KR100706493B1 - 면광원 장치 및 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

과제
도광판의 광출사면에 반사 방지용의 미세한 요철을 구비한 프런트 라이트에 있어서, 상기 요철에 의한 회절광의 발생을 억제하는 수단을 제공한다.
해결 수단
광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 프런트 라이트에 있어서, 상기 광출사면에 반사 방지용의 미세 요철(30)로 이루어지는 반사 방지용 패턴을 형성한다. 광원(24)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin, 도광판의 굴절율을 n1, 공기의 굴절율을 n0으로 하면, 미세 요철(30)의 주기(p)가 다음 식,
p < λmin/(n0＋n1)
를 충족시킴에 의해, 도광판의 반사 방지용 패턴(광출사면)으로부터 회절광이 출사되는 것을 방지할 수 있다.

Description

면광원 장치 및 표시 장치{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
도 1은 프런트 라이트와 반사형 액정 표시 패널로 이루어지는 종래의 반사형 액정 표시 장치를 도시한 개략 단면도.
도 2는 반사 방지용 패턴을 구비한 다른 종래의 반사형 액정 표시 장치를 도시한 개략 단면도.
도 3은 도광판의 광출사면에 마련된 반사 방지용 패턴의 윤곽을 도시한 확대 사시도.
도 4는 상기 반사 방지용 패턴의 작용 설명도.
도 5는 프런트 라이트에 있어서의 광의 거동을 도시한 도면.
도 6의 (a)는 반사 방지용 패턴에 있어서의 유효 굴절율의 분포를 도시한 평면도, (b)는 반사 방지용 패턴의 유효 굴절율의 분포를 격자 배치로 치환한 양상을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 관한 반사형 액정 표시 장치의 개략 사시도.
도 8은 동 상의 반사형 액정 표시 장치의 개략 단면도.
도 9는 반사형 액정 표시 패널의 반사면의 구조를 도시한 확대 단면도.
도 10은 점광원형상의 광원을 이용한 프런트 라이트의 일예를 도시한 개략 평면도.
도 11는 본 발명의 제 1의 실시의 형태를 설명하는 미세 요철의 확대 단면도.
도 12는 도광판의 광출사면으로부터 수직으로 조명광을 출사하도록 한 반사형 액정 표시 장치를 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 제 2의 실시의 형태를 설명하기 위한, 반사형 액정 표시 장치의 측면도.
도 14는 동 상의 제 2의 실시의 형태의 작용 설명도.
도 15는 본 발명의 제 3의 실시의 형태를 설명하는 미세 요철의 확대 단면도.
도 16은 본 발명의 제 4의 실시의 형태에 있어서, 브래그 회절을 설명하는 도면.
도 17은 본 발명의 제 5의 실시의 형태에 있어서, 회절격자에 있어서의 다수의 격자면을 도시한 도면.
도 18은 브래그 회절을 생각할 때에, 문제가 되는 주된 격자면(S1, S2, S3, S4)을 도시한 도면.
도 19는 기본 벡터 <d1>, <d2>, <d3> 나 입사각(φ) 등을 설명하는 도면.
도 20은 격자면(S1)에 있어서의 브래그 회절을 도시한 도면.
도 21은 격자면(S2)에 있어서의 브래그 회절을 도시한 도면.
도 22는 격자면(S3)에 있어서의 브래그 회절을 도시한 도면.
도 23은 격자면(S4)에 있어서의 브래그 회절을 도시한 도면.
도 24는 (8) 내지 (11)식을 도시한 그래프이다.
도 25는 본 발명의 제 6의 실시의 형태에 있어서, 직교 격자에 있어서의 최적인 입사광의 방향을 도시한 도면.
도 26은 본 발명의 제 7의 실시의 형태에 있어서, 육방 격자에 있어서의 최적인 입사광의 방향을 도시한 도면.
도 27은 광원이 점광원인 경우의, 반사 방지용 패턴의 방향을 정하는 방식을 설명하는 도면.
도 28의 (a)는 랜덤한 형상 및 사이즈의 미세 요철을 랜덤한 간격으로 배치한 반사 방지용 패턴을 도시한 개략도이고, (b)는 같은 형상의 미세 요철을 랜덤한 간격으로 배치한 반사 방지용 패턴을 도시한 개략도.
도 29의 (a)는 랜덤한 미세 요철의 일예를 도시한 도면, (b)는 그 미세 요철에 관해 볼록부(오목부)끼리의 거리(k)의 분포를 도시한 도면.
도 30의 (a)는 랜덤한 형상과 배치를 갖는 미세 요철의 패턴을 도시한 개략도, (b)는 미세 요철의 패턴을 푸리에 분해한 때의 각 주기 성분을 도시한 도면, (c)는 각 성분의 주기와 강도와의 관계를 도시한 도면.
도 31은 제 9의 실시의 형태에 있어서의 보다 바람직한 예를 설명하는 도면.
도 32의 (a)는 거의 동일 형상, 동일 치수를 이룬 볼록형상의 미세 요철이 랜덤하게 배열한 양상을 도시한 개략도, (b)는 거의 동일 형상, 동일 치수를 이룬 오목형상의 미세 요철이 랜덤하게 배열한 양상을 도시한 개략도.
도 33의 (a)는, 본 발명의 제 15의 실시의 형태에 있어서, 도광판의 하면에 마련된 볼록형상의 미세 요철을 도시한 도면, (b)는 도광판의 하면에 마련된 오목형상의 미세 요철을 도시한 도면.
도 34의 (a) 내지 (f)는 반사 방지용 패턴의 성형 방법을 설명하는 개략도.
도 35의 (a) 내지 (d)는 여러가지의 미세 요철의 형상을 도시한 도면.
도 36은 본 발명의 제 16의 실시의 형태에 관한 양면형 액정 표시 장치의 개략 단면도.
도 37은 동 상의 양면형 액정 표시 장치의 1화소분의 구조를 도시한 확대 단면도.
도 38은 제 16의 실시의 형태에 의한 양면형 액정 표시 장치의 작용 효과를 설명하기 위한 도면.
도 39는 휴대전화의 사시도.
도 40은 휴대 정보 단말의 사시도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
21 : 반사형 액정 표시 장치
22 : 프런트 라이트
23 : 반사형 액정 표시 패널
24 : 광원
26 : 도광판
28 : 편향 패턴
29 : 광출사면
30 : 미세 요철
31 : 반사 방지용 패턴
35 : 반사면
기술 분야
본 발명은, 면광원 장치 및 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 도광판의 관찰측의 면 또는 광출사면에 반사 방지용의 미세한 요철을 구비한 면광원 장치에 관한 것이다.
배경 기술
액정 표시 장치 등의 디스플레이를 구비한 휴대기기에서는, 배터리의 장수명화가 요구되고 있다. 반사형 액정 표시 장치는, 화면 조명용으로 자연광과 광원을 병용할 수 있고, 전력 소비가 적기 때문에, 주목받고 있다.
(종래 기술)
여기서는, 면광원 장치를 프런트 라이트로서 이용한 종래예에 관해 설명한다. 도 1은 프런트 라이트(2)와 반사형의 액정 표시 패널(3)로 이루어지는 반사형 액정 표시 장치(1)의 개략 단면도이다. 이 프런트 라이트(2)에서는, 광원(4)으로부터 출사한 광은, 도광판(5) 내에서 전반사를 반복하여 도광하고, 계속해서, 표면의 편향 패턴(6)에서 반사되어 광출사면(7)(이면)에 거의 수직으로 입사한 광은, 광출사면(7)으로부터 출사된다. 프런트 라이트(2)의 광출사면(7)으로부터 출사한 광은, 도 1에 실선의 화살표로 도시한 바와 같이, 액정 표시 패널(3)의 유리 기판과 액정층을 통과하고, 반사면(8)에서 반사되고 재차 액정층 등을 통과하여 원래의 방향으로 되돌아온다. 이와 같이 액정 표시 패널(3) 내부에서 반사된 광은, 액정 표시 패널(3)에 의해 변조된 후, 프런트 라이트(2)를 통과하여 화상 광(9)으로서 관찰자측으로 출사된다.
한편, 도광판(5) 내에서 편향 패턴(6)에서 반사되어 광출사면(7)을 향하는 광의 일부는, 도 1에 파선의 화살표로 도시한 바와 같이, 광출사면(7)에서 프레넬 반사하고, 노이즈 광(10)으로서 관찰자측으로 직접 출사된다.
일반적으로는, 광출사면(7)에 입사하는 광의 약 4％가 프레넬 반사하여 노이즈 광(10)으로 되고 있고, 이와 같은 노이즈 광(10)이 발생하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 화상 광(9)과 노이즈 광(10)이 같은 방향으로 출사되기 때문에, 액정 표시 패널(3)에 의해 생성된 화상에 백색광이 겹쳐지고, 화면의 콘트라스트가 저하되고, 시인성이 나빠진다.
도 2에 도시한 것은, 상기한 바와 같은 시인성의 저하를 방지하도록 한 반사형 액정 표시 장치(11)의 개략 단면도이다. 이 반사형 액정 표시 장치(11)에서는, 도광판(5)의 광출사면(7)에, 광의 파장 이하의 주기(p)로 배열된 미세 요철(12)로 이루어지는 반사 방지용 패턴(13)이 마련되어 있다. 도 3은 도광판(5)의 광출사면(7)에 마련된 반사 방지용 패턴(13)의 일부의 윤곽을 도시한 확대 사시도로서, 각 추(角錐)형상을 한 미세 요철(12)이 일정 주기(피치)(p)로 배열되어 있다. 이와 같은 반사 방지용 패턴 또는 미세 요철을 갖는 프런트 라이트는, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에 기재되어 있다.
도 4는 반사 방지용 패턴(13)의 작용 설명도이다. 도 4(a)는 굴절율이 n1(> 공기의 굴절율(n0))의 도광판(5)의 단면을 도시하고 있고, 반사 방지용 패턴(13)의 각 미세 요철(12)은 하단부를 향할수록 점차로 폭이 좁아저 있다. 반사 방지용 패턴(13)이 형성되어 있는 영역에서는, 굴절율이 n1인 매질(도광판 재료)과 굴절율이 n0인 매질(공기)과의 체적 비율이, 도광판(5)의 두께 방향으로 점차로 변화하고 있기 때문에, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 상방부터 하방으로 향함에 따라 매질의 유효 굴절율은, 도광판(5)의 굴절율(n1)로부터 공기의 굴절율(n0)로 점차로 변화하고 있다.
여기서, 미세 요철(12)의 주기를 p, 광원(4)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin이라고 할 때, 반사광(노이즈 광)의 저감에는,
p < λmin
의 조건을 충족시키는 것이 바람직하다. λmin를 진공중에 있어서의 파장이라고 하면, 도광판중에서는 파장이 λmin/n1로 짧아지는 것을 고려하여, 미세 요철(12)의 주기(p)의 조건을,
p < λmin/n1
로 하면 보다 바람직하다.
그리고, 이와 같은 반사형 액정 표시 장치(11)에 의하면, 미세 요철(12)은 광의 파장 이하의 주기(p)로 형성되어 있고, 두께 방향에서 매질의 (유효) 굴절율이 연속적으로 변화하고 있기 때문에, 도 3에 실선 화살표로 도시한 바와 같이 반사 방지용 패턴(13)에 상방부터 수직으로 광이 입사하는 경우나, 전반사의 임계각보다 작은 입사각으로 반사 방지용 패턴(13)에 광이 입사하는 경우에는, 넓은 파장 영역에 걸쳐서 광출사면(7)에 있어서의 프레넬 반사가 감소하고, 화상의 콘트라스트가 향상한다. 이 때의 반사형 액정 표시 장치(11)에 있어서의 광의 거동을 도 2에 도시하고 있다.
(문제의 소재)
이렇게 하여 광출사면(7)에 반사 방지용 패턴(13)을 마련하여 프레넬 반사를 억제함에 의해, 화상의 콘트라스트를 향상시키는 방법은 주지의 것으로 되었다.
그러나, 본 발명자들은 액정 표시 장치의 보다 양호한 화상을 구하고자 연구를 행한 바, 반사 방지용 패턴(13)에서 발생하는 회절광이, 화면의 콘트라스트를 저하시키고 있는 주된 원인의 하나인 것을 발견하였다. 즉, 도광판(5)의 광출사면(7)에 반사 방지용 패턴(13)을 마련한 경우에는, 프레넬 반사를 억제할 수가 있지만, 미세 요철(12)을 일정 주기로 배열한 반사 방지용 패턴(13)은 회절격자(grating)로서 작용하기 때문에, 도광판(5) 내의 광이 광출사면(7)으로부터 출사될 때에 회절광이 발생한다. 이렇게 하여 도광판(5)의 광출사면(7)으로부터 출사된 회절광은, 직접으로, 또는 난반사하여 관찰자측을 향하여 출사되고, 이 회절광이 화면의 화상 광(9)과 겹쳐져서 화상의 콘트라스트를 저하시키고, 또한, 도광판이 색조를 띠게 되어, 액정 표시 장치(11)의 시인성을 악화시키고 있는 것이다.
또한, 본 발명자들의 연구에 의하면, 반사 방지용 패턴(13)에서 회절광이 발생하는 것은, 다음에 나타낸 바와 같이, 면광원 장치 특유의 기능에 의해 발생하고 있는 것이 밝혀졌다. 즉, 일반적인 용도의 반사 방지용 패턴(미세 요철)에서는, 도 3에 실선 화살표로 도시한 바와 같이, 거의 수직한 방향으로부터의 입사광을 고려하면 충분하다. 이에 대해, 도광판(5) 이면에 마련한 반사 방지용 패턴(13)에서는, 도 3에 파선 화살표로 도시한 바와 같이, 광출사면(7)에 큰 입사각으로 입사하는 광도 고려할 필요가 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 면광원 장치(2)는, 광원(24)으로부터 출사된 광을 도광판(5)의 표면과 이면에서 전반사하여 전반시켜서 전면(全面)으로부터 균일하게 출사시키는 기능을 갖는다. 그 때문에, 큰 강도의 광이 반사 방지용 패턴(13)에 대해 전반사의 임계각 이상의 큰 입사각도로 입사한다. 한편, 반사 방지용 패턴(13)을 광출사면(7)에 수직한 방향에서 보면, 각 미세 요철(12)은 두께가 큰 부분에서 유효 굴절율이 커지기 때문에, 각 미세 요철(12)의 중심에서 유효 굴절율이 최대로 되고, 미세 요철(12)의 주변부에서는 유효 굴절율이 작아져서, 도 6(a)에 도시한 바와 같은, 유효 굴절율의 분포를 나타낸다. 따라서, 반사 방지용 패턴(13)을 수직한 방향에서 보면, 반사 방지용 패턴(13)은 도 6(b)에 도시한 바와 같은 2차원 회절격자로 간주할 수 있다. 따라서, 여기에 반사 방지용 패턴(13)과 거의 평행한 광이 입사하면, 주기적으로 2차원 배열한 미세 요철(12)에 의해 회절되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 광출사면(7)으로부터 회절광(14)이 출사되게 된다. 이 회절광(14)은, 직접으로, 또는 난반사하여 관찰자측을 향하여 출사되기 때문에, 이 회절광이 화면의 화상 광과 겹쳐지고, 또한, 도광판이 색조를 띠 게 되어, 화상의 콘트라스트를 저하시켜서 액정 표시 장치(11)의 시인성을 악화시킨다.
또한, 도광판의 광출사면에 있어서의 광의 프레넬 반사를 방지하는 방법으로서는, 광출사면에 유전체 다층막을 성막하는 방법도 생각되지만, 이 방법에서는, 성막 공정이 복잡하게 되어 비용이 높게 들고, 내환경성이 나쁘다는 문제가 있다.
[특허 문헌 1]
특개2002-250917호 공보
[특허 문헌 2]
WO 02/29454
[특허 문헌 3]
특개2002-357825
[특허 문헌 4]
특개2004-133392
본 발명은, 상기한 바와 같은 식견에 의거하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 도광판의 광출사면에 반사 방지용의 미세한 요철을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 요철에 의한 회절광의 발생을 억제하는 수단 또는 설계 수법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하 여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 반사 방지용의 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 광원으로부터 출사되는 가장 파장이 짧은 가시광의 진공중에 있어서의 파장과, 도광판의 굴절율에 관련하여, 상기 오목부 또는 볼록부가 배치된 면에 입사하는 광이 회절광을 발생하는 경우의, 상기 오목부 또는 볼록부의 주기의 하한치를 산출하고, 상기 하한치보다 작은 주기로 상기 오목부 또는 볼록부를 형성한 것이다.
본 발명의 제 1의 면광원 장치에 의하면, 도광판에 형성된 프레넬 반사 방지용의 오목부 또는 볼록부에 의한 회절광의 발생을 억제하고, 회절광이 관찰자측으로 출사하여 화면의 콘트라스트를 저하시키는 부적당함을 개선할 수 있다.
본 발명의 제 2의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 주기(p)가,
Figure 112004045147212-pat00001
를 충족시키는 것이다.
본 발명의 제 2의 면광원 장치에 의하면, 도광판의 미세 오목부 또는 볼록부가 배치된 면으로부터 회절광이 출사하지 않게 된다. 따라서, 회절광의 발생을 막음에 의해 화상 광과 회절광의 양쪽이 관찰자의 눈에 입사하고, 시인성을 악화시키는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 3의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 광출사면으로부터 출사되는 광의 광도가 최대가 되는 방향은 상기 광출사면에 세운 법선에 대해 기울어져 있고, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 주기(p)가,
Figure 112004045147212-pat00002
를 충족시키는 것이다.
본 발명의 제 3의 면광원 장치에 의하면, 광이 도광판의 광출사면으로부터 경사 방향으로 출사되기 때문에, 표시 장치의 유리 기판 등에서 정반사한 노이즈 광이 관찰자측으로 반사되는 것을 막을 수 있고, 화면의 콘트라스트 저하를 피할 수 있다. 또한, 오목부 또는 볼록부의 주기(p)가 상기 식을 충족시킴으로써, 도광판의 광출사면으로부터 회절광이 출사하였다고 하더라도, 그 회절광이 관찰자측에 달하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 제 4의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 주기(p)가,
Figure 112004045147212-pat00003
를 충족시키는 것이다.
본 발명의 제 4의 면광원 장치에 의하면, 도광판의 관찰측의 면 또는 광출사면에서 도광판 내부를 향하여 회절광이 발생하지 않게 된다. 도광판 내부로의 회절광은, 관찰자 방향으로 출사하는 경우가 있기 때문에, 도광판 내부로의 회절광을 막음에 의해, 회절광에 의해 화면의 시인성을 악화시키는 일이 없어진다.
본 발명의 제 5의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하 여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 배열 방향을, 도광하는 광의 진행 방향에 대해 회절이 가장 생기기 어려운 방향으로 배열시킨 것이다.
본 발명의 제 5의 면광원 장치에 의하면, 미세한 오목부 또는 볼록부 방향을 최적화함에 의해, 미세한 오목부 또는 볼록부의 주기를 가능한 한 크게 유지하면서, 미세한 오목부 또는 볼록부에 의한 회절을 억제할 수 있다. 따라서, 회절의 억제와 오목부 또는 볼록부의 성형성을 함께 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 제 6의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부는, 서로 이루는 각도가 α(≥90°)이고 길이가 di, dj인 2개의 격자 벡터로 정의되는 격자형상으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부는,
Figure 112004045147212-pat00004
를 충족시키는 방향으로 배향된 것이다.
본 발명의 제 6의 면광원 장치에 의하면, 도광판에 형성된 미세한 오목부 또는 볼록부의 배열 방향이 상기 식을 충족시킴에 의해, 회절에 의한 회절광이 발생하기 어렵게 된다. 따라서, 회절광의 발생을 억제함에 의해, 회절광과 화상 광이 겹쳐지지 않고, 시인성이 좋은 화면을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제 6의 면광원 장치에 의하면, 미세한 오목부 또는 볼록부 방향을 최적화함에 의해, 미세한 오목부 또는 볼록부의 주기를 가능한 한 크게 유지하면서, 미세한 오목부 또는 볼록부에 의한 회절을 억제할 수 있다. 따라서, 회절의 억제와 오목부 또는 볼록부의 성형성을 함께 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 제 7의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부는, 서로 90°의 각도를 이루고 길이가 di, dj인 2개의 격자 벡터로 정의되는 격자형상으로 배치되고, 또한, 2개의 상기 격자 벡터의 차로 표시되는 벡터의 방향이 상기 광출사면과 거의 평행하게 도광하는 광의 진행 방향과 직교하는 방향으로 배치되고, 상기 격자 벡터의 길이(di, dj)가,
Figure 112004045147212-pat00005
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 7의 면광원 장치에 의하면, 미세한 오목부 또는 볼록부가 직교 격자, 특히 정방 격자형상으로 배열되고, 미세한 오목부 또는 볼록부의 배열을 가장 간단하게 할 수 있다. 게다가, 미세한 오목부 또는 볼록부의 배열 방향과 주기를 상기 식과 같이 제어함에 의해, 회절광이 발생하지 않는 면광원 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 8의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부는, 서로 120°의 각도를 이루는 동등한 길이인 2개의 격자 벡터로 정의되는 격자형상으로 배치되고, 또한, 2개의 상기 격자 벡터의 어느 하나 또는 양 격자 벡터의 합으로 표시되는 격자 벡터의 방향이 상기 광출사면과 거의 평행하게 도광하는 광의 진행 방향과 평행하게 되는 방향으로 배치되고, 상기 양 격자 벡터의 길이(di, dj)가,
Figure 112004045147212-pat00006
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 8의 면광원 장치에 의하면, 미세한 오목부 또는 볼록부를 육방 격자형상으로 배열할 수 있기 때문에, 미세한 오목부 또는 볼록부의 저면 형상이 원형인 때, 미세한 오목부 또는 볼록부를 가장 조밀하게 배열할 수 있다. 게다가, 미세 오목부 또는 볼록부의 배열 방향과 주기를 상기 식과 같이 제어함에 의해, 회절광이 발생하지 않는 면광원 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 9의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부에 관해 인접하는 오목부끼리 또는 볼록부끼리의 거리의 분포를 취한 때, 그 빈도가 최대가 되는 거리(K)가,
Figure 112004045147212-pat00007
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 9의 면광원 장치에 의하면, 도광판의 미세 오목부 또는 볼록부가 배치된 면으로부터 회절광이 출사하지 않게 된다. 따라서, 회절광의 발생을 막음에 의해 화상 광과 회절광의 양쪽이 관찰자의 눈에 입사하고, 시인성을 악화시키 는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 10의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 광출사면으로부터 출사되는 광의 광도가 최대가 되는 방향은 상기 광출사면에 세운 법선에 대해 기울어져 있고, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부에 관해 인접하는 오목부끼리 또는 볼록부끼리의 거리의 분포를 취한 때, 그 빈도가 최대가 되는 거리(K)가,
Figure 112004045147212-pat00008
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 10의 면광원 장치에 의하면, 광이 도광판의 광출사면으로부터 경사 방향으로 출사되기 때문에, 표시 장치의 유리 기판 등에서 정반사한 노이즈 광이 관찰자측으로 반사되는 것을 막을 수 있고, 화면의 콘트라스트 저하를 피할 수 있다. 또한, 오목부끼리 또는 볼록부끼리의 거리의 분포의 빈도가 최대가 되는 거리(K)가 상기 식을 충족시킴으로써, 도광판의 광출사면으로부터 회절광이 출사하 였다고 하더라도, 그 회절광이 관찰자측에 달하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 제 11의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부에 관해 인접하는 오목부끼리 또는 볼록부끼리의 거리의 분포를 취한 때, 그 빈도가 최대가 되는 거리(K)가,
Figure 112004045147212-pat00009
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 11의 면광원 장치에 의하면, 도광판의 관찰측의 면 또는 광출사면에서 도광판 내부를 향하여 회절광이 발생하지 않게 된다. 도광판 내부로의 회절광은, 관찰자 방향으로 출사하는 경우가 있기 때문에, 도광판 내부로의 회절광을 막음에 의해, 회절광에 의해 화면의 시인성을 악화시키는 일이 없어진다.
본 발명의 제 12의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 폭을 W라고 할 때, 상기 폭(W)이,
Figure 112004045147212-pat00010
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 12의 면광원 장치에 의하면, 도광판의 미세 오목부 또는 볼록부가 배치된 면으로부터 회절광이 출사하지 않게 된다. 따라서, 회절광의 발생을 막음에 의해 화상 광과 회절광의 양쪽이 관찰자의 눈에 입사하고, 시인성을 악화시키는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 13의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 광출사면으로부터 출사되는 광의 광도가 최대가 되는 방향은 상기 광출사면에 세운 법선에 대해 기울어져 있고, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 폭을 W라고 할 때, 상기 폭(W)이,
Figure 112004045147212-pat00011
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 13의 면광원 장치에 의하면, 광이 도광판의 광출사면으로부터 경사 방향으로 출사되기 때문에, 표시 장치의 유리 기판 등에서 정반사한 노이즈 광이 관찰자측으로 반사되는 것을 막을 수 있고, 화면의 콘트라스트 저하를 피할 수 있다. 또한, 오목부 또는 볼록부의 폭(W)이 상기 식을 충족시킴으로써, 도광판의 광출사면으로부터 회절광이 출사하였다고 하더라도, 그 회절광이 관찰자측에 달하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명의 제 14의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 인도하여 관찰측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 관찰측의 면 또는 상기 광출사면의 적어도 한쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배치되고, 상기 오목부 또는 볼록부의 폭을 W라고 할 때, 상기 W가,
Figure 112004045147212-pat00012
를 충족시키고 있다.
본 발명의 제 14의 면광원 장치에 의하면, 도광판의 관찰측의 면 또는 광출사면에서 도광판 내부를 향하여 회절광이 발생하지 않게 된다. 도광판 내부로의 회절광은, 관찰자 방향으로 출사하는 경우가 있기 때문에, 도광판 내부로의 회절광을 막음에 의해, 회절광에 의해 화면의 시인성을 악화시키는 일이 없어진다.
본 발명의 제 1 내지 14의 면광원 장치는, 어느 실시 양태에 있어서는, 상기 오목부의 깊이 또는 상기 볼록부의 높이를 H라고 할 때, 상기 오목부 또는 볼록부의 폭(W)에 대한 비(H/W)가,
H/W > 1.2
를 충족시키고 있다. 오목부 또는 볼록부의 종횡비를 H/W > 1.2로 함에 의해, 제 12항 내지 제 14항의 면광원 장치에 있어서 오목부 또는 볼록부에 있어서의 반사율을 충분히 저감할 수 있다.
본 발명의 제 1 내지 14의 면광원 장치는, 다른 실시형태에 있어서, 상기 광원으로부터 출사되는 가장 파장이 짧은 가시광의 진공중에 있어서의 파장(λmin)을 380㎚로 하고 있다.
가장 파장이 짧은 가시광의 진공중에 있어서의 파장은 380㎚이기 때문에, 오목부 또는 볼록부의 주기를 구하는데 있어서, λmin의 값으로서 380㎚를 이용함에 의해, 가시광의 회절이 억제되고 화면의 시인성을 열화시키는 일이 없어진다. 단, LED 등에서는, 가장 파장이 짧은 가시광의 진공중에 있어서의 파장은 420㎚이기 때문에, 광원으로서 LED를 이용하는 경우에는, λmin의 값으로서 420㎚를 이용하여도 좋다.
본 발명의 제 1 내지 14의 면광원 장치는, 또 다른 실시 양태에 있어서, 상기 오목부 또는 볼록부가, 상기 도광판의 관찰측의 면 또는 광출사면에 전사되어 있다. 일반적으로 도광판은 사출성형 등으로 제작되기 때문에, 미세한 오목부 또는 볼록부를 동시에 성형하는 것은 곤란하다. 또한, 미세한 오목부 또는 볼록부를 갖는 필름을 도광판에 부착하는 것도 가능하지만, 도광판에 미세한 오목부 또는 볼록부를 전사하는 방법에 의하면, 필름을 도광판에 부착하는 방법에 비하여 벗겨질 우려가 없기 때문에 내구성이 높아진다. 또한, 전사하는 방법 쪽이, 공정도 적기 때문에 제작이 용이하다.
또한, 본 발명의 면광원 장치는, 반사형의 표시 장치와의 조합에 한하지 않고, 양면형의 표시 장치 등과도 조합시킬 수 있는데, 어느 경우에 있어서도, 본 발명의 면광원 장치에 있어서의 관찰측의 면이란, 표시 장치에서 반사한 화상 광을 관찰하는 방향의 면을 말하는 것으로 한다.
본 발명의 제 1의 표시 장치는, 제 1 내지 14의 면광원 장치와, 상기 면광원 장치로부터 출사된 광을 반사시켜서 화상을 생성하는 표시 패널로 이루어진다. 이 표시 장치에 의하면, 프레넬 반사와 함께 회절광의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 화면의 콘트라스트를 향상시켜서 시인성을 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 제 2의 표시 장치는, 제 1 내지 14의 면광원 장치와, 상기 면광원 장치로부터 출사된 광을 투과시켜서 화상을 생성함과 함께 상기 광원 장치로부터 출사된 광을 반사시켜서 화상을 생성하는 표시 패널로 이루어진다. 이 표시 장치에서도, 프레넬 반사와 함께 회절광의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 반사측의 화면의 콘트라스트를 향상시켜서 시인성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 이상 설명한 구성 요소는, 가능한 한 임의로 조합시킬 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
[반사형 액정 표시 장치]
도 7은 본 발명의 면광원 장치를 프런트 라이트로서 이용한 반사형 액정 표시 장치(21)의 개략 사시도, 도 8은 그 개략 단면도이다. 이 반사형 액정 표시 장치(21)는, 프런트 라이트(22)와 반사형 액정 표시 패널(23)로 이루어지고, 반사형 액정 표시 패널(23)의 전면측(관찰측)에 프런트 라이트(22)가 배치되어 있다.
프런트 라이트(22)는, 선형상 광원 등의 광원(24)과, 광원(24)의 후방을 덮는 리플렉터(25)와, 폴리카보네이트 수지나 아크릴 수지, 메타크릴 수지 등의 투명한 수지에 의해 사출성형 등의 방법으로 성형된 도광판(26)으로 구성되어 있다. 선형상 광원으로는, 냉음극관과 같은 일방향으로 길다란 광원 외에, 복수개의 LED를 일렬로 배열시켜서 의사적으로 선형상 광원화 한 것도 포함된다. 광원(24)은, 도광판(26)의 외부에서, 또는, 도광판(26) 내부의 유효 출사 영역 외에서, 도광판(26)의 광입사면(27)과 대향시키도록 배치되어 있다.
도광판(26)의 표면에는, 광원(24)으로부터 출사되어 도광판(26) 내부를 전반하는 광을 도광판 이면에 거의 수직한 방향을 향하여 전반사시키기 위한 편향 패턴(28)이 복수 형성되어 있다. 편향 패턴(28)은 광원(24)의 길이 방향에 직교하는 방향에 따라서 배열되어 있고 단면 톱날형상으로 되어 있고, 각 편향 패턴(28)은, 광원(24)의 길이 방향과 평행하게 늘어나 있다. 또한, 도광판(26)의 광출사면(29)(도광판 이면)으로부터 출사되는 광의 강도 분포를 유효 출사 영역 전체에서 균일화하기 위해, 편향 패턴(28)은, 광원(24)의 부근에서는 패턴면 밀도가 작게 되어 있고, 광원(24)으로부터 떨어짐에 따라 패턴면 밀도가 점차로 크게 되어 있다.
또한, 도광판(26)의 표면에 이와 같은 편향 패턴(28)을 형성하는 대신에, 광원(24)으로부터 멀어짐에 따라서 두께가 적어지도록 도광판(26)을 쐐기형상으로 형성하고 있어도 좋다.
도광판(26)의 광출사면(29)에는 반사 방지용 패턴(31)이 마련되어 있다. 반사 방지용 패턴(31)은, 도광판(26)의 이면 전체면에 성형된 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부(이하, 미세 요철이라고 한다.)(30)에 의해 구성되어 있고, 미세 요철(30)은, 광원(24)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장(λmin) 보다 작은 주기(p)로 2차원형상으로 배열되어 있다.
도 7에 도시한 반사형의 액정 표시 패널(23)은, TFT 전극이 형성된 이면 기 판(32)과 투명 전극이 형성된 유리 기판(33)과의 사이에 액정 재료(34)를 밀봉한 것으로, 이면 기판(32)의 위에는 반사면(35)이 형성되어 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 이면 기판(32)의 위에는 절연 재료층(36)이 형성되고, 절연 재료층(36)에는 동일 형상을 한 복수의 경사 패턴(36a)이 배열되어 있고, 절연 재료층(36)의 표면에 알루미늄 등의 금속 증착막을 성막함에 의해 반사면(35)이 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 유리 기판(33)의 위에는, 편광판 등이 마련된다.
그래서, 도 8에 도시한 바와 같이, 이 프런트 라이트(22)의 광원(24)을 점등시키면, 광원(24)으로부터 출사되어 도광판(26) 내로 입사한 광(화살표로 도시한다. 이하, 마찬가지)은, 도광판(26) 내에 갇히고 도광판(26)의 편향 패턴(28)(표면)과 광출사면(29)과의 사이(이면)에서 전반사를 반복하면서 광원(24)으로부터 멀어지는 방향으로 전반함과 함께 도광판(26)의 전체로 퍼져 간다. 이 광(L)이 편향 패턴(28)에서 전반사되면, 도광판(26)의 광출사면(29)을 향하여 나아가고, 광출사면(29)으로부터 액정 표시 패널(23)을 향하여 비스듬하게 출사되고, 액정 표시 패널(23)을 조명한다.
또한, 광원(24)이 점등되어 있지 않고, 태양광 등의 외광에 의해 액정 표시 패널(23)이 조명된 경우에는, 도광판(26)의 표면에서 비스듬하게 입사한 외광이 도광판(26)을 투과하여 광출사면(29)으로부터 비스듬하게 출사되고, 액정 표시 패널(23)을 조명한다.
광원(24)으로부터의 광이나 외광이, 도광판(26)의 광출사면(29)으로부터 비스듬하게 출사되면, 출사된 광(L)은 액정 표시 패널(23)의 유리 기판(33) 및 액정 재료(34)를 투과하여 반사면(35)에서 반사된다. 반사면(35)은, 광출사면(29)으로부터 출사된 광(L)이 입사하는 방향으로 내려가도록 경사하고 있기 때문에, 프런트 라이트(22)로부터 비스듬하게 입사한 광(L)은, 반사면(35)에 의해 거의 수직 방향을 향하여 반사된다. 반사면(35)에서 반사된 화상 광은 액정 재료(34), 유리 기판(33), 도광판(26) 등을 거의 수직으로 투과하여 반사형 액정 표시 장치(21)의 화면 정면측으로 출사되고, 화면 정면 방향에서의 휘도를 올릴 수 있다.
여기서, 도광판(26)의 광출사면(29)에는 반사 방지용 패턴(31)이 형성되어 있기 때문에, 도광판(26)의 이면에 있어서의 프레넬 반사가 억제되고, 도광판(26)의 이면에서 프레넬 반사한 노이즈 광에 의해 화상의 콘트라스트가 저하되는 것이 방지된다.
또한, 종래의 반사형 액정 표시 장치에서는, 도광판 이면에 반사 방지용 패턴을 마련함으로써 회절광이 발생하고, 화상의 콘트라스트를 저하시키고 있지만, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치(21)에서는, 반사 방지용 패턴(31)(미세 요철(30))의 주기나 배치를 최적화함으로써 회절광이 발생하지 않도록 하고, 또는 회절광이 발생하였다고 하더라도 관찰자측으로 출사되지 않도록 설계되어 있다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, 광원(24)으로서 냉음극관 등의 선형상 광원을 이용한 경우에 관해 설명하였지만, 광원(24)으로서는, LED 등의 1개의 발광 소자 또는 국재화(局在化)된 복수개의 발광 소자로 이루어지는 점형상 광원을 이용하여도 좋다. 도 10은 점광원형상의 광원(24)을 이용한 프런트 라이트(22)의 일예를 도시한 개략 평면도이다. 이 프런트 라이트(22)에서는, 점광원형상의 광원(24)은 도광판(26)의 어느 한 변의 중앙부 또는 구석에 배치되어 있고, 도광판(26) 표면의 편향 패턴(28)도, 광원(24)을 중심으로 한 동심원형상으로 이산적으로 마련되어 있다.
또한, 상기 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)은, 광출사면(29)이 아니라, 편향 패턴(28)이 마련되어 있는 도광판(26)의 표면에 마련하여도 좋다. 또는, 도광판(26)의 표리 양면에 미세 요철(30)을 마련하여도 좋다. 도광판(26)의 표면(관찰측의 면)에 가시광의 최단 파장 이하의 주기로 미세 요철(30)을 마련하면, 외광이 도광판(26)의 관찰측의 면에서 반사하는 것을 억제하고, 주위의 풍경의 비처짐이나 반사에 의한 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 반사형 액정 표시 장치(21)를 예로 들어서, 본 발명에 있어서의 회절광의 억제 방법을 각 실시의 형태마다 설명한다. 제 1 내지 3의 실시의 형태는 반사 방지용 패턴(31)의 배열 방향과는 관계없이, 회절광의 발생을 억제하는 방법을 설명하고, 제 4 내지 7의 실시의 형태는, 반사 방지용 패턴(31)의 배열 방향을 최적화함에 의해 회절을 억제하는 방법을 설명하고 있다. 또한, 이하에서는, 반사 방지용 패턴(31)에 평행한 면을 xy평면이라고 부르고, 광원에 수직한 방향을 x축방향, 광원의 길이 방향과 평행한 방향을 y축방향이라고 부르고, 광출사면(29)에 수직한 방향을 z축방향이라고 부르는 일이 있다.
[실시의 형태 1]
제 1의 실시의 형태는, 반사 방지용 패턴(31)의 배열 방향과는 관계없이, 회절광이 발생하지 않도록 한 것이다. 즉, 2차원적으로 배열된 미세 요철(30)은, 일 렬로 배열된 미세 요철 열이 주기적으로 반복하여 병렬되어 있다고 간주할 수 있다. 이 미세 요철 열 및 광출사면(29)에 수직한 평면에 평행한 광이 반사 방지용 패턴(31)에 입사한 때, 회절되지 않도록 한 것이다. 도 11은 제 1의 실시의 형태를 설명하는 도면으로서, 반사 방지용 패턴(31)을, 미세 요철 열 및 광출사면(29)에 수직한 평면으로 절단한 때의 단면을 확대하여 도시하고 있다. 도 11을 이용하여 제 1의 실시의 형태를 설명한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 미세 요철(30)에 입사하는 광(L)의 입사각(도광판(26)에 수직한 방향에서 측정한 각도)을 θ1, 회절광(14)의 회절각(도광판(26)에 수직한 방향에서 측정한 회절광의 출사각도)을 θ2, 도광판 재료의 굴절율을 n1, 공기의 굴절율을 n0, 미세 요철(30)의 주기를 p라고 한다. 단, 입사광의 입사각(θ1)은 광원측으로부터 입사하는 때에 정의 값을 취하고, 회절광(14)의 회절각(θ2)은 광원측으로 출사하는 때에 정의 값을 취하는 것으로 한다.
지금, 도 11에 도시한 바와 같이, 서로 이웃한 미세 요철(30)에 있어서, 광원측으로부터 미세 요철(30)에 입사하고 광원측으로 출사하는 회절광(14)의 광로 길이차를 구하면,
광로 길이차 = n1·psinθ1＋n0·psinθ2
로 되기 때문에, 진공중에 있어서의 파장이 λ의 광이 회절하여 서로 강화되는 조건은, 다음 (1)식과 같이 된다.
p·(n1·sinθ1＋n0·sinθ2) = ｍλ … (1)
(단, ｍ = ±1, ±2, …)
도광판(26) 내를 도광하는 모든 입사각(θ1)의 광이 회절되지 않도록 하기 위해서는, 상기 (1)식의 좌변의 절대치의 최대치가 우변의 절대치의 최소치를 초과하지 않도록 하면 좋다. 광원(24)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin이라고 하면, (1)식의 우변의 절대치의 최소치는, λmin이다. 한편, 좌변의 절대치의 최대치는, θ1 = θ2 = 90°로서, p·(n1＋n0)이다. 따라서, 도광판(26) 내를 도광하는 모든 방향의 광이 회절되지 않도록 하기 위해서는, 다음 (2)식을 충족시키면 좋은 것을 알 수 있다.
p < λmin/(n0＋n1) … (2)
인간의 시각으로는, 380㎚ 이하의 파장의 광은 시인되지 않기 때문에, λmin = 380㎚로 하고, 도광판(26)의 굴절율(n1) = 1.5, 공기의 굴절율(n0) = 1이라고 하면, 상기 (2)식은,
p < 152㎚
로 된다.
따라서 제 1의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)의 주기(피치)(p)가 상기 (2)식의 우변에서 정해지는 값보다 작아지도록 형성하고 있고, 그 결과, 도광판(26)의 광출사면(29)으로부터 회절광이 출사하지 않게 되기 때문에, 회절광이 관찰자측으로 출사되는 일이 없고, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제 1의 실시의 형태에서는 미세 요철 열 및 광출사면(29)에 수직한 평면에 평행한 광이 반사 방지용 패턴(31)에 입사한 때에 관해 계산을 행하였지만, 광의 입사 방향에 관계없이 미세 요철(30)의 주기(p)가 상기 관계식을 충족시키면 회절광이 출사되는 일은 없다. 또한, 미세 요철 열의 선택방식에 따라 피치가 다른 경우가 있지만, 어느 선택방식에 있어서도 피치가 상기 (2)식을 충족시키도록 하여 두면 좋다. 단, 광출사면(29)에 수직한 방향에서 보아 광의 입사 방향이 거의 일정한 경우에는, 그 입사 방향에 거의 수직한 미세 요철 열에 관해, 미세 요철(30)의 주기(p)가 상기 (2)식을 충족시키고 있으면 회절광은 거의 출사하지 않는다.
또한, 이 제 1의 실시의 형태 또는 상기 (2)식은, 도 12에 도시한 바와 같이, 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 수직으로 조명광(37)이 출사되는 경우에도 적용할 수 있다.
[실시의 형태 2]
제 2의 실시의 형태는, 소정 방향에서는 회절광이 발생하지 않도록 하고, 그 밖의 방향에서는 반사 방지용 패턴(31)에서 회절광이 발생하였다고 하더라도, 화상 광과 같은 방향으로 출사되지 않도록 한 것이다. 도 13은 제 2의 실시의 형태를 설명하는 도면으로서, 반사형 액정 표시 장치(21)의 측면도이다. 도 13을 이용하여 제 2의 실시의 형태를 설명한다.
화면의 콘트라스트를 저하시키는 노이즈 광은, 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)에 있어서의 프레넬 반사뿐만 아니라, 반사형 액정 표시 패널(23)의 유리 기판(33) 표면이나 편광판에 있어서의 프레넬 반사에 의해서도 발생한다. 그 때문에, 상기 반사형 액정 표시 장치(21)에서는, 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 비스듬하게 광(L)을 출사시키고, 이 광(L)을 반사형 액정 표시 패널(23)의 경사 한 반사면(35)에서 수직으로 반사시켜서 화상 광(9)을 관찰자측으로 출사시키도록 하고 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 반사형 액정 표시 패널(23)을 향하여 비스듬하게 광(L)을 출사시키면, 이 광(L)이 반사형 액정 표시 패널(23)의 유리 기판(33) 표면이나 편광판에서 반사되더라도, 반사한 노이즈 광(10)은 경사 방향으로 반사되기 때문에, 노이즈 광(10)이 화상 광(9)과 같은 방향으로 출사되지 않고, 화면의 콘트라스트를 저하시키는 일이 없어진다.
이 때, 반사 방지용 패턴(31)으로부터 회절광(14)이 출사된다고 하더라도, 도 13에 파선으로 도시한 바와 같이 회절광(14)의 출사 방향이 조명광(37)에 대해 90°이상의 각도를 이루고 있으면, 회절광(14)이 반사형 액정 표시 패널(23) 내로 입사하였다고 하더라도 반사면(35)에서 반사함에 의해 큰 입사각으로 반사형 액정 표시 패널(23)의 유리 기판(33) 표면에 입사하여 전반사하게 되고, 회절광(14)이 반사형 액정 표시 패널(23)로부터 출사되기 어려워진다.
따라서, 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 출사되는 조명광(37)의 광도가 최대의 방향이 광출사면(29)의 법선에 대해 이루는 각도를 θout로 하였을 때, 조명광(37)에 대해 90°이하의 각도를 이루는 방향으로 회절광(14)이 발생하지 않으면 좋다. 즉, 회절광(14)의 회절각을 θ2라고 할 때,
θ2＋θout < 90°
의 조건화로, 상기 (1)식을 충족시키면 좋다. 이 경우에는,
sinθ2 < sin(90°-θout) = cosθout
로 하면 좋기 때문에, 제 1의 실시의 형태와 마찬가지로 생각하면, 조명광(37)에 대해 90° 이하의 각도를 이루는 방향으로 회절광(14)이 발생하지 않는 조건은, 다음 (3)식으로 표시된다.
p < λmin/(n1＋n0·cosθout) … (3)
여기서, p는 미세 요철(30)의 주기, n1은 도광판 재료의 굴절율, n0은 공기의 굴절율, λmin 은 광원(24)으로부터 출사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장이다.
예를 들면, λmin = 380㎚, θout = 30°, 도광판의 굴절율(n1) = 1.5, 공기의 굴절율(n0) = 1이라고 하면, 상기 (3)식은,
p < 160㎚
로 된다.
따라서 제 2의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)의 주기(피치)(p)가 상기 (3)식의 우변에서 정해지는 값보다 작아지도록 형성하고 있고, 그 결과, 조명광(37)과 90°이하의 각도를 이루는 방향으로는 회절광(14)이 발생하지 않고, 또한, 조명광(37)과 90°보다 큰 각도를 이루는 방향으로는 회절광(14)이 출사되었다고 하더라도 그 회절광(14)은 관찰자측으로 출사되지 않기 때문에, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 (3)식에 있어서 θout = 0°로 하면(광출사면(29)으로부터 수직 출사하는 경우), 상기 (3)식은 상기 (2)식과 일치한다.
또한, 광의 입사 방향은 미세 요철 열 및 광출사면(29)에 수직일 필요는 없고, 광의 입사 방향에 관계없이 미세 요철(30)의 주기(p)가 상기 관계식을 충족시키면 소정 방향으로 회절광(14)은 출사하지 않는다. 또한, 미세 요철 열의 선택방식에 따라 피치가 다른 경우가 있지만, 어느 선택방식에 있어서도 피치가 상기 (3)식을 충족시키도록 하여 두면 좋다. 단, 광출사면(29)에 수직한 방향에서 보아 광의 입사 방향이 거의 일정한 경우에는, 그 입사 방향에 거의 수직한 미세 요철 열에 관해, 미세 요철(30)의 주기(p)가 상기 (3)식을 충족시키고 있으면 소정 방향으로 회절광은 거의 발생하지 않는다.
[실시의 형태 3]
제 3의 실시의 형태는, 도광판(26)의 내부에서도 반사 방지용 패턴(31)에 의한 회절광이 발생하지 않도록 한 것이다. 도 15는 제 3의 실시의 형태를 설명하는 도면으로서, 반사 방지용 패턴(31)의 일부의 단면(인접하는 2개의 미세 요철(30)의 xz 단면)을 확대하여 도시하고 있다. 도 15를 이용하여 제 3의 실시의 형태를 설명한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 서로 이웃한 미세 요철(30)에 있어서, 도광판(26) 내에서 광원측으로부터 미세 요철(30)로 입사하여 도광판(26) 내에서 광원측으로 출사하는 회절광(14)의 광로 길이차를 구하면,
광로 길이차 = n1·psinθ1＋n1·psin(180°-θ2)
= n1·psinθ1＋n1·psinθ2
로 된다. 단, θ1은 도광판(26) 내에서 광출사면(29)에 세운 법선에서 측정 한 입사각, θ2는 도광판(26) 밖에서 광출사면(29)에 세운 법선에서 측정한 회절각이다(제 1의 실시의 형태와 같다). 따라서, 진공중에 있어서의 파장이 λ의 광이 회절되어 서로 강화되기 위한 조건은, 다음 (4)식과 같이 된다.
p·n1(sinθ1＋sinθ2) = ｍλ … (4)
(단, ｍ = ±1, ±2, …)
도광판(26) 내에서 회절광(14)이 발생하지 않도록 하기 위해서는, 상기 (4)식의 좌변의 절대치의 최대치가 우변의 절대치의 최소치를 초과하지 않도록 하면 좋다. 광원(24)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin이라고 하면, (4)식의 우변의 절대치의 최소치는, λmin이다. 한편, 좌변의 절대치의 최대치는, θ1 = θ2 = 90°로서, 2p·n1이다. 따라서, 도광판(26) 내에서 회절광(14)이 발생하지 않도록 하기 위해서는, 다음 (5)식을 충족시키면 좋은 것을 알 수 있다.
p < λmin/(2·n1) … (5)
여기서, p는 미세 요철(30)의 주기, n1은 도광판 재료의 굴절율이다.
예를 들면, λmin = 380㎚, 도광판(26)의 굴절율(n1) = 1.5라고 하면, (5)식은,
p < 127㎚
로 된다.
따라서 제 3의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)의 주기(피치)(p)가 상기 (5)식의 우변에서 정해지는 값보다 작아지도록 형성하고 있고, 그 결과, 도광판(26) 내에서도 회절광(14)이 출사하지 않게 되기 때문에, 회절광(14)이 관찰자측으로 출사되는 일이 없고, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, n1 > n0이기 때문에,
p < λmin/(2·n1) < λmin/(n0＋n1)
로 되고, 상기 (5)식을 충족시키고 있으면, 제 1의 실시의 형태의 (2)식도 충족시키기 때문에, 도광판(26)의 외측에서도 회절광이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 이 제 3의 실시의 형태 또는 상기 (5)식은, 제 1의 실시의 형태와 마찬가지로, 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 수직으로 조명광(37)이 출사되는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 광의 입사 방향은 미세 요철 열 및 광출사면(29)에 수직일 필요는 없고, 광의 입사 방향에 관계없이 미세 요철(30)의 주기(p)가 상기 관계식을 충족시키면 회절광은 발생하지 않는다. 또한, 미세 요철 열의 선택방식에 따라 피치가 다른 경우가 있지만, 어느 선택방식에 있어서도 피치가 상기 (3)식을 충족시키도록 하여 두면 좋다. 단, 광출사면(29)에 수직한 방향에서 보아 광의 입사 방향이 거의 일정한 경우에는, 그 입사 방향에 거의 수직한 미세 요철 열에 관해, 미세 요철(30)의 주기(p)가 상기 (3)식을 충족시키고 있으면 회절광은 거의 발생하지 않는다.
[실시의 형태 4]
제 4의 실시의 형태는, 반사 방지용 패턴(31)의 배열 방향을 최적화함에 의해 큰 주기의 미세 요철(30)에서도 회절이 생기지 않도록 한 것이다. 여기서, 광출사면에 거의 평행하게 도광하는 광이 반사 방지용 패턴(31)에서 회절되고, 도광판(26) 내부로 광출사면(29)에 거의 평행하게 출사하는 조건으로 계산을 행하였다. 이 때, 회절광의 광로 길이차가 가장 커지기 때문에, 이 조건에 있어서 회절이 생기지 않는 미세 요철의 배열 방향 및 , 미세 요철의 주기를 구하면 좋다. 광출사면(29)에 수직한 xz평면에서는, 격자의 두께(미세 요철(30)의 높이)가 작기 때문에, 상기한 바와 같이 1차원의 회절격자로서 취급할 수 있지만, 광출사면(29)에 평행한 xy평면에서는, 격자의 두께(광출사면(29)의 길이와 폭)가 크기 때문에, 브래그 회절로서 취급하여야 한다.
브래그 회절에서는, 일반적으로, 회절격자에 입사한 광(L)의 입사각과 반사광의 출사각이 동등하다고 가정된다. 이 때, 도 16에 도시한 바와 같이, 격자면 사이의 간격이 d인 회절격자에 입사하고 인접하는 격자면에서 반사되는 광의 광로 길이차는, 2dsinφ로 된다. 단, 이 경우의 입사각(φ)은, 격자면에서 측정하는 것으로 한다. 따라서, 브래그 회절에서는, 광의 파장을 λ라고 할 때,
2·n1·dsinφ = qλ (q = ±1, ±2, …) … (6)
의 조건을 충족시키는 경우에, 반사광이 서로 강화한다(브래그의 회절 조건). 여기서, 광(L)은 도광판(26) 내에서 회절되기 때문에, 도광판(26)의 굴절율(n1)을 고려하였다.
xy평면에 있어서의 회절광을 억제하기 위해서는, 임의의 입사각(φ)에 대해 상기 (6)식이 성립하지 않도록 하면 좋다. (6)식의 우변의 최소치는 λmin(도광판(26)을 전반하는 광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장)이고, (6)식의 좌변의 최대치는 2·n1·p(p는 미세 요철(30)의 주기로, p≥d)이기 때문에, (6)식이 성립되지 않도록 하기 위한 조건은,
p < λmin/(2·n1) … (7)
로 된다.
따라서 제 4의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)의 주기(피치)(p)가 상기 (7)식의 우변에서 정해지는 값보다 작아지도록 형성하고 있고, 그 결과, 도광판(26)의 광출사면(29)에서 브래그 회절이 일어나지 않게 되기 때문에, 회절광이 관찰자측으로 출사되는 일이 없고, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
[실시의 형태 5]
도광판(26)의 광출사면(29)과 평행한 면 내에서는, 상기 (7)식을 충족시키도록 미세 요철(30)의 주기를 작게 하면, 브래그 회절에 의한 회절광이 발생하지 않도록 할 수 있다. 그러나, 미세 요철(30)의 주기가 작아질수록 반사 방지용 패턴(31)을 형성하는 것이 곤란해지기 때문에, 제 5의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)의 방향을 최적화함에 의해, 가능한 한 큰 주기의 미세 요철(30)로 회절광의 발생을 억제하고 있다.
도 17은, 반사 방지용 패턴(31)의 각 미세 요철(30)을 격자점으로 가정한 도면이다(이하, 반사 방지용 패턴(31) 대신에, 이와 같은 도면을 이용한다). 또한, 미세 요철(30)은 정방 격자형상으로 나열되어 있을 필요는 없고, 사방(斜方) 격자형상이나 육방 격자형상 등이라도 좋기 때문에, 보다 일반적으로 설명하기 위해 격자점을 사방 격자형상으로 그리고 있다. 이와 같은 회절격자를 생각하면, 도 17에 도시한 바와 같이, 무수한 방향의 격자면이 생각된다. 브래그 회절에 의한 회절광을 발생시키지 않기 위해서는, 모든 격자면에서 브래그의 회절 조건을 충족시키지 않으면 좋다. 그러나, 실제로는, 격자면 사이의 간격의 가장 큰 도 18에 도시한 바와 같은 4개의 주된 격자면(S1, S2, S3, S4)에서 브래그 회절의 조건을 충족시키지 않도록 하면, 브래그 회절에 의한 회절광은 발생하지 않는다. 그래서, 이하에서는, 4개의 주된 격자면에서 브래그 회절이 발생하지 않는 조건을 구한다.
우선, 여기서 이용하는 기호의 정의를 도 19에 의해 설명한다. 반사 방지용 패턴(31)과 평행한 평면 내에 있어서 광이 입사하는 방향은, 격자면(S1)과 평행한 방향을 기준으로 하는 각도(φ)로 나타내는 것으로 한다. 또한, 격자면(S1, S2)과 평행한 방향을 향하고 있고, 또한, 서로 이루는 각도(α1)가 90° 이상인 기본 격자 벡터를 <d1>, <d2> 라고 한다. 또한, 격자면(S3)과 평행한 방향의 격자 벡터를 <d3> = <d1> ＋ <d2>로 하고, 격자 벡터 <d1>과 <d3>가 이루는 각도를 α2, 격자 벡터 <d2>와 <d3>가 이루는 각도를 α3 = α1-α2, 격자 벡터 <d1>과 (<d2> - <d1>)가 이루는 각도를 α4라고 한다. 또한, 벡터 <d1>, <d2>, <d3>의 크기(격자 정수)를 각각 d1, d2, d3이라고 한다.
도 20에 도시한 바와 같이, 격자면(S1)에 있어서의 브래그 회절의 조건을 생각하면, 격자간 간격은 d2·sinα1이기 때문에,
2·n1·(d2·sinα1)·sinφ = qλ (q = ±1, ±2, …)
로 된다. 따라서, 격자면(S1)에 있어서 회절이 일어나지 않기 위해서는,
2·n1·(d2·sinα1)·|sinφ| < λmin … (8)
이면 좋다.
마찬가지로 하여, 도 21에 도시한 바와 같은 격자면(S2)에 있어서의 브래그 회절을 생각하면, 격자간 간격은 d1·sinα1이기 때문에,
2·n1·(d1·sinα1)·sin(α1-φ) = qλ (q = ±1, ±2, …)
로 된다. 따라서, 격자면(S2)에 있어서 회절이 일어나지 않기 위한 조건은,
2·n1·(d1·sinα1)·|sin(α1-φ)| < λmin … (9)
로 된다.
또한, 도 22에 도시한 바와 같은 격자면(S3)에 있어서의 브래그 회절을 생각하면, 격자간 간격은 d2sinα3이기 때문에,
2·n1·(d2·sinα3)·sin(α2-φ) = qλ
(q = ±1, ±2, …)
로 된다. 따라서, 격자면(S3)에 있어서 회절이 일어나지 않기 위한 조건은,
2·n1·(d2·sinα3)·|sin(α2-φ)| < λmin … (10)
로 된다.
또한, 도 23에 도시한 바와 같은 격자면(S4)에 있어서의 브래그 회절을 생각하면, 격자간 간격은 d1·sinα4이기 때문에,
2·n1·(d1·sinα4)·sin(α4-φ) = qλ (q = ±1, ±2, …)
로 된다. 따라서, 격자면(S4)에 있어서 회절이 일어나지 않기 위한 조건은,
2·n1·(d1·sinα4)·|sin(α4-φ)| < λmin … (11)
로 된다.
이상으로부터, 반사 방지용 패턴(31)에 의해 브래그 회절이 일어나지 않도록 하기 위해서는, 다음의 (8) 내지 (11)식을 동시에 만족하는 입사각(φ)을 구하면 좋다.
2·n1·(d2·sinα1)·|sinφ| < λmin … (8)
2·n1·(d1·sinα1)·|sin(α1-φ)| < λmin … (9)
2·n1·(d2·sinα3)·|sin(α2-φ)| < λmin … (10)
2·n1·(d1·sinα4)·|sin(α4-φ)| < λmin … (11)
임의의 입사각(φ)에 대해 상기 (8) 내지 (11)식을 충족시키면, 브래그 회절은 임의의 입사각의 광에 대해 발생하지 않게 된다. 그러나, 반사형 액정 표시 장치(21)의 경우에는, 광원(24)의 위치가 정해저 있고 광은 일정한 입사각(φ)으로 반사 방지용 패턴(31)에 입사한다고 생각하면 좋다. 따라서, (8) 내지 (11)식의 좌변중 최대의 것의 값이 극소치를 취하는 입사각(φ)을 정할 수 있으면, 소정의 가시광 최단 파장(λmin)에 대해, 큰 격자 정수(d1, d2)를 정할 수 있다. 즉, 입사광의 방향에 대해 반사 방지용 패턴(31)의 최적의 배치를 정한 다음, 소정의 가시광 최단 파장(λmin)에 대해 가능한 한 큰 격자 정수(주기)(d1, d2)를 결정할 수 있다. 또는, 소정의 격자 정수(d1, d2)에 대해 최소의 가시광 최단 파장(λmin)의 광에 대해 브래그 회절이 생기지 않도록할 수 있다.
도 24는 상기 (8) 내지 (11)식을 그래프 표시한 것이다. 도 24에서는 횡축에 입사각(φ)[°]을 취하고, 종축에 각 식의 광로 길이차를 취한 것이다. 또한, 각 광로 길이차는, 도광판 매질의 굴절율(n1) = 1.5, 격자 정수 d1 = 150㎚, d2 = 120㎚, 각도(α)1 = 110°으로서 계산한 것이다.
α1 > 90°의 경우에는, 도 24로 부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 (8)식과 (9)식을 동시에 만족하고 있으면, (11)식도 성립한다. 이것은 수식에 의해 증명할 수 있다. (8)식과 (9)식이 양쪽 성립되는 조건으로 광로 길이차가 가장 작아지는 것은, (8)식의 좌변과 (9)식의 좌변이 동등하게 되는 때이다. 이 때,
φ = arctan[d1sinα1/(d2＋d1cosα1)]
가 성립되고, (8)식 및 (9)식의 좌변은, 다음 (12)식과 같이 된다.
[수식 1]
Figure 112004045147212-pat00013
이 (12)식의 광로 길이차와, (11)식의 좌변의 최대치(2·n1·d1·sinα4)를 비교하면, 다음 (13)식으로 되고, α1 > 90°의 경우에는, (12)식의 광로 길이차 > (11)식의 좌변의 최대치로 된다.
[수식 2]
Figure 112004045147212-pat00014
(8)식 및 (9)식의 좌변은, 교점 사이에서는 상방으로 볼록한 곡선으로 되어 있기 때문에, (8)식 및 (9)식을 충족시키면, 임의의 입사각(φ)에서 (11)식이 성립하게 된다.
따라서 브래그 회절이 일어나지 않도록 하는 조건에 관해서는, (8) 내지 (10)식만 생각하면 좋다.
가장 큰 격자 정수(주기)(d1, d2)에서 브래그 회절을 없애기 위한 조건은, 앞에서 설명한 바와 같이 (8) 내지 (10)식의 좌변의 최대의 것이 극소치(또는, 최소치)를 취하는 점이기 때문에, 도 24로부터도 알 수 있는 바와 같이 (8) 내지 (10)식의 좌변의 교점에 상당한다.
(8)식과 (9)식의 교점은 다음 식으로부터 얻어진다.
d2/d1 = |sin(α1-φ)/sinφ| … (14)
또한, (9)식과 (10)식의 교점은 다음 식으로부터 얻어진다.
d3/d2 = |sin(α3-φ')/sinφ'| … (15)
단, φ' = α1-φ
또한, (8)식과 (10)식의 교점은 다음 식으로부터 얻어진다.
d1/d3 = |sin(α2-φ")/sinφ"| … (16)
단, φ" = α2-φ
여기서는, d1/sinα3 = d2/sinα2 = d3/sinα1을 이용하였다.
격자 벡터 <d1>과 <d2>가 이루는 각도는 α1, 격자 벡터 <d2>와 <d3>가 이루는 각도는 α3, 격자 벡터 <d3>과 <d1>이 이루는 각도는 α2이고, <d1>과 평행한 격자면에 대한 입사각을 φ라고 하면, <d2>와 평행한 격자면에 대한 입사각은 φ' = α1-φ, <d3>과 평행한 격자면에 대한 입사각은 φ" = α2-φ이기 때문에, 상기 (14) 내지 (16)식을 검토하면, (14) 내지 (16)식은,
dj/di = |sin(α-φ)|/sinφ … (17)
라고 일반화하여 나타낼 수 있다. 여기서 di, dj는 임의의 방향의 격자 벡터 <di>와 <dj>의 크기(격자 정수)이고, α는 격자 벡터 <di>와 <dj>가 이루는 각도이고, φ는 격자 벡터 <di>와 평행한 격자면에 대한 광의 입사각, α-φ는 격자 벡터 <dj>와 평행한 격자면에 대한 광의 입사각이다.
따라서, 임의의 2개의 (기본) 격자 벡터를 선택하고, 격자 벡터 <di>의 방향에 대해 (17)식으로부터 구한 각도(φ)로 광이 입사하도록 반사 방지용 패턴(31)을 배치하면, 가능한 한 큰 격자 정수(di, dj)의 반사 방지용 패턴(31)에 의해 브래그 회절을 방지할 수 있고, 반사 방지용 패턴(31)의 성형이 용이해진다.
예를 들면, 서로 이루는 각도가 α(단, α≥90°)이고, 길이가 di, dj인 격자 벡터 <di>, <dj> 를 갖는 미세 구조에 있어서, (17)식의 해를 φ0이라고 하면, 도 24에 도시한 바와 같이, 광원(24)의 방향에 대해 격자 벡터 <di>의 방향이 φ0의 각도를 이루도록 도광판(26)의 하면에 반사 방지용 패턴(31)을 배치하고, 게다가, 가시 광선 최단 파장(λmin)에 대해 (8) 내지 (10)식을 충족시키는 범위에서 di, dj의 값을 가능한 한 큰 값이 되도록 설계하면, 주기가 큰 패턴의 반사 방지용 패턴(31)으로 브래그 회절을 방지할 수 있다.
[실시의 형태 6]
도 25는 직사각형의 격자를 도시하고 있다. 이 경우에는, α = 90°이기 때문에, 상기 (17)식은,
dj/di = 1/tanφ … (18)
로 된다. 이것은, α = 90°의 직사각형의 격자의 경우에는, 광의 입사 방향이 벡터 <dj> - <di>의 방향과 수직이면, 격자 정수(di, dj)로서 큰 값을 선택할 수 있는 것을 나타내고 있다.
또한, α = 90°인 때, 상기 (8)식은,
2·n1·di·cosφ < λmin
로 되고, 상기 (9)식은,
2·n1·dj·sinφ < λmin
로 되기 때문에, 양 량으로부터, 다음 (19)식을 얻을 수 있다.
[수식 3]
Figure 112004045147212-pat00015
특히, di = dj = p로 하면, 광(L)이 도광하는 방향은 격자 벡터 <di>, <dj>에 대해 45도의 방향이 되고, (19)식은,
p < λmin/[(√2)·n1] … (20)
로 된다. 이 때, 예를 들면, λmin = 380㎚, n1 = 1.5라고 하면, (20)식은,
p < 179㎚
로 된다.
따라서, 직사각형의 격자(α = 90°)의 경우에는, 광의 입사 방향이 격자의 대각 방향에 수직이 되도록 반사 방지용 패턴(31)을 배치한 다음, (19)식을 충족시키도록 격자 정수(di, dj)를 정하면, 브래그 회절이 거의 생기지 않게 되고, 화면의 시인성을 양호하게 할 수 있다. 또한, (19)식을 충족시키는 범위 내에서, 가능한 한 큰 di, dj의 값을 정함으로써, 반사 방지용 패턴(31)의 성형도 용이하게 할 수 있다. 또한, 직사각형 격자 또는 정방형 격자형상으로 되기 때문에, 미세 요철(30)의 배열도 상당히 간소화된다.
[실시의 형태 7]
도 26은 di = dj = p, α = 120°의 육방 격자를 도시하고 있다. 이 경우에는, 상기 (14)식은,
sinφ = sin(120°-φ)
로 되고, φ = 60°로 된다. 육방 격자의 대칭성을 생각하면 광의 입사 방향이, φ = 0°, 60°, 120°, 180°의 방향이면 회절이 생기기 어려운 것을 나타내고 있고, 육방 격자의 3개의 기본 격자 벡터의 어느 하나에 평행하게 광이 입사하면, 격자면 사이의 간격(di, dj)으로서 큰 값을 선택할 수 있는 것을 나타내고 있다.
또한, di = dj = p, α = 120°인 때, 상기 (8)식과 (9)식은,
p < (2·λmin)/(3·n1) … (21)
로 된다.
예를 들면, λmin = 380㎚, n1 = 1.5라고 하면, 상기 (21)식은,
p < 169㎚
로 된다.
따라서, 이 경우에는, 광의 입사 방향이 육방 격자의 3개의 기본 격자 벡터의 어느 하나에 평행하게 되도록 반사 방지용 패턴(31)을 배치한 다음, (21)식을 충족시키도록 격자 길이(p)를 정하면, 브래그 회절이 거의 생기지 않게 되고, 화면의 시인성을 양호하게 할 수 있다. 또한, (21)식을 충족시키는 범위 내에서, 가능한 한 큰 p의 값을 정함으로써, 반사 방지용 패턴(31)의 성형도 용이하게 할 수 있다. 이와 같은 육방 격자는, 저면이 원형을 이룬 미세 요철(30)을 조밀하게 배열시킬 수 있다.
[실시의 형태 8]
제 8의 실시의 형태는, 도 10에 도시한 프런트 라이트와 같이 점광원을 이용한 경우를 설명한다. 광원(24)으로서 점광원을 이용한 경우에는, 도광판(26) 내를 도광하는 광의 진행 방향은 면 내에서 일정하지가 않다. 그 때문에, 회절이 생기기 어려운 방향으로 미세 요철(30)을 배열하려고 하면, 미세 요철(30)은 동심원형상으로 배열되게 된다. 이와 같이 도광판(26)에 미세 요철(30)을 동심원형상으로 배열하기 위해서는, 도광판(26)의 제작이 곤란해진다.
그래서, 점광원을 이용한 경우에는, 육방 격자형상과 같이 회전 대칭성이 높은 격자 구조를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제 5의 실시의 형태에서 이용한 (8) 내지 (11)식을 이용하여 회절이 생기기 어려운 출사각(φ)을 다음과 같이 구할 수도 있다.
예로서 격자 벡터 <di>, <dj>가 서로 이루는 각도(α)가 110°이고, 각각의 격자 정수가 di = 150㎚, dj = 120㎚의 회절격자를 생각하면, 이것은 육방 격자에 가까운 구조를 갖고 있다. 여기서, 도 10과 같이, 광원(24)(점광원)을 프런트 라이트(22)의 코너부에 마련하면, 도광판(26) 내에서 도광되는 광의 진행 방향의 퍼짐은 90°의 각도를 갖기 때문에, 광의 입사각(φ)이 90°의 범위에 걸쳐서 (8) 내지 (11)식의 좌변에서 표현되는 광로 길이차의 최대치가 최소로 되도록 배열 방향을 정하면 좋다. 도 27에 도시한 바와 같이 (8) 내지 (11)식을 도시한 그래프에 대해, 광의 입사각(φ)의 퍼짐(90°)을 φ = 57° 내지 163°의 범위로 정하면, 광로 길이차의 최대치가 최소로 된다. 따라서, 길이가 150㎚의 격자 벡터(di)와 도광판(26)의 하나의 변과 이루는 각도가 57° 내지 73°(163°-90° = 73°)의 사이의 각도가 되도록 하면 좋다.
[실시의 형태 9]
지금까지의 실시의 형태에서는, 미세 요철이 주기적으로 배치되어 있는 경우에 관해 설명하였지만, 이하의 실시의 형태에서는, 광의 파장 이하의 사이즈의 미세 요철이 랜덤하게 배치되어 있는 경우에 관해 설명한다. 미세 요철을 랜덤하게 형성하는 의의부터 설명한다.
도광판의 내부에서는, 광이 광출사면과 그 반대측의 면에서 전반사를 반복하면서 광원으로부터 멀어지는 방향을 향하여 전반하고 있다. 그 때문에, 배경 기술의 란에서도 기술한 바와 같이, 도광판의 광출사면 또는 그 반대측의 면에 마련되어 있는 미세 요철에 대해 큰 각도로 광이 입사하고, 회절광이 발생한다. 특히, 미세 요철이 주기적으로 배열되어 있는 경우에는, 각 영역에 있어서의 미세 요철에서, 같은 파장의 광은 같은 방향으로 회절되기 때문에, 같은 파장의 회절광이 서로 간섭하여 서로 강화하여, 특정한 방향으로 강한 회절광이 출사된다. 이 결과, 도광판이 색조를 띠어 버리고, 프런트 라이트로부터 출사되는 광이 착색되어 보이기 때문에, 반사형 액정 표시 장치의 화면의 시인성을 악화시키게 된다.
이에 대해, 미세 요철의 배열을 랜덤하게 하면, 각 영역에 있어서의 미세 요철로부터 같은 방향으로 회절되는 광의 파장이 흐트러지기 때문에, 다양한 파장의 광이 서로 섞여 백색광화 된다. 따라서, 미세 요철을 랜덤하게 함에 의해, 도광판이 색조를 띠고 프런트 라이트로부터 출사되는 광이 착색되어 보이는 현상을 억제할 수 있고, 반사형 액정 표시 장치의 화면의 시인성을 개선할 수 있다. 그 때문 에, 이하의 실시의 형태에서는, 미세 요철의 배열을 랜덤하게 하고 있다.
미세 요철의 랜덤한 배치는, 2개로 나눌 수 있다. 도 28(a), (b)는, 어느것이나 미세 요철(30)을 랜덤하게 배치한 반사 방지용 패턴(31)을 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 28(a)에 도시한 반사 방지용 패턴(31)은, 랜덤한 형상 및 사이즈의 미세 요철(30)을 랜덤한 간격으로 배치한 것이다. 도 28(b)에 도시한 반사 방지용 패턴(31)은, 같은 형상의 미세 요철(30)을 랜덤한 간격으로 배치한 것이다. 또한, 도 28(a), (b)에서는, 일방향에 관해서만 랜덤한 배치를 도시하고 있지만, 미세 요철(30)은 2방향으로 랜덤하게 배치되어 있다.
이렇게 하여 미세 배열을 랜덤하게 배열시킨 경우에 있어서도, 제 1 내지 3의 실시의 형태와 마찬가지로 미세 배열의 간격을 광의 파장보다 작게 함에 의해 회절광의 발생을 억제하거나, 특정 방향으로 밖에 회절광이 발생하지 않도록 할 수 있다. 그러나, 미세 배열을 랜덤하게 한 경우에는, 제 1 내지 3의 실시의 형태에서 설명한 바와 같은 조건을 그대로 적용할 수는 없기 때문에, 이하에서 구체적으로 설명한다.
우선, 도 28(a)와 같이 미세 요철(30)의 형상, 사이즈와 배치의 모두가 랜덤한 경우를 제 9, 10, 11의 실시의 형태로 설명한다. 제 9의 실시의 형태에서는, 미세 요철(30)에 입사하는 광(L)의 입사각을 θ1, 회절광(14)의 회절각을 θ2, 도광판 재료의 굴절율을 n1, 공기의 굴절율을 n0, 광원(24)으로부터 출사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin으로 하고(도 11 참조), 또한, 미세 요철(30)의 인접하는 오목부끼리 또는 볼록부끼리의 거리의 분포를 취한 때, 그 출현 빈도가 최대가 되는 거리를 K라고 하면, 다음 (22)식을 충족시키도록 하면 좋다.
K < λmin/(n0＋n1) … (22)
이것은 제 1의 실시의 형태에서 유도한 (2)식에 대응하는 것이다.
도 29(a), (b)는 상기 (22)식의 적용의 방법을 설명하는 도면으로서, 동 도(a)는 랜덤한 미세 요철의 일예를 도시하고, 동 도(b)는 그 미세 요철에 관해 볼록부(오목부)끼리의 거리(k)의 분포를 도시한 도면이다. 미세 요철(30)의 형상이 도 29(a)에서 표현되는 바와 같은 패턴이라고 하면, 이 패턴으로부터 서로 이웃하는 볼록부끼리(오목부끼리도 좋다)의 거리(k)를 계측하고, 이것을 집계하여 각 거리(k)의 빈도를 얻는다. 도 29(b)는 각 거리(k)의 빈도의 분포를 도시한 것으로, 횡축이 서로 이웃하는 볼록부끼리의 거리(k)를 나타내고, 종축이 각 거리의 출현 빈도를 나타내고 있다. 도 29에서는 빈도가 최대인 때의 거리(k)는 K로 되어 있다. 따라서, 도 29(a)와 같은 패턴을 설계한 경우에는, 빈도가 최대인 때의 거리(K)가, 상기 (22)식을 충족시키는 축척(縮尺)으로 도광판(26)에 반사 방지용 패턴(31)을 제작하면 좋다.
광원(24)이 LED이고, 광원(24)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광을 420㎚라고 하면 λmin = 420㎚이고, 도광판(26)의 굴절율(n1) = 1.5, 공기의 굴절율(n0) = 1이라고 하면, 상기 (22)식은,
K < 168㎚
로 된다. 바람직하게는, 100㎚ 이하로 하면 좋다.
이 실시의 형태에 의하면, 미세 요철(30)이 랜덤하게 되어 있기 때문에, 프 런트 라이트(22)가 착색되기 어렵고, 또한, 도광판(26)의 광출사면(29)으로부터 회절광이 출사하기 어려워지기 때문에, 회절광이 관찰자측으로 출사되는 일이 없고, 그 결과, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 실시의 형태에서는, 거리(k)가 회절광을 발생시키는 최소치 λmin/(n0＋n1)과 동등한 때의 빈도(Pmin)가, 최대의 빈도(Pmax)의 1/5 이하로 되어 있는 것이 보다 바람직하다. 미세 요철의 거리(k)가 λmin/(n0＋n1)보다 큰 부분에서는 회절광을 발생시키기 쉽게 되지만, 이와 같은 조건을 충족시키면, 회절광의 발생을 보다 작게 할 수 있다.
제 9의 실시의 형태의 원리를 설명한다. 랜덤하게 미세 요철(30)이 배치된 반사 방지용 패턴(31)은, 주기가 다른 복수의 정현파 형상의 묶음으로 표현할 수 있다. 이것을 도 30(a), (b), (c)에 의해 설명한다. 도 30(a)는 랜덤한 형상과 배치를 갖는 미세 요철의 패턴을 도시한 개략도, 동 도(b)는 미세 요철(30)의 패턴을 푸리에 분해한 때의 각 주기 성분을 도시한 도면, 동 도(c)는 각 성분의 주기와 강도와의 관계를 도시한 도면이다. 설명을 간단하게 하기 위해, 2차원의 반사 방지용 패턴(31)을 생각한다. 반사 방지용 패턴(31)의 높이를 z, 반사 방지용 패턴(31)이 형성되어 있는 영역의 길이를 a, 반사 방지용 패턴(31)이 형성되어 있는 영역의 단(端)부터의 거리를 x라고 할 때, 도 30(a)의 미세 요철(30)의 패턴은,
z = f(x) (0≤x≤a)
로 나타낼 수 있다. 이것은 주기(a)의 주기 함수로 확장할 수 있기 때문에, 푸리에 전개하면, 주기(시간적인 주기가 아니라, 파장에 상당하는 공간적인 주기)가 Tn = a/n(n = 1, 2, 3, …)의 정현파 성분으로 나눌 수 있다. 이와 같이 하여 각 성분으로 나눈 정현파의 일부를 도시한 것이 도 30(b)이다. 그리고, 횡축에 각 성분의 주기(Tn)를 취하고, 종축에 각 성분의 강도를 나타낸 것이 도 30(c)이다.
지금까지의 설명으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 가시 광역에서 회절광이 발생하는 것은, 패턴 주기가 가시광의 파장과 같은 정도의 경우이고, 패턴 주기가 가시광의 파장역중 가장 짧은 파장(λmin) 보다 충분히 짧으면 회절광은 발생하지 않는다. 이것을 미세 요철(30)의 패턴을 분해한 성분에 적용시키면, 주기가 긴 성분에서는 회절광이 발생하지만, 주기가 짧은 성분에서는 회절광이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 회절광이 발생하는 주기의 범위가 도 30(c)에 도시한 범위라고 하면, 미세 요철(30)의 패턴을 분해한 때의 주기 성분의 대부분이, 이 회절광이 발생하는 주기의 범위보다 작은 영역에 있도록 하면, 회절광의 발생을 억제할 수 있고, 양호한 시인성을 얻을 수 있다. 이것을 표현한 것이 상기 (22)식이다. 또한, 제 10, 11의 실시의 형태에 관해서도 같은 이유에 의한다.
[실시의 형태 10]
제 10의 실시의 형태에서도, 제 9의 실시의 형태와 마찬가지로 하여 미세 요철(30)의 오목부 또는 볼록부끼리의 거리의 출현 빈도가 최대가 되는 거리(k)를 생각한다. 즉, 도 29(a)와 같은 미세 요철(30)의 패턴으로부터 인접하는 볼록부끼리의 거리(k)를 구하고, 그것을 집계하여 도 29(b)와 같이 출현 빈도가 최대가 되는 때의 거리(k)를 구한다. 그리고, 제 10의 실시의 형태에서는, 광원(24)으로부터 출 사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin로 하였을 때, 출현 빈도 최대인 때의 거리(K)가, 다음 (23)식을 충족시키도록 한다. 단, n1은 도광판 재료의 굴절율, n0은 공기의 굴절율, θout 은 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 출사되는 조명광(37)의 광도가 최대인 방향이 광출사면(29)의 법선에 대해 이루는 각도(도 13 참조)이다.
K < λmin/(n1＋n0·cosθout) … (23)
이 (23)식은, 제 2의 실시의 형태의 (3)식에 대응하는 것이다.
예를 들면, λmin = 420㎚(광원이 LED인 경우), θout = 30°, 도광판의 굴절율(n1) = 1.5, 공기의 굴절율(n0) = 1이라고 하면, 상기 (23)식은,
K < 178㎚
로 된다. 바람직하게는, 100㎚ 이하로 하면 좋다.
따라서 제 10의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)이 상기 (23)식을 충족시키는 미세함으로서 랜덤하게 배치되어 있다. 그 결과, 프런트 라이트(22)로부터 출사되는 광의 착색을 억제할 수 있음과 함께, 조명광(37)과 90° 보다 큰 각도를 이루는 방향으로는 회절광(14)이 출사되었다고 하더라도 그 회절광(14)은 관찰자측으로 출사되지 않고, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
[실시의 형태 11]
제 11의 실시의 형태에서도, 제 9의 실시의 형태와 마찬가지로 하여 미세 요철(30)의 오목부 또는 볼록부끼리의 거리의 출현 빈도가 최대가 되는 거리(k)를 생 각한다. 즉, 도 29(a)와 같은 미세 요철(30)의 패턴으로부터 인접하는 볼록부끼리의 거리(k)를 구하고, 그것을 집계하여 도 29(b)와 같이 출현 빈도가 최대가 되는 때의 거리(k)를 구한다. 그리고, 제 11의 실시의 형태에서는, 광원(24)으로부터 출사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin, 도광판 재료의 굴절율을 n1로 하였을 때, 출현 빈도 최대인 때의 거리(K)가, 다음 (24)식을 충족시키도록 한다.
K < λmin/(2·n1) … (24)
이 (24)식은, 제 3의 실시의 형태의 (5)식에 대응하는 것이다.
예를 들면, λmin = 420㎚, 도광판(26)의 굴절율(n1) = 1.5라고 하면, (24)식은,
K < 140㎚
로 된다. 바람직하게는, 100㎚ 이하로 하면 좋다.
따라서 제 11의 실시의 형태에서는, 최대 출현 빈도에 대응하는 미세 요철끼리의 거리(K)가 상기 (24)식의 우변에서 정해지는 값보다 작아지도록 하여 랜덤한 배치로 형성되어 있다. 그 결과, 프런트 라이트(22)로부터 출사되는 광의 착색을 억제할 수 있고, 또한, 도광판(26) 내에서도 회절광(14)이 출사하지 않게 되고, 회절광(14)이 관찰자측으로 출사되기 어려워지기 때문에, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 실시의 형태에서도, 거리(k)가 회절광을 발생시키는 최소치 λmin/(2·n1)과 동등한 때의 빈도(Pmin)가, 최대의 빈도(Pmax)의 1/5 이하로 되어 있는 것이 보다 바람직하다.
[실시의 형태 12]
다음에, 도 28(b)와 같이 같은 형상의 미세 요철(30)이 도광판(26)의 하면(광출사면(29))에 랜덤하게 배치되어 있는 경우를 제 12, 13, 14의 실시의 형태로 설명한다. 여기서는, 도 32(a)에 도시한 바와 같이 거의 동일 형상, 동일 치수를 이룬 볼록형상의 미세 요철(30)인 볼록부가, 도광판(26)의 광출사면(29) 또는 그 반대측의 면에 랜덤하게 배열되어 있다. 또는, 도 32(b)에 도시한 바와 같이 거의 동일 형상, 동일 치수를 이룬 오목형상의 미세 요철(30)인 오목부가 랜덤하게 배열되어 있어도 좋다. 이들의 거의 동일 형상, 동일 치수의 미세 요철(30)의 볼록부 또는 오목부의 기단부의 폭(직경)을 W라고 한다.
이와 같이, 폭이 W인 미세 요철(30)(볼록부 또는 오목부)이 랜덤하게 배치된 경우에는, 그 미세 요철(30)의 패턴에는, 주기가 W인 성분이 많이 포함되게 된다. 따라서, 이와 같은 실시의 형태에서는, 미세 요철(30)의 폭(W)이 회절이 생기지 않는 사이즈로 하면 좋다. 또한, 불필요한 주기의 성분을 없애기 위해서는 미세 요철(30)의 높이 또는 깊이가 거의 일정하게 정돈되어 있는 것이 바람직하다.
제 12의 실시의 형태에서는, 미세 요철(30)에 입사하는 광(L)의 입사각을 θ1, 회절광(14)의 회절각을 θ2, 도광판 재료의 굴절율을 n1, 공기의 굴절율을 n0, 광원(24)으로부터 출사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin(도 11 참조)이라고 하면, 미세 요철(30)의 폭(W)을, 다음 (25)식을 충족시키는 사이즈로 하면 좋다.
W < λmin/(n0＋n1) … (25)
이것은 제 1의 실시의 형태에서 유도한 (2)식에 대응하는 것이다.
광원(24)이 LED이고, 광원(24)으로부터 출사되는 광중 가장 파장이 짧은 가시광이 420㎚라고 하면 λmin = 420㎚이고, 도광판(26)의 굴절율(n1) = 1.5, 공기의 굴절율(n0) = 1이라고 하면, 상기 (25)식은,
W < 168㎚
로 된다. 바람직하게는, 100㎚ 이하로 하면 좋다.
이 실시의 형태에 의하면, 미세 요철(30)이 랜덤하게 배치되어 있기 때문에, 프런트 라이트(22)가 착색되기 어렵고, 또한, 도광판(26)의 광출사면(29)으로부터 회절광이 출사하기 어려워지기 때문에, 회절광이 관찰자측으로 출사되는 일이 없고, 그 결과, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
[실시의 형태 13]
제 13의 실시의 형태에서는, 광원(24)으로부터 출사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin로 하였을 때, 미세 요철(30)의 폭(W)이, 다음 (26)식을 충족시키도록 한다. 단, n1은 도광판 재료의 굴절율, n0은 공기의 굴절율, θout 은 프런트 라이트(22)의 광출사면(29)으로부터 출사되는 조명광(37)의 광도가 최대인 방향이 광출사면(29)의 법선에 대해 이루는 각도(도 13 참조)이다.
W < λmin/(n1＋n0·cosθout) … (26)
이 (26)식은, 제 2의 실시의 형태의 (3)식에 대응하는 것이다.
예를 들면, λmin = 420㎚(광원이 LED인 경우), θout = 30°, 도광판의 굴절율(n1) = 1.5, 공기의 굴절율(n0) = 1이라고 하면, 상기 (26)식은,
W < 178㎚
로 된다. 바람직하게는, 100㎚ 이하로 하면 좋다.
따라서 제 13의 실시의 형태에서는, 반사 방지용 패턴(31)을 구성하는 미세 요철(30)이 상기 (26)식을 충족시키는 미세한 폭(W)으로서 랜덤하게 배치되어 있다. 그 결과, 프런트 라이트(22)로부터 출사되는 광의 착색을 억제할 수 있음과 함께, 조명광(37)과 90° 보다 큰 각도를 이루는 방향으로는 회절광(14)이 출사되었다고 하더라도 그 회절광(14)은 관찰자측으로 출사되지 않고, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
[실시의 형태 14]
제 14의 실시의 형태에서는, 광원(24)으로부터 출사되는 가시광중 가장 파장이 짧은 가시광의 파장을 λmin, 도광판 재료의 굴절율을 n1으로 하였을 때, 미세 요철(30)의 폭(W)이, 다음 (27)식을 충족시키도록 한다.
W < λmin/(2·n1) … (27)
이 (27)식은, 제 3의 실시의 형태의 (5)식에 대응하는 것이다.
예를 들면, λmin = 420㎚, 도광판(26)의 굴절율(n1) = 1.5라고 하면, (24)식은,
W < 140㎚
로 된다. 바람직하게는, 100㎚ 이하로 하면 좋다.
따라서 제 14의 실시의 형태에서는, 미세 요철(30)의 폭(W)이 상기 (27)식의 우변에서 정해지는 값보다 작아지도록 하여 랜덤한 배치로 형성되어 있다. 그 결과, 프런트 라이트(22)로부터 출사되는 광의 착색을 억제할 수 있고, 또한, 도광판(26) 내에서도 회절광(14)이 출사하지 않게 되고, 회절광(14)이 관찰자측으로 출사되기 어려워지기 때문에, 화면의 콘트라스트를 높여서 반사형 액정 표시 장치(21)의 시인성을 향상시킬 수 있다.
[실시의 형태 15]
도 33(a), (b)는 제 15의 실시의 형태에 있어서의 하나의 미세 요철을 확대하여 도시한 사시도로서, 동 도(a)는 도광판(26)의 하면(광출사면(29))에 마련된 볼록부를 도시하고, 동 도(b)는 도광판(26)의 하면에 마련된 오목부를 도시하고 있다. 제 15의 실시의 형태에 있어서의 미세 요철(30)에서는, 볼록부의 높이 또는 오목부의 깊이를 H라고 하고, 그 폭을 W라고 할 때, 그 종횡비(H/W)가,
H/W > 1.2
로 되도록 하고 있다. 이와 같이 미세 요철(30)의 종횡비(H/W)를 1.2 이상으로 하면, 반사 방지용 패턴(31)에 있어서의 반사율을 충분히 작게 할 수 있고, 도광판(26)의 하면에 있어서의 프레넬 반사를 작게 할 수 있다. 또한, 반사율을 작게 하기 위해서는, 미세 요철(30)은, 성형이 가능한 한도에서 될 수 있는 한 높이 또는 깊이(H)가 될 수 있는 한 큰 것이 바람직하고, 특히 150㎚ 이상의 높이 또는 깊이를 갖는 것이 바람직하다.
(반사 방지용 패턴의 형성 방법)
다음에, 상기한 바와 같은 반사 방지용 패턴(31)을 도광판(26)에 형성하는 방법을 설명한다. 우선 처음으로, 도 34(a)에 도시한 바와 같은 반사 방지용 패턴(31)의 원반(原盤)(41)을 제작한다. 광의 파장 이하의 미세 요철을 갖는 원반(41)을 제작하는 방법으로는, 2광속 간섭 노광법이나 전자 빔 노광법 등이 있다. 이와 같은 방법에 의해 원반(41)이 얻어지면, 도 34(b)에 도시한 바와 같이, 전기 도금법에 의해 Ni 등의 스탬퍼 재료를 원반(41)의 위에 퇴적시켜서 스탬퍼(42)를 제작한다. 이 스탬퍼(42)를 도 34(c)와 같이 원반(41)으로부터 박리시켜서 원반(41)으로부터 분리하면, 스탬퍼(42)의 하면에는, 원반(41)의 미세 요철의 패턴을 반전시킨 패턴이 얻어진다. 계속해서, 도 34(d)에 도시한 바와 같이, 이 스탬퍼(42)를 가열하면서 도광판(26)의 이면 또는 표면에 가압시켜서, 도 34(e)에 도시한 바와 같이, 도광판(26)에 미세 요철(30)을 전사시킨다. 이 후, 스탬퍼(42)를 도광판(26)으로부터 박리하면, 도광판(26)의 이면 또는 표면에는 미세 요철(30)이 성형된다.
또한, 미세 요철(30)을 도광판(26)에 직접 전사하는 이외에도, 필름(도시 생략)에 미세 요철(30)을 전사한 후, 그 필름을 도광판(26)에 부착하여도 좋다. 그러나, 미세 요철(30)을 직접 도광판(26)에 전사하는 쪽이, 벗겨짐 등의 문제가 없기 때문에, 내구성이 높고, 공정도 적어도 된다. 여기서, 프런트 라이트(22)에 마련되는 미세 요철(30)은 피라미드 형상과 같은 볼록형상의 패턴이 다수 마련된 형상이라도 좋고, 그것을 반전시킨 오목형상의 패턴이 다수 마련된 형상이라도 좋다. 그러나, 회절광이 생기기 어렵게 하기 위해서는 볼록형상의 패턴의 쪽이 바람직하다.
이와 같이 하여 성형되는 미세 요철(30)로서는, 피라미드 형상이나 원뿔형상 외에, 미세 요철(30)의 측면의 경사가 서서히 변화하는 것(특히, 선단을 향하여 점차로 경사가 커지는 볼록형상)이라도 좋다. 예를 들면, 도 35(a), (b), (c) 및 (d)에 도시한 바와 같은 여러가지 형상의 미세 요철(30)이 가능하다. 또한, 미세 요철(30)의 주기란, 인접하는 미세 요철(30)의 볼록부 선단과 볼록부 선단 사이의 거리를 말한다. 또한, 미세 요철(30)의 형상이 광의 파장 이하라면, 미세 요철(30)의 주기나 배열에 불규칙함이 있어도 반사율에는, 거의 영향을 주지 않는다. 이 경우, 미세 요철(30)의 주기란, 인접하는 미세 요철(30)의 볼록부와 볼록부 사이의 평균의 거리를 말한다.
양호한 반사 방지 효과를 얻기 위해서는, 미세 요철(30)의 애스펙트비는 1 이상인 것이 바람직하다. 또한, 미세 요철(30)의 높이(깊이)는, 높으면 높을수록 넓은 입사각도와 넓은 파장 영역에서 반사를 저감할 수 있지만, 성형성을 고려하면, 150㎚ 정도가 바람직하다.
[실시의 형태 16]
다음에, 상기 각 실시의 형태에서 설명한 바와 같은 미세 요철을 구비한 면광원 장치를 양면 표시 가능한 양면형 액정 표시 장치에 이용한 경우를 설명한다. 여기서 말하는 양면형 액정 표시 장치란, 1세트의 액정 표시 패널과 면광원 장치에 의해, 양면에서 화상을 시인할 수 있도록 한 액정 표시 장치이다.
도 36은 양면형 액정 표시 장치의 구성을 도시한 개략 단면도이다. 이 양면형 액정 표시 장치(43)는 본 발명에 관한 면광원 장치(44)와, 반투과형의 액정 표시 패널(45)을 대향시킨 것이다. 이 면광원 장치(44)는, 상기한 어느 하나의 실시 의 형태에서 설명한 프런트 라이트(22)와 같은 구조를 갖는 면광원 장치, 또는, 상기 어느 하나의 실시의 형태에서 설명한 미세 요철(30)을 도광판의 관찰측의 면 또는 관찰측과 반대측의 면(즉, 광출사면(29))에 구비한 면광원 장치이다. 여기서, 양면형 액정 표시 장치(43)의 경우에는, 관찰측의 면이란, 액정 표시 패널(45)에서 반사한 화상 광을 관찰하는 방향의 면을 말한다. 도 36에 도시한 면광원 장치(44)는, 도 7 및 도 8에 도시한 프런트 라이트(22)와는 도광판(26)에 마련한 편향 패턴(28)의 형상이 다르고, 편향 패턴(28)끼리가 불연속으로 마련되어 있는 이외는, 프런트 라이트(22)와 같은 구조를 갖고 있다. 미세 요철(30)은 도시한 예에서는, 광출사면(29)에만 마련하고 있지만, 광출사면(29)과 반대측의 면에 마련하고 있어도 좋다.
도 37은 반투과형의 액정 표시 패널(45)을 1화소분만 취출하고, 그 구조를 도시한 확대 단면도이다. 이 액정 표시 패널(45)은, 제 1의 기판(46)과 제 2의 기판(47)의 사이에 액정 재료(48)를 밀봉(封止)한 것이다. 제 2의 기판(47)의 액정 재료(48)와 대향하는 내면에는, 소정 간격을 띠우고 복수의 투명 전극(50)이 매트릭스형상으로 배열되어 있고, 각 투명 전극(50)에 각각 전기적으로 접속된 상태에서, 각 투명 전극(50)에 인접하여 배치된 금속막으로 이루어지는 반사 전극(51)이 마련되어 있다. 각 투명 전극(50)은, 1화소분의 영역의 약 1/2의 면적을 차지하고 있고, 반사 전극(51)도 1화소분의 영역의 약 1/2의 면적을 차지하고 있고, 반사 전극(51)은 투명 전극(50)보다 돌출한 상태로 마련되어 있다. 즉, 하나의 투명 전극(50)과 하나의 반사 전극(51)에 의해 1화소가 구성되어 있다.
또한, 제 1의 기판(46)의 액정 재료(48)에 대향하는 내면에는, 표시 영역의 전체면에 걸쳐서 투명 전극(49)이 마련되어 있다. 면광원 장치(44)는, 이 제 1의 기판(46)의 외면측에 대향시켜서 배치되어 있다. 또한, 도 37에서는, 도트 매트릭스 표시의 액정 표시 패널에 있어서의 하나의 화소 요소만을 도시하고 있고, 배향막, 광학 필름, TFT 등의 회로 등은 생략하고 있다.
그래서, 이 양면형 액정 표시 장치(43)에서는, 도광판(26)의 광출사면(29)으로부터 광(L)이 출사되면, 도광판(26)으로부터 출사된 광(L)은 액정 표시 패널(45)을 조명한다. 도광판(26)으로부터 출사된 광(L)중, 온 상태로 되어 있는 화소의 투명 전극(50)이 마련되어 있는 영역에 입사한 광(L)은, 투명 전극(49 및 50)을 투과하고, 관찰측의 면과 반대측에서 화상이 인식된다. 또한, 온 상태로 되어 있는 화소의 반사 전극(51)이 마련되어 있는 영역에 입사한 광(L)은, 투명 전극(49)을 투과하여 반사 전극(51)에서 반사된 후, 재차 투명 전극(49)을 투과하고, 또한 도광판(26)을 투과하여 관찰측에서 화상이 인식된다. 이로써, 1장의 액정 표시 패널(45)과 1장의 면광원 장치(44)로 이루어지는 양면형 액정 표시 장치(43)에 의해, 양면에서 화상을 인식할 수 있게 되어 있고, 구성 부품의 부품 개수를 삭감할 수 있고, 또한, 전력 소비를 적게 할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 양면형 액정 표시 장치(43)에 있어서도, 면광원 장치(44)의 도광판(26)에 미세 요철(30)이 마련되어 있지 않는 경우에는, 도 38에 도시한 바와 같이, 도광판(26) 내를 전반하는 광이 광출사면(29)에서 프레넬 반사하면, 관찰측의 면으로부터 출사된다. 이 관찰측의 면으로부터 출사된 광은, 노이즈 광 (10)으로 되어 화상 광과 같은 방향으로 출사되기 때문에, 반사형 액정 표시 장치의 경우와 마찬가지로 화상에 백색광이 겹쳐지고, 화면의 콘트라스트가 저하되고, 관찰측에 있어서의 시인성이 나빠진다.
또한, 상기한 바와 같은 프레넬 반사를 방지하기 위해 도광판(26)에 미세 요철(30)을 마련하고 있는 경우라도, 미세 요철(30)에서 회절이 일어나면, 회절광(14)은, 직접으로, 또는 난반사하여 출사된다. 이 회절광(14)은, 관찰자측(액정 표시 패널(45)로부터 반사되어 광이 관찰되는 측)과, 관찰측과 반대측(액정 표시 패널(45)을 투과한 광이 관찰되는 측)으로 출사되기 때문에, 이 회절광이 화면의 화상 광과 겹쳐져서, 어느 면에서도 도광판이 색조를 띠게 되고, 화상의 콘트라스트를 저하시켜서 시인성을 악화시킨다.
이에 대해, 제 16의 실시의 형태에 의한 양면형 액정 표시 장치(43)에서는, 도광판(26)에 본 발명에 관한 미세 요철(30)로 이루어지는 반사 방지용 패턴(31)을 마련하고 있기 때문에, 상기한 바와 같은 노이즈 광(10)이나 회절광(14)에 의한 화상의 품질 저하를 억제할 수 있고, 양면형 액정 표시 장치(43)의 화상의 시인성을 개선할 수 있다.
[전자 기기(응용 예)]
도 39는 본 발명에 관한 반사형 액정 표시 장치(21)를 조립한 휴대전화(61)를 도시하고 있다. 이 휴대전화(61)는, 텐 키(ten-key; 이하 '텐 키'라고 한다) 등을 구비한 다이얼부(62)의 위에 반사형 액정 표시 장치(21)가 조립되어 있고, 윗면에 안테나(63)가 마련되어 있다.
도 40은 본 발명에 관한 반사형 액정 표시 장치(21)를 조립한 PDA 등의 휴대 정보 단말(64)을 도시하고 있다. 이 휴대 정보 단말(64)은, 반사형 액정 표시 장치의 옆에 펜 입력 등의 입력부(65)가 마련되어 있고, 상단부에는 뚜껑(66)이 축에 부착되어 있다.
이와 같이 휴대전화나 휴대 정보 단말 등에 본 발명의 반사형 액정 표시 장치를 이용함에 의해, 콘트라스트가 양호하고 시인성의 양호한 표시부를 갖게 할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 관한 프런트 라이트는, 반사형 액정 장치 그 밖의 반사형 표시 장치에 이용할 수 있다. 또한, 이 반사형 표시 장치는, 각종 기기의 표시부로서 이용할 수 있지만, 특히, 휴대전화나 휴대용 모바일 등의 휴대기기에 알맞게 이용될 수 있다.
본 발명의 면광원 장치에 의하면, 프레넬 반사를 방지할 뿐만 아니라, 또한 회절광의 발생을 억제할 수 있다.

Claims (20)

  1. 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 유도하여 관찰자측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서,
    상기 관찰자측의 면 또는 상기 광출사면의 한쪽 또는 양쪽에 복수의 미세한 오목부 또는 볼록부가 주기적으로 배치되고,
    상기 오목부 또는 상기 볼록부는, 2개의 기본 격자 벡터로 정의되는 격자형상으로 배치되고,
    상기 오목부 또는 상기 볼록부에 있어서, 상기 2개의 기본 격자 벡터 및 상기 2개의 기본 격자 벡터의 합 또는 차로 생성되는 2개의 벡터의 각각과 평행한 4개의 격자면으로 정의한 때에, 모든 격자면 간격의 주기가 127㎚보다도 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  2. 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 유도하여 관찰자측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서,
    상기 관찰자측의 면 또는 상기 광출사면의 한쪽 또는 양쪽에 랜덤한 형상 및 사이즈의 미세한 복수의 오목부 또는 볼록부가 랜덤한 간격으로 배치되고,
    상기 오목부 또는 볼록부에 관해 인접하는 오목부끼리 또는 볼록부끼리의 거리의 분포를 취한 때, 그 빈도가 최대가 되는 거리가 140㎚보다도 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 유도하여 관찰자측의 면과 반대측에 위치하는 광출사면으로부터 광을 출사하는 도광판을 구비한 면광원 장치에 있어서,
    상기 관찰자측의 면 또는 상기 광출사면의 한쪽 또는 양쪽에 복수의 동일 치수 및 동일 형상을 한 미세한 오목부 또는 볼록부가 랜덤하게 배열되고,
    상기 오목부 또는 볼록부의 기단부의 폭이 140㎚보다도 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판의 굴절율이 1.5인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목부의 깊이 또는 상기 볼록부의 높이를 H로 할 때, 상기 오목부 또는 볼록부의 폭(W)에 대한 비(H/W)가,
    H/W>1,2
    를 충족시키는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출사되는 가장 파장이 짧은 가시광의 진공중에 있어서의 파장(λmin)을 380㎚로 한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원이 LED이고, 상기 광원으로부터 출사되는 가장 파장이 짧은 가시광의 진공중에 있어서의 파장(λmin)을 420㎚로 한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오목부 또는 볼록부는, 상기 도광판의 관찰측의 면 또는 광출사면의 한쪽 또는 양쪽에 전사되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치와, 상기 면광원 장치로부터 출사된 광을 반사시키는 반사 전극과, 대향한 2개의 기판 사이에 상기 반사 전극과, 액정층과, 투명 전극을 밀봉한 액정 패널로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형의 표시 장치.
  10. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치와, 상기 면광원 장치로부터 출사된 광을 반사시키는 반사 전극과, 상기 면광원 장치로부터 출사된 광을 투과시키는 2개의 투명 전극과, 대향한 2개의 기판 사이에 상기 반사 전극과, 상기 2개의 투명 전극과, 액정층을 밀봉한 액정 표시 패널로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 표시형의 표시 장치.
  11. 디스플레이로서의 제 9항에 기재된 표시 장치와, 조작부로서의 텐 키(ten-key)를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대전화기.
  12. 디스플레이로서의 제 10항에 기재된 표시 장치와, 조작부로서의 텐 키(ten-key)를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대전화기.
  13. 디스플레이로서의 제 9항에 기재된 표시 장치와, 외부로부터 정보를 입력하는 입력부를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말 장치.
  14. 디스플레이로서의 제 10항에 기재된 표시 장치와, 외부로부터 정보를 입력하는 입력부를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말 장치.
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