KR100785025B1 - 디스플레이 소자용 양면 조명장치 및 이를 채용한 양면디스플레이 소자 - Google Patents

디스플레이 소자용 양면 조명장치 및 이를 채용한 양면디스플레이 소자 Download PDF

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Abstract

두 개의 디스플레이 소자에 특정 편광 성분만을 갖는 광을 각각 제공할 수 있는 양면 조명장치를 개시한다. 본 발명의 한 유형에 따른 디스플레이 소자용 양면 조명장치는, 광원; 상기 광원에서 방출된 광이 입사되는 입광면과, 입광면에 대향하는 대광면과, 광이 각각 출사되는 상면 및 하면을 갖는 등방성 도광판; 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 등방성 미세 구조; 및 상기 미세 구조를 완전히 덮도록 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 제 1 및 제 2 이방성층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이 소자용 양면 조명장치 및 이를 채용한 양면 디스플레이 소자{Double side illumination apparatus for a display device and dual display device employing the same}
도 1은 종래의 양면 조명장치의 한 예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 종래의 양면 조명장치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 양면 조명장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 양면 조명장치에서 사용된 미세 구조의 다양한 형태를 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 조명장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양면 조명장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양면 조명장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
30,40,50.....양면 조명장치 31,41,51.....등방성 도광판
32,42,52.....광원 33,43,53.....미세 구조
34,35,44,54.....이방성층 36,49.....반사판
37,38,46,47,56,57..... 디스플레이 소자
45,55.....확산 반사판 48.....편광변환부재
본 발명은 디스플레이 소자용 양면 조명장치 및 이를 채용한 양면 디스플레이 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 두 개의 디스플레이 소자에 특정 편광 성분만을 갖는 광을 각각 제공할 수 있는 양면 조명장치 및 상기 양면 조명장치를 채용한 양면 디스플레이 소자에 관한 것이다.
최근, 양면 디스플레이를 갖는 폴더형 휴대전화기 등의 급속한 보급으로, 두 개의 액정 디스플레이 패널에 효율적으로 광을 공급할 필요성이 제기되고 있다. 기존에는 두 개의 액정 디스플레이 패널에 각각 개별적으로 광을 제공하는 두 개의 조명장치를 사용하였다. 그러나, 이 경우 소비전력이 증가하고 제품의 박형화에 제약이 있는 등의 문제점이 있었다. 이에 따라, 하나의 조명장치를 이용하여 두 개의 액정 디스플레이 패널에 동시에 광을 제공할 수 있는 양면 조명장치 기술이 개발되고 있다.
도 1은 종래의 양면 조명장치의 한 예를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시된 양면 조명장치(10)의 경우, 광원(11)에서 방출된 광은 도광판(light guide plate)(12)의 일측면을 통해 도광판(12)의 내부로 입사한다. 도광판(12)의 양쪽 면에는 입사광을 전반사하기 위한 프리즘 패턴(13,14)이 형성되어 있다. 따라서, 도광판(12)의 내부를 진행하는 광의 일부는 하부의 프리즘 패턴(14)에 의해 전반사되어 도광판(12)의 상면으로 출사된다. 또한, 도광판(12)의 내부를 진행하는 광의 다른 일부는 상부의 프리즘 패턴(13)에 의해 전반사되어 도광판(12)의 하면으로 출사된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도광판(12)의 상면과 하면에는 각각 액정 디스플레이 패널(15,16)이 하나씩 배치되어 있다. 따라서, 도광판(12)의 상면으로 출사되는 광은 상부의 액정 디스플레이 패널(15)에 입사하며, 도광판(12)의 하면으로 출사하는 광은 하부의 액정 디스플레이 패널(16)에 입사한다.
그런데, 도 1에 도시된 양면 조명장치(10)에서 도광판(12)의 상하면으로 출사되는 광은 비편광 광(unpolarized light)이기 때문에, 상기 액정 디스플레이 패널(15,16)에 구비된 흡수형 편광판에 의해 광의 50%가 흡수된다. 그 결과, 광이용 효율이 저하되는 문제가 있다.
도 2는 종래의 양면 조명장치의 다른 예를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 2에 도시된 양면 조명장치(20)는 입사광을 전반사하기 위한 프리즘 패턴(25)이 하면에만 있는 도광판(21), 상기 도광판(21)의 측면에 배치된 광원(22), 상기 도광판(21)의 상면에 배치된 반사 편광판(24)을 구비하고 있다. 이러한 구조에서, 광원(22)으로부터 방출된 광은 도광판(21)의 측면으로 입사하여 도광판(21)의 내부를 진행한다. 도광판(21)의 내부를 진행하는 광은 도광판(21)의 하면에 있는 프리즘 패턴(25)에 의해 전반사되어 도광판(21)의 상면으로 출사된다. 도광판(21)의 상면 으로 출사된 광 중에서, 특정 편광성분의 광은 반사 편광판(24)을 그대로 투과하지만, 다른 편광성분의 광은 반사 편광판(24)에 의해 도광판(21)을 향해 반사된다. 따라서, 광의 일부는 상면의 액정 디스플레이 패널(26)에 입사하고, 다른 일부는 하면의 액정 디스플레이 패널(27)에 입사한다.
도 2에 도시된 양면 조명장치(20)에서, 상면의 액정 디스플레이 패널(26)에 입사하는 광은 특정 편광성분만을 갖고 있기 때문에 손실이 거의 발생하지 않는다. 그러나, 하면의 액정 디스플레이 패널(27)에 입사하는 광의 경우, 도광판(21)을 다시 통과하기 때문에 반사손실이 발생할 뿐만 아니라 도광판(21)을 통과하는 과정에서 편광이 보존되지 않는 문제가 있다. 따라서, 반사손실에 의해 하면의 액정 디스플레이 패널(27)에 입사하는 광의 광량이 적어질 뿐만 아니라, 액정 디스플레이 패널(27)에 구비된 흡수형 편광판에 의해 광의 일부가 흡수될 수 있다. 그 결과, 상면의 액정 디스플레이 패널(26)에 비해 하면의 액정 디스플레이 패널(27)이 상대적으로 휘도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 넓은 각도 범위에서 동작하기 위한 고가의 반사 편광판(24)을 사용함으로써 전체 디스플레이 장치의 비용이 증가한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 도광판의 양면에 배치된 두 개의 디스플레이 소자의 각각에 균일한 편광 상태의 광을 제공하기 위한 양면 조명장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 양면 조명장치를 채용한 양면 디스플레이 소자를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 유형에 따른 디스플레이 소자용 양면 조명장치는, 광원; 상기 광원에서 방출된 광이 입사되는 입광면과, 입광면에 대향하는 대광면과, 광이 각각 출사되는 상면 및 하면을 갖는 등방성 도광판; 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 등방성 미세 구조; 및 상기 미세 구조를 완전히 덮도록 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 제 1 및 제 2 이방성층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제 1 이방성층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일하고, 상기 제 2 이방성층의 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일할 수 있다.
이 경우, 상기 양면 조명장치는 상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 반사판을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 이방성층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일할 수도 있 다.
이 경우, 상기 제 1 이방성층과 제 2 이방성층은 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 양면 조명장치는 상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 확산 반사판을 더 포함할 수 있다.
상기 양면 조명장치는, 상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 반사판 및 상기 등방성 도광판의 대광면과 반사판 사이에 배치된 편광변환부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 편광변환부재는 예컨대 1/4 파장판일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 등방성 미세 구조는 상기 등방성 도광판과 동일한 등방성 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 등방성 미세 구조는 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 배열된 다수의 마이크로 프리즘들의 어레이이며, 상기 마이크로 프리즘들 사이의 간격은 입광면으로부터 대광면 방향으로 갈수록 좁아질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 양면 디스플레이 소자는, 상면과 하면을 통해 각각 광을 제공하기 위한 상술한 구조의 양면 조명장치; 및 상기 양면 조명장치의 상면 및 하면과 각각 대향하도록 배치된 제 1 및 제 2 디스플레이 소자;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 디스플레이 소자용 양면 조명장치 및 상기 양면 조명장치를 채용한 양면 디스플레이 소자의 구 조 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 양면 조명장치(double side illumination apparatus) 및 양면 디스플레이 소자(dual display device)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 양면 디스플레이 소자는, 서로 수직한 두 종류의 편광성분의 광을 상면과 하면을 통해 각각 개별적으로 출사시키는 양면 조명장치(30)와 상기 양면 조명장치(30)의 상면과 하면에 각각 대향하도록 배치된 제 1 디스플레이 소자(37) 및 제 2 디스플레이 소자(38)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(37,38)는 예컨대 액정 디스플레이 소자일 수 있다. 이 경우, 제 1 디스플레이 소자(37)는 액정층(37b) 및 상기 액정층(37b)의 양쪽 표면에 배치된 편광판(37a,37c)으로 구성된다. 마찬가지로, 제 2 디스플레이 소자(38)는 액정층(38b) 및 상기 액정층(38b)의 양쪽 표면에 배치된 편광판(38a,38c)으로 구성된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 양면 조명장치(30)는, 광원(32), 상기 광원(32)에서 방출된 광이 입사되는 입광면(31a)과 입광면(31a)에 대향하는 대광면(31b) 및 광이 각각 출사되는 상면(31c) 및 하면(31d)을 갖는 등방성(isotropic) 도광판(31), 상기 등방성 도광판(31)의 상면(31c)과 하면(31d)에 각각 형성된 등방성 미세 구조(micro-structure)(33) 및 상기 미세 구조(33)를 완전히 덮도록 상기 등방성 도광판(31)의 상면(31c)과 하면(31d)에 각각 형성된 제 1 및 제 2 이방성층(anisotropic layer)(34,35)을 포함한다. 또한, 도광판(31)의 대광면(31b)에는 도광판(31)의 상면(31c) 및 하면(31d)을 통해 출사되지 않고 남은 광을 도광판(31)의 내부로 반사시키기 위한 반사판(36)이 더 배치된다.
여기서, 광원(32)으로는, 예컨대, LED(light emitting diode) 또는 LD(laser diode) 등과 같은 점광원을 사용하거나, 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL)와 같은 선광원을 사용할 수 있다.
또한, 등방성 도광판(31)은 편광방향에 관계 없이 모든 광에 대해 일정한 굴절률을 갖는 광학적 등방성 재료로 이루어진다. 광원(32)은 상기 등방성 도광판(31)의 입광면(31a)과 대향하도록 배치되어 있다. 광원(32)에서 방출된 광은 상기 입광면(31a)을 통해 등방성 도광판(31)의 내부로 입사한다. 그리고, 광은 등방성 도광판(31)의 내부에서 등방성 도광판(31)의 대광면(31b)을 향해 진행하게 된다. 따라서, 상기 등방성 도광판(31)으로는, 예컨대, PMMA(Poly Methyl Meth Acrylate)나 PC(Poly Carbonate) 등과 같이 광투과성이 우수한 재료를 사용할 수 있다.
등방성 도광판(31)의 상면(31c)과 하면(31d)에 각각 형성된 등방성 미세 구조(33)는, 편광방향이 서로 수직한 두 개의 광을 분리하여 등방성 도광판(31)의 상면(31c)과 하면(31d)으로 각각 수직하게 출사시키기 위한 미세한 경사면을 갖는다. 이러한 등방성 미세 구조(33)는 상기 등방성 도광판(31)의 굴절률과 실질적으로 동일한 굴절률을 갖는 등방성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 등방성 도광판(31)과 등방성 미세 구조(33)를 사출성형 공정을 통해 일체로 형성하는 것도 가능하다. 한편, 본 발명에 따르면, 상기 등방성 미세 구조(33)는 도 4a 내지 도 4d에 예시적으로 도시된 것과 같은 다양한 형상을 갖는 다수의 마이크로 프리즘들 의 어레이로 구성될 수 있다. 이때, 광원(32)에서 멀어질수록 휘도가 감소하는 것을 방지하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 프리즘들 사이의 간격은 입광면(31a)으로부터 대광면(31b) 방향으로 갈수록 좁아질 수 있다.
또한, 상기 등방성 도광판(31)의 상면(31c)과 하면(31d)에 각각 형성된 제 1 및 제 2 이방성층(34,35)은 서로 수직한 두 개의 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 재료를 사용한다. 예컨대, 등방성 도광판(31)의 상면(31c)에 형성된 제 1 이방성층(34)의 경우, 이상광선(extraordinary ray)에 대한 굴절률(ne1)이 정상광선(ordinary ray)에 대한 굴절률(no1)보다 큰 재료를 사용할 수 있다. 이때, 상기 제 1 이방성층(34)의 정상광선에 대한 굴절률(no1)은 등방성 미세 구조(33)의 굴절률(ni)과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 다음과 같은 조건 ni = no1 < ne1 이 만족될 수 있다. 여기서, 굴절률이 동일하다는 것은 구체적인 수치값이 완전히 일치하는 것을 의미하는 것은 아니며, 약간의 굴절률 차이가 있더라도, 그로 인하여 정상광선의 진행 경로에 실질적인 영향을 주지 않는 정도이면 된다. 상기와 같은 조건을 만족하는 제 1 이방성층(34)의 재료로는, 예컨대, PEN(Poly ethylene naphthalate)이나 PET(Poly ethylene terephthalate)와 같은 양(+)의 광탄성 계수를 가지는 고분자 재료를 연신하여 사용하거나, 수평 배향된 네마틱(nematic) 액정을 광경화시켜 형성한 액정 폴리머 등을 사용할 수 있다.
한편, 등방성 도광판(31)의 하면(31d)에 형성된 제 2 이방성층(35)의 경우, 정상광선에 대한 굴절률(no2)이 이상광선에 대한 굴절률(ne2)보다 큰 재료를 사용할 수 있다. 이때, 상기 제 2 이방성층(35)의 이상광선에 대한 굴절률(ne2)은 등방 성 미세 구조(33)의 굴절률(ni)과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 다음과 같은 조건 ni = ne2 < no2 이 만족될 수 있다. 앞서 설명한 것과 마찬가지로, 굴절률 ni 와 ne2 의 수치값이 완전히 동일할 필요는 없으며, 굴절률의 차이가 이상광선의 진행 경로에 실질적인 영향을 주지 않는 정도이면 동일한 굴절률로 볼 수 있다. 이러한 제 2 이방성층(35)의 재료로는, 예컨대, s-PS(syndiotactic Polystylene)와 같은 음(-)의 광탄성 계수를 가지는 고분자 재료를 연신하여 사용하거나, 수직 배향된 디스코틱(discotic) 액정을 광경화시켜 형성한 액정 폴리머 등을 사용할 수 있다.
지금까지, 제 1 및 제 2 이방성층(34,35)의 굴절률과 등방성 미세 구조(33)의 굴절률 사이의 관계만을 설명하였다. 그러나, 등방성 도광판(31)의 굴절률 역시 상기 등방성 미세 구조(33)의 굴절률과 실질적으로 동일하기 때문에, 제 1 및 제 2 이방성층(34,35)의 굴절률과 등방성 도광판(31)의 굴절률 사이에도 동일한 관계가 적용될 수 있다.
이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 양면 조명장치(30)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 광원(32)에서 방출된 광은 등방성 도광판(31)의 입광면(31a)을 통해 등방성 도광판(31)의 내부로 입사한다. 그리고, 광은 등방성 도광판(31)의 내부에서 등방성 도광판(31)의 대광면(31b)을 향해 진행하게 된다. 여기서, 광은 정상광선(도면에서 '↔'로 표시)과 이상광선(도면에서 '⊙'로 표시)을 모두 포함하는 비편광 상태의 광이다.
등방성 도광판(31)의 내부를 진행하는 광의 일부는, 등방성 도광판(31)의 상면(31c)과 제 1 이방성층(34)의 계면으로 입사한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 이방성층(34)의 이상광선에 대한 굴절률은 등방성 도광판(31)의 굴절률보다 크고, 정상광선에 대한 굴절률은 등방성 도광판(31)의 굴절률과 실질적으로 동일하다. 따라서, 광은 상기 등방성 도광판(31)과 제 1 이방성층(34)의 계면에서 전반사되지 않고 제 1 이방성층(34)의 내부로 입사한다. 그런 후, 광은 등방성 미세 구조(33)의 경사진 표면에 입사한다. 이상광선의 경우, 제 1 이방성층(34)의 굴절률보다 등방성 미세 구조(33)의 굴절률이 낮기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이, 이상광선은 등방성 미세 구조(33)의 경사진 표면에서 전반사된다. 그 결과, 이상광선은 양면 조명장치(30)의 상면을 통해 외부로 수직하게 출사된다. 여기서, 등방성 미세 구조(33)를 구성하는 하나의 마이크로 프리즘 소자의 형태는 도 4a와 같은 단순한 삼각 프리즘의 형태일 수 있다. 그러나, 전반사되지 않고 큰 각으로 빠져나가는 이상광선을 줄여 정면 출사광을 증가시키기 위하여, 도 4b 내지 도 4d와 같이 변형된 삼각 프리즘의 형태를 가질 수도 있다.
반면, 정상광선의 경우, 제 1 이방성층(34)의 굴절률과 등방성 미세 구조(33)의 굴절률이 동일하기 때문에, 정상광선은 진행경로의 변경 없이 상기 등방성 미세 구조(33)를 그대로 투과한다. 이렇게 해서, 이상광선과 정상광선이 분리된다. 그런 후, 정상광선은 제 1 이방성층(34)의 상면과 외부 공기층 사이의 계면에서 전반사되어 등방성 도광판(31)을 향해 진행하게 된다.
한편, 상기 등방성 도광판(31)의 내부를 진행하는 광의 다른 일부는, 등방성 도광판(31)의 하면(31d)과 제 2 이방성층(35)의 계면으로 입사한다. 여기서, 상기 제 2 이방성층(35)의 정상광선에 대한 굴절률은 등방성 도광판(31)의 굴절률보다 크고, 이상광선에 대한 굴절률은 등방성 도광판(31)의 굴절률과 실질적으로 동일하다. 따라서, 광은 등방성 도광판(31)과 제 2 이방성층(35)의 계면을 통과하여 제 2 이방성층(35)의 내부로 입사한다. 그런 후, 광은 등방성 미세 구조(33)의 경사면에 입사한다. 앞서 설명한 바와 같이, 정상광선의 경우, 제 2 이방성층(35)의 굴절률보다 등방성 미세 구조(33)의 굴절률이 낮다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 정상광선은 등방성 미세 구조(33)의 경사면에서 전반사되어 양면 조명장치(30)의 하면을 통해 외부로 수직하게 출사된다. 반면, 이상광선의 경우, 제 2 이방성층(35)의 굴절률과 등방성 미세 구조(33)의 굴절률이 동일하다. 따라서, 이상광선은 진행경로의 변경 없이 상기 등방성 미세 구조(33)를 그대로 투과한다. 그런 후, 이상광선은 제 2 이방성층(35)의 표면과 외부 공기층 사이의 계면에서 전반사되어 등방성 도광판(31)을 향해 진행하게 된다.
이러한 방식으로, 이상광선은 양면 조명장치(30)의 상면으로만 출사되며, 정상광선은 양면 조명장치(30)의 하면으로만 출사된다. 출사되지 않고 남은 일부의 광은 등방성 도광판(31)의 대광면(31b)에 있는 반사판(36)에 의해 반사된 후, 다시 양면 조명장치(30)의 상면 또는 하면으로 출사될 수 있다.
여기서, 양면 조명장치(30)의 상면에 있는 제 1 디스플레이 소자(37)의 배면 편광판(37a)은 이상광선의 편광방향과 동일한 방향의 편광면을 갖는다. 그러면, 양면 조명장치(30)의 상면으로 출사된 이상광선은 배면 편광판(37a)에서 흡수되지 않 고, 모두 액정층(37b)에 제공될 수 있다. 마찬가지로, 양면 조명장치(30)의 하면에 있는 제 2 디스플레이 소자(38)의 배면 편광판(38a)은 정상광선의 편광방향과 동일한 방향의 편광면을 갖는다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면 조명장치(40)의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 도 5에 도시된 양면 조명장치(40)의 경우, 도 3에 도시된 양면 조명장치(30)와 비교할 때, 등방성 도광판(41)의 상면(41c) 및 하면(41d)에 형성된 이방성층(44)이 동일한 재료로 이루어져 있다는 점에서 차이가 있다. 특히, 상기 이방성층(44)은 도 3의 제 1 이방성층(34)과 동일한 재료로 이루어져 있다. 따라서, 등방성 도광판(41)의 상면(41c) 및 하면(41d)에 형성된 이방성층(44)은, 이상광선에 대한 굴절률이 정상광선에 대한 굴절률보다 크며, 정상광선에 대한 굴절률이 등방성 도광판(41) 및 등방성 미세 구조(43)의 굴절률과 실질적으로 동일하다. 그리고, 상기 등방성 도광판(41)의 대광면(41b)에는 단순한 반사판 대신에, 확산 반사판(diffusive reflector)(45)이 배치되어 있다. 그 이외에, 광원(42) 및 등방성 미세 구조(43)는 도 3의 광원(32) 및 등방성 미세 구조(33)와 동일하다.
본 실시예에 따르면, 광원(42)으로부터 등방성 도광판(41)의 입광면(41a)을 통해 입사한 광 중에서, 이상광선만이 양면 조명장치(40)의 상면 및 하면을 통해 출사된다. 그리고, 정상광선은 이방성층(44)의 표면과 외부 공기층 사이의 계면에서 전반사되어 등방성 도광판(41)의 대광면(41b)을 향해 진행하게 된다. 그런 후, 광은 등방성 도광판(41)의 대광면(41b)에 배치된 확산 반사판(45)에 의해 확산 및 반사된다. 확산 반사판(45)은 입사광을 여러 방향으로 확산시켜 반사하는 역할을 한다. 이 과정에서 편광방향도 여러 방향으로 바뀌기 때문에, 정상광선은 비편광 상태의 광이 된다. 그러면, 확산 반사된 비편광 상태의 광 중에서 다시 이상광선만이 양면 조명장치(40)의 상면 및 하면을 통해 출사된다.
이 경우, 상기 양면 조명장치(40)의 상면 및 하면과 각각 대향하도록 배치된 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(46,47)의 배면 편광판(46a,47a)은 모두 이상광선의 편광방향과 동일한 방향의 편광면을 갖는다. 그러면, 양면 조명장치(40)의 상면 및 하면으로 출사된 이상광선은 배면 편광판(46a,47a)에서 흡수되지 않고, 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(46,47)의 액정층(46b,47b)에 각각 제공될 수 있다. 한편, 미설명된 도면 부호 46c 및 47c 은 상기 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(46,47)의 전면 편광판을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양면 조명장치(40')의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 도 5의 양면 조명장치(40)와 비교할 때, 도 6의 양면 조명장치(40')의 경우, 등방성 도광판(41)의 대광면(41d)에 확산 반사판(45) 대신에 편광변환부재(48)와 반사판(49)이 각각 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 6에 도시된 양면 조명장치(40')의 나머지 구조는 도 5의 양면 조명장치(40)와 모두 동일하다. 편광변환부재(48)는 반사판(49)에 의해 반사되어 등방성 도광판(41)으로 재입사하는 정상광선의 편광방향을 바꾸는 역할을 한다. 예컨대, 상기 편광변환부재(48)는 1/4 파장판과 같은 광학적 이방성 재료로 이루어질 수 있다. 도 6에 도시된 실시예의 경우, 이방성층(44)의 표면과 외부 공기층 사이의 계면에서 전반사되어 등방성 도광판(41)의 대광면(41b)을 향해 진행한 정상광선은 상기 편광변환부 재(48)에 의해 이상광선으로 바뀌게 된다. 따라서, 등방성 도광판(41)으로 재입사하는 광은 거의 대부분 이상광선으로서, 양면 조명장치(40')의 상면과 하면으로 각각 출사될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양면 조명장치(50)의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 도 7에 도시된 양면 조명장치(50)의 경우, 도 3에 도시된 양면 조명장치(30)와 비교할 때, 등방성 도광판(51)의 상면(51c) 및 하면(51d)에 형성된 이방성층(54)이 모두 도 3의 제 2 이방성층(35)과 동일한 재료로 이루어져 있다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 도 7의 이방성층(54)은, 정상광선에 대한 굴절률이 이상광선에 대한 굴절률보다 크며, 이상광선에 대한 굴절률이 등방성 도광판(51) 및 등방성 미세 구조(53)의 굴절률과 실질적으로 동일하다. 그리고, 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로, 상기 등방성 도광판(51)의 대광면(51b)에는 확산 반사판(55)이 배치되어 있다. 그러나, 확산 반사판(55) 대신에, 도 6에 도시된 실시예와 마찬가지로, 편광변환부재와 반사판이 배치될 수도 있다. 그 이외에, 광원(52)과 등방성 미세 구조(53)는 도 3의 광원(32) 및 등방성 미세 구조(33)와 동일하다.
도 7에 도시된 실시예에 따르면, 광원(52)으로부터 등방성 도광판(51)의 입광면(51a)을 통해 입사한 광 중에서, 정상광선만이 양면 조명장치(50)의 상면 및 하면을 통해 출사된다. 반면, 이상광선은 이방성층(54)의 표면과 외부 공기층 사이의 계면에서 전반사되어 등방성 도광판(51)의 대광면(51b)을 향해 진행한다. 그런 후, 이상광선은 등방성 도광판(51)의 대광면(51b)에 배치된 확산 반사판(55)에 의 해 확산 반사된다. 이 과정에서, 이상광선은 비편광 상태의 광이 된다. 그러면, 확산 반사된 비편광 상태의 광 중에서 정상광선만이 양면 조명장치(50)의 상면 및 하면을 통해 출사될 수 있다.
이 경우, 양면 조명장치(50)의 상면 및 하면과 각각 대향하도록 배치된 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(56,57)의 배면 편광판(56a,57a)은 모두 정상광선의 편광방향과 동일한 방향의 편광면을 갖는다. 그러면, 양면 조명장치(50)의 상면 및 하면으로 출사된 정상광선은 배면 편광판(56a,57a)에서 흡수되지 않고, 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(56,57)의 액정층(56b,57b)에 각각 제공될 수 있다. 여기서, 미설명된 도면 부호 56c 및 57c 은 각각 상기 제 1 및 제 2 디스플레이 소자(56,57)의 전면 편광판을 나타낸다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양면 조명장치는 상면과 하면으로 모두 광을 출사시킬 수 있으며, 한쪽으로 출사되는 광은 모두 특정한 편광성분만을 갖는다. 따라서, 액정 디스플레이 소자의 편광판에서 광이 흡수 손실되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 하나의 조명장치로 두 개의 디스플레이 소자에 손실 없이 광을 제공함으로써, 광이용 효율이 우수하며 휘도가 높고 박형화가 가능한 양면 디스플레이 소자를 제공할 수 있다. 또한, 휘도 향상을 위한 별도의 광학 필름을 없애거나 사용 매수를 줄일 수 있기 때문에, 디스플레이 소자의 제조 비용 또한 매우 절감된다.

Claims (20)

  1. 광원;
    상기 광원에서 방출된 광이 입사되는 입광면과, 입광면에 대향하는 대광면과, 광이 각각 출사되는 상면 및 하면을 갖는 등방성 도광판;
    상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 등방성 미세 구조; 및
    상기 미세 구조를 완전히 덮도록 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 제 1 및 제 2 이방성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 양면 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일하고,
    상기 제 2 이방성층의 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이방성층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성층과 제 2 이방성층은 동일한 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 확산 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 반사판 및 상기 등방성 도광판의 대광면과 반사판 사이에 배치된 편광변환부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 편광변환부재는 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 등방성 미세 구조는 상기 등방성 도광판과 동일한 등방성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 등방성 미세 구조는 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 배열된 다수의 마이크로 프리즘들의 어레이이며, 상기 마이크로 프리즘들 사이의 간격은 입광면으로부터 대광면 방향으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 양면 조명장치.
  11. 상면과 하면을 통해 각각 광을 제공하는 양면 조명장치; 및
    상기 양면 조명장치의 상면 및 하면과 각각 대향하도록 배치된 제 1 및 제 2 디스플레이 소자;를 구비하는 것으로, 상기 양면 조명장치는:
    광원;
    상기 광원에서 방출된 광이 입사되는 입광면과, 입광면에 대향하는 대광면과, 광이 각각 출사되는 상면 및 하면을 갖는 등방성 도광판;
    상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 등방성 미세 구조; 및
    상기 미세 구조를 완전히 덮도록 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 제 1 및 제 2 이방성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일하고,
    상기 제 2 이방성층의 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이방성층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등 방성 미세 구조의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방성 미세 구조의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성층과 제 2 이방성층은 동일한 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 확산 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 등방성 도광판의 대광면과 대향하도록 배치된 반사판 및 상기 등방성 도광판의 대광면과 반사판 사이에 배치된 편광변환부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 편광변환부재는 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 등방성 미세 구조는 상기 등방성 도광판과 동일한 등방성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 등방성 미세 구조는 상기 등방성 도광판의 상면과 하면에 각각 배열된 다수의 마이크로 프리즘들의 어레이이며, 상기 마이크로 프리즘들 사이의 간격은 입광면으로부터 대광면 방향으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 소자.
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