KR100634712B1 - 도광판, 표면 광원 장치 및 반사형 액정 디스플레이 - Google Patents

Abstract

발광 상태 또는 비발광 상태에서의 시인(視認)시에 콘트라스트가 우수하고 또한 디스플레이 밝기가 우수하며, 도광판을 통해 보이는 표시 이미지가 교란을 덜 받고 즉, 명도가 우수하며, 물결 현상에 의해 야기되는 시인성(perceptibility)의 감소를 덜 받는 반사형 액정 디스플레이는, 액정 디스플레이를 제조할 수 있는 도광판 및 표면 광원 장치를 개발하기 위한 것이다.

도광판은, 도광판의 입사측 에지(13)로부터의 입사광을 편향시키고 상기 광을 상기 도광판의 하부면(12)을 통해 출사시키는, 상부면(11)상에 형성된, 광출사 수단을 갖고, 상기 도광판의 하부면으로부터의 입사광을 상기 도광판의 상부면을 통해 통과시키는, 적어도 하부면상의 반사 방지층(2)을 더 갖고, 표면 광원 장치는 상술된 도광판과 그 입사측 에지 주위에 배치된 광원을 포함하고, 반사형 액정 디스플레이는 상술된 표면 광원 장치와, 그 하부측에 배치되며 반사층을 갖는 액정 셀을 포함한다.

하부면상에 배치된 반사 방지층은 표시 이미지상에 중첩되어 백색의 블러링(blurring)을 발생시키는 누출광을 상부면이 출사하는 것을 억제함으로써, 디스플레이가 발광 또는 비발광 상태인 것과 상관없이 만족스러운 시인성이 달성된다.

도광판, 표면 광원 장치, 액정 셀, 반사층, 입사광

Description

도광판, 표면 광원 장치 및 반사형 액정 디스플레이{Light conductive plate, surface light source device, and reflection type liquid-crystal display}

도 1은 도광판을 도시하는 경사도.

도 2a 내지 2d는 다른 도광판을 도시하는 측면도.

도 3a 및 3b는 주름형 프리즘 구조를 도시하는 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 도광판의 일실시예의 광출사 특성을 도시하는 도면.

도 5는 표면 광원 장치의 측단면도.

도 6은 반사형 액정 디스플레이의 측단면도.

도 7은 다른 반사형 액정 디스플레이의 측단면도.

도 8은 본 발명에 따른 반사형 액정 디스플레이의 일실시예에 표시된 이미지를 도시하는 도면.

도 9는 종래의 도광판의 광출사 특성을 도시하는 도면.

도 10은 종래의 반사형 액정 디스플레이에 표시된 이미지를 도시하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 도광판 2 : 반사 방지층

3 : 표면 광원 장치 4 : 확산층

5, 51 : 극판 6 : 액정 셀

7, 64 : 반사층 2a : 리지부

2b : 홈부 11, 16, 17 : 상부면

21, 23 : 좁은 면 22, 24 : 넓은 면

12 : 하부면 13 : 입사측 에지

본 발명은 밝고 잘 보이는 반사형 액정 디스플레이를 제조할 수 있는 도광판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 도광판을 사용하고 광이 고효율적으로 사용될 수 있는 표면 광원 장치에 관한 것이다.

어둠속 등에서 반사형 액정 디스플레이를 시인할 수 있는 발광체가 요망되고 있다. 본 발명자들은 투과형 액정 디스플레이에 사용하는 백라이트(backlight)를 백라이트가 액정 셀의 시인 측면(viewing side)상에 배치되는 프론트 라이트(front light) 시스템에 적용하도록 시도하였다. 이 백라이트는 측면 에지로부터의 입사광이 광출사 수단을 통해 상부면 및 하부면 중 하나에서 출사되는 도광판을 갖는다. 상기 프론트 라이트 시스템에 있어서, 표시된 정보는 도광판을 통해 시인된다.

그러나, 종래의 도광판을 사용하는 백라이트는 디스플레이가 발광 상태에서의 콘트라스트에 불충분하고, 비발광 상태에서 밝기가 불충분하며, 디스플레이 교란을 갖는 등의 문제점을 내포하고 있기 때문에 실제 사용하기에는 어려웠다. 예를 들면, 광출사 수단으로서 확산 도트 또는 미세한 거칠기를 사용하는 도광판을 갖는 액정 디스플레이는 다음 문제점을 갖는다. 상기 디스플레이는 발광 상태에서 보일 때 콘트라스트가 불충분하다. 비발광 상태에서 외부 라이트, 즉 실내 조명에 의한 시인시에 상기 디스플레이는 콘트라스트가 불충분하고 디스플레이 밝기가 불충분하다. 추가로, 도광판을 통해 보이는 비발광된 디스플레이상에 표시된 이미지는 심각할 정도로 교란되어 명확하게 보이지 않는다.

다른 측면에서, 광출사 수단으로서 45도의 경사각을 갖는 경사면과 0도의 경사각을 갖는 평면을 구비한 계단형 프리즘 구조를 사용하는 도광판이 제안되었다(JP-A-62-73206 참조; 여기에 사용된 용어 "JP-A"는 "미심사 공고된 일본 특허 출원"을 의미한다). 이 도광판을 갖는 액정 디스플레이는 비발광 상태에서 보일 때 콘트라스트 및 디스플레이 밝기가 불충분하다는 문제점을 갖는다.

또한, 상기 액정 디스플레이는 다음의 문제점을 갖는다. 입사광의 일부는 액정 셀 등에 진입되지 않고 도광판의 하부면에 의해 반사되고, 그 상부면을 통해 빠져나간다. 이 액정 디스플레이가 상부 측면에서 시인될 때, 결과로서 생기는 누출 광은 디스플레이가 발광 상태 또는 비발광 상태인 것과 상관없이 표시된 이미지상에 중첩되어 백색의 블러링을 발생시키고 콘트라스트를 경감시켜 시인성을 손상시킨다.

본 발명의 한 목적은 발광 상태 또는 비발광 상태에서의 시인시에 콘트라스트가 우수하고 디스플레이 밝기가 뛰어나며 도광판을 통해 보이는 표시된 이미지가 덜 교란되는, 즉 명확성이 우수하고 물결무늬 현상에 의해 야기되는 시인성의 감소를 덜 받는 반사형 액정 디스플레이를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 액정 디스플레이가 제조될 수 있는 표면 광원 장치와 도광판을 제공하는데 있다.

본 발명은 도광판의 입사측 에지로부터의 입사광을 편향시키고 상기 광을 상기 도광판의 하부면을 통해 출사시키는 광출사 수단이 상부면상에 형성되고, 상기 도광판의 하부면으로부터의 입사광을 상기 도광판의 상부면을 통해 통과시키는 반사 방지층을 적어도 하부면상에 구비하는 도광판을 제공한다.

본 발명은 상술된 도광판과 그 입사측 에지 주위에 배치된 광원을 구비하는 표면 광원 장치를 또한 제공한다.

또한, 본 발명은 상술된 표면 광원 장치와, 그 하부측에 배치되며 반사층을 갖는 액정 셀을 구비하는 반사형 액정 디스플레이를 제공한다.

본 발명에 따르면, 적어도 도광판의 하부면상에 형성된 반사 방지층은 다음 방식으로 작용한다. 반사 방지층은 입사광이 도광판의 하부면에 의해 반사되는 것을 억제하여 광이 액정 셀 등에 진입하지 않고 빠져나가게 한다. 즉, 반사 방지층은 디스플레이가 상부 측면으로부터 시인될 때, 백색의 블러링을 발생시키고 콘트라스트를 경감시키는 액정 셀상의 표시된 이미지상에 중첩되는 누출광의 발생을 억제한다. 결과적으로, 디스플레이가 발광 또는 비발광 상태에 있는지의 여부에 관계없이 만족스러운 시인성이 얻어질 수 있다. 도광판(1)의 하부면은 도 8에 길고 짧은 다른 두개의 이점쇄선으로 도시된 바와 같이, 도광판으로 출사된 광(δ)과 외부 입사광(ε) 각각에 대해 약 3 내지 5% 정도의 반사율을 갖는 것으로 생각된다. 따라서, 반사광은 백색의 블러링 및 콘트라스트에 대단한 영향을 준다.

본 발명에 따르면, 하부면을 통해 출사된 광이 수직 방향성에서 우수하고 상부면에서의 누출광이 표시된 이미지상에 덜 중첩되게 하는 도광판이 획득될 수 있다. 상기 도광판을 사용함으로써, 광이 고효율적으로 이용될 수 있는 표면 광원 장치가 얻어질 수 있다. 상기 도광판을 사용함으로써, 우수한 디스플레이 성능의 반사형 액정 디스플레이가 또한 얻어질 수 있으며, 그것은 발광한 채 또는 발광되지 않은 채 시인될 때 콘트라스트가 우수하고 디스플레이 밝기도 우수하며 도광판을 통해 시인되는 표시된 이미지가 덜 교란되고, 즉 명확도가 우수하며 광출사 수단에 의해 발생되는 물결 현상을 덜 받게 된다.

상술된 효과는 도광판에 부여되는 특성에 기여한다. 본 발명자들은 상술된 문제점을 극복하기 위하여 집중적인 연구를 행하였다. 결과적으로 본 발명자들은 광출사 수단으로서 종래의 확산 도트 또는 미세한 거칠기를 사용하는 상술된 도광판이 다음의 단점을 갖는다는 것을 알았다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 측면 에지에서 진입된 전송광은 도광판(18)의 광출사 수단으로 인해 거의 모든 방향으로 흩어진다. 상기 분산 특성 때문에, 하부면에서의 출사광(α₁)과 상부면에서의 누출광(β₃)은 하부면에 대한 법선(H; 전면방향)과 약 60 도의 각도를 형성하는 방향(θ₄)에서 각각 최대 강도(B와 b)를 가지며, 이 강도의 값은 거의 동일하다. 이어서, 시인성이 양호한 방향의 범위에 있는 광량, 특히 법선 상부 약 15도 방향에서 법선 하부 약 30도 방향까지 수직이고 법선과 각각 약 30도의 각도를 형성하는 우측과 좌측 방향 사이에서 수평인 가시 각도 범위의 광량이 매우 작기 때문에 덜 밝게된다. 추가로, 표시된 이미지를 형성하는 하부면으로부터의 출사광(α₂)은 상부면에서의 누출광(β₄)상에 중첩되므로 콘트라스트가 잘 되지 않는다. 더욱이, 비발광 상태에서, 디스플레이는 분산된 광(γ₂)에 의해 발생된 표시 이미지의 백색의 블러링에 기인하여 콘트라스트가 부족하고 디스플레이 광(γ₁과 γ₃)은 표시된 이미지를 상당히 교란시키는 도광판에 의한 분산으로 인해 서로 혼합된다.

본 발명자들은 프리즘 광출사 수단을 갖는 JP-A-62-73206에 개시된 도광판이 상술된 도광판처럼 디스플레이의 질이 나쁘다는 문제점을 갖는다는 것을 또한 알았다. 특히, 상부면으로부터의 누출광이 대량으로 발생하고 표시 이미지를 형성하는 하부면으로부터의 출사광상에 중첩되어 콘트라스트가 부족하게 된다. 더욱이, 큰 출사 각도를 갖는 출사광이 대량으로 발생하기 때문에, 시인성이 양호한 방향의 범위에 있는 광량이 작아서 디스플레이 밝기가 감소된다.

또한, 밝고 깨끗한 표시 이미지를 형성할 수 있는 도광판을 위해, 측면 에지에서의 입사광은 만족스러운 방향성으로 하부면으로부터 출사되어야만 한다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 입사광은 하부면에 수직 방향인 선(H)과 가능한 한 작게 각도(θ₃)를 형성하는 방향에서 만족스러운 방향성으로 출사되어야 한다(A). 반사형 액정 디스플레이에 있어서, 깨끗한 표시 이미지는 일반적으로 약 5 내지 15 도의 평균 확산 각도를 갖는 거친면을 갖는 반사층을 사용함으로써 얻어진다. 따라서, 큰 각도로 반사층과 부딪히는 광량은 크며(도 9의 B와 도 10의 α₁과 같이), 시인성이 양호한 방향의 범위에 있는 광량은 작아서 밝은 디스플레이를 얻는 것을 어렵게 한다. 더욱이, 종래의 액정 디스플레이가 전방 방향에서 매우 이격된 방향에서 시인될 때, 디스플레이 전도가 발생되기 쉬우며 강화된 채색과 같은 문제점이 전계 복굴절형 디스플레이에서 발생하기 쉽다.

콘트라스트를 개선시키기 위해, 표시 이미지를 형성하는 상부면에서의 누출광 "a"의 하부면에서의 출사광(A)상의 중첩이 특히 도 4에 도시된 바와 같이 가시 각도 영역에서 최소화되는 구성을 갖는 것이 도광판에 요구된다. 반사형 액정 디스플레이에서 출사광의 양에 대한 누출광의 양의 비는 일반적으로 1:5 내지 1:20이며, 표시 이미지상의 누출광의 중첩은 콘트라스트에 상당한 영향을 미친다.

표시 이미지의 교란을 방지하기 위해, 상부면에서 하부면으로 통과하는 광의 분산과 하부면에서 상부면으로 통과하는 광의 분산이 최소화되는 구성을 갖는 것이 도광판에 요구된다. 반사형 액정 디스플레이에서 프론트 라이트는 어둠속에서 시인될 수 있는 보조 광원이며, 반사형 액정 디스플레이는 전력 소비를 감소시키기 위해 실내광 또는 자연광과 같은 외부광으로 기본적으로 보여야 된다. 따라서, 외부광의 유입이 비발광 상태에서 도광판에 의해 금지되면, 디스플레이는 어둡게 된다. 도광판이 분산을 일으키면, 그 결과로 희어지는 표면으로 인해 콘트라스트가 감소되고 광 혼합으로 인해 표시 이미지가 교란된다.

추가로, 디스플레이의 질을 개선시키는 관점에서, 물결무늬가 없는 깨끗한 디스플레이가 요망된다. 일반적으로 액정 디스플레이는 100 내지 300㎛의 픽셀 피치를 가지기 때문에, 투과광에 대한 도광판의 영향을 최소화함으로써 약 100㎛의 피치를 갖는 정보 이미지가 명확하게 시인될 수 있는 것이 요망된다. 즉, 픽셀과의 간섭에 의해 야기된 물결의 발생을 억제함으로써 만족할만한 디스플레이 질을 얻을 수 있다.

본 발명의 도광판에 있어서, 입사측 에지로부터의 입사광은 판의 상부면상에 형성된 광출사 수단에 의해 편향되므로 하부면을 통해 출사된다. 더욱이, 도광판의 하부면으로부터의 입사광은 도광판의 하부면 또는 상부면상에 형성된 반사 방지층으로 인해 도광판의 상부면을 통과한다. 도광판의 실시예는 도 1 및 도 2a 내지 2d에 도시된다. 참조번호 1은 도광판을 지시하고 참조번호 11, 16 및 17은 광출사 수단이 그 위에 형성된 상부면을 지시한다. 참조번호 12는 광출사 측면으로서 작용하는 하부면을, 13은 입사측 에지를, 14는 교차측 에지를, 15는 입사측 에지에 대향하는 에지를 지시한다. 더욱이, 2d는 각각의 상부면(11,16,17)상에 형성된 반사 방지층을 지시하며, 2는 하부면(12)상에 형성된 반사 방지층을 지시한다.

입사측 에지로부터의 입사광이 상부면상에 형성된 광출사 수단에 의해 편향되어 상술된 바와 같이 그 하부면을 통해 출사되는 본 발명의 도광판은, 일반적으로 상부면, 상부면에 대향하는 하부면 및 상부면을 하부면에 연결시키고 입사측 에지를 포함하는 측면 에지를 갖는 판상 재료를 구비한다. 판상 재료가 동등한 두께를 가지더라도 입사측 에지(13)에 대향하는 에지의 두께가 입사측 에지(13)의 두께보다 작고, 특히 도면에 도시된 바와 같이 입사측 에지(13)의 두께의 50%보다 크지 않는 형태를 갖는 것이 바람직하다.

대향 에지의 감소된 두께로 인해, 도 3 및 도 4의 중공 화살표에 의해 도시된 바와 같이 입사측 에지상의 광 입사는 대향 에지에 도달하기 전에 상부면상에 형성된 광출사 수단상에 효과적으로 부딪힌다. 따라서, 광출사 수단상에 고착된 광은 반사 등을 통해 하부면으로부터 출사됨으로써 입사광이 목표면에 효과적으로 공급될 수 있다. 테이퍼 형태는 도광판의 무게를 감소시킨다는 다른 장점을 갖는다. 예를 들면, 상부면이 도 2a와 같이 평평한 도광판의 경우에 그 무게는 동등한 두께를 갖는 도광판의 무게의 약 75%가 될 수 있다.

도광판은 상술된 출사 특성을 보일 만큼 길게 특별히 제한되지 않는다. 판상 재료의 상부면상에 배치될 광출사 수단은 그러한 특성을 보이는 적절한 구성을 갖는다. 그러나, 주름형 프리즘 구조를 구비하는 광출사 수단은 주로 우수한 수직 방향성을 갖는 출사광이 하부면에서 얻어진다는 관점에서 바람직하다.

주름형 프리즘 구조는 모든 면이 동일 폭을 갖는 다른 리지 및 홈으로 구성될 수도 있다. 그러나, 광의 효과적인 사용 측면에서, 상기 구조는 좁은 면과 넓은 면을 갖는 다른 리지 및 홈으로 구성되는 것이 바람직하다. 그러한 주름형 프리즘 구조는 도 3a 및 도 3b에 도시되며, 여기에서 2a는 리지부(ridge part)를 지시하고, 2b는 홈부를, 21 및 23은 좁은 면을, 그리고 22 및 24는 넓은 면을 지시한다. 구조의 일부가 리지부 또는 홈부인가의 여부는 좁은 면이 넓은 면과 만나는 각각의 교점을 통해 그려진 선을 기초로 판단된다. 즉, 좁은 면이 넓은 면과 만나는 교점(꼭지점)이 선 상부 또는 하부에 있을 때, 대응부는 리지부 또는 홈부로서 각각 취해진다.

예를 들면, 도 3에 도시된 주름형 프리즘 구조의 경우에, 리지부(2a 또는 2b)로부터 서로 만나는 좁은 면과 넓은 면(면 21과 22 또는 면 23과 24)의 각각의 교점을 통해 연장하는 이점쇄선은 베이스로서 사용된다. 좁은 면이 넓은 면과 만나는 교점(꼭지점)이 선(20) 상부 또는 하부에 있을 때, 대응부는 각각 리지부 또는 홈부로서 취해진다.

주로 하부면으로부터의 출사광에 의해 형성된 표시 이미지상에 상부면에서의 누출광의 중첩에 의해 야기된 콘트라스트의 감소를 방지하는 관점에서 바람직한 도광판은 도 4에 도시된다. 이 도광판에 있어서, 입사측 에지(13)로부터의 입사광(중공 화살표)은 대부분 하부면(12)을 통해 출사되고 상부면을 통해 부분적으로 누출된다. 하부면(12)으로부터의 누출광이 최대 강도(A)를 갖는 방향(θ₃)은 하부측 기준면에 대한 법선(H)과 30도 이하의 각도를 형성하고, 법선(H)과 30도 이하의 각도를 각각 형성하는 방향의 범위내에서 상부면으로부터의 누출광의 최대 강도는 하부면상의 최대 강도(A)의 1/5보다 크지 않다.

그 방향 범위내의 상부면으로부터의 누출광은 최대 강도(A)를 갖는 하부면으로부터의 출사광인 반사층에 의해 반사되는 반사광상에 중첩되기 쉽다. (상부면 누출광의 최대 강도) 대 (하부면 출사광의 최대 강도)가 너무 크면, 상대적인 표시 이미지의 크기가 감소되기 쉬우므로 콘트라스트가 감소되기 쉽다.

디스플레이의 질, 즉 밝기 및 콘트라스트가 향상된 반사형 액정 디스플레이를 얻는 관점에서 보다 바람직한 도광판은 한 기준면으로서의 입사측 에지(13)와 다른 기준면으로서의 하부면에 수직인 평면내에서(즉, 도면에 도시된 단면의 평면내에서), 도 4에 도시된 바와 같이 θ₃가 30도 이하이고, 바람직하게는 25도 이하이며, 가장 바람직하게는 20도 이하인 것이다.

상술된 보다 바람직한 도광판은 다음의 특성을 갖는다. 입사측 에지(13)가 법선(H)을 기초로 네가티브측에 있다는 가정하에, 최대 크기(A)용 방향으로서 법선(H)과 동일 각도를 형성하는 방향에서 측정된 상부면으로부터의 누출광 "a"의 강도가 최대 강도(A)의 1/10 이하이고, 바람직하게는 1/15 이하이며, 보다 바람직하게는 1/20 이하이다. 누출광 "a"가 최대 강도(A)를 갖는 광의 규칙적인 반사광상에 중첩되므로, 너무 큰 비(a/A)의 값은 표시 이미지의 상대 강도를 감소시켜 콘트라스트를 감소시킨다.

주로 최대 강도, 최대 강도/누출광의 강도의 비를 위한 방향과 관련한 필요 특성을 얻기 위한 관점에서 바람직한 광출사 수단은 도 3a 및 도 3b에 도시된다. 도광판은 기준면으로서 하부면(12)에 대해 30 내지 45도의 경사각을 각각 갖는 좁은 면들(θ₁)과 0도를 제외한 0 내지 10도의 경사각을 각각 갖는 넓은 면들(θ₂)을 갖는 리지들 및 홈들(2a 또는 2b)을 구비하는 주름형 프리즘 구조를 갖는다.

입사측 에지(13)에서 대향 에지(15)로 경사진 좁은 면(21 및 23)은 그 위에 부딪히는 입사측 에지로부터의 입사광의 일부를 반사하도록 작용하므로 하부면(광출사면)으로 반사광을 공급한다. 이 경우에 있어서, 30 내지 45도의 경사각(θ₁)을 갖도록 좁은 면을 조절함으로써 전송광이 도 3a 및 도 3b의 다각형 화살표에 의해 도시된 바와 같이 하부면에 거의 수직으로 반사될 수 있다. 결과적으로, 하부측에 대한 법선(H)과 30도 이하의 각도를 형성하는 방향(θ₃)에서 최대 강도(A)를 갖는 하부면 출사광이 도 4에 도시된 바와 같이 효과적으로 얻어진다.

누출광을 감소시키고 누출광이 시인성을 방해하는 것을 억제하는 바와 같이 상술된 실행의 필요 관점에서, 좁은 면의 경사각(θ₁)은 32 내지 43도인 것이 바람직하고, 35 내지 42도인 것이 보다 바람직하다. 좁은 면의 경사각(θ₁)이 30도보다 작으면, 하부면 출사광은 법선과 큰 각도를 형성하는 방향에서 최대 강도를 가지며 이것은 싱인성이 양호한 광량을 감소시켜 밝기를 감소시키게 된다. 경사각(θ₁)이 45도를 초과하면, 상부면으로부터의 누출광량이 증가하게 된다.

한편, 넓은 면은 그위에 입사하는 전송광을 반사하고 반사광을 좁은 면으로 공급할 뿐만 아니라 반사형 액정 디스플레이에서 액정 셀로부터의 표시 이미지를 통과시키도록 작용한다. 이러한 관점에서, 넓은 면의 경사각(θ₂)은 하부측 기준면(12)에 대해 0도를 제외한 0 내지 10도가 바람직하다.

그러한 넓은 면의 경사로 인해, 경사각(θ₂)보다 큰 각도로 넓은 면(22 및 24)상에 입사하는 전송광은 도 3의 다각형 화살표로 도시된 바와 같이 넓은 면에 의해 반사된다. 이 경우에 있어서, 전송광은 넓은 면의 경사각에 따라 하부면(12)에 평행한 방향에 가까운 방향에서 반사되고, 반사광은 차례로 입사광을 반사하는 좁은 면(21 및 23)상에 부딪힌다. 따라서, 반사광은 하부면(12)을 통해 출사된다. 이 출사광은 평행 정렬로 인해 만족스러운 방향성을 갖는다.

결과적으로, 좁은 면상에 직접 부딪히는 전송광에 더불어, 넓은 면상에 먼저 부딪힌 다음 넓은 면에 의해 반사를 통해 좁은 면상에 부딪히는 전송광도 좁은 면에 의해 반사를 통해 하부면으로 공급된다. 또한, 효율적인 광 이용이 향상될 수 있다. 추가로, 넓은 면에 의해 반사되어 좁은 면상에 부딪히는 광은 일정한 입사각을 가질 수 있으므로, 반사각의 변동을 감소시키는 것이 달성된다. 즉, 출사광이 평행하게 정렬될 수 있다.

따라서, 좁은 면의 경사각과 넓은 면의 경사각을 조절함으로써, 출사광이 방향성을 갖게 할 수 있다. 결과적으로, 광은 하부면에 수직하게 또는 거의 수직인 방향으로 출사될 수 있다.

넓은 면의 경사각(θ₂)이 0도이면, 전송광을 평행하게 정렬시키는 효과가 작게 된다. 경사각(θ₂)이 10도를 초과하면, 넓은 면상으로의 입사 비율이 감소되고 대향 에지에 인접한 영역으로 공급되는 광이 불충분하게 된다. 결과적으로 발광이 고르지 않게 된다. 추가로, 그러한 큰 경사각의 넓은 면은 도광판의 단면 형상에 제한을 부과한다. 즉, 두께 감소는 입사측면에 대향하는 측면에서는 어렵다. 결과적으로, 주름형 프리즘 구조상에서의 입사광의 양은 감소하게 되고 발광 효율도 감소하게 된다. 전송광의 평행 정렬에 의한 출사광에 대한 방향성 부여, 누출광의 감소 등과 같이 상술된 수행의 필요 관점에서, 넓은 면의 경사각(θ₂)은 8도 이하인 것이 바람직하고 5도 이하인 것이 보다 바람직하다.

도광판의 넓은 면을 통한 표시 이미지의 만족스러운 시인성을 달성하는 관점에서, 넓은 면은 도광판의 모든 넓은 면들 사이의 경사각(θ₂)의 최대 차이가 5도내, 바람직하게는 4도내, 보다 바람직하게는 3도내이고, 어떠한 인접한 넓은 면들 사이의 경사각(θ₂)의 차가 1도내, 바람직하게는 0.3도내, 보다 바람직하게는 0.1도내인 것을 만족시키는 것이 바람직하다.

결과적으로, 경사각(θ₂)의 차이 등으로 인해 표시 이미지가 시인되는 넓은 면의 표시 이미지에 대한 영향이 감소될 수 있다. 넓은 면을 통과하는 광이 부품에서 부품으로 현저하게 다른 방향으로 편향되면, 표시 이미지는 자연스럽지 못하게 된다. 특히, 투과 이미지의 편향각이 서로 인접하게 배치된 픽셀에 가까운 영역에서 현저하게 다르면, 현저하게 부자연스런 표시 이미지가 관측된다.

경사각(θ₂)의 차이에 대한 상기 설명은 각각의 넓은 면의 경사각(θ₂)이 전술된 0도를 제외한 0 내지 10도의 범위내에 있다는 가정하에 이루어졌다. 즉, 상기 가정은 넓은 면이 작은 경사각(θ₂)을 갖도록 조절되어 통과시 굴절에 의한 표시 이미지의 반사가 허용 범위내의 각도로 감소된다는 것이다. 이것은 방향이 수직 방향에 인접한 액정 디스플레이의 경우에 최적 시인 방향을 변화시키지 않는 것으로 간주된다.

표시 이미지가 편향되면, 최적 시인 방향은 수직 방향에 가까운 범위 외측의 방향으로 변동된다. 표시 이미지가 현저하게 편향되면, 편향된 광의 방향은 도광판의 상부면에서 출사된 누출광의 방향에 가까워진다. 이것은 종종 콘트라스트 등에 치명적이다. 넓은 면의 경사각(θ₂)이 0도를 제외한 0 내지 10도의 값으로 조절되는 이유는 투과광의 분산에 대한 넓은 면의 영향이 무시해도 좋은 레벨로 감소되는 것을 포함한다.

밝은 표시 이미지를 얻기 위한 관점에서, 광출사 수단은 외부 광 입사의 효율이 우수하고 액정 셀상에 표시 이미지의 투과율이 우수하거나 표시 이미지의 출사 효율이 우수한 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 광출사 수단은 하부측 기준면상에 넓은 면의 돌출 면적이 좁은 면의 돌출 면적의 적어도 5배, 바람직하게는 적어도 10배, 보다 바람직하게는 15배인 주름형 프리즘 구조가 바람직하다. 결과적으로, 액정 셀상의 대부분의 표시 이미지는 넒은 면을 통해 투과될 수 있다.

액정 디스플레이상에 표시 이미지가 투과될 때, 좁은 면상에 부딪힌 표시 이미지의 일부는 입사측 에지를 향해 반사되고 상부면을 통해 출사되지 않는다. 그 나머지 부분은 넒은 면을 통한 표시 이미지의 출사 방향과 현저하게 다른 방향으로 편향되어 출사되고 하부면에 대한 법선에 기초한 출사 방향에 반대인 측면상에 존재하게 된다. 또한, 그렇게 편향 출사된 광은 넒은 면을 통과한 표시 이미지에 어떠한 영향도 주지 않게 된다. 이러한 관점에서, 좁은 면은 액정 셀의 픽셀위에 존재하는 것이 바람직하다. 극단적인 경우에 있어서, 좁은 면이 모든 픽셀위에 놓이면, 표시 이미지가 수직 방향에 인접한 방향에서 넓은 면을 통해 거의 시인될 수 없다.

또한, 디스플레이 광의 불충분한 투과로 인한 부자연스런 디스플레이를 방지하기 위한 관점에서, 좁은 면이 픽셀과 오버랩되는 영역을 감소시켜 넓은 면을 통해 충분한 광 투과를 보장하는 것이 바람직하다. 액정 셀의 픽셀 피치가 일반적으로 100 내지 300㎛라는 관점에서 그리고 주름형 프리즘 구조의 형성이 쉽다는 상술된 관점에서, 각각의 좁은 면이 40㎛ 이하, 바람직하게는 1 내지 20㎛, 보다 바람직하게는 3 내지 15㎛의 하부측 기준면상에 돌출 폭을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 돌출 폭이 작을 수록 좁은 면을 형성하는데 필요한 기술의 레벨이 높아진다는 것을 알아야 한다. 주름형 프리즘 구조의 리지부가 주어진 값 이상의 곡률반경을 갖는다면, 분산 효과가 생기고 이것은 표시 이미지의 교란 등을 발생시킨다. 더욱이, 일반적으로 형광등이 20㎛의 간섭 길이를 갖는다는 관점에서, 좁은 면의 너무 작은 돌출 폭은 굴절 등을 일으켜 디스플레이의 질을 손상시킨다.

이러한 점에서 상기 좁은 면은 큰 간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 그러나, 상술된 바와 같이 한쪽의 좁은 면은 측면 에지로부터 입사광을 실질적으로 출사시키는 기능을 하기 때문에, 그 사이의 간격이 너무 크면 희박하게 발광하여 부자연스러운 디스플레이를 발생시킨다. 이러한 관점에서, 도 3에 도시된 바와 같이 주름형 프리즘 구조에서 리지(2a)와 홈(2b)의 피치(P)는 50㎛ 내지 1.5㎜가 바람직하다. 상기 피치는 주름형 프리즘 구조 전체에 걸쳐서 일정하다. 또한, 리지(2a) 및 홈(2b)은 예를 들어, 임의의 피치 또는 주어진 수의 피치의 임의의 또는 균일한 조합과 같이 불균일한 피치로 배열된다.

광출사 수단이 주름형 프리즘 구조를 구비할 때, 프리즘 구조가 액정 셀의 픽셀과 간섭하여 주름 무늬를 발생시키는 경우가 있다. 주름 발생은 리지 및 홈의 피치를 조절함으로써 방지될 수 있지만, 상술된 바와 같이 그 피치를 위해 바람직한 범위가 있다. 따라서, 문제는 그 피치 범위에서 발생하는 물결 무늬를 제거하는 것이다.

본 발명에 있어서, 주름형 프리즘 구조의 리지 및 홈이 입사측 기준면에 대해 경사 상태로 배열되어 이 경사 배열의 방향이 픽셀 배열의 방향과 교차되는 물결 무늬 방지용 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 경사각이 너무 크면, 좁은 면상의 광 입사는 원하지 않는 방향으로 반사되어 출사광이 현저하게 편향된다. 결과적으로, 발광의 강도는 도광판의 광 전송 방향에 따라 현저하게 변화하며 광 이용의 효율이 감소된다. 이것은 디스플레이의 질을 감소시키게 된다.

상기 관점에서, 입사측 기준면에 대해 프리즘 리지 및 홈의 배열 방향, 즉 프리즘 리지 및 홈의 리지선의 경사각은 바람직하게는 ±35도, 보다 바람직하게는 ±30도, 가장 바람직하게는 ±25도 이내이다. 상기 심볼 ±은 경사각이 입사측 에지의 평면을 기초로 한다는 것을 의미한다. 물결 무늬 발생이 무시될 정도인 경우에, 프리즘 리지 및 홈은 입사측 에지에 가능하면 평행한 방향으로 배열되는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 도광판은 적절한 형태를 갖는 것이 좋다. 웨지형 또는 유사한 도광판이 제조되는 경우에 있어서, 그 형태는 적절하게 결정될 수 있다. 그 상부면은 예를 들어 도 2a에 도시된 평면(11) 또는 도 2b 및 도 2c에 도시된 곡면과 같이 적절한 형태를 가질 수 있다.

광출사 수단을 구성하는 주름형 프리즘 구조와 관련하여, 리지 및 홈은 도 3a 및 도 3b에 도시된 면(21,22,23,24)과 같은 평면으로 형성될 필요는 없고, 굴곡면, 곡면 등을 포함하는 적절한 형상을 가져도 좋다. 주름형 프리즘 구조는 피치 뿐만 아니라 형상 등도 변화하는 리지 및 홈의 조합을 구비한다. 더욱이, 주름형 프리즘 구조는 연속적인 리지선을 갖기 위해 각가의 리지 또는 홈이 구조의 폭 전체에 걸쳐서 연속적으로 연장하는 것이거나 리지 또는 홈이 주어진 간격으로 리지선의 방향에서 비연속적으로 배열되는 것이어도 좋다.

도면에 도시된 실시예에서와 같이, 도광판(1)의 상부면(11,16 또는 17) 또는 하부면(12)은 반사 방지층(2d 또는 2)을 갖는다. 바람직하게는, 상기 도광판은 반사 방지층 또는 평면 등을 갖는다. 이것은 도광판의 하부면에서 반사를 억제함으로써 누출광이 상부면에서 출사되는 것을 억제하여 표시 이미지상에 중첩되어 콘트라스트 등에 손상을 주는 것을 억제한다. 상기 반사 방지층은 예를 들어 투명 유전체, 플루오로폴리머 및 저농도 재료로부터의 종래의 기술에 따라 형성되는 광 다층막, 저굴절성 인덱스층 등일 수 있다.

바람직한 반사 방지층은 가시광 영역 전체에 걸쳐서 반사 방지 특성을 제공한다. 특히, 바람직한 반사 방지층은 가시광 영역의 중간에 위치하고 가시적으로 중요한 범위에 있는 550nm의 파장을 갖는 수직 입사광에 대해 1.5%이하, 바람직하게는 1.3%이하, 보다 바람직하게는 1.0% 이하의 반사율을 갖는다.

반사 방지층은 진공 적층 또는 다른 기술에 의해 도광판의 하부면상에 직접 형성될 수 있다. 또한, 반사 방지 시트 등은 예를 들어 막으로 이루어지는 투명 기판(25)을 구비하며, 상기 기판(25)의 일측상에 형성된 반사 방지층(26)은 반사 방지층(26)이 외측으로 향하게 도광판의 하부면에 반사 방지층(2)으로서 적용된다.

상술된 반사 방지층 등을 적용함으로써 반사 방지층이 형성되는 경우에 있어서, 형성된 반사 방지층은 반사 방지 등의 관점에서 그 사이에 공기층의 포함을 방지하기 위해 도광판의 하부면과 밀착 접촉하는 것이 바람직하다. 밀착 접촉을 달성하기 위하여, 압력 민감성 접착층 또는 다른 접착층과 같이 적절한 접착 수단이 사용될 수 있다.

도광판, 접착층, 및 투명 기판의 적절한 조합을 선택하여 이 부재들의 굴절 인덱스가 서로 가능한 한 근접되게 하기 위해, 바람직하게는 1.4 내지 1.65, 특히 바람직하게는 1.49 내지 1.60의 범위에서 각각의 인터페이스에서의 반사가 반사 방지 효과를 개선시키도록 억제될 수 있다. 예를 들면, 폴리(메틸메타크릴레이트)로 이루어지는 도광판, 아크릴 압력 민감성 접착층으로 이루어지는 접착층, 및 트리아세틸 셀룰로우즈로 이루어지는 투명 기판의 조합은 1.49 내지 1.5 범위에서 굴절 인덱스를 가질 수 있으며 각각의 인터페이스에서 반사를 거의 완벽하게 제거하는데 효과적이다.

도광판에 있어서, 입사측 에지는 형태에 특히 제한되지 않으며 적절한 형태가 사용될 수 있다. 일반적으로 입사측 에지가 하부면에 수직인 평면일지라도, 예를 들어, 오목 곡면과 같이 광원의 주변에 합치하는 형태를 사용할 수 있으므로, 입사 비율을 향상시킨다. 더욱이, 입사측 에지는 측면 에지 및 광원 사이에 개재된 도입부를 가져도 좋다. 이 도입부는 광원 등에 따라 적절한 형태를 가질 수 있다.

도광판은 사용될 광원의 파장 범위에서 광에 투명한 적절한 재료로 제조될 수 있다. 가시광 범위에서 광에 투명한 사용가능 재료의 예는 아크릴 수지, 폴리카 보네이트 수지 및 에폭시 수지와 유리로 표시되는 투명한 수지를 포함한다. 바람직한 도광판은 복굴절이 없거나 거의 없는 재료로 제조된다.

도광판을 형성하는데 있어서, 절단이 사용될 수 있다. 적절한 방법이 도광판을 형성하는데 사용될 수 있다. 다량 제조에 적절하다는 관점에서 바람직한 제조 방법의 예는 형태를 수지로 전사하도록 미리 결정된 형태를 줄 수 있는 몰드에 대해 열가소성 수지가 가열과 함께 가압되는 방법과, 가열 수단 또는 솔벤트에 의해 유체화되는 열용융 열가소성 수지 또는 수지가 미리 결정된 형태를 줄 수 있는 몰드에 채워지는 방법과, 열, 자외선, 방사선 등과 중합반응될 수 있는 액체 수지가 미리 결정된 형태를 줄 수 있는 몰드로 채워지거나 부워져 액체 수지가 중합되는 방법을 포함한다.

도광판은 단일 재료로 제조되는 동종의 단일층 구조일 필요는 없고 동일한 또는 상이한 재료로 제조되는 부품으로 조성된 적층물 등일 수 있다. 그 일예는 투과광에 적용되어 거기에 부착되는 도광판을 구비하는 도광판과 예를 들어 주름형 프리즘 구조와 같은 광출사 수단(상부면)을 갖는 시트를 포함한다.

도광판의 두께는 용도에 따라 변화되는 그 자체의 크기와 광원의 크기에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 도광판이 반사형 액정 표시장치에 사용되는 경우에, 입사측 에지에서 측정된 상기 도광판의 두께는 일반적으로 20mm에 달하며, 0.1 내지 10mm인 것이 바람직하고, 0.5 내지 8mm라면 더욱 바람직하다.

분산으로 인한 표시 이미지의 교란에 의해 시인성이 손상되는 것을 방지하여 선명한 표시 이미지를 얻기 위해서, 선택된 도광판은 90% 이상, 바람직하게는 92% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 총 광 투과율을 가지고, 30% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하의 헤이즈(haze)를 가지며, 여기서 상기 총 광 투과율은 상부면으로부터 하부면까지 또는 하부면으로부터 상부면까지에 걸쳐 통과하는 입사광, 특히, 하부면으로부터 상부면까지에 걸쳐 통과하는 수직 입사광에 대한 것이다.

본 발명에 따른 도광판에 있어서, 상부 또는 하부면으로부터의 입사광은 만족스럽게 하부 또는 상부면을 통과하고, 광원으로부터의 광은 정밀하게 평행히 정렬되어 보기 편한 수직 방향 근방으로 출사된다. 상기 도광판은 상기한 바와 같은 기능을 갖고 있기 때문에, 예로서, 광원으로부터 출사된 광이 효과적으로 이용되면서 밝기가 양호한 표면 광원 장치와, 밝고 보기 편하며 전력 소모가 적은 반사형 액정 디스플레이 등의 다양한 장치에 이용될 수 있다.

도 5에는 본 발명에 따른 도광판(1)을 가진 표면 광원 장치(3)가 도시되어 있다. 표면 광원 장치는 예로서, 도면에 도시된 바와 같이 도광판의 입사측 에지 옆에 광원(31)을 배치하여 제조될 수 있다. 상기 장치는 예로서, 측면 광원형의 광을 전방으로 출사하는데 유용하게 사용될 수 있다.

적절한 광원이 도광판의 입사측 에지 옆에 배치된 광원으로서 사용될 수 있다. 상기 광원의 적절한 예로서는 일반적으로, 음극선관(저온 또는 고온 음극선관) 등의 선형 광원과, 발광 다이오드 등의 점 광원과, 이차원적으로 또는 다른 방식으로 배열된 점광원의 선형 배열과, 발광부가 규칙적인 간격 또는 불규칙적인 간격으로 분산되어 있어서 점광원을 선형 광원으로서 작용하게 할 수 있는 장치를 사용하는 광원 등을 포함한다. 특히, 상기한 바와 같은 광원들 중에서, 저 전력 소모, 내구성 등의 관점에서 음극선관이 선택된다.

표면 광원 장치를 제조하기 위해서, 필요에 따라 적절한 보조 수단이 부가적으로 조합될 수 있다. 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 광원(31)으로부터 출사된 발산광을 도광판(1)의 입사측 에지로 도입시키기 위해서 광원(31)을 둘러싸도록 사용되는 광원 홀더(32)가 사용될 수 있다. 부가적으로, 예로서 도 6에 도시된 바와 같이, 균일한 표면광을 얻기 위해 도광판의 하부면상에 배치되는 확산층(4)이 사용될 수도 있다.

광원 홀더로서는 높은 반사율을 가진 박막 금속으로 피복된 합성수지판이나, 금속 포일 등이 일반적으로 사용된다. 광원 홀더가 접착제 등으로 도광판의 에지부에 접합되는 경우에 있어서, 도광판의 접합부는 발광 수단을 구비할 필요가 없다.

원한다면, 밝기의 비균일화를 제거하고, 인접한 광선간의 혼합을 최소화하여 물결무늬 등의 발생을 최소화하기 위하여 표면 광원 장치의 발광면, 즉, 도광판(1)의 하부면(12)상에 확산층이 미리 배치된다. 본 발명에 있어서, 도광판으로부터 출사된 광의 지향성을 유지하고 효율적으로 광을 이용하기 위해 좁은 확산 범위를 갖는 확산층이 선택된다.

확산층은 특별한 제한사항 없이 적절한 방법들로 형성될 수 있다. 확산층 형성 방법의 예로서는 높은 굴절율을 가진 투명 입자를 낮은 굴절율을 가진 투과성 수지에 분산시키고, 상기 분산물들을 도포하여 경화시키는 방법과, 내부에 확산된 기포를 함유하는 투명 수지를 도포하여 경화시키는 방법과, 표면에 크레이즈(craze)가 발생하도록 용매로 기판면을 팽창시키는 방법과, 불규칙한 조면을 가진 투명 수지층을 형성하는 방법과, 이러한 방법들 중 어떠한 방법으로 형성된 확산판을 사용하는 방법이 있다. 불규칙한 조면은 적절한 기계적 및/또는 화학적 방법으로 형성될 수 있다. 기계적 방법에 있어서, 베이스 또는 베이스상에 형성된 투명 수지 피복층이 표면 조면화 롤(roll), 몰드(mold) 등으로 가공되어 그위에 조면을 형성한다.

상술한 투명 입자는 평균 입경이 예로서 0.5 내지 100㎛인 적절한 투명 입자가 사용될 수 있다. 상기 투명 입자의 예로서는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 틴 옥사이드, 인듐 옥사이드, 카드뮴 옥사이드, 안티모니 옥사이드 등의 선택적 전기전도성 무기계 입자와, 가교결합된 또는 가교결합되지 않은 유기 폴리머 입자를 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 광원 장치는 광 이용의 효율성이 뛰어나며, 밝고, 거의 수직방향으로 광을 출사하며, 넓은 면적을 갖도록 용이하게 제조될 수 있다. 따라서, 상기 표면 광원 장치는 다양한 장치에 유용하게 적용될 수 있다. 예로서, 상기 장치는 반사형 액정 표시장치 등의 프론트 라이트 시스템으로서 사용될 수 있다. 제조된 반사형 액정 디스플레이는 밝고, 보기가 쉬우며, 전력 소모가 감소된다.
도 6 및 도 7에는 전면 광 시스템으로서 본 발명에 따른 표면 광원 장치가 사용되는 반사형 액정 디스플레이를 도시하고 있다. 참조부호 5 및 51은 편광판이고, 6은 액정 셀, 61 및 63은 셀 기판, 62는 액정층, 7 및 64는 반사층이다. 반사형 액정 디스플레이는 반사층(7 또는 64)을 구비한 액정 셀(6)을 표면 광원 장치의 발광측상에, 즉, 도면에 도시된 바와 같이 표면 광원 장치의 도광판의 하부측상에 배치하여 제조된다.

일반적으로, 반사형 액정 디스플레이는 액정용 셔터로서 기능하는 투명 전극을 갖는 액정 셀을 부속 구동 장치 및 편광판, 프론트 라이트, 반사층과 같은 필수구성 부품과 보상용 위상차판과 같은 광 부품을 함께 조립시킴으로써 적절하게 제조된다. 본 발명에서는 상술된 표면 광원 장치가 사용된다는 점을 제외하고 특별한 제한은 없으며, 반사형 액정 디스플레이는 도면에 도시된 것과 같은 종래 방법으로 제조될 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 투명 전극은 도시되지 않는다.

또한, 사용될 액정 셀은 특별히 제한되지 않고 적절한 것이 사용될 수 있다. 그 일예는 배향된 액정 분자의 배열에 의한 분류에 따라 TN 액정 셀, STN 액정 셀, 수직 배향 셀, HAN 셀, 및 OCB 셀과 같은 꼬인 또는 꼬이지 않은 액정 셀을 포함하며, 또한 게스트-호스트형 액정 셀 및 강유전성 액정 셀을 포함한다. 액정 셀을 구동하는 모드는 특별히 제한되지 않으며 액티브 매트릭스 또는 패시브 매트릭스와 같이 적절한 것이 사용되어도 좋다.

반사형 액정 디스플레이에 있어서, 반사층(7 또는 64)은 반드시 필요하다. 반사층은 도 6에 도시된 실시예에서처럼 액정 셀(6) 외측에 또는 도 7에 도시된 실시예에서처럼 액정 셀(6) 내측에 배치되어도 좋다. 반사층은 적절한 종래의 방법으로 형성된 것이 가능하다. 그 예는 예를 들어 알루미늄, 은, 금, 구리 또는 크롬과 같이 고 반사율을 갖는 금속 입자를 함유하는 바인더 수지를 구비하는 코팅층과, 증착 등에 의해 형성된 금속 박막 증착층과, 기재상에 지지되는 증착층 또는 코팅층을 구비하는 반사 시트 및 금속 포일을 포함한다.

반사층(64)이 도 7에 도시된 바와 같이 액정 셀(6)내에 형성된 경우에 있어서, 이 반사층은 예를 들어 높은 굴절율을 갖는 전술된 금속 중 어떠한 금속과 같이 고 전도성 재료가 전극 패턴을 형성하는데 사용되는 방법, 또는 투명 전극 패턴이 예를 들어 전극과 동일한 재료로 제조된 투명 전도성 막으로 코팅되는 방법으로 형성된 것이 바람직하다.

편광판으로서는 적절한 것이 사용될 수 있다. 그러나, 예를 들어 고도의 직선 편광을 액정 셀상에 부딪히게 하여 만족스런 콘트라스트를 갖는 표시 이미지를 얻는다는 관점에서, 요오드 또는 염료를 함유하는 직선 편광용 흡착식 편광기와 같은 큰 각도의 편광을 갖는 편광판을 사용하는 것이 바람직하다.

반사형 액정 디스플레이를 제조하는데 있어서, 하나 이상의 적절한 광 소자가 적절하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 확산판, 무광층(anti-glare layer), 반사 방지층 또는 보호층이 시인 측면에서 편광판위에 배치되어도 좋다. 더욱이, 보상용 위상차판이 액정 셀과 편광판 사이에 개재되어도 좋다.

보상용 위상차판은 예를 들어 복굴절에 따라 파장 등을 보상함으로써 시인성을 향상시킨다. 본 발명에 있어서, 이 위상차판은 필요에 따라, 예를 들어 시인 측면 및 후방 측면상에 개별적으로 배치된 편광판 중 적어도 하나와 액정 셀 사이에 배치된다. 상기 보상용 위상차판으로서는 파장 영역 등에 따라 적절한 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 단일 위상차판으로 이루어지거나 두개 이상 적층된 위상차판을 조합한 위상차판이 사용되어도 좋다.

본 발명에 따른 반사형 액정 디스플레이는 표면 광원 장치를 통해, 특히 그 도광판의 넓은 면을 통과하는 광에 의해 시인된다. 도 8은 액정 셀내에 반사층(64)을 갖는 액정 디스플레이의 경우에 표시 이미지의 시인 상태를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 표면 광원 장치가 놓이면, 도광판의 하부면으로부터 출사된 광(α)이 반사 방지층(2), 편광판(5) 및 액정층(62)을 포함하는 하부층들을 통과하여 반사층(64)에 의해 반사되어 액정층, 편광판 등을 통해 도광판(1)으로 돌아가서 넓은 면(22)을 통과한다. 그래서 투과광이 표시 이미지(α)로서 시인된다.

상기 경우에 있어서, 강한 누출광(β₁)이 액정 셀에 수직인 전방 방향과 현저하게 큰 각도를 형성하는 방향에서 출사되는 반면에, 전방 방향에서 출사된 누출광(β₂)은 약하게 된다. 본 발명에 따른 효과 및 반사 방지층의 기여로 인해, 우수한 질의 표시 이미지가 전방 방향 주위의 방향에서 넓은 면을 통해 시인될 수 있다.

한편, 표면 광원 장치가 오프되고 디스플레이가 외부광에 의해 시인될 때, 도광판(1)의 상부면의 넓은 면(22)상에 입사하는 광(γ)은 상술된 경우와 같이, 반사 방지층, 편광판 및 액정층을 통과하고, 반사층에 의해 반사되어 상기 층들을 통해 도광판(1)으로 돌아간다. 결과적으로, 표시 이미지(γ)가 전방 방향 주위의 방향에서 넓은 면을 통해 시인될 수 있다. 상기 표시 이미지는 도광판에 의해 거의 교란을 받지 않으므로 우수한 품질을 갖는다.

상술된 본 발명에 따른 표면 광원 장치 및 액정 디스플레이에 있어서, 도광판, 확산층, 액정 셀 및 편광판처럼 거기에 포함된 광 소자 또는 부품들은 전체 또는 일부가 함께 견고하게 결합되어 단일의 다층 구조를 형성하거나 쉽게 분리가능한 방식으로 고정될 수도 있다. 그러나, 콘트라스트를 감소시키는 계면 반사를 억제한다는 관점에서, 상기 광 소자들은 견고하게 부착 상태로 있는 것이 바람직하다. 적어도 표면 광원 장치에서 도광판의 하부면과 액정 셀의 상부면은 견고하게 부착된 상태로 있는 것이 바람직하다.

견고한 부착을 달성하기 위해, 압력 민감성 접착제와 같은 적절한 투명 접착제가 사용될 수 있다. 상술된 바와 같은 투명 입자 또는 다른 물질이 투명 접착층으로 조합되어 확산기 등으로서 기능하는 접착층을 형성한다.

하기의 실시예를 참조로 하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명되지만, 본 발명이 이들에 한정된다고 이해해서는 안된다.

<제 1 실시예>

브래스(brass)의 표면을 다이아몬드 절단 툴을 사용하여 주어진 형태대로 절단하는 예비 처리에 의해 상부면 형성에 적합한 코어를 준비한다. 상기 코어를 100 ℃까지 가열되는 몰드 내에 위치시킨다. 폴리(메틸메타크릴레이트) 용탕을 가열된 몰드에 부어 넣어서 도광판으로 사용하기에 적합한 판형물을 얻는다. 상기 판형물은 길이가 150 mm이고, 폭이 63 mm이며, 입사측 에지의 두께는 2.0 mm이고, 대향측 에지의 두께는 0.8 mm이다. 그 하부면(출사측 표면)이 평평한 반면, 그 상부면은 윗쪽으로 돌출하는 약간 곡면이고 도 2b에서 도시한 바와 같은 영역을 구비한다. 상부면은 160㎛의 피치로 교대로 배치된 리지와 홈을 포함하는 주름형 프리즘 구조이며, 좁은 면은 40.5도 내지 43.5도 범위의 입사각을 가지고, 넓은 면은 1.8도 내지 4.9도 범위의 입사각을 가지며, 임의의 두 개의 인접하는 넓은 면들 사이의 입사각의 차이는 0.1도 이내이다. 각각의 좁은 면은 하부면에 10.7㎛ 내지 21.1㎛의 돌출부를 가지며, 하부면에 대한 넓은 면의 돌출부와 하부면에 대한 좁은 면의 돌출부의 비율은 6/1 또는 그 이상이다.

따라서, 증착에 의해서 형성된 5층 유전막으로 구성되는 반사 방지층을 한쪽 측면에 가지는 두께 80㎛의 트리아세틸 셀룰로오스막으로 구성되는 반사 방지 시트는 두께 20㎛의 아크릴 압력 민감성 접착층을 통해서, 반사 방지층이 아래를 향하는 상태로, 판형물의 하부면의 절반에 접착된다. 이렇게 해서 도광판을 형성한다. 반사 방지 시트의 반사율은 550㎚의 파장의 수직 입사광에 대해서 약 0.2%이다.

2.4mm 직경의 냉음극관[해리슨 일렉트릭 컴파니(Harison Electric Co.) 제조]을 도광판의 입사측 에지에 배치한다. 증착은(vapor-deposited silver)으로 코팅한 폴리에스테르막으로 구성되는 광원 홀더로 음극관을 둘러싸고, 막의 양 단부를 각각 상부면과 하부면의 에지부와 접촉시킨다. 인버터와 DC 전원 공급 장치를 냉음극관에 연결하여 표면 광원 장치를 형성한다. 광원 홀더와 동일한 반사 시트를 후면에 가지는 흑백 반사형 TN 액정 셀을 출사측(도광판의 하부면 상)에 배치하여 반사형 액정 디스플레이를 형성한다. 표면 광원 장치의 온/오프(on/off) 상태는 DC 전원 공급 장치의 온/오프 동작에 의해 얻어질 수 있으며, 액정 디스플레이는 각각의 픽셀을 온/오프시키는 구동 모드를 채택한다.

<제 2 실시예>

도광판, 표면 광원 장치 및 반사형 액정 디스플레이를 제 1 실시예에서와 마찬가지로 형성하였지만, 실리콘 반사 방지층을 코팅에 의해 PET 막에 형성하여 얻어진 반사 방지 시트를 사용하였으며, 반사 방지 시트는 전체 하부면에 적용하였다. 반사 방지 시트의 반사율은 550㎚의 파장의 수직 입사광에 대해서 약 1.4%이다.

<제 1 비교예>

하부면에 반사 방지 시트를 갖지 않은 제 1 실시예의 표면 광원 장치 또는 액정 디스플레이의 절반을 제 1 비교예로서 평가하였다.

<제 2 비교예>

제 1 실시예에서와 마찬가지로 표면 광원 장치 및 반사형 액정 디스플레이를 형성하였지만, 길이가 155mm, 폭이 60mm, 입사측 에지의 두께가 2.0mm, 대향 에지의 두께가 1.0mm이고 상부면과 하부면이 평평한 형상을 가진 시판중인 도광판을 사용하였다. 도광판의 상부면은 무작위로 형성된 점 돌기로 서리같이 거칠고, 그 하부면은 반사 방지 시트가 아니다. 도광판의 입사측에 대향하는 에지에 가까워질수록 점의 면적이 커지도록, 점 돌기가 배열된다.

<제 3 비교예>

도광판의 하부면에 제 1 실시예와 동일한 반사 방지 시트를 적용시킴으로써 제 2 비교예와 동일한 도광판이 사용 전에 변경된 것을 제외하고는, 제 2 비교예에서와 같은 방식으로 표면 광원 장치 및 반사형 액정 디스플레이를 얻었다.

평가 시험

상기 실시예 및 비교예에서 획득된 표면 도광 장치 및 반사형 액정 디스플레이는 하기의 특성에 대해 시험되었다.

<출사 강도>

각각의 표면 광원 장치가 켜지고, 도광판의 하부면의 중심으로부터 출사되는 빛은 출사 강도의 각도 의존도에 대해 휘도계(톰슨 사에 의해 제조된 BM7)로 시험했다. 하부면과 그 하부면에 대한 법선의 양 측부상의 다양한 각도에서의 입사측 에지 모두에 수직인 평면에서 측정이 이루어졌다. 각각의 측정치는 일정한 측정 면적을 얻기 위해 측정각(θ)의 코사인으로 승산되었다. 따라서, θ에서의 출사 강도가 결정되었다. 내부에 최대 강도가 표시된 출사 방향도 결정되었다. 작업동안의 튜브 전류는 2.8mA였다.

결과적으로, 하부면상의 최대 강도 및 그 최대 강도를 도시하는 각도는 제 1 및 제 2 실시예와 제 1 비교예에서는 각각 1,100cd/㎡ 및 12°였고, 제 2 및 제 3 비교예에서는 각각 550cd/㎡ 및 약 70°였다.

<표시 품질>

라인 형태는 각각의 반사형 액정 디스플레이상에 표시되었다. 디스플레이는 상기 형태의 명도 평가를 위해 무작위로 선택된 10명에 의해 표면 광원 장치가 온(발광 상태) 또는 오프(비발광 상태)인 상태에서 관찰되었다. 최대 비율은 10 포인트였다. 획득된 결과는 표 1 및 표 2에 도시된다.

표 1 및 표 2 는 상기 실시예의 액정 디스플레이가 비교예보다 발광 상태 및 비발광 상태에서 디스플레이의 명도가 전체적으로 우수하다는 것을 나타낸다. 이것은 실시예의 디스플레이에서 백색의 블러링이 감소되는 것에 기인한다. 특히, 비발광 상태에서의 제 2 및 제 3 비교예의 액정 디스플레이는 심각한 백색의 블러링에 노출되어, 원래 검정색인 영역도 검정색으로 보이지 않으며, 정상적인 디스플레이가 획득될 수 없다. 또한 동일한 문제점이 비발광 상태에서도 발생했다. 라인 형태는 점 돌기가 없는 영역에서만 관찰되었고, 점 돌기가 있는 영역은 불규칙적인 반사로 인해 조도가 심각하게 감소되었다. 따라서, 제 2 및 제 3 비교예의 액정 디스플레이는 비정상적인 디스플레이이고, 서리같은 거칠기의 영향으로 인해 디스플레이 품질이 심각하게 감소되었다. 상기 두 비교예의 액정 디스플레이는 거의 동일한 표시 이미지를 나타냈다.

한편, 제 1 및 제 2 실시예와 제 1 비교예 사이의 비교는 반사 방지층의 형성이 발광 상태 및 비발광 상태에서 디스플레이의 명도를 향상시키는 데 효과적이라는 것을 도시한다. 제 1 실시예와 제 2 실시예 사이의 비교는 하부면의 하부 반사부가 보다 양호한 디스플레이 명도를 야기한다는 것을 도시한다. 백색의 블러링이 디스플레이 명도에 영향을 끼침이 없이 원래 검정색인 영역이 검게 보이는 점과 백색의 블러링을 차단하여 조도가 감소되지 않게 하는 것이 중요하다는 것은 상기로부터 알 수 있다. 즉, 상기 결과는 반사 방지층에 의한 백색의 블러링의 방지가 디스플레이 명도의 향상에 효과적이라는 것을 나타낸다.

상기 시험에서, 반사 방지층의 형성은 발광 상태에서 백색 구역의 광도를 약간 감소시킨다. 그러나, 이러한 광도의 감소는 백색의 블러링을 방지하는 효과에 비해 무시할만 하기 때문에 디스플레이 품질을 감소시키는 것으로서 고려되지는 않는다. 발광 상태에서의 제 1 실시예 및 제 1 비교예의 액정 디스플레이는 도광판의 입사측에 대향되는 에지 측부를 향한 전방으로부터의 관찰각을 변화시키는 상태로 관찰되었다. 결과적으로, 제 1 비교예의 액정 디스플레이에서, 뚜렷한 줄무늬 형태의 빛은 관찰각이 10°정도 경사진 방향에 이를 때 관찰되고, 줄무늬 형태는 디스플레이의 품질을 심각하게 손상시키는 관찰각의 변화로 심각하게 변화된다. 반대로, 제 1 실시예의 액정 디스플레이는 관찰각이 30°정도 경사진 방향에 이를 때까지 상기 변화를 나타내지는 않았고, 그러므로, 대단히 향상된 디스플레이 품질을 가지고 있었다. 상기 결과는 본 발명에 따른 도광판 또는 표면 광원 장치가 관찰이 용이하며 밝은 반사형 액정 디스플레이를 실현시켰다는 것을 나타낸다.

본 발명이 특정 실시예에 관해 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함이 없이 다양한 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게는 명백하다.

Claims (8)

1. 도광판의 입사측 에지로부터의 입사광을 편향시키고 상기 광을 상기 도광판의 하부면을 통해 출사시키는 광출사 수단이 상부면상에 형성되고, 상기 도광판의 하부면으로부터의 입사광을 상기 도광판의 상부면을 통해 통과시키는 반사 방지층을 하부면상에 갖는 도광판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 방지층은 상기 도광판의 하부면에 접착되는 투명막의 일측면상에 외측을 향하는 상태로 지지되는, 도광판.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판의 상기 상부면, 상기 하부면, 또는 상기 상부면 및 하부면 상에 형성된 상기 반사 방지층은 550nm의 파장을 갖는 수직 입사광에 대해 2% 이하의 반사율을 갖는, 도광판.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 하부면으로부터 출사된 광이 하나의 기준면으로서의 입사측 에지와 다른 기준면으로서의 하부면 모두에 수직한 평면내에서 최대 강도를 갖는 방향은 하부측 기준면에 대한 법선과 30도 이하의 각도를 형성하는, 도광판.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 광출사 수단은, 좁은 면들과 넓은 면들을 갖고 선택적으로 연속 또는 불연속으로 50㎛ 내지 1.5㎜의 피치로 배열된 프리즘 리지들 및 홈들을 포함하는 주름형 프리즘 구조를 가지고,

   상기 좁은 면들은 하부측 기준면에 대해 30 내지 45도의 경사각 및 40㎛ 이하의 기준면상의 돌출 폭을 각각 가지며 상기 입사측 에지에 대향하는 에지를 향해 하강경사지고, 상기 넓은 면들은 상기 하부측 기준면에 대해 0도를 제외한 0 내지 10도 범위의 경사각을 각각 가지며 모든 넓은 면들 사이의 경사각의 최대차가 5도 내에 있고 인접하는 두개의 넓은 면들 사이의 경사각의 차가 1도 내에 있도록 제공되며, 상기 하부측 기준면상의 상기 넓은 면들의 돌출 면적은 상기 좁은 면들의 돌출 면적의 5배 이상인, 도광판.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 주름형 프리즘 구조의 리지선들은 입사측 기준면에 기초하여 ±35도 내의 방향으로 배향되는, 도광판.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 도광판과 그 입사측 에지 주위에 배치된 광원을 포함하는 표면 광원 장치.
8. 제 7 항에 기재된 표면 광원 장치와, 그 하부측에 배치되며 반사층을 갖는 액정 셀을 포함하는 반사형 액정 디스플레이.

Images