KR20040002545A - 양면으로부터 빛을 발생하는 면광원 및 그것을 이용한양면표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면상의 출사면을 표리 양면에 갖는 면광원 및 그것을 이용한 양면표시장치에 관한 것으로서,
발광소자(11)로부터의 출사광을 단면(21a)으로부터 입사시키고, 그 빛을 인도하여 한쪽의 판면(12a)으로부터 출사하는 동시에, 양쪽의 판면(12b, 12c)으로부터 입사한 빛을 투과시키는 도광판(12)의 전측에, 이 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사한 빛 중 일부의 빛을 투과시키고, 다른 빛을 후측으로 되돌리는 제 1 광학소자(14)를 배치하며, 상기 도광판(12)의 후측에, 이 도광판(12)의 후면(12c)으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자(15)를 배치한 것을 특징으로 한다.

Description

양면으로부터 빛을 발생하는 면광원 및 그것을 이용한 양면표시장치{SURFACE LIGHT SOURCE GENERATING LIGHT FROM BOTH SIDES AND DUAL-SIDED DISPLAY DEVICE USING THIS}
본 발명은 평면상의 출사면을 표리 양면에 갖는 면광원 및 그것을 이용한 양면표시장치에 관한 것이다.
평면상의 출사면을 갖는 면광원으로서 발광소자와, 상기 발광소자로부터의 출사광을 단면으로부터 입사시키고, 그 빛을 전면으로부터 출사하는 도광판을 구비한 것이 알려져 있다.
이 종류의 면광원은 종래 아크릴계 수지판 등의 투명판으로 이루어지고, 광원으로부터의 빛이 입사되는 일단면, 상기 투명판을 투과한 빛이 출사되는 전면 및 상기 투명판의 상기 전면에 대향하는 후면 전체에 형성된 반사막으로 이루어지는 도광판과, 상기 일단면에 인접하여 배치된 LED(발광다이오드) 또는 냉음극관 등으로 이루어지는 광원으로서의 발광소자로 구성되어 있다.
이 면광원은 상기 발광소자로부터 출사하고, 상기 도광판에 그 입사단면으로부터 입사한 빛을, 도광판전면에서의 내면반사와 도광판후면에 형성된 반사막에 의한 반사를 반복하면서 도광판내를 인도하여 상기 전면으로부터 출사시킨다.
상기 면광원은 예를 들면 액정표시장치 등의 표시장치의 조명용 광원에 이용되고 있으며, 이 종류의 표시장치는 상기 면광원의 전측에, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 표시소자를, 그 표시의 관찰면을 상기 면광원과는 반대측을 향하여 배치한 구성으로 되어 있다.
그런데 최근 기기본체에 대하여 개폐 가능한 덮개를 갖는 휴대전화기나 휴대단말기 등의 전자기기로서 그 덮개를 연 상태에서도, 닫은 상태에서도 정보를 표시할 수 있도록 상기 덮개의 내면(덮개를 닫았을 때에 기기본체에 대향하는 면)과 외면에 각각 표시부를 설치한 것이 보이게 되어 오고 있다.
그러나 종래의 면광원은 전측의 한쪽으로만 빛을 출사시키는 것이기 때문에 양면에 표시부를 갖는 전자기기를 제조하는 데는 각 표시부에 대하여 각각 면광원을 배치하지 않으면 안되었다.
본 발명은 전측과 후측의 양쪽으로 빛을 출사할 수 있는 면광원을 제공하는 동시에, 1개의 면광원에 의해 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽을 각각 표시면으로 하는 표시를 실시할 수 있도록 한 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 관점에 의한 면광원장치는, 빛을 발생하는 발광소자와, 판상의 형상을 갖고, 상기 판의 일단면으로부터 상기 발광소자가 발광하는 빛을 입사시키며, 그 빛을 상기 판의 대향하는 판면간에서 반사시켜서 상기 판면 전체에 인도하여 상기 판면으로부터 출사시키고, 또한 한쪽의 판면으로부터 입사한 빛을 다른쪽의 판면으로 투과시키는 도광판과, 상기 도광판의 한쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판의 한쪽의 판면으로부터 출사한 빛 중의 일부를 상기 전측으로 투과시키며, 다른 빛을 후측으로 되돌리는 제 1 광학소자와, 상기 도광판의 다른쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판의 다른쪽의 판면측으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 면광원은 상기 발광소자로부터 출사하여 상기 도광판에 그 단면으로부터 입사한 빛의 대부분을 이 도광판의 전면으로부터 출사시키고, 그 빛의 일부를, 상기 도광판의 전측에 배치된 제 1 광학소자를 투과시켜서 전측으로 출사하는 동시에, 다른 빛을, 상기 제 1 광학소자에 의해 후측으로 되돌리며, 그 되돌아감빛을, 상기 도광판을 투과시켜서 그 후면으로부터 출사하고, 그 빛의 적어도 일부를, 상기 도광판의 후측에 배치된 제 2 광학소자를 투과시켜서 후측으로 출사하는 것이며, 이 면광원에 따르면, 전측과 후측의 양쪽으로 빛을 출사할 수 있다.
본 발명의 면광원에 있어서, 상기 도광판의 전측에 배치된 제 1 광학소자는 입사광을 확산하고, 그 확산광을 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽으로부터 출사하는 확산층으로 이루어져 있으며, 상기 도광판의 후측에 배치된 제 2 광학소자는 반투과반사층인 것이 바람직하고, 나아가서는 백색안료가 첨가된 반투과반사층으로이루어져 있는 것이 바람직하다.
또 본 발명의 면광원은 상기 도광판의 전측에 배치된 제 1 광학소자와 상기 도광판의 후측에 배치된 제 2 광학소자를 각각 입사광이 다른 2개의 편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 편광분리층으로 하고, 이들 편광분리층을, 그 한쪽의 편광분리층에 의해 반사된 빛이 다른쪽의 편광분리층을 투과하도록 배치한 구성으로 해도 좋다. 이 경우 상기 편광분리층은 편광면이 서로 직교하는 2개의 직선편광 중 한쪽의 직선편광을 투과하고, 다른쪽의 직선편광을 반사하는 반사편광판이 이용되고, 또는 우회전의 원편광과 좌회전의 원편광으로 분리하는 원편광분리소자와, 이 원편광분리소자를 끼워서 배치된 2장의 1/4파장판으로 구성된다.
또한 상기 도광판은 그 다른쪽의 판면에 내면반사광을 확산시키는 확산면을 형성하는 것이 바람직하다.
그 경우 제 1 광학소자의 외측에, 상기 도광판으로부터 출사되어 상기 제 1 광학소자를 투과한 빛을 상기 도광판의 전면의 법선방향으로 대략 따른 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층을 배치하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 상기 굴절층은 도광판의 발광소자가 배치된 일단면에 평행한, 가로로 긴 프리즘부를 서로 평행하게 밀접히 배열한 프리즘시트로 구성된다.
또 상기 도광판은 그 다른쪽의 판면에, 이 판면에서 내면반사하는 빛을 상기 도광판의 판면의 법선에 대한 각도가 상기 전면에 평행한 면에서 정반사시킨 경우보다도 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면을 형성한 구성으로 해도 좋다.
본 발명의 제 2 관점으로 이루어지는 표시장치는 상기한 본 발명의 면광원장치와, 상기 면광원장치의 한쪽의 판면측에 배치되고, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 제 1 표시소자와, 상기 면광원장치의 다른쪽의 판면측에 배치되고, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 제 2 표시소자를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 표시장치는 상기한 본 발명의 면광원장치의 한쪽측에, 제 1 표시소자를, 그 표시의 관찰측과는 반대측의 면을 상기 면광원장치에 대향시켜서 배치하고, 상기 면광원장치의 다른쪽측에, 제 2 표시소자를, 그 표시의 관찰측과는 반대측의 면을 상기 면광원장치에 대향시켜서 배치함으로써 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽을 각각 표시면으로 하는 표시를 실시할 수 있도록 한 것이다.
이 표시장치에 있어서, 제 1 표시소자와 제 2 표시소자는 표시면적이 달라 있으며, 상기 제 2 표시소자는 상기 제 1 표시소자에 비하여 표시면적을 작게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표시장치에 있어서, 상기 제 1과 제 2 표시소자의 적어도 한쪽은 상기 면광원장치로부터 출사된 빛의 투과를 제어하여 얻어지는 투과표시와 관찰측으로부터 입사하는 외광의 투과를 제어하여 얻어지는 반사표시의 양쪽이 가능한 반투과반사형 표시소자인 것이 바람직하다. 이 경우 반투과반사형 표시소자는 다공질금속막으로 이루어지는 반투과반사막을 구비하는 것이 바람직하다.
또 이 표시장치에 있어서도, 제 1 광학소자는 입사광을 확산하고, 그 확산광을 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽으로부터 출사하는 확산층으로 이루어져 있으며, 상기 제 2 광학소자는 반투과반사층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또는제 1 광학소자와 제 2 광학소자는 각각 입사광이 다른 2개의 편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 편광분리층으로 이루어져 있으며, 이들 편광분리층이, 그 한쪽의 편광분리층에 의해 반사된 빛이 다른쪽의 편광분리층을 투과하도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 이 편광분리소자로서는 편광면이 서로 직교하는 2개의 직선편광 중 한쪽의 직선편광을 투과하고, 다른쪽의 직선편광을 반사하는 반사편광판을 이용하는 것이 바람직하다.
또한 이 표시장치에 있어서, 제 1 광학소자의 외측에, 상기 도광판으로부터 출사되어 상기 제 1 광학소자를 투과한 빛을 상기 도광판의 전면의 법선방향으로 대략 따른 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층이 배치되는 것이 바람직하고, 이 굴절층은 도광판의 발광소자가 배치된 일단면에 평행한, 가로로 긴 프리즘부를 서로 평행하게 밀접히 배열한 프리즘시트로 형성되고, 또는 도광판의 다른쪽의 판면에, 이 판면에서 내면반사하는 빛을 상기 도광판의 판면의 법선에 대한 각도가 상기 전면에 평행한 면에서 정반사시킨 경우보다도 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면을 형성함으로써 달성된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 면광원장치의 측면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 관련되는 표시장치의 측면도.
도 3은 도 2에 나타낸 표시장치에 있어서의 제 1 표시소자의 일부분을 나타내는 단면도.
도 4는 도 2에 나타낸 표시장치에 있어서의 제 2 표시소자의 일부분을 나타내는 단면도.
도 5A, 5B는 상기 표시장치를 구비한 전자기기의 한 예를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예의 면광원을 나타내는 측면도.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예의 표시장치를 나타내는 측면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 30: 면광원장치11, 31: 발광소자
12, 32: 도광판12a, 32a: 입사단면
12b, 32b: 전면12c: 후면(확산면)
14: 확산층(제 1 광학소자)15: 백색반투과반사층(제 2 광학소자)
16: 프리즘시트(굴절층)
17a: 메인표시소자(제 1 액정표시소자)
17b: 서브표시소자(제 2 액정표시소자)
18, 19: 기판20: 액정층
21: 반투과반사막22: 절연막
23, 24: 전극27R, 27G, 27B: 컬러필터
32c: 후면(반사굴절면)34: 전측반사편광판(제 1 광학소자)
35: 후측반사편광판(제 2 광학소자)
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관련되는 면광원장치를 나타내고 있다. 이 실시예의 면광원장치(10)는 발광소자(11)와, 이 발광소자(11)에 1개의 단면을 대향시켜서 배치되고, 상기 발광소자(11)로부터의 출사광을 상기 단면으로부터 입사시키며, 그 빛을 한쪽의 판면 및 다른쪽의 판면에서 내면반사시키면서 인도하여 그빛을 상기 한쪽의 판면으로부터 출사시키는 동시에, 상기 한쪽의 판면 및 다른쪽의 판면으로부터 입사한 빛을 각각 반대측으로 투과시키는 도광판(12)과, 상기 도광판(12)의 한쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판(12)의 한쪽의 판면으로부터 출사한 빛 중 일부의 빛을 투과시키며, 다른 빛을 다른쪽의 판면측으로 되돌리는 제 1 광학소자(14)와, 상기 도광판(12)의 다른쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판(12)의 다른쪽의 판면으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자(15)를 구비하고 있다.
상기 발광소자(11)는 예를 들면 적색광을 발하는 적색LED와, 녹색광을 발하는 녹색LED와, 청색광을 발하는 청색LED를 구비하고, 이들을 광산란성 수지에 의해 몰드하여 이루어지는 고체발광소자이며, 상기 각 색의 LED를 동시에 점등시킴으로써 이들 LED가 발하는 적, 녹, 청의 3색의 빛을 혼색시킨 백색광을 출사한다.
이 고체발광소자로 이루어지는 발광소자(11)는 상기 도광판(12)의 옆쪽에, 이 도광판(12)의 일단면에 대향시켜서 1개 또는 복수개 배치되어 있다.
또한 이 실시예에서는 발광소자(11)로부터의 출사광을 직접 도광판(12)에 입사시키도록 하고 있는데, 상기 발광소자(11)로부터의 출사광은 확산층에 의해 확산하여 도광판에 입사시키도록 해도 좋고, 또한 상기 발광소자(11)를 다른 방향에서 배치하며, 이 발광소자(11)로부터의 출사광을 미러 등의 도광수단에 의해 인도하여 도광판(12)에 입사시키도록 해도 좋다. 또 상기 발광소자(11)는 냉음극관 등이어도 좋다.
상기 도광판(12)은 예를 들면 아크릴계 수지 등으로 이루어지는 투명판이며,그 일단면이 상기 발광소자(11)로부터의 출사광을 입사시키는 입사단면(12a)으로 되어 있다. 또 이 도광판(12)의 한쪽의 판면(12b)(이하 전면(12b)이라 한다)은 평탄면에 형성되어 있으며, 다른쪽의 판면(12c)(이하 후면(12c)이라 한다)은, 이 후면(12c)에서의 내면반사광을 확산시키는 확산면에 형성되어 있다. 또한 이 실시예에서는 상기 도광판(12)의 후면(12c)을 미소한 볼록부(13)가 극히 작은 피치로 형성된 주름면으로 이루어지는 확산면으로 하고 있다.
또 상기 도광판(12)의 전측(전면(12b)측)에 배치된 제 1 광학소자(14)는 한쪽의 면으로부터 입사한 빛을 확산하고, 그 확산광을 상기 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽으로부터 출사하는 확산층, 예를 들면 광산란입자를 분산시킨 투명수지필름으로 이루어져 있다. 이하 이 제 1 광학소자(14)를 확산층이라 한다.
한편 상기 도광판(12)의 후측(후면(12c)측)에 배치된 제 2 광학소자(15)는 백색의 반투과반사층, 예를 들면 백색안료를 함유시킨 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등으로 이루어지는 0. 05∼0. 075mm의 두께의 극박백색필름이며, 그 한쪽의 면으로부터 입사한 빛을 상기 백색안료의 첨가량에 따른 반사율 및 투과율로 반사 및 투과시킨다. 이하 이 제 2 광학소자(15)를 백색반투과반사층이라 한다.
그리고 상기 확산층(14)은 상기 도광판(12)의 전측에, 이 도광판(12)의 전면(12b)과의 사이에 공기층을 개재시켜서 배치되어 있으며, 상기 백색반투과반사층(15)은 상기 도광판(12)의 후측에, 이 도광판(12)의 후면(12c)과의 사이에 공기층을 개재시켜서 배치되어 있다.
또한 이 실시예의 면광원장치(10)는 상기 도광판(12)의 전측에 배치된 확산층(14)의 전측(확산층(14)의 상기 도광판과는 반대측)에 배치되고, 상기 확산층(14)의 전측으로 출사한 빛을 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선방향으로 대략 따른 방향(이하 법선 부근의 방향이라 한다)을 향하여 굴절시키는 굴절층(16)을 구비하고 있다.
이 굴절층(16)은 예를 들면 아크릴계 수지 등으로 이루어지는 투명수지필름의 한쪽의 면에, 그 전역에 걸쳐서 극히 작은 폭의 가로로 긴 프리즘부(16a)가 밀접히 나열하여 서로 평행하게 형성된 프리즘시트로 이루어져 있다. 이하 이 굴절층(16)을 프리즘시트라 한다.
이 프리즘시트(16)는 상기 가로로 긴 프리즘부(16a)가 형성된 면을 상기 확산층(14)의 전면에 대향시키고, 그 복수의 가로로 긴 프리즘부(16a)의 능선이 상기 확산층(14)의 전면에 근접 또는 맞닿아서 배치되어 있다.
이 면광원장치(10)는 상기 발광소자(11)로부터 출사하여 상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사한 빛을 이 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사시키고, 그 빛의 일부를, 상기 도광판(12)의 전측에 배치된 확산층(14)을 투과시켜서 앞으로 출사하는 동시에, 다른 빛을, 상기 확산층(14)에 의해 후측으로 되돌리고, 그 되돌아감빛을, 상기 도광판(12)을 투과시켜서 그 후면(12c)으로부터 출사하고, 그 빛의 적어도 일부를, 상기 도광판(12)의 후측에 배치된 백색반투과반사층(15)을 투과시켜서 후측으로 출사한다.
즉 상기 발광소자(11)로부터 출사한 빛은 상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사하고, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이 상기도광판(12)의 전면(12b) 및 후면(12c)에서 내면반사하면서 도광판(12)내를 인도된다.
상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사한 빛의 도광판전면(12b) 및 후면(12c)에서의 내면반사는 상기 도광판전면(12b) 및 후면(12c)과 외기인 공기층의 계면에서의 전반사에 의한 것이며, 상기 계면에 대하여 전반사임계각 이상의 입사각으로 입사한 빛이 반사되고, 상기 계면에 대하여 전반사임계각보다도 작은 입사각으로 입사한 빛이, 그 계면을 투과하여 출사한다.
그리고 이 실시예에서는 상기 도광판(12)의 후면(12c)을 상기한 주름면으로 이루어지는 확산면으로 하고 있기 때문에 이 후면(12c)에서의 내면반사광이 확산되고, 그 확산반사광이 도광판전면(12b)과 공기층의 계면에 입사한다.
그 때문에 상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사한 빛의 대부분이, 이 도광판(12)의 전면(12b) 및 후면(12c)에서 내면반사하면서 도광판(12)내를 인도되는 과정에서 그 전면(12b)과 공기층의 계면에 전반사임계각보다도 작은 입사각으로 입사하고, 그 계면을 투과하여 도광판의 전면(12b)으로부터 출사한다.
또한 상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사한 빛 중, 이 도광판(12)의 후면(12c)과 공기층의 계면에 전반사임계각보다도 작은 입사각으로 입사한 빛은, 그 계면을 투과하여 도광판(12)의 후측으로 출사한다.
상기 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사한 빛은, 이 도광판(12)의 전측에 배치된 확산층(14)에 입사하여 확산되고, 그 빛 중 상기 확산층(14)의 전면방향을 향하는 확산광이, 이 확산층(14)을 투과하여 그 전면으로부터 출사한다.
그리고 상기 확산층(14)의 전면으로부터 출사한 확산광은, 이 확산층(14)의 전측에 배치된 프리즘시트(16)에 입사하고, 그 복수의 가로로 긴 프리즘부(16a)에 의해 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선 부근의 방향을 향하여 굴절되어 상기 프리즘시트(16)의 전면으로부터 전측으로 출사한다.
이 전측으로 출사하는 빛은 상기 확산층(14)에 의해 확산되고, 또한 상기 프리즘시트(16)에 의해 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선 부근의 방향을 향하여 굴절된, 휘도분포가 균일하고, 또한 정면방향(도광판(12)의 전면(12b)의 법선 부근의 방향)에 지향성을 가진 빛이다.
한편 상기 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사하고, 상기 확산층(14)에 의해 확산된 빛 중, 이 확산층(14)의 후면방향을 향하는 확산광은 상기 확산층(14)의 후면으로부터 출사하여 후측으로 되돌아간다.
이 되돌아감빛은 상기 도광판(12)에 그 전면(12b)으로부터 입사하고, 이 도광판(12)을 투과하여 그 후면(12c)으로부터 후측으로 출사한다.
상기 도광판(12)을 투과하여 그 후측으로 출사한 상기 되돌아감빛과, 상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사한 빛 중의 도광판(12)의 후측으로 출사한 상기 빛은 상기 도광판(12)의 후측에 배치된 백색반투과반사층(15)에 입사하고, 그 빛 중 백색반투과반사층(15)의 반사율에 따른 양의 빛이, 이 백색반투과반사층(15)에 의해 반사되고, 상기 백색반투과반사층(15)의 투과율에 따른 양의 빛이, 이 백색반투과반사층(15)을 투과하여 후측으로 출사한다.
이 후측으로 출사하는 빛은 상기 확산층(14)에 의해 확산되고, 또한 상기 백색반투과반사층(15)을 투과한, 휘도분포가 균일한 백색광이다.
또 상기 백색반투과반사층(15)에 의해 반사된 빛은 상기 도광판(12)에 그 후면(12c)으로부터 입사하여 이 도광판(12)을 투과하고, 그 전면(12b)으로부터 출사하여 상기 확산층(14)에 재입사한다.
그리고 상기 확산층(14)에 재입사한 빛은 상기한 바와 같이, 이 확산층(14)에 의해 다시 확산되고, 그 빛 중 상기 확산층(14)의 전면방향을 향하는 확산광이, 이 확산층(14)의 전면으로부터 출사하고, 상기 프리즘시트(16)에 의해 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선 부근의 방향을 향하여 굴절되며, 이 프리즘시트(16)의 전면으로부터 전측으로 출사한다.
또 상기 확산층(14)에 재입사하여 다시 확산된 빛 중, 이 확산층(14)의 후면으로부터 출사한 되돌아감빛은 상기한 바와 같이 상기 도광판(12)을 투과하여 상기 백색반투과반사층(15)에 입사하고, 그 빛 중 상기 백색반투과반사층(15)의 반사율에 따른 양의 빛이, 이 백색반투과반사층(15)에 의해 반사되며, 상기 백색반투과반사층(15)의 투과율에 따른 양의 빛이, 이 백색반투과반사층(15)을 투과하여 후측으로 출사한다.
이와 같이 상기 면광원장치(10)는 발광소자(11)로부터 출사하여 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사하고, 이 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사한 빛을 확산층(14)에 의해 확산하며, 그 일부의 확산광을 상기 확산층(14)의 전측으로 출사하는 동시에, 다른 확산광을 후측으로 되돌리고, 그 되돌아감빛을, 상기 도광판(12)을 투과시켜서 백색반투과반사층(15)에 입사시키며, 그 일부의 빛을, 상기 백색반투과반사층(15)을 투과시켜서 후측으로 출사하는 것이고, 이 면광원장치(10)에 따르면, 전측과 후측의 양쪽으로 빛을 출사할 수 있다.
또한 이 면광원장치(10)의 전측으로의 출사광과 후측으로의 출사광의 휘도비는 상기 확산층(14)의 전후 각각의 방향으로의 각 확산도와, 상기 백색반투과반사층(15)의 반사율 및 투과율을 선택함으로써 임의로 설정할 수 있다.
또한 이 실시예에서는 상기 도광판(12)의 전측에, 이 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사한 빛 중의 일부의 빛을 투과시키고, 다른 빛을 후측으로 되돌리는 제 1 광학소자로서 입사광을 확산하고, 그 확산광을 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽으로부터 출사하는 확산층(14)을 배치하며, 상기 도광판(12)의 후측에, 상기 도광판(12)의 후면(12c)으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자로서 백색반투과반사층(15)을 배치하고 있기 때문에 전측으로 휘도분포가 균일한 빛을 출사하는 동시에, 후측으로 휘도분포가 균일하고, 또한 줄무늬가 없는 백색광을 출사할 수 있다.
또 이 실시예에서는 상기 도광판(12)의 후면(12c)을, 이 후면(12c)에서의 내면반사광을 확산시키는 확산면에 형성하고 있기 때문에 상기 도광판(12)에 그 입사단면(12a)으로부터 입사한 빛을 효율 좋게, 이 도광판(12)의 전면(12b)으로부터 출사할 수 있다.
또한 이 실시예에서는 상기 도광판(12)의 전측에 배치된 확산층(14)의 전측에, 상기 확산층(14)의 전측으로 출사한 빛을 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선 부근의 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층으로서 프리즘시트(16)를 배치하고 있기때문에 전측으로 정면방향에 지향성을 가진 빛을 출사할 수 있다.
[제 2 실시예]
도 2는 본 발명의 면광원장치를 이용한 표시장치를 나타내고, 또 도 3 및 도 4는 상기 표시장치에 이용하는 제 1 및 제 2 표시소자의 일부분의 단면을 나타내며, 또한 도 5A, B는 상기 표시장치를 구비한 전자기기의 한 예를 나타내고 있다.
이 제 2 실시예는 상기 면광원장치의 양측에 제 1과 제 2 표시소자를 배치하여 표시장치를 구성하고, 이 표시장치를 휴대전화 등의 전자기기에 적용한 것이다.
우선 도 5A, B에 나타낸 전자기기에 대하여 설명하면, 이 전자기기는 휴대전화기이며, 전면에 복수의 키(2)를 구비한 기기본체(1)와, 일단을 상기 기기본체(1)의 위가장자리부에 회전 가능하게 지지되고, 상기 기기본체(1)에 대하여 개폐회전운동 가능하게 설치된 케이스(3)로 이루어져 있으며, 상기 케이스(3)의 전면, 즉 케이스(3)를 도 5A와 같이 열었을 때에 기기본체(1)의 전면과 같은 방향인 앞방향으로 되고, 도 5B와 같이 닫았을 때에 기기본체(1)에 대향하는 면에 전화번호, 전자메일 등의 주요정보를 표시하기 위한 메인표시부(4)가 설치되며, 상기 케이스(3)의 후면에 시각, 착신 등을 표시하기 위한 소화면의 서브표시부(5)가 설치되어 있다.
다음으로 도 2에 나타낸 표시장치에 대하여 설명하면, 이 표시장치는 상기한 면광원장치(10)와, 상기 면광원장치(10)의 전측에, 표시의 관찰측과는 반대측의 면을 상기 면광원장치(10)에 대향시켜서 배치되고, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 제 1 표시소자(17a)와, 상기 면광원장치(10)의 후측에, 표시의 관찰측과는 반대측의 면을 상기 면광원장치(10)에 대향시켜서 배치되고, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 제 2 표시소자(17b)를 구비하고 있다.
상기 제 1과 제 2 표시소자(17a, 17b)는 예를 들면 액정표시소자이며, 제 1 액정표시소자(17a)는 메인표시소자, 제 2 액정표시소자(17b)는 서브표시소자이다.
또한 이 표시장치는 도 5에 나타낸 전자기기(휴대전화기)의 케이스(3)내에 메인표시소자인 제 1 액정표시소자(이하 메인표시소자라 한다)(17a)를 상기 케이스(3)의 전면의 메인표시부(4)에 대향시키고, 서브표시소자인 제 2 액정표시소자(이하 서브표시소자라 한다)(17b)를 상기 케이스(3)의 후면의 서브표시부(5)에 대향시켜서 실장되는 것이며, 상기 메인표시소자(17a)는 상기 케이스(3)의 메인표시부(4)에 대응하는 화면사이즈의 액정표시소자, 서브표시소자(17b)는 상기 케이스(3)의 소화면의 서브표시부(5)에 대응하는 화면사이즈의 액정표시소자이다. 또 상기 면광원장치(10)의 도광판(12)과, 확산층(14)과, 프리즘시트(16) 및 백색반투과반사층(15)은 상기 메인표시소자(17a)의 화면 전역에 대향하는 면적을 갖고 있다.
도 3은 상기 메인표시소자(17a)의 일부분의 단면을 나타내고, 도 4는 상기 서브표시소자(17b)의 일부분의 단면을 나타내고 있다.
상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)는 어느 쪽이나 표시의 관찰측과는 반대측에 반투과반사막(21)을 구비한 반사/투과형 표시소자이며, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 표시의 관찰측인 전측의 투명기판(18)과, 이 전측기판(18)에 대향하는 후측의 투명기판(19)의 사이에 액정층(20)이 설치되고, 상기 액정층(20)보다도 후측에 반투과반사막(21)이 설치되는 동시에, 상기 액정층(20)보다도 전측과, 상기 반투과반사막(21)보다도 후측에 각각 편광판(28, 29)이 배치된 구성으로 되어 있다.
상기 반투과반사막(21)은 예를 들면 다공질의 금속막으로 이루어져 있으며, 이 반투과반사막(21)은 후측기판(19)의 내면(전측기판(18)에 대향하는 면)에 형성되어 있다.
또한 상기 전측기판(18)과 후측기판(19)은 그 둘레가장자리부에 있어서 도시하지 않는 테두리상의 시일재를 통하여 접합되어 있으며, 상기 액정층(20)은 전후의 기판(18, 19)간의 상기의 시일재에 의해 둘러싸여진 영역에 설치되어 있다.
상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)는 각각 STN(슈퍼트위스티드네마틱)형의 단순매트릭스액정표시소자이며, 한쪽의 기판, 예를 들면 전측기판(18)의 내면(후측기판(19)에 대향하는 면)에 행방향(도 3 및 도 4에 있어서 좌우방향)을 따르는 복수의 투명한 주사전극(23)이 설치되고, 다른쪽의 후측기판(19)의 내면에 열방향(도 3 및 도 4에 있어서 지면에 수직인 방향)을 따르는 복수의 투명한 신호전극(24)이 설치되어 있다.
또한 상기 후측기판(19)의 내면에는 상기 반투과반사막(21)을 덮어서 투명한 절연막(22)이 설치되어 있으며, 상기 신호전극(24)은 상기 절연막(22)의 위에 형성되어 있다.
또한 상기 전측기판(18)과 후측기판(19)의 가장 내면에는 각각 상기 전극(23, 24)을 덮어서 배향막(25, 26)이 형성되어 있으며, 상기 액정층(20)의 액정분자는 상기 배향막(25, 26)에 의해 전후의 기판(18, 19) 근처에 있어서의 배향방향이 규정되고, 전후의 기판(18, 19)간에 있어서 220∼260도의 트위스트각으로 트위스트배향하고 있다.
또 상기 편광판(28, 29)은 입사광이 서로 직교하는 2개의 직선편광성분 중 한쪽의 편광성분을 흡수하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 흡수편광판이며, 전측의 편광판(28)은 그 투과축을 소정의 방향을 향하여 전측기판(18)의 외면에 붙여지고, 후측의 편광판(29)은 그 투과축을 소정의 방향을 향하여 후측기판(19)의 외면에 붙여져 있다.
또한 상기 메인표시소자(17a)는 컬러화상표시소자이며, 그 한쪽의 기판, 예를 들면 전측기판(18)의 내면에, 상기 복수의 주사전극(23)과 신호전극(24)이 서로 대향하는 복수의 화소부에 각각 대응하는 복수의 색, 예를 들면 적, 녹, 청의 3색의 컬러필터(27R, 27G, 27B)가 설치되어 있다. 또한 이 컬러필터(27R, 27G, 27B)는 전측기판(18)의 기판면에 형성되어 있으며, 그 위에 상기 주사전극(23)이 형성되어 있다.
한편 상기 서브표시소자(17b)는 컬러필터를 구비하지 않는 흑백화상표시소자이다.
그리고 상기 메인표시소자(17a)는 상기 면광원장치(10)의 전측에, 이 메인표시소자(17a)의 후면(후측편광판(29)의 외면)을 상기 면광원장치(10)의 도광판(12)의 전면(12b)에 있어서의 광출사영역에 대향시켜서 배치되고, 상기 서브표시소자(17b)는 상기 면광원장치(10)의 후측에, 이 서브표시소자(17b)의후면(후측편광판(29)의 외면)을 상기 면광원장치(10)의 도광판(12)의 후면(12c)에 있어서의 광출사영역의 중앙 부근에 대향시켜서 배치되어 있다.
이 표시장치는 상기 메인표시소자(17a)가 배치된 한쪽의 면과, 상기 서브표시소자(17b)가 배치된 다른쪽의 면의 양쪽을 각각 표시면으로 하는 표시를 실시하는 것이며, 상기 메인표시소자(17a)는 그 배치측을 표시면으로 할 때에 표시구동되고, 상기 서브표시소자(17b)는 그 배치측을 표시면으로 할 때에 표시구동된다.
또 이 표시장치는 충분한 밝기의 외광이 얻어지지 않는 환경하에서는 상기 면광원장치(10)로부터의 빛을 이용하는 투과표시를 실시하고, 충분한 밝기의 외광이 얻어지는 환경하에서는 외광을 이용하는 반사표시를 실시하는 것이며, 상기 면광원장치(10)의 발광소자(11)는 반사표시인 때는 소등되고, 투과표시인 때에 점등된다.
이 표시장치의 표시를, 상기 메인표시소자(17a)에 의한 표시에 대하여 설명하면, 상기 면광원장치(10)로부터의 빛을 이용하는 투과표시인 때는 상기 면광원장치(10)의 전측으로 출사하고, 상기 메인표시소자(17a)에 그 후측으로부터 입사한 빛이, 이 메인표시소자(17a)의 후측편광판(29)에 의해 그 흡수축을 따른 편광성분의 빛이 흡수되어, 이 후측편광판(29)의 투과축을 따른 직선편광으로 되고, 반투과반사막(21)을 투과하여 액정층(20)에 입사한다.
상기 액정층(20)에 입사한 직선편광의 편광상태는, 이 액정층(20)을 투과하는 과정에서 각 화소부의 전극(23, 24)간으로의 인가전계에 의해 변화하는 액정분자의 배향상태에 따른 복굴절작용을 받아서 변화하고, 또한 컬러필터(27R, 27G,27B)에 의해 그 흡수파장대역의 파장광이 흡수되어 착색광으로 되어 전측편광판(28)에 입사한다. 이 전측편광판(28)에 입사하는 편광의, 상기 전측편광판(28)의 흡수축을 따른 편광성분이 많은 경우에, 이 편광판(28)에 의해 흡수되어 그 화소부의 표시가 암표시(흑)로 되고, 상기 전측편광판(28)의 투과축을 따른 편광성분이 많은 경우에는 편광판(28)을 투과하여 전측으로 출사하며, 그 화소부의 컬러필터(27R, 27G, 27B)에 따른 색의 명표시로 된다.
또 외광을 이용하는 반사표시인 때는 상기 메인표시소자(17a)에 그 표시의 관찰면측인 전측으로부터 입사한 빛이, 이 메인표시소자(17a)의 전측편광판(28)에 의해 그 흡수축을 따른 편광성분의 빛을 흡수하여, 이 전측편광판(28)의 투과축을 따른 직선편광으로 되고, 컬러필터(27R, 27G, 27B)를 투과하여 착색광으로 되어 액정층(20)에 입사한다.
상기 액정층(20)에 입사한 빛은, 이 액정층(20)을 투과하는 과정에서 각 화소부의 액정분자의 배향상태에 따른 복굴절작용을 받고, 후측기판(19)의 내면에 설치된 상기 반투과반사막(21)에 의해 반사된다.
상기 반투과반사막(21)에 의해 반사된 빛은 상기 액정층(20)과 컬러필터(27R, 27G, 27B)를 다시 투과하여 전측편광판(28)에 재입사하고, 이 전측편광판(28)에 재입사하는 편광에, 상기 전측편광판(28)의 흡수축을 따른 편광성분이 많은 경우에 편광판(28)에 의해 흡수되어 그 화소부의 표시가 암표시(흑)로 되고, 상기 전측편광판(28)의 투과축을 따른 편광성분이 많은 경우에 편광판(28)을 투과하여 전측으로 출사하며, 그 화소부의 표시가 착색된 명표시로 된다.
또한 여기에서는 메인표시소자(17a)에 의한 표시에 대하여 설명했는데, 서브표시소자(17b)에 의한 투과표시와 반사표시도 기본적으로는 상기 메인표시소자(17a)에 의한 표시와 같으며, 이 메인표시소자(17a)는 컬러필터를 구비하고 있지 않기 때문에 명표시는 비착색의 백표시이다.
즉 이 표시장치는 전측과 후측의 양쪽으로 빛을 출사하는 상기 면광원장치(10)의 전측과 후측에 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 배치하고, 상기 면광원장치(10)의 전측으로의 출사광을 상기 메인표시소자(17a)에 입사시켜서 이 메인표시소자(17a)에 표시를 실시하게 하는 동시에, 상기 면광원장치(10)의 후측으로의 출사광을 상기 서브표시소자(17b)에 입사시켜서 이 서브표시소자(17b)에 표시를 실시하게 하도록 한 것이며, 이 표시장치에 따르면, 1개의 면광원장치(10)에 의해 상기 메인표시소자(17a)가 배치된 한쪽의 면과, 상기 서브표시소자(17b)가 배치된 다른쪽의 면의 양쪽을 각각 표시면으로 하는 표시를 실시할 수 있다.
이 표시장치에 있어서, 상기 메인표시소자(17a)는 컬러필터(27R, 27G, 27B)를 구비한 컬러화상표시소자인데, 상기 면광원장치(10)는 상기한 바와 같이 전측으로, 후측으로의 출사광보다도 고휘도의 빛을 출사하기 때문에 상기 메인표시소자(17a)에 충분한 휘도의 빛을 입사시키고, 이 메인표시소자(17a)에 충분한 밝기의 컬러화상을 표시시킬 수 있다.
또 상기 서브표시소자(17b)는 컬러필터를 구비하지 않는 흑백화상표시소자이기 때문에 컬러필터에 의한 빛의 흡수가 없고, 따라서 상기 면광원장치(10)의 후측으로의 출사광의 휘도가 낮아도, 이 서브표시소자(17b)에 충분한 밝기의 흑백화상을 표시시킬 수 있다.
또한 상기 면광원장치(10)는 전측으로, 상기 확산층(14)에 의해 확산되고, 또한 프리즘시트(16)에 의해 굴절된 빛을 출사하기 때문에 상기 메인표시소자(17a)에 휘도얼룩이 없는 충분한 정면휘도의 표시를 실시하게 할 수 있다.
또 상기 면광원장치(10)는 후측으로, 상기 확산층(14)에 의해 확산되어 후측으로 되돌아가고, 또한 백색반투과반사층(15)을 투과한 빛을 출사하기 때문에 상기 서브표시소자(17b)에 휘도얼룩이나 줄무늬가 없는 표시를 실시하게 할 수 있다.
또한 이 실시예의 표시장치는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 각각 표시의 관찰측과는 반대측에 반투과반사막(21)을 구비하고, 상기 면광원장치(10)로부터의 출사광을 이용하는 투과표시와 표시의 관찰면측으로부터 입사하는 외광을 이용하는 반사표시의 양쪽의 표시를 실시하는 반사/투과형 표시소자로 하고 있기 때문에 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)에 각각 상기 면광원장치(10)로부터의 빛을 이용하는 투과표시와 외광을 이용하는 반사표시의 양쪽의 표시를 실시하게 할 수 있다.
또 이 실시예에서는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 각각 액정층(20)과 후측편광판(29)의 사이에 상기 반투과반사막(21)을 설치한 구성으로 하고, 외광을 이용하는 반사표시를, 전측의 1장의 편광판(28)만을 이용하여 실시하도록 하고 있기 때문에 상기 반투과반사막(21)을 후측편광판(29)의 후측에 배치하는 경우에 비하여 반사표시인 때의 편광판에 의한 빛의 흡수를 적게 해서 반사표시의밝기를 보다 밝게 할 수 있다.
또한 이 실시예에서는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 각각 그 후측기판(19)의 내면에 상기 반투과반사막(21)을 설치한 구성으로 하고 있기 때문에 이들 표시소자(17a, 17b)의 표시면(전측편광판(28)이 전면)으로부터 상기 반투과반사막(21)까지의 거리가 작고, 따라서 실제의 표시와 상기 반투과반사막(21)상에 비친 표시의 그림자가 어긋나 보이는 이중상의 발생을 없애어서 고품질의 화상을 표시할 수 있다.
[제 3 실시예]
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 관련되는 면광원장치의 측면을 각각 나타내고 있다.
이 실시예의 면광원장치(30)는 도 6에 나타낸 바와 같이 발광소자(31)와, 상기 발광소자(31)로부터의 출사광을 단면으로부터 입사시키고, 그 빛을 전면 및 후면에서 내면반사하면서 인도하여 그 대부분을 상기 전면으로부터 출사하는 동시에, 상기 전면 및 후면으로부터 입사한 빛을 투과시키는 도광판(32)과, 상기 도광판(32)의 전측에 배치되고, 상기 도광판(32)의 전면으로부터 출사한 빛 중 일부의 빛을 투과시키며, 다른 빛을 후측(도광판(32)측)으로 되돌리는 제 1 광학소자(34)와, 상기 도광판(32)의 후측에 배치되고, 상기 도광판(32)의 후면으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자(35)를 구비하고 있다.
또한 상기 발광소자(31)는 상기한 제 1 실시예의 면광원장치(10)의 발광소자(11)와 같은 것이기 때문에 그 설명은 생략한다.
상기 도광판(32)은 예를 들면 아크릴계 수지 등으로 이루어지는 투명판이며, 그 일단면이 상기 발광소자(31)로부터의 출사광을 입사시키는 입사단면(32a)을 형성하고 있다. 또 이 도광판(32)의 전면(32b)은 평탄면에 형성되어 있으며, 후면(32c)은, 이 후면(32c)에서 내면반사하는 빛을 도광판(32)의 전면(32b)의 법선에 대한 각도가 상기 전면(32b)에 평행한 면에서 정반사시킨 경우보다도 작아지는 방향(이하 단순히 법선에 대한 각도가 작아지는 방향이라 한다)으로 굴절시키는 반사굴절면에 형성되어 있다.
또한 이 실시예에서는 상기 도광판(32)의 후면(32c)을, 그 전역에 걸쳐서 극히 작은 폭의 가로로 긴 프리즘부(34)가 밀접히 나열하여 서로 평행하게 형성된 프리즘시트상의 반사굴절면으로 하고 있다.
또 상기 도광판(32)의 전측에 배치된 제 1 광학소자(34)와, 상기 도광판(32)의 후측에 배치된 제 2 광학소자(35)는 각각 입사광이 서로 직교하는 2개의 편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 반사편광층이며, 예를 들면 서로 직교하는 방향에 반사축과 투과축을 가진 반사편광판이다. 이하 상기 도광판(32)의 전측의 제 1 광학소자(34)를 전측반사편광판이라 하고, 상기 도광판(32)의 후측의 제 2 광학소자(35)를 후측반사편광판이라 한다.
그리고 상기 전측반사편광판(34)과 후측반사편광판(35)은 그 한쪽의 반사편광판에 의해 반사된 빛이 다른쪽의 반사편광판을 투과하도록 각각의 반사광의 편광면에 평행한 방향(반사축방향)을 실질적으로 직교시켜서 배치되어 있다.
이 실시예의 면광원장치(30)는 상기 발광소자(31)로부터 출사하여 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛을, 이 도광판(32)의 전면(32b)으로부터 출사시키고, 그 빛의 일부를, 상기 도광판(32)의 전측에 배치된 전측반사편광판(34)을 투과시켜서 앞으로 출사하는 동시에, 다른 빛을, 상기 전측반사편광판(34)에 의해 반사하여 후측으로 되돌리고, 그 되돌아감빛을, 상기 도광판(32)을 투과시켜서 그 후면(32c)으로부터 출사하며, 그 빛의 적어도 일부를, 상기 도광판(32)의 후측에 배치된 후측반사편광판(35)을 투과시켜서 후측으로 출사한다.
즉 상기 발광소자(31)로부터 출사한 빛은 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사하고, 도 6에 화살표로 나타낸 바와 같이 상기 도광판(32)의 전면(32b) 및 후면(32c)에서 내면반사하면서 도광판(32)내를 인도된다.
상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛의 도광판전면(32b) 및 후면(32c)에서의 내면반사는 상기 도광판전면(32b) 및 후면(32c)과 외기인 공기층의 계면에서의 전반사에 의한 것이며, 상기 계면에 대하여 전반사임계각 이상의 입사각으로 입사한 빛이 반사되고, 상기 계면에 대하여 전반사임계각보다도 작은 입사각으로 입사한 빛이 그 계면을 투과하여 출사한다.
그리고 이 실시예에서는 상기 도광판(32)의 후면(32c)을 상기한 프리즘시트상의 반사굴절면으로 하고 있기 때문에, 이 후면(32c)에서의 내면반사광이 상기 도광판(32)의 전면(32b)의 법선에 대한 각도가 작아지는 방향으로 굴절되고, 그 반사광이 도광판전면(32b)과 공기층의 계면에 입사한다.
그 때문에 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛이, 이 도광판(32)의 전면(32b) 및 후면(32c)에서 내면반사하면서 도광판(32)내를 인도되는 과정에서 그 전면(32b)과 공기층의 계면에 전반사임계각보다도 작은 입사각으로 입사하고, 그 계면을 투과하여 도광판전면(32b)으로부터 출사한다.
또한 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛 중, 이 도광판(32)의 후면(32c)과 공기층의 계면에 전반사임계각보다도 작은 입사각으로 입사한 빛은 그 계면을 투과하여 도광판(32)의 후측으로 출사한다.
상기 도광판(32)의 전면(32b)으로부터 출사한 빛은, 이 도광판(32)의 전측에 배치된 전측반사편광판(34)에 입사하고, 그 빛 중 상기 전측반사편광판(34)의 투과축을 따른 편광성분의 빛이, 이 전측반사편광판(34)을 투과하여 그 전면으로부터 전측으로 출사한다.
이 전측으로 출사하는 빛은 상기 도광판(32)의 전면(32b)으로부터의 출사광이 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사하고, 프리즘시트상의 반사굴절면에 형성된 도광판후면(32c)에 의해 도광판전면(32b)의 법선에 대한 각도가 작아지는 방향으로 굴절시켜서 내면반사된 빛이기 때문에 정면방향(도광판(32)의 전면(32b)의 법선 부근의 방향)에 지향성을 가진 빛이다.
한편 상기 도광판(32)의 전면(32b)으로부터 출사하여 상기 전측반사편광판(34)에 입사한 빛 중 상기 전측반사편광판(34)의 반사축을 따른 편광성분의 빛은, 이 전측반사편광판(34)에 의해 반사되어 후측으로 되돌아간다.
이 되돌아감빛은 상기 도광판(32)을 투과하여 그 후측으로 출사하고, 또한상기 도광판(32)의 후측에 배치된 후측반사편광판(35)을 투과하여 후측으로 출사한다.
즉 상기 전측반사편광판(34)과 후측반사편광판(35)은 각각의 반사축을 실질적으로 직교시켜서 배치되어 있기 때문에 상기 반사편광판(34)에 의해 반사된 되돌아감빛은 상기 후측반사편광판(35)의 투과축을 따른 편광성분의 직선편광광이며, 따라서 이 되돌아감빛의 대부분이 상기 후측반사편광판(35)을 투과하여 후측으로 출사한다.
이 후측으로 출사하는 빛은 상기 도광판(32)의 전면(32b)으로부터 정면방향에 지향성을 갖고 출사하여 상기 전측반사편광판(34)에 의해 반사된 빛의 일부이기 때문에 상기 정면방향과 반대방향의 이면방향에 지향성을 가진 빛이다.
또한 상기한 바와 같이 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛의 일부는 상기 도광판(32)의 후측으로 출사하는데, 그 빛은 상기 후측반사편광판(35)에 입사하고, 그 빛 중 상기 후측반사편광판(35)의 투과축을 따른 편광성분의 빛이, 이 후측반사편광판(35)을 투과하여 후측으로 출사하고, 상기 후측반사편광판(35)의 반사축을 따른 편광성분의 빛이, 이 후측반사편광판(35)에 의해 반사되며, 상기 전측반사편광판(34)을 투과하여 전측으로 출사한다.
이와 같이 상기 면광원장치(30)는 발광소자(31)로부터 출사하여 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사하고, 이 도광판(32)의 전면(32b)으로부터 출사한 빛의 일부를, 상기 전측반사편광판(34)을 투과시켜서 전측으로 출사시키는 동시에, 다른 빛을, 상기 전측반사편광판(34)에 의해 반사하여 후측으로 되돌리고, 그되돌아감빛을, 상기 도광판(32)을 투과시키고, 또한 상기 후측반사편광판(35)을 투과시켜서 후측으로 출사하는 것이며, 이 면광원(30)에 따르면, 전측과 후측의 양쪽으로 빛을 출사할 수 있다.
또 이 실시예의 면광원장치(30)는 상기 도광판(32)의 전측에 배치하는 제 1 광학소자와, 상기 도광판(32)의 후측에 배치하는 제 2 광학소자를 각각 입사광이 서로 직교하는 2개의 직선편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 반사편광판(34, 35)으로 하며, 이들 반사편광판(34, 35)을, 각각의 반사축을 실질절으로 직교시켜서 배치하고 있기 때문에 상기 발광소자(31)로부터 출사하여 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛의 대부분을 잃는 일 없이 전측과 후측으로 실질적으로 균등하게 배분하여 출사할 수 있다.
또한 이 실시예에서는 상기 도광판(32)의 후면(32c)을, 이 후면(32c)에서의 내면반사광을 상기 도광판(32)의 전면(32b)의 법선에 대한 각도가 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면에 형성하고 있기 때문에 상기 도광판(32)에 그 입사단면(32a)으로부터 입사한 빛의 대부분을 상기 도광판(32)의 전면(32b)으로부터 그 전면(32b)의 법선 부근의 방향으로 출사시키고, 전측과 후측의 양쪽으로 정면방향 또는 그 반대방향에 지향성을 가진 빛을 출사할 수 있다.
[제 4 실시예]
다음으로 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명한다. 도 7은 상기 제 3 실시예의 면광원장치를 이용한 표시장치의 측면을 나타내고 있다. 이 표시장치는 상기한 제 3 실시예의 면광원장치(30)의 전측에, 도 3에 나타낸 컬러화상을 표시하는반사/투과형의 메인표시소자(제 1 표시소자)(17a)를, 그 표시의 관찰측과는 반대측의 면을 상기 면광원장치(30)에 대향시키는 동시에, 그 후측편광판(29)의 투과축을 상기 면광원장치(30)의 전측반사편광판(34)의 투과축과 실질적으로 평행하게 하여 배치하고, 상기 면광원장치(30)의 후측에, 도 4에 나타낸 흑백화상을 표시하는 반사/투과형의 서브표시소자(제 2 표시소자)(17b)를, 그 표시의 관찰측과는 반대측의 면을 상기 면광원장치(30)에 대향시키는 동시에, 그 후측편광판(29)의 투과축을 상기 면광원장치(30)의 후측반사편광판(35)의 투과축과 실질적으로 평행하게 하여 배치한 구성의 것이다.
즉 이 표시장치는 전측과 후측의 양쪽으로 빛을 출사하는 상기 면광원장치(30)의 전측과 후측에 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 배치하고, 상기 면광원장치(30)의 전측으로의 출사광을 상기 메인표시소자(17a)에 입사시켜서 이 메인표시소자(17a)에 표시를 실시하게 하는 동시에, 상기 면광원장치(30)의 후측으로의 출사광을 상기 서브표시소자(17b)에 입사시켜서 이 서브표시소자(17b)에 표시를 실시하게 하도록 한 것이며, 이 표시장치에 따르면, 상기 메인표시소자(17a)가 배치된 한쪽의 면과 상기 서브표시소자(17b)가 배치된 다른쪽의 면의 양쪽을 각각 표시면으로 하는 표시를 실시할 수 있다.
또 이 실시예의 표시장치는 상기한 바와 같이 상기 면광원장치(30)의 전측에 배치한 메인표시소자(17a)의 후측편광판(29)의 투과축을 상기 면광원장치(30)의 전측반사편광판(34)의 투과축과 실질적으로 평행하게 하고, 상기 면광원장치(30)의 후측에 배치한 서브표시소자(17b)의 후측편광판(29)의 투과축을 상기면광원장치(30)의 후측반사편광판(35)의 투과축과 실질적으로 평행하게 하여 배치하고 있기 때문에 상기 면광원장치(30)의 전측으로 출사한 빛, 즉 상기 전측반사편광판(34)의 투과축을 따른 직선편광광을, 효율 좋게 상기 메인표시소자(17a)의 후측편광판(29)을 투과시켜서 상기 메인표시소자(17a)의 액정층(20)에 입사시키는 동시에, 상기 면광원장치(30)의 후측으로 출사한 빛, 즉 상기 후측반사편광판(35)의 투과축을 따른 직선편광광을, 효율 좋게 상기 서브표시소자(17b)의 후측편광판(29)을 투과시켜서 상기 서브표시소자(17b)의 액정층(20)에 입사시킬 수 있다.
또한 이 실시예의 표시장치는 상기 면광원장치(30)가 상기한 바와 같이 발광소자(31)로부터의 출사광을 전측과 후측으로 실질적으로 균등하게 배분하여 출사하는 동시에, 전측과 후측의 양쪽으로 정면방향 또는 그 반대방향의 이면방향으로의 지향성을 가진 빛을 출사하기 때문에 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)의 양쪽에 충분한 밝기로, 또한 충분한 정면휘도의 표시를 실시하게 할 수 있다.
또한 이 실시예의 표시장치는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 각각 표시의 관찰측과는 반대측에 반투과반사막(21)을 구비한 반사/투과형 표시소자로 하고 있기 때문에 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)에 각각 상기 면광원장치(30)로부터의 빛을 이용하는 투과표시와 외광을 이용하는 반사표시의 양쪽의 표시를 실시하게 할 수 있다.
또한 이 실시예에서는 제 2 실시예와 똑같은 구성의 반투과반사막을 갖는 반사/투과형 표시소자를 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)에 이용하고 있는데, 이에 한정되지 않고, 반사표시를 실시하기 위한 반사판으로서 도광판(32)의 전후에배치한 반사편광판(34, 35)을 각 표시소자(17a, 17b)의 반사판으로서 이용하고, 각각의 반투과반사막을 생략하는 것도 가능하다.
또 이 실시예의 표시장치에서는 상기 면광원장치(30)의 전측과 후측에, 전후에 편광판(흡수편광판)(28, 29)을 구비한 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 배치하고 있는데, 상기 면광원장치(30)는 전측으로 상기 전측반사편광판(34)의 투과축을 따른 직선편광광을 출사하고, 후측으로 상기 후측반사편광판(35)의 투과축을 따른 직선편광광을 출사하기 때문에 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)로부터 그 후측의 편광판(29)을 생략해도 이들 표시소자(17a, 17b)에 표시를 실시하게 할 수 있다.
다만 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같은 전후에 편광판(28, 29)을 구비한 것이 바람직하고, 이와 같이 함으로써 상기 면광원장치(30)의 전측 및 후측으로 출사한 상기 직선편광광을 상기 표시소자(17a, 17b)의 후측편광판(29)에 의해 편광도가 높은 직선편광으로서 액정층(20)에 입사시키고, 이들 표시소자(17a, 17b)의 표시의 콘트래스트를 높게 할 수 있다.
또 이 실시예의 표시장치에서는 상기 면광원장치(30)의 전측에 배치하는 메인표시소자(17a)를 컬러필터(27R, 27G, 27B)를 구비한 컬러화상표시소자로 하고, 상기 면광원장치(30)의 전측에 배치하는 서브표시소자(17b)를 컬러필터를 구비하지 않는 흑백화상표시소자로 하고 있는데, 상기 면광원장치(30)는 발광소자(31)로부터의 출사광을 전측과 후측으로 실질적으로 균등하게 배분하여 출사하기 때문에 상기메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)의 양쪽을 컬러필터를 구비한 컬러화상표시소자로 해도 좋다.
또한 상기 제 2 및 제 4 실시예의 표시장치에서는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를, 후측기판(19)의 내면에 반투과반사막(21)을 설치하고, 그 위에 절연막(22)을 통하여 투명전극(24)을 형성하고 있는데, 상기 전극(24)을 다공질의 금속막에 의해 형성하고, 이 전극(24)을 반투과반사막으로 해도 좋다.
또한 상기 반투과반사막(21)은 표시의 관찰측과는 반대측, 즉 액정층(20)보다도 후측이면 상기 후측기판(19)의 외면에 배치해도, 후측의 편광판(29)의 후측에 배치해도 좋다.
또 상기 실시예의 표시장치는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)를 각각 반사/투과형 표시소자로 하고 있는데, 이들 표시소자(17a, 17b)의 한쪽 또는 양쪽은 상기 반투과반사막(21)을 구비하지 않는, 투과표시만을 실시하는 투과형 표시소자이어도 좋다.
또한 상기 실시예의 표시장치에서는 상기 메인표시소자(17a)와 서브표시소자(17b)의 양쪽을 STN형의 단순매트릭스액정표시소자로 하고 있는데, 이들 표시소자(17a, 17b)는 TN(트위스티드네마틱)형, 비트위스트의 호모지니어스배향형, 강유전성 또는 반강유전성 액정표시소자 등이어도, 또 액티브매트릭스액정표시소자이어도 좋고, 또한 액정표시소자 이외의 표시소자이어도 좋다.
또 도 1에 나타낸 제 1 실시예의 면광원장치(10)에서는 도광판(12)의후면(12c)을, 이 후면(12c)에서의 내면반사광을 확산시키는 확산면에 형성하고, 상기 도광판(12)의 전측에 배치된 제 1 광학소자(확산층)(14)의 전측에, 상기 제 1 광학소자(14)의 전측으로 출사한 빛을 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선 부근의 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층(프리즘시트)(16)을 배치하고 있는데, 상기 도광판(12)의 후면(12c)을, 이 후면(12c)에서의 내면반사광을 상기 도광판(12)의 전면(12b)의 법선에 대한 각도가 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면에 형성하고, 상기 제 1 광학소자(14)의 전측의 굴절층(16)을 생략해도 좋다.
또한 도 6에 나타낸 제 3 실시예의 면광원(30)에서는 도광판(32)의 후면(32c)을, 이 후면(32c)에서의 내면반사광을 상기 도광판(32)의 전면(32b)의 법선에 대한 각도가 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면(프리즘시트상의 면)에 형성하고 있는데, 상기 도광판(32)의 후면(32c)을, 이 후면(32c)에서의 내면반사광을 확산시키는 확산면에 형성하고, 상기 도광판(32)의 전측에 배치된 제 1 광학소자(전측반사편광판)(34)의 전측에, 상기 제 1 광학소자(34)의 전측으로 출사한 빛을 상기 도광판(32)의 전면(32b)의 법선 부근의 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층을 배치해도 좋다.
또 상기 제 3 실시예의 면광원장치(30)에서는 도광판(30)의 전측과 후측에 배치된 제 1 광학소자(34)와 제 2 광학소자(35)를 각각 서로 직교하는 방향에 반사축과 투과축을 가진 반사편광판으로 하고 있는데, 이 제 1 광학소자(34)와 제 2 광학소자(35)는 입사광이 서로 다른 2개의 편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 것이면 다른 편광분리층이어도 좋다.
즉 상기 제 1 광학소자(34)와 제 2 광학소자(35)로서 이용하는 편광분리층은 예를 들면 입사광이 서로 다른 2개의 원편광성분(우회전의 원편광성분과 좌회전의 원편광성분) 중 한쪽의 원편광성분을 반사하고, 다른쪽의 원편광성분을 투과시키는 편광분리필름(예를 들면 콜레스테릭액정필름) 등이어도 좋고, 그 경우는 상기 제 1 광학소자(34)로서 이용하는 편광분리필름과 상기 제 2 광학소자(35)로서 이용하는 편광분리필름을, 그 한쪽의 편광분리필름에 의해 반사된 빛이 다른쪽의 편광분리필름을 투과하도록 배치하면 좋다.
또한 상기 편광분리층은 상기 편광분리필름을 끼우도록 위상차판(λ/4판)을 적층시키고, 이 편광분리층에 입사하는 직선편광을 원편광으로 하여 상기 편광분리필름에 입사시키며, 상기 편광분리필름으로부터 출사한 원편광을 직선편광으로 하는 것이어도 좋다.
또 도 1에 나타낸 제 1 실시예의 면광원장치(10)에서는 도광판(12)의 후측에 배치된 제 2 광학소자(15)를 백색의 반투과반사층으로 하고, 도 6에 나타낸 제 3 실시예의 면광원장치(30)는 도광판(32)의 후측에 배치된 제 2 광학소자(35)를 반사편광층으로 하고 있는데, 상기 제 2 광학소자(15, 35)는 다공질의 금속막 등으로 이루어지는 반투과반사층이어도 좋다.

Claims (20)

  1. 빛을 발생하는 발광소자와,
    판상의 형상을 갖고, 상기 판의 일단면으로부터 상기 발광소자가 발광하는 빛을 입사시키며, 그 빛을 상기 판의 대향하는 판면간에서 반사시켜서 상기 판면 전체에 인도하여 상기 판면으로부터 출사시키고, 또한 한쪽의 판면으로부터 입사한 빛을 다른쪽의 판면으로 투과시키는 도광판과,
    상기 도광판의 한쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판의 한쪽의 판면으로부터 출사한 빛 중의 일부를 상기 전측으로 투과시키며, 다른 빛을 후측으로 되돌리는 제 1 광학소자와,
    상기 도광판의 다른쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판의 다른쪽의 판면측으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자는 입사광을 확산하고, 그 확산광을 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽으로부터 출사하는 확산층으로 이루어져 있으며,
    상기 제 2 광학소자는 반투과반사층으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는 백색안료가 첨가된 반투과반사층으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자와 제 2 광학소자는 각각 입사광이 다른 2개의 편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 편광분리층으로 이루어져 있으며, 이들 편광분리층이, 그 한쪽의 편광분리층에 의해 반사된 빛이 다른쪽의 편광분리층을 투과하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 편광분리층은 편광면이 서로 직교하는 2개의 직선편광 중 한쪽의 직선편광을 투과하고, 다른쪽의 직선편광을 반사하는 반사편광판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 편광분리층은 우회전의 원편광과 좌회전의 원편광으로 분리하는 원편광분리소자와, 이 원편광분리소자를 끼워서 배치된 2장의 1/4파장판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 그 다른쪽의 판면에 내면반사광을 확산시키는 확산면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자의 외측에, 상기 도광판으로부터 출사되어 상기 제 1 광학소자를 투과한 빛을 상기 도광판의 전면의 법선방향으로 대략 따른 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 굴절층은 도광판의 발광소자가 배치된 일단면에 평행한, 가로로 긴 프리즘부를 서로 평행하게 밀접히 배열한 프리즘시트로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 그 다른쪽의 판면에, 이 판면에서 내면반사하는 빛을 상기 도광판의 판면의 법선에 대한 각도가 상기 전면에 평행한 면에서 정반사시킨 경우보다도 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  11. 빛을 발생하는 발광소자와,
    판상의 형상을 갖고, 상기 판의 일단면으로부터 상기 발광소자가 발광하는 빛을 입사시키며, 그 빛을 상기 판의 대향하는 판면간에서 반사시켜서 상기 판면 전체에 인도하여 상기 판면으로부터 출사시키고, 또한 한쪽의 판면으로부터 입사한 빛을 다른쪽의 판면으로 투과시키는 도광판과,
    상기 도광판의 한쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판의 한쪽의 판면으로부터 출사한 빛 중의 일부를 상기 전측으로 투과시키며, 다른 빛을 후측으로 되돌리는 제 1 광학소자와,
    상기 도광판의 다른쪽의 판면측에 배치되고, 상기 도광판의 다른쪽의 판면측으로부터 출사한 빛의 적어도 일부를 투과시키는 제 2 광학소자와,
    상기 면광원장치의 한쪽의 판면측에 배치되고, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 제 1 표시소자와,
    상기 면광원장치의 다른쪽의 판면측에 배치되고, 빛의 투과를 제어하여 표시하는 제 2 표시소자를 구비한 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 표시소자와 제 2 표시소자는 표시면적이 달라 있으며, 상기 제 2 표시소자는 상기 제 1 표시소자에 비하여 표시면적이 작은 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2 표시소자의 적어도 한쪽은 상기 면광원장치로부터 출사된 빛의 투과를 제어하여 얻어지는 투과표시와 관찰측으로부터 입사하는 외광의 투과를 제어하여 얻어지는 반사표시의 양쪽이 가능한 반투과반사형 표시소자인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반투과반사형 표시소자는 다공질금속막으로 이루어지는 반투과반사막을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자는 입사광을 확산하고, 그 확산광을 한쪽의 면과 다른쪽의 면의 양쪽으로부터 출사하는 확산층으로 이루어져 있으며,
    상기 제 2 광학소자는 반투과반사층으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자와 제 2 광학소자는 각각 입사광이 다른 2개의 편광성분 중 한쪽의 편광성분을 반사하고, 다른쪽의 편광성분을 투과시키는 편광분리층으로 이루어져 있으며, 이들 편광분리층이, 그 한쪽의 편광분리층에 의해 반사된 빛이다른쪽의 편광분리층을 투과하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 편광분리층은 편광면이 서로 직교하는 2개의 직선편광 중 한쪽의 직선편광을 투과하고, 다른쪽의 직선편광을 반사하는 반사편광판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자의 외측에, 상기 도광판으로부터 출사되어 상기 제 1 광학소자를 투과한 빛을 상기 도광판의 전면의 법선방향으로 대략 따른 방향을 향하여 굴절시키는 굴절층이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 굴절층은 도광판의 발광소자가 배치된 일단면에 평행한, 가로로 긴 프리즘부를 서로 평행하게 밀접히 배열한 프리즘시트로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 도광판은 그 다른쪽의 판면에, 이 판면에서 내면반사하는 빛을 상기 도광판의 판면의 법선에 대한 각도가 상기 전면에 평행한 면에서 정반사시킨 경우보다도 작아지는 방향으로 굴절시키는 반사굴절면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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