KR20040111520A - 표면 조명 장치 및 표면 조명 장치를 이용하는 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 표시 품질의 향상에 기여할 수 있는 표면 조명 장치(surface illumination device) 및 이것을 이용한 표시 장치를 제공하는 것이다. 표면 조명 장치(10)는 입사한 광을 그 내부에서 전파시키면서 반사 프리즘면(1S)에서 그 광을 반사시켜 광출사면에서 해당 광을 출사시키는 도광판(light guide plate)(1)을 포함한다. 표면 조명 장치(10)는 광출사면 위에 마련된 편광판(polarizing plate)(3)과, 편광판(3) 위에 마련된 반사 방지막(4)을 더 포함한다. 반사 프리즘면(1S)은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향이 편광판(3)의 편광축과 평행하게 되도록 연장되고, 이것에 의해 광효율이 향상될 수 있다.

Description

표면 조명 장치 및 표면 조명 장치를 이용하는 표시 장치{SURFACE ILLUMINATION DEVICE AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

반사형 또는 반투과 반사형 액정 표시 장치는, 액정층을 사이에 개재(sandwiched)하는 대향 기판을 기반으로 하여 형성된 액정 셀을 갖고, 소위 반사 모드의 표시 기능을 갖는데, 이 반사 모드에서는 외부 광이 셀의 표시면의 외부로부터 수신되고, 표시되는 화상에 따라 액정층을 통해 변조되어, 결과적인 변조 광이 반사되는 것에 의해 화상이 표시된다. 이 타입의 장치는, 외부 광이 약한 경우에도 반사 모드의 표시를 수행할 수 있기 때문에, 외부 광과 마찬가지로 액정 셀의 표시측 표면에서 액정 셀에 입사되는 광을 공급하는 전면 조명(front light)을 구비하고 있다. 이 전면 조명은, 액정 셀의 표시측 표면에 대향하여 실질적으로 평행하게 마련된 도광판과, 이 도광판의 단면에 광을 입사시키는 에지 조명(edge light)(측면 조명)을 포함한다. 에지 조명으로부터의 광은 도광판을 통해 전파되고, 이 전파 프로세스 동안에, 그 전파 방향은 액정 셀에 대향하는 도광판의 하부면을 향하는 방향, 즉 액정 셀의 표시측 표면을 향하는 방향으로 변경되어, 해당 광이 액정 셀에 입사하게 된다.

일본 특허 공개 제 306829/99 호 공보(또는 유럽 특허 공개 제 O 950 851 A1 호)에는, 도광판의 하부면에 의해 발생되는 불필요한 광의 반사를 방지하기 위해서, 도광판의 하부면에 반사 방지막을 설치하는 구성이 개시되어 있다. 이 반사 방지막은, 하부면에서 방출되어 액정 셀로 향하고, 표시되는 화상에 따라 변조되지 않은 광(비변조광)이, 반사되어 도광판에서 방출되고, 표시된 화상의 일부를 형성하게 되는 현상을 방지할 수 있다. 이는 콘트라스트의 저하 또는 색 재생 능력의 저하를 억제할 수 있다.

그러나, 반사 방지막은 이러한 비변조광이 표시면의 외부를 향해 반사하는 것을 완전히 방지하는 것이 아니고, 해당 막에 입사하는 광 중에서 일부를 계속 반사시키고 있다. 따라서, 표시 품질이 어느 정도 희생된다.

또한, 이러한 불필요한 반사광 성분은, 표시에 이용되지 않는 필요없는 성분이기 때문에, 광원에서 방출되는 광의 이용 효율을 실질적으로 감소시키는 요인의 하나가 된다. 전면 조명은 표시 장치의 전면측에 마련되고, 그에 따라서 보다 소형이고 경량인 구성을 갖도록 요구되는 측면이 있다. 일반적으로, 전면 조명의 광 이용 효율은, 도광판에서 액정 셀을 향해 광을 반사하기 위해서 형성된 프리즘의 면적에 의존하지만, 이러한 소형화 및 경량화 지향의 구성에 의해 프리즘 면적율을 증가시키는 데에는 한계가 있어서, 광 이용 효율의 다른 구성 요소에 의해 향상될 수 있게 하는 것이 요청되고 있다.

또한, 별도의 측면으로서, 한정된 배터리 용량으로 작동하는 휴대 전화기 등을 위한 표시 장치로서 전면 조명이 이용되는 경우에는, 전면 조명이 낮은 소비 전력을 갖게 하는 것이 요구되고 있다. 또한, 소비 전력을 감소시키는 것은 유효 광량을 증가시키는 것에 의해서도 가능해진다. 즉, 전체 발광량 중에서 유효 광량이 크면, 필요한 유효 광량에 대해서 요구되는 전력 소비가 적게 된다.

본 발명은, 표면 조명 장치(surface illumination device) 및 이것을 이용한 표시 장치(display device)에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 도광판(light guide plate)과, 이 도광판의 단면(end face)에 광을 입사시키는 수단을 포함하는 표면 조명 장치 및 이것을 이용한 표시 장치에 관한 것으로, 도광판을 통과하여 전파되는 광은 도광판 하부 표면측에 놓인 대상에 조사되어, 대상의 전체 대향면이 되도록이면 균일하게 광을 조사받게 한다.

또한, 본 발명은 이러한 표면 조명 장치를 기반으로 하는 전면 조명 시스템 및 이 전면 조명 시스템을 구비하는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 세부적으로는 반사형 또는 반투과 반사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전면 조명 및 이것을 이용하는 반사형 액정 표시 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 전면 조명의 개략적인 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 전면 조명의 효과 및 이점을 나타내는 모식도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 측면 조명 위에 편광판을 구비하는 전면 조명의 개략적인 구조를 나타내는 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 전면 조명의 효과 및 이점을 나타내는 모식도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 프리즘을 구비하는 전면 조명의 개략적인 구조를 나타내는 평면도이다.

도 7은 도 4에 도시된 전면 조명에 사용되는 프리즘의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 8은 집광 프리즘을 구비하는 전면 조명의 다른 형태를 도시하는 평면도이다.

도 9는 집광 프리즘을 구비하는 전면 조명의 또 다른 형태를 도시하는 평면도이다.

본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은 표시 품질의 향상에 기여할 수 있는 표면 조명 장치 및 이것을 이용한 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 표면 조명 장치 및 이것을 이용한 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 표시 품질의 향상에 기여하고 광의 이용 효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 양호한 표시 동작을 제공하면서 소비 전력을 감소시킬 수 있는 표면 조명 장치 및 이것을 이용한 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 일실시예에 따른 표면 조명 장치는, 반사 프리즘면(reflecting prism face)과, 이 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면(light exit face)을 갖고 입사광을 도광판 내부에서 전파시키면서 상기 반사 프리즘면에서 그 광을 반사시켜 광출사면에서 해당 광을 출사시키는 도광판을 포함하는 표면 조명 장치로서, 광출사면 위에 마련된 편광판(polarizing plate)과, 편광판 위에 마련된 반사 방지막을 더 포함한다.

이러한 방식으로, 도광판으로부터 조명되는 대상으로 출력되는 광은 편광판을 통과한 후에 반드시 반사 방지막으로 들어가게 되기 때문에, 반사 방지막에 입사하는 광은 편광판을 이용하여 추출된 사전 결정된 편광 성분만으로 이루어진다. 이 편광 성분의 광량이 대략 절반으로 감소되어 있기 때문에, 반사 방지막에서 반사되는 광량이 또한 감소되고, 화상에 따라서 변조되지 않고 이 반사 방지막에서 반사되는 광이 감소되어, 표시 품질 및 광 이용 효율의 향상에 기여할 수 있다.

본 실시예에서, 반사 프리즘면은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 유발된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향이 편광판의 편광축(polarization axis)과 평행하게 되도록 연장되는 것이 바람직하다. 이는 편광판을 통과하는 광량을 증가시킬 수 있고, 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 실시예 대신에, 반사 프리즘면과, 이 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면을 갖고 입사광을 도광판 내부에서 전파시키면서 반사 프리즘면에서 그 광을 반사시켜 광출사면에서 광을 출사시키는 도광판을 포함하는 표면 조명 장치를 제공할 수 있는데, 이 표면 조명 장치는 광출사면에 대향하여 제공된 편광판을 더 포함하고, 반사 프리즘면은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 유발된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향이 편광판의 편광축과 평행하게 되도록 연장된다. 이는 편광판 위에 직접적으로 반사 방지막을 형성할 필요 없이, 고유한 효과를 제공할 수 있다.

반사 프리즘면의 연장 형태가 규정된 경우에, 조명 장치는 발광부(light emission section) 및 발광부에 의해 방출된 광을 전파시켜서 도광판의 단면에 광범위하게 입사시키기 위한 도광체부(light guide body section)를 갖는 측면 조명부(side light section)와, 도광판의 단면에 입사하는 광의 발산도를 감소시키는 비발산화 수단(un-divergence menas)을 더 포함하는 것이 바람직한데, 이 비발산화 수단은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선이 반사 프리즘면에 입사되게 하는 방식으로 도광판에 광을 입사시키도록 구성된 프리즘체부(prism body section)를 포함한다. 이는 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선을 확실하게 형성할 수 있고, 광 이용 효율의 이점을 강화시킬 수 있다.

상술된 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 다른 형태의 표면 조명 장치는, 반사 프리즘면 및 이 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면을 갖고 입사광을 도광판 내부에서 전파시키면서 반사 프리즘면에서 그 광을 반사시켜 광출사면에서 해당 광을 출사시키는 도광판과, 도광판의 단면으로 광을 입사시키는 측면 조명부를 포함하는 표면 조명 장치로서, 측면 조명부는 발광부와, 발광부에 의해 방출된 광을 편광시키는 편광부를 포함하고, 편광 성분이 도광판의 단면에 입사시키도록 구성되며, 편광부는 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 반사 프리즘면에서 생성된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향과 평행한 편광축을 갖는 것을 특징으로 한다.

이는, 측면 조명부로부터 도광판으로 입사하는 편광 성분이 도광판을 통해 전파하여 광출사면에서 출사될 수 있게 한다. 이 출사광은 광출사면에 대향하여 배치되는 편광판의 편광축에 평행한 진동 방향 성분을 많이 갖고 있기 때문에, 편광판에 광이 투과하기 쉽게 된다. 동시에 표시 품질도 양호하게 유지된다.

이 실시예에 있어서, 측면 조명부는 발광부에서 방출된 광을 전파하여 도광판의 단면에 광범위하게 입사시키기 위한 도광체부를 갖고, 표면 조명 장치는 도광판의 단면에 입사하는 광의 발산도를 감소시키는 비발산화 수단을 포함하며, 비발산화 수단은 사전 결정된 전파 방향으로 입사 광선이 반사 프리즘면에 입사하게 하는 방식으로 도광판에 광을 입사시키도록 구성된 프리즘체부를 포함할 수 있다. 이는 사전 결정된 전파 방향으로 입사 광선을 보다 확실하게 생성할 수 있게 하고, 광 이용 효율의 이점을 강화시킬 수 있다.

상술된 실시예에서, 사전 결정된 전파 방향은 입사 광선이 반사 프리즘면에 대하여 수직이고 또한 광출사면에 대해 수직인 입사면을 형성할 수 있는 전파 방향일 수 있고, 복수의 띠형상(swath-shaped)의 면을 반사 프리즘면으로 사용할 수 있으며, 사전 결정된 전파 방향은 띠형상 면의 길이 방향에 직교하는 면의 방향일 수있다. 이는 사전 결정된 전파 방향을 정확하게 결정하는 기법을 제시하기 위한 것이다.

비발산화 수단을 제공하는 구성에서, 프리즘체부는 도광판에 일체적으로 형성되거나, 편광부 위에 형성되거나, 도광체부에 일체적으로 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 특정한 효과 및 이점을 기대할 수 있다. 특히, 도광판에 비발산용 프리즘(un-divergence prism)을 형성하는 경우에, 이 프리즘을 도광판의 반사 프리즘면과 동시에 형성할 수 있기 때문에, 제조면에서 유리하다. 또한, 최적 도광판이 형성되면, 비발산용 프리즘과 반사 프리즘면의 일치를 위한 조정이 불필요하다는 장점이 있다.

상술된 여러 표면 조명 장치는 표시 장치 내에서 전면 조명으로서 사용될 수 있고, 표면 조명 장치는 그 광출사면이 표시 장치의 표시면에 대향하도록 배치되어 있다. 이러한 구성에 따라서, 표시 장치가 광출사면에 대향하여 마련된 제 2 편광판을 갖고, 반사 프리즘면은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향이 제 2 편광판의 편광축과 평행하게 되도록 연장되어 있는 형태의 구성이 제공된다. 다른 형태로서, 표시 장치는 표시되는 화상에 따라 광변조를 수행하는 액정 셀을 포함하고, 편광판은 액정 셀에 내장되거나, 도광판의 광출사면 측에 하나의 편광판만이 마련될 수도 있다.

또한, 상술된 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 다른 형태에 따른 표면 조명 장치는, 반사 프리즘면과, 이 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면을 갖고 도광판에 입사한 광을 내부에서 전파시키면서 반사 프리즘면에서 그 광을 반사시켜 광출사면에서 광을 출사시키는 도광판과, 이 도광판의 단면에 광을 입사시키는 측면 조명부를 포함하는 표면 조명 장치로서, 측면 조명부는 발광부와, 이 발광부에 의해 방출된 광을 전파하여 도광판의 단면에 광범위하게 입사시키는 도광체부와, 도광판의 단면에 입사하는 광의 발산도를 감소시키는 비발산화 수단을 포함하고, 비발산화 수단은 도광체부에 일체적으로 형성된 프리즘체부를 포함한다.

이는 종래의 부품 개수를 증가시키지 않으면서 비발산화를 수행할 수 있고, 제조상 유리하며, 소형 경량화에 기여할 수 있다.

이 실시예에서, 도광체부는 도광판의 단면을 향한 면을 갖는 광출사면과, 이 광출사면에 대향하는 광 반사면을 갖고, 프리즘체부는 광출사면의 요철에 따라 형성될 수 있다. 이는 도광체부의 배면에 형성되어, 광 반사성을 제공하는 것과 동시에 프리즘체부를 형성하는 V형 그루브(groove) 등을 형성할 수 있어서 유리하다.

이하에서 본 발명의 이러한 특징 및 그 밖의 특징은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전면 조명 및 이것을 이용한 반사형 액정 표시 장치의 단면 구조를 개략적으로 나타내고, 도 2는 이 전면 조명의 개략적인 평면도이다.

도 1에서, 전면 조명(10)은 도광판(1)과, 전면 조명의 단면(1E) 측에 배치된 측면 조명부(2)를 갖는다. 또한, 이 실시예의 전면 조명(10)은 도광판(1)의 하부에 직접적으로 접착된 편광판(3)과, 편광판(3) 위에서 이 편광판(3)을 피복하도록 형성된 반사 방지막(4)을 포함한다.

도광판(1)은 그 위에, 돌출부와 오목부가 교대로 존재하는 프리즘 표층부를갖고 있다. 이 예에서 이 프리즘 표층부는 비교적 큰 면적을 갖고 도광판의 연장 방향에 대하여 비교적 완만한 경사를 갖는 완만 경사면(1L)과, 비교적 작은 면적을 갖고 동일한 연장 방향에 대하여 비교적 급한 경사를 갖는 급경사면(1S)이 교대로 조합되는 것을 기반으로 하여 형성된다.

측면 조명부(2)로부터의 광은 도광판(1)의 단면(1E)에 입사되고, 도광판(1)은 이 입사광을 도광판(1) 내부로 전파시킨다. 이 전파의 과정에 있어서, 도광판(1)의 급경사면(반사 프리즘면)(1S)에서는 광이 반사되어 그 전파 방향이 크게 변경되어, 도광판(1)의 바닥(광출사면)으로부터 편광판(3)을 향해 출사된다. 다음에 편광판(3)에 입사한 광은 편광 효과의 영향을 받고, 사전 결정된 편광 성분(s-편광)은 반사 방지막(4)을 통하여 액정 셀(30)로 유도(guide)된다.

전면 조명(10)은 공기층(20)을 통과하여 반사형의 액정 셀(30)과 접합된다. 액정 셀(30)은, 주로 2개의 대향 기판(inter-opposed substrates)(31, 32)과, 이 기판들에 의해 그 사이에 개재되는 액정층(33) 및 광 반사층(34)으로 구성된다. 본 실시예의 액정 셀(30)은 상측, 즉 표시면측의 투명 기판(31) 위에 마련된 위상차판(retardation film)(35)과, 그 위에 형성된 반사 방지막(36)을 포함한다. 도 1은 반사형 액정 표시 셀(30)의 구성을 매우 간단하게 나타낸 것으로, 그 밖의 요소 및 구성에 관해서는 여러 공지된 문헌에서 명확할 것이므로, 여기서는 상술하지 않는다.

전면 조명(10)으로부터 하부 방향으로 출사한 광은 공기층(20)을 투과하여 액정 셀(30)에 입사된다. 그리고 이 광은 반사 방지막(36), 위상차판(35), 기판(31) 및 액정층(33)을 순서대로 통과하여 반사층(34)에 도달하고, 이 반사층에서 반사되 후에, 이 광은 반대의 순서대로 액정층(33), 정면 기판(31), 위상차판(35) 및 반사 방지막(36)을 통과하여 공기층(20)으로 되돌아간다. 이 과정에서, 액정층(33)은 표시된 화상에 따라서 광을 변조시키고, 위상차판(35)은 광의 색 보정을 수행한다.

액정 셀(30)에서 나간 광은 공기층(20)을 투과하고 다시 전면 조명(10)에 입사한다. 다음에, 이 광은 반사 방지층(4) 및 편광판(3)을 통과하여 도광판(1) 내부를 지나서, 프리즘 표층부를 투과하여 외부로 전파된다.

이러한 구성의 전면 조명(10)에서, 도광판(1)의 바닥에 반사 방지막을 직접적으로 형성하는 것 대신에, 반사 방지막(4)을 편광판(3)을 거쳐서 바닥에 간접적으로 형성한다. 이는 도광판(1)을 떠난 하향의 광은, 반드시 먼저 편광판(3)을 통과한 뒤에 반사 방지막(4)에 들어가게 된다. 그러므로, 도광판(1)으로부터 반사 방지막(4)에 입사하는 광은 편광판에 의해 추출된 사전 결정된 편광 성분(도광판(1)의 전체 출사 광량의 대략 절반임)이 된다. 따라서, 반사 방지막(4)에는 감소된 광량을 갖는 광만이 입사될 수 있기 때문에, 여기서 반사되는 광량도 감소되고, 상술된 바와 같은 불필요한 반사광이 감소되어 표시 품질이 향상되는 것뿐만 아니라, 광 이용 효율의 향상에 기여할 수 있다.

또한 본 실시예에서, 편광판(3)은 액정 셀에서 원래 사용되는 편광판으로서 작용한다. 즉 편광판(3)은 출사광이 액정 셀(30)에 입사되는 광으로서 요구되는 편광 상태를 갖게 하는 편광 효과를 제공한다. 따라서, 전면 조명(10)의 편광판(3)에 의해 광량이 감소되기는 하지만, 편광판(3)은 이전의 단계에서 편광을 실시하고, 액정 셀에서 화상을 형성하는 원래의 메커니즘에 영향을 주지 않는다. 마찬가지로, 이러한 전면 조명 위에 마련된 편광판(3)은 반사 방지막(4)에서의 반사를 방지하면서 외부 광에 대한 편광을 실행할 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치 전체의 구성에 필요한 구성 요소의 개수가 증가되는 것이 회피된다.

또한, 본 실시예는 반사 프리즘면(1S)과 편광판(3) 사이의 관계를 다음과 같이 규정함으로써, 바람직한 결과를 획득한다.

도 3은 이러한 규정에 대하여 보다 자세하게 설명하기 위해서 전면 조명(10)을 통과하여 전파되는 광의 상태를 개략적으로 나타낸 것으로, 이 도면은 도광판(1)을 띠 형상의 반사 프리즘면(1S)의 길이 방향에 직교하는 방향을 따라서 취한 단면도이다.

도 3에서, 도광판(1)의 내부를 전파하는 광(L0)은 여기서는 전혀 편광되지 않은 상태로 반사 프리즘면(1S)에 입사한다. 광(L0)은 s-편광량과 p-편광량이 동일한 것으로 가정할 수 있다. 반사 프리즘면(1S)에서, 이 입사광(L0)의 일부는 반사되고 입사광(L0)의 나머지는 반사 프리즘면(1S)을 투과한다. 그러나, 반사하는 광에 있어서는 s-편광량이 p-편광량보다 더 크고, 투과하는 광에 있어서는 p-편광량이 s-편광량보다 더 크다. 이는 입사각의 범위가 임계각(도광판(1)이 PMMA(polymethyl methacrylate)인 경우에는 대략 42°임) 이상일 경우에는 입사광이 모두 반사되지만, 입사각의 범위가 임계각 미만인 경우에는 일반적으로 s-편광 성분의 반사율이 p-편광 성분의 반사율보다도 크다(p-편광 성분의 투과율은 s-편광성분의 투과율보다 크다)부터이다.

따라서, 반사 프리즘면(1S)은 s-편광을 더 많이 반사한다. 이 때에 반사광의 전기 벡터 진동 방향(도 3에서는 지면에 수직한 방향이며, 이것에 대응하는 마크로 표시되어 있음)은 편광판(3)의 투과축과 평행하고, s-편광은 손실없이 편광판(3)을 통과할 수 있다.

한편, 이러한 반사 광선의 s-편광의 전기 벡터 진동 방향은, 반사 프리즘면(1S)의 입사 지점에서의 3차원적인 경사 방향과, 입사광(L0)의 전파(진행) 방향에 의해서 결정된다. 이는 반사 광선이 반사 프리즘면(1S)의 경사 방향에 의해 결정되는 입사법선(N)과 입사 광선을 포함하는 입사면 내에 있기 때문이다.

이러한 점을 감안하면, 본 실시예에 따른 반사 프리즘면(1S)은, 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광의 전기 벡터 진동 방향이 편광판(3)의 투과축의 방향(도 3에서는 지면에 수직인 방향이며, 이것에 대응하는 마크로 표시되어 있음)과 평행하게 되도록 경사를 갖고 형성되어 있다. 이는 편광판(3)을 통과할 수 있는 s-편광이 도광판(1)으로부터 더 많이 출사될 수 있게 함으로써, 광 이용 효율을 향상시킨다.

이 실시예에 따른 사전 결정된 전파 방향은, 반사 프리즘면(1S)에 대하여 수직이고 또한 도광판의 광출사면(또는 액정 셀측의 수광주면(main light-receiving plane)(가상적 주면을 포함함))에 수직인 입사면을 형성할 수 있는 입사 광선의 전파 방향이다. 반사 프리즘면(1S)이 본 예에서와 같이 표시 영역에 걸쳐 연장되는 복수의 띠형상 면으로 형성되는 경우에, 사전 결정된 전파 방향은 띠형상 면의 긴길이를 갖는 방향, 즉 길이 방향에 직교하는 면 내에서 정의되는 방향일 수 있다. 사전 결정된 전파 방향은 도 2에 도시되어 있는데, 이 방향은 길이(연장) 방향(A)에 직교하는 방향(B)에 대응된다. 실제로 도광판에 입사하는 광은 이 사전 결정된 전파 방향을 기준으로 하여 소정의 각도 범위(θ)(도 2 참조) 내에서 사전 결정된 세기 이상의 값(예컨대 피크에 상당하는 값)의 분포를 갖는다. 이 각도 범위(θ)는 30° 이내로 하는 것이 바람직하고, 20° 이내로 하는 것이 더욱 바람직하다.

지금까지는 액정 셀(30) 위에 마련된 편광판이 전면 조명(10) 위에 편광판(3)으로서 마련되는 것으로 설명하였으나, 전면 조명(10)의 편광판(3)과 함께 액정 셀(30) 위에 원래의 편광판을 마련는 것도 가능하다. 예를 들면, 위상차판(35)과 반사 방지막(36) 사이에, 이러한 편광판(도 3에 점선으로 도시된 편광판(37))을 배치할 수 있다다. 이러한 경우에도, 광효율의 관점에서, 상술된 사전 결정된 전파 방향의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광의 전기 벡터 진동 방향이, 제 2 편광판(37)의 투과축과 평행하게 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 편광판의 위치 및 반사 방지막의 유무에 관계없이, 도광판의 반사 프리즘면(1S)의 경사 방향과, 광출사면에 대향 배치되는 편광판의 투과축이 상술된 바와 같은 최적화를 이루는 것이 바람직하다. 따라서, 도광판과 액정 셀 사이에 편광판을 배치하는 구성(액정 셀이 단일 편광판을 내장하는 구성을 포함함)에 있어서 최적화의 수행이 배제되지 않는다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전면 조명의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 4에 있어서, 단면(1E)에 광을 입사시키는 측면 조명부(2)는 도광판(1)의 단면(1E)에 대향하도록 마련된다. 측면 조명부(2)는 여기서는 LED로 이루어지는 발광부(21)와, 이 발광부에 의해 발생된 광을 전파하여 단면(1E)에 광범위하게 입사시키거나, 바람직하게는 그 전역에 광을 입사시키기 위한 "조명 스틱(light stick)" 또는 "조명 파이프"로 지칭되는 도광체부(22)와, 단면(1E)에 광을 입사시키기 전에 전파광을 편광시키는 편광판(23)을 포함한다. 도광체부(22)는 전파광을 반사시키기 위한 구조부로서 그루브(grooves), 예를 들면 V형 그루브(22v)가 형성된 배면을 갖고, 도광체부(22)의 외측에는 반사 작용을 발생시키는 반사기(24)를 구비한다.

발광부(21)에 의해 방출된 광은 도광체부(22)의 내부에서 전파되고, 그 과정에서 그 전파 방향은 V형 그루브(22v) 및 반사기(24)에 의해 단면(1E)을 향하도록 변경된다. 이러한 광은 도광체부(22)를 출사하여 편광판(23)에 도달하고, 여기서 사전 결정된 편광 성분만이 투과될 수 있다. 편광판(23)으로부터의 편광은 도광판(1)으로부터 그 단면(1E)으로 입사된다.

도광판(1)의 하면측은, 도 1에 도시된 바와 같이 편광판(3) 및 반사 방지막(4)을 가지고 구성되거나, 액정 셀이 (외부광을 위해) 필요한 편광판을 내장하고, 도광판(1) 위에 반사 방지막(4)만을 형성하거나 도광판(1) 위에 반사 방지막이 전혀 형성되지 않게 하는 방식으로 구성될 수 있다.

이러한 구성의 전면 조명(10A)에서, 측면 조명부(2)로부터 도광판(1)에 입사하는 광은 편광판(23)을 통과하여 편광 성분이 된다. 이 편광 성분은 도광판(1)을통해 전파되고, 도광판의 바닥면에서 출사한다. 편광판(23)의 편광축을 원하는 방식으로 설정하면, 이 출사광이 바닥면에 대향하여 배치되는 편광판(3 또는 37)의 편광축에 대해 평행한 진동 방향 성분을 대부분 포함하게 할 수 있다.

특히, 반사 프리즘면(1S)과 편광판(23) 사이의 관계를 다음과 같이 규정함으로써 바람직한 결과가 획득된다.

도 5는, 이러한 규정에 관하여 자세히 설명하기 위해서 전면 조명(10A)을 통해 광이 전파되는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5에 있어서, 도광판(1)의 내부를 전파하는 광(L0)은 편광판(23)에 의해 편광되어 있기 때문에, 사전 결정된 방향을 기준으로 진동하며서 반사 프리즘면(1S)에 입사한다. 편광판(23)의 편광축이 도 5에 도시된 바와 같이 축(C)이면, 기본적으로 축(C)에 평행한 진동 방향을 갖는 광이 반사 프리즘면(1S)에 들어갈 수 있을 것이다.

여기서 광(L0)은 반사 프리즘면(1S)에서 반사하는 s-편광의 진동 방향에 평행한 것이 바람직하다. 이는 임계각 미만의 영역에서 반사 광선은 s-편광의 대부분을 반사해 버리기 때문이다. 극단적인 경우에 있어서, 만일 도 5의 점선(p)에 의해 표시된 진동 방향을 갖는 p 편광 광선이 반사 프리즘면(1S)에 입사하는 경우, 반사 프리즘면(1S)에서 반사하는 광량은 작고, 투과하는 광량이 많아져서 불리하다. 이 문제점을 다시 고려하면, 반사 프리즘면(1S)에 원하는 s-편광이 입사하는 경우, 반사 프리즘면(1S)에서 반사하는 광량이 많아진다.

그러나, 이러한 반사 광선의 s-편광의 진동 방향은, 반사 프리즘면의 입사지점에서의 3차원적인 경사 방향과, 입사광(L0)의 전파(진행) 방향에 의해서 결정되기 때문에, 반사 프리즘면(1S)의 경사 방향이 결정되었다고 해도, 입사광(L0)의 전파 방향을 어느 정도 한정하지 않으면 s-편광의 진동 방향을 지정할 수 없다.

이러한 상황을 감안하여, 본 실시예에 따른 편광판(23)은 사전 결정된 전파 방향으로 입사하는 광선(L0)에 의해 생성된 반사 프리즘면(1S)에서 제공되는 반사 광선의 s-편광의 전기 벡터 진동 방향과 평행한 편광축(C)을 갖도록 하고 있다. 이는 도광판(1)의 바닥면에 대향하여 배치되는 편광판(3, 37)(그 편광축은 도 5에 도시된 부호(D)로 표시됨)을 통과할 수 있는 s-편광이 대부분 도광판(1)으로부터 출력될 수 있게 하고, 이는 광 이용 효율을 향상시킨다.

상술된 바와 같이, 이 예에서의 사전 결정된 전파 방향은 반사 프리즘면(1S)에 대하여 수직이고 또한 도광판 광출사면(또는 액정 셀측의 수광주면)에 수직인 입사면을 형성할 수 있는 입사 광선의 전파 방향으로 설정된다. 반사 프리즘면(1S)이 도 4에 도시된 바와 같은 표시 영역을 거쳐 띠 형상으로 연장되는 경우, 사전 결정된 전파 방향은 그 길이(연장) 방향(A)에 직교하는 방향(B) 이다. 입사광이 실제로 갖는 각도 범위(θ)는 상술된 것과 마찬가지이다.

또, 상술한 바와 같은 입사면을 형성하는 입사 광선으로 한정하면, 모든 입사 광선은 원하는 s-편광의 진동 방향에 평행한 진동 성분만을 갖게 된다. 이와 반대로, 도 4에 도시된 바와 같은 교차 방향 B에서 벗어나서 전파되는 광(La, Lb 등)은 입사면을 형성할 수 없고, 도광판(1)으로부터 출사하는 s-편광은 원하는 진동 성분을 갖지 않는다.

지금까지 도광판 바닥측에 편광판을 구비하는 구성과, 측면 조명부에 편광판을 구비하는 구성에 대하여 설명하였다. 양 구성의 특징 중의 하나는 도광판의 반사 프리즘면(1S)에 입사하는 광의 전파 방향을 기반으로 하여, 이용되는 편광판의 펴광축과 반사 프리즘면의 경사 방향을 일치시키는 것이다. 따라서, 이러한 광의 전파 방향을 소정 범위 내로 한정시키거나, 보다 바람직하게는 사전 결정된 전파 방향을 갖는 광의 대부분을 도광판을 통과하여 전파되게 하면, 일치 효과가 더욱 강화되고 더욱 확실하게 될 것이다.

도 6은 이러한 목적을 위한 실시예를 나타내는 도면으로서, 도 4와 동일한 부분에는 동일한 참조 부호가 부여되어 있다.

도 6에서 도광판(1)의 단면(1Ea)에는 집광 프리즘(1P)이 도광판(1)과 일체적으로 형성되어 있다. 이 집광 프리즘(1P)은 도광판(1)에 입사하는 광의 발산도를 감소시키거나, 보다 바람직하게는 평행 광선으로 변환시키기 위한 비발산화 수단의 역할을 하고, 상술된 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선이 반사 프리즘면(1S)에 입사되도록 도광판(1)에 광을 입사시키는 것으로 구성되어 있다.

보다 구체적으로, 집광 프리즘(1P)은 도 7에 도시된 바와 같은 요철 형상을 갖는다. 즉, 각각 한 쌍의 평탄한 경사면(1m, 1n)으로 형성되는 볼록부(또는 오목부)는 대체로 도광판(1')의 단면부의 외부 형상인 직사각형의 길이 방향을 따라 연속적으로 형성된다. 이 볼록부의 피크 라인은 길이 방향에 수직한 방향으로 연장된다. 피크 라인의 주기 및 피크의 각도 및 볼록부와 오목부의 규칙성은 적절하게 설정된다.

프리즘(1P)은 도 6에 도시된 바와 같이 편광판(23)으로부터 방향성을 가지고 출력된 광선조차도 서로 평행화함으로써, 상술된 바와 같이 반사 프리즘면(1S)에 대하여 수직이고 또한 도광판(1)의 광출사면에 수직인 입사면을 형성할 수 있는 입사 광선이 반사 프리즘면(1S)에 입사될 수 있게 한다.

그런데, 프리즘에 의해 발산광을 평행하게 전파하는 광선으로 변환시키는 효과는, 일본 특허 공개 제 231320/99 호 등에 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 더 상세하게 설명하지 않는다.

또한, 동일한 프리즘을 다른 위치에 마련할 수 있다. 도 8은 프리즘이 편광판(23) 위에 형성된 예를 나타내고, 도 9는 프리즘이 도광체부(22) 위에 형성된 예를 나타낸다.

도 6, 도 8 및 도 9는 측면 조명부가 편광판을 갖는 구성에 비발산용 프리즘을 제공하는 예를 나타내었으나, 도광판의 하면 위에 편광판을 갖는 구성에 비발산용 프리즘을 제공할 수도 있으며, 이것으로 동일한 효과를 기대할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 프리즘(1P)이 도광판(1')의 단면에 형성되는 경우에, 도광판만으로 반사 프리즘면(1S)의 경사 방향과 프리즘(1P)의 비발산 작용의 최적화를 동시에 달성할 수 있기 때문에 유리하다.

도 8에 도시된 바와 같이 프리즘(23P)이 편광판(23) 위에 형성되는 경우에, 입수하기 쉬운 프리즘 시트(prism sheet)를 간단히 적용할 수 있다. 즉, 편광판(23)의 평탄한 표면에 프리즘(23P)을 부착하기가 용이하다는 이점이 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 프리즘(22P)이 투명 도광체로 이루어지는 조명 스틱(22')으로 형성되는 경우에, 프리즘(22P)이 조명 스틱 배면의 반사용 V형 그루브(22v)와 동시에 형성될 수 있어서 제조하기가 편리하다는 이점이 있다.

도 6, 도 8 및 도 9에 도시된 비발산용 프리즘은 편광판(23)이 존재하지 않는다고 해도, 프리즘 특유의 다음과 같은 이점을 제공할 수 있다.

즉, 비발산용 프리즘에 의해서 평행화되도록 변환된 광이 편광되지 않은 상태로 도광판에 입사된다고 해도, 반사 프리즘면(1S)은 이 변환된 광이 도광판의 광출사면(또는 액정 셀의 수광주면)에 수직인 면 내 방향(in-plane direction)으로 용이하게 반사될 수 있게 한다. 다시 말해, 도광판이 좁은 방향성으로 액정 셀에 광을 입사시킬 수 있다. 이는 액정 셀이 위와 유사한 좁은 방향성으로 광을 반사시킬 수 있게 하여, 밝은 화상을 얻을 수 있게 한다.

상술된 실시예는 반사형 액정 표시 장치에 관하여 설명했지만, 본 발명은 반투과 반사형 액정 표시 장치에도 적용될 수 있다.

또한, 반사 프리즘면(1S)은 도광판의 수광주면 위의 법선에 직교하는 방향을 따르는 긴 변을 갖는 띠형상 면을 갖는 것으로 했지만, 본 발명은 이 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 법선의 직교 방향에서 사전 결정된 각도만큼 벗어나는 방향을 따르도록 설정하거나, 띠형상 이외의 형상을 갖게 할 수 있다.

부호의 설명

10 : 전면 조명 1 : 도광판

1S : 반사 프리즘면

1P, 22P, 23P : 비발산화용 프리즘부 2 : 측면 조명부

21 : 발광부 22' : 조명 스틱

22v : 광반사용 V형 그루브 23 : 편광판

24 : 반사기 3 : 편광판

4 : 반사 방지판 30 : 액정 셀

31, 32 : 기판 33 : 액정층

34 : 반사층 35 : 위상차판

36 : 반사 방지막

Claims (16)

1. 표면 조명 장치(surface illumination device)로서,

   반사 프리즘면(reflecting prism face) 및 상기 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면(light exit face)을 포함하고, 입사한 광을 그 내부에서 전파시키면서 상기 반사 프리즘면에서 상기 광을 반사시켜서 상기 광출사면에서 상기 광을 출사시키는 도광판(light guide plate)과,

   광출사면 위에 마련된 편광판과,

   상기 편광판 위에 마련된 반사 방지막

   을 포함하는 표면 조명 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사 프리즘면은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향이 상기 편광판의 편광축과 평행하게 되도록 연장되는 표면 조명 장치.
3. 표면 조명 장치로서,

   반사 프리즘면 및 상기 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면을 포함하고, 입사한 광을 그 내부에서 전파시키면서 상기 반사 프리즘면에서 상기 광을 반사시켜서 상기 광출사면에서 상기 광을 출사시키는 도광판과,

   상기 광출사면에 대향하여 마련된 편광판

   을 포함하고,

   상기 반사 프리즘면은 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향이 상기 편광판의 편광축과 평행하게 되도록 연장되는

   표면 조명 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   발광부와, 상기 발광부에 의해 방출된 광을 전파하여 상기 도광판의 단면에 광범위하게 입사시키기 위한 도광체부를 포함하는 측면 조명부와,

   상기 도광판의 단면에 입사하는 광의 발산도를 감소시키는 비발산화 수단

   을 더 포함하고,

   상기 비발산화 수단은 상기 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선이 상기 반사 프리즘면에 입사되게 하는 방식으로 상기 도광판에 광을 입사시키도록 구성된 프리즘체부(a prism body section)를 포함하는 표면 조명 장치.
5. 표면 조명 장치로서,

   반사 프리즘면 및 상기 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면을 포함하고, 입사한 광을 그 내부에서 전파시키면서 상기 반사 프리즘면에서 상기 광을 반사시켜서 상기 광출사면에서 상기 광을 출사시키는 도광판과,

   상기 도광판의 단면으로 광을 입사시키는 측면 조명부

   를 포함하고,

   상기 측면 조명부는 발광부 및 상기 발광부에 의해 방출되는 광을 편광시키는 편광부를 포함하고, 그 편광 성분을 상기 도광판의 단면에 입사시키도록 구성되며,

   상기 편광부는 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 상기 반사 프리즘면에서 생성되는 반사 광선의 s-편광 성분의 전기 벡터 진동 방향과 평행한 편광축을 갖는

   표면 조명 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 측면 조명부는 상기 발광부에 의해 방출되는 광을 전파하여 상기 도광판의 단면에 광범위하게 입사시키기 위한 도광체부를 포함하고,

   상기 표면 조명 장치는 상기 도광판의 단면에 입사하는 광의 발산도를 감소시키는 비발산화 수단을 더 포함하며,

   상기 비발산화 수단은 상기 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선이 상기 반사 프리즘면에 입사하게 하는 방식으로 상기 도광판에 광을 입사시키도록 구성된 프리즘체부를 포함하는 표면 조명 장치.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 사전 결정된 전파 방향은 상기 입사 광선이 상기 반사 프리즘면 및 상기 광출사면에 수직하는 입사면을 형성할 수 있게 하는 전파 방향인 표면 조명 장치.
8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반사 프리즘면으로서 복수의 띠형상 면(swath-shaped faces)이 이용되고,

   상기 사전 결정된 전파 방향은 상기 띠형상 면의 길이 방향에 직교하는 면을 따르는 방향인 표면 조명 장치.
9. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 프리즘체부는 상기 도광판에 일체적으로 형성되는 표면 조명 장치.
10. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,

    상기 프리즘체부는 상기 편광부 위에 형성되는 표면 조명 장치.
11. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,

    상기 프리즘체부는 상기 도광체부에 일체적으로 형성되는 표면 조명 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 표면 조명 장치를 이용하는 표시 장치로서,

    상기 표면 조명 장치는 상기 광출사면이 상기 표시 장치의 표시면에 대향하도록 배치되어 있는

    표시 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 광출사면에 대향하여 마련된 제 2 편광판을 포함하고,

    상기 반사 프리즘면은 상기 사전 결정된 전파 방향으로의 입사 광선에 의해 생성된 반사 광선의 s-편광의 전기 벡터 진동 방향이 상기 제 2 편광판의 편광축과 평행하게 되도록 연장되는 표시 장치.
14. 청구항 3에 기재된 표면 조명 장치를 이용하는 액정 표시 장치로서,

    표시되는 화상에 따라서 광변조를 수행하는 액정 셀을 포함하고,

    상기 편광판이 상기 액정 셀에 내장되어 있는

    액정 표시 장치.
15. 표면 조명 장치로서,

    반사 프리즘면 및 상기 반사 프리즘면에 대향하는 광출사면을 포함하고, 입사한 광을 그 내부에서 전파시키면서 상기 반사 프리즘면에서 상기 광을 반사시켜서 상기 광출사면에서 상기 광을 출사시키는 도광판과,

    상기 도광판의 단면으로 광을 입사시키는 측면 조명부

    를 포함하고,

    상기 측면 조명부는 발광부와, 상기 발광부에 의해 방출된 광을 전파하여 상기 도광판의 단면에 광범위하게 입사시키기 위한 도광체부와, 상기 도광판의 단면에 입사하는 광의 발산도를 감소시키는 비발산화 수단을 포함하며,

    상기 비발산화 수단은 상기 도광체부에 일체적으로 형성된 프리즘체부를 갖는

    표면 조명 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 도광체부는 상기 도광판의 단면과 동일한 방향을 향하는 광출사면과, 상기 광출사면에 대향하는 광 반사면을 포함하고,

    상기 프리즘체부는 상기 광출사면의 요철에 의해 형성되는 표면 조명 장치.