, 1 장이 프리즘 삼각기둥이 광원에 평행하게 되도록 설치되고(사출되는 광선을 형광관에 평행한 방향으로 집광), 다른 1장은 삼각기둥이 소형 형광관에 수직으로 놓인다(빛을 그 진행 방향으로 집광). 그 사이 또는 아래쪽에는 통상, 휘도 불균일을 없애기 위한 확산판이 배치된다.

그러나, 상향 프리즘 시트는 액정 패널이나 텔레비젼의 지향성이 낮은 광선을 편향하기 위해서는 적합하지만, 쐐기형 도광판을 사용하는 지향성이 높은 백라이트 유닛으로부터의 광선을 법선 방향으로 편향하는 것에는 최적의 것이라고는 말할 수 없다. 또한, 지금까지 일본 특허 공개 평7-230002호 공보, 일본 특허 공개 평8-254606호 공보에는 상향 프리즘 시트로서 프리즘 단면의 형상이 오각형인 것이 개시되어 있고, 일본 특허 공개 평7-294709호 공보, 일본 특허 공개 2000-347011호 공보에는 프리즘 측면이 곡면으로 된 상향 프리즘 시트가 개시되어 있다. 전술한 프리즘 시트는 모두 굴절 원리를 사용하여 광선을 편향함으로써 법선 방향의 휘도를 향상시키는 것을 목적으로 하는 것이다.

한편으로, 일본 특허 공개 평11-84111호 공보, 일본 특허 공개 2000-89009호 공보에서는 지향 출사성이 있는 백라이트 유닛의 휘도 향상을 위해 구성된 하향 프리즘 시트가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 평11-84111호 공보, 일본 특허 공개 2000-89009호 공보에 개시된 것과 같은 하향 프리즘 시트는 종래에는 도광판 위에 프리즘부의 꼭대기부가 인접하는 배치로 하여 사용된다. 또한, 프리즘 시트와 도광판 사이에는 확산판이 배치되는 경우도 있다. 하향 프리즘 시트에도 여러 가지 형상의 것이 제안되어 있 지만, 프리즘 단면이 이등변삼각형인 것이 가장 일반적이다. 또한, 특히 하향 프리즘 시트 중에서도 휘도 향상에 유효하다고 여겨지는 구조는 프리즘 구조를 좌우 비대칭으로 구성하는 비대칭 프리즘 시트이다. 그러나, 이들의 종래 알려져 있는 하향 프리즘 시트에 관해서도, 여러 가지 문제점이 지적되고 있었다.

도 27은 하향 프리즘 시트 중에서도 가장 일반적인 것으로, 프리즘 단면이 이등변삼각형 구조를 갖는 프리즘 구조의 개략도이다. 도 27에 도시한 프리즘 시트는 도광판으로부터 입사한 광선을 프리즘 상면으로 편향시켜 정면 휘도를 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다. 도 27에 도시하는 하향 프리즘 시트에서는, 도광판 혹은 확산판으로부터의 광선(L)이 프리즘의 제1 측면(f)에 입사되고, 그 후 이 광선(L)은 제2 측면(s)에서 반사되어 법선 방향으로 편향된다. 이 때, 소정의 각도 분포로서 입사하는 입사 광선의 강도 피크에서의 입사 각도의 광선에 대해, 법선 방향의 휘도가 가장 높아지게 되도록, 프리즘의 꼭지각이 설계되어 있다. 그러나, 제2 측면(s)이 평면이어서, 강도 피크에 있어서의 각도 이외의 광선은 법선 방향으로 효율적으로 편향되지 않기 때문에, 집광에 의한 휘도 향상은 충분한 것이 아니다.

또한, 도 28에는 휘도 향상을 목적으로 하여 제안된 일본 특허 공개 평10-254371호 공보에 개시된 비대칭 프리즘 시트를 도시한다. 도 28에 도시한 비대칭 프리즘 시트의 프리즘부의 단면은 시트면의 법선 방향으로부터의 각도가 제1 측면(f)과 제2 측면(s)에서 다른 부등변삼각형으로 되어 있다. 프리즘의 각 측면(f, s)은, 도광판으로부터 출사되는 소정 각도의 광선이 프리즘의 제2 측면(s) 에서의 반사에 의해 대략 법선 방향으로 편향되도록 경사져 있다. 아울러, 제2 측면(s)과 제1 측면(f)에 있어서 2회의 내부 반사가 가능하게 되어 있으며, 부차적인 광선이 정면으로 편향되도록 설계되어 있다. 이 때문에, 일본 특허 공개 평10-254371호 공보에 개시된 하향 프리즘 시트는 법선 방향으로 주광선뿐만 아니라 부광선(副光線)을 생성하고, 생성된 부광선으로부터의 반사에의 기여도 포함되기 때문에 휘도 향상의 효과가 있다.

그러나, 일본 특허 공개 평10-254371호 공보에 개시된 비대칭 프리즘 시트는, (1) 측면의 단면 형상은 단순한 직선이기 때문에 법선 방향으로 편향되는 빛은 특정한 2개의 각도를 지닌 광선에 한정되고 있으며, 이 각도 이외의 방향으로 나오는 광선은 법선 방향으로 편향되지 않는 점, (2) 지향 출사성이 있는 백라이트의 도광판으로부터의 광선의 피크 각도는 일반적으로 60°에서 80°사이이지만, 그와 같은 분포를 지닌 광선을 법선 방향으로 편향하도록 하향 비대칭으로 프리즘을 설계하면, 프리즘 꼭지각의 각도가 50°이하가 되고 이러한 예리한 정점은 제조성의 저하를 초래하며, 이 때문에 수율이 낮아 양산에는 부적합하다는 문제점을 갖고 있다.

전술한 바와 같이, 최근에는 지향성이 높은 백라이트 유닛이 사용되기 시작하고 있는 경향이 있는 중이며, 지금까지 가장 일반적으로 사용되어 온 상향 프리즘 시트는 지향성 있는 빛의 편향과 집광에는 반사 등에 의한 손실도 커, 최적이 아니라고 하는 문제점이 있었다.

또한, 하향 프리즘 시트에 관해서 보더라도, 반사ㆍ집광 효율이 높고, 제조가 용이하며, 또한 광선의 지향성을 높이는 것이 기대되고 있었다.

아울러, 소형 형광관의 소비 전력을 낮게 억제하고, 소형ㆍ경량화된 조건하에서 고휘도이며, 하이 콘트라스트의 표시를 제공하는 것을 가능하게 하는 백라이트 유닛이 요구되고 있었다.

또한, 소형ㆍ경량이며, 또한 배터리 구동 시간을 향상시킬 수 있는 투과형 액정 표시 장치가 요구되고 있었다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 반사 효율이 높고, 제조가 용이하며, 또한 광선의 지향성을 높이는 기능을 갖는 프리즘 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고휘도이며, 하이 콘트라스트, 저소비 전력, 배터리 구동 시간의 장시간화, 소형화를 가능하게 하는 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 프리즘 구조로서 하향의 구조를 채용하고, 동시에 고차면으로부터의 전반사를 이용하는 프리즘 시트를 채용함으로써, 프리즘 시트에 대하여 높은 반사ㆍ편향 효율을 부여하고, 또한 프리즘 시트의 제조도 용이하며 낮은 비용으로 제조할 수 있음을 알아냄으로써 이루어질 수 있었던 것이다.

즉, 본 발명에 따르면, 소정 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선을 반사시킴으로써 광선의 진행 방향을 변환하는 프리즘 시트로서, 시트 기초부에서 꼭대기부까지 연장되고, 또한 상기 광선을 전반사시키기 위한 반사면이, 적어도 곡율이 작은 면과 상기 곡율이 작은 면과는 다른 면을 포함하는 고차면으로 구성된 프 리즘 시트가 제공된다.

본 발명의 프리즘 시트에 있어서, 상기 고차면은 복수의 평면이 연속하여 구성된다. 또한, 본 발명의 프리즘 시트에 있어서, 상기 고차면은 상기 곡율이 작은 면인 적어도 하나의 평면과, 상기 평면에 연속하는 곡면으로 구성된다. 본 발명의 상기 프리즘 시트에는 복수의 상기 반사면이 근접하여 형성되어 있으며, 서로 인접하는 상기 반사면은 상기 시트 기초부에서 인접하는 반사면의 꼭대기부로 연장된 접속 평면에 의해 접속된다. 본 발명의 프리즘 시트에 있어서, 상기 곡율이 작은 면은 상기 반사면의 꼭대기부에서 상기 시트 기초부를 향하는 방향에 따른 소정의 위치까지 연장되고 있다. 본 발명에 있어서, 상기 접속 평면은 상기 소정의 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선을 상기 반사면으로 투과시킨다. 본 발명의 상기 프리즘 시트는 투과율이 90% 이상이며, 또한 상기 프리즘 시트로부터의 출사광의 각도 분포가 반치전폭(FWHM : Full Width at Half Maximum)으로 15°이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 액정 패널을 포함하여 구성되는 투과형 액정 표시 장치에 사용되며, 상기 액정 패널에 조사되는 광선을 부여하기 위한 광원과, 상기 광선의 진행 방향을 상기 액정 패널을 향하도록 변화시키기 위한 도광판과, 상기 도광판에 인접하여 배치되는 프리즘 시트를 포함하여 구성되는 백라이트 유닛으로서, 상기 프리즘 시트는 소정 각도 범위의 강도 분포로서 상기 도광판으로부터 입사되는 광선을 전반사시키기 위한 반사면을 포함하여 구성되어 있고, 상기 반사면은 적어도 곡율이 작은 면과 상기 곡율이 작은 면과는 다른 면을 포함하는 고차 면으로 구성되는 백라이트 유닛이 제공된다.

본 발명의 백라이트 유닛에 있어서의 상기 고차면은 복수의 평면이 연속하여 구성된다. 본 발명의 백라이트 유닛에 있어서는, 상기 고차면은 상기 곡율이 작은 면인 적어도 하나의 평면과, 상기 평면에 연속하는 곡면에 의해 구성된다. 본 발명에 있어서 사용하는 상기 프리즘 시트에는 복수의 상기 반사면이 근접하여 형성되어 있고, 서로 인접하는 상기 반사면은 시트 기초부에서 인접하는 반사면의 꼭대기부로 연장된 접속 평면에 의해 접속된다. 상기 곡율이 작은 면은 상기 반사면의 꼭대기부에서 상기 시트 기초부로 향하는 방향에 따른 소정의 위치까지 연장되는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서의 상기 접속 평면은 상기 소정의 각도 범위의 강도 분포로서 상기 도광판으로부터 입사되는 광선을 상기 반사면으로 투과시킨다. 본 발명에 있어서의 상기 프리즘 시트에 구성된 반사면의 꼭대기부는 상기 도광판에 인접하는 배치로 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 백라이트 유닛과, 액정 패널을 포함하여 구성되는 투과형 액정 표시 장치로서, 상기 백라이트 유닛은 상기 액정 패널에 조사되는 광선을 부여하기 위한 광원과, 상기 광선의 진행 방향을 상기 액정 패널을 향하도록 변화시키기 위한 도광판과, 상기 도광판에 인접하여 배치되는 프리즘 시트를 포함하고, 상기 프리즘 시트는 소정 각도 범위의 강도 분포로서 상기 도광판으로부터 입사되는 광선을 전반사시키기 위한 반사면을 포함하여 구성되며, 상기 반사면은 적어도 곡율이 작은 면과 상기 곡율이 작은 면과는 다른 면을 포함하는 고차면으로 구성되는 투과형 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 투과형 액정 표시 장치에 있어서, 상기 고차면은 복수의 평면이 연속하여 구성된다. 본 발명에 있어서의 상기 고차면은 상기 곡율이 작은 면인 적어도 하나의 평면과, 상기 평면에 연속하는 곡면에 의해 구성된다. 본 발명에 있어서, 상기 프리즘 시트에는 복수의 상기 반사면이 근접하여 형성되어 있고, 서로 인접하는 상기 반사면은 시트 기초부에서 인접하는 반사면의 꼭대기부로 연장된 접속 평면에 의해 접속된다. 본 발명에 있어서, 상기 곡율이 작은 면은 상기 반사면의 꼭대기부에서 시트 기초부로 향하는 방향에 따른 소정의 위치까지 연장된다. 본 발명에 있어서, 상기 접속 평면은 상기 소정 각도 범위의 강도 분포로서 상기 도광판으로부터 입사되는 광선을 상기 반사면으로 투과시키고, 상기 프리즘 시트에 구성된 반사면의 꼭대기부는 상기 도광판 측에 인접한다. 또한, 본 발명에서는 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 패널 사이에 렌즈 요소를 배치할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 프리즘 시트의 일부를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 프리즘 시트에 형성되는 프리즘 구조를 보다 상세히 도시한 도면이다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 프리즘 구조의 피치 방향을 따른 단면도이다.

도 4는 도 1∼도 3에서 설명한 프리즘 시트를 이용한 본 발명의 백라이트 유닛의 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시한 본 발명의 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.

도 6은 도 4 및 도 5에 도시한 백라이트 유닛을 사용하여 구성된 투과형 액 정 표시 장치의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 투과형 액정 표시 장치의 상세한 분해 사시도이다.

도 8은 도광판으로부터의 전형적인 출사광 분포 특성을 도시한 도면이다.

도 9는 지향성이 높은 도광판에 있어서, 프리즘 구조의 방향에 따른 광선의 편향을 도시한 도면이다.

도 10은 77°의 빛을 정면을 향하게 하기 위해서 필요한 굴절율과 꼭지각의 관계를 도시한 그래프이다.

도 11은 도 9의 (b)에 나타내어진 하향 프리즘 구조에 있어서의 굴절율과 꼭지각과의 관계를 도시한 그래프이다.

도 12는 본 발명에 있어서 사용하는 각 파라미터의 관계를 도시한 도면이다.

도 13은 대표적인 아크릴 수지의 굴절율, 1.521을 사용하여 하향 프리즘 시트의 투과율을 어림한 결과를 도시한 도면이다.

도 14는 대표적인 아크릴 수지의 굴절율, 1.521을 사용하여 하향 프리즘 시트의 투과율을 어림한 결과를 도시한 도면이다.

도 15는 프리즘 구조를 삼각형으로 구성한 경우에 관해서, 광선의 거동을 도시한 도면이다.

도 16은 본 발명에 있어서 사용하는 파라미터를 도시한 도면이다.

도 17은 프리즘 구조의 각 측면(f, s) 상의 점 A, 점 B 및 각 각도의 관계를 도시한 도면이다.

도 18은 본 발명에 의해 산출된 Bcx와 α의 관계를 도시한 도면이다.

도 19는 본 발명에 의해 산출된 Bcy와 α의 관계를 도시한 도면이다.

도 20은 본 발명에 의해, α가 17°인 경우의 θ－β의 관계를 시뮬레이트한 결과를 도시한 도면이다.

도 21은 본 발명에 있어서의 구체적인 곡선 부분의 설계 단계를 도시한 도면이다.

도 22는 꼭지각이 55°프리즘 구조인 경우에, 도 8에 나타내어지는 출사광 특성을 갖는 광원에 대한 곡선 부분과, 이상(理想) 곡선 및 원호 근사에 기초한 근사 곡선과의 잔차(殘差)를 도시한 도면이다.

도 23은 횡축을 프리즘 구조의 꼭지각으로 하고, 종축을 각 시야각에서의 광 강도(W)로 하여 그 투과광 강도를 시뮬레이션한 도면이다.

도 24는 도 23에서 나타내어진 조건하에서 출사 분포를 종래의 프리즘 시트와 비교한 결과를 도시한 도면이다.

도 25는 본 발명에 의해, 피치를 50 ㎛로 하여 형성된 프리즘 구조를 도시한 도면이다.

도 26은 종래의 사이드라이트 방식의 백라이트 유닛을 도시한 도면이다.

도 27은 종래의 하향 프리즘 시트 중에서도 가장 일반적인, 프리즘 단면이 이등변삼각형인 구조를 도시한 도면이다.

도 28은 휘도 향상을 목적으로 한 종래의 비대칭 프리즘 시트를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명을 도면에 도시한 특정한 실시형태에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 도면에 도시한 실시형태에 한정되는 것이 아니다.

섹션 1 : 프리즘 시트의 구성

도 1은 본 발명의 프리즘 시트(10)의 일부를 도시한 사시도이다. 본 발명의 프리즘 시트(10)는 시트 기초부(12)와, 시트 기초부(12)와 일체로서 형성된 프리즘 구조(14)를 포함하여 구성되어 있다. 프리즘 구조(14)는 프리즘 시트(10)의 전면에 걸쳐 연장되고 있는 동시에, 소정의 피치(p)로 연속하여 배치되어 있다.

액정 표시 장치용 프리즘 구조의 피치(p)(즉, 각 프리즘의 크기)는 화면을 눈으로 확인했을 때 눈에 띄지 않게 하는 동시에, 화소와 같은 규칙성을 지닌 반복 패턴과의 간섭을 막기 위해서, 화소와 완전히 동일한 크기로 하고, 화소와 위치를 가지런히 하여 배치하거나, 혹은 화소와 비교하여 충분히 미세한 피치로 프리즘을 형성하는 것이 바람직하다. 실제로, 화소와 프리즘과의 위치를 정밀하게 가지런히 하여 배치하는 것은 기술적인 곤란성을 수반하기 때문에, 프리즘 구조를 화소보다도 미세한 피치(p)로 형성하는 경우가 많다.

그러나, 최근 액정 표시 장치의 고선명화가 진행되었기 때문에, 지나치게 미세하게 하면 광원의 가간섭성(결맞음 길이)에 따라서는 간섭색이 생기는 경우가 있다. 일반적으로는 수십 ㎛ 정도, 구체적으로는 30 ㎛∼0.5 mm의 범위에서 설정되는 경우가 많으며, 본 발명의 특정한 실시형태에서는 프리즘 구조의 피치(p)를, 50 ㎛∼60 ㎛ 정도로 할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 간섭을 피하기 위해서 프리즘 구조의 피치(p)에 대하여 파동을 부여할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 프리즘 구조(14)는 시트 기초부(12)와, 접속 평면(16)과, 고차면(18)이 대략 삼각기둥 형상을 구성함으로써 형성되어 있다. 접속 평면(16)은 시트 기초부(12)와 고차면(18)의 꼭대기부(18a)를 접속시키고 있으며, 고차면(18)은 꼭대기부(18a)에서 인접하는 접속 평면(16b)의 종단 위치(20)까지 시트 기초부(12)을 향해 연장되고 있다. 접속 평면(16)에는 소정 각도 범위의 강도 분포의 광선(L)이 입사되고, 입사된 광선(L)은 고차면(18)까지 진행된 후, 고차면(18)에 의해 시트 기초부(12) 측으로 반사된다.

도 2는 본 발명의 프리즘 시트(10)에 형성되는 프리즘 구조를 보다 상세히 도시하기 위해서, 연속되는 프리즘 구조 중의 하나만을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리즘 시트(10)는 광 투과성 재료로 형성되어 있고, 입사되는 광선(L)을, 프리즘 구조의 고차면(18)의 내측면에서 반사시키는 구성으로 되어 있다. 고차면(18)은 꼭대기부(18a)에서 소정의 길이만큼 연장되며, 본 발명에 있어서 곡율이 작은 면으로서 기능하는 평면(22)과, 이 평면(22)의 종단부(22a)에 연속되며, 종단부(22a)에서 시작하는 곡면(24)으로 구성되어 있다. 입사한 광선(L)은 평면(22) 또는 곡면(24)에 의해 시트 기초부(12)를 향해 반사되어 시트 기초부(12)를 통과하고, 확산 시트 및 액정 패널(도시 생략)로 조사된다. 전술한 본 발명에서 이용할 수 있는 곡율이 작은 면으로서는 특정한 실시형태에 있어서는 평면(22)을 예로 들 수 있는데, 본 발명에서는 평면(22)에 한정되는 것이 아니라, 평면(22)에 연속하는 곡면(24)보다도 곡율이 작고, 또한 소정의 강도 피크로서 입사 각도 폭이 15°이하 정도인 작은 입사각으로 입사되는 광선을 효율적으로 반사시킬 수 있을 정도의 곡율을 갖는 면이라면, 어떠한 기하학적면, 비구면, 복합면으로 되어 있더라도 좋다. 본 발명에서는, 전술한 곡율이 작은 면으로서는 제조상, 설계상의 관점에서 평면을 적합한 실시형태로서 사용할 수 있기 때문에, 이하, 본 발명에 있어서는 설명의 편의상 곡율이 작은 면으로서 평면(22)을 이용하는 것으로 하여 설명한다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 프리즘 구조의 피치 방향을 따른 단면도이다. 도 3의 (a)는 본 발명에서 사용하는 프리즘 구조에 포함되는 고차면(18)의 제1 실시형태를 나타내고, 도 3의 (b)는 프리즘 구조에 포함되는 고차면(18)의 제2 실시형태를 도시한 도면이며, 도 3의 (c)는 프리즘 구조에 포함되는 고차면(18)의 제3 실시형태를 도시한 도면이다. 도 3의 (a)에 도시된 실시형태가 본 발명에 있어서 가장 바람직하다. 평면(22)과 그 평면(22)에 접속하는 곡면(24)에 의해 고차면이 형성되는 것으로, 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)는 제조상의 관점 등에서 근사적으로 미소 평면이며 고차면을 형성한 것이다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 있어서 사용되는 프리즘 구조에 포함되는 고차면(18)은 꼭대기부(18a)에서 소정의 길이만큼 연장된 평면(22)과 이 평면(22)에 연속하는 곡면(24)으로 형성되어 있다. 꼭대기부(18a)에서 평면(22)의 종단부(22a)까지의 피치 방향을 따른 위치는, 입사하는 광선의 각도 분포에 있어서의 강도 피크의 광선이 그 직전의 프리즘 구조에 의해 저지되어 달하지 않는 임계적인 위치까지 연장되고 있다. 또한, 평면(22)은 입사하는 광선의 각도 분포에 있어서의 강도 피크의 광선을 가장 효율적으로 법선 방향으로 반사시키는 각도로 하 여 형성되어 있다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 강도 피크의 광선보다도 입사 각도가 큰 광선(L1)은 종단부(22a)보다도 시트 기초부(12) 측으로 입사되어, 곡면(24)에서 반사된다. 도 3의 (a)에 표시된 d는 프리즘 구조의 꼭대기부의 x 좌표에서부터 종단부(22a)의 x 좌표의 차이다.

이 때, 평면(22)을 시트 기초부(12) 측까지 연장한 경우에 관해서 생각하면, 평면(22)은 강도 피크의 각도로 입사되는 광선을 시트 기초부(12) 측으로 수직으로 반사시키도록 최적화되어 있기 때문에, 평면(22)을 시트 기초부(12)까지 그대로 연장한 평면에서는 종단부(22a)보다도 시트 기초부(12) 측으로 입사하는 광선을 효율적으로 시트 기초부(12) 측으로 수직으로 반사시킬 수는 없게 된다. 이 때문에, 본 발명의 가장 적합한 실시형태에서는, 종단부(22a)보다도 시트 기초부(12) 측에 있어서 입사 광선에 대한 반사 각도를 연속적으로 커지도록 변화시킨 곡면(24)으로서, 종단부(22a)보다도 상측의 부분을 구성하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 곡면(24)을 연속적으로 곡율이 변화되는 곡면으로 하여 구성하는 것도 가능하지만, 제조성, 비용이라는 점에서, 곡면(24)에 근사한 원호 또는 복수의 평면으로 구성할 수도 있다. 도 3의 (b)는 고차면(18)을 복수의 평면으로 구성한 제2 실시형태를 도시한 도면이다. 도 3의 (b)에 도시한 실시형태에 있어서도, 평면(22)은 도 3의 (a)에서 설명한 것과 같은 식으로 구성되어 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시한 실시형태에서, 평면(22)에 연속하는 곡면(24)은 복수의 보다 길이가 짧은 미소 평면(24a)으로 치환되고 있으며, 입사하는 광선(L1)의 각도에 따라서, β> γ가 되 는 각도로서 구성되어 있다.

본 발명에 있어서, 미소 평면으로 곡면(24)을 근사하는 경우에는, 곡면(24)을 근사하는 미소 평면의 수는 필요에 따라서 몇 개라도 이용할 수 있다. 그러나, 미소 평면의 수는 될 수 있는 한 많은 쪽이 곡면(24)을 양호하게 근사할 수 있기 때문에 바람직하다. 도 3의 (c)는 전술한 곡면(24)을, 2개의 미소 평면(24a, 24b)으로 근사한 실시형태에 관해서 도시한 도면이다. 이 경우에도, 입사 광선(L1)의 각도가 커지는 데에 대응하여, 각각 β> γ₁> γ₂의 각도를 얻을 수 있도록 미소 평면이 구성되어 있다. 본 발명에서는, 또한 일반적으로 m개의 미소 평면으로 곡면(24)을 근사하는 경우에는 각각의 각도는 β> γ₁> γ₂> …γ_m-1> γ_m의 관계를 만족하도록 결정할 수 있다.

또한, 도 3에 나타내어진 프리즘 구조에 있어서 α는 0∼50°로 할 수 있고, 보다 바람직하게는 α는 25∼40°로 할 수 있으며, 프리즘의 꼭지각(δ)은 39∼90°, 바람직하게는 50∼80°, 더욱 바람직하게는 62∼77°으로 할 수 있다.

섹션 2 : 본 발명의 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치

도 4는 도 1∼도 3에서 설명한 프리즘 시트(10)를 이용한 본 발명의 백라이트 유닛(26)의 사시도이다. 도 4에 도시된 백라이트 유닛(26)은 광원(28)으로부터의 광선을 액정 패널(도시 생략)에 조사하기 위해 유도하기 위한 도광판(30)과, 광선을 고효율로 액정 패널로 반사시키기 위한 반사 시트(32)와, 도광판(30)에 인접하여 설치되는 본 발명의 프리즘 시트(10)와, 이 프리즘 시트(10)에 인접하여 액정 패널 측에 설치된 확산판(34)을 포함하여 구성되어 있다.

확산판(34)은 도 4에 도시한 위치에 반드시 배치될 필요는 없으며, 광학적 특성을 고려하여 적절하게 다른 구성으로 이용할 수 있다. 또한, 도 4에 도시한 백라이트 유닛(26)의 광원(28)은 소형 형광관과 같은 형광관으로 구성되어 있으며, 효율적으로 도광판(30)으로 광선을 도입할 수 있도록, 리플렉터를 구성하는 수용부(36)에 수용되어 일체로 된 백라이트 유닛(26)을 구성하고 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 소형 형광관 외에도 적절한 스펙트럼 특성을 부여할 수 있는 소형 광원이라면 어떠한 것이라도 이용할 수 있다. 광원으로부터의 광선은 도광판(30)으로부터 사출된 후, 도 4의 화살선 A로 표시된 방향으로 도광판(30)의 법선 방향으로 편향되어 액정 패널에 조사된다.

도 5는 도 4에 도시한 본 발명의 백라이트 유닛(26)의 개략적인 단면을 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 단면도에 있어서는, 특히 프리즘 시트(10)와, 도광판(30)으로부터 조사되는 광선의 관계가 나타내어져 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(30)에 도입된 광선은 도광판(30)의 내부를 반사하고, 각도 지향성을 부여받으면서, 프리즘 시트(10)로 조사된다. 본원의 백라이트 유닛(26)에 있어서 프리즘 시트(10)는 입사한 광선의 지향성을 보다 높여, 도광판(30)의 법선 방향으로의 고휘도화를 달성하고 있다.

본 발명에서 프리즘 시트(10)로의 입사 각도란, 도광판(30)의 상측면(30a)에서부터 반시계 방향으로 계측된 각도를 말하는 것으로 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(30)에서 프리즘 시트(10)로 입사한 광선은 프리즘 시트(10)에 형성된 프리즘 구조의 고차면(18)에 의해 반사되고, 확산판(34)을 통과하여 액정 패널(도시 생략)로 향하게 된다. 도 5에서는, 도광판(30)에서 프리즘 시트(10)로 입사하는 광선이 도광판(30)으로부터 사출되는 광선 중 강도 피크에 대응하는 각도인 것을 예시적으로 도시하고 있으며, 도 3에서 설명한 고차면(18)의 종단부(22a)에 있어서 광선(L)이 반사되어 액정 패널로 방향이 변화되고 있음이 나타내어져 있다.

또한, 고차면(18)의 시트 기초부(12) 측은 도 1∼3에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 곡면으로 구성되어 있다. 이와 같이 본 발명에 있어서 고차면(18)을 채용함으로써, 도 5에 도시한 광선보다도 큰 입사 각도로 입사한 광선이 종단부(22a)를 넘어 시트 기초부(12) 측으로 입사하여 반사된 경우라도, 액정 패널에 대하여 효율적으로 도광판(30)의 법선 방향으로 향하게 하도록 도광판(30)으로부터의 광선을 반사시키는 것을 가능하게 하고 있다.

도 6은 도 4 및 도 5에 도시한 백라이트 유닛(26)을 사용하여 구성된 투과형 액정 표시 장치(38)의 개략을 도시한 단면도이다. 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(38)는 백라이트 유닛(26)과, 백라이트 유닛(26)에 인접하여 배치된 액정 패널(40)과, 액정 패널(40)에 조사되는 광선을 집광 또는 확대하기 위한 렌즈 요소(40a)와, 액정 패널(40)에 인접하여 액정 패널(40)을 사이에 두고 배치된 쌍을 이룬 편광판(42a, 42b)과, 액정 패널(40)을 통과하여 온 광선을 확산시키기 위한 확산판(44)을 포함하여 구성되어 있다. 도 4에 도시한 렌즈 요소(40a)는 본 발명에 있어서는 렌즈 시트 등에 형성된 볼록 렌즈 또는 렌티큘러 렌즈로서 구성할 수도 있다. 한편, 도 6에 도시한 실시형태에서는 도 5에 도시한 실시형태와는 확산 판의 구성을 바꾼 실시형태로 나타내고 있다.

도 6에 도시된 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(38)에 이용되는 렌즈 요소(40a)는, 액정 패널(40)과 백라이트 유닛(26)과의 사이에 화소마다 형성된 볼록 렌즈로서 구성되어 있는 것이 나타내어져 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 대응하는 위치에 렌티큘러 렌즈를 배치할 수도 있다. 본 발명의 도 6에 도시한 투과형 액정 표시 장치(38)에 전술한 렌즈 요소(40a)를 병용함으로써, 투과형 액정 표시 장치(38)의 유효 개구율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 전술한 렌즈 요소(40a)를 사용하는 것이 필수적인 것은 아니며, 종래와 같이 렌즈 요소(40a)를 사용하지 않는 투과형 액정 표시 장치에 관해서도 동일한 휘도 향상, 배터리 구동 장시간화, 하이 콘트라스트화와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

도 6에 도시된 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(38)는 본 발명의 프리즘 시트(10)를 포함하는 백라이트 유닛(26)을 사용하여 구성되어 있기 때문에, 광원(28)으로부터 주어지는 광선이 높은 효율로, 또한 높은 지향성을 가지고 액정 패널(40)에 조사된다. 이 때문에, 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(38)는 저소비 전력의 광원을 사용한 경우라도 고휘도이며, 높은 콘트라스트를 갖는 액정 표시를 하는 것이 가능하게 되고 있다.

도 7은 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(38)의 상세한 구성을 도시한 분해 사시도이다. 도 7에 도시하는 본 발명의 실시형태의 투과형 액정 표시 장치(38)는 투과형 액정 표시 장치(38)의 유효 화면을 구획하기 위한 표시용 윈도우(46)를 구획하는 상부 프레임(48)과, 본 발명의 백라이트 유닛(26)과, 상부 프레임(48)과 백 라이트 유닛(26)과의 사이에 배치된 액정 패널(40) 등의 요소를 포함하여 구성되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(26)은 하측 케이스(50) 상에 얹어져 있으며, 상부 프레임(48)과 일체로 유지됨으로써, 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(38)를 구성하고 있다. 전술한 백라이트 유닛(26)은 본 발명의 프리즘 시트(10)를 사용하고 있기 때문에, 광원(28)으로부터의 광선이 효율적으로 액정 패널(40)에 조사되어, 고휘도 및 하이 콘트라스트의 액정 표시를 부여하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 본 발명의 프리즘 시트(10)를 사용함으로써, 종래와 같은 정도의 액정 표시를 얻기 위해서 광원에 가하는 전력을 낮게 하고, 또는 소비 전력이 작은 광원을 사용할 수 있어, 에너지 절약과 컴팩트한 설계를 가능하게 하는 투과형 액정 표시 장치가 제공되게 된다.

이하, 본 발명의 프리즘 시트(10)에 있어서의 고차면(18)의 설계에 관해서 상세히 설명한다.

섹션 3 : 본 발명의 프리즘 시트에 채용되는 고차면의 설계

도 8에는 전형적인 투과형 액정 표시 장치에서 사용되고 있는 지향성을 지닌 도광판으로부터의 출사광 분포의 특성을 도시한다. 본 발명에서 사용되는 도광판의 출사광 특성은 원칙적으로는 어떠한 것이라도 이용할 수 있지만, 특히 도 8에 도시한 높은 지향성의 도광판에 대하여 효과적으로 적용할 수 있다. 또한, 출사광 특성에 피크 각도는 77°로 한정되는 것이 아니라, 어떠한 피크 각도라도 제조성 등을 고려하여 대응할 수 있는 한, 어떠한 피크 각도의 도광판이라도 이용할 수 있 다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특정한 실시형태에 있어서 이용되는 도광판으로부터 사출되는 출사광은 77°에서 강도 피크를 갖고, 출사광의 반치폭은 약 20°정도로 되고 있다. 한편, 도 8 이하에 설명하는 도광판의 출사광의 각도는 도광판의 법선 방향을 0°로 하고, 광원측을 향하는 방향을 －90°로 하여, 시계 방향으로 계측하는 것으로서 정의한다.

도 8에 도시된 바와 같이 도광판으로부터의 출사광은 소정의 각도 범위로써 사출되며, 출사광의 강도 피크는 도광판의 법선 방향, 즉 액정 패널을 향하는 방향에 대하여 매우 크게 기울어 사출되는 것이 특징이다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 출사광은 그 각도 반치폭도 좁고 지향성이 높음이 나타내어져 있다. 전술한 도광판으로부터의 빛을 효율적으로 액정 패널을 향해서 편향시켜, 액정 패널의 휘도에 기여하게 하기 위해서는, 이하에 설명하는 것과 같이 프리즘 시트의 프리즘 구조를 도광판 측을 향하게 하는 바람직하다.

즉, 일반적으로 프리즘을 제조하는 데 이용하는 수지는 아크릴계의 투명 수지이며, 그 굴절율은 1.49∼1.56 정도의 범위이다. 도 9는 지향성이 높은 도광판에 있어서, 프리즘 구조 방향에 의한 광선의 편향을 도시한 도면이다. 본 발명에서는 도광판으로부터의 출사각을 θ, 프리즘으로부터의 출사각을 ψ로 정의한다. 이들 각도의 정의에 대응시킨 프리즘 구조의 배치를 도 9에 도시한다. 도 9에서는 도 9의 (a)가 프리즘 구조를 상향으로 한 경우의 광선의 거동을 나타내고 있고, 도 9의 (b)가 프리즘 구조를 하향으로 한 경우의 광선의 거동을 나타내고 있다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 프리즘 구조가 상향인 경우에, 프리즘 구조를 프리즘의 꼭지각을 δ로 한 이등변삼각형으로 하고 이등변삼각형의 정점이 위를 향하는 배치로 하면, 저각(底角)은 (π－δ)/2가 된다. 이 경우의 각 각도의 관계는 하기 식으로 주어진다[상기 식에서, 각각의 파라미터는 도 9의 (a)에 나타낸 각도임].

도 10에는 상기 식을 이용한 경우에 77°의 빛을 정면을 향하게 하기 위해서 필요한 굴절율과 꼭지각의 관계를 나타낸 그래프를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 아크릴계 수지의 굴절율의 범위에서는 상향의 프리즘 구조의 꼭지각(δ)은 약 20°∼30°의 범위로 제한되며, 꼭대기부의 각도가 급준(急峻)하게 되는 것이 나타내어져 있다.

도 9의 (a)의 배치를 채용하는 프리즘 시트는 금형의 형성이 매우 곤란한 동시에, 포토폴리머법, 소위 2P법이나, 사출성형법, 또는 컴프레션몰드법을 사용하여 성형한 후 금형으로부터 박리할 때에, 꼭대기부의 박리 불량이 생기는 등 제조가 매우 곤란하다는 점, 제조 수율이 낮다는 점 등의 문제점이 생기게 된다. 이것은 프리즘 구조의 꼭대기부를 상향으로 하여 양호한 제조성을 갖는 프리즘 구조를 부여한 경우에는 지향성이 있는 광선을 액정 패널을 향하는 방향인 지면 상측 방향으로 효율적으로 향하게 하는 것이 현실 문제상 가능하지 않다는 것을 의미한다. 전술한 상황은 도 9의 (a)에 도시한 대칭의 삼각형이 아니라 비대칭인 경우라도 마찬가지이다.

한편, 프리즘 구조를 하향으로 한 꼭지각이 δ인 이등변삼각형의 경우에 관해서, 같은 식의 고찰을 하면, 도 9의 (b)에 나타내어진 각 각도의 관계는 하기의 식으로 주어진다.

도 11에는, 도 9의 (b)에 도시된 하향의 프리즘 구조에 있어서의 굴절율과 꼭지각의 관계를 나타낸 그래프를 도시한다. 도 11의 그래프에 도시된 바와 같이, 프리즘 구조를 하향으로 하고 프리즘의 측면(r)에서 반사시켜 편향시키는 경우에는, 프리즘 구조의 꼭지각(δ)을 약 60°∼ 약 70°로 크게 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 지향성이 높은 출사광을 부여하는 도광판을 사용하는 경우에는, 프리즘 구조를 하향으로 하여 구성하는 동시에, 프리즘 측면(r)에서 반사시키는 것 이 유효하다는 것이 나타내어져 있다.

또한, 도 9를 참조하여 투과율에 관해서 고찰하여 보더라도, 프리즘 구조를 상향으로 하는 경우는 2회의 굴절을 필요로 하며, 전체적인 투과율은 계면에 있어서의 투과율의 곱으로 결정된다. 또한, 프리즘 구조가 하향인 경우는 상향인 경우와 같이 굴절되는 계면이 2개 있으며, 이것에 반사하는 면이 하나 더해지는 것이 도 9의 (b)에 도시된다. 본 발명에서는, 도 9의 (b)에 도시하는 반사면(r)이 입사하는 광선을 전반사하도록 프리즘 구조의 각도를 설정함으로써, 반사율은 100%로 할 수 있으며 반사가 가해짐에 의한 효율 저하를 방지할 수 있게 된다.

여기서, 대표적인 아크릴 수지의 굴절율, 1.521을 사용하여 하향 프리즘 시트의 투과율을 어림한 결과를 도 13 및 도 14에 도시한다. 도 13은 공기 속에서 매질 속으로 진행하는 경우이며, 도 14는 매질 속에서 공기 속으로 진행하는 경우이다. 매질 속에서 공기 속으로 나가는 경우는,

로 결정되는 각도(임계각)보다 큰 경우, 전반사가 되어 반사율이 100%가 되는 것이 알려져 있다. 굴절율을 1.521로 한 경우에 상기 식으로 주어지는 임계각은 41°이다. 프리즘 구조체를 하향으로 하여 구성하는 경우에, 프리즘 면에서의 반사는 항상 이 전반사 조건을 만족하도록 구성할 수 있으며, 특히 아크릴 수지를 사용하는 경우에는 큰 문제점을 일으키는 일이 없다.

이하, 프리즘 구조의 형상에 관해서 검토한다. 프리즘 구조의 형상은 종래 에는 일반적으로 단면이 삼각형인 프리즘 구조가 채용된다. 이 경우, 삼각형의 형상은 여러 가지이며, 전술한 바와 같이 이등변삼각형인 것부터 비대칭 삼각형인 것도 제안되어 있다. 전술한 바와 같이, 지금까지 프리즘 단면이 다각형 형상, 혹은 측면이 곡선으로 구성되어 있는 프리즘 시트를 하향으로 사용하는 예를 들고 있는 것도 있지만, 모두 전반사시키는 구성을 채용할 수 있는 것은 아니며, 피크가 경사 방향(60°에서 80°)의 입사광을 도광판의 법선 방향, 즉 지면 상측으로 편향할 수는 없는 것이다.

본 발명자들은 한 쪽의 면을 직선으로 구성하고, 이것과 쌍을 이루어 프리즘 구조를 형성하는 면을 직선과 곡선을 조합한 고차면으로 하여, 전반사를 사용함으로써, 지향성을 갖는 도광판과 같이 광원으로부터의 빛을 효율적으로 정면으로 편향시킬 수 있음을 알아내어, 본 발명에 이른 것이다. 이하, 본 발명의 원리에 관해, 프리즘 구조에 있어서의 기하광학적인 고찰을 하면서, 보다 상세히 본 발명의 프리즘 시트에 관하여 설명한다.

도광판으로부터의 광선을 효율적으로 액정 패널 측으로 그리고 도광판의 법선 방향으로 편향시키기 위해서, 삼각형이나 다각형의 프리즘의 경우, 도광판으로부터의 출사 광선의 피크 각도에 맞춰 경사면의 각도가 결정된다. 도 15는 프리즘 구조를 삼각형으로 구성한 경우에 관해서, 광선의 거동을 도시한 도면이다. 도광판으로부터 사출되는 출사광의 피크 각도의 광선(L)은, 제1 면(f)에서 굴절하면서 프리즘에 입사하고, 제2 면(s)에서 전반사하여 법선 방향으로 편향된다. 프리즘 구조는 동일한 형상의 것이 피치(p)로 평행하게 늘어서 있기 때문에, 강도 피크에 있어서의 각도의 광선(L)은 제2 면(s)의 유효 영역(ea)에만 반사되어 정면으로 편향된다. 이 때문에, 피크 각도보다 작은 출사 각도의 광선, 즉 프리즘 구조에 대하여 큰 입사 각도로 입사하는 광선은 도 15의 유효 영역(ea)보다도 상부에서 반사된다.

유효 영역(ea)의 지면 상측의 종단은 도 3에 있어서 설명한 종단부(22a)를 구성한다. 이하, 이 종단부(22a)를 본 섹션에서는 접속점(Bc)으로서 정의한다. 본 발명에 있어서 곡율이 작은 면으로서 평면(22) 이외의 것을 채용하는 경우에 접속점(Bc)은 소정의 각도 분포로 입사하는 광선의 강도 피크에 있어서의 광선(L)이 고차면(18)에 의해 반사되는 위치로서 정의할 수 있다. 또한, 실용적인 관점에서 접속점(Bc)은, 입사 광선의 각도 분포에 있어서의 강도 피크의 반치전폭 범위의 광선이 고차면(18)에 의해 반사되는 범위에서, 접속점(Bc) 부근의 고차면(18) 상의 점으로서 적절하게 선택할 수도 있다. 이하, 본 발명에 있어서는, 접속점(Bc)의 x 좌표를 Bcx, y 좌표를 Bcy로 하여 참조하는 것으로 한다. 접속점(Bc)에서 도 15의 지면 상측의 부분에 맞닿는 화살선(L1)으로 나타내어진 광선은 제2 면(s)이 피크 각도에 대하여 최적화되어 있기 때문에, 본 발명을 적용하지 않는 경우에는 도 15의 화살선 B로 나타내어지는 바와 같이, 법선 방향에서 틀어진 방향으로 출사된다. 이 상황은 단순히 프리즘 구조로서 다각형을 채용하더라도 마찬가지이며, 반사면을 단순한 직선만으로 구성한 프리즘 구조에서는 충분한 효율을 제공할 수 없다고 할 수 있다.

또한, 제2 면(s) 전체를 곡선으로 구성하는 것도 생각할 수 있지만, 도광판의 출사광의 피크 각도의 전부를 법선 방향으로 향하게 할 수 없고, 도리어 전체적인 반사 효율이 저하되어 버리게 된다. 도 8에 도시한 지향성이 높은 광원으로부터의 광선을 유효하게 법선 방향으로 편향시키기 위해서, 본 발명에서는 고차면을 직선과 곡선으로 구성하는 것이, 광원으로부터의 광선을 가장 유효하게 이용할 수 있음을 알아냈다. 즉, 광원으로부터의 피크 각도의 광선(L)은 유효 영역(ea)에만 맞닿기 때문에, 거기서는 피크 각도로 최적화한 각도의 직선으로 구성하고, 접속점(Bc)보다도 지면 상측의 부분에서는 도 15의 파선으로 나타내어진 곡면으로 도시된 바와 같이, 정면을 향하게 하기 위해서 면의 각도를 동적으로 바꾸는 것이 바람직하다는 것을 알아냈다.

접속점(Bc)보다도 도 15의 지면 상측 부분에 있어서 휘도가 가장 높아져야 하는 출사광의 각도는 피크 각도보다도 약간만 작은 각도이며, 출사광의 강도는 도 8에 도시한 바와 같이 피크 각도에서 멀어짐에 따라서 매끄럽게 감소하기 때문에, 접속점(Bc)에서부터 상측의 부분은 원리적으로는 연속적으로 각도가 변화해 나가는 곡선으로서 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 전술한 도 3에서 도시한 바와 같이, 효율을 향상시킬 수 있는 범위 내에서, 복수의 평면과 원호 등에 의해 곡선을 근사하는 것이 가능하다. 한편, 곡선을 원호로써 근사하는 구체적인 실시형태에 대해서는 보다 상세히 후술한다.

이하에 본 발명에 있어서 채용하는 고차면을 포함하는 프리즘 구조의 설계에 관해서 상세히 설명한다. 고차면을 포함하는 프리즘 구조의 설계에 사용하는 파라 미터는 도광판으로부터의 빛의 피크 각도(θ_peak), 프리즘의 굴절율(n), 프리즘의 꼭지각이다. 프리즘의 꼭지각은 법선에 대하여 빛의 입사측의 경사면[제1 측면(f)]의 각도를 α, 반대측[직선과 곡선으로 구성된 면 측, 제2측면(s)]의 경사면의 각도를 β로 하여 정의한다. 도 16 및 하기의 표에 본 발명에 있어서 사용하는 파라미터를 정리하여 나타낸다.

도 16에 도시된 바와 같이, 점 A는 입사광이 제1 측면(f)을 통과하는 점이며, 점 B는 제1측면(f)을 통과한 광선이 제2 측면(s)에서 반사되는 점이다. 또한, 평면부와 곡선부와의 접속점은 Bc로 하여 도 16에 나타내어져 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리즘 시트의 설계에 있어서는 프리즘의 꼭지각의 각도를 α와 β로 나누어 정의하고 있다. 통상은 소정의 α에 대하여 β는 하기의 관계로부터 일의적으로 정할 수 있다.

점 A의 좌표 :

상기 연립방정식의 해를 구함으로써 점 A의 위치 좌표는 하기 식

으로서 결정된다.

점 Bc의 좌표 :

점 A에 있어서 굴절된 빛은 매질 속을 나아가며, 그 각도는 Snell의 법칙으로부터, 하기 식

으로 주어지고, 점 B에 있어서, 고차면에 의해 반사한 빛은 도광판의 법선 방향으로 향하기 때문에, 하기 식

의 조건을 만족하지 않으면 안되며, 상기 식에서 β가 α에 의해서 일의적으로 정해진다. 한편, 도 17에는 전술한 점 A, 점 B 및 각 각도의 관계를 도시한다.

점 Bc은 θ_peak에 대응하여 결정되는 점 B에 상당하는 것으로, 그 좌표는 이하의 연립방정식,

의 해로서 구해지며, 하기 식

에 의해 주어진다.

이하에 θ_peak에 있어서의, α와 β의 관계를 보다 상세히 설명한다.

도 18에는 산출된 Bcx와 α의 관계를 나타내고, 도 19에는 산출된 Bcy와 α의 관계를 나타낸다. 접속점 Bc의 좌표는 전술한 관계로부터 정해지며, 접속점 Bc에서 시작하는 곡면 또는 곡선은 다음과 같은 식으로 정할 수 있다. 즉, 도광판으로부터의 출사광은 좌표축의 원점인 프리즘의 정점을 지나, 광선의 출사 각도가 θ_peak에서부터 도 8에 도시된 바와 같이 감소해 나감에 따라서, β를 변화시키는 식으로 결정할 수 있다. 즉, θ(출사 각도)에 대한 β의 관계를 아는 것이 중요하게 된다. 이것은 α에 의해서 결정되기 때문에, α가 본 발명에 있어서 사용하는 고차면의 형상을 지배하는 주요한 파라미터임을 알 수 있다.

도 20에는 α가 17°인 경우의 θ－ β의 관계를 시뮬레이트한 결과를 도시한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 출사 각도(θ)가 커짐에 따라서 β를 크게 해 갈 필요가 있게 됨을 알 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 이상적인 실시형태에 있어서는, 곡선 24 부분은 광원의 출사광 특성에 따라서, 곡율이 점차로 커지는 곡선으로서 정의할 수 있다.

본 발명에 있어서의 구체적인 곡선 부분의 설계는 도 21을 참조하여, 다음과 같은 단계를 채용함으로써 달성할 수 있다. 우선, 점 Bc을 점 B₀로 하고, 순차는 B₁, B₂, …로 한다.

(1) α를 결정한다.

(2) α에 대한 점 Bc(=B₀)의 좌표를 결정한다. 정점에서부터 점 Bc까지는 직선이 된다.

(3) θ－ β 관계식을 구한다.

(4) 피치 폭을 △θ로 하여 θ－ △θ일 때의 ψ₂를 구하여, 점 A를 지나고 ψ₂－ α의 기울기를 갖는 직선과, 점 B₀를 지나고 π/(2－β)의 기울기를 갖는 직선과의 교점을 다음의 점 B₁로 한다.

(5) 이후, 다시 점 B₁을 기준으로 점 B₂를 같은 식으로 구하고, 이 작업을 반복한다.

본 발명에서는 β의 θ_peak에 대한 관계식에 있어서 θ_peak를 θ로 치환하여, 연속적으로 γ를 결정함으로써 이상적인 곡면을 얻는 것이 보다 일반적이다. 즉, 본 발명에서 이상적인 곡면은 γ를 하기 식을 만족하도록 하여 순차 결정해 나감으로써 얻어진다.

본 발명에 있어서는, 전술한 순서를 필요한 만큼 반복함으로써 곡선 부분을 설계할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 전술한 곡선에 가장 가까운 원호와 직선으로 이상적인 곡선을 근사할 수도 있다. 이하, 전술한 곡선을 원호로 근사하는 경우에 관하여 구체적으로 설명한다. 이 경우, 점 B₀에서 직선 부분과 매끄럽게 접 속해야 하기 때문에, 다음과 같은 파라미터로 원호에서의 근사를 실행한다.

곡율 중심(c₁, c₂), 곡율 반경(R)의 원호를 사용하는 경우,

의 관계를 만족하기 때문에, 독립의 파라미터는 R만으로, 하기 식

으로 나타내어지는 원호의 식으로 근사를 할 수 있다. 본 발명자들은 예의 검토를 한 결과, 원호로 곡선 부분을 근사하더라도, 이상적인 곡선으로 구성한 고차면과 실용상 전혀 손색없는 효율을 얻을 수 있음을 알아냈다.

도 22는 꼭지각이 55°프리즘 구조인 경우에, 도 8에 나타내어지는 출사광 특성을 갖는 광원에 대한 곡선 부분과, 이상 곡선 및 원호 근사에 기초한 근사 곡선과의 잔차를 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 원호를 가지고 근사한 경우라도 거의 양 곡선에는 잔차가 없고, 양호한 근사를 할 수 있음이 나타내어져 있다. 또한, 본 발명에서는 효율이 어느 정도 저하되지만, 도 3의 (b)와 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이 복수의 미소 평면으로 이상 곡선을 근사하는 것도 가능하다.

섹션 4 : 본 발명의 프리즘 시트의 반사 특성의 시뮬레이션 검토

전술한 바와 같이 얻어진 본 발명에서 사용하는 프리즘 구조의 형상을 이용하여, 3차원의 광선 추적 시뮬레이션을 실시했다.

프리즘 시트를 실제로 액정 표시 장치에 배치하는 경우, 불필요한 므와레 무 늬 등을 지우기 위해서, 그 위의 소정 위치에 확산판을 설치하는 것이 일반적인 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 시뮬레이션에 있어서는, 확산판을 실측치에 기초하여 Gauss 산란으로 광선을 산란하는 것으로서 확산 특성을 근사한 것을 모델로 하여 배치하고 시뮬레이션을 실시했다.

광원은 도 8에 나타내어지는 출사광 특성을 갖고, 저면으로부터 실측치를 반영한 분포로 광선이 아래쪽을 향하여 방출되는 것으로 했다. 프리즘 구조 부분은 전술한 방법에 의해, 광원의 특성을 반영시켜 설계한 값을 그대로 사용했다. 또한, 본 발명의 프리즘 시트를 사이에 두고 광원과 대향하는 측에 확산판을 배치하는 구성으로 하여 시뮬레이션을 실시했다. 전술한 구성에서, 본 발명의 프리즘 시트의 프리즘 구조의 꼭지각을 변화시킨 경우, 시야각 ±1°및 ±2°의 투과광의 강도를 시뮬레이션했다. 또한, 비교를 위해 일본 특허 공개 평11-84111호 공보 등에 개시된 하향 비대칭 프리즘에 관해서도 시뮬레이션을 실시했다. 이들 결과를 도 23에 도시한다.

도 23은 횡축을 프리즘 구조의 꼭지각으로 하고, 종축을 각 시야각에서의 광 강도(W)로 하여 그 투과광 강도를 시뮬레이션한 도면이다. 통상, 투과형 액정 표시 장치에 있어서는 정면 휘도는 시야각 1°∼ 2°로 측정되는 경우가 많다. 직선으로 나타내어지고 있는 것은 종래의 프리즘의 일례로서 채용한 하향 비대칭 프리즘의 결과이며, 곡선으로 나타낸 결과가 본 발명의 프리즘 시트를 사용한 경우의 결과이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 도 8의 출사 분포를 갖는 도광판의 경우, 프리즘 구조의 피치를 50 ㎛으로 하는 경우, 약 68°정도의 꼭지각에 있어서 정면 휘도가 가장 높아지는 것이 도시되어 있으며, 충분한 제조성을 부여할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리즘 시트를 채용한 경우에는, 특히 투과형 액정 표시 장치에서 중요한 시야각 범위에 있어서, 종래의 프리즘 시트에 비교하여, 약 1.2∼1.5배, 소정의 시야각에 있어서의 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 도 23에서 나타낸 조건하에서 출사 분포를 비교한 결과를 도 24에 도시한다. 도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프리즘 시트를 사용한 경우의 강도 분포는, 반치폭이 종래의 하향 비대칭 프리즘의 경우에 약 25°가 되고, 본 발명에 의한 프리즘 구조의 경우에 약 12°가 되며, 본 발명에 따르면 출사 광선의 각도 분포의 반치폭이 대략 반으로 된다. 특히, 본 발명에서는 프리즘 시트의 투과율이 90% 이상인 경우에, 출사 광선의 각도 분포의 반치전폭이 15°이하가 되는 것이 양호한 휘도 특성을 부여할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명을 적용함으로써 동시에 원하는 시야각에 있어서의 피크 강도가 향상되고 있으며, 본 발명에 따르면 집광이 효율적으로 이루어지고, 또한 정면 휘도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의해 제공되는 표시 특성에 관해서, 본 발명의 도 6에 도시한 투과형 표시 장치(38)의 실시형태을 검토한다. 도 6에 도시한 투과형 액정 표시 장치(38)에서는 렌즈 요소(40a)가 사용되고 있으며, 도 6에 도시한 렌즈 요소(40a)를 사용한 경우 상의 크기(l)는 대략 l = d ×2sin(θ/2)가 된다. 여기 서 d는 액정 패널의 유리 기판의 두께, θ는 액정 패널에 입사하는 빛의 퍼짐각의 반치폭이다. 여기서, d = 0.7 mm, θ= 12°라고 하면, l ≒ 150 ㎛이 된다.

따라서, 본 발명의 프리즘 시트(10)를, 도 6에 도시한 본 발명의 특정한 실시형태의 투과형 액정 표시 장치(38)로써 기용하면, 본 발명의 프리즘 시트(10)를 사용하여 휘도 특성이 향상되고(출사광의 각도 분포 특성 : 반치폭 약 12°), 두께 0.7 mm의 유리 기판에 형성된 액정 패널(40)이 사용되고 있는 것으로 한 경우, 화소의 크기가 대략 150 ㎛보다 큰 액정 패널의 광 투과율을 개선할 수 있다. 또한, 같은 고찰로부터 최근 많이 사용되어 온 0.5 mm, 또는 더욱 얇은 유리 기판인 경우에는, 더욱 고선명 화소가 형성된 액정 패널에 대하여도 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 액정을 통과하는 빛의 퍼짐 각도 범위가 좁기 때문에, TN 액정 등에서 표시 소자를 비스듬하게 통과하는 빛으로 문제가 되는 콘트라스트 반전 등의 종래의 투과형 액정 표시 장치에 있어서 지적되고 있던 문제점을 개선하는 것이 가능해진다.

도 25에는 본 발명의 특정한 실시형태로서 피치를 50 ㎛로 하여 형성된 프리즘 구조를 도시한다. 본 발명의 프리즘 시트의 제조시에 수십 ㎛ 크기의 프리즘을 효율적으로 형성하는 방법으로는, 수지 성형법, 예컨대 사출 성형법, 컴프레션 몰드법, 또는 포토폴리머법(이하 2P법이라 함) 등이 경제적으로 가장 유효한 성형 방법이라고 말할 수 있다. 어느 방법도 구리, 니켈 등의 금속, 혹은 에폭시 수지나 아크릴 수지 등의 플라스틱을 모형(母型)으로 하고, 그 표면 형상을 수지에 전사함으로써 프리즘 모형의 복제를 형성한다. 이 때문에, 원하는 프리즘 형상에 대하 여, 네거티브 형상의 형(型)이 사용된다.

전술한 네거티브형의 형성 방법으로는, 금속성 금형인 경우에는 직접 절삭 가공, 혹은 수지 또는 금속을 포지티브 형상으로 절삭 가공한 후, 니켈 등을 전기주조함으로써 형성하는 방법을 예로 들 수 있다. 또한, 금속 혹은 수지로 포지티브 형상을 형성하고, 이후에 이것을 수지에 전사하여 네거티브의 수지형을 형성할 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 형상의 네거티브 혹은 포지티브 어느 한 형상을 절삭 가공할 수 있으면, 프리즘 시트의 제조가 가능하게 된다.

보다 상세하게 본 발명의 프리즘 시트의 제조에 관해서 설명하면, 본 발명의 프리즘 구조의 단면 형상과 동일한 형상의 다이아몬드 바이트를 형성하고, 금형용 스테인레스 소재 위에 두께 300 ㎛의 구리 도금을 실시한 소재를 절삭 가공하여 네거티브형을 작성한다. 본 발명에 의해 주어지는 곡선은 원호로 양호하게 근사할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 다이아몬드 바이트를 형성하는 것이 아니라, 검(劍) 바이트를 이용하여 프리즘 구조의 곡면 부분을 다수의 미세 평면의 그룹으로 절삭하여 포지티브형을 형성할 수도 있다. 이 경우, 전기주조법 등에 의해서 플라스틱의 성형에 사용하는 네거티브형을 형성할 수도 있다.

또한, 포토폴리머법을 사용하는 경우에는, 아크릴계 2P 수지(예를 들면, Three-Bond Co., Ltd.에서 시판하는 30Y266)를 사용하고, 자외선 램프를 사용하여 약 1 J/cm² 노광을 하고, 2P 수지를 경화하며, 금형의 형상을 수지에 전사하여 기재 상에 프리즘을 형성할 수 있다. 또한, 전술한 것 이외에도, 사출성형이나 압축성 형법을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 롤형의 금형 소재를 선반 가공에 의해서 절삭하여 네거티브형을 작성하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 롤형으로 만들며, 이 롤형의 시트 기재 상에 2P 수지를 연속 도포 및 성형하는 방법도 가능하다. 또한, 본 발명에서는 평판 모양의 포지티브형에서 전기주조법으로 형성한 네거티브형을 롤형으로 구부려 마찬가지로 연속 성형에 사용할 수도 있다.

이상을 정리하면, 다음과 같은 효과를 본 발명에서 얻을 수 있음을 나타낸다.

	정면 휘도	반치전폭
종래의 프리즘	1	약 25°
곡선형 프리즘	1.2 내지 1.5	약 12°

즉, 표 1에 정리되어 있는 것과 같이, 본 발명에 따르면, 강도 피크가 60°∼80°에 있고 반치전폭이 20°이내인 지향 출사성 백라이트로부터의 빛을 정면으로 효율적으로 편향시키고, 또한 종래에 비해서 반치전폭이 대략 반으로 집광하여, 정면 휘도를 종래의 비해 1.2 내지 1.5배로 향상시키는 것을 가능하게 하는 프리즘 구조를 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 빛의 이용 효율이 높고, 제조가 용이하며, 또한 광선의 지향성을 높이는 기능을 갖는 프리즘 시트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 고휘도, 하이 콘트라스트, 저소비 전력, 배터리의 장기 수명화, 소형화를 가능하게 하는 백라이트 유닛 및 투과형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 대폭적인 비용 상승을 수반하지 않고서, 충분히 양산 가능한 프리즘 시트를 제조할 수 있다.

지금까지 본 발명을 특정한 실시형태에 기초하여 설명하여 왔지만, 본 발명은 전술한 특정한 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명에 관해서, 투과형 액정 표시 장치에 사용하는 프리즘 시트를 구체적인 실시형태로서 설명하여 왔지만, 본 발명은 투과형 액정 표시 장치에 적용되는 프리즘 시트뿐만 아니라, 경사 입사 광선을 효율적으로 법선 방향으로 편향하기 위해서 사용되는 광학 부재에 관해서도 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims

소정 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선을 반사시킴으로써 광선의 진행 방향을 변환하는 프리즘 시트로서,

상기 광선이 입사하는 입사면으로서, 시트 기초부에 평행하지 않고 상기 시트 기초부에 접하는 것인 입사면과;

상기 광선을 전반사시키기 위한 반사면으로서, 상기 입사면 및 상기 시트 기초부에 인접하고, 상기 입사면에 인접한 평면과 상기 평면 및 상기 시트 기초부에 인접한 곡면을 더 구비하는 반사면

을 포함하는 프리즘 시트.
제1항에 있어서, 상기 곡면은 복수의 연속적이고 미세한 면에 의해 구성되는 것인 프리즘 시트.
제1항에 있어서, 상기 곡면은 상기 평면에 완만하게 이어지는 것인 프리즘 시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘 시트에는 복수의 상기 반사면이 서로 근접하게 형성되어 있고, 상기 반사면과 상기 시트 기초부가 접하여 형성된 마루선이 인접 입사면과 상기 시트 기초부가 접하여 형성된 마루선과 상응하는 것인 프리즘 시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면은 상기 반사면의 꼭대기부로부터 상기 시트 기초부를 향하는 방향을 따라 소정 위치까지 연장되는 것인 프리즘 시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사면은 상기 소정 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선을 상기 반사면으로 투과시키는 것인 프리즘 시트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘 시트는 투과율이 90% 이상이고, 상기 프리즘 시트로부터의 출사광의 각도 분포는 반치전폭이 0°초과 15°이하인 것인 프리즘 시트.
액정 패널을 포함하여 구성되는 투과형 액정 표시 장치에 사용되는 백라이트 유닛으로서,

상기 액정 패널에 조사되는 광선을 부여하기 위한 광원과;

상기 광선의 진행 방향을 상기 액정 패널을 향하도록 변화시키기 위한 도광판과;

상기 도광판에 인접하여 배치되는 프리즘 시트

를 포함하여 구성되고, 상기 프리즘 시트는,

상기 광선이 입사하는 입사면으로서, 시트 기초부에 평행하지 않고 상기

시트 기초부에 접하는 것인 입사면과;

상기 광선을 전반사시키기 위한 반사면으로서, 상기 입사면 및 상기 시트

기초부에 인접하고, 상기 입사면에 인접한 평면과 상기 평면 및 상기 시

트 기초부에 인접한 곡면을 더 구비하는 반사면

을 포함하는 것인 백라이트 유닛.
제8항에 있어서, 상기 곡면은 복수의 연속적이고 미세한 면에 의해 구성되는 것인 백라이트 유닛.
제8항에 있어서, 상기 곡면은 상기 평면에 완만하게 이어지는 것인 백라이트 유닛.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘 시트에는 복수의 상기 반사면이 서로 근접하게 형성되어 있고, 상기 반사면과 상기 시트 기초부가 접하여 형성된 마루선이 인접 입사면과 상기 시트 기초부가 접하여 형성된 마루선과 상응하는 것인 백라이트 유닛.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면은 상기 반사면의 꼭대기부로부터 상기 시트 기초부를 향하는 방향을 따라 소정 위치까지 연장되는 것인 백라이트 유닛.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사면은 상기 소정 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선을 상기 반사면으로 투과시키는 것인 백라이트 유닛.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘 시트에 구성된 반사면의 꼭대기부는 상기 도광판에 인접하는 것인 백라이트 유닛.
백라이트 유닛과 액정 패널을 포함하여 구성되는 투과형 액정 표시 장치로서,

상기 백라이트 유닛은, 상기 액정 패널에 조사되는 광선을 부여하기 위한 광원과, 상기 광선의 진행 방향을 상기 액정 패널을 향하도록 변화시키기 위한 도광판, 그리고 상기 도광판에 인접하여 배치되는 프리즘 시트를 포함하고,

상기 프리즘 시트는,

상기 광선이 입사하는 입사면으로서, 시트 기초부에 평행하지 않고 상기 시트 기초부에 접하는 것인 입사면과;

상기 광선을 전반사시키기 위한 반사면으로서, 상기 입사면 및 상기 시트 기초부에 인접하고, 상기 입사면에 인접한 평면과 상기 평면 및 상기 시트 기초부에 인접한 곡면을 더 구비하는 반사면

으로 구성되는 것인 투과형 액정 표시 장치.
제15항에 있어서, 상기 곡면은 복수의 연속적이고 미세한 면에 의해 구성되는 것인 투과형 액정 표시 장치.
제15항에 있어서, 상기 곡면은 상기 평면에 완만하게 이어지는 것인 투과형 액정 표시 장치.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘 시트에는 복수의 상기 반사면이 서로 근접하게 형성되어 있고, 상기 반사면과 상기 시트 기초부가 접하여 형성된 마루선이 인접 입사면과 상기 시트 기초부가 접하여 형성된 마루선과 상응하는 것인 투과형 액정 표시 장치.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면은 상기 반사면의 꼭대기부로부터 상기 시트 기초부를 향하는 방향을 따라 소정 위치까지 연장되는 것인 투과형 액정 표시 장치.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입사면은 상기 소정 각도 범위의 강도 분포로서 입사되는 광선을 상기 반사면으로 투과시키며, 상기 프리즘 시트에 구성된 반사면의 꼭대기부는 상기 도광판에 인접하는 것인 투과형 액정 표시 장치.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 패널 사이에 렌즈 요소가 더 배치된 것인 투과형 액정 표시 장치.