KR20240013285A - 광학 시트 적층체, 백라이트 유닛, 액정표시장치, 정보기기, 및 백라이트 유닛의 제조방법 - Google Patents

광학 시트 적층체, 백라이트 유닛, 액정표시장치, 정보기기, 및 백라이트 유닛의 제조방법 Download PDF

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케이와 인코포레이티드
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Abstract

백라이트 유닛(40)에 내장되는 광학 시트 적층체(100)는, 제1면(21a)에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부(22)가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트(43)와, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45)를 구비한다. 복수의 확산 시트(43) 중 프리즘 시트(44, 45)에 가장 가까운 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향은, 프리즘 연신 방향에 대하여 0° 이상 20° 이하, 또는 70° 이상 90° 이하의 각도로 교차한다.

Description

광학 시트 적층체, 백라이트 유닛, 액정표시장치, 정보기기, 및 백라이트 유닛의 제조방법
본 개시는, 광학 시트 적층체, 백라이트 유닛, 액정표시장치, 정보기기, 및 백라이트 유닛의 제조방법에 관한 것이다.
근년, 스마트폰이나 태블릿 단말기 등의 각종 정보기기의 표시 장치로서, 액정표시장치(이하, 액정 디스플레이라고 하는 경우도 있음)가 널리 이용되고 있다. 액정 디스플레이의 백라이트에서는, 고휘도화, 고콘트라스트화가 요구되므로, 광원이 액정 패널의 배면에 배치되는 직하형 방식이 주류를 이루고 있다.
직하형 백라이트를 채용하는 경우, LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로부터의 광을 확산시켜 화면 전체에 걸쳐 휘도나 색도의 균일성을 높이기 위해, 확산 시트나 프리즘 시트 등의 광학 시트가 사용된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
노트북 컴퓨터나 태블릿 단말기 등의 액정 디스플레이의 직하형 백라이트 유닛에서는, 예를 들어 역피라미드 형상의 오목부가 2차원 배열된 확산 시트가 사용됨과 함께, 확산 시트의 상측(표시 화면)에는, 통상적으로, 프리즘 능선이 서로 직교하는 2장의 프리즘 시트가 배치된다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 2011-129277호 공보
노트북 컴퓨터나 태블릿 단말기 등과 같이 휴대하여 사용되는 휴대 정보 단말기에서는, 두께가 얇으며 또한 휘도 균일성이 높은 시트 적층 구성이 요구되는 바, 점광원의 배치나 각 광학 시트의 위치 관계가 제품마다 다르기 때문에, 제품에 따라서는 종래의 시트 적층 구성으로는 충분한 휘도 균일성을 얻을 수 없는 경우가 있었다.
본 개시는, 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있는 광학 시트 적층체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 개시에 따른 광학 시트 적층체는, 백라이트 유닛에 내장되는 광학 시트 적층체로서, 적어도 일면에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트와, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트를 구비하고, 상기 복수의 확산 시트 중 상기 한 쌍의 프리즘 시트에 가장 가까운 제1 확산 시트에서의 상기 복수의 오목부의 제1 배열 방향은, 상기 프리즘 연신 방향에 대하여, 0° 이상 20° 이하, 또는 70° 이상 90° 이하의 각도로 교차한다.
본 개시에 따른 광학 시트 적층체에 의하면, 일면에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부가 형성된 확산 시트(이하, 피라미드 시트라고 하는 경우도 있음)를 복수 장 겹쳐 이용함으로써, 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 프리즘 시트에 가장 가까운 제1 확산 시트의 오목부 배열 방향이 프리즘 연신 방향에 대하여 0° 이상 20° 이하 또는 70° 이상 90° 이하의 각도로 교차하므로, 동일한 광원, 동일한 전력, 동일한 광학 시트 적층 구성으로 다른 각도로 교차하는 경우와 비교하여, 백라이트 유닛의 휘도 균일성이 더욱 향상된다.
본 개시에 따른 광학 시트 적층체에 있어서, 상기 제1 확산 시트를 제외한 상기 복수의 확산 시트 중 적어도 하나의 제2 확산 시트에서의 상기 복수의 오목부의 제2 배열 방향은, 상기 제1 배열 방향과 실질적으로 동일해도 된다. 이와 같이 하면, 점광원의 배치나 각 광학 시트의 위치 관계 등의 조건에 따라, 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한, 본 개시에 있어서, 방향이 실질적으로 동일하다는 것은, 2가지 방향의 각도 차가 5° 이하, 바람직하게는 3° 이하, 보다 바람직하게는 1° 이하인 것을 의미한다.
본 개시에 따른 광학 시트 적층체에 있어서, 상기 제1 확산 시트를 제외한 상기 복수의 확산 시트 중 적어도 하나의 제2 확산 시트에서의 상기 복수의 오목부의 제2 배열 방향은, 상기 제1 배열 방향과 상이해도 된다. 이와 같이 하면, 점광원의 배치나 각 광학 시트의 위치 관계 등의 조건에 따라, 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한, 본 개시에 있어서, 방향이 상이하다는 것은, 2가지 방향의 각도 차가 5° 초과, 바람직하게는 10° 이상임을 의미한다.
본 개시에 따른 백라이트 유닛은, 액정표시장치에 내장되고, 광원으로부터 발사된 광을 표시 화면 측으로 유도하는 백라이트 유닛으로서, 상기 표시 화면과 상기 광원 사이에, 전술한 본 개시에 따른 광학 시트 적층체를 구비하고, 상기 복수의 확산 시트는, 상기 광원과 상기 한 쌍의 프리즘 시트 사이에 배치된다.
본 개시에 따른 백라이트 유닛에 의하면, 전술한 본 개시에 따른 광학 시트 적층체를 구비하기 때문에, 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 개시에 따른 백라이트 유닛에 있어서, 상기 광원은, 상기 복수의 확산 시트에서 보아 상기 표시 화면의 반대 측에 배치된 반사 시트 상에 배치되어도 된다. 이와 같이 하면, 확산 시트와 반사 시트 사이에서의 다중 반사에 의해 광이 더욱 확산되므로, 휘도 균일성이 더욱 향상된다.
본 개시에 따른 백라이트 유닛에 있어서, 상기 광원과 상기 복수의 확산 시트 사이의 거리는, 5㎜ 이하, 바람직하게는 2.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎜ 이하여도 된다. 이와 같이 하면, 백라이트 유닛을 소형화할 수 있다.
본 개시에 따른 액정표시장치는, 전술한 본 개시에 따른 백라이트 유닛과, 액정표시패널을 구비한다.
본 개시에 따른 액정표시장치에 의하면, 전술한 본 개시에 따른 백라이트 유닛을 구비하기 때문에, 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 개시에 따른 정보기기는, 전술한 본 개시에 따른 액정표시장치를 구비한다.
본 개시에 따른 정보기기에 의하면, 전술한 본 개시에 따른 액정표시장치를 구비하기 때문에, 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 개시에 따른 백라이트 유닛의 제조방법은, 액정표시장치에 내장되고, 광원으로부터 발사된 광을 표시 화면 측으로 유도하는 백라이트 유닛의 제조방법으로서, 상기 광원에서 보아 상기 표시 화면 측에, 적어도 일면에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트를 배치하는 공정과, 상기 복수의 확산 시트에서 보아 상기 표시 화면 측에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트를 배치하는 공정을 구비하고, 상기 복수의 확산 시트를 배치하는 공정에서는, 상기 복수의 확산 시트 각각에서의 상기 복수의 오목부의 배열 방향과 상기 프리즘 연신 방향과의 교차 각도를 변화시키면서 휘도 균일성을 평가하고, 당해 평가 결과에 기초하여, 상기 복수의 확산 시트 각각에서의 상기 복수의 오목부의 배열 방향을 결정한다.
본 개시에 따른 백라이트 유닛의 제조방법에 의하면, 복수의 확산 시트를 배치하는 공정에서, 각 확산 시트에서의 오목부의 배열 방향과 프리즘 연신 방향과의 교차 각도를 변화시키면서 휘도 균일성을 평가한 결과에 기초하여, 각 확산 시트에서의 오목부의 배열 방향을 결정한다. 따라서, 휘도 균일성이 향상되도록, 각 확산 시트에서의 오목부의 배열 방향을 설정할 수 있다.
본 개시에 의하면, 백라이트 유닛의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있는 광학 시트 적층체를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시형태에 따른 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는, 실시형태에 따른 광학 시트 적층체가 내장된 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 3은, 실시형태에 따른 광학 시트 적층체에 포함되는 확산 시트의 단면도이다.
도 4는, 실시형태에 따른 광학 시트 적층체에 포함되는 확산 시트의 사시도이다.
도 5는, 실시형태에 따른 광학 시트 적층체에서의 확산 시트의 오목부 배열 방향과 프리즘 시트의 프리즘 연신 방향과의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시예 1에 따른 광학 시트 적층체에서의 확산 시트(피라미드 시트) 및 프리즘 시트의 배치 각도를 설명하는 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시예 1에 따른 광학 시트 적층체에서 확산 시트(피라미드 시트)와 상측 프리즘 시트 사이의 배치 각도 차를 변화시킨 경우의 휘도 균일성 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은, 참고예에 따른 광학 시트 적층체에서 확산 시트(피라미드 시트)와 상측 프리즘 시트 사이의 배치 각도 차를 변화시킨 경우의 휘도 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는, 실시예 4에 따른 광학 시트 적층체에서 상측 프리즘 시트의 배치 각도를 변화시킨 경우의 휘도 균일성 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시예 4에 따른 광학 시트 적층체에서 상측 프리즘 시트의 배치 각도를 변화시킨 경우의 휘도 변화를 나타내는 도면이다.
(실시형태)
이하, 실시형태에 따른 광학 시트 적층체, 백라이트 유닛, 액정표시장치, 정보기기, 및 백라이트 유닛의 제조방법에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 개시의 범위는, 이하의 실시형태에 한정되지 않으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위 내에서 임의로 변경 가능하다. 또한, 각 도면은, 본 개시를 개념적으로 설명하기 위한 것이므로, 용이한 이해를 위해 필요에 따라 치수, 비(比) 또는 수를 과장 또는 간략화하여 나타내는 경우가 있다.
<액정표시장치의 구성>
도 1에 나타내는 바와 같이, 액정표시장치(50)는, 액정표시패널(5)과, 액정표시패널(5)의 하면에 접합된 제1 편광판(6)과, 액정표시패널(5)의 상면에 접합된 제2 편광판(7)과, 액정표시패널(5)의 배면 측에 제1 편광판(6)을 개재하여 배치된 백라이트 유닛(40)을 구비한다.
액정표시패널(5)은, 서로 대향하도록 배치된 TFT 기판(1) 및 CF 기판(2)과, TFT 기판(1) 및 CF 기판(2) 사이에 배치된 액정층(3)과, TFT 기판(1) 및 CF 기판(2) 사이에 액정층(3)을 봉입하기 위해 프레임 형상으로 배치된 실링재(도시 생략)를 구비한다.
액정표시장치(50)의 표시 화면(50a)을 정면(도 1의 상방)에서 본 형상은, 원칙적으로 직사각형 또는 정사각형이지만, 이에 한정되지 않고, 직사각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 원형, 사다리꼴, 또는 자동차의 계기판(instrument panel) 등의 임의의 형상이어도 된다.
액정표시장치(50)에서는, 각 화소전극에 대응하는 각 서브화소에서, 액정층(3)에 소정 크기의 전압을 인가하여 액정층(3)의 배향 상태를 바꾼다. 이로써, 백라이트 유닛(40)으로부터 제1 편광판(6)을 개재하여 입사된 광의 투과율이 조정된다. 투과율이 조정된 광은 제2 편광판(7)을 개재하여 출사되어 화상이 표시된다.
본 실시형태의 액정표시장치(50)는, 각종 정보기기(예를 들어 카네비게이션 등의 차량 탑재 장치, 퍼스널컴퓨터, 휴대전화, 노트북 컴퓨터나 태블릿 단말기 등의 휴대 정보 단말기, 휴대형 게임기, 복사기, 매표기, 현금 자동 입출금기 등)에 내장되는 표시 장치로서 이용된다.
TFT 기판(1)은, 예를 들어, 유리기판 상에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 TFT와, 각 TFT를 피복하도록 배치된 층간 절연막과, 층간 절연막 상에 매트릭스 형상으로 배치되면서 복수의 TFT에 각각 접속된 복수의 화소전극과, 각 화소전극을 피복하도록 배치된 배향막을 구비한다. CF 기판(2)은, 예를 들어, 유리기판 상에 격자 형상으로 배치된 블랙 매트릭스와, 블랙 매트릭스의 각 격자 사이에 각각 배치된 적색층, 녹색층 및 청색층을 포함하는 컬러필터와, 블랙 매트릭스 및 컬러필터를 피복하도록 배치된 공통 전극과, 공통 전극을 피복하도록 형성된 배향막을 구비한다. 액정층(3)은, 전기 광학 특성을 갖는 액정 분자를 포함하는 네마틱 액정 재료 등으로 구성된다. 제1 편광판(6) 및 제2 편광판(7)은, 예를 들어, 일방향의 편광축을 갖는 편광자층과, 그 편광자층을 협지하도록 배치된 한 쌍의 보호층을 구비한다.
<백라이트 유닛 및 광학 시트 적층체의 구성>
도 2에 나타내는 바와 같이, 백라이트 유닛(40)은, 반사 시트(41)와, 반사 시트(41) 상에 2차원 형상으로 배치된 복수의 광원(42)과, 복수의 광원(42)의 상측에 배치된 광학 시트 적층체(100)를 구비한다. 광학 시트 적층체(100)는, 광원(42) 측에 배치된 확산 시트(43)와, 확산 시트(43)의 상측(표시 화면(50a) 측)에 배치된 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45)를 갖는다. 또한, 광학 시트 적층체(100)는, 광원(42)과 확산 시트(43) 사이에 색변환 시트(46)를 갖는다. 그리고, 광학 시트 적층체(100)를 구성하는 각 시트는, 필름 형상이어도 되고, 플레이트(판) 형상이어도 된다.
본 실시형태에서는, 동일한 구조의 확산 시트(43)를 예를 들어 2장 적층하여 백라이트 유닛(40)에 배치한다. 확산 시트(43)는 1장으로 사용해도 되고, 혹은 3장 이상 적층하여 사용해도 된다. 특히, 백라이트 유닛(40)에서 광원(42)의 정밀 배치 등에 의해 휘도 균일성을 충분히 크게 할 수 있는 경우에는, 확산 시트(43)를 1장 사용해도 된다. 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45)는, 프리즘 연신 방향(프리즘 능선이 연장되는 방향)이 서로 직교하는 하측 프리즘 시트(44) 및 상측 프리즘 시트(45)여도 된다. 색변환 시트(46)는, 확산 시트(43)와 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45) 사이에 배치되어도 된다.
[반사 시트]
반사 시트(41)는, 예를 들어, 백색의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지제 필름, 은 증착 필름 등으로 구성된다.
[광원]
광원(42)은, 예를 들어 CIE 1931 색좌표에서 x<0.24, y<0.18의 광을 발하는 청색 광원이어도 된다. 광원(42)의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 LED 소자나 레이저 소자 등이어도 되고, 비용, 생산성 등의 관점에서 LED 소자를 이용하여도 된다. LED의 출광 각도 특성을 조절하기 위해, LED 소자에 렌즈를 장착하여도 된다. 광원(42)이 LED 소자로 구성되는 경우, LED 소자(칩)는, 평면에서 본 경우에 직사각형 형상을 가져도 되며, 그 경우, 한 변의 길이는 50㎛ 이상(바람직하게는 100㎛ 이상) 1㎜ 이하여도 된다. LED 칩은, 2차원적으로 일정 간격으로 반사 시트(41) 상에 배치되어도 된다. 복수의 LED 칩을 등간격으로 배치하는 경우, 인접하는 2개의 칩의 중심간 거리는 0.5㎜ 이상(바람직하게는 2㎜ 이상) 20㎜ 이하여도 된다.
그리고, 광원(42)으로서, 청색 광원 대신에, 백색 광원을 이용하여도 된다. 백색 광원은, 예를 들어, 피크 파장이 청색 영역인 LED 소자와, 피크 파장이 녹색 영역인 LED 소자와, 피크 파장이 적색 영역인 LED 소자로 구성되고, CIE 1931 색좌표에서 0.24<x<0.42, 0.18<y<0.48의 광을 발해도 된다. 백색 광원을 이용하는 경우, 색변환 시트(46)는 배치하지 않아도 된다.
[확산 시트]
확산 시트(43)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 기재층(21)을 갖는다. 확산 시트(43)(기재층(21))는, 광 출사면이 되는 제1면(21a)과 광 입사면이 되는 제2면(21b)을 갖는다. 즉, 확산 시트(43)는, 제2면(21b)이 광원(42)쪽을 향하여 배치된다. 기재층(21)의 매트릭스가 되는 수지는, 광을 투과시키는 재료로 구성된다면, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 아크릴, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, MS(메틸메타크릴레이트·스타이렌·공중합) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 셀룰로스 아세테이트, 폴리이미드 등이어도 된다. 기재층(21)은, 확산제 등의 첨가제를 함유해도 되고, 또는, 실질적으로 첨가제를 함유하지 않아도 된다. 기재층(21)에 함유 가능한 첨가제는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 실리카, 산화 타이타늄, 수산화 알루미늄, 황산 바륨 등의 무기 입자여도 되고, 예를 들어 아크릴, 아크릴로나이트릴, 실리콘(silicone), 폴리스타이렌, 폴리아마이드 등의 유기 입자여도 된다.
확산 시트(43)의 두께는, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 3㎜ 이하(바람직하게는 2㎜ 이하, 보다 바람직하게는 1.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎜ 이하)이며 0.1㎜ 이상이어도 된다. 확산 시트(43)의 두께가 3㎜를 초과하면, 액정 디스플레이의 박형화 달성이 어려워진다. 확산 시트(43)의 두께가 0.1㎜를 하회하면, 휘도를 균일하게 하기가 어려워진다. 확산 시트(43)는 필름 형상이어도 되고, 플레이트(판) 형상이어도 된다.
확산 시트(43)의 제1면(21a)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 대략 역사각뿔 형상(역피라미드 형상)의 복수의 오목부(22)가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된다. 환언하면, 복수의 오목부(22)는, 서로 직교하는 2 방향을 따라 배열된다. 인접하는 오목부(22)끼리는, 능선(111)에 의해 구획된다. 능선(111)은, 오목부(22)가 배열되는 2 방향을 따라 연장된다. 오목부(22)의 중심(역피라미드의 꼭짓점)(112)은, 오목부(22)의 최심부다. 도 4에서는, 간략화를 위해, 오목부(22)가 5Х5의 매트릭스 형상으로 배치된 모습을 예시하지만, 오목부(22)의 실제 배열 수는 훨씬 많다. 복수의 오목부(22)의 2차원 배열에 있어서, 각 오목부(22)는 제1면(21a)에 간극 없이 형성되어도 되고, 소정의 간격을 두고 형성되어도 된다. 또한, 광확산 효과가 손상되지 않는 정도로, 일부의 오목부(22)가 랜덤 배열되어도 된다.
오목부(22)의 꼭지각(θ)은 예를 들어 90°이며, 오목부(22)의 배열 피치(P)는 예를 들어 100㎛이고, 오목부(22)의 깊이는 예를 들어 50㎛여도 된다. 오목부(22)의 꼭지각(θ)이란, 확산 시트(43)의 배치면에 대하여 수직인 면(종단면)이며, 오목부(22)의 중심(역피라미드의 꼭짓점(112))을 통과하면서 당해 중심을 사이에 두고 마주하는 한 쌍의 경사면을 수직으로 가로지르도록 절단했을 때 나타나는 단면에서, 경사면의 단면선끼리가 이루는 각을 말한다. 또한, 오목부(22)의 배열 피치(P)란, 인접하는 오목부(22)의 중심(역피라미드의 꼭짓점(112))끼리 사이의 거리(확산 시트(43)의 배치면에 평행한 방향을 따른 거리)를 말한다.
확산 시트(43)의 제2면(21b)은, 예를 들어 평탄면(경면) 또는 엠보싱 가공면이어도 된다. 확산 시트(43)는, 제1면(21a)에 요철 형상(오목부(22))을 갖는 기재층(21)의 1층 구조로 구성해도 된다. 확산 시트(43)는, 양면이 평탄한 기재층과, 일면에 요철 형상을 갖는 층의 2층 구조로 구성해도 된다. 확산 시트(43)는, 일면에 요철 형상을 갖는 층을 포함하는 3층 이상의 구조로 구성해도 된다.
[확산 시트의 제조방법]
확산 시트(43)의 제조방법은, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 압출 성형법, 사출 성형법 등을 이용하여도 된다.
압출 성형법을 이용하여 요철 형상을 표면에 갖는 단일층의 확산 시트를 제조하는 순서는 다음과 같다. 먼저, 확산제가 첨가된 펠릿 형상의 플라스틱 입자(아울러, 확산제가 첨가되지 않은 펠릿 형상의 플라스틱 입자를 혼합하여도 됨)를 단축 압출기에 투입하고, 가열하면서 용융, 혼련한다. 그 후, T-다이에 의해 압출된 용융 수지를 2개의 금속 롤의 사이에 끼워 냉각시킨 후, 가이드 롤을 사용하여 반송하고, 시트 커터기에 의해 매엽평판으로 잘라냄으로써, 확산 시트를 제작한다. 여기서, 원하는 요철 형상을 반전시킨 형상을 표면에 갖는 금속 롤을 사용하여 용융 수지를 사이에 끼움으로써, 롤 표면의 반전 형상이 수지에 전사되므로, 원하는 요철 형상을 확산 시트 표면에 부형할 수 있다. 또한, 수지에 전사된 형상은, 롤 표면의 형상이 반드시 100% 전사되는 것은 아니므로, 전사 정도로부터 역산하여 롤 표면의 형상을 설계하여도 된다.
압출 성형법을 이용하여, 요철 형상을 표면에 갖는 2층 구조의 확산 시트를 제조하는 경우에는, 예를 들어, 2개의 단축 압출기 각각에, 각 층의 형성에 필요한 펠릿 형상의 플라스틱 입자를 투입한 후, 각 층별로 전술한 바와 같은 순서를 실시하여, 제작된 각 시트를 적층하면 된다.
또는, 이하와 같이, 요철 형상을 표면에 갖는 2층 구조의 확산 시트를 제작하여도 된다. 먼저, 2개의 단축 압출기 각각에, 각 층의 형성에 필요한 펠릿 형상의 플라스틱 입자를 투입하고, 가열하면서 용융, 혼련한다. 그 후, 각 층이 될 용융 수지를 하나의 T-다이에 투입하고, 당해 T-다이 내에서 적층하고, 당해 T-다이에 의해 압출된 적층 용융 수지를 2개의 금속 롤 사이에 끼워 냉각한다. 그 후, 가이드 롤을 이용하여 적층 용융 수지를 반송하고, 시트 커터기로 매엽평판으로 절단함으로써, 요철 형상을 표면에 갖는 2층 구조의 확산 시트를 제작하여도 된다.
또한, UV(자외선)를 이용한 부형 전사에 의해, 이하와 같이 확산 시트를 제조하여도 된다. 먼저, 전사하고자 하는 요철 형상의 반전 형상을 갖는 롤에 미경화 자외선 경화 수지를 충전하고, 당해 수지에 기재를 대고 누른다. 다음으로, 자외선 경화 수지가 충전된 롤과 기재가 일체가 된 상태에서, 자외선을 조사하여 수지를 경화시킨다. 다음으로, 수지에 의해 요철 형상이 부형 전사된 시트를 롤로부터 박리시킨다. 마지막으로, 다시 시트에 자외선을 조사하여 수지를 완전 경화시키고, 요철 형상을 표면에 갖는 확산 시트를 제작한다.
또한, 본 개시에서는, 통상의 형상 전사 기술에 의해 기하학적으로 엄밀한 역사각뿔의 오목부를 형성하기가 어려운 점을 고려하여, "대략 역사각뿔"이라는 표기를 사용하지만, "대략 역사각뿔"은 진정한 또는 실질적으로 역사각뿔로 간주할 수 있는 형상을 포함하는 것으로 한다. 또한, "대략"이란, 근사 가능한 것을 의미하며, "대략 역사각뿔"이란, 역사각뿔에 근사 가능한 형상을 말한다. 예를 들어, 꼭지부가 평탄한 "역사각뿔대형"에 대해서도, 본 발명의 작용 효과가 손실되지 않을 정도로 꼭지부 면적이 작은 것은 "대략 역사각뿔"에 포함되는 것으로 한다. 또한, 공업 생산 상의 가공 정밀도에 기인하는 불가피한 형상의 편차의 범위 내에서 "역사각뿔"에서 변형된 형상도 "대략 역사각뿔"에 포함된다.
[프리즘 시트]
프리즘 시트(44, 45)는, 광선을 투과시킬 필요가 있으므로, 투명(예를 들어 무색투명)한 합성수지를 주성분으로 형성된다. 프리즘 시트(44, 45)는, 일체로 형성되어도 된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 하측 프리즘 시트(44)는, 기재층(44a)과, 기재층(44a) 표면에 적층되는 복수의 돌조 프리즘부(44b)로 이루어지는 돌기 열을 갖는다. 마찬가지로, 상측 프리즘 시트(45)는, 기재층(45a)과, 기재층(45a) 표면에 적층되는 복수의 돌조 프리즘부(45b)로 이루어지는 돌기 열을 갖는다. 돌조 프리즘부(44b, 45b)는 각각, 기재층(44a, 45a) 표면에 스트라이프 형상으로 적층된다. 돌조 프리즘부(44b, 45b)는 각각, 이면이 기재층(44a, 45a)의 표면에 접하는 삼각기둥 형상체이다. 돌조 프리즘부(44b)의 연신 방향과 돌조 프리즘부(45b)의 연신 방향은, 서로 직교한다. 이로써, 확산 시트(43)로부터 입사되는 광선을 하측 프리즘 시트(44)에 의해 법선 방향 측으로 굴절시키고, 추가로 하측 프리즘 시트(44)로부터 출사되는 광선을 상측 프리즘 시트(45)에 의해 표시 화면(50a)에 대해 대략 수직으로 진행하도록 굴절시킬 수 있다.
프리즘 시트(44, 45)의 두께(기재층(44a, 45a)의 이면으로부터 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 꼭짓점까지의 높이)의 하한은, 예를 들어, 50㎛ 정도, 보다 바람직하게는 100㎛ 정도여도 된다. 프리즘 시트(44, 45)의 두께의 상한은, 200㎛ 정도, 보다 바람직하게는 180㎛ 정도여도 된다. 프리즘 시트(44, 45)에서의 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 피치의 하한은, 예를 들어 20㎛ 정도, 보다 바람직하게는 25㎛ 정도여도 된다. 프리즘 시트(44, 45)에서의 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 피치의 상한은, 예를 들어, 100㎛ 정도, 보다 바람직하게는 60㎛ 정도여도 된다. 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 꼭지각은, 예를 들어, 85° 이상 95° 이하여도 된다. 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 굴절률의 하한은, 예를 들어, 1.5, 보다 바람직하게는 1.55여도 된다. 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 굴절률의 상한은, 예를 들어, 1.7이어도 된다.
프리즘 시트(44, 45)는, 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate) 필름으로 이루어지는 기재층(44a, 45a)에, UV 경화형 아크릴계 수지를 사용하여 형상 전사된 돌조 프리즘부(44b, 45b)를 형성한 것이어도 되고, 혹은, 돌조 프리즘부(44b, 45b)가 기재층(44a, 45a)과 일체 성형된 것이어도 된다.
[색변환 시트]
색변환 시트(46)는, 광원(42)으로부터의 광을, 임의의 색(예를 들어 녹색이나 적색)의 파장을 피크 파장으로 하는 광으로 변환하는 파장 변환 시트다. 예를 들어, 광원(42)이 청색 광원이면, 색변환 시트(46)는, 파장 450nm의 청색광을, 파장 540nm의 녹색광과 파장 650nm의 적색광으로 변환한다. 이 경우, 파장 450nm의 청색광을 발하는 광원(42)을 이용하면, 색변환 시트(46)에 의해 청색광이 부분적으로 녹색광과 적색광으로 변환되므로, 색변환 시트(46)를 투과한 광은 백색광이 된다. 색변환 시트(46)로는, 예를 들어, QD(양자점) 시트나 형광 시트 등을 이용하여도 된다. 광원(42)으로서 백색 광원을 이용하는 경우, 색변환 시트(46)는 배치하지 않아도 된다.
[그 밖의 광학 시트]
도시는 생략하지만, 프리즘 시트(44, 45)의 상측(표시 화면(50a) 측)에 편광 시트를 배치해도 된다. 편광 시트는, 백라이트 유닛(40)으로부터 출사된 광이 액정표시장치(50)의 제1 편광판(6)에 흡수되는 것을 방지함으로써, 표시 화면(50a)의 휘도를 향상시킨다.
<실시형태의 특징>
본 실시형태의 광학 시트 적층체(100)는, 백라이트 유닛(40)에 내장된다. 광학 시트 적층체(100)는, 제1면(21a)에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부(22)가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트(43)와, 돌조 프리즘부(44b, 45b)의 연신 방향(이하, 프리즘 연신 방향이라고 하는 경우도 있음)이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45)를 구비한다. 광학 시트 적층체(100)에서, 예를 들어 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 확산 시트(43) 중 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45)에 가장 가까운 확산 시트(43)에서의 복수의 오목부(22)의 배열 방향은, 프리즘 연신 방향에 대하여 0° 이상 20° 이하, 또는 70° 이상 90° 이하의 각도로 교차한다. 또한, 도 5에서는, 간략화를 위해, 돌조 프리즘부(44b)의 도시를 생략하지만, 돌조 프리즘부(44b)의 연신 방향과 돌조 프리즘부(45b)의 연신 방향은 서로 직교하기 때문에, 돌조 프리즘부(45b)의 연신 방향이 전술한 교차 각도 범위를 충족하는 경우, 돌조 프리즘부(44b)의 연신 방향도 전술한 교차 각도 범위를 충족한다.
본 실시형태의 광학 시트 적층체(100)에 의하면, 일면에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부(22)가 형성된 확산 시트(이하, 피라미드 시트라고 하는 경우도 있음)(43)를 복수 장 겹쳐 이용함으로써, 백라이트 유닛(40)의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 프리즘 시트(44, 45)에 가장 가까운 확산 시트(43)의 오목부 배열 방향이 프리즘 연신 방향에 대하여 0° 이상 20° 이하 또는 70° 이상 90° 이하의 각도로 교차하므로, 동일한 광원, 동일한 전력, 동일한 광학 시트 적층 구성으로 다른 각도로 교차하는 경우와 비교하여, 백라이트 유닛(40)의 휘도 균일성이 더욱 향상된다.
본 실시형태의 광학 시트 적층체(100)에서, 프리즘 시트(44, 45)에 가장 가까운 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향과, 그 밖의 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향은, 광원(42)의 배치나 광학 시트 적층체(100)의 각 광학 시트의 위치 관계 등의 조건에 따라, 실질적으로 동일하게 하여도 되고, 또는, 상이해도 된다. 이와 같이 하면, 광원(42)의 배치나 광학 시트 적층체(100)의 각 광학 시트의 위치 관계 등의 조건에 따라, 백라이트 유닛(40)의 휘도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한, 방향이 실질적으로 동일하다는 것은, 2가지 방향의 각도 차가 5° 이하, 바람직하게는 3° 이하, 보다 바람직하게는 1° 이하인 것을 의미하고, 방향이 상이하다는 것은, 2가지 방향의 각도 차가 5° 초과, 바람직하게는 10° 이상임을 의미한다.
본 실시형태의 백라이트 유닛(40)은, 액정표시장치(50)에 내장되어, 광원(42)으로부터 발사된 광을 표시 화면(50a) 측으로 유도한다. 백라이트 유닛(40)은, 표시 화면(50a)과 광원(42) 사이에, 본 실시형태의 광학 시트 적층체(100)를 구비하고, 복수의 확산 시트(43)는, 광원(42)과 프리즘 시트(44, 45) 사이에 배치된다.
본 실시형태의 백라이트 유닛(40)에 의하면, 본 실시형태의 광학 시트 적층체(100)를 구비하므로, 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태의 백라이트 유닛(40)에 있어서, 광원(42)은, 복수의 확산 시트(43)에서 보아 표시 화면(50a)의 반대 측에 배치된 반사 시트(41) 상에 배치되어도 된다. 이와 같이 하면, 확산 시트(43)와 반사 시트(41) 사이에서의 다중 반사에 의해 광이 더욱 확산되므로, 휘도 균일성이 향상된다.
본 실시형태의 백라이트 유닛(40)에 있어서, 광원(42)과 복수의 확산 시트(43) 사이의 거리(정확하게는, 광원(42)과, 광원(42)에 가장 가까운 확산 시트(43) 사이의 거리)가 5㎜ 이하이면, 백라이트 유닛(40)을 소형화할 수 있다. 또한, 향후의 중소형 액정 디스플레이의 박형화를 겨냥하여, 광원(42)과 확산 시트(43)와의 거리를 보다 바람직하게는 2.5㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎜ 이하, 궁극적으로는 0㎜로 해도 된다.
본 실시형태의 액정표시장치(50)는, 본 실시형태의 백라이트 유닛(40)과, 액정표시패널(5)을 구비한다. 이로써, 백라이트 유닛(40)에 내장된 광학 시트 적층체(100)에 의해, 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다. 액정표시장치(50)가 내장된 정보기기(예를 들어 노트북 컴퓨터나 태블릿 단말기 등의 휴대 정보 단말기)에서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 백라이트 유닛(40)의 제조방법은, 액정표시장치(50)에 내장되어, 광원(42)으로부터 발사된 광을 표시 화면(50a) 측으로 유도하는 백라이트 유닛(40)의 제조방법이다. 본 실시형태의 백라이트 유닛(40)의 제조방법은, 광원(42)에서 보아 표시 화면(50a) 측에, 제1면(21a)에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부(22)가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트(43)를 배치하는 공정과, 복수의 확산 시트(43)에서 보아 표시 화면(50a)측에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트(44, 45)를 배치하는 공정을 구비한다. 복수의 확산 시트(43)를 배치하는 공정에서는, 각 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향과 프리즘 연신 방향과의 교차 각도를 변화시키면서, 휘도 균일성을 평가하고, 당해 평가 결과에 기초하여, 각 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향을 결정한다.
본 실시형태의 백라이트 유닛(40)의 제조방법에 의하면, 복수의 확산 시트(43)를 배치하는 공정에서, 각 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향과 프리즘 연신 방향과의 교차 각도를 변화시키면서 휘도 균일성을 평가한 결과에 기초하여, 각 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향을 결정한다. 따라서, 휘도 균일성이 향상되도록, 각 확산 시트(43)에서의 오목부(22)의 배열 방향을 설정할 수 있다.
(실시예)
<실시예 1>
이하, 실시예 1(휘도 균일성의 실측)에 대하여 설명한다.
실시예 1의 광학 시트 적층체(100)로서, 두께 130㎛로 동일한 구조의 확산 시트(43)를 동일한 방향으로 2장 겹친 것 위에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 하측 프리즘 시트(44) 및 상측 프리즘 시트(45)를 배치한 것을 사용했다.
확산 시트(43)는, 두께 80㎛의 투명한 폴리카보네이트 시트 상에, 굴절률 1.587의 UV 경화 수지를 사용하여, 꼭지각 90°, 깊이 50㎛의 역피라미드 형상의 오목부(22)를 피치 100㎛로 2차원 배열하여 형성했다. 확산 시트(43)는, 오목부(22)의 형성면(제1면(21a))이 광 출사면이 되도록 배치했다. 확산 시트(43)의 제2면(21b)은, 평탄면(경면)으로 했다.
프리즘 시트(44, 45)는, PET필름으로 이루어지는 기재층(44a, 45a)에, 아크릴레이트로 이루어지는 UV 경화형 아크릴계 수지를 사용하여 돌조 프리즘부(44b, 45b)를 만들어 형성했다. 하측 프리즘 시트(44)는, 총 두께가 145㎛로, 높이 12㎛, 꼭지각 94°의 돌조 프리즘부(44b)를 피치 25㎛로 배열했다. 상측 프리즘 시트(45)는, 총 두께가 128㎛로, 높이 24㎛, 꼭지각 93°의 돌조 프리즘부(45b)를 피치 51㎛로 배열했다.
광원(42)으로서, 피크 파장 450nm(반치 전폭 16nm)의 청색 LED가 2.8mm 피치로 2차원적으로 복수 배치된 LED 어레이를 이용하여, 당해 광원(42)을 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)의 하측(확산 시트(43) 측)에 배치하고, 확산 시트(43)와 프리즘 시트(44, 45)와의 배치 관계를 변화시키면서, 광학 시트 적층체(100)를 통과한 광의 휘도 균일성을 조사했다. 그리고, 색변환 시트(46)는 배치하지 않고, 광원(42)으로부터의 청색광인 채로 휘도 균일성을 조사했다.
휘도 균일성 평가의 초기 상태로서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)는, 오목부(22)의 배열 방향 중 하나를 기준 방향(X축 방향)에 일치시켜(배치 각도 0°로) 배치하고, 하측 프리즘 시트(44)는, 돌조 프리즘부(44b)의 연신 방향을 X축에 대하여 반시계 방향으로 102° 회전시켜(배치 각도 102°로) 배치하고, 상측 프리즘 시트(45)는, 돌조 프리즘부(45b)의 연신 방향을 X축에 대하여 반시계 방향으로 12° 회전시켜(배치 각도 12°로) 배치했다. 또한, 광원(42)이 되는 LED 어레이는, X축 방향과, 그에 수직인 방향의 2방향을 따라 각 LED가 2차원 배열되도록 배치했다.
제1 평가로서, 상기 초기 상태로부터, 2장의 확산 시트(피라미드 시트)(43)의 배치 방향(배치 각도)을 함께 반시계 방향으로 10°씩 180° 회전시키면서, 휘도 균일성 변화를 평가했다. 또한, 제2 평가로서, 상기 초기 상태로부터, 2장의 프리즘 시트(44, 45)의 배치 방향(배치 각도)을 함께 반시계 방향으로 10°씩 180° 회전시키면서, 휘도 균일성 변화를 평가했다.
휘도 균일성 평가는, 이하의 순서로 실시했다. 먼저, 광원(42)(LED 어레이) 상에, 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)를 배치하고, 다시 그 위에 시트류의 들뜸을 억제하기 위해 투명 유리판을 얹고, TOPCON TECHNOHOUSE사제의 2차원 색채휘도계 UA-200을 이용하여, 연직방향 상향(LED 어레이에서 유리판을 향하는 방향)의 휘도를 33mmХ33mm의 범위에 대하여 측정하였다. 이어서, 얻어진 2차원 휘도 분포 화상에 대하여, 개별 LED의 발광 강도 편차에 대한 보정을 실시하고, 이물질 등에 기인하는 휘점·암점 노이즈를 억제하기 위한 필터링 처리를 실시한 후, 전체 화소의 휘도에 대하여 평균값 및 표준 편차를 산출하였다. 마지막으로, "휘도 균일성=평균값/표준 편차"로 정의하여, 휘도 균일성을 평가하였다.
도 7에, 전술한 제1 평가에서 얻어진 휘도 균일성 변화(도면 중 검은 원) 및 제2 평가에서 얻어진 휘도 균일성 변화(도면 중 하얀 원)를 나타낸다. 도 7에 있어서, 가로축은 "상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도" - "확산 시트(피라미드 시트)(43)의 배치 각도"(이하, 단순히 "배치 각도 차"라고 하는 경우도 있음)를 나타내고, 초기 상태의 배치 각도 차는 12°(도 6 참조)이다.
그리고, 제1 평가에서는, 확산 시트(43)의 회전에 따라, "배치 각도 차"가 10°씩 감소하고, 제2 평가에서는, 상측 프리즘 시트(45)의 회전에 따라, "배치 각도 차"가 10°씩 증가하지만, 확산 시트(43)가 배치 각도 0°(180°) 및 90°(270°)에서 등가의 형상을 가지므로, "배치 각도 차"는 이하와 같이 환산했다. 즉, "배치 각도 차"가 마이너스의 값인 경우는, "배치 각도 차"에 90°의 배수를 가산하여 0° 이상 90° 이하의 값으로 환산하고, "배치 각도 차"가 90°를 초과하는 경우는, "배치 각도 차"에서 90°의 배수를 감산하여 0° 이상 90° 이하의 값으로 환산했다. 이와 같이 하면, 가로축의 동일한 "배치 각도 차"에 대해, 세로축의 휘도 균일성 값은 복수 존재한다. 또한, 이상과 같이 환산한 "배치 각도 차"는, 확산 시트(43)의 오목부(22)의 배열 방향과 프리즘 연신 방향(돌조 프리즘부(44b, 45b)의 연신 방향)과의 교차 각도(이하, 단순히 "교차 각도"라고 하는 경우도 있음)와 동등해진다.
도 7에 나타내는 바와 같이, "배치 각도 차"가 0°~20°의 범위, 및 70°~90°의 범위(즉 "교차 각도"가 0°~20°의 범위, 및 70°~90°의 범위)에서, "배치 각도 차"가 20°~70°의 범위(즉 "교차 각도"가 20°~70°의 범위)인 때와 비교하여, 휘도 균일성이 유의하게 증대한다. 특히, "배치 각도 차"가 10° 근방 및 80° 근방(즉 "교차 각도"가 10° 근방 및 80° 근방)에서 휘도 균일성은 극대값이 되고, 당해 극대값이 되는 "배치 각도 차"의 ±5° 범위에서 비교적 큰 휘도 균일성이 얻어진다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)에서는, 확산 시트(43)의 배치 각도를 변화시킨 경우든, 프리즘 시트(44, 45)의 배치 각도를 변화시킨 경우든, "교차 각도"가 0°~20°의 범위, 및 70°~90°의 범위에서 휘도 균일성이 증대하고, 특히, "교차 각도"가 5°~15° 정도의 범위, 또는 75°~85° 정도의 범위에서 휘도 균일성이 현저하게 증대함을 알았다.
<참고예>
도 8은, 전술한 제1 평가에서 얻어진 휘도(평균값)의 변화(도면 중 검은 원) 및 제2 평가에서 얻어진 휘도(평균값)의 변화(도면 중 하얀 원)를 나타낸다. 도 8에 있어서, 가로축은 "상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도" - "확산 시트(피라미드 시트)(43)의 배치 각도"를 나타내고, 초기 상태의 배치 각도 차는 12°(도 6 참조)이다. 그리고, "배치 각도 차"의 환산 방법은, 전술한 실시예 1과 동일하다. 또한, 도 8에 있어서, 세로축의 휘도는, 광학 시트 적층체(100)의 초기 상태("배치 각도 차"가 12°일 때)의 휘도 측정값의 하나를 100%로 한 상대 휘도로 나타낸다.
도 8에 나타내는 바와 같이, "배치 각도 차"가 20°~70°의 범위(즉 "교차 각도"가 20°~70°의 범위)에서, "배치 각도 차"가 0° 근방 또는 90° 근방(즉 "교차 각도"가 0° 근방 또는 90° 근방)인 때와 비교하여, 휘도가 유의하게 증대한다.
즉, 도 7 및 도 8에 나타내는 결과로부터, "배치 각도 차"에 관해서, 휘도와 휘도 균일성은 트레이드 오프의 관계에 있음을 알 수 있다. 따라서, 휘도 및 휘도 균일성 양쪽의 균형을 맞추고자 하는 제품인 경우에는, "배치 각도 차"를, 예를 들어 10°~30° 정도(바람직하게는 15°~25° 정도)의 범위, 또는 60°~80° 정도(바람직하게는 65°~75° 정도)의 범위로 설정해도 된다.
<실시예 2>
이하, 실시예 2(휘도 균일성의 시뮬레이션)에 대하여 설명한다.
실시예 2의 광학 시트 적층체(100)로서, 두께 110㎛로 동일한 구조의 확산 시트(43)를 3장 겹친 것 위에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 하측 프리즘 시트(44) 및 상측 프리즘 시트(45)를 배치한 것을 사용했다.
확산 시트(43)의 제1면(21a)(광 출사면)에는, 꼭지각 90°, 깊이 50㎛의 역피라미드 형상의 오목부(22)를 피치 100㎛로 2차원 배열했다. 확산 시트(43)의 제2면(21b)은, 평탄면(경면)으로 했다.
하측 프리즘 시트(44) 및 상측 프리즘 시트(45)에는 각각, 높이 50㎛, 꼭지각 90°의 돌조 프리즘부(44b, 45b)를 피치 100㎛로 배열하고, 프리즘 시트(44, 45)의 두께는 각각 130㎛로 했다. 그리고, 프리즘 시트(44, 45)에서, 기재층(44a, 45a) 및 돌조 프리즘부(44b, 45b)는, 동일한 광학 특성을 갖는 1층 구조체로서 구성되는 것으로 하고, 굴절률이나 흡수 특성은, 폴리카보네이트의 광학 특성과 동일한 것으로 했다.
광원(42)으로서, 피크 파장 450nm(반치 전폭 16nm)의 청색 LED가 2.8mm 피치로 2차원적으로 복수(구체적으로는 종횡 3Х3) 배치된 LED 어레이를 이용하여, 당해 광원(42)을 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)의 하측(확산 시트(43) 측)에 배치하고, 확산 시트(43)와 프리즘 시트(44, 45)와의 배치 관계를 변화시키면서, 광학 시트 적층체(100)를 통과한 광의 휘도 균일성을 시뮬레이션으로 평가했다. 그리고, 색변환 시트(46)는 배치하지 않고, 광원(42)으로부터의 청색광인 채로 휘도 균일성을 평가했다.
휘도 균일성 평가에서는, 하측 프리즘 시트(44)는, 돌조 프리즘부(44b)의 연신 방향을 X축에 대하여 반시계 방향으로 102° 회전시켜(배치 각도 102°로) 배치하고, 상측 프리즘 시트(45)는, 돌조 프리즘부(45b)의 연신 방향을 X축에 대하여 반시계 방향으로 12° 회전시켜(배치 각도 12°로) 배치했다(도 6 참조). 또한, 광원(42)이 되는 LED 어레이는, X축 방향과, 그에 수직인 방향의 2방향을 따라 각 LED가 2차원 배열되도록 배치했다. 3장의 확산 시트(43)에 대해서는, 오목부(22)의 배열 방향이, 기준이 되는 LED 배열 방향에 대해 각각 0°, 12°, 30°, 45°, 60°의 각도(이하, 배치 각도라고 함)가 되도록 배치했다.
휘도 균일성 평가는, 이하의 순서로 실시했다. 먼저, 3Х3의 LED 어레이로 이루어지는 광원(42)으로부터 광선을 합계로 107개 출사시켰다. 상측 프리즘 시트(45)의 바로 위에, 0.2mmХ0.2mm의 메쉬(42Х42개)를 개재하여 8.4mmХ8.4mm 크기의 가상 센서를 설치하고, 각 메쉬를 통과하는 광선의 강도, 개수, 출광 각도로부터 면 휘도 분포를 도출했다. 면 휘도 분포에는 노이즈가 포함되기 때문에, 노이즈를 억제하기 위해, 얻어진 면 휘도 분포를 3Х3으로 동등하게 분할하고, 이 9개의 분할 분포로부터 하나의 평균 분포를 작성하고, 당해 평균 분포 휘도에 대해 평균값 및 표준 편차를 산출하여, "휘도 균일성=평균값/표준 편차"로 하여 휘도 균일성을 평가했다.
표 1에, 상측 프리즘 시트(45)에 가장 가까운 확산 시트(43)(3장째)의 배치 각도를 0°(상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차는 12°(=12°-0°))로 하고, 다른 확산 시트(43)(1장째, 2장째)의 배치 각도를 각각 0°, 12°, 30°, 45°, 60°로 한 경우의 휘도 균일성 평가 결과를 나타낸다.
또한, 표 2에, 상측 프리즘 시트(45)에 가장 가까운 확산 시트(43)(3장째)의 배치 각도를 30°(상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차는 72°(=(12°-30°)+90°))로 하고, 다른 확산 시트(43)(1장째, 2장째)의 배치 각도를 각각 0°, 12°, 30°, 45°, 60°로 한 경우의 휘도 균일성 평가 결과를 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)(3장째)의 배치 각도를 0°(상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차를 12°)로 한 경우, 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 30°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 45°인 때, 및 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 45°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 45°인 때에, 휘도 균일성이 유의하게 증대했다.
또한, 표 2에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)(3장째)의 배치 각도를 30°(상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차를 72°)로 한 경우, 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 12°~60°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 45°인 때, 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 30°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 30°인 때, 및 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 60°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 60°인 때에, 휘도 균일성이 유의하게 증대했다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)에서는, 확산 시트(43)(3장째)의 상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차(교차 각도)가 0°~20°의 범위 또는 70°~90°의 범위인 경우에서, 각 확산 시트(43)의 배치 각도(즉 오목부(22)의 배열 방향)를 조정함으로써, 휘도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있음을 알았다.
<실시예 3>
이하, 실시예 3(휘도 균일성의 실측)에 대하여 설명한다.
실시예 3의 광학 시트 적층체(100)로서, 두께 110㎛로 동일한 구조의 확산 시트(43)를 3장 겹친 것 위에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 하측 프리즘 시트(44) 및 상측 프리즘 시트(45)를 배치한 것을 사용했다.
확산 시트(43)는, 두께 60㎛의 투명한 폴리카보네이트 시트 상에, 굴절률 1.587의 UV 경화 수지를 사용하여, 꼭지각 90°, 깊이 50㎛의 역피라미드 형상의 오목부(22)를 피치 100㎛로 2차원 배열하여 형성했다. 확산 시트(43)는, 오목부(22)의 형성면(제1면(21a))이 광 출사면이 되도록 배치했다. 확산 시트(43)의 제2면(21b)은, 매트면으로 했다.
프리즘 시트(44, 45)는, PET필름으로 이루어지는 기재층(44a, 45a)에, 아크릴레이트로 이루어지는 UV 경화형 아크릴계 수지를 사용하여 돌조 프리즘부(44b, 45b)를 만들어 형성했다. 하측 프리즘 시트(44)는, 총 두께가 145㎛로, 높이 12㎛, 꼭지각 94°의 돌조 프리즘부(44b)를 피치 25㎛로 배열했다. 상측 프리즘 시트(45)는, 총 두께가 128㎛로, 높이 24㎛, 꼭지각 93°의 돌조 프리즘부(45b)를 피치 51㎛로 배열했다.
광원(42)으로서, 피크 파장 450nm(반치 전폭 16nm)의 청색 LED가 2.8mm 피치로 2차원적으로 복수 배치된 LED 어레이를 이용하여, 당해 광원(42)을 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)의 하측(확산 시트(43) 측)에 배치하고, 확산 시트(43)와 프리즘 시트(44, 45)와의 배치 관계를 변화시키면서, 광학 시트 적층체(100)를 통과한 광의 휘도 균일성을 조사했다. 그리고, 색변환 시트(46)는 배치하지 않고, 광원(42)으로부터의 청색광인 채로 휘도 균일성을 조사했다.
휘도 균일성 평가에서는, 하측 프리즘 시트(44)는, 돌조 프리즘부(44b)의 연신 방향을 X축에 대하여 반시계 방향으로 102° 회전시켜(배치 각도 102°로) 배치하고, 상측 프리즘 시트(45)는, 돌조 프리즘부(45b)의 연신 방향을 X축에 대하여 반시계 방향으로 12° 회전시켜(배치 각도 12°로) 배치했다(도 6 참조). 또한, 광원(42)이 되는 LED 어레이는, X축 방향과, 그에 수직인 방향의 2방향을 따라 각 LED가 2차원 배열되도록 배치했다. 3장의 확산 시트(43)에 대해서는, 오목부(22)의 배열 방향이, 기준이 되는 LED 배열 방향에 대해 각각 0°, 30°, 45°, 60°의 각도(이하, 배치 각도라고 함)가 되도록 배치했다.
휘도 균일성 평가는, 전술한 실시예 1과 동일한 순서로 실시했다.
표 3에, 상측 프리즘 시트(45)에 가장 가까운 확산 시트(43)(3장째)의 배치 각도를 30°(상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차는 72°(=(12°-30°)+90°))로 하고, 다른 확산 시트(43)(1장째, 2장째)의 배치 각도를 각각 0°, 30°, 45°, 60°로 한 경우의 휘도 균일성 평가 결과를 나타낸다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)(3장째)의 배치 각도를 30°(상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차를 72°)로 한 경우, 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 30°~60°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 30°~45°인 때, 및 확산 시트(43)(1장째)의 배치 각도가 60°이며 확산 시트(43)(2장째)의 배치 각도가 60°인 때에, 휘도 균일성이 유의하게 증대했다. 이것은, 표 2에 나타내는 전술한 실시예 2의 휘도 균일성과 거의 동일한 경향을 나타내는 것이었다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예의 광학 시트 적층체(100)에서는, 확산 시트(43)(3장째)의 상측 프리즘 시트(45)에 대한 배치 각도 차(교차 각도)가 70°~90°의 범위인 경우에서, 각 확산 시트(43)의 배치 각도(즉 오목부(22)의 배열 방향)를 조정함으로써, 휘도 균일성을 한층 더 향상시킬 수 있음을 알았다.
<실시예 4>
이하, 실시예 4(휘도 균일성 및 휘도의 실측)에 대하여 설명한다.
실시예 4의 광학 시트 적층체(100)로서, 두께 110㎛로 동일한 구조의 확산 시트(43)를 3장 겹친 것 위에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 하측 프리즘 시트(44) 및 상측 프리즘 시트(45)를 배치한 것을 사용했다.
광원(42)으로서는, 피크 파장 450nm(반치 전폭 16nm)의 청색 LED가 2.8mm 피치로 2차원적으로 복수 배치된 LED 어레이를 사용했다.
확산 시트(43)는, 꼭지각 90°의 역피라미드 형상의 오목부(22)를 피치 100㎛로 2차원 배열하여 형성했다. 확산 시트(43)는, 오목부(22)의 형성면(제1면(21a))이 광 출사면이 되도록 배치했다. 확산 시트(43)의 제2면(21b)은, 평탄면으로 했다.
프리즘 시트(44, 45)는, PET필름으로 이루어지는 기재층(44a, 45a)에, 아크릴레이트로 이루어지는 UV 경화형 아크릴계 수지를 사용하여 돌조 프리즘부(44b, 45b)를 만들어 형성했다. 하측 프리즘 시트(44)는, 총 두께가 90㎛로, 높이 12㎛, 꼭지각 90°의 돌조 프리즘부(44b)를 피치 24㎛로 배열했다. 상측 프리즘 시트(45)는, 총 두께가 155㎛로, 높이 25㎛, 꼭지각 90°의 돌조 프리즘부(45b)를 피치 50㎛로 배열했다.
그리고, 본 실시예에서는, 확산 시트(43)의 하측에 QD 시트로 이루어지는 색변환 시트(46)를 배치하고, 상측 프리즘 시트(45)의 상측에 상측 광확산 시트를 배치했다. 상측 광확산 시트는, 기재층 및 광확산층의 2층 구조체로서 구성되고, 기재층은, 광선을 투과시키기 위해 투명 수지를 주성분으로 형성하고, 광확산층은, 수지 매트릭스 중에 수지 비즈를 분산시켜 형성했다.
본 실시예에서는, 3장의 확산 시트(43)의 배치 각도(오목부(22)의 배열 방향과 광원(42)의 배열 방향과의 교차 각도)를 45° 및 0°로 각각 고정하고, 프리즘 시트(44, 45)를 회전시키면서, 휘도 균일성 및 휘도 변화를 조사했다. 그리고, 휘도 균일성 평가는, 전술한 실시예 1과 동일한 순서로 실시하고, 휘도로서는, 전술한 실시예 1과 동일한 순서로 얻어진 휘도의 평균값을 이용했다.
도 9 및 도 10에, 본 실시예에서 얻어진 휘도 균일성 및 휘도 각각의 변화를 나타낸다. 그리고, 도 9 및 도 10에서는, 실선이 확산 시트(43)의 배치 각도를 45°로 설정한 경우의 결과를 나타내고, 파선이 확산 시트(43)의 배치 각도를 0°로 설정한 경우의 결과를 나타낸다. 또한, 도 9 및 도 10의 가로축은, 상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도(광원(42)의 배열 방향(X 방향)에 대한 돌조 프리즘부(45b)(능선)의 연신 방향의 회전 각도)를 나타내며, 하측 프리즘 시트(44)의 배치 각도(광원(42)의 배열 방향(X 방향)에 대한 돌조 프리즘부(44b)(능선)의 연신 방향의 회전 각도)는, "상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도" + 90°이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)의 배치 각도가 0°인 경우, 상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도가 0° 정도에서 20° 정도까지의 범위, 70° 정도에서 110° 정도까지의 범위, 및 160° 정도에서 180° 정도까지의 범위에서 휘도 균일성이 향상되었다. 또한, 확산 시트(43)의 배치 각도가 45°인 경우, 상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도가 25° 정도에서 65° 정도까지의 범위, 및 115° 정도에서 155° 정도까지의 범위에서 휘도 균일성이 향상되었다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 확산 시트(43)의 배치 각도가 45° 및 0° 중 어느 경우에도, 배치 각도 차(="상측 프리즘 시트(45)의 배치 각도" - "확산 시트(43)의 배치 각도")가 0°~20°의 범위, 및 70°~90°의 범위(즉 교차 각도가 0°~20°의 범위, 및 70°~90°의 범위)에서 휘도 균일성이 향상되었다.
또한, 본 실시예에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)의 배치 각도를 45°로 설정한 경우 쪽이, 0°로 설정한 경우와 비교하여, 프리즘 시트(44, 45)의 모든 배치 각도에서, 휘도 균일성이 높아졌다. 구체적으로는, 확산 시트(43)의 배치 각도를 45°로 설정한 경우의 휘도 균일성의 평균값이 180 정도인 것에 비해, 확산 시트(43)의 배치 각도를 0°로 설정한 경우의 휘도 균일성의 평균값은 150 정도였다. 확산 시트(43)의 배치 각도를 45°로 설정한 경우, 0°로 설정한 경우와 비교하여, 프리즘 시트(44, 45)의 배치 각도에 의존하는 변동폭의 3배 정도나 휘도 균일성이 향상되었다.
또한, 본 실시예에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 확산 시트(43)의 배치 각도가 45° 및 0° 중 어느 경우에도, 프리즘 시트(44, 45)의 배치 각도에 기인하는 유의한 휘도 저하는 확인되지 않았다. 그리고, 도 10에서, 세로축의 휘도는, 확산 시트(43)의 배치 각도가 0°인 경우의 휘도 측정값의 하나를 100%로 한 상대 휘도로 나타내고, "유의한 휘도 저하"란, "2%를 초과하는 휘도 저하"를 의미한다.
(그 밖의 실시형태)
상기 실시형태(실시예를 포함. 이하 동일)에서는, 확산 시트(43)와 프리즘 시트(44, 45)와 색변환 시트(46)로 광학 시트 적층체(100)를 구성했다. 그러나, 광학 시트 적층체(100)는, 확산 시트(43), 프리즘 시트(44, 45), 및 색변환 시트(46) 이외의 다른 광학 시트를 추가로 포함해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 광학 시트 적층체(100)에 포함되는 확산 시트(43)의 제1면(21a)에 형성하는 오목부(22)의 역다각뿔 형상을 역사각뿔로 하였지만, 이 대신에, 2차원 배치 가능한 다른 형상, 예를 들어 역삼각뿔이나 역육각뿔로 해도 된다. 또는, 2차원 배치 가능한 오목부(22) 대신에, 돌조 프리즘부 등의 돌기 열을 형성해도 된다. 또한, 확산 시트(43)의 제2면(21b)은, 평탄면(경면) 또는 엠보싱 가공면으로 했으나, 확산 시트(43)의 제2면(21b)에, 2차원 배치 가능한 역다각뿔 형상의 오목부나 돌조 프리즘부 등의 돌기 열을 형성해도 된다.
이상으로, 본 개시에 대한 실시형태를 설명하였으나, 본 개시는 전술한 실시형태만으로 한정되지 않고, 개시의 범위 내에서 각종 변경이 가능하다. 즉, 전술한 실시형태의 설명은, 본질적으로 예시에 지나지 않으며, 본 개시, 그 적용물 또는 그 용도의 제한을 의도하는 것이 아니다.
1 : TFT 기판
2 : CF 기판
3 : 액정층
5 : 액정표시패널
6 : 제1 편광판
7 : 제2 편광판
21 : 기재층
21a : 제1면
21b : 제2면
22 : 오목부
40 : 백라이트 유닛
41 : 반사 시트
42 : 광원
43 : 확산 시트
44 : 하측 프리즘 시트
44a : 기재층
44b : 돌조 프리즘부
45 : 상측 프리즘 시트
45a : 기재층
45b : 돌조 프리즘부
46 : 색변환 시트
50 : 액정표시장치
50a : 표시 화면
100 : 광학 시트 적층체
111 : 능선
112 : 오목부의 중심(역피라미드의 꼭짓점)

Claims (9)

  1. 백라이트 유닛에 내장되는 광학 시트 적층체로서,
    적어도 일면에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트와,
    프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트
    를 구비하고,
    상기 복수의 확산 시트 중 상기 한 쌍의 프리즘 시트에 가장 가까운 제1 확산 시트에서의 상기 복수의 오목부의 제1 배열 방향은, 상기 프리즘 연신 방향에 대하여, 0° 이상 20° 이하, 또는 70° 이상 90° 이하의 각도로 교차하는
    광학 시트 적층체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확산 시트를 제외한 상기 복수의 확산 시트 중 적어도 하나의 제2 확산 시트에서의 상기 복수의 오목부의 제2 배열 방향은, 상기 제1 배열 방향과 실질적으로 동일한
    광학 시트 적층체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 확산 시트를 제외한 상기 복수의 확산 시트 중 적어도 하나의 제2 확산 시트에서의 상기 복수의 오목부의 제2 배열 방향은, 상기 제1 배열 방향과 상이한
    광학 시트 적층체.
  4. 액정표시장치에 내장되고, 광원으로부터 발사된 광을 표시 화면 측으로 유도하는 백라이트 유닛으로서,
    상기 표시 화면과 상기 광원 사이에, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 광학 시트 적층체를 구비하고,
    상기 복수의 확산 시트는, 상기 광원과 상기 한 쌍의 프리즘 시트 사이에 배치되는
    백라이트 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 복수의 확산 시트에서 보아 상기 표시 화면의 반대 측에 배치된 반사 시트 상에 배치되는
    백라이트 유닛.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광원과 상기 복수의 확산 시트 사이의 거리는, 5㎜ 이하인
    백라이트 유닛.
  7. 제4항에 기재된 백라이트 유닛과,
    액정표시패널을 구비하는
    액정표시장치.
  8. 제7항에 기재된 액정표시장치를 구비하는 정보기기.
  9. 액정표시장치에 내장되고, 광원으로부터 발사된 광을 표시 화면 측으로 유도하는 백라이트 유닛의 제조방법으로서,
    상기 광원에서 보아 상기 표시 화면 측에, 적어도 일면에 대략 역사각뿔 형상의 복수의 오목부가 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 확산 시트를 배치하는 공정과,
    상기 복수의 확산 시트에서 보아 상기 표시 화면 측에, 프리즘 연신 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 프리즘 시트를 배치하는 공정을 구비하고,
    상기 복수의 확산 시트를 배치하는 공정에서는, 상기 복수의 확산 시트 각각에서의 상기 복수의 오목부의 배열 방향과 상기 프리즘 연신 방향과의 교차 각도를 변화시키면서 휘도 균일성을 평가하고, 당해 평가 결과에 기초하여, 상기 복수의 확산 시트 각각에서의 상기 복수의 오목부의 배열 방향을 결정하는
    백라이트 유닛의 제조방법.
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