KR100906492B1 - 면광원 조명장치 - Google Patents

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KR100906492B1
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민치훈
이원준
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(주)섬레이코퍼레이션
민치훈
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Abstract

본 발명은 면광원 조명장치에 관한 것으로, 광원에서 조사되는 빛을 도광판의 한 면에서 인출하여 균일한 조도로 조명함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 면광원 조명장치는, 도광판(120)과; 상기 도광판의 둘레부에 장착되며 전원을 인가받아 점등하는 하나 이상의 광원(110)과; 상기 도광판의 광인출면(d)에 접착되어 상기 광원에서 조사되는 빛을 외부로 인출하여 발광하는 투과형 광인출부(121)와; 상기 도광판의 광인출면의 반대쪽 면(b)으로부터 일정 간극을 두고 배치되어 상기 도광판에서 인출된 빛을 상기 투과형 광인출부로 반사하는 반사판(122)을 포함하고, 상기 투과형 광인출부는, 표면에 투과형 광인출 코팅용액이 도포된 투과 필름이나 반투과 필름 및 광학 필름 중 선택된 어느 하나이며, 상기 투과형 광인출 코팅용액은, 아크릴계, 올레핀계, 아크릴 및 올레핀계의 공중합체, 다층 다성분계 입자로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유기입자 또는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 무기입자로 이루어진 투과형 광확산 입자와 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 멜라민계 수지로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 바인더 수지가 혼합된다.
조명, 면광원, 인출, 확산

Description

면광원 조명장치{SURFACE LIGHT SOURCE LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 기존의 점(point source)형, 선(linear source)형 광원과 달리 광원이 면 전체에 걸쳐서 발광하는 면광원 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원에서 조사되는 빛을 도광판의 한 면에서 인출하여 균일한 조도로 조명할 수 있는 면광원 조명장치에 관한 것이다.
기존의 면광원 기술은 주로 LCD 백라이트로 사용되고 있다.
LCD는 일종의 광원의 투과를 제어(on/off)하는 광원 스윗치 역할을 하는 액정과 실제 빛을 만들어주는 백라이트로 이루어져 있다. 백라이트는 평면형상인 액정 패널에 가능한 균일한 광을 수직으로 입사하는 것을 목적으로 한다.
백라이트 광원은 크게 직하형과 에지형(도광판형)으로 나눌 수 있다.
도 1은 직하형 백라이트의 구성도로서, 직하형 백라이트(1)는 다수의 광원(2)이 액정패널(3) 밑에 위치하고, 광원(2)과 패널(3) 사이에 디퓨져 시트(diffuser sheet)(4)와 프리즘 시트(prism sheet)(5)가 광원(2)에서부터 차례로 배열되는 구조이며, 광원(2)에서 조사되는 빛을 디퓨져 시트(4)를 통해 평활화(디퓨져)하고 프리즘 시트(5)에 의해 수직으로 액정패널(3)에 입사시킨다.
도 2는 에지형 백라이트의 구성도로, 에지형 백라이트(10)는, 별도의 도광판(11)이 존재하고 도광판(11) 측면에 광원(12)이 위치하는 구조이며, 도광판(11)과 액정패널(13) 사이에 디퓨져 시트(14)와 프리즘 시트(15)가 차례로 배치되고, 도광판(11) 아래면에는 도광판(11) 내부를 돌아다니는 광이 충돌하여 확산하도록 별도의 반사확산부(11a)가 처리된다. 반사확산부(11a)의 처리방법으로는 일반적으로 광확산재료를 인쇄하거나 V-cutting방식으로 v형으로 골을 파거나 프리즘형상으로 가공하는 방법 혹은 레이져를 이용하여 확산형 도트 등의 무늬를 넣는 방법이 있고, 최근에는 광확산 형상을 도광판(11) 사출시 형성하는 방법, 도광판(11) 내부에 광확산재료를 포함하여 도광판(11)을 성형하는 등 여러 가지 방법을 사용하기도 한다. 이러한 프리즘 및 광확산 재료에 의해 확산된 빛은 도광판(11)의 양 면을 통해 상하로 발산되는데, 하부로 발산된 빛은 도광판(11) 아래부분에 위치하는 별도의 반사판(16)에 의해 다시 상부로 되돌려져서, 상부로 발산된 빛과 합쳐져서 디퓨져(diffuser, 확산) 시트(14)에 도달하게 된다. 디퓨져 시트(14)는 빛을 불규칙하게 확산함으로써 전체 빛이 골고루 섞이게 하여 면 전체에 걸쳐 가능한 균일한 빛을 만들어 준다. 디퓨져 시트(14)로 평활화된 빛은 사방으로 발산되기 때문에 이를 액정패널(13) 상에 가능한 수직으로 입사하기 위해 빛을 모아주는 성질을 가진 프리즘 시트(15)를 거치게 된다.
한편, 가정용으로 사용하는 일반 조명에 있어서 대부분의 조명은 점 혹은 선형으로 되어 있어서 원하는 조도를 얻기 위해 많은 광량이 작은 면적(점광원, 선광원)으로부터 나오기 때문에, 휘도가 높고 이에 따른 눈부심 등 부작용이 있게 된다.
이러한 이유로 최근에 면광원을 가정용 일반 조명에 이용하려고 하는 시도가 있지만, 상기 기술한 바와 같이 도광판에서 광을 인출하기 위해서는 광확산 재료 인쇄나 V-cutting등의 고비용의 공정이 필요하여 실제 적용시에 많은 어려움이 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도광판을 이용하는 면광원에 있어서 광확산재료인쇄나 V-cutting, 레이저 가공 등의 고비용의 공정이 필요하지 않고, 비교적 간단한 구조와 공정으로 높은 효율을 갖는 면광원 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 면광원 조명장치는, 기존의 도광판을 이용하는 면광원에 있어서 광인출수단으로 사용하는 V-cutting, 레이져 가공등의 공정이 필요없이, 도광판의 적어도 한 면에 간단한 투과형 광인출 처리를 통하여 공정이 간단하면서도 효율적인 광효율을 가지는 저비용의 면광원을 실현하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 면광원 조명장치에 의하면, 기존의 면광원 조명장치를 제작할 때 사용하는 고비용의 공정이 필요하지 않고, 도광판의 일면 이상에 간단한 구조의 투과형 광인출 처리를 통하여 공정이 간단하면서도 광효율을 향상할 수 있다.
본 발명은 이러한 다양한 광원을 각각 혹은 복합하여 적용할 수 있으며, 실제 적용대상으로 LCD의 백라이트에 적용하거나, 혹은 일반 조명용 면광원에 적용할 수 있다.
특히 본 발명의 경우 간단하고 저렴한 면광원을 구현하는 데 적합하여, 일반 조명용 면광원을 더 쉽게 구현할 수 있다. 일반 조명용이 경우에도 LCD백라이트 광원과 마찬가지로 위 실시예의 전면(광인출면) 이후에 별도의 프리즘 시트를 추가하여 광원의 발산각을 조절할 수 있어서, 가정용 일반조명(방등, 스탠드등)은 물론 기타 광원의 발산각 조절이 필요한 곳에서 일부분만 집중적으로 밝힐 수 있는 특수한 조명등으로 사용할 수 있다. 면광원의 경우 빛의 에너지가 넓은 면적에 분산되기 때문에 눈부심이 적고 그림자가 없는 광원을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 차세대 광원인 LED를 조합할 경우 색온도의 조절이 가능하여 조명의 색을 조절할 수 있는 장점이 있다.
<실시예 1>
도 3에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 면광원 조명장치(100)는, 광원(110)과 도광판(120)으로 구성된다.
광원(110)은 도광판(120)의 둘레부에 하나 이상이 배치된다.
광원(110)은 기존의 CCFL이나 EEFL, 백열등 등의 여러 가지 광원이 가능하지만, 특히 최근에 LED광원을 적용할 경우 수은을 사용하는 형광등류와는 달리 친환경적이고 고효율이어서 에너지절감에 기여할 수 있으며, LED를 R,G,B 색깔별로 조합 운용할 수 있기 때문에 색온도를 취향에 맞게 바꿀 수 있다는 장점이 있다.
도광판(120)은 광원(110)에서 조사되는 빛을 전파, 전달하는 역할을 수행하며, 빛이 발산되는 면에는 광인출부(121)가 형성된다.
도광판(120)은 광인출부(121)를 통해서만 빛이 인출되도록 광인출부(121)와 광원(110)과 대응되는 제1면(a)을 제외한 나머지 제2,3면(b,c)은 반사 처리된다.
따라서, 광원(110)에서 도광판(120)의 측면으로 입사된 빛은 도광판(120) 내부를 따라 직진하다가 경계면에서 전반사되거나 혹은 투과하게 되는데, 도광판(120)의 제2면(b)에 도달한 빛은 전반사 조건에 따라 전반사되거나 투과되고, 투과된 빛은 반사판(122)에 의해 다시 반사되어 도광판(120) 내로 재입사된다. 마찬가지로 입사면 반대쪽인 제3면(c)에 도착한 빛도 전반사되거나 투과시에서 표면의 반사 처리 혹은 그 뒷면의 반사판(미도시)에 의해 반사되어 도광판(120)으로 재입사된다.
즉, 도광판(120)에서 광이 출사하는 제1면(a)을 제외한 나머지 면은 모두 반사처리, 혹은 그 후면의 반사판(122)(도면에는 제2면(b)에만 도시됨)에 의해 대부분의 광을 도광판(120) 내로 되돌리게 되며, 결과적으로 대부분의 빛은 광인출부(121)에 큰 손실없이 도달하게 된다. 광인출부(121)는 투과형 광인출 처리를 통해 면에 도달한 빛을 외부로 인출하게 된다.
광인출부(121)의 처리는 기존의 방법이 인출면 반대면에 반사형 확산처리를 통해 빛을 반사 확산시켜 밀어내어 방출하는 방법과는 달리, 광인출면에 도달한 광을 전반사조건이 깨어지도록 인출면을 처리하여, 빛을 끌어내어 인출하는 방법이다.
이 때 투과형 광인출부(121)는 별도의 투과형 광인출 코팅용액의 코팅을 통해 이루어질 수 있다. 상기 투과형 광인출 코팅용액은 내부에 구형의 투과 미립자를 포함하고 있어, 빛을 투과시키면서도 굴절과 산란을 통해 사방으로 빛을 분산시키는 역할을 한다.
투과형 광인출 코팅용액은 투과형 광확산 입자가 바인더 수지에 분산되어 이루어지며, 도광판(120)의 인출면에 도포될 수 있다. 투과형 광인출 코팅용액의 도포방법은 도광판(120) 상에 에어나이프(air knife), 그라비아(gravure), 메이어 바(meyer bar), 리버스 롤(reverse roll) 혹은 스프레이(spray)방식 등이 가능하다.
상기 투과형 광인출 코팅용액에 포함된 광확산 입자는 유기 혹은 무기입자가 사용될 수 있다. 유기입자로는 아크릴계, 올레핀계, 아크릴 및 올레핀계의 공중합체, 다층 다성분계 입자로 이루어진 군 중의 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 무기입자로서는, 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 투과형 광인출 코팅용액의 바인더 수지로는 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 멜라민계 수지로 이루어진 군 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 사용한다.
투과형 광인출 처리를 하는 다른 방법으로 도광판(120)의 인출면에 반투과(hase)처리를 사용할 수도 있다. 헤이즈 처리는 도광판 표면을 사포로 문질러서 표면을 거칠게 만들거나 샌드블러스터 처리를 통해 표면을 거칠게 만들어 빛이 광인출면에서 반사, 산란 혹은 투과 굴절하도록 만드는 방법이다.
광인출부(121)의 다른 예로서는, 별도의 투과형 광인출 필름을 표면에 밀착하여 부착함으로써 달성될 수 있다. 여기서 투과형 광인출 필름은 상기 투과형 광인출 코팅용액이 도포된 투과 필름 혹은 반투과 필름이 사용 가능하다. 또한 투과 필름 혹은 반투과 필름을 도광판 인출면에 부착할 때 공기층이 없도록 밀착시켜야 한다. 접착시에는 접착시트, 접착제, 점착제 혹은 기타 접착용 수지를 사용함이 바람직하다. 투과형 광인출 필름으로는 반투과 성질이 있는 어떤 재료를 사용해도 무방하다. 기존에 존재하는 반투명 테이프, 종이류, 반투과 플라스틱, 트레이싱 페이퍼, LCD용 확산 시트 등을 사용할 수 있다. 투과형 광인출 필름은 확산과 동시에 광이 투과해야 하기 때문에 투과율이 가능한 높은 것이 바람직하다. 투과율은 50~100%의 것이 일반적인데, 가능한 80%~99%의 높은 투과율이 바람직하다. 별도의 투과형 광인출 필름은 투과성의 광학 필름에 상기의 투과형 광인출 코팅용액을 도포함으로써 달성될 수 있다. 상기 광학 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 및 에폭시로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 여기에 상기 기술한 투과형 광인출 코팅용액을 상기의 도포방법을 사용하여 수행함으로써, 투과형 광인출 필름을 제조할 수 있다.
한편 도 3에서는 광인출면을 제외하고 나머지 면을 반사코팅한 일례이지만, 일부면 혹은 전부면을 반사형 광확산처리를 할 수도 있다.
<실시예 2>
도 4에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 면광원 조명장치(100)는, 광인출면인 광인출부(121)의 반대면에 반사형 광확산부(123)가 형성된 것을 특징으로 한다.
광확산부(123)는 별도의 광확산 코팅 혹은 인쇄 또는 반사형 광확산 필름(부착)에 의해 처리될 수 있으며 입사되는 빛을 전면의 광인출면으로 확산하는 역할을 수행한다. 이 때 인출면 전면의 광분포를 균일하게 하기 위하여 광확산 패턴을 불규칙하게 코팅 혹은 인쇄, 필름 부착할 수 있다. 즉, 광원에서 가까운 부분은 산란이 덜 되게 하고, 광원에서 멀어질수록 산란이 잘 되게 하게 하여, 전체적으로 균일한 빛이 광인출면에 도착하도록 한다. 일반적으로 산란패턴을 형성시에 패턴크기 를 점점 크게 하거나, 패턴의 간격을 좁히는 방법을 사용할 수 있다.
기존의 도광판 방식의 경우 뒷면의 반사확산인쇄를 통해 빛을 산란시켜 앞으로 밀어내는 방식이라면, 본 실시예는 기본적으로 전면의 투과형 광인출부(121)를 통하여 광을 이끌어내는(인출) 방식을 기본으로, 반대면의 반사판(122)(실시예 1) 혹은 반사형 광확산부(123)를 통해 기존의 밀어내는 방식을 결합한 복합방식이라 할 수 있다.
광인출부(121)는 실시예 1과 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
<실시예 3>
도 5에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 따른 면광원 조명장치(100)는, 투과형 광인출부(121)가 광인출면(d)의 반대쪽인 제2면(b)에 형성되고, 제2면(b)에 근접되도록 반사판(122)이 배치된다.
본 실시예에 의하면, 투과형 광인출부(121)는 빛을 인출하여 뒷면의 반사판(122)으로 유도하고, 반사판(122)에서 반사된 빛은 광인출면(d)으로 반사되거나 투과형 광인출부(121)에서 산란되어 광인출면(d)으로 향하게 된다.
투과형 광인출부(121)는 실시예 1과 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
<실시예 4>
도 6에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 면광원 조명장치(100)는, 도광판(120)의 양면(광인출면(d)과 제2면(b))에 각각 제1,2투과형 광인출부(121-1,121-2)가 형성된다.
그리고, 제2투과형 광인출부(121-2)에 근접되도록 반사판(122)이 배치된다.
전면에 배치되는 제1투과형 광인출부(121-1)는 빛을 인출하는 주요역할을 담당하고, 후면의 제2투과형 광인출부(121-2)는 빛을 인출하여 그 뒤의 반사판(122)을 통해 다시 앞으로 반사시키는 역할을 담당한다.
<실시예 5>
도 7에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 면광원 조명장치(100)는, 도광판(120)의 단면적이 광원(110)으로부터 먼 곳으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상으로 이루어진다. 도 7은 광원(110)이 하나인 경우를 도시한 것으로 이러한 경우 도광판(120)은 사다리꼴 형태로 형성되는 것이다.
전술한 실시예들과 비교할 때 실시예 1 내지 실시예 4는 도광판(120)의 모든 부분이 동일 크기의 단면으로 이루어지기 때문에 광원(110)에서 먼 곳의 조도가 낮아질 수 있지만, 본 실시예는 제1면(b)의 수광면적이 실시예 1 내지 실시예 4의 직육면체형에 비해 넓기 때문에 인출광의 균일도를 높이는 효과가 있다.
도 7에서는 투과형 광인출부(121)가 광인출면(d)에만 형성되고 반대면인 제2면(b)에 근접되도록 반사판(122)이 형성된 것으로 도시되었으나, 본 실시예의 사다리꼴 도광판(120)은 전술한 모든 실시예들에 적용 가능하다.
<실시예 6>
도 8에서 보이는 바와 같이, 본 실시예는 도광판(120)에 2개의 광인출면이 형성된다.
즉 도광판(120)의 양면에는 제1,2투과형 광인출부(121-1,121-2)가 형성되어, 도광판(120)의 양 면을 광을 양측으로 발산한다. 이러한 양면 조사형 면광원 조명장치는 양면형 LCD장치에 응용하거나, 혹은 일반 조명용으로 방의 가운데에 설치되어 양 측면을 골고루 밝히는 일종의 칸막이 등에 응용할 수 있다.
본 실시예의 변형으로 양 측 말고 한 면에만 투과형 광인출부를 적용하고 반대측면에 광인출 처리 및 반사 처리를 하지 않아 양면으로 광이 발산되게 할 수 있으며, 투과율 조절이나 투과형 광인출부의 투과율 및 확산재료 조절을 통해 양 측의 광의 발산을 조절할 수 있다. 이러한 비대칭형 양면 조명은 일반조명에서 직접광과 간접광을 조합한 조명장치에 적용할 수 있다.
<실시예 7>
도 9에서 보이는 것처럼, 본 실시예는 전술한 실시예의 도광판(120)이 원형단면의 도광봉(120C)으로 대체된다.
도광봉(120C)을 예컨대 절반으로 나누어 광인출면측에 투과형 광인출부(121)를 형성하고, 나머지 면에 반사판(122)을 배치할 수 있다.
물론, 투과형 광인출부(121)와 반사판(122)은 일 예를 보인 것일 뿐이며, 투과형 광인출부(121)와 반사부는 전술한 실시예들이 모두 적용 가능하다.
본 실시예에 따르면, 도광봉(120C)이 기존 형광등의 형태로 형성되어 형광등 과 같은 느낌을 수 있다.
본 실시예의 변형예로서 도광판은 써클(circle)로 형성될 수도 있을 것이다.
<실시예 8>
본 실시예에 의한 면광원 조명장치는, 빛의 색상을 다양하게 변화를 주는 것을 특징으로 하며, 이를 위하여 광원은 서로 다른 대역의 캘빈온도를 갖는 것으로 구성된다.
상기 광원은 제어기의 제어를 통해 온오프 제어된다.
예컨대, 2000K대역의 캘빈온도와 6500k대역의 캘빈온도 및 8000K대역의 광원을 사용할 경우 3개의 광원 중 어느 하나를 소등하고 나머지 2개를 점등하면 점등된 2개의 광원에서 발광된 서로 다른 색이 혼합되어 빛을 발산한다. 즉, 3개의 광원 중 2개의 조합에 의해 다양한 색상의 빛을 표현할 수 있는 것이다.
도 1과 도 2는 각각 종래 기술에 의한 면광원 조명장치의 예시도.
도 3 내지 도 9는 각각 본 발명의 실시예에 따른 면광원 조명장치의 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 면광원 조명장치, 110 : 광원
120 : 도광판, 120C : 도광봉
121 : 투과형 광인출부, 122 : 반사판
123 : 광확산부,

Claims (21)

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  3. 도광판(120)과;
    상기 도광판의 둘레부에 장착되며 전원을 인가받아 점등하는 하나 이상의 광원(110)과;
    상기 도광판의 광인출면(d)에 접착되며 상기 광원에서 조사되는 빛을 외부로 인출하여 발광시키는 투과형 광인출부(121)와;
    상기 도광판의 광인출면의 반대쪽 면(b)으로부터 일정 간극을 두고 배치되어 상기 도광판에서 인출된 빛을 상기 투과형 광인출부로 반사하는 반사판(122)을 포함하고,
    상기 투과형 광인출부는,
    표면에 투과형 광인출 코팅용액이 도포된 투과 필름이나 반투과 필름 및 광학 필름 중 선택된 어느 하나이며,
    상기 투과형 광인출 코팅용액은,
    아크릴계, 올레핀계, 아크릴 및 올레핀계의 공중합체, 다층 다성분계 입자로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유기입자 또는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 무기입자로 이루어진 투과형 광확산 입자(a)와 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 멜라민계 수지로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 바인더 수지(b)가 혼합된 것을 특징으로 하는 면광원 조명장치.
  4. 도광판(120)과;
    상기 도광판의 둘레부에 장착되며 전원을 인가받아 점등하는 하나 이상의 광원(110)과;
    상기 도광판의 광인출면(d)에 형성되어 상기 광원에서 조사되는 빛을 외부로 인출하여 발광하는 투과형 광인출부(121)와;
    상기 도광판의 광인출면의 반대쪽 면(b)에 형성되어 상기 광원에서 조사되는 빛을 상기 투과형 광인출부로 확산 반사시키는 광확산부(123)를 포함하고,
    상기 투과형 광인출부는,
    표면에 투과형 광인출 코팅용액이 도포된 투과 필름이나 반투과 필름 및 광학 필름 중 선택된 어느 하나이며,
    상기 투과형 광인출 코팅용액은,
    아크릴계, 올레핀계, 아크릴 및 올레핀계의 공중합체, 다층 다성분계 입자로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유기입자 또는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 무기입자로 이루어진 투과형 광확산 입자(a)와 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 멜라민계 수지로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 바인더 수지(b)가 혼합된 것을 특징으로 하는 면광원 조명장치.
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  21. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 광학필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌 및 에폭시를 포함하는 군 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 면광원 조명장치.
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