KR100433887B1 - 면광원장치및액정디스플레이 - Google Patents

Abstract

휘광면의 백도와 유연함이 우수하고, 영입이 억제된 면 광원장치가 제공된다. 면광원장치는, 액정 디스플레이의 백라이팅에 유리하게 적용된다. 도광판 (1) 의 광입사면 (2) 근방에 형광램프 (L) 이 배치된다. 광 취출면 (5) 을 따라, 양 면에 프리즘면을 형성한 프리즘 시트 (4') 가 배치된다. 내측면상의 프리즘 열 (4a, 4b) 이 도광판 (1) 의 횡단 방향으로 연재하고, 외측면상의 프리즘 열 (4c, 4d) 이 도광판 (1) 의 종단 방향으로 연재하도록 프리즘 시트 (4') 는 배향된다. 도광판 (1) 의 이면 (6) 을 따라 반사체 (3) 가 배치된다. 광취출면 (5) 으로부터의 출사광은, 프리즘열 (4a, 4b)의 작용에 의해 정면방향으로 도입되어, 프리즘열 (4c,4d) 에서 횡단방향으로 시프트된 후, 도광판 (1) 을 향하는 역전진광이 된다. 이 작용을 통하여, 프리즘 시트 (4') 로부터의 출사광의 경로 이력이 다양화되어, 시각 특성이 개선된다.

Description

면광원장치 및 액정 디스플레이{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

기술분야

본 발명은, 면광원장치 및 액정 디스플레이에 관한 것이며, 더욱 상세하게 설명하면, 광 산란 도광체로 이루어지는 도광판과, 프리즘 시트를 이용한 면광원장치 및 이 면광원장치를 백 라이팅에 적용한 액정 디스플레이에 관한 것이다.

배경기술

광 산란 도광체로 이루어지는 도광판과 프리즘 시트를 이용한 면광원장치가 제안되어, 액정 디스플레이의 백 라이팅 등에 적용되고 있다.

프리즘 시트는, 광학재료로 이루어지는 판형 부재로 구성되고, 다수의 V 자형의 홈열을 형성한 면, 즉 프리즘면을 가지고 있다. 이 소자는, 광속의 전파방향 특성을 수정하는 기능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

광 산란 도광체로 이루어지는 도광판을 구비한 면광원장치에서의 프리즘 시트의 가장 일반적인 사용법을 도 1 에 나타낸다. 이 도면을 참조하면, 광 산란 도광체로 이루어지는 도광판 (1) 은, 쐐기형의 단면을 가지고 있다. 광 산란 도광체는, 예를 들면 폴리 메틸 메타크릴레이트 (PMMA) 로 이루어지는 매트릭스 내에 굴절율이 다른 물질을 균일하게 분산시킨 것이라도 된다.

도광판 (1) 의 두께측의 측단면은 광 입사면 (2) 을 제공하고, 이 근방에는 광원 소자 (예를 들면, 형광램프) (L) 가 배치되어 있다.

도광판 (1) 의 한 쪽의 면 (이면; 6) 을 따라 반사체 (3) 가 배치되어 있다. 반사체 (3) 에는, 정반사성의 은박 시트 혹은 확산 반사성의 백색 시트가 사용된다. 조명 광속은, 도광판 (1) 의 다른 쪽의 면 (광취출면; 5)으로부터 출사된다. 프리즘 시트 (4) 는, 광취출면 (5) 의 외측에 배치된다.

도 1 에 있어서, 도시의 편의상, 도광판 (1) 과의 간격, 프리즘열의피치, 깊이 등은 과장하여 나타내고 있다. 프리즘 시트 (4) 의 하나의면은 V 자형의 프리즘면 (4a, 4b) 이고, 다른 쪽의 면은 평탄면 (4e) 이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 배치된 프리즘 시트 (4) 는, 평탄면 (4e) 이 외측을 향하여, 조명 광속 (4f) 을 출사시키는 휘광면 (4e) 을 제공하고 있다. 프리즘 시트 (4) 의 더욱 외측으로 공지의 액정 표시 패널을 배치하면, 백 라이팅형의 액정 디스플레이가 구성된다.

이와 같은 면광원장치는, 도광판 (1) 의 쐐기 형상 단면 내에서 생기반복 반사 효과에 의해, 광의 이용 효율과 휘도의 균일성에 관하여 우수한 특성을 가지고 있다.

광원 소자 (L) 로부터 도광판 (1) 내에 도입된 광은, 도광판 (1) 내에서 산란작용이나 반사작용을 받으면서 얇은 두께측의 단면 (7) 을 향해 도광된다. 그 사이, 광취출면 (5) 으로부터 서서히 광이 출사된다. 도광판 (1) 내에 분산시키는 굴절율이 다른 입자의 입경에 따라 (보다 일반적으로 설명하면, 굴절율 불균일 구조의 상관거리에 따라), 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 광은 지향성을 갖는다. 환언하면, 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 조명 광속은, 평행 광속의 성질을 갖는다.

도광판 (1) 내에 분산시키는 굴절율이 다른 입자의 입경이 클수록 (보다 일반적으로 설명하면, 상관 거리가 클수록), 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 광은 명료하게 평행화된다. 우선 전파방향 (조명 광속의 주된 전파 방향) 은, 통상, 광입사면 (2) 측에서 보아 광취출면에 대해 25°내지 30° 전후 상승된 방향에 있다.

이 사실에 입각하여, 종래의 면광원장치에서의 프리즘 시트 (4) 의 전파방향 특성의 수정기능에 대해 도 2 및 도 3 을 참조하여 설명한다.

도 2 는, 도 1 에 나타낸 배치에 있어서, 「종단방향」 에 따른 단면 내에서의 광의 거동을 설명하는 도면이다. 여기서, 「종단방향」이라는 것은 도광판 (1) 으로의 광 공급방향과 평행한 방향, 환언하면, 광입사면 (2) 의 연재 방향과 수직한 방향을 의미한다. 한편, 「횡단방향」은, 도광판 (1) 으로의 광 공급방향과 수직방향, 즉, 광입사면 (2) 의 연재방향을 의미한다.

도 2 에 나타내고 있는 바와 같이, 프리즘 시트 (4) 는, 도광판 (1) 의 광취출면 (5) 을 따라 프리즘면이 내측을 향하도록 배치되어 있다.프리즘면상의 각 프리즘 요소의 정각(頂角)은, Ø3 = 60° 전후인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 광 공급방향을 화살표 (L') 로 표시하면, 광입사면 (5)으로부터 출사되는 광속의 우선 전파방향은, 광취출면 (5) 에 세워진 법선에 대해 Ø2 = 60° 전후로 경사진다. 도광판 (1; PMMA 매트릭스) 의 굴절율을 1.492 로 하면, Ø2 = 60° 전후로 하는 광취출면 (5) 으로의 입사각은, Ø1 = 35° 전후로 된다. 이와 같은 조건을 만족시키는 광선을 대표 광선이라고 부른다. 여기에서, 대표 광선은 부호 B1 으로 표시한다.

광취출면 (5) 으로부터 출사된 대표 광선 (B1) 은, 공기층 (AR) (근사적

으로 굴절율 nO = 1.0) 을 직진한 후, 프리즘 시트 (4) 의 프리즘면 (4a) 에 수직에 가까운 각도로 입사한다 (Ø3 = 60°전후). 반대측의 프리즘면 (4b) 에 입사하는 광량은 상대적으로 매우 적은 것에 주의해야 한다.

이어서, 대표 광선 (B1) 은 프리즘 시트 (4) 내에서 프리즘면 (4b) 까지 거의 직진하고 정반사되어, 프리즘 시트 (4) 의 평탄면 (4e) 을 향해, 수직에 가까운 각도로 평탄면 (4e) 에 입사하여 외부로 출사된다. 이와 같은과정을 지나, 광취출면 (5) 으로부터 출사된 광속의 우선 전파방향이 광취출면 (5) 에 대해 거의 수직인 방향으로 수정된다.

단, 수정 후의 우선 전파 방향은 광취출면 (5) 에 대해 정확하게 수직

방향이라고는 한정되지 않는 것에 주의할 필요가 있다. 즉, 수정 후의 우선 전파방향은, 정각 Ø3 의 설계, 프리즘 시트 (4) 의 재료 (굴절율), 도광판 (1) 의 재료 (굴절율) 등을 통하여 어느 정도의 각도 범위에서 조정될 수 있다.

도 3 은, 프리즘 시트 (4) 를 사용한 다른 하나의 종래 배치에서의 광의 거동을 설명하는 단면도이다. 도 1 및 도 2 의 배치와 비교하면, 프리즘 시트 (4) 는 뒤집혀, 프리즘면이 외측을 향하고 있다.

프리즘면상의 각 프리즘 요소의 정각은, 예를 들면 Ø4 = 70° 전후 인 것이 좋다. 프리즘면이 외측을 향하게 배치하는 경우, 바람직한 효과를 부여하는 정각의 범위는, 프리즘면이 내측을 향하게 배치한 경우보다 넓다.

광 공급방향을 화살표 (L') 로 표시하면, 도 2 의 경우와 마찬가지로, 대표광선 (B2) 은, Ø1 = 35° 전후의 각도로서 광취출면 (5) 에 입사하고, 그대부분이 공기층 (AR) (근사적으로 굴절율 nO = 1.0) 로 출사된다. 출사각 Ø2 는 60° 전후가 된다.

대표 광선 (B2) 은, 공기층 (AR) 을 직진한 후, 프리즘 시트 (4) 의평탄면 (4e) 에 경사지게 입사하여, 도시된 바와 같은 굴절 경로를 거친다.그리고, 광취출면 (5) 에 대해 수직방향에 가까운 각도로 프리즘 시트 (4) 의 면 (4c) 으로부터 출사된다. 면 (4d) 으로부터 출사되는 비율은 상대적으로 매우 작은 것에 주의해야 한다. 평탄면 (4e) 에 입사된 후의 광의 경로는, 프리즘 시트 (4) 의 굴절율 (n2) 이나 프리즘 정각 Ø4 에 의존하여 변화하므로, 이들 파라미터를 조정하면 우선 전파방향이 조정될 수 있다.

이와 같은 종래의 면광원장치는, 박형 구조를 허용하면서 원하는 방향으로 우선적으로 전파하는 균일하고 밝은 조명 광속을 제공하는 점에서 우수한 것이다.

그러나, 요즈음 백 라이팅형의 액정 디스플레이에 관한 요구는 점점 엄격해지고 있다. 즉, 박형구조, 대화면 및 절전성 뿐만 아니라, 고품위의 시각감이 강하게 요구되고 있다.

이와 같은 요구를 상기 종래의 면광원장치는 충분하게 만족시키지 목하고 있다. 특히, 휘광면 (프리즘 시트 상면) 을 육안으로 보았을 때의 밝기의 레벨과 균일성, 유연함(softness)의 감각 모두를 동시에 만족시키는 단계에는 도달하고 있지 않다.

즉, 종래 기술에서는, 결이 섬세하며, 번쩍거림이 없고, 충분한 백도(whiteness)를 가진 휘광면을 면 광원 장치에 제공할 수 없다. 또한, 광 입사면 근방의 광 취출면에 비침(reflective appearance)이라고 불리는 휘도 불균일이 발생하여, 표시의 품질을 떨어뜨리고 있다.

이와 같은 시각상의 품질 저하의 원인은, 다음과 같은 것이라고 추측된다. 일반적으로, 도 1 에 나타낸 면광원장치의 도광판 (1) 이 갖는 산란능은 시각적으로 명료하게 관찰될 정도로 강하지 않다. 왜냐하면, 그와 같은 강한 산란능을 광 산란 도광체에 부여하면 도광 능력이 저하하고, 휘광면의 휘도를 균일하게 유지시키는 요구를 만족시키기 어려워지기 때문이다. 이 경향은, 도광판의 사이즈 (즉, 휘광면의 사이즈 또는 액정디스플레이의 화면 사이즈) 가 커질수록, 현저해진다.

따라서, 시각적인 관점에서 논하는 한, 도광판 (1) 의 내부에서 강한광확산작용을 기대할 수는 없다. 그 결과, 도광판 (1) 의 이면을 따라배치된 반사체 (3) 로부터의 상당량의 반사광이, 충분하게 확산되지 않고 관찰자의 눈에 들어온다고 추측된다.

환언하면, 반사체 (3) 의 지면(ground)이 관찰자의 눈에 비춰 보이는 경향이 있다는 것이다. 따라서, 정반사성의 반사체 (3) 를 사용하면, 정반사면 특유의 바람직하지 않은 시각감, 즉 이른바 「백도」의 부족이나 「유연성」의 부족, 또는 「번쩍거림」을 피할 수 없다.

또, 확산성이 결핍된 광이 프리즘 시트를 투과하므로, 프리즘면에 새겨진 프리즘 홈의 열이 줄무늬 형상으로 관찰되는 것도 발생할 수 있다.

또한, 광 입사면에 가까운 부분에서 광 확산이 특히 부족하여, 이른바 비침 현상을 야기하여, 액정 디스플레이의 표시 품질에 악영향을 미치게 된다.

이와 같은 제반현상과 그것에 의해 관찰자에게 야기되는 바람직하지 않은 감각은, 단지 광량 레벨뿐만 아니라, 색 온도나 조명 광속의 전파 방향 특성 등의 요인과 복합적으로 연관된 것으로 추측된다.

반사체 (3) 에 확산 반사성의 백색 시트를 사용하면, 시각상의 「백도」의 문제는 어느 정도 개선된다. 그러나, 반사체 (3) 의 표면을 확산반사성이라고 하면, 휘광면의 전체적인 휘도의 레벨과 균일성에 악영향을미친다.

또, 정반사성/확산 반사성중 어느 하나의 반사체를 사용한 경우도, 반사체 (3) 의 표면에 어떤 불균일 (예를 들면, 국소적인 주름이나 요철) 이 존재하면, 그것이 비쳐 보이므로, 시각상의 품질 저하를 초래할 수 있다.

본 발명자는, 먼저 상기 문제를 해결하기 위하여, 광 산란 도광체로 이루어지는 도광판의 광취출면을 따라 배치되는 프리즘 시트와는 별개로, 이면을 따라 프리즘 시트를 추가적으로 배치하는 것을 제안하였다 (PCT/JP96/00561).

이 제안에 따르면, 추가적인 프리즘 시트가 도광판의 이면을 따라,프리즘열이 광 공급 방향과 평행으로 연재하도록 배치된다. 이 면 광원 장치는, 상기 제반문제를 유효하게 해결한다. 그러나, 광취출면에 따른 프리즘 시트에 부가하여 추가적인 프리즘 시트를 필요로 하는 것은, 박형 구조, 제조 가격을 절감시키는 관점에서는 불만족스러웠다.

발명의 개시

본 발명은, 상기 종래 기술의 결점을 극복하는 것을 시도하고 있다. 즉, 본 발명의 목적은, 부품의 사용개수를 증가시키지 않고, 밝기의 레벨과 균일성을 저하시키지 않으며, 양호한 시각감 (「백도」,「유연함」등) 을 부여하는 휘광면이 형성된 면광원장치를 제공하는 데에 있다.

또, 이것을 통하여, 절전성 뿐만 아니라 시각상의 품위도 우수한 액정 디스플레이를 제공하고자 하는 것이다.

광 산란 도광체로 이루어지는 도광판과, 도광판의 하나 이상의 측면방향으로부터 광을 공급하는 광원 수단과, 도광판의 이면을 따라 배치된 반사체와, 도광판의 광 취출면을 따라 배치된 프리즘 시트를 구비한 면광원장치를 개량함으로써, 상기 목적이 달성된다.

이 개량은, 프리즘 시트의 형태와 배치 자세에 관한 하기 (1) ∼ (5) 에 의해 특징지워진다.

(1) 프리즘 시트는, 각각 다수의 프리즘열을 형성한 외측 프리즘면과 내측 프리즘면을 갖고 있다. 즉, 프리즘 시트의 양면이 프리즘면을 제공한다. 본 명세서에서는, 외측 프리즘면은 도광판으로부터 상대적으로 먼 면을 가리키고, 내측 프리즘면은 도광판으로부터 상대적으로 가까운 면을 가리킨다.

(2) 내측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열은, 횡단방향 (광입사면과 평행의 방향) 으로 연재되어 있다.

(3) 내측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열은, 도광판으로부터 경사지게출사된 광을 프리즘 시트 내부에서 거의 정면 방향으로 도입하는 프리즘 정각을 갖고 있다.

(4) 외측 프리즘면상에 형성된 프리즘열은, 종단방향 (광입사면과 수직의 방향) 으로 연재되어 있다.

(5) 외측 프리즘면에 형성된 프리즘열은, 프리즘 시트 내부에서 거의 정면 방향으로 도입된 광선을 거의 횡단방향으로 시프트시킨 후에 역진(逆進)시키는 프리즘 정각을 갖고 있다. 이와 같은 프리즘 정각의 전형적인 값은 당연히 90° 이다. 그러나, 실제로는 70°∼ 130 ° 정도의 범위라면 된다.

본 발명의 면광원장치에서 사용되는 도광판은 쐐기 형상의 단면을 갖고 있는 것이 바람직하고, 그 경우에, 광 공급수단은 도광판의 두께측 단면을 따라 배치된다.

전술한 면광원장치를 주지의 배치법에 따라 액정 패널의 배후에 배치하면, 절전성 뿐만 아니라 시각상의 품위도 우수한 액정 디스플레이가 제공된다.

본 발명에 의하면, 도 1 에 나타낸 바와 같은 종래 구성의 면광원장치에 사용되고 있는 프리즘 시트의 형태와 배치법을 간단히 개선시키는 것만으로, 시각적으로 고품질의 휘광면이 실현된다. 또, 액정 디스플레이에 백 라이팅의 적용함으로써, 액정 디스플레이의 시각상 품위를 향상시킨다.

본 발명은 추가적인 프리즘 시트를 요구하지 않는다. 본 발명에서 사용되는 프리즘 시트는, 그 양면상에 서로 직교하는 방향으로 연재하는 프리즘열이 형성되어 있다. 내측 프리즘열의 연재 방향이 횡단 방향, 외측 프리즘열의 연재 방향이 종단 방향이 되도록, 프리즘 시트의 방향이 결정된다.

도 2 에 관한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 내측 프리즘면의 프리즘 정각을 적당하게 조정함으로써, 도광판의 광취출면으로부터 경사지게출사되는 지향성의 광 (대표광선으로 대표됨) 을 프리즘 시트 내부에서 정면방향으로 도입할 수 있다.

도 1 에 나타낸 종래의 면 광원 장치에서는, 이 대표 광선은 평탄한 외측면에서 직접적으로 출사된다. 이에 대해 본 발명에서 사용되는 프리즘 시트에서는, 프리즘 시트 내부로부터 외측 프리즘면에 입사한 광의 상당 부분은, 횡단방향으로 시프트된 후에 반전되어, 내측 프리즘면을 향해역진한다.

광취출면으로부터의 실제의 출사광속은, 대표광선의 주위에서 어느 정도의 각도로 확산하면서 전파된다. 도 3 에 관한 설명으로부터 유추되는 바와 같이, 이와 같은 광에 대해서 외측 프리즘면은, 횡단 방향에 관해 정면 방향으로 광속을 수집하는 작용을 한다. 이것은, 정면 방향에서 본 휘광면 밝기의 향상에 기여한다.

상기 역진한 대표광선도 각종의 경로를 거쳐 일정한 비율로 대표 광선의 주위에 분포하는 광으로 전환되고, 그후 프리즘 시트가 외측면으로부터 출사된다.

이와 같은 대표 광선의 직접 출사를 억제하는 작용을 통하여, 프리즘시트의 외측면에서 최종적으로 출사되는 광의 이력이 다양화된다. 그 결과, 시각감이 개선되는 동시에 광입사면 근방에서 비침의 발생이 억제된다.

도면의 간단한 설명

도 1 은, 종래의 면광원장치의 주요 부분의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 2 는, 도 1 에 나다낸 배치에서, 종단 방향에 따른 단면내의 광의거동을 설명하는 도면이다.

도 3 은, 종래의 또 다른 하나의 프리즘 시트의 배치를 설명하는 단면도이다.

도 4 는, 본 발명의 하나의 실시 형태를 설명하는 개략도이다.

도 5 는, 프리즘 정각 Ø4 가 적정한 경우에 대하여, 프리즘 시트의외측면 주변에서의 광의 거동을 설명하는 도면이다.

도 6 은, 프리즘 정각 Ø4 가 과대한 경우에 대하여, 프리즘 시트의외측면 주변에서의 광의 거동을 설명하는 도면이다.

도 7 은, 역진 광선 (D1, D2) 의 내측면 주변에서의 거동을 설명하는도면이다.

도 8 은, 도 4 에 나타낸 실시 형태와 도 1 에 나타낸 종래예에 대해, 종단 방향 단면 내에서의 휘도 특성의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

도 9 는, 도 4 에 나타낸 실시 형태와 도 1 에 나타낸 종래예에 대해, 종단 방향 단면 내에서의 휘도 특성의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

도 10 은, 본 발명의 하나의 변형 실시 형태를 설명하는 부분 개략도이다.

도 11 은, 본 발명의 다른 하나의 변형 실시 형태를 설명하는 부분 개략도이다.

도 12 는, 본 발명의 또 다른 하나의 변형 실시 형태를 설명하는 부분 개략도이다.

도 13 은, 본 발명의 그리고 또 다른 하나의 변형 실시 형태를 설명하는 부분 개략도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 4 를 참조하면, 도 1 과 공통된 참조 부호를 적절히 사용하여, 본발명의 일실시예를 설명하고 있다. 또, 도시의 형편상, 도광판과 프리즘 시트의 간격, 프리즘열의 피치, 깊이 등은 과장하여 나타내고 있다.

본 면광원장치는, 도 1 에 나타낸 종래 구조의 면광원장치에서, 프리즘 시트 (4) 를 프리즘 시트 (4') 로 치환한 구조를 갖고 있다.

즉, 쐐기 단면 형상의 도광판 (1) 의 두께측의 단면은 광입사면 (2) 을제공하고, 그 근방에 광원소자 (형광 램프 ; L) 가 배치되어 있다. 도시는 생략하였으나, 통상, 광원소자 (형광 램프 ; L) 를 배면측으로부터 에워싸도록 은박 등의 반사체가 배치된다. 도광판 (1) 의 이면 (6) 을 따라 배치된 반사체 (3) 에는, 정반사성의 은박 또는 확산 반사성의 백색 시트가 채용되고 있다.

조명 광속은, 도광판 (1) 의 다른 쪽의 광취출면 (5) 으로부터 꺼내진다. 프리즘 시트 (4') 는, 광취출면 (5) 에 따라 배치된다. 종래의 면광원장치의 경우와 마찬가지로, 프리즘 시트 (4') 의 외측으로 공지의 액정 표시 패널 (LP; 점선으로 도시) 를 배치하면, 액정 디스플레이가 구성된다.

도 1 에 나타낸 면 광원 장치와 마찬가지로, 도광판 (1) 의 두께는 광입사면 (2) 측으로부터 멀어질수록 얇아진다. 그것은, 광취출면 (5) 과 경사진 이면 (6) 사이의 반복 반사효과를 생기게 하여, 광의 이용효율과 휘도의 균일성이 높게 유지되도록 한다.

광원 소자 (L) 로부터 도광판 (1) 내에 도입된 광은, 도광판 (1) 내에서산란작용이나 반사작용을 받으면서 두께측의 단면 (7) 을 향해 도광된다. 이 과정에서, 서서히 광취출면 (5) 으로부터의 광 출사가 일어난다. 도광판 (1) 내에 분산된 굴절율이 다른 입자의 입경 (보다 일반적으로 말하면, 굴절율 불균일 구조에 관한 상관거리) 에 따라, 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 광은 지향성을 갖는다. 환언하면, 광취출면 (5) 으로부터 취출되는조명 광속이 평행 광속의 성질을 갖는다.

도광판 (1) 내에 분산시키는 굴절율이 다른 입자의 입경이 클수록 (상관 거리가 클수록), 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 광은 명료하게 평행광속화 된다. 우선 전파방향 (조명 광속의 중심적 전파방향) 은 통상, 광입사면 (2) 측에서 보아 광취출면에 대해 25 ° 내지 30 ° 전후로 상승된 방향에 있다.

도광판 (1) 은, 폴리 메틸 메타크릴레이트 (PMMA) 로 이루어지는 매트릭스내에 굴절율이 다른 물질 (예를 들면, 실리콘계 미립자) 을 균일하게 분산시킨 광산란 도광체로 형성할 수 있다. 도광판 (1) 이 갖는 산란능은, 굴절율이 다른 물질의 함유비율 (wt%) 을 변화시킴으로써, 조정될 수 있다.

일반적으로, 도광판 (1) 의 종단 방향의 사이즈가 상대적으로 클수록,굴절율이 다른 물질의 함유 비율은 상대적으로 작게 설계된다. 큰 함유비 율에 의해 도광판 (1) 에 과대한 확산능을 부여하면, 광입사면 (2) 으로부터 먼 부분으로 광의 전파가 저해되어, 면광원장치에 밝기의 구배가 발생할 우려가 있다.

한편, 굴절율이 다른 입자의 입자 사이즈는 도광판 (1) 내부에서의 개개 산란과정의 전방산란성의 강도를 좌우하는 팩터이다. 일반적으로, 입자 사이즈가 클수록 전방산란성이 강해진다. 이와 관련하여, 입자 사이즈가 상대적으로 크면 도광판 (1) 의 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 광속의 우선 전파방향이 명료해진다. 즉, 평행 광속에 가까운 것이 얻어지게 된다. 입자 사이즈가 상대적으로 작으면 도광판 (1) 의 광취출면 (5) 으로부터 출사되는 광속의 지향성은 약화된다.

따라서, 입자 사이즈는 조명 광속에 요구되는 지향성의 강도에 따라 조정되는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 가장 중요한 특징 부분을 이루는 프리즘 시트 (4')의 구조와 이에 따른 광의 거동에 대해 설명한다.

도 4 에 나타낸 바와 같이, 프리즘 시트 (4') 의 내측면상에는 프리즘면 (4a, 4b) 을 반복 단위로 하는 프리즘열이 형성된다. 한편, 외측면상에는 프리즘면 (4c, 4d) 을 반복 단위로 하는 프리즘열이 형성된다.

내측면에 형성된 프리즘열은, 도 1 에 나타낸 프리즘 시트 (4) 와 마찬가지로, 연재 방향이 광입사면 (2) 과 평행이 되도록 배치되어 있다.한편, 외측면상에 형성된 프리즘열은, 연재 방향이 광입사면 (2) 과 직교가 되도록 배치되어 있다.

도 2 에 관한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 내측면상에 형성되는프리즘면의 프리즘 정각을 적당하게 설계함으로써, 도광판의 광 취출면으로부터 출사되는 지향성의 광을 대표하는 대표 광선을 프리즘 시트 내부에서 정면방향으로 도출할 수 있다.

예를 들면, 도광판 (1) 의 광취출면 (5) 으로부터의 출사광의 우선 전파방향 Ø2 가 약 60° 이면 (도 2를 참조), 프리즘면 (4a, 4b) 이 이루는 프리즘 정각 Ø3 을 약 60°로 함으로써 프리즘 시트 (4') 내부에서 외측면을 향해 거의 정면방향으로 진행하는 대표광선이 생성된다.

도 5 는, 전파 프리즘 시트 (4') 의 외측면 주변에서의 광의 거동을 설명하는 도면이다. 도 5 에는, 하나의 프리즘열의 단위를 광원 소자 (L) 측으로부터 본 단면이 나타나고, 프리즘 시트 (4') 내부를 외측면을 향해 정면방향으로 진행하는 대표광선이 C1, C2 로 표기되어 있다.

외측면의 프리즘열의 프리즘 정각 Ø4 을 거의 90°로 하면, 대표

광선 (C1, C2) 은, 그 전부 또는 대부분이 프리즘면 4c →4d 의 순, 또는 4d →4c 의 순으로 내면 반사 (통상은 전반사) 되어, 횡단방향으로 시프트된 후, 역진 광선 (D1, D2) 이 된다.

도 7 은, 이 역진 광선 (D1, D2) 의 내측면 주변에서의 거동을 설명하는 도면으로, 하나의 프리즘열의 단위를 횡방향에서 본 단면 (도 2 와 동일한단면) 이 나타나 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 역진 광선 (D1, D2) 은 광 역진의 법칙에 따라, 많은 부분이 도광판 (1) 내로 귀환한다.

도광판 (1) 내에 귀환한 광은, 다시 도광판 (1) 내부에서의 산란작용,이면 (6) 또는 반사체 (3) 에 의한 반사 등을 경험한 후, 도광판 (1) 의 광취출면 (5) 으로부터 출사된다. 이 광은 프리즘 시트 (4')로 재입사된다.

이와 같은 과정에서의 광의 경로는 매우 다양하므로, 프리즘 시트 (4') 로의 재입사시 광의 전파방향에는 상당한 확산이 생기게 된다. 따라서, 재입사광의 상당부분은, C3, C4 과 같이 약간 경사진 방향에서 프리즘면 (4c 또는 4d) 에 입사하여, 정면 방향의 광 (D3, D4) 이 되어 출사된다.

이와 같이, 프리즘 시트 (4') 에 입사된 광의 가장 강한 전파방향 성분이 프리즘 시트 (4') 로부터 직접 출사되는 것이 억제된다. 그 결과, 프리즘 시트 (4') 외측면의 임의의 작은 영역에서, 그 영역으로부터 정면방향으로 출사되는 광의 경로 이력이 다양화되어, 균일하고 유연한 조명 광속을 만들어 낸다. 특히, 광입사면 (2) 에 가까운 부분에서는, 가장 강한 전파방향 성분의 직접 출사를 억제함으로써, 비침에 의한 휘도 불균일의 발생이 방지된다.

도 5 , 도 7 에서, 대표광선 (C1, C2) 의 전파방향은 정확하게 정면방향을 향해, 프리즘 정각 Ø4 은 정확하게 90 °라고 설명했다. 그러나, 대표광선 (C1, C2) 의 전파방향 또는 프리즘 정각 Ø4 이 이들 조건으로부터 어느 정도 벗어나도 동질의 작용은 충분히 기대할 수 있다.

이와 같은 상황을 고려하면, 프리즘 정각 Ø4 의 실제적인 범위는 70°∼ 130°가 된다. 70°를 밑도는 프리즘 정각에서는, 횡단방향의 면내에서 광의 전파방향을 정면방향으로 모으는 집광 효과가 약화되어, 면광원장치의 휘도가 저하한다.

또, 프리즘 정각 Ø4 이 과대하면, 거의 정면방향으로 향하는 대표 광선 (C1, C2) 의 대부분이 프리즘면 (4c, 4d) 으로부터 그대로 출사되어 버리므로, 프리즘 시트(4')로부터의 출사광의 경로 이력의 다양화를 기대할 수 없게 된다. 도 6 은, Ø4 = 160° 인 경우를 예로 들어, 그 상태를 나타낸 것이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 거의 정면방향으로 전파하는 대표광선 (C1, C2) 의 대부분은 프리즘면 (4c, 4d) 으로부터 출사광선 (D1, D2) 으로 되어 그대로 출사되어 버린다. 그리고, 전반사에 의한 역진이 일어나는 것은, 부호 (C5) 로 나타낸 바와 같은 경사 입사광이고, 프리즘 시트 (4') 로부터 출사된 광의 경로이력을 다양화하는 것에 대한 기여는 작다.

이상으로, 도 4, 도 5, 도 7 에 나타낸 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도광판 (1) 의 형상, 광원 소자 (L) 의 수, 형태 등에 대해서도 각종의 변형이 가능하다. 도 10 ∼ 도 13 에 그 예를 간단한 부분 선택도로 열거한다. 그리고, 면광원장치의 각 구성요소의 구조, 배치, 기능에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.

먼저, 도 10 에 나타낸 변형예는, 균일한 두께의 평판형 도광판(1) 을 사용하여, 광원 소자 (L) 를 한측 단면에 배치한 것이다. 도 4 에 나타낸 실시형태와의 차이는, 도광판 (1) 의 단면형상뿐이다.

도 11 에 나타낸 변형예는, 균일한 두께의 평판형 도광판 (1) 을 사용하여, 광원 소자 (L) 를 그 대향단면에 모두 2 개 배치한 것이다. 도 4 에 나타낸 실시 형태와의 차이는, 도광판 (1) 의 단면형상 및 광원 소자 (L) 의 배치와 사용수이다.

도 12 에 나타낸 변형예는, 직선 쐐기 형상을 맞댄 단면 형상을 갖는도광판 (1) 을 사용하여, 그 양 끝에 광원 소자 (L) 를 모두 2 개 배치한 것이다.

그리고, 도 13 에 나타낸 변형예는, 도광판 (1) 의 이면측을 아치형상으로 하고, 그 양 끝에 광원 소자 (L) 를 모두 2 개 배치한 것이다.

다음에, 본 발명의 면광원장치가 휘도 레벨과 각도특성의 면에서 보아 우수한 특성을 갖는 것을 나타내는 측정에 대해 설명한다.

도 8 및 도 9 는, 도 4 에 나타낸 실시형태에 대해, 프리즘 시트 (4') 의 사용에 의해 휘도가 변화하는 상태를, 프리즘 시트 (4) 를 사용한경우 ( 도 1 에 나타낸 종래 배치) 와 대조시켜 나타낸 그래프이다.

양 그래프에 있어서, 종축은 cd (칸델라) / m²단위로 측정된 휘광면 (프리즘 시트 (4,4') 의 외측면) 의 휘도를 나타내고, 횡축은 휘도의 측정 방향 (휘도계의 시선방향) 을 나타내고 있다.

도 8 에서는, 휘도의 측정방향을 도광판 (1) 의 종단방향 단면 내로 하여 각도 주사를 행하였다. 한편, 도 9 에서는, 휘도의 측정방향을 도광판 (1) 의 횡단방향 단면 내로 하여 각도 주사하였다. 어떤 그래프에 있어서도, 각도 0°가 정면 방향을 나타내고 있다.

양 그래프에 있어서, 실선은 본 실시예에 대한 측정결과를 나타내고,점선은 종래 구성에 대한 측정결과를 나타내고 있다.

본 실시예에 있어서의 프리즘 시트의 프리즘 정각은, 내측면에 대해Ø4 = 66°, 외측면에 대해 Ø4 = 98°로 하였다. 종래예에서의 프리즘 정각은, 내측면에 대해 Ø4 = 66°로 하였다 (외측면은 평탄면).

도광판 (1), 광원 소자 (L), 반사체 (3) 등 프리즘 시트 이외의 구성에 대해서는, 완전히 동일한 것을 사용하였다. 이들 측정결과로부터 다음을 알 수 있다.

(1) 도 8, 도 9 중 어느 하나의 그래프에 있어서도, 프리즘 시트 (4. 4') 의 교환에 의해 그래프의 전체적인 형태에서의 큰 변화는 일어나지 않는다.

(2) 도 8 의 그래프로부터, 프리즘 시트 (4') 의 사용에 의해, 도광판 (1) 의 종단방향 단면 내에서 거의 정면방향의 휘도가 저하되지 않고, 오히려 수 % 정도 향상되고 있다.

(3) 도 9 의 그래프는, 프리즘 시트 (4') 의 사용에 의해, 도광판 (1)의 횡단방향 단면 내에서 정면방향으로 광이 모여지고 있는 것을 나타내고있다. 이것은, 프리즘 시트 (4') 의 외측면에서 프리즘면의 집광작용에 의한 것이라고 생각된다.

이것들로부터, 종래 구성의 면광원장치의 도광판의 광취출면에 따라 배치된 프리즘 시트 (4) 를, 내외면에 프리즘열을 형성한 프리즘 시트 (4')로 치환한 구성은, 종래구성의 면광원장치의 전체적인 전파 방향 특성을 파괴하지 않고, 원하는 방향 (본 실시예에서는, 정면방향) 으로 효율적으로 조명 광속을 방사시키는 특성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 사용되는 프리즘 시트 및 도광판의 재료와 그 제조방법에 대해 보충 설명한다.

본 발명에서 사용하는 프리즘 시트 및 도광판에는, 폴리머재료를 베이스로 한 각종의 것이 이용가능하다. 그 대표적인 것을 표 1 및 표 2 에 기술한다.

[표 1]

[표 2]

프리즘 시트는, 통상, 투명체이므로, 이들 재료를 그대로 사용할 수 있다. 만일, 프리즘 시트의 평탄면을 표면으로 하는 경우에는, 공지의 블라스트(blasting) 가공법 등을 적용할 수 있다. 또, 소정 각도의 프리즘 정각을 부여하는 V 자형 홈의 형성에는, 주지의 플라스틱 필름 성형기술이 적용가능하다. 폴리머재료를 베이스로 하는 도광판은, 다음과 같은제조법에 의해 제조하는 것이 가능하다.

그 하나는, 2 종류 이상의 폴리머를 혼련하는 공정을 포함하는 성형프로세스를 이용하는 방법이다. 먼저, 2 종류 이상의 굴절율이 서로 다른 폴리머 재료를 혼합 가열하여, 서로 섞는다(혼련공정). 여기서 사용되는 폴리머재료는 임의 형상이라도 된다. 예를 들면, 펠렛(pellet) 형상의 것이 입수가능하므로 바람직하다.

혼련된 액상 재료를 사출 성형기의 금형 내에 고압으로 사출 주입하고,냉각 고화시켜 성형된 도광판을 금형으로부터 꺼내면 금형 형상에 대응한 형상의 도광판이 얻어진다.

혼련된 2 종류 이상의 굴절율이 다른 폴리머는 서로 완전하게 혼합되지 않고 고화되므로, 이들은 국소적 농도의 불균일 (변동) 이 생긴 채로 고정되고, 균일한 산란능이 부여된다. 또, 혼련된 재료를 압출성형기의 실린더 내에 주입하여, 통상의 방법으로 꺼내면 목적으로 하는 성형물을 얻을수 있다.

이들 폴리머 블렌드의 조합이나 혼합 비율에 대해서는, 매우 폭넓은 선택이 가능하고, 굴절율차, 성형 프로세스에서 생성되는 굴절율 불균일 구조의 강도나 성질 (산란조사 파라미터 E, 상관거리 a, 유전율 변동의 제곱의 평균 등)을 고려하여 결정하면 된다. 그리고, 사용할 수 있는 폴리머재료의 대표적인 것은 상기 표 1 및 표 2 에 나타낸 바와 같다.

도광판을 구성하는 재료의 다른 제조법은, 폴리머 재료 내에 굴절율이다른 (0.001 이상의 굴절율차) 입자상 재료를 균일하게 분산시키는 것이다.

입자형상 재료의 균일 분산에 이용 가능한 방법중의 하나에 서스펜션 중합법이라고 불리우는 방법이 있다. 이 방법에 따르면, 입자형상 재료를 모노머 내에 혼입시키고, 탕 (molten bath) 내에 현탁시킨 상태에서 중합 반응을 실행하여, 입자형상 재료가 균일하게 분산된 폴리머 재료를 생성한다. 이것을 원재료에 사용하여 성형 기술을 적용하면, 원하는 형상의 도광판이 제조된다.

또, 입자형상 재료와 모노머의 각종 조합 (입자 농도, 입경, 굴절율 등의 조합) 을 위해 서스펜션 중합을 실시하여, 여러 종류의 재료를 준비해 두는 것도 바람직하다. 이들 준비된 재료를 선택적으로 블렌드하여 성형기술을 적용하면, 다양한 특성의 도광판을 제조할 수 있다. 입자형 재료를 포함하지 않는 폴리머를 블렌드하면, 입자농도를 간단하게 제어할 수 있다.

입자형 재료의 균일 분산에 이용가능한 방법의 또 다른 방법을 따르면, 폴리머 재료와 입자형 재료가 혼련된다. 이 경우도 입자형 재료와 폴리머의 여러 가지 조합 (입자농도, 입경, 굴절율 등의 조합) 으로 혼련하고 성형 (펠렛화) 하여 준비해 두는 것이 바람직하다. 이들 준비된 재료를 선택적으로 블렌드하고 성형기술을 적용하면 다양한 특성의 도광판을 얻을 수 있다.

또, 상기 폴리머 블렌드법과 입자형 재료 혼입 방법을 조합해도 된다. 예를 들어, 굴절율이 다른 폴리머를 블렌드하고 혼련할 때에, 입자형 재료를 첨가해도 된다. 이들 여러 방법 자체는 공지되어 있으므로 제조조건 등의 상세한 것은 생략한다.

이상 자세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 프리즘 시트를 1 장 사용하는 간단한 구성으로 밝기의 레벨이 높고 비침이 억제되며 휘광면의 시각감 (백도와 유연함) 이 개선된 면광원장치가 제공된다.

또한, 이 면광원장치를 백 라이팅에 적용함으로써 절전성뿐만 아니라 시각상 품위도 우수한 액정 디스플레이가 제공된다.

Claims (8)

1. 광 산란 도광체로 이루어지는 도광판과, 상기 도광판의 하나 이상의 측면방향으로부터 광을 공급하는 광원수단과, 상기 도광판의 이면을 따라 배치된 반사체와, 상기 도광판의 광취출면을 따라 배치된 프리즘 시트를 구비한 면광원장치에 있어서,

   상기 프리즘 시트는, 각각 다수의 프리즘열이 형성된 외측 프리즘면과 내측 프리즘면을 갖고,

   상기 내측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열은, 상기 광원수단으로부터의 광 공급방향과 직교하는 방향으로 연재되어 있는 동시에, 상기 도광판으로부터 출사된 광속의 우선 전파방향으로 전파하는 광을 상기 프리즘 시트 내부에서 거의 정면방향으로 도입하는 프리즘 정각(頂角)을 갖고,

   상기 외측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열은, 상기 광원수단으로부터의 광 공급방향과 평행한 방향으로 연재되어 있는 동시에, 상기 프리즘 시트 내부에서 거의 정면방향으로 도입된 광선을 상기 광 공급방향과 거의 직교한 방향으로 시프트시킨 후에 상기 내측면을 향해 역진(逆進)시키는 프리즘 정각을 갖는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도광판은 쐐기 형상의 단면을 갖고 있고, 상기 광원수단이 상기 도광판의 두께측 단면을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 면광원장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열의 프리즘 정각이 대략 90°인 것을 특징으로 하는 면광원장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열의 프리즘 정각이 70°∼ 130 °의 범위인 것을 특징으로 하는 면광원장치.
5. 액정 패널과 이 액정 패널의 백 라이팅을 위해 배치된 면광원장치를 구비한 액정 디스플레이장치로서,

   상기 면광원장치는, 광산란 도광체로 이루어지는 도광판과, 상기 도광판의 하나 이상의 측면방향으로부터 광을 공급하는 광원수단과, 상기 도광판의 이면을 따라 배치된 반사체와, 상기 도광판의 광취출면을 따라 배치된 프리즘 시트를 구비하고,

   상기 프리즘 시트는, 각각 다수의 프리즘열을 형성한 외측 프리즘면과 내측 프리즘면을 갖고,

   상기 내측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열은, 상기 광원수단으로부터의 광 공급방향과 직교하는 방향으로 연재되어 있는 동시에, 상기 도광판으로부터출사된 광속의 우선 전파방향으로 전파하는 광을 상기 프리즘 시트 내부에서 거의 정면방향으로 도입하는 프리즘 정각을 갖고,

   상기 외측 프리즘면에 형성된 프리즘열은, 상기 광원수단으로부터의 광 공급방향과 평행한 방향으로 연재되어 있는 동시에, 상기 프리즘 시트 내부에서 거의 정면방향으로 도입된 광선을 상기 광 공급방향과 거의 직교한 방향으로 시프트시킨 후에 상기 내측면을 향해 역진시키는 프리즘 정각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 도광판은 쐐기 형상의 단면을 갖고 있고, 상기 광원수단이 상기 도광판의 두께측 단면을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 외측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열의 프리즘 정각이 대략 90°인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 외측 프리즘면 상에 형성된 프리즘열의 프리즘 정각이 70°∼ 130°의 범위인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이장치.

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