KR101312778B1 - 면광원 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

면광원 장치 및 액정 표시 장치 Download PDF

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마사유키 시노하라
요시히로 우에노
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Abstract

본 발명은, 광원의 부근에서의 광의 누출을 저감하여 보다 균일하게 발광시킬 수 있고, 또한 좁은 지향 특성의 광을 출사시킴으로써 발광 휘도를 향상시킬 수 있는 면광원 장치를 제공한다.
해결수단으로서 도광기판(38)은, 점광원(32)의 광을 도입하는 광도입부(42)와, 광출사면(44)으로부터 외부에 광을 출사시키는 도광판 본체(41)로 이루어진다. 도광판 본체(41)의 광출사면(44)에는 다수의 확산 패턴(46)이 마련되어 있다. 도광판 본체(41)의 하면에는, 도광기판(38)보다도 저굴절율의 저굴절율층(39)이 형성되고, 저굴절율층(39)의 하면에는 반사층(40)이 형성되어 있다. 또한, 광도입부(42)의 단면에 대향하는 위치에는 점광원(32)이 위치한다. 광도입부(42)의 윗면에는, 지향성 변환부(45)를 마련하고 있다. 지향성 변환부(45)는 V홈형상을 한 지향성 변환 패턴(48)을 방사형상으로 배열함에 의해 구성되어 있다.

Description

면광원 장치 및 액정 표시 장치{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 면광원 장치 및 액정 표시 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 발광면에서의 휘도 얼룩을 해소함과 함께 출사광의 협(狹)지향성을 달성하고, 발광면의 균일화와 고휘도화를 도모할 수 있는 면광원 장치와, 당해 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
(특허 문헌 1에 관해)
액정 표시 장치 등에 이용되고 있는 백라이트를 박형화하기 위해서는, 광확산 시트 등의 부가적인 시트를 생략함과 함께, 도광판 자체의 두께를 얇게 하는 것이 필요하다.
그러나, 도광판의 두께를 얇게 하면, 도광판이 시트와 같이 얇아지기 때문에, 도광판이 휘어지기 쉽게 된다. 그리고, 도광판이 휘어지기 쉽게 되면, 백라이트의 조립이 곤란해짐과 함께, 도광판의 휜 개소로부터 광이 누출될 우려가 있다. 그 때문에, 얇아진 도광판의 휘어짐을 막는 방법으로서는, 도광판과 액정 표시 패널 사이에 공기층을 끼워 넣는 일 없이, 도광판을 접착제 등에 의해 액정 표시 패널의 이면에 붙이는 방법이 있다.
액정 표시 패널의 이면에 도광판을 접착한 액정 표시 장치로서는, 예를 들면 특허 문헌 1의 비교예 1(특허 문헌 1의 도 3을 참조)에 기재된 것이 있다. 이 액정 표시 장치(11)에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 도광판(12)으로서, 양면이 평활한 아크릴판(굴절율 1.49)을 이용하고, 도광판(12)보다도 굴절율이 높은 접속층(13)(굴절율 1.51의 2액 경화형 실리콘)을 이용하여 도광판(12)을 산란형의 액정 표시 패널(14)의 이면에 공기층을 끼우지 않도록 붙이고 있다. 또한, 도광판(12)의 양단면에 대향하는 위치에는, 각각 냉음극관으로 이루어지는 광원(15)을 설치하고 있다.
이 액정 표시 장치(11)에서는, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 광원(15)으로부터 출사하여 도광판(12) 내로 들어간 광(L)은, 도광판(12)으로부터 접속층(13)에 투과하고, 또한 액정 표시 패널(14)에 입사하여 산란 상태(백탁 상태)에 있는 화소에서 산란함에 의해 전방으로 출사되어 당해 화소를 발광시킨다.
그러나, 이와 같은 액정 표시 장치에서는, 접속층(13)의 굴절율이 도광판(12)의 굴절율보다도 높기 때문에, 도 2(a)에서 파선으로 도시하는 광(L)과 같이 접속층(13)과 도광판(12)의 계면에서 광이 전반사하지 않는다. 그 때문에, 도광판(12)에 입사한 광(L)은 도광판(12) 내를 도광할 수가 없고, 광원(15)의 부근에서 액정 표시 패널(14)로부터 출사되어 버린다. 이 결과, 도 2(b)에 휘도 분포를 도시하는 바와 같이, 광원(15)에 가까운 곳에서는 발광 휘도가 높고 밝지만, 광원(15)으로부터 먼 곳(즉, 광원(15)끼리의 중앙 부분)에서는 발광 휘도가 낮고 어두워진다.
상기한 바와 같은 발광 휘도의 불균일을 해소하기 위해, 특허 문헌 1에 기재된 제 1 실시예 (특허 문헌 1의 도 1을 참조)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 도광판(12)의 표면에 도광판(12)보다도 굴절율이 낮은 박막(16)을 부분적으로 형성함과 함께, 광원(15)에 가까운 곳에서는 박막(16)의 면적율을 크게, 광원(15)으로부터 먼 곳에서는 박막(16)의 면적율을 작게 하고 있다. 또한, 박막(16)이 형성된 도광판(12)은, 도광판(12)보다도 고굴절율의 접속층(13)을 통하여 액정 표시 패널(14)의 이면에 붙여저 있다. 여기서, 도광판(12)은 굴절율이 1.49의 아크릴판에 의해 형성되고, 박막(16)으로서는 굴절율이 1.41의 2 액 경화형 실리콘을 이용하고, 접속층(13)으로서는 굴절율이 1.51의 2 액 경화형 실리콘을 이용하고 있다.
특허 문헌 1의 제 1 실시예에서는, 도광판(12)의 표면에 박막(16)을 형성하고 있기 때문에, 도광판(12) 내의 광은 도광판(12)과 박막(16)의 계면에서 전반사함에 의해 도광판(12) 내를 도광한다. 게다가, 광원(15)에 가까운 곳에서는 박막(16)의 면적율이 크기 때문에, 박막(16) 사이를 통과하여 액정 표시 패널(14)로부터 출사되는 광의 비율이 작고, 도달하는 광량이 적은 광원(15)으로부터 먼 곳에서는 박막(16)의 면적율이 작기 때문에 박막(16) 사이를 통과하여 액정 표시 패널(14)로부터 출사되는 광의 비율이 커지고, 그 결과 액정 표시 장치의 표시면 전체에서 발광 휘도의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 제 2 실시예(특허 문헌 1의 도 2를 참조)에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 도광판(12)의 표면에 프리즘형상을 한 요철(17)을 부분적으로 형성함과 함께, 광원(15)에 가까운 곳에서는 요철(17)의 조면화의 정도를 낮게 하고, 광원(15)으로부터 먼 곳에서는 요철(17)의 조면화의 정도를 높게 하고 있다. 또한, 요철(17)이 형성된 도광판(12)은, 도광판(12)보다도 저굴절율의 접속층(13)을 통하여 액정 표시 패널(14)의 이면에 붙여저 있다. 여기서, 도광판(12)은 굴절율이 1.49의 아크릴판에 의해 형성되고, 접속층(13)으로서는 굴절율이 1.41의 2 액 경화형 실리콘을 이용하고 있다.
특허 문헌 1의 제 2 실시예에서는, 접속층(13)의 굴절율이 도광판(12)의 굴절율보다 낮기 때문에, 도광판(12) 내의 광은, 도광판(12) 표면의 평활한 영역에서 전반사함에 의해 도광판(12) 내에 갇히고, 도광판(12) 내를 도광한다. 한편, 요철(17)에 입사한 광은 요철(17)에서 산란됨에 의해 접속층(13) 내로 투과하고, 또한 액정 표시 패널(14)의 산란 상태에 있는 화소에서 산란되어 발광한다. 게다가, 광원(15)에 가까운 곳에서는 요철(17)의 조면화의 정도가 낮기 때문에, 요철(17)에서 산란되어 액정 표시 패널(14)로부터 출사되는 광의 비율이 작고, 도달하는 광량이 적은 광원(15)으로부터 먼 곳에서는 요철(17)의 조면화의 정도가 높기 때문에 요철(17)에서 산란되어 액정 표시 패널(14)로부터 출사되는 광의 비율이 커지고, 그 결과 액정 표시 장치의 표시면 전체에서 발광 휘도의 균일화가 도모된다.
특허 문헌 1의 제 1 실시예에서, 도광판(12)에 수직한 평면 내에서의 광의 지향 특성을 도 5(a)에 도시한다. 도광판(12)에 입사하기 직전의 광의 확산(지향 특성)은, ±90°이지만, 도광판(12)의 굴절율이 ng=1.49이기 때문에, 도광판(12)에 입사한 직후의 광의 확산은,
±arcsin(1/1.49)=±42.2°
가 된다. 한편, 도광판(12)과 박막(16)의 계면에서의 전반사의 임계각은,
arcsin(1.41/1.49)=71.1°
가 된다. 이 임계각 71.1°는 수평 방향부터 측정한다면 18.9°가 된다.
따라서, 도광판(12) 내로 들어간 ±42.2°의 확산의 광중 수평 방향부터 측정하여 18.9° 내지 42.2°의 범위의 광과 -18.9° 내지 -42.2°의 범위의 광(도 5(b)에서의 사선을 그은 범위의 광)은 박막(16)과의 계면에 입사한 때, 박막(16)과의 계면에서 반사되는 일 없이 박막(16)을 투과한다. 이렇게하여 도 5(b)에서의 사선을 그은 범위의 광은, 광원(15)의 부근에서 박막(16)을 투과하여 버려 도광판(12) 내를 도광되지 않기 때문에, 광원(15)으로부터 멀리까지 충분한 광량을 도광할 수가 없고, 발광 휘도를 충분히 균일화시킬 수가 없었다.
특허 문헌 1의 제 2 실시예에서도, 접속층(13)의 굴절율이 제 1 실시예의 박막(16)과 같이 1.41이기 때문에, 도광판(12) 내로 들어간 ±42.2°의 확산의 광중 수평 방향부터 측정하여 18.9° 내지 42.2°의 범위의 광과 -18.9° 내지 -42.2°의 범위의 광은 도광판(12)의 평활한 영역에서 반사되는 일 없이 접속층(13)을 투과한다. 이리하여 제 2 실시예의 경우에도 도 5(b)에서의 사선을 그은 범위의 광은, 광원(15)의 부근에서 접속층(13)을 투과하여 버려 도광판(12) 내를 도광되지 않기 때문에, 광원(15)으로부터 멀리까지 충분한 광량을 도광할 수가 없고, 발광 휘도를 충분히 균일화시킬 수가 없었다.
상기한 바와 같이, 특허 문헌 1에 개시된 액정 표시 장치에서는, 광원의 부근에서 광이 누출되기 쉽기 때문에, 광원의 부근이 밝게 빛나고 표시면에 휘도 얼룩이 생기고, 또한 광의 이용 효율이 저하되기 때문에 표시면이 어두워지는 문제가 있다.
또한, 본 명세서에서는, 광의 지향 특성이나 지향성 확산을 나타내는 경우에는, 관용적으로 사용되고 있는 기법을 이용하는 일이 있다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 광의 확산을 -42.2° 내지 +42.2°(즉, 광의 확산을 χ로 할 때, -42.2≤χ≤+42.2)로 기재하는 대신에, 간략하게 ±42.2°로 기재하는 일이 있다.
(특허 문헌 2에 관해)
또한, 프리즘 시트 등의 부가적인 시트를 생략함에 의해 도광판의 두께를 얇게 함과 함께 부가적인 시트에 의한 광의 감쇠를 없애고, 또한 출사광의 지향 특성을 좁게 함에 의해 표시면의 휘도 향상을 도모한 액정 표시 장치로서, 특허 문헌 2에 개시된 것이 있다.
도 6은, 특허 문헌 2에 개시된 액정 표시 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 이 액정 표시 장치(21)는, 면광원 장치(22)의 전면(全面)에 액정 표시 패널(23)을 겹친 것이다. 면광원 장치(22)는 쐐기형(楔形)을 한 도광판(24)을 구비하고, 도광판(24)의 하면에 도광판(24)보다도 저굴절율의 제 1 광투과층(25)을 겹치고, 제 1 광투과층(25)의 하면에 도광판(24)과 거의 같은 굴절율의 광편향층(26)을 겹치고 있다. 광편향층(26)은, 도광판(24)과 거의 같은 굴절율을 갖는 제 2 광투과층(27)의 이면에 금속재료로 이루어지는 마이크로 미러(28)를 일체로 형성한 것이다. 또한, 도광판(24)의 두께가 큰 측의 단면(端面)에 대향시켜서 냉음극형 형광등과 같은 광원(29)을 배치하고 있다.
도 6에서 광로를 화살표로 도시하는 바와 같이, 이 면광원 장치(22)에서는, 광원(29)으로부터 방사된 광은, 도광판(24)의 측면을 통과하여 도광판(24) 내로 들어간다. 도광판(24) 내로 들어간 광은, 도광판(24)의 윗면과 하면의 사이에서 전반사를 반복하면서 도광판(24) 내를 도광한다. 도광판(24) 내의 광은, 쐐기형을 한 도광판(24)의 윗면과 하면에서 전반사할 때마다, 도광판(24)의 하면에 입사할 때의 입사각(광선이 도광판(24)의 하면에 세운 법선과 이루는 각도)이 작아진다. 그리고, 도광판(24)의 하면에 입사한 광의 입사각이 제 1 광투과층(25)과 도광판(24)의 계면에서의 전반사의 임계각보다 작아지면, 그 광은 도광판(24)의 하면을 투과하여 제 1 광투과층(25)에 입사하고, 또한 제 2 광투과층(27) 내에 입사하여 마이크로 미러(28)에서 반사되고, 마이크로 미러(28)에서 반사된 광은 제 2 광투과층(27), 제 1 광투과층(25) 및 도광판(24)을 투과하여 도광판(24)의 윗면(광출사면)으로부터 출사된다.
이와 같은 구조의 면광원 장치(22)에서는, 도광판(24) 내를 도광하는 광중, 도광판(24)의 하면에 입사할 때의 입사각이 전반사의 임계각보다 작아진 좁은 범위의 광만이 제 1 및 제 2 광투과층(25, 27)을 투과하여 마이크로 미러(28)에서 반사되기 때문에, 면광원 장치(22)로부터 좁은 지향 특성의 광을 출사시킬 수 있다.
그러나, 이 면광원 장치(22)에서도, 도광판(24)의 하면에는 도광판(24)보다도 저굴절율의 제 1 광투과층(25)이 공기층을 통하는 일 없이 밀착하고 있기 때문에, 도 5(b)에서 사선을 그은 범위에 상당하는 광은, 도 7에 도시하는 바와 같이 최초에 도광판(24)의 하면에 입사한 때에 제 1 및 제 2 광투과층(25, 27)을 투과하여 마이크로 미러(28)에서 반사되고, 한번에 면광원 장치(22)의 정면부터 출사되어 버린다. 그 때문에, 이 면광원 장치(22)를 이용한 경우에도, 광원(29)의 부근이 밝게 빛나서 휘도 얼룩이 생기고, 표시면 전체를 균일하게 발광시킬 수가 없었다. 또한, 광원(29)의 부근에서 광이 누출되어 광의 이용 효율이 저하되기 때문에, 표시면이 어두워지는 문제가 있다.
[특허 문헌]
특허 문헌 1 : 일본 특개평5-88174호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개2001-110218호 공보
본 발명은, 이와 같은 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 한 바는, 광원의 부근에서의 광의 누출을 저감하여 보다 균일하게 발광시킬 수 있고, 또한 좁은 지향 특성의 광을 출사시킴으로써 발광 휘도를 향상시킬 수 있는 면광원 장치를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 당해 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련되어 있고 상기 광원의 광을 광입사 단면으로부터 도입하여 광출사면부터 외부에 출사시키는 도광판을 구비한 면광원 장치로서, 상기 도광판은, 투광성 재료로 이루어지는 도광기판과, 상기 도광기판의 상기 광출사면과 반대측의 면에 공기층을 통하지 않고 밀착한, 상기 도광기판보다도 저굴절율의 저굴절율층과, 상기 저굴절율층의 상기 광출사면과 반대측의 면에 공기층을 통하지 않고 밀착한 반사층을 구비하고, 상기 도광기판은, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련된 광도입부와, 상기 광도입부로부터 도광된 광을 외부에 출사하는 상기 광출사면을 구비한 도광판 본체를 일체로 하여 구성되고, 상기 광도입부의 광출사측의 면 또는 그 반대측의 면에는, 상기 광도입부에 입사한 광의 상기 도광기판의 두께 방향에서의 지향성 확산을 좁힘에 의해, 상기 광입사 단면으로부터 상기 광도입부에 입사한 광을 상기 도광기판 내에 가두기 위한 지향성 변환부가 마련되고, 상기 도광판 본체의 상기 광출사면측에는, 도광판 본체 내의 광을 반사시켜서 도광판 본체의 상기 광출사면과 반대측의 면부터 상기 저굴절율층에 누출시키기 위한 광제어 패턴이 형성되고, 상기 저굴절율층과 상기 반사층과의 계면 또는 상기 반사층의 상기 계면과 반대측의 면에는, 상기 저굴절율층에 누출된 광을 반사시켜서 상기 광출사면부터 출사시키기 위한 광출사 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 1의 면광원 장치에서는, 지향성 변환부에 의해 도광판 본체 내를 도광하는 광의 지향 특성을 좁힐 수가 있어서, 광원의 부근에서의 광의 누출을 막을 수 있다. 그 결과, 발광면에서의 휘도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 또한 광의 이용 효율이 향상함으로써 발광면의 휘도가 향상한다. 또한, 지향성 변환부에서 지향 특성을 좁게 한 광의 일부를 저굴절율층에 투과시킴으로써 광출사면부터 출사되는 광의 지향 특성을 보다 좁힐 수가 있어서, 면광원 장치의 정면 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 지향성 변환부에 의해 도광판 본체 내의 광의 지향성을 좁게 함에 의해, 광제어 패턴이나 광출사 수단에 의한 광의 제어성도 높아진다. 따라서, 이 면광원 장치에 의하면, 협지향성이며 휘도가 높고, 균일 발광이 가능한 백라이트를 실현할 수 있다.
본 발명의 제 2의 면광원 장치는, 광원과, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련되어 있고 상기 광원의 광을 광입사 단면으로부터 도입하여 광출사면부터 외부에 출사시키는 도광판을 구비한 면광원 장치로서, 상기 도광판은, 투광성 재료로 이루어지는 도광기판과, 상기 도광기판의 상기 광출사면과 반대측의 면에 공기층을 통하지 않고 밀착한, 상기 도광기판보다도 저굴절율의 저굴절율층과, 상기 저굴절율층의 상기 광출사면과 반대측의 면에 공기층을 통하지 않고 밀착한, 상기 저굴절율층보다도 고굴절율의 고굴절율층과, 상기 고굴절율층의 상기 광출사면과 반대측의 면에 공기층을 통하지 않고 밀착한 반사층을 구비하고, 상기 도광기판은, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련된 광도입부와, 상기 광도입부로부터 도광된 광을 외부에 출사하는 상기 광출사면을 구비한 도광판 본체를 일체로 하여 구성되고, 상기 광도입부의 광출사측의 면 또는 그 반대측의 면에는, 상기 광도입부에 입사한 광의 상기 도광기판의 두께 방향에서의 지향성 확산을 좁힘에 의해, 상기 광입사 단면으로부터 상기 광도입부에 입사한 광을 상기 도광기판 내에 가두기 위한 지향성 변환부가 마련되고, 상기 도광판 본체의 상기 광출사면측에는, 도광판 본체 내의 광을 반사시켜서 도광판 본체의 상기 광출사면과 반대측의 면부터 상기 저굴절율층측에 누출시키기 위한 광제어 패턴이 형성되고, 상기 고굴절율층과 상기 반사층과의 계면 또는 상기 반사층의 상기 계면과 반대측의 면에는, 상기 고굴절율층에 누출된 광을 반사시켜서 상기 광출사면부터 출사시키기 위한 광출사 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 2의 면광원 장치에서도, 제 1의 면광원 장치와 같은 작용 효과를 이룬다. 또한, 제 2의 면광원 장치에서는, 저굴절율층의 광이 고굴절율층에 들어감에 의해 더욱 협지향성의 광이 된다. 그리고, 고굴절율층에서 지향 특성이 좁아진 광이 광출사 수단에서 반사되어 광출사면부터 출사된다. 이 결과, 제 2의 면광원 장치에 의하면, 더욱 출사광을 협지향성으로 할 수 있고, 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 1 또는 제 2의 면광원 장치의 어느 실시 양태는, 상기 도광기판보다도 저굴절율의 제 2의 저굴절율층이, 상기 도광기판의 상기 광출사면측의 면에 공기층을 통하지 않고 밀착하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에서는, 광출사면에 제 2의 저굴절율층을 마련하고 있기 때문에, 광출사 수단에서 반사된 광을 외부에 출사시키기 쉬워진다. 한편, 광출사면에 제 2의 저굴절율층을 마련하고 있어도 지향성 변환부의 작용에 의해 도광판 본체 내의 광이 직접 제 2의 저굴절율층측에 누출되는 것이 방지된다.
본 발명의 제 1 또는 제 2의 면광원 장치의 다른 실시 양태는, 상기 광원이 점광원이고, 상기 광도입부는, 상기 점광원에 가까운 측부터 상기 점광원보다 멀어지는 방향을 향하여 늘어난 복수의 패턴에 의해 구성된 지향성 변환부를, 상기 도광기판의 광출사면측의 면 또는 그 반대면에서의 상기 광출사면과 평행한 영역에 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 지향성 변환부는, V홈형상을 한 복수의 지향성 변환 패턴에 의해 구성되어 있다. V홈형상의 지향성 변환 패턴에 의해 구성된 지향성 변환부에서는, 인접하는 상기 지향성 변환 패턴에 의해 형성된 산형상부(山部)의 능선(稜線)에 수직한 단면(斷面)에서의 당해 산형상부의 꼭대기의 각(頂角)이, 107° 이상 154° 이하인 것이 바람직하다. 상기 산형상부의 꼭대기의 각을 107° 이상 154° 이하로 함에 의해, 도광판의 지향성 변환 효율과 도광 효율을 양호하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 지향성 변환 패턴의 산형상부란, 도광기판에서 돌출한 부분을 가리키고, 산형상부의 꼭대기의 각이란 능선을 끼우는 면끼리의 협각(狹角)이다. 따라서 지향성 변환부가 광도입부의 광출사면측에 마련되어 있는 경우에는, 지향성 변환 패턴의 산형상부의 곡선이 능선보다도 광출사면과 반대면에 가까운 측에 위치하고, 역으로 지향성 변환부가 광도입부의 광출사면과 반대면에 마련되어 있는 경우에는, 지향성 변환 패턴의 산형상부의 곡선이 능선보다도 광출사면에 가까운 측에 위치하게 된다.
또한, 보다 구체적으로는, 상기 지향성 변환부는, 상기 점광원 또는 점광원 부근의 어느 위치를 중심으로 하여 방사형상으로 배열된 복수의 지향성 변환 패턴에 의해 구성되어 있다.
또한, 이 실시 양태에서는, 상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때, 상기 지향성 변환부의 상기 점광원에 가까운 측의 연(緣)의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 한쪽의 단에 연장시킨 방향과, 당해 임의의 점부터 당해 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 32° 이하이고, 또한, 상기 지향성 변환부의 상기 점광원에 가까운 측의 연의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 다른쪽의 단에 연장시킨 방향과, 당해 임의의 점부터 당해 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 32° 이하인 것이 바람직하다. 이러한 실시 양태에 의하면, 도광판의 지향성 변환 효율과 도광 효율을 양호하게 할 수 있다.
또한, 이 실시 양태에서는, 상기 점광원이 상기 도광판의 단연(端緣)에 따라 복수개 배치된 것으로서, 상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 보아, 어느 임의의 점광원의 중심을 통과하여 상기 도광판의 단연에 수직한 방향으로 X축을 정하고, 상기 도광판의 단연에 따라 Y축을 정한 때, 당해 점광원에 대응하는 지향성 변환부가,
X>0
X≤{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)
X≤{2Y+(2P-W)}/(2tanα)
(단, P : 상기 점광원 사이의 거리, W : 상기 점광원의 광출사창의 폭, α : 도광판의 굴절율을 ng로 할 때 α=arcsin(1/ng)로 표시되는 각도)의 3식을 동시에 충족시키는 영역의 내부에 위치하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 복수의 점광원이 도광판의 단연에 따라 배치되고, 각 점광원의 전방에 각각의 지향성 변환부가 마련된 면광원 장치에 있어서, 각각의 지향성 변환부에, 대응하지 않는 다른 점광원으로부터의 광이 입사하여 반사 또는 투과하는 것을 피할 수 있고, 지향성 변환부나 광도입부로부터의 광의 누출을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 1 또는 제 2의 면광원 장치의 또다른 실시 양태에서는, 상기 반사층의 상기 광출사면측의 면은 상기 광출사 수단이 되는 복수의 경사면을 갖고 있다. 이 실시 양태에서는, 인접하는 상기 경사면끼리가 이루는 각도가 107° 이상 136° 이하인 것이 바람직하다. 인접하는 경사면끼리가 이루는 각도가 이 범위 내에 있으면, 광출사면(44)의 법선에 대해 ±90° 이내의 방향으로 출사하는 광의 전 광량에 대한 ±20° 이내의 방향으로 출사하는 광의 전 광량의 비율을 60% 이상으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 제 1 또는 제 2의 면광원 장치의 또다른 실시 양태에서는, 상기 광제어 패턴은, 상기 광출사면에 형성된 볼록형상 패턴 또는 오목형상 패턴에 의해 구성되고, 상기 볼록형상 패턴 또는 상기 오목형상 패턴에서의 광을 반사시키기 위한 면이 상기 광출사면과 이루는 각도가 20° 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 액정 표시 장치는, 본 발명의 면광원 장치와, 액정 패널과, 적어도 상기 면광원 장치의 상기 도광판 본체와 상기 액정 패널과의 사이에 개재하여 상기 도광판 본체를 상기 액정 패널에 밀착시키는 적어도 1층의 접속층으로 이루어지는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 각 접속층의 어느 하나의 굴절율이, 상기 도광판 본체의 굴절율보다 낮은 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 액정 표시 장치에서는, 면광원 장치를 저굴절율의 접속층에 의해 액정 패널에 부착하고 있기 때문에, 얇은 면광원 장치인 경우에도, 면광원 장치의 휘어짐 등을 막을 수 있다. 게다가, 면광원 장치로서 본 발명의 면광원 장치를 이용함에 의해, 직접 접속층에 광이 누출되는 것을 방지할 수 있고, 액정 표시 장치의 표시면을 고휘도화 하고, 휘도 분포를 균일화할 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이상 설명하는 구성 요소를 적절히 조합한 특징을 갖는 것이고, 본 발명은 이러한 구성 요소의 조합에 의한 많은 변화를 가능하게 하는 것이다.
도 1은 특허 문헌 1에 개시되어 있는 비교예 1의 액정 표시 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 2(a)는 도 1의 액정 표시 장치의 도광판 내에 입사한 광의 거동을 도시하는 도면, 도 2(b)는 광원으로부터의 거리에 의해 액정 표시 장치의 휘도가 변화하는 양상을 설명하는 도면.
도 3은 특허 문헌 1에 기재된 제 1 실시예의 액정 표시 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 4는 특허 문헌 1에 기재된 제 2 실시예의 액정 표시 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 5(a)는 도 3에 도시한 액정 표시 장치에서의 도광판 내의 광의 지향성을 도시하는 도면, 도 5(b)는 도광판 내에 입사한 광중 박막과의 계면을 투과하는 광의 영역을 도시하는 도면.
도 6은 특허 문헌 2에 개시되어 있는 액정 표시 장치의 개략 단면도.
도 7은 특허 문헌 2의 액정 표시 장치에 이용되고 있는 면광원 장치에서의 광의 거동을 도시하는 도면.
도 8(a)는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치를 광출사면측에서 본 사시도. 도 8(b)는 당해 면광원 장치를 광출사면과 반대측에서 본 사시도.
도 9(a)는 실시 형태 1에 의한 면광원 장치의 평면도. 도 9(b)는 면광원 장치의 중심을 통과하는 단면을 도시하는 도면.
도 10(a), (b), (c) 및 (d)는 확산 패턴의 사시도, 평면도, 정면도 및 측면도.
도 11은 실시 형태 1의 도광판 내에서의 광의 거동을 설명하는 도면.
도 12는 도광판 내에서의 광의 지향 특성의 변화를 도시하는 도면.
도 13은 면광원 장치의 중심선 A-A에 따른 광출사면의 휘도 분포를 도시하는 도면.
도 14는 광출사면부터 출사하는 광의, 광출사면에 수직한 방향에서 본 지향 특성(휘도 분포)을 도시하는 도면.
도 15는 도 14의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 광강도의 분포로서 도시한 도면.
도 16(a)는 곡선(谷線)에 따른 지향성 변환 패턴의 단면 형상을 도시하는 도면. 도 16(b)는 도 9(a)의 B-B선에 따른 단면의 일부를 도시하는 확대도.
도 17(a) 및 (b)는 지향성 변환부에 입사하기 전의 광의 지향 특성을 도시하는 도면, 도 17(c) 및 (d)는 지향성 변환부를 통과한 후의 광의 지향성을 도시하는 도면.
도 18(a)는 광도입부에 입사 직후의 광의 지향 특성을 도시하는 개략도, 도 18(b)는 지향성 변환부에 의해 변환된 지향 특성을 도시하는 개략도.
도 19는 다른 형상의 지향성 변환 패턴을 도시하는 단면도.
도 20(a), (b) 및 (c)는 모두 다른 형상의 확산 패턴을 도시하는 단면도.
도 21은 편향 패턴에서의 광의 거동을 도시한 도면.
도 22는 편향 패턴의 꼭대기의 각(κ)의 값으로 하는, 지향 특성으로 ±20°의 범위 내에 포함되는 광량의 비율을 도시한 도면.
도 23(a) 내지 (c)는 각각 실시 형태 1의 변형예를 도시하는 개략도.
도 24(a)는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 면광원 장치를 도시하는 개략 단면도. 도 24(b) 및 (c)는 각각 실시 형태 2의 변형예를 도시하는 개략도.
도 25는 도 24(b)의 면광원 장치에 있어서, 광출사면부터 출사된 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는 도면.
도 26은 도 25의 X방향에서의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시하고, 또한, 도 25의 Y방향에서의 지향 특성을 ZY면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면.
도 27은 편향 패턴의 꼭대기의 각(κ)=120°인 도 24(c)의 면광원 장치에 있어서, 광출사면부터 출사된 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는 도면.
도 28은 도 27의 X방향에서의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시하고, 또한, 도 27의 Y방향에서의 지향 특성을 ZY면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면.
도 29는 편향 패턴의 꼭대기의 각(κ)=112°인 도 24(c)의 면광원 장치에 있어서, 광출사면부터 출사된 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는 도면.
도 30은 도 29의 X방향에서의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시하고, 또한, 도 29의 Y방향에서의 지향 특성을 ZY면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면.
도 31은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 32는 지향성 변환 패턴으로 형성되는 산형상부의 꼭대기의 각(φ)과 지향성 변환 효율, 도광 효율, 변환 효율×도광 효율의 관계를 도시한 도면.
도 33은 견입각(θ1)과 지향성 변환 효율, 도광 효율, 변환 효율×도광 효율의 관계를 도시한 도면.
도 34는 견입각(θ1, θ2)을 설명하기 위한 도면.
도 35는 실시 형태 3의 변형예에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 36은 복수의 점광원을 나열하여 구성되어 있는 경우에, 도광판 내에서 각
점광원으로부터 출사한 광이 도달하는 범위를 도시하는 개략도.
도 37(a)는 지향성 변환부의 시행착오적인 배치를 도시하는 도면, 도 37(b)는 지향성 변환부의 바람직한 배치를 도시하는 도면.
도 38(a)는 지향성 변환부의 시행착오적인 배치를 도시하는 도면, 도 38(b)는 지향성 변환부의 바람직한 배치를 도시하는 도면.
도 39는 본 발명의 실시 형태 4에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 40(a)는 본 발명의 실시 형태 5에 의한 면광원 장치를 도시하는 개략도. 도 40(b)는 실시 형태 5의 변형예를 도시하는 개략도.
도 41(a)는 실시 형태 5의 다른 변형예를 도시하는 개략도. 도 41(b)는 실시 형태 5의 또다른 변형예를 도시하는 개략도.
도 42는 본 발명의 실시 형태 6에 의한 액정 표시 장치를 도시하는 개략도.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 알맞는 실시 형태를 설명한다.
(제 1의 실시 형태)
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치(31)의 구조를 설명한다. 도 8(a) 및 (b)는 각각 면광원 장치(31)의 표면측과 이면측의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 9(a)는 면광원 장치(31)의 일부 파단한 평면도이다. 도 9(b)는 면광원 장치(31)의 중심을 통과하는 단면을 도시하는 도면이다.
면광원 장치(31)는, 점광원(32)과 도광판(33)으로 이루어진다. 점광원(32)은, 1개 또는 근접한 복수개의 LED를 내장한 것으로서, 백색 발광하는 것이다. 점광원(32)은, 예를 들면 도 9(b)에 도시하는 바와 같이, 1개 또는 복수개의 LED(34)를 투명 밀봉 수지(35) 내에 밀봉하고, 또한 당해 투명 밀봉 수지(35)의 정면을 제외한 각 면을 백색 수지(36)로 덮은 것이다. 투명 밀봉 수지(35)의 정면이, 백색 수지(36)로부터 노출하여 있고 광출사창(37)이 되어 있다. 그리고, LED(34)로부터 출사한 광은, 직접 광출사창(37)으로부터 출사되고, 또는 투명 밀봉 수지(35)와 백색 수지(36) 계면에서 반사된 후에 광출사창(37)으로부터 출사된다.
점광원(32)은 도 9(b)에 도시한 바와 같은 것으로 한하지 않는다. 여기서 말하는 점광원(32)은, 엄밀한 의미에서의 점광원이 아니고, 냉음극관이 선형상 광원이라고 불리는 것에 대해 점광원이라고 칭하는 것이다. 즉, 점광원이란, 도광판(33)의 폭에 비하여 작은 광원이라는 것이고, 점광원(32)도 유한의 폭을 갖지만, 냉음극관과 같이 10㎜ 이상의 길이 또는 폭을 갖을 것는 것이 아니다.
예를 들면, 다른 점광원(32)으로서는, 사이드 뷰형의 LED 등이 있다. 사이드 뷰형의 LED에서는, 1패키지 내에 1개 이상의 LED 칩이 들어가 있고, 복수개의 LED 칩이 동시에 밀봉되어 있어도 좋다. 복수개의 LED 칩이 동시에 밀봉된 것에서는, 출사창의 폭이 5㎜ 정도가 되는 것이 있지만, 도광판의 발광 영역의 폭이 2인치 정도인 것에 비하면 충분히 작기 때문에, 점광원으로 간주할 수 있다. 또한, 광파이버를 이용하여 유도한 광을 도광판에 도입하도록 하여도 좋다. 그 경우에는, 광파이버의 광출사 단면을 점광원으로 간주할 수 있다.
도광판(33)은, 투광성 재료로 이루어지는 도광기판(38)의 하면에, 도광기판(38)보다도 굴절율이 작은 투광성 재료로 이루어지는 저굴절율층(39)을 마련하고, 저굴절율층(39)의 하면에 금속 박막 등에 의해 반사층(40)을 형성한 것이다. 도광기판(38)은, 표면과 이면이 평행한 플레이트형상으로 성형되어 있고, 개념상으로는 도광판 본체(41)와 광도입부(42)로 나눌 수 있다. 광도입부(42)는, 도광판 본체(41)의 광원측 단부에 마련되어 있고, 광도입부(42)와 도광판 본체(41)는 일체로, 또한, 연속적으로 성형되어 있다. 도광기판(38)은, 폴리카보네이트 수지(PC), 아크릴 수지, 시클로올레핀계 재료, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 고굴절율의 투명 수지나 고굴절율의 유리에 의해 성형되어 있고, 그 굴절율은 1.5 내지 1.6인 것이 바람직하다. 또한, 도광기판(38)의 두께는, 0.3㎜ 내지 0.5㎜ 정도인 것이 바람직하다. 광도입부(42)의 단면(광입사 단면(43))의 두께는, 점광원(32)의 광출사창(37)의 높이보다 두껍게 하여 두면, 점광원(32)으로부터 출사된 광을 광입사 단면(43)부터 광도입부(42) 내에 효율적으로 입사시킬 수가 있어서, 면광원 장치(31)의 광이용 효율이 높아진다. 그러나, 도광기판(38)은 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하기 때문에, 광도입부(42)의 단면의 두께는, 점광원(32)의 광출사창(37)의 높이와 동등한 것이 바람직하다.
광도입부(42)에서는, 도광판 본체(41)의 광출사면(44)과 같은 측의 면(표면)에 지향성 변환부(45)가 형성되어 있다. 지향성 변환부(45)는, 광도입부(42) 내에서, 도광판 본체(41)와 인접하는 영역에 형성되어 있다. 환언하면, 도광판(33)의 광출사면(44)에 수직한 방향에서 보아, 지향성 변환부(45)의 점광원(32)부터 먼 측에 위치하는 연부터 광입사 단면(43)까지의 영역을 광도입부(42)라고 부르고, 그 밖의 영역(지향성 변환부(45)의 점광원(32)부터 먼 측에 위치하는 연부터 도광판(33)의 광입사 단면(43)과 반대측의 단면까지의 영역)을 도광판 본체(41)라고 부른다. 광도입부(42)의 이면은 평활하게 형성되어 있다. 지향성 변환부(45)는, 광입사 단면(43)으로부터 입사한 광의 지향 특성을 변화시켜서 도광기판(38) 내에 가두는 작용을 하는 것인데, 그 상세에 관해서는 후술한다.
도광판 본체(41)의 광출사면(44)에는, 광원측부터 도광하여 오는 광을 전반사시켜서 광의 도광 방향을 변화시키기 위한 미세한 확산 패턴(46)(광제어 패턴)이 다수 요설(凹設)되어 있다. 확산 패턴(46)은, 도 8(a)에서는 규칙적으로 배치하고 있지만, 랜덤하게 배치되어 있어도 좋다. 또는, 광출사면(44)의 면 내에서 휘도의 균일성을 얻을 수 있도록 확산 패턴(46)을 지그재그 배치하거나, 확산 패턴(46)을 방사형상으로(동심원형상으로) 배열하거나 하는 등, 일반적인 배치 방법을 이용하여도 좋다. 또한, 점광원(32)으로부터 멀어짐에 따라 도달하는 광량이 적어지기 때문에, 면광원 장치(31)의 발광 휘도를 균일화하기 위해서는, 점광원(32)으로부터 멀어짐에 따라 확산 패턴(46)의 분포 밀도 또는 수(數) 밀도가 커지도록 하는 것이 바람직하다. 도 10(a), (b), (c) 및 (d)는, 확산 패턴(46)의 형상을 도시하는 사시도, 평면도, (광원측에서 본) 정면도 및 측면도이다. 이 확산 패턴(46)은, 4면의 경사면으로 이루어지는 다이아몬드 형상의 오목부가 되어 있다.
도광판 본체(41)의 이면은, 평활하게 되어 있고 광출사면(44)과 평행하게 형성되어 있다. 도광판 본체(41)의 이면에는, 공기층을 끼우는 일 없이 도광판 본체(41)의 이면에 밀착시키도록 하여, 도광판 본체(41)보다도 저굴절율의 투명 수지 등으로 이루어지는 저굴절율층(39)이 형성되어 있다. 저굴절율층(39)은, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트 수지(PC), 아크릴 수지, 시클로올레핀계 재료 등의 투명 수지나 유리에 의해 성형되어 있다. 또한, 저굴절율층(39)은 도광판 본체(41)보다도 저굴절율이며, 또한, 비교적 고굴절율인 것이 바람직하기 때문에, 굴절율이 1.4 이상 1.5 미만의 재료가 바람직하다. 구체적인 예로서는, 폴리카보네이트 수지로 이루어지는 도광기판(38)의 하면에 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어지는 저굴절율층(39)을 형성한 것이 있다. 저굴절율층(39)의 두께는, 5㎛ 정도이다. 저굴절율층(39)의 하면에는, 경사 방향부터 저굴절율층(39)의 하면에 입사한 광을 반사시켜서 광출사면(44)에 거의 수직한 방향으로 출사시키기 위한 미세한 편향 패턴(47)(광출사 수단)이 형성되어 있다. 편향 패턴(47)은, 단면 삼각형형상(프리즘형상)의 볼록부가 되어 있고 도광기판(38)의 폭방향으로 길게 신장하고 있고, 광입사 단면(43)에 수직한 방향으로 배열되어 있다. 도 8이나 도 9에서는 편향 패턴(47)을 간극 없이 배열하고 있지만, 간격을 두고 이산적으로 배치하여도 좋다. 그 경우, 편향 패턴(47)은 오목형상으로 되어 있어도 좋고, 볼록형상으로 되어 있어도 좋고, 오목형상과 볼록형상의 조합이라도 좋다. 또한, 편향 패턴(47)은, 평면으로 구성되어 있어도, 곡면으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 이 편향 패턴(47)을 덮도록 하여, 저굴절율층(39)의 하면 전면에는 Ag나 Al 등의 금속 증착막이나 백색 수지 피막으로 이루어지는 반사층(40)이 형성되고, 저굴절율층(39)과 반사층(40)에 의해 이면경(裏面鏡)이 구성되어 있다.
(작용 효과)
우선, 도 11, 도 12를 참조하면서, 상기한 바와 같은 구조를 갖는 면광원 장치(31)에서의 광의 거동과 그 작용 효과를 설명한다. 이들의 광의 거동을 실현하고, 그 작용 효과를 이루기 위한 구체적인 구성이나 조건 등에 관해는, 그 후에 상세히 기술한다. 또한, 이하에서는, 도광기판(38)의 광입사 단면(43)에 수직한 방향을 X방향으로 하고, 광출사면(44)에 수직한 방향을 Z방향으로 하고, X방향 및 Z방향으로 직교한 방향을 Y방향으로 한다.
도 11은, 면광원 장치(31)에서의 광의 거동을 도시하는 도면이다. 또한, 도 12는, 도광판(33) 내에서의 광의 지향 특성의 변화를 설명하는 도면이다. 도 12에 도시하는 지향 특성(P1)은, 점광원(32)의 광이 광도입부(42)에 입사한 직후의 지향 특성을 나타내고 있다. 도광기판(38)의 굴절율을 ng로 하면, 광도입부(42)에 입사한 직후의 광의 지향성 확산은,
±α=±arcsin(1/ng) …(수식 1)
로 표시되기 때문에, ng=1.59로 하면, 지향 특성(P1)의 지향성 확산은 ±α=±39.0°가 된다.
도광기판(38)의 굴절율(ng)을 1.59로 하면, 평탄면(49) 또는 그 이면과 공기층과의 계면에서의 전반사의 임계각은, 마찬가지로 39.0°이기 때문에, 이것을 수평 방향(X축방향)부터 측정한 각도로 환산하면, 51.0°가 된다. 즉, 수평 방향부터 측정하여 51.0° 이상의 각도의 광과, -51.0° 이하의 각도의 광은 광도입부(42)와 공기층의 계면으로부터 누출된다. 그러나, 광도입부(42)에 입사한 광의 지향성 확산은, ±39.0°이기 때문에, 광도입부(42)에 입사한 광은 공기와의 계면에서는 누출되는 것이 없고, 전반사하면서 도광판(33) 내를 도광된다.
지향 특성(P1)중 사선을 그은 영역의 광은, 지향성 변환부(45)가 없는 경우에는, 도 11에 파선 화살표로 도시한 광(L3)과 같이 도광판 본체(41)와 저굴절율층(39)의 계면에 달한 때에 곧바로 저굴절율층(39)측에 누출되고, 반사층(40)에서 반사되어 광출사면(44)으로부터 출사된다. 한편, 지향 특성(P1)중 사선 영역 외의 광은, 저굴절율층(39)과의 계면에서 전반사되는 광이다. 즉, 지향 특성(P1)의 사선 영역의 광은, 도 5(b)의 사선 영역 내의 광에 상당한다. 도 11에 도시하는 광선(L1, L2)은 모두, 도 12의 지향 특성(P1)에서의 사선을 그은 영역 내의 광을 나타내고 있고, 지향성 변환부(45)가 없다면 파선 화살표의 광(L3)과 같이 광출사면(44)의 점광원 부근을 빛나게 하여 휘도 얼룩을 발생시키는 원인이 된다.
도광기판(38)의 굴절율을 ng, 저굴절율층(39)의 굴절율을 n1로 하면, 도광판 본체(41)와 저굴절율층(39)과의 계면에서의 전반사의 임계각(γ)은,
γ=arcsin(n1/ng) …(수식 2)
이고, 이것은 수평 방향부터 측정한 각도(β)로 환산하면,
β=90°-γ=90°-arcsin(n1/ng) …(수식 3)
가 된다. 지금, ng=1.59, n1=1.4로 하면, β=28.3°가 된다.
따라서 광도입부(42)에 입사한 지향성 확산 ±α(=±39.0°)의 광중, -β 내지 +β의 범위의 광(사선 영역 외의 광)은, 광도입부(42)와 공기와의 계면에서도 도광판 본체(41)와 저굴절율층(39)과의 계면에서도 전반사하고, 도광기판(38)으로부터 누출되는 일 없이 도광된다. 이에 대해, -α 내지 -β의 범위의 광(L2)과 +β 내지 +α의 범위의 광(L1)(사선 영역의 광)은, 지향성 변환부(45)가 없는 경우에는, 공기와의 계면에서는 전반사되지만, 저굴절율층(39)과의 계면을 투과하여 광출사면(44)으로부터 누출된다.
면광원 장치(31)에서는, 이들의 광(L1, L2)을 지향성 변환부(45)에서 반사시킴에 의해 지향 특성을 변환하고, 도광판 본체(41) 내에 가두는 작용을 한다. 지향 특성으로 설명하면, 광도입부(42) 내로 들어간 직후의 지향 특성(P1)은, 광이 지향성 변환부(45)에서 반사됨에 의해 광출사면(44)에 수직한 단면 내에서의 확산이 좁혀진다. 즉, 지향성 변환부(45)에서 좁혀진 지향 특성(P2)을 갖는 광의 지향성 확산(γ)은, 지향 특성(P1)에서의 사선 영역 외의 광의 지향성 확산(β) 정도로 작아져 있다(바람직하게는, γ≤β이다). 지향 특성(P2)이 지향 특성(P1)의 사선 영역 외의의 좁은 지향 특성으로 된 경우에는, 지향성 변환부(45)에서 반사된 후의 광(지향 특성(P2))은, 도광판 본체(41)와 저굴절율층(39)과의 계면에서 전반사되고, 도 11에 도시한 광(L1)과 같이, 확산 패턴(46)에서 반사되지 않는 한, 도광판 본체(41)의 표면(광출사면(44))과 이면(저굴절율층(39)과의 계면)에서 전반사를 반복하면서 도광판 본체(41) 내를 도광한다.
이리하여 도광판 본체(41) 내에 갇혀진 광이 확산 패턴(46)에서 전반사되면, 그 광은 아래쪽에 향하여 진행되기 때문에, 지향 특성(P2) 방향이 변화하여 지향 특성(P3)이 된다. 지향 특성(P3)에서의 사선 영역 외의 광은, 저굴절율층(39)과의 계면에서의 전반사의 임계각보다도 입사각이 큰 광을 나타내고 있다. 지향 특성(P3)의 광중 사선 영역 외의 광은 저굴절율층(39)과의 계면에서 전반사하지만, 사선 영역 내의 광은 도 11의 광(L2)과 같이 저굴절율층(39)에 입사한다. 따라서, 저굴절율층(39)에 입사한 광의 지향 특성은 P4와 같이 좁아진다. 이 지향 특성이 좁은 광은, 도 11의 광(L2)과 같이, 반사층(40)에서 반사되어 광출사면(44)을 향하고(지향 특성(P5)), 또한 광출사면(44)으로부터 외부에 출사된다(지향 특성(P6)).
이 결과, 이 면광원 장치(31)에 의하면, 지향성 변환부(45)를 마련함에 의해 도광판 본체(41) 내를 도광하는 광을 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능해지고, 점광원(32)의 부근에서 지향 특성(P1)의 사선 영역 내의 광이 광출사면(44)으로부터 누출되어 휘도 얼룩을 발생시키는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 도광기판(38)의 굴절율을 1.59로 하고, 저굴절율층(39)의 굴절율을 1.4로 한 경우, 도광판(33)에 지향성 변환부(45)가 마련되어 있지 않으면, 면광원 장치의 중심선 A-A(도 9 참조)에 따른 광출사면(44)의 휘도 분포는 도 13에 세(細)실선으로 도시하는 바와 같이 되고, 점광원(32)의 부근이 밝게 빛나고 면광원 장치(31)에 현저한 휘도 얼룩이 생긴다. 이에 대해, 지향성 변환부(45)에서 반사 후의 지향 특성(P2)에서는 지향성 확산(γ)이 28°정도까지 좁혀졌다고 하면, 면광원 장치의 중심선 A-A에 따른 광출사면의 휘도 분포는 도 13에 태(太)실선으로 도시하는 바와 같이 되고, 광출사면(44)의 휘도가 균일화된다. 또한, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 점광원(32)의 부근에서의 광의 누출을 억제함에 의해, 광출사면(44) 전체에서 휘도가 향상한다.
또한, 도광판 본체(41)의 하면에 저굴절율층(39)과 반사층(40)을 마련하고 있기 때문에, 지향성 변환부(45)에서 반사됨에 의해 지향 특성이 좁아진 광의 일부가 도광판 본체(41)와 저굴절율층(39)의 계면을 통과함에 의해 더욱 지향 특성이 좁아진다. 그 결과, 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성이 좁아지고, 면광원 장치(31)의 정면 휘도가 향상한다. 도 14는 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는데, X방향에서 매우 좁은 지향 특성을 실현할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 15는, 이 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면이다. 도 15에 의하면, ±20° 이내에 전 출사광의 90% 이상의 광량이 모여 있음을 알 수 있다. 또한, 도 14 및 도 15는, 확산 패턴(46)의 경사각(ε)을 9.3°로 하고, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)을 120°로 한 경우의 특성이다.
따라서 이 면광원 장치(31)에 의하면, 지향성 변환부(45)에 의해 도광판 본체(41) 내를 도광하는 광의 지향 특성을 좁힐 수가 있어서, 점광원의 부근에서의 광의 누출을 막을 수 있다. 그 결과, 발광면에서의 휘도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 또한 광의 이용 효율이 향상함으로써 발광면의 휘도가 향상한다. 또한, 지향성 변환부(45)에서 지향 특성을 좁게 한 광의 일부를 저굴절율층(39)에 투과시킴으로써 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성을 보다 좁힐 수가 있어서, 면광원 장치(31)의 정면 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 지향성 변환부(45)에 의해 도광판 본체(41) 내의 광의 지향성을 좁게 함에 의해, 확산 패턴(46)이나 편향 패턴(47)에 의한 광의 제어성도 높아진다. 따라서, 이 면광원 장치(31)에 의하면, 협지향성이며, 휘도가 높고, 균일 발광이 가능한 백라이트를 실현할 수 있다. 또한, 프리즘 시트 등의 부가적인 시트가 필요 없기 때문에, 면광원 장치(31) 또는 액정 표시 장치를 박형화할 수 있다.
(지향성 변환부에 관해)
다음에, 상기한 바와 같은 광의 거동과 작용 효과를 실현하기 위한 상세를 설명한다. 우선, 지향성 변환부(45)의 구조를 설명한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환부(45)는, 4각형 영역 또는 띠모양 영역에 마련되어 있고, V홈형상을 한 동일 형상의 지향성 변환 패턴(48)을 방사형상으로 나열하여 구성되어 있다. 도 16(a)는, 어느 지향성 변환 패턴(48)의 곡선에 따라 단면(斷面)한 도광판(33)의 일부를 도시하는 단면도이다. 도 16(b)는, 도 9(a)의 B-B선에 따른, 각 지향성 변환 패턴(48)의 능선(48a)에 수직한 단면의 일부를 도시하는 확대도이다. 광도입부(42)중 지향성 변환부(45)보다도 점광원(32)에 가까운 영역은 광출사면(44)과 동일면인 평탄면으로 되어 있고(이 평탄한 영역을 광도입부(42)의 평탄면(49)이라고 부른다), 지향성 변환부(45)는 광출사면(44) 및 평탄면(49)으로부터 끌어넣어(引入)지도록 형성되어 있다.
V홈형상을 한 지향성 변환 패턴(48)의 능선(48a)은, 광출사면(44) 및 평탄면(49)을 포함하는 평면 내에 있으며 수평 방향으로 늘어나 있다. 또한, 지향성 변환 패턴(48)의 곡선(谷線)(48b)은, 점광원(32)부터 먼 측에서 가장 깊고, 점광원(32)에 가까운 측에서 가장 얕아지도록 직선적으로 경사하고 있다. 인접하는 지향성 변환 패턴(48) 사이에 형성된 V홈부의 양단면은 모두 광출사면(44) 및 평탄면(49)에 수직한 면이 되어 있다. 또한, 각 지향성 변환 패턴(48)은 같은 형상을 갖고 있고, 점(S)부터 동등한 거리에 있는 단면(능선에 수직한 단면)은 서로 동등한 단면 형상이 된다.
각 지향성 변환 패턴(48)의 곡선(48b)을 점광원(32)측을 향하여 3차원적으로 연장한 끝(先)은, 어느 1점 또는 어느 1점의 부근 영역에 모여 있다. 이 실시 형태의 경우는, 각 지향성 변환 패턴(48)의 곡선(48b)을 연장한 끝은, 평탄면(49)상에서 광도입부(42)의 단면(광입사 단면(43))의 중앙부에 위치하는 1점 또는 그 부근의 1점 또는 그들 1점의 부근 영역에 모여 있다. 이 실시 형태에서는, 광도입부(42)의 단면의 중앙부에 위치하는 1점(S)에 모여 있는 것으로 한다. 마찬가지로, 각 지향성 변환 패턴(48)의 능선(48a)을 3차원적으로 연장한 끝도, 어느 1점 또는 어느 1점의 부근 영역에 모여 있다.
또한, 지향성 변환 패턴(48)의 곡선(48b)의 경사각도(구배)(θ)는 약 1°이지만, 이 경사각도(θ)의 값은 지향성 변환 패턴(48)의 확산(점(S)을 중심으로 한 XY면 내에서의 확산각)에 의해 변화한다. 또한, 능선(48a)에 수직한 단면에서의 능선(48a)을 끼우는 경사각이 이루는 각도(산형상부의 꼭대기의 각)(φ)는, 107°<φ<154°로 하는 것이 바람직하고, 특히 120°정도가 바람직하다.
지향성 변환부(45)는, 개략적으로 말하면, 광을 반사하기 전후에서 광의 지향 특성을 X축의 주위로 회전시키는, 또는 기울이는 작용을 한다. 광도입부(42)에 입사한 광은, 전체로서는 도 18(a)에 도시하는 바와 같은 원추형상의 지향 특성(P1)을 갖고 있지만, 이것을 X축방향이 어느 점에서 보면, 도 17(a), (b)에 도시하는 바와 같이 Y방향에서 좁은 지향 특성의 광이 된다. 이 광이 지향성 변환부(45)에서 반사되면, 그 지향 특성은 도 17(c), (d)와 같이 회전한다. 그 결과, ZX면 내에서의 지향성 확산은 γ로 작아진다. 전체로서는, 도 18(a)와 같은 원추형상의 지향 특성(P1)은, 도 18(b)와 같이 Z방향에서 수축된 편평한 지향 특성(P2)으로 변환된다. 따라서, γ≤β가 되도록 지향성 변환부(45)의 형상 및 치수가 정하여져 있으면, 지향성 변환부(45)에서 반사한 광은, 저굴절율층(39)과의 계면에서도 눅출되지 않게 되고, 멀리까지 광을 운반하는 것이 가능해지다. 또한, 지향성 변환부(45)의 상세에 관해서는, 일본 특원2008-180147 또는 PCT/JP2009/003184(참조 문헌 1)나 일본 특원2007-155797 또는 PCT/JP2008/61610(참조 문헌 2)를 참조할 수 있다.
또한, 도 17(b), (d)는 ZX면 내에서 본 광의 지향 특성이고, 이와 같은 지향 특성은 XY면 내에서 경사 방향에서 점광원(32)을 본 경우에는, 보는 방향에 다라 상하 방향의 지향성 확산은 다르다. 따라서, 지향성 변환부(45)도 정면 방향과 경사 방향에서 패턴의 형상을 변화시킬 수 있지만, 패턴 제조의 용이성 때문에 각 방향의 지향성 변환 패턴(48)을 같은 형상의 것으로 하고 있다.
또한, 광의 누출을 완전히 없애고자 하면, 지향성 변환부(45)는, 이론적으로는, -α 내지 -β의 범위의 광과 +β 내지 +α의 범위의 광을 전부 지향성 변환부(45)에서 받을 수 있을 만큼의 길이 또는 면적을 갖을 필요가 있는데 그 밖의 조건도 고려하여, 반드시 이들 범위의 광을 전부 지향성 변환부(45)에서 받을 필요는 없다.
도 8, 도 9 등에 도시한 지향성 변환부(45)는 평탄면(49)이나 광출사면(44)으로부터 끌어넣어져 있지만, 지향성 변환부(45)는 평탄면(49)이나 광출사면(44)으로부터 돌출하도록 마련하여도 좋다. 도 19는 지향성 변환부(45)를 돌출시킨 예를 도시하는 단면도이다. 이 지향성 변환부(45)는 광도입부(42)의 표면의 일부를 돌출시키도록 하여 형성되어 있고, 배열한 V홈형상의 지향성 변환 패턴(48)의 곡선(48b)은 수평으로 되어 있고, 광출사면(44)과 같은 평면 내에 있다. 능선(48a)의 점광원(32)에 가까운 측의 단은 높이가 낮고, 능선(48a)의 점광원(32)부터 먼 측의 단은 높이가 높게 되어 있다. 따라서 지향성 변환부(45)의 V홈은 점광원(32)으로부터 떨어짐에 따라 직선적으로 깊게 되어 있고, 능선(48a)도 직선형상으로 경사하고 있다. 또한, 지향성 변환부(45)의 양 단면은, 평탄면(49) 및 광출사면(44)에 대해 수직면이 되어 있다. 각각의 능선(48a)을 점광원(32)측에 연장한 끝(先)은, 1점(S)에 모여 있다.
또한, 지향성 변환부(45)는, 광출사면(44)보다 위에 튀어나와 있는 경우에도, 광출사면(44)부터 아래에 끌어넣어져 있는 경우에도, 지향성 변환부(45)와 광출사면(44)의 단차(段差)는 작은 것이 바람직하다.
또한, 지향성 변환부(45) 또는 지향성 변환 패턴(48)은, 여기에 도시한 이외의 형상을 갖는 것이라도 좋다. 예를 들면, 참조 문헌 1에 개시한 것과 같은 여러가지의 형상의 것이라도 좋다. 또한, 그들의 최적의 설계예도 참조 문헌 1에 기재한 것을 참조할 수 있다.
(확산 패턴에 관해)
다음에, 광출사면(44)에 형성된 확산 패턴(46)에 관해 설명한다. 확산 패턴(46)은, 도광판 본체(41) 내에 도광된 광을 전반사시킴에 의해, 도광판 본체(41)의 하면에 대한 입사각이 작아지도록 광로를 구부리는 작용을 한다. 도 10에 도시한 확산 패턴(46)은 다이어몬드 형상으로 패여저 있지만, 확산 패턴(46)이 오목형상인 경우에는 점광원(32)에 가까운 전반부에서 광을 반사하기 때문에, 점광원(32)부터 먼 측에 위치하는 후반부의 형상은 어떤 것이라도 특히 문제는 없다. 한편, 확산 패턴(46)의 전반부는, 광을 반사시켜서 도광판 본체(41)로부터 저굴절율층(39)에 광을 투과시킬 필요와, 도광판 본체(41)로부터 저굴절율층(39)에 투과하는 광의 지향성 확산을 가능한 한 좁아지도록 할 필요가 있다. 그를 위해서는, 확산 패턴(46)중 점광원(32)에 가까운 측에 위치하는 전반부의 경사각(ε)은, 0°<ε≤20°로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이 경사각은 0°<ε≤10°이고, 더욱 바람직하게는 0°<ε≤5°이다. 단, 저굴절율층(39)을 향하여 빠지는 광의 피크 방향은, 확산 패턴(46)의 경사각(ε)과, 도광기판(38)의 굴절율과 저굴절율층(39)의 굴절율의 굴절율비와의 조합에 의해 제어할 수 있기 때문에, 최적의 경사각(ε)의 값은 도광기판(38)과 저굴절율층(39)의 굴절율비를 고려하여 정하여야 한다.
확산 패턴(46)은, 전반부의 경사각(ε)이 상기 범위에 있으면 좋기 때문에, 도 10과 같이 전반부와 후반부에서 대칭일 필요는 없고, 도 20(a)에 도시하는 확산 패턴(46)과 같이 전반부와 후반부에서 비대칭이 되어 있어도 좋다. 특히, 도 20(a)와 같이 단면이 부등변 삼각형 형상이라도 좋다. 또한, 확산 패턴(46)은, 도 20(b)에 도시하는 바와 같이, 광출사면(44)으로부터 돌출하고 있어도 좋다. 볼록형상의 확산 패턴(46)인 경우에는, 도광판 본체(41)에 도광하여 온 광은, 확산 패턴(46)의 후반부에서 전반사되기 때문에, 이 경우에는, 후반부의 경사각(ε)이 상기 범위에 있으면 좋다. 또한, 확산 패턴(46)은, 도 20(c)에 도시하는 바와 같이, 곡면으로 구성되어 있어도 좋다. 도 20(c)에서는, 돔형상을 한 확산 패턴(46)을 광출사면(44)의 표면에 돌출시키고 있다.
(편향 패턴에 관해)
도 21은 편향 패턴(47)에서의 광의 거동을 도시한 도면이다. 편향 패턴(47) 및 반사층(40)은, 도 21에 광로를 화살표로 도시하는 바와 같이, 저굴절율층(39)에 입사한 광을 광출사면(44)에 수직한 방향을 향하여 반사시키는 작용을 한다. 편향 패턴(47)은, 단면 삼각형형상을 한 봉형상의 패턴이고, 저굴절율층(39)의 하면에 돌출하고 있다. 편향 패턴(47)은, 그 기초가 되는 금형을 만들기 쉽다는 이유 때문에 단면 형상이 2등변 삼각형으로 되어 있다. 또한, 편향 패턴(47)의 단면이 2등변 삼각형으로 되어 있는 경우에는, 점광원(32)과 반대측에 있는 사면은, 광원 방향에서의 광(도 21에서 실선 화살표로 도시하는 광)을 반사시켜서 광출사면(44)으로부터 출사시키는 작용을 한다. 도 21의 파선 화살표는, 도광기판(38) 또는 저굴절율층(39)의 단면까지 달하고, 그 단면에서 반사되어 되돌아온 광을 나타내고 있고, 광원측에 있는 사면은, 이 돌아오는 광을 반사시켜서 광출사면(44)으로부터 출사시키는 작용을 한다.
이 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)은, 107° 이상 136° 이하인 것이 바람직하다. 이 이유를 도 22에 도시한다. 도 22는, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)의 값에 대한, 지향 특성으로 ±20°의 범위 내에 포함되는 광량의 비율을 도시하고 있다. 도 22의 횡축은, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)을 나타내고 있다. 또한, 도 22의 종축은, 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성에 있어서, 광출사면(44)의 법선에 대해 ±90° 이내의 방향으로 출사하는 광의 전 광량에 대한 ±20° 이내의 방향으로 출사하는 광의 전 광량의 비율을 백분율로 도시하고 있다. 이 광량의 비율은 60% 이상이면 좋고, 그 때의 꼭대기의 각(κ)의 값은, 도 22로부터 107° 이상 136° 이하인 것을 알 수 있다. 따라서, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)은 107° 이상 136° 이하인 것이 바람직하다. 또한, 광출사면(44)으로부터 출사하는 광의 지향 특성에 있어서의 피크 방향은, 편향 패턴(47)의 경사면의 경사각(ν)에 의해 제어할 수 있다.
(제 1의 실시 형태의 변형예)
도 23(a) 내지 (c)는, 실시 형태 1의 변형예를 도시한다. 도 23(a)에 도시하는 변형예에서는, 지향성 변환부(45)를 광도입부(42)의 하면에 형성하고 있다. 이 경우에는, 광이 광도입부(42)의 하면에서 반사할 때에 지향성 변환부(45)에서 지향 특성이 변환된다. 또한, 지향성 변환부(45)가 광도입부(42)의 하면에 마련되어 있는 경우에는, 지향성 변환 패턴(48)의 곡선(48b)이 능선(48a)보다도 광출사면(44)에 가까운 측에 위치한다.
도 23(b)에 도시하는 변형예에서는, 지향성 변환부(45)를 광도입부(42)의 하면에 형성함과 함께, 저굴절율층(39) 및 반사층(40)을 광도입부(42)의 단면까지 연장시키고 있다. 저굴절율층(39)이 광도입부(42)의 단까지 늘어나 있기 때문에, 지향성 변환부(45)로부터 저굴절율층(39)에 광은 일부 누출되지만, 특허 문헌 2와 같이 지향성 변환부(45)가 없는 경우에 비하면 효율은 좋아지고, 또한 저굴절율층(39)이 광도입부(42)의 단면까지 늘어나고 있음으로써 제작이 하기 쉬워진다. 따라서, 저굴절율층(39) 및 반사층(40)을 광도입부(42)의 단까지 연장시키고 있어도 무방하다. 단, 점광원(32)의 광이 저굴절율층(39)의 단면으로부터 저굴절율층(39)에 직접 입사하지 않도록, 점광원(32)의 광출사창(37)의 하단은 저굴절율층(39)의 윗면보다 위에 위치시키고 있다.
도 23(c)에 도시하는 변형예에서는, 지향성 변환부(45)를 광도입부(42)의 윗면에 형성함과 함께, 저굴절율층(39) 및 반사층(40)을 광도입부(42)의 단면까지 연장시키고 있다. 이와 같은 형태에서는, 광도입부(42)에 입사한 광의 일부는 지향성 변환부(45)에서 변환되지 않고 직접 저굴절율층(39)에 입사하지만, 저굴절율층(39)에 입사한 광은 하방으로 누출되는 일 없이 반사층(40)에 의해 상방으로 반사되고, 그 후 지향성 변환부(45)에 입사한다.
도 23(b)와 같은 형태에서는, 지향성 변환부(45)가 광도입부(42)와 저굴절율층(39)의 사이에 마련되어 있고 광이 누출되기 쉬워지고, 설계도 곤란해지기 때문에, 저굴절율층(39)과 반사층(40)을 광도입부(42)의 단까지 연장시키는 경우에는, 도 23(c)와 같이 지향성 변환부(45)가 광도입부(42)와 공기와의 계면에 위치시키는 것이 바람직하다.
(제 2의 실시 형태)
도 24(a)는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 면광원 장치(51)를 도시하는 개략 단면도이다. 이 면광원 장치(51)에서는, 실시 형태 1의 면광원 장치(31)에서, 저굴절율층(39)의 하면과 반사층(40) 사이에, 도광기판(38)의 굴절율과 같은 정도의 굴절율을 갖는 고굴절율층(52)을 마련하고 있다. 저굴절율층(39)은 굴절율이 1.4 이상 1.5 미만의 투명 재료(예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트 등)에 의해 형성되어 있고, 균일한 두께를 갖고 있으며 5㎛ 정도의 두께로 되어 있다. 고굴절율층(52)은, 굴절율이 1.5 내지 1.6 정도의 투명 재료(예를 들면, 굴절율이 1.59의 폴리카보네이트 수지 등)에 의해 형성되어 있고, 10㎛ 내지 50㎛ 정도의 두께를 갖고 있다. 편향 패턴(47)은 고굴절율층(52)의 하면에 형성되어 있고, 고굴절율층(52)의 표면에 반사층(40)이 마련되어 있다.
이와 같은 면광원 장치(51)로도, 실시 형태 1과 같은 작용 효과를 이룰 수 있다. 또한, 실시 형태 2의 면광원 장치(51)에서는, 저굴절율층(39) 내로 누출된 광을 고굴절율층(52) 내에 입사시킴으로써, 저굴절율층(39) 내의 지향 특성보다도 더욱 지향 특성을 좁게 하고 나서 반사층(40)에 의해 반사시킬 수 있다. 그 결과, 고굴절율층(52)이 없는 경우에 비하여 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성을 반치전폭(半値全幅)으로 약 10° 좁게 할 수 있다. 또한, 하면에 편향 패턴(47)과 반사층(40)이 형성된 성형품의 고굴절율층(52)을, 도광기판(38)보다도 저굴절율의 투명 수지 접착제를 이용하여 도광기판(38)의 하면에 접착하고, 경화한 저굴절율 투명 접착제에 의해 저굴절율층(39)을 형성할 수 있기 때문에, 면광원 장치(51)의 제조가 용이해진다.
실시 형태 2에서도, 확산 패턴(46)은, 도 24(a)와 같이 다이어몬드 형상이나 삼각형형상의 것(코메트 패턴)을 광출사면(44)에 요설하여도 좋고, 도 24(b)와 같이 다이어몬드 형상이나 삼각형형상의 것(코메트 패턴)을 광출사면(44)에 돌설하여도 좋고, 도 24(c)와 같이 돔형상의 것(블라스트 패턴)을 광출사면(44)의 윗면에 돌설하여도 좋다. 또한, 저굴절율층(39)이나 고굴절율층(52), 반사층(40)을 광도입부(42)의 단면까지 연장시켜도 무방하다.
도 25는, 도 24(b)와 같이 경사각(ε)=4° 내지 10°의 코메트 패턴형상의 확산 패턴(46)을 돌설하고, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)=120°로 한 면광원 장치에서, 광출사면(44)으로부터 출사된 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는 도면이다. 도 25로부터는 매우 좁은 지향 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 26은, 도 25의 X방향에서의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시하고, 도 25의 Y방향에서의 지향 특성을 ZY면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면이다. 도 26에 의하면, ZX면 내의 지향 특성에서는, 광출사면(44)의 법선 방향에서 ±20° 이내에 전 출사광의 98%의 광량이 모여 있다.
도 27은, 도 24(c)와 같이 블라스트 패턴형상의 확산 패턴(46)을 돌설하고, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)=120°로 한 면광원 장치에서, 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는 도면이다. 도 27로부터도 매우 좁은 지향 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 28은, 도 27의 X방향에서의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시하고, 도 27의 Y방향에서의 지향 특성을 ZY면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면이다. 도 28에 의하면, ZX면 내의 지향 특성에서는, 광출사면(44)의 법선 방향에서 ±20° 이내에 전 출사광의 96%의 광량이 모여 있다.
따라서, 협지향성을 위해서는, 다이어몬드 형상 등의 코메트 패턴형상을 한 확산 패턴(46)의 쪽이, 블라스트 패턴형상의 확산 패턴(46)보다도 약간 성능이 좋은 것을 알 수 있다.
또한, 도 29는, 도 24(c)와 같이 블라스트 패턴형상의 확산 패턴(46)을 돌설하고, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)=112°로 한 면광원 장치에서, 광출사면(44)으로부터 출사되는 광의 지향 특성(Z방향에서 본 지향 특성)을 도시하는 도면이다. 또한, 도 30은, 도 29의 X방향에서의 지향 특성을 ZX면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시하고, 도 29의 Y방향에서의 지향 특성을 ZY면 내의 각 출사 방향에서의 휘도 분포로서 도시한 도면이다.
꼭대기의 각(κ)=120°인 경우의 지향 특성을 도시하는 도 28에서는, ZX면 내의 지향 특성의 피크 방향이 거의 0°가 되어 있다. 마찬가지로, 꼭대기의 각(κ)=112°인 경우의 지향 특성을 도시하는 도 30에서도, ZX면 내의 지향 특성의 피크 방향이 거의 0°가 되어 있다. 여기에 도시하지 않은 시뮬레이션 결과도 합쳐서 생각하면, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)이 110° 이상 120° 이하의 범위에 있으면, ZX면 내의 지향 특성(X방향에서의 지향 특성)이 거의 0°의 방향에 피크를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 편향 패턴(47)의 꼭대기의 각(κ)을 110° 이상 120° 이하로 하면, 면광원 장치의 정면 휘도를 향상시키는데 효과가 있다.
(제 3의 실시 형태)
도 31은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 면광원 장치(61)의 사시도이다. 면광원 장치(61)는, 점광원(32)이 배치되어 있는 위치의 주변을 중심으로 하는 원호형상의 영역에 지향성 변환부(45)를 마련한 점을 특징으로 하고 있다. 또한, 지향성 변환 패턴(48)은 V홈형상이 되어 있고, 지향성 변환부(45)의 원호형상 영역의 중심을 마찬가지로 중심으로 하여 방사형상으로 배열되어 있다. 따라서 이 실시 형태에 의하면, 각 지향성 변환 패턴(48)이 동일 형상이 되어, 지향성 변환 패턴(48) 또는 지향성 변환부(45)의 설계가 용이해진다. 또한, 도 31에서는, 지향성 변환부(45)는 광출사면(44)보다 위로 돌출하고 있지만, 광출사면(44)보다 아래에 패여지도록 마련하여도 좋다(도시 생략).
또한, 이 실시 형태에서도, 지향성 변환 패턴(48)의 능선(48a)에 수직한 단면에서의 능선(48a)을 끼우는 경사면이 이루는 각도(산형상부의 꼭대기의 각)(φ)는, 107°<φ<154°로 하는 것이 바람직하고, 특히 120°정도가 바람직하다. 이 이유는, 다음과 같다.
도 32는, 지향성 변환 패턴(48)에서 형성된 산형상부의 꼭대기의 각(φ)과 지향성 변환 효율, 도광 효율, 변환 효율×도광 효율의 관계를 도시한다. 이 관계는, 지향성 변환부(45)의 내주연의 반경(r1)=2.5㎜, 지향성 변환부(45)의 외주연의 반경(r2)=3.8㎜로 한 경우의 것이지만, 이 이외의 경우에도 같은 경향을 나타낸다. 산형상부의 꼭대기의 각(φ)이란, 인접하는 지향성 변환 패턴(37) 사이에 형성된 산형상부의, 능선(38a)에 수직한 단면에서의 꼭대기의 각(산형상부의 양측 사면이 이루는 최대 협각)이다. 또한, 지향성 변환 효율이란, 도광판 본체(41)에 전해진 광의 지향성중, 목표가 되는 지향성의 범위에 얼마만큼의 광량이 들어가 있는지, 라는 것을 나타낸다(참조 문헌 1을 참조). 즉,
지향성 변환 효율=(목표로 하는 지향성의 범위 내의 광량)÷(전체의 광량)
=(전체의 광량-범위 외의 광량)÷(전체의 광량)
이다. 도광 효율이란, 광도입부(42)에 입사한 직후의 광의 광량에 대한 도광판 본체(41)에 전해진 광량의 비율을 나타낸다. 즉,
도광 효율=(도광판 본체에 전해진 광량)÷(입사한 직후의 광량)
이다.
도 32에 의하면, 꼭대기의 각(φ)=120°일 때에, 지향성 변환부(45)에 의한 지향성의 변환 효율이 가장 높아진다. 꼭대기의 각(φ)이 120°보다 작아지면, 지향성 변환 효율이 저하되는 동시에, 지향성 변환부(45)에서 광 누출이 발생하고, 도광판 본체(29)에 전해지는 광의 광량이 감소하기 때문에 도광 효율도 저하된다. 꼭대기의 각(φ)이 120°보다 커지면, 지향성 변환 효율은 저하되지만, 광 누출이 감소하기 때문에 도광 효율은 향상한다.
이상의 것으로부터, 최적의 꼭대기의 각(φ)은, 지향성 변환 효율과 도광 효율의 양쪽을 고려하여 결정할 필요가 있고, 그 때문에 지향성 변환 효율×도광 효율에 의해 평가하는 것이 바람직하다. 이 지향성 변환 효율×도광 효율의 값은,
지향성 변환 효율×도광 효율>0.85
인 것이 바람직하고, 그를 위해서는, 도 32에 의하면, 꼭대기의 각(φ)>92°면 좋다. 또한, 더욱 바람직하게는,
지향성 변환 효율×도광 효율>0.9
이고, 그를 위해서는, 107°<φ<154°면 좋다. 또한, 지향성 변환 효율×도광 효율의 값은, 꼭대기의 각(φ)=120°일 때에 최대치가 된다.
도 33은, 견입각(見入角)(θ1)과 지향성 변환 효율, 도광 효율, 지향성 변환 효율×도광 효율의 관계를 도시한다. 도 33은, 꼭대기의 각(φ)=120°로 하여 계산에 의해 구한 것이다. 여기서 견입각(θ1)이란, 도 34에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환부(45)의 내주연의 중앙부터 점광원(32)의 광출사창(37)의 한쪽의 단에 연장시킨 선분과, 지향성 변환부(45)의 내주연의 중앙부터 광출사창(37)의 중앙에 연장시킨 선분이 이루는 각도이다. 도 33의 관계는, 지향성 변환부(45)의 내주연의 중앙부터 점광원(32)의 광출사창(37)의 다른쪽의 단에 연장시킨 선분과, 지향성 변환부(45)의 내주연의 중앙부터 광출사창(37)의 중앙에 연장시킨 선분이 이루는 각도(θ2)에 대해서도 들어맞는 것이다.
도 33에 의하면, 지향성 변환 효율×도광 효율>0.85로 하기 위해서는, θ1<43°로 하면 좋다. 또한, 지향성 변환 효율×도광 효율>0.9로 하기 위해서는, θ1≤32°로 하면 좋다. 또한, θ1=22°일 때에는, 지향성 변환 효율×도광 효율의 값은 최대치가 된다. 따라서, 견입각(θ1, θ2)은, θ1≤32°, θ2≤32°가 되도록 하는 것이 바람직하고, 특히 θ1=θ2=22°로 하면, 지향성 변환 효율과 도광 효율을 양호하게 하는데 특히 바람직하다.
도 31에서는, 확산 패턴(46)은 서로 평행에 배치하고 있지만, 지향성 변환부(45)에 맞추어서 확산 패턴(46)도 방사형상으로 배치하여도 좋다. 또한, 하면의 편향 패턴(47)도 직선형상으로 늘어난 것으로 한하지 않고, 거의 점광원(32)의 위치를 중심으로 하여 원호형상으로 늘어난 것이라도 좋다.
(제 3의 실시 형태의 변형예)
도 35는 실시 형태 3의 변형예에 의한 면광원 장치(66)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(66)에서는, 원호형상을 한 지향성 변환부(45)를 갖는 광도입부(42)를, 도광판(33)의 단연에 따라 복수 나열하고 있다. 각 광도입부(42)의 광입사 단면에 대향하는 위치에는, 각각 점광원(32)을 배치하고 있다. 이 면광원 장치(66)에서는, 복수의 점광원(32)을 이용할 수 있기 때문에, 면광원 장치(66)의 발광 휘도를 높게할 수 있다. 또한, 인접하는 지향성 변환부(45)끼리가 겹치는 배치가 되는 경우에는, 각 지향성 변환부(45)의 겹치는 부분을 삭제하고, 지향성 변환부(45)끼리가 겹치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같이 복수의 점광원(32)이 이용되고 있고, 도광판(33)의 단연에 따라 복수의 지향성 변환부(45)가 나열하여 있는 경우에는, 광입사 단면으로부터 지향성 변환부(45)의 외주연까지의 거리(반경)(r2)에는,
r2≤T/(2tan θ)
(T는 광도입부(42)의 두께, θ는 지향성 변환 패턴의 능선(48a)의 경사)
라는 조건에 더하여 또한 제한이 생긴다. 이하, 이 점에 관해 설명한다.
도 36은, 단면에 따라 복수의 점광원(32)이 나열한 광도입부(42)를 수직한 방향에서 본 개략도이다. 도 36에서는, 도광판(33)에 수직한 방향에서 보아, 어느 점광원(32)의 중심을 통과하고, 도광판(33)의 단면에 수직한 방향으로 X축을 정하고, 도광판(33)의 광입사 단면(43)에 따라 Y축을 정하고 있다. 도광기판(38)의 굴절율을 ng로 하면, 점광원(32)의 광출사창(28)으로부터 출사하여 광입사 단면(43)부터 광도입부(42)에 입사한 광의 확산은 ±α=±arcsin(1/ng)이다. 도 36에서는, 각 점광원(32)으로부터 출사한 광의 광도입부(42) 내에서의 지향성 확산의 단을 통과하는 광선을 각각 Lg로 도시하고 있다. 있는 점광원(32)(이하, 한가운데의 점광원(32)이라고 한다)을 끼우는 2개의 점광원(32) 사이의 영역(도 37의 선분(E1과 E2) 사이의 영역)에 주목한 때, 도 36에 도시하는 영역(C)은 어느 점광원(32)으로부터의 광도 도달하지 않는 영역, 영역(D)은 한가운데의 점광원(32)으로부터의 광만이 도달하는 영역이고, 영역(C 및 D) 이외의 영역은 한가운데의 점광원(32)의 양측에 위치하는 어느 하나의 점광원(32)의 광이 도달하는 영역이다.
한가운데의 점광원(32)의 전방에 배치되는 지향성 변환부(45)가 한가운데의 점광원(32)의 광만을 반사하고, 그 양측의 점광원(32)의 광을 반사하지 않도록 하기 위해서는, 그 지향성 변환부(45)는 영역(C)과 영역(D)을 병합한 영역 내로 들어갈 필요가 있다. 따라서 한가운데의 점광원(32)의 전방에서는, 지향성 변환부(45)는,
X>0 …(수식 4)
X≤{-2Y+(2P-W)}/(2tanα) …(수식 5)
X≤{2Y+(2P-W)}/(2tanα) …(수식 6)
의 3식을 동시에 충족시키는 영역 내로 들어가 있을 필요가 있다. 여기서, P는 복수의 점광원(32)의 배열 피치, W는 점광원(32)의 광출사창(28)의 폭, α=arcsin(1/ng)이고, ng은 도광기판(38)의 굴절율이다.
또한, 영역(D)의 전단(前端)(J1) 및 영역(C)의 전단(J2, J3)의 X좌표, Y좌표는, 각각 J1((2P-W)/(2tanα), 0)
J2((P-W)/(2tanα), -P/2)
J3((P-W)/(2tanα), P/2)
이다. 예를 들면, P=6.5㎜, ng=1.59, W=2㎜일 때에는, 이들의 좌표는, J1(6.8, 0), J2(2.78, -3.25), J3(2.78, 3.25)가 된다.
그러나, 영역(C 및 D) 내라도, 도 37(a)에서의 파선으로 도시하는 지향성 변환부(45)와 같이 영역(D)의 전단(J1)의 근처에 지향성 변환부(45)를 마련하면, 한가운데의 점광원(32)으로부터 나온 광의 일부는 지향성 변환부(45)를 통과하는 일 없이 도광판 본체(41)에 달하게 된다. 또한, 지향성 변환부(45)의 외주연의 높이가 너무 높거나, 너무 깊거나 할 우려가 있다. 따라서, 가장 큰 지향성 변환부(45)는, 도 37(a)에서 실선으로 도시하는 바와 같이, 그 외주연이 영역(C)의 전단(J2, J3)을 통과하도록 정하는 것이 바람직하다. 또한, 지향성 변환부(45)의 외주연이 J2, J3을 통과하는 경우에도, sin2α≤(P-W)/(2P-W)[또는, ng2≥(2P-W)/(P-W)]인 경우에는, 지향성 변환부(45)의 원호 방향의 길이가 길어지면, 도 37(a)에서의 실선으로 도시하는 지향성 변환부(45)와 같이 지향성 변환부(45)의 양단부가 영역(C 및 D)의 밖으로 비어져 나온다.
따라서, sin2α≤(P-W)/(2P-W)인 경우에는, 지향성 변환부(45)는, 외주연이 영역(C)의 전단(J2, J3)을 통과하고, 또한, 지향성 변환부(45)가 영역(C 및 D)으로부터 비어져 나오지 않도록 하여, 도 37(b)와 같이 각 점광원(32)의 전방에 각각 마련하는 것이 바람직하다. 이 때, 광출사창(28)의 중앙으로부터 지향성 변환부(45)의 외주연까지의 반경(r2)은, 다음 수식 7로 표시할 수 있다.
Figure 112010085513704-pat00001
…(수식 7)
지향성 변환부(45)의 외주연의 반경(r2)은, r2>r1 등의 다른 조건을 충족시키는 한, 상기 수식 7의 값보다 작게 하는 것은 가능하기 때문에, sin2α≤(P-W)/(2P-W)인 경우에는, 지향성 변환부(45)의 외주연의 반경(r2)은, 상기 수식 7로 표시한 값을 상한치로 한다. 따라서, 반경(r2)은, 다음 수식 8을 충족시키고 있으면 된다.
Figure 112010085513704-pat00002
…(수식 8)
한편, sin2α≥(P-W)/(2P-W)[또는, ng2≤(2P-W)/(P-W)]인 경우에는, 외주연이 영역(C)의 전단(J2, J3)을 통과하도록 지향성 변환부(45)를 마련하면, 도 38(a)에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환부(45)가 영역(C 및 D)의 밖으로 비어져 나온다. 따라서, 이 경우에는, 도 38(b)에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환부(45)의 외주연을 지향성 확산의 연(Lg)에 접할 때까지 작게 할 필요가 있다. 이 때의 외주연의 반경(r2)은,
r2={P-(W/2)}cosα …(수식 9)
가 된다. 따라서, sin2α≥(P-W)/(2P-W)인 경우에는, 지향성 변환부(45)의 외주연의 반경(r2)은, 다음 수식 10으로 도시하는 조건을 충족시키고 있으면 된다.
r2≤{P-(W/2)}cosα …(수식 10)
(제 4의 실시 형태)
도 39는, 본 발명의 실시 형태 4에 의한 면광원 장치(71)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(71)는, 도광기판(38)의 폭과 거의 동등한 길이를 갖는 봉형상 광원(72)을 이용한 것이다. 봉형상 광원(72)은, LED를 이용한 점광원(73), 투명한 쐐기모양 도광체(74), 및 프리즘 시트(75)에 의해 구성되어 있다. 점광원(73)은, 쐐기모양 도광체(74)의 두께가 큰 측의 단면에 대향하고 있다. 점광원(73)으로부터 출사된 광은, 단면으로부터 쐐기모양 도광체(74) 내로 들어가, 쐐기모양 도광체(74)의 앞면과 배면에서 전반사를 반복하면서 선단 방향으로 도광된다. 쐐기모양 도광체(74)를 도광하는 광은, 쐐기모양 도광체(74)의 앞면부터 전체 길이에 걸쳐서 경사 방향으로 출사한다. 경사 방향으로 출사된 광은, 프리즘 시트(75)를 통과함에 의해 광로가 구부러저서, 도광판(33)의 광입사 단면(43)에 대해 거의 수직한 방향으로 출사한다. 또한, 쐐기모양 도광체(74)의 배후에 마련한 반사 시트(76)는, 쐐기모양 도광체(74)의 이면부터 누출된 광을 반사하여 쐐기모양 도광체(74)로 재입사시키는 것이다.
따라서 광입사 단면(43)부터 광도입부(42)에 입사한 광은 거의 평행한 광아 되어 있기 때문에, 이 면광원 장치(71)에서는 지향성 변환 패턴(48)도 광입사 단면(43)과 수직한 방향을 향하여 서로 평행하게 형성하고 있다.
(제 5의 실시 형태)
도 40(a)는, 본 발명의 실시 형태 5에 의한 면광원 장치(81)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(81)에서는, 도광기판(38)의 윗면에 표면측 저굴절층(85)을 마련하고 있다. 표면측 저굴절층(85)은 저굴절율층(39)과 같이 도광기판(38)보다 굴절율이 낮은 투명 재료(저굴절율층(39)과 같은 굴절율의 같은 재료로 좋다)에 의해 형성되어 있고, 두께는 3 내지 5㎛ 정도가 되어 있다. 확산 패턴(46) 내는 표면측 저굴절층(85)으로 메워져 있어도 좋지만, 시트형상의 표면측 저굴절층(85)을 이용함으로써 확산 패턴(46) 내에 공기층이 남도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 표면측 저굴절층(85)의 윗면에는, 확산판이나 프리즘 시트 등의 광학 시트를 겹쳐저도 좋다. 또한, 실시 형태 5에서도, 표면측 저굴절층(85)과 저굴절율층(39) 및 반사층(40)의 일방 또는 쌍방, 특히 저굴절율층(39 및 40)을 도광기판(38)의 단면까지 연장시켜도 좋다.
도 40(b)에 도시하는 것은 변형 예이고, 저굴절율층(39)의 하면에 고굴절율층(52)이 존재하는 경우이다.
또한, 도 41(a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 표면측 저굴절층(85)의 윗면부터 도광기판(38)에 달하는 깊이까지, 확산 패턴(46)을 형성하여도 좋다.
또한, 도 40(a), 도 40(b), 도 41(a) 및 도 41(b)에서, 표면측 저굴절층(85), 저굴절율층(39), 고굴절율층(52) 및 반사층(40)의 단이 광도입부(42)의 단면까지 달하도록 하여도 좋다.
(제 6의 실시 형태)
도 42는, 본 발명의 실시 형태 6에 의한 액정 표시 장치(91)를 도시하는 사시도이다. 이 액정 장치는, 본 발명에 관한 면광원 장치의 위에 직접 액정 패널(92)을 재치하여 일체화하고 있다. 표면측 저굴절층(85)으로서 투명 접착 수지(접속층)를 이용하면, 도광기판(38)을 액정 패널(92)의 하면에 접착하여 일체화할 수 있고, 얇은 면광원 장치의 경우에도, 휘어짐이 발생하는 것을 막을 수 있다. 또한, 표면측 저굴절층(85)의 두께분만큼, 점광원(32)의 윗면을 도광기판(38)의 윗면에서 돌출시키고 있기 때문에, 도광기판(38)의 윗면에 표면측 저굴절층(85)으로 접착된 액정 패널(92)의 하면이 점광원(32)의 윗면에 올라타서, 액정 패널(92)이 안정된다.
31, 51, 61, 66, 71, 81 내지 84, 91 : 면광원 장치
32 : 점광원
33 : 도광판
38 : 도광기판
39 : 저굴절율층
40 : 반사층
41 : 도광판 본체
42 : 광도입부
43 : 광입사 단면
44 : 광출사면
45 : 지향성 변환부
46 : 확산 패턴
47 : 편향 패턴
48 : 지향성 변환 패턴
52 : 고굴절율층
72 : 봉형상 광원
85 : 표면측 저굴절층
92 : 액정 패널

Claims (13)

  1. 광원과, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련되어 있고 상기 광원의 광을 광입사 단면으로부터 도입하여 광출사면부터 외부에 출사시키는 도광판을 구비한 면광원 장치로서,
    상기 도광판은, 투광성 재료로 이루어지는 도광기판과, 상기 도광기판의 상기 광출사면과 반대측의 면에 밀착한, 상기 도광기판보다도 저굴절율의 저굴절율층과, 상기 저굴절율층의 상기 광출사면과 반대측의 면에 밀착한 반사층을 구비하고,
    상기 도광기판은, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련된 광도입부와, 상기 광도입부로부터 도광된 광을 외부에 출사하는 상기 광출사면을 구비한 도광판 본체를 일체로 하여 구성되고,
    상기 광도입부의 광출사측의 면 또는 그 반대측의 면에는, 상기 광도입부에 입사한 광의 상기 도광 기판의 두께 방향에서의 지향성 확산을 좁게 함에 의해, 상기 광입사 단면으로부터 상기 광도입부에 입사한 광을 상기 도광기판 내에 가두기 위한 지향성 변환부가 적어도 상기 광원의 정면에 마련되고,
    상기 도광판 본체의 상기 광출사면측에는, 도광판 본체 내의 광을 반사시켜서 도광판 본체의 상기 광출사면과는 반대측의 면으로부터 상기 저굴절율층에 누출시키기 위한 광제어 패턴이 형성되고,
    상기 저굴절율층과 상기 반사층과의 계면에, 또는 상기 반사층의 상기 계면의 반대측의 면에는, 상기 저굴절율층에 누출된 광을 반사시켜서 상기 광출사면으로 출사시키기 위한 광출사 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  2. 광원과, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련되어 있고 상기 광원의 광을 광입사 단면으로부터 도입하여 광출사면부터 외부에 출사시키는 도광판을 구비한 면광원 장치로서,
    상기 도광판은, 투광성 재료로 이루어지는 도광기판과, 상기 도광기판의 상기 광출사면과 반대측의 면에 밀착한, 상기 도광기판보다도 저굴절율의 저굴절율층과, 상기 저굴절율층의 상기 광출사면과 반대측의 면에 밀착한, 상기 저굴절율층보다도 고굴절율의 고굴절율층과, 상기 고굴절율층의 상기 광출사면과 반대측의 면에 밀착한 반사층을 구비하고,
    상기 도광기판은, 상기 광원과 대향하는 위치에 마련된 광도입부와, 상기 광도입부로부터 도광된 광을 외부에 출사하는 상기 광출사면을 구비한 도광판 본체를 일체로 하여 구성되고,
    상기 광도입부의 광출사측의 면 또는 그 반대측의 면에는, 상기 광도입부에 입사한 광의 상기 도광 기판의 두께 방향에서의 지향성 확산을 좁게 함에 의해, 상기 광입사 단면으로부터 상기 광도입부에 입사한 광을 상기 도광기판 내에 가두기 위한 지향성 변환부가 적어도 상기 광원의 정면에 마련되고,
    상기 도광판 본체의 상기 광출사면측에는, 도광판 본체 내의 광을 반사시켜서 도광판 본체의 상기 광출사면과는 반대측의 면으로부터 상기 저굴절율층측에 누출시키기 위한 광제어 패턴이 형성되고,
    상기 고굴절율층과 상기 반사층과의 계면에, 또는 상기 반사층의 상기 계면의 반대측의 면에는, 상기 고굴절율층에 누출된 광을 반사시켜서 상기 광출사면으로 출사시키기 위한 광출사 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 도광기판보다도 저굴절율의 제 2의 저굴절율층이, 상기 도광기판의 상기 광출사면측의 면에 밀착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광원이 점광원이고,
    상기 광도입부는, 상기 점광원에 가까운 측부터 상기 점광원으로부터 멀어지는 방향을 향하여 배치된 복수의 패턴에 의해 구성된 지향성 변환부를, 상기 도광기판의 광출사면측의 면 또는 그 반대면에서의 상기 광출사면과 평행한 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 지향성 변환부는, V홈형상을 한 복수의 지향성 변환 패턴에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    인접하는 상기 지향성 변환 패턴에 의해 형성된 산형상부(山部)의 능선에 수직한 단면에서의 당해 산형상부의 꼭대기의 각이, 107° 이상 154° 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 지향성 변환부는, 상기 점광원 또는 점광원 부근의 어느 위치를 중심으로 하여 방사형상으로 배열된 복수의 지향성 변환 패턴에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때,
    상기 지향성 변환부의 상기 점광원에 가까운 측의 연의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 한쪽의 단에 연장시킨 방향과, 당해 임의의 점부터 당해 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 32° 이하이고, 또한,
    상기 지향성 변환부의 상기 점광원에 가까운 측의 연의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 다른쪽의 단에 연장시킨 방향과, 당해 임의의 점부터 당해 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 32° 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 점광원이 상기 도광판의 단연에 따라 복수개 배치된 면광원 장치에 있어서,
    상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 보아, 어느 임의의 점광원의 중심을 통과하여 상기 도광판의 단연에 수직한 방향으로 X축을 정하고, 상기 도광판의 단연에 따라 Y축을 정한 때, 당해 점광원에 대응하는 지향성 변환부는,
    X>0
    X≤{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)
    X≤{2Y+(2P-W)}/(2tanα)
    (단, P : 상기 점광원 사이의 거리
    W : 상기 점광원의 광출사창의 폭
    α : 도광판의 굴절율을 ng로 할 때 α=arcsin(1/ng)로 표시되는 각도)
    의 3식을 동시에 충족시키는 영역의 내부에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 반사층의 상기 광출사면측의 면은 상기 광출사 수단이 되는 복수의 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    인접하는 상기 경사면끼리가 이루는 각도가 107° 이상 136° 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광제어 패턴은, 상기 광출사면에 형성된 볼록형상 패턴 또는 오목형상 패턴에 의해 구성되고, 상기 볼록형상 패턴 또는 상기 오목형상 패턴에서의 광을 반사시키기 위한 면이 상기 광출사면과 이루는 각도가 20° 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 기재한 면광원 장치와, 액정 패널과, 적어도 상기 면광원 장치의 상기 도광판 본체와 상기 액정 패널의 사이에 개재하여 상기 도광판 본체를 상기 액정 패널에 밀착시키는 적어도 1층의 접속층으로 이루어지는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 각 접속층의 어느 하나의 굴절율이, 상기 도광판 본체의 굴절율보다 낮은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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