KR100893903B1 - 회절격자를 이용하는 광학시트, 및 그 광학시트를이용하는 표시장치 - Google Patents

회절격자를 이용하는 광학시트, 및 그 광학시트를이용하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

평면상의 기판에 평행이동의 관계에 있는 동일 형상의 복수의 곡선상의 격자로 이후어진 회절격자셀을 매트릭스상으로 배설해서 광확산 시트를 형성한다. 시트는 전자 빔 노광장치등에 의해 감광재료를 에칭함으로써 격자를 형성한 원판을 엠보스가공하여 제조한다. 이 시트에 반사층을 설치하면, 경사진 상방으로부터 빛을 맞으면, 소정의 방향으로 고휘도의 굴절광이 출사된다.
Figure 112002013103633-pct00001
빔 노광장치, 감광재료, 경사면, 셀, 액정패널

Description

회절격자를 이용하는 광학시트, 및 그 광학시트를 이용하는 표시장치{OPTICAL SHEET USING DIFFRACTION GRATING, AND DISPLAY DEVICE USING THE OPTICAL SHEET}
본 발명은 회절격자를 이용하는 광학시트, 및 그 광학시트를 이용하는 표시장치에 관한 것이다.
이와 같은 광학시트의 응용예인 표시장치는 이하에 나타내는 것이 있다.
(1) 백라이트 등의 조명장치를 필요로 하는 투과형 액정 표시장치
백라이트나 에지 라이트 등의 조명광원에 의해, 배면(관찰자와 반대 측)이나 측면으로부터 액정패널을 조명하여, 액정패널에서 생성된 패턴을 표시광으로서 출사시키는 구성의 투과형 액정 표시장치이다.
이 표시장치에서는, 조명광을, 액정패널의 전면에 균일하게 조사, 또는 그 방향을 제어하기 위해서, 확산시트나 프리즘시트 등의 광학시트가 사용된다.
백라이트를 이용하는 경우는, 단순한 확산시트에서는 등방적으로 확산되기때문에, 필요한 관찰 범위에만 빛을 집중시킬 수가 없어, 빛의 유효한 이용이 불가능하였다. 또, 프리즘시트는 두께가 두꺼워지고, 구부러지지않는 등의 결점이 있었다.
(2) 백라이트 등의 조명장치를 필요로 하지 않는 반사형 액정 표시장치
액정패널의 배면(관찰자와는 반대측)에 반사체를 가지는 구성으로, 특수한 조명광원을 필요로 하지않고, 관찰자측으로부터의 주변광(실내조명이나 일광 등의 외광)에 의한 반사광을, 패턴형상의 표시광으로서 시각(視覺)하는 타입의 반사형 액정 표시장치이다.
이 표시장치에서는, 관찰자의 시야영역(표시광을 적정하게 시각할 수 있는 영역)을 제어하기 위해서, 이하와 같은 광학시트가 이용된다.
a. 표시광인 반사광을 산란시키기 위해서, 액정패널의 전면(관찰자측)에 확산시트를 배치한다. 확산시트는 액정패널에의 입사광은 확산시키지 않고, 배면에서 반사하여 표시광으로서 액정패널로부터 관찰자측으로 출사하는 광은 확산시키는 것이 바람직하다.
b. 표시광이 되는 반사광의 반사방향, 반사범위를 제어하기 위해서, 액정패널의 배면(관찰자와 반대측)에 반사시트가 배치된다. 반사시트로서는, 산란 반사판(표면이 요철형상의 금속판)이 주로 사용되고 있지만, 근래, 이것을 대신하여, 홀로그램시트를 채용하는 것이 시도되고 있다.
홀로그램시트를 반사판으로서 이용한 반사형 액정 표시장치의 종래예로서는 이하에 나타내는 것이 있다.
(1) 일본 특개소 56-51772호 공보
(2) 일본 특표평 8-505716호 공보
(3) 일본 특개평 9-152586호 공보
(4) 일본 특개평 9-222512호 공보
(5) 일본 특표평 9-510029호 공보
홀로그램에는 각종의 타입이 있고, 그것에 따라서 반사판의 특성도 변화한다.
(1)에 나타내는 표면 릴리프형 홀로그램은 확산패턴(홀로그램)의 간섭무늬가 얕은 격자로 구성되고, 무늬의 콘트라스트가 낮아 회절효율을 높게 하는 것이 어렵다. 그 때문에, 밝은 표시패턴을 시각하는 것이 어려움과 동시에, 홀로그램이 갖는 색 분산때문에, 관찰하는 방향에 따라서 시각되는 색이 변화해 버린다.
(2), (3)에 나타내는 체적위상 반사형 홀로그램은, 그 파장 선택성에 의해 반사 회절되는 파장폭이 좁게 한정(특정한 색이 됨)되어, 가시 파장영역에 걸친 밝은 표시패턴을 시각하는 것이 어렵다.
(4), (5)에 나타내는 체적위상 투과형 홀로그램은, 가시 파장영역에 걸친 밝은 표시패턴을 시각하는 것이 가능(당해 기술분야에 있어서의 공지사항으로, 상세한 설명은 생략한다)하다. 그러나, 체적위상 투과형 홀로그램이 갖는 각도 선택성이라는 성질에 의해, 이면에 배치한 반사층(반사판은 체적위상 투과형 홀로그램과 반사층으로 이루어진다)으로부터의 빛을 전부 회절에 기여시키는 것(결과적으로, 밝은 표시패턴의 시각)이 어렵다.
(2), (3), (4), (5)에 나타내는 체적형 홀로그램은, 홀로그램 자체가 감광재료이기 때문에, 비용이 높고, 내구성에도 문제를 가진다.
또, 상기 (a)의 확산시트로서도, 홀로그램에 의한 확산시트가 공지이다. 이 와 같은 확산시트를 제작하는 데는, 불투명유리와 같은 확산물체를 홀로그램에 촬영 기록함으로써 행하여지고 있다.
그러나, 확산물체를 홀로그램에 촬영 기록할 때, 피사체인 불투명 유리에 레이저 광선을 조사하면, 피사체를 투과 또는 반사한 투영패턴(물체광)은, 스펙클패턴이라는 랜덤 노이즈를 가지게 된다. 홀로그램은, 이 투영패턴(물체광)과 참조광이 간섭하여 형성되는 패턴을 기록한 것이기 때문에, 스펙클패턴에 의한 강도 불균일에 의해서 기록되는 간섭무늬의 콘트라스트가 저하되어 버린다. 이 때문에, 홀로그램의 기록에 있어서, 포토폴리머로 대표되는 체적 위상형의 홀로그램을 이용함으로써 회절효율을 향상시키는 대응이 일반적으로 행하여지고 있다.
그러나, 체적 위상형의 홀로그램은, 그 자체가 감광재료이기 때문에, 열, 습도 등의 환경 변화에 약하고, 또 두께를 가지므로, 광의 흡수에 의한 착색 등이 생기는 데다가, 비용적으로도 고가가 되어버린다. 이 점은, 반사판의 경우와 마찬가지이다.
한편, 이런 종류의 반사형 표시장치에 있어서는, 산란 반사판에서 반사된 빛은 전체 방향으로 넓게 산란되기때문에, 광의 이용효율이 낮고, 관찰자의 방향을 향하여 출사되는 광의 강도가 낮다(표시가 어둡다)는 문제점을 해결하는 것으로서, 일본 특개평 11-287991호 공보에 기재된 반사형 표시장치가 제안되어 오고 있다.
이 반사형 표시장치는, 투과형 표시체의 배면에 투과형 표시체의 전방으로부터의 입사광을 그 입사각도 범위보다 작은 확대각으로 소정의 방향에 반사하는 지향성 반사판을 배치함과 동시에, 투과형 표시체의 전면과, 투과형 표시체의 배면과 지향성 반사판의 전면의 사이 중 적어도 한쪽에 기하 광학적인 작용을 가지는 광확산 수단을 설치한다. 이것에 의해, 소정의 방향에서 관찰되는 표시를 충분히 밝게 하고, 또한 시야각을 넓게 할 수 있도록 한 것이다.
그런데 기하 광학적인 작용을 가지는 확산수단은, 구성이 비교적 대형으로 고가이고, 두께가 두껍고, 무게가 무거워지는 등의 해결해야 할 과제가 있다. 한편, 기하 광학적인 작용을 가지는 확산수단 중에서, 산란판(확산판)은 비교적 간단한 구성으로 작성하는 것도 가능하지만, 광의 사출 범위를 제어하는 것은 곤란하다.
본 발명은 회절작용을 이용하여 광의 이용효율이 높은 광학시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 회절작용을 이용하여 광의 사출범위(시야영역)를 임의로 설정할 수 있는 광학시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 회절작용을 이용하여 시야영역내에서 광의 강도 분포를 균일하게 할 수 있는 광학시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 의한 광학시트는, 병설된 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어진다.
본 발명의 다른 양태에 의한 광학시트는, 병설된 복수의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 회절격자 셀의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성되어 있다.
본 발명의 한 양태에 의한 표시장치는, 표시 화상을 형성하는 액정층과, 액정층의 배면에 배치되고, 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지는 반사성의 광학시트를 구비한다.
본 발명의 다른 양태에 의한 표시장치는, 표시 화상을 형성하는 액정층과, 액정층의 표면에 배치되고, 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지는 투과성의 광학시트를 구비한다.
본 발명의 다른 양태에 의한 표시장치는, 표시 화상을 형성하는 액정층과, 액정층의 배면에 배치되고, 병설된 복수의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 회절격자 셀의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성되어 있는 반사성의 광학시트를 구비한다.
본 발명의 또 다른 양태에 의한 표시장치는, 표시 화상을 형성하는 액정층과, 액정층의 표면에 배치되고, 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리 형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지는 투과성의 광학시트를 구비한다.
도 1은, 본 발명에 의한 광 확산시트의 제1실시예의 격자 패턴의 일례를 나타내는 정면도이다.
도 2는, 본 발명에 의한 광 확산시트의 제1실시예의 격자 패턴의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 광 확산시트의 상세를 나타내는 정면도이다.
도 4는, 제1실시예의 회절을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 제1실시예로서의 블레이즈드형 회절격자를 나타내는 도면이다.
도 6은, 제1실시예로서의 바이너리형 회절격자를 나타내는 도면이다.
도 7은, 제1실시예의 광 확산시트를 이용한 반사형의 액정 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 8은, 제1실시예의 광 확산시트를 이용한 투과형의 액정 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 9는, 블레이즈드형 회절격자를 만드는 법을 나타내는 도면이다.
도 10A, 도 10B는, 바이너리형 회절격자를 만드는 법을 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 제2실시예의 광 확산시트의 단면도이다.
도 12는, 제2실시예의 반사작용을 나타내는 도면이다.
도 13은, 제2실시예의 투과작용을 나타내는 도면이다.
도 14는, 제2실시예의 광 확산시트를 이용한 반사/투과 겸용형의 액정 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 제3실시예에 의한 광 확산시트의 격자패턴을 나타내는 정면도이다.
도 16A, 도 16B는, 파장이 다른 광에 대한 제3실시예의 광 확산시트의 1개의 셀로부터의 1차 회절광의 출사범위를 나타내는 도면이다.
도 17은, 파장이 다른 광에 대한 1개의 셀로부터의 1차 회절광의 분포의 중복을 나타내는 도면이다.
도 18은, 제3실시예에 있어서의 광 확산시트의 1개의 셀로부터의 1차 회절광의 분포 강도를 나타내는 도면이다.
도 19는, 본 발명의 제4실시예에 의한 광 확산시트의 격자패턴을 나타내는 정면도이다.
도 20은, 제4실시예에 있어서의 광 확산시트의 격자간격의 차이를 셀 자신에 의한 회절광의 반치전폭에 상당하는 값이하로 한 경우의 2개의 셀로부터의 회절광 분포를 나타내는 도면이다.
도 21은, 제4실시예에 있어서의 광 확산시트의 격자간격의 차이를 셀 자신에 의한 회절광의 확대폭에 상당하는 값이하로 한 경우의 2개의 셀로부터의 회절광 분포를 나타내는 도면이다.
도 22는, 본 발명에 의한 표시장치의 제5실시예를 나타내는 사시도이다.
도 23A는, 미세한 요철부로 이루어지는 광산란 요소를 가지는 광산란시트의 일례의 정면도이다.
도 23B는, 미세한 요철부로 이루어지는 광산란 요소를 가지는 광산란시트의 다른 예의 정면도이다.
도 24는, 도 23A, 도 23B의 광 산란시트를 이용한 본 발명의 제6실시예의 광 산란시트의 정면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 광학시트 및 그것을 이용한 표시장치의 실시예를 설명한다.
제 1 실시예
본 실시예의 광학시트는 도 1, 도 2에 정면도를 나타내는 바와 같이, 미소한 회절격자 셀(11, 12)이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지는 회절격자 셀 어레이로 이루어진다. 회절격자 셀은 복수의 곡선형상의 회절격자(12, 22)의 집합으로 이루어져, 회절작용에 의한 빛을 확산한다. 이 때문에, 이하, 광학시트를 광 확산시트라고 한다. 또한, 확산에는, 투과확산과 반사확산이 있고, 투과성의 광학시트의 경우는 투과확산을 행하고, 반사성의 광학시트의 경우 또는 투과성의 광학시트에 반사층을 형성한 경우는, 반사확산을 행한다. 또한, 회절격자가 곡선인 것은, 회절광을 발산시켜서, 시야영역을 제어하기위함이다.
셀(11, 12)의 크기는, 직시했을 때에 셀의 사이즈가 인식되지 않는 크기이고, 또한 회절의 효과를 충분히 발휘할 수 있는 사이즈인 것이 바람직하여, 한 변이 5㎛에서 300㎛ 정도의 크기이면 좋다.
격자(12, 22)의 요철의 깊이는, 파장 선택성을 적게 하고, 광의 이용효율을 올리기 위해서, 가시광의 파장보다도 작은 것이 바람직하다.
회절격자 셀 어레이의 구성 단위인 1개의 회절격자 셀은 단순히 광을 발산시키는 것만으로 좋기때문에, 그 구조는 매우 단순하고, 얕은 표면 릴리프형의 회절격자로 실현할 수 있다. 이 표면 릴리프형 회절격자는, 구조가 복잡한 홀로그램(격 자가 정현파형상에 가까운 랜덤한 단면형상을 갖는다)과는 달리, 회절효율의 저하는 적다. 표면 릴리프형의 회절격자는 톱니형상의 홈단면을 가지는 블레이즈드형 회절격자, 또는 계단형상의 홈단면을 가지는 바이너리형 회절격자를 포함한다.
블레이즈드형 회절격자는 톱니형상의 단면형상을 갖는 회절격자로, 그 경사면에서의 입사광의 반사 또는 굴절의 각도가, 회절각도와 일치한 경우, 매우 높은 회절효율이 얻어지는 것이 알려져 있다. 톱니는 대칭인 경사면이 아니고, 한쪽이 완만하고, 다른쪽이 급한 경사면으로 이루어진다. 완만한 경사면은 길고, 급한 경사면은 짧다. 급한 경사면은 수직이라도 좋다.
바이너리형 회절격자는 블레이즈드형 회절격자의 톱니형상의 경사면을 계단형상의 경사면으로 한 것으로, 블레이즈드형 회절격자와 같은 높은 회절효율을 나타내는 것이 알려져 있다. 블레이즈드형 회절격자에 있어서 급한 경사면이 수직인 경우는, 계단형상으로 형성하는 경사면은 완만한 경사면뿐이다.
회절에 의한 광 확산의 효과를 충분히 발휘하기 위해서는, 회절격자(12, 22)가, 셀(11, 21)의 외주 이외에서는 절단되지 않는(셀내에서는 연속되고 있는)것이 바람직하다.
회절격자는, 그 파장에 의한 회절각도의 차이에 의해, 백색광으로 조명한 경우, 회절광은 파장분산에 의해 무지개색으로 분광된다. 광 확산시트로부터의 빛에 색 분산이 생겨서, 좌우의 눈에 다른 색으로 인식된 경우, 관찰자는 위화감을 느껴 피로의 원인이 된다. 주변광을 이용하는 디스플레이의 경우, 일반적으로는, 상방으로부터의 환경광의 성분이 가장 많다. 그래서, 반사형의 표시장치의 경우, 디스플 레이의 경사진 상방으로부터 빛이 조명되었을 때, 좌우의 눈에 색 분산이 생기지 않기 위해서는, 회절격자에 다음에 나타낸 바와 같은 관계를 가지면 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같은, 동일한 곡선(여기서는, 원호형상의 곡선)이 평행이동하여 형성되는 회절격자 셀에 관하여 생각한다. 도 3은, 도 2의 1셀만큼의 회절격자를 확대하여 나타내는 설명도이고, 또한 그 일부(셀의 우단부)를 확대한 설명도도 첨부되어 있다. 여기서, 어느 영역에서의 격자의 간격을 d로 하고, 간격 d의 수평방향 및 수직방향의 각 성분을 dχ 및 dy로 한다.
이 회절격자 셀(반사형의 회절격자 셀)에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상방으로부터 각도 θ로 (지면에 대한 수직선을 0°로 한다)백색광을 입사한다. 회절광으로서, 파장(λ)의 빛이 수평(좌우)방향으로는 각도(αχ)로, 수직(상하)방향으로는 각도(αy)로 출사하면, 원리적으로는,
λ=dχ×sinαχ (1)
λ=dy×(sinθ＋sinαy) (2)
인 관계가 성립된다.
이들의 관계로부터, 격자의 수직방향의 간격(dy)을 일정하게 하면, 파장(λ)의 빛은, 수직방향으로는 일정한 각도 성분(αy)으로 출사하게 된다. 때문에, 수직방향의 격자 간격(dy)을 일정하게 하면, 출사광은 수평 위치에 상관없이, 언제나 동일한 수직 각도가 되므로, 수평방향의 색을 일정하게 유지할 수가 있어, 좌우의 눈 에 거의 동일한 색이 인식된다.
1개의 격자와 인접하는 또 1개의 격자의 수직방향의 간격(dy)을 어느 영역에서도 같게 하기 위해서는, 2개의 격자가 동일형상으로 양자가 평행이동의 관계에 있으면 좋다.
2개의 격자가 동일한 형상이고, y방향의 간격(dy)이 일정하면, χ 방향의 간격(dχ)은 격자상의 각 점에 있어서 서서히 변화하게 되고, 수평 방향의 각도 성분(αχ)도 격자상의 각 점에 있어서 서서히 변화하기 때문에, 어느 파장의 광에 대하여 수직방향으로는 일정한 높이(회절각도 αχ)로, 수평방향으로만 공간적으로 분포한 확대되는 회절광을 얻을 수가 있다. 즉, 격자의 병설방향과 직교하는 수평방향으로 신장된 선형상 회절광을 용이하게 사출할 수가 있다.
이와 같은 관계를 회절격자 셀을 구성하는 모든 격자에 적용시키면, 수평방향으로 회절광의 색의 변화가 적은 광 확산시트를 얻을 수가 있다. 이 회절격자 셀에 의한 광 확산시트는, 수평방향에서는 색의 변화가 적기 때문에 좌우의 눈에 동일한 색으로 인식되어, 보다 자연스럽고 피로감이 적은 상을 관찰할 수 있다. 또, 수직방향으로는 무지개색으로 색이 변화하기 때문에 보다 다이나믹하고 아이캐치 효과가 높은 영상을 만들어 낼 수가 있다.
단, 용도에 따라서는, 수직방향의 무지개색의 색 변화가 바람직하지 않는 경우가 있다. 이 경우는, 회절격자의 격자의 이동거리를 변화시킨다. 이것은, 상기 식의 dy를 변화시키는 것을 의미하기 때문에, 시점 위치에서 복수의 파장의 색이 혼색되어, 백색에 가까운 색을 나타낸다. 적어도 R, G, B의 3색의 색을 혼합시킴으로써, 백색을 만들 수가 있기 때문에, 이 이동거리(dy)의 값은 3종류이상 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 광 확산시트를, 확산광을 홀로그래픽으로 촬영기록한 홀로그램이 아니고, 발산광이 발생시키는 회절격자의 집합에 의해 구성함으로써, 밝은 광 확산시트를 실현하고 있다.
광 확산시트를 표면 릴리프형의 회절격자(블레이즈드형 회절격자나 바이너리형 회절격자)로 구성하는 경우, 밝은 광 확산시트를 실현하기 위해서는, 다음과 같은 조건을 충족시킬 필요가 있다.
이미 기술한 바와 같이, 블레이즈드형 회절격자, 또는 바이너리형 회절격자에서는, 격자의 경사면에서의 정반사의 방향과 회절각이 일치한 경우, 그 회절각의 방향에 강한 회절광이 나오는 것이 알려지고 있다. 본 실시예의 광 확산시트는, 회절광이 발산하고, 또한, 수평방향으로 색의 변화가 적은 것이 요구되고 있다. 이 때문에, 격자의 경사면의 각도성분이 일정하면, 이 방향(정반사의 방향, 즉 회절각의 방향)으로 강한 회절광이 출사하게 된다.
도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 5는, 도 2, 도 3과 마찬가지로 동일 곡선을 평행 이동함으로써 구성시킨 회절격자를 나타내는 설명도이다. 이 회절격자에 대하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 θ의 각도로 경사진 상방으로부터 조 명광(주변광)이 입사했다고 상정한다. 디스플레이 정면에 강한 회절광을 회절시키기 위해서는, 1개의 격자의 경사면이 어느 점에서도 θ/2의 각도로 경사되어 있으면 좋다. 도 5의 A1-B1 단면과 A2-B2 단면은, 격자의 평행이동 방향을 따른 단면인데, 이와 같이 다른 단면에서도, 경사면의 각도는 같다. 이 경사면의 각도를 일정하게 하기 위해서는, 격자의 간격을 일정 간격, 격자의 깊이를 일정하게 하면 좋다.
도 6은 바이너리형 회절격자를 나타내는 설명도이다. 격자가 계단형상으로 구성되어 있는 경우라도, 이 격자 경사면의 수직방향의 각도 성분이 항상 일정(이 경우, θ/2)한 관계를 유지하고 있으면, 디스플레이 정면에 강한 회절광을 회절시킬 수가 있다. 도 6의 A1-B1 단면과 A2-B2 단면은, 격자의 평행이동 방향을 따른 단면인데, 이와 같이 다른 단면에서도, 경사면의 각도는 같다.
도 7은, 본 실시예의 광 확산시트를 적용한 반사형 액정 표시장치의 구성의 일례를 나타내는 설명도이다. 동 도면에 나타내는 광 확산시트는, 회절격자 셀 어레이의 표면에, 증착, 스퍼터링 등에 의해 광 반사층을 형성하여 이루어지는 반사형의 광 확산시트로서의 기능을 가지는 것이다. 액정층에 대하여 관찰자가 있는 화상 표시면측과는 반대측에, 광 확산시트를 배치하여 이루어지는 반사형의 디스플레이에 관한 설명도이다.
통상, 실내의 천정에 배치된 광원이나, 태양으로부터의 조명광(31)이, 편광판(33), 액정층(34), 편광판(35)을 통과하여, 광 확산시트(36)에서 확산 반사된다. 이 반사광(32)이 편광판(35), 액정층(34), 편광판(33)을 통과하여, 관찰자에게 표 시패턴을 시각시킨다.
특수한 광원을 필요로 하지 않는 반사형 액정 표시장치와 같이 주변 환경광을 이용하는 디스플레이의 경우, 일반적으로, 그 조명광(31)은 도 7에 나타낸 바와 같이 경사진 상방으로부터 조명되기 때문에, 광 확산시트(36)가 블레이즈드형 회절격자나 바이너리형 회절격자에 의한 것인 경우, 그 경사면은, 디스플레이의 위(천정)의 방향에 면하고 있는 것이 바람직하다.
도 7에서는, 주변 환경광을 이용하는 반사형 액정 표시장치의 경우에 관하여 예시했는데, 에지 라이트를 반사시켜서 표시광을 얻는 타입의 디스플레이에 관해서도 적용할 수가 있다. 또, 디스플레이로서는 반사형에 한정되는 것은 아니고, 광 확산시트에 광 반사층을 형성하지 않고 투광성을 유지한 채, 투과시트를 적용한 투과형 디스플레이라도 좋다. 투과형 디스플레이의 경우는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 광 확산시트(36)는 액정층(34)의 우측에, 편광층(33)과의 사이에 배치된다.
한편, 근래 액정 표시장치에 있어서, 액정층의 하측(액정층에서 보아 관찰자와 반대측)의 구동전극을 반사층으로서 겸용함(이하, 이 전극을 반사전극이라고 한다)으로써, 액정 셀의 개구율을 향상시키는 기술이 개발되어 있다. 반사전극은, 경면(鏡面)이거나, 미소한 원형의 요철이 표면에 형성되어 있다. 경면의 경우는, 전극에서의 확산이 전혀 없기 때문에, 다른 부품에 의해 표시광이 출사하는 범위(시야영역)를 넓힐 필요가 있다. 미소한 원형의 요철이 표면에 형성되어 있는 경우에는, 확산성이 불충분함과 동시에, 확산도의 제어는 곤란하다.
그래서, 반사전극을 구비하는 액정 표시장치에, 본 실시예의 광 확산 시트를 적용하는 것이 유효하게 된다. 일례로서는, 반사전극의 반사면의 위에 발산성의 회절격자 셀의 집합으로 이루어지는 광 확산시트를 배치한다. 또는, 반사전극의 반사면 그 자체에 본 실시예의 회절격자를 형성하여도 좋다. 본 발명의 광 확산시트는 유리나 실리콘을 기재로서 그 표면에 블레이즈드형 또는 바이너리형 회절격자 셀이 배열되어 있고, 액정장치의 반사전극도 통상은 유리나 실리콘 기재의 표면에 전극패턴을 형성함으로써 얻어지므로, 반사전극의 표면을 의도적으로 요철 가공하여 반사특성을 제어하는 것도 가능하다. 이것에 의해서, 효율좋게 빛을 확산시키는 것이 가능해진다. 회절격자는, 파장에 따라서 회절각도가 다르기(파장분산)때문에, 백색에 가까운 빛이 필요한 경우는, 회절격자의 주기를 비교적 좁은 영역내에서 변화시키면 좋다. 즉, 파장이 다른 회절광을 혼합함으로써, 파장 분산에 의한 영향이 회피되어, 백색에 가까운 회절광이 얻어지게 된다. 또는, 회절 격자에 의한 회절각도를 작게 하여도, 착색의 문제를 저감하여, 백색에 가까운 회절광을 얻을 수 있다.
또한, 반사 전극의 사이즈가 0. 3mm(한 변)이하의 충분히 작은 것이라면, 각 전극내에 회절격자 셀을 복수 존재시킬 필요는 없고, 전극 1개에 회절격자 셀 1개를 배치하여, 전극(회절격자 셀)의 집합으로서 회절격자 셀 어레이를 형성하게 되어도, 본 발명의 효과를 손상시키는 것이 아니다.
빛을 발산시키는 효과를 가지는 회절격자 셀의 집합에 의해 회절격자 셀 어레이(광 확산시트)를 구성하는 경우, 셀과 셀과의 경계에서 회절격자를 구성하는 격자가 절단되면, 그 부분에서는 회절에 의해 빛을 제어하는 힘이 작아진다. 액정 표시장치로 대표되는 바와 같이, 대부분의 디스플레이는, 화소구조를 가지며, 화소 와 화소와의 사이에 간극이 존재하는 경우가 많다. 액정 표시장치의 경우에는, 액정 셀의 주변의 비화소인 블랙 매트릭스가, 현저한 예이다. 그 때문에, 화소단위로 화상을 표시하는 화상 표시면에 블레이즈드형(또는 바이너리형)회절격자 셀을 구성단위로 하는 광 확산시트를 셀형상의 회절격자와 화소를 대응시켜서 배치함으로써, 화소로부터의 빛을 효율좋게 기능시킬 수가 있다. 특히, 회절격자 셀의 경계 영역에서의 회절에 의한 빛의 제어능력의 저하를 방지할 수가 있다.
다음에, 광 확산시트의 제조방법을 설명한다. 곡선으로 이루어지는 블레이즈드형 또는 바이너리형의 회절격자를 정밀하게 성형하기 위해서는, 반도체의 제조공정에서 사용되는 패턴장치를 사용할 수가 있다. 이 장치에서는, 전자 빔이나 레이저 빔을 수렴시켜서, 주사함으로써, 패턴이 형성된다.
도 9는 전자 빔에 의한 블레이즈드형 회절격자의 작성방법을 나타내는 도면이다. 톱니형상의 격자를 작성하기 위해서는, 전자 빔을 조사하는 감광재료의 영역마다의 에너지양을 서서히 변화시키고, 격자의 깊이를 서서히 제어하면서 묘화를 행하면 좋다. 동 도면에서는, 화살표의 굵기가 에너지양을 나타내고, 에너지양이 큰 영역에서는 격자가 깊게 형성된다. 전자 빔의 조사강도(에너지양)를 변조하는 방법으로서는, 도즈양을 직접 제어하는 방법, 주사 스피드(시간)변화시키는 방법, 동일개소를 복수회 주사하는 방식에 있어서 주사 회수를 변화시키는 방법 등이 있다. 또한, 이상의 설명은 바이너리형 격자에 관해서도 마찬가지이다.
레이저 빔에 있어서도, 영역마다의 에너지양을 변화시킴으로써 블레이즈드형 또는 바이너리형의 회절격자를 작성할 수 있다.
전자 빔이나 레이저 빔에 의한 묘화 이외의 방법도 가능하다. 도 10A, 도 10B는, 이온 빔에 의한 에칭으로, 4단계의 바이너리형 격자를 형성하는 방법을 개념적으로 나타내는 설명도이다. 4단계의 바이너리형 격자는 피치, 사이즈가 다른 2종류의 마스크 패턴을 이용하여 2번 에칭을 하는 것으로 제조된다. 우선, 도 10A에 나타낸 바와 같이, 제1의 피치(주기)로 제1의 사이즈(주기와 동일)의 개구가 열려있는 제1의 마스크 패턴을 이용하여 개구를 통과한 이온 빔에 의해서 감광재료를 선택적으로 에칭한다. 감광재료에는 개구에 따른 직사각형상의 오목부가 형성된다. 이어서, 도 10B에 나타낸 바와 같이, 제1의 피치의 반분인 제2의 피치로 제1의 사이즈의 반분인 제2의 사이즈의 개구가 열려있는 제2의 마스크 패턴을 이용하여 개구를 통과한 이온 빔에 의해서 제1회의 에칭이 완료된 감광재료를 선택적으로 에칭한다. 그 결과, 감광재료에는 계단형상의 오목부가 형성된다. 2매의 마스크 패턴을 이용함으로써, 22=4단의 계단형상의 오목부가 형성되므로, 마스크 패턴의 매수와 에칭의 회수를 증가시킴으로써, 더욱 단계가 증가한(2n：n은 마스크패턴의 매수)바이너리형 격자를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 이온 빔에 의한 에칭에서도 블레이즈드형 회절격자를 작성할 수 있다.
도 9, 또는 도 10A, 10B에 나타낸 바와 같이 하여 소망하는 형상의 회절격자가 표면에 형성된 감광재료를 현상하여 원판을 얻은 후, 이 원판을 토대로, 도금 등에 의해 원판의 회절격자가 재현된 스탬퍼(복제용판)를 만든다. 이 스팸퍼로 열가소성 수지시트로의 엠보싱 성형에 의해 회절격자의 대량 복제가 용이해진다.
또한, 상술한 바와 같이, 열가소성 수지시트로 광 확산시트를 형성함으로써 저비용화는 도모할 수 있지만, 열가소성 수지시트로의 엠보싱 성형에서는 미세한 회절격자를 고정밀도로 성형하는데는 한계가 있다. 한층 미세한 회절격자를 고정밀도로 성형하기 위해서는, 감광성 수지(광 경화형 수지)를 이용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예에 의하면, 회절작용에 의해 광의 사출범위(시야영역)를 임의로 설정할 수가 있고, 종래와 같은 무지향성의 확산(산란)에 비하여, 입사광의 특정 영역내에 광을 사출하는 비율, 즉 광의 유효한 이용효율을 높게 할 수 있고, 휘도가 높은 표시를 하는 것이 가능한 구성이 저렴하고 게다가 박형이면서 경량인 광 확산시트 및 그것을 이용한 표시장치를 제공할 수 있다. 또, 광 확산시트의 부분마다 회절격자의 형상, 피치, 깊이 등을 변화시킬 수가 있으므로, 부분마다 광학 기능을 변화시키는 것이 가능하기 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 빛의 방향을 변화시키면서, 빛의 확대각을 제어하는 등의 복수의 기능을 1매의 광 확산시트에 가지도록 할 수가 있고, 광학부재 수의 저감도 실현할 수 있어, 표시장치로서의 비용절감도 한층 도모할 수 있다. 블레이즈드형 회절격자, 또는 바이너리형 회절격자를 이용하고 있으므로, 입사광에서 회절광으로 변환되는 비율을 100%에 가깝게 하는 것도 가능하여, 광의 이용효율을 보다 한층 높게 할 수 있다. 또, 외부의 조명광을 고효율로 이용할 수 있기 때문에, 광원을 내장할 필요가 적어, 보다 한층 박형화를 도모할 수가 있다.
이하, 본 발명에 의한 광 확산시트의 다른 실시예를 설명한다. 다른 실시예 의 설명에 있어서 제1의 실시예와 동일 부분은 동일 참조숫자를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
제2실시예
제1실시예의 표시장치는 반사형 액정 표시장치, 또는 투과형 디스플레이의 어느 하나를 상정하고 있지만, 제2실시예는 이들을 조합시킨 타입의 디스플레이를 실현하기위한 광 확산시트이다. 즉, 외부가 충분히 밝은 환경에 있어서는 외부광만으로 표시하고, 한편 외부가 어두운 환경에 있어서는, 백라이트를 사용하여 표시하는, 광의 이용효율이 높고, 게다가 전력절약형의 디스플레이를 제공한다. 이와 같은 디스플레이는 휴대전화나 휴대 PＣ 등의 모바일 단말의 표시부로서 적합하다.
도 11은 블레이즈드형 회절격자 셀 어레이(42)의 단면형상이 좌우 비대칭인 경사면(44, 46)중의 완만한 경사면(긴 경사면)(44)에만 전반사 기능을 갖는 반사층을 형성하는 광 확산시트의 제2실시예를 나타낸다. 반사층은 알루미늄 등의 금속이나 유전체의 박막층을 증착함으로써 형성할 수 있는데, 이 방법에 한정되지않는다.
이 회절격자 셀 어레이(42)는 도 12에 나타낸 바와 같이, 경사진 상방의 관찰영역에서 관찰한 경우, 경사면(46)은 관찰영역 방향으로의 회절광에는 관여하지 않기때문에, 경사면(46)의 반사층의 유무에 상관없이, 관찰영역 방향에서는 고휘도의 회절광을 관찰할 수 있는 반사형의 광 확산시트로서 기능한다. 경사면(46)은 광을 투과하는 기능을 가질 수가 있기때문에, 회절격자 셀의 입사광을 투과시킬 수가 있다.
이 때문에, 경사진 상방으로부터의 입사광에 대하여 반사층을 형성한 경사면(44)이 회절 격자로서 기능하고, 특정한 관찰영역의 방향으로 강한 회절광을 반사시킬 수가 있다. 이것은 실내의 조명이나 자연광 등의 주변광에 의해 표시 패턴을 선명하게 표시할 수 있는 것을 의미한다.
도 13은 투과형의 광 확산시트로서 기능하는 경우의 광학특성을 나타내는 도면이다. 배면으로부터 입사하는 광은 반사면(44)의 이면에서 반사하고, 그 반사광이 투과면(46)을 통하여 인접한 반사면(44)의 표면에서 반사하고, 그 반사광이 광 확산시트의 전면에 출사한다. 또, 투과면(46)을 직접적으로 투과하는 입사광도 있다.
도 14는 제2실시예의 광 확산시트를 이용한 액정 표시장치를 나타낸다. 액정층(50)의 배면에 백라이트 광원(48)이 형성되고, 양자의 사이에 광 확산시트(42)가 배치된다. 백라이트가 오프일 때는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 경사진 상방으로부터의 주변광을 반사면(44)에서 반사하여, 전방으로 관찰광을 조사한다. 백라이트가 온하면, 도 13과 같이 백라이트가 직접적으로 투과면(46)을 투과하거나, 또는 반사면(44)에서 반사하여 투과면(46)을 투과하고, 인접하는 반사면(44)에서 반사하여, 전방으로 관찰광으로서 출사된다. 물론, 백라이트가 온이라도, 주변광은 도 12에 나타낸 바와 같이 반사하여 관찰광이 된다.
제1실시예의 변형예와 마찬가지로 제2실시예도 액정층의 하측의 구동전극(반사전극)으로서 제2실시예의 광 확산시트를 적용하여도 좋다.
제2실시예에 의하면, 내장 조명과 외광 조명의 쌍방에서 관찰가능한 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 또한, 바이너리형 회절격자에 관해서도, 계단형상의 경사면에 마찬가지로 반사층을 형성함으로써, 동일한 효과가 얻어진다.
제3실시예
도 15는, 본 실시예에 의한 광 확산시트의 구성예를 나타내는 정면도이다.
본 실시예에 의한 광 확산시트는, 광 반사성 또는 광 투과성을 가지는 재질로 이루어지는 평면형상의 기판(60)에, 동일 형상의 복수의 곡선형상(본 예에서는, 원호형상)의 격자를 소정방향(본 예에서는, 수직방향)으로 서로 거의 평행하게 병설하여 이루어지는 회절격자 셀(62)을 매트릭스형상으로 복수개 배열설치되어 이루어져 있다.
각 회절격자 셀(62) 내의 격자의 병설간격(도 3의 dy)은 균일하지않고, 서서히 변화시키고 있다. 회절격자의 곡선의 형상은, 병설방향과 직교하는 방향(본예에서는, 수평방향)으로의 광의 확대방법에 의존한다.
회절격자는 상술의 실시예와 마찬가지로 블레이즈드형 회절격자나 바이너리형 회절격자를 사용할 수 있다. 즉, 제3실시예는 도 2에 도시한 제1실시예의 회절격자에 있어서, 격자 간격이 서서히 변화한 것과 같다. 제1실시예에서는 격자간격은 일정하다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의한 광 확산시트에 있어서는, 제1 실시예와 마찬가지로, 빛을 입사하면 회절 광학적인 작용에 의해 회절광(주로 1차 회절광)이 특정 영역으로 확대되어 사출되기때문에, 빛의 사출범위(시야영역)를 임의로 설정할 수가 있다. 이 때문에, 상술한 종래와 같은 무지향성의 확산(산란)에 비하 여, 입사광의 특정영역내에 광을 사출하는 비율, 즉 광의 유효한 이용효율을 높게 할 수가 있다.
또, 광 확산시트(4)를 구성하는 회절격자 셀(62)의 크기나 회절격자(2)의 종류를 적절히 설정함으로써, 특정영역내에서의 광의 강도 분포를 균일하게 할 수도 있다. 구체적으로는, 셀의 크기에 의존하는 회절의 확대에 의해, 종류가 다른 회절격자로부터의 1차 회절광끼리의 간극을 메우도록 하면 좋다.
이것에 의해, 관찰시에는 특정 영역내에서 관찰하면, 밝고 전체가 균일하게 비쳐서 인식되도록 할 수가 있다.
또, 그 때에 관찰자가 시점을 이동하여도, 그 영역내에 시점이 있는 한, 안정되게 비쳐서 관찰할 수가 있다.
또한, 회절격자로서 표면 릴리프형 회절격자를 사용하고 있으므로, 엠보싱기술에 의한 양산에 적합하고, 저렴한 대량생산이 가능함과 동시에, 구성이 소형으로 저렴하고, 게다가 박형, 경량으로 할 수가 있다.
반사시트로서 사용하면, 외부의 조명광을 고효율로 이용할 수 있기때문에, 광원을 내장할 필요가 없어, 소형화를 도모할 수가 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 각 회절격자 셀(62) 내에서는, 격자는 병설방향에 있어서의 간격을 연속적으로 변화시키고 있으므로, 어느 파장의 빛에 관하여, 병설방향과 직교하는 수평방향뿐만 아니라, 병설방향(수직방향)으로도 공간적으로 확대되어 분포한 회절광을 사출할 수가 있다.
이 때, 병설방향(수직방향)에 있어서의 회절광의 사출범위는, 회절격자 셀(62)에 포함되는 병설방향의 격자간격의 범위에 의존하고, 병설방향과 직교하는 방향(수평방향)에 있어서의 회절광의 사출범위는, 회절격자의 곡선형상에 의존하다. 따라서, 회절격자 셀(62)을 적당히 설정하면, 임의의 사출범위에 대응한 광 확산시트를 구성하는 것이 가능하다.
셀 내의 국소적인 격자간격(dy)은 상기 식(2)에 있어서, 회절각(αy)의 탄젠트, 또는 회절각(αy)이 일정간격씩 다르게 되어있다.
도 16A, 도 16B는, 본 실시예에 있어서의 광 확산시트의 1개의 회절격자 셀(62)로부터의 1차 회절광의 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 도 16A는 어느 파장(λ1)의 입사광에 대한 회절광의 범위(64a)를 나타내고, 도 16B는 다른 파장(λ2)의 입사광에 대한 회절광의 범위(64b)를 나타낸다.
그 때문에, 도 17에 나타낸 바와 같이, 1개의 회절격자로부터의 다른 파장의 회절광의 범위가 중복되는 영역(66)이 존재한다. 설명의 단순화를 위해서 파장은 2개로 했는데, 3개 이상의 파장의 회절광도 마찬가지로 범위가 중복된다.
도 18은 회절광의 수직방향의 강도분포이다. 어느 파장에 관하여, 범위(66)에 있어서는 광 강도는 일정하다.
이 때문에, 백색광을 광 확산시트에 입사하면, 복수의 파장의 회절광의 출사범위가 중복되는 범위는 복수의 파장성분이 혼합되므로, 관찰자에게는 백색으로 비쳐서 관찰된다. 또한, 관찰자의 시점이 이동하여도, 병설방향, 및 병설방향과 직교하는 수평방향 모두, 각각 특정범위에서 비쳐서 인식되게 되어, 시야 인지영역이 확대된다.
제 3실시예에서는, 병설방향에 있어서의 격자간격을 연속적으로 변화시키고 있는 경우에 관하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 병설방향에서의 격자간격을 단속적(간헐적)으로 변화시켜도 좋고, 간격의 대소가 혼동되어 배열되어 있어도 좋다.
이와 같이 제3실시예에 의하면, 회절 광학적인 작용에 의해, 빛의 사출범위(시야영역)를 임의로 설정할 수가 있고, 또 그 시야영역내에서 빛의 강도 분포를 균일하게 할 수 있고, 또한 광의 이용효율을 높여서 휘도가 높은 표시를 하는 것이 가능한 구성이 저렴하고 게다가 박형이면서 경량인 광 확산시트를 제공할 수 있다.
제 4실시예
제 3실시예는 1개의 회절격자 셀 내에서 격자 간격을 변화시켜서 병설방향(수직방향)으로도 공간적으로 확대되어 분포한 회절광을 사출하고 있는데, 제 4실시예에서는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 각 회절격자 셀 내에서는 격자간격을 일정하게 하고, 그러나, 셀 어레이를 구성하는 셀 상호간에서는 격자간격을 변화시켜서 셀 어레이 전체적으로 격자간격을 변화시키고 있다.
격자간격(dy)은 상기 식(2)에 있어서, 회절각(αy)의 탄젠트, 또는 회절각(αy)이 일정 간격씩 다르게 되어있다.
또한, 격자간격의 차이는, 셀 자신에 의한 회절광의 반치전폭에 상당하는 값이하, 또는 셀 자신에 의한 회절광의 확대폭에 상당하는 값 이하로 되어있다. 이 때문에, 회절격자 셀을 구성하는 회절격자에 의한 회절광의 분포의 곡간(谷間)을, 셀 자신의 회절광의 확대 광이 메우기 때문에, 회절격자 셀 어레이로부터는 특정 영역내에서 거의 균일한 빛의 강도분포를 얻을 수가 있다.
도 20은, 격자간격의 차이로서, 셀 자신에 의한 회절광의 반치전폭에 상당하는 값이하로 하고 있는 경우의 회절광 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 실선으로 나타내는 2개의 강도분포는 각각 다른 회절격자 셀로부터의 회절광 분포를 나타낸다. 이 2개의 분포가 합성된 것이 파선으로 나타내는 분포이고, 어느 범위(수직방향)에 있어서, 제3실시예와 마찬가지로, 광 강도를 일정하게 할 수가 있다.
도 21은 격자간격의 차이로서, 셀 자신에 의한 회절광의 확대폭에 상당하는 값이하로 되어 있는 경우의 회절광 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 실선으로 표시하는 2개의 강도분포는 각각 다른 회절격자 셀로부터의 회절광 분포를 나타내고, 일점쇄선으로 표시하는 2개의 강도분포는 입사광에 각도 분포폭이 있는 경우의 각각의 회절격자 셀로부터의 회절광 분포를 나타낸다. 이 일점쇄선으로 표시하는 2개의 분포를 합성한 것이 파선으로 나타내는 분포로, 어느 범위(수직방향)에 있어서, 제3실시예와 마찬가지로, 광 강도를 일정하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제4실시예에 의해서도 제3실시예와 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.
제4실시예에서는, 병설방향에 있어서의 회절격자 셀 사이에서 격자 간격이 연속적으로 변화하고 있는 경우에 관하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 병설방향에 있어서의 격자간격을 단속적(간헐적)으로 변화시켜도 좋고, 간격의 대소가 혼동되어 배열되어 있어도 좋다. 또, 도 19의 예에서는 동일한 행의 셀은 동일한 격자간격으로 했는데, 이것에 한정되지 않고, 동일한 열의 셀은 동일한 격자간격으로 해도 좋으며, 셀 어레이 중에 격자간격이 다른 셀을 랜덤으로 배치하여도 좋다.
도 20, 도 21은 2개의 회절격자 셀로부터의 회절광 분포에 관하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 3개 이상의 회절격자 셀에 관해서도 동일한 현상이 성립된다. 분포가 중복되는 셀의 수가 많아짐에 따라서, 보다 넓은 범위에, 및/또는 보다 균일한 회절광 분포를 형성하는 것이 가능하다.
제 5실시예
도 22는 표시장치의 실시예를 나타내는 것으로, 본 실시예는 제 3 또는 제 4실시예의 구성을 가지는 광 확산시트(70)를, 광의 투과를 제어하여 표시하는 액정 표시소자 등의 표시체(72)의 배면에 배치하여 이루어져 있다.
이것에 의해, 시야영역으로서 설정한 범위내에서 밝고 균일하게 비쳐 보이는 투과형 표시장치를 실현할 수가 있다.
마찬가지로, 제 3, 또는 제 4실시예의 구성을 가지는 투과성의 광 확산시트를 투과형 표시체의 전면에 배치하여도 좋다.
또, 광 확산시트를, 광의 반사를 제어하여 표시하는 반사형 표시체의 전면에 대향시켜서 배치하여 반사형 표시장치를 구성하는 경우에 관해서도, 마찬가지로 적용할 수 있다.
이와 같이 제5실시예에 의하면, 회절 광학적인 작용에 의해, 광의 사출범위(시야영역)를 임의로 설정할 수가 있고, 또 그 시야영역내에서 광의 강도분포를 균 일하게 할 수 있고, 또한 광의 이용효율을 높여서 휘도가 높은 표시를 하는 것이 가능한 구성이 저렴하고 게다가 박형이면서 경량인 표시장치를 제공할 수 있다.
제 6실시예
회절격자와는 다른 미세한 오목부 또는 볼록부로 이루어지는 광산란 요소를 기재상에 형성하여(요철가공을 실시하여), 조면화함으로써, 광산란을 실현하는 방법이 종래부터 행해지고 있다. 도 23A에 장방형의 볼록형 광산란 요소를, 도 23B에 타원형의 볼록형 광산란 요소를 형성한 예를 나타낸다. 볼록형 요소가 아니고, 오목형 요소를 형성하여도 좋다.
종래는, 에칭에 의한 방법이나 표면부를 약품 등으로 거칠게 하는 방법에 의해 요철가공을 하고 있었다. 그러나, 이들의 방법에서는, 표면부의 각 미소영역에 있어서 형성하는 요철의 정도를 변화시키는 것에 의해 산란의 정도를 변화시키는 것은 곤란하다.
그러나, 제 1실시예에서 설명한 바와 같은 반도체의 제조공정에서 사용되는 패터닝장치를 이용하면, 형성하는 오목부나 볼록부의 비율·형상 등을 임의로 제어하여, 기재표면에 패터닝하는 것이 가능하다. 미세한 요철로 이루어지는 광산란 요소는, 표면형상이, 단축과 장축을 가지는 편심된 형상(장방형, 타원형 등)이 적합하고, 평면형상의 기재에 대하여 오목부 또는 볼록부로서 형성된다. 광산란 요소의 단축, 장축방향의 길이를 변화시킴으로써, 그것과 직교하는 방향에 대한 빛의 산란성을 제어할 수 있다. 광산란요소를 랜덤으로 배치함으로써, 특정의 파장이 특정방향에서 강렬해지는 것을 회피하기때문에, 산란광의 분포를 연속적으로 할 수 있고, 특히 백색광으로 조명되고 있는 경우, 산란광을 백색으로 할 수 있게 된다. 광 산란체에 의한 산란광의 강도는, 광 산란체 내에 있는 광산란 요소의 밀도, 또는 광산란체의 요철의 깊이(높이)에 의해 변화시킬 수가 있다. 이와 같이, 형성하는 오목부나 볼록부의 비율·형상 등을 임의로 제어함으로써, 산란의 정도(각도, 반사광의 강도)를 변화시킬 수가 있다.
이와 같은 광산란 시트를 본 발명의 어느 한 실시예와 조합시켜서 사용하면, 더욱 양호한 산란특성을 기대할 수 있다. 도 24에 일례로서 제1실시예의 회절격자 셀어레이에 도 23A의 광산란 시트를 조합시킨 예를 나타낸다. 여기서는, 장방형의 광산란 요소는 단축방향이 회절격자의 병설방향과 일치하고 있고, 회절격자와 산란요소의 산란방향이 일치하고 있다. 또, 회절격자 셀 이외(셀 주변)에도 광산란 요소가 형성되어 있다. 그러나, 광산란 요소의 배치의 양태는 요구되는 광학 특성에 따라서 임의로 결정하면 좋다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지않고, 각종 변형하여 실시가능하다. 예를 들면, 각 실시예에서는 회절격자 셀을 2차원 매트릭스형상으로 배열설치하는 경우에 관하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 회절격자 셀을 어레이형상(1차원 매트릭스형상)으로 배열설치하는 구성으로 하여도 좋다. 회절격자 셀을 구성하는 회절격자의 형상을 원호형상으로 하는 경우에 관하여 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 그 외의 곡선형상으로 하도록 하여도 좋다. 실시예는, 액정 표시장치에 관하여 설명했는데, 플라즈마 디스플레이, CRT디스플레이 등에도 적용 가능하다.
본 발명에 의하면, 회절작용을 이용하여 빛의 이용효율이 높은 광학 시트를 제공할 수가 있다. 또, 본 발명에 의하면, 회절작용을 이용하여 빛의 사출범위(시야영역)를 임의로 설정할 수 있는 광학시트를 제공할 수도 있다. 또한, 시야영역내에서 빛의 강도분포를 균일하게 할 수도 있다.

Claims (60)

  1. 병설된 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 상기 회절격자 셀의 표면에 미세 장방형 또는 타원의 볼록부 또는 오목부가, 그 단변이 상기 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 다른 것을 특징으로 하는 광학시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 같고, 평행이동의 관계로 있는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자는 경사면의 각도가 균일한 것을 특징으로 하는 광학시트.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지며, 완만한 경사면의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  8. 삭제
  9. 표시화상을 형성하는 액정층과,
    상기 액정층의 배면에 배치되고, 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 상기 회절격자 셀의 표면에 미세 장방형 또는 타원의 볼록부 또는 오목부가, 그 단변이 상기 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 반사성의 광학시트를 구비한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 다른 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 같고, 평행이동의 관계로 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자는 경사면의 각도가 균일한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지며, 완만한 경사면의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 삭제
  17. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀과 화소가 1 대 1로 대응하고 있는 것을 특징으 로 하는 표시장치.
  18. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀의 배치 피치와 상기 화소의 배치 피치는, 한쪽이 다른쪽의 정수배인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지고, 완만한 경사면은 상기 표시장치의 화면의 상방에 면하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 표시화상을 형성하는 액정층과,
    상기 액정층의 표면에 배치되고, 복수의 블레이즈드형 또는 바이너리형의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 상기 회절격자 셀의 표면에 미세 장방형 또는 타원의 볼록부 또는 오목부가, 그 단변이 상기 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 투과성의 광학시트를 구비한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 다른 것을 특징으로 하는 표시장치.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 같고, 평행이 동의 관계로 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  23. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  24. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자는 경사면의 각도가 균일한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  25. 삭제
  26. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀과 화소가 1 대 1로 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  27. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀의 배치 피치와 상기 화소의 배치 피치는, 한쪽 이 다른쪽의 정수배인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  28. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지며, 완만한 경사면은 상기 표시장치의 화면의 상방에 면하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  29. 제 20항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 표면에, 미소한 장방형, 타원의 볼록부, 또는 오목부가 그 단변이 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  30. 병설된 복수의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고,
    상기 회절격자 셀의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성되어 있고,
    상기 회절격자 셀의 표면에 미세 장방형 또는 타원의 볼록부 또는 오목부가, 그 단변이 상기 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 회절격자 셀은 블레이즈드형 회절격자 셀인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  32. 제 30항에 있어서, 상기 회절격자 셀은 바이너리형 회절격자 셀인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  33. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1개의 회절격자 셀의 격자의 병설방향의 피치(dy)는
    회절격자 셀에의 입사광의 입사각도(수직방향)를 θ로 하고,
    회절광의 출사각도(수직방향)를 (αy)로 하고,
    회절광의 파장을 λ(=dy ×(sinθ＋sinαy))로 했을 때, αy 또는 αy 의 탄젠트가 일정 간격씩 바뀌도록 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  34. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1개의 회절격자 셀의 격자의 병설방향의 피치는 일정하고, 격자의 병설방향으로 나열된 복수의 회절격자 셀 사이에서 격자의 병설방향의 피치(dy)는
    회절격자 셀에의 입사광의 입사각도(수직방향)를 θ로 하고,
    회절광의 출사각도(수직방향)를 αy로 하고,
    회절광의 파장을 λ(=dy ×(sinθ＋sinαy))로 했을 때, αy 또는 αy 의 탄젠트가 일정 간격씩 바뀌도록 변화하고 있는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  35. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1개의 회절격자 셀의 격자의 병설방향의 피치는 일정하고, 격자의 병설방향으로 나열된 복수의 회절격자 셀 사이에서 격자의 병설방향의 피치는 적어도 2개 있고, 피치의 차이는, 셀 자신에 의한 회절광의 반치전폭에 상당하는 값 이하, 또는 셀 자신에 의한 회절광의 확대폭에 상당하는 값 이하인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  36. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 같고, 평행이동의 관계로 있는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  37. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자는 경사면의 각도가 균일한 것을 특징으로 하는 광학시트.
  38. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  39. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지며, 완만한 경사면의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  40. 삭제
  41. 표시화상을 형성하는 액정층과,
    상기 액정층의 배면에 배치되고, 병설된 복수의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 상기 회절격자 셀의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성되어 있고, 상기 회절격자 셀의 표면에 미세 장방형 또는 타원의 볼록부 또는 오목부가, 그 단변이 상기 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 반사성의 광학시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 다른 것을 특징으로 하는 표시장치.
  43. 제 41항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 같고, 평행이동의 관계로 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  44. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  45. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자는 경사면의 각도가 균일한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  46. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  47. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지며, 완만한 경사면의 표면은 반사층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  48. 삭제
  49. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀과 화소가 1 대 1로 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  50. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀의 배치 피치와 상기 화소의 배치 피치는, 한쪽이 다른쪽의 정수배인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  51. 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지며, 완만한 경사면은 상기 표시장치의 화면의 상방에 면하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  52. 표시화상을 형성하는 액정층과,
    상기 액정층의 표면에 배치되고, 병설된 복수의 곡선형상의 격자로 이루어지는 회절격자 셀이 매트릭스형상으로 배치되어 이루어지고, 상기 회절격자 셀의 격자는 적어도 2개의 병설방향의 피치로 형성되어 있고, 상기 회절격자 셀의 표면에 미세 장방형 또는 타원의 볼록부 또는 오목부가, 그 단변이 상기 격자의 병설방향과 일치하도록 형성되어 있는 투과성의 광학시트를 구비한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  53. 제 52항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 다른 것을 특징으로 하는 표시장치.
  54. 제 52항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 복수의 격자는 형상이 같고, 평행이동의 관계로 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  55. 삭제
  56. 제 52항 내지 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자는 경사면의 각도가 균일한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  57. 삭제
  58. 제 52항 내지 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀과 화소가 1 대 1로 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  59. 제 52항 내지 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층은 매트릭스형상으로 배치된 화소를 구비하고,
    상기 광학시트의 회절격자 셀의 배치 피치와 상기 화소의 배치 피치는, 한쪽이 다른쪽의 정수배인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  60. 제 52항 내지 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회절격자 셀의 격자의 단면형상은 완만한 경사면과 급한 경사면을 가지고, 완만한 경사면은 상기 표시장치의 화면의 상방에 면하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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