KR20040048803A - 면상 광원장치 및 표시장치 - Google Patents

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KR20040048803A
KR20040048803A KR1020030057358A KR20030057358A KR20040048803A KR 20040048803 A KR20040048803 A KR 20040048803A KR 1020030057358 A KR1020030057358 A KR 1020030057358A KR 20030057358 A KR20030057358 A KR 20030057358A KR 20040048803 A KR20040048803 A KR 20040048803A
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Abstract

(과제)
휘도특성이 뛰어난 액정표시장치를 제공한다.
(해결수단)
도광판 (104) 의 광출사면 (201) 위에 홀로그램 패턴이 형성되어 있다. 홀로그램 패턴은 광입사면과 평행한 방향으로 이방적으로 빛의 확산작용을 가지고 있다. 도광판 배면 (203) 에는 경면 가공에 의해 광입사면과 평행한 방향으로 연장되는 프리즘 구조가 형성되어 있다. 도광판의 광출사면 위에는 소정 각도의 정각을 가지는 하향 프리즘 시트 (103) 가 배치된다. 이방확산 홀로그램 패턴이 일체 성형된 도광판에 소정 각도의 정각을 가지는 하향 프리즘 시트를 적용함으로써, 휘도특성이 뛰어난 액정표시장치를 얻을 수 있다.

Description

면상 광원장치 및 표시장치{PLANAR LIGHT SOURCE UNIT AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 면상 광원장치 및 표시장치에 관한 것으로, 특히 이방확산 회절격자를 구비하는 도광판과 하향 프리즘 시트를 가지는 면상 광원장치 및 표시장치에 관한 것이다.
PC, 기타 각종 모니터용 화상표시장치로서, 액정표시장치의 보급은 눈부실 만한 것이다. 액정표시장치는, 전형적으로는 액정표시패널과 그 배면에 배치된 백라이트ㆍ유닛을 가진다. 액정표시패널은, 그 투과광을 제어함으로써 화상표시를 행한다. 몇가지 타입의 액정표시장치 중 사이드라이트형 (엣지라이트형이라고도 함) 의 백라이트ㆍ유닛을 가지는 것이 있다. 이는 액정표시장치의 박형화를 위해 광원을 표시면의 측면에 배치한 것이다.
사이드라이트형 백라이트ㆍ유닛은, 일반적으로 광원으로부터의 빛을 유도하는 도광판과, 도광판의 배면에 배치되는 반사 시트를 가지고 있다. 또한, 휘도 균일화를 위한 확산 시트 및 도광판으로부터 출사된 빛을 표시면의 수직방향을 향해 집광하기 위해 프리즘 시트가 이용된다. 프리즘 시트는 프리즘 구조부가 형성된 프리즘면이 도광판에 대향하는 배치에서 사용되는 하향 프리즘 시트와, 프리즘면이 표시면측을 향하도록 배치되는 상향 프리즘 시트가 알려져 있다.
이러한 빛의 집광작용을 가지는 프리즘 시트 대신, 빛의 이용효율을 증가시켜 정면 휘도의 향상을 도모하기 위해 홀로그램ㆍ시트를 이용하는 기술이 알려져 있다 (특허문헌 1 참조). 이 백라이트ㆍ유닛은 도광판, 홀로그램ㆍ시트 및 확산 시트를 가지고 있다. 홀로그램ㆍ시트는 도광판의 상면 위에 소정 간격을 두고 설치되며, 확산 시트가 이 홀로그램ㆍ시트 위에 배치된다. 이 홀로그램ㆍ시트는 도광판으로부터 비스듬한 방향으로 출사한 빛을 정면방향으로 굽혀 정면 휘도를 향상시킨다. 홀로그램ㆍ시트는 프리즘 시트와 비교하여 빛의 이용효율이 높기 때문에 휘도를 향상시킬 수 있다.
그 외에, 상면에 산란 홀로그램을 가지며, 하면에 광확산 패턴을 구비한 도광판을 가지는 백라이트ㆍ유닛이 알려져 있다 (특허문헌 2 참조). 산란 홀로그램은 도광판에 일체화된 회절격자를 형성한다. 이 산란 홀로그램은, 도광판내를 전파하는 도광판을 도광판 밖으로 출사하는 기능을 가지고 있다. 또한, 산란 홀로그램은, 도광판으로부터 출사되는 빛을 출사면에 대해 대략 수직방향으로 세움과 동시에, 도광판으로부터 출사되는 빛을 산란시키는 기능을 가진다.
이 산란 홀로그램으로부터의 빛은, 출사면에 대해 거의 수직인 광선을 중심으로 한 산란광이 되며, 산란성을 유지한 채 높은 광이용효율을 확보한다. 이와 같이, 산란 홀로그램이 집광작용과 산란작용을 겸비하므로, 빛을 정면으로 집광하기 위한 프리즘 시트, 또는 빛을 산란하기 위한 산란 시트를 생략할 수 있어 휘도를 향상시킨다. 특허문헌 2 는 또한 온액시스형 산란 홀로그램ㆍ시트를 도광판의 상면측에 배치하는 기술을 개시한다. 온액시스형 산란 홀로그램ㆍ시트는 빛의 산란을 행할 수 있지만 편향기능을 갖지 않는다. 따라서, 빛을 정면으로굽히기 위해 산란 홀로그램ㆍ시트와 도광판 사이에 하향 프리즘 시트가 배치된다.
도광판과 홀로그램을 일체 성형한 다른 예로서, 상면에 홀로그램 패턴이 형성되고, 하면에 경면 프리즘 가공이 실시된 도광판이 알려져 있다. 이 홀로그램 패턴은, 도광판 상면의 면내 방향이며 도광판에의 빛의 입사방향과 수직인 방향으로 빛을 확산하는 기능을 가지고 있다. 또한, 하면의 프리즘 구조는, 도광판으로부터 빛을 소정 각도로 출사하도록 빛의 광로를 변경하는 기능을 가지고 있다.
상기와 같이 홀로그램 패턴을 가지는 도광판과 프리즘 시트를 이용하여 면상 광원장치를 형성하는 몇가지 기술이 알려져 있다. 그러나, 특정 프리즘 시트와 특정 홀로그램 패턴을 가지는 도광판 사이의 각각의 관계성에 대해 충분한 검토가 이루어지지 않았다. 따라서 충분한 빛의 이용효율 또는 휘도가 얻어지지 않았다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평 11-295713 호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2000-231029 호
본 발명은 상기 종래기술을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 하나의 목적은, 광이용효율이 높고 우수한 휘도특성을 가지는 면상 광원장치 및 표시장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 실시형태에 관한 액정표시장치의 개략 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 2 는 본 실시형태에 관한 백라이트ㆍ유닛의 개략 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 3 은 본 실시형태에 관한 홀로그램 패턴의 광학특성을 설명하는 도면이다.
도 4 는 본 실시형태에 관한 프리즘 시트의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 실시형태에 관한 백라이트ㆍ유닛의 광학특성을 설명하는 도면이다.
부호의 설명
100 : 액정표시모듈 101 : 백라이트ㆍ유닛
102 : 액정표시패널 103 : 프리즘 시트
104 : 도광판 105 : 반사 시트
106 : 프레임 107 : 광원
108 : 베젤 201 : 광입사면
202 : 광출사면 203 : 도광판 배면
204 : 도광판 측면 401 : 프리즘 구조부
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관한 면상 광원장치는, 광원과, 광원으로부터의 빛을 입사하는 광입사면과, 빛을 출사하는 광출사면과, 광출사면 또는 그 대향면 위에 형성되고, 광입사면을 따라 확산 주방향을 구비하는 이방확산 회절격자를 구비하는 도광판과, 광입사면으로부터 그 대향면을 향한 방향의 빛을 집광할 수 있는 프리즘 시트로서, 광출사면에 대향하는 면 위에 복수의 프리즘 구조부를 구비하고, 프리즘 구조부는 65 도보다 크고 68 도보다 작은 정각을 가지는 프리즘 시트를 가지는 것이다. 이 구성을 가짐으로써, 휘도특성이 뛰어난 면상 광원장치를 얻는 것을 가능하게 한다.
상기 면상 광원장치에서 이방확산 회절격자는 도광판 표면 위에 일체 성형된 홀로그램 패턴인 것이 바람직하다. 이 구성을 가짐으로써, 광확산의 제어를 효과적으로 행할 수 있다. 이방확산 회절격자는, 실질적으로 상기 확산 주축과 직교하는 방향으로 확산기능을 갖지 않는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해 정면 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 프리즘 시트의 정각은 66 도인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해 휘도특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도광판은, 이방확산 회절격자가 형성된 면의 대향면 위에, 광출사면으로부터의 출사각을 제어하기 위한 경면 가공 프리즘 구조부를 가지는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해 빛의 산란성을 억제하여 정면 휘도가 향상된다. 프리즘 시트는 광출사면 위에 직접 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해 휘도의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 표시장치는, 면상 광원장치와 면상 광원장치로부터의 빛의 투과를 제어함으로써 표시를 행하는 표시패널을 가지는 표시장치로서, 면상 광원장치는, 광원과, 광원으로부터의 빛을 입사하는 광입사면과, 빛을 출사하는 광출사면과, 광출사면 또는 그 대향면 위에 형성되며, 광입사면을 따른 확산 주방향을 구비하는 이방확산 회절격자를 구비하는 도광판과, 광입사면으로부터 그 대향면을 향한 방향의 빛을 집광할 수 있는 프리즘 시트로서, 광출사면에 대향하는 면 위에 복수의 프리즘 구조부를 구비하고, 프리즘 구조부는 65 도보다 크고 68 도보다 작은 정각을 가지는 프리즘 시트를 가지는 것이다. 이 구성을 가짐으로써, 휘도특성이 뛰어난 표시장치를 얻는 것을 가능하게 한다.
발명의 실시형태
본 발명을 적용할 수 있는 실시형태를 이하에 설명한다. 본 형태의 백라이트ㆍ유닛은, 도광판과, 프리즘 구조부가 형성된 프리즘면이 도광판에 대향하여 배치되는 프리즘 시트를 가지고 있다. 도광판의 상면 또는 하면에는 이방확산 회절격자가 형성되어 있다. 이방확산 회절격자의 바람직한 형태는, 홀로그램 패턴이다. 홀로그램 패턴이 형성된 홀로그램면의 반대면에는, 빛의 출사각을 제어하기 위한 구조가 형성되어 있다. 프리즘 구조부의 정각의 각도는 65 도보다도 크고 68 도보다 작은 범위가 된다. 이하의 설명은, 본 발명의 하나의 실시형태를 설명하는 것으로, 본 발명의 범위가 이하의 형태에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명의 범위에서, 필요 또는 가능한 변경, 변환, 추가 또는 생략을 행할 수 있다. 또한, 이하의 기재는, 설명의 명확화를 위해 실제 구성, 치수로부터 적절히 간략 또는 변형되어 있다.
도 1 은, 본 실시형태에서의 액정표시모듈의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도이다. 도 1 은, 사이드라이트형 백라이트ㆍ유닛을 가지는 액정표시모듈 (100) 의 개략을 나타내고 있다. 도 1 에서 101 은 백라이트ㆍ유닛, 102 는 구동회로가 장착된 액정표시패널이다. 103 은 빛을 집광함으로써 표시 정면의 휘도를 향상시키는 프리즘 시트, 104 는 광원으로부터의 빛을 유도하여 확산시키는 도광판, 105 는 입사한 빛을 반사하는 반사 시트이다. 106 은 도광판이나 프리즘 시트 등의 백라이트ㆍ유닛 (101) 의 부품을 수납하는 프레임으로, 전형적으로는 폴리카보네이트 등의 유기 수지로 형성된다. 프레임 (106) 은 액정표시패널을 수용할 수 있다. 107 은 냉음극관 (CCFL) 또는 발광 다이오드 (LED) 등의 광원 (도 1 에는 명시되지 않음), 108 은 액정표시패널 (102) 과 백라이트ㆍ유닛 (101) 을 외측으로부터 유지, 보호하는 베젤이다.
백라이트ㆍ유닛 (101) 은, 프리즘 시트 (103), 도광판 (104), 반사 시트 (105), 프레임 (106), 그리고 광원 (107) 을 구비하고 있다. 액정표시패널 (102) 은 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소로 구성되는 표시영역과 그 외주영역인 프레임(額緣)영역을 가지고 있다. 또한, 액정표시패널 (102) 은 어레이 회로가 형성된 어레이 기판과 그 대향 기판을 가지며, 그 2 개의 기판 사이에 액정이 봉입되어 있다.
컬러 액정표시장치는, 대향 기판 위에 RGB 의 컬러ㆍ필터층을 가지고 있다. 액정표시패널 (102) 의 표시영역내의 각 화소는, RGB 중 어느 하나의 색을 표시한다. 물론, 흑백 디스플레이에서는 흑과 백 중 어느 하나를 표시한다. 어레이 기판 위의 표시영역 내에는, 복수의 신호선과 게이트선이 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 신호선과 게이트선은 서로 거의 직각으로 중복되게 배치되어 있다. 드라이버 IC (109) 에서 입력되는 게이트 전압에 의해 선택된 각 화소는, 드라이버 IC (110) 에서 입력되는 표시신호전압에 의거하여 액정에 전계를 인가한다.
이 드라이버 IC 는, 통상 TAB 에 의해 어레이 기판에 접속되는데, 어레이 기판의 유리 기판 위에 직접 설치되는 것, 또는 유리 기판 위에 직접 형성되는 경우도 있다. 전형적으로는, 신호선용의 복수의 소스ㆍ드라이버 IC (110) 가 TFT 어레이 기판의 X 축측에 설치되고, 게이트 전압을 제어하는 게이트선용의 복수의 게이트ㆍ드라이버 IC (109) 가 Y 축측에 설치된다. 소스ㆍ드라이버 IC (110) 에서 입력되는 전압이 TFT 의 소스/드레인을 통하여 화소전극으로 보내지고, 화소전극과 공통전극이 액정에 전계를 인가한다. 이 전압을 변경함으로써 액정에 대한 인가전압을 변화시킬 수 있어 액정의 빛의 투과율을 제어한다. 공통전극에 공통전위를 부여하는 회로는, 제어회로기판 (도시 생략) 위에 구성된다. 액정표시패널은, 상기 액티브 매트릭스형 외에, 스위치 소자를 갖지 않는 단순 매트릭스형 등이 알려져 있다. 본 발명은 다양한 타입의 액정표시패널에 적용가능하다. 또는, 면상 광원장치로부터의 빛을 표시패널에 의해 제어하는 다양한 표시장치에 적용할 수 있다.
도 2 는, 본 실시형태에서의 사이드라이트형 백라이트ㆍ유닛의 개략 구성을 설명하는 분해사시도이다. 백라이트ㆍ유닛은 광원 (107) 으로부터의 빛을 균일성이 뛰어난 면상의 빛으로 변환하여 표시패널에 출사한다. 구체적으로는, 도5 에 나타내는 바와 같이, 광원 (107) 으로부터 발해진 빛은 도광판 (104) 에 입사되어 도광판 내에 전파된다. 도광판의 배면 또는 반사 시트 (105) 에서 반사된 빛의 일부는 도광판의 상면으로부터 출사된다. 출사된 빛은 프리즘 시트 (103) 에 의해 도광판 상면에 수직인 방향을 향해 편향되어 액정표시패널 (102) 에 입사된다. 백라이트ㆍ유닛에서의 광특성에 대해서는 후술한다.
도 2 에서 도 1 과 동일한 부호가 부여된 것은 동일한 요소를 나타내고 있다. 또한, 설명의 명확화를 위해 일부 요소가 생략되어 있다. 도 2 에서 광원 (107) 으로 표시되어 있는 것은 광원의 일례인 LED 칩이다. LED 는 CCFL 에 비해 색특성이 뛰어나 광원으로서 바람직한 특성을 가지고 있다. LED 칩은 점상 광원으로서 기능하여 지향성이 강한 빛을 방출한다. 따라서, 전형적으로는 복수의 LED 칩이 도광판의 광입사면의 길이방향으로 소정 간격을 두고 배치된다. 광원으로서 백색의 LED 칩 또는 RGB 등의 서로 다른 색의 빛을 방출하는 복수의 LED 칩을 사용할 수 있다. 또한, LED 칩의 수는 특별히 한정되지 않는다. LED 칩의 주위에는 빛의 이용효율을 낮추지 않기 위해 램프ㆍ리플렉터 (도시 생략) 를 형성할 수 있다. 램프ㆍ리플렉터는 내면에 백반사층, Ag 반사층 또는 폴리에스테르계 수지를 사용하여 다층막이 형성된 황동, 스텐레스, 알루미 등의 금속 또는 백색 유기 수지로 형성할 수 있다.
광원 (107) 으로부터의 빛은 도광판 (104) 에 입사된다. 도광판 (104) 은 CCFL 등의 선상 광원 또는 LED 등의 점상 광원 (107) 으로부터 입사된 빛을 면상의 빛으로 변환하는 기능을 가지고 있다. 도광판 (104) 은 광투과성이 높은아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지 또는 폴리올레핀계 수지 등의 유기 재료에 의해 형성할 수 있다. 도 2 에서 201 은 도광판 (104) 의 측면으로, 광원 (107) 에 대향하며, 광원 (107) 으로부터의 빛이 도광판 내에 입사되는 광입사면이다. 202 는 도광판 (104) 의 표시측에 있는 상면으로, 액정표시패널 (102) 을 향해 빛을 출사하는 광출사면이다. 203 은 광출사면 (202) 에 대향하는 대향면으로, 도광판의 배면이다. 도광판 (104) 의 배면측에 배면 (203) 과 대향하여 반사 시트 (105) 가 배치된다. 204 는 도광판 (104) 의 측면으로, 광출사면 (202) 과 배면 (203) 사이 및 광입사면 (201) 과 그 대향면 사이에 형성되어 있는 측면이다.
광입사면 (201) 으로부터 입사한 빛은 반사를 반복하면서 도광판 내로 나아간다. 도광판 (104) 은 공기보다도 굴절률이 크기 때문에 (전형적인 도광판의 굴절률은 대략 1.5) 도광판 표면부에서 전반사되어 도광판 내로 전파된다. 이 전반사 조건을 깨고 광출사면 (202) 으로부터 빛을 출사시키기 위해, 도광판의 배면 (203) 에는, 도광판으로부터의 빛의 출사각도를 제어하기 위한 구조가 형성된다. 광로를 광출사면 (202) 의 수직방향으로 향하게 하기 위한 구조가 하면 (203) 에 형성됨으로써, 광출사면 (202) 으로부터 빛을 출사할 수 있다.
이 기능을 가지는 바람직한 형태는 경면 가공에 의해 형성된 프리즘 구조부이다. 도 2 에서 배면 (203) 은 경면 가공에 의해 형성된 복수의 V 홈 구조부를 가지고 있다. V 홈 구조부는 빛의 출사각을 제어하는 프리즘 구조부로서 기능할 수 있다. V 홈 구조부는 배면 (203) 으로부터 외측으로 돌출된 형상을 가지고 있다. V 홈 구조부는 단면이 삼각형을 이루며, 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향해 연장되어 있다. 각 V 홈 구조는 광입사면 (201) 으로부터 그 대향면을 향해 서로 평행하게 연속적으로 배치할 수 있다.
광입사면 (201) 으로부터 입사하여 그 대향면을 향해 나아가는 빛의 광로는, V 홈 구조부에 의해 광출사면 방향으로 일어선다. V 홈 구조부는 광입사면 (201) 으로부터 그 대향면을 향한 방향 (방향축) 에 있어서 광출사면 (202) 의 수직방향으로 빛을 향하게 하는 기능을 가지고 있다. 이 V 홈 구조부는 확산성을 실질적으로 갖지 않으며, 정렬광을 광출사면 (202) 에 입사시킬 수 있다. 도광판의 배면 (203) 에는, V 홈 구조부 대신, 동일한 기능을 가지는 다른 형상의 프리즘 구조부를 형성할 수 있다. 예컨대, V 홈 구조부를 측면 (204) 으로부터 그 대향측면을 향해 단속적으로 형성할 수 있다.
또는, V 홈 구조부를 광입사면 (201) 으로부터 그 대향측면을 향해 단속적으로 형성할 수 있다. 볼록부가 아니라 오목부를 배면 (203) 에 형성함으로써 프리즘 구조부를 형성할 수도 있다. 또는, 샌드블러스트나 스탬퍼 등의 기술에 의해 미세한 요철 패턴 등을 배면 (203) 에 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 요철 패턴은 산란성이 높다. 휘도특성을 향상시키기 위해 경면 V 홈 구조부 등의 산란성을 실질적으로 갖지 않는 프리즘 구조부를 형성하는 것이 바람직하다.
광출사면 (202) 위에는 이방확산 회절격자가 형성된다. 이방확산 회절격자는 투과광의 확산성에 이방성을 가지고 있다. 투과광은 확산 주방향으로 크게 확산되고, 확산 주방향의 수직방향으로는 실질적으로 확산되지 않거나, 또는 확산 주방향에 비해 매우 작은 확산만이 일어난다. 확산 주방향은, 광입사면 (201) 을 따라 배치되며, 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향한 방향과 일치하도록 형성된다. 광원으로서 CCFL 을 이용하는 경우, 광입사면으로부터 그 대향면으로 연장되는 광출사면 (202) 의 가장자리에서 휘도가 낮아지는 경향이 있다. 이는, CCFL 의 전극부가 광입사면의 면내에 위치하는 것이 그 한 요인이다. 또한, 광원으로서 LED 칩을 이용하는 경우, 핫ㆍ스팟이라 불리는 명암이나, LED 칩 사이의 암부가 발생하기 쉽다. 이는, LED 는 점상 광원임과 동시에, LED 칩으로부터의 빛의 지향성이 강하기 때문이다. 따라서, 광원 (107) 으로부터의 빛을 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향한 방향으로 확산시켜, 출사광의 면내 휘도를 균일화하는 것이 요구된다.
이방확산 회절격자의 바람직한 형태는, 홀로그램 패턴으로서 형성된 것이다. 홀로그램 패턴은, 2 광속 간섭 노광법 등의 공지의 방법에 의해 도광판과 일체적으로 형성할 수 있다. 홀로그램 패턴을 사용함으로써, 효과적으로 빛의 확산을 제어할 수 있다. 광출사면 (202) 위에 일체 성형된 홀로그램 패턴은, 미세한 피치로 형성된 미세한 요철 패턴을 구비하며, 도광판 (104) 으로부터의 출사광의 확산방향을 제어하는 기능을 가진다.
도 3 은, 본 형태의 홀로그램면 (홀로그램 패턴이 형성된 면) 에 의한 빛의 확산작용을 설명하는 도면이다. 이 형태의 홀로그램 패턴은 이형확산 광학패턴이다. 홀로그램 패턴의 확산 주방향은 광입사면 (201) 을 따라 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향한 방향이다. 이 방향은 광입사면 (201) 과 반드시 평행하지는 않다. 홀로그램 패턴을 투과한 빛은, 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향한 방향 (Y 방향) 으로 크게 확산된다. 광입사면 (201) 으로부터 그 대향면으로의 방향 (X 방향) 으로 실질적으로 확산되지 않거나, 또는 Y 방향에 비해 매우 작은 확산만이 일어난다.
이와 같이 확산방향을 제어함으로써 불필요한 빛의 확산을 억제하여 정면 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 홀로그램은 빛의 이용효율이 높기 때문에 빛의 확산에 있어서 빛의 로스를 작게 억제할 수 있다. 따라서, 백라이트ㆍ유닛의 휘도 향상에 크게 기여할 수 있다. 홀로그램 패턴을 배면 (203) 에 형성하고, 상기 프리즘 구조부 등의 광출사각 제어 구조부를 광출사면 (202) 에 형성하는 것이 가능하다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (104) 의 배면측에는 반사 시트 (105) 가 배치되어 있다. 반사 시트 (105) 는, 수지제 기재를 발포시킨 것이나, 수지제 기재 시트 위에 은 (Ag) 또는 알루미늄 (Al) 등 금속반사층을 형성하여 구성할 수 있다. 또한, Ag 나 Al 등으로 형성되는 금속반사층 외에, 폴리에스테르계 수지를 사용한 다층막 필름이나 액정 재료를 사용한 반사층을 이용할 수 있다. 그 외에, 백색 반사 시트 등을 사용할 수도 있는데, 휘도특성의 관점에서 Ag 또는 Al 등의 금속반사층과 같이 확산성을 거의 갖지 않는 정반사층을 가지는 반사 시트가 바람직하다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 도광판의 표시측, 즉 도광판 (104) 과 액정표시패널 (102) 사이에 프리즘 구조부가 도광판측을 향하도록 프리즘 시트 (103) 가배치된다. 이러한 배치에서 사용되는 것을, 일반적으로 하향 프리즘 시트라 부른다. 도 4 를 참조하여 프리즘 시트 (103) 는, 전형적으로는 폴리에틸렌ㆍ테레프탈레이트 등의 기재 필름 (402) 위에 아크릴 등의 유기 수지로 프리즘 요철 구조부 (401) 를 부여하여 형성되고, 수십∼수백㎛ 의 두께를 가지고 있다. 프리즘 시트 (103) 는, 광출사면 (202) 에 대향하는 면 위에 빛의 집광작용을 가지는 복수의 프리즘 구조부 (401) 가 형성되어 있다.
프리즘 구조부 (401) 는, 광입사면 (201) 으로부터 그 대향면을 향한 방향 (방향축) (이하, 집광방향이라 함) 에 대해 입사한 빛을, 광출사면 (202) 또는 액정표시패널 (102) 의 표시면의 수직방향을 향해 편향시키는 기능을 가지고 있다. 프리즘 구조부 (401) 에 입사된 빛은, 프리즘 구조부 (401) 의 측면에서 전반사되어 광로 변경된 빛으로서 출사된다. 복수의 프리즘 구조부는 각각이 평행하게 형성되고, 프리즘 시트 (103) 의 단면은 톱니형상이다. 프리즘 구조부의 능선부는, 시트의 한 측변으로부터 반대 측변을 향해 연장되어 있다. 프리즘 구조부 (401) 의 단면 형상은, 실질적으로 삼각형을 이루고 있다. 프리즘 구조부 (401) 의 정각의 각도 (Θ) 는, 65 도보다 크고 68 도보다 작은 각도가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 프리즘 구조부 (401) 의 정각의 각도는 66 도이다. 이 정각부는 곡선에 의해 형성할 수도 있다. 이 정각부의 각도는 2 개의 측변의 가상교차점에서의 각도로 이해할 수 있다.
프리즘 구조부 (401) 는, 도광판의 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향한 방향으로 연장되도록 도광판의 광출사면측에 배치된다. 이 방향은 광입사면(201) 또는 홀로그램 패턴의 주확산방향과 평행한 것으로 한정되지는 않는다. 도광판의 측면 (204) 으로부터 그 대향면을 향한 하나의 방향으로 이방확산성을 가지는 홀로그램이 형성된 도광판 (104) 에, 상기 각도를 가지는 하향 프리즘 시트를 적용함으로써, 백라이트ㆍ유닛으로부터의 출사광의 정면 휘도를 특히 크게 할 수 있다.
본 형태의 백라이트ㆍ유닛의 광학적 동작에 대해 도 5 를 참조하여 설명한다. 광원 (107) 으로부터 방사된 빛은, 광입사면 (201) 으로부터 도광판내로 입사되어 반사를 반복하면서 도광판 (104) 중으로 나아간다. 도광판 (104) 내의 빛은 도광판의 배면 (203) 에 형성된 다수의 프리즘 구조부에 의해 광출사면 (202) 에 대한 입사각이 변화됨으로써 광출사면 (202) 으로부터 출사된다. 배면의 프리즘 구조부에 입사된 빛은, 그 일부가 반사되고 일부는 투과한다. 도광판 (104) 의 배면측에는 반사 시트 (105) 가 배치되어 있고, 도광판 (104) 의 배면 (203) 으로부터 출사된 빛은 반사 시트 (105) 에서 반사되어 도광판 (104) 내로 재입사된다.
배면의 프리즘 구조부의 작용에 의해 반사각이 변화된 빛은, 도광판 (104) 의 광출사면 (202) 에 입사된다. 광출사면 (202) 에 대한 이들 입사각은 전반사되는 임계각보다도 작기 때문에, 입사광은 광출사면 (202) 으로부터 소정 각도로 출사된다. 광출사면 (202) 위에는 홀로그램 패턴이 형성되어 있고, 출사광은 광입사면 (201) 을 따른 방향으로 이방확산된다. 광출사면 (202) 으로부터의 빛은 프리즘 시트 (103) 에 입사된다. 프리즘 구조부 (401) 의 측면에서 전반사된 빛은 진행각도를 바꾸어 표시면의 정면방향에 집광된 상태에서 표시면을 향해 출사된다.
도광판의 출사면측에 표시면에서의 휘도의 균일화에 기여하는 확산 시트를 배치하는 것, 또는 프리즘 시트의 한 표면을 조면화하여, 프리즘 시트와 확산 시트를 일체화하는 것도 가능하다. 그러나, 백라이트ㆍ유닛의 전체 휘도 및 정면 휘도를 향상시키기 위해, 확산 시트를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 도광판의 출사면 위에 직접 배치된 하향 프리즘 시트를 가지는 구성이 바람직하다. 또한, 프리즘 시트 위에 확산 시트를 갖지 않는 것이 바람직하다. 본 발명은 표시장치의 백라이트 외에 다양한 면상 광원장치에 적용할 수 있다.
본 발명은, 이방확산성을 가지는 홀로그램이 형성된 도광판과, 도광판의 광출사면에 대향하는 프리즘 구조부를 가지는 프리즘 시트로, 소정의 정각을 가지는 프리즘 시트를 사용함으로써 휘도특성이 뛰어난 면상 광원장치 및 표시장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터의 빛을 입사하는 광입사면과, 빛을 출사하는 광출사면과, 상기 광출사면 또는 그 대향면 상에 형성되고 상기 광입사면을 따른 확산 주방향을 구비하는 이방확산 회절격자를 포함하는 도광판; 및
    상기 광입사면으로부터 그 대향면을 향한 방향의 빛을 집광할 수 있는 프리즘 시트를 구비하고,
    상기 프리즘 시트는 상기 광출사면에 대향하는 면 상에 복수의 프리즘 구조부를 구비하고, 상기 복수의 프리즘 구조부는 65 도보다 크고 68 도보다 작은 정각 (頂角) 을 갖는 것을 특징으로 하는 면상 광원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이방확산 회절격자는 상기 도광판 표면 상에 일체 성형된 홀로그램 패턴인 것을 특징으로 하는 면상 광원장치.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 복수의 프리즘 구조부의 정각 (頂角) 은 66 도인 것을 특징으로 하는 면상 광원장치.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 이방확산 회절격자는 실질적으로 상기 확산 주축과 직교하는 방향으로 확산기능을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 면상 광원장치.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 이방확산 회절격자가 형성된 면의 대향면 상에, 상기 광출사면으로부터의 출사각을 제어하기 위한 경면 가공 프리즘 구조부를 갖는 것을 특징으로 하는 면상 광원장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 프리즘 시트는 상기 광출사면 상에 직접 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면상 광원장치.
  7. 면상 광원장치 및 상기 면상 광원장치로부터의 빛의 투과를 제어함으로써 표시를 행하는 표시패널을 갖는 표시장치에 있어서,
    상기 면상 광원장치는,
    광원;
    상기 광원으로부터의 빛을 입사하는 광입사면과, 빛을 출사하는 광출사면과, 상기 광출사면 또는 그 대향면 위에 형성되고 상기 광입사면을 따른 확산 주방향을 구비하는 이방확산 회절격자를 포함하는 도광판; 및
    상기 광입사면으로부터 그 대향면을 향한 방향의 빛을 집광할 수 있는 프리즘 시트를 구비하고,
    상기 프리즘 시트는 상기 광출사면에 대향하는 면 위에 복수의 프리즘 구조부를 구비하고, 상기 프리즘 구조부는 65 도보다 크고 68 도보다 작은 정각 (頂角) 을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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