KR100728262B1

KR100728262B1 - 확산시트, 면광원장치 및 투과형 표시장치

Info

Publication number: KR100728262B1
Application number: KR1020050030763A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 고토; 미츠루 이이다; 와타루 도쿠하라
Original assignee: 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2007-06-13
Also published as: CN1683974A; US7408708B2; KR20060045673A; TWI328131B; CN100385310C; US20050270654A1; JP2011257763A; TW200613844A; JP5195970B2

Abstract

본 발명은 화면을 관찰하는 위치에 관계 없이 얼룩이 없는 균일한 조명이 이루어질 수 있는 확산시트, 면광원장치 및 투과형 표시장치를 제공하기 위한 것이다. 투과형 표시장치(10)는, LCD 패널(11)과, LCD 패널(11)을 배면에서 조명하는 면광원장치(16)를 갖도록 되어 있다. 면광원장치(16)는, 병렬로 배열된 복수의 음극선관(13)을 갖고 있다. 면광원장치(16)의 음극선관(13)과 LCD 패널(11) 사이에는 확산시트(14) 및 수렴시트(12)가 설치되어 있다. 확산시트(14)에는 광이 출사하는 출사측에 확산렌즈 어레이(141)가 형성되어 있다. 확산렌즈 어레이(141)는 그 단면이 타원인 타원통의 일부에 상당하는 형상을 이루는 복수의 단위렌즈를 갖고 있다. 수렴시트(12)는, 음극선관(13)쪽에서 시트면을 따라 형성된 단면형상이 대략 사다리꼴인 복수의 단위렌즈(121)를 갖고 있다. 그에 따라, 면광원장치(16)의 음극선관(13)으로부터의 조명광을 확산시켜 균일한 조명을 실행함과 더불어, 조명광을 수렴시켜 백라이트로서의 광의 이용효율을 높일 수가 있게 된다.

Description

확산시트, 면광원장치 및 투과형 표시장치{DIFFUSING SHEET, SURFACE LIGHT SOURCE APPARATUS, AND REAR PROJECTION DISPLAY APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 투과형 표시장치를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 확산시트를 나타낸 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 확산시트를 III-III 선에 따라 절단한 확대단면도,

도 4는 도 2에 도시된 확산시트에 대해 입사각 O°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 5는 도 2에 도시된 확산시트에 대해 입사각 20°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 6는 도 2에 도시된 확산시트에 대해 입사각 40°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 7은 도 2에 도시된 확산시트에 대해 입사각 60°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 8은 도 1에 도시된 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 수렴시트를 나타낸 사시도,

도 9는 도 8에 도시된 수렴시트를 IX-IX 선에 따라 절단한 확대단면도,

도 10은 도 8에 도시된 수렴시트의 입사측 단위렌즈의 광학적 작용을 설명하기 위한 도면,

도 11은 도 8에 도시된 수렴시트에 대해 입사각 10°로 평행광선이 입사되었을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,

도 12는 도 8에 도시된 수렴시트에 대해 입사각 30°로 평행광선이 입사되었을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,

도 13은 입사측 단위렌즈 사이에 평탄부가 설치되지 않은 수렴시트에 대해 입사각 10°로 평행광선이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,

도 14는 입사측 단위렌즈의 사이에 평탄부가 형성되어 있지 않는 수렴시트에 대해 입사각 30°로 평행광선이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,

도 15는 도 8에 도시된 수렴시트를 XV-XV 선에 따라 절단한 확대단면도,

도 16은 본 발명의 제1실시예에 따른 확산시트를 가진 면광원장치의 수평방향의 휘도분포를 다른 종류의 면광원장치와 비교해서 나타낸 도면,

도 17은 본 발명의 제1실시예에 따른 확산시트를 가진 면광원장치의 수평방향의 휘도분포를 다른 종류의 면광원장치와 비교해서 나타낸 도면.

도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 수렴시트를 나타낸 확대단면도,

도 19는 도 18에 도시된 수렴시트에 대해 입사각 10°로 평행광선이 입사했 을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,

도 20은 도 18에 도시된 수렴시트에 대해 입사각 30°로 평행광선이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,

도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 수렴시트를 가진 면광원장치의 휘도분포를 다른 종류의 면광원장치와 비교해서 나타낸 도면,

도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 확산시트를 나타낸 확대단면도,

도 23은 도 22에 도시된 확산시트에 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 24a 및 도 24b는 각각, 도 22에 도시된 확산시트의 확산렌즈 어레이의 형상이 특정한 식 (2)를 만족시키는 경우 및 특정의 식 (2)를 만족시키지 않는 경우에서의 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 25는 도 22에 도시된 확산시트에 관찰측에서 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면,

도 26 a 및 도 26b는 도 22에 도시된 확산시트의 변형예를 나타낸 확대단면도,

도 27은 본 발명의 제4실시예에 따른 투과형 표시장치를 나타낸 사시도,

도 28a 및 도 28b는 본 발명의 제1 ~ 제4실시예에 따른 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 확산시트의 변형예를 나타낸 확대단면도,

도 28c 및 도 28d는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 투과형 표시장치의 면광원장치의 변형예를 나타낸 사시도,

도 29a 및 도 29b는 본 발명의 제1 ~ 제4실시예에 따른 확산시트를 구성하는 렌즈필름을 제조하는 방법을 설명하기 위한 모식도,

도 30a 및 도 30b는 도 29a 및 도 29b에 도시된 제조방법으로 제조된 렌즈필름을 기재층에 접착함으로써 렌즈필름과 기재층을 일체화시키는 방법을 설명하기 위한 도면,

도 31은 도 29a 및 도 29b에 도시된 제조방법으로 제조된 렌즈필름을 기재층의 형성시에 열라미네이트 함으로써, 렌즈필름과 기재층을 일체화시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 액정표시장치등의 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 투과형 액정표시장치 등을 배면에서 조명하는 면광원장치에 쓰이는 확산시트, 면광원장치 및 그들을 이용한 투과형 표시장치에 관한 것이다.

종래에도 투과형의 액정표시장치 등을 배면에서 조명하는 면광원장치로서, 각종 방식의 면광원장치가 제안되고 또 실용화되어 있다. 이와 같은 면광원장치는, 주로 면광원이 아닌 광원을 면광원으로 변환시키는 방식의 상위에 따라, 엣지라이트형과 직하형으로 나뉘어진다.

그 중, 예컨대 직하형 면광원장치는, 병렬로 배열되는 음극선관에 의해 라이트 벌브(light bulb)로서 기능하는 LCD 패널 등의 투과형 표시부의 배면측에서 광 이 직접적으로 도입되도록 구성되어 있다. 그리고, 이와 같은 직하형 면광원장치에서, 음극선관과 투과형 표시부 사이에는 적당한 거리가 벌어져 그 사이에 확산판이 배치되고, 또 광을 수렴시키는 광학시트가 복수로 조합되어 배치되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 직하형의 면광원장치에서는, 필요로 하는 광학시트의 매수가 많은 비율로 광의 수렴특성이 불충분하다고 하는 문제가 있고, 이를 보충하기 위해 LCD 패널 등의 투과형 표시부 자체의 구조를 개량해서, 경사방향에서 입사되는 입사광에 대해서도 화질이 떨어지지 않도록 하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 방식에서는 광의 이용효율이 저하되는 것 이외에도, LCD 패널 등의 투과형 표시부의 구성이 복잡해져 비용 증가의 요인으로 된다고 하는 문제가 있었다.

또, 종래의 직하형 면광원장치에서는, 음극선관에 근접한 부분인지 여부(즉, 음극선관에 지근의 위치인지, 병렬로 나란히 배열된 음극선관의 간극 부분에 지근한 위치인가)에 따라 광의 강도(휘도)에 얼룩이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

여기서, 앞에서 설명한 것과 같은 얼룩의 발생을 억제하기 위한 방법으로는, 음극선관과 LCD 패널 등의 투과형 표시부 사이의 간격을 크게 하는 방법이 고려될수 있으나, 이와 같은 방법에서는 디스플레이장치 전체의 두께가 두껍게 되버린다는 문제가 있었다.

또, 앞에서 설명한 것과 같은 얼룩의 발생을 억제하기 위한 방법으로서, 음극선관과 LCD 패널 등의 투과형 표시부 사이에 배치된 광학시트 등에 의한 광의 확산의 정도를 강하게 하거나 광의 투과량을 제한하거나 하는 방법도 고려될 수 있으 나, 이와 같은 방법에서는 광의 사용량이 줄어든다고 하는 문제가 있었다.

보다 구체적으로는, 예컨대, 일본국 특허공개공보 평5-119703호 및 특허공개공보 평 11-242219호에, 면광원장치에서 라이팅 카텐이나 차광 도트층 등의 차광부분을 마련함으로써 광의 균일성을 유지하는 방법이 제안되어 있으나, 이와 같은 방법으로는 앞에서 설명한 방법과 마찬가지로 광의 사용량이 줄어든다고 하는 문제가 있었다.

또, 일본국 특허공개공보 평6-347612호에는, 면광원장치에서 양면에 렌티큐러렌즈를 설치한 시트에 의해 2방향의 확산제어를 실행하는 방법이 제안되어 있으나, 이 방법에서는 광을 수렴하기 위한 충분한 기능이 없고, 그 때문에 음극선관과의 위치관계에 따라 LCD 패널 등의 투과형 표시부의 면 내의 장소 마다 광축이 어긋나 여전히 화면을 관찰하는 위치에 따라 밝기의 얼룩이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 점을 고려해서 발명된 것으로, 화면을 관찰하는 위치에 관계 없이 얼룩이 없는 균일한 조명이 이루어질 수 있는 확산시트, 면광원장치 및 투과형 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 그 첫번째 해결수단으로서, 복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부를 가진 직하형(直下型) 면광원장치에 조립되어 사용되고 상기 광원부의 각 광원으로부터 출사(出射)된 광을 확산시켜 균일화한 확산시트에서, 적어도 광이 출사하는 출사측에 형성된 확산렌즈 어레이로서, 상기 광원부의 상기 광원으로부터 출사된 광을 확산시켜 출사하는 복수의 단위렌즈를 가진 확산렌즈 어레이를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 첫번째 해결수단에서, 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 단위렌즈는 그 단면이 타원인 타원통의 일부에 상당하는 형상 및 그 단면이 타원인 회전타원체의 일부에 상당하는 형상 중에서 선택된 적어도 1가지 형상을 하고, 상기 단면인 상기 타원의 장축이 시트면에 대해 직교하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 첫번째 해결수단에서, 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈의 긴쪽 반경이 짧은쪽 반경의 1.5배 ~ 3배의 길이를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 첫번째 해결수단에서는, 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈의 폭을 W, 높이를 H, 굴절률을 N로 하였을 때, arcsin(1/N) ＜ arctan(1/((2H/W) - O.1))의 관계를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 첫번째 해결수단에서, 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 각 단위렌즈 사이에는 평탄형상, 오목형상 및 미세요철형상 중 선택되는 적어도 1가지 형상을 이루는 부분이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 첫번째 해결수단에서, 확산시트 중 광이 입사되는 입사쪽에 광확산작용을 가진 미세요철형상을 이루는 입사면이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 확산시트는 상기 입사면의 상기 미세요철형상에 의해 상기 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용에 더해, 1/2 확산각이 70°이내의 무지향성 광확산 작용을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 본 명세서에서, 「 1/2 확산각 」이라 함은 밝기(휘도)의 값이 최대 밝기의 1/2로 되는 확산각을 말한다.

그리고, 본 발명의 첫번째 해결수단에서, 상기 확산시트는 그 적어도 일부에 광확산입자를 함유하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 확산시트는 상기 광확산입자에 의해, 상기 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용에 더해, 1/2 확산각이 70°이내의 무지향성 광확산작용을 가진 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 첫번째 해결수단에서, 상기 확산시트는 흡습율이 다른 2층 이상의 층을 갖고서, 이들 2층 이상의 층 중 광이 입사되는 입사측 층의 흡습율이 상기 확산렌즈 어레이가 형성된 상기 출사측 층의 흡습율보다 높은 것이 바람직하다.

본 발명은, 그 두번째 해결수단으로서, 투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치에서, 복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부와, 이 광원부의 각 광원에서 출사된 광을 확산시켜 균일화하는 확산시트로서, 앞에서 설명한 본 발명의 첫번째 해결수단에 따른 확산시트를 갖도록 된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 두번째 해결수단에서는, 상기 확산시트가 상기 광원부으로부터 광이 출사된 직후에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은, 그 세번째 해결수단으로서, 투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치에서, 복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부와, 이 광원부의 각 광원에서 출사된 광을 확산시켜 균일화하는 확산시트부로서, 동일 또는 다른 종류의 적어도 2가지 확산시트를 가진 확산시트부를 갖고서, 상기 확산시트부의 각 확산시트가, 적어도 광이 출사하는 출사측에 형성된 확산렌즈 어레이로서, 상기 광원부의 각 광원에서 출사된 광을 확산시켜 출사하는 복수의 단위렌즈를 가진 확산렌즈 어레이를 갖도록 된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 세번째 해결수단에서, 상기 확산시트부의 각 확산시트에 형성된 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈가, 그 단면이 타원인 타원통의 일부에 상당하는 동일 또는 다른 종류의 형상을 하고서, 상기 단면인 상기 타원의 장축이 시트면에 대해 직교하도록 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 세번째 해결수단에서, 상기 확산시트부의 상기 적어도 2개의 확산시트가 각각의 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용 방향이 상호 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 그 네번째 해결수단으로서, 투과형 표시부와, 상기 투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치로서, 앞에서 설명한 본 발명의 두번째 또는 세번째 해결수단에 따른 면광원장치를 갖도록 된 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 도면을 참조해서 본 발명실시예에 대해 설명한다.

(제1실시예)

먼저, 도 1 ~ 도 17를 가지고 본 발명의 제1실시예에 따른 투과형 표시장치에 대해 설명한다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 투과형 표시장치(10)는 액정표시소자에 의해 광의 투과/불투과를 제어함으로써 영상정보를 표시하는 투과형의 액정표시장치로, LCD 패널(투과형 표시부; 11)과, 이 LCD 패널(11)을 배면에서 조명하는 면광원장치(16)를 갖도록 되어 있다. 여기서, 면광원장치(16)는 적어도 수렴시트(12)와 음극선관(13), 확산시트(14) 및 반사몰드 편광성 시트(15)를 갖고 있는 바, 영상정보에 대응한 영상패턴이 형성된 LCD 패널(11)에 대해 면광원장치(16)로 배면에서 광을 조사함으로써 LCD 패널(11) 상에 영상을 표시하도록 되어 있다. 한편, 도 1을 포함해서 이하의 각 도면은 어디까지나 구성을 모식적으로 나타낸 것으로, 각 부분의 크기나 형상 등은 이해를 쉽도록 하기 위해 적절히 과장해서 도시하였다.

이들 중 LCD 패널은 이른바 투과형 액정표시소자로 형성된 라이트 벌브이다. 한편, 본 발명의 제1실시예에서 LCD 패널은 30인치 사이즈로, 800 x 600 도트의 표시를 할 수 있도록 구성되어 있다.

면광원장치(16)는 복수의 음극선관(13)이 병렬로 배열된 직하형 면광원장치이다. 음극선관(13)은, 백라이트(back light)로서의 광원부를 구성하는 선광원(線光源)이고, 본 발명의 제1실시예에서는, 대략 75mm 간격으로 등간격으로 6개가 병렬로 배열되어 있다. 또, 본 발명의 제1실시예에서는, 이와 같이 해서 배열되는 음극선관(13)이, 도 1에 도시된 것과 같이, 그 길이방향이 LCD 패널(11)의 수평방향을 따르는 방향으로 되고, 그 배열된 방향이 LCD 패널(11)에 대해 수직방향으로 되도록 배치되어 있다.

여기서, 음극선관(13)의 배면에는 도시되지 않은 반사판이 설치되어 있는 바, 이와 같은 설계로 LCD 패널(11)의 화면의 각부위로 입사되는 광의 조도(照度)를 균일에 가까워지도록 하고 있다.

또, 음극선관(13)과 수렴시트(12) 사이에는 확산시트(14)가 설치되어 있다. 이와 같은 확산시트(14)가 설치됨으로써, 음극선관(13)에 근접한 부분인지 여부(즉, 음극선관(13)에 지근한 위치인지, 병렬로 나란히 배열된 음극선관(13)의 간극부분에 지근한 위치인지)에 따라 발생하는 화면상에서의 휘도의 얼룩이 대부분 해소된 상태로 되고, 그 상태에서 광이 수렴시트(12)에 도달하게 된다.

여기서, 상기 확산시트(14)는 광원부를 구성하는 음극선관(13)에서 광이 출사된 직후에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 화면상의 위치에 의하지 않고 얼룩이 없는 균일한 조명을 이룰 수 있음과 더불어, 광을 유효하게 이용해서 전체적으로 휘도를 향상시킬 수가 있게 된다.

다음에는, 면광원장치(16)에 조립되어 쓰이는 확산시트(14)에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 확산시트(14)는 음극선관(13)에서 출사된 광을 확산시켜 균일화하는 시트로서, 광이 출사하는 출사측에 확산렌즈 어레이(141)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 확산렌즈 어레이(141)는 음극선관(13)에서 출사된 광을 확산시켜 출사하는 것으로, 그 단면이 타원인 연속하는 타원통의 일부에 상당하는 형상을 한 복수의 단위렌즈를 갖도록 되어 있다. 한편, 이들 단위렌즈는 상호 평행하도록 다수가 배열되어 있는 바, 배열방향이 음극선관(13)의 배열방향과 일치하도록 되어 있다(도 1 참조). 또, 이들 단위렌즈는 전체적으로 렌티큐러렌즈를 구성하도록 되어 있다.

여기서, 상기 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈는, 도 3에 도시된 것과 같이 그 단면이 타원으로 되어 있는 바, 그 타원의 장축(Xa)이 시트면에 대해 직교하도록 되어 있다. 바람직하기로는, 타원의 긴쪽 반경이 짧은쪽 반경의 1. 5배 ~ 3배의 길이로 되는 것이 좋다. 그에 따라, 음극선관(13)에 근접한 부분인지 여부에 따라 발생하는 화면상에서의 휘도의 얼룩이 효과적으로 방지될 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 제1실시예에서는, 도 3에 예시되어 있듯이, 확산시트(14)의 두께가 2mm이고, 또 확산시트(14)의 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈의 단면이, 긴쪽 반경이 O.12mm, 짧은쪽 반경이 O.06 mm의 타원(그 장축이 확산시트(14)의 시트면에 대해 직교하는 타원)의 일부에 상당하는 형상으로 되고, 또 각 단위렌즈가 피치 O.1 mm로 되도록 배치되어 있다. 이 경우에는, 긴쪽 반경과 짧은쪽 반경의 비의 값(긴쪽 반경/짧은쪽 반경)이 2배가 되도록 되어 있다.

여기서, 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈의 단면인 타원의 긴쪽 반경과 짧은쪽 반경과의 비(긴쪽 반경/짧은쪽 반경)의 바람직한 범위(1. 5 ~3배)는 다음과 같이 해서 실험적으로 얻어지게 된다.

즉, 각 단위렌즈의 단면인 타원의 긴쪽 반경과 짧은쪽 반경과의 비의 값이 다른 5가지 종류의 확산렌즈 어레이가 각각 형성된 5개의 확산시트를 준비한다. 그리고, 도 1에 도시된 구성의 면광원장치(16)에서, 확산시트(14)로 각각의 확산시트를 이용하고서 휘도의 얼룩의 발생상황을 관찰하고, 각 단위렌즈의 단면인 타원의 긴쪽 반경과 짧은쪽 반경과의 비(긴쪽 반경/짧은쪽 반경)를 변경시킨 경우의 휘도 의 얼룩의 발생상황을 비교한다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

한편 여기서는, 도 1에 도시된 구성의 면광원장치(16)에서는, 수렴시트(12)가 있어서 얼룩의 발생을 확인하기 어렵기 때문에, 수렴시트(12)는 생략하고 확산시트(14)와 반사형 편광성시트(15)를 겹쳐 관찰한 형태와, 이들 사이에 새롭게 다른 확산판을 추가한 형태에 대해 실험을 실시하였다. 한편, 여기서 새롭게 추가한 확산판은 투과율 60%의 유백색 확산판으로서, 확산시트(14)와 반사형 편광성 시트(15) 사이에 배치한다. 한편, 아래 표 1에서, 원형 표시(0)는 얼룩이 발생하고 있지 않은 경우를 나타내고, 삼각표시(△)는 겨우 얼룩의 발생이 확인될 수 있는 경우를 나타내고, 가위표시(X)는 확실하게 얼룩이 발생되어 있는 경우를 나타낸다.

긴쪽 반경/짧은쪽 반경	확산시트(14) + 반사형 편광성 시트(15)	확산시트(14) + 유백색 확산판 + 반사형 편광성 시트(15)
1배	X	△
1.5배	△	O
2배	O	O
3배	△	O
5배	X	△

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈의 단면인 타원의 긴쪽 반경과 짧은쪽 반경의 비(긴쪽 반경/짧은쪽 반경)의 값으로는, 2배가 되는 것이 얼룩을 막기 위해서 가장 적합하고, 다른 확산요소(유자확산판)를 가한 경우에는 1.5 ~ 3배의 범위에서 얼룩을 막을 수가 있다.

한편, 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈의 단면인 타원의 긴쪽 반경과 짧은쪽 반경과의 비(긴쪽 반경/짧은쪽 반경)가 작으면(1배 등) 음극선관(13)에 가까운 위치가 밝아지고, 비가 크게 되면(5배 등) 병렬로 배열된 음극선관(13)의 간극부분에 가까운 위치가 밝아지는 경향이 있다.

한편, 도 3에 예시된 본 발명의 제1실시예에 따른 확산시트(14)에서는, 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈의 단면인 타원의 짧은쪽 반경에 대한 피치의 비(피치/짧은쪽 반경)의 값은 O.1/0.06 = 1.67 이다. 그러나, 이 피치의 비(피치/짧은쪽 반경)가 너무 작으면(짧은쪽 반경이 너무 크면) 각 단위렌즈의 렌즈표면의 형상이 평면에 가깝게 되어버려, 확산렌즈 어레이(141)의 렌즈효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 이에 대해, 이 피치의 비(피치/짧은쪽 반경)가 너무 크면(짧은쪽 반경이 너무 작으면) 확산렌즈 어레이(141)를 성형하기 위한 금형의 표면형상의 선단부가 너무 날카로워져 버린다. 그 때문에, 이 피치의 비(피치/짧은쪽 반경)는 O.5 ~ 1.8 정도인 것이 바람직하다.

다음에는 도 4 ~ 도 7에 의해 이와 같이 구성된 확산시트(14)의 광학적 작용에 대해 설명한다.

도 4는 확산시트(14)에 대해 입사각 0°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 것과 같이, 이 경우에는, 입사각 0°로 광원쪽에서 입사된 광(L; 도 4에서는 11가닥의 광선으로 나타나 있음) 중 일부(도 4에서는 5가닥의 광선)가 관찰측으로 출사되고, 나머지(도 4에서는 6가닥의 광선)는 광원 쪽으로 되돌려지게 된다.

도 5는 확산시트(14)에 대해 입사각 20°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 것과 같이, 이 경우에는 입사각 20°로 광원 쪽에서 입사된 광(L; 도 5에서는 11가닥의 광선으로 나타나 있음) 중 일부(도 5에서는 6가닥의 광선)가 관찰측으로 출사되고, 나머지(도 5에서는 5가닥의 광선)가 광원 쪽으로 되돌려지게 된다.

도 6은 확산시트(14)에 대해 입사각 40°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 것과 같이, 이 경우에는, 입사각 40°로 광원 쪽에서 입사된 광(L; 도 6에서는 11가닥의 광선으로 나타나 있음) 중 일부(도 6에서는 8가닥의 광선)가 관찰측으로 출사되고, 나머지(도 6에서는 3가닥의 광선)는 광원 쪽으로 되돌려지게 된다.

도 7은 확산시트(14)에 대해 입사각 60°로 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 것과 같이, 이 경우에는 입사각 60°로 광원 쪽에서 입사된 광(L; 도 7에서는 11가닥의 광선으로 나타나 있음) 중 일부(도 7에서는 10가닥의 광선)가 관찰측으로 출사되고, 나머지(도 7에서는 1가닥의 광선)은 광원 쪽으로 되돌려지게 된다.

이들 도 4 ~ 도 7에서 알 수 있듯이, 확산시트(14)에 대해 작은 입사각도로 입사되는 광은, 그 중 많은 광이 광원 쪽으로 되돌려지고, 큰 입사각도로 입사되는 광은 광원 쪽으로 되돌려지는 일 없이 관찰측으로 출사된다. 확산시트(14)가 이와 같은 광학적 작용을 갖고 있기 때문에, 음극선관(13)이 출사된 조명광으로서 확산시트(14)를 통과하는 조명광은, 음극선관(13)에 근접한 위치에서는 입사각도가 작기 때문에 광원인 음극선관(13) 쪽으로 되돌려지는 비율이 많아지는 한편, 음극선관(13)에서 멀어짐(병렬로 배열된 음극선관(13)의 간극부분에 가깝게)에 따라 관찰측으로 출사되는 비율이 많아진다. 그 때문에, 확산시트(14)에서 최종적으로 출사되는 조명광은 그 조도가 균일화될 수 있게 된다.

다음에는, 이와 같이 구성된 확산시트(14)의 제조방법에 대해 설명한다.

확산시트(14)를 제조할 때에는, 먼저 확산렌즈 어레이(141)의 형상이 형성된 렌즈필름(141a)을 만든다.

도 29a 및 도 29b는 렌즈필름(141a)의 2가지 제조공정을 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 29a 및 도 29b에서는, 이해를 쉽게 하기 위해 금형(301, 304)에 의해 형성된 렌즈필름(141a)의 각 단위렌즈의 길이방향이 금형(301, 304)의 회전중심에 따른 방향인 경우를 예로 들었으나, 렌즈필름(141a)의 각 단위렌즈의 길이방향은 금형(301, 304)의 회전원주를 따른 방향이어도 좋다. 한편, 후자의 경우가 성형이 쉽다고 하는 의미에서 전자의 경우보다 더 바람직하다. 또, 도 29a 및 도 29b 및 뒤에 설명되는 도 30a, 도 30b 및 도 31은 어디까지나 제조공정을 모식적으로 나타낸 것으로, 각 층의 두께 등 치수관계는 적절히 과장해서 나타낸 것이다.

도 29a는 UV성형이라 불리는 방법으로 렌즈필름(141a)를 만드는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 29a에 도시된 것과 같이, 먼저 폴리카보네이트로 된 베이스필름(142) 상에, 수지공급부(302)에서 공급된 UV경화수지(143)을 도포한다. 그리고, UV경화수지(143)가 도포된 베이스필름(142) 중 UV경화수지(143)가 도포된 측을 확산렌즈 어레이(141)의 암몰드가 형성된 금형(301)에다 감는다. 이 상태에서, UV광원(303)으로부터 자외선을 조사해서 UV경화수지(143)를 경화시켜줌으로써, 확산렌즈 어레이(141)의 형상이 부형(賦型)된 렌즈필름(141a)를 만든다.

도 29b는 압출성형이라 불리는 방법으로 렌즈필름(141a)을 만드는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 29b에 도시된 것과 같이, 먼저 수지공급부(306)에서 공급된 용융상태의 MS(메타크릴스틸렌)수지(144)를 확산렌즈 어레이(141)의 암몰드가 형성된 금형(304)과 롤러(305) 사이에 흘려넣으면서 냉각함으로써 확산렌즈 어레이(141) 형상이 부형된 렌즈필름(141a)을 만든다.

한편, 이상과 같이 해서 제작된 렌즈필름(141a) 만으로는 강도가 약하고 평면성을 확보하기 어렵기 때문에, 여기서는 렌즈필름(141a)에 투명한 기재층을 일체가 되도록 형성함으로써 확산시트(14)의 강도를 높여 평면성을 높혀준다. 한편, 렌즈필름(141a)과 기재층을 일체화하는 방법으로는, 렌즈필름을 기재층에 접착시키는 방법과 렌즈필름을 기재층 형성시에 열라미네이트하는 방법이 있다.

도 30a 및 도 30b는 렌즈필름(141a)을 기재층에 접착함으로써 렌즈필름(141a)과 기재층을 일체화하기 위한 2가지 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 30a는 낟장으로 성형된 기재층(145)에 렌즈필름(141a)을 접착시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 30a에 도시된 것과 같이, 먼저 미리 필요한 사이즈로 형성된 낟장의 기재층(145)을 준비하고서, 이 기재층(145) 상에 수지공급부(307)로부터 공급된 UV경화수지(146)를 도포한다. 그리고, UV경화수지(146)가 도포된 면에 렌즈필름(141a)을 올려놓은 상태에서 UV광원(303)으로부터 자외선을 조사해서 UV경화수지(146)을 경화시켜줌으로써 렌즈필름(141a)과 기재층(145)이 일체화된 확산시트(14)를 만든다.

도 30b는 기재층의 시트 압출성형시에 하류로 연속적으로 렌즈필름(141a)을 접착시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 30b에 도시된 것과 같이, 먼저 수지공급부(308)로부터 공급된 용융상태의 MS수지(147)를 압출시켜 롤러(309, 310) 사이로 공급함으로써 기재층(148)으로 되는 부분을 압출성형한다. 기재층(148)의 성형과 동시에 렌즈필름(141a) 중 렌즈가 형성되지 않은 면에 UV경화수지(149)를 수지공급부(312)로 도포한다. 그리고, 롤러(311)를 통과한 후의 성형직후의 기재층(148)의 한쪽 면에 UV경화수지(149)를 접합시키고, UV광원(303)으로부터 자외선을 조사해서 UV경화수지(149)를 경화시켜 렌즈필름(141a)과 기재층(148)이 일체화된 확산시트(14)를 만든다.

도 31은 렌즈필름(141a)을 기재층 형성시에 열라미네이트를 함으로써 렌즈필름(141a)과 기재층을 일체화하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 31에 도시된 것과 같이, 먼저 수지공급부(312)에서 공급된 용융상태의 MS수지(150)와 함께 렌즈필름(141a)을 압출해서 롤러(314, 315) 사이로 공급한다. 이때, 렌즈필름(141a)은 이 렌즈필름(141a) 중 렌즈가 형성되지 않은 면에 MS수지(150)가 접하도록 한 상태에서 공급되도록 한다. 그에 따라, 압출롤러(314, 315)에 의해 기재층으로 되는 부분을 압출성형하면서 렌즈필름(141a)과 기재층이 일체화 되도록 열라미네이트하여 확산시트(14)를 만든다.

한편, 이상 설명한 제조방법에 의하면, 강도가 높고 평면성이 좋은 확산시트(14)를 안정되게 염가로 제조할 수 있게 된다.

다음에는, 도 1로 돌아가, 면광원장치(16)에 조립되어 쓰이는 수렴시트(12)에 대해 설명한다.

도 1 및 도 8에 도시된 것과 같이, 수렴시트(12)는 음극선관(13)이 출사해서 확산시트(14)에 의해 다시 확산된 확산광을 수렴하여 출사하는 시트로서, 확산시트(14)와 LCD 패널(11) 사이에 설치되어 있다. 한편, 본 발명의 제1실시예에서는, 수렴시트(12)가 임의의 굴절률(예컨대 n = 1.55)을 가진 수지로 형성되어 있다.

여기서, 수렴시트(12)의 입사측(음극선관(13) 측)에는, 시트면에 직교하는 방향의 단면형상이 대략 사다리꼴인 입사측 단위렌즈(121)가 시트면 방향으로 복수로 배열되도록 배치되어 있다. 이들 입사측 단위렌즈(121)는, 그 배열방향과 직교하는 방향으로 같은 단면형상을 유지하면서 연장되도록 되어 있다. 즉, 수렴시트(12)는 그 입사측 단위렌즈(121)의 배열방향이 음극선관(13)의 길이방향과 일치하도록 배치되어 있다.

또, 수렴시트(12)의 출사측(LCD 패널(11) 측)에는 수렴렌즈 어레이(123)가 형성되어 있다. 여기서, 이 수렴렌즈 어레이(123)에서는 입사측 단위렌즈(121)가 뻗은 방향을 따라 시트면에 직교하는 방향의 단면형상이 이등변삼각형(도 15 참조) 을 이루는 단위프리즘이 시트면의 방향으로 복수로 배열되도록 되어 있다. 즉, 수렴시트(12)에서는, 입사측에 설치된 입사측 단위렌즈(121)가 뻗은 방향과, 출사측에 설치된 수렴렌즈 어레이(123)의 단위프리즘이 뻗는 방향이 서로 직교하도록 배치되어 있다.

한편, 도 1에 도시된 면광원장치(16)에서는, 입사측 단위렌즈(121)가 뻗은 방향이 음극선관(13)의 길이방향과 일치하고, 수렴렌즈 어레이(123)의 단위프리즘 이 뻗은 방향이 음극선관(13)의 길이방향과 직교하도록 수렴시트(12)가 배치되어 있는 바, 이와 같은 수렴시트(12)의 배치를 시트면 내에서 90°회전시켜도 좋다. 즉, 입사측 단위렌즈(121)의 뻗은 방향이 음극선관(13)의 길이방향과 직교하고, 수렴렌즈 어레이(123)의 단위프리즘의 뻗은 방향이 음극선관(13)의 길이방향과 일치하도록 수렴시트(12)를 배치하여도 좋다.

다음에는 도 9 ~ 도 14에 의해 수렴시트(12)에 대해 상세히 설명한다.

도 9는, 도 8에 도시된 수렴시트(12)를 IX-IX 선에 따라 절단한 확대단면도이다. 한편, 도 9에 도시된 단면에서는, 수렴렌즈 어레이(123) 부분이 직선으로 나타나 있고, 이 단면 내에서의 광선을 추적하는 경우에는 평면이라고 간주할 수 있다. 따라서, 이하의 도 9 ~ 도 14의 설명에서는 평면이라 간주하고서 설명을 하기로 한다.

도 9에 도시된 것과 같이, 수렴시트(12)의 입사측에 설치된 입사측 단위렌즈(121)는 앞에서 설명한 바와 같이 단면형상이 사다리꼴을 하고 있는바, 그 윗바닥부분이 음극선관(13) 쪽으로 돌출하도록 형성되어 있다. 한편, 본 발명의 제1실시예에서는, 도 9에 예시되어 있는 바와 같이, 입사측 단위렌즈(121)의 윗바닥부(121a)의 폭이 80㎛, 경사변부(121b, 121c)가 수렴시트(12)의 법선과 이루는 각도가 10°이다. 또, 인접하는 입사측 단위렌즈(121) 끼리 병렬된 피치가 140㎛ 이고, 또 서로 인접해서 배열된 입사측 단위렌즈(121) 사이에 수렴렌즈 어레이(123)부분과 평행한 폭 20㎛의 평탄부(122)가 형성되어 있다. 한편, 입사측 단위렌즈(121)의 높이(윗바닥부에서 사다리꼴 아랫바닥에 상당하는 부분까지의 거리)는 앞에서 설명한 다른 치수에 따라 정해지는 바, 대략 112㎛가 된다.

다음에는, 도 10 ~ 도 14를 가지고 이와 같이 구성된 수렴시트(12)의 입사측 단위렌즈(121)의 광학적 작용에 대해 설명한다.

도 10에 도시된 것과 같이, 수렴시트(12)는 시트면에 대한 입사각도가 큰 광을 될 수 있는 한 출사면(수렴렌즈 어레이(123))으로부터 작은 출사각도로 출사시키도록(LCD 패널(11)에 대해 수직에 가까운 각도로 입사시키도록) 하기 위해 설치한 것으로, 그를 위한 구성으로서 그 입사측(음극선관(13) 쪽)에 입사측 단위렌즈(121)가 형성되어 있다. 도 10에서, 입사측(음극선관(13) 측)에서 입사측 단위렌즈(121)의 윗바닥부(121a)로 입사된 입사각도가 큰 광선(AO)은, 입사시에 굴절을 해서 광선(Al)으로 되어 경사변부(121c)에 이르게 된다. 여기서, 광선(Al)은 경사변부(121c)에서 전반사되어 광선(A2)으로 되고, 광선(AO)에 비해 진행방향이 크게 수정되어 출사측(LCD 패널(11) 측)에 설치된 수렴렌즈 어레이(123)로부터 출사된다. 한편, 도 10에 도시된 광선(A0 ~A2)은 광선(A2)의 출사각도가 O°로 되는 경우를 예시한 것이다.

여기서, 수렴시트(12)로 입사되는 광은, 그 모두가 입사측 단위렌즈(121)의 윗바닥부(121a)에 입사되는 것에 한하지 않는다. 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121a)에 입사되는 광에 대해서는, 만일 입사 후에 굴절이 되어 출사면(수렴렌즈 어레이(123))에서 그대로 출사되어버리면, 수렴시트(12)를 통과하기 전보다 보다 큰 입사각도로 LCD 패널(11)에 대해 입사되어버린다. 그 때문에, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)로 입사되는 광에 대해서는, 출사면(수렴렌즈 어레이(123))에 의해 전반사시켜 입사측(음극선관(13) 측) 방향으로 되돌려 재차 이용함으로써 광의 이용효율을 높이는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)에 입사된 광의 재이용율을 높이기 위해서는, 경사변부(121b)의 기울기각도 θ(수렴시트(12)의 법선과 입사측 단위렌즈(121)의 사다리꼴 경사변부(121b, 121c)와 이루는 각도)와 수렴시트(12)의 굴절률 n의 조합이 이하의 식 (1)을 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.

sin(90 - θ- arcsin(cosθ/n)) ＞ 1/n - - - - (1)

상기 식 (1)을 만족함으로써, 도 10에 도시된 광선(BO)과 같이 수렴시트(12)에 대해 수직으로 입사되는 광선이 경사변부(121b)로 입사되더라도, 광선(B1)이 출사면(수렴렌즈 어레이(123))에서 전반사되어 되돌려져 광선(B2)으로 되고, 경사변부(121c)에서 입사측(음극선관(13) 측) 방향으로 되돌려져 재차 이용할 수가 있게 된다. 한편, 도 9에 예시된 수렴시트(12)에서는, 경사변부(121b, 121c)의 기울기각도가 θ = 10°, 굴절률이 n = 1.55 이기 때문에, 이들을 상기 식 (1)에 대입하면, 좌변 ≒ O.650, 우변 ≒ O.645로 되어, 상기 식 (1)을 만족시키고 있음을 알 수 있다.

한편, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)에 입사된 광은, 또 한쪽의 경사변부(121c)에 닿게 되면 출사면(수렴렌즈 어레이(123))에서 전반사되지 않게 되어, 광의 재이용을 도모할 수 없게 된다. 여기서, 입사측 단위렌즈(121)의 사다리꼴의 높이에 상당하는 치수가 커짐에 따라, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)에 입사된 후 다른 한쪽 경사변부(121c)에 닿게 되는 광이 많아지게 된다. 그 때문에, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변(121b)에 입사된 후 다른 한쪽 경사변부(121c)에 닿게 되므로, 광을 줄이기 위해서는 입사측 단위렌즈(121)의 사다리꼴의 높이를 너무 높이지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는 그 높이를 윗바닥부(121a)의 폭으로 나눈 비가 O.5 ~ 3의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 이와 같은 비(입사측 단위렌즈(121)의 윗바닥부(121a)의 폭에 대한 높이의 비)의 최적치를 결정할 때에는, 설계에 따라 여러 가지 조건이 관계하기 때문에 간단히 구해질 수는 없다. 예컨대, 입사측 단위렌즈(121)의 사다리꼴의 높이가 너무 높으면, 한쪽 경사면(경사변부(121a))으로부터의 광이 반대측 경사면(사변부(121c)에서 전반사되어 넓은 각으로 출사되게 된다. 또, 입사측 단위렌즈(121)의 사다리꼴의 높이가 너무 낮으면, 광을 수렴시키는 효과가 적어져 버린다(특히 30°~ 60°의 입사광에 대해서의 수렴이 악화된다). 단, 일반적으로는 앞에서 설명한 비를 O.5 ~ 3의 범위로 하면, 적당한 출사각도를 유지하면서 수렴효과를 높일 수가 있게 된다. 한편, 도 9에 예시된 수렴시트(12)에서는, 입사측 단위렌즈(121)의 윗바닥부(121a)의 폭이 80㎛, 높이가 113㎛이기 때문에 113/80 = 1.4125가 되어 앞에서 설명한 조건을 만족시키고 있다.

이와 같이 구성함으로써, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)에 입사된 후 다시 다른 한쪽 경사변부(121c)에 닿게 되는 광을 줄일 수 있게 된다. 한편, 도 9에 예시된 수렴시트(12)의 경우에는, 수렴시트(12)에 대해 입사각 20°로 입사되는 20°입사광이 경사변부(121b)로 입사해서 굴절된 후, 경사변부(121b)의 반대 쪽으로 대향해 있는 제2경사변부(121c)에 도달한 광이, 시뮬레이션의 결과 20°입사광의 약 6%의 광량임을 알 수 있었다.

이 비율은 적을수록 바람직하지만, 수렴시트(12)에 대해 입사각 20°로 입사하는 20°입사광이 경사변부(121a)로 입사해서 굴절된 후, 경사변부(121b)의 반대 쪽에 대향해 있는 제2사변부(121c)에 도달하는 광이 20°입사광의 20% 이하의 광량이면 면광원장치로 사용하는데 실용상 효과적이다. 이는, 정면에서 바라보는 광은 시야각으로 20°정도로서, 앞에서 설명한 비율이라면, 앞에서 설명한 시야각의 범위에서의 실질적인 광의 손실(loss)을 줄일 수 있기 때문이다.

아래의 표 2는, 수렴시트(12)에 대해 입사각 20°로 입사되는 20°입사광이 경사변부(121b)에 입사해서 굴절된 후, 경사변부(121b)의 반대 쪽에 대향해있는 제2경사변부(121c)에 도달한 광의 20°입사광에 대한 비율(20°입사광의 경사변부(121c)에의 도달율)과, 확산시트(14)를 통과한 후 수렴시트(12)를 통과하기 전의 입사각 20°이내의 광량에 대한 수렴시트(12)를 통과한 후의 출사각 20°이내의 광량의 비율과의 관계를 나타내고 있다.

[표 2]

20°입사광의 경사변부(121c)에의 도달률	입사각 20°이내의 입사광량에 대한 출사각 20°이내의 출사광량의 비
5%	140%
10%	135%
20%	110%
30%	100%
50%	90%

상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이, 앞에서 설명한 바와 같이 수렴시트(12)에 대해 입사각 20°로 입사되는 20°입사광이 경사변부(121b)로 입사해서 굴절된 후 경사변부(121b)의 반대 쪽에 대향해있는 제2경사변부(121c)에 도달하는 광은, 20°입사광의 20% 이하의 광량으로 되는 것이 바람직하다.

여기서, 도 11 및 도 12에 의해, 이와 같이 구성된 수렴시트(12)에 대해 평행광선이 입사했을 때의 모습에 대해 설명한다. 한편, 도 11은 수렴시트(12)에 대해 입사각 10°로 평행광선(L)이 입사했을 때의 광선추적 시뮤레이션의 결과를 나타낸 도면이고, 도 12는 수렴시트(12)에 대해 입사각 3O°로 평행광선(L)이 입사을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면이다.

도 11에 도시된 경우(광의 입사각이 작은 경우)에는, 입사측 단위렌즈(121)의 윗바닥부(121)에 입사된 광선에 대해서는 수렴시트(12) 내에서 굴절은 하지만 그대로의 각도로 출사하게 된다. 한편, 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)로 입사된 광선에 대해서는 광원 쪽으로 되돌아와 재이용되게 된다. 이에 대해, 도 12에 도시된 경우(광의 입사각이 도 11에 도시된 경우 보다 큰 경우)에는, 출사방향이 수정되는 광선(c)이 생겨, 광을 수렴하는 작용의 존재를 확인할 수 있게 된다.

한편, 도 8 ~ 도 12에 도시된 수렴시트(12)에는, 서로 인접해서 배열된 입사측 단위렌즈(121) 사이에 평탄부(122)가 형성되어 있다. 이와 같은 평탄부(122)는 반드시 필수적이지는 않지만, 그의 유무에 따라 수렴시트(12)의 광학적 작용이 약간 달라지게 된다.

다음에는, 도 13 및 도 14를 가지고, 입사측 단위렌즈(121) 사이에 평탄부(122)가 형성되지 않은 수렴시트(12')에 대해 평행광선이 입사했을 때의 모습에 대해 설명한다. 한편, 도 13은 수렴시트(12')에 대해 입사각 10°로 평행광선(L)이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이고, 도 14는 수렴시트(12')에 대해 입사각 30°로 평행광선(L)이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면이다.

도 13을 보는 한에는, 입사측 단위렌즈(121) 사이에 평탄부(122)가 형성되어 있는 수렴시트(12)에 대해 도 11에 도시된 결과와 비교하면, 수렴시트(12')의 광학적 작용과 수렴시트(12)의 광학적 작용 사이에 큰 차이가 없음을 볼 수 있다. 그러나 도 14를 보면, 수렴시트(12')의 입사측 단위렌즈(121)의 경사변부(121b)에 입사하고부터 출사면(수렴렌즈 어레이 (123))에서 전반사된 후 경사변부(121c)에서 한 번 광원측(음극선관(13) 측)으로 출사된 광선이, 다시 경사변부(121a)로 입사하게 되어 미광(迷光; D)으로 되고 있는 것이 있다. 이와 같은 미광(D)은, 입사측 단위렌즈(121)의 사이에 평탄부(122)가 형성되어 있지 않은 것에서 발생한 것으로, 이와 같은 미광의 발생빈도를 큰폭으로 내린다고 하는 의미에서 도 8 ~ 도 12에 도시된 수렴시트(12)와 같이 서로 인접해서 배열된 입사측 단위렌즈(121) 사이에 평탄부(122)가 형성되는 것이 바람직하다.

또, 도 13 및 도 14에 도시된 것 같은 입사측 단위렌즈(121) 사이에 평탄부(122)가 형성되지 않은 수렴시트(12')를 형성하려면, 성형에 필요한 금형의 표면형상의 선단부가 첨예해지게 되어 금형의 정밀도 및 강도의 확보가 곤란해지지만, 도 8 내지 도 12에 도시된 수렴시트(12)와 같이 서로 인접해서 배열한 입사측 단위렌즈(121) 사이에 평탄부(122)가 형성되어 있으면 그와 같은 불합리를 회피할 수 있게 된다.

도 15는 도 8에 도시된 수렴시트(12)를 XV-XV선에 따라 절단한 확대단면도이다. 도 15에 도시된 것과 같이, 수렴시트(12)의 출사측에 설치된 수렴렌즈 어레이(123)는 그 단면형상이 직각이등변삼각형인 단위프리즘을 복수로 갖고 있는 바, 이들 단위프리즘에 의해 출사하는 광을 수렴할 수가 있게 된다.

이상으로, 수렴시트(12)는 입사측에 설치된 입사측 단위프리(121)에 의해 음극선관(13)과 직교하는 방향에서 조명광을 수렴하고, 또 출사측에 설치된 수렴렌즈 어레이(123)에 의해 음극선관(13)과 평행한 방향에서도 조명광을 수렴할 수가 있게 된다.

반사형 편광성 시트(15)는 시야각을 좁히지 않고 휘도를 상승시키는 시트로서, LCD 패널(11)과 수렴시트(12) 사이에 배치되도록 되어 있다. 한편, 반사형 편광성 시트(15)로는, 예컨대 DBEF(일본국 스미토모 3M 주식회사 제품)를 이용할 수 있다.

다음에는, 도 16에 의해 이와 같이 구성된 면광원장치(16)의 각 시트의 광학적 작용을 보다 상세히 설명하기 위해, 면광원장치(16)의 휘도분포를 시트구성을 달리하는 다른 종류의 면광원장치와 비교하면서 설명한다. 여기서, 도 16은 면광원장치(16)의 수직방향 휘도분포를 각 시트의 효과를 알 수 있도록 비교해서 나타낸 도면이고, 도 17은 면광원장치(16)의 수평방향 휘도분포를 각 시트의 효과를 알 수 있도록 비교해서 나타낸 도면이다. 한편, 도 16 및 도 17에서, 본 발명의 제1실시예(실시예 1)에 따른 면광원장치(16)의 특성은, 원형표시와 실선으로 이루어진 곡선에 의해 나타내어져 있다.

(확산시트(14)의 효과)

먼저, 확산시트(14)의 효과에 대해 설명한다.

도 16 및 도 17에서, 삼각표시와 일점쇄선으로 이루어진 곡선으로 나타내어진 특성은, 본 발명의 제1실시예에 따른 면광원장치(16)의 확산시트(14)를 유백(乳白)색 확산시트로 변경한 경우의 특성이다.

도 16 및 도 17에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 확산시트(14)를 사용한 경우에는, 유백색 확산시트를 사용한 경우와 비교해서 대략 전체각도방향에서 휘도가 상승하도록 되어 있다. 이는, 유백색 확산시트에서는 확산효과가 높기는 하지만 이용불가능한 방향으로 출사되는 광도 많고, 그 때문에 이용가능한 광량이 전체적으로 낮은데 대해, 본 발명의 제1실시예에 따른 확산시트(14)에서는 광원인 음극선관(13)으로부터의 조명광의 출사방향을 입사각도에 따라 적당히 변경할 수가 있어, 필요한 확산효과를 얻으면서 광의 이용효율을 높일 수가 있기 때문이다.

한편, 확산시트(14)를 이용한 본 발명의 제1실시예에 따른 면광원장치(16) 및 유백색 확산시트를 이용한 면광원장치 모두가, 광원인 음극선관(13)의 위치가 눈으로 보고 확인할 수 있도록 휘도의 얼룩이나 불균일한 부분이 없어 필요한 확산효과를 충분히 얻을 수가 있었다.

(수렴시트(12)의 입사측 단위렌즈(121)의 효과)

다음에는, 수렴시트(12)의 입사측 단위렌즈(121)의 효과에 대해 설명한다.

도 16 및 도 17에서, 정사각형표시와 파선(破線)으로 된 곡선으로 나타내어진 특성은, 본 발명의 제1실시예에 따른 면광원장치(16)의 수렴시트(12) 중 음극선관(13) 쪽에 설치된 단면형상이 대략 사다리꼴인 입사측 단위렌즈(121)를 생략하고 입사면을 평면으로 변경한 경우의 특성이다.

도 I16 및 도 17에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 입사측 단위렌즈(121)가 형성된 수렴시트(12)를 사용한 경우에는, 입사측 단위렌즈(121)가 수직방향에서 광을 수렴하는 작용을 갖고 있기 때문에, 수직방향의 특성(도 16)에서 0 ~ 30°부근의 휘도가 상승하도록 되어 있다. 또, 수평방향의 특성(도 17)에서는 전체적으로 휘도가 상승되어 있다. 한편, 도 17에 도시된 수평방향의 특성은 앞에서 설명한 바와 같이, 휘도가 상승되어 있는 수직방향의 각도 O°의 위치에서의 수평방향의 휘도를 나타내고 있다.

(수렴시트(12)의 수렴렌즈 어레이(123)의 효과)

다음에는, 수렴시트(12)의 수렴렌즈 어레이(123)의 효과에 대해 설명한다.

도 16 및 도 17에서, 마름모꼴표시와 점선으로 이루어진 곡선으로 나타내어진 특성은, 본 발명의 제1실시예에 따른 면광원장치(16)의 수렴시트(12) 중 LCD패널(11) 쪽에 설치된 단면형상이 이등변삼각형인 수렴렌즈 어레이(123)를 생략하고 출사면을 평면으로 변경한 경우의 특성이다.

도 16 및 도 17에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수렴렌즈 어레이(123)가 형성된 수렴시트(12)를 사용한 경우에는, 수렴렌즈 어레이(123)가 수평방향에서 광을 수렴하는 작용을 갖고 있기 때문에, 수평방향의 특성(도 17)에서 전체적으로 휘도가 상승하도록 되어 있다. 또, 수직방향의 특성(도 16)에서는, 중앙부근의 휘도가 상승되어 있다.

이와 같이 본 발명의 제1실시예에 의하면, 복수의 음극선관(13)이 병렬로 배열된 직하형 면광원장치(16)에서, 적어도 광이 출사하는 출사측에 확산렌즈 어레이(141)가 형성된 확산시트(14)가 조립되어 쓰이고 있기 때문에, 광의 이용효율을 저하하는 일이 없어 균일한 조명이 이루어질 수 있게 된다.

또, 확산시트(14)의 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈가, 장축(長軸)이 시트면에 대해 직교하는 연속하는 타원통의 일부이기 때문에, 원통면 또는 구면에 비해 확산특성을 임의로 제어할 수 있게 된다.

그리고, 확산시트(14)의 확산렌즈 어레이(141)를 형성하는 각 단위렌즈의 긴 쪽 반경이 짧은쪽 반경의 1.5배에서 3배의 길이이기 때문에, 광의 이용효율을 저하하는 일 없이 균일한 조명을 행하기 위한 최적의 확산시트를 얻을 수가 있게 된다.

(제2실시예)

다음에는, 도 18 ~ 도 21에 의해, 본 발명의 제2실시예에 따른 투과형 표시장치에 대해 설명한다. 한편, 본 발명의 제2실시예는, 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 수렴시트로서, 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예에 따른 수렴시트(12)의 입사측 단위렌즈(121)의 형상을 개량해서 입사측 단위렌즈(221)로 한 수렴시트(22)를 쓰고 있는 점을 제외하고, 나머지는 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예와 대체로 같다. 도 18 ~ 도 21에 도시된 제2실시예에서, 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예와 마찬가지 기능을 달성하는 부분에는 같은 참조부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

도 18에 단면이 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수렴시트(22)는 그 입사측(음극선관(13) 측)에 입사측 단위렌즈(221)가 시트면 방향으로 복수로 배열되도록 배치되어 있다.

여기서, 입사측 단위렌즈(221)는 그 단면형상이 사다리꼴인 제1실시예에 따른 입사측 단위렌즈(121)를 기본으로 해서, 그 윗바닥부 및 경사변부의 형상을 개량한 것이다. 구체적으로는, 앞에서 설명한 제1실시예에서, 윗바닥부(121a)가 평면이었음에 대해, 본 발명의 제2실시예에서는 윗바닥부(221a)가 출사측으로 움푹 패인 오목면을 이루도록 되어 있다.

한편, 본 발명의 제2실시예에서는, 도 18에 예시 되어 있듯이, 오목면을 이루는 윗바닥부(221a)의 단면이 반경 100㎛의 원호를 이루고, 그 폭이 10O㎛ 으로 되어 있다. 이와 같이 해서 입사측 단위렌즈(221)의 윗바닥부(221a)를 오목면으로 함으로써, 윗바닥부(221a)에 대해 입사된 후에 경사변부(예컨대 경사변부(221c, 221e))에 닿는 광선을 많게 할 수가 있어 광의 수렴효과를 보다 더 높일 수가 있게 된다.

또, 도 18에 예시되어 있듯이, 앞에서 설명한 제1실시예에서는 경사변부(121b, 121c)가 1개의 평면이었음에 대해, 본 발명의 제2실시예에서는 경사변부(221b, 221d(221c, 221e))가 2개의 평면을 조합시킨 것으로 되어 있다. 그에 따라, 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉, 수렴시트(22)에 대해 큰 입사각도로 입사되는 광은, 윗바닥부(221a)에 입사된 후에 경사변부(예컨대 경사변부(221c, 221e))에 도달하지만, 그 경우 경사변부(예컨대 경사변부(221c, 221e))로의 입사각(경사변부에 대한 입사각)이 임계각을 넘지 않으면 경사변부(예컨대 사변부(221c, 221e)에 의해 전반사되지 않고 사변부에서 출사되어 미광으로 되어버린다. 이에 대해, 본 발명의 제2실시예에서는, 수렴시트(22)에 대해 큰 입사각도로 입사되는 광이 윗바닥부(221a)에 입사된 후에 도달하는 경사변부에서, 윗바닥부(221a)에 가까운 부분의 경사변부(221e(221d))의 경사각도가 경사변부(221c(221b))보다 크게 되어 있기 때문에, 경사변부(221e(221d))에서 출사되는 광이 줄여질 수 있게 된다.

여기서, 본 발명의 제2실시예에서는, 도 18에 예시 되어 있듯이, 경사변부(221b, 221c)의 경사각도는 앞에서 설명한 제1실시예와 같이 10°이고 , 윗바닥부(221a)에 가까운 부분의 사변부(221d, 221e)의 기울기각도는 18°이다. 또, 경사변부(221b(221c))와 경사변부(221d(221e))의 경계는 아랫바닥에 상당하는 부분에서 사다리꼴 중심부 쪽으로 19㎛에 위치하도록 되어 있고, 경사변부(221d(221e))와 윗바닥부(221a)의 경계는 다시 15㎛ 만큼 사다리꼴 중심부 쪽 위치가 되도록 되어 있다. 그리고, 입사측 단위렌즈(221)의 높이(윗바닥부에서 사다리꼴 아랫바닥에 상당하는 부분까지의 거리)는, 앞에서 설명한 다른 치수에 의해 정해져 153㎛ 로 된다. 그리고, 인접하는 입사측 단위렌즈(221) 끼리의 배열피치는 193㎛ 이고, 또 상호 인접해서 배열된 입사측 단위렌즈(221)의 사이에 수렴렌즈 어레이(223) 부분과 평행한 폭 25㎛의 평탄부(222)가 형성되어 있다.

다음, 도 19 및 도 20를 가지고, 이와 같이 구성된 수렴시트(22)에 대해 평행광선이 입사했을 때의 모습에 대해 설명한다. 한편, 도 19는 수렴시트(22)에 대해 입사각 10°로 평행광선(L)이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이고, 도 20은 수렴시트(22)에 대해 입사각 30°로 평행광선(L)이 입사했을 때의 광선추적 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면이다.

이들 도 19 및 도 20을 앞에서 설명한 제1실시예에 따른 도 11 및 도 12와 비교하면, 입사측 단위렌즈(221)의 윗바닥부(221a)를 개량함으로써 윗바닥부(221a)에 대해 입사된 후에 경사변부(예컨대 사변부(221c, 221e))에 닿는 광선이 많아져 수렴효과가 보다 높아져 있음을 볼 수가 있다.

다음, 도 21에 의해, 이와 같이 구성된 수렴시트(22)를 가진 면광원장치(16)의 휘도분포(수직방향의 휘도분포)를, 앞에서 설명한 제1실시예에 따른 수렴시트(12)를 가진 면광원장치(16) 및 수렴시트(12, 22)가 설치되지 않은 면광원장치와 비교해서 설명한다.

도 21에서, 파선으로 나타내어진 곡선은, 본 발명의 제2실시예에 따른 수렴시트(22)가 설치된 면광원장치(16)의 휘도분포(수직방향의 휘도분포)를 나타내고, 실선으로 나타내어진 곡선은 앞에서 설명한 제1실시예에 따른 수렴시트(12)가 설치된 면광원장치(16)의 휘도분포(수직방향의 휘도분포)를 나타내고, 일점쇄선으로 나타내어진 곡선은 수렴시트(12, 22) 설치되지 않은 면광원장치의 휘도분포(수직방향의 휘도분포)를 나타내고 있다.

도 21에 도시된 것과 같이, 앞에서 설명한 제1실시예에서는, 수렴시트(12)의효과에 따라 확산광이 수렴되어 출사각도가 좁아지고, 또 수렴된 부분의 휘도가 높아지게 되어, 수렴시트(12)가 광을 수렴하고 있는 효과를 확인할 수 있게 된다. 또, 본 발명의 제2실시예(파선)와 앞에서 설명한 제1실시예(실선)를 비교하면, 수렴시트(12)보다 수렴시트(22)의 편이 더 광의 수렴효과가 높아짐을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제2실시예에 의하면, 입사측 단위렌즈(221)의 윗바닥부(221a)를 오목면으로 하게 됨으로써, 윗바닥부(221a)에 대해 입사한 후 경사변부(예컨대 사변부(221c, 221e))에 해당되는 광선을 많게 할 수가 있어, 광의 수렴효과를 한층 더 높일 수가 있게 된다. 또, 윗바닥부(221a)에 가까운 부분의 경사변부(221e(및 221d))의 경사각도가 경사변부(221c(및 221b)) 보다 크게 되어 있기 때문에, 보다 큰 입사각도로 수렴시트(22)로 입사되는 광을 미광으로 하지 않고 수렴할 수가 있게 된다. 그리고, 광원인 음극선관(13)과 수렴시트(12) 사이에 배치된 확산시트(14; 도 1 참조)의 효과에 따라 면광원장치(16)의 화면상에서의 위치에 의하지 않고 얼룩 없는 균일한 조명을 실행할 수가 있게 된다.

(실시예 3)

다음에는, 도 22 ~ 도 26b를 가지고, 본 발명의 제3실시예에 따른 투과형 표시장치에 대해 설명한다. 한편, 본 발명의 제3실시예는 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 확산시트로서, 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예에 따른 확산시트(14)의 확산렌즈 어레이(141)의 형상을 개량하여 확산렌즈 어레이(241)로 한 확산시트(24)가 쓰이는 점을 제외하고, 기타는 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예와 대체로 같게 되어 있다. 도 22 ~ 도 26b에 도시된 제3실시예에서, 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예와 마찬가지 기능을 달성하는 부분에는 같은 참조부호를 붙이고 중복하는 설명은 생략한다.

도 22에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 확산시트(24)는, 음극선관(13)에서 출사된 광을 확산시켜 균일화 한 시트로서, 광이 출사되는 출사측에 확산렌즈 어레이(241)가 형성되어 있다.

여기서, 확산렌즈 어레이(241)는 그 단면이 타원인 연속하는 타원통의 일부에 상당하는 형상을 한 복수의 단위렌즈를 갖고 있다. 각 단위렌즈는 그 단면이, 긴쪽 반경이 O.12mm, 짧은쪽 반경이 O.06mm인 타원의 일부에 상당하는 형상으로 되어 있다. 또, 확산렌즈 어레이(241)는 각 단위렌즈의 단면인 타원의 장축(Xa)이 확산시트(24)의 시트면에 대해 직교하고, 또 각 단위렌즈가 피치 O.09mm로 되도록 배치되어 있다. 그리고, 확산시트(24)는 그 두께가 2mm이고, 굴절률 N = 1.55인 아크릴 스틸렌공중합으로 형성된다. 한편, 확산시트(24)의 형성은 UV경화수지를 써서 실행하여도 좋은 바, 그 경우에는 예컨대 에폭시아크릴레이트계 수지를 이용하는 것이 좋다.

또, 확산렌즈 어레이(241)에서, 인접하는 단위렌즈의 사이에는 LCD패널(11) 쪽으로 오목하게 형성된 반경 O.050mm의 원통면으로 된 오목형상부(242)가 형성되어 있다. 이와 같은 오목형상부(242)가 형성됨으로써, 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈의 형상만으로는 불충분한 입사각도가 0°부근의 입사광의 투과율을 높이면서도, 적당한 얼룩지움작용 및 광의 출사방향을 보정 및 수렴라는 작용을 나타낼 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 확산시트(24)의 확산렌즈 어레이(241)에서는, 입사각도가 30°에서 50°범위의 입사광에 대해 보정효과를 높이는 설계이기 때문에, 확산렌즈 어레이(241)의 형상만으로는 입사각도가 O°부근의 입사광의 투과율이 저하되고 만다. 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이 해서 오목형상부(242)가 형성되는 경우에는, 입사각도가 O°부근인 입사광에 대해 적당한 얼룩지움작용 및 광의 출사방향을 보정 및 수렴하는 작용을 부여할 수가 있게 된다.

또, 이상과 같이 해서, 인접하는 단위렌즈 사이에 예컨대 2㎛에서 5㎛ 정도의 폭을 가진 오목형상부(242)를 형성하도록 하면, 확산시트(24)를 성형하기 위한 금형의 강도가 높여져 금형을 제작할 때 발생할 수 있는 변형을 방지할 수 있게 된다.

이상에서, 확산렌즈 어레이(241)의 각 단위렌즈를 앞에서 설명한 형상으로 하면 그 높이(H)는 O.035mm로 된다. 또, 앞에서 설명한 바와 같이, 확산렌즈 어레이(241)의 각 단위렌즈의 폭(W)이 O.09mm이기 때문에 굴절률을 N = 1.55로 하였을 때 이들의 값은 아래의 식(2)를 만족시키게 된다.

arcsin(1/N) < arctan(1/((2H/W) - O.1)) - - - - (2)

여기서, 상기 식(2)는 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈의 단부로부터 10%가 되는 위치에서 전반사된 광이 단위렌즈의 정부(頂部)에서 전반사되는지 여부를 판단하는 식이다. 도 23에 도시된 것과 같이, 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈의 정부에는 다양한 방향에서 광이 도달하지만, 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈 사이의 골에서, 어느 일정한 방향으로부터 온 광이 전반사되어 정부로부터 출사되면 경사방향으로 진행하기 때문에, 경사방향에서 관찰했을 때 얼룩으로 보여지게 된다. 그러나, 상기 식(2)을 만족하게 되면 경사방향에서 관찰했을 때 얼룩이 관찰되지 않도록 할 수 있음과 더불어 광의 이용효율을 높일 수가 있게 된다.

만일, 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈가 상기 식 (2)를 만족시키지 못하는 형상이라면, 화면 상하의 큰 각도로 출사되는 광이 많아져 광의 이용효율 저하가 큰 데다가, 출사광이 한정된 입사각의 조명광에만 대응하는 것으로 되기 때문에, 결과적으로 광원인 음극선관(13)의 위치를 알 수가 있도록 얼룩(관얼룩)이 발생하는 원인으로 되고 만다.

도 24 a 및 도 24b는 각각 도 22에 도시된 확산시트(24)의 확산렌즈 어레이(241)의 형상이 상기 식 (2)를 만족시킬 경우 및 상기 식 (2)를 만족시키지 않는 경우에서의 광의 궤적을 나타낸 도면이다.

도 24b에 도시된 것과 같이, 도 22에 도시된 확산시트(24)의 확산렌즈 어레이(241)의 형상이 상기 식 (2)를 만족시키지 않으면, 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈의 단부 부근에서 전반사되는 광은 확산시트(24)로부터 비스듬히 출사되지만, 상기 식 (2)를 만족시키면 도 24a에 도시된 것과 같이, 확산렌즈 어레이(241)의 단위렌즈의 단부 부근에서 전반사되는 광이 광원 쪽으로 되돌려져 재이용되게 된다.

도 25는 도 22에 도시된 확산시트(24)에 관찰측에서 입사된 광의 궤적을 나타낸 도면이다.

도 25에 도시된 것과 같이, 확산시트(24)를 투과한 후, LCD 패널(11), 수렴시트(12) 및 반사형 편광성시트(15) 등에서 산란반사되어 확산시트(24)로 돌아온 광은, 광원 쪽(음극선관(13) 측)으로 되돌려져 재이용되거나, 확산시트(24)에 의해 반사되어 조명광으로서 재출사되거나 함으로써 유효하게 이용될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 제3실시예에 의하면, 확산시트(24)의 확산렌즈 어레이(241)의 형상이 상기 식 (2)를 만족시키고 있기 때문에, 경사방향에서 관찰했을 때 얼룩이 관찰되지 않도록 할 수 있음과 더불어, 광의 이용효율을 높일 수가 있게 된다.

한편, 앞에서 설명한 제3실시예에서는, 확산렌즈 어레이(241)의 인접한 단위렌즈 사이에 오목형상부(242)가 형성되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한하지 않고, 도 26a에 도시된 것과 같이 평탄형상 부분(평탄면; 242')을 형성하거나, 도 26b에 도시된 것과 같이 미세요철형상부(242")를 형성하거나 하여도 좋다.

(실시예 4)

다음에는, 도 27에 의해 본 발명의 제4실시예에 따른 투과형 표시장치에 대해 설명한다. 한편, 본 발명의 제4실시예는 투과형 표시장치의 면광원장치에 포함되는 확산시트로서, 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예에 따른 수렴시트(12) 및 확산시트(14)에 대신 확산시트(44-1, 44-2)가 쓰이는 점을 제외하고, 나머지는 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예와 대체로 같게 되어 있다. 도 27에 도시된 제4실시예에서, 도 1 ~ 도 17에 도시된 제1실시예와 마찬가지 기능을 달성하는 부분에는 같은 참조부호를 붙이고 중복하는 설명은 생략한다.

도 27에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 투과형 표시장치(40)는 LCD패널(투과형 표시부; 11)을 배면에서 조명하는 면광원장치(16)를 갖도록 되어 있다. 여기서, 면광원장치(16)는 적어도 병렬로 배열된 복수의 음극선관(13)과, 이 음극선관(13)에서 출사된 광을 확산시켜 균일화하는 확산시트(44-1, 44-2) 및, 시야각을 좁히지 않고 휘도를 상승시키는 반사형 편광성 시트(15)를 갖도록 되어 있다.

이들 중 음극선관(13)는 백 라이트로서의 광원부를 구성하는 선광원이다.

또, 확산시트(44-1, 44-2)는 음극선관(13)에서 출사된 광을 확산시켜 균일화 하는 시트로서, 양자에 의해 확산시트부가 구성되어 있다.

여기서, 확산시트(44-1)는 광이 출사하는 출사측으로 확산렌즈 어레이(444-1)가 형성되어 있다. 이 확산렌즈 어레이(444-1)는 그 단면이 타원인 연속하는 타원통의 일부에 상당하는 형상을 한 복수의 단위렌즈를 갖도록 되어 있다. 한편, 이들 단위렌즈는 상호 평행하도록 다수가 배열되어 있고, 그 배열방향은 음극선관(13)의 배열방향과 일치하도록 되어 있다(도 27 참조). 또, 이들 단위렌즈는 전체적으로 렌티큐러렌즈를 구성하도록 되어 있다. 한편, 확산렌즈 어레이(444-1)의 구체적인 형상은 앞에서 설명한 제1실시예에 따른 확산시트(14)의 확산렌즈 어레이(141)와 같게 되어 있다.

한편, 확산시트(44-1)는 수지로 형성되어 있으나, 이 수지에는 광확산 미립자(442-1)가 함유되는 것이 바람직하다. 또, 확산시트(44-1) 중 광이 입사되는 입사측에는 광확산작용을 가진 미세요철형상을 이루는 입사면(443-1)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이들 광확산 미립자(442-1) 및 미세요철형상을 이루는 입사면(443-1)에 의해, 확산시트(44-1)는 확산렌즈 어레이(444-1)에 의한 광확산작용에 더해 무지향성의 광확산작용을 갖게 된다. 한편, 여기서 말하는 광확산작용은 1/2 확산각이 50°인 것이 바람직하다. 이와 같은 무지향성의 광확산작용은, 광원 쪽(음극선관(13) 측)에 약간의 확산효과를 갖도록 해서 얼룩을 줄이는 작용을 하도록 하고 있다. 한편, 이 확산렌즈 어레이(444-1)에 의한 광확산작용에 더해 부여되는 무지향성 광확산작용은, 너무 많으면 정면휘도(正面輝度)의 저하가 심해지기 때문에, 1/2 확산각으로 70°이내로 하는 것이 바람직하다.

또, 확산시트(44-2)는 확산시트(44-1)와 반사형 편광성 시트(15) 사이에 형성되어, 확산시트(44-1)에서 출사된 광을 확산시트(44-1)의 확산렌즈 어레이(444-1)에 의한 광확산작용의 방향과 직교하는 방향으로 광을 확산시켜 균일화하는 시트이다. 확산시트(44-2)는, 그 출사측에 확산시트(44-1)를 가진 확산렌즈 어레이(444-1)와 같은 형상의 확산렌즈 어레이(444-2)가 형성되어 있다. 단, 확산시트(44-2)는 확산렌즈 어레이(444-2)의 광확산작용의 방향이 확산시트(44-1)에서의 확산렌즈 어레이(444-1)의 광확산작용의 방향과 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 본 발명의 제4실시예에서는, 도 27에 도시된 것과 같이, 확산시트(44-2)의 확산렌즈 어레이(444-2)의 배열방향이 음극선관(13)의 배열방향과 직교하도록 되어 있다.

한편, 확산시트(44-2)는, 확산시트(44-1)에 함유되어 있던 광확산 미립자(442-1) 및 입사면(443-1)에 형성되어 있던 미세요철형상을 갖고 있지 않는 바, 그에 따라 무지향성의 광확산작용이 부여되지 않게 된다.

이와 같이 본 발명의 제4실시예에 의하면, 광원인 음극선관(13)과 반사형 편광성 시트(15) 사이에 확산렌즈 어레이(444-1, 444-2)가 각각 형성된 2개의 확산시트(44-1, 44-2)가 설치되고서, 확산시트(44-2)에서의 확산렌즈 어레이(444-2)의 광확산작용 방향이 확산시트(44-1)에서의 확산렌즈 어레이(444-1)의 광확산작용 방향과 직교하도록 배치되어 있기 때문에, 직교하는 2방향(종횡 2방향)에 관해 광을 제어할 수가 있어, 광을 낭비없이 이용할 수가 있게 됨으로써 정면휘도를 향상시킬 수 있게 된다. 또, 종횡 2방향의 시야각을 각각 다른 확산렌즈 어레이(444-1, 444-2)로 제어하기 때문에, 매우 적합한 시야각을 실현할 수가 있어 휘도의 향상도 도모할 수가 있게 된다. 그리고, 확산시트(44-1)가 광확산 미립자(442-1) 및 입사면(443-1)에 형성되어 있는 미세요철형상을 갖게 됨으로써 무지향성의 광확산작용이 부여되도록 되어 있기 때문에, 얼룩을 억제하기 위한 이른바 비즈확산판 등을 별도로 설치할 필요가 없고, 얼룩을 억제하고면서 휘도의 향상을 실현함과 더불어, 비용의 저감도 도모할 수가 있게 된다.

(변형예)

한편, 이상에서는 앞에서 설명한 제1 ~ 제4실시예에 입각해서 본 발명을 설명 하였으나, 본 발명은 앞에서 설명한 제1 ~ 제4실시예에 한정되지 않고 여러 가지로 변형이나 변경해서 실시할 수도 있다.

(1) 앞에서 설명한 제1 ~ 제4실시예에서는, 확산시트(14, 24, 44-1, 44-2)의 확산렌즈 어레이(141, 241, 444-1, 444-2)를 형성하는 단위렌즈가 그 단면이 타원인 연속하는 타원통의 일부인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 그에 한하지 않고 도 28a에 도시된 확산시트(34)와 같이 확산렌즈 어레이로서 그 단면이 타원인 회전 타원체의 일부인 복수의 단위렌즈로 형성되는 확산렌즈 어레이(341)가 형성되어 있어도 좋다. 한편, 이 후자의 경우에는 확산렌즈 어레이(341)를 형성하는 각 단위렌즈는, 그 타원의 장축이 시트면에 대해 직교하도록 하는 것이 바람직하다.

(2) 앞에서 설명한 제1 ~ 제3실시예에서는, 확산시트(14, 24)의 입사측이 평면인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 그에 한하지 않고 앞에서 설명한 제4실시예에 따른 확산시트(44-1)와 마찬가지로 새로운 광확산작용을 부여하기 위해 엠보싱가공 등으로 미세요철형상이 형성되도록 하여도 좋다. 또, 앞에서 설명한 제4실시예에 따른 확산시트(44-1)와 마찬가지로, 새로운 광확산작용을 부여하기 위해 그 일부에 광확산 미립자를 함유시켜도 좋다.

(3) 앞에서 설명한 제1 ~ 제4실시예에서는, 확산시트(14, 24, 44-1, 44-2) 및 수렴시트(12)의 층 구성에 대해 특히 언급하고 있지는 않지만, 이들 시트에 관해서는 광원인 음극선관(13)의 점등에 의한 발열로 음극선관(13) 측에서부터 건조되어 각 시트가 휘어지거나 뒤로 말려지게 되는 등이 문제로 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 도 28b에 확산시트(14, 24)에 관해 예시한 바와 같이, 확산시트(14, 24)가, 흡습율의 다른 2층 이상의 층(14-1, 14-2, 24-1, 24-2)를 갖고서, 이들 2층 이상의 층(14-1, 14-2, 24-1, 24-2) 중 광이 입사되는 입사측 층(14-2, 24-2)의 흡습율이 확산렌즈 어레이(141,241)가 형성된 출사측 층(14-1, 24-1)의 흡습율 보다 높아지도록 하여도 좋다. 그에 따라, 각 시트의 성형시에 대략 평탄한 형상로 되고, 각 시트가 흡습을 했을 때에는 입사측으로 볼록한 형상으로 되어, 음극선관(13)의 점등에 의한 발열로 음극선관(13) 측에서 건조가 되더라도 출사측으로 볼록해지지 않게 할 수도 있다. 한편, 그 외에도 광원 쪽(음극선관(13) 측)에 스페이서를 마련함으로써도 각 시트의 휘어짐이나 뒤로 말리는 등의 문제를 해소할 수가 있다.

(4) 앞에서 설명한 제1 및 제2실시예에서는, 확산시트(14, 24), 수렴시트(12, 22) 및 반사형 편광성 시트(15)를 조합해서 면광원장치(16) 및 이를 가진 투과형 표시장치(10)을 구성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한하지 않고 예컨대, 도 28c에 도시된 것과 같이 수렴시트(12, 22(및 필요에 따라 반사형 편광성 시트(15))를 생략한 구성으로 한다거나, 도 28d에 도시된 것과 같이 수렴시트로서 수렴렌즈 어레이(123)만 형성된 수렴시트(12')를 이용하도록 하여도 좋다. 또, 이들 이외의 각종 광학시트와 확산시트(14)를 조합해서 면광원장치 및 이를 구비한 투과형 표시장치를 구성하여도 좋다.

(5) 앞에서 설명한 제4실시예에서는, 확산시트(44-1,44-2)가, 확산렌즈 어레이(444-1, 444-2) 형상이 동일한 같은 종류의 확산시트인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 그에 한하지 않고 예컨대 한쪽 확산시트의 확산렌즈 어레이가 다른쪽 확산시트의 확산렌즈 어레이와 피치가 다른 확산렌즈 어레이로 하거나, 또 면 내에서 피치가 변화하는 확산렌즈 어레이로 하거나, 또는 복수 종류의 단위렌즈의 집합으로 된 확산렌즈 어레이로 하여도 좋다. 한편, 이와 같이 해서 배치되는 동일 또는 다른 종류의 확산시트는 3매 이상이 겹쳐져 배치된 것이어도 좋다.

(6) 앞에서 설명한 제4실시예에서는, 음극선관(13)에 가까운 위치에 배치된 확산시트(44-1)의 확산렌즈 어레이(444-1)를 형성하는 각 단위렌즈의 배열방향이 음극선관(13)의 배열방향과 일치해 있는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 그에 한하지 않고, 예컨대 음극선관(13)에 가까운 위치에 배치된 확산시트의 확산렌즈 어레이를 형성하는 각 단위렌즈의 배열방향이 음극선관의 배열방향과 직교하도록 하여도 좋다.

(7) 앞에서 설명한 제4실시예에서는, 확산시트(44-1, 44-2)의 확산렌즈 어레이(444-1,444-2)의 광확산작용 방향이 상호 직교하도록 배치되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 그에 한하지 않고, 예컨대 광확산작용의 방향이 같아지도록 배치하여도 좋다. 이 경우에는, 확산시트의 광확산작용을 같은 방향에 대해 증가시킬 수 있다고 하는 이점이 있게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 의하면, 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

(1) 복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부를 가진 직하형의 면광원장치에서, 적어도 광이 출사하는 출사측에 확산렌즈 어레이가 형성된 확산시트가 조립되어 쓰여지기 때문에, 광의 이용효율을 내리는 일 없이 균일한 조명이 이루어질 수 있게 된다.

(2) 확산렌즈 어레이를 형성하는 각 단위렌즈가, 장축이 시트면에 대해 직교하는 타원통의 일부, 또는 장축이 시트면에 대해 직교하는 회전타원체의 일부이도록 하면, 원통면 또는 구면에 비해 확산특성을 임의로 제어할 수가 있다.

(3) 확산렌즈 어레이를 형성하는 각 단위렌즈의 긴쪽 반경이 짧은쪽 반경의 1.5배에서 3배의 길이가 되도록 하면, 광의 이용효율을 저하하는 일 없이 균일한 조명을 행하기 위한 최적의 확산시트를 얻을 수 있다.

(4) 확산렌즈 어레이를 형성하는 각 단위렌즈의 폭을 W, 높이를 H, 굴절률을 N로 하였을 때, arcsin(1/N) ＜ arctan(1/((2H/W) - 0.1))의 관계를 만족시키면, 경사에서 관찰했을 때 얼룩이 관찰되지 않게 할 수 있음과 더불어 광의 이용효율을 높일 수가 있다.

(5) 확산렌즈 어레이를 형성하는 각 단위렌즈 사이에 평탄형상, 오목형상 및 미세요철형상의 어느 한쪽 형상을 이루는 부분을 형성하면, 확산렌즈 어레이의 단위렌즈의 형상만으로는 충분하지 못한 입사각도 0°부근의 입사광의 투과율을 높이면서 적당한 얼룩지움작용 및 광의 출사방향을 보정 및 수렴시키는 작용을 이룰 수가 있다. 또, 확산시트를 성형하기 위한 금형의 강도를 높여 금형의 제작시에 발생할 수 있는 변형을 방지할 수가 있다.

(6) 확산시트 중 광이 입사되는 입사측으로 광확산작용을 가진 미세요철형상을 이루는 입사면을 형성하면 확산특성을 보다 높일 수가 있다. 또, 무지향성의 확산작용을 부여할 수가 있다.

(7) 확산시트의 적어도 일부에 광확산입자가 함유되도록 하면, 확산특성을 보다 높일 수가 있다. 또, 무지향성의 확산작용을 부여할 수가 있다.

(8) 확산시트의 입사면의 미세요철형상 또는 광확산입자에 의해, 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용에 더해 1/2 확산각이 70°이내의 무지향성 광확산작용을 갖도록 하면, 시트 매수를 증가시키지 않고도 얼룩의 저감효과를 얻을 수가 있게 된다.

(9) 확산시트가 흡습율이 다른 2층 이상의 층을 갖고, 이들 2층 이상의 층 중 광이 입사되는 입사측의 층의 흡습율이 확산렌즈 어레이가 형성되는 출사측 층의 흡습율 보다 높도록 하면, 음극선관의 점등(点燈)에 의한 발열로 광원 쪽에서부터 건조하게 되더라도, 출사측으로 볼록하게 되지 않기 때문에, 다른 광학시트와 부분적으로 밀착하는 부분이 얼룩으로 관찰되는 것을 방지할 수가 있게 된다.

(10) 확산시트로서 동일 또는 다른 종류의 확산시트가 적어도 2매가 배치되어 있기 때문에, 보다 높은 확산특성 및 균일화의 효과를 부여할 수 있게 된다.

(11) 적어도 2매의 확산시트에서, 각각의 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용의 방향이 서로 직교하도록 배치되어 있기 때문에, 직교하는 2방향에서 각각 독립해서 시야각을 조정할 수가 있게 된다. 또, 광을 낭비 없이 이용할 수가 있기 때문에, 얻어지는 조명광의 휘도도 상승시킬 수가 있게 된다.

Claims

복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부를 가진 직하형 면광원장치에 조립되어 쓰여져, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광을 확산시켜 균일화 시키는 확산시트에 있어서,

적어도 광이 출사하는 출사측에 형성된 확산렌즈 어레이로서, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광(光)을 확산시켜 출사하는 복수의 단위렌즈를 가지는 확산렌즈 어레이를 구비하며,

상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈의 폭을 W, 높이를 H, 굴절률을 N으로 하였을 때,

arcsin(1/N) < arctan(1/((2H/W) - O.1))

의 관계를 만족시키도록 된 것을 특징으로 하는 확산시트
제 1 항에 있어서, 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈는, 그 단면이 타원인 타원통의 일부에 상당하는 형상 및 그 단면이 타원인 회전타원체의 일부에 상당하는 형상 중에서 선택되는 적어도 1가지 형상을 이루어, 상기 단면인 상기 타원의 장축이 시트면에 대해서 직교하도록 되는 것을 특징으로 하는 확산시트
제 2 항에 있어서, 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈의 긴쪽 반경은 짧은쪽 반경의 1.5배에서 3배의 길이인 것을 특징으로 확산시트
삭제
복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부를 가진 직하형 면광원장치에 조립되어 쓰여져, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광을 확산시켜 균일화 시키는 확산시트에 있어서,

적어도 광이 출사하는 출사측에 형성된 확산렌즈 어레이로서, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광(光)을 확산시켜 출사하는 복수의 단위렌즈를 가지는 확산렌즈 어레이를 구비하며,

상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 각각의 단위렌즈의 사이에는 평탄형상, 오목형상 및 미세 요철형상 중에서 선택되는 적어도 1가지 형상을 이루는 부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산시트
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 확산시트 중 광(光)이 입사되는 입사측에는 광확산작용을 가진 미세 요철형상을 이루는 입사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산시트
제 6 항에 있어서, 상기 확산시트는, 상기 입사면의 미세 요철형상에 의해, 상기 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용에 더해 1/2 확산각이 70°이내인 무지향성 광확산작용을 가지는 것을 특징으로 하는 확산시트
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 확산시트의 적어도 일부에는 광확산입자가 함유되는 것을 특징으로 하는 확산시트
제 8 항에 있어서, 상기 확산시트는, 상기 광확산입자에 의해 상기 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용에 더해 1/2 확산각이 70°이내인 무지향성 광확산작용을 가지는 것을 특징으로 하는 확산시트
복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부를 가진 직하형 면광원장치에 조립되어 쓰여져, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광을 확산시켜 균일화 시키는 확산시트에 있어서,

적어도 광이 출사하는 출사측에 형성된 확산렌즈 어레이로서, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광(光)을 확산시켜 출사하는 복수의 단위렌즈를 가지는 확산렌즈 어레이를 구비하며,

상기 확산시트는 흡습율이 다른 2층 이상의 층을 가지며, 이들 2층 이상의 층들 중 광(光)이 입사되는 입사측 층의 흡습율은 상기 확산렌즈 어레이가 형성된 출사측 층의 흡습율 보다 더 높은 것을 특징으로 하는 확산시트
투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치에 있어서,

복수의 광원이 병렬로 배열된 광원부와,

상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광(光)을 확산시켜 균일화하는 확산시트로서, 제 1 항 또는 제 5 항 또는 제 10 항 중 어느 하나의 항에 기재된 확산시트를 구비하며, 광원부는 확산시트의 배면에 설치되어지는 것을 특징으로 하는 면광원장치
삭제
투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치에 있어서,

복수의 광원이 병렬로 배열되어 있는 광원부와,

상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광(光)을 확산시켜 균일화하는 확산시트부로서, 동일 또는 다른 종류의 적어도 2개의 확산시트를 가진 확산시트부를 구비하며, 광원부는 확산시트부의 배면에 설치되어지고,

상기 확산시트부의 확산시트는, 적어도 광이 출사하는 출사측에 형성된 확산렌즈 어레이로서, 상기 광원부의 각각의 광원에서 출사된 광을 확산시켜 출사하는 복수의 단위렌즈를 가진 확산렌즈 어레이를 가지며,

상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 상기 단위렌즈의 폭을 W, 높이를 H, 굴절률을 N으로 하였을 때,

arcsin(1/N) < arctan(1/((2H/W) - O.1))

의 관계를 만족시키도록 된 것을 특징으로 하는 면광원장치
제 13 항에 있어서, 상기 확산시트부의 각각의 확산시트에 형성된 상기 확산렌즈 어레이를 형성하는 단위렌즈는, 그 단면이 타원인 타원통의 일부에 상당하는 동일 또는 다른 종류의 형상을 이루며, 상기 단면인 상기 타원의 장축은 시트면에 대해 직교하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치
제 14 항에 있어서, 상기 확산시트부의 적어도 2개의 확산시트는, 각각의 확산렌즈 어레이에 의한 광확산작용 방향이 상호 직교하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원장치
투과형 표시부와, 상기 투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치로서, 제 11 항에 기재된 면광원장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치
투과형 표시부와, 상기 투과형 표시부를 배면에서 조명하는 면광원장치로서, 제 13 항에 기재된 면광원장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치