KR100315263B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

배면조명장치(백라이트) 등의 액정표시장치용 부재를 사용한 액정표시장치에 관한 것으로서, 광원의 휘도를 증가시키지 않고 휘도의 향상을 도모하기 위해서, 액정표시패널과 액정표시패널에 조사광을 조사하는 백라이트를 구비하는 액정표시장치로서, 백라이트가 적어도 광원 및 한 측면부가 광원과 대향해서 배치된 도광판으로 이루어지고, 액정셀면과 대략 평행한 상기 도광판의 바닥면에 작은 오목부를 갖고, 작은 오목부의 평면형상이 대략 직사각형으로 구성하였다.

이와 같은 구성으로 하는 것에 의해서, 다기능이고 또한 고성능이며 휘도가 향상되고 휘도 불균일 발생이 없는 안정한 특성을 갖은 액정표시장치가 얻어진다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 배면조명장치(백라이트) 등의 액정표시장치용 부재를 사용한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근, 퍼스널컴퓨터의 소형화가 추진되고, 랩톱형이라 불리는 휴대가능한 기종이 널리 보급되어 있다. 이 랩톱형 퍼스널컴퓨터에 있어서는 그의 표시는 통상 액정장치가 사용되고 있다. 이 액정장치는 최근의 컬러표시화에 따라 액정표시판의 배후에 광원을 배치하고, 표시면 전체를 이면측에서 조명하도록 한 배면조명장치형의 표시장치가 보급되어 있다. 이와 같은 표시장치의 배면조명장치로서의 광원은 휘도가 높고 또, 휘도의 불균일이 없는 평면 전체를 조명할 필요가 있다. 휘도를 향상시키기 위해서는 광원의 휘도를 증가시키면 간단하지만 랩톱형의 퍼스널컴퓨터 등에 있어서는 전지 등을 구동원으로 하고 있으므로 광원의 휘도를 증가시키는 것은 한계가 있고 종래 유효한 방법이 없었다.

종래의 액정표시소자용 에치라이트방식의 조명장치로서는 일본국 특허공개공보 평성 4-162002호, 일본국 특허공개공보 평성 6-67004호에 기재된 것이 있다. 종래의 조명장치는 도 2에 도시한 바와 같이 광원(1)로서 냉음극관이나 열음극관 등의 랩을 사용해서 이것을 투과성재료로 이루어지는 도광판(2)의 끝면에 배치하고 있다. 도광판(2)의 하면에는 광을 산란시키는 광산란층(3) 및 광을 반사시키는 반사판(4)가 마련되고, 또 도광판(2)의 상면에는 조명면의 휘도를 면 전체에 걸쳐서 균일화하기 위한 광산란효과를 갖는 유백색의 합성수지로 이루어지는 확산판(5)가 마련되어 있다. 또, 그의 상면에는 확산광을 어느 정도 집속해서 표시장치의 정면의 휘도를 향상시키기 위한 제1집광판(6) 및 제2집광판(7)이 배치되어 있다. 광산란층에는 도 3에 도시한 바와 같이 도광판(2)의 표면에 산화티탄 등의 광산란물질을 사용한 여러개의 잉크도트(8)이 사용되고 있다. 광원(1)에서의 광강도는 광원(1)에서 멀어짐에 따라서 저하하므로, 잉크도트(8)의 면적은 도 3에 도시한 바와 같이 광원(1)에서 멀어짐에 따라 크게 되도록 형성되어 있다.

이상 기술한 바와 같이, 종래의 조명장치에서는 광원(1)에서 출사된 광은 도광판(2)로 안내되고, 광산란층에 포함되는 광산란물질(8)에 의해 산란되고, 그 후 확산판을 통과해서 액정소자에 조사되는 구성으로 되어 있어 광산란의 손실에 의한 휘도저하의 문제가 있다.

이들을 해결하기 위해서 일본국 특허공개공보 평성 9-269489호에 개시된 바와 같은 잉크를 사용하지 않는 도광판이 있다. 이것은 도광판 표면에 작은 볼록부나 작은 오목부를 형성하고, 이것에 의해 광을 반사시켜 액정소자를 조명하는 것이다. 그러나, 그의 형상이나 분포는 최적화되어 있지 않아 휘도향상의 여지가있었다.

또, 액정표시장치의 휘도향상에 관한 문제점중 하나로서 편광필터의 투과율을 들 수 있다. 편광필터는 액정셀과 백라이트사이에 배치되어 소정의 편광광을 액정셀에 입사시키는 기능을 갖은 소자이다. 편광필터는 일반적으로는 미셀(micell)를 일정방향으로 배열한 고분자필름의 미셀관으로 2색성 물질을 흡착하는 것에 의해 제조할 수 있다. 여기에서, 고분자 필름으로서는 폴리비닐알콜을 사용하고, 이것을 다른 속도로 회전하는 롤러사이에서 일정 방향으로 약3∼5배 연장시킨다. 연장된 PVA의 미셀은 연장방향으로 배열되고 배열된 필름은 강한 복굴절성을 갖는다. 2색성을 부여하기 위한 물질로서는 옥소(iodine) 등의 할로겐물질 염료가 있고, 연장된 필름에 상기 물질을 흡착시키는 것에 의해 편광특성이 발현된다. 상기 편광필터는 용이하게 편광분리기능이 얻어지지만 그의 투과율은 원리적으로 2색성 물질을 사용하고 있기 때문에 투과하는 편광광과 직교하는 편광광을 흡수하므로 투과율은 50% 이하로 작다. 따라서, 편광필터에 의해 50% 이상의 광에너지가 손실되게 되어 있어 액정표시소자의 휘도를 현저하게 저하시키고 있는 것이 현 상태이다.

이것을 개량하는 수단으로서, 반사형 편광성필름을 사용하는 방법이 제안되고 있다. 반사형 편광성 필름은 콜레스터릭 액정필름등과 같이 특정 종류의 편광성분을 통과시키고, 그 이외의 편광성분을 반사시키는 성질을 갖는 필름이다. 즉, 도광판을 경유해서 나온 무편광의 자연광을 반사형 편광성필름으로 입사시켜 특정의 편광성분만 투과시키고 그 이외의 편광성분을 반사시킨다. 그후, 반사된편광성분이 반사판에 의해 재차 반사되어 편광상태를 변화시키고 재차 반사형 편광성필름으로 입사되어 특정의 편광성분만 투과시킨다. 이것을 반복하는 것에 의해 광의 거의 전체 성분을 이용할 수 있다.

구체적으로서는 일본국 특허공개공보 평성 3-45906호, 일본국 특허공개공보 평성 6-281814호에 기재되어 있는 바와 같이 반사형편광성 필름인 콜레스터릭 액정필름을 사용하는 방법이 제안되어 있다. 콜레스터릭 액정필름은 콜레스터릭 규칙성을 갖는 폴리머재료의 광학적 능동층으로 이루어진다. 콜레스터릭 액정필름은 광원으로부터 도광판을 경유해서 나온 무편광의 자연광에 있어서 콜레스터릭층의 나선방향과 동일한 방향의 원형의 편광성분만 투과시키고 역방향의 원형의 편광성분을 반사시킨다. 따라서, 도 16에 도시한 바와 같은 구성으로 하면 반사된 원형의 편광성분이 반사판에 의해 재차 반사되어 되돌려 보내지고, 자연광에 가까운 상태로 되돌려 재차 콜레스터릭 액정필름으로 입사시킨다. 이것을 반복하는 것에 의해 광의 거의 전체 성분을 이용할 수 있다. 이 콜레스터릭 액정필름의 출광면에 1/4위상판을 중첩시키면 원형의 편광성분이 직선편광으로 변환되어 액정표시장치의 배면발광장치로서 사용할 수가 있다.

콜레스터릭 액정필름을 사용한 액정표시장치의 휘도는 이론상, 통상의 편광필터를 사용하는 액정표시장치의 2배로 된다. 그러나, 현재 주류로 되고 있는 잉크도트방식의 도광판과 콜레스터릭 액정필름을 조합한 경우 상기와 같이 산란에 의한 손실이나 콜레스터릭 액정필름을 거쳐서 반사되어 도광판에 재입사된 원형의 편광이 잉크도트에 의해 확산반사되어 산란에 의한 손실이 발생하고 또한 편광상태도 해소되어 버리므로 재출사광으로서 이용되기 어렵다. 또, 인쇄도트는 그 크기가 상당히 크고, 도트 사이트(sight)를 방지하기 위해 확산판을 병용할 필요가 있어 그의 휘도향상 효과는 더욱 저하한다. 정면휘도를 향상시키고 출사광의 각도분포를 적정화하는 프리즘시트와 조합한 경우 그 휘도향상효과는 10%정도밖에 없다.

이것에 대해서, 일본국 특허공개공보 평성 9-102209호에 기재되어 있는 바와 같이 도광판 바닥면에 격자형상홈을 형성한 도광판과 콜레스터릭 액정필름을 조합한 방법이 제안되어 있다. 이 방식은 산란에 의한 손실이 적어 휘도가 높고, 휘도향상 효과도 인쇄도트에 비해 높다.

그러나, 격자형상홈을 형성한 도광판은 X방향의 휘도도포의 제어가 곤란하고, 금형 가공비나 납기의 문제도 크다고 예상된다. 또, 면거칠음의 문제 때문에 놋쇠 등의 연금속을 금형재료로서 사용하는 경우가 많아 양산성이 낮을 우려가 있다. 또, 주기적으로 형성된 격자형상홈과 액정셀사이에서 므와레가 발생하기 쉬운 것도 예상된다. 또, 격자형상홈은 그 주기가 매우 크고, 확산판을 병용할 필요가 있어 그 휘도향상 효과는 더욱 저하할 우려가 있다. 정면휘도를 향상시키고 출사광의 각도분포를 적정화하는 프리즘시트와 조합한 경우 그 휘도향상 효과는 20%정도밖에 없다.

상기한 종래의 장치에서는 광원으로 부터의 광을 잉크도트에 의한 산란을 사용해서 액정소자측으로 조사하기 때문에 산란시의 손실이나 잉크에 의한 광의 흡수가 있어 효율향상에는 한계가 있다. 또, 잉크를 사용하지 않는 도광판에 관해서는 그 형상이나 분포는 최적화되어 있지 않아 휘도향상의 여지가 있었다.

잉크도트방식의 도광판과 콜레스터릭 액정필름의 조합에 있어서는 그휘도향상효과는 10%정도로 낮다. 격자형상홈을 형성한 도광판과 콜레스터릭 액정필름을 조합하는데 있어서는 그 휘도향상효과는 20%정도로 높지만 휘도분포의 제어나 도광판의 제조가 곤란하다.

본 발명의 목적은 이와 같은 현상을 타개하기 위해 이루어진 것으로서, 종래의 결점을 개선해서 광원의 휘도를 증가시키지 않고 휘도의 향상을 도모할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 액정표시장치에 사용하는 배면조명장치의 사시도,

도 2는 종래의 도트인쇄방식 도광판의 단면도,

도 3은 종래의 도트인쇄의 설명도,

도 4는 도광판의 절단방향의 설명도,

도 5는 본 발명에 사용하는 도광판의 도광판내의 광선궤적을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명에 사용하는 도광판의 도트형상의 설명도,

도 7은 본 발명에 사용하는 도광판의 단면경사각의 설명도,

도 8은 본 발명에 사용하는 도광판의 표면거칠음Ra와 정면휘도의 관계도,

도 9는 본 발명에 사용하는 도광판의 도트반사 유효면적비 분포도,

도 10은 본 발명에 사용하는 도광판의 도트랜덤배치의 설명도,

도 11은 본 발명에 사용하는 도광판의 단면경사각의 설명도,

도 12는 본 발명에 사용하는 도광판의 단면경사각도와 정면휘도의 관계도,

도 13은 본 발명에 사용하는 도광판의 도트반사 유효면적비 분포도,

도 14는 본 발명에 사용하는 도광판의 제조방법을 도시한 공정도,

도 15는 본 발명의 액정표시장치의 구성도,

도 16은 콜레스터릭 액정필름을 사용한 액정표시장치의 원리설명도,

도 17은 콜레스터릭 액정필름을 사용한 액정표시장치의 구성도,

도 18은 본 발명의 실시예2의 콜레스터릭 액정필름의 효과의 설명도,

도 19는 비교예1의 콜레스터릭 액정필름의 효과의 설명도,

도 20은 비교예2의 콜레스터릭 액정필름의 효과의 설명도.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 액정표시장치에서는 도광판내 도파광의 진행방향을 소정 방향으로 변환시키기 위한 여러개의 작은 오목부(이하, 도트라 한다)를 형성한 도광판을 사용하고, 그리고 그 평면형상, 단면경사각을 적절하게 제어한다. 또, 도광판의 하면에 반사판을 배치한다. 또, 필요에 따라서 적절한 프리즘정각을 갖은 프리즘시트를 배치하고 광출사면에서 적절한 각도분포를 갖는 조명광을 표시소자를 향해서 조사할 수 있도록 한다. 또, 므와레의 발생을 방지하기 위해 도트의 배치를 일정한 제약조건을 만족시키고 또한 랜덤하게 배치 형성한 부재를 사용한다. 또, 도트의 밀도를 소정의 밀도분포로 하는 것에 의해 출사광의 휘도분포의 균일화를 도모한다. 또, 필요에 따라서 반사형 편광성 필름(콜레스터릭 액정 필름과 1/4위상판등)을 도광판 출사면과 액정유닛사이에 배치하여 휘도향상을 도모하는 것이다.

도 1에 본 발명의 1실시예의 사시도를 도시한다. 본 발명에 사용하는 광원장치에서는 도광판내 도파광의 진행방향을 소정 방향으로 변환시키기 위해 도광판 하면(9)의 표면에 여러개의 작은 오목부인 도트(10)을 형성한다. 도트라는 것은 도 1에 도시한 바와 같이, 도광판 하면의 평탄부(11)(도트바닥부(12)를 제외한 도광판 광출사면(13)에 대한 각도 5。이하의 면)에 존재하는 도트바닥부와 도트사면부(14)로 이루어지는 작은 오목부이다(단, 도 1은 도광판내부에서 본 도면이므로 작은 볼록부로 보인다).

도 4는 이하의 설명에서 사용하는 도광판(2)의 방향을 설명한 도면이다. 광원(1)을 선형상 광원에 근사시킨 경우 이에 대해서 수직인 평면을 도광판 단면(15), 이에 대해서 평행한 방향을 X방향(16), 이에 대해서 수직이고, 또한 도광판 광출사면(13)에 대해서 평행한 방향을 Y방향(17)로 한다.

도 5는 본 발명의 도광판(2)내를 진행하는 도광판의 도파광의 광선궤적을 도시한 것이다. 광원(1)로 부터의 광은 도광판 광원측 끝면(18)에의해 도광판 입사광(19)로서 도광판(2)에 입사되어 도광판 도파광(20)으로 되고, 다른쪽의 끝면(21)를 향해서 도광판 하면과 도광판 출사면(13)에서 전(全)반사를 반복하면서 진행한다. 도파광(20)중 도트경사면(22)로 입사된 광(23)은 반사되어 도광판 출사면(13)과 충돌하고 그곳에서 굴절해서 도광판 출사면(13)에서 출사광(24)로서 출사된다. 그리고, 반사되지 않은 광은 도트 사면 투과광(25)로 되고 반사판(4)에 의해 반사되어 재차 도광판(2)로 입사되고, 그의 일부는 광출사면(13)에서 출사되고 나머지는 재차 도광판 도파광(20)으로 된다. 따라서, 도트를 적정하게 배치하는 것에 의해 도파광(20)을 서서히 도광판(2)에서 출사시켜 액정표시소자를 조명할 수 있다.

도 6은 적합한 도트의 형상을 도시한 도면이다. 본 발명의 도트바닥부(12)를 도광판 광출사면(13)에 정확하게 투영한 형상(이하, 평면형상이라 한다)은 실질적인 장방형 또는 도 6에 도시한 바와 같이 정점의 굴곡부(26)을 갖게 한 실질적인 장방형(이하 간단히 직사각형이라 한다.)이 적합하다. 이것은 도트반사면(22)의 면적을 동일한 도트바닥면의 면적을 갖는 원이나 정방형에 대해서 증가시킬 수 있으므로, 도트의 수를 감소시킬 수 있기 때문이다. 즉, 도트분포의 자유도도 향상하고, 마스크나 도트좌표 데이타 작성도 용이하게 된다. 또, 정점의 굴곡부(26)은 산란을 감소시키고, 정면휘도를 높이는데 효과가 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 도트바닥부를 장방형으로 근사시킨 경우의 긴 변의 길이를 도트길이(28), 짧은 변의 길이를 도트폭(29)로 한다.

도트의 배치방향은 도트의 긴 변의 사면(30)이 X방향(16)과 실질적으로 평행하게 되도록 배치한다. 이와 같이 배치하는 것은 도트의 긴 변의 사면(30) 쪽이 도트의 짧은 변의 사면(31)보다 면적이 넓기 때문에 효율적으로 광원(1)로부터 광을 반사시킬 수 있기 때문이다.

도트의 크기는 도트길이(28)이 80∼800㎛인 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 길이(28)이 800㎛보다 크게 되면 퍼스널컴퓨터등의 사용자가 액정표시장치를 바라본 경우, 문자나 도안(pattern)에 의해서는 도광판에 형성한 도트의 형상이 나타나게 되어(도트 사이트) 문자, 도안의 판별을 방해하기 때문이다. 또, 상기 길이(28)이 80㎛보다 작게 되면 도트의 수가 너무 많아져 마스크나 도트좌표 데이타 작성이 곤란하게 된다. 또한, 마스크 제작의 비용을 고려하면 그 최적값은 100㎛ 이상이고 표시품위를 고려하면 300㎛ 이하가 바람직하다.

도트폭(29)는 60㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 길이(29)가 60㎛보다 크게 되면 도트면적에서 차지하는 도트사면부(14)의 비율이 저하하여 충분한 반사면을 얻는 것이 곤란하게 되기 때문이다. 또, 도광판(2)의 4모서리에 있어서도 충분한 휘도를 얻기 위해서는 상기 길이(29)를 45㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하한에 관해서는 마스크와 노출기와 레지스트의 휘도의 문제로 되지만, 저렴한 마스크나 노출기를 사용할 수 있는 20㎛이상이 바람직하다. 또, 바람직하게는 30㎛ 이상이다.

도트의 깊이는 5∼20㎛가 적정이다. 그 이유는 20㎛이상의 깊이를 얻기 위해서는 점도가 높은 레지스트를 사용하지 않으면 안되어 도트형성면의 평탄부의 평면성이 저하하거나 도광판(2)를 형성할 때 전사성이 저하하여 원하는 도트형상을 형성하기 어렵게 되기 때문이다. 한편, 도트의 깊이가 5㎛보다 작으면 도트사면부(14)의 도트면적에서 차지하는 비율이 저하해서 원하는 휘도를 얻을 수 없게 되기 때문이다. 또한, 액상레지스트를 사용하는 것을 고려하면 상기 두께는 6∼12㎛정도가 최적이다.

본 발명의 단면경사각도는 20∼35。가 적합하고, 최적값은 28±4。이다. 여기에서, 도 7을 사용해서 단면경사각도를 설명한다. 도 7은 도트의 중심을 통과하고 도 4의 도광판 절단면(15)와 평행한 도트절단면에 의한 도트단면형상을 도시한 도면이다. 이와 같이 절단면을 정하는 것은 도트의 긴변의 사면(30)이 광의 진로변경을 실행할 때 더욱 유효하게 작용하기 때문이다.

단면경사각도를 구할 때는 이하의 방법으로 산출한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 도트깊이를 3등분하고, 3등분선과 광원측의 사면의 교점을 각각 P1, P2, P3, P4로 한다. 다음에 P2와 P3을 통과하는 직선(32)와 도트바닥면(12)가 이루는 각을 구하고, 이것을 단면경사각으로 한다. 상기와 같이 단면경사각을 정의하는 것은 이 각도가 프로세스조건의 편차를 받기 쉬워 관리에 사용하기 쉽고 또, 이 부분이 광의 출사효율에 크게 영향을 미치기 때문이다.

이상과 같이 계산한 단면경사각도를 상기 범위로 규정하는 것은 도광판 광출사면(13)으로 부터의 출사각도분포를 적정화함과 동시에 필요 이상으로 경사져서 출사되는 광의 양을 억제해서 정면휘도를 향상시키기 때문이다. 즉, 단면경사각이 35。를 초과하면 도트 사면에서 전반사하는 광의 비율이 저하하여 효율이 떨어진다. 또, 20。보다 작게 하면 도트 사면에서 반사된 광과 도광판 출사면이 이루는 각도가 충분히 크게 되지 않아 출사광의 출사각이 크게 되어 버려 효과가 저하한다.

본 발명에 있어서는 도트의 광원과 수직인 방향의 단면형상에 있어서 그 도트의 바닥부가 실질적으로 직선인 것이 바람직하다. 이것은 그곳을 직선으로 하는 것에 의해 경사가 완만한 사면을 감소시킬 수 있으므로, 불필요한 반사를 감소시켜 설계를 용이하게 할 수 있기 때문이다. 이상과 같이 작은 오목부의 도트를 최적화하는 것에 의해 원형도트, 정방형도트에 비해서 10%, 잉크도트 등에 비해서 20%이상의 휘도향상이 가능하다.

본 발명에서는 도트의 사면에 의한 반사굴절에 의해 광을 도광판(2)의 바깥쪽으로 유도하고, 그 이외의 부분의 정반사를 사용해서 광을 도광판(2)내의 구석구석으로 확산시키고 있다. 따라서, 도광판의 사면부의 표면 거칠음을 작게 하는 것에 의해 반사굴절시의 손실을 저감하고, 휘도향상을 도모할 수가 있다. 도광판 평탄부의 표면거칠음은 사면부보다 작게 되므로, 특히 사면부의 표면거칠음을 작게 억제하는 것이 중요하다. 도 8은 도광판의 도트의 사면부(P2와 P3사이의 사면)의 면거칠음과 정면휘도의 관계를 도시한 도면이다. 이와 같이, Ra는 0.4㎛이하가 바람직하다.

도트의 밀도는 휘도분포의 균일화를 도모하기 위해서 광원(1)에 가까울수록 도트밀도를 작게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 도광판Y방향(17)의 길이가 191㎜±20㎜, 도광판(2)의 입광부의 두께가 2.3㎜±0.5㎜, 도광판(2)의 광원(1)에서 가장 먼 부분의 두께가 1.3㎜±0.3㎜인 경우 도광판 중앙부의 Y방향분포가 도 9에 도시한 바와 같이 [Y=광원으로 부터의 거리/도광판Y방향의 길이]로 했을 때 0.05〈Y〈0.95의 범위에 있어서 빗금친범위(33)에 반사유효 면적비가 있도록 하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 0.05〈Y〈0.95의 범위내에 있어서 K₁Y⁵+K₂Y⁴+K₃Y³+K₄Y²+K₅Y¹+K₆+C1〈반사유효면적비〈K₁Y⁵+K₂Y⁴+K₀Y³+K₄Y²+K₅Y¹+K₆+C2를 만족시키도록 반사유효면적비를 결정한다.

단,

K₁=-0.2330335, K₂=+0.7497230,

K₃=-0.6375126, K₄=+0.1875481,

K₅=-0.0011018, K₆=+0.0298941,

C1=-0.004, C2=+0.004이다.

반사유효면적비를 이와 같은 분포로 하는 것에 의해 액정표시장치 전면에서 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 이때, 반사유효면적비는 수학식 1을 사용해서 계산한다. 이와 같이, 반사유효면적비를 사용해서 도트밀도분포를 규정하는 것은 도 6에 도시한 광원(1)에서 먼쪽의 도트의 긴변의 사면이나 도트바닥면(12)나 도트의 짧은 변의 사면(31)은 거의 광을 인출하는 기능을 갖지 않기 때문에 단순히 도트밀도나 도트전유율을 사용하는 것에 비해서 도트의 크기나 형상을 변화시켰을 때의 설계변경이 용이하게 되기 때문이다.

도트의 평면적배치는 랜덤한 것이 바람직하다. 그 이유는 본 발명의 도트가 미세하므로, 액정표시장치를 구성하는 그 이외의 부재 예를들면 액정셀, 컬러필터, TFT패턴, 블랙스트라이프 등의 규칙적 패턴과 간섭해서 발생하는 므와레를 방지하기 때문이다.

본 발명의 도광판과 반사형 편광성 필름(콜레스터릭 액정필름과 1/4위상판)을 조함한 배면조명장치는 잉크도트를 사용한 도광판과 콜레스터릭 액정필름과 1/4위상판의 조합한 배면조명장치나 격자형상홈을 형성한 도광판과 콜레스터릭 액정필름과 1/4위상판을 조합한 배면조명장치에 비해서 휘도향상 효과가 크다. 또, 본 발명의 도광판은 격자형상홈을 형성한 도광판에 비해서 제조가 용이하고, 본 발명의 도광판과 콜레스터릭 액정필름과 1/4위상판을 조합하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 액정표시장치에 사용하는 배면조명장치의 사시도, 도 6은 실시예의 도트(작은 오목부)의 형상 설명도이다. 본 실시예에서는 도트길이(28)을 200㎛, 도트폭(29)를 40㎛, 도트깊이를 8㎛로 하였다. 이 배면조명장치는 광원(1), 도광판(2), 반사판(4)를 최소구성요소로 하고 있고, 도광판(2)에는 그 하면에 도트가 형성되어 있다. 또, 도트는 랜덤하게 배치되어 있다. 그 일부의 도트배치를 도 10에 도시한다. 이와 같은 배치로 하는 것에 의해 므와레의 발생을 방지할 수 있다. 또, 본 실시예에서는, 최소구성요소에 부가해서 확산판과 2매의 집광판을 사용하고 있다.

도 11은 본 실시예에서 제작한 도광판(2)의 도트단면형상을 도시한 것이다. 단면경사각은 28。이다. 도 12는 본 실시예의 단면경사각과 도광판의 평균휘도를 도시한 도면이다. 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 도트단면경사각은 20∼35。가 적절하고, 최적값은 28±3。이다. 도 13은 도트의 반사유효면적비의 분포를 도시한 도면이다.

(실시예 2)

도 17은 콜레스터릭 액정필름을 사용한 액정표시장치의 구성도이다. 도 17중의 도광판에 본 발명의 도광판을 사용한 경우(실시예2), 잉크도트방식의 도광판을 조합한 경우(비교예 1), 격자(grating)방식의 도광판을 조합한 경우(비교예 2)의 휘도향상효과를 비교 검토하였다.

도 18은 상기의 실시예 2에 있어서의 X방향과 Y방향의 휘도분포와 실시예 2의 구성에서 콜레스터릭 액정필름 및 λ/4판을 제거한 경우의 X방향과 Y방향의 휘도분포를 도시한 그래프이다. X방향과 Y방향 모두 20%정도의 휘도향상효과가 있다.

도 19는 상기의 비교예 1에 있어서의 X방향과 Y방향의 휘도분포와 비교예 1의 구성에서 콜레스터릭 액정필름 및 λ/4판을 제거한 경우의 X방향과 Y방향의 휘도분포를 도시한 그래프이다. X방향과 Y방향 모두 10% 정도의 휘도향상효과가 있다.

도 20은 상기의 비교예2에 있어서의 X방향과 Y방향의 휘도분포와 실시예 1의 구성에서 콜레스터릭 액정필름 및 λ/4판을 제거한 경우의 X방향과 Y방향의 휘도분포를 도시한 그래프이다. X방향과 Y방향 모두 20%정도의 휘도향상효과가 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 도광판을 사용한 쪽이 잉크도트방식 도광판보다도 콜레스터릭 액정필름에 의한 휘도향상 효과가 높다. 또, 격자방식 도광판과 동등한 휘도향상 효과가 있다. 또, 본 발명에 의한 도광판을 사용한 액정표시장치의 휘도는 콜레스터릭 액정필름을 사용하지 않는 경우에도 잉크도트방식에 대해서 10%이상 높고, 격자방식과는 동등 이상이다. 또, 격자방식은 면내휘도분포의 균일화나 금형제조의 곤란함 등 제조상의 문제가 많아 본 발명 쪽이 우수하다.

표 1은 본 발명의 액정표시장치와 상기 비교예의 액정표시장치에 대해서 콜렉스터릭액정 필름의 유무에서의 휘도변화와 문제점을 정리한 표이다.

각 방식의 비교

액정표시장치	실시예 2	비교예 1잉크도트방식	비교예 2격자방식
반사형편광성필름※1	무	유	무	유	무	유
정면휘도※2	111	135	100	108	110	132
양산상의 문제점	무	무	무	무	X방향휘도분포보정곤란금형의 제조곤란
비용	◎	○	○	△	×	××
판정	○	○	△	△	×	×

※1 콜레스터릭 액정필름을 사용

※2 잉크도트 반사편광 필름무의 휘도를 100으로 했을때의 상대값

이와 같이, 본 발명에 의한 도광판은 종래의 잉크도트방식에 콜레스터릭 액정필름을 사용한 액정표시장치와 동등한 휘도를 갖고, 비용적으로도 우위이다. 또, 고휘도화가 필요한 경우에는 본 발명에 의한 도광판과 콜레스터릭 액정필름을조합한 액정표시장치가 가장 우수하다. 또한, 콜레스터릭 액정 필름 이외의 반사형 편광성 필름을 사용해도 마찬가지의 효과를 얻을 수가 있다.

다음에, 본 발명의 배면조명장치용 도광판의 제조방법을 설명한다.

도광판의 제조방법으로서는 금형을 제작하고 플라스틱성형해서 제조한다. 도광판의 작은 오목부로 이루어지는 도트의 수는 12.1인치 도광판에서 50만개∼200만개로서 팽대한 수로 되므로, 이하에 기술하는 제조방법을 적용하는 것이 좋다.

도 14는 그 제조방법을 도시한 프로세스도이다. 이 제조방법은 도 14의 (a)의 기판(34)에 포토레지스트(35)를 형성하는 공정, 도 14의 (b)의 도트의 패턴을 갖은 포토마스크(36)을 상기 기판(34)상에 배치하고, 마스크(36)의 위쪽에서 자외선(37)을 조사한 후, 포토레지스트를 현상해서 기판(34)상에 도트의 패턴을 형성하는 공정, 도 14의 (c)의 패턴상에 금속도금을 실시하고, 도금층(38)로 이루어지는 스탬퍼(39)를 형성하는 공정, 도 14의 (d)의 상기 스탬퍼(39)을 사용해서 도광판(2)를 플라스틱성형하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 기판(34)로서는 경면연마한 유리기판등이 사용된다. 포토레지스트(35)를 형성하기 전에 실란계의 접착성 향상제를 미리 도포해 둘 수 있다. 포토레지스트 재료로서는 액상 또는 필름형상의 포지티브형, 네가티브형 재료를 사용할 수 있다. 그 형성방법으로서는 스핀코팅법, 롤코팅법이 있다. 포토레지스트의 두께를 제어하는 것에 의해 작은 오목부의 깊이를 변화시키는 것이 가능하다. 또, 노출, 현상, 어닐조건을 연구하는 것에 의해 단면경사각도를 제어할 수 있다. 포토마스크(36)은 크롬마스크, 필름마스크, 에멀젼(유체)마스크등각종의 마스크를 사용할 수 있고, 미리 설계한 도트의 크기, 수, 분포 등의 데이타를 작성해 두고, 전자빔, 레이저빔 등에 의해 묘화하는 것에 의해 작성할 수 있다. 도금층(38)을 형성하기 전에 도전막을 형성해 두면 도금의 불균일이 없어져 양호한 도금층(38) 즉 스탬퍼(39)를 형성할 수 있다. 도전층, 도금층의 재료로서는 여러 가지의 금속을 사용할 수 있지만 균일성, 기계적 성능의 점에서 Ni가 최적인 재료이다. 얻어진 도금층(38)은 기판(34)에서 물리적으로 용이하게 박리시키는 것이 가능하고, 필요에 따라서 연마마무리해서 스탬퍼(39)로서 사용한다.

얻어진 스탬퍼(39)는 예를들면 사출성형기의 모형에 마그네트, 진공채널등으로 고정시키고, 도광판(2)를 플라스틱성형한다. 이상에 있어서는 사출성형기에 의해 도광판(2)를 제작하는 방법을 설명했지만, 이 이외의 방법으로서 배출성형, 압축성형, 진공성형등으로 도광판(2)를 성형할 수 있다.

도광판(2)를 구성하는 재료로서는 투명한 플라스틱재료 전반을 사용할 수 있다. 구체적예로서는 아크릴계 플라스틱, 폴리카보네이트수지, 폴리아세탈수지, 폴리우레탄계수지, 자외선경화형의 플라스틱재료가 있다. 이 중 아크닐계 재료는 투명성, 가격, 성형성의 점에서 우수하고 본 발명에 적합한 재료이다.

다음에, 액정표시장치의 구성을 설명한다.

도 15에 본 발명의 액정표시장치의 주요부 구성을 도시하고 있다. 배면조명장치의 상면에는 편향판, 액정셀, 공통전극, 컬러필터, 편광판이 설치된다. 이 구성은 액정표시장치의 일반예를 도시한 것이고, 표시장치의 용도에 따라서는 배면조명장치를 포함해서 여러 가지의 구성이 고려된다. 예를들면, 퍼스널컴퓨터의 디스크톱형 액정표시장치 또는 텔레비젼모니터에는 특히 넓은 시야각이 요구되지만, 이 경우에는 조명광을 산란시켜 시야각을 확대시키는 확산판을 적당한 위치에 배치할 수 있다. 또, 프리즘시트을 배치해서 더욱 지향성이 높은 조명광을 액정셀에 조사한 후, 시야각을 넓이기 위해 광확산효과가 있는 시트를 배치하거나 광출사면을 가공해서 광산란기능을 갖게하여 시야각을 넓일 수도 있다. 광원(1)의 구체예로서는 냉음극관, 열음극관, 텅스텐램프, 크세논램프, 메탈할로겐램프 등을 들 수 있다.

본 발명에 사용하는 액정소자 내지 액정셀에 대해서는 특히 한정하지 않지만, 공지의 소자, 패널을 사용할 수 있다. 일반적인 액정셀로서는 트위스트네머틱(twist mnematic)형이나 슈퍼트위스트네머틱(super-twist mnematic)형, 호모지너스(homogenous)형, 박막트랜지스터형의 것 또, 액티브 매트릭스 구동형이나 단순 매트릭스 구동형의 것 등을 들 수 있다.

본 발명에 사용하는 반사편광성 필름에 대해서는 특히 한정하지 않지만, 콜레스터릭 액정필름 등의 공지의 필름을 사용할 수 있다. 구체적으로는 3M사제의 DBEF(상품명)이나 메루크사제의 Transmax(상품명) 등을 이용할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치에 의해 다기능이고 또한 고성능이며 휘도가 향상되고 휘도 불균일 발생이 없는 안정한 특성을 갖은 액정표시장치가 얻어진다.

Claims (10)

1. 액정표시패널과 상기 액정표시패널에 조사광을 조사하는 백라이트를 구비하는 액정표시장치로서,

   상기 백라이트가 적어도 광원 및 한 측면부가 상기 광원과 대향해서 배치된 도광판으로 이루어지고,

   액정셀면과 대략 평행한 상기 도광판의 바닥면에 작은 오목부를 갖고,

   상기 작은 오목부의 평면형상이 대략 직사각형이고,

   상기 작은 오목부의 바닥부는 상기 광원과 평행한 방향의 길이가 80∼800㎛의 범위에 있고, 또한 상기 광원과 수직인 방향의 길이가 60㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 작은 오목부의 깊이가 5∼20㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 작은 오목부의 단면경사각이 20∼35。의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 작은 오목부의 사면부의 면거칠음이 Ra〈0.4㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 작은 오목부의 분포가 반사유효 면적비로서 Y=광원으로 부터의 거리/도광판 Y방향의 길이로 했을 때 0.05〈Y〈0.95의 범위내에 있어서 K₁Y⁵+K₂Y⁴+K₃Y³+K₄Y²+K₅Y¹+K₆+C1〈반사유효 면적비〈K₁Y⁵+K₂Y⁴+K₃Y³+K₄Y²+K₅Y¹+K₆+C2인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

   (단, K₁=-0.2330335, K₂=+0.7497230,

   K₃=-0.6375126, K₄=+0.1875481,

   K₅=-0.0011018, K₆=+0.0298941,

   C1=-0.004, C2=+0.004이다.)
6. 제1항에 있어서,

   상기 작은 오목부의 배치가 랜덤한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 작은 오목부의 광원과 수직인 방향의 단면형상에 있어서 그의 작은 오목부의 바닥부가 실질적으로 직선인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 도광판의 도광판 출사면측에 적어도 반사형 편광성 필름을 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 도광판의 도광판 출사면측에 적어도 콜레스터릭 액정필름을 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 도광판의 도광판 출사면측에 적어도 콜레스터릭 액정필름과 1/4위상판을 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.