KR101208142B1

KR101208142B1 - 조명장치 및 표시장치

Info

Publication number: KR101208142B1
Application number: KR1020100004790A
Authority: KR
Inventors: 유이치 스즈키
Original assignee: 유이치 스즈키
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2012-12-05
Also published as: TW201037230A; KR20100092370A; TWI375774B

Abstract

산란에 의한 색혼합은 방사각의 제어가 곤란하고 효율이 낮기 때문에, 방사각을 제어하고 고효율로 색혼합하는 조명장치 및 표시장치를 실현한다.
마름모형 굴절면의 한편의 대각선을 기준면 상에 마련하고, 기준면 상의 대각선보다 상측과 하측의 마름모형 굴절면의 인접하는 변을 접해 늘어놓아 볼록형과 오목형의 삼각뿔 굴절격자(4)를 형성하고, 마름모형 굴절면이 기준면의 법선이 이루는 경사각을 굴절면에의 입사각(α)과 굴절각(β)의 차분의 각도(γ)로 설정하고, 3 방향의 평행광 광원으로부터의 평행광이 광원에 대향하는 측의 굴절면에만 입사하여 기준면의 연직 상방에 굴절하고 출사 방향을 일치시켜 혼합한다.
도광판의 출사면에 삼각뿔 굴절격자(4), 도광판의 저면에 볼록 반사면(5)을 형성하고, 평행광을 도광판의 측면부터 볼록 반사면에 입사하는 구조의 액정표시장치는 볼록 반사면에서 광속을 확대해 삼각뿔 굴절격자에 반사하여 서브 화소에 조사하고, 3방향으로부터의 3색의 평행광을 마름모형의 서브 화소의 화소에 조사한다.

Description

조명장치 및 표시장치{LIGHTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은 격자 형상으로 구성된 반사소자 또는 굴절소자로 발광소자로부터의 광의 출사 방향을 제어하여 혼색 특성을 개선한 조명장치 및 표시장치에 관한 것이다.

반도체 발광소자는 소형, 고효율, 긴 수명, 저전압 동작, 고속 응답 등의 우수한 특징 때문에 각종 표시장치?조명장치 등에 널리 사용되고 있다.

액정표시장치는 적색, 녹색, 청색의 3원색 발광소자에 의한 불연속인 스펙트럼에서도 3색의 제어 신호에 의해 그 중간색을 표시하므로 3색의 발광소자를 이용한 3원색 광을 이용 가능하다. 3색의 발광소자를 원추 내면에 설치하여 후방 산란의 혼색 거리를 길게 하고 있는 제안(도 40, 특허문헌 1)은 다중 반사에 따른 흡수가 증가하고 효율이 저하한다.

3색 발광소자를 동일 패키지에 거두고, 발광 소자에 가까운 부분의 반사경의 경사를 급하게 하여 각 발광소자와 반사경의 거리와 각도의 차이를 완화하는 제안이 있지만(도 41, 특허문헌 2), 일부밖에 균등인 혼색이 얻어지지 않는다. 3색의 발광소자를 동일 패키지 내에서 충분히 혼색하는 것이 어렵고, 소자의 전원 전압이 다른 등의 이유로 하기와 같은 형광 백색 발광다이오드가 많이 사용되고 있다.

청색 발광다이오드의 청색광을 황색 형광체에 조사하고, 보색에 의한 형광 백색 발광다이오드의 스펙트럼은 첨예한 청색과 완만한 황색역의 2개의 피크로 이루어져 있다(특허문헌 3). 적색역이 매우 적고, 녹색에도 큰 깊이를 가지는 청색이 강한 스펙트럼 특성이다. 그러나, 형광 백색 발광다이오드는 3 원색의 혼색에 비하여 간단히 제조할 수 있으므로 휴대 전화 등의 액정표시장치의 백라이트, LED 전구 등으로 이용되고 있다.

반도체 발광소자의 발광 효율의 향상에 의해, 형광 램프보다 소형인 발광다이오드를 조명에 응용하고 있다. 발광다이오드는 허용 온도 상승이 다른 광원에 비교하여 작기 때문에 큰 광속을 얻는 것은 다수의 칩이 필요해져 고가이므로 효율이 중시되어 청색이 강한 스펙트럼으로 되어 있다. 가장 비시감도가 높은 황녹색 부근의 형광체를 청색 발광다이오드로 여기하여 보색에 의한 형광 백색광을 일반 조명에 사용한 경우, 적색역이나 깊은 파장역의 피조사체는 연속 스펙트럼의 백색광에 비해 어두워진다. 적색 형광체 등을 혼합하는 방법이나 이트륨의 일부를 가드리니움으로 치환하여 장파장측으로 시프트하고, 연색성을 개선하면서 효율을 향상하는 제안이 있다(특허문헌 3).

백색광 백라이트 광원으로부터 칼라필터로 3색으로 분해할 때 2/3의 광량이 칼라필터에서 흡수되여 효율이 저하한다.

칼라필터를 사용하지 않고 3원색 발광소자를 이용하여 가법(加法) 혼색하는 방법으로서 도광판에 45°도의 홈을 화소 수 설치하고, 홈의 계면에서 액정 패널(?) 방향으로 전반사하는 도광판을 3층 겹친 제안이 있다(도 42, 특허문헌 4).

복수의 막대형상 도광체의 계면에 차광층을 설치하고, 복수색 발광다이오드의 색상별 광을 차광하여 막대형상 도광체 내를 전파하고, 칼라필터를 이용하지 않고 3색 광을 액정 스트라이프에 공급하는 방법이 제안되어 있다(도 43, 특허문헌 5).

액정 패널의 3변에 3색의 광원을 설치하고, 도광판에 사각뿔을 매트릭스상으로 설치하여 사각뿔의 경사면에 의해 액정 패널의 소정의 화소에 조사하는 액정표시장치가 제안되어 있다(도 44, 특허문헌 6).

계단형으로 볼록 반사면을 배치한 도광판에 3원색의 평행광을 전파시켜 화소 방향으로 광속을 확대하여 반사하고, 각 색의 반사광을 반사?투과 소자로 스트라이프에 분배하는 제안이 있다(도 45, 특허문헌 7).

정각(頂角)과 곡각(谷角)이 90°의 각도를 가지는 프리즘의 저면에 2방향으로부터 2색의 광을 입사하고, 입사각이 큰 경사면에 입사된 광은 굴절광을 동일 방향으로 혼색하여 출사하고, 입사각이 큰 경사면에 입사된 광은 임계각 이상이 되어 전반사하므로 다른쪽 광원으로 복귀한다. 복귀하는 광선을 활용하기 위해 밴드패스 미러를 이용하여 다른 광원측으로부터 출사되는 구조가 제안되어 있다(도 46, 특허문헌 8).

촬상용 광원으로서 3파장 냉음극관이 자주 사용되고 있지만 각 색 형광 재료가 선스펙트럼이기 때문에 파장 특성의 요철이 크고, 정확한 색재현을 할 수 없다. 발광다이오드의 광도가 피크의 약 반값이 되는 반값 폭은 20nm~60nm이므로 6색~9색을 이용하여 가시광역을 커버하는 제안이 있다(특허문헌 7). 7 종류의 발광소자를 기판 중앙 부근에 나열하고, 초점 면보다 얕은 위치의 렌즈 내에 봉입하며, 초점 면의 산란재층에서 혼색하는 것에 의해 각 색의 반값 파장으로 연결하여 백색광을 형성하고, 선 광원 변환 소자로 변환하여 스캐너 광원으로서 응용되고 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2005－353506호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 제2004－87935호 특허문헌 3: 일본 특허 제3246386호 특허문헌 4: 일본 공개특허공보 평6－59252호 특허문헌 5: 일본 공개특허공보 평2－111922호 특허문헌 6: 일본 공개특허공보 제2006－323221호 특허문헌 7: 일본 특허 제4114173호 특허문헌 8: 일본 공개특허공보 제2008－218154호

3색 발광소자를 동일 패키지에 배치하고, 발광소자 근방의 반사경의 경사를 급하게 하는 등의 구조에 의해 혼색하는 특허문헌 1의 제안은 각 발광소자부터 반사경으로의 거리와 각도가 다르므로 칩의 배열에 의한 색 얼룩을 발생시킨다. 정반사에 의한 혼색이 어렵기 때문에 원추 내면의 산란층에서 후방 산란시켜 산란 거리를 길게 취하는 등의 혼색이므로 반사광이 광원측으로 복귀하여 다중 반사 시에 흡수되고 효율이 저하한다.

청색 발광 다이오드의 청색 광을 황색 형광체에 조사한 보색에 의한 백색 발광다이오드는 첨예한 스펙트럼의 청색 광과 완만한 황색 광의 스펙트럼을 가지며, 적색역과 청녹색역이 부족하다(특허문헌 3). 형광체의 배합 비율이 증대할수록 청색 광의 피크가 저하하여 형광의 피크가 증대하지만, 형광이 진행 방향의 형광체에 비추지 않고 투과하면 황색 광을 나타내고, 다른 황색 형광체에 비추면 형광체가 유색 불투명하고 형광 파장에 대해서는 형광 변환율이 낮으므로 흡수된다. 흡수를 보충해 형광체 배합 비율을 올리면 효율이 더 저하한다. 형광 백색 발광다이오드는 효율을 우선시하여 청색광 스펙트럼이 큰 푸르스름한 빛으로 평균 연색(演色) 평가 수가 약 70인 연색성이 낮은 조명이다.

연색성을 개선하기 위해 넓은 파장 대역의 형광체를 혼합할 때, 변환 효율과 비시감도에 따른 형광체의 배합 비율로 혼합할 필요가 있다. 비시감도와 변환효율이 낮은 적색 등에서는 장파장 형광체의 양이 증가하고, 장파장 형광체부터 발광된 광은 단파장 형광체에서는 흡수만으로 형광 변환되지 않으므로 더욱 형광체를 늘릴 필요가 생긴다. 황색 형광이 황색 형광체에 비출 확률과 적색 형광이 적색 형광체에 비출 확률도 증대하여 효율이 저하한다. 이에 의해 복수종의 형광체를 혼합 분산하여 연속 스펙트럼의 백색광을 실현하는 것은 효율이 저하하는 문제가 있다.

칼라필터를 사용하지 않고 3원색 발광소자를 이용하여 가법 혼색하는 방법으로서 도광판에 45°의 홈을 화소 수 설치하고, 홈의 계면에서 액정 패널 방향으로 전반사하는 도광판을 3층 겹친 특허문헌 4의 제안은 45°의 경사를 서브 화소 수로 설치하기 위해 화면 폭의 1/3의 두께가 필요해지고, 화면폭 300 mm에서는 도광판 1층당 100 mm 두께가 필요하며, 스트라이프 수의 홈을 가공하는 공정수에 따라 고가가 된다.

복수의 막대형상 반도체의 계면에 차광층을 설치하고, 색별 광을 차광하여 막대형상 도광체 내를 전파하고, 칼라필터를 이용하지 않고 3색광을 액정 스트라이프에 공급하는 특허문헌 5의 제안은 차광 처리된 서브 화소 폭의 사상(絲狀) 도광 부재를 묶어 제조하는 것이 어렵고, 차광층을 설치한 투광 시트를 적층하면 시트 두께의 공차가 적산하여 액정의 화소 치수에 일치하지 않게 된다. 각 차광층에서 나누어진 투광재 내를 확산광이 전파하므로 금속 차광막의 경우는 반사할 때마다 흡수되어 먼 곳일수록 어두워진다.

도광판에 사각뿔에 의한 반사체를 다수 설치하고, 3 방향부터의 3 원색 광을 화소에 반사하여 혼색하는 특허문헌 6의 제안은 바로 앞의 사각뿔에 차단되어 역V형 반사광밖에 얻지 못하고, 사각뿔에 경사진 평행광을 조사하면 측면에도 비추므로 산란광이 되어 다른 화소에 입사하여 불선명해진다.

계단형으로 볼록 반사면을 배치한 도광판과 반사?투과 소자에서 스트라이프에 분배하는 특허문헌 7의 제안은 구조가 다른 2 종류의 도광 소자를 이용하기 위해 정확한 위치 맞춤이 필요하다.

교통신호기의 발광다이오드는 렌즈의 지향성이 넓기 때문에 상공에서도 쓸데 없이 방사되는 등 소비 전류가 많고, 교차하는 도로측의 신호가 보이기 때문에 3차로 등 차광판이 필요한 상황이 많다. 태양광을 받아 비점등의 2등이나 밝아지는 의사 점등 현상이 있으므로 태양광을 차광하는 차광판이 설치되어 있다.

특허문헌 8은 한쪽의 경사 굴절면에서 굴절되어 저면의 연직 방향으로 출사하는 구조이므로 쌍을 이루는 다른쪽 굴절면에 입사되는 광은 입사각이 임계각 이상이므로 전반사되어 다른쪽 광원측으로 복귀한다. 전반사광을 밴드패스 미러로 재반사하여 이용하면 손실을 해소할 수 있지만 복잡하고 고가이다.

본 발명은 수평면 기판 상에 장방형 평면 반사면의 장변을 접하고, 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향에 직교시키고, 장방형 평면 반사면의 인접하는 장변을 접해 반복해 늘어놓는 것에 의해 삼각파형 반사격자를 형성하고, 장방형 평면 반사면의 짧은 축 방향이 수평면과 이루는 경사를 2개의 장방형 평면 반사면에서 동일하게 대칭시켜 마련하고, 2개의 평행광 광원을 장방형 평면 반사면의 짧은 축 방향의 경사와 동일한 앙각에서 대칭 방향으로 마련한 구조이고, 대칭 방향의 평행광 광원 쌍방으로부터의 평행광은 각각 평행광 광원에 대향하는 측의 반사면만으로 입사하여 기판 평면의 연직 상방으로 반사하고, 쌍방의 평행광 광원으로부터 입사된 광을 모두 연직 상방으로 반사시켜 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 마름모 반사면의 한편의 대각선을 기판의 수평면 상에서 평행하게 하고, 3방향의 평행광 광원부터의 평행광의 진행 방향에 직교하는 방향으로 마름모 반사면을 배치하고, 마름모 평면 반사면의 수평 대각선보다 상측의 인접하는 변들을 접해서 삼각뿔형으로 늘어놓는 것에 의해 수평면보다 위에 볼록형의 삼각뿔 반사격자를 형성하고, 마름모 평면 반사면의 수평 대각선보다 아래쪽의 인접하는 변들을 접해서 삼각뿔형으로 늘어놓는 것에 의해 수평면보다 낮게 패인 오목형 삼각뿔 반사 격자를 형성한 구조이고, 수평면으로부터 동일한 앙각에서 3방향의 평행광 광원으로부터의 평행광을 삼각뿔 반사면의 광원을 향한 측의 반사면만으로 입사시켜 기판 평면의 연직 상방으로 반사하고, 3 방향으로부터 입사된 광을 모두 연직 상방으로 반사시켜 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 장방형 볼록 반사면의 장변을 수평면 상에서 접해서, 장방형 볼록 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향의 직교 방향으로 배치하고, 장방형 볼록 반사면의 장변들을 접해서 모퉁이에 대칭으로 늘어놓고, 이것을 복수 배치하는 것으로써 삼각파형 반사격자를 형성하고, 장방형 볼록 반사면의 짧은 축 방향은 정릉부에 둘 수 있는 짧은 축 방향 접선이 수평면과 이루는 경사α, 골부에서의 짧은 축 방향 접선이 수평면과 이루는 경사 β인 만곡을 가지고, 2의 평행광 광원을 장방형 볼록 반사면의 꼭대기부에서의 짧은 축 방향 접선의 경사α에 동일한 앙각에서 대칭 방향에 마련하고, 수평면부터의 경사 α에서 입사된 평행광이 볼록 반사면에서 반사하고 방사각γ에서 광속을 확대할 때,α=30°－γ／3, β=45°－α／2＋γ／2로 설정된 구조로 이루어지고, 대칭 방향의 평행광 광원 쌍방으로부터의 평행광은 각각, 반사 격자의 광원을 향한 측의 반사면만으로 입사하고, 복수 광원부터의 광을 수평면의 대략 연직 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 장방형 볼록 반사면의 장변을 도광판 저부의 수평면 상측에 접해서, 장방형 볼록 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향으로 직교시키고, 장방형 볼록 반사면의 장변들을 접해서 모퉁이에 대칭으로, 장방형 볼록 반사면을 화소폭 X 의 피치에서 배치하여 삼각파형 반사격자를 형성하고, 장방형 볼록 반사면의 짧은 축 방향의 곡율 반경을 액정 서브 화소의 투과부의 폭 W, 볼록 반사면에서 피조사면까지의 거리 t, 볼록 반사면의 곡면장 d에 의해 r=2?t?d/(W－d/√2)으로 설정하고, 2개의 평행광 광원을 장방형 볼록 반사면의 단차 s, 화소폭X에서 경사θi=tan^-1(s/X)에서 대칭 방향에 마련하고, 도광판 저부의 수평면의 아래 쪽에 장방형 볼록 반사면의 삼각파형 반사격자를 화소폭 X 의 피치에서 배치하고, 장방형 볼록 반사면의 단차 s, 화소폭 X에 의해 경사θi=tan^－1(s/X)에서 수평면 아래 쪽으로부터 입사하는 평행광 광원을 마련한 구조이고, 수평면보다 상측의 쌍을 이루는 장방형 볼록 반사면에서 반사된 2색 반사광과 수평면보다 상측의 볼록 반사면의 피치간에 수평면보다 아래쪽의 장방형 볼록 반사면에서 반사된 다른 색 광을 투과시켜 도광판 상부의 액정판넬 화소에 조사하는 것으로써 3색광 이상의 색혼합을 행하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 마름모 굴절면의 한편의 대각선을 기준면 상에 마련하고, 기준면 상의 대각선보다 상측의 마름모 굴절면의 인접하는 변을 접해 늘어놓아 볼록 형의 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 대각선보다 아래쪽의 마름모 굴절면의 인접하는 변을 접해 늘어놓아 기준면보다 낮게 패인 오목형의 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 굴절면으로의 입사각과 굴절각과의 차분의 각도에서 마름모 굴절면이 기준면의 법선과 이루는 경사각을 설정하여 고굴절률 측부터 저굴절률 측으로 출사하는 구조이고, 3 방향의 광원으로부터의 평행광이 각각, 광원에 대향하는 측의 굴절면만으로 입사하여 기준면의 연직 상방으로 굴절하고, 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 도광판의 출사면에 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 도광판의 저면에 볼록 반사면을 형성하고, 도광판의 측면으로부터 저면에 대해 경사진 평행광을 볼록 반사면으로 입사시키는 구조로 이루어지고, 볼록 반사면에서 광속을 확대하여 삼각뿔 굴절격자에 반사하여 서브 화소에 조사하고, 3 방향부터의 3색의 평행광을 마름모의 서브 화소를 구비한 화소에 조사하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.

복수의 발광소자와 반사경의 거리와 각도의 비대칭성에 의한 색 얼룩을 일으키고 있었지만, 다른 광원 광이 혼입하는 것을 방지하는 반사 격자 또는 굴절 격자를 이용해 혼합하고, 동일 방사각에서 출사하는 것으로써 색 얼룩을 방지할 수 있다.

반사 격자를 볼록 반사면으로 하는 것으로서 입사 광의 경사를 작게 하고 광원 부를 박형화할 수 있다.

볼록반사면 격자를 3 방향으로 향한 구조, 혹은 삼각뿔 굴절격자와 볼록 반사면 격자를 3 방향으로 향한 구조에 의해 3색 스트라이프를 1매의 도광판에서 실현될 수 있으므로 위치 맞춤이 불필요하게 되어 생산성이 향상되고, 칼라 필터 공정과 발광 다이오드 등의 재료비를 삭감할 수 있다.

형광 백색 발광다이오드의 스펙트럼은 첨예한 청색과 완만한 황색역의 2개의 피크부터 완성되어 있지만, 색혼합 장치를 이용하는 것으로 복수의 여기 광을 이용하는 것이 되어 고효율로 연속 스펙트럼을 실현할 수 있다.

형광체를 다성 분계에서 혼합하고 스펙트럼을 광대역화하는 방법보다 고효율로 연속 스펙트럼의 백색광을 얻을 수 있다.

도 1은 삼각파형 반사격자의 단면도,
도 2는 삼각파형 볼록면 반사격자의 측면도,
도 3은 꼭대기부 경사?골부 경사와 방사각을 나타내는 도면,
도 4는 광원 치수에 의한 방사각 오차를 나타내는 도면,
도 5는 반사 격자와 투과부를 병용한 3색 스트라이프 표시장치를 나타내는 도면,
도 6은 볼록 삼각뿔 반사 격자와 오목 삼각뿔 반사 격자를 조합한 구조의 평면도,
도 7은 삼각파형 굴절격자에 의한 혼색의 원리도,
도 8은 삼각뿔 굴절격자에 의한 혼색의 원리를 나타내는 사시도,
도 9는 볼록 삼각뿔 굴절 격자와 오목 삼각뿔 굴절격자를 조합한 구조의 평면도,
도 10은 볼록 반사면에 의한 광속 확대의 원리도,
도 11은 쌍을 이루는 볼록 반사 격자에 의한 혼색과 방사각을 나타내는 도면,
도 12는 볼록 반사면 격자와 투과부를 병용한 다색 스트라이프의 도광판을 나타내는 도면,
도 13은 볼록 반사면 격자와 투과부를 병용한 2층 구조의 3색 스트라이프의 도광판을 나타내는 도면,
도 14는 볼록 반사면 격자를 도광판 저면 측에 배치한 1장 구성의 3색 스트라이프의 도광판을 나타내는 도면,
도 15는 1장 구성의 3색 스트라이프 도광판의 주요부 확대도를 나타내는 도면,
도 16은 확산광의 입출사각을 나타내는 도면,
도 17은 볼록 반사 격자와 삼각뿔 굴절격자를 병용한 액정표시장치의 도광판의 단면도,
도 18은 1개의 볼록 반사 격자로부터 복수의 삼각뿔 굴절격자에 조사하는 액정표시장치의 도광판의 단면도,
도 19는 도광판의 저면에 3 종류의 볼록 반사 격자를 배치하고, 도광판 측면에 3 종류의 광원을 배치한 평면도,
도 20은 볼록 반사 격자와 삼각뿔 굴절격자를 병용한 액정표시장치의 도광판의 단면도,
도 21은 마름모형 서브 화소에 의한 6각형 화소의 액정표시장치의 평면도,
도 22는 3 종류의 형광 변환 발광다이오드와 삼각뿔 굴절격자의 혼색에 의한 램프의 단면도,
도 23은 3 종류의 형광 변환 발광다이오드와 오목면의 삼각뿔 굴절격자로 혼색하는 램프의 단면도,
도 24는 삼각뿔 굴절격자의 출사광을 오목 렌즈에 의해 확산하는 단면도,
도 25는 삼각뿔 굴절격자의 오목 굴절면에 의해 출사광을 확산하는 단면도,
도 26은 6 종류의 발광다이오드와 삼각뿔 굴절격자의 혼색에 의한 램프의 주요부 투시도,
도 27은 6 종류의 발광다이오드와 오목면의 삼각뿔 굴절격자의 혼색에 의한 램프의 단면도,
도 28은 출사측의 삼각뿔 굴절격자가 2색 혼색 굴절격자 치수보다 2배인 경우의 혼색을 나타내는 도면,
도 29는 오목면의 삼각뿔 굴절격자와 도광판 저면의 볼록 반사면에 의해 광속을 확대하는 램프의 단면도,
도 30은 3 종류의 형광 백색 발광다이오드의 혼색에 의한 합성 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 31은 6 종류의 발광다이오드의 혼색에 의한 합성 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 32는 볼록 반사면에서 광속 확대하여 혼색하는 신호기의 실시예의 단면도,
도 33은 볼록 반사면에서 광속 확대하여 혼색하는 신호기의 실시예의 평면 도,
도 34는 삼각파형 굴절면 격자에 의한 혼색 장치를 나타내는 도면,
도 35는 굴절격자에 의한 교통 신호기의 표시면을 나타내는 도면,
도 36은 반사 격자에 의한 교통 신호기의 표시면을 나타내는 도면,
도 37은 볼록면 격자 유닛의 단면도,
도 38은 차량용 전조등의 정면도,
도 39는 2 종류의 형광 백색 발광다이오드의 혼색에 의한 합성 스펙트럼을 나타내는 도면,
도 40은 원추형 산란면에 의한 종래의 혼색 장치의 전방 산란광만을 나타낸 모식도,
도 41은 칩 근방의 반사경을 급경사로 하여 색 얼룩을 완화하여 혼색하는 패키지의 종래예를 나타내는 도면,
도 42는 45°의 홈의 계면에서 액정패널 방향으로 전반사하는 칼라필터가 없는 종래예를 나타내는 도면,
도 43은 스트라이프 폭의 적층 도광체에 의해 3색 광을 액정 스트라이프에 공급하는 종래예를 나타내는 도면,
도 44는 도광판에 설치한 사각뿔의 경사면에 따라서 3색 광을 소정의 화소로 조사하는 종래예를 나타내는 도면,
도 45는 계단형 볼록 반사면 도광판과 스트라이프 분배 소자에 의한 3색 액정표시장치의 종래예를 나타내는 도면, 및
도 46은 직각 프리즘에 2 방향의 광을 입사하고, 밴드 패스 미러를 병용하여 혼색하는 종래예를 나타내는 도면이다.

장방형 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향에 직교시켜 기준면 상에 배치하고, 장방형 반사면의 단축 방향을 교대로 ±30

의 경사를 갖게 하여 삼각파형으로 나열하면 삼각파형 반사격자(4)가 형성된다. 삼각파형 반사격자와 장방형 반사면의 단축 방향으로 경사진 상방 30°의 방향으로 평행광 광원을 대칭 위치에 설치한 구조를 도 1에 도시한다. 각각의 평행광 광원과 삼각파형 격자의 쌍을 이루는 반사면이 평행하게 되어 있으므로 쌍을 이루는 평행광 광원측에 배치된 반사면에는 입사할 수 없고, 수평면으로부터 30°상방의 평행광 광원 쌍방으로부터의 평행광은 삼각파형 반사경의 광원 방향 반사면을 따라서 입사된다.

반사면에 대향하는 광원의 평행광이 반사면에 입사되면, 쌍방으로부터 입사된 광은 모두 연직 상방에 반사된다.

삼각파형 격자와의 경사 및 경사 광의 경사 각도를 α, 경사면의 법선과 연직 방향이 이루는 각도를 β로 하면, 하기 수학식 1과 같이 경사(α, β)는 30°이다.

좌우 평행광 광원으로부터의 반사광은 모두 광원측의 반사면을 따르는 빗모양이 되며, 좌우로부터의 평행광이 빗모양으로 교대로 나열된 반사광이다. 격자 피치를 육안으로는 인식할 수 없는 치수의 스트라이프로 하여 좌우의 평행광 광원을 별색의 2색으로 하면 병치 가법 혼색된다.

출사광을 확산광 또는 수속광으로 하는 데에는 렌즈, 반사경 등을 병용하여 방사각을 제어할 수 있지만, 렌즈에 의하지 않고도 격자 반사면을 곡면으로 함으로써 방사각을 제어할 수 있다. 반사 격자를 볼록 반사면(5)에서 형성하여 광속을 확대하는 상태의 측면도를 도 2에 도시한다. 쌍을 이루는 곡면의 방사각 방향이 동일하지 않으면, 보는 방향에 따라서는 다른 한쪽만의 성분이 되어 색 얼룩을 발생시킨다. 도 2에서는 격자의 골부에서의 좌측 광원 광의 반사광과 격자의 꼭대기부의 우측 광원 광의 반사광이 평행하게 되고, 격자의 꼭대기부에서의 좌측 광원 광의 반사광과 격자의 골부에서의 우측 광원 광의 반사광도 평행하게 되어 있다. 확산광이라도 이 범위 내에서 좌우의 광이 쌍을 이루어 평행하게 출사하는 것에 의해 균등하게 혼합된다. 연직 방향으로부터의 방사각(γ)을 결정하기 위한 입사 광의 경사(α), 꼭대기부 경사(α), 골부 경사(β)의 관계를 하기 수학식 2와 도 3에 나타낸다.

방사각 γ=6도에서는 α=28도, β=34도, 방사각 γ=30도에서는 α=20도, β=50도이다. 조명장치로서는 이 방사각(γ)외에 발광소자 치수에 의한 오차 각도(θ)도 가산할 필요가 있다.

포물면경(6)의 초점에 발광소자(1)를 설치하면 평행광을 얻을 수 있지만, 발광다이오드의 팁 치수는 각변 약 250μm이므로 포물면경의 초점에 설치한 발광소자의 치수에 의해 중심부와 주변부로부터 발광된 광에 광로차가 생겨 도 4에 도시한 평행광으로부터의 오차가 있다.

외주부로부터 발광된 평행광으로부터의 오차 각도(θ)는, 발광소자의 중심으로부터 외주부까지의 길이(r), 포물면경의 좌표 m(x, y), 초점 거리(p)에 의해 하기 수학식 3으로 나타내어지고, 오차 각도(θ)를 작게 하는데에는 초점거리를 크게 할 필요가 있다.

삼각파형 격자를 이용하여 3색을 혼합하기 위해 경사 반사면의 저부에 투광 성 개구부를 설치한 구조를 도 5에 도시한다. 경사광을 개구부에 접촉하지 않도록 하는 데에는 반사면의 경사(θs)를 하기 수학식 4에 의해 35.3도로 할 필요가 있다.

입사광의 경사(θr)가 19.5도이므로 평행광으로 변환하는 광원부의 두께 방향의 치수가 커지지만, 전방의 광원부의 치수가 영향을 주지 않는 프로젝터 등에 적합하다.

좌우 평행광 광원으로부터의 반사광이 빗형으로 교대로 나열된 반사광으로 병치 가법 혼색되는 것과 마찬가지로 경사가 30도인 삼각뿔 반사면에서 3 방향의 평행광을 연직 방향으로 반사하면 정삼각형 배치의 델타 배열로 혼합하여 출사한다. 삼각뿔 반사면에 조사하는 광원은 도 6과 같이 3방향으로 배치하고, 기준면을 향해 30도 하향 조사되는 배치이므로 각 반사면은 대향하는 광원 이외로부터의 입사는 없고, 앞의 삼각뿔에 차단되지 않는 구조이다.

삼각파형 격자와 동일한 경사면이므로 기준면 연직 방향으로 3색의 혼색 광을 평행광으로서 출사하므로 3원색 표시장치의 광원 등에 이용할 수 있다.

삼각뿔을 볼록형과 오목형으로 구성하면 상하의 삼각형이 연결되고, 3 방향을 향한 경사면의 형상은 도 2와 같이 마름모를 조합한 것이다. 도 6은 삼각뿔의 기준면을 파선으로 나타내고, 볼록형 삼각뿔의 꼭대기부를 ○로, 오목형 삼각뿔의 골부를 ●로 나타내고 있다.

삼각파형 격자는 굴절면에서 구성할 수도 있고, 2개의 방향으로부터 입사하여 삼각파형으로 구성된 면에서 굴절하여 평행광으로서 출사하는 상태를 도 7에 나타낸다. 굴절격자 구성물질의 굴절률(n2), 주위 매체의 굴절률(n1)로 하고, 우측 광원으로부터 굴절격자의 우측 경사면에 입사각(α)으로 입사된 광은 수학식 5의 (1)의 스넬 법칙에 의해 굴절각(β)으로 굴절한다. 삼각파형 굴절격자의 경사면 각도는 중심선에 대해 γ로서 쌍을 이루는 굴절면에 평행하게 입사하므로 우측 광원광은 우측 경사면밖에 입사하지 않고, 경사면과 입사광은 대칭이므로 좌측 광원 광도 마찬가지이다. 삼각파형 굴절격자의 경사면 각도(γ)를 수학식 5의 (2)와 같이 β와 α의 차로 설정함으로써 쌍방의 굴절광은 중심선에 평행하게 출사한다. 굴절격자의 수평면에 각도(δ)로 좌우로부터 대칭으로 입사하면 굴절면에 각도(α)로 입사하므로 혼색하여 평행광으로서 출사된다.

대표적인 투광 고분자인 폴리메틸메타크릴레이트와 폴리카보네이트의 α,β,γ,δ의 예를 나타낸다.

굴절격자를 삼각뿔로 구성하여 출사 방향을 일치시키면 도 8과 같이 3 방향으로부터의 광을 혼색할 수 있다. 삼각뿔의 3개의 경사면 각도는 모두 중심선에 대해 γ이고, 3 방향으로부터의 평행광이 저면과 이루는 입사각은 δ이다. 저면에서 굴절된 광은 진행 방향의 1면에만 입사하고 다른 2면에 평행하므로 입사하지 않는다.

도 8은 우측에 배치된 광원(A)으로부터의 평행광(A)이 저면에서 굴절된 후에 삼각뿔의 좌측의 굴절면에 입사각(α)으로 입사되어 연직 방향으로 굴절하여 출사되고, 좌측 안쪽에 배치된 광원(B)로부터의 평행광(B)이 저면에서 굴절된 후에 삼각뿔의 우측의 굴절면에서 연직 방향으로 굴절하여 출사되고, 왼쪽 앞측에 배치된 광원(C)로부터의 평행광(C)가 저면에서 굴절된 후에 삼각뿔의 우측의 굴절면에서 연직 방향으로 굴절하여 출사한다. 내측의 굴절면은 도 8에서는 음으로 되어있다.

기준면 상에 삼각뿔을 동일 방향으로 복수개 나열하면, 삼각뿔 굴절면에서 3방향의 평행광을 연직 방향으로 굴절하고 혼합하여 출사하지만, 기준면 상에 상기 삼각뿔의 방향과는 역방향을 향한 삼각형 스페이스가 생긴다. 이 스페이스 상에 볼록의 삼각뿔을 설치해도 굴절광을 연직 방향으로 출사할 수 없다. 이 스페이스에 기준면보다 패인 오목형 삼각뿔을 설치하고, 상기 볼록형 삼각뿔과 오목형 삼각뿔로 구성하면 상하의 삼각형이 연결하고, 경사된 굴절면의 형상은 도 9와 같이 마름모를 조합한 것이다.

즉, 마름모 굴절면의 한쪽의 대각선을 기준면 상에 설치하고, 기준면 상의 대각선보다 상측의 마름모 굴절면의 인접하는 변을 접해 나열하여 기준면보다 위에 볼록형 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 대각선보다 하측의 마름모 굴절면의 인접하는 변을 접해 나열하여 기준면보다 패인 오목형의 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 굴절면으로의 입사각과 굴절각과의 차분의 각도로 마름모 굴절면이 기준면의 법선과 이루는 경사각을 설정하고, 삼각뿔 굴절격자를 주위 매체보다 굴절률이 큰 물질로 구성하여 고굴절률측으로부터 저굴절률측으로 출사하는 구조이다.

3 방향의 평행광 광원으로부터의 평행광이 각각 광원에 대향하는 측의 굴절면에만 입사하고 기준면의 연직 상방으로 굴절하고, 출사 방향을 일치시켜 혼합할 수 있다.

도 9는 삼각뿔의 저면을 파선으로 나타내고, 볼록형 삼각뿔의 꼭대기부를 ○로, 오목형 삼각뿔의 골부를 ●로 나타내고 있다. 굴절면의 형상은 마름모이지만, 볼록형 삼각뿔과 오목형 삼각뿔을 조합한 구조이므로 삼각뿔 굴절 격자(4)라고 부르기로 한다. 볼록형 삼각뿔과 오목형 삼각뿔로 구성하면 평행광에 대향하는 마름모에 낭비 없이 평행광을 조사할 수 있다.

삼각뿔 굴절면에 조사하는 광원은 도 8과 같이 3방향으로 배치되고, 기준면을 향해 앙각으로 상기 δ의 각도로 조사하는 배치이므로 각 굴절면은 대향하는 광원 이외로부터의 입사는 없고, 앞의 삼각뿔에 차단될 수 없는 구조이다. 기준면의 수직 방향으로 3색의 혼색 광을 평행광으로 출사하므로 3 원색 표시장치의 광원 등에 이용할 수 있다.

굴절격자에 입사하는 광이 평행광인 경우, 표시장치의 배면에 복수의 평행광 광원을 설치하기 위한 큰 공간을 필요로 하지만, 사이드 라이트 도광판의 출사면측에 상기 삼각뿔 굴절격자를 형성하여 박형화한 구조에 대해 설명한다.

도광판의 출사면 측에 삼각뿔 굴절격자(4)를 형성하고, 도광판의 저면에 볼록 반사면(5)을 형성하고, 도광판 측면으로부터 저면에 대해 경사진 평행광을 볼록 반사면(5)에 입사하면, 반사하여 삼각뿔 굴절격자에 광속을 확대하여 조사한다.

평행광이 볼록 반사면에서 광속을 확대하여 반사하고, 삼각뿔 굴절격자에서 굴절하여 피조사면의 서브 화소(27)의 투과부의 폭(W)으로 확대하는 상태를 도 10에 도시한다.

볼록 반사면의 원주를 따르는 곡면 길이(d)로부터 서브 화소 폭(W)으로 확대하는 것이 광속 확대율이다. 피조사면까지의 거리(t)는 도광판 두께와 액정 협지 기판 두께의 합이고, 서브 화소의 투과부의 폭을 W, 도광판 볼록면 경사부의 원주를 따르는 곡면 길이를 d로 하면, 볼록 반사면의 곡률반경(r)은 하기 수학식 6으로 나타내어진다.

입사광의 저면에 대한 경사(θi)는 단차(s)와 화소폭(X)으로 하기 수학식 7로 구할 수 있다.

3 방향으로부터 3색의 입사광을 볼록 반사면에 입사하면, 각각이 광속을 확대하여 반사하여 삼각뿔 굴절격자의 마름모 굴절면에 조사되고, 서브 화소에 조사된다. 마름모 굴절면에서 대략 연직 방향으로 굴절하여 출사하므로 마름모 굴절면의 기준면에 직교하는 대각선의 길이는 삼각뿔 굴절격자의 상방의 서브 화소 폭(W)과 동등하다. 마름모의 서브 화소 형상을 조합하므로 화소의 형상은 6 각형이다.

단차 10μm, 화소폭 400μm일 때 θi는 1.43°이 되고, 도 5의 19.5°의 1/13로 느슨하게 할 수 있으므로 광원부의 박형화가 가능하게 된다. 박형화에 의해 도광판이 가능해지고, 볼록 반사면에 의한 전반사를 이용할 수 있으므로 경면 형성이 불필요하다. 2방향의 광원에 대향하는 볼록 반사면을 화소폭 마다 설치한 구조를 도 11에 도시한다. 주요부를 확대하고 있으므로 θi는 1.43°보다 크게 표시되고 있다. 도 12는 2장의 도광판으로 구성되어 있지만, 각 도광판 모두 2 방향의 광원에 대향하는 볼록 반사면으로 구성되어 있다. 볼록 반사면 피치 사이의 수평면에 별색 광을 투과시키는 것으로 3색 이상의 혼색이 가능해지고, 도 12는 동일 도광판을 어긋나게 하여 배치함으로써 4색을 혼색하는 상태를 나타내고 있다. 도광판 출사면에 볼록 굴절면을 설치하여 평행광으로 되돌리는 경우로 표시하고 있다.

도 13은 액정표시장치의 서브 화소에 3색을 공급하여 혼색하는 상태를 도시한 것이다. 도 12와 도 13에서는 2장의 도광판을 사용하고 있지만, 이들 요소를 통합하면 도 14와 같이 1장의 도광판에서 3색 스트라이프를 실현할 수 있다. 1장 구성의 도광판이기 때문에 화소의 위치 맞춤이 불필요해져 생산성이 향상되고, 재료비를 반감할 수 있다. 도 14의 주요부를 도 15에 확대하여 설명한다.

화소를 3개의 서브 화소로 구성하는 제 1 서브 화소(27 A)에 입사하는 세선(細線)의 광은 우측단의 볼록 반사면(5)의 상단을 넘어 중앙의 볼록 반사면(5A)에 입사하고 있다. 볼록 반사면에서 전반사하고, 광속을 확대하여 서브 화소 폭으로 조사한다. 파선의 광은 좌측의 볼록 반사면에 입사하여 광속을 확대하여 2번째의 서브 화소에 입사하고, 3색째의 광은 도광판의 하부로부터 입사하고 있다. 도광판의 하부로 돌출된 입사부는 입사 광선에 수직인 면을 구성하고, 돌기부의 후면을 볼록 반사면(5C)으로 하여 3번째 화소에 광속을 확대하여 조사하고 있다. 5C면에 대칭인 반사면을 형성하면 4색 표시도 가능하다.

광속을 확대하는 확산광이 삼각뿔을 구성하는 다른 2면에 입사하지 않도록 하는 데에는 다른 2면에 평행 또는 다른 2면의 음이 되어 입사하지 않을 필요가 있다. 이 조건으로 혼색 된 광은 수학식 5의 (1)의 스넬 법칙에 따라서 광속을 확대하여 출사한다. 도 16의 광선(A)는 삼각뿔을 구성하는 다른 2면의 모서리에 평행하게 진행하여 기준면에 연직 방향으로 출사한다. 볼록 반사면에 의한 광속 확대 광을 평행광으로 변환하는 볼록 굴절면을 삼각뿔 굴절격자와의 사이에 설치한 2층 구조가 되지만, 삼각뿔 굴절격자에 입사하는 각도를 일정하게 할 수도 있다. 확산광의 방사각이 커질수록 광선(B, C, D)의 출사광은 연직 방향보다 경사진 출사광이다. 삼각뿔을 구성하는 다른 2면에 입사하면 광선(E)과 같이 전반사하여 수학식 2와는 다른 방향으로 출사한다.

도 17, 도 18은 삼각뿔 굴절격자의 2면의 단면을 도시한 것이다. 도 17은 1개의 원통 볼록 반사면에서 반사되고 1열의 서브 화소의 열에 조사하는 상태를 도시하고 있지만, 도 18과 같이 1개의 원통 볼록 반사면으로부터 복수의 서브 화소의 열에 조사할 수도 있다. 서브 화소 열의 수는 정수에 한정되지 않고, 다음의 볼록 반사면으로부터의 광이 연속한다면 단수도 가능하다. 화소 수보다도 도광판 저면의 원통 볼록 반사면이 적은 열 수로 구성하고, 1개의 원통 볼록 반사면으로부터 복수의 서브 화소의 열에 조사하면, 1열의 서브 화소의 열에 조사할 때보다도 볼록 반사면의 치수가 크고, 원통 볼록 반사면의 열 수를 삭감할 수 있으므로 3 방향을 향한 볼록 반사면의 성형이 용이해진다.

복수의 서브 화소 열에 분배하는 수를 늘릴수록 도 16의 광선(B, C, D)과 같이 경사지므로 출사 방향을 연직 방향으로 하기 위해 출사 면의 경사를 수학식 5의 (1)에 따라서 보정하거나, 인접하는 다른 색의 서브 화소에 입사되지 않는 방사각으로 둘 필요가 있다. 도 16의 광선(B, C, D)는 골부에 차단되어 꼭대기부 부근에 사각 부분이 발생하여 광량이 감소하므로, 휘도 불균형의 영향이 생기지 않는 방사각으로 두는 것이 바람직하다. 도광판 두께를 얇게 한 경우도 광선(B, C, D)과 같이 경사지므로 마찬가지이다.

도 17, 도 18은 2 방향 성분을 도시할 뿐이고, 3 방향 성분을 평면도로 도시한 것이 도 19이다. 도광판 저면의 3 방향을 향한 볼록 반사면에서 3 방향으로부터의 평행광을 삼각뿔 굴절격자 방향으로 전반사하는 메카니즘을 설명한다. 도 19의 B－B´의 단면은 도 17, 도 18의 저면에 설치한 2 방향을 향한 삼각기둥 형상 볼록 반사면이다. 도 19의 횡방향으로 펼쳐진 3개 1세트로 구성되는 선은 도광판 측면의 상변과 하변에 대향하는 2변에 평행하게 설치한 원통 볼록 반사면을 삼각기둥 형상으로 꼭대기 모서리를 접해 형성한 것이다.

도면의 우측 하부 방향으로 조사하는 평행광(B)을 마름모 굴절격자 방향으로 반사하기 위한 원통 볼록 반사면을 도광판의 저면에 나열하고, 도면의 우측 상부 방향으로 조사하는 평행광(C)을 마름모의 굴절격자 방향으로 반사하는 원통 볼록 반사면이 접해 모서리를 형성하고, 도면의 우측 하부 방향으로 조사하는 평행광(B)과 도면의 우측 상부 방향으로 조사하는 평행광(C)는 이 꼭대기 모서리를 접한 원통 볼록 반사면에서 반사하여 삼각뿔 굴절격자에 입사하고 서브 화소(B, C)에 입사한다.

좌향 방향의 평행광 광원(A)으로부터의 광을 마름모의 굴절격자에서 연직 방향으로 방향 변환하여 상하 방향으로 나열한 서브 화소(A)에 조사한다.

도 19의 우변에 설치된 광원(A)으로부터의 광을 반사하는 복수의 볼록 반사면을 2개의 삼각기둥 형상 볼록 반사면의 사이에 있는 골부에 설치하고 있다. 도 19 상변과 하변에 설치된 광원(B, C)으로부터의 광은 삼각기둥 형상 볼록 반사면의 그늘의 골부에 있는 볼록 반사면(5A)에 입사하지 않기 때문에 광원(A)의 광만을 서브 화소(A)에 조사한다.

이 골부에 따르는 단면 A－A´을 도 20에 나타낸다. 도 20의 볼록 반사면(5A)에서 광속을 펼쳐 반사하는 광이 삼각뿔 격자의 굴절면(15A)에만 입사되어 서브 화소(27A)에 입사된다. 볼록 반사면(5A)의 위에 나타낸 볼록 반사면(5C)은 동일한 단면상에 존재하는 것이 아니라 지면 수직 방향으로 존재하지만 투시하여 나타낸 것이다. 도 19의 상변과 하변에 설치한 광원(B, C)으로부터의 광이 볼록 반사면(5C)과, 더 그 내측에 존재하는 볼록 반사면(5B)에서 광속을 확대하여 반사하고, 각각 삼각뿔 격자의 굴절면(15C, 15B)에 입사하고 서브 화소(27C, 27B)에 입사한다. 볼록 반사면(5B), 굴절면(15B), 서브 화소(27B)는 내측에 있으므로 도시하지 않지만, 3 방향을 향한 볼록 반사면의 도광판 저면은 3 방향으로부터의 평행광을 삼각뿔 굴절격자 방향으로 전반사한다.

볼록 반사면(A)을 원통에 형성한 경우, 우변으로부터의 광이 반사하면 삼각기둥 형상 볼록 반사면의 상부는 사각이 져서 조명되지 않으므로 볼록 반사면(A)을 장축 방향으로도 곡면을 형성하고, 장축 방향의 방사각(ε)을 제어하여 삼각기둥 형상 볼록 반사면의 상부의 화소에 조사한다. 볼록 반사면의 장축 방향의 곡률반경(R)은 볼록 반사면의 장축 방향의 길이를 L로 하여 하기 수학식 8에 나타낸다.

삼각기둥 형상 볼록 반사면에 직교하는 방향의 볼록 반사면의 장축 방향 길이보다 긴 범위를 조사하므로 상기 삼각기둥 형상 볼록 반사면의 상부의 화소에 조사할 수 있다.

도 19의 저면의 볼록 반사면에서 반사된 3 방향의 광은 도광판의 상측면에 설치한 삼각뿔 굴절격자의 A, B, C면에 입사된다. 삼각뿔 굴절격자는 3개의 마름모형면을 조합한 구조이므로, 도광판의 상방으로 마름모 서브 화소를 가지는 액정 패널을 배치한다. 도 21은 3색의 서브 화소를 마름모로 형성하고 델타 배열하여 6 각형의 화소로 이루어진 액정표시장치의 평면도이다. 도 21에서는 설명의 사정상 서브 화소의 치수를 매우 확대하여 표시하고 있다.

3색의 광원(A, B, C)은 주변부에 배치하고 120°다른 방향으로 조사하고 있다. R, G, B의 배열은 임의이지만, 우변에 배치하는 광원(A)의 수가 가장 적기 때문에 고휘도의 소자를 배치하는 것이 득책(得策)이다. 우변에는 좌향 방향으로 조사하는 평행광 광원(A)을 나열하고, 도 21의 상변과 좌변 상측에 도면의 우측 하부 방향으로 조사하는 평행광 광원(B)을 나열하고, 하변과 좌변 하측에 도면의 우측 상부 방향으로 조사하는 평행광 광원(C)을 나열하고 있다. 3방향의 광을 6각형의 화소에서 혼색하여 칼라 표시할 수 있다.

삼각뿔 굴절격자를 통해 3 색광을 서브 화소에 조사하므로 칼라필터를 이용하지 않고 액정표시장치의 칼라를 표시할 수 있고, 볼록 반사면과 삼각뿔 굴절격자는 동일 부재로 이루어진 도광판이므로 액정 패널의 화소와 위치를 맞춰 칼라를 표시할 수 있다. 마름모 서브 화소를 점대칭으로 나열한 6각형 화소이므로 병치 가법 혼색이 뛰어나고, 스트라이프에 의한 정방형 화소보다 매끄럽다.

칼라필터는 해당색 이외를 흡수하므로 투과율이 33% 이하이고, 편광판의 흡수등을 포함하면 액정표시장치 전체의 효율은 8%이하이지만, 본원 발명은 칼라필터를 이용하지 않으므로 효율이 3배가 되고, 백색 발광다이오드에 비교해 약 1/3의 RGB 발광다이오드 수로 할 수 있다. 이에 의해 칼라필터의 제조 공정 삭감뿐만이 아니라 발광다이오드와 전원부의 비용 삭감도 할 수 있다.

표시장치에서는 3원색의 혼색으로 재현 가능하지만, 조명장치, 촬상장치 등에서는 광원의 파장 특성이 부족하면 정확한 색재현을 할 수 없다. 청색 발광다이오드의 청색광을 황색 형광체에 조사된 보색에 의한 백색 발광다이오드는 첨예한 청색광 스펙트럼과 완만한 황색광 스펙트럼을 갖고, 청녹색역에 큰 깊이가 있다. 복수의 형광체를 혼합하여 형광 백색 발광다이오드를 광대역화할 때, 형광체를 다량으로 혼합함으로써 형광을 다른 형광체에서 흡수하여 효율이 더욱 저하한다. 이 때문에 형광체를 혼합하는 것이 아니라 삼각뿔 굴절격자 또는 삼각뿔 반사 격자에 따라서 혼색하면 효율 저하를 수반하지 않고 파장 특성이 광대역화한다.

제 1 발광소자를 청보라색 발광다이오드로 하고, 황색 형광체에 의한 파고치가 청보라색광 파고치의 약 절반의 2산 특성으로 형광체를 분산하면, 청색~녹색에 깊이를 가져 적색역이 저하된 특성이다.

제 2 발광소자는 제 1 발광소자의 깊은 파장에서 발광하는 청녹색 발광다이오드로 하고, 오렌지색 형광체에 의한 파고치가 청녹색 광 파고치의 약 절반의 2산 특성으로 형광체를 분산하면, 녹색~황색에 깊이를 가지는 특성이다.

제 3 발광소자는 제 1 발광소자의 깊은 파장으로 발광하는 녹색 발광다이오드로 하고, 오렌지색 형광체에 의한 파고치가 녹색광 파고치의 약 절반의 2산 특성으로 형광체를 분산하면, 황색~오렌지색에 깊이를 가지는 특성이다. 삼각뿔 굴절격자를 이용하여 제 1~제 3 발광다이오드 광을 가법 혼합하면, 제 1 발광다이오드의 딥 영역은 제 2, 제 3 발광다이오드의 여기광으로 보완된다.

제 1~제 3 발광다이오드의 형광 스펙트럼은 가법 혼색에 의해 황색~적색역에 걸쳐 파고치가 여기광에 대략 동일하고, 완만한 연속 스펙트럼의 형광을 얻을 수 있다. 형광체로 광대역 특성을 얻는 방법은 효율이 저하하지만, 딥 영역에 다른 여기 파장을 설치하여 삼각뿔 굴절격자에 의한 혼색을 실시하는 것에 의해 고효율로 연속파장을 실현할 수 있다. 포물면경에 의한 단면도를 도 22에, 굴절격자의 경사면을 오목면으로 하여 도광판에 의한 단면도를 도 23에 나타낸다. 다른 여기 파장의 형광 변환 발광다이오드를 삼각뿔 혼색 장치에서 혼색한 합성 전과 합성 후의 파장 특성을 도 30에 나타낸다.

조명장치에서는 평행광보다 방사각을 확대하여 사용되는 것이 많으므로 혼색된 평행광을 부초점거리 광학계에 의해 평행광보다 방사각을 확대할 수 있다.

방사 방향이 다르면 한쪽만의 성분이 되므로 각 광원광과도 방사각과 방향을 갖추는 것에 의해 균일한 혼색 광을 조사할 수 있다.

도 24는 굴절격자의 출사부에 오목 렌즈 어레이를 설치한 것이다.

굴절격자의 경사면을 오목면으로 하는 것에 의해 방사각을 확대할 수 있고, 이를 도 25에 나타낸다. 대향하는 굴절격자 경사면의 오목면의 출사광의 방사각을 갖추는 것에 의해 균일한 혼색 광을 조사할 수 있다.

대향하는 굴절격자 경사면에 입사하지 않기 위해서는 굴절격자 골부의 접선의 경사에서 입사할 필요가 있다. 이 때문에 굴절격자의 꼭대기부에 입사하지 않으므로 꼭대기부는 첨예할 필요는 없고, 평탄하게 하여 성형하기 쉽게 할 수도 있다.

굴절격자의 경사면을 볼록면으로 하고 초점 통과 후에 방사각을 확대할 수도 있다.

굴절격자의 경사면이 평면이라도 입사광이 평행광이 아니라 확산광일 때, 굴절격자 출사 후는 확산광이다. 굴절격자의 기준면을 평면이 아니라 오목면으로 하여 굴절격자에 확산 광을 입사하고, 확산광을 출사할 수 있다.

광원부를 1점으로부터의 확산광으로 하면 굴절격자의 기준면에 입사하는 각도가 위치에 따라서 달라지지만, 복수의 점으로부터의 확산광으로 하면 기준면에 입사하는 각도를 갖출 수 있다.

스포트라이트, 신호기 등에서는 수학식 6, 도 10의 표시면의 폭(W)보다도 조사 범위 또는 관찰 가능 범위의 방사각(θ)이 이용하기 쉽기 때문에 볼록 반사면의 곡률반경(r), 원주를 따르는 곡면 길이(d), 방사각(θ)으로 표현하면 수학식 9로 나타내어지고, 수학식 10으로 근사화할 수도 있다. 여기서, 방사각은 도 11과 같이 중심선에 대해 대칭인 각도이다.

도 11은 2 방향으로부터의 평행광을 방사각(θ)에 동일 방향으로 혼색하여 출사하는 상태를 도시하고 있다. 방사각이 동일하게 방향이 일치하여 격자가 인식할 수 없는 치수이면 균등하게 가법 혼색한다.

개별 발광소자에서 연속 스펙트럼을 얻는 데에는 발광 다이오드의 광도가 피크의 약 절반값이 되는 파장 폭이 20nm~60nm이므로 각 색의 반값 파장으로 연결하여 6색~9색을 이용하면 가시광역을 커버하여 연속 스펙트럼의 백색광을 실현할 수 있다.

삼각뿔 굴절격자에 입사하는 3개의 광원에, 또한 굴절격자 또는 반사 격자에 의한 혼색광을 이용하는 것에 의해 6색 또는 9색을 혼합할 수 있다.

산란에 의한 혼색이 아니므로 방사각의 좁은 백색광을 조사할 수 있다.

6색을 혼합하면 도 31과 같이 연속 스펙트럼의 백색광을 합성할 수 있다.

이 구조의 주요부 투시도의 예를 도 26에 나타내고, 단면도의 예를 도 27~도 29에 나타낸다.

출사면의 굴절격자는 1개의 격자 경사면에 복수의 광을 입사할 수 있으므로 도 28은 도 27에 비교하여 절반의 굴절격자 수로 되어 있다.

도 29는 도광판 저면의 볼록 반사 격자의 광속 확대 기능을 이용하고, 도 27의 도광판 출사면의 오목 굴절면을 삭제한 것이다.

실시예 1

삼각뿔 굴절격자를 이용한 마름모 서브화소의 액정표시장치에 대해 설명한다.

삼각뿔 굴절격자를 이용하는 것에 의해 마름모 서브 화소로 이루어진 액정표시장치에 대해 설명한다. 액정표시장치의 도광판의 저면에 3 종류의 볼록 반사 격자를 배치하고, 도광판 측면에 3 종류의 광원을 배치한 평면도를 도 19에, 마름모 서브 화소로 이루어진 액정표시장치의 평면도를 도 21에 나타낸다.

대각 1117 mm(46형), 풀 HD(1920×1080)일 때, 화면 치수는 가로 1018mm, 세로 573mm, 화소 피치 530μm, 서브 화소의 마름모꼴 변 길이 306μm이다.

도광판의 저면에는 3 방향을 향하는 3 종류의 볼록 반사면을 배치하고 있다.

도면의 우측 하부 방향으로 조사하는 평행광(B)은 원통 볼록 반사면(B)에서 경사진 위쪽으로 반사하여 마름모꼴의 굴절격자(B)에 입사각(α)으로 입사한다.

도면의 우측 상부 방향으로 조사하는 평행광(C)은 상기 원통 볼록 반사면(B)과 접해 모서리를 형성하고 있는 원통 볼록 반사면(C)에서 경사진 위쪽으로 반사하여 마름모꼴의 굴절격자(B)에 입사각(α)으로 입사한다.

좌향 방향의 평행광 광원(A)로부터의 광을 원통 볼록 반사면(A)에서 경사진 위쪽으로 반사하여 마름모꼴의 굴절격자에 입사각(α)으로 입사한다.

삼각뿔 굴절격자의 굴절면(A, B, C)에서 연직 방향으로 방향 변환하여 서브 화소(A, B, C)에 조사한다.

도광판의 볼록 반사면 단차가 화소 치수보다 작기 때문에 화소 치수로 확대하지만, 도광판 두께가 일정하므로 볼록 반사면의 곡률반경은 일정하다. 도광판 두께 t를 10 mm, 볼록 반사면의 단차 s를 10μm로 하면 곡률반경(r)은 159μm이다. 광원으로부터의 평행광선을 거의 연직 방향의 액정의 서브 화소로 향하여 반사하는 것으로, 전반사 임계각 이상으로 경사지는 것으로써 반사층을 형성할 필요가 없어 제조 비용 삭감이 가능하다.

발광 다이오드를 광원부의 포물면경의 초점에 포물면경의 반사광을 차단하지 않는 위치에 오프셋하여 배치한다. 광원(A)에 광도 240 mcd의 발광 다이오드 540개를 배치하고, 광원(B, C)에 광도 140 mcd의 발광다이오드 540개를 배치함으로써 광 투과율 40%일 때 휘도 263 cd/m²를 얻을 수 있다. 이때의 소비 전력은 약 130 W가 되고, 백색 발광다이오드와 칼라필터의 경우의 약 1/3의 소비 전력이다.

투명 재료로서 폴리메틸메타크릴레이트, 지환식 아크릴 수지, 환형 올레핀 수지, 폴리카보네이트, 광 경화 아크릴 수지 등이 가능하고, 사출 압축 성형 등에 의해 성형할 수 있다. 광 경화 아크릴 수지는 저점도의 모노머, 올리고머를 출발 원료에 중합하므로 정밀한 성형이 가능하다.

실시예 2

반사면을 격자 형상으로 배치한 3색 스트라이프에 혼합하는 액정표시장치의 조명장치를 도 14에, 주요부를 도 15에 나타낸다. 대각 510 mm(20.1형), XGA(1024×768) 일 때, 화면 치수는 가로 408 mm, 세로 306 mm, 화소 피치 399μm, 서브 화소 피치 133μm이다.

3 방향을 향하는 3 종류의 볼록 반사면은 1024단을 화소 피치로 균등하게 배치한 구조이다. 도광판의 볼록 반사면 단차가 화소 치수보다 작기 때문에 화소 치수로 확대하지만, 도광판 두께가 일정이므로 볼록 반사면의 곡률반경은 일정하다.

도광판 두께(t)를 10 mm, 볼록 반사면의 단차(s)를 10μm로 하면 곡률반경(r)은 159μm이다. 광원으로부터의 평행광선을 거의 연직 방향에 있는 액정의 서브 화소를 향해 반사하는 것으로 전반사 임계각 이상으로 경사지는 것에 의해 반사층을 형성할 필요가 없어 제조 비용 삭감이 가능하다.

발광 다이오드를 광원부의 포물면경의 초점에 포물면경의 반사광을 차단하지 않는 위치에 오프셋하여 배치한다. 광도 250 mcd의 발광다이오드 각 색 128개를 배치하는 것에 의해 광 투과율 40%일 때 휘도 307 cd/m²를 얻을 수 있다.

실시예 3

볼록 반사면의 격자를 쌍방향에 가지는 도광판에 2색의 평행광을 입사하여 혼색하는 실시예로서 적색 발광 다이오드와 녹색 발광 다이오드를 이용하여 황색을 합성하는 신호기에 대해 설명한다. 굴절격자에 의한 예는 실시예 4, 반사 격자에 의한 예는 실시예 5에서 설명한다. 청색 신호라고 호칭되지만 정확하게는 녹색이다. 색각 장해 대책으로서 청색을 띤 녹색으로 표시되어 있다. 황색 신호는 오렌지색을 띤 등황색(橙黃色)으로 표시되어 있다. 도 32는 볼록 반사면을 쌍방향에 가지는 격자에 녹색과 적색의 평행광을 입사하여 황색 신호 때는 녹색과 적색을 혼색하여 황등색으로서 표시하는 신호기의 단면도이다. 평면도를 도 33에 나타낸다.

도광판의 저면은 도 11에 도시한 쌍방향을 향한 볼록 반사면이 삼각기둥을 형성하고 있다. 신호기 표시면까지의 거리가 약 5m이상이므로 볼록 반사면의 폭이 5 mm 이하에서는 격자를 인식할 수 없고, 적색광과 녹색광이 볼록 반사 격자로부터 동일 방향으로 동일 방사각으로 출사했을 때, 가법 혼색되어 색 얼룩의 발생은 일어나지 않는다.

표시면 주위에 광원부를 설치하고, 한쪽에 녹색 발광다이오드를, 다른쪽에 적색 발광다이오드를 각 96개의 타원거울의 초점에 설치하고 나서 포물면경으로 평행광을 형성하여 한쪽의 볼록 반사면에 입사하고 있다. 쌍을 이루는 볼록 반사면에서 동일 방향으로 동일 방사각으로 반사하고, 도광판 표면의 오목 굴절면에서 필요로 하는 방사각에 광속을 확대한다. 종래의 상공이나 교차하는 도로까지 조사하는 지향성은 소비 전류가 소용없게 되지만, 상하 방향의 방사 범위를 수평면 이하, 좌우 방향의 방사각을 ±45°의 범위로 하면 소비 전류를 약 1/4로 삭감할 수 있다. 이 때문에 1개의 표시면에 적색과 녹색의 소자를 절반씩 설치해도 필요한 광량을 얻을 수 있다.

500 nm 이하의 청녹색 발광 다이오드를 이용해 적색 발광다이오드와 혼색하면 색도 좌표 상의 직선이 백색역에 근접하여 담황색이 되므로 500 nm 이상의 녹색 발광다이오드와 610 nm이상의 적색 발광다이오드를 이용하면 혼색 직선이 말굽형으로 된 색도 좌표의 우측 테두리면을 따르므로 진한 황색을 혼색할 수 있다.

종래의 3등 신호기에서는 태양광을 받아 비점등의 2등도 밝아져 휘도 차이가 저하하는 의사 점등 현상이 있지만, 굴절격자에 의한 혼색에서는 표시면이 1등이므로 의사 점등 현상은 발생하지 않고, 황색의 발광소자를 삭감하고, 더욱 지향성의 제어에 의한 소자 수의 저감으로 신호기의 비용을 삭감할 수 있다. 종래의 신호기는 지향성이 넓기 때문에 교차하는 도로측의 신호가 보이지 않을 뿐만 아니라 상공에도 방사하고 있으므로 소비 전류가 많아지고 있지만, 필요한 지향성 범위로 하면 소비 전류를 저감하고, 소자 수의 저감에 의해 제조 비용도 삭감할 수 있다. 최근 발광 효율의 향상이 현저하지만, 종래의 표시면은 발광소자의 도트가 눈에 띄므로 소자 수를 삭감하면 더욱 거친 표시가 되므로 소자 수의 삭감은 곤란하다. 그러나 볼록 반사 격자를 인식할 수 없는 폭으로 표시하므로 전체가 균일하게 표시된다. 이 때문에 지향성의 제어와 발광 효율에 따라서 발광소자 수를 삭감할 수 있다.

실시예 4

적색 발광다이오드와 청녹색 발광다이오드를 굴절격자에 의해 황색을 합성하는 신호기를 실시예 3과의 차이점에 대해 설명한다. 도 34에 도시한 유닛의 직경을 25 mm으로 하면 도 35에 도시한 직경 300 mm의 표시면에 약 120 유닛 나열할 수 있다. 굴절격자를 8쌍 설치하면 한측면에서 1.5 mm 폭의 빗모양이 되어 적색 또는 녹색 표시일 때는 격자의 한측면으로부터 빗모양으로 출사한다. 적색 광과 녹색 광이 폭 1.5 mm의 굴절격자로부터 출사했을 때 신호기 표시면까지의 거리에 의해 격자를 인식할 수 없고, 방사 방향의 일치에 의해 색 얼룩의 발생도 일어나지 않는다. 필요한 지향성 범위에 확산광을 출사하는 수단은 도 34에 도시한 오목렌즈 어레이이다. 오목렌즈 어레이는 방진?방수를 겸한 후드로서의 기능도 갖고 있다.

실시예 5

적색 발광다이오드와 청녹색 발광다이오드를 반사 격자에 의해 황색을 합성하는 신호기를 실시예 2와의 차이점에 대해 설명한다. 도 2에 도시한 유닛의 반사 격자면을 19 mm 각으로 하면 도 36에 도시한 직경 300 mm의 표시면에 약 120 유닛 을 나열할 수 있다. 반사 격자를 8쌍 설치하면 한쪽면에서 1.5 mm 폭의 볼록 반사면이 되고, 적색 또는 녹색 표시일 때는 격자의 한쪽면으로부터 빗모양으로 출사한다. 적색 광과 녹색 광이 폭 1.5 mm의 반사 격자로부터 출사했을 때, 신호기 표시면까지의 거리에 의해 격자를 인식할 수 없고, 방사 방향의 일치에 의해 색 얼룩도 발생하지 않는다.

반사 격자는 만곡 반사면에 의해 지향성을 확대하고, 발광소자 치수에 유래하는 방사각은 더 지향성을 가지지만, 반사 격자의 설치면을 만곡하여 지향성을 설정 가능하다. 이것에 의해 반사 격자의 만곡 설치면에 의해 도로 상황에 따른 지향성을 설정할 수 있다. 지향성의 제어는 도광판의 볼록 반사면이나 굴절형보다 자유도가 넓은 특징이 있다. 포탄형 발광다이오드를 사용한 종래의 신호기의 표시면은 선단 부근만이 빛나 발광소자의 도트가 눈에 띄지만, 반사 격자형은 광원부에 나열하는 구조이므로 반사면의 점적률은 60%이다.

실시예 6

볼록 반사면에 의한 반사 격자를 이용하여 방사각을 격자의 직교 방향으로 차이를 갖게 한 실시예로서 차량용 전조등에 대해 설명한다. 광원은 청색 발광다이오드에 황색 형광체를 이용한 형광 백색 발광다이오드와 청녹색 발광다이오드에 오렌지색 형광체를 이용한 형광 백색 발광다이오드를 혼색하여 가시광역을 커버하는 백색광원이다. 방사각 등을 변경하면 스포트라이트 등에도 응용할 수 있다.

차량용 전조등 상하 방향의 방사각을 10°로 하여 광원 치수에 의한 오차 각도 약 4°를 빼면 반사 격자에 직행 방향의 방사각 (γ)은 6°이다. 수학식 2에서 경사광과 꼭대기부의 경사(α)는 28°, 골부의 경사(β)는 34°이다. 반사 격자에 평행 방향의 방사각을 20°로 하고, 반사 격자 단책(短冊)의 길이를 14 mm로 하면, 수학식 8에서 곡률반경은 40 mm이다. 4쌍의 볼록 반사면 격자 구성의 단면도를 도 37, 차량용 전조등의 정면도를 도 38에 나타낸다. 좌우의 광원부의 한쪽은 청색 발광다이오드에 황색 형광체를 이용한 형광 백색 발광다이오드, 다른쪽은 청녹색 발광다이오드에 오렌지색 형광체를 이용한 형광 백색 발광다이오드이다. 타원거울의 한쪽의 초점에 발광소자, 다른쪽의 초점에 형광체를 설치하고 있다. 여기광을 받은 형광체로부터 후방과 전방의 포물면경에 형광을 발하고, 후방의 포물면경으로부터의 평행광은 평면경에서 방향 변환하여 평행광을 반사 격자 방향으로 조사하고 있다.

발광소자에 40 mA의 순전류를 흐르게 하면, 2 광원으로 이루어진 1 유닛에서 0.28 W가 되고, 이 유닛을 가로에 11열, 세로에 8열의 합계 88 유닛을 사용하여 변환 효율 60 lm/W에서 1480 lm의 광속을 얻을 수 있다. 치수는 가로 160 mm, 세로 170 mm이다. 혼색된 스펙트럼을 도 39에 나타낸다.
엇갈리는 빔일 때는 하부 5열을 점등하면 920 lm이 되고, 도 38과 같이 유닛의 배치에 컷오프 라인을 설치하면 맞은편 차로의 방현(防眩) 효과를 늘릴 수 있다. 컷오프 라인의 기울기의 반사 격자는 타원거울과 쌍곡선거울을 조합하여 사다리꼴 형상의 반사 격자로 한 것이다. 도 38은 좌측 주행 차량의 경우를 정면에서 본 것이고, 상 3단을 소등하여 어긋난 빔의 상태를 나타낸 것이다. 반사 격자는 알루미늄 등의 금속 경면을 이용하면 방열판을 겸용할 수 있다. 상기 구성에 의한 주행 빔 때의 전체 손실은 24.6 W가 된다. 반사 격자 어레이의 주위에 30 mm 폭의 설치 공간을 설치했을 때의 방열판 치수는 가로 220 mm, 세로 230 mm 이다. 이 방열판의 후방에 덕트를 설치하고, 풍속 u=10 m/s (36 km/h) 이상의 주행풍 또는 강제 대류로 냉각하면, 수학식 11에 의해 온도 상승은 약 25℃이다. 방열판으로부터 덕트의 벽면 전체에 열전도 하고 방열에 이용할 수 있으므로 온도 상승을 약 25℃보다 저하시킬 수 있다. 수학식 11은 방열판 온도의 공기의 물성치를 이용하므로 반복 계산이 필요하지만, 수속 조건 부근의 50℃의 물성치

삭제

프랑트르 수 Pr：0.71

열전도율λ：0.0241［W/m℃］

동점성 계수ν：1.86×10－5［m2/s］

를 이용하여 레이놀드 수(Re), 누셀트 수(Nu), 평균 열전달률(α), 온도 상승(T)은 수학식 11로 구할 수 있다. 방열판의 세로 치수(L), 가로 치수(W)로 하고, 외기 온도는 20℃로 한다.

실시예 7

삼각뿔 굴절격자를 이용하고, 3 방향으로 3 종류의 형광 변환 발광다이오드를 이용한 조명장치의 실시예를 도 22, 도 23 등에 의해 설명한다. 제 1 형광 변환 발광다이오드(A)는 여기 파장 440 nm, 형광 파장 550 nm이다. 제 2 형광 변환 발광다이오드(B)는 여기 파장 475 nm, 형광 파장 590 nm 이다. 제 3 형광 변환 발광다이오드(C)는 여기 파장 510 nm, 형광 파장 590 nm 이다. 도 23은 제 1 형광 변환 발광다이오드(A)와 제 2 형광 변환 발광다이오드(B) 사이의 단면도이기 때문에 제 3 형광 변환 발광다이오드(C)는 나타내고 있지 않다.

발광소자(1A, 1B)는 각각 축외포물면경(6)의 초점에 설치하고, 지면 내부 길이 방향으로 각각 6개 설치하고 있다.

축외포물면경(6)에서 평행광으로 변환되고, 도광판(24)으로 분산하여 배치된 반사면(47)에서 반사하여 삼각뿔 굴절격자(15)에 입사한다.

방사각을 약 ±10도로 하기 위해 삼각뿔 굴절격자의 출사면을 오목 굴절면으로 하고 있다.

각 발광소자에 100 mA의 순전류를 흐르게 하면 합계 18개의 광원에서 6.3 W가 되고, 변환 효율 80 lm/W에서 500 lm의 광속을 얻을 수 있다. 혼색된 스펙트럼은 도 30과 같이 연속 스펙트럼의 백색광이다. 가시광역의 포락선이 5500K의 백색광에 근사하므로 높은 색 재현성을 갖고, 적외선을 포함하지 않고 온도 상승을 해소하며, 자외선에 의한 손상을 해소하는 용도에 적합하다.

실시예 8

삼각뿔 굴절격자를 이용하고, 3 방향으로 6색의 발광다이오드를 이용한 LED 전구의 실시예를 설명한다. 도 26은 주요부를 투시한 사시도이다. 삼각뿔 굴절격자에 조사하기 위한 3 방향의 광원은 도 11에서 설명한 쌍방향을 향하는 볼록 반사면을 가지는 도광판과 쌍방향의 광원이다. 삼각뿔 굴절격자와 쌍방향을 향하는 볼록 반사면을 가지는 도광판의 단면도를 도 28에 나타낸다. 쌍방향을 향하는 볼록 반사면을 가진 도광판은 2방향으로부터의 평행광을 광속을 확대하여 반사하고, 도광판 출사면의 볼록 굴절면에서 평행광으로 되돌리고 나서 삼각뿔 굴절격자로 입사하고 있다. 삼각뿔 굴절격자의 출사광은 평행광이므로 오목 굴절면(11)을 설치하여 필요한 방사각으로 광속을 확대하고 있다. 방사각이 좁은 경우는 도 27과 같이 삼각뿔 굴절격자를 오목 굴절면으로 구성해도 좋다. 혼색된 스펙트럼은 도 31과 같이 연속 스펙트럼의 백색광이다.

1：발광소자 4：삼각파형 반사격자 5：볼록반사면
6：포물면경 8：타원거울 9：쌍곡선거울
10：볼록 굴절면 11：오목 굴절면 15：굴절격자
18：투광 물질 19：평행광 20：확산광
21：오목면경 22：볼록면경 24：도광판
27：서브화소 28：액정 협지 기판 29：기판
30：회로 기판 31：골부 32：꼭대기부
34：공기층 37：입사면 38：지지 부재
39：산란면 40：초점 42：홈
43：사각뿔 45：입사광 46：광원
47：밴드 패스 미러 48：편광판 49：프리즘
50：기준면 51：사각

Claims

수평면 기판상에 장방형 평면 반사면의 장변을 접하고, 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향에 직교시키고, 장방형 평면 반사면의 인접하는 장변을 접해 반복해 늘어놓는 것에 의해 삼각파형 반사격자를 형성하고, 장방형 평면 반사면의 짧은 축 방향이 수평면과 이루는 경사를 2개의 장방형 평면 반사면에서 동일하게 대칭시켜 마련하고, 2개의 평행광 광원을 장방형 평면 반사면의 짧은 축 방향의 경사와 동일한 앙각에서 대칭 방향으로 마련한 구조이고, 대칭 방향의 평행광 광원 쌍방으로부터의 평행광은 각각 평행광 광원에 대향하는 측의 반사면만으로 입사하여 기판 평면의 연직 상방으로 반사하고, 쌍방의 평행광 광원으로부터 입사된 광을 모두 연직 상방으로 반사시켜 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
마름모 반사면의 한편의 대각선을 기판의 수평면상에서 평행하게 하고, 3방향의 평행광 광원부터의 평행광의 진행 방향에 직교하는 방향으로 마름모 반사면을 배치하고, 마름모 평면 반사면의 수평 대각선보다 상측의 인접하는 변들을 접해서 삼각뿔형으로 늘어놓는 것에 의해 수평면보다 위에 볼록형의 삼각뿔 반사격자를 형성하고, 마름모 평면 반사면의 수평 대각선보다 아래쪽의 인접하는 변들을 접해서 삼각뿔형으로 늘어놓는 것에 의해 수평면보다 낮게 패인 오목형 삼각뿔 반사 격자를 형성한 구조이고, 수평면으로부터 동일한 앙각에서 3방향의 평행광 광원으로부터의 평행광을 삼각뿔 반사면의 광원을 향한 측의 반사면만으로 입사시켜 기판 평면의 연직 상방으로 반사하고, 3 방향으로부터 입사된 광을 모두 연직 상방으로 반사시켜 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
장방형 볼록 반사면의 장변을 수평면 상에서 접해서, 장방형 볼록 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향의 직교 방향으로 배치하고, 장방형 볼록 반사면의 장변들을 접해서 모퉁이에 대칭으로 늘어놓고, 이것을 복수 배치하는 것으로써 삼각파형 반사격자를 형성하고, 장방형 볼록 반사면의 짧은 축 방향은 정릉부에 둘 수 있는 짧은 축 방향 접선이 수평면과 이루는 경사α, 골부에서의 짧은 축 방향 접선이 수평면과 이루는 경사 β인 만곡을 가지고, 2의 평행광 광원을 장방형 볼록 반사면의 정부에서의 짧은 축 방향 접선의 경사α에 동일한 앙각에서 대칭 방향에 마련하고, 수평면부터의 경사 α에서 입사된 평행광이 볼록 반사면에서 반사하고 방사각γ에서 광속을 확대할 때,α=30°－γ／3, β=45°－α／2＋γ／2로 설정된 구조로 이루어지고, 대칭 방향의 평행광 광원 쌍방으로부터의 평행광은 각각, 반사 격자의 광원을 향한 측의 반사면만으로 입사하고, 복수 광원부터의 광을 수평면의 연직을 중심으로 하여 양측에 방사각γ의 범위내의 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
장방형 볼록 반사면의 장변을 도광판 저부의 수평면 상측에 접해서, 장방형 볼록 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향으로 직교시키고, 장방형 볼록 반사면의 장변들을 접해서 모퉁이에 대칭으로, 장방형 볼록 반사면을 화소폭 X 의 피치에서 배치하여 삼각파형 반사격자를 형성하고, 장방형 볼록 반사면의 짧은 축 방향의 곡율 반경을 액정 서브 화소의 투과부의 폭 W, 볼록 반사면에서 피조사면까지의 거리 t, 볼록 반사면의 곡면장 d에 의해 r=2?t?d/(W－d/√2)으로 설정하고, 2개의 평행광 광원을 장방형 볼록 반사면의 단차 s, 화소폭 X에서 경사θi=tan^-1(s/X)에서 대칭 방향에 마련하고, 도광판 저부의 수평면의 아래 쪽에 장방형 볼록 반사면의 삼각파형 반사격자를 화소폭 X 의 피치에서 배치하고, 장방형 볼록 반사면의 단차 s, 화소폭 X에 의해 경사θi=tan^－1(s/X)에서 수평면 아래 쪽으로부터 입사하는 평행광 광원을 마련한 구조이고, 수평면보다 상측의 쌍을 이루는 장방형 볼록 반사면에서 반사된 2색 반사광과 수평면보다 상측의 볼록 반사면의 피치간에 수평면보다 아래쪽의 장방형 볼록 반사면에서 반사된 다른 색 광을 투과시켜 도광판 상부의 액정패널 화소에 조사하는 것으로써 3색광 이상의 색혼합을 행하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
장방형 볼록 반사면의 장변을 도광판 저부의 수평면 상에 접해서, 장방형 볼록 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향으로 직교시키고, 장방형 볼록 반사면의 장변들을 접해서 모퉁이에 대칭으로 늘어놓고, 장방형 볼록 반사면의 짧은 축 방향의 곡율 반경을 액정 서브 화소의 투과부의 폭 W, 볼록 반사면으로부터 피조사면까지의 거리 t, 볼록 반사면의 곡면장 d에 의해 r=2?t?d/(W－d/√2)로 설정하고, 장변들이 접한 모퉁이에 대칭인 장방형 볼록 반사면을 화소폭 X 의 피치에서 배치하여 삼각파형 반사격자를 형성하고, 2개의 평행광 광원을 장방형 볼록 반사면의 단차 s, 화소폭 X에 의한 경사 θi=tan^－1(s/X)에서, 대칭 방향에 마련하고, 장방형 볼록 반사면을 화소폭 X 의 피치에서 배치하여 삼각파형 반사격자를 형성된 다른 도광판을 전기 도광판의 아래 쪽에 마련하고, 장방형 볼록 반사면의 단차 s, 화소폭 X에 의한 경사θi=tan^－1(s/X)에서 입사하는 평행광 광원을 아래 쪽의 도광판에 마련한 구조이고, 상측 도광판의 쌍을 이루는 장방형 볼록 반사면에서 반사된 2색 반사광과 상측 도광판의 볼록 반사면의 피치간에 아래쪽의 도광판의 장방형 볼록 반사면에서 반사된 다른 색 광을 투과시켜 도광판 상부의 액정판넬 화소에 조사하는 것으로써 3색광 이상의 색혼합을 행하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
평면의 기준면 상에 주위 매체보다 굴절률의 큰 물질의 복수의 2 등변 삼각기둥 형상체를 늘어놓고, 2 등변 삼각기둥 형상체의 경사면이 기준면의 법선이 이루는 각도를, 굴절면으로의 입사각과 굴절각과의 차분의 각도로 설정하여 삼각파형상으로 늘어놓아 격자 굴절면을 형성하고, 평면의 기준면의 아래쪽으로의 앙각이 동일한 대칭 방향으로 평행광 광원을 마련한 구조이고, 기준면의 아래쪽부터 입사된 쌍방으로부터의 평행광은 각각, 평행광 광원에 대향하는 측의 굴절면만으로 입사하여 기준면의 연직 상방으로 굴절하고, 쌍방의 평행광 광원으로부터 입사된 광을 모두 연직 상방으로 굴절시켜 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
마름모 굴절면의 한편의 대각선을 기준면 상에 마련하고, 기준면 상의 대각선보다 상측의 마름모 굴절면의 인접하는 변을 접해 늘어놓아 볼록 형의 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 대각선보다 아래쪽의 마름모 굴절면의 인접하는 변을 접해 늘어놓아 기준면보다 낮게 패인 오목형의 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 굴절면으로의 입사각과 굴절각과의 차분의 각도에서 마름모 굴절면이 기준면의 법선과 이루는 경사각을 설정하여 고굴절률 측부터 저굴절률 측으로 출사하는 구조이고, 3 방향의 광원으로부터의 평행광이 각각, 광원에 대향하는 측의 굴절면만으로 입사하여 기준면의 연직 상방으로 굴절하고, 출사 방향을 일치시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
도광판의 출사면에 제 7 항에 기재의 삼각뿔 굴절격자를 형성하고, 도광판의 저면에 볼록 반사면을 형성하고, 도광판의 측면으로부터 저면에 대해 경사진 평행광을 볼록 반사면으로 입사시키는 구조로 이루어지고, 볼록 반사면에서 광속을 확대하여 삼각뿔 굴절격자에 반사하여 서브 화소에 조사하고, 3 방향부터의 3색의 평행광을 마름모의 서브 화소를 구비한 화소에 조사하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 8 항에 있어서,
도광판 저면의 원통 볼록 반사면이 화소 수보다 적은 열수로 구성되고, 1개의 원통 볼록 반사면으로부터 복수의 서브 화소의 열에 조사하는 것에 의해, 볼록 반사면의 치수를 확대해 성형을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 8 항에 있어서,
도광판 측면의 대향하는 2 변에 평행으로 원통 볼록 반사면의 정릉을 접해 삼각기둥 형상으로 도광판 저면에 형성하고, 2개의 삼각 기둥장 볼록 반사면의 사이에 삼각기둥 형상 볼록 반사면과 직교하는 방향으로 복수의 볼록 반사면을 마련하고, 도광판 측면의 대향하는 2변에 마련한 2색의 광원으로부터 삼각기둥 형상 원통 볼록 반사면으로 조사하고, 삼각기둥 형상 볼록 반사면과 직교할 방향에 마련한 광원으로부터 삼각기둥 형상 볼록 반사면과 직교하는 방향의 볼록 반사면에 조사하는 구조로 이루어지고, 3 방향으로부터의 평행광을 삼각뿔 굴절격자의 대향하는 굴절면으로 입사시켜 3개의 서브 화소에 입사시키는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 8 항에 있어서,
삼각기둥 형상 볼록 반사면에 직교하는 방향의 볼록 반사면의 장축 방향에 곡면을 형성하고, 삼각기둥 형상 볼록 반사면에 직교하는 방향의 볼록 반사면의 장축 방향 길이보다 긴 범위를 조사하는 것에 의해 상기 삼각기둥 형상 볼록 반사면의 상부의 화소에 조사하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 8 항에 있어서,
마름모 굴절면으로 이루어진 삼각뿔 굴절 격자의 상방으로 3개의 마름모형의 서브 화소로 구성된 6각형 화소를 구비한 액정패널을 배치하고, 볼록 반사면에서 반사된 3방향의 광을 삼각뿔 굴절 격자에서 굴절하고 마름모의 서브 화소에 조사하는 구조로 이루어지고, 3방향의 광을 6각형의 화소에서 색혼합하여 칼라 표시하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 3 항에 있어서,
수평면 상에 장방형 볼록 반사면의 장축 방향을 광원부터의 평행광의 진행 방향에 직교 방향으로 파상 구조로 늘어놓아 형성한 반사 격자와 포물면경 혹은 포물면 근사 곡율원경의 한편의 초점에 적색 발광소자와, 다른 하나의 초점에 녹색 발광소자를 마련한 구조의 평행광 광원으로 구성된 신호기의 표시면이고, 수평면으로부터의 앙각이 동일한 대칭 방향으로 상기 평행광 광원을 마련하고, 적색 신호일 때는 적색 발광소자를 점등하고 반사 격자에서 반사하여 적색 표시하고, 녹색 신호일 때는 녹색 발광소자를 점등하고 반사 격자에서 반사하여 녹색 표시하고, 황색 신호일 때는 적색 발광소자와 녹색 발광소자를 점등하고, 반사 격자에 쌍방으로부터 평행광을 입사하고 색혼합에 의해 등황색으로 인식되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 6 항에 있어서,
평면의 기준면 상에 주위 매체보다 굴절률이 큰 물질을 구비한 복수의 2등변 삼각기둥 형상체를 늘어놓고, 복수의 이등변 삼각기둥 형상체의 경사면이 기준면의 법선과 이루는 각도를 굴절면으로의 입사각과 굴절각과의 차분의 각도로 하여 삼각파 형상으로 늘어놓고, 고굴절률측으로부터 저굴절률측으로 출사하는 굴절면을 구성한 굴절격자와, 포물면경 혹은 포물면 근사 곡율원경의 한편의 초점에 적색 발광소자와, 다른 하나의 초점으로 녹색 발광소자를 마련한 구조로 이루어진 평행광 광원과 방사각을 펼치기 위해서 굴절격자의 전면에 마련한 오목 굴절면으로 구성된 신호기의 표시면이고, 평면의 기준면의 아래 쪽으로의 앙각이 동일한 대칭 방향으로 상기 평행광 광원을 마련하고, 굴절격자에 입사하기 위한 쌍을 이루는 광원부의 초점에 적색 발광소자와 녹색 발광소자를 마련하고, 적색 신호일 때는 적색 발광소자를 점등하고 굴절격자에서 굴절하여 적색 표시하고, 녹색 신호일 때는 녹색 발광소자를 점등하고 굴절격자에서 굴절하여 녹색 표시하고, 황색 신호일 때는 적색 발광소자와 녹색 발광소자를 점등하고, 굴절격자에 쌍방으로부터 평행광을 입사시켜 색혼합에 의해 등황색으로 인식되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 1 항, 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,
반사격자 또는 굴절격자, 및 다른 여기 파장과 다른 형광 파장을 가지는 복수의 발광소자를 구비하고,
각각의 여기 파장의 파고치와 형광 파장의 파고치를 가법혼색에 의해 보완하여 색혼합하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 3 항에 있어서,
방열 기판의 수평면 상에, 장방형 볼록 반사면 혹은 장방형 평면 반사면을 삼각파형 구조로 늘어놓아 반사 격자를 형성하고, 수평면으로부터 앙각이 동일한 대칭 방향으로 평행광 광원을 마련하고, 방열 기판 상에 복수의 상기 반사 격자에 의한 구성 단위를 가로 방향으로 늘어놓고, 일부의 반사 격자 구성 단위를 기울이는 것에 의해 컷오프 라인의 형상으로 접어 구부리고, 가로 방향의 반사 격자 열을 세로로 복수개 늘어놓아 구성된 차량용 전조등으로서, 모든 반사 격자열을 점등하는 것에 의해 주행 빔을 조사하고, 가로 방향의 반사 격자열을 세로로 늘어놓은 일부의 열을 점등하는 것에 의해 엇갈려 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 7 항에 있어서,
삼각뿔 굴절격자의 경사면을 굴절격자 골부에 있어서의 접선의 경사의 오목면에서 구성하고, 굴절격자의 출사광의 방사각을 펼치는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제 3 항 또는 제 8 항에 있어서,
장방형 볼록 반사면의 장변을 수평면에 접하고, 장축 방향을 광원으로부터 평행광의 진행 방향의 직교 방향에 배치하고, 곡율 반경 r, 원주에 따른 곡면 길이 d의 볼록 반사면에서 2개의 방향으로부터의 평행광을 반사하고, 방사각 θ = d?360°/(2πr)에서 동일 방향으로 색혼합하고 출사하는 것을 특징으로 하는 조명장치.