KR101383974B1 - 표시 장치 및 표시 장치용 백라이트 - Google Patents

표시 장치 및 표시 장치용 백라이트 Download PDF

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Abstract

일 실시 형태에 따르면, 표시 장치는 도광체, 광원, 파장 선택 투과층 및 광 제어층을 포함한다. 상기 도광체는, 제1 주면, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면, 및 상기 제1 주면과 상기 제2 주면을 접속하는 측면을 갖는다. 상기 파장 선택 투과층은 상기 제2 주면 위에 설치되어 있다. 상기 제1 주면은 상기 제1 주면에 대하여 경사진 경사면들을 갖는 복수의 오목부를 갖는다. 상기 제1 주면의 면적에 대한, 상기 복수의 오목부를 상기 제1 주면에 투영한 총면적의 비율은 8% 내지 25%이다. 상기 복수의 오목부는 상기 제1 주면에 균일하게 설치되어 있다.

Description

표시 장치 및 표시 장치용 백라이트{DISPLAY DEVICE AND BACKLIGHT FOR DISPLAY DEVICE}
<관련 출원의 상호 참조>
본원은 2011년 9월 20일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2011-204528호에 기초하여 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
본 명세서에 개시된 실시 형태는 일반적으로 표시 장치 및 표시 장치용 백라이트에 관한 것이다.
예를 들면, 노트북 컴퓨터 및 스마트 폰 등의 휴대 기기에서는, 전원으로서 전지가 사용되는 경우가 있다. 따라서, 저소비 전력화를 도모하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 휴대 기기의 표시 장치로서, 예를 들면 2매의 기판 사이에 액정층이 설치된 액정 표시 장치가 사용되는 경우가 있다. 액정 표시 장치에서는, 복수의 화소 각각에 청색, 녹색 및 적색 컬러 필터를 설치함으로써 컬러 표시가 행해진다. 컬러 필터로서, 특정한 파장을 갖는 광을 흡수하는 컬러 필터를 이용하여, 높은 색 재현성을 얻고자 한다면, 컬러 필터에 의한 광의 흡수에 의해, 광의 이용 효율이 저하되어, 표시가 어두워진다.
이러한 표시 장치에서, 색이 아름답고, 표시가 밝으며, 콘트라스트가 양호한 컬러 표시를 저소비 전력에서 실현하기 위해서는, 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 도광체를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 4는 참고예에 따른 표시 장치의 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 5는 도광체로부터 출사된 광의 지향 각분포(directivity angular distribution)를 도시하는 그래프이다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 특성의 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 실험에서 사용된 표시 장치를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 다른 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 모델을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 10은 참고예에 따른 표시 장치의 모델을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 11은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 또 다른 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 모델을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 13의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 또 다른 특성의 시뮬레이션 결과 및 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 14는 도광체의 모델 및 실험에 사용된 도광체를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 표시 장치의 도광체를 도시하는 모식도이다.
도 16의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 또 다른 표시 장치의 도광체를 도시하는 모식도이다.
도 17은 제2 실시 형태에 따른 표시 장치용 백라이트의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
일 실시 형태에 따르면, 표시 장치는 도광체, 광원, 파장 선택 투과층 및 광 제어층을 포함한다. 상기 도광체는, 제1 주면, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면, 및 상기 제1 주면과 상기 제2 주면을 접속하는 측면을 갖는다. 상기 광원은 상기 측면으로부터 상기 도광체의 내부에 광을 입사시킨다. 상기 파장 선택 투과층은, 상기 제2 주면 위에 설치되고, 제1 영역과 제2 영역을 갖는다. 상기 제1 영역은 가시광 중 제1 파장대의 광을 투과시키고 상기 제1 파장대를 제외한 파장대의 광을 반사시킨다. 상기 제2 영역은 가시광 중 상기 제1 파장대와 상이한 제2 파장대의 광을 투과시키고 상기 제2 파장대를 제외한 파장대의 광을 반사시킨다. 상기 광 제어층은, 상기 파장 선택 투과층 위에 설치되고, 통과하는 광의 강도를 변화시킨다. 상기 제1 주면은 상기 제1 주면에 대하여 경사진 경사면들을 갖는 복수의 오목부를 갖는다. 상기 제1 주면의 면적에 대한, 상기 복수의 오목부를 상기 제1 주면에 투영한 총면적의 비율은, 8% 내지 25%이다. 상기 복수의 오목부는 상기 제1 주면에 균일하게 설치되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 부분간의 크기의 비율 등은 반드시 실제 값과 동일한 것은 아니다. 또한, 동일한 부분에 대하여도, 치수 및 비율은 도면 간에 상이하게 나타낼 수 있다.
본원의 명세서와 도면에서, 여기에 상술한 도면에 대하여 기재한 바와 마찬가지의 구성요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절히 생략한다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 실시 형태에 따른 표시 장치의 예로서, 액정을 이용하는 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 도광체를 도시하는 모식적 평면도이다.
또한, 도 2는 도광체(71)의 제1 주면(71a)에 대해 수직한 방향으로 볼 때의 모식적 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)는, 조명 유닛(표시 장치용 백라이트)(70), 제1 기판(11), 파장 선택 투과층(20), 광 제어층(50), 파장 선택 흡수층(40) 및 제2 기판(12)을 포함한다.
조명 유닛(70)은 도광체(71), 반사막(72) 및 광원(73)을 포함한다. 도광체(71)는, 제1 주면(71a), 제1 주면(71a)과 반대측의 제2 주면(71b), 제1 측면(71c), 및 제1 측면(71c)과 반대측의 제2 측면(71d)을 갖는다. 제1 주면(71a)은 제2 주면(71b)과 평행하다. 제1 주면(71a)은 파장 선택 투과층(20) 및 광 제어층(50)이 설치된 측과 반대측에 형성된 면이다. 제2 주면(71b)은 파장 선택 투과층(20) 및 광 제어층(50)이 설치된 측에 형성된 면이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 도광체(71)의 제1 주면(71a)에는 구조체(74)가 설치되어 있다. 구조체(74)는, 예를 들면, 광의 진행 방향을 변화시키는 기능을 갖는다. 구조체(74)는, 예를 들면, 광을 반사시켜, 광의 진행 방향을 변화시킨다. 도 2에 도시한 바와 같이, 구조체(74)는, 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 대략 평행하게 연장된다. 구조체(74)로서는, 예를 들면, 홈 등의 요철 형상을 갖는 구조체가 이용된다. 도 1에 도시한 표시 장치(110)에서는, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 갖는 오목부(74d)가 구조체(74)로서 이용된다.
반사막(72)은 도광체(71)의 제1 주면(71a) 및 제2 측면(71d)에 설치된다. 도 1에 도시한 표시 장치(110)에서는, 반사막(72)과, 도광체(71)의 제1 주면(71a) 및 제2 측면(71d) 사이에 간극이 설치되어 있지만, 반사막(72)은, 도광체(71)의 제1 주면(71a) 및 제2 측면(71d)과 접하여 있을 수 있다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 도광체(71)의 제1 주면(71a)은, 제1 주면(71a)에 대하여 경사진 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 갖는 복수의 오목부(74d), 및 복수의 오목부(74d)가 설치되어 있지 않은 평탄부(71e)를 갖는다. 오목부(74d)는, 제1 주면(71a)의, 제1 측면(71c)과 접하는 변과 대략 평행하게 연장된다. 또한, 도 1에 도시한 표시 장치(110)에서와 같이, 제1 주면(71a)과 제1 측면(71c)에 대하여 경사진 테이퍼부(75)가 형성되는 경우, 오목부(74d)는, 제1 주면(71a)의, 테이퍼부(75)와 접하는 변, 또는 제1 측면(71c)의, 테이퍼부(75)와 접하는 변과 대략 평행하게 연장된다.
제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 비수직하다. 즉, 제1 측면(71c)은, YZ면과 평행하고, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 YZ면에 대하여 경사져 있다. 바꿔 말하면, 도광체(71)의 제1 주면(71a)에 대해 수직한 방향으로 볼 때에(Z축 방향으로 볼 때에), 제1 경사면(74a)의 법선 및 제2 경사면(74b)의 법선은 제1 측면(71c)의 법선과 평행하다. 즉, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 각각, 제1 측면(71c)과 대략 평행한 변을 갖는다.
도 1에 도시한 도광체(71)에서는, 제1 주면(71a)과 제1 측면(71c)에 대하여 경사진 테이퍼부(75)가 형성되어 있다. 또한, 제2 주면(71b)과 제1 측면(71c)에 대하여 경사진 테이퍼부(75)가 형성되어 있다. 본원의 명세서에서는, 대응하는 테이퍼부(75)와, 제1 주면(71a) 또는 제2 주면(71b) 간의 각을 경사 각도 θT로서 규정한다. 테이퍼부(75)의 경사 각도 θT는 약 10°이다. 또한, 본원의 명세서에서는, 도 1에 도시한 모식적 단면에서, 제1 주면(71a) 또는 제2 주면(71b)과 평행한 방향의 테이퍼부(75)의 길이를 LT로서 규정한다. 테이퍼부(75)의 길이 LT는, 예를 들면 약 4밀리미터(mm) 내지 5mm이다. 이하, 테이퍼부(75)에 대하여 설명한다.
광원(73)은 광을 생성한다. 광원(73)에는, 예를 들면 반도체 발광 소자(예를 들면, LED)가 이용된다. 광원(73)은 도광체(71)의 제1 측면(71c)에 배치된다.
반사막(72)은 도광체(71)의 제1 주면(71a) 및 도광체(71)의 제2 측면(71d)에 부착된다. 즉, 도광체(71)는, 제1 주면(71a)에 부착된 반사막(72)과, 제1 기판(11) 사이에 배치된다.
광원(73)에서 생성된 광은, 제1 측면(71c)으로부터 도광체(71)의 내부에 입사한다. 도광체(71)의 내부에 입사한 광은, 도광체(71)와 공기 간의 계면에서 예를 들면 전반사되면서, 그 광은 도광체(71) 내에 전파된다. 대안으로서, 도광체(71)의 내부에 입사한 광은 반사막(72)에서 반사되면서, 그 광은 도광체(71) 내에 전파된다. 또한, 제2 측면(71d)은, 제2 측면(71d)에 부착된 반사막(72)에서 반사된 광이 원하는 범위 내의 지향 각분포를 갖도록, 제1 주면(71a)에 대하여 수직하지 않고 경사져 있을 수 있다(도 17 참조).
구조체(74)는, 도광체(71) 내에 전파되는 광의 진행 방향을 변화시켜, 광을 효율적으로 파장 선택 투과층(20)에 입사시킨다. 이때, 상술한 바와 같이, 도 1에 도시한 표시 장치(110)에서는, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 갖는 오목부(74d)가 구조체(74)로서 이용된다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 오목부(74d)는 소위 V자형의 홈 형상을 갖는다. 오목부(74d)는 제1 주면(71a)에서 개구되어 있다. 바꿔 말하면, 오목부(74d)는, 복수의 평탄부(71e)가 설치되어 있지 않은 부분에 설치되어 있다. 구조체(74)의 면적율은, 예를 들면 약 8 내지 25%인 것이 바람직하다. 구조체(74)의 면적율은, 예를 들면 약 15%인 것이 보다 바람직하다. 구조체(74)는 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하게 설치되어 있다. 따라서, 구조체(74)의 면적율은, 제1 주면(71a)의, 광원(73)에 가까운 부분에서도 광원(73)으로부터 먼 부분에서도 균일하다. 즉, 구조체(74)의 면적율은 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하다.
여기에서, 본원의 명세서에서, "구조체의 면적율"이란, 제1 주면(71a)의 면적에 대한, 복수의 오목부(74d)를 제1 주면(71a)에 투영한 총면적의 비(proportion) 및 비율(ratio)을 지칭한다. 또한, 오목부(74d)를 제1 주면(71a)에 투영한 면적이란, 도광체(71)를 Z축 방향에서 볼 때에 나타내는 오목부(74d)의 사각형의 면적을 지칭하며, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)의 면적의 합을 지칭하는 것은 아니다(도 2 참조). 즉, 도 1 및 도 2에 도시한 도광체(71)에서는, 오목부(74d)를 제1 주면(71a)에 투영한 면적이란, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 제1 주면(71a)에 투영한 면적을 지칭할 수 있다.
이에 따르면, 도광체(71)로부터 파장 선택 투과층(20)을 향해서 출사되는 광량(광 취출량)을 더 증가시킬 수 있다. 즉, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이하, 구조체(74)의 형상, 기능 등에 대하여 설명한다.
이러한 방식으로, 조명 유닛(70)은, 파장 선택 투과층(20)으로부터 파장 선택 흡수층(40)을 향하는 방향을 따라, 파장 선택 투과층(20)에 조명광(70L)을 입사시킨다. 대안으로서, 조명 유닛(70)의 광원(73)으로부터 출사된 광이 제1 기판(11) 내에 전파되고, 전파된 광이 도광체(71)로 진행하여 반사막(72)에서 반사된 후, 그 광은 파장 선택 투과층(20)에 입사할 수 있다.
제1 기판(11) 및 제2 기판(12)은 광 투과성을 갖는다. 제1 기판(11) 및 제2 기판(12)로서는, 예를 들면, 글래스, 수지 등이 이용된다. 제1 기판(11)은, 제1 주면(11a), 및 제1 주면(11a)과 반대측의 제2 주면(11b)을 갖는다.
파장 선택 투과층(20)은 제1 기판(11)의 제1 주면(11a) 위에 설치된다.
여기에서, 제1 주면(11a)과 수직한 방향을 Z축 방향(제1 방향)으로서 규정한다. Z축 방향과 수직한 1개의 축을 X축 방향(제2 방향)으로서 규정한다. Z축 방향과 X축 방향과 수직한 축을 Y축 방향으로서 규정한다.
본원의 명세서에서, 제1 구성요소가 제2 구성요소 위에 설치된 상태는; 제1 구성요소가 제2 구성요소와 접하여 제2 구성요소 위에 배치된 상태, 및 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 다른 구성요소가 삽입되어 제1 구성요소가 제2 구성요소 위에 설치된 상태를 포함한다.
파장 선택 투과층(20)은 복수의 영역을 갖는다. 도 1에 도시한 표시 장치(110)에서, 파장 선택 투과층(20)은 제1 영역(20a), 제2 영역(20b) 및 제3 영역(20c)을 갖는다. X-Y 평면에는, 복수의 제1 영역(20a), 복수의 제2 영역(20b) 및 복수의 제3 영역(20c)이 설치되어 있다.
제1 영역(20a)은 제1 색(예를 들면 적색)의 간섭 필터로서 기능한다. 제2 영역(20b)은 제2 색(예를 들면 녹색)의 간섭 필터로서 기능한다. 제3 영역(20c)은 제3 색(예를 들면 청색)의 간섭 필터로서 기능한다. 즉, 도 1에 도시한 표시 장치(110)에서는, 3색광의 선택 투과 영역이 설치되어 있다.
그러나, 본 실시 형태는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제3 영역(20c)이 설치되지 않고, 2색의 영역이 설치될 수도 있다. 또한, 제4 영역이 더 설치될 수도 있어, 4색의 영역이 설치될 수도 있다. 이러한 방식으로, 본 실시 형태에서, 색의 종류는 임의적이다. 이하, 파장 선택 투과층(20)의 구성의 예에 대하여 상세히 설명한다.
제1 영역(20a) 위에는 제1 스위칭 소자(32a)가 설치되어 있다. 제2 영역(20b) 위에는 제2 스위칭 소자(32b)가 설치되어 있다. 제3 영역(20c) 위에는 제3 스위칭 소자(32c)가 설치되어 있다. 제1 스위칭 소자(32a), 제2 스위칭 소자(32b) 및 제3 스위칭 소자(32c)로서, 예를 들면, 트랜지스터(예를 들면 박막 트랜지스터)가 이용된다.
광 제어층(50)은 파장 선택 투과층(20)과 파장 선택 흡수층(40) 사이에 설치되어 있다. 광 제어층(50)의 광학 특성은 가변적이다. 광 제어층(50)으로서, 예를 들면, 액정층이 이용된다.
도 1에 도시한 표시 장치(110)에서는, 제1 기판(11)의 제1 주면(11a)에 대향하도록 제2 기판(12)이 설치되어 있다. 제2 기판(12)은 제1 주면(12a), 및 제1 주면(12a)에 대향하는 제2 주면(12b)을 갖는다. 제2 기판(12)의 제1 주면(12a)은 제1 기판(11)의 제1 주면(11a)과 대향하고 있다. 파장 선택 흡수층(40)은 제2 기판(12)의 제1 주면(12a)에 설치되어 있다.
파장 선택 흡수층(40)은 제1 흡수층(40a), 제2 흡수층(40b) 및 제3흡수층(40c)을 갖는다. 제1 흡수층(40a)은 Z축 방향에서 볼 때에 제1 영역(20a)과 겹치는 부분을 갖는다. 제2 흡수층(40b)은 Z축 방향에서 볼 때에 제2 영역(20b)과 겹치는 부분을 갖는다. 제2 흡수층(40b)의 흡수 스펙트럼은 제1 흡수층(40a)의 흡수 스펙트럼과 상이하다. 제3 흡수층(40c)은 Z축 방향에서 볼 때에 제3 영역(20c)과 겹치는 부분을 갖는다. 제3 흡수층(40c)의 흡수 스펙트럼은 제1 흡수층(40a)의 흡수 스펙트럼 및 제2 흡수층(40b)의 흡수 스펙트럼과 상이하다.
제1 흡수층(40a)은 제1 색(예를 들면 적색)의 흡수 필터이다. 제2 흡수층(40b)은 제2 색(예를 들면 녹색)의 흡수 필터이다. 제3 흡수층(40c)은 제3 색(예를 들면 청색)의 흡수 필터이다.
예를 들면, 스위칭 소자를 통하여, 광 제어층(50)에 전압(예를 들면 전계)이 인가된다. 인가된 전압(예를 들면 전계)에 응답하여, 광 제어층(50)의 광학 특성이 변화되고, 화소들의 투과율이 변화되어 표시가 행해진다.
광 제어층(50)으로서 액정층이 이용되는 경우, 인가된 전압(예를 들면 전계)에 따라, 액정층의 액정의 배열이 변화된다. 배열 변화에 따라 액정층의 (복굴절율, 선광성, 산란성, 회절성 및 흡수성 등 중 적어도 어느 하나를 포함하는) 광학 특성이 변화된다.
예를 들면, 제1 기판(11)의 제2 주면(11b)에는 (도시하지 않은) 제1 편광층이 설치되어 있다. 또한, 제2 기판(12)의 제2 주면(12b)에는 (도시하지 않은) 제2 편광층이 설치되어 있다. 즉, 제1 편광층과 제2 편광층 사이에는, 제1 기판(11), 파장 선택 투과층(20), 광 제어층(50), 파장 선택 흡수층(40) 및 제2 기판(12)이 배치되어 있다. 이에 의해, 광 제어층(50)(액정층)의 광학 특성의 변화가, 광 투과율의 변화로 변환되어, 표시가 행해진다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 4는 참고예에 따른 표시 장치의 동작을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 5는 도광체로부터 출사되는 광의 지향 각분포를 도시하는 그래프이다.
또한, 도 5의 종축은, 최대값으로 규격화된 광도 Lu이며, 도 5의 횡축은 도광체로부터 출사된 광의 지향 각 Da이다. 또한, 도 5에 도시한 그래프는 파장 선택 투과층(20)에 광이 입사하기 전의 광의 광도 Lu 및 지향 각 Da를 나타낸다. 바꿔 말하면, 도 5에 도시한 그래프는, 조명 유닛(70)으로부터 광이 출사된 직후의 광의 광도 Lu 및 지향 각 Da를 나타낸다.
우선, 파장 선택 투과층(20)의 예에 대하여 설명한다.
파장 선택 투과층(20)은 특정한 파장의 광을 투과하고, 그 특정한 파장 이외의 파장의 광을 반사한다. 파장 선택 투과층(20)은, 예를 들면, 파브리-페로형(Fabry-Perot type)의 간섭 필터를 갖는다.
즉, 파장 선택 투과층(20)은 한쌍의 반사층과 한쌍의 반사층 사이에 설치된 스페이서층을 갖고, 예를 들면 절연층에 의해 형성된다. 파장 선택 투과층(20)은 상이한 굴절률을 갖는 복수의 유전체막이 적층된 구조를 갖는다. 파장 선택 투과층(20)에 적층된 유전체막은, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
제1 영역(20a)의 내부의 적층된 막의 계면에서 입사광의 일부가 반사된다. 그 후, 적층된 막의 계면에서 반사된 광(파)과 투과한 광(파)을 중첩하여 얻어진 q보강(constructive) 위상 조건을 충족시키는 파장의 광이 제1 영역(20a)을 투과하고, 그것 이외의 파장의 광은 반사된다. 바꿔 말하면, 제1 영역(20a)의 두께에 대응하는 파장의 광은 제1 영역(20a)을 투과하고, 그 이외의 파장의 광은 반사된다. 이러한 기능은 제2 영역(20b) 및 제3 영역(20c)의 기능과 동일하다.
광이 파장 선택 투과층(20)을 통과할 때의 광로 길이(광학적 거리)는, 파장 선택 투과층(20)에 입사하는 광의 각도(입사각)가 0보다 큰 경우가 그 각도가 0인 경우보다 길다. 바꿔 말하면, 광이 파장 선택 투과층(20)을 통과할 때의 광학적 거리는, 광이 파장 선택 투과층(20)에 비스듬히 입사하는 경우가 광이 파장 선택 투과층(20)에 대하여 수직으로 입사하는 경우보다 길다. 이때, 보강 위상 조건을 충족시키는 파장은, 광이 파장 선택 투과층(20)에 대하여 비스듬히 입사하는 경우가 광이 파장 선택 투과층(20)에 대하여 수직으로 입사하는 경우보다 짧다. 파장 선택 투과층(20)을 투과하는 광의 파장은 파장 선택 투과층(20)에 입사하는 광의 입사각에 의존한다.
이러한 방식으로, 표시 장치에서, 간섭형의 컬러 필터를 이용하면, 그 투과 파장대는 광의 입사각에 따라 변화된다. 예를 들면, 경사 입사광에 대한 투과 파장대는, 정면으로부터 입사하는 광에 대한 투과 파장대보다 단파장측(청색측)으로 시프트된다.
예를 들면, 적색 광이 파장 선택 투과층(20)에 비스듬히 입사하면, 파장 선택 투과층(20)을 투과한 광의 적어도 일부는, 적색 광의 파장보다 단파장인 오렌지 색 광 등의 광이 된다. 대안으로서, 예를 들면, 녹색 광이 파장 선택 투과층(20)에 비스듬히 입사하면, 파장 선택 투과층(20)을 투과한 광의 적어도 일부는, 녹색 광의 파장보다 단파장의 청록색(cyan) 광 등의 광이 된다. 그리고, 파장 선택 투과층(20)을 투과한 광 중, 파장 선택 투과층(20)에 입사한 광의 파장보다 단파장의 광은, 파장 선택 투과층(20) 위에 설치된 파장 선택 흡수층(40)에 의해 흡수된다. 즉, 광 손실이 발생한다. 따라서, 높은 광 이용 효율을 실현하기 위해서는, 조명 유닛(70) 또는 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도를 보다 작게 하는 것이 바람직하다.
대안으로서, 파장 선택 흡수층(40)이 설치되어 있지 않은 표시 장치에서는, 파장 선택 투과층(20)을 투과하는 광의 색이 설계 값으로부터 어긋난다. 따라서, 파장 선택 투과층(20)을 투과하는 광으로부터 원하는 색을 얻기 위해서는, 조명 유닛(70) 또는 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도를 보다 작게 하는 것이 바람직하다.
또한, 조명 유닛(70) 또는 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도는, 파장 선택 투과층(20)에 입사하는 광의 각도, 즉 파장 선택 투과층(20)에의 입사각과 동일하다.
여기에서, 도 4에 도시한 바와 같이, 참고예에 따른 표시 장치(120)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수는, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수보다 많다. 따라서, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수가 많은 경우, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도가 커진다. 이에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 대하여 상술한 바와 같이, 도광체(71)의 내부에 입사한 광은, 도광체(71)와 공기 간의 계면에서 예를 들면 전반사되거나, 또는 반사막(72)에서 반사되면서, 광이 도광체(71) 내에 전파된다. 그 후, 구조체(74)에 부딪친(impinging) 광의 진행 방향이 변화되어, 그 광은 조명광(70L)으로서 파장 선택 투과층(20)에 입사한다.
조명광(70L) 중 제1 파장대 λa를 갖는 제1 광 La는, 파장 선택 투과층(20)의, 예를 들면, 제3 영역(20c)을 통과한다. 제1 광 La는, 광 제어층(50)을 통과하고, 또한 제3 흡수층(40c)을 통과하여, 외부로 출사된다. 광 제어층(50)의 상태에 따라, 외부로 출사되는 광의 강도가 변화된다.
한편, 조명광(70L) 중 제1 파장대 λa 이외의 파장대를 갖는 광(예를 들면 제2 파장대 λb를 갖는 제2 광 Lb)은, 파장 선택 투과층(20)의, 예를 들면, 제3 영역(20c)에서 반사되어, 조명 유닛(70)으로 복귀(return)된다. 여기에서, 파장 선택 투과층(20)이 갖는 복수의 층 중 적어도 어느 하나의 주면은, 도광체(71)의 제1 주면(71a)과 평행하다. 파장 선택 투과층(20)이 갖는 복수의 층 중 적어도 어느 하나는, 예를 들면, 도시하지 않은 반사층 등이다. 이에 의해, 조명광(70L) 중 제1 파장대 λa 이외의 파장대를 갖는 광은, 예를 들면, 제3 영역(20c)에서 반사되어, 보다 확실하게 조명 유닛(70)으로 복귀될 수 있다. 조명 유닛(70)으로 복귀된 광은, 도광체(71)를 통과하여, 다시 파장 선택 투과층(20)에 입사한다.
상술한 바와 같이, 참고예에 따른 표시 장치(120)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수는, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수보다 많다. 따라서, 참고예에 따른 표시 장치(120)의 도광체(71)의 내부로 복귀된 제2 광 Lb가 구조체(74)에 부딪치는 빈도는, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 도광체(71)로 복귀된 제2 광 Lb가 구조체(74)에 부딪치는 빈도보다 높다.
도 4에 도시한 바와 같이, 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 도광체(71)의 내부로 복귀된 제2 광 Lb가 구조체(74)에 부딪치면, 구조체(74)에 의해 진행 방향이 변화되므로, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도는, 제2 광 Lb가 구조체(74)에 부딪치지 않은 경우보다 커질 수 있다. 따라서, 이러한 광은 다시 파장 선택 투과층(20)에 입사되어, 광이 파장 선택 투과층(20)을 통과하더라도, 그 광은 파장 선택 흡수층(40)에 의해 흡수된다. 따라서, 높은 광 이용 효율을 실현할 수 없는 경우가 있다. 이러한 방식으로, 구조체(74)는, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량을 증가시킬 수 있다. 한편, 구조체(74)는 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 도광체(71)의 내부로 복귀된 제2 광 Lb가 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도를 증가시킨다.
또한, 참고예로서, 조명 유닛(70)이 프리즘 시트 등의 광학 시트를 포함하는 경우가 있다. 프리즘 시트는 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도를 작게 할 수 있다. 그러나, 구조체(74)와 마찬가지 방식으로, 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 도광체(71)의 내부로 복귀된 제2 광 Lb가 프리즘 시트에 부딪치면, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도는, 제2 광 Lb가 프리즘 시트에 부딪치지 않은 경우보다 커진다.
따라서, 광은, 파장 선택 투과층(20)에 비스듬히 입사하여 보다 단파장의 광이 된다. 따라서, 그 광은 파장 선택 흡수층(40)에 흡수된다. 이를 억제하기 위해서는, 도광체(71)가, 프리즘 시트 등의 광학 시트를 이용하지 않고 파장 선택 투과층(20)에 수직으로 광을 입사시키는 구조체(74)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 도광체(71)의 내부로 복귀된 광이 구조체(74)에 부딪치고, 도광체(71)로부터 출사되는 광 전체의 각분포를 크게 흐트러뜨리지 않는 정도로, 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수를 억제하는 것이 바람직하다.
이에 대하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수는, 참고예에 따른 표시 장치(120)의 도광체(71)에서의 구조체(74)의 수보다 적다. 구체적으로는, 구조체(74)의 면적율은, 예를 들면 약 8 내지 25%이다. 구조체(74)의 면적율은, 예를 들면 약 15%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 조명 유닛(70)은 프리즘 시트 등의 광학 시트를 포함하지 않는다. 예를 들면, 조명 유닛(70)과 제1 기판(11) 사이에는 공기층이 형성되어 있다. 대안으로서, 예를 들면, 조명 유닛(70)은 제1 기판(11)과 접하고 있다.
참고예에 따른 표시 장치(120)에 대하여 상술한 바와 같이, 조명광(70L) 중, 제1 파장대 λa를 갖는 제1 광 La는, 예를 들면 파장 선택 투과층(20)의 제3 영역(20c)을 통과한다. 제1 광 La는 광 제어층(50)을 통과하고, 또한 제3 흡수층(40c)을 통과하여, 외부로 출사된다. 광 제어층(50)의 상태에 따라, 외부로 출사되는 광의 강도가 변화된다.
한편, 조명광(70L) 중, 제1 파장대 λa 이외의 파장대를 갖는 광(예를 들면 제2 파장대 λb를 갖는 제2 광 Lb)은, 파장 선택 투과층(20)의 제3 영역(20c)에서 반사되어, 조명 유닛(70)으로 복귀된다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수는, 참고예에 따른 표시 장치(120)의 도광체(71)에 형성된 구조체(74)의 수보다 적다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 도광체(71)로 복귀된 제2 광 Lb가 구조체(74)에 부딪치는 빈도는, 참고예에 따른 표시 장치(120)의 도광체(71)의 내부로 복귀된 제2 광 Lb가 구조체(74)에 부딪치는 빈도보다 낮다. 즉, 구조체(74)에 부딪친 제2 광 Lb에 의해 제2 광 Lb의 진행 방향이 변화되고, 파장 선택 투과층(20)에의 입사각이 커질 가능성은 낮다.
도 3에 도시한 바와 같이, 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 도광체(71)의 내부로 복귀된 제2 광 Lb가 반사막(72)에서 반사되면, 그 광은 파장 선택 투과층(20)에 입사한다. 그 후, 제2 광 Lb는, 예를 들면 파장 선택 투과층(20)의 제2 영역(20b)을 통과한다. 제2 광 Lb는, 광 제어층(50)을 통과하고, 또한 제2 흡수층(40b)을 통과하여, 외부로 출사된다. 광 제어층(50)의 상태에 따라, 외부로 출사되는 광의 강도가 변화된다.
이러한 방식으로, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)에서는, 파장 선택 투과층(20)이 투과시키는 특정한 파장 영역의 광 이외의 광은, 조명 유닛(70)으로 복귀된다. 그 후, 광은 구조체(74)에 부딪치는 빈도가 저감된 상태에서, 광은 반사막(72)에서 반사된다. 따라서, 그 광은 재이용된다. 이 때문에, 높은 광 이용 효율을 얻을 수 있다. 이에 의해, 색이 아름답고, 표시가 밝으며, 콘트라스트가 양호한 표시를 얻을 수 있다. 또한, 소비 전력을 저감할 수 있다.
여기에서, 구조체(74)의 예에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 대하여 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(110)의 오목부(74d)는 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 포함하고, V자형의 홈 형상을 갖는다. 예를 들면, 구조체(74)를 길이 방향(연장 방향)에서 볼 때의 단면은, 꼭지각 θc가 약 96°인 이등변 삼각형의 형상을 갖는다. 즉, 평탄부(71e)와 제1 경사면(74a) 간의 각도(이하, "제1 경사면(74a)의 경사 각도"라고 칭함) θa 및 평탄부(71e)와 제2 경사면(74b) 간의 각도(이하, "제2 경사면(74b)의 경사 각도"라고 칭함) θb는 약 42°이다. 본 발명자의 검토 결과, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb가 약 40°내지 50°인 경우, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도는 작아진다는 것을 알았다. 이하, 이에 대하여 설명한다.
홈(오목부(74d))의 형상은 좌우 대칭인 V자형인 것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa는 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb와 반드시 동일한 것은 아니다. 예를 들면, 도광체(71)의 제1 측면(71c)으로부터 진행하는 광의 지향 각분포, 및 제2 측면(71d)으로부터 반사되는 광의 지향 각분포에 기초하여, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도가 최소가 되도록 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb를 개별로 적절히 설정할 수 있다. 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도는, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa, 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb 및 홈에 입사되는 광의 지향 각분포에 의해 결정된다.
다음으로, 테이퍼부(75)의 예에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 대하여 상술한 바와 같이, 도광체(71)에는 테이퍼부(75)가 형성되어 있다. 테이퍼부(75)는 도광체(71)의 두께 방향(Z축 방향)에서 도광체(71)의 내부를 진행하는 광의 지향 각분포를 작게 할 수 있다.
예를 들면, 도광체(71)와 공기 간의 계면에서의 광의 굴절을 고려하면, 도광체(71)의 내부를 진행하는 광의 지향 각은, 최대 약 42°이다. 따라서, 테이퍼부(75)의 경사 각도 θT(도 1 참조)는 약 10°인 것이 바람직하다. 또한, 테이퍼부(75)의 길이 LT(도 1 참조)는 약 4mm 내지 5mm인 것이 바람직하다.
테이퍼부(75)의 경사 각도 θT가 10°인 경우, 도광체(71)의 내부를 진행하는 광의, 테이퍼부(75)에서의 전반사에 의해 광이 테이퍼부(75)로부터 출사되는 각도가, 테이퍼부(75)가 없을 경우의 입사각과 비교해서 10°만큼 작아진다. 따라서, 광원(73)으로부터 도광체(71)에 입사한 모든 광이 적어도 1회는 테이퍼부(75)에서 전반사되도록 테이퍼부(75)의 길이 LT를 설정하면, 도광체(71)의 두께 방향에서의 지향 각분포를 약 22°이하로 억제할 수 있다.
이러한 방식으로, 도광체(71)의 두께 방향에서의 지향 각분포가 약 22°이하로 억제된 광이 구조체(74)에 조사되면, V자형의 홈 형상을 갖는 오목부(74d)의 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb가 약 40°내지 50°인 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 약 70% 이상의 광에 대해서, 지향 각분포를 40°이하로 억제할 수 있다.
다음으로, 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 특성의 예에 대하여 설명한다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 특성의 시뮬레이션 결과 및 실험 결과의 예에 대하여 설명한다.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 특성의 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 실험에서 사용한 표시 장치를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 6의 종축은 최대값에 의해 규격화된 광도(brightness) Lu이다. 도 6의 횡축은 도광체로부터 출사된 광의 지향 각 Da이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 실험에서 사용한 표시 장치(130)는 조명 유닛(70) 및 파장 선택 투과층(20)을 포함한다. 본 실험에서 사용한 표시 장치(130)는 파장 선택 흡수층(40)을 포함하지 않는다. 그리고, 본 실험에서는, 구조체(74)의 면적율 Ras가 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 및 30%인 각각의 경우에, 조명 유닛(70)으로부터 출사되어 파장 선택 투과층(20)을 통과한 광의 광도 Lu 및 지향 각 Da를 측정했다. 파장 선택 흡수층(40)이 설치되어 있지 않기 때문에, 광도 Lu 및 지향 각 Da가 측정된 광은 파장 선택 흡수층(40)을 통과하지 않는다.
본 실험의 결과는 도 6에 도시되어 있다. 이에 따르면, 구조체(74)의 면적율 Ras가 높을수록 조명 유닛(70)(도광체(71))으로부터 출사된 광의 지향 각분포가 넓다는 것을 알 수 있다. 그리고, 구조체(74)의 면적율 Ras가 15% 이하인 경우에, 도광체(71)로부터 출사된 광의 지향 각분포를 비교적 좁은 범위로 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 구조체(74)의 면적율 Ras가 25% 이하인 경우에는, 도광체(71)로부터 출사된 광의 지향 각분포는 비교적 광범위하다는 것을 알 수 있다.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 다른 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 모델을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 10은 참고예에 따른 표시 장치의 모델을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 8의 종축은 광 취출량 Lq이다. 도 8의 횡축은 구조체의 면적율 Ras이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 표시 장치(140)의 모델은 조명 유닛(70) 및 파장 선택 투과층(20)을 포함한다. 제1 실시 형태에 따른 표시 장치(140)의 모델은 파장 선택 흡수층(40)을 포함하지 않는다.
제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 실험용 저반사율 코팅(76)으로 도포되어 있다. 저반사율 코팅(76)의 반사율은 85%이다. 즉, 저반사율 코팅(76)은 입사광 중 85%를 반사하고, 남은 15%의 광을 흡수한다. 저반사율 코팅(76)으로서는, 예를 들면 메탈 코팅이 이용된다.
반사막(72)의 반사율은 99%이다.
구조체(74)의 피치 Ps는 도광체(71) 전체에서 대략 일정하다. 여기에서, 구조체(74)의 피치 Ps는 인접하는 V자형의 홈의 정점들 사이의 거리를 지칭한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 참고예에 따른 표시 장치(150)의 모델은 조명 유닛(70)을 포함한다. 참고예에 따른 표시 장치(150)의 모델은 파장 선택 투과층(20) 및 파장 선택 흡수층(40)을 포함하지 않는다. 따라서, 참고예에 따른 표시 장치(150)의 모델에서는, 광이 파장 선택 투과층(20)의 특정한 영역에서 반사되지 않는다. 또한, 광은 조명 유닛(70)으로 복귀되어 재이용되지도 않는다. 또한, 도 9에 도시한 제1 실시 형태에 따른 표시 장치(140)의 모델에서와 같이, 저반사율 코팅(76)이 도포되지 않는다.
제1 실시 형태에 따른 표시 장치(140)의 모델와 마찬가지로, 반사막(72)의 반사율은 99%이다. 또한, 구조체(74)의 피치 Ps는 도광체(71) 전체에서 대략 일정하다. 구조체(74)의 피치 Ps는, 예를 들면 약 70㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
본 시뮬레이션에서는, 도 9 및 도 10에 도시한 각각의 모델에서, 구조체의 면적율 Ras에 대한 광 취출량 Lq를 산출한다. 본 시뮬레이션의 결과는 도 8에 도시되어 있다. 이에 따르면, 참고예에 따른 표시 장치(150)의 모델에서는, 광이 조명 유닛(70)으로 복귀되어 재이용되지 않는다. 따라서, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq는, 구조체(74)의 면적율 Ras가 높아짐에 따라 증가한다. 그 후, 이러한 표시 장치에 파장 선택 흡수층(40)이 설치되는 경우, 특정한 파장대 이외의 파장대를 갖는 광은 파장 선택 흡수층(40)에 의해 흡수된다. 즉, 광 손실이 발생된다.
한편, 제1 실시 형태에 따른 표시 장치(140)의 모델에서, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq는, 구조체(74)의 면적율 Ras가 약 13%에 도달할 때까지 증가한다. 이는, 구조체(74)에 의해 광 취출 효율이 향상되기 때문이다. 또한, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq는, 구조체(74)의 면적율 Ras가 약 15%보다 높아짐에 따라 감소한다.
상술한 바와 같이, 저반사율 코팅(76)의 반사율은 85%이다. 광이 저반사율 코팅(76)에 부딪치는 횟수가 많을수록, 그 광은 저반사율 코팅(76)에 의해 흡수된다. 또한, 면적율 Ras가 높을수록, 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 조명 유닛(70)으로 복귀된 광이 구조체(74)에 부딪치는 횟수가 많아진다. 즉, 광 취출량 Lq의 감소는, 광이 구조체(74)에 부딪치는 횟수가 많은 것을 의미한다. 그리고, 이는, 광이 구조체(74)에 부딪치는 횟수가 많을수록, 파장 선택 투과층(20)에의 입사각이 커질 확률이 높다는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 본 시뮬레이션에서와 같이, 반사율이 비교적 낮은 저반사율 코팅(76)을 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)에 도포하고, 구조체(74)의 면적율 Ras를 높게 함에 따라, 구조체(74)의 면적율 Ras가 소정값보다 높아질 때에 광 취출량 Lq가 감소된다고 가정한다. 이때, 구조체(74)의 면적율 Ras는 약 15%라고 가정한다. 상술한 바와 같이, 면적율 Ras가 약 13%보다 높아짐에 따라, 파장 선택 투과층(20)에서 반사되어 도광체(71)의 내부로 복귀된 광이 구조체(74)에 부딪치는 빈도가 증가한다. 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도를 증가시키는 구조체(74)의 작용력(force)은, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq를 증가시키는 구조체(74)의 작용력보다 크다.
도 11은 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 또 다른 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
도 12는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 모델을 도시하는 모식적 단면도이다.
또한, 도 11의 종축은 광 취출량 Lq이다. 도 11의 횡축은 구조체의 면적율 Ras이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 표시 장치(160)의 모델은 조명 유닛(70) 및 파장 선택 투과층(20)을 포함한다. 제1 실시 형태에 따른 표시 장치(140)의 모델은 파장 선택 흡수층(40)을 포함하지 않는다.
구조체(74)를 길이 방향에서 볼 때의 단면은, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb가 45°인 이등변 삼각형의 형상을 갖는다. 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 저반사율 코팅(76)으로 도포되어 있다. 저반사율 코팅(76)의 반사율은 85%이다. 즉, 저반사율 코팅(76)은 입사광 중 85%의 광을 반사하고, 남은 15%의 광을 흡수한다. 저반사율 코팅(76)으로서는, 예를 들면 메탈 코팅이 이용된다.
반사막(72)의 반사율은 99%이다.
구조체(74)의 피치 Ps는 도광체(71) 전체에서 대략 일정하다. 구조체(74)의 피치 Ps는, 예를 들면 약 70㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
여기에서, 구조체(74)의 깊이 Ds는 도광체(71)의, 제1 주면(71a)과 V자형의 홈의 정점 사이의 거리를 지칭한다.
본 시뮬레이션에서는, 구조체(74)의 깊이 Ds를 10㎛ 및 50㎛로 설정한 각각의 경우에, 구조체의 면적율 Ras에 대한 광 취출량 Lq를 산출한다. 본 시뮬레이션의 결과는 도 11에 도시되어 있다. 이에 따르면, 구조체(74)의 깊이 Ds가 10㎛ 및 50㎛인 경우에, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq는, 구조체(74)의 면적율 Ras가 약 15%에 도달할 때까지 증가한다. 한편, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq는, 구조체(74)의 면적율 Ras가 약 15%보다 높아짐에 따라 감소한다. 이는, 도 8 내지 도 10에 대하여 상술한 이유와 마찬가지인 것으로 생각된다.
또한, 구조체(74)의 면적율 Ras가, 예를 들면 8 내지 25%인 경우에, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq를 보다 많은 양으로 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다. 바꿔 말하면, 구조체(74)의 면적율 Ras가 8%보다 낮은 경우, 또는 구조체(74)의 면적율 Ras가 25%보다 높은 경우에는, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량 Lq를 보다 많은 양으로 유지하는 것이 곤란이다. 이에 의해, 구조체(74)의 면적율 Ras는, 예를 들면 약 8 내지 25%인 것이 바람직하다. 또한, 구조체(74)의 깊이 Ds는, 예를 들면 약 5㎛ 내지 7㎛인 것이 바람직하다.
도 13의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 표시 장치의 또 다른 특성의 시뮬레이션 결과 및 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 14는 도광체의 모델 및 실험에 이용한 도광체를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 13의 (a) 및 (b)의 종축은 지향성 값 Vd이다. 도 13의 (a) 및 (b)의 횡축은 경사 각도 θa(θb)이다. 또한, 도 13의 (a)는 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 13의 (b)는 실험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 본 시뮬레이션의 모델의 도광체(71) 및 본 실험의 시료의 도광체(71)에 형성된 오목부(74d)는 V자형의 홈 형상을 갖는다. 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa는 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb와 동일하다. 즉, 구조체(74)를 길이 방향에서 볼 때의 단면은 이등변 삼각형의 형상을 갖는다.
본 시뮬레이션에서는, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa(제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb)에 대한 도광체(71)로부터 출사된 광의 지향성 값을 산출 및 측정한다.
여기에서, 본원의 명세서에서, "지향성 값"이란, 도광체(71)로부터 출사된 모든 광의 광량 중, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도가 30°이하인 광의 광량이 차지하는 비율을 지칭한다. 따라서, 이는, 지향성 값이 더 높을 경우, 도광체(71)로부터 출사된 광의 지향 각분포가 더 좁은 범위로 억제된다는 것을 의미한다.
본 시뮬레이션의 결과는 도 13의 (a)에 도시되어 있다. 또한, 본 실험의 결과는 도 13의 (b)에 도시되어 있다. 이들에 따르면, 도광체(71)로부터 출사된 광의 지향성 값 Vd는 경사 각도 θa(θb)가 약 40°내지 50°일 때에 비교적 높게 유지된다는 것을 알 수 있다. 즉, 경사 각도 θa(θb)가 약 40°내지 50°일 때에, 도광체(71)로부터 출사된 광의 지향 각분포가 더 좁은 범위로 억제된다. 이에 의해, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb는, 예를 들면 약 40°내지 50°인 것이 바람직하다.
도 15의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 다른 표시 장치의 도광체를 도시하는 모식도이다.
또한, 도 15의 (a)는 도 15의 (b)에 도시한 A-A 선을 따라 취해진 모식적 단면도이다. 도 15의 (b)는 도광체(71)의 제1 주면(71a)에 대해 수직한 방향으로 볼 때의 모식적 평면도이다.
도 15의 (a) 및 (b)에 도시한 오목부(77d)는 4각뿔의 홈 형상을 갖는다. 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 도광체(71)의 제1 주면(71a)은, 제1 주면(71a)에 대하여 경사진 제1 경사면(77a) 및 제2 경사면(77b)을 갖는 복수의 오목부(77d), 및 복수의 오목부(77d)가 설치되어 있지 않은 평탄부(71e)를 갖는다. 제1 경사면(77a) 및 제2 경사면(77b)은 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 비수직하다.
예를 들면, 구조체(77)를 길이 방향에서 볼 때의 단면은 꼭지각 θc가 약 96°인 이등변 삼각형의 형상을 갖는다. 즉, 제1 경사면(77a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(77b)의 경사 각도 θb는 약 42°이다. 구조체(77)의 면적율은, 예를 들면 약 8 내지 25%이다. 구조체(77)의 면적율은, 예를 들면 약 15%인 것이 보다 바람직하다. 구조체(77)는, 도광체(71)의 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하게 설치되어 있다. 따라서, 구조체(77)의 면적율은 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하다.
구조체(77)는 도광체(71) 내에 전파되는 광의 진행 방향을 변화시켜, 광을 작은 입사각으로 파장 선택 투과층(20)에 입사시킨다. 따라서, 도 3 내지 도 5에 대하여 상술한 바와 같이, 파장 선택 투과층(20)의 특정한 영역을 통과하지 않은 광은, 조명 유닛(70)으로 복귀된다. 그 후, 광은 그 광이 구조체(77)에 부딪치는 빈도가 저감된 상태에서, 반사막(72)에서 반사된다. 따라서, 광이 재이용된다. 이 때문에, 높은 광 이용 효율을 얻을 수 있다. 이에 의해, 색이 아름답고, 표시가 밝으며, 콘트라스트가 양호한 표시를 얻을 수 있다. 또한, 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 16의 (a) 및 (b)는 제1 실시 형태에 따른 또 다른 표시 장치의 도광체를 도시하는 모식도이다.
또한, 도 16의 (a)는 도 16의 (b)에 도시한 B-B 선을 따라 취해진 모식적 단면도이다. 도 16의 (b)는 도광체(71)의 제1 주면(71a)에 대해 수직한 방향으로 볼 때의 모식적 평면도이다.
즉, 도 16의 (a) 및 (b)에 도시한 오목부(78d)는 소위 V자형의 홈 형상을 갖는다. 구조체(78)는 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 대략 평행하게 연장된다. 도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 구조체(78)는, 도 1 및 도 2에 대하여 상술한 구조체(74)에서와 같이, 도광체(71)의 한쪽 측면으로부터 그 한쪽 측면에 대향하는 다른 쪽 측면까지는 연장되지 않는다. 구조체(78)는 도광체(71)의 한쪽 측면으로부터 도광체(71)의 대략 중앙부까지 연장된다. 즉, 복수의 구조체(78)는 구조체(78)의 길이 방향(연장 방향)을 따라 대략 직선으로 설치되어 있다. 도 16의 (a) 및 (b)에 도시한 도광체(71)에서는, 구조체(78)의 길이 방향을 따라 대략 직선 으로 설치된 구조체(78)의 수는 2이다. 그러나, 구조체(78)의 수는 이에 한정되지 않고 3 이상일 수도 있다.
도 16의 (a)에 도시한 바와 같이, 도광체(71)의 제1 주면(71a)은 제1 주면(71a)에 대하여 경사진 제1 경사면(78a) 및 제2 경사면(78b)을 갖는 복수의 오목부(78d), 및 복수의 오목부(78d)가 설치되어 있지 않은 평탄부(71e)를 갖는다. 제1 경사면(78a) 및 제2 경사면(78b)은, 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 비수직하다. 구조체(78)의 면적율은, 예를 들면 약 8 내지 25%이다. 구조체(78)의 면적율은, 예를 들면 약 15%인 것이 보다 바람직하다. 구조체(78)는 도광체(71)의 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하게 설치되어 있다. 따라서, 구조체(78)의 면적율은 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하다.
구조체(78)는, 도광체(71) 내에 전파되는 광의 진행 방향을 변화시켜, 광을 작은 입사각으로 파장 선택 투과층(20)에 입사시킨다. 이때, 구조체(78)의 면적율은, 예를 들면 약 8 내지 25%이다. 따라서, 도 15의 (a) 및 (b)에 대하여 상술한 이점과 마찬가지의 이점이 얻어진다.
(제2 실시 형태)
이하, 제2 실시 형태에 따른 표시 장치용 백라이트에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 17은 제2 실시 형태에 따른 표시 장치용 백라이트의 구성을 도시하는 모식적 단면도이다.
도 17에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 조명 유닛(표시 장치용 백라이트)(70)은 도광체(71), 반사막(72) 및 광원(73)을 포함한다. 반사막(72) 및 광원(73) 각각은, 도 1 및 도 2에 대하여 상술한 반사막(72) 및 광원(73)과 마찬가지이다.
도광체(71)는 제1 주면(71a), 제1 주면(71a)과 반대측의 제2 주면(71b), 제1 측면(71c), 및 제1 측면(71c)과 반대측의 제2 측면(71d)을 갖는다. 제1 주면(71a)은 제2 주면(71b)과 평행하다. 도광체(71)의 제1 주면(71a)에는 구조체(74)가 형성된다. 구조체(74)는 예를 들면, 광의 진행 방향을 변화시키는 기능을 갖는다. 구조체(74)는 예를 들면, 광을 반사시켜, 광의 진행 방향을 변화시킨다. 구조체(74)는 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 대략 평행하게 연장된다(도 2 참조). 구조체(74)로서는, 예를 들면, 홈 등의 요철 형상을 갖는 구조체가 이용된다. 도 17에 도시한 조명 유닛(70)에서는, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 갖는 오목부(74d)가 구조체(74)로서 이용된다.
즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 도광체(71)의 제1 주면(71a)은, 제1 주면(71a)에 대하여 경사진 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)을 갖는 복수의 오목부(74d), 및 복수의 오목부(74d)가 설치되어 있지 않은 평탄부(71e)를 갖는다.
구체적으로는, 오목부(74d)는 V자형의 홈 형상을 갖는다. 구조체(74)의 면적율은, 예를 들면 약 8 내지 25%인 것이 바람직하다. 구조체(74)의 면적율은 예를 들면, 약 15%인 것이 보다 바람직하다. 구조체(74)는, 도광체(71)의 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하게 설치되어 있다. 따라서, 구조체(74)의 면적율은 제1 주면(71a) 전체에 걸쳐 균일하다.
제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b)은 광원(73)이 배치된 제1 측면(71c)과 비수직하다. 바꿔 말하면, 도광체(71)의 제1 주면(71a)에 대해 수직한 방향으로 볼 때에, 제1 경사면(74a)의 법선 및 제2 경사면(74b)의 법선은 제1 측면(71c)의 법선과 평행하다. 즉, 제1 경사면(74a) 및 제2 경사면(74b) 각각은 제1 측면(71c)과 대략 평행한 변을 갖는다.
광원(73)에서 생성된 광은, 제1 측면(71c)으로부터 도광체(71)의 내부에 입사한다. 도광체(71)의 내부에 입사한 광은, 도광체(71)와 공기 간의 계면에서, 예를 들면 전반사되어 도광체(71) 내에 전파된다. 대안으로서, 도광체(71)의 내부에 입사한 광은 반사막(72)에서 반사되면서, 그 광은 도광체(71) 내에 전파된다.
구조체(74)는 도광체(71) 내에 전파되는 광의 진행 방향을 변화시켜, 광을 도광체(71)의 외부로 출사시킨다. 이때, 구조체(74)의 면적율 Ras가, 예를 들면 8 내지 25%인 경우, 본 실시 형태에 따른 조명 유닛(70)이 간섭형의 컬러 필터를 갖는 표시 장치의 백라이트로서 이용될 때에는, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 광 취출량을 향상시킬 수 있다. 즉, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 구조체(74)를 길이 방향에서 볼 때의 단면은 꼭지각 θc가 약 96°인 이등변 삼각형의 형상을 가질 수도 있다. 즉, 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb는 약 42°일 수도 있다. 이 경우에는, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 각도를 더 작게 할 수 있다.
또한, 도 17에 도시한 도광체(71)에서는, 제1 주면(71a)과 제1 측면(71c)에 대하여 경사진 테이퍼부(75)가 형성되어 있다. 또한, 제2 주면(71b)과 제1 측면(71c)에 대하여 경사진 테이퍼부(75)가 형성되어 있다. 테이퍼부(75)의 경사 각도 θT는, 예를 들면 약 10°이다. 테이퍼부(75)의 길이 LT는, 예를 들면 약 3mm 내지 4mm이다.
테이퍼부(75)의 경사 각도 θT가 10°인 경우에는, 도광체(71)의 내부를 진행하는 광이 테이퍼부(75)에서 1회 전반사되면, 도광체(71)의 두께 방향에서의 지향 각은 전반사 전의 진행 방향으로부터 20°만큼 역방향으로 시프트된다. 따라서, 광원(73)으로부터 도광체(71)에 입사한 모든 광이 적어도 1회 테이퍼부(75)에서 전반사되도록 테이퍼부(75)의 길이 LT를 설정하면, 도광체(71)의 두께 방향에서의 지향 각분포를 약 20°이하로 억제할 수 있다.
이러한 방식으로, 도광체(71)의 두께 방향에서의 지향 각분포가 약 20°이하로 억제된 광이 구조체(74)에 조사되면, V자형의 홈 형상을 갖는 오목부(74d)의 제1 경사면(74a)의 경사 각도 θa 및 제2 경사면(74b)의 경사 각도 θb가 약 40°내지 50°인 경우에는, 도광체(71)로부터 출사되는 광의 70% 이상의 광에 대해서, 지향 각분포를 40°이하로 억제할 수 있다.
또한, 도 17에 도시한 바와 같이, 도광체(71)의 제2 측면(71d)은 제1 주면(71a)에 대하여 수직하지 않지만 경사져 있다. 제1 주면(71a)으로부터 연장된 선에 대한 제2 측면(71d)의 경사 각도 θ1은, 예를 들면 약 80°이다. 이 경우에는, 도광체(71)의 내부를 수평 방향(제1 주면(71a)과 평행한 방향)으로 진행하는 광이 제2 측면(71d)에 배치된 반사막(72)에서 1회 반사되면, 도광체(71)의 두께 방향에서의 지향 각은, 전반사 전의 진행 방향으로부터 20°만큼 역방향으로 시프트된다(θ2=20°). 그리고, 도광체(71)와 공기 간의 계면에서, 예를 들면 전반사되고, 구조체(74)에 의해 진행 방향이 변화되는 광은, 조명광(70L)으로서 도광체(71)로부터 외부로 출사된다.
또한, 도광체(71)의 제2 측면(71d)은 제1 주면(71a)에 수직할 수도 있다(도 1 참조).
광 제어층(50)으로서 액정을 이용하는 예에 대하여 상술했지만, 본 실시 형태에서, 광 제어층(50)의 구성은 임의적이다. 광 제어층(50)으로서, 예를 들면, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)를 이용한 메카니컬한 셔터 등을 이용할 수도 있다.
이상, 구체예를 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 당업자는, 표시 장치에 포함되는 제1 기판, 제2 기판, 파장 선택 투과층, 스위칭 소자, 광 제어층, 파장 선택 흡수층 및 조명 유닛 등의 구성요소들의 구체적인 구성을, 공지된 기술분야에서 적절히 선택함으로써, 본 발명을 마찬가지로 실시할 수 있다. 그러한 실시는, 본 발명과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 구체예들 중 임의의 2 이상의 구성요소는, 기술적으로 가능한 범위 내에서 조합될 수도 있고, 본 발명의 실시 형태의 요지를 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명의 실시 형태로서 상술한 표시 장치 및 표시 장치용 백라이트에 기초하여, 당업자에 의한 적절한 설계 변경에 의해 실시할 수 있는 모든 표시 장치 및 표시 장치용 백라이트도, 본 발명의 요지를 포함하는 한, 본 발명의 범위 내에 속한다.
본 발명의 사상의 범주 내에서, 당업자에 의해, 각종 다른 변형예 및 수정예가 고려될 수 있으며, 그러한 변경예 및 수정예도 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 이해한다.
소정의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 단지 예로서 제시했을 뿐이며 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 실제로, 본원에 개시되는 신규한 실시 형태는 다양한 그 밖의 형태로 구현될 수 있고, 또한, 본 발명의 요지에서 벗어남 없이, 본원에 개시된 실시 형태에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변경이 이루어질 수 있다. 그러한 실시 형태 또는 변형은, 본 발명의 범위 및 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 첨부하는 특허청구범위 및 그의 균등한 범위에 포함되는 것이다.
110: 표시 장치
11: 제1 기판(11)
12: 제2 기판
20: 파장 선택 투과층
40: 파장 선택 흡수층
50: 광 제어층
70: 조명 유닛(표시 장치용 백라이트)

Claims (20)

  1. 표시 장치로서,
    제1 주면, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면, 및 상기 제1 주면과 상기 제2 주면을 접속하는 측면을 갖는 도광체;
    상기 측면으로부터 상기 도광체의 내부에 광을 입사시키는 광원;
    상기 제2 주면 위에 설치되고, 가시광 중 제1 파장대의 광을 투과시키고 상기 제1 파장대를 제외한 파장대의 광을 반사시키는 제1 영역과, 가시광 중 상기 제1 파장대와 상이한 제2 파장대의 광을 투과시키고 상기 제2 파장대를 제외한 파장대의 광을 반사시키는 제2 영역을 갖는 파장 선택 투과층; 및
    상기 파장 선택 투과층 위에 설치되고, 광 제어층을 통과하는 광의 강도를 변화시키는 광 제어층
    을 포함하고,
    상기 제1 주면은 상기 제1 주면에 대하여 경사진 경사면들을 갖는 복수의 오목부를 갖고,
    상기 제1 주면의 면적에 대한, 상기 제1 주면에 투영된 복수의 오목부의 면적들의 합계 면적의 비율은 8% 내지 25%이며,
    상기 복수의 오목부는 상기 제1 주면에 균일하게 설치되어 있는, 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사면들은 상기 측면과 비수직(non-perpendicular)으로 설치되고, 각각은 상기 측면과 평행한 변을 갖는, 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택 투과층은 각각의 상이한 굴절률을 갖는 복수의 유전체막이 적층된 구조를 갖고,
    상기 복수의 유전체막의 적어도 어느 하나의 주면은 상기 도광체의 상기 제1 주면과 평행한, 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주면에 대한 상기 경사면들의 각도는 40°내지 50°인, 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 V자형의 홈 형상을 갖는, 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 V자형의 홈은 상기 도광체의 제1 단부로부터 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부까지 연장되도록 설치되어 있는, 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 V자형의 홈은,
    상기 도광체의 제1 단부로부터 상기 도광체의 중앙부까지 연장되는 제1 V자형의 홈; 및
    상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부로부터 상기 도광체의 상기 중앙부까지 연장되는 제2 V자형의 홈
    를 갖고,
    상기 제1 V자형의 홈과 상기 제2 V자형의 홈은 연장 방향을 따라 직선으로 설치되어 있는, 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 4각뿔(four-sided pyramid)의 홈 형상을 갖는, 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도광체는,
    상기 제1 주면과 상기 측면에 대하여 경사진 제1 테이퍼부; 및
    상기 제2 주면과 상기 측면에 대하여 경사진 제2 테이퍼부
    중 적어도 어느 하나를 갖는, 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 주면 및 상기 제2 주면 중 적어도 어느 하나와 평행한 방향의 상기 제1 테이퍼부의 길이는 4 내지 5 밀리미터인, 표시 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 주면 및 상기 제2 주면 중 적어도 어느 하나와 평행한 방향의 상기 제2 테이퍼부의 길이는 4 내지 5 밀리미터인, 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광 제어층 위에 설치된 파장 선택 흡수층을 더 포함하고, 상기 파장 선택 흡수층은
    상기 제1 주면과 수직한 방향을 따라 볼 때, 상기 제1 영역과 겹치는 부분을 갖는 제1 흡수층과,
    상기 제1 주면과 수직한 방향을 따라 볼 때, 상기 제2 영역과 겹치는 부분을 갖고 상기 제1 흡수층의 흡수 스펙트럼과 상이한 흡수 스펙트럼을 갖는 제2 흡수층
    을 포함하는, 표시 장치.
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