KR100405927B1

KR100405927B1 - 프론트 라이트, 반사형 액정 표시 장치 및 휴대 정보 단말

Info

Publication number: KR100405927B1
Application number: KR10-2001-0016150A
Authority: KR
Inventors: 사사가와도모히로; 오다교이치로; 유우키아키마사; 스가와라나오토; 요코이마사히로; 모로다마사히사
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2003-11-14
Also published as: US20010035927A1; TW550398B; EP1139015A1; US6636283B2; JP2001345006A; DE60135944D1; JP3301752B2; KR20010095035A; EP1139015B1; EP1870635A2; CN1319779A; EP1870635A3; CN1204442C

Abstract

고효율이고 균일한 밝기의 화면 표시가 얻어지는 소형이고 경량인 프론트 라이트(front light), 반사형 액정 표시 장치 및 휴대 정보 단말을 제공한다.

이 프론트 라이트는, 주 도광판(1)과, 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따라 배치되고, 주 도광판과 대향하는 단면과는 반대측의 단면에는 두께 방향으로 연장하는 프리즘 형상의 홈(12)이 길이 방향을 따라 복수 마련된 제 2 도광판(2)과, 제 2 도광판의 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원(3)과 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막(11)을 구비한다.

Description

프론트 라이트, 반사형 액정 표시 장치 및 휴대 정보 단말{FRONT LIGHT, REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND PERSONAL DIGITAL ASSISTANT}

본 발명은 표시 소자의 전방에 배치되고 그 표시 소자의 화면의 밝기(조도) 및 밝기의 균일성을 향상시키는 프론트 라이트(front light), 반사형 액정 표시 장치 및 휴대 정보 단말에 관한 것이다.

도 57(a)은 종래의 프론트 라이트의 1예를 도시한 모식적 단면도이다(일본 특허 공개 평성 제 8-94844 호 공보). 도 57(a)는 프론트 라이트 전체의 단면도를 도시하고, 또한 도 57(b)는 도광판의 상면의 부분 확대도를 도시한 것이다. 이 프론트 라이트에 있어서는 도광판(101)의 표시 소자(130)와 대향하는 면(10la)(이하,「제 1 면」)과 반대측의 상면(101b)(이하, 「제 2 면」)에 그의 단면이 프리즘 형상인 폭 방향으로 리브(rib) 형상으로 연장하는 홈이 복수 마련되어 있다. 이 프론트 라이트는 반사형 액정 표시 소자의 앞 즉 표시화면의 관찰자 측에 배치되고, 표시 소자를 향해 광을 사출한다. 이 프론트 라이트에서는 광원(103)에서 도광판(101)내로 입사된 광은 도광판(101)내를 광원으로부터 멀어지는 방향으로 진행할 때, 제 2 면(101b)의 프리즘의 한쪽의 면인 급경사의 반사면(121)에 의해서 반사되어 제 1 면 측으로 도광판과 거의 직각으로 출사된다. 이 때문에, 도 57(b)에 도시하는 바와 같이, 상기 반사면은 가상적인 프리즘의 바닥면과 약 43°의 각도를 이루고, 프리즘의 다른쪽 면인 완만한 경사면(122)은 상기 바닥면과 10°이하의 각도를 이루고 있다. 또, 상기 각 프리즘의 높이는 도광판의 끝에서 끝까지의 각 부분에서 동일 정도의 광량을 반사해서 면내의 휘도 균일성을 유지하기 위해서, 5㎛∼50㎛로 되어 있다. 상기 도광판의 단면에는 냉음극관과 같은 광원(103)이 배치되고, 광원에서 출사된 광은 그 단면에서 도광판으로 입사하여 도광판내를 전파한다. 도광판에 입사된 광은 제 1 면(101a) 및 제 2 면(10lb)의 일정 부분과 전반사를 반복하면서 도광판내를 전파하고, 제 2 면의 상기 반사면(121)에 닿으면 반사되어 도광판의 제 1 면(101a)에서 거의 수직 방향으로 출사된다. 상기 광원(103)의 외측 및 도광판의 다른쪽 단부에는 광량의 손실이 발생하지 않도록 반사판(104)가 배치되어 있다. 또, 제 1 면 및 제 2 면은 투광층(120)에 의해서 보호되고 있다. 이 도광판에서 출사된 광은 반사형 표시 소자에 입사되어 또 액정의 후방에 배치된 반사 부재에 의해서 반사되고, 도광판의 방향으로 되돌아간다. 설명의 편의상 이후의 설명에 있어서 「표시 소자」는 「표시 장치」에서 프론트 라이트를 제외한 부분을 가리키는 것으로 한다. 이 사이에, 광은 변조를 받고 도광판을 두께 방향으로 통과해서 화면 표시를 형성하여 관찰자에게 관찰된다. 이 프론트 라이트에 있어서 면내의 광량의 균일성을 확보하고자 하면, 상기 제 2 면(101b)에 있어서의 반사면의 면적 비율을 장소에 따라 변화시킬 필요가 있다. 프리즘 구조의 각도를 일정하게 유지한 채로 반사면의 면적 비율을 변화시키는 것은 불가능하므로, 높은 균일도를 얻고자 하면 프리즘 구조의 각도를 변화시킬 필요가 있다. 동일면내에 있어서 프리즘 각도를 변화시킨 도광판은 고정밀도로 가공 제작하는 것이 곤란하고 비용 상승으로 된다는 결점이 있었다.

도 58(a)은 종래의 다른 프론트 라이트의 1예를 도시한 모식적 단면도이다(일본 특허 공개 평성 제 10-326515 호 공보). 도 58(a)는 프론트 라이트 전체의 단면도이고, 또 도 58(b)는 도광판(101)의 제 2 면(101b)의 부분 확대도이다. 이 프론트 라이트에 있어서의 도광판의 제 2 면(101a)은 계단 형상으로 되어 있고, 제 1 면과 평행한 평탄부(123) 및 그 평탄부와 대략 45°의 각도를 이루는 반사부(121)로 구성되어 있다. 도광판내를 진행하는 광은 상기 반사부(121)에 닿아서 도광판과 거의 수직으로 반사되고 도광판에서 출사된다. 또, 상기 종래의 프론트 라이트에 관련해서 다음의 제안도 이루어졌다. 즉, 광이 액정 패널에서 반사된 후에, 도광판을 두께 방향으로 다시 통과할 때나 외광이 도광판을 통과할 때, 손실의 원인으로 되는 상기 45°로 경사진 반사면의 비율을 (1/20)이하로 하여 손실을 저감하는 것이 제안되어 있다(일본 특허 공개 평성 제 11-202785 호 공보).

또, 도 59에 도시하는 바와 같이, 도광판(101)에 프리즘 형상의 홈(112)를 마련하고, 그 홈의 한쪽의 사면의 경사(기울기)를 35°∼55°의 범위로 하고, 다른쪽의 사면의 경사를 60°∼9O°의 범위로 하는 제안이 이루어져 있다(일본 특허 공개 평성 제 11-242222 호 공보). 도광판내의 광은 지금까지의 예와 마찬가지로, 35°∼55°의 범위로 경사진 사면에 닿아 반사되어 도광판 밖으로 출사된다. 또, 도 60(a)에 도시한 바와 같이 출사되는 광량이 균일하게 되도록 홈의 깊이를 광원으로부터 떨어짐에 따라서 순차 깊게 하거나, 도 60(b)에 도시한 바와 같이 홈의 피치를 광원으로부터 멀어짐에 따라서 순차 좁게 하는 것에 의해서, 출사되는 광량이 장소에 의존하지 않고 균일하게 되는 조정 방법이 제안되어 있다.

또, 프리즘 구조의 피치와 표시 소자의 화소 피치의 간섭에 의해서 발생하는 므와레 줄무늬에 의해서 표시 품위가 저하하는 것을 방지하기 위해서, 프리즘 구조의 주기를 화소 주기의 1/(1.3+N)∼1/(1.6+N) 사이로 제한하는 제안이 이루어져 있다(일본 특허 공개 평성 제 11-260128 호 공보).

또, 도광판의 제 1 면에 반사 방지막을 마련하는 것에 의해, 도광판에서 광이 출사될 때에 제 1 면에서의 반사에 의해서 표시의 콘트라스트가 저하하는 현상을 방지하는 제안이 이루어져 있다(일본 특허 공개 평성 제 11-242220 호 공보).

이들 종래의 프론트 라이트에 있어서의 도광판은 어느 것이나 프리즘 형상의 구조를 갖고 있기 때문에, 리브 형상 또는 줄무늬 형상의 프리즘 구조가 관찰자로부터 시각적으로 인식되어 표시 품위를 저하시키는 경우가 많았다. 또, 광이 액정 패널에서 반사된 후 도광판을 다시 통과할 때, 다른 각도의 면에서 다른 방향으로 광이 굴절되므로 2중으로 상이 발생하는 등의 문제도 있었다. 또, 상기 프리즘 도광판은 모두 광을 프리즘의 반사면의 정반사에 의해서 진행방향을 변화시켜 도광판에서 출사시키는 방법이다. 따라서, 도광판내의 광의 진행 방향을 따라서 출사광의 특성도 크게 변화된다. 도광판의 각부(角部)에서 굴절되고 그 굴절광이 다른 것과 다른 각도로 도광판으로 입사되면, 프리즘에 의해서 반사된 후에도 다른 것과 다른 각도의 광이 강한 휘선으로 되어 나타나 표시 품위를 현저히 열화시키는 문제가 있었다.

또, 광원으로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED)와 같은 점 광원을 사용하는 경우, 도 61(a) 및 도 61(b)에 도시하는 바와 같이 도광판의 단부에 배치된 가이드 구조에 의해서 균일화를 실행한 후에 도광판으로 입사시키는 제안이 이루어져 있다. 그러나, 도광판의 제 2 면에 있어서 프리즘 형상 돌기의 반사면에 의해서 반사시켜 도광판으로부터 취출하는 방식의 경우, 광의 공간적인 균일화뿐만 아니라 단부 도광판(제 2 도광판)의 광 취출 기구의 반사 홈 피치를 소정값 이하로 해 두지 않으면, 조명에 큰 얼룩(균일하지 않은 부분)이 발생하는 문제가 있다. 또, 도광판으로 입사되는 광이 넓은 각도 분포를 갖는 경우에는 출사광도 넓은 각도 분포를 갖게 되어 고휘도를 얻기 어렵다는 문제를 일으킨다.

상기 도 61(a) 및 도 61(b)에 도시한 점 광원을 사용하는 형태의 프론트 라이트는 소형화 및 경량화에 적합하고, 휴대 전화기 등으로 대표되는 휴대 정보 단말의 액정 표시 장치의 프론트 라이트서 사용이 증대하는 경향에 있다(일본 특허 공개 평성 제 10-260405 호 공보).

종래의 프론트 라이트는 상기의 구조를 갖고 있었기 때문에, 도광판의 줄무늬 형상의 프리즘 구조가 관찰되게 되거나 휘선이나 얼룩이 발생하여 표시 품위가 저하하는 경우가 발생했다. 또, 프론트 라이트로부터의 출사광의 각도 분포를 제어할 수 없어 높은 휘도를 확보하기 어렵다는 문제를 일으키고 있었다.

도 61(a) 및 도 61(b)에 도시한 점 광원을 사용하는 구성의 프론트 라이트의 경우에는 특히 작은 소비 전력으로 고휘도의 표시 화면을 얻는 것이 큰 목표로 된다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 주 도광판 측의 단부에 배치된 단부 도광판(제 2 도광판)의 주 도광판과 대향하는 면과는 반대측의 면(제 4 면)에 광을 취출하는 반사 홈을 마련한 구조가 사용되고 있다. 이 구조의 경우, 도 62(a)에 도시하는 바와 같이, LED에서 단부 도광판(제 2 도광판)으로 입사한 광은 (k1) 반사 홈의 사면에서 전반사하는 광 K1과, (k2) 굴절해서 밖으로 나오고 다시 밖에서 제 2 도광판으로 굴절해서 입사되는 광 K2가 있다. 이들의 반사 및 굴절에 있어서 가능한 한 손실을 적게 하도록, 프리즘 형상의 홈을 구성하는 두 변의 평탄부와의 각도는 도 62(b) 및 도 62(c)에 도시하는 바와 같이 50°부근의 각도로 된다.

상기의 (k1), (k2)의 광은 주 도광판에 직면하는 제 2 도광판의 출사면(제 3면)으로 소정 각도 범위내에서 향하는 경우에, 그 출사면에서 출사되어 주 도광판 내로 도입된다. 출사면에 소정 각도 범위내에서 향하지 않는 경우에는 출사면에서 전반사하여 제 2 도광판내를 진행한다. 제 2 도광판이 소정 치수보다 큰 경우에는 제 2 도광판의 출사면 이외의 다른 면에서 전반사하는 비율이 많고, 출사되는 광량의 비율은 적다. 이 때문에, 제 2 도광판이 소정 치수보다 큰 경우에는 점 광원에서 출사된 광이 최종적으로 출사면으로부터 출사되어 주 도광판으로 도입되는 비율인 효율은 높은 레벨에 있다.

그러나, 휴대 정보 단말에 탑재되는 액정 표시 장치의 프론트 라이트와 같이 평면 사이즈가 작은 경우, 상기의 효율은 낮아져 원하는 휘도의 표시 화면을 얻는 것이 곤란하게 된다. 휴대 정보 단말의 급격한 진전을 지원하기 위해서, 점 광원을 사용하는 프론트 라이트에 있어서 상기의 효율을 높이는 것이 강하게 요구되고 있었다.

본 발명의 목적은 휘선이나 얼룩을 일으키지 않아 표시 품위가 양호한 고효율이며 균일한 밝기의 화면 표시가 얻어지는 소형화와 경량화를 도모한 경제성이 우수한 프론트 라이트, 그 프론트 라이트를 사용한 반사형 액정 표시 장치 및 휴대 정보 단말을 제공하는 것이다.

도 1은 참고예 1에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 2는 도 1의 프론트 라이트에 있어서의 제 2 도광판을 통과하는 조명광을 도시한 도면,

도 3은 도 1의 프론트 라이트의 프리즘 형상 돌기의 확대 단면도,

도 4는 참고예 1에 있어서 반사면 이외의 사면의 경사각을 4°이하로 하는 것에 의해 이중 상이 관찰되지 않게 되는 것을 설명하는 도면,

도 5는 LCD의 각 부재의 두께 방향의 개략 구성을 도시한 도면,

도 6은 완만한 사면의 각도와 어긋남 치수의 관계를 도시한 도면,

도 7은 주 도광판에 프리즘 형상 홈을 형성하는 경우의 금형을 도시한 단면도,

도 8은 도 7에 도시한 금형을 가공하는 모식도,

도 9는 주 도광판에 프리즘 형상 돌기를 형성하는 경우의 금형을 도시한 단면도,

도 10은 참고예 2에 있어서의 프론트 라이트의 주 도광판을 도시한 단면도,

도 11은 주 도광판으로부터의 출사 광량 분포를 도시한 도면,

도 12는 각 주 도광판의 균일도를 도시한 도면,

도 13은 각 주 도광판의 출사 효율을 도시한 도면,

도 14는 참고예 3에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 15는 도 14의 프론트 라이트의 광원 부근의 광의 전파 방향을 도시한 도면,

도 16은 도 14의 프론트 라이트의 광 취출 구조인 프리즘 형상 돌기의 기능을 설명하는 도면,

도 17은 도 16의 프리즘 형상 돌기의 피치를 도시한 도면,

도 18은 사람이 반사형 표시 장치를 관찰하고 있는 상태를 도시한 도면,

도 19는 시각 1°내에 포함되는 줄무늬 모양의 수(공간 주파수)와 사람의 눈의 감도의 관계를 도시한 도면,

도 20(a)는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 20(b)는 제 2 도광판의 평면도,

도 20(c)는 제 2 도광판에 마련된 홈의 부분확대도,

도 20(d)는 홈부 각도 α=35°를 도시한 도면,

도 21은 홈 피치가 거친 경우에 조명얼룩이 발생하는 것을 설명하기 위한 도면,

도 22는 제 2 도광판에 마련된 홈 피치가 거친 경우의 조명광을 설명하는 도면,

도 23은 제 2 도광판에 마련된 홈 피치가 본 발명의 범위내에 들어 가는 경우의 조명광의 확대를 설명하는 도면,

도 24(a)는 홈 표면을 반사막으로 피복한 경우에 반사막에서 반사되는 광의 진행방향을 도시한 도면,

도 24(b)는 홈 부분을 도시한 도면,

도 24(c)는 반사막으로 피복된 홈의 각도를 도시한 도면,

도 25는 홈부 각도 α가 35°인 경우의 출사광의 각도 분포를 도시한 도면,

도 26은 홈부 각도 α가 30°인 경우의 출사광의 각도 분포를 도시한 도면,

도 27은 홈부 각도 α가 40°인 경우의 출사광의 각도 분포를 도시한 도면,

도 28은 참고예 4에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 29는 도 27의 프론트 라이트를 설명하는 평면도,

도 30은 종래의 주 도광판의 코너의 부분 확대도,

도 31은 제 2 도광판에서 주 도광판으로 입사되는 광이 주 도광판의 코너를 통과하는 경우에 발생하는 휘선 또는 암선을 설명하는 도면,

도 32는 참고예 5에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 33은 도 31의 프론트 라이트를 설명하는 평면도,

도 34는 참고예 6에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 35는 도 33의 프론트 라이트의 제 2 도광판의 사시도,

도 36은 참고예 7에 있어서의 프론트 라이트의 사시도,

도 37은 도 35의 프론트 라이트의 주 도광판의 작용을 설명하는 단면도,

도 38은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 프론트 라이트를 설명하는 도면,

도 39는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 프론트 라이트를 설명하는 도면으로서, 도 39(a)는 제 2 도광판의 위치에 따라서 홈의 각도를 변화시킨 경우에 광이 반사되어 진행하는 방향을 위치마다 도시한 도면이고, 도 39(b)는 제 2 도광판의 중앙에서 떨어진 위치에 있어서의 홈을 도시한 도면이고, 도 39(c)는 제 2 도광판의 중앙위치에 있어서의 홈을 도시한 도면,

도 40(a) 및 도 40(b)는 제 2 도광판의 장소에 의존하지 않고 어떠한 위치의 홈도 동일 각도(형상)로 한 경우를 도시한 도면,

도 41은 홈 각도를 35°로 일정하게 한 경우의 제 2 도광판 중앙, 끝 및 끝과 중앙의 중간에 있어서의 반사방향 휘도 상대값을 도시한 도면,

도 42는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 프론트 라이트를 설명하는 도면,

도 43은 도 42의 금속막 아래에 하지막을 마련한 반사막을 구비한 본 발명의 프론트 라이트를 설명하는 도면,

도 44는 본 발명의 실시예 4의 변형예의 증반사막을 마련한 제 2 도광판에 있어서의 프론트 라이트를 설명하는 도면,

도 45는 도 44의 증반사막을 설명하는 도면,

도 46은 금속막의 반사율의 파장 의존성을 도시한 도면,

도 47은 알루미늄 금속막의 두께와 반사율 또는 투과율의 관계를 도시한 도면,

도 48은 반사막 형성면을 도시한 도면,

도 49는 반사막의 형성방법을 도시한 도면,

도 50은 본 발명의 실시예 5에 있어서의 프론트 라이트를 설명하는 도면,

도 51은 도 50의 C부 확대도,

도 52는 도 50의 C부 평면도,

도 53은 도 50의 D-D´단면도,

도 54는 본 발명의 실시예 6에 있어서의 프론트 라이트의 제 2 도광판과 주 도광판을 도시한 단면도,

도 55는 본 발명의 실시예 7에 있어서의 휴대 전화기를 설명하는 도면,

도 56은 도 55에 있어서의 E-E´단면도,

도 57(a)는 종래의 프론트 라이트의 구조를 설명하는 단면도,

도 57(b)는 광 취출 구조인 프리즘 형상 돌기의 확대 단면도,

도 58(a)는 종래의 다른 프론트 라이트의 구조를 설명하는 단면도,

도 58(b)는 광 취출 구조인 계단형상 표면의 확대 단면도,

도 59는 종래의 다른 프론트 라이트의 구조를 설명하는 단면도,

도 60(a)는 프론트 라이트에 있어서 홈의 깊이가 광원으로부터 멀어짐에 따라서 깊어지는 구조를 도시한 단면도,

도 60(b)는 프론트 라이트에 있어서 홈 피치가 광원으로부터 멀어짐에 따라서 좁아지는 구조를 도시한 단면도,

도 61(a)는 주 도광판에 대한 광원으로서 광 가이드 구조와 그의 양 끝에 배치된 LED를 사용한 종래의 프론트 라이트를 도시한 단면도,

도 61(b)는 주 도광판에 대한 광원으로서 광 가이드 구조와 그의 한쪽 끝에 배치된 LED를 사용한 종래의 프론트 라이트를 도시한 평면도,

도 62(a)는 LED를 사용한 종래의 프론트 라이트에 있어서 홈에서 반사 또는 굴절되는 광의 전파를 도시한 도면,

도 62(b)는 홈 부분을 도시한 도면,

도 62(c)는 홈의 각도를 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 주 도광판 2 : 제 2 도광판

3 : LED 9 : 리플렉터

11 : 반사막 12 : 제 2 도광판의 홈

15 : 프리즘 형상 돌기 영역 21 : 반사면

23 : 평탄면 30 : 표시 소자

본 발명의 프론트 라이트는 표시 소자의 전방에 배치되는 프론트 라이트로서, 주 도광판, 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따르도록 그의 길이 방향으로 배치되고, 주 도광판과 대향하는 단면과는 반대측의 단면에 두께 방향으로 연장하는 프리즘 형상의 홈이 길이 방향을 따라 복수 마련된 제 2 도광판, 제 2 도광판의 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원 및, 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막을 구비한다.

이 구성에 의하면, 광 취출 기구를 구성하는 프리즘 형상의 홈의 표면이 반사막으로 피복되므로, 소정 길이 이하의 제 2 도광판에 있어서 광량의 손실을 적게 할 수 있고 또한 지향성이 우수한 반사광을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 홈에 의해 광이 산란되면서 반사되므로, 제 2 도광판의 각각의 위치에 있어서 전방위에 걸쳐 평균을 취한 평균적인 광량을 균일화할 수 있다.

상기한 바와 같이, 휴대 정보 단말에 탑재되는 반사형 액정 표시 장치의 프론트 라이트와 같이 평면 사이즈가 작은 경우, 상기 효율은 낮게 되어 원하는 휘도의 표시 화면을 얻는 것이 곤란하게 된다. 반사막을 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복하면, 홈의 표면으로부터 제 2 도광판 밖으로 나가는 광이 없고 반사막에서 반사되어 지향성이 좋은 광이 출사면(제 3 면)에서 출사된다. 이 반사막에서 반사될 때에 생기는 반사 손실은 10% 이상 있기 때문에, 제 2 도광판의 길이가 길어져 반사가 반복되면, 반사막이 없는 제 2 도광판보다 효율이 저하하게 된다. 즉, 제 2 도광판이 소정값 이상으로 길어지면, 종래의 홈 표면에 반사막이 없는 제 2 도광판에서는 전파 손실이 작기 때문에 효율은 오히려 좋아진다. 반사막을 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복하여 효율이 좋아지는 길이는 제 2 도광판의 폭 사이즈나 반사막의 반사 손실의 크기에도 의존하지만, 통상의 폭 사이즈이고 통상의 10% 정도의반사 손실인 경우, 70㎜∼100㎜ 상한이다. 따라서, 제 2 도광판의 길이가 70㎜∼100㎜ 이하인 경우에는 프리즘 형상 홈의 표면에 반사막을 피복하는 것이 좋다. 이러한, 홈 표면에 반사막을 마련한 제 2 도광판의 길이와 효율의 관계에 대한 견해는 지금까지 알려져 있지 않다.

반사막에는 통상 증착이나 스퍼터링에 의해서 형성한 금속막을 사용한다. 이들 금속막의 반사막 대신에 반사판 등을 배치하여 손실을 적게 하는 방책도 있지만, 한번 제 2 도광판의 홈부에서 밖으로 나오고 반사판에서 반사되어 홈부로 되돌아 간 광은 진행방향에 큰 폭을 갖게 되어 지향성이 크게 열화하게 된다. 반사막 도포에 의해 홈부에서 제 2 도광판 밖으로 나가지 않도록 해서 손실을 방지하는 것이 필수이다. 반사판과 같이 강성이 있는 것이 아니라, 반사 시트와 같이 유연성이 있고 홈의 면을 전부 피복할 수 있는 것이면 반사막이 아니어도 좋다. 즉, 이러한 반사 시트, 반사 필름, 반사 테이프, 도장된 도층막, 페이스트막 등도 상기 반사막 중에 포함시킬 수 있다.

상기한 구성에 의해, 점 형상 광원의 LED 등을 사용한 휴대 전화기 등의 표시 화면을 고휘도로 또한 균일하게 밝게 할 수 있다. 또,통상 제 2 도광판의 제 4 면 측에서 제 2 도광판의 표면을 피복해서 주 도광판에 이르도록 리플렉터(반사판)를 마련하여 더욱 효율을 높이는 것이 실행된다. 이 리플렉터 내면에는 은 테이프가 피복되지만, 상기 반사막을 사용하는 것에 의해 효율이 증가하기 때문에 리플렉터 내면에 마련하는 은 테이프를 폐지하거나 리플렉터 자체마저도 폐지하는 것이 가능해진다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 프리즘 형상을 구성하는 두 변은 평면적으로 보아 평탄부와 30°∼38°의 각도를 이루는 것이 바람직하다.

홈의 프리즘 형상을 구성하는 두 변이 평탄부와 30°∼38°의 각도를 이루는 것에 의해, 제 2 도광판과 수직인 방향을 중심으로 폭 확대가 작은 지향성이 좋은 반사광을 얻을 수 있다. 이 각도의 범위는 반사막을 갖는 프리즘 형상의 홈에 적합한 각도의 범위이며, 종래의 무반사막 프리즘 형상의 홈인 경우(통상, 50°부근)에는 고려할 수 없던 작은 각도이다. 반사막으로 피복된 홈인 경우에는 이 작은 각도 30°∼38°에 있어서 지향성이 좋은 광을 출사시킬 수 있으므로, 표시 화면의 휘도를 향상시킬 수 있다. 모든 프리즘 형상의 홈의 두 변을 30°∼38°의 범위내의 동일 각도로 하는 쪽이 제조가 용이하고 저가로 되지만, 반드시 두 변이 동일 각도일 필요는 없고 홈이 모두 동일 각도를 가질 필요도 없다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는 주 도광판과 제 2 도광판을 제 2 도광판에서 주 도광판을 향하는 방향에서 보아 제 2 도광판의 반사막이 피복되는 영역은 주 도광판의 영역을 포함하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 주 도광판에 제 2 도광판으로부터 광이 도입되지 않는 어두운 부분을 발생시키지 않는다. 이 때문에, 주 도광판의 전면에서 광이 표시 소자를 향해 출사되므로, 명암의 얼룩이나 명암의 경계선이 보이는 불량을 일으키는 일이 없어진다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 프리즘 형상을 구성하는 변이 평탄부와 이루는 각도가 점 형상 광원으로부터의 거리에 따라 변화되도록 홈이마련될 수 있다.

이 구성에 의해, 점 형상 광원으로부터의 거리에 따라서 출사면을 향하는 광량이 변화되거나 또는 출사면을 향하는 각도가 변화되는 경우, 프리즘 형상의 변의 각도를 변경하는 것에 의해 광량을 균일화하고 또는 상기 각도를 출사면과 수직에 가까운 소정 범위내로 할 수 있다. 상기 프리즘 형상은 상기 각도를 변화시키지 않는 경우에는 평면적으로 보아 2등변 3각형을 이루고 있지만, 이 구성과 같이 각도를 변화시키는 경우에는 2등변 3각형이더라도 좋지만 2등변 3각형으로 된다고는 할 수 없다. 또, 상기 각도의 변화에 의해 당연히 프리즘 형상의 홈의 깊이도 변화된다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 프리즘 형상을 구성하는 변이 평탄부와 이루는 각도가 점 형상 광원으로부터 멀어질수록 커지도록 배치될 수 있다.

제 2 도광판에 있어서 홈의 변의 평탄부와 이루는 각도를 장소에 의존하지 않고 동일하게 일치시키면, 점 형상 광원의 근방의 단부와 그것보다 먼 중앙 부분에 있어서 출사면(제 3 면)에서 출사되는 광의 출사방향이 경사지는 현상이 있다. 이와 같은 출사방향의 경사는 휘도 얼룩의 원인으로 되므로 회피할 필요가 있다. 상기와 같이, 점 형상 광원의 근방과 중앙부에서 프리즘 경사 각도를 변화시키는 것에 의해, 출사 각도 분포를 소정 범위내로 일치시키는 것이 가능해진다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 홈 피치가 표시 소자의 화소 피치 이하인 것이 바람직하다.

주 도광판에서는 프리즘의 경면 반사에 의해서 주 도광판 내를 전파하는 광을 출사시키기 위해서, 주 도광판 내에서 다른 방향으로 진행하는 광은 주 도광판에서 출사될 때에도 다른 방향으로 출사된다. 제 2 도광판의 홈의 바닥의 바로 옆에는 그 홈부에서 반사되어 제 2 도광판 단면과 거의 수직으로 출사된 광이 많이 도착한다. 제 2 도광판 단면과 거의 수직으로 출사된 광은 주 도광판 내에서 광의 진행방향과 거의 수직인 주 도광판의 폭 방향으로 연장하는 프리즘 형상의 돌기부의 사면에서 반사되고, 주 도광판에서 거의 수직방향으로 출사된다. 한편, 홈의 바닥 사이의 중앙에서는 양쪽의 홈에서 반사되고 제 2 도광판 단면에서 비스듬하게 출사된 광이 많이 도착한다. 이 광은 주 도광판의 프리즘 형상의 돌기부에 대해서도 비스듬하게 입사되기 때문에, 돌기부의 사면에서 반사된 후에도 주 도광판에 대해서 수직으로 출사되지 않고 비스듬하게 경사진 광으로서 출사된다. 표시 소자에서 반사된 후에도 수직으로 출사된 광 쪽이 비스듬하게 출사된 광보다 정면 휘도로의 기여는 크다. 이 때문에, 수직으로 출사되는 광의 양이 적은 홈의 바닥 사이의 중앙에서는 상기 홈의 바닥의 바로 옆보다 출사 광량은 동일하더라도 정면 휘도가 낮아져 휘도의 줄무늬 형상 얼룩이 발생한다. 상기와 같이, 홈 피치 간격을 화소피치 간격 이하로 하는 것에 의해, 휘도 얼룩이 인식되지 않게 된다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 홈 피치가 0.3㎜ 이하인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해, 밝기의 얼룩이 통상의 화소 피치와 동등 이하로 되어 균일하다고 인정되는 조명을 실행할 수 있다. 또, 표시 소자의 화소에 대해서 정보가 없는 경우라도 통상의 화소 피치는 0.3㎜ 피치 정도이므로 프론트 라이트를 제조할 수 있다. 이 때문에, 각종 표시 소자에 사용할 수 있는 범용성이 높은 프론트 라이트를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 매우 고도인 조명의 균일성이 요구되는 경우에는 상기 홈 피치는 0.2㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 주 도광판의 제 2 도광판 측의 단부에 해당 단부의 중앙부가 가장 많이 제 2 도광판 측으로 돌출되도록 주 도광판의 단부의 양측에서 테이퍼 형상이 부가되어 있고, 제 2 도광판의 주 도광판과 대향하는 단면에 주 도광판의 테이퍼 형상에 적합하게 해당 단면의 중앙부가 주 도광판에 대해 가장 많이 우묵하게 들어가도록 주 도광판과 대향하는 단면의 양측에서 테이퍼 형상이 부가되어 있고, 주 도광판과 제 2 도광판이 상호의 테이퍼 형상을 적합시켜 위치하고 있다.

이 구조를 취하는 것에 의해, 점 형상 광원에서 제 2 도광판으로 입사된 광중 제 2 도광판의 상기 테이퍼 형상의 단면에 도달한 광은 전반사해서 반대측의 단면에 위치하는 반사막이 피복된 프리즘 형상 홈을 갖는 면으로 향하고, 그곳에서 반사되어 주 도광판으로 향한다. 또, 제 2 도광판의 상기 테이퍼 형상의 단면에서 반사되지 않고 굴절해서 출사된 광은 주 도광판의 상기 테이퍼 형상의 단부의 면에서 반사되는 것이 있고, 그 반사된 광은 제 2 도광판으로 다시 입사하며, 상기 프리즘 형상 홈의 면을 향해 반사되어 주 도광판으로 향한다. 이 때문에, 점 형상 광원에서 출사된 광을 제 2 도광판의 반사막이 피복된 프리즘 형상 반사 홈으로 효율적으로 입사시킬 수 있다. 이 결과, 더욱 효율적으로 광을 사용하는 것이 가능해진다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 반사막이 알루미늄, 은, 금, 동 및 백금 중의 어느 1개의 박막인 것이 바람직하다.

반사막은 가시광 전역에서 반사율이 높고 파장 의존성이 없는 것이 바람직하다. 이 조건을 만족시키는 반사막으로서 알루미늄(Al), 은(Ag)의 박막이 있다. 조금 반사율이 떨어지지만 백금(Pt)도 사용할 수 있다. 또, 점 형상 광원으로 통상 사용되는 백색 LED의 발광 스펙트럼은 청색 LED를 형광체에 의해서 파장 변환하여 백색으로 하고 있는 것이 일반적이기 때문에, 단파장의 청색측에 강한 피크를 갖는다. 이러한 발광 스펙트럼을 파장에 의존하지 않고 균일성을 갖도록, 화이트 밸런스의 조정을 하여 단파장 측의 반사율을 저하시킨 쪽이 좋은 경우가 있다. 금(Au)이나 동(Cu)은 장파장 측으로 높고 단파장 측으로 낮은 반사율을 갖고 있으므로, 상기 목적을 위해 사용할 수 있다.

이들 금속막을 반사막으로서 사용하는 것에 의해, 높은 반사율을 갖고 내구성이 높은 박막을 증착법, 스퍼터링법 등의 공지의 방법을 사용하여 용이하게 형성할 수 있다. 상기 금속막의 두께는 높은 반사율과 내구성을 얻는 것을 목적으로 25㎚ 이상으로, 또는 더욱 바람직하게는 50㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 반사막은 프리즘 형상의 홈의 표면에 형성된 하지막 상에 형성될 수 있다.

주 도광판 및 제 2 도광판은 통상 수지 재료로 형성되고, 수지 재료에 금속막을 직접 성막한 것에서는 충분한 밀착력이 얻어지지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 금속막과 수지 재료의 양쪽에 충분한 밀착력을 얻을 수 있는 SiO₂등의 하지막을 형성하고, 그 위에 금속막을 피복하는 것에 의해 충분한 밀착력과 내구성을 얻을 수 있다. 또, 하지막과 금속막의 계면을 더욱 평탄하고 불순물이 없는 상태로 유지할 수 있으므로, 반사율의 증대도 기대할 수 있다. 이 반사율의 증대를 기대하는 경우, 하지막의 굴절율, 두께 등을 제어하는 것에 의해 수지 재료와 하지막의 계면에서의 반사와 하지막과 금속막의 계면에서의 반사가 서로 강화되도록 간섭시키는 것에 의해, 다층 증(增)반사막으로 할 수도 있다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 프리즘 형상의 홈의 표면에 조면화(粗面化) 처리를 할 수 있다.

조면화 처리에 의해 반사막의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 조면화 처리로서는 블라스트 처리를 들 수 있다. 이 조면화 처리된 표면에 하지막을 거쳐서 금속막을 코팅해도 좋고, 하지막없이 금속막을 직접 조면화된 표면에 코팅해도 좋다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는, 예를 들면 제 2 도광판의 주 도광판과 대향하는 면측에 산란 부재가 배치될 수 있다.

산란 부재에 의해서 산란되는 것에 의해, 공간적으로 균일화된 광을 주 도광판으로 도입할 수 있다. 이 산란 부재는 상기 프리즘 형상의 홈 피치가 거친 경우에 광량을 공간적으로 균일화시키는 데 효과가 있다.

상기 본 발명의 프론트 라이트에서는 예를 들면 점 형상 광원으로서 LED(Light Emitting Diode)를 사용하는 것이 바람직하다.

LED를 사용하는 것에 의해, 프론트 라이트의 소형화, 경량화, 전력 절감화,구동 전압 저하 등을 실현할 수 있다. 상기 구동 전압의 저하는 탑재하는 전지의 개수나 규모를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 프론트 라이트는 LED의 채용에 의해, 휴대 전화기 등의 휴대 정보 단말 등의 프론트 라이트에 사용되어 한층 더 유용성을 높일 수 있다.

본 발명의 반사형 액정 표시 장치는 프론트 라이트를 관찰자 측인 전방에 구비한 반사형 액정 표시 장치에 있어서, 프론트 라이트가 주 도광판, 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따르도록 그의 길이 방향으로 배치되고 주 도광판과 대향하는 단면과는 반대측의 단면에 두께 방향으로 연장하는 프리즘 형상의 홈이 길이 방향을 따라 복수 마련된 제 2 도광판, 제 2 도광판의 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원, 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막을 구비한다.

이 반사형 액정 표시 장치는 상기 프론트 라이트를 사용하는 것에 의해, 소형화, 경량화한 전원에 의해 균일한 밝기의 화면 표시를 얻을 수 있다. 또, 제 2 도광판의 프리즘 형상의 홈의 두 변의 각도 등을 점 형상 광원으로부터의 거리에 따라 변화시키거나 상기 프리즘 형상의 홈 피치를 짧게 하는 것 등에 의해, 양호한 표시 품위, 우수한 경량화, 소형화, 고효율화를 달성할 수 있다.

상기 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에서는, 예를 들면 프리즘 형상을 구성하는 두 변이 평면적으로 보아 평탄부와 30°∼38°의 각도를 이룰 수 있다.

이 구성을 채용하는 것에 의해, 제 2 도광판에서 주 도광판을 향하는 광의 지향성을 향상시킬 수 있고, 반사형 액정 표시의 화면의 밝기를 향상시킬 수 있다.

상기 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에서는, 예를 들면 주 도광판과 제 2도광판을 제 2 도광판에서 주 도광판을 향하는 방향에서 보아 제 2 도광판의 반사막이 피복되는 영역이 주 도광판의 영역을 포함하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 반사형 액정 표시의 화면에 밝기의 얼룩이 발생하지 않아 균질한 밝기로 할 수 있다.

본 발명의 휴대 정보 단말은 프론트 라이트를 포함하는 반사형 액정 표시 장치를 구비한 휴대 정보 단말에 있어서, 프론트 라이트가 주 도광판, 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따르도록 그의 길이 방향으로 배치되고 주 도광판과 대향하는 단면과는 반대측의 단면에 두께 방향으로 연장하는 프리즘 형상의 홈이 폭 방향을 따르는 길이 방향을 따라서 복수 마련된 제 2 도광판, 제 2 도광판의 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원, 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막을 구비한다.

이 구성에 의해, 휴대 전화기, PDF 등의 휴대 정보 단말을 경량화, 소형화할 수 있고 또한 균일성이 높아 고휘도의 표시 화면을 얻을 수 있다. 이 휴대 정보 단말에서는, 예를 들면 점 형상 광원으로의 투입 전력을 제어하여 표시 화면의 휘도를 조정하는 휘도 조정 볼륨을 구비하는 것이 바람직하다. 휘도 조정 볼륨을 구비하는 것에 의해, 밝은 장소에서는 점 형상 광원, 예를 들면 LED로의 투입 전력을 제어하여 전력을 절약하는 것에 의해, 축전지의 충전 간격을 길게 할 수 있다. 또, 어두운 장소를 포함해서 모든 장소에서 표시 화면의 원하는 휘도를 얻을 수 있다.

상기 본 발명의 휴대 정보 단말에서는, 예를 들면 프리즘 형상을 구성하는 두 변이 평면적으로 보아 평탄부와 30°∼38°의 각도를 이룰 수 있다.

이 구성에 의해, 제 2 도광판에서 주 도광판을 향하는 광의 지향성을 향상시킬 수 있고, 휴대 정보 단말의 표시 화면의 밝기를 향상시킬 수 있다.

상기 본 발명의 휴대 정보 단말에서는, 예를 들면 주 도광판과 제 2 도광판을 제 2 도광판에서 주 도광판을 향하는 방향에서 보아 제 2 도광판의 반사막이 피복되는 영역이 주 도광판의 영역을 포함할 수 있다.

이 구성에 의해, 휴대 정보 단말의 표시 화면에 밝기의 얼룩이 발생하지 않아 균질한 밝기로 할 수 있다.

상기 본 발명의 휴대 정보 단말에서는, 예를 들면 제 2 도광판의 길이가 100㎜ 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

이 길이의 범위는 프리즘 형상의 홈에 반사막을 피복한 제 2 도광판 쪽이 반사막을 피복하지 않은 제 2 도광판보다 효율이 높은 범위이다. 또, 이 길이의 범위는 휴대 정보 단말에 탑재하는데 적합한 소형의 범위이다. 이 결과, 고휘도의 표시 화면을 얻을 수 있다. 상기 제 2 도광판의 길이는 더욱 바람직하게는 70㎜ 이하이고, 더욱 효율을 높게 하기 위해서는 50㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 휴대 정보 단말에서는, 예를 들면 제 2 도광판의 폭이 10㎜ 이하의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 정보를 표시하는데 유효한 표시 부분을 크게 할 수 있고, 표시 화면을 보기쉬운 것으로 할 수 있다. 상기 제 2 도광판의 폭은 바람직하게는 2㎜∼7㎜의 범위내로 하는 것이 좋다. 제 2 도광판의 폭이 2㎜ 미만에서는 주 도광판의 폭 방향에 걸쳐 균일한 밝기의 광을 공급할 수 없고, 또 7㎜를 초과하면 정보를 표시하는 표시 부분의 영역에 제한을 가하게 된다. 상기 관점에서 제 2 도광판의 폭은 더욱 바람직하게는 3㎜∼6㎜의 범위내로 한다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.

다음에, 도면을 사용해서 참고 예를 포함한 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

(참고예 1 : 완만한 경사면의 각도, 평탄부 사이에 배치되는 돌기부의 금형)

[1] 전체 구성

도 1∼도 8은 참고예 1에 있어서의 프론트 라이트를 설명하는 도면이다. 주 도광판(1)에 대한 막대 형상 광원은 도 1에 도시하는 바와 같이 주 도광판(1)의 단부를 따라 그의 폭 방향으로 연장하는 제 2 도광판(2) 및 그 제 2 도광판의 단부에 배치된 점 형상의 광원인 LED(3)로 구성된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 LED(3)에서 출사된 광은 제 2 도광판의 단부에 입사되고, 제 2 도광판내를 전파하는 동안에 제 2 도광판의 제 4 면(2b)에 형성된 광 취출 구조에 의해서 제 3 면(2a)에서 주 도광판(1)의 방향을 향해 출사된다. 주 도광판(1)의 제 2 면(1b)에는 폭 방향으로 리브 형상으로 연장하는 단면이 프리즘 형상인 돌기가 평탄부 사이에 복수 등간격으로 배치되어 있다. 주 도광판(1)에 입사된 광은 이 프리즘 형상 돌기의 반사면(21)에 닿아 반사되고, 주 도광판의 제 1 면(1a)에서 표시 소자(30)를 향해 출사된다. 본 발명에 있어서는 도 3에 도시하는 바와 같이 프리즘 형상 돌기의 반사면(21)은 평탄부(23)와 약45°의 각도를 이루고, 다른쪽의 완만한 경사면(22)은 평탄부와 약 3.5°의 각도를 이루고 있다. 상기 반사형 표시 소자에 입사하여 반사 부재에서 반사된 광은 공간적 변조를 받고 있고, 주 도광판을 두께 방향으로 후방에서 전방으로 통과하는 것에 의해 화상을 표시한다.

상기 주 도광판(1)은 광을 표시 소자의 방향으로 출사시키는 프리즘 형상 돌기가 평탄부 사이에 제 2 면의 거의 전면에 걸쳐 마련되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이 프리즘 형상 돌기의 반사면(21)은 주 도광판 내를 전파하는 광을 반사시키고 주 도광판(1)에서 거의 수직으로 출사시키므로, 평탄부와 약 45°의 경사를 갖는다. 이 약 45° 경사의 반사면(21)을 투과하는 광은 관찰자를 향하는 방향과는 크게 다른 방향으로 굴절되므로, 관찰자에게 관찰되지 않고 손실로 된다.

한편, 프리즘 형상 돌기에 있어서의 다른 사면(22)은 그것보다 작은 경사각으로 되어 있다. 표시 소자에 입사하여 반사된 후의 광은 도광판의 제 2 면에 있어서의 경사면과 평탄면의 양쪽을 통해 출사된다. 제 2 면에 있어서 프리즘을 형성하는 다른 한쪽의 완만한 경사면(22)은 평탄부와 이루는 각도가 45° 이상이면, 상기와 마찬가지로 크게 굴절되어 손실로 된다. 이 경우에는 손실이 너무 커져 표시 화면이 어둡게 된다.

[2] 완만한 경사면의 각도

상기 완만한 경사면(22)의 경사 각도가 어느 정도 작아지면, 상기 완만한 경사면(22)를 통과한 광은 관찰자로부터 관찰가능한(관찰자가 시인할 수 있는) 각도 범위내에서 굴절되므로, 손실로는 되지 않는다. 그러나, 평탄부(23)를 통과한 광과는 다른 각도로 또 관찰자로부터도 관찰할 수 있는 각도 범위내에서 굴절되므로, 도 4에 도시하는 바와 같이 이중 상으로 되게 된다. 도 4에 있어서 평탄부(23)을 통과하는 광은 상점(35a)를 형성하고, 완만한 경사면(22)에서 굴절되는 광은 상점(35b)을 형성한다. 상점(35a)과 상점(35b)의 거리가 이중 상의 어긋남을 나타낸다. 완만한 경사면(22)의 평탄부와 이루는 각도를 작게 하는 것에 의해 상기 굴절의 각도가 작아지고, 상점(35a)과 상점(35b)은 접근해서 결국에는 이중 상의 상 사이의 어긋남을 관찰할 수 없게 된다. 다음에, 완만한 경사면의 각도를 4° 이하로 한 근거에 대해서 상세하게 설명한다. 이 근거의 설명에 있어서, 표시 장치의 화소에서 도광판 표면에 이르는 거리가 중요하다. 여기서, 표시 장치로서 LCD를 선택하여 화소에서 도광판 표면에 이르는 거리를 개산(槪算)한다. 상기 거리는 도 5에 도시하는 바와 같이 액정의 화소(30b)/대향 기판(30c)/편광판(30d)/간극(31)/도광판(1)에 의해서 구성된다. 각 부분의 두께는 다음과 같다.

(a) 하부 기판(30a)과 대향하는 대향기 판(30c): 0.5∼1.0㎜

(b) 편광판(30d): 0.2∼0.6㎜

(c) 간극(31): 0.2㎜

(d) 도광판(1): 0.5∼2.0㎜

안전 사이즈를 취하기 위해서 중심값보다 약간 두꺼운 경우를 산정하면, 화소에서 도광판 표면에 이르는 기하학적 거리는 3.8㎜ 정도이며, 각 부분의 굴절율을 고려한 광학 거리는 2.5㎜ 정도로 된다. 도 6은 화소에서 도광판 표면에 이르는 거리가 2.5㎜인 경우, 완만한 경사면의 각도와 어긋남의 관계를 도시한 도면이다. 완만한 경사면의 각도가 5°로 되면, 어긋남은 0.11㎜ 정도로 되어 0.1㎜를 초과하게 된다. 명시(明視)의 거리 300㎜에서 화면을 관찰할 때, 어긋남이 0.1㎜ 정도이면 어긋남의 간격은 50cpd 정도로 되어 인간에게 있어서는 관찰 불가능하다(상기 광공학 핸드북, 주식회사 아사쿠라서점, 1986년 2월 20일, pp.144∼149). 완만한 경사면의 각도를 4°라고 하면, 상기 어긋남은 0.09㎜ 정도로 되어 0.1㎜ 미만으로 되는 것이 보증된다. 이 때문에, 완만한 경사면의 평탄부와 이루는 각도를 4° 이하로 하는 것에 의해, 상기 어긋남이 관찰되지 않게 된다. 이 때문에, 사람의 눈에 이중 상이 거슬리지 않게 되어 표시 품위의 열화를 방지할 수 있게 된다.

[3] 평탄부를 구비하는 프리즘 형상 돌기의 효과

광량을 면 전체에 걸쳐 균일화하기 위해서는 돌기가 아니라 홈에 의해서도 가능하다. 그러나, 홈으로 한 경우에는 다음과 같은 문제가 장해로 된다. 즉, 도광판은 일체 성형에 의해서 제작하기 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이 반대 형상의 금형을 제작하지 않으면 안 된다. 일체 성형물의 제조에 있어서 금형이 차지하는 비중은 크고, 이 금형의 가공의 난이도가 일체 성형품의 제조 비용을 좌우한다. 도광판(1)이 평탄부(43)를 구비한 프리즘 형상 홈(41, 42)인 경우에는 금형(51)은 사이에 평탄부(63)를 갖는 프리즘 형상의 돌기(61, 62)로 된다. 따라서, 금형에서는 평탄부는 홈으로서 파낸다. 평탄부가 변화하면, 홈으로서의 평탄부를 폭을 변경해서 파낸다. 이 가공은 용이하지는 않다. 도 8에 도시하는 바와 같이 금형 가공은 금형 재료를 다이아몬드 바이트로 절삭해 가는 가공이 일반적이다. 평탄부의 폭을 변경하고자 하면, 도 8에 도시하는 바와 같이 평탄부(63)를 스캔 가공하지 않으면 안 된다. 이 가공은 복잡하고 가공량도 증가하며, 또 스캔에 수반하는 가공 흔적도 남게 된다. 이에 대해서, 도광판이 프리즘 형상 돌기인 경우에는 도 9에 도시하는 바와 같이 금형(51)은 평탄하게 가공해 둔 부분을 그대로 평탄부(83)로서 남기고, 바이트에 의해 프리즘 형상의 홈(81, 82)을 가공할 뿐이다. 이 때문에, 가공이 용이하여 금형의 제작 비용은 매우 비싼 것으로는 되지 않는다.

(참고예 2 : 주 도광판의 프리즘 형상 돌기 높이의 점증 효과)

본 참고예에서는 깊이 방향을 따라 주 도광판의 프리즘 형상 돌기 높이를 점증(漸增)시킨 프론트 라이트에 대해서 설명한다. 본 참고예에 있어서의 주 도광판 이외의 프론트 라이트의 구성은 참고예 1의 프론트 라이트와 동일하다. 도 10에 있어서 안쪽으로 들어간 위치일수록 프리즘 형상 돌기(21, 22)의 높이가 높아지고, 깊이 방향 단위 길이당 반사면의 면적이 커지고 있다. 돌기 사이에는 평탄부(23)가 있으므로, 프리즘 형상을 구성하는 변(21, 22)은 모두 어떠한 프리즘 형상 돌기라도 동일 각도이다. 이 때문에, 도 10에 도시한 주 도광판(1)의 금형은 용이하게 제작할 수 있고, 따라서 주 도광판도 저가로 제작할 수가 있다. 이 주 도광판(1)의 제 2 면에 있어서의 프리즘 형상 돌기의 배치는 다음과 같이 하였다.

(S1) 길이: 40㎜

(S2) 유효 영역 길이: 36㎜

(S3) 프리즘 피치: 0.4㎜

(S4) 급경사면(반사면) 각도: 45°

상기 구성내에 있어서 다음의 4종류의 주 도광판을 사용해서 광량의 균일도와 출사 효율의 비교를 실행하였다.

(a) 프리즘 형상 돌기의 높이를 20㎛로 균일하게 한 주 도광판

(b) 안쪽으로 들어갈수록 프리즘 형상 돌기 높이를 점증시키고, 가장 안쪽부의 높이를 20% 증가시킨 주 도광판

(c) 마찬가지로 가장 안쪽부의 높이를 30% 증가시킨 주 도광판

(d) 프리즘 형상 돌기의 높이를 14㎛로 균일하게 한 주 도광판

도 11은 상기 4종류의 주 도광판을 사용한 경우의 각 위치에 있어서의 광량 상대값을 도시한 것이다. (a) 20㎛ 균일 높이인 경우, 광원측 단부에서는 높은 광량을 출사하지만, 안쪽 위치에서는 급격히 광량이 감소하고 있다. 또, (d) 14㎛ 균일 높이인 경우, 큰 변동은 없지만 전체적으로 광량이 부족하다. (b) 돌기 높이 20% 증가 및 (c) 돌기 높이 30% 증가인 경우에는 광량도 비교적 크고 또한 장소에 따라서 큰 변동이 없다. 도 12 및 도 13에 각각 도시한 균일도 및 출사 효율을 양쪽 모두 만족시키는 주 도광판으로서 돌기 높이를 깊이 방향을 따라 20∼30% 증가시킨 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

여기서, 다음의 (P1)∼(P3)의 정리에 의해, 참고예 1과 참고예 2의 관련성을강조해 둔다.

(P1) 주 도광판의 프리즘 형상 돌기의 높이를 깊이 방향을 따라 점증시킨 구조는 출사 효율과 균일도를 향상시키기 위해서 바람직한 구조이다.

(P2) 그러나, 상기 구조는 평탄부 내에 프리즘 형상 돌기부가 배치된 구조로 하는 것에 의해, 비로소 경제적으로 우수한 형태로 실현할 수 있다.

(P3) 이 때, 완만한 경사면을 굴절되어 통과하는 광과 평탄부를 통과하는 광 사이에서 상점의 어긋남을 일으키고, 번진 표시로 되어 표시 품위가 크게 열화한다. 그러나, 실시예 1에 개시한 바와 같이, 이 어긋남이 관찰되지 않도록 완만한 경사면의 각도를 4° 이하로 한다.

(참고예 3 : 주 도광판의 프리즘 형상 돌기의 피치)

도 14 및 도 15에 있어서, 주 도광판(1)의 단면을 따라 주 도광판의 폭 방향으로 막대 형상 광원이 배치되어 있다. 이 막대형상 광원은 점 형상의 광원인 LED(3)과 제 2 도광판(2)으로 구성되어 있다. LED(3)은 주 도광판(1)의 폭 방향으로 연장하는 제 2 도광판(2)의 단부에 위치하고 있다. LED(3)에서 출사된 광은 제 2 도광판의 단부에 입사되고, 그 제 2 도광판을 길이 방향으로 전파한다. 그 전파의 동안에 제 2 도광판(2)에 있어서의 주 도광판(1)과 대향하는 단면인 제 3 면(2a)과는 반대측의 단면인 제 4 면(2b)에 형성된 광 취출 구조에 의해서 반사되고, 제 2 도광판에서 주 도광판(1)의 단부를 향해 출사된다. 주 도광판(1)에서는 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이 제 2 면(1b)에 폭 방향으로 리브 형상으로연장하는 단면 형상이 프리즘 형상인 돌기가 등간격으로 복수 마련되어 있다. 본 발명에 있어서는 프리즘 형상 돌기의 피치가 O.1㎜ 이하로 되어 있다. 리브 형상으로 연장하는 프리즘 형상 돌기는 급경사의 반사면(21)과 다른 한쪽의 완만한 경사면(22)에 의해서 형성되어 있다. 또, 상기 제 2 면(1b)에는 평탄부(23)도 있다. 주 도광판의 단부에서 입사한 상기 광은 상기 프리즘 형상 돌기의 반사면(21)에 의해서 반사되는 것에 의해, 주 도광판에서 거의 수직으로 출사되어 반사형 표시 소자에 입사된다. 반사형 표시 소자에서는 반사 부재에 의해서 반사되어 다시 주 도광판의 방향으로 진행한다. 그 동안에 상기 광은 공간적으로 변조되고, 그 반사광은 주 도광판을 통과해서 화상을 표시한다. 상기한 바와 같이, 평탄면을 포함해서 프리즘 형상 돌기를 마련하는 경우, 프리즘의 각도를 변경하지 않아도 반사면의 면적 비를 변경할 수 있으므로, 높은 균일성을 용이하게 얻을 수 있다.

종래의 도광판에서는 프리즘 형상 돌기가 제 2 면의 거의 전면에 걸쳐 넓은 간격으로 배치되어 있었다. 이 때문에, 상기한 바와 같이 도광판(1)을 통해서 표시 화면을 관찰할 때 프리즘 형상 돌기가 줄무늬형상으로 관찰되고, 표시의 방해로 되어 표시 품위를 저하시킨다는 문제가 발생하고 있었다. 도 18∼도 19에 도시하는 바와 같이 사람의 눈으로 상기 프리즘 형상 돌기를 관찰하는 경우, 시각 1°당 50개 이하의 공간 주파수의 줄무늬는 비교적 고감도로 관찰된다. 그러나, 그것보다 높은 주파수의 줄무늬, 즉 그것보다 세세한 피치의 줄무늬에서는 급격하게 시각 감도가 저하한다. 도 19는 사람의 눈으로 줄무늬 형상 돌기를 관찰했을 때의 공간 주파수(1°의 시각내에 포함되는 줄무늬 형상 돌기의 수)와 시각 감도의 관계를 도시한 도면이다. 시각 1°당 50개 이하의 공간 주파수의 줄무늬는 유한의 감도로 관찰되지만, 50개를 초과하면 감도는 없어져 사람에게 관찰되지 않게 된다. 반사형 표시 소자를 포함하는 표시 장치에서는 일반적으로 화면은 눈에서 300㎜ 정도 떨어져서 사용된다. 300㎜의 거리에서는 시각 1°당 50개의 공간 주파수는 약 0.105㎜ 피치로 된다. 본 발명에서는 그것보다도 작은 0.1㎜(100㎛)이하의 피치로 프리즘 형상 돌기를 형성하는 것에 의해, 프리즘 형상 돌기의 줄무늬가 대부분 관찰되지 않게 된다. 이 때문에, 표시 품위를 저하시키는 일없이 프론트 라이트 조명을 실현하는 것이 가능해진다.

(실시예 1 : 제 2 도광판의 반사 홈)

도 20(a) 및 도 20(b)는 본 발명의 실시예 1의 프론트 라이트를 설명하는 도면이다. 도 20(a)는 상기 프론트 라이트의 사시도, 도 20(b)는 주 도광판(1)의 단부를 따라 배치되는 제 2 도광판(2)의 평면도이고, 또 도 20(c) 및 도 20(d)는 제 2 도광판(2)의 주 도광판 측의 단면(2a)에 마련된 프리즘 형상 홈의 확대도이다. 도 20(d)에 도시하는 바와 같이, 프리즘 형상을 구성하는 두 변의 평탄부와 이루는 각도는 34° 부근(±4° 이내)으로 한다.

(1) 홈 피치

도 20(a)에 있어서 주 도광판(1)의 단부에 배치되는 광원은 그의 단부를 따라서 폭 방향으로 연장하는 제 2 도광판(2)와 그 제 2 도광판의 단부에 위치하는LED(3)에 의해서 구성되어 있다. LED(3)에서 출사된 광은 제 2 도광판(2)의 단부에 입사되어 제 2 도광판내를 전파하는 동안에 제 2 도광판의 제 4 면에 형성된 광 취출 구조에 의해 제 2 도광판에서 주 도광판(1)의 방향으로 출사된다. 본 실시예에서는 제 2 도광판에 마련된 광 취출 구조는 제 4 면에 마련된 0.15㎜ 피치의 프리즘 형상의 홈(12)이다. 이 프리즘 형상 홈(12)의 피치는 표시 소자의 화소 피치 이하이면 좋다. 주 도광판(1)에서는 실시예 1∼3과 마찬가지로 제 2 면에 리브 형상으로 연장하는 단면이 프리즘 형상인 돌기가 등간격으로 다수 마련되어 있다.

주 도광판(1)에 입사한 광은 이 프리즘 형상 돌기의 반사면(21)에 닿고 반사되어 주 도광판에서 표시 소자(30)을 향해 출사된다. 반사형 표시 소자에서 반사되어 주 도광판으로 되돌아온 광은 공간적으로 변조를 받고 있고, 관찰자의 눈에 도착(도달)해서 화상을 표시한다.

상기 주 도광판(1)과 같이 광 취출 구조로서 프리즘 형상 돌기가 배치된 도광판에서는 반사면(21)에서의 반사에 의해서 광을 취출하여 산란 효과 등을 받는 일이 없다. 이 때문에, 주 도광판(1)의 단면에 입사하는 광이 강도 및 진행 방향의 양쪽 모두 공간적으로 균일하지 않으면, 조명 얼룩을 일으킨다. 즉, 도 21에 도시하는 바와 같이 다음과 같은 조명 얼룩을 일으킨다.

(X 위치) : 제 2 도광판의 홈부의 바로 옆인 X위치에는 그 홈부에서 반사되어 제 2 도광판 단면과 거의 수직으로 출사된 광이 많이 도달한다. 제 2 도광판 단면과 거의 수직으로 출사된 광은 주 도광판 내에서 광의 진행방향과 거의 수직인 주 도광판의 폭 방향으로 연장하는 프리즘 형상 돌기부의 사면에서 반사되고, 주 도광판에서 정면 휘도에 가장 많이 기여하는 수직 방향으로 출사된다.

(Y 위치) : 한편, 홈사이 중앙인 Y 위치에는 Y 위치를 사이에 둔 양쪽의 홈에서 반사되고 제 2 도광판 단면에서 비스듬하게 출사된 광이 많이 도달한다. 이 광은 주 도광판의 프리즘 형상 돌기부에 대해서도 비스듬하게 입사하기 때문에, 돌기부의 사면에서 반사된 후에도 주 도광판에 대해 수직으로 출사되지 않고 정면 휘도로의 기여가 작은 비스듬하게 경사진 광으로서 출사된다.

이 때문에, Y 위치의 밝기는 X 위치에 비해 어둡게 된다. 이 때문에, 밝기의 줄무늬 형상 얼룩이 발생한다. 상기한 바와 같이, 상기 홈 피치를 표시 소자의 화소피치 이하로 하는 것에 의해, 인간의 눈으로는 조명 얼룩이 인식되지 않게 된다. 상기 사항을 홈 피치가 거친 경우(도 22)와 본 발명의 세세한 경우(도 23)를 비교하면서 설명한다. 제 2 도광판(2)의 제 4 면(2b)에 마련되는 프리즘 형상의 홈(12)의 피치가 1㎜ 정도로 크더라도, 광의 강도를 공간적으로 거의 균일하게 하는 것은 도 22에 도시하는 바와 같이 가능하다. 그러나, 도 22에 도시한 주 도광판(1)에 입사하는 광에는 홈 피치에 상당하는 얼룩이 존재한다. 이에 대해서, 본 발명의 프론트 라이트와 같이 상기 홈(12)의 피치를 표시 소자의 화소피치 이하로 하는 것에 의해, 도 23에 도시하는 바와 같이 상기 조명얼룩 피치는 화소피치 이하로 할 수 있다. 인간의 눈으로 이 조명 얼룩은 식별할 수 없어 균일한 조명이라고 인식되게 된다. 예를 들면, 액정 표시 소자의 화소피치는 300㎛ 정도이므로, 상기 홈 피치는 300㎛(0.3㎜) 이하 정도로 한다. 매우 고품위의 표시를 목표로 해서 조금의 조명 얼룩도 회피할 필요가 있는 경우에는 상기 홈 피치는 200㎛ 이하로 하는것이 바람직하다.

홈 피치가 거칠어 조명 얼룩을 일으키는 경우, 제 2 도광판의 출사면인 제 3 면 측에 산란 부재를 배치하는 것에 의해, 광량을 공간적으로 균일하게 하여 조명 얼룩을 해소할 수 있다.

[2] 반사막

상기 제 2 도광판에 있어서 홈(12)을 마련하는 제 4 면에는 반사막(11)을 피복해 둔다. 반사막에 의해, 제 2 도광판(2)을 전파하는 광이 제 4 면에서 밖으로 투과하는 손실을 피할 수 있기 때문이다. 이 반사막은 상기 홈의 표면에 밀착하여 피복할 수 있으면, 반사 시트를 홈 표면에 부착해도 좋다. 단, 반사판은 강성이 높아 홈 표면에 밀착할 수 없으므로 바람직하지 않다.

[3] 홈부 각도 α

상기한 바와 같이, 홈 표면을 반사막으로 피복한 경우, 홈 표면을 굴절하여 밖으로 나간 광을 재차 인접하는 홈의 표면에서 받아들일 필요가 없다. 이 때문에, 프리즘 형상 홈의 각도를 제 2 도광판의 출사면(제 4면)과 가능한 한 직교하도록 마련한다. 제 2 도광판을 전파하는 광이 내측에 위치하는 프리즘 형상 홈의 변에 조사되기 위해서는 출사면(제 4 면)에서 제 3 면으로 어느 정도 경사져서 홈에 조사되는 광이 대상으로 된다. 도 24(a), 도 24(b), 도 24(c)는 홈의 표면이 반사막으로 피복된 경우에 상기 목적을 효율적으로 만족시키는 홈 각도의 대표 예를 도시한 도면이다. 도 24(c)에 도시하는 바와 같이, 상기 목적을 달성하기 위해서 홈 각도는 32°로 설정하고 있다.

도 25∼도 27은 제 2 도광판의 제 4 면의 프리즘 형상 홈의 피치를 0.15㎜로 일정하게 하고, 홈부 각도 α를 35°(도 25), 30°(도 26) 및 40°(도 27)로 변화시킨 경우의 광의 각도 분포를 도시한 도면이다. 각도 0°가 제 2 도광판의 평탄부와 평행한 방향이고, 홈이 없는 평탄한 표면에 대응한다. 도 25에 도시하는 바와 같이 홈부 각도 α가 35°인 경우, 제 2 도광판과 수직인 방향으로 출사되고 또 각도 분포는 그다지 크게 넓어지지 않는다. 이에 대해서, 도 26에 도시한 홈부 각도 α가 30°인 경우에는 수직으로 출사되지 않고 또 피크의 폭에 비해 단부의 폭이 넓게 되어 있다. 또, 홈부 각도 α가 40°인 경우(도 27)에는 수직으로 출사되지만 폭이 넓어 정면 휘도에 기여하는 광을 효율적으로 얻을 수 없다. 홈부 각도 α가 30°인 경우에는 홈부 각도 α가 40°인 것일수록 휘도가 저하하지 않는다. 이 때문에, 상기 홈부 각도 α는 30°∼38°의 범위로 한다. 가공의 용이성의 점에서 프리즘 형상의 홈은 모두 동일 홈부 각도를 갖는 것으로 하는 경우가 많지만, 반드시 동일하지 않아도 좋다. α가 이 각도 범위내에 들어가는 것에 의해, 정면 휘도가 높고 얼룩이 없는 조명을 확보할 수 있다.

또, 더욱 밝기의 균일성이 높은 표시를 얻기 위해서, 제 2 도광판의 출사면 측에 산란 부재를 배치할 수 있다.

(참고예 4 : 주 도광판의 코너의 위치)

도 28 및 도 29에 있어서 주 도광판(1)의 단부를 따라 배치되는 광원은 주 도광판(1)의 폭 방향으로 연장하는 제 2 도광판(2)와 그의 양 끝에 위치하는 LED(3)에 의해서 구성된다. 제 2 도광판의 제 4 면(2b)에는 실시예 1에 개시된 광 취출 구조인 홈이 마련되고, 주 도광판(1)의 방향으로 광을 출사하고 있다. 주 도광판(1)에 있어서의 광 취출 구조인 프리즘 형상 돌기에 의한 작용은 참고예 1∼3, 실시예 1에 있어서의 프론트 라이트와 마찬가지이다.

도 31에 도시한 구조를 채용한 경우에는 제 2 도광판(2)에서 출사된 광은 주 도광판(1)의 코너 S1, S2를 통과해서 주 도광판(1)에 입사한다. 이러한 경우, 상기 코너에 있어서 광은 국소적으로 다른 도광판의 부분과 다른 각도로 굴절되어 광의 진행방향의 균일성이 손상된다. 이 결과, 도 30에 도시하는 바와 같이 코너에서 강한 휘선 A가 발생하거나 또는 코너에서 암선이 발생한다.

본 참고예에서는 도 29에 도시하는 바와 같이 제 2 도광판의 길이 L2가 주 도광판(1)의 폭 L3보다 작고, 또 주 도광판(1)의 코너 S1, S2가 제 2 도광판에서 주 도광판(1)을 향하는 광의 폭 범위내에 들어가지 않도록 한다. 또, 주 도광판(1)의 광 취출 구조인 제 2 면에 있어서의 프리즘 형상 돌기가 형성되어 있는 영역(15)의 폭 L1은 제 2 도광판의 길이 L2보다 짧고, 제 2 도광판에서 주 도광판(1)을 향하는 광의 폭 범위내에 들어가 있도록 한다. 주 도광판(1)의 폭 L3은 프리즘 형상 돌기가 형성되어 있는 영역(15)과 돌기가 형성되어 있지 않은 영역(16)의 폭의 합이다. 그러나, 표시 영역의 주위를 구성하는 영역을 너무 크게하는 것은 소형화, 경량화 등의 관점에서 제약을 받는다. 이 때문에, 도 29에 있어서 (11) 및 (12)는 2.0㎜ 이하로 한다. 또, 코너의 구부러짐부에서의 굴절광의 광량을 휘선이나 암선이 관찰되지 않을 정도 이하로 하기 위해서는 (11)은 0.2㎜ 이상으로 한다. 또, 유효 표시 영역 이외의 불필요한 공간을 생략하는 것이 중시되는 경우에는 (11) 및 (12)는 1.O㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 더욱 휘선이나 암선을 방지하는 것이 중시되는 경우에는 (11)은 0.3㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 참고예의 구조를 채용하는 것에 의해, 제 2 도광판에서 출사된 광은 도광판의 코너 S1, S2를 통과하는 일이 없다. 이 때문에, 코너에서 휘선이나 암선이 발생하는 일이 없어진다. 또, 주 도광판의 제 2 면(1b)에 있어서의 프리즘 형상 돌기 영역(15)의 폭은 제 2 도광판(2)에서 출사되는 광의 폭 내에 포함되므로, 조명이 필요한 영역에는 충분히 광이 공급된다. 상기 구성에 의해, 코너에 있어서의 휘선이나 암선이 없고, 모든 표시 영역으로 조명이 골고루 조사되는 프론트 라이트를 제공하는 것이 가능해진다.

(참고예 5 : 점 형상 광원과 산란층과 프레넬 렌즈의 조합 사용)

도 32 및 도 33에 있어서 주 도광판(1)의 단부를 따라 배치되는 광원은 다음의 부재에 의해서 구성되어 있다. 즉, 제 2 도광판(22), 제 2 도광판에 있어서의 주 도광판(1) 측의 단면인 제 3 면(22a)에 마련된 프레넬 렌즈(23), 제 2 도광판의 주 도광판(1)과는 반대측의 단면인 제 4 면(22b)에 마련된 산란층(24) 및 제 4 면측에 배치한 LED(3)으로 구성된다. 주 도광판(1)에 있어서의 광 취출 구조는 참고예 1∼4, 실시예 1의 프론트 라이트와 동일하다. 이 프리즘 형상 돌기를 갖는 주 도광판(1)에서는 반사면(도시하지 않음)에 있어서의 정반사에 의해서 광을 취출할 뿐이고, 광은 산란 효과를 받는 일이 없다. 이 때문에, 상기 주 도광판(1)에 입사하는 광은 강도 및 입사 각도의 양쪽이 공간적으로 균일하지 않으면 조명 얼룩을 일으킨다.

도 33에 있어서 점 형상 광원인 LED(3)에서 출사된 광은 산란층(24)을 통해서 제 2 도광판(22)에 입사한다. 이 광은 산란층(24)을 통과하고 있으므로, 제 2 도광판내에서 크게 확산되어 광량이 각 위치에 의존하지 않고 일정 레벨로 균일화된다. 또, 제 2 도광판(22)의 제 3 면(22a)에는 프레넬 렌즈(23)가 배치되어 있다. 이 때문에, 광 입사점을 초점으로 하는 프레넬 렌즈 구조에 의해, 입사점에서 확산되어 온 광은 프레넬 렌즈의 효과에 의해 평행 광선으로 방향이 일치되어 주 도광판(1)을 향해 출사된다. 제 2 도광판의 제 3 면(22a)에 있어서 프레넬 렌즈(23)는 점 형상 광원의 수만큼의 개수가 배치되면 좋다. 프레넬 렌즈에 의해 진행 방향이 일치되고 또한 강도가 공간적으로 균일화된 광이 주 도광판(1)에 입사되므로, 조명 얼룩이 없는 높은 정면 휘도의 고표시 품위를 가져오는 프론트 라이트로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 도광판(22)은 입사면측인 제 4 면(22b)에 산란층 또는 광을 확산시키는 오목렌즈면을 배치하면, 광의 강도를 거의 공간적으로 균일화할 수 있지만 광의 진행방향은 일치된 것으로 되지 않는다. 제 2 도광판(22)의출사면(22a)에 프레넬 렌즈(23)를 배치하는 것에 의해, 비로소 주 도광판에 입사하는 광의 진행 방향을 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 강도 및 진행 방향 모두 균일화된 광이 주 도광판(1)에 입사되므로, 얼룩이 없고 높은 정면 휘도의 균일하고 표시 품위가 높은 조명이 가능해진다.

(참고예 6 : 점 형상 광원과 산란층과 반사형 프레넬 렌즈의 사용(절곡 구조))

도 34 및 도 35에 있어서 주 도광판(1)의 단면을 따라 배치되는 광원은 광의 진행 방향을 90° 구부리는 제 2 도광판(32), 산란층(34), 반사형 프레넬 렌즈(33) 및 광원(3)으로 구성된다. 점 형상 광원인 LED(3)에서 출사된 광은 산란층(34)를 거쳐 제 2 도광판내를 크게 확산하여 전파하고, 광량이 공간적으로 균일화된다. 도 35에 도시하는 바와 같이 제 2 도광판내에서 광을 거의 90° 구부리는 반사면에 배치된 반사형 프레넬 렌즈(33)에 의해서 반사될 때에 방향이 일치되고, 주 도광판(1)을 향해서 출사된다. 상기 반사면은 광의 진행 방향과 약 45° 경사진 경사 각도로 제 2 도광판에 부착되어 있다. 상기 반사형 프레넬 렌즈(33)는 입사점을 초점으로 하는 프레넬 렌즈 구조로 되어 있고, 상기 확산광의 방향을 일치시켜 평행 광선속으로 할 수 있다. 상기 강도 및 진행 방향이 모두 일치된 광이 주 도광판(1)에 입사된 후의 주 도광판(1)에 있어서의 광의 상태는 참고예 1∼5, 실시예 1에 있어서의 경우와 마찬가지이다.

상기 제 2 도광판(32)으로의 광원으로부터의 입사면에 산란층이 형성되거나또는 광을 확산시키는 오목 렌즈가 배치되면, 광의 강도는 균일화되지만 광의 진행 방향은 일치된 것으로 되지 않는다. 상기한 바와 같이, 반사형 프레넬 렌즈를 제 2 도광판내의 반사부분에 마련하는 것에 의해, 반사 부분으로 진행 방향을 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 광의 강도 및 진행 방향이 모두 균일하게 일치된 광을 도광판(1)으로 공급할 수 있다. 이 때문에, 얼룩이 없고 높은 정면 휘도의 균일한 표시 품위를 높이는 조명을 실시하는 것이 가능해진다.

(참고예 7 : 2층 구조의 주 도광판)

도 36 및 도 37에 있어서 본 참고예에 있어서는 주 도광판(71)은 표시 소자와 대향하는 면인 제 1 면을 갖는 표층(71a) 및 제 1 면과는 반대측의 면인 제 2 면을 갖는 주층(71b)으로 구성되는 2층 구조를 갖는다. 두께는 주층의 두께가 표층보다 매우 두껍고, 도광판(71)의 두께는 많은 부분이 주층으로 구성된다고 해도 좋다. 이 주 도광판(71)의 단면을 따라 배치되는 광원은 제 2 도광판(2)와 그 제 2 도광판의 양 끝에 배치된 LED(3)으로 구성된다. LED에서 출사되어 제 2 도광판내를 전파하는 광은 제 2 도광판(2)의 제 4 면에 마련된 광 취출 구조에 의해 제 2 도광판에서 출사되고, 주 도광판(71)에 입사된다. 주 도광판(71)에서는 광은 주층보다 굴절율이 낮은 표층측에 마련된 프리즘 형상 돌기의 반사면에서 반사되어 표시 소자의 방향으로 출사된다. 이 주 도광판(71)내의 주층(71a)를 전파하는 광은 기본적으로는 주층과 저굴절율의 표층의 계면에서 전반사된다. 따라서, 근사적으로 주 도광판(71)내를 전파하는 광은 주층(71a) 내를 전파한다고 해도 좋다. 상기계면에서 전반사 조건을 만족시키지 않는 큰 각도로 주 도광판(71)내를 전파하는 광만이 표층내, 즉 저굴절율층 내의 프리즘 형상 돌기 내로 전파해 간다. 표층(71b) 내를 전파하는 광은 결국에는 프리즘 형상 돌기의 반사면(21)에 의해서 반사되어 도광판(71) 밖으로 취출된다. 저굴절율 층인 표층의 굴절율을 적절한 범위로 선택하는 것에 의해, 저굴절율 층으로 새어나가는 광의 각도 범위를 충분히 작게 좁힐 수 있다. 이 때문에, 취출된 광의 진행 방향의 각도 범위를 작은 범위로 한정시킬 수 있다. 예를 들면, 표층의 굴절율을 1.38로 하고 주층의 굴절율을 1.5로 했을 때, 표시 소자로 출사시키는 광을 주도광면과 거의 수직인 광을 중심으로 진행 방향 수°∼10°의 범위의 광으로 일치시킬 수 있다. 이 때문에, 손실분이나 정면 휘도에 기여하지 않는 광이 거의 없어지게 되고, 정면 휘도에 기여하는 광을 출사할 수 있다. 이 결과, 정면에 있어서 매우 고휘도의 조명을 제공하는 것이 가능해진다.

(실시예 2 : 제 2 도광판의 길이)

도 38에 있어서 상기한 바와 같이 프리즘 형상의 홈의 표면을 반사막으로 피복한 제 2 도광판은 반사막에 있어서의 반사에 의해 10% 이상의 손실을 일으킨다. 이 때문에, 제 2 도광판의 길이가 길어지면, 그의 효율은 반사막으로 피복하지 않은 제 2 도광판의 효율보다 저하한다. 도 38에 의하면, 반사막으로 피복한 제 2 도광판의 효율이 우위인 길이(임계 길이)는 약 70㎜∼100㎜ 이하이다. 이 임계길이는 제 2 도광판의 폭 사이즈에도 의존하므로, 상기 약 70㎜∼100㎜ 와 같은 길이를 항상 정확한 것으로서 취급하는 것은 위험하지만, 기준으로서 사용하는 것은 가능하다. 예를 들면, 휴대 전화기와 같은 휴대 정보 단말의 액정 표시 장치용으로서 프리즘 형상의 홈 표면을 반사막으로 피복한 제 2 도광판을 갖는 프론트 라이트를 사용하는 것에 의해서, 높은 효율을 얻어 고휘도의 표시화면을 얻을 수 있다.

(실시예 3 : 제 2 도광판의 홈의 각도 분포)

도 39에 있어서 상기 프론트 라이트에서는 제 2 도광판의 길이 중앙 CL 부근에 있어서 도 39(c)에 도시하는 바와 같이 홈의 변의 양변의 각도가 35°정도로 크고, 한편 그것보다 끝 측에서는 상기 각도는 30°정도로 작아져 있다. 즉, 제 2 도광판의 장소에 따라서 프리즘 형상의 홈의 양변의 평탄선과 이루는 각도가 변화되고 있다. 상기 각도를 제 2 도광판의 끝측에서 작게 하는 이점은 다음의 이유에 따른다. 도 40(a) 및 도 40(b)는 제 2 도광판의 제 4 면에 마련하는 프리즘 형상의 홈의 각도를 35°로 일정하게 한 경우의 홈에 의한 광선의 반사 방향을 도시한 도면이다. 도 40(a)에 의하면, 제 2 도광판의 길이 방향의 중심 CL 부근에서는 홈에서 반사된 광선은 출사면과 거의 수직으로 진행하지만, LED에 가까운 끝측의 홈에서 반사된 광선은 반사전의 광선 측으로 경사진 방향으로 진행한다. 이 홈에서 반사된 광선의 경사를 제 2 도광판의 길이 방향의 중앙, 끝 및 중앙과 끝의 중간의 3개소에서 측정한 결과를 도 41에 도시한다. 도 41에 의하면, 끝 및 끝과 중앙의 중간에서 반사된 광은 출사면과 수직인 방향에서 10°∼15°정도 경사진 방향으로 진행한다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 제 2 도광판의 장소에 의존하여 변화하는반사 각도는 휘도 얼룩의 원인으로 된다.

도 39에 도시하는 바와 같이 30°∼38°의 범위내에서 LED에 가까운 단부에서 상기 각도를 작게 설정하고 중앙 부근에서 크게 설정하는 것에 의해, 어느쪽의 홈에서 반사된 광도 출사면과 직교하는 방향 및 그 직교방향에 가까운 방향의 진행방향을 취한다. 이 때문에, 제 2 도광판의 길이 방향 전체에 걸쳐서 얼룩이 없는 고휘도의 표시 화면을 얻는 것이 가능해진다.

(실시예 4 : 반사막의 형성)

도 42에 있어서 상기 프론트 라이트의 프리즘 형상의 홈의 표면에는 금속막(11)이 피복되어 있다. 이 금속막으로서는 알루미늄, 은, 동, 금, 백금 등을 사용할 수 있고, 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 성막할 수 있다. 주 도광판과 마찬가지로 제 2 도광판은 투명 수지에 의해서 구성되므로, 상기 금속막의 수지 표면으로의 밀착성이 떨어지는 것이 고려된다. 이와 같은 밀착성의 열화를 방지하는 한가지 수단은 상기한 바와 같이 홈부의 표면에 블라스트 등에 의해 조면화 처리를 실시하는 것이다. 조면화 처리에 의해서 형성된 표면의 요철에 의해, 수지 표면으로의 금속막의 밀착성을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다. 다른 수단은 도 43에 도시하는 바와 같이 제 2 도광판의 표면에 SiO₂막 등에 의해 하지막(51)을 형성하고, 그 하지막(51) 상에 금속막(11)을 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 형성한다. 이와 같은 2층 구조의 피복에 의해, 밀착성과 내구성이 우수한 반사막을 얻을 수 있다. 또, 하지막과 금속막의 계면을 더욱 평탄하고 불순물이 없는 상태로 유지할수 있으므로, 반사율의 증대도 기대할 수 있다.

도 44 및 도 45는 하지막의 굴절율 n과 두께 t를 제어하는 것에 의해, 간섭 효과에 의한 다층 증반사막을 형성한 본 실시예의 변형예를 도시한 도면이다. 본 변형예에서는 하지막(51)의 굴절율 n과 두께 t를 제어해서, 도 45에 도시한 반사광 B1및 B2가 서로 강화시키도록 되어 있다. 이와 같은 반사막을 사용하는 것에 의해, 더욱 효율 향상을 도모하여 고휘도의 표시화면을 얻을 수 있게 된다.

금속막의 재료는 도 46에 도시한 반사율에 따라 선택할 수 있다. 반사율은 은이 가장 높고, 다음에 알루미늄이 높다. 은, 알루미늄 양쪽 모두 광의 파장에 의존하지 않고 일정하게 높은 반사율을 나타낸다. 수지를 피복하는 막을 형성하는 경우, 반사율은 높지만 은막은 내구성에서 알루미늄막에 뒤떨어지므로, 통상 알루미늄막을 사용한다.

광원으로 LED를 사용한 경우, 출사되는 광의 스펙트럼은 단파장 측의 청색 측의 강도가 높은 경우가 많으므로, 균일한 강도 분포의 광을 출사하기 위해서, 단파장 측의 반사율이 낮고 장파장 측의 반사율이 높은 금이나 동을 사용하는 것도 가능하다. LED에서 출사되는 광의 스펙트럼이 청색 측에서 강한 것은 청색 LED를 형광체에 의해서 파장 변환하여 백색으로 하고 있는 것이 일반적이기 때문이다.

도 47은 알루미늄막을 반사막으로 한 경우의 막두께와 반사율 R 또는 투과율 T의 관계를 도시한 도면이다. 이 도 47에 의하면, 알루미늄막의 두께가 50nm 이상이면, 충분한 반사율을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기 금속막은 제 2 도전막의 홈이 형성되어 있는 제 4 면에 형성되고, 단면이나 상하면으로 돌출시키거나 부착하는 것은 효율이 저하하기 때문에 극력 회피하지 않으면 안 된다. 즉, 도 48에 도시하는 바와 같이 금속막(11)은 단면이나 상하면 등의 제 4 면 이외의 면 P에 조금이라도 형성되어서는 안된다. 금속막의 제 4 면 이외의 면에의 부착이나 돌출을 회피하기 위해서, 도 49에 도시한 바와 같은 금속막 형성 방법을 사용할 수 있다. 도 49에 있어서는 미리 금형에 의해 1개 1개 형성된 제 2 도광판을 서로 접촉시켜 배열하고, 금속막이 부착될 영역만을 노출시키고 다른 부분은 제 2 도광판끼리 및 가압 지그(52)에 의해 숨기고 있다. 이와 같은 누름 지그에 의해 압압된 제 2 도광판의 집합을 증착 장치나 스퍼터링 장치에 장착해서 목적으로 하는 부분에 금속막을 효율적으로 증착할 수 있다. 상기 도 49에 도시한 금속막 형성 방법에서는 제 2 도광판의 개개의 금형을 사용한 제조→누름 지그에 의한 집합체의 형성→금속막의 형성의 제조공정을 설명하였다. 그러나, 제 2 도광판의 복수개 분의 반가공 블록에 대해서 목적으로 하는 영역에만 금속막을 형성하고, 그 후에 그 반가공 블록을 절단하여 개개의 제 2 도광판을 제조해도 좋다. 또, 도 49에 도시한 제 2 도광판은 모두 금형을 사용해서 제조된 것을 사용하고 있지만, 표면의 흠 등이 없으면 기계 가공이나 기계 가공과 연마나 에칭을 조합해서 제조해도 좋다.

상기 제조 방법을 사용하는 것에 의해, 프리즘 형상의 홈을 갖는 제 2 도광판을 능률적으로 고제조 효율로 제조할 수 있다.

(실시예 5 : 반사막의 범위)

도 50은 리플렉터(9)에 의해서 주 도광판(1)과 제 2 도광판(도시하지 않음)의 상대 위치가 고정된 상태를 도시한 도면이다. 도 51은 도 50의 C부를 확대한 리플렉터 투시도이다. 도 52는 동일 부분의 평면도이다. 본 실시예에서는 도 51 및 도 52에 도시하는 바와 같이 제 2 도광판의 홈이 형성된 제 4 면의 반사막이 피복된 범위는 주 도광판의 단면보다 넓게 되지 않으면 안 된다. 즉, 도 51 및 도 52의 Z는 제로(0) 이상이 아니면 안 된다. 반사막이 피복된 범위가 주 도광판의 단면보다 좁은 경우에는 액정 표시 화면에 명암의 경계선이 보이는 불량을 일으킨다. 이와 같은 경계선을 회피하기 위해, 도 51 및 도 52에 도시하는 바와 같이 반사막이 피복되는 범위는 주 도광판의 단면보다 넓게 한다.

본 실시예에서는 리플렉터(9)를 사용하고 있다. 리플렉터(9)는 도 50의 D-D'단면인 도 53에 도시하는 바와 같이 배치되고, 광의 손실을 방지하는 것과 기계적으로 제 2 도광판과 주 도광판을 일체화하는 것을 목적으로 사용된다. 제 2 도광판도 홈의 표면을 반사막으로 피복하지 않은 경우에는 효율을 상승시키기 위해서 리플렉터(9)의 내면 전체에 은코팅이 피복되는 것이 통상이다. 상기한 바와 같이, 제 2 도광판의 홈의 표면에 반사막이 피복되는 경우에는 효율이 반사막에 의해서 상승하므로, 리플렉터 내면의 은코팅은 생략할 수 있다. 주 도광판과 제 2 도광판의 일체화가 다른 수단에 의해서 실현되는 경우에는 리플렉터 자체를 생략하는 것도 가능하다.

(실시예 6 : 제 2 도광판 및 주 도광판의 변형)

도 54에 있어서 본 실시예 6에 있어서의 주 도광판(1)에서는 중앙 CL이 가장 제 2 도광판 측으로 돌출하도록 단부의 면에 테이퍼가 부가되어 있다. 제 2 도광판(2)에 있어서도 주 도광판의 테이퍼 형상에 적합하게 중앙부가 가장 우묵하게 들어가도록 테이퍼가 부가되어 있다.

점 형상 광원에서 제 2 도광판으로 입사된 광중 제 2 도광판의 상기 테이퍼 형상의 단면에 도달하는 광은 전반사되어 반대측의 단면에 위치하는 반사막이 피복된 프리즘 형상 홈으로 향하고, 그곳에서 반사되어 주 도광판으로 향한다. 또, 제 2 도광판의 상기 테이퍼 형상의 단면에서 반사되지 않고 굴절하여 출사된 광은 주 도광판의 상기 테이퍼 형상의 단부의 면에서 반사되는 것이 있고, 그 반사된 광은 제 2 도광판에 다시 입사하여 상기 프리즘 형상 홈을 향해 반사되고 주 도광판으로 향한다. 이 때문에, 점 형상 광원에서 출사된 광을 제 2 도광판의 반사막이 피복된 프리즘 형상 반사 홈에 효율적으로 입사시킬 수 있다. 이 결과, 더욱 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

(실시예 7 : 휴대 정보 단말)

도 55는 본 발명의 실시예 7의 휴대 전화기를 도시한 사시도이다. 또, 도 56은 도 54의 E-E' 단면도이다. 본 발명의 프론트 라이트를 구비한 액정 표시 장치는 휴대 전화기의 표시 화면 윈도우(53)의 내측에 배치되어 있다. 이 휴대 전화기에서는 표시 장치의 광원을 구성하는 LED의 출력을 조정하는 휘도 조정 볼륨(55)가 마련되어 있다. 이 휘도 조정 볼륨을 사용하는 것에 의해, 밝은 장소에서는 LED의 출력을 제어할 수 있어 전력을 절약하여 배터리의 충전 간격을 길게 할 수 있다. 경제성을 중시하는 경우에는 이 휘도 조정 볼륨은 마련하지 않아도 좋다. 주 도광판(1), 제 2 도광판(2), 액정 표시 소자(30)는 도 55에 도시하는 바와 같이 배치되어 있다. 제 2 도광판의 길이는 40㎜ 정도이며, 폭은 3㎜∼7㎜의 범위내로 한다.

상기 프론트 라이트를 탑재한 휴대 전화기에서는 구동 전압이 낮아도 되는 LED 등을 사용하여 경량, 소형이며 고효율인 광원에 의해 고휘도의 표시 화면을 실현할 수 있다.

상기에 있어서 본 발명의 실시예에 대해서 설명했지만, 상기에 개시된 발명의 실시예는 어디까지나 예시로서 본 발명의 범위는 이들 발명의 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허 청구 범위의 기재에 의해서 나타내어지고, 또 특허 청구 범위의 기재와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경을 포함한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 경량, 소형의 점 형상 광원을 사용해서 각 위치에 있어서 출사면을 향하는 광량을 균일하게 할 수 있고, 광량의 손실을 적게 하여 고휘도의 표시 화면을 얻을 수 있다.

Claims

표시 소자의 전방에 배치되는 프론트 라이트에 있어서,

주 도광판(1)과,

상기 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따르도록 그의 길이 방향으로 배치되고, 상기 주 도광판과 대향하는 단면(2a)과 반대측의 단면(2b)에 두께 방향으로 연장되는 프리즘 형상의 홈(12)이 상기 길이 방향을 따라 복수 마련된, 상기 길이 방향 길이 100㎜ 이하의 제 2 도광판(2)과,

상기 제 2 도광판의 상기 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원(3)과,

상기 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막(11)을 구비하는 프론트 라이트.
프론트 라이트를 관찰자 측인 전방에 구비한 반사형 액정 표시 장치에 있어서,

상기 프론트 라이트는,

주 도광판(1)과,

상기 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따르도록 그의 길이 방향으로 배치되고, 상기 주 도광판과 대향하는 단면(2a)과 반대측의 단면(2b)에 두께 방향으로 연장되는 프리즘 형상의 홈(12)이 상기 길이 방향을 따라 복수 마련된, 상기 길이 방향 길이 100㎜ 이하의 제 2 도광판(2)과,

상기 제 2 도광판의 상기 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원(3)과,

상기 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막(11)을 구비하는 반사형 액정 표시 장치.
프론트 라이트를 포함하는 반사형 액정 표시 장치를 구비한 휴대 정보 단말에 있어서,

상기 프론트 라이트는,

주 도광판(1)과,

상기 주 도광판의 단부에 폭 방향을 따르도록 그의 길이 방향으로 배치되고, 상기 주 도광판과 대향하는 단면(2a)과 반대측의 단면(2b)에 두께 방향으로 연장되는 프리즘 형상의 홈(12)이 상기 폭 방향을 따르는 길이 방향을 따라 복수 마련된, 상기 길이 방향 길이 100㎜ 이하의 제 2 도광판(2)과,

상기 제 2 도광판의 상기 길이 방향의 끝에 배치된 점 형상 광원(3)과,

상기 프리즘 형상의 홈의 표면에 피복된 반사막(11)을 구비하는 휴대 정보 단말.