KR100519178B1 - 도광판,표면광원장치,편광광원장치및액정표시장치 - Google Patents

도광판,표면광원장치,편광광원장치및액정표시장치 Download PDF

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카주타카 하라
히로유키 요시미
타추야 오수가
타다유키 카메야마
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 출사면; 출사면에 대향한 저면; 및 출사면과 저면 사이에 배치된 입사면을 포함하는 도광판에 관한 것으로서, 입사광의 진행 방향을 따라 저면 위에 규칙적인 간격으로 돌기 또는 홈이 형성되고, 상기 돌기 또는 홈은 장변면과 단변면을 가지며, 출사면 상의 장변면의 투영면적은 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이며, 장변면은 돌기의 경우 입사면측에 위치하고, 홈의 경우 입사면에 대향하는 측에 위치한다.

Description

도광판, 표면 광원 장치, 편광 광원 장치 및 액정 표시 장치
1. 발명의 배경
본 발명은 광의 사용 효율이 우수한 도광판, 표면 광원 장치 및 그를 이용한 편광 광원 장치, 및 그들을 사용한 휘도가 우수한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
2. 선행 기술의 설명
액정 표시 장치 등에 사용될 수 있는 광의 사용 효율이 우수한 조명 시스템이 요구된다. TN (트위스트 네마틱) LCD, STN (슈퍼 트위스트 네마틱) LCD 등에 사용된 편광판은 자연광의 약 60%를 흡수하여 열로 전환시키고, 통상 이론적으로는 50% 이하인 35% 내지 45%의 범위에서 광의 사용 효율을 가지므로, 휘도를 증가시키기 위해서 조명 시스템에서 개선이 필요하다. 따라서 광을 편광판에 편광으로서 제공함으로써 광의 사용 효율을 증가시키면서 휘도를 증가시킬 수 있는 조명 시스템을 개발하려는 시도가 이루어져 왔다.
편광으로서 광을 공급할 수 있는 종래의 조명 시스템으로서, 일본 특허 공개 공보 평성 제7-36032호에 기재된 시스템이 공지되어 있는데, 이 시스템에서는, 광이 측면으로부터 입사하여 상면을 통해서 출사할 수 있는 측광형(side light type) 도광판의 저면에 확산 또는 산란 타입의 반사층이 부착되고, 상면에 콜레스테릭 액정상을 포함하는 편광 분리 수단이 제공된다. 이 시스템은 편광 분리 수단을 통해서 입사광을 투과광 및 반사광으로서 좌 원편광과 우 원편광으로 분리하고, 반사광을 저면상의 반사층을 통해 반사하여 광이 재출사할 수 있도록 함으로써, 입사광을 원편광으로서 출사시켜 광의 사용 효율을 향상시킨다.
이 시스템에서는, 평탄면은 도광판의 측면으로부터 입사광을 전반사하고 광을 상면으로 출사시키는 능력이 적기 때문에, 다중 반사 또는 굴절에 의해 입사광을 난반사하여 광이 상면으로 출사할 수 있도록 확산 또는 산란 타입의 점형상 반사층이 저면 상에 제공된다. 그러나 이 경우에는, 확산 타입 반사층이 출광의 방향에서 불규칙적이고, 효과적으로 사용될 수 있는 광의 양이 적다. 또한, 편광 분리 수단을 통해서 반사되고 재입사된 원편광은 반사층상에서 확산 반사(diffusely reflected)되고, 불규칙적인 광 경로를 취하고, 상기 편광 상태가 해소되고, 상면을 통한 재출사광으로서 사용되기 어려우므로, 편광 분리 수단을 통한 반사광 성분은 출사 손실이 된다.
반면, 산란 타입 반사층에서, 편광 분리 수단을 통해 재입사한 원편광의 편광 상태는 난반사의 억제에 의해 어느 정도로 유지되지만, 도광판의 측면으로부터의 입사광을 상면으로 출사시키는 능력은 저하된다. 입사광의 산란 효율이 출사 효율을 개선시키도록 증강된다면, 편광 분리 수단을 통한 재입사광이 측방향으로 크게 산란되고, 상면으로 재출사되는 광의 양은 감소된다. 사실상, 주 출사 방향은 출사면에 대해 60도 내지 70도로 경사진 방향이며, 따라서 편광 분리 수단을 통한 재입사광은 실질적으로 사용될 수 없고, 출사 효율을 개선하기 어렵다.
출사 방향에 대하여, 도광판의 출사면 상에 프리즘 시트를 놓고, 출사 방향을 출사면에 수직으로 하는 것이 제안되었다. 그러나 프리즘 시트는, 편광 분리 수단을 통한 재입사 시스템에서 재입사광의 진행 방향을 크게 변경시키는 층으로서 기능을 하므로, 출사 효율은 나빠지고, 광의 사용 효율을 개선하기 어렵다. 또한, 저면 위에 프리즘 구조물을 사용하고 광의 입사면 상에 쐐기를 사용하여 출사광을 평행광으로 하는 도광판이 미국 특허 제5359691 호에 제안되어 있다. 그러나 편광 분리 수단을 통한 재입사 시스템에서는, 광이 저면 위의 프리즘을 통해서 조차도 광의 입사측에 위치한 구배(slope)상으로 입사되기 어렵고, 반사를 통한 출사 효율의 개선 효과가 적다. 또한, 도광판은, 광이 출사면에 수직인 방향으로 출사할 수 있도록 하는 효율 및 출사광을 평행한 광으로 조절하는 효율이 나쁘며, 전반적으로 광의 사용 효율이 열악하다. 출사면에 수직인 방향으로 또는 그에 가까운 방향으로 출사하는 광은 유효광으로서 사용하기 쉽다.
반면, 반사 거울과 자연광을 갖는 광원, 및 콜레스테릭 액정상 타입의 편광 분리 수단을 포함하고, 도광판을 사용하지 않는 편광 광원 장치가 일본 특개평 제3-45906호에 제안되어 있다. 그러나 출사광을 평행광으로 하기 위한 구조를 채용하기 위해서, 편광 분리 수단을 통한 재입사광이 반사 거울 상에서 반사되고 재출사 광로를 취하면, 그 광은 광원에서 흡수되고 광의 사용 효율의 개선 효과가 나쁘다. 따라서 확산판을 반사 거울과 편광 분리 수단 사이에 놓는 방법이 일본 특개평 제6-324333호에 제안되어 있다. 그러나 상기 확산판을 통해서 출사광의 광로가 산란되고, 유효하게 사용될 수 있는 광의 양이 감소되고, 확산판에 의한 흡수 손실 또한 증가하고, 재입사광의 확산에 의해서 편광 상태가 해소됨으로, 광의 사용 효율의 개선 효과가 작다.
상기한 바와 같이, 입사광을 편광 분리 수단을 통해 투과광과 반사광으로 분리하고, 반사광을 도광판에 재입사시키고, 그 광을 반사를 통해 재출사시켜서 편광하는 경우, 종래의 산란 반사 타입 도광판에서는 수직 방향의 출사광량이 적고 편광 분리 수단을 통한 분리 효율이 낮아 광의 사용 효율을 개선할 수 없다. 저면 프리즘 구조의 도광판에서는, 초기 출사가 상기 출사면에 수직인 방향으로 되도록 저면 구조가 조정되면, 편광 분리 수단을 통한 재입사광은 수직으로 복귀하여, 상기 저면 구조를 통해 표류광(stray light)이 되고 재출사하기 어렵게 됨으로써, 재사용 효율이 낮고, 재출사 성분 중 출사면에 수직 방향인 성분이 작다.
상술한 저면 프리즘 구조의 도광판에 관한 설명은 초기 출사가 수직 방향이 아닌 경우에도 적용된다. 따라서 일반적으로 효과적으로 재사용될 수 있는 광의 양은 적다. 또한, 통상 재입사광은 프리즘면의 2회 전반사를 통해 출사면으로 복귀한다. 이 경우, 상기 도광판이 수지로 만들어진 경우, 편광 변환 효율은 45% 이하로 감소된다. 저면이 프리즘 구조이고, 두께가 입사면으로부터 점차로 감소하고 출사면은 경사면, 및 출사면에 평행한 평탄면으로 형성되는 도광판이 미국 특허 제5050946호에서 제안되었다. 그러나 출사광은 평행광이 될 수 없고, 편광 분리 수단을 통한 재입사광의 재사용 효율이 확산 반사 등 때문에 낮다.
본 발명의 목적은, 입사광을 효율적으로 전송시킬 수 있고, 출사면으로부터 수직성 및 평행광성(parallel light property)이 좋게 출사시킬 수 있으며, 또한, 편광 분리 수단을 통한 재입사광을 산란의 손실 등이 적은 상태에서 초기 출사광과의 방향 일치성이 좋게 출사시킴으로써, 효과적으로 재사용될 수 있는 광의 사용효율이 우수한 도광판을 개발하는 것이다.
본 발명에 따라, 출사면; 상기 출사면에 대향한 저면; 및 출사면과 저면 사이에 배치된 입사면을 포함하는 도광판으로서, 입사광의 진행 방향을 따라 규칙적인 간격으로 저면 위에 돌기 또는 홈이 형성되고, 상기 돌기 또는 홈은 장변면(long-side faces)과 단변면(short-side faces)을 가지며, 상기 출사면 상의 장변면의 투영면적은 상기 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이며, 상기 장변면은 돌기의 경우에 입사면측에 위치하고, 홈의 경우에 입사면에 대향하는 측에 위치하는 도광판이 제공된다.
본 발명에 따라, 도광판 측면으로부터의 입사 전송광을, 단변면을 통해 출사방향을 조절함으로써 수직 또는 거의 수직으로 출사시켜, 입사광을 효율적으로 전송하며, 수직성 및 평행광성이 우수한(즉, 액정 표시 장치 등의 시인성(viewability) 개선에 유효한 방향의) 출사광을 효율적으로 형성할 수 있는 도광판이 제공될 수 있다. 또한, 액정 표시 장치 등에 용이하게 적용될 수 있도록, 출사광의 면내 균일성(in-face uniformity)이 우수하고, 명암의 불일치가 적은 실용적 크기의 얇은 도광판이 제공될 수 있다.
따라서 상기 도광판을 사용하여, 눈이 인식하는데 유효한 방향으로 평행광을 출사시켜 광의 사용 효율이 우수한 밝은 표면 광원 장치 또는 편광 광원 장치를 형성할 수 있다. 또한, 상기 도광판은 밝고, 보기 쉬우며, 전력을 적게 소모하는 액정 표시 장치를 형성하기 위해서 사용될 수 있다. 특히, 상기 도광판 및 편광 분리수단을 조합하여 편광 광원 장치를 형성하면, 수직성 및 평행광성이 우수한 출사광에 기초하며, 편광 분리 수단을 통한 재입사광은 산란 등의 손실 및 각도 변화가 작고, 초기 출사광과 방향 일치성이 우수한 상태에서 재출사할 수 있으므로, 편광으로서 유효하게 사용될 수 있는 광이 입사 전송광의 사용 효율로 제공될 수 있다.
양호한 실시예의 상세한 설명
본 발명의 도광판은 출사면, 그에 대향한 저면, 및 출사면과 상기 저면 사이의 측단면을 포함하는 입사면을 갖는 플레이트형 물질로 만들어진다. 입사면의 세로방향과 동일한 방향의 구배로 형성된 돌기 또는 홈이 도광판의 저면에 규칙적인 간격으로 제공된다. 돌기 또는 홈은, 돌기 또는 홈이 저면과 교차하는 교점과 돌기 또는 홈의 정점을 연결하는 선에 기초하여 장변면과 단변면을 갖는다. 출사면 상의 장변면의 투영면적은 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이다. 장변면은 돌기의 경우 입사면측에 위치하며, 홈의 경우 입사면에 대향하는 측단면에 위치한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 도광판의 예를 보여주는 것이다. 도 5(a) 내지 5(d) 및 도 6(a) 내지 6(d)는 각각 저면 위의 돌기 및 홈을 도시하고 있다. 도 1 내지 도 4에서, 도면부호 11은 출사면이고, 도면부호 12, 16, 17 및 18은 저면이고, 도면부호 13은 입사면이고, 도면부호 14는 측면이고, 도면부호 15는 상기 입사면(13)에 대향한 측단부이다. 도 5 및 도 6에서, 도면부호 21, 22, 23 및 24는 돌기이고, 도면부호 25, 26, 27 및 28은 홈이고, 도면부호 31, 33, 35, 37, 42, 44, 46 및 48은 장변면을 형성하는 구배이고, 도면부호 32, 34, 36, 38, 41, 43, 45 및 47은 단변면을 형성하는 구배이다.
본 발명의 도광판은 출사면, 그에 대향한 저면, 및 출사면과 저면 사이의 측단면을 포함하는 입사면을 갖는 플레이트형 물질로 만들어진다. 상기 플레이트형 물질은 도면에 도시된 바와 같이, 입사면에 대향한 측단부가 입사면보다 얇은(특히, 측단부의 두께는 입사면 두께의 50% 이하)것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 입사면에 대향하는 측단부를 얇게 하면, 입사면으로부터의 입사광{도 5(a) 내지 도 5(d) 및 도 6(a) 내지 도 6(d)에서 두꺼운 화살표로 표시}이 전송단(transmission end)인 대향 측단부에 도달할 때까지, 저면의 단변면에 효율적으로 입사할 수 있으며, 입사광이 반사되어 출사면을 통해 출사되어 목적 평면에 효율적으로 공급될 수 있는 장점이 있다. 그러한 얇은 구조는 도광판을 경량화 할 수 있으므로, 예를 들어, 저면이 도 2에 도시된 바와 같이 직선면인 경우에, 도광판의 중량은 두께가 균일한 도광판 중량의 약 75%로 감소될 수 있다.
플레이트형 물질의 저면은 입사면에 대향하는 측단부의 하부 에지(edge)와 입사면의 하부 에지 사이에 규정된다. 저면에는 입사면의 세로방향과 동일한 방향의 구배로 형성된 돌기 또는 홈이 규칙적인 간격으로 제공된다. 즉, 예를 들어, 도 1, 도 5(a) 및 도 6(a)에 참조하면, 각각이 구배(31 및 32)를 포함하는 돌기들(21) 및 각각이 구배(41 및 42)를 포함하는 홈들(25)이, 도 1에 도시된 화살표로 나타낸 입사면(13)을 따르는 방향에서 규칙적인 간격으로 저면에 제공된다.
돌기 또는 홈을 형성하는 구배와 저면의 교점들을 연결하는 직선에 기초해서, 돌기 또는 홈의 구배와 저면의 교점(정점)이 상기 직선으로부터 돌출 또는 함몰되는지의 여부에 따라서 돌기 또는 홈이 결정된다. 도 5(a) 내지 도 5(d) 및 도 6(a) 내지 도 6(d)의 예시에 기초하여 설명하면, 돌기(21, 22, 23, 24) 또는 홈(25, 26, 27, 28)을 형성하는 구배(31 및 32; 33 및 34; 35 및 36; 37 및 38; 41 및 42; 43 및 44; 45 및 46; 47 및 48)와 저면의 교점들을 연결하는 가상선으로 나타낸 선(20)으로부터, 돌기 또는 홈의 구배와 저면의 교점(정점)이 돌출하거나 함몰하는지에 따라서 돌기 또는 홈이 된다.
돌기 또는 홈을 형성하는 구배들은 저면과의 교점과 정점을 연결하는 선에 기초하여 장변면과 단변면을 포함한다. 출사면 상의 장변면의 투영면적은 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이다. 돌기의 경우에는 장변면을 입사면측에 위치시키고, 홈의 경우에, 장변면을 상기 입사면에 대향하는 측단부 측에 위치시킨다.
즉, 예를 들면, 도 1, 도 5(a) 및 도 6(a)에 기초해서, 돌기(21)를 형성하는 구배(31 및 32)는 장변면(31) 및 단변면(32)을 포함하고, 홈(25)을 형성하는 구배(41 및 42)는 저면(가상선(20)과 동일함)과 정점의 교점들을 연결하는 선(도 5(b) 내지 도 5(d) 및 도 6(b) 내지 도 6(d)에서 가상선과 동일함)에 기초하여 장변면(42) 및 단변면(41)을 포함한다. 출사면(11) 상의 장변면(31, 42)의 투영면적은 출사면(11) 상의 단변면(32, 41)의 투영면적의 3배 이상이다. 돌기(21)의 경우, 그의 장변면(31)은 입사면(13)측에 위치하고, 홈(25)의 경우에 그의 장변면(42)은 입사면에 대향하는 측단부(15) 측에 위치한다.
단변면 상에 직접 입사한 전송광 외에도, 장변면 상에 입사하고 그로부터 반사되어 단변면 상에 입사하는 전송광이 단변면 상에서의 반사를 통해서 출사면으로 공급됨으로써, 광의 사용 효율이 개선될 수 있다. 도광판이 편광 광원 장치로 사용되면, 장변면은 편광 분리 수단에 의해서 반사된 재입사광을 재출사시키는 기능을 하는 부분이다. 이와 같은 관점에서, 출사면 상의 장변면의 바람직한 투영면적은 출사면 상의 단변면의 투영면적의 5 배 이상, 특히 10 배 내지 100 배이다.
본 발명에서, 도광판의 저면의 형상은 필요에 따라 결정될 수 있다. 바람직하게는 입사면에 대향한 측단부가 입사면보다 더 얇다. 이 경우에, 구배면의 형상은 필요에 따라 결정될 수 있으며, 구배면의 형상은 도 2에 도시된 선과 같은 임의의 필요한 면 형상으로 만들어지거나 도 3 및 도 4에 도시된 곡면으로 만들어질 수 있다. 선면이 아닌 경우, 출사면으로부터의 출사광의 출사방향을 균일하게 하는 관점에서 저면 위에 모든 위치에서 평균 경사각으로부터 5 도 이내의 범위에 있는 것이 바람직하다.
저면에 형성된 각 돌기 또는 홈의 형상은 도 5(a) 내지 도 5(d) 및 도 6(a) 내지 도 6(d)에 도시된 바와 같은 선형 구배로 형성될 필요가 없으며 굴절면, 굽은 면 등으로 형성되어도 된다. 상기 돌기 또는 홈은 전체 저면 위에서 동일한 형상일 필요가 없으며, 수직성이 우수한 출사광을 제공하는 관점에서, 입사측으로부터 점차적으로 형상과 각도가 변화하는 구조가 바람직하다.
출사광은 저면 위의 돌기 또는 홈을 통해서 줄무늬처럼 방출되기 때문에 돌기 또는 홈은 가능한 작은 것이 바람직하며, 그들이 큰 간격으로 놓이면, 명암이 불일치되어 전체 면 위에서 휘도의 균일성이 쉽게 열화된다. 돌기 또는 홈 간격은 명암의 불일치성을 방지하여 휘도의 균일성이 우수한 출사면을 제공한다는 관점에서, 500㎛ 이하, 특히 400㎛ 이하, 특히 5 내지 300㎛ 가 바람직하다. 상기 간격이 5㎛ 미만이면, 회절 때문에 큰 산란이 발생하고, 도광판은 액정 표시 장치의 백 라이트(back light)에 적합하지 않다.
바람직하게는, 돌기 또는 홈의 일부를 형성하는 구배로서 장변면은, 도 5(a) 내지 도 5(d) 및 도 6(a) 내지 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 출사면(11)에 대한 경사각(θ1)이 0 도 내지 10 도, 특히 5 도 이하, 특히 2 도 이하이다. 도 5(a) 및 도 6(a)의 점선 화살표로 나타낸 바와 같이, 경사각을 그러한 범위에 놓음으로써, 상기 경사각보다 큰 각도로 투과된 광이 장변면(31, 42) 상에서 입사하고 반사된다. 이 때, 장변면의 경사각에 기초해서, 상기 광은 출사면(11)과 더욱 평행한 각도로 반사되고, 단변면(32, 41) 상에 입사하고 반사되어, 출사면(11)을 통해서 출사한다.
결과적으로, 단변면으로의 광의 입사각은 일정하고, 입사각의 변동이 억제될 수 있고, 출사광은 평행광이 될 수 있다. 따라서 돌기 또는 홈을 형성하는 구배로서 장변면과 단변면의 경사각을 조정함으로써, 출사광은 지향성을 갖고, 따라서 광은 출사면에 수직 방향 또는 수직 방향에 근접한 각도로 출사할 수 있다.
이러한 관점에서, 아크릴 수지로 만들어진 도광판에 있어서, 단면에 입사하는 광의 전송광의 최대 각도는 굴절률(약 1.5)에 기초하면 41.8도이고, 도광판의 굴절률이 증가함에 따라 전송광의 최대 각도는 감소한다. 따라서 장변면의 경사각이 10도를 초과하면, 출사면 상의 장변면의 투영면적의 비율은 감소하고, 출사 방향이 상기 장변면을 통해 조절될 수 있는 전송광의 비율이 저하된다. 또한, 장변면을 경유하여 단변면 상에 입사하는 전송광과 단변면 상에 직접 입사하는 전송광 사이의 반사각 차이가 증가하고, 출사광을 평행광으로 하기 위한 조절 능력은 감소하고, 출사광의 지향성은 나빠진다. 장변면의 경사각은 0.01 내지 10 도의 범위, 특히, 0.01 내지 5도의 범위 내에서 양호하게 선택된다.
따라서 전송광을 반사하여 출사면에 공급하기 위한 구배(본 발명에서 단변면에 상응함)가 출사면 상에 구배의 투영 면적비를 증가시키기 위해서 크게 만들어지고, 또 다른 구배(본 발명의 장변면에 상응함)의 경사각이 종래의 도광판과 같이 20 도 이상으로 설정된 구조에서, 전송광의 구배로의 입사 가능성이 극히 적고, 출사광이 평행광으로 되기 어려우며, 수직 지향성을 공급하기 어렵다.
한편, 돌기 또는 홈의 일부를 형성하는 구배로서의 단변면은, 도 5(a) 내지 도 5(d) 및 도 6(a) 내지 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 출사면에 대해 경사각(θ2)을 25 내지 50 도, 특히 30 도 이상인 범위에 갖는 것이 바람직하다. 도 5(a) 및 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 그러한 범위로 경사각을 놓음으로써, 직접 또는 장변면을 경유하여 입사하는 전송광은 출사면(11)에 직각으로 또는 그에 가까운 각도로 단변면(32, 41)을 통해서 반사될 수 있고, 액정 표시 장치 등의 시인성을 효과적으로 개선시키기 위한 방향의 광을 효과적으로 출사할 수 있다. 단변면의 경사각이 상기 언급된 범위를 벗어나면, 수직 방향으로부터의 차이가 증가하고, 수직 지향성을 갖는 출사광을 제공하기 어렵고, 전송광의 출사 효율(사용 효율)도 열화된다.
본 발명에서, 도광판의 입사면의 형상은 제한되지 않으며, 필요에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 입사면은 출사면에 수직인 평면이며, 예를 들면 상기 입사면은 또한 입사 효율을 개선시키기 위한 광원의 외주 표면에 따라 굴곡된 홈과 같은 형상으로 될 수 있다. 입사면은 또한 도광판과 광원 사이에 놓여진 안내부를 갖는 입사면 구조를 취할 수도 있다. 안내부는 광원 등에 따라서 적당한 형상으로 될 수 있다.
출사면의 형상은 일반적으로 평탄한 평면이지만, 출사면은 또한 필요에 따라 상기 표면에 산란을 위한 확산층을 갖는 구조를 취할 수 있다. 그러나 편광 광원장치를 형성하기 위해서, 도광판은 저면, 출사면, 또는 상기 도광판의 중간층을 포함하는 입사면 외의 다른 부분에 산란을 위한 확산층을 갖지 않는 것이, 광의 사용효율의 견지에서 바람직하다. 따라서 저면 및 출사면에 돌기 또는 홈을 형성하는 구배는 완만한 것이 바람직하다.
상기 도광판은 광원의 파장 영역을 따라서 투명성을 나타내는 적당한 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 관점에서, 가시광선 영역에서, 예를 들면 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 아크릴 수지, 폴리카보네이트와 같은 폴리카보네이트 수지 또는 폴리카보네이트/폴리스티렌 공중합체, 또는 에폭시 수지와 같은 투명 수지 등, 또는 유리 등을 들 수 있다. 후술하는 편광 광원 장치를 형성하기 위해서, 복굴절이 없거나 복굴절이 적은 재료로 형성된 도광판을 사용하는 것이 바람직하다.
양산성 등의 견지에서 볼 때 도광판의 바람직한 제조방법으로는, 열, 자외선, 방사선 등에 의해서 중합될 수 있는 액상 수지를 미리 정해진 저면 형상을 형성할 수 있는 금형으로 흘려 넣어 중합하는 방법; 미리 정해진 저면 형상을 형성할 수 있는 금속 금형에, 가열 하에서 열가소성 수지를 압착하여 형상을 전사하는 방법; 미리 정해진 형상을 형성할 수 있는 금속 금형으로 용매 또는 열에 의해서 유체로 만들어진 수지 또는 가열되어 용융된 열가소성 수지를 채우는 방법 등이 있다.
본 발명의 도광판에서, 출사광의 각도 분포, 면내 분포 등의 특징은 단변면과 장변면 사이의 면적비, 경사각, 저면 형상, 곡률 등의 조절에 기초해서 조정될 수 있다. 이러한 관점에서, 굴절률 1.5이고, 저면이 곡률을 갖지 않는 구배면이며, 초기 출사광이 수직으로 출사하는 도광판을 위해서, 장변면과 출사면이 이루는 경사각을 6.6도 이하로 설정함으로써, 편광 분리 수단을 통한 재입사광은 10도 이내의 각도 변화로 출사할 수 있다. 이 경우에, 저면이 곡률을 가지면, 경사각이 6.6도 이하인 부분은 상술한 미리 정해진 면적 이상의 비율로 제공됨으로써, 편광 분리 수단을 통한 재입사광이 10도 이내의 각도 변화로 출사할 수 있다.
본 발명에서, 도광판은, 예를 들면, 저면 형성 시트를 광을 전송하기 위한 도광부에 접착하는 것과 같이, 상이한 재료의 적층으로 형성될 수 있으며, 전체가 동일한 재료로 만들어진 단일층으로 형성될 필요는 없다. 도광판의 두께는, 사용 목적에 따라 도광판의 크기, 광원 크기 등에 맞게 필요에 따라 결정될 수 있다.
액정 표시 장치 등에 사용된 도광판의 일반적인 두께는, 도광판의 입사면을 기준으로 20mm 이하, 특히 0.1 내지 10mm, 특히 0.5 내지 8mm이다. 입사면과 출사면 사이의 일반적인 면적비는 1/5 내지 1/100, 특히 1/10 내지 1/80, 특히 1/15 내지 1/50이다. 이러한 관점에서, 평행광이 입사면으로부터 입사될 수 있도록 하기 위해서, 입사면의 두께에 상응하는 두께의 단변면은, 모든 입사광이 상기 단변면 위에 입사될 수 있도록 형성된다. 이 경우에, 단변면의 경사각이 45도로 설정되고, 장변면의 경사각이 0도로 설정된다면, 입사면과 출사면 사이의 면적비는 약 1/30이 된다.
도광판의 굴절률이 1.5라면, 전술한 바와 같은 41.8도 이내에서 전송광의 입사각이 작을수록, 그 강도는 더 크다. 따라서 단변면과 장변면 사이의 면적비가 출사면 상의 투영면적을 기준으로 약 1/15라면, 대부분의 입사광은 장변면을 경유하지 않고 단변면 상에 직접 입사할 수 있고, 높은 출사 효율이 제공될 수 있다.
광은 경사각이 45도인 단변면을 경유해서 출사면에 수직인 방향으로 출사한다. 편광 분리 수단을 통한 재입사광의 대부분은 장변면 위에 입사된다. 결과적으로, 단변면과 장변면 사이의 면적비가 출사면 상의 투영면적을 기준으로 1/5이라면, 이상적으로는, 편광 분리 수단을 통한 재입사광의 83%가 상기 장변면 위에 입사하고 반사되어 재출사광으로서 사용될 수 있다.
도광판의 저면은 또한 필요에 따라 반사층, 바람직하게는 금속 반사층을 가질 수 있으며, 예를 들어, 도 7의 도면부호 2는 금속층으로 만들어진 반사층이다. 이 반사층은 광이 저면으로부터 누출되는 것을 방지하고, 출광 효율을 개선시키는 데에 효과적이다. 편광 광원 장치용으로 도광판을 사용하면, 상기 반사층은 또한 편광 변환 수단으로서 기능을 한다.
반사층을 편광 변환 수단으로서 기능시키기 위해서, 금속 반사층이 특히 바람직하다. 금속 반사층을 사용하면, 편광 특성이 반사시 효율적으로 반전(inverted)되고, 편광 변환 효율은 굴절률이 다른 경계면을 통한 전 반사 또는 확산 반사에 의한 것보다 훨씬 우수하다. 이러한 관점에서, 원편광이 실질적으로 수직방향으로 금속면에 입사하면, 원편광의 좌우 변환 효율은 100%에 가까운 값에 이르게 되고, 약 30도의 입사각까지 90% 이상의 변환 효율이 나타난다.
편광 변환 효율의 견지에서, 바람직한 금속 반사층은 알루미늄, 은, 금, 구리 또는 크롬인, 반사율이 높은 금속을 1종 이상 함유하는 금속면을 갖는 층이다. 도광판의 저면과 밀착성이 우수한 금속 반사층은 결합 수지에 의한 금속 분말 혼합 도포층 또는 증착방법에 의한 금속 박막 부가층으로서 형성될 수 있다. 상기 금속 반사층의 단면 또는 양면에는 또한 필요에 따라, 반사율을 개선하고 산화를 방지하기 위한 적당한 코팅이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 도광판은, 평행화된 광(collimated light)을 시인성에 좋은 수직 방향으로 출사시키고, 광원으로부터 광을 효율적으로 사용하는 표면 광원 장치와 편광 광원 장치, 및 휘도가 우수하고 보기 편하며 소비 전력이 낮은 액정 표시 장치와 같은 다양한 장치를 형성하기 위해서 사용될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 도광판을 갖는 표면 광원 장치를 도시한다. 도면에서, 도면부호 1은 도광판이고, 5는 도광판을 사용한 표면 광원 장치이고, 표면 광원 장치는 도광판의 입사면(13)과 마주하여 놓여진 광원(51)을 가지며, 측광형 등의 백라이트로서 사용될 수 있다. 광원으로서 적절한 장치가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 (냉 또는 열) 음극관과 같은 선형 광원, 발광 다이오드와 같은 점광원, 그의 선형 또는 표면 어레이 등이 사용될 수 있다. 낮은 전력 소모성, 내구성 등의 견지에 볼 때, 냉음극관이 특히 바람직하다.
표면 광원 장치를 형성하기 위해서, 도광판 저면의 반사층(2), 광원으로부터 방출된 광을 도광판의 측면으로 안내하기 위해 선형 광원을 둘러싸는 광원 홀더(52), 균일한 표면 방출을 제공하기 위하여 도광판의 출사면 상에 놓여진 확산층(53), 및 광 방출 방향을 조절하기 위한 프리즘 시트와 같은 보조 수단이, 필요에 따라 도면에 도시된 바와 같이, 조합되어 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 반사층(2) 대신에 또는 반사층과 함께, 반사판(54)이 또한 도광판(1)의 저면을 따라서 배치될 수 있다. 도광판의 저면에 반사판을 배치하는 방법은, 장변면들의 경사각이 동일한 경우, 편광 분리 수단을 통해 재입사하는 광의 재출사 각을 작게 할 수 있는 장점을 갖는다. 상기 반사판은 도광판과 관련하여 기술된 반사층과 유사할 수 있으며, 금속 반사 표면을 갖는 반사판은 편광 광원 장치와 함께 사용되는 것이 바람직하다. 따라서 부가의 금속 박막, 금속 호일, 금속판 등과 함께 수지 시트가 반사판으로서 사용될 수 있다. 상기 반사판의 표면은 반드시 경면(specular)일 필요는 없으며, 소각 다중 표면(small-angle multiple surfaces), 연속 곡면 등으로서 전체적으로 균일하게 형성될 수 있다.
반사판, 특히 편광 광원 장치 등에 사용되는 반사판으로서, 평행한 광이 입사되는 경우 반사광의 반사각의 확산(spread)의 반값폭(half value width)의 반각(half angle)은, 재출사광의 확산을 억제하는 견지에서 10도 이내, 특히 5도 이내인 것이 바람직하다. 따라서 반사율이 높고, 반사각의 확산이 적고, 확산 반사를 발생하지 않는 물질이 반사판으로서 사용될 수 있다. 반사판이 롤링에 의한 거친 표면을 가져서 반사광의 반사각이 약간 확산되어도 된다. 일반적으로 고 반사율을 갖는 금속 호일 등을 같은 부가의 금속 박막과 함께 수지 시트가 광원 홀더로서 사용된다. 도광판의 단부에 광원 홀더를 접착제 등으로 부착하기 위해서, 부착부에 대하여 저면상 돌기 또는 홈의 형성이 생략될 수 있다. 광원 홀더는 또한 도광판의 저면까지 연장되어 반사판으로서 역할을 할 수 있다.
확산층의 배치는 명암의 불일치를 방지하여 휘도의 균일성이 우수한 출사면을 형성하는데 유용하다. 확산층은, 미세 요철면(microscopic asperities), 확산판 등으로 이루어진 적절한 확산층으로 형성될 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 편광 광원 장치에 도광판을 사용하기 위해서는, 상기 확산층의 배치가 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 편광 광원 장치는 편광 특성을 나타내지 않는 입사광을, 편광 분리 수단과 함께 투과 및 반사에 의하여 효율 좋게 편광으로 변환시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 위해서, 본 발명에 따른 도광판은 수직성이 우수하고 고도로 평행화된 출사광을 제공하며, 편광 분리 수단을 통한 재입사한 광을, 각도 변화가 작은 상태에서 초기 출사광과 방향 일치성이 우수하게 재출사시킬 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 편광 광원 장치의 실시예를 도시하고 있다. 편광 광원 장치는 전술한 바와 같은 표면 광원 장치(5)내 도광판(1)의 출사면(11)에 배치된, 투과 및 반사에 의한 편광 분리 수단(61)을 갖는다. 실시예에서 편광 분리 수단(61)은 미리 결정된 원편광을 투과하고, 그 외의 원편광을 반사하며, 도광판(1)에서 확산층을 갖지 않는 출사면(11) 바로 위에 배치된다. 도 11에서, 도면부호 62는 편광 분리 수단(61) 위에 배치된 직선 편광 변환 수단이다.
상기 장치에 따라, 도광판(1)의 출사면으로부터 출사하는 광은 편광 분리 수단(61) 상에 입사되고, 편광 분리 수단은 미리 결정된 원편광(예를 들면 좌 원편광)을 투과하고, 그 외의 원편광(예를 들면 우 원편광)을 반사한다. 반사광은 다시 복귀광으로서 도광판 위에 입사한다. 도광판에 재입사한 광은 저면상의 반사층 등으로 이루어진 반사 기능부에서 반사되고, 편광 분리 수단에 재입사된 후, 다시 투과광과 반사광(재재입사광; rereincident light)으로 분리된다.
따라서 반사광으로서의 재입사광은 편광 분리 수단과 도광판 사이에 밀폐되고, 편광 분리 수단을 통과할 수 있는 미리 결정된 원편광이 될 때까지 반사를 반복한다. 이 경우, 본 발명에서, 광은 가능한 적은 반복 회수로 출사하는 것이 바람직하고, 특히 초기 재입사광은 재입사광의 사용 효율의 견지에서 반사를 반복하지 않고 출사하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도광판은 수직성이 우수하고 고도로 평행화된 출사광을 제공하기 때문에, 편광 분리 수단을 통한 재입사광의 대부분은 장변면 위에 입사하고, 장변면의 완만한 경사각에 기초하여 큰 각도 변화없이 반사된다. 광은 각도 변화가 작은 반사로 초기 출사광에 가까운 방향으로 재출사할 수 있으며, 따라서 우수한 수직성을 갖는다. 초기 출사광과 재출사광의 방향 일치성 및 편광 특성이 우수한 광을, 광의 사용 효율이 우수한 저손실 상태로 제공할 수 있다.
도광판이 금속 반사면을 가지면, 재입사광은 반사 반전을 위한 금속 반사면에 의해서 고효율로 미리 결정된 원편광으로 변환되고, 따라서 광이 효율적으로 취해질 수 있다. 수직성이 우수한 출사광은 굴절률이 다른 경계에서 굴절에 의해서 생긴 광 진행 방향의 변화가 작은 이점을 갖는다.
전술한 종래의 도광판에서, 편광 분리 수단을 통한 재입사광은 저면상의 산란 반사(점) 또는 2회의 전반사(프리즘)에 의해 편광 분리 수단에 재입사한다. 그와 같은 산란 반사 시스템에서, 출사광은 지향성이 나쁘고 산란광으로서 재입사하기 때문에, 편광 분리 수단을 통한 변환 효율이 50%를 초과할 수 없으며, 광의 사용 효율을 증강시키기 위한 효과가 작다.
반면, 전술한 전반사 시스템에서, 굴절률이 1.5인 도광판이 사용되더라도, 재입사의 편광 분리 수단을 통한 변환 효율은 최대로 45%이고, 전반사에 의한 반사각에 따라 크게 열화한다. 입사각이 전반사 조건을 초과하면, 반사는 좀처럼 일어나지 않으므로, 광은 편광 분리 수단을 통한 재입사광의 각도에 따라서 재출사하지 않고, 재입사광은 재출사광으로서 사용될 수 없으며, 광의 사용 효율을 증강시키는 효과를 얻기 어렵다.
또한, 도광판의 저면이, 재입사광이 재출사할 수 없게 되는 것을 방지하기 위해서 재입사광이 재출사하는 데에 유용한 프리즘 구조로 만들어진다면, 초기 출사광이 열화된다. 반면, 상기 저면이 초기 출사에 유용한 프리즘 구조로 만들어진다면, 재입사광이 재출사하는 방향은 초기 출사광으로부터 크게 변화하고 편광의 저면을 통한 변환 효율이 또한 열화된다. 초기 출사와 재출사하는 재입사광이 양립할 수 있게 하는 프리즘 구조를 제공하는 것은 어렵다. 또한 이 경우에, 광의 사용 효율을 증강시키는 효과가 생기기 어렵다.
또한, 산란 반사 또는 전반사 시스템 모두에서, 편광 분리 수단을 통한 출사광에 지향성을 제공하기는 어렵다. 출사각의 수직성 또한 낮다. 출사광은 수직 방향에 대해 예를 들면 45도 이상의 방향으로 크게 변화하는 많은 출사광 성분을 함유하여, 액정 표시 장치 등의 시인성을 열화시키고, 표시용으로 불리하다. 수직성을 증강시키기 위하여 프리즘 시트를 도광판의 출사면에 배치하는 경우, 광은 수직 방향으로부터 크게 변화하는 각도로 도광판 저면의 반사면에 입사되고, 따라서 광의 사용 효율을 증강시키는 효과가 작다.
전술한 바와 같이, 종래의 도광판에서는. 본 발명의 도광판과는 달리, 수직성이 우수하고 고도로 평행화된 출사광을 도광판을 통해 형성하기 어렵고, 초기 출사광과 편광 분리 수단을 통한 재입사광을 분리하기 어렵고, 재입사광이 초기 출사광의 출사광 방향과 양호하게 일치하여 재출사하기 어렵다.
본 발명에서, 편광 광원 장치의 일부를 형성하기 위해서 사용될 수 있는 바람직한 도광판은 측면으로부터의 입사광이 고효율로 출사면으로부터 출사할 수 있도록 하기 위한 도광판이며, 상기 출사광은 높은 지향성을 나타내고, 특히 출사면에 대한 수직성이 우수한 지향성을 갖는다. 또한, 도광판은 편광 분리 수단을 통한 재입사광의 재출사 효율이 우수하며, 재출사광의 지향성 및 출사각은 초기 출사광의 지향성 및 출사각과 가능한 정합된다.
재출사광과 초기 출사광 사이의 출사각 일치성이 작고, 출사 방향이 크게 다르면, 그들의 휘도가 증가될 수 없고, 액정 표시 장치 등의 시인성을 개선시키기 위해 효과적으로 사용될 수 없으며, 각도가 다른 방향에서 두 피크 휘도를 나타내어, 시인성을 열화시킨다.
상기한 관점으로부터 바람직한 도광판은, 입사면으로부터의 입사광이 주로 단변면(32)을 경유해서 출사면(11)으로부터 초기에 출사될 수 있도록 하는 도광판이며, 여기서 최대 광속량의 방향(θ3)은 도 12(a)에 도시된 바와 같이, 출사면에 대한 수직 방향에 대해 ±30도의 범위 이내이며, 특히 ±25도, 특히 ±20도이며, 그에 의해서 액정 표시 장치의 시인성에 유용한 방향의 지향성을 갖는 광이 출사광으로서 제공될 수 있다.
도 12(b)에 도시된 바와 같이, 초기 출사광의 최대 출사광량을 나타내는 방향의 광이 출사면에 평행으로 놓여진 평면 겨울에 의해서 반사되는 방향과 동일한 방향의 평행광이 출사면으로부터 입사되면, 평행 입사광의 출사면으로의 복귀광을포함하는 재출사광은 장변면(31)을 경유해서 출사할 수 있으며, 초기 출사광의 광속각(luminous flux angle)의 반값폭(half value width)은 60도 이내, 특히 45도 이내, 특히 30도 이내이고, 재출사광 및 초기 출사광의 최대 광속량의 방향들간 각도 변화(θ4)는 20도 이내, 특히 15도 이내, 특히, 10도 이내 (피크 휘도의 일치성)이며, 재출사광의 광속량의 67% 이상, 75% 이상, 특히 80% 이상은 초기 출사광의 최대 광속량의 방향에 대해 입방 반각 15도 이내에 있다.
따라서 최대 광속량 방향의 일치에 따른 초기 출사광과 재출사광 사이의 피크 휘도의 일치성은 휘도를 개선시키기 위해서 증강되며, 피크 휘도 각도 차이는 두 피크 휘도가 발생하여 고휘도 범위를 확장하지 못하도록 하기 위해서, 초기 출사광의 반값폭과 재출사광의 반값폭의 합 이내로 억제된다. 반값폭을 설정함으로써, 액정 표시 장치의 시인성에 유용한 방향의 지향성을 갖는 광이 출사될 수 있다.
각도 변화는 최대 광속량의 방향, 즉 피크 휘도에 기초한다. 광속량 각도의 약간의 확산이 허용되더라도 더 적은 각도가 바람직하다. 또한, 재출사광의 광속량의 약2/3 이상이 입방 반각 15도 이내에 존재하는 조건은, 초기 출사광과 재출사 광 사이의 높은 지향성 정합을 제공하여 광량이 우수한 밝은 시인성을 가능케 하는 조건이다. 이 조건은 산란층 또는 확산층을 갖는 도광판에서 난반사 또는 광로의 큰 교란(disturbance)에 의해 달성하기 어렵다.
저면 위의 단변면 및 장변면의 조건을 만족시킴으로써 상기 언급된 특징을 갖는 도광판이 제공될 수 있다. 이러한 관점에서, 수평 출사면과 평행인 입사광을 가정하면, 초기 출사광은 경사각 45도인 단변면을 경유해서 확산 또는 감쇠 없이 출사면에 수직인 방향으로 출사할 수 있으며, 편광 분리 수단을 통한 재입사광은, 출사면과 실질적으로 평행인 금속 반사판 또는 장변면을 경유하고 분산 또는 큰 각도 굴절이 없이, 초기 출사광과 거의 동일한 방향으로 출사할 수 있다. 이 경우에, 상기한 바와 같이, 도광판의 출사면 면적은 입사면 면적의 약 30배이며, 출사면 상의 장변면의 투영면적이 출사면 상의 단변면의 투영면적의 약 30배가 될 수 있다.
본 발명에서, 좌 원편광 및 우 원편광으로 광을 분리하기 위한 상기 언급된 수단과 마찬가지로, 광을 편광 특성이 상이한 광으로 투과 및 반사를 통해서 분리할 수 있는 적절한 편광 분리 수단이 편광 광원 장치의 일부를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에서, 완전한 분리 기능이 필요하지 않지만, 투과 또는 반사에 의해서 분리된 편광에 함유된 상이한 상태의 편광은 작은 것이 바람직하다.
바람직하게 사용될 수 있는 편광 분리 수단으로서, 콜레스테릭 액정상을 갖는 층, 특히 콜레스테릭 상을 나타내는 액정 중합체로 만들어진 층을 갖는 시트, 유리판 위에 연장된 상기 층을 갖는 시트, 콜레스테릭 상을 나타내는 액정 중합체로 만들어진 필름을 들 수 있다.
콜레스테릭 액정상에 따라, 좌 원편광과 우 원편광은 투과 및 반사에 의해서 선택적으로 어느 하나로 분리되며, 콜레스테릭 액정을 함유하는 균일한 배향의 액정상은 산란이 없는 반사광을 제공한다. 콜레스테릭 액정상은 시각 변화(visual angle change)에 따른 광학 특성의 변화가 작으며, 시야각이 우수하다. 이것은 특히 경사방향에서 직접 관찰되는 직시형 액정 표시 장치 등을 형성하는 데 특히 적합하다.
편광 분리 수단은 단층 재료 또는 2층 이상의 적층으로 형성될 수 있다. 적층은 분리 기능을 광 파장 대역화하거나, 경사 입사광의 파장 변화를 보상하는데 유용하다. 이 경우, 미리 결정되지 않은 원편광과 반사광의 중심 파장이 상이한 재료들을 함께 조합하여 적층하는 것이 바람직하다. 즉, 통상의 단일 콜레스테릭 액정층은 선택적 반사특성(원편광 이색성)을 나타내는 파장 대역에 제한되며, 그 제한은 약 100nm 파장 대역에 걸친 넓은 대역일 수 있지만, 상기 파장 범위는 액정 표시 장치 등에 적용하기 원하는 가시광선의 모든 대역에 걸치지 않는다. 이 경우, 선택적 반사 특성이 상이한 콜레스테릭 액정층들이 원편광 이색성을 나타내는 파장 대역을 확장하기 위해서 적층될 수 있다.
이러한 관점에서, 액정상에 기초한 선택적 반사의 중심 파장이 300 내지 900nm의 범위에 있고, 선택적 반사의 중심 파장이 50nm 이상 다른 콜레스테릭 액정층들을 조합하여 사용함으로써 동일한 편광 방향의 원편광을 반사하고, 그들 중 2 내지 6 종류의 콜레스테릭 액정층은, 가시광선 대역의 넓은 파장 대역을 커버할 수 있는 편광 분리 수단을 효율적으로 형성하기 위해 적층될 수 있다. 동일한 편광방향의 원편광을 반사하기 위한 콜레스테릭 액정층의 조합의 적층은, 그 적층에서 반사된 원편광의 위상 상태를 정렬하고, 편광 상태가 파장 대역에서 다르게 되는 것을 방지하고, 사용될 수 있는 편광을 증가시킨다.
따라서 미리 결정되지 않은 원편광으로서 반사될 수 있는 광의 파장 대역이 도광판에 기초한 출사광의 파장 대역과 가능한 정합하는 편광 분리 수단이 바람직하게 사용된다. 상기 출사광이 휘선(bright line) 스펙트럼 등의 주 파장을 포함하는 경우, 콜레스테릭 액정상에 기초한 반사광의 파장과 1종 이상의 주 파장을 정합시키는 것은, 편광 분리의 효율의 관점에서 더 좋은 수단을 제공하고, 필요한 적층수가 감소되어 편광 분리 수단의 두께를 얇게 하는 데에 유용하다. 이 경우에, 반사광의 파장 정합의 정도는 도광판의 1종 이상의 주 파장 광에 대하여 각각 20nm이내 범위 이다.
적절한 콜레스테릭 액정이 사용되며 특정한 것에 제한되지 않는다. 콜레스테릭 액정 분자는 위상차가 클수록 선택적 반사의 파장 대역이 넓으며, 층수의 감소 및 큰 시야각에서 파장 변화에 대한 마진(margin)의 관점에서 바람직하게 사용된다. 액정 중합체는 무게 및 자립성의 관점에서 바람직하게 사용된다. 콜레스테릭 액정의 액정 중합체의 예로서, 폴리에스테르 등과 같은 주쇄형 액정 중합체: 아크릴 주쇄, 메타크릭 주쇄, 실록산 주쇄 등을 포함하는 측쇄 타입 액정 중합체; 저분자 키랄제를 함유하는 네마틱 액정 중합체; 키랄 성분 유도 액정 중합체: 네마틱과 콜레스테릭의 혼합 액정 중합체 등이 있다. 취급의 용이성의 관점에서, 유리전이 온도가 30 내지 150℃ 범위에 있는 액정 중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
액정 중합체로 만들어진 콜레스테릭 액정층은 종래의 배향 공정과 유사한 방법에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들어, 종래 방법은, 기판에 폴리이미드, 폴리비닐 알콜 등의 막을 형성하고 레이온 직물 등으로 문질러(rubbing) 얻은 층, SiO2의 사방정계 증발층 등과 같은 적절한 배향 필름에 액정 중합체를 전개하고; 유리 전이 온도 이상 등방성 상전이 온도 미만으로 가열하며; 액정 분자가 그랜드젼 구조(Grandjean texture)인 상태에서 유리 전이 온도 미만으로 냉각하여 유리 상태를 형성함으로써, 배향이 고정된 층을 형성한다.
예를 들면, 트리아세틸셀룰로오스, 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 에폭시 수지 등과 같은 플라스틱으로 만들어진 적절한 필름 또는 적절한 유리판을 기판으로서 사용할 수 있다. 기판에 형성된 액정 중합체의 고정층은 기판과 일체화된 재료로서 편광 분리 수단으로 사용될 수 있고, 기판에서 박리되어 필름 등으로 이루어진 편광 분리 수단으로써 사용될 수 있다. 필름으로 이루어진 기판과 일체화된 재료를 형성하는 경우, 위상차가 가능한 작은 필름을 사용하는 것이 편광의 상태 변화를 방지하는 관점에서 바람직하다. 편광 분리 수단을 도광판의 출사면 상에 직접 배치할 수도 있다.
액정 중합체는 가열 및 용융 방법에 의해서 또는 용매를 사용한 용액에 의해서 전개될 수 있다. 예를 들면, 메틸렌 클로라이드와 사이클로헥사논, 트리클로로 에틸렌과 테트라클로로에탄, N-메틸-피롤리돈과 테트라하이드로푸란 등이 용매로서 적절히 사용될 수 있다. 상기 액정 중합체는 바 코팅기, 스피너(spinner), 롤 코팅기 또는 포토그라이버(photogravure)와 같은 적절한 코팅기계에 의해서 전개될 수 있다. 이 때, 필요에 따라, 배향 필름을 통해 콜레스테릭 액정층을 적층하는 방법이 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 콜레스테릭 액정층은 배향 교란과 투과율 저하 방지 및 선택적 반사 성질(원편광 이색성을 나타내는 파장 범위)을 고려하여, 0.5 내지 100㎛, 특히 1 내지 70㎛, 특히 1 내지 50㎛ 두께이다. 콜레스테릭 액정층 또는 편광 분리 수단을 형성하기 위해서, 필요에 따라 안정제, 가소제, 금속 등을 포함하는 다양한 첨가제들을 혼합할 수 있다.
본 발명에 사용된 편광 분리 수단은, 저분자량 물체가 유리, 필름 등의 투명 재료 사이에 삽입된 셀 형태, 액정 중합체로 만들어진 콜레스테릭 액정층이 투명 재료 상에 지지된 형태, 콜레스테릭 액정층의 액정 중합체 필름의 형태, 또는 이 형태들의 조합으로 이루어진 적층과 같은 형태일 수 있다. 이 경우, 콜레스테릭 액정층은 그 강도, 조작성 등에 따라서 1층 이상의 지지체에 의해서 지지될 수 있다. 2층 이상의 지지체를 사용하기 위해서, 편광의 변화를 방지하기 위한 관점에서, 배향이 없는 필름 또는 복굴절이 작은 트리아세테이트 필름과 같이 위상차가 작은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 분리 성능의 균일화, 경사 입사광의 파장 변화 보상 등의 관점에서 편광 분리 수단은 평탄한 층으로 형성된다. 편광 분리 수단이 적층으로서 형성된다면, 각 층 또한 평탄한 것이 바람직하다. 콜레스테릭 액정층들을 적층하는 경우, 액정 중합체들의 사용이 필름의 박막화, 제조 효율 등의 관점에서 바람직하다.
본 발명에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 편광 분리 수단(61)의 상부에 직선 편광 변환 수단(62)을 배치하면, 편광 분리 수단으로부터 출사하는 원편광은 직선 편광 변환 수단(62) 상에 입사하고 위상 변화를 겪는다. 이 경우, 위상 변화가 파장의 1/4에 해당하는 파장을 갖는 광은 직선 편광으로 변환되고 다른 파장의 광은 타원 편광으로 변환된다. 타원 편광은 직선 편광으로 변환된 광의 파장과 가까울 때 평탄해 진다. 결과적으로, 편광판을 통과할 수 있는 직선 편광 성분을 많이 함유하는 광은 직선 편광 변환 수단으로부터 출사할 수 있다.
상기한 바와 같이, 필요에 따라 편광 분리 수단의 상부에 위치한 직선 편광 변환 수단은, 편광 분리 수단으로부터 출사하는 편광을 직선 편광 성분이 많이 함유된 상태로 전환하기 위한 것이다. 상기 편광은 직선 편광 성분이 많이 함유된 상태로 전환됨으로써, 광은 편광판을 쉽게 통과할 수 있다. 예를 들면, 편광판을 액정 표시 장치에 사용하면, 편광판은 액정셀에 대한 시야각의 변화가 편광 특성을 저하시키는 것을 방지하여 표시 장치 품질을 유지하는 광학 소자, 우수한 표시 품질을 달성하도록 높은 편광도를 제공하는 광학 소자 등으로서 기능 한다.
즉, 편광 분리 수단으로부터 출사하는 편광은 그대로 액정셀에 입사하여, 편광판 없이 표시를 달성할 수 있지만, 필요에 따라 편광판을 사용하여 상기한 바와 같이 표시 품질을 개선할 수 있다.
편광판의 투과율이 높을 수 록 표시 장치의 휘도에 바람직하고, 편광판의 편광축(투과축)과 정합하는 편광 방향에 직선 편광 성분을 더 많이 함유할 수 록, 투과율이 높다. 이러한 목적으로, 편광 분리 수단으로부터 출사하는 편광은 직선 편광 변환 수단을 통해서 미리 결정된 직선 편광으로 변환된다.
이러한 관계에서, 자연광 또는 원편광이 통상의 요오드계 편광판에 입사되면, 투과율은 약 43%이고; 편광축이 정합된 상태로 직선 편광이 입사되면, 투과율은 80%를 초과할 수 있다. 따라서 광의 사용 효율이 크게 개선되고, 휘도가 우수한 액정 표시 장치가 얻어질 수 있다. 편광판은 또한 99.9%에 이르는 편광도를 쉽게 달성할 수 있다. 편광 분리 수단 단독으로 그러한 높은 편광도를 달성하기 어렵고, 특히 경사 입사광의 편광도는 쉽게 열화된다.
직선 편광 변환 수단으로서, 편광 특성에 따라서 적절한 수단이 사용될 수 있다. 원편광의 경우, 원편광의 위상을 변화시킬 수 있는 위상차 층이 바람직하게 사용될 수 있다. 바람직하게는, 위상차 층은 편광 변환 수단으로부터 출사하는 원편광으로부터 4분의 1 파장의 위상차에 상당하는 직선 편광을 형성할 수 있고, 다른 파장의 광을 평탄한 타원 편광으로 변환할 수 있으며, 평탄한 타원 편광은 장축의 방향이 직선 편광과 가능한 평행하며, 직선 편광에 매우 가깝다. 직선 편광 변환 수단은 액정셀의 편광판 또는 편광 분리 수단과 일체로 만들어질 수 있다.
상기한 위상차 층을, 위상차 층으로부터 출사하는 광의 직선 편광 방향 및 타원 편광의 장축 방향이 편광판의 투과축과 가능한 평행하게 되도록 위치시킴으로써, 편광판을 통과할 수 있는 직선 편광 성분을 많이 포함하는 광이 제공될 수 있다. 위상차 층은, 투명성과 균일한 위상차를 제공하도록 적절한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 위상차 층을 형성하기 위해서 위상차 플레이트가 사용된다.
위상차 층에 의한 위상차는 편광 분리 수단으로부터 출사하는 원편광의 파장대역에 따라서 결정될 수 있다. 가시광선 대역에서는, 파장 범위, 변환 효율 등의 관점에서 대부분의 위상차 플레이트가 재료 특성으로부터 양의 복굴절의 파장분산을 나타낸다는 사실을 고려하면, 위상차가 작은, 특히 100 내지 200nm, 특히 100 내지 160nm인 위상차 층을 사용하는 것이 바람직하다.
1층 또는 2층 이상의 적층으로 위상차 플레이트가 형성될 수 있다. 1층으로 만들어진 위상차 층의 경우, 각 파장의 편광 상태가 균일하기 때문에 복굴절의 파장분산이 적은 것이 바람직하다. 반면, 위상차 플레이트를 형성하기 위한 층의 적층은 상기 파장 대역에서 파장 특성을 개선시키는 데에 효과적이고, 파장 대역 등에 따라서 그들의 조합이 결정될 수 있다.
가시광선 대역용으로 2층 이상의 위상차 플레이트를 형성하는 경우, 직선 편광 성분을 많이 함유하는 광을 제공하기 위한 관점에서, 상기한 바와 같은 위상차가 100 내지 200 nm인 층을 홀수층들에 포함시키는 것이 바람직하다. 파장 특성 등을 개선시키기 위한 관점에서, 위상차가 100 내지 200 nm인 층 이외의 층은 위상차가 200 내지 400 nm인 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다.
위상차 플레이트는 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에스테르, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리비닐 알콜 등을 포함하는 필름을 구비한 복굴절 시트 등으로 형성될 수 있다. 위상차 층면에서 위상차 오차는 발광 강도 및 색 균일성을 넓은 시야각에서 유지하기 위한 관점에서, 작은 것이 바람직하며, 특히 ±10nm이다.
광학축 방향 및 위상차 층에 설정된 위상차는 목표로 하는 직선 편광 등의 진동 방향에 따라서 적절히 결정될 수 있다. 이러한 관점에서, 위상차가 135nm인 위상차 층인 경우, 원편광의 배향에 응답하여 광학축에 대한 +45도 또는 -45도의 진동 방향을 갖는 직선 편광(파장 540nm)이 제공된다. 2 이상의 위상차 층이 형성된다면, 특히 위상차가 100 내지 20nm인 층이 최외곽층을 차지한다면, 상기 층에 기초하여 배치 각도를 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광 광원 장치는 편광 분리 수단에 의한 반사광(재입사광)을 편광 변환에 의한 출사광으로서 재사용하며, 반사 손실 등을 방지하며, 그 출사광을 필요에 따라서 위상차 층 등을 통하여 직선 편광 성분이 풍부한 광 상태로 변환시켜 편광판을 쉽게 통과하도록 함으로써, 흡수 손실을 방지하고 광의 사용 효율을 개선한다. 이 시스템은 이상적으로는 편광판을 통과하는 광량을 약 2배 증가시킬 수 있지만, 광원으로서 사용되는 점을 고려할 때, 편광판을 통과할 수 있는 직선 편광 성분은 65% 이상, 특히 70% 이상을 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도광판, 및 이 도광판을 사용하는 표면 광원 장치와 편광 광원 장치는, 상술한 바와 같이, 광의 사용 효율이 우수하고, 밝고 수직성이 우수한 광을 제공하며, 또한 대면적화가 용이하여 액정 표시 장치 등의 백라이트 시스템 등과 같은 다양한 장치에 용이하게 응용될 수 있다. 이 경우에, 편광 상태를 최대한 유지할 수 있는 확산판 등이 편광 광원 장치 상에 배치될 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 표면 광원 장치(5)를 백라이트 시스템으로서 사용한 액정 표시 장치(7)를 도시한다. 도 14는 본 발명에 따른 편광 광원 장치(6)를 백라이트 시스템으로서 사용한 액정 표시 장치(8)를 도시한다. 이들 도면에서, 도면부호 71은 하부 편광판, 도면부호 72는 액정셀, 도면부호 73은 상부 편광판, 및 도면부호 74는 확산판이다. 하부 편광판(71) 및 확산판(74)은 필요에 따라 배치된다.
일반적으로, 액정 표시 장치는, 액정 셔터로서 기능하는 액정셀, 액정셀을 구동하는 드라이버, 편광판, 백라이트, 및 필요에 따라서 보상용 위상차 플레이트와 같은 다른 부품들을 조립함으로써 형성된다. 본 발명에서, 본 발명에 따른 도광판 또는 이 도광판을 사용한 편광 광원 장치 또는 표면 광원 장치가 사용된 것 외에는 한정되지 않으며, 종래 기술에 따라서 형성될 수 있다. 특히, 직시형 액정 표시 장치가 바람직하게 형성될 수 있다.
따라서 상기 액정 표시 장치에 사용되는 액정셀은 제한되지 않으며, 적합한 것이 사용될 수 있다. 표시하기 위해 액정셀에 편광을 입사시키는 액정 표시 장치를 위해서 편광 광원 장치가 유용하며, 예를 들면 트위스트 네마틱 또는 슈퍼 트위스트 네마틱 액정을 사용한 액정셀에 바람직하게 사용될 수 있지만, 비트위스트계의 액정, 액정 내에 분산된 이색성 염료를 포함하는 주객형 액정, 또는 강유전체 액정을 사용한 액정셀에도 사용될 수도 있다. 액정 구동 장치는 한정되지 않는다.
편광판, 특히 백라이트측의 편광판은, 고도의 직선 편광의 입사에 의해 콘트라스트가 우수한 표시를 생성하는 관점에서 요오드 또는 염료 흡수형 직선 편광기와 같은, 편광도가 높은 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 액정 표시 장치를 형성하기 위해서, 확산판, 반사 방지 필름, 보호 필름, 및 시인측 편광판에 배치된 보호판, 및 액정셀과 편광판 사이에 놓여진 보상용 위상차 플레이트 등과 같은 광속소자가 배치될 수 있다.
보상용 위상차 플레이트는 복굴절의 파장 의존성을 보상하여 시인성 등을 개선한다. 본 발명에서, 필요에 따라, 시인측 및/또는 백라이트측 위의 편광판과 액정셀 사이에 위상차 플레이트가 배치된다. 파장 대역에 따라서 적절한 보상용 위상차 플레이트가 사용되며, 단층 또는 2층 이상의 적층으로 형성될 수 있다.
출사면으로부터 광을 수직 방향 또는 수직에 가까운 방향으로 출사시키는 도광판은 액정 표시 장치에 사용되는 것이 바람직하다. 출사광이 수직 방향으로부터 변화된다면, 상기 출사 방향은 프리즘 시트 등을 통해서 교정될 수 있다. 이 경우에, 편광 상태를 가능한 변경시키지 않는 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 도광판, 표면 광원 장치, 편광 광원 장치, 또는 상기한 바와 같은 액정 표시 장치를 형성하는 광학 소자 및 부품은 전체 또는 부분이 일체적으로 적층될 수 있으며, 분리가 용이한 상태로 배치해도 된다. 여러 가지 확산판 등이 표면 광원 장치의 상부에 배치될 수 있으며, 편광 특성을 유지할 수 있는 확산판이 편광 광원 장치 위에 배치될 수 있다.
참조예 1
아크릴 주쇄를 갖고 유리 전이 온도가 57℃인 측쇄형 콜레스테릭 액정 중합체의 필름을, 유리판의 폴리이미드 러빙(rubbing) 처리면에 스핀 코팅 방법에 의해서 형성하고, 다음에 130℃에서 30초 동안 가열하고, 110℃에서 2분 동안 추가로 가열하고 급속 냉각시켜서, 거울과 같은 선택적 반사 상태를 나타내는 편광 분리판을 얻었다. 이 편광 분리판은 420 내지 505 nm의 파장 범위에서 우수한 선택적 반사 특성을 나타내고, 이 영역에서 광의 90% 이상을 양의 반사 방향으로 선택적으로 반사한다.
참조예 2
아크릴 주쇄를 갖고 유리 전이 온도가 64℃인 측쇄형 콜레스테릭 액정 중합체의 필름을, 유리판의 폴리이미드 러빙 처리면에 스핀 코팅 방법에 의해서 형성하고, 다음에 150℃에서 30초 동안 가열하고, 130℃에서 2분 동안 추가로 가열하고 급속 냉각시켜서, 거울과 같은 선택적 반사 상태를 나타내는 편광 분리판을 얻었다. 이 편광 분리판은 500 내지 590 nm의 파장 범위에서 우수한 선택적 반사성을 나타내고, 이 영역에서 광의 90% 이상을 양의 반사 방향으로 선택적으로 반사한다.
참조예 3
아크릴 주쇄를 갖고 유리 전이 온도가 75℃인 측쇄형 콜레스테릭 액정 중합체의 필름을, 유리판의 폴리이미드 러빙 처리면에 스핀 코팅 방법에 의해서 형성하고, 다음에 170℃에서 30초 동안 가열하고, 145℃에서 2분 동안 추가로 가열하고 급속 냉각시켜서, 거울과 같은 선택적 반사 상태를 나타내는 편광 분리판을 얻었다. 이 편광 분리판은 595 내지 705 nm의 파장 범위에서 우수한 선택적 반사성을 나타내고, 이 영역에서 광의 90% 이상을 양의 반사 방향으로 선택적으로 반사한다.
참조예 4
참조예 1 내지 3에서 얻은 편광 분리판을 적층시켜 적층형 편광 분리판을 얻었다. 이 편광 분리판은 420 내지 705 nm의 파장 범위에서 우수한 선택적 반사 성질을 나타내고, 이 영역에서 광의 90% 이상을 양의 반사 방향으로 선택적으로 반사한다.
참조예 5
기판으로서 유리판 대신에 트리아세틸셀룰로오스 필름을 사용한 것 외에는 참조예 1 내지 3과 동일한 방법으로 편광 분리판을 얻고, 그들을 사용하여 참조예 4와 동일함 방법으로 적층형 편광 분리판을 얻었다. 이 경우에, 편광 분리판의 선택적 반사 특성은 참조예의 것과 동일하였다.
실시예 1
투명한 에폭시를 이형(離型) 처리된 금속 금형에 주입하고, 100℃에서 2시간 동안 가열하고, 다음에 150℃에서 3시간 동안 더 가열하고 경화시킨 다음, 서서히 냉각시켜서 도광판을 얻었다. 상기 도광판은 폭이 195 mm이고 깊이가 150 mm이고, 5mm 두께의 입사면, 1 mm 두께의 그의 대향 단부, 평탄한 출사면, 저면을 가진다. 이 저면은, 입사면으로부터 그의 대향 단부까지 평탄한 표면에 가깝고, 하측으로 돌출하는 곡면(도 3)의 전면(全面)에, 입사면과 평행한 홈(도 6(a))을 유효폭 185mm, 225 ㎛의 피치로 가진다. 표 1에 기재된 바와 같이, 상기 홈들의 각각은 출사면 상 단변면 25 ㎛, 장변면 200 ㎛(투영 면적비: 단변면/장변면 = 1/8)의 투영폭, 20 ㎛ 높이, 및 출사면과의 각도로서 단변면 40.2도(θ2) 및 장변면 -4.2도 (θ2)를 갖는다.
표면 형상 측정 장치를 사용하여 상기 홈들을 측정하였다. 홈의 횡단면에서 의 가상 저변(assumed bottom side)을 기준변(reference side)으로 하여, 정점(단변면 및 장변면의 교점)으로부터 기준변으로의 법선에 의해 분할된 좌우변의 길이에 기초해서 출사면 상의 단변면 및 장변면의 투영폭을 결정하고, 상기 정점과 기준변 사이의 법선 길이에 의해서 높이를 결정하였다. 출사면에 대한 각도의, 단변면과 장변면에서의 부호(+ 및 -)의 반전은, 출사면이 기준인 경우, 측정 방향이 역전되고, 단변면의 측정 방향이 정방향임을 의미한다.
실시예 2
실시예 1과 같은 도광판 저면에 은 박막을 두껍게 진공-증착시켜, 반사층을 구비한 도광판을 얻었다.
실시예 3
형상이 다른 금속 금형을 사용하여 실시예 1과 같이 도광판을 얻고, 실시예 2에서와 같이 은-증착된 박막의 반사층을 도광판 저면에 배치하였다. 이 도광판은 195 mm 폭 및 150 mm 깊이를 가지고, 5 mm 두께의 입사면, 1 mm 두께의 그의 대향단부, 평탄한 출사면, 저면을 가진다. 이 저면은, 입사면으로부터 55 mm 위치에서 가장 두껍고, 입사면으로부터 그의 대향 단부까지 서서히 증가하는 곡률을 가지며, 하측으로 돌출하는 곡면(도 4)의 전면에, 입사면과 평행인 홈(도 6(a))을 유효폭 185 mm로 갖는다. 홈들이 입사면으로부터 멀리 떨어질 수 록, 표 1에 나열된 바와 같이, 단변면의 경사는 증가하고, 장변면의 경사는 감소하며, 그들의 투영 면적비는 점차 감소한다.
실시예 4
형상이 상이한 금속 금형을 사용하여 실시예 1에서와 같이 도광판을 얻고, 실시예 2에서와 같이 은-증착된 박막으로 만들어진 반사층을 도광판 저면에 배치하였다. 이 도광판은 195 mm 폭 및 150 mm 깊이를 가지며, 5 mm 두께의 입사면, 1 mm 두께의 그의 대향 단부, 평탄한 출사면, 저면을 가진다. 이 저면은, 입사면으로부터 25 mm 위치에서 가장 두껍고, 입사면으로부터 그의 대향 단부까지 서서히 증가하는 곡률을 가지며, 하측으로 돌출하는 곡면(도 4)의 전면에 입사면과 평행인 홈(도 6(a))을 유효폭 185 mm로 갖는다. 홈들이 입사면으로부터 떨어질 수 록, 표 1에 나열된 바와 같이, 단변면의 경사는 증가하고, 장변면의 경사는 감소하며, 그들의 투영 면적비는 점차 감소한다.
실시예 5
실시예 1에 따라 제공된 도광판의 저면 위의 홈을 연마 제거하여 쐐기 모양(wedge)을 형성하였다. 개별로 형성된, 일면에 홈을 갖는 저면 시트를, 굴절률이 거의 일치하는 접착제로 접착하고, 실시예 2에 따른 은-증착된 박막으로 만들어진 반사층을 홈 저면에 배치하여 도광판을 얻었다. 이 도광판은 150 mm 폭 및 150 mm 깊이를 가지며, 5 mm 두께의 입사면, 1 mm 두께의 그의 대향 단부, 출사면, 저면을 가진다. 이 저면은 실시예 1에서 같이 130mm의 유효폭으로 홈(표 1)을 가진다.
저면 시트를 얻기 위해서, 우레탄 아크릴레이트 수지 100 중량부에 중합 개시제 1 중량부 및 메틸렌 클로라이드 50 중량부를 첨가하고, 거품을 제거하고, 건조시킨 다음, 미리 정해진 금형에 주입하고, 폴리에스테르 필름 커버를 사용하여 자외선을 조사함으로써 중합시켰다.
실시예 6
저면에 반사층이 배치되지 않는 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 도광판 (표 1)을 얻었다.
실시예 7
저면에 반사층이 배치되지 않는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 도광판 (표 2)을 얻었다.
실시예 8
형상이 상이한 금속 금형을 사용하여 실시예 1에서와 같이 도광판을 얻었다. 상기 도광판은 195 mm 폭 및 150 mm 깊이를 가지며, 균일한 두께의 물질로 형성된 5 mm 두께의 입사면과 그의 대향 단부, 평탄한 출사면, 저면을 가진다. 이 저면은 전면에 입사면과 평행인 홈을 185 mm의 유효폭으로 실질적으로 균일하게 가진다. 홈들 각각은 표 2에 나열된 바와 같이 단변면과 장변면을 포함한다.
비교예 1
정각 90도 및 경사각 45도인 삼각형 프리즘을 일면에 폭 방향으로 갖는 폴리메틸 메타크릴레이트 판과 쐐기형 폴리메틸 메타크릴레이트 판을, 굴절률이 거의 일치하는 접착제를 사용하여 접착하여 도광판을 얻었다. 이 도광판은 200 mm 폭 및 150 mm 깊이를 가지며, 5 mm 두께의 입사면, 1 mm 두께의 그의 대향 단부, 평탄한 출사면, 및 표 2에 나열된 특성의 프리즘 구조를 200 ㎛ 피치로 갖는 저면을 갖는다.
비교예 2
비교예 1과 같은 도광판의 저면에, 은 박막을 두껍게 진공-증착시켜, 반사층을 구비한 도광판을 얻었다 (표 2).
비교예 3
형상이 상이한 금속 금형을 사용하여 실시예 1에서와 같이 도광판을 얻고, 실시예 2에서와 같이 저면에 은-증착된 박막을 배치하였다. 도광판은 195 mm 폭 및 150 mm 깊이를 가지며, 5 mm 두께의 입사면, 1 mm 두께의 그의 대향 단부, 평탄한 출사면, 저면을 가진다. 이 저면은, 입사면으로부터 그의 대향 단부까지 평탄한 표면에 가까우며, 하측으로 돌출한 곡면(도 3)의 전면에, 입사면과 평행이며 표 2에 나열된 특성의 홈을 185 mm의 유효폭으로 가진다.
비교예 4
메틸 메타크릴레이트 50 중량부, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 5 중량부, 15 ㎛의 평균 입경을 갖는 티타늄 산화물 분말 25 중량부, 벤졸 페록사이드 1 중량부, 페로일 TCP 1 중량부, 및 메틸렌 클로라이드 100 중량부를 혼합하고, 건조 질소를 불어넣고, 다음에 혼합물의 거품을 제거하였다. 생성되는 물질을, 80 mm 폭, 140 mm 깊이 및 5 mm 두께의 폴리메틸 메타크릴레이트 판의 일면에 도포하였다. 메틸렌 클로라이드를 휘발시킨 후, 분리기로 표면을 덮은 후, 판을 50℃에서 2시간 동안 가열하고, 다음에 70℃에서 2시간 동안 추가로 가열하고, 분리기를 박리시켰다. 다음에, 이 판을 80℃에서 2시간 동안 가열하여, 완전 은폐성(complete concealment property)을 나타내는 확산 반사층을 갖는 도광판을 얻었다 (표 2).
비교예 5
저면에 반사층을 형성시키지 않는 것을 제외하고는 비교예 3과 동일한 방법으로 도광판(표 2)을 얻었다.
비교예 6
80 mm 폭, 140 mm 깊이 및 5 mm 두께의 폴리메틸 메타크릴레이트 판의 일면을, 사포 400번을 사용하여 균일하게 조면화(組面化)하여, 연마된 유리 형상의 저면을 갖는 도광판을 얻었다 (표 2).
실시예 9
실시예 1에서 얻은 도광판의 입사면 상에 3 mm 직경의 냉음극관을 배치하고, 은-증착된 폴리에스테르 필름으로 만들어진 광원 홀더로 냉음극관을 둘러싸고, 은-증착된 폴리에스테르 필름으로 만들어진 반사막을 도광판의 저면에 배치함으로써 측광형의 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 10
실시예 2에서 얻은 도광판의 입사면 상에 3 mm 직경의 냉음극관을 배치하고, 은-증착된 폴리에스테르 필름으로 만들어진 광원 홀더로 냉음극관을 둘러싸, 측광형의 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 11
실시예 3에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 12
실시예 4에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 13
실시예 4에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 14
실시예 6에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 15
실시예 7에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
실시예 16
실시예 8에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 7
비교예 1에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 8
비교예 2에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 9
비교예 3에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 10
비교예 4에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 11
도광판의 출사면 상에 프리즘 시트를 배치하는 것 외에는 비교예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 12
비교예 5에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 13
비교예 6에서 얻은 도광판을 사용한 것 외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
비교예 14
도광판의 출사면 상에 프리즘 시트를 배치하는 것 외에는 비교예 13과 동일한 방법으로 표면 광원 장치를 얻었다.
평가 시험 1
실시예 9 내지 13 및 비교예 7 내지 11에서 얻은 표면 광원 장치의 광원을 점등했다. 각 도광판의 폭 방향의 중앙을 따라 입사면으로부터 10 mm 거리의 위치에서 시작하여 30 mm 떨어진 위치들에서, 출사면에 대해 수직인 방향, 광원측으로 30도 경사진 방향(마이너스 방향) 및 그 반대측으로 30도 경사진 방향(플러스 방향)에서의 표면 휘도를, 색차계(미노루타사가 제작한 CS-100모델)를 사용하여 암실에서 평사하였다.
표 3 내지 표 5는 상기 평가 결과를 기재한 것이다.
실시예들의 표면 광원 장치는 비교예들과 비교해서, 수직 방향에서의 표면 휘도 및 발광의 균일성이 우수하다는 것을 표 3 내지 5로부터 알 수 있다. 비교예들의 표면 광원 장치는 수직 방향으로부터 크게 경사진 방향에서 강하게 광을 방출하고, 또한 30도 이상의 경사 방향에서도 강하게 광을 방출한다. 실시예들의 표면 광원 장치의 수직 지향성이 우수함을 알 수 있다.
또한, 입사면에 대향한 단부면으로부터 누출되는 광은 실시예 3에서 230 cd/m2 (1 mm 두께)이지만, 비교예 4에서 940 cd/m2 (5 mm 두께)이다. 두께의 차를 고려할 때, 비교예4에서, 실시예 3의 약 20배인 광이 출사면으로부터 출사할 수 없고, 단부면으로부터 누출되는 광으로서 손실된다. 이 경우에서, 광원으로부터 직접 도광판을 통과하는 광 및 다른 손실 광의 복합광을 측정하기 위해, 입사면에 대향한 단부면에 확산 시트가 배치된다.
평가 시험 2
실시예 9, 10 및 14 내지 16 및 비교예 7 및 10 내지 14에서 얻은 표면 광원장치의 각각 상에 편광판(니토 덴코가 제작한 G1220DUN 모델)을 배치하고, 광원을 점등했다. 암실에서, 각 도광판의 폭 방향의 중앙을 따라 입사면으로부터 30 mm, 70 mm 및 110 mm 떨어진 출사면상 위치에서, 최대 휘도 방향의 각도 및 표면 휘도를 평가했다. 입사면으로부터 70 mm 떨어진 출사면상 위치에서, 수직 방향(광 집속성질이 가장 높은 방향) 출사광속량의 반값폭을 평가하였다.
표 6 및 표 7은 평가 결과를 기재한 것이다.
표 6과 7에서, 실시예들의 광원 장치들은 비교예와 비교해서 최대 출사 방향에서의 표면 휘도 및 발광의 균일성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 비교예 10의 표면 광원 장치는 출사광의 반값폭이 크고, 광의 지향성이 낮지만, 실시예의 표면광원 장치들은 반값폭이 작고, 출사광을 좁은 범위로 집속하고, 지향성이 우수하다.
평가 시험 3
실시예 9 및 14 내지 16 및 비교예 7 및 10 내지 14에서 얻은 편광판으로 형성된 표면 광원 장치의 각각에 대해서, 입사면으로부터 70 mm 떨어진 위치에서 평가 시험 2의 최대 휘도 방향을 나타내는 각도(입사각)로부터 광이 입사할 때, 출사면상에서 재출사광의 최대 휘도 방향의 각도(출사각) 및 이 각도를 중심으로 하여 입체 각도 15도 또는 1도 범위에서 재출사광량을, 고니오 광도계(goniophotometer; 무라까미 시끼사이샤가 제작한 GP-200 모델)를 사용하여 측정하고, 입사광량과 재출사광량의 비를 평가하였다.
표 8은 상기 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 8로부터 실시예에서 최대 휘도 방향에 기초하며, 편광 분리 수단을 통한 재입사광은 초기 출사광에 대해 20도 이내의 변화로 재출사하고, 재출사광은 최대 휘도 방향으로 집속되고 높은 지향성을 갖는다는 것을 알 수 있다. 반면, 비교예에서, 상기 변화는 20도를 초과하거나, 재출사광이 적고, 지향성이 낮다는 것을 알 수 있다.
실시예 17
실시예 9에서 얻은 표면 광원 장치내 도광판의 출사면 상에 참조예 4에서 얻은 편광 분리판을 배치함으로써, 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 18
실시예 10에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 19
실시예 11에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 20
실시예 12에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 21
실시예 13에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 15
비교에 7에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 16
비교예 8에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 17
비교예 9에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 18
비교예 10에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 19
비교예 11에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 17과 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
평가 시험 4
실시예 17 내지 21 및 비교예 15 내지 19에서 얻은 편광 광원 장치에 대해서, 표면 광원 장치에 대한 평가 시험 1과 동일한 방법으로 표면 휘도를 평가하였다.
표 9 내지 11은 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 9로부터, 실시예의 편광 광원 장치는 비교예와 비교해서 표면 휘도가 현저히 우수함을 알 수 있다. 또한, 상기 표들로부터, 편광 분리판이 없는 편광 광원 장치와 비교했을 때, 비교예의 표면 휘도는 약 반으로 현저히 열화되지만, 실시예의 표면 휘도는 열화가 작다는 것을 알 수 있다.
상기 특징들은, 실시예에서, 편광 분리판을 통한 재입사광이 상기 도광판을 통해서 편광으로 변환된 다음, 우수한 수직성을 갖는 예정된 원편광으로서 효율적으로 재출사할 수 있고, 상기 효과는 비교예의 경우 작다는 것을 나타낸다. 특히, 비교예 3의 도광판은 실시예의 도광판과 유사하여, 표면 광원 장치 레벨에서 실시예에 근접한 휘도를 나타내지만, 편광 광원 장치 레벨에서 휘도의 증가는 매우 작다. 실시예들과 비교하면, 큰 휘도 차이가 발생하고, 실시예와 비교예간 효과 차이는 크다.
실시예 22
실시예 9에서 얻은 표면 광원 장치내 도광판의 출사면에, 차례로, 참조예 5에서 얻은 편광 분리판, 위상차가 135 nm인 위상차 플레이트, 편광판 (G1220DUN)을 배치하여 편광 광원 장치를 얻었다. 최대 휘도를 나타내도록 편광판은 회전 조정된다.
실시예 23
실시예 10에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 24
실시예 14에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 25
실시예 15에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
실시예 26
실시예 16에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 20
비교예 7에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 21
비교예 10에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 22
비교예 11에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 23
비교예 12에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 24
비교예 13에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
비교예 25
비교예 14에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 22와 동일한 방법으로 편광 광원 장치를 얻었다.
평가 시험 5
실시예 22 내지 26 및 비교예 20 내지 25에서 얻은 편광 광원 장치에 대해서, 표면 광원 장치에 대한 평가 시험 2와 동일한 방법으로, 각 위치에서 출사면 상에서의 표면 휘도 및 최대 휘도 방향의 각도를 평가하였다. 또한, 실시예 22 내지 26과 비교예 20 내지 25 및 실시예 9, 10 및 14 내지 16과 비교예 7 및 10 내지 14 사이의 출사광량의 비를 평가하였다.
표 12 및 13은 상기 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 12와 표 13으로부터, 실시예의 편광 광원 장치는 표면 광원 장치의 경우처럼, 비교예와 비교해서 표면 휘도가 현저히 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 표로부터, 편광 분리판이 없는 편광 광원 장치에 비교했을 때, 실시예의 경우 광량이 크게 증가하였지만, 비교예 21을 제외한 모든 비교예의 경우에 광량의 비는 1에 근사하고, 편광 분리판에 의한 광량 증가 효과는 작다는 것을 알 수 있다.
특히, 비교예 20에서, 편광 분리판이 배치되면 광량이 부분적으로 저하된다. 비교예 23에서, 단변면 형상이 실시예의 단변면 형상과 유사하고, 편광 분리판이 배치되지 않으면, 비교적 우수한 출사 특성이 나타나지만, 편광 분리판이 배치되어 개선 효과가 나타나지 않으며, 실시예들과 큰 광량 차이가 발생한다. 또한, 비교예 21은 광량비가 우수하지만, 광량 자체가 작다. 프리즘 시트가 부가된 비교예 22는 광량이 감소하고, 휘도가 편광 분리판에 의해 증강되어 또한 개선 효과가 작아, 조명 시스템으로서 실용성이 작다. 반면, 비교예 24는 최대 휘도 방향의 경사가 크며, 또한 분산이 크고 지향성이 작다.
상기 특징은, 편광 분리판을 통한 재입사광이 실시예의 경우 초기 출사광과의 우수한 방향 일치성으로 재출사할 수 있지만, 상기 효과는 비교예의 경우 작다는 것을 나타낸다. 따라서 편광 분리판을 사용한 편광 광원 장치에 있어서, 도광판의 출사광의 반값폭, 편광 분리판을 통한 재입사광의 재출사광과 초기 출사광 사이의 변화량, 및 출사광량 등이 조명 시스템으로써의 성능에 큰 영향을 미치며, 본 발명에 따라 우수한 조명 시스템이 제공된다
실시예 27
슈퍼 트위스트 네마틱 액정셀은 실시예 9에서 얻어진 표면 광원 장치내 도광판의 출사면상에 배치되어, 액정 표시 장치를 제공한다. 액정셀의 양 측면에 위상차 플레이트가 형성되며, 액정셀은 정규 백색 모토크롬 모드(normally white monochrome mode)로 조정된다.
실시예 28
실시예 10에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 29
실시예 11에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 30
실시예 12에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 31
실시예 13에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 26
비교예 7에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 27
비교예 8에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 28
비교에 9에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 29
비교예 10에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 30
비교예 11에서 얻은 표면 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 27과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
평가 시험 6
실시예 27 내지 31 및 비교예 26 내지 30에서 얻은 액정 표시 장치에 대해서, 표면 광원 장치에 대한 평가 시험 1과 동일한 방법으로, 비선택 상태에서 표면휘도를 평가하였다. 측정 위치는 도광판의 입사면으로부터 30 mm, 70 mm 및 110 mm 떨어진 곳이었다.
표 14 내지 표 16으로부터, 실시예의 액정 표시 장치는 비교예의 액정 표시 장치에 비해서 표면 휘도가 우수하다는 것을 알 수 있다.
실시예 32
실시예 17에서 얻은 편광 광원 장치의 편광 분리판의 상면에, 차례로, 위상차가 130 nm인 폴리카보네이트로 만들어진 위상차 플레이트와, 위상차 플레이트의 광학축과 45도로 교차하는 편광축을 갖는 편광판(니토 덴코가 제작한 G122DU 모델)을 배치하고, 다음에, 슈퍼 트위스트 네마틱 액정셀을 그 위에 배치함으로써, 정규 백색 모노크롬 모드로 조정된 액정 표시 장치를 얻었다. 편광판을 회전식으로 배치한다. 편광판이 90도 회전할 때마다, 출사 강도는 변화하고 위상차 플레이트를 통한 출사광은 편광되었다.
실시예 33
실시예 18에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 34
실시예 19에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 35
실시예 20에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 36
실시예 21에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 31
비교예 15에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 32
비교예 16에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 33
비교예 17에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 34
비교예 18에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 35
비교예 19에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에는 실시예 32와 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
평가 시험 7
실시예 32 내지 36 및 비교예 31 내지 35에서 얻은 액정 표시 장치에 대해서, 액정 표시 장치에 대한 평가 시험 6과 동일한 방법으로, 비선택 상태에서 표면휘도를 평가하였다.
표 17 내지 19는 상기 평가 결과를 나타낸 것이다.
표 17 내지 19로부터, 실시예의 액정 표시 장치가 비교예의 액정 표시 장치에 비해서 표면 휘도가 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한 상기 표로부터, 표면 광원 장치를 사용한 액정 표시 장치에 비해서 휘도가 증가되었고, 편광 분리판을 통해 광을 편광시킴으로써 휘도가 증가될 수 있다는 것을 알 수 있다.
상기 종합적 결과는, 수평 타입의 입사광을 수직 타입의 출사광으로 효율적으로 전환하고, 광의 사용 효율이 우수하고, 수직성과 평행광성이 우수한 광을 생성하는 표면 광원 장치가 본 발명에 따른 도광판에 의해 제공될 수 있고, 이 표면 광원 장치로부터의 광을 편광 분리 수단을 통해 편광시켜 고품질의 밝고 보기 쉬운 영상을 생성하는 액정 표시 장치가 형성될 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 37
실시예 22에서 얻은 편광 광원 장치 위에 슈퍼 트위스트 네마틱 액정셀을 배치하고, 그 위에 위상차 플레이트를 배치함으로써, 정규 백색 모노크롬 모드로 조정된 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 38
실시예 23에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 39
실시예 24에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 40
실시예 25에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
실시예 41
실시예 26에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 36
비교예 20에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 37
비교예 21에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 38
비교예 22에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 39
비교예 23에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 40
비교예 24에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
비교예 41
비교예 25에서 얻은 편광 광원 장치를 사용한 것 외에 실시예 37과 동일한 방법으로 액정 표시 장치를 얻었다.
평가 시험 8
실시예 37 내지 41 및 비교예 36 내지 41에서 얻은 액정 표시 장치에 대해서, 평가 시험 2와 동일한 방법으로, 비선택 상태에서 표면 휘도 및 최대 휘도 방향의 각도를 평가하였다.
표 20 및 표 21은 상기 결과들을 나타낸 것이다.
표 20 및 표 21로부터, 실시예의 액정 표시 장치가 비교예의 액정 표시 장치에 비해서 표면 휘도가 우수함을 알 수 있다. 매트된 폴리에스테르 필름 상에 증착된 알루미늄 박막으로 이루어지고, 평행광이 입사할 때 10도 이내의 반값폭을 갖는 반사판이 거울 반사판 대신에 사용되어도, 상기한 바와 유사한 경향이 나타나고, 밝은 출사 특성을 나타내는 표면 광원 장치가 실시예에서 제공된다. 편광 분리 수단이 배치되면, 출사광량 또한 약 1.4배 증가한다. 그러나 밝은 출사 특성을 나타내는 표면 광원 장치가 비교예에서 얻어지지 않았다. 편광 분리 수단을 배치하면 출사광량의 증가가 약 1.2배 이하이다.
또한, 다공성 폴리에스테르로 만들어진 백색 확산 반사판이 반사판으로서 사용되면, 상기한 바와 유사한 경향이 나타나고, 밝은 출사 특성을 나타내는 표면 광원 장치가 실시예에서 얻어진다. 편광 분리 수단이 배치되면, 출사광량은 또한 약 1.4배 증가한다. 그러나 밝은 출사 특성을 나타내는 표면 광원 장치가 비교예에서는 얻어지지 않았다. 편광 분리 수단이 배치되면 출사광량은 약 1.2 내지 1.25배 증가하였다.
본 발명에 따라, 밝은 출사 특성을 나타내는 표면 광원 장치 및 도광판이 제공될 수 있고, 편광 분리 수단이 사용되어 광의 사용 효율이 우수한 편광 광원 장치 및 표시 품질이 우수한 밝은 액정 표시 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 도광판의 일 실시예의 투시도.
도 2는 도광판의 또 다른 실시예의 측면도.
도 3은 도광판의 또 다른 실시예의 측면도.
도 4는 도광판의 또 다른 실시예의 측면도.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 도광판의 저면 위에 형성된 돌기의 측면도.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 도광판의 저면 위에 형성된 홈의 측면도.
도 7은 또 다른 도광판의 측면도.
도 8은 표면 광원 장치의 일 실시예의 단면도.
도 9는 표면 광원 장치의 또 다른 실시예의 단면도.
도 10은 편광 광원 장치의 또 다른 실시예의 단면도.
도 11은 편광 광원 장치의 또 다른 실시예의 단면도.
도 12(a) 내지 12(b)는 초기 출사광과 재출사광의 측면도.
도 13은 액정 표시 장치의 일 실시예의 단면도.
도 14는 액정 표시 장치의 또 다른 실시예의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 도광판 2 : 반사층
3, 13 : 입사면 5 : 표면 광원 장치
11 : 출사면
21, 33, 37, 42, 44, 46, 48 : 장변면을 형성하는 구배
32, 34, 36, 38, 41, 43, 45, 47 : 단변면을 형성하는 구배
25, 26, 27, 28 : 홈 21, 22, 23, 24 : 돌기
51 : 광원 52 : 광원 홀더
54 : 반사판

Claims (25)

  1. 출사면;
    상기 출사면에 대향하는 저면; 및
    상기 출사면과 상기 저면 사이에 배치된 입사면을 포함하며,
    상기 저면은 상기 입사면의 세로방향과 동일한 방향의 구배(slope)로 형성된 돌기 또는 홈을 규칙적인 간격으로 가지며, 상기 돌기 또는 홈은 장변면(long-side faces) 및 단변면(short-side faces)을 가지며, 상기 출사면 상의 장변면의 투영면적은 상기 출사면 상의 단변면의 투영면적의 5배 이상이며, 상기 장변면은 돌기의 경우에 입사면측에 위치하며, 홈의 경우에 입사면에 대향하는 측에 위치하며,
    상기 입사면으로부터 입사한 광의, 상기 출사면으로부터 초기 출사광의 광속 각도(luminous flux angle)의 반값폭(half value width)이 60도 이내이고,
    상기 초기 출사광의 최대 출사광량을 나타내는 방향의 광이 상기 출사면에 평행하게 배치된 평면거울에 의해서 반사되는 방향과 동일한 방향으로 진행하는 평행광이 상기 출사면으로부터 입사될 때, 상기 평행 입사광의 상기 출사면으로의 복귀광을 포함하는 재출사광(again outgoing light)의 최대 광속량의 방향과, 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향 사이의 각도 변화는 20도 이내이고,
    상기 재출사광의 광속량의 67% 이상은 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향에 대해 15도 이내의 입방 반각(cubic half angle)에 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입사면에 대향하는 측단부는 상기 입사면보다 얇은 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 입사면에 대향하는 측단부의 두께는 상기 입사면 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기 또는 홈은 500㎛ 이하의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 출사면에 대한 장변면의 경사각은 0.01 내지 10도인 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 출사면에 대한 단변면의 경사각은 25 내지 50도인 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 출사면 상의 장변면의 투영면적은 상기 출사면 상의 단변면의 투영면적의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 저면은 곡면인 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 장변면과 단변면 중의 어느 한 면, 또는 상기 두 면 모두가 곡면인 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 저면 상에 적층된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄, 은, 금, 구리 및 크롬 중 하나 이상을 함유하는 금속 반사층으로 제조되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 초기 출사광은 주로 단변면을 경유해서 출사하고, 상기 재출사광은 주로 장변면을 경유해서 출사하며, 상기 초기 출사광의 광속 각도의 반값폭은 30도 이내이고, 상기 재출사광의 최대 광속량의 방향과 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향 사이의 각도 변화는 10도 이내인 것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향은 상기 출사면에 수직인 방향에 대해 ±30도 범위 이내인 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 표면 광원 장치에 있어서,
    도광판으로서:
    출사면;
    상기 출사면에 대향하는 저면; 및
    상기 출사면과 상기 저면 사이에 배치된 입사면을 포함하고,
    돌기 또는 홈이 입사광의 진행 방향을 따라 상기 저면에 규칙적인 간격으로 형성되고, 상기 돌기 또는 홈은 장변면과 단변면을 가지며, 상기 출사면 상의 장변면의 투영면적은 상기 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이며, 상기 장변면은 돌기의 경우에 입사면측에 위치하며, 홈의 경우에 입사면에 대향하는 측에 위치하는 상기 도광판;
    상기 입사면과 마주하여 위치하는 광원: 및
    상기 도광판의 저면에 배치된 반사판을 포함하고,
    상기 반사판이 평행광을 입사시킨 경우, 반사광의 반사각의 확산(spread)의 반값폭의 반각(half angle)은 10도 이내인 것을 특징으로 하는 표면 광원 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 반사판은 금속 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 광원 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 반사판이 평행광을 입사시킨 경우, 반사광의 반사각의 확산의 반값폭의 반각은 5도 이내인 것을 특징으로 하는 표면 광원 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 광원을 둘러싸는 광원 홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 광원 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 출사면에 배치된 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 광원 장치.
  19. 편광 광원 장치에 있어서,
    도광판으로서:
    출사면;
    상기 출사면에 대향하는 저면;
    상기 출사면과 상기 저면 사이에 배치된 입사면을 포함하고,
    돌기 또는 홈이 입사광의 진행 방향을 따라 상기 저면에 규칙적인 간격으로 형성되고, 상기 돌기 또는 홈은 장변면과 단변면을 가지며, 상기 출사면 상의 장변면의 투영면적은 상기 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이며, 상기 장변면은 돌기의 경우에 입사면측에 위치하며, 홈의 경우에 입사면에 대향하는 측에 위치하고,
    상기 입사면으로부터 입사한 광의, 상기 출사면으로부터 초기 출사광의 광속각도의 반값폭이 60도 이내이고,
    상기 초기 출사광의 최대 출사광량을 나타내는 방향의 광이 상기 출사면에 평행하게 배치된 평면거울에 의해서 반사되는 방향과 동일한 방향으로 진행하는 평행광이 상기 출사면으로부터 입사될 때, 상기 평행 입사광의 상기 출사면으로의 복귀광을 포함하는 재출사광의 최대 광속량의 방향과, 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향 사이의 각도 변화는 20도 이내이고,
    상기 재출사광의 광속량의 67% 이상은 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향에 대해 15도 이내의 입방 반각에 있는 상기 도광판;
    상기 입사면과 마주하여 위치하는 광원; 및
    투과 및 반사를 위해 상기 출사면에 위치하는 편광 분리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 편광 분리 수단은 원편광을 선택적으로 분리하기 위한 콜레스테릭 액정상(cholesteric liquid crystal phase)을 갖는 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 콜레스테릭 액정상을 나타내는 층은 액정 중합체로 제조되는 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 편광 분리 수단에 배치된 직선 편광 변환 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 직선 편광 변환 수단은 위상차 층(phase difference layer)인 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 위상차 층은 위상차 플레이트의 단층 및 적층 중의 어느 하나이고, 하나 이상의 상기 위상차 플레이트는 100 내지 200 nm의 위상차를 제공하는 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  25. 액정 표시 장치에 있어서,
    도광판으로서:
    출사면;
    상기 출사면에 대향하는 저면;
    상기 출사면과 상기 저면 사이에 배치된 입사면을 포함하고,
    돌기 또는 홈이 입사광의 진행 방향을 따라 상기 저면에 규칙적인 간격으로 형성되고, 상기 돌기 또는 홈은 장변면과 단변면을 가지며, 상기 출사면 상의 장변면의 투영면적은 상기 출사면 상의 단변면의 투영면적의 3배 이상이며, 상기 장변면은 돌기의 경우에 입사면측에 위치하며, 홈의 경우에 입사면에 대향하는 측에 위치하고,
    상기 입사면으로부터 입사한 광의, 상기 출사면으로부터 초기 출사광의 광속각도의 반값폭이 60도 이내이고,
    상기 초기 출사광의 최대 출사광량을 나타내는 방향의 광이 상기 출사면에 평행하게 배치된 평면거울에 의해서 반사되는 방향과 동일한 방향으로 진행하는 평행광이 상기 출사면으로부터 입사될 때, 상기 평행 입사광의 상기 출사면으로의 복귀광을 포함하는 재출사광의 최대 광속량의 방향과, 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향 사이의 각도 변화는 20도 이내이고,
    상기 재출사광의 광속량의 67% 이상은 상기 초기 출사광의 최대 광속량의 방향에 대해 15도 이내의 입방 반각에 있는 상기 도광판;
    상기 입사면과 마주하여 위치하는 광원; 및
    액정셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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