KR20010050858A - 도광 장치, 백라이트 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

도광 장치, 백라이트 장치 및 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20010050858A
KR20010050858A KR1020000058435A KR20000058435A KR20010050858A KR 20010050858 A KR20010050858 A KR 20010050858A KR 1020000058435 A KR1020000058435 A KR 1020000058435A KR 20000058435 A KR20000058435 A KR 20000058435A KR 20010050858 A KR20010050858 A KR 20010050858A
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타이라요이치
야마다후미아키
니시카이아키코
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포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

본 발명은 각도의 폭이 10°FWHM보다도 작은 출력광을 발생시킬 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있으고, 광원으로부터의 광의 사용 효율을 개선할 수 있는 백라이트 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 장치는 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와, 이 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과, 상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층으로서, 상기 제1 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있는 제1 광 투과층과, 제1 광 투과층의 저면에 부착된 상면을 갖고, 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 쐐기형 도광체의 상면을 향해 편향시키는 광 편향층을 갖는다.

Description

도광 장치, 백라이트 장치 및 액정 표시 장치{A LIGHT GUIDE APPARATUS, A BACKLIGHT APPARATUS AND A LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 도광 장치, 백라이트 장치 및 이 백라이트 장치를 사용하는 액정 표시(LCD) 장치에 관한 것이다.
백라이트 장치는 액정 표시 장치의 광원으로서 사용되어 왔다. 도 1(A)는 종래의 백라이트 장치를 사용하는 액정 표시 장치를 도시한다. 이 종래의 백라이트 장치는 백색광을 발생하는 형광등(1), 형광등(1)의 상측, 하측 및 후측을 둘러싸도록 장착되어 있는 반사 커버(2), 쐐기형 도광체(3), 도광체(3)의 저면에 부착되어 있는 광 산란층(4), 도광체(3)의 하측에 배치되어 있는 금속제의 반사판(5), 및 도광체(3)의 상측에 배치되어 있는 광 정형(整形) 필름(6, 7)을 갖는다. 비스듬한 방향으로부터 향해져오는 입사광을 수직 방향으로 굴절시키는 프리즘·시트가 광 정형 필름(6, 7)으로서 종종 사용된다. 광 산란층(4)은 실제로는 도광체(3)의 저면에 인쇄된 도트·패턴이다. 도 1의 광 산란층(4)의 우측 부분에 도시되어 있는 바와 같이, 각 도트는 입사광을 큰 각도 분포로 상측을 향해 확산시킨다. 도광체(3)의 저면에 걸쳐 도트의 밀도를 제어함으로써, 도광체(3)의 상면으로부터의 광을 일률적으로 출력할 수 있는 백라이트 장치를 실현할 수 있다. 도광체(3)의 상면으로부터의 출력광은 큰 각도 분포로 확산된다. 예컨대 노트북·퍼스널·컴퓨터를 위한 액정 표시 장치와 같은 용도 에 대해서는, 출력광의 이 각도 분포가 지나치게 커서, 광원 즉 형광등(1)으로부터의 광의 이용 효율을 높일 수 없다. 따라서, 적절한 각도 분포를 얻기 위해서 1개 혹은 수 개의 광 정형 시트가 사용된다. 금속제의 반사판(5)은 저면의 광 산란층(4)으로부터 누설된 광을 도광체(3)로 반사 복귀시켜 재이용하기 위한 광 순환 장치로서 작동한다.
백라이트 장치의 출력광은 편광판(8)을 통해 LCD 패널(10)로 향하게 된다. 편광판(9)이 LCD 패널(10)의 상측에 배치되어 있다. LCD 패널(10)은 상측 유리 기판(11) 및 하측 유리 기판(12)을 갖고, 양 유리 기판(11, 12)의 엣지는 밀봉 영역(13)에 의해 밀봉되어 있다. 컬러·필터, 즉 적색, 녹색 및 청색의 컬러·필터와, 공통 전극(도시하지 않음)등이 상측 유리 기판(11)의 내면에 형성되어, 컬러 액정 표시 장치를 구현한다. 1 개의 화소는 3가지의 서브 화소, 즉 R, G 및 B 서브 화소로 구성된다. 예컨대, 90°트위스트형의 네마틱 액정 재료와 같은 액정 재료가 유리 기판(11, 12) 사이의 공간에 밀봉되어 있다.
종래의 백라이트 장치의 제1 문제점은 도 1b에 도시되어 있는 바와 같은 10°FWHM(Ful1 Width at Half Maximum)보다도 작은 각도의 폭을 갖는 출력광을 얻는 것이 매우 곤란하다는 것이다. 종래의 백라이트 장치의 제2 문제점은 백라이트 장치가 상당수의 부품을 필요로 하고, 이들 중 몇개는 제조가 곤란하고, 따라서 제조 비용이 비싸게 되는 것이다. 종래의 백라이트 장치의 제3 문제점은 형광등(1)으로부터의 광이 상당수의 부품을 통과하기 때문에, 이들 부품을 통과할 때에 광의 강도가 상당히 감쇠되어 버린다는 것이다.
도 1은 종래의 백라이트 장치를 사용하는 액정 표시 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 장치를 사용하는 컬러 액정 표시 장치의 제1 실시예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 백라이트 장치 내의 광로 중 하나를 도시한 도면.
도 4는 도광체(22)의 상면으로부터 출력되는 광의 각도 폭의 제어를 도시한 도면.
도 5는 형광등(20)에 대한 미러(26)의 광반사면을 형성하는 이랑 즉 융기부의 배열을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 백라이트 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 대안적인 백라이트 장치를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 장치를 사용하는 컬러 액정 표시 장치의 제2 실시예를 도시하는 도면.
도 9는 광 편향층(24)의 반사형 회절 격자(41)에 의해 컬러 분리하기 위한 광로 중 하나를 도시하는 도면.
도 10은 예컨대 렌즈(38, 42)와 같은 복수개의 원통형·렌즈를 포함하는 원통형·렌즈·어레이를 도시한 도면.
도 11은 형광등(20)에 의해 발생되는 백색광을 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 백라이트 장치의 대안적인 구조를 도시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
20 : 형광등
21 : 반사 커버
22 : 쐐기형 도광체
23 : 광 투과층
24 : 광 편향층
25 : 광 투과층
26 : 마이크로·미러
27, 28 : 편광판
29 : LCD 패널
33 : 광 확산층
34 : 프리즘·시트
35, 36, 37 : 서브 화소
38, 42 : 원통형·렌즈
39 : 광학 필터
40 : 광 투과층
41 : 반사형 회절 격자
본 발명의 목적은 각도의 폭이 10°FWHM보다도 작은 출력광을 발생시킬 수 있는 도광 장치 및 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 비용을 감소시킬 수 있는 도광 장치 및 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광원으로부터의 광의 사용 효율을 개선할 수 있는 도광 장치 및 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 도광 장치 및 상기 백라이트 장치를 사용하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 백라이트 장치에 있어서,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상기 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층을 포함하며, 여기서, 상기 제1 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있으며,
제1 광 투과층의 저면에 부착된 상면을 갖고, 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 쐐기형 도광체의 상면을 향해 편향시키는 광 편향층을 포함한다.
쐐기형 도광체의 굴절율 n1의 범위는 1.4 내지 2.0이고, 제1 광 투과층의 굴절율 n2의 범위는 1.2 내지 1.4인 것을 특징으로 한다.
쐐기형 도광체의 굴절율 n1은 1.49이고, 제1 광 투과층의 굴절율 n2는 1.3인 것을 특징으로 한다.
쐐기형 도광체의 상면과 저면 사이의 각도의 범위는 0.1°내지 3°인 것을 특징으로 한다.
광 편향층은 쐐기형 도광체의 굴절율 n1과 동일한 굴절율을 갖는 제2 광 투과층과, 이 제2 광 투과층을 통과하는 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 쐐기형 도광체의 상면의 법선 방향을 따르는 광로를 향해 반사시키기 위해서, 선택된 각도만큼 광 편향층의 상면으로부터 기울어져 있는 반사면을 각각 갖는 복수개의 미러 등을 가지며,
제2 광 투과층은 제1 광 투과층의 저면에 부착되어 있고, 제2 광 투과층 및 복수개의 미러는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
광 편향층은 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 쐐기형 도광체의 상면의 법선 방향을 따르는 광로를 향해 반사시키기 위해서, 선택된 각도만큼 광 편향층의 상면으로부터 기울어져 있는 반사면을 각각 갖는 복수개의 미러이며,
제1 광 투과층 및 복수개의 미러는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
복수개의 미러는 선택된 각도만큼 반사면이 각각 기울어져 있는 복수개의 미러와, 선택된 각도보다도 큰 각도만큼 반사면이 각각 기울어져 있는 복수개의 미러와, 선택된 각도보다도 작은 각도만큼 반사면이 각각 기울어져 있는 복수개의 미러를 갖는 것을 특징으로 한다.
광원은 형광등이고, 각 미러는 형광등의 중심선에 평행한 방향으로 연속적으로 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 백라이트 장치에 있어서,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상기 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 저면은 쐐기형 도광체의 상면에 부착되어 있으며,
광 투과층의 상면에 부착되고, 광 투과층으로부터의 입사광을 상기 광 투과층의 상면의 법선 방향을 따른 광로로 향하게 하는 복수개의 프리즘을 포함한다.
본 발명의 백라이트 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상기 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층을 포함하고, 상기 제1 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있으며,
제1 광 투과층의 저면에 부착된 상면을 갖고, 제1 광 투과층으로부터의 입사광의 색을 분리하며, 상기 분리된 색의 광을 쐐기형 도광체의 상면으로 향하게 하는 광 편향층을 포함한다.
광 편향층은 쐐기형 도광체의 굴절율 n1과 동일한 굴절율을 갖는 제2 광 투과층과, 이 제2 광 투과층을 통과하는 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하며, 상기 적색의 광, 녹색의 광 및 청색의 광을 3개의 광로를 따라서 각각 송출하는 반사형 회절 격자를 포함하고, 3개의 광로 중 하나의 광로는 쐐기형 도광체의 상면의 법선에 평행하며, 나머지 2개의 광로는 하나의 광로로부터 떨어져 있고, 제2 광 투과층 및 반사형 회절 격자는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
광 편향층은 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하고, 이 적색의 광, 녹색의 광 및 청색의 광을 3개의 광로를 따라서 각각 송출하는 반사형 회절 격자이며, 3개의 광로 중 하나의 광로는 쐐기형 도광체의 상면의 법선에 평행하며, 나머지 2개의 광로는 하나의 광로로부터 떨어져 있고, 제1 광 투과층 및 반사형 회절 격자는 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는,
상측 투명 기판과, 하측 투명 기판과,
상측 투명 기판 및 하측 투명 기판의 사이에 밀봉된 액정 재료를 포함하는 액정 표시(LCD) 패널과,
상측 투명 기판에 인접하는 광 확산층과, 하측 투명 기판에 인접하는 백라이트 장치를 포함하되, 여기서, 상기 백라이트 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상기 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층을 포함하고, 상기 제1 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있으며,
제1 광 투과층의 저면에 부착된 상면을 갖고, 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 쐐기형 도광체의 상면을 향해 편향시키는 광 편향층을 갖는 것을 특징으로 한다.
컬러·필터가 상측 투명 기판의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는,
상측 투명 기판과, 하측 투명 기판과, 상측 투명 기판 및 하측 투명 기판의 사이에 밀봉된 액정 재료를 포함하는 LCD 패널과,
상측 투명 기판에 인접하는 광 확산층과,
하측 투명 기판에 인접하는 백라이트 장치를 포함하고,
상기 백라이트 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상기 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 저면은 쐐기형 도광체의 상면에 부착되어 있으며,
광 투과층의 상면에 부착되고, 광 투과층으로부터의 입사광을 이 광 투과층의 상면의 법선 방향을 따른 광로로 향하게 하는 복수개의 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는,
상측 투명 기판과, 하측 투명 기판과, 상측 투명 기판 및 하측 투명 기판의 사이에 밀봉된 액정 재료를 포함하는 LCD 패널과,
상측 투명 기판에 인접하는 광 확산층과,
하측 투명 기판에 인접하는 백라이트 장치를 포함하고,
상기 백라이트 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상기 쐐기형 도광체의 측면에 광을 비추는 광원과, 상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층을 포함하고, 상기 제1 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있으며,
제1 광 투과층의 저면에 부착된 상면을 갖고, 제1 광 투과층으로부터의 입사광의 색을 분리하고, 이 분리된 색의 광을 쐐기형 도광체의 상면으로 향하게 하는 광 편향층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
청색의 광, 녹색의 광 및 적색의 광을 3 개의 LCD 패널에 인접하는 서브 화소로 지향하게 하는 렌즈·어레이가 하측 투명 기판 및 쐐기형 도광체 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 도광 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있으며,
광 투과층의 저면에 부착된 상면을 갖고, 광 투과층으로부터의 입사광을 쐐기형 도광체의 상면을 향해 편향시키는 광 편향층을 구비한다.
본 발명에 따른 도광 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다 작은 굴절율 n2의 광 투과층으로서,
상기 광 투과층의 저면은 쐐기형 도광체의 상면에 부착되어 있는 광 투과층과,
광 투과층의 상면에 부착되고, 광 투과층으로부터의 입사광을 이 광 투과층의 상면의 법선 방향을 따른 광로로 향하게 하는 복수개의 프리즘을 포함한다. 다.
본 발명에 따른 도광 장치는,
상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
상면 및 저면을 갖는, 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 상면은 쐐기형 도광체의 저면에 부착되어 있으며,
광 투과층의 저면에 부착된 상면을 가지고, 광 투과층으로부터의 입사광의 색을 분리하며, 이 분리된 색의 광을 쐐기형 도광체의 상면으로 향하게 하는 광 편향층을 포함한다.
(실시예)
본 발명의 제1 실시예:
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 장치를 사용하는 컬러 액정 표시 장치의 제1 실시예를 도시한다. 백라이트 장치는 백색광을 발생시키는, 예컨대 냉음극형 형광등과 같은 광원(20), 형광등(20)의 상측, 하측 및 후측을 둘러싸도록 장착되어 있는 반사 커버(21), 굴절율 n1의 쐐기형 도광체(22), 도광체(22)의 굴절율 n1보다도 작고 그리고 공기의 굴절율(약 1.0)보다 큰 굴절율 n2의 제1 광 투과층(23) 및 도광체(22)의 굴절율 n1과 거의 동일한 굴절율의 광 편향층(24)을 갖는다. 제1 광 투과층(23)의 상면 및 저면은 서로 거의 나란하고, 제1 광 투과층(23)의 상면은 쐐기형 도광체(22)의 저면에 접촉되어 있다. 형광등(20)으로부터의 광은 도광체(22)의 측면을 통해 이 도광체(22)에 입사한다. 광 편향층(24)의 상면 및 저면은 서로 평행하고, 광 편향층(24)의 상면은 제1 광 투과층(23)의 저면에 접촉되어 있다. 이와 같이 하여, 도광체(22), 제1 광 투과층(23) 및 광 편향층(24)은 이들 사이에 간격을 발생시키지 않고 서로 접촉되어 있다. 쐐기형 도광체(22)의 상면 및 저면에 의해 규정되는 꼭지각은 0.1°내지 3.0°이고, 바람직하게는 0.3°이다. 쐐기형 도광체(22)는 편광판(27) 및 LCD 패널(29)에 인접하고 있다.
본 명세서에서는, 쐐기형 도광체(22), 광 투과층(23) 및 광 편향층(24){도 6에서는 마이크로·미러(26), 도 7에서는 프리즘·시트(34), 그리고 도 12에서는 반사형 회절 격자(41)}의 조합을 도광 장치라고 부른다. 즉, 백라이트 장치는 도광 장치 및 광원을 포함한다.
쐐기형 도광체(22)의 상면으로부터의 출력광은 편광판(27)을 통해 LCD 패널(29)로 지향(指向)된다. 편광판(28)이 LCD 패널(29)의 상측에 배치되어 있다. LCD 패널(29)은 상측 투명 또는 유리 기판(30), 하측 투명 또는 유리 기판(31)을 갖고, 양 유리 기판(30, 31)의 주변 엣지는 밀봉 영역(32)에 의해 밀봉되어 있다. 하측 유리 기판(31)의 내면 상에 화소 어레이가 형성되어 있다. 화소 어레이는 데이터선과, 게이트선과, 데이터선 및 게이트선의 교점 각각에 형성되어 있는 복수개의 서브 화소를 포함한다. 서브 화소는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 데이터선 및 게이트선에 접속될 수 있다. 적, 녹, 청의 3개의 서브 화소는 하나의 화소를 형성한다. 화소 어레이는 이 분야에서 주지하고 있기 때문에 도 2에는 도시되어 있지 않다. 컬러 액정 표시 장치를 실현하기 위해서, 컬러·필터, 즉 적색, 녹색 및 청색의 필터와 공통 전극(도 2에는 도시하지 않음) 등이 상측 유리 기판(30)의 내면에 형성되어 있다. 예컨대, 90° 트위스트형 네마틱 액정 재료와 같은 액정 재료가 유리 기판(30, 31) 사이의 공간 내에 밀봉되어 있다. 광 확산층(33)이 편광판(28)의 위에 배치되어 있다.
백라이트 장치의 동작:
본 발명에 따른 백라이트 장치의 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 백라이트 장치 내의 광로 중 어느 하나를 도시한다. 광원(20)으로부터 도광체(22)에 입사한 광은 도광체(22)의 상면으로의 입사 각도가 이 상면으로의 전반사(全反射) 임계각(C1)보다도 크고, 도광체(22)와 제1 광 투과층(23) 사이의 저부 계면에의 입사 각도가 이 계면의 전반사 임계각(C2)보다도 크면, 상면과 저부 계면에서 전반사된다. 전반사되고 있는 동안, 상면 및 저부 계면에 대한 입사 각도는 이 쐐기형 도광체(22)의 꼭지각의 2배의 각도씩 점차로 작아진다. 도광체(22)의 상면의 전반사 임계 각도(C1)는 ARCSIN(1/n1)과 같고, 여기서 n1은 도광체(22)의 재료의 굴절율이고, 값 "1"은 도광체(22)의 상면과 편광판(29) 사이에 존재하는 공기의 굴절율이다. 예컨대, 아크릴 수지, 유리, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르와 같은 1.4 내지 2.0의 굴절율을 갖는 투명 재료 즉 광투과재료가 쐐기형 도광체(22)로서 사용될 수 있다. 쐐기형 도광체(22)의 바람직한 재료는 굴절율 n1=1.49를 갖는 아크릴 수지 또는 유리이다. 이 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 전반사 임계각 C1=42°이다. 도광체(22)와, 이 도광체(22)의 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2를 갖는 제1 광 투과층(23) 사이의 계면의 임계각(C2)은 ARCSIN(n2/n1)과 같다. 불소화폴리머, 예컨대 듀퐁사제의 굴절율이 1.29인 테플론 AF2400(상품명)을 사용하며, JSR사제의 굴절율이 1.38인 옵티머·시리즈의 폴리머와 같은, 1.2 내지 1.4의 굴절율을 갖는 투명 재료 즉 광 투과 재료가 제1 광 투과층(23)으로서 사용될 수 있다. 또한, 1.2 내지 1.4의 굴절율을 갖도록 조합된, 실리카(SiO2)를 포함하는 졸-겔 재료가 제1 광 투과층(23)으로서 사용될 수 있다. 제1 광 투과층(23)의 바람직한 재료는 약 1.3의 굴절율을 갖는 불소화폴리머이다. n2=1.3인 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 전반사 임계각 C2=60.7°이다. 따라서, 계면에 있어서의 특정한 하나의 광선의 입사각이 60°가 되면, 광선의 파워의 일부가 반사되지 않고서 저굴절율 n2의 제1 광 투과층(23)에 입사하고, 거의 모든 광의 파워가 수회의 반사 중에 제1 광 투과층(23)에 입사한다. 그 이유는, 광선이 도광체(22)와 제1 광 투과층(23) 사이의 계면으로 되돌아갈 때마다 입사각이 점차로 예각이 되기 때문이다.
도광체(22)의 상면의 임계각(C1)이 이 상면으로부터 광을 누설시키기에는 지나치게 작기 때문에, 실제로는 모든 광의 파워는 굴절율 n1의 도광체(22)와 이 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층(23)의 계면을 통과한다. 다시 말해서, 도광체(22)의 상면에의 광의 입사각이 전반사 임계각(C1)보다도 작아지기 전에, 계면에의 광의 입사각이 전반사 임계각(C2)보다도 작아진다. 이와 같이, 임계각(C1)이 임계각(C2)보다도 작기 때문에, 도광체(22) 내에서 반사되는 광은 도광체(22)와 제1 광 투과층(23) 사이의 계면으로부터 출력되고, 도광체(22)의 상면으로부터는 누설되지 않는다. 광은 제1 광 투과층(23) 내를 투과하고, 이 투과층(23)과 광 편향층(24) 사이의 계면에 도달한다. 광 편향층(24)은 도광체(22)의 굴절율 n1과 거의 동일한 굴절율을 갖는 제2 광 투과층(25)과, 예컨대 Al, Ni 등의 금속으로 만들어진 마이크로·미러(26)를 포함한다. 제2 광 투과층(25)과 마이크로·미러(26)는 일체로 만들어져 있다. 즉, 제2 광 투과층(25)의 재료는 간격을 발생시키지 않고 마이크로·미러(26)의 전(全)표면에 접촉하고 있다. 미러(26)의 거리(L1)는 약 50㎛이고, LCD 패널(29)의 서브 화소의 크기보다도 매우 작다. 제2 광 투과층(25)은 아크릴 수지 또는 유리로 만들어질 수 있다. 쐐기형 도광체(22)의 꼭지각은 0.3°로 될 수 있기 때문에, 점(48)을 통과하여 제2 광 투과층(25)으로 들어가는 광의 실제의 각도 분포 또는 각도 폭은 매우 작고, 통상적으로 각도 분포는 1°이내, 즉 ±1°의 각도 폭 이내이다. 제1 광 투과층(23) 및 제2 광 투과층(25) 사이의 계면의 점(48)을 통과하여 제2 광 투과층(25)에 들어가는 광에 ±1°의 각도 폭을 발생시키는 이유는 다음과 같다. 최초에, 하나의 광로를 따른 광에 관해서 도 3a를 참조하여 설명한다. 제2 광 투과층(25)의 굴절율은 거의 n1(=1.49)과 같기 때문에, 도 3a에 도시한 바와 같이, 점(48)을 통과하여 제2 광 투과층(25)에 들어가는 광의 각도는 도광체(22)와 제1 광 투과층(23) 사이의 계면에의 입사각인 각도(A)와 거의 같다. 그러나, 도 3b에 도시한 바와 같이, 광은 복수의 광로를 통해 점(48)에 있어서 제1 광 투과층(23)으로부터 제2 광 투과층(25)에 입사한다. 도 3b에는 도면을 간단히 하기 위해서, 3개의 광로(49, 50, 51)만이 도시되어 있다. 쐐기형 도광체(22)의 꼭지각이 0.3°인 경우에는, 복수의 광로(49, 50, 51)를 따른 모든 광의 각도는 각도 범위 A±1°내에 들어간다. 즉, 광로(49)와 수직선(N) 사이의 각도는 각도(A)와 동일하다. 광로(50)와 수직선(N) 사이의 각도는 A-1°와 같고, 광로(51)와 수직선(N) 사이의 각도는 A+1°와 같다. 이와 같이 하여, 제2 광 투과층(25)에 들어가는 광의 각도는 각도 범위 A±1°내에 들어간다. 실시예의 경우에서는, 각도 범위 A±1°는 60±1°와 같고, 상기 60±1°의 각도 범위를 본 명세서에서는 각도 D라고 부른다. 마이크로·미러(26)에 부딪히는 광은 도광체(22)로 향하도록 반사된다. 도광체(22)의 상면은 LCD 패널(29)의 표면과 평행하다. 각 미러(26)의 경사 각도(θ)는 미러(26)의 반사면과, 광 편향층(24)의 상면에 평행한 평탄한 표면(26A)에 의해 규정된다. 경사 각도(θ)가 고정되고, 각도(A)가 1°만큼 변화되면, 출력광 및 수직선(N) 사이의 각도(E)는 1°만큼 변화되고, 경사 각도(θ)가 1°만큼 변화되고, 각도(A)가 고정되면, 출력광과 수직선(N) 사이의 각도(E)가 2°만큼 변화되는 것에 주목하기 바란다. 경사 각도(θ)가 30°이고, 각도(D)가 60±1°인 경우에는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 도광체(22)의 상면으로부터의 출력광의 각도 폭은 0±1°의 범위 내이다. 도광체(22)로부터의 출력광이 편광판(27), LCD 패널(29) 및 편광판(28)을 통과하고, 광 확산판(33)을 통과하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 광은 이 광 확산판(33)에 의해 기설정된 각도(B) 내로 확산된다.
이와 같이 하여, 편광판(27) 및 LCD 패널(29)에 인접하고 있는 쐐기형 도광체(22)에 광원(29)으로부터 광이 입력되고, 계속해서, 도광체(22) 내에서 수회 전반사된 후에, 제1 광통과층(23)에 입력되고, 계속해서 광 편향층(24)에 입력되며, 계속해서 LCD 패널(29)의 표면의 법선 방향을 따라서 선택된 각도 폭이 발생하도록 마이크로·미러(26)에 의해 반사되고, 마지막으로, 도광체(22)의 상면으로부터 편광판(27) 및 LCD 패널(29)을 향하여 출력된다.
다음에, 종래의 액정 표시 장치와 현저히 다른 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 동작 특징과, 본 발명에 의해 달성되는 작용 효과에 대하여 설명한다. 도면에 도시한 바와 같은 종래의 액정 표시 장치에 있어서는, 이미지를 표시하는 데 사용되는 광의 파워의 비율은 비교적 낮다. 예컨대, 광이 반사판(5)에 의해 도광체(3)로 복귀될 때, 그리고, 광이 프리즘·시트(7)에 의해 편향될 때에 광의 파워가 현저히 감쇠된다. 이와 같이 하여, 광이 LCD 패널(10)에 도달하기 전에, 비교적 큰 광의 파워가 손실되고, 그 결과 큰 전원, 즉 노트북 PC의 경우에는 큰 용량의 배터리가 필요하게 된다. 또한, TN(트위스트형 네마틱) 모드의 액정 표시 장치의 경우에는, 사용자가 액정 분자를 비스듬한 방향(예컨대, 표시 화면의 법선으로부터 45° 떨어진 방향)을 따라서 통과한 광을 보았을 때는, 통과한 광의 파워, 즉 휘도가 감소되고, 이에 의해 콘트라스트비가 감소된다.
종래의 액정 표시 장치와 대조적으로, 본 발명에 있어서는 광의 파워의 손실은 현저히 감소될 수 있다. 그 이유는, 광원(20)으로부터의 광의 파워의 거의 모두가 도광체(22)와 제1 광통과층(23) 사이의 계면을 지나며 그리고 제1 광통과층(23)을 지나서 광 편향층(24)으로 통과될 수 있으고, 미러(26)의 경사 각도가 30°인 경우에는, 광 편향층(24)에의 입사광의 광의 파워의 거의 모두가 0±1°의 각도 폭으로 LCD 패널(29)을 향해 편향될 수 있기 때문이다. 더욱이 본 발명에 있어서는, 미러(26)의 경사 각도가 30°인 경우에는, 광은 LCD 패널(29)의 표면의 법선으로부터 ±1°의 각도 폭의 광로를 따라서 LCD 패널(29)의 TN 액정 재료를 통과하기 때문에, 종래의 액정 표시 장치에 있어서의 시각에 의존하는 콘트라스트비의 감소가 방지될 수 있다. 또한, 본 발명은 LCD 패널(29)을 통과한 광을 기설정된 확산 각도만큼 확산하는 광 확산판(33)을 사용하기 때문에, 사용자는 콘트라스트비의 감소가 없는 표시 이미지를 관찰할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명에 따른 백라이트 장치는 LCD 패널(29)의 표면 법선을 따른 최소의 각도 폭, 즉 ±1°의 광로의 광을 LCD 패널(29)의 액정 분자에 통과시킬 수 있으고, 액정 분자를 통과한 광은 기설정된 각도만큼 광을 확산시킬 수 있는 광 확산층(33)에 의해 확산되어, 사용자에 대하여 원하는 시각을 제공할 수 있다. 액정 분자를 비스듬한 방향으로 광이 통과하는 것에 기초하는 종래의 문제점을 수반하지 않고, 임의의 원하는 시각이 광 확산층(33)의 확산 각도를 선택함으로써 실현된다. LCD 패널(29)의 표면 법선을 따른 최소 각도 폭, 즉 ±1°의 광로는 n1=1.49의 굴절율 및 0.3°의 꼭지각을 갖는 쐐기형 도광체(22)와, n2=1.3의 굴절율을 갖는 제1 광 투과층(23)과, 광 편향층(24)과의 조합에 의해 실현된다. 동일한 광로가 0.1°내지 3.0°범위의 꼭지각, 1.4 내지 2.0 범위의 굴절율 n1, 그리고 1.2 내지 1.4 범위의 굴절율 n2를 사용함으로써 달성될 수 있다.
복수개의 미러(26)의 경사 각도(θ)는 도광체(22)의 상면으로부터 출력되는 광의 각도 폭을 제어하도록 제어될 수 있다. 미러(M1 내지 M5) 각각으로 향하게 되는 광의 각도가 도 3a 및 도 3b에 관해서 설명한 각도(D)(=60±1°)라는 것에 주목하지 바란다. 도 4는 도광체(22)의 상면으로부터 출력되는 광의 각도 폭의 제어를 도시한다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 미러(M1)의 경사 각도는 4±1°의 각도 폭으로 광을 반사하도록 32°로 시프트되어 있고, 여기서, 각도 4°는 경사 각도(θ)가 30°로부터 +2°만큼 시프트되어 있는 것에 기초하여, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반사광의 광로가 도광체(22)의 상면의 법선으로부터 우측의 방향으로 4°만큼 시프트되어 있는 것을 나타내고, 전술한 바와 같이, ±1°의 각도 폭이 미러(M1)의 반사면에의 입사광의 ±1°의 각도 폭에 의해 발생한다. 미러(M2)의 경사 각도는 4±1°의 각도 폭으로 광을 반사하도록 28°로 시프트되어 있고, 여기서, 각도 4°는 경사 각도(θ)가 30°로부터 -2°만큼 시프트되어 있는 것에 기초하여, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반사광의 광로가 도광체(22)의 상면의 법선으로부터 좌측의 방향으로 4°만큼 시프트되어 있는 것을 나타내고, 전술한 바와 같이, ±1°의 각도 폭이 미러(M2)의 반사면에의 입사광의 ±1°의 각도 폭에 의해 발생한다. 미러(M3)의 경사 각도는 0±1°의 각도 폭으로 광을 반사하도록 30°로 시프트되어 있고, 여기서, 각도 0°는 경사 각도(θ)가 30°로 유지되어 있기 때문에 얻어지고, 전술한 바와 같이, ±1°의 각도 폭이 미러(M3)의 반사면에의 입사광의 ±1°의 각도 폭에 의해 발생한다. 미러(M4)의 경사 각도는 2±1°의 각도 폭으로 광을 반사하도록 31°로 시프트되어 있고, 여기서, 각도 2°는 경사 각도(θ)가 30°로부터 +1°만큼 시프트되어 있는 것에 기초하여, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반사광의 광로가 도광체(22)의 상면의 법선으로부터 우측 방향으로 2°만큼 시프트되어 있는 것을 나타내고, 전술한 바와 같이, ±1°의 각도 폭이 미러(M4)의 반사면에의 입사광의 ±1°의 각도 폭에 의해 발생한다. 그리고 미러(M5)의 경사 각도는 2±1°의 각도 폭으로 광을 반사하도록 29°로 시프트되어 있고, 여기서, 각도 2°는 경사 각도(θ)가 30°로부터 -1°만큼 시프트되어 있는 것에 기초하여, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반사광의 광로가 도광체(22)의 상면의 법선으로부터 좌측 방향으로 2°만큼 시프트되어 있는 것을 나타내고, 전술한 바와 같이, ±1°의 각도 폭이 미러(M5)의 반사면에의 입사광의 ±1°의 각도 폭에 의해 발생한다.
도 4에는 5개의 미러(M1 내지 M5)만이 도시되어 있지만, 도시되어 있지 않는 다른 미러의 경사 각도가, 예컨대, 1±1°, 3±1°등과 같은 다양한 각도 폭을 발생시키도록 시프트될 수 있으며, 이에 의해, 도 4b에 도시한 바와 같은 4±1°의 시각 내의 광의 강도가 일률적으로 될 수 있다. 미러(26)의 경사 각도(θ)는 30±20°만큼 시프트될 수 있다. 다시 말해서, 미러(26)의 경사 각도(θ)의 범위는 10°내지 50°이다. 경사 각도(θ)의 시프트가 ±20°를 넘으면, 미러(26)로부터의 반사광은 도광체(22) 내에 다시 반사 회귀된다. 그 이유는, 도광체(22)의 상면에의 반사광의 입사 각도가 도 3에 도시한 전반사 임계 각도(C1)보다도 커지게 되기 때문이다. 미러(M1 내지 M5) 그리고 다른 미러로부터의 조합된 광의 성분은 LCD 패널(29)을 향하게 되고, 이 LCD 패널(29)을 통과한 광은 광 확산판(33)에 의해 기설정된 확산 각도만큼 확산되며, 이에 의해 사용자는 도 2에 도시한 시각보다도 넓은 시각 즉 확산 각도{도 4b}에 걸쳐, 콘트라스트비의 감소없이 표시 이미지를 관찰할 수 있다.
도 5는 형광등(20)에 대한 미러(26)의 광반사면을 형성하는 이랑 즉 융기부의 배열을 도시한다. 미러(26) 각각의 광반사면은 형광등(20)의 중심선(20A)에 평행한 방향으로 연속적으로 연장되어 있다.
도 6은 본 발명에 따른 백라이트 장치의 다른 구조를 도시한다. 도 2에 도시한 백라이트 장치 대신에, 도 6의 백라이트 장치를 사용할 수 있다. 도 6에 도시한 백라이트 장치는 굴절율 n2{이것은 쐐기형 도광체(22)의 굴절율 n1보다도 작다}의 제1 광 투과층(23)이 마이크로·미러(26)와 일체로 형성되어 있는 점을 제외하고는 도 2 및 도 3에 도시한 것과 거의 동일하다. 냉음극형 형광등과 같은 광원(20) 및 반사 커버(21)는 도 6에 도시되어 있지 않다. 쐐기형 도광체(22)는 도 2의 편광판(27) 및 LCD 패널(29)에 인접하고 있다. 제1 광 투과층(23) 내에 입사된 광은 미러(26)에 의해 반사되고, 미러(26)의 경사 각도(θ)는 이들 미러의 반사면에의 입사광을 도광체(22)의 상면의 법선을 따른 방향으로 LCD 패널(29)(도 6에는 도시되어 있지 않다)을 향해 반사하도록 선택되어 있다. 도 4에 관해서 설명한 바와 같이 하여, 미러(26)의 경사 각도(θ)를 제어하여, 도광체(22)의 상면이 출력되는 광의 각도 폭을 제어할 수 있다.
도 7는 본 발명에 따른 대안적인 백라이트 장치를 도시한다. 도 2에 도시한 백라이트 장치 대신에, 도 6의 백라이트 장치를 사용할 수 있다. 도 7에 도시한 백라이트 장치는 쐐기형 도광체(22)와, 제1 광 투과층(23)과, 프리즘·시트와 같은 광 편향층(34)을 갖는다. 도 7에 도시한 백라이트 장치의 쐐기형 도광체(22) 및 제1 광 투과층(23)은 도 3에 도시한 백라이트 장치의 것과 동일하다. 광원(20) 및 반사 커버(21)가 광을 도광체(22)로 향하게 하도록 배치되어 있고, 이들은 도면을 간략화하기 위해서 도 7에는 도시되어 있지 않다. 도 7에 도시한 백라이트 장치에 있어서, 광 투과층(23)의 저면은 쐐기형 도광체(22)의 상면에 부착되어 있고, 광 편향층으로서 작동하는 프리즘·시트(34)가 광 투과층(23)의 상면에 부착되어 있다. 각 프리즘 중 광을 출력하는 표면은 형광등(20)의 중심선(20A)(도 5)에 평행한 방향으로 연속적으로 연장되어 있다.
도 7에 도시한 백라이트 장치에 있어서, 프리즘·시트(34)는 편광판(27) 및 LCD 패널(29)(도 7에는 도시되어 있지 않음)에 인접하여 있다. 도 7은 이 백라이트 장치 내의 하나의 광로를 도시하고 있다. 광원(20)으로부터 도광체(22)에 입사된 광은 도광체(22)의 저면에의 입사 각도가 이 저면의 전반사 임계각(C1)(42°)보다도 크고, 도광체(22)와 광 투과층(23) 사이의 상측 계면에의 입사 각도가 이 계면의 전반사 임계각(C2)(60.7°)보다도 크면, 저면과 계면에서 전반사된다. 전반사되고 있는 동안, 저면 및 상측 계면에 대한 입사 각도는 이 쐐기형 도광체(22)의 꼭지각의 2배의 각도씩 점차로 작아진다.
도광체(22)의 저면의 임계각(C1)이 이 상면으로부터 광을 누설시키기에는 너무 작기 때문에, 모든 광은 굴절율 n1의 도광체(22)와 이 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 광 투과층(23)의 계면을 통과한다. 광은 광 투과층(23) 내를 투과하고, 이 층(23)과 프리즘·시트(34) 사이의 계면에 도달한다. 프리즘의 거리(L1)는 약 50㎛이고, LCD 패널(29)의 서브 화소의 사이즈보다도 매우 작다. 프리즘·시트(34)는 입사광을 편광판(27) 및 LCD 패널(29)로 편향시킨다. 전술한 값의 굴절율 n1을 갖는 재료를 사용함으로써, 프리즘 표면에의 입사각(A)이 실현되고, 이에 의해, 광은 도 3의 백라이트 장치의 경우와 같이, 좁은 각도 폭으로 편광판(27)으로 향하게 된다. 이와 같이 하여, 광은 광원(20)으로부터 쐐기형 도광체(22)에 입사되고, 계속해서 도광체(22) 내에서 수회 전반사된 후에 광 투과층(23)에 입사되며, 계속해서 프리즘·시트(34)에 입사되고, LCD 패널(29)의 표면의 법선을 따라서 편향되고, 마지막으로 프리즘·시트(34)로부터 LCD 패널(29)의 표면의 법선 방향을 따라서 편광판(27) 및 LCD 패널(29)로 향하게 된다. 프리즘·시트(34)로부터의 광이 편광판(27), LCD 패널(29) 및 편광판(29)을 통과하고, 더욱이 광 확산판(33)을 통과할 때에, 광은, 도 2에 도시된 바와 같이, 광 확산판(33)에 의해 기설정된 확산 각도(B) 내로 확산된다.
본 발명의 제2 실시예:
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 장치를 사용하는 컬러 액정 표시 장치의 제2 실시예를 도시한다. 도 8에 도시한 제2 실시예의 액정 표시 장치의 구조 및 동작은 다음 상위점을 제외하고는 도 2에서 제1 실시예의 액정 표시 장치의 것과 동일하다. (1) 반사형 회절 격자(41)(도 9)를 포함하는 광 편향층(24)이 제2 실시예에 사용되고 있는 점, (2) 컬러·필터가 제2 실시예의 LCD 패널(29)에 있어서는 형성되어 있지 않는 점, (3) 원통형·렌즈·어레이(38)가 제2 실시예의 편광판(27) 및 백라이트 장치의 사이에 설치되어 있는 점, 그리고 (4) 광학 필터(39)가 광원 즉 형광등(20)과 도광체(22) 사이에 설치되어 있어, 특정한 파장의 광을 필터하는 점이다.
도 9를 참조하여 광 편향층(24)에 관해서 설명하면, 도 9는 광 편향층(24)의 반사형 회절 격자(41)에 의한 컬러 분리를 위한 광로 중 하나를 도시한다. 광 편향층(24)은 반사형 회절 격자(41) 및 광 투과층(40)을 포함한다. 반사형 회절 격자(41) 및 광 투과층(40)은 일체로 형성되어 있다. 광 투과층(40)의 굴절율은 1.4 내지 2.0 범위이며, 바람직하게는 1.49이다. 광 투과층(40)의 재료는 아크릴 수지, 유리, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르이다. 반사형 회절 격자(41)의 재료는, 예컨대, Al, Ni, 또는 Ag와 같은 금속이다. 격자 간격(d)은 광의 파장(λ), 굴절율 n2, 상면으로부터의 광의 출사 각도(β), 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2를 갖는 광 투과층(23)에 있어서의 광의 출사 각도(α) 및 광 투과층(23) 및 광 투과층(40) 사이의 계면에의 입사 각도(γ)와의 사이에서 다음과 같은 관계를 갖는다.
n2·Sinα-n2·Sinγ=mλ/d 그리고
Sinβ=n2·Sinα
여기서, m은 회절의 차수(次數)를 지정하는 정수이다. 각도 α는 통상 70°내지 90°범위 내의 값이다. λ= 535nm의 녹색의 광, m=1, α=80°, 그리고 n2=1.3인 경우, β=0으로 하기 위해서는, d는 417.8nm가 된다. β=0이라는 것은 녹색의 광이 도광체(22)의 상면에 대하여 수직인 것을 나타낸다. 그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 청색의 광(λ=445nm)은 -10°만큼 녹색의 광으로부터 떨어진 광로를 따라서 출력되고, 적색의 광(λ=615nm)은 녹색의 광으로부터 +10°만큼 떨어진 광로를 따라서 출력된다. 예로서 하나의 광로만이 도 9에 도시되어 있지만, 전술한 컬러 분리가 회절 격자의 모든 격자점에 있어서 행해지는 것에 주목하기 바란다.
원통형·렌즈·어레이의 원통형·렌즈(38)는 다양한 격자점으로부터의 청색의 광을 LCD 패널(29)의 서브 화소(35)로 지향(指向)시키며, 다수의 격자점으로부터의 녹색의 광을 LCD 패널(29)의 서브 화소(36)로 지향시기고, 다수의 격자점으로부터의 적색의 광을 LCD 패널(29)의 서브 화소(37)로 지향시키도록 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 형광등(20)으로부터의 백색광은 반사형 회절 격자(41)에 의해 적색의 광, 녹색의 광 및 청색의 광으로 나누어지고, 각 색의 광이 각각의 서브 화소로 지향되며, 이에 의해, 제1 실시예에서 사용되고 있었던 컬러·필터는 이 제2 실시예에서는 필요없다. 마찬가지로, 원통형·렌즈(42)는 다수의 격자점으로부터의 청색의 광을 LCD 패널(29)의 서브 화소(43)로 지향하고, 다수의 격자점으로부터의 녹색의 광을 LCD 패널(29)의 서브 화소(44)로 지향시키고, 다수의 격자점으로부터의 적색의 광을 LCD 패널(29)의 서브 화소(45)로 지향키키도록 배치되어 있다.
도 10은 예컨대 렌즈(38, 42)와 같은 복수개의 원통형·렌즈를 포함하는 원통형·렌즈·어레이를 도시한다. 원통형·렌즈·어레이의 정상부 및 골부(谷)는 LCD 패널(29)의 데이터선 또는 게이트선을 따른 서브 화소에 대하여 평행하게 배열되어 있다.
광학적 필터(39)의 동작을 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 형광등(20)에 의해 발생되는 백색광을 도시한다. 백색광은 도 11에 도시한 바와 같이 다양한 광 성분을 포함한다. 광학적 필터(39)는 광 성분(46, 47)을 억제한다.
도 12는 본 발명에 따른 백라이트 장치의 대안적 구조를 도시한다. 도 8에 도시한 백라이트 장치 대신에, 도 12에 도시하는 백라이트 장치를 사용할 수 있다. 도 12에 도시한 백라이트 장치는 쐐기형 도광체(22)의 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2를 갖는 광 투과층(23)이 반사형 회절 격자(41)의 위에 반사형 회절 격자와 일체로 형성되어 있는 점을 제외하고는, 도 8 및 도 9에 도시한 구조와 거의 동일하다. 예컨대 냉음극형 형광등과 같은 광원(20) 및 반사 커버(21)는 도 12에는 도시되어 있지 않다. 쐐기형 도광체(22)는 도 2의 편광판(27) 및 LCD 패널(29)에 인접하고 있다. 컬러의 분리는 도 9에 관해서 설명한 바와 같이 수행된다.
전술한 본 발명의 실시예에서는, TN 액정 재료가 사용되었지만, 편광을 전기적으로 제어할 수 있는, 예컨대 강유전성(强誘電性) 액정 재료 및 반강유전성(反强誘電性) 액정 재료와 같은 모든 액정 재료가 본 발명에 있어서 사용할 수 있다.
본 발명은 각도 폭이 10°FWHM보다도 작은 출력광을 발생시킬 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있으고, 광원으로부터의 광의 사용 효율을 개선할 수 있는 도광 장치 및 백라이트 장치를 실현할 수 있고, 이들 도광 장치 및 백라이트 장치를 사용하는 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (22)

  1. 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
    상기 쐐기형 도광체의 상기 측면에 광을 비추는 광원과,
    상면 및 저면을 갖는, 상기 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층을 포함하고, 상기 제1 광 투과층의 상면은 상기 쐐기형 도광체의 상기 저면에 부착되어 있으며,
    상기 제1 광 투과층의 상기 저면에 부착된 상면을 갖고, 상기 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면을 향해 편향시키는 광 편향층을 포함하는 것인 백라이트 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1의 범위는 1.4 내지 2.0이고, 상기 제1 광 투과층의 굴절율 n2의 범위는 1.2 내지 1.4인 것인 백라이트 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1은 1.49이고, 상기 제1 광 투과층의 굴절율 n2는 1.3인 것인 백라이트 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면과 상기 저면과의 사이의 각도 범위는 0.1°내지 3°인 것인 백라이트 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 광 편향층은 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1과 동일한 굴절율을 갖는 제2 광 투과층과, 이 제2광 투과층을 통과하는 상기 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면의 법선 방향을 따르는 광로를 향해 반사시키기 위해서, 선택된 각도만큼 상기 광 편향층의 상면으로부터 기울어져 있는 반사면을 각각 갖는 복수개의 미러를 가지며,
    상기 제2 광 투과층은 상기 제1 광 투과층의 저면에 부착되어 있고, 상기 제2 광 투과층 및 상기 복수개의 미러는 일체로 형성되어 있는 것인 백라이트 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 광 편향층은 상기 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면의 법선 방향을 따르는 광로를 향해 반사시키기 위해서, 선택된 각도만큼 상기 광 편향층의 상면으로부터 기울어져 있는 반사면을 갖는 복수개의 미러이며,
    상기 제1 광 투과층 및 상기 복수개의 미러는 일체로 형성되어 있는 것인 백라이트 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 복수개의 미러는 상기 선택된 각도만큼 반사면이 기울어져 있는 복수개의 미러와, 상기 선택된 각도보다도 큰 각도만큼 반사면이 각각 기울어져 있는 복수개의 미러와, 상기 선택된 각도보다도 작은 각도만큼 반사면이 각각 기울어져 있는 복수개의 미러를 갖는 것인 백라이트 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광원은 형광등이고, 상기 각 미러는 상기 형광등의 중심선에 평행한 방향으로 연속적으로 연장되어 있는 것인 백라이트 장치.
  9. 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
    상기 쐐기형 도광체의 상기 측면에 광을 비추는 광원과,
    상면 및 저면을 갖는, 상기 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 저면은 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면에 부착되어 있으며,
    상기 광 투과층의 상기 상면에 부착되고, 상기 광 투과층으로부터의 입사광을 상기 광 투과층의 상기 상면의 법선 방향을 따른 광로로 향하게 하는 복수개의 프리즘을 포함하는 것인 백라이트 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1의 범위는 1.4 내지 2.0이고, 상기 광 투과층의 굴절율 n2의 범위는 1.2 내지 1.4인 것인 백라이트 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1은 1.49이고, 상기 광 투과층의 굴절율 n2는 1.3인 것인 백라이트 장치.
  12. 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
    상기 쐐기형 도광체의 상기 측면에 광을 비추는 광원과,
    상면 및 저면을 갖는, 상기 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 제1 광 투과층을 포함하고, 상기 제1 광 투과층의 상면은 상기 쐐기형 도광체의 상기 저면에 부착되어 있으며,
    상기 제1 광 투과층의 상기 저면에 부착된 상면을 갖고, 상기 제1 광 투과층으로부터의 입사광의 색을 분리하고, 상기 분리된 색의 광을 상기 쐐기형 도광체의 상면으로 향하게 하는 광 편향층을 포함하는 것인 백라이트 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1의 범위는 1.4 내지 2.0이고, 상기 제1 광 투과층의 굴절율 n2의 범위는 1.2 내지 1.4인 것인 백라이트 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1은 1.49이고, 상기 제1 광 투과층의 굴절율 n2는 1.3인 것인 백라이트 장치 .
  15. 제13항에 있어서, 상기광 편향층은 상기 쐐기형 도광체의 굴절율 n1과 동일한 굴절율을 갖는 제2 광 투과층과, 이 제2 광 투과층을 통과하는 상기 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하고, 이 적색의 광, 녹색의 광 및 청색의 광을 3개의 광로를 따라서 각각 송출하는 반사형 회절 격자를 포함하며, 상기 3개의 광로 중 하나의 광로는 상기 쐐기형 도광체의 상면의 법선에 평행하며, 나머지 2개의 광로는 상기 하나의 광로로부터 떨어져 있고, 상기 제2 광 투과층 및 상기 반사형 회절 격자는 일체로 형성되어 있는 것인 백라이트 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 광 편향층은 상기 제1 광 투과층으로부터의 입사광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하고, 이 적색의 광, 녹색의 광 및 청색의 광을 3개의 광로를 따라서 각각 송출하는 반사형 회절 격자이며, 상기 3개의 광로 중 하나의 광로는 상기 쐐기형 도광체의 상면의 법선에 평행하며, 나머지 2개의 광로는 상기 하나의 광로로부터 떨어져 있고, 상기 제1 광 투과층 및 상기 반사형 회절 격자는 일체로 형성되어 있는 것인 백라이트 장치.
  17. 상측 투명 기판과, 하측 투명 기판과, 상기 상측 투명 기판 및 상기 하측 투명 기판의 사이에 밀봉된 액정 재료 등을 포함하는 액정 표시(LCD) 패널과,
    상기 상측 투명 기판에 인접하는 광 확산층과,
    상기 하측 투명 기판에 인접하는 백라이트 장치를 포함하며,
    상기 백라이트 장치는 제1항 내지 제6항과 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항의 백라이트 장치를 포함하는 것인 액정 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서, 컬러·필터는 상기 상측 투명 기판의 내면에 형성되어 있는 것인 액정 표시 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 청색의 광, 상기 녹색의 광 및 상기 적색의 광을 상기 3 개의 LCD 패널에 인접하는 서브 화소로 향하게 하는 렌즈·어레이가 상기 하측 투명 기판 및 상기 쐐기형 도광체의 사이에 배치되어 있는 것인 액정 표시 장치.
  20. 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
    상면 및 저면을 갖는, 상기 굴절율 n1보다도 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 상면은 상기 쐐기형 도광체의 상기 저면에 부착되어 있으며,
    상기 광 투과층의 상기 저면에 부착된 상면을 가지고, 상기 광 투과층으로부터의 입사광을 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면으로 향하게 편향시키는 광 편향층을 포함하는 것인 도광 장치.
  21. 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
    상면 및 저면을 갖는, 상기 굴절율 n1보다 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 저면은 상기 쐐기형 도광체의 상기 상면에 부착되어 있으며,
    상기 광 투과층의 상기 상면에 부착되고, 상기 광 투과층으로부터의 입사광을 이 광 투과층의 상기 상면의 법선 방향을 따른 광로로 향하도록 하는 복수개의 프리즘을 포함하는 것인 도광 장치.
  22. 상면, 저면 및 측면을 갖는, 굴절율 n1의 쐐기형 도광체와,
    상면 및 저면을 갖는, 상기 굴절율 n1보다 작은 굴절율 n2의 광 투과층을 포함하고, 상기 광 투과층의 상면은 상기 쐐기형 도광체의 상기 저면에 부착되어 있으며,
    상기 광 투과층의 상기 저면에 부착된 상면을 가지고, 상기 광 투과층으로부터의 입사광의 색을 분리하며, 이 분리된 색의 광을 상기 쐐기형 도광체의 상면으로 향하게 하는 광 편향층을 포함하는 것인 도광 장치.
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