KR100426902B1

KR100426902B1 - 프론트라이트용 조명 장치와 프론트라이트용 도광판의 제조 방법

Info

Publication number: KR100426902B1
Application number: KR10-2001-0003439A
Authority: KR
Inventors: 다니구찌히또시; 히요시야스오; 아리요시도시히꼬; 우메모또기요시
Original assignee: 니토 덴코 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2001-01-20
Publication date: 2004-04-13
Also published as: EP1174660A1; US20030080450A1; US6700632B2; TW517146B; US20030086031A1; JP2002014341A; JP3774616B2; US6717635B2; KR20020005369A; US20020021384A1; US6704070B2

Abstract

전면에 광 이용 효율이 우수한 도광판을 갖는 조명 장치를 구비한 반사형 액정 표시 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다. 이 목적에 대하여, 도광판에 입사한 광을 액정 표시 장치 방향으로 반사시키기 위한 복수의 소오목부(소볼록부)로 이루어지는 도트를, 액정 표시 장치에 면하지 않는 타측의 도광판 표면에 형성하고, 이 도트의 단면이 대략 V자 형상이고, 또한 그 단면 경사각을 35∼43°, 꼭지각을 70.6±2.5°가 되도록 한다.

Description

프론트라이트용 조명 장치와 프론트라이트용 도광판의 제조 방법{ILLUMINATING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 도광판을 구비한 조명 장치 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대 정보 단말기나 휴대 전화 등으로 대표되는 휴대용 전자 기기의 소형화 및 저가격화가 진행되어, 그 결과 이들 전자 기기가 널리 보급되기에 이르렀다.

상기한 휴대용 전자 기기의 구체적인 예로서, 저소비 전력화에 유효한 반사형 액정 표시 장치나, 반사형 액정표시 소자와 프론트 라이트형 조명 장치를 이용한 액정 표시 장치가 이용되고 있다.

그리고, 이 조명 장치에 요구되는 성능은 액정 패널에 조사되는 광의 조사량이 크고, 더욱이 액정 패널 전면에 대하여 균일하게 조사되는 것이 요구되고 있다. 그러나, 광의 조사량을 향상시키기 위해서는 광원의 조사량을 증가시킴으로써 용이하게 실현할 수 있으나, 그 반면에, 소비 전력의 증대가 따르기 때문에, 현실적인방법이라고는 할 수 없다.

조명 장치에 관한 종래 기술로서는 특개평10-188636호 공보의 도 1에 기재되어 있는 바와 같이, 광원을 투과성 재료로 이루어지는 도광판의 단부에 배치하고, 도광판의 하면에, 광을 액정 표시 장치의 방향으로 추출하기 위한 소볼록부를 형성하는 것이 개시되어 있다.

또한, 특개평11-53918호 공보의 도 1에 기재되어 있는 바와 같이, 도광판의 상면에, 도광판에 입사한 광을 액정 표시 장치 방향으로 반사시키는 소볼록부(또는 소오목부)를 형성하는 것이 개시되어 있다.

또한 특개평11-72787호 공보에는 도광판의 하면에, 도광판에 입사한 광을 액정 표시 장치 방향으로 투과시키는 소볼록부 또는 소오목부를 랜덤하게 형성하는 것이 개시되어 있다.

액정 표시 장치의 전면에 배치하여 사용하는 조명 장치에 관하여, 하기의 특성이 요구된다.

(1) 도광판의 불투명도가 작을 것.

(2) 표면 반사율이 작을 것.

(3) 조명 장치에 이용한 도광판으로부터 직접 눈에 입사하는 광이 적을 것.

(4) 조명 장치에 이용한 도광판의 하면으로부터 출사하는 광의 출사각이 작을 것. (5) moire(이하 므와레 무늬라 한다)가 발생하지 않을 것.

그러나, 상기한 특개평10-188636호 공보에 기재된 종래 기술에서는 돌기부의 단면 형상에 의해, 도광판의 하면으로부터 출사하는 광의 출사각이 커지기 때문에, 액정 표시 장치로의 입사광이 적을 뿐만 아니라, 볼록부의 배열이 규칙적이기 때문에 므와레 무늬가 발생하기 쉽다는 등의 문제점이 있었다.

한편, 특개평11-53918호 공보에 기재된 종래 기술은 상기한 문제를 다소 개선하는 것이 가능하나, 볼록부(또는 오목부)의 형상상, 도광판으로부터 직접 눈에 입사되는 광이 발생하기 쉽기 때문에, 결과적으로는 액정 표시 장치로서의 시인성에 대한 과제가 남는다. 또한, 볼록부의 배열로부터 므와레 무늬가 발생하기 쉽다.

그리고, 상기한 특개평11-72787호 공보에 기재된 종래 기술은 돌기부의 단면 형상상, 도광판의 하면으로부터 출사하는 광의 출사각이 커지기 때문에, 액정 표시 장치로의 입사광이 적을 뿐만 아니라, 다수의 소볼록부 또는 소오목부를 불규칙하게 배치하는 것은 곤란하다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 행해진 것으로, 광원의 광량을 증가시키는 일 없이 액정 표시 장치로의 조사량의 향상을 도모하는 것을 가능하게 한 조명 장치와 그 제조 방법, 및 상기한 조명 장치를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서의 액정 셀의 전면에 배치한 조명 장치는 도광판과 도광판의 측면에 배치된 광원으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 도광판은 광원으로부터의 광의 입사면과 도광판에 입사한 광을 액정 셀에 대하여 출사시키는 광투과면을 구비하고 있고, 또한, 상기 광투과면에 대향하는 타측 면에는 입사면으로부터의 광을 광투과면 방향으로 반사시키기 위한 복수의 소오목부 또는 소볼록부로 이루어지는 도트가 형성되어 있다. 이 도트의 단면은 실질적으로 V자 형상이고, 또한 그 단면의 경사각이 35∼43°의 범위이며, 도트의 꼭지각은 70.6±2.5°의 범위로 설정되어 있다.

또한, 본 발명에서는 도트의 평면 형상을 대략 사각형으로 하고, 광원으로부터의 광의 진행 방향에 대하여 평행한 방향의 도트의 길이(이하, 도트의 짧은 변의 길이라 칭함)를 0.002∼0.05mm의 범위로, 또한 광원으로부터의 광의 진행 방향에 대하여 수직인 방향의 도트의 길이(이하, 도트의 긴 변의 길이라 칭함)를 0.002∼0.2mm의 범위로 설정했다.

그리고, 도광판의 광투과면에 대향하는 타측 면에, 상기한 형상을 갖는 도트를 랜덤하게 배치했다.

또한, 본 발명은 조명 장치를 구성하는 도광판이 광원으로부터의 광의 입사면과 도광판에 입사시킨 광을 액정 셀에 대하여 출사시키는 광투과면을 가지고, 그리고 광투과면에 대향하는 타측 면에는 입사면으로부터의 광을 광투과면 방향으로 반사시키기 위한 복수의 소오목부 또는 소볼록부로 이루어지는 도트가 형성되어 있다. 그리고, 이 도트가 형성되는 면의 전면적의 95% 이상의 영역 내를 0.25∼1mm²의 정방형 영역으로 구획하여, 그 정방형 영역 내에서 각 도트마다 요구되는 상기 도트의 배열 관계에 따른 동경(動徑)분포함수g(R)를 가중 평균하고, 또한 최소 자승법에 의해 근사하여 얻어지는 함수 G(R)가 R/Ro=3∼6의 범위에서 0<S₁/S₂<0.2를 만족하는 함수가 되도록, 도트를 배치했다.

단, R: 각 도트에 대하여, 그 중심 위치로부터 그 이외의 도트의 중심 위치까지의 거리, Ro : 상기 정방형 영역의 1변의 길이를 상기 정방형 영역 중에 존재하는 상기 도트수의 평방근으로 나눈 값, S₁: R/Ro=3∼6의 범위내에서, G(R)와 G(R)의 평균치의 차를 R/Ro로 적분하여 얻어지는 값, S₂: R/Ro=3∼6의 범위내에서, G(R)의 평균치를 R/Ro로 적분하여 얻어지는 값이다.

또한, R<상기 도트의 짧은 변의 길이 × 2가 되는 범위에서, 실질적으로 상기 함수 G(R)=0이고, 또한 이 함수 G(R)에 적어도 2개 이상의 피크가 존재하며, R/Ro=3∼6의 범위내에서, 함수 G(R)의 평균치와 비교하여 2배 이상의 피크가 2개소에 존재하도록 도트가 배치되어 있다.

또한, 본 발명에서는 도광판에 형성되는 도트의 단면이 V자 형상이고, 또한 단면의 경사각이35∼43°의 범위가 되도록, 소정의 결정면을 갖는 실리콘 기판의 표면에 산화막을 형성하여, 그 위에 레지스트막을 형성한다. 그리고, 이 레지스트막을 마스크로 하여, 상기한 산화막에 도트 패턴을 형성한다. 그 후, 이 산화막을 마스크로 하여, 상기한 실리콘 기판에 이방성 에칭을 실시한 후, 다시 금속막을 형성한다. 또한 상기 금속막을 박리하여 제작한 스탬퍼 또는 그 복제(replica)를 이용하여, 필름 또는 플라스틱의 표면에 도트를 전사함으로써, 상기한 도트를 갖는 도광판을 형성한다.

본 발명의 액정 표시 장치는 상기한 도광판을 갖는 조명 장치와 액정 표시부와 제어부를 구비하고 있고, 외광이 조명 장치를 투과하여 액정 표시부에 입사되도록 액정 표시부의 전면에 조명 장치를 배치하고, 상기한 제어부에 의해, 외광의 광량에 따라서 조명 장치로부터 액정 표시부로 조사되는 광량을 제어한다.

그리고, 본 발명의 액정 표시 장치를 이용한 휴대용 전자 기기는 수광부를 구비하고 있고, 이 수광부에서 수광한 외광의 광량을 이용하여, 액정 표시부의 휘도가 대략 일정하게 되도록 조명 장치가 제어되도록 하였다.

그리고 또한, 신호 수신부도 구비하여, 이 신호 수신부에 입력된 신호를 트리거시켜, 액정 표시부의 휘도가 대략 일정하게 되도록, 상기한 제어부가 수광부에 입사된 외광의 광량에 따른 광을 액정 표시부에 조사하도록 조명 장치를 제어하도록 했다.

본 발명의 이들 특징 및 그 외 다른 특징들과, 본 발명의 목적 및 장점들은, 첨부하는 도면을 참고하여 다음의 상세한 설명으로부터 보다 더 명백해질 것이다.

도 1은 제l 실시예를 설명하기 위한 조명 장치의 사시도.

도 2는 제1 실시예를 설명하기 위한 조명 장치의 단면도.

도 3은 마이크로 도트(소오목부)의 단면도와 평면도.

도 4는 마이크로 도트 (소볼록부)의 단면도와 평면도.

도 5는 제1 실시예인 도광판의 내부를 전파하는 광의 궤적을 설명하기 위한 도.

도 6은 마이크로 도트의 배치를 설명하기 위한 개념도.

도 7은 마이크로 도트의 단면 경사각 및 꼭지각을 설명하기 위한 도.

도 8의 (a)는 마이크로 도트의 단면 경사각과 도광판으로부터 출사되는 광의 효율과의 관계를 나타내는 도.

도 8의 (b)는 마이크로 도트의 단면 경사각과 도광판으로부터 출사되는 광의 출사각과의 관계를 나타내는 것으로, 도광판 내를 전파하는 광의 각도가 ±25°의 경우의 도.

도 8의 (c)는 마이크로 도트의 단면 경사각과 도광판으로부터 출사되는 광의 출사각과의 관계를 나타내는 것으로서, 도광판 내를 전파하는 광의 각도가 ±35°의 경우의 도.

도 9는 도광판 출사광의 출사 각도 범위의 영향을 설명하기 위한 도.

도 10은 마이크로 도트의 단면 형상을 설명하기 위한 도.

도 11은 마이크로 도트의 다른 형태를 설명하기 위한 도.

도 12는 마이크로 도트의 배치 방법을 설명하기 위한 도.

도 13은 마이크로 도트의 배치에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 도.

도 14는 동경(動徑)분포함수G(R)의 분포를 설명하기 위한 도.

도 15는 마이크로 도트를 갖는 도광판의 제조 방법으로서, 도트 패턴을 형성하기까지의 공정을 나타내는 도.

도 16은 마이크로 도트를 갖는 도광판의 제조 방법으로서, 에칭-사출 성형법을 이용하여 도광판을 제작하기까지의 공정을 나타내는 도.

도 17은 소정의 결정면을 갖는 실리콘 기판의 제작을 설명하기 위한 도.

도 18은 소정의 결정면을 갖는 실리콘 기판의 설명도.

도 19는 제2 실시예인 조명 장치를 전면에 배치한 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면.

도 20은 조명 장치를 전면에 배치한 액정 표시 장치의 단면 개략도.

도 21은 제3 실시예인 휴대용 전자 기기의 단면 개략도.

도 22는 액정 표시 장치의 정면 휘도와 외광량과의 관계를 설명하기 위한 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 도광판

3 : 출사광

8 : 액정 표시 장치

11 : 도트 반사사면

12 : 단면 경사각

이하, 주어진 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관해서 상세히 설명한다.

도 1은 제1 실시예인 액정 표시 장치에 사용되는 조명 장치의 사시도이고, 또한 도광판의 광의 진행 방향을 변화시키기 위한 도광판 평탄부로 둘러싸인 복수의 소오목부 또는 소볼록부(이하, 마이크로 도트라 한다)의 사시도이다. 또한, 도 1에 있어서, 도트의 형상은 소오목부의 경우를 예시하고 있다.

도광판(1)은 액정 표시 장치(8)의 전면에 배치되어 있고, 도광판(1)의 측면에 설치된 광원(6)으로부터 광을 도광판(1)에 입사시켜, 이 입사한 광은 도광판의 상면(7)에 설치된 도트(5)에서 액정 표시 장치(8)의 방향으로 반사한다.

도 2는 조명 장치와 액정 표시 장치와의 관계를 개념적으로 나타낸 단면도로서, 상술한 바와 같이 도트(5)에서 반사한 광원(6)으로부터의 광(도광판 하면에서의 출사광(3))은 액정 표시 장치(8)에 입사하여, 액정 표시 장치(8)에 설치된 반사판에서 반사한 후, 다시 도광판(1)을 투과하여 관찰자의 눈에 도달하게 된다.

또한, 도 2에서 도시된 광(2)은, 광원(6)으로부터 도광판(1)에 입사된 광중에서, 액정 표시 장치(8)를 경유하지 않고 직접 관찰자의 눈에 도달한 광이다. 본 실시예에서 설명하는 조명 장치의 목적을 고려하면, 직접 관찰자의 눈에 도달하는 광(2)은 바람직한 광이 아니므로, 이 광을 극력 저감시키는 것은 물론이다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 마이크로 도트(5)의 형상에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 일예로서 소오목부인 마이크로 도트(5)의 단면도와 평면도를 나타낸다. 또한, 도 4는 소볼록부인 마이크로 도트(5)의 단면도와 평면도이다. 그리고, 도 5는 본 실시예에 있어서의 도광판을 전파하는 광의 궤적을 설명하기 위한 도면이다.

소오목부인 마이크로 도트(5)의 경우를 예로 들어 설명하지만, 도 3 및 도 5에 도시한 조명 장치는 광원(6)과 도광판(1)을 구비하고 있다. 그리고, 상기한 바와 같이 이 조명 장치는 액정 표시 장치(8)의 전면에 배치되고, 도광판(l)의 측면에 광원(6)이 배치되어 있다. 도 3에 도시된 마이크로 도트(5)가 형성되는 장소는 도광판(1)의 상면(7)이다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 액정 표시 장치(8)에 대면하지 않는, 타측의 도광판(1)의 표면(도광판 상면(7))에 형성되어 있다.

그 이유는 도광판(1)의 측면에서 입사한 광(9)을 마이크로 도트(5)를 이용하여 액정 표시 장치(8)의 방향으로 반사시키기 위해서이다. 구체적으로는 도 6에 있어서, 광원(6)으로부터 출사한 광은 도광판(1)의 입사 단면으로부터 도광판 입사광(9)으로서 도광판(1)에 입사되어, 도광판 도파광이 되어, 도광판 하면(10) 및 도광판 상면(7)으로 전반사를 반복하면서, 도광판(1)의 타측 단부면을 향해서 진행한다.

도광판의 도파광 중, 마이크로 도트(5)의 반사 사면(11)으로 진행하는 광(18)은 그 사면에서 반사하여 도광판 하면(10) 방향으로 진행한다. 그리고, 도광판 하면(10)에서 굴절하면서 도광판(l)을 나와, 액정 표시 장치(8)에 조명광으로서 입사한다.

이와 같이 본 실시예에서 도시한 도광판(1)을 사용함으로써, 광원(6)으로부터의 광을 액정 표시 장치(8)를 향해서 효율적으로 출사시킬 수 있다.

이 때, 마이크로 도트 반사사면(11)에 있어서의 광의 반사가 전반사 조건을 만족하도록 마이크로 도트(5)의 단면 경사각(12)을 선택함으로써, 도광판(1)으로부터 관찰자의 눈에 직접적으로 입사하는 광(19)을 작게 할 수 있어, 그 결과로서, 도광판(1)으로부터 액정 표시 장치(8)에 입사되는 광량이 커져, 시인성이 좋은 반사형 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능해진다.

광원(6)으로부터 출사되는 광의 강도는 일반적으로 도광판(1) 내에서는 광원(6)으로부터 멀어짐에 따라서 저하한다. 따라서, 액정 표시 장치(8)로 입사되는 광의 강도를 균일하게 하기 위해서는 예를 들면, 광원(6)으로부터의 거리에 따라서 마이크로 도트(5)의 밀도, 즉 단위 면적당의 마이크로 도트(5)의 수를 변화시키거나, 혹은 마이크로 도트(5)의 밀도를 균일하게 하여 마이크로 도트(5)의 크기나 길이를 변화시키는, 나아가서는 상기한 양자의 방법을 조합함으로써 달성된다.

단일 광원인 경우, 마이크로 도트(5)의 밀도는 광원측 단면으로부터 상대하는 도광판 단면을 향해서, 지수 함수적, 혹은 누승적으로 증가하도록 형성하는 것이 좋다.

마이크로 도트(5)의 단면 형상에 관해서는 도 6에 도시한 바와 같이 마이크로 도트(5)가 형성된 도광판의 상면(7)에 대하여 대략 수직이고, 광원(6)으로부터 도광판(1)에 입사한 광(도광판 내 도파광)의 진행 방향에 거의 평행한 평면의 단면 형상이 실질적으로 V자 형상이며, 그 단면 경사각(12)을 35∼43°, 꼭지각을 70.6±2.5°로 했다. 또한, 점형 광원의 경우, 이들을 연결한 선형 광원이 있다고 생각하면 좋다.

여기서, 마이크로 도트의 반사사면(11), 단면 경사각(12), 도트깊이(도트 높이)H, 도트의 짧은 변 길이W15, 도트의 긴 변의 길이L16을, 도 3∼4 및 도 7에 정의했다. 즉, 단면 경사각(12)은 도 7에 도시한 바와 같이 마이크로 도트깊이(깊이)H를 3등분했을 때, 마이크로 도트 반사사면(11)상의 점a 및 점b를 연결한 직선과 도광판 상면(7)이 이루는 각도로 하였다. 또한, 꼭지각(17)은 마이크로 도트 반사사면(11)상의 점a 및 점b를 연결한 직선과 점C 및 점D를 연결한 직선이 이루는 각도로 하였다.

단면 경사각(12)의 범위를 35∼43°로 한 이유는 도광판(1)으로부터 직접 눈에 입사되는 광(2)(도 2 참조)을 작게 하고, 액정 표시 장치(8)로 입사되는 광량을 많이 함으로써, 액정 표시 장치(8)의 시인성을 향상시키기 위해서이다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이 일반적으로 도광판(1)의 내부를, 광이 진행하는 수평 방향에 대하여 약±25∼35°의 퍼짐각을 갖는 광(광원에 의존한다)으로서 전파된다. 마이크로 도트(5)의 반사사면(11)에 입사한 광은 사면(11)에서 반사 및 굴절을 행한다. 이 중 반사된 광은 아래쪽으로 진행 방향을 바꿔 도광판 하면(10)으로부터 출사하여 액정 표시 장치(8)의 조명광으로서 작용한다.

한편, 마이크로 도트(5)의 반사사면(11)에서 굴절 투과된 광은 액정 표시 장치(8)에 입사되는 일 없이 도광판(1)의 상면(7)으로부터 출사하여, 직접 관찰자의 눈에 입사되게 된다. 이 때문에, 광원(6)으로부터의 광을 직접 보게 되어, 이들이 휘점 또는 휘선이 되어 액정 표시 장치로서의 가치를 크게 저하시키게 된다. 또한, 상기한 광은 액정 표시 장치(8)를 조명하지 않기 때문에, 광원(6)으로부터의 광의 이용 효율을 저하시켜 버린다.

따라서, 단면 경사각(12)은 마이크로 도트(5)의 광원측 사면에서의 반사가, 가능한 한 전반사 조건을 만족하도록 할 필요가 있다. 이와 같이 함으로써, 광원(6)으로부터의 광을 액정 표시 장치의 조명에 크게 이용시키는 것이 가능해진다.

도 8의 (a)에, 단면 경사각과 광원으로부터의 광이 도광판 하면으로부터 출사될 때의 효율과의 관계를 나타내었다. 또한, 도 8의 (b), (c)에 단면 경사각과 도광판 하면으로부터의 출사광의 출사각의 범위(폭의 반값)의 관계를 나타내었다. 또한, 어떤 경우라도, 광이 도광판 내의 상면과 하면 사이에서 반사하면서 진행할 때의 전파 각도를, ±25∼±35°의 범위로 바꾸었다.

도 8의 (a)의 결과로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 광의 전파 각도가 ±25∼±35°의 범위에서는 단면 경사각이 28∼43°의 범위에서, 도광판으로부터의 광의 출사 효율을 크게 할 수 있다.

그러나, 단면 경사각이 35° 이하의 경우, 도광판 하면으로부터의 출사광의 출사각이 커져 액정 표시 장치의 콘트라스트 저하나 정면 휘도 저하의 커다란 원인이 되어 버린다. 즉, 단면 경사각이 30° 정도의 경우, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이 도광판 하면으로부터의 출사광(3)의 출사각의 범위는 18∼38°(도 8의 (b), (c)참조)로 되어, 액정 표시 장치(8)의 도광판(1)측의 표면에서의 반사광(50)이 발생하기 쉬워져, 콘트라스트 저하의 원인이 된다. 또한 액정 표시 장치로부터의 표시광(51)의 액정 표시 장치에 대한 출사각도 커지기 쉽기 때문에, 정면 휘도가 저하한다.

이에 대하여, 단면 경사각이 40° 정도의 경우, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이 도광판 하면으로부터의 출사광(3)의 출사각의 범위는 5∼9°(도 8의 (b) 참조), 4∼12° (도 8의 (c) 참조)로 되어, 액정 표시 장치(8)의 도광판(1) 측의 표면에서의 반사가 발생하기 어렵게 되어, 콘트라스트가 향상한다. 또한 액정 표시 장치로부터의 표시광(51)의 액정 표시 장치에 대한 출사각도 작아지기 때문에, 정면 휘도가 향상한다.

또한, 단면 경사각을 43° 이상으로 했을 때는 광의 출사각은 작아지나, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 광의 출사광율이 저하한다. 이것은 마이크로 도트 반사사면(11)에서의 반사 시에 전반사 조건을 만족하지 않게 되는 일이 원인이란 점에서, 도 2에 도시한, 도광판으로부터 관찰자의 눈에 직접 입사되는 광(2)이 증가하여, 시인성 저하의 커다란 원인이 되어 바람직하지 못하다.

상기와 같은 점에서, 단면 경사각은 광의 출사각의 각도가 작으며, 그 범위가 좁고 효율의 저하도 없는 35∼43°가 단면 경사각으로서 바람직한 각도이다.

본 실시예에서는 단면 경사각의 범위를 35∼43°로 했으나, 더욱 바람직하게는 광의 출사 각도의 범위가 최소가 되어 광학 설계가 용이해지는 39∼42°로 단면 경사각을 설정하는 것이 바람직하다.

그런데, 도광판(1)의 내부를 전파하는 광의 전파각은 광원(6)으로서 냉음극관과 반사기를 이용하는 경우에는 대략 ±35° 정도이고, 또한, 발광 다이오드를 이용하는 경우에는 발광 다이오드의 렌즈 설계 등에 의해서 변화하나 약±25∼±35° 이기 때문에 광원의 종류에 따른 적절한 단면 경사각을, 도 8∼9의 결과를 고려하여 결정하는 것이 중요하다.

또한, 마이크로 도트(5)의 단면을 대략 V자 형상으로 하는 것은 도광판(1)의 불투명도(탁함, 흐릿함)를 작게 하기 위해서이다. 그리고, 대략 V자 형상에 대하여 도 10에 도시한 바와 같이, V자형, 각을 둥글게 한 V자형, 대략 U자형으로서, 마이크로 도트(5)의 R부(20)가 도트깊이(높이)(H14)의 약 20% 이하의 형상으로 한다.

이와 같이 함으로써, 도광판에 입사한 광이 반사사면에서 반사할 때에, 반사에 기여하지 않은 사면을 가능한 한 적게(도광판 상면(7)으로부터 보았을 때의 면적이 작음)하기 위해서이다. 마이크로 도트(5)의 단면 형상은 그 꼭지각을 70.6±2.5°로 하는 것이 바람직하다. 이는, 후술하는 바와 같이 실리콘 단결정의이방성 에칭 기술을 이용함으로써, 마이크로 도트를 도광판 상에 형성하기 위한 금형을 용이하게 제작하는 것이 가능하기 때문이다.

또한, 마이크로 도트(5)의 평면 형상은 그 형상을 대략 사각형으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 대략 사각형이란, 장방형이나 그 각을 둥글게 한 형상을 포함하며, 정방형의 형상이더라도 상관없다. 특히, 마이크로 도트(5)의 형상이 대략 사각형인 경우에는 도광판(1)의 내부에 있어서의 산란광을 감소시켜, 광의 출사광율 등을 향상시킴과 동시에, 마이크로 도트(5)에 있어서의 반사에 기여하지 않는 사면의 면적을 원형 등의 형상과 비교하여 작게 함으로써, 도광판의 불투명도를 작게 하는 효과가 있다.

또한, 상기한 실시예에서는 마이크로 도트(5)가 소오목부인 경우에 관해서 설명했으나, 도 4에 도시한 소볼록부의 형상이라 할지라도, 또한, 도 11에 예시한 바와 같이, 사각뿔형상 혹은 사다리꼴 형상이더라도, 상기와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 마이크로 도트의 배치에 관하여 설명한다.

도트의 배치는 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이 도트(5)의 긴 변의 방향을 광원(6)인 냉음극관 등의 길이방향에 대하여 실질적으로 평행하게 하는 것이 좋다. 또한, 광원(6)에 발광 다이오드등의 점 광원을 하나 사용하는 경우, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이 점 광원을 중심으로 하는 원의 접선 방향과 도트(5)의 긴 변의 방향을 실질적으로 평행하게 하는 것이 좋다. 그리고, 광원(6)에 발광 다이오드등의 점 광원을 복수개 사용하는 경우, 도 12의 (c)에 도시한 바와 같이 복수의 점광원(6)을 연결하는 직선과 도트(5)의 긴 변의 방향을 실질적으로 평행으로 하는 것이 좋다.

그 이유는 광원(6)으로부터 도광판(1)에 입사한 광선의 대부분은 광원(6)의 길이방향에 대하여 거의 수직인 방향으로 진행한다. 그리고, 마이크로 도트(5)의 사면(11)에 입사한 후, 그 반사사면(11)에서 반사하여, 도광판의 하면(10)으로부터 출사되기 때문에, 상기한 마이크로 도트의 배치가 가장 효율적이기 때문이다.

다음으로, 마이크로 도트(5)의 크기에 관하여 설명한다.

마이크로 도트(5)의 짧은 변의 길이(15)는 예를 들면 0.002∼0.05mm, 긴 변의 길이(16)는 예를 들면 짧은 변의 길이∼0.2mm, 즉, 0.002∼0.2mm 정도가 좋다.

그 이유는 예를 들면 마이크로 도트의 원형을 널리 알려진 포토리소그래피법을 이용하여 형성하는 경우, 마이크로 도트의 길이가 0.002mm 이하에 있어서는 원하는 윤곽을 갖는 마이크로 도트의 형성이 곤란하기 때문이다.

즉, 포토마스크의 해상도, 노광, 현상 등의 해상도의 저하에 의해서, 마이크로 도트의 윤곽이 불규칙하게 되거나, 도트의 단면에 있어서의 면 정밀도가 저하한다. 그 결과, 도광판을 전파하는 광의 산란이 커져, 광의 이용 효율이 높은 도광판을 얻는 것이 곤란해진다.

그 반면, 마이크로 도트(5)의 짧은 변의 길이(15)의 상한을 0.05mm로 한정한 이유는 육안의 가시 한계가 0.05mm 정도이기 때문이다.

즉, 마이크로 도트의 크기가 0.05mm 이상인 경우, 마이크로 도트(5) 자체가 예를 들면 눈으로도 확인이 가능해져(눈으로 볼 때 마이크로 도트가 보이는 현상으로, 도광판이 점 광원의 집합체와 같이 보이는 현상), 이 마이크로 도트를 이용한 액정 표시 장치로서의 시인성이 손상되기 때문이다.

한편, 마이크로 도트(5)의 긴 변의 길이를 적어도 짧은 변의 길이 이상으로 설정하는 이유는 마이크로 도트의 반사사면(11)의 면적을 증가시키기 위해서이다. 이와 같이 함으로써, 도광판(1)의 표면에 형성하여야 할 마이크로 도트(5)의 수를 증가시키는 일 없이 전파하여 온 광을 액정 표시 장치의 방향으로 효과적으로 반사시키는 것이 가능하다.

또한, 마이크로 도트(5)의 긴 변의 길이를 0.2mm 이하로 설정하는 것은 마이크로 도트(5) 자체가 눈으로 확인되어, 액정 표시 장치로서의 시인성이 손상되기 때문이다. 또한, 마이크로 도트(5)의 배열 방법으로 밀도 분포를 적용했을 경우, 마이크로 도트(5)의 긴 변의 길이가 0.2mm 이상이면 밀도 분포에 구배를 주는 것이 곤란해져 그 결과 조명광의 균일한 분포를 얻을 수가 없다.

다음으로, 마이크로 도트(5)의 깊이(H14)에 대하여 설명한다.

마이크로 도트(5)의 깊이(H14)는 도트의 짧은 변의 길이(W15)와 단면 경사각(12)으로부터 자동적으로 결정되나, 0.002∼0.04mm의 범위가 되도록 도트의 짧은 변의 길이(W15)와 단면 경사각(12)을 선택하는 것이 필요하다. 즉, 도트의 깊이(H14)가0.002mm 이하인 경우, 도트(5)의 반사사면(11)의 면적이 작아져, 도광판(1)에 입사한 광의 진행 방향을 변화시키는 기능이 손실되어 액정 표시 장치(8)에 조사되는 광의 이용 효율이 저하하기 때문이다.

한편, 도트(5)의 깊이(H14)를 0.04mm 이상으로 한 경우, 광원(6)에 가까운 영역에서의 도광판(1)으로부터의 조사량이 커져, 균일한 조사가 곤란해지기 때문이다.

다음으로, 마이크로 도트(5)의 배열에 관하여 설명한다.

결론부터 말한다면, 마이크로 도트(5)의 배열은 규칙성을 갖지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기한 본 실시예에서 설명한 마이크로 도트(5)는 매우 미세하기 때문에, 액정 표시 장치(8)를 구성하는 부재, 예를 들면 액정 셀, 컬러 필터, TFT 패턴, 블랙 매트릭스 등으로 대표되는 규칙적으로 형성된 패턴과 간섭하여, 므와레 무늬 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해서이다.

특히, 조명 장치를 액정 표시 장치(8)의 전면에 배치하여 사용하는 경우, 도광판(1)과 관찰자 사이에, 통상 널리 사용되는 확산판이 존재하지 않기 때문에 상기한 므와레 무늬 현상의 방지는 매우 중요한 문제이다.

그러나, 단순히 불규칙하게 배치하는 것만으로는 도 13에 예시한 바와 같은 마이크로 도트(5)의 덩어리(21)나 마이크로 도트(5)가 존재하지 않는 영역이 발생하기 쉬워, 그 결과, 액정 표시 장치의 시인성이 손상되는 원인이 된다.

따라서, 특개평10-153779호 공보에 기재한 경우와 동일한 동경분포함수를 이용하여, 이하에 도시하는 조건을 만족하도록 마이크로 도트를 형성하는 것이 좋다.

즉, 도광판(1)에 있어서, 마이크로 도트(5)가 형성되는 면의 95% 이상의 영역내에서, 상기한 마이크로 도트(5)가 형성되는 면을 0.25∼1mm²의 정방형 영역으로 구획하여, 이 정방형 영역내에서, 각 도트마다 요구되는 도트의 배열 관계에 따른동경분포함수g(R)를 가중평균하고, 다시 최소 자승법을 이용하여 근사시킴으로써 얻어지는 함수 G(R)이 R/Ro=3∼6의 범위에서, 0<S₁/S₂<0.2를 만족하는 함수가 되도록 상기 도트(5)를 형성하여 배치시킨다.

단, R : 각 도트에 대하여 그 중심 위치에서 그 이외의 도트의 중심 위치까지의 거리, Ro : 상기 정방형 영역의 1변의 길이를 상기 정방형 영역중의 도트수의 평방근으로 나눈 값, S₁: R/Ro=3∼6의 범위내에서, G(R)와 G(R)의 평균치와의 차를 R/Ro로 적분하여 얻어지는 값, S₂: R/Ro=3∼6의 범위내에서, G(R)의 평균치를 R/Ro로 적분하여 얻어지는 값이다.

마이크로 도트(5)가 형성되는 면의 95% 이상의 면적 영역내에서, 상기한 배열이 필요한 이유는 조명 장치를 액정 표시 장치의 전면에 설치하는 그러한 경우, 도트 자신이 직접 관찰 가능하기 때문에, 상기한 영역에서 므와레 무늬 방지 대책이 필요하고, 이에 따라 액정 표시 장치로서의 시인성을 확보할 수 있다.

정방형의 면적은 이 정방형내에 적어도 10개, 바람직하게는 50개 이상의 마이크로 도트(5)가 포함되도록 정하는 것이 바람직하다. 즉, 정방형 영역의 면적을 0.25mm²이하로 한 경우, 상기한 Ro의 값이 통상 0.01∼0.2mm 정도이기 때문에, 정방형 영역내에 포함되는 도트의 수가 너무 적어 동경분포함수 g(R)의 계산이 곤란해진다.

또한, 정방형 영역의 면적을 1mm²이상이라고 했을 경우, 도광판(1)으로부터 조사되는 광량을 보정하기 위해서 도트의 밀도 분포를 변화시킬 때, 정확한 광량 평가를 할 수 없어, 보정이 곤란해기도 한다.

표 1은 므와레 무늬의 발생과 상기한 계수와의 관계를 조사한 결과로서, S₁/S₂의 값의 범위는 상기한 결과에 기초하여 결정되었다. 또한, R<도트의 짧은 변의 길이×2의 범위에서, 실질적으로 함수 G(R)=0로 한다. 이는, 도트가 근접함으로써 발생하는 도트 중첩이 관찰되는 것을 방지하기 위해서이다.

또, 표 1에서, 중첩 제한은 R<도트의 짧은 변의 길이×2의 범위에서, 실질적으로 함수 G(R)=0로 하기 위한 수법으로서, 근접하는 도트와의 최단 거리를 규정한 것이다.

본 예에서는 도트의 짧은 변의 길이가 0.01mm라는 점에서, 근접하는 도트와의 최단 거리를 0.02mm 이상으로 함으로써, R<도트의 짧은 변의 길이×2의 범위에서, 실질적으로 함수 G(R)=0로 할 수 있다. 도트보임은, 도트의 중첩이나, 도트가 없는 영역이 발생하여 눈으로 도트 중첩이나 도트가 없는 영역을 확인할 수 있는 가를 조사한 것이다.

또한, 함수 G(R)와 R와의 관계를 도 14에 도시한다. 이 결과로부터 명백한 바와 같이, R/Ro=3∼6의 범위내에서, G(R)의 평균치와 비교하여 2배 이상의 피크가 2개소에 존재하도록 상기한 도트를 배치하도록 했다. 그 이유는 대략 사각형의 도트를 이용했을 경우, 짧은 변측의 도트 간격을 긴 변측의 도트 간격보다 짧게 한 것이 도트 밀도를 향상시키기 쉽기 때문이다.

또한, R/Ro=3∼6의 범위내에서, G(R)의 평균치와 비교하여 2배이상으로 설정하는 것은 이러한 조건을 부가함으로써 인접하는 도트와의 거리(위치 관계)를 거의 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 도트의 덩어리나 도트가 존재하지 않는 영역의 발생을 방지할 수 있기 때문이다.

다음으로 본 실시예인 도광판의 제조 방법에 관해서 설명한다.

기본적으로, 도광판은 우선 금형을 제작하고, 그 금형을 이용하여 플라스틱 성형을 행하여 제작된다. 이 때, 금형의 제조 방법으로서, 널리 알려진 여러가지의 기계 가공법, 예를 들면, 드릴가공, 절삭 가공, 연삭 가공 등의 수법을 이용할 수 있다. 또한 방전 가공법도 유효한 수단이다.

그러나, 본 실시예에 있어서의 마이크로 도트의 수가 200∼20000개/cm²이고, 도광판 전체로서는 100만개를 넘기 때문에, 상기에서 설명한 제조 방법으로는 매우 곤란하다고 하지 않을 수가 없다.

도 15에, 실리콘 기판 상으로의 마스크 패턴 형성 공정을, 또한, 도 16에, 이방성 에칭법을 이용한 마이크로 도트 형성공정을 나타낸다.

이 제조 방법은 이하의 각 공정을 구비하고 있다.

(1) 실리콘 단결정의 잉곳(29)으로부터 소정의 결정면을 갖는 실리콘 기판(30)을 잘라내는 공정

(2) 실리콘 기판(30)의 표면에, 널리 알려진 방법을 이용하여 실리콘 산화막(31)을 형성하는 공정

(3) 실리콘 산화막(31) 상에, 포토레지스트막(32)을 형성하는 공정

(4) 마이크로 도트의 패턴을 갖는 포토마스크(33)를 상기 실리콘 기판(30) 상에 배치하고, 마스크(33)의 상측에서 자외선(UV)을 조사하여 레지스트막(32)을 노광하는 공정

(5) 레지스트막(32)을 현상하여, 실리콘 산화막(31)에 마이크로 도트의 패턴(34)을 형성하는 공정

(6) 실리콘 기판(30)의 이면에 형성된 실리콘 산화막(31) 상에 보호 테이프(35)를 부착하고, 이면 이외의 실리콘 산화막(31)을 널리 알려진 에칭 방법을 이용하여 제거하는 공정

(7) 레지스트막(32)을 제거하는 공정

(8) 실리콘 산화막(31)의 패턴(34)을 마스크로 하여, 실리콘 기판(30)을 이방성 에칭하는 공정

(9) 보호 테이프(35) 및 실리콘 산화막(31)을 제거하는 공정

(10) 에칭 가공이 실시된 실리콘 기판(30)의 표면에 널리 알려진 방법을 이용하여 도금 기초막(36)을 형성하는 공정

(11) 널리 알려진 도금법을 이용하여, 도금 기초막(36)을 전극으로 하여 도금막(37)을 형성하는 공정

(12) 도금막(37)을 박리하여, 마이크로 도트의 패턴(34)을 갖는 스탬퍼(38)를 제작하는 공정

또한, 필요에 따라서 스탬퍼(38)의 마이크로 도트면 및 그 이면의 연마를 행한다(미도시)

(13) 스탬퍼(38)를 널리 알려진 성형기에 장착하여, 사출 성형법에 의해 도광판(1)을 형성하는 공정

이하, 각 공정을 상세히 설명한다.

우선, 공정(1)에 나타낸 실리콘 단결정의 잉곳(29)으로부터, 소정의 결정면을 갖는 실리콘 기판(30)을 추출하는 공정은 본 제조 방법의 가장 중요한 공정의 하나이다.

도광판(1)의 표면에 단면 형상이 대략 V자형의 마이크로 도트를 형성할 때, 표 2에 나타낸 실리콘 결정의 결정방위에 의한 에칭 속도의 차를 이용한다. 즉, 실리콘 기판(30)으로서 어떠한 결정면을 갖는 결정을 이용하여 에칭 처리를 행한다 하더라도, 반드시 에칭 속도가 가장 작은 (111)면을 최종적으로 마이크로 도트의 반사사면이 되도록 한다.

상기한 결정의 성질을 이용함으로써, 임의의 단면 경사각을 가지며, 또한 단면 형상이 대략 V자형이고, 그 평면 형상이 대략 사각형인 마이크로 도트를 형성할 수가 있다.

도 17의 (a)는 본 실시예에 있어서의 단면 경사각이 40°가 될 때의 결정의 잘라내기 방법을 나타낸 도이고, 또한, 도 17의 (b)는 잘려진 실리콘 기판(30)의 개략도이다. 또한, 도 18은 잘려진 실리콘 기판(30)의 평면도이다.

이 실리콘 기판(30)에 이방성 에칭을 실시함으로써, 도 17의 (b)에 예시한 소정의 단면 경사각을 갖는 마이크로 도트를 형성할 수 있다. 여기서, 실리콘 기판(30)의 절개 각도를 변경함으로써, 임의의 결정면을 갖는 실리콘 기판(30)을 제작할 수 있다. 그 결과, 상술한 바와 같이 광원의 종류에 따른 단면 경사각을 갖는 실리콘 기판(30)을 자유롭게 제작하는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘 단결정의 결정면은 (001)면에 한정되는 것이 아니고, 임의의 결정면을 갖는 실리콘 단결정을사용할 수 있어, 처음부터 원하는 결정면을 갖는 실리콘 단결정을 제작하여 사용하는 것도 가능하다.

공정(2)에 나타낸 실리콘 기판(30)의 표면에 이방성 에칭을 행할 때의 마스크로서 사용하는 실리콘 산화막(31)을 형성하는 공정은 다양한 방법을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 널리 알려진 열 산화법을 이용했다. 표 3에, 열 산화 조건의 일례를 예시했다.

다음으로, 공정(3)인 실리콘 산화막(31) 상에 포토레지스트막(32)을 형성하는 경우, 전처리로서 프라이머를 도포하여 기초막과의 접착성 향상을 도모하는 것이 바람직하다. 프라이머 처리의 적정한 처리 방법으로서, 다양한 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 프라이머로서 실란계의 약품을 사용할 경우, 헥사메틸실란이 적합하여 이 헥사메틸실란을 용기에 넣어 증발시켜 기판면에 박막을 형성하는, 소위 가스확산법을 사용한다. 이에 의해서, 실리콘 산화막(31) 상에 균일한 막을 형성하는 것이 가능하다.

포토레지스트 재료로서, 예를 들면 액형 혹은 필름형의 포지티브형, 네가티브형 재료를 사용하는 것이 가능하다. 도 15에서는 포지티브형 재료를 널리 알려진 스핀코팅법을 이용하여 형성했다.

공정(4)에 있어서, 포토마스크로는 예를 들면 크롬 마스크, 필름 마스크, 에멀젼 마스크 등이 사용 가능하다. 미리 설계된 마이크로 도트의 크기, 수, 그 분포 등의 데이터를 작성해 놓고, 예를 들면 전자 빔법이나 레이저 빔법 등을 이용하여 마이크로 도트의 패턴을 묘화하여, 이를 마스크로 하여 사용한다.

공정(5)에서 공정(7)에 대하여, 널리 알려진 노광, 실리콘 산화막(31)의 에칭, 레지스트막(32)의 제거를 행한다.

이상의 공정에 의해서, 실리콘 산화막(31)에 소정의 마이크로 도트 패턴을 갖는 실리콘 기판(30)이 완성된다.

다음으로, 공정(8)에 나타낸 바와 같이 실리콘 산화막(31)의 패턴을 마스크로 하여, 실리콘 기판(30)의 이방성 에칭을 행한다. 표 3에, 에칭 프로세스 조건의 일례를 도시하였으나 에칭액으로는 약 20% 농도의 KOH 수용액을 이용했다. 이 조건에 있어서, 실리콘 기판(30)의 표면에 단면 경사각이 약 40°되는 V자형 단면을 갖는 마이크로 도트를 형성했다.

계속해서, 공정(9)에서 실리콘 기판(30)의 이면에 형성되어 있는 보호 테이프(35) 및 실리콘 산화막(31)을 널리 알려진 방법을 이용하여 제거한 후, 공정(10)및 공정(11)에 나타낸 도금법에 의한 도금층(스탬퍼)의 형성을 행한다. 또한, 미리 마이크로 도트를 갖는 실리콘 기판(30) 상에 기초막(36)을 형성함으로써, 도금 공정에 있어서의 도금막의 불균일을 저감시키는 것이 가능하고, 양호한 도금층 즉 스탬퍼를 형성할 수 있다.

상기한 기초막으로는 널리 알려진 도금법 혹은 Ni 박막 등의 스퍼터막을 사용하여도 상관없으나, 이 막 두께는 매우 중요한 파라미터이다. 즉, 이 막 두께가 클 경우, 도금 공정 중에 박막이 박리된다고 하는 문제점이 발생한다.

이 때문에, 본 실시예에서는 그 막 두께를 0.015∼0.035μm, 특히 0.02∼0.03μm로 제어했다. 그리고, 이 범위를 넘으면, 균일한 도금 처리가 불가능(기초막의 두께가 얇을 경우)하게 되거나, 또한, 도금 처리중에 기초막(36)이나 마이크로 도트 패턴을 형성한 도금막(37)이 박리된다(기초막의 두께가 두꺼울 경우)라는 문제점이 발생한다.

도금법에 의한 기초막(36) 및 도금층(37)의 재료로서, 여러가지 금속을 사용할 수 있으나, 여기서는 막 두께의 균일성이나 기계적 성능을 고려하여 Ni 재료를 사용하였다.

다음으로, 공정(12)에 도시한 바와 같이 얻어진 도금막(37)을 실리콘 기판(30)으로부터 박리시켜, 도광판 표면에 마이크로 도트를 형성하기 위한 스탬퍼(38)로서 사용한다. 이 때, 마이크로 도트면을 연마하는 것은 광 이용 효율이 높은 도광판을 얻기 위해서 중요하다. 그래서, 본 실시예에서는 평균 입경 0.1∼1μm의 알루미나 연마입자를 사용하여 연마를 행했으나, 이에 한정되는 일 없이 다이아몬드 연마입자에 의한 핸드 랩핑, 또는 기계 랩핑을 행하는 것도 가능하다.

마지막으로, 공정(13)에 도시한 바와 같이 얻어진 스탬퍼를 예를 들면 사출 성형기의 모형(母型)에 마그네트 혹은 진공척 등으로 고정하고, 도광판으로 되는 재료를 상기한 모형에 공급함으로써, 소정 치수를 갖는 마이크로 도트를 구비한 도광판이 완성된다. 또한, 성형방법은 널리 알려진 압출 성형법, 압축 성형법, 진공 성형법 등을 이용하여도 좋다.

도광판을 구성하는 재료로서는 투명한 플라스틱 재료 전반을 사용할 수 있다. 구체예로서는 아크릴계플라스틱, 폴리카보네이트 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리올레핀계 수지, 자외선 경화형 플라스틱 재료를 사용할 수 있으나, 특히 아크릴계 수지 재료는 투명성, 가격, 성형성 등의 면에서 뛰어나 본 실시예인 도광판의 제작에 적합한 재료이다.

다음으로, 상기한 도광판을 액정 표시 장치에 적용한 제2 실시예에 관해서, 도 19를 참조하여 설명한다.

도 19는 액정 표시 장치의 모식적 단면도이다. 도광판(1)의 하면에는 편광자(40), 위상차필름(41), 확산필름(42), 유리 기판(43), 컬러 필터(44), 화소 전극(45), 액정 셀(46), TFT(47), 반사 편광자(48), 흡수필름(48)등이 설치되어 있다. 이 구성은 널리 알려진 반사형 액정 표시 장치의 일례를 나타낸 것으로, 액정 표시 장치의 용도에 따라서 다양한 구성을 생각할 수 있다.

광원(6)의 구체예로서, 상술한 냉음극관, 발광 다이오드, EL 소자 등이 있으며, 소비 전력이나 사용 형태 등을 고려하여 적절한 광원을 선택하게 된다. 본 실시예에 있어서, 발광 다이오드를 5개 사용했다. 또한, 액정 셀(46)을 비롯하여, 광학 부품에 대해서는 특히 한정되는 일이 없이 널리 알려진 부품을 사용했다.

도광판의 크기는 약 30×30×1mm 이다. 그리고, 도광판(1)의 표면에 형성한 마이크로 도트(5)의 크기는 도트의 짧은 변의 길이 0.0lmm, 도트의 긴 변의 길이 0.08mm, 단면 경사각 40°, 꼭지각 70.6° 이다. 특히 단면 경사각은 광원(6)이 발광 다이오드로서, 광의 퍼짐각을 ±25° 정도인 것 및 도광판(1)으로부터의 출사각의 퍼짐을 작게 억제하기 위해서, 40°로 했다(도 8 및 도 9 참조).

도 20은 상기한 조명 장치를 가장 앞쪽면에 배치한 액정 표시 장치의 단면을 개념적으로 도시한 도이다. 액정 표시 장치(8)의 전면에 배치된 조명 장치(23) 이외에, 액정 표시 장치(8)를 구동하기 위한 구동 회로(26), 이들을 구동시키기 위한 제어 회로(24) 및 전원(25)이 구비되어 있다.

통상의 사용 환경, 예를 들면 외광이 충분한 옥내, 옥외에서, 조명 장치(23)를 사용하지 않고서 충분한 휘도를 나타내는 표시를 행하게 할 수 있다. 그리고, 외광으로부터의 광량이 불충분할 경우, 제어 회로(24)를 이용하여 조명 장치(23)를 제어하여, 필요한 광을 광원으로부터 액정 표시 장치(8)로 공급시킬 수 있다.

상기한 구성을 이용하여, 외광외에도 광원으로부터의 광을 액정 표시 장치에 조사함으로써, 도광판을 갖지 않는 종래의 반사형 액정 표시 장치와 비교하여, 훨씬 높은 시인성을 발휘하고, 휘도가 높은 표시를 실현하는 것이 가능해졌다. 그리고, 필요에 따라서 조명 장치(23)를 작동시키면 되기 때문에, 액정 표시 장치로서의 시인성을 확보하면서, 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.

도 21은 제3 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

본 실시예에서는 액정 표시 장치(8)의 전면에 조명 장치(23)를 배치한 휴대용 전자 기기를 예시한 것으로서, 도 20에 도시한 실시예에 더하여, 액정 표시 장치(8)가 면하는 측에 수광 소자(27)를 구비하고 있다. 구체적으로는 이동 액정 표시 장치나 휴대 전화 등을 상정하고 있다.

이 경우, 예를 들면 태양 광등의 외광을 수광 소자(27)에서도 수광하여, 이 수광 소자(27)에서 변환된 전기 신호가 제어 회로(24)에 입력된다. 그리고, 제어 회로(24)가 이 전기 신호의 크기에 따라서 조명 장치(23)를 제어하여, 액정 표시 장치(8)에 조사시키는 광량을 조정한다.

도 22는 외광량과 액정 표시 장치에 있어서의 휘도와의 관계를 개념적으로 나타낸 도이다. 횡축의 외광량은 좌측으로 갈수록 외광량이 크다는 것을 나타내고 있다. 이 도면으로부터도 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 외광량이 클 경우, 액정 표시 장치의 정면에서의 휘도를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 조명 장치를 작동시킬 필요가 없다.

그러나, 외광의 광량이 감소함에 따라서 액정 표시 장치의 정면에서의 휘도가 저하하여, 이 상태에서는 액정 표시 장치의 정면에서 충분한 휘도를 확보하는 것이 불가능해져 표시의 시인성이 현저히 저하한다.

이러한 경우, 도 22 중에 예시한 바와 같은 조명 장치의 동작 곡선에 따라서 조명 장치를 작동시킴으로써, 외광량이 불충분하더라도 표시가 충분한 시인성을 실현하고, 나아가 외광량에 의존하지 않고 거의 일정한 휘도로 표시시키도록 액정 표시 장치를 제어하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예를 사용함으로써, 외광량에 대응한 광을 조명 장치로부터 자동적으로 공급할 수 있기 때문에, 휴대 장치라는 편리성을 도모하면서, 액정 표시 장치의 시인성을 향상시킬 수 있다.

그런데, 상기한 실시예의 형태는 일례로서, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니라는 것은 물론이다. 예를 들면, 정보 신호의 수신 단자 혹은 수신 장치를 추가로 구비하여, 정보 신호를 수신했을 때, 이 신호를 트리거로 하여 제어 회로가 조명 장치(수광 소자를 포함한다)를 제어하여 액정 표시 장치의 정면 휘도를 조정해도 좋고, 또한, 관찰자가 스위치 혹은 볼륨을 이용하여 액정 표시 장치의 정면 휘도를 수시로 조정할 수 있도록 하더라도 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 조명 장치를 액정 표시 장치의 전면에 배치시킴으로써, 표시 화면의 휘도를 향상시키는 것이 가능하게 되었다. 또한, 소정의 결정면을 갖는 실리콘 기판의 이방성 에칭 방법을 이용함으로써, 광의 이용 효율이 높은 도광판을 제작하는 것이 가능하다.

본 발명에 따라 몇 개의 실시예들을 나타내고 설명하였으나, 개시된 실시예들에는 본 발명의 범위와 동떨어지지 않은 범위에서 변화 및 수정이 가능하다는 것을 이해해야할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 나타나고 설명된 상세한 설명에 한하는 것이 아니라, 첨부된 청구 범위내에서는 가능한 모든 변경 및 수정이 행해질 수 있음을 의도한다.

Claims

프론트라이트용 조명 장치에 있어서,

도광판과, 상기 도광판의 측면에 배치된 광원을 구비하며,

상기 도광판은 상기 광원으로부터의 광을 입사시키는 입사면과, 입사된 광을 출사시키기 위한 상기 입사면과 직교하는 2개의 광투과면을 가지며 상기 광투과면의 한측 면에는 상기 입사면으로부터의 광을 상기 광투과면의 다른측 면으로 반사시키기 위한 복수의 소오목부 또는 소볼록부를 포함하는 도트가 형성되어 있고,

상기 도트의 형상은 상기 광투과면의 다른측 면측에 배치된 액정 표시셀을 조명하고, 상기 액정 표시셀로부터의 반사광을 다시 상기 광투과면의 다른측 면에 입사시켜 상기 도트를 형성한 면으로부터 출사시키는 광이 최대가 되도록, 상기 도트의 평면 형상이 대략 사각형이고, 상기 도트의 단면이 실질적으로 V자 형상이며, 상기 단면의 경사각이 35°∼43°의 범위이며, 상기 도트의 꼭지각이 70.6°±2.5°의 범위인 것을 특징으로 하는 프론트라이트용 조명 장치.
프론트라이트용 조명 장치에 있어서,

도광판과, 상기 도광판의 측면에 배치된 광원을 구비하며,

상기 도광판은 상기 광원으로부터의 광을 입사시키는 입사면과, 입사된 광을 출사시키기 위한 상기 입사면과 직교하는 2개의 광투과면을 가지며 상기 광투과면의 한측 면에는 상기 입사면으로부터의 광을 상기 광투과면의 다른측 면으로 반사시키기 위한 복수의 소오목부 또는 소볼록부를 포함하는 도트가 형성되어 있고,

상기 도트의 형상은 상기 광투과면의 다른측 면측에 배치된 액정 표시셀을 조명하고, 상기 액정 표시셀로부터의 반사광을 다시 상기 광투과면의 다른측 면에 입사시켜 상기 도트를 형성한 면으로부터 출사시키는 광이 최대가 되도록, 상기 도트의 평면 형상이 대략 사각형이고, 상기 도트의 단면이 실질적으로 V자 형상이며, 상기 단면의 경사각이 35°∼43°의 범위이며, 상기 도트의 꼭지각이 70.6°±2.5°의 범위이며, 상기 도트가 형성된 면의 전면적의 95% 이상의 영역 내가 0.25∼1mm²의 정방형 영역으로 구획되고, 상기 정방형 영역 내에서 각 도트마다 요구되는 상기 도트의 배열 관계에 따른 동경분포함수 g(R)을 가중평균하고, 또한 최소 자승법에 의해 근사시켜 얻어진 함수 G(R)이 R/Ro=3∼6의 범위에서 0<S₁/S₂<0.2를 만족하는 함수(여기서, R : 각 도트에 대하여, 그 중심 위치에서 그 이외의 도트의 중심 위치까지의 거리, Ro : 상기 정방형 영역의 1변의 길이를 그 정방형 영역 중에 존재하는 상기 도트수의 평방근으로 나눈 값, S₁: R/Ro=3~6의 범위내에서, G(R)과 G(R)의 평균치와의 차를 R/Ro로 적분하여 얻어지는 값, S₂: R/Ro=3~6의 범위내에서, G(R)의 평균치를 R/Ro로 적분하여 얻어지는 값임)로서, 상기 도트가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 프론트라이트용 조명 장치.
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제1항에 있어서,

상기 광원으로부터의 광의 진행 방향에 대하여 평행한 방향의 도트의 길이가 0.002∼0.05mm의 범위이며, 상기 광원으로부터의 광의 진행 방향에 대하여 수직인 방향의 도트의 길이가 0.002∼0.2mm의 범위인 것을 특징으로 하는 프론트라이트용조명 장치.
제1항에 있어서,

상기 도광판의 광투과면에 대향하는 타측 면에, 상기 도트가 랜덤하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 프론트라이트용 조명 장치.
제2항에 있어서,

R < 상기 광원으로부터의 광의 진행 방향에 대하여 평행한 방향의 도트의 길이×2되는 범위에서, 실질적으로 상기 함수 G(R)=0이고, 또한 상기 함수 G(R)에 적어도 2개 이상의 피크가 존재하며, R/Ro=3∼6의 범위 내에서, 상기 함수 G(R)의 평균치와 비교하여 2배 이상의 피크가 2개 존재하도록, 상기 도트가 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 프론트라이트용 조명 장치.
한 면에 도트가 형성된 프론트라이트용 도광판의 제조 방법에 있어서,

(1) 면 방위가 (001)에 대하여 11.7°∼19.7°의 범위에서 경사진 결정면을 갖는 실리콘 기판의 표면에 산화막을 형성하는 공정과,

(2) 상기 산화막 상에 레지스트막을 형성하고, 상기 실리콘 산화막 상에 상기 레지스트막으로 된 도트 패턴을 형성하는 공정과,

(3) 상기 도트 패턴을 마스크로 하여 상기 실리콘 산화막을 에칭하여 상기 실리콘 산화막으로 된 패턴을 형성하는 공정과,

(4) 상기 실리콘 산화막 패턴을 마스크로 하여 상기 실리콘 기판의 이방성 에칭을 행하여, 상기 실리콘 기판에 평면 형상이 대략 사각형이고 단면 형상이 실질적으로 V자 형상이며 꼭지각이 70.6°±2.5°의 범위인 도트를 형성하는 공정과,

(5) 상기 실리콘 기판 상에 금속막을 형성하는 공정과,

(6) 상기 금속막을 박리하여 스탬퍼 또는 그 복제를 제작하는 공정과,

(7) 상기 스탬퍼 또는 그 복제를 이용하여, 필름 또는 플라스틱 표면에 도트를 전사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프론트라이트용 도광판의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 도트의 단면 경사각이 35°∼43°의 범위인 것을 특징으로 하는 프론트라이트용 도광판의 제조 방법.
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