KR101368020B1 - 도광판, 면상 조명 장치, 및 액정 표시 장치 - Google Patents

도광판, 면상 조명 장치, 및 액정 표시 장치 Download PDF

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Abstract

광의 이용 효율이 높고, 휘도 불균일이 적은 광을 출사시킬 수 있으며, 화면의 중앙부 부근이 주변부에 비해 밝은 분포를 얻을 수 있는 도광판을 제공하기 위해, 직사각 형상의 광출사면과, 광출사면에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 입사시키는 광입사면과, 광출사면과는 반대측의 배면과, 내부에 분산되는 산란 입자를 갖는 도광판으로서, 도광판은, 광출사면에 대략 수직인 방향으로 겹친, 산란 입자의 입자 농도가 상이한 2 개 이상의 층을 갖고, 입자 농도가 Npo 인 광출사면측의 제 1 층과, 입자 농도가 Npr 이고 제 1 층보다 배면측에 위치하는 제 2 층을 포함하며, Npo ＜ Npr 의 관계를 만족시키고, 광입사면에 수직인 방향의 단면 형상은 광출사면측이 오목형이고, 제 1 층 및 제 2 층의 광출사면에 대략 수직인 방향의 두께를 각각 변화시킴으로써, 도광판의, 광입사면에 수직인 방향에 있어서의 합성 입자 농도를 변화시키는 구성으로 한다.

Description

도광판, 면상 조명 장치, 및 액정 표시 장치 {LIGHT GUIDE PLATE, SURFACE ILLUMINATING DEVICE, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치 등에 사용되는 도광판에 관한 것이다.
액정 표시 장치에는, 액정 표시 패널의 이면측으로부터 광을 조사하여, 액정 표시 패널을 조명하는 백라이트 유닛이 사용되고 있다. 백라이트 유닛은, 조명용 광원이 발하는 광을 확산시켜 액정 표시 패널을 조사하는 도광판, 도광판으로부터 출사되는 광을 균일화시키는 프리즘 시트나 확산 시트 등의 부품을 사용하여 구성된다.
현재, 대형 액정 텔레비전의 백라이트 유닛은, 조명용 광원 바로 위에 도광판을 배치한, 이른바 직하형이라고 불리는 방식이 주류이다. 이 방식에서는, 광원인 냉음극관을 액정 표시 패널의 배면에 복수 개 배치하고, 내부를 백색의 반사면으로 하여 균일한 광량 분포와 필요한 휘도를 확보하고 있다.
그러나, 직하형 백라이트 유닛에서는, 광량 분포를 균일하게 하기 위해, 액정 표시 패널에 대해 수직 방향의 두께가 30 ㎜ 정도 필요하여, 이 이상의 박형화가 곤란하다.
이에 대해, 박형화가 가능한 백라이트 유닛으로는, 조명용 광원으로부터 출사되어, 입사된 광을 소정 방향으로 유도하여, 광이 입사된 면과는 다른 면인 광출사면으로부터 출사시키는 도광판을 사용하는 백라이트 유닛이 있다.
이와 같은, 도광판을 사용한 백라이트 유닛으로는, 투명 수지에 광을 산란시키기 위한 산란 입자를 혼입시킨, 측면으로부터 광을 입사시키고, 표면으로부터 광을 출사시키는 판상의 도광판을 사용하는 방식의 백라이트 유닛이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 적어도 1 개의 광입사면 영역 및 적어도 1 개의 광취출면 영역을 갖는 광산란 도광체와 상기 광입사면 영역으로부터 광입사를 실시하기 위한 광원 수단을 구비하고, 상기 광산란 도광체는 상기 광입사면으로부터 멀어짐에 따라서 두께가 줄어드는 경향을 가진 영역을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광산란 도광 광원 장치가 기재되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 광산란 도광체와, 광산란 도광체의 광취출면측에 배치된 프리즘 시트와, 광산란 도광체의 이면측에 배치된 반사체를 구비한 면광원 장치가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3 에는, 프리즘열상의 반복 기복을 갖는 광입사면과, 광확산성이 부여된 광출사면을 구비한 판상의 광학 재료로 이루어지는 광출사 방향 수정 소자를 구비한 액정 디스플레이가 기재되고, 특허문헌 4 에는, 내부에 산란능이 부여된 광산란 도광체와, 상기 광산란 도광체의 끝면부로부터 광공급을 실시하는 광공급 수단을 구비한 광원 장치가 기재되어 있다.
또, 도광판으로는, 상기 이외에도 중간부의 두께가 입사측의 단부 (端部) 및 대향측의 단부의 두께에 비해 크게 형성되어 있는 도광판, 입광부로부터 멀어짐에 따라 두께가 두꺼워지는 방향으로 경사진 반사면을 갖는 도광판, 표면부와 이면부 사이의 거리가 입사부에서 최소가 되고, 입사부로부터 최대로 떨어진 거리에서 두께가 최대가 되는 것과 같은 형상을 갖는 형상의 도광판도 제안되어 있다 (예를 들어, 인용문헌 5 내지 8 참조).
또한, 특허문헌 10 에는, 도광체의 출사면이 오목면으로 되어 있는 조광 장치가 기재되고, 특허문헌 11 에는, 도광판의 광출사면을 아래로 볼록한 곡면 (즉, 광출사면을 오목면) 으로 하는 도광판이 기재되어 있다.
또, 특허문헌 11 에는, 2 층으로 이루어지는 도광판으로서, 제 1 층과 제 2 층의 경계면이 단부로부터 도광판의 중앙을 향함에 따라, 광출사면에 가까워지는 방향으로 경사진 경사면인 도광판 (단면 형상이 이등변 삼각형) 이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 12 에는, 적어도 1 개의 비산란 도광 영역과, 이것과 동일 재료에 굴절률이 상이한 입자를 균일하게 분산시킨 적어도 1 개의 산란 도광 영역이, 겹치는 부분을 갖는 판상체에 있어서, 끝면에 광원등을 장착시킴과 함께, 양 영역의 판두께로 입자의 농도를 국소적으로 조정함으로써, 주면 (主面) 으로부터의 출사량(兩)의 분포 상태를 제어한 것을 특징으로 하는 면광원 장치로서, 산란 도광 영역이 볼록상의 도광체 블록이고, 비산란 도광 영역이 볼록상의 도광체 블록에 대응하는 오목상의 도광체 블록인 면광원 장치가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 평7-36037호 일본 공개특허공보 평8-248233호 일본 공개특허공보 평8-271739호 일본 공개특허공보 평11-153963호 일본 공개특허공보 2003-90919호 일본 공개특허공보 2004-171948호 일본 공개특허공보 2005-108676호 일본 공개특허공보 2005-302322호 일본 공개특허공보 평8-220346호 일본 공개특허공보 2009-117349호 일본 공개특허공보 2009-117357호 일본 특허공보 제4127897호 (일본 공개특허공보 평11-345512호)
그러나, 광원으로부터 멀어짐에 따라서 두께가 얇아지는 도광판을 사용하는 탠덤 방식 등의 백라이트 유닛에서는, 박형인 것을 실현시킬 수 있지만, 냉음극관과 리플렉터의 상대 치수의 관계로 인해 광이용 효율에서 직하형보다 열등하다는 문제가 있었다. 또, 도광판에 형성된 홈에 냉음극관을 수용하는 형상의 도광판을 사용하는 경우, 냉음극관으로부터 멀어짐에 따라서 두께를 얇게 하는 형상으로 할 수는 있지만, 도광판의 두께를 얇게 하면, 홈에 배치된 냉음극관 바로 위에서의 휘도가 강해져, 광출사면의 휘도 불균일이 현저해진다는 문제가 있었다. 또, 이들 방식의 도광판은 모두 형상이 복잡해지기 때문에, 가공 비용이 상승하여 대형, 예를 들어 화면 사이즈가 37 인치 이상, 특히 50 인치 이상의 액정 텔레비전의 백라이트용 도광판으로 했을 때에는, 비용이 많이 들게 된다는 문제가 있었다.
또, 특허문헌 5 내지 8 에는, 제조 안정화나 다중 반사를 이용한 휘도 (광량) 불균일을 억제하기 위해 광입사면으로부터 멀어짐에 따라 두께를 두껍게 하는 도광판이 제안되어 있지만, 이들 도광판은 투명체로서, 광원으로부터 입사된 광이 그대로 반대 방향의 단부측으로 광이 빠져나가기 때문에, 하면에 프리즘이나 도트 패턴을 부여할 필요가 있다.
또, 광입사면과는 반대측의 단부에 반사 부재를 배치하여, 입사된 광을 다중 반사시켜 광출사면으로부터 출사시키는 방법도 있지만, 대형화하기 위해서는 도광판을 두껍게 할 필요가 있어 무거워지고, 비용도 많이 들게 된다. 또, 광원이 비치게 되어, 휘도 불균일 및/또는 조도 불균일이 된다는 문제도 있다.
특허문헌 9 에 기재된 조광 장치에서는, 반사면에 세레이션 홈을 형성하여 난반사면으로 하고 있기 때문에, 대형화하기 위해서는 도광판을 두껍게 할 필요가 있었다. 이 때문에 무거워지고, 또한 복잡한 가공이 필요하다는 점에서 비용도 많이 들게 된다는 문제가 있다.
특허문헌 10 에 기재된 면상 조명 장치에서는, 확실하게 도광판의 광출사면을 오목면으로 하고 있지만, 도광판 전체에 산란 입자가 균일하게 혼합되어 있어, 광학 특성상 더욱 박형화하는 것은 곤란하였다. 또, 광입사면이 작기 때문에, 도광판의 중량을 증가시키지 않고 광이용 효율 (입사 효율) 을 향상시킬 수 없었다.
특허문헌 11 에 기재된 도광판은, 확실하게 2 층으로 이루어지는 도광판으로서, 제 1 층과 제 2 층의 경계면이 단부로부터 도광판의 중앙을 향함에 따라, 광출사면에 가까워지는 방향으로 경사진 단면 형상이 이등변 삼각형인 도광판이지만, 제 2 층의 형상을 출사 광량을 최적화하기 위해 조정하는 것은 고려되어 있지 않았다.
특허문헌 12 에 기재된 면광원 장치도 마찬가지로, 산란 도광 영역의 형상을 출사 광량을 최적화하기 위해 조정하는 것은 고려되어 있지 않았다. 또, 대형의 도광판은 주위의 온도ㆍ습도에 따른 신축이 크며, 50 인치 정도의 사이즈에서는 5 ㎜ 이상의 신축을 반복한다. 그 때문에, 도광판이 평판이면, 광출사면측과 반사면측 중 어느 쪽으로 휘어질지 알 수 없으며, 광출사면측으로 휘어진 경우, 신축된 도광판이 액정 패널을 밀어 올려, 액정 표시 장치로부터 출사되는 광에 풀상의 불균일이 발생한다. 이것을 피하기 위해서는, 미리 액정 패널과 백라이트 유닛의 거리를 크게 취하는 것을 생각할 수 있지만, 이것으로는 액정 표시 장치의 박형화가 불가능하다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 상기 종래 기술의 문제점을 해소하여, 대형 또한 박형인 형상이고, 광의 이용 효율이 높고, 휘도 불균일이 적은 광을 출사시킬 수 있으며, 대화면의 박형 액정 텔레비전에 요구되는 화면의 중앙부 부근이 주변부에 비해 밝은 분포, 이른바 가운데가 높거나 혹은 조종상 (釣鐘狀) 의 밝기 분포를 얻을 수 있는 도광판을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 직사각 형상의 광출사면과, 상기 광출사면의 끝변측에 형성되고, 상기 광출사면에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 입사시키는 적어도 1 개의 광입사면과, 상기 광출사면과는 반대측에 형성되는 배면과, 내부에 분산된 산란 입자를 갖는 도광판으로서, 상기 도광판은, 상기 광출사면에 대략 수직인 방향으로 겹친, 상기 산란 입자의 입자 농도가 상이한 2 개 이상의 층을 갖고, 상기 2 개 이상의 층은, 적어도 상기 입자 농도가 Npo 인 상기 광출사면측의 제 1 층과, 상기 입자 농도가 Npr 이고 상기 제 1 층보다 상기 배면측에 위치하는 제 2 층을 포함하며, 상기 Npo 와 상기 Npr 의 관계가, Npo ＜ Npr 을 만족시키고, 상기 적어도 1 개의 광입사면으로부터 상기 광출사면의 중앙부로 향하는, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 수직인 방향의 단면 형상은, 상기 광출사면측이 오목형이고, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층의, 상기 광출사면에 대략 수직인 방향의 두께를 각각 변화시킴으로써, 상기 도광판의, 상기 광입사면에 수직인 방향에 있어서의 합성 입자 농도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 도광판을 제공한다.
또, 상기 적어도 1 개의 광입사면으로부터 상기 광출사면의 중앙부로 향하는, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 수직인 방향의 단면에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 상기 광출사면의 중앙부에서 상기 광출사면을 향하여 볼록상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
추가로, 상기 합성 입자 농도를, 역바이어스 농도를 사용하여 구하고, 이 합성 입자 농도에 따라, 상기 제 2 층의 두께가, 상기 광출사면의 중앙부로부터 상기 적어도 1 개의 광입사면을 향하여 얇아지도록 연속적으로 변화하고, 상기 적어도 1 개의 광입사면 부근에서 상기 적어도 1 개의 광입사면을 향하여 다시 두꺼워지도록 연속적으로 변화하는 것이 바람직하다.
또, 상기 광출사면과 상기 배면이 평면 형상이고, 상기 광출사면측의 오목형을, 상기 도광판을 상기 배면측으로 휘어지게 하여 형성하는 것이 바람직하다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 직사각 형상의 광출사면과, 상기 광출사면의 끝변측에 형성되고, 상기 광출사면에 대략 평행한 방향으로 진행하는 광을 입사시키는 적어도 1 개의 광입사면과, 상기 광출사면과는 반대측에 형성되는 배면과, 내부에 분산된 산란 입자를 갖는 도광판으로서, 상기 도광판은, 상기 광출사면에 대략 수직인 방향으로 겹친, 상기 산란 입자의 입자 농도가 상이한 2 개 이상의 층을 갖고, 상기 2 개 이상의 층은, 적어도 상기 입자 농도가 Npo 인 상기 광출사면측의 제 1 층과, 상기 입자 농도가 Npr 이고 상기 제 1 층보다 상기 배면측에 위치하는 제 2 층을 포함하며, 상기 Npo 와 상기 Npr 의 관계가, Npo ＜ Npr 을 만족시키고, 상기 제 2 층의 두께가, 상기 광입사면으로부터 이간됨에 따라, 일단 얇아지도록 변화한 후, 다시 두꺼워지도록 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 도광판을 제공한다.
여기서, 상기 제 2 층의 두께가 상기 광출사면의 중앙부에서 가장 두꺼운 것이 바람직하다.
또, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면은 평면이고, 상기 제 2 층은 상기 광출사면과 반대측으로 볼록형으로 되어 있고, 추가로, 상기 제 2 층의 볼록형과 대응하는, 상기 광출사면측이 오목형인 제 3 층을 갖는 것이 바람직하다.
또, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면과, 이 광입사면과는 반대측의 면측의 상기 광출사면에 볼록한 곡면을 접합시킨 면인 것이 바람직하다.
혹은, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면, 이 광입사면과는 반대측의 면측의, 상기 광출사면에 평행한 평행 평면, 및 상기 오목한 곡면과 상기 평행 평면을 접합시키는 상기 광출사면에 볼록한 곡면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
혹은, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면, 이 광입사면과는 반대측의 면측의, 상기 광출사면에 대해 경사져 있는 경사 평면, 및 상기 오목한 곡면과 상기 경사 평면을 접합시키는 상기 광출사면에 볼록한 곡면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
혹은, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면, 이 광입사면과는 반대측의 면측의 상기 광출사면에 볼록한 곡면, 및 상기 오목한 곡면과 상기 볼록한 곡면을 접합시키는, 상기 광출사면에 대해 경사져 있는 경사 평면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 Npo 와 상기 Npr 의 범위가, Npo = 0 wt％, 0.01 wt％ ＜ Npr ＜ 0.4 wt％ 를 만족시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 Npo 와 상기 Npr 의 범위가, 0 wt％ ＜ Npo ＜ 0.15 wt％, 또한, Npo ＜ Npr ＜ 0.4 wt％ 를 만족시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 배면이, 상기 광출사면에 평행한 평면인 것이 바람직하다.
혹은, 상기 배면이, 상기 적어도 1 개의 광입사면으로부터 이간됨에 따라, 상기 광출사면으로부터 멀어지는 방향으로 경사져 있는 면인 것이 바람직하다.
혹은, 상기 배면이, 상기 광입사면으로부터 이간됨에 따라, 상기 광출사면에 가까워지는 방향으로 경사져 있는 면인 것이 바람직하다.
또, 상기 광입사면으로부터 상기 광출사면의 중앙부로 향하는, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 수직인 방향의 단면 형상은, 또한, 상기 배면측도 오목형인 것이 바람직하다.
또, 상기 적어도 1 개의 광입사면이 상기 광출사면의 장변에 형성되는 것이 바람직하고, 상기 광입사면이 상기 광출사면의 1 개의 끝변측에 형성되는 것이 바람직하다.
또, 상기 적어도 1 개의 광입사면이 상기 광출사면의 대향하는 2 개의 끝변측에 형성된 2 개의 광입사면인 것이 바람직하다.
또, 상기 적어도 1 개의 광입사면이 상기 광출사면의 4 개의 끝변측에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배면으로부터 광을 출사시키는 것이 바람직하다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 상기 중 어느 것에 기재된 도광판과, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 대면하여 배치되는 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 면상 조명 장치를 제공한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 상기에 기재된 도광판과, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 대면하여 배치되는 광원을 갖고, 상기 도광판의 상기 광출사면에 수직인 방향에 있어서, 상기 광원의 발광면의 길이가, 상기 도광판의 상기 적어도 1 개의 광입사면의 높이의 70 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 면상 조명 장치를 제공한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 상기에 기재된 면상 조명 장치와, 상기 면상 조명 장치의 광출사면측에 배치되는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널을 구동시키는 구동 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 박형인 형상이고, 또한 광의 이용 효율이 높고, 휘도 불균일이 적은 광을 출사시킬 수 있으며, 대화면의 박형 액정 텔레비전에 요구되는 화면의 중앙부 부근이 주변부에 비해 밝은 분포, 이른바 가운데가 높거나 혹은 조종상의 밝기 분포를 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 광출사면측으로 잘 휘어지지 않기 때문에, 액정 패널과 도광판의 간격을 줄일 수 있어, 보다 박형화할 수 있다.
또한, 광출사면이 오목형이기 때문에, 평균 두께가 동일한 평판의 도광판에 비해 광입사면을 크게 할 수 있어, 광원으로부터의 광의 입사 효율을 높일 수 있다. 또, 광입사면의 크기가 동일하면, 평판인 도광판에 비해 보다 경량화시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관련된 도광판을 사용하는 면상 조명 장치를 구비하는 액정 표시 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 액정 표시 장치의 Ⅱ-Ⅱ 선 단면도이다.
도 3(A) 는 도 2 에 나타낸 면상 조명 장치의, Ⅲ-Ⅲ 선 화살표도이고, 도 3(B) 는 도 3(A) 의 B-B 선 단면도이다.
도 4(A) 는 도 1 및 도 2 에 나타내는 면상 조명 장치의 광원의 개략 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4(B) 는 도 4(A) 에 나타내는 광원 중 1 개의 LED 를 확대하여 나타내는 개략 사시도이다.
도 5 는 도 3 에 나타내는 도광판의 형상을 나타내는 개략 사시도이다.
도 6 은 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8 은 도광판의 광입사면에 있어서의 LED 치수와 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10 은 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11 은 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 휘도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12 는 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 휘도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13 은 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14 는 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15 는 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 16 은 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17 은 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18 은 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19 는 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20 은 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 21(A) ∼ 도 21(D) 는 각각 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 사용하는 백라이트 유닛의 일부를 나타내는 개략 단면도이다.
도 22 는 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 휘도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 23 은 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 휘도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 24 는 본 발명에 관련된 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 25 는 도 24 에 나타내는 도광판의 제 1 층의 두께를 나타내는 그래프이다.
도 26(A) 및 도 26(B) 는 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 27(A) 및 도 27(B) 는 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 휘도 분포를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 28 은 종래의 도광판의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 29 는 종래의 도광판의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
본 발명에 관련된 도광판을 사용하는 면상 조명 장치를, 첨부한 도면에 나타내는 바람직한 실시형태에 기초하여 이하에 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 관련된 도광판을 사용하는 면상 조명 장치를 구비하는 액정 표시 장치의 개략을 나타내는 사시도이고, 도 2 는 도 1 에 나타낸 액정 표시 장치의 Ⅱ-Ⅱ 선 단면도이다.
또, 도 3(A) 는 도 2 에 나타낸 면상 조명 장치 (이하, 「백라이트 유닛」이라고도 한다) 의 Ⅲ-Ⅲ 선 화살표도이고, 도 3(B) 는 도 3(A) 의 B-B 선 단면도이다.
액정 표시 장치 (10) 는, 백라이트 유닛 (20) 과, 그 백라이트 유닛 (20) 의 광출사면측에 배치되는 액정 표시 패널 (12) 과, 액정 표시 패널 (12) 을 구동시키는 구동 유닛 (14) 을 갖는다. 또, 도 1 에 있어서는, 백라이트 유닛의 구성을 나타내기 때문에, 액정 표시 패널 (12) 의 일부의 도시를 생략하고 있다.
액정 표시 패널 (12) 은, 미리 특정 방향으로 배열되어 있는 액정 분자에, 부분적으로 전계를 인가하여 이 분자의 배열을 바꾸어, 액정셀 내에 발생한 굴절률의 변화를 이용하여, 액정 표시 패널 (12) 의 표면 상에 문자, 도형, 화상 등을 표시한다.
구동 유닛 (14) 은, 액정 표시 패널 (12) 내의 투명 전극에 전압을 가하여, 액정 분자의 방향을 바꿔 액정 표시 패널 (12) 을 투과하는 광의 투과율을 제어한다.
백라이트 유닛 (20) 은, 액정 표시 패널 (12) 의 배면으로부터, 액정 표시 패널 (12) 의 전체면에 광을 조사하는 조명 장치로, 액정 표시 패널 (12) 의 화상표시면과 거의 동일 형상의 광출사면 (24a) 을 갖는다.
본 실시형태에 있어서의 백라이트 유닛 (20) 은, 도 1, 도 2, 도 3(A) 및 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 광원 (28), 도광판 (30) 및 광학 부재 유닛 (32) 을 갖는 조명 장치 본체 (24) 와, 하부 케이싱 (42), 상부 케이싱 (44), 되꺾임 부재 (46) 및 지지 부재 (48) 를 갖는 케이싱 (26) 을 갖는다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 케이싱 (26) 의 하부 케이싱 (42) 의 뒤쪽에는, 광원 (28) 에 전력을 공급하는 복수의 전원을 수납하는 전원 수납부 (49) 가 장착되어 있다.
이하, 백라이트 유닛 (20) 을 구성하는 각 구성 부품에 대하여 설명한다.
조명 장치 본체 (24) 는, 광을 출사하는 광원 (28) 과, 광원 (28) 으로부터 출사된 광을 면상의 광으로서 출사하는 도광판 (30) 과, 도광판 (30) 으로부터 출사된 광을, 산란이나 확산시켜 보다 불균일이 없는 광으로 하는 광학 부재 유닛 (32) 을 갖는다.
먼저, 광원 (28) 에 대하여 설명한다.
도 4(A) 는 도 1 및 도 2 에 나타내는 백라이트 유닛 (20) 의 광원 (28) 의 개략 구성을 나타내는 개략 사시도이고, 도 4(B) 는 도 4(A) 에 나타내는 광원 (28) 중 1 개의 LED 칩만을 확대하여 나타내는 개략 사시도이다.
도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 광원 (28) 은, 복수의 발광 다이오드의 칩 (이하, 「LED 칩」이라고 한다) (50) 과, 광원 지지부 (52) 를 갖는다.
LED 칩 (50) 은, 청색광을 출사하는 발광 다이오드의 표면에 형광 물질을 도포한 칩으로, 소정 면적의 발광면 (58) 을 갖고, 이 발광면 (58) 으로부터 백색광을 출사한다.
요컨대, LED 칩 (50) 의 발광 다이오드의 표면으로부터 출사된 청색광이 형광 물질을 투과하면, 형광 물질이 형광된다. 이로써, LED 칩 (50) 으로부터는 발광 다이오드가 출사한 청색광과, 형광 물질이 형광되어 출사된 광에 의해 백색광이 생성되어 출사된다.
여기서, LED 칩 (50) 으로는, GaN 계 발광 다이오드, InGaN 계 발광 다이오드 등의 표면에 YAG (이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷) 계 형광 물질을 도포한 칩이 예시된다.
광원 지지부 (52) 는, 일면이 도광판 (30) 의 광입사면 (30c, 30d) 에 대향하여 배치되는 판상 부재이다.
광원 지지부 (52) 는, 도광판 (30) 의 광입사면 (30c, 30d) 에 대향하는 면이 되는 측면에, 복수의 LED 칩 (50) 을 서로 소정 간격 이간된 상태로 지지하고 있다. 구체적으로는, 광원 (28) 을 구성하는 복수의 LED 칩 (50) 은, 후술하는 도광판 (30) 의 제 1 광입사면 (30c) 또는 제 2 광입사면 (30d) 의 길이 방향을 따라, 바꾸어 말하면, 광출사면 (30a) 과 제 1 광입사면 (30c) 이 교차하는 선과 평행하게, 또는 광출사면 (30a) 과 제 2 광입사면 (30d) 이 교차하는 선과 평행하게 어레이상으로 배열되고, 광원 지지부 (52) 상에 고정되어 있다.
광원 지지부 (52) 는, 구리나 알루미늄 등의 열전도성이 양호한 금속으로 형성되어 있으며, LED 칩 (50) 으로부터 발생하는 열을 흡수하여, 외부로 방산시키는 히트 싱크로서의 기능도 갖는다. 또한, 광원 지지부 (52) 에는 표면적을 넓히고, 또한 방열 효과를 높일 수 있는 핀을 형성해도 되고, 열을 방열 부재로 전열 (傳熱) 시키는 히트 파이프를 형성해도 된다.
여기서, 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 LED 칩 (50) 은, LED 칩 (50) 의 배열 방향의 길이보다 배열 방향에 직교하는 방향의 길이가 짧은 장방형 형상, 요컨대, 후술하는 도광판 (30) 의 두께 방향 (광출사면 (30a) 에 수직인 방향) 이 단변이 되는 장방형 형상을 갖는다. 바꾸어 말하면, LED 칩 (50) 은, 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 에 수직인 방향의 길이를 a, 배열 방향의 길이를 b 로 했을 때에, b ＞ a 가 되는 형상이다. 또, LED 칩 (50) 의 배치 간격을 q 로 하면, q ＞ b 이다. 이와 같이, LED 칩 (50) 의 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 에 수직인 방향의 길이 a, 배열 방향의 길이 b, LED 칩 (50) 의 배치 간격 q 의 관계가, q ＞ b ＞ a 를 만족시키는 것이 바람직하다.
LED 칩 (50) 을 장방형 형상으로 함으로써, 대광량의 출력을 유지하면서, 박형인 광원으로 할 수 있다. 광원 (28) 을 박형화함으로써, 백라이트 유닛을 박형으로 할 수 있다. 또, LED 칩의 배치 개수를 줄일 수 있다.
또한, LED 칩 (50) 은, 광원 (28) 을 보다 박형으로 할 수 있기 때문에, 도광판 (30) 의 두께 방향을 단변으로 하는 장방형 형상으로 하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이것에 한정은 되지 않고, 정방형 형상, 원형 형상, 다각형 형상, 타원형 형상 등 여러 가지 형상의 LED 칩을 사용할 수 있다.
다음으로, 도광판 (30) 에 대하여 설명한다.
도 5 는 도광판의 형상을 나타내는 개략 사시도이다.
도광판 (30) 은 도 2, 도 3 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 장방형 형상의 광출사면 (30a) 과, 이 광출사면 (30a) 의 장변측의 양 끝면에, 광출사면 (30a) 에 대해 대략 수직으로 형성된 2 개의 광입사면 (제 1 광입사면 (30c) 과 제 2 광입사면 (30d)) 과, 광출사면 (30a) 의 반대측, 요컨대, 도광판 (30) 의 배면측에 위치하며 평면인 배면 (30b) 을 갖고 있다.
도광판 (30) 은, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로부터 도광판의 (광출사면 (30a) 의) 중앙을 향함에 따라 두께가 얇아지고 있으며, 중앙부의 2 등분선 (α) 에 대응하는 부분에서 가장 얇고, 양 단부의 2 개의 광입사면 (제 1 광입사면 (30c) 과 제 2 광입사면 (30d)) 에서 가장 두꺼워지는 오목형으로 되어 있다. 즉, 광출사면 (30a) 의 단변의 중심을 연결하는 2 등분선 (α) (도 1, 도 3 참조) 을 중심축으로 하여 서로 대칭인, 광출사면 (30a) 이 움푹 패여 있는 오목형으로 되어 있다.
요컨대, 제 1 광입사면 (30c) 과 제 2 광입사면 (30d) 을 연결하는, 각각의 광입사면에 수직인 선으로 도광판의 두께 방향으로 절단하였을 때의 절단면이, 당해 수직인 선의 중점을 지나는 당해 수직인 선과 절단면에서 직각을 이루는 선 (절단면에서 당해 수직인 선의 중점을 지나는 각각의 광입사면과 평행한 선) 을 중심으로 하여 선대칭인, 광출사면 (30a) 이 움푹 패여 있는 오목형으로 되어 있다.
여기서, 상기 서술한 2 개의 광원 (28) 은, 각각 도광판 (30) 의 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 에 대향하여 배치되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 광출사면 (30a) 에 대략 수직인 방향에 있어서, 광원 (28) 의 LED 칩 (50) 의 발광면 (58) 의 길이와 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 길이가 거의 동일한 길이이다.
이와 같이 백라이트 유닛 (20) 은, 2 개의 광원 (28) 이, 도광판 (30) 을 사이에 두도록 배치되어 있다. 요컨대, 소정 간격 이간하여, 마주 보고 배치된 2 개의 광원 (28) 사이에 도광판 (30) 이 배치되어 있다.
도광판 (30) 은, 투명 수지에, 광을 산란시키기 위한 산란 입자가 혼련 분산되어 형성되어 있다. 도광판 (30) 에 사용되는 투명 수지의 재료로는, 예를 들어 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트), PP (폴리프로필렌), PC (폴리카보네이트), PMMA (폴리메틸메타크릴레이트), 벤질메타크릴레이트, MS 수지, 혹은 COP (시클로올레핀 폴리머) 와 같은 광학적으로 투명한 수지를 들 수 있다. 도광판 (30) 에 혼련 분산시키는 산란 입자로는, 토스펄, 실리콘, 실리카, 지르코니아, 유전체 폴리머 등을 사용할 수 있다.
여기서, 도광판 (30) 의 제 1 광입사면 (30c) 과 제 2 광입사면 (30d) 을 연결하는, 각각의 광입사면에 수직인 선으로 도광판의 두께 방향으로 절단하였을 때의 단면 형상은 대략 직사각 형상이고, 광출사면 (30a) 이 오목형으로 되어 있다. 또, 광출사면 (30a) 측의 제 1 층 (60) 과, 배면 (30b) 측의 제 2 층 (62) 으로 나뉜 2 층 구조로 형성되어 있다. 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 은, 광출사면 (30a) 측으로 볼록형인 대략 원호상으로 되어 있다.
제 1 층 (60) 은, 광출사면 (30a) 과, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 과, 경계면 (z) 으로 둘러싸인 단면의 영역이고, 제 2 층 (62) 은, 제 1 층의 배면 (30b) 측에 인접하는 층으로, 경계면 (z) 과 배면 (30b) 으로 둘러싸인 단면의 영역이다.
광출사면 (30a) 의 오목형은, 예를 들어 화면 사이즈가 42 인치인 경우, 곡률 반경 (R) 이 75000 ㎜ 인 원의 원호로 구성되어 있다. 이 때, 광출사면 (30a) 의 중앙부의 2 등분선 (α) 에 대응하는 부분과, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 광출사면 (30a) 측의 단부의 차, 즉 광출사면 (30a) 의 오목형의 패임량 (d) 은, 0.44 ㎜ 가 된다.
또한, 오목형의 곡률 반경 (R) 은, 광학적 특성과 기계적 특성 (강도) 의 밸런스 때문에 35000 ㎜ ∼ 1850000 ㎜ 의 범위가 바람직하고, 패임량 (d) 은 0.1 ㎜ ∼ 0.6 ㎜ 의 범위가 바람직하다. 여기서, 각 화면 사이즈에 있어서의 광입사면 (30c, 30d) 간의 길이, 패임량 (d), 곡률 반경 (R), 오목형인 원호의 현 길이의 예를 표 1 에 나타낸다. 또, 오목형은 원뿐만 아니라 타원의 원호나, 원과 타원을 조합한 원호여도 되고, 광출사면 (30a) 의 중앙부는 원호를 사용하여, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로 테이퍼지게 하여 접속하도록 해도 된다.
Figure 112012055882151-pct00001
여기서, 도광판 (30) 은, 경계면 (z) 에서 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 으로 나뉘어져 있는데, 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 은 입자 농도가 다를 뿐, 동일한 투명 수지에 동일한 산란 입자를 분산시킨 구성이고, 구조상은 일체로 되어 있다. 요컨대, 도광판 (30) 은, 경계면 (z) 을 기준으로 하여 나눈 경우, 각각의 영역의 입자 농도는 상이하지만, 경계면 (z) 은 가상적인 선이고, 제 1 층 (60) 및 제 2 층 (62) 은 일체로 되어 있다.
이 제 1 층 (60) 의 산란 입자의 입자 농도를 Npo 로 하고, 제 2 층 (62) 의 산란 입자의 입자 농도를 Npr 로 하면, Npo 와 Npr 의 관계는 Npo ＜ Npr 이 된다. 요컨대, 도광판 (30) 은, 광출사면 (30a) 측의 제 1 층보다 배면 (30b) 측의 제 2 층쪽이 산란 입자의 입자 농도가 높다.
도광판 (30) 의 내부 영역마다 상이한 입자 농도로 산란 입자를 함유시킴으로써, 휘도 분포 (조도 분포) 가 가운데가 높고 휘도 불균일 및 조도 불균일이 적은 조명광을 광출사면 (30a) 으로부터 출사시킬 수 있다. 이와 같은 도광판 (30) 은, 압출 성형법이나 사출 성형법을 사용하여 제조할 수 있다.
여기서, 본 발명의 도광판에 있어서는, 휘도 분포와 조도 분포, 휘도 불균일과 조도 불균일은, 기본적으로 동일한 경향이 된다. 요컨대, 휘도 불균일이 발생하고 있는 부분에는 동일한 조도 불균일이 발생하여, 휘도 분포와 조도 분포는 동일한 경향이 된다.
도 2 에 나타내는 도광판 (30) 에서는, 광원 (28) 으로부터 출사되어 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로부터 입사된 광은, 도광판 (30) 의 내부에 포함되는 산란체 (산란 입자) 에 의해 산란되면서, 도광판 (30) 내부를 통과하고, 직접 또는 배면 (30b) 에서 반사된 후, 광출사면 (30a) 으로부터 출사된다. 이 때, 배면 (30b) 으로부터 일부의 광이 누출되는 경우도 있지만, 누출된 광은 도광판 (30) 의 배면 (30b) 측에 배치된 반사판 (34) 에 의해 반사되어 다시 도광판 (30) 의 내부로 입사된다. 반사판 (34) 에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
이와 같이, 도광판 (30) 을, 대향하는 위치에 광원 (28) 이 배치되는 제 1 광입사면 (30c) 또는 제 2 광입사면 (30d) 으로부터 멀어짐에 따라, 제 2 층 (62) 의 광출사면 (30a) 에 대략 수직인 방향의 두께가 두꺼워지는 형상으로 함으로써, 광입사면 (30c, 30d) 으로부터 입사되는 광을 광입사면 (30c, 30d) 으로부터 보다 먼 위치까지 닿게 할 수 있어, 광출사면 (30a) 을 크게 할 수 있다. 또, 광입사면 (30c, 30d) 으로부터 입사된 광을 먼 위치까지 바람직하게 닿게 할 수 있기 때문에, 도광판 (30) 을 박형화할 수 있다.
또한, 도광판 (30) 내의 입자 농도를 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 2 개로 나누고, 광출사면 (30a) 측의 제 1 층 (60) 의 입자 농도를 제 2 층 (62) 의 입자 농도보다 저농도로 함으로써, 농도가 1 종류인 도광판 (요컨대, 전체 농도가 균일한 도광판) 인 경우에 비해 보다 가운데가 높게 할 수 있으며, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
요컨대, 제 1 층 (60) 의 산란 입자의 입자 농도 Npo 와, 제 2 층 (62) 의 산란 입자의 입자 농도 Npr 의 관계를, 본 실시형태와 같이 Npo ＜ Npr 로 함으로써, 광입사면 (30c, 30d) 으로부터 도광판의 중심을 향하여 이간됨에 따라 (2 개의 광입사면 간의 중심을 향하여), 점차 산란 입자의 합성 입자 농도가 높아지기 때문에, 광입사면 (30c, 30d) 으로부터 이간됨에 따라, 산란 입자의 작용에 의해 광출사면 (30a) 을 향하여 반사되는 광이 증가하고, 그 결과, 바람직한 비율로 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다. 즉, 광입사면과 수직인 방향 (깊이 방향) 으로 산란 입자의 농도 분포를 부여한 평판 도광판과 유사한 효과를 발현시킬 수 있으며, 게다가, 경계면 (z) 의 형상을 조정함으로써, 휘도 분포 (산란 입자의 농도 분포) 도 임의로 설정할 수 있어, 효율을 최대한으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 합성 입자 농도란, 광입사면으로부터 다른 입사면을 향하여 이간된 어떤 위치에 있어서, 광출사면과 대략 수직 방향으로 가산 (합성) 한 산란 입자량을 사용하여, 도광판을 광입사면 두께의 평판이라고 간주했을 때에 있어서의 산란 입자의 농도이다. 즉, 광입사면으로부터 이간된 어떤 위치에 있어서, 그 도광판을 광입사면 두께의, 농도가 1 종류인 평판 도광판이라고 간주한 경우에, 광출사면과 대략 수직 방향으로 가산한 산란 입자의 단위 체적당 수량, 또는 모재에 대한 중량 백분율이다.
또, 광의 이용 효율도 농도가 1 종류인 도광판의 경우와 거의 동일하거나 또는 보다 높게 할 수 있다. 요컨대, 본 발명에 의하면, 농도가 1 종류인 도광판과 동일한 정도의 높은 광이용 효율을 유지한 상태에서, 농도가 1 종류인 도광판보다 조도 분포 및 휘도 분포를 보다 가운데가 높게 할 수 있다. 또, 광출사면측의 층의 입자 농도를 낮게 하기 때문에, 전체적인 산란 입자의 양을 줄일 수 있어, 코스트 다운으로도 이어진다.
또한, 제 1 층 (60) 의 산란 입자의 입자 농도 Npo 와, 제 2 층 (62) 의 산란 입자의 입자 농도 Npr 의 관계는, 0 wt％ ＜ Npo ＜ 0.15 wt％, 또한 Npo ＜ Npr ＜ 0.4 wt％ 를 만족시키는 것이 바람직하다.
도광판 (30) 의 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 이 상기 관계를 만족시킴으로써, 도광판 (30) 은, 입자 농도가 낮은 제 1 층 (60) 에서는, 입사된 광을 지나치게 산란시키지 않고 도광판 (30) 안 (중앙) 까지 도광시킬 수 있으며, 도광판의 중앙에 가까워짐에 따라서, 입자 농도가 높은 제 2 층에 보다 광을 산란시켜, 광출사면 (30a) 으로부터 출사되는 광의 양을 늘릴 수 있다. 요컨대, 보다 광의 이용 효율을 높이면서, 바람직한 비율로 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
여기서, 입자 농도 [wt％] 란, 모재의 중량에 대한 산란 입자의 중량의 비율이다.
또한, 제 1 층 (60) 의 산란 입자의 입자 농도 Npo 와, 제 2 층 (62) 의 산란 입자의 입자 농도 Npr 이, Npo = 0 wt％, 및 0.01 wt％ ＜ Npr ＜ 0.4 wt％ 를 만족시키는 것도 바람직하다. 즉, 제 1 층 (60) 에는 산란 입자를 혼련 분산시키지 않고, 입사된 광을 도광판 (30) 안까지 도광하도록 하고, 제 2 층 (62) 에만 산란 입자를 혼련 분산시켜, 도광판의 중앙에 가까워짐에 따라서 보다 광을 산란시켜, 광출사면 (30a) 으로부터 출사되는 광을 늘리도록 해도 된다.
도광판 (30) 의 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 이 상기 관계를 만족시키는 것에 의해서도, 보다 광의 이용 효율을 높이면서, 바람직한 비율로 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
또, 본 발명의 도광판의 두께에는 특별히 한정은 없어, 두께 수 ㎜ 의 도광판이어도 되고, 혹은 두께 1 ㎜ 이하의 필름상의, 이른바 도광 시트여도 된다. 2 층에 상이한 입자 농도의 산란 입자를 혼련 분산시킨, 필름상 도광판의 제작 방법으로는, 1 층째가 되는, 산란 입자를 함유하는 베이스 필름을 압출 성형법 등으로 제작하고, 제작된 베이스 필름 상에, 산란 입자를 분산시킨 모노머 수지 액체 (투명 수지의 액체) 를 도포한 후, 자외선이나 가시광을 조사하여, 모노머 수지 액체를 경화시킴으로써 원하는 입자 농도의 2 층째를 제작하여, 필름상 도광판으로 하는 방법 외에, 2 층 압출 성형법 등이 있다.
도광판을 두께 1 ㎜ 이하의 필름상 도광 시트로 한 경우에서도, 2 층의 도광판으로 함으로써 보다 광의 이용 효율을 높이면서, 바람직한 비율로 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
다음으로, 광학 부재 유닛 (32) 에 대하여 설명한다.
광학 부재 유닛 (32) 은, 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 으로부터 출사된 조명광을 보다 휘도 불균일 및 조도 불균일이 없는 광으로 하여, 조명 장치 본체 (24) 의 광출사면 (24a) 으로부터 출사시키기 위한 것으로, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 으로부터 출사되는 조명광을 확산시켜 휘도 불균일 및 조도 불균일을 저감시키는 확산 시트 (32a) 와, 광입사면 (30c, 30d) 과 광출사면 (30a) 의 접선과 평행한 마이크로프리즘열이 형성된 프리즘 시트 (32b) 와, 프리즘 시트 (32b) 로부터 출사되는 조명광을 확산시켜 휘도 불균일 및 조도 불균일을 저감시키는 확산 시트 (32c) 를 갖는다.
확산 시트 (32a 및 32c), 프리즘 시트 (32b) 로는, 특별히 제한적이지는 않아 공지된 확산 시트나 프리즘 시트를 사용할 수 있으며, 예를 들어 본 출원인의 출원에 관련된 일본 공개특허공보 2005-234397호의 [0028] ∼ [0033] 에 개시되어 있는 것을 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 광학 부재 유닛을 2 장의 확산 시트 (32a 및 32c) 와, 2 장의 확산 시트 사이에 배치한 프리즘 시트 (32b) 로 구성하였지만, 프리즘 시트 및 확산 시트의 배치 순서나 배치수는 특별히 한정되지 않고, 또한 프리즘 시트, 확산 시트로서도 특별히 한정되지 않아, 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 으로부터 출사된 조명광의 휘도 불균일 및 조도 불균일을 보다 저감시킬 수 있는 것이라면 여러 가지의 광학 부재를 사용할 수 있다.
예를 들어, 광학 부재로서, 상기 서술한 확산 시트 및 프리즘 시트에 추가하거나 또는 대신하여, 확산 반사체로 이루어지는 다수의 투과율 조정체를 휘도 불균일 및 조도 불균일에 따라 배치한 투과율 조정 부재도 사용할 수도 있다. 또, 광학 부재 유닛을, 프리즘 시트 및 확산 시트를 각 1 장씩 사용하거나, 혹은 확산 시트만을 2 장 사용하여 2 층 구성으로 해도 된다.
다음으로, 조명 장치 본체 (24) 의 반사판 (34) 에 대하여 설명한다.
반사판 (34) 은, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 으로부터 누설되는 광을 반사시켜, 다시 도광판 (30) 으로 입사시키기 위해 형성되어 있어, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 반사판 (34) 은, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 에 대응한 형상이며, 배면 (30b) 을 덮도록 형성된다. 본 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 이 평면, 요컨대 단면이 직선 형상으로 형성되어 있기 때문에, 반사판 (34) 도 이것에 보형 (補形) 하는 형상으로 형성되어 있다.
반사판 (34) 은, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 으로부터 누설되는 광을 반사시킬 수 있다면 어떠한 재료로 형성되어도 되어, 예를 들어 PET 나 PP (폴리프로필렌) 등에 필러를 혼련 후에 연신함으로써 보이드를 형성하여 반사율을 높인 수지 시트, 투명 또는 백색의 수지 시트 표면에 알루미늄 증착 등으로 경면을 형성한 시트, 알루미늄 등의 금속박 또는 금속박을 담지한 수지 시트, 혹은 표면에 충분한 반사성을 갖는 금속 박판에 의해 형성할 수 있다.
상부 유도 반사판 (36) 은, 도광판 (30) 과 확산 시트 (32a) 사이, 요컨대, 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 측에, 광원 (28) 및 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 의 단부 (제 1 광입사면 (30c) 측의 단부 및 제 2 광입사면 (30d) 측의 단부) 를 덮도록 각각 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 상부 유도 반사판 (36) 은, 광축 방향에 평행한 방향에 있어서, 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 의 일부에서부터 광원 (28) 의 광원 지지부 (52) 의 일부까지를 덮도록 배치되어 있다. 요컨대, 2 개의 상부 유도 반사판 (36) 이, 도광판 (30) 의 양 단부에 각각 배치되어 있다.
이와 같이, 상부 유도 반사판 (36) 을 배치함으로써, 광원 (28) 으로부터 출사된 광이 도광판 (30) 에 입사되지 않고, 광출사면 (30a) 측으로 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
이로써, 광원 (28) 으로부터 출사된 광을 효율적으로 도광판 (30) 의 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로 입사시킬 수 있어, 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.
하부 유도 반사판 (38) 은, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 측에, 광원 (28) 의 일부를 덮도록 배치되어 있다. 또, 하부 유도 반사판 (38) 의 도광판 (30) 중심측의 단부는, 반사판 (34) 과 연결되어 있다.
여기서, 상부 유도 반사판 (36) 및 하부 유도 반사판 (38) 으로는, 상술한 반사판 (34) 에 사용하는 각종 재료를 사용할 수 있다.
하부 유도 반사판 (38) 을 형성함으로써, 광원 (28) 으로부터 출사된 광이 도광판 (30) 에 입사되지 않고, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 측으로 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
이로써, 광원 (28) 으로부터 출사된 광을 효율적으로 도광판 (30) 의 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로 입사시킬 수 있어, 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 반사판 (34) 과 하부 유도 반사판 (38) 을 연결시켰지만, 이것에 한정되지 않고, 각각을 별도의 부재로 해도 된다.
여기서, 상부 유도 반사판 (36) 및 하부 유도 반사판 (38) 은, 광원 (28) 으로부터 출사된 광을 제 1 광입사면 (30c) 또는 제 2 광입사면 (30d) 측으로 반사시키고, 광원 (28) 으로부터 출사된 광을 제 1 광입사면 (30c) 또한 제 2 광입사면 (30d) 에 입사시킬 수 있으며, 도광판 (30) 에 입사된 광을 도광판 (30) 중심측으로 유도할 수 있다면, 그 형상 및 폭은 특별히 한정되지 않는다.
또, 본 실시형태에서는, 상부 유도 반사판 (36) 을 도광판 (30) 과 확산 시트 (32a) 사이에 배치했지만, 상부 유도 반사판 (36) 의 배치 위치는 이것에 한정되지 않아, 광학 부재 유닛 (32) 을 구성하는 시트상 부재 사이에 배치해도 되고, 광학 부재 유닛 (32) 과 상부 케이싱 (44) 사이에 배치해도 된다.
다음으로, 케이싱 (26) 에 대하여 설명한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 케이싱 (26) 은, 조명 장치 본체 (24) 를 수납하여 지지하고, 또한 그 광출사면 (24a) 측과 도광판 (30) 의 배면 (30b) 측 사이에 끼워넣어, 고정시키는 것으로, 하부 케이싱 (42) 과 상부 케이싱 (44) 과 되꺾임 부재 (46) 와 지지 부재 (48) 를 갖는다.
하부 케이싱 (42) 은, 상면이 개방되고, 바닥면부와, 바닥면부의 4 변에 형성되고, 바닥면부에 수직인 측면부로 구성된 형상이다. 요컨대, 한 면이 개방된 대략 직육면체의 박스형 형상이다. 하부 케이싱 (42) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상방으로부터 수납된 조명 장치 본체 (24) 를 바닥면부 및 측면부로 지지함과 함께, 조명 장치 본체 (24) 의 광출사면 (24a) 이외의 면, 요컨대, 조명 장치 본체 (24) 의 광출사면 (24a) 과는 반대측의 면 (배면) 및 측면을 덮고 있다.
상부 케이싱 (44) 은, 상면에 개구부가 되는 조명 장치 본체 (24) 의 직사각 형상의 광출사면 (24a) 보다 작은 직사각 형상의 개구가 형성되고, 또한 하면이 개방된 직육면체의 박스형 형상이다.
상부 케이싱 (44) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 조명 장치 본체 (24) 및 하부 케이싱 (42) 의 상방 (광출사면측) 으로부터, 조명 장치 본체 (24) 및 이것이 수납된 하부 케이싱 (42) 을 그 사방의 측면부도 덮도록 씌워져 배치되어 있다.
되꺾임 부재 (46) 는, 단면의 형상이 항상 동일한 오목 (U 자) 형이 되는 형상이다. 요컨대, 연장 방향에 수직인 단면의 형상이 U 자 형상이 되는 막대상 부재이다.
되꺾임 부재 (46) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 하부 케이싱 (42) 의 측면과 상부 케이싱 (44) 의 측면 사이에 끼워넣어지고, U 자 형상의 일방의 평행부의 외측면이 하부 케이싱 (42) 의 측면부와 연결되고, 타방의 평행부의 외측면이 상부 케이싱 (44) 의 측면과 연결되어 있다.
여기서, 하부 케이싱 (42) 과 되꺾임 부재 (46) 의 접합 방법, 되꺾임 부재 (46) 와 상부 케이싱 (44) 의 접합 방법으로는, 볼트 및 너트 등을 사용하는 방법, 접착제를 사용하는 방법 등 여러 가지의 공지된 방법을 사용할 수 있다.
이와 같이, 하부 케이싱 (42) 과 상부 케이싱 (44) 사이에 되꺾임 부재 (46) 를 배치함으로써, 케이싱 (26) 의 강성을 높일 수 있어, 도광판 (30) 이 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 예를 들어 휘도 불균일 및 조도 불균일이 없거나 또는 적은 광을 효율적으로 출사시킬 수 있는 반면, 휘어짐이 발생하기 쉬운 도광판을 사용하는 경우라 하더라도, 휘어짐을 보다 확실하게 교정할 수 있거나, 또는 도광판에 휘어짐이 발생하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있어, 휘도 불균일 및 조도 불균일 등이 없거나 또는 저감된 광을 광출사면으로부터 출사시킬 수 있다.
또한, 케이싱의 상부 케이싱, 하부 케이싱 및 되꺾임 부재에는, 금속, 수지 등의 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 또한, 재료로는 경량이고 고강도의 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는, 되꺾임 부재를 별도의 부재로 했지만, 상부 케이싱 또는 하부 케이싱과 일체로 하여 형성해도 된다. 또, 되꺾임 부재를 형성하지 않는 구성으로 해도 된다.
지지 부재 (48) 는, 연장 방향에 수직인 단면의 형상이 동일한 막대상 부재이다.
지지 부재 (48) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 반사판 (34) 과 하부 케이싱 (42) 사이, 보다 구체적으로는, 도광판 (30) 의 배면 (30b) 의 제 1 광입사면 (30c) 측의 단부 및 제 2 광입사면 (30d) 측의 단부에 대응하는 위치의 반사판 (34) 과 하부 케이싱 (42) 사이에 배치되어, 도광판 (30) 및 반사판 (34) 을 하부 케이싱 (42) 에 고정시키고, 지지한다.
지지 부재 (48) 에 의해 반사판 (34) 을 지지함으로써, 도광판 (30) 과 반사판 (34) 을 밀착시킬 수 있다. 또한, 도광판 (30) 및 반사판 (34) 을, 하부 케이싱 (42) 의 소정 위치에 고정시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 지지 부재를 독립된 부재로서 형성하였지만, 이것에 한정되지 않으며, 하부 케이싱 (42) 또는 반사판 (34) 과 일체로 형성해도 된다. 요컨대, 하부 케이싱 (42) 의 일부에 돌기부를 형성하여, 이 돌기부를 지지 부재로서 사용해도 되고, 반사판 (34) 의 일부에 돌기부를 형성하여, 이 돌기부를 지지 부재로서 사용해도 된다.
또, 배치 위치도 특별히 한정되지 않아, 반사판과 하부 케이싱 사이의 임의의 위치에 배치할 수 있지만, 도광판을 안정적으로 유지하기 위해, 도광판의 단부측, 요컨대, 본 실시형태에서는, 제 1 광입사면 (30c) 근방, 제 2 광입사면 (30d) 근방에 배치하는 것이 바람직하다.
또, 지지 부재 (48) 의 형상은 특별히 한정되지 않아 여러 가지 형상으로 할 수 있으며, 또한 여러 가지 재료로 제작할 수도 있다. 예를 들어, 지지 부재를 복수 형성하여, 소정 간격마다 배치해도 된다.
또, 지지 부재를 반사판과 하부 케이싱에 의해 형성되는 공간의 전역을 매립하는 형상으로 하여, 요컨대, 반사판측의 면을 반사판을 따른 형상으로 하고, 하부 케이싱측의 면을 하부 케이싱을 따른 형상으로 해도 된다. 이와 같이, 지지 부재에 의해 반사판의 전체면을 지지하는 경우에는, 도광판과 반사판이 멀어지는 것을 확실하게 방지할 수 있어, 반사판에서 반사된 광에 의해 휘도 불균일 및 조도 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
백라이트 유닛 (20) 은, 기본적으로 상기와 같이 구성된다.
백라이트 유닛 (20) 은, 도광판 (30) 의 양단에 각각 배치된 광원 (28) 으로부터 출사된 광이 도광판 (30) 의 광입사면 (제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d)) 에 입사된다. 각각의 면으로부터 입사된 광은, 도광판 (30) 의 내부에 포함되는 산란체에 의해 산란되면서, 도광판 (30) 내부를 통과하여 직접 또는 배면 (30b) 에서 반사된 후, 광출사면 (30a) 으로부터 출사된다. 이 때, 배면으로부터 누출된 일부의 광은, 반사판 (34) 에 의해 반사되어 다시 도광판 (30) 의 내부에 입사된다.
이와 같이 하여 도광판 (30) 의 광출사면 (30a) 으로부터 출사된 광은, 광학 부재 (32) 를 투과하고, 조명 장치 본체 (24) 의 광출사면 (24a) 으로부터 출사되어, 액정 표시 패널 (12) 을 조명한다.
액정 표시 패널 (12) 은, 구동 유닛 (14) 에 의해, 위치에 따라 광의 투과율을 제어함으로써, 액정 표시 패널 (12) 의 표면 상에 문자, 도형, 화상 등을 표시한다.
다음으로, 구체적인 실시예를 사용하여, 면상 조명 장치 (20) 에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 실시예에서는, 1 층의 도광판 (광출사면이 평면이고, 배면이 배면 방향으로 볼록하게 되어 있는 형상 : 도 28 참조) 과 2 층 및 3 층의 도광판에 대하여, 계산기 시뮬레이션에 의해, 출사되는 광의 규격화된 조도 분포를 구하였다.
또, 시뮬레이션에 있어서, 도광판의 투명 수지의 재료는 PMMA, 산란 입자의 재료는 실리콘으로 하여 모델화하였다. 이 점에 대해서는, 이하의 실시예에 대해서도 모두 동일하다.
(실시예 1)
실시예 1 로서, 화면 사이즈가 42 인치에 대응하는 도광판 (30) 을 사용하였다. 구체적으로는, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 제 2 광입사면 (30d) 까지의 길이를 545 ㎜ 로 하고, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D 를 2.56 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 두께, 요컨대 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께를 3.0 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 경계면 (z) 까지의 길이, 요컨대, 제 1 층 (60) 의 두께가 가장 얇은 부분의, 제 1 층 (60) 의 두께 D1 을 2.12 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 경계면 (z) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 두꺼운 부분의, 제 2 층 (62) 의 두께 D2 를 0.44 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 의 곡률 반경 (R) 을 75000 ㎜, 패임량 (d) 을 0.44 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하였다.
상기 형상의 도광판을 사용하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.02 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.10 wt％ 로 한 실시예 11 과, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.02 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.15 wt％ 로 한 실시예 12 에 대하여 조도 분포를 측정하였다. 또, 비교예 11 로서, 제 1 층 (60), 제 2 층 (62) 모두 입자 농도를 0.05 wt％ 로 한 경우, 요컨대, 도광판을 균일한 입자 농도로 한, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판 (102) 에 대하여 측정하였다. 또, 비교예 11 의 도광판 (102) 은, 광출사면 (104) 이 평면이고, 배면 (106) 이 배면 방향으로 볼록하게 되어 있는 형상이다.
또한, 입사부 근방에서 측정되는 휘도가 급격하게 높아지고 있는 영역은, 실제 이용시에는 커버 반사 부재가 배치되어, 면상 조명 장치의 광출사면으로부터는 출사되지 않기 때문에 휘도 불균일로서 인식되지 않고, 또한 광출사면으로부터 출사되는 광으로는 인식되지 않기 때문에 무시하였다. 이 점에 대해서는, 이하의 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
측정한 조도의 결과를 하기 표 2 에 나타내고, 규격화 조도 분포를 도 6 에 나타낸다. 여기서, 도 6 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 11 을 가는 실선으로 나타내고, 실시예 12 를 파선으로 나타내고, 비교예 11 을 굵은 실선으로 나타낸다.
Figure 112012055882151-pct00002
도 6 및 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 11 및 실시예 12 의 도광판은, 도 28 에 나타내는 형상의 균일한 입자 농도로 한 1 층의 도광판 (102) 과 비교하여, 중앙부의 조도가 10 ％ 이상 향상되어 있다. 또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 비교예 11 에 비해 보다 가운데가 높은 조도 분포로 되어 있다.
여기서, 광입사면의 두께와 입사 효율의 관계를 설명한다.
도 8 에, 40 인치의 화면 사이즈에 대응하는 각종 형상의 도광판에 있어서의, 광원인 LED 의 사이즈에 의한 입사 효율의 변화를 나타낸다.
도 2 에 나타내는 도광판 (30) 과 동일한 형상이고 화면 사이즈만 40 인치로 변경한 광입사면의 두께, 즉, 광출사면에 대략 수직인 방향의 광입사면의 두께가 2.62 ㎜ 인, 2 층의 도광판의 실시예 101 에 대하여 입사 효율을 측정하였다. 또, 비교예 101 로서, 광입사면의 두께가 1.50 ㎜ 인, 균일한 입자 농도로 한 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판과, 비교예 102 로서, 광입사면의 두께가 1.96 ㎜ 인, 도 29 에 나타내는 형상의 입자 농도가 상이한 2 층으로 이루어지는 도광판 (108) 과, 비교예 103 으로서, 광입사면의 두께가 2.29 ㎜ 인, 평판 형상이고 입자 농도가 상이한 2 층으로 이루어지는 도광판에 대하여 입사 효율을 측정하였다. 또한, LED 의 발광면과 도광판의 광입사면의 거리는 0.2 ㎜ 이다.
도 8 에서는, 세로축을 규격화한 효율로 하고, 가로축을 LED 의 발광면의 치수로 하고, 실시예 101 을 검은색 삼각, 비교예 101 을 검은색 마름모꼴, 비교예 102 를 검은색 사각, 비교예 103 을 별표로 나타낸다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 각 도광판의 광입사면의 두께보다 발광면의 높이가 작은 LED 를 사용하는 경우에는, 입사 효율은 95 ％ 이상이지만, 광원의 광량을 높이기 위해 대형의 LED, 요컨대, 발광면의 높이 방향의 치수가, 도광판의 광입사면의 두께보다 큰 LED 를 사용하면, 급격하게 입사 효율이 떨어지는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 광량이 큰 대형의 LED 를 사용하기 위해서는, 도광판의 광입사면의 두께를 크게 취하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다.
실시예 1 의 변형예로서, 도광판의 배면을 도 7 에 나타내는 바와 같이, 광출사면측으로 볼록형 (요컨대, 배면측으로 오목형) 으로 한 배면 (30b') 으로 해도 된다. 이 경우, 배면 (30b') 의 오목형의 곡률 반경 (R) 은, 광학적 특성과 기계적 특성 (강도) 의 밸런스 때문에, 150000 ㎜ ∼ 1850000 ㎜ 의 범위가 바람직하다. 또, 오목형은 원뿐만 아니라 타원의 원호나, 원과 타원을 조합한 원호여도 되고, 광출사면 (30a) 의 중앙부는 원호를 사용하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로 테이퍼지게 하여 접속하도록 해도 된다.
표 3 에 각 화면 사이즈에 있어서의, 광출사면의 오목형 및 배면의 오목형을 구성하는 원호의 반경의 예를 나타낸다.
Figure 112012055882151-pct00003
이와 같이, 광출사면이 오목형이고, 입자 농도가 상이한 2 층의 도광판 (실시예 11, 12, 101) 으로 함으로써, 도 28 및 도 29 에 나타내는 형상의 도광판에 비해 광입사면을 크게 취할 수 있기 때문에, 광의 입사 효율을 높일 수 있으며, 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
또, 평균 두께가 동일한 평판 도광판과 비교해도 광입사면을 크게 취할 수 있기 때문에, 광의 입사 효율을 높일 수 있으며, 도광판을 가볍게 할 수 있다. 또한, 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2 로서, 외형이 실시예 1 과 동일한 형상이고 화면 사이즈가 46 인치인 도광판으로, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 이, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) (요컨대, 광출사면의 중앙부) 으로부터, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 을 향하여 제 2 층 (62) 이 얇아지도록 연속적으로 변화하고, 또한 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 부근에서 광출사면 (30a) 측을 향하여 다시 두꺼워지도록 연속적으로 변화시킨 도광판 (80) 을 사용하였다. 그 때, 역바이어스 농도를 사용하여 합성 입자 농도를 구하고, 구한 합성 입자 농도에 따라, 제 1 층 (60) 및 제 2 층 (62) 의 두께 (경계면 (z) 의 형상) 를 구하였다.
즉, 합성 입자 농도의 프로파일은, 도광판 (30) 의 중앙에서 극대값을 갖고,그 양측, 도시예에서는, 중앙에서부터 광입사면 (30d 및 30e) 까지의 거리의 약2/3 의 위치에서 극소값을 갖도록 변화하는 곡선이다.
여기서, 역바이어스 농도란, 특히 도광판의 두께가 중앙부를 향하여 얇아지는 아치형 도광판에 적용하는 수법으로, 입자가 없는 경우의 조도 분포 (휘도 분포) 를 구하고, 구한 분포를 플랫하게 하기 위해, 합성 농도에 임의의 상수를 곱한 입자 농도 (분포) 이다.
역바이어스 농도를 구하려면, 우선, 입자가 없는 상태에서 도광판으로부터 출사되는 조도 분포 (휘도 분포) 를 구한다. 그 때, 특히 두께가 중앙부를 향하여 얇아지는 경우, 중앙부가 오목상이 되는 조도 분포 (휘도 분포) 가 구해진다. 다음으로, 이 조도 분포의, 플랫한 분포로부터의 차분을 구하고, 도광판의 깊이 방향의 각 단위 체적마다 상수를 곱하여 각 단위 체적당 입자 농도를 구하여 역바이어스 농도로 한다. 이 역바이어스 농도로부터 2 층 도광판의 단면 형상을 구한다. 또한, 평판 2 층 도광판으로부터 구한 원하는 가운데가 높은 분포가 되는 입자 농도 분포를 구하여, 2 층 도광판의 단면 형상으로 환산한다. 마지막으로, 역바이어스 농도 분포로부터 구한 2 층 단면 형상과 평판으로부터 구한 2 층 단면 형상을 더하여 원하는 2 층 단면 형상을 구한다.
여기서, 도광판 (80) 은, 제 1 층 (60) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 경계면 (z) 까지의 길이, 요컨대, 제 1 층 (60) 의 두께 D1 을 0.25 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 경계면 (z) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 제 2 층 (62) 의 두께 D2 를 0.75 ㎜ 로 하고, 광입사면 (30c, 30d) 의 두께를 1.5 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 에 있어서의 제 2 층 (62) 의 두께 D2' 를 0.2 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 의 곡률 반경 (R) 을 75000 ㎜, 패임량 (d) 을 0.5 ㎜ 로 한 도광판이다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 7 ㎛ 로 하였다.
상기 형상의 도광판을 사용하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.02 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.10 wt％ 로 한 실시예 21 에 대하여 조도 분포를 측정하였다. 또, 비교예 21 로서, 제 1 층 (60), 제 2 층 (62) 모두 입자 농도를 0.05 wt％ 로 한 경우, 요컨대, 도광판을 균일한 입자 농도로 한, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판과, 비교예 22 로서, 2 층의 평판 도광판이고 배면측의 제 2 층이 광출사면측 볼록형으로 되어 있는 도광판을 사용하고, 제 1 층의 입자 농도 Npo 를 0 wt％ 로 하고, 제 2 층의 입자 농도 Npr 을 0.07 wt％ 로 한 도광판에 대하여 측정하였다. 또, 비교예 21 의 도광판 (102) 은, 광출사면 (104) 이 평면이고, 배면 (106) 이 배면 방향으로 볼록하게 되어 있는 형상이다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 10 에 나타낸다. 여기서, 도 10 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 21 을 가는 실선으로 나타내고, 비교예 21 을 굵은 실선으로 나타내고, 비교예 22 를 파선으로 나타낸다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 실시예 21 의 도광판은, 비교예 21 의 도광판 (102) 과 비교하여, 중앙부 휘도가 20 ％ 이상 향상되어 있다. 또, 비교예 22 에 비해, 광입사면 부근에서의 조도가 향상되어 있다. 여기서, 필름 구성은, 확산 필름, 프리즘 시트, 확산 필름이기 때문에, 휘도도 또한 조도에 비례하므로 휘도가 향상되어 있다고 할 수 있다.
이와 같이, 광출사면이 오목형이고, 입자 농도가 상이한 2 층 중 제 2 층을 역바이어스 농도에 의해 최적화한 도광판 (실시예 21) 으로 함으로써, 실시예 11, 12 의 도광판보다 광입사면 부근에서의 조도가 향상되어, 더욱 양호한 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다.
또, 도 9 에 나타내는 도광판 (80) 에 있어서, 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 은, 광입사면의 길이 방향에 수직인 단면 (段面) 에서 보았을 때에, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 근방의 영역에서는, 광출사면 (30a) 을 향하여 오목한 곡면이고, 도광판 (80) 중앙의 영역에서는, 광출사면 (30a) 을 향하여 볼록한 곡면이다.
경계면 (z) 을 형성하는 오목형 및 볼록형의 곡면은, 광입사면의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 원 또는 타원의 일부로 표시되는 곡선이어도 되고, 2 차 곡선, 혹은 다항식으로 표시되는 곡선이어도 되고, 이것들을 조합한 곡선이어도 된다.
여기서, 경계면 (z) 을 형성하는 오목형 및 볼록형의 곡면이 원의 일부로 표시되는 경우에는, 도광판의 사이즈가 32 인치에서는, 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 은 2500 ㎜ ≤ Ry1 ≤ 110000 ㎜, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry2 는 2500 ㎜ ≤ Ry2 ≤ 120000 ㎜ 가 바람직하고, 46 인치에서는, 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 은 2500 ㎜ ≤ Ry1 ≤ 230000 ㎜, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry2 는 2500 ㎜ ≤ Ry2 ≤ 250000 ㎜ 가 바람직하고, 65 인치에서는, 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 은 5000 ㎜ ≤ Ry1 ≤ 450000 ㎜, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry2 는 5000 ㎜ ≤ Ry2 ≤ 490000 ㎜ 가 바람직하다.
(실시예 3)
실시예 3 으로서, 도 9 에 나타내는 도광판 (80) 에 있어서, 화면 사이즈가 32 인치인 도광판으로, 경계면 (z) 의 오목형 및 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry1, Ry2 와, 제 1 층 (60) 및 제 2 층 (62) 의 입자 농도를 바꾸어 측정을 실시하였다.
구체적으로는, 실시예 3 으로서, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 제 2 광입사면까지의 길이를 413 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 두께, 요컨대 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D2 를 3 ㎜ 로 하고, 패임량 (d) 을 0.5 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 의 곡률 반경을 42500 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면에서의 제 2 층 (62) 의 두께 D3 을 0.5 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D4 를 0.48 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D5 를 1.0 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하였다.
상기의 도광판을 사용하여, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 2500 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 35000 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.125 wt％ 로 한 실시예 31 과, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 2500 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 35000 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.15 wt％ 로 한 실시예 32 와, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 30000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 2500 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.125 wt％ 로 한 실시예 33 과, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 30000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 2500 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.15 wt％ 로 한 실시예 34 와, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 30000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 2500 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.175 wt％ 로 한 실시예 35 에 대하여 조도 분포를 측정하였다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 11 에 나타낸다. 도 11(A) 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중심으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 31 을 파선으로 나타내고, 실시예 32 를 실선으로 나타내고, 비교예 31 을 굵은 실선으로 나타낸다. 마찬가지로, 도 11(B) 에서는, 실시예 33 을 파선으로 나타내고, 실시예 34 를 실선으로 나타내고, 실시예 35 를 1 점 쇄선으로 나타낸다.
도 11(A) 및 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 도광판의 사이즈가 32 인치인 경우에는, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 2500 ㎜ ≤ Ry1 ≤ 110000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry2 를 2500 ㎜ ≤ Ry2 ≤ 120000 ㎜ 로 함으로써 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다.
(실시예 4)
실시예 4 로서, 도 9 에 나타내는 도광판 (80) 에 있어서, 화면 사이즈가 65 인치인 도광판으로, 경계면 (z) 의 오목형 및 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry1, Ry2 와, 제 1 층 (60) 및 제 2 층 (62) 의 입자 농도를 바꾸어 측정을 실시하였다.
구체적으로는, 실시예 4 로서, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 제 2 광입사면까지의 길이를 830 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 두께, 요컨대 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D2 를 1 ㎜ 로 하고, 패임량 (d) 을 0.2 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 의 곡률 반경을 165000 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면에서의 제 2 층 (62) 의 두께 D3 을 0.18 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D4 를 0.16 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D5 를 0.35 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하였다.
상기의 도광판을 사용하여, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 5000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 490000 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.02 wt％ 로 한 실시예 41 과, Ry1 을 5000 ㎜ 로 하고, Rz2 를 490000 ㎜ 로 하고, Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, Npr 을 0.03 wt％ 로 한 실시예 42 와, Ry1 을 5000 ㎜ 로 하고, Rz2 를 490000 ㎜ 로 하고, Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, Npr 을 0.04 wt％ 로 한 실시예 43 과, Ry1 을 450000 ㎜ 로 하고, Rz2 를 5000 ㎜ 로 하고, Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, Npr 을 0.02 wt％ 로 한 실시예 44 와, Ry1 을 450000 ㎜ 로 하고, Rz2 를 5000 ㎜ 로 하고, Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, Npr 을 0.04 wt％ 로 한 실시예 45 와, Ry1 을 450000 ㎜ 로 하고, Rz2 를 5000 ㎜ 로 하고, Npo 를 0.003 wt％ 로 하고, Npr 을 0.09 wt％ 로 한 실시예 46 에 대하여 조도 분포를 측정하였다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 12 에 나타낸다. 도 12(A) 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 41 을 파선으로 나타내고, 실시예 42 를 실선으로 나타내고, 실시예 43 을 1 점 쇄선으로 나타내고, 비교예 41 을 굵은 실선으로 나타낸다. 마찬가지로, 도 12(B) 에서는, 실시예 44 를 파선으로 나타내고, 실시예 45 를 실선으로 나타내고, 실시예 46 을 1 점 쇄선으로 나타낸다.
도 12(A) 및 도 12(B) 에 나타내는 바와 같이, 도광판의 사이즈가 65 인치인 경우에는, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Ry1 을 5000 ㎜ ≤ Ry1 ≤ 450000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Ry2 를 5000 ㎜ ≤ Ry2 ≤ 490000 ㎜ 로 함으로써, 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다.
(실시예 5)
실시예 5 로서, 외형이 실시예 1 과 동일한 도광판이고, 입자 농도가 상이한 층을 3 층으로 한 도광판 (82) 을 사용하였다. 도광판 (82) 은, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 제 1 층 (60) 과, 제 2 층 (62) 과, 제 3 층 (64a, 64b) 으로 구성된다.
도광판 (82) 은, 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 이 평면이고, 제 2 층 (62) 과 제 3 층 (64a, 64b) 의 경계면 (y) 이 광출사면 (30a) 과 동일한 오목형으로 되어 있다. 요컨대, 제 3 층 (64a, 64b) 이 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 으로부터 중앙을 향함에 따라 두께가 얇아지고 있어, 중앙부의 2 등분선 (α) 에 대응하는 부분에서 가장 얇고, 양 단부의 2 개의 광입사면 (제 1 광입사면 (30c) 과 제 2 광입사면 (30d)) 에서 가장 두껍게 되어 있다.
여기서, 도광판 (82) 은, 2 등분선 (α) 에 있어서의 두께를 2.56 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 경계면 (z) 까지의 길이, 요컨대, 제 1 층 (60) 의 두께 D1 을 2.12 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 경계면 (z) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 제 2 층 (62) 의 두께 D2 를 0.44 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 에서의 제 2 층 (62) 의 두께 D2' 를 0 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 에서의 제 3 층 (64a, 64b) 의 두께 D3 을 0.44 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 및 경계면 (y) 의 곡률 반경 (R) 을 75000 ㎜ 로 하고, 패임량 (d) 을 0.44 ㎜ 로 한 도광판이다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 7 ㎛ 로 하였다.
상기 형상의 도광판을 사용하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.10 wt％ 로 하고, 제 3 층 (64a, 64b) 의 입자 농도를 0 wt％ 로 한 3 층의 도광판인 실시예 51 과, 실시예 1 의 도광판으로서, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.10 wt％ 로 한 2 층의 도광판인 실시예 52 에 대하여 조도 분포를 측정하였다. 또한, 제 3 층 (64a, 64b) 의 입자 농도는 임의의 농도여도 된다. 또, 비교예 51 로서, 모든 층의 입자 농도를 0.05 wt％ 로 한 경우, 요컨대, 도광판을 균일한 입자 농도로 한, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판에 대하여 측정하였다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 14 에 나타낸다. 여기서, 도 14 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 51 을 파선으로 나타내고, 실시예 52 를 실선으로 나타내고, 비교예 51 을 굵은 실선으로 나타낸다.
도 14 에 나타내는 바와 같이, 실시예 51 의 도광판은 제 3 층을 형성하는 것에 의해서도, 실시예 52 의 도광판에 대해 광입사면 (30c, 30d (입광부)) 부근에서의 조도가 향상되어, 요컨대 조도 저하를 억제하고, 또한 입광부 불균일을 작게 할 수 있다.
(실시예 6)
실시예 6 으로서, 도 15 에 나타내는 바와 같은 배면측이 광출사면측과 동일한 형상을 한, 화면 사이즈가 42 인치에 대응하는 도광판 (90) 을 사용하였다. 도광판의 광출사면측과 배면측을 동일 형상 (광출사면측으로 오목형) 으로 함으로써 중첩하여 가공할 수 있다. 또, 도광판 (90) 의 제 1 층과 제 2 층의 경계면 (z) 은 평면으로 되어 있다.
도 15 에 나타내는 도광판 (90) 은, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 제 2 광입사면 (30d) 까지의 길이를 545 ㎜ 로 하고, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이 (중앙 부분의 두께) 를 2.5 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 경계면 (z) 까지의 길이, 요컨대, 제 1 층 (60) 의 두께가 가장 얇은 부분의, 제 1 층 (60) 의 두께 D1 을 1.56 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 2 등분선 (α) 에 있어서의 경계면 (z) 에서부터 배면 (30e) 까지의 길이, 요컨대, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 두꺼운 부분의, 제 2 층 (62) 의 두께 D2 를 0.5 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 및 배면 (30e) 의 곡률 반경 (R) 을 75000 ㎜ 로 하고, 패임량 (d) 을 0.44 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하였다.
상기 형상의 도광판을 사용하고, 제 1 층 (94) 의 입자 농도 Npo 를 0.02 wt％ 로 하고, 제 2 층 (96) 의 입자 농도 Npr 을 0.10 wt％ 로 한 실시예 61 과, 제 1 층 (94) 의 입자 농도 Npo 를 0 wt％ 로 하고, 제 2 층 (96) 의 입자 농도 Npr 을 0.10 wt％ 로 한 실시예 62 에 대하여 조도 분포를 측정하였다. 또, 비교예 61 로서, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판에 대하여, 제 1 층, 제 2 층 모두 입자 농도를 0.05 wt％ 로 한 경우, 요컨대, 도광판을 균일한 입자 농도로 하여 측정하였다. 또한, 비교예 61 의 도광판 (102) 은, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (104) 에서부터 배면 (106) 까지의 길이 (중앙 부분의 두께) 를 3.5 ㎜ 로 하고, 단부의 광입사면의 두께를 2 ㎜ 로 한 도광판이다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 16 에 나타낸다. 여기서, 도 16 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 61 을 파선으로 나타내고, 실시예 62 를 가는 실선으로 나타내고, 비교예 61 을 굵은 실선으로 나타낸다.
또, 도광판 (90) 의, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이 (중앙 부분의 두께) 3.5 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 의 두께를 3 ㎜ 로 한 도광판을 사용하고, 제 1 층 (94) 의 입자 농도 Npo 를 0.02 wt％ 로 하고, 제 2 층 (96) 의 입자 농도 Npr 을 0.15 wt％ 로 한 실시예 63 과, 제 1 층 (94) 의 입자 농도 Npo 를 0 wt％ 로 하고, 제 2 층 (96) 의 입자 농도 Npr 을 0.15 wt％ 로 한 실시예 64 에 대하여 조도 분포를 측정하였다. 또, 상기와 마찬가지로 비교예 61 로서, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판에 대하여 측정하였다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 17 에 나타낸다. 여기서, 도 17 에서는, 세로축을 규격화 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 63 을 파선으로 나타내고, 실시예 64 를 가는 실선으로 나타내고, 비교예 61 을 굵은 실선으로 나타낸다.
도 16 및 도 17 에 나타내는 바와 같이, 실시예 61 ∼ 64 의 도광판은, 실시예 1 ∼ 3 의 각 도광판과 마찬가지로, 가운데가 높은 조도 분포로 되어 있으며, 비교예 61 에 비해 중앙부의 조도가 10 ∼ 20 ％ 이상 향상되어 있다.
또한, 가공시에 중첩시키기 쉽도록, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (90) 의 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 에, 플랜지 (65, 66) 를 형성한 형상으로 한 도광판 (92) 으로 해도 된다. 이 경우, 광입사면은 제 1 광입사면 (30f) 및 제 2 광입사면 (30g) 이 된다. 여기서, 또한 플랜지 부분을 믹싱 존으로 하여 입자 농도를 바꾸어도 되고, 입자 농도는 다른 부분의 최대 농도 이상인 것이 바람직하다.
또한, 광출사면측과 배면측의 곡률 반경 (R) 은, 중첩하여 가공할 수 있으면 상이해도 된다. 또, 광출사면측과 배면측의 곡률 반경 (R) 이 상이해도, 플랜지 (65, 66) 의 배면측의 면을, 배면 (30e) 의 2 등분선 (α) 과 교차하는 부분, 요컨대, 가장 배면측으로 볼록하게 되어 있는 부분보다 배면측까지 연장하거나, 혹은 스페이서를 사이에 둠으로써, 중첩했을 때에 플랜지끼리가 접촉, 또는 스페이서를 개재하여 접촉되어, 안정적으로 중첩시켜 가공할 수 있다. 또, 배면측의 곡률 반경을, 광출사면측의 곡률 반경보다 작게 함으로써, 요컨대, 배면이 보다 배면측으로 볼록하게 됨으로써, 역쐐기형의 도광판과 동일한 효과도 얻을 수 있다.
또, 실시예 6 의 변형예로서, 도 15 에 나타내는 바와 같은 광출사면측이 오목형이고, 배면측이 광출사면측과 동일 형상을 한 도광판 대신에, 평판의 다층 도광판을 오목형으로 변형시켜도 된다. 예를 들어, 박형의 도광판을 수지제 돌기물로 누르는 등의 기계적인 변형 수단을 사용하여, 액정 패널과 반대측으로 휘어지게 하는, 요컨대 광출사면측이 오목형이 되도록 변형시킴으로써, 도 15 에 나타내는 도광판과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 광출사면이 오목형이고 배면이 볼록형인, 입자 농도가 상이한 2 층의 도광판 (실시예 61 ∼ 64) 으로 함으로써, 가공시에 중첩시킬 수 있어, 복수 장의 도광판을 합쳐 끝면의 절단 및 연마를 할 수 있다. 이 때문에, 끝면 가공시의 비용을 대폭 낮출 수 있다. 또, 광출사면측이 오목면이기 때문에 액정 패널측으로 잘 휘어지지 않는 도광판으로 할 수 있다. 또한, 평판의 다층 도광판을 오목형으로 변형시킨 경우에는, 생산성이 보다 양호하여 더욱더 코스트 다운을 도모할 수 있다.
이상의 결과로부터, 광출사면을 오목형으로 함으로써, 액정 패널측으로 잘 휘어지지 않는 도광판으로 할 수 있다. 또, 광출사면이 오목형이고 입자 농도가 상이한 2 층의 도광판으로 함으로써, 도 28 및 도 29 에 나타내는 형상 (역쐐기형) 의 도광판에 비해 광입사면을 크게 취할 수 있기 때문에, 광의 입사 효율을 높일 수 있어, 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
또, 평균 두께가 동일한 평판 도광판과 비교해도, 광입사면을 크게 취할 수 있기 때문에, 광의 입사 효율을 높일 수 있으며, 도광판을 가볍게 할 수 있다. 또한, 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
또, 입자 농도가 상이한 2 층 중 제 2 층을 역바이어스 농도에 의해 최적화함으로써, 광입사면 부근에서의 조도가 향상되어, 더욱 양호한 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 제 3 층을 형성하는 것에 의해서도, 광입사면 부근에서의 조도가 향상되고, 요컨대 조도 저하를 억제하여, 입광부 불균일을 작게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또, 광출사면측과 배면측을 동일 형상 (광출사면측으로 오목형, 요컨대 출사면이 오목형이고 배면이 볼록형) 으로 함으로써, 가공시에 중첩시킬 수 있어, 복수 장의 도광판을 합쳐 끝면의 절단 및 연마를 함으로써, 끝면 가공시의 비용을 대폭 낮출 수 있다.
또한, 상기 실시예 2 의 변형예로서, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 도광판 (80) 의 패임량 (d) 을 0 으로 한 도광판 (84), 요컨대 평면인 광출사면 (30h) 을 갖는 도광판으로 해도 된다.
또, 상기 실시예 5 의 변형예로서, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 와 실시예 5 를 조합하여 3 층의 도광판으로 하고, 실시예 5 의 도광판 (82) 의 경계면 (y) 이, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) (요컨대, 광출사면의 중앙부) 로부터, 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 을 향하여 제 2 층 (62) 이 얇아지도록 연속적으로 변화하고, 또한 제 1 광입사면 (30c) 및 제 2 광입사면 (30d) 부근에서 배면 (30b) 측을 향하여 다시 두꺼워지도록 연속적으로 변화하도록 (요컨대, 제 2 층 (62) (중간층) 이 배면 (30b) 측에 대해 요철로 되어 있도록) 하고, 합성 입자 농도를 역바이어스 농도를 사용하여 최적화한 농도로 한 도광판 (86) 으로 해도 된다.
이 때, 3 층의 입자 농도의 관계는, 제 1 층 (60) ≤ 제 3 층 (64a, 64b) ＜ 제 2 층 (62) 의 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하고, 제 1 층 (60) 은 입자 농도를 0 wt％ 로 하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 은, 평면이나 광출사면과 동일 방향으로 오목형으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 3 층으로 함으로써, 휘도 분포 (조도 분포) 의 미조정을 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 2 개의 광원을 도광판의 2 개 광입사면에 배치한 양측 입사였지만, 이것에 한정은 되지 않고, 1 개의 광원만을 도광판의 1 개의 광입사면에 배치한 편측 입사로 해도 된다. 광원의 수를 줄임으로써 부품 점수를 삭감하여 코스트 다운할 수 있다.
또, 편면 입사로 하는 경우에는, 경계면 (z) 의 형상이 비대칭인 도광판으로 해도 된다. 예를 들어, 1 개의 광입사면을 갖고, 광출사면의 2 등분선보다 광입사면으로부터 먼 위치에서 도광판의 제 2 층의 두께가 최대가 되는 것과 같은, 제 2 층의 형상이 비대칭인 도광판이어도 된다.
도 21(A) 및 도 21(B) 는, 각각 본 발명의 도광판의 다른 일례를 사용하는 백라이트 유닛의 일부를 나타내는 개략 단면도이다. 또, 도 21(A) 에 나타내는 백라이트 유닛 (120) 에 있어서는, 도광판 (30) 대신에 도광판 (122) 을 갖고, 광원 (28) 을 1 개만 갖는 것 이외에는, 백라이트 유닛 (20) 과 동일한 구성을 갖고,또, 도 21(B) 에 나타내는 백라이트 유닛 (130) 에 있어서는, 도광판 (30) 대신에 도광판 (132) 을 갖고, 광원 (28) 을 1 개만 갖는 것 이외에는, 백라이트 유닛 (20) 과 동일 구성을 갖기 때문에, 동일 부위에는 동일 부호를 붙이고, 이하의 설명은 다른 부위를 주로 실시한다.
도 21(A) 에 나타내는 백라이트 유닛 (120) 은, 도광판 (122) 및 도광판 (122) 의 제 1 광입사면 (30c) 에 대향하여 배치되는 광원 (28) 을 갖는다.
도광판 (122) 은, 광원 (28) 이 대향하여 배치되는 면인 제 1 광입사면 (30c) 과, 제 1 광입사면 (30c) 의 반대측의 면인 측면 (122d) 을 갖고 있다.
또, 도광판 (122) 은, 광출사면 (30a) 측의 제 1 층 (60) 과 배면 (30b) 측의 제 2 층에 의해 형성되어 있다. 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 의 길이 방향에 수직인 단면에서 보았을 때에, 제 1 광입사면 (30c) 으로부터 측면 (122d) 을 향하여, 일단 제 2 층 (62) 이 얇아지도록 변화한 후, 제 2 층 (62) 이 두꺼워지도록 변화하고, 다시 제 2 층 (62) 이 얇아지도록 연속적으로 변화하고 있다. 즉, 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 측에서는, 광출사면 (30a) 을 향하여 오목한 곡면이고, 측면 (122d) 측에서는, 광출사면 (30a) 을 향하여 볼록한 곡면이다.
즉, 합성 입자 농도의 농도 프로파일은, 제 1 광입사면 (30c) 측에서 극소값을 갖고, 측면 (122d) 측에서 극대값을 갖도록 변화하는 곡선이다.
도 21(B) 에 나타내는 백라이트 유닛 (130) 은, 도광판 (132) 및 도광판 (132) 의 제 1 광입사면 (30c) 에 대향하여 배치되는 광원 (28) 을 갖는다.
도광판 (132) 은, 광원 (28) 이 대향하여 배치되는 면인 제 1 광입사면 (30c) 과, 제 1 광입사면 (30c) 의 반대측의 면인 측면 (122d) 을 갖고 있다.
또, 도광판 (132) 은, 광출사면 (30a) 측의 제 1 층 (60) 과 배면 (30b) 측의 제 2 층에 의해 형성되어 있다. 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 의 길이 방향에 수직인 단면에서 보았을 때에, 제 1 광입사면 (30c) 으로부터 측면 (122d) 을 향하여, 일단 제 2 층 (62) 이 얇아지도록 변화한 후, 제 2 층 (62) 이 두꺼워지도록 변화하고, 그 후 제 2 층 (62) 의 두께가 일정해지도록 연속적으로 변화하고 있다. 즉, 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 측에서는, 광출사면 (30a) 을 향하여 오목한 곡면이고, 도광판 중앙부에서는, 광출사면 (30a) 을 향하여 볼록한 곡면이고, 볼록한 곡면의 정점으로부터, 측면 (122d) 측에서는, 광출사면 (30a) 에 평행한 평면이다.
이와 같이, 1 개의 광원만을 사용하는 편면 입사의 경우에는, 경계면 (z) 의 형상을, 광입사면에 가까운 위치에서, 제 2 층의 두께가 최소가 되고, 광입사면으로부터 먼 위치에서, 제 2 층의 두께가 최대가 되는 것과 같은 비대칭인 형상으로 함으로써, 광원으로부터 출사되고, 광입사면으로부터 입사된 광을, 도광판 안까지 도광할 수 있으며, 광출사면으로부터 출사되는 광의 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있어, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 평균 두께가 동일한 평판 도광판과 비교해도 광입사면을 크게 취할 수 있기 때문에, 광의 입사 효율을 높일 수 있으며, 도광판을 가볍게 할 수 있다.
여기서, 도 21(A) 및 도 21(B) 에 나타내는 도광판 (122) 및 도광판 (132) 은, 광출사면을 오목하게 형성하였지만, 본 발명은 이것에 한정은 되지 않고, 도 21(C) 및 도 21(D) 에 나타내는 도광판 (142) 및 도광판 (152) 과 같이 광출사면이 평면이어도 된다.
또, 도 21 에 나타내는 편면 입사의 백라이트 유닛에 사용하는 도광판에 있어서도, 합성 입자 농도가 역바이어스 농도를 사용하여 작성한 농도가 되는, 제 1 층 및 제 2 층의 농도와, 경계면 (z) 의 형상으로 해도 된다. 편면 입사에 사용하는 도광판에 있어서는, 동일 형상이고 입자가 없는 도광판을 사용하여, 편면으로부터 광을 입사시켰을 때의 조도 분포로부터 역바이어스 농도를 구하면 된다.
또, 경계면 (z) 을 형성하는 오목형 및 볼록형의 곡면은, 광입사면의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 원 또는 타원의 일부로 표시되는 곡선이어도 되고, 2 차 곡선, 혹은 다항식으로 표시되는 곡선이어도 되고, 이것들을 조합한 곡선이어도 된다.
또한, 도 21(A) 에 나타내는 바와 같은, 경계면 (z) 이 요철 형상을 한 도광판에 있어서, 오목형 및 볼록형의 곡면이, 광입사면의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 원의 일부로 표시되는 곡선인 경우에는, 오목형인 곡면의 곡률 반경 Rz1 은 2500 ㎜ ≤ Rz1 ≤ 450000 ㎜ 가 바람직하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 는 2500 ㎜ ≤ Rz2 ≤ 490000 ㎜ 가 바람직하다.
Rz1 및 Rz2 를 상기 범위로 함으로써, 보다 바람직하게 광의 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
또, 도 21(B) 에 나타내는 바와 같은, 경계면 (z) 이 요철 형상과 평면을 조합한 형상인 도광판에 있어서, 오목형 및 볼록형의 곡면이, 광입사면의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서, 원의 일부로 표시되는 곡선인 경우에는, 오목형인 곡면의 곡률 반경 Rx1 은 2500 ㎜ ≤ Rx1 ≤ 450000 ㎜ 가 바람직하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rx2 는 2500 ㎜ ≤ Rx2 ≤ 490000 ㎜ 가 바람직하다.
Rx1 및 Rx2 를 상기 범위로 함으로써, 보다 바람직하게 광의 조도 분포를 가운데가 높게 할 수 있다.
다음으로, 구체적인 실시예를 사용하여, 백라이트 유닛 (120 및 130) 에 대하여 보다 상세히 설명한다.
(실시예 7)
실시예 7 로서, 화면 사이즈가 46 인치에 대응하는 도광판 (120) 을 사용하였다. 구체적으로는, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 측면 (122d) 까지의 길이를 592 ㎜ 로 하고, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D1 을 0.8 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 측면 (122d) 의 두께, 요컨대 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D2 를 1.0 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면에서의 제 2 층 (62) 의 두께 D3 을 0.21 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D4 를 0.17 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D5 를 0.5 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 의 곡률 반경 (R) 을 87500 ㎜, 패임량 (d) 을 0.2 ㎜ 로 하고, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Rz1 을 35000 ㎜ 로 하고, 볼록형인 곡면의 곡률 반경 Rz2 를 55000 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하고, 제 1 층 (60) 에는 산란 입자를 분산시키지 않고 (Npo = 0), 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.065 wt％ 로 하였다.
또, 비교예 71 로서, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판의 2 변으로부터 광을 입사시켜 휘도 분포를 측정하였다. 또한, 도광판의 중앙부의 두께를 3.5 ㎜, 광입사면의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 입자 농도를 0.05 wt％ 로 하여 측정하였다.
측정한 조도의 결과인 규격화 휘도 조도 분포를 도 22 에 나타낸다. 여기서, 도 22 에서는, 세로축을 규격화 휘도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 71 을 가는 파선으로 나타내고, 비교예 71 을 굵은 실선으로 나타낸다.
도 22 에 나타내는 바와 같이, 편면 입사로 한 경우라 하더라도, 경계면 (z) 이 요철 형상을 한 실시예 71 의 도광판은, 비교예 71 의 도광판과 비교하여 중앙 휘도가 향상되어, 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다.
(실시예 8)
실시예 8 로서, 화면 사이즈가 57 인치에 대응하는 도광판 (130) 을 사용하였다. 구체적으로는, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 측면 (122d) 까지의 길이를 730 ㎜ 로 하고, 2 등분선 (α) 에 있어서의 광출사면 (30a) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D1 을 0.8 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면 (30c) 및 측면 (122d) 의 두께, 요컨대 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D2 를 1.0 ㎜ 로 하고, 제 1 광입사면에서의 제 2 층 (62) 의 두께 D3 을 0.19 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 얇은 부분의 두께 D4 를 0.15 ㎜ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 두꺼운 부분의 두께 D5 를 0.31 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30a) 의 곡률 반경 (R) 을 135000 ㎜, 패임량 (d) 을 0.2 ㎜ 로 하고, 경계면 (z) 의 오목형인 곡면의 곡률 반경 Rx1 을 100000 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하고, 제 1 층 (60) 에는 산란 입자를 분산시키지 않고 (Npo = 0), 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.06 wt％ 로 하였다.
또, 비교예 81 로서, 도 28 에 나타내는 형상의 1 층의 도광판의 2 변으로부터 광을 입사시켜 휘도 분포를 측정하였다. 또한, 도광판의 중앙부의 두께를 3.5 ㎜, 광입사면의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 입자 농도를 0.05 wt％ 로 하여 측정하였다.
측정한 조도의 결과인 규격화 조도 분포를 도 23 에 나타낸다. 여기서, 도 23 에서는, 세로축을 규격화 휘도 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 실시예 81 을 가는 파선으로 나타내고, 비교예 81 을 굵은 실선으로 나타낸다.
도 23 에 나타내는 바와 같이, 편면 입사로 한 경우라 하더라도, 경계면 (z) 이 요철 형상과 평면을 조합한 형상으로 한 실시예 81 의 도광판은, 비교예 81 의 도광판과 비교하여 중앙 휘도가 향상되어, 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다.
또, 도 21(A) ∼ 도 21(D) 에 나타내는 편면 입사의 도광판에 있어서는, 배면은, 광의 진행 방향 (광출사면) 과 평행한 평면으로 하였지만, 본 발명은 이것에 한정은 되지 않고, 배면을 광의 진행 방향에 대해 경사진 평면으로 해도 된다.
또, 도 21(B) 및 도 21(D) 에 나타내는 도광판에 있어서는, 제 1 층 (60) 과 제 2 층 (62) 의 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 측에서는, 광출사면을 향하여 오목한 곡면이고, 도광판 중앙부에서는, 광출사면을 향하여 볼록한 곡면이고, 볼록한 곡면의 정점으로부터 측면 (122d) 측에서는, 광출사면에 평행한 평면으로 하였지만, 본 발명은 이것에 한정은 되지 않고, 광출사면을 향하여 오목한 곡면, 볼록한 곡면, 광출사면에 평행한 평면, 및 광출사면에 대해 경사진 평면을 복수 조합하여 구성해도 된다.
도 24 는 본 발명의 도광판의 다른 일례를 사용하는 백라이트 유닛의 일부를 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 도 24 에 나타내는 백라이트 유닛에 있어서는, 도광판 (152) 대신에 도광판 (162) 을 갖는 것 이외에는, 백라이트 유닛 (150) 과 동일 구성을 갖기 때문에, 동일 부위에는 동일 부호를 붙이고, 이하의 설명은 상이한 부위를 주로 실시한다.
도 24 에 나타내는 백라이트 유닛 (160) 은, 도광판 (162) 및 도광판 (162) 의 제 1 광입사면 (30c) 에 대면하여 배치되는 광원 (28) 을 갖는다.
도광판 (162) 은, 광입사면 (30c) 으로부터 이간됨에 따라, 광출사면 (30h) 에 수직인 방향의 두께가 작아지도록, 배면 (162b) 이 광출사면 (30h) 에 대해 경사져 있다.
또, 도광판 (162) 은, 광출사면 (30h) 측의 제 1 층 (164) 과 배면 (162b) 측의 제 2 층 (166) 에 의해 형성되어 있다. 제 1 층 (164) 은, 제 2 층 (166) 보다 산란 입자의 입자 농도가 높다.
또, 제 1 층 (164) 과 제 2 층 (166) 의 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 의 길이 방향에 수직인 단면에서 보았을 때에, 제 1 광입사면 (30c) 으로부터 측면 (122d) 을 향하여, 일단 제 1 층 (164) 이 얇아지도록 변화한 후, 제 1 층 (164) 이 두꺼워지도록 연속적으로 변화하고 있다. 즉, 경계면 (z) 은, 제 1 광입사면 (30c) 측에서는, 광출사면 (30h) 을 향하여 볼록한 곡면이고, 측면측 (122d) 에서는, 광출사면 (30h) 을 향하여 오목한 곡면이고, 볼록한 곡면과 오목한 곡면은, 제 1 광입사면 (30c) 으로부터 이간됨에 따라 제 1 층 (164) 의 두께가 두꺼워지는 방향으로, 광출사면 (30h) 에 대해 경사진 평면으로 매끄럽게 접속되어 있다.
이와 같이, 경계면 (z) 의 형상을, 곡면과 평면을 조합하여, 산란 입자의 입자 농도가 높은 층의 두께가, 광입사면에 가까운 위치에서 최소가 되고, 광입사면으로부터 먼 위치에서 최대가 되는 것과 같은 비대칭인 형상으로 함으로써, 광원으로부터 출사되고, 광입사면으로부터 입사된 광을 도광판 안까지 도광시킬 수 있어, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 구체적인 실시예를 사용하여, 백라이트 유닛 (160) 에 대하여 보다 상세히 설명한다.
(실시예 9)
실시예 9 로서, 도 24 에 나타내는 형상을 한, 화면 사이즈가 40 인치에 대응하는 도광판 (162) 을 사용하였다. 구체적으로는, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 측면 (122d) 까지의 길이를 500 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (164) 과 제 2 층 (166) 의 경계면 (z) 을, 광입사면 (30c) 측의 광출사면 (30h) 에 볼록한 곡면, 측면 (122d) 측의 광출사면 (30h) 에 오목한 곡면, 및 이들 볼록한 곡면과 오목한 곡면을 매끄럽게 접속시키는 평면으로 구성하고, 도광판에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경을 4.5 ㎛ 로 하고, 제 2 층 (166) 의 산란 입자의 입자 농도를 0 wt％ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 광원 (28) 에 사용하는 LED 칩 (50) 의 발광면의 치수는, 세로 방향 길이 a = 1.5 ㎜, 가로 방향 길이 b = 2.6 ㎜ 로 하고, LED 칩 (50) 과, 도광판 (162) 의 광입사면 (30c) 사이의 간극을 0.2 ㎜ 로 하였다.
여기서, 도 25 는 광입사면 (30c) 으로부터의 거리와, 제 1 층 (164) 의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다. 제 1 층 (164) 의 두께는, 보다 구체적으로는 도 25 에 나타내는 형상으로 하였다.
상기 형상의 도광판을 사용하고, 광입사면 (30c) 에서의 광출사면 (30h) 에서부터 배면 (162e) 까지의 길이 (광입사면 (30c) 의 두께) 를 2 ㎜ 로 하고, 측면 (122d) 에서의 광출사면 (30h) 에서부터 배면 (162e) 까지의 길이 (측면 (122d) 의 두께) 를 0.5 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (164) 의 산란 입자의 입자 농도를 0.12 wt％ 로 한 실시예 91 과, 광입사면 (30c) 의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 측면 (122d) 의 두께를 1.0 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (164) 의 산란 입자의 입자 농도를 0.163 wt％ 로 한 실시예 92 와, 광입사면 (30c) 의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 측면 (122d) 의 두께를 1.25 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (164) 의 산란 입자의 입자 농도를 0.188 wt％ 로 한 실시예 93 과, 광입사면 (30c) 의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 측면 (122d) 의 두께를 1.5 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (164) 의 산란 입자의 입자 농도를 0.203 wt％ 로 한 실시예 94 와, 광입사면 (30c) 의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 측면 (122d) 의 두께를 1.75 ㎜ 로 하고, 제 1 층 (164) 의 산란 입자의 입자 농도를 0.21 wt％ 로 한 실시예 95 에 대하여 조도 분포를 측정하였다.
또, 광입사면 (30c) 및 측면 (122d) 의 두께를 모두 1.5 ㎜ 로 한 실시예 96 과, 광입사면 (30c) 및 측면 (122d) 의 두께를 모두 2 ㎜ 로 한 실시예 97 에 대해서도 마찬가지로 조도 분포를 측정하였다.
또, 비교예 91 로서, 도 28 에 나타내는 형상이고, 광입사면에서의 두께를 2 ㎜ 로 하고, 중앙부에서의 두께를 3.5 ㎜ 로 하고, 입자 농도를 0.05 wt％ 로 한 도광판에서, 양면으로부터 광을 입사시킨 경우에 대하여 조도 분포를 측정하였다.
측정한 결과를 도 26(A) 및 도 26(B) 에 나타낸다. 여기서, 도 26 에서는, 세로축을 상대 조도로 하고, 가로축을 도광판 중앙부로부터의 거리 [㎜] 로 하고, 도 26(A) 에는 실시예 91 을 가는 실선으로 나타내고, 실시예 92 를 굵은 파선으로 나타내고, 실시예 93 을 1 점 쇄선으로 나타내고, 실시예 94 를 2 점 쇄선으로 나타내고, 실시예 95 를 가는 파선으로 나타내고, 비교예 91 을 굵은 실선으로 나타낸다. 또, 도 26(B) 에는 실시예 96 을 가는 실선으로 나타내고, 실시예 97 을 파선으로 나타내고, 비교예 91 을 굵은 실선으로 나타낸다.
도 26(A) 및 도 26(B) 에 나타내는 바와 같이, 편면 입사로 한 경우라 하더라도, 경계면 (z) 을 광출사면에 오목한 곡면, 볼록한 곡면, 광입사면에 대해 평행한 평면, 및 광입사면에 대해 경사진 평면을 조합한 형상으로 하고, 배면을 경사면으로 함으로써, 도광판 내에 혼련 분산되는 산란 입자의 입자 농도의 분포를 보다 바람직한 분포로 하고, 합성 입자 농도를 보다 바람직한 분포로 할 수 있으며, 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있기 때문에, 비교예 91 의 양면 입사의 도광판과 비교해도 중앙 휘도가 향상되어, 가운데가 높은 조도 분포로 할 수 있다.
또, 본 발명의 도광판을 사용하는 면상 조명 장치에 있어서, 도광판의 광출사면에 수직인 방향의 길이 (높이) a 가, 도광판의 광입사면의 두께 (광출사면에 수직인 방향의 두께) 의 70 ％ 이하의 길이의 LED 칩 (50) 을 갖는 광원 (28) 을 사용하는 경우에는, 광출사면이 평면인 도광판을 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, LED 칩 (50) (발광면 (58)) 의 높이 a 가 높을수록 광원 (28) 의 광량을 증가시킬 수 있어, 백라이트 유닛으로부터의 출사 광량을 증가시킬 수 있지만, LED 칩 (50) 의 높이 a 가, 도광판의 광입사면에 비해 커질수록 광원 (28) 으로부터 출사되는 광이 도광판으로 입사되는 효율이 저하되어 버린다.
이에 대해, LED 칩 (50) 의 높이 a 를, 도광판의 광입사면의 두께에 비해 작게 함으로써, 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, LED 칩 (50) 의 높이 a 를 광입사면의 두께의 70 ％ 이하로 함으로써, 보다 바람직하게 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, LED 칩 (50) 의 높이 a 를 광입사면의 두께의 70 ％ 이하로 하는 경우에는, 광출사면이 평면인 도광판을 사용하는 것이 바람직하다. 광출사면이 평면인 도광판을 사용함으로써, 광출사면이 오목면인 도광판을 사용하는 경우에 비해 출사 효율을 저하시키지 않고, 출사광의 휘도 분포를 가운데가 높은 분포로 할 수 있다.
다음으로, 구체적인 실시예를 사용하여, LED 칩 (50) 의 높이 a 를 광입사면의 두께의 70 ％ 이하로 하는 경우의, 도광판의 광출사면의 형상에 대하여 보다 상세히 설명한다.
(실시예 11A)
실시예 111 로서, 광출사면이 평면인 도광판, 구체적으로는 도 19 에 나타내는 도광판 (84) 의 형상이고, 화면 사이즈가 40 인치에 대응하는 도광판을 갖는 백라이트 유닛을 사용하였다. 또, 제 1 광입사면 (30c) 에서부터 제 2 광입사면 (30d) 까지의 길이를 500 ㎜ 로 하고, 광출사면 (30h) 에서부터 배면 (30b) 까지의 길이, 요컨대, 도광판 (84) 의 두께를 2.3 ㎜ 로 하고, 2 등분선 (α) 에 있어서의 제 2 층 (62) 의 두께를 0.61 ㎜ 로 하고, 두께가 가장 얇은 위치에서의 제 2 층 (62) 의 두께를 0.21 ㎜ 로 하고, 광입사면 (30c, 30d) 에 있어서의 제 2 층 (62) 의 두께를 0.28 ㎜ 로 하고, 광입사면 (30c, 30d) 에서부터 제 2 층 (62) 의 두께가 가장 얇은 위치까지의 거리를 46.5 ㎜ 로 한 도광판을 사용하였다. 또, 도광판 (84) 에 혼련 분산시키는 산란 입자의 입경은 4.5 ㎛ 로 하고, 제 1 층 (60) 의 입자 농도 Npo 를 0.02 wt％ 로 하고, 제 2 층 (62) 의 입자 농도 Npr 을 0.26 wt％ 로 하였다.
LED 칩 (50) 의 발광면 (58) 의 높이 a 는, 1.15 ㎜ 로 하였다.
상기의 백라이트 유닛을 사용하여, 휘도 분포, 가운데가 높은 정도 및 광의 이용 효율을 측정하였다.
실시예 112 로서, 광출사면이 오목면인 도광판, 구체적으로는, 도 9 에 나타내는 도광판 (80) 의 형상이고, 화면 사이즈가 40 인치에 대응하는 도광판을 갖는 백라이트 유닛을 사용하였다.
또한, 실시예 112 의 백라이트 유닛은, 2 등분선 (α) 에 있어서의 도광판 (80) 의 두께를 실시예 111 의 도광판 (84) 과 동일한 2.3 ㎜ 로 하고, 광입사면 (30c, 30d) 에 있어서의 도광판 (80) 의 두께를 2.7 ㎜ 로 하여 광출사면 (30a) 을 오목면으로 한 것 이외에는, 모두 실시예 111 과 동일하게 하였다.
상기의 백라이트 유닛을 사용하여, 휘도 분포, 가운데가 높은 정도 및 광의 이용 효율을 측정하였다.
실시예 113 의 백라이트 유닛은, LED 칩 (50) 의 발광면 (58) 의 높이 a 를 1.5 ㎜ 로 한 것 이외에는, 모두 실시예 111 과 동일하게 하여 휘도 분포, 가운데가 높은 정도 및 광의 이용 효율을 측정하였다.
실시예 114 의 백라이트 유닛은, LED 칩 (50) 의 발광면 (58) 의 높이 a 를 1.5 ㎜ 로 한 것 이외에는, 모두 실시예 112 와 동일하게 하여 휘도 분포, 가운데가 높은 정도 및 광의 이용 효율을 측정하였다.
측정한 휘도 분포를 도 27(A) 및 도 27(B) 에 나타낸다. 여기서, 도 27(A) 에서는, 세로축을 실시예 112 의 최대 휘도에 대한 규격화 휘도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 (위치) [㎜] 로 하였다. 마찬가지로, 도 27(B) 에서는, 세로축을 실시예 114 의 최대 휘도에 대한 규격화 휘도로 하고, 가로축을 도광판 중앙으로부터의 거리 (위치) [㎜] 로 하였다. 또, 도 27(A) 에 있어서, 실시예 111 을 실선으로 나타내고, 실시예 112 를 파선으로 나타낸다. 또, 도 27(B) 에 있어서, 실시예 113 을 실선으로 나타내고, 실시예 114 를 파선으로 나타낸다.
또, 측정한 광의 이용 효율과 가운데가 높은 정도의 결과를 표 4 에 나타낸다.
여기서, 가운데가 높은 정도란, 도 27(A) 및 도 27(B) 에 나타내는 그래프에 있어서, 광입사면 근방에 대응하는 위치에서의 가장 작은 휘도의 값과, 도광판 중앙부에 대응하는 위치에서의 가장 큰 휘도의 값의 비이다. 또한, 광입사면 바로 근처의 휘도가 급준하게 상승하는 영역은, 광원으로부터의 광의 누설의 영향이므로 무시한다. 또, 가운데가 높은 정도는, 실시예 111 에 대해서는, 실시예 112 에 대한 비로 나타내고, 실시예 113 에 대해서는, 실시예 114 에 대한 비로 나타냈다.
Figure 112012055882151-pct00004
도 27(A) 및 도 27(B), 표 4 에 나타내는 바와 같이, LED 칩 (50) 의 높이가, 도광판의 광입사면의 두께의 70 ％ 이하의 높이인 경우에는, 도광판의 광출사면이 평판 형상인 실시예 111 및 실시예 113 은, 광출사면이 오목면 형상인 실시예 112 및 실시예 114 와 비교하여 광의 이용 효율은 동등하여, 출사광의 휘도 분포를 가운데가 높은 분포로 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또, 본 발명의 도광판을 사용하는 백라이트 유닛은, 이것에도 한정은 되지 않고, 2 개의 광원에 추가하여, 도광판의 광출사면의 단변측의 측면에도 대향하여 광원을 배치해도 된다. 광원의 수를 늘림으로써, 장치가 출사하는 광의 강도를 높일 수 있다.
또, 광출사면뿐만 아니라 배면측으로부터 광을 출사해도 된다.
이상, 본 발명의 도광판, 면상 조명 장치, 및 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않아, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위에서 각종의 개량이나 변경을 해도 된다.
10 : 액정 표시 장치
12 : 액정 표시 패널
14 : 구동 유닛
20, 120, 130, 140, 150, 160 : 백라이트 유닛 (면상 조명 장치)
24 : 조명 장치 본체
24a, 30a, 30h : 광출사면
26 : 케이싱
28 : 광원
30, 80, 82, 84, 86, 90, 92, 122, 132, 142, 152, 162 : 도광판
30b, 30b', 30e, 162b : 배면
30c, 30f : 제 1 광입사면
30d, 30g : 제 2 광입사면
32 : 광학 부재 유닛
32a, 32c : 확산 시트
32b : 프리즘 시트
34 : 반사판
36 : 상부 유도 반사판
38 : 하부 유도 반사판
42 : 하부 케이싱
44 : 상부 케이싱
46 : 되꺾임 부재
48 : 지지 부재
49 : 전원 수납부
50 : LED 칩
52 : 광원 지지부
58 : 발광면
60, 94, 164 : 제 1 층
62, 96, 166 : 제 2 층
64a, 64b : 제 3 층
122d : 측면
α : 2 등분선
y, z : 경계면

Claims (25)

  1. 직사각 형상의 광출사면과, 상기 광출사면의 끝변측에 형성되고, 상기 광출사면에 평행한 방향으로 진행하는 광을 입사시키는 적어도 1 개의 광입사면과, 상기 광출사면과는 반대측에 형성되는 배면과, 내부에 분산된 산란 입자를 갖는 도광판으로서,
    상기 도광판은, 상기 광출사면에 수직인 방향으로 겹친, 상기 산란 입자의 입자 농도가 상이한 2 개 이상의 층을 갖고,
    상기 2 개 이상의 층은, 적어도 상기 입자 농도가 Npo 인 상기 광출사면측의 제 1 층과, 상기 입자 농도가 Npr 이고 상기 제 1 층보다 상기 배면측에 위치하는 제 2 층을 포함하며, 상기 Npo 와 상기 Npr 의 관계가, Npo ＜ Npr 을 만족시키고,
    상기 적어도 1 개의 광입사면으로부터 상기 광출사면의 중앙부로 향하는, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 수직인 방향의 단면 형상은, 상기 광출사면측이 오목형이고,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층의, 상기 광출사면에 수직인 방향의 두께를 각각 변화시킴으로써, 상기 도광판의, 상기 광입사면에 수직인 방향에 있어서의 합성 입자 농도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 광입사면으로부터 상기 광출사면의 중앙부로 향하는, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 수직인 방향의 단면에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 상기 광출사면의 중앙부에서 상기 광출사면을 향하여 볼록형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    추가로, 상기 합성 입자 농도를, 역바이어스 농도를 사용하여 구하고, 이 합성 입자 농도에 따라, 상기 제 2 층의 두께가, 상기 광출사면의 중앙부로부터 상기 적어도 1 개의 광입사면을 향하여 얇아지도록 연속적으로 변화하고, 상기 적어도 1 개의 광입사면 부근에서 상기 적어도 1 개의 광입사면을 향하여 다시 두꺼워지도록 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광출사면과 상기 배면이 평면 형상이고, 상기 광출사면측의 오목형을, 상기 도광판을 상기 배면측으로 휘어지게 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 직사각 형상의 광출사면과, 상기 광출사면의 끝변측에 형성되고, 상기 광출사면에 평행한 방향으로 진행하는 광을 입사시키는 적어도 1 개의 광입사면과, 상기 광출사면과는 반대측에 형성되는 배면과, 내부에 분산된 산란 입자를 갖는 도광판으로서,
    상기 도광판은, 상기 광출사면에 수직인 방향으로 겹친, 상기 산란 입자의 입자 농도가 상이한 2 개 이상의 층을 갖고,
    상기 2 개 이상의 층은, 적어도 상기 입자 농도가 Npo 인 상기 광출사면측의 제 1 층과, 상기 입자 농도가 Npr 이고 상기 제 1 층보다 상기 배면측에 위치하는 제 2 층을 포함하며, 상기 Npo 와 상기 Npr 의 관계가, Npo ＜ Npr 을 만족시키고,
    상기 제 2 층의 두께가, 상기 광입사면으로부터 이간됨에 따라, 일단 얇아지도록 변화한 후, 다시 두꺼워지도록 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 두께가 상기 광출사면의 중앙부에서 가장 두꺼운 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면은 평면이고, 상기 제 2 층은 상기 광출사면과 반대측으로 볼록형으로 되어 있고,
    추가로, 상기 제 2 층의 볼록형과 대응하는, 상기 광출사면측이 오목형인 제 3 층을 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면과, 이 광입사면과는 반대측의 면측의 상기 광출사면에 볼록한 곡면을 접합시킨 면인 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면, 이 광입사면과는 반대측의 면측의, 상기 광출사면에 평행한 평행 평면, 및 상기 오목한 곡면과 상기 평행 평면을 접합시키는 상기 광출사면에 볼록한 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면, 이 광입사면과는 반대측의 면측의, 상기 광출사면에 대해 경사져 있는 경사 평면, 및 상기 오목한 곡면과 상기 경사 평면을 접합시키는 상기 광출사면에 볼록한 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 경계면이, 1 개의 상기 광입사면측의 상기 광출사면에 오목한 곡면, 이 광입사면과는 반대측의 면측의 상기 광출사면에 볼록한 곡면, 및 상기 오목한 곡면과 상기 볼록한 곡면을 접합시키는, 상기 광출사면에 대해 경사져 있는 경사 평면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 광입사면의 길이 방향에 수직한 방향의
    것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광입사면으로부터 상기 광출사면의 중앙부로 향하는, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 수직인 방향의 단면 형상은, 또한, 상기 배면측도 오목형인 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 도광판과, 상기 적어도 1 개의 광입사면에 대면하여 배치되는 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 면상 조명 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도광판의 상기 광출사면에 수직인 방향에 있어서의, 상기 광원의 발광면의 길이가, 상기 도광판의 상기 적어도 1 개의 광입사면의 높이의 70 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 면상 조명 장치.
  16. 제 14 항에 기재된 면상 조명 장치와, 상기 면상 조명 장치의 광출사면측에 배치되는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널을 구동시키는 구동 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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