KR20080072630A

KR20080072630A - 백라이트용 광학시트, 백라이트 및 표시장치

Info

Publication number: KR20080072630A
Application number: KR1020087006440A
Authority: KR
Inventors: 유키노리 야마다
Original assignee: 히다치 막셀 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-08-06
Also published as: US7884898B2; CN101268387A; TW200726996A; US20090268128A1; CN101922677A; CN101268387B; WO2007063856A1; JP2007148297A

Abstract

본 발명의 백라이트용 광학시트는, 백라이트의 면광원 위에 부설된다. 광학 반사층은, 투명기판 위에 형성되고, 소정의 간격에 병설된 복수의 관통홈을 가진다. 관통홈의 폭은, 상면 개구부로부터 하면 개구부를 향하여 좁아진다. 각 원통형 렌즈는, 대응하는 관통홈에 충전되고, 그 표면은 관통홈의 상면 개구부를 덮는 원통면이다. 광원으로부터의 광은 하면 개구부로부터만 입사되기 때문에, 광이 원통면에 도달하였을 때의 입사각을 제어할 수 있고, 정면에 편향된 광을 많이 출사한다. 이 때문에, 이 백라이트용 광학시트는, 면광원으로부터의 광을 정면방향에 집광할 수 있다.

Description

백라이트용 광학시트, 백라이트 및 표시장치{OPTICAL SHEET FOR BACKLIGHT, BACKLIGHT AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 백라이트용 광학시트 와 그것을 사용한 백라이트 및 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 면광원으로부터의 광을 정면방향에 편향하는 백라이트용 광학시트 및 그것을 사용한 백라이트 및 표시장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이로 대표되는 표시장치의 분야에서는, 정면 휘도의 향상이 요구되고 있다. 그 때문에 디스플레이에 이용되는 백라이트장치에는, 휘도의 각도 분포를 제어하여 정면 휘도를 향상하는 광학부재가 부설된다. 일본국 특허 제3262230호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 일반적으로는 광학부재로서 프리즘시트가 사용된다.

도 24에 나타내는 바와 같이, 프리즘시트(100)는 서로 병설된 복수의 프리즘(PL)을 가진다. 면광원으로부터의 확산광(R100)은 프리즘(PL)의 측면(BPO)에서 굴절하고, 정면방향에 편향되어 출사된다. 이와 같이, 프리즘시트(100)는 확산광을 정면방향에 편향함으로써 디스플레이의 정면 휘도를 향상한다.

그러나, 프리즘시트(100)는 정면 휘도를 향상하나, 정면 경사방향의 휘도도 높아진다. 도 25는 프리즘(PL)이 디스플레이 화면의 상하방향에 병설된 프리즘시 트(100)의 상하 시야각의 휘도 각도 분포를 나타낸다. 도 25를 참조하여 프리즘시트(100)에 의하여 상하 시야각의 ± 약 30 deg의 범위의 상대휘도는 높아지나, 그것과 함께 정면 경사방향의 시야각 ± 80 deg 부근에서 상대휘도가 피크가 되는, 이른바 사이드로브도 형성된다. 이와 같은 사이드로브를 형성하는 광(이하, 사이드로브광이라 함)은 정면 휘도의 향상에 기여하지 않는다. 이와 같이 프리즘시트(100)는, 출사하는 광을 정면방향에 완전히 집광하고 있지 않고, 또, 사이드로브광을 저감할 수도 없기 때문에, 정면 휘도의 향상에는 한계가 있다.

또, 프리즘(PL)의 횡단면은 삼각형이기 때문에, 제조시, 반송시 및 백라이트장치에 대한 부설시에 프리즘(PL)에 흠집이 생기기 쉽고, 특히 그 정점이 파손되기 쉽다. 이와 같은 흠집은, 디스플레이상에서 휘점이나 암점이 되기 쉽다. 이와 같은 흠집의 발생을 방지하기 위하여, 표시장치에 조립하기 전의 프리즘시트(100)에는 보호필름을 부설하지 않으면 안된다.

본 발명의 목적은, 면광원으로부터의 광을 정면방향에 집광하기 쉬운 백라이트용 광학시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 사이드로브광을 저감할 수 있는 백라이트용 광학시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 쉽게 파손되지 않고, 흠집이 잘 나지 않는 백라이트용 광학시트를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 백라이트용 광학시트는, 백라이트의 면광원상에 부설된다. 백라이트용 광학시트는, 광학 반사층과, 복수의 원통형 렌즈를 구비한다. 광학 반사층은 시트 형상이고, 소정의 간격에 병설된 복수의 관통홈을 가진다. 관통홈의 폭은, 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 좁아진다. 복수의 원통형 렌즈의 각각은, 대응하는 관통홈에 설치된다. 원통형 렌즈는, 대응하는 관통홈에 충전되고, 광학 반사층의 상면측의 원통형 렌즈의 표면은 원통면이다.

본 발명에 의한 백라이트용 광학시트에서는, 광학 반사층에 의하여 원통형 렌즈에 입사되는 광의 입사각이 제한된다. 구체적으로는 면광원으로부터의 광은, 광학 반사층의 하면에 형성된 관통홈의 개구부(이하, 슬릿이라 함)로부터만 원통형 렌즈에 입사되고, 슬릿 이외의 광학 반사층의 하면에서 반사된다. 슬릿 폭은 원통형 렌즈 폭보다 좁기 때문에, 슬릿을 통과하여 원통형 렌즈의 원통면이 있는 입사점에 도달한 광의 입사각은, 원통형 렌즈의 초점으로부터 동일한 입사점에 입사되는 광의 입사각에 근사한다. 그 때문에, 슬릿을 통과하여 원통면에 직접 입사되는 광의 대부분은 정면에 편향되어, 평행광 또는 광축이 이루는 각도가 작은 광선으로서 정면에 출사된다. 따라서 면광원으로부터의 광을 정면에 집광할 수 있다.

슬릿으로부터 입사되는 광 중에는, 광축에 대하여 광각도(廣角度)를 이루는 광(이하, 광각도 광이라 함)도 입사된다. 이와 같은 광각도 광이, 입사된 관통홈에 대응하는 원통형 렌즈에 인접하는 다른 원통형 렌즈의 원통면에 입사되면, 사이드로브광으로서 출사된다. 그러나 본 발명에 의한 광학시트의 경우, 이와 같은 광각도로 입사되는 광은 관통홈의 표면에서 반사되기 때문에, 광각도 광이 인접하는 원통형 렌즈에 입사되지 않는다. 따라서, 사이드로브광의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 원통형 렌즈의 표면은 곡률을 가지는 원통면이기 때문에 정점각을 가지는 프리즘 렌즈와 같이 제조시 등에 잘 파손되지 않는다. 그 때문에 보호필름이 불필요하게 된다.

바람직하게는 원통형 렌즈의 굴절률은 n 이고, 원통면의 곡률반경은 r 이며, 원통형 렌즈의 정점으로부터 광학 반사층의 하면에 형성되는 관통홈의 개구부까지의 원통형 렌즈의 높이(h)는 수학식 (1)을 만족한다.

이 경우, 슬릿으로부터 입사되어 원통면이 있는 입사점에 도달한 광의 입사각은, 초점으로부터의 광이 동일한 입사점에 도달한 경우의 입사각에 근사한다. 그 때문에 원통형 렌즈에 입사되는 광을 더욱 콜리메이트(collimate)할 수 있어, 정면 휘도가 향상한다.

본 발명에 의한 백라이트용 광학시트는, 백라이트의 면광원상에 부설된다. 백라이트용 광학시트는, 광학 반사층과, 복수의 마이크로 렌즈를 구비한다. 광학 반사층은 시트 형상이며, 복수의 관통구멍을 가진다. 관통구멍은, 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 서서히 작아진다. 마이크로 렌즈는, 관통구멍에 충전되고, 광학 반사층의 상면측의 마이크로 렌즈의 표면은 구면이다.

본 발명에 의한 백라이트용 광학시트에서는, 광학 반사층에 의하여 마이크로 렌즈에 입사되는 광이 제한된다. 광학 반사층의 하면에 형성되는 관통구멍의 개구 부의 크기(면적)는, 마이크로 렌즈의 개구면적보다 작기 때문에, 마이크로 렌즈에 입사된 광선 중, 마이크로 렌즈의 구면이 있는 입사점(경계면)에 직접 입사되는 광의 입사각은, 마이크로 렌즈의 초점으로부터 동일한 입사점에 입사되는 광의 입사각에 근사한다. 그 때문에, 마이크로 렌즈의 구면에 직접 입사되는 광의 대부분은 정면에 편향되고, 평행광 또는 광축이 이루는 각도가 작은 광선으로서 정면에 출사된다. 따라서 면광원으로부터의 광을 정면에 집광할 수 있다.

또, 관통구멍의 표면은 입사된 광각도 광을 반사하기 위하여 광각도 광이 사이드로브광으로서 출사되는 것을 방지한다.

바람직하게는 각 관통구멍의 횡단면 형상은 장방형이고, 또한 각 관통구멍의 횡단면 형상의 긴 변은 서로 병행한다.

이 경우, 광학시트는 2축 방향의 시야각(예를 들면 상하 시야각과 좌우 시야각)을 다른 각도로 조정할 수 있다. 관통구멍의 횡단면 형상이 장방형이기 때문에, 긴 변 방향의 쪽이 짧은 변 방향보다 출사광을 정면에 집광하기 어렵게 되기 때문이다. 따라서, 2축 방향의 시야각을 서로 다른 각도로 할 수 있다.

본 발명에 의한 백라이트는, 상기한 광학시트를 구비하고, 본 발명에 의한 표시장치는 상기한 광학시트를 구비한 백라이트와, 백라이트상에 부설된 액정패널을 구비한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 광학시트를 구비한 표시장치의 사시도,

도 2는 도 1에서의 선분 II-II 에서의 단면도,

도 3은 도 2에 나타낸 광학시트의 상면도,

도 4는 도 3에서의 선분 IV-IV의 단면도,

도 5는 도 3에 나타낸 광학시트가 광원으로부터의 광을 콜리메이트하는 원리를 설명하기 위한 모식도,

도 6A는 도 3에 나타낸 광학시트의 원통형 렌즈의 높이와 출사광의 편향과의 관계를 설명하기 위한 도,

도 6B는 도 3에 나타낸 광학시트의 원통형 렌즈의 높이와 출사광의 편향과의 관계를 설명으로 하기 위한, 도 6A와 같지 않은 다른 도,

도 7은 사이드로브광의 발생원인을 설명하기 위한 모식도.

도 8은 도 3에 나타낸 광학시트가 사이드로브광의 발생을 억제하는 원리를 설명하기 위한 모식도,

도 9는 도 3에 나타낸 광학시트와 같지 않은 형상의 다른 광학시트의 단면도,

도 10은 도 3 및 도 9에 나타낸 광학시트와 같지 않은 형상의 다른 광학시트의 단면도,

도 11은 도 3에 나타낸 광학시트에서의 관통홈의 벽면의 바람직한 형상에 대하여 설명하기 위한 모식도,

도 12는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 광학시트의 상면도,

도 13은 도 12에서의 선분 XIII-XIII의 단면도,

도 14는 본 실시예 1에서 사용한 광학시트의 형상 치수를 나타내는 단면도,

도 15는 본 실시예 1에서 구한 휘도 각도 분포도,

도 16은 본 실시예 2에서 사용한 광학시트의 형상 치수를 나타내는 단면도,

도 17은 본 실시예 2에서 구한 휘도 각도 분포도,

도 18은 본 실시예 3에서 사용한 광학시트의 형상 치수를 나타내는 단면도,

도 19는 본 실시예 3에서의 시험번호 1의 광학시트에서 구한 휘도 각도 분포도,

도 20은 본 실시예 3에서의 시험번호 2의 광학시트에서 구한 휘도 각도 분포도,

도 21은 본 실시예 3에서의 시험번호 6의 광학시트에서 구한 휘도 각도 분포도,

도 22는 본 실시예 3에서의 시험번호 7의 광학시트에서 구한 휘도 각도 분포도,

도 23은 본 실시예 3에서의 광학시트의 원통형 렌즈의 높이와 상대 휘도와의 관계를 나타내는 도,

도 24는 종래의 프리즘시트의 횡단면도,

도 25는 종래의 프리즘시트에서 구한 휘도 각도 분포도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에서 동일 또는 상당부분에는 동일부호를 붙이고 그 설명을 원용한다.

(제 1 실시형태)

(전체구성)

도 1 및 도 2를 참조하여 표시장치(1)는, 백라이트(10)와, 백라이트(10)의 정면에 부설되는 액정 패널(20)을 구비한다.

백라이트(10)는, 확산광을 출사하는 면광원(16)과, 면광원(16)상에 부설된 광학시트(30)를 구비한다.

(면광원)

면광원(16)은, 하우징(11)과, 복수의 냉음극관(12)과, 광확산판(13)을 구비한다. 하우징(11)은, 정면에 개구부(110)를 가지는 박스체로서, 내부에 복수의 냉음극관(12)을 수납한다. 하우징(11)의 내면은, 반사필름(111)으로 덮여져 있다. 반사필름(111)은, 냉음극관(12)으로부터 출사된 광을 난반사시켜, 개구부(110)로 유도한다. 반사필름(111)은, 예를 들면 도레 제조 루미러(등록상표)E60L이나 E60V 이고, 확산 반사율이 95% 이상인 것이 바람직하다.

복수의 냉음극관(12)은, 하우징(11)의 배면 바로 앞에 상하방향(도 1에서 y 방향)에 병설된다. 냉음극관(12)은 좌우방향(도 1에서 x방향)으로 신장된 이른바 선광원이고, 예를 들면 형광관이다. 또한 냉음극관(12) 대신에 LED (Light Emitting Device) 등의 복수의 점광원을 하우징(11) 내에 수납하여도 된다.

광확산판(13)은, 개구부(110)에 끼워 넣어짐으로써 하우징(11)의 배면과 병행하게 설치된다. 광확산판(13)은, 냉음극관(12)으로부터의 광 및 반사필름(111)에서 반사된 광을 확산하여 정면에 출사한다. 광확산판(13)은, 투명한 기재와 기 재 내에 분산된 복수의 입자로 구성된다. 기재 내에 분산되는 입자는, 가시광 영역의 파장의 광에 대한 굴절률이 기재와 다르기 때문에, 광확산판(13)에 입사한 광은 확산 투과된다. 광확산판(13)의 기재는, 예를 들면 유리나, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아크릴산 에스테르계 수지, 지환식(alicyclic) 폴리올레핀계 수지, 폴리스틸렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리아세트산 비닐계 수지, 폴리에테르술폰산계 수지, 트리아세틸셀룰로스계 수지 등의 수지이다. 광확산판(13)은 또, 광학시트(30)의 지지체로서 기능한다.

광확산판(13)을 개구부(110)에 끼워 넣음으로써, 하우징(11)의 내부는 밀폐된다. 그 때문에 냉음극관(12)으로부터의 광이 광확산판(13) 이외의 부분으로부터 하우징(11) 밖으로 새는 것을 방지할 수 있어, 광의 이용효율을 향상할 수 있다.

(광학시트)

(광학시트의 구성)

광학시트(30)는, 면광원(16)상에 부설되고, 면광원(16)으로부터의 확산광을 정면방향에 편향하여, 정면 휘도를 향상한다.

도 3 및 도 4를 참조하여 광학시트(30)는, 이른바 렌티큘러(Lenticular) 렌즈시트이고, 투명기판(31)과, 광학 반사층(32)과, 복수의 원통형 렌즈(33)를 구비한다.

투명기판(31)은, 가시광에 대하여 투명하고, 판 형상 또는 필름 형상이다. 투명기판(31)은, 유리나 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리아크릴산 에스테르계 수지, 지환식 폴리올레핀계수지, 폴리스틸렌계 수지, 폴리염화비닐 계 수지, 폴리아세트산비닐계 수지, 폴리에테르술폰산계 수지, 트리아세틸셀룰로스계 수지 등의 수지로 구성된다.

광학 반사층(32)은, 투명기판(31)상에 부설된다. 광학 반사층(32)은, 서로 병설된 복수의 관통홈(321)을 가진다. 각 관통홈(321)의 폭은 광학 반사층(32)의 상면에 형성되는 상면 개구부(323)로부터 광학 반사층의 하면에 형성되는 하면 개구부(322)[이하, 슬릿(322)이라 함]를 향하여 서서히 좁아지고, 슬릿(322)에서 가장 좁아진다. 광학 반사층(32)은 슬릿(322)에 의하여 원통형 렌즈(33)에 입사되는 광을 제한함으로써 원통형 렌즈 표면에서의 광의 입사각을 제어하여 정면 휘도를 향상한다.

광학 반사층(32)은, 가시광을 확산 반사하는 소재로 구성된다. 예를 들면 광학 반사층(32)은 모재가 되는 수지와, 수지 중에 분산된 복수의 무기입자로 구성된다. 무기입자는 수지의 굴절률과 다른 굴절률을 가지고, 예를 들면 산화티탄, 황산바륨, 산화 아연, 산화 알루미늄 등이다. 또, 무기입자 대신에, 아크릴 또는 유리제의 중공입자를 수지에 함유시켜도 된다. 또, 알루미늄이나 은 등의 금속입자를 수지에 함유시켜도 된다. 모재가 되는 수지는, 자외선, 열, 전자선 등으로 경화되는 수지이어도 되고, 용제에 용해된 후, 용제를 건조함으로써 형성되는 수지이어도 된다. 광학 반사층(32)은 금속으로 구성되어도 된다.

복수의 원통형 렌즈(33)의 각각은 대응하는 관통홈(321)에 설치된다. 원통형 렌즈(33)의 축방향은, 대응하는 관통홈이 신장되는 방향에 병행한다. 원통형 렌즈(33)는, 관통홈(321)에 충전되고, 그 표면은 관통홈(321) 중, 광학 반사층(32) 상면에 형성되는 상면 개구부(323)를 덮는 원통면이다. 요컨대, 원통형 렌즈(33)의 양 에지를 연결하는 렌즈 폭(W0)은, 슬릿(322)의 폭(W1)보다 넓다. 또한, 도 4에서는 렌즈 폭(W0)은 상면 개구부(323)의 폭과 동일하나, 렌즈폭(W0)은 상면 개구부(323)의 폭보다 넓게 형성되어도 된다.

원통형 렌즈(33)의 표면은 곡률을 가지는 원통면이기 때문에 정점각(apex angle)을 가지는 프리즘 렌즈와 같이 제조시 등에 쉽게 파손되지 않는다. 그 때문에 보호필름이 불필요하게 된다.

(광학시트의 작용)

(1) 광의 입사각도 제어

광학시트(30)는, 면광원(16)으로부터 원통형 렌즈(33)의 원통면에 입사되는 광의 입사각을 제어하여, 더욱 많은 광을 정면방향에 편향시킴으로써 정면 휘도를 향상한다. 도 5를 참조하여 면광원(16)으로부터의 광선(RO)은, 광학 반사층(32) 중, 슬릿(322)으로부터만 원통형 렌즈(33)에 입사되고, 슬릿(322)을 제외하는 광학 반사층(32)의 하면에서 확산 반사된다. 슬릿(322)의 폭(W1)은, 원통형 렌즈(33)의 렌즈 폭(W0)보다 좁다. 그 때문에, 종래의 렌티큘러 렌즈시트와 비교하여, 슬릿(322)으로부터 입사되어 관통홈(321)의 표면에서 반사되지 않고 원통형 렌즈(33)의 원통면에 직접 입사되는 광선(이하, 직접 입사광이라 함)의 대부분이 원통형 렌즈(33)의 초점(FP)의 근방을 통과하여 원통면에 입사된다. 이와 같은 직접 입사광이 원통형 렌즈(33)의 원통면이 있는 입사점(경계면)(PO)에 도달하였을 때, 그 직접 입사광의 입사각은, 초점(FP)으로부터 동일한 입사점(PO)에 도달한 광의 입사각 에 근사한다. 그 때문에, 직접 입사광(RO)은 정면에 편향되어, 평행광 또는 정면방향과 이루는 각도가 작은 광선으로서 정면에 출사된다. 따라서, 정면 휘도가 향상된다.

상기한 바와 같이, 원통형 렌즈(33)에 입사된 광선의 대부분을 평행광으로서 출사하기 위해서는, 원통형 렌즈(33)의 초점(FP)이, 슬릿(322)의 근방에 위치하는 것이 바람직하다. 이하, 이 점에 대하여 상세하게 설명한다.

도 6A에 나타내는 바와 같이, 원통형 렌즈(33)의 초점거리(FO)가, 원통형 렌즈(33)의 정점과 슬릿(322)까지의 원통형 렌즈(33)의 높이(h)보다 지나치게 긴 경우를 가정한다. 여기서, 각 슬릿(322)의 중앙으로부터 각 원통형 렌즈(33)에 광선이 입사된다고 가정한다. 이 경우, 광축과의 각도(θ1)가 초점(FP)으로부터 렌즈의 에지에 대하여 벌어지는 각도(이하, 개구각이라 함)(θ0)보다 큰 직접 입사광(R1)이 원통형 렌즈(33)에 입사되는 케이스가 많아진다. 이 경우, 특히 원통면의 에지 부근의 입사점(P1)에 입사되는 직접 입사광(R1)의 입사각(λ1)은, 초점(FP)으로부터 입사점(P1)에 입사되는 광의 입사각(λ0)보다 작아진다. 그 때문에, 출사되는 광선(R2)이 콜리메이트되지 않고, 정면 휘도가 저하한다.

한편, 도 6B에 나타내는 바와 같이, 초점거리(FO)가 높이(h)보다 지나치게 짧으면, 광축과의 각도(θ1)가 개구각(θ0)보다 작은 광선(R1)이 입사되는 케이스가 많아진다. 이 경우, 특히 원통면의 에지 부근의 입사점(P1)에 입사되는 광선(R1)의 입사각(λ1)은, 입사각(λ0)보다 커지기 때문에 광선(R2)은 정면보다 렌즈 중앙 근처에 경사져 출사되기 쉬워져 정면 휘도가 저하한다.

높이(h)를, 초점거리(FO)에 근접하여, 원통형 렌즈(33)의 초점(FP)이 슬릿(322) 근방에 위치하도록 하면, 원통형 렌즈(33)에 입사된 광의 대부분이 정면에 편향되어 출사되기 때문에, 정면 휘도를 더욱 향상할 수 있다.

바람직하게는, 높이(h)는 이하의 수학식 (1)을 만족한다.

[수학식 1]

여기서, n은 원통형 렌즈(33)의 굴절률이고, r은 원통형 렌즈(33)의 원통면의 곡률반경이다.

수학식 (1)에서의 nr/(n-1)은 초점거리(FO)를 나타낸다. 높이(h)가 초점거리(FO)의 0.8배 미만이 되면, 도 6A에 나타내는 바와 같이 콜리메이트되지 않은 광이 증가하기 때문에, 정면 휘도가 프리즘 렌즈와 같은 정도가 된다. 그 때문에, 수학식 (1)의 하한값은 0.8로 한다.

한편, 높이(h)가 초점거리(FO)의 1.3배를 넘으면, 광학 반사층(32)이 과잉으로 높아진다. 광학 반사층(32)이 높아질수록, 광학시트(30)의 제조가 곤란해진다. 예를 들면 광학 반사층(32)으로서 무기입자, 중공입자, 금속입자 등을 포함하는 자외선 경화수지를 사용하는 경우, 광학 반사층(32)의 높이가 높아질수록 자외선 경화수지는 경화하기 어렵게 된다. 왜냐하면, 수지에 함유되는 무기입자 등의 입자가 자외선을 확산 반사하기 때문에, 자외선이 수지의 경화에 기여하기 어렵게 되기 때문이다. 따라서, 광학 반사층(32)을 형성하기 쉽게 하기 위해서는, 높이(h)는 초점거리(FO)의 1.3배 이내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 높이(h)가 1.3배를 넘으면 도 6B에 나타내는 이유에 의하여 정면 휘도가 서서히 저하하나, 프리즘시트보다 높은 정면 휘도를 유지한다.

높이(h)가 수학식 (1)을 만족하면, 원통형 렌즈(33)에 입사되는 광의 대부분을 정면방향에 편향할 수 있어, 정면 휘도를 더욱 향상할 수 있다. 또한, 높이(h)가 수학식 (1)을 만족하지 않아도 본 발명의 효과를 어느 정도 얻을 수 있다.

(2) 사이드로브광의 발생방지

광학시트(30)는, 광학 반사층(32)에 의하여 사이드로브광의 발생을 억제한다. 도 7을 참조하여 종래의 렌티큘러 렌즈시트에서, 광축에 대하여 광각도의 광(R3)(이하, 광각도 광이라 함)이 원통형 렌즈(341) 내에 입사되었다고 가정한다. 이 경우, 광각도 광(R3)은 원통형 렌즈(341)에 인접하는 다른 원통형 렌즈(342)의 원통면에 입사되고, 광축에 대하여 광각도의 사이드로브광(R4)으로서 출사된다. 이와 같은 광각도 광(R3)이 사이드로브광(R4)이 되기 쉽다.

본 실시형태에 의한 광학시트에서는 도 8에 나타내는 바와 같이 광각도 광(R3)은 관통홈(321)의 표면에 입사하고, 원통형 렌즈(33) 내에 확산 반사된다. 그 때문에 광각도 광(R3)은 도 8에서의 점선으로 나타내는 바와 같이, 인접하는 다른 원통형 렌즈(33)에 입사되지 않는다. 따라서, 사이드로브광의 발생을 억제할 수 있다.

(3) 광학 반사층에서의 반사광의 이용

광학 반사층(32)은 사이드로브광의 발생을 억제할 뿐만 아니라, 광각도 광(R3)를 평행광으로서 출사함으로써 정면 휘도를 더욱 향상한다. 상기한 바와 같이 광각도 광(R3)은 관통홈(321)의 표면에서 확산 반사되나, 확산 반사된 광 중에는 도 8에 나타내는 바와 같이 원통형 렌즈(33)의 원통면에 입사하는 광(R31)도 있다. 이하, 이와 같은 광(R31)을 간접 입사광(R31)이라 한다. 간접 입사광(R31) 중에는, 평행광 (R10)으로서 출사되는 것도 존재한다. 그 때문에, 광학 반사층(32)은, 광각도 광이 사이드로브광으로서 출사되는 것을 억제할 뿐만 아니라, 광각도 광(R3)을 평행광(R10)으로서 출사하여 정면 휘도의 향상에 기여한다.

(다른 형태)

상기한 광학시트(30)에서는, 관통홈(321)의 표면을 평면으로 하였으나, 다른 형상이어도 된다. 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 표면이 오목 곡면이어도 되고, 도 10에 나타내는 바와 같이 볼록 곡면이어도 된다. 요컨대, 관통홈(321)의 폭이 상면 개구부(323)로부터 슬릿(322)을 향하여 서서히 좁아져 있으면 된다.

단, 도 11에 나타내는 바와 같이 관통홈(321)의 표면은 원통형 렌즈(33)의 초점(FP)과 렌즈의 양 에지를 연결하는 영역(325)보다 바깥쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 영역(325)을 통과하는 직접 입사광은, 정면에 편향되어 출사된다. 영역(325) 내에 관통홈(321)의 표면이 존재하면, 원래이면 직접 입사광으로서 정면에 편향되어야 하는 광이 관통홈(321)의 표면에서 반사되는 경우가 생긴다. 이와 같은 사태의 발생을 억제하기 위하여 관통홈(321)의 표면은 영역(325)의 바깥쪽에 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는 원통형 렌즈(33)를 표시장치(1)에서의 상하방향(도 1에서 y 방향)에 병설하였으나, 좌우방향(도 1에서의 x 방향)에 병설하여도 된다. 상하방향에 병설하면, 상하 시야각을 제어할 수 있고, 좌우방향에 병설하면, 좌우 시야각을 제어할 수 있다.

또, 원통형 렌즈(33)는 직선 형상이 아니고, 다소 사행하여도 된다. 예를 들면 액정패널의 각 화소의 배치에 대응하여, 원통형 렌즈(33)를 사행(蛇行)시켜도 된다.

(제 2 실시형태)

상기한 광학시트(30)는 렌티큘러 렌즈시트이었으나, 본 발명에 의한 광학시트는 마이크로 렌즈 어레이(array)이어도 된다. 이하, 마이크로 렌즈 어레이로서의 광학시트에 대하여 설명한다.

도 12 및 도 13을 참조하여, 광학시트(50)는 투명기판(51)과, 광학 반사층(52)과, 광학 반사층 위에 행렬 형상(어레이 형상)으로 배치되는 복수의 마이크로 렌즈(53)를 구비한다.

투명기판(51)은, 투명기판(31)과 마찬가지로 가시광에 대하여 투명하고, 판 형상 또는 필름 형상이다.

광학 반사층(52)은, 투명기판(51)상에 부설된다. 광학 반사층(32)은, 행렬 형상으로 배치된 복수의 관통구멍(521)을 가진다. 관통구멍(521)의 횡단면은 장방 형이고, 광학 반사층(52)의 상면으로부터 하면을 향하여 서서히 작아지고, 광학 반사층(52)의 하면에서의 개구부(이하, 하면 개구부라 한다)(522)에서 가장 작아진다. 광학 반사층(52)의 재질은, 광학 반사층(32)과 동일하다.

복수의 마이크로 렌즈(53)의 각각은, 대응하는 관통구멍(521)에 설치된다. 마이크로 렌즈(53)는, 대응하는 관통구멍(521)에 충전되고, 그 표면은 광학 반사층(52)의 상면에 형성된 관통구멍의 개구부(이하, 상면 개구부라 한다)(523)를 덮는 구면이다. 원통형 렌즈(33)는, 렌즈가 원통면이기 때문에 상하방향(도 1에서 y 방향) 또는 좌우방향(도 1에서 x 방향) 중 어느 하나의 방향의 광만을 정면에 편향하나, 마이크로 렌즈(53)는, 렌즈가 구면이기 때문에, 상하방향 뿐만 아니라, 좌우방향의 광도 정면에 편향할 수 있다. 그 때문에, 원통형 렌즈(33)와 비교하여 정면 휘도를 더욱 향상할 수 있다.

(광학시트의 작용)

광학시트(50)도 광학시트(30)과 동일한 작용효과를 가진다. 즉, 면광원으로부터 마이크로 렌즈(53)의 구면에 입사되는 광의 입사각을 제어하고, 평행광을 더욱 많이 출사함으로써 정면 휘도를 향상한다. 또, 광학 반사층(52)에 의하여 광각도 광이 인접하는 마이크로 렌즈(53)에 입사되는 것을 방지하고, 사이드로브광의 발생을 억제한다. 또한 광학 반사층(52)에 의하여 광각도 광을 확산 반사하고, 간접 입사광을 마이크로 렌즈(53)의 구면에 입사시킴으로써, 광각도 광의 일부를 평행광으로서 출사할 수 있다. 광학시트(50)에서도 마이크로 렌즈의 초점은 하면 개구부(522)의 근방에 위치하는 것이 바람직하다.

광학시트(50)는 또한 상하 시야각과 좌우 시야각을 다른 각도로 조정할 수 있다. 각 관통구멍(521)의 횡단면 형상은 장방형이고, 각 관통구멍(521)의 횡단면의 긴 변은 서로 병행한다. 요컨대, 각 관통구멍(521)의 횡단면 형상의 긴 변 방 향은, 모두 좌우방향(도 1에서 x 방향)으로 병행된다. 관통구멍(521)의 횡단면 형상이 장방형이기 때문에, 하면 개구부(522)에서의 상하방향(도 1에서 y 방향)의 폭(W10)은, 좌우방향의 폭(W20)보다 좁다. 그 때문에, 좌우방향의 쪽이 상하방향보다 입사광의 입사각을 제어할 수 없어, 좌우방향의 쪽이 상하방향보다 출사광이 정면에 집광하기 어렵게 된다. 따라서, 상하 시야각을 좌우 시야각보다 좁게 할 수 있다.

각 관통구멍(521)의 횡단면 형상을 장방형 대신에 타원형으로 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 도 12에서는 복수의 관통구멍(521)을 행렬 형상으로 배치하였으나, 지그재그 형상 또는 밀집한 형상으로 배치하여도 된다.

액정 디스플레이로 대표되는 표시장치(1)에서는, 사용자가 상하 경사방향에서 화면을 보는 기회보다, 좌우 경사방향에서 화면을 보는 기회의 쪽이 많다. 광학시트(50)를 사용하면, 좌우 시야각을 상하 시야각보다 넓힐 수 있다. 관통구멍(521)의 횡단면 형상을 적절하게 설정함으로써, 표시장치에 적합한 상하 시야각 및 좌우 시야각으로 조정할 수 있다.

(실시예 1)

도 3 및 도 14에 나타내는 형상의 본 발명예 1의 광학시트(렌티큘러 렌즈시트)와, 비교예의 프리즘시트를 제작하여 휘도 각도 분포를 조사하였다.

(제작방법)

본 발명예 1의 광학시트는 다음에 나타내는 방법에 의하여 제작하였다. 처음에 축방향에 병설되고, 둘레방향으로 신장된 복수의 홈을 가지는 오목 롤판을 준 비하였다. 오목 롤판의 홈의 횡단면 형상은 사다리꼴이고, 바닥면 폭을 10 ㎛, 상면 폭을 30 ㎛, 홈 깊이를 30 ㎛로 하고, 홈과 홈 사이의 피치를 50 ㎛로 하였다.

준비한 오목 롤판의 홈에 산화티탄 입자를 40 중량부 함유한 자외선 경화수지를 충전하였다. 투명기판으로서 두께 100 ㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)필름(310)을 준비하여, 자외선을 조사하면서 오목 롤판의 홈에 충전한 자외선 경화수지를 PET필름 위에 가압 전사하여, 복수의 관통홈을 가지는 광학 반사층(320)을 PET 필름(310) 위에 형성하였다.

계속해서, 관통홈 위에 원통형 렌즈(330)를 형성하였다. 먼저, 다이코터를 이용하여 광학 반사층(320) 위에 두께 약 30 ㎛의 자외선 경화수지층을 형성하였다. 이 때, 자외선 경화수지층은 각 관통홈 내에도 충전되었다.

원통형 렌즈(330)와 같은 반원의 횡단면 형상의 복수의 홈을 둘레방향에 가지는 롤판을 자외선 경화수지층에 가압하고, 자외선을 조사하여 원통형 렌즈(330)를 형성하였다. 이 때, 롤판의 홈의 피치를 50 ㎛로 하고, 횡단면의 반원의 곡률 반경을 20 ㎛로 하였다. 또 원통형 렌즈(330)의 정점이 대응하는 관통홈의 개구부의 중앙에 배치되도록, 롤판의 위치를 조정하였다.

이상의 방법에 의하여 도 14의 광학시트를 제작하였다. 도 14에서의 각 치수의 단위는 ㎛이다.

비교예의 프리즘시트는 다음에 나타내는 방법에 의하여 작성하였다. 두께 100 ㎛의 PET 시트상에 두께 30 ㎛의 자외선 경화수지층을 다이코터에 의하여 형성하였다. 횡단면 형상이 이등변삼각형의 홈을 가지는 롤판을 사용하여 도 24에 나 타내는 형상의 프리즘시트를 제작하였다. 이때, 프리즘의 피치를 50 ㎛로 하고, 정점각을 90도로 하였다.

(휘도 각도 분포조사)

제작된 본 발명예 1의 광학시트와, 비교예의 프리즘시트를 사용하여 휘도의 각도 분포를 조사하였다. 냉음극관을 수납하고, 내면에 반사필름이 부설되며, 개구부에 광확산판이 끼워 고정된 하우징에 본 발명예 1의 광학시트를 부설하였다. 광학시트의 원통형 렌즈의 병설방향은 상하방향으로 하였다.

하우징에 본 발명예 1의 광학시트를 부설한 후, 휘도 각도 분포를 조사하였다. 시야각은, 광학시트의 법선방향(정면)을 0도 축으로 하고, 0도 축으로부터 상하방향으로의 경사각을 상하 시야각으로 하였다. 상하 시야각의 휘도는 휘도계에 의하여 측정하였다.

마찬가지로, 비교예의 프리즘시트를 하우징에 부설하여 휘도의 각도 분포를 조사하였다. 이때, 프리즘의 병설방향은 상하방향으로 하였다.

본 발명예 1의 광학시트의 휘도 각도 분포를 도 15에, 비교예인 프리즘시트에 의한 휘도 각도 분포를 도 25에 나타낸다. 도 15 및 도 25의 가로축은 상하 시야각(deg), 세로축은 하우징의 광확산판의 정면 휘도를 기준(1.0)으로 한 상대 휘도(a.u.)이다. 도 15 및 도 25를 참조하여 비교예에서는 시야각 ± 60∼90 deg 부근에서 사이드로브가 발생하였으나, 본 발명예 1에서는 사이드로브는 거의 발생하지 않았다.

또, 본 발명예 1의 정면 근방(시야각 ± 30 deg)의 상대휘도는 1.5를 넘고, 비교예의 정면 근방의 상대 휘도(약 1.5)보다 높았다.

(실시예 2)

도 12 및 도 16에 나타내는 형상의 본 발명예 2의 광학시트(마이크로 렌즈 어레이)를 제작하여, 휘도 각도 분포를 조사하였다.

(제작방법)

본 발명예 2의 광학시트는, 다음에 나타내는 방법에 의하여 제작하였다. 처음에 투명기판으로서 두께 188 ㎛의 PET 필름(510)을 준비하였다. 피치 200 ㎛, 선폭 120 ㎛의 직사각형 메시 패턴으로 한 로터리 스크린판을 이용하고, 산화티탄 입자 75 중량부와 아크릴수지 25 중량부를 톨루엔 중에서 분산시킨 잉크를 PET 필름(510) 위에 스크린 인쇄함으로써, 복수의 관통구멍을 가지는 광학 반사층(520)을 형성하였다.

계속해서 광학 반사층의 상면에 불소계 방습 코팅제[간토카세이고교 제품 HANARL(등록상표) FZ-610C](540)를 도포하였다. 코팅제(540)를 도포한 후, 다이코터를 사용하여 광학 반사층(520) 위에 두께 약 10 ㎛의 자외선 경화수지를 도포하였다. 이때 자외선 경화수지층은 관통구멍에도 충전되었다.

도포 후의 자외선 경화수지는, 불소계 방습 코팅제(540)가 도포된 영역에서 튕겨지고, 그 표면 장력에 의하여 반경 약 60 ㎛의 반구(半球)의 렌즈를 형성하였다. 렌즈를 형성한 자외선 경화수지에 자외선을 조사하고, 마이크로 렌즈(530)를 형성하였다.

이상의 방법에 의하여 도 16에 나타내는 치수의 광학시트를 제작하였다. 도 면에서의 치수단위는 ㎛ 이다.

면광원인 하우징 위에 본 발명예 2의 광학시트를 부설하고, 상하 시야각에서의 휘도의 각도 분포를 조사하였다.

조사결과를 도 17에 나타낸다. 도 25와 비교하여 본 발명예 2에서는 사이드로브가 발생하지 않았다. 또, 본 발명예 2의 정면 근방(시야각 ± 30 deg)의 상대 휘도는 약 2.0이 되어, 프리즘시트와 비교하여 정면 휘도가 향상하였다.

(실시예 3)

도 18에 나타내는 치수를 가지고, 원통형 렌즈의 정점과 관통홈의 하면 개구부까지의 높이(h)를 변화시킨 표 1에 나타내는 여러가지의 광학시트(렌티큘러 렌즈시트)를 제작하고, 각 광학시트의 정면 휘도를 조사하였다.

시험번호	높이(㎛)	EX0=h/(nr/(n-1))
1	37.3	0.7
2	48	0.9
3	50	0.93
4	53.3	1
5	58.7	1.1
6	69.3	1.3
7	80	1.5

표 1을 참조하여, EX0값은 이하의 수학식 (2)에 의하여 구하였다.

여기서, n은 원통형 렌즈의 굴절률이고, n = 1.54 이었다. r은 원통형 렌즈 의 원통면의 곡률 반경이고, 도 18에 나타내는 바와 같이 20 ㎛ 이었다.

표 1을 참조하여, 시험번호 2 내지 시험번호 6의 광학시트에서는, EX0값이 0.8 내지 1.3의 범위 내로서, 모두 수학식 (1)을 만족하였다. 한편, 시험번호 1의 광학시트에서는 EX0값이 0.7이 되고, 높이(h)가 수학식 (1)의 하한값 미만이 되었다. 한편, 시험번호 7의 광학시트에서는, EX0값이 1.5가 되어, 높이(h)가 수학식 (1)의 상한을 넘었다.

각 시험번호 1 내지 7의 광학시트는 실시예 1과 동일한 제법에 의하여 제작되었다.

각 시험번호의 광학시트(30)를 사용하여 실시예 1과 마찬가지로, 상하 시야각의 휘도의 각도 분포를 조사하였다.

시험번호 1의 조사결과를 도 19에, 시험번호 2의 조사결과를 도 20에, 시험번호 6의 조사결과를 도 21에, 시험번호 7의 조사결과를 도 22에 각각 나타낸다.

또, EX0값과 상대 휘도와의 관계를 도 23에 나타낸다. 여기서 말하는 상대 휘도는, 확산판만의 시야각 0°에서의 휘도에 대한, 광학시트를 부설한 경우의 시야각 0°에서의 휘도로서 산출한 값이다.

도 23을 참조하여 EXO 값이 0.8 이하인 경우, 상대 휘도는 1.5 이하가 되어, 프리즘시트의 상대 휘도(약 1.5)보다 낮아졌다. 한편, EX0값이 1.3을 넘은 경우, 상대 휘도가 약간 저하하였으나, 상대 휘도는 1.5보다 높았다. 단, EX0값이 1.3을 넘으면, 광학 반사층의 높이가 높아지기 때문에, 광학 반사층이 경화되기 어렵고, 광학시트의 제조가 곤란하였다.

이상, 본 발명의 실시형태를 설명하였으나, 상기한 실시형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 불과하다. 따라서, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되지 않고 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상기한 실시형태를 적절하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims

백라이트의 면광원상에 부설되는 백라이트용 광학시트에 있어서,

소정의 간격에 병설된 복수의 관통홈을 가지는 광학 반사층과,

각각이 대응하는 관통홈에 설치된 복수의 원통형 렌즈를 구비하고,

상기 관통홈의 폭은, 상기 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 좁아지고,

상기 원통형 렌즈는 상기 관통홈에 충전되고, 상기 광학 반사층의 상면측의 표면이 원통면인 것을 특징으로 하는 백라이트용 광학시트.
제 1항에 있어서,

상기 원통형 렌즈의 굴절률은 n 이고, 상기 원통면의 곡률 반경은 r 이며, 상기 원통형 렌즈의 정점으로부터 상기 광학 반사층의 하면에 형성된 관통홈의 개구부까지의 높이(h)는 수학식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 광학시트.

[수학식 1]
백라이트의 면광원상에 부설되는 백라이트용 광학시트에 있어서,

복수의 관통구멍을 가지는 시트 형상의 광학 반사층과,

각각이 대응하는 관통구멍에 배치되는 복수의 마이크로 렌즈를 구비하고,

상기 관통구멍은, 상기 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 서서히 작아지고,

상기 마이크로 렌즈는 상기 관통구멍에 충전되고, 상기 광학 반사층의 상면측의 표면이 구면인 것을 특징으로 하는 백라이트용 광학시트.
제 3항에 있어서,

상기 각 관통구멍의 횡단면 형상은 장방형이고, 또한 각 관통구멍의 횡단면 형상의 긴 변은 서로 병행하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 광학시트.
면광원과,

상기 면광원 위에 부설되고, 소정의 간격에 병설된 복수의 관통홈을 가지는 광학 반사층과, 각각이 대응하는 관통홈에 설치된 복수의 원통형 렌즈를 포함하고, 상기 관통홈의 폭은, 상기 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 좁아지고, 상기 원통형 렌즈는 상기 관통홈에 충전되어 상기 광학 반사층의 상면측의 표면이 원통면인 광학시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트.
소정의 간격에 병설된 복수의 관통홈을 가지는 광학 반사층과, 각각이 대응하는 관통홈에 설치된 복수의 원통형 렌즈를 가지고, 상기 관통홈의 폭은, 상기 광 학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 좁아지고, 상기 원통형 렌즈는 상기 관통홈에 충전되고, 상기 광학 반사층의 상면측의 표면이 원통면인 광학시트와, 상기 광학시트가 부설되는 면광원을 포함하는 백라이트와,

상기 백라이트 위에 부설되는 액정패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
면광원과,

상기 면광원 위에 부설되고, 복수의 관통구멍을 가지는 시트 형상의 광학 반사층과, 각각이 대응하는 관통구멍에 설치되는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 관통구멍은, 상기 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 서서히 작아지고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 관통구멍에 충전되고, 상기 광학 반사층의 상면측의 표면이 구면인 광학시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트.
복수의 관통구멍을 가지는 시트 형상의 광학 반사층과 각각이 대응하는 관통구멍에 설치되는 복수의 마이크로 렌즈를 가지고, 상기 관통구멍은, 상기 광학 반사층의 상면으로부터 하면을 향하여 서서히 작아지고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 관통구멍에 충전되고, 상기 광학 반사층의 상면측의 표면이 구면인 광학시트와, 상기 광학시트가 부설되는 면광원을 포함하는 백라이트와,

상기 백라이트 위에 부설되는 액정패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.