KR101821430B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원의 에너지 이용 효율을 높게 유지하면서도, 시야각을 넓게 확보하는 것이 가능한 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 표시 장치는, 광원(25)으로부터 출사된 광을 영상으로서 관찰자측에 출사시키는 표시 장치(10)이며, 출광면, 이면, 및 출광면과 이면 사이의 측면을 구비하는 도광판(21)과, 도광판의 측면에 광을 출사하는 광원(25)과, 도광판의 관찰자측에 배치된 광학 시트(30)와, 광학 시트의 관찰자측에 배치된 액정 패널(15)과, 액정 패널의 관찰자측에 배치된 시야를 확대하는 수단(40)을 구비한다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 영상을 관찰자측에 출사하는 표시 장치에 관한 것으로, 우수한 광학적 특성을 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 텔레비전 등의 액정 표시 장치에는, 액정 패널에 대하여 배면측에서 조명하는 면 광원 장치가 구비되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 면 광원 장치는 크게 나누어, 광학 부재에 대향하도록 광원을 배치하는 직하형과, 광학 부재의 측방에 광원을 배치하는 에지 라이트형으로 분류된다. 에지 라이트형 면 광원 장치는 직하형 면 광원 장치와 비교하여, 면 광원 장치의 두께를 얇게 할 수 있는 이점을 갖고 있다.
에지 라이트형 면 광원 장치에서는, 액정 패널에 면하여 측방으로부터의 광원 광을 유도하는 도광판이 설치되어 있다. 광원으로부터의 광은 도광판의 측면(입광면)으로부터 도광판 내에 입사된다. 도광판 내에 입사된 광은 도광판 내에서 반사를 반복하여, 입광면에 대향하는 면의 방향을 향하여(도광 방향) 도광판 내를 진행해 간다. 도광판 내를 진행하는 광은, 도광판으로부터의 광학적인 작용에 의해, 도광판 내를 진행함에 따라서 조금씩 출광면에서 출사된다. 이 결과, 도광판의 출광면에서의 출사광량이, 도광 방향을 따라서, 균일화되게 된다.
일본 특허 공개 제2004-226503호 공보
그러나 표시 장치의 성능을 평가함에 있어서 중요한 지표가 되는 것은, 광원의 에너지 이용 효율의 높음과 시야각의 넓이이다. 그러나, 액정 패널은 그 성질상, 수직 입사광에 대해서는 콘트라스트, 효율이 모두 우수하지만, 경사 방향으로부터의 입사광, 또는 기울기로부터의 관찰에서는 콘트라스트의 저하나, 효율의 악화가 현저해진다. 따라서, 이용 효율을 향상시키려고 하면, 액정 패널에의 입사광은 정면 방향으로 집광시키는 것이 필요했다. 한편, 시야각을 확대하고자 하면, 이러한 집광이 문제가 되고 있었다.
특히, TN형 액정은 구조가 간이하고 효율이 좋다는 이점을 갖는 한편, 시야각이 좁다는 문제가 있었다. 또한, 다른 유형의 액정에 대해서도, 정도의 차이는 있지만 동일한 문제가 있었다.
따라서 본 발명은, 상기의 문제를 감안하여, 광원의 에너지 이용 효율을 높게 유지하면서도, 시야각을 넓게 확보하는 것이 가능한 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 첨부 도면의 참조 부호를 괄호쓰기로 부기하지만, 그것에 의해 본 발명이 도시한 형태에 한정되는 것은 아니다.
청구항 1에 기재된 발명은, 광원(25)으로부터 출사된 광을 영상으로서 관찰자측에 출사시키는 표시 장치(10)이며, 관찰자측을 향할 수 있는 출광면, 상기 출광면에 대향하는 이면, 및 출광면과 이면 사이의 측면을 구비하는 투광성을 갖는 도광판(21)과, 도광판의 측면에 광을 출사 가능하게 배치된 광원과, 도광판의 관찰자측에 배치된 광학 시트(30)와, 광학 시트의 관찰자측에 배치된 액정 패널(15)과, 액정 패널의 관찰자측에 배치된 시야를 확대하는 수단(40)을 구비하고, 도광판의 출광면측에는, 복수의 볼록 형상의 단위 광학 요소(23a)가 시트 면을 따라 병렬되고, 상기 단위 광학 요소는 광원이 배치된 측면으로부터 이에 대향하는 측면측에는 소정의 단면을 갖고 연장되고, 상기 연장 방향과 직교하는 방향으로는 병렬되며, 광학 시트의 도광판측의 면에는, 복수의 볼록 형상의 단위 프리즘(32a)이 시트 면을 따라 병렬되고, 상기 단위 프리즘은 단위 광학 요소가 병렬되는 방향으로는 소정의 단면을 갖고 연장되고, 상기 연장 방향과 직교하는 방향으로는 병렬되는 것을 특징으로 하는 표시 장치이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 표시 장치(10)에 있어서, 시야를 확대하는 수단은 액정 패널의 관찰자측에 배치된 시야 확대 부재(40)이며, 시야 확대 부재는, 관찰자측에 짧은 윗변, 액정 패널(15)측에 긴 아랫변을 갖는 대략 사다리꼴 단면을 구비하고, 광투과성을 갖고 시트 면을 따라 복수 병렬되는 투과부(43)와, 인접한 당해 광투과부 간에 형성되고, 투과부보다 작은 굴절률인 간부(44)를 구비하는 광 확대부(42)를 갖고, 투과부는 대략 사다리꼴 단면을 유지하여 한쪽으로 연장되고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 표시 장치(10)에 있어서, 시야를 확대하는 수단은 액정 패널의 관찰자측에 배치된 시야 확대 부재(40)이며, 시야 확대 부재는, 관찰자측에 짧은 윗변, 액정 패널(15)측에 긴 아랫변을 갖는 대략 사다리꼴 단면을 구비하고, 광투과성을 갖고 시트 면을 따라 복수 병렬되는 투과부(43)와, 인접한 당해 광투과부 간에 형성되고, 투과부보다 작은 굴절률인 간부(44)를 구비하는 광 확대부(42)를 갖고, 투과부는 대략 사다리꼴 단면을 유지하고, 단위 광학 요소(23a)의 연장 방향, 또는 단위 프리즘(32a)의 연장 방향 중 어느 하나로 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 2 또는 3에 기재된 표시 장치(10)에 있어서, 시야 확대 부재(40)의 간부(44)는 광을 흡수할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치(10)에 있어서, 시야 확대 부재(40)의 투과부(43)가 수평 방향으로 시야를 확대하도록 연장하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치(10)에 있어서, 도광판(21)에는 광산란제(22b)가 분산되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치(10)에 있어서, 액정 패널(15)이 TN형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 표시 장치에 의하면, 에너지 이용 효율을 높게 유지하면서, 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
도 1은 하나의 실시 형태에 관한 표시 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 2는 면 광원 장치의 하나의 단면(도 1의 II-II에 따른 단면)을 나타내는 분해도이다.
도 3은 면 광원 장치의 다른 단면(도 1의 III-III에 따른 단면)을 나타내는 분해도이다.
도 4는 도 3의 일부를 확대시킨 도면이다.
도 5는 도 2의 일부를 확대시킨 도면이다.
도 6은 시야 확대 부재의 1 단면(도 1의 II-II에 따른 단면)을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6의 일부를 확대시킨 도면이다.
도 8은 간부의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 9는 시야 확대 부재에 있어서의 광로예를 설명하는 도면이다.
도 10은 관찰 각도와 휘도와의 관계를 설명하는 도면이다.
본 발명의 상기한 작용 및 이득은, 다음에 설명하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 의해 분명해진다. 이하, 본 발명을 도면에 나타내는 실시 형태에 기초하여 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 하나의 실시 형태에 관한 표시 장치(10) 중, 액정 패널(15), 면 광원 장치(20) 및 시야 확대 부재(40)에 주목하여 나타낸 분해 사시도이다. 도 1 및 적절히 도시하는 도면에 의해 표시 장치(10)에 대해 설명한다.
표시 장치(10)은, 액정 패널(15), 면 광원 장치(20) 및 시야 확대 부재(40)를 구비하고 있다. 또한, 표시 장치(10)에는 설명은 생략하지만, 기타 이것이 표시 장치로서 동작하기 위해 필요해지는 통상의 기기를 구비하고 있다.
여기서 도 1에서는 지면 위가 관찰자측이 된다.
액정 패널(15)은, 시야 확대 부재(40)측에 배치된 상부 편광판(13)과, 면 광원 장치(20)측에 배치된 하부 편광판(14)과, 상부 편광판(13)과 하부 편광판(14) 사이에 배치된 액정 셀(12)을 갖고 있다. 편광판(13, 14)은, 입사된 광을 직교하는 두개의 편광 성분(P파 및 S파)으로 분해하고, 한쪽 방향(투과축과 평행한 방향)의 편광 성분(예를 들어, P파)을 투과시켜, 당해 한쪽 방향으로 직교하는 다른 쪽 방향(흡수축과 평행한 방향)의 편광 성분(예를 들어, S파)을 흡수하는 기능을 갖고 있다.
액정 셀(12)은, 하나의 화소를 형성하는 영역마다, 전계 인가가 이루어질 수 있도록 되어 있다. 그리고, 전계 인가된 액정 셀(12)의 배향은 변화하게 된다. 면 광원 장치(20)측(즉 입광측)에 배치된 하부 편광판(14)을 투과한 특정 방향의 편광 성분(본 실시 형태에 있어서는, P파)은, 전계 인가된 액정 셀(12)을 통과할 때에 그 편광 방향을 90° 회전시키고, 한편, 전계 인가되지 않은 액정 셀(12)을 통과할 때에 그 편광 방향을 유지한다. 이로 인해, 액정 셀(12)로의 전계 인가의 유무에 따라서 하부 편광판(14)을 투과한 특정 방향의 편광 성분(P파)이 하부 편광판(14)의 출광측에 배치된 상부 편광판(13)을 더 투과하거나 또는, 상부 편광판(13)으로 흡수되어서 차단되는 것을 제어할 수 있다.
이와 같이 하여 액정 패널(15)에서는, 면 광원 장치(20)로부터의 광의 투과 또는 차단을 화소마다 제어하고, 영상을 표현할 수 있도록 구성되어 있다.
액정 패널은 이러한 원리에 의해 관찰자에 대해 영상을 제공할 수 있도록 구성되어 있다. 액정 패널은 그 성질상, 상기 액정 패널의 법선 방향으로의 입사광에 대해서는 출사광의 콘트라스트 및 효율(투과율)은 우수하다. 그러나, 액정 패널의 법선 방향에 대하여 기울기로부터의 입사광 및 관찰자에 의한 경사 방향으로부터의 관찰에 대해서는 콘트라스트의 저하나 효율(투과율)의 낮음이 문제가 된다. 즉, 시야각의 확대와 에너지의 이용 효율은 상반하는 것이 된다. 특히, TN형 액정은 비교적 구조가 간이하며 저렴한 이점이 있는 한편 시야각이 좁다. 이에 대해, 본 실시 형태의 표시 장치(10)에서는, 액정 패널이 TN형이어도 높은 에너지 이용 효율을 유지하면서도, 시야각을 확대시키는 것이 가능하게 된다.
단, TN형에 한정되지 않고, 다른 유형의 액정 패널(STN, VA, MVA, IPS, OCB 등)이 적용되는 것에 지장을 주지 않고, 이러한 다른 유형의 액정 패널에서도 그 효과를 발휘하게 된다.
이어서 면 광원 장치(20)에 대하여 설명한다. 도 2에는, 도 1에 II-II로 나타낸 선을 따른 면 광원 장치(20)의 두께 방향(도 1의 지면 상하 방향) 단면도, 도 3에는 동 III-III으로 나타낸 선을 따른 면 광원 장치(20)의 두께 방향(도 1의 지면 상하 방향) 단면도를 도시했다.
면 광원 장치(20)는 액정 패널(15) 중, 관찰자측과는 반대측에 배치되고, 액정 패널(15)에 면 형상의 광을 출사하는 조명 장치이다. 도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 면 광원 장치(20)는, 에지 라이트형 면 광원 장치로 구성되어, 도광판(21)과, 광원(25)과, 광학 시트(30)와, 반사 시트(35)를 갖고 있다.
도광판(21)은, 도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 기초부(22)와 단위 광학 요소부(23)를 갖고 있다. 기초부(22)는, 평판 형상의 부재이며, 투광성을 갖는 주부(22a) 내에 광산란제(광 확산성 입자)(22b)가 분산되어 구성되어 있다. 광산란제(22b)는 주부(22a) 내를 진행하는 광에 대하여, 반사나 굴절 등에 의해, 당해 광의 진행 방향을 변화시키는 작용을 미치게 한다. 이러한 광산란제(22b)의 광 확산 기능(광산란 기능)은, 예를 들어 주부(22a)를 이루는 재료를 광산란제(22b)와는 다른 굴절률을 갖는 재료로 구성함으로써 발휘할 수 있다. 그 외, 광산란제(22b)를 광에 대해 반사 작용을 미치게 할 수 있는 재료로 할 수도 있다.
단위 광학 요소부(23)는, 도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 기초부(22)의 면 중 광학 시트(30)측의 면에 형성되는 부위이며, 복수의 단위 광학 요소(23a)가 병렬되어 있다. 단위 광학 요소(23a)는, 도 3에 나타내는 단면을 유지하여 지면 안쪽 전방향으로 연장되는 기둥 형상의 요소이며, 그 연장되는 방향은 단위 광학 요소(23a)가 병렬되는 방향에 대하여 직교하는 방향이다.
도 4에는 도 3 중 단위 광학 요소(23a)의 부분에 주목한 확대도를 나타냈다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 단위 광학 요소(23a)는, 기초부(22)의 한쪽 면 위에 밑변을 갖고, 기초부(22)로부터 돌출된 볼록 형상의 삼각형 형상을 갖고 있다. 본 실시 형태의 단위 광학 요소(23a)에서는, 당해 단면에 있어서의 밑변에 대향하는 정점이 곡선 형상으로 되어 있다.
또한, 단위 광학 요소(23a)의 당해 단면 형상은, 다음의 조건 A 및 조건 B 중 적어도 한쪽을 만족하는 것이 바람직하다.
조건 A: 단면 삼각형 형상의 꼭지각 이외의 각, 즉, 단면 삼각형 형상의 기초부(22) 위에 위치하는 밑각의 각도(θ1, θ2)가, 25° 이상 45° 이하이다.
조건 B: 단위 광학 요소(23a)의 밑변의 길이(Wa)에 대한, 단위 광학 요소(23a)의 높이(Ha)의 비(Ha/Wa)가 0.2 이상 0.5 이하이다.
조건 A 및 조건 B 중 적어도 한쪽이 만족되는 경우, 후술하는 바와 같이, 도광판(21)으로부터 출광하는 광에서, 단위 광학 요소(23a)가 병렬되는 방향(도 4의 지면 좌우 방향)을 따른 성분에 대하여 지극히 효과적으로 집광 작용이 미치게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 단위 광학 요소(23a)는 도 3, 도 4에 나타나는 단면(단위 광학 요소(23a)이 병렬되는 방향을 따른 단면)에 있어서, 이등변 삼각형이다. 이것에 의하면, 정면 방향 휘도를 효과적으로 상승시키는 것 및, 단위 광학 요소(23a)의 병렬 방향을 따른 면 내에서의 휘도의 각도 분포에 대칭성을 부여할 수 있다. 따라서, 당해 단면에 있어서의 단면 삼각형 형상의 두 개의 밑각(θ1, θ2)는 동등한 것이 바람직하다.
또한, 본건 명세서에 있어서의 「삼각형 형상」이란, 엄밀한 의미에서의 삼각형 형상뿐만 아니라, 제조 기술에 있어서의 한계나 성형시의 오차 등을 포함하는 대략 삼각형 형상을 포함한다. 또한 마찬가지로, 본건 명세서에 있어서 사용하는, 그 밖의 형상이나 기하학적 조건을 특정하는 용어, 예를 들어 「평행」, 「직교」, 「타원」, 「원」 등의 용어도, 엄밀한 의미로 구속하지 않고, 마찬가지인 광학적 기능을 기대할 수 있는 정도의 오차를 포함하여 해석하는 것으로 한다.
이상과 같은 구성을 갖는 도광판(21)의 치수는, 일례로서 이하와 같이 설정될 수 있다. 우선, 단위 광학 요소(23a)의 구체예로서, 도광판(21)의 판면을 따른 폭(Wa)(도 4 참조)은 20 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하로 할 수 있고, 도광판(21)의 판면에 대한 법선 방향(nd)에 따른 단위 광학 요소(23a)의 높이(Ha)(도 4 참조)를 4 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 할 수 있다. 또한, 단위 광학 요소(23a)의 단면 형상이 삼각형 형상으로 이루어지는 경우에는, 꼭지각(θ3)(도 4 참조)의 각도를 90° 이상 125° 이하로 할 수 있다.
한편, 기초부(22)의 두께는 0.5 ㎜ 내지 6 ㎜로 할 수 있다.
이상과 같은 구성으로 이루어지는 도광판(21)은 압출 성형에 의해, 또는 기재 위에 단위 광학 요소(23a)를 부형함으로써 제조할 수 있다. 도광판(21)의 기초부(22)의 주부(22a) 및 단위 광학 요소(23a)를 이루는 재료로서는 다양한 재료를 사용할 수 있다. 단, 표시 장치에 내장되는 광학 시트용 재료로서 널리 사용되고 우수한 기계적 특성, 광학 특성, 안정성 및 가공성 등을 가짐과 함께 저렴하게 입수 가능한 재료, 예를 들어 아크릴, 스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 등의 하나 이상을 주성분으로 하는 투명 수지나, 에폭시아크릴레이트나 우레탄아크릴레이트계의 반응성 수지(전리 방사선 경화형 수지 등)가 적절하게 사용될 수 있다. 한편, 광산란제(22b)는 일례로서, 평균 입경이 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛정도인 실리카(이산화규소), 알루미나(산화알루미늄), 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지, 실리콘 수지 등의 투명 물질로 이루어지는 입자를 사용할 수 있다.
또한, 압출 성형으로 제조된 도광판(21)에 있어서는, 기초부(22)와 단위 광학 요소부(23)가 일체적으로 형성될 수 있다. 또한, 부형에 의해 도광판(21)을 제조하는 경우, 단위 광학 요소부(23)가 기초부(22)의 주부(22a)를 이루는 재료와 동일한 수지 재료이거나 상이한 재료일 수 있다.
도 1 내지 도 3으로 돌아와서 광원(25)에 대하여 설명한다. 광원(25)은 도광판(21)의 기초부(22)의 판 형상의 대향하는 2조의 측면 중, 단위 광학 요소(23a)가 연장되는 길이 방향 양단부가 되는 1조의 측면 각각에 배치된다. 광원의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 선상의 냉음극관 등의 형광등, 점상의 LED(발광 다이오드), 또는 백열전구 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 본 실시 형태에서는 광원(25)은 복수의 LED로 이루어지고, 도시하지 않은 제어 장치에 의해 각 LED의 출력, 즉, 각 LED의 점등 및 소등 및/또는 각 LED의 점등시의 밝기를 다른 LED의 출력으로부터 독립하여 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
다음은 광학 시트(30)에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 광학 시트(30)는 시트 형상으로 형성된 본체부(31)와, 본체부(31)의 면 중 도광판(21)에 대향하는 면, 즉 입광 측면에 설치된 단위 프리즘부(32)를 갖고 있다.
이 광학 시트(30)는 후술하는 바와 같이, 입광측에서 입사된 광의 진행 방향을 변화시켜서 출광측에서 출사시키고, 정면 방향(법선 방향)의 휘도를 집중적으로 향상시키는 기능(집광 기능)을 갖고 있다. 이 집광 기능은 주로, 광학 시트(30) 중, 단위 프리즘부(32)에 의해 발휘된다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본체부(31)는 단위 프리즘부(32)를 지지하는 기능을 갖는 평판 형상의 시트 형상 부재이다. 그리고, 본체부(31)의 면 중, 도광판(21)에 대면하는 측과는 반대측의 면이 출광측면이 된다. 본 실시 형태에 있어서, 본체부(31)의 출광측면은, 평탄(평평함)하고 평활한 면으로 형성되어 있다. 단, 출광측면은 평활면인 것에 한정되지 않고, 미세한 요철이 부여된 면(소위 매트면)일 수도 있고, 필요에 따른 표면 형태를 적용하는 것이 가능하다.
단위 프리즘부(32)는 도 1 내지 도 3에 잘 도시되어 있는 바와 같이 복수의 단위 프리즘(32a)이 본체부(31)의 입광측면을 따라 배열되도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 단위 프리즘(32a)은 당해 배열되는 방향에 직교하는 방향으로, 도 2에 도시한 소정의 단면 형상을 유지하여 연장되도록 형성된 기둥 형상의 부재이다. 그 연장되는 방향은, 단위 프리즘(32a)이 배열되는 방향에 직교하는 방향인 것 외에 상기한 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a)가 연장되는 방향에 대하여 90도 어긋난 방향이다. 따라서, 단위 프리즘(32a)의 연장 방향과 단위 광학 요소(23a)의 연장 방향은 표시 장치를 정면에서 본 경우에 직교한다.
또한, 단위 프리즘(32a)의 길이 방향은, 정면으로부터 관찰한 경우에, 액정 패널(15)의 하부 편광판(14)의 투과축과 교차하고 있다. 바람직하게는, 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)의 길이 방향은, 액정 패널(15) 하부 편광판(14)의 투과축에 대하여, 표시 장치의 표시면과 평행한 면(광학 시트(30)의 본체부(31)의 시트면과 평행한 면) 위에서 45°보다 크고 135°보다 작은 각도로 교차하고 있다. 또한, 여기에서 말하는 각도는, 단위 프리즘(32a)의 길이 방향과 하부 편광판(14)의 투과축에 의해 이루어지는 각도 중, 작은 쪽의 각도, 즉, 180° 이하의 각도를 의미하고 있다. 특히, 본 실시 형태에 있어서는, 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)의 길이 방향은 액정 패널(15)의 하부 편광판(14)의 투과축에 대하여 직교하고, 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)이 배열되는 방향은 액정 패널(15)의 하부 편광판(14)의 투과축과 평행한 것이 바람직하다.
다음으로 단위 프리즘(32a)의 병렬 방향의 단면 형상에 대하여 설명한다. 도 5는, 도 2에서 광학 시트(30)의 일부를 확대시킨 도면이다. 여기서 nd는 본체부(31)의 시트면의 법선 방향을 나타내고 있다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 단위 프리즘(32a)은 본체부(31)의 도광판(21) 측면이 돌출된 이등변 삼각형의 단면을 갖고 있다. 즉, 본체부(31)의 시트면과 평행한 방향의 단위 프리즘(32a)의 폭은 본체부(31)의 법선 방향(nd)을 따라 본체부(31)로부터 이격됨에 따라서 작아진다.
또한, 본 실시 형태에서는 단위 프리즘(32a)의 외측 윤곽은 본체부(31)의 법선 방향(nd)과 평행한 축을 대칭축으로 선 대칭으로 되어 있고, 단면이 이등변 삼각형이다. 이에 따라 광학 시트(30)의 출광면에 있어서의 휘도는 단위 프리즘(32a)의 병렬 방향으로 평행한 면에서 정면 방향을 중심으로 하여 대칭적인 휘도의 각도 분포를 갖게 된다.
여기서, 단위 프리즘(32a)의 치수는 특별히 한정되는 것은 아니나, 꼭지각(θ4)(도 5 참조)는 60°∼70°, 밑변 폭(W)은 50 ㎛ 정도로 함으로써 적절한 집광 특성을 얻을 수 있는 경우가 많다.
이상과 같은 구성으로 이루어지는 광학 시트(30)는 압출 성형에 의해, 혹은 본체부(31) 위에 단위 프리즘(32a)을 부형함으로써 제조할 수 있다. 광학 시트(30)를 이루는 재료로서는, 다양한 재료를 사용할 수 있다. 단, 표시 장치에 내장되는 광학 시트용 재료로 널리 사용되며, 우수한 기계적 특성, 광학 특성, 안정성 및 가공성 등을 가짐과 함께 저렴하게 입수 가능한 재료, 예를 들어 아크릴, 스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 등의 하나 이상을 주성분으로 하는 투명 수지나, 에폭시아크릴레이트나 우레탄 아크릴레이트계의 반응성 수지(전리 방사선 경화형 수지 등)를 적절하게 사용할 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기와 같이 단면 형상이 삼각형인 단위 렌즈에 대하여 설명했지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 당해 삼각형의 정점부가 짧은 윗변이 되는 사다리꼴일 수도 있다. 또한 경사면의 형상이 꺾은 선상이나 곡선일 수도 있다.
도 1 내지 도 3으로 돌아와서 면 광원 장치(20)의 반사 시트(35)에 대하여 설명한다. 반사 시트(35)는 도광판(21)의 이면에서 출사된 광을 반사하고, 다시 도광판(21) 내에 광을 입사시키기 위한 부재이다. 반사 시트(35)는 금속 등의 높은 반사율을 갖는 재료로 이루어지는 시트, 높은 반사율을 갖는 재료로 이루어지는 박막(예를 들어 금속 박막)을 표면층으로 포함한 시트 등의 소위 경면 반사를 가능하게 하는 것을 바람직하게 적용할 수 있다. 이에 의해, 광의 수렴성을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 에너지 이용 효율을 좋게 할 수 있다.
다음은 도 1로 돌아와서 시야 확대 부재(40)에 대해 설명한다. 시야 확대 부재(40)는 시야를 확대하는 수단으로 기능하고, 액정 패널(15)을 투과하여, 영상 정보를 얻은 면 광원 장치(20)로부터의 광의 시야각을 확대하는 부재이다. 이에 의해 관찰자에 대하여 시야각이 넓은 영상을 제공할 수 있다. 도 6은, 본 실시 형태의 표시 장치(10)에 구비되는 시야 확대 부재(40)에 주목하여, 도 1의 II-II에 따른 방향의 단면의 일부를 나타내고, 그 층의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
시야 확대 부재(40)는 기재층(41)과, 상기 기재층(41) 위에 형성된 확대층(42)을 갖고 있다. 이하에 기재층(41) 및 확대층(42)에 대해 상세하게 설명한다.
기재층(41)은, 확대층(42)을 형성하기 위한 기재가 되는 층이다. 기재층(41)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 주성분으로 한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 기재층(41)이 PET를 주성분으로 하는 경우, 기재층(41)에는 다른 수지가 포함될 수도 있다. 또한, 각종 첨가제를 적절하게 첨가할 수도 있다. 일반적인 첨가제로는 페놀계 등의 산화 방지제, 락톤계 등의 안정제 등을 들 수 있다. 여기서 「주성분」이란, 기재층을 형성하는 재료 전체에 대하여 상기 PET가 50 질량％ 이상 함유되어 있는 것을 의미한다(이하, 동일하게 함).
단, 기재층(41)을 구성하는 재료의 주성분은, 반드시 PET일 필요는 없고, 그 밖의 재료일 수도 있다. 여기에는 예를 들어, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 테레프탈산-이소프탈산-에틸렌글리콜 공중합체, 테레프탈산-시클로헥산디메탄올-에틸렌글리콜 공중합체 등의 폴리에스테르계 수지, 나일론 6 등의 폴리아미드계 수지, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 등의 스티렌계 수지, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지, 이미드계 수지, 폴리카르보네이트 수지 등을 들 수 있다. 또한, 이들 수지 중에는 필요에 따라 적절하게 자외선 흡수제, 충전제, 가소제, 대전 방지제 등의 첨가제를 첨가할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 성능 외에 양산성, 가격, 입수 가능성 등의 관점에서, 바람직한 형태로 PET를 주성분으로 하는 수지에 의해 기재층(41)을 구성하였다.
확대층(42)은, 면 광원 장치(20), 액정 패널(15)측에서의 영상광의 광로를 제어하고, 시야각을 확대하는 기능을 갖는 층이다. 확대층(42)은, 도 6에 나타낸 단면을 갖고 지면 안측/전방측으로 연장되는 형상을 구비한다. 즉, 도 6에 나타나는 단면에 있어서, 대략 사다리꼴인 투과부(43)와 인접한 2개의 투과부(43) 사이에 형성된 단면이 대략 사다리꼴인 간부(44)를 구비하고 있다. 도 7에는, 도 6에 나타낸 시야 확대 부재(40)의 일부를 더 확대시켜 나타냈다.
도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 투과부(43) 및 간부(44)가 배열되는 방향은 상기한 광학 시트(30)의 단위 렌즈(32a)가 배열되는 방향과 동일하다. 따라서, 투과부(43) 및 간부(44)가 상기 단면을 갖고 연장하는 방향도 단위 렌즈(32a)가 연장하는 방향과 동일하고, 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a)가 연장하는 방향과 정면에서 보아서 직교하는 방향이다.
투과부(43)는 광을 투과시키는 것을 주요 기능으로 하는 부위이며, 도 6, 도 7에 나타나는 단면에 있어서, 기재층(41)측에 긴 아랫변, 그 반대측(관찰자측)에 짧은 윗변을 갖는 대략 사다리꼴 단면 형상을 갖는 요소이다. 투과부(43)는 기재층(41)의 시트 면을 따라 소정의 간격으로 병렬됨과 함께, 그 사이에는, 대략 사다리꼴 단면을 갖는 간부(44)가 형성되어 있다. 따라서, 간부(44)는 투과부(43)의 윗변측에 긴 아랫변을 갖고, 투과부(43) 아랫변측에 짧은 윗변을 갖는 사다리꼴 단면을 갖고, 여기에 후술하는 필요한 재료가 충전됨으로써 간부(44)가 형성된다.
투과부(43)는 굴절률이 Nt로 되어 있다. 이러한 투과부(43)는 투과부 구성 조성물을 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 상세하게는 후술한다. 굴절률 Nt의 값은 특히 한정되지 않지만, 적용하는 재료의 입수성의 관점 등에서 1.49 내지 1.56인 것이 바람직하다.
간부(44)는 굴절률이 Nr로 되어 있다. 굴절률 Nr은 투과부(43)의 굴절률 Nt보다 작은 굴절률로 된다. 이와 같이, 간부(44)의 굴절률을 투과부(43)의 굴절률보다 작게 함으로써, 소정의 조건에서 투과부(43)에 입사한 영상광을 투과부(43)와 간부(44)의 계면에서 적절하게 반사시킬 수 있다. 굴절률 Nr의 값은 특별히 한정되지 않지만, 적용하는 재료의 입수성의 관점 등에서 1.49 내지 1.56인 것이 바람직하다.
투과부(43)의 굴절률 Nt와 간부(44)의 굴절률 Nr의 굴절률의 차는 특별히 한정되지 않지만, 0 보다 크고 0.15 이하인 것이 바람직하다. 굴절률을 높게 함으로써, 보다 많은 영상광을 반사시켜 시야를 확대할 수 있다.
도 7에 도 6의 일부를 확대한 도면을 나타낸다. 확대층(42)은 예를 들어 다음과 같은 형상으로 제조된다.
투과부 및 간부의 경사면의 경사 각도(도 7의 θk)는 시트면 법선에 대하여 5도 내지 15도 정도가 바람직하다. θk를 지나치게 작게 하면 시야각을 넓히는 효과가 작고, 확대층으로서의 기능이 저하되어 버린다. 한편, θk를 지나치게 크게 하면 정면 휘도가 부족하거나, 광의 손실이 커져 버린다.
투과부(43) 및 간부(44)가 병렬되는 피치(도 7의 p)는 액정 패널의 화소의 피치에 따라 적절하게 조정하는 것이 필요하지만 50 ㎛ 정도이다.
도 7에 a로 나타낸 투과부의 출광측 폭과 피치 p의 비율인 개구율(a/p)도 액정 패널의 화소의 피치에 의해 적절하게 조정할 필요가 있지만, 정면 휘도를 유지하면서 시야각을 적절하게 확대하는 관점에서 그의 밸런스를 고려하면 50 ％ 정도인 것이 바람직하다.
도 7에 θm으로 나타낸 전망 각(하나의 간부의 출광측의 코너부와, 여기에 인접한 다른 쪽 간부의 입광측의 코너부를 연결하는 선이 시트 법선과 이루는 각)은 25도 내지 35도인 것이 바람직하다. θm을 지나치게 작게 하면 시야각이 지나치게 좁아지고, 확대층으로서의 기능이 저하되어 버린다. 한편, θm을 지나치게 크게 하면 정면 휘도가 부족하거나, 광의 손실이 커져 버린다.
이러한 시야 확대 부재(40)는 예를 들어 다음과 같이 제조된다. 처음에 기재층(41)에 투과부(43)를 형성한다. 이것은, 투과부(43)의 형상을 전사할 수 있는 형상을 표면에 갖는 금형 롤과, 여기에 대향하도록 배치된 닙 롤 사이에, 기재층(41)이 되는 기재 시트를 삽입한다. 이 때, 기재 시트와 금형 롤 사이에 투과부 구성 조성물을 공급하면서 금형 롤 및 닙 롤을 회전시킨다. 이에 의해 금형 롤 표면에 형성된 투과부에 대응하는 홈(투과부 형상을 반전한 형상)에 투과부 구성 조성물이 충전되어, 상기 조성물이 금형 롤의 표면 형상을 따른 것이 된다.
여기서, 투과부 구성 조성물로서는, 예를 들어 광경화형 예비중합체(P1)에, 반응성 희석 단량체(M1) 및 광중합 개시제(S1)를 배합한 광경화형 수지 조성물이 바람직하게 사용된다.
상기 광경화형 예비중합체(P1)로서는, 예를 들어 에폭시아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리에테르아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 폴리티올계 등의 예비중합체를 들 수 있다.
또한, 상기 반응성 희석 단량체(M1)로서는, 예를 들어 비닐피롤리돈, 2-에틸헥실아크릴레이트, β-히드록시아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 광중합 개시제(S1)로서는, 예를 들어 히드록시벤조일 화합물(2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 벤조인알킬에테르 등), 벤조일포르메이트 화합물(메틸벤조일포르메이트 등), 티오크산톤 화합물(이소프로필티오크산톤 등), 벤조페논(벤조페논 등), 인산에스테르 화합물(1,3,5-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥시드 등), 벤질디메틸케탈 등을 들 수 있다. 이들 중에서 광경화형 수지 조성물을 경화시키기 위한 조사 장치 및 광경화형 수지 조성물의 경화성의 관점에서 임의로 선택할 수 있다. 또한, 투과부의 착색 방지 관점에서 바람직한 것은, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥시드이다.
광경화형 수지 조성물에 포함되는 광중합 개시제(S1)의 양은, 광경화형 수지 조성물의 경화성 및 비용의 관점에서, 조성물 전량을 기준(100 질량％)으로 0.5 질량％ 이상 5.0 질량％ 이하인 것이 바람직하다. 일반적으로, 광중합 개시제는 적어도 부분적으로 가용성(예를 들어, 수지의 처리 온도에서)이며, 중합된 후, 실질적으로 무색이다. 광중합 개시제를 착색(예를 들어, 황색으로 착색)해도 좋지만, 조성물을 경화시켜서 투과부를 형성했을 때에 실질적으로 무색이 되는 것을 조건으로 한다.
이들 광경화형 예비중합체(P1), 반응성 희석 단량체(M1) 및 광중합 개시제(S1)는 각각, 1종, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한 필요에 따라, 투과부 구성 조성물 중에, 도막의 개질이나 도포 적성, 금형 롤로부터의 이형성을 개선시키기 위해 다양한 첨가제로서 실리콘계 첨가제, 레올로지 컨트롤제, 탈포제, 이형제, 대전 방지제, 자외선 흡수제 등을 첨가하는 것도 가능하다.
금형 롤과 기재 시트 사이에 끼워져 있고, 여기에 충전된 투과부 구성 조성물에 대하여, 기재 시트측에서 광조사 장치에 의해 경화시키기 위한 광을 조사한다. 이에 의해, 조성물을 경화시켜, 그 형상을 고정시킬 수 있다. 그리고, 이형 롤에 의해 금형 롤로부터 기재층(41) 및 성형된 투과부(43)을 이형한다.
이어서, 간부(44)를 형성한다. 간부(44)를 형성하기 위해서는, 우선, 상기 형성된 투과부(43) 사이의 홈에 간부를 구성하는 조성물을 충전한다. 그 후, 잉여분의 당해 조성물을 닥터 블레이드 등으로 긁어 떨어뜨린다. 그리고, 남은 조성물에 투과부(43)측으로부터 자외선을 조사함으로써 경화시켜, 간부(44)를 형성할 수 있다.
간부를 구성하는 조성물로서 사용되는 것은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 광경화형 예비중합체(P2)에 반응성 희석 단량체(M2) 및 광중합 개시제(S2)를 배합한 광경화형 수지 조성물이 바람직하게 사용된다.
광경화형 예비중합체(P2)로서는, 예를 들어 우레탄(메트)아크릴레이트, 폴리에스테르(메트)아크릴레이트, 에폭시(메트)아크릴레이트 및 부타디엔(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
또한, 반응성 희석 단량체(M2)로서는, 예를 들어 단관능 단량체로서, N-비닐피롤리돈, N-비닐 카프로락톤, 비닐이미다졸, 비닐피리딘, 스티렌 등의 비닐 단량체, 라우릴(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 부톡시에틸(메트)아크릴레이트, 에톡시디에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 메톡시디프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 파라쿠밀페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 노닐페녹시폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트, 아크릴로일모르폴린 등의 (메트)아크릴산에스테르 단량체, (메트)아크릴아미드 유도체를 들 수 있다. 또한, 다관능 단량체로서, 에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리테트라메틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 1,9-노난디올디(메트)아크릴레이트, 3-메틸-1,5-펜탄디올디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 디메틸올-트리시클로데칸디(메트)아크릴레이트, 히드록시피발산네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 비스페놀A폴리프로폭시디올디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 에톡시화트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭시화트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 글리세릴트리(메트)아크릴레이트, 프로폭시화글리세릴트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
또한, 광중합 개시제(S2)로서는, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥시드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥시드 등을 들 수 있다. 이들 중에서 광경화형 수지 조성물을 경화시키기 위한 조사 장치 및 광경화형 수지 조성물의 경화성으로부터 임의로 선택할 수 있다.
또한, 광경화형 수지 조성물에 포함되는 광중합 개시제(S2)의 양은, 광경화형 수지 조성물의 경화성 및 비용의 관점에서, 광경화형 수지 조성물 전량을 기준(100 질량％)으로, 0.5 질량％ 이상 10.0 질량％ 이하인 것이 바람직하다.
이들 광경화형 예비중합체(P2), 반응성 희석 단량체(M2) 및 광중합 개시제(S2)는 각각 1종, 혹은 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
구체적으로는, 우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트 및 메톡시트리에틸렌글리콜아크릴레이트로부터 이루어지는 광중합성 성분(상세하게는, 광경화형 예비중합체(P2) 및 반응성 희석 단량체(M2))의 굴절률, 점도, 혹은 확대층(42)의 성능에의 영향 등을 고려하여 임의로 배합하여 사용한다.
또한 필요에 따라, 첨가제로서, 실리콘, 소포제, 레벨링제 및 용제 등을 간부를 구성하는 조성물에 첨가할 수도 있다.
본 실시 형태의 표시 장치(10)에는 이상과 같이 시야 확대 부재(40)가 구비되어 있다.
여기서, 시야 확대 부재(40)의 간부(44)에는 상기 계면 반사의 기능 외에, 광을 흡수하는 기능을 가질 수도 있다. 이것에 의하면, 반사하지 않고 간부 내에 침입한 미광이나 외광을 흡수할 수 있고, 콘트라스트를 향상시키는 것도 가능하게 된다.
광흡수 성능을 갖게 하기 위해서는 광흡수 입자를 간부 내에 분산시키는 방법이나, 안료나 염료에 의해 간부 전체를 착색시킬 수도 있다.
광흡수 입자를 사용하는 경우에는, 광흡수 입자로서, 카본 블랙 등의 광흡수성 착색 입자가 바람직하게 사용된다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니고, 영상광의 특성에 맞춰서 특정한 파장을 선택적으로 흡수하는 착색 입자를 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 카본 블랙, 그래파이트, 흑색 산화철 등의 금속염, 염료, 안료 등으로 착색시킨 유기 미립자나 착색시킨 글래스 비즈 등을 들 수 있다. 특히, 착색시킨 유기 미립자가 비용면, 품질면, 입수의 용이함 등의 관점에서 바람직하게 사용된다. 보다 구체적으로는, 카본 블랙을 함유한 아크릴 가교 미립자나, 카본 블랙을 함유한 우레탄 가교 미립자 등이 바람직하게 사용된다. 이러한 착색 입자는 통상, 상기의 간부를 구성하는 조성물 중에 3 질량％ 이상 30 질량％ 이하의 범위로 포함된다. 착색 입자의 평균 입자 직경은 1.0 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
광흡수 입자를 간부에 분산시켜서 형성시키는 방법은, 상기한 간부를 구성하는 조성물 중에 광흡수 입자를 분산시키고, 조성물을 경화시키는 것이 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 간부를 사다리꼴 단면으로 형성했지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 다른 단면을 가질 수도 있다. 도 8에 예시했다. 도 8의 각 도면에서는, 지면 밑이 입광측, 지면 위가 출광측이다. 도 8의 (a)는 단면이 대략 삼각형인 간부(44')의 예이다. 도 8의 (b)는 단면에 있어서의 빗변의 경사각이 입광측(α)과 출광측(β)에서 다른 간부(44'')의 예이다. 또한, 도 8의 (c)는 빗변의 경사각이 입광측에서 출광측을 향하여 연속적으로 변화하고, 곡선 형상으로 되어 있는 간부(44''')의 예이다.
이러한 간부의 단면 형상일 수도 있다. 단, 후술하는 바와 같이 시야 확대 부재로서 이것이 입사광에 대하여 시야를 확대할 수 있도록 경사져 있는 것을 필요로 한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 간부 및 투과부의 연장 방향을 광학 시트의 단위 프리즘의 연장 방향과 동일하게 했지만, 이에 한정되지 않고, 도광판의 단위 광학 요소와 같은 방향으로 연장되도록 할 수도 있다. 이것에 의하면, 본 실시 형태와는 90도 어긋난 방향으로 광을 확산하고, 그의 시야각을 확대하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 이상과 같은 구성을 구비하는 표시 장치의 작용에 대해서, 광로예를 나타내면서 설명한다.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 광원(25)에서 발광된 광은, 도광판(21)의 측면의 입광면을 통해 도광판(21) 내에 입사한다. 도 2에는, 일례로서, 광원(25)으로부터 도광판(21)에 입사한 광(L21, L22)의 광로예를 나타내고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 도광판(21)에 입사한 광(L21, L22)은 도광판(21)의 단위 광학 요소부(23)의 면 및 그 반대측 이면에 있어서, 공기와의 굴절률차에 의한 전반사를 반복하고, 단위 광학 요소(23a)가 연장하는 방향으로 진행되어 간다.
단, 도광판(21)의 기초부(22)에서 주부(22a)에는 광산란제(22b)가 분산되어 있다. 이로 인해, 도 2에 도시한 바와 같이, 도광판(21) 내를 진행하는 광(L21, L22)은 광산란제(22b)에 의해 진행 방향이 불규칙하게 변경되고, 전반사 임계각 미만의 입사 각도에서 단위 광학 요소부(23) 및 그 반대측의 면에 입사하는 경우도 있다. 이 경우, 당해 광은, 도광판(21)의 단위 광학 요소부(23) 및 그 반대측의 면으로부터 출사할 수 있다.
단위 광학 요소부(23)로부터 출사한 광(L21, L22)은 도광판(21)의 출광측에 배치된 광학 시트(30)를 향한다. 한편, 단위 광학 요소부(23)와는 반대측인 이면으로부터 출사한 광은, 도광판(21)의 배면에 배치된 반사 시트(35)로 반사되어, 다시 도광판(21) 내에 입사하여 도광판(21) 내를 진행하게 된다.
도광판(21) 내를 진행하는 광과, 도광판(21) 내에 분산된 광산란제(22b)의 충돌은 도광판(21) 내의 도광 방향을 따른 각 구역에서 발생한다. 이로 인해, 도광판(21) 내를 진행하고 있는 광은 조금씩 출광면에서 출사하게 된다. 이에 의해, 도광판(21)의 단위 광학 요소부(23)로부터 출사하는 광의 도광 방향을 따른 광량 분포를 균일화시킬 수 있다.
특히, 도시하는 도광판(21)의 단위 광학 요소부(23)는 복수의 단위 광학 요소(23a)에 의해 구성되어, 각 단위 광학 요소(23a)의 단면 형상은 삼각형 또는 삼각형의 꼭지각을 모따기하여 되는 형상으로 되어 있다. 즉, 단위 광학 요소(23a)는 도광판(21)의 이면에 대하여 경사면(23aa, 23ab)을 갖고 구성되어 있다(도 4 참조). 따라서, 단위 광학 요소(23a)를 통해 도광판(21)으로부터 출사하는 광(L21, L22)은 예를 들어 도 4에 광(L41)으로 나타낸 바와 같이, 도광판(21)으로부터 출사할 때에 굴절된다. 이 굴절은, 단위 광학 요소(23a)의 병렬 방향에 있어서, 시트면 법선(nd)에 접근하는(법선(nd)과 이루는 각이 작아짐) 굴절이다. 이러한 작용에 의해, 단위 광학 요소부(23)는 도광 방향과 직교하는 방향을 따른 광의 성분에 대해서, 투과광의 진행 방향을 정면 방향측으로 좁힐 수 있다. 즉, 단위 광학 요소부(23)는 도광 방향과 직교하는 방향을 따른 광의 성분에 대하여, 집광 작용을 미치게 된다.
상술한 바와 같이, 이하의 조건 A 및 조건 B 중 적어도 한쪽이 만족될 경우, 단위 광학 요소부(23)는 도광판(21)으로부터 출광되는 광에 대하여, 지극히 효과적으로 상기의 집광 작용을 미치게 된다(도 4 참조).
조건 A: 단면 삼각형 형상의 꼭지각 이외의 각, 즉, 단면 삼각형 형상의 기초부(22) 위에 위치하는 밑각의 각도(θ1, θ2)가 25° 이상 45° 이하이다.
조건 B: 단위 광학 요소(23a)의 폭(Wa)에 대한 단위 광학 요소(23a)의 높이(Ha)의 비(Ha/Wa)가 0.2 이상 0.5 이하이다.
이상과 같이 하여, 도광판(21)에서 출사하는 광의 출사 각도는 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a)의 병렬 방향과 평행한 면에서 정면 방향을 중심으로 한 좁은 각도 범위 내로 좁혀진다.
도광판(21)으로부터 출사한 광은, 그 후, 광학 시트(30)에 입사한다. 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)은 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a)와 마찬가지로, 단위 프리즘(32a)의 입광면에서의 굴절 및 전반사에 의해 투과광에 대하여 집광 작용을 미친다. 단, 광학 시트(30)로 그의 진행 방향을 변화시킬 수 있는 광은, 광학 시트(30) 중, 단위 프리즘(32a)의 병렬 방향과는 직교하는 면 내의 성분이며, 도광판(21)으로 집광시켜진 성분과는 상이하다. 즉, 도 5에 L51로 나타낸 바와 같이, 단위 프리즘(32a)에 입사한 광은, 단위 프리즘(32a)과 공기의 굴절률차에 기초하여 그의 계면에서 전반사한다. 그 때, 단위 프리즘(32a)의 빗변은 시트면 법선(nd)에 대하여 θ4/2 기울고 있으므로, 계면에 있어서의 반사광은 입사광보다 법선(nd)에 가까이 할 수 있는 각도가 된다.
즉, 도광판(21)은, 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a)의 병렬 방향과 평행한 면에 있어서, 광의 진행 방향을 정면 방향을 중심으로 한 좁은 각도 범위 내로 좁히게 된다. 한편, 광학 시트(30)에서는, 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)의 병렬 방향과 평행한 면에 있어서, 광의 진행 방향을 정면 방향을 중심으로 한 좁은 각도 범위 내로 좁히게 된다. 따라서, 광학 시트(30)에서의 광학적 작용에 의해, 도광판(21)에서 상승된 정면 방향 휘도를 해치지 않고, 또한, 정면 방향 휘도를 상승시킬 수 있다.
여기서, 액정 패널(15)의 하부 편광판(14)은, 한쪽 편광 성분인 P파만을 선택적으로 투과시키고, 다른 쪽 편광 성분인 S파를 흡수해 버린다. 따라서, 단위 프리즘(32a)의 병렬 방향과 교차하는 단위 광학 요소(23a)의 병렬 방향을 따른 성분이 도광판(21)에 의해 충분히 정면 방향으로 집광되어 있다는 전제로 보면, 정면 방향으로부터의 관찰에 있어서, 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)의 길이 방향이 액정 패널(15) 하부 편광판(14)의 투과축에 대하여, 45°보다 크고 135°보다 작은 각도로 교차하고 있는 것이 바람직하고, 특히, 단위 프리즘(32a)의 병렬 방향이, 하부 편광판(14)의 투과축과 평행해 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 액정 패널(15)에서의 광원 광의 이용 효율을 더욱 상승시킬 수 있다.
광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a), 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a)는, 도광 방향에 직교하는 광의 성분을 집광시키는 것에 강하게 특화하여 단면 형상이 결정될 수 있다. 이렇게 설계된 면 광원 장치(20)에 의하면, 광의 이용 효율을 대폭 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 광로에 대해 설명한다. 상기와 같이 면 광원 장치(20)를 출사한 광은, 액정 패널(15) 하부 편광판(14)에 입사한다. 하부 편광판(14)은, 입사광 중, 한쪽 편광 성분을 투과시키고, 그 밖의 편광 성분을 흡수한다. 하부 편광판(14)을 투과한 광은, 화소마다 전계 인가의 상태에 따라, 선택적으로 상부 편광판(13)을 투과하게 된다. 이와 같이 하여, 액정 패널(15)에 의해, 면 광원 장치(20)로부터의 광을 화소마다 선택적으로 투과시킴으로써, 액정 표시 장치(10)의 관찰자가 영상을 관찰할 수 있도록 된다.
상술한 바와 같이, 면 광원 장치(20)의 출광면에 있어서의 정면 방향 휘도는 도광판(21)에 의한 집광 작용 및 광학 시트(30)에 의한 집광 작용에 의해 향상되고 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 표시 장치(10)에 있어서는, 도광판(21)의 단위 광학 요소(23a) 및 광학 시트(30)의 단위 프리즘(32a)에 의해 광의 진행 방향을 정면 방향을 중심으로 한 좁은 각도 범위 내로 변화시키는 기능(집광 기능)을 갖는다. 그리고, 이에 의해 광원 광의 이용 효율이 개선되고, 정면 방향 휘도를 지극히 효과적으로 상승시킬 수 있다.
또한, 액정 패널(15)을 투과한 광은 영상광으로서 시야 확대 부재(40)에 입사한다. 도 9에 광로예를 나타냈다. 액정 패널(15)로부터 기재층(41)에 입사하고, 투과부(43)의 중앙부 부근에 입사한 수직광(L91)은 그대로 투과부(43)의 내부를 직진하여 통과하고, 관찰자에게 도달한다. 한편, 액정 패널(15)로부터 기재층(41)에 입사하고, 투과부(43)의 단부 부근에 입사한 수직광(L92)은 투과부(43)와 간부(44)의 굴절률차에 의해 그의 계면의 빗변에서 전반사되어, 소정의 각도를 갖고 관찰자측에 출광된다. 이때, 관찰자측에 출사되는 광(L92)은, 투과부(43)와 간부(44)의 계면의 경사 각도에 의해 시야각을 확장할 수 있는 방향으로 변화한다.
또한, 액정 패널(15)로부터 기재층(41)에 입사하고, 투과부(43)의 단부 부근에 소정의 각도를 갖고 입사한 광(L93)은, 투과부(43)와 간부(44)의 굴절률차에 의해 그의 계면의 빗변에서 전반사되어, 입사시와는 반대 방향으로 더욱 큰 각도를 갖고 관찰자측에 출광된다. 이와 같이 하여 시야 확대 부재(40)에 의해 액정 패널(15)로부터의 영상광의 시야를 확대할 수 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 영상광은 면 광원 장치(20)에 의해 집광되고 있으므로, 이렇게 집광된 영상광을 그대로 출사하면 시야각이 비교적 좁다. 이에 대해, 시야 확대 부재(40)에 의해 시야각을 확대할 수 있다. 도 10에 모식적으로 도시했다. 도 10은, 횡축에 관찰 각도, 종축에 휘도를 나타낸 그래프이다. 도 10 중에 Xa로 나타낸 파선은 액정 패널(15)을 출사한 시점에 있어서의 관찰 각도와 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이것을 보아도 알 수 있는 바와 같이, 액정 패널(15)로부터 출사된 영상광은 그 이용 효율이 향상되고, 높은 휘도를 갖고 있지만, 시야각이 좁다. 한편, 도 10에서 Xb로 나타낸 선은, 시야 확대 부재(40)를 출사한 시점에 있어서의 관찰 각도와 휘도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이것을 보아서 알 수 있는 바와 같이, 시야 확대 부재(40)에 의해 시야가 확대되어 있다.
또한, 면 광원 장치(10)에 의해, 시야 확대 부재(40)에 입사되는 광은 집광되고 있으므로, 시야 확대 부재(40)의 간부(44) 내에 침입하는 광을 저감시킬 수 있다. 즉, 투과부(43)와 간부(44)의 계면에서 전반사되어 출광되는 광을 많게 할 수 있다.
이러한 표시 장치(10)에 있어서, 시야 확대 부재(40)의 투과부(43)의 연장 방향이 수평 방향과 직교하도록 배치하면, 수평 방향의 시야각을 확대할 수 있다. 또한, 투과부(43)가 연장되는 방향을 수평하게 배치하면, 수평 방향과 직교하는 방향의 시야각을 확대하는 것이 가능하다.
또한, 이 밖에, 이러한 시야 확대 부재를 2매 사용하여, 한쪽 시야 확대 부재의 투과부를 수평으로, 다른 쪽의 시야 확대 부재를 수직으로 배치하면, 상하 좌우의 시야각을 확대할 수도 있다.
본 실시 형태에 있어서의 표시 장치(10)에서는, 상기한 바와 같이 모든 유형의 액정 패널이 적용 가능하지만, 특히 TN형 액정은, 효율이 양호하고 구조가 간단하며 저렴하다는 이점이 있는 한편, 아무래도 시야각이 좁아지는 문제가 컸다. 그러나, 본 발명에 따르면, 높은 효율을 유지하면서도 시야를 확대할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 시야를 확대하는 수단의 바람직한 형태로서, 시야 확대 부재(40)를 설명하였다. 이와 같은 형태에 의해, 높은 효율을 유지하면서, 지향성이 강한 시야각 확대를 할 수 있다. 단, 시야를 확대하는 수단은 이에 한정되지 않고, 다른 형태이어도 된다. 이것에는 예를 들어, 광의 간섭, 굴절, 또는 반사를 이용한 것을 들 수 있다. 이 때에는, 시야각 확대의 방향에 대해서, 예를 들어 수평 방향의 시야각 및 수직 방향의 시야각과 같이 지향성을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 필요한 방향으로의 시야각 확대를 가능하게 하는 동시에, 화상의 선명성의 저하를 억제할 수 있다.
10: 표시 장치
15: 액정 패널
20: 면 광원 장치
21: 도광판
23: 단위 광학 요소부
25: 광원
30: 광학 시트
32: 단위 프리즘부
40: 시야 확대 부재
43: 투과부
44: 간부

Claims (7)

  1. 광원으로부터 출사된 광을 영상으로서 관찰자측에 출사시키는 표시 장치이며,
    상기 관찰자측을 향하는 출광면, 상기 출광면에 대향하는 이면, 및 상기 출광면과 상기 이면 사이의 측면을 구비하는 투광성을 갖는 도광판과,
    상기 도광판의 상기 측면에 광을 출사 가능하게 배치된 광원과,
    상기 도광판의 관찰자측에 배치된 액정 패널과,
    상기 액정 패널의 관찰자측에 배치된 시야를 확대하는 수단을 구비하고,
    상기 시야를 확대하는 수단은 상기 액정 패널의 관찰자측에 배치된 시야 확대 부재이며,
    상기 시야 확대 부재는,
    사다리꼴 단면을 구비하고 일방향으로 연장되며, 광투과성을 갖고 시트 면을 따라 복수 병렬되는 투과부, 및
    인접한 당해 투과부 사이에 형성되고, 상기 투과부와 굴절률이 다른 수지가 충전된 간부를 구비하고,
    상기 투과부와 상기 간부의 계면에서 광을 전반사시켜 광을 확산하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 시야 확대 부재의 상기 투과부가 수평 방향으로 시야를 확대하도록 연장하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 액정 패널이 VA형인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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