KR102009823B1 - 액정 표시 장치, 광원 장치 및 광원 장치의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치, 광원 장치 및 광원 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 액정 패널을 조명하는 빛을 고순색화하고 색 재현 범위를 확대하는 것이 가능한 광원 장치 및 광원 장치의 제조 방법을 얻는 것을 과제로 한다.
액정 패널을 조명하는 빛을 공급하는 광원과, 굴절률이 다른 유전체층이 교대로 적층된 구조를 갖고, 광원이 방출하는 빛을 복수의 원색 파장으로 순색화하는 유전체 다층막을 구비하고, 광원은, 광원의 발광면의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 방향으로 방사되어 유전체 다층막을 통과하는 광량이, 극각 θM > 0 ° 에서 최대가 되는 배광 특성을 갖고, 유전체 다층막은, 유전체 다층막의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θM을 이루는 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막을 통과하는 빛이 가장 순색화되도록 최적화된 빛 통과 특성을 갖는다.

Description

액정 표시 장치, 광원 장치 및 광원 장치의 제조 방법{Liquid crystal display device, light source device, and method of manufacturing light source device}
본 발명은, 액정 표시 장치의 액정 패널을 조명하기 위한 빛을 공급하는 광원 장치 및 광원 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
2012년, ITU(국제전기통신연합)에 의해 UHD TV(Ultra-High Definition Television)의 색 재현 범위를 규정하는 BT. 2020 규격이 권고되었다. 그러나 현재 일반적인 액정 표시 장치의 색 재현 범위는 BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위에 대해서 60 % ~ 75 % 정도에 지나지 않고, 색 재현 범위의 더욱 큰 확대가 기대되고 있다.
액정 표시 장치의 색 재현 범위는, 예를 들면 액정 패널을 배면으로부터 조명하는 백라이트 유닛의 빛을 고순색(高純色)화함으로써 확대할 수 있다. 특허문헌 1에서는 440 ~ 510 nm 또는 570 ~ 605 nm 파장대의 빛을 흡수하는 색소를 함유한 광학 필터를 백라이트 유닛과 액정 패널 사이에 배치함으로써, 백라이트 유닛으로부터의 빛을 고순색화하고 있다. 또한 특허문헌 2에서는, 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 적층시킨 유전체 다층막을 백라이트 유닛과 액정 패널 사이에 배치함으로써 백라이트 유닛으로부터의 빛을 고순색화하고 있다. 또한 특허문헌 3에서는, 특정 파장을 차단하는 유전체 다층막을 LED 광원과 백라이트 유닛의 도광판 사이에 배치함으로써, 백라이트 유닛의 빛을 고순색화하고 있다.
특허문헌 1: 일본특허공개공보 2002-40233 호 특허문헌 2: 일본특허공개공보 2005-234132 호 특허문헌 3: 일본특허공개공보 2008-85232 호 특허문헌 4: 일본특허공개공보 2007-183525 호
그러나 종래 기술에는 이하와 같은 과제가 존재한다.
특허문헌 1에서는, 광학 필터의 색소가 특정 파장대의 빛을 흡수함으로써 고온이 되고, 인접 설치된 액정 패널도 고온이 된다. 또한 광학 필터의 빛 흡수 색소는 유기물이기 때문에 빛을 장시간 계속 조사하면 색소가 시간 경과에 따라 노화되어 빛 흡수 특성이 변한다.
또한 특허문헌 2에서는, 백라이트 유닛으로부터의 빛이 다양한 각도로 액정 패널에 입사되지만, 유전체 다층막의 빛 통과 특성에는 각도 의존성이 존재한다. 따라서 액정 패널의 외관 밝기와 색감이 시야각 방향에서 변하여 액정 표시 장치의 시야각 특성이 저하된다.
또한 특허문헌 3에서도 동일하게 LED 광원으로부터의 빛이 다양한 각도로 도광판에 입사되지만, 유전체 다층막의 빛 통과 특성에는 각도 의존성이 존재한다. 따라서 유전체 다층막의 빛 통과 파장역이 각도 의존성에 의해 협대역화되지 못하고 넓어져서, 백라이트 유닛의 빛을 순색화하는 빛 통과 특성이 저하된다.
본 발명에 따른 광원 장치는, 액정 패널을 조명하는 빛을 공급하는 광원과, 굴절률이 다른 유전체층이 교대로 적층된 구조를 갖고, 광원이 방출하는 빛을 복수의 원색 파장으로 순색화하는 유전체 다층막을 구비하고, 광원은, 광원의 발광면의 법선 방향과 극각(極角) θ를 이루는 방향으로 방사되어 유전체 다층막을 통과하는 광량이, 극각 θM > 0 ° 에서 최대가 되는 배광 특성을 갖고, 유전체 다층막은, 유전체 다층막의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θM을 이루는 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막을 통과하는 빛이 가장 순색화되도록 최적화된 빛 통과 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 광원 장치의 제조 방법은, 액정 패널을 조명하는 빛을 공급하는 광원과, 굴절률이 다른 유전체층이 교대로 적층된 구조를 갖고, 광원이 방출하는 빛을 복수의 원색 파장으로 순색화하는 유전체 다층막을 구비한 광원 장치의 제조 방법으로서, 광원의 발광면의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 방향으로 방사되어 유전체 다층막을 통과하는 광량이, 극각 θM > 0 ° 에서 최대가 되는 배광 특성을 갖는 광원과, 유전체 다층막의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θM을 이루는 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막을 통과하는 빛이 가장 순색화되도록 최적화된 빛 통과 특성을 갖는 유전체 다층막을, 유전체 다층막의 적층면과 광원의 발광면이 서로 평행이 되도록 배치하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 액정 패널을 조명하는 빛을 고순색화하여 색 재현 범위를 확대하는 것이 가능한 광원 장치 및 광원 장치의 제조 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위를, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위와 함께 도시한 xy 색도도이다.
도 2는 일반적인 유전체 다층막의 빛 통과 특성을 도시한 도면이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 4는 일반적인 컬러필터의 빛 통과 특성을 도시한 도면이다.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 광원의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 광원의 배광 특성을 도시한 도면이다.
도 7은 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 광원의 배광 특성의 각도 의존성을 도시한 도면이다.
도 8은 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 유전체 다층막의 빛 통과 특성을 도시한 도면이다.
도 9는 제 1 실시형태에 따른 광원 장치를 이용한 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위를 도시한 도면이다.
도 10은 제 2 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 11은 제 2 실시형태에 따른 광원 장치의 광원의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 12는 제 2 실시형태에 따른 광원 장치를 이용한 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위를 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다. 또한 이하 설명하는 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략 또는 간결히 하는 것도 있다.
<제 1 실시형태>
이하 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1 ~ 도 9를 참조하여 설명한다. 도 1은, 일반적인 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위를, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위와 함께 도시한 xy 색도도이다. xy 색도도의 삼각형의 정점 위치는, 액정 표시 장치 또는 규격에 의해 재현 가능한 적(R), 녹(G), 청(B) 3원색의 순도를 나타내고 있다.
도 1에 도시한 것과 같이 일반적인 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R1)는, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0)보다 삼각형의 면적이 작아졌다. 이것은 일반적인 액정 표시 장치가 BT. 2020 규격을 재현하기 위해서는 R(적)/G(녹)/B(청) 3원색을 더욱 고순색화할 필요가 있다는 것을 의미하고 있다. xy 색도도의 삼각형 정점으로 표현되는 3원색을 고순색화할 수 있다면, 고순색화된 3원색을 조합하여 더욱 선명한 색을 재현할 수 있다.
도 1에 도시한 일반적인 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R1)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 60 % ~ 75 % 정도에 불과하다. BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위를 재현하기 위해서는, 예를 들면 배면으로부터 액정 패널을 조명하는 빛을 더욱 고순색화해서 색 재현 범위를 확대시킬 필요가 있다.
액정 패널을 조명하는 빛을 고순색화하기 위해서는, 예를 들면 광학 필터 또는 유전체 다층막을 이용하여 백라이트 유닛으로부터의 빛 중 R(적)/G(녹)/B(청) 3원색의 파장역의 빛을 통과시키고, 3원색 이외의 파장의 빛을 제거 또는 차단하면 된다. 그러나 전술과 같이 광학 필터는 빛 흡수 색소에 의한 발열이 커서 세월이 지남에 따라 열화된다는 과제가 있다. 또한 유전체 다층막에는 빛 통과 특성의 각도 의존성이 존재한다는 과제가 있다.
도 2는, 일반적인 유전체 다층막의 빛 통과 특성을 도시한 도면이다. 유전체 다층막은 굴절률이 다른 유전체층이 교대로 적층된 구조를 갖고, 특정 주파수를 갖는 빛을 차단한다. 도 2에 도시한 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 적층면의 법선 방향(0 deg)으로부터 입사되는 빛에 대해서 다음 조건이 만족되도록 최적화되어 있다.
즉 R(적)/G(녹)/B(청) 3원색의 파장을 각각 610/530/470 nm으로 할 때, 도 2에 실선으로 도시한 것과 같이 이들 3원색의 파장에서의 광투과율이 모두 80 % 이상이 되었다. 그리고 470 ~ 530 nm 및 560 ~ 610 nm의 파장대에, 광투과율이 5 %이하가 되는 극소를 갖고 있다. 이로써 도 2에 도시한 유전체 다층막은, 470, 530 및 610 nm의 파장을 갖는 3원색의 빛을 통과시키는 한편 3원색 이외의 빛은 차단하여 입사광을 3원색 파장으로 순색화할 수 있다.
그러나 유전체 다층막의 빛 통과 특성에는 각도 의존성이 존재한다. 일반적인 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 도 2에 도시한 것과 같이 빛이 더욱 큰 각도로 적층면에 입사됨에 따라서 단파장 측으로 시프트해 간다. 이와 같은 빛 통과 특성의 각도 의존성에 의해, 도 2에 도시한 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 적층면에 대해서 큰 각도(>15 deg)로 입사되는 빛에 대해서는 상술한 최적화 조건을 만족할 수 없게 된다. 그 결과 유전체 다층막은, 대각선으로 입사되는 빛을 효과적으로 순색화할 수 없다는 과제가 있었다. 본 발명은 이와 같은 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시한 개략도이다. 도 3에 도시한 액정 표시 장치는, 액정 패널(1) 및 백라이트 유닛(2)을 구비한다. 액정 패널(1)과 백라이트 유닛(2) 사이에는, 광 확산 시트와 프리즘 시트 등을 배치해도 된다.
액정 패널(1)은, 액정층(11)을 개재하여 대향하는 한 쌍의 유리 기판(12a, 12b)을 구비한다. 유리 기판(12a, 12b) 중 백라이트 유닛(2) 측의 유리 기판(12a)에는 복수의 전극(10)이 설치되어 있다. 액정 표시 장치의 제어부(도시하지 않음)는, 유리 기판(12a)의 전극(10)에 전압을 인가하여 액정층(11)과 평행한 전계를 생성하고 액정 분자를 회전시킴으로써 액정 표시 장치의 표시를 제어한다.
액정 패널(1)에는, 유리 기판(12a, 12b)을 끼워 넣듯이 편광판(14a, 14b)이 외측 각각의 면에 설치되어 있다. 편광판(14a, 14b)의 편광축의 방향은, 전극(10)에 전압이 인가되었을 때 백라이트 유닛(2)으로부터 조명되는 빛이 통과 또는 차단되도록 설정되어 있다. 예를 들면 도 3에 도시한 편광판(14a, 14b)의 편광축의 방향은 서로 직교하고 있다.
액정 패널(1)의 유리 기판(12b)과 액정층(11) 사이에는 컬러필터(15)가 설치되어 있다. 컬러필터(15)는, 백라이트 유닛(2)으로부터 조명되는 빛 중 R(적)/G(녹)/B(청) 3원색 파장역의 빛을 통과시킨다. 도 4에 일반적인 컬러필터(15)의 빛 통과 특성의 일례를 도시한다.
백라이트 유닛(2)은 엣지 라이트 방식의 백라이트로, LED 소자(26)를 갖는 광원(22)을 도광판(21) 단부에 구비하고 있다. 광원(22)은, 액정 패널(1)을 조명하는 빛을, 도광판(21)을 통하여 공급한다. 유전체 다층막(23)은, 광원(22)이 방출하는 빛을 3원색 파장으로 순색화한다. 엣지 라이트 방식에서는 광원(22)을 도광판(21) 단부에 설치하므로 광원(22)이 조명하는 면적을 작게 할 수 있고, 백라이트 유닛(2)을 소형화할 수 있다. 백라이트 유닛(2)의 액정 패널(1)과 반대 측에는, 도광판(21)에 공급된 빛을 액정 패널(1)을 향해서 반사하는 광 반사 시트 등을 배치해도 된다.
도 5는, 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 광원(22)의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 또한 도 6은, 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 광원(22)의 배광 특성을 도시한 도면이다. 본 실시형태의 광원(22)은 도 6에 도시한 것과 같이 LED 소자(26) 및 형광체(27)를 가지고 있다. LED 소자(26)는 청색으로 발광하고, YAG(Y3Al3O12)를 주성분으로 하는 형광체(27)에 의해 일부 빛은 황색광으로 변환된다.
그 결과 LED 소자(26)가 방출하는 빛과 형광체(27)가 방출하는 빛은 혼색되어 백색을 나타낸다. LED 소자(26)는, 청색의 원색 파장인 470 nm보다 단파장 빛을 방출하는 것이면 된다. 도 5에 도시한 것과 같이 광원(22)의 발광 스펙트럼은, LED 소자(26)가 방출하는 청색 파장에 날카로운 피크를 갖는 한편 황색 파장에 완만한 피크를 가지고 있다.
이와 같이 LED 소자(26)가 방출하는 빛이 형광체(27)에 의해 방사 발광된 경우의 배광 특성은, 대체로 램버시안이 되는 것이 알려져 있다. 도 6은, 램버시안의 배광 특성을 도시하고 있다. 램버시안 배광이란, 광원(22)의 발광면(방사면)의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 입체각 방향으로 출사되는 빛의 강도 I가, 극각 θ의 코사인에 비례하는 배광 특성으로, 하기 식 (1)로 표현된다. 여기서 IO는 극각 θ=0인 방향으로 출사되는 빛의 강도이다.
Figure 112017027443686-pat00001
광원(22)의 발광면의 법선 방향을 극축으로 하는 구면 좌표에서, 광원(22)을 중심으로 하는 구면의 미소 입체각 dS=sinθ·dθdφ 범위에 방사되는 광량은 하기 식 (2)로 구할 수 있다.
Figure 112017027443686-pat00002
상기 식 (2)를 방위각 φ=0 ~ 2π으로 적분하면 도 6에 사선으로 도시한 미소 극각 dθ의 범위에 방사되는 광량 I′(θ)이 구해진다. 결과는 하기 식 (3)이 된다.
Figure 112017027443686-pat00003
상기 식 (3)은 극각 θM=45 °에 극대를 갖는다. 즉 도 6에 사선으로 도시한 구면 상의 미소 극각 dθ의 범위에 출사되는 광량 I′(θ)는, 극각 θM=45 ° 방향에서 최대가 되는 것을 알 수 있다.
그러나 광원(22)이 방출한 광량 중 실제로 도광판(21)에 공급되는 광량은, 도 6에 도시한 구면 상의 입체각을 통과한 광량 I′(θ)이 아니라, 더욱이 유전체 다층막(23)의 면 상에 입사되어 유전체 다층막(23)을 통과한 광량 I(θ)다. 그래서 상기 식 (2)에 보정을 더함으로써, 유전체 다층막(23)의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θ를 이루는 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막(23)을 통과하는 광량 I(θ)를 구한다.
빛의 강도 I는 광원(22)으로부터의 거리 r의 2승에 반비례한다. 광원(22)으로부터 유전체 다층막(23)까지의 최소 거리를 rO라고 하면, 도 6에 도시한 것과 같이 rO=rcosθ이므로, 유전체 다층막(23)의 입사면 상에서의 빛의 강도 I는 cos2θ에 비례하는 것을 알 수 있다. 상기 식 (2)에 cos2θ 인자를 곱하면 하기 식 (4)가 얻어진다.
Figure 112017027443686-pat00004
더욱이 유전체 다층막(23)의 면 상에 극각 θ로 입사된 광량 중 유전체 다층막(23)을 통과하여 도광판(21)에 공급되는 광량은, 유전체 다층막(23)의 적층면에 수직한 성분이므로, 더욱이 cosθ배가 된다. 상기 식 (4)에 cosθ 인자를 더욱 곱하면 하기 식 (5)가 얻어진다.
Figure 112017027443686-pat00005
상기 식 (5)를 방위각 φ=0 ~ 2π로 적분하면 도 6에 도시한 유전체 다층막(23)의 면 상에서의 미소 극각 dθ 범위에 입사되어 유전체 다층막(23)을 통과하는 광량 I(θ)가 구해진다. 결과는 하기 식 (6)이 된다.
Figure 112017027443686-pat00006
상기 식 (6)은 대체로 극각 θM=25 °에 극대를 갖는다. 즉 도 6에 도시한 유전체 다층막(23)의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θ를 이루는 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막(23)을 통과하는 광량 I(θ)는, 대체로 극각 θM=25 °의 방향으로 최대가 되는 것을 알 수 있다.
도 7은, 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 광원(22)의 배광 특성의 각도 의존성을 도시한 도면이다. 도 7에는 광원(22)이 방출한 빛 중 유전체 다층막(23)의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θ로 입사되어 유전체 다층막(23)을 통과한 광량의 실측값을 히스토그램으로 도시하고 있다. 또한 도 7에는, 상기 식 (6)을 극각 θ로 적분하여 계산한 광량의 이론값을 꺾은선 그래프로 도시하고 있다. 실측값 및 이론값 모두 10 ° 폭의 극각 θ의 범위로부터 입사되는 광량의 적분값 ∫I(θ)dθ를, 10 ° 간격으로 측정 또는 산출했다.
도 7로부터, 광원(22)의 배광 특성 실측값은 상기 식 (6)을 바탕으로 하는 램버시안 배광의 각도 의존성의 이론값과 대체로 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 특히 극각 θ=20 ° ~ 30 °의 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막(23)을 통과하는 광량이 가장 많은 것을 알 수 있다. 또한 램버시안 배광에서 광량이 최대가 되는 극각 θM이 대체로 25 °인 것을 알 수 있다. 도 7에 도시한 실측값과 이론값의 오차는, 실제 광원(22)의 배광 특성이 이상적인 램버시안 배광이 되지 않은 것이 요인이라고 생각된다.
이와 같이 광원(22)의 배광 특성은 각도 의존성을 가지고 있다. 한편 전술과 같이 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성도 각도 의존성을 가지고 있다. 어떤 각도 의존성도 액정 표시 장치의 색 재현성에 있어서는 부정적인 요인이지만, 양측의 각도 의존성을 정합시킴으로써 긍정적인 상승 효과가 얻어질 가능성이 있다. 따라서 본 실시형태에서는 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성을, 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화시키는 것을 검토한다.
도 8은 제 1 실시형태에 따른 광원 장치의 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성을 도시한 도면이다. 도 8에 도시한 유전체 다층막(23)은, TiO2를 주재료로 하는 고굴절률층과 SiO2를 주재료로 하는 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 그리고 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성은, 적층면에 대해서 25 ° 각도로부터 입사되는 빛에 대해서 전술한 최적화 조건이 만족되도록 최적화되어 있다.
즉 유전체 다층막(23)은, R(적)/G(녹)/B(청) 3원색의 파장을 각각 610/530/470 nm로 할 때, 도 8에 실선으로 도시한 것과 같이 25 ° 각도로부터 입사되는 빛에 대한 3원색의 파장에서의 광투과율이 모두 80 % 이상이 되었다. 그리고 470 ~ 530 nm 및 560 ~ 610 nm의 파장대에, 광투과율이 5 % 이하가 되는 극소를 갖고 있다.
이와 같은 빛 통과 특성을 갖는 유전체 다층막(23)은, 예를 들면 도 2에 도시한 빛 통과 특성을 갖는 종래의 유전체 다층막에 대해서 공지 기술(예를 들면 특허문헌 4 참조)을 적용하고, 빛 통과 특성을 장파장 측으로 시프트시킴으로써 제조하는 것이 가능하다. 이로써 본 실시형태의 유전체 다층막(23)은 470, 530 및 610 nm 파장을 갖는 3원색의 빛을 통과시키는 한편 3원색 이외의 빛은 차단하여, 25 ° 각도로부터 입사되는 빛을 3원색 파장으로 순색화할 수 있다.
또한 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성의 최적화 조건은, 470 ~ 530 nm 및 560 ~ 610 nm 양쪽 파장대에 극소를 갖는 대신 470 ~ 530 nm 또는 560 ~ 610 nm 중 어느 쪽 파장대에 극소를 가져도 된다. 파장대의 극소는 반드시 5 % 이하일 필요는 없지만 5 % 이하인 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시형태의 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성은, 도 8에 실선으로 도시한 것과 같이 입사되는 광량이 최대가 되는 극각 θ=25 °의 방향으로부터 입사되는 빛에 대해서 최적화되어 있다. 한편 도 8에 점선 또는 파선으로 도시한 것과 같이 입사되는 광량이 적은 극각 θ<15 ° 또는 극각 θ>35 °의 방향으로부터 입사되는 빛에 대해서는 최적화되어 있지 않다.
도 9는, 제 1 실시형태에 따른 광원 장치를 이용한 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위를 도시한 도면이다. 도 9에는, 도 1에 도시한 BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0)와, 유전체 다층막을 갖지 않는 일반적인 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R1)에 더하여, 본 실시형태의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R2)의 실측값을 도시하고 있다. 또한 도 9에는, 유전체 다층막의 빛 통과 특성이 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있지 않은 경우의 색 재현 범위(R3)의 실측값을 비교예로서 도시한다. 색 재현 범위는, 도 7에 도시한 배광 특성을 갖는 광원(22)을 사용하고, 액정 표시 장치의 R(적)/G(녹)/B(청) 3원색의 표시 색상을 분광기로 측정했다.
도 9에 실선으로 도시한 본 실시형태의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R2)는, 광원(22)과 도광판(21) 사이에, 도 8에 도시한 빛 통과 특성을 갖는 유전체 다층막(23)을 배치하여 측정했다. 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성은, 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있다. 본 실시형태의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R2)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 77.3 %였다. 한편 유전체 다층막(23)을 배치하지 않은 종래의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R1)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 67.1 %였다.
이와 같이 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성이 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화된 본 실시형태에서는, BT. 2020 규격을 재현하는데는 이르지 못하지만, 유전체 다층막(23)을 배치하지 않는 종래와 비교해서 색 재현 범위를 확대할 수 있었다.
한편 도 9에 일점 쇄선으로 도시한 색 재현 범위(R3)는, 광원(22)과 도광판(21) 사이에, 도 2에 도시한 빛 통과 특성을 갖는 유전체 다층막을 배치하여 측정했다. 도 2에 도시한 종래의 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있지 않다. 색 재현 범위(R3)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 65.5 %였다.
이와 같이 유전체 다층막의 빛 통과 특성이 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있지 않은 구성에서는, 유전체 다층막을 배치하지 않은 구성보다 색 재현 범위가 좁아졌다. 이것은, 도 2에 도시한 유전체 다층막은, 광원이 최대가 되는 극각 θ=25 °의 방향이 아니라 광량이 적은 극각 θ=0 °의 방향에서 최적화되어 있기 때문에 25 ° 각도로부터 입사되는 3원색의 빛이, 유전체 다층막의 각도 의존성에 의해 제거되었기 때문이라고 생각된다.
이상과 같이 본 실시형태의 광원은, 광원의 발광면의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 방향으로 방사되어 유전체 다층막을 통과하는 광량이, 극각 θM>0 °에서 최대가 되는 배광 특성을 가지고 있다. 또한 본 실시형태의 유전체 다층막은, 유전체 다층막의 적층면의 법선 방향에 대해서 극각 θM을 이루는 방향으로부터 입사되어 유전체 다층막을 통과하는 빛이 가장 순색화되도록 최적화된 빛 통과 특성을 가지고 있다. 이로써 액정 패널을 조명하는 빛을 고순색화하여 색 재현 범위를 확대하는 것이 가능한 광원 장치를 얻을 수 있다.
또한 이상의 설명에서는, 광원(22)은 상기 식 (1)로 나타낸 램버시안의 배광 특성을 갖는 것으로 했지만, 본 실시형태는 여기에 한정되는 것은 아니다. 광원(22)은, 광원(22)의 발광면의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 방향으로 방사되어 유전체 다층막(23)을 통과하는 광량이, 극값 θM>0 °에서 최대가 되는 배광 특성을 가지고 있으면 된다. 또한 도 6에서는, 유전체 다층막(23)의 적층면과 광원(22)의 발광면이 서로 평행이 되도록 배치했지만, 반드시 이와 같은 배치에 한정되는 것은 아니다.
또한 이상의 설명에서는, 유전체 다층막(23)은 TiO2를 주재료로 하는 고굴절률층과 SiO2를 주재료로 하는 저굴절률층이 교대로 적층된 구조를 가지는 것으로 했지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 고굴절 재료로는 ZnS, CeO2, ZrTiO4, HfO2, Ta2O5, ZrO2 등을 사용해도 되고, 저굴절 재료로는 MgF2 등을 사용해도 된다. 또한 유전체 다층막(23)은, 광원(22)이 방출하는 빛을 610/530/470 nm의 3원색 파장으로 순색화하는 것으로 했지만, 다른 3원색 파장으로 순색화해도 되고 4색 이상의 원색 파장으로 순색화해도 된다.
<제 2 실시형태>
다음으로 제 2 실시형태에 따른 액정 표시 장치 및 광원 장치에 대해서 도 10 ~ 도 12를 참조하여 설명한다. 도 10은, 제 2 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시한 개략도이다. 도 10에 도시한 본 실시형태의 액정 표시 장치는, 도 3에 도시한 제 1 실시형태의 액정 표시 장치와 비교해서 TAG 형광체 대신에 KSF 형광체(불화물 형광체)를 사용하고 있는 점이 다르다. 기타 구성은 제 1 실시형태와 동일하므로 설명은 생략한다. 이하 제 1 실시형태와 다른 부분에 대하여 설명한다.
도 11은 제 2 실시형태에 따른 광원 장치의 광원(22b)의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 본 실시형태의 광원(22b)은, 도 10에 도시한 것과 같이 LED 소자(26) 및 형광체(27b)를 가지고 있다. LED 소자(26)는 청색으로 발광하고, KSF를 주성분으로 하는 형광체(27b)에 의해 일부 빛은 적색광으로 변환된다.
그 결과 LED 소자(26)가 방출하는 빛과 형광체(27b)가 방출하는 빛은 혼색되어 백색을 나타낸다. 도 11에 도시한 것과 같이 광원(22b)의 발광 스펙트럼은, LED 소자(26)가 방출하는 청색 파장에 날카로운 피크를 갖는 동시에 적색 대역 그리고 녹색 대역에도 피크를 가지고 있다. 이와 같은, 녹색 대역에도 피크를 갖는 광원(22b)을 가짐으로써, 제 1 실시형태의 액정 표시 장치보다 넓은 색 재현 범위를 재현하는 것이 가능하다.
도 12는, 제 2 실시형태에 따른 광원 장치를 사용한 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위를 도시한 도면이다. 도 12에는, 도 1에 도시한 BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0)와, 유전체 다층막을 갖지 않는 일반적인 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R1)에 더하여, 본 실시형태의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R2)의 실측값을 도시하고 있다. 또한 도 12에는, 유전체 다층막의 빛 통과 특성이 광원(22b)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있지 않은 경우의 색 재현 범위(R3)의 실측값을 비교예로서 도시한다. 색 재현 범위는, 도 11에 도시한 배광 특성을 갖는 광원(22b)을 사용하고, 액정 표시 장치의 R(적)/G(녹)/B(청) 3원색의 표시 색상을 분광기로 측정했다.
도 12에 실선으로 도시한 본 실시형태의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R2)는, 광원(22b)과 도광판(21) 사이에, 도 8에 도시한 빛 통과 특성을 갖는 유전체 다층막(23)을 배치하여 측정했다. 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성은, 광원(22b)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있다. 본 실시형태의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R2)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 84.1 %였다. 한편 유전체 다층막(23)을 배치하지 않은 종래의 액정 표시 장치에 의한 색 재현 범위(R1)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 75.8 %였다.
이와 같이 유전체 다층막(23)의 빛 통과 특성이 광원(22b)의 배광 특성에 맞추어 최적화된 본 실시형태에서는, BT. 2020 규격을 재현하는데는 이르지 못하지만, 유전체 다층막(23)을 배치하지 않은 종래와 비교해서 색 재현 범위를 확대할 수 있었다. 또한 YAG 형광체 대신에 KSF 형광체를 사용함으로써, 제 1 실시형태의 액정 표시 장치와 비교해서 색 재현 범위를 더욱 확대할 수 있었다.
한편 도 12에 일점 쇄선으로 도시한 색 재현 범위(R3)는, 광원(22b)과 도광판(21) 사이에, 도 2에 도시한 빛 통과 특성을 갖는 유전체 다층막을 배치하고 측정했다. 도 2에 도시한 종래의 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 광원(22b)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있지 않다. 색 재현 범위(R3)의 면적은, BT. 2020이 규정하는 색 재현 범위(R0) 면적의 75.8 %였다.
이와 같이 유전체 다층막의 빛 통과 특성이 광원(22)의 배광 특성에 맞추어 최적화되어 있지 않은 구성에서는, 유전체 다층막을 배치하지 않은 구성과 색 재현 범위는 동일하고 개선은 보이지 않았다. 이것은, 도 2에 도시한 유전체 다층막은, 광량이 최대가 되는 극각 θ=25 °의 방향이 아니라 광량이 적은 극각 θ=0 °의 방향에서 최적화되어 있기 때문에, 25 °의 각도로부터 입사되는 3원색의 빛이, 유전체 다층막의 각도 의존성에 의해 제거되었기 때문이라고 생각된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광원 장치는 YAG 형광체 대신 KSF 형광체를 포함하고 있다. 이로써 제 1 실시형태와 동일한 효과에 더하여 색 재현 범위를 더욱 확대하는 것이 가능한 광원 장치를 얻을 수 있다.
<기타 실시형태>
상술한 실시형태는 모두 본 발명을 실시하는데 있어서 구체화된 예를 도시한 것에 불과하고, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되면 안 된다. 즉 본 발명은 그 기술 사상 또는 주요 특징으로부터 벗어나지 않고 다양한 형태로 실시할 수 있다.
1: 액정 패널 2: 백라이트 유닛
10: 전극 11: 액정층
12a, 12b: 유리 기판 14a, 14b: 편광판
15: 컬러필터 21: 도광판
22: 광원 23: 유전체 다층막
26: LED 소자 27: 형광체

Claims (12)

  1. 액정 패널을 조명하는 복수의 원색 파장을 포함한 백색의 빛을 공급하는 광원과,
    굴절률이 다른 유전체층이 교대로 적층된 구조를 갖고, 상기 광원이 방출하는 빛을 상기 복수의 원색 파장으로 순색화하는 유전체 다층막을 구비하고,
    상기 광원은, 상기 광원의 발광면의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 방향으로 방사되어 상기 유전체 다층막을 통과하는 광량이, 극각 θM > 0 ° 에서 최대가 되는 배광 특성을 갖고,
    상기 유전체 다층막은, 상기 유전체 다층막의 적층면의 법선 방향에 대해서 상기 극각 θM을 이루는 방향으로부터 입사되어 상기 유전체 다층막을 통과하는 빛이 가장 순색화되도록 최적화된 빛 통과 특성을 갖는 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 다층막의 적층면과 상기 광원의 발광면이 서로 평행해지도록 배치된 광원 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 원색 파장은 470, 530 및 610 nm이고,
    상기 유전체 다층막의 상기 빛 통과 특성은, 상기 극각 θM의 방향으로부터 상기 유전체 다층막의 적층면에 입사되는 빛에 대한 상기 복수의 원색 파장에서의 광투과율이 모두 80 % 이상이며, 470 ~ 530 nm 또는 560 ~ 610 nm의 파장대에 광투과율의 극소를 갖는 광원 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체 다층막의 상기 빛 통과 특성은, 470 ~ 530 nm 및 560 ~ 610 nm의 파장대에 광투과율이 극소를 갖는 광원 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 광투과율의 극소가 5 % 이하인 광원 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광원은 YAG 형광체 또는 KSF 형광체를 포함하고, 상기 광원의 상기 배광 특성이 20 ° ≤ 상기 극각 θM ≤ 30 °를 만족하는 광원 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광원은, 470 nm보다 단파장의 빛을 방출하는 LED 소자를 포함하는 광원 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 다층막은, TiO2를 주재료로 하는 고굴절율층과 SiO2를 주재료로 하는 저굴절율층이 교대로 적층된 구조를 갖는 광원 장치.
  9. 액정 패널을 조명하는 복수의 원색 파장을 포함한 백색의 빛을 공급하는 광원과,
    굴절률이 다른 유전체층이 교대로 적층된 구조를 갖고, 상기 광원이 방출하는 빛을 상기 복수의 원색 파장으로 순색화하는 유전체 다층막을 구비한 광원 장치의 제조 방법으로서,
    상기 광원의 발광면의 법선 방향과 극각 θ를 이루는 방향으로 방사되어 상기 유전체 다층막을 통과하는 광량이, 극각 θM > 0 ° 에서 최대가 되는 배광 특성을 갖는 상기 광원과,
    상기 유전체 다층막의 적층면의 법선 방향에 대해서 상기 극각 θM을 이루는 방향으로부터 입사되어 상기 유전체 다층막을 통과하는 빛이 가장 순색화되도록 최적화된 빛 통과 특성을 갖는 상기 유전체 다층막을,
    상기 유전체 다층막의 적층면과 상기 광원의 발광면이 서로 평행해지도록 배치하는 단계를 갖는 광원 장치의 제조 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 광원 장치를 도광판 단부에 배치한 엣지 라이트 방식의 백라이트 유닛을 구비한 액정 표시 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 원색 파장은, R,G,B 파장이며,
    상기 R,G 파장에 대한 상기 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 상기 극각 θM에 대한 투과율이 극각이 0°에 대한 투과율 보다 큰
    광원 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 원색 파장은, R,G,B 파장이며,
    상기 R,G 파장에 대한 상기 유전체 다층막의 빛 통과 특성은, 상기 극각 θM에 대한 투과율이 극각이 0°에 대한 투과율 보다 큰
    광원 장치의 제조 방법.
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