KR20040049284A - 광학 소자, 면상 조명 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

광학 소자, 면상 조명 장치 및 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20040049284A
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미따야스야
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

광학 소자는 등방광 출사 특성을 가지는 면상 발광 소자로부터 출사되는 광을 집광한다. 광학 소자는 입사면과 복수의 돌출부를 포함한다. 입사면은 광이 광학 소자로 입사하는 것을 허용하도록 광학 소자의 일 측에 형성되며, 면상 발광 소자와 대향한다. 돌출부들은 광학 소자의 타측에 형성되며, 각 돌출부는 절두체 형상을 가진다.

Description

광학 소자, 면상 조명 장치 및 액정 표시 장치 {OPTICAL ELEMENT, PLANAR LIGHTING UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT}
본 발명은 광학 소자에 관한 것이며, 또한 각각 광학 소자를 가지는 면상 조명 장치, 면상 발광 장치 및 액정 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 정면 휘도를 향상시키는 광학 소자에 관한 것이다.
최근에, 액정 표시 장치를 PC 와 휴대정보 단말에 제공하고 있다. 액정 표시 장치는 한 쌍의 전극들을 2 개의 유리 기판들 사이에 배치하고, 그 전극들 사이에 액정을 배치하는 액정 패널을 포함한다. 전극들 사이에 전압을 인가하는 경우, 액정 패널이 액정의 배향을 변화시켜, 문자 또는 이미지를 표시한다.
그러나, 액정 자체는 광을 출사(emit)하지 않으므로, 특히 어두운 곳에서는, 표시된 문자 및 이미지를 보기가 어렵게 된다. 따라서, 통상의 액정 표시 장치에서는, 액정 패널의 이면(裏面) 에 발광 장치를 준비한다. 이 발광 장치로부터 출사된 광은 액정 패널을 통하여 사용자의 눈에 도달하여, 액정 패널상의 문자 또는 이미지를 조명한다. 따라서, 액정의 이면 또는 액정 패널의 스크린 측의 반대측에 배치되는 발광 장치를 백라이트라 한다.
도 6 을 참조하면, 백라이트 (20) 는 냉음극관 (21) 및 도광판 (22) 을 포함한다. 냉음극관 (21) 은 선형 발광 소자이다. 도광판 (22) 은 선형 발광 소자로부터 출사된 광을 확산시켜 평면 광을 형성하고, 그 평면광은 액정 패널 (27) 을 향하여 도광판 (22) 으로부터 출사한다. 액정 패널 (27) 과 백라이트 (20) 는 액정 표시 장치 (28)를 구성한다. 도광판 (22) 은 광취입면(light admission plane) (23), 출사면 (24), 반사면 (25), 및 말단 면 (26) 을 포함한다. 액정 패널 (27) 은 도광판 (22) 의 출사면 (24) 과 대향한다.
특히, 냉음극관 (21) 으로부터 출사된 광은 광취입면 (23) 을 통하여 도광관 (22) 으로 입사한다. 광은 출사 면 (24) 과 반사면 (25) 에서 전반사를 교대로 반복하면서, 광취입면 (23) 에 대향하는 말단 면 (26) 을 향하여 진행한다. 반사면 (25) 은 요철 형상을 가진다. 또한, 반사면 (25) 은 말단 면 (26) 을 향하여 광을 도광하는 도광 부분과 말단 면 (26) 을 향하여 광을 반사하는 광반사 부분을 포함한다. 따라서, 광취입면 (23) 을 통하여 도광판 (22) 으로 입사하는 광이 반사면 (25) 의 광반사 부분에 도달하는 경우, 광은 반사면 (25) 의 광반사 부분에 의해 출사면 (24) 을 향하여 반사되고, 출사면 (24) 을 통하여 도광판 (22) 으로부터 액정 패널 (27) 을 향하여 출사된다. 한편, 반사면 (25) 의 도광부분에 도달하는 광이 광취입면 (23) 에 대향하는 말단 면 (26) 을 향하여 전반사되어 도광된다. 말단 면 (26) 또는 광취입면 (23) 을 향하여 도광되는 광이 반사면 (25) 의 광반사 부분에 도달하는 경우, 광은 출사면 (24) 을 향하여 반사되고, 출사면 (24) 을 통하여 도광판 (22) 으로부터 액정 패널 (27) 을 향하여 출사한다.
액정 표시 장치 (28) 에 있어서, 많은 경우에 디스플레이는 그 정면으로부터 보여진다. 따라서, 백라이트에서는, 정면 방향의 휘도 즉, 정면 휘도가 최대인 것이 바람직하다. "정면 휘도" 는 액정 표시 장치의 스크린의 수직 방향의 휘도를 의미한다.
도광판 (22) 이 선형 발광 장치로서 기능하는 냉음극관 (21) 으로부터 출사되는 광을 평면광으로 변경시키는 경우, 및 평면광이 도광판 (22) 으로부터 출사하는 경우, 도광판 (22) 으로부터 출사하는 광은 입사각이 도광판 (22) 의 굴절율 및 공기의 굴절율에 의해 결정되는 임계각 이하인 광 모두를 포함한다. 따라서, 광은 반드시 출사면 (24) 에 수직으로 진행할 필요는 없다. 실제로, 출사면 (24) 에 실질적으로 수직으로 진행하는 광은 도광판 (22) 의 출사면 (24) 으로부터 출사하는 전체 광의 작은 부분이 된다. 발광 장치는 단지 광을 출사하는 반명에, 조명 장치는 광을 출사하여 그 광을 반사하거나 그 광을 굴절시킨다.
정면 휘도를 향상시키기 위하여, 광학 소자로서 기능하는 휘도 향상 필름을 도광판과 액정 패널 사이에 배치하는 것이 제안되어 있다.
일본 특개평 제 2002-107515 호는 프리즘 시트를 도광판에 배치한 발광 장치를 개시한다. 프리즘 시트는 일발적으로 평면상에 다수의 프리즘 부분들이 서로 평행하게 배치는 방식으로 형성된다. 상술한 종래 기술에서, 프리즘 시트는 각 프리즘 부분의 돌출 부분이 그 말단에서 평면 형상을 가지며, 실질적으로 스크린에 평행하게 되는 방식으로 형성된다. 따라서, 프리즘 시트는 사다리꼴 단면형상을 가진다. 각 프리즘 부분은 광원으로 기능하는 음극 형광 "CCFL(cold cathode fluorescent light)" 에 평행하게 배치된다.
CCFL 은 선형 광원이고, 도광판으로부터 출사하는 광은 계속해서 CCFL 에 수직하는 평면에 존재한다. 따라서, 출사광을 출사면에 실질적으로 수직하게 진행시키기 위하여, 각 프리즘 부분은 단지 CCFL 과 평행하게 형성된다.
최근에, 유기 전계발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 함) 가 점진적으로 발전되고 있고, 유기 EL 소자를 액정 표시 장치의 백라이트에 적용하는 것이 제안되고 있다. 백라이트로 사용하기 위한 유기 EL 소자는, 발광 부분 또는 유기 발광층을 평면 형상으로 연속적으로 배치하는 방식으로 형성되어 있다. 따라서, 도광판이 더 이상 필요없게 되어, 얇은 표시장치가 생성된다.
또한, 평면 발광 소자로서 기능하는 유기 EL 소자를 백라이트로 사용하는 경우, 백라이트의 정면 휘도를 향상시켜야 한다. 따라서, 선형 발광 소자 및 도광판의 사용과 유사하게 휘도 향상 필름을 사용하는 것이 제안되고 있다.
그러나, 면상의 유기 EL 소자로부터 출사된 광은, 도광판을 통하여 선형 발광 소자로부터 출사되는 광과 다른 등방광 출사 특성을 가진다. 등방광 출사 특성들은, 출사광의 휘도에 관한 것이고, 출사광 방향의 휘도가 그 방향과 광의 출사면의 법선 사이의 각도 즉, 경사 각도에만 의존하고, 그 방향의 출사면에 정사영함으로써 정의되는 성분의 방위에 의존하지 않음을 의미한다.
휘도 향상 필름이 상술한 공보 제 2002-107515 호에 사용하는 휘도 향상 필름과 유사한 형상을 가지는 경우, 프리즘의 길이 방향에 수직인 방향으로 진행하는 광은 출사면에 수직하게 굴절된다. 그러나, 프리즘의 길이 방향에 평행한 방향으로 진행하는 광은 굴절되지 않는다. 따라서, 휘도 향상 필름이 효과적으로 휘도를 향상시키지 못 한다.
도 1a 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 개략단면도.
도 1b 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 휘도 향상 필름을 나타내는 상면확대도.
도 1c 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 휘도 향상 필름을 나타내는 단면확대도.
도 2 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치를 나타내는 단면확대도.
도 3 은 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 휘도 향상 필름을 나타내는 상면확대도.
도 4 는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시형태에 다른 액정 표시 장치의 휘도 향상 필름을 나타내는 상면확대도.
도 5 는 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따른 액정 표시 장치의 휘도 향상 필름을 나타내는 상면확대도.
도 6 는 종래 기술의 액정 표시 장치를 나타내는 개략단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정 표시 장치 2 : 액정 패널
3 : 백라이트 (면상 조명 장치) 4 : 유기 전계발광 소자
5 : 휘도 향상 필름 6 : 입사면
본 발명은 등방광 출사 특성을 가지는 면상 발광 소자의 휘도를 효과적으로 향상시키는 광학 소자에 관한 것이며, 또한 각각 광학 소자를 가지는 면상 조명 장치, 면상 발광 장치 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이하의 특징을 가진다. 광학 소자는 등방광 출사 특성을 가지는 면상 발광 소자로부터 출사되는 광을 집광한다. 광학 소자는 입사면을 및 다수의 돌출부를 포함한다. 입사면은 광학 소자의 일측에 형성되어 광이 광학 소자로 입사하는 것을 허용한다. 입사면은 면상 발광 소자와 대향한다. 돌출부들은 광학 소자의 다른 측에 형성되며, 각 돌출부는 절두체 형상을 가진다.
또한, 본 발명은 또 다른 특징을 가진다. 면상 조명 장치는 면상 발광 소자 및 광학 소자를 포함한다. 면상 발광 소자는 광이 등방적으로 출사하는 출사면을 가진다. 광학 소자는 출사면에 배치되어 광을 집광한다. 광학 소자는 입사면과 다수의 돌출부를 포함한다. 입사면은 광학 소자의 일측에 형성되어, 광이 광학 소자로 입사하는 것을 허용한다. 입사면은 면상 발광 소자와 대향한다. 돌출부들은 광학 소자의 타측에 형성되며, 각각의 돌출부는 절두체 형상을 가진다.
또한, 본 발명은 또 다른 특징을 가진다. 면상 발광 장치는 면상 발광 소자 및 광학 소자를 포함한다. 면상 발광 소자는 광이 등방적으로 출사하는 출사면을 가진다. 광학 소자는 출사면에 배치되어 광을 집광한다. 광학 소자는 입사면과 다수의 돌출부를 포함한다. 입사면은 광학 소자의 일측에 형성되어 광이 광학 소자로 입사하는 것을 허용한다. 입사면은 면상 발광 소자와 대향한다. 돌출부들은 광학 소자의 타측에 형성된다. 각각의 돌출부는 절두체 형상을 가진다.
또한, 본 발명은 또 다른 특징을 가진다. 액정 표시 장치는 백라이트 및 액정 패널을 포함한다. 백라이트는 면상 발광 소자 및 광학 소자를 포함한다. 면상 발광 소자는 광을 등방적으로 출사하는 출사면을 가진다. 광학 소자는 출사면상에 배치되어 광을 집광한다. 광학 소자는 입사면과 복수의 돌출부를 가진다. 입사면은 광학 소자의 일측에 형성되어 광이 광학 소자로 입사하는 것을 허용한다. 입사면은 면상 발광 소자와 대향한다. 돌출부들은 광학 소자의 타측에 형성된다. 각 돌출부는 절두체 형상을 가진다. 광이 사용자의 눈에 도달하는 액정 패널은 돌출부 부근에 배치된다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점들은, 첨부된 도면을 참조하고 본 발명의 원리들을 예를 들어 설명하는 상세한 설명으로부터 이해할 수 있다.
특히, 신규한 것으로 여겨지는 본 발명의 특징들을 첨부된 청구항들에 의해 설명한다. 본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 도면와 함께 상기 바람직한 실시형태들의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치를 도 1a, 도 1b, 도 1c , 및 도 2 를 참조하여 설명한다. 제 1 실시형태에서, 투과형 액정 표시 장치 (1) 를 액정 표시 장치로서 구성한다.
도 1a 에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 장치 (1) 는 액정 패널 (2) 및 백라이트 (3) 를 포함한다. 액정 패널 (2) 에서는, 각각 빨강, 파랑, 및 녹색의 필터들 중 하나를 가지는 복수의 화소를 배치하여 매트릭스를 형성한다. 따라서, 액정 패널 (2) 은 문자 또는 이미지를 표시한다.
도 1a 를 참조하면, 백라이트 (3) 는 유기 전계발광 소자 (4)(이하 유기 EL 소자(4) 라 함) 및 휘도 향상 필름 (5) 을 포함한다. 유기 EL 소자 (4) 는 면상 발광 소자로서 기능하고, 휘도 향상 필름 (5) 은 광학 소자로서 기능한다.
유기 EL 소자 (4) 는 유리 기판상에 투명 전극, 유기층, 및 금속 전극을 차례로 적층하여 형성된다. 투명 전극은 ITO (Indium Tin Oxide) 로 이루어 진다.
유기 EL 소자 (4) 의 투명 전극과 금속 전극 사이에 전압을 인가하는 경우, 상기 유기층에 형성된 발광층은 광을 출사한다. 이 실시형태에서, 발광층은 발광색이 백색을 가지는 방식으로 구성된다. 발광층으로부터 출사되는 광은 유리 기판을 통하여 유기 EL 소자 (4) 밖으로 나간다.
이 실시형태에서, 유기 EL 소자 (4) 는 유기 화합물로 이루어지는 유기층과 전극들 각각이 평면 형상이 되는 방식으로 형성된다. 그 전극들 사이에 전압을 인가하는 경우, 동일한 컬러광이 발광층의 모든 점 (spot) 에서 동시에 출사된다.따라서, 이 실시형태에서는, 유기 EL 소자 (4) 가 면상 발광 소자가 된다.
휘도 향상 필름 (5) 은 투명한 수지로 이루어져 있고, 일측에는 입사면 (6) 으로 기능하는 평면을 가진다. 입사면 (6) 은 광이 휘도 향상 필름 (6) 으로 입사하는 것을 허용한다. 이 실시형태에서, 입사광과 입사면 (6) 의 법선 방향 사이의 각도는 입사 각도로서 정의된다. 휘도 향상 필름 (5) 는 타측에 대향면 (8) 을 가지며, 액정 패널 (2) 과 대향한다. 복수의 돌출부 (7) 는 대향면 (8) 으로부터 연장된다. 입사면 (6) 은 유기 EL 소자 (4) 의 유리 기판과 밀착된다. 즉, 입사면 (6) 은 면상 발광 소자와 대향하게 배치되어 있다.
대향면 (8) 으로부터 연장되는 돌출부 (7) 들은, 각각 원추 절두체 형상을 가진다. 각 돌출부 (7) 의 저면은 동일한 평면에 배치된다. 즉, 각 돌출부 (7) 의 저면은 대향면 (8) 에 배치된다. 배향면 (8) 은 입사면 (6) 과 평행하다.
도 1b 를 참조하면, 모든 돌출부 (7) 는 동일한 형상을 가지고, 임의의 하나의 돌출부 (7) 가 대향면 (8) 에서 6 개의 다른 돌출부 (7) 에 의해 둘러싸여 있는 방식으로 배치된다.
도 1c 를 참조하면, 각 돌출부 (7) 는, 대향면 (8) 에 평행하며 말단 면이 되는 상면 (9) 을 가진다. 대응하는 저면에 대한 각 돌출부 (7) 의 상면 (9) 의 면적비는 25 퍼센트(%) 이다. 저면의 외주 (circumference) 및 상면의 외주 연결하는 직선들 중에서, 가장 짧은 직선을 사선이라 한다. 대향면 (8) 에 수직하는 저면의 중심을 통과하는 직선(따라서, 입사면 (6) 에도 수직임) 을 수직선이라 한다. 이 경우, 사선과 수직선 사이의 각도는 12.5°이다.
다음으로, 액정 표시 장치 (1) 의 동작을 도 2 를 참조하여 설명한다.
유기 EL 전극 (4) 의 양극과 음극 사이에 전압을 인가하는 경우, 유기 EL 소자 (4) 는 광을 출사한다. 따라서, 백색 컬러 광이 유리 기판 (10) 으로부터 출사된다.
유기 EL 소자 (4) 의 발광층 (11) 은 평면 형상으로 형성된다. 많은 발광 점들이 연속적을 배치되어 면상 발광층 (11) 을 형성한다고 생각할 수 있다. 각 발광 점으로부터 출사된 광은 발광 점 주위의 모든 방향으로 균일하게 출사된다. 발광 점들로부터 출사되는 광의 일부는 유리 기판 (10) 을 향하여 직접 진행하는 반면에, 광의 다른 일부는 금속 전극에 의해 반사된 이후에 유리 기판 (10) 을 향하여 진행한다. 이러한 발광 점들이 평면 형상으로 연속적으로 배치되므로, 광은 유기 기판으로부터 유리 기판 (10) 에 의해 규정되는 평면내의 모든 방향으로 출사한다.
발광 점들은 이 평면 형상으로 연속적으로 배치되는 유기 EL 소자 (4) 에서, 대체적으로, 특히 그 가장자리 부분 이외의 유기 EL 소자에서, 유리 기판 (10) 의 법선과의 각도(또는 경사 각도) 를 형성하는 유기 EL 소자 (4) 의 방향의 광 휘도는,
와 같이 유기 EL 소자 (4) 의 구성 요소들의 광학 특성로부터 표현되는 경우가 많다. 여기서, I0은 유기 기판 (10) 의 법선 방향의 휘도이다. 경사 각도가 0°와 80°를 포함하여 0° 내지 80°사이의 범위를 가지는 경우, 휘도의 실제 측정값과 식 1 에 의해 발견되는 값 사이의 차이가, 식 1 에 의해 발견되는 값의 20% 내에 있다고 가정할 때, 휘도는 식 1 에 의해 근사화된다. 따라서, 유기 EL 소자 (4) 방향으로의 휘도는 경사 각도에만 의존하고, 방위에는 의존하지 않는다. 즉, 유기 EL 소자 (4) 는 등방광 출사 특성을 가진다.
또한, 유기 EL 소자 (4) 로부터 출사되는 광의 휘도가, 광이 출사하는 출사면의 법선 방향으로부터 경사진 방향에서도 비교적 높음을 식 1 로부터 알 수 있다. 즉, 유기 EL 소자 (4) 로부터 출사되는 광의 방향은 유리 기판 (10) 의 평면에 대하여 넓은 각도 범위에 걸쳐 분포한다. 출사광의 방향에서, 유리 기판 (10) 의 법선 방향으로 출사되는 광의 비율은 비교적 낮다.
전술한 휘도 향상 필름 (5) 을 유기 EL 소자 (4) 의 유리 기판 (10) 에 배치한다. 이 상태에서, 광 경로를 설명한다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 발광층 (11) 으로부터 출사된 광은 유리 기판 (10) 을 통하여 휘도 향상 필름 (5) 으로 입사한다. 이 경우, 휘도 향상 필름 (5) 의 굴절율은 공기의 굴절율보다 더 크다. 또한, 휘도 향상 필름 (5) 이 입사면 (6) 에 있어서 유리 기판 (10) 과 밀착한다. 따라서, 유기 기판 (10) 과 공기와의 계면에서 유리 기판 (10) 내에서 전반사되는 광은, 유리 기판 (10) 과 휘도 향상 필름 (5) 사이의 계면의 휘도 향상필름 (5) 으로 입사한다.
돌출부 (7) 의 상면 (9) 이 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 에 투영되는 경우, 상면 (9) 의 투영면 즉, 제 1 투영면이 정의된다. 도 2 의 화살표 A 에 의해 나타낸 바와 같이, 유기 EL 소자 (4) 로부터 제 1 투영면으로 입사하여, 입사면 (6) 에 실질적으로 수직하게 진행하는 광은, 돌출부 (7) 의 상면 (9) 을 직접 통과하여, 휘도 향상 필름 (5) 으로부터 출사한다. 이 경우, 광은 거의 굴절되지 않는다. 따라서, 유기 EL 소자 (4) 로부터 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 에 실질적으로 수직하는 방향으로 출사하는 광은, 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 에 실질적으로 수직인 방향으로 휘도 향상 필름 (5) 을 통과한다.
따라서, 원추 절두체 형상의 돌출부 (7) 의 상면 (9) 은, 유기 EL 소자로부터 출사되는 광이 제 1 돌출부에 실질적으로 수직한 방향으로 진행하고, 매우 작은 방향 변화로 상면 (9) 을 통과하는 방식으로 형성된다. 이 점에 대해서는, 원추 절두체 형상의 돌출부 (7) 는, 일본 특개평 제 2000-148032 호에 개시되어 있는 출사광 제어판에 형성되는 사각추 절두체의 형상의 돌출부와는 서로 다른 동작 및 효과를 가진다.
도 2 의 화살표 B 에 의해 나타낸 바와 같이, 유기 EL 소자의 출사면에 수직하는 방향에 대하여 소정의 각도를 가지는 유기 EL 소자로부터 제 1 출사면으로 입사하는 광은, 휘도 향상 필름 (5) 에 형성되는 돌출부 (7) 의 경사면 (12) 에 도달한다. 그 경사면 (12) 는 상면 (9) 과 원추 절두체 형상의 돌출부 (7) 의 저면 (basal plane) 을 함께 연결하는 표면이다. 이러한 광은 휘도 향상 필름 (5)의 입사면 (6) 의 수직 방향에 도달하도록, 경사면 (12) 에서 굴절된다. 즉, 입사면 (6) 에 대하여 소정의 각도를 가지는 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 으로 입사하는 광은, 휘도 향상 필름 (5) 에 형성되는 돌출부 (7) 의 경사면 (12) 에 집광되어, 입사면 (6) 의 수직 방향에 도달한다. 돌출부 (7) 가 원추 절두체 형상으로 형성되므로, 입사면내의 모든 방향의 광에 대하여 동일한 효과가 달성된다.
돌출부 (7) 의 경사면 (12) 이 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 에 투영되는 경우, 경사면 (6) 의 투영면 즉, 제 2 투영면이 정의된다. 유기 EL 소자 (4) 로부터 제 2 투영면으로 입사하고, 돌출부 (7) 를 직접 통과하는 광량은, 유기 EL 소자 (4) 로부터 제 1 투영면으로 입사하고, 돌출부 (7) 를 직접 통과하는 광량에 비하여 작게 된다. 도 2 의 화살표 C 에 의해 나타낸 바와 같이, 유기 EL 소자 (4) 로부터 제 2 투영면으로 들어가며, 돌출부 (7) 를 직접 통과하는 광은, 입사면 (6) 에 수직인 방향에 도달 하도록, 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 에 대하여 경사지는 돌출부 (7) 의 경사면 (12) 을 통하여 굴절된다.
광원으로서 채용되는 유기 EL 소자의 휘도를 식 1 에 의해 나타내는 경우, 저면에 대한 돌출부 (7) 의 상면 (9) 의 면적비와 유기 EL 소자의 정면 휘도의 상대치 사이의 관계는 광선추적방법을 이용하여 컴퓨터로 시뮬레이트된다. 정면 휘도의 상대치는, 휘도 향상 필름 (5) 이 사용되지 않는 상태의 입사면 (6) 의 법선 방향의 정면 휘도에 대한, 휘도 향상 필름 (5) 이 사용되는 상태의 정면 휘도의 비율을 나타낸다. 시물레이션으로부터의 결과를 표 1 에 나타낸다.시뮬레이션에 있어서, 휘도 향상 필름 (5) 의 입사면 (6) 의 법선과 돌출부 (7) 의 사선 사이의 각도를 12.5°로 설정한다.
표 1 로부터, 돌출부 (7) 의 저면에 대한 돌출부 (7) 의 상면 (9) 의 면적비가, 1% 및 46% 를 포함하여 1% 로부터 46% 까지의 범위를 가지는 경우, 돌출부 (7) 가 면적비가 0% 인 원추 형상을 가지는 경우에 비하여, 정면 휘도가 향상됨을 알 수 있다. 돌출부 (7) 의 효과는, 면적비가 20% 및 30% 를 포함하여 20% 로부터 30% 까지의 범위를 가지는 경우에 추가적으로 향상된다.
또한, 정면 휘도의 상대치는, 입사면 (6) 의 법선과 돌출부 (7) 의 사선 (oblique line) 사이의 각도에 의존한다.
휘도가 식 1 에 의해 표시되는 유기 EL 소자가 광원으로서 채용되는 경우, 입사면 (6) 의 법선이 돌출부 (7) 의 사선이 교차하는 각도와 정면 휘도의 상대치 사이의 관계는 광선추적법을 이용하여 컴퓨터에 의해 시뮬레이트된다. 그 시뮬레이션으로부터의 결과를 표 2 에 나타낸다. 시뮬레이션에 있어서, 돌출부 (7) 의 저면에 대한 휘도 향상 필름 (5) 의 돌출부 (7) 의 상면 (9) 의 면적비를 25% 로 설정한다.
표 2 로부터, 입사면 (6) 의 법선과 돌출부 (7) 의 사선 사이의 각도가 7.5°및 27°를 포함하여 7.5°로부터 27°까지 변화하는 경우, 돌출부 (7) 가 원추 형상인 경우에 비하여, 정면 휘도가 향상됨을 알 수 있다. 입사면 (6) 의 법선과 돌출부 (7) 의 사선 사이의 각도가 10°및 15°를 포함하여 10°로부터 15°까지 변화하는 경우에, 돌출부 (7) 의 효과가 더욱 향상된다.
이 실시형태에서, 이하의 유리한 효과들이 획득된다.
(1) 유기 EL 소자의 유리 기판에 휘도 향상 필름을 밀착시킨다. 따라서, 유리 기판과 휘도 향상 필름 사이의 계면의 임계 각도는, 유리 기판과 공기 사이의 계면의 임계 각도 보다 더 크게 된다. 따라서, 유리 기판과 공기 사이의 계면으로부터 전부 굴절되고, 유기 기판으로부터 공기로 출사하지 않는 광의 부분이 휘도 향상 필름으로 입사한다. 따라서, 유기 EL 소자로부터 출사되는 광 중, 큰 광량을 휘도 향상 필름을 통하여 유기 EL 소자 외부로 출사할 수 있다.
(2) 돌출부는 입사면과 평행하는 상면을 가진다. 따라서, 유기 EL 소자의 출사면으로부터 실질적으로 그 출사면에 수직 방향으로 출사하는 광은 돌출부를 통하여 굴절하지 않고, 그대로 출사면에 실질적으로 수직인 방향으로 출사한다. 따라서, 원추 형상 또는 피라미드 형상에 형성되는 돌출부를 가지는 휘도 향상 필름에 비하여, 수직 방향으로 출사면에 대해 소망의 각도를 가지는 유기 EL 소자로부터 출사하는 광 중, 휘도 향상 필름에서 광의 방향이 변화하는 량이 감소된다.
(3) 돌출부는 입사면에 대하여 기울어진 경사면을 가진다. 따라서, 경사면에 도달하는 광은 입사면의 법선에 접근하도록 굴절한다. 따라서, 유기 EL 소자로부터 출사면에 대하여 소정의 각도로 출사하는 광도 또한 출사면의 수직 방향에 접근한다. 이러한 광은 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.
(4) 돌출부는 원추 절두체 형상을 가진다. 따라서, 경사면에 대하여 광을 집광하는 경우 방향 특성이 없게 된다. 즉, 입사면내의 임의의 방향으로부터 경사면에 도달하는 광이라도, 동등하게 입사면에 수직하는 방향에 접근하도록 굴절한다. 따라서, 특히 등방광 출사 특성들을 가지는 면상 발광 소자로서 기능하는 유기 EL 소자에서, 유기 EL 소자의 정면 휘도를 효과적으로 향상시킨다.
(5) 원추 절두체 형상의 돌출부를 가지는 휘도 향상 필름을 유기 EL 소자와 밀착시켜 면상 조명 장치를 형성하고 있다. 따라서, 정면 휘도가 비교적 높은 면상 조명 장치를 획득할 수 있다.
(6) 원추 절두체 형상의 돌출부들을 가지는 휘도 향상 필름을 유기 EL 소자와 밀착시켜 면상 조명 장치를 형성하고, 그 면상 조명 장치를 액정 표시 장치의 백라이트로서 채용한다. 따라서, 액정 표시 장치를 구성하는 액정 패널의 정면 휘도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치의 정면에서 시인성 높은 액정 표시 장치를 획득한다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 액정 표시 장치를 도 3 을 참조하여 설명한다. 제 2 실시형태에서, 투과형 액정 표시 장치 (1) 를 액정 표시 장치로 또한 채용하고, 휘도 향상 필름 (5) 에 형성되는 돌출부 (7) 는 저면이 6 개의 면을 가지는 정육각추 절두체 형상이 된다. 또한, 제 2 실시형태에서는, 제 2 실시형태와 제 1 실시형태 사이의 차이만을 설명한다. 제 1 실시형태와 동일한 참조 번호를 제 2 실시형태의 동일한 또는 유사한 구성요소들에 적용하고, 중복되는 설명은 생략한다.
돌출부 (7) 는 정육각추 절두체 형상으로 형성되며, 임의의 하나의 돌출부(7) 가 임의의 돌출부 (7) 주위의 6 개의 다른 돌출부 (7) 와 접촉하는 방식으로 대향면 (8) 에 배치된다. 따라서, 대향면 (8) 을 돌출부 (7) 로 완전히 커버할 수 있다.
이 실시형태에서는, 제 1 실시형태의 상기 효과 (1) 내지 (3), (5) 및 (6) 을 실질적으로 획득할 수 있다. 또한, 이하의 유리한 효과를 또한 획득할 수 있다.
(7) 휘도 향상 필름에 형성되는 돌출부는 정육각추 절두체 형상을 가진다. 따라서, 동일한 형상의 돌출부로 휘도 향상 필름의 대향면을 완전히 커버할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따른 액정 표시 장치를 도 5 를 참조하여 설명한다. 제 3 실시형태에서, 투과형 액정 표시 장치 (1) 를 액정 표시 장치로 또한 채용하고, 휘도 향상 필름 (5) 에 형성되는 돌출부 (7) 는 저면이 4 변을 가지는 정사각추 절두체 형상을 가진다. 또한, 제 3 실시형태에서는, 제 3 실시형태와 제 1 실시형태 사이의 차이점만을 설명한다. 제 1 실시형태의 동일한 참조번호들을 제 3 실시형태의 동일한 또는 유사한 구성요소들에 적용하며, 중복되는 설명을 생략한다.
이 실시형태에서, 동일한 형상의 돌출부로 휘도 향상 필름의 대향면을 또한 완전히 커버한다.
이 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실시형태의 상기 효과 (1) 내지 (3) 및 (5) 내지 (7) 를 실질적으로 획득할 수 있다. 또한, 이하의 유리한 효과도 또한 획득할 수 있다.
(8) 도 5 에서, 돌출부 (7) 는 서로 직각으로 교차하는 2 쌍의 홈(groove) 에 의해 범위가 정해진다. 따라서, 돌출부 (7) 를 또 다른 형상으로 형성하는 경우에 비하여, 휘도 향상 필름 (5) 을 면상 필름의 표면을 절단함으로써 제조하는 경우, 휘도 향상 필름 (5) 을 간단히 제조할 수 있다.
본 발명에서, 이하의 다른 실시형태들을 또한 실행한다.
제 1 실시형태에서, 돌출부는 원추 절두체 형상을 가진다. 또한, 제 2 실시형태에서, 돌출부는 정육각추 절두체 형상을 가진다. 돌출부의 형상은 원추 절두체 형상 및 정육각 추대 형상으로 제한되지는 않는다. 상기 실시형태들과 다른 실시형태에서, 돌출부의 형상은, 원추 절두체 및 정육각추 절두체 이외의 절두체 (frustum) 를 가진다. 돌출부가 절두체의 형상인 경우, 제 1 및 제 2 실시형태와 유사한 효과들을 실질적으로 획득할 수 있다.
제 2 실시형태에서, 대향면은 정육각추 절두체 형상의 돌출부로 완전히 커버된다. 즉, 형상 종류의 개수가 1 개 이다. 그러나, 형상 종류의 개수는 1 개로 제한되지 않는다. 제 2 실시형태와 다른 실시형태에서, 형상 종류의 개수는 복수개이다. 예를 들어, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 대향면은 정8각추 절두체 형상의 돌출부 및 정육각추 절두체 형상의 돌출부로 완전히 커버된다. 이 경우, 제 2 실시형태와 유사한 효과들을 실질적으로 획득할 수 있다.
제 1 실시형태에서, 유기 EL 소자는 등방광 출사 특성을 가지는 면상 발광 소자로서 구성된다. 그러나, 면상 발광 소자는 유기 EL 소자로 제한되지 않는다. 제 1 실시형태와 다른 실시형태에서, 무기 EL 소자는 면상 발광 소자로서 구성된다. 이 경우, 유기 EL 소자를 사용하는 경우와 유사한 효과를 실질적으로 획득할 수 있다.
제 1 실시형태에서, 유기 EL 소자 및 휘도 향상 필름을 포함하는 면상 조명 장치는 액정 표시 장치의 백라이트로서 구성된다. 그러나, 면상 조명 장치는 액정 표시 장치의 백라이트로 제한되지는 않는다. 제 1 실시형태와 다른 실시형태에서, 면상 조명 장치는 조명 장치로서 구성된다. 이 경우, 조명 장치는 정면 휘도가 높은 면상 조명 장치로서 기능한다.
제 1 실시형태에서, 유기 EL 소자의 발광색은 백색이다. 그러나, 유기 EL 소자의 발광색은 백색으로 제한되지는 않는다. 제 1 실시형태와 다른 실시형태에서, 유기 EL 소자의 발광 색은 어떤 것이어도 된다.
제 1 실시형태에서, 유기 EL 소자는 유리 기판측 으로부터 광을 출사하며, 이를 바닥 출사형이라 한다. 그러나, 유기 EL 소자는 바닥 출사형으로 제한되지 않는다. 제 1 실시형태와 다른 실시형태에서, 유기 EL 소자는 유기 기판 측의 대향 측으로부터 광을 출사하며, 이를 상부 출사형이라 한다.
상부 출사형의 유기 EL 소자는, 금속 전극, 유기 발광층, 및 투명 전극을 기판상에 차례로 적층하고, 투명 밀봉 부재가 투명 전극을 밀봉하는 방식으로 형성된다. 유기 EL 소자의 타입에서, 발광층로부터 출사되는 광은 밀봉 부재 측을 통하여 출사한다.
이러한 타입의 유기 EL 소자를 사용하는 경우, 밀봉 부재와 대향하도록 휘도향상 필름을 배치할 수 있다.
상술한 실시형태들에서, 유리 기판상에 투명 전극, 유기층 및 금속 전극을 차례로 적층함으로써 유기 소자를 형성한다. 그러나, 유기층의 개수는 하나로 제한되지 않는다. 상기 실시형태들과 다른 실시형태에서, 유기층의 개수는 1 이상이다.
따라서, 이 일례들 및 실시형태를 제한적인 것이 아니라 예시적으로 간주할 수 있고, 본 발명은 여기서 주어지는 세부사항들로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항들의 범위내에서 변경될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 등방광 출사 특성을 가지는 면상 발광 소자의 휘도를 효과적으로 향상시키는 광학 소자 및 해당 광학 소자를 사용한 면상 조명 장치 및 액정 조명 장치를 제공할 수 있다.

Claims (27)

  1. 등방광 출사 특성을 가지는 면상 발광 소자로부터 출사되는 광을 집광하는 광학 소자에 있어서,
    상기 면상 발광 소자와 대향하며, 상기 광학 소자의 일측에 형성되어 광이 상기 광학 소자로 입사하는 것을 허용하는, 입사면; 및
    상기 광학 소자의 타측에 형성되며 각각 절두체 형상을 가지는 복수의 돌출부를 구비하는, 광학 소자
  2. 각 돌출부는 상면 및 저면을 가지며, 상기 저면에 대한 상기 상면의 면적비가 1% 이상 46% 이하의 범위에 있는, 광학 소자
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 면적비는 20% 이상 30% 이하의 범위에 있는, 광학 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각 돌출부는 상면, 저면 및 사선을 가지되, 상기 상면은 외주 (circumference) 을 가지며, 상기 저면은 외주 및 중심을 가지며, 사선은 상기 상면의 외주와 저면의 외주를 연결하는 가장 짧은선이며, 상기 사선과, 중심을 통과하며 입사면에 수직하는 직선 사이의 각도는, 7.5°이상 27°이하의 범위에 있는,광학 소자
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각도는 10°이상 15°이하의 범위에 있는, 광학 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 절두체는 원추 절두체 (conical frustum) 인, 광학 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절두체는 다각추 절두체인, 광학 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다각추 절두체는 정각추 절두체인, 광학 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정각추 절두체는 저면을 가지며, 상기 저면의 변 개수는 6 이상인, 광학 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 정각추 절두체는 저면을 가지며, 상기 저면의 변 개수는 4 인, 광학 소자.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 다른 측은 돌출부들로 완전히 커버되는, 광학 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절두체 형상의 종류 개수는 1 개인, 광학 소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 절두체 형상의 종류 개수는 복수개인, 광학 소자.
  14. 광이 등방적으로 출사하는 출사면을 가지는 면상 발광 소자; 및
    상기 출사면에 배치되어 상기 광을 집광하는 광학 소자를 구비하며,
    상기 광학 소자는,
    상기 광학 소자의 일측에 형성되어 상기 광이 상기 광학 소자로 입사하는 것을 허용하며, 상기 면상 발광 소자와 대향하는 입사면; 및
    상기 광학 소자의 타측에 형성되며, 각각 절두체 형상을 가지는 복수의 돌출부를 포함하는, 면상 조명 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 절두체는 원추 절두체인, 면상 조명 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 절두체는 다각추 절두체인, 면상 조명 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 다각추 절두체는 정각추 절두체인, 면상 조명 장치.
  18. 광이 등방적으로 출사하는 출사면을 가지는 면상 발광 소자; 및
    상기 출사면에 배치되어 상기 광을 집광하는 광학 소자를 구비하며,
    상기 광학 소자는,
    상기 광학 소자의 일측에 형성되어 광이 상기 광학 소자로 입사하는 것을 허용하고, 상기 면상 발광 소자와 대향하는, 입사면; 및
    상기 광학 소자의 타측에 형성되며, 각각 절두체 형상을 가지는 복수의 돌출부를 포함하는, 면상 발광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 절두체는 원추 절두체인, 면상 발광 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 절두체는 다각추 절두체인, 면상 발광 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 다각추 절두체는 정각추 절두체인, 면상 발광 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 면상 발광 소자는 유기 전계발광 소자인, 면상 발광 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 유기 전계발광 소자는 바닥 (bottom) 출사형인, 면상 발광 장치.
  24. 광이 등방적으로 출사하는 출사면을 가지는 면상 발광 장치; 및
    상기 출사면에 배치되어 상기 광을 집광하는 광학 소자를 포함하는, 백라이트 그리고 광이 사용자의 눈에 도달하는 액정 패널을 구비하며,
    상기 광학 소자는,
    상기 광학 소자의 일 측에 형성되어 상기 광이 상기 광학 소자로 입사하는 것을 허용하며, 상기 면상 발광 소자에 대향하는 입사면; 및
    상기 광학 소자의 타측에 형성되어 각각이 절두체의 형상을 가지는 복수의 돌출부를 포함하며,
    상기 액정 패널은 상기 돌출부들 부근에 배치되는, 액정 표시 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 절두체는 원추 절두체인, 액정 표시 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 절두체는 다각추 절두체인, 액정 표시 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 다각추 절두체는 정각추 절두체인, 액정 표시 장치.
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