KR101653015B1 - 광원장치용 도광체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

굴절률 n1의 투명 수지로 이루어지는 코어층, 및 그 양면에 설치되고 상기 코어층의 굴절률 n1보다 낮은 굴절률 n2를 갖는 클래드층을 갖는 광원장치용 도광체. 한쪽의 클래드층의 표면에는 광을 산란 반사하는 광반사층이 설치되고, 다른 쪽의 클래드층의 표면은 광출사면이 되어 있으며, 한쪽의 클래드층의 표면 및 다른 쪽의 클래드층의 표면의 적어도 한쪽으로부터 상기 클래드층을 관통하여 상기 코어층에 도달하는 오목부가 설치되어 있다.

Description

광원장치용 도광체 및 그의 제조 방법{LIGHT GUIDE FOR LIGHT SOURCE DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 광원장치용 도광체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2008년 12월 25일에 일본에 출원된 특허출원 2008-329810호, 2008년 12월 26일에 일본에 출원된 특허출원 2008-334354호, 2009년 7월 3일에 일본에 출원된 특허출원 2009-159017호에 근거하여 우선권을 주장하며, 그의 내용을 여기에 원용한다.
종래, 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 액정 텔레비전, 비디오 카메라 등에 사용되는 액정 표시장치, 휴대 전화의 백라이트 키(key), 퍼스널 컴퓨터의 백라이트 키 보드(board), 전기 기기의 표시 스위치 등의 표시장치에 사용되고 있는 광원장치로서는, 하우징 내에 형광등 등의 선상 광원이나 발광 다이오드 등의 점 광원을 복수개 배치한 직하(直下) 방식, 판상 도광체의 측면에 선상 광원 또는 점 광원을 배치한 에지 라이트(edge light) 방식이 있다.
에지 라이트 방식의 광원장치는, 보통, 직사각형 판상의 아크릴 수지판 등의 투명 재료를 도광체로 하여, 그 측면에 대향하여 배치된 광원의 광을 측단면(광입사면)으로부터 도광체에 입사시키고, 도광체의 표면(광출사면) 또는 이면에 형성한 출사기구나, 도광체 중에 광확산성 입자를 함유시키는 등의 광출사수단을 설치하는 것에 의해, 입사한 광을 광출사면으로부터 출사한다. 이러한 도광체에 있어서, 측단면으로부터 입사한 광은 광출사면뿐만 아니라 그 이면으로부터의 출사에 의해 광량의 저하를 초래한다. 이 때문에, 광원장치에 있어서, 도광체의 광출사면의 반대측에 반사 시트를 배치하고, 이면으로부터의 출사광을 반사시켜, 도광체 중으로 되돌려 재이용한다. 이와 같이, 광원으로부터의 광을 높은 효율로 이용함으로써, 우수한 휘도를 갖는 광원장치가 얻어진다.
또한, 일반적으로 에지 라이트 방식의 광원장치에서는, 광출사면으로부터 출사하는 광이 광출사면에 대하여 도광 방향으로 누운 방향으로 출사하기 때문에, 실제로 전기 기기를 사용하는 방향에 대하여 출사광의 피크에 어긋남이 생기고, 광의 이용 효율이 나쁘다. 그 때문에, 표시장치에 사용하는 경우, 출사기구의 형상을 치밀하게 제어하거나, 프리즘 시트나 확산 시트 등의 광학 시트를 병용하거나 하는 것에 의해 출사 방향을 정면으로 조절하고 있다.
최근, 휴대용 노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등 운반하는 경우가 많은 장치에 사용되는 액정 표시장치에 대하여, 박형화가 요구되고 있다. 액정 표시장치에 대한 박형화 요구에 따라, 광원장치도 박형화가 요구되고 있다. 광원장치의 두께에의 도광체의 영향은 커서, 액정 표시장치 및 광원장치의 박형화에는, 도광체의 박형화가 열쇠를 쥐고 있다고 할 수 있다. 한편, 도광체는 광원장치의 균일한 면 발광을 목적으로 하는 용도 외에, 특정한 위치에 광을 공급하여 발광하는 용도가 있다. 어느 용도에 있어서도, 도광체에는, 도광체 내에 입사한 광의 손실을 방지하여 광원장치를 높은 휘도로 발광할 것이 요구된다. 예컨대, 폴리카보네이트 시트 단층을 도광체로 하고, 폴리카보네이트 시트 표면에 핫 스탬핑(hot stamping), 사출 성형, 마이크로 블라스트(blast) 등의 가공에 의해 볼록 형상의 패턴을 형성하는 것에 의해, 박형이면서 특정한 위치에 광을 공급하여 높은 휘도로 발광할 수 있는 키 패드(pad)의 백라이트용 도광체나(예컨대, 특허문헌 1), 도트(dot) 패턴을 광출사면과 대향하는 면의 표면에 설치하여, 도광체 내에서 도광된 광을 광출사면측에 반사 또는 산란시켜 광을 출사하는 키 보드용의 백라이트용 도광체가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2).
코어층과 코어층보다 굴절률이 낮은 클래드층을 설치한 평탄한 광섬유를 도광체로 하고, 코어-클래드 계면에서의 전반사를 이용하여 광을 도광체 내에 효율적으로 가둠과 함께, 광을 출사하고 싶은 위치에 광출사면의 클래드층의 두절 부분을 형성하여, 광을 출사시키는 도광체가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 3). 이러한 코어-클래드 구조를 갖는 도광체는 도광체로부터의 누광을 억제하여, 광입사면으로부터 입사한 광의 이용 효율을 꾀할 수 있다.
일본 특허공개 2007-80824호 공보 일본 특허공개 2005-32703호 공보 일본 특허공표 2008-508556호 공보
그러나, 광원장치에 이용하는 도광체에는, 더욱더 휘도의 향상이 요구되고 있다. 전술한 바와 같은 단층 수지를 광원장치용 도광체로서 이용한 경우, 원래, 광출사수단에 의해 광출사면으로부터 출사될 광이 광출사면의 반대면으로부터도 출사되어 버린다. 또한, 단층 수지의 표면에 먼지나 오염물이 부착한 부분에서는, 단층 수지 내에 입사하여 전파한 광이 누광하기 쉽게 된다. 그 결과, 도광체로부터 광이 누광하여 광량이 저하되고, 광원장치의 휘도, 특히 도광체의 광입사면으로부터 먼 위치에서의 휘도가 저하될 우려가 있다.
상기 누광을 해결하는 수단으로서는, 도광체의 광출사면에 대향하는 면에 반사 시트를 배치하는 방법이 있지만, 반사 시트를 배치하는 경우에는, 도광체 표면에 반사 시트가 광학 밀착하여 버리면 그 부분에서 도광체 내를 전파하는 광의 산란·흡수가 일어나, 휘도의 저하를 초래하여 버리기 때문에, 공기층을 통해서 이격 배치할 필요가 있다. 반사 시트를 이격 배치하기 위해서는, 도광체와 반사 시트 사이의 간격(clearance)을 유지하면서 위치 맞춤을 하는 등, 번잡한 작업을 요하기 때문에, 반사 시트 자체의 비용뿐만 아니라, 조립 작업의 비용이 증대하여 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한, 도광체에는, 키 보드나 스위치 등의 전기 기기의 표시장치를 효율적으로 조명하여, 광출사면의 휘도를 더욱 높일 것이 요구되고 있다. 광출사면의 휘도를 높이기 위해서는, 출사광 강도의 피크를 광출사면의 수직 방향(법선 방향)에 맞추는 방법이 있는데, 종래의 도광체에서는, 광출사면의 임의의 위치에서 발광할 수 있지만, 출사광의 출사 방향의 제어가 곤란하다. 예컨대, 특허문헌 3의 발명과같이, 클래드층에 두절 부분을 설치하여 출사하면, 상기 두절 부분으로부터 출사하는 광의 출사 방향은 상기 두절 부분의 측벽 형상에 지배된다. 이 때문에, 출사광의 출사 방향을 제어하기 위해서는, 두절 부분의 형상을 치밀하게 제어할 필요가 있다. 출사광의 출사 방향을 치밀하게 제어하기 위해서는, 두절 부분의 가공이 매우 복잡하게 되어, 생산성이 나쁘고, 고비용으로 된다고 하는 문제가 생긴다.
또한, 프리즘 시트나 확산 시트 등의 광학 시트에 의해 출사 방향의 제어를 행하는 경우, 부재 점수가 증대하여, 마찬가지로 생산성의 악화, 비용의 상승을 초래해 버린다.
그래서, 본 발명은, 간편한 방법으로 생산성 좋고 저렴하게 출사광의 출사 방향을 제어하여, 광출사면의 휘도의 향상을 꾀할 수 있는 광원장치용 도광체 및 그의 제조 방법을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 굴절률 n1의 투명 수지로 이루어지는 코어층, 및 그 양면에 설치되고 코어층의 굴절률 n1보다 낮은 굴절률 n2를 가지는 클래드층을 갖고, 한쪽의 클래드층의 표면에는 광을 산란 반사하는 광반사층이 설치되고, 다른 쪽의 클래드층의 표면은 광출사면이 되어 있으며, 한쪽의 클래드층의 표면 및 다른 쪽의 클래드층의 표면의 적어도 한쪽으로부터 클래드층을 관통하여 코어층에 도달하는 오목부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 광출사면 및 광반사층이 설치되는 면에 대략 수직인 적어도 하나의 측단면이 광입사면이 되고, 오목부는 광출사면에 설치되어 있으며, 오목부의 광입사면측의 경사각도(θ)가 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 1>
θ ≤ 90 + cos-1(n2/n1) - sin-1(1/n1)
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 광반사층이, 오목부에서 반사한 광을 반사하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 광출사면 및 광반사층이 설치되는 면에 대략 수직인 적어도 하나의 측단면이 광입사면이 되고, 광반사층이 설치되는 면에 오목부가 설치되어 있으며, 오목부의 내부에 제 2 광반사층이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 광반사층이, 한쪽의 클래드층의 표면 전체를 덮도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 광반사층이 백색의 도장막인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 오목부가 광입사면으로부터 멀어짐에 따라 깊이가 커지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 근거하는 광원장치용 도광체는, 오목부가 광입사면으로부터 멀어짐에 따라 인접하는 오목부와의 거리가 짧아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 도광체에 의하면, 도광 성능을 저하시킴이 없이 도광체와 반사 시트를 일체화할 수 있어, 광원장치의 휘도 향상과 광원장치의 조립 작업의 간소화를 꾀할 수 있다. 또한, 간편한 방법으로 생산성 좋고 저렴하게 출사광의 출사 방향을 제어하여, 광출사면의 휘도의 향상을 꾀할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광원장치용 도광체를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광원장치용 도광체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 광원장치용 도광체 내의 광의 전파 상태를 설명하는 모식도이다.
도 4는 광원장치용 도광체 내의 광의 전파 상태를 설명하는 모식도이다.
도 5는 광원장치용 도광체 내의 광의 전파 상태를 광입사면측의 경사각도와 관련하여 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태의 도광체에 있어서의 이면측 광산란부의 배치 패턴을 설명하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시형태의 도광체를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 6 실시형태의 도광체를 나타내는 단면도이다.
도 9는 광학 평가에 이용한 광원장치용 도광체를 나타내는 사시도이다.
도 10은 광학 평가에 이용한 휘도 측정계를 나타내는 모식도이다.
도 11은 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포도이다.
도 12는 실시예 2에 있어서의 도광체를 설명하는 모식도이다.
도 13은 실시예 2에 있어서의 법선 휘도 및 휘도 분포의 측정계를 설명하는 모식도이다.
도 14는 실시예 2에 있어서의 휘도 분포의 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 대하여, 이하에 실시형태를 들어 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 광원장치용 도광체의 제 1 실시형태에 대하여, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 제 1 실시형태에 따른 광원장치용 도광체(10)의 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 광원장치용 도광체(10)는, 코어층(20), 및 코어층(20)의 주면인 상면과 하면의 양면에 설치된 클래드층(30)을 갖고, 한쪽의 클래드층(30)의 표면에는 광반사층(40)이 설치되고, 다른쪽의 클래드층(30)의 표면이 광출사면(14)이 되어 있으며, 광출사면에 광출사수단으로서 오목부가 설치되어 있다. 그리고, 광원장치용 도광체(10)는, 측면의 하나가 광입사면(12)이 되어 있다. 한편, 광원장치용 도광체(10)의 형상은 판상이면 특별히 한정되지 않으며, 직사각형, 삼각형 등의 다각형상 외에, 진원, 타원 등의 원형상 등이어도 좋다. 또한, 만곡된 형상이어도 좋다.
(코어층)
코어층(20)은 투광성을 갖는 투명한 층이다. 코어층(20)을 형성하는 재료로서는, 공지된 재료를 이용할 수 있으며, 예컨대, 메타크릴산메틸의 단독중합체(PMMA) 또는 공중합체를 주성분으로 하여 구성할 수 있다. 그 중에서도, 투명성, 내구성이 우수함과 함께 저렴하기 때문에, PMMA를 주성분으로 하여 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 메타크릴산메틸의 공중합체를 이용하는 경우에는, 메타크릴산메틸의 함유량은 50질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 공중합 가능한 단량체로서는, 예컨대, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, n-아크릴산뷰틸 등의 아크릴산에스터류, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산사이클로헥실 등의 메타크릴산에스터류, 말레이미드류, 아크릴산, 메타크릴산, 무수말레산, 스타이렌 등을 들 수있다.
또한, 내열성이 우수하다는 관점에서, 폴리카보네이트계 수지, 지환식 폴리올레핀계 수지 등을 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 폴리카보네이트계 수지는 PMMA보다 굴곡률이 높기 때문에, 개구수가 커진다. 이 결과, 광원장치용 도광체(10)가 굴곡했을 때, 누광을 낮게 억제할 수 있다. 여기서, 개구수란, 「광을 모으는 성능」을 말하며, 개구수가 클수록 수광량을 증가시키는 것이 가능해지고, 광원장치용 도광체(10)를 굴곡시켰을 때에 광의 누출을 억제할 수 있다.
코어층(20)의 두께(T1)는 특별히 한정되지 않지만, 액정 표시장치, 광원장치의 박형화를 꾀하는 관점에서, 0.1 ~ 6mm의 범위로 결정하는 것이 바람직하다.
(클래드층)
클래드층(30)은 투광성을 갖는 투명한 층이며, 코어층(20)의 굴절률보다도 낮은 굴절률의 것이다. 클래드층(30)을 형성하는 재료로서는, 코어층(20)의 굴절률을 고려하여 결정할 수 있다. 클래드층(30)의 재료는, 예컨대 불소-함유 올레핀계 수지를 주성분으로 하는 수지 조성물을 들 수 있다. 불소-함유 올레핀계 수지로서는, 예컨대, 불화바이닐리덴 단독중합체나, 불화바이닐리덴과 테트라플루오로에틸렌의 2원공중합체, 불화바이닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 2원공중합체, 불화바이닐리덴과 트라이플루오로에틸렌의 2원공중합체, 불화바이닐리덴과 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 3원공중합체 등의 불화바이닐리덴계 공중합체를 들 수 있다.
코어층(20)의 굴절률 n1과 클래드층(30)의 굴절률 n2의 굴절률차는 하기 수학식 α로 표시되며, 0 초과, 보다 바람직하게는 0.01 이상이다. 굴절률차가 0을 초과하고 있으면, 입사한 광이 광원장치용 도광체(10) 내를 전반사하면서 손실없이 멀리까지 전파하며, 도광판 표면에 광반사층을 광학 밀착시키더라도 누광이 일어나지 않고, 휘도가 높은 발광이 얻어지기 쉽기 때문이다.
[수학식 α]
굴절률차 = n1 - n2
클래드층(30)의 두께(T2)는 특별히 한정되지 않지만, 광원장치용 도광체(10)의 취급성, 광가둠 효율의 관점에서 3 ~ 500μm의 범위로 결정하는 것이 바람직하다. 이러한 범위이면, 광원장치용 도광체(10)는 굴곡성을 갖고, 취급성이 양호함과 더불어, 효율적으로 광원장치용 도광체 내에 광을 가둘 수 있기 때문이다.
코어층(20)의 두께(T1)와 클래드층(30)의 두께(T2)의 비율은, 코어층(20)과 클래드층(30)의 재질을 감안하여 결정할 수 있다. 또한, 광출사면측 클래드층의 재질은 이면측 클래드층의 재질과 마찬가지이다. 광출사면측 클래드층과 이면측 클래드층의 재질은 같은 것을 사용하여도 좋고, 다르게 되어 있어도 좋다.
(광출사수단)
광출사수단으로서는, 코어층(20) 내를 전파하는 광을 광출사면(14)으로부터 출사할 수 있으면 좋고, 예컨대, 광의 출사 위치를 제어하기 쉽기 때문에, 클래드층(30)을 관통하여 코어층(20)에 도달하는 오목부가 바람직하다.
오목부는 클래드층(30)의 광출사면(14)에 설치되어 있다. 상기 오목부는 클래드층(30)을 천공하여 코어층(20)에 도달하는 관통 구멍이나 홈상의 균열 등, 이른바 「절결(incision)」을 들 수 있다. 이러한 오목부를 설치함으로써 광입사면(12)으로부터 코어층(20) 내로 입사한 광이 오목부에서 반사하고, 오목부에 대향하는 위치에 설치된 광반사층(40)에 도달하여, 산란 반사함으로써 광출사면(14)으로부터 출사하고, 광원장치용 도광체(10)가 발광할 수 있다. 한편, 코어층(20) 내를 전파하는 광을 오목부에서 반사하기 위해서는, 클래드층(30)을 관통하여 코어층(20)에 도달하는 오목부의 적어도 일부가 코어층(20)의 내부에 도달하고 있을 필요가 있다. 즉, 클래드층(30)의 두께보다도 오목부의 깊이 쪽이 커지도록, 오목부의 깊이를 적절히 설정할 필요가 있다. 클래드층(30)에 설치하는 오목부의 형상은, 적어도 오목부의 일부가 코어층(20)에 도달하고 있고, 오목부의 광입사면측의 경사각도(θ)가 후술하는 수학식 1을 만족하고 있으면 특별히 한정되지 않고, 광원의 광량이나, 광입사면(12)으로부터 반대측까지의 거리, 광원장치용 도광체(10)에 요구되는 발광의 형태 등을 고려하여 결정할 수 있다.
예컨대, 광출사수단의 형상으로서는 원추 형상, 결구(欠球) 형상, 라인 형상 등을 들 수 있다. 또한, 이들의 형상 중, 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상의 형상을 조합하여 사용하여도 좋다. 덧붙여, 광출사수단의 형상을 라인 형상으로 하는 경우에는, 그 라인의 신장 방향은 광입사면(12)으로부터 입사한 광의 도광 방향과 평행하여도 좋고, 수직으로 교차하는 것이어도 좋으며, 임의의 각도로 경사지게 교차하는 것이어도 좋다. 또한, 예컨대 복수의 원형의 라인을 동심원상으로 배치한 것이어도 좋다.
(광반사층)
광반사층(40)은, 클래드층(30)으로부터 누광하는 광을 광출사면(14)측으로 산란 반사할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 가시광을 반사하는 도장을 실시하여 형성한 도장막을 들 수 있다. 가시광을 반사하는 도장막으로서는, 예컨대, 바이닐계, 폴리에스터계, 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계의 잉크나, 이들 잉크에 알루미늄 등의 금속 분말을 함유시킨 잉크 등에 의한 도장막을 들 수 있다. 가시광을 반사하는 도장막은 가시광의 전체 영역에 대하여 반사율이 높은 백색의 도장막이 바람직하다. 또한, 산란성이 강한 도료를 이용하면, 출사광의 피크 방향을 조정할 수 있기 때문에 보다 바람직하다. 또한, 클래드층(30)과 잉크의 밀착성을 향상시키기 위해서, 클래드층(30)에는 코로나 방전 처리나 플라즈마 방전 처리 등에 의한 개질이 실시되어 있어도 좋다.
또한, 예컨대, 광반사층(40)으로서, 금속 증착에 의해 형성한 금속 증착막이나, 금속 박막의 접착에 의해 형성한 금속막 등을 이용하는 것도 가능하다. 금속 증착막은, 알루미늄, 니켈, 금, 백금, 크로뮴, 철, 구리, 인듐, 주석, 은, 타이타늄, 납, 아연 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속, 또는 이들의 합금 또는 화합물로 형성된다. 금속 증착막의 형성 방법으로서는, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 도금법 등의 방법을 들 수 있다.
다음으로, 광출사수단과 광반사층의 배치와 그 작용에 대하여, 도 3 및 4를 이용하여 설명한다.
도 3의 광원장치용 도광체는, 클래드층(30)을 관통하여 코어층(20)에 도달하는 구멍인 오목부(70)가 광출사면(14)에 설치되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 코어층(20)에 광입사면으로부터 입사하고 코어층(20)과 클래드층(30)의 계면에서 전반사되어 전파하여 온 광(A)은, 오목부(70)에 이르면 굴절하여, 그 일부가 출사광(B)으로서 광출사면(14)측으로 출사한다. 한편, 오목부(70)에 이른 광(A)의 다른 일부는, 광(C)과 같이 광출사면(14)의 반대측으로 반사한다. 이 때, 광출사면(14)의 반대측에 광반사층이 설치되어 있지 않기 때문에, 광(C)은 클래드층(30)을 투과하여 광(D)과 같이 누광한다.
여기서, 도 4와 같이, 오목부(70)에서 반사하여, 광출사면(14)과 반대측으로 향하는 광(C)의 각도에 따라, 광출사면(14)과는 반대측의 클래드층(30)의 표면의 일부에 광반사층(40)을 설치하여 산란 반사시킴으로써, 광(C)의 일부를 광출사면(14)으로부터 출사시킴과 함께, 나머지를 코어층(20) 내로 되돌려, 광(D)과 같은 누광에 의한 손실을 방지할 수 있다.
한편, 도 4와 같이 광반사층(40)을 광출사면(14)의 반대측의 일부에 설치하는 경우, 광반사층(40)의 크기나 위치는, 오목부(70)의 형상, 코어층(20)의 재질, 클래드층(30)의 재질을 감안하여 결정할 수 있다. 즉, 광(C)의 반사각을 감안하여, 필요한 크기의 광반사층(40)을 필요한 위치에 설치함으로써 누광의 감소를 꾀하고, 높은 휘도의 발광을 달성할 수 있다.
다음으로, 오목부의 광입사면측의 경사각도(θ)에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.
본 발명의 광원장치용 도광체에 있어서의 코어층의 굴절률을 n1으로 하고, 그 양면에 설치된 코어층의 굴절률 n1보다 낮은 굴절률을 가지는 클래드층의 굴절률을 n2라고 하면, 광출사면 및 광반사층이 설치되는 면에 대략 수직인 적어도 하나의 측단면이 광입사면이 되고, 오목부가 상기 광출사면에 설치되는 경우는, 상기 오목부의 광입사면측의 경사각도(θ)가 하기 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
θ ≤ 90 + cos-1(n2/n1) - sin-1(1/n1)
그 이유는, 코어층의 굴절률 = n1, 클래드층의 굴절률 = n2일 때, 하기 수학식 A로 표시되는 각도 범위의 성분만이 전송 모드로 되어, 광 시트 내를 전반사에 의해 전파하게 된다.
[수학식 A]
-cos-1(n2/n1) ≤ α ≤ cos-1(n2/n1)
상기 전송 모드광이 경사각도(θ)의 광입사면을 가지는 오목부에 도달했을 때의 광입사각 β은 하기 수학식 B로 표시된다.
[수학식 B]
β = 90 - θ + α
한편, 코어-공기 계면에서의 임계각은 하기 수학식 C로 표시된다.
[수학식 C]
임계각 = sin-1(1/n1)
따라서, 각도 α로 전파하는 전송 모드 광이 오목부의 광입사면에서 전반사를 일으키기 위한 조건은 하기 수학식 D를 만족시킨다.
[수학식 D]
β ≥ sin-1(1/n1)
수학식 D에 수학식 A 및 B를 대입하면,
θ ≤ 90 ± cos-1(n2/n1) - sin-1(1/n1)
이 되고, 이 조건의 때에 전반사하게 된다.
예컨대, 코어층이 메타크릴산메틸의 단독중합체(PMMA)인 경우는 n1 = 1.49이며, 클래드층이 폴리불화바이닐리덴(PVDF)인 경우는 n2 = 1.42로 되기 때문에, 상기 수학식 1에 의해,
θ ≤ 90 ± cos-1(1.42/1.49) - sin-1(1/1.49)
↔ θ ≤ 90 ± 17.63 - 42.16
∴ θ ≤ 65.47 또는 30.21
이 되어, θ의 상한치는 65.47도가 된다.
광출사수단의 크기는, 광원장치용 도광체(10)의 재질이나 광반사층의 재질을 감안하여 광원장치용 도광체(10)를 관통하지 않는 범위에서 결정할 수 있다. 즉, 도 6에 나타내는 이면(214)에 대한 이면측 광산란부(230)의 최심부까지의 거리(D1)는, 광원장치용 도광체(220)의 두께(T)와의 관계에 있어서, D1 < T의 관계를 만족하는 것이다. 이러한 크기를 가짐으로써 광원장치용 도광체(220) 내를 전파하여 온 광을 충분히 산란 반사시킬 수 있다.
2 이상의 광출사수단을 설치하는 경우에는, 이면(214)에 대한 광출사수단의 최심부까지의 거리(D1)가 각각 달라도 좋다. 예컨대, 광입사면(216)으로부터의 거리의 장단에 관계 없이, 균일한 휘도를 얻기 위해서는, 광입사면(216)으로부터 멀어짐에 따라서, 이면(214)에 대한 이면측 광산란부(230)의 최심부가 깊게 되 도록, 이면측 광산란부(230)를 설치하는 것이 바람직하다. 여기서, 광입사면(216)으로부터 멀어짐에 따라서 이면측 광산란부(230)의 최심부가 깊게 된다라는 것은, 예컨대, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이면(214)으로부터 이면측 광산란부(230a ~ 230 d)의 최심부까지의 거리(d1~d4)를 d1 < d2 < d3 < d4로 하는 배치를 들 수 있다. 또한, 예컨대, 임의의 수의 이면측 광산란부를 1 단위로 하여, 1 단위마다 광입사면(216)으로부터 멀어짐에 따라서 이면(214)으로부터 최심부까지의 거리를 길게 하는 배치를 들 수 있다.
이면측 광산란부(230)의 폭(W1)은, 제 2 광반사층의 재질, 이면측 광산란부(230)의 수량, 발광시키는 위치나 범위 등을 감안하여 결정할 수 있다. 2 이상의 이면측 광산란부(230)를 설치하는 경우에는, 이면측 광산란부(230)의 폭(W1)이 각각 달라도 좋다. 한편, 폭(W1)은 이면측 광산란부(230)의 최대폭을 나타내는 것으로 한다.
2 이상의 이면측 광산란부(230)를 설치하는 경우, 인접하는 다른 이면측 광산란부(230)와의 거리는, 이면측 광산란부(230)의 크기, 형상, 광을 출사하는 위치나 범위를 감안하여 결정할 수 있다. 예컨대, 광입사면(216)으로부터의 거리의 장단에 관계 없이, 균일한 휘도를 얻기 위해서는, 광입사면(216)으로부터 멀어짐에 따라서, 이면측 광산란부(230)와 이 이면측 광산란부(230)에 인접하는 다른 이면측 광산란부와의 거리가 짧게 되도록 이면측 광산란부(230)를 설치하는 것이 바람직하다. 여기서, 광입사면(216)으로부터 멀어짐에 따라서 이면측 광산란부(230)와 이이면측 광산란부(230)에 인접하는 다른 이면측 광산란부와의 거리가 짧게 된다고 하는 것은, 예컨대, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이면측 광산란부(230a)와 이면측 광산란부(230b)와의 거리 L1, 이면측 광산란부(230b)와 이면측 광산란부(230c)와의 거리 L2, 이면측 광산란부(230c)와 이면측 광산란부(230d)와의 거리 L3을 L3 < L2 < L1로 하는 배치를 들 수 있다. 또한, 예컨대, 임의의 수의 광산란부를 1 단위로 하여, 각 단위가 광입사면(216)으로부터 멀어짐에 따라서 다른 단위와의 거리를 짧게 하는 배치를 들 수 있다.
(제조 방법)
광원장치용 도광체(10)는, 코어층(20)의 양면에 클래드층(30)을 적층하고, 한쪽의 클래드층(30)의 표면에 광반사층(40)을 설치하는 것에 의해 제조할 수 있다.
코어층(20)의 양면에 클래드층(30)을 적층하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 다층 용융 압출에 의해 코어층(20)과 클래드층(30)을 일체 성형하는 방법이나, 코어층(20)이 되는 수지 시트 또는 수지 필름의 양면에, 클래드층(30)을 형성하는 수지 조성물을 코팅 처리하여 제조하는 방법 등을 들 수 있다. 코팅 처리의 방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 다이 코팅법, 그라비어 코팅법, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 바 코팅법, 스프레이 코팅법 등, 기존의 방법을 들 수 있다.
전술한 바와 같이 하여 코어층(20)의 양면에 클래드층(30)이 설치된 적층체를 얻고, 수득된 적층체를 용도에 따른 치수로 절단한다. 그 후, 상기 적층체의 한쪽의 표면, 즉 한쪽의 클래드층(30)의 표면에, 가시광을 반사하는 도장막 또는 금속막을 설치하여 광반사층(40)을 형성하여, 광원장치용 도광체(10)를 제조한다.
이어서, 클래드층(30)의 광출사면(14)에 오목부를 설치한다. 상기 오목부를 설치하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 레이저 가공, 샌드 페이퍼(sand paper) 가공, 열 프레스 등을 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 광원장치용 도광체(10)는, 코어층(20)의 양면에 코어층(20)보다 굴절률이 낮은 클래드층(30)이 설치되어 있다. 이 때문에, 광입사면(12)으로부터 입사한 광은, 굴절률이 다른 코어층(20)과 클래드층(30)의 계면에서 생기는 전반사에 의해, 누광하는 일없이 코어층(20) 내의 멀리까지 전파할 수 있다. 또한, 단층 수지를 광원장치용 도광체로 하면, 먼지나 오염물이 부착한 부분은 단층 수지의 굴절률과 동등 이상의 굴절률로 되는 경우가 있어, 단층 수지 내를 전파한 광이 누광하기 쉽게 되지만, 광원장치용 도광체(10)는, 코어층(20)과 클래드층(30)의 계면에서 전반사가 생기기 때문에, 상기 클래드층(30)의 표면에 먼지 등이 부착하더라도, 코어층(20) 내를 전파하는 광이 누광하는 일이 없다.
또한, 광출사면(14)의 반대면에 광반사층(40)을 가짐으로써 오목부에서 광출사면(14)의 반대면으로 향하는 광을 광출사면(14)측으로 산란 반사시킬 수 있다. 산란 반사시킴으로써 출사광의 지향성을 없게 하고, 광입사면(12)으로부터 입사한 광을 법선 방향으로 출사할 수 있음과 더불어, 출사할 수 없었던 광을 코어층(20) 내로 되돌릴 수 있기 때문에, 광량의 손실을 저감하고, 광출사면(14)으로부터의 출사광의 휘도의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 광원장치용 도광체(10)는, 도광체와 반사 시트가 일체화되어 있기 때문에, 면 광원장치의 조립에 필요한 부재 점수가 줄고, 그만큼 광원장치의 조립 작업의 간소화가 꾀해져, 제조 비용을 경감할 수 있다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 광원장치용 도광체의 제 2 실시형태에 대하여, 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 제 2 실시형태에 따른 광원장치용 도광체(100)의 사시도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 광원장치용 도광체(100)는, 코어층(120), 및 코어층(120)의 주면인 상면 및 하면의 양면과 광출사면(114)으로부터 그 반대면으로 향하는 2개의 측면을 덮도록 설치된 클래드층(130), 및 광출사면(114)의 반대측의 클래드층(130)의 표면에 설치된 광반사층(40)을 갖는 것이고, 광원장치용 도광체(100)는, 클래드층(130)이 설치되어 있지 않은 측면의 하나가 광입사면(112)이 되어 있는 것 이외는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
코어층(120)의 재료는 코어층(20)과 마찬가지이고, 코어층(120)의 두께(t1)는 코어층(20)의 두께(T1)와 마찬가지이다. 클래드층(130)의 재료는 클래드층(30)과 마찬가지이고, 클래드층(130)의 두께(t2)는 클래드층(30)의 두께(T2)와 마찬가지이다. 코어층(120) 굴절률과 클래드층(130) 굴절률의 굴절률차는, 코어층(20) 굴절률과 클래드층(30) 굴절률의 굴절률차와 마찬가지이다.
코어층(120)의 부피(V1)와 클래드층(130)의 부피(V2)의 부피비는, 코어층(120)과 클래드층(130)의 재질을 감안하여 결정할 수 있다.
(제조 방법)
광원장치용 도광체(100)는, 예컨대 용융 압출 성형에 의해 일체 성형하여, 코어층(120)의 양 주면과 2개의 측면이 클래드층(130)으로 덮여진 기재로 하고, 상기 기재의 한쪽 면에 광반사층(40)을 설치하는 것으로 제조할 수 있다. 다층 용융 압출에 의해 기재를 일체 성형하는 경우에는, 슬릿 형상의 토출구로부터 압축되는 클래드층(130)의 재료보다도, 코어층(120)의 재료의 토출 폭을 좁게 하여 압출함으로써 코어층(120)의 양 주면 및 2개의 측면이 클래드층(130)으로 덮여진 기재를 성형할 수 있다. 그리고, 수득된 기재의 한쪽 표면, 즉 클래드층(130)의 한쪽 표면에 가시광을 반사하는 도장막 또는 금속막을 설치하여 광반사층(40)을 형성하고, 광출사면(114)에 오목부를 설치하는 것으로 광원장치용 도광체(100)를 얻을 수 있다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 광원장치용 도광체(100)는 코어층(120)의 양 주면 및 2개의 측면이 클래드층(130)으로 덮여져 있기 때문에, 측면으로부터의 누광을 막아, 보다 휘도가 높은 발광을 할 수 있다.
전술한 대로, 본 발명의 광원장치용 도광체는, 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 액정 텔레비전, 비디오 카메라 등에 사용되는 액정 표시장치, 휴대 전화의 백라이트 숫자키, 퍼스널 컴퓨터의 백라이트 키 보드, 전기 기기의 표시 스위치 등에 이용하는 박형의 광원장치에 적합하게 사용할 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 실시형태에서는, 한쪽 클래드층의 표면의 전체에 광반사층이 설치되어 있다. 그러나, 광출사면에 오목부를 갖는 경우, 광반사층은 광출사면의 반대측이고 적어도 상기 오목부에서 반사한 광을 반사하는 위치에 설치되어 있으면 좋다.
[제 3 실시형태]
본 발명의 제 3 실시형태의 일례에 대하여, 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 도광체(210)의 부분 단면도이다. 도 7 대로, 도광체(210)는, 코어층(264), 및 코어층(264)의 주면인 상면과 하면의 양면에 설치된 클래드층(224, 262)을 갖는 판상 광원장치용 도광체(210)의 광출사면 반대측의 이면에, 이면측 클래드층(224)을 관통하고, 코어층(264)에 도달하는 오목부의 내부에 제 2 광반사층을 설치하는 것에 의해 형성되는 이면측 광산란부(230)가 설치된 것이다. 한편, 특별히 기재가 없는 부분에 관해서는 제 1 실시형태와 마찬가지인 것으로 한다.
<광원장치용 도광체>
광원장치용 도광체(220)는, 한쪽의 클래드층의 표면이 입사한 광을 출사하는 광출사면(212)이 되어 있고, 광원으로부터의 광이 입사하는 광입사면(216)이 측면의 하나에 형성되어 있다. 광원장치용 도광체(220)는, 광출사면(212)이 형성된 면과는 반대측의 클래드층의 표면(214)으로부터 광출사면(212)으로 향하는 형상의 오목부의 내부에 제 2 광반사층을 설치하는 것에 의해 형성된 이면측 광산란부(230)가 설치되어 있다.
광원장치용 도광체(220)를 형성하는 코어층·클래드층의 재료, 두께 및 비율, 굴절률 및 굴절률차는 전술의 광원장치용 도광체(10)와 마찬가지이다.
<이면측 광산란부>
이면측 광산란부(230)는, 적어도 광원장치용 도광체(220)와 접하는 경계면(232)이 광을 산란 반사하는 제 2 광반사층에 의해 형성되어 있는 것이다. 따라서, 이면측 광산란부(230)는 그 전체가 제 2 광반사층으로 형성된 것이어도 좋고, 상기 경계면(232)을 따라 제 2 광반사층이 형성된 것이어도 좋다.
제 2 광반사층을 형성하는 재료는 광을 산란 반사하는 기능을 가지면 특별히 한정되지 않고, 전술한 광반사층과 같은 재료를 이용할 수 있다.
이면측 광산란부(230)의 수량은, 도광체(210)에 원하는 기능에 따라 결정할 수 있다.
이면측 광산란부(230)의 형상은, 제 2 광반사층이 설치되는 오목부의 광입사면측의 경사각도(θ)가 전술한 수학식 1을 만족하고 있으면 특별히 한정되지 않고, 광을 출사하는 위치나 범위를 감안하여 결정할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태의 광출사수단의 경우와 마찬가지로, 이면측 광산란부(230)의 형상, 최심부, 및/또는 2 이상의 이면측 광산란부(230)를 설치하는 경우의 인접하는 다른 이면측 광산란부(230)와의 거리를 적절히 변경하여도 좋다.
<제조 방법>
도광체(210)는, 예컨대 다음과 같은 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 광원장치용 도광체(220)는 전술한 방법으로 제조한다. 이어서, 광원장치용 도광체(220)의 이면(214)에 전술한 방법으로 오목부를 설치한다(성형 공정). 이어서, 상기 오목부에 제 2 광반사층을 도포하여 이면측 광산란부(230)를 설치하는 것(도포 공정)으로 도광체(210)를 얻을 수 있다.
성형 공정에서의 오목부의 형상은, 오목부의 광입사면측의 경사각도(θ)가 상기 수학식 1을 만족하고 있으면 특별히 한정되지 않고, 원하는 이면측 광산란부(230)의 형상에 따른 형상이면 좋다. 즉, 이면(214)에 대한 최심부까지의 거리(D1)를 갖고, 경계면(232)으로 구획된 공간이면 좋다.
상기 도포 공정은, 성형 공정에서 설치한 오목부의 적어도 경계면(232)에 제 2 광반사층을 도포하여 산란 반사 기능을 갖는 이면측 광산란부(230)를 형성하는 공정이다. 도포 공정에서의 도포 방법은 특별히 한정되지 않고, 스크린 인쇄, 스프레이 도장, 코팅, 잉크 젯 등, 공지된 인쇄 또는 도장 방법을 이용할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 광원장치용 도광체(20)와 광산란재의 밀착성을 향상시키기 위해서, 광원장치용 도광체(220)에는 코로나 방전 처리나 플라즈마 방전 처리 등에 의한 개질을 실시하여도 좋다.
오목부에 대한 제 2 광반사층의 형태는, 원하는 이면측 광산란부(230)의 광산란 기능에 따라 결정할 수 있고, 예컨대 경계면(232)에 제 2 광반사층을 설치하여도 좋고, 오목부 전체에 광산란재를 충전하는 것으로 제 2 광반사층을 형성하여도 좋다.
본 발명의 도광체(210)는, 광원장치용 도광체가 코어층(264), 및 코어층(264)의 주면인 상면과 하면의 양면에 설치된 클래드층(224, 262)으로 구성되고, 광원장치용 도광체(220) 내의 이면(214)측에 이면측 클래드층(224)을 관통하는 이면측 광산란부(230)가 설치되어 있다. 이 때문에, 입사면(216)으로부터 입사한 광은, 코어층(264)과 클래드층(224)의 계면에서 전반사하면서 코어층(264) 내를 전파하기 때문에, 광출사면(212)에서 발광시키는 위치 이외에서의 누광을 방지할 수 있다. 또한, 코어층을 전파하여 온 광은, 이면측 광산란부(230)에 이르면 경계면(232)에서 산란 반사하거나, 또는 이면측 광산란부(230) 내에서 산란하여, 이면측 광산란부(230) 근방에서 광이 산란한 상태가 된다. 그리고, 광은 산란한 상태에서 광출사면으로부터 출사하기 때문에, 광출사면(212)의 수직(법선) 방향을 중심으로 하여, 높은 휘도에서의 발광을 용이하고 안정되게 달성할 수 있다. 덧붙여, 종래와 같이, 오목부의 형상을 치밀하게 제어할 필요가 없고, 광원장치용 도광체에 설치한 오목부에 제 2 광반사층을 도포한다고 하는 저렴하고 간편한 방법으로, 출사광의 출사 방향을 안정적으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 법선 방향을 중심으로 휘도의 향상을 꾀할 수 있는 도광체를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
[제 4 실시형태]
도 8을 이용하여 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 도광체를 설명한다. 도 8 대로, 도광체(280)는, 이면측 광산란부(230)가 설치된 광원장치용 도광체(260)의 이면(214)에 광산란층(360)이 설치되어 있다. 한편, 광산란층(360)을 형성하는 광산란재는, 이면측 광산란부(230)를 형성하는 광산란재와 마찬가지이다. 광산란층(360)을 형성하는 광산란재는, 이면측 광산란부(230)를 형성하는 광산란재와 같아도 좋고, 다른 것이어도 좋다.
광산란층(360)의 두께(t5)는, 광산란층(360)을 형성하는 광산란재의 종류를 감안하여 결정할 수 있다.
도광체(280)는, 광원장치용 도광체(260)의 이면에 광산란층(360)이 설치되어 있다. 이 때문에, 광출사면(212)으로부터의 누광을 방지함과 더불어, 이면(214)으로부터의 누광을 최소한으로 하여, 광입사면(216)으로부터 입사한 광을 유효하게 이용할 수 있다.
제 4 실시형태에서는, 이면의 전체면에 광산란층이 설치되어 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 광산란층은 이면의 임의의 장소에 부분적으로 설치되어 있어도 좋다. 광산란층을 이면에 부분적으로 설치하는 경우에는, 적어도 광출사면의 발광 위치의 이면에 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 필요한 크기의 광산란층을 필요한 위치에만 설치함으로써 광출사면측 광산란부 또는 이면측 광산란부에서 산란한 광의 이면으로부터의 누광을 방지함과 더불어, 광산란층의 면적을 최소한으로 할 수 있기 때문에, 제조 비용의 저감을 꾀할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명을 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하더라도 상관없다. 예컨대, 제 1 ~ 제 4 실시형태에서는, 광원장치용 도광체의 측면의 하나를 광입사면으로 하고 있지만, 측면의 2 이상을 광입사면으로 하여도 좋다.
<실시예>
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 9에 본 실시예에서 제작한 샘플의 개략도를 나타낸다.
코어층에는 아크릴 수지(아크리펫트 VH000, 굴절률 n1 = 1.49, 미쓰비시레이온주식회사제)를 이용하고, 클래드층에는 불화바이닐리덴 공중합체(KYNAR 720, 굴절률 n2 = 1.42, 알케마주식회사제)를 이용했다. 폭 1200mm의 T다이를 갖는 공압출 시트 제조장치를 이용하여, 클래드층/코어층/클래드층의 3층 구조의 적층체를 폭 980mm, 두께 300μm로 성형했다. 성형한 적층체의 클래드층 두께를 측정한 바, 상면측과 하면측 모두 5μm였다. 적층체의 전체 두께는 300μm였다. 이 적층체의 편면에 광반사층을 설치한 후, 폭 110mm, 길이 300mm의 직사각형으로 잘라내어, 광원장치용 도광체(700)를 제작했다. 상기 광반사층은, 백색의 스크린 인쇄잉크(#2500 120 화이트, 주식회사세이코어드밴스제)를 스크린 인쇄기에 의해 균일하게 도장하여 형성했다. 이 도광체(700)의 광출사면(714)의 입광 말단면으로부터 150mm의 위치에, 기엔스사 제품 CO2 레이저마커 ML-Z9520T를 이용하여 레이저 에칭을 실시하여, 오목부(770)를 설치했다. 레이저 에칭의 패턴은, 도광체(700)의 광입사면(712)에 평행한 라인 형상으로 하고, 길이 5mm의 패턴을 1개 설치했다. 수득된 오목부(770)의 형상을 레이저 공초점 현미경(Olympus사제 레이저 공초점 현미경 OLS-3000)으로 평가한 바, 폭 282μm, 깊이 132μm, 출사면측의 경사각도가 43°인 홈상의 오목부가 형성되어 있었다.
<광학 평가>
도 10은 광학 평가에 이용한 측정계의 모식도이다. 광원장치의 광학특성은 하기의 방법에 의해 평가했다. 정전류(定電流) 전원(840)에 의해 20mA에서 발광시킨 광원(820)(니치아화학공업사제 LED NSSW020BT 5개 사용)을 피측정용 도광체의 광입사면(812)에 배치하고, 휘도계(850)(TOPCON사제 휘도계 BM-7)를 이용하여, 광출사수단을 설치한 부위를 중심으로 한 시야각 2°의 영역의 출사면으로부터 출사되는 광의 법선 방향(0° 방향)의 휘도, 및 도광 방향과 평행하고 도광체 면에 수직인 면의 -90°로부터 90°까지의 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다.
(비교예 1)
도광체 표면에 광반사층을 설치하지 않고, 반사 시트를 이용한 것 이외는 실시예 1과 같은 구성의 도광장치용 도광체를 이용하여, 실시예 1과 같은 방법으로 측정을 행했다. 단, 반사 시트로서 도레이사제 Lumirror E20을 이용했다.
각 도광체의 법선 방향의 휘도 측정 결과를 표 1에, 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포 측정 결과를 도 11에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112011050209484-pct00001
도 11은 제 1 광출사기구에서의 휘도 분포를 나타내는 그래프이며, 가로축이 출사광의 각도, 세로축이 그 각도에 있어서의 휘도를 나타내고 있고, 광출사기구로부터 보아 광입사면(812)의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 나타내고 있다. 비교예 1에서는, 법선 방향의 휘도가 301.3 cd/m2, 출사광의 피크가 법선 방향으로부터 64°의 방향으로 어긋나 있음에 비하여, 실시예 1에서는 출사광의 피크가 법선 방향과 거의 일치하고 있고, 법선 방향의 휘도가 392.4 cd/m2로 비교예 1의 약 1.3배로 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 출사기구로서 설치된 오목부에서 반사된 광이 광반사층에 도달할 때, 광반사층이 도광체 표면에 설치되어 있기 때문에 손실 없이 반사된 것에 더하여, 광반사층으로서 이용한 백색 잉크에 의해 산란한 것에 의해, 출사광의 지향성이 약하게 된 결과이다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 기재된 도광체를 이용하는 것에 의해, 광원장치에 조립해 넣었을 때에, 특정한 위치에서 높은 휘도의 발광이 가능함과 더불어, 반사 시트의 기능을 일체화한 조립 작업성 좋은 광원장치용 도광체를 제공할 수 있다는 것을 보여 주었다.
(실시예 2)
도 12는 본 실시예에서 제작한 광원장치용 도광체의 모식도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 도광체(600)는, 광원장치용 도광체(610)의 광출사면 반대측의 이면(606)에 3개의 평행한 라인 형상을 1조로 하는 제 1 광출사기능(612), 제 2 광출사기능(614), 제 3 광출사기능(616)이 형성되어 있다.
<도광체의 제조>
실시예 1과 같은 방법으로, 클래드층/코어층/클래드층의 3층 구조의 적층체를 성형했다. 이 적층체를 폭 110mm, 길이 300mm의 직사각형 형상으로 잘라내어, 광원장치용 도광체(610)를 제작했다.
광원장치용 도광체(610)의 광출사면 반대측의 이면(606)에, 광입사면(602)으로부터 제 1 광출사기구(612), 제 2 광출사기구(614), 제 3 광출사기구(616)의 단부까지의 거리가 각각 L4: 50mm, L5: 150mm, L6: 250mm가 되도록, 전술한 CO2 레이저마커를 이용해 라인 형상의 레이저 에칭을 실시하여, 오목부를 설치했다. 레이저 에칭의 패턴은, 광원장치용 도광체(610)의 길이 방향(입사광의 도광 방향)에 평행한 길이 5mm의 라인 형상을 2.5mm 간격으로 3개 평행하게 설치했다. 수득된 에칭 홈의 형상을 레이저 공초점 현미경 OLS-3000(Olympus주식회사제)로 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 모든 에칭 홈에 있어서, 광입사면측의 경사각도가 수학식 1을 만족하고 있고, 광입사면(602)으로부터 멀어짐에 따라, 이면(606)에 대한 그 최심부가 깊게 되어 있다.
[표 2]
Figure 112011050209484-pct00002
이어서, 스크린 인쇄기를 이용하여, 광산란재로서 스크린 인쇄 잉크(#2500 120 화이트, 주식회사세이코어드밴스제)를 에칭 홈이 설치된 광원장치용 도광체(910)의 이면의 전체면에 균일하게 도포하여, 에칭 홈에 광산란재를 충전함과 함께, 두께 10μm의 광반사층(640)을 형성하여, 도광체(600)를 제조했다. 이렇게 하여, 광원장치용 도광체(610)에 이면측 광산란부인 제 1 광출사기구(612), 제 2 광출사기구(614) 및 제 3 광출사기구(616)가 설치된 도광체(600)를 수득했다.
<법선 휘도 및 휘도 분포의 측정>
휘도 분포의 측정 방법에 대하여, 도 12 및 13을 이용하여 설명한다. 도 12 및 13과 같이 광입사면(602)에, 정전류 전원(630)에 의해 20mA에서 구동되는 광원(620)(LED NSSW020BT, 니치아화학공업주식회사제) 5개를 배치했다. 도광체(600)의 제 1 광출사기구(612)를 중심으로, 광출사면(604)의 법선 방향으로 휘도계(650)(휘도계 BM-7A, 주식회사탑콘테크노하우스제)를 배치했다. 이어서, 광원(620)에서 발광시킨 광을 광입사면(602)으로부터 도광체(600)에 입사했다. 그리고, 광원(620)으로부터 가장 가까이 위치하는 제 1 광출사기구(612)를 중심으로 한 시야각 2°의 영역의 광출사면(604)으로부터 출사되는 광의 법선 방향(0° 방향)의 휘도(법선 휘도), 및 도광 방향과 평행하고 도광체(600) 면에 수직인 면의 -90°로부터 90°까지의 출사광 각도에 있어서의 휘도 분포를 측정했다. 제 2 광출사기구(614), 제 3 광출사기구(616)에 관해서도, 제 1 광출사기구(612)와 마찬가지로 법선 휘도를 측정했다. 수득된 법선 휘도의 측정 결과를 표 3에 나타내고, 휘도 분포의 측정 결과를 도 14에 나타낸다.
(비교예 2)
광산란재를 광원장치용 도광체(610)의 이면(606)에 도포하지 않은 것 이외는, 실시예 2와 같이 하여 도광체를 제조했다. 즉, 제 1 광출사기구(612), 제 2 광출사기구(614) 및 제 3 광출사기구(616)는, 광산란재가 도포되어 있지 않은 에칭 홈으로 했다. 수득된 도광체에 대하여, 실시예 2와 같이 하여 법선 휘도 및 휘도 분포를 측정했다. 수득된 법선 휘도의 측정 결과를 표 3에 나타내고, 휘도 분포의 측정 결과를 도 14에 나타낸다. 한편, 본 비교예에 이용한 도광체의 에칭 홈의 형상은, 실시예 2에 있어서의 도광체(600)와 동일하다(표 2 참조). 또한, 법선 휘도, 휘도 분포의 측정에 있어서는, 도광체의 이면에 반사 시트(Lumirror E20, 도레이주식회사제)를 배치했다.
[표 3]
Figure 112011050209484-pct00003
표 3의 결과와 같이, 실시예 2에서는, 광출사면의 어느 위치에 있어서도, 법선 휘도가 96.2 ~ 132.3 cd/m2였다. 이것에 비하여, 비교예 2에서는, 법선 휘도가 32.1 ~ 41.6 cd/m2였다. 이것으로부터, 광산란재를 충전한 광출사기구를 설치함으로써 법선 휘도의 향상을 꾀할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
도 14는 제 1 광출사기구에서의 휘도 분포를 나타내는 그래프이며, 가로축이 출사광의 각도, 세로축이 그 각도에 있어서의 휘도를 나타내고 있고, 광출사기구로부터 보아 광입사면(812)의 방향을 -(마이너스), 그 반대 방향을 +(플러스)로 나타내고 있다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에서는 출사광의 피크가 법선 방향과 거의 일치하고 있음에 비하여, 비교예 2에서는, 출사광의 피크가 법선 방향에서 68°의 방향으로 어긋나 있기 때문에, 법선 방향의 휘도가 낮게 되어 있었다. 이것으로부터, 실시예 2에서는, 법선 휘도가 대폭 향상하고 있다는 것이 밝혀졌다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 도광체는 도광 성능을 저하시킴이 없이 도광체와 반사 시트를 일체화할 수 있기 때문에, 광원장치의 휘도 향상과 광원장치의 조립 작업 간소화를 꾀할 수 있게 된다. 또한, 간편한 방법으로 생산성 좋고 저렴하게 출사광의 출사 방향을 제어하여, 광출사면의 휘도를 향상시키는 것에 적용가능하다.
10, 100, 210, 220, 260, 280, 400, 600 : 광원장치용 도광체
12, 112, 216, 602 : 광입사면
14, 114, 212, 604 : 광출사면
20, 120, 264 : 코어층
30, 130, 224, 262 : 클래드층
40 : 광반사층
70 : 오목부
230 : 광산란부
232 : 경계면
460, 640 : 광산란층
470 : 광출사수단
612, 614, 616 : 광출사기능

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 굴절률 n1의 투명 수지로 이루어지는 코어층, 및 그 양면에 설치되고 상기 코어층의 굴절률 n1보다 낮은 굴절률 n2를 갖는 클래드층을 갖고, 한쪽의 클래드층의 표면에는 광을 산란 반사하는 광반사층이 설치되고, 다른 쪽의 클래드층의 표면은 광출사면이 되어 있으며, 상기 한쪽의 클래드층의 표면 및 상기 다른 쪽의 클래드층의 표면의 적어도 한쪽으로부터 상기 클래드층을 관통하여 상기 코어층에 도달하는 오목부가 설치되고, 상기 광출사면 및 상기 광반사층이 설치되는 면에 수직인 적어도 하나의 측단면이 광입사면이 되고, 상기 오목부는 상기 광출사면에 설치되어 있으며, 상기 오목부의 상기 광입사면측의 경사각도(θ)가 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
    <수학식 1>
    θ ≤ 90 + cos-1(n2/n1) - sin-1(1/n1)
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광반사층은, 상기 오목부에서 반사한 광을 반사하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
  4. 굴절률 n1의 투명 수지로 이루어지는 코어층, 및 그 양면에 설치되고 상기 코어층의 굴절률 n1보다 낮은 굴절률 n2를 갖는 클래드층을 갖고, 한쪽의 클래드층의 표면에는 광을 산란 반사하는 광반사층이 설치되고, 다른 쪽의 클래드층의 표면은 광출사면이 되어 있으며, 상기 한쪽의 클래드층의 표면 및 상기 다른 쪽의 클래드층의 표면의 적어도 한쪽으로부터 상기 클래드층을 관통하여 상기 코어층에 도달하는 오목부가 설치되고, 상기 광출사면 및 상기 광반사층이 설치되는 면에 수직인 적어도 하나의 측단면이 광입사면이 되고, 상기 광반사층이 설치되는 면에 상기 오목부가 설치되어 있으며, 상기 오목부의 내부에 제 2 광반사층이 설치되는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오목부의 상기 광입사면측의 경사각도(θ)가 하기 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
    <수학식 2>
    θ ≤ 90 + cos-1(n2/n1) - sin-1(1/n1)
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광반사층은, 상기 한쪽의 클래드층의 표면 전체를 덮도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광반사층은 백색의 도장막인 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
  8. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 오목부는 복수 설치되고, 상기 오목부는, 상기 광입사면으로부터 멀어짐에 따라, 깊이가 커지는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
  9. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 오목부는 복수 설치되고, 상기 오목부는, 상기 광입사면으로부터 멀어짐에 따라, 인접하는 상기 오목부와의 거리가 짧아지는 것을 특징으로 하는 광원장치용 도광체.
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