KR101143774B1

KR101143774B1 - 백라이트 장치

Info

Publication number: KR101143774B1
Application number: KR1020067011678A
Authority: KR
Inventors: 마사또 하따나까; 다께오 아라이
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2012-05-11
Also published as: CN100473894C; CN1875217A; US20070064417A1; JP2005183005A; TWI308978B; US20080068836A1; TW200527076A; KR20060121189A; US7344291B2; WO2005057083A1; KR20110057272A; JP4042687B2

Abstract

본 발명은 백라이트 장치의 광원으로서, 발광 다이오드가 발광하는 3원색광을 혼색하여 백색광을 출사하는 조명 장치이며, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원(22R)과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원(22G)과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원(22B)과, 제1 광원(22R)으로부터 출사된 제1 원색광, 제2 광원(22G)으로부터 출사된 제2 원색광, 제3 광원(22B)으로부터 출사된 제3 원색광의 각각에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 광학 수단(23R, 23G, 23B)과, 이들 광학 수단을 거쳐서 출사된 제1 원색광, 제2 원색광 및 제3 원색광을 각 원색광의 광학적 성질을 기초로 하여 선택적인 투과 및 반사를 함으로써 혼색하여, 백색광으로서 출사하는 삼각 프리즘(24, 25) 또는 다이크로익 프리즘(26)을 구비한다.

발광 다이오드, 광원, 광학 수단, 다이크로익 프리즘, 삼각 프리즘

Description

백라이트 장치 {BACK-LIGHT DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)의 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백라이트 장치의 광원으로서 이용하는 조명 장치 및 이 조명 장치를 이용한 백라이트 장치에 관한 것이다.

본 출원은 일본에서 2003년 12월 15일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2003-417337호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조함으로써 본 출원에 원용된다.

액정 표시 장치의 백라이트 장치를 구성하는 백라이트 유닛은, 주로 광원과 광원으로부터 출사된 광을 도광하여 면발광시키는 도광판에 의해 구성되어 있다. 광원으로부터 출사된 광은, 도광판의 일 측면으로부터 도광판 내로 유도되고, 도광판의 한쪽 주면으로부터 면발광함으로써 액정 표시 패널을 조명한다. 도광판으로부터 면발광한 조명광은, 백라이트 유닛에 설치된 확산 시트나 렌즈 시트를 투광함으로써 액정 표시 패널 전면에 걸쳐 균일한 면발광을 행할 수 있다.

백라이트 유닛의 광원으로서는 형광관이나 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode) 등이 이용되고, 특히 소형화, 박형화된 전자 기기에 탑재하는 경 우는 발광 다이오드가 사용된다. 예를 들어, 휴대 전화, PDA(Personal Digital Assistant), 디지털 카메라 등의 휴대 가능한 소형 전자 기기에 탑재되는 수 인치 정도의 액정 표시 패널의 백라이트 장치에서는, 광원으로서 칩형의 백색 발광 다이오드가 이용되고 있다.

또한, PC(Personal Computer)의 디스플레이나 텔레비전 수상기 등의 대화면의 액정 표시 패널을 조명하기 위한 백라이트 장치에서는, 광원으로서 예를 들어 냉음극 형광 램프(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 형광관이 이용되고 있다.

냉음극 형광 램프는, 소비 전력이나 발광 수명 등의 점에서 발광 다이오드에 열화되는 등의 문제나, 형광관 내에 봉입되는 봉입 가스로서 수은이 사용되므로, 지구 환경에 대해 바람직하지 않은 영향을 미칠 가능성이 있는 등의 문제가 있다.

그래서, 상술한 바와 같은 PC의 디스플레이나 텔레비전 수상기 등의 대화면의 액정 표시 장치를 조명하는 백라이트 유닛의 광원으로, 발광 다이오드를 이용하는 것이 제안되어 있다. 백라이트의 광원에는 백색광을 발광하는 것이 요구되지만, 소화면의 액정 표시 패널을 조명하는 백라이트 유닛의 광원으로서 이용되고 있는 백색 발광 다이오드는, 청색 발광 다이오드에 형광체를 도포함으로써 백색광을 얻고 있고, 냉음극 형광 램프와 비교하여 발광 효율이 1/6 내지 1/10 정도로 매우 열화되어 있으므로, 대화면의 액정 표시 장치에 이용하는 것은 곤란하다.

그래서, 광의 3원색인 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 발광 다이오드를 이용하여, 이 발광 다이오드로부터 발광된 적색, 녹색, 청색을 혼색함으로써 백색 광을 얻는 수법이 제안되어 있다. 이와 같이, 백색광을 얻기 위해 3개의 발광 다이오드를 이용함으로써 충분한 휘도를 확보하는 동시에 상술한 백색 발광 다이오드보다도 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다.

도19를 이용하여, 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)를 광원으로서 이용한 투과형 액정 표시 패널(120)을 면발광 조사하는 백라이트 유닛(110)에 대해 설명을 한다. 또한, 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)를, 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 발광 다이오드(111)라 한다.

백라이트 유닛(110)은 광원인 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)와, 광원으로부터 발광된 광을 도광하는 도광판(112)과, 도광판(112)의 광출사면 상에 차례로 적층되는 확산 시트(113), 제1 렌즈 시트(114), 제2 렌즈 시트(115)를 구비하고 있다.

또한, 도19에 있어서 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)는 각각 1개씩만을 기재하고 있지만, 실제로는 면발광 조사하는 액정 표시 패널(120)의 크기에 따른 수만큼 각각 설치되어 있다.

백라이트 유닛(110)의 광원인 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)는, 각각 적색광(Lr), 녹색광(Lg), 청색광(Lb)을 발광한다. 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)로부터 발광된 적색광(Lr), 녹색광(Lg), 청색광(Lb)은 도광로(116) 및 반사로(117)를 통과함으로써 자연 혼색되어 백색광으로서 도광판(112)에 입사한다. 도광로(116) 및 반사로(117)는 발광 다이오드(111R, 111G, 111B)로부터 출사된 적색광(Lr), 녹색광(Lg), 청색광(Lb)이 자연 혼색되는 데 필요한 공간을 확보하기 위해 마련되어 있다.

도20에, 도19에서 나타낸 A-A선으로 절단한 단면도를 도시한다. 도20에 도시한 바와 같이, 적색광(Lr), 녹색광(Lg), 청색광(Lb)을 자연 혼색하는 데 필요한 공간은 도광로(116)의 폭(W) 및 반사로(117)의 직경(R)을 적절하게 설계함으로써 규정된다. 또한, 도광로(116) 및 반사로(117)는 입사된 광을 도광판(112)으로 효율적으로 도광하기 위해 요구되는 굴절률을 갖는 재료를 이용하여 형성되어 있다.

도광판(112)에 입사한 백색광은, 도광판(112) 내를 전반사하면서 도광한다. 도광판(112)의 광반사면(112b)에는 입사된 광을 효율적으로 광출사면(112c) 방향으로 상승시키기 위한 프리즘 패턴이나 도트 패턴 등이 형성되어 있고, 이들 패턴에 의해 임계각 이내에서 광출사면(112c)의 내면으로 입사한 광은 광출사면(112c)으로부터 출사되게 된다.

광출사면(112c)으로부터 출사한 광은 면내 광량 분포에 심한 변동이 있으므로, 확산 시트(113)에 입사하여 균일화가 도모된다. 확산 시트(113)로부터 출사된 광은 제1 렌즈 시트(114) 및 제2 렌즈 시트(115)에 입사되어, 광출사면(112c)의 법선 방향으로 집광하도록 편향된다.

이와 같이, 도광판(112)의 광출사면(112c)으로부터 출사되어 확산 시트(113)를 거친 광을, 이 제1 렌즈 시트(114) 및 제2 렌즈 시트(115)에 통과시킴으로써 백라이트 유닛(110)의 정면 휘도를 효율적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 도19 및 도20을 이용하여 설명한 백라이트 유닛(110) 외에, 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 발광 다이오드를 광원으로 하는 백라이트 장치가, 일본 실용신안 공고 평7-36347호 공보 및 일본 특허 공표 제2002-540458호 공보에 개시되어 있다.

도19 및 도20을 이용하여 도시한 백라이트 유닛(110)에서는, 발광 다이오드(111)로부터 발광된 적색, 녹색, 청색을 자연 혼색하기 위해 도광로(116)나 반사로(117) 등의 부재가, 도광판(112)의 두께를 증가시키는 방향으로 설치되어 사용되고 있다.

따라서, 이러한 백라이트 유닛(110)을 액정 표시 패널(120)에 조립 부착하여 액정 표시 장치를 구성한 경우에는 상당히 두께가 있는 표시 장치가 된다.

또한, 대화면의 액정 표시 패널을 조명하는 백라이트 유닛의 광원으로서, 적색, 녹색, 청색의 이른바 광의 3원색을 각각 발광하는 발광 다이오드를 이용하여 3원색을 혼색하여 백색광을 얻는 조명 장치를 구성한 경우, 액정 표시 패널의 대화면화에 수반하여 원하는 휘도를 확보하기 위해 조명 장치의 사용수를 증가시킬 필요가 있으므로 조명 장치 각각의 저가격화 및 광의 이용 효율의 고효율화가 요구되고 있다.

이에 수반하여, 사용하는 발광 다이오드도 고가의 것이 아닌 특성에 변동 등이 있는 저렴한 발광 다이오드를 적극적으로 사용하는 것이 요구되지만, 이러한 발광 다이오드를 사용한 경우 종래의 조명 장치로는 색 순도가 높은 백색광을 얻을 수 없다.

본 발명의 목적은, 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 문제점을 해소할 수 있는 새로운 조명 장치 및 이 조명 장치를 이용한 백라이트 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 적색, 청색, 녹색을 각각 발광하는 발광 다이오드를 이용한 백라이트 장치의 광원으로서 기능하는 저가격화, 고효율화를 실현하고, 색 순도가 높은 백색광을 혼색하는 조명 장치 및 이 조명 장치를 이용하여 박형화를 실현하는 백라이트 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 관한 조명 장치는, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제1 광원으로부터 출사된 제1 원색광, 제2 광원으로부터 출사된 제2 원색광, 제3 광원으로부터 출사된 제3 원색광의 각각에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 광학 수단과, 이 광학 수단을 거쳐서 출사된 제1 원색광, 제2 원색광 및 제3 원색광을, 각 원색광의 광학적 성질을 기초로 하여 선택적인 투과 및 반사를 함으로써 혼색하여 백색광으로서 출사하는 혼색 수단을 구비한다.

본 발명에 관한 다른 조명 장치는, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제1 광원으로부터 출사되는 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 제2 광원으로부터 출사되는 상기 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와, 제3 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와, 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 제1 원색광을 반사하는 제1 광반사면을 갖는 제1 삼각 프리즘과, 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 제2 원색광을 반사하는 제2 광반사면을 갖는 제2 삼각 프리즘과, 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고 제1 삼각 프리즘이 갖는 제1 광반사면에서 반사된 제1 원색광을 반사하는 제1 파장 선택 투과 반사면과, 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고 제2 삼각 프리즘이 갖는 제2 광반사면에서 반사된 제2 원색광을 반사하는 제2 파장 선택 투과 반사면을 X자 형상으로 배치하고, 제1 원색광, 제2 원색광, 제3 원색광을 혼색하여 백색광으로서 출사하는 다이크로익 프리즘을 구비하고, 다이크로익 프리즘과 제1 삼각 프리즘 및 제2 삼각 프리즘은 각각 공기층을 사이에 두고 근방에 배치되어 있다.

본 발명에 관한 또 다른 조명 장치는, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제4 광원과, 제1 광원으로부터 출사되는 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와, 제3 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와, 제4 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제4 렌즈와, 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 제1 원색광을 반사하는 제1 광반사면을 갖는 제1 삼각 프리즘과, 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 제2 원색광을 반사하는 제2 광반사면을 갖는 제2 삼각 프리즘과, 제1 광반사면에서 반사된 제1 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하여 제1 진동면에 수직인 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하고 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제1 투과 반사면과, 제1 원색광을 투과하고 제2 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제2 투과 반사면을 X자 형상으로 배치한 제1 빔 스플리터 프리즘과, 제2 광반사면에서 반사된 제2 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하여 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하고 제4 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제3 투과 반사면과, 제2 원색광을 투과하고 제1 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 제4 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제4 투과 반사면을 X자 형상으로 배치한 제2 빔 스플리터 프리즘과, 제1 빔 스플리터 프리즘과 제2 빔 스플리터 프리즘 사이에 배치되고, 제1 투과 반사면에서 투과된 제1 원색광의 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광으로 변환하고, 제3 투과 반사면에서 투과된 제2 원색광의 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광으로 변환하는 파장판을 구비한다.

이 조명 장치에 있어서, 제1 빔 스플리터 프리즘과 제1 삼각 프리즘은 공기층을 사이에 두고 근방에 배치되고, 제2 빔 스플리터 프리즘과 제2 삼각 프리즘은 공기층을 사이에 두고 근방에 배치되고, 제1 빔 스플리터 프리즘과 제2 빔 스플리터 프리즘은 파장판 및 공기층 사이에 두고 근방에 배치되고, 제1 빔 스플리터 프리즘은 제1 원색광, 제2 원색광, 각각의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제3 원색광의 제1 진동면 및 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 혼색하여 백색광으로서 출사하고, 제2 빔 스플리터 프리즘은 제1 원색광, 제2 원색광, 각각의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제3 원색광의 제1 진동면 및 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 혼색하여 백색광으로서 출사한다.

본 발명에 관한 또 다른 조명 장치는, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제1 광원으로부터 출사되는 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와, 제3 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와, 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 제1 원색광을 반사하는 광반사면을 갖는 제1 반사판과, 제1 반사판이 갖는 광반사면에서 반사된 제1 원색광을 투과하고 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 제2 원색광을 반사하는 제1 파장 선택 투과 반사면을 갖는 제1 빔 스플리터 플레이트와, 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고 상기 제1 빔 스플리터 플레이트를 거쳐서 출사되는 제1 원색광 및 제2 원색광을 반사하는 제2 파장 선택 투과 반사면을 갖고, 제1 원색광, 제2 원색광, 제3 원색광을 혼색하여 백색광으로 하는 제2 빔 스플리터 플레이트와, 소정의 입사각 이상의 각도로 입사한 광을 반사하고 입사각 이내로 입사한 광을 투과하는 입사각 의존성을 나타내는 각도 선택 투과 반사면을 갖고, 제2 빔 스플리터 플레이트의 후방단에, 제3 렌즈, 제2 빔 스플리터 플레이트가 형성하는 광축을 통과하도록 배치되어 제2 빔 스플리터 플레이트에서 혼색된 백색광을 출사하는 광학 플레이트를 구비한다.

본 발명에 관한 백라이트 장치는, 광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판을 구비하는 백라이트 장치이며, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제1 광원으로부터 출사된 제1 원색광, 제2 광원으로부터 출사된 제2 원색광, 제3 광원으로부터 출사된 제3 원색광의 각각에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 광학 수단과, 이 광학 수단을 거쳐서 출사된 제1 원색광, 제2 원색광 및 제3 원색광을 각 원색광의 광학적 성질을 기초로 하여 선택적인 투과 및 반사를 함으로써 혼색하여 백색광으로서 출사하는 혼색 수단을 갖는 조명 장치를 도광판의 광입사면측에 소정의 간격으로 복수 배열하고 있다.

본 발명에 관한 다른 백라이트 장치는, 광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판을 구비하는 백라이트 장치이며, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제1 광원으로부터 출사되는 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와, 제3 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와, 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 제1 원색광을 반사하는 제1 광반사면을 갖는 제1 삼각 프리즘과, 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 제2 원색광을 반사하는 제2 광반사면을 갖는 제2 삼각 프리즘과, 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고 제1 삼각 프리즘이 갖는 제1 광반사면에서 반사된 제1 원색광을 반사하는 제1 파장 선택 투과 반사면과, 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고 제2 삼각 프리즘이 갖는 제2 광반사면에서 반사된 제2 원색광을 반사하는 제2 파장 선택 투과 반사면을 X자 형상으로 배치하고, 제1 원색광, 제2 원색광, 제3 원색광을 혼색하여 백색광으로서 출사하는 다이크로익 프리즘을 갖고, 다이크로익 프리즘과 제1 삼각 프리즘 및 제2 삼각 프리즘을 각각 공기층을 사이에 두고 근방에 배치하는 조명 장치를 도광판의 광입사면측에 소정의 간격으로 복수 배열하고 있다.

본 발명에 관한 또 다른 백라이트 장치는, 광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판을 구비하는 백라이트 장치이며, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제4 광원과, 제1 광원으로부터 출사되는 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와, 제3 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와, 제4 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제4 렌즈와, 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 제1 원색광을 반사하는 제1 광반사면을 갖는 제1 삼각 프리즘과, 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 제2 원색광을 반사하는 제2 광반사면을 갖는 제2 삼각 프리즘과, 제1 광반사면에서 반사된 제1 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하여 제1 진동면에 수직인 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하고 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제1 투과 반사면과, 제1 원색광을 투과하고 제2 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제2 투과 반사면을 X자 형상으로 배치한 제1 빔 스플리터 프리즘과, 제2 광반사면에서 반사된 제2 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하여 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하고 제4 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제3 투과 반사면과, 제2 원색광을 투과하고 제1 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 제4 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제4 투과 반사면을 X자 형상으로 배치한 제2 빔 스플리터 프리즘과, 제1 빔 스플리터 프리즘과 제2 빔 스플리터 프리즘 사이에 배치되고, 제1 투과 반사면에서 투과된 제1 원색광의 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광으로 변환하고, 제3 투과 반사면에서 투과된 제2 원색광의 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광으로 변환하는 파장판을 갖고, 제1 빔 스플리터 프리즘과 제1 삼각 프리즘을 공기층을 사이에 두고 근방에 배치하고, 제2 빔 스플리터 프리즘과 제2 삼각 프리즘을 공기층을 사이에 두고 근방에 배치하고, 제1 빔 스플리터 프리즘과 제2 빔 스플리터 프리즘을 파장판 및 공기층 사이에 두고 근방에 배치하고, 제1 빔 스플리터 프리즘이 제1 원색광, 제2 원색광, 각각의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제3 원색광의 제1 진동면 및 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 혼색하여 백색광으로서 출사하고, 제2 빔 스플리터 프리즘이 제1 원색광, 제2 원색광, 각각의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 제3 원색광의 제1 진동면 및 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 혼색하여 백색광으로서 출사하는 조명 장치를 도광판의 광입사면측에 소정의 간격 복수 배열하고 있다.

본 발명에 관한 또 다른 백라이트 장치는, 광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판을 구비하는 백라이트 장치이며, 제1 원색광을 출사하는 제1 광원과, 제2 원색광을 출사하는 제2 광원과, 제3 원색광을 출사하는 제3 광원과, 제1 광원으로부터 출사되는 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 제2 광원으로부터 출사되는 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와, 제3 광원으로부터 출사되는 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와, 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 제1 원색광을 반사하는 광반사면을 갖는 제1 반사판과, 제1 반사판이 갖는 광반사면에서 반사된 제1 원색광을 투과하고 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 제2 원색광을 반사하는 제1 파장 선택 투과 반사면을 갖는 제1 빔 스플리터 플레이트와, 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고 제1 빔 스플리터 플레이트를 거쳐서 출사되는 제1 원색광 및 제2 원색광을 반사하는 제2 파장 선택 투과 반사면을 갖고, 제1 원색광, 제2 원색광, 제3 원색광을 혼색하여 백색광으로 하는 제2 빔 스플리터 플레이트와, 소정의 입사각 이상의 각도로 입사한 광을 반사하고 입사각 이내로 입사한 광을 투과하는 입사각 의존성을 나타내는 각도 선택 투과 반사면을 갖고, 제2 빔 스플리터 플레이트의 후방단에, 제3 렌즈, 제2 빔 스플리터 플레이트가 형성하는 광축을 통과하도록 배치된 제2 빔 스플리터 플레이트에서 혼색된 백색광을 출사하는 광학 플레이트를 갖는 조명 장치를 도광판의 광입사면측에 소정의 간격으로 복수 배열하고 있다.

본 발명에 따르면, 광원으로부터 발광되는 3원색광을 혼색하여 백색광을 얻을 수 있으므로, 액정 표시 패널에 대해 색 순도가 높은 백색광을 면발광할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 광학 수단에 의해 광원으로부터 발광되는 발산 경향의 원색광을 평행광으로 할 수 있으므로, 혼색 수단에 의해 백색광으로 혼색되는 전방단의 광의 도광 중에 손실되는 광의 성분을 억제할 수 있다. 따라서, 광원에서 발광되는 광의 이용 효율을 대폭 향상시키는 것을 가능하게 한다.

또한, 혼색 수단은 각 원색광의 광학적 성질을 기초로 하여 선택적인 투과 및 반사를 함으로써 혼색하여 백색광을 얻으므로, 특성에 변동이 있는 저렴한 광원, 예를 들어 저렴한 발광 다이오드를 이용한 경우라도 혼색한 백색광의 색 순도를 향상시키는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 혼색 수단에, 다이크로익 프리즘, 빔 스플리터 프리즘, 빔 스플리터 플레이트를 이용하여 상기 광학 부재에 형성한 박막에 의해 선택적인 투과 및 반사를 행하는 구성으로 하는 경우, 형성하는 박막의 재료 및 막 두께를 바꿈으로써 투과 조건, 반사 조건이 제어 가능해지므로 용이하게 색 순도를 향상시키는 조정을 하는 것이 가능해진다.

또한, 도광판의 광입사면의 두께를, 상기 혼색 수단의 백색광 출사면에 대해 대폭 얇게 한 경우라도, 혼색 수단으로부터 출사되는 백색광을 모두 도광판의 광입사면에 입사되도록 도광하는 광학 소자에 의해, 광의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 대응하는 것이 가능해진다.

본 발명의 백라이트 장치를 이용하여, 컬러 필터를 구비한 액정 표시 패널을 조명한 경우, CIE 색도도에 있어서의 NTSC(National Television System Committee) 방식의 색도 범위의 100 내지 120 ％ 정도를 재현할 수 있으므로, NTSC보다도 넓은 색 공간인 sYCC의 색재현성 범위에 대응하는 것이 가능해진다.

본 발명의 또 다른 목적 및 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시 형태의 설명으로부터 한층 더 명백해질 것이다.

도1은 본 발명에 관한 백라이트 유닛을 광출사면측으로부터 본 정면도이다.

도2는 백라이트 유닛을 구성하는 도1에 도시한 도광판의 A-A선 단면도이다.

도3은 조명 장치를 구비한 백라이트 유닛을 도시하는 정면도이다.

도4는 프레넬 렌즈가 설치된 조명 장치를 구비하는 백라이트 유닛을 도시하는 정면도이다.

도5a는 조명 장치에 광학 소자를 부가시킨 백라이트 유닛을 도시하는 정면도이고, 도5b는 도5a의 A-A선 단면도이다.

도6은 조명 장치에 광학 소자를 부가한 구성을 도시하는 측면도이다.

도7a는 조명 장치에 부가되는 광학 소자를 반사 미러로 구성한 예를 도시하는 백라이트 유닛의 주요부 정면도이고, 도7b는 도7a의 B-B선 단면도이고, 도7c는 반사 미러의 배치의 구성을 다르게 하는 백라이트 유닛을 도시하는 단면도이다.

도8a는 조명 장치에 설치되는 광학 소자의 백라이트 유닛의 주요부 정면도이고, 도8b는 도8a의 B-B선 단면도이다.

도9는 조명 장치에 광학 소자를 부가한 백라이트 유닛을 광출사면측으로부터 본 정면도이다.

도10은 도광판의 광입사면에 형성되는 확산 영역 및 반사 영역을 도시하는 단면도이다.

도11은 도광판의 광입사면에 형성되는 확산 영역에 의해 광이 확산되는 상태를 도시하는 단면도이다.

도12는 도광판의 한쪽측에 조명 장치를 배치한 백라이트 유닛을 광출사면측으로부터 본 정면도이다.

도13은 도광판의 서로 대향하는 측면에 조명 장치를 배치한 백라이트 유닛을 광출사면측으로부터 본 정면도이다.

도14는 녹색광을 발광하는 광원을 2개 이용한 조명 장치를 도시하는 정면도이다.

도15는 집광 렌즈에 프레넬 렌즈를 부가한 조명 장치를 도시하는 정면도이다.

도16은 파장 선택 투과 반사판을 이용한 조명 장치를 도시하는 정면도이다.

도17은 파장 선택 투과 반사판을 이용하여 집광 렌즈에 프레넬 렌즈 부가한 조명 장치를 도시하는 정면도이다.

도18은 파장 선택 투과 반사판을 이용한 조명 장치의 다른 예를 도시하는 정면도이다.

도19는 종래의 백라이트 유닛을 도시하는 분해 사시도이다.

도20은 종래의 백라이트 유닛을 도시하는 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 조명 장치 및 백라이트 장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본원 발명이 적용된 백라이트 장치를 구성하는 백라이트 유닛을 설명한다.

이 백라이트 유닛(30)은, 도1에 도시한 바와 같이 적어도 도광판(10)과, 광원부(20A) 및 광원부(20B)를 구비하고 있다. 백라이트 유닛(30)은 대화면의 액정 표시 패널, 예를 들어 17 인치 사이즈의 투과형 액정 표시 패널을 조명하는 백라이트 장치이다.

도1에 도시하는 도광판(10)은, 예를 들어 종횡비가 9 : 16으로 지면(紙面)의 깊이 방향으로 소정의 두께를 갖는 투명한 도광판이다. 도광판(10)의 사이즈는, 조명하는 액정 표시 패널의 사이즈, 예를 들어 17 인치 사이즈의 액정 표시 패널에 맞추어, 동일하도록 17 인치 사이즈로 되어 있다.

또한, 도광판(10)의 사이즈는 이 도광판(10)을 이용한 백라이트 유닛(30)이 조명하는 액정 표시 패널의 사이즈에 의해 정해지며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도광판(10)을 구성하는 재료로서는, 아크릴 수지 외에, 메타크릴 수지, 스틸렌 수지, 폴리카보네이트 수지 등의 광투과성을 갖는 열가소성 수지가 이용된다. 도광판(10)은, 바람직하게는 투명도가 높은 아크릴 수지 등의 합성 수지 재료가 이용되고, 이 합성 수지 재료를 사출 성형하여 형성된다. 도광판(10)은 광입사면(11A 및 11B)으로부터 입사된 광을 도광하고, 한쪽 주면에 구성된 광출사면(12)으로부터 출사시킨다.

도광판(10)의 광출사면(12)이 구성된 한쪽 주면에 대향하는 다른 쪽 주면에 구성된 광반사면(13)에는, 도시하지는 않았지만 가는 요철 형상, 예를 들어 프리즘 패턴이나 도트 패턴 등이 형성되어 있고, 도광판(10) 내에 도광된 광을 효율적으로 광출사면(12) 방향으로 상승시키는 처리가 실시되어 있다. 이 광반사면에 형성된 프리즘 패턴이나 도트 패턴에 의해 도광판(10) 내에 입사한 광은, 광출사면(12)으 로부터 균일한 광으로서 출사되고, 도광판(10)은 면발광하게 된다.

이 백라이트 유닛(30)에 있어서는, 도1에 도시한 바와 같이 도광판(10)의 길이 방향의 서로 대향하는 측면에 구성된 광입사면(11A, 11B)에 대향하여, 광원부(20A, 20B)가 배치되어 있다. 각 광원부(20A, 20B)는 도광판(10)의 길이 방향에 따라 복수의 조명 장치(21A1 내지 21A12, 21B1 내지 21B12)를 소정의 간격으로 배열하여 구성되어 있다.

또한, 이하의 설명에서 광원부(20A, 20B)를 구성하는 조명 장치(21A1 내지 21A12) 및 조명 장치(21B1 내지 21B12)는, 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 조명 장치(21)라 한다.

한쪽 광원부(20A)의 조명 장치(21A1 내지 21A12), 다른 쪽 광원부(20B)의 조명 장치(21B1 내지 21B12)는 모두 동일한 구성이 되고, 적어도 색의 3원색인 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 발광 다이오드와, 이들 발광 다이오드로부터 발광된 적색, 녹색, 청색을 백색광에 혼색하는 혼색 수단을 구비하고 있다. 조명 장치(21)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

각 조명 장치(21A, 21B)에서 혼색된 백색광은, 각각 도광판(10)의 광입사면(11A, 11B)으로부터 각각 도광판(10) 내에 입사하고, 이 도광판(1) 내를 전반사하면서 도광하고 광반사면(13)에 형성된 프리즘 패턴이나 도트 패턴에 의해 상승되어 광출사면(12)으로부터 출사된다.

도2에, 도1에 도시한 도광판(10)의 A-A선 단면도를 도시한다. 도1에서는 도시를 생략하였지만, 도광판(10)의 광반사면(13) 상에는, 도2에 도시한 바와 같이 반사 시트(15)가 접합되어 있다. 또한, 광반사면(13)도 대향하는 광출사면(12) 상에는, 도2에 도시한 바와 같이 확산 시트(16), 제1 렌즈 시트(17), 제2 렌즈 시트(18)가 차례로 적층되어 있다.

반사 시트(15)는 도광판(10) 내를 전반사하면서 도광되는 광 중, 광반사면(13)으로부터 도광판(10) 밖으로 튀어나오는 광을 반사하여 다시 도광판(10) 내로 복귀시키는 작용을 하고 있다. 이에 의해, 도광판(10) 밖으로 튀어나와 손실되는 광의 성분을 억제할 수 있다.

확산 시트(16)는 도광판(10)의 광출사면(12)으로부터 출사된 광을 균일한 광으로 확산한다. 또한, 제1 렌즈 시트(17) 및 제2 렌즈 시트(18)는 확산 시트(16)로부터 출사된 광을 도광판(10)의 정면 방향으로 집광하도록 제어한다.

도광판(10)에 배치되는 이들 반사 시트(15), 확산 시트(16), 제1 렌즈 시트(17), 제2 렌즈 시트(18)에 의해, 백라이트 유닛(30)은 충분한 정면 휘도를 획득할 수 있다.

계속해서, 조명 장치(21)의 구성을 설명한다. 조명 장치(21)는 발광 다이오드가 발광하는 적색, 녹색, 청색의 광을 백색광에 혼색하는 혼색 수단으로서, 파장의 차이에 따라서 선택적으로 투과 및 반사를 하는 2개의 파장 선택 투과 반사면을 갖는 다이크로익 프리즘을 이용하고 있다.

본 발명에 관한 백라이트 유닛(30)에 이용되는 광원부(20A, 20B)를 구성하는 조명 장치로서는 각종 조명 장치를 이용할 수 있다. 그래서, 본 발명에서 이용할 수 있는 조명 장치의 몇 가지의 예를 차례로 설명한다.

우선, 그 중 하나의 조명 장치(21)를 설명한다. 이 조명 장치(21)는, 도3에 도시한 바와 같이 발광 다이오드(22R, 22G, 22B)와, 이들 발광 다이오드(22R, 22G, 22B)의 발광면측에 각각 배치된 집광 렌즈(23R, 23C, 23B)와, 삼각 프리즘(24, 25)과, 다이크로익 프리즘(26)을 구비하고 있다. 삼각 프리즘(24, 25)은 집광 렌즈(23R, 23B)의 광출사면측에 배치되고, 다이크로익 프리즘(26)은 집광 렌즈(23G)의 광출사면측에 배치된다.

또한, 발광 다이오드(22R, 22G, 22B) 및 집광 렌즈(23R, 23G, 23B)는 이하의 설명에서 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 각각 발광 다이오드(22) 및 집광 렌즈(23)라 한다.

다이크로익 프리즘(26)과 삼각 프리즘(24, 25)은, 각각 밀착하지 않도록 공기층(Air)을 사이에 두고 배치되어 있다. 도3에 있어서는, 이 공기층(Air)을 과장하여 도시하고 있지만 도광하는 광의 손실을 최소로 하기 위해, 실제로는 미크론 정도의 층으로 되어 있다. 이 공기층(Air)은, 예를 들어 직경이 0.5 ㎛ 정도인 플라스틱제의 비즈를, 삼각 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(26) 사이, 삼각 프리즘(25)과 다이크로익 프리즘(26) 사이에 각각 배치함으로써 형성할 수 있다.

이와 같이 배치되는 삼각 프리즘(24, 25) 및 다이크로익 프리즘(26)은 발광 다이오드(22)에서 발광된 광을 집광 렌즈(23)를 거쳐서 입사하고, 혼색하여 백색광을 얻는 혼색 수단이다.

발광 다이오드(22R, 22G, 22B)는, 각각 적색, 녹색, 청색을 나타내는 파장 영역의 광을 발광한다. 발광 다이오드(22R, 22G, 22B)로서 사용할 수 있는 발광 다이오드는, 상기 요건을 충족시키면 어떠한 것이라도 사용 가능하다. 예를 들어, 발광하는 광의 지향 패턴을 특정하는 발광 다이오드의 형상이, 하이 돔(High-Dome)형, 로우 돔(Low-Dome)형, 플랫(Flat)형 등인 발광 다이오드를 사용할 수 있다.

이하에, 일예로서 조명 장치(21)에 사용하는 발광 다이오드(22R, 22G, 22B)의 사양을 나타낸다.

발광 다이오드(22R) : 적색(발광색), 625 nm(중심 파장), 하이 돔형(형상), 1W(소비 전력)

발광 다이오드(22G) : 녹색(발광색), 530 nm(중심 파장), 하이 돔형(형상), 3W(소비 전력)

발광 다이오드(22B) : 로얄 블루(발광색), 455 nm(중심 파장), 하이 돔형(형상), 3W(소비 전력)

집광 렌즈(23R, 23G, 23B)는 발광 다이오드(22R, 22G, 22B)로부터 발광된 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 집광하고, 삼각 프리즘(24), 다이크로익 프리즘(26), 삼각 프리즘(25)에 입사시킨다. 발광 다이오드(22R, 22G, 22B)에서 발광된 적색, 녹색, 청색의 광은 방사 형상으로 넓어져 진행하는 지향성을 가진 발산광으로 되어 있으므로, 각 집광 렌즈(23R, 23G, 23B)에 의해 굴절시켜 평행광으로 한다. 실제로는, 수 퍼센트 정도의 광은 완전한 평행광으로는 되지 않으며, 약간의 발산 경향을 갖는 광으로서 집광 렌즈(23R, 23G, 23B)로부터 출사된다.

이 집광 렌즈(23)가, 발광 다이오드(22)에서 발광된 발산광을 평행광으로 함으로써 후방단의 삼각 프리즘(24, 25) 및 다이크로익 프리즘(26)에서 도광하여 백 색광에 혼색되는 전방단에서 각 프리즘 밖으로 누출하는 광을 억제할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(22)에서 발광된 광의 광이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

집광 렌즈(23)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈이고, 재료로서 예를 들어 BK-7(상품명 : SCHOTT사), NBFD13(상품명 : HOYA사), SF1(상품명: SCHOOT사) 등의 광학 유리를 이용할 수 있다.

집광 렌즈(23)의 표면에는 반사 방지막(AR 코트)을 코팅하고 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다. 예를 들어, 집광 렌즈(23)의 표면에, MgF₂에 의한 단층의 반사 방지 코트, 또는 유전체 다층막에 의한 멀티 코트 등을 코팅한다.

집광 렌즈(23R, 23G, 23B)의 광입사면측에는, 도4에 도시한 바와 같이 각각 프레넬 렌즈(27R, 27G, 27B)가 일체가 되도록 배치할 수도 있다. 또한, 프레넬 렌즈(27R, 27G, 27B)는 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 프레넬 렌즈(27)라 한다.

프레넬 렌즈(27)는 동심원 형상의 복수의 프리즘을 계단 형상으로 형성한 렌즈이며, 아크릴 수지를 이용하여 사출 성형된다. 도4에 도시한 바와 같이, 이 프레넬 렌즈(27)를 집광 렌즈(23)의 전방단에 배치함으로써 집광 렌즈(23)의 기능, 즉 발산광이 콜리메이트되도록 굴절시키는 것을 효과적으로 행할 수 있다.

프레넬 렌즈(27)는 집광 렌즈(23)가 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈 중 어느 것 이라도, 도4에 도시한 바와 같이 집광 렌즈(23)의 전방단에 배치함으로써 집광 렌즈(23)가 발산광을 콜리메이트하도록 할 수 있다. 집광 렌즈(23)를 비구면 렌즈로서 프레넬 렌즈(27)를 이용한 경우에는, 보다 효과적으로 발산광을 평행광으로 하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 프레넬 렌즈(27)를 집광 렌즈(23)와 조합하여 이용하는 경우에는, 집광 렌즈(23)는 고가의 광학 유리 대신에 저렴한 폴리카보네이트 수지에 의해 형성한 것으로 이용할 수 있다. 프레넬 렌즈(27)와 집광 렌즈(23)를 조합하여 이용하는 경우, 폴리카보네이트 수지로 집광 렌즈(23)를 형성해도 광학 유리로 형성한 집광 렌즈(23)를 단일 부재로 이용하는 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈(27)에도 집광 렌즈(23)와 마찬가지로 반사 방지막(AR 코트)을 실시하고 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

또한, 집광 렌즈(23)는 광입사면이 프레넬 렌즈(27)가 되도록 일체 성형할 수도 있다. 프레넬 렌즈(27)의 프레넬면의 형상도, 구면 형상 또는 비구면 형상 중 어느 쪽으로 하는 것도 가능하다.

다시 도3으로 되돌아가, 조명 장치(21)의 구성을 설명한다. 삼각 프리즘(24, 25)은, 밑변을 직각 이등변 삼각형으로 하는 직각 프리즘이며, 집광 렌즈(23R, 23B)의 광출사면측에 각각 설치되어 있다. 삼각 프리즘(24, 25)의 각각의 경사면(24b, 25b)에는 반사막이 형성되고, 광입사면(24a, 25a)으로부터 입사된 광을 반사 또는 전반사하여 광출사면(24c, 25c)으로 유도한다.

예를 들어, 경사면(24b, 25b)에 알루미늄 또는 은 등을 증착하여 반사막을 형성할 수 있다. 경사면(24b, 25b)에 은을 증착한 경우에는, 증착한 은의 산화를 방지하기 위해 SiO₂ 등의 보호막을 증착한다.

다이크로익 프리즘(26)은 집광 렌즈(23G)의 광출사면측에 설치된 입방체의 프리즘이다.

다이크로익 프리즘(26)은 발광 다이오드(22G)에서 발광되는 녹색광의 파장 대역 이하의 가시광을 투과시켜 그 이외의 파장 대역의 가시광, 즉 발광 다이오드(22R)에서 발광되는 적색광을 반사시키는 제1 파장 선택 투과 반사면(28)과, 상기 녹색광의 파장 대역 이상의 가시광을 투과시켜 그 이외의 파장 대역의 가시광, 즉 발광 다이오드(22R)에서 발광되는 청색광을 반사시키는 제2 파장 선택 투과 반사면(29)이 X자 형상으로 크로스하도록 형성되어 있다.

이 다이크로익 프리즘(26)의 제1 파장 선택 투과 반사면(28), 제2 파장 선택 투과 반사면(29)은 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 박막 형성법으로 형성된 유전체 다층막이다. 따라서, 사용하는 각 발광 다이오드(22)의 특성 등에 따라서 재료나 막 두께 등을 바꾸어 유전체 다층막을 형성함으로써 투과 및 반사시키는 파장 대역, 즉 컷오프시키는 파장 대역을 자유롭게 제어할 수 있다.

예를 들어, 발광 다이오드(22R)에서 발광된 적색광의 파장 대역과 발광 다이오드(22G)에서 발광된 녹색광의 파장 대역은, 발광 다이오드의 특성상 약간 겹치는 파장 대역이 존재한다. 이 겹친 파장 대역의 광은, 사람의 눈에는 적색으로도 녹색으로도 받아들여지지 않는 색조를 나타내게 된다. 녹색광과 청색광인 경우도 마 찬가지로 겹친 파장 대역이 존재하게 된다.

이러한 적색광, 녹색광, 청색광을 혼색시켜 백색광을 생성한 경우, 액정 표시 패널의 컬러 필터를 거친 광의 색 순도는 저하하게 된다. 그래서, 이 겹친 파장 대역을 컷오프함으로써 휘도는 약간 낮아지지만 색 순도를 대폭 높일 수 있다.

또한, 각 발광 다이오드(22)의 발광 특성을 파장 대역이 겹치치 않도록 설계하는 것도 생각할 수 있지만 상당한 비용이 든다. 따라서, 이와 같이 조명 장치(21)에서는, 다이크로익 프리즘(26)의 제1 파장 선택 투과 반사면(28) 및 제2 파장 선택 투과 반사면(29)을 형성하는 유전체 다층막을 조정함으로써 색 순도를 제어할 수 있으므로 발광 다이오드(22)로서 특성에 변동이 있는 저렴한 발광 다이오드를 이용하는 것이 가능해진다.

또한, 다이크로익 프리즘(26)의 표면에는 반사 방지막(AR 코트), 예를 들어 유전체 다층막에 의한 멀티 코트를 코팅하고 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

이러한 다이크로익 프리즘(26)은, 발광 다이오드(22G)에서 발광되고 집광 렌즈(23G)를 거쳐서 입사된 녹색광을 제1 파장 선택 투과 반사면(28) 및 제2 파장 선택 투과 반사면(29)에서 투과시킨다.

또한, 다이크로익 프리즘(26)은 발광 다이오드(22R)에서 발광되고, 집광 렌즈(23R) 및 삼각 프리즘(24)을 거쳐서 입사된 적색광을 제1 파장 선택 투과 반사면(28)에서 반사시킨다.

또한, 다이크로익 프리즘(26)은 발광 다이오드(22B)에서 발광되고, 집광 렌 즈(23B) 및 삼각 프리즘(25)을 거쳐서 입사된 청색광을 제2 파장 선택 투과 반사면(29)에서 반사시킴으로써 녹색광, 적색광, 청색광을 혼색한 백색광을 생성하여 출사한다.

여기서, 다이크로익 프리즘(26)과 삼각 프리즘(24, 25)을 각각 밀착하지 않도록 공기층(Air)을 사이에 두고 배치하는 것에 대해 설명을 한다. 또한, 삼각 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(26) 사이에 공기층(Air)을 마련함에 따른 효과와, 삼각 프리즘(25)과 다이크로익 프리즘(26) 사이에 공기층(Air)을 마련함에 따른 효과는 완전히 동일하므로 삼각 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(26)을 이용한 설명만을 행한다.

우선, 삼각 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(26)이 밀착하여 배치되어 있는 상태를 검토한다. 이러한 경우, 광출사면(24c)에 임계각 이상에서 입사한 광의 성분은 광출사면(24c)에서 전반사하지 않고 투과하여 광입사면(26b)으로부터 다이크로익 프리즘(26)에 입사한다. 이러한 광의 성분은, 임계각 이상을 유지한 상태에서 다이크로익 프리즘(26)에 입사하기 때문에, 제1 파장 선택 투과 반사면(28)에 입사하지 않고 광출사면(26d)으로부터 적색광 상태로 출사하게 되어 광의 이용 효율이 저하한다.

그래서, 삼각 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(26)을 상술한 바와 같이 공기층(Air)을 개재시켜 배치하면, 집광 렌즈(23R)로부터 출사된 적색광이 완전한 평행광인 경우에는 삼각 프리즘(24)의 광입사면(24a)으로부터 입사된 광은 경사면(24b)에서 전반사되어 광출사면(24c)에 대해 수직인 방향으로 출사하여 다이크로익 프리 즘(26)의 제1 파장 선택 투과 반사면(28)에 입사한다.

또한, 집광 렌즈(23R)로부터 출사된 적색광이 완전한 평행광으로 되어 있지 않고 약간 발산 경향으로 삼각 프리즘(24)의 광입사면(24a)으로부터 입사한 경우라도 삼각 프리즘(24) 내에서 전반사 및 반사를 반복하여 광출사면(24c)으로부터 출사된다. 이 때, 광출사면(24c)에 입사한 광 중, 임계각 이상에서 입사한 광의 성분은 광출사면(24c)에서 전반사되고, 경사면(24b)에서 반사된다. 경사면(24b)에서 반사된 광은, 다이크로익 프리즘(26)의 광입사면(26b)으로부터 입사하여 제1 파장 선택 투과 반사면(28)으로 확실하게 입사되게 되고, 광출사면(26d)으로부터 출사되는 백색광에 혼색되게 된다. 따라서, 다이크로익 프리즘(26)과 삼각 프리즘(24)을 밀착시킨 경우와 같이 광의 이용 효율을 저하시키는 일 없이 백색광을 생성할 수 있다.

그런데, 액정 표시 장치의 박형화에 수반하여 백라이트 유닛(30), 즉 도광판(10)을 박형화하는 것이 요구되고 있다.

그러나, 광원부(20A, 20B)의 조명 장치(21)는 발광 다이오드(22)의 형상에 따라 대략 크기가 결정되어, 혼색한 백색광을 출사하는 출사구의 크기도, 적어도 다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)의 면적만큼이 필요해진다. 따라서, 이 광출사면(26d)의 형상에, 도광판(10)의 두께를 맞춘 경우에는 도광판(10)을 박형화할 수 없게 되고, 반대로 도광판(10)의 두께를 박형화한 경우에는 형상이 일치하지 않으므로 광출사면(26d)으로부터 백색광이 누출되어 광의 이용 효율을 대폭 저하시키는 등의 문제가 있다.

그래서, 조명 장치(21)는 도5a 및 도5b에 도시한 바와 같이 도광판(10)과의 사이에 다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)의 형상과 도광판(10)의 두께를 적합하게 하기 위한 어댑터로서 광학 소자(31)를 구비한 구성으로 할 수 있다.

도5a는 도광판(10)의 광출사면(12)을 정면으로 한 도면이고, 도5b는 도5a의 B-B선 단면도이다. 광학 소자(31)의 광입사면(31a)은 다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)과 동일한 형상으로 되어 있다. 광학 소자(31)의 광출사면(31b)은 한 변이 도5a에 도시하는 다이크로익 프리즘(26)의 횡폭(W)과 같은 폭(W)이고, 다른 한 변이 도5b에 도시하는 도광판(10)의 두께(d)와 같은 두께(d)가 되는 직사각형으로 되어 있다.

이와 같이 광학 소자(31)의 광출사면(31b)의 면적은, 도광판(10)의 두께에 따라서 광입사면(31a)의 면적보다도 작게 이루어지고, 광학 소자(31)의 전체의 형상도 광입사면(31a)측으로부터 소정 각도의 테이퍼로 점차 감소하는 사다리꼴 형상으로 되어 있다.

도6에 도시한 바와 같이, 다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)으로부터 출사된 백색광은 이 광학 소자(31)의 광입사면(31a)에 입사되고, 소정의 각도가 부여된 광반사면(31c, 31d)에서 전반사하면서 도광되고, 광출사면(31b)을 거쳐서 도광판(10)의 광입사면(11B, 11A)에 입사한다.

이와 같이, 광학 소자(31)의 광반사면(31c, 31d)에서 전반사되고, 광출사면(31b)으로부터 출사되는 백색광은 도광판(10)의 광입사면(11A, 11B)에 대해 수직인 방향보다도 약간 각도를 가지면서 입사된다.

도광판(10)에 입사한 백색광은 도광판(10) 내를 전반사하면서 도광되지만, 상술한 바와 같이 도광판(10)의 광반사면(13)에 형성된 도트 패턴이나 프리즘 패턴에 의해 광출사면(12)측으로 상승된다. 이 때, 도광판(10)의 도광 방향에 대해 완전히 평행한 광의 성분은 도광판(10) 내에서 전반사되는 일 없이 도광된다. 이러한 광의 성분은 광반사면(13)에는 입사되지 않는, 즉 도트 패턴이나 프리즘 패턴으로 입사되지 않으므로 광출사면(12) 방향으로 상승되지 않는다. 따라서, 이러한 광의 성분에 의해 도광판(10)의 광출사면(12)으로부터 출사되는 광의 정면 휘도가 저하한다.

그래서, 광학 소자(31)는 다이크로익 프리즘(26)으로부터 출사된 백색광을 전반사시키면서 도광하여 도광판(10)에 입사시킴으로써, 도광판(10)의 도광 방향으로 완전히 평행한 광의 성분을 감소시켜 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.

광학 소자(31)를 형성하는 재료로서는, 다이크로익 프리즘(26)으로부터 출사되어 입사한 백색광이 전반사를 하는 굴절률로 제어된 광학 유리나, 백색 판유리, 아크릴 수지 등이 이용된다.

또한, 조명 장치(21)는 이 광학 소자(31) 대신에 도7a 및 도7b에 도시한 바와 같은 2개의 반사 미러(32A, 32B)로 이루어지는 광학 소자(32)를 이용하도록 해도 좋다. 반사 미러(32A, 32B)는, 예를 들어 백색 판유리 등으로 형성된 플레이트 형상의 기판 중 하나의 면에 반사막을 설치하고, 이 반사막을 형성한 면을 반사면(32a, 32b)으로 하고 있다. 반사면(32a, 32b)을 구성하는 반사막은 알루미늄 또는 은 등을 증착하여 형성된다. 여기서, 반사막을 은을 증착하여 형성한 경우에 는, 반사막의 산화를 방지하기 위해, 반사막 상에 SiO₂ 등의 보호막을 증착한다. 또한, 반사면(32a, 32b)은 롤지에 증착한 알루미늄 또는 은의 막을 백색 판유리 등으로 형성된 기판 상에 부착하여 형성하도록 해도 좋다. 알루미늄 또는 은을 증착한 롤지를 이용하는 경우에는, 큰 면적에 한 번에 부착할 수 있으므로 반사 미러(32A, 32B)의 대량 생산을 가능하게 한다.

반사 미러(32A, 32B)는 각각이 갖는 반사면(32a, 32b)이, 광학 소자(31)의 광반사면(31c, 31d)과 같은 각도가 되도록 배치되어 있다. 이러한 광학 소자(32)는 다이크로익 프리즘(26)으로부터 출사된 백색광을 반사 또는 전반사하면서 도광판(10)으로 도광한다. 또한, 광학 소자(32)는 광학 소자(31)와 완전히 동일한 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 조명 장치(21)는 도7a 및 도7b에 도시한 바와 같이 2개의 반사 미러를 이용하면서, 도7c에 도시한 바와 같이 한쪽 반사 미러(33B)를 반사면(33b)이 도광판(10)의 광의 도광 방향과 평행해지도록 배치하고, 다른 쪽 반사 미러(33A)를 경사지게 배치하여 광학 소자(33)를 구성하도록 해도 좋다. 이 경우, 다른 쪽 반사 미러(33a)는 다이크로익 프리즘(26)측에 있어서, 한쪽 반사 미러(33A)와의 간격을 광출사면(26d)의 폭에 상당하는 간격으로 이루고, 도광판(10)측에 있어서 한쪽 반사 미러 두께(d)와 거의 동등한 간격을 갖도록 경사지게 배치된다. 도7c에 도시하는 광학 소자(33)도, 도7a 및 도7b에 도시하는 광학 소자(31, 32)와 완전히 동일한 기능을 갖는 것이므로, 도7a 및 도7b에 도시하는 광학 소자(31, 32)의 설명을 참조 하여 상세한 설명은 생략한다.

또한, 조명 장치(21)는 전술한 도5a 및 도5b 및 도6에 도시하는 광학 소자(31) 대신에 도8a 및 도8b에 도시한 광학 소자(34)를 구비하고 있어도 좋다. 이 광학 소자(34)는, 도8b에 도시한 바와 같이 한 쌍의 동일 형상을 이루는 제1 및 제2 광학 소자(35, 36)를 조합하여 구성한 것이다.

제1 및 제2 광학 소자(35, 36)는 기단부측에 다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)으로부터 출사되는 백색광이 입사하는 광입사면(35a, 36a)이 설치되어 있다. 이들 광입사면(35a, 36a)을 조합한 형상은, 다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)의 형상과 동일하게 되어 있다. 또한, 제1 및 제2 광학 소자(35, 36)의 선단부측에 형성되는 광출사면(35b, 36b)의 면적은 도광판(10)의 두께에 따라서 광입사면(35a, 36a)의 면적보다도 작게 되어 있다. 이러한 기단부측 및 선단부측에 형상을 실현하기 위해, 제1 및 제2 광학 소자(35, 36)는 단면 형상이 광입사면(35a, 36a)측으로부터 광출사면(35b, 36b)측을 향해 서서히 폭이 좁아지는 끝이 가는 형상이 되는 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다.

다이크로익 프리즘(26)의 광출사면(26d)으로부터 출사된 백색광은 광입사면(35a, 36a)으로부터 제1 및 제2 광학 소자(35, 36)로 각각 입사하고, 광반사면(35c, 35d) 및 광반사면(36c, 36d)으로부터 각각 전반사하면서 도광되고, 광출사면(35d, 36d)으로부터 도광판(10)의 광입사면(11B 또는 11A)으로 입사한다.

여기서 이용하는 광학 소자(34)는 제1 및 제2 광학 소자(35, 36)의 2개의 광학 소자로 구성되므로, 전술한 일체의 광학 소자(31)와 비교하여 도광판(10)에 대 해 소정의 각도로 입사하고, 광반사면(13)에 형성된 도트 패턴이나 프리즘 패턴으로 입사하는 광의 성분이 대폭 증가하게 된다. 따라서, 보다 효과적으로 도광판(10)의 도광 방향으로 완전히 평행한 광의 성분을 감소시켜 비약적으로 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.

이러한 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 구비하는 조명 장치(21)는, 도9에 도시한 바와 같이 도광판(10)의 광입사면(11A, 11B)측에 각각 배치되어 있다. 이 때, 한쪽 광입사면(11A)측에 배치되는 조명 장치(21)와, 다른 쪽 광출사면(11B)측에 배치되는 조명 장치(21)는 도광판(1)을 사이에 두고 백색광 출사면이 대향하도록 배치된다. 또한, 광입사면(11A, 11B)측에 각각 배치되는 조명 장치(21)는 광입사면(11A, 11B)에 따라 소정 간격으로 병렬하여 복수 배열됨으로써 광원부(20A, 20)를 구성하고 있다. 광입사면(11A, 11B)측에 각각 배치된 조명 장치(21)는 각각이 구비하는 발광 다이오드로부터 발광된 적색광, 녹색광, 청색광을 혼색함으로써 얻어지는 백색광을 도광판(10)에 출사한다.

그런데, 도광판(10)의 광입사면(11A 및 11B)에, 확산 시트, 프리즘 시트 등의 시트류를 부착함으로써 도광판(10)의 광출사면(12)으로부터 면발광시키는 백색광의 휘도 분포를 균일하게 할 수 있다.

전술한 도5a 및 도5b 및 도6에 도시하는 광학 소자(31)를 구비한 조명 장치(21)를 이용하여 광원(20A, 20B)을 구성하였을 때, 도광판(10)의 광입사면(11A, 11B)에 확산 시트, 프리즘 시트 등의 시트류를 부착함으로써 형성한 확산 영역(5)의 모습을 도10에 도시한다. 확산 영역(5)은 도광판(10)의 광입사면(11A, 11B)측 의 조명 장치(21)를 구성하는 광학 소자(31)의 광출사면(31b)이 접하는 위치에 시트류를 부착함으로써 형성된다. 따라서, 확산 영역(5)의 횡폭(W)은 광학 소자(31)의 횡폭(W)과 동일하게 되어 있다.

그리고, 확산 영역(5)은 도11에 도시한 바와 같이 도광판(10)의 광입사면 (11A, 11B) 상에 확산 시트(5a), 제1 프리즘 시트(5b), 제2 프리즘 시트(5c)를 도광판(10)의 광입사면(11A, 11B)에 차례로 적층하도록 부착함으로써 형성되어 있으므로, 광학 소자(31)의 광출사면(31d)으로부터 출사된 백색광이 확산 영역(5)에 입사하면, 확산 영역(5)에 의해 도광판(10)의 횡방향으로 랜덤하게 확산되어 도광판(10) 내에 도광되게 된다.

그런데, 도광판(10)에 상술한 바와 같은 확산 영역(5)을 마련하지 않으면, 광학 소자(31)의 광출사면(31d)으로부터 출사된 광은 도광판(10)의 횡방향으로는 확산되기 어려워져, 광출사면(12)으로부터 출사된 광은 균일한 면발광을 하는 일 없이 시각적으로 인식할 수 있을 정도의 휘도 분포를 발생한 광이 된다. 즉, 광출사면(12)으로부터 출사되는 광에, 밝은 부위가 있거나 어두운 부위가 있는 등의 휘도 불균일, 예를 들어 스트라이프 형상의 휘도 불균일이 발생될 가능성이 높아진다.

그래서, 도광판(10)에 확산 영역(5)을 마련함으로써 도광판(10)의 횡방향 전체에 걸쳐 구석구석까지 백색광을 고루 퍼지게 하는 것이 가능해져, 이러한 폐해를 억제할 수 있다.

또한, 확산 영역(5)은 일예로서 확산 시트(5a)와, 제1 프리즘 시트(5b)와, 제2 프리즘 시트(5d)를 차례로 적층하여 형성되어 있지만, 본 발명에서는 이러한 시트류의 조합에 한정되는 것은 아니며, 상술한 확산 효과를 얻을 수 있으면 어떠한 시트를 단독으로 또는 적절하게 복수 조합하여 형성하도록 해도 좋다.

확산 영역(5)을 형성하기 위해 이용되는 제1 프리즘 시트(5b), 제2 프리즘 시트(5d)로서는, 예를 들어 BEFF 시리즈(상품명: 스미또모 3M사), RBEFF 시리즈(상품명 : 스미또모 3M사), DBEFF 시리즈(상품명 : 스미또모 3M사) 등의 휘도 상승 필름이 사용 가능하다.

또한, 도10에 도시한 바와 같이 도광판(10)의 광입사면(11A), 광입사면(11B) 상의 확산 영역(5)이 마련되어 있지 않은 영역에는 반사 영역(6)이 형성되어 있다. 반사 영역(6)은 알루미늄이나 은이 증착된 반사 시트를 부착함으로써 형성되어 있다.

그런데, 도광판(10)에 반사 영역(6)을 마련하지 않은 경우 광입사면(11A)으로부터 입사된 백색광 중, 광출사면(12)으로부터 출사되지 않고 대향하는 광입사면(11B)까지 도광된 백색광이 누출되게 된다.

반사 영역(6)은 주로 대향하는 광입사면으로부터 입사되어 도광된 백색광 중, 아직 광출사면(12)으로부터 출사되어 있지 않은 광이, 도광판(10) 밖으로 누출되는 것을 반사에 의해 억제하고 있어, 발광 다이오드(22)에서 발광된 광의 이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

조명 장치(21)의 도광판(10)에 대한 배치는, 도1 또는 도9에 도시하는 바와 같이 배치한 구성에 한정되는 것은 아니며, 도12에 도시한 바와 같이 한쪽 광입사 면, 예를 들어 한쪽 광입사면(11A)측에만 복수의 조명 장치(21)를 배치하도록 해도 좋다. 이 경우에도, 복수의 조명 장치(21)는 광입사면(11A)에 따라 병렬로 소정의 간격으로 복수 배치하도록 해도 좋다. 즉, 도9에 도시하는 한쪽 광원부(20A)만을 이용하여, 도12에 도시하는 바와 같은 백라이트 유닛(40)으로 할 수도 있다.

이 때, 상술한 확산 영역(5) 및 반사 영역(6)은 광입사면(11A) 상에만 형성된다. 또한, 광입사면(11B) 상에는 반사 영역(6)과 마찬가지로 반사 시트를 부착함으로써 반사면(7)을 형성할 수도 있다. 반사면(7)은 광출사면(12)에서 출사되는 일 없이 도광판(10) 내를 도광하고 있는 조명 장치(21)로부터 출사된 백색광, 또는 반사 영역(6)에서 반사된 백색광을 도광판(10) 밖으로부터 누출되는 것을 억제하여 발광 다이오드(22)에서 발광된 광의 이용 효율을 향상시키고 있다.

또한, 도1 또는 도9에 도시하는 백라이트 유닛(30)에서는, 백색광을 출사하는 백색광 출사면끼리가 대향하도록 배치되어 있었던 조명 장치(21) 중 어느 한쪽을 병렬하여 배치한 도광판(10)의 횡방향으로 절반(2분의 1) 피치만큼 옮겨 배치하고, 백색광을 출사하는 백색광 출사면끼리가 서로 대향하지 않는 배치로 할 수도 있다. 이와 같이, 도광판(10)의 대향하는 광입사면(11A, 11B)에 대해 조명 장치(21)의 백색광을 출사하는 출사면이 1/2 피치 어긋나도록 배치함으로써 휘도 불균일을 저감하는 것이 가능해진다.

예를 들어, 도13에 도시하는 바와 같이 도9에서 도시하는 한쪽 광원부(20A)는 그 위치를 옮기는 일 없이, 다른 쪽 광원부(20B)를 도광판(10)의 횡방향, 즉 도13 중 화살표 X1 방향으로 1/2 피치만큼 옮겨 광원부(20C)를 형성한다. 이 때, 1/2 피치 옮김으로써 조명 장치(21)를 1개 제거할 필요가 있으므로, 광원부(20C)는 11개의 조명 장치(21C1 내지 21C11)로 형성되게 된다. 이와 같이, 도13에 도시하는 바와 같이 광원부로서 광원부(20A)와 광원부(20C)를 이용하여 백라이트 유닛(50)으로 할 수 있다.

이 때, 상술한 확산 영역(5), 반사 영역(6)을 광입사면(11A) 및 광입사면(11B)에 형성할 수도 있다. 또한, 도12 및 도13에 도시한 백라이트 유닛(40, 50)의 조명 장치(21)는 도1에 도시한 백라이트 유닛(30)과 같이 광학 소자(31 내지 34) 중 어느 하나를 이용한 것이라도 좋다.

이와 같이, 본 발명에서는 조명 장치(21)의 도광판(10)에 대한 배치의 방법에 한정되는 것은 아니며, 어떠한 배치라도 백라이트 유닛을 구성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 광원부(20A, 20B)의 조명 장치로서는 이 조명 장치(21) 외에도 혼색 수단의 구성의 차이에 의해, 이하에 나타낸 구성의 조명 장치를 이용할 수 있다. 그 중 하나는, 2개의 빔 스플리터 프리즘을 이용한 혼색 수단에 의해 혼색한 백색광을 출사하는 조명 장치이고, 다른 하나는 파장의 차이에 따라서 선택적으로 투과 및 반사를 하는 파장 선택 투과 반사면을 갖는 플레이트를 이용한 혼색 수단에 의해 혼색한 백색광을 출사하는 조명 장치이다.

우선, 도14를 이용하여 발광 다이오드가 발광하는 적색, 녹색, 청색의 광을 백색광에 혼색하는 혼색 수단에 2개의 빔 스플리터 프리즘을 이용한 조명 장치(61)의 예를 설명한다.

이 조명 장치(61)는, 도14에 도시하는 바와 같이 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B)와 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B)의 발광면측에 각각 설치된 집광 렌즈(63R, 63G1, 63G2, 63B)와, 삼각 프리즘(64, 65)과, 빔 스플리터 프리즘(66, 67)과, 2분의 1 파장판(68)을 구비하고 있다. 삼각 프리즘(64, 65)은 집광 렌즈(63R, 63B)의 광출사면측에 배치되고, 빔 스플리터 프리즘(66, 67)은 집광 렌즈(63G1, 63G2)의 광출사면측에 배치된다.

또한, 이하의 설명에서 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B) 및 집광 렌즈(63R, 63G1, 63G2, 63B)는 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 각각 발광 다이오드(62) 및 집광 렌즈(63)라 한다.

삼각 프리즘(64)과 빔 스플리터 프리즘(66)은 밀착하지 않도록 공기층(Air)을 사이에 두고 배치되어 있다. 또한, 삼각 프리즘(65) 및 빔 스플리터 프리즘(67)도 밀착하지 않도록 공기층(Air)을 사이에 두고 배치되어 있다. 도14에 있어서는 이 공기층(Air)을 과장하여 나타내고 있지만, 도광하는 광의 손실을 최소로 하기 위해 실제로는 미크론 정도의 층으로 되어 있다. 이 공기층(Air)은, 예를 들어 직경이 0.5 ㎛ 정도인 플라스틱제의 비즈를, 삼각 프리즘(64)과 빔 스플리터 프리즘(66) 사이, 삼각 프리즘(65)과 빔 스플리터 프리즘(67) 사이에 각각 배치함으로써 형성할 수 있다.

또한, 2분의 1 파장판(68)은 빔 스플리터 프리즘(66)과 빔 스플리터 프리즘(67) 사이에, 빔 스플리터 프리즘(66) 또는 빔 스플리터 프리즘(67) 중 어느 하나에 비치한다. 또한, 도14에서는 이 2분의 1 파장판(68)을 빔 스플리터 프리즘(67)측에 비치하도록 하고 있다. 또한, 도14에 도시한 바와 같이 2분의 1 파장 판(68)이 비치된 빔 스플리터 프리즘(67)과 빔 스플리터 프리즘(68)도 밀착하지 않도록 공기층(Air)을 사이에 두고 배치된다.

이와 같이 배치되는 삼각 프리즘(64, 65) 및 빔 스플리터 프리즘(66, 67)은 발광 다이오드(62)에서 발광된 광을 집광 렌즈(63)를 거쳐서 입사하고, 혼색하여 백색광을 얻는 혼색 수단이다.

또한, 삼각 프리즘(64, 65) 및 빔 스플리터 프리즘(66, 67)을 배치할 때에 마련하는 공기층(Air)의 기능은, 도1에 도시하는 조명 장치(21)에 있어서 삼각 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(26) 사이에 마련하는 공기층(Air)의 기능과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

발광 다이오드(62R, 62B)는 각각 적색, 청색을 나타내는 파장 영역의 광을 발광한다. 또한, 발광 다이오드(62G1, 62G2)는 모두 녹색을 나타내는 파장 영역의 광을 발광한다.

여기서 이용할 수 있는 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B)는 상술한 요건을 충족시키면 어떠한 것이라도 사용 가능하다. 예를 들어, 발광하는 광의 지향 패턴을 특정하는 발광 다이오드의 형상이, 하이 돔(High-Dome)형, 로우 돔(Low-Dome)형, 플랫(Flat)형 등인 발광 다이오드를 사용할 수 있다.

이하에, 일예로서 조명 장치(61)에 사용하는 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B)의 사양을 나타낸다.

발광 다이오드(62R) : 적색(발광색), 625 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 1W(소비 전력)

발광 다이오드(62G1) : 녹색(발광색), 530 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 3W(소비 전력)

발광 다이오드(62G2) : 녹색(발광색), 530 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 3W(소비 전력)

발광 다이오드(62B) : 로얄 블루(발광색), 455 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 3W(소비 전력)

집광 렌즈(63R, 63G1, 63G2, 63B)는 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B)로부터 발광된 적색, 녹색, 녹색, 청색의 광을 각각 집광하고, 삼각 프리즘(64), 빔 스플리터 프리즘(66, 67), 삼각 프리즘(65)에 입사시킨다. 발광 다이오드(62R, 62G1, 62G2, 62B)에서 발광된 적색, 녹색, 녹색, 청색의 광은 방사 형상으로 넓어져 진행하는 지향성을 가진 발산광으로 되어 있으므로, 각 집광 렌즈(63R, 63G1, 63G2, 63B)에 의해 굴절시켜 평행광으로 한다. 실제로는, 수 퍼센트 정도의 광은 완전한 평행광으로는 되지 않으며, 약간의 발산 경향을 갖는 광으로서 집광 렌즈(63R, 63G1, 63G2, 63B)로부터 출사된다.

이 집광 렌즈(63)가 발광 다이오드(62)에서 발광된 발산광을 평행광으로 함으로써 후방단의 삼각 프리즘(64, 65), 빔 스플리터 프리즘(66, 67)에서 적색광, 녹색광, 청색광을 도광하여 백색광에 혼색하는 전방단에서, 상기 프리즘 밖으로 누출되는 광을 억제할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(62)에서 발광된 광의 광이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

집광 렌즈(63)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈이며, 재료로서 예를 들어 BK- 7(상품명 : SCHOTT사), NBFD13(상품명 : HOYA사), SF1(상품명 : SCHOOT사) 등의 광학 유리를 이용할 수 있다.

집광 렌즈(63)의 표면에는, 반사 방지막(AR 코트)을 코팅하고 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다. 예를 들어, 집광 렌즈(63)의 표면에, MgF₂에 의한 단층의 반사 방지 코트, 또는 유전체 다층막에 의한 멀티 코트 등을 코팅한다.

도15에 도시한 바와 같이 집광 렌즈(63R, 63G1, 63G2, 63B)의 광입사면측에는, 각각 프레넬 렌즈(69R, 69G1, 69G2, 69B)를 각 집광 렌즈(63)와 일체 구성시키도록 배치할 수도 있다.

또한, 프레넬 렌즈(69R, 69G1, 69G2, 69B)는 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 프레넬 렌즈(69)라 한다.

프레넬 렌즈(69)는 동심원 형상의 복수의 프리즘을 계단 형상으로 형성한 렌즈이며, 아크릴 수지를 이용하여 사출 성형된다. 도15에 도시한 바와 같이, 이 프레넬 렌즈(69)를 집광 렌즈(63)의 전방단에 배치함으로써 집광 렌즈(63)의 기능, 즉 발산광이 콜리메이트되도록 굴절시키는 것을 효과적으로 행할 수 있다.

프레넬 렌즈(69)는, 집광 렌즈(63)가 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈의 어느 쪽의 경우라도 도15에 도시한 바와 같이 이용할 수 있다. 집광 렌즈(63)를 비구면 렌즈로 하고, 프레넬 렌즈(69)를 이용한 경우에는 보다 효과적으로 발산광을 평행광으로 하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 프레넬 렌즈(69)를 집광 렌즈(63)와 조합하여 이용하는 경우에는, 집광 렌즈(63)의 재료로서 고가의 광학 유리 대신에 저렴한 폴리카보네이트 수지를 이용할 수 있다. 프레넬 렌즈(69)와 집광 렌즈(63)를 조합하여 이용하는 경우, 폴리카보네이트 수지로 집광 렌즈(63)를 성형해도 광학 유리로 성형한 집광 렌즈(63)를 단일 부재로 이용하는 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈(69)에도 집광 렌즈(63)와 마찬가지로 반사 방지막(AR 코트)을 실시하고 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

또한, 집광 렌즈(63)는 광입사면이 프레넬 렌즈(69)가 되도록 일체 성형할 수도 있다. 프레넬 렌즈(69)의 프레넬면의 형상도 구면 형상 또는 비구면 형상 중 어떠한 것이라도 좋다.

다시, 도14로 되돌아가 조명 장치(61)의 구성의 설명을 한다. 삼각 프리즘(64, 65)은 밑변을 직각 이등변 삼각형으로 하는 직각 프리즘이며, 집광 렌즈(63R, 63B)의 출사면측에 각각 설치되어 있다. 삼각 프리즘(64, 65)의 각각의 경사면(64b, 65b)에는 반사막이 형성되어 있고, 광입사면(64a, 65a)으로부터 입사된 광을 반사 또는 전반사하여 광출사면(64c, 65c)으로 유도한다.

예를 들어, 경사면(64b, 65b)에 알루미늄 또는 은 등을 증착함으로써 반사막을 형성할 수 있다. 경사면(64b, 65b)에 은을 증착한 경우에는, 증착한 은의 산화를 방지하기 위해 SiO₂ 등의 보호막을 증착한다.

빔 스플리터 프리즘(66, 67)은, 각각 집광 렌즈(63G1, 63G2)의 광출사면측에 설치된 입방체의 프리즘이다.

빔 스플리터 프리즘(66)은 발광 다이오드(62G1)에서 발광되는 녹색광의 파장 대역 이상의 가시광을 투과시켜 그 이외의 파장 대역의 가시광, 즉 발광 다이오드(62B)에서 발광되는 청색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 제1 진동면에 수직인 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제1 투과 반사면(66B)과, 발광 다이오드(62G1)에서 발광되는 녹색광의 파장 대역 이하의 가시광을 투과시켜 그 이외의 파장 대역의 가시광, 즉 발광 다이오드(62R)에서 발광되는 적색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제2 투과 반사면(66R)이 X자 형상으로 크로스하도록 형성되어 있다.

본 발명의 실시 형태에서는, 설명을 위해 편의상 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 S형의 직선 편광, S 편광이라 하고, 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 P형의 직선 편광, P 편광이라 한다.

제1 투과 반사면(66B)과 제2 투과 반사면(66R)은 발광 다이오드(62G1)에서 발광되는 녹색광의 각각 직교하는 직선 편광인 S 편광 및 P 편광을 모두 투과한다.

빔 스플리터 프리즘(67)은 발광 다이오드(62G2)에서 발광되는 녹색광의 파장 대역 이하의 가시광을 투과시켜 그 이외의 파장 대역의 가시광, 즉 발광 다이오드(62R)에서 발광되는 적색광의 S 편광을 반사하고, P 편광을 투과하는 제1 투과 반사면(67R)과 발광 다이오드(62G2)에서 발광되는 녹색광의 파장 대역 이상의 가시광을 투과시켜 그 이외의 파장 대역의 가시광, 즉 발광 다이오드(62B)에서 발광되 는 청색광의 S 편광을 반사하고, P 편광을 투과하는 제2 투과 반사면(67B)이 X자 형상으로 크로스하도록 형성되어 있다.

제1 투과 반사면(67R)과 제2 투과 반사면(67B)은 발광 다이오드(62G2)에서 발광되는 녹색광의 각각 직교하는 직선 편광인 S 편광 및 P 편광을 모두 투과한다.

이 빔 스플리터 프리즘(66)의 제1 투과 반사면(66B), 제2 투과 반사면(66R), 빔 스플리터(67)의 제1 투과 반사면(67R), 제2 투과 반사면(67B)은 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 박막 형성법으로 형성된 유전체 다층막이다. 따라서, 사용하는 발광 다이오드(62)의 특성 등에 따라서 적층하는 막 구성이나 재료, 막 두께 등을 바꾸어 유전체 다층막을 형성함으로써 투과 및 반사시키는 파장 대역을, 즉 컷오프시키는 파장 대역을 자유롭게 제어할 수 있다.

이에 의해, 각 발광 다이오드(62)로부터 발광되는 적색광, 녹색광, 청색광에 있어서 겹치는 파장 영역을 컷오프함으로써 조명 장치(61)로부터 출사하는 백색광의 색 순도를 높일 수 있다.

또한, 각 발광 다이오드(62)의 발광 특성을 파장 대역이 겹치지 않도록 설계하는 것도 생각할 수 있지만 상당한 비용이 들게 된다. 따라서, 이와 같이 조명 장치(61)에서는 빔 스플리터 프리즘(66)의 제1 투과 반사면(66B), 제2 투과 반사면(66R), 빔 스플리터(67)의 제1 투과 반사면(67R), 제2 투과 반사면(67B)을 형성하는 유전체 다층막을 조정함으로써 색 순도를 제어할 수 있으므로, 발광 다이오드(62)에 특성에 변동이 있는 저렴한 발광 다이오드를 이용하는 것이 가능해진다.

또한, 빔 스플리터 프리즘(66, 67)의 표면에는 반사 방지막(AR 코트), 예를 들어 유전체 다층막에 의한 멀티 코트를 코팅하고 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

2분의 1 파장판(68)은 빔 스플리터 프리즘(66)의 제2 투과 반사면(66R)에서 투과된 적색광의 P 편광을 P 편광과 수직인 진동면에서 진동하는 직선 편광인 S 편광으로 변환한다. 또한, 2분의 1 파장판(68)은 빔 스플리터 프리즘(67)의 제1 투과 반사면(67B)에서 투과된 청색광의 P 편광을 S 편광으로 변환한다.

빔 스플리터 프리즘(66)은 발광 다이오드(62G1)에서 발광되고, 집광 렌즈(63G1)를 거쳐서 입사된 녹색광을 제1 투과 반사면(66B) 및 제2 투과 반사면(66R)에서 투과시킨다.

또한, 빔 스플리터 프리즘(66)은 발광 다이오드(62R)에서 발광되고, 집광 렌즈(63R) 및 삼각 프리즘(64)을 거쳐서 입사된 적색광의 S 편광을 제2 투과 반사면(66R)에서 반사시킨다.

또한, 빔 스플리터 프리즘(66)은 발광 다이오드(62B)에서 발광되고, 집광 렌즈(63B), 삼각 프리즘(65), 빔 스플리터 프리즘(67), 2분의 1 파장판(68)을 거쳐서 입사된 청색광의 S 편광을 제1 투과 반사면(66B)에서 반사시킴으로써 녹색광, 적색광의 S 편광, 청색광의 S 편광을 혼색한 백색광을 생성하여 출사한다.

빔 스플리터 프리즘(67)은 발광 다이오드(62G2)에서 발광되고, 집광 렌즈(63G2)를 거쳐서 입사된 녹색광을 제1 투과 반사면(67R) 및 제2 투과 반사면(67B)에서 투과시킨다.

또한, 빔 스플리터 프리즘(67)은 발광 다이오드(62B)에서 발광되고, 집광 렌 즈(63B), 삼각 프리즘(65)을 거쳐서 입사된 청색광의 S 편광을 제2 투과 반사면(67B)에서 반사시킨다.

또한, 빔 스플리터 프리즘(67)은 발광 다이오드(62R)에서 발광되고, 집광 렌즈(63R), 삼각 프리즘(64), 빔 스플리터 프리즘(66), 2분의 1 파장판(68)을 거쳐서 입사된 적색광의 S 편광을 제1 투과 반사면(67R)에서 반사시킴으로써 녹색광, 청색광의 S 편광, 적색광의 S 편광을 혼색한 백색광을 생성하여 출사한다.

이러한 조명 장치(61)에 있어서도, 도5a 및 도5b 내지 도8a 및 도8b를 이용하여 설명한 조명 장치(21)를 도광판(10)의 두께에 맞춘 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 이용할 수 있다. 조명 장치(61)는 백색광을 제1 빔 스플리터 프리즘(66)과 제2 빔 스플리터 프리즘(67)으로부터 출사하기 위해, 각각 광학 소자(31, 32, 33 또는 34) 중 어느 하나를 이용하도록 해도 된다. 또한, 제1 빔 스플리터 프리즘(66) 및 제2 빔 스플리터 프리즘(67)의 백색광 출사면을 1개라 생각하고, 이것에 맞춘 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 이용하도록 해도 좋다.

이와 같이, 조명 장치(61)가 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 구비함으로써 도광판(10)의 광출사면(12)으로부터 면발광되는 백색광의 정면 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

계속해서, 도16을 이용하여 발광 다이오드가 발광하는 적색, 녹색, 청색의 광을 백색광에 혼색하는 혼색 수단에, 파장 선택 투과 반사면을 갖는 플레이트를 이용한 조명 장치(71)의 예를 설명한다.

이 조명 장치(71)는, 도16에 도시한 바와 같이 발광 다이오드(72R, 72G, 72B)와, 발광 다이오드(72R, 72G, 72B)의 발광면측에 각각 설치된 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)와, 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)의 광출사면측에 각각 설치된 평판 형상의 반사 미러(74), 평판 형상의 빔 스플리터 플레이트(75, 76)와, 평판 형상의 반사 미러(77, 78)와, 평판 형상의 광학 플레이트(79)를 구비하고 있다.

또한, 발광 다이오드(72R, 72G, 72B) 및 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)는 개별적으로 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 각각 발광 다이오드(72) 및 집광 렌즈(73)라 한다.

반사 미러(74), 빔 스플리터 플레이트(75), 빔 스플리터 플레이트(76)는 각각 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)의 후방단에 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)의 광축에 대해 각각의 주면이 45도의 경사를 이루도록 배치된다. 도16에 도시한 바와 같이 반사 미러(74)와, 빔 스플리터 플레이트(75)와, 빔 스플리터 플레이트(76)는 상술한 경사를 유지하면서 서로 평행하게 배치되게 된다.

반사 미러(77)는 반사면(77a)이 집광 렌즈(73) 방향을 향하여, 반사 플레이트(74)에 대해 135도, 빔 스플리터 플레이트(75)에 대해 45도의 경사를 이루도록 배치된다.

또한, 반사 미러(78)는 반사면(78a)이 집광 렌즈(73B)의 광축과 수직이 되도록 빔 스플리터 플레이트(76) 방향을 향하여, 빔 스플리터 플레이트(76)에 대해 45도의 경사를 이루도록 배치된다.

광학 플레이트(79)는 광학면(79a)이 집광 렌즈(73) 방향을 향하여, 빔 스플리터 플레이트(75)에 대해 135도, 빔 스플리터 플레이트(76)에 대해 45도의 경사를 이루도록 배치된다.

발광 다이오드(72R, 72G, 72B)는 각각 적색, 녹색, 청색을 나타내는 파장 영역의 광을 발광한다. 발광 다이오드(72R, 72G, 72B)로서 사용할 수 있는 발광 다이오드는, 상기 요건을 충족시키면 어떠한 것이라도 사용 가능하다. 예를 들어, 발광하는 광의 지향 패턴을 특정하는 발광 다이오드의 형상이, 하이 돔(High-Dome)형, 로우 돔(Low-Dome)형, 플랫(Flat)형 등인 발광 다이오드를 사용할 수 있다.

이하에, 일예로서 조명 장치(71)에 사용하는 발광 다이오드(72R, 72G, 72B)의 사양을 나타낸다.

발광 다이오드(72R) : 적색(발광색), 625 nm(중심 파장), 플랫형(형상), 1W(소비 전력)

발광 다이오드(72G) : 녹색(발광색), 530 nm(중심 파장), 플랫형(형상), 3W(소비 전력)

발광 다이오드(72B) : 로얄 블루(발광색), 455 nm(중심 파장), 플랫형(형상), 1W(소비 전력)

집광 렌즈(73R, 73G, 73B)는 발광 다이오드(72R, 72G, 72B)로부터 발광된 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 집광하고, 반사 미러(74), 빔 스플리터 플레이트(75), 빔 스플리터 플레이트(76)에 입사시킨다. 발광 다이오드(72R, 72G, 72B)에서 발광된 적색, 녹색, 청색의 광은 방사 형상으로 넓어져 진행하는 지향성을 가진 발산광으로 되어 있으므로, 각 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)에 의해 굴절시켜 평행광으로 한다. 실제로는, 수 퍼센트 정도의 광은 완전한 평행광으로는 되어 있지 않으며, 약 간의 발산 경향을 갖는 광으로서 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)로부터 출사된다.

이 집광 렌즈(73)가, 발광 다이오드(72)에서 발광된 발산광을 평행광으로 함으로써 후방단의 반사 미러(74), 빔 스플리터 플레이트(75), 빔 스플리터 플레이트(76)에서 적색광, 녹색광, 청색광을 도광하여 백색광에 혼색하는 전방단에서, 상기 미러 및 플레이트로부터 누출되는 광을 억제시킬 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(72)에서 발광된 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

집광 렌즈(73)는, 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈이며, 재료로서 예를 들어 BK-7(상품명 : SCHOTT사), NBFD13(상품명 : HOYA사), SF1(상품명 : SCHOOT사) 등의 광학 유리에 의해 형성되어 있다.

집광 렌즈(73)의 표면에는 반사 방지막(AR 코트)을 코팅하고, 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다. 예를 들어, 집광 렌즈(73)의 표면에 MgF₂에 의한 단층의 반사 방지 코트, 또는 유전체 다층막에 의한 멀티 코트 등을 코팅한다.

도17에 도시한 바와 같이 집광 렌즈(73R, 73G, 73B)의 광입사면측에는, 각각 프레넬 렌즈(80R, 80G, 80B)를 각 집광 렌즈(73)와 일체 구성시키도록 배치할 수도 있다. 또한, 프레넬 렌즈(80R, 80G, 80B)는 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 프레넬 렌즈(80)라 한다.

프레넬 렌즈(80)는 동심원 형상의 복수의 프리즘을 계단 형상으로 형성한 렌즈이며, 아크릴 수지를 사출 성형하여 형성된다. 도17에 도시한 바와 같이, 이 프 레넬 렌즈(80)를 집광 렌즈(73)의 전방단에 배치함으로써 집광 렌즈(73)의 기능, 즉 발산광이 콜리메이트되도록 굴절시키는 것을 효과적으로 행할 수 있다.

프레넬 렌즈(80)는 집광 렌즈(73)가 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈 중 어느 쪽인 경우라도 도17에 도시한 바와 같이 이용할 수 있다. 집광 렌즈(73)를 비구면 렌즈로 하고 프레넬 렌즈(80)를 이용한 경우에는 보다 효과적으로 발산광을 평행광으로 하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 프레넬 렌즈(80)를 집광 렌즈(73)와 조합하여 이용하는 경우에는, 집광 렌즈(73)의 재료로서 고가의 광학 유리 대신에 저렴한 폴리카보네이트 수지를 이용할 수 있다. 프레넬 렌즈(80)와 집광 렌즈(73)를 조합하여 이용하는 경우, 폴리카보네이트 수지로 집광 렌즈(73)를 성형해도 광학 유리로 성형한 집광 렌즈(73)를 단일 부재로 이용하는 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈(80)에도 집광 렌즈(73)와 마찬가지로 반사 방지막(AR 코트)을 실시하고, 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

또한, 집광 렌즈(73)는 광입사면이 프레넬 렌즈(80)가 되도록 일체 성형할 수도 있다. 프레넬 렌즈(80)의 프레넬면의 형상도 구면 형상 또는 비구면 형상 중 어느 쪽으로 하는 것도 가능하다.

다시, 도16으로 되돌아가 조명 장치(71)의 구성의 설명을 계속한다. 반사 미러(74)는, 예를 들어 백색 판유리 등으로 형성된 기판 중 하나의 면에 반사막을 설치하여 반사면(74a)을 형성하고 있다. 반사 미러(74)는, 상술한 바와 같이 집광 렌즈(73R)의 출사면측에 집광 렌즈(73R)의 광축에 대해 주면인 반사면(74a)이 45도 의 경사를 이루도록 배치되어 있다.

반사 미러(74)의 반사면(74a)에는, 예를 들어 알루미늄 또는 은 등의 반사막이 증착된다. 반사면(74a)에 은 반사막을 증착한 경우에는, 증착한 은 반사막의 산화를 방지하기 위해 SiO₂ 등의 보호막을 증착한다. 또한, 반사면(74a)은 롤지에 알루미늄 또는 은을 증착하고, 증착한 롤지를 부착함으로써 박막을 형성하도록 해도 좋다. 알루미늄 또는 은을 증착한 롤지를 이용하는 경우에는 한 번에 증착 가능한 면적이 증가하기 때문에 대량 생산을 가능하게 한다.

반사 미러(74)의 반사면(74a)은 집광 렌즈(73R)로부터 출사된 적색광을 반사 또는 전반사하여, 빔 스플리터 플레이트(75)에 출사한다.

빔 스플리터 플레이트(75, 76)는 상술한 바와 같이 각각 집광 렌즈(73G, 73B)의 광출사면측에, 집광 렌즈(73G, 73B)의 광축에 대해 주면이 45도의 경사를 이루도록 배치되어 있다.

빔 스플리터 플레이트(75)는 발광 다이오드(72R)에서 발광되고, 집광 렌즈(73R)를 거쳐서 반사 미러(74)에서 반사된 적색광의 파장 대역의 가시광을 투과시키는 파장 선택 투과면(75a)과, 파장 선택 투과면(75a)을 투과한 상기 적색광을 다시 투과시키고, 발광 다이오드(72G)에서 발광되고 집광 렌즈(73G)를 거쳐서 입사된 녹색광의 파장 대역의 가시광을 반사하는 파장 선택 투과 반사면(75b)을 구비하고 있다.

빔 스플리터 플레이트(76)는 발광 다이오드(72B)에서 발광되고, 집광 렌 즈(73B)를 거쳐서 입사된 청색광의 파장 대역의 가시광을 투과시키는 파장 선택 투과면(76a)과, 파장 선택 투과면(76a)을 거쳐서 투과한 청색광을 다시 투과시키고 빔 스플리터 플레이트(75)로부터 출사된 발광 다이오드(72R, 72G)에서 발광된 적색광 및 녹색광을 반사시키는 파장 선택 투과 반사면(76b)을 구비하고 있다.

이 빔 스플리터 플레이트(75)의 파장 선택 투과면(75a), 파장 선택 투과 반사면(75b), 빔 스플리터 플레이트(76)의 파장 선택 투과면(76a), 파장 선택 투과 반사면(76b)은 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 박막 형성법으로 형성된 유전체 다층막이다. 따라서, 사용하는 발광 다이오드(72)의 특성 등에 따라서 적층하는 막 구성이나 재료, 막 두께 등을 바꾸어 유전체 다층막을 형성함으로써 투과 또는 반사시키는 파장 대역, 즉 컷오프시키는 파장 대역을 자유롭게 제어할 수 있다.

이에 의해, 각 발광 다이오드(72)로부터 발광되는 적색광, 녹색광, 청색광에 있어서 겹치는 파장 영역을 컷오프함으로써 조명 장치(71)로부터 출사하는 백색광의 색 순도를 높일 수 있다.

또한, 각 발광 다이오드(72)의 발광 특성을 파장 대역이 겹치지 않도록 설계하는 것도 생각할 수 있지만 상당한 비용이 들게 된다. 따라서, 이와 같이 조명 장치(71)에서는 빔 스플리터 플레이트(75)의 파장 선택 투과면(75a), 파장 선택 투과 반사면(75b), 빔 스플리터 플레이트(76)의 파장 선택 투과면(76a), 파장 선택 투과 반사면(76b)을 형성하는 유전체 다층막을 조정함으로써 색 순도를 제어할 수 있으므로, 발광 다이오드(72)에 특성에 변동이 있는 저렴한 발광 다이오드를 이용하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 빔 스플리터 플레이트(76)의 파장 선택 투과면(76a)에서 청색광이 투과되고, 파장 선택 투과 반사면(76b)에서 적색광 및 녹색광이 반사됨으로써 이 청색광, 적색광, 녹색광은 백색광에 혼색되게 된다.

반사 미러(77, 78)는, 예를 들어 판금 등으로 형성된 기판 중 하나의 면에 각각 반사막을 피착하여 반사면(77a, 78a)을 형성하고 있다.

반사 미러(77)는 집광 렌즈(73R)로부터 출사된 적색광 중, 평행광이 되지 않아 발산 경향으로 출사되고 반사 미러(74)의 반사면(74a)에 입사하지 않은 광, 또는 반사 미러(74)의 반사면(74a)에서 반사되었지만 빔 스플리터 플레이트(75)에 입사되지 않은 광을 반사하여 빔 스플리터 플레이트(75)의 파장 선택 투과면(75a)에 입사시킨다.

반사 미러(78)는 집광 렌즈(73B)로부터 출사된 청색광 중, 평행광이 되지 않아 발산 경향으로 출사되고 빔 스플리터 플레이트(76)에 입사되지 않은 광을 반사하여 빔 스플리터 플레이트(76)의 파장 선택 투과면(76a)에 입사시킨다.

반사 미러(77, 78)의 반사면(77a, 78a)에는, 예를 들어 알루미늄 또는 은 등의 반사막이 증착된다. 반사면(77a, 78a)에 은 반사막을 증착한 경우에는, 증착한 은 반사막의 산화를 방지하기 위해 SiO₂ 등의 보호막을 증착한다. 또한, 반사면(77a)은 롤지에 알루미늄 또는 은을 증착하고, 증착한 롤지를 부착함으로써 박막을 형성하도록 해도 좋다. 알루미늄 또는 은을 증착한 롤지를 이용하는 경우에는, 한 번에 증착 가능한 면적이 증가하기 때문에 대량 생산을 가능하게 한다.

광학 플레이트(79)는, 예를 들어 광학 유리나 폴리메타크릴산메틸(PMMA) 등의 아크릴 수지 등으로 형성된 플레이트 형상의 기판 상에 광학 박막을 형성함으로써 이루어지는 광학면(79a)을 구비하고 있다. 광학면(79a)은 상기 광학면(79a)에 입사된 광의 입사각에 따라서 입사광을 투과시킬 것인지, 또는 입사광을 반사시킬 것인지가 정해지는 입사각 의존성을 갖고 있다. 광학면(79a)은 상기 광학면(79a)으로 입사하는 광의 입사각이 소정의 값보다 큰 경우에 입사한 광을 반사하고, 그 이외인 경우에 투과한다.

예를 들어, 빔 스플리터 플레이트(76)로부터 출사되는 적색광, 녹색광, 청색광이 혼색됨으로써 얻어지는 백색광은 입사각 0도 및 그 근방의 각도로 광학면(79a)에 입사하게 된다. 광학 플레이트(79)의 광학면(79a)은 이들 백색광을 투과하여 출사시킨다.

한편, 빔 스플리터 플레이트(75)를 투과한 적색광, 빔 스플리터 플레이트(75)에서 반사된 녹색광 중 발산 경향으로 출사된 광은, 광학 플레이트(79)의 광학면(79a)에 상술한 백색광보다도 큰 입사각으로 입사하게 된다. 광학 플레이트(79)의 광학면(79a)은 이들 적색광 및 녹색광을 반사하여, 빔 스플리터 플레이트(76)의 파장 선택 투과 반사면(76b)에 입사시킨다.

광학 플레이트(79)의 광학면(79a)에서 반사되고, 빔 스플리터 플레이트(76)의 파장 선택 투과 반사면(76b)에 입사한 적색광 및 녹색광은 반사되고, 파장 선택 투과면(76a)을 투과한 청색광과 혼색되어 백색광이 된다.

이와 같이, 입사각에 의해 투과 또는 반사시키는 광학 플레이트(79)의 광학 면(79a)은 빔 스플리터 플레이트(76)로부터 누출되는 적색광 및 녹색광의 성분을 유효 이용하기 때문에, 발광 다이오드(72)로부터 발광되는 광의 이용 효율을 향상시키는 것을 가능하게 한다.

광학 플레이트(79)의 광학면(79a)은, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 박막 형성법으로 형성된 유전체 다층막이다. 또한, 광학 플레이트(79)의 광학면(79a)에는 반사 방지막(AR 코트)을 실시하고, 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

빔 스플리터 플레이트(75)는 발광 다이오드(72R)에서 발광되고, 집광 렌즈(73) 및 반사 미러(74)를 거쳐서 입사된 적색광을 파장 선택 투과면(75a) 및 파장 선택 투과 반사면(75b)에서 투과시킨다.

또한, 빔 스플리터 플레이트(75)는 발광 다이오드(72G)에서 발광되고, 집광 렌즈(73G)를 거쳐서 입사된 녹색광을 파장 선택 투과 반사면(75b)에서 반사시킨다.

빔 스플리터 플레이트(76)는 발광 다이오드(72B)에서 발광되고, 집광 렌즈(73B)를 거쳐서 입사된 청색광을 파장 선택 투과면(76a) 및 파장 선택 투과 반사면(76b)에서 투과시켜, 빔 스플리터 플레이트(75)에서 투과된 적색광 및 반사된 녹색광을 파장 선택 투과 반사면(76b)에서 반사시킴으로써 청색광, 적색광, 녹색광을 혼색한 백색광을 생성하여 출사한다.

이러한 조명 장치(71)에 있어서도, 도5a 및 도5b 내지 도8a 및 도8b를 이용하여 설명한 조명 장치(21)를 도광판(10)의 두께에 적합하게 하는 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 이용할 수 있다. 이 조명 장치(71)에 있어서는, 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)는 광학 플레이트(79)의 후방단에 설치된다.

이와 같이, 조명 장치(71)가 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 구비함으로써 도광판(10)의 광출사면(12)으로부터 면발광되는 백색광의 정면 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

조명 장치(71)는, 전술한 조명 장치(21, 61)와 같이 고가의 광학 부재인 프리즘류를 사용하고 있지 않으므로, 가장 저렴하게 구성할 수 있는 조명 장치이다. 예를 들어, 광의 이용 효율이 높고 또한 저비용으로 조명 장치를 제작하기 위해서는, 도17에 도시한 바와 같이 집광 렌즈(73)와 프레넬 렌즈(80)를 이용한 조명 장치(71)로 하면 좋다.

상술한 바와 같이, 조명 장치(71)는 프레넬 렌즈(80)를 사용함으로써 집광 렌즈를 형성하는 재료를 저렴한 폴리카보네이트 수지로 할 수 있으므로 매우 저가격으로 제작할 수 있다.

또한, 도16 및 도17을 이용하여 설명한 조명 장치(71)는 발광 다이오드가 발광하는 적색, 녹색, 청색의 광을 백색광에 혼색하는 혼색 수단으로서, 파장 선택 투과 반사면을 갖는 플레이트를 이용하고 있지만, 마찬가지로 파장 선택 투과 반사면을 갖는 플레이트를 이용하여 도18에 도시한 조명 장치(81)로서 구성할 수도 있다.

도18에 도시하는 조명 장치(81)는 발광 다이오드(82R, 82G, 82B)와, 발광 다이오드(82R, 82G, 82B)의 발광면측에 각각 설치된 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)와, 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)의 광출사면측에 설치된 광학 플레이트(84)와, 상기 광학 플레이트(84)를 거쳐서 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)의 광출사면측에 각각 설치된 평판 형상의 반사 미러(85)와, 평판 형상의 빔 스플리터 플레이트(86, 87)와, 평판 형상의 반사 미러(88, 89)와, 평판 형상의 광학 플레이트(90)를 구비하고 있다.

또한, 발광 다이오드(82R, 82G, 82B) 및 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)는 개별적으로 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 각각 발광 다이오드(82) 및 집광 렌즈(83)라 한다.

반사 미러(85), 빔 스플리터 플레이트(86), 빔 스플리터 플레이트(87)는 각각 광학 플레이트(84)를 거쳐서 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)의 후방단에 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)의 광축에 대해 각각의 주면이 45도인 경사를 이루도록 배치된다. 도18에 도시한 바와 같이 반사 미러(85)와, 빔 스플리터 플레이트(86)와, 빔 스플리터 플레이트(87)는 상술한 경사를 유지하면서 서로 평행하게 배치되게 된다.

반사 미러(88)는 반사면(88a)이 집광 렌즈(83)의 측을 향해, 반사 플레이트(85)에 대해 135도, 빔 스플리터 플레이트(86)에 대해 45도의 경사를 이루도록 배치된다. 반사 미러(88)는 조명 장치(71)가 구비하는 반사 미러(77)보다도 큰 형상이며, 집광 렌즈(83R)를 덮을 정도의 면적을 갖고 있다.

또한, 반사 미러(89)는 반사면(89a)이 집광 렌즈(83B)의 광축에 대해 수직이 되도록 빔 스플리터 플레이트(87)의 방향을 향해 빔 스플리터 플레이트(87)에 대해 45도의 경사를 이루도록 배치된다.

광학 플레이트(90)는 광학면(90a)이 집광 렌즈(83)의 방향을 향해 빔 스플리터 플레이트(86)에 대해 135도, 빔 스플리터 플레이트(87)에 대해 45도의 경사를 이루도록 배치된다.

발광 다이오드(82R, 82G, 82B)는 각각 적색, 녹색, 청색을 나타내는 파장 영역의 광을 발광한다. 발광 다이오드(82R, 82G, 82B)로서 사용할 수 있는 발광 다이오드는 상기 요건을 충족시키면 어떠한 것이라도 사용 가능하다. 예를 들어, 발광하는 광의 지향 패턴을 특정하는 발광 다이오드의 형상이, 하이 돔(High-Dome)형, 로우 돔(Low-Dome)형, 플랫(Flat)형 등의 발광 다이오드를 사용할 수 있다.

이하에, 일예로서 조명 장치(81)에 사용하는 발광 다이오드(82R, 82G, 82B)의 사양을 나타낸다.

발광 다이오드(82R) : 적색(발광색), 625 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 1W(소비 전력)

발광 다이오드(82G) : 녹색(발광색), 530 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 3W(소비 전력)

발광 다이오드(82B) : 로얄 블루(발광색), 455 nm(중심 파장), 로우 돔형(형상), 1W(소비 전력)

집광 렌즈(83R, 83G, 83B)는 발광 다이오드(82R, 82G, 82B)로부터 발광된 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 집광하고, 광학 플레이트(84)를 거쳐서 반사 미러(85), 빔 스플리터 플레이트(86), 빔 스플리터 플레이트(87)에 입사시킨다.

발광 다이오드(82R, 82G, 82B)에서 발광된 적색, 녹색, 청색의 광은, 방사 형상으로 넓어져 진행하는 지향성을 가진 발산광으로 되어 있으므로, 각 집광 렌즈(83R, 83C, 83B)에 의해 굴절시켜 평행광으로 한다. 실제로는, 수 퍼센트 정도 의 광은 완전한 평행광으로 되지는 않으며 약간의 발산 경향을 갖는 광으로서 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)로부터 출사된다.

이 집광 렌즈(83)가, 발광 다이오드(82)에서 발광된 발산광을 평행광으로 함으로써 후방단의 반사 미러(85), 빔 스플리터 플레이트(86), 빔 스플리터 플레이트(87)에서 적색광, 녹색광, 청색광을 도광하여 백색광에 혼색하는 전방단에서, 상기 미러 및 플레이트로부터 누출되는 광을 억제시킬 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(82)에서 발광된 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

집광 렌즈(83)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈이며, 재료로서 예를 들어 BK-7(상품명 : SCHOTT사), NBFD13(상품명: HOYA사), SF1(상품명 : SCHOOT사) 등의 광학 유리를 이용할 수 있다.

집광 렌즈(83)의 표면에는 반사 방지막(AR 코트)을 코팅하고, 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다. 예를 들어, 집광 렌즈(83)의 표면에 MgF₂에 의한 단층의 반사 방지 코트, 또는 유전체 다층막에 의한 멀티 코트 등을 코팅한다.

또한, 도18에 도시한 바와 같이 집광 렌즈(83R, 83G, 83B)의 광입사면측에, 각각 프레넬 렌즈(93R, 93G, 93B)를 형성할 수도 있다. 프레넬 렌즈(93)는 동심원 형상의 복수의 프리즘을 계단 형상으로 형성한 렌즈이다. 또한, 프레넬 렌즈(93R, 93G, 93B)는 각각 구별할 필요가 없는 경우에는 총칭하여 프레넬 렌즈(93)라 한다.

도18에 도시한 바와 같이, 이 프레넬 렌즈(93)를 집광 렌즈(83)의 광입사면 에 형성함으로써 집광 렌즈(83)의 기능, 즉 발산광이 콜리메이트되도록 굴절시키는 것을 효과적으로 행할 수 있다.

집광 렌즈(83)의 광입사면에 형성하는 프레넬 렌즈(93)는, 집광 렌즈(83)가 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈 중 어느 쪽의 경우라도 도18에 도시한 바와 같이 형성할 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈(93)의 프레넬면의 형상도 구면 형상 또는 비구면 형상 중 어느 쪽으로 하는 것도 가능하다.

집광 렌즈(83)를 비구면 렌즈로 하고, 광입사면측에 프레넬 렌즈(93)를 형성하는 경우에는 보다 효과적으로 발산광을 평행광으로 하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 집광 렌즈(83)의 광입사면측에 프레넬 렌즈(93)를 형성하면, 집광 렌즈(83)의 재료로서 고가의 광학 유리 대신에 저렴한 폴리카보네이트 수지를 이용할 수 있다. 광입사면측에 프레넬 렌즈(93)가 형성되어 있는 경우, 폴리카보네이트 수지로 집광 렌즈(83)를 성형해도 광학 유리로 성형한 집광 렌즈(83)를 단일 부재로 이용하는 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈(93)에도 반사 방지막(AR 코트)을 실시하고, 렌즈 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

반사 미러(85)는, 예를 들어 백색 판유리 등으로 형성된 기판 중 하나의 면에 반사막을 설치하여 반사면(85a)을 형성하고 있다. 반사 미러(85)는 상술한 바와 같이 집광 렌즈(83R)의 출사면측에, 집광 렌즈(83R)의 광축에 대해 주면인 반사면(85a)이 45도의 경사를 이루도록 배치되어 있다.

반사 미러(85)의 반사면(85a)에는, 예를 들어 알루미늄 또는 은 등의 반사막 이 증착된다. 반사면(85a)에 은 반사막을 증착한 경우에는, 증착한 은 반사막의 산화를 방지하기 위해 SiO₂ 등의 보호막을 증착한다. 또한, 반사면(85a)은 롤지에 알루미늄 또는 은을 증착하고, 증착한 롤지를 부착함으로써 박막을 형성하도록 해도 좋다. 알루미늄 또는 은을 증착한 롤지를 이용하는 경우에는, 한 번에 증착 가능한 면적이 증가하기 때문에 대량 생산을 가능하게 한다.

또한, 상술한 바와 같이 배치시켜도 자립할 수 있을 정도의 두께, 예를 들어 200 ㎛ 내지 300 ㎛ 정도의 두께의 투명 필름 상에 상술한 반사막을 증착하여 반사 미러(85)를 형성할 수도 있다.

또한, 상술한 어떠한 경우에 있어서도 증착한 금속 반사막의 반사율을 높이기 위해 금속 반사막 상에 증가 반사막을 증착하도록 해도 좋다.

반사 미러(85)의 반사면(85a)은 집광 렌즈(83R)로부터 출사된 적색광을 반사 또는 전반사하여, 빔 스플리터 플레이트(86)에 출사한다.

빔 스플리터 플레이트(86, 87)는 상술한 바와 같이 각각 집광 렌즈(83G, 83B)의 광출사면측에, 집광 렌즈(83G, 83B)의 광축에 대해 주면이 45도의 경사를 이루도록 배치되어 있다.

빔 스플리터 플레이트(86)는 발광 다이오드(82R)에서 발광되고 집광 렌즈(83R)를 거쳐서 반사 미러(85)에서 반사된 적색광의 파장 대역의 가시광을 투과시키는 파장 선택 투과면(86a)과, 파장 선택 투과면(86a)을 투과한 상기 적색광을 다시 투과시켜 발광 다이오드(82G)에서 발광되고 집광 렌즈(83G)를 거쳐서 입사된 녹색광의 파장 대역의 가시광을 반사하는 파장 선택 투과 반사면(86b)을 구비하고 있다.

빔 스플리터 플레이트(87)는 발광 다이오드(82B)에서 발광되고 집광 렌즈(83B)를 거쳐서 입사된 청색광의 파장 대역의 가시광을 투과시키는 파장 선택 투과면(87a)과, 파장 선택 투과면(87a)을 거쳐서 투과한 상기 청색광을 다시 투과시켜 빔 스플리터 플레이트(86)로부터 출사된 상기 발광 다이오드(82R, 82G)에서 발광된 적색광 및 녹색광을 반사시키는 파장 선택 투과 반사면(87b)을 구비하고 있다.

이 빔 스플리터 플레이트(86)의 파장 선택 투과면(86a), 파장 선택 투과 반사면(86b), 빔 스플리터(87)의 파장 선택 투과면(87a), 파장 선택 투과 반사면(87b)은 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 박막 형성법으로 형성된 유전체 다층막이다. 따라서, 사용하는 발광 다이오드(82)의 특성 등에 따라서 적층하는 막 구성이나 재료, 막 두께 등을 바꾸어 유전체 다층막을 형성함으로써 투과 또는 반사시키는 파장 대역, 즉 컷오프시키는 파장 대역을 자유롭게 제어할 수 있다.

이에 의해, 각 발광 다이오드(82)로부터 발광되는 적색광, 녹색광, 청색광에 있어서 겹치는 파장 영역을 컷오프함으로써 조명 장치(81)로부터 출사하는 백색광의 색 순도를 높일 수 있다.

또한, 각 발광 다이오드(82)의 발광 특성을 파장 대역이 겹치지 않도록 설계하는 것도 생각할 수 있지만 상당한 비용이 들게 된다. 따라서, 이와 같이 조명 장치(81)에서는 빔 스플리터 플레이트(86)의 파장 선택 투과면(86a), 파장 선택 투 과 반사면(86b), 빔 스플리터 플레이트(87)의 파장 선택 투과면(87a), 파장 선택 투과 반사면(87b)을 형성하는 유전체 다층막을 조정함으로써 색 순도를 제어할 수 있으므로, 발광 다이오드(82)에 특성에 변동이 있는 저렴한 발광 다이오드를 이용하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 빔 스플리터 플레이트(87)의 파장 선택 투과면(87a)에서 청색광이 투과되고, 파장 선택 투과 반사면(87b)에서 적색광 및 녹색광이 반사됨으로써 이 청색광, 적색광, 녹색광은 백색광에 혼색되게 된다.

반사 미러(88)는, 예를 들어 판금 등으로 형성된 기판의 각 면에 반사막을 설치함으로써 반사면(88a, 88b)을 형성하고 있다.

반사 미러(88)는, 한쪽 반사면(88a)에 의해 집광 렌즈(83R)로부터 출사된 적색광 중 평행광이 되지 않아 발산 경향으로 출사되고, 반사 미러(85)의 반사면(85a)에 입사하지 않은 광, 또는 반사 미러(85)의 반사면(85a)에서 반사되었지만 빔 스플리터 플레이트(86)에 입사되지 않은 광을 반사하여 빔 스플리터 플레이트(86)의 파장 선택 투과면(86a)에 입사시킨다.

반사 미러(88)의 다른 쪽 반사면(88b)은 조명 장치(81)를 도광판(10)에 조립 부착하였을 때에, 도광판(10)의 광입사면(11A 또는 11B)측에 배치되게 된다. 이 반사면(88b)은 도10에서 설명한 도광판(10)의 광입사면(11A 또는 11B)에 형성하는 반사 영역(6)과 동일한 효과를 부여할 수 있다.

즉, 다른 쪽 반사면(88b)은 도광판(10)에 입사하여 도광된 백색광 중, 아직 광출사면(12)으로부터 출사되어 있지 않은 광이, 도광판(10) 밖으로 누출되는 것을 반사에 의해 억제하여, 발광 다이오드(82)에서 발광된 광의 이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

반사 미러(89)는, 예를 들어 판금 등으로 형성된 기판 중 하나의 면에 반사막을 설치하여 반사면(89a)을 형성하고 있다.

반사 미러(89)는, 집광 렌즈(83B)로부터 출사된 청색광 중, 평행광이 되지 않아 발산 경향으로 출사되고, 빔 스플리터 플레이트(87)에 입사되지 않은 광을 반사하여 빔 스플리터 플레이트(87)의 파장 선택 투과면(87a)에 입사시킨다.

반사 미러(88, 89)의 각 반사면(88a, 88b, 89a)은 기판에 알루미늄 또는 은 등의 반사막을 증착하여 형성된다. 각 반사면(88a, 88b, 89a)은, 은의 반사막을 증착하여 형성된 경우에는 증착한 반사막의 산화를 방지하기 위해 그 표면에 SiO₂ 등의 보호막이 증착된다. 또한, 각 반사면(88a, 88b, 89a)은 알루미늄 또는 은을 증착한 롤지를 기판의 표면에 부착하고, 알루미늄 또는 은을 기판면에 전사함으로써 형성하도록 해도 좋다. 롤지에의 알루미늄 또는 은의 증착은, 한 번에 큰 면적으로 할 수 있으므로 이 롤지를 이용함으로써 반사막을 대량으로 형성하는 것이 용이해진다.

광학 플레이트(90)는, 예를 들어 광학 유리나 폴리메타크릴산메틸(PMMA) 등의 아크릴 수지 등으로 형성된 기판 상에, 광학 박막을 피착하여 형성된 광학면(90a)을 구비하고 있다. 광학면(90a)은 입사된 광의 입사각에 따라서, 입사광을 투과시킬 것인지, 또는 입사광을 반사시킬 것인지가 정해지는 입사각 의존성을 갖 고 있다. 광학면(90a)은 입사하는 광의 입사각이 소정의 값보다 큰 경우에 입사한 광을 반사하고, 그 이외인 경우에 투과한다.

예를 들어, 빔 스플리터 플레이트(87)로부터 출사되는 적색광, 녹색광, 청색광이 혼색됨으로써 얻어지는 백색광은, 입사각 0도 및 그 근방의 각도로 광학면(90a)에 입사하게 된다. 광학 플레이트(90)의 광학면(90a)은 이들 백색광을 투과하여 출사시킨다.

한편, 빔 스플리터 플레이트(86)를 투과한 적색광, 빔 스플리터 플레이트(86)를 반사한 녹색광 중 발산 경향으로 출사된 광은, 광학 플레이트(90)의 광학면(90a)에 상술한 백색광보다도 큰 입사각으로 입사하게 된다. 광학 플레이트(90)의 광학면(90a)은, 이들 적색광 및 녹색광을 반사하여 빔 스플리터 플레이트(87)의 파장 선택 투과 반사면(87b)에 입사시킨다.

광학 플레이트(90)의 광학면(90a)에서 반사되고, 빔 스플리터 플레이트(87)의 파장 선택 투과 반사면(87b)에 입사한 적색광 및 녹색광은 반사되고, 파장 선택 투과면(87a)을 투과한 청색광과 혼색되어 백색광이 된다.

이와 같이, 입사각에 의해 투과 또는 반사시키는 광학 플레이트(90)의 광학면(90a)은 빔 스플리터 플레이트(87)로부터 누출되는 적색광 및 녹색광의 성분을 유효 이용하기 때문에, 발광 다이오드(82)로부터 발광되는 광의 이용 효율을 향상시키는 것을 가능하게 한다.

광학 플레이트(90)의 광학면(90a)은 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 박막 형성법으로 형성된 유전체 다층막으로 이루어진다. 또한, 광학 플레이트(90)의 광 학면(90a)에는 반사 방지막(AR 코트)을 실시하고, 표면의 반사를 저하시켜 투과율을 높이도록 해도 좋다.

광학 플레이트(90)의 광출사면(90b)에는, 도10 및 도11에서 설명한 도광판(10)의 광입사면(11A 또는 11B)에 형성하는 확산 영역(5)을 마찬가지로 형성할 수 있다. 이 조명 장치(81)의 확산 영역은, 예를 들어 광출사면(90b)에 제1 프리즘 시트(91)와 제2 프리즘 시트(92)를 부착함으로써 형성되고, 혼색된 백색광을 도광판(10)의 면방향으로 확산시키는 확산 효과를 부여할 수 있다. 본 발명에서는, 이러한 시트류의 조합에 한정되는 것은 아니며, 상술한 확산 효과를 얻을 수 있으면 어떠한 시트를 단독 또는 조합하여 이용해도 좋다.

제1 프리즘 시트(91), 제2 프리즘 시트(93)로서는, 예를 들어 BEFF 시리즈(상품명 : 스미또모 3M사), RBEFF 시리즈(상품명 : 스미또모 3M사), DBEFF 시리즈(상품명 : 스미또모 3M사) 등의 휘도 상승 필름이 사용 가능하다.

빔 스플리터 플레이트(86)는 발광 다이오드(82R)에서 발광되고, 집광 렌즈(83), 광학 플레이트(84), 반사 미러(85)를 거쳐서 입사된 적색광을 파장 선택 투과면(86a) 및 파장 선택 투과 반사면(86b)에서 투과시킨다.

또한, 빔 스플리터 플레이트(86)는 발광 다이오드(82G)에서 발광되고, 집광 렌즈(83G) 및 광학 플레이트(84)를 거쳐서 입사된 녹색광을 파장 선택 투과 반사면(86b)에서 반사시킨다.

빔 스플리터 플레이트(87)는 발광 다이오드(82B)에서 발광되고, 집광 렌즈(83B) 및 광학 플레이트(84)를 거쳐서 입사된 청색광을 파장 선택 투과면(87a) 및 파장 선택 투과 반사면(87b)에서 투과시켜, 빔 스플리터 플레이트(86)에서 투과된 적색광 및 녹색광을 파장 선택 투과 반사면(87b)에서 반사시킴으로써 청색광, 적색광, 녹색광을 혼색한 백색광을 생성하여 출사한다.

이러한 조명 장치(81)에 있어서도, 도5a 및 도5b 내지 도8a 및 도8b를 이용하여 설명한 조명 장치(21)를 도광판(10)의 두께에 적합한 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 이용할 수 있다. 조명 장치(81)에 있어서는, 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)는 제1 프리즘 시트(91) 및 제2 프리즘 시트(92)가 부착된 광학 플레이트(90)의 광출사면(90b)의 후방단에 설치되게 된다.

이와 같이, 조명 장치(81)가 광학 소자(31, 32, 33 또는 34)를 구비함으로써 도광판(10)의 광출사면(12)으로부터 면발광되는 백색광의 정면 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 도14 내지 도18을 이용하여 설명한 조명 장치(61, 71, 81)와 도광판(10)을 이용하여 백라이트 유닛을 구성하는 경우, 조명 장치(21)를 도광판(10)에 대해 배치하는 도9, 도12, 도13 중 어느 쪽의 배치 레이아웃도 적용 가능하다. 이 때, 광입사면(11A) 및 광입사면(11B) 상에 형성하는 확산 영역(5), 반사 영역(6), 반사면(7)도 마찬가지로 형성 가능하므로 휘도 불균일이 억제되어 균일한 면발광을 가능하게 하고, 각 조명 장치가 구비하는 발광 다이오드에서 발광되는 광의 이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

이러한 조명 장치(21 61, 71 또는 81)를 이용하여 백라이트 유닛을 구성하고, 컬러 필터를 구비한 액정 표시 패널을 조명한 경우, CIE 색도도에 있어서의 NTSC(National Television System Committee) 방식의 색도 범위의 100 내지 120 ％ 정도를 재현할 수 있으므로, NTSC보다도 광역이 넓은 색 공간인 sYCC의 색 재현성 범위에 대응하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 도광판의 측면으로부터 광을 입사하는, 이른바 에지 라이트식 백라이트 유닛에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도광판을 확산판으로 하여 조명 장치를 바로 아래에 배치하는 직하형 백라이트 유닛에도 적용하는 것이 가능하다.

본 발명은, 도면을 참조하여 설명한 상술의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고 다양한 변경, 치환 또는 그 동등한 것을 행할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 발명에 관한 조명 장치는 백라이트 장치의 광원으로서 이용되고, 이 백라이트 장치는 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)의 광원으로서 이용된다.

Claims

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광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 상기 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판과, 상기 도광판의 상기 광입사면측에 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치를 구비하는 백라이트 장치이며,

상기 조명 장치는,

제1 원색광을 출사하는 제1 광원과,

제2 원색광을 출사하는 제2 광원과,

제3 원색광을 출사하는 제3 광원과,

상기 제1 광원으로부터 출사된 상기 제1 원색광과, 상기 제2 광원으로부터 출사된 상기 제2 원색광과, 상기 제3 광원으로부터 출사된 상기 제3 원색광을 각각 평행광으로 하는 각각의 광학 수단과,

상기 광학 수단을 거쳐서 출사된 상기 제1 원색광, 상기 제2 원색광 및 상기 제3 원색광을 각 원색광의 광학적 성질을 기초로 하여 선택적인 투과 및 반사시켜 백색광으로서 혼색하여 출사하는 혼색 수단을 포함하고,

상기 제1 광원, 상기 제2 광원 및 상기 제3 광원은 동일면 상에 배치되는,

백라이트 장치.
제33항에 있어서, 상기 조명 장치는, 상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 상기 혼색 수단에 의해 혼색된 상기 백색광을 입사할 때, 상기 혼색 수단으로부터 출사되는 상기 백색광이 모두 상기 도광판의 상기 광입사면에 입사되도록 상기 백색광을 도광하는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제33항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 광원, 상기 제2 광원, 상기 제3 광원은 각각 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제33항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 대향하는 한 쌍의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제36항에 있어서,

상기 도광판의 상기 대향하는 한 쌍의 상기 측면을 상기 광입사면으로 하는 경우에, 한쪽의 상기 광입사면측에 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치와, 다른 쪽의 상기 광입사면에 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치는, 각각이 구비하는 상기 백색광을 출사하는 백색광 출사면이 상기 도광판을 사이에 두고 대향하지 않고 2분의 1 피치 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제33항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 하나의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제33항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면 상에, 상기 조명 장치의 상기 혼색 수단에 의해 혼색된 상기 백색광의 지향성을 상기 도광판의 면방향으로 확산시키는 확산 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제39항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 도광판의 상기 광입사면 상에 확산 시트 및 프리즘 시트를 겹쳐 부착함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제39항에 있어서, 상기 광입사면 상의 상기 확산 영역이 마련된 부위 이외에, 상기 도광판 내를 도광하는 상기 백색광이 상기 도광판 밖으로 누출하지 않도록 도광판 내를 향해 반사시키는 반사 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제41항에 있어서, 상기 반사 영역은 상기 부위에 반사 시트를 부착함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 상기 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판과, 상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치를 구비하는 백라이트 장치이며,

상기 조명 장치는,

제1 원색광을 출사하는 제1 광원과,

제2 원색광을 출사하는 제2 광원과,

제3 원색광을 출사하는 제3 광원과,

상기 제1 광원으로부터 출사되는 상기 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와,

상기 제2 광원으로부터 출사되는 상기 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와,

상기 제3 광원으로부터 출사되는 상기 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와,

상기 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제1 원색광을 반사하는 제1 광반사면을 갖는 제1 삼각 프리즘과,

상기 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제2 원색광을 반사하는 제2 광반사면을 갖는 제2 삼각 프리즘과,

상기 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제3 원색광을 투과하고 상기 제1 삼각 프리즘이 갖는 상기 제1 광반사면에서 반사된 상기 제1 원색광을 반사하는 제1 파장 선택 투과 반사면과, 상기 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제3 원색광을 투과하고 상기 제2 삼각 프리즘이 갖는 상기 제2 광반사면에서 반사된 상기 제2 원색광을 반사하는 제2 파장 선택 투과 반사면을 X자 형상으로 배치하고, 상기 제1 원색광, 상기 제2 원색광, 상기 제3 원색광을 백색광으로 혼색하여 출사하는 다이크로익 프리즘을 포함하고,

상기 제1 광원, 상기 제2 광원 및 상기 제3 광원은 동일면 상에 배치되고,

상기 다이크로익 프리즘과 상기 제1 삼각 프리즘 및 상기 제2 삼각 프리즘은 각각 공기층을 사이에 두고 근방에 배치되는,

백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 조명 장치는, 상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 상기 다이크로익 프리즘에 의해 혼색된 상기 백색광을 입사할 때 상기 다이크로익 프리즘으로부터 출사되는 상기 백색광이 모두 상기 도광판의 상기 광입사면에 입사되도록 상기 백색광을 도광하는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 장 치.
제44항에 있어서, 상기 광학 소자는 상기 다이크로익 프리즘의 상기 백색광을 출사하는 출사면과 동일 형상이며, 상기 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대향하여 배치되어 적어도 한 변이 상기 도광판의 두께와 같은 길이가 되는 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 반사면을 갖는 광학 블록인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제44항에 있어서, 상기 광학 소자는 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 다이크로익 프리즘의 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 상기 도광판의 상기 광입사면으로 반사시키면서 도광하는 한 쌍의 반사 미러인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제44항에 있어서, 상기 광학 소자는 제1 광학 블록과 제2 광학 블록을 상기 도광판의 두께 방향으로 배열한 광학 블록이며,

상기 제1 광학 블록은 상기 다이크로익 프리즘의 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 제1 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대해 대향하여 배치되어 적어도 한 변의 길이가 상기 도광판의 두께 이하가 되는 제1 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제1 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 제1 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 제1 반사면을 갖고,

상기 제2 광학 블록은 상기 다이크로익 프리즘의 상기 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 제2 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대해 대향하여 배치되어 적어도 한 변의 길이가 상기 도광판의 두께 이하가 되는 제2 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제2 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 제2 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 제2 반사면을 갖고,

상기 제1 백색광 입사면과 상기 제2 백색광 입사면에 의해 형성되는 상기 광학 블록의 백색광 입사면은 상기 다이크로익 프리즘의 상기 출사면과 동일 형상이며, 상기 제1 백색광 출사면과 상기 제2 백색광 출사면은 상기 도광판의 상기 광입사면의 범위 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈는 각각 구면 또는 비구면의 집광 렌즈인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈는 각각 광입사면측에 프레넬 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하 는 백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 광원, 상기 제2 광원, 상기 제3 광원은 각각 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 대향하는 한 쌍의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제51항에 있어서,

상기 도광판의 상기 대향하는 한 쌍의 상기 측면을 상기 광입사면으로 하는 경우에, 한쪽의 상기 광입사면에 대해 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치와, 다른 쪽의 상기 광입사면에 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치는, 각각이 구비하는 상기 백색광을 출사하는 백색광 출사면이 상기 도광판을 사이에 두고 대향하지 않고 2분의 1 피치 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 상기 도광판 중 하나의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제43항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면 상에, 상기 조명 장치의 상 기 혼색 수단에 의해 혼색된 상기 백색광의 지향성을 상기 도광판의 면방향으로 확산시키는 확산 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제54항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 도광판의 상기 광입사면 상에 확산 시트 및 프리즘 시트를 겹쳐 부착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제54항에 있어서, 상기 광입사면 상의 상기 확산 영역이 마련된 부위 이외에, 상기 도광판 내를 도광하는 상기 백색광이 상기 도광판 밖으로 누출하지 않도록 도광판 내를 향해 반사시키는 반사 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제56항에 있어서, 상기 반사 영역은 상기 부위에 반사 시트를 부착함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 상기 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판과,상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치를 구비하는 백라이트 장치이며,

상기 조명 장치는,

제1 원색광을 출사하는 제1 광원과,

제2 원색광을 출사하는 제2 광원과,

제3 원색광을 출사하는 제3 광원과,

상기 제3 원색광을 출사하는 제4 광원과,

상기 제1 광원으로부터 출사되는 상기 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와,

상기 제2 광원으로부터 출사되는 상기 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와,

상기 제3 광원으로부터 출사되는 상기 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와,

상기 제4 광원으로부터 출사되는 상기 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제4 렌즈와,

상기 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제1 원색광을 반사하는 제1 광반사면을 갖는 제1 삼각 프리즘과,

상기 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제2 원색광을 반사하는 제2 광반사면을 갖는 제2 삼각 프리즘과,

상기 제1 광반사면에서 반사된 상기 제1 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하여 상기 제1 진동면에 수직인 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하고 상기 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제3 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제1 투과 반사면과, 상기 제1 원색광을 투과하고 상기 제2 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 상기 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제3 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제2 투과 반사면을 X자 형상으로 배치한 제1 빔 스플리터 프리즘과,

상기 제2 광반사면에서 반사된 상기 제2 원색광의 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하여 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하고 상기 제4 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제3 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제3 투과 반사면과, 상기 제2 원색광을 투과하고 상기 제1 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광을 반사하고 상기 제4 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제3 원색광의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 투과하는 제4 투과 반사면을 X자 형상으로 배치한 제2 빔 스플리터 프리즘과,

상기 제1 빔 스플리터 프리즘과 상기 제2 빔 스플리터 프리즘 사이에 배치되고, 상기 제1 투과 반사면에서 투과된 상기 제1 원색광의 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광으로 변환하고, 상기 제3 투과 반사면에서 투과된 상기 제2 원색광의 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광으로 변환하는 파장판을 포함하고,

상기 제1 광원, 상기 제2 광원 및 상기 제3 광원은 동일면 상에 배치되고,

상기 제1 빔 스플리터 프리즘과 상기 제1 삼각 프리즘을 공기층을 사이에 두고 근방에 배치하고, 상기 제2 빔 스플리터 프리즘과 상기 제2 삼각 프리즘을 공기층을 사이에 두고 근방에 배치하고, 상기 제1 빔 스플리터 프리즘과 상기 제2 빔 스플리터 프리즘을 상기 파장판 및 공기층 사이에 두고 근방에 배치하고,

상기 제1 빔 스플리터 프리즘이 상기 제1 원색광, 상기 제2 원색광, 각각의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과, 상기 제3 원색광의 상기 제1 진동면 및 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 백색광으로 혼색하여 출사하고,

상기 제2 빔 스플리터 프리즘이 상기 제1 원색광, 상기 제2 원색광, 각각의 상기 제1 진동면에서 진동하는 직선 편광과, 상기 제3 원색광의 상기 제1 진동면 및 상기 제2 진동면에서 진동하는 직선 편광을 백색광으로 혼색하여 출사하는,

백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 조명 장치는 상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘에 의해 혼색된 상기 백색광을 입사할 때 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘으로부터 출사되는 상기 백색광이, 모두 상기 도광판의 상기 광입사면에 입사되도록 상기 백색광을 도광하는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제59항에 있어서, 상기 광학 소자는 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘의 상기 백색광을 출사하는 출사면과 동일 형상이며, 상기 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대향하여 배치되어 적어도 한 변이 상기 도광판의 두께와 같은 길이가 되는 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 백색광 출사면으로 전반사시키 면서 도광하는 한 쌍의 반사면을 갖는 광학 블록인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제59항에 있어서, 상기 광학 소자는 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘의 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 상기 도광판의 상기 광입사면으로 반사시키면서 도광하는 한 쌍의 반사 미러인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제59항에 있어서, 상기 광학 소자는 제1 광학 블록과 제2 광학 블록을 상기 도광판의 두께 방향으로 배열한 광학 블록이며,

상기 제1 광학 블록은 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘의 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 제1 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대해 대향하여 배치되어 적어도 한 변의 길이가 상기 도광판의 두께 이하가 되는 제1 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제1 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 제1 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 제1 반사면을 갖고,

상기 제2 광학 블록은 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘의 상기 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 제2 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대해 대향하여 배치되어 적어도 한 변의 길이가 상기 도광판의 두께 이하가 되는 제2 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제2 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 제2 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 제2 반사면을 갖고,

상기 제1 백색광 입사면과 상기 제2 백색광 입사면에 의해 형성되는 상기 광학 블록의 백색광 입사면은 상기 제1 빔 스플리터 프리즘 및 상기 제2 빔 스플리터 프리즘의 상기 출사면과 동일 형상이며, 상기 제1 백색광 출사면과 상기 제2 백색광 출사면은 상기 도광판의 상기 광입사면의 범위 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈는 각각 구면 또는 비구면의 집광 렌즈인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈는 각각 광입사면측에 프레넬 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 광원, 상기 제2 광원, 상기 제3 광원은 각각 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 대향하는 한 쌍의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제66항에 있어서,

상기 도광판의 상기 대향하는 한 쌍의 상기 측면을 상기 광입사면으로 하는 경우에, 한쪽의 상기 광입사면에 대해 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치와, 다른 쪽의 상기 광입사면에 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치는 각각이 구비하는 상기 백색광을 출사하는 백색광 출사면이 상기 도광판을 사이에 두고 대향하지 않고 2분의 1 피치 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 상기 도광판 중 하나의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제58항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면 상에, 상기 조명 장치의 상기 혼색 수단에 의해 혼색된 상기 백색광의 지향성을 상기 도광판의 면방향으로 확산시키는 확산 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제69항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 도광판의 상기 광입사면 상에 확산 시트 및 프리즘 시트를 겹쳐 부착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제69항에 있어서, 상기 광입사면 상의 상기 확산 영역이 마련된 부위 이외에, 상기 도광판 내를 도광하는 상기 백색광이 상기 도광판 밖으로 누출하지 않도록 도광판 내를 향해 반사시키는 반사 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제71항에 있어서, 상기 반사 영역은 상기 부위에 반사 시트를 부착함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
광입사면으로부터 입사된 광을 한쪽 주면인 광출사면 및 다른 쪽 주면인 광반사면에서 전반사하여 도광하고, 상기 광출사면으로부터 면발광시키는 도광판과,상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치를 구비하는 백라이트 장치이며,

상기 조명 장치는,

제1 원색광을 출사하는 제1 광원과,

2 원색광을 출사하는 제2 광원과,

3 원색광을 출사하는 제3 광원과,

상기 제1 광원으로부터 출사되는 상기 제1 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제1 렌즈와,

상기 제2 광원으로부터 출사되는 상기 제2 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제2 렌즈와,

상기 제3 광원으로부터 출사되는 상기 제3 원색광에 포함되는 발산광을 굴절시켜 평행광으로 하는 제3 렌즈와,

상기 제1 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제1 원색광을 반사하는 광반사면을 갖는 제1 반사판과,

상기 제1 반사판이 갖는 상기 광반사면에서 반사된 상기 제1 원색광을 투과하고, 상기 제2 렌즈를 거쳐서 출사되는 상기 제2 원색광을 반사하는 제1 파장 선택 투과 반사면을 갖는 제1 빔 스플리터 플레이트와,

상기 제3 렌즈를 거쳐서 출사되는 제3 원색광을 투과하고, 상기 제1 빔 스플리터 플레이트를 거쳐서 출사되는 상기 제1 원색광 및 상기 제2 원색광을 반사하는 제2 파장 선택 투과 반사면을 갖고, 상기 제1 원색광, 상기 제2 원색광, 상기 제3 원색광을 백색광으로 혼색하는 제2 빔 스플리터 플레이트와,

소정의 입사각 이상의 각도로 입사한 광을 반사하고 상기 입사각 이내로 입사한 광을 투과하는 입사각 의존성을 나타내는 각도 선택 투과 반사면을 갖고, 상기 제2 빔 스플리터 플레이트의 후방단에, 상기 제3 렌즈, 상기 제2 빔 스플리터 플레이트가 형성하는 광축을 통과하도록 배치되어 상기 제2 빔 스플리터 플레이트에서 혼색된 상기 백색광을 출사하는 광학 플레이트를 포함하고,

상기 제1 광원, 상기 제2 광원 및 상기 제3 광원은 동일면 상에 배치되는,

백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치는, 상기 도광판의 상기 광입사면에 대해 상기 제2 빔 스플리터 플레이트에 의해 혼색되고 상기 광학 플레이트로부터 출사된 상기 백색광을 입사할 때, 상기 광학 플레이트로부터 출사되는 상기 백색광이 모두 상기 도광판의 상기 광입사면에 입사되도록 상기 백색광을 도광하는 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제74항에 있어서, 상기 광학 소자는 상기 광학 플레이트의 상기 백색광을 출사하는 출사면과 동일 형상이며, 상기 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대향하여 배치되어 적어도 한 변이 상기 도광판의 두께와 같은 길이가 되는 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 반사면을 갖는 광학 블록인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제74항에 있어서, 상기 광학 소자는 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 광학 플레이트의 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 상기 도광판의 상기 광입사면으로 반사시키면서 도광하는 한 쌍의 반사 미러인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제74항에 있어서, 상기 광학 소자는 제1 광학 블록과 제2 광학 블록을 상기 도광판의 두께 방향으로 배열한 광학 블록이며,

상기 제1 광학 블록은 상기 광학 플레이트의 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 제1 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대해 대향하여 배치되어 적어도 한 변의 길이가 상기 도광판의 두께 이하가 되는 제1 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제1 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 제1 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 제1 반사면을 갖고,

상기 제2 광학 블록은 상기 광학 플레이트의 상기 출사면으로부터 출사된 상기 백색광을 입사하는 제2 백색광 입사면과, 상기 백색광 입사면에 대해 대향하여 배치되어 적어도 한 변의 길이가 상기 도광판의 두께 이하가 되는 제2 백색광 출사면과, 소정의 경사를 갖고 상기 도광판의 두께 방향에 배치되어 상기 제2 백색광 입사면으로부터 입사된 상기 백색광을 상기 제2 백색광 출사면으로 전반사시키면서 도광하는 한 쌍의 제2 반사면을 갖고,

상기 제1 백색광 입사면과 상기 제2 백색광 입사면에 의해 형성되는 상기 광학 블록의 백색광 입사면은 상기 광학 플레이트의 상기 출사면과 동일 형상이며, 상기 제1 백색광 출사면과 상기 제2 백색광 출사면은 상기 도광판의 상기 광입사면의 범위 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈는 각각 구면 또는 비구면의 집광 렌즈인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상 기 제3 렌즈는 각각 광입사면측에 프레넬 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치는 상기 제1 빔 스플리터 플레이트에 입사되지 않은 상기 제1 원색광을 상기 제1 빔 스플리터 플레이트에 입사하는 방향으로 반사하는 제2 반사판과, 상기 제2 빔 스플리터 플레이트에 입사되지 않은 상기 제1 원색광을 상기 제2 빔 스플리터 플레이트에 입사하는 방향으로 반사하는 제3 반사판을 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제80항에 있어서, 상기 제2 반사판은 상기 도광판 내를 도광하는 상기 백색광을 상기 도광판 밖으로 누출하지 않도록 도광판 내를 향해 반사하는 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 광원, 상기 제2 광원, 상기 제3 광원은 각각 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 대향하는 한 쌍의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제83항에 있어서,

상기 도광판의 상기 대향하는 한 쌍의 상기 측면을 상기 광입사면으로 하는 경우에, 한쪽의 상기 광입사면에 대해 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치와, 다른 쪽의 상기 광입사면에 상기 소정의 피치로 이격되어 배치된 복수의 조명 장치는 각각이 구비하는 상기 백색광을 출사하는 백색광 출사면이 상기 도광판을 사이에 두고 대향하지 않고 2분의 1 피치 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면은 상기 도광판 중 하나의 측면인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 도광판의 상기 광입사면 상에, 상기 조명 장치의 상기 제2 빔 스플리터에 의해 혼색된 상기 백색광의 지향성을 상기 도광판의 면방향으로 확산시키는 확산 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제86항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 도광판의 상기 광입사면 상에 확산 시트 및 프리즘 시트를 겹쳐 부착함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제86항에 있어서, 상기 광입사면 상의 상기 확산 영역이 마련된 부위 이외에, 상기 도광판 내를 도광하는 상기 백색광이 상기 도광판 밖으로 누출하지 않도 록 도광판 내를 향해 반사시키는 반사 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제88항에 있어서, 상기 반사 영역은 상기 부위에 반사 시트를 부착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 광학 플레이트의 상기 백색광을 출사하는 출사면 상에, 상기 제2 빔 스플리터에 의해 혼색된 상기 백색광의 지향성을 상기 도광판의 면방향으로 확산시키는 확산 영역을 마련하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제90항에 있어서, 상기 확산 영역은 상기 광학 플레이트의 상기 백색광을 출사하는 출사면 상에 프리즘 시트를 부착함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
제73항에 있어서, 상기 조명 장치가 갖는 상기 제1 반사판은 반사막을 증착함으로써 상기 제1 원색광을 반사하는 상기 광반사면이 형성된 필름인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.