KR20120026596A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20120026596A
KR20120026596A KR1020127000132A KR20127000132A KR20120026596A KR 20120026596 A KR20120026596 A KR 20120026596A KR 1020127000132 A KR1020127000132 A KR 1020127000132A KR 20127000132 A KR20127000132 A KR 20127000132A KR 20120026596 A KR20120026596 A KR 20120026596A
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세이지 무로
미호 모리
아키요시 가네미츠
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스미또모 가가꾸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 휘도 및 콘트라스트가 높고, 표시 특성이 우수한 액정 표시 장치를 제공한다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 면광원(20)과, 면광원 상에 배치되며, 액정셀(3) 및 상기 액정셀의 면광원측의 면에 적층되는 편광판을 포함하는 액정 패널(10)로 구성된다. 상기 편광판은, 편광 필름(12)과, 프리즘형 돌기(13a)로 구성되는 표면을 갖는 프리즘 시트(13)를 포함하고, 프리즘 시트(13)는, 프리즘형 돌기로 구성되는 표면이 면광원과 마주보도록 배치되며, 프리즘형 돌기(13a)의 능선 방향과 직교하는 평면내에서의 면광원(20)의 출사광의 광강도 분포는 식 : A2/A1 > 10을 만족한다. 여기서, A1은, 면광원의 광출사면의 법선 방향과 면광원의 출사광의 출사 방향이 이루는 각도를 출사 각도(θ)로 할 때, 출사 각도(θ)가 0°?x의 범위내인 출사광의 평균 광강도이고, A2는 출사 각도(θ)가 x?80°의 범위내인 출사광의 평균 광강도이이며, x는 소정의 관계를 만족하는 각도(°)이다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은, 액정 텔레비젼, 액정 모니터, 퍼스널 컴퓨터 등에 이용되는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는, 액정 텔레비젼, 액정 모니터, 퍼스널 컴퓨터 등에 이용되는 박형의 표시 장치로서 용도가 급격하게 확대되고 있다. 특히, 액정 텔레비젼의 시장 확대는 현저하고, 또 저비용화의 요구도 매우 높다.
통상의 액정 표시 장치는, 냉음극관이나 LED를 이용한 면광원, 광확산판, 하나 또는 복수의 확산 시트, 집광 시트 및, 편광판이 접합된 액정 패널로 구성되어 있다. 최근, 벽걸이 가능한 대화면 액정 텔레비젼 용도 등에 있어서, 액정 표시 장치의 박형화의 요구가 현저히 나타나고 있지만, 이 경우, 액정 표시 장치의 박형화에 대응하여, 여기에 사용하는 부재의 박육화, 부재수 삭감이 필요해진다.
이러한 요청에 대하여, 액정 패널을 구성하는 액정셀과 면광원 사이에 배치되는 편광판의 단면에 집광성을 갖는 프리즘 시트를 직접 접착하는 방법(예를 들어 JPH11-295714-A 및 JP2008-262132-A)이나, 액정 패널의 면광원측에 배치되는 편광판의 보호 필름으로서 집광성 프리즘 시트를 이용하는 방법(예를 들어 JP2008-262132-A 및 JP2005-17355-A)에 의해, 하나 또는 복수의 부재를 제외하고, 부품수를 삭감하는 기술이 알려져 있다.
상기 문헌에 기재되어 있는 바와 같은, 프리즘 시트 등의 시트 부재를 포함하는 편광판을 이용한 액정 표시 장치에서는, 사용되는 면광원이 갖는 광출사 특성에 따라서는, 시트 부재에 기대하는 집광 기능이 충분히 발휘되지 않아, 휘도ㆍ콘트라스트 등 표시 특성의 저하를 초래하는 경우가 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 휘도 및 콘트라스트가 높고, 표시 특성이 우수한 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 면광원과, 상기 면광원 상에 배치되며, 액정셀 및 상기 액정셀의 면광원측의 면에 적층되는 편광판을 포함하는 액정 패널로 구성되는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명의 액정 표시 장치에서, 상기 편광판은, 편광 필름과, 상기 편광 필름의 표면에 접착제층을 개재하여 적층되며, 프리즘형 돌기로 구성되는 표면을 갖는 프리즘 시트를 포함하고, 상기 프리즘 시트는, 프리즘형 돌기로 구성되는 표면이 면광원과 마주보도록 배치되어 있다. 또, 본 발명의 액정 표시 장치는, 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 평면내에서의 면광원의 출사광의 광강도 분포가, 하기 식(1) :
A2/A1 > 10 (1)
을 만족하는 것이다.
여기서, 상기 식(1)에서의 A1은, 전술한 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 평면내에서, 면광원의 광출사면의 법선 방향과, 면광원의 출사광의 출사 방향이 이루는 각도를 출사 각도(θ)(단 0°≤θ≤90°)로 할 때, 출사 각도(θ)가 0°?x의 범위내인 출사광의 평균 광강도이고, A2는, 출사 각도(θ)가 x?80°의 범위내인 출사광의 평균 광강도이다. 또, x는 하기 식(2) :
sinα/[sin(180°-α-2x)/2] = n (2)
의 관계를 만족하는 각도(°)이다.
여기서, 상기 식(2)에서의 α는 프리즘형 돌기의 꼭지각을 나타내고, n은 프리즘형 돌기의 굴절률을 나타낸다.
본 발명의 액정 표시 장치에서, 상기 면광원은, 도광판과, 상기 도광판의 측방에 배치되는 광원 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 또, 광원 장치는, 점형의 광원을 선형으로 나열한 광원 장치 또는 막대형의 광원을 포함하는 광원 장치이며, 광원 장치와 프리즘 시트는, 광원 장치와 프리즘형 돌기의 능선이 평행 또는 대략 평행해지도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 액정 표시 장치에서, 상기 면광원은, 바람직하게는, 도광판의 한변에 배치되는 하나의 광원 장치 또는 도광판의 마주보는 두변에 배치되는 2개의 광원 장치를 갖는다.
프리즘형 돌기의 꼭지각 α는 60° 이상인 것이 바람직하다. 또, 프리즘형 돌기의 단면 형상은 이등변삼각형인 것이 바람직하다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 박형이며, 휘도 및 콘트라스트가 높고, 표시 특성이 우수하다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 대화면 액정 텔레비전용 액정 표시 장치, 특히 벽걸이 가능한 액정 텔레비전용 액정 표시 장치 등으로서 적합하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 액정 표시 장치의 바람직한 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에서 이용되는 배면측 편광판의 바람직한 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 프리즘 시트의 표면 형상의 일례를 도시하는 개략 사시도이다.
도 4는 본 발명에서 이용되는 면광원의 광출사 특성을 설명하기 위한 모식적인 사시도이다.
도 5는 프리즘 시트가 갖는 프리즘형 돌기에 입사되는 광의 경로를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 실시예 1 및 2에서 이용한 면광원 A의 광강도 분포를 도시한 도면이다.
도 7은 비교예 1 및 2에서 이용한 면광원 B의 광강도 분포를 도시한 도면이다.
도 8은 실시예 1에서 제작한 액정 표시 장치의 광강도 분포(휘도 분포)를 도시한 도면이다.
도 9는 비교예 1에서 제작한 액정 표시 장치의 광강도 분포(휘도 분포)를 도시한 도면이다.
도 1은, 본 발명의 액정 표시 장치의 바람직한 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 본 발명에 따른 도 1에 도시된 액정 표시 장치(100)는, 도광판(22) 및 도광판(22)의 측방이며, 도광판(22)의 한변을 따르도록 배치된 광원 장치(21)를 포함하는 면광원(20)과, 면광원(20) 상에 배치된 액정 패널(10)로 구성되어 있다. 액정 패널(10)은, 액정셀(3)과, 액정셀(3)에서의 면광원(20)측의 면에 적층된 배면측 편광판인 편광판(1)과, 액정셀(3)에서의 시인측의 면에 적층된 전면(前面)측 편광판인 편광판(2)을 포함한다. 편광판(1) 및 편광판(2)은, 점착제층(17)을 개재하여 액정셀(3)에 접합되어 있다.
배면측 편광판인 편광판(1)은, 편광 필름(12)과, 편광 필름(12)의 면광원(20)측 표면에 접착제층(14)을 개재하여 적층된 프리즘형 돌기(13a)로 구성되는 표면(이하, 프리즘면이라고도 칭함)을 갖는 프리즘 시트(13)와, 편광 필름(12)의 시인측 표면에 접착제층(16)을 개재하여 적층된 수지 필름(15)을 포함한다. 편광판(1)은, 그 수지 필름(15)측에서 액정셀(3)에 접합되어 있다. 보다 구체적으로는, 액정셀(3)과 편광판(1)은, 편광 필름(12)에서의 프리즘 시트(13)가 적층되는 면과는 반대측의 면이 액정셀(3)과 마주보도록, 즉 프리즘 시트(13)의 프리즘면이 액정 패널(10)의 면광원측 표면을 형성하고, 상기 프리즘면이 면광원(20)과 마주보도록 접합되어 있다. 본 발명에서 배면측 편광판은, 이러한 수지 필름을 갖고 있지 않아도 좋고, 편광 필름(12)이 직접 점착제층 등을 개재하여 액정셀(3)에 접합되는 구성이어도 좋다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 편광 필름의 표면에 접착제층을 개재하여 적층된 프리즘 시트를 갖는 배면측 편광판을 이용한 액정 표시 장치이며, 이후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 프리즘 시트가 갖는 프리즘형 돌기의 구성과의 관계에서, 특정한 광출사 특성, 구체적으로는 배광 특성(어떤 방향으로 어느 정도의 강도의 광을 출사할지)을 갖는 면광원을 적용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 프리즘 시트를 갖는 배면측 편광판을 이용한 액정 표시 장치로서, 휘도 및 콘트라스트가 높고, 표시 특성이 우수한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 액정 표시 장치는, 박형화가 달성된 편광판이 액정셀의 배면측에 접합된 액정 패널을 포함함으로써, 박육화에 대응하면서 충분한 기계적 강도를 가지며, 액정 패널의 배면측에 프리즘 시트를 배치시키고 있기 때문에, 액정 패널과 면광원의 밀착이 방지되고 있고, 이것에 의해서도 표시 특성의 개선이 달성된다. 이하, 적절하게 도면을 참조하면서, 본 발명의 액정 표시 장치에 관해 상세하게 설명한다.
<배면측 편광판>
도 2는, 본 발명에서 이용되는 배면측 편광판의 바람직한 일례를 도시하는 개략 단면도이고, 그 구성은 도 1에서의 편광판(1)과 동일하다(참조 부호도 동일함). 도 2에 도시된 예와 같이, 본 발명에서 이용되는 배면측 편광판은, 편광 필름(12)과, 편광 필름(12)의 한쪽 표면(면광원측 표면)에 접착제층(14)을 개재하여 적층된, 프리즘형 돌기(13a)로 구성되는 표면(프리즘면)을 갖는 프리즘 시트(13)를 적어도 포함한다. 배면측 편광판은, 도 2에 도시된 편광판(1)과 같이, 프리즘 시트(13)가 적층되는 면과는 반대측의 면(액정셀측의 면)에 접착제층(16)을 개재하여 적층된 수지 필름(15)을 포함하고 있어도 좋다.
(편광 필름)
배면 편광판에 이용되는 편광 필름(12)은, 구체적으로는, 일축 연신한 폴리비닐알콜계 수지 필름에 이색성 색소를 흡착 배향시킨 것이다. 폴리비닐알콜계 수지 필름을 구성하는 폴리비닐알콜계 수지로는, 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화한 것을 이용할 수 있다. 폴리아세트산비닐계 수지로는, 아세트산비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산비닐 외에, 아세트산비닐과 이것과 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체, 예를 들어 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 등을 들 수 있다. 아세트산비닐과 공중합 가능한 다른 단량체로는, 예를 들어 불포화 카르복실산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 불포화 술폰산류, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드류 등을 들 수 있다.
폴리비닐알콜계 수지의 비누화도는, 통상 85?100 몰% 정도이고, 98 몰% 이상이 바람직하다. 폴리비닐알콜계 수지는 변성되어 있어도 좋고, 예를 들어, 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈 및 폴리비닐부티랄 등도 이용할 수 있다. 폴리비닐알콜계 수지의 중합도는, 통상 1000?10000 정도이고, 1500?5000 정도가 바람직하다.
이러한 폴리비닐알콜계 수지를 제막한 것이, 편광 필름의 원반 필름으로서 이용된다. 폴리비닐알콜계 수지를 제막하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 종래 공지의 적절한 방법으로 제막할 수 있다. 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름의 막두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 10?150 ㎛ 정도이다.
편광 필름은, 통상 상기와 같은 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 원반 필름을 이색성 색소로 염색하여 그 이색성 색소를 흡착시키는 공정(염색 처리 공정), 이색성 색소가 흡착된 폴리비닐알콜계 수지 필름을 붕산 수용액으로 처리하는 공정(붕산 처리 공정), 및 이 붕산 수용액에 의한 처리후에 물로 세정하는 공정(물세정 처리 공정)을 거쳐 제조된다.
또, 편광 필름의 제조시에, 통상 폴리비닐알콜계 수지 필름은 일축 연신되는데, 이 일축 연신은, 염색 처리 공정전에 행해도 좋고, 염색 처리 공정중에 행해도 좋고, 염색 처리 공정후에 행해도 좋다. 일축 연신을 염색 처리 공정후에 행하는 경우에 있어서, 이 일축 연신은, 붕산 처리 공정전에 행해도 좋고, 붕산 처리 공정중에 행해도 좋다. 물론, 이들 복수의 단계로 일축 연신을 행하는 것도 가능하다. 일축 연신은, 원주 속도가 상이한 롤 사이에서 일축으로 연신하도록 해도 좋고, 열롤을 이용하여 일축으로 연신하도록 해도 좋다. 또, 대기중에서 연신을 행하는 건식 연신이어도 좋고, 용제로 팽윤시킨 상태로 연신을 행하는 습식 연신이어도 좋다. 연신 배율은 통상 3?8배 정도이다.
염색 처리 공정에서의 폴리비닐알콜계 수지 필름의 이색성 색소에 의한 염색은, 예를 들어, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 이색성 색소를 함유하는 수용액에 침지함으로써 행해진다. 이색성 색소로는, 예를 들어 요오드, 이색성 염료 등이 이용된다. 이색성 염료에는, 예를 들어, C. I. DIRECT RED 39 등의 디스아조 화합물로 이루어진 이색성 직접 염료, 트리스아조, 테트라키스아조 화합물 등으로 이루어진 이색성 직접 염료가 포함된다. 폴리비닐알콜계 수지 필름은, 염색 처리전에 물에 침지하는 처리를 실시해 놓는 것이 바람직하다.
이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우는, 통상 요오드 및 요오드화칼륨을 함유하는 수용액에, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 침지하여 염색하는 방법이 채택된다. 이 수용액에서의 요오드의 함유량은, 통상 물 100 중량부당 0.01?1 중량부이고, 요오드화칼륨의 함유량은, 통상 물 100 중량부당 0.5?20 중량부이다. 이색성 색소로서 요오드를 이용하는 경우, 염색에 이용하는 수용액의 온도는 통상 20?40℃이고, 또 이 수용액에 침지하는 시간(염색 시간)은 통상 20?1800초이다.
한편, 이색성 색소로서 이색성 염료를 이용하는 경우는, 통상 수용성 이색성 염료를 포함하는 수용액에 폴리비닐알콜계 수지 필름을 침지하여 염색하는 방법이 채택된다. 이 수용액에서의 이색성 염료의 함유량은, 통상 물 100 중량부당 1×10-4?10 중량부, 바람직하게는 1×10-3?1 중량부이고, 특히 바람직하게는 1×10-3?1×10-2 중량부이다. 이 수용액은, 황산나트륨 등의 무기염을 염색 조제로서 함유하고 있어도 좋다. 이색성 색소로서 이색성 염료를 이용하는 경우, 염색에 이용하는 염료 수용액의 온도는 통상 20?80℃이고, 또 이 수용액에 침지하는 시간(염색 시간)은 통상 10?1800초이다.
붕산 처리 공정은, 이색성 색소에 의해 염색된 폴리비닐알콜계 수지 필름을 붕산 함유 수용액에 침지함으로써 행해진다. 붕산 함유 수용액에서의 붕산의 양은, 물 100 중량부당 통상 2?15 중량부, 바람직하게는 5?12 중량부이다. 전술한 염색 처리 공정에서의 이색성 색소로서 요오드를 이용한 경우에는, 이 붕산 처리 공정에 이용하는 붕산 함유 수용액은 요오드화칼륨을 함유하는 것이 바람직하다. 이 경우, 붕산 함유 수용액에서의 요오드화칼륨의 양은, 물 100 중량부당 통상 0.1?15 중량부, 바람직하게는 5?12 중량부이다. 붕산 함유 수용액에 침지하는 시간은, 통상 60?1200초, 바람직하게는 150?600초, 더욱 바람직하게는 200?400초이다. 붕산 함유 수용액의 온도는 통상 50℃ 이상이고, 바람직하게는 50?85℃, 보다 바람직하게는 60?80℃이다.
이어지는 물세정 처리 공정에서는, 전술한 붕산 처리후의 폴리비닐알콜계 수지 필름을, 예를 들어 물에 침지함으로써 물세정 처리한다. 물세정 처리에서의 물의 온도는 통상 5?40℃이고, 침지 시간은 통상 1?120초이다. 물세정 처리후에는, 통상 건조 처리가 실시되어 편광 필름을 얻을 수 있다. 건조 처리는, 예를 들어 열풍 건조기, 원적외선 히터 등을 이용하여 행할 수 있다. 건조 처리의 온도는 통상 30?100℃, 바람직하게는 50?80℃이다. 건조 처리의 시간은 통상 60?600초, 바람직하게는 120?600초이다.
이렇게 하여, 폴리비닐알콜계 수지 필름에, 일축 연신, 이색성 색소에 의한 염색, 붕산 처리 및 물세정 처리를 실시하여 편광 필름을 얻을 수 있다. 이 편광 필름의 두께는 통상 5?40 ㎛의 범위내이다.
(프리즘 시트)
배면측 편광판에 이용되는 프리즘 시트(13)는, 프리즘형의 돌기(프리즘형 돌기(13a))로 구성되는 표면(프리즘면)을 갖는다. 프리즘 시트(13)는, 프리즘면과는 반대측의 면이 편광 필름(12)과 마주보도록, 편광 필름(12) 상에 적층된다. 프리즘면을 갖는 프리즘 시트(13)를 배면측 편광판의 표면에 배치하고, 상기 프리즘면을 후술하는 면광원과 마주보게 함으로써, 면광원의 광출사면(프리즘면과 마주보는 측의 면)으로부터 출사된 광의 방향을 의도적으로 바꿀(편향시킬) 수 있다. 본 발명에 의하면, 면광원으로부터의 출사광, 특히 지향성을 갖는 출사광〔주요 출사 방향이 면광원의 광출사면의 법선 방향(액정 표시 장치의 정면 방향)과는 상이한 방향인 출사광〕의 출사 방향을, 상기 프리즘 시트에 의해 액정 표시 장치의 정면 방향으로 편향시키는 것이 가능하고, 이에 따라, 액정 표시 장치의 정면의 휘도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 프리즘 시트(13)는 편광 필름(12)의 보호 필름으로서의 역할도 한다.
여기서, 「프리즘형 돌기」란, 삼각형(일부에 곡선을 포함하는 대략 삼각형, 톱니형 등을 포함할 수 있음)을, 상기 삼각형의 면과 수직으로 평행 이동시킨 궤적으로 나타나는 기둥형체에서의, 바닥면을 형성하지 않은 2측면 사이에 끼워지는 변(능선)의 부분(상기 삼각형의 바닥변의 대각 궤적)을 의미하며, 프리즘면은, 상기 기둥형체를 상기 기둥형체에서의 프리즘형 돌기에 대한 면(상기 삼각형의 바닥변의 궤적)을 바닥면으로 하여 평행하게 복수 밀접하여 배열하여 이루어지고, 복수의 프리즘형 돌기는 한방향으로(각 프리즘형 돌기의 능선이 평행 또는 대략 평행해지도록) 배열되어 있다. 도 3은, 프리즘 시트의 표면 형상의 일례를 도시하는 개략 사시도이고, 그 프리즘형 돌기의 단면 형상은 이등변삼각형이다.
프리즘 시트(13)가 갖는 프리즘형 돌기(13a)의 꼭지각(정점의 각도)은, 예를 들어 30?100°으로 할 수 있지만, 본 발명에서는, 면광원으로부터의 출사광, 특히 지향성을 갖는 출사광을 보다 효율적으로 액정 표시 장치의 정면 방향으로 편향시키기 위해, 특히 60° 이상 100° 이하로 하는 것이 바람직하고, 60° 이상 80° 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
프리즘형 돌기(13a)의 높이는 예를 들어 10?200 ㎛로 할 수 있다. 또, 프리즘형 돌기(13a)의 피치(인접하는 돌기의 능선 사이의 거리)는, 프리즘형 돌기(13a)의 꼭지각 및 높이 등을 고려하여 적절하게 결정되지만, 예를 들어 5?300 ㎛로 할 수 있다.
프리즘형 돌기(13a)의 단면 삼각형에서의 돌기를 구성하는 두변은, 동일한 길이이어도 좋고, 상이한 길이를 갖고 있어도 좋지만, 적어도, 이용되는 면광원의 광원 장치가 도광판이 마주보는 두변에 배치되는 경우는, 상기 두변은 동일한 길이로 하는 것이 바람직하고, 따라서, 프리즘형 돌기(13a)의 단면 형상은 이등변삼각형인 것이 바람직하다. 복수의 프리즘형 돌기(13a)의 높이는, 전부 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 또, 돌기 사이에 형성되는 홈의 형상은, 직선이어도 좋고 곡선이어도 좋다.
프리즘 시트(13)의 재질로는 공지의 각종 재료를 이용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리염화비닐수지, 폴리카보네이트계 수지, 노르보넨계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리스티렌계 수지, 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌계 공중합체 등의 합성 고분자, 이아세트산셀룰로오스 수지, 삼아세트산셀룰로오스 수지 등의 천연 고분자를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 투명성, 투습성 및 생산성의 관점에서, 폴리올레핀계 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리스티렌계 수지, 메타크릴산메틸-스티렌계 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌계 공중합체 중의 어느 열가소성 수지가 적합하다. 또 이들 고분자 재료는, 필요에 따라 자외선 흡수제나 산화방지제, 가소제 등의 첨가제를 함유할 수 있다.
프리즘 시트(13)는, 상기 투명 고분자 재료를 기재로 하여, 포토폴리머-프로세스법, 이형 압출법, 프레스 성형법, 사출 성형법, 롤전사법, 레이저 어블레이션법, 기계 절삭법, 기계 연삭법 등의 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 이들 방법은, 각각 단독으로 사용되어도 좋고, 또는 2종 이상의 방법을 조합해도 좋다.
프리즘 시트(13)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 편광판의 박육화의 관점에서, 20 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하 정도인 것이 바람직하고, 30 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
(수지 필름)
도 2에 도시된 바와 같이, 편광 필름(12)에서의 프리즘 시트가 적층되는 면과는 반대측의 면에는, 보호 필름이나 광학 보상 필름 등의 수지 필름(15)을 적층해도 좋다. 이 경우, 편광판(1)은, 수지 필름(15) 상에 적층한 점착제층을 개재하여 액정셀에 접합된다. 또, 편광 필름(12) 또는, 보호 필름 또는 광학 보상 필름상에 접착제층 또는 점착제층을 개재하여, 후술하는 광학 기능성 필름을 적층할 수도 있다.
수지 필름(15)으로는, 트리아세틸셀룰로오스 필름(TAC 필름) 등의 셀룰로오스계 수지 필름, 폴리올레핀계 수지 필름, 아크릴계 수지 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지 필름 등을 들 수 있다.
상기 셀룰로오스계 수지 필름을 구성하는 셀룰로오스계 수지로는, 셀룰로오스의 부분 에스테르화물 또는 완전 에스테르화물을 들 수 있고, 예를 들어, 셀룰로오스의 아세트산에스테르, 프로피온산에스테르, 부티르산에스테르 및 이들의 혼합 에스테르 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 트리아세틸셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트 등을 들 수 있다. 이러한 셀룰로오스계 수지를 제막하여 필름으로 할 때에는, 용제 캐스트법, 용융 압출법 등의 공지의 방법이 적절하게 이용된다. 셀룰로오스에스테르계 수지 필름의 시판품으로는, 예를 들어 「후지태크 TD80」(후지필름 가부시키카이샤 제조), 「후지태크 TD80UF」(후지필름 가부시키카이샤 제조), 「후지태크 TD80UZ」(후지필름 가부시키카이샤 제조), 「KC8UX2M」(코니카미놀타옵트 가부시키카이샤 제조), 「KC8UY」(코니카미놀타옵트 가부시키카이샤 제조) 등을 들 수 있다.
또, 셀룰로오스계 수지 필름으로 이루어진 광학 보상 필름으로는, 예를 들어, 상기 셀룰로오스계 수지 필름에 위상차 조정 기능을 갖는 화합물을 함유시킨 필름; 셀룰로오스계 수지 필름 표면에 위상차 조정 기능을 갖는 화합물을 도포한 필름; 셀룰로오스계 수지 필름을 일축 연신 또는 이축 연신하여 얻어지는 필름 등을 들 수 있다.
시판하는 셀룰로오스계 수지 필름으로 이루어진 광학 보상 필름으로는, 예를 들어, 후지필름 가부시키카이샤 제조의 「WV BZ 438」, 「WV EA」, 코니카미놀타옵트 가부시키카이샤 제조의 「KC4FR-1」, 「KC4HR-1」 등을 들 수 있다.
셀룰로오스계 수지 필름으로 이루어진 보호 필름 또는 광학 보상 필름의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 20?90 ㎛의 범위내인 것이 바람직하고, 30?90 ㎛의 범위내인 것이 보다 바람직하다. 두께가 20 ㎛ 미만인 경우에는 필름의 취급이 어렵고, 한편 두께가 90 ㎛를 넘는 경우에는 가공성이 떨어지게 되고, 또 얻어지는 편광판의 박육화 및 경량화에서 불리하다.
상기 폴리올레핀계 수지 필름으로 이루어진 광학 보상 필름으로는, 예를 들어 일축 연신 또는 이축 연신된 시클로올레핀계 수지 필름을 들 수 있다. 대형 액정 텔레비전용 액정 패널, 특히 수직 배향(VA) 모드의 액정셀을 포함하는 액정 패널에 적용하는 경우에는, 상기 광학 보상 필름으로는, 시클로올레핀계 수지 필름의 연신품이, 광학 특성 및 내구성의 점에서도 적합하다. 여기서, 시클로올레핀계 수지 필름이란, 예를 들어, 노르보넨이나 다환 노르보넨계 모노머 등의 환형 올레핀(시클로올레핀)으로 이루어진 모노머의 유닛을 갖는 열가소성의 수지로 이루어진 필름이다. 시클로올레핀계 수지 필름은, 단일한 시클로올레핀을 이용한 개환 중합체의 수소 첨가물이나 2종 이상의 시클로올레핀을 이용한 개환 공중합체의 수소 첨가물이어도 좋고, 시클로올레핀과 쇄형 올레핀 및/또는 비닐기를 갖는 방향족 화합물 등과의 부가 공중합체이어도 좋다. 또, 주쇄 또는 측쇄에 극성기가 도입되어 있는 것도 유효하다.
시판하는 열가소성 시클로올레핀계 수지로는, 독일의 TOPAS ADVANCED POLYMERS GmbH사에서 판매하고 있는 「Topas」, JSR 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「아톤」, 니뽄제온 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「제오노아(ZEONOR)」 및 「제오넥스(ZEONEX)」, 미쓰이카가쿠 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「아펠」(모두 상품명) 등이 있고, 이들을 적합하게 이용할 수 있다.
이러한 시클로올레핀계 수지를 제막하여 시클로올레핀계 수지 필름을 얻을 수 있다. 제막 방법으로는, 용제 캐스트법, 용융 압출법 등 공지의 방법이 적절하게 이용된다. 또, 예를 들어, 세키스이카가쿠고교 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「에스시나」 및 「SCA40」, 니뽄제온 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「제오노아필름」, JSR 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「아톤 필름」(모두 상품명) 등의 제막된 시클로올레핀계 수지 필름도 시판되고 있고, 이들도 적합하게 사용할 수 있다.
연신된 시클로올레핀계 수지 필름으로 이루어진 광학 보상 필름의 두께는, 지나치게 두꺼우면 가공성이 떨어지는 것이 되고, 또 투명성이 저하되거나, 편광판의 박육화 및 경량화에서 불리하다는 점 등 때문에, 20?80 ㎛ 정도인 것이 바람직하다.
본 발명에서 이용되는 배면측 편광판은, 전술한 편광 필름의 한쪽 표면에 접착제를 이용하여 상기 프리즘 시트를 접합함으로써 얻을 수 있다. 이에 따라, 도 2를 참조하여, 편광 필름(12)의 표면에 접착제층(14)을 개재하여 프리즘 시트(13)가 적층된 편광판을 얻을 수 있다. 편광 필름(12)의 다른쪽 면에 수지 필름(15)을 적층하는 경우, 편광 필름(12)과 수지 필름(15)의 접합은, 마찬가지로 접착제를 이용하여 행해진다. 이 접착제는, 접착제층(16)을 형성하는 것이다. 편광 필름(12)에 수지 필름(15)이 접합되는 경우, 프리즘 시트(13)의 접합에 이용되는 접착제와 수지 필름(15)의 접합에 이용되는 접착제는, 동종의 접착제이어도 좋고, 이종의 접착제이어도 좋다. 이들 필름의 접합에 이용되는 접착제로는, 수계 접착제, 즉 접착제 성분을 물에 용해 또는 분산시킨 접착제 및 광경화성 접착제를 들 수 있다.
상기 수계 접착제는, 접착제층을 얇게 할 수 있는 점에서 바람직하게 이용된다. 수계 접착제로는, 예를 들어, 접착제 성분으로서 폴리비닐알콜계 수지 또는 우레탄 수지를 이용한 수계 접착제를 들 수 있다.
접착제 성분으로서 폴리비닐알콜계 수지를 이용하는 경우, 상기 폴리비닐알콜계 수지는, 부분 비누화 폴리비닐알콜, 완전 비누화 폴리비닐알콜 외에, 카르복실기 변성 폴리비닐알콜, 아세토아세틸기 변성 폴리비닐알콜, 메틸올기 변성 폴리비닐알콜, 아미노기 변성 폴리비닐알콜 등의 변성된 폴리비닐알콜계 수지이어도 좋다. 통상, 폴리비닐알콜계 수지를 접착제 성분으로 하는 수계 접착제는, 폴리비닐알콜계 수지의 수용액으로서 조제된다. 접착제 중의 폴리비닐알콜계 수지의 농도는, 물 100 중량부에 대하여 통상 1?10 중량부 정도, 바람직하게는 1?5 중량부 정도이다.
폴리비닐알콜계 수지를 접착제 성분으로 하는 접착제에는, 접착성을 향상시키기 위해, 글리옥살, 수용성 에폭시 수지 등의 경화성 성분 또는 가교제를 첨가하는 것이 바람직하다. 수용성 에폭시 수지로는, 예를 들어 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민 등의 폴리알킬렌폴리아민과, 아디프산 등의 디카르복실산과의 반응에 의해 얻어지는 폴리아미드폴리아민에, 에피클로로히드린을 반응시켜 얻어지는 폴리아미드폴리아민에폭시 수지를 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 폴리아미드폴리아민에폭시 수지의 시판품으로는, 스미카켐텍스 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「스미레즈레진 650」 및 「스미레즈레진 675」, 니혼 PMC 가부시키카이샤에서 판매하고 있는 「WS-525」 등을 들 수 있다. 이들 경화성 성분 또는 가교제의 첨가량(모두 첨가하는 경우에는 그 합계량)은, 폴리비닐알콜계 수지 100 중량부에 대하여, 통상 1?100 중량부, 바람직하게는 1?50 중량부이다. 상기 경화성 성분, 가교제의 첨가량이 폴리비닐알콜계 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만인 경우에는, 접착성 향상의 효과가 작아지는 경향이 있고, 또 상기 경화성 성분, 가교제의 첨가량이 폴리비닐알콜계 수지 100 중량부에 대하여 100 중량부를 넘는 경우에는, 접착제층이 취약해지는 경향이 있다.
또, 접착제 성분으로서 우레탄 수지를 이용하는 경우, 적당한 접착제 조성물의 예로서, 폴리에스테르계 아이오노머형 우레탄 수지와 글리시딜옥시기를 갖는 화합물의 혼합물을 들 수 있다. 여기서, 폴리에스테르계 아이오노머형 우레탄 수지란, 폴리에스테르 골격을 갖는 우레탄 수지로서, 그 골격 내에 소량의 이온성 성분(친수 성분)이 도입된 것이다. 이러한 아이오노머형 우레탄 수지는, 유화제를 사용하지 않고 직접 수중에서 유화하여 에멀젼이 되기 때문에, 수계의 접착제로서 적합하다.
폴리에스테르계 아이오노머형 우레탄 수지 그 자체는 공지이며, 예를 들어 일본 특허 공개 평 7-97504호 공보에는, 페놀계 수지를 수성 매체 중에 분산시키기 위한 고분자 분산제의 예로서 기재되어 있고, 또한 일본 특허 공개 제2005-070140호 공보 및 일본 특허 공개 제2005-181817호 공보에는, 폴리에스테르계 아이오노머형 우레탄 수지와 글리시딜옥시기를 갖는 화합물의 혼합물을 접착제로 하여, 폴리비닐알콜계 수지로 이루어진 편광 필름에 시클로올레핀계 수지 필름을 접합하는 것이 개시되어 있다.
편광 필름 및/또는 여기에 접합되는 부재(프리즘 시트나 보호 필름 또는 광학 보상 필름)에 접착제를 도포하는 방법으로는, 일반적으로 알려져 있는 방법이면 되고, 예를 들어, 유연법, 메이어바 코트법, 그라비아 코트법, 콤마 코터법, 닥터 블레이드법, 다이 코트법, 딥 코트법, 분무법 등을 들 수 있다. 유연법이란, 피도포물인 필름을, 대략 수직 방향, 대략 수평 방향 또는 양자간의 경사 방향으로 이동시키면서, 그 표면에 접착제를 유하하여 확산 도포시키는 방법이다.
접착제를 도포한 후, 편광 필름 및 여기에 접합되는 부재를 겹쳐, 닙롤 등에 의해 사이에 끼워 필름을 접합한다. 닙롤을 이용한 필름의 접합은, 예를 들어, 접착제를 도포한 후 롤 등으로 가압하여 균일하게 눌러서 펴는 방법, 접착제를 도포한 후 롤과 롤 사이에 통과시키고 가압하여 눌러서 펴는 방법 등을 채택할 수 있다. 전자의 경우, 롤의 재질로는 금속이나 고무 등을 이용하는 것이 가능하다. 또, 후자의 경우, 복수의 롤은 동일한 재질이어도 좋고, 상이한 재질이어도 좋다.
상기 접합후, 건조시켜 접착제층을 경화시킴으로써 편광판을 얻을 수 있다. 이 건조 처리는, 예를 들어 열풍을 내뿜음으로써 행해지고, 그 온도는 통상 40?100℃의 범위내이고, 바람직하게는 60?100℃의 범위내이다. 또, 건조 시간은 통상 20?1200초이다.
건조후의 접착제층의 두께는 통상 0.001?5 ㎛이고, 바람직하게는 0.01?2 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.01?1 ㎛이다. 건조후의 접착제층의 두께가 0.001 ㎛ 미만인 경우에는 접착이 불충분해질 우려가 있고, 또 건조후의 접착제층의 두께가 5 ㎛를 넘으면 편광판의 외관 불량이 생길 우려가 있다. 건조, 경화전에서의 상기 닙롤 등을 이용하여 접합된 후의 접착제층의 두께는, 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 또 0.01 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
건조 처리후, 실온 이상의 온도에서 적어도 반일, 통상은 하루 이상을 양생하여 충분한 접착 강도를 얻어도 좋다. 이러한 양생은, 전형적으로는 롤형으로 권취된 상태로 행해진다. 바람직한 양생 온도는 30?50℃의 범위이고, 더욱 바람직하게는 35?45℃이다. 양생 온도가 50℃를 넘으면, 롤권취 상태에서 소위 「권체」가 일어나기 쉬워진다. 양생시의 습도는 특별히 한정되지 않지만, 상대 습도가 0%RH?70%RH 정도의 범위가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 양생 시간은, 통상 1일?10일 정도, 바람직하게는 2일?7일 정도이다.
또, 상기 광경화성 접착제로는, 예를 들어, 광경화성 에폭시 수지와 광양이온 중합개시제의 혼합물 등을 들 수 있다. 광경화성 에폭시 수지로는, 예를 들어, 지환식 에폭시 수지, 지환식 구조를 갖지 않는 에폭시 수지 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 광경화성 접착제는, 광경화성 에폭시 수지 외에, 아크릴 수지, 옥타센 수지, 우레탄 수지, 폴리비닐알콜 수지 등을 포함하고 있어도 좋고, 또 광양이온 중합개시제와 함께, 또는 광양이온 중합개시제 대신, 광라디칼 중합개시제를 포함하고 있어도 좋다.
광경화성 접착제를 이용하는 경우에는, 편광 필름 및/또는 여기에 접합되는 부재(프리즘 시트나 보호 필름 또는 광학 보상 필름)에 광경화성 접착제를 도포하고, 편광 필름 및 여기에 접합되는 부재를 접합한 후, 활성 에너지선을 조사함으로써 광경화성 접착제를 경화시킨다. 광경화성 접착제의 도포 방법 및 필름의 접합 방법은, 수계 접착제와 동일하게 할 수 있다. 활성 에너지선의 광원은 특별히 한정되지 않지만, 파장 400 nm 이하에 발광 분포를 갖는 활성 에너지선이 바람직하고, 구체적으로는 저압 수은등, 중압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등, 케미컬 램프, 블랙라이트 램프, 마이크로 웨이브 여기 수은등, 메탈할라이드 램프 등이 바람직하게 이용된다.
광경화성 접착제에 대한 광조사 강도는, 상기 광경화성 접착제의 조성에 의해 적절하게 결정되고, 특별히 한정되지 않지만, 중합개시제의 활성화에 유효한 파장 영역의 조사 강도가 0.1?6000 mW/㎠인 것이 바람직하다. 상기 조사 강도가 0.1 mW/㎠ 이상인 경우 반응 시간이 지나치게 길어지지 않고, 6000 mW/㎠ 이하인 경우 광원으로부터 복사되는 열 및 광경화성 접착제의 경화시의 발열에 의한 에폭시 수지의 황변이나 편광 필름의 열화가 생길 우려가 적다. 광경화성 접착제에 대한 광조사 시간은, 경화시키는 광경화성 접착제마다 제어되는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 상기 조사 강도와 조사 시간의 곱으로서 표시되는 적산 광량이 10?10000 mJ/㎡가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 광경화성 접착제에 대한 적산 광량이 10 mJ/㎡이상인 경우, 중합개시제 유래의 활성종을 충분량 발생시켜 경화 반응을 보다 확실하게 진행시킬 수 있고, 또 10000 mJ/㎡ 이하인 경우, 조사 시간이 지나치게 길어지지 않아 양호한 생산성을 유지할 수 있다.
활성 에너지선의 조사에 의해 광경화성 접착제를 경화시키는 경우, 편광 필름의 편광도, 투과율 및 색상, 그리고 프리즘 시트, 보호 필름 및 광학 보상 필름의 투명성 등의 편광판의 여러 기능이 저하되지 않는 조건으로 경화를 행하는 것이 바람직하다.
프리즘 시트 및 보호 필름 또는 광학 보상 필름의 편광 필름에 대한 접합에 앞서, 편광 필름 및/또는 여기에 접합되는 부재의 접착 표면에, 접착성을 향상시키기 위해, 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 조사 처리, 플레임(화염) 처리, 비누화 처리 등의 표면 처리를 해도 좋다. 비누화 처리로는, 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등의 알칼리 수용액에 침지하는 방법을 들 수 있다.
또, 전술한 바와 같이, 배면측 편광판은, 편광 필름(12)에서의 프리즘 시트(13)가 적층되는 면과는 반대측의 면에 적층된 광학 기능성 필름을 갖고 있어도 좋다. 광학 기능성 필름으로는, 예를 들어, 기재 표면에 액정성 화합물이 도포되고 배향되어 있는 광학 보상 필름; 어떤 종류의 편광광을 투과하고, 그리고 반대의 성질을 나타내는 편광광을 반사하는 반사형 편광 필름; 폴리카보네이트계 수지로 이루어진 위상차 필름; 시클로올레핀계 수지 필름으로 이루어진 위상차 필름; 표면에 요철 형상을 갖는 방현 기능 부착 필름; 표면 반사 방지 기능 부착 필름; 표면에 반사 기능을 갖는 반사 필름; 및 반사 기능과 투과 기능을 겸비하는 반투과 반사 필름 등을 들 수 있다. 기재 표면에 액정성 화합물이 도포되고 배향되어 있는 광학 보상 필름에 해당하는 시판품으로는, 「WV 필름」(후지필름 가부시키카이샤 제조), 「NH 필름」(신니혼세키유 가부시키카이샤 제조), 「NR 필름」(신니혼세키유 가부시키카이샤 제조) 등을 들 수 있다. 어떤 종류의 편광광을 투과하고, 그것과 반대의 성질을 나타내는 편광광을 반사하는 반사형 편광 필름에 해당하는 시판품으로는, 예를 들어 「DBEF」(3M사 제조, 일본에서는 스미토모스리엠 가부시키카이샤로부터 입수할 수 있음) 등을 들 수 있다. 또, 시클로올레핀계 수지 필름으로 이루어진 위상차 필름에 해당하는 시판품으로는, 예를 들어 「아톤 필름」(JSR 가부시키카이샤 제조), 「에스시나」(세키스이카가쿠고교 가부시키카이샤 제조), 「제오노아필름」(니뽄제온 가부시키카이샤 ) 등을 들 수 있다.
배면측 편광판은, 프리즘 시트와는 반대측의 표면에 액정셀에 접합하기 위한 점착제층을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 점착제층에 이용되는 점착제로는, 종래 공지의 적절한 점착제를 이용할 수 있고, 예를 들어 아크릴계 점착제, 우레탄계 점착제, 실리콘계 점착제 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 투명성, 점착력, 신뢰성, 리워크성 등의 관점에서, 아크릴계 점착제가 바람직하게 이용된다. 점착제층은, 이러한 점착제를 예를 들어 유기 용제 용액으로 하고, 이것을 기재 필름(예를 들어 편광 필름 등) 상에 다이코터나 그라비아 코터 등에 의해 도포하고 건조시키는 방법으로 형성할 수 있다. 또, 이형 처리가 실시된 플라스틱 필름(세퍼레이트 필름이라고 불림) 상에 형성된 시트형 점착제를 기재 필름에 전사하는 방법에 의해서도 형성할 수 있다. 점착제층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 2?40 ㎛의 범위내인 것이 바람직하다.
<전면측 편광판>
전면측 편광판(도 1에서의 편광판(2))은, 액정셀을 기준으로, 면광원과는 반대측(시인측)에 배치되는 편광판이다. 전면측 편광판으로는, 종래 공지의 적절한 편광판을 이용할 수 있다. 예를 들어, 편광 필름의 단면 또는 양면에 트리아세틸셀룰로오스 등으로 이루어진 보호 필름이 적층된 편광판 외에, 방현 처리, 하드 코트 처리, 반사 방지 처리가 실시된 편광판 등을 이용할 수 있다. 또, 편광 필름의 단면에 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 아크릴 필름, 폴리프로필렌 필름 등으로 이루어진 보호 필름 또는 광학 보상 필름이 적층된 편광판이어도 좋다.
<면광원>
본 발명의 액정 표시 장치는, 액정 패널을 균일하게 조명하기 위한 면광원(20)을 포함한다. 본 발명에서는, 면광원(20)으로서, 프리즘 시트의 기능(면광원으로부터의 출사광을 편향시켜, 프리즘형 돌기로부터의 출사광의 방향을 액정 표시 장치의 정면 방향으로 보정하는 기능)을 최대한 발휘시키기 위해, 특정한 광출사 특성(배광 특성)을 갖는 면광원이 이용되고, 구체적으로는, 하기 식(1) :
A2/A1 > 10 (1)
을 만족하는 것이다.
여기서, 도 4를 참조하여, 상기 식(1)에서의 A1은, 프리즘 시트가 갖는 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 평면(W) 내에서, 면광원의 광출사면의 법선 방향(T)과, 면광원의 출사광의 출사 방향(M)이 이루는 각도를 출사 각도(θ)(단, 0°≤θ≤90°)로 할 때, 출사 각도(θ)가 0°?x의 범위내인 출사광의 평균 광강도이고, A2는, 출사 각도(θ)가 x?80°의 범위내인 출사광의 평균 광강도이다. 또, x는 하기 식(2) :
sinα/[sin(180°-α-2x)/2] = n (2)
의 관계를 만족하는 각도(°)이다. α는 프리즘 시트가 갖는 프리즘형 돌기의 꼭지각을 나타내고, n은 프리즘형 돌기의 굴절률을 나타낸다.
우선, 도 5를 참조하여 상기 식(2)에 관해 설명한다. 상기 식(2)를 만족하는 각도 x와 같은 출사 각도(θ)(출사 각도(θ)=x)로 면광원의 광출사면으로부터 출사된 광이 프리즘형 돌기에 입사한 경우, 그 입사광은, 프리즘형 돌기내에서 프리즘형 돌기의 사변(P)과 평행해지도록 그 광로가 굴절되고, 프리즘형 돌기의 사변(P)에 의한 전(全)반사는 생기지 않는다. 그 결과, 프리즘형 돌기로부터 출사되는 광은, 프리즘형 돌기 입사시보다도, 면광원의 광출사면의 법선 방향(T)으로부터 보다 떨어진 방향으로 구부러진 것이 된다(도 5의 (a) 참조). 상기 식(2)를 만족하는 각도 x보다 작은 출사 각도(θ)로 면광원의 광출사면으로부터 출사된 광에 관해서도 동일하다(도 5의 (b) 참조). 즉, 면광원의 광출사면으로부터 출사된 광의 출사 각도(θ)가 x 이하인 경우, 그 출사광은, 프리즘 시트에 의해, 액정 표시 장치의 정면 방향(면광원의 광출사면의 법선 방향(T))으로부터 멀어지는 방향으로 구부러지게 되므로(이 경우, 프리즘 시트는 광확산성을 갖게 됨), 액정 표시 장치의 정면 방향의 휘도 및 콘트라스트를 저하시킨다. 출사 각도(θ)는 0°≤θ≤90°를 만족하고, θ=0°란 면광원으로부터의 출사광의 방향이 면광원의 광출사면의 법선 방향(T)과 동일한 방향인 것을 의미하고, θ=90°란 면광원으로부터의 출사광의 방향이 면광원의 광출사면과 평행한 것을 의미한다.
한편, 면광원의 광출사면으로부터 출사된 광의 출사 각도(θ)가 x보다 큰 경우, 프리즘형 돌기에 입사한 입사광은, 프리즘형 돌기의 사변(P)에 의한 전반사에 의해 집광되고, 액정 표시 장치의 정면 방향(면광원의 광출사면의 법선 방향(T))으로 구부러져(도 5의 (c) 참조), 액정 표시 장치의 정면 방향의 휘도 및 콘트라스트의 향상에 기여된다.
상기 식(1)에서의 A2/A1은, 면광원으로부터 출사된 출사광 중, 프리즘 시트에 의해 면광원의 광출사면의 법선 방향(T)으로부터 멀어지는 방향으로 구부러지는 결과, 액정 표시 장치의 정면 방향으로 집광되지 않은 출사광의 광강도(평균 광강도 A1)에 대한, 프리즘 시트에 의해 액정 표시 장치의 정면 방향으로 집광되는 출사광의 광강도(평균 광강도 A2)의 비를 의미하고, 본 발명자의 검토에 의해, 상기 비 A2/A1가 10, 바람직하게는 20을 넘을 때, 프리즘 시트를 이용한 배면측 편광판을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 충분히 높은 정면 방향의 휘도 및 콘트라스트를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. A2를 산출하기 위해 고려되는 출사 각도(θ)의 상한을 80°로 한 것은, 80°를 넘는 각도에서의 광강도를 정밀하게 측정하는 것이 어렵고, 실용적이지 않기 때문이다. A1 및 A2는, 면광원의 광출사면의 법선 방향(T)을 기준으로 0°?80°의 범위에 걸쳐, 면광원의 휘도를 측정하여, 0°?x의 범위에서의 휘도의 평균치, x?80°의 범위에서의 휘도의 평균치를 각각 구함으로써 얻을 수 있다.
여기서, 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 평면(W)으로는, 복수의 평면을 채택하는 것이 가능하지만, 본 발명에서는, 어느 하나 이상의 평면(W)에서 상기 식(1)을 만족하고 있으면 된다. 단, 액정 표시 장치의 전면(全面)에 걸쳐 충분히 높은 휘도 및 콘트라스트를 달성하기 위해서는, 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 임의의 2 이상의 평면(W)에서 상기 식(1)을 만족하는 것이 바람직하다.
면광원으로는, 확산판을 이용한 직하형 광원, 도광판을 이용한 엣지형 광원 등을 이용할 수 있지만, 상기와 같은 배광 특성을 실현하기 위해, 도 1에 나타낸 바와 같은, 도광판(22)과 도광판(22)의 측방에 배치된 광원 장치(21)를 포함하는 엣지형 광원(면광원(20))을 이용하는 것이 바람직하다. 도광판(22)으로는, 예를 들어 아크릴 수지 등의 투명 수지로 이루어진 평판형 또는 쐐기형 부재를 이용할 수 있다. 도광판의 이면 또는 양면에는, 잉크를 사용한 스크린 인쇄 또는 에칭, 블러스트의 가공에 의해 패턴이 부가된다. 또, 도광판의 이면 또는 양면에, 반사 기능을 갖는 미소 반사 소자, 미소 굴절 소자 등을 구성하는 것도 있다. 이들 도광판의 이면 또는 양면의 형상 또는 소자를 적절하게 조정함으로써, 원하는 배광 특성을 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들어, 도레이리서치센터 가부시키카이샤 간행 「액정 백라이트의 최신기술 제4장」이나, 씨엠씨슈판 가부시키카이샤 간행 「액정 디스플레이용 백라이트 기술 제2편 제1장, 제4편 제1장」에 기재되는 광원 장치를 적합하게 이용할 수 있다.
광원 장치(21)로는, LED 등의 점형 광원을 선형으로 나열한 광원 장치나, 냉음극관 등의 막대형 광원을 포함하는 광원 장치를 이용할 수 있다. 본 발명의 액정 표시 장치에서, 면광원은, 도광판의 한변에 배치되는 하나의 광원 장치를 갖고 있어도 좋고, 또는 도광판의 마주보는 두변에 배치되는 2개의 광원 장치를 갖고 있어도 좋다.
엣지형 광원이 포함하는, 점형의 광원을 선형으로 나열한 광원 장치 또는 막대형의 광원을 포함하는 광원 장치는, 프리즘 시트가 갖는 프리즘형 돌기의 능선과 평행 또는 대략 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 엣지형 광원이 발하는 광은 프리즘 시트에 의해 가장 효율적으로 집광된다.
본 발명의 액정 표시 장치에서, 상기에서 설명한 것 이외의 구성에 관해서는, 종래 공지의 적절한 구성을 채택할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 액정 표시 장치는, 광확산판, 광확산 시트, 반사판 등을 더 포함하고 있어도 좋다.
[ 실시예 ]
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되지 않는다.
(제조예 1 : 편광 필름의 제작)
평균 중합도 약 2400, 비누화도 99.9 몰% 이상이고 두께 75 ㎛인 폴리비닐알콜 필름을, 30℃의 순수에 침지한 후, 요오드/요오드화칼륨/물의 중량비가 0.02/2/100인 수용액에 30℃로 침지했다. 그 후, 요오드화칼륨/붕산/물의 중량비가 12/5/100인 수용액에 56.5℃로 침지했다. 계속해서, 8℃의 순수로 세정한 후 65℃로 건조시켜, 폴리비닐알콜에 요오드가 흡착 배향된 편광 필름을 얻었다. 연신은 주로 요오드 염색 및 붕산 처리의 공정에서 행하고, 토탈 연신 배율은 5.3배였다.
(제조예 2 : 자외선 경화형 접착제의 조제)
재팬에폭시레진 가부시키카이샤 제조의 수소화에폭시 수지인 상품명 「에피코트 YX8000」(핵수소 첨가 비스페놀 A의 디글리시딜에테르로서, 약 205 g/당량의 에폭시당량을 가짐) 10.0 g, 니뽄소다 가부시키카이샤 제조의 광양이온 중합개시제인 상품명 「CI5102」 4.0 g 및 니뽄소다 가부시키카이샤 제조의 광증감제인 상품명 「CS7001」 1.0 g을, 100 ㎖의 디스포컵에 계량하여 혼합ㆍ탈포함으로써 자외선 경화형 접착제를 조제했다.
(제조예 3 : 프리즘 시트 1의 제작)
성형후의 프리즘형 돌기(단면 형상은 이등변삼각형)의 피치가 50 ㎛ 및 꼭지각이 65°가 되도록 미리 설계된 금형에, 용융한 폴리프로필렌 수지를 도포하고 가열하면서 가압했다. 이어서, 금형으로부터 박리후 곧바로 60℃까지 냉각시켜, 폴리프로필렌 수지로 이루어진 프리즘 시트 1을 얻었다. 모든 프리즘형 돌기는 설계대로의 형상을 가졌다. 프리즘 시트 1의 굴절률은 1.49였다.
(제조예 4 : 프리즘 시트 2의 제작)
성형후의 프리즘형 돌기(단면 형상은 이등변삼각형)의 피치가 50 ㎛ 및 프리즘 꼭지각이 65°가 되도록 미리 설계된 금형에, 이하에 나타내는 조성을 갖는 자외선 경화형 수지 조성물을 도포하고 그 표면을 평활화한 후, 자외선 경화형 수지 조성물로 이루어진 층의 위에, 두께 188 ㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 겹쳤다. 이어서, 파장 320?390 nm의 자외선을 적산 조사량이 1000 mJ/㎠가 되도록 조사하여, 자외선 경화형 수지 조성물을 경화시켰다. 그 후, 금형으로부터 박리함으로써, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 상에 프리즘형 돌기를 갖는 자외선 경화형 수지 조성물의 경화물층이 적층된 프리즘 시트 2를 얻었다. 모든 프리즘형 돌기는 설계대로의 형상을 가졌다. 프리즘 시트 2의 프리즘형 돌기의 굴절률은 1.54였다.
〔제조예 4에서 이용한 자외선 경화형 수지 조성물의 조성〕
판크릴 FA-321M(히타치카세이사 제조 에틸렌옥사이드 변성 비스페놀 A 메타크릴레이트) 45 중량부
NK 에스테르 A-BPE-4(신나카무라카가쿠사 제조 에틸렌옥사이드 변성 비스페놀 A 디아크릴레이트) 25 중량부
사토머 285(사토머사 제조 테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트) 30 중량부
다로큐어 1173(치바사 제조 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온)
3 중량부
<실시예 1>
(a) 편광판의 제작
제조예 1에서 얻은 편광 필름의 한쪽 면에, 제조예 3에서 얻은 프리즘 시트 1을, 그 프리즘면과는 반대측의 면을 접합면으로 하여, 제조예 2에서 얻은 자외선 경화형 접착제를 개재하여 접합했다. 또, 편광 필름의 다른쪽 면에, 트리아세틸셀룰로오스 필름(80 ㎛, 코니카미놀타옵트사 제조)을, 제조예 2에서 얻은 자외선 경화형 접착제를 개재하여 접합했다. 다음으로, 니혼덴시 가부시키카이샤 제조의 자외선 조사 장치(자외선 램프는 "HAL400NL"을 80 W로 사용하고, 조사 거리는 50 cm으로 했음) 내에 라인 속도 1.0 m/min로 1회 통과시켜, 양호한 외관을 갖는 편광판을 얻었다. 에폭시 수지 조성물인 자외선 경화형 접착제의 경화성은 양호했다. 또, 프리즘 시트 1의 밀착성을 JIS K 5400에 기재된 크로스커트법으로 평가한 결과, 형성한 크로스커트의 수에 대한 비박리 크로스커트의 수는 100/100이며, 양호한 밀착성을 나타냈다. 이 편광판의 트리아세틸셀룰로오스 필름의 외면에, 두께 25 ㎛의 아크릴계 점착제의 층을 형성했다.
(b) 액정 표시 장치의 제작
상기 편광판을 아크릴계 점착제층을 개재하여 액정셀의 배면에 배치하고, 액정셀의 전면(前面)에는 시판하는 편광판을 배치하여 액정 패널을 조립했다. 이 액정 패널을, 도광판 방식(엣지형 광원)의 면광원 A(소니사 제조 VAIO VGN-FE32B/W에서 사용되고 있는 것)와 조합하여 액정 표시 장치를 제작했다. 액정 표시 장치의 표시를 육안으로 관찰한 결과, 정면에서 봤을 때 밝은 화상을 얻을 수 있고, 시인성은 양호했다. EZContrast(ELDIM 제조 LX88W)를 이용하여 측정한 면광원 A의 광강도 분포를 도 6에 도시한다.
<실시예 2>
제조예 3에서 얻은 프리즘 시트 1 대신, 제조예 4에서 얻은 프리즘 시트 2를 이용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 편광판을 제작하고, 이어서 액정 표시 장치를 제작했다.
액정 표시 장치의 표시를 육안으로 관찰한 결과, 정면에서 봤을 때 밝은 화상을 얻을 수 있고, 시인성은 양호했다.
<비교예 1>
면광원 A 대신, 도광판 방식(엣지형 광원)의 면광원 B(나나오사 제조 Flexscan EV2411W-H에서 사용되고 있는 것)를 이용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 액정 표시 장치를 제작했다. 액정 표시 장치의 표시를 육안으로 관찰한 결과, 정면에서 본 화상은 어둡고, 콘트라스트는 낮고, 시인성은 불량이었다. EZContrast(ELDIM 제조 LX88W)를 이용하여 측정한 면광원 B의 광강도 분포를 도 7에 도시한다.
<비교예 2>
제조예 3에서 얻은 프리즘 시트 1 대신, 제조예 4에서 얻은 프리즘 시트 2를 이용한 것 외에는 비교예 1과 동일하게 하여, 액정 표시 장치를 제작했다. 액정 표시 장치의 표시를 육안으로 관찰한 결과, 정면에서 본 화상은 어둡고, 콘트라스트는 낮고, 시인성은 불량이었다.
상기 실시예 및 비교예에서 이용한 프리즘 시트가 갖는 프리즘형 돌기의 꼭지각, 굴절률 및 이들로부터 식(2)에 기초하여 산출되는 각도 x; 면광원의 휘도 측정에 의해 산출된 A1 및 A2의 값; 및 제작한 액정 표시 장치의 시인성 평가 결과를 표 1에 정리했다. 액정 표시 장치의 휘도 및 콘트라스트는, 암실에서 액정 표시 장치의 중앙부를 정면으로부터, EZContrast(ELDIM 제조 LX88W)를 이용하여 측정하여 구했다.
도 8 및 도 9에, 실시예 1 및 비교예 1에서 제작한 액정 표시 장치의 광강도 분포(휘도 분포)를 나타냈다.

프리즘 시트 면광원 액정 표시 장치
꼭지각 굴절율 x 광원장치 A1 A2 육안평가 휘도 콘트라스트
실시예 1 65° 1.49 20.0 면광원 A 151 6639 양호 389 895
실시예 2 65° 1.54 21.5 면광원 A 166 6849 양호 350 749
비교예 1 65° 1.49 20.0 면광원 B 1534 1956 불량 92 650
비교예 2 65° 1.54 21.5 면광원 B 1543 1897 불량 83 573
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 표시되며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 2 : 편광판
3 : 액정셀
10 : 액정 패널
12 : 편광 필름
13 : 프리즘 시트
13a : 프리즘 돌기
14, 16 : 접착제층
15 : 수지 필름
17 : 점착제층
20 : 면광원
21 : 광원 장치
22 : 도광판
100 : 액정 표시 장치
W : 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 평면
T : 면광원의 광출사면의 법선 방향
M : 면광원의 출사광의 출사 방향
θ : 면광원의 광출사면의 법선 방향과 면광원의 출사광의 출사 방향이 이루는 각도(출사 각도)
P : 프리즘형 돌기의 사변

Claims (5)

  1. 면광원과,
    상기 면광원 상에 배치되며, 액정셀 및 상기 액정셀의 면광원측의 면에 적층되는 편광판을 포함하는 액정 패널
    을 포함하는 액정 표시 장치로서,
    상기 편광판은, 편광 필름과, 상기 편광 필름의 표면에 접착제층을 개재하여 적층되는, 프리즘형 돌기로 구성되는 표면을 갖는 프리즘 시트를 포함하고,
    상기 프리즘 시트는, 상기 프리즘형 돌기로 구성되는 표면이 상기 면광원과 마주보도록 배치되어 있고,
    상기 프리즘형 돌기의 능선 방향과 직교하는 평면내에서의 상기 면광원의 출사광의 광강도 분포는, 하기 식(1)을 만족하는 것인 액정 표시 장치:
    A2/A1 > 10 (1)
    여기서, 상기 식(1)에서의 A1은, 상기 평면내에서, 상기 면광원의 광출사면의 법선 방향과, 상기 면광원의 출사광의 출사 방향이 이루는 각도를 출사 각도(θ)(단, 0°≤θ≤90°)로 할 때, 출사 각도(θ)가 0°?x의 범위내인 출사광의 평균 광강도이고, A2는, 출사 각도(θ)가 x?80°의 범위내인 출사광의 평균 광강도이며,
    x는, 하기 식(2)의 관계를 만족하는 각도(°)이고,
    sinα/[sin(180°-α-2x)/2] = n (2)
    상기 식(2)에서의 α는 상기 프리즘형 돌기의 꼭지각을 나타내고, n은 상기 프리즘형 돌기의 굴절률을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 면광원은, 도광판과, 상기 도광판의 측방에 배치되는 광원 장치를 포함하는 것인 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광원 장치는, 점형의 광원을 선형으로 나열한 광원 장치 또는 막대형의 광원을 포함하는 광원 장치이고,
    상기 광원 장치와 상기 프리즘 시트는, 상기 광원 장치와 상기 프리즘형 돌기의 능선이 평행 또는 대략 평행해지도록 배치되는 것인 액정 표시 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 장치는, 상기 도광판의 한변 또는 마주보는 두변에 배치되는 것인 액정 표시 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리즘형 돌기의 꼭지각 α가 60° 이상인 액정 표시 장치.
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