KR100791724B1 - 도광판, 면광원 장치 및 반사형 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상면, 상기 상면과 마주보는 하면, 입사측면 및 상기 입사측면과 마주보는 말단면을 갖는 판상물을 포함하되, 상기 상면에 광 출사 수단이 형성되어 상기 입사측면상으로 입사하는 광이 상기 광 출사 수단을 통해 상기 하면으로부터 출사하도록 되고, 상기 광 출사 수단은 상기 입사측면을 향하도록 불연속적으로 배치된 미소 홈들로 구성되며, 상기 각각의 미소 홈은 그 길이가 250㎛ 이하이고 깊이는 50㎛ 이하이면서 길이의 1/5 이하로서, 상기 하면에 대하여 35 내지 48°의 각도로 경사진 광로 변환 사면과 이 광로 변환 사면을 향하면서 상기 하면에 대해 60° 이상의 각도로 경사진 급사면의 조합으로 구성된 도광판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 언급한 도광판을 포함하는 면광원 장치, 및 상기 도광판의 하면측상에 배치된 반사형 액정 표시 패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

Description

도광판, 면광원 장치 및 반사형 액정 표시 장치{LIGHT PIPE, PLANAR LIGHT SOURCE UNIT AND REFLECTIVE LIQUID-CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1 및 도 2는 도광판의 측면 설명도이다.

도 3 및 도 4는 광 출사 수단의 배치예의 평면 설명도이다.

도 5 및 도 6은 광 출사 수단의 투시도이다.

도 7은 면광원 장치와 반사형 액정 표시 장치의 측면 설명도이다.

도 8은 또 다른 반사형 액정 표시 장치의 측면 설명도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 도광판(1a: 상면, 1b: 하면, 1c: 입사측면, 1d: 말단면)

A: 미소 홈(광 출사 수단)

A1: 광로 변환 사면

A2: 급사면

10: 면광원 장치(2:광원)

70, 70': 반사형 액정 표시 패널

20, 20': 액정 셀

40, 42: 반사층

본 발명은 표시상(display image)의 장애나 므와레(moire)가 발생하지 않고, 밝고 보기 쉬운 반사형 액정 표시 장치를 형성하기 위한 전광(front light) 장치용 도광판, 및 상기 도광판을 사용하면서 빛의 유효 이용 효율이 우수한 면광원 장치에 관한 것이다.

관련 기술분야에서, 반사-조명 양 모드로 작동되는 전광 반사형 LCD(액정 표시 장치)가 공지되어 있다. 반사형 LCD에서는, 줄무늬 형상의 프리즘 구조로 구성되면서 등간격으로 상기 도광판의 상면에 형성된 광 출사 수단을 갖는 사이드형 도광판을 반사형 액정 표시 패널의 시인측에 배치하여 어두운 곳에서도 표시가 보일 수 있도록 하였다. 이러한 전광 반사형 LCD에서는, 상기 도광판의 측면상에 입사된 빛을 도광판의 배면측(하면측)으로부터 출사시켜 반사층을 사용하여 반전시킨다. 이러한 방식으로, 표시광이 도광판을 통해 보이게 된다. 따라서 전광 시스템은 완전 반사 타입의 반사층을 이용하여 반사율을 높일 수 있고, 후광(backlight) 및 하프-실버 거울을 사용한 반투과형 LCD에 비해 표시상을 반사와 조명 양 모드로 밝게 할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 전광용 도광판에는 상기 시인 특성의 관점에서 다음과 같은 장점을 갖는다. 첫째, 상기 도광판의 하면에서 빛을 수직지향성 좋게 출사시키기 때문에 휘도가 우수하다. 둘째, 표시상의 시인을 저해하는 상기 도광판의 상면에서의 광누설이 거의 없다. 셋째, 사용된 도광판이 표시상에 장애를 일으키지 않는다. 넷째, 상기 도광판은 외광을 효율적으로 투과시킨다. 다섯째, 상기 도광판의 존재가 뚜렷하게 보이지 않는다. 그렇지만 종래의 도광판은 다음과 같은 단점을 갖는다. 즉, 특히 줄무늬상의 프리즘 구조가 뚜렷하게 보이기 쉽고 도광판의 존재가 인식되기 쉽기 때문에, 표시상의 시인을 저하시킨다는 문제점도 있었다. 또한, 액정 표시 패널의 화소와 줄무늬상의 프리즘 구조가 간섭하여 므와레가 발생하고 표시품위가 크게 저하된다는 문제점이 있었다. 므와레에 대해서는, 프리즘의 배열방향이 화소의 배열방향에 대해 경사진 시스템이 제안되었다. 그러나, 그 경우 경사 각도가 너무 작으면 므와레의 방지 효과가 부족하다. 반대로 경사 각도가 크면 도광판 내부의 전송광이 프리즘면에서 가로 방향으로 반사된다. 따라서 출사 각도가 크게 기울고 조명효율이나 출사효율이 저하된다.

한편, 도광판에 설치하는 광 출사 수단으로서는 구형상의 도트나 단면 원통의 오목부/볼록부의 피트 구조도 알려져 있다. 그렇지만, 구형상이나 원통모양에 따른 광 반사는 빛이 확산되거나 도광판 하면에 대해 법선 방향으로 크게 기운 각도로 출사하여 수직 지향성이 부족하게 되기 때문에 반사형 LCD의 조명에 효과적이지 못하다. 즉, 반사형 LCD의 반사면은 통상 정규 분포형의 반사 모드를 취하기 때문에 정반사 방향일수록 반사율이 높다. 따라서, 도광판 하면에서의 출사광이 수직 지향성이 부족하면, 설령 하면으로부터의 발광효율이 우수하더라도 그 반사면을 통한 반사광이 LCD를 효과적으로 조명하기 어렵다. 결과적으로, 반사광이 LCD의 휘도 향상에 거의 기여하지 않아 LCD의 표시가 정면 방향으로 어둡다. 일반적으로, 관찰자가 LCD를 보는 방향은, 통상 LCD에 대해 법선방향, 즉 도광판 하면에 대해 법선방향이다. 따라서, 도광판 하면에 대해 법선방향으로 출사하는 빛이 가장 효과적으로 LCD를 조명할 수 있다.

또한 상기한 반구상의 도트나 피트 구조를 형성한 도광판의 경우, 평탄부분과 가까운 경사각을 갖는 부분이 연속해서 형성된다. 외광의 반사에 있어서, 그 평탄부분과 가까운 경사각을 갖는 부분을 통한 반사광이, 마치 상기 광이 평탄부를 통해 반사되는 광에 연속된 것으로 관찰자의 눈에 들어오기 쉽다. 결과적으로, 도트 또는 피트가 두드러지게 보이기 쉽고 따라서 도광판의 존재가 육안으로 인식되기 쉽다.

본 발명의 목적은 외광과 조명의 양 모드로 육안으로 보기 어렵고, 므와레의 발생이 실질적으로 없으며, 도광판의 측면상에 입사된 빛을 그 하면에서 수직 지향성 좋게 효율적으로 출사하여 표시가 밝고 표시상이 거의 흐트러지지 않은 반사형 LCD를 형성할 수 있는 전광 장치용 도광판을 개발하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상면, 상기 상면과 마주보는 하면, 입사측면 및 상기 입사측면과 마주보는 말단면을 갖는 판상물을 포함하되,
상기 상면에 광 출사 수단이 형성되어, 상기 입사측면상으로 입사하는 광이 상기 광 출사 수단을 통해 상기 하면으로부터 출사하도록 되고,
상기 광 출사 수단은 상기 입사측면을 향하도록 불연속적으로 배치된 미소 홈들로 구성되며,
상기 각각의 미소 홈은 그 길이가 250㎛ 이하이고 깊이는 50㎛ 이하이면서 길이의 1/5 이하이고, 상기 하면에 대하여 35 내지 48°의 각도로 경사진 광로 변환 사면과, 이 광로 변환 사면을 향하면서 상기 하면에 대해 60° 이상의 각도로 경사진 급사면의 조합으로 구성된 도광판이 제공된다.

본 발명에 따르면, 입사측면상에 광원이 배치된 상기 정의된 도광판을 갖는 면광원 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 정의된 도광판, 및 도광판의 하면측상에 배치된 반사형 액정 표시 패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 입사측면상으로 입사하는 광이 양호한 수직 지향성으로 광 출사 수단을 통해 상기 도광판에 하면에서 효율적으로 출사하는 도광판을 수득할 수 있다. 상기 도광판은 우수한 광 이용 효율 및 우수한 전방 조명으로, 면 광원을 수득하기 위해 사용될 수 있다. 상기 도광판이 불연속적으로 배열된 미소 홈으로 구성된 광 출사 수단을 포함하기 때문에, 액정 표시 패널중에 배열된 픽셀을 갖는 광 출사 수단의 간섭에 기인한 므와레가 거의 발생하지 않고 광 출사 수단의 존재가 외광-조명 양 모드로 육안으로 뚜렷하게 보이지 않는다. 게다가, 상기 도광판은 그의 상면으로부터의 광 누출이 거의 없기 때문에 외광을 효과적으로 투과시킬 수 있다. 따라서, 상기 도광판은 표시가 밝고 표시상이 거의 흐트러지지 않은 반사형 LCD를 형성하기 위한 전광형 도광판을 제공할 수 있다.

본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면과 연관지어 기술된 바람직한 실시태 양의 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

본 발명에 따른 도광판은 상면, 상기 상면과 마주보는 하면, 입사측면 및 상기 입사측면과 마주보는 말단면을 갖는 판상물을 포함하되, 상기 상면에 광 출사 수단이 형성되어 상기 입사측면상으로 입사하는 광이 상기 광 출사 수단을 통해 상기 하면으로부터 출사하도록 이루어지고, 상기 광 출사 수단은 길이가 250㎛ 이하이고 깊이는 50㎛ 이하이면서 길이의 1/5 이하인 각각의 미소 홈을 불연속적으로 배치하여 구성되며, 상기 각각의 미소 홈은 상기 하면에 대하여 35 내지 48°의 각도로 경사진 광로 변환 사면과, 그 사면과 대향하면서 상기 하면에 대해 60° 이상의 각도를 갖는 급사면의 조합으로 구성된다. 그 예를 도 1 및 도 2에 나타냈다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 도광판(1)은 상면(1a), 광 출사면으로서 기능하는 하면(1b), 입사측면(1c) 및 상기 입사측면(1c)에 대향하는 말단면(1d)으로 구성된다.

판상물은 도 1 및 2의 예와 같이 적어도 관찰자측을 향하는 상면(1a)과 그에 대향하는 하면(1b), 상하면간의 측면(즉, 광원으로부터 출사된 빛을 입사시키는 입사측면(1c)과 그와 대향하는 말단면(1d)), 및 입사측면의 양단에 위치하는 한 쌍의 측단면(1e)을 구비한 것이면 바람직하다. 상하면 사이의 2 이상의 측면을 입사측면으로 할 수도 있다. 상기 각 면의 형상에는 특별히 한정은 없다. 특히, 입사측면은 광원의 형태 등의 특성에 따라 적당한 형상으로 할 수 있다. 다른 측면도 마찬가지로 적절히 형상화할 수 있다.

상기 도광판을 액정 표시 패널에 용이하게 부착하고 상기 도광판을 용이하게 제조하기 위해서는, 도광판의 상면과 하면이 대략 평면인 것이 바람직하다. 상면과 하면이 곡면이어야 할 경우, 상면 및 하면 각각의 형상은 상기 도광판을 통해 투과된 상을 어지럽히지 않기 위해서 급격한 형상 변화 등이 없는 것이 바람직하다. 또한, 판상물은 도 1의 예와 같이 균일한 두께의 판일 수도 있고, 도 2의 예과 같이 입사측면(1c)으로부터 말단면(1d)에 걸쳐서 그 두께가 서서히 감소하는 쐐기 형상일 수 있다. 전자는 설치의 용이성의 점에서 우수하다. 후자의 쐐기 형상은 입사측면상으로 입사된 빛이 대향 말단면에 이르기까지 상면에 형성된 광 출사 수단상에 효율적으로 입사할 수 있기 때문에 광 출사 효율이 우수하다. 또한, 대향 말단면의 두께 감소는 도광판의 경량화의 관점에서도 유리하다.

상면에 마련된 광 출사 수단을 구성하는 미소 홈의 사이즈가 크면 눈에 쉽게 뜨인다. 결과적으로, 표시상을 어지럽혀 LCD의 표시품위가 현저히 저하된다. 또한 도광판 상면의 단위 면적당 배치된 미소 홈의 수로서의 광 출사 수단의 밀도가 저하되어 화소에 대한 조명이 불균일하기 쉽다. 따라서, 드문드문한 발광으로는 그 각 발광점이 눈으로 인식되기 쉬워서 표시상의 시인성이 크게 저하된다. 이러한 문제의 방지에는 광 출사 수단의 밀도의 증대, 즉 상면상에 배치된 미소 홈의 수의 증가가 효과적이다. 그 경우에, 미소 홈 각각의 사이즈를 작게 하는 것이 유리하다. 특히 광 출사 수단의 배치 면적이 제약되는 경우에, 발광의 균일성을 확보하는 수단으로서 상기 미소 홈 각각의 크기 감소가 효과적이다.

따라서 광 출사 수단은 관찰자에게 눈으로 인식되기 어렵고 도광판을 통한 LCD의 표시상의 품위 향상 등을 목적으로 도 3 및 4에 예시한 바와 같이, 길이가 250㎛ 이하, 특히 150㎛ 이하, 특히 100㎛ 이하이고, 깊이가 50㎛ 이하, 특히 20㎛ 이하, 특히 15㎛ 이하이면서 길이의 1/5 이하인 미소 홈(A)을 불연속적으로 배치한 것으로서 형성된다. 미소 홈 각각의 하한 사이즈에 관해서 특별히 한정은 없다. 그러나, 홈 크기가 지나치게 작으면 빛의 회절 현상이 지배적이 되어 반사 내지 전반사가 발생하기 어렵게 된다. 또한 광 출사 수단에 배치된 미소 홈의 개수가 과대하게 되어 제조효율이 저하된다. 이러한 점에서 길이가 10㎛ 이상이고 깊이가 2㎛ 이상인 미소 홈 각각이 이러한 관점에서 바람직하다.

또한, 미소 홈의 깊이를 길이의 1/5 이하로 함으로써 전송광을 광로 변환 사면에서 효과적으로 반사할 수 있고 측면에서의 입사광을 효율적으로 하면에서 출사시킬 수 있다. 미소 홈 각각의 깊이가 길이보다 크면, 즉 미소 홈 각각의 길이가 그 깊이보다 짧으면, 광로 변환 사면에 입사하는 전송광의 확률이 저하되고, 투과된 광이 미소 홈 각각의 급사면에 입사할 확률이 증대한다. 결과적으로, 산란되는 전송광의 비율이 증대하여 빛의 이용 효율이 저하된다. 그 효율의 점에서 바람직한 미소 홈은 그 깊이를 길이의 1/8 이하, 특히 1/10 이하로 한 것이다. 또한 상기한 미소 홈의 길이는 입사측면의 방향을 기준으로 하는 반면 깊이는 상면으로부터의 함몰 거리에 기초한다.

한편, 미소 홈들에 의해 형성된 규칙성 때문에 광 출사 수단이 눈에 뚜렷하게 인식되지 않도록 하기 위해 그리고 상기 미소 홈과 화소와의 간섭에 의해 므와 레가 발생하지 않도록 하기 위해, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 미소 홈이 비연속적으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 미소 홈이 규칙적으로 배열되면, 규칙적으로 배열된 미소 홈과 규칙적으로 배열된 화소 사이의 간섭에 의해 므와레가 발생하여 액정 표시 패널의 표시광의 시인성이 현저하게 감소한다. 배열의 규칙성을 제거하기 위해 미소 홈을 무작위로 배열시킴으로써 므와레의 발생이 방지된다.

액정 표시 패널을 균일하게 조명하기 위해 전체적인 하면상에 광을 균일하게 출사시키는 관점으로부터, 미소 홈(A)이 투광과 출사광을 동반하는 투과된 광의 강도 감소를 고려할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 입사측면(1c)으로부터 더욱 멀어질수록 미소 홈(A)이 더욱 밀접하게 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 배열로, 출사광의 강도가 투광 및 출사광을 동반하는 투과된 광의 강도에서의 감소에 기인하여 불균일하게 이루어지는 것이 방지된다. 또한, 입사측면의 각각의 측단면상에 투과된 광의 양이 입사측면의 중심부상에서보다 적은 경우, 미소 홈(A)이 도 4에 도시된 바와 같이 입사측면(1c)의 중심부상에서 배열된 것보다 입사측면(1c) 옆의 측단면(1e)상에서 더욱 밀집되어 배열되는 것이, 액정 표시 패널을 균일하게 조명하기 위해 전체적인 하면상에 광을 균일하게 출사시키는 관점으로부터 바람직하다. 부수적으로, 상기 도광판의 대향 말단면의 인접부분에서 투과된 광은 광원의 길이 때문에 도광판의 중심부에서보다 더욱 약하고 어두울 수 있다. 이러한 경우, 미소 홈이 대향 측단면에 가까울수록 출사광의 강도의 균일성을 달성하기 위해 더욱 밀접하게 배열될 수 있다. 부수적으로, 도 4는 이러한 배열 스타일이 상기 미소 홈이 입사측면으로부터 멀리 떨어질수록 더욱 밀집되어 배열되는 또 다른 배열 스타 일과 조합하여 사용되는 경우를 나타낸다.

상기 미소 홈 각각은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 입사측면(1c)에 대향한다. 각각의 미소 홈은 광로 변환 사면(A1) 및 급사면(A2)을 갖는다. 광로 변환 사면(A1)은 하면(1b)에 대해 35 내지 48°의 각도(θ1)를 이루는 반면 상기 광로 변환 사면(A1)을 향하는 급사면(A2)은 하면에 대해 60° 이상의 각도(θ2)를 이룬다. 이러한 방식으로, 상기 입사측면상에 입사하는 광과 상기 도광판을 통해 투과되는 광은 광로 변환 사면(A1)을 통해 반사되어 상기 반사광이 양호한 수직 지향성을 갖는 하면으로부터 출사할 수 있게 된다.

즉, 냉-음극관과 같은 선형 광원이 입사측면에 배치될 때 가장 높은 강도를 나타내는 투과광이 입사측면에 대략 수직인 방향으로 향한다. 상기 투과광의 벡터에 대해 상기 각도를 이루는 광로 변환 사면(A1)이 상기 입사측면을 대향하면서 가능한한 수직으로 배열될 때, 상기 투과광은 상기 각도를 이루는 광로 변환 사면(A1)을 통해 반사되거나 전반사되어 상기 반사광이 하면에 대해 수직인 선에 가까운 방향으로 상기 하면으로부터 효과적으로 출사할 수 있다. 결과적으로, 광은 보기에 효과적인 방향으로 출사하여 표시 정도를 갖춘 광이 액정 표시 패널의 반사층을 통해 반사될 때 상기 도광판의 상면에서 광 출사 수단 이외의 부분을 통해 투과되어 표시가 밝고 보기 쉽게 할 수 있다. 수직 지향성의 관점으로부터, 각각의 광로 변화 사면의 바람직한 경사각(θ1)은 38 내지 45°, 특히 40 내지 43°이다.

상기 설명한 바와 같이, 광로 변환 사면이 가능한 상기 입사측면에 수직인 것이 일반적으로 바람직하다. 따라서, 통상의 경우, 미소 홈은 도 3 및 4에서 도시한 바와 같이 종방향으로 볼 때 가능한한 입사측면(1c)에 수직으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 광원의 광 출사 특성에 따라 입사측면에 대해 경사를 이룬 미소 홈의 배열이 바람직하고 광로 변환 사면상의 광의 입사 효율이 우수한 몇가지 경우가 있다. 따라서, 광 출사 수단은 입사측면에 대해 적절한 각으로 배열될 수 있고 광 출사 수단의 종방향으로 시인될 수 있다.

한편, 상기 광로 변환 사면(A1)을 마주보는 급사면(A2)이 하면에 대해 60° 이상의 각도(θ2)을 각각 이루는 경사로서 제공되는데, 왜냐하면 광 출사 수단에서 광로 변환 사면 이외의 면이 시인성, 가능한한 광 투과 및 광 출사에 거의 영향을 미치지 않는 것이 바람직하기 때문이다. 즉, 급사면이 광로 변환 사면(A1)과 대향하고 하면에 대해 60° 이상의 각도(θ2)를 이루는 사면으로서 제공될 때, 상기 하면에 대한 급사면의 투영 면적은 도광판에 대해 수직선 방향으로 시인될 때 감소될 수 있다(표시 패널의 시인 방향으로). 결과적으로, 상기 도광판이 전광 장치에 사용될 때, 상기 도광판 뒤에 배치된 액정 표시 패널의 시인성에 미치는 영향은 감소될 수 있다.

또한, 급사면 각각의 각도가 증가함에 따라, 반사된 광은 급사면을 통한 외광의 반사광 면에서 유리하게 감소한다. 이 경우, 반사된 광은 상기 도광판으로 들어가고 도광판을 통해 투과되고, 표시광의 시인성상에 미치는 반사광의 영향은 유리하게 감소될 수 있다. 부수적으로, 예를 들면 급사면 각각의 각도가 약 45° 이하일 때, 외광의 반사광은 관찰자 측으로 되돌아가서 표시광의 시인을 방해한다. 또한, 급사면 각각의 각도가 크게 선택될 때, 사면(A1)과 급사면(A2) 사이의 꼭지각은 각각 도 1에 도시된 삼각형 단면과 같이 형상화된 미소 홈으로 구성된다. 따라서, 반사광의 복귀는 거의 안되서 광 출사 수단이 관찰자에게 눈에 더욱 인식되기 어렵다.. 시인성상에 미치된 반사광의 영향을 억제시키는 관점에서, 각각의 급사면의 바람직한 각도(θ2)는 75° 이상, 특히 80° 이상이다. 부수적으로, 각 사면의 이상적인 각은 90°이다. 그러나, 이상적인 경우, 예를 들면 금형의 형상을 옮기는 방법에 의해 광 출사 수단을 형성하는 것이 어려워진다.

광로 변환 사면 및 급사면은 도 5에 예시한 바와 같이 직선면에서 형성될 수도 있고, 도 6에 예시한 바와 같이 상기 각도 조건을 만족하는 범위에 있어서 곡면 또는 굴곡면 등으로 형성될 수도 있다. 또한 도 1, 2 및 5 및 6에 예시한 바와 같이 미소 홈(A)은 단면이 대략 부등변 삼각형으로 이루어지는 경우에 그 광로 변환 사면(A1)과 급사면(A2)이 형성하는 꼭지점(Ap)은 가급적 날카로운 각도인 것이 바람직하다. 그 정점이 둥그스름한 경우에는 미소 홈의 깊이에 대한 둥그스름한 원의 반경이 30% 이하, 특히 20% 이하, 특히 10% 이하인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 꼭지점의 둥그스름함에 따른 외광 반사를 억제하여 미소 홈을 시각되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 도광판 내부의 투과광의 산란을 억제하여 출사광의 균일성이나 출사 효율을 높일 수 있다.

미소 홈의 측면 형상에 관해서는 특별히 한정되지 않는다. 그 측면으로의 광입사를 억제하거나 영향을 작게 한다는 점에서는, 하면에 대하여 30° 이상, 특히 45° 이상, 특히 60° 이상의 각도를 갖는 면인 것이 바람직하다. 미소 홈은 전송광의 입사 효율 등의 광학 특성이나 내찰상성의 점에서 도 1의 예와 같이 상면에서 함몰한 오목부로서 형성되지만, 그 단면 형태는 상기한 광로 변환 사면과 급사면을 구비한 적당한 형태로 할 수 있다. 일반적으로는 단면이 대략 삼각형인 것이 바람직하다.

미소 홈으로 이루어진 광 출사 수단이 도광판의 상면에서 차지하는 면적은 1/8 이하로 하는 것이, 도광판을 통해 수직 방향으로 투과하는 빛에 대한 영향을 가급적 작게 하여 전광 시스템을 위해 사용했을 때, 액정 표시 패널의 표시광에 미치는 도광판의 영향을 작게 한다는 점에서 바람직하다. 전광 시스템에 있어서 도광판을 통해 LCD의 표시상을 관찰한 경우, 상면상에 차지하는 광 출사 수단의 면적이 너무 넓으면 광 출사 수단의 사면상 반사된 광량이 증대하고 표시광이 관찰자의 방향으로 출사되기 어렵게 된다. 상기 면적을 상면 면적의 1/8 이하로 할 때, 상면의 대부분을 광 출사 수단의 비형성 부분으로 제공할 수 있다. 결과적으로, 그 부분을 통해 LCD의 표시광을 효율적으로 투과시켜 상기 문제를 회피할 수 있다. 바람직한 상기 면적은 1/10 이하, 특히 1/15 이하이다.

도광판은 광원의 파장역에 따라 그것에 투명성을 나타내는 적당한 재료중 1종 이상을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 가시광역에 사용된 적절한 물질의 예는 예컨대 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 에폭시계 수지, 폴리에스테르계 수지, 노보넨계 수지 등으로 대표되는 투명 수지나 유리 등을 들 수 있다. 복굴절을 거의 또는 전혀 보이지 않는 재료로 형성한 도광판이 바람직하고, 경량성의 점에서는 비중이 작은 것이 바람직하다.

도광판은 적당한 방법으로 형성할 수 있다. 그 예로서는 열 가소성 수지를 소정의 형상을 형성할 수 있는 금형에 가열하에 압착하여 형상을 전사하는 방법, 가열용융시킨 열가소성 수지, 또는 열이나 용매를 통해 유동화시킨 수지를 소정의 형상으로 성형할 수 있는 금형에 충전하는 방법, 열 및 자외선과 같은 방사선 등으로 중합 처리할 수 있는 액상 수지를 소정의 형상을 형성할 수 있는 형에 충전 내지 캐스팅하여 중합 처리하는 방법, 상기 액상 수지를 소정의 형상으로 성형할 수 있는 금형에 도포하고 그 위에 수지판 등으로 구성된 투명기재를 밀착 배치하고 상기 도포층을 중합 처리하는 방법, 필름 등으로 구성된 유연하고 투명한 기재상에 상기 액상 수지를 도포하여 그 도포층을 소정의 형상으로 성형할 수 있는 금형에 밀착 배치하고 상기 도포층을 중합 처리한 후, 그것을 수지판 등으로 구성된 투명기재에 접착제 등을 통해 밀착시키는 방법 등을 들 수 있다.

따라서, 도광판은 예컨대 빛의 전송을 담당하는 도광부에 광 출사 수단을 형성한 시트를 접착한 것과 같이 동종 또는 이종의 재료로 이루어진 부품의 적층체 등으로서 형성될 수도 있고, 1종의 재료에 의한 일체적 단층물로서 형성되어 있을 필요는 없다. 도광판의 두께는 사용 목적에 따라, 또는 도광판의 사이즈 및 입사측면에 배치하는 광원의 크기 등에 따라 적절히 결정할 수 있다. 반사형 액정 표시 장치등의 형성에 사용하는 경우의 일반적인 도광판의 두께는, 그 입사측면에 근거하여 20㎜ 이하, 특히 0.1 내지 10㎜, 특히 0.5 내지 5㎜이다. 도광판은 그 하면에 반사 방지층을 구비한 것 및 상면에 하드 코트층을 구비한 것 등도 무방하다.

본 발명에 따른 도광판에 따르면, 그것을 사용하여 입사측면상으로의 입사광 을 정밀도 좋게 평행화하여 시인에 유리한 수직성이 우수한 방향으로 하면에서 출사시켜, 광원에서의 빛을 효율적으로 이용하여 밝기가 우수한 면광원 장치 및 밝고 보기 쉽고 저소비 전력성이 우수한 반사형 액정 표시 장치 등의 다양한 장치를 형성할 수 있다. 도 7 및 8에 그 면광원 장치(10)와 반사형 액정 표시 장치의 예를 나타낸다.

면광원 장치는 도광판을 구비한 적당한 형태로 형성할 수 있고, 일반적으로는 도 7 및 8의 예와 같이 그 입사측면(1c)의 1 또는 2 이상에 광원(2)을 배치한 것으로서 형성된다. 그 광원(2)으로서는 적당한 것을 사용할 수 있고, 일반적으로는 예컨대 (냉, 열) 음극관 등의 선상광원, 발광 다이오드 등의 점광원이나 그것을 선상이나 면상 등에 배열한 어레이체, 또는 점광원에 따른 발광을 일정한 또는 불규칙한 간격의 선상 발광 상태로 변환시키는 예컨대 선상 도광판 등의 장치를 사용한 광원 등이 사용된다.

면광원 장치의 형성시에는, 필요에 따라 광원에서의 발산광을 도광판의 입사 측면에 효율적으로 인도하기 위해서 광원을 포위하는 리플렉터 및 광확산층 등의 적당한 보조수단을 배치한 조합체로 할 수도 있다. 리플렉터로서는 고반사율 금속박막을 부설한 수지 시트 및 금속박 등이 일반적으로 사용된다. 리플렉터를 도광판의 단부에 접착제 등을 통해 접착하여 광원을 유지하는 경우에는 그 접착 부분에 대해서 광 출사 수단의 형성을 생략할 수도 있다.

광확산층은 명암 불균일의 방지에 따른 밝음의 균일화 등을 목적으로 필요에 따라 미리 면광원 장치의 광 출사면, 즉 도광판의 하면에 배치하는 것이다. 광확산층은 적절한 방법에 의해 형성되고 특별한 제한은 없다. 예컨대 투명 수지 중에 투명 입자를 분산시켜서 도포 경화시키는 방식 및 거품을 분산시킨 투명 수지를 도포 경화시키는 방식, 상면을 용매를 통해 팽윤시켜 크레이즈를 발생시키는 방식 및 불규칙한 요철면을 구비한 투명 수지층을 형성하는 방식, 또는 상기에 준하여 형성한 확산 시트를 사용하는 방식 등의 적당한 방식으로 형성할 수 있다.

한편, 반사형 액정 표시 장치는 도면의 예와 같이 도광판(1) 또는 면광원 장치(10)에 있어서의 도광판(1)의 하면(1b)측에 반사층을 구비하는 반사형 액정 표시 패널(70, 70')을 배치하여 구성된 전광식으로 형성할 수 있다. 또한 도 7은 반사층(40)을 액정 셀(20')에 있어서의 배면측 기판(21)의 외측에 설치한 것을 나타나고, 도 8은 액정 셀(20')에 있어서의 배면측 기판(21')의 내측에 전극(42)을 겸하는 것으로서 반사층을 마련한 것을 나타내고 있다.

반사형 액정 표시 장치는 일반적으로, 액정 셔터로서 기능하는 전극 구비의 액정 셀과 그에 부수된 구동 장치, 반사층 및 필요에 따른 편광판 및 보상용 위상차판 등의 구성 부품을 적당히 조립한 액정 표시 패널과 전광 등을 사용하여 형성된다. 본 발명에 있어서는 상기한 도광판 내지 면광원 장치를 사용한 점을 제외하고 특별히 한정은 없고, 도면의 예와 같이 종래에 준하여 형성할 수 있다.

즉, 도 7의 액정 셀(20)은 내측에 투명 전극(22) 및 러빙막(23)을 순차 설치한 배면측의 투명 기판(21)과, 내측에 컬러 필터(26), 투명 전극(28) 및 러빙막(27)을 순차 마련한 시인측의 투명 기판(29)과의 사이에 액정(24)을 주입하여 봉인재(25)로 밀봉한 것으로 이루어져 있다. 또한 그 시인측의 투명 기판(29)의 외측에 위상차판(33)을 통해 편광판(34)을 마련한 동시에, 배면측의 투명 기판(21)의 외측에 위상차판(32)을 통해 편광판(31)을 마련하고, 그 편광판의 외측에 반사층(40)을 배치하여 반사형의 액정 표시 패널(70)이 형성되어 있다.

한편, 도 8의 액정 셀(20')은 내측에 반사층을 겸하는 전극(42) 및 러빙막(23')을 마련한 배면측의 기판(21')과, 내측에 컬러 필터(26), 투명 전극(28) 및 러빙막(27)을 순차 마련한 시인측의 투명 기판(29)과의 사이에 상기에 준하여 액정(24)을 밀봉하여 이루어지고, 그 액정 셀(20')에 있어서의 시인측의 투명 기판(29)의 외측에 위상차판(33)을 통해 편광판(34)을 배치하여 반사형의 액정 표시 패널(70')이 형성되어 있다.

액정 표시 패널의 형성에 사용하는 액정 셀에 관해서는 특별히 한정은 없는데, 예컨대 액정의 배향 형태에 따라서 TN 액정 셀 및 STN 액정 셀, 수직 배향셀 및 HAN셀, OCB 셀과 같은 트위스트계 및 비트위스트계, 게스트-호스트계 및 강유전성 액정계의 액정 셀 등의 적당한 것을 사용할 수 있다. 또한 액정의 구동 방식에 관해서도 특별히 한정은 없는데, 예컨대 능동 매트릭스 방식 및 수동 매트릭스 방식 등의 적당한 구동 방식이면 무방하다.

반사형의 액정 표시 패널은 반사층(40, 42)의 배치가 필수적인데, 그 배치 위치에 관해서는 상기한 바와 같이 도 7에 예시한 바와 같이 액정 셀(20)의 외측에 마련할 수도 있고, 도 8에 예시한 바와 같이 액정 셀(20')의 내측에 마련할 수도 있다. 그 반사층에 대해서는 예컨대 알루미늄, 은, 금, 동 및 크롬 등의 고반사율 금속의 분말을 바인더 수지 중에 함유하는 도공층 및 증착 방식 등에 따른 금속 박막의 부설층, 그 도공층 및 부설층을 기재로 지지한 반사 시트, 금속박 등의 종래에 준한 적당한 반사층으로서 형성할 수 있다. 또한 액정 셀의 내부에 반사층을 마련하는 경우, 그 반사층을 예컨대 종래의 투명 전극 형성재에 따른 투명 도전막에 겹쳐지게 할 수도 있다.

한편, 필요에 따라 편광판으로서 임의의 판을 사용할 수 있다. 고도의 직선편광의 입사에 따른 양호한 콘트라스트비의 표시를 수득한다는 점에서는, 예컨대 요오드계 및 염료계의 흡수형 직선 편광자 등과 같이 편광도가 높은 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한 위상차판은 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 액정에 따른 복굴절을 보상하여 시인성의 향상 등을 도모하는 것을 목적으로 시인측 및/또는 배면측의 편광판과 액정 셀의 사이 등에 필요에 따라 배치할 수 있다. 그 위상차판으로는 파장역 등에 따라 적당한 것을 사용할 수 있다. 위상차판은 1층 또는 2층 이상의 위상차층의 중첩층으로서 형성될 수도 있다.

상기한 도 7의 반사형 액정 표시 장치에 의한 시인은 다음과 같이 이루어진다. 면광원 장치(10)의 광원(2)을 점등한 조명 모드에서, 도광판(1)의 하면(1b)으로부터 출사광이 편광판(34) 및 액정 셀(20) 등을 경유하여 반사층(40)을 통해 반사된다. 이어서, 액정 셀과 편광판 등을 역경유하여 도광판(1)에 이른다. 따라서, 광 출사 수단(A) 이외의 부분을 투과한 표시상이 시인된다. 또한, 광원(2)을 소등한 외광 모드에서는, 도광판(1)의 상면(1a)에서의 광 출사 수단(A) 이외의 부분에서 입사한 빛이 상기에 준하여 투과·역경유하여 도광판(1)에 이른다. 따라서, 상면(1a)에서의 광 출사 수단(A) 이외의 부분을 투과한 표시상이 시인된다. 한편, 도 8의 반사형 액정 표시 장치의 경우에는 반사층(40) 대신에 전극겸용의 반사층(42)에서 반대 경유하는 점을 제외하고 상기에 준하여 조명·외광의 양 모드에 따른 시인이 실시된다. 또한 상기한 바와 같이 조명·외광 양용형의 경우에는 광원의 점등·소등을 전환할 수 있도록 반사형 액정 표시 장치가 형성된다.

본 발명에 있어서, 상기한 면광원 장치 또는 액정 표시 장치를 형성하는 도광판, 액정 셀 및 편광판 등의 광학소자 내지 부품은 전체적 또는 부분적으로 적층 일체화되어 고착될 수도 있고, 분리 용이한 상태로 배치될 수도 있다. 계면 반사의 억제에 따른 콘트라스트의 저하 방지 등의 점에서는, 이러한 광학 소자 또는 부품이 서로 고착되는 것이 바람직하다. 적어도 도광판의 하면과 액정 표시 패널의 상면이 서로 고착 밀착 상태로 있는 것이 바람직하다. 그 고착 밀착 처리에는 점착제 등의 적당한 투명 접착제를 사용할 수 있다. 그 투명 접착층에 투명 입자 등을 함유시켜 광 확산 기능을 나타내는 접착층 등으로 할 수도 있다.

실시예

참고예 1

유리 기판상의 35㎜×25㎜의 직사각형의 범위내에 길이 100㎛, 폭 10㎛의 개구를 상기 직사각형의 짧은 변과 각 개구의 길이 방향이 일치하도록 마련하여 크롬 마스크를 형성했다. 또한 개구는 그 밀도가 직사각형의 짧은 변에서 다른 쪽 짧은 변으로 갈수록 더욱 밀집되게 구배적으로 배열된다. 따라서, 구멍의 밀도가 직사각형의 긴 변 방향으로 연속적으로 증대되도록 불규칙하게 배치했다(도 3). 또한 개구가 차지하는 면적은 모든 부분에서 직사각형의 면적의 1/10 이하가 되도록 선 택했다.

한편, 청정 유리판에 폴리이미드 바니쉬를 스핀코트하여 100°에서 30분간 프리베이크하여 350°에서 4시간 소결하였다. 따라서, 두께 10㎛의 폴리이미드 피막을 형성한 후, 그 위에 스퍼터링 방식으로 두께 0.1㎛의 크롬막을 형성하고, 또한 그 위에 두께 0.5㎛의 동막을 형성하여 그 표면에 포지티브형 레지스트를 두께 5㎛가 되도록 스핀코트하고, 샘플판을 작성했다.

상기 샘플판의 포지티브형 레지스트상에 상기 크롬 마스크를 밀착 배치하여 자외선에 노광하여 레지스트를 현상한 후, 동막과 크롬막을 에칭 제거하여, 개구부에서 폴리이미드 피막이 노출된 샘플판을 수득했다. 이 샘플판은 다음과 같이 배치된다. 즉, 개구의 밀도가 성긴 샘플 판의 짧은 변을 빔의 진행 방향에 대해 수직이고, 또한 긴 변이 빔에 대해 43°가 되도록 기울여 설치했다. 평행한 엑시머 레이저를 다수 회 스캔하면서 조사하여 어블레이션(ablation)으로 개구부에서의 폴리이미드 피막의 일부를 제거한 후, 샘플판에서 동막과 크롬막을 에칭 제거하였다. 이어서, 그 샘플 판상에 은박막을 진공 증착하고 니켈 일렉트로캐스팅을 수행하였다. 소정의 형상으로 절삭하여 금형 A를 수득했다.

참고예 2

직사각형의 범위 내에서 개구의 밀도가 긴 변 방향으로 연속적으로 증대하는 동시에, 긴 변에서의 개구의 밀도가 중앙부에서보다 더욱 증대되도록 개구를 불규칙하게 배치한 샘플판(도 4)을 사용한 점 외에는 참고예 1에 준하여 금형 B를 수득했다.

참고예 3

금형(C)을 다음과 같이 수득하였다. 직사각형의 놋쇠판의 표면을 입사 측면측으로부터 2.5㎜ 떨어진 위치로부터 다이아몬드 툴로 절삭하였다. 따라서, 210㎛의 간격으로 배열된 미소 홈으로 구성되고 단면 부등변 삼각형의 줄무늬 광 출사 수단을 갖는 금형 C를 수득했다. 절삭 방향은 놋쇠판의 긴 변 방향에 평행하였다. 광 출사 수단 각각은 광로 변환 사면 및 완사면으로 구성된다. 광로 변환 사면은 폭 20㎛이고 경사각 42°를 이루고 입사측면측을 마주보다. 완사면은 폭이 190㎛이었다. 또한 광로 변환 사면이 차지하는 면적은 1/10.5이었다.

참고예 4

직사각형인 놋쇠판의 상면을 샌드 블라스팅으로 가공하고, 광택이 없는 상면을 광 출사 수단의 형성면으로서 구비한 금형 D를 수득했다.

참고예 5

샘플판을 개구의 밀도가 낮은 측의 짧은 변이 빔에 대하여 수직이 되도록 설치하고 평행한 엑시머 레이저를 여러 차례 스캔하면서 조사하고, 어블레이션에 의해 폴리이미드 피막의 일부를 제거한 점 외에는 참고예 1에 준하여 금형 E를 수득했다. 따라서, 금형(E)은 소정 각도의 광로 변환 사면을 형성할 수 있는 면을 갖지 않았다.

실시예 1

참고예 1에서 수득한 금형 A에 자외선 경화성의 아크릴계 수지를 도포하였다. 그 위에 단면을 연마처리한 두께 1.2㎜, 폭 40㎜, 길이 30㎜의 아크릴판을 가 만히 올려 놓았다. 상기 아크릴 수지 및 아크릴판을 고무 롤에 의해 서로에게 밀접하게 접착시켜 여분의 수지와 기포를 압출한 후, 메탈 할라이드 램프로 자외선을 조사하여 경화시킨다. 이어서, 금형 A로부터 경화된 수지를 박리하였다. 따라서, 아크릴판에 금형 A의 네거티브 형상이 전사된 경화층을 구비한 도광판을 수득했다. 또한 아크릴판의 굴절율은 1.495이고 경화층의 굴절율은 1.512였다.

실시예 2

금형 A 대신 참고예 2에 따른 금형 B를 사용한 점 외에는 실시예 1에 준하여 도광판을 수득했다.

비교예 1

금형 A 대신 참고예 3에 따른 금형 C를 사용한 점 외에는 실시예 1에 준하여 도광판을 수득했다.

비교예 2

금형 A 대신 참고예 4에 따른 금형 D를 사용한 점 외에는 실시예 1에 준하여 도광판을 수득했다.

비교예 3

금형 A 대신 참고예 5에 따른 금형 E를 사용한 점 외에는 실시예 1에 준하여 도광판을 수득했다.

평가시험

실시예 1 및 비교예 1 내지 3 각각에서 수득한 도광판을 그 광 출사 수단이 시인측이 되도록 사용하였다. 상기 도광판의 입사측면에 냉음극관을 배치하였다. 이와 같이, 면광원 장치를 형성하였다. 상기 도광판의 배면측에 노멀리 화이트의 반사형 액정 표시 패널을 배치하였다. 따라서, LCD를 형성하였다. 암실 내에서 액정 셀에 전압 무인가의 상태로 냉음극관을 점등시켜 정면 방향으로부터 관찰했다.

결과적으로, 실시예 2에서, 균일성 좋게 발광하였고 미소 홈들은 거의 시각되지 않았다. 특히, 실시예 2에서, 광원과 평행한 방향으로 발광의 균일성이 높았다. 그러나 비교예 1에서는, 도광판의 프리즘 구조에 기인하여 입사측면과 평행하게 어두운 선이 인지되어 보기 불편했다. 또한 이 암선은 시선을 돌리면 선상의 발광선이 되어 대단히 보기 불편해졌다. 한편, 비교예 2, 3에서는 빛은 거의 출사되지 않고 대단히 어두웠다.

다음에 밝은 실내에서 광원을 소등하여 LCD에 문자를 표시시켜 관찰한 바, 실시예 1 및 2와 비교예 3에서는, 미소 홈이 거의 눈에 띄지 않고 므와레 등의 발생도 없이 밝고 읽기 쉬웠던 점에 비해, 비교예 1에서는 므와레가 발생하여 대단히 보기 어려웠다. 특히, 가로 방향의 선이 이어져 보이는 경향이 보여서 표시 품위가 저하되었다. 또한, 비교예 2에서는, 전체에 콘트라스트가 저하되어 있고 특히 잔상은 판별 불가능했다.

상기 내용으로부터 본 발명에 따른 도광판을 사용하면 광원이 도광판의 입사측면상에 배치될 때 밝고 발광의 균일성이 우수한 면광원 장치를 사용할 수 있고 므와레가 없고 밝고 보기쉬운 전광형 반사형 액정 표시 장치를 형성할 수 있다는 사실은 자명하다.

비록 지금까지 본 발명을 특정 정도로 바람직한 형태로 기술하였지만, 상기 바람직한 형태의 기술은 본 발명의 청구의 범위의 취지 및 범위에서 벗어나지 않는 한 부분들의 조합 및 배열로 구성의 세부면에서는 변화될 수 있다.

본 발명에 의하면, 입사측면에서의 입사광을 광로 변환 사면을 통해 하면에서 수직지향성 좋게 효율적으로 출사하는 도광판을 수득할 수 있고, 빛의 이용 효율이 우수하고 정면 방향의 휘도가 우수한 면광원 장치를 얻을 수 있다. 또한 미소 홈을 불연속적으로 배치한 광 출사 수단에 따라서 배열 화소와의 간섭에 따른 므와레가 발생하지 않고, 또한 그 존재가 외광과 조명의 양 모드에서 시각되기 어려운 동시에, 상면에서의 광누설이 작아서 외광도 효율적으로 투과시킬 수 있고, 밝은 표시로 표시상이 흐트러지기 어려운 반사형 LCD를 형성할 수 있는 전광용의 도광판을 얻을 수 있다.

Claims (11)

1. 상면, 상기 상면과 마주보는 하면, 입사측면 및 상기 입사측면과 마주보는 말단면을 갖는 판상물을 포함하되,

   상기 상면에 광 출사 수단이 형성되어, 상기 입사측면상으로 입사하는 광이 상기 광 출사 수단을 통해 상기 하면으로부터 출사하도록 되고,

   상기 광 출사 수단은 상기 입사측면을 향하도록 불연속적으로 배치된 미소 홈들로 구성되며,

   상기 각각의 미소 홈은 그 길이가 250㎛ 이하이고 깊이는 50㎛ 이하이면서 길이의 1/5 이하이고, 상기 하면에 대하여 35 내지 48°의 각도로 경사진 광로 변환 사면과, 이 광로 변환 사면을 향하면서 상기 하면에 대해 60° 이상의 각도로 경사진 급사면의 조합으로 구성된

   도광판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 출사 수단이 차지하는 면적이 상기 상면 면적의 1/8 이하인 도광판.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 하면에 대한 상기 각 광로 변환 사면의 경사각이 38 내지 45°인 도광판.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 미소 홈의 불연속 배치가 불규칙한 도광판.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 미소 홈이 상기 입사측면으로부터 멀리 떨어질수록 밀접하게 배치된 도광판.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 미소 홈이 상기 입사측면의 각 측단면에 가까워질수록 밀접하게 배치된 도광판.
7. 제 1 항에 따른 도광판을 포함하는 면광원 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 도광판의 입사측면상에 배치된 광원을 추가로 포함하는 면광원 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 광원이 선상 광원인 면광원 장치.
10. 제 1 항에 따른 도광판, 및 상기 도광판의 하면측상에 배치된 반사형 액정 표시 패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
11. 제 7 항에 따른 면광원 장치, 및 상기 면광원 장치중의 도광판의 하면측상에 배치 된 반사형 액정 표시 패널을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.

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