KR101509370B1 - 면광원 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

광원 장치(100)는 면발광 도광판(15), 제 1 광원(18), 제 2 광원(101) 및 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 갖는다. 면발광 도광판(15)은 제 1 광입사면(15c)을 갖고, 제 1 광입사면(15c)으로부터 입사한 광선(L11, L12)을 면 형상의 광(L14)으로서 출사한다. 제 1 광원(18)은 제 1 광입사면(15c)에 대향해서 배치되고, 제 1 광입사면(15c)을 향해서 제 1 광선(L11)을 출사한다. 제 2 광원(L101)은 제 1 광선(L11)보다 좁은 각도 강도 분포를 가진 제 2 광선(L12)을 출사한다. 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 제 2 광입사면(110a)를 갖고, 제 2 광선(L12)을 제 2 광입사면(110a)으로부터 입사하여 제 1 광입사면(15c)으로 유도함과 아울러, 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포를 바꾼다.

Description

면광원 장치 및 액정 표시 장치{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 면 형상의 발광면을 갖는 면광원 장치, 및 면광원 장치와 액정 패널을 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치가 구비하는 액정 표시 소자는 스스로 발광하지 않는다. 이 때문에, 액정 표시 장치는 액정 표시 소자를 조명하는 광원으로서, 액정 표시 소자의 배면에 백 라이트 장치를 구비하고 있다. 백 라이트 장치의 광원으로서, 종래에는 유리관의 내벽에 형광체를 도포하여 백색의 광을 얻는 냉음극 형광 램프(이하, CCFL(Cold Cathode Fluorescent))가 주류였다. 그러나 최근에는 발광 다이오드(이하, LED(Light Emitting Diode))의 성능이 비약적으로 향상됨에 따라서, LED를 광원으로 이용한 백 라이트 장치의 수요가 급속하게 높아지고 있다.
LED라고 불리는 소자로는 단색 LED나 백색 LED 등이 있다. 단색 LED는 LED의 직접 발광에 의해 적색, 녹색, 또는 청색 등의 단색광을 얻는다. 백색 LED는 패키지 내에 청색의 LED와 황색의 형광체를 구비하고 있다. 황색의 형광체는 청색의 광에 의해서 여기된다. 이로써, 백색 LED는 백색광을 얻는다. 특히, 백색 LED는 발광 효율이 높아서, 저소비 전력화에 유효하다. 이 때문에, 백색 LED는 백 라이트 장치의 광원으로서 널리 이용되고 있다. 한편, 단색이란, 한 색만으로, 다른 색이 섞여 있지 않은 색이다. 또한, 단색광이란, 파장폭이 좁은 단일의 광이다.
한편으로, 백색 LED는 그 파장 대역폭이 넓다. 이 때문에, 백색 LED는 색 재현의 범위가 좁다고 하는 문제를 갖는다. 액정 표시 장치는 그 액정 표시 소자의 내부에 컬러 필터를 구비하고 있다. 액정 표시 장치는 이 컬러 필터에 의해서 적색, 녹색 및 청색의 파장의 스펙트럼 범위만을 취출하여, 색 표현을 행하고 있다. 백색 LED와 같이 파장 대역폭이 넓은 연속 스펙트럼을 갖는 광원은 색 재현 범위를 넓히기 위해서, 컬러 필터의 표시색의 색 순도를 높일 필요가 있다. 즉, 컬러 필터를 투과하는 파장 대역은 좁게 설정된다. 그러나, 컬러 필터를 투과하는 파장 대역을 좁게 설정하면, 광의 이용 효율이 저하된다. 왜냐하면, 액정 표시 소자의 화상 표시에 이용되지 않는 불필요한 광의 량이 많아지기 때문이다. 또한, 액정 표시 소자의 표시면의 휘도의 저하, 나아가서는 액정 표시 장치의 소비 전력의 증대로 이어진다는 문제가 발생한다.
백색 LED는 특히 600㎚부터 700㎚ 대의 적색의 스펙트럼의 에너지량이 적다. 즉, 파장역 폭이 좁은 컬러 필터를 이용해서 순적색으로서 바람직한 630~640㎚의 파장 영역에서 색 순도를 높이고자 하면, 매우 투과광량이 감소된다고 하는 문제가 발생한다. 따라서, 현저히 휘도가 저하된다고 하는 문제가 발생한다.
이러한 문제점의 개선책으로서, 최근에서는 색 순도가 높은 단색의 LED나 레이저를 광원에 이용한 백 라이트 장치가 제안되어 있다. 색 순도가 높다는 것은 파장폭이 좁고 단색성이 우수하다는 것이다. 특히 레이저는 매우 우수한 단색성을 갖고, 또한 높은 발광 효율을 갖는다. 이 때문에, 레이저 광원을 채용하여, 색 재현역이 넓고 고휘도의 화상을 표시하는 액정 표시 장치의 제공이 가능해졌다. 또한, 광원에 레이저를 채용하여, 소비 전력이 낮은 액정 표시 장치의 제공이 가능해졌다.
단색의 LED나 레이저는 단색광을 출사한다. 이 때문에, 단색의 광원을 이용해서 백색의 광을 생성하기 위해서, 백 라이트 장치는 적색, 녹색 및 청색의 광원을 구비할 필요가 있다. 즉, 백 라이트 장치는 3원색의 광을 발광하는 다른 광원을 구비할 필요가 있다. 백 라이트 장치는 이들 광원으로부터 출사되는 광을 혼합해서 백색을 생성한다. 이 때, 다른 각도 강도 분포의 광원을 이용하면, 각 색의 액정 표시 소자의 표시면 상에서의 공간 강도 분포에 불균일이 발생한다. 복수의 색의 광원을 이용해서 백색을 생성하는 경우, 이 공간 강도 분포의 불균일은 색 불균일이 되어 나타난다. 즉, 각 색의 광 강도 불균일은, 혼합하여 백색을 생성할 때에 색 불균일이 되어 나타난다. 광 강도 불균일은 휘도 불균일이라고도 불린다.
이 문제를 해결하기 위해서, 면 내에서의 공간 강도 분포의 균일성을 높일 필요가 있다. 그러나, 발광 원리나 발광 소자의 재료 특성이 다른 광원으로부터 출사되는 광은 발산각이나 발광 효율이 다르다. 이 때문에, 각 광원의 배치하는 개수나 배치 방법은 다르다. 이들 이유로부터, 각각의 광원에 대응한 면 내에서의 공간 강도 분포를 균일화하는 최적의 수단을 마련할 필요가 있다.
종래의 백 라이트 장치는 각 광원의 특성에 맞은 전용 도광판을 이용해서 색 불균일 억제하고 있었다. 예컨대 특허문헌 1에서는 각 색의 광원에 대해 전용의 도광판을 구비한 평면 디스플레이 패널용 백 라이트 장치가 제안되어 있다. 이 평면 디스플레이 패널용 백 라이트 장치는 색마다 다른 광원과, 각 색의 광원에 대응한 도광판을 구비하고 있다. 백 라이트 장치는 이들 도광판을 적층한 구성을 하고 있다. 백 라이트 장치는 각 도광판으로부터 출사되는 단색의 면 형상의 광을 발하게 함으로써 백색의 조명광을 생성한다. 이 구성은 각 도광판의 구조를 대응하는 광원의 특성에 최적화할 수 있다. 따라서 각 색의 면 내에서의 공간 강도 분포의 균일성을 높이는 것이 가능해져서, 색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 한편, 면 내에서의 공간 강도 분포란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표시되는 위치에 대한 광 강도의 고저를 나타내는 분포이다.
일본 특허 공개 평 6-138459 호 공보
그러나, 상기 구성은 적층한 복수의 도광판을 갖고 있다. 이 때문에, 상기 의 구성은 특별히 장치의 두께 방향에 있어서의 백 라이트 장치의 대형화라는 문제를 갖는다.
본 발명은 상기를 감안해서 이루어진 것으로, 광의 각도 강도 분포를 미세하게 조정함으로써, 콤팩트한 구성으로 광 강도 불균일을 억제하는 광 혼합 유닛, 면광원 장치 및 액정 표시 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 또한, 특성이 다른 복수의 광원을 이용한 경우에도, 색 불균일을 억제하는 광 혼합 유닛, 면광원 장치 및 액정 표시 장치를 얻는 것을 목적으로 한다. 한편, 백 라이트 장치는 액정 표시 소자의 표시면을 조명하는 광원이기 때문에 면광원 장치로서의 기능을 갖는다.
본 발명에 따른 면광원 장치는 제 1 광입사면을 갖고 상기 제 1 광입사면으로부터 입사한 광선을 면 형상의 광으로서 출사하는 면발광 도광판과, 상기 제 1 광입사면에 대향해서 배치되며 상기 제 1 광입사면에 향해서 제 1 광선을 출사하는 제 1 광원과, 상기 제 1 광선보다 좁은 각도 강도 분포를 갖는 제 2 광선을 출사하는 제 2 광원과, 제 2 광입사면을 갖고 상기 제 2 광선을 상기 제 2 광입사면으로부터 입사하여 상기 제 1 광입사면으로 유도함과 아울러, 상기 제 2 광선의 각도 강도 분포를 변경하는 각도 강도 분포 정형(shaping) 부재를 구비한다.
본 발명은 각도 강도 분포가 다른 광원으로부터 출사한 광의 광 강도 불균일을 억제하고 콤팩트한 면광원 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 액정 표시 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 2는 실시예 1에 따른 면광원 장치의 각도 강도 분포 정형 부재의 구성을 나타내는 구성도,
도 3은 실시예 1에 따른 면광원 장치의 각도 강도 분포 정형 부재의 입사면 근방의 구성을 나타내는 구성도,
도 4는 실시예 1에 따른 제 2 광선의 면발광 도광판 내에서의 각도 강도 분포를 나타내는 특성도,
도 5는 실시예 1에 따른 제 1 광선 및 제 2 광선의 면발광 도광판 내에서의 각도 강도 분포를 나타내는 특성도,
도 6은 실시예 1에 따른 면발광 도광판의 미소 광학 소자의 배열을 나타내는 평면도,
도 7은 실시예 1에 따른 면발광 도광판의 미소 광학 소자의 배열을 나타내는 평면도,
도 8은 실시예 1에 따른 액정 표시 장치의 제어계의 구성을 나타내는 블록도,
도 9는 실시예 2에 따른 액정 표시 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 10은 실시예 2에 따른 면광원 장치의 각도 강도 분포 정형 부재의 구성을 나타내는 구성도,
도 11은 실시예 2에 따른 면광원 장치의 각도 강도 분포 정형 부재의 구성을 나타내는 구성도,
도 12는 실시예 2에 따른 액정 표시 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 13은 실시예 3에 따른 액정 표시 장치의 구성을 나타내는 구성도,
도 14는 실시예 3에 따른 면광원 장치의 각도 강도 분포 정형 부재의 구성을 나타내는 구성도,
도 15는 실시예 3에 따른 면광원 장치의 각도 강도 분포 정형 부재의 구성을 나타내는 구성도이다.
또한, 다음에 나타내는 과제도 있다. 최근, 액정 표시 장치의 백 라이트 유닛으로서, 광원으로부터의 광을 박판 형상의 면발광 도광판의 측면(광입사면)에 입사시키고, 확산된 광을 면발광 도광판의 전면(발광면)으로부터 액정 표시 소자(액정 패널)의 배면의 전체 영역을 향해서 출사하는 사이드 라이트 방식의 면광원 장치가 널리 이용되고 있다. 그러나, 박판 형상의 면발광 도광판의 측면이라는 좁은 면에 대향시켜서 대광량의 광원(예컨대, LED)를 다수 설치하는 것은 곤란하기 때문에, 사이드 라이트 방식의 면광원 장치로는 휘도를 충분히 향상시키기 어렵다고 하는 문제가 있었다.
이 문제의 대책으로서, 면광원 장치의 두께 방향으로 배열된 복수의 광원(복수의 발광 소자열)과, 면발광 도광판과, 복수의 광원으로부터의 광을 면발광 도광판의 측면(광입사면)으로 유도하는 광로 변경 부재(예컨대, 광 반사 미러 등)을 갖는 면광원 장치가 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제 2005-250020호 공보 참조).
그러나 제안된 선행 문헌(일본 특허 공개 제 2005-250020호 공보)의 면광원 장치에서는 복수의 광원을 면발광 도광판의 측면에 대향시키고, 또한 면발광 도광판의 두께 방향으로 배열하고 있기 때문에, 면발광 도광판의 두께를 두껍게 할 필요가 있고, 그 결과 면광원 장치의 두께가 증가한다는 문제가 있었다.
또한, 두께가 증가한 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치에서는, 액정 패널의 표시면의 휘도를 향상시킬 수는 있지만, 액정 표시 장치의 두께가 증가한다는 문제가 있었다.
(실시예 1)
도 1은 실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)(면광원 장치(100)를 포함)의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 3은 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광입사면(110a)을 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.
액정 표시 장치(1)는 직사각형의 표시면(11a) 및 그 반대측인 배면(11b)을 가지는 액정 표시 소자(이하, 액정 패널이라고 함)(11)를 구비한 투과형의 액정 표시 장치(1)이다. 설명을 쉽게 하기 위해서, 각 도면 중에 xyz 직교 좌표계의 좌표축을 나타낸다. 이하의 설명에 있어서, 액정 패널(11)의 표시면(11a)의 짧은 변 방향을 y축 방향(도 1이 도시되어 있는 종이면에 수직 방향)으로 하고, 액정 패널(11)의 표시면(11a)의 긴 변 방향을 x축 방향(도 1에 있어서 좌우 방향)으로 하며, xy 평면에 수직 방향을 z축 방향(도 1에 있어서의 상하 방향)으로 한다. 또한, 도 1에 있어서, 왼쪽부터 오른쪽으로 향하는 방향을, x축의 양 방향(+x축 방향)으로 하고, 그 반대 방향을 x축의 음 방향(-x축 방향)으로 한다. 또한, 도 1이 도시되어 있는 종이면의 앞에서 지면을 향하는 방향을, y축의 정 방향(+y축 방향)으로 하고, 그 반대 방향을, y축의 음 방향(-y축 방향)으로 한다. 또한, 도 1에서, 아래부터 위로 향하는 방향을, z축의 정 방향(+z축 방향)으로 하고, 그 반대 방향을 z축의 음 방향(-z축 방향)으로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)는 투과형의 액정 패널(11), 제 1 광학 시트(12), 제 2 광학 시트(13) 및 면광원 장치(100)를 갖고 있다. 면광원 장치(100)는 제 2 광학 시트(13) 및 제 1 광학 시트(12)를 통해서 액정 패널(11)의 배면(11b)에 광을 조사하는 면광원 장치이다. 이들 구성 요소(11, 12, 13, 100)는 +z축 방향으로부터 -z축 방향을 향해서 차례로 배열되어 있다.
액정 패널(11)의 표시면(11a)은 xy 평면에 평행한 면이다. 액정 패널(11)의 액정층은 xy 평면에 평행한 방향으로 넓어지는 면 형상의 구조를 갖고 있다. 액정 패널(11)의 표시면(11a)은 통상, 직사각형이고, 표시면(11a)의 인접하는 2변(실시예 1에 있어서는 y축 방향의 짧은 변와 x축 방향의 긴 변)은 직교하고 있다. 단, 표시면(11a)의 형상은 다른 형상이어도 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 면광원 장치(100)는 박판 형상의 면발광 도광판(15), 제 1 광원(18), 제 2 광원(101) 및 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 갖고 있다. 또한, 면광원 장치(100)는 광의 진행 방향을 변경하기 위해서 실린드리컬 미러(102)를 갖고 있다. 한편, 필요에 따라, 면광원 장치(100)는 광 반사 시트(17)를 갖는다. 면발광 도광판(15), 광 반사 시트(17), 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 +z축 방향으로부터 -z축 방향을 향해서 차례로 배열되어 있다. 실린드리컬 미러(102)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖고 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 제 2 광원(101)의 각도 강도 분포를 정형하는 부재로서의 기능을 갖고 있다.
제 1 광원(18)의 발광부는 면발광 도광판(15)의 광입사면(측면)(15c)에 대향해서 배치되어 있다. 제 1 광원(18)은 제 1 광선(L11)을 출사한다. 제 1 광원(18)은 예컨대, 복수의 발광 다이오드(LED) 소자를 y축 방향으로 대략 등간격으로 배열한 광원 장치이다. 제 1 광원(18)으로부터 출사하는 제 1 광선(L11)은 넓은 각도 강도 분포를 갖고 있다. 실시예 1의 제 1 광선(L11)은 xy 평면 상에서, 전체 각(full angle) 120도의 대략 램버트(Lambertian) 분포의 각도 강도 분포를 가진다. 제 1 광원(18)은 광입사면(15c)의 z축 방향의 길이의 범위 내에 배치되어 있다. 즉, 제 1 광원(18)은 면발광 도광판(15)의 두께의 범위 내에 배치되는 것이 바람직하다. 도 1에는 제 1 광원(18)으로부터 출사한 제 1 광선(L11)이 직접 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)으로 입사하는 경우가 도시되어 있다. 그러나, 렌즈 등의 다른 광학 소자를 거쳐서 제 1 광선(L11)을 광입사면(15c)에 입사시켜도 된다. 한편, 출사란, 어떤 방향을 향해서 광을 발하는 것이다. 한편, 광의 최고 강도의 50%에서의 각도를 전체 각으로 한다.
제 2 광원(101)은 광 반사 시트(17)의 이면측(-z축 방향)에 배치되어 있다. 제 2 광원(101)은 예컨대, 레이저 발광 소자를 y축 방향으로 대략 등간격으로 배치한 광원 장치이다. 제 2 광원(101)은 자연수의 배수가 되는 개수의 레이저 발광 소자를 구비한다. 즉, 레이저 발광 소자의 개수는 짝수가 된다. 제 2 광원(101)으로부터 출사하는 제 2 광선(L12)은 좁은 각도 강도 분포를 갖고 있다. 실시예 1의 제 2 광선(L12)은 xy 평면 상에서, 전체 각 35도의 대략 가우시안 분포의 각도 강도 분포를 갖는다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제 2 광원(101)은 제 2 광선(L12)을 출사하는 발광부를 z축을 회전축으로 해서 -x축 방향으로부터 임의의 각도 회전한 방향을 향해서 배치된다. 이웃하는 제 2 광원(101)은 서로 x축으로 대해 같은 각도만큼 반대 방향으로 회전해서 배치된다. 즉, 이웃하는 제 2 광원(101)은 회전 방향만 양음이 다르고, 회전 각도는 모두 같다. 제 2 광원(101)의 제 2 광선(L12)을 출사하는 발광부는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광입사면(110a)에 대향해서 배치되어 있다.
각도 강도 분포 정형 부재(110)는 xy 평면에 평행하게 배치된 판 형상의 부재로 구성된다. 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 예컨대, 두께 1mm의 판 형상의 부재이다. 또한, x축 방향의 크기는 90mm, y축 방향의 크기는 255mm이다. 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 예컨대, PMMA 등의 아크릴 수지의 투명 재료로 제작되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광입사면(110a)은 제 2 광원(101)의 발광부와 대향하고 있다. 또한, 각도 강도 정형 부재(110)의 광출사면(110c)은 실린드리컬 미러(102)의 반사면(102a)와 대향하고 있다. 실린드리컬 미러(102)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다.
도 2는 각도 강도 분포 정형 부재(110)와 제 2 광원(101)의 배치를 나타낸 구성도이다. 도 2는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 xy 평면에 있어서의 형상을 나타내고 있다. 제 2 광원(101)은 6개의 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)가 y축 방향으로 배치되어 있다. 도 2의 좌측(도 2 중 -y축 방향)부터 차례로 레이저 발광 소자(101a), 레이저 발광 소자(101b), 레이저 발광 소자(101c), 레이저 발광 소자(101d), 레이저 발광 소자(101e), 레이저 발광 소자(101f)를 나열한다.
각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광입사면(110a)은 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)와 대향하고, 교대로 z축 둘레를 회전한 요철 형상으로 되어 있다. 레이저 발광 소자(101a)와 대향하는 면은 광입사면(110aa)이다. 레이저 발광 소자(101b)와 대향하는 면은 광입사면(110ab)이다. 레이저 발광 소자(101c)와 대향하는 면은 광입사면(110ac)이다. 레이저 발광 소자(101d)와 대향하는 면은 광입사면(110ad)이다. 레이저 발광 소자(101e)와 대향하는 면은 광입사면(110ae)이다. 레이저 발광 소자(101f)와 대향하는 면은 광입사면(110af)이다. 즉, 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 제 2 광원(101)의 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)와 대향하는 동수의 광입사면(110aa, 110ab, 110ac, 110ad, 110ae, 110af)을 갖고 있다. 또한, 각 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)로부터 출사하는 제 2 광선(L12)은 대응하는 광입사면(110aa, 110ab, 110ac, 110ad, 110ae, 110af)에 대해 수직으로 입사한다.
본 실시예 1에 있어서는 제 2 광원(101)으로부터 출사하는 각 제 2 광선(L12)의 방향은 z축을 회전축으로 해서 -x축 방향으로부터 ±20도 회전한 방향쪽을 향하고 있다. 제 2 광선(L12a, L12c, L12e)은 +z축 방향에서 봐서 시계 회전으로 20도 회전하고 있다. 또한, 제 2 광선(L12b, L12d, L12f)은 +z축 방향에서 봐서 반시계 회전으로 20도 회전하고 있다. 즉, xy 평면 상에서, 각 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)가 출사하는 제 2 광선(L12a, L12b, L12c, L12d, L12e, L12f)의 방향은 제 2 광원(101)으로부터 광입사면(15c)을 향한 광로에 대해 20도 기울어져 있다. 여기에 나타낸 광로란, 각 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)가 출사하는 제 2 광선(L12a, L12b, L12c, L12d, L12e, L12f)를 합한 광속의 광로를 의미한다. 제 2 광원(101)은 xy 평면 상에 배치되어 있다. 즉, 제 2 광원(101)의 발광부는 xy 평면 상에 배치되어 있다. 또한, 대응하는 광입사면(110aa, 110ac, 110ae)은 yz 평면에 대해 +z축 방향에서 봐서 시계 회전으로 20도 회전하고 있다. 대응하는 광입사면(110ab, 110ad, 110af)은 yz 평면에 대해 +z축 방향에서 봐서 반시계 회전으로 20도 회전하고 있다.
각도 강도 분포 정형 부재(110)는 광입사면(110a)에 미세 광학 구조(111)를 갖고 있다. 미세 광학 구조(111)는 입사하는 광의 진행 방향을 굴절에 의해 변화시키는 작용을 갖는다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 미세 광학 구조(111)는 원주의 측면 형상이 오목 형상으로서 광입사면(110a)을 따라 y축 방향으로 일정 간격으로 형성되어 있다. 즉, 미세 광학 구조(111)는 원주의 측면 형상이 오목 형상으로서 광입사면(110a)에 형성되어 있다. 미세 광학 구조(111)의 오목 형상은 y축 방향으로 일정 간격으로 형성되어 있다. 여기서, 원주의 중심축은 z축과 평행하다. 도 3에 나타낸 오목 형상은 원주를 중심축을 지나는 평면과 평행한 면으로 절단한 측면 형상이다. 미세 광학 구조(111)를 xy 평면으로 절단한 단면은 제 2 광원(101) 측에 오목형의 원호 형상을 하고 있다. 또한, 광입사면(110a)을 zx 평면으로 절단한 단면은 z축 방향으로 연장되는 직선 형상을 하고 있다.
본 실시예 1에 따른 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 미세 광학 구조(111)는 xy 평면 상에서, 반경 40㎛의 오목형의 원호 형상이다. 원호 형상의 중심은 각 광입사면(110aa, 110ab, 110ac, 110ad, 110ae, 110af)과 평행한 평면 상에 있다. 오목형의 깊이는 20㎛이다. 원호 형상의 간격은 원호의 중심 간격으로 80㎛이다.
광입사면(110a)에 입사하는 제 2 광선(L12)은, 광입사면(110a)에 입사할 때 미세 광학 구조(111)에 의해 확산한다. 따라서, 각도 강도 분포 정형 부재(110)에 입사한 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포의 전체 각은 제 2 광원(101)으로부터 출사한 직후의 각도 강도 분포의 전체 각에 비해서 커진다. 또한, 제 2 광선(L12)은 랜덤한 방향으로 진행한다. 단, 도 2에서는 제 2 광선(L12)의 광로를 명확하게 하기 위해서, 미세 광학 구조(111)에 의한 확산 작용을 고려하지 않고 있다.
제 2 광원(101)으로부터 출사하는 제 2 광선(L12)은 xy 평면 상서, 전체 각이 35도인 좁은 각도 강도 분포를 갖는다. 각도 강도 분포의 형상은 대략 가우시안 분포를 하고 있다. 이웃하는 레이저 발광 소자(101a, 101b)로부터 출사한 각각의 제 2 광선(L12a, L12b)은 각도 강도 분포 정형 부재(110) 내에서 더해져서 결합된다. 이웃하는 레이저 발광 소자(101c, 101d)로부터 출사한 각각의 제 2 광선(L12c, L12d)은 각도 강도 분포 정형 부재(110) 내에서 더해져서 결합된다. 이웃하는 레이저 발광 소자(101e, 101f)로부터 출사한 각각의 제 2 광선(L12e, L12f)은 각도 강도 분포 정형 부재(110) 내에서 더해져서 결합된다. 이로써, 제 2 광선(L12)의 광출사면(110c)에 있어서, 각도 강도 분포의 전체 각은 큰 각도로 되어있다.
구체적으로 설명하면, 레이저 발광 소자(101a)는 레이저 발광 소자(101b)와 이웃해서 배치되어 있다. 도 2 중, 레이저 발광 소자(101a)는 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 시계 회전으로 20도 회전하고 있다. 레이저 발광 소자(101b)는 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 반시계 회전으로 20도 회전하고 있다. 그 결과, 제 2 광선(L12a)의 광선의 축은 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 시계 회전으로 20도의 방향을 향하고 있다. 제 2 광선(L12b)의 광선의 축은 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 반시계 회전으로 20도의 방향을 향하고 있다. 즉, 2개의 광선(L12a, L12b)의 광선의 축은 x축에 대해 대칭인 방향을 향하고 있다. 여기서 광선의 축이란, 임의의 평면에 있어서의 광선의 각도 강도 분포의 가중 평균이 되는 각도 방향의 축이다. 가중 평균이 되는 각도는 각 각도에 광의 강도를 가중해서 평균함으로써 구해진다. 광 강도의 피크 위치가 각도 강도 분포의 중심으로부터 어긋나 있는 경우에는, 광선의 축은 광 강도의 피크 위치의 각도로는 되지 않는다. 광선의 축은 각도 강도 분포의 면적 중 중심 위치의 각도가 된다.
이들 광선(L12a, L12b)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포는 광선의 축이 -x축 방향을 향하고 있다. 또한, 이들 광선을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포는 원래의 광선(L12a, L12b)의 각도 강도 분포보다 넓은 전체 각을 갖는다. 또한, 이웃하는 광원(101c, 101d)로부터 출사하는 광선(L12c, L12d)을 더해서 결합한 광선도 마찬가지로 더해서 결합된다. 또한, 이웃하는 광원(101e, 101f)으로부터 출사하는 광선(L12e, L12f)를 더해서 결합한 광선도 마찬가지로 더해서 결합된다.
도 4 및 도 5는 실시예 1에 있어서의 제 1 광선(L11) 및 제 2 광선(L12)의 xy 평면 상에서의 각도 강도 분포를 나타낸 특성도이다. 도 4는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c) 상의 제 2 광선(L12a)의 각도 강도 분포(121a)와 제 2 광선(L12b)의 각도 강도 분포(121b)를 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포(122)를 나타내는 도면이다. 각도 강도 분포(121a)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c) 상의 제 2 광선(L12a)의 각도 강도 분포이다. 각도 강도 분포(121b)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c) 상의 제 2 광선(L12b)의 각도 강도 분포이다. 각도 강도 분포(122)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c) 상에서 제 2 광선(L12a)의 각도 강도 분포와 제 2 광선(L12b)의 각도 강도 분포를 더해서 결합한 각도 강도 분포이다. 가로축은 각도 [도]를 나타내고, 세로축은 광의 강도 [a.u.]를 나타내고 있다. 단위 a.u.는 임의 단위계를 나타내고 있다. 여기서, 각도는 -x축 방향으로부터 z축을 중심으로 회전한 각도이다. +z축 방향에서 봐서, 시계 방향을 포지티브측으로 하고, 반시계 방향을 마이너스측으로 한다.
도 5는 3개의 각도 강도 분포(180, 120, 122)를 비교하는 도면이다. 3개의 각도 강도 분포는 면발광 도광판(15)에 입사한 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포(180), 제 2 광원(101)으로부터 출사한 직후의 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포(120) 및 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)에 입사하는 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포(122)이다. 각도 강도 분포(180)는 면발광 도광판(15)에 입사한 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포이다. 각도 강도 분포(120)는 제 2 광원(101)으로부터 출사한 직후의 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포이다. 각도 강도 분포(122)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c) 상의 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포이다. 가로축은 각도 [도]를 나타내고, 세로축은 광의 강도 [a.u.]를 나타내고 있다. 여기서, 각도는 -x축 방향으로부터 z축을 중심으로 회전한 각도이다. +z축 방향에서 봐서, 시계 방향을 포지티브측으로 하고, 반시계방향을 마이너스측으로 한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)에서의 제 2 광선(L12a)은 대략 +20도 회전한 방향에서 최고 강도를 갖는다. 이것은 제 2 광원(101a)이 z축을 중심으로 +20도 회전하여 배치되는 것에 기인한다. 또한, 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)에서의 제 2 광선(L12a)은 제 2 광원(101a)으로부터 출사되는 제 2 광선(L12a)과는 다른 각도 강도 분포를 갖는다. 제 2 광원(101a)으로부터 출사된 직후의 제 2 광선(L12a)은 전체 각 35도의 대략 가우시안 분포이다. 이 제 2 광선(L12a)이 각도 강도 분포 정형 부재(110)와 동등한 굴절률의 부재에 입사될 때, 그 각도 강도 분포는 굴절에 의해 좁혀지고, 전체 각은 대략 24도가 된다. 그러나 본 실시예 1의 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 그 광입사면(110aa)에 미세 광학 구조(111)를 갖고 있다. 제 2 광선(L12a)은 미세 광학 구조(111)에 의해 확산되어, 각도 강도 분포(121a)의 전체 각은 약 40도로 넓혀진다. 또한, 각도 강도 분포(121a)는 완만하게 변화되는 형상이 된다.
각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)에서의 제 2 광선(L12b)은 대략 -20도 회전한 방향에서 최고 강도를 갖는다. 이것은 제 2 광원(101b)가 z축을 중심으로 -20도 회전하여 배치되는 것에 기인한다. 또한, 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)에서의 제 2 광선(L12b)은 제 2 광원(101b)으로부터 출사되는 제 2 광선(L12b)과는 다른 각도 강도 분포를 갖는다. 제 2 광원(101b)으로부터 출사된 직후의 제 2 광선(L12b)은 전체 각 35도의 대략 가우시안 분포이다. 이 제 2 광선(L12b)이 각도 강도 분포 정형 부재(110)와 동등한 굴절률의 부재에 입사될 때, 그 각도 강도 분포는 굴절에 의해 좁혀지고, 전체 각은 대략 24도가 된다. 그러나 본 실시예 1의 각도 강도 분포 정형 부재(110)는 그 광입사면(110ab)에 미세 광학 구조(111)를 갖고 있다. 제 2 광선(L12b)은 미세 광학 구조(111)에 의해 확산되어, 각도 강도 분포(121b)의 전체 각은 약 40도로 넓혀진다. 또한, 각도 강도 분포(121b)는 완만하게 변화되는 형상이 된다.
이상으로부터, 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)에서, 2개의 광선의 각도 강도 분포(121a, 121b)는 x축(각도 0도)을 중심으로 해서 대칭인 형상을 갖는다. 또한, 2개의 광선(L12a, L12b)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포(122)의 광선의 축은 x축(각도 0도) 상에 있다. 각도 강도 분포(122)의 전체 각은 약 80도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, xy 평면 상에서, 제 2 광원(101)으로부터 출사한 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포는 전체 각이 좁은 대략 가우시안 분포 형상이다. 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 거침으로써, 광출사면(110c)에서의 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포(122)는 전체 각이 넓은 대략 램버트 분포 형상이 된다. 이로써, 면발광 도광판(15)에 입사된 직후의 제 2 광선(L12)은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 1 광선(L11)과 대략 근사한 각도 강도 분포를 갖는다.
각도 강도 분포 정형 부재(110)에 입사한 제 2 광선(L12)은 각도 강도 분포 정형 부재(110) 내를 -x축 방향을 향해서 진행한다. 그 후, 제 2 광선(L12)은 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)으로부터 실린드리컬 미러(102)를 향해서 출사된다. 실린드리컬 미러(102)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다.
실린드리컬 미러(102)의 반사면(102a)은 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)과 대향해서 배치되어 있다. 또한, 반사면(102a)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)과도 대향해서 배치되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반사면(102a)의 xz 평면으로 절단된 단면은 광입사면(15c) 측에 오목형의 원호 형상을 하고 있다. 또한, 반사면(102a)의 xy 평면으로 절단된 단면은 y축 방향으로 연장되는 직선 형상이다. 한편, 반사면(102a)은 실린드리컬 미러(102)의 반사면이다. 광입사면(15c)은 면발광 도광판(15)의 단면이다. 또한, 실린드리컬 미러(102)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다.
도 1에 나타낸 예에서는, 실시예 1에 있어서의 실린드리컬 미러(102)는 원통을 원통의 축(y축과 평행한 축)을 지나는 평면으로 2개로 분할한 2분의 1 원통 형상이다. 또한, 실린드리컬 미러(102)는 그 오목면측을 반사면(102a)으로 하고 있다. 반사면(102a)은 원통을 원통의 축(y축과 평행한 축)을 지나는 평면으로 n개로 분할한 n분의 1 원통 형상(n은 1보다 큰 수)으로 할 수 있다.
실린드리컬 미러(102)의 반사면(102a)에는 광을 반사하는 금속막의 층이 마련되어 있다. 반사면(102a)의 접선 방향은 각 위치에 따라 다르다. 그 때문에, 광속(광선의 묶음으로, 크기를 갖는 광)이 반사면(102a)에 입사하면, 광속을 구성하는 각 광선은 입사 위치에 따라 다른 출사 각도로 반사된다.
실린드리컬 미러(102)의 기재는 아크릴 수지(예컨대, PMMA)이다. 반사면(102a)은 알루미늄을 증착한 면이다. 단, 실린드리컬 미러(102)를 구성하는 재료 및 형상은 이 예로 한정되지 않는다. 예컨대, 기재로 가공성이 우수한 다른 수지나 금속을 채용해도 된다. 또한, 광 반사면(102a)에 증착하는 금속막에, 은 또는 금 등의 반사율이 높은 다른 금속을 채용해도 된다.
각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)으로부터 -x축 방향을 향해서 출사한 제 2 광선(L12)은 실린드리컬 미러(102)의 반사면(102a)에서 2회 반사된다. 그 후, 제 2 광선(L12)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)을 향해서 출사된다. -x축 방향으로 진행하는 제 2 광선(L12)은 반사면(102a)에서 반사되어서, 진행 방향을 +z축 방향을 향한다. 이 반사는 1회째 반사이다. +z축 방향으로 진행하는 제 2 광선(L12)은 반사면(102a)에서 반사되어서, 진행 방향을 +x축 방향을 향한다. 이 반사는 2회째 반사이다.
실린드리컬 미러(102)는 zx 평면 상에서 곡율을 갖고 있다. 또한, 광출사면(110c)으로부터 출사되어서 실린드리컬 미러(102)의 반사면(102a)에 입사하는 제 2 광선(L12)은, z축 방향에서 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 두께(z축 방향의 크기)와 동등한 광속의 직경을 갖는다. 따라서, 실린드리컬 미러(102)의 반사면(202a)에 입사한 제 2 광선(L12)의 각 광선은 입사 위치에 따라 다른 출사 각도로 반사된다. 즉, 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포는 넓어진다. 이 때문에, 실린드리컬 미러(102)는 각도 강도 분포를 정형 부재로서의 기능도 갖는다.
면발광 도광판(15)은 표면(15a), 배면(15b) 및 복수의 측면을 갖는다. 배면(15b)은 표면(15a)과 대향하는 면이다. 복수의 측면은 표면(15a)과 배면(15b)을 연결하는 가늘고 긴 면이다. 면발광 도광판(15)은 투광성의 광학 부재이다. 또한, 면발광 도광판(15)은 배면(15b) 상에 복수의 미소 광학 소자(16)를 갖고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예 1에 있어서는 표면(15a)와 배면(15b)은 대략 평행하다. 또한 표면(15a) 및 배면(15b)의 면의 양쪽은 xy 평면과 평행하다. 표면(15a) 및 배면(15b)의 양쪽과 평행한 면을 면발광 도광판(15)의 기준 평면이라고 부른다.
면발광 도광판(15)과 미소 광학 소자(16)는 광학 부재(14)를 구성하고 있다. 미소 광학 소자(16)는 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)으로부터 입사한 광선을, 표면(15a) 측을 향하게 하는 기능을 갖는다. 미소 광학 소자(16)가 차지하는 면적이 넓은 영역에서는 표면(15a)을 향하는 조명광(L14) 양이 많아진다. 미소 광학 소자(16)가 차지하는 면적이 넓은 영역이란, 예컨대, 하나의 미소 광학 소자(16)가 넓은 영역을 차지하는 경우나, 미소 광학 소자(16)의 배열 밀도가 높은 영역이다. 이 때문에, 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)으로부터 +x 방향으로 멀어질수록 미소 광학 소자(16)가 차지하는 면적이 증가하도록, 미소 광학 소자(16)의 단위 면적당 개수 및 형상을 결정하는 것이 바람직하다.
한편, 도 1, 도 6 및 도 7에 나타내는 미소 광학 소자(16)의 형상 및 단위 면적당 개수는 일례이다. 도 1 및 도 6에 나타내는 미소 광학 소자(16)는 광입사면(15c)으로부터 +x 방향으로 멀어질수록 미소 광학 소자(16)의 형상을 크게 함으로써 미소 광학 소자(16)가 차지하는 면적을 크게 하고 있다. 도 7에 나타내는 미소 광학 소자(16)는, 미소 광학 소자(16)의 크기는 같고, 광입사면(15c)으로부터 +x 방향으로 멀어질수록 미소 광학 소자(16)의 배열 밀도(단위 면적당 개수)를 높게 하고 있다. 이들과 같이, 미소 광학 소자(16)가 차지하는 면적은 미소 광학 소자(16)의 단위 면적당 개수 및 형상에 따라 바꿀 수 있다.
면발광 도광판(15)의 표면(15a)은 액정 패널(11)의 표시면(11a)에 대해 평행하게 배치되어 있다. 면발광 도광판(15)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)의 중심을 향해서 소정 길이의 혼합 영역(15e)을 구비하고 있다. 예컨대, 혼합 영역(15e)은 광입사면(15c)으로부터 +x축 방향으로 10mm의 영역이다. 혼합 영역(15e)에서, 면발광 도광판(15)은 표면(15a) 및 배면(15b) 모두, 미소 광학 소자(16)와 같은 광학 구조를 갖지 않고, 공기층에 면하고 있다. 광입사면(15c)으로부터 혼합 영역(15e)에 입사한 광은 공기층과의 계면에서 전반사하면서 +x축 방향으로 진행한다(전파한다). 공기층이란, 광학 부재를 둘러싸는 공기이다. 공기층과의 계면이란, 공기층과 접하고 있는 표면(15a), 배면(15b) 등의 면이다.
면발광 도광판(15)은 영역(15f)의 배면(15b)에 미소 광학 소자(16)를 갖고 있다. 영역(15f)은 혼합 영역(15e)의 +x축 방향에 인접하는 영역이다. 배면(15b)은 액정 패널(11)에 대해 반대측의 면이다. 미소 광학 소자(16)는 혼합 광선(L13)을 조명광(L14)으로 바꾸는 기능을 갖는다. 혼합 광선(L13)은 면발광 도광판(15)의 내부를 전파하는 제 1 광선(L11)과 제 2 광선(L12)이 혼합된 광선이다. 조명광(L14)은 대략 +z축 방향을 향해서 출사하는 광이다. 조명광(L14)은 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 면발광 도광판(15)으로부터 출사한다.
면발광 도광판(15)은 투명 재료로 제작된 부품이다. 예컨대, z축 방향의 두께가 4mm인 박판 형상의 부재이다. 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에는 복수의 미소 광학 소자(16)가 구비되어 있다. 미소 광학 소자(16)는 -z축 방향으로 돌출한 반구 형상의 볼록 렌즈 형상의 소자이다.
한편, 면발광 도광판(15)의 재질 및 미소 광학 소자(16)의 재질은, 예컨대 아크릴 수지(PMMA)로 할 수 있다. 단, 면발광 도광판(15)의 재질 및 미소 광학 소자(16)의 재료는 아크릴 수지로 한정되지 않는다. 면발광 도광판(15)의 재질 및 미소 광학 소자(16)의 재료로서는 광 투과율이 좋고, 성형 가공성이 우수한 재료가 채용될 수 있다. 예컨대, 아크릴 수지 대신, 폴리카보네이트 수지 등의 별도의 수지 재료를 채용할 수 있다. 또는 면발광 도광판(15)의 재질 및 미소 광학 소자(16)의 재질은 유리 재료를 채용할 수 있다. 또한, 면발광 도광판(15)의 두께는 4mm로 한정되는 것이 아니라, 액정 표시 장치(1)의 박형화 및 경량화 양쪽을 고려하면, 두께가 얇은 면발광 도광판(15)을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 미소 광학 소자(16)의 형상은 볼록 렌즈 형상으로 한정되지 않고, 미소 광학 소자(16)가 혼합 광선(L13)을 대략 +z축 방향으로 반사해서 혼합 광선(L13)이 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 출사하는 기능을 갖는 부재면 된다. 혼합 광선(L13)은 면발광 도광판(15)의 내부를 +x축 방향으로 진행하는 광이다. 이 기능을 가지면, 미소 광학 소자(16)의 형상은 다른 형상이어도 된다. 예컨대, 미소 광학 소자(16)는 프리즘 형상 또는 랜덤한 요철 패턴 등이어도 된다.
혼합 광선(L13)은 면발광 도광판(15)과 공기층과의 계면에서 전반사한다. 그리고, 혼합 광선(L13)은 면발광 도광판(15)의 내부를 전파한다. 혼합 광선(L13)은 반사하면서 +x축 방향으로 진행한다. 그러나, 혼합 광선(L13)이 미소 광학 소자(16)에 입사하면, 미소 광학 소자(16)의 곡면에서 반사되어서 진행 방향을 바꾼다. 혼합 광선(L13)의 진행 방향이 변화되면, 혼합 광선(L13) 중에는 면발광 도광판(15)의 표면과 공기층과의 계면에서의 전반사 조건을 만족시키지 않게 되는 광선이 생긴다. 광선이 전반사 조건을 만족시키지 않게 되면, 광선은 면발광 도광판(15)의 발광면(15a)에서 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 출사된다.
미소 광학 소자(16)의 배치 밀도는 면발광 도광판(15) 위의 xy 평면 내의 위치에서 변화되고 있다. 배치 밀도란, 단위 면적당 미소 광학 소자(16)의 수, 또는 단위 면적당 미소 광학 소자(16)가 차지하는 면적(크기)이다. 미소 광학 소자(16)의 배치 밀도의 변화에 의해, 조명광(L14)의 면내 휘도 분포를 제어할 수 있다. 조명광(L14)은 면발광 도광판(15)으로부터 출사하는 광이다. 한편, 면내 휘도 분포란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표시되는 위치에 대한 휘도의 고저를 나타내는 분포이다. 여기서의 면내란, 표면(15a) 또는 표시면(11a)이다.
제 1 광선(L11)은 예컨대, 청록색의 광선이다. 제 2 광선(L12)은 예컨대, 적색의 광선이다. 제 1 광선(L11) 및 제 2 광선(L12) 양쪽은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)으로 입사한다. 혼합 영역(15e)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c) 근방에 배치되어 있다. 혼합 영역(15e)은 제 1 광선(L11) 및 제 2 광선(L12)을 혼합하는 기능을 갖는다. 제 1 광선(L11) 및 제 2 광선(L12) 양쪽은 혼합 영역(15e)을 진행함으로써 혼합되어, 혼합 광선(예컨대, 백색의 광선)(L13)이 된다.
혼합 광선(L13)은 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 구비된 미소 광학 소자(16)에 의해 조명광(L14)으로 변환된다. 조명광(L14)은 대략 +z축 방향으로 진행하고, 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 진행한다. 조명광(L14)은 제 2 광학 시트(13) 및 제 1 광학 시트(12)를 투과하여 액정 패널(11)의 배면(11b)를 조사한다. 제 1 광학 시트(12)는 면발광 도광판(15)의 표면(15a)으로부터 출사된 조명광(L14)을, 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향하는 기능을 갖는다. 제 2 광학 시트(13)는 조명광(L14)에 의한 미세한 조명 불균일 등의 광학적인 영향을 억제하는 기능을 갖는다.
미소 광학 소자(16)는 면발광 도광판(15)의 배면(15b) 중의, 영역(15f)에 배치되어 있다. 영역(15f)은 광입사면(15c)으로부터 임의의 길이만큼 이격된 위치로부터 측면(15d)까지의 영역이다. 임의의 길이란, 혼합 영역(15e)의 길이이다. 미소 광학 소자(16)가 배치된 영역(15f)의 면적은 액정 패널(11)의 유효 화상 표시 영역의 면적과 대략 같다. 그러나, 액정 패널(11)의 유효 화상 표시 영역의 면적보다 어느 정도 큰 것이 바람직하다. 영역(15f)의 중심 위치는 액정 패널(11)의 유효 화상 표시 영역(xy 평면에 평행한 영역)의 중심 위치와 같은 것이 바람직하다. 또는 영역(15f)의 중심 위치는 액정 패널(11)의 유효 화상 표시 영역의 중심 위치의 근방에 위치해도 상관없다.
이러한 구성에 의해, 면발광 도광판(15)의 표면(15a)으로부터 출사된 조명광(L14)은 액정 패널(11)의 유효 화상 표시 영역 전역을 조명한다. 그리고 액정 패널(11)의 표시면(11a)을 보는 감상자는 표시면(11a)에 휘도 불균일 및 색 불균일 양쪽이 저감된 화상을 볼 수 있다. 즉, 액정 패널(11)의 표시면(11a)의 주변부가 어둡게 되는 것을 회피할 수 있다.
면광원 장치(100)는 광 반사 시트(17)를 갖고 있다. 광 반사 시트(17)는 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 대향해서 배치되어 있다. 면발광 도광판(15)의 배면(15b)으로부터 출사된 광은 광 반사 시트(17)에서 반사되고, 배면(15b)에서 면발광 도광판(15)에 입사되며, 면발광 도광판(15)의 표면(15a)으로부터 출사되어서, 조명광(L14)으로서 액정 패널(11)의 배면(11b)을 조명한다. 광 반사 시트(17)로서는 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 수지를 기재로 한 광 반사 시트를 이용할 수 있다. 또한, 광 반사 시트(17)로서는 기판의 표면에 금속을 증착한 광 반사 시트를 이용해도 된다.
도 8은 실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)의 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 장치(1)는 액정 패널(11), 액정 패널 구동부(22), 제 1 광원(18), 제 2 광원(101), 광원 구동부(23) 및 제어부(21)를 갖고 있다. 액정 패널 구동부(22)는 액정 패널(11)을 구동한다. 액정 패널 구동부(22)는 액정 패널 제어 신호(26)에 기초해서 액정 패널(11)을 구동하여, 액정 패널(11)에 영상을 표시시킨다. 광원 구동부(23)는 제 1 광원(18) 및 제 2 광원(101) 양쪽을 구동한다. 광원 구동부(23)는 광원 제어 신호(27)에 기초해서 제 1 광원(18) 및 제 2 광원(101) 양쪽을 구동하여, 액정 패널(11)에 표시되는 영상의 휘도를 조정한다. 제어부(21)는 액정 패널 구동부(22)의 동작 및 광원 구동부(23)의 동작을 제어한다. 제어부(21)는 입력된 영상 신호(25)에 화상 처리를 실시하여, 입력된 영상 신호(25)에 기초한 액정 패널 제어 신호(26) 및 광원 제어 신호(27) 양쪽을 생성한다. 제어부(21)는 액정 패널 제어 신호(26)를 액정 패널 구동부(22)에 공급한다. 제어부(21)는 광원 제어 신호(27)를 광원 구동부(23)에 공급한다.
액정 패널 구동부(22)는 제어부(21)로부터 받은 액정 패널 제어 신호(26)에 기초해서, 액정 패널(11)의 액정층의 광투과율을 화소 단위로 변화시킨다. 액정 패널(11)의 각 화소는 예컨대, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3개의 서브 화소(제 1부터 제 3 서브 화소)로 구성되어 있다. 제 1 서브 화소는 적색의 광만을 투과하는 컬러 필터를 갖고 있다. 제 2 서브 화소는 녹색의 광만을 투과하는 컬러 필터를 갖고 있다. 제 3 서브 화소는 청색의 광만을 투과하는 컬러 필터를 갖고 있다.
제어부(21)는 액정 패널 구동부(22)에, 액정 패널(11)의 각 서브 화소의 광투과율을 제어시킴으로써 액정 패널(11)에 컬러 화상을 표시시킨다. 환언하면, 액정 패널(11)은 면발광 도광판(15)으로부터 입사한 조명광(L14)을 공간적으로 변조함으로써 화상광을 만들어내어, 화상광을 표시면(11a)로부터 출사한다. 여기서, 화상광이란 화상 정보를 가진 광이다.
면발광 도광판(15)은, 광원(18, 101)으로부터 출사하는 각도 강도 분포가 다른 광선(L11, L12)을 입사하여, 표면(15a)으로부터 출사한다. 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포와 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포의 차이는 면내 휘도 분포의 휘도 불균일의 원인이 된다. 또한, 제 1 광원(18) 및 제 2 광원(101)이, 각각 다른 색의 광을 발한다. 이 경우, 면내 휘도 분포의 휘도 불균일은 색 불균일이 되어서 표시면(11a)에 나타나 버린다.
그러나, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 이용해서, 레이저 발광 소자(101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f)로부터 출사하는 제 2 광선(L12)의 매우 좁은 각도 강도 분포를, LED 소자로부터 출사하는 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포와 대략 같게 되도록 정형한다. 이로써, 면광원 장치(100)는 표시면(11a)에서의 색 불균일의 발생을 억제하고 있다.
청록색의 제 1 광선(L11) 및 적색의 제 2 광선(L12) 양쪽은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)에 입사한다. 2개의 광선(L11, L12)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c) 근방에 설치된 혼합 영역(15e)를 전파함으로써 서로 혼합되어 백색의 혼합 광선(L13)이 된다. 그 후, 혼합 광선(L13)은 미소 광학 소자(16)에 의해 액정 패널(11)을 향해서 면발광 도광판(15)으로부터 출사한다.
실시예 1에 따른 면발광 도광판(15)에서는 각 색의 광선(L11, L12)은 동등한 각도 강도 분포로 영역(15f)에 입사한다. 영역(15f)은 미소 광학 소자(16)를 구비하고 있다. 따라서, 조명광(L14)은 xy 평면에 있어서, 색 불균일이 없는 백색의 면 형상의 광으로서 면발광 도광판(15)으로부터 출사한다. 한편, 제어부(21)가 광원 구동부(23)를 제어하여, 제 1 광선(L11)의 휘도와 제 2 광선(L12)의 휘도의 비율을 조정할 수 있다.
액정 표시 장치(1)는 표시색의 색 순도를 높임으로써 색 재현 범위를 넓힐 수 있다. 이 경우, 액정 표시 장치(1)는 액정 패널(11)의 컬러 필터의 투과 파장 대역의 폭을 좁게 설정해야 한다. 그러나, 투과 파장 대역의 폭을 좁게 설정하면, 컬러 필터를 투과하는 광의 투과광량은 감소한다. 이 때문에, 표시색의 색 순도를 높이고자 하는 경우, 컬러 필터를 투과하는 광의 투과광량의 감소에 의해서 휘도가 저하된다는 문제가 발생한다.
나아가, 종래 사용되던 형광 램프는 적색 영역의 발광 스펙트럼의 피크가 오렌지색의 파장 영역에 있다. 마찬가지로, 황색 형광체를 이용한 백색의 LED도, 적색 영역의 발광 스펙트럼의 피크가 오렌지색의 파장 영역에 있다. 즉, 적색 영역의 파장의 피크는 적색 영역으로부터 어긋난 오렌지색의 영역에 있다. 특히, 적색에 있어서 색 순도를 높이고자 하면, 투과광량이 상당히 떨어져서, 현저하게 휘도가 저하되어 버린다.
실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)에 있어서는 제 1 광원(18)은 청록색의 제 1 광선(L11)을 출사하는 LED 소자를 갖고 있다. 청록색의 제 1 광선(L11)은 청색과 녹색의 광이 섞여 있다. 또한, 제 2 광원(101)은 적색의 제 2 광선(L12)을 출사시키는 단색의 레이저 발광 소자를 갖고 있다. 제 2 광선(L12)의 스펙트럼은 예컨대, 640㎚ 부근에 피크를 갖는다. 또한, 제 2 광선(L12)의 파장폭은 반값전폭에서 1㎚로 매우 좁다. 즉, 제 2 광선(L12)은 색 순도가 높다. 이와 같이, 제 2 광원(101)이, 적색의 레이저 발광 소자를 이용함으로써, 적색의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 즉, 액정 표시 장치(1)는 표시색의 색 재현 범위를 넓힐 수 있다.
한편, 실시예 1에 있어서는 제 2 광원(101)이 640㎚ 부근에 피크를 갖는 레이저 발광 소자를 갖는 경우를 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 제 2 광원(101)이, 보다 단파장측의 적색 레이저 발광 소자를 사용함으로써 파장에 대한 시감도가 높아지기 때문에, 휘도/투입 전력의 비를 향상하는 것이 가능해져서, 보다 소비 전력 저감 효과를 얻을 수 있다. 휘도/투입 전력의 비란, 입력되는 투입 전력에 대한 얻어지는 휘도의 비율이다. 또한, 보다 장파장측의 적색 레이저 발광 소자를 사용함으로써 색 재현 범위를 넓혀서 색 선명한 화상을 제공하는 것이 가능해진다.
스펙트럼폭이 매우 좁고 색 순도를 향상시키는 것이 가능한 레이저 발광 소자는 매우 좁은 각도 강도 분포를 갖는다. 이 레이저 발광 소자와 넓은 각도 강도 분포를 갖는 LED 소자로부터 백색의 면광원을 생성하는 면광원 장치에 있어서는, 이들 소자로부터 출사되는 광선의 각도 강도 분포의 차이로부터, 색 불균일이 문제가 된다.
그러나, 제 2 광원(101)으로부터 출사한 제 2 광선(L12)이 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 거침으로써, 실시예 1에 있어서의 액정 표시 장치(1)의 면광원 장치(100)는 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포의 형상을, LED 소자로부터 출사하는 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포의 형상과 동등하게 정형한다. 이 때문에, 면광원 장치(100)는 색 불균일을 억제한 백색의 면 형상의 광을 얻을 수 있다.
한편, 조명광(L14)은 제 1 광학 시트(12) 및 제 2 광학 시트(13) 등에서 반사되어 -z축 방향으로 진행하는 경우가 있다. 조명광(L14)은 면발광 도광판(15)으로부터 액정 패널(11)을 향해서 출사한 광이다. 고휘도화 및 저소비 전력화를 실현하기 위해서는 이들 반사광을 다시 액정 패널(11)의 조명광으로서 이용할 필요가 있다. 실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)는 면발광 도광판(15)의 -z축 방향측에 광 반사 시트(17)를 구비하고 있다. 광 반사 시트(17)는 -z축 방향으로 진행하는 광을 +z축 방향으로 향하게 한다. 이로써, 액정 표시 장치(1)는 효율적으로 광을 이용할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)는 면발광 도광판(15), 제 1 광원(18), 제 2 광원(101), 각도 강도 분포 정형 부재(110) 및 실린드리컬 미러(102)을 구비하고 있다. 그리고, 제 1 광원(18)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(측면)(15c)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 제 2 광원(101)은 면발광 도광판(15)의 배면(15b) 측의 위치에 배치되어 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(110) 및 실린드리컬 미러(102) 양쪽은 제 2 광선(L12)을 광입사면(15c)으로 유도하는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다.
이와 같이, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)는 광로 변경 부재에 의해서 제 2 광선(L12)의 진행 방향을 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)을 향하는 방향으로 바꾸고 있다. 이 때문에, 면발광 도광판의 두께 방향으로 나열된 2 종류의 광원을 면발광 도광판의 광입사면에 대향 배치시킨 종래의 구성에 비해서, 면발광 도광판(15)의 두께를 얇게 할 수 있다.
또한, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 구비하고 있다. 이로써, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)는 면발광 도광판(15)의 영역(15f)에 입사하기 직전의 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포를, 영역(15f)에 입사하기 직전의 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포에 가깝게 할 수 있다. 영역(15f)은 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 미소 광학 소자(16)를 구비하는 영역이다.
이와 같이, 면광원 장치(100)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 이용해서, 제 2 광선(L12)의 각도 강도 분포를 제 1 광선(L11)의 각도 강도 분포에 가깝게 하고 있다. 이로써, 제 1 광선(L11)이 만들어내는 조명광(L14)의 면내 휘도 분포와, 제 2 광선(L12)이 만들어내는 조명광(L14)의 면내 휘도 분포의 차이가 억제된다. 그리고, 면광원 장치(100)는 조명광(L14)의 색 불균일을 저감할 수 있다. 조명광(L14)은 면발광 도광판(15)의 표면(15a)으로부터 출사하는 면 형상의 광이다. 또한, 조명광(L14)은 제 1 광선(L11)과 제 2 광선(L12)을 더해서 결합한 백색의 광이다.
또한, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)를 갖는 액정 표시 장치(1)는 면발광 도광판(15)의 두께가 희미해지기 때문에, 박형화를 실현할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치(1)는 면광원 장치(100)의 색 불균일을 저감할 수 있기 때문에, 액정 패널(11)의 표시면(11a)의 색 불균일을 저감하여 화질의 향상을 실현할 수 있다.
실시예 1에 따른 면광원 장치(100)에 의하면, 제어부(21)는 광원 구동부(23)에, 제 2 광선(L12)의 휘도 및 제 1 광선(L11)의 휘도를 조정시킨다. 제어부(21)는 영상 신호(25)에 기초해서 각 광원(18, 101)의 발광량을 조정한다. 이로써, 액정 표시 장치(1)는 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 액정 표시 장치(1)는 광원에 적어도 1 종류의 레이저 발광 소자를 채용하고 있다. 이로써, 액정 표시 장치(1)는 색 재현 영역을 넓혀서 색 선명하고 또한 색 불균일을 억제한 화상을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 1에 따른 면광원 장치(100)는 각도 강도 분포 정형 부재(110)를 구비하고 있다. 이 때문에, 2 종류의 광원(18, 101)을 이격된 위치에 배치하는 것이 가능해진다. 일반적으로, 광원에 채용되는 발광 소자는 전기-광 변환 효율이 10%부터 50%까지이다. 광으로 변환되지 않는 에너지는 열이 된다. 여기서, 발광 소자란, LED 소자 및 레이저 발광 소자이다.
2 종류의 광원(18, 101)이 가깝게 배치되는 경우, 열원이 좁은 영역에 집중되기 때문에, 방열이 곤란하게 된다. 방열 능력의 부족에 의해, 2 종류의 광원(18, 101)의 주위 온도가 상승한다. 일반적으로, 이들 광원(18, 101)은 주위 온도가 상승함에 따라서 발광 효율이 저하된다. 이 때문에, 방열 능력을 향상시키는 것이 필요하다. 실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)는 2 종류의 광원(18, 101)이 이격되어 배치되기 때문에, 열원이 분산되어 광원(18, 101)의 온도 조절이 용이하게 된다. 이와 같이 온도 조절을 용이하게 함으로써, 방열용 부재를 삭감할 수 있고, 면발광 장치(100)의 박형화도 용이하게 된다.
상기 설명에서는 실시예 1에 따른 면발광 장치(100)는 2개의 광선(L11, L12)이 면발광 도광판(15)의 단변의 측면(광입사면(15c))으로부터 입사하는 구성을 채용하고 있다. 그러나, 면발광 장치(100)는 면발광 도광판(15)의 긴 변의 측면을 광입사면으로 하는 것도 가능하다. 이것은 광원(18, 101)의 배열, 실린드리컬 미러(102)의 위치, 각도 강도 분포 정형 부재(110), 미소 광학 소자(16)의 배열 및 미소 광학 소자(16)의 형상 등을 적절하게 변경함으로써 가능해진다.
또한, 상기 설명에서는 실시예 1에 따른 면발광 장치(100)는 광선(L11, L12)이 면발광 도광판(15)의 하나의 측면(광입사면(15c))으로부터 입사하는 구성을 채용하고 있다. 그러나, 면발광 장치(100)는 면발광 도광판(15)의 대향하는 2개의 측면(예컨대, 광입사면(15c)과 이에 대향하는 면(15d))을 광입사면으로 하는 것도 가능하다. 이것은 광원(18, 101)의 배열, 실린드리컬 미러(102)의 위치, 각도 강도 분포 정형 부재(110), 미소 광학 소자(16)의 배열 및 미소 광학 소자(16)의 형상 등을 적절하게 변경함으로써 가능해진다.
또한, 실시예 1에 따른 면발광 장치(100)의 광원 구동부(23)는 영상 신호(25)에 기초해서 제 1 광원(18)의 출력 및 제 2 광원(101)의 출력 양쪽을 개별적으로 제어하고 있다. 이 때문에, 면발광 장치(100)는 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 면발광 장치(100)는 미광(迷光)을 저감하여 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 왜냐하면, 여분의 광을 저감함으로써, 미광를 저감할 수 있기 때문이다. 한편, 미광이란, 광학 기기 내에서, 정규의 광로 이외를 따라가는 광으로, 희망하는 용도에 유해한 광이다.
실시예 1에 따른 액정 표시 장치(1)는 제 1 광원(18)에 청록색의 LED 소자를 채용하고, 제 2 광원(101)에 적색의 레이저 발광 소자를 채용하는 구성으로 했다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정하는 것이 아니다. 예컨대, 복수의 다른 광원을 구비한 액정 표시 장치에 있어서, 넓은 각도 강도 분포를 갖는 광원과 좁은 각도 강도 분포를 갖는 광원을 구비하는 경우에, 본 발명을 적용할 수 있다.
예컨대, 제 1 광원(18)에 청록색의 광을 방사하는 형광 램프를 채용하여, 제 2 광원(101)에 적색의 레이저 발광 소자를 채용하는 구성에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 형광 램프와 레이저 발광 소자로 백색의 광을 생성할 수 있다. 또한, 제 1 광원(18)에 청색의 LED 소자와 적색의 LED 소자를 채용하고, 제 2 광원(101)에 녹색의 레이저 발광 소자를 채용하는 구성도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, LED 소자와 레이저 발광 소자에 의해 백색의 광을 생성할 수 있다. 또한, 제 1 광원(18)에 녹색의 LED 소자를 채용하고, 제 2 광원(101)에 청색의 레이저 발광 소자와 적색의 레이저 발광 소자를 채용할 수도 있다.
또한, 상기 설명에서는 면광원 장치(100)를 액정 표시 장치(1)의 백 라이트 유닛으로서 이용한 경우에 대헤서 설명했지만, 면광원 장치를 조명용 등의 다른 용도에 이용해도 된다.
(실시예 2)
도 9는 실시예 2에 따른 액정 표시 장치(2)(면광원 장치(200)를 포함함)의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다. 실시예 2에 따른 면광원 장치(200)는 실시예 1의 각도 강도 분포 정형 부재(110) 대신, 형상이 다른 각도 강도 분포 정형 부재(210)를 구비하고 있다. 또한, 실시예 2에 따른 면광원 장치(200)는 실시예 1의 실린드리컬 미러(102) 대신, 형상이 다른 실린드리컬 미러(202)를 구비하고 있다. 실린드리컬 미러(202)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다. 실시예 1에 나타낸 도 1의 구성 요소와 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 즉, 실시예 2에 나타낸 도 9의 구성 요소 중 동일 구성 요소는, 액정 패널(11), 광학 시트(12, 13), 면발광 도광판(15), 미소 광학 소자(16), 광원(18) 및 광 반사 시트(17)이다.
도 10은 실시예 2의 각도 강도 분포 정형 부재(210)를 +z축 방향에서 본 구성도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 3개의 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)가 y축 방향으로 나열되어 배치되어 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)는 모두 같은 형상을 하고 있다. 또한, 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)는 모두 같은 재료로 되어 있다. 그 때문에, 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)는 모두 같은 성능을 갖는다. 도 11은 각도 강도 분포 정형 부재(210a)를 +z축 방향에서 본 구성도이다.
각도 강도 분포 정형 부재(210)는 xy 평면으로 평행하게 배치된 판 형상의 부재이다. 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 예컨대, 두께 1mm의 판 형상의 부재이다. 또한, x축 방향의 크기는 70mm, y축 방향의 크기는 85mm이다. 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 예컨대, PMMA 등의 아크릴 수지의 투명 재료로 제작되어 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(210a)의 광입사면(211a)은 2개의 광입사면(211aa, 211ab)를 구비하고 있다. 광입사면(211aa)은 레이저 발광 소자(201a)와 대향하고 있다. 또한 광입사면(211ab)은 레이저 발광 소자(201b)와 대향하고 있다. 레이저 발광 소자(201a)는 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 반시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 따라서, 레이저 발광 소자(201a)로부터 출사하는 제 2 광선(L22a)의 광선의 축은 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 반시계 회전으로 18도 회전한 방향을 향하고 있다. 레이저 발광 소자(201b)는 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 따라서, 레이저 발광 소자(201b)로부터 출사하는 제 2 광선(L22b)의 광선의 축은 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 시계 회전으로 18도 회전한 방향을 향하고 있다. 한편, +z축 측으로부터 xy 평면을 봐서, z축을 중심으로 해서 시계 회전으로 회전하는 방향을 +방향으로 해서, 반시계 회전으로 회전하는 방향을 -방향으로 하고 있다. 여기서 광선의 축이란, 임의의 평면에 있어서의 광선의 각도 강도 분포의 가중 평균이 되는 각도 방향의 축이다. 가중 평균이 되는 각도는 각 각도에 광의 강도를 가중해서 평균함으로써 구해진다. 광 강도의 피크 위치가 각도 강도 분포의 중심으로부터 어긋나 있는 경우, 광선의 축은 광 강도의 피크 위치의 각도로는 되지 않는다. 광선의 축은 각도 강도 분포의 면적 중의 중심 위치의 각도가 된다.
각도 강도 분포 정형 부재(210a)의 광입사면(211aa)은 제 2 광선(L22a)의 광선의 축과 직교하고 있다. 즉, 제 2 광선(L22a)은 광입사면(211aa)에 수직으로 입사한다. 각도 강도 분포 정형 부재(210a)의 광입사면(211ab)은 제 2 광선(L22b)의 광선의 축과 직교하고 있다. 즉, 제 2 광선(L22b)은 광입사면(211ab)에 수직으로 입사한다.
각도 강도 분포 정형 부재(210b)의 광입사면(211a)은 2개의 광입사면(211ac, 211ad)을 구비하고 있다. 광입사면(211ac)은 레이저 발광 소자(201c)와 대향하고 있다. 또한 광입사면(211ad)은 레이저 발광 소자(201d)와 대향하고 있다. 레이저 발광 소자(201c)는 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 반시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 따라서, 레이저 발광 소자(201c)로부터 출사하는 제 2 광선(L22c)의 광선의 축은 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 반시계 회전으로 18도 회전한 방향을 향하고 있다. 레이저 발광 소자(201d)는 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 따라서, 레이저 발광 소자(201d)로부터 출사하는 제 2 광선(L22d)의 광선의 축은 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 시계 회전으로 18도 회전한 방향을 향하고 있다.
각도 강도 분포 정형 부재(210b)의 광입사면(211ac)은 제 2 광선(L22c)의 광선의 축과 직교하고 있다. 즉, 제 2 광선(L22c)은 광입사면(211ac)에 수직으로 입사한다. 각도 강도 분포 정형 부재(210b)의 광입사면(211ad)은 제 2 광선(L22d)의 광선의 축과 직교하고 있다. 즉, 제 2 광선(L22d)은 광입사면(211ad)에 수직으로 입사한다.
각도 강도 분포 정형 부재(210c)의 광입사면(211a)은 2개의 광입사면(211ae, 211af)을 구비하고 있다. 광입사면(211ae)은 레이저 발광 소자(201e)와 대향하고 있다. 또한 광입사면(211af)은 레이저 발광 소자(201f)와 대향하고 있다. 레이저 발광 소자(201e)는 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 반시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 따라서, 레이저 발광 소자(201e)로부터 출사하는 제 2 광선(L22e)의 광선의 축은 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 반시계 회전으로 18도 회전한 방향을 향하고 있다. 레이저 발광 소자(201f)는 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 따라서, 레이저 발광 소자(201f)로부터 출사하는 제 2 광선(L22f)의 광선의 축은 z축을 중심으로 해서 -x축 방향으로부터 시계 회전으로 18도 회전한 방향을 향하고 있다.
각도 강도 분포 정형 부재(210c)의 광입사면(211ae)은 제 2 광선(L22e)의 광선의 축과 직교하고 있다. 즉, 제 2 광선(L22e)은 광입사면(211ae)에 수직으로 입사한다. 각도 강도 분포 정형 부재(210f)의 광입사면(211af)은 제 2 광선(L22f)의 광선의 축과 직교하고 있다. 즉, 제 2 광선(L22f)은 광입사면(211af)에 수직으로 입사한다.
도 11은 각도 강도 분포 정형 부재(210a)를 나타내는 구성도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(210a)는 광입사면(211aa 및 211ab) 양쪽에 미세 광학 구조(111)를 갖고 있다. 미세 광학 구조(111)는 입사하는 광의 진행 방향을 굴절에 따라 변화시키는 작용을 갖는다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 예컨대 미세 광학 구조(111)는 원주의 측면 형상이 오목 형상으로서 광입사면(211aa 및 211ab) 양쪽에 형성되어 있다. 미세 광학 구조(111)의 오목 형상은 y축 방향에 일정 간격으로 형성되어 있다. 여기서, 원주의 중심축은 z축과 평행하다. 도 11에 나타낸 오목 형상은 중심축을 지나는 평면과 평행한 평면으로 원주를 절단한 측면 형상이다. 미세 광학 구조(111)를 xy 평면으로 절단한 단면은 제 2 광원(201a, 201b) 측에 오목형의 원호 형상을 하고 있다. 또한, 광입사면(211aa, 211ab)을 zx 평면으로 절단한 단면은 z축 방향으로 연장되는 직선 형상을 하고 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(210b, 210c)는 각도 강도 분포 정형 부재(210a)와 같은 형상을 갖는다.
본 실시예 2에 따른 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 미세 광학 구조(111)는 xy 평면 상에서, 반경 40㎛인 오목형의 원호 형상이다. 원호 형상의 중심은 각 광입사면(211aa, 211ab, 211ac, 211ad, 211ae, 211af)과 평행한 평면 상에 있다. 오목형의 깊이는 20㎛이다. 원호 형상의 간격은 원호의 중심의 간격으로 80㎛이다.
광입사면(211a)에 입사하는 제 2 광선(L22)은 광입사면(211a)에 입사할 때에 미세 광학 구조(111)에 의해 확산된다. 따라서, 각도 강도 분포 정형 부재(210)에 입사한 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포의 전체 각은 제 2 광원(201)으로부터 출사한 직후의 각도 강도 분포의 전체 각에 비해서 커진다. 또한, 제 2 광선(L22)은 랜덤인 방향으로 진행한다.
제 2 광원(201)으로부터 출사하는 제 2 광선(L22)은 xy 평면 상에 있어서, 전체 각이 35도의 좁은 각도 강도 분포를 갖는다. 각도 강도 분포의 형상은 대략 가우시안 분포를 하고 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(210a)에 입사한 후, 레이저 발광 소자(201a)로부터 출사되는 제 2 광선(L22a)와 레이저 발광 소자(201b)로부터 출사되는 제 2 광선(L22b)은 각도 강도 분포 정형 부재(210a) 내에서 더해져서 결합된다. 즉, 광출사면(211c)으로부터 출사하는 광선(L22)의 광 강도 분포는 광선(L22a)의 광 강도 분포와 광선(L22b)의 광 강도 분포를 더해서 결합한 분포가 된다.
각도 강도 분포 정형 부재(210b)에 입사한 후, 레이저 발광 소자(201c)로부터 출사되는 제 2 광선(L22c)과 레이저 발광 소자(201d)로부터 출사되는 제 2 광선(L22d)은, 각도 강도 분포 정형 부재(210b) 내에서 더해져서 결합된다. 즉, 광출사면(211c)으로부터 출사하는 광선(L22)의 광 강도 분포는 광선(L22c)의 광 강도 분포와 광선(L22d)의 광 강도 분포를 더해서 결합한 분포가 된다.
각도 강도 분포 정형 부재(210c)에 입사한 후, 레이저 발광 소자(201e)로부터 출사되는 제 2 광선(L22e)과 레이저 발광 소자(201f)로부터 출사되는 제 2 광선(L22f)은, 각도 강도 분포 정형 부재(210c) 내에서 더해져서 결합된다. 즉, 광출사면(211c)로부터 출사하는 광선(L22)의 광 강도 분포는 광선(L22e)의 광 강도 분포와 광선(L22f)의 광 강도 분포를 더해서 결합한 분포가 된다.
이러한 점에서, 광출사면(211c) 상에서의 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포의 전체 각은 제 2 광원(201)을 출사했을 때보다 커져 있다.
구체적으로 설명하면, 레이저 발광 소자(201a)는 레이저 발광 소자(201b)와 이웃해서 배치되어 있다. 도 11 중, 레이저 발광 소자(201a)는 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 반시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 레이저 발광 소자(201b)는 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 시계 회전으로 18도 회전하고 있다. 그 결과, 제 2 광선(L22a)의 광선의 축은 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 반시계 회전으로 18도의 방향을 향하고 있다. 제 2 광선(L22b)의 광선의 축은 -x축 방향에 대해 z축을 중심으로 시계 회전으로 18도의 방향을 향하고 있다. 즉, 2개의 광선(L22a, L22b)의 광선의 축은 x축에 대해 대칭인 방향을 향하고 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 y축 방향의 측면에 각도 강도 분포를 조정하는 조정면(211d, 211e)을 갖는다. 조정면(211d, 211e)은 xy 평면 상에 있어서 오목 형상의 원호 형상을 하고 있다. 또한, yz 평면으로 절단된 단면은 z축 방향으로 연장되는 직선상이다. 조정면(211d)은 제 2 광원(201a)에 대해 -y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L22a)의 광속 중, -y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(211d)에서 반사한다. 조정면(211e)은 제 2 광원(201b)에 대해 +y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L22b)의 광속 중, +y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(211e)에서 반사한다.
조정면(211d, 211e)이 없는 경우, 이들 광선은 제 2 광선(L22a 및 L22b)을 더해서 결합한 광속의 가장 외측의 광이 된다. 즉, 이들 광선은 각도 강도 분포 정형 부재(210a)의 광출사면(211c)에서의 각도 강도 분포의 최외각의 광선이 된다. 이들 광은 조정면(211d, 211e)에서 반사되어서 진행 방향을 바꾼다. 이 때, 조정면(211d, 211e)에 입사하는 광선(L22a, L22b)의 입사각을 조정함으로써 광선(L22a, L22b)의 진행 방향을 조정할 수 있다. 즉, 조정면(211d, 211e)의 형상을 변경함으로써 제 2 광선(L22a, L22b)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포의 형상을 조정할 수 있다. 제 2 광선(L22a, L22b)을 더해서 결합한 광선이란, 광출사면(211c)으로부터 출사하는 광선이다. 이들 광선이란, 제 2 광선(L22a)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선과 제 2 광선(L22b)의 광속 중 +y축 방향으로 출사한 광선이다.
이와 같이, 이웃하는 레이저 발광 소자(201a, 201b)로부터 출사하는 2개의 제 2 광선(L22a, L22b)의 광선의 축은 x축으로 대해 대칭인 방향으로 기울어진다. 2개의 제 2 광선(L22a, L22b)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포의 광선의 축은 x축에 평행하다. 2개의 제 2 광선(L22a, L22b)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포의 전체 각은 각도 강도 분포 정형 부재(210)에 입사하기 전의 전체 각보다 커진다. 레이저 발광 소자(201c, 201d)로부터 출사하는 광선도, 마찬가지로 각도 강도 분포의 전체 각을 크게 할 수 있다. 레이저 발광 소자(201e, 201f)로부터 출사하는 광선도, 마찬가지로 각도 강도 분포의 전체 각을 크게 할 수 있다.
본 실시예 2에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(210a)의 조정면(211d, 211e)을 오목 형상의 원호 형상으로 하고 있다. 조정면(211d)은 제 2 광선(L22a)의 -y축측의 광선을 +y축 방향으로 향하게 할 수 있다. 조정면(211e)은 제 2 광선(L22b)의 +y축측의 광선을 -y축 방향으로 향하게 할 수 있다. 그 결과, 조정면(211d, 211e)이 없던 경우에, 제 2 광선(L22a, L22b)을 더해서 결합한 광선의 최외각이 되는 광선의 진행 방향을, 각도 중심 부근에 가깝게 할 수 있다.
한편, 본 실시예 2의 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 조정면(211d, 211e)의 형상을 오목형의 원호 형상으로 했다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 조정면(211d, 211e)의 형상을 볼록 형상의 원호 형상이나 직선 형상으로 해도 된다. 또한, 복수의 오목형의 원호 형상을 복수 배열한 형상으로 해도 된다. 조정면(211d, 211e)의 형상은 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포를 필요한 형상으로 하기 위해서 변경할 수 있다.
본 실시예 2에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 3개의 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)로 구성되어 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(210b, 210c)는 각도 강도 분포 정형 부재(210a)와 같은 형상 및 기능을 갖는다.
또한, 본 실시예 2에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 3개의 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)로 구성된다고 했지만, 본 발명은 3개로 한정되는 것이 아니다. 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)의 긴 변 방향(y축 방향)에 배치하는 것이면, 개수를 많게 하는 구성으로 해도 된다. 또한, 광원(201)이 구비하는 레이저 발광 소자의 수 등에 따라서도 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 수는 증감된다.
xy 평면 상에 있어서, 제 2 광원(201)으로부터 출사한 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포는 전체 각이 좁은 대략 가우시안 분포 형상이다. 각도 강도 분포 정형 부재(210)를 거침으로써, 광출사면(211c)에서의 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포는 전체 각이 넓은 분포 형상이 된다. 이로써, 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 2 광선(L22)은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 1 광선(L21)과 대략 근사한 각도 강도 분포를 갖는다.
각도 강도 분포 정형 부재(210)는 판 형상부(221)와 광 폴딩(folding)부(222)로 구성되어 있다. 판 형상부(221)는 xy 평면에 평행하게 배치되어 있다. 광 폴딩부(222)는 xy 평면에 대해 약 45도의 경사를 가진 경사면(211b)를 갖는다. 경사면(211b)은 y축을 지나서 xy 평면에 대해 대략 45도의 경사를 갖는 평면에 대해 평행하다. 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 예컨대, 두께 1mm의 판 형상의 부재이다. 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 예컨대, PMMA 등의 아크릴 수지의 투명 재료로 제작되어 있다.
제 2 광선(L22) 모두가, 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 경사면(211b)에서 전반사하도록, 경사면(211b)에 대한 제 2 광선(L22)의 입사각을 조정한다. 이로써, 각도 강도 분포 정형 부재(201)에 있어서의 광 손실은 억제된다.
예컨대, 굴절률 1.49인 아크릴 수지 부재로부터 굴절률 1.00인 공기층에 광선이 입사하는 경우에는 전반사 조건을 만족하는 임계각 θt은 스넬의 법칙으로부터, 다음으로 나타내는 수식 (1)으로 표현된다.
θt=sin-1(1.00/1.49)≒42.16° … (1)
제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포의 전체 각을 α라고 하는 경우, 경사면(211b)에 대한 제 2 광선(L22)의 입사각은 (θt+α/2) 이상이 바람직하다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 광입사면(211a), 경사면(211b) 및 광출사면(211c)을 갖고 있다. 광출사면(211c)은 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)에 대향하고 있다. 경사면(211b)는 xy 평면에 대해 대략 45도의 각도로 경사하고 있다. 경사면(211b)은 제 2 광선(L22)의 진행 방향을 -x축 방향으로부터 대략 +z축 방향으로 변경한다. 즉, 제 2 광선(L22)은 경사면(211b)에서 반사하여, 진행 방향을 대략 +z축 방향으로 바꾼다. 제 2 광선(L22)의 반사는 각도 강도 분포 정형 부재(210)와 공기층의 계면에 있어서의 굴절률차에 의해 발생한다.
zx 평면 상에서 본 제 2 광선(L22)의 거동에 대해서 설명한다. 제 2 광선(L22)은 제 2 광원(201)으로부터 출사한다. 제 2 광선(L22)은 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 광입사면(211a)으로부터 각도 강도 분포 정형 부재(210)에 입사한다. 제 2 광선(L22)은 각도 강도 분포 정형 부재(210)와 공기층의 계면에서 전반사하여, 각도 강도 분포 정형 부재(210) 내를 -x축 방향으로 진행한다. 제 2 광선(L22)은 경사면(211b)에 도달하고, 경사면(211b)에서 반사하여 대략 +z축 방향으로 진행 방향을 바꾼다. 진행 방향을 바꾼 제 2 광선(L22)은 광출사면(211c)으로부터 출사한 후에, 실린드리컬 미러(202)에서 반사하여 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)에 입사한다. 실린드리컬 미러(202)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다.
실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)은 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 광출사면(211c)과 대향해서 배치된다. 또한, 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)과도 대향해서 배치되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 반사면(202a)의 xz 평면으로 절단한 단면은 광입사면(15c) 측에 오목형의 원호 형상을 하고 있다. 또한, 반사면(202a)의 xy 평면으로 절단한 단면은 y축 방향으로 연장되는 직선 형상이다. 한편, 반사면(202a)은 실린드리컬 미러(202)의 반사면이다. 또한, 실린드리컬 미러(202)는 광로 변경 부재이다.
도 9에 나타낸 예에서는 실시예 2에 있어서의 실린드리컬 미러(202)는 이심률 0.47인 타원의 4분의 1 통형상이다. 그 타원의 장축은 x축과 평행하다. 또한, 실린드리컬 미러(202)는 그 오목면측을 광 반사면(202a)으로 하고 있다. 반사면(202a)은 원통을 원통의 축(y축과 평행한 축)을 지나는 평면으로 n개로 분할한 n분의 1 원통 형상(n은 1보다 큰 수)으로 할 수 있다.
실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)에는 광을 반사하는 금속막의 층이 마련되어 있다. 반사면(202a)의 접선의 방향은 반사면(202a) 상의 위치에 따라 다르다. 이 때문에, 광속(광선의 다발로, 크기를 갖는 평행광)이 반사면(202a)에 입사하면, 각 광선은 입사 위치에 따라 다른 출사 각도로 반사된다.
실린드리컬 미러(202)의 기재는 아크릴 수지(예컨대, PMMA)이다. 반사면(202a)은 알루미늄을 증착한 면이다. 단, 실린드리컬 미러(202)를 구성하는 재료 및 형상은 이 예로 한정되지 않는다. 예컨대, 기재로, 가공성이 우수한 다른 수지나 금속을 채용해도 된다. 또한, 광 반사면(202a)에 증착하는 금속막에, 은 또는 금 등의 반사율이 높은 다른 금속을 채용해도 된다.
zx 평면 상에서 봐서, 각도 강도 분포 정형 부재(210) 내를 전파하는 제 2 광선(L22)은 광출사면(211c)과 면(211f)에서 전반사하면서 -x축 방향으로 진행한다. 면(211f)은 광출사면(211c)과 대향하는 면이다. 광출사면(211c)과 이에 대향하는 면(211f)과는 평행하다. 또한, 제 2 광선(L22)의 광선의 축은 이들 면에 평행하다. 이들 면이란 광출사면(211c)과 면(211f)이다.
따라서, 각도 강도 분포 정형 부재(210) 내를 전파하는 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포는 보존된다. 즉, 광출사면(211c)으로부터 출사한 제 2 광선(L22)의 zx 평면에 있어서의 각도 강도 분포는 제 2 광원(201)으로부터 출사한 직후의 제 2 광선(L22)의 zx 평면에 있어서의 각도 강도 분포와 같다. 광출사면(211c)으로부터 출사한 후, 실린드리컬 미러(202)에 입사한 제 2 광선(L22)은 광 반사면(202a)에서 반사하여, 진행 방향을 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)을 향한다(대략 +x축 방향을 향한다).
제 1 광원(18)으로부터 출사하는 제 1 광선(L21)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)에 입사한다. 마찬가지로, 제 2 광원(201)으로부터 출사하는 제 2 광선(L22)은 광입사면(15c)에서 면발광 도광판(15)에 입사한다. 제 1 광선(L21)은 제 1 광원(18)으로부터 대략 +x축 방향(도 9에 있어서의 오른쪽 방향)으로, 광입사면(15c)을 향해서 출사한다. 이 때, 제 1 광선(L21)의 광선의 축은 면발광 도광판(15)의 기준 평면(도 9의 xy 평면)과 대략 평행하다.
제 2 광선(L22)은 각도 강도 분포 정형 부재(210) 중을 전파하고, 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)에서 반사하여 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)을 향해서 출사한다. 이 때, 실린드리컬 미러(202)는 다음으로 나타내는 2개의 기능을 갖는다. 제 1 기능은 zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L22)의 광선의 축을 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 임의의 각도로 기울이는 기능이다. 기준 평면은 도 9의 xy 평면이다. 제 2 기능은 zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포를 임의의 형상으로 바꾸는 기능이다. zx 평면은 면발광 도광판(15)의 기준 평면과 직교하는 평면이다. 이하, zx 평면과 평행한 면을 면발광 도광판(15)의 두께 방향의 평면이라고 부른다. 여기서, 주 광선의 축이란 임의의 평면에 있어서의 각도 강도 분포의 가중 평균의 각도 방향의 광선의 축이다.
제 2 광선(L22)은 실린드리컬 미러(202)에서 반사한 후, 면발광 도광판(15)에 입사한다. zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L22)의 광선의 축은 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 임의의 각도로 경사져 있다. 제 2 광선(L22)은 이 각도를 가지면서 혼합 영역(15e) 내를 +x축 방향으로 전파한다.
zx 평면 상에서 봐서 제 2 광선(L22)은 혼합 영역(15e)의 표면(15a)과 배면(15b)에서 반사하면서 전파한다. 이 때, 제 2 광선(L22)은 자기의 발산각에 의해 발산하면서 전파한다. 이 때문에, zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L22)은 면발광 도광판(15)의 표면(15a) 및 배면(15b)에서 폴딩된다. 그리고, 제 2 광선(L22)은 중첩된다. 그리고, 제 2 광선(L22)의 광속은 면발광 도광판(15)의 두께와 동등한 크기의 광속의 직경이 된다.
이로써, 혼합 영역(15e)으로부터 영역(15f)으로 출사하는 제 2 광선(L22)의 zx 평면에 있어서의 각도 강도 분포는 혼합 영역(15e)에 입사했을 때의 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포와 이것을 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 대칭으로 폴딩한 각도 강도 분포를 더해서 결합한 분포 형상이 된다.
제 1 광원(18)으로부터 출사한 제 1 광선(L21)은 각도 강도 분포를 변경하는 일없이 면발광 도광판(15)에 입사한다. 이 때문에, 면발광 도광판(15) 내에 입사한 직후의 제 1 광선(L21)은 넓은 각도 강도 분포를 갖는다. 한편, 제 2 광원(201)으로부터 출사한 제 2 광선(L22)은 제 1 광선(L21)에 대해 좁은 각도 강도 분포를 갖는다. 넓은 각도 강도 분포의 제 1 광선(L21)과 좁은 각도 강도 분포의 제 2 광선(L22) 양쪽이, 면발광 도광판(15)에 입사하면, 면발광 도광판(15) 내에서 2 종류의 광선(L21, L22)의 각도 강도 분포의 차이가 커진다.
그러나, 본 실시예 2의 면광원 장치(200)는 각도 강도 분포 정형 부재(210)에 의해 제 2 광선(L22)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를, 제 1 광선(L21)의 각도 강도 분포와 대략 같은 형상으로 할 수 있다. 또한, 본 실시예 2의 면광원 장치(200)는 실린드리컬 미러(202)과 혼합 영역(15e) 양쪽에 의해 제 2 광선(L22)의 zx 평면 상에서 본 각도 강도 분포를, 제 1 광선(L21)의 각도 강도 분포에 대략 같은 형상으로 할 수 있다.
제 1 광원(18)으로부터 출사하는 제 1 광선(L21)은 예컨대, 청록색의 광선이다. 제 2 광원(201)으로부터 출사하는 제 2 광선(L22)은 예컨대, 적색의 광선이다. 제 1 광선(L21)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)에 입사한다. 또한, 제 2 광선(L22)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)에 입사한다. 혼합 영역(15e)은 제 1 광선(L21)과 제 2 광선(L22)을 혼합하는 기능을 갖는다. 2 종류의 광선(L21, L22)은 각도 강도 분포 정형 영역(15e)를 전파함으로써 혼합되어, 혼합 광선(L23)이 된다. 혼합 광선(L23)은 예컨대, 백색의 광선이다. 한편, 혼합 영역(15e)은 광입사면(15c)의 근방에 배치되어 있다.
혼합 광선(L23)은 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 구비된 미소 광학 소자(16)에 의해 조명광(L24)으로 변환된다. 조명광(L24)은 대략 +z축 방향으로 진행하여, 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 진행한다. 조명광(L24)은 제 2 광학 시트(13) 및 제 1 광학 시트(12)를 투과하여 액정 패널(11)의 배면(11b)를 조사한다. 제 1 광학 시트(12)는 면발광 도광판(15)의 발광면(15a)으로부터 출사된 조명광(L24)을, 액정 패널(11)의 배면(11b)으로 향하게 하는 기능을 갖는다. 제 2 광학 시트(13)는 조명광(L24)에 의한 미세한 조명 불균일 등의 광학적 영향을 억제하는 기능을 갖는다.
광 반사 시트(17)는 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 대향해서 배치되어 있다. 혼합 광선(L23) 중 면발광 도광판(15)의 배면(15b)으로부터 출사한 광은 광 반사 시트(17)에서 반사하여, 면발광 도광판(15)의 배면(15b)을 향해서 진행한다. 그 후, 그 광은 면발광 도광판(15)을 통과하여, 발광면(15a)에서 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 조명광(L24)으로서 출사한다. 또한, 혼합 광선(L23) 중 미소 광학 소자(16)에 입사한 광선도, 조명광(L24)으로서 출사된다.
한편, 상기 설명에서는 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 경사면(211b)은 xy 평면에 대해 대략 45°의 각도로 경사져 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 경사면(211b)에 대한 제 2 광선(L22)의 입사각은 전반사의 조건으로부터 설정된다. 전반사의 조건은 상술한 임계각 θt 및 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포의 반각으로부터 구해진다.
또한, 제 2 광선(L22)의 최적의 광로를 만들기 위해서, 광출사면(211c), 실린드리컬 미러(202) 및 면발광 도광판(15) 등의 구성 요소와 경사면(211b)의 위치 관계에 의해서 경사면(211b)의 경사각을 변경해도 된다. 또한, 제 2 광선(L22)의 최적의 광로를 만들기 위해서, 경사면(211b)의 경사각 대신 실린드리컬 미러(202)의 배치 위치 및 형상을 변경해도 된다.
경사면(211b)의 경사각이나 실린드리컬 미러(202)의 배치 위치 등의 조정은 다음 3개의 목적을 위해서 행한다. 제 1 목적은 제 2 광선(L22)을 실린드리컬 미러(202)에 효율 좋게 입사시키고, 또한 면발광 도광판(15)에 효율 좋게 입사시키기 위해서다. 제 2 목적은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 2 광선(L22)의 광선의 축이, zx 평면 상에서 봐서, 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 임의의 각도로 경사지는 것이다. 제 3 목적은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 2 광선(L22)이, zx 평면 상에서 봐서, 임의의 각도 강도 분포를 갖는 것이다.
제 2 광원(201)과 실린드리컬 미러(202)의 위치 관계 등은 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포, 제 2 광선(L22)의 광속의 크기(직경), 실린드리컬 미러(202)의 곡율 및 면발광 도광판(15)의 두께 등에 따라 설정된다. 또한, 실린드리컬 미러(202)와 면발광 도광판(15)의 위치 관계 등은 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포, 제 2 광선(L22)의 광속의 크기(직경), 실린드리컬 미러(202)의 곡율 및 면발광 도광판(15)의 두께 등에 따라 설정된다. 따라서, 각 조건이 다른 경우에는 각 부재의 위치 관계 등을 최적화할 필요가 있다. 위치 관계 등이란 각 구성 요소의 배치 위치 및 반사면의 경사 등으로, 광선의 광로를 결정하는 각 구성 요소끼리의 관계이다.
또한, 도 9에 있어서, 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 면발광 도광판(15)과 평행하게 배치되어 있다. 또한, 제 2 광선(L22)은 제 2 광원(201)으로부터 면발광 도광판(15)과 평행한 방향으로 출사되고 있다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다.
예컨대, 도 12에 나타내는 면광원 장치(300)에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 광입사면(211a)은 광 반사 시트(17)로부터 이격된 위치에 배치되어 있다. 즉, 각도 강도 분포 정형 부재(210)는 xy 평면에 대해 경사져 있다. 이로써, 제 2 광원(201)이나 그 주변의 부재가 큰 경우에도, 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 광출사면(211c)의 위치를 실린드리컬 미러(202)에 근접시켜서 배치할 수 있다. 이 때문에, 광출사면(211c)으로부터 출사한 제 2 광선(L22)이 실린드리컬 미러(202)에 입사하기까지의 사이에 생길 수 있는 광 손실을 억제할 수 있다. 제 2 광원(201) 주변의 부재란, 예컨대 제 2 광원(201)의 유지 부재 등이다.
한편, 각도 강도 분포 정형 부재(210)를 면발광 도광판(15)에 대해 기울여서 배치하는 경우, 제 2 광원(201)은 제 2 광선(L22)의 광선의 축이 광출사면(211c) 및 면(211f)과 평행이 되도록 배치된다. 이로써, 광 폴딩부(222)에 있어서의 광 반사 각도의 제어가 용이하게 된다. 한편, 제 2 광원(201)은 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 광입사면(211a)에 대향해서 배치되어 있다.
또한, 경사면(211b)의 경사각은 다음으로 나타내는 3개의 요건을 고려하여 결정할 수 있다. 제 1 요건은 광 폴딩부(222)에 입사하는 제 2 광선(L22)의 광선의 축의 방향에 대한 광 폴딩부(222)로부터 출사하는 제 2 광선(L22)의 광선의 축의 방향이다. 제 2 요건은 실린드리컬 미러(202)에 입사하는 제 2 광선(L22)의 광선의 축의 방향에 대한 실린드리컬 미러(202)로부터 출사하는 제 2 광선(L22)의 광선의 축의 방향이다. 제 3 요건은 경사면(211b)에 입사하는 제 2 광선(L22)이 경사면(211b)에서 전반사의 조건을 만족시키는 것이다. 이들 3 요건을 만족시켜서 제 2 광선(L22)의 광선의 축과 경사면(211b)의 각도를 설정함으로써, 경사면(211b)에서의 광 손실을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 2에 있어서의 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 박형화는 실린드리컬 미러(202)의 소형화로 이어진다. 이것은 경사면(211b)로부터 출사하는 선상의 광의 두께가 얇아지기 때문이다. 또한, 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 박형화는 면발광 도광판(15)의 박형화로도 이어진다. 이것은 실린드리컬 미러(202)의 z축 방향의 치수가 작아지기 때문이다. 이 때문에, 두께가 얇은 각도 강도 분포 정형 부재(210)를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 두께를 얇게 하면 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 강성이 저하되기 때문에, 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 강성이 과도하게 저하되지 않는 범위에서 박형화하는 것이 바람직하다.
각도 강도 분포 정형 부재(210)로부터 실린드리컬 미러(202)를 향해서 출사되는 제 2 광선(L22)은 각도 강도 분포 정형 부재(210)를 진행함으로써 zx 평면에 있어서 각도 강도 분포 정형 부재(210)의 두께와 같은 광속의 직경을 갖는 선 형상의 광이 된다.
또한, 제 2 광선(L22)은 각도 강도 분포 정형 부재(210) 내를 진행할 때, 광출사면(211c) 및 면(211f) 2개의 면에서 반사하면서 -x축 방향으로 진행한다. 면(211f)은 광출사면(211c)과 대향하는 면이다. 광출사면(211c)은 면(211f)과 평행하다. 또한, 제 2 광선(L22)의 광선의 축은 광출사면(211c) 및 면(211f)의 2개의 면과 평행하다.
이 때문에, 광출사면(211c)으로부터 출사하는 제 2 광선(L22)은 제 2 광원(201)으로부터 출사한 직후의 각도 강도 분포와 거의 같은 각도 강도 분포를 가진 광선이 된다. 즉, 광출사면(211c)으로부터 출사하는 제 2 광선(L22)은 각도 강도 분포 정형 부재(210)로부터 출사하는 2차 광원이라고 간주할 수 있다.
한편, 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)의 zx 평면에 의한 단면은 오목 형상의 원호 형상을 하고 있다. 이 경우, 이 반사면(202a)의 원호 형상의 접선과 제 2 광선(L22)의 광속을 구성하는 각 광선이 이루는 각도는 일정한 폭을 갖는 값이 된다. 즉, 반사면(202a)은 평행광을 넓히는 효과를 갖는다. 따라서, 본 실시예 2의 면광원 장치(200, 300)는 실린드리컬 미러(202)에 의해서 제 2 광선(L22)의 각도 강도 분포의 전체 각을 넓히는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 2의 분할한 각도 강도 분포 정형 부재(210a, 210b, 210c)는 실시예 3에서 후술하는 국소 점등 제어에서도 유효하다. 각도 강도 분포 정형 부재(210)에 의해 제 2 광선(L22)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를 미세하게 조정할 수 있다. 이 때문에, 국소 점등 제어시의 면 형상의 조명광(L24)에 있어서 면 내의 휘도 불균일이나 색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
(실시예 3)
도 13은 실시예 3에 따른 액정 표시 장치(3)(면광원 장치(400)를 포함함)의 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다. 실시예 3에 따른 면광원 장치(400)는 실시예 2의 각도 강도 분포 정형 부재(210) 대신, 형상이 다른 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 구비하고 있다. 실시예 1에 나타낸 도 1 및 실시예 2에 나타낸 도 9의 구성 요소와 동일의 구성 요소에는 동일의 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 즉, 실시예 3에 나타낸 도 13의 구성 요소 중, 동일의 구성 요소는 액정 패널(11), 광학 시트(12, 13), 면발광 도광판(15), 미소 광학 소자(16), 광원(18), 실린드리컬 미러(202) 및 광 반사 시트(17)이다.
도 14는 실시예 3의 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 +z축 방향에서 본 구성도이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 3개의 각도 강도 분포 정형 부재(310a, 310b, 310c)가 y축 방향으로 나열되어 배치되어 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(310a, 310b, 310c)는 모두 같은 형상을 하고 있다. 도 15는 각도 강도 분포 정형 부재(310a)를 +z축 방향에서 본 구성도이다.
최근, 액정 표시 장치의 저소비 전력화나, 입체시 표시의 성능 향상을 목적으로 해서, 화상과 백 라이트의 국소 점등 제어를 조합한 기술이 널리 전개되고 있다. 백 라이트의 국소 점등이란, 액정 표시 장치에 구비되는 면광원 장치로부터 발생되는 면 형상의 광을, 면 방향에서 부분적으로 점등시키는 것이다. 사이드 라이트 방식의 경우, 도광판의 측면과 대향해서 배치되는 광원을 복수의 그룹으로 분할하여, 그룹마다 점등 제어한다. 이로써, 면발광 도광판으로부터 발생되는 조명광의 면내 휘도 분포를 변화시킨다.
국소 점등 제어에 의해, 일부의 광원을 점등해서 면 형상의 조명광을 xy 평면 내에서 국소적으로 발광시킨 경우, 면발광 도광판에 입사하는 광선의 각도 강도 분포가 조명광의 면내 휘도 분포에 대략 투영된다. 구체적으로는 조명광의 면내 휘도 분포는 광입사면으로부터 광입사면에 대향하는 측면을 향해서, 광선의 각도 강도 분포와 대략 같은 각도로 xy 평면 내에서 넓어진다. 광입사면은 점등하는 광원과 대향하는 면발광 도광판(15)의 측면이다. 따라서, 광선이 1 종류인 경우에는 국소 점등 제어시의 조명광은 xy 평면 내에서 휘도 불균일을 가져 버린다. 또한, 다른 색을 갖는 2 종류의 광선의 각도 강도 분포 사이에 차이가 있는 경우, 국소 점등 제어시의 조명광은 xy 평면 내에서 색 불균일을 가져 버린다.
그러나, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 조정면(311d, 311e)를 구비한다. 이로써, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 의해 제 2 광선(L32)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를 극히 미세하게 조정할 수 있다. 이 때문에, 국소 점등 제어시의 면 형상의 조명광(L34)에 있어서 면 내의 휘도 불균일이나 색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 의해 제 2 광선(L32)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를, 제 1 광선(L31)의 각도 강도 분포에 대략 같은 형상으로 할 수 있다. 특히, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 조정면(311d, 311e)을 구비한다. 이로써, 광선(L32)의 xy 평면에 있어서의 각도 강도 분포를 극히 미세하게 조정하여, 보다 광선(L31)의 각도 강도 분포에 근사하는 것이 가능하다. 이 때문에, 국소 점등 제어시의 면 형상의 조명광(L34)에 있어서 면내의 색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 면내의 색 불균일이란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표시되는 위치에 있어서의 색 불균일이다. 본 실시예 3에서는 임의의 평면은 xy 평면이다.
각도 강도 분포 정형 부재(310)는 xy 평면에 평행하게 배치되어 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 판 형상의 부재이다. 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 예컨대, 두께 1mm인 판 형상의 부재이다. 또한, x축 방향의 크기는 70mm, y축 방향의 크기는 85mm이다. 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 예컨대, PMMA 등의 아크릴 수지의 투명 재료로 제작되어 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(310a)의 광입사면(311a)은 레이저 발광 소자(301a, 301b)와 대향하고 있다. 제 2 광선(L32a)은 레이저 발광 소자(301a)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32b)은 레이저 발광 소자(301b)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32a)의 광선의 축은 x축과 대략 평행하다. 제 2 광선(L32b)의 광선의 축은 x축과 대략 평행하다.
각도 강도 분포 정형 부재(310b)의 광입사면(311ab)은 레이저 발광 소자(301c, 301d)와 대향하고 있다. 제 2 광선(L32c)은 레이저 발광 소자(301c)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32d)은 레이저 발광 소자(301d)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32c)의 광선의 축은 x축과 대략 평행하다. 제 2 광선(L32d)의 광선의 축은 x축과 대략 평행하다.
각도 강도 분포 정형 부재(310c)의 광입사면(311ac)은 레이저 발광 소자(301e, 301f)와 대향하고 있다. 제 2 광선(L32e)은 레이저 발광 소자(301e)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32f)은 레이저 발광 소자(301f)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32e)의 광선의 축은 x축과 대략 평행하다. 제 2 광선(L32f)의 광선의 축은 x축과 대략 평행하다.
여기서 광선의 축이란, 임의의 평면에 있어서의 광선의 각도 강도 분포의 가중 평균이 되는 각도 방향의 축이다. 가중 평균이 되는 각도는 각 각도에 광의 강도를 가중시켜서 평균함으로써 구해진다. 광 강도의 피크 위치가 각도 강도 분포의 중심으로부터 어긋나 있는 경우, 광선의 축은 광 강도의 피크 위치의 각도로는 되지 않는다. 광선의 축은 각도 강도 분포의 면적의 중의 중심 위치의 각도가 된다.
도 15는 각도 강도 분포 정형 부재(310a)의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(310a)는 광입사면(311aa)에 미세 광학 구조(333)를 갖고 있다. 미세 광학 구조(333)는 입사하는 광의 진행 방향을 굴절에 의해 변화시키는 작용을 갖는다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 예컨대,미세 광학 구조(333)는 원주의 측면 형상이 오목 형상으로서 광입사면(311aa)에 형성되어 있다. 미세 광학 구조(333)의 오목 형상은 y축 방향으로 일정 간격으로 형성되어 있다. 여기서, 원주의 중심축은 z축과 평행하다. 도 15에 나타낸 오목 형상은 중심축을 지나는 평면과 평행한 면에서 원주를 절단한 측면 형상이다. 미세 광학 구조(333)를 xy 평면으로 절단한 단면은 제 2 광원(301a 및 301b) 측에 오목형의 원호 형상을 하고 있다. 또한, 광입사면(311aa)을 zx 평면으로 절단한 단면은 z축 방향으로 연장되는 직선 형상을 하고 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(310b, 310c)는 각도 강도 분포 정형 부재(310a)와 같은 형상을 갖는다.
본 실시예 3에 따른 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 미세 광학 구조(333)는 xy 평면 상에서, 반경 40㎛인 오목형의 원호 형상이다. 원호 형상의 중심은 각 광입사면(311aa, 311ab, 311ac)와 평행한 평면 상에 있다. 오목형의 깊이는 20㎛이다. 원호 형상의 간격은 원호의 중심의 간격으로 80㎛이다.
광입사면(311a)에 입사하는 제 2 광선(L32)은 광입사면(311a)에 입사할 때에 미세 광학 구조(333)에 의해 확산한다. 따라서, 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 입사한 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포의 전체 각은 제 2 광원(301)으로부터 출사한 직후의 각도 강도 분포의 전체 각에 비해 커진다. 또한, 제 2 광선(L32)은 랜덤인 방향으로 진행한다. 한편, 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 각도 강도 분포 정형 부재(310a), 각도 강도 분포 정형 부재(310b) 및 각도 강도 분포 정형 부재(310c)를 합쳐서 나타내고 있다. 광입사면(311a)은 광입사면(311aa), 광입사면(311ab) 및 광입사면(311ac)을 합쳐서 나타내고 있다. 제 2 광선(L32)은 제 2 광선(L32a), 제 2 광선(L32b), 제 2 광선(L32c), 제 2 광선(L32d), 제 2 광선(L32e) 및 제 2 광선(L32f)을 합쳐서 나타내고 있다.
제 2 광원(301)으로부터 출사하는 제 2 광선(L32)은 xy 평면 상에 있어, 전체 각이 35도의 좁은 각도 강도 분포를 갖는다. 각도 강도 분포의 형상은 대략 가우시안 분포를 하고 있다. 제 2 광선(L32a)은 각도 강도 분포 정형 부재(310a) 내에서, 제 2 광선(L32b)과 더해져서 결합된다. 제 2 광선(L32a)는 레이저 발광 소자(301a)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32b)은 레이저 발광 소자(301b)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32a) 및 제 2 광선(L32b) 양쪽은 각도 강도 분포 정형 부재(310a)에 입사한다.
제 2 광선(L32c)은 각도 강도 분포 정형 부재(310b) 내에서, 제 2 광선(L32d)과 더해져서 결합된다. 제 2 광선(L32c)은 레이저 발광 소자(301c)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32d)는 레이저 발광 소자(301d)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32c) 및 제 2 광선(L32d) 양쪽은 각도 강도 분포 정형 부재(310b)에 입사한다.
제 2 광선(L32e)은 각도 강도 분포 정형 부재(310c) 내에서, 제 2 광선(L32f)과 더해져서 결합된다. 제 2 광선(L32e)은 레이저 발광 소자(301e)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32f)은 레이저 발광 소자(301f)로부터 출사한다. 제 2 광선(L32e) 및 제 2 광선(L32f) 양쪽은 각도 강도 분포 정형 부재(310c)에 입사한다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(310a)는 y축 방향의 측면에 각도 강도 분포를 조정하는 조정면(311d, 311e)을 갖는다. 조정면(311d, 311e)은 xy 평면 상에 있어서 오목 형상의 원호 형상을 하고 있다. 또한, yz 평면으로 절단된 단면은 z축 방향으로 연장되는 직선 형상이다. 각도 강도 분포 정형 부재(310b, 310c)는 각도 강도 분포 정형 부재(310a)와 같은 형상이기 때문에, 조정면(311d, 311e)을 갖는다.
각도 강도 분포 정형 부재(310a)에서, 조정면(311d)은 제 2 광원(301a)에 대해 -y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L32a)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(311d)에서 반사한다. 조정면(311e)은 제 2 광원(301b)에 대해 +y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L32b)의 광속 중, +y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(311e)에서 반사한다.
조정면(311d, 311e)이 없는 경우, 이들 광선은 제 2 광선(L32a 및 L32b)을 더해서 결합한 광속의 가장 외측의 광이 된다. 즉, 이들 광선은 각도 강도 분포 정형 부재(310a)의 광출사면(311c)에서의 각도 강도 분포의 최외각의 광선이 된다. 이들 광은 조정면(311d, 311e)에서 반사하여 진행 방향을 바꾼다. 이 때, 조정면(311d, 311e)에 입사하는 광선(L32a, L32b)의 입사각을 조정함으로써 광선(L32a, L32b)의 진행 방향을 조정할 수 있다. 즉, 조정면(311d, 311e)의 형상을 변경함으로써 제 2 광선(L32a, L32b)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포의 형상을 조정할 수 있다. 제 2 광선(L32a, L32b)를 더해서 결합한 광선이란, 광출사면(311c)으로부터 출사하는 광선이다. 한편, 이들 광선이란, 제 2 광선(L32a)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선과 제 2 광선(L32b)의 광속 중 +y축 방향으로 출사한 광선이다.
각도 강도 분포 정형 부재(310b)에서, 조정면(311d)은 제 2 광원(301c)에 대해 -y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L32c)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(311d)에서 반사한다. 조정면(311e)은 제 2 광원(301d)에 대해 +y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L32d)의 광속 중, +y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(311e)에서 반사한다.
조정면(311d, 311e)이 없는 경우, 이들 광선은 제 2 광선(L32c 및 L32d)을 더해서 결합한 광속의 가장 외측의 광이 된다. 즉, 이들 광선은 각도 강도 분포 정형 부재(310b)의 광출사면(311c)에서의 각도 강도 분포의 최외각의 광선이 된다. 이들 광은 조정면(311d, 311e)에서 반사하여 진행 방향을 바꾼다. 이 때, 조정면(311d, 311e)에 입사하는 광선(L32c, L32d)의 입사각을 조정함으로써 광선(L32c, L32d)의 진행 방향을 조정할 수 있다. 즉, 조정면(311d, 311e)의 형상을 변경함으로써 제 2 광선(L32c, L32d)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포의 형상을 조정할 수 있다. 제 2 광선(L32c, L32d)을 더해서 결합한 광선이란, 광출사면(311c)으로부터 출사하는 광선이다. 한편, 이들 광선이란, 제 2 광선(L32c)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선과 제 2 광선(L32d)의 광속 중 +y축 방향으로 출사된 광선이다.
각도 강도 분포 정형 부재(310c)에서, 조정면(311d)은 제 2 광원(301e)에 대해 -y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L32e)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(311d)에서 반사한다. 조정면(311e)은 제 2 광원(301f)에 대해 +y축 방향의 측면에 형성되어 있다. 그리고, 제 2 광선(L32f)의 광속 중, +y축 방향으로 출사한 광선이 조정면(311e)에서 반사한다.
조정면(311d, 311e)이 없는 경우, 이들 광선은 제 2 광선(L32e 및 L32f)을 더해서 결합한 광속의 가장 외측의 광이 된다. 즉, 이들 광선은 각도 강도 분포 정형 부재(310c)의 광출사면(311c)에서의 각도 강도 분포의 최외각의 광선이 된다. 이들 광은 조정면(311d, 311e)에서 반사하여 진행 방향을 바꾼다. 이 때, 조정면(311d, 311e)에 입사하는 광선(L32e, L32f)의 입사각을 조정함으로써 광선(L32e, L32f)의 진행 방향을 조정할 수 있다. 즉, 조정면(311d, 311e)의 형상을 변경함으로써 제 2 광선(L32e, L32f)을 더해서 결합한 광선의 각도 강도 분포의 형상을 조정할 수 있다. 제 2 광선(L32e, L32f)을 더해서 결합한 광선이란, 광출사면(311c)으로부터 출사하는 광선이다. 한편, 이들 광선이란, 제 2 광선(L32e)의 광속 중 -y축 방향으로 출사한 광선과 제 2 광선(L32f)의 광속 중 +y축 방향으로 출사한 광선이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예 3에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 조정면(311d, 311e)을 오목 형상의 원호 형상으로 하고 있다. 조정면(311d)은 제 2 광선(L32a, L32c, L32e)의 -y축측의 광선을 +y축 방향으로 향하게 할 수 있다. 조정면(311e)은 제 2 광선(L32b, L32d, L32f)의 +y축측의 광선을 -y축 방향으로 향하게 할 수 있다. 그 결과, 조정면(311d, 311e)이 없는 경우에, 제 2 광선(L32a, L32b)을 더해서 결합한 광선의 최외각이 되는 광선의 진행 방향을, 각도 중심 부근에 가깝게 할 수 있다. 또한, 제 2 광선(L32c, L32d)을 더해서 결합한 광선의 최외각이 되는 광선의 진행 방향을, 각도 중심 부근에 가깝게 할 수 있다. 제 2 광선(L32e, L32f)을 더해서 결합한 광선의 최외각이 되는 광선의 진행 방향을, 각도 중심 부근에 가깝게 할 수 있다.
한편, 본 실시예 3의 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 조정면(311d, 311e)의 형상을 오목형의 원호 형상으로 했다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 조정면(311d, 311e)의 형상을 볼록 형상의 원호 형상이나 직선 형상으로 해도 된다. 또한, 복수의 오목형의 원호 형상을 복수 배열한 형상으로 해도 된다. 조정면(311d, 311e)의 형상은 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포를 필요한 형상으로 하기 위해서 변경할 수 있다.
본 실시예 3에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 3개의 각도 강도 분포 정형 부재(310a, 310b, 310c)로 구성되어 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(310b, 310c)는 각도 강도 분포 정형 부재(310a)와 같은 형상 및 기능을 갖는다.
한편, 본 실시예 3에 있어서는 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 3개의 각도 강도 분포 정형 부재(310a, 310b, 310c)로 구성된다고 했지만, 본 발명은 3개로 한하는 것이 아니다. 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)의 긴 변 방향(y축 방향)에 배치하는 것이면, 개수를 많게 하는 구성으로 해도 된다. 또한, 광원(301)이 구비하는 레이저 발광 소자의 수 등에 따라서도 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 수는 증감된다.
xy 평면 상에 있어서, 제 2 광원(301)으로부터 출사한 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포는 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 거침으로써 조정된다. 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 조정면(311d, 311e)의 형상을 최적화함으로써, 광출사면(311c)으로부터 출사될 때의 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포를, 원하는 형상으로 정형할 수 있다. 광출사면(311c)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광출사면 이다.
본 실시예 3에 있어서, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 조정면(311d, 311e)의 형상은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포가 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 1 광선(L31)의 각도 강도 분포와 대략 근사하도록 최적화된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 광입사면(311a), 경사면(311b) 및 광출사면(311c)을 갖고 있다. 광출사면(311c)은 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)에 대향하고 있다. 경사면(311b)은 xy 평면에 대해서 대략 45도의 각도로 경사져 있다. 경사면(311b)은 제 2 광선(L32)의 진행 방향을 -x축 방향으로부터 대략 +z축 방향으로 변경한다. 즉, 제 2 광선(L32)은 경사면(311b)에서 반사하여 진행 방향을 대략 +z축 방향으로 바꾼다. 제 2 광선(L32)의 반사는 각도 강도 분포 정형 부재(310)와 공기층의 계면에 있어서의 굴절률차에 의해 생긴다.
zx 평면 상에서 본 제 2 광선(L32)의 거동에 대해서 설명한다. 제 2 광선(L32)은 제 2 광원(301)으로부터 출사한다. 제 2 광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광입사면(311a)으로부터 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 입사한다. 제 2 광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)와 공기층의 계면에서 전반사를 행하여 각도 강도 분포 정형 부재(310) 내를 -x축 방향으로 진행한다. 제 2 광선(L32)은 경사면(311b)에 도달하여, 경사면(311b)에서 반사하여 대략 +z축 방향으로 진행 방향을 바꾼다. 진행 방향을 바꾼 제 2 광선(L32)은 광출사면(311c)으로부터 출사한 후에, 실린드리컬 미러(202)에서 반사하여 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)에 입사한다. 실린드리컬 미러(202)는 광로 변경 부재로서의 기능을 갖는다.
zx 평면 상에서 봐서, 각도 강도 분포 정형 부재(310) 내를 전파하는 제 2 광선(L32)은 광출사면(311c)과 대향하는 면(311f)에서 전반사하면서 -x축 방향으로 진행한다. 광출사면(311c)과 이에 대향하는 면(311f)은 평행하다. 또한, 제 2 광선(L32)의 광선의 축은 이들 면에 평행하다. 따라서, 각도 강도 분포 정형 부재(310) 내를 전파하는 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포는 보존된다. 즉, 광출사면(311c)으로부터 출사한 제 2 광선(L32)의 zx 평면에 있어서의 각도 강도 분포는 제 2 광원(301)으로부터 출사한 직후의 제 2 광선(L32)의 zx 평면에 있어서의 각도 강도 분포와 같다. 광출사면(311c)으로부터 출사한 후, 실린드리컬 미러(302)에 입사한 제 2 광선(L32)은 광 반사면(302a)에서 반사하여, 진행 방향을 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)을 향한다(대략 +x축 방향을 향한다).
제 1 광원(19)으로부터 출사하는 제 1 광선(L31)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)으로 입사한다. 마찬가지로, 제 2 광원(301)으로부터 출사한 제 2 광선(L32)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)으로 입사한다. 제 1 광선(L31)은 제 1 광원(19)으로부터 대략 +x축 방향(도 13에 있어서의 오른쪽 방향)으로, 광입사면(15c)을 향해서 출사한다. 이 때, 제 1 광선(L31)의 광선의 축은 면발광 도광판(15)의 기준 평면(도 13의 xy 평면)과 대략 평행하다.
제 2 광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310) 내을 전파하여, 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)에서 반사한다. 그 후, 제 2 광선(L32)은 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)을 향해서 진행한다. 이 때, 실린드리컬 미러(202)는 다음으로 나타내는 2개의 기능을 갖는다. 제 1 기능은 zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L32)의 광선의 축을 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 임의의 각도로 기울이는 기능이다. 기준 평면은 도 13의 xy 평면이다. 제 2 기능은 zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포를 임의의 형상으로 바꾸는 기능이다. zx 평면은 면발광 도광판(15)의 기준 평면과 직교하는 평면이다. 이하, zx 평면과 평행한 면을 면발광 도광판(15)의 두께 방향의 평면이라고 부른다. 여기서, 주 광선의 축이란, 임의의 평면에 있어서의 각도 강도 분포의 가중 평균의 각도 방향의 광선의 축이다.
제 2 광선(L32)은 실린드리컬 미러(202)에서 반사한 후, 면발광 도광판(15)에 입사한다. zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L32)의 광선의 축은 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 임의의 각도로 경사져 있다. 제 2 광선(L32)은 이 각도를 가지면서 혼합 영역(15e) 내를 +x축 방향으로 전파한다.
zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L32)은 혼합 영역(15e)의 표면(15a)과 배면(15b)에서 반사하면서 전파한다. 이 때, 제 2 광선(L32)은 자기의 발산각에 의해 발산하면서 전파한다. 이 때문에, zx 평면 상에서 봐서, 제 2 광선(L32)은 면발광 도광판(15)의 표면(15a) 및 배면(15b)에서 폴딩된다. 그리고, 제 2 광선(L32)은 중첩된다. 그리고, 제 2 광선(L32)의 광속은 면발광 도광판(15)의 두께와 동등한 크기의 광속의 직경이 된다.
이로써, 혼합 영역(15e)으로부터 영역(15f)으로 출사하는 제 2 광선(L32)의 zx 평면에 있어서의 각도 강도 분포는 혼합 영역(15e)에 입사했을 때의 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포와 이것을 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 대칭으로 폴딩된 각도 강도 분포를 더해서 결합한 분포 형상이 된다.
제 1 광원(19)으로부터 출사하는 제 1 광선(L31)은 예컨대, 청록색의 광선이다. 제 2 광원(301)으로부터 출사하는 제 2 광선(L32)은 예컨대, 적색의 광선이다. 제 1 광선(L31)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)으로 입사한다. 또한, 제 2 광선(L32)은 광입사면(15c)으로부터 면발광 도광판(15)으로 입사한다. 혼합 영역(15e)은 제 1 광선(L31)과 제 2 광선(L32)을 혼합하는 기능을 갖는다. 2 종류의 광선(L31, L32)은 각도 강도 분포 정형 영역(15e)을 전파함으로써 혼합되어, 혼합 광선(L33)이 된다. 혼합 광선(L33)은 예컨대, 백색의 광선이다. 한편, 혼합 영역(15e)은 광입사면(15c)의 근방에 배치되어 있다.
혼합 광선(L33)은 미소 광학 소자(16)에 의해 조명광(L34)으로 변환된다. 미소 광학 소자(16)는 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 구비되어 있다. 조명광(L34)은 대략 +z축 방향으로 진행하고, 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 진행한다. 조명광(L34)은 제 2 광학 시트(13) 및 제 1 광학 시트(12)를 투과하여 액정 패널(11)의 배면(11b)을 조사한다. 제 1 광학 시트(12)는 면발광 도광판(15)의 발광면(15a)으로부터 출사된 조명광(L34)을, 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향하게 하는 기능을 갖는다. 제 2 광학 시트(13)는 조명광(L34)에 의한 미세한 조명 불균일 등의 광학적 영향을 억제하는 기능을 갖는다.
면발광 도광판(15)에 입사하는 2 종류의 광선(L31, L32)의 각도 강도 분포가 다른 경우, 각 광선이 면발광 도광판(15)에 의해서 생성되는 면형상 광의 면내 휘도 분포는 다른 분포를 갖는다. 면내 휘도 분포란, 도 13의 xy 평면에 있어서의 휘도 분포이다. 따라서, 예컨대 광선(L31)이 청록색이고, 광선(L32)이 적색의 광선인 경우, 면 형상의 조명광(L34)은 xy 평면 내에서 색 불균일을 발생시켜 버린다. 조명광(L34)은 2개의 광선(L31, L32)이 생성하는 면 형상의 광이다.
그러나 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 의해 제 2 광선(L32)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를, 제 1 광선(L31)의 각도 강도 분포와 대략 같은 형상으로 할 수 있다. 또한, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 실린드리컬 미러(202) 및 혼합 영역(15e)에 의해, 제 2 광선(L32)의 zx 평면 상에서 본 각도 강도 분포를, 제 1 광선(L31)의 각도 강도 분포와 대략 같은 형상으로 정형할 수 있다. 이 때문에, 면 형상의 조명광(L34)에 있어서 면 내의 색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 특히, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 조정면(311d, 311e)을 구비한다. 이로써, 광선(L32)의 xy 평면에 있어서의 각도 강도 분포를 극히 미세하게 조정하여, 보다 광선(L31)의 각도 강도 분포에 근사시키는 것이 가능하다. 따라서, 색 불균일의 억제에 보다 효과적이다. 면내의 색 불균일이란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표시되는 위치에 있어서의 색 불균일이다. 본 실시예 3에서는 임의의 평면은 xy 평면이다.
국소 점등 제어에 의해, 일부의 광원을 점등해서 면 형상의 조명광(L34)을 xy 평면 내에서 국소적으로 발광시킨 경우, 면발광 도광판(15)에 입사하는 광선(L31, L32)의 각도 강도 분포가 조명광(L34)의 면내 휘도 분포에 대략 투영된다. 구체적으로는 조명광(L34)의 면내 휘도 분포는 광입사면(15c)에서 면(15d)을 향해서, 광선(L31, L32)의 각도 강도 분포와 대략 같은 각도로 xy 평면 내에서 넓어진다. 광입사면(15c)은 점등하는 광원과 대향하는 면발광 도광판(15)의 측면이다. 면(15d)은 광입사면(15c)과 대향하는 측면이다. 따라서, 다른 색을 가진 2 종류의 광선(L31, L32)의 각도 강도 분포의 사이에 차이가 있는 경우에는, 국소 점등 제어시의 조명광(L34)은 xy 평면 내에서 색 불균일을 가져 버린다.
그러나 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 의해 제 2 광선(L32)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를, 제 1 광선(L31)의 각도 강도 분포와 대략 같은 형상으로 할 수 있다. 특히, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 조정면(311d, 311e)을 구비한다. 이로써, 광선(L32)의 xy 평면에 있어서의 각도 강도 분포를 극히 미세하게 조정하여, 광선(L31)의 각도 강도 분포에 보다 근사시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 국소 점등 제어시의 면 형상의 조명광(L34)에 있어서 면 내의 색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 면 내의 색 불균일이란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표시되는 위치에 있어서의 색 불균일이다. 본 실시예 3에서는 임의의 평면은 xy 평면이다.
또한, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 조정면(311d, 311e)에 의해, 광원이 1 종류인 경우에도 적용할 수 있다. 예컨대, 실시예 3에 있어서, 제 1 광원(19)이 없고, 제 2 광원(301)이 백색의 LED 또는 레이저를 이용한 광원인 경우에도 적용할 수 있다.
이 경우에도, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 조정면(311d, 311e)을 구비한다. 이로써, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 의해 제 2 광선(L32)의 xy 평면 상에서 본 각도 강도 분포를 극히 미세하게 조정할 수 있다. 이 때문에, 국소 점등 제어시의 면 형상의 조명광(L34)에 있어서 면 내의 휘도색 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우, 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 면발광 도광판(15)과 동일 평면 상에 배치할 수도 있다. 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 실시예 1의 각도 강도 분포 정형 부재(110)와 같이, 광 폴딩부(322)를 갖지 않는 형상으로 한다. 이 경우, 각도 강도 분포 정형 부재(110)의 광출사면(110c)과 같이, 광입사면(311a)에 대향하는 측면이 광출사면이 된다. 이 광출사면을 면발광 도광판(15)의 광입사면(15c)에 결합할 수 있다. 이 경우, 혼합 영역(15e)은 불필요하게 된다. 또한, 면발광 도광판(15)과 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 일체로 형성할 수도 있다.
또한, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)에 조정면(311d, 311e)을 구비함으로써, 각도 강도 분포 정형 부재(310)로부터 출사되는 광량을 증대할 수 있다. 그 이유를 이하에 설명한다.
광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광입사면(311a)으로부터 입사하고, 그 내부를 전파한 후, 광출사면(311c)에 도달한다. 광출사면(311c)에 도달한 광선(L32) 중, 광출사면(311c)에 대한 입사 각도가 전반사 조건을 만족시키는 광은 광출사면(311c)에서 전반사되어, 광입사면(311a)의 방향으로 되돌려진다. 즉, 광출사면(311c)으로부터 후속의 광학계를 향해서, 출사되지 않는다. 후속의 광학계란, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)에 있어서는 실린드리컬 미러(202)이다. 따라서, 면발광 도광판(15)에 입사하는 광량이 줄어서, 면광원 장치(400)로부터 발되는 면상광의 휘도를 저하시켜 버린다. 여기서, 광출사면(311c)에 대한 광선(L32)의 입사 각도에 있어서의 전반사 조건이란, 각도 강도 분포 정형 부재(310)와 공기층의 굴절률차에 의해 스넬의 법칙으로부터 유도되는 임계각이다.
그러나 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 조정면(311d, 311e)에 의해, 광선(L32)의 각도 강도 분포를 극히 미세하게 조정할 수 있다. 이 때문에, 광선(L32) 중 광출사면(311c)에 대한 입사 각도가 전반사 조건을 만족시키는 광을, 전반사 조건을 만족시키지 않는 광으로 변환할 수 있다. 따라서, 각도 강도 분포 정형 부재(310)로부터 출사되는 광량을 증가시키는 것이 가능해진다. 즉, 광원(301)으로부터 출사되는 광량에 대한 조명광(L34)의 휘도를 향상시켜서, 면광원 장치(400)의 저소비 전력화를 가능하게 한다.
또한, 실시예 3에 있어서, 조정면(311d, 311e)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 내측으로 볼록한 형상으로 되어 있다. 조정면(311d, 311e)의 형상은 예컨대, 평면 형상이나 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 외측으로 볼록한 형상으로 할 수 있다. 즉, 제 2 광선(L32)의 일부가 조정면(311d, 311e)에서 반사됨으로써, 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포를 조정할 수 있다. 그러나, 조정면(311d, 311e)의 형상을 평면 형상이나 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 외측으로 볼록한 형상으로 하는 경우, 제 2 광선(L32)이 조정면(311d, 311e)에서 반사할 때의 전반사의 조건을 확보하는 것이 어렵게 된다. 또한, 조정면(311d, 311e)의 형상을 평면 형상으로 하는 경우, 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포를 극히 미세하게 제어하기 어려워진다.
또한, 실시예 3에 있어서, 조정면(311d, 311e)은 곡면으로 형성되어 있다. 그러나, 조정면(311d, 311e)은 평면을 연결한 형상으로 할 수 있다. 왜냐하면, 제 2 광선(L32)의 일부가 조정면(311d, 311e)에서 반사함으로써, 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포를 조정할 수 있기 때문이다. 한편, 조정면(311d, 311e)을 곡면으로 형성하는 편이, 각도 강도 분포를 미세하게 조정할 수 있다.
광 반사 시트(17)는 면발광 도광판(15)의 배면(15b)에 대향해서 배치되어 있다. 혼합 광선(L33) 중 면발광 도광판(15)의 배면(15b)로부터 출사한 광은 광 반사 시트(17)에서 반사하여, 면발광 도광판(15)의 배면(15b)을 향해서 진행한다. 그 후, 그 광은 면발광 도광판(15)을 통과하여, 발광면(15a)에서 액정 패널(11)의 배면(11b)을 향해서 조명광(L34)으로서 출사한다. 또한, 혼합 광선(L33) 중 미소 광학 소자(16)에 입사한 광선도, 조명광(L34)로서 출사된다.
한편, 상기 설명에서는 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 경사면(311b)은 xy 평면에 대해 대략 45°의 각도로 경사져 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다. 경사면(311b)에 대한 제 2 광선(L32)의 입사각은 전반사의 조건으로부터 설정된다. 전반사의 조건은 임계각 θt 및 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포의 반각으로부터 구해진다.
또한, 제 2 광선(L32)의 최적의 광로를 만들기 위해서, 광출사면(311c), 실린드리컬 미러(202) 및 면발광 도광판(15) 등의 구성 요소와 경사면(311b)의 위치 관계에 의해서 경사면(311b)의 경사각을 변경할 수도 있다. 또한, 제 2 광선(L32)의 최적의 광로를 만들기 위해서, 경사면(311b)의 경사각 대신 실린드리컬 미러(202)의 배치 위치 및 형상을 변경해도 된다.
경사면(311b)의 경사각이나 실린드리컬 미러(202)의 배치 위치 등의 조정은 다음 3개의 목적을 위해서 행한다. 제 1 목적은 제 2 광선(L32)을 실린드리컬 미러(202)에 효율 좋게 입사시키고, 또한 면발광 도광판(15)에 효율 좋게 입사시키기 위해서다. 제 2 목적은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 2 광선(L32)의 광선의 축이, zx 평면 상에서 봐서, 면발광 도광판(15)의 기준 평면에 대해 임의의 각도로 경사지는 것이다. 제 3 목적은 면발광 도광판(15)에 입사한 직후의 제 2 광선(L32)이, zx 평면 상에서 봐서, 임의의 각도 강도 분포를 갖는 것이다.
제 2 광원(301)과 실린드리컬 미러(202)의 위치 관계 등은 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포, 제 2 광선(L32)의 광속의 크기(직경), 실린드리컬 미러(202)의 곡율 및 면발광 도광판(15)의 두께 등에 따라 설정된다. 또한, 실린드리컬 미러(202)와 면발광 도광판(15)의 위치 관계 등은 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포, 제 2 광선(L32)의 광속의 크기(직경), 실린드리컬 미러(202)의 곡율 및 면발광 도광판(15)의 두께 등에 따라 설정된다. 따라서, 각 조건이 다른 경우에는 각 부재의 위치 관계 등을 최적화할 필요가 있다. 위치 관계 등으로는 각 구성 요소의 배치 위치 및 반사면의 경사 등으로, 광선의 광로를 결정하는 각 구성 요소끼리의 관계이다.
또한, 도 13에 있어서, 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 면발광 도광판(15)과 평행하게 배치되어 있다. 또한, 제 2 광선(L32)은 제 2 광원(301)으로부터 면발광 도광판(15)과 평행한 방향으로 출사되고 있다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니다.
예컨대, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광입사면(311a)은 광 반사 시트(17)로부터 이격된 위치에 배치되어도 된다. 즉, 각도 강도 분포 정형 부재(310)는 xy 평면에 대해 경사진다. 이로써, 제 2 광원(301)이나 그 주변의 부재가 큰 경우에도, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광출사면(311c)의 위치를 실린드리컬 미러(202)에 근접시켜서 배치할 수 있다. 이 때문에, 광출사면(311c)으로부터 출사한 제 2 광선(L32)이 실린드리컬 미러(202)에 입사하기까지의 사이에 발생할 수 있는 광 손실을 억제할 수 있다. 제 2 광원(301)의 주변의 부재란, 예컨대 제 2 광원(301)의 유지 부재 등이다.
한편, 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 면발광 도광판(15)에 대해 기울여서 배치하는 경우, 제 2 광원(301)은 제 2 광선(L32)의 광선의 축이 광출사면(311c) 및 면(311f)과 평행하게 되도록 배치된다. 이로써, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광 폴딩부(322)에 있어서의 광 반사 각도의 제어가 용이하게 된다. 한편, 제 2 광원(301)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광입사면(311a)과 대향해서 배치되어 있다.
또한, 경사면(311b)의 경사각은 다음에 나타내는 3개의 요건을 고려하여 결정할 수 있다. 제 1 요건은 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 광 폴딩부(322)에 입사하는 제 2 광선(L32)의 광선의 축의 방향에 대한 광 폴딩부(322)로부터 출사하는 제 2 광선(L32)의 광선의 축의 방향이다. 제 2 요건은 실린드리컬 미러(202)에 입사하는 제 2 광선(L32)의 광선의 축의 방향에 대한 실린드리컬 미러(202)로부터 출사하는 제 2 광선(L32)의 광선의 축의 방향이다. 제 3 요건은 경사면(311b)에 입사하는 제 2 광선(L32)이 경사면(311b)에서 전반사의 조건을 만족시키는 것이다. 이들 3 요건을 만족시켜서 제 2 광선(L32)의 광선의 축과 경사면(311b)의 각도를 설정함으로써, 경사면(311b)에서의 광 손실을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 실시예 3에 있어서의 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 박형화는 실린드리컬 미러(202)의 소형화로 이어진다. 이것은 경사면(311b)로부터 출사하는 선상의 광의 두께가 얇아지기 때문이다. 또한, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 박형화는 면발광 도광판(15)의 박형화로도 이어진다. 이것은 실린드리컬 미러(202)의 z축 방향의 치수가 작아지기 때문이다. 이 때문에, 두께가 얇은 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 두께를 얇게 하면 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 강성이 저하되기 때문에, 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 강성이 과도하게 저하되지 않는 범위에서 박형화하는 것이 바람직하다.
각도 강도 분포 정형 부재(310)로부터 실린드리컬 미러(202)를 향해서 출사되는 제 2 광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)를 진행함으로써 zx 평면에 있어서 각도 강도 분포 정형 부재(310)의 두께와 같은 광속의 직경을 갖는 선형상의 광이 된다.
또한, 제 2 광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310) 내를 진행할 때, 광출사면(311c) 및 면(311f)의 2개의 면에서 반사하면서 -x축 방향으로 진행한다. 면(311f)은 광출사면(311c)과 대향하는 면이다. 광출사면(311c)은 면(311f)과 평행하다. 또한, 제 2 광선(L32)의 광선의 축은 광출사면(311c) 및 면(311f)의 2개의 면과 평행하다.
이 때문에, 광출사면(311c)으로부터 출사하는 제 2 광선(L32)은 제 2 광원(301)으로부터 출사한 직후의 각도 강도 분포와 거의 같은 각도 강도 분포를 가지는 광선이 된다. 즉, 광출사면(311c)으로부터 출사하는 제 2 광선(L32)은 각도 강도 분포 정형 부재(310)로부터 출사하는 2차 광원으로 간주할 수 있다.
한편, 실린드리컬 미러(202)의 반사면(202a)의 zx 평면에 의한 단면은 오목 형상의 원호 형상을 하고 있다. 이 경우, 이 반사면(202a)의 원호 형상의 접선과 제 2 광선(L32)의 광속을 구성하는 각 광선이 이루는 각도는 일정한 폭을 가진 값이 된다. 즉, 반사면(202a)은 평행광을 넓히는 효과를 갖는다. 따라서, 본 실시예 3의 면광원 장치(400)는 실린드리컬 미러(202)에 의해 제 2 광선(L32)의 각도 강도 분포의 전체 각을 넓히는 것이 가능해진다.
또한, 상술의 각 실시예에 있어서는 '평행'이나 '수직' 등의 부품 사이의 위치 관계 또는 부품의 형상을 나타내는 용어를 이용하고 있는 경우가 있다. 또한, 대략 정방형, 대략 90도 및 대략 평행 등 '대략' 또는 '거의' 등의 용어를 붙인 표현을 이용하고 있는 경우가 있다. 이들은 제조상의 공차이나 조립상의 격차 등을 고려한 범위를 포함하는 것을 나타내고 있다. 예컨대, '대략 -z축 방향'도, 제조상의 공차이나 조립상의 격차 등을 포함하는 용어이다. 이 때문에, 청구의 범위에 설령 '대략'을 기재하지 않는 경우에도 제조상의 공차이나 조립상의 격차 등을 고려한 범위를 포함하는 것이다. 또한, 청구의 범위에 '대략'을 기재한 경우에는 제조상의 공차이나 조립상의 격차 등을 고려한 범위를 포함하는 것을 나타내고 있다.
1 : 액정 표시 장치 11 : 액정 패널
11a : 표시면 11b : 배면
12 : 제 1 광학 시트 13 : 제 2 광학 시트
15 : 면발광 도광판 15a : 표면
15b : 배면 15c : 광입사면
15d : 측면 15e : 혼합 영역
15f : 영역 16 : 미소 광학 소자
17 : 광 반사 시트 18, 19 : 제 1 광원
21 : 제어부 22 : 액정 패널 구동부
23 : 광원 구동부 25 : 영상 신호
26 : 액정 패널 제어 신호 27 : 광원 제어 신호
100, 200, 300, 400 : 면광원 장치 101, 201, 301 : 제 2 광원
101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f, 201a, 201b, 201c, 201d, 201e, 201f, 301a, 301b, 301c, 301d, 301e, 301f : 레이저 발광 소자
102, 202 : 실린드리컬 미러 102a, 202a : 반사면
110, 210, 310, 210a, 210b, 210c, 310a, 310b, 310c : 각도 강도 분포 정형 부재
110a, 211a, 311a, 110aa, 110ab, 110ac, 110ad, 110ae, 110af, 211aa, 211ab, 211ac, 211ad, 211ae, 211af, 311aa, 311ab, 311ac : 광입사면
211b, 311b : 경사면 110c, 211c, 311c : 광출사면
211d, 211e, 311d, 311e : 조정면 211f, 311f : 면
111, 333 : 미세 광학 구조 221 : 판 형상부
222, 322 : 광 폴딩부 L11, L21, L31 : 제 1 광선
L12, L22, L32, L12a, L12b, L12c, L12d, L12e, L12f, L22a, L22b, L22c, L22d, L22e, L22f, L32a, L32b, L32c, L32d, L32e, L32f : 제 2 광선
L13, L23, L33 : 혼합 광선 L14, L24, L34 : 조명광
180, 120, 121a, 121b, 122 : 각도 강도 분포

Claims (12)

  1. 폭 방향의 길이가 상기 폭 방향에 직교하는 두께 방향의 길이보다 긴 제 1 면으로서, 광원으로부터 출사된 광선이 입사하는 상기 제 1 면과,
    상기 제 1 면으로부터 입사한 상기 광선의 상기 폭 방향의 각도 강도 분포의 전체 각(full angle)을, 상기 광원으로부터 출사된 직후의 광선의 상기 폭 방향의 각도 강도 분포의 전체 각보다 넓히는 적어도 하나의 조정면을 포함하고, 상기 제 1 면으로부터 입사한 상기 광선이 전반사하여 전파하는 판 형상의 광로를 형성하는 제 2 면과,
    상기 적어도 하나의 조정면에 의해 상기 폭 방향의 상기 각도 강도 분포의 전체 각이 넓혀진 상기 광선을 출사하는 제 3 면
    을 갖는 각도 강도 분포 정형(shaping) 부재와,
    상기 각도 강도 분포 정형 부재의 상기 제 1 면에 입사하는 상기 광선을 발생시키는 상기 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 직후의 상기 광선보다 넓은 각도 강도 분포를 갖는 다른 광선을 출사하는 다른 광원과,
    표면과, 이면과, 상기 표면 및 상기 이면 사이를 연결하는 측면을 가진 판 형상의 면발광 도광판으로, 상기 각도 강도 분포 정형 부재의 상기 제 3 면으로부터 출사된 상기 광선과 상기 다른 광원으로부터 출사된 상기 다른 광선이 상기 측면으로부터 입사하고, 상기 측면으로부터 입사된 상기 광선 및 상기 다른 광선을 상기 표면에서 면 형상의 광으로서 출사하는 상기 면발광 도광판
    을 구비한 면광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조정면은 상기 제 1 면으로부터 입사한 상기 광선의 상기 폭 방향의 각도 강도 분포의 최외각 근방의 광선을 반사하는 면광원 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조정면은 상기 광로의 중심을 향해서 돌출되고, 상기 두께 방향에 직교하는 평면에 있어서의 형상이 원호 형상인 면광원 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 면은 상기 판 형상의 광로의 측면에 형성되어 있는 면광원 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조정면은 상기 광로를 사이에 두고 마주 보는 복수의 조정면인 면광원 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 면은 복수의 광입사면을 포함하고,
    상기 복수의 광입사면 중 이웃하는 1쌍의 광입사면은 서로 다른 방향을 향하며,
    상기 광원으로부터 출사된 상기 광선은 복수개의 광선을 포함하고,
    상기 복수개의 광선 중 이웃하는 1쌍의 광선은 서로 다른 방향으로 진행하며,
    상기 복수개의 광선은 상기 복수의 광입사면에 각각 입사하는
    면광원 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 면은 하나의 평면이고,
    상기 광원으로부터 출사된 상기 광선은 서로 평행한 복수개의 광선을 포함하며,
    상기 복수개의 광선은 상기 제 1 면에 입사하는
    면광원 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 면은, 상기 제 1 면에 입사하는 상기 광선의 상기 폭 방향의 각도 강도 분포를 조정하는 광학 구조를 갖는 면광원 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 구조에 의한 상기 각도 강도 분포의 조정은, 상기 제 1 면에 입사하는 상기 광선을 산란시킴으로써 실행되는 면광원 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 강도 분포 정형 부재의 상기 제 3 면으로부터 출사되어서 상기 면발광 도광판에 입사하기 직전의 상기 광선의 각도 강도 분포는, 상기 다른 광원으로부터 출사된 직후의 상기 다른 광선의 각도 강도 분포와 같은 면광원 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 각도 강도 분포 정형 부재는 상기 폭 방향으로 배열된 복수의 각도 강도 분포 정형 부재를 포함하고,
    상기 광원은 상기 폭 방향으로 배열된 복수의 레이저 발광 소자를 포함하는
    면광원 장치.
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