KR101161435B1

KR101161435B1 - 조명장치

Info

Publication number: KR101161435B1
Application number: KR1020090130253A
Authority: KR
Inventors: 이상흠; 히토무 와타나베; 아츠시 사토; 타카시 타카기
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2012-07-02
Also published as: JP2010153256A; JP5322630B2; KR20100075758A

Abstract

본 발명은 선형상 광원의 상이 들여다보이는 주기적인 휘도 불균일의 발생을 범용성을 가진 구조에 의해서 개선할 수 있는 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 조명장치(10)는, 병렬 배치된 복수의 선형상 광원(30); 반사판(40); 상기 선형상 광원 및 반사판으로부터의 광을 확산시키는 확산판(50); 제1광경로 변경부(60); 및 제2광경로 변경부(70)를 포함한다. 제1광경로 변경부는, 선형상 광원을 향해서 돌출하는 프리즘부(61)가 설치되어, 선형상 광원 및 반사판으로부터의 광의 경로를 변경한다. 제2광경로 변경부(70)는, 출사면에 렌즈부(71)가 설치되어, 확산판을 투과한 광의 경로를 변경한다. 프리즘부는, 프리즘 꼭지각(α)이 55° 내지 75°이다. 렌즈부에 의해서, 선형상 광원에 대향하는 영역(Wa)에 있어서는 투과해온 광의 일부를 확산판 쪽으로 전반사시키고, 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역(Wb)에 있어서는 투과해 온 광을 정면방향으로 출사한다.

조명장치, 선형상 광원, 반사판, 확산판, 프리즘부, 광경로 변경부

Description

조명장치{ILLUMINATION APPARATUS}

본 발명은 조명장치, 더욱 상세하게는, 직하형(直下型) 액정표시장치에 이용되는 조명장치에 관한 것이다.

직하형 액정표시장치에 이용되는 조명장치에는, 일반적으로, 병렬 배치된 복수의 선형상 광원과, 반사판과, 선형상 광원 및 반사판으로부터의 광을 확산시키는 확산판을 구비한 조명장치가 이용되고 있다. 액정표시장치의 초박형화를 위해서, 조명장치의 두께 방향의 선형상 광원과 확산판이나 액정 패널과의 사이의 거리를 짧게 하는 것이 요청되고 있다. 또한, 비용의 저감을 위해서, 복수의 선형상 광원을 배치하는 간격, 즉, 피치(pitch)를 크게 해서, 사용 개수를 삭감하는 것이 요청되고 있다. 이들 초박형화 및 선형상 광원의 배치 피치가 커짐에 따라서, 확산판에 의한 확산만으로는 선형상 광원의 상이 들여다보여, 주기적인 휘도 불균일이 생기는 문제점이 현저해지고 있다.

그러한 휘도 불균일을 억제하기 위해서, 확산판 중 선형상 광원에 대향하는 영역에, 선형상 광원을 향해서 돌출하는 프리즘부를 설치한 조명장치가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본국 공개특허 제2004-127680호 공보.

특허문헌 1에 기재된 조명장치는, 선형상 광원의 바로 위에 프리즘부를 배치함으로써 선형상 광원의 바로 위의 휘도가 강해지는 것을 방지하여, 휘도 불균일을 억제하고 있다. 이 때문에, 선형상 광원과 프리즘부와의 위치 관계를 엄밀하게 행하지 않으면 안되고, 프리즘부를 구비하는 확산판 등의 광제어부재의 제작이나, 액정표시장치에 조명장치를 부착할 때의 광제어부재와 선형상 광원과의 위치맞춤 등이 번잡하다. 또, 선형상 광원의 배치 조건(예를 들어, 배치 간격 등)과 합치하는 광제어부재를 제작하지 않으면 안되므로, 광제어부재의 범용성이 결여되어, 광제어부재의 제작 비용의 증가, 나아가서는 조명장치의 제작 비용의 증가를 초래하는 요인이 될 수 있다.

선형상 광원의 배치 조건에 합치시킬 경우에 있어서도, 그 전제로서, 휘도 불균일을 억제하기 위한 구성을 범용성을 갖게 설정해두면, 제작이나 위치맞춤의 번잡함을 개선하는 것이 가능하다.

본 발명의 목적은, 선형상 광원의 상이 들여다보이는 주기적인 휘도 불균일의 발생을 범용성을 가진 구조에 의해서 개선할 수 있는 조명장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 병렬 배치된 복수의 선형상 광원과, 반사 판과, 상기 선형상 광원 및 상기 반사판으로부터의 광을 확산시키는 확산판을 구비한 조명장치로서, 상기 선형상 광원과 상기 확산판 사이에 배치되고, 상기 선형상 광원을 향해서 돌출하는 프리즘부가 설치되어, 상기 선형상 광원 및 상기 반사판으로부터의 광의 경로를 변경하는 제1광경로 변경부와, 상기 확산판을 사이에 두고 상기 선형상 광원과는 반대쪽에 배치되고, 출사면에 렌즈부가 설치되어, 상기 확산판을 투과한 광의 경로를 변경하는 제2광경로 변경부를 포함하며, 상기 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부는, 프리즘 꼭지각(頂角)이 55° 내지 75°이고, 상기 제2광경로 변경부에 있어서의 렌즈부에 의해서, 상기 선형상 광원에 대향하는 영역에 있어서는 투과해온 광의 일부를 상기 확산판 쪽으로 전반사시키며, 상기 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역에 있어서는 투과해온 광을 정면방향으로 출사하도록 이루어진 조명장치이다.

본 발명에 의하면, 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부 및 제2광경로 변경부에 있어서의 렌즈부에 의해서, 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역에 있어서도 휘도의 저하를 억제하면서, 선형상 광원의 상이 들여다보이는 주기적인 휘도 불균일의 발생을 개선할 수 있다.

또, 제1 및 제2광경로 변경부는, 선형상 광원의 배치 조건 등에 맞춰서 형상이나 부착 위치를 엄밀하게 변경하는 것은 아니기 때문에, 제1 및 제2광경로 변경부를 범용적으로 적용할 수 있다. 따라서, 휘도 불균일의 발생을 범용성을 가진 구조에 의해서 개선할 수 있고, 제1 및 제2광경로 변경부의 제작 비용의 증가를 억제하며, 게다가, 조명장치의 제작 비용의 증가를 억제하는 것도 가능하다.

또한, 선형상 광원의 배치 조건 등과 합치시킬 경우에 있어서도, 그 전제로서, 휘도 불균일을 억제하기 위한 구성을 범용성을 갖게 설정하고 있으므로, 합치시키기 위한 부재의 위치맞춤 정밀도를 느슨하게 설정할 수 있기 때문에, 합치시키기 위한 부재의 제작이 번잡해지지 않아 제작 비용의 증가를 억제할 수 있고, 위치맞춤의 번잡함도 저감할 수 있다.

이하, 도면을 참조해서, 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치(10)를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 2(A)는 제1 및 제2광경로 변경부(60), (70)를 구비하는 실시예에 따른 광선의 궤적을 설명하기 위한 도면이며, 도 2(B)는 제2광경로 변경부(70)를 설치하지 않은 경우의 광선의 궤적을 설명하기 위한 도면이고, 도 3(A) 내지 도 3(D)는 프리즘부(61)의 프리즘 꼭지각(α)의 각도 범위의 설명에 제공하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2(A)를 참조해서, 조명장치(10)는, LCD 패널(20)의 배면에 배치되어서 LCD 패널(20)을 조명하기 위하여 이용된다. 조명장치(10)는, 개략적으로 설명하면, 병렬 배치된 복수의 선형상 광원(30)과, 반사판(40)과, 상기 선형상 광원(30) 및 반사판(40)으로부터의 광을 확산시키는 확산판(50)과, 제1광경로 변경부(60)와, 제2광경로 변경부(70)를 구비하고 있다. 제1광경로 변경부(60)는, 선형 상 광원(30)과 확산판(50) 사이에 배치되고, 선형상 광원(30)을 향해서 돌출하는 프리즘부(61)가 설치되어서, 선형상 광원(30) 및 반사판(40)으로부터의 광의 경로를 변경한다(도 2(A)의 부호 (L1) 참조). 제2광경로 변경부(70)는, 확산판(50)을 사이에 두고 선형상 광원(30)과는 반대쪽에 배치되고, 출사면에 렌즈부(71)가 설치되어, 확산판(50)을 투과한 광의 경로를 변경한다(도 2(A)의 부호 (L2), (L4) 참조). 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61)는, 프리즘 꼭지각(α)이 55° 내지 75°이다. 또, 제2광경로 변경부(70)에 있어서의 렌즈부(71)에 의해서, 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에 있어서는 투과해온 광의 일부를 확산판(50) 쪽으로 전반사시키고(도 2(A)의 부호 (L3) 참조), 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)에 있어서는 투과해온 광을 정면방향으로 출사시킨다(도 2(A)의 부호 (L4) 참조). 또한, 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)과 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)과의 경계의 위치는, 선형상 광원(30) 및 반사판(40)으로부터의 광이 각종 방향으로 향하고 있으므로, 엄밀하게 특정할 수 있는 것은 아니며, 복수의 선형상 광원(30)의 배치 간격이나, 선형상 광원(30)과 제1광경로 변경부(60) 사이의 거리 등에 의해서 변동될 수 있다. 단, 본 발명은, 선형상 광원(30)의 상이 들여다보이는 주기적인 휘도 불균일의 발생을 개선하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 이러한 목적으로부터, 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa) 및 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)은, 대조가 되는 조명장치(10)의 사양에 따라서, 자연스럽게 정해지게 된다. 이하, 상세히 설명한다.

선형상 광원(30)은, 냉음극선관(CCFL) 외에, 점형상의 LED를 선형상으로 배 열한 광원도 포함한다. 반사판(40)은 선형상 광원(30)으로부터 출사된 광을 제1광경로 변경부(60)를 향해서 반사시킨다. 제1광경로 변경부(60) 등에 의해서 반사된 광도, 반사판(40)에 의해서 재차 반사된다. 확산판(50)은 수지 기재에 광확산재를 함유해서 형성되어 있다.

제1광경로 변경부(60)는, 예를 들어, 프리즘 시트를 투명 점착 필름에 의해서 확산판(50)에 붙여서 구성되어 있다. 프리즘 시트는, 공지된 바와 같이, 예를 들어, 자외선 경화성 수지(UV 수지)로 형성되어 있다. 프리즘부(61)는, 선형상 광원(30)을 향해서, 도 1에 있어서는, 아래쪽을 향해서 돌출하고 있다. 프리즘부(61)의 높이 및 피치는 적절하게 선택할 수 있지만, 예를 들어, 높이는 50㎛ 정도, 피치도 50㎛ 정도이다. 확산판(50) 및 프리즘 시트는, 도면에 나타낸 바와 같이, 일체화시켜도 되고, 별개의 시트인 채로 있어도 된다. 프리즘부(61)는 선형상 광원(30)의 길이 방향으로 평행하게 뻗어 있다.

제2광경로 변경부(70)는, 예를 들어, 상기 프리즘 시트와 동일한 재료를 사용한 렌티큘러 렌즈 시트(lenticular lens sheet), 마이크로렌즈 어레이 시트로 구성되어 있다. 렌즈부(71)를 구성하는 렌티큘러 렌즈의 피치 혹은 마이크로렌즈의 직경은, 예를 들어, 30～150㎛ 정도로, LCD 패널의 화소와의 사이에 모아레(moire)가 생기지 않도록 적절하게 선택된다. 렌즈부(71)는 선형상 광원(30)의 길이 방향으로 평행하게 뻗어 있다.

도 3을 참조해서, 프리즘부(61)의 프리즘 꼭지각(α)의 각도 범위에 대해서 설명한다. 정면방향으로 출사하는 광의 입사각도를 고려하기 위해서, 역방향으로 부터 수직으로 광을 입사시켜 가면, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 프리즘 꼭지각(α)이 90°일 때에는, 광이 2회 전반사되어 입사 쪽으로 되돌아가 버리기 때문에, 프리즘부(61) 쪽으로부터 입사해서 수직으로 출사하는 광은 없다. 도 3(C)에 나타낸 바와 같이, 프리즘 꼭지각(α)이 80°일 때에는, 프리즘부(61)의 굴절률이 일반적인 광학용 플라스틱(1.49～1.6)에 있어서는, 광원 쪽에 출사는 하지만, 출사 광선의 방향이 출사점으로부터 광원과는 반대쪽이 되어, 역시, 프리즘 쪽으로부터 입사해서 수직으로 출사하는 광은 없다. 역방향으로부터 수직으로 입사된 광선이, 수평으로 출사하는 프리즘의 각도를 계산한 바, n = 1.5일 때에는, 76.2°, n = 1.6일 때에는 74.8°이다. 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 프리즘 꼭지각(α)이 60°일 때에는, 전반사 후의 제2면(도면 중 오른쪽의 면)에 수직입사하므로, 출사 광선의 시트면에 대한 출사 광선의 각도는 60°이다. 프리즘 꼭지각(α)이, 그것보다도 협각으로 되면, 제2면에서의 굴절의 방향이 두께 방향으로 되므로, 넓은 범위의 광을 수직으로 솟아오르게 하는 작용이 약해진다. 상기의 고찰 및 후술하는 실시예의 결과에 의거해서, 프리즘 꼭지각(α)은, 60°보다 다소 협각인 55° 내지 75°의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 프리즘 꼭지각(α)은 60° 내지 70°이다.

도 2(A)를 참조해서, 제1 및 제2광경로 변경부(60), (70)를 구비하는 실시예의 조명장치(10)에 의하면, 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)에 있어서는, 선형상 광원(30)의 광이, 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 도면 중 아래를 향한 프리즘부(61)에 의해서 전반사되어 관찰 쪽으로 지향하기 때문에, 선형상 광 원(30)의 상이 넓은 범위에서 관찰된다((L1) 참조). 또, 제2광경로 변경부(70)에 있어서의 렌즈부(71)에 수직으로 가까운 각도로 입사하기 때문에, 효율적으로 투과하여, 정면방향을 향해서 출사한다((L4) 참조). 한편, 선형상 광원(30)의 바로 윗부분, 즉, 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에 있어서는, 선형상 광원(30)의 광이 프리즘부(61)에 의해서, 좌우로 2분할되어((L1) 참조), 렌즈부(71)에 40도 내지 50°의 각도로 입사한다. 일부의 광은, 렌즈부(71)의 작용에 의해서, 입사 시보다 작은 각도로 출사하지만((L2) 참조), 일부의 광은, 렌즈면에서 전반사되어 확산판(50) 쪽으로 되돌아온다((L3) 참조). 그 결과, 확산판(50) 단독에 비교해서, 선형상 광원(30)의 상이 들여다보이는 주기적인 휘도 불균일의 발생을 억제할 수 있다.

제1광경로 변경부(60)는, 내부 전반사를 이용해서, 선형상 광원(30)의 광선의 방향을 넓은 범위에서 관찰 방향으로 지향시키는 프리즘 요소를 배열한 시트이므로, 렌티큘러 렌즈 등의 굴절을 사용한 것보다도 큰 굴절력을 지니며, 선형상 광원(30)과 선형상 광원(30)과의 중간점(영역(Wb))에 있어서도 휘도의 저하를 억제할 수 있다.

도 2(B)는 제2광경로 변경부(70)를 설치하지 않은 경우의, 선형상 광원(30)의 바로 윗부분, 즉, 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에 있어서의, 광선의 궤적을 나타내고 있다. 이 경우에는, 렌즈부(71)의 작용이 얻어지지 않으므로, 40° 내지 50°로부터 관찰했을 경우에, 강한 휘도 불균일이 관찰된다. 따라서, 제2광경로 변경부(70)를 설치함으로써, 40° 내지 50°로부터 관찰했을 경우의 휘도 불 균일의 발생을 억제할 수 있다.

제1 및 제2광경로 변경부(60), (70)는, 선형상 광원(30)의 배치 조건(예를 들어, 배치 간격 등)에 맞춰서 형상이나 부착 위치를 엄밀하게 변경하는 것은 아니다. 이 때문에, 조명해야 할 LCD 패널(20) 쪽의 요구에 따라서 선형상 광원(30)의 배치 조건이 변경되었을 경우더라도, 제1 및 제2광경로 변경부(60), (70)를 범용적으로 적용할 수 있다. 따라서, 휘도 불균일의 발생을 범용성을 가진 구조에 의해서 개선할 수 있고, 제1 및 제2광경로 변경부(60), (70)의 제작 비용의 증가를 억제하며, 게다가, 조명장치(10)의 제작 비용의 증가를 억제할 수 있다.

도 4는 제2광경로 변경부(70)의 배면 중 렌즈부(71)의 경계에 대응하는 부위에 반사층(72)을 설치한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다.

전술한 바와 같이, 제2광경로 변경부(70)를 설치하지 않고, 프리즘부(61)를 구비한 제1광경로 변경부(60)만의 경우에는, 비스듬하게 관찰했을 경우에, 휘도 불균일이 관찰되어버린다. 이 각도는, 예를 들어, 프리즘 꼭지각(α)이 60°인 경우에 약 40°이다. 따라서, 수직입사하는 광보다도 약 40°이상의 각도로 입사하는 광을 많이 반사 또는 산란시켜, 확산판(50) 쪽으로 돌려보내 버리는 바와 같은 광학요소와 조합시키는 것이 바람직하다. 이러한 광학요소로서는, 예를 들어, 렌즈 쪽이 출광 쪽을 향하는, 렌티큘러 렌즈 시트, 마이크로렌즈 어레이 시트를 들 수 있다.

도 1에 나타낸 제2광경로 변경부(70)의 배면은 평탄면이지만, 도 4에 나타낸 바와 같이 제2광경로 변경부(70)의 배면(비렌즈부 쪽) 중 렌즈부(71)의 경계에 대 응하는 부위에 반사층(72)을 추가로 형성해도 된다. 반사층(72)에 어느 정도의 두께(폭의 1/10 내지 1/3)를 갖게 함으로써, 비스듬한 광이 더한층 차광되기 쉬워져, 비스듬하게 관찰했을 경우의 휘도 불균일을 해소할 수 있기 때문이다.

도 5(A) 및 도 5(B)는 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61)의 선단 형상을 변화시킨 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 5(C)는 이웃하는 프리즘부(61)끼리를 간극부를 사이에 두고 배치한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다.

제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61)의 선단부를 평탄면(62a)으로 형성해서 평탄화하거나(도 5(A)), 곡면(62b)으로 형성해서 둥글게 하거나 해도 된다(도 5(B)). 또, 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 이웃하는 프리즘부(61)끼리를 간극부(63a)를 사이에 두고 배치하여, 프리즘부(61)끼리의 사이에 평탄부(63b)를 형성해도 된다(도 5(C)).

이와 같이 구성함으로써, 부호 (L5a)에 의해서 나타낸 광이나, 부호 (L5b)에 의해서 나타낸 광 때문에, 비스듬하게 관찰했을 때의 요소누락이나, 정면에서 관찰했을 때의, 선형상 광원(30)의 바로 윗부분의 광의 간극도 경감된다. 평탄면(62a)이나 곡면(62b)의 폭은, 프리즘의 폭의 1/6 내지 1/3이 바람직하다. 간극부(63a)에는 렌티큘러 렌즈를 넣어도 된다.

도 6은 광을 반사하는 백색 페인트(51)를 확산판(50)의 출사 쪽에 형성한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다.

확산판(50)으로부터 비스듬히 출사되는 광을 완화하기 위해서, 확산판(50)의 출사 쪽에 형성되어 투과해온 광을 반사하는 백색 페인트(51)를, 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에 있어서는, 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)에 비해서 조밀하게 형성하면 된다. 백색 페인트(51)는, 백색 점 혹은 백색 줄무늬의 형상을 지니며, 인쇄에 의해서 형성된다. 백색 페인트(51)의 밀도는, 단위 면적당의 백색의 면적이며, 「조밀하게 형성하는」이란, 단위 면적당의 백색의 면적을 크게 하는 것을 가리킨다.

백색 페인트(51)를 형성함에 있어서, 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61) 및 제2광경로 변경부(70)에 있어서의 렌즈부(71)의 작용에 의해서, 이미 상당히 선형상 광원(30)의 휘도 불균일이 저감되어 있다. 이 때문에, 프리즘부(61)를 지니고 있지 않은 확산판(50)에 단지 백색 페인트(51)를 형성한 것에 비해서, 백색 페인트(51)의 농도 혹은 밀도가 작고, 선형상 광원(30)의 바로 윗부분과 중간부와의 백색의 농도(밀도)의 차이가 작다. 따라서, 선형상 광원(30)과 백색의 인쇄 패턴과의 위치맞춤 정밀도를 느슨하게 설정할 수 있다.

이와 같이, 선형상 광원(30)의 배치 조건에 합치시킬 경우에 있어서도, 그 전제로서, 휘도 불균일을 억제하기 위한 구성을 범용성을 갖게 해서 설정하고 있으므로, 확산판(50)의 제작이 번잡해지지 않아 제작 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또, 확산판(50)의 위치맞춤의 번잡함을 저감 또는 초래하는 일이 없다.

도 7은 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61)의 일부를 렌티큘러 렌즈(64)로 한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 제1광경로 변경부(60)의 선형상 광원(30)에 대향 하는 영역(Wa)에는, 프리즘부(61) 대신에, 렌티큘러 렌즈(64)를 배치해도 된다. 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)에는, 프리즘부(61)를 그대로 배치하고 있다.

이와 같이 구성함으로써, 비스듬하게 관찰했을 때의 요소누락이나, 정면으로부터 관찰했을 때의, 선형상 광원(30)의 바로 윗부분의 광의 간극도 경감된다.

이 경우에도, 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61) 및 제2광경로 변경부(70)에 있어서의 렌즈부(71)의 작용에 의해서, 이미 상당히 선형상 광원(30)의 휘도 불균일이 저감되어 있으므로, 선형상 광원(30)과 렌티큘러 렌즈(64)와의 위치맞춤 정밀도를 느슨하게 설정할 수 있다. 선형상 광원(30)의 배치 조건에 합치시킬 경우에 있어서도, 그 전제로서, 휘도 불균일을 억제하기 위한 구성을 범용성을 갖게 해서 설정하고 있으므로, 렌티큘러 렌즈(64)를 배치하는 제1광경로 변경부(60)의 제작이 번잡해지지 않아 제작 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 제1광경로 변경부(60)의 위치맞춤의 번잡함도 초래하는 일이 없다.

도 8은 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61)의 일부(프리즘부(65))의 프리즘 꼭지각(α')을 변화시킨 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 9(A) 및 도 9(B)는 작게 한 프리즘 꼭지각(α')의 설명에 제공하는 도면이다.

도 8에 나타낸 바와 같이 제1광경로 변경부(60)의 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에 있어서의 프리즘부(65)의 프리즘 꼭지각(α')을, 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)에 있어서의 프리즘부(61)의 프리즘 꼭지각(α)보다도 작게 해도 된다.

보다 구체적으로는, 굴절 입사 후, 다른 쪽 면에서 전반사된 광선이 대략 정면방향으로 출사하는 각도로 하면, 굴절률이 1.5 내지 1.6일 때, 약 40°이다. 이 경우, 전반사 프리즘은, 입사광의 각도 편차를 확대키기 때문에, 수직으로 입사한 광선을 수직으로 출사시킨다고 해도, 아무것도 형성하지 않은 평탄면으로 하는 것과는 달리, 상부 정면 부근에서의 광원상이 확대되므로, 광원상을 눈으로 확인하기 어렵게 하는 작용이 있다.

이 경우에도, 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61) 및 제2광경로 변경부(70)에 있어서의 렌즈부(71)의 작용에 의해서, 이미 상당히 선형상 광원(30)의 휘도 불균일이 저감되어 있으므로, 선형상 광원(30)과 프리즘 꼭지각(α)'을 작게 한 프리즘부(65)와의 위치맞춤 정밀도를 느슨하게 설정할 수 있다. 선형상 광원(30)의 배치 조건에 합치시킬 경우에 있어서도, 그 전제로서, 휘도 불균일을 억제하기 위한 구성을 범용성을 갖게 해서 설정하고 있으므로, 프리즘부(61)의 일부(프리즘부(65))의 프리즘 꼭지각(α)'을 작게 한 제1광경로 변경부(60)의 제작이 번잡해지지 않아 제작 비용의 증가를 억제 수 있다. 또한, 제1광경로 변경부(60)의 위치맞춤의 번잡함도 초래하는 일이 없다.

도 9(A)를 참조해서, 굴절률을 n이라 했을 때, 밑에서부터 수직으로 입사한 광선이, 입사면에서 굴절된 후, 반대쪽의 경사면에서 전반사되어, 다시 수직으로 출사할 때, 다음의 조건을 충족시킨다.

ncos(3φ) = cos(2φ)

표계산 소프트의 기능의 하나인 「특정한 계산 결과를 도출하기 위하여 대입 해야 할 값을 역산하는 계산 기능」을 이용해서, 상기 조건을 충족시키는 φ를 계산하였다.

n = 1.50, 1.52, 1.58, 1.60일 때, 각각의 φ는 φ = 19.65, 19.87, 20.49, 20.68이었다. 이것에 의해, 프리즘 꼭지각(α)은 약 40°이다. 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에 있어서의 선단각(프리즘 꼭지각(α'))은, 이것보다도 작게 하는 것이 바람직하다.

도 9(B)를 참조해서, 선단각을 더욱 작게 했을 경우, 예를 들어, 선단각을 30°로 한 경우에는, 상기와 마찬가지로, 역방향으로부터 광선을 입사시켜서 검토한 결과, 굴절률 1.5 내지 1.6에 있어서, 굴절만으로, 전반사를 수반하지 않고 빠지는 광의 각도는 약 60° 이상밖에 존재하지 않는다.

도 10은 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61)의 일부를 선형 프레넬 렌즈(linear Fresnel lens)(66)로 한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다. 도 11(A)는 도 10에 나타낸 변형예에 있어서의 광선의 궤적을 도시한 도면이고, 도 11(B)는 확산판(50)만의 대비예에 있어서의 광선의 궤적을 도시한 도면이다. 도 12는 선형 프레넬 렌즈(66)에 있어서의 렌즈의 각도를 도시한 도면이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 제1광경로 변경부(60)의 선형상 광원(30)에 대향하는 영역(Wa)에, 프리즘부(61) 대신에, 선형 프레넬 렌즈(66)를 선형상 광원(30)과 대면하는 면, 즉, 프리즘부(61)과 같은 쪽의 면에 배치해도 된다. 선형상 광원(30)끼리의 사이의 중간 영역(Wb)은, 프리즘부(61)를 그대로 배치하고 있다.

이와 같이 구성함으로써, 선형상 광원(30)의 광이 선형 프레넬 렌즈(66)와 프리즘부(61)에 의해서, 시트의 전역에 있어서, 확산판(50)만의 대비예에 비해서, 시트에 대해서 거의 수직으로 관찰 쪽으로 지향한다(도 11(A) 및 도 11(B) 참조). 이 때문에, 확산판(50)의 확산(헤이즈(haze))을 그다지 강하게 하지 않아도, 선형상 광원(30) 상의 요소누락에 의한 휘도 불균일을 해소할 수 있다. 또한, 종래의 확산판에 비해서, 확산(헤이즈)을 작게 할 수 있다.

이 경우에도, 제1광경로 변경부(60)에 있어서의 프리즘부(61) 및 제2광경로 변경부(70)에 있어서의 렌즈부(71)의 작용에 의해서, 이미 상당히 선형상 광원(30)의 휘도 불균일이 저감되어 있으므로, 선형상 광원(30)과 선형 프레넬 렌즈(66)와의 위치맞춤 정밀도를 느슨하게 설정할 수 있다. 선형상 광원(30)의 배치 조건에 합치시킬 경우에 있어서도, 그 전제로서, 휘도 불균일을 억제하기 위한 구성을 범용성을 갖게 해서 설정하고 있으므로, 선형 프레넬 렌즈(66)를 배치하는 제1광경로 변경부(60)의 제작이 번잡해지지 않아 제작 비용의 증가를 억제할 수 있다. 또, 제1광경로 변경부(60)의 위치맞춤의 번잡함도 초래하는 일이 없다.

도 12를 참조해서, 선형 프레넬 렌즈(66)에 있어서의 렌즈의 각도는, 주지의 입광 프레넬의 렌즈 각도의 이하의 계산식에 의해 계산할 수 있다.

tanφ = sinθ/(n²-cosθ)

여기에, φ는 렌즈 각도이고, θ는 광선의 각도이다.

도 13은 도 10에 나타낸 변형예의 추가의 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 14는 도 13에 나타낸 변형예에 있어서 이용할 수 있는 하이브리드 프리즘 을 도시한 도면이다.

선형 프레넬 렌즈(66)는, 도 10에 나타낸 변형예와 같이 선형상 광원(30)과 대면하는 면에 배치할 경우에 한정되지 않고, 확산판(50)과 대면하는 면, 즉, 프리즘부(61)와는 반대쪽의 면에 배치해도 된다.

도 13에 2점 쇄선으로 둘러싸서 표시한 바와 같이, 프리즘부(61)의 단부와 선형 프레넬 렌즈(66)의 단부는, 수 피치 분만큼 겹치도록 배치하는 것이 바람직하다. 프리즘부(61) 및 선형 프레넬 렌즈(66)의 적어도 한쪽에 의해서, 비스듬한 광의 광경로를 변경할 수 있기 때문이다.

도 14를 참조하면, 프리즘부(61)과 선형 프레넬 렌즈(66)와의 경계 부근에는, 전반사 프리즘과 선형 프레넬 렌즈를 1개의 피치 내에 공존시킨, WO 02/027399호 공보에 기재되어 있는 하이브리드 프리즘(67)을 사용해도 된다.

( 실시예 )

이하, 실시예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않는 것임은 말할 필요도 없다.

두께 50㎛의 2축 연신 폴리에스터 필름(토요보세키(東洋紡績)주식회사 제품인 코스모샤인(등록상표) A4300)의 한쪽 면에, 굴절률 1.55의 UV 수지에 의해서, 피치 50㎛, 프리즘 꼭지각을 29°, 45°, 55°, 60°, 62°, 66°, 69°, 75°, 90°의 프리즘 시트를 작성하였다.

이 프리즘 시트를, 두께 1.3㎜, 헤이즈 100%, 투과율 62%(주식 회사 토요세이키세이사큐쇼(東洋精機製作所) 제품인 헤이즈 가드 II를 이용해서 측정)인 벌크 광확산판에, 투명 점착 필름에 의해서 붙여서, 프리즘 확산판을 작성하였다.

다음에, 상기의 프리즘 시트와 동일한 재료를 사용해서, 피치 130㎛의 렌티큘러 렌즈 시트를 작성하였다. 이 렌티큘러 렌즈 시트의 평탄면 쪽의 렌즈의 경계부에 대응하는 부위에 백색 줄무늬를 형성하였다.

냉음극선관(CCFL) 간격이 30㎜인 백라이트유닛(BLU: back light unit)에, 냉음극선관의 중심과 프리즘 확산판과의 거리가 5㎜, 7㎜, 10㎜, 15㎜로 되도록, 15㎝×21㎝의 지지 프레임을 4종류 작성하였다.

9종류의 프리즘 확산판과, 프리즘 시트를 붙이고 있지 않은 확산판을, 지지 프레임에 각각 설치하고, 그 위에 상기 렌티큘러 렌즈 시트를 얹어서, 2차원 색채 휘도계(코니카 미놀타 센싱 주식회사 제품인 CA-2000)를 0.5m 이격시켜, 샘플의 면내의 밝기 불균일을 측정하였다.

도 15는 샘플 제품의 면내의 밝기 불균일을 측정한 데이터의 일례를 나타낸 그래프이다. 그래프의 가로축은 냉음극선관의 배열 방향의 위치 좌표를 나타내고, 세로축은 휘도를 나타내고 있다. 보정 전의 측정데이터(도 15 중의 선(La))는, 중앙이 밝고, 주변으로 갈수록 어두워지고 있다. 측정데이터 그 자체를 2차 곡선 근사하고, 그 극대치에서 근사 곡선이 평탄화되도록 원래의 데이터를 보정하였다. 도 15 중의 선(Lb)은 보정을 위한 근사 곡선을 나타내고, 선(Lc)은 보정 후의 데이터를 나타내고 있다. 또한, 도 15에는, 명암 변화가 큰 프리즘 시트를 붙이고 있지 않은 확산판의 경우에 대한 보정의 양상을 나타내고 있다. 보정된 데이터는, 주기 30㎜의 삼각함수로 되어 있다.

보정된 데이터를 기초로, 파형의 극대치의 평균에 대한, 극소치의 평균의 비를 구한 결과를, 하기의 표 1에 나타낸다.

상기 비의 값이 1에 가까울수록, 광원의 휘도 불균일은 관찰되기 어렵다. 육안에 의한 비교에 있어서, 0.82 이상으로 되면 휘도 불균일이 상당히 개선되고, 0.9 이상으로 되면 휘도 불균일이 더욱 개선되어서 휘도 불균일이 육안으로 확인되기 어려워지며, 0.95 이상으로 되면 휘도 불균일이 육안으로 확인되는 일은 거의 없었다.

표 1에 나타낸 실험 결과로부터, 냉음극선관의 중심과 프리즘 확산판과의 거리가 5㎜ 내지 15㎜의 범위에 있어서는, 프리즘 꼭지각이 55° 내지 75°에 있어서 휘도 불균일의 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있고, 프리즘 꼭지각이 60° 내지 70°에 있어서, 특히, 유효한 것을 알 수 있었다.

프리즘 꼭지각이 55° 내지 75°에 있어서는, 비스듬하게 육안에 의한 관찰에 있어서도, 휘도 불균일은 관찰되지 않았다.

위쪽의 렌티큘러 렌즈 시트를 제외한 상태도 관찰하였다. 비스듬하게 육안에 의한 관찰을 행한 바, 프리즘 꼭지각이 55° 내지 75°이어도, 약하지만 다소의 휘도 불균일이 관찰되었다.

이상의 실시예로부터, 본 발명의 조명장치(10)에 있어서의 제1 및 제2광경로 변경부(60), (70)에 의해서, 선형상 광원(30)의 상이 들여다보이는 주기적인 휘도 불균일의 발생을 개선할 수 있는 효과를 확인하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명장치를 나타낸 개략적인 구성도;

도 2(A)는 제1 및 제2광경로 변경부를 구비하는 실시예에 따른 광선의 궤적을 설명하기 위한 도면이고, 도 2(B)는 제2광경로 변경부를 설치하지 않은 경우의 광선의 궤적을 설명하기 위한 도면;

도 3(A) 내지 도 3(D)는 프리즘부의 프리즘 꼭지각의 각도 범위의 설명에 제공하기 위한 도면;

도 4는 제2광경로 변경부의 배면 중 렌즈부의 경계에 대응하는 부위에 반사층을 설치한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 5(A) 및 도 5(B)는 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부의 선단 형상을 변화시킨 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 5(C)는 이웃하는 프리즘부끼리를 간극부를 두고 배치한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 6은 광을 반사하는 백색 페인트를 확산판의 출사 쪽에 형성한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 7은 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부의 일부를 렌티큘러 렌즈로 한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 8은 제1광경로 변경부로 있어서의 프리즘부의 일부의 프리즘 꼭지각을 변화시킨 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 9(A) 및 도 9(B)는 작게 한 프리즘 꼭지각의 설명에 제공하는 도면;

도 10은 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부의 일부를 선형 프레넬 렌즈 로 한 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 11(A)는 도 10에 나타낸 변형예에 있어서의 광선의 궤적을 도시한 도면이고, 도 11(B)는 확산판만의 대비예에 있어서의 광선의 궤적을 도시한 도면;

도 12는 선형 프레넬 렌즈에 있어서의 렌즈의 각도를 도시한 도면;

도 13은 도 10에 나타낸 변형예의 또 다른 변형예를 나타낸 개략적인 구성도;

도 14는 도 13에 나타낸 변형예에 있어서 이용할 수 있는 하이브리드 프리즘을 도시한 도면;

도 15는 샘플 제품의 면내의 밝기 불균일을 측정한 데이터의 일례를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 조명장치 20: LCD 패널

30: 선형상 광원 40: 반사판

50: 확산판 51: 백색 페인트

60: 제1광경로 변경부 61: 프리즘부

62a: 평탄면 62b: 곡면

63a: 간극부 63b: 평탄부

64: 렌티큘러 렌즈

65: 프리즘 꼭지각(α')의 프리즘부

66: 선형 프레넬 렌즈 67: 하이브리드 프리즘

70: 제2광경로 변경부 71: 렌즈부

72: 반사층 α, α': 프리즘 꼭지각(α>α')

Wa: 선형상 광원에 대향하는 영역

Wb: 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역.

Claims

병렬 배치된 복수의 선형상 광원, 반사판, 상기 선형상 광원 및 상기 반사판으로부터의 광을 확산시키는 확산판을 구비하는 조명장치로서,

상기 선형상 광원과 상기 확산판 사이에 배치되고, 상기 선형상 광원을 향해서 돌출하는 프리즘부가 설치되어, 상기 선형상 광원 및 상기 반사판으로부터의 광의 경로를 변경하는 제1광경로 변경부; 및

상기 확산판을 사이에 두고 상기 선형상 광원과는 반대쪽에 배치되고, 출사면에 렌즈부가 설치되어, 상기 확산판을 투과한 광의 경로를 변경하는 제2광경로 변경부를 포함하며,

상기 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부는, 프리즘 꼭지각이 55° 내지 75°이고,

상기 제2광경로 변경부에 있어서의 렌즈부에 의해서, 상기 선형상 광원에 대향하는 영역에 있어서는 투과해온 광의 일부를 상기 확산판 쪽으로 전반사시키고, 상기 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역에 있어서는 투과해온 광을 정면방향으로 출사하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 제2광경로 변경부의 배면 중 상기 렌즈부의 경계에 대응하는 부위에 설치된 반사층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 제1광경로 변경부에 있어서의 프리즘부는, 그 선단부가 평탄면 또는 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 제1광경로 변경부에 있어서의 이웃하는 프리즘부끼리는, 간극부를 사이에 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 확산판의 출사 쪽에 형성되어 투과해온 광을 반사하는 백색 페인트를, 상기 선형상 광원에 대향하는 영역에 있어서는, 상기 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역에 비해서 조밀하게 형성하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1광경로 변경부의 상기 선형상 광원에 대향하는 영역에, 상기 프리즘부 대신에, 렌티큘러 렌즈를 배치해서 이루어진 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1광경로 변경부의 상기 선형상 광원에 대향하는 영역에 있어서의 상기 프리즘부의 프리즘 꼭지각을, 상기 선형상 광원끼리의 사이의 중간 영역에 있어서의 상기 프리즘부의 프리즘 꼭지각보다도 작게 해서 이루어진 것을 특징으로 하는 조명장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1광경로 변경부의 상기 선형상 광원에 대향하는 영역에, 상기 프리즘부 대신에, 선형 프레넬 렌즈를 상기 선형상 광원과 대면하는 면 또는 상기 확산판과 대면하는 면에 배치해서 이루어진 것을 특징으로 하는 조명장치.