KR100781383B1 - 색재현성이 향상된 도광판, 이를 이용한 조명장치 및표시장치 - Google Patents

색재현성이 향상된 도광판, 이를 이용한 조명장치 및표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부광원으로부터 도입되는 광을 도광시켜 면상의 조명광으로 출사시키기 위한 도광판, 이러한 도광판과 광원을 구비한 조명장치 및 상기 도광판으로부터의 출사광을 액정패널과 같은 투과형 표시소자에 투과하여 화상을 구현하는 표시장치에 관한 것이다. 상기 도광판은 외부 광원으로부터 조사되는 입사광 중 RGB 삼색광에 해당하는 파장의 광만을 선택적으로 회절 반사시키기 위한 각각의 회절격자 셀이 상기 도광판의 출사면 또는 이에 대향되는 면에 형성된 것을 특징으로 한다. 이러한 도광판은 투과형 표시장치의 색구현에 필요한 파장 대역의 광만을 선택적으로 제어하여 색재현성을 향상시킨다.
도광판, 회절격자, 색재현성, 조명장치, 표시장치, 백라이트 유닛, 액정표시장치

Description

색재현성이 향상된 도광판, 이를 이용한 조명장치 및 표시장치{LIGHT GUIDE PLATE WITH ENHANCED COLOR REPRODUCIBILITY, LIGHTING UNIT AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 도광판을 구비한 표시장치의 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 구비한 조명장치의 사시도.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 블레이즈드 회절격자에 의해 광의 전파과정을 도시한 모식도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클러스터 단위로 형성되는 회절격자 셀의 배치 형태를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 적용한 조명장치의 단면 구조도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회절격자의 단면 구조도.
도 8은 본 발명의 실시예에 회절격자 셀의 형상 및 배치형태에 관한 평면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
1: 표시장치 2: 조명장치
10: 광원 11: 리플렉터
20: 도광판 21: 입사면
22: 반사면 23: 출사면
24: 말단면 29: 프리즘
30: 반사시트 31: 광학필름층
40: 투과형 표시소자 Lavg: 평균도광방향
DR, DG, DG: 회절격자 셀 C: 클러스터
θP: 회절격자면에 대한 입사각
θR: 프리즘 경사면과 반사광이 이루는 각도
α: 회절격자의 프리즘 경사각
φm: 회절각 n: 굴절률
T: 격자피치 H: 격자깊이
본 발명은 외부광원으로부터 도입되는 광을 도광시켜 면상의 조명광으로 출사시키기 위한 도광판, 이러한 도광판과 광원을 구비한 조명장치 및 상기 도광판으로부터의 출사광을 액정패널과 같은 투과형 표시소자에 투과하여 화상을 구현하는 표시장치에 관한 것이다.
종래 일반적으로 액정패널과 같은 투과형 표시소자의 전면 또는 배면에 이용되는 조명장치에는 외부 광원으로부터 도입되는 광을 면상의 광으로 상기 액정패널에 균일하게 유도하기 위해 도광판이 이용되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 도광판을 구비한 표시장치의 개략 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 표시장치(1)는 광원(10)과, 이 광원(10)으로부터 도입되는 광을 도광하여 면상의 광으로 출사시키는 도광판(20)으로 이루어지는 조명장치(2)를 포함한다.
상기 도광판(20)의 배면 또는 반사면(22) 측에는 곳곳에 프리즘(29)이 형성되어 전반사과정을 통해 도광판(20) 내부를 도광하는 광을 상방향의 출사면(23) 측으로 출사하게 된다. 이와 달리, 도광판(20)의 배면(22) 측에는 도광되는 광을 출사면(23) 측으로 유도하기 위하여 상기 프리즘(29) 대신에 미세한 요철부의 산란패턴(도면 미도시)을 형성시키기도 한다. 상기 광원(10)은 도면에 표시된 냉음극관과 같은 선상의 광원 대신에 발광다이오드와 같은 점상의 광원이 이용될 수 있다. 상기 도광판(20)의 상부에는 출사광을 수직하게 집중시키기 위한 프리즘시트, 육안관찰시 도광판에 형성된 패턴 형상을 제거하기 위한 확산 시트 등의 광학필름층(도면 미도시)이 형성될 수 있다.
상기 조명장치(2)로부터 출사되는 출사광은 도광판(20)의 출사면(23) 측에 위치하는 액정패널과 같은 투과형 표시소자(40)에 의해 투과광량이 제어되어 화상을 표시하기 위한 표시광으로 전환된다. 상기 투과형 표시소자(40)는 일반적으로, 액정을 사이에 둔 두 개의 투명기판으로 구성되며 제1 투명기판에는 컬러필터와 공통전극이 적층되고, 상기 제1 투명기판과 소정의 간격을 두고 합착되는 제2 기판에는 복수개의 화소와 각 화소에 대응하여 구성되는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된 구조를 갖는다.
이러한 표시장치(1)에서는 표시소자(40)에 구비된 컬러필터(도면 미도시)로 필터링한 적색(R;red), 녹색(G;green), 청색(B;blue) 세가지 색상을 혼합하여 다양한 색을 표시하게 된다. 이렇게 구현되는 색상의 분포 및 선명도는 표시소자(40)에 도입되는 조명광의 파장분포 의존하지만, 상기 광원(10)으로부터의 광은 색구현에 필요한 RGB의 삼색광만으로 단색화되어 있지 아니하고 모든 파장대역의 광을 포함하기 때문에 표시장치(1)의 전체적인 색재현성이 떨어지는 문제가 있다. 한편, 표시소자(40)로 출사되는 조명광은 도광판(20) 및 이에 적층된 광학필름 층과 같은 재료의 광물성에도 의존하지만, 재료의 광물성은 재료의 고유한 물성치로서 재료가 결정되면 거의 변하지 않고 또한 상기한 종래의 도광판(20) 구조에서 일어나는 반사, 굴절, 산란 및 확산 등의 현상만으로는 출사광의 파장 대역과 분포를 색재현성에 적합하도록 제어할 수 없다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 투과형 표시장치의 색구현에 필요한 파장 대역의 광만을 선택적으로 제어하여 색재현성을 향상시킬 수 있는 도광판, 이를 이용한 조명장치 및 표시장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 입사광을 도광시켜 출사면을 통해 출사하는 도광판에 있어서, 상기 입사광 중 RGB 삼색광에 해당하는 파장의 광만을 선택적으로 회절 반사시키기 위한 각각의 회절격자 셀이 상기 도광판의 출사면 또는 이에 대향되는 면에 형성된 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
(2) 상기 각각의 회절격자 셀의 격자피치(T)는 RGB 삼색광 각각의 파장에 대응하여 아래의 식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
Figure 112006066599566-pat00001
T: 격자피치 m: 회절차수 n: 도광판의 굴절율 λ: 파장
θp: 입사광과 회절격자면이 이루는 각도
α: 회절격자 프리즘의 경사각
(3) 상기 각각의 회절격자 셀의 격자 피치는 RGB 삼색광 각각에 대한 1차 회절광의 진행경로가 회절격자에 의한 수직 반사광의 진행경로와 일치하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 상기 (2)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(4) 외부광원에 대향된 상기 회절격자 프리즘 경사면의 각도가 46±5° 범위인 것을 특징으로 하는 상기 (2)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(5) 상기 각각의 회절격자 셀의 깊이는 RGB 삼색광 각각의 파장의 정수배의 위상차인 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(6) 상기 회절격자 셀은 RGB 삼색광에 대응하여 하나의 클러스터를 형성하고 이러한 클러스터가 평균도광방향에 대해 수직한 방향으로 반복적으로 배치된 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(7) 상기 회절격자 셀은 도광판의 입광면에서 이에 대향하는 면으로 갈수록 면밀도가 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(8) 상기 회절격자 셀의 평면 형상은 장방형으로서 장축이 평균도광방향과 평행한 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(9) 상기 회절격자 셀의 평면 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(10) 상기 회절격자 셀의 최대 직경은 10㎛~600㎛ 의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(11) 상기 회절격자는 톱니 형상의 단면을 갖는 블레이즈드 회절격자인 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판.
(12) 상기 회절격자는 정현파 또는 복수의 계단 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (1)항 기재의 색재현성이 향상된 도광판
(13) 상기 (1)항 내지 (12)항 중 어느 한 항에 기재된 도광판과, 상기 도광판의 측부에서 빛을 공급하기 위한 점상의 또는 선상의 광원을 포함하는 조명장치.
(14) 상기 도광판의 반사면 측에 배치되는 반사시트를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 상기 (13)항 기재의 조명장치.
(15) 상기 도광판의 출사면 측에 배치되는 확산 시트 또는 프리즘 시트로부터 선택되는 하나 이상의 광제어용 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (13)항 기재의 조명장치.
(16) 상기 (13)항에 기재된 조명장치와, 상기 도광판의 출사면 측에 배치되어 출사면으로부터 출사되는 광을 투과시켜 화상을 표시하는 투과형 표시소자를 포함하여 구성되는 표시장치.
(17) 상기 투과형 표시소자는 액정디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 상기 (16)항 기재의 표시장치.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 동일 또는 유사한 부호로 나타내 보이기로 한다. 또한, 첨부된 도면에서 도광판, 조명장치 및 표시장치의 부품 또는 부분은 설명의 편의를 위해 개략적으로 도시되거나 혹은 과장하여 표현되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 구비한 조명장치의 사시도이다. 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate)와 같은 투명 수지 재질의 도광판(20)의 입사면(21)의 측방에는 광원(10)이 배치되고, 광원(10) 주위에는 누설광을 도광판(20)의 입사면(21) 쪽으로 복귀시키기 위한 리플렉터(11)가 배치된다.
상기 광원(10)은 상기 입사면(21)에 대체로 평행한 냉음극관(CCFL)과 같은 선광원이거나, 도 2 (b)와 같이 하나 이상이 상기 도광판(20) 입사면(21)의 측방에서 그 길이방향에 대해 대칭적으로 배치되는 LED와 같은 점광원일 수 있다.
선광원 형태의 광원(10)인 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 입사광은 도광판 내부에서 평균적인 도광방향 Lavg로 전파된다. 이에 대해 광원(10)이 선광원인 경우에도, 국부적으로는 광원(10)을 중심으로 방사 방향으로 전파하지만, 도광판(20) 전체에 대해서는 이 또는 입사면(21)에 수직한 평균적인 도광방향(Lavg)으로 진행하게 된다.
본 발명에서는, 상기 광원(10)으로부터 조사되어 도광판(20)의 입사면(21)과 말단면(24) 사이에서 내부 전반사과정으로 도광되는 모든 파장 대역의 광 중에서 요구되는 특정 파장의 광만을 선택하여 높은 광 이용효율로 출사면(23)을 통해 외부로 출사시키기 위해, 상기 특정 파장의 광에 대응하여 격자피치, 격자 깊이 및 면밀도 등이 각별히 제어된 회절격자 셀( DR, DG, DB)을 소정크기와 형상으로 하여 클러스터(C) 단위로 상기 도광판의 반사면(22)에 형성시키는 것을 특징으로 한다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 단면이 톱니 형상인 블레이즈드 회절격자에 의해 광의 전파과정을 도시한 모식도이다. 이를 참조하여 회절격자의 피치가 광의 이용효율에 미치는 효과, 즉 회절강의 강도가 출사광의 강도에 미치는 영향에 대해 설명한다.
특정의 파장(λ)을 갖는 광이 특정의 굴절률(n)을 갖는 매질 내로 회절격자 면(SD)에 대해 특정의 입사각(θP)으로 입사하는 경우에 있어서, 도광판(20)에 형성된 블레이즈 회절격자에 의한 회절광의 진행 경로는 아래의 식 (1)에 따른 회절격자 함수(grating equation)에 의해 결정된다.
Figure 112006066599566-pat00002
즉, 파장 λ의 광이 굴절률 n의 도광판(20)을 도광하여 회절격자면(SD)에 대해 θp의 입사각으로 입사하는 것으로 가정하면, 회절광의 회절각 φm은 격자피치 T에 의존하여 변한다. 이 경우, 상기 회절격자면(SD)은 도광판(20)의 반사면(22)과 대체로 평행하다.
한편, 입사한 광은 회절격자의 프리즘 경사면(Ss)에 의해서는 반사되는데, 이 경우 입사광이 프리즘 경사면(Ss)과 이루는 반사광의 각도(θr)는 입사광이 프리즘 경사면과 이루는 각도와 동일하므로 아래의 식 (2)로 표현될 수 있다.
Figure 112006066599566-pat00003
이 경우, α는 회절격자의 프리즘 경사면(Ss)이 상기 회절격자면(SD)과 이루는 각도를 나타낸다. m차 회절광이 회절격자의 프리즘 경사면(Ss)과 이루는 각(φp)을 상기 경사각 α와 회절각 φm으로 표시하면, 아래의 식 (3)에 나타낸 바와 같이 양자를 합한 값과 같다.
Figure 112006066599566-pat00004
여기서, 본 발명의 핵심은 특정 파장을 갖는 광에 대한 회절광의 진행방향이 회절격자의 경사면(SS)에 대한 반사광의 진행방향과 일치시키는 블레이즈드 조건(blazed condition)을 만족하도록 회절격자의 격자피치(T)를 제어함으로써 입사광의 이용효율을 극대화하는 것이다. 이를 식 (4)로 나타낸다.
Figure 112006066599566-pat00005
따라서 광원(10)에 대향된 회절격자의 프리즘 경사면(Ss)의 각도(α)와 광원(10)으로부터 입사하는 입사광의 회절격자면(Sd)에 대한 각도(θp)가 정해질 때, 상기 블레이드 회절격자에 대한 특정 파장(λ)을 갖는 광의 m차 회절광이 상기한 블레이즈드 조건을 만족시키게 되는 회절격자의 피치(T)는 아래의 식 (5)로 나타내질 수 있다.
Figure 112006066599566-pat00006
한편, 본 실시예에서와 같은 사이드라이트형 도광판(20)의 반사면(22) 또는 출사면(23) 측에 프리즘 패턴을 형성하여 광원(10)으로부터 입사하여 도광되는 빛을 반사 굴절시켜 상기 출사면(23)을 통해 출사광을 출사시키는 경우에 있어서, 출 사면(23)으로부터 출사되는 광의 각도는 상기 프리즘 경사면(Ss)의 각도(α)와 도광판(20)의 반사면(22)에 대한 광원(10)으로부터의 주된 입사 광각(θP)에 따라 결정된다.
여기서 광원(10)으로부터의 주된 입사 광각(θp)은 광원(10)과 도광판(20) 사이의 배치 형태, 도광판(20)의 두께 및 굴절률과, 광원, 반사체 등의 기구적/물리적 요소들에 의해 결정되는 값이다. 따라서 주된 입사 광각(θp) 값이 결정되면 프리즘 각도의 설계값도 간단한 기하학적 계산을 통해 얻어질 수 있다.
조명장치 및 표시장치의 시야각을 확보하기 위해서는 프리즘 패턴에 의해 반사 굴절된 광은 상기 출사면(23)으로부터 수직한 방향으로 출사되어야 하고, 이러한 측면에서 입사면(21)에 대향된 프리즘 경사면의 각도(α)는 46±5° 범위로 유지되는 것이 바람직하다.
예컨대, 반사면(22)에 대한 광원으로부터의 주된 입사 광각이 86°라면, 프리즘의 반사 및 굴절에 의한 출사광의 방향을 출사면(23)에 대해 수직하게 하기 위한 프리즘 경사면(SS)의 각도는 43°로 정해진다. 이러한 입사광각(θp)과 프리즘 경사면의 각도(α) 조건에서, RGB 삼색광 각각에 대한 1차 회절광이 블레이즈드 조건을 만족시키게 되는 각각의 회절격자 피치(T)를 아래의 표 1에 나타내었다. 이 경우 도광판(20) 매질을 PMMA로 할 때, 굴절률의 n은 1.49로 된다.
Figure 112006066599566-pat00007
상기 표 1에서, RGB 삼색광의 파장에 따라 결정되는 피치(T)를 갖는 각각의 회절격자 셀은 광원(10)으로부터 입사하는 모든 파장 대역의 광중에서 특히 RGB 삼색광에 해당하는 파장의 광에 대해서만 1차 회절광과 반사광의 진행방향을 일치시킴으로써 출사면(23)에 대해 수직한 방향으로의 광의 이용효율을 극대화하게 된다.
한편, 상기 회절격자의 깊이(H)는 회절의 위상과 관계가 있다. 즉, 회절격자에 입사되는 광의 위상차가 2π일 때가 회절효율이 가장 좋게 나타난다. 따라서 격자의 깊이(H)는 파장의 정수배가 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징에 따르면, 빛을 이용한 색구현에 필요한 세 개의 RGB 광성분 각각에 대응하여, 상술한 방식에 따라 격자의 피치(T) 및 깊이(H)가 일정하게 제어된 세 개의 회절격자 셀(DR, DG, DB)을 하나의 클러스터(C)로 하여 도광판(20)의 출사면(23) 또는 반사면(22) 측에 전체에 형성시키게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 클러스터(C) 단위로 형성되는 회절격자 셀의 배치 형태를 나타낸 평면도이다. RGB 삼색광에 대응하여 격자 피치 및 깊이가 제어된 세 개의 회절격자 셀(DR, DG, DB)은 반복적으로 배열되어 하나의 단위 클러스터(C)를 이루고, 이 단위 클러스터(C)들이 도광판(20)의 반사면 또는 출사면 전 체에 대하여 형성된다.
이러한 단위 클러스터(C)를 구성하는 세 개의 회절격자 셀(DR, DG, DB) 각각은 RGB 파장 중 하나의 광 성분에 대해서만 반응하여 블레이즈드 조건을 충족시킴으로써 당해 특정의 광 성분에 대한 광의 이용효율을 높이게 되고, 최종적으로 도광판(20)으로부터 출사되는 광은 외부 광원으로부터 조사된 모든 파장대역의 광 성분 중 RGB 광 성분을 제외한 다른 광 성분들이 필터링 된 RGB 광 성분이 혼합된 백색광의 형태로서 인식된다.
이 경우, 상기 단위 클러스터(C)는 도광판(20)의 입사면(21)과 평행한, 즉 도광판(20)의 평균도광방향(Lavg)에 수직한 방향으로는 일정한 간격을 가지고 반복적으로 배치하여 평균도광방향(Lavg)에 수직한 방향을 따라 도광판(20)으로부터 출사되는 혼합 백색광의 휘도가 균일하게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
이에 대하여, 광원(10)으로부터 멀어질수록 전반사과정을 통해 전파되는 광량이 감소하는 것을 고려할 때, 상기 회절격자 셀(DR, DG, DB) 또는 이들의 집합체인 단위 클러스터(C)는 상기 평균도광방향(Lavg)에 평행한 방향으로는 광원(10)으로부터 멀어질수록 높은 면밀도로 배치되도록 함으로써, 평균도광방향(Lavg)에 평행한 방향을 따라 혼합 백색광의 휘도를 균일하게 하는 것이 바람직하다.
도 4의 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 회절격자 셀(DR, DG, DB)의 형상은 장방형의 형태를 갖는다. 한편, 상기 각각의 회절격자 셀(DR, DG, DB)과 그 주위의 경면(鏡面) 영역이 경계를 이루는 부분(x,y) 중 상기 평균도광방향(Lavg)에 수직한 부분(x)은 평균도광방향(Lavg)으로 전파하는 광에 대해 바람직하지 않은 산란 또는 굴절을 일으킴으로써 RGB 혼합 백색광의 색순도를 떨어뜨려 표시 품질을 저해하는 원인이 될 수 있기 때문에 가능한 한 억제하여야 한다. 이러한 측면에서, 상기 장방형 회절격자 셀(DR, DG, DB) 각각의 장축이 상기 평균도광방향(Lavg)에 평행하게 배치됨으로써, 주위의 경면(鏡面) 영역과 경계를 이루는 부분으로서 상기 평균도광방향(Lavg)에 수직하게 놓이는 부분(x)을 최소한으로 하는 것이 바람직하다.
출사광의 색상 및 휘도 균일성을 제어하기 위해, 상기 회절격자 셀(DR, DG, DB)의 장축(y)의 길이는 10㎛ ~600㎛의 범위로 제한되는 것이 바람직하다. 이 경우 회절격자 셀(DR, DG, DB)의 크기는 가공이 가능한 한 작을수록 유리하지만, 크기가 지나치게 크면 RGB 혼합 백색광이 형성되기 어렵고 또한 휘도 얼룩짐이 발생될 수 있어 바람직하지 않다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 도광판(20)의 작용을 요약하면, 광원(10)로부터 출사되는 모든 파장 대역의 단색광의 혼합광이 도광판(20)의 입사면(21)을 통해 입사되면, 도광판(20)의 반사면(22)에 클러스터(C) 단위로 형성된 회절격자 셀(DR, DG, DB)에 의해 특정 파장의 광, 예컨대 컬러구현에 필요로 하는 RGB 파장의 광만을 회절 반사시킴으로써 표시장치의 색재현성을 향상시킨다. 이때, 상기 도광판(20)에서 출사되는 광은 RGB 파장이 혼합된 백색광의 형태를 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조명장치의 단면 구조도이다. 도 5에서, 도광판(20)의 구성 및 작용은 도 2에서와 동일하므로 동일 부분에 대해 동일한 부호를 부여하여 그 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에 따른 조명장치(2)는 도광판(20)의 반사면(22) 측에 반사면의 전체 표면을 덮도록 반사시트(30)를 배치하고 있는 것으로 본 발명에 따른 도광판이 갖는 작용을 그대로 유지하면서 도광판(20)의 출사면(23)으로 향하지 않았던 누설 광을 도광판(20) 쪽으로 반사하여 재차 이용함으로써 광의 이용 효율을 높이게 된다.
한편, 상기 조면장치(2)에서 도광판(20)의 출사면(23) 상측에는 확산 시트와, 프리즘 시트로부터 선택되는 하나 이상의 광학 필름층(31)을 추가적으로 형성함으로써 조명장치로부터 출사되는 조명광의 품질을 개선한다.
도광판(20)으로부터 출사되는 RGB의 혼합광은 상기 확산시트에 의해 완만하게 확산됨으로써 휘도 얼국짐이 제거된 후, 상기 프리즘 시트를 통과하면서 출사면(23)의 정면방향으로 보정된다. 프리즘 시트는 폴리카보네이트 등의 투명성 시트로 이루어지며, 다수의 평행 프리즘열이 형성된 프리즘면을 구비하고 있다. 프리즘면은 도광판(20)의 출사면(23)에 대향되어 적층되며 이러한 프리즘열은 입사면에 수직한 방향으로 출사광을 입사면(21)에 수직한 면내에서 출사면(23)의 정면방향으로 보정한다. 또한 양면에 프리즘을 형성한 소위 양면 프리즘 시트가 이용될 수 있으며, 이 경우, 외측의 프리즘면의 프리즘열은 내측의 프리즘면의 프리즘열과 거의 직교한 방향으로 형성됨으로써, 출사광을 입사면(21)에 평행인 면내에서 조명광을 정면방향으로 보정한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 사시도이다. 표시장치(3)의 구성은 조명장치(2)와 이로부터 조사되는 면광을 투과시켜 화상을 표시하는 투과형 표시소자(40)로 구성된다. 본 실시예에서 조명장치(2)의 구성은 도 5의 조명장치(2)와 동일하므로 동일부분에 대해 동일한 부호를 부여함으로써 그 상세한 설명은 생략한다. 실시예에서 상기 조명장치(2)는 표시소자(40)의 후방에서 조명광을 조사하는 소위 백라이트로서 기능한다.
상기 투과형 표시소자(40)는, 통상의 액정패널로서, 액정을 사이에 둔 두 개의 투명기판으로 구성되며 제1 투명기판에는 컬러필터와 공통전극이 적층되고, 상기 제1 투명기판과 소정의 간격을 두고 합착되는 제2 기판에는 복수개의 화소와 각 화소에 대응하여 구성되는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된 구조를 갖는다. 외부로부터 전달되는 화상 신호에 따라 액정이 그 배열구조를 달리함으로써 투과되는 광량이 조절되고, 조절된 광이 상기 칼라필터를 통과하면서 RGB의 혼색을 통해 다양한 칼라를 구현하게 된다. 이 경우, 상기 표시소자(40)에 공급되는 광은 조명장치(2)의 도광판(20)의 회절격자 셀(DR, DG, DB)에 의해 모든 파장대역의 광 중에서 RGB 파장 대역의 혼색광으로 미리 조절된 상태이기 때문에, 상기 표시소자(40)의 칼라필터에 의해 구현되는 색상 품질의 개선하게 된다.
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위가 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질 및 필수적인 특징적인 구성을 일탈함이 없이 다양한 변형예에 적용할 수 있음은 물론이다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 단면이 톱니 형상인 블레이즈드 회절격자(a) 대신에, (b)에 도시된 정현파 단면 형상의 회절격자이거나 (c)에 도시된 복수의 계단 형상의 단면을 갖는 회절격자로 구성할 수 있다. 어느 형태로 구성하더라도 회절격자의 능선은 상기한 평균도광방향에 수직하게 배열된다. 정현파의 회절 격자는 블레이즈드 회절 격자에 비해 회절 효율이 상대적으로 낮으나, 복수의 계단 형상의 단면을 갖는 회절 격자는 블레이즈드 회절 격자에 비해 회절 효율이 높다.
또한, 상술한 실시예에서 상기 회절격자 셀의 형상, 배치 형태 및 배치 순서는 예시적이며, 회절격자 셀((DR, DG, DB)의 단위 클러스터(C)가 상술한 평균도광방향과 평행하거나 이에 수직한 방향으로 배치되는데 있어서의 규칙성 내지 반복성을 충족시켜 균일한 휘도를 저해하지 않는 이상, 도 8에 도시된 바와 같이, 격자 피치를 달리하는 각각의 회절격자 셀의 배열순서를 달리하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 각각의 회절격자 셀의 형상은, 도 8에서와 같이, 원형, 타원형 또는 마름모 등의 다각형 형태로 구현하는 것도 가능하다.
따라서 본 명세서에서 상기한 실시예는 예시적인 것일 뿐 제한적인 의미를 갖지는 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 기재된 사항 및 이로부터 파악될 수 있는 모든 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면 투과형 표시장치의 색구현에 필요한 파장 대역의 광만을 선택적으로 제어하여 색재현성을 향상시킬 수 있는 도광판, 이를 이용 한 조명장치 및 표시장치를 실현할 수 있다.

Claims (17)

  1. 입사광을 도광시켜 출사면을 통해 출사하는 도광판에 있어서, 상기 입사광 중 RGB 삼색광에 해당하는 파장의 광만을 선택적으로 회절 반사시키기 위한 각각의 회절격자 셀이 상기 도광판의 출사면 또는 이에 대향되는 면에 형성된 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 각각의 회절격자 셀의 격자피치(T)는 RGB 삼색광 각각의 파장에 대응하여 아래의 식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
    Figure 112006066599566-pat00008
    T: 격자피치 m: 회절차수 n: 도광판의 굴절율 λ: 파장
    θp: 입사광과 회절격자면이 이루는 각도
    α: 회절격자 프리즘의 경사각
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 각각의 회절격자 셀의 격자 피치는 RGB 삼색광 각각에 대한 1차 회절광의 진행경로가 회절격자에 의한 수직 반사광의 진행경로와 일치하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  4. 청구항 2에 있어서, 외부광원에 대향된 상기 회절격자 프리즘 경사면의 각도가 46±5° 범위인 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 각각의 회절격자 셀의 깊이는 RGB 삼색광 각각의 파장의 정수배의 위상차인 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자 셀은 RGB 삼색광에 대응하여 하나의 클러스터를 형성하고 이러한 클러스터가 평균도광방향에 대해 수직한 방향으로 반복적으로 배치된 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자 셀은 도광판의 입광면에서 이에 대향하는 면으로 갈수록 면밀도가 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자 셀의 평면 형상은 장방형으로서 장축이 평균도광방향과 평행한 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자 셀의 평면 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자 셀의 최대 직경은 10㎛~600㎛ 의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자는 톱니 형상의 단면을 갖는 블레이즈드 회절격자인 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 회절격자는 정현파 또는 복수의 계단 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 색재현성이 향상된 도광판
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 도광판과, 상기 도광판의 측부에서 빛을 공급하기 위한 점상의 또는 선상의 광원을 포함하는 조명장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 도광판의 반사면 측에 배치되는 반사시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 도광판의 출사면 측에 배치되는 확산 시트 또는 프리즘 시트로부터 선택되는 하나 이상의 광제어용 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  16. 청구항 13에 기재된 조명장치와, 상기 도광판의 출사면 측에 배치되어 출사면으로부터 출사되는 광을 투과시켜 화상을 표시하는 투과형 표시소자를 포함하여 구성되는 표시장치.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 투과형 표시소자는 액정디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 표시장치.
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