JP2017120783A - 視野角の選択バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置において、保安モードと一般モードを選択することができる視野角の選択バックライトユニットを提供する。【解決手段】本発明に係るバックライトユニットは、導光フィルム、出光素子、第１光源、光視準素子を含む。導光フィルムは一側辺に設けられた光入射部と、光入射部の反対側にある他側辺に向けて延びる光伝達部と、一表面上に設けられた光出射部を備える。出光素子は、光出射部の上に配置される。第１光源は、光入射部に隣接して配置される。光視準素子は、第１光源と対向するように光入射部の上に配置され、第１光源からの拡散光の入射を受け、視準光に転換して光入射部に提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置において、保安モードと一般モードを選択することができる視野角の選択バックライトユニットに関する。特に、本発明は、超集光導光フィルムを用いて、液晶表示装置において画像情報を特定の視野範囲に限定して提供する保安モードと広視野角を有する一般モードを選択できるバックライトユニットに関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力駆動などの特徴により、その応用範囲が徐々に広がっている傾向にある。液晶表示装置は、ノートＰＣのようなポータブルコンピュータ、事務自動化機器、オーディオ/ビデオ機器、屋内外広告表示装置などに利用されている。液晶表示装置の大部分を占めている透過型液晶表示装置は、液晶層に印加される電界を制御してバックライトユニットから入射された光を変調することにより、画像を表示する。

バックライトユニットは、直下型（direct type）とエッジ型（edge type）に大別される。直下型バックライトユニットは、液晶表示パネルの下に複数の光学シートと拡散板が積層され、拡散板の下に複数の光源が配置される構造を有する。図１は、ＬＥＤアレイを光源とする直下型バックライトユニットを備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。

直下型バックライトユニット（ＤＢＬＵ）は、液晶表示パネル（ＬＣＰ）の下面で液晶表示パネル（ＬＣＰ）に直接光を照射する光源を備える。光源は蛍光ランプを使用することもあるが、図１に示すように、消費電力が低く、輝度が向上されたＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）を使用することができる。ＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）は、ケース（ＣＡＳＥ）の底にマトリックス方式で配列される。ケース（ＣＡＳＥ）は、再度カバーボトム（ＣＢ）に装着することができる。場合によっては、ケース（ＣＡＳＥ）を省略し、カバーボトム（ＣＢ）にＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）を直接設置することもできる。ＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）の上部には、拡散板（ＤＩＦＦ）が設置される。拡散板（ＤＩＦＦ）は、ＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）から入射される光を拡散し、液晶表示パネル（ＬＣＤＰ）の光入射面の全面に均等に光を分布させる。

拡散板（ＤＩＦＦ）と液晶表示パネル（ＬＣＰ）との間には、光学シート（ＯＰＴ）が配置される。光学シート（ＯＰＴ）は、１枚以上のプリズムシート、１枚以上の拡散シートなどを含み、ＤＢＥＦ（dual brightness enhancement film）をさらに含むこともできる。プリズムシートは、拡散板（ＤＩＦＦ）によって分散された光を液晶表示パネル（ＬＣＰ）に集光させ輝度を向上させる。拡散シートは、プリズムシートで集光された光を再び液晶表示パネル（ＬＣＰ）の全面に均等に輝度を有するように拡散させる機能をする。

ガイドパネル（ＧＰ）は、液晶表示パネル（ＬＣＰ）と直下型バックライトユニット（ＤＢＬＵ）の側面を包み、液晶表示パネル（ＬＣＰ）と光学シート（ＯＰＴ）の間で液晶表示パネル（ＬＣＰ）を支持する。カバーボトム（ＣＢ）は、エッジ型バックライトユニットのケース（ＣＡＳＥ）と下面を包む。ＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）が設置されたケース（ＣＡＳＥ）の底面には、反射シート（ＲＥＦ）が配置されて拡散板（ＤＩＦＦ）や光学シート（ＯＰＴ）で反射された光を再反射させて液晶表示パネル（ＬＣＤＰ）に送る。トップケース（ＴＰ）は、液晶表示パネル（ＬＣＰ）の上面端とガイドパネル（ＧＰ）の側面を包む。

一方、エッジ型バックライトユニットは、直下型バックライトユニットより薄い厚さで実現することができる。現在ＬＣＤ装置は、光源の種類がランプからＬＥＤに変わって行く傾向にある。特に、配置を容易にすることができるＬＥＤを側面に配置するエッジ型バックライトユニットが多く使用されている。

以下、図２を参照して、エッジ型バックライトユニットについて説明する。図２は、従来技術によるＬＥＤアレイを含むエッジ型バックライトユニットを備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。

図２を参照すると、エッジ型バックライトユニット（ＥＢＬＵ）は、カバーボトム（ＣＢ）、カバーボトム（ＣＢ）内の底面に装着された導光板（ＬＧ）、導光板（ＬＧ）の側面とカバーボトム（ＣＢ）との間に配置されて導光板（ＬＧ）の側面に光を照射する光源を備える。光源は蛍光ランプを使用することもあるが、電力消費が少なく、輝度が向上されたＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）を使うこともある。光源は、ハウジングのような収納手段を用いて、導光板（ＬＧ）の側面に配置される。導光板（ＬＧ）は、ＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡＲ）から入射された光を液晶表示パネル（ＬＣＤＰ）の光入射面に対して実質的に垂直な角度で進行経路を屈折させる。導光板（ＬＧ）と液晶表示パネル（ＬＣＤＰ）との間には、光学シート（ＯＰＴ）が配置される。光学シート（ＯＰＴ）は、１枚以上のプリズムシート、１枚以上の拡散シートなどを含み導光板（ＬＧ）から入射される光を拡散する。輝度を向上させるために、光学シート（ＯＰＴ）には、ＤＢＥＦ（dual brightness enhancement film）をさらに含むこともある。

ガイドパネル（ＧＰ）は、液晶表示パネル（ＬＣＰ）とエッジ型バックライトユニットの側面を包み、液晶表示パネル（ＬＣＰ）と光学シート（ＯＰＴ）の間で液晶表示パネル（ＬＣＰ）を支持する。カバーボトム（ＣＢ）と導光板（ＬＧ）との間には、反射シート（ＲＥＦ）が配置され、光学シート（ＯＰＴ）において反射され、下部に損実することができる光を再反射して液晶表示パネル（ＬＣＤＰ）に戻る。トップケース（ＴＰ）は、液晶表示パネル（ＬＣＰ）の上面端とガイドパネル（ＧＰ）の側面を包む。

このように、非自発光平板表示装置である液晶表示装置の場合、バックライトユニットを必須的と備えなければならない。バックライトユニットは、液晶表示パネルの全体面積に均等に光を分布するように提供することが望ましい。したがって、点光源あるいは線光源を均一な光分布を有する面光源に転換するためのさまざまな光学的手段が必要である。また、これらのさまざまな構成要素の光学的特性と構造を考慮しなければならないので、バックライトユニットは、一定の厚さ以上を持たざるをえない。つまり、液晶表示装置のように、近年に開発された平板表示装置がブラウン管に比べて革新的に薄型化されたが、携帯性と柔軟性をさらに改善した様々な平板表示装置を開発するためには、さらに薄型化され、さらに消費電力を減らしたバックライトユニットを開発するための技術が必要である。

以上のような従来技術に係る照明装置は、液晶表示装置のような非自発光表示装置において、バックライトユニットで使用されている。バックライトユニットは、表示装置の背面から前面方向に光を提供し、前面のすべての方向から均等の輝度を有し放射するバックライトを提供するように考案された。

液晶表示装置は、前面に位置するすべての人に映像情報を正常に提供する場合もあるが、前面に位置する特定の人のみに映像情報を提供する必要がある。例えば、テレビや電光板のような場合には、なるべく多くの公共に歪みのない映像情報を提供しようとする場合、バックライトユニットは、１８０度に近い広視野角で均一輝度を分布する特性を有することが好ましい。反面、個人携帯情報処理機器の場合、この機器を使用する特定の人にのみ映像情報を提供する「プライバシー（Privacy）」モードで作動することもなければならない。これまでに開発されたバックライトユニットは、プライバシーモード（あるいは狭視野角モード）と一般モード（あるいは広視野角モード）を選択的に調節することができなかった。

プライバシーモードと一般モードを選択するために提案された方法としては、プライバシー光学フィルムを液晶表示装置の表面に着脱する方法がある。たとえば、一般的な広視野角モードで作動する液晶表示装置に、プライバシー光学フィルムをのせておけば、ユーザにのみ画像情報を提供する狭視野角モードで使用することができる。しかし、液晶表示装置にタッチパネルのように、表面に特殊な付加機能を有する場合、プライバシー光学フィルムを貼付すると、タッチ機能を用いることができないという問題が発生する。また、別の光学フィルムを、ユーザが個別に管理しなければならない不便さもある。

本発明の目的は、前述の従来の問題点を解消するためのものであって、平板表示装置に使用する、超薄膜フィルム型バックライトユニットを提供することにある。本発明の他の目的は、付加的な装置がなくても、使用環境に応じて、ユーザが狭視野角モードと広視野角モードを自由に選択できるバックライトユニットを提供することにある。本発明のもう一つの目的は、表示装置だけでなく、サーチライトのように狭い放射角度と一般照明機のような広い放射角度を選択的に提供することができる多機能照明装置に適用することができるバックライトユニットを提供することにある。

前記本発明の目的を達成するための本発明の薄膜型バックライトユニットは、導光フィルム、光出射部と第１光源と光視準素子を含む。導光フィルムは、一側辺に設けられた光入射部、光入射部の反対側にある他側辺に向けて延びる光伝達部、及び一表面上に設けられた光出射部を備える。出光素子は、光出射部の上に配置される。第１光源は、光入射部に隣接して配置される。光視準素子は、第１光源と対向するように光入射部の上に配置され、第１光源からの拡散光の入射を受け、視準光に変換して光入射部に提供する。

一例として、光視準素子は、水平テーパ部と垂直ウェッジ部を含む。水平テーパ部は、第１光源と隣接して配置され、第１光源から入射された光を水平平面に視準する。垂直ウェッジ部は、水平テーパ部から延び、第１光源から入射された光を垂直平面に視準する。水平テーパ部は、光入射面、上面部及び下面部、並びに両側面部を含む。光入射面は、第１光源と隣接し、第１光源の大きさに対応する高さと幅を備える。上面部と下面部は、光入射面から一方向に一定の距離を持つように延び、一定の放射角を有する。両側面部は、入射面からの高さが均一であって、一定の距離延びる。垂直ウェッジ部は、水平テーパ部から一方向に延び、高さが線形的に減少するように、垂直ウェッジ部の上面部および下面部は斜面を有する。

一例として、光伝達部は、一表面で反対側の面に向けて視準光を全反射する。光伝達部は、前記反対側の面で視準光の一部を出光パターンに向けて屈折させる。光伝達部は、残りの視準光を前記反対側の面で反射することにより、光入射部から他側辺に伝達する。

一例として、光カップリング素子と第２光源をさらに含んでもよい。光カップリング素子は、光視準素子に隣接して配置される。第２光源は、光カップリング素子と対向し、第１光源に隣接して配置される。または、複数の第２光源と複数の反射素子をさらに含んでもよい。複数の反射素子は、光視準素子の複数の前記水平テーパ部の間のスペースに配置される。複数の第２光源は複数の反射素子に隣接して配置される。

本発明は、液晶表示装置のような非自発光方式の平板型表示装置にそのまま適用することができる超薄膜フィルム型バックライトユニットを提供する。また、本発明は、広視野角を有する通常モードと狭視野角を有するプライバシーモードを選択することができるバックライトユニットを提供する。本発明は、付加的な光学フィルムがなくても、液晶表示装置においてプライバシーモードを選択することができる。したがって、表面にタッチ機能のような入力機能を付加した液晶表示装置において、入力機能を維持しながらも、選択的に広視野角と狭視野角を選択して動作することができる。また、本発明は、一般の照明機能とサーチライト機能を環境に応じて選択することができる照明装置を提供する。

従来技術に係るＬＥＤアレイを光源とする直下型バックライトユニットを備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。 従来技術に係るＬＥＤアレイを含むエッジ型バックライトユニットを備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す図である。 本発明の第１実施の形態に係る光視準素子と光源の配置関係を示す斜視図である。 本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の構造を示す平面図である。 本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の構造を示す側面図である。 水平平面（ＸＹ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の水平テーパ部内で進行する光の経路を示す図である。 垂直平面（ＸＺ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の垂直ウェッジ部内で進行する光の経路を示す図である。 垂直平面（ＸＺ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係るバックライトユニットでの光の経路を示した図である。 水平平面（ＸＹ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係るバックライトユニットにおいて光の経路を示した図である。 水平平面（ＸＹ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係る光入射部、光伝達部と光出射部においての光の経路転換を示した図である。 本発明の第２実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示した断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示した平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態を詳細に説明する。明細書全体にわたって同じ参照番号は、実質的に同じ構成要素を意味する。以下の説明では、本発明に関する公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、以下の説明で用いられる構成要素の名称は、明細書作成の容易さを考慮して選択されたもので有り得、実際の製品の部品名称とは異なることがある。

＜第１の実施の形態＞

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す図である。図３において上にある図は、上から見下ろした図（平面図）であり、下にある図は、側面から見た図（側面図）である。説明の便宜上、座標を、各図ごとに表示した。

図３を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットは、導光フィルム（ＬＧＦ）と光源アレイ（ＬＳＡ）、光視準素子（ＷＬＣ）、低屈折接着層（ＡＨ）、出光素子（ＶＨＯＥ）を含む。導光フィルム（ＬＧＦ）は、光入射部（ＬＩＮ）、光伝達部（ＬＷＧ）及び光出射部（ＬＯＴ）を含む。光入射部（ＬＩＮ）は、光源から提供された光を導光フィルム（ＬＧＦ）に入射する部分である。光伝達部（ＬＷＧ）は、入射された光を導光フィルム（ＬＧＦ）ほとんどの面積にわたって均等に伝播する部分である。光出射部（ＬＯＴ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面のほとんどの面積で光を均等に出光する部分である。

光源アレイ（ＬＳＡ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に隣接して配置される。特に、光源アレイ（ＬＳＡ）は、光視準素子（ＷＬＣ）に光を提供するように配置される。光源アレイ（ＬＳＡ）は、光源（ＬＳ）と複数個の光源（ＬＳ）を一定の配列で実装して電力を供給する回路を備えた光源基板（ＬＢ）を含む。

光源アレイ（ＬＳＡ）について、さらに詳細に説明する。本発明の第１実施の形態に係るバックライトユニットは、超薄膜型に実現するために、光源（ＬＳ）の光を視準された（「Collimated」）光に転換して、視準された光を再び方向性体積光源に転換する装置である。したがって、光源（ＬＳ）は、視準された光を提供することができることが望ましい。例えば、レーザーダイオードを使用することができる。しかし、レーザーダイオードは、非常に高価でありながら、発熱がひどい。レーザーダイオードは、汎用表示装置で、バックライトユニットに適用するにはまだ困難が多い。したがって、本発明の第１実施の形態においては、光源（ＬＳ）に低価格でありながら発熱の問題がほとんどない一般的な発光ダイオードを使用するが、これを視準された光を提供することができるように構成する。

一般の発光ダイオードは、視準された光を提供しなく、少なくとも６０度〜１５０度程度の拡散角度を有する拡散光を提供する。このように拡散された光をそのまま使用する場合、光の損失があまりにも多い。光の損失を最大限に減らすも、ある程度の光損失を考慮しなければならない。大型液晶表示装置または周辺環境が明るいところで使用する表示装置の場合、十分な輝度を確保するためには、複数個の光源（ＬＳ）を備えることが望ましい。

このような状況を考慮したとき、光源部は、複数個の光源（ＬＳ）が一定の方式で配列された光源アレイ（ＬＳＡ）を備えることが望ましい。例えば、光源アレイ（ＬＳＡ）には、複数個の光源（ＬＳ）が一定の間隔で光源基板（ＬＳＢ）の表面に実装される。図に示さなかったが、光源基板（ＬＳＢ）には、光源（ＬＳ）に電力と制御信号を提供することができる配線及び駆動回路を備えることが望ましい。このような実装装置と駆動回路及び配線は、既存に開発されたものがたくさんあるので、本発明の説明では省略する。

光源アレイ（ＬＳＡ）に配置された光源（ＬＳ）の配列方式は、多様に構成することができる。ここでは、十分な光量を確保するとともに、拡散光を視準された光に転換することが重要である。したがって、光源（ＬＳ）の配列方式は、導光フィルム（ＬＧＦ）の動作方法及び光学的特性に応じて、決定することが望ましい。光源（ＬＳ）の配列方式は、以下説明する導光フィルム（ＬＧＦ）の光学的構成及び特徴に応じて、設計者が多様に変更して適用することができる。

光源アレイ（ＬＳＡ）に備えられた光源（ＬＳ）から光は、導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）に提供される。光源（ＬＳ）から提供された光は、光の進行軸を中心に円錐形で拡散及び／または放射される。例えば、光源（ＬＳ）から放射される光は、光の進行軸に対して片側に６０度〜１２０度の拡散角度を有し導光フィルム（ＬＧＦ）に提供することができる。光源（ＬＳ）から提供された拡散光を視準光に変えるために、光視準素子（ＷＬＣ）が必要である。

導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）には、光視準素子（ＷＬＣ）が配置されている。特に、光視準素子（ＷＬＣ）は低屈折接着層（ＡＨ）を用いて、光入射部（ＬＩＮ）から導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に付着される。光視準素子（ＷＬＣ）は、光源（ＬＳ）から提供された光を水平平面（ＸＹ平面）および垂直平面（ＸＺ平面）上ですべて視準された光に変化させる光学素子である。必要であれば、光視準素子（ＷＬＣ）と対向するように導光フィルム（ＬＧＦ）の下面には、光吸収素子（ＬＡ）がさらに取り付けられていることがある。光吸収素子（ＬＡ）は、光視準素子（ＷＬＣ）から外部に漏れた光を吸収して、乱反射される光を除去することである。

光視準素子（ＷＬＣ）により視準された光は、一定の範囲の入射角を有し、導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）に入って来る。光伝達部（ＬＷＧ）は、光入射部（ＬＩＮ）で視準された光の入力を受け、反対側辺に損失することなく伝達する領域である。光伝達部（ＬＷＧ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の大部分を占める領域である。光伝達部（ＬＷＧ）の上部表面には、出光素子（ＶＨＯＥ）が配置されている。出光素子（ＶＨＯＥ）は、光伝達部（ＬＷＧ）の屈折率よりは低い屈折率を有することが好ましい。例えば、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面表面では、全反射が行われて、上面の表面では、ほとんどの光は、全反射が行われるが、一部が外部に屈折されることが望ましい。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率は、空気よりは大きく、導光フィルム（ＬＧＦ）よりは低い屈折率を有することが好ましい。

出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）を介して光が伝播されながら、一部の光を導光フィルム（ＬＧＦ）の外部に出光させる。特に、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に配置されて、上部表面に直角な方向に光を提供する。また、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の表面全体に渡って均一分布を有し光を出光するようにする。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）は、光入射部（ＬＩＮ）から開始して反対辺にいきながら出光効率が指数関数的に増加するように構成することが望ましい。

以上、図３を参照して、本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構成と動作の概要について説明した。以下、図４〜１１を参照して、本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの各構成要素についてさらに詳細に説明する。

まず、図４〜６を参照して、本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットを構成する光視準素子（ＷＬＣ）の構造について説明する。図４は、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子と光源の配置関係を示す斜視図である。図５は、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の構造を示す平面図である。図６は、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の構造を示す側面図である。

本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの光視準素子（ＷＬＣ）は、光入射面（ＬＩＳ）、水平テーパ部（ＨＷＤ）と垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）を含む。光入射面（ＬＩＳ）は、光源（ＬＳ）と対向するように配置される。水平テーパ部（ＨＷＤ）は、光入射面（ＬＩＳ）から入射された入射光を水平平面（ＸＹ平面）に視準する。垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、入射光を垂直平面（ＸＺ平面）に視準する。ここで、入射光とは、光源（ＬＳ）から提供される拡散光を意味する。

光入射面（ＬＩＳ）は、光源（ＬＳ）の出光面に対応するサイズを有することが好ましい。例えば、光源（ＬＳ）の大きさを考慮して、光入射面（ＬＩＳ）は、高さと幅の全て０．４ｍｍの正方形の形を有することができる。または、高さ０．９ｍｍ、幅は０．６ｍｍである長方形の形状を有することがある。ここでは、高さ×幅（０．４ｍｍ掛ける０．４ｍｍ）である場合を説明する。

水平テーパ部（ＨＷＤ）は、一側面に配置された光入射面（ＬＩＳ）と光入射面（ＬＩＳ）から水平平面（ＸＹ平面）上で一定の角度を有し第１距離だけ拡散されるＶ字形状、くさび形または漏斗形状を有する。一方、垂直平面（ＸＺ平面）上では一定の高さで、第１距離だけ延びる薄い平板状である。水平拡散角（２Φ）は、様々に設定することができるが、現在量産されている液晶表示装置の大きさを考慮した時、１２度から１５度の間であることが望ましい。たとえば、水平テーパ部（ＨＷＤ）は、高さ×幅（０．４ｍｍ掛ける０．４ｍｍ）である光入射面（ＬＩＳ）からの高さ×幅（０．４ｍｍ×２．８ｍｍ）の四角形に至るまで１０ｍｍの長さだけ徐々に拡散される四角錐台の形状を有することができる。つまり、水平テーパ部（ＨＷＤ）の水平拡散角（２Φ）は１３．７度程度となる。

垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平テーパ部（ＨＷＤ）に接続され、水平平面（ＸＹ平面）上では、第２距離だけ一定の幅を有する形状を有する。一方、垂直平面（ＸＺ）上では上部面が光入射面（ＬＩＳ）の高さから下部面に収斂する斜面を有し、第２距離だけ進行するくさび形を有する。垂直傾斜角（θ）は、様々な設定ができるが、導光フィルム（ＬＧＦ）の屈折率と導光フィルム（ＬＧＦ）の下部表面で全反射角度を考慮して、３度から６度の間であることが望ましい。

例えば、断面形状が、高さ０．４ｍｍであり、底辺が６ｍｍである直角三角形で有り得る。つまり、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平テーパ部（ＨＷＤ）で開始し、垂直傾斜角（θ）が約3.8度のくさび形を有することができる。または、高さ０．４ｍｍであり、底辺が４ｍｍである直角三角形で有り得る。つまり、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平テーパ部（ＨＷＤ）で開始し、垂直傾斜角（θ）が約５．７度のくさび形を有することができる。ここでは、便宜上、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）の断面形状が、高さ０．４ｍｍであり、底辺が５ｍｍである直角三角形である場合に示した。この場合には、垂直傾斜角（θ）が約４．５度のくさび形を有することができる。

垂直傾斜角（θ）が小さいほど垂直視準性はさらに良くなる。垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）の物理的な形状を考慮する時、垂直傾斜角（θ）は、４度であることが望ましい。したがって、便宜上、垂直傾斜角（θ）の値を４度に設定して説明する。

水平テーパ部（ＨＷＤ）は、複数個が一定の間隔でＹ軸に沿って配列することができる。水平テーパ部（ＨＷＤ）は、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）で複数個の連続する三角くさびが分岐された鋸歯形状を有する。

次に、図７及び８を参照して、本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットを構成する光視準素子（ＷＬＣ）の光学的機能について説明する。図７は、水平平面（ＸＹ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の水平テーパ部内で進行する光の経路を示す図である。図８は、垂直平面（ＸＺ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係る光視準素子の垂直ウェッジ部内で進行する光の経路を示す図である。

ここで、私たちは、拡散光を提供する光源（ＬＳ）を適用して、水平テーパ部（ＨＷＤ）と垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）を含む光学素子を使用することにより、視準光を作る。それで、この光学素子を光視準素子（ＷＬＣ）と命名する。たとえ本発明によって構成された視準光が完璧に視準した光はなくても、完璧に視準したレーザーと非常に類似な光学的特性を有するほど十分に狭い拡散範囲を有するように調節される。したがって、本発明により構成された光を「視準光」と扱う。

まず、図７を参照して、水平テーパ部（ＨＷＤ）による光路の変化を説明する。光源（ＬＳ）から出射した光は、水平テーパ部（ＨＷＤ）に入って来る。入射された光は、水平平面（ＸＹ平面）上での光の進行方向を中心に左右に一定角度拡散されて入射される。水平テーパ部（ＨＷＤ）は、水平拡散角（２Φ）に進行する両側辺（ＳＬ）を有する。つまり、側辺（ＳＬ）は、水平線（ＨＬ）に対して水平傾斜角（Φ）を有する。水平傾斜角（Φ）を有する側辺（ＳＬ）に入射角、αで入射された入射光１０は、反射されながら、水平傾斜角（Φ）により入射角が（α＋２Φ）に変更される。入射角αは、水平線（ＨＬ）の垂直線（ＶＨＬ）の入射角である。側辺（ＳＬ）への入射角は、側辺（ＳＬ）の垂直線（ＶＳＬ）に対する角度として、α+φとなる。したがって、側辺（ＳＬ）で反射された光の水平線（ＨＬ）の反射角（入射角）は、垂直線（ＶＨＬ）の反射（入射）角で（α＋２Φ）となる。

入射光１０の内、水平テーパ部（ＨＷＤ）の側辺（ＳＬ）で全反射条件より小さい入射角度を有する光はすべて側辺（ＳＬ）で全反射されて光の進行軸（Ｘ軸）方向に進行する。また、全反射条件より大きな入射角度を有する光の内、一部は反射され、残りは水平テーパ部（ＨＷＤ）の外部に漏洩される。両側辺（ＳＬ）の間が２０度程度の水平拡散角（２Φ）を有しているので、全反射角度より大きな入射角を有する光の内、漏洩される光の量を極少化することができる。また、前述のように、水平傾斜角（Φ）により側辺（ＳＬ）で反射された光は、入射角度が徐々に小さくなる。その結果、入射光１０は、水平平面（ＸＹ平面）上で１５度以下の範囲で水平放射角（Hrad_ang）が狭くなり、水平平面で視準した状態になる。つまり、反射光２０は、水平放射角（Hrad_ang）<１５°の条件を満足する水平視準光となる。

次に、図８を参照して、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）による光路の変化を説明する。水平テーパ部（ＨＷＤ）により水平放射角（Hrad_ang）が１５°以下に調整された水平視準光２０が垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）に入射される。垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平面（ＨＳ）と傾斜面（ＣＳ）を有する。水平視準光２０は、垂直平面（ＸＺ平面）上では視準されず放射角が調整されない状態である。しかし、傾斜面（ＣＳ）によって水平視準光２０は、垂直平面（ＸＺ平面）上で視準された垂直視準光１００に変換される。

水平視準光２０が垂直視準光１００に変換される過程は、図８に示す通りである。
傾斜面（ＣＳ）の傾斜角度が約４度の場合を例にとると、水平視準光２０の内、水平方向に入射する水平光（ａ）は、傾斜面（ＣＳ）によって、約３回程度反射され、７４度の入射角（あるいは屈折角）を有し光視準素子（ＷＬＣ）の外部に放出される。一方、水平視準光２０の中で放射角を有する拡散光（ｂ）は、1回〜2回程度反射されて６６度以上の入射角（あるいは屈折角）を有し、光視準素子（ＷＬＣ）の外部に放出される。

結果的に、光源（ＬＳ）から入射された拡散性質を有する入射光１０は、光視準素子（ＷＬＣ）の水平テーパ部（ＨＷＤ）により水平平面上では１５度以下の放射角を有する水平視準光２０に変換される。続いて、水平視準光２０は、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）によって垂直平面（ＸＺ平面）上で７０度付近の視準角度（Ｖｃｏｌｌ）を有する垂直視準光１００に変換される。つまり、光視準素子（ＷＬＣ）によって一般ＬＥＤから出射された光は、水平‐垂直方向の全てで視準された視準光１００に変わって出光されて導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）に入射される。

ここで、水平平面上では放射角偏差が１３度程度であり、垂直平面上でも放射角偏差が１０度以下に調節されるので、水平及び垂直方向で全てが視準（Collimated）されたものと見ることができる。この視準された状態は、たとえレーザービームのように完全に視準された状態ではないが、放射角度が水平及び垂直平面の状態で全てが１５度以下の放射偏差を有することによって、実際の光学実験を通して視準光とほぼ同じ光学的性質を示すことが確認できる。

以下、図９及び１０を参照して、本発明の第１実施の形態に係る導光フィルムの光入射部からの光伝達部及び光出射部に光が伝播される過程と様態について説明する。図９は、垂直平面（ＸＺ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係るバックライトユニットからの光の経路を示した側面図である。図１０は、水平平面（ＸＹ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係るバックライトユニットからの光の経路を示した平面図である。

図９を参照すると、本発明の第１実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの光視準素子（ＷＬＣ）により水平‐垂直に視準された視準光１００が導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）に入る。このとき、本発明の第１実施の形態に係れば、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、約７０度を有する。ここで、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の下部面での全反射臨界角（ＴＬＧＦ＿ＡＩＲ）より大きいことが望ましい。導光フィルム（ＬＧＦ）に視準光１００が入射するときに、前記の条件を維持するようにするためには、導光フィルム（ＬＧＦ）は、光視準素子（ＷＬＣ）の屈折率と同じか小さい屈折率を有することが好ましい。

例えば、光視準素子（ＷＬＣ）と導光フィルム（ＬＧＦ）の屈折率が似たような場合、光視準素子（ＷＬＣ）で出光する視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に入るときに、そのまま維持される状態で入射される。そして、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面表面にも視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）に入射される。視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の下部表面での全反射臨界角（ＴＬＧＦ＿ＡＩＲ）より大きいので、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面で、すべての視準光１００は、反射された反射光２００として導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に進行する。

光視準素子（ＷＬＣ）の屈折率が導光フィルム（ＬＧＦ）の屈折率より大きい場合、光視準素子（ＷＬＣ）で出光する視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に入るときに、入射角が大きくなる方向に屈折される。つまり、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の下部表面からの全反射臨界角（ＴＬＧＦ＿ＡＩＲ）より大きな角度を有する。したがって、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面ですべての視準光１００は、反射された反射光２００として導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に進行する。特に、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面で反射された視準光１００は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に配置された出光素子（ＶＨＯＥ）領域内に漏洩せずに誘導することができる。

ここで、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）を導光フィルム（ＬＧＦ）の下部面での全反射臨界角（ＴＬＧＦ＿ＡＩＲ）よりさらに大きくするためには、光視準素子（ＷＬＣ）と導光フィルム（ＬＧＦ）の間に介在された接着剤（ＡＨ）の屈折率を適切に調節することが望ましい。例えば、接着剤（ＡＨ）は、光視準素子（ＷＬＣ）より小さい屈折率を有することが好ましい。この場合、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、接着剤（ＡＨ）を通過しながら屈折され、続いて導光フィルム（ＬＧＦ）に、また屈折されて入射される。光視準素子（ＷＬＣ）での接着剤（ＡＨ）を経て、導光フィルム（ＬＧＦ）に入射され、屈折率の違いにより、屈折されながら、作成された入射角は、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）の７０度よりさらに大きな値を有することができる。

反射光２００は、導光フィルム（ＬＦＧ）の上部表面に入射される。導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面には、出光素子（ＶＨＯＥ）が接着されている。出光素子（ＶＨＯＥ）も光学フィルムの一種で屈折率は、空気より大きい。したがって、出光素子（ＶＨＯＥ）と導光フィルム（ＬＧＦ）の界面では、反射光２００の一部は、屈折されて出光素子（ＶＨＯＥ）に入射される屈折光３００になり、残りは導光フィルム（ＬＦＧ）の内部に再反射されて反射光２００となる。ここで、出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率が導光フィルム（ＬＧＦ）の屈折率より小さい場合、ほとんどの反射光２００は、反射光２００に導光フィルム（ＬＧＦ）の内部に戻り、一部のみ屈折光３００になり出光素子（ＶＨＯＥ）に出射される。したがって、視準光１００の入射角（Ｖｃｏｌ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）と出光素子（ＶＨＯＥ）の界面での全反射臨界角（ＴＬＧＦ＿ＶＨＯＥ）より小さいことが望ましい。

出光素子（ＶＨＯＥ）で屈折された屈折光３００は、出光素子（ＶＨＯＥ）により導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面とほぼ垂直な方向に、さらに屈折され、上部方向に出射される。出光素子（ＶＨＯＥ）によって最終バックライト４００が、本発明のバックライトユニットから提供される。

導光フィルム（ＬＧＦ）と出光素子（ＶＨＯＥ）の界面で反射された反射光２００は、再び導光フィルム（ＬＦＧ）の下部表面で全反射され、前述の光路を繰り返しながら、一部は、出光され、一部は再び反射される。その結果、反射光２００が導光フィルム（ＬＧＦ）内部を光入射部（ＬＩＮ）から反対辺に進行しながら、一定量だけバックライト４００に出光する構造を有する。

このような光路を満たすために、各構成要素の光学的性質も重要な特徴となる。例えば、導光フィルム（ＬＧＦ）は、屈折率１．４０乃至１．５５の高屈折フィルムで形成することが望ましい。光視準素子（ＷＬＣ）は、屈折率１．４１乃至１．５７の高屈折率フィルム素材で製作することが望ましい。光視準素子（ＷＬＣ）を導光フィルム（ＬＧＦ）に付着する接着層（ＡＨ）は、屈折率１．３５乃至１．４２の屈折率を有する物質であることが望ましい。特に、接着層（ＡＨ）は、光視準素子（ＷＬＣ）より低い屈折率を有することが好ましい。一方、接着層（ＡＨ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）と同じか低い屈折率を有することもある。しかし、視準光１００の入射角度をさらに大きく確保する必要がある場合、接着層（ＡＨ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）より高い屈折率を有するようにすることもできる。また、出光素子（ＶＨＯＥ）は、１．３５乃至１．５０の屈折率を有することが好ましい。特に、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）よりは低い屈折率を有することが好ましい。

図１０を参照すると、光源（ＬＳ）から出発した光のほとんどは、水平テーパ部（ＨＷＤ）に入射され、水平視準される。しかし、一部の光が水平テーパ部（ＨＷＤ）の外部に漏洩される漏洩光２１１になることができる。例えば、光入射面（ＬＩＳ）から対角の下端部に入射される光の中で水平テーパ部（ＨＷＤ）の外部に漏洩される漏洩光２１１となる。漏洩光２１１は、水平視準範囲を外れる光で導光フィルム（ＬＧＦ）の内部に入射された後、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に反射される場合、正常的なバックライト４００を妨害する要因となることができる。これを防止するために、導光フィルム（ＬＧＦ）の下部表面から水平テーパ部（ＨＷＤ）と対応する領域に光吸収体（ＬＡ）を配置することが望ましい。

次に、図１１を参照して、本発明の第１実施の形態に係るバックライトユニットの平面図上でバックライトを提供する方法について説明する。図１１は、水平平面（ＸＹ平面）上で見た、本発明の第１実施の形態に係る光入射部、光伝達部及び光出射部での光の経路を示した平面図である。

図１１を参照すると、光源（ＬＳ）から提供された光が光視準素子（ＷＬＣ）により視準光１００に変わって導光フィルム（ＬＧＦ）に入射される。また、光視準素子（ＷＬＣ）は、視準光１００を導光フィルム（ＬＧＦ）と空気との界面で全反射条件を満足する入射角を有するように調整するように構成することが望ましい。視準光１００は、導光フィルム（ＬＧＦ）内で全反射過程を繰り返す反射光２００として、光入射部（ＬＩＮ）から反対層の辺に進行する。

反射光２００が導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）を進行しながら、一部は、出光素子（ＶＨＯＥ）によってバックライト４００に変換され、外部に提供される。出光素子（ＶＨＯＥ）は、体積グレーティングのフィルムまたはホログラフィーパターンのフィルムで有り得る。つまり、出光素子（ＶＨＯＥ）が全体の面積にわたって同じ出光効率を有する体積グレーティングパターンであるか、ホログラフィーパターンで有り得る。例えば、３％の出光効率を有するならば、光入射部（ＬＩＮ）に最も近い部分にある出光素子（ＶＨＯＥ）では、３％の光量がバックライト４００に出光されて９７％の光量は、反射光２００になり導光フィルム（ＬＧＦ）に戻る。再び反射された９７％の光量を有する反射光２００の内、３％である２．９％の光量がバックライト４００に出光される。

このように、出光される場合、光入射部（ＬＩＮ）から反対辺に行くほどバックライト４００の明るさが徐々に暗くすることがある。しかし、図１１に示すように、隣接する光源（ＬＳ）において、それぞれ視準された反射光２００は、互いに重なっている。また、重なった面積は、光入射部（ＬＩＮ）から反対辺に行くほど、さらに広くなる。したがって、全反射によって進行しながら、出光されるバックライト４００の減少される光量は、反射光２００の重なりにより、ある程度、補償されることができる。その結果、出光素子（ＶＨＯＥ）全体の面積にわたって均一な輝度を有するバックライト４００を提供することができる。

反射光２００が重ねられたとしても、バックライト４００の輝度が均一に分布しない場合には、出光素子（ＶＨＯＥ）の光効率が光入射部（ＬＩＮ）から反対辺に行くほど徐々に増加値を有するように形成することができる。例えば、体積グレーティングパターンで出光素子（ＶＨＯＥ）を形成する場合、パターンの密度を光入射部（ＬＩＮ）から反対辺に行くほど徐々に増加するように形成することができる。このとき、パターンの密度が増加する程度は線形的に、あるいは比例的に増加するようにすることもあり、または指数関数的に増加するようにすることもできる。

他の例として、出光素子（ＶＨＯＥ）がホログラフィーパターンで形成される場合、ホログラフィーパターンを記録する過程で、出光効率値を可変パターンに記録することができる。例えば、光源（ＬＳ）が配置された側辺で徐々に遠ざかるほど線形関数的にあるいは指数関数的に増加する値を有するパターンに記録することが望ましい。

特に、ホログラフィーパターンを備えたフィルムで出光素子（ＶＨＯＥ）を形成する場合、「光抽出（Extraction）機能」、視聴者の方向への「光偏向機能」及び/または拡散フィルム（Diffuser）のような「光拡散（Diffusing）機能」を選択的にあるいは組み合わせ的に、さらに強化することができる。したがって、ホログラフィーパターンを使用する場合には、本発明を実現することに当たり、設計の自由度を確保することができる。

＜第２の実施の形態＞

以下、図１２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットについて説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す断面図である。

第２の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの基本的な構成要素は、第１の実施の形態のものと同じである。差がある場合は、光視準素子（ＷＬＣ）が配置される位置の違いがある。

図１２を参照すると、本発明の第２の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットは、導光フィルム（ＬＧＦ）、光源アレイ（ＬＳＡ）、光視準素子（ＷＬＣ）、低屈折接着層（ＡＨ）、出光素子（ＶＨＯＥ）を含む。導光フィルム（ＬＧＦ）は、光入射部（ＬＩＮ）、光伝達部（ＬＷＧ）と光出射部（ＬＯＴ）を含む。光入射部（ＬＩＮ）は、光源から提供された光を導光フィルム（ＬＧＦ）に入射する部分である。光伝達部（ＬＷＧ）は、入射された光を導光フィルム（ＬＧＦ）のほとんどの面積にわたって均等に伝播する部分である。光出射部（ＬＯＴ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面のほとんどの面積に光を均等に出光する部分である。

光源アレイ（ＬＳＡ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に隣接して配置される。特に、光源アレイ（ＬＳＡ）は、光視準素子（ＷＬＣ）で光を提供するように配置される。光源アレイ（ＬＳＡ）は、光源（ＬＳ）と複数個の光源（ＬＳ）を一定の配列で実装して電力を供給する回路を備えた光源基板（ＬＢ）を含む。

導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）には、光視準素子（ＷＬＣ）が配置されている。特に、光視準素子（ＷＬＣ）は低屈折接着層（ＡＨ）を用いて、光入射部（ＬＩＮ）から導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に付着される。光視準素子（ＷＬＣ）は、光源（ＬＳ）から提供された光を水平平面（ＸＹ平面）および垂直平面（ＸＺ平面）上ですべて視準された光に変化させる光学素子である。

本発明の第２の実施の形態に係る光視準素子（ＷＬＣ）は、光入射面（ＬＩＳ）、水平テーパ部（ＨＷＤ）と垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）を含む。光入射面（ＬＩＳ）は、光源（ＬＳ）と対向するように配置される。水平テーパ部（ＨＷＤ）は、光源（ＬＳ）から入射された光を水平平面に視準するためのものであり、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平視準された光を再び垂直平面に視準することである。光視準素子（ＷＬＣ）の水平テーパ部（ＨＷＤ）に光が入射したとき、一部の光が水平テーパ部（ＨＷＤ）外部に漏洩することができる。これらの漏洩光が導光フィルム（ＬＧＦ）に入射されないようにするために、光視準素子（ＷＬＣ）は、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）が導光フィルム（ＬＧＦ）の一側辺先端に付着することができる。つまり、水平テーパ部（ＨＷＤ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）に取り付けられていないことができる。

光視準素子（ＷＬＣ）により視準された光は、一定の範囲の入射角を有し導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）に入って来る。光伝達部（ＬＷＧ）は、光入射部（ＬＩＮ）で視準された光の入力を受け、反対側辺に損失することなく伝達する領域である。光伝達部（ＬＷＧ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の大部分を占める領域である。光伝達部（ＬＷＧ）の上部表面には、出光素子（ＶＨＯＥ）が配置されている。出光素子（ＶＨＯＥ）は、光伝達部（ＬＷＧ）の屈折率よりは低い屈折率を有することが好ましい。例えば、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面表面では、全反射が行われて、上面の表面では、ほとんどの光は、全反射が行われるが、一部が外部に屈折されることが望ましい。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率は、空気よりは大きく、導光フィルム（ＬＧＦ）よりは低い屈折率を有することが好ましい。

出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）を介して光が伝播されながら、一部の光を導光フィルム（ＬＧＦ）の外部に出光させる。特に、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に配置されて、上部表面に直角な方向に光を提供する。また、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の表面全体にわたって均一分布を有し光を出光するようにする。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）は、光入射部（ＬＩＮ）から開始して反対辺にいきながら出光効率が指数関数的に増加するように構成することが望ましい。

＜第３の実施の形態＞

前述した第１及び第２の実施の形態においては、視野範囲が調節されたバックライトを提供する超薄型バックライトユニットについて説明した。つまり、第１及び第２の実施の形態に係れば、バックライト自体での光を視準された光に変換して出光するので、視野範囲が調節されたバックライトを提供する。たとえば、ユーザ１人を中心に一定の領域のみバックライトを提供することができる。このようなバックライトユニットを液晶表示装置に適用した場合、ユーザ１人のみ表示情報を観測することができるプライバシーモードを使用することができる。

汎用目的のために使用しようとする場合には、通常モードで使用できるバックライトユニットを別々に備えることもできる。しかし、本発明においては、汎用通常モードを選択することができるバックライトユニットを提供する。

以下、図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットは、視野範囲モードと広視野範囲モードを選択することができるという特徴がある。図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す平面図である。

図１３を参照すると、本発明の第３の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットは、導光フィルム（ＬＧＦ）、光源アレイ（ＬＳＡ）、光視準素子（ＷＬＣ）、光カップリング（ＬＣ）、低屈折接着層（ＡＨ）、出光素子（ＶＨＯＥ）を含む。導光フィルム（ＬＧＦ）は、光入射部（ＬＩＮ）、光伝達部（ＬＷＧ）と光出射部（ＬＯＴ）を含む。光入射部（ＬＩＮ）は、光源（ＬＳ）から提供された光を導光フィルム（ＬＧＦ）に入射する部分である。光伝達部（ＬＷＧ）は、入射された光を導光フィルム（ＬＧＦ）のほとんどの面積にわたって均等に伝播する部分である。光出射部（ＬＯＴ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面のほとんどの面積で光を均等に出光する部分である。

光源アレイ（ＬＳＡ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に隣接して配置される。特に、光源アレイ（ＬＳＡ）は、第１光源（ＬＳ１）、第２光源（ＬＳ２）と、光源基板（ＬＢ）を含む。第１光源（ＬＳ１）は、光視準素子（ＷＬＣ）に光を提供する。第２光源（ＬＳ２）は、光カップリング（ＬＣ）に光を提供する。光源基板（ＬＢ）は、第１光源（ＬＳ１）及び第２光源（ＬＳ２）を一定の配列方式で実装する。そして、光源基板（ＬＢ）は、電力を供給するための回路をさらに備える。

導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）には、光視準素子（ＷＬＣ）が配置されている。特に、光視準素子（ＷＬＣ）は低屈折接着層（ＡＨ）を用いて、光入射部（ＬＩＮ）から導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に付着される。光視準素子（ＷＬＣ）は、第１光源（ＬＳ１）から提供された光を水平平面（ＸＹ平面）および垂直平面（ＸＺ平面）上ですべて視準された光に変化させる光学素子である。

光視準素子（ＷＬＣ）は、水平テーパ部（ＨＷＤ）と垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）を含む。水平テーパ部（ＨＷＤ）は、第１光源（ＬＳ１）で入射された光を水平平面に視準するためのものであり、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平視準された光を再び垂直平面に視準するためのことである。

光カップリング（ＬＣ）は、第２光源（ＬＳ２）で入射された光を集めて導光フィルム（ＬＧＦ）に提供するためのものである。光カップリング（ＬＣ）は、光視準素子（ＷＬＣ）とは異なり、光を視準しなく、ランダム方向性を有する光を集めて、導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）に提供する。

光カップリング（ＬＣ）は、光視準素子（ＷＬＣ）でくさび形を有する水平テーパ部（ＨＷＤ）の間の空きスペースを埋める三角形の板状の形態を有することができる。第２光源（ＬＳ２）は、第１光源（ＬＳ）と同じ種類の発光ダイオードで有り得る。第１光源（ＬＳ１）で出射された光は、光視準素子（ＷＬＣ）により視準された光で作られる。第２光源（ＬＳ２）で出射された光は、第１光源（ＬＳ１）で出射された光と同じ性質を有するが、光カップリング（ＬＣ）によって視準されず、単に導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に伝達されるだけである。

光視準素子（ＷＬＣ）により視準された光は、一定の範囲の入射角を有し導光フィルム（ＬＧＦ）光伝達部（ＬＷＧ）に入って来る。光伝達部（ＬＷＧ）は、光入射部（ＬＩＮ）で視準された光の入力を受け、反対側辺に損失することなく伝達する領域である。光伝達部（ＬＷＧ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の大部分を占める領域である。光伝達部（ＬＷＧ）の上部表面には、出光素子（ＶＨＯＥ）が配置されている。出光素子（ＶＨＯＥ）は、光伝達部（ＬＷＧ）の屈折率よりは低い屈折率を有することが好ましい。例えば、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面表面では、全反射が行われて、上面の表面では、ほとんどの光は、全反射が行われるが、一部が外部に屈折されることが望ましい。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率は、空気よりは大きく、導光フィルム（ＬＧＦ）よりは低い屈折率を有することが好ましい。

出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）を介して光が伝播されながら、一部光を導光フィルム（ＬＧＦ）の外部に出光させる。特に、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に配置されて、上部表面に直角な方向に光を提供する。また、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の表面全体にわたって均一分布を有し光を出光するようにする。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）は、光入射部（ＬＩＮ）から開始して反対辺に向かうにつれて出光効率が指数関数的に増加するように構成することが望ましい。

本発明の第３の実施の形態においては、視野角の調節が自由な超薄型バックライトユニットを提供する。つまり、狭視野角と広視野角を選択することができる超薄型バックライトユニットを提供する。したがって、第３の実施の形態では出光素子（ＶＨＯＥ）は、光学的機能を多様に備え、その性能が他の光学素子より優れることが望ましい。具体的に、出光素子（ＶＨＯＥ）は、体積グレーティングパターンのフィルムもしくはホログラフィーパターンのフィルムで有り得る。

本発明の第３の実施の形態に係るバックライトユニットは、視野角調節されたバックライトを提供するための第１光源（ＬＳ１）と光視準素子（ＷＬＣ）を含む。また、広視野角を有する汎用バックライトを提供するための第２光源（ＬＳ２）と光カップリング素子（ＬＣ）を含む。第１光源（ＬＳ１）のみを選択的にオンにすると、第１光源（ＬＳ１）から出射した光を光視準素子（ＷＬＣ）が視準光１００に変え、視準光１００は、導光フィルム（ＬＧＦ）を介して伝達されながら、出光素子（ＶＨＯＥ）によって視準された領域にのみ提供される方向性を有するバックライト４００に出射される。

第２光源（ＬＳ２）のみを選択的にオンにすると、第２光源（ＬＳ２）から出射した光は、光結合素子（ＬＣ）を介して導光フィルム（ＬＧＦ）に伝達される。導光フィルム（ＬＧＦ）を介して伝達されながら、方向性のないバックライトに出射される。汎用バックライトを使用する場合には、第２光源（ＬＳ２）のみ作動してもよいが、必要であれば、第１光源（ＬＳ１）を一緒に動作してもよい。

＜第４の実施の形態＞

以下、図１４Ａ及び１４Ｂを参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットは、視野範囲モードと広視野範囲モードを選択することができるという特徴がある。図１４Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す平面図である。図１４Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットの構造を示す正側面図である。

図１４Ａ及び１４Ｂを参照すると、本発明の第４の実施の形態に係る超薄膜型バックライトユニットは、導光フィルム（ＬＧＦ）、光源アレイ（ＬＳＡ）、光視準素子（ＷＬＣ）、反射素子（ＲＥＦ）、低屈折接着層（ＡＨ）、出光素子（ＶＨＯＥ）を含む。導光フィルム（ＬＧＦ）は、光入射部（ＬＩＮ）、光伝達部（ＬＷＧ）及び光出射部（ＬＯＴ）を含む。光入射部（ＬＩＮ）は、光源（ＬＳ）から提供された光を導光フィルム（ＬＧＦ）に入射する部分である。光伝達部（ＬＷＧ）は、入射された光を導光フィルム（ＬＧＦ）ほとんどの面積にわたって均等に伝播する部分である。光出射部（ＬＯＴ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面のほとんどの面積に光を均等に出光する部分である。

光源アレイ（ＬＳＡ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に隣接して配置される。特に、光源アレイ（ＬＳＡ）は、光視準素子（ＷＬＣ）で光を提供する第１光源（ＬＳ）と、光視準素子（ＷＬＣ）の水平テーパ部（ＨＷＤ）との間の空きスペースに配置されて光を提供する第２光源（ＬＳ２）を含む。光源アレイ（ＬＳＡ）は、第１光源（ＬＳ）及び第２光源（ＬＳ２）、これらを一定の配列で実装して電力を供給する回路を備えた光源基板（ＬＢ）を含む。

導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）には、光視準素子（ＷＬＣ）が配置されている。特に、光視準素子（ＷＬＣ）は低屈折接着層（ＡＨ）を用いて、光入射部（ＬＩＮ）で導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に付着される。光視準素子（ＷＬＣ）は、光源（ＬＳ）から提供された光を水平平面（ＸＹ平面）および垂直平面（ＸＺ平面）上ですべて視準された光に変化させる光学素子である。

光視準素子（ＷＬＣ）は、水平テーパ部（ＨＷＤ）と垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）を含む。水平テーパ部（ＨＷＤ）は、光源（ＬＳ）から入射された光を水平平面に視準するためのものであり、垂直ウェッジ部（ＶＷＤ）は、水平視準された光を再び垂直平面に視準するためのものである。

光視準素子（ＷＬＣ）の水平テーパ部（ＨＷＤ）の間の空きスペースに対応するように、第２光源（ＬＳ２）が配置されている。第３の実施の形態においては、水平テーパ部（ＨＷＤ）の間の空きスペースに光カップリングを配置したが、第４の実施の形態においては、何も配置しない空き領域の状態である。しかし、水平テーパ部（ＨＷＤ）により、この空き領域は、逆テーパ形状を有する。したがって、第２光源（ＬＳ２）から出光した光は、視準されず、拡散の性質を有し、導光フィルム（ＬＧＦ）の光入射部（ＬＩＮ）に提供する。

第２光源（ＬＳ２）は、第１光源（ＬＳ）と同じ種類の発光ダイオードで有り得る。第１光源（ＬＳ）から出射された光は、光視準素子（ＷＬＣ）により視準された光で作られる。第２光源（ＬＳ２）で出射された光は、第１光源（ＬＳ０）で出射された光と同じ性質を有するが、視準されず、単に導光フィルム（ＬＧＦ）の入射部（ＬＩＮ）に伝達されるだけである。

第２光源（ＬＳ２）から出射される光は、出光される瞬間にはどのような光学素子にも入射せず、空気中に露出される。したがって、全体の方向に拡散される性質をそのまま有している。つまり、右側面と左側面及び上部面と下部面に拡散される。右側面と左側面には、水平テーパ部（ＨＷＤ）に会う。水平テーパ部（ＨＷＤ）が逆テーパ形状を有するため、右側面と左側面に拡散される光は、さらに拡散性が増大されて導光フィルム（ＬＧＦ）に入射される。一方、上部面と下部面に拡散される光は、何の光学素子もない場合、漏洩される光で消滅したり、雑音性光になったりすることがある。

このように、上部面と下部面に拡散される光の漏れを防止するために、第２光源（ＬＳ２）が配置される水平テーパ部（ＨＷＤ）の間の空きスペースの上部面と下部面に反射素子（ＲＥＦ）を配置することが望ましい。配置の容易さのために、光視準素子（ＷＬＣ）の、特に水平テーパ部（ＨＷＤ）の、上部面と下部面に反射素子（ＲＥＦ）を配置することが望ましい。反射素子（ＲＥＦ）は、フィルム型あるいは薄膜型反射板を使用することが望ましい。

光視準素子（ＷＬＣ）により視準された光は、一定の範囲の入射角を有し導光フィルム（ＬＧＦ）光伝達部（ＬＷＧ）に入って来る。光伝達部（ＬＷＧ）は、光入射部（ＬＩＮ）で視準された光の入力を受け、反対側辺に損失することなく伝達する領域である。光伝達部（ＬＷＧ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の大部分を占める領域である。光伝達部（ＬＷＧ）の上部表面には、出光素子（ＶＨＯＥ）が配置されている。出光素子（ＶＨＯＥ）は、光伝達部（ＬＷＧ）の屈折率より低い屈折率を有することが好ましい。例えば、導光フィルム（ＬＧＦ）の下面表面では、全反射が行われて、上面の表面では、ほとんどの光は、全反射が行われるが、一部が外部に屈折されることが望ましい。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）の屈折率は、空気よりは大きく、導光フィルム（ＬＧＦ）よりは低い屈折率を有することが好ましい。

出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の光伝達部（ＬＷＧ）を介して光が伝播されながら、一部の光を導光フィルム（ＬＧＦ）の外部に出光させる。特に、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の上部表面に配置されて、上部表面に直角な方向に光を提供する。また、出光素子（ＶＨＯＥ）は、導光フィルム（ＬＧＦ）の表面全体にわたって均一分布を有し、光を出光するようにする。このため、出光素子（ＶＨＯＥ）は、光入射部（ＬＩＮ）から開始して反対辺にいきながら出光効率が指数関数的に増加するように構成することが望ましい。

本発明の第４の実施の形態に係るバックライトユニットは、視野角が調節されたバックライトを提供するための第１光源（ＬＳ１）と光視準素子（ＷＬＣ）を含む。また、広視野角を有する汎用バックライトを提供するための第２光源（ＬＳ２及び反射素子（ＲＥＦ）を含む。第１光源（ＬＳ１）のみを選択的にオンにすると、第１光源（ＬＳ１）から出射した光を光視準素子（ＷＬＣ）が視準光１００に変え、視準光１００は、導光フィルム（ＬＧＦ）を介して伝達されながら、出光素子（ＶＨＯＥ）によって視準された領域にのみ提供される方向性を有するバックライト４００に出射される。

第２光源（ＬＳ２）のみを選択的にオンにすると、第２光源（ＬＳ２）から出射した光は、拡散性が向上した状態で光視準素子（ＷＬＣ）の水平テーパ部（ＨＷＤ）を介して導光フィルム（ＬＧＦ）に伝達される。導光フィルム（ＬＧＦ）を介して伝達されながら、方向性のないバックライトに出射される。汎用バックライトを使用する場合には、第２光源（ＬＳ２）のみ作動してもよいが、必要であれば、第１光源（ＬＳ１）を一緒に動作してもよい。

本発明の実施の形態に係るバックライトユニットを液晶表示装置に適用する場合、超薄膜型液晶表示装置を提供することができる。また、狭視野角と広視野角を選択的に動作することができる超薄膜型バックライトユニットを備えることにより、様々な目的のために使用できる超薄膜型液晶表示装置を提供することができる。特に、タッチ入力装置を備えた液晶表示装置に適用する場合、タッチ機能には全く影響を与えずに、狭視野角と広視野角を選択することができる超薄膜型液晶表示装置を提供することができる。

以上説明した内容を介して当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で様々な変更や修正が可能であることを知ることができる。したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定めるべきである。

Claims (11)

1. 一側辺に設けられた光入射部と、前記光入射部の反対側にある他側辺に向けて延びる光伝達部と、一表面上に設けられた光出射部を備える導光フィルムと、
   前記光出射部の上に配置された出光素子と、
   前記光入射部に隣接して配置された第１光源と、
   前記第１光源と対向するように前記光入射部の上に配置され、前記第１光源からの拡散光の入射を受け視準光に転換して前記光入射部に提供する光視準素子を含むバックライトユニット。
2. 前記導光フィルムは、前記光視準素子の屈折率と同じか、小さい屈折率を有する超薄型フィルムである、請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記光視準素子は、
   前記第１光源と隣接して配置され、前記第１光源から入射された光を水平平面に視準する水平テーパ部と、
   前記水平テーパ部から延び、前記第１光源から入射された光を垂直平面に視準する垂直ウェッジ部を含む、請求項１に記載のバックライトユニット。
4. 前記光視準素子の前記水平テーパ部と前記垂直ウェッジ部の全体が、前記光視準素子より屈折率が低い接着層で、前記導光フィルムに接着され、
   前記導光フィルムの前記光入射部と反対側の表面に、前記水平テーパ部と対向するように配置された光吸収体をさらに含む、請求項３に記載のバックライトユニット。
5. 前記光視準素子の
   前記垂直ウェッジ部が前記光視準素子の屈折率より低い屈折率を有する接着層で、前記導光フィルムに接着され、
   前記水平テーパ部は、前記導光フィルムの上に重ねられない、請求項３に記載のバックライトユニット。
6. 前記水平テーパ部は、
   前記第１光源と隣接し、前記第１光源の大きさに対応する高さと幅を備えた光入射面と、
   前記光入射面から一方向に一定距離を持つように延び、一定の放射角を有する上面部と下面部と、
   前記入射面から前記一定距離を持つように延び、高さが均一である両側面部を含み、
   前記垂直ウェッジ部は、
   前記水平テーパ部から前記一方向に延び、高さが線形的に減少するように、前記垂直ウェッジ部の上面部および下面部は斜面を有する、請求項３に記載のバックライトユニット。
7. 前記水平テーパ部は、前記一方向に対して垂直な前記垂直ウェッジ部の側辺に沿って、複数個が連続して配置され、
   前記第１光源は、複数の前記光入射面のそれぞれに一つずつ配置された複数個ある、請求項６に記載のバックライトユニット。
8. 前記光視準素子は、前記視準光の入射角を前記導光フィルムと空気層との間での全反射臨界角より大きく、前記導光フィルムと前記出光素子間での全反射臨界角よりは小さな角度に調節して提供する、請求項１に記載のバックライトユニット。
9. 前記光伝達部は、前記光入射部から前記他側辺に伝達する間に、
   一表面で反対側の面に向けて前記視準光を全反射し、
   前記反対側の面で前記視準光の一部を、前記導光フィルムの外部に放出されるように、前記出光素子に向けて回折させ、
   前記反対側の面で残りの視準光を前記一表面に向けて反射する、請求項１に記載のバックライトユニット。
10. 前記光視準素子の隣に配置された光カップリング素子と、
    前記光カップリング素子と対向し、前記第１光源の隣に配置された第２光源をさらに含む、請求項１に記載のバックライトユニット。
11. 前記光視準素子の複数の前記水平テーパ部の間のスペースに配置された複数の反射素子と、
    複数の前記反射素子に隣接して配置された複数の第２光源をさらに含む、請求項３に記載のバックライトユニット。

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