KR20030078889A - 도광체, 광반사 시트 및 이것을 사용한 면 광원장치와액정 디스플레이 장치, 및 광반사 시트의 제조방법 - Google Patents

도광체, 광반사 시트 및 이것을 사용한 면 광원장치와액정 디스플레이 장치, 및 광반사 시트의 제조방법 Download PDF

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KR20030078889A
KR20030078889A KR10-2003-7009746A KR20037009746A KR20030078889A KR 20030078889 A KR20030078889 A KR 20030078889A KR 20037009746 A KR20037009746 A KR 20037009746A KR 20030078889 A KR20030078889 A KR 20030078889A
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스가요시노리
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유까덴시 가부시키가이샤
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Abstract

도광체(21)의 일표면인 광 출사면(21b)에 집광소자(240)를 설치하고, 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일/또는 거의 상사형인 기본 유닛(28)이 피치 5000μ 이하로 다수 배열한 광반사 시트(27)는 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)측에 배열 설치되고, 도광체(21)의 측단부(21a)에 광원(22)을 배열 설치하여 면 광원장치(20)를 구성하고, 도광체(21)에는 조명광선을 선택적으로 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)측에 출사하는 광 취출기구(290)가 설정된다.

Description

도광체, 광반사 시트 및 이것을 사용한 면 광원장치와 액정 디스플레이 장치, 및 광반사 시트의 제조방법{LIGHT GUIDING BODY, LIGHT REFLECTIVE SHEET, SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE LIGHT REFLECTIVE SHEET, AND METHOD OF MANUFACTURING THE LIGHT REFLECTIVE SHEET}
최근, 퍼스널 컴퓨터용 모니터나 박형 TV 등의 표시장치로서 투과형의 액정표시(디스플레이) 장치가 많이 사용되고 있고, 이와 같은 액정 표시 장치에서는, 보통, 액정소자의 배면에 면 형상의 조명 장치 즉 백라이트(면 광원장치)가 배열 설치되어 있다. 이 면 광원장치는, 예를 들면 냉음극 방전관 등의 선 형상 광원을 면 형상의 광으로 변환하는 기구로 되어 있다.
구체적으로는, 액정소자의 배면 바로 아래에 광원을 배열 설치하는 방법이나, 측면에 광원을 설치하고, 아크릴판 등의 투광성인 도광체를 사용하여 면 형상으로 광을 변환하여 면 광원을 얻는 방법(사이드 라이트 방식)이 대표적이며, 광 출사면에는 프리즘 어레이 등으로 이루어지는 광학소자를 배열 설치하여 원하는 광학특성을 얻는 기구로 되어 있다.
이 사이드 라이트 방식에 대해서는, 예를 들면 일본 특개소 61―99187호 공보나 일본 특개소 63―62104호 공보에 개시되어 있다. 특히, 경량, 박형이라는 액정 표시 장치의 일반적 특징을 보다 유효하게 끌어 내기 위해서는, 백라이트를 얇게 할 수 있는 사이드 라이트 방식의 이용이 매우 적합하고, 핸드 헬드 퍼스널 컴퓨터 등의 액정 디스플레이 장치에는 사이드 라이트 방식의 백라이트가 많이 사용되고 있다.
종래의 사이드 라이트 방식의 면 광원장치는, 도 46에 도시되는 바와 같이 투광성인 평판으로 이루어지는 기판 즉 도광체(1)의 1측단(1a)에 당해 측단면을 따르도록 선 형상 광원(2)을 배열 설치하고, 이 선형상 광원(2)을 덮도록 리플렉터(3)가 부착되어, 선형상 광원(2)에 의한 직접광과 리플렉터(3)로 반사된 반사광이 도광체(1)에, 광 입사단면인 1측단(1a)으로부터 내부로 입사하는 기구로 되어 있다.
도광체(1)의 일표면은 광 출사면(1b)이 되고, 이 광 출사면(1b)의 상방에는 대략 삼각 프리즘 형상인 어레이(4)를 형성한 조광 시트(5)가 정각(頂角)을 관찰자측을 향하게 하여 배열 설치되고, 다른 한편, 도광체(1)에서의 광 출사면(1b)과는반대측의 면(1c)에는 광 산란성 잉크에 의해 다수의 도트(6a)를 소정의 패턴으로 인쇄 형성하여 이루어지는 광 취출기구(6)가 설치되어 있다.
이와 같은 광 취출기구(6)가 형성되어 있는 도광체(1)에서의 광 출사면(1b)과는 반대측의 면(1c)측에는, 이 면(1c)에 근접하여 반사 시트(7)가 배열 설치되어 있다.
또, 종래의 이 종류의 면 광원장치의 다른 대표예로서는, 도 47에 도시되는 바와 같이 대략 삼각 프리즘 형상의 어레이(4)를 형성한 조광 시트(5)가 정각을 도광체(1)의 광 출사면(1b)측을 향하게 하여 광 출사면(1b)의 상방에 배열 설치되어 있다. 그리고, 도광체(1)의 광 출사면(1b)과는 반대측의 면(1c)에 설치되는 광 취출기구(6)는, 각 표면이 거친 면으로 형성되어 있는 다수의 도트(6b)로 형성되는 거친 면 패턴으로 구성되어 있다.
이와 같은 사이드 라이트 방식의 면 광원장치는, 경량, 박형이라는 액정 표시 장치의 일반적 특징을 보다 유효하게 끌어 낼 수 있으므로, 핸드 헬드 퍼스널 컴퓨터 등의 액정 표시 장치의 백라이트로서 많이 사용되어 있다.
본 발명은 도광체, 반사 시트 및 이것을 사용한 면 광원장치와 액정 디스플레이 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터용 모니터나 박형 TV 등의 표시장치에 이용하는데에 적합한 면 광원장치 및 이것에 사용되는 도광체, 및 이 면 광원장치를 백라이트 광학계로서 사용한 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
나아가서는 이 면 광원장치의 구성 요소인 광반사 시트의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 1실시형태에 관계되는 면 광원장치의 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 관계되는 면 광원장치의 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 3은, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체의 측단부에 배열 설치되는 광원의 구성예를 개략적으로 도시하는 평면도,
도 4는, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 능선이 평행하게 배열한, 평행 직선형상이고 또한 경사진 평탄한 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 4b―4b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 5는, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 능선이 평행하게 배열한, 평행 직선형상이고 또한 경사진 평탄한 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 5b―5b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 6은, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 능선이 평행하게 배열된, 평행 직선형상이고 또한 오목형상이 경사 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 또 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 6b―6b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 7은, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 오목형상의 경사 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 또 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 7b―7b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 8은, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 오목 형상의 경사 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 또 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 8b―8b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 9는, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 오목 형상의경사 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 또 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 9b―9b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 10은, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 오목형상의 경사 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 또 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 10b―10b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 11은, (a)도 4에 도시되는 광반사 시트에 형성된 기본 유닛의 경사진 평탄한 반사면을 부분적으로 확대하고, 경사진 평탄한 반사면의 경사각도를 도시하는 단면도, (b)도 6에 도시되는 광반사 시트에 형성된 기본 유닛의 오목 형상의 경사 반사면을 부분적으로 확대하고, 오목 형상의 경사 반사면의 경사각도를 도시하는 단면도,
도 12는, 본 발명에서의 도광체의 광속의 방향 선택성의 측면정법을 도시하는 구성 설명도,
도 13은, 도 12에 도시되는 측정법으로 본 발명에서의 도광체의 광속의 방향 선택성을 측정했을 때에, 광원의 배열 설치되는 측단부에 대향하는 방향으로의 출사각도 분포를 도시하는 도광체의 특성도,
도 14는, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체로부터 출사하여 광반사 시트에서 반사되어 광 출사면에 대한 법선방향으로 출사하는 광선의 궤적을 도시하는 구성 설명도,
도 15는, 본 발명의 면 광원장치에서 매우 적합한 광 취출기구의 태양으로서 사용되는 도광체의 광 출사면과는 반대측의 면에 형성된 다수의 볼록형상 돌기로이루어지는 광 취출기구의 1태양을, 도광체의 일부를 확대하여 개략적으로 도시하는 단면도,
도 16은, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체의 광 출사면과는 반대측의 면에 형성된 광 취출기구의 다른 태양으로서 사용할 수 있는 다수의 오목부로 이루어지는 광 취출기구의 태양을, 도광체의 일부를 확대하여 개략적으로 도시하는 단면도,
도 17은, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체의 광 출사면과는 반대측의 면에 형성된 다수의 오목부로 이루어지는 광 취출기구의 다른 태양을, 도광체의 일부를 확대하여 개략적으로 도시하는 단면도,
도 18은, 본 발명의 도광체에서의 출사방향 선택율을 측정하는 경우의 표면의 25점의 측면정점을 도시하는 도광체의 평면도,
도 19는, 도광체에 설치되는 광 취출기구를 구성하는 볼록형상 돌기의 매우 적합한 배열패턴 예를 개략적으로 도시하는 평면도,
도 20은, 도광체에 설치되는 광 취출기구를 구성하는 볼록형상 돌기에 대하여 깊이(h)와 최소 개구폭(Wmin) 및 최대 개구폭(Wmax)과의 정의를 도시하는 개략적인 구성 설명도,
도 21은, 본 발명의 면 광원장치의 경우에 광원 배열 설치 근방의 도광체에 휘선이 발생하기 어려운 것을 도시하는 구성 설명도,
도 22는, 본 발명에서의 도광체의 광속의 방향 선택성의 측면정법을 도시하는 설명도,
도 23은, 본 발명의 1실시형태에 관계되는 면 광원장치의 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 24는, 본 발명의 다른 실시형태에 관계되는 면 광원장치의 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 25는, 본 발명의 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트로서, 오목 형상의 경사 반사면으로 이루어지는 기본 유닛이 다수 표면에 형성된 또 다른 태양의 광반사 시트의 부분적인 평면도 및 9b―9b선으로 절단하여 도시하는 단면도,
도 26은, 도광체에 설치되는 광 취출기구를 구성하는 볼록형상 돌기의 바람직하지 않은 배열패턴 예를 개략적으로 도시하는 평면도,
도 27은, 도광체에 설치되는 광 취출기구를 구성하는 볼록형상 돌기의 매우 적합한 배열패턴 예를 개략적으로 도시하는 평면도,
도 28은, 본 발명의 1실시형태에 관계되는 면 광원장치의 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 29는, 본 발명의 다른 실시형태에 관계되는 면 광원장치의 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 30은, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체에 설치된 광 취출기구를 구성하는 요철부로서의 볼록형상 돌기로부터의 광의 출사상태를 도시하는 구성 설명도,
도 31은, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체에 설치된 광 취출기구를 구성하는 요철부로서의 볼록형상 돌기에 대한 깊이(h)와 최소 개구폭(Wmin)의 정의를 도시하는 사시도,
도 32는, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체의 발광면과는 반대측의 면에 형성된 다수의 볼록형상 돌기로 이루어지는 광 취출기구의 1태양을 개략적으로 도시하는 평면도,
도 33은, 본 발명의 면 광원장치에서 도광체의 발광면과는 반대측의 면에 형성된 다수의 볼록형상 돌기로 이루어지는 광 취출기구의 다른 태양을 개략적으로 도시하는 평면도,
도 34는, 광원으로부터 나온 광속의 확대, 도광체에 입사한 광속의 상태 및 도광체의 발광면과는 반대측의 면에 형성된 다수의 볼록형상 돌기로 이루어지는 광 취출기구로부터 출사한 광속의 상태를 모식적으로 도시하는 개략적인 구성 설명도,
도 35는, 본 발명의 광반사 시트를 제조하는 금형의 제조 공정을 개략적으로 도시하는 구성 설명도,
도 36은, 본 발명의 1실시형태에 관계되는 면 광원장치에 사용되는 광반사 시트의 적층구조를 도시하는 부분적인 단면도,
도 37은, 본 발명의 면 광원장치에서 광반사 시트를 도광체 방향으로 볼록형상으로 휘어서 배치한 상태 및 그 반대의 배치 상태를 각각 개략적으로 도시하는 구성 설명도,
도 38은, 본 발명의 광반사 시트를 제조하는 장치를 개략적으로 도시하는 구성 설명도,
도 39는, 도 38에 도시되는 제조 장치에서 사용되는 엠보스 롤로 열가소성 수지 필름에 다수의 기본 유닛을 전사하고 있는 상태를 도시하는 부분적인 사시도,
도 40은, 본 발명의 면 광원장치에서의 가장 바람직한 실시형태의 주요부를개략적으로 도시하는 사시도,
도 41은, 면 광원장치에서 광원 배열 설치 근방의 도광체에 휘선이 발생하는 상태를 도시하는 구성 설명도,
도 42는, 본 발명자가 이전에 제안한 면 광원장치의 1예에 대하여 그 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 43은, 본 발명자가 이전에 제안한 면 광원장치의 다른 예에 대하여 그 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 44는, 종래형의 면 광원장치에서 도광체에 입사한 광선이 광 취출기구에 의해 산란하는 상태를 모식적으로 도시하는 구성 설명도,
도 45는, 광 출사면에 파형판 형상의 요철을 설치한 도광체를 면 광원장치의 구성 요소로서 사용할 때, 종래의 면 광원장치에서의 광선의 궤적을 도시하는, 도광체의 광 입사면에서 본 구성 설명도,
도 46은, 종래의 면 광원장치의 1예를 개략적으로 도시하는 단면도,
도 47은, 종래의 면 광원장치의 다른 예를 개략적으로 도시하는 단면도,
도 48은, 본 발명자가 이전에 제안한 면 광원장치의 1예에 대하여 그 주요부를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 49는, 본 발명자가 이전에 제안한 면 광원장치의 1예에 대하여 그 주요부를 개략적으로 도시하는 단면도,
도 50은, 도 48에 도시되는 면 광원장치를 구성하는 도광체에 광 취출기구로서 설치된 볼록형상 돌기가 광원으로부터 멀어짐에 따라서 그 지름이 커지는 상태를 개략적으로 도시하는 구성 설명도,
도 51은, 도 48에 도시되는 면 광원장치를 구성하는 도광체에 광 취출기구로서 도트 형상으로 설치된 볼록형상 돌기가 광원으로부터 멀어짐에 따라서 그 직경이 커지는 패턴을 개략적으로 도시하는 도광체의 평면도이다.
발명의 실시형태
이하, 본 발명의 광반사 시트 및 그 제조방법, 및 이 광반사 시트를 사용한 면 광원장치와 액정 디스플레이 장치를 도면에 도시되는 실시형태에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 매우 적합한 2개의 실시형태에 관계되는 면 광원장치(20)의 주요부를 개략적으로 도시하고 있다.
이들의 실시형태에 관계되는 면 광원장치(20)는, 거의 투명한 평판으로 이루어지는 기판 즉 도광체(21)를 구비하고, 이 도광체(21)의 1측단에는 당해 측단부를 따라서 선형상 광원(22)이 배열 설치되어 있다. 이 선형상 광원(22)으로서는, 형광관 또는 LED 어레이 등을 사용할 수 있는데, 특히 이것들에 한정되는 것은 아니다. 선형상 광원(22)으로서는, 발광 효율이 우수하고, 소형화가 용이한 냉음극관의 이용이 가장 적합하다.
선형상 광원(22)의 배치형태로서는, 이 태양에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도, 1측단부에만 냉음극관이 배열 설치된 1등식의 태양, 1측단부에 2개의 냉음극관이 배열 설치된 2등식의 태양, 1등 또는 2등의 냉음극관이 1측단부에 배열 설치되어, 이것이 대향하는 측단부에도 설치되어, 합계 2등 또는 4등으로 되어 있는 태양 등이 대표적이다.
또, 선형상 광원(22)의 태양으로서, 본 발명에서는 어느것도 선형상 광원에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 소형의 면 광원장치에서는 도 3에 도시되는 바와 같이 LED 등의 점광원을 사용할 수도 있다. 즉, 도 3(a)는, 도광체(21)의 코너부를 평면에서 보아 삼각형상으로 커팅하여 형성된 코너 컷팅 면(21d)에, 점광원인 LED(22a)를 배치한 예를 도시하고 있다. 또, 도 3(b)는, 도광체(21)의 1측단부에 광학 로드(22b)를 근접 배치하고, 이 광학 로드(22b)의 단면에 점광원인 LED(22a)를 배치한 예를 도시하고 있다.
이 도광체(21)의 1측단에는, 선형상 광원(22)을 덮도록 램프 리플렉터(26)가 부착되고, 선형상 광원(22)에 의한 직접광과 램프 리플렉터(26)에서 반사된 반사광이 도광체(21)에, 광입사 단면인 1측단면(21a)으로부터 내부에 입사하는 기구로 되어 있다. 이 램프 리플렉터(26)에 사용되는 재질로서는 광선 반사율이 높은 것이면 특별히 한정은 되지 않지만, 예를 들면, Ag증착층을 갖는 금속판, 백색의 플라스틱 필름 등이 매우 적합하게 사용된다.
도광체(21)는, 예를 들면, 판두께가 약 2∼4mm 정도의 사각형상을 한 투광성의 박판이고, 도 1 또는 도 2에서 보아 상면인 일방의 표면이 광을 출사하는 광 출사면(21b)이며, 이것과는 반대측인 타방의 표면(도 1 또는 도 2에서 보아서 하면)은 광 출사면과 대향하는 면(21c)이다. 도 1 및 도 2에서, 부호 23은 도광체(11)의 광 출사면(21b)에 수직한 선 즉 도광체(21)의 법선을 나타내고 있다.
본 발명의 1실시형태에 관계되는 면 광원장치(20)에서의 도광체(21)로서는, 도 1에 도시되는 바와 같이 도광체(21)의 광 입사면(21a)에 대한 법선방향에 거의평행한 능선(24a)을 구비하는 삼각 프리즘 어레이(24)가 집광소자(240)로서 광 출사면(21b)에 형성되어, 집광 작용을 높이는 구조로 되어 있다.
또, 집광소자(240)로서, 도 2에 도시되는 다른 실시형태와 같이 도광체(21)의 광 입사면(21a)에 대한 법선방향에 거의 평행한 능선(25a)을 구비하는 단면 정현파 형상의 요철로 이루어지는 어레이 형상 소자(25')를 광 출사면(21b)에 형성해도 좋다. 이들 삼각 프리즘 어레이(24)에서의 각 프리즘부(24b)의 배열 피치(P1)나 단면 정현파 형상의 요철로 이루어지는 어레이 형상 소자(25')에서의 각 소자부(25b)의 배열 피치(P1)는, 시인할 수 없을 정도로 미세화되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 도광체(21)의 광 출사면(21b)에 설치되는 집광소자(240)는 프리즘 어레이, 렌티큘러(lenticular) 렌즈 어레이, 마이크로 렌즈 어레이 등, 각종의 형상이 실시 가능하지만, 이들의 집광소자(240)에 의해 도광체(21)내에서의 조명광선의 전파가 방해되지 않도록 해야 한다. 특히 대형의 면 광원장치에서는 이 점을 고려하는 것이 극히 중요하며, 구체적으로는, 집광소자(240)로서 능선을 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 거의 수직으로 하는, 파형판 형상의 요철형상을 형성하는 것이 바람직하다.
도광체(21)의 광 출사면(21b)과는 반대측의 면(21c)측에는, 당해 면(21c)에 근접하여 광반사 시트(27)가 배열 설치되어 있다.
본 발명의 면 광원장치에서 사용되는 광반사 시트(27)는, 도광체(21)에 설치된 평활면에서 형성된 광 취출기구(290)에 따라 선택적으로 광반사 시트(27)의 측면에 출사되어진 조명광선에 대하여, 집광, 변각 등의 광학적 작용을 부여하고, 면 광원으로서 바람직한 광학특성을 부여하는 역활을 수행하는 것이다.
광반사 시트(27)는, 경사진 광반사면(28a)을 구비하는 다수의 기본 유닛(28)이 미세한 피치(P2)로 기재의 표면에 형성되어 구성되어 있다. 여기에서, 기본 유닛(28)이란, 도 4∼도 10에 도시되는 바와 같이 거의 동일 및/또는 거의 상사형상의 경사진 경사면(28a)의 집합체로서 얻어지는 광반사 시트(27)의 기본형상단위를 의미한다.
즉, 기본 유닛(28)이란, 그것 이상 분할하면 동일성 또는 상사성이 소실해버리는 최소의 형상단위, 소위 유닛 셀이다. 또, 피치(P2)란, 도 4∼도 10에 도시되는 바와 같이, 이들 기본 유닛(28)의 배열에 의해 만들어지는 기본주기중, 최소의 길이로서 정해진다.
또한, 도광체(21)에는 광 취출기구(290)가 설치되어 있다. 이 광 취출기구(290)는, 도광체(21)에 입사한 광선을 선택적으로 광반사 시트(27)의 측면에 출사시키도록 구성되어, 조명광선을 집중적으로, 일단 광반사 시트(27)의 측면에 출사시키는 구조로 되어 있다.
즉, 도광체(21)에 설치되는 광 취출기구(290)는 방향 선택성을 갖는 광출사 소자(29)로서 기능하는 것이며, 종래형의 면 광원장치에서 볼 수 있는 거친 면 패턴이나 잉크 인쇄 패턴에 의한 단순한 광산란에 의해 광을 취출하는 태양과는 본질적으로 상이한 것이다.
보다 구체적으로는, 출사방향의 선택성을 도시하는 지표(출사방향 선택율)를사용하여 정의한, 광반사 시트(27) 방향으로 조명광선이 선택적으로 출사하는 비율이, 바람직하게는 60∼100%, 보다 바람직하게는 70∼100%, 더욱 바람직하게는 75∼100%로 되고, 조명광선이 광반사 시트(27)에 의한 광학작용을 충분히 받도록, 선택적으로 광반사 시트(27)의 측면에 출사하는 구조로 되는 것이다.
여기에서, 출사방향 선택율과는 상술과 같이, 광반사 시트의 방향으로 선택적으로 조명광선을 출사하는 능력을 수치화하여 나타낸 값이며, 출사방향 선택율의 측면정 방법은 다음과 같다. 우선, 도 12에 도시되는 바와 같이 광반사 시트(27) 대신에 식모지 등의 거의 완전하게 광을 흡수하는 흑색의 시트(30)를 배열 설치하고, 도광체(21)를 통상의 방향으로 세팅하여 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 평면내에서의 임의의 방향(101)에의 출사각도 분포를 휘도계를 사용하여 측정한다.
그리고, 이 때에 얻어진 출사 각도에 대한 휘도변화를 도시하는 그래프의 적분값(도 13(a)에 사선으로 도시되는 부분의 면적)을 La라고 한다. 다음에 도광체(21)를 통상의 방향과는 이반한(본래, 광 출사면(21b)이 되어야 할 면이 흑색 시트(30)의 측면에 오는 방향) 방향으로 세팅하고, 동일하게, 방향(101)에의 출사각도 분포를 도 13(b)에 도시되는 바와 같이 휘도계를 사용하여 측정한다.
이 때에 얻어진 출사 각도에 대한 휘도변화를 도시하는 그래프의 적분값(Lb)을 구하고, 이들로부터 산출되는 Lb/(La+Lb)의 값이 상술한 출사방향 선택율(광반사 시트 방향으로 선택적으로 광선을 출사하는 비율)로 되는 것이다. 또한, 본 발명에서는 출사방향 선택율은 광 출사면(21b)의 중심부근에서 측정되는 것으로 한다.
이와 같이 하여 얻어진 출사방향 선택율의 값이, 상술한 바와 같이 바람직하게는 60∼100%, 보다 바람직하게는 70∼100%, 더욱 바람직하게는 75∼100%가 되고, 광반사 시트(27)의 방향으로 선택적으로 조명광선을 출사함으로써, 광반사 시트(27) 표면에 설치된 기본 유닛(28)의 효과를 유효하게 활용하는 것이 가능하게 되기 때문에, 광학적 집광 작용이나 광학적 변각작용을 수행하고, 바람직한 광학특성을 얻을 수 있는 것이다.
또, 도광체(21)로부터의 광속이 출사하는 방향에 대한 선택성을 측정하는 측정 수단으로서, 하기의 방법도 있다. 즉, 우선 통상 광반사 시트가 배열 설치되는 위치에 거의 완전하게 광을 흡수하는 흑색의 시트(30)(식모지 등)를 배열 설치하고, 도 22에 도시되는 바와 같이, 도광체(21)를 통상의 방향으로 세팅하여 적분구(積分球)(22') 속에서 점등시키고, 이 때에 얻어진 도광체(21)의 광 출사면측으로부터 발생되는 전체 광속량을 Σa라고 한다.
다음에, 도광체(21)의 방향을 통상과는 반대로 세팅하고(본래, 광반사 시트의 측면을 향하는 면이 광 출사면측에 오도록 세팅한다.), 동일하게 적분구(22')속에서 점등시키고, 이 때에 얻어진 도광체(21)의 광 출사면과 반대측의 면으로부터 발생되는 전체 광속량을 Σb로 한다. 이 때에, 얻어지는 수치, Σb/(Σa+Σb)×100이 광반사 시트의 측면에 선택적으로 출사하는 광속의 비율(%)로 되는 것이며, 이 값이 바람직하게는 65% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상으로 되는 것이다.
그런데, 이와 같은 광학계에서는, 도광체(21)로부터의 출사광선은 가능한 한 광반사 시트(27)의 방향을 향하도록 해야 한다. 그 때문에, 도광체(21)의 광 출사면(21b)에 대향하는 면에는, 불필요한 광확산(산란) 현상을 발생하지 않는 평활면으로 구성된 다수의 방향성 광출사 소자(29)를 적절한 형상으로 제어하여 이루어지는 광 취출기구(290)가 배열 설치되어 있다.
즉, 도광체(21)로부터의 출사광선을 광 취출기구(290)에 의해 광반사 시트(27)의 방향에 선택적으로 출사시켜, 이 광반사 시트(27)의 표면에 설치된 경사면(28a)으로 이루어지는 대략 상사형의 기본 유닛(28)에 의해 변각, 집광함으로써 조명광선의 특성을 콘트롤 한다.
본 발명의 면 광원장치에서, 조명광선이 거치는 광로는, 통상의 사이드 라이트형 면 광원장치와는 달리, 도광체(21)의 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)측에 설치된 평활면으로 이루어지는 방향성 광출사 소자(29)의 효과에 의해, 대부분의 광속이, 일단, 선택적으로 광반사 시트(27)의 측면에 출사하고, 그 후에, 이 광반사 시트(27)에서 광속 방향을 변환하여 정면방향으로 출사하는 광학계로 되어 있다.
즉, 이와 같은 광로를 취함으로써, 도광체(21)의 광 출사면(21b)에 삼각 프리즘 어레이(24)나 렌티큘러 어레이(25) 등의 집광소자(240)를 설치한 경우에, 도광체(21) 자체가 렌즈 어레이로서의 광학적 기능을 수행할 수 있게 되기 때문에, 종래형인 단순하게 도광체에 집광소자를 설치한 것 뿐인 면 광원장치에 비해 훨씬 우수한 집광성을 얻을 수 있게 되는 것이다.
이 상황에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 우선, 종래형의 사이드 라이트형 면 광원장치에서도, 도 42 및 도 43에 도시하는 바와 같이, 도광체(1)의 광 출사면(1b)에 삼각 프리즘 어레이(2)나 렌티큘러 어레이(3) 등의 광학소자를 형성하고, 조명광선의 집광성을 높이는 시도는 행해져 있는데, 이들 집광소자의 효과가 충분하게 수행되지 않은 이유에 대해서 설명한다.
즉, 도광체(1)의 광 입사면(1a)측에서 본 광 출사면(1b)의 형상이 도 42 및 도 43에 도시되도록, 삼각 프리즘 형상이나 렌티큘러 렌즈 형상 등으로 된 도광체구조가 종래부터 집광성을 높일 목적으로 사용되고 있지만, 단순하게 도광체에 이들 집광소자를 형성하는 것만으로는 광학적인 효율이라는 점에서 불충분한 것이다.
이것은, 종래형 면 광원장치에서는 거친 면이나 거친 면부(4a, 4b, 4c…)로 이루어지는 패턴, 및 광산란성 잉크로 이루어지는 도트 패턴 등이 광 취출기구(4)가 되어, 거친 면부분 등에서 발생하는 광의 산란(확산) 현상을 사용하여 도광체 밖으로 광을 취출하는 기구로 되어 있다.
이러한 단순한 광의 산란 현상을 광 취출기구(4)로 하는 태양에서는, 도 44에 도시되는 바와 같이, 산란되는 광선은 본질적으로 출사방향이 랜덤하기 때문에, 도광체(1) 밖으로 산란되는 광선과 도광체(1)내에 산란되는 광선이 공존하게 되어, 반사 시트(7)의 측면에 출사하는 조명광선(5)과, 직접, 도광체(1)의 광 출사면(1b) 방향을 향하는 조명광선(6)이 공존하고 있기 때문이다.
즉, 도 45에 도시되는 바와 같이 도광체(1)의 광 출사면(1b)방향으로 직접 향하는 광속이 도광체(1)의 광 출사면(1b)에 설치된 삼각 프리즘 어레이(2) 등의집광소자에 의해 받는 집광 효과를 기하 광학적으로 생각하면, 조명광의 출사 각도를 γ, 삼각 프리즘 어레이(2)의 두정각(頭頂角)을 δ로 하여, 삼각 프리즘 어레이(2)에 의해 집광 효과를 받아서 광 출사면(1b)으로부터 출사하는 조명광선(8)의 출사 각도(ζ)는, 도광체의 굴절율을 n으로 하여,
로서 주어진다.
그러나, 이와 같은 직접 삼각 프리즘 어레이(2)를 향하는 광선(6)이 상당한 비율을 차지하는 상황에서는, 조명광은 공기-도광체의 계면을 한번밖에 경유하지 않기 때문에, 수학식 1에 의한 집광 효과밖에 기대할 수 없기 때문에, 본질적으로 삼각 프리즘 어레이(2)의 효과를 충분히 발휘시킬 수 없는 것이다.
이것에 대해, 본 발명의 면 광원장치에서 볼 수 있는 바와 같이, 일단, 대부분의 조명광선이 평활면으로 이루어지는 방향성 광출사 소자(29)에 의해 광반사 시트(27)의 측면에 출사하는 경우에는, 도 14에 도시되는 바와 같이 대부분의 조명광(16)은 광반사 시트(27)에서 반사된 후에 공기-도광체의 계면을 두번이나 거칠 수 있기 때문에, 조명광선의 출사 각도(ζ)는,
로서 주어지고, 높은 굴절 효과를 줄 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 도광체(21) 자신이 프리즘 시트로서 작용할 수 있도록 되는 것이며, 거친 면 등의 광 취출기구(4)를 사용하여 또한 단순하게 프리즘 어레이(2)를 형성한 것 뿐인 도광체(1)를 사용한 종래형의 면 광원장치와는 달리, 집광성이라는 관점에서 기하광학적으로 보아서 본질적으로 높은 특성을 얻을 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명에서 전제로 하고 있는 조명광의 광로, 즉 일단, 광반사 시트(27)의 측면에 선택적으로 조명광(16)이 출사하고, 광반사 시트(27)에서 방향변환된 광속이 재차 도광체(21)를 관통하는 광로를 실현하기 위해서는, 도광체(21)중을 전파하는 광속을 취출하는 기구(290)로서, 도 15(a)(b), 도 16, 도 17에 예시되는 바와 같이, 평활면에서 형성되고 또한 광반사 시트(27)의 방향으로 선택적으로 광을 출사할 수 있는 단면형상을 가진 소자구조, 즉 방향성 광출사 소자(29)가 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)에 설치될 필요가 있는 것이다.
이 방향성 광출사 소자(29)에 대하여, 보다 상세하게 기술하면, 우선, 출사광선의 광출사 방향을 광반사 시트(27) 방향으로 선택적으로 좁히기 위해서, 최저한, 이들 소자는 평활면에서 형성되어 있을 필요가 있다. 이것은, 거친 면 약간이라도 존재함으로써, 반드시 랜덤한 방향으로의 광의 산란(확산) 현상이 발생하기 때문이며, 광의 출사방향을 선택적으로 콘트롤 하기 위해서는 매우 좋지 않은 영향을 주기 때문이다.
보다 구체적으로는, 방향성 광출사 소자(29)를 구성하는 평활면은, JIS―B0601이 정하는 산술평균 거칠기(Ra)의 값이, 바람직하게는 0.01∼10㎛의 범위, 보다 바람직하게는 0.02∼4㎛의 범위, 더욱 바람직하게는 0.05∼2㎛인 범위의 표면으로 되고, 방향성 광출사 소자(29)에 입사한 광속이 거친 면에 의해 일어나는 의도하지 않는 광확산(산란) 현상에 의해 산란되고, 광반사 시트 방향에 선택적으로 조명광선을 출사한다는 본래의 기능을 손상하지 않도록 해야 하다.
여기에서, 방향성 광출사 소자(29)는 화면상에서의 패턴 보이기를 방지하기 위해서, 극히 미세화되는 경우가 많은데, 이 경우에 너무나 넓은 샘플링 에리어를 잡아서 산술평균 거칠기를 측정하면, 원래, 방향성 광출사 소자가 갖는 형상의 효과가 측정값에 반영되어버려 정확한 측정을 할 수 없게 된다. 즉, 극히 미소한 영역(방향성 광출사 소자에 비해 충분히 작은 영역), 구체적으로는 50㎛2정도의 영역을 샘플링 에리어로 하여 방향성 광출사 소자 표면의 평활도를 정할 필요가 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명의 면 광원장치에서의 도광체(21)에 사용되는 방향성 광출사 소자(29)에 의해 도광체(21)로부터 출사하는 전체 광속에 대해, 바람직하게는 65% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상의 광속이 광반사 시트(27)의 측면에 출사하도록, 방향성 광출사 소자(29)의 평활도나 형상을 조정하는 것이 바람직하다.
또 상술한 바와 같이, 일단, 집중적으로 광반사 시트(27)의 측면에 조명광선을 출사시키는 광학설계를 행한 것의 효과는, 특히, 도광체(21)의 광 출사면(21a)에 프리즘 어레이 등의 집광소자(240)가 설치된 경우에 발휘되는 것이다. 즉, 도 14에 도시되는 바와 같은 광로(16, 31, 32)를 거치는 것이 가능하게 되기 때문에,도광체 자신이 프리즘 시트로서 기능할 수 있게 되므로, 종래형의 단순하게 프리즘을 도광체상에 부여한 것 뿐인 면 광원장치에서 볼 수 있는 광선경로(8)(도 45)와는 본질적으로 다른, 극히 우수한 집광 특성을 실현하는 것이 가능하게 되는 것이다.
여기에서, 출사방향 선택율을 바람직하게는 60% 이상으로 유지, 집중적으로 광반사 시트(27)측에 조명광선을 출사시키는 광 취출기구(290)의 구체적 구조는, 각종의 태양을 생각할 수 있고 특별히 한정은 되지 않는다. 예를 들면, 도 16, 도 17에 예시되는 바와 같이 움푹한 부로 이루어지는 구조를 사용할 수 있다. 그렇지만, 가장 적합한 태양으로서는, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 도광체(21)에서의 광 출사면(21b)과는 반대측의 면(21c)(광 출사 시트측의 면)에 평활한 표면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29A)를 다수 형성한 광 취출기구(290)를 들 수 있다.
이 외에도, 도 15∼도 17에 도시되는 바와 같이, 각종의 표면형상 설계에 의해, 도광체(21)로부터 출사하는 대부분의 출사광선이 광반사 시트(27)의 방향을 향하도록 설계하는 것이 가능하게 되는 것이다. 즉, 도 15에 도시되는 태양은, 도광체(21)에서의 광반사 시트(27)측의 면에 단면 삼각형상의 다수의 돌기(29b)를 소정의 패턴으로 형성하여 광 취출기구(290)로 한 것이다
또, 도 16에 도시되는 태양은, 도광체(21)에서의 광반사 시트(27)측의 면(21c)에 오목 형상의 움푹한 곳을 형성함으로써 상대적으로 돌출부(29c)를 형성하여 광 취출기구(290)로 한 것이다. 또한, 도 18에 도시되는 태양은, 도광체(21)에서의 광반사 시트(27)측의 면(21c)에 단면 V자 형상의 다수의 홈부(29d)를 소정의 간격으로 형성하고, 이것에 의해 광 취출기구(290)로 한 것이다.
더욱 바람직하게는, 이 방향성 광출사 소자(29)의 형상은 평활한 면으로 구성되는 볼록형상 돌기로 되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 도 20에 도시되는 바와 같이, 평활한 표면을 가지면서 도광체(21)의 면(21c)으로부터 돌출한 볼록형상 돌기 형상이면, 개구폭(W)에 대하여 깊이(h)를 크게 취함으로써, 도 15(a)에 도시하는 바와 같은 광로를 취하는 광선(16)을 증대시키고, 용이하게 광반사 시트(27) 방향으로 선택적으로 조명광선을 취출할 수 있도록 되는 것이며, 게다가, 도광체(21)의 성형시에 이 형상을 도광체(21)에 전사했을 때에도 금형으로부터 분리하기 쉽고, 생산성도 높기 때문이다.
또, 볼록형상 돌기 형상이면 이 형상을 작성하기 위한 금형도 제조가 용이하고, 드라이 필름 레지스트 등을 사용한 포토 리소그래피와 에칭이나 전기 주조법을 조합시킴으로써, 비교적, 간단하게 원하는 볼록형상 돌기 형상을 가진 패턴을 얻을 수 있는 것이다.
볼록형상 돌기의 형상에 대하여 더욱 상세하게 기술하면, 깊이(h)와 최소 개구폭(Wmin)으로 정의되는 값(h/Wmin)이 바람직하게는 0.5 이상, 보다 바람직하게는 0.6 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 이상으로 된다. 이렇게 함으로써 돌기부에 입사한 광선은 대부분이 반사시트의 측면에 선택적으로 출사하도록 되는 것이다. 여러가지 볼록형상 돌기에 대한 깊이(h), 최소 개구폭(Wmin)은 도 20에 도시되는 바와 같이 정의된다.
더욱이, 돌기부에 입사한 광선을 충분하게 광반사 시트(27)측에 출사시키기위해서는, 최대 개구폭(Wmax)과 상기 볼록형상 돌기의 깊이(h)에 의해 정의되는 값(h/Wmax)이 바람직하게는 0.3 이상, 보다 바람직하게는 0.4 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 이상으로 되는 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 볼록형상 돌기에 대한 최대 개구폭(Wmax)은 도 20에 도시되는 것과 같이 정의된다.
또, 면 광원장치로서, 면내에서 조명 강도를 일정하게 유지하기 위해서, 상기 볼록형상 돌기로 이루어지는 패턴의 외형은, 광원(22)이 배열 설치된 부분으로부터 멀어짐에 따라서 광의 취출 효율을 높일 수 있도록 패턴 형상이 조정되어 있다. 즉, 돌기 개구부의 면적이 서서히 증가하는 태양, 또는 동일형상의 돌기가 사용되고, 광원에서 멀어짐에 따라서 볼록형상 돌기부의 배치 밀도가 증가하는 태양 등에 의해, 광원으로부터의 거리에 의하지 않고 광의 출사량이 거의 일정하게 되도록 조정되는 것이다
특히, 조정이 용이한 것은 돌기 개구부의 면적이 증가하는 태양이지만, 본 발명에서는 상술한 대로, 볼록형상 돌기에 의해 실현되는 광 취출기구(290)는 도광체내를 전파하는 광선을 광반사 시트(27)의 측면에만 선택적으로 출사하는 기능을 수행할 필요가 있고, 깊이(h)와 최소 개구폭(Wmin)으로 정의되는 값(h/Wmin)이 높은 값으로 유지되어 있는 것이 바람직하다.
이 때문에, 단순하게 개구부의 면적을 증가시켜 버렸다는 것에서는, 광원(22)으로부터 떨어진 위치에서 h/Wmin의 값이 바람직한 값에서 벗어나버리는 것도 상정된다. 따라서, h/Wmin값을 일정하게 유지하면서 돌기 개구부의 면적을 증가시키는 패턴 형상이 가장 바람직한 것이며, 구체적으로는, 도 19(a)에 도시되는 바와 같이, 광원(22)이 배열 설치된 위치로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 돌기 개구부가 확대하고 있는 패턴 형상이 가장 바람직하다.
여기에서, 보다 구체적으로 본 발명의 면 광원장치(20)에서의 광 취출기구(290)를 구성하는 요철부(29')의 단면형상에 대하여 설명하면, 도광체(21)에 설치되는 광 취출기구(290)를 보다 출사방향의 제어성이 우수한 것으로 하기 위해서는, 광 취출기구(290)를 구성하는 요철부(29')의 표면이 가능한 한 평활한 표면으로 되어 있을 필요가 있는 것은 상술한 바와 같다.
즉, 광 취출기구인 요철부(29')의 표면이 거친 면으로 되어 있을 경우에는, 도 30(a)에 도시되는 바와 같이, 이 거친 면부에 의해 유기되는 광산란이 발생하고, 광속의 지향성을 정할 수 없게 되어버린다. 그러나, 요철부(29')의 표면이 평활한 면이면, 도 30(b)에 도시되는 바와 같이 기하광학에 따라서 일정 방향에만 선택적으로 출사시킬 수 있도록 되기 때문이다.
더욱이, 광을 효율적으로 일정 방향으로 취출하기 위해서는 요철부(29')의 깊이(h)는, 도 31에서 정의되는 요철부(29')의 최소 개구폭(Wmin)에 대하여 가능한 한 크게 되어 있는 것이 바람직하고, 가공성을 가미해서 생각하면, 구체적으로는 h/Wmin의 값이 0.5∼2.5의 범위, 보다 바람직하게는 0.6∼1.5의 범위, 더욱 바람직하게는 0.7∼1.3의 범위로 되는 것이 적합하다. 여기에서, 요철부(29')의 깊이(h)란, 도 30(b), 도 31(a) 및 도 20(a)에 도시되는 바와 같이 요철부(29')가 형성된 도광체(21)의 표면을 기준으로 하여 측정한 요철부(29')의 높이를 의미하고, 최소 개구폭(Wmin)이란, 도 31(b)에 도시되는 바와 같이 요철부(29')를 상부에서 본 형상에서의 최소폭을 의미한다.
더불어, 도 20(a)에 도시되는 바와 같이 도광체(21)중의 조명광선이 주로 전파하는 방향(33)(광원이 배합된 도광체의 측단부(21a)에 수직한 방향)으로의 단면에서 본 유효개구폭(Weff)에 대하여 깊이(h)의 비가 보다 클 수록, 일정 방향으로 조명광선을 출사시키기 쉬워지는 것이며, 성형성을 악화시키지 않을 정도로 이들로 정의되는 비율(h/Weff)도 큰 값으로 되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는 0.5∼2.5의 범위, 보다 바람직하게는 0.6∼1.5의 범위, 더욱 바람직하게는 0.7∼1.3의 범위로 되는 것이 적합하다.
여기에서, 유효 개구폭(Weff)이란, 도 20(a)에 도시되는 바와 같이, 도광체(21)의 두께 방향으로의 단면에서 보아, 광원이 배열 설치된 측단부에 수직한 방향(33)에 대한 돌기를 갖는 폭으로서 정의된다. 이와 같이, 평활한 표면을 가지고, 개구폭에 대하여 상대적으로 깊은(높은) 요철부(29')를 형성함으로써, 조명광을 선택적으로 광반사 시트(27)의 측면에 인도하고 있지만, 본 발명에서는 집광성을 더욱 높이기 위해서, 도 32(a)∼도 32(c) 및 도 33(a)∼도 33(c)에 도시되는 바와 같이 도광체(21)의 광 출사면(발광면)(21b') 직상에서 본 이 요철부(29')의 형상이 광의 주된 진행 방향에 볼록형상으로 되어 있다.
즉, 이와 같은 형상을 선택함으로써 렌즈 효과가 발생하고, 도광체(21)로부터 출사하는 광속을 애초에 집광된 상태로 할 수 있기 때문에, 경사진 광반사면 어레이를 갖는 광반사시트(27)와 조합시키면, 정면방향으로의 휘도를 높이는 것이 가능하게 되는 것이다.
이 효과에 대하여, 도광체(21)내를 광 출사면(발광면)(21b') 직상에서 내려다 본 도 34를 참조하여 설명하면, 대표적인 광원인 형광관으로부터 출사하는 광속의 출사각도 분포는 도 34(a)에 부호(32')로 도시되는 바와 같이 방향에 따라 광의 강도가 그다지 변화되지 않는 등방적인 분포를 가지고 있다. 그렇지만, 도광체(21)의 광 입사면(21a)으로부터 도광체(21)내에 입사한 광속은 스넬의 법칙에 의해 부호(45)로 표시되는 바와 같이 각도 분포가 좁혀진 상태로 된다.
이 때에, 종래형의 도 34(a)에서 볼 수 있는 바와 같은 형상의 광 취출기구(14)에서는 출사하는 광속은, 부호(15)로 표시되는 바와 같이, 다시 출사 각도 분포가 확대한 광속으로 되어버리기 때문에, 이것을 광반사 시트(27)에 설치된 경사면(28a)에 의해 정면방향을 향했다고 해도, 집광성을 충분히 확보할 수 없는 것이다.
이것에 대하여, 본 발명에서는 요철부(29')로 이루어지는 광 취출기구(290)를 광 출사면(발광면)(21b') 직상으로부터 내려다 본 형상은, 실질적으로 광의 취출에 기여하는 부분이 도광체(21)의 광 입사면(21a)에 대하여 볼록형상이 되어 있기 때문에, 도 34(b)에 도시되는 바와 같이 광이 도광체(21)로부터 출사할 때에 렌즈 효과가 생기기 때문에, 도광체(21)로부터 출사하는 광속(25')이 집광성이 높은 상태로 되고, 이것에 의해 광반사 시트(27)를 통하여 출사 광속을 정면방향을 향하면, 정면방향에 높은 휘도를 갖는 광속을 출사시킬 수 있게 되는 것이다.
여기에서, 특히 바람직하게는, 요철부(29')로 이루어지는 광 취출기구(290)는, 도 28 또는 도 29에 도시되는 바와 같이, 도광체(21)의 발광면(21b')과 대향하는 면측에 설치된, 평활한 면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29A)이며, 또한 이 볼록형상 돌기(29A)를 발광면(21b') 직상으로부터 내려다 보았을 때의 형상은, 도 32(a)∼도 32(c)에 도시되는 바와 같이 삼각형, 사변형, 및 타원형중 어느 하나로 이루어지는 도트 패턴으로 된다.
또, 볼록형상 돌기(29A)의 돌기량(돌기의 높이)으로서 바람직하게는 2∼300㎛, 보다 바람직하게는 5∼200㎛, 더욱 바람직하게는 10∼100㎛이며, 또한 무아레 등의 간섭 현상에 의한 바람직하지 않은 불균일을 억제하기 위해, 랜덤하게 볼록형상 돌기(29A)가 배치된 태양을 적합하게 사용할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 유효 개구폭(Weff)에 대해 높이가 높은 볼록형상 돌기(29A)를 사용하고, 도 30(b)에서 볼 수 있는 바와 같이 볼록형상 돌기(29A)의 측면으로부터 도광체(21)내를 전파하는 광속을 일정 방향으로 취출하고 있기 때문에, 평활한 면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29A)의 단면형상은, 도 30(c)에 도시되는 바와 같은 형상, 즉 볼록형상 돌기(29A)에서의 광원측 각부를 커팅하여 도광체(21)내를 전파하는 광속에 따른 경사면(34')을 형성한 형상이라도 상관없다.
이들 각종 태양 이외에도, 특정 방향에 대해 전방 산란성을 갖는 산란체를 도광체(21)내에 설치하는 태양, 홀로그램 소자, 표면 릴리프 소자 등의 회절광학 소자를 도광체(21)의 표면에 설치하는 태양 등, 상술한 바와 같이 출사방향 선택율을 바람직하게는 60% 이상으로 유지, 집중적으로 광반사 시트의 측면에 조명광선을 출사할 수 있는 광 취출기구라면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
그런데, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트 광원 수단으로서 충분한 조명광선을 얻기 위해서는, 단순히 출사방향 선택율을 상기에 도시되는 범위로 머물게 한 것만으로는 불충분하다는 것이 밝혀졌다. 즉, 상술한 타입의 광학계에서는, 정면에서 보았을 때에 충분히 실용적인 휘도 불균일을 얻었다고 해도, 경사 방향에서 보았을 때에 휘도 불균일이 극히 악화되는 현상이 발생하는 것이다.
이것은, 도 48에 도시되는 광선성분(121)과 같이 광반사 시트(14)의 측면에 출사하지 않고, 도광체(11)의 광 출사면(11b)으로부터 경사방향으로 직접 출사해버리는 광선성분이 존재하기 때문이다. 즉, 이와 같은 광선성분(121)의 분량이 발광 에리어내의 장소의 차이에 의해 변화되어버린 경우에는, 도 48에 도시되는 바와 같이, 발광 에리어내의 장소에 따라 면 광원장치 전체로서 본 출사광의 각도 분포 특성이 달라져 버리기 때문에, 이와 같은 상황에서는, 가령 발광 에리어를 정면에서 본 경우에 충분히 균일한 조명강도가 얻어지고 있는 상태이더라도, 경사방향에서 면 광원장치를 본 경우에는 휘도 불균일이 열악한 상태로 되어, 실용에 지장을 초래하는 것이다.
이것은 본질적으로는, 조명광속이, 일단, 광반사 시트(27)의 방향으로 집중적으로 출사하도록 한 광학계이기 때문에 필연적으로 발생하는 문제이며, 종래형의 단순한 거친 면이나 잉크를 광 취출기구(도 46이나 도 47에 부호(6)로 도시되는 광 취출기구)로 한 면 광원장치에서는 문제가 되지 않았던 현상이다.
따라서, 본 발명에서는, 도광체(21)의 광 출사면(21b)내의 각 장소에서 상술한 출사방향 선택율을 측정했을 때에, 이 출사방향 선택율은 거의 일정한 값으로 되도록 도광체(21)의 광 취출기구(290)는 궁리된 것이다. 보다 구체적으로는, 광출사면(21b)내의 각 포인트에서 측정한 출사방향 선택율은 광 출사면(21b)내 각 장소에서의 평균값을 기준으로 하여, 변동 범위가 ±30% 이내, 바람직하게는 ±25% 이내, 더욱 바람직하게는 ±20% 이내로 되는 것이다.
여기에서, 광 출사면(21b) 내의 각 포인트로는, 광 출사면(21b)내를 동일하게 샘플링 하도록 정해지는 5∼50점 정도의 측면정점을 의미하는데, 대표적으로는, 도 18에 도시되는 바와 같이, 광 출사면(21b)내의 영역을 균등하게 분할한 25점이 측정 포인트로서 사용된다. 즉, 이 25점의 각 점에 대하여 상술의 출사방향 선택율을 측정하고, 이 25점분의 측면정값에 대하여 변동 범위를 구한 값이 상기 범위로 되어 있는 것이 바람직한 것이다.
상기 요건을 만족하는데 적합하고 또한 실용성이 풍부한 광 취출기구(290)의 태양으로서, 도 1에 도시되는 바와 같이 돌기량 300㎛ 이하 정도의 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)가 다수 배열하고 또한 이 볼록형상 돌기(29a)는 도 19(a)에 도시되는 바와 같이 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서 광원(22)이 배열 설치된 측단부(21a)에 거의 평행한 방향에만 1축적으로 길이가 변화하는 패턴 형상으로 되어 있는 태양을 들 수 있다.
이 상황에 대하여 설명한다. 우선, 볼록형상 돌기(29a)를 광 취출기구(290)로 하는 도광체(21)에서, 광반사 시트(27)의 측면에 출사하는 광선의 비율을 주로 결정하고 있는 것은, 도 20(a)나 도 20(b)에 도시되는 바와 같이, 광원(22)이 배합된 측단부(21a)에 수직한 방향에 대한 단면에서 본 볼록형상 돌기(29A)의 폭(Weff)(유효 개구폭)에 대한 깊이(h)의 비이다. 즉, 깊이(h)가 유효개구폭(Weff)에 대해 깊어지면 깊어질 수록, 도 50(b)의 광선경로(16)으로 알 수 있는 바와 같이, 광반사 시트(27)의 측면에 출사하는 광선량이 많아지고, 도 48에 광선경로(121)로서 생각되는 것 같은 돌기 바닥면에서의 전반사를 거쳐서 광반사 시트의 측면을 향하지 않는 광선량이 감소하는 것이다.
따라서, 도 50(a) 및 도 51에 도시되는 바와 같이, 종래형의 도광체에서 잘 알 수 있는 바와 같은 광원으로부터 멀어짐에 따라서 도트 직경이 서서히 증대하도록 한 단순한 패턴에서는, 광원으로부터 멀어짐에 따라서 볼록형상 돌기의 유효 개구폭(Weff)에 대한 깊이(h)의 비(h/Weff)가 변화해 버리기 때문에, 광원에 가까운 영역과 광원으로부터 먼 영역에서 광반사 시트의 방향에 출사하는 광선량의 비율이 크게 달라, 그 결과 출사광의 각도 분포 특성이 장소에 따라서 달라져 버리는 상황에 빠지고, 외관에 악영향을 미치게 되는 것이다.
때문에, 본 발명의 면 광원장치에서 바람직한 외관을 얻기 위해서는, 광원(22)이 배열 설치된 측단부(21a)에 수직한 방향(도 20에 화살표(33)로 표시되는 방향)에 대한 단면에서 본 볼록형상 돌기(29a)의 유효개구폭(Weff)에 대한 깊이(h)의 비(h/Weff)가 광원(22)으로부터의 거리에 관계없이 일정하게 되도록 볼록형상 돌기(29a)의 패턴 형상을 정해야 하고, 이것에는, 도 19(a)에 도시되는 바와 같은, 광원(22)이 배열 설치된 측단부(21a)에 거의 평행한 방향에만 1축적으로 길이가 변화되는 패턴 형상이 유효하게 되는 것이다.
또, 도 19(b)에 도시되는 바와 같은 거의 동일한 형상의 볼록형상 돌기(29A)가 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서 분포 밀도가 증가하여 다수 배열해 있는 태양이더라도, 동일하게 h/Weff를 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 이와 같은 패턴도 본 발명에는 매우 적합하다.
더불어, 볼록형상 돌기(29A)의 표면은, 불필요한 광산란을 발생하여 광반사 시트(27)의 측면에 출사광을 광반사 시트(27)방향으로 좁히지 않게 되어버리는 일이 없도록, 가능한 한 평활한 표면으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상술한 대로 볼록형상 돌기(29a)의 표면은 JIS B0601에 정하는 산술평균 거칠기(Ra)의 값이 바람직하게는 0.01∼10㎛의 범위, 보다 바람직하게는 0.02∼4㎛의 범위, 더욱 바람직하게는 0.05∼2㎛의 범위로 된다. 여기에서, 볼록형상 돌기(29a)의 표면의 거친 면을 계측할 때는 볼록형상 돌기(29a)의 사이즈에 대해 충분히 작은 샘플링 영역(예를 들면 50㎛2정도의 영역)으로써 측정을 하지 않으면 안되는 것은 말할 필요도 없다.
그런데, 상술한 바와 같이 이 종류의 광학계에서는 면 광원장치를 발광시켰을 때에 무아레 모양이나 뉴튼의 링 형상의 모양 등, 광의 간섭 현상에 기인한다고 생각되는 외관적으로 보기 흉한 불균일이 발생하여, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트 광원수단으로서 충분한 조명광의 품질을 얻는 것이 곤란하게 되는 문제가 있었다.
즉, 대형의 백라이트 모듈을 상기의 광학계를 사용하여 구성하고자 하면, 링 형상의 띠가 출현하거나, 광 출사면의 전면에 걸쳐서 엷게 줄무늬 형상 명암이 출현하거나 하여, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서는 실용성이 불충분하게되어 버리는 것이다.
이들의 원인 및 대책에 대하여 예의, 검토를 거듭한 결과, 본질적으로는 광반사 시트에, 통상과 다른, 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형의 기본 유닛이 다수 배열한 구조를 갖는 것이 사용되어 있는 것이 원인인 것이 확인되고, 상술한 광 취출기구의 배치와 광반사 시트에 배열 설치되는 경사면으로 이루어지는 기본 유닛의 배치 사이에 의도하지 않은 간섭 관계가 성립함으로써, 상술한 바와 같은 불균일이 발생하는 것이 밝혀졌다.
즉, 도광체(21)에 설치되는 광 취출기구(290)와 광반사 시트(27)에 설치되는 기본 유닛(28)이 극히 접근하고 있는데다, 광반사 시트(27)의 측면에 조명광을, 일단, 집중적으로 출력시키는 것을 전제로 하는 본 광학계의 특성상, 종래형의 광학계에 비해, 뉴튼의 링 등의 광학적인 간섭 현상이 본질적으로 발생하기 쉬운 상황으로 되어 있는 것이다.
따라서, 광학계의 특성상, 필연적으로 생겨버리는 간섭 현상을 제거하기 위해, 각종의 대책을 강구할 필요가 있는데, 광학적인 효율을 가능한 한 떨어뜨리는 일 없이 외관을 실용적인 레벨로 하는 방책으로서 가장 유효한 것은 광 취출기구(290)의 배치를, 도 27에 도시되는 바와 같이 불규칙한 배치로 하는 방법이다. 이렇게 함으로써, 도광체(21)로부터 출사하는 광속에 주기성이 거의 존재하지 않게 되기 때문에, 가령, 광반사 시트(27)상에 주기적인 기본 유닛(28)이 늘어서 있다고 해도, 광학적인 간섭을 일으키는 일은 없게 되어, 외관적으로 보기 흉한 줄무늬 모양을 생기게 하는 일이 없어지는 것이다.
더욱이, 이것들의 원인 및 대책에 대해서 예의, 검토를 거듭한 결과, 광반사 시트가 약간 휘므로, 도광체와 광반사 시트의 사이에 장소에 따라 불규칙하게 간극이 생기고, 이것이 외관 악화현상의 큰 원인이 되고 있는 것을 발견했다. 즉, 광반사 시트에, 도광체와의 간극을 일정하게 유지하기 위한 기구를 설치할 필요가 있는 것이다.
또 한편, 본 발명에서 사용되는 광반사 시트(27)에는 표면부분에 경사진 광반사면(28a)으로 이루어지는 미세한 기본 유닛(28)이 설치될 필요가 있기 때문에, 기본 유닛(28)의 구조를 용이하게 형성할 수 있는 구조로 되어 있는 것도 극히 중요한 일인 것이다. 따라서, 상술한 2개의 과제를 만족하는 광반사 시트의 구조로서, 광반사 시트(27)는 도 36(a)(b)에 도시되는 바와 같이 기본 유닛(28)이 형성된 표면층(33A)과, 이 표면층(33A)을 지지하는 배면 지지층(34)의 2층으로 구성되는 것이 필요하다.
즉, 표면층(33A)은 용이하게 기본 유닛(28)의 형상을 형성할 수 있도록 열가소성 수지, 광경화성 수지, 또는 열경화성 수지로 이루어지는, 배면 지지층(34)은 도광체(21)와 광반사 시트(27)의 간극이 일정하게 유지되도록 강직성이 우수한 2축 연신 열가소성 수지 필름이 사용되는 것이다. 이와 같은 구조로 함으로써, 생산이 용이하고 또한 염가로 상술한 광반사 시트(27)를 생산하는 것이 가능하게 되는 것이다.
배면 지지층(34)의 재질로서 특히 적합한 것은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌으로 이루어지는 2축 연신 열가소성 수지 필름이며, 두께로서는50∼300㎛, 바람직하게는 70∼250㎛, 더욱 바람직하게는 100∼200㎛이다.
또, 광반사 시트(27)는, 도 37(a)에 도시되는 바와 같이 도광체(21)를 향해서 볼록형상으로 휘어 있는 것이 적합하고, 이와 같은 휨을 광반사 시트(27)에 부여함으로써, 도광체(21)의 방향에 광반사 시트(27)가 세게 눌려지는 응력이 작용하기 때문에, 도광체(21)와 광반사 시트(27)의 간격이 일정하게 유지되기 쉬워진다. 단, 도 37(b)에 도시되는 바와 같은 휨 방향에서는 외관이 악화되기 쉬우므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 광반사 시트(27)는 굴곡성을 가진 두께 50∼1000㎛, 바람직하게는 70∼500㎛, 특히 바람직하게는 100∼250㎛ 정도의 기재가 바람직한데, 두께 등의 형태는 응용 대상에 따라서 적당히 선택되며, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 도광체(21)를 수납하는 면 광원장치의 프레임 부분에 일체적으로 성형을 행함으로써 광반사 시트(27)의 효과를 얻을 수도 있다.
또, 광반사 시트(27)의 반사층에 사용되는 재질의 반사율은 고효율화의 관점에서 고반사율인 것이 바람직하고, 적어도 70% 이상, 바람직하게는 75% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상이 된다. 여기에서, 본 발명에서의 반사율로는, JIS―Z8120으로 정해지는 바와 같이, 입사광속 에너지에 대한 반사광속 에너지의 비를 100분률로 나타낸 것이며, 상술한 바와 같이, 입사광의 에너지를 가능한 한 손실 없이 반사하는 특성을 가진 재질의 이용이 적합한 것이다.
여기에서, 본 발명에서의 반사율이란, 화상표시 용도로 주로 사용되므로, 말할 필요도 없이 가시광선 스펙트럼의 대표적인 파장역에서의 반사율을 의미한다.즉, 상술한 경사진 반사면으로 이루어지는 기본 유닛에서, 광반사 과정에 실질적으로 기여하는 광반사 시트 표면부근에 배열 설치되는 재질(예를 들면 은증착층)이 가시 스펙트럼 영역에서 높은 반사율을 갖는 것을 의미하고, 보다 구체적으로는, 파장 550nm에서 분광 광도계를 사용하여 측정한 반사율(전체 광선반사율)의 값이 적어도 70% 이상, 바람직하게는 75% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상, 또, 특히 바람직하게는 88% 이상, 극히 바람직하게는 91% 이상의 반사율을 갖는 것을 의미한다.
또, 본 발명에서, 광반사 시트(27)에서 색조가 변화되는 것은 피해야 하며, 가시광선 스펙트럼의 범위에서 가능한 한 평평한 반사 특성을 갖는 것이 바람직하다.
더불어, 상술의 반사율은 반사를 실질적으로 일으키는 경사면의 표면에 위치하는 재질의 반사율을 의미하는 것이며, 구체적으로는 경사면(28a)의 표면부에 은이나 알루미늄으로 대표되듯이, 높은 반사율을 가지고, 색조변화가 적은 재질이 설치되는 것이 바람직하다. 또, 광반사면상에 코팅층 등을 설치하는 경우가 있는데, 여기에서 말하는 반사율은 코팅층 등이 없는, 금속재질 등의 반사에 실질적으로 기여하는 재질자체의 표면의 반사율을 의미하는 것이다.
즉, 가시광 파장역에서, 색조변화를 그다지 일으키지 않고, 입사광 에너지를 가능한 한 손실 없이 반사하는 특성을 가진 재질로 되어 있는 것이 적합한 것이며, 대표적으로는 은이나 알루미늄과 같은 높은 광반사율을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 반사의 지향성에 관해서는 경면반사 및 확산반사는, 필요로 하는조명광의 광학특성에 따라서, 적당히, 선택되는 것이지만, 일반적으로 높은 지향성을 얻고 싶을 경우에는 은이나 알루미늄 등으로 이루어지는 경면 반사층이 적합하게 사용되고, 넓은 출사 각도 분포를 얻고 싶을 경우에는 백색안료를 혼련한 수지나 발포성 수지 등으로 이루어지는 확산 반사층(백색의 고반사율 층)이 적합하게 사용된다.
이들 고반사율의 재질을 사용하여, 도 4∼10에 예시되는 바와 같이, 경사면(28a)으로 이루어지는 대략 상사형의 기본 유닛(28)이 이 광반사 시트(27) 표면에 배열됨으로써 방향성 광출사 소자(29)로부터 선택적으로 광반사 시트(27)의 측면에 출사한 광선에 집광이나 변각 등의 광학적 효과를 줄 수 있도록 되는 것이다.
여기에서, 대략 상사형의 기본 유닛(28)이 배열하는 피치(P2)는 가능한 한 미세화되어 있는 것이, 기본 유닛 배열이 화면상에서 인식할 수 없게 되도록 하기 위해서 중요한데, 구체적으로는 적어도 5000㎛ 이하로 되고, 바람직하게는 1000㎛ 이하, 보다 바람직하게는 500㎛ 이하로 된다.
광반사 시트(27)의 표면에 설치되는 반사율 70% 이상의 경사진 광반사면(28a)으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛(28)으로서, 대표적으로는 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시되는 바와 같이 기본 유닛(28)이 단면 톱니형상으로 되든지, 또는 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시되는 바와 같이 기본 유닛(28)이 산형으로 되고, 1피치 3000㎛ 이하, 바람직하게는 800㎛ 이하, 보다 바람직하게는 300㎛ 이하이고, 광반사 시트(27)를 상방에서 보았을 때에 산등성이선(28b)이 평행하게 배열된, 평행 직선상에서 또한 평탄한 경사 광반사면(28a)으로 이루어지는 기본 유닛(28)의 배열이 사용되고 있는 태양을 들 수 있다.
이것은, 도 4(a) 및 도 4(b)나 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시되는 바와 같이 경사진 평탄한 광반사면(28a)의 산등성이 선(28b)이 거의 평행 배열한 태양에서는, 다이아몬드 바이트나 엔드 밀을 사용한 절삭가공을 적용하기 쉽기 때문에, 형태를 만들기 위한 금형제작이 용이하며, 미세화하기 쉽고, 양산성도 극히 높기 때문이다.
이와 같은 평행 직선형상이고 또한 평탄한 경사 광반사면(28a)가 다수 배열한 광반사 시트(27)를 사용함으로써 상술의 볼록형상 돌기(29A)로 이루어지는 불규칙한 패턴을 광 취출기구(290)로 하고 또한 도광체(21)로부터 출사하는 광속의 대부분이 광반사 시트(27)의 배열 설치측을 향하도록 설계된 도광체(21)로부터의 출사광선이, 평행 직선형상이고 또한 평탄한 경사 광반사면(28a)의 효과에 의해 도광체(21)의 법선(23)방향으로 반사되고, 게다가 광학적 간섭을 생기게 하지 않고, 게다가 도광체(21)의 적어도 일방의 표면에는 집광성 등의 광학특성을 개량하기 위해 설치된 집광소자(240)가 존재하기 때문에, 상당히 간소한 구성인데도 불구하고, 면 광원장치(20)로서 극히 높은 품질의 조명광선을 얻을 수 있는 것이다.
도 11에 도시되는 바와 같이, 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛(28)에 사용되는 경사면(28a)의 경사각도(α)로서 적합한 범위는, 사용하는 광 취출기구(290)의 형태에 따라 다양하며, 도광체(21)로부터의 출사광선의 방향을 광 출사면(21b)의 법선(23)방향으로 변환한다는 관점에서, 적당히 정해져야 할 것이다.
예를 들면, 본 발명에서 적합하게 사용되는 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)를 광 취출기구(290)로 하는 태양에서는, 경사진 광반사면(28a)의 경사각도(α)가 바람직하게는 7도∼50도의 범위, 보다 바람직하게는 10도∼40도의 범위, 더욱 바람직하게는 15도∼34도의 범위가 적합하게 사용된다.
또, 각 기본 유닛(28)을 구성하는 경사진 광반사면(28a)의 단면은, 도 6, 도 7, 도 9 및 도 25에 도시되는 바와 같이 오목형상으로 되어 있는 것이 집광성의 관점에서는 바람직하다. 더욱이, 각 기본 유닛(28)을 구성하는 광반사면(28a)의 단면형상으로서는, 본 발명에서 적합하게 사용되는 평행 직선형상이고 또한 경사진 광반사면(28a)이 다수 배열된 태양뿐만아니라, 도 9나 도 10에 도시되는 바와 같이 오목거울형상의 기본 유닛(28)을 배열한 태양 등에서도 적합하게 사용된다.
이 때에도, 경사진 광반사면(28a)의 경사각도(α)로서 적합하게 사용되는 범위는 도광체(21)로부터의 출사광선의 방향을 광 출사면(21b)의 법선(23)방향으로 변환한다는 관점에서 결정되어야 하고, 예를 들면, 상술한 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)를 광 취출기구(290)로 하는 태양에서는, 도 25(b)에 도시되는 바와 같이 오목형상 단면의 중심부에서의 접선의 경사각도(α)가 바람직하게는 7도∼50도의 범위, 보다 바람직하게는 10도∼40도의 범위, 더욱 바람직하게는 15도∼34도의 범위로 된다.
이와 같은 단면 오목형상의 광반사면(28a)으로 이루어지는 기본 유닛(28)을 반사 소자로서 광반사 시트(27)에 설치함으로써, 도광체(21)에 설치된 광취출기구(290)로부터 출사하는 브로드한 확대를 갖는 광속(16)을, 보다 샤프한 각도 특성을 가지는 광속(31)(보다 평행 광속에 가까운 광속)으로 변환하면서, 도광체(21)의 법선(23)방향으로 출사시킬 수 있도록 되는 것이며, 바꾸어 말하면, 오목거울 미러의 집광 효과에 의해 도광체(21)로부터의 출사광선을 보다 콜리메이트된 도광체(21)의 법선(23) 방향에 대해 극히 휘도가 높은 출사광선으로 변환할 수 있는 것이다.
따라서, 종래형의 면 광원장치에서는, 프리즘 어레이 등의 제조가 곤란하고 고가인 부재를 사용하여 실현하고 있었던 집광 효과를, 이와 같은 부재를 사용하지 않더라도 실현 가능하게 되며, 거의 동등한 광학특성을 유지하면서, 면 광원장치를 극히 간략화된 구성으로 할 수 있게 되어, 조립 공정수의 저감, 수율의 향상, 먼지 혼입 확률의 저감, 저코스트화 등, 실용적인 면 광원장치로서 극히 많은 이점을 구비하고 있는 것이다.
더불어, 대략 상사형인 기본 유닛(28)을 극히 미세화했을 때에는, 단면형상을 매끈매끈한 오목형상으로 가공하는 것은 곤란할 경우도 많은데, 이와 같은 경우에도, 다각형상에 의해 오목형상인 단면을 실현할 수 있다. 더욱이, 용도에 따라서는, 예를 들면 액정 TV용의 백라이트 모듈과 같이, 넓은 각도범위에 걸쳐서 동일한 조명광선이 출사하지 않으면 않되는 경우에는, 상기와는 반대로, 이 평행 직선형상 경사면의 단면을 볼록형상으로 하여, 조명광선의 출사 각도 범위를 확대하는 것도 가능한 것은 말할 필요도 없다.
이와 같이, 도광체(21)의 광 출사면(21b)에 집광소자(240)를 형성하고, 광취출기구(290)를 평활면으로 이루어지는 방향성 광출사 소자(특히 바람직하게는, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기가 다수 배열한 패턴)(11)로서 광반사 시트(27)의 방향에 조명광선을 선택적으로 출사시키고, 또한, 광반사 시트(27)에 원하는 광학적효과(집광, 변각)을 수행하도록 대략 상사형의 기본 유닛(28)을 배치함으로써, 조명광선은 광반사 시트(27)에서 광학적 집광작용을 받고, 더욱, 재차 도광체(21)에 입사하여 도광체(21) 자신이 프리즘 시트로서 행동하고, 다시 광학적집광 작용을 받는 것이 가능하게 되기 때문에, 종래형의 면 광원장치에 비해 극히 부재점수가 적은 구조이면서, 높은 조명광선의 제어성을 갖는 광학계를 얻는 것이 가능하게 되는 것이다.
즉, 종래형의 면 광원장치에서는, 도 42에 도시되는 바와 같이 프리즘 어레이 등의 제조가 곤란하고, 게다가 고가의 부재를 경우에 따라서는 2장이나 사용하여 실현하고 있었던 집광 효과를, 이와 같은 부재를 사용하지 않더라도 실현 가능하게 되는 것이고, 대략 동등한 광학특성을 유지하면서, 면 광원장치를 극히 간략화된 구성으로 할 수 있는 것이며, 조립 공정의 저감, 모듈의 박형화, 수율의 향상, 먼지 혼입 확률의 저감, 저코스트화 등, 실용적인 면 광원장치로서 극히 많은 이점을 구비한 면 광원장치를 얻을 수 있게 되는 것이다.
또, 도 46에 도시되는 바와 같이 종래형의 면 광원장치에서는 광원(2)이 배열 설치되는 도광체(1)의 측단부(1a)에서 휘선(9)이라 불리는 외관을 악화시키는 현상이 발생하고 있는데, 이것은 도광체(1)의 측단부(1b) 근방에서 도광체(1)의 상하면에 반사 시트(7)를 통하여 입사하는 광선이 최대인 원인이며, 이 휘선(9)을 제거하기 위해서 리플렉터 배치를 변경하거나, 또는 반사 시트(7)에 광흡수성의 인쇄를 시행하는 등 하여 대책을 행하고 있었다. 그렇지만, 이것이 한층더 구조의 복잡화, 고코스트화를 초래하다 있었다.
본 발명의 면 광원장치에서는, 상술과 같이, 광반사 시트(27)에는 경사면(28a)으로 이루어지는 대략 상사형인 기본 유닛(28)을 사용할 수 있기 때문에, 종래형의 면 광원장치에서는 휘선성분으로 되기 위해 입사한 광선(도 41)도, 도 21에 도시되는 바와 같이 기본 유닛(28)에 의해 뒤집히고, 휘선으로서 도광체(21)상에 출사하는 것은 이제는 없기 때문에, 면 광원으로서의 외관품질도 극히 우수한 것으로 되는 것이다.
또, 본 발명에서 적합하게 사용되는 광반사 시트(27)에 배열 설치되는, 경사면(28a)으로 이루어지는 대략 상사형의 기본 유닛(28)의 다른 태양으로서, 도 6∼10에 도시되는 바와 같이, 최대 직경 3000㎛ 이하, 바람직하게는 800㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎛ 이하인 오목거울 형상의 경사면(28a)가 배열한 구조가 사용되고 있는 태양을 들 수 있다. 이와 같은 태양에서는, 도광체(21)의 광 입사면(21a)에 수직한 방향뿐만아니라, 평행한 방향에 대해서도 집광을 수행하는(직교하는 2방향에 집광을 수행함) 것이 가능하게 되기 때문에, 상술한 평행 직선형상 경사면(28a)이 다수 배열한 태양에 비해, 조명광선의 제어성을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
여기에서, 상기 오목거울 형상의 경사면(28a)이 배열한 구조가 사용되고 있는 태양에서도, 방향성 광출사 소자(29)로부터 출사하는 광반사 시트(27)측을 향하는 광선성분을 도광체(21)의 법선방향에 반사하도록 형상설계되어 있는 것은 말할것 까지도 없고, 이것에 의해, 2방향으로의 집광과 도광체 정면방향으로의 광속의 방향변환을 동시에 수행하게 하고, 면 광원장치로서 극히 우수한 조명광선을 얻을 수 있는 것이다.
즉, 오목거울 형상의 기본 유닛(28)이 배열한 태양에서도, 경사면(28a)의 경사각도로서 매우 적합하게 사용되는 범위는 상기에 준하고, 도 11(b)에 도시되는 바와 같이, 오목형상 단면의 중심부에서, 도광체의 광 입사면에 수직한 방향으로의 단면을 관찰했을 때에, 이 단면부의 경사각도(α)가 바람직하게는 50도∼7도의 범위, 보다 바람직하게는 40도∼10도의 범위, 더욱 바람직하게는 34도∼15도의 범위로 되는 것이다.
본 발명에서 광반사 시트(27)에 사용되는 반사 재질에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아닌데, 은 또는 알루미늄을 표면에 코팅하여 광반사면(28a)을 형성하는 것이 제조의 용이성에서 가장 적합하다. 광반사율의 면에서는 은을 사용하는 것이 바람직하고, 제조의 용이성이나 저코스트의 면에서는 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 이들 광반사성 금속물질의 코팅에는 진공증착, 스퍼터링, 및 이온 플레이팅 등의 드라이 프로세스를 사용하여 박막형성하는 방법이 대표적이다.
또, 예를 들면 은에 의한 진공증착을 하기 이전에, 경사진 광반사면(28a)으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형상인 기본 유닛(28)이 형태화된 기재 시트 표면을 샌드 블라스트 가공하는 등 하여, 매트 처리를 시행할 수도 있다. 이와 같이 처리함으로써 정반사성의 광반사면에 적당한 광확산성을 갖게 하는 것이가능하게 되고, 출사광선의 각도분포 특성의 확대, 조명광선의 번쩍임 억제, 또는 액정 셀의 게이트 어레이와의 간섭에 유래하는 무아레 모양의 발생 방지 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
또, 은 반사층 등의 광택성 금속표면은 대단히 흠이 나기 쉽고, 또 산화 열화 등도 발생하기 쉬운 상태에 있기 때문에, 게다가 금속이 표면에 노출한 상태에서는 리크 등의 전기적으로 바람직하지 않은 현상도 발생하기 때문에, 표면에는 보호층(41)으로서 실리카를 스퍼터링 하든지, 또는 자외선 경화성 아크릴수지 도료를 도포하는 등 하여 흠나기 등에 의한 광학특성의 악화를 방지하는 것이 바람직하다. 게다가, 이 보호층(41)으로서 유리 비드 등으로 대표되는 광투과성 비드의 코팅층을 설치함으로써 상술한 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형상인 기본 유닛에 매트 처리를 시행한 것과 동일한 효과를 얻는 것도 가능하게 된다.
더불어 이 투명 코팅층(보호층(41))에 광학 박막으로서의 기능을 갖게 하고, 입사광선의 제어성을 더욱 고도화 할 수도 있다. 예를 들면, λ/4판, λ/2판 등의 광학 박막을 설치할 수도 있고, 이들 광학 박막을 더욱 적층함으로써 빔 스플리터 기능이나 편광 변환기능 등의 입사광선의 편광상태를 제어하는 기능도 가진 광반사 시트를 얻을 수도 있다.
또, 광반사층은 모두 정반사성인 금속재질에 의한 광반사층에만 제한되는 것이 아니고, 예를 들면 티타니아 등의 백색안료를 혼련한 폴리에스테르 수지에 의한 확산 반사성의 광반사층을 사용할 수도 있다. 이 경우에는 입사광선은 확산 반사성의 광반사면에 의해 여러 방향으로 산란되기 때문에, 반사광의 지향성을 확대하는 것이 가능하게 되고, 조명광선의 시야각도 특성을 Ag 박막 등의 정반사성 광반사면을 사용한 경우보다도 더욱 확대하는 것이 가능하게 되는 것이다.
확산 반사층의 형성법으로서는 이 그 외에도, 발포성 폴리에스테르 수지, 발포성 폴리올레핀 수지, 발포성 ABS수지 등으로부터 확산 반사성의 광반사층을 얻는 태양, 기재 표면에 백색안료로 이루어지는 도료를 코팅하는 태양 등을 들 수 있다. 본 발명의 바람직한 태양에서는, 광반사 시트(27)는 수지재료에 의해 형성된다. 특히 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 또는 환상 폴리올레핀계 수지를 적합하게 사용할 수 있고, 오목형상 광반사면 어레이의 형성에는 열 프레스 성형에 의한 형태화, 또는 광경화성 수지에 의한 형태화를 적합하게 사용할 수 있다.
이와 같은 광반사 시트(27)의 제조방법으로서는, 도 38에 도시되는 바와 같이 롤 투 롤 프로세스에 의해 연속적으로 생산되는 것이 양산성의 점에서 가장 바람직하고, 안정된 품질로 대량으로 생산할 수 있다. 이 롤 투 롤 프로세스란, 도 38로부터 명백한 바와 같이 공급 롤(38)로부터 열가소성 수지 필름(36)을 감기 롤(39)을 향하여 이송 공급하는 동안에, 열가소성 수지 필름(36)에 기본 유닛(28)의 형상을 연속적으로 형성하는 동시에 그 열가소성 수지 필름(36)의 이면측에 배면 지지층(34)을 연속적으로 적층하는 방법이다.
즉, 도 39에 도시되는 바와 같이 경사면으로 이루어지는 기본 유닛(28)의 형상이 형성된 엠보스 롤(35)을 가열하고, 폴리카보네이트 등의 열가소성 수지필름(36)에 형상 전사하여 기본 유닛(28)을 형성하고, 기본 유닛 형상이 전사된 열가소성 수지 필름(36)의 비전사측 표면에, 도 38에 도시되는 바와 같이 배면 지지층(34)으로서 2축 연신 열가소성 수지 필름(37)을 적층한다. 이와 같은 롤 투 롤 프로세스를 사용한 제조방법은, 장치구성이 간소하면서 생산성이 극히 높아, 본 발명의 광반사 시트의 제조에 적합하다.
이와 같이 광반사 시트(27)의 적층구조를 궁리하여 제조함으로써, 종래 문제가 되고 있던 대형 액정 모듈에 사용했을 때의 무아레 모양 등의 외관 악화현상을 억제할 수 있게 되어, 간소한 구조이면서 극히 실용성이 우수한 면 광원장치를 얻을 수 있다.
여기에서, 본 발명에 의한 면 광원장치를 구성하는 각 부재의 구성 요건에 대하여, 더욱 상세하게 기술한다. 최초에, 도광체(21)에 설치되어 있는 광 취출기구(290)의 태양으로서, 가장 적합하게는, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 돌기량 2㎛∼300㎛, 바람직하게는 5㎛∼200㎛, 더욱 바람직하게는 10㎛∼100㎛로 하여 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기가, 간섭을 생기게 하지 않도록 불규칙하게 다수 분포하고 있는 태양을 들 수 있다.
다음에, 볼록형상 돌기(29A)의 형상에 대하여 더욱 상세하게 설명하면, 볼록형상 돌기(29a)를 광 취출기구(290)로 하는 도광체에서, 광반사 시트의 측면에 출사하는 광선의 비율을 주로 결정하고 있는 것은, 도 20(a)에 도시되는 바와 같이 광원이 배열 설치된 측단부에 수직한 방향(화살표(33))에 대한 단면에서 본 볼록형상 돌기의 폭(Weff)(유효 개구폭)에 대한 깊이(h)의 비이다.
즉, 깊이(h)가 유효 개구폭(Weff)에 대해 깊어지면 깊어질 수록, 도 50(b)의 광선경로(16)에 생각되는 바와 같이, 광반사 시트(27)의 측면에 출사하는 광선량이 많아지고, 돌기의 저면에서의 전반사를 거쳐서, 광반사 시트의 측면을 향하지 않는 광선량이 감소하는 것이다.
따라서, 볼록형상 돌기의 유효 개구폭(Weff)에 대한 깊이(h)의 비(h/Weff)에 대하여 바람직하게는 0.3∼1.5의 범위, 보다 바람직하게는 0.5∼1.3의 범위, 더욱 바람직하게는 0.7 ∼1.2의 범위로 되고, 광반사 시트의 측면에 집중적으로 조명광을 출사하는 구조로 하는 것이 바람직하다.
또, 볼록형상 돌기(29a)의 불규칙한 배치는, 광학적인 간섭을 일으키지 않도록, 가능한 한 난잡하게 분포되어 있는 것이 바람직한 것은 말할 필요도 없지만, 너무나도 지나치게 나잡하게 분포되어, 볼록형상 돌기끼리가 부딪쳐버리는 것은 바람직하지 않다. 이와 같이 되면, 볼록형상 돌기(29a) 그자체의 외형이 변해버리기 때문에, 상술한 h/W의 값에 영향을 주어, 광학적인 제어가 어렵게 되기 때문이다. 도 27에 도시되는 바와 같이 랜덤하면서, 인접한 볼록형상 돌기끼리가 접촉되어 있지 않은 구조가 가장 바람직하다
더욱이, 휘도성능이 그것 정도로 크게 필요하지 않을 경우에는, 종래형의 도광체에 빈번하게 보여지는 거친 면을 광 취출기구로 한 태양도 실시 가능하고, 거친 면으로 이루어지는 패턴을 가능한 한 불규칙한 패턴으로 함으로써, 광학적인 간섭을 억제하고, 실용적으로 충분한 조명광 특성을 얻을 수 있게 된다.
그런데, 본 발명에서는, 도 1 및 도 2에 도시되는 각 실시형태의 면 광원장치(20)와 같이 도광체(21)의 적어도 일방의 면에는, 삼각 프리즘 어레이(24) 또는 단면 정현파형상의 요철로 이루어지는 어레이 형상 소자(25) 등으로 대표되는 집광소자(240)가, 능선을 광원의 배열 설치된 측단부에 수직한 방향으로서, 설치되는 것이 바람직한 것은 상술한 대로이지만, 이 효과에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서는, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)로 대표되는 광 취출기구(290)의 효과에 의해, 도 14에 도시되는 바와 같이, 일단, 도광체로부터의 출사광선의 대부분이 광반사 시트의 측면에 출사된다. 그리고, 광반사 시트에 설치된 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일/또는 거의 상사형인 기본 유닛의 효과에 의해, 출사광선의 방향은 도광체의 법선방향으로 변각되고, 재차, 도광체에 입사하여 도광체에 설치된, 삼각 프리즘 어레이 등의 집광소자에 의해 집광되는 것이다.
그 때문에, 종래형의 면 광원장치에서도 삼각 프리즘 어레이 등을 도광체에 일체적으로 형성하여 집광성을 향상시키는 것의 제안은 있었지만, 이들에 비해, 본 발명의 면 광원장치는, 광학적 관점에서 본 상황이 전혀 다른 것이며, 집광성이라는 점에서, 본질적으로 유리한 광학계를 얻을수 있는 것이다. 이 상황은, 도 14 및 도 45로 명백하다.
즉, 종래형의 면 광원장치에서는 도광체로부터 직접적으로 도광체의 광 출사면(1b)을 향하도록 하는 광선 성분이 많았기 때문에, 도 45에 도시하는 광선의 궤적으로 보여지는 바와 같이, 도광체와 공기층과의 계면을 1회밖에 경유하지 않기때문에, 충분한 집광을 수행할 수 없었던 것이다.
그렇지만, 본 발명의 면 광원장치에서는, 도 14에 도시되는 바와 같이 도광체(21)로부터의 출사광선의 대부분(16)이, 일단, 광반사 시트(27)의 측면에 출사되기 때문에, 도 14에 도시하는 광선의 궤적으로 보여지는 바와 같이, 도광체(21)와 공기층과의 계면을 2번이나 거칠수 있게 되기 때문에, 도광체(21)자체가 두께가 두꺼운 렌즈 어레이 시트로서 기능하게 되어, 집광성이라는 관점에서 각별히 우수한 성능을 얻을 수 있게 되는 것이다.
집광소자(240)로서는, 집광성을 증대시키는 등의 광학적 기능을 실현시킨다는 관점에서, 적당히, 형상 설계되는 것이며, 표면구조는 특별히 한정되는 것은 아니다. 그렇지만, 도광체(21)에 본래 필요하게 되는, 측단으로부터 입사한 광선을 전반사 조건에 기초하여 손실 없이 전파시킨다는 기능을 손상해버려서는, 면 광원장치로서 기능을 수행할 수 없게 된다.
그 때문에, 적어도, 집광소자(240)의 능선(산등성이 선)(24b, 25b)은 광원이 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 되도록 설치된다. 이와 같이 함으로써, 집광소자(240)에 의해 전반사 조건이 혼란되는 것이 최소한으로 그치게 할 수 있기 때문에, 도광체중을 광선이 전파하기 쉬워지고, 게다가 집광소자의 효과가 충분히 발휘되게 되는 것이다.
또, 도광체(21)에 설치되는, 삼각 프리즘 어레이(24) 또는 단면 정현파형상의 요철로 이루어지는 어레이 형상 소자(25') 등으로 대표되는 집광소자는, 눈으로 확인할 수 없을 정도로 가능한 한 미세화되어 있는 것이 바람직하고, 1㎛∼500㎛,바람직하게는 5㎛∼300㎛, 더욱 바람직하게는 10㎛∼150㎛의 피치로 된다. 이와 같은 집광소자의 구체적인 형상으로서는, 도 1에 도시되는 것 같은 삼각 프리즘 어레이(24), 도 2에 도시되는 바와 같은 단면 정현파 형상의 요철로 이루어지는 어레이 형상 소자(25)를 들 수 있다.
특히, 집광성, 가공의 용이성의 관점에서 바람직한 것은 도 1에 도시되는 바와 같은 삼각 프리즘 어레이(24)를 사용하는 태양이며, 도광체(21)의 광 출사면측에 등정각(δ)이 60∼150도, 바람직하게는 70도∼120도, 더욱 바람직하게는 80도∼110도인 삼각 프리즘 어레이(24)이 설치되고, 광원(22)의 배열 설치된 측단부(21a)에 대해 프리즘 어레이(24)의 산등성이 선(24a)이 거의 수직으로 되게 한 태양이 사용된다.
이와 같이 도광체(21)의 광 출사면(21b)에 삼각 프리즘 어레이(24)를 일체적으로 형성함으로써, 상술한 바와 같이 도광체자체가 두께가 두꺼운 프리즘 시트로서 기능하게 되기 때문에, 대단히 단순한 구성이면서, 종래형의 광학계에 비해 각별히 우수한 광학특성을 실현할 수 있게 되는 것이다.
또, 본 발명의 면 광원장치를 투과형 액정 패널의 배면에 배열 설치함으로써 박형이고 화상품질이 우수하고(휘선 적음), 또한 구조가 간략하여 조립성이 우수하고, 게다가 수율이 높고 또한 코스트의 저감화가 가능한 액정 디스플레이 장치를 얻을 수 있다.
본 발명에서, 액정 디스플레이 장치란 액정분자의 전기 광학효과, 즉 광학 이방성(굴절율 이방성), 배향성 등을 이용하고, 임의의 표시 단위에 전계인가 또는통전하여 액정의 배향상태를 변화시켜, 광선 투과율이나 반사율을 변화시킴으로써 구동하는, 광 셔터의 배열체인 액정 셀을 사용하여 표시를 행하는 것을 말한다.
구체적으로는, 투과형 단순 매트릭스 구동 수퍼 트위스티드 네마틱 모드, 투과형 액티브 매트릭스 구동 트위스티드 네마틱 모드, 투과형 액티브 매트릭스 구동 인플레인 스위칭 모드, 투과형 액티브 매트릭스 구동 멀티도메인 버티컬 얼라인드 모드 등의 액정 표시소자를 들 수 있다.
본 발명에 의해, 구조가 단순하고 조명 효율이 우수하면서, 조명광선의 실용적인 품질(발광면내에서의 무아레 모양이나 뉴튼의 링과 같은 약간의 휘도 불균일)의 점에서 불충분했던 상술의 면 광원장치에 대하여, 실용에 이바지하게 하는 것에 필요 충분한 특성을 부여하는 것이 가능하게 되었다. 본 면 광원장치를 액정 표시 소자의 백라이트 광원수단으로 하여 액정 디스플레이 장치를 구성함으로써, 광학적 효율이 우수하고, 구조가 간단하고 또한 조립성이 우수한 저렴한 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
그렇지만, 이들 종래의 투과형 액정 디스플레이 장치는, 구조가 여전히 복잡하다는 문제가 있었다. 그 이유는, 특히 면 광원장치에서 원하는 광학특성을 얻을 수 있는 구조 간소하고 광의 이용 효율이 우수한 조명광학계를 얻을 수 없었기 때문에 당해 면 광원장치의 구조를 복잡화하지 않을 수 없고, 그 결과 코스트가 높아지는 등, 이 종류의 액정 디스플레이 장치의 보급의 방해로 되고 있다.
즉, 도 46 및 도 47에 도시되는, 예를 들면 투과형 액정 디스플레이 장치의 백라이트 광학계로서 사용하는 종래의 면 광원장치에서는, 면 광원장치로부터의 조명광을 가능한 한 유효하게 이용하기 위해서 프리즘 시트 등의 광학 시트류를 많이 사용하고 있었다. 그 때문에, 조명광학계의 구조가 복잡하게 되고, 그 결과 조립성이 나쁘고, 게다가 제품 수율도 낮기 때문에, 높은 코스트화를 초래하고 있던 것이다.
본 발명자는 상기의 문제를 해결하기 위한 방책으로서, 도 48에 도시되는 바와 같은 면 광원장치(10)를 제안했다. 이 면 광원장치(10)는, 일표면인 광 출사면에 예를 들면 프리즘 어레이 등으로 이루어지는 집광소자(12)를 일체적으로 형성한 도광체(11)를 사용하고, 이 도광체(11)의 1측단(11a)에는 리플렉터(3)로 덮힌 선형상 광원(2)을 종래와 동일하게 배열 설치하고, 더욱 광 출사면(11b)과는 반대측의 면(11c)측에는, 경사진 광반사면(13a)으로 이루어지는 거의 동일한 형상의 기본 유닛(13)을 다수 배열 설치한 광반사 시트(14)를 배열 설치하여 구성된 것이다.
이 면 광원장치(10)에 의하면, 도광체(11)로부터의 출사광선의 대부분이 일단은 광반사 시트(14)의 측면에 선택적으로 향하도록 도광체(11)의 구조설계로 되고, 게다가 경사진 광반사면(13a)으로 이루어지는 거의 동일한 형상의 기본 유닛(13)을 광반사 시트(14)의 표면에 다수 배열 설치한 광학계를 구성함으로써, 프리즘 시트 등의 효과에서 구조를 복잡하게 하는 조광 시트를 사용하지 않더라도, 광학적인 효율에 우수한 광원장치를 얻을 수 있는 것을 발견했다.
특히, 도광체(11)의 면(11c)에, 도 50에 도시되는 바와 같이 폭에 대하여 충분히 큰 높이를 갖는 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(15a)로 이루어지는 광 취출기구(15)를 형성하고, 이 광 취출기구(15)를 사용하여 광의 출사방향을 콘트롤함으로써, 도광체(11)로부터의 출사광선을 집중적으로 광반사 시트(14)측을 향하게 하는 것이 용이하게 되고, 게다가, 대형화한 경우에도 금형제작 등이 용이하기 때문에, 극히 실용성이 풍부한 면 광원장치를 얻을 수 있는 것을 발견했다.
더욱이, 예를 들면 도 49에 도시되는 바와 같이, 광 취출기구로서, 단면에서 보아서 폭(W)에 대해 충분히 큰 높이(h)를 가진 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(14a)로 이루어지는 광 취출기구(14)를 형성하고, 이 광 취출기구(14)를 사용하여 광의 출사방향을 콘트롤함으로써 도광체(11)로부터의 출사광선을 집중적으로 광반사 시트(12)측을 향하게 하는 것이 용이하게 되고, 게다가, 대형화한 경우에도 금형제작 등이 용이하기 때문에, 극히 실용성이 풍부한 면 광원장치가 얻어지는 것을 발견했다.
또, 동시에, 상술한 바와 같이 도광체(11)의 광 출사면(11b)에 삼각 프리즘 어레이 등으로 대표되는 집광소자(12)를 설치함으로써, 보다 집광성이 우수한 극히 효율적인 광학계를 얻을 수 있는 것을 발견했다. 즉, 도광체(11)로부터 출사하는 조명광은, 도 48 및 도 50(b)에 부호(16)로 도시하는 바와 같이, 일단, 광반사 시트(14)의 측면에 집중적으로 출사되고, 광반사 시트(14)에서 반사된 후에 도광체(11)에 재입사되어 조명광(17)(도 48)으로서 이용되게 되기 때문에, 도광체자신이 프리즘 시트로서의 작용을 수행하는 것이 가능하게 되어, 종래형의 면 광원장치에 볼 수 있는 광로(8)(도 45)와는 본질적으로 다른, 극히 우수한 집광 특성을실현하는 것이 가능하게 되는 것이다.
그렇지만, 대형 액정 디스플레이의 백라이트로서 실용화하고자 하면, 광 취출기구(15)로서 종래형의 면 광원장치에서는 일반적으로 되어 있는, 광원(2)으로부터 멀어짐에 따라서 다수의 볼록형상 돌기(15a)로 이루어지는 패턴의 면적이 증대하는 단순한 패턴 설계(도 50(a) 및 도 51 참조)에서는 광 출사면내에서의 조명 불균일을 균일화하는 것이 극히 곤란하게 되고, 또, 광 출사면(11b)내의 장소에 따라 출사 각도 특성이 다르므로, 경사방향에서 본 경우에 조명 불균일이 극히 눈에 띄기 쉬워지기 때문에, 화상의 품질이 뒤떨어진다는 문제가 있었다.
또, 이와 같이 상기의 광학계는 극히 우수한 이점을 가지지만, 광학계의 구조가 종래형의 면 광원장치에 비해 극히 간단한 구조로 되어 있기 때문에, 간섭 줄무늬(무아레 줄무늬) 등의 파동광학적인 기구에 의해 나타나는 휘도 불균일이 출현하기 쉬워지고, 때로는 광 출사면내에 외관적으로 보기 흉한 불균일을 생기는 경우가 있고, 그 결과 대형 액정 디스플레이의 백라이트로서 실용화 하고자 하면, 품질적으로 불충분하다는 문제가 있었다.
더욱이, 보다 높은 광학특성을 얻기 위해서는 도광체로부터의 출사광속은 충분히 집광되어 있을 필요가 있는데, 상기의 광학계는 구조 자체가 극히 간소하게 되어 있기 때문에, 통상 사용되는 단순한 형상에 기초한 광 취출기구에서는 충분하게 집광이 이루어진 출사광이 도광체로부터 출광하지 않고, 그 때문에, 조명 효율에 한계가 생기는 문제가 있었다. 즉, 휴대전화나 핸드 헬드형 컴퓨터 등의, 보다 높은 조명 효율이 요구되는 분야에 본 기술을 적용할 때에 방해로 되어 있던 것이다.
더욱 또, 상기의 광학계는 극히 우수한 이점을 가지지만, 광학계의 구조가 종래형인 면 광원장치에 비해 극히 간단한 구조로 되어 있기 때문에, 대형 액정 디스플레이 등의 높은 정밀도가 요구되는 면 광원장치에 상술한 광학계를 적용하려고 하면, 광반사 시트와 도광체의 위치 관계가 충분히 정밀하게 유지되지 않고, 그 결과, 면 광원의 조명 품질에 직접 영향을 주고, 외관적으로 바람직하지 않은 불균일이 발생한다는 문제가 있었다. 또, 광반사 시트를 효율적으로 제조하는 방법도 없었기 때문에, 저코스트이고 대량으로 제조하는 것이 곤란하다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 된 것으로, 본 발명자가 제안한 단순한 구조이며 또한 조명 효율이 우수한 면 광원장치에 대하여, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 사용하는데 충분한 광학특성을 부여하기 위해 광학적 효율이 우수하고 또한 조립성이 우수한 저렴한 도광체 및 이것을 사용한 면 광원장치와 이것을 백라이트 광학계로서 사용하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 사용하는데 충분한 광학 특성(외관 품질)을 구비하는 광학계를 실현하는데 필요한 고품질 또한 제조 용이한 광반사 시트를 제공하는 것과 함께 이 광반사 시트를 효율적으로 저코스트이고 대량으로 제조하는 제조방법을 제공하는 것, 및 이 광반사 시트를 사용함으로써 구조가 단순하고 조명 효율이 우수한 광학계를 갖는 광원장치 및 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도광체는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 면 광원장치에 사용되고 또한 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체로서, 도광체의 광 출사면에 집광소자가 설치되고, 또한 광 출사면과 대향하는 면에는 광 취출기구로서 평활면에서 형성된 방향성 광출사 소자가 설치되고, 이 방향성 광출사 소자가 도광체로부터 출사하는 광선의 적어도 65% 이상을 광 출사면과는 반대측의 면측에 출사시키는 것을 특징으로 한다.
또, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 면 광원장치는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명의 면 광원장치는, 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체와, 이 광 출사면에 설치된 집광소자와, 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면에는 광 취출기구로서 평활면에서 형성된 방향성 광출사 소자가 설치되고, 또한 광반사 시트는 반사율 85% 이상의 경사면으로 이루어지는 대략 상사형의 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도광체는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 면 광원장치에 사용되고 또한 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체로서, 이 도광체에는 조명광선을 선택적으로 광 출사면과 대향하는 면의 측면에 출사하는 광 취출기구가 설치되고, 또한 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율이 거의 일정한 것을 특징으로 한다.
또, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도광체는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 면 광원장치에 사용되고 또한 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체로서, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면측에는, 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 다수 배열된 광반사 시트가 배열 설치되고, 또 도광체의 측단부에는 광원이 배열 설치되어서 사용되는 도광체에 있어서, 도광체에는 조명광선의 대부분을 선택적으로 광 출사면과 대향하는 면의 측면에 출사하는 광 취출기구가 설치되고, 또한 광 취출기구는 불규칙 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도광체는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 적어도 하나의 측단부를 광 입사면으로 하고, 또한 일표면을 발광면으로 하는 도광체에 있어서, 도광체에는 발광면과 반대측에 광을 많이 출사하는 요철부로 이루어지는 광 취출기구가 설치되고, 발광면의 직상에서 본 광 취출기구를 구성하는 요철부의 형상이, 광의 주된 진행 방향에 볼록형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 광반사 시트는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하에서 다수 배열하여 형성된 광반사 시트로서, 적어도 기본 유닛이 형성된 표면층과, 이 표면층을 지지하는 배면 지지층의 2층으로 구성되고, 또한 배면 지지층은 2축 연신 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(발명에 있어서의 구체적 구성)
본 발명의 면 광원장치는, 상술한 필수적인 구성 요소로 이루어지는데, 그 구성 요소가 구체적으로 이하와 같은 경우라도 성립한다. 그 구체적 구성 요소란, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면에 평활면에서 형성된 방향성 광출사 소자에 의해, 도광체로부터 출사하는 광선의 적어도 65% 이상을 광반사 시트의 측면에 출사시키도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 면 광원장치에서, 방향성 광출사 소자는, 산술평균 거칠기(Ra)의 값이 0.01∼10㎛인 평활면에서 형성된 볼록형상 돌기를 다수 배치한 것이 바람직하다. 이 경우, 평활면에서 형성된 볼록형상 돌기의 깊이(h)와 최소 개구폭(Wmin)으로 정의되는 값(h/Wmin)이 0.5 이상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 평활면에서 형성된 볼록형상 돌기의 깊이(h)와 최대 개구폭(Wmax)으로 정의 되는 값(h/Wmax)은 0.3 이상이다
더욱이, 본 발명의 면 광원장치에서는, 평활면에서 형성된 볼록형상 돌기는, 광원으로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 개구폭이 확대하면서 다수 배열하고 있는 것이 바람직하다. 또는, 평활면에서 형성되는 볼록형상 돌기는, 거의 동일한 형상의 볼록형상 돌기가 광원으로부터 멀어짐에 따라서 분포 밀도를 증대시키면서 다수 배열하도록 해도 좋다.
또, 도광체의 광 출사면에 설치된 집광소자는, 능선을 광원의 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 1∼500㎛ 이하인 파형판 형상의 요철인 것이 바람직하다. 그 때, 파형판 형상의 요철은 정각을 70∼150도의 범위로 하는삼각 프리즘 어레이이며, 이 삼각 프리즘 어레이의 피치는 5∼300㎛의 범위로 되어 있는 것이 바람직하다.
더욱 또, 본 발명의 면 광원장치에서는, 광반사 시트에 설치되는 대략 상사형인 기본 유닛이 단면 산형(山形)으로 되고, 이 산형부의 능선은 인접한 기본 유닛끼리의 사이에서 거의 병렬하여 배열되어 있는 것이 바람직하다. 또, 광반사 시트에 사용되는 대략 상사형의 기본 유닛은, 경사면의 단면형상이 오목 형상인 것이 좋다.
그리고, 광반사 시트에 설치되는 대략 상사형의 기본 유닛을 구성하는 경사면은, 최대 직경 3000㎛ 이하인 오목거울 형상으로 되고, 또한 경사면의 경사각도는 도광체로부터 반사 시트의 방향으로 출사한 광선을 도광체의 법선방향으로 반사하는 각도로 되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 광반사 시트의 반사면은 은 또는 알루미늄의 코팅층으로 이루어지고, 또한 반사면상에는 투명재질에 의한 코팅층이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또는, 광반사 시트의 반사면은 확산 반사성의 백색 재질로 형성할 수도 있다. 또, 본 발명은 상술한 특징을 구비하는 광원장치를 백라이트 광학계에 사용하여 종래의 기술적 과제를 해결한 액정 디스플레이 장치이기도 한다.
본 발명의 도광체는, 상술한 필수적인 구성 요소로 이루어지는데, 그 구성 요소가 구체적으로 이하와 같은 경우라도 성립한다. 그 구체적 구성 요소와는, 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율이 60%∼100%이며, 또한 출사방향 선택율의 변동 범위가 평균치에 대해 ±30% 이내인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 도광체에서는, 선택적으로 조명광선을 출사하는 광 취출기구로서, 광 출사면과 대향하는 면에 설치된 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기는, 돌기량이 300㎛ 이하, 또 깊이(h)와 유효 개구폭(W)으로 정의되는 값(h/W)이 0.3∼1.5의 범위로 되고, 또한 광원으로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 길이가 증가하여 다수 배열되고, 길이가 증가하는 일축방향과는, 광원이 배열 설치된 도광체의 측단부에 거의 평행한 방향인 것을 특징으로 한다
또, 본 발명은 면 광원장치이며, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체와, 이 도광체에 설치된 광 취출기구와, 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고, 이 광반사 시트의 표면에는 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 형성되어 이루어지는 면 광원장치에서, 광 취출기구는 광반사 시트의 측면에 선택적으로 조명광선을 출사하는 기구로 되고, 또한 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율은 거의 일정한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 광원장치는 상술한 필수적인 구성 요소로 이루어지는데, 그 구성 요소가 구체적으로 이하와 같은 경우라도 성립한다. 그 구체적 구성 요소란, 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율이 60%∼100% 이며, 또한 출사방향 선택율의 변동 범위가 평균값에 대해 ±30% 이내인 것을 특징으로 한다. 또, 선택적으로 조명광선을 출사하는 광 취출기구로서는, 광 출사면과 대향하는 면에 설치된 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기인 것이 바람직하다.
이 경우, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기는, 돌기량이 300㎛ 이하, 또 깊이(h)와 유효 개구폭(W)으로 정의되는 값(h/W)이 0.3∼1.5의 범위로 되고, 또한 광원으로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 길이가 증가하여 다수 배열되고, 길이가 증가하는 일축방향과는, 광원이 배열 설치된 도광체의 측단부에 거의 평행한 방향으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명의 면 광원장치에서는, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기는, 돌기량이 300㎛ 이하 및 깊이(h)와 유효 개구폭(W)으로 정의되는 값(h/W)이 0.3∼1.5의 범위로 되고, 또한 대략 동일형상인 볼록형상 돌기를 광원으로부터 멀어짐에 따라서 분포 밀도가 증가하도록 다수 배열하는 것도 바람직하다.
더욱 또, 본 발명의 면 광원장치에서는, 능선을 광원의 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 1∼500㎛, 정각 150∼60도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이를 도광체의 광 출사면에 설치하는 것도 바람직하다. 본 발명은, 상술한 각 특징을 구비하는 광원장치를 백라이트 광학계에 사용하여 종래의 기술적 과제를 해결한 액정 디스플레이 장치이기도 한다.
본 발명의 도광체는, 상술한 필수적인 구성 요소로 이루어지는데, 그 구성 요소가 구체적으로 이하와 같은 경우라도 성립한다. 그 구체적 구성 요소란, 도광체의 광 출사면에 있어서 중심부근에서의 출사방향 선택율이 60%∼100%인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 도광체에서는, 능선을 광원의 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 1㎛∼500㎛ 인 집광소자를 광 출사면에 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 집광소자로서는 피치 10㎛∼150㎛, 정각 60도∼150도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이가 바람직하다.
더욱, 본 발명의 도광체에서는, 상술한 불규칙 패턴으로 이루어지는 광 취출기구로서 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기를 사용하고, 그 때 이 볼록형상 돌기의 돌기량을 2㎛∼300㎛로 하는 것이 바람직하다. 또, 볼록형상 돌기는 광 출사면내에서 서로 비접촉으로 하는 것이 바람직하다. 또는, 불규칙 패턴으로 이루어지는 광 취출기구로 하여, 거친 표면으로 이루어지는 도트 패턴을 사용하는 것도 바람직하다.
더욱 또, 본 발명은 면 광원장치이며, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 아래와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명의 면 광원장치는, 상술한 특징을 구비하는 도광체를 구비하고, 이 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고, 광반사 시트의 표면에는 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 형성되어서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 면 광원장치에서, 광반사 시트에 설치되는 거의 동일 및/또는 상사형의 기본 유닛을 구성하는 경사면은, 단면이 산형으로 되고 또한 산형부의 능선은 인접한 기본 유닛끼리의 사이에서 거의 병렬하여 배열되어 있는 것을 특징으로 한다. 더욱이, 광반사 시트에 사용되는 거의 동일 및/또는 거의 상사형의 기본 유닛을 구성하는 경사면의 단면형상은 오목형상인 것이 바람직하다. 또, 본 발명은, 상술한 특징을 구비하는 도광체를 구성 요소로 한 면 광원장치를 백라이트 광원수단으로 하여 사용함으로써 종래의 기술적 과제를 해결한 액정 디스플레이 장치이기도 하다.
본 발명의 도광체는, 상술한 필수적인 구성 요소로 이루어지는데, 그 구성 요소가 구체적으로 이하와 같은 경우라도 성립한다. 그 구체적 구성 요소란, 도광체의 발광면의 중심부근에서의 출사방향 선택율이 70%∼100%인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 도광체에서는, 광 취출기구가, 도광체의 발광면과 대향하는 면측에 설치되고, 돌기량은 2㎛∼300㎛의 볼록형상 돌기로 되고, 또한 발광면 직상에서 본 볼록형상 돌기의 형상은 삼각형, 사각형 또는 타원형중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 그 때, 광 취출기구를 구성하는 요철부는, 발광면 직상에서 보아 불규칙하게 분포하고 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명은 면 광원장치이며, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명의 면 광원장치는, 상술한 어느 하나의 특징을 구비하는 도광체와, 이 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 도광체의 발광면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고, 광반사 시트의 표면에는 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형의 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 면 광원장치에서, 광반사 시트에 설치되는 기본 유닛은, 단면이 산형으로 되고 또한 이 산형부의 산등성이 선은 인접한 기본 유닛끼리의 사이에서 거의 병렬로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 광반사 시트에 설치되는 기본 유닛은, 광반사면의 단면형상이 오목형상인 것이 또한 바람직하다. 또, 본 발명은, 상술한 어느 하나의 특징을 구비하는 광원장치를 백라이트 광학계에 사용하여 종래의 기술적 과제를 해결한 액정 디스플레이 장치이기도 하다.
본 발명의 광반사 시트는, 상술한 필수적인 구성 요소로 이루어지는데, 그 구성 요소가 구체적으로 이하와 같은 경우라도 성립한다. 그 구체적 구성 요소는, 2축 연신 열가소성 수지 필름이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에서는, 광반사 시트가 표면층의 측면을 향해 볼록형상으로 뒤로 휘어 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 광반사면은 금속재질로 이루어지고, 또한 이 금속재질상에는 투명절연성 물질에 의한 코팅층이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 광반사 시트의 제조방법이며, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 이하와 같이 구성되어 있다. 즉 본 발명은, 상술한 각각의 특징을 구비하는 광반사 시트를 제조하는 방법에서, 기본 유닛의 형상을 롤 투 롤 프로세스에 의해 형성하는 것을 특징으로 한다. 또, 상술한 각각의 특징을 대비해 또한 표면층이 열가소성 수지로부터 구성되는 광반사 시트의 제조방법에서, 기본 유닛의 형상을 엠보스 롤에 의해 전사하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 면 광원장치이며, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명은, 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체와, 이 도광체에 설치된 광 취출기구와, 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원을 포함하고, 더욱이 도광체의 광 출사면과 대향하는 면측에는 상술한 각각의 특징을 구비하는 광반사 시트를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 광원장치에서는, 도광체의 광 출사면의 중심부근에서의 출사방향 선택율이 60%∼100%인 것이 바람직하다. 또, 도광체의 광 출사면에는, 능선을 광원의 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 10㎛∼150㎛, 정각 60도∼150도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이로 이루어지는 집광소자를 설치하는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명의 면 광원장치에서는, 도광체에 설치된 광 취출기구가 불규칙하게 배치된 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기이며, 그 때, 볼록형상 돌기의 돌기량은 2㎛∼300㎛인 것이 바람직하다. 더욱 또, 도광체에 설치된 광 취출기구를 불규칙하게 배치된 거친 면으로 이루어지는 패턴으로 할 수도 있다. 또, 본 발명은, 상술한 특징을 구비하는 광원장치를 백라이트 광학계에 사용하여 종래의 기술적 과제를 해결한 액정 디스플레이 장치이기도 한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해, 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은, 그 요지를 넘지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도광체로서 215.0×163.0mm, 두께가 광원부근에서 2mm, 광원으로부터 가장 떨어진 위치에서는 0.6mm인 짧은 변 방향으로 두께가 변화되는 쐐기 형상의 아크릴판(미쓰비시레이온제, 아크리펫 TF8)을 사용하고, 두꺼운 부에 냉음극관으로 이루어지는 선형상 광원(산켄덴키제, 2.0φ관)을 배열 설치하는 것으로 하여, 도 19(a)에 도시되는 바와 같이, 선형상 광원으로부터 멀어짐에 따라서 길이가 일축방향(선형상 광원과 평행한 방향)에 상대적으로 길어지도록 패터닝한 장방형의 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기를 도광체의 광 출사면과 대향하는 면에 형성했다. 도 20(c)에 볼록형상 돌기부의 확대도를 도시한다. 돌기의 깊이(h)는 27.0㎛로 하여 돌기 부분의 최소 개구폭(Wmin)은 450㎛로 되어 있다.
여기에서, 도광체의 성형은 상법의 사출성형법에 의해 행동하고, 볼록형상 돌기의 형성에 사용되는 금형은, 두께 25㎛인 드라이필름 레지스트(니치 고모 톤)를 유리판상에 라미네이팅 하고, 폴리리소그래피에 의해 패턴을 형성하고, 이 드라이필름 레지스트에 의한 패터닝을 시행한 유리판상상에 전극을 증착하고, 이것을 전기 주조 매스터로 하여 니켈 전기 주조를 행함으로써, 돌기 형상에 대응한 개구부를 갖는 표면형상의 금형을 얻었다.
또, 도광체(21)의 광 출사면(21b)(볼록형상 돌기로 이루어지는 광 취출기구(290)가 설치되지 않은 면)에는, 집광소자(240)로서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 두정각 90도, 피치 50㎛인 삼각 프리즘 어레이(24)가 형성되고, 이 삼각 프리즘 어레이(24)의 능선(24a)은 선형상 광원(12)이 배열 설치되는 측단부(광 입사면(21a))에 대략 수직으로 되도록 배치되어 있다.
상기 도광체(21)의 방향성 광출사 소자(29)인 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기부는 높은 평활도로 형성되어 있고, 볼록형상 돌기부 표면의 거칠기를 광학식 표면형상 측정기(키엔스제, VK―8500)로 측정한 결과, 표면의 산술평균거칠기(Ra)는 0.35㎛였다. 이것에 의해, 불필요한 광산란이 생기지 않도록 되었기 때문에, 도광체로부터의 출사광선은 77%가 광반사 시트의 측면에 출사하는 본 발명에 사용하는데 극히 적합한 도광체가 얻어졌다.
광반사 시트(27)에는, 단면형상이 도 6에 도시되는, 능선이 거의 평행하게 배열된 평행 직선형상 경사면(28a)이 배열된 광반사 시트를 사용되고, 피치는 100㎛로 되고, 반사층에는 반사율 91.2%인 은의 스퍼터링층이 사용되고, 이 은 스퍼터링층 표면에는 더욱 실리카의 오버코트층이 코팅되었다. 경사면(28a)의 경사각도는 29도로 되고, 단면은 오목형상으로서, 상기 평활면으로 이루어지는 방향성 광 출사소자(18)로부터 출사된 광속을 이 광반사 시트부에서 변각, 집광하는 구조로 했다.
인버터(해리슨덴키 제)를 통하여 고주파 점등하여, 면 광원장치를 얻었다. 도광체로부터 출사된 광속은 대부분이, 일단, 광반사 시트의 측면을 향하여 집광, 변각되고, 도광체 자신이 프리즘 시트로서 작용하여 더욱 집광되기 때문에, 조명광의 특성은 정면방향으로 극히 높은 지향성을 갖는, 액정 디스플레이의 백라이트로서 극히 적합한 특성이었다.
관전류 6mA로하고, 휘도 측정 장치(토푸콤 제, BM-7)를 사용하여 면내 25점의 평균 휘도를 측정한 결과, 평균 휘도 1820nit, 휘도 불균일 75%(최소값/최대값을 백분률로 나타낸 수치)가 얻어져, 휘도 및 분포 모두 액정 디스플레이 패널의 백라이트 광원으로서 극히 실용성이 우수한 특성인 것이 확인되었다.
또, 통상이라면 2장이나 배열 설치되는 프리즘 시트를 사용하고 있지 않기때문에, 시트사이에 먼지의 혼입 등도 적고, 조립성도 극히 양호하고, 게다가 여분의 시트가 없기 때문에, 박형이고 또한 경량인 면 광원장치가 얻어졌다. 또, 상기 광반사 시트의 효과에 의해, 종래형의 면 광원장치에서는 발생하여, 특별한 대책이 필요했던 광원 근방에 나타나는 휘선도 제거되어, 화상품질이 우수한 것이었다. 게다가, 휘도의 분포를 콘트롤하는 방향성 광출사 소자는 볼록형상 돌기이기 때문에, 포토 프로세스에 의해 단기간에 패턴 형상을 변경하여 수정을 가하는 것이 가능했기 때문에, 제품 완성까지의 리드 타임도 극히 짧아, 실용성이 우수했다.
(실시예 2)
도광체(21)로서 289.6×216.8mm, 두께가 두꺼운 부분 20mm, 얇은 부분 0.6mm인, 짧은 변 방향으로 두께가 변화되는, 쐐기 형상의 환상 폴리 올레핀계 수지(니혼제온제, 제오노아)를 사용하고, 두꺼운 측의 긴 변부에 관직경 18mm의 냉음극관(해리슨 도시바 라이팅 제)으로 이루어지는 선형상 광원(22)을 배열 설치하고, 더욱 이 냉음극관의 주위를 Ag증착층을 광반사면으로 하는 리플렉터판(미츠이카가쿠 제 실버 리플렉터 플레이트)에서 덮고, 도광체(21)의 광 입사면(21b)에 효율 좋게 선상광원(22)으로부터의 출사광선이 입사하도록 했다.
도광체(21)의 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)에는, 선형상 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서 도광체(21)의 광 입사면(21a)에 평행한 방향으로의 길이(L)가 서서히 길어지고, 유효 개구폭(W)이 대략 일정하게 된, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)를 패터닝했다. 도 20(c)에 도시되는 바와 같이, 볼록형상 돌기(29A)의 깊이(h)는 50.0㎛로 하고, 볼록형상 돌기(29A)의 유효 개구폭(Wmin)은72.0㎛로 되어 있다. 또, 길이(L)는 85㎛에서 270㎛의 사이에서 변화되고 있다.
여기에서, 볼록형상 돌기(29a)의 형성에 사용하는 금형은, 두께 50㎛인 드라이필름 레지스트를 SUS기판상에 라미네이팅하고, 폴리리소그래피에 의해 패턴을 형성하고, 이 드라이필름 레지스트에 의한 패터닝을 시행한 SUS 기판상에 Ni전극을 증착하고, 이것을 마더형으로서 니켈 전기 주조법에 의해 얻었다. 이와 같이 하여 얻은 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기가 다수 형성된 금형을 사용하고, 사출성형기(도시바 기카이 제)를 사용하고 정법의 사출성형을 행하여 도광체를 성형했다.
또, 도 1에 도시되는 바와 같이, 도광체(21)의 광 출사면(21b)측에는 정각 90도의 삼각 프리즘 형상 어레이(24)와 같은 파형판 형상의 요철로 이루어지는 집광소자(240)가, 그 능선(24a)을 광 입사면인 도광체(21)의 측단부(21a)에 수직으로 되도록 설치되어 있다.
이와 같이 평활면의 볼록형상 돌기(29a)로 이루어지는 패턴을 광 취출기구(290)로 하고, 볼록형상 돌기(29a)의 유효 개구폭이 일정하도록 광 취출기구(290)의 형상을 정했기 때문에, 광반사 시트(27)의 방향에 선택적으로 조명광선이 출사하고, 게다가, 광 출사면(21b)내의 각 위치에서 광반사 시트(27) 방향으로의 조명광선의 선택성이 대략 일정하게 유지된 도광체(21)를 얻는 것이 가능하게 되었다.
이 도광체(21)의 출사방향 선택율을 측정하기 위해서, 도 12에 도시되는 바와 같이, 광반사 시트(27)가 본래 배열 설치되는 위치에 광반사율 2% 이하인 흑색의 시트(30)를 배열 설치하고, 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 휘도계(토푸콤 제 BM-7)를 사용하여 측정했다. 중심위치에서의 측면정 결과를 도 13(a)에 도시한다.
다음에, 도광체(21)를 상기와는 반대의 방향에(원래, 광 출사면(21b)으로 되어야 할 면이 흑색 시트(30)의 측면에 오는 방향에) 세팅하고, 동일하게 중심위치에서 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 13(b)에 나타낸다. 이들 측정 곡선(47, 46)에 관하여 각각의 0도∼180도까지의 적분값을 구하고, 상기 La, Lb값을 산출하고, 이것에 의해 광 출사면의 중심위치에서의 출사방향 선택율(Lb/(La+Lb)을 구한 결과, 78%가 얻어지고, 광반사 시트(27)의 방향으로 충분히 선택적으로 조명광선이 출사하는 광학계가 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
더욱이, 도 18에 도시되는 유효 발광 에리어내의 25점에 대하여 동일한 측정을 행한 결과를 표 1에 나타낸다.
상술과 같이 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)의 형상을 출사방향 선택율이 그다지 변동하지 않도록 정한 것의 효과에 의해, 광 출사면(21b)내에서의 변동 범위는 평균값을 기준으로 하여 -12.1∼11.1%로 되고, 광반사 시트(27) 방향으로의 조명광선의 선택성이 장소에 의존하지 않고 안정한, 본 발명의 면 광원장치에 사용하는데 극히 적합한 도광체가 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
광반사 시트(27)로서는, 도 4에 도시되는 형상이고 또한 산등성이 선(28b)이 대략 평행하게 배열된 직선형상이고 단면 톱니형상 반사면(28a)을 기본 유닛(28)으로 하는 광반사 시트(27)가 사용된다. 피치(P2)는 100㎛로 되고, 반사층에는 알루미늄의 증착층이 사용되고, 이 알루미늄 증착층 표면에는 실리카가 스퍼터링에 의해 코팅되어 있다.
반사면(28a)의 경사각도(α)는 31도로 되고, 도광체(21)로부터 광반사 시트(27)의 측면에 선택적으로 출사하는 광선이, 광반사 시트(27)의 작용에 의해 방향 변환되고, 또한 도광체(21)의 광 출사면(21b)측에 설치된 삼각 프리즘 어레이(24)의 효과에 의해 집광을 수행하면서, 도광체(21)의 법선(23)방향으로 조명광선을 출사하는 광학계를 얻었다.
인버터를 통하여 냉음극관 광원(22)을 고주파 점등하여, 면 광원장치를 얻었다. 관전류 5mA로 하고, 휘도 측정 장치(토푸콤 제 BM-7)를 사용하여 면내 5점의 평균 휘도를 측정한 결과, 평균 휘도 1873nit가 얻어지고, 휘도 성능 및 휘도 불균일 모두 액정 디스플레이 패널의 백라이트 광원으로서 실용에 충분한 광학특성인 것이 확인되었다.
또, 조명광선의 특성은, 수평방향 및 수직방향 모두 충분히 집광이 이루어져 있기 때문에, 특히 노트북 컴퓨터나 핸드 헬드 컴퓨터에 사용하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 극히 적합한 특성을 가지고 있었다. 더불어, 통상 배열 설치되는 프리즘 시트를 사용하고 있지 않기 때문에, 시트 사이로의 먼지의 혼입 등에 의한 불량도 극히 발생하기 어렵고, 조립성이 높고, 수율도 극히 양호했다.
더욱이, 종래형의 면 광원장치에서 발생하고 있던 광원 근방에 나타나는 휘선의 발생도 적고, 화상품질이 극히 우수한 것이며, 게다가, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)에 의한 광 취출기구(290)의 배치 패턴은 용이하게 수정 가능했기 때문에, 외관의 조정도 단기간에 완수할 수 있기 때문에 실용성이 우수했다.
더불어, 광 출사면(2b)내에서 광반사 시트(27) 방향에 출사하는 조명광선의 비율이 거의 일정하게 유지되어 있었기 때문에, 발광면을 경사방향에서 보았을 때에도 휘도 불균일이 크게 변화되지 않고, 액정 디스플레이 장치의 면 광원장치로서 대단히 유용했다.
(실시예 3)
실시예 3 기재의 도광체와 동일한 외형을 갖는 도광체(21)를 사용하고, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)로서 대략 동일 형상인 볼록형상 돌기가, 선형상 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서, 도 19(b)에 도시되는 바와 같이, 배치밀도가 서서히 증가하여 다수 배열한 광 취출기구(290)를 사용했다. 이 볼록형상 돌기(29a)의 유효 개구폭(W)은 대략 일정하게 75.0㎛고 되고, 개구형상은 도 20(b)와같이 정방형이며, 볼록형상 돌기(29a)의 깊이(h)는 50.0㎛로 되어 있다.
그 밖에, 광 출사면(21b)에 배열 설치되는 삼각 프리즘 어레이(24)는 실시예 2와 동일하고, 광 출사면내 25점에서의 출사방향 선택율을 측정한 결과를 표 2에 나타낸다. 중심위치에서의 출사방향 선택율은 81%이며, 광 출사면내에서의 변동 범위는 평균값을 기준으로 하여 9.6∼10.2%로 되고, 광반사 시트(27) 방향으로의 조명광선의 선택성이 장소에 의존하지 않고 안정하고, 본 발명의 면 광원장치에 사용하는데 극히 적합한 도광체가 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
광반사 시트(27)나 냉음극관 등은 실시예 2와 동일하게 하고, 인버터를 통하여 냉음극관 광원(22)을 고주파 점등하여, 면 광원장치를 얻었다. 관전류 5mA에서 휘도 측정을 행한 결과, 평균 휘도 1945nit가 얻어지고, 휘도 성능 및 휘도 불균일모두, 액정 디스플레이 패널의 백라이트 광원으로서 충분히 실용적인 광학 특성인 것이 확인되었다.
실시예 2와 동일하게, 광 출사면내에서 광반사 시트 방향으로 출사하는 조명광선의 비율이 거의 일정하게 유지되어 있었기 때문에, 발광면을 경사방향에서 보았을 때에도 휘도 불균일이 크게 변화되지 않고, 액정 디스플레이 장치의 면 광원장치로서 대단히 유용하고, 통상 배열 설치되는 프리즘 시트를 사용하고 있지 않기 때문에, 시트 사이로의 먼지의 혼입 등에 의한 불량도 극히 발생하기 어렵고, 조립성이 높고, 수율도 극히 양호했다.
(실시예 4)
도광체(21)로서 289.6×216.8mm, 두께가 두꺼운 부분 2.0mm, 얇은 부분 0.6mm인, 짧은 변 방향으로 두께가 변화되는, 쐐기 형상의 환상 폴리 올레핀계 수지(니혼제온 제, 제오노아)를 사용하고, 두꺼운 측의 긴 변부에 관직경 1.8mm의 냉음극관(해리슨 도시바 라이팅 제)으로 이루어지는 선형상 광원(22)을 배열 설치하고, 더욱이 이 냉음극관의 주위를 Ag 증착층을 광반사면으로 하는 리플렉터 판(미츠이카가쿠 제 실버 리플렉터 플레이트)으로 덮고, 도광체(21)의 두꺼운 부분의 측단부(광 입사면(21b))에 효율적으로 선형상 광원(22)으로부터의 출사광선이 입사하도록 했다.
도광체(21)의 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)에는, 도 27(a)에 도시하는 바와 같이, 선형상 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서 직경이 서서히 커지는, 평활면으로 이루어지는 원주형상의 볼록형상 돌기(29a)를 패터닝했다. 도 27(a)에 도시되는 바와 같이, 볼록형상 돌기(29a)의 깊이(h)는 50.0㎛로 하고, 볼록형상 돌기(29a)의 유효 개구폭(W)은 35.0㎛∼145.0㎛으로 되어 있다. 또, 볼록형상 돌기(29a)의 배치는, 도 27(a)에 도시되는 바와 같이, 볼록형상 돌기(29a)끼리가 서로 접촉하지 않을 정도로 랜덤하게 분포된 태양으로 되고, 볼록형상 돌기의 규칙적인 배치에 의해 바람직하지 않은 광학적인 간섭 현상이 생기지 않도록 궁리되어 있다.
여기에서, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)의 형성에 사용하는 금형은, 두께 50㎛인 드라이필름 레지스트를 SUS기판상에 라미네이팅하고, 폴리 리소그래피에 의해 패턴을 형성하고, 이 드라이필름 레지스트에 의한 패터닝을 시행한 SUS기판상에 Ni전극을 증착하고, 이것을 마더형으로 하여 니켈 전기 주조법에 의해 얻었다. 이렇게 하여 얻은 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기가 다수 형성된 금형을 사용하여, 사출성형기(도시바가카이 제)를 사용하고, 정법의 사출성형을 행하여 도광체를 성형했다.
또, 도 23에 도시되는 바와 같이, 도광체(21)의 광 출사면(21b)측에는 정각 90도의 삼각 프리즘 형상 어레이(24)와 같은 집광소자(240)가, 그 산등성이 선(24a)을 광 입사면인 도광체(21)의 측단부(21a)에 수직으로 되도록 설치되어 있다.
이 도광체(21)의 출사방향 선택율을 측정하기 위해서, 도 12에 도시되는 바와 같이, 광반사 시트가 원래 배열 설치되는 위치에 광반사율 2% 이하인 흑색의 시트(30)를 배열 설치하고, 광원(22)의 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 광 출사면(21b)의 법선(23)에 평행한 가상의 평면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 휘도계(토푸콤 제 BM-7)를 사용하여 측정했다. 광 출사면(21b)의 중심위치에서의 측면정 결과를 도 13(a)에 도시한다.
다음에, 도광체(21)를 상기와는 반대 방향으로(본래, 광 출사면(21b)으로 되어야 할 면이 흑색 시트(30)의 측면에 오는 방향으로) 세팅하고, 동일하게 중심위치에서 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 평면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 13(b)에 도시한다. 이들 측정 곡선(47, 46)에 관하여 각각의 0도∼180도까지의 적분값을 구하고, 상기 La, Lb값을 산출하고, 이것에 의해 광 출사면의 중심위치에서의 출사방향 선택율(Lb/(La+Lb))을 구한 결과, 72%가 얻어지고, 광반사 시트(27)의 방향에 충분히 선택적으로 조명광선이 출사하는 광학계가 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
광반사 시트(27)로서는, 도 4에 도시되는 형상이고 또한 산등성이 선(28b)이 대략 평행하게 배열된 직선 형상으로 단면 톱니형상의 반사면(28a)을 기본 유닛(28)으로 하는 광반사 시트(27)가 사용되었다. 피치(P2)는 50㎛로 되고, 반사층에는 알루미늄의 증착층이 사용되고, 이 알루미늄 증착층 표면에는 실리카가 스퍼터링에 의해 코팅되어 있다.
반사면(28a)의 경사각도(α)는 31도로 되고, 도광체(21)로부터 광반사 시트(27)의 측면에 선택적으로 출사하는 광선이, 광반사 시트(27)의 작용에 의해 방향 변환되고, 게다가 도광체(21)의 광 출사면(21b)측에 설치된 삼각 프리즘 어레이(24)의 효과에 의해 집광을 수행하면서, 도광체(21)의 법선(23)방향으로 조명광선을 출사하는 광학계를 얻었다.
인버터를 통하여 냉음극관 광원(22)을 고주파 점등하고, 면 광원장치를 얻었다. 광 출사면(21b)을 상세하게 보아도, 광학적인 간섭에 유래하는 무아레 줄무늬나 뉴튼의 링은 전혀 발생하지 않고, 광반사 시트(27)가 다소 휘어도 휘도 불균일로서 감지하는 것은 불가능할 정도였기 때문에, 실용상 충분한 외관품질을 갖고 있었다.
냉음극관광원(22)의 점등에 있어서의 관전류는 5mA로 하고, 휘도 측정장치(토푸콤 제, BM-7)을 사용하여 면내 5점의 평균 휘도를 측정한 결과, 평균 휘도 1745nit가 얻어지고, 휘도 성능 및 휘도 불균일 모두, 액정 디스플레이 패널의 백라이트 광원으로서 실용에 충분한 광학특성인 것이 확인되었다.
또, 조명광선의 특성은, 수평방향 및 수직방향 모두 충분히 집광이 수행되어 있기 때문에, 특히 노트북 컴퓨터나 핸드 헬드형 컴퓨터에 사용하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 극히 적합한 특성을 갖고 있었다. 더불어, 보통 배열 설치되는 프리즘 시트를 사용하고 있지 않기 때문에, 시트 사이에서의 먼지의 혼입 등에 의한 불량도 극히 발생하기 어렵고, 조립성이 높고, 수율도 극히 양호했다.
더욱이, 종래형의 면 광원장치에서 발생하고 있었던 광원 근방에 나타나는 휘선의 발생도 적어, 화상 품질이 극히 우수한 것이며, 게다가, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)에 의한 광 취출기구(290)의 배치 패턴은 용이하게 수정가능했기 때문에, 외관의 조정도 단기간에 완수할 수 있기 때문에 실용성이 우수했다.
(비교예 1)
실시예 4 기재의 도광체와 동일한 외형을 갖는 도광체(21)를 사용하고, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)의 배치를 랜덤 위치로 하지 않고, 규칙적으로 배치한 것 이외는 실시예와 동일한 조건으로 면 광원장치를 작성했다.
광 출사면상에 용이하게 인식할 수 있는 광학적인 간섭에 유래하는 모양이 확인되고, 광반사 시트가 약간 휘어도 그것들이 보다 강조되어 나타나버리기 때문에, 화상품질이 낮고, 대형 액정 디스플레이의 백라이트 광원으로서는 충분한 조명 품질을 얻을 수 없었다.
(실시예 5)
도광체(21)로서 289.6 ×216.8mm, 두께가 두꺼운 부분 2.0mm, 얇은 부분 0.6mm인, 짧은 변 방향으로 두께가 변화되는, 쐐기 형상의 환상 폴리 올레핀계 수지(니혼제온제, 제오니아)를 사용하고, 두꺼운 측의 긴 변부에 관직경 18mm의 냉음극관(해리슨 도시바 라이팅 제)로 이루어지는 선형상 광원(22)을 배열 설치하고, 더욱 이 냉음극관의 주위를 Ag 증착층을 광반사면으로 하는 리플렉터판(미츠이카가쿠 제 실버 리플렉터 플레이트)로 덮고, 도광체(21)의 두꺼운 측의 측단부(광 입사면)(21b)에 효율적으로 선형상 광원(22)으로부터의 출사광선이 입사하도록 했다.
도광체(21)의 광 출사면(21b)과 대향하는 면(21c)에는, 선형상 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서 지름이 서서히 커지는, 평활면으로 이루어지는 마름모꼴의 볼록형상 돌기(29a)를 도 40에 도시되는 바와 같이 패터닝 했다. 볼록형상 돌기(29a)의 깊이(h)는 80.0㎛로 하고, 볼록형상 돌기(29a)의 유효 개구폭(W)은 650㎛∼140.0㎛의 범위에서 서서히 커지도록 변화되는 태양로 되어 있다.
또, 볼록형상 돌기(29a)의 배치는, 도 40에 도시되는 바와 같이, 볼록형상 돌기(29a) 끼리가 서로 접촉하지 않을 정도로 랜덤하게 분포된 태양으로 되고, 볼록형상 돌기의 규칙적인 배치에 의해 바람직하지 못한 광학적인 간섭 현상이 생기지 않도록 궁리되어 있다.
여기에서, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)의 형성에 사용하는 금형은, 두께 80㎛인 드라이 필름 제지스트 SUS 기판상에 라미네이팅 하고, 폴리리소그래피에 의해 패턴을 형성하고, 이 드라이필름 레지스트에 의한 패터닝을 시행한 SUS 기판상에 Ni전극을 증착하고, 이것을 마더형으로 하여 니켈 전기 주조법에 의해 얻었다. 이와 같이 하여 얻은 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기가 다수형성된 금형을 사용하고, 사출성형기(도시바기카이 제)를 사용하고 정법의 사출성형을 행하여 도광체를 성형했다.
도 23에 도시되는 바와 같이, 도광체(21)의 광 출사면(21b)측에는 정각 90도의 삼각 프리즘 형상 어레이(24)의 집광소자(240)가, 그 산등성이 선(24a)을 광 입사면인 도광체(21)의 측단부(21a)에 수직하게 되도록 설치되어 있다. 도광체(21)의 출사방향 선택율을 측정하기 위해서, 도 12에 도시되는 바와 같이, 광반사 시트(27)가 본래 배열 설치되는 위치에 광반사율 2% 이하인 흑색의 시트(30)를 배열 설치하고, 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 휘도계(토푸콤 제 BM-7)를 사용하여 측정했다. 광 출사면의 중심위치에서의 측면정 결과를 도 13(a)에 도시한다.
다음에, 도광체(21)를 상기와는 반대 방향으로(본래, 광 출사면(21b)이 되어야 할 면이 흑색 시트(30)의 측면에 오는 방향으로) 세팅하고, 동일하게 중심위치에서 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 측정했다. 측정 결과를 도 13(b)에 도시한다. 이들 측정곡선(47, 46)에 관하여 각각의 0도∼180도까지의 적분값을 구하고, 상기 La, Lb값을 산출하고, 이것에 의해 광 출사면의 중심위치에서의 출사방향 선택율(Lb/(La+Lb))을 구한 결과, 81.2%가 얻어져, 광반사 시트(27)의 방향으로 충분히 선택적으로 조명광선이 출사하는 광학계가 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
광반사 시트(27)로서는, 도 4에 도시되는 형상이고 또한 산등성이 선(28b)이 대략 평행하게 배열한 직선형상이며 단면 톱니형상의 광반사면(28a)을 기본 유닛(28)으로 하는 광반사 시트(27)가 사용되었다. 피치(P2)는 50㎛로 되고, 광반사층에는 알루미늄의 증착층이 사용되고, 이 알루미늄 증착층 표면에는 실리카가 스퍼터링에 의해 코팅되어 있다.
이 광반사 시트 표면에 배열 설치되는 기본 유닛(28)의 형성은, 도 36에 도시되는 바와 같이 연시을 행하지 않은 폴리카보네이트 필름(두께 50㎛)을 표면층(33A)으로서, 열변형 온도 이상으로 가열한 엠보스 롤(35)을 사용하여, 롤 투 롤 프로세스로 도 38에 도시되는 바와 같이 엠보싱 가공을 연속적으로 행했다.
더욱이, 기본 유닛 형상을 형성한 무연신 폴리카보네이트 필름은, 강직성을 확보하기 위해서, 배면 지지층(34)으로서 2축 연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(두께 175㎛)에 접착하여 광반사 시트(27)의 기재로 되었다. 여기에서, 광반사 시트(27)의 휨 방향은, 도 37(a)에 도시되는 바와 같이, 경사면으로 이루어지는 기본 유닛(28)이 형성된 측이 볼록하게 되는 방향으로 되어 있다.
광반사면(28a)의 경사각도(α)는 32.5도로 되고, 도광체(21)로부터 광반사 시트(27)의 측면에 선택적으로 출사하는 광선이, 광반사 시트(27)의 작용에 의해 방향 변환되고, 게다가 도광체(21)의 광 출사면(21b)측에 설치된 삼각 프리즘 어레이(24)의 효과에 의해 집광을 수행하면서, 도광체(21)의 법선(23)방향에 조명광선을 출사하는 광학계를 얻었다.
인버터를 통하여 냉음극관 광원(22)을 고주파 점등하여, 면 광원장치를 얻었다. 광 출사면을 상세하게 보아도, 광학적인 간섭에 유래하는 무아레 줄무늬나 뉴튼의 링은 전혀 발생하지 않고, 광반사 시트가 다소 휘어도 휘도 불균일로서 감지할 수 없을 정도였기 때문에, 실용 충분한 외관품질을 가지고 있었다.
관전류를 6mA로 하고, 휘도 측정장치(토푸콤제, BM-7)를 사용하여 면내 25점의 평균 휘도를 측정한 결과, 평균 휘도 1697nit가 얻어지고, 휘도성능 및 휘도 불균일 모두, 액정 디스플레이 패널의 백라이트 광원으로서 실용에 충분한 광학특성인 것이 확인되었다.
또, 조명광선의 특성은, 수평방향 및 수직방향 모두 충분히 집광이 수행되어 있기 때문에, 특히 노트북 컴퓨터나 핸드 헬드형 컴퓨터에 사용하는 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 극히 적합한 특성을 가지고 있었다. 더불어, 통상 배열 설치되는 프리즘 시트를 사용하고 있지 않기 때문에, 시트 사이로의 먼지의 혼입 등에 의한 불량도 극히 발생하기 어려워, 조립성이 높고, 수율도 극히 양호했다.
더욱이, 종래형의 면 광원장치에서 발생하고 있었던 광원근방에 나타나는 휘선의 발생도 적고, 화상품질이 극히 우수한 것이며, 게다가, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29a)에 의한 광 취출기구(290)의 배치 패턴은 용이하게 수정가능했기 때문에, 외관의 조정도 1단기간에 완수할 수 있기 때문에 실용성이 우수했다.
(비교예 2)
실시예 5기재의 도광체와 동일한 외형을 갖는 도광체(21)를 사용하고, 광반사 시트를 2층 구성으로 하지 않아, 두께 180㎛의 무연신 폴리카보네이트를 열 프레스 성형에 의해 형상을 만들고, 이 시트의 표면에 실시예와 동일한 방법으로 광반사면을 형성 한 것 이외는 실시예로 동일한 조건으로 면 광원장치를 작성했다.
광 출사면상에 용이하게 인식할 수 있는 광학적인 간섭에 유래하는 모양이 확인되고, 배면으로부터 응력의 차이에 의해 시트를 휘는 방법의 차이가 용이하게 생기고, 그것들을 불균일로서 인식할 수 있게 되어버리기 때문에, 화상품질이 극히 낮고, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트 광원으로서는 충분한 조명 품질을 얻을 수 없었다.
(실시예 6)
도광체(21)로서 324.6×245.0mm, 두께가 4.0mm인 평판 형상의 도광체를 작성했다. 재료로는 환상 폴리 올레핀계 수지(니혼제온 제, 제오노아 1060R)를 사용하고, 2개이 장변부에 관 직경 2.4mm의 냉음극관(해리슨 도시바 라이팅 제)로 이루어지는 선형상 광원(22)을 배열 설치하고, 더욱이 이 냉음극관의 주위를 Ag 증착층을 광반사면으로 하는 리플렉터 판(미츠이카가쿠 제 실버 리플렉터 플레이트)으로 덮고, 도광체(21)의 측단부(광 입사면)(21b)에 효율적으로, 선형상 광원(22)으로부터의 출사광선이 입사하도록 했다.
도광체(21)의 발광면(21b)과 대향하는 면(21c)에는, 선형상 광원(22)으로부터 멀어짐에 따라서 사이즈가 서서히 커진다, 평활한 면으로 이루어지는 마름모꼴(4변의 동일)의 미세한 요철부(29')로서 볼록형상 돌기를 패터닝 했다. 도 31 및 도 32(c)에 도시되는 바와 같이, 볼록형상 돌기(29')의 깊이(h)는 80.0㎛로 하고, 마름모꼴 볼록형상 돌기(29')의 대각선의 길이는 113.0㎛∼171.0㎛의 범위에서 변화하는 패턴으로 되어 있다.
또, 볼록형상 돌기(29')의 배치는, 도 32(c)에 도시되는 바와 같이 볼록형상 돌기(29')끼리가 서로 접촉하지 않을 정도로 랜덤하게 분포된 태양으로 되고, 볼록형상 돌기(29')의 규칙적인 배치에 의해 생기는, 외관적으로 바람직하지 않은 광학적인 간섭 현상이 생기지 않도록 연구되어 있다.
여기에서, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29')의 형성에 사용하는 금형은, 도 35(a)에 도시되는 바와 같이 두께 100㎛인 드라이필름 레지스트(35')를 경면연마한 구리 기판(36')상에 라미네이팅하고 그 위에 포토마스크(37')을 배치하고, 평행 광원에 의한 포토리소그래피에 의해 오목부를 형성해야 할 부분에 도 35(b)에 도시되는 바와 같이 드라이필름 레지스트(35')를 잔존시키고, 다음에 드라이필름 레지스트(35')에 의한 패터닝을 시행한 구리 기판(36')상에 금속 도금층(38')으로서 Ni를 소정의 막 두께로 되도록 전착시켰다.
그 후에 드라이필름 레지스트(36')를 박리하여 오목부(볼록형상 돌기 형성 예정부)(39')를 형성한 금형(40)을 작성했다. 이와 같이 하여 얻은 평활면으로 이루어지는 오목부(39')가 다수 형성된 금형(40)을 사용하고, 사출성형기(도시바기카이 제)를 사용해서 정법의 사출성형을 행하여, 상기와 같은 평활한 볼록형상 돌기(29')가 형성된 도광체(21)를 성형했다.
도광체(21)의 출사방향 선택율을 측정하기 위해, 도 12에 도시되는 바와 같이, 광반사 시트(27)가 본래 배열 설치되는 위치에 광반사율 1% 이하인 흑색의 식모지로 이루어지는 시트(30)를 배열 설치하고, 도광체(21)의 광 입사면(광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a))에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 휘도계(토푸콤 제 BM-7)를 사용하여 측정했다.
다음에, 도광체(21)를 상기와는 반대의 방향으로(본래, 발광면(21b)이 되어야 할 면이 흑색 시트(30)의 측면에 오는 방향으로) 세팅하고, 동일하게 중심위치에서 광원(22)이 배열 설치되는 측단부(21a)에 직각으로 교차하고 또한 법선(23)에 평행한 가상의 면내에서의 임의의 방향(101)으로의 출사각도 분포를 측정하고, 이것들의 측면정 곡선에 관하여 각각의 0도∼180도 까지의 적분값을 구하고, 상술한 La, Lb값을 산출하고, 이것에 의해 발광면의 중심위치에서의 출사방향 선택율(Lb/(La 10Lb))을 구한 결과, 81.5%가 얻어지고, 광반사 시트(27)의 측면에 집중적으로 조명광선이 출사하는 광학계가 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
광반사 시트(27)로서는, 도 5에 도시되는 형상이고 또한 산등성이 선(28b)이 대략 평행하게 배열한 참석한 직선 형상이고 단면 톱니 형상의 광반사면(28a)을 기본 유닛(28)으로 하는 광반사 시트(27)가 사용되었다. 피치(P)는 50㎛롤 되고,광반사층에는 알루미늄의 증착층이 사용되고, 이 알루미늄 증착층 표면에는 실리카가 스퍼터링에 의해 코팅되어 있다.
광반사면(28a)의 경사각도(α)는 33도로 되고, 도광체(21)로부터 광반사 시트(27)의 측면에 선택적으로 출사하는 광선이, 광반사 시트(27)의 작용에 의해 방향변환되어, 상기 마름모꼴의 평활한 돌기로부터 출사한 집광성이 높은 조명광선을 정면방향(도광체의 발광면에 수직한 방향)으로 출사하는 광학계를 얻었다.
인버터(해리슨 도시바 라이팅제)를 통해서 냉음극관 광원(22)을 고주파 점등하여, 면 광원장치를 얻었다. 발광면(21b)을 상세하게 보아도, 광학적인 간섭에 유래하는 무아레 줄무늬나 뉴튼의 링은 전혀 발생하지 않고, 광반사 시트(27)가 다소 휘어도 휘도 불균일로서 감지할 수는 없을 정도였기 때문에, 실용상 충분한 외관품질을 갖고 있었다.
관전류를 5mA로 하고, 휘도 측정장치(토푸콤 제, BM-7)를 사용하여 면내 25점의 평균 휘도를 측정한 결과, 평균 휘도 2240nit가 얻어지고, 휘도 성능 및 휘도 불균일 모두, 액정 디스플레이 패널의 백라이트 광원으로서 실용에 충분한 광학특성인 것이 확인되었다.
또, 조명광선의 특성은, 수평방향 및 수직방향 모두 충분히 집광이 수행되어 있기 때문에, 특히 높은 정면휘도가 요구되는 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 극히 적합한 특성을 갖고 있었다. 더불어, 통상 배열 설치되는 프리즘 시트를 사용하고 있지 않기 때문에, 시트사이로의 먼지의 혼입 등에 의한 불량도 극히 발생하기 어렵고, 조립성이 높고, 수율도 극히 양호했다.
게다가, 종래형의 면 광원장치에서 발생하고 있었던 광원 근방에 나타나는 휘선의 발생도 적어, 화상품질이 극히 우수한 것이며, 게다가, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기(29A)에 의한 광 취출기구(290)의 배치패턴은 용이하게 수정가능했기 때문에, 외관의 조정도 단기간에 완수할 수 있기 때문에 실용성이 우수했다.
(비교예 3)
실시예 6기재의 도광체(21)와 동일한 외형을 갖는 도광체를 사용하고, 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기의 형상을, 도 34(a)에 도시되는 바와 같이 장방형으로 한 것 이외는 실시예아 동일한 조건으로 면 광원장치를 작성했다.
실시예 6과 동일한 방법으로 측정한 출사방향 선택율은 83%로 되어, 광반사 시트의 방향으로 집중적으로 광속이 출사하는 도광체가 얻어졌는데, 면내 25점의 평균 휘도는 1879nit에 그쳐, 실시예에 비해 광학적 효율이 뒤떨어졌다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 면 광원장치에 의하면, 도광체의 광 출사면과 대향하는 면에 설치한 평활면으로 이루어지는 방향성 광출사 소자의 효과에 의해, 대부분의 광속을 선택적으로 광반사 시트의 측면으로 출사시키고, 이 광반사 시트에서 광속방향을 변환하여 정면방향으로 출사하는 광학계로 함으로써, 도광체의 광 출사면에 집광소자를 설치한 경우에, 도광체 자체가 렌즈 어레이 시트로서의 광학적 기능을 수행할 수 있게 되기 때문에, 우수한 집광성을 얻을 수 있어, 그 결과 구조의 간소화, 조립성의 향상, 및 코스트 저감화에 극히 큰 효과를 수행할 수있다.
또, 본 발명의 액정 디스플레이 장치에 의하면, 상술한 효과를 구비하는 면 광원장치를 그 구성요소로 하고 있으므로, 액정 디스플레이 장치에 대해서도 구조의 간소화, 조립성의 향상, 및 코스트 저감화를 수행할 수 있다.
또, 특히, 본 발명에 관계되는 광학계에서는 문제가 되기 쉬운, 광학적인 간섭 현상에 유래하는 줄무늬 형상의 불균일을 제거하는 것이 가능학 되어, 대형 액정 디스플레이 장치의 백라이트로서 사용하는데 충분한 광학특성을 부여할 수 있다.

Claims (55)

  1. 면 광원장치에 사용되고 또한 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체로서,
    상기 광 출사면과 대향하는 면에는 광 취출기구로서 평활면으로 형성된 방향성 광출사 소자가 설치되고, 이 방향성 광출사 소자가, 상기 도광체로부터 출사하는 광선의 적어도 65% 이상을 상기 광 출사면과는 반대측의 면측에 출사시키는 것을 특징으로 하는 도광체
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 출사면에, 집광소자를 설치한 것을 특징으로 하는 도광체
  3. 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체와, 상기 광 출사면에 설치된 집광소자와, 상기 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고,
    상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 면에는 광 취출기구로서 평활면으로 형성된 방향성 광출사 소자가 설치되고, 또한 상기 광반사 시트는 반사율 70% 이상의 경사면으로 이루어지는 대략 상사형의 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 면에 평활면으로 형성된 상기 방향성 광출사 소자에 의해, 상기 도광체로부터 출사하는 광선의 적어도 65% 이상은 상기 광반사 시트의 측면에 출사하는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 방향성 광출사 소자는, 산술평균 거칠기(Ra)의 값이 0.01∼10㎛인 평활면으로 형성된 볼록형상 돌기를 다수 배치한 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 평활면으로 형성된 상기 볼록형상 돌기의 깊이(h)와 최소 개구폭(Wmin)으로 정의되는 값(h/Wmin)이 0.5 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 평활면에서 형성된 상기 볼록형상 돌기의 깊이(h)와 최대 개구폭(Wmax)으로 정의되는 값(h/Wmax)이 0.3 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 평활면으로 형성된 상기 볼록형상 돌기는, 상기 광원으로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 개구폭이 확대하면서 다수 배열하어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  9. 제 5 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 평활면으로 형성되는 상기 볼록형상 돌기는, 거의 동일형상의 볼록형상 돌기가 상기 광원으로부터 멀어짐에 따라서 분포 밀도를 증대시키면서 다수 배열하고 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 출사면에 설치된 집광소자는, 능선을 상기 광원이 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 1∼500㎛ 이하인 파형판 형상의 요철인 것을 특징으로 면 광원장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 파형판 형상의 상기 요철은 정각을 70∼150도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이이고, 또한 상기 삼각 프리즘 어레이의 피치는 5∼300㎛의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  12. 제 3 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 설치되는 대략 상사형의 상기 기본 유닛은 단면 산형으로 되고, 이 산형부의 능선은 인접한 상기 기본 유닛끼리의 사이에서 거의 병렬하여 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 사용되는 대략 상사형의 상기 기본 유닛은, 상기 경사면의 단면형상이 오목형상인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  14. 제 3 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 설치되는 대략 상사형의 상기 기본 유닛을 구성하는 상기 경사면은, 최대 직경 3000㎛ 이하인 오목거울 형상으로 되고, 또한 상기 경사면의 경사각도는 상기 도광체로부터 상기 반사 시트의 방향으로 출사한 광선을 상기 도광체의 법선방향으로 반사하는 각도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에서, 상기 광반사 시트의 반사면은 은 또는 알루미늄의 코팅층으로 이루어지고, 또한 상기 반사면상에는 투명재질에 의한 코팅층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 광반사 시트의 반사면은 확산 반사성의 백색재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  17. 면 광원장치에 사용되고 또한 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체로서,
    상기 도광체에는 조명광선을 선택적으로 상기 광 출사면과 대향하는 면의 측면에 출사하는 광 취출기구가 설치되고, 또한 상기 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율이 거의 일정한 것을 특징으로 하는 도광체.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율이60%∼100%이며, 또한 출사방향 선택율의 변동 범위가 평균치에 대해 ±30% 이내인 것을 특징으로 하는 도광체.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 선택적으로 조명광선을 출사하는 상기 광 취출기구가, 상기 광 출사면과 대향하는 상기 면에 설치된 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기인 것을 특징으로 하는 도광체.
  20. 제 19 항에 있어서, 평활면으로 이루어지는 상기 볼록형상 돌기는, 돌기량이 300㎛ 이하, 또 깊이(h)와 유효 개구폭(W)으로 정의되는 값(h/W)이 0.3∼1.5의 범위로 되고, 또한 상기 광원으로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 길이가 증가하여 다수 배열되고, 길이가 증가하는 상기 일축방향은, 상기 광원이 배열 설치된 상기 도광체의 상기 측단부에 거의 평행한 방향으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
  21. 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체와, 상기 도광체에 설치된 광 취출기구와, 상기 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고, 상기 광반사 시트의 표면에는 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형의 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 형성되어서 이루어지는 면 광원장치에서,
    상기 광 취출기구는 상기 광반사 시트의 측면에 선택적으로 조명광선을 출사하는 기구로 되고, 또한 상기 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율은 거의 일정한 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 광 출사면내의 각 장소에서의 출사방향 선택율이 60%∼100%이며, 또한 출사방향 선택율의 변동 범위는 평균값에 대해 ±30% 이내인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 선택적으로 조명광선을 출사하는 상기 광 취출기구가, 상기 광 출사면과 대향하는 면에 설치된 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 평활면으로 이루어지는 상기 볼록형상 돌기는, 돌기량이 300㎛ 이하, 또 깊이(h)와 유효 개구폭(W)으로 정의되는 값(h/W)이 0.3∼1.5의 범위로 되고, 또한 상기 광원으로부터 멀어짐에 따라서 일축방향으로 길이가 증가하여 다수 배열되고, 길이가 증가하는 상기 일축방향은, 상기 광원이 배열 설치된 상기 도광체의 상기 측단부에 거의 평행한 방향으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 평활면으로 이루어지는 상기 볼록형상 돌기는, 돌기량이 300㎛ 이하 및 깊이(h)와 유효 개구폭(W)으로 정의되는 값(h/W)이 0.3∼1.5의 범위로 되고, 또한 거의 동일한 형상의 상기 볼록형상 돌기가 상기 광원으로부터 멀어짐에 따라서 분포 밀도를 증가시켜서 다수 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 광 출사면에는, 능선을 상기 광원이 배열 설치된 상기 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 1∼500㎛, 정각 150∼60도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치
  27. 면 광원장치에 사용되고 또한 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체로서, 상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 측면에는, 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 다수 배열한 광반사 시트가 배열 설치되고, 또 상기 도광체의 측단부에는 광원이 배열 설치되어서 사용되는 도광체로서,
    상기 도광체에는 조명광선의 대부분을 선택적으로 상기 광 출사면과 대향하는 면의 측면에 출사하는 광 취출기구가 설치되고, 또한 상기 광 취출기구는 불규칙 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광체.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 도광체의 상기 광 출사면에서의 중심부근에서의 출사방향 선택율이 60%∼100%인 것을 특징으로 하는 도광체.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 광 출사면에는, 능선을 상기 광원이 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 1㎛∼500㎛인 집광소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 집광소자가 피치 10㎛∼150㎛, 정각 60도∼150도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이인 것을 특징으로 하는 도광체.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 불규칙 패턴으로 이루어지는 상기 광 취출기구에는 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기가 사용되고, 상기 볼록형상 돌기의 돌기량이 2㎛∼300㎛로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 볼록형상 돌기가 상기 광 출사면내에서 서로 비접촉인 것을 특징으로 하는 도광체.
  33. 제 27 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 불규칙 패턴으로 이루어지는 상기 광 취출기구에는 거친 면으로 이루어지는 도트 패턴이 사용되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
  34. 제 27 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 기재된 도광체를 구비하고, 이 도광체의 상기 측단부에 배열 설치된 광원과, 상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고,
    상기 광반사 시트의 표면에는 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 상사형인 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 형성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 설치되는 거의 동일 및/또는 상사형인 상기 기본 유닛을 구성하는 상기 경사면은, 단면이 산형으로 되고 또한 상기 산형부의 능선은 인접한 상기 기본 유닛끼리의 사이에서 거의 병렬하여 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 사용되는 거의 동일 및/또는 상사형인 상기 기본 유닛을 구성하는 상기 경사면의 단면 형상이 오목형상인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  37. 적어도 하나의 측단부를 광 입사면으로 하고, 일표면을 발광면으로 하는 도광체에 있어서,
    상기 도광체에는 상기 발광면과 반대측에 광을 많이 출사하는 요철부로 이루어지는 광 취득기구가 설치되고, 상기 발광면의 직상에서 본 상기 광 취출기구를구성하는 상기 요철부의 형상이, 광의 주된 진행 방향으로 볼록 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 도광체의 상기 발광면의 중심부근에서의 출사방향 선택율은 70%∼100%인 것을 특징으로 하는 도광체.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 광 취출기구는, 상기 도광체의 상기 발광면과 대향하는 면측에 설치되고, 돌기량은 2㎛∼300㎛의 볼록형상 돌기로 되고, 또한 상기 발광면 직상에서 본 상기 볼록형상 돌기의 형상은 삼각형, 사각형 또는 타원형중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도광체.
  40. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서, 상기 광 취출기구를 구성하는 상기 요철부가, 상기 발광면 직상으로부터 보아 불규칙하게 분포하고 있는 것을 특징으로 하는 도광체.
  41. 제 37 항 내지 제 40 항중 어느 한 항에 기재된 도광체와, 상기 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 상기 도광체의 상기 발광면과 대향하는 면측에 배치된 광반사 시트를 포함하고,
    상기 광반사 시트의 표면에는 경사진 광반사면으로 이루어지는 거의 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열되어 있는 것을특징으로 하는 면 광원장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 설치되는 상기 기본 유닛은, 단면이 산형으로 되고, 또한 상기 산형부의 산등성이 선은 인접한 상기 기본 유닛끼리의 사이에서 거의 병렬로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 광반사 시트에 설치되는 상기 기본 유닛은, 상기 광반사면의 단면 형상이 오목형상인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  44. 경사진 광반사면으로 이루어지는 동일 및/또는 거의 상사형인 기본 유닛이 피치 5000㎛ 이하로 다수 배열하여 형성된 광반사 시트로서,
    적어도 상기 기본 유닛이 형성된 표면층과, 이 표면층을 지지하는 배면 지지층의 2층으로 구성되고, 또한 상기 배면 지지층은 2축 연신 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광반사 시트.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 2축 연신 열가소성 수지 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 광반사 시트.
  46. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서, 상기 광반사 시트는 상기 표면층의 측면을 향해서 볼록형상으로 휘어 있는 것을 특징으로 하는 광반사 시트.
  47. 제 44 항 내지 제 46 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광반사면은 금속재질로 이루어지고, 또한 상기 금속재질상에는 투명 절연성 물질에 의한 코팅층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광반사 시트.
  48. 제 44 항 내지 제 47 항중 어느 한 항에 기재된 광반사 시트에서, 상기 기본 유닛의 형상은 롤 투 롤 프로세스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광반사 시트의 제조방법.
  49. 상기 표면층이 열가소성 수지로 구성되는 제 44 항 내지 제 47 항중 어느 한 항에 기재된 광반사 시트에서, 상기 기본 유닛의 형상은 엠보스 롤에 의해 전사되는 것을 특징으로 하는 광반사 시트의 제조방법.
  50. 일표면을 광 출사면으로 하는 도광체와, 이 도광체에 설치된 광 취출기구와, 상기 도광체의 측단부에 배열 설치된 광원과, 상기 도광체의 상기 광 출사면과 대향하는 면측에 배열 설치된 제 44 항 내지 제 47 항중 어느 한 항에 기재된 광반사 시트로 구성되는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 도광체의 상기 광 출사면의 중심부근에서의 출사방향 선택율은 60%∼100%인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  52. 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서, 상기 도광체의 상기 광 출사면에는, 능선을 상기 광원이 배열 설치된 측단부에 거의 수직한 방향으로 한, 피치 10㎛∼150㎛, 정각 60도∼150도의 범위로 하는 삼각 프리즘 어레이로 이루어지는 집광소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  53. 제 50 항 내지 제 52 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광체에 설치된 상기 광 취출기구는 불규칙하게 배치된 평활면으로 이루어지는 볼록형상 돌기이며, 상기 볼록형상 돌기의 돌기량은 2㎛∼300㎛인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  54. 제 50 항 내지 제 52 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광체에 설치된 상기 광 취출기구는 불규칙하게 배치된 거친 면으로 이루어지는 패턴인 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  55. 제 3 항 내지 제 11 항, 제 13 항 내지 제 16 항, 제 21 항 내지 제 26 항, 제 34 항 내지 제 36 항, 제 41 항 내지 제 43 항, 제 50 항 내지 제 54 항중 어느 한 항에 기재된 면 광원장치가 백라이트 광학계에 사용된 액정 디스플레이 장치.
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