KR100723858B1 - 도광판, 면광원장치, 및 표시장치 - Google Patents

도광판, 면광원장치, 및 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 방위적인 출사방향제어가 가능하고, 미세한 휘도편차가 방지된 도광판을 사용한 면광원장치 및 액정디스플레이에 관한 것이다. 도광판 (30) 의 배면 (34) 에 형성된 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 는, 안내부와 그곳에서 멀어짐에 따라 좁고 또한 얕아지고 있는 골을 갖는 전환출력부를 구비한다. 전환출력부는 입력광 (P) 을 내부사면에서 2 회 반사하고, 내부 출력광 (Q) 을 생성한다. 내부 출력광 (Q) 은, 출사면 (33) 에 설치된 돌기열 (PR) 사면에 내부입사된다. 내부 입사광의 일부는 직접탈출광으로 되지만, 일부는 직접탈출되지 않고, 다시 다양한 광로를 거쳐 출사면 (33) 에 도달한다. 2 번째 이후의 찬스에서 탈출한 광이 간접탈출광으로 된다. 직접탈출광과 간접탈출광의 중첩에 의해 미세한 휘도편차가 방지된다. 반사체 (RF) 를 배치하는 것은, 간접탈출광을 증대시키는데 유리하다.
도광판, 입사단면, 출사면, 배면, 오목부, 사면, 마이크로 리플렉터

Description

도광판, 면광원장치, 및 표시장치{LIGHT GUIDE PLATE, SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
도 1a 는 종래기술에 대하여 설명하는 도면으로, 에지라이팅효과의 원리를 나타낸 도면.
도 1b 는 종래기술에 대하여 설명하는 도면으로, 오목부의 형성태양을 예시한 도면.
도 1c 는 종래기술에 대하여 설명하는 도면으로, 오목부의 형성태양을 예시한 도면.
도 2 는 선원(先願) 의 면광원장치를 도광판의 배면측에서 본 평면도.
도 3a 는 도 2 에 나타낸 장치에서 사용되고 있는 도광판의 부분확대 사시도.
도 3b 는 동(同)도광판의 배면에 형성되어 있는 돌기형상의 마이크로 리플렉터를 추출한 확대도.
도 4a 는 본 발명의 하나의 실시형태의 개략 배치를 나타내는 평면도.
도 4b 는 도4a 에 있어서 오른쪽에서 본 측면도.
도 5 는 실시형태에서 채용되고 있는 마이크로 리플렉터의 주변을 확대묘사하여, 전형적인 광로를 병기한 사시도.
도 6 은 실시형태에서 채용하고 있는 하나의 마이크로 리플렉터 자신을 확대묘사한 사시도.
도 7a 는 하나의 마이크로 리플렉터의 주변을 3 방향에서 본 도면에, 도 5 에 나타낸 대표광선 (P) 의 광로를 입력한 것으로, +Z 방향에서 본 묘화도.
도 7b 는 하나의 마이크로 리플렉터의 주변을 3 방향에서 본 도면에, 도 5 에 나타낸 대표광선 (P) 의 광로를 입력한 것으로, +X 방향에서 본 묘화도.
도 7c 는 하나의 마이크로 리플렉터의 주변을 3 방향에서 본 도면에, 도 5 에 나타낸 대표광선 (P) 의 광로를 입력한 것으로, +Y 방향에서 본 묘화도.
도 8 은 돌기열의 작용을 설명하기 위해, XZ 평면내에 대하여 Z 방향으로 진행되는 내부 출력광 (Q1) 의 전형적인 광로를 예시한 도면.
도 9 는 마이크로 리플렉터의 하나의 배열예를 나타낸 도면.
도 10 은 마이크로 리플렉터의 또 하나의 배열예를 나타낸 도면.
도 11 은 마이크로 리플렉터의 또 다른 하나의 배열예를 나타낸 도면.
도 12 는 마이크로 리플렉터의 또 다른 하나의 배열예를 나타낸 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 10, 30, 40, 50, 60, 70 : 도광판
2, 12, 32, 42a, 42b, 52a, 62a, 62b : 입사단면
3, 13, 33 : 출사면
4, 14, 34, 44, 54, 64, 74 : 배면
5 : 오목부
5a, 5b : 사면
20, 90 : 마이크로 리플렉터
21, 22, 91, 92 : 사면 (안내부)
23, 24, 93, 94 : 내부반사면 (전환출력부)
25, 26, 95, 96 : 영부(嶺部)
27, 28 : 측벽
35, 36 : 도광판의 측부
A, B, C, D, E, F : 도광판의 코너영역
DF : 확산판
L, L1 ∼ L6 : 1차광원
LP : 액정패널
본 발명은, 측방향으로부터 공급된 광을 내부에서 방향전환하고, 출사(出射)면으로부터 출사하기 위한 도광판 및 그와 같은 도광판을 사용한 면광원장치에 관한 것으로, 특히 그와 같은 면광원장치를 백라이팅 또는 프론트라이팅에 채용한 액정디스플레이에 관한 것이다.
도광판의 측단면이 제공하는 입사단면으로부터 광을 도입하고, 도광판의 2 개의 주표면 (단면에 비하여 대(大)면적인 면) 중의 일방을 출사면으로 사용하는 형태의 면광원장치는, 예를 들어, 액정디스플레이의 백라이팅 등에 널리 사용되고 있다. 이와 같은 면광원장치에서의 기본적인 성능은 사용하는 도광판에 좌우되는 점이 크다.
도광판의 기본적인 역할은, 입사단면으로부터 내부로 도입된 광의 진행방향 (도광판의 출사면에 대략 평행) 을 전환하여 출사면으로부터 출사시키는 것이다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 도광판으로서 단순한 투명판을 그대로 사용한 것에서는 방향전환이 거의 실행되지 않아, 충분한 휘도를 얻을 수 없다. 따라서, 출사면으로부터의 출사를 촉진하는 수단이 필요하게 된다.
일반적으로, 출사촉진수단은, (1) 도광판 (산란도광판) 내부의 산란파워, (2) 출사면에 부여된 광확산성, (3) 배면에 부여된 광확산성, (4) 출사면에 부여된 굴절성의 요철형상, (5) 배면에 부여된 굴절성의 요철형상 중의 하나 또는 이들의 조합으로 지지되고 있다.
수단 (1) 을 사용하는 수법은 고효율로 균일한 출사광을 얻기 쉽다. 그러나, 출사면으로부터의 우선적인 출사방향이 정면방향으로부터 크게 경사져 있다. 통상, 출사면에 세운 법선에 대하여 60도 ∼ 75 도 정도의 경사를 피할 수 없다.
따라서, 정면방향으로 크게 방향수정을 실행하는 소자 (프리즘시트) 가 필요하게 된다. 프리즘시트 대신에 광확산시트를 사용하여도, 정면방향의 광을 어느 정도 증가시킬 수 있다. 그러나, 광확산은 불필요한 방향으로의 산란을 수반한다.
수단 (2) 또는 (3) 을 사용하는 수법은, 고효율로 출사광을 얻는 것이 어렵다. 또한, (1) 의 경우와 동일하게, 출사면으로부터의 출사는 비스듬하게 강하게 일어난다. 광확산성을 강하게하면, 광범위산란이나 광확산요소 (백색잉크 등) 에 의한 흡수 등의 요인으로 효율이 상승되지 않는다.
수단 (4) 을 채용하는 수법은, 출사면으로부터의 광의 탈출을 용이하게 하지만, 적극적인 방향전환이 실시되는 것이라고는 말하기 어렵다. 따라서, 고효율로 출사광을 얻는 것이 어렵다. 특히, 도광판의 배면으로부터 출사면으로 향하는 광이 생성되지 않는 것은 유리하지 않다.
이에 대하여 수단 (5) 을 채용하는 수법은, 도광판의 배면으로부터 출사면으로 향하는 광을 적극적으로 생성하는 것으로, 또한, 광범위한 산란도 발생하지 않는다. 따라서, 정면방향에 가까운 방향으로 향하는 지향성을 가진 출사광을 효율적으로 생성할 수 있는 가능성이 있다.
도 1a ∼ 도 1c 는, 상기 수단 (5) 의 적용예를 설명하는 도면이다. 동 도면에 있어서, 부호 (1) 는, 아크릴수지 등의 투명재료로 이루어지는 도광판을 나타내고 있고, 그 하나의 측단면이 입사단면 (2) 을 제공하고 있다. 1차 광원 (L) 은 입사단면 (2) 의 근방에 배치되고, 입사단면 (2) 에 광을 공급한다. 도광판 (1) 의 2 개의 주표면 (3, 4) 중 일방이 출사면 (3) 으로 된다. 타방의 면 (「배면」이라고 함) 에는, 사면 (5a, 5b) 을 갖는 단면형상의 오목부 (5) 가 다수 형성되어 있다.
1차광원 (L) 으로부터 발해진 광은 입사단면 (2) 을 통하여 도광판 (1) 내에 도입된다. 도광판 (1) 내에 전파되는 광 (광선 (G1, G2)로 대표) 은 오목부 (5) 와 만나면, 일방의 사면 (5a) 에서 내부반사되어 출사면 (3) 으로 향하게 된다. θ는 내부입사각이고, G1', G2' 는 광선 (G1, G2) 에 대응하는 출사광이다. 이와 같이, 타방의 사면 (5b) 에 비하여 입사단면 (2)[1 차광원 (L)] 에 가까운 사면 (5a) 은, 방향전환을 위한 내부반사 사면을 제공한다. 이와 같은 작용은, 에지라이팅효과라고 불리는 일도 있다.
오목부 (5) 는, 도트형상 또는 선홈형상으로 형성된다. 또한, 도 1a ∼ 도 1c 에 나타낸 바와 같이, 오목부 (5) 의 형성피치 (d) 나 깊이 (h), 또는 사면의 경사 (
Figure 112001007204783-pat00001
) 가 입사단면 (2) 으로부터의 거리에 따라 바뀌고 있다. 이로써, 출사면 (3) 의 휘도가 입사단면 (2) 으로부터의 거리에 의존하여 변화하는 것이 방지된다.
그러나, 도 1a ∼ 도 1c 에 나타낸 바와 같은 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
1. 입사단면 (2) 으로부터 보아, 사면 (5b) 의 배후에 광이 도달하기 어려운 영역이 존재한다. 따라서, 형성피치 (d) 를 작게 하여도, 방향전환효율이 상승되지 않고, 출사면 (3) 의 휘도에 편차가 발생하기 쉽다.
2. 입사단면 (2) 에 평행인 면내에 관한 방향제어가 충분하지 않다. 예를 들어, 도 1a 에 있어서, 광선 (G1, G2) 의 전파방향이 출사면 (3) 에 평행이기는 하지만 입사단면 (2) 에 수직이 아닌 경우, 출사광 (G1', G2') 은 입사단면 (2) 에서 보아 우방향 또는 좌방향으로 발산될 것이다. 입사단면 (2) 에 수직이 아닌 광성분은 실제의 도광판내에는 상당히 존재한다. 따라서, 출사광을 공간적으로 바람직한 각도 내지 각도범위 (입사단면 (2) 에 대해 수직 및 평행방향에 대하여) 에 지향시키는 것은 곤란하다.
3. 출사면 (3) 으로 향하는 광을 생성하기 위한 방향전환을 1 회 반사 (사면 (5a)) 로 실행하고 있기 때문에, 배면 (4) 으로부터의 누설광이 발생하기 쉽다. 즉, 방향전환을 위한 반사시에 전반사조건이 파괴되기 쉽다. 예를 들어, 광선 (G1, G2) 을 대략 정면방향으로 향하게 하기 위해서는, 내부입사각 (θ) 은 45도 정도로 된다. 이것은 전형적인 재료인 아크릴수지-공기의 임계각과 대략 동일하다. 따라서, 약간 하향으로 전파하는 광의 상당부분은 사면 (5a) 으로부터 누설된다.
따라서, 본 발명자는 상술한 일본특허출원 평11-38977호에 있어서, 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 도광판 및 이를 사용한 면광원장치/액정디스플레이를 제안하였다. 도 2, 도 3a, 및 도 3b 를 참조하여 동(同)제안에 대하여 간단하게 설명한다.
도 2 는 동제안에 관한 면광원장치를 도광판의 배면측에서 본 평면도, 도 3a 는 동장치에서 사용되고 있는 도광판의 부분 확대사시도, 도 3(b) 는 동도광판의 배면에 형성되어 있는 돌기형상의 마이크로 리플렉터를 추출하여 작용을 설명하는 도면이다. 설명의 편의상, 마이크로 리플렉터의 크기는 과장되어 있다.
도 2 에 있어서, 부호 10 은 투명수지로 이루어지는 도광판을 나타내고 있다. 도광판 (10) 의 하나의 단면 (마이너면) 이 입사단면 (12) 을 제공하고 있다. 부호 14 는 도광판 (10) 의 일방의 주표면이 제공하는 배면을 나타내고 있다. 타방의 주표면은 출사면 (도 3a 참조) 을 제공한다. 도광판 (10) 은, 좌우에 측단면 (마이너면 ; 15, 16) 을 갖고 있다.
막대형상의 1차광원 (냉음극관 ; L) 이 입사단면 (12) 을 따라 배치되어, 입사단면 (12)을 향하여 1차광을 공급한다. 냉음극관 (L) 의 양단은 발광력이 없는 전극부 (EL1, EL2) 이고, 이들 사이의 발광부의 길이는 입사단면 (12) 의 길이보다 약간 짧아지고 있다. 이와 같은 설계는, 전극부 (EL1, EL2) 의 돌출을 피하기 위해 종종 채용된다.
상기 특허출원에 관한 제안의 기본적인 특징에 따라, 도광판 (10) 은 배면 (14) 에 다수의 마이크로 리플렉터 (20) 를 구비하고 있다. 1차광원 (L) 으로부터 발해진 광은 입사단면 (12) 을 통하여 도광판 (10) 내로 도입된다. 도광판 (10) 내를 전파하는 광은 마이크로 리플렉터 (20) 내에 들어가면, 마이크로 리플렉터 (20) 내에서 주로 2 회 반사가 일어나, 출사면 (13) 을 향하는 광이 생성된다. 즉, 마이크로 리플렉터 (20) 는, 「입력광을 출사면 (13) 을 향하는 내부 출력광으로 변환하는 방향전환수단」 으로서 기능한다.
개개의 마이크로 리플렉터는, 도 3a, 도 3b 에 나타낸 바와 같이, 도광판 (10) 의 배면 (14) 을 대표하는 일반면 (수준면) 으로부터 돌출하도록 형성되어 있다. 예시된 마이크로 리플렉터 (20) 는, 6 개의 면 (21, 22, 23, 24, 27, 28) 을 갖는 돌기형상을 갖고 있다.
면 (21, 22) 은, 방향전환을 위한 광입력을 원할하게 실시하기 위한 안내부를 제공하는 사면이다. 면 (21, 22) 은 영부(嶺部 ; 26) 에서 만나고 있다. 또한, 면 (23, 24) 은 방향전환을 위한 2 회반사를 실시하고, 내부 출력광을 생성하는 반사면이다. 면 (23, 24) 은 영부 (25) 에서 만나고 있다. 면 (27, 28) 은, 마이크로 리플렉터 (20) 의 폭을 제한하는 측벽이다.
마이크로 리플렉터 (20) 의 배향방향은, 영부 (25) 의 연재(延在)방향으로 대표된다. 본 예에서는, 영부 (25, 26) 의 「배면 (14) 을 대표하는 일반면으로의 사영(射影)」은 하나의 직선을 형성한다. 마이크로 리플렉터 (20) 의 배향방향은, 입력효율과 방향전환효율을 높이기 위해, 광의 도래방향으로 정렬하도록 설계된다.
광선 (H1, H2) 으로 대표되는 입력광의 대부분은, 입사단면 (12) 과 수직에 가까운 방향에서 입사된다. 단, 마이크로 리플렉터 (20) 로 실제로 입력되는 것은, 배면 (14) 의 일반면에 정확하게 평행인 광이 아니라, 약간 하향으로 진행하는 광 (배면 (14) 에 접근하는 광) 이다.
배면 (14) 의 일반면에 정확하게 평행인 광이나, 출사면 (13) 에 접근하는 광은 마이크로 리플렉터 (20) 로 입력되지 않고 안쪽으로 진행된다. 즉, 오목부 (도 1 참조) 와 달리, 마이크로 리플렉터 (20) 는 광진행을 방해하지 않고, 광이 도달하기 어려운 영역을 만들지 않는다.
광선 (H1, H2) 의 입장에서 보면, 전환출력부의 반사면 (23, 24) 은 끝이 오므라지는 골을 제공하고 있다. 영 (25) 이 골바닥에 대응한다. 이 골은, 안내부에서 멀어짐에 따라 좁고, 또한, 얕아지고 있다. 따라서, 안내부를 거쳐 이 골에 진입한 광 (H1, H2) 의 대부분은, 일방의 반사면 (23 또는 24) 에서 먼저 내부반사되고, 이어서 타방의 반사면 (24 또는 23) 에서 다시 내부반사된다.
그 결과, 광의 진행방향이 2 번에 걸쳐 3 차원적으로 전환되어, 출사면 (13) 으로 향하는 내부 출력광 (J1, J2) 이 생성된다. 이렇게 하여 생성된 내부 출력광 (J1, J2) 은 출사면 (13) 으로부터 출사되고, 예를 들어 액정표시패널의 조명에 이용된다. 이와 같은 작용을 갖는 마이크로 리플렉터 (20) 의 배열, 배향에는 다양한 변동이 허용된다. 도 2 에 나타낸 예는 다음의 규칙에 따르고 있다.
1. 형성밀도 (피복율) 는 입사단면 (12) 으로부터의 거리에 따라 증대하는 경향을 갖는다. 이로써, 입사단면 (12) 으로부터의 거리에 의존한 휘도변화가 출사면에 나타나는 것이 방지된다.
2. 전극부 (EL1, EL2) 에 가까운 코너영역 (A, B) 에서는, 특히, 고밀도로 마이크로 리플렉터 (20) 가 배열되어 있다. 이 배열은, 하기 3 의 배향과 함께, 코너영역 (A, B) 에 대응하는 암부 (暗部) 가 출사면상에 나타나는 것을 방지한다.
3. 배면 (14) 의 대부분에 있어서, 마이크로 리플렉터 (20) 의 배향은 입사단면 (12) 에 대략 수직으로 정렬하고, 안내부가 입사단면 (12) 을 향하고 있다. 즉, 각 마이크로 리플렉터 (20) 의 전환출력부의 영부 (25) 가 입사단면 (12) 에 대략 수직으로 연재한다.
4. 코너영역 (A, B) 에서는, 마이크로 리플렉터 (20) 의 배향이 입사단면 (12) 에 대하여 비스듬하게 크게 경사지고, 안내부가 냉음극관 (L) 의 발광부를 향하고 있다. 이것은, 광의 도래방향과 마이크로 리플렉터 (20) 의 배향을 대응시켜, 방향전환효율을 높인다.
5. 코너영역 (A, B) 을 제외하는 양측부 (15, 16) 에서는, 마이크로 리플렉터 (20) 의 배향이 입사단면 (12) 에 대하여 작은 각도로 경사지고, 안내부가 냉음극관 (L) 의 발광부를 향하고 있다. 이것은, 상기 4 와 동일하게, 광의 도래방향과 마이크로 리플렉터 (20) 의 배향을 대응시켜, 방향전환효율을 높인다.
만약, 이 양측부 (15, 16) 로부터 일정한 범위에 있어서, 도광판 (10) 의 중앙부측으로 경사진 내부 출력광을 얻을 수 있도록 마이크로 리플렉터 (20) 의 전환출력부 (내부반사면 (23, 24) 의 방위) 를 설계하면, 수렴성의 출사광을 얻을 수 있다.
6. 다수의 마이크로 리플렉터 (20) 는, 직선상에 나열하는 강한 질서를 갖지 않도록 설계된다. 이로써, 마이크로 리플렉터 (20) 는 더욱 눈에 띠기 어려워진다. 또한, 액정디스플레이에 형성한 경우, 매트릭스형상의 전극배열과의 중첩관계에 의한 모아레무늬 발생이 방지된다.
마이크로 리플렉터 (20) 의 배열, 배향에 이와 같은 연구를 함으로써, 상기 제안에 관한 도광판 및 이를 사용한 면광원장치/액정디스플레이의 성능을 높일 수 있다.
그러나, 상기 제안에 관한 기술에는 미해결의 문제가 남아 있다. 즉, 상기 제안에 관한 기술을 채용한 경우, 도광판 (10) 의 출사면상에, 마이크로 리플렉터 (20) 의 크기와 배열간격에 거의 대응한 미세한 휘도 편차가 발생한다. 이것이 매끄럽지 않은 (번쩍임) 시각감을 관찰자에게 부여하였다.
이것은, 도 3a, 도 3b 를 참조하여 서술한 바와 같이, 마이크로 리플렉터 (20) 의 내부 출력광의 대부분이 최초의 출사찬스에서 간단하게 출사면으로부터 탈출하여 출사광으로 되는 것에 원인이 있다고 생각된다. 본 명세서에서는, 이와 같은 최초의 찬스에서의 탈출 (광) 을 「직접탈출 (광)」 으로 부르기로 한다.
당연히, 이와 같은 직접탈출은, 마이크로 리플렉터 (20) 의 형성위치와 거의 대응하여 일어난다. 이에 대하여, 마이크로 리플렉터 (20) 가 형성되어 있지 않은 공백영역 (배면 (14) 상의 평탄영역) 에 대응하는 영역 (출사면상) 에서는, 충분한 출사광을 기대할 수 없다. 그 결과, 미세한 휘도편차가 출사면상에 발생한다.
또한, 본 명세서에서는, 내부 출력광이 직접 탈출하지 않고 출사면에서 내부반사되어, 2 회째 이후의 찬스로 탈출하는 것 및 그 탈출광을 「간접탈출」, 「간접탈출광」으로 부르기로 한다. 간단하게 말하면, 직접탈출광이 간접탈출광에 비하여 과잉한 것이, 미세한 휘도편차의 원인으로 추측된다.
이 문제는, 마이크로 리플렉터 (20) 를 조밀하게 배치하면 어느 정도는 경감될 것이다. 그러나, 배치밀도에는 실제로 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기 제안의 기술의 문제점을 해결하는 것에 있 다. 즉, 본 발명의 하나의 목적은, 측방향에서 도입된 광에 대하여 우수한 방향전환기능을 가짐과 동시에, 출사면상에 미세한 휘도 편차가 나타나기 어렵도록 개량된 도광판을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 다른 하나의 목적은, 그와 같은 개량된 도광판을 채용함으로써, 고효율로 미세한 휘도 편차가 발생하기 어렵고, 고품질의 출력조명광이 얻어지는 면광원장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 하나의 목적은, 상기 개량된 면광원장치를 액정패널의 라이팅에 적용하여, 우수한 표시품질을 갖는 액정디스플레이를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 마이크로 리플렉터 내면에 의한 2 회의 내부반사에 의해 방향전환을 실행한다는 기본적인 사고 (상기 특허출원에서 제안) 에, 출사광의 경로이력을 다양화하는 다수의 돌기열을 출사면에 설치함으로써, 상기 기술과제를 해결한다.
먼저 본 발명은, 출사면 및 배면을 제공하는 2 개의 주표면과, 광도입을 위한 입사단면을 구비한 도광판을 개량한다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 도광판의 배면은 광진행방향전환을 위한 다수의 마이크로 리플렉터를 구비하고 있고, 개개의 마이크로 리플렉터는 안내부와 전환출력부를 포함하고, 전환출력부는 영부와 그 양측에, 도광판의 배면을 대표하는 일반면에 대하여 경사져 각각 형성된 제 1 반사면과 제 2 반사면을 포함하고 있다.
그리고, 영부, 제 1 반사면, 및 제 2 반사면에 의해 마이크로 리플렉터의 내부에는 골이 형성되고, 이 골은 안내부로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁고, 또한 깊이가 얕아지는 경향을 갖도록 형성되어 있다.
이로써, 안내부를 거쳐 골에 도래한 내부입력광은 제 1 반사면 및 제 2 반사면 중의 일방에서 반사되고, 이어서, 타방의 반사면에서 반사되어, 출사면을 향하는 내부 출력광이 생성된다.
또한, 출사면은 입사단면과 대략 수직으로 연재하는 다수의 돌기열을 구비한다. 이로써, 내부 출력광의 일부는 출사면으로부터 탈출하고, 나머지는 내부반사된다.
제 1 반사면과 제 2 반사면은, 배면을 대표하는 일반면에 대하여 다른 경사각을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또, 전환출력부의 영부의 연재방향은, 배면상의 위치에 따라 변화하고 있어도 된다. 제 1 반사면과 제 2 반사면의 경사 및 영부의 연재방향의 분포에 따라, 출사면으로부터의 출사광의 방향분포를 제어할 수 있다.
본 발명은, 상술의 도광판이 채용된 개량된 면광원장치를 제공한다. 본 발명은, 적어도 하나의 1차광원과, 출사면 및 배면을 제공하는 2 개의 주표면과, 1차광원으로부터의 광도입을 위한 측단면을 구비한 도광판을 포함하는 면광원장치를 개량한다.
도광판의 상기 특징에 대응하여, 도광판의 배면은 광진행 방향전환을 위한 다수의 마이크로 리플렉터를 구비하고 있다. 개개의 마이크로 리플렉터는 안내 부와 전환출력부를 포함하고, 전환출력부는 영부와 그 양측에 각각 형성된 제 1 반사면과 제 2 반사면을 포함하고 있다.
영부, 제 1 반사면 및 제 2 반사면에 의해 마이크로 리플렉터의 내부에는 골이 형성되고, 이 골은 안내부에서 멀어짐에 따라 폭이 좁고, 또한, 깊이가 얕아지는 경향을 갖도록 형성되어 있다.
이로써, 안내부를 거쳐 골에 도래한 내부입력광은 제 1 반사면 및 제 2 반사면 중의 일방에서 반사되고, 이어서 타방의 반사면에서 반사되어, 출사면을 향하는 내부 출력광이 생성된다.
또한, 출사면은, 입사단면과 대략 수직으로 연재하는 다수의 돌기열을 구비한다. 내부 출력광의 일부는 출사면으로부터 탈출하고, 나머지는 내부반사된다. 이 작용을 통하여, 내부 출력광의 직접탈출이 조정된다. 직접탈출하지 않고 내부반사된 광의 상당한 부분에는, 여러가지의 경로이력을 거쳐 간접탈출의 찬스가 부여된다. 간접탈출이 일어나는 위치와 마이크로 리플렉터의 위치와의 대응관계는 부족하기 때문에, 상술한 미세한 휘도편차는 눈에 띠지않게 된다.
간접탈출광을 증가시키기 위해서는, 도광판의 배면을 따라 반사부재가 배치되는 것이 바람직하다. 반사부재는, 돌기열에서 내부반사되어, 배면으로부터 누출된 광을 반사하여 도광판에 되돌려, 간접탈출의 찬스가 부여되도록 한다.
또, 전환출력부의 영부의 연재방향은, 배면상의 위치에 따라 변화하고 있어도 된다. 영부의 연재방향의 분포에 의해, 출사면으로부터의 출사광의 방향분포를 제어할 수 있다.
전환출력부의 영부의 연재방향이, 광의 도래방향과 대략 일치하도록, 배면상의 위치에 따라 변화하고 있어도 된다. 또, 전환출력부의 영부의 연재방향은, 광의 도래방향에 대하여 작은 각도로 경사져 있어도 된다.
이와 같이 개량된 면광원장치는, 액정패널이 배후에서 조명되는 백라이팅형의 액정디스플레이, 또는 액정패널이 전면 (관찰면측) 으로부터 조명되는 프론트라이팅형의 액정디스플레이를 위한 면광원장치로서 채용될 수 있다. 이 경우, 면광원장치의 특성은, 액정디스플레이에 반영된다. 따라서, 본 발명에 사용한 액정디스플레이는, 소정의 방향 또는 위치로부터 밝게 관찰되는 표시화면을 제공한다.
도 4a, 도 4b 에 본 발명의 하나의 실시형태의 개략 배치를 나타내었다. 도 4a 는 평면도, 도 4b 는 도 4a 에 있어서 오른쪽에서 본 측면도이다. 도 5 는 하나의 마이크로 리플렉터의 주변을 확대묘사하여, 전형적인 광로를 병기한 사시도이다.
도 4a 에 있어서, 확산판 및 액정표시패널의 표시는 생략되어 있다. 또한, 도 5 에 있어서, 액정표시패널의 표시가 생략되어 있다. ㎜ 단위로 표기되어 있는 크기수치는 하나의 예시이다. 또한, 이하에서 참조되는 모든 도면에 있어서, 마이크로 리플렉터나 돌기열의 크기는, 설명을 위해 적당히 과장되어 있다. 액정패널 (PL) 은 피조명대상물의 전형예로, 용도에 따라 다른 피조명대상물이 배치되어도 된다.
먼저 도 4a, 도 4b 를 참조하면, 아크릴수지, 시클로올레핀계수지, 폴리카보네이트 (PC) 등의 투명재료로 이루어지는 도광판 (30) 의 하나의 측단면이, 입사단면 (32) 을 제공하고 있다. 막대형상의 1차광원 (냉음극관 ; L1) 이 입사단면 (32) 을 따라 배치되고, 입사단면 (32) 에 광을 공급한다. 입사단면 (32) 에서 보아 좌우의 단면은, 측면 (35, 36) 을 제공하고 있다.
도광판 (30) 의 2 개의 주표면 (33, 34) 중 일방이 출사면 (33) 으로 된다. 타방의 면 (배면 ; 34) 에는, 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 설치되어 있다.
배면 (34) 을 따라, 반사부재 (RF) 가 배치된다. 반사부재 (RF) 는 배면 (34) 을 향하는 반사면을 구비한다. 반사면은 확산반사성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 반사부재 (RF) 에는 예를 들어 백색 PET 필름을 채용할 수 있다.
반사부재 (RF) 에는, 은박, 알루미박과 같이, 정반사성의 반사면을 제공하는 재료가 채용되어도 된다. 반사부재 (RF) 는 반드시 시트형상이 아니어도 된다. 예를 들어, 도광판 (30) 이외를 지지하는 프레임의 내면이 반사면을 제공하여도 된다.
도 4 와 도 5 를 같이 참조하면, 출사면 (33) 에는, 입사단면 (32) 과 대략 수직으로 연재하는 다수의 돌기열 (PR) 이 설치되어 있다. 출사면 (33) 의 외측에는, 확산판 (DF) 을 통하여, 이미 알려진 액정패널 (PL) 이 배치되고, 백라이팅형의 액정디스플레이가 구성되어 있다. 확산판 (DF) 은 약한 확산성능을 갖는 것으로, 생략되어도 된다.
도 5 에 있어서, 1차광원 (L1) 으로부터 발해진 광은 광선 (P) 으로 대표되고 있다. 입사단면 (32) 을 통하여 도광판 (30) 내에 도입된 광선 (P) 이, 도 광판 (30) 내를 전파하고, 어느 하나의 마이크로 리플렉터 (90) 내에 들어가, 마이크로 리플렉터 (90) 로의 입력광 (입력광선) 이 된다. 입력광선 (P) 은, 그 마이크로 리플렉터 (90) 내에서 주로 2 회 반사 (점 a 및 점 b) 되어, 출사면 (33) 을 향하는 내부 출력광 (Q) 이 생성된다.
출사면 (33) 상에 형성된 돌기열 (PR) 의 각각은, 사면쌍 (SL1, SL2) 으로 구성되어 있다. 따라서, 내부 출력광은 어느 하나의 사면 (SL1 또는 SL2) 에 도달한다. 사면 (SL1 또는 SL2) 으로의 도달시의 내부입사각에 따라 일부가 도광판 (30) 의 외부 (점 c) 로 탈출하고, 조명출력광 (R ; 직접 탈출광성분) 으로 된다.
나머지의 성분은 내부반사되어, 그 상당한 부분은, 여러가지의 경로이력을 거친 후에 다시 출사면 (33) 에 도달한다. 이렇게 하여, 2 회째 이후의 출사면 (33) 으로부터의 탈출찬스가 발생한다. 이렇게 하여 2 회째 이후의 찬스에서 생성되는 간접 탈출광도 또한 조명출력광 (R) 에 가해진다.
출사면 (33) 에 형성된 돌기열 (PR) 은, 직접 탈출광과 간접 탈출광의 비율을 조정하는 기능을 갖는다. 만약, 출사면 (33) 에 돌기 (PR) 가 형성되어 있지 않고 평탄하면, 대부분의 내부 출력광이 직접 탈출광으로 되어, 상술한 바와 같이, 미세한 휘도편차를 초래하는 원인이 된다.
돌기열 (PR) 을 구비한 출사면 (33) 은, 직접 탈출광을 억제하는 경향으로 조정하여, 간접탈출광이 상대적으로 생성되기 쉬워진다. 간접탈출광은 여러가지의 경로이력을 거친 후 출사면 (33) 에 도달한다. 따라서, 간접탈출광의 탈 출위치와 직접탈출광의 탈출위치가 겹치는 확율은 낮아진다. 그 결과, 출사광 전체에 대해서는 탈출위치가 출사면 (33) 상에서 분산되어, 미세한 휘도편차가 발생하기 어려워진다.
출사면 (33) 의 돌기 (PR) 의 사면 (SL1 또는 SL2) 의 내면에서 내부반사된 광은 배면 (34) 으로 되돌아가, 그 상당한 부분이 배면 (34) 으로부터 일단은 도광판 (30) 밖으로 누출된다. 반사부재 (RF) 는, 이것을 도광판 (30) 으로 되돌리고, 출사면 (33) 으로부터의 탈출 (간접탈출) 의 찬스를 다시 부여한다. 따라서, 간접탈출광을 증대시킨 후에 반사부재 (RF) 를 배면 (34) 을 따라 배치하는 것은 매우 바람직하다. 다만, 반사부재 (RF) 를 생략한 배치에서도, 어느 정도의 간접탈출광은 얻어진다.
직접 탈출광과 간접탈출광을 포함하는 도광판 (30) 의 출력조명광 (R) 은, 확산판 (DF) 을 통과하고 (점d), 액정표시패널 (PL)[도 4(b) 의 참조] 에 공급된다. 이 광은, 주지의 원리에 따라 표시에 기여한다. 미세한 휘도편차가 방지된 조명출력광이 액정표시패널에 공급되는 것은, 우수한 품질의 표시화면을 제공하는데 유리하다
본 실시형태에서 채용되고 있는 마이크로 리플렉터 (90) 는, 도 3b 에 나타낸 것과 유사한 형상을 갖는다. 도 6 은 하나의 마이크로 리플렉터 자신을 확대 표시한 사시도이다. 또한, 도 7a, 도 7b, 도 7c 는, 하나의 마이크로 리플렉터 (90) 의 주변을 3 방향에서 본 도면에, 도 5 에 나타낸 대표광선 (P) 의 광로를 입력한 것으로, 도 7a 는 +Z 방향에서 본 묘화도, 도 7b 는 +X 방향에서 본 묘 화도, 도 7c 는 +Y방향에서 본 묘화도이다.
도 6 에 나타낸 바와 같이, 마이크로 리플렉터 (90) 는 4 개의 면 (91 ∼ 94) 을 갖는 블록형상을 갖고 있다. 이들의 면 (91 ∼ 94) 은 배면 (34) 을 대표하는 일반면에 대하여 경사져 형성되어 있다. 면 (91, 92) 은 방향전환을 위한 광입력을 원할하게 실행하기 위한 안내부를 제공하고 있고, 영부 (96) 에서 만나고 있다.
또한, 면 (93, 94) 은, 방향전환을 위한 2 회 반사를 실행하여, 내부 출력광을 생성하는 반사면이다. 면 (93) 과 면 (94) 은, 영부 (95) 에서 만나고 있다. 또한, 면 (91) 과 면 (93) 은 능선 (97) 에서 만나고, 면 (92) 과 면 (94) 은 능선 (98) 에서 만나고 있다.
도 5, 도 6 을 함께 설명하면, 전환출력부의 반사면 (93, 94) 은 광선 (P) 의 입장에서 보면 골을 형성하고 있는 것을 알 수 있다. 영 (95) 이 골바닥에 대응한다. 이 골은, 안내부에서 멀어짐에 따라 좁고, 또한, 얕아지고 있다. 이 형상에 의해, 상술한 2 회 반사 (a, b) 가, 용이하게 일어난다. 그 결과, 광의 진행방향이 2 번에 걸쳐 3 차원적으로 전환되어, 출사면 (33) 으로 향하는 내부 출력광 (Q) 이 생성된다.
또한, 본 실시형태에서는 안내부의 반사면 (91, 92) 도 광선 (P) 의 입장에서 보면 역시 골을 형성하고 있다. 영 (96) 이 골바닥에 대응한다. 이 골은 전환출력부에서 멀어짐에 따라 좁고, 또한, 얕아지고 있다.
여기에서 주목할만한 것은, 마이크로 리플렉터 (90) 의 자세를 3 차원적으로 조정함으로써, 상당한 범위에서 내부 출력광 (Q) 의 진행방향을 제어할 수 있는 것이다. 마이크로 리플렉터 (90) 의 3차원적인 자세의 자유도는 「3」이고, 예를 들어 도 7a ∼ 도 7c 에 나타낸 바와 같이, 3 개의 독립된 자세파라미터 (θr, θx, θy) 로 표현할 수 있다.
파라미터 (θr) 는, 「영부 (95) 를 XY 평면 (배면 (34) 의 연재자세를 대표하는 일반면에 평행) 에 사영(射影)된 라인이 +Y 축방향 (입사면 (32) 측에서 본 때의 도광판 (30) 의 깊이방향) 과 이루는 각도」이다. 파라미터 (θr) 는 주로 마이크로 리플렉터 (90) 로의 입력광의 상대적인 각도분포를 좌우한다. 각도 (θr) 는 일반적으로 0 도 ∼ 작은 각도, 예를 들어 ±18도의 범위에서 설계적으로 정해지는 것이 바람직하다.
도 4, 도 5 의 예에서는, 광은 주로 -Y 축방향에서 공급되기 때문에, 도광판 (30) 의 배면 (34) 의 대부분의 부분에서는, θr을 대략 0 도로 했을 때에 입력광량이 최대로 된다. 그러나, 남은 자세 파라미터 (θx, θy) 와의 조합에 따라 내부 출력광 (Q) 의 진행방향을 3차원적으로 조정하기 때문에, 작은 각도의 범위에서 조정하는 것은 전혀 상관없다.
또한, 예를 들어, 45 도를 초과하는 과대한 θr 은, 마이크로 리플렉터 (90) 로의 입력광량을 현저하게 줄이게 되는 경우가 많고, 실용적이 아닌 것이 일반적이다. 다만, 후술하는 바와 같이, 광의 도래방향이 크게 경사져 있는 위치, 예를 들어, 입사단면 (32) 의 양단의 코너부에서는, 각도 (θr) 가 특별한 태양으로 조정되어도 된다.
다음으로, 파라미터 (θy) 는, 「능선부 (95) 를 YZ 평면 (측면 (35, 36) 에 평행) 에 사영된 라인이 +Y 축방향 (입사면 (32) 측에서 볼 때의 도광판 (30) 의 깊이방향) 과 이루는 각도」 로 정의되어 있다. 파라미터 (θy) 는 주로 YZ 평면내에 대하여 출력광 (Q) 의 방향을 좌우한다. 도 7b 의 예에서는, Y 성분이 대략 0 이 되는 방위에 출력광 (Q) 이 생성되어 있다. 예를 들어, θy를 도시한 상태보다 작게 취하면, 출력광 (Q) 의 방향은 도시된 상태보다 도면중에서 시계방향으로 경사진다.
또한, 파라미터 (θx) 는, 「영부 (95) 를 XZ 평면 (입사단면 (32) 에 평행) 에 사영된 라인이 +Z 축방향 (도광판 (30) 의 두께방향) 과 이루는 각도」 로 정의되어 있다. 파라미터 (θx) 는, 주로 XZ 평면내에 대하여 내부 출력광 (Q) 의 방향을 좌우한다. 도 7(c) 의 예에서는, 돌기열 (PR) 의 일방의 사면 (SL1) 에 작은 각도로 경사져 내부입사된 후, XZ 평면내에 대하여 대략 정면방향의 조명출력광 (R) 을 얻을 수 있도록, θx 가 설정되어 있다.
이들 자세 파라미터의 조정, 특히 θx 의 조정에 의해, 일반적으로, 면 (93) 이 배면 (34) 을 대표하는 일반면에 대하여 이루는 경사각과, 면 (94) 이 동 일반면에 대하여 이루는 경사각과는 같아지지 않게 된다. 예를 들어, 영부 (95) 에 대하여 면 (93, 94) 이 대칭으로 형성되어 있는 경우, θx ≠0 이면, 양면 (93, 94) 이 배면 (34) 을 대표하는 일반면에 대하여 이루는 경사각은 서로 다른 것으로 된다.
여기에서, 돌기열 (PR) 의 작용에 대하여 더욱 고찰해 본다. 도 7(c) 에는, 내부 출력광 (Q) 이 대략 정면방향의 조명출력광 (R) 이 되는 광로가 나타나 있지만, 실제의 출력광빔속의 진행방향은, 도시된 출력광 (Q) 의 방향의 둘레에 분포되어 있다. 지금, XZ 평면내에 대하여 Z 방향으로 진행하는 내부 출력광 (Q1) 에 주목하여, 그 전형적인 광로를 도 8 에 예시하였다.
도시되어 있는 바와 같이, 내부 출력광선 (Q1) 이 사면 (SL1) 으로 내부입사되면, 내부입사각에 따라 광선 (Q2) 과 직접 탈출광 (R1) 으로 분기된다. 단, 내부입사각이 임계각 이상이면 전반사가 일어나고, 직접 탈출광 (R1) 은 발생하지 않는다. 또, 내부입사각이 임계각미만에서 직접 탈출광 (R1) 이 발생하는 경우에서도, 면 (SL1) 이 경사져 있기 대문에, 내부입사각은 일반적으로 임계각에 가까워진다. 예를 들어, 돌기열 (PR) 의 재료가 PMMA (굴절율 ; 1.492) 인 경우, 임계각은 43 도 정도이다.
내부반사광선 (Q2) 은, 타방의 사면 (SL2) 에 내부입사된다. 여기에서, 내부입사각에 따라 광선 (Q3 과 Q4) 으로 분기된다. 다만, 여기에서도 내부입사각이 임계각 이상이면 전반사가 일어나고, 광선 (Q4) 은 발생하지 않는다. 어느 것으로 하든, 광선 (Q3, Q4) 은 직접 탈출광으로는 되지 않는다. 또한, 광선 (Q4) 이 일단은 도광판 (30) 밖으로 나오지만, 바로 옆의 돌기에 입사되어, 대부분이 R1 과는 전혀 다른 광로를 더듬어가므로, 직접 탈출광으로는 간주하지 않기로 한다. 광선 (Q4) 의 대부분은, 광선 (Q5) 으로 되어, 도광판 (30) 내를 다시 전파한다.
이와 같이 하여 발생한 광선 (Q3, Q5) 및 이들에 유사한 광선의 대부분은, 그 후 다양한 광로를 거쳐, 다시 돌기열 (PR) 로부터의 탈출하는 찬스를 얻는다. 2 번째 이후의 탈출 찬스에서 탈출에 성공하고, 도광판 (30) 을 떨어지는 광선은 조명출력광의 일부를 형성한다.
여기에서 중요한 것은, 만약 출사면 (33) 에 돌기열 (PR) 이 형성되어 있지 않고 평탄하면, 광선 (Q3, Q5) 과 같은 광은 매우 소량밖에 발생하지 않는다는 것이다. 그 결과, 직접 탈출광이 과잉으로 되어, 미세한 휘도편차의 원인으로 된다.
바꿔말하면, 돌기열 (PR) 은, 직접 탈출광이 과잉으로 되지않도록 조정하고, 그로써 미세한 휘도편차 내지 「번쩍이는 느낌」 을 방지한다. 돌기열 (PR) 의 이 작용은, 돌기열 (PR) 의 사면 (SL1, SL2) 의 경사각 (β) 뿐만아니라, 마이크로 리플렉터 (90) 의 형상 (특히, 전환출력부의 골의 형상), 치수, 자세 (θr, θy, θx), 도광판 (30) 의 재료 (굴절율) 등의 모든 요인에 따라 다양하게 변화하는 것으로 생각된다. 따라서, 최적한 조건은 설계적으로 정해지는 것이 바람직하다.
마지막으로, 마이크로 리플렉터 (90) 의 배열패턴에 대하여 설명한다. 본 발명에서 마이크로 리플렉터 (90) 의 배열패턴에 대하여 특별히 절대적인 조건을 부여하는 것은 아니지만, 출사면 (33) 전체에 걸쳐 균일한 휘도분포를 얻을 수 있도록 마이크로 리플렉터 (90) 를 배열하는 것이 바람직하다.
도 9 는, 마이크로 리플렉터 (90) 의 하나의 배열예를 나타내고 있다. 도 9 에 있어서, 투명수지로 이루어지는 도광판 (40) 의 하나의 단면이 입사단면 (42) 을 제공하고 있다. 일방의 주표면이 제공하는 배면 (44) 상에 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 배열되어 있다. 타방의 주표면은 출사면 (도시생략) 을 제공하고, 좌우의 마이너면이 측면 (45, 46) 을 제공하고 있다.
1차광원 (냉음극관 ; L) 은, 도 2 에 나타낸 것과 동일하고, 입사단면 (42) 을 따라 배치되어, 입사단면 (42) 을 향하여 1차광을 공급한다. 냉음극관 (L) 의 양단은 발광력이 없는 전극부 (EL1, EL2) 이고, 이들 사이의 발광부의 길이는 입사단면 (42) 의 길이보다 약간 짧아지고 있다. 이와 같은 설계는, 전극부 (EL1, EL2) 의 돌출을 피하기 위해 종종 채용된다.
1차광원 (L) 으로부터 발해진 광은, 입사단면 (42) 을 통하여 도광판 (40) 내에 도입된다. 도광판 (40) 내를 전파하는 광이 마이크로 리플렉터 (90) 내로 들어가면, 마이크로 리플렉터 (90) 내에서 주로 2 회 반사가 일어나고, 출사면을 향하는 내부 출력광이 생성된다. 내부 출력광의 일부는 직접탈출광으로 되고, 나머지의 일부는 간접탈출광으로 된다. 개개의 마이크로 리플렉터 (90) 의 형태와 작용은 이미 서술하였으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 9 에 나타낸 배열패턴은, 도 2 에 나타낸 배열패턴과 동일하다. 다만, 개개의 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향 (자세) 에는, 상술과 바와 같은 자유도 (자세패턴 (θr, θx, θy) 가 있다. 여기에서 자세의 세부사항은 표현되어 있지 않다. 단, θr에 대해서는 코너부 (C, D) 를 제외하고 대략 θr=0 도의 배향으로 그려져 있다. 상술한 바와 같이, 전부 또는 일부의 마이크로 리플렉터 (90) 에 대하여, θr 를 도시된 배향으로부터 작은 각도, 몇(數)도 ∼ 20 도, 예를 들어, 18도, 시계방향 또는 반시계방향으로 경사시켜도 된다.
배열규칙을 정리하여 기록하면 하기와 같다.
1. 형성밀도 (피복율) 는 입사단면 (42) 으로부터의 거리에 따라 증대하는 경향을 갖는다. 이로써, 입사단면 (42) 으로부터의 거리에 의존한 휘도변화가 출사면에 나타나는 것이 방지된다.
2. 전극부 (EL1, EL2) 에 가까운 코너영역 (C, D) 에서는, 특히 고밀도로 마이크로 리플렉터 (90) 가 배열되어 있다. 이 배열은 하기 3 의 배향과 함께 코너영역 (C, D) 에 대응하는 암부가 출사면상에 나타나는 것을 방지한다.
3. 상술한 바와 같이, 배면 (44) 의 대부분에 있어서, 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향은 입사단면 (42) 에 대략 수직으로 정렬되어 있다 (θr=약 0 도).
4. 코너영역 (C, D) 에서는, 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향은 입사단면 (42) 에 대하여 비스듬하게 크게 경사져 있다. 즉, θr는 최대 45 도 정도까지 분포되어 있다. 이것은, 광의 도래방향과 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향을 대응시켜 방향전환효율을 높인다. 또한, 코너영역 (C, D) 을 제외하는 양측부 (45, 46) 에서는, 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향은 입사단면 (32) 에 대하여 작은 각도 경사져 있다. 이것은, 상기 (4) 와 동일하게, 광의 도래방향과 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향을 대응시켜, 방향전환율을 높인다.
다만, 상술한 바와 같이, 전부 또는 일부의 마이크로 리플렉터 (90) 에 대하여, θr를 도시된 배향으로부터 작은 각도, 몇도 ∼ 20도, 예를 들어 18도, 시계방향 또는 반시계방향으로 경사시켜도 된다.
5. 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 는, 직선상에 나열하는 강한 질서를 갖지 않도록 설계된다. 이로써, 마이크로 리플렉터 (90) 는 보다 눈에 띠기 어려워 진다. 또, 액정디스플레이에 삽입한 경우, 매트릭스상의 전극배열과의 중첩관계에 의한 모아레무늬 발생이 방지된다.
도 10 은, 마이크로 리플렉터 (90) 의 또 하나의 배열예를 나타내고 있다. 도 10 에 나타낸 예는, 예를 들어 LED 와 같은 점상 광원요소를 사용한 1차광원을 채용한 경우에 적합하다.
도 10 에 나타낸 바와 같이, 도광판 (50) 의 하나의 측단면 (52) 의 중앙부에 형성된 오목부 (52a) 가 입사단면을 제공하고 있다. 1차광원 (L2) 은, 예를 들어 LED (발광다이오드) 를 사용한 소발광면적을 갖는 막대형상이 아닌 1차광원으로, 오목부 (52a) 를 통하여 도광판으로의 광공급을 실행하도록 배치된다. 배면 (54) 에는 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 설치되어 있다. 그 배열과 배향은, 다음과 같은 특징을 갖고 있다.
1. 피복율은 오목부 (52a) 로부터의 거리에 따라 증대하는 경향을 갖는다. 이로써, 오목부 (52a ; 광원 (L2)) 로부터의 거리에 의존한 휘도변화가 출사면에 나타나는 것이 방지된다.
2. 배면 (54) 의 전체에 걸쳐, 마이크로 리플렉터 (90) 의 배향은 오목부 (52a) 로부터 방사상으로 정해져 있다. 안내부는, 오목부 (52a) 를 향하고 있다. 즉, 각 마이크로 리플렉터 (90) 의 전환출력부의 영부 (95 ; 도 6, 도 7 참조) 가 오목부 (52a) 를 향하는 방향으로 연재한다. 단, 상술한 바와 같이, 전부 또는 일부의 마이크로 리플렉터 (90) 에 대하여, 배향 (도 7 에서의 θr) 을 도시된 배향으로부터 작은 각도, 몇도 ∼ 20 도, 예를 들어, 18 도, 시계방향 또는 반시계방향으로 경사시켜도 된다.
3. 광원 (L2) 의 방사상 특성에 정면방향으로의 지향성이 있는 경우, 측단면 (52) 의 주변에서, 마이크로 리플렉터 (90) 의 피복율이 높아져도 된다. 특히, 코너영역 (E, F) 에 대해서는, 피복율이 높아지는 것이 바람직하다.
4. 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 직선상에 나열하는 질서를 갖고 있지 않다. 이로써, 마이크로 리플렉터 (90) 가 보다 눈에 띠지 않게 된다. 또, 액정디스플레이에 삽입한 경우, 매트릭스상의 전극배열과의 중첩관계에 의한 모아레무늬 발생이 방지된다.
도 11 은, 마이크로 리플렉터 (90) 의 또 다른 하나의 배열예를 나타내고 있다. 도 11 에 나타낸 예는, 예를 들어, LED 와 같은 점형상 광원요소를 사용한 1차광원을 2 개소에 배치한 경우에 적합하다.
도 11 에 나타낸 바와 같이, 도광판 (60) 의 하나의 측단면 (62) 에 형성된 2 개의 오목부 (62a, 62b) 가 입사단면을 제공하고 있다. 1차광원 (L3, L4) 은, 예를 들어 LED (발광다이오드) 를 사용한 소발광면적을 갖는 막대형상이 아닌 1차광원으로, 오목부 (62a, 62b) 를 통하여 도광판으로의 광공급을 실행하도록 배치된다. 배면 (64) 에는 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 설치되어 있다. 그 배열과 배향은, 다음과 같은 특징을 갖고 있다.
1. 피복율과 배향은 오목부 (62a, 62b) 와의 위치관계를 고려하여, 휘도변화가 출사면에 나타나지 않도록 설계된다.
먼저, 일방의 1차광원 (L3) 으로부터의 광공급만을 가정하여, 출사면전체에 있어서의 휘도가 균일해지도록 피복율과 배향의 분포 (분포 3 이라 함) 를 설계한다.
다음에, 타방의 1차광원 (L4) 으로부터의 광공급만을 가정하여, 출사면 전체에서의 휘도가 균일해지도록 피복율과 배향의 분포 (분포 4 라고 함) 를 설계한다. 이들 분포 3 과 분포 4 를 중첩하여 본예에서의 피복율 및 배향의 분포 (분포 3 + 분포 4) 로 한다.
분포 3 에 의한 피복율은, 1차광원 (L3)으로부터의 거리에 따라 증대하는 한편, 분포 4 에 의한 피복율은 1차광원 (L4)으로부터의 거리에 따라 증대하는 경향을 갖는다. 따라서, 전체적으로서는 분포 3, 분포 4 의 구배는 서로 상쇄하는 경향을 갖는다. 도시된 예에서는, 대략 균일한 피복율의 경우가 그려져 있다.
마이크로 리플렉터 (90) 의 배향은, 절반수가 분포 3 에 따라 오목부 (62a) 로부터 방사상으로 정해지고, 나머지의 절반수가 분포 4 에 따라 오목부 (62b) 로부터 방사상으로 정해지고 있다.
다만, 상술한 바와 같이, 전부 또는 일부의 마이크로 리플렉터 (90) 에 대하여, θr 을 도시된 배향으로부터 작은 각도, 몇도 ∼ 20도, 예를 들어 18도, 시계방향 또는 반시계방향으로 경사시켜도 된다.
2. 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 직선상에 나열하는 질서를 갖지 않는다. 이로써, 마이크로 리플렉터 (90) 가 보다 눈에 띠지않게 된다. 또, 액정디스플레이에 삽입한 경우, 매트릭스상의 전극배열과의 중첩관계에 의한 모아레무늬발생이 방지된다.
도 12 는, 마이크로 리플렉터 (90) 의 또 다른 하나의 배열예를 나타내고 있다. 도 12 에 나타낸 예는, 소위 2 등(燈)배치로의 적용예이다. 여기에서 채용되는 도광판 (70) 은, 2 개의 서로 평행인 마이너면이 입사단면 (72a, 72b) 을 제공하고 있다.
막대형상의 1차광원 (냉음극관 ; L5, L6) 이 입사단면 (72a, 72b) 를 따라 배치되고, 각각 입사단면 (72a, 82b) 에 광을 공급한다. 배면 (74) 에는 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 설치되어 있다. 그 배열과 배향은, 다음과 같은 특징을 갖고 있다.
1. 마이크로 리플렉터 (90) 의 피복률과 배향은 다음과 같이 설계된다. 먼저, 일방의 1차광원 (L5) 으로부터의 광공급만을 가정하여, 출사면 전체에서의 휘도가 균일해지도록 피복율과 배향의 분포 (분포 5 라 함) 를 설계한다. 다음에, 타방의 1차광원 (L6) 으로부터의 광공급만을 가정하여, 출사면 전체에서의 휘도가 균일해지도록 피복율과 배향의 분포 (분포 6 이라 함) 를 설계한다. 이들 분포5 와 분포 6 을 중첩하여 본 실시형태에서의 피복율 및 배향의 분포 (분포 5 + 분포 6) 로 한다.
분포 5 에 의한 피복율은 입사단면 (72a) 으로부터의 거리에 따라 증대하는 한편, 분포 6 에 의한 피복율은 입사단면 (72b) 으로부터의 거리에 따라 증대하는 경향을 갖는다. 따라서, 전체적으로 분포 5, 분포 6 의 구배가 서로 상쇄하는 경향을 갖는다. 도시된 예에서는, 대략 균일한 피복율의 경우가 그려져 있다.
마이크로 리플렉터 (90) 의 배향은 입사단면 (72a, 72b) 에 대략 수직으로 정렬되어 있다. 다만, 분포 5 에서 정해진 마이크로 리플렉터 (90) 의 안내부는 입사단면 (72a) 을 향하고, 분포 6 에서 정해진 마이크로 리플렉터 (90) 의 안내부는 입사단면 (72b) 을 향한다.
다만, 상술한 바와 같이, 전부 또는 일부의 마이크로 리플렉터 (90) 에 대하여, θr를 도시된 배향으로부터 작은 각도, 몇도 ∼ 20도, 예를 들어 18도, 시계방향 또는 반시계방향으로 경사시켜도 된다.
통상, 1차광원 (L5, L6) 의 파워는 똑같이, 절반수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 입사단면 (72a) 을 향하고, 나머지의 마이크로 리플렉터 (90) 가 입사단면 (72b) 을 향하게 된다.
2. 다수의 마이크로 리플렉터 (90) 가 직선상에 나열하는 질서를 갖지 않는다. 이로써, 마이크로 리플렉터 (90) 가 보다 눈에 띠지 않게 된다. 또, 액정디스플레이에 들어간 경우, 매트릭스상의 전극배열과의 중첩관계에 의한 모아레무늬 발생이 방지된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 도광판의 배면에 분포시킨 마이크로 리플렉터에 의한 2 회 내부반사에 근거하여 효율적인 방향전환이 도광판내부에서 실행됨과 동시에, 출사면에 있어서의 직접탈출광이 조정된다. 따라서, 미세한 휘도편차가 없는 도광판, 면광원장치 및 액정디스플레이를 얻을 수 있다.

Claims (15)

  1. 출사면과 배면을 제공하는 2 개의 주표면과, 광도입을 위한 입사단면을 구비한 도광판으로서,
    상기 배면은, 광진행방향 전환을 위한 다수의 돌기형상의 마이크로 리플렉터를 구비하고,
    각 마이크로 리플렉터는 안내부와 전환출력부를 포함하고,
    상기 전환출력부는 영부 (嶺部) 와 그 양측에 각각 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 경사져 형성된 제 1 반사면과 제 2 반사면을 포함하고,
    상기 영부, 제 1 반사면 및 제 2 반사면에 의해 상기 마이크로 리플렉터의 내부에는 골이 형성되고,
    상기 골은, 상기 안내부에서 멀어짐에 따라 폭이 좁고, 또한, 깊이가 얕아지는 경향을 갖도록 형성되고,
    그에 따라, 상기 안내부를 거쳐 상기 골에 도래한 내부입력광이 상기 제 1 반사면 및 상기 제 2 반사면 중의 일방에서 반사되고, 이어서 타방의 반사면에서 반사되어, 상기 출사면을 향하는 내부 출력광이 생성될 수 있고,
    또한, 상기 출사면은 상기 입사단면과 대략 수직으로 연재 (延在) 하는 다수의 돌기열을 구비하고,
    상기 돌기열의 내부반사에 의해, 상기 내부 출력광의 상기 출사면으로부터의 직접탈출이 조정되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반사면과 제 2 반사면은 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 다른 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영부의 연재방향은 상기 배면상의 위치에 따라 변화하는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 하나 이상의 1차광원, 출사면과 배면을 제공하는 2 개의 주표면, 및 상기 1차광원으로부터의 광도입을 위한 입사단면을 구비한 도광판을 포함하는 면광원장치로서,
    상기 배면은, 광진행 방향전환을 위한 다수의 돌기형상의 마이크로 리플렉터를 구비하고,
    각 마이크로 리플렉터는 안내부와 전환출력부를 포함하고,
    상기 전환출력부는 영부와 그 양측에 각각 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 경사져 형성된 제 1 반사면과 제 2 반사면을 포함하고,
    상기 영부, 제 1 반사면, 및 제 2 반사면에 의해 상기 마이크로 리플렉터의 내부에는 골이 형성되고,
    상기 골은, 상기 안내부로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁고, 또한, 깊이가 얕아지는 경향을 갖도록 형성되고,
    그에 따라, 상기 안내부를 거쳐 상기 골에 도래한 내부입력광이 상기 제 1 반사면 및 상기 제 2 반사면 중의 일방에서 반사되고, 이어서 타방의 반사면에서 반사되어, 상기 출사면을 향하는 내부 출력광이 생성될 수 있고,
    또한, 상기 출사면은 상기 입사단면과 대략 수직으로 연재하는 다수의 돌기열을 구비하고,
    상기 돌기열의 내부반사에 의해, 상기 내부 출력광의 상기 출사면으로부터의 직접탈출이 조정되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배면을 따라 반사부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 반사면과 제 2 반사면은, 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 다른 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사면과 제 2 반사면은, 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 다른 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  8. 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환출력부의 영부의 연재방향이, 광의 도래방향과 대략 일치하도록, 상기 배면상의 위치에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  9. 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환출력부의 영부의 연재방향이, 광의 도래방향에 대하여 작은 각도로 경사지도록, 상기 배면상의 위치에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  10. 액정패널을 조명하기 위한 면광원장치를 구비한 액정디스플레이로서,
    상기 면광원장치는 하나 이상의 1차광원, 출사면과 배면을 제공하는 2 개의 주표면, 및 상기 1 차광원으로부터의 광도입을 위한 입사단면을 구비하고,
    상기 배면은, 광진행방향전환을 위한 다수의 돌기형상의 마이크로 리플렉터를 구비하고,
    각 마이크로 리플렉터는 안내부와 전환출력부를 포함하고,
    상기 전환출력부는 영부와 그 양측에 각각 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 형성된 제 1 반사면과 제 2 반사면을 포함하고,
    상기 영부, 제 1 반사면 및 제 2 반사면에 의해 상기 마이크로 리플렉터의 내부에는 골이 형성되고,
    상기 골은, 상기 안내부로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁고, 또한, 깊이가 얕아지는 경향을 갖도록 형성되고,
    그에 따라, 상기 안내부를 거쳐 상기 골에 도래한 내부입력광이 상기 제 1 반사면 및 상기 제 2 반사면중의 일방에서 반사되고, 이어서 타방의 반사면에서 반사되어, 상기 출사면을 향하는 내부 출력광이 생성될 수 있고,
    또한, 상기 출사면은 상기 입사단면과 대략 수직으로 연재하는 다수의 돌기열을 구비하고,
    상기 돌기열의 내부반사에 의해, 상기 내부 출력광의 상기 출사면으로부터의 직접탈출이 조정되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배면을 따라 반사부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 반사면과 제 2 반사면은, 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 다른 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 반사면과 제 2 반사면은, 상기 배면을 대표하는 일반면에 대하여 다른 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
  14. 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환출력부의 영부의 연재방향이, 광의 도래방향과 대략 일치하도록, 상기 배면상의 위치에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
  15. 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환출력부의 영부의 연재방향이, 광의 도래방향에 대하여 작은 각도로 경사지도록, 상기 배면상의 위치에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이.
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