KR100801803B1 - 면광원 장치 및 해당 장치를 이용한 기기 - Google Patents

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Abstract

디퓨저에 의해 면발광 영역에서의 부분적인 암부를 해소하고, 면발광 영역 전체에서의 휘도의 균일성을 향상시킨다. LED 등으로 이루어지는 점광원 형상의 발광부와, 도광판(13)에 의해 구성하고, 발광부를 도광판(13)의 광입사면(19)에 대향 배치시킨다. 광입사면(19)에는, 제 1의 확산 패턴(22)과 제 2의 확산 패턴(23)을 교대로 마련한다. 제 1의 확산 패턴(22)은, 광입사면(19)에 오목하게 마련된 직사각형 형상을 한 홈부(22A)의 내면에 V홈(22B)을 마련한 것이다. 제 2의 확산 패턴(23)은 광입사면(19)에 마련된 V홈이다. 발광부로부터 도광판(13)의 면발광 영역의 구석으로 그은 선분과 평행한 가상 선분(26)을 홈부(22A)의 단으로부터 그었을 때, V홈(22B) 및 제 2의 확산 패턴(23)은 해당 가상 선분(26)을 넘지 않도록 마련된다.
면광원 장치

Description

면광원 장치 및 해당 장치를 이용한 기기{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND APPARATUS USING THIS DEVICE}
본 발명은, 면광원 장치 및 해당 장치를 이용한 화상 표시 장치나 휴대용 기기 등의 기기에 관한 것이다.
(종래예 1)
도 1은 종래의 면광원 장치의 구조를 도시한 개략 평면도이다. 이 면광원 장치(1)는, 점광원 형상의 발광부(2)와 직사각형 형상을 한 도광판(3)으로 이루어지고, 도광판(3)의 이면(裏面)의 면발광 영역(발광 에어리어)(4)에는 발광부(2)를 중심으로 하여 동심원 형상으로 편향 패턴(5)이 배열되어 있다. 편향 패턴(5)은, 도광판(3)의 이면을 예를 들면 삼각기둥 형상으로 오목하게 마련한 것이고, 입사하여 온 광을 도광판(3)의 표면(광출사면)측을 향하여 전반사시키기 위한 반사면을 갖고 있다. 그래서, 발광부(2)로부터 출사하여 도광판(3) 내를 도광하는 광이, 편향 패턴(5)에 입사하여 그곳에서 전반사되면, 그 반사광의 일부는 도광판(3)의 표면으로부터 외부로 출사되고, 나머지 일부는 도광판(3)의 표면에서 반사되어 도광판(3) 내로 되돌아온다.
편향 패턴(5)은, 도광판(3)의 표면에 수직한 방향에서 보았을 때, 편향 패 턴(5)의 반사면에 세운 법선의 방향이 반사면에 입사하는 광의 방향(해당 편향 패턴(5)과 발광부(2)를 연결하는 방향으로 거의 평행한 방향)으로 평행하게 되어 있다. 따라서, 도광판(3)에 수직한 방향에서 보고 있을 때, 편향 패턴(5)에서 전반사한 광이나 도광판(3)의 표리면에서 전반사한 광은, 구부러지는 일 없이 반사 전과 같은 방향으로 진행하여 간다. 그 결과, 예를 들면 도 1에 도시한 △θ의 범위 내로 출사된 광은, 이 △θ의 범위 내에 갇힌 채 조금씩 도광판(3)의 표면으로부터 출사되어 간다.
이와 같은 면광원 장치(1)로 면발광 영역(4)을 균일한 휘도로 발광시키도록 하면, 특개평10-2555309-공보(특허 문헌 1)에 개시되어 있는 바와 같이, 도 1의 △θ의 범위 내로 분배되는 광량은, △θ의 범위 내에 포함되는 면발광 영역(4)(도 1에서 사선을 그은 영역)의 면적으로 비례하고 있어야 한다. 따라서, 발광부(2)로부터 도광판(3) 내의 θ방향으로 분배되는 광량은, θ방향에서 면발광 영역(4)을 통과하는 길이에 비례하여야 하고, 도광판(3) 내에 있어서의 각 방위(θ방향)로의 이상적인 광량 분포(이하, 목표 분포라고 한다)는, 도 3, 도 6, 도 11에 파선으로 도시한 바와 같이 된다. 이 목표 분포에 있어서 상대 강도가 최대로 되어 있는 방향은, 유효 영역의 발광부(2)로부터 먼 측의 구석을 통과하는 방향으로 대응하고 있다.
도 2는 상기 면광원 장치(1)에 있어서의 발광부(2)의 부근을 확대하여 도시한다. 이 면광원 장치(1)에 있어서는, 도광판(3)의 광입사면(6)은 평탄하게 형성되어 있고, 발광부(2)로부터 출사한 광(7)은, 광입사면(6)에 입사할 때, 공기와 도광 판(3)과의 굴절율차의 관계로 광이 굴절하여 전방으로 모인다. 따라서, 실제의 광량 분포는 도 3에 실선으로 도시한 바와 같은 광량 분포로 된다. 이 실선으로 도시한 광량 분포를 목표 분포와 비교하면, θ<40°의 영역에서는 목표 분포보다 입사광량의 쪽이 높게 되어 있다. 즉 광량이 잉여(剩餘)로 되어 버리고 있다. 또한, θ>40°의 영역에서는 목표 분포의 쪽이 높게 되어 있다. 즉, 그 영역에서는 광량이 부족하게 있는 것으로 된다. 이 때문에, 이와 같은 면광원 장치(1)에서는, 도광판(3)의 면발광 영역(4)중 구석부분분에 도 4에 사선을 그어 도시한 바와 같은 암부(暗部)(8)가 생기고, 휘도의 균일화를 도모할 수 없다. 또한, 광의 이용 효율도 나쁘기 때문에, 면광원 장치(1)의 휘도도 낮았다.
(종래예 2)
도 5는 다른 종래예의 일부 확대한 도면으로서, 도광판(3)의 광입사면(6)에 미세한 반원형 오목부(9)를 일정 피치마다 형성하고 있다. 광입사면(6)에 반원형 오목부(9)를 형성하고 있으면, 반원형 오목부(9)에서 광(7)이 확산되기 때문에, 도광판(3)에 입사하는 광(7)이 퍼져서, 면발광 영역(4)의 구석에도 광(7)이 분배되기 쉽게 된다.
도 6은 이 종래예의 광량 분포를 도시한 도면이다. 이 종래예에 의하면, θ=10° 방향의 잉여한 광이 저감되고, 구석부분으로 분배되는 광량도 증가하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래예에서도, 광의 이용 효율은 그다지 높지 않고, 면발광 영역(4)에의 구석으로의 광량도 아직 부족하다.
광입사면(6)에 반원형 오목부(9)를 형성하는 방법으로는, 반원형 오목부(9) 의 곡률을 작게 하거나, 반원형 오목부(9)의 높이를 높게 함에 의해 반원형 오목부(9)의 측면의 경사를 크게 할 수 있기 때문에, 그로 인해 광의 확산 정도를 크게 할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법으로도, 어느 정도 이상의 경사를 첨가시키면 그 이상 광은 확산하지 않게 된다. 이것은, 도 7에 도시한 바와 같이, 반원형 오목부(9)에서 확산한 광(7)이 바로 옆의 반원형 오목부(9)에 닿아서, 구석 방향으로의 확산이 저해되어 버리기 때문이다.
또한, 도 8과 같이, 구석 방향으로의 확산이 저해되기 어렵게 하기 위해 반원형 오목부(9)를 작게 하면, 이번에는 광(7)의 확산이 약해져서, 구석 방향으로 충분히 광(7)을 퍼지게 할 수 없게 된다. .
이들의 이유에 의해, 도 9에 도시한 바와 같이, 종래예 1의 경우보다도 광(7)이 도달하지 않는 구석부분은 작아지지만, 그래도 구석부분에 상당한 크기의 암부(8)가 생기고, 면광원 장치의 구석부분이 어두워진다.
(종래예 3)
도 10은 다른 종래예의 일부 확대한 도면으로서, 도광판(3)의 광입사면(6)에 미세한 직사각형 오목부(10)를 일정 피치마다 형성하고 있다. 광입사면(6)에 직사각형 오목부(10)를 형성하고 있으면, 광(7)의 확산 정도를 크게 할 수 있기 때문에, 도광판(3)의 구석 방향으로 보내지는 광량이 증가한다.
이와 같은 직사각형 오목부(10)를 마련한 면광원 장치에서는, 직사각형 오목부(10)의 수평한 변과 수직한 변에 의해 광(7)을 굴절시킬 수 있기 때문에, 그 광량 분포는 도 11에 실선으로 도시한 바와 같은 강도 분포로 된다. 이와 같은 종래 예에서는, 확실히 구석부분으로 분배되는 광량이 증가하고 있지만, θ=0°의 방향으로의 광량은 잉여로 되어 있고, θ=45°의 방향으로의 광량이 부족하게 되어 버리고 있다. 이 결과, 도 12에 도시한 바와 같이 면발광 영역(4)의 구석부분은 밝게 되지만, 45°방향의 광량이 부족하여 경사 방향으로 암부(8)(사선을 그은 영역)가 생긴다.
특허 문헌 1 : 특개평10-255530호 공보
본 발명의 목적으로 하는 점은, 면발광 영역에 있어서의 부분적인 암부(暗部)를 해소하고, 면발광 영역 전체에 있어서의 휘도의 균일성을 향상시키는 데 있다.
본 발명의 면광원 장치는, 광입사면으로부터 도입된 광을 광출사면의 거의 전체로 퍼트려서 광출사면으로부터 외부로 출사시키는 도광판과, 해당 도광판의 광입사면에 대향하여 배치된, 도광판의 폭과 비교하여 작은 광원을 구비한 면광원 장치에 있어서, 상기 광입사면에, 상기 광출사면과 수직한 방향으로 일양한 복수의 오목부가, 제 1의 확산 패턴으로서 상기 광입사면의 상기 광원과 대향하는 영역에 배열되고, 상기 제 1의 확산 패턴은, 상기 광입사면의 법선 방향과 거의 같은 제 1의 방향으로 광을 출사하는 면과, 상기 도광판의 상기 광입사면에 가까운 측의 구석부를 향하는 제 2의 방향으로 광을 출사하는 면과, 상기 제 1과 제 2의 방향에 끼워진 방향으로 광을 출사하는 면을 가지며, 상기 광입사면으로부터 도광판에 입사한 광의 단위각도당(單位角度當)의 광량과, 도광판의 광출사 영역의, 광원에서 본 단위각도당의 면적과의 비가 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 면광원 장치에 의하면, 제 1의 확산 패턴이, 상기 광입사면의 법선 방향과 거의 같은 제 1의 방향으로 광을 출사하는 면과, 상기 도광판의 상기 광입사면에 가까운 측의 구석부를 향하는 제 2의 방향으로 광을 출사하는 면과, 상기 제 1과 제 2의 방향에 끼워진 방향으로 광을 출사하는 면을 갖고 있기 때문에, 각 방향으로 과부족 없이 광을 분배하고, 광입사면으로부터 도광판에 입사한 광의 단위각도당의 광량과, 도광판의 광출사 영역의, 광원에서 본 단위각도당의 면적과의 비가 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 되도록 할 수 있다. 따라서, 면광원 장치의 면발광 영역의 전체를 균일하게 발광시킬 수 있고, 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 면광원 장치의 어느 실시 양태에 있어서의 상기 제 1의 확산 패턴은, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부와, 해당 홈부의 광입사면과 평행한 변의 거의 중앙부에 마련된 오목홈 또는 볼록부로 되어 있다.
이러한 실시 양태에 의하면, 홈부의 광입사면과 평행한 변의 거의 중앙부에 오목홈 또는 볼록부를 형성하고 있기 때문에, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부로 이루어지는 디퓨저에서는 광량이 부족한 방향, 특히 도광판의 대각 방향으로 오목홈 또는 볼록부에 의해 광을 공급하는 것이 가능해지고, 목표로 하는 광량 분포로 근접시킬 수 있다.
상기 실시 양태에서는, 상기 홈부가 상기 광입사면에 주기적으로 마련되고, 상기 오목홈 또는 볼록부의 폭이 상기 홈부의 주기의 1/3 이하로 되어 있는 것이 바람직하다. 오목홈 또는 볼록부의 폭을 홈부의 주기의 1/3 이하로 함에 의해, 경사 방향으로 출사된 광이 지나치게 많아지는 것을 방지하고, 전방으로 출사되는 광과 경사 방향으로 출사되는 광과의 균형을 취할 수 있다.
또한, 상기 실시 양태에서는, 오목홈 또는 볼록부는, V홈 형상을 한 오목홈 또는 V형을 한 볼록부로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 형상의 오목홈 또는 볼록부에 의하면, 광원으로부터 입사한 광을 효율적으로 도광판의 대각 방향으로 출사시킬 수 있다.
본 발명의 면광원 장치의 다른 실시 양태에 있어서의 상기 제 1의 확산 패턴은, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부를 가지며, 해당 홈부의 광입사측과 반대측의 모서리부가 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명 다른 실시 양태에 의하면, 홈부의 광입사면과 반대측의 모서리부를 원호형상으로 형성하고 있기 때문에, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부로 이루어지는 디퓨저에서는 광량이 부족한 방향, 특히 도광판의 대각 방향으로 원호형상의 모서리부에 의해 광을 공급하는 것이 가능해지고, 목표로 하는 광량 분포에 근접시킬 수 있다. 또한, 홈부의 모서리부가 둥글게 되어 있기 때문에, 도광판을 사출 성형할 때에 이형성(離型性)이 좋고. 이형할 때에 제 1의 확산 패턴이 마찰에 의해 마모되기 어려워진다. 또한, 성형 금형의 제작이 용이해지고, 금형 정밀도가 향상한다.
본 발명의 면광원 장치의 또다른 실시 양태에 있어서의 상기 제 1의 확산 패턴은, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부를 가지며, 해당 홈부의 광입사측과 반대측의 막다른 면(突當面)이 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 또다른 실시 양태에 의하면, 홈부의 광입사면과 반대측이 막다른 면을 원호형상으로 형성하고 있기 때문에, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부로 이루어지는 디퓨저에서는 광량이 부족한 방향, 특히 도광판의 대각 방향으로 원호형상의 모서리부에 의해 광을 공급하는 것이 가능해지고, 목표로 하는 광량 분포에 근접시킬 수 있다. 또한, 홈부의 막다른 면이 둥글게 되어 있기 때문에, 도광판을 사출 성형할 때에 이형성이 좋고. 이형한 때에 제 1의 확산 패턴이 마찰에 의해 마모되기 어려워진다. 또한, 성형 금형의 제작이 용이해지고, 금형 정밀도가 향상한다.
상기 각 실시 양태에 있어서는, 상기 제 1의 확산 패턴끼리의 중간에 있어서 상기 광입사면에 V홈 형상 또는 V형 돌기형상 또는 원호형상을 한 제 2의 확산 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 제 1의 확산 패턴끼리의 중간에 이와 같은 제 2의 확산 패턴을 마련함에 의해, 도광판의 대각 방향으로 출사되는 광량을 더 늘릴 수 있다.
또한, 상기 각 실시 양태에서는, 상기 제 1의 확산 패턴의 상기 광입사면과 접하는 단(端)을 통과하고, 상기 광원과 도광판의 면발광 영역의 단을 통과하는 선분과 평행한 가상 선분을 상정할 때, 상기 제 1의 확산 패턴 및 제 2의 확산 패턴이 상기 가상 선분을 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 실시 양태에 의하면, 홈부의 측면으로부터 도광판의 면발광 영역의 구석부분을 향하여 출사된 광이 오모홈에 의해 차폐되고, 구석부분이 어두워지는 것을 막을 수 있다.
또한, 상기 각 실시 양태에서는, 도광판의 상기 광입사면과 상기 제 1의 확산 패턴의 상기 광입사면에 접하는 면과의 사이의 모서리가 모따기 또는 아르가 시행되어 있어도 좋다. 이 부분에 모따기 또는 아르를 시행함에 의해, 도광판을 성형할 때의 성형 편차에 의해 홈부의 형상에 편차가 생기기 어려워지고, 광량 분포의 편차도 작아진다.
또한, 본 발명의 면광원 장치는, 액정 표시 장치 등의 화상 표시 장치나 휴대 전화 등의 휴대용 기기 등에 응용할 수 있다.
또한, 본 발명의 이상 설명하는 구성 요소는, 가능한 한 임의로 조합시킬 수 있다.
본 발명의 면광원 장치에 의하면, 면발광 영역에 있어서의 부분적인 암부를 해소하고, 면발광 영역 전체에 있어서의 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 점광원 형상의 발광부를 이용한 종래예 1의 면광원 장치의 개략 평면도.
도 2는 종래예 1의 면광원 장치의 발광부 부근과 발광부로부터 도광판에 입사하는 광선을 도시한 확대도.
도 3은 종래예 1의 면광원 장치에서의 광량 분포를 도시한 도면.
도 4는 종래예 1의 면광원 장치에 생기는 광출사면의 암부를 도시한 도면.
도 5는 종래예 2의 면광원 장치에 있어서, 광입사면에 마련되어 있는 반원형 오목부를 도시한 평면도.
도 6은 종래예 2의 면광원 장치에서의 광량 분포를 도시한 도면.
도 7은 반원형 오목부를 크게 한 경우에, 반원형 오목부에서 횡방향으로 확산된 광이 옆의 반원형 오목부에서 차단되는 양상을 설명하는 도면.
도 8은 반원형 오목부를 작게 한 경우에, 광의 확산이 약하게 되어 면발광 영역의 구석 방향으로 충분히 광을 퍼트리지 못하게 되는 양상을 설명하는 도면.
도 9는 종래예 2의 면광원 장치에 생기는 광출사면의 암부를 도시한 도면.
도 10은 종래예 3의 면광원 장치에 있어서, 광입사면에 마련되어 있는 직사각형 오목부를 도시한 평면도.
도 11은 종래예 3의 면광원 장치에 있어서의 광량 분포를 도시한 도면.
도 12는 종래예 3의 면광원 장치에 생기는 광출사면의 암부를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시예 1에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 14는 도 13에 도시한 면광원 장치의 도광판에 마련되어 있는 1개의 편향 패턴을 도시한 사시도.
도 15는 도광판의 면발광 영역에 형성되어 있는 편향 패턴의 배신을 도시한 도면.
도 16은 실시예 1의 면광원 장치에 있어서의 광의 거동을 설명하는 도면.
도 17은 도광판의 광입사면에 형성된 디퓨저의 패턴 형상을 도시한 평면도.
도 18은 각도(α)의 정의를 도시한 도면.
도 19는 디퓨저의 패턴 주기(L), V홈의 폭(L1), 제 2의 확산 패턴의 폭(L2)의 정의를 도시한 도면.
도 20은 제 1의 확산 패턴의 작용을 설명하는 도면.
도 21은 디퓨저의 수평 방향의 변을 통과한 광, 수직 방향의 변을 통과한 광, 및 경사 방향의 변을 통과한 광의 광량 분포를 개별적으로 도시한 도면.
도 22는 도 21에 도시한 개별의 광량 분포를 합계한 광량 분포를 실시예의 광량 분포로서 도시한 도면.
도 23은 디퓨저의 패턴의 변형예를 도시한 도면.
도 24는 디퓨저의 패턴의 다른 변형예를 도시한 도면.
도 25는 면광원 장치의 치수 파라미터를 설명하는 도면.
도 26은 직사각형 형상의 홈부의 높이를 기초로 하여 해당 홈부의 높이나 홈부 사이의 간격을 정하는 방법을 설명하는 도면.
도 27은 V홈의 높이와, 제 2의 확산 패턴(23)의 높이를 정하는 방법을 설명하는 도면.
도 28은 디퓨저의 또다른 패턴 형상을 도시한 도면.
도 29는 디퓨저의 또다른 패턴 형상을 도시한 도면.
도 30은 성형시에 무디어져 변형한 디퓨저의 패턴으로부터 그 패턴 주기나 V홈 및 제 2의 확산 패턴의 폭 등을 정하는 방법을 설명하는 도면.
도 31은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 디퓨저의 일부를 확대하여 도시한 도면.
도 32는 모서리에 경사면이 없는 디퓨저를 성형하기 위한 금형의 전사면의 내측 구석(內隅) 형상을 도시한 개략도.
도 33은 모서리에 경사면을 마련하여 모따기한 디퓨저를 성형하기 위한 금형의 전사면의 내측 구석 형상을 도시한 개략 도면.
도 34는 실시예 2의 면광원 장치에 있어서, 금형의 전사면의 내측 구석에 곡률 반경 2.0㎛(R2.0)의 둥그스름함이 생긴 경우와, 곡률 반경 4.0㎛(R4.0)의 둥그스름함이 생긴 경우의 광량 분포를 비교하여 도시한 도면.
도 35는 실시예 3의 면광원 장치에 있어서의 디퓨저의 패턴 형상을 도시한 도면.
도 36(a), (b), (c)는 실시예 1에 있어서의 제 1의 확산 패턴으로부터 실시예 3의 제 1의 확산 패턴으로 변화시키는 양상을 설명하는 도면.
도 37은 실시예 3의 면광원 장치에 있어서의 제 1의 확산 패턴의 다른 예를 도시한 도면.
도 38은 실시예 3의 면광원 장치에 있어서의 제 1의 확산 패턴을 광이 투과한 양상을 도시한 도면.
도 39(a), (b), (c)는 실시예 1에서의 제 2의 확산 패턴으로부터 실시예 3의 제 2의 확산 패턴으로 변화시키는 양상을 설명하는 도면.
도 40(a), (b)는 실시예 3에 있어서의 제 1의 확산 패턴의 설계 방법을 설명하는 도면.
도 41은 실시예 3에 있어서의 제 1의 확산 패턴의 주기를 정하는 방법을 설 명하는 도면.
도 42는 실시예 3에 있어서의 제 2의 확산 패턴의 설계 방법을 설명한 도면.
도 43은 실시예 3에 있어서의 제 2의 확산 패턴의 다른 예를 도시한 도면.
도 44는 실시예 3에 있어서의 제 1의 확산 패턴의 광량 분포와 실시예 1에 있어서의 제 1의 확산 패턴의 광량 분포를 비교하여 도시한 도면.
도 45는 실시예 3에 있어서의 디퓨저의 광량 분포와, 실시예 1에 있어서의 디퓨저의 광량 분포와, 목표 분포를 비교하여 도시한 도면.
도 46은 실시예 3의 변형예에 있어서의 디퓨저의 패턴 형상을 도시한 도면.
도 47은 본 발명의 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치를 도시한 개략 단면도.
도 48은 본 발명에 관한 액정 표시 장치를 구비한 휴대 전화를 도시한 사시도.
도 49는 본 발명에 관한 액정 표시 장치를 구비한 휴대 정보 단말을 도시한 사시도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
11 : 면광원 장치 12 : 발광부
13 : 도광판 15 : 면발광 영역
17 : 편향 패턴 18 : 오목부
19 : 광입사면 21 : 디퓨저.
22 : 제 1의 확산 패턴 22A : 홈부
22B : V홈 23 : 제 2의 확산 패턴
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다.
실시예 1
도 13은 본 발명의 실시예 1에 의한 면광원 장치(11)의 사시도이다. 면광원 장치(11)는, 발광부(12), 도광판(13), 반사 시트(14)로 이루어진다. 발광부(12)는, LED 등의 발광 소자를 1개 또는 복수개 수지 패키지한 것이다. 도광판(13)은, 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등의 굴절율이 큰 투명 수지에 의해 직사각형 판형상으로 성형되어 있고, 이면의 면발광 영역(15)에는 복수 또는 다수의 미세한 편향 패턴(17)이 형성되고, 면발광 영역(15)의 주위에는 패턴이 없는 비발광 영역(16)이 마련되어 있다. 반사 시트(14)는, 백색 수지 시트나 알루미늄박 등에 의해 형성되어 있고, 도광판(13)의 이면에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 도광판(13)의 단변의 중앙부에는, 오목부(18)가 형성되어 있고, 해당 오목부(18)에는 발광부(12)가 수납되어 있다.
도 14에 윤곽을 도시한 바와 같이, 편향 패턴(17)은, 도광판(13)의 이면을 삼각 홈형상으로 오목하게 마련하게 한 것이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 각 편향 패턴(17)은, 발광부(12)(엄밀하게는, 도광판(13) 내에서 본 발광부(12)의 상(像)이다)를 중심으로 하여 동심원 형상으로 배열되어 있고, 도광판(13)의 표면에 수직한 방향에서 보았을 때, 편향 패턴의 길이 방향은 발광부(12)와 연결하는 방향에 대해 직교하고 있다. 즉, 도광판(13)의 표면에 수직한 방향에서 보았을 때, 편 향 패턴(17)의 반사면에 세운 법선의 방향은, 반사면에 입사하는 광의 방향(해당 편향 패턴(5)과 발광부(2)의 상을 연결하는 방향으로 거의 평행한 방향)으로 평행하게 되어 있다.
도 16은 면광원 장치(11)에 있어서의 광의 거동을 설명하는 도면이다. 발광부(12)로부터 출사한 광(20)은, 광입사면(19)으로부터 도광판(13) 내로 들어가고, 도광판(13)의 표면과 이면에서 전반사를 반복하면서 발광부(12)로부터 멀어지는 방향으로 진행하여 간다. 이 도중에서 도광판(13)의 이면으로부터 누출된 광은, 반사 시트(14)에서 반사됨에 의해 재차 도광판(13) 내로 되돌아오기 때문에, 누출에 의한 광량 손실이 억제된다. 도광판(13) 내를 전반하는 광(20)이 편향 패턴(17)의 반사면(17A)에 입사하면, 그 광(20)은 반사면(17A)에 의해 전반사된다. 편향 패턴(17)에서 전반사된 광은, 도광판(13)의 표면(광출사면)을 향하고, 그 일부는 표면으로부터 외부로 출사되고, 나머지 일부는 표면에서 반사되어 재차 도광판(13) 내를 도광된다. 이와 같이 하여 도광판(13) 안을 도광하는 광은, 도광판(13)의 표면으로부터 조금씩 취출되어, 면발광 영역(15)을 발광시킨다.
여기서, 각 편향 패턴(17)은, 도광판(13)의 표면에 수직한 방향에서 보아, 발광부(12)의 상(像)과 연결하는 방향에 대해 직교하도록 배치되어 있기 때문에, 도광판(13)에 수직한 방향에서 보고 있을 때, 편향 패턴(17)에서 전반사한 광이나 도광판(13)의 표리면에서 전반사한 광은, 구부러지는 일 없이 반사전과 같은 방향으로 나아가고, 광(20)은 도광판(13) 내에서 산란하는 일 없이 방사형상으로 진행하여 간다.
발광부(12)를 수납하기 위한 오목부(18)의 내면(奧面)은, 광입사면(19)으로 되어 있다. 도 17은 광입사면(19)에 형성된 디퓨저(21)의 형상을 도시한 평면도이다. 광입사면(19)에 형성된 디퓨저(21)는, 직사각형 형상의 홈부(22A)의 속에 V홈(22B)이 형성된 미세한 제 1의 확산 패턴(22) 사이의 중앙부에 형성된 미세하는 V홈으로 이루어지는 제 2의 확산 패턴(23)을 주기적으로 배열시킨 것이고, 이 패턴 주기는 발광부(12) 내의 LED 칩 사이즈에 비하여 작은 주기로 되어 있다. 또한, 확산 패턴(22 및 23)은, 도광판(13)의 두께 방향 전체에 걸쳐서 일양한 단면(斷面) 형상으로 형성되어 있다.
여기서, 도 18에 도시한 바와 같이 도광판(13)의 광입사면(19)의 중앙과 면발광 영역(15)의 코너를 연결하는 선분(24)이, 광입사면(19)에 세운 법선(25)과 이루는 각도를 α라고 한다면, 도 17에 도시한 바와 같이, 직사각형 형상의 홈부(22A)의 측면에 대해 α의 각도를 이루도록 홈부(22A)의 단(端)부터 가상 선분(26)을 그었다고 하면, 제 1의 확산 패턴(22)의 V홈(22B)도 V홈 형상의 제 2의 확산 패턴(23)도 가상 선분(26)을 넘지 않도록 하고 있다. 또한, 도 19에 도시한 바와 같이, 디퓨저(21)의 패턴 주기를 L, V홈(22B)의 폭을 L1, 제 2의 확산 패턴(23)의 폭을 L2라고 할 때, 이들의 폭(L1, L2)은,
L1<L/3
L2<L/3 … (1)
을 충족시키도록 하고 있다.
또한, 광입사면(19)(확산 패턴(22, 23)의 외측의 면. 이하 같음)과 면발광 영역(15)과의 거리(S)는, 디퓨저(21)의 높이(직사각형 형상의 홈부(22A)의 높이 + V홈(22B)의 높이)보다도 충분히 크게 되어 있고, 확산 패턴(22 및 23)이 면발광 영역(15)으로 들어가지 않도록 하고 있다.
도 20은 제 1의 확산 패턴(22)의 작용을 설명하는 도면이다. 제 1의 확산 패턴(22)은, 수평 및 수직 방향의 변(직사각형 형상의 홈부(22A))과 경사 방향의 변(V홈(22B))으로 구성되어 있고, 제 1의 확산 패턴(22)에 입사한 광(20)중, 홈부(22A)의 수평 방향의 변에 입사한 광(20A)은 전방으로 출사되고, 홈부(22A)의 수직 방향의 변에 입사한 광(20B)은 구석부분의 방향으로 출사되고, V홈(22B)의 경사 방향의 변에 입사한 광(20C)은 대각 방향으로 출사된다. 마찬가지로, 제 2의 확산 패턴(23)에 입사한 광도 대각 방향으로 출사되고, 제 2의 확산 패턴(23)의 양측이 평탄면을 통과한 광은 전방으로 출사된다. 직사각형 형상의 홈부(22A)를 통과한 광(20A 및 20B)의 광량 분포는, 종래예 3의 경우와 같기 때문에, 대각 방향에서 광량이 부족하지만, 본 발명의 실시예 1에서는, V홈(22B) 및 제 2의 확산 패턴(23)에 의해 대각 방향으로 광을 보낼 수 있기 때문에, 전체로서는 대각 방향에서의 광량 부족을 해소할 수 있다. 또한, V홈(22B)은 종래예 3에서 잉여로 되어 있던 정면 방향으로의 광량을 저감시키는 효과도 있다.
본 발명의 실시예 1에서는, V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)을 마련하고 있기 때문에, 수직 방향의 변에서 출사된 광(20B)은 V홈(22B)이나 확산 패턴(23)에 의해 일부 차단된다. 그러나, V홈(22B)이나 확산 패턴(23)은 도 17에 도시한 가상 선분(26)을 넘지 않도록 하고 있기 때문에, V홈(22B)이나 확산 패턴(23)에서 차단 된 광은 비발광 영역(16)을 향하여 출사되는 광에 지나지 않고, 제 1의 확산 패턴(22)의 수직 방향의 변으로부터 면발광 영역(15)의 구석부분을 향하여 출사된 광(20B)은 V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)에 차단되는 일이 없고, 효율적으로 면발광 영역(15)의 구석에 광을 공급할 수 있어 구석부분의 광량은 저하되지 않는다.
또한, 가상 선분(26)을 넘지 않는다는 제한을 부과함으로써, V홈(22B) 또는 제 2의 확산 패턴(23)의 크기가 제한되고, 1개의 V홈(22B) 또는 제 2의 확산 패턴(23)에 의해 대각 방향으로 보내지는 광의 량이 적어지지만, 제 1의 확산 패턴(22) 및 제 2의 확산 패턴(23)에 V홈을 형성함으로써 대각 방향으로 공급한 광량을 벌어들일 수 있다.
또한, 상기 (1)식을 충족시킴으로써, 전방으로 출사되는 광(20A)의 광량이 지나치게 적어지거나, 대각 방향으로 출사된 광(20C)의 광량이 지나치게 많아지거나 하는 것을 방지할 수 있다.
도 21은 디퓨저(21)의 수평 방향의 변(홈부(22A))을 통과한 광(20A), 수직 방향의 변(홈부(22A))을 통과한 광(20B), 경사 방향의 변(V홈(22B) 및 제 2의 확산 패턴(23))을 통과한 광(20C)의 광량 분포를 개별적으로 도시한 도면이다. 이들의 광량 분포를 더하여 합하면, 본 발명의 실시예 1의 면광원 장치(11)에 있어서의 광량 분포를 얻을 수 있다. 이것을 도 22에 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 이렇게 하여 얻어진 본 발명의 실시예 1의 광량 분포는 목표 분포에 가까운 분포로 된다. 또한, 필요하다면, 이 실시예 1의 광량 분포에 맞추어서 편향 패턴(17)의 분 포를 재조정하여도 좋고, 그로 인해 어디서나 균일한 휘도가 얻어지게 된다.
상기 실시예 1에서는, 도 23에 도시한 바와 같이, V홈(22B)의 정각(頂角)이나 제 2의 확산 패턴(23)의 정각은 직각(90°)으로 하고 있지만, 이들의 높이가 가상 선분(26)을 넘지 않는다면 도 23에 파선으로 도시한 바와 같이 정점의 각도를 예각이나 둔각으로 하여도 좋다. 또한, 도 24에 도시한 바와 같이, V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)의 형상을 장소에 따라 변화시켜도 좋다.
다음에, 이와 같은 실시예 1에 의하면, 수직 방향의 변의 길이를 결정할 뿐, 디퓨저(21)의 기본이 되는 패턴 형상을 계산할 수 있음을 설명한다. 또한, 여기서는 수치 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 여기서 사용한 수치로 한정되지 않음은 말할 것도 없다.
예를 들면, 면광원 장치(11)에 있어서의 면발광 영역(15)의 사이즈가 도 25에 도시한 바와 같이, 폭(P)=30㎜, 길이(Q)=40㎜이고, 발광부(12)가 광입사면(19)에 대향시켜 도광판(13)의 단변의 중앙에 배치되어 있고, 발광부(12)(또는 광입사면(19))와 면발광 영역(15)과의 거리가 S=2.0㎜라고 한다. 이 경우, 발광부(12)와 면발광 영역(15)의 코너를 연결한 선분(24)이 법선(25)과 이루는 각도(α)는,
α=arctan((P/2)/S)=82.4°… (2)
로 된다. 이와 같은 도광판(13)에 있어서, 제 1의 확산 패턴(22)의 수직 방향의 변의 길이(H)를 10㎛으로 한 경우의 디퓨저(21)의 최적 패턴 형상의 산출을 행한다.
도광판(13)의 굴절율을 1.53이라고 할 때, 제 1의 확산 패턴(22)의 수직 방 향의 변을 통과한 광을 도광판(13) 내에서 α=82.4°의 방향으로 출사시키도록 하면, 이 수직 방향의 변에 대해 β=78.3°의 각도(입사각 11.7°)로 광을 입사시킬 필요가 있다. 우선 도 26과 같이 직사각형 형상의 홈부(22A)만을 고려하여, 홈부(22A)의 높이를 H(=10㎛), 홈부(22A)의 폭을 W, 홈부(22A) 사이의 간격을 D라고 한다. 도 26에 도시한 바와 같이, β=78.3°의 광(20)이 차단되는 일 없이 수직 방향의 변 전체에 입사하기 위해서는, 홈부(22A)의 폭(W)을
W=H×tanβ=48.3㎛ … (3)
로 하면 좋다. 또한 마찬가지로, α=82.4도의 각도로 수직 방향의 변으로부터 출사된 광(20)이, 옆의 홈부(22A)에 차단되지 않기 위해서는, 도 26에서의 간격(D)을,
D=H×tanα=75.O㎛ … (4)
로 하면 좋다. 따라서 제 1의 확산 패턴(22)의 패턴 주기(L)는,
L=W+D=123.3㎛ … (5)
로 된다.
다음에, V홈(22B) 및 제 2의 확산 패턴(23)의 높이에 관해 고려한다. 도 27에 도시한 바와 같이, V홈(22B)의 높이를 G1, 제 2의 확산 패턴(23)의 높이를 G2라고 하면, V홈(22B)의 높이(G1) 및 제 2의 확산 패턴(23)의 높이(G2)는, α=82.4°로 정해진 가상 선분(26)을 넘지 않도록 하면 좋다. 따라서, V홈(22B)의 높이(G1)는,
G1≤W/(2×tanα)=3.5㎛ … (6)
로 되고, 높이(G1)의 상한치는 3.5㎛으로 된다. 마찬가지로, 제 2의 확산 패턴(23)의 높이(G2)는,
G2≤D/(2×tanα)=5.0㎛ … (7)
로 되고, 높이(G2)의 상한치는 5.0㎛으로 된다.
다음에, 본 발명의 여러가지의 변형예를 설명한다. 제 1의 확산 패턴(22)의 V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)은, 도 28에 도시한 바와 같이 V형 돌기(22B')나 V형 돌기형상의 제 2의 확산 패턴(23')으로 하여도 좋다. 이 경우에는, 도 28에서 알 수 있는 바와 같이, (6)식, (7)식에서 각도(α)을 각도(β)로 치환하면 좋다. 따라서, V형 돌기(22B')의 높이(G1)나 제 2의 확산 패턴(23')의 높이(G2)는, G1≤W/(2Xtanβ)
G2≤D/(2×tanβ)
로 결정하면 좋다.
또한, 제 1의 확산 패턴(22)의 홈부(22A)는, 사다리꼴 형상으로 하여도 좋다. 도 29는, 홈부(22A)의 양 측면에 γ=10°의 경사각을 부여한 것을 도시하고 있다. 이와 같은 실시예에 의하면, 도광판(13)을 사출 성형할 경우, 성형시의 금형으로부터의 이형성을 높일 수 있다. 이 실시예에서도, 패턴의 주기나 제 1의 확산 패턴(22)이나 제 2의 확산 패턴(23)의 치수의 결정 방법은, 상기한 것과 같은 순서로 행할 수 있다.
또한, 도광판(13)을 사출 성형에 의해 제조하는 경우, 도 17에 도시한 바와 같은 디퓨저(21)의 패턴이나 도 29에 /도시한 바와 같은 디퓨저(21)의 패턴은, 성 형 조건에 의해 도 30에 도시한 바와 같이 형상이 무디어져 버리는 경우가 있다. 도 30에 도시한 경우에서는, 성형 조건 등에 의해 광입사면(19)과 평행한 변이 없어져 버리고 있다. 이 경우, 기준이 되는 면을 발견할 수 없기 때문에, V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)의 폭이나 높이, 디퓨저(21)의 패턴 주기 등의 규정이 어려워진다.
이와 같은 경우에는, 이하와 같이 하여 이들의 값을 정의하면 좋다. 직사각형 형상은, 그 형상이 무디어졌다고 하여도, 도 30에 도시한 바와 같이, 1주기 내에 반드시 2개의 변곡점(27)이 존재하기 때문에, 이 변곡점(27) 사이의 거리에 의해 1주기의 길이(L)를 규정할 수 있다. 또한, V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)에 관해서도 도 30에 도시한 바와 같이, V홈(22B)이나 제 2의 확산 패턴(23)의 전후에 반드시 변곡점(27)이 존재하기 때문에, 이 변곡점(27) 사이의 거리에 의해 V홈(22B)의 폭(L1) 및 높이(G1), 제 2의 확산 패턴(23)의 폭(L2) 및 높이(G2)를 규정할 수 있다. 따라서, 이 변곡점(27)에 의해 패턴 주기(L)나 V홈(22B), 제 2의 확산 패턴(23)의 폭(L1, L2) 등의 사이즈를 규정할 수 있고, 이것이 상기 (1)식을 충족시키면 좋다.
실시예 2
도 31은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 디퓨저(21)의 일부를 확대하여 도시한 도면이다. 실시예 2에서는, 제 1의 확산 패턴(22)에 있어서의 홈부(22A)의 수직 방향의 변과 광입사면(19) 사이의 모서리부에 각도가 45°의 경사면(28)을 형성하고 있다. 이와 같은 경사면(28)이 없이 각이 직각으로 되어 있는 경우에는, 도 32 에 도시한 바와 같이, 금형의 전사면(轉寫面)(29)의 내측 구석(內隅)에 곡률 반경 2.0㎛(R2.0이라고 기재한다) 내지 4.0㎛(R4.0이라고 기재한다) 정도의 둥그스름함이 생기고 있을 때, 디퓨저(21)의 형상에 상당한 차이가 발생하고, 그로 인해 도광판(13) 내에서의 광량 분포의 편차도 커진다.
이에 대해, 경사면(28)을 형성한 경우에는, 도 33에 도시한 바와 같이, 금형의 전사면(29)의 내측 구석에 곡률 반경 2.0㎛(R2.0) 내지 4.0㎛(R4.0) 정도의 둥그스름함이 생긴 경우에는, 디퓨저(21)의 형상에 편차가 생기는 것이지만, 그 편차는 경사면(28)을 마련하지 않는 경우와 비교하여 매우 작아진다. 따라서, 홈부(22A)의 수직 방향의 변과 광입사면(19) 사이에 경사면(28)을 형성함에 의해, 사출 성형시의 전사성(轉寫性)에 의한 광량 분포의 편차를 줄일 수 있다.
도 34는 도 31과 같이 경사면(28)을 형성한 디퓨저(21)를 갖는 면광원 장치에 있어서, 금형의 전사면의 내측 구석에 곡률 반경 2.0㎛(R2.0)의 둥그스름함이 생긴 경우와, 곡률 반경 4.0㎛(R4.0)의 둥그스름함이 생긴 경우의 광량 분포를 비교하여 도시하고 있다. 양자를 비교하면, 광량 분포에 있어서 다소의 차이는 있는 것이지만, 목표 분포와 비교한다면 거의 영향이 없고, 이것에 의해 안정된 광량 분포를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3
도 35는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 디퓨저(21)의 일부를 확대해 도시한 평면도이다. 실시예 3에서는, 디퓨저(21)는, 곡면을 갖는 제 1의 확산 패턴(32)과, 만곡한 제 2의 확산 패턴(33)에 의해 구성되어 있다.
이 실시예 3에서는, 제 1의 확산 패턴(32)은 직사각형 형상 또는 사다리꼴 형상을 한 홈부를 갖고 있고, 그 벽면에 평면부(32A)와 곡면부(32B)를 갖고 있다. 이 제 1의 확산 패턴(32)은, 실시예 1의 예를 들면 도 29에 도시된 제 1의 확산 패턴(22)으로부터 변형시킨 것이다. 즉, 도 36(a)에 도시된 제 1의 확산 패턴(22)은, 실시예 1의 도 29에 도시한 것으로서, 사다리꼴 형상의 홈부(22A)와 V홈(22B)을 갖고 있다. 이 V홈(22B)은 2개의 경사면이라고 생각하면, 2개로 나누어서 홈부(22A)의 코너 에지에 마련할 수도 있고, 그것이 도 36(b)에 도시한 제 1의 확산 패턴(22)이다. 그리고, 도 36(c)에 도시한 실시예 3의 제 1의 확산 패턴(32)은, 도 36(b)에 도시한 제 1의 확산 패턴(22)의 경사면(34)을 순조로운 형상으로 치환한 것이다. 도 35및 도 36(c)에 도시한 제 1의 확산 패턴(32)에서는, 양 측면이 경사한 평면부(32A)로 되어 있고, 양 평면부(32A) 사이의 전체가 곡면부(32B)으로 되어 있지만, 도 37에 도시한 바와 같이, 코너 에지만이 곡면부(32B)로 되어 있고 양 측면 및 윗면이 평면부(32A)로 되어 있어도 좋다. 이들의 제 1의 확산 패턴(32)과 같이, 코너 에지를 순조로운 형상으로 형성함에 의해, 도광판(13)의 사출 성형시에 있어서의 제 1의 확산 패턴(32)의 전사성과 성형 금형으로부터의 이형성을 양호하게 할 수 있고, 이형시에 발생하는 마찰에 의한 제 1의 확산 패턴(32)의 마모를 저감할 수 있다.
도 38은 제 1의 확산 패턴(32)의 작용을 설명하는 도면이다. 제 1의 확산 패턴(32)은, 양 측면의 평면부(32A)와 윗면의 곡면부(32B)로 구성되어 있고, 제 1의 확산 패턴(32)에 입사한 광중, 곡면부(32B)의 중앙부에 입사한 광(20A)은 전방으로 출사되고, 평면부(32A)에 입사한 광(20B)은 구석부분의 방향으로 출사되고, 곡면부(32B)의 중앙부와 단부의 사이에 입사한 광(20C)은 대각 방향으로 출사된다. 따라서, 실시예 3의 제 1의 확산 패턴(32)도, 실시예 1의 제 1의 확산 패턴(22)과 같은 작용을 한다.
또한, 제 1의 확산 패턴(22)에서는, 윗면의 V홈(22B)의 형상이 성형시의 마모에 의해 변형할 우려가 있지만, 실시예 3에서는 V홈(22B)을 없앴기 때문에, V홈(22B)의 변형을 걱정하는 일이 없고, 도광판(13)의 성형성이 양호하게 된다.
또한, 평면부(32A)와 곡면부(32B)와의 치수 비율은, 제 1의 확산 패턴(32)의 형상이나 주기와 함께, 광량 분포가 목표 분포에 근접하도록 조정하여 결정된다.
또한, 실시예 3에서는, 제 2의 확산 패턴(33)은 매끄러운 곡면으로 형성된 얕은 오목부에 의해 구성되어 있고, 도시한 예에서는 제 1의 확산 패턴(32) 사이에 복수개(예를 들면, 2개) 마련되어 있다. 실시예 3의 제 2의 확산 패턴(33)은, 실시예 1이나 실시예 2에서 설명한 V홈 형상의 제 2의 확산 패턴(23)으로부터 변형시킨 것이다. 즉, 도 39(a)에 도시한 V홈 형상의 제 2의 확산 패턴(23)은 실시예 1이나 실시예 2에서 도시한 것이다. 도 39(b)에 도시한 실시예 3의 제 2의 확산 패턴(33)은, 도 39(a)의 제 2의 확산 패턴(23)을 순조로운 형상으로 치환한 것이다. 이 제 2의 확산 패턴(33)과 같이, 확산 패턴의 각(角)을 없애서 순조로운 형상으로 형성함에 의해, 도광판(13)의 사출 성형시에 있어서의 제 2의 확산 패턴(33)의 전사성과 성형 금형으로부터의 이형성을 양호하게 할 수 있고, 이형시에 발생하는 마찰에 의한 제 2의 확산 패턴(33)의 마모를 저감할 수 있다. 또한, 제 2의 확산 패턴(33) 이 덜하기 때문에, 제 2의 확산 패턴(33)에서 도광판(13)의 경사 방향으로 분배하는 광량을 보상하기 위해, 도 39(c)와 같이 제 2의 확산 패턴(33)의 수를 복수개로 하고 있다.
다음에, 제 1의 확산 패턴(32)의 설계 방법을 설명한다. 먼저, 도 40(a)에 도시한 바와 같은 평면부(32A)만의 사다리꼴을 생각하고, 그 평면부(32A)의 변의 길이를 f=5㎛으로 하고, 성형성을 고려하여 평면부(32A)의 기울기(ε)를 5°로 하고, 도광판(13)의 굴절율을 n=1.53으로 한다. 여기서, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, α=82.4°의 방향으로 광(20)을 출사시키기(평면부(32A)로부터의 출사각이 7.60°) 위해서는, β=81.0°의 방향으로 평면부(32A)에 광(20)을 입사시킬(32A에의 입사각이 3.96°) 필요가 있다. 따라서, 평면부(32A)의 하단을 통과하여 입사한 β=81.0° 방향의 광(20)이 평면부(32A)의 상단을 통과하여 출사하도록 설계하면, 제 1의 확산 패턴(32)의 폭은, W=32.1㎛으로 된다.
다음에, 도 40(b)에 도시한 바와 같이, 상기한 바와 같이 하여 결정한 사다리꼴 위에 원호형상의 곡면부(32B)를 적층한 경우를 고려한다. 사다리꼴의 윗면의 폭(k) 은,
k=W-2×f×Xsinε=31.2(㎛)
이기 때문에, 곡면부(32B)의 반경을 R이라고 하면,
2Rcosε=k
로부터, R=15,7㎛으로 결정된다. 또한, 곡면부(32B)의 원호의 중심은 사다리꼴의 윗면보다도 Rsinε=1.36㎛ 하방으로 된다.
이 결과, 평면부(32A)의 높이(Hs)와 제 1의 확산 패턴(32)의 높이(Ht)는, 각각 Hs=f×cosε=4.98(㎛)
Ht=Hs+R-Rsinε=19.25(㎛)
로 된다.
다음에, 도 41에 도시한 바와 같이, 제 1의 확산 패턴(32)의 하단부터 α=82.4°의 방향으로 출사된 광(20)이, 옆의 제 1의 확산 패턴(32)에 의해 차단되지 않도록 하기 위해서는, 도 41의 기하학적 관계로부터 구하여지는 바와 같이, 제 1의 확산 패턴(32)의 주기(L)는, 162㎛ 이상으로 하면 좋다.
도 42는 제 2의 확산 패턴(33)을 형성할 때의 조건을 도시하고 있다. 즉, 제 2의 확산 패턴(33)은, 제 1의 확산 패턴(32)의 접선중 인접하는 제 1의 확산 패턴(32)의 하단을 통과하는 것을 고려할 때, 그 사이에 위치하는 제 2의 확산 패턴(33)이 접선(35)보다도 올라가지 않도록 한다. 이것은 제 1의 확산 패턴(32)으로부터 a의 방향으로 출사된 광이 제 2의 확산 패턴(33)에 의해 차단되지 않는 것을 의미한다.
또한, 제 2의 확산 패턴(33)은, 제 1의 확산 패턴(32)의 곡면부(32B)와 같은 곡률 반경의 원호로 하는 것이 바람직하다. 제 1의 확산 패턴(32)의 곡면부(32B)의 곡률 반경과 제 2의 확산 패턴(33)의 곡률 반경을 동등하게 함에 의해, 하나의 절삭 공구로 성형 금형의 곡면부(32B)의 성형 부분과 제 2의 확산 패턴(33)의 성형 부분을 제작하는 것이 가능해진다. 이로써 절삭 공구를 교환하는 일 없이 곡면부(32B)와 제 2의 확산 패턴(33)을 연속적으로 절삭할 수 있기 때문에, 디퓨저(21) 의 치수 정밀도가 향상하고, 성형 금형의 제조 비용도 염가로 된다. 따라서, 실시예 3에서는, 제 1의 확산 패턴(32)의 곡면부(32B)도, 제 2의 확산 패턴(33)도, 곡률 반경이 R=15.7㎛의 호면(弧面)에 의해 형성되어 있다.
이와 같은 곡면에 의해 구성된 제 2의 확산 패턴(33)에 의해서도, 실시예 1의 제 2의 확산 패턴(23)과 마찬가지로, 입사한 광을 면발광 영역(15)의 대각 방향 등 경사 방향으로 출사시킬 수 있다.
제 2의 확산 패턴(33)은, 도 43에 도시한 바와 같이, 이웃하는 제 1의 확산 패턴(32) 사이에 하나만 마련하도록 하여도 좋다. 그러나, 제 2의 확산 패턴(33)을 하나만으로 하고 경사 방향으로의 출사광량이 부족한 경우에는, 도시한 예와 같이 제 1의 확산 패턴(32) 사이에 복수개의 제 2의 확산 패턴(33)을 배치하여도 좋다. 한편, 제 1의 확산 패턴(32) 사이에 복수개의 제 2의 확산 패턴(33)을 마련하면, 평탄부(광입사면(19))의 면적이 감소하기 때문에, 제 2의 확산 패턴(33)에 의해 전방으로 출사되는 광의 광량이 감소하는 것으로 생각되지만, 실제로는 제 1의 확산 패턴(32)과 제 2의 확산 패턴(33)은, 도 44에 도시한 바와 같이 θ=0°의 방향으로도 출사하기 때문에, 전방으로의 광강도의 저하는 그다지 일어나지 않는다.
도 44는 실시예 3의 곡면부(32B)로부터 출사되는 광의 광량 분포와 실시예 1의 V홈(22B)으로부터 출사되는 광의 광량 분포를 비교하여 도시한 그래프이다. 22B는 경사 방향(θ=45°당)으로 광을 도광시키기 위한 광학 소자이지만, 이것을 곡면화하여 곡면부(32B)로 치환하면, 광량 분포의 프로파일은 다소 변화하는 것이지만, 경사 방향으로 도광시키는 광량은 그다지 다르지 않다.
따라서, 실시예 3의 디퓨저(21)에 의한 광량 분포도, 실시예 1의 디퓨저(21)에 의한 광량 분포를 비교하면, 도 45에 도시한 바와 같이, 실시예 3에서는 실시예 1의 경우보다도 구석부분으로 도광되는 광량이 약간 적게 되어 있지만, 특성적으로는 실시예 3도 실시예 1도 큰 차가 없고, 모두 목표 분포에 가까운 특성을 얻을 수 있다.
따라서, 실시예 3에 의하면, V홈(22B)을 이용한 실시예 1과 광학적인 특성을 거의 동등하게 유지하면서, 성형성을 양호하게 함과 함께 성형시에 있어서의 패턴의 마모 저감을 도모할 수 있다.
도 46은 실시예 3의 변형예에 의한 디퓨저(21)의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다. 이 변형예에서는, 도 35의 디퓨저(21)에서, 제 1의 확산 패턴(32)의 하단부에 아르 또는 모따기부(36)를 형성하고, 제 1의 확산 패턴(32)의 하단부를 매끈하게 형성하고 있다. 이로서, 사출 성형시의 전사성이나 이형성을 보다 양호하게 할 수 있고, 이형시에 발생하는 마찰에 의한 확산 패턴의 마모를 보다 저감할 수 있다.
(액정 표시 장치)
도 47은 본 발명에 관한 액정 표시 장치(41)의 개략 단면도이다. 이 액정 표시 장치(41)에서는, 액정 표시 패널(42)의 배면에 본 발명의 면광원 장치(43)를 배치하고 있다. 액정 표시 패널(42)은, TFT(박막 트랜지스터) 등의 스위칭 소자나 배선이 형성된 이면측 기판(44)과, 투명 전극이나 컬러 필터가 형성된 표면측 기판(45) 사이에 액정층(46)을 끼워넣어서 밀봉한 것으로서, 표리 양면에는 편광 판(47)이 겹쳐 있다. 그리고, 이 액정 표시 장치(41)에서는, 면광원 장치(43)를 점등시켜 이면측으로부터 액정 표시 패널(42)을 조명하고, 액정 표시 패널(42)의 각 화소를 온, 오프 제어함에 의해 화상을 생성한다.
또한, 본 발명의 면광원 장치는, 프런트 라이트에도 적용할 수 있기 때문에, 도시하지 않지만, 반사형 액정 표시 장치에 이용할 수도 있다.
(휴대 전화)
도 48은 본 발명에 관한 액정 표시 장치(41)가 조립된 휴대 전화(51)를 도시하고 있다. 이 휴대 전화(51)는, 텐 키 등을 구비한 다이얼부(52)의 위에 디스플레이로서 액정 표시 장치(41)가 조립되어 있고, 윗면에 안테나(53)가 마련되어 있다.
(휴대 정보 단말)
도 49는 디스플레이로서 본 발명에 관한 액정 표시 장치(41)가 조립된 PDA 등의 휴대 정보 단말(54)을 도시하고 있다. 이 휴대 정보 단말(54)은, 액정 표시 장치(41)의 옆에 펜 입력 등을 행하기 위한 입력부(55)가 마련되어 있고, 상단부에는 뚜껑(56)이 추착(樞着)되어 있다.
이와 같이 휴대 전화(51)나 휴대 정보 단말(54) 등에 본 발명의 액정 표시 장치(41)를 이용함에 의해, 면광원 장치를 균일하게 발광시켜, 화질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 면광원 장치는, 액정 표시 패널 등의 백라이트나 프런트 라이트로서, 또는 조명등 등으로서 이용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 광입사면으로부터 도입된 광을 광출사면의 거의 전체로 퍼지게 하여 광출사면으로부터 외부로 출사시키는 도광판과, 해당 도광판의 광입사면에 대향하여 배치된, 도광판의 폭과 비교하여 작은 광원을 구비한 면광원 장치에 있어서,
    상기 광입사면에, 상기 광출사면과 수직한 방향으로 일양한 복수의 오목부가, 제 1의 확산 패턴으로서 상기 광입사면의 상기 광원과 대향하는 영역에 배열되고,
    상기 제 1의 확산 패턴은, 상기 광입사면의 법선 방향과 거의 같은 제 1의 방향으로 광을 출사하는 면과, 상기 도광판의 상기 광입사면에 가까운 측의 구석부를 향하는 제 2의 방향으로 광을 출사하는 면과, 상기 제 1과 제 2의 방향에 끼워진 방향으로 광을 출사하는 면을 가지며,
    상기 광입사면으로부터 도광판에 입사한 광의 단위각도당의 광량과, 도광판의 광출사 영역의, 광원에서 본 단위각도당의 면적과의 비가 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 되어 있고,
    상기 제 1의 확산 패턴끼리의 중간에서 상기 광입사면에 V홈 형상 또는 V형 돌기형상 또는 원호형상을 한 제 2의 확산 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 확산 패턴은, 직사각형 형상 내지 사다리꼴 형상을 한 홈부와, 해당 홈부의 광입사면과 평행한 변의 거의 중앙부에 마련된 오목홈 또는 볼록부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 광입사면에 주기적으로 마련되고, 상기 오목홈 또는 볼록부의 폭이 상기 홈부의 주기의 1/3 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 오목홈 또는 상기 복록부는, V홈 형상을 한 오목홈 또는 V형을 한 복록부인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 확산 패턴은, 직사각형 형상 및 사다리꼴 형상을 한 홈부를 가지며, 해당 홈부의 광입사측과 반대측의 모서리부가 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 확산 패턴은, 직사각형 형상 및 사다리꼴 형상을 한 홈부를 가지며, 해당 홈부의 광입사측과 반대측의 막다른 면이 원호형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 확산 패턴의 상기 광입사면과 접하는 단을 통과하고, 상기 광원과 도광판의 면발광 영역의 단을 통과하는 선분과 평행한 가상 선분을 상정할 때, 상기 제 1의 확산 패턴 및 제 2의 확산 패턴이 상기 가상 선분을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    도광판의 상기 광입사면과 상기 제 1의 확산 패턴의 상기 광입사면에 접하는 면과의 사이의 모서리가 모따기 또는 아르가 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  10. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치와, 화상 표시 패널을 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  11. 제 10항에 기재된 화상 표시 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대용 기 기.
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