KR101142612B1

KR101142612B1 - 조명 장치

Info

Publication number: KR101142612B1
Application number: KR1020117003059A
Authority: KR
Inventors: 히로까즈 아리따께; 사또시 마에다
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN101389897B; KR20110019447A; WO2007097011A1; CN101389897A; JP4712862B2; JPWO2007097011A1; US20080309847A1; US8184236B2

Abstract

도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일이 없어 광의 이용 효율이 높고, 광학 특성의 재현성이 우수한 동시에, 제품 비용을 저감시킬 수 있고, 원하는 휘도 분포에 따른 설계가 용이한 조명 장치 및 그 조명 장치를 사용한 액정 표시 장치를 제공한다.
도광판(62)의 단부면 근방에 광원(61)을 도광판(62)의 폭 방향으로 나란히 배치한다. 도광판(62)의 단부면에는 각 광원(61)에 대향하도록 각각 회절 광학 소자(63a, 63b)를 배치한다. 이들 회절 광학 소자(63a, 63b)는 2값의 요철 패턴으로 이루어지고, 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자(63a)의 확산각은 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자(63b)의 확산각보다도 작게 설정되어 있다.

Description

조명 장치 {ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 광원과 도광판에 의해 구성되는 조명 장치 및 그 조명 장치를 사용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 얇고 경량이며, 소비 전력이 작기 때문에, 휴대 전화나 휴대 단말(PDA : Personal Digital Assistants) 등의 전자 기기에 널리 사용되고 있다. 이들 전자 기기에 사용되는 액정 표시 장치에는 통상 백 라이트라 불리는 조명 장치가 설치되어 있다.

도1은 종래의 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 모식도이다. 이 도1에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치는 액정 패널(10)과, 액정 패널(10)의 배면에 배치되는 백 라이트(20)로 구성되어 있다.

액정 패널(10)은 2매의 투명 기판(11a, 11b) 사이에 액정(12)을 봉입하여 형성되어 있다. 또한, 액정 패널(10)의 두께 방향의 양측에는 각각 편광판(도시하지 않음)이 배치되어 있다.

백 라이트(20)는 광원이 되는 LED(Light Emitting Diode : 발광 다이오드)(21)와, 도광판(22)과, 반사 시트(23)와, 프리즘 시트(24)로 구성되어 있다. LED(21)는 도광판(22)의 한쪽 단부면측에 배치되어 있다. 통상, 2인치의 액정 패널의 경우, 3 내지 4개의 LED(21)가 사용된다.

도광판(22)은 투명 수지로 이루어지고, 도1에 도시한 바와 같이 단면이 쐐기 형상으로 형성되어 있다. 이 도광판(22)의 이면측에는 반사 시트(23)가 배치되고, 전방면측[액정 패널(10)측]에는 프리즘 시트(24)가 배치되어 있다.

이와 같이 구성된 액정 표시 장치에 있어서, LED(21)로부터 방출된 광은 도광판(22) 내에 입사하고, 반사 시트(23)에서 반사되어 액정 패널(10)을 향해 출사된다.

액정 패널(10)을 구성하는 2매의 투명 기판(11a, 11b) 중 한쪽 기판에는 화소마다 화소 전극이 형성되어 있고, 다른 쪽 기판에는 그들 화소 전극에 대향하는 공통 전극(커먼 전극)이 형성되어 있다. 이 화소 전극과 대향 전극 사이에 인가하는 전압에 의해 화소를 투과하는 광의 양을 제어할 수 있다. 그리고, 각 화소마다 광의 투과량을 제어함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있다.

액정 표시 장치에 있어서는, 백 라이트(20)로부터 출사된 광이 액정 패널(10)의 전체면을 균일하게 조사하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 도광판(22)의 전방면이나 이면에 미세한 요철을 마련하여 광이 더욱 균일하게 산란하도록 하거나, 도1에 도시한 바와 같이 도광판(22)과 액정 패널(10) 사이에 배광 제어판으로서 프리즘 시트(24)를 배치하고 있다.

그런데, 도1에 도시한 바와 같이 단순히 LED(21)를 도광판(22)의 단부면 근방에 배치한 것뿐이면 도광판의 내측에 휘도 불균일이 발생하여 액정 표시 장치에 표시된 화상의 품질이 저하되는 문제가 있다. 도2는 백 라이트(20)를 액정 패널(10)측으로부터 보았을 때의 평면도이다. 이 도2에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치에는 통상 복수개의 LED(21)가 사용되고 있다. 그러나, LED(21)를 도광판(22)의 단부면 근방에 배치한 것뿐이면 LED(21) 사이의 영역에 광이 도달하지 않으므로 어두운 부분(도2에 A로 나타내는 부분)이 발생하고, LED(21)의 정면 근방에는 휘도가 높은 부분(도2에 B로 나타내는 부분)이 발생한다.

종래부터, 이와 같은 문제를 해소하기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1(일본 특허 출원 공개 제2004-163886호 공보)에는, 광원과 도광판 사이에 오목 렌즈를 배치한 조명 장치가 기재되어 있다. 이 조명 장치에 있어서는, 광원으로부터 출사된 광이 오목 렌즈에서 굴절되어, 도광판의 내측 단부면 근방의 휘도 불균일의 발생을 회피할 수 있다. 또한, 특허문헌 2(일본 특허 출원 공개 제2002-357823호 공보)에는, 도3의 (a)에 도시한 바와 같이, LED(21)에 대응하는 부분에 반원형의 절결부를 마련한 도광판(26)이 기재되어 있다. 이 도광판(26)에서도, LED(21)로부터 방출된 광이 절결 부분에서 굴절되므로, LED(21) 사이의 영역에도 광이 오게 되고, 도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일의 발생이 회피된다.

또한, 특허문헌 3(일본 특허 출원 공개 제2003-331628호 공보)에는, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 도광판(27)의 LED 배치측 단부면 전체에 다수의 프리즘(삼각형의 요철)(27a)을 형성하는 것이 기재되어 있다. 이 도광판(27)에 있어서도, LED(21)로부터 방출된 광이 프리즘(27a)에 의해 굴절되므로, LED(21) 사이의 영역에도 광이 도달하게 되어, 도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일이 억제된다.

또한, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이, 도광판(28)의 LED 배치측 단부면에 미세한 요철을 형성한 것도 있다. 이와 같은 미세한 요철은 금형 블록에의 블라스트 처리에 의해 형성된다. 이 도광판(28)에 있어서는, LED(21)로부터 방출된 광이 도광판 내에 진입할 때에 미세한 요철에 의해 산란되어, LED(21) 사이의 영역에도 광이 도달하게 되어 도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일의 발생이 회피된다.

도4는 도3의 (c)에 도시하는 도광판(28)의 제조 방법을 나타내는 모식도이다. 이 도4에 도시한 바와 같이, 금형 블록(41)에 노즐(42)로부터 분사된 모래(지립)를 분출하여 표면에 요철을 형성한다. 이때, 모래의 재질, 입경, 분사 속도, 분사량 및 분출 각도 등을 조정하여 요철 패턴을 변화시킬 수 있다. 다음에, 이 금형 블록(41)을 사용하여 도광판(28)을 형성한다. 그 후, 도광판(28)에 LED, 반사 시트 및 프리즘 시트 등을 설치하여 백 라이트로 하고, LED를 점등하여 광학 특성(균일성)을 평가한다. 그리고, 원하는 광학 특성을 얻을 수 없는 경우에는, 조건을 바꾸어 다시 블라스트 처리를 실행한다.

또한, 특허문헌 4(일본 특허 출원 공개 제2000-356757호 공보)에는, 투사형 프로젝터에 있어서, 광원과 렌즈 사이에 액정과 고분자를 포함하는 2개의 회절 광학 소자를 배치하고, 편향 방향이 일치한 광속을 얻는 것이 기재되어 있다.

그러나, 본원 발명자들은 상술한 종래의 조명 장치에는 이하에 나타내는 문제점이 있다고 생각한다. 즉, 도3의 (a)에 도시하는 도광판(26)을 사용하는 조명 장치에서는, LED(21)와 반원형의 절결부를 고정밀도로 위치 맞춤할 필요가 있다. 또한, LED(21)의 개수 및 위치가 도광판(26)의 절결부에 의해 정해져 버리므로 범용성이 없고, 패널 사이즈의 변화에 용이하게 대응할 수 없다.

특허문헌 1에 기재된 조명 장치에 있어서도, 도3의 (a)에 도시하는 조명 장치와 마찬가지로, 광원과 오목 렌즈를 고정밀도로 위치 맞춤할 필요가 있다는 문제점이 있다. 또한, 광원과 도광판 사이에 오목 렌즈를 배치하므로, 광원과 도광판과의 간격이 커져 도광판에 입사하지 않는 누출광이 증대하여, 광의 이용 효율이 저하된다고 하는 문제점도 있다.

도3의 (b)에 도시하는 도광판(27)을 사용하는 조명 장치라도, LED(21)와 프리즘(27a)을 고정밀도로 위치 맞춤할 필요가 있다. 또한, 프리즘(27a)을 유효하게 이용하기 위해서는 LED(21)와 도광판(27) 사이에 일정한 거리가 필요해지므로, 도광판(27)에 입사하지 않는 누출광이 증대하고, 광의 이용 효율이 저하되는 문제점도 있다.

도3의 (c)에 도시하는 도광판(28)에서는, LED 배치측의 단부면 전체에 미세한 요철이 형성되어 있으므로 고정밀도의 위치 맞춤이 불필요하지만, 금형 블록에의 블라스트 처리와 성형 및 광학 평가를 반복하여 원하는 특성을 나타내는 요철을 형성할 필요가 있어, 금형 제조에 시간이 걸리는 결점이 있다. 또한, 휴대 전화의 경우에는 제조수가 많기 때문에 많은 성형 금형이 필요해지지만, 블라스트 처리에 의한 요철의 재현성이 나쁘기 때문에 금형 품질의 균일화에 문제가 있어, 제품 비용이 상승하는 원인이 되고 있다.

또한, 종래의 조명 장치는, 전술한 바와 같이 액정 패널의 전체면을 균일하게 조사하도록 설계되어 있었다. 그러나, 최근, 특히 휴대 전화나 PDA에 사용하는 조명 장치에서는, 액정 패널의 전체면을 대략 균일하게 조사할 수 있는 동시에, 중심부의 휘도를 높게 하거나, 주연부의 휘도를 높게 하는 등 원하는 휘도 분포에 따른 설계가 용이한 것이 요구되도록 되었다.

특허문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2004-163886호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2002-357823호 공보

특허문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2003-331628호 공보

특허문헌 4 : 일본 특허 출원 공개 제2000-356757호 공보

본 발명의 목적은, 도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일이 없고, 광의 이용 효율이 높고, 광학 특성의 재현성이 우수한 동시에, 제품 비용을 저감시킬 수 있고, 원하는 휘도 분포에 따른 설계가 용이한 조명 장치 및 그 조명 장치를 사용한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점에 따르면, 단부면으로부터 입사한 광을 두께 방향으로 출력하는 도광판과, 상기 도광판의 상기 단부면의 근방에 배치되어 상기 도광판의 폭 방향으로 나열된 복수의 광원과, 상기 도광판의 상기 단부면에 배치되어 각 광원에 각각 대향하는 복수의 회절 광학 소자를 갖고, 상기 회절 광학 소자 중, 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각과 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각이 다른 것을 특징으로 하는 조명 장치가 제공된다.

본 발명의 조명 장치에 있어서는, 광원으로부터 출사된 광을 회절 광학 소자(Diffractive optical elements : 이하,「DOE」라 함)에 의해 회절 또는 확산시켜 도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일의 발생을 방지한다. DOE는 예를 들어 도광판의 단부면에 형성된 2값의 요철 패턴, 즉 오목부의 깊이 및 볼록부의 높이가 균일한 요철 패턴에 의해 구성된다. 이와 같은 요철 패턴은, 예를 들어 포토리소그래피법을 이용하여 비교적 간단하게 제조할 수 있어 재현성도 우수하다. 이에 의해, 조명 장치의 품질을 균일하게 유지할 수 있다. 또한, 광원과 DOE의 간격을 좁게 할 수 있으므로, 누출광이 적고, 광의 이용 효율이 높다.

또한, DOE의 요철 패턴은 예를 들어 원하는 확산 특성 또는 회절 특성이 되도록 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법에 의해 최적화함으로써 결정되는 반도체 프로세스 등으로 제조할 수 있으므로, 재현성이 높고, 금형 제조시에 광학 평가를 행할 필요가 없다. 이에 의해, 고정밀도의 금형의 제조가 용이해지고, 나아가서는 조명 장치의 제품 비용을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 복수의 DOE 중 중앙쪽에 배치되는 DOE의 확산각과, 바깥쪽에 배치되는 DOE의 확산각을 다른 것으로 하고 있다. DOE의 확산각은 요철 패턴에 따라서 변화한다. 이에 의해, 원하는 휘도 분포를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 조명 장치를 사용함으로써, 액정 표시 장치의 표시 품질이 향상된다.

도1은 종래의 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도2는 종래의 조명 장치(백 라이트)를 액정 패널측으로부터 보았을 때의 평면도이다.
도3의 (a) 내지 도3의 (c)는 모두 종래의 백 라이트의 예를 나타내는 모식도이다.
도4는 도3의 (c)에 도시하는 백 라이트의 도광판의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도5는 본 발명의 제1 실시 형태의 조명 장치를 사용한 액정 표시 장치를 도시하는 모식도이다.
도6의 (a)는 제1 실시 형태의 조명 장치의 DOE를 도시하는 평면도, 도6의 (b)는 그 단면을 도시하는 모식도이다.
도7은 DOE의 확산 분포를 나타내는 모식도이다.
도8은 제1 실시 형태에 있어서의 LED 및 DOE의 배치와, 각 DOE의 확산각을 나타내는 모식도이다.
도9는 조명 장치의 면내의 휘도 분포를 균일화하는 관점에서는 바람직한 LED의 배치를 나타내는 모식도이다.
도10의 (a), 도10의 (b)는 모두 Gerchberg-Saston법 또는 시뮬레이티드 어닐링법을 이용하여 설계한 DOE의 요철 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도11의 (a)는 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법을 이용하여 설계한 DOE의 요철 패턴의 일례를 나타내는 도면, 도11의 (b)는 도11의 (a)의 DOE의 요철 패턴의 수평 방향의 피치를 1/2로 한 압축 패턴을 나타내는 도면, 도11의 (c)는 도11의 (b)의 압축 패턴을 수평 방향으로 나란히 형성한 DOE의 요철 패턴을 나타내는 도면이다.
도12의 (a) 내지 도12의 (e)는 DOE의 제조에 사용하는 성형 금형의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도13의 (a)는 각 DOE를 각각 간극을 마련하여 배치한 예를 나타내는 평면도, 도13의 (b)는 그 측면도이다.
도14의 (a)는 각 DOE를 각각 연결시켜 배치한 예를 나타내는 평면도, 도14의 (b)는 그 측면도이다.
도15는 1차원 회절 격자형 DOE를 도시하는 모식도이다.
도16은 도광판의 이면측에 실린드리컬 렌즈 어레이를 설치한 조명 장치를 도시하는 사시도이다.
도17은 조명 장치의 중앙부의 휘도를 높게 하는 관점에서 바람직한 LED의 배치를 도시하는 모식도이다.
도18은 본 발명의 제2 실시 형태의 조명 장치에 있어서의 LED 및 DOE의 배치와, 각 DOE의 확산각을 나타내는 모식도이다.
도19는 본 발명의 제3 실시 형태의 조명 장치에 있어서의 LED 및 DOE의 배치와, 각 DOE의 확산각을 나타내는 모식도이다.
도20은 본 발명의 제4 실시 형태의 조명 장치에 있어서의 LED 및 DOE의 배치와, 각 DOE의 확산각을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

도5는 본 발명의 제1 실시 형태의 조명 장치를 사용한 액정 표시 장치를 도시하는 모식도이다. 이 도5에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치는 액정 패널(50)과, 액정 패널(50)의 배면에 배치되는 백 라이트(조명 장치)(60)로 구성되어 있다.

액정 패널(50)은 2매의 투명 기판(51a, 51b) 사이에 액정(52)을 봉입하여 형성되어 있다. 또한, 액정 패널(50)의 두께 방향의 양측에는 각각 편광판(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 액정 패널(50)의 크기는 예를 들어 2 내지 4인치이다.

백 라이트(60)는 광원이 되는 복수개의 LED(61)와, 도광판(62)과, 반사 시트(64)와, 프리즘 시트(65)로 구성되어 있다. LED(61)는 도광판(62)의 한쪽 단부면을 따라 배치되어 있다.

도광판(62)은 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 등의 투명 수지로 이루어지고, 도5에 도시한 바와 같이 단면이 쐐기 형상으로 형성되어 있다. 도광판(62)의 크기는 액정 패널(50)의 크기와 대략 동일하고, LED 배치측의 단부에 있어서의 두께는 약 1 ㎜이다. 이 도광판(62)의 이면측에는 반사 시트(64)가 배치되고, 전방면측[액정 패널(50)측]에는 배광 제어판으로서 프리즘 시트(65)가 배치되어 있다. 프리즘 시트(65) 대신에, 확산 시트와 BEF(Brightness Enhancement Film) 시트를 사용해도 좋다.

도광판(62)의 LED 배치측 단부면에는 2차원 방향으로 분포된 2값의 요철 패턴(즉, 최상면과 최심면의 단차가 균일한 요철 패턴)으로 이루어지는 DOE(회절 광학 소자)(63)가 형성되어 있다. 이 DOE(63)에 의해, LED(61)로부터 방출된 광이 도광판(62) 내에 진입할 때에 확산 또는 회절되어, 도광판의 단부면 근방의 휘도 불균일의 발생을 방지하고 있다.

도6의 (a)는 DOE(63)를 나타내는 평면도, 도6의 (b)는 그 단면을 도시하는 모식도이다. 도6의 (a)에 있어서, 하얗게 보이는 부분이 볼록부이고, 검게 보이는 부분이 오목부이다. 본 실시 형태에 있어서 오목부의 깊이(또는, 볼록부의 높이)는 예를 들어 0.4 내지 0.7 ㎛이다. DOE(63)의 볼록부의 면적 비율[볼록부의 면적/(볼록부의 면적 + 오목부의 면적)]은 30 내지 70 %로 하는 것이 바람직하다. 볼록부의 보다 바람직한 면적 비율은 40 내지 60 %이다. DOE(63)의 요철 패턴은 원하는 확산 특성 또는 회절 특성이 되도록, 이미 알고 있는 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법에 의해 요철 패턴을 최적화함으로써 얻을 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도광판(62)의 단부면측에 4개의 LED(61)와 4개의 DOE(63)가 서로 대향하여 설치되어 있다. 그들 DOE(63)는 도7에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 확산 분포가 도광판(62)의 두께 방향을 단축, 폭 방향을 장축으로 하는 타원형 또는 직사각형이 되도록 요철 패턴을 최적화하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 4개의 DOE(63)의 확산각이 균일하지 않고, 도8의 모식도에 도시한 바와 같이 중앙쪽에 배치되는 2개의 DOE[도8 중 DOE(63a)]의 확산각이 바깥쪽에 배치되는 2개의 DOE(63)[도8 중 DOE(63b)]의 확산각보다도 작게 설정되어 있다. 또한, 도광판(62)의 폭을 L, LED(61)의 개수를 n(이 예에서는 n = 4)으로 하였을 때에, 각 LED(61)의 중심간의 간격이 모두 P(P = L/n)가 되도록 설정되고, 도광판(62)의 에지와 바깥쪽에 배치되는 LED(61)의 중심과의 간격이 P/2가 되도록 설정되어 있다. 이하, DOE(63a)의 확산각을 DOE(63b)의 확산각보다도 작게 하는 이유에 대해 설명한다.

조명 장치의 면내의 휘도 분포를 균일화한다는 관점에서는, 도9에 도시한 바와 같이 LED(61)를 배치하는 것이 바람직하다. 도9에 있어서, L은 도광판(62)의 폭이며, P는 각 LED(61)의 중심간의 간격이다. 또한, 바깥쪽에 배치되는 LED(61)의 중심과 도광판(62)의 에지의 간격은 P/2이다. 이 도9에 도시한 바와 같이 LED(61)를 배치한 경우, 각 DOE(63)의 확산각이 동일하다고 하면, 조명 장치의 중심부(도9의 파선의 내측 부분)의 휘도가 낮아진다. 한편, 도8에 도시하는 본 실시 형태와 같이 중앙쪽에 배치되는 DOE(63a)의 확산각을 바깥쪽에 배치되는 DOE(63b)의 확산각보다도 작게 함으로써, 조명 장치의 면내에 있어서의 휘도 분포의 균일성을 거의 열화시키지 않고, 조명 장치의 중심부의 휘도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 화면이 밝아 시인성이 양호한 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

확산각이 다른 DOE(63a, 63b)의 패턴은 각각 개별적으로 설계해도 좋다. 도10의 (a)는 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법을 이용하여 설계한 DOE(63a)의 요철 패턴의 일례를 나타내고, 도10의 (b)은 확산각이 DOE(63a)의 2배가 되도록 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법을 이용하여 설계한 DOE(63b)의 요철 패턴의 일례를 나타내고 있다. 도10의 (b)의 요철 패턴은 도10의 (a)의 요철 패턴과는 패턴 형상이 다르고, 이 도10의 (b)에 도시하는 요철 패턴을 도10의 (a)에 도시하는 요철 패턴과 동일한 피치로 배치하여 DOE(63b)를 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 DOE(63b)의 확산각은 도10의 (a)에 도시하는 요철 패턴을 갖는 DOE(63a)의 확산각의 2배가 된다.

또한, 한쪽의 DOE(63)를 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법을 이용하여 설계하고, 다른 쪽 DOE(63)의 패턴을 한쪽의 DOE(63)의 패턴의 피치를 변경함으로써 결정해도 좋다. 도11의 (a)는 Gerchberg-Saxton법 또는 시뮬레이티드 어닐링법을 이용하여 설계한 DOE(63a)의 요철 패턴의 일례를 나타내고, 도11의 (b)는 DOE(63a)의 요철 패턴의 수평 방향의 피치를 1/2로 한 압축 패턴을 나타내고, 도11의 (c)는 도11의 (b)의 압축 패턴을 수평 방향으로 나란히 형성한 DOE(63b)의 요철 패턴을 나타내고 있다. 이 도11의 (c)에 도시하는 요철 패턴을 갖는 DOE(63b)의 확산각은 도11의 (a)에 도시하는 요철 패턴을 갖는 DOE(63a)의 확산각의 2배가 된다.

도12의 (a) 내지 도12의 (e)는 DOE(63)의 제조에 사용하는 성형 금형의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.

우선, 원하는 요철 패턴[예를 들어, 도10의 (a) 또는 (b)에 도시하는 패턴]을 묘화한 레티클(노광 마스크)을 준비해 둔다.

다음에, 도12의 (a)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(71) 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막(72)을 형성한다. 그리고, 미리 준비해 둔 레티클을 사용하여 스테퍼 노광(축소 노광)을 행하고, 그 후 현상 처리하여 도12의 (b)에 도시한 바와 같이 레티클의 요철 패턴을 레지스트막(72)에 전사한다.

다음에, 도12의 (c)에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(71)의 상측 전체면에 Ni(니켈)를 스패터링하여 기초막(73)을 형성한다. 그 후, 도12의 (d)에 도시한 바와 같이, 기초막(73) 상에 Ni를 충분한 두께가 될 때까지 전해 도금하여 금속 블록(74)을 형성한다.

계속해서, 도12의 (e)에 도시한 바와 같이, 금속 블록(74)을 실리콘 기판(71)으로부터 제거하고, 소정의 형상으로 외형 가공한 후, 보강판(75)과 접합하여 성형 금형으로 한다. 단, 금속 블록(74)이 충분한 강도를 갖고 있을 때는, 보강판(75)을 접합하지 않고 금속 블록(74)을 성형 금형으로 해도 좋다.

이와 같이 하여 요철 패턴이 형성된 성형 금형을 다른 성형 금형과 조합한 후, 그들 성형 금형에 의해 형성되는 공간 내에 PMMA 등의 투명 수지를 주입하여 DOE(63)를 갖는 도광판(62)을 성형한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는 2값의 요철 패턴으로 되는 DOE(63)에 의해 LED(61)로부터 방출된 광을 확산시키므로, 도광판(62)의 단부면 근방의 휘도 불균일이 회피되어, 액정 패널(50) 전체에 광이 대략 균일하게 조사된다. 이에 의해, 액정 표시 장치에 양호한 품질로 화상을 표시할 수 있는 효과를 발휘한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 포토리소그래피법 및 도금법에 의해 DOE 형성용 금형의 요철 패턴을 형성하므로, 블라스트 처리에 의해 요철 패턴을 형성하는 종래의 방법에 비해 금형의 제조가 용이하고, 균일하고 또한 고품질의 조명 장치를 대량으로 제조할 수 있다. 이에 의해, 액정 표시 장치용 조명 장치의 제품 비용이 저감된다는 효과를 발휘한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도광판(62)의 단부면에 설치된 DOE(63)에 의해 광을 회절 또는 산란시키므로, LED(61)를 도광판(62)에 근접시켜 배치할 수 있다. 이에 의해, 누출광을 저감시킬 수 있어 광의 이용 효율이 향상된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 중앙쪽에 배치하는 DOE(63a)의 확산각을 바깥쪽에 배치하는 DOE(63b)의 확산각보다도 작게 설정하고 있으므로, 조명 장치의 휘도 분포의 균일성을 대략 열화시키지 않고, 조명 장치의 중심부의 휘도를 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 화면이 밝고 시인성이 양호한 액정 표시 장치를 실현할 수 있는 효과를 발휘한다.

또한, 본 실시 형태에서는 도13의 (a), 도13의 ((b)에 도시한 바와 같이 각 DOE(63) 사이에 간극을 마련하고 있지만, 도14의 (a), 도14의 (b)에 도시한 바와 같이 각 DOE(63)를 연결시켜도 좋다.

또한, 상기한 제1 실시 형태에서는, DOE(63)의 요철 패턴이 2차원 방향으로 배열하고 있는 경우에 대해 설명하였지만, 도15에 도시한 바와 같이 1차원 회절 격자의 요철 패턴을 갖는 DOE(63c)를 사용해도 좋다. 이 도15에 있어서, 흰 부분이 요철 패턴의 볼록부를 나타내고, 검은 부분이 오목부를 나타내고 있다. 이 일차원 회절 격자의 요철 패턴은, 예를 들어 Rigoroua Coupled-Wave Analysis법에 의해 요철 패턴을 최적화함으로써 결정된다.

또한, 도16에 도시한 바와 같이, 도광판(62)의 이면측(광 출사면의 반대의 면측)에 실린드리컬 렌즈 어레이(81)를 설치해도 좋다. 이 실린드리컬 렌즈 어레이(81)는 각 실린드리컬 렌즈의 축 방향을 도광판(62)의 길이 방향[LED(61)가 배치된 단부면에 수직인 방향]에 대하여 평행하게 하여 배치되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(81)를 구성하는 각 실린드리컬 렌즈의 곡면은 비구면인 것이 바람직하지만, 구면이라도 좋다. LED(61)로부터 출사된 광은 도광판(62) 내를 진행할 때에 실린드리컬 렌즈 어레이(81)에서 산란되어, 액정 패널을 조사하는 광의 균일성이 한층 더 향상된다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은 LED 및 DOE의 배치가 다른 것에 있는, 그 밖의 구성은 기본적으로 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 제1 실시 형태와 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

상술한 제1 실시 형태에서는, 휘도의 면내 분포를 균일화하는 관점에서 LED의 위치를 결정하고 있다. 한편, 중앙부의 휘도를 높게 하는 관점에서, 도17에 도시한 바와 같이 LED(61)를 배치하는 것도 생각할 수 있다. 이 도17에 있어서, L은 도광판(62)의 폭이며, P는 각 LED(61)의 중심간의 간격이다. 이 조명 장치에서는, 도광판(62)의 에지와 바깥쪽에 배치되는 LED(61)의 중심과의 간격을 P로 하고 있다.

이 도17에 도시한 바와 같이 LED(61)를 배치한 조명 장치에서는, 도광판(62)의 에지로부터 LED(61)까지의 간격이 크기 때문에, 각 DOE(63)의 확산 특성이 같다고 하면, 중심부(도17의 파선의 내측 부분)의 휘도는 높아지지만, 주연부(도17의 일점 쇄선의 외측 부분)의 휘도가 낮아진다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 도18에 도시한 바와 같이 바깥쪽에 배치하는 DOE(63b)의 확산각을 중앙쪽에 배치하는 DOE(63a)의 확산각보다도 크게 설정한다. 이에 의해, DOE(63b)에 의해 회절 또는 확산된 광이 도광판(62)의 주연부에 도달하게 되어, 중심부의 휘도를 거의 저하시키지 않고 주연부의 휘도를 향상시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은 LED 및 DOE의 배치가 다름으로써, 그 밖의 구성은 기본적으로 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 제1 실시 형태와 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

도19는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 조명 장치를 도시하는 모식도이다. 이 도19에 있어서, L은 도광판(62)의 폭이며, P1은 각 LED(61)의 중심간의 간격이다. 이 조명 장치에서는, 도광판(62)의 에지와 바깥쪽에 배치되는 LED(61)의 중심과의 간격을 P2(단, P1 ＜ P2)로 하고 있다.

이 도19에 도시한 바와 같이 4개의 LED(61)를 도광판(62)의 중앙부에 집중하여 배치함으로써, LED(61)의 배치에 필요로 하는 면적을 삭감할 수 있어 휴대 전화 등의 장치에 있어서의 부품의 실장 밀도를 향상시킬 수 있다. 단, 각 LED(61)에 대향하여 배치되는 4개의 DOE의 확산각이 같다고 하면, 조명 장치의 중심부와 주연부의 휘도차가 커진다.

그래서, 본 실시 형태에서는 바깥쪽에 배치되는 DOE(63b)의 확산각을 중앙쪽에 배치되는 DOE(63a)의 확산각보다도 크게 설정하고 있다. 이에 의해, 중앙부와 주연부의 휘도차가 작아져, 시인성이 양호한 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

(제4 실시 형태)

이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은 LED 및 DOE의 배치가 다름으로써, 그 밖의 구성은 기본적으로 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 제1 실시 형태와 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

도20은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 조명 장치를 도시하는 모식도이다. 이 도20에 있어서, L은 도광판(62)의 폭이고, P1은 중앙쪽에 배치된 2개 LED(61)의 중심간의 간격이며, P2는 중앙쪽에 배치된 LED(61)의 중심과 바깥쪽에 배치된 LED(61)의 중심과의 간격이며, P3은 바깥쪽에 배치된 LED(61)의 중심과 도광판(62)의 에지와의 사이의 간격이다. 단, P1은 P2보다도 작게(P1 ＜ P2), P3은 P2보다도 작게(P3 ＜ P2) 설정되어 있다.

이 도20에 도시한 바와 같이 4개의 LED(61)를 배치함으로써, 중심부 및 주연부의 휘도를 모두 높게 할 수 있다. 단, 각 LED(61)에 대향하여 배치되는 4개의 DOE의 확산각이 같다고 하면, 중심부와 주연부 사이에 휘도가 낮은 부분이 발생하는 것을 생각할 수 있다.

그래서, 본 실시 형태에 있어서도, 바깥쪽에 배치되는 DOE(63b)의 확산각을 중앙쪽에 배치되는 DOE(63a)의 확산각보다도 크게 설정하고 있다. 이에 의해, 중앙부와 주연부 사이에 휘도가 낮아지는 부분이 발생하지 않아, 시인성이 양호한 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 본 발명의 조명 장치를 액정 패널의 배면측에 배치하여 백 라이트로서 사용하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명을 액정 패널의 전방면측에 배치하는 프론트 라이트에 적용해도 좋다.

또한, 상술한 각 실시 형태에서는 DOE와 도광판을 일체적으로 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, DOE와 도광판을 개별적으로 제조하여 도광판의 단부면에 DOE를 배치해도 좋다.

또한, 상술한 각 실시 형태에서는 2값의 요철 패턴에 의해 DOE를 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, 3값 또는 4값의 요철 패턴(단차가 균일한 요철 패턴)에 의해 DOE를 형성해도 좋다.

또한, 상술한 각 실시 형태에서는 광원의 수를 4개로 하고 있지만, 이에 의해 본 발명의 조명 장치의 광원의 개수가 4개에 한정되지 않는 것은 물론이다. 본 발명은, 광원의 수가 3개 이상인 조명 장치에 적용할 수 있다.

Claims

단부면으로부터 입사한 광을 두께 방향으로 출력하는 도광판과,
상기 도광판의 상기 단부면의 근방에 배치되어 상기 도광판의 폭 방향으로 간격을 두고 나열된 복수의 광원과,
상기 도광판의 상기 단부면의 상기 복수의 광원의 각 광원에 대향하는 영역에 각각 배치되는 복수의 회절 광학 소자를 갖고,
상기 복수의 회절 광학 소자 전체가 상기 도광판의 단부면에 설치된 요철 패턴에 의해 형성되고, 상기 요철 패턴의 최상면과 최심면의 단차가 균일하며, 상기 요철 패턴의 최상면의 간격과 최심면의 간격이 불연속하고,
상기 회절 광학 소자 중, 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각이 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각보다 작고,
상기 광원의 개수를 n, 상기 도광판의 폭을 L이라 할 때, 상기 복수의 광원의 중심 사이의 간격 P가 L/n으로 설정되고, 바깥쪽에 배치된 광원의 중심과 상기 도광판의 에지와의 간격이 P/2로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
단부면으로부터 입사한 광을 두께 방향으로 출력하는 도광판과,
상기 도광판의 상기 단부면의 근방에 배치되어 상기 도광판의 폭 방향으로 간격을 두고 나열된 복수의 광원과,
상기 도광판의 상기 단부면의 상기 복수의 광원의 각 광원에 대향하는 영역에 각각 배치되는 복수의 회절 광학 소자를 갖고,
상기 복수의 회절 광학 소자 전체가 상기 도광판의 단부면에 설치된 요철 패턴에 의해 형성되고, 상기 요철 패턴의 최상면과 최심면의 단차가 균일하며, 상기 요철 패턴의 최상면의 간격과 최심면의 간격이 불연속하고,
상기 회절 광학 소자 중, 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각이 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각보다 작고,
상기 광원의 개수를 n, 상기 도광판의 폭을 L이라 할 때, 상기 복수의 광원의 중심 사이의 간격 P가 L/(n+1)로 설정되고, 바깥쪽에 배치된 광원의 중심과 상기 도광판의 에지와의 간격이 P로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
단부면으로부터 입사한 광을 두께 방향으로 출력하는 도광판과,
상기 도광판의 상기 단부면의 근방에 배치되어 상기 도광판의 폭 방향으로 간격을 두고 나열된 복수의 광원과,
상기 도광판의 상기 단부면의 상기 복수의 광원의 각 광원에 대향하는 영역에 각각 배치되는 복수의 회절 광학 소자를 갖고,
상기 복수의 회절 광학 소자 전체가 상기 도광판의 단부면에 설치된 요철 패턴에 의해 형성되고, 상기 요철 패턴의 최상면과 최심면의 단차가 균일하며, 상기 요철 패턴의 최상면의 간격과 최심면의 간격이 불연속하고,
상기 회절 광학 소자 중, 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각이 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각보다 작고,
상기 복수의 광원의 중심 사이의 간격이 모두 P1이고, 바깥쪽에 배치된 광원의 중심과 상기 도광판의 에지와의 간격이 P2(단, P1 < P2)인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
단부면으로부터 입사한 광을 두께 방향으로 출력하는 도광판과,
상기 도광판의 상기 단부면의 근방에 배치되어 상기 도광판의 폭 방향으로 간격을 두고 나열된 복수의 광원과,
상기 도광판의 상기 단부면의 상기 복수의 광원의 각 광원에 대향하는 영역에 각각 배치되는 복수의 회절 광학 소자를 갖고,
상기 복수의 회절 광학 소자 전체가 상기 도광판의 단부면에 설치된 요철 패턴에 의해 형성되고, 상기 요철 패턴의 최상면과 최심면의 단차가 균일하며, 상기 요철 패턴의 최상면의 간격과 최심면의 간격이 불연속하고,
상기 회절 광학 소자 중, 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각이 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 확산각보다 작고,
상기 복수의 광원 중, 중앙쪽에 배치된 광원의 중심 사이의 간격이 P1이고, 중앙쪽에 배치된 광원과 바깥쪽에 배치된 광원의 중심 사이의 간격이 P2(단, P1 < P2)이며, 바깥쪽에 배치된 광원의 중심과 상기 도광판의 에지와의 간격이 P3(단, P3 < P2)인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 요철 패턴은, 상기 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 요철 패턴에 대하여 피치가 동일하고 패턴 형상이 다른 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 요철 패턴은, 상기 바깥쪽에 배치되는 회절 광학 소자의 요철 패턴에 대하여 패턴 형상이 동일하고 피치가 다른 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광판의 광 출사측 면의 반대측 면에, 실린드리컬 렌즈 어레이가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.