KR20050042145A

KR20050042145A - 면 광원 장치

Info

Publication number: KR20050042145A
Application number: KR1020057001991A
Authority: KR
Inventors: 도모요시 야마시타; 야스코 하야시
Original assignee: 미츠비시 레이온 가부시키가이샤
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-05-04
Also published as: JPWO2004015330A1; US20050248960A1; CN1675495A; CN100504464C; WO2004015330A1; US7201510B2

Abstract

일차 광원(1)과 일차 광원(1)으로부터 발생하는 광을 도광하고, 또한 일차 광원(1)으로부터 발생되는 광이 입사하는 광입사면(31) 및 도광되는 광이 출사하는 광출사면(33)을 갖는 도광체(3)와, 도광체(3)의 광출사면(33)에 인접하여 배치되어 있는 광 편향 소자(4)와, 광 편향 소자(4)의 출광면(42)측에 배치되어 있어 입사한 광의 한쪽 편광 성분을 투과시키며 또한 다른쪽 편광 성분을 반사하는 작용을 갖는 편광 분리 소자(6)로 이루어지며, 편광 분리 소자(6)로의 입사광의 도광체(3)내 광 진행 방향과 평행한 방향의 XZ면내에 있어서의 휘도 분포의 반값 전폭(half-power full width)이 25°이하인 면 광원 장치. 참조부호(7)는 액정 표시 소자를 나타낸다.

Description

면 광원 장치{FLAT LIGHT SOURCE DEVICE}

본 발명은 노트북, 액정 텔레비전, 휴대 전화기, 휴대 정보 단말기 등에 있어서 표시부로서 사용되는 액정 표시 장치 등을 구성하는 에지 라이트 방식의 광원 장치에 관한 것이고, 특히 편광 분리 소자를 이용한 면 광원 장치의 개량에 관한 것이다.

최근, 컬러 액정 표시 장치는 휴대용 노트북이나 컴퓨터 등의 모니터로서, 또는 액정 텔레비전이나 비디오 일체형 액정 텔레비전, 휴대 전화기, 휴대 정보 단말기 등의 표시부로서 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 또한, 정보 처리량의 증대화, 수요의 다양화, 멀티미디어 대응 등에 수반하여, 액정 표시 장치의 대화면화, 고세밀화가 왕성히 진행되고 있다.

액정 표시 장치는 기본적으로 백라이트부와 액정 표시 소자부로 구성되어 있다. 백라이트부로는 액정 표시 소자부의 바로 아래에 광원을 배치한 직하 방식의 것이나 도광체의 측단면에 대향하도록 광원을 배치한 에지 라이트 방식의 것이 있으며, 액정 표시 장치의 콤팩트화의 관점에서 에지 라이트 방식이 많이 사용되고 있다.

그런데, 종래의 백라이트부로부터 출사되는 광은 편광 방향이 고르지 않았기 때문에, 액정 표시부의 입사측에 배치되는 편광판에 의해, 대략 절반이 흡수되어 낭비되었다.

이 문제의 해결책으로서, 일본 특허 공표 제 1997-506984 호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 백라이트부의 출사면에 광의 한쪽 편광 성분을 투과시키고, 다른쪽 편광 성분을 반사하는 작용을 갖는 편광 분리 소자를 설치하는 방법이 사용된다. 액정 표시 소자부의 입사측에 설치한 편광판의 편광 투과 방향과, 편광 분리 소자의 편광 투과 방향을 일치시킴으로써, 지금까지 편광판에서 흡수되어 낭비되던 편광 성분이, 편광 분리 소자에서 반사되어, 백라이트부로 복귀된다. 이 백라이트부로 복귀된 광은 도광체의 이면 등에서 반사되고, 다시 편광 분리 소자로 입사한다. 또한, 백라이트부로 복귀된 광은 도광체내에서 반사를 반복하는 사이에 편광 상태가 변화하고, 편광 분리 소자에 다시 입사한 광의 일부는 편광 분리 소자를 통과하며, 그 이외의 광은 다시 반사된다. 이와 같이, 편광 분리 소자와 백라이트부를 왕복하는 사이에 광량의 손실이 없으면, 모든 광이 어느것은 편광 분리 소자를 통과하고, 지금까지와 같이 액정 표시 소자부의 편광판에서 흡수되는 광은 없어지게 되는 것이다.

그러나, 실제로는, 편광 분리 소자에서 반사된 광이 백라이트부에서 반사될 때마다 광의 손실이 일어나기 때문에, 이론대로 휘도가 향상되지 않았다. 따라서, 백라이트부에서 반사된 광이 편광 분리 소자에 다시 입사하는 비율을 높이기 위해서, 도광체의 이면에 정반사 시트를 사용하는 것이 일본 특허 공개 제 1999-352479호 공보에 제안되어 있다. 또한, 백라이트부에서 반사함에 따른 편광 상태의 변화를 보다 크게 하기 위해서, 도광체의 이면에 프리즘열을 설치하고, 이 프리즘열을 편광 분리 소자의 편광 투과면에 대하여 경사진 방향으로 연장되도록 형성하는 것이, 일본 특허 공개 제 1999-142849 호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 방법을 이용해도, 편광 분리 소자와 백라이트부 사이에서의 반사에 의한 손실을 충분히 작게 할 수 없으며, 편광 분리 소자의 이용에 의한 휘도의 향상 효과는 충분하다고 할 수 없었다.

발명의 요약

따라서, 본 발명은 편광 분리 소자의 편광 분리능을 향상시키고, 휘도가 매우 높은 면 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 편광 분리 소자에 입사하는 광을 편광 분리 소자의 법선 방향으로 집중시킴으로써 편광 분리 소자의 투과축 방향의 편광에 대한 투과율을 높일 수 있고, 편광 분리 소자의 편광 분리능을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명에 도달했다.

즉, 본 발명의 면 광원 장치는 일차 광원과 상기 일차 광원으로부터 발생되는 광을 도광하고, 또한 상기 일차 광원으로부터 발생되는 광이 입사하는 광입사면 및 도광되는 광이 출사하는 광출사면을 갖는 도광체와, 상기 도광체의 광출사면에 인접하여 배치되어 있는 광편향 소자와, 상기 광편향 소자의 출광면측에 배치되어 있어 입사한 광의 한쪽 편광 성분을 투과하고 또한 다른쪽 편광 성분을 반사하는 작용을 갖는 편광 분리 소자로 이루어지며, 상기 편광 분리 소자로의 입사광의 상기 도광체내 광 진행 방향과 평행한 방향에서의 휘도 분포의 반값 전폭(half-power full width)이 25° 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 면 광원 장치를 나타내는 모식적 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 면 광원 장치의 광편향 소자의 입광면의 프리즘열의 형상의 설명도,

도 3은 본 발명에 의한 면 광원 장치의 광편향 소자의 입광면의 프리즘열의 형상의 설명도,

도 4는 본 발명에 의한 면 광원 장치의 광편향 소자의 입광면의 프리즘열의 형상의 설명도,

도 5는 본 발명에 의한 면 광원 장치의 광편향 소자의 입광면의 프리즘열의 형상의 설명도,

도 6은 본 발명에 의한 면 광원 장치의 광편향 소자의 입광면의 프리즘열의 형상의 설명도,

도 7은 본 발명에 의한 광원 장치를 나타내는 모식적 사시도,

도 8은 본 발명에 의한 면 광원 장치의 광확산 소자의 출사광 광도 분포(XZ면내)의 반값 전폭의 설명도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 면 광원 장치중 하나의 실시 형태를 나타내는 모식적 사시도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 면 광원 장치는 적어도 하나의 측단면을 광입사면(31)으로 하고, 이것과 대략 직교하는 하나의 표면을 광출사면(33)으로 하는 도광체(3)와, 이 도광체(3)의 광입사면(31)에 대향하여 배치되어 광원 리플렉터(2)로 덮여진 일차 광원(1)과, 도광체(3)의 광출사면(33)상에 배치되고 또한 입광면(41)과 출광면(42)을 갖는 광편향 소자(4)와, 광편향 소자(4)의 출광면(42)상에 배치된 편광 분리 소자(6)와, 도광체(3)의 광출사면(33)과 반대측의 이면(34)에 대향하여 배치된 광반사 소자(5)로 구성된다. 도 1에는 면 광원 장치의 편광 분리 소자(6)상에 배치된 액정 표시 소자(7)도 도시되어 있고, 이것들에 의해 액정 표시 장치가 구성되어 있다.

편광 분리 소자(6)는 광편향 소자(4)로부터의 광의 한쪽(투과 편광면)의 편광 성분을 투과하여, 도 1에 있어서 상방으로 출광시키고, 다른쪽(반사 편광면)의 편광 성분을 광편향 소자(4)측으로 반사하는 것이며, 투과 편광면과 액정 표시 소자(7)의 입사측 편향판의 투과 방향이 일치하도록 설치한다.

이와 같은 편광 분리 소자(6)로는 복굴절성을 갖는 시트를 소정 두께로 복수매 적층하고, 또한 그 적층시의 각 시트의 방향성을 인접하는 시트 사이의 굴절률차가 투과 편광면에 있어서 크고 또한 반사 편광면에 있어서 작아지도록 한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 편광 분리 소자(6)로는 콜레스테릭(chollesteric) 액정층을 적층한 필름과 1/4 파장판을 조합한 것도 바람직하다. 이 경우는, 콜레스테릭 액정층에서 어떤 방향의 원편광은 투과하고 역방향의 원편광은 반사한다. 이 때, 콜레스테릭 액정층상에 1/4 파장판을 배치함으로써 직선 편광을 취출할 수 있다. 이 직선 편광의 방향을 투과 편광면으로 하여, 이 방향이 액정 표시 소자(7)의 입사측 편향판의 투과 방향과 일치하도록 설치한다.

편광 분리 소자(6)의 편광 분리능을 향상시키기 위해서는, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포를 그 법선 방향에 집중시키는 것이 필요하다. 입사하는 광의 방향을 편광 분리 소자(6)의 법선 방향에 대하여 25° 이하로 하는 것이, 편광 분리 소자(6)의 투과 편광면에 대한 투과율 및 반사 편광면에 대한 반사율을 높이는 것에서 바람직하다. 이 편광 분리 소자(6)의 법선 방향에 대한 입사광의 방향은 보다 바람직하게는 20° 이하이며, 더 바람직하게는 15° 이하이다.

이 때문에, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭이 도광체(3)의 광입사면(31)에 수직인 방향과 광출사면(33)의 법선 방향을 포함하는 XZ면(도광체내를 광이 진행하는 방향과 평행한 방향)에 있어서 25° 이하로 하는 것이 필요하고, 바람직하게는 20° 이하, 더 바람직하게는 15° 이하이다. 한편, 이 반값 전폭을 지나치게 작게 하면, 액정 표시 장치로서의 시야각이 지나치게 좁아지기 때문에, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 XZ면에서의 반값 전폭은 5° 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7° 이상, 특히 바람직하게는 10° 이상이다. 본 발명에 있어서는, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭을 상기한 바와 같이 하기 위해서, 광편향 소자(4)로부터의 출사광의 XZ면에서의 휘도 분포의 반값 전폭을 상기 범위로 하면 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 휘도 분포의 반값 전폭이란, 휘도 분포에 있어서의 피크값에 대한 반값에서의 확대각의 전폭의 각도를 말한다.

일반적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 광편향 소자(4)로서 도광체(3)의 광입사면(31)에 대략 평행한 방향으로 연장되는 다수의 프리즘열을 한쪽면에 병렬하여 형성한 것을 사용하고, 이 프리즘열 형성면이 도광체측으로 되도록 광편향 소자(4)를 배치한 면 광원 장치에 있어서는, 광편향 소자(4)로부터 출사하는 광의 휘도 분포는 방향에 따라 다르다. 통상적으로는 XZ면에서는 도광체(3)로부터의 출사광의 휘도 분포가 좁게 되어 있고, 또한 광편향 소자(4)의 프리즘열 형상 등에 따라 이 휘도 분포를 더욱 좁게 함으로써 가능하지만, 프리즘열과 평행한 방향과 광출사면(33)의 법선 방향을 포함하는 YZ면[도광체(3)의 광입사면(31)과 평행한 면, 즉 도광체내를 광이 진행하는 방향에 수직인 방향]에 있어서는, 도광체(3)로부터의 출사광의 휘도 분포도 넓고, 광편향 소자(4)에 따라서도 휘도 분포를 충분히 좁게 하는 것은 어렵다. 이 때문에, YZ면에서의 편광 분리 소자(6)로의 입사광의 휘도 분포의 반값 전폭은 50° 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 45° 이하, 특히 바람직하게는 42° 이하이다. 한편, 이 반값 전폭을 지나치게 작게 하면, 액정 표시 장치로서의 시야각이 지나치게 좁아지기 때문에, 상기 반값 전폭은 5° 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7° 이상, 특히 바람직하게는 10° 이상이다. 본 발명에 있어서는, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭을 상기한 바와 같이 하기 위해서, 광편향 소자(4)로부터의 출사광의 YZ면에서의 휘도 분포의 반값 전폭을 상기 범위로 하면 된다.

본 발명에 있어서는, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭이, XZ면과 YZ면의 평균값으로 33° 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30° 이하, 더욱 바람직하게는 28° 이하, 특히 바람직하게는 25° 이하이다. 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭을 상기한 바와 같이 하기 위해서, 광편향 소자(4)로부터의 출사광의 XZ면 및 YZ면에서의 휘도 분포의 반값 전폭을 상기 범위로 하면 좋다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 일차 광원(1)으로서 점상 광원을 사용하고, 광편향 소자(4)로서 점상의 일차 광원(1)을 둘러싸는 활형상의 프리즘열을 한쪽면에 다수 병렬하여 형성한 것을 사용하고, 이 프리즘열 형성면이 도광체측으로 되도록 광편향 소자(4)를 배치한 면 광원 장치에 있어서는, 도광체내를 광이 진행하는 방향에 평행한 방향 및 도광체내를 광이 진행하는 방향에 수직 방향인 양쪽에 대하여, 광편향 소자(4)로부터 사출하는 광의 휘도 분포를 좁게 할 수 있다. 이 때문에, 이러한 면 광원 장치는 광편향 분리 소자(6)의 편광 분리능을 향상시키는 데 있어서 매우 적합하다. 이 경우, 편광 분리 소자(6)로의 입사광의 휘도 분포의 반값 전폭 및 광편향 소자(4)로부터의 출사광의 휘도 분포의 반값 전폭은 도광체내에 광이 입사하는 방향에 평행한 방향에서의 반값 전폭과 도광체 중을 광이 진행하는 방향에 수직인 방향에서의 반값 전폭의 평균값으로 15° 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 12° 이하, 더욱 바람직하게는 10° 이하이다.

또한, 편광 분리 소자(6)에 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭 및 광편향 소자(4)로부터의 출사광의 휘도 분포의 반값 전폭은 도광체내를 광이 진행하는 방향에 평행한 방향에 있어서 25° 이하로 하는 것이 필요하고, 바람직하게는 20° 이하, 더욱 바람직하게는 15° 이하이다. 한편, 이 반값 전폭을 지나치게 작게 하면, 액정 표시 장치로서의 시야각이 지나치게 좁아지기 때문에, 상기 반값 전폭은 5° 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7° 이상, 특히 바람직하게는 10° 이상이다.

또한, 도광체내를 광이 진행하는 방향과 수직 방향에 있어서, 편광 분리 소자(6)로 입사하는 광의 휘도 분포에 있어서의 반값 전폭 및 광편향 소자(4)로부터의 출사광의 휘도 분포의 반값 전폭은 30° 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 25° 이하, 특히 바람직하게는 20° 이하이다. 한편, 이 반값 전폭을 지나치게 작게 하면, 액정 표시 장치로서의 시야각이 지나치게 좁아지기 때문에, 상기 반값 전폭은 5° 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7° 이상, 특히 바람직하게는 10° 이상이다.

도 2 내지 6은 본 발명의 면 광원 장치에 있어서 사용되는 광편향 소자(4)의 프리즘열의 XZ 단면의 형상의 설명도이다. 광편향 소자(4)는 메인 표면의 한쪽을 입광면(41)으로 하고 다른쪽 면을 출광면(42)으로 하며, 입광면(41)에는 다수의 프리즘열이 대략 병렬로 배열되고, 각 프리즘열은 광원측에 위치하는 제 1 프리즘면(44)과 광원에서 먼 측에 위치하는 제 2 프리즘면(45)의 2개의 프리즘면으로 구성되어 있다. 도 2에 도시한 실시 형태에 있어서는, 제 1 프리즘면(44), 제 2 프리즘면(45)이 모두 평면이다. 본 발명의 면 광원 장치에 있어서는, 프리즘열의 꼭지각(α+ β)이 35° 내지 80°인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35° 내지 75°, 더욱 바람직하게는 40° 내지 70°의 범위이다. 이 범위이면, 광편향 소자(4)로부터 출사하는 광의 최고 강도가 강해지는 방향(피크광의 방향)을 편광 분리 소자(6)의 법선 방향과 거의 일치시킬 수 있고, 편광 분리 소자(6)에서의 높은 편광분리능이 얻어진다.

광편향 소자(4)로부터 출사하는 광의 도광체(3)의 입사면에 수직한 수직 방향(XZ면)에 있어서의 휘도 분포를 편광 분리 소자(6)의 법선 방향에 의해 집중시키기 위해서는, 도 3 내지 6에 도시한 바와 같이, 광편향 소자(4)의 제 2 프리즘면(45)을 출광면(42)에 근접할수록 경사각이 커지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이 결과, 제 2 프리즘면 전체에서 전반사되어 출사하는 광을 일정한 방향으로 집광시킬 수 있고, 보다 지향성이 높고, 피크광의 휘도가 큰 광을 출사시킬 수 있다. 이 경우, 제 2 프리즘면(45)을 볼록 곡면으로 형성하거나, 경사각이 다른 2개 이상의 평면 및/또는 볼록 곡면으로 형성할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제 2 프리즘면(45)을 볼록 곡면으로 형성하는 경우, 광편향 소자(4)에 의한 집광성을 보다 높이기 위해서는, 볼록 곡면의 곡률 반경(r)과 프리즘열의 피치(P)의 비(r/P)를 2 내지 50으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 30, 더욱 바람직하게는 7 내지 20, 특히 바람직하게는 7.5 내지 15의 범위이다. 또한, 제 2 프리즘면(45)의 프리즘꼭지부와 프리즘 바닥부를 연결하는 가상 평면(Q)과 볼록 곡면의 최대 거리(d)의 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)을 0.05% 내지 5%로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1% 내지3%, 더욱 바람직하게는 0.2% 내지 2%, 특히 바람직하게는 0.7% 내지 1.5%의 범위이다.

또한, 제 2 프리즘면(45)을 경사각이 다른 2개 이상의 평면 및/또는 볼록 곡면으로 형성하는 경우에는, 평면 또는 볼록 곡면의 면수를 3개 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5개 이상, 더욱 바람직하게는 6개 이상이다. 이 면수가 지나치게 적으면, 광편향 소자(4)에 의한 집광성이 저하하고, 휘도 향상 효과가 손상되는 경향이 있다. 한편, 이 면수를 지나치게 많게 하면, 제 2 프리즘면(45) 전면에 걸쳐 피크광의 방향을 세밀하게 조정할 수 있기 때문에, 전체적으로 집중도를 높일 수 있지만, 경사각이 다른 평면을 세밀히 형성하지 않으면 안되며, 광편향 소자(4)의 프리즘 패턴을 형성하기 위한 금형 절삭용의 바이트의 설계나 제조가 복잡해지는 동시에, 일정한 광학 특성을 갖는 광편향 소자(4)를 안정적으로 얻는 것도 어려워진다. 이 때문에, 제 2 프리즘면(45)에 형성하는 면수는 20 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 12 이하이다. 이 제 2 프리즘면(45)의 평면 및/또는 볼록 곡면으로의 분할은 균등하게 실행하는 것이 바람직하지만, 반드시 균등하게 분할할 필요는 없고, 소망하는 출사광 휘도 분포(XZ면내)에 따라 조정할 수 있다. 또한, 다른 경사각을 갖는 각 면의 폭(프리즘열 단면에 있어서의 각 면 부분의 길이)은 프리즘열의 피치에 대하여 4% 내지 47%의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 6% 내지 30%, 더 바람직하게는 7% 내지 20%의 범위이다.

제 2 프리즘면(45)을 경사각이 다른 적어도 2개의 평면으로 구성하고, 이러한 평면의 경사각이 출광면(42)에 가까울수록 커지며, 가장 출광면에 가까운 평면과 가장 출광면으로부터 먼 평면의 경사각의 차이를 15° 이하로 함으로써, 매우 높은 집광 효과를 발휘시킬 수 있고, 광원 장치로서 매우 높은 휘도를 얻을 수 있다. 출광면에 가장 가까운 이 평면과 출광면에서 가장 먼 평면의 경사각의 차이는 바람직하게는 0.5 내지 10°의 범위이고, 보다 바람직하게는 1° 내지 7°의 범위이다. 또한, 경사각이 다른 평면을 3개 이상 형성하는 경우에는, 이 경사각의 차이는 상기 범위로 하는 것이 바람직하지만, 특별히 이 범위에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제 2 프리즘면(45)을 이러한 구조로 함으로써, 소망하는 집광성을 갖는 광편향 소자를 용이하게 설계할 수도 있는 동시에, 일정한 광학 특성을 갖는 광편향 소자를 안정적으로 제조할 수도 있다. 또한, 이 경사각의 차이에 관한 사항은, 제 2 프리즘면을 복수의 볼록 곡면 또는 볼록 곡면과 평면의 조합으로 구성하는 경우에 있어서도, 마찬가지로 적합하다.

본 발명에 있어서, 평면 또는 볼록 곡면의 경우의 경사각이란, 프리즘열 형성 평면(43)에 대한 경사 각도를 말하고, 볼록 곡면의 경우에는 볼록 곡면의 복수의 위치에 있어서의 접선의 프리즘열 형성 평면(43)에 대한 경사 각도를 평균한 것을 말하며, 볼록 곡면의 양단을 연결한 직선(현)의 경사각으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 예컨대 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 상이한 경사각을 갖는 평면 중 적어도 하나를 볼록 곡면(52, 53, 54)으로 할 수도 있고(49 내지 51은 평면), 또는 전체 평면을 볼록 곡면으로 하여도 좋다. 또한, 도 6과 같이 모든 면을 평면(46 내지 48)으로 한 것이어도 좋다.

볼록 곡면의 형상은 그 XZ 단면의 형상이 원호 또는 비원호로 되도록 할 수 있다. 또한, 복수의 볼록 곡면에 의해 프리즘면을 구성하는 경우에는, 각 볼록 곡면의 형상이 상이한 것이 바람직하고, 단면 원호 형상의 볼록 곡면과 단면 비원호 형상의 볼록 곡면을 조합할 수도 있으며, 적어도 하나의 볼록 곡면을 단면 비원호 형상으로 하는 것이 바람직하다. 복수의 볼록 곡면을 단면 원호 형상으로 하는 경우에는, 각 볼록 곡면에서 그 곡률을 변경한 것이어도 무방하다. 비원호 형상으로는 타원 형상의 일부, 포물선 형상의 일부 등을 들 수 있다.

또한, 볼록 곡면은 그 곡률 반경(r)과 프리즘열의 피치(P)의 비(r/P)를 2 내지 50의 범위내로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 30, 더욱 바람직하게는 7 내지 20, 특히 바람직하게는 7.5 내지 15의 범위이다. 이 r/P가 2 미만이거나, 50을 초과하면 충분한 집광 특성을 발휘할 수 없게 되어, 휘도가 저하하는 경향이 있다.

또한, 제 2 프리즘면(45)이 경사각이 상이한 복수의 평면 또는 볼록 곡면으로 구성될 때, 충분한 집광 특성을 확보하기 위해서는, 프리즘열의 꼭지부와 바닥부를 연결하는 가상 평면(Q)과 복수의 평면 또는 볼록 곡면(실제 프리즘면을 형성하는 면)의 최대 거리(d)를 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)로서 0.05% 내지 5%로 하는 것이 바람직하다. 이것은 d/P가 0.05% 미만 또는 5%를 초과하면, 집광 특성이 저하되는 경향이 있고, 충분한 휘도 향상을 도모할 수 없게 되는 경향이 있기 때문이고, d/P는 보다 바람직하게는 0.1% 내지 3%의 범위이며, 더 바람직하게는 0.2% 내지 2%, 특히 바람직하게는 0.7% 내지 1.5%의 범위이다.

또한, 집광 특성을 높이기 위해서는, 도 4 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 평면 및/또는 볼록 곡면이 프리즘 꼭지부로부터의 높이(h)의 영역에 적어도 2개 형성되고, 프리즘열의 높이를 H로 했을 때 h/H가 60% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 프리즘 꼭지각의 법선에 대한 좌우 분할각(2개의 프리즘면의 법선에 대한 경사 각도)(α, β)은 동일할 수도 상이할 수도 있지만, 대략 법선 방향(법선 방향을 0°로 한 경우의 XZ면내에 있어서의 ±10°의 범위를 말함)의 휘도를 효율적으로 높이고자 하는 경우에는, 다른 각도로 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 광원측에 위치하는 분할각(α)을 40° 이하, β를 25° 내지 50°의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 꼭지각의 분할각(α, β)은 그 차이가 조금 있는 경우가 광 이용 효율이 높아지고 휘도를 보다 향상시킬 수 있기 때문에, 분할각(α)을 25° 내지 40°, 분할각(β)을 25° 내지 45°의 범위로 하며, 분할각(α)과 분할각(β)의 차이의 절대값(｜α-β｜)을 0.5° 내지 10°로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1° 내지 10°, 더욱 바람직하게는 1° 내지 8°의 범위이다. 또한, 출사광 휘도 분포(XZ면내)에 있어서의 피크광을 대략 법선 방향 이외로 하는 경우는, 프리즘 꼭지각의 분할각(α, β)을 조정함으로써, 소망하는 방향으로 피크광을 갖는 출사광 휘도 분포(XZ면내)를 얻을 수 있다.

또한, 분할각(α)을 20° 이하로 함으로써도 광이용 효율을 높게 할 수 있고 휘도를 보다 향상시킬 수 있다. 이 분할각(α)을 작게 할수록 광 이용 효율을 높게 할 수 있지만, 분할각(α)을 지나치게 작게 하면, 프리즘열의 꼭지각이 작아져서 프리즘 패턴의 형성이 어려워기지 때문에, 분할각(α)은 3° 내지 15°의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5° 내지 10°의 범위이다. 이 경우, 출사광 휘도 분포(XZ면내)에 있어서의 피크 광을 법선 방향으로부터 ±2°의 범위로 하고 법선 휘도를 향상시키기 위해서는, 분할각(β)을 35 내지 40°의 범위로 하면 좋다.

이와 같이 분할각(α)을 20° 이하로 하는 경우에는, 프리즘열의 단면 형상에 있어서 프리즘 꼭지부와 골짜기부를 연결한 2개의 직선의 길이의 비[광원에 가까운 측의 직선 길이(L1)에 대한 광원에서 먼 측의 직선의 길이(L2)의 비(L2/L1)를 1.1 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 L2/L1을 1.1 이상으로 함으로써 광원에 가까운 측의 프리즘면으로부터 입사한 광을 광원에서 먼 측의 프리즘면에서 효율적으로 수광할 수 있고, 광이용 효율을 높게 할 수 있으며 휘도를 보다 향상시킬 수 있기 때문이다. L2/L1은 보다 바람직하게는 1.15 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.17 이상이다. 한편, 프리즘열의 피치(P)를 동일하게 한 경우, L2/L1을 지나치게 크게 하면, 프리즘열의 꼭지각이 작아지는 경향이 있어, 프리즘 패턴의 형성이 어려워지기 때문에, L2/L1은 1.3 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.25 이하, 더욱 바람직하게는 1.2 이하이다. 또한, 프리즘열의 피치(P)에 대한 광원에서 먼측의 직선의 길이(L2)의 비(L2/P)를 1.25이상으로 하는 것이 동일한 이유에서 바람직하다. L2/P는 보다 바람직하게는 1.3 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.4 이상이다. 한편, 이 L2/P를 지나치게 크게 하면 프리즘열의 꼭지각이 작아지는 경향이 있어, 프리즘 패턴의 형성이 어려워지기 때문에, L2/P는 1.8 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.6 이하, 더욱 바람직하게는 1.5 이하이다.

본 발명에 있어서, 상기한 바와 같이 일차 광원(1)에서 먼 측의 프리즘면인 제 2 프리즘면(45)을 비단일 평면(단일 평면 이외의 면을 말함)으로 함으로써, 도광체(3)의 단면(31)에 일차 광원을 배치하는 경우의 광편향 소자(4)로부터 출사하는 광의 출사광 휘도 분포(XZ면내)에 있어서의 분포의 폭을 충분히 작게 할 수 있다. 또한, 도광체(3)를 전파하는 광이 광입사면(31)과 반대측 단면(32)에서 반사하여 되돌아오는 비율이 비교적 높은 경우, 또는 도광체(3)의 대향하는 2개의 단면에 각각 일차 광원(1)을 배치하는 경우에는, 일차 광원(1)에 가까운 측의 프리즘면[제 1 프리즘면(44)]도 동일한 형상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 도광체(3)를 전파하는 광이 광입사면(31)과 반대측의 단면(32)에서 반사하여 되돌아오는 비율이 비교적 낮은 경우에는, 일차 광원(1)에 가까운 측의 프리즘면을 대략 평면으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 광편향 소자(4)는 그 프리즘면의 꼭지부 근방이 대략 평면으로 구성되는 것이 바람직하다. 이로써, 프리즘열 형성을 위한 성형용 금형 부재의 형상 전사면 형상의 보다 정확한 형성이 가능해지며, 도광체(3)상에 광편향 소자(4)를 탑재했을 때의 스티킹 현상의 발생을 억지할 수 있다.

도광체(3)는 XY면과 평행하게 배치되어 있고, 전체적으로 직사각형 판형상을 이루고 있다. 도광체(3)는 4개의 측단면을 갖고 있고, 그 중 YZ면과 대략 평행한 1쌍의 측단면 중 적어도 하나의 측단면을 광입사면(31)으로 한다. 광입사면(31)은 일차광원(1)과 대향하여 배치되어 있고, 일차 광원(1)으로부터 발생된 광은 광입사면(31)으로부터 도광체(3)내로 입사한다. 본 발명에 있어서는, 예컨대 광입사면(31)과 대향하는 측단면(32) 등의 다른 측단면에도 일차 광원을 배치하여도 좋다.

도광체(3)의 광입사면(31)에 대략 직교한 2개의 주면은 각각 XY면과 대략 평행하게 위치하고 있고, 어느 한쪽면(도면에서는 상면)이 광출사면(33)으로 된다. 이 광출사면(33) 또는 그 반대측의 이면(34) 중 적어도 한쪽면에 조면(粗面)으로 이루어지는 지향성 광출사 기능부나, 프리즘열, 렌티큘러(lenticular) 렌즈열, V자 형상 홈 등의 다수의 렌즈열을 광입사면(31)과 대략 평행하게 형성한 렌즈면으로 이루어지는 지향성 광출사 기능부 등을 부여함으로써, 광입사면(31)으로부터 입사한 광을 도광체(3) 중을 도광시키면서 광출사면(33)으로부터 광입사면(31) 및 광출사면(33)의 쌍방에 직교하는 면(XZ면)내의 출사광 분포에 있어서 지향성이 있는 광을 출사시킨다. 이 XZ면내에서의 출사광 분포의 피크의 방향이 광출사면(33)과 이루는 각도를 a라 하면, 이 각도(a)는 10° 내지 40°로 하는 것이 바람직하고, 출사광 분포의 반값 전폭은 10° 내지 40°로 하는 것이 바람직하다.

도광체(3)의 표면에 형성하는 조면이나 렌즈열은 ISO4287/1-1984에 의한 평균 경사각(θa)이 0.5° 내지 15°의 범위인 것으로 하는 것이, 광출사면(33)내에서의 휘도의 균제도를 도모하는 점에서 바람직하다. 평균 경사각(θa)은 더욱 바람직하게는 1° 내지 12°의 범위이고, 보다 바람직하게는 1.5° 내지 11°의 범위이다. 이 평균 경사각(θa)은 도광체(3)의 두께(t)와 입사광이 전파하는 방향의 길이(L)의 비(L/t)에 따라 최적 범위가 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 도광체(3)로서 L/t가 20 내지 200 정도인 것을 사용하는 경우는, 평균 경사각(θa)을 0.5° 내지 7.5°로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1° 내지5°의 범위이며, 보다 바람직하게는 1.5° 내지 4°의 범위이다. 또한, 도광체(3)로서 L/t가 20 이하 정도인 것을 사용하는 경우는, 평균 경사각(θa)을 7° 내지 12°로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 8° 내지 11°의 범위이다.

도광체(3)에 형성되는 조면의 평균 경사각(θa)은 ISO4287/1-1984에 따라서, 촉침식 표면 조도계를 이용하여 조면 형상을 측정하고, 측정 방향의 좌표를 x로 하여, 얻어진 경사 함수 f(x)로부터 다음 식① 및 식②를 이용하여 구할 수 있다. 여기서, L은 측정 길이이며, △a는 평균 경사각(θa)의 정접이다.

△a = (1/L)∫₀ ^L ｜(d/dx)f(x)｜dx …①

θa = tan^-1(△a) …②

또한, 도광체(3)로는 그 광출사율이 0.5 내지 5%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 3%의 범위이다. 이것은 광출사율이 0.5%보다 작아지면, 도광체(3)로부터 출사하는 광량이 적어져 충분한 휘도를 얻을 수 없게 되는 경향이 있고, 광출사율이 5%보다 커지면 일차 광원(1)의 근방에서 다량의 광이 출사하여, 광출사면(33)내에서의 X 방향에서의 광의 감쇠가 현저해지며, 광출사면(33)에서의 휘도의 균제도가 저하되는 경향이 있기 때문이다. 이와 같이 도광체(3)의 광출사율을 0.5% 내지5%로 함으로써, 광출사면으로부터 출사하는 광의 출사광 분포(XZ면내)에 있어서의 피크광의 각도(피크 각도)가 광출사면의 법선에 대하여 50° 내지 80°의 범위에 있고, 출사광 분포(XZ면내)의 반값 전폭이 10° 내지 40°인 지향성이 높은 출사 특성의 광을 도광체(3)로부터 출사시킬 수 있고, 그 출사 방향을 광편향 소자(4)에서 효율적으로 편향시킬 수 있으며, 높은 휘도를 갖는 면 광원 소자를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서, 도광체(3)로부터의 광출사율은 다음과 같이 정의된다. 광출사면(33)의 광입사면(31)측의 에지에서의 출광강도(I₀)와 광입사면(31)측의 에지로부터 거리(L)의 위치에서의 출사광의 광강도(I)의 관계는 도광체(3)의 두께(Z 방향 치수)를 t로 하면, 다음 식③과 같은 관계를 만족한다.

…③

여기서, 정수(α)가 광출사율이고, 광출사면(33)에 있어서의 광입사면(31)과 직교하는 X 방향에서의 단위 길이[도광체 두께(t)에 상당하는 길이]당 도광체(3)로부터 광이 출사하는 비율(%)이다. 이 광출사율(α)은 종축에 광출사면(23)으로부터의 출사광의 광강도의 대수를 취하고 횡축에 (L/t)를 취하며, 이들의 관계를 플롯함으로써, 그 구배로부터 구할 수 있다.

또한, 지향성 광출사 기능부가 부여되어 있지 않은 다른 주면에는, 도광체(3)로부터의 출사광의 일차 광원(1)과 평행한 면(YZ면)에서의 지향성을 제어하기 위해서, 광입사면(31)에 대하여 대략 수직인 방향(X 방향)으로 연장되는 다수의 렌즈열을 배열한 렌즈면을 형성하는 것이 바람직하다. 도 1에 도시한 실시 형태에 있어서는, 광출사면(33)에 조면을 형성하고, 이면(34)에 광입사면(31)에 대하여 대략 수직 방향(X 방향)으로 연장되는 다수의 렌즈열의 배열로 이루어지는 렌즈면을 형성하고 있다. 본 발명에 있어서는, 도 1에 도시한 형태와는 역으로, 광출사면(33)에 렌즈면을 형성하고, 이면(34)을 조면으로 하는 것이어도 좋다.

도 1에 도시한 바와 같이, 도광체(3)의 이면(34) 또는 광출사면(33)에 렌즈열을 형성하는 경우, 그 렌즈열로는 대략 X 방향으로 연장된 프리즘열, 렌티큘러 렌즈열, V자 형상 홈 등을 들 수 있지만, YZ 단면의 형상이 대략 삼각 형상인 프리즘열로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 도광체(3)에 형성되는 렌즈열로서 프리즘열을 형성하는 경우에는, 그 꼭지각을 70° 내지 150°의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이것은 꼭지각을 이 범위로 함으로써 도광체(3)로부터의 출사광을 충분히 집광할 수 있고, 면 광원 장치로서의 휘도가 충분한 향상을 도모할 수 있기 때문이다. 즉, 프리즘 꼭지각을 이 범위내로 함으로써, 출사광 분포(XZ면내)에 있어서의 피크광을 포함하여 XZ면에 수직한 면에 있어서 출사광 분포의 반값 전폭이 35° 내지 65°인 집광된 출사광을 출사시킬 수 있고, 면 광원 소자로서의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 프리즘열을 광출사면(33)에 형성하는 경우에는, 꼭지각은 80° 내지 100°의 범위로 하는 것이 바람직하고, 프리즘열을 이면(34)에 형성하는 경우에는, 꼭지각은 70° 내지 80° 또는 100° 내지 150°의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 상기와 같은 광출사면(33) 또는 그 이면(34)에 광출사 기능부를 형성하는 대신에 또는 이것과 병용하여, 도광체 내부에 광확산성 미립자를 혼입 분산함으로써 지향성 광출사 기능을 부여한 것이어도 좋다. 또한, 도광체(3)로는, 도 1에 도시한 바와 같은 단면 형상으로 한정되는 것이 아니고, 쐐기 형상, 배 형상 등의 각종 단면 형상의 것을 사용할 수 있다.

편광 분리 소자(6)에서 반사된 편광 성분은 백라이트부에 재입사하고, 도광체(3)의 이면에서 반사되어, 다시 편광 분리 소자(6)에 입사하지만, 이 때에 편광 상태가 변화되며 편광 분리 소자(6)를 투과하는 성분이 증가하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하기 위해서는, 도광체(3)에 형성되는 렌즈열이 연장되는 방향과 편광 분리 소자(6)의 투과 편광면의 방향이 비스듬히 교차하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 하면 도광체(3)의 렌즈열에 의해 편광 상태를 변화시키기 용이해지기 때문이다.

일차 광원(1)은 Y 방향으로 연장되는 선형상의 광원을 이용할 수 있다. 상기 일차 광원(1)으로는 예컨대 형광 램프나 냉음극관을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 일차 광원(1)으로는 선형상 광원에 한정되는 것이 아니라, LED 광원, 할로겐 램프, 메타 할로 램프 등과 같은 점 광원을 사용할 수도 있다. 특히, 휴대 전화기나 휴대 정보 단말기 등의 비교적 작은 화면 치수의 표시 장치에 사용하는 경우에는, LED 등의 작은 점광원을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 일차 광원(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 도광체(3)의 한쪽 측단면에 대향하도록 하여 설치하는 경우뿐만 아니라, 필요에 따라 대향하는 다른쪽 측단면에도 더 설치할 수도 있다.

예컨대, 도 7과 같이, 일차 광원(1)으로서 LED 광원 등의 대략 점상 광원을 도광체(3)의 코너 등에 배치하여 사용하는 경우에는, 도광체(3)에 입사한 광은 광출사면(33)과 동일한 평면내에 있어서 일차 광원(1)을 대략 중심으로 한 방사상으로 도광체(3)내를 전파하고, 광출사면(33)으로부터 출사하는 출사광도 동일하게 일차 광원(1)을 중심으로 한 방사상으로 출사한다. 이러한 방사상으로 출사하는 출사광을, 그 출사 방향에 관계없이 효율적으로 소망하는 방향으로 편향시키기 위해서는, 광편향 소자(4)에 형성하는 프리즘열을 일차 광원(1)을 둘러싸도록 대략 활형상으로 대략 병렬로 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 프리즘열을 일차 광원(1)을 둘러싸도록 대략 활형상으로 대략 병렬로 배치함으로써, 광출사면(33)으로부터 방사상으로 출사하는 광의 대부분이 광편향 소자(4)의 프리즘열에 대하여 대략 수직으로 입사하기 때문에, 도광체(3)의 광출사면(33)의 전영역에서 출사광을 효율적으로 특정 방향을 향하게 할 수 있으며, 전술한 바와 같이, 특히 편광 분리 소자(6)의 분리능을 향상시킬 수 있다. 또한 휘도도 향상시킬 수 있다. 광편향 소자(4)에 형성하는 대략 활형상의 프리즘열은 도광체(3)내를 전파하는 광의 분포에 따라 그 활형상의 정도를 선정하고, 광출사면(33)으로부터 방사상으로 출사하는 광의 대부분이 광편향 소자(4)의 프리즘열에 대하여 대략 수직으로 입사하도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, LED 등의 점상 광원을 대략 중심으로 한 동심원 형상으로 원호의 반경이 조금씩 커지도록 대략 병렬로 배치된 것을 들 수 있고, 프리즘열의 반경 범위는 면 광원 시스템에 있어서의 점상 광원의 위치와, 액정 표시 영역에 상당하는 면 광원의 유효 영역과의 위치 관계나 크기에 따라 결정된다.

광원 리플렉터(2)는 일차 광원(1)의 광을 손실이 적게 도광체(3)로 유도하는 것이다. 재질로는 예컨대 표면에 금속 증착 반사층을 갖는 플라스틱 필름을 이용할 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 광원 리플렉터(2)는 광반사 소자(5)의 에지부 외면으로부터 일차 광원(1)의 외면을 거쳐 광편향 소자(4)의 출광면 에지부에 감겨 있다. 그 밖에, 광원 리플렉터(2)는 광편향 소자(4)를 피하여, 광반사 소자(5)의 에지부 외면으로부터 일차 광원(1)의 외면을 거쳐서 도광체(3)의 광출사면 에지부에 감는 것도 가능하다.

이와 같은 광원 리플렉터(2)와 동일한 반사 부재를, 도광체(3)의 측단면(31) 이외의 측단면에 부착하는 것도 가능하다. 광반사 소자(5)로는 예컨대 표면에 금속 증착 반사층을 갖는 플라스틱 시트를 이용할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 광반사 소자(5)로서, 반사 시트를 대신하여, 도광체(3)의 이면(34)에 금속 증착 등에 의해 형성된 광반사층 등을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 편광 분리 소자(6)에서 반사되어서 백라이트부로 복귀된 광을 확실히 반사하여 편광 분리 소자(6)로 다시 입사시키기 위해서는, 도광체(3)의 이면에 광반사 소자(5)로서 반사 시트를 배치하는 것이 바람직하다. 반사 시트로는 적어도 표면에 금속을 도포한 시트 형상의 정반사 부재나, 백색 PET 필름 등으로 이루어지는 시트 형상의 확산 반사 부재를 사용할 수 있다. 반사 시트(5)에 요철 형상을 갖게 하여, 편광 상태의 변화를 촉진시키는 것도 바람직하고, 예컨대 코너 큐브를 다수 배치한 반사 시트를 사용할 수 있다.

본 발명의 면 광원 장치에 있어서의 도광체(3) 및 광편향 소자(4)는 광투과율이 높은 합성 수지로 구성할 수 있다. 이러한 합성 수지로는 메타크릴 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 염화비닐계 수지를 예시할 수 있다. 특히, 메타크릴 수지가 광투과율의 높이, 내열성, 역학적 특성, 성형 가공성이 우수하여 가장 적합하다. 이러한 메타크릴 수지로는 메타크릴산 메틸을 주성분으로 하는 수지이고, 메타크릴산 메틸이 80중량% 이상인 것이 바람직하다. 도광체(3) 및 광편향 소자(4)의 조면의 표면 구조나 프리즘열 등의 표면 구조를 형성함에 있어서는, 투명 합성 수지판을 소망의 표면 구조를 갖는 금형 부재를 이용하여 열프레스함으로써 형성할 수도 있고, 스크린 인쇄, 압출 성형이나 사출 성형 등에 의해 성형과 동시에 형상을 부여하여도 조다. 또한, 열 또는 광경화성 수지 등을 이용하여 구조면을 형성할 수도 있다. 또한, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 염화비닐계 수지, 폴리메타크릴이미드계 수지 등으로 이루어지는 투명 필름 또는 시트 등의 투명 기재상에, 활성 에너지 선경화형 수지로 이루어지는 조면 구조 또한 렌즈열 배열 구조를 표면에 형성하여도 좋고, 이러한 시트를 접착, 융착 등의 방법에 의해 별개의 투명 기재상에 접합 일체화시킬 수도 있다. 활성 에너지 선경화형 수지로는 다작용 (메타)아크릴 화합물, 비닐 화합물, (메타)아크릴산에스테르류, 아릴 화합물, (메타)아크릴산의 금속염 등을 사용할 수 있다.

이상과 같은 일차 광원(1), 광원 리플렉터(2), 도광체(3), 광편향 소자(4), 광반사 소자(5) 및 편광 분리 소자(6)로 이루어지는 면 광원 장치의 발광면[편광 분리 소자(6)의 출광면]상에, 액정 표시 소자(7)를 배치함으로써 액정 표시 장치가 구성된다. 액정 표시 장치는 도 1에 있어서의 상방으로부터 액정 표시 소자를 통해 관찰자에 의해 관찰된다. 또한, 본 발명에 있어서는, 충분히 콜리메이트(collimate)된 좁은 휘도 분포의 광을 편광 분리 소자(6)에 입사시킬 수 있기 때문에, 높은 편광 분리능이 얻어지고, 액정 표시 소자(7)를 통해 관찰했을 때의 휘도가 높아진다. 또한, 충분히 콜리메이트한 광을 액정 표시 소자(7)에 입사시킬 수 있기 때문에, 액정 표시 소자(7)에서의 계조(階調) 반전 등이 없고 밝기 및 색상의 균일성이 양호한 화상 표시를 얻을 수 있는 동시에, 소망 방향으로 집중된 광조사가 얻어지고, 이 방향의 조명에 대한 일차 광원의 발광 광량의 이용 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 이와 같이 광편향 소자(4)에 의해 협시야화되고 고휘도화된 면 광원 장치에 있어서, 휘도의 저하를 가능한 한 초래하지 않고, 시야 범위를 목적에 따라 적절히 제어하기 위해서, 광확산 소자를 배치할 수도 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 이와 같이 광확산 소자를 배치함으로써, 품위저하의 원인이 되는 반짝거림이나 휘도 얼룩 등을 억제하여 품위 향상을 도모할 수도 있다. 이하에, 더 설명한다.

광확산 소자는 광편향 소자(4)의 출광면측에 광편향 소자(4)와 일체화시켜도 좋고, 광확산 소자를 개별적으로 탑재하여도 좋지만, 개별적으로 광확산 소자를 배치하는 것이 바람직하다. 광확산 소자는 예컨대 광확산성 시트의 형태를 취할 수 있다. 또한, 편광 분리 소자(6)에 의한 분리능 향상을 위해서는, 편광 분리 소자(6)의 광출사면상에 광확산 소자를 배치하는 것이 바람직하다. 이 배치에 의해, 편광 분리 소자(6)에 법선 방향으로 집광한 광이 입사하여, 편광 분리된 후, 광확산 소자에 의해서 시야 범위 조절이나 품위 향상이 행하여지기 때문이다. 광확산 소자의 편광 분리 소자(6)에 인접하는 측의 면(입사면)에는, 편광 분리 소자(6)와의 스티킹을 방지하기 위해서, 요철 구조를 부여하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 광확산 소자의 출사면에 있어서도, 그 위에 배치되는 표시 소자(7)와의 사이에서의 스티킹을 고려할 필요가 있고, 광확산 소자의 출사면에도 요철 구조를 부여하는 것이 바람직하다. 이 요철 구조는 스티킹 방지의 목적으로만 부여하는 경우에는 평균 경사각이 0.7° 이상으로 되는 구조로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1° 이상 이며, 보다 바람직하게는 1.5° 이상이다. 또한, 광확산 소자는 액정 표시 소자(7)의 출사면측에 배치해도, 동일한 효과가 얻어진다.

본 발명에 있어서는, 휘도 특성, 시인성 및 품위 등의 밸런스를 고려하여 광편향 소자(4)로부터의 출사광을 적절히 확산시키는 광확산 특성을 갖는 광확산 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 광확산 소자의 광확산성이 낮은 경우에는, 시야각을 충분히 넓히기 어려워져 시인성 개선 효과나 품위 개선 효과가 충분하지 않게 되는 경향이 있고, 역으로 광확산성이 지나치게 높은 경우에는 광편향 소자(4)에 의한 협시야화의 효과가 손상되는 동시에, 전 광선 투과율도 낮아져 휘도가 저하하는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에서는, 광확산 소자로서, 평행광을 입사했을 때의 출사광 분포(XZ면내)의 반값 전폭이 1° 내지 13°의 범위인 것이 사용된다. 광확산 소자의 반값 전폭은 바람직하게는 3° 내지 11°의 범위, 더욱 바람직하게는 4° 내지 8.5°의 범위이다. 또한, 본 발명에 있어서 광확산 소자의 출사광 분포(XZ면내)의 반값 전폭이란, 도 8에 도시하는 바와 같이, 입사면(81) 및 출사면(82)을 갖는 광확산 소자(8)에 입사한 평행 광선이 출사시에 어느 정도 확산하여 넓어지는지를 나타낸 것으로, 광확산 소자(8)를 투과하여 확산한 광의 출사광 분포(XZ면내)에 있어서의 피크값에 대한 반값에서의 확대각의 전폭의 각도(△θ_H)를 말한다.

이러한 광확산 특성은 광확산 소자(8) 중에 광확산제를 혼입하거나, 광확산 소자(8)의 적어도 한쪽 표면을 요철 구조로 함으로써 부여할 수 있다. 표면에 형성하는 요철 구조는 광확산 소자(8)의 한쪽 표면에 형성하는 경우와 양쪽 표면에 형성하는 경우에서는 그 정도가 다르다. 광확산 소자(8)의 한쪽 표면에 요철 구조를 형성하는 경우에는, 그 평균 경사각을 0.8° 내지 12°의 범위로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3.5° 내지 7°이며, 보다 바람직하게는 4° 내지 6.5°이다. 광확산 소자(8)의 양쪽 표면에 요철 구조를 형성하는 경우에는, 한쪽 표면에 형성하는 요철 구조의 평균 경사각을 0.8° 내지 6°의 범위로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2° 내지 4°이며, 보다 바람직하게는 2.5° 내지 4°이다. 이 경우, 광확산 소자(8)의 전 광선 투과율의 저하를 억제하기 위해서는, 광확산 소자(8)의 입사면측의 평균 경사각을 출사면측의 평균 경사각보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 광확산 소자(8)의 헤이즈값으로는 8% 내지 82%의 범위로 하는 것이, 휘도 특성 향상과 시인성 개량의 관점에서 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30% 내지 70%의 범위이며, 보다 바람직하게는 40% 내지 65%의 범위이다.

본 발명에 있어서, 헤이즈(haze)값은 JISK-7105의 B법에 따라서, 50㎜ ×50㎜의 크기의 시료를 적분구식 반사 투과율계(무라카미 색채 기술 연구사제 RT-100형)를 이용하여 얻어진 전 광선 투과율(Tt) 및 확산 광선 투과율(Td)로부터, 다음 식④에 의해 계산하여 구할 수 있다.

헤이즈값(%) = 100(Td/Tt) …④

본 발명의 면 광원 장치에 있어서는, 그 발광면[예컨대 광확산 소자(8)의 출사면]의 법선 방향에서 관찰한 경우의 표시 영역내에 있어서의 휘도가 균일할 것도 요구된다. 이 휘도의 균일성은 면 광원 장치의 표시 영역의 크기에도 의존하고, 예컨대 노트북이나 모니터 등을 위한 표시 영역이 큰 대형의 면 광원 장치에서는, 비교적 넓은 시야각 특성이 요구되는 경우가 있어, 발광면으로부터 출사하는 출사광의 분포(XZ면내)를 보다 넓게 할 것이 요구된다. 한편, 휴대 전화기나 휴대 정보 단말 등을 위한 표시 영역이 작은 소형의 면 광원 장치에서는, 고휘도나 표시 품위 향상이 우선되는 경우가 있어, 발광면으로부터 출사하는 출사광의 분포(XZ면내)는 비교적 좁아도 좋다. 이 때문에, 광 확산 소자(8)로는 면 광원 장치의 표시 영역의 크기에 따라 적절한 광 확산 특성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 광확산 소자로서 광확산성에 이방성을 갖는 것을 사용하는 것이, 광확산 소자의 전 광선 투과율을 높이고, 편광 분리 소자(6)로부터의 출사광을 효율적으로 확산할 수 있으며, 휘도를 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 예컨대, 도광체(3)의 하나의 단면에 대향하여 선형상의 냉음극관을 일차광원(1)으로서 배치한 면 광원 장치에 있어서는, 협시야화를 도모하기 위한 광편향 소자(4)에서는, 도광체(3)의 광출사면으로부터 출사하는 출사광을 XZ면에 있어서 주로 협시야화를 도모하는 것이고, 또한 광확산 소자에 의해 협시야화된 XZ면의 광을 주로 확산시켜 시야각을 넓히는 것을 목적으로 하고 있다. 그러나, 광확산 소자로서 등방성 확산성의 것을 사용한 경우에는, 광편향 소자에 의해 협시야화되어 있지 않은 YZ면의 광도 동등하게 확산되기 때문에, 휘도의 저하를 초래하게 된다. 따라서, YZ면보다도 XZ면에서의 광확산성이 높은 이방 확산성을 갖는 광확산 소자를 사용함으로써, 광편향 소자(4)에 의해 협시야화된 XZ면의 광을 강하게 확산하여, 협시야화되어 있지 않은 YZ면의 광의 확산을 약하게 할 수 있고, 광편향 소자(4)로부터의 출사광을 효율적으로 확산할 수 있으며, 휘도의 저하를 가능한한 최소한으로 억제할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.

또한, 이하의 실시예 및 비교예에 있어서의 각 특성값의 측정은 하기와 같이 하여 실행했다.

면 광원 장치의 법선 휘도 및 휘도 반값 전폭의 측정

일차 광원으로서 냉음극관을 이용하고, 그 구동 회로의 인버터(해리슨사제 HIU-742A)에 DC12V를 인가하여, 냉음극관을 고주파 점등시켰다. 법선 휘도는 면 광원 장치의 표면을 20㎜ 사방의 정방형으로 3 ×5 분할하고, 각 정방형의 부분의 법선 방향의 휘도값의 15점 평균을 취하여 구했다. 또한, 휘도계의 시야 각도를 0.1°로 하고, 측정 위치가 면 광원 장치의 광출사면의 중앙에 위치하도록 조정하며, 고니오 회전축이 회전하도록 조절했다. 각각의 방향에서 회전축을 +90° 내지 -90°까지 1° 간격으로 회전시키면서, 휘도계로 출사광의 휘도 분포(XZ면내, YZ 면내)를 측정하며, 피크 휘도, 휘도 분포(XZ면내 및 YZ면내)의 반값 전폭(피크값의 1/2 이상의 값의 분포의 확대각)을 구했다.

편광 분리 소자에 의한 휘도 상승율의 측정

편광 분리 소자가 조립되어 있지 않은 면 광원 장치를 제작하고, 면 광원 소자의 광출사면상에 액정 표시 소자(7)를 설치했다. 이 상태에서 상기 방법으로 법선 방향의 휘도값의 15점의 평균을 구했다. 다음으로 이것과 동일한 면 광원 장치에, 편광 분리 소자(6)를 조립하였다. 이 때, 액정 표시 소자(7)의 광입사면측의 편광 투과 방향과, 편광 분리 소자(6)의 투과 편광면이 평행하게 되도록 했다. 이 상태에서 상기 방법으로 법선 방향의 휘도값의 15점의 평균을 구했다. 편광 분리 소자(6)를 이용한 경우의 측정값의 편광 분리 소자(6)를 이용하지 않은 경우의 측정값에 대한 비율을, 편광 분리 소자(6)에 의한 휘도 상승율로 한다.

평균 경사각(θa)의 측정

ISO4287/1-1987에 따라서, 촉침으로서 010-2528(1㎛R, 55° 원추, 다이아몬드)를 이용한 촉침식 표면 조도계[동경 정기(주)제 서프콤 570A]로 조면의 표면 조도를 구동 속도 0.03㎜/초로 측정했다. 이 측정에 의해 얻어진 차트로부터 그 평균선을 차감하여 경사를 보정하고, 상기 식① 및 식②에 의해 계산하여 구했다.

[비교예 1]

아크릴 수지[미쯔비시 레이온(주)제 아크리펫 VH5#000]를 이용하고 사출 성형함으로써 한쪽면이 평균 경사각 2.5°인 매트이고, 다른쪽 면이 미러면인 도광체를 제작했다. 상기 도광체는 216㎜ ×290㎜이고, 두께가 길이 216㎜인 변(짧은변)을 따라 2.0㎜ 내지 0.7㎜로 변화하는 쐐기판 형상을 이루고 있었다. 이 도광체의 거울면측에 도광체의 짧은 변과 평행하도록, 아크릴계 자외선 경화 수지에 의해 프리즘 꼭지각 100°인 프리즘열이 피치 50㎛로 병렬로 연속 배열된 프리즘층을 형성했다. 도광체의 길이 290㎜인 변(긴변)에 대응하는 한쪽 측단면(두께 2.0㎜인 측의 단면)을 따라 냉음극관을 광원 리플렉터(레코사제 은 반사 필름)로 덮어 배치했다. 또한, 그 밖의 측단면에 광확산 반사 필름(도오레사제 E60)을 첨부하여, 프리즘열 배열의 면(이면)에 반사 시트(도오레사제 E60)를 배치했다. 이상의 구성을 프레임체에 내장했다.

한편, 굴절률 1.5064인 아크릴계 자외선 경화성 수지를 이용하여, 프리즘열을 구성하는 제 1 프리즘면 및 제 2 프리즘면이 모두 평면이고, 이들 프리즘면과 법선이 이루는 각도(α, β)가 모두 32.5°인 프리즘열이 피치 56.5㎛이고 대략 병렬로 연속설치된 프리즘열 형성면을 두께 125㎛인 폴리에스테르 필름의 한쪽 표면에 형성한 프리즘 시트[광편향 소자(4)]를 제작했다.

얻어진 프리즘 시트를 상기 도광체의 광출사면측에 프리즘열 형성면이 향하고, 도광체의 광입사면에 프리즘 능선이 평행하며, 제 1 프리즘면이 일차 광원측으로 되도록 하여 도광체상에 탑재하여, 면 광원 장치를 얻었다.

이 면 광원 장치에 대하여, 광입사면 및 광출사면의 쌍방에 수직한 면내에서의 출사광 휘도 분포(XZ면내) 및 광입사면에 평행하고 광출사면에 수직한 면내에서의 출사광 휘도 분포(YZ면내)를 구하며, 피크 휘도의 1/2의 휘도를 갖는 각도(반값 전폭)를 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

이 면 광원 장치의 출사면상에 액정 표시 소자를 배치했다. 이 때, 액정 표시 소자의 입사측의 편광판의 투과축을, 도광체 광입사면에 대하여 45° 경사지도록 했다. 이 상태에서, 액정 표시 소자를 전면 동일한 표시 상태로 하여 법선 휘도를 상기 방법으로 15점에 대하여 측정한 것을 평균하고, 휘도값(A)을 얻었다. 한편, 복굴절성을 갖는 시트를 소정 두께로 복수매 적층하고, 또한 그 적층시의 각 시트의 방향성을, 인접하는 시트 사이의 굴절률차가 투과 편광면에 있어서 크고, 반사 편광면에 있어서 작아지도록 하여, 편광 분리 소자를 제작했다. 편광 분리 소자를 상기 면 광원 장치의 광편향 소자(4)와 액정 표시 소자(7)의 사이에, 투과축이 액정 표시 소자의 입사측의 편광판의 투과축과 평행하게 되도록 배치했다. 이 상태에서, 액정 표시 소자를 휘도값(A)을 얻었을 때와 동일한 전면 동일한 표시 상태로 하여 법선 휘도를 상기 방법으로 15점에 대하여 측정한 것을 평균하여, 휘도값(B)을 얻었다. 편광 분리 소자에 의한 휘도 상승률(B/A)을 계산했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[실시예 1]

광편향 소자(4)로서 이하의 것을 이용한 이외에는 비교예 1과 동일한 방법으로 면 광원 장치를 제작했다.

굴절률 1.5064의 아크릴계 자외선 경화성 수지를 이용하여, 프리즘열을 구성하는 한쪽 프리즘면(제 1 프리즘면)을 법선과 이루는 각도(α)가 32.5°인 평면으로 하고, 다른쪽의 프리즘면(제 2 프리즘면)을, 프리즘 꼭지부로부터 프리즘열의 높이 21.4㎛까지가 장반경상의 곡률 반경 400㎛이고, 단반경상의 곡률 반경 800㎛인 단면 비원형상의 일부(곡률 반경 800㎛인 부분의 근방)의 볼록 곡면(경사각=56.6°, β=33.8°)이며, 프리즘 꼭지부로부터 프리즘열의 높이 21.4㎛ 이상이 곡률 반경 400㎛의 단면 원호 형상의 볼록 곡면(경사각=59.0°)인 2개의 볼록 곡면으로 구성된 피치 56.5㎛의 프리즘열이 대략 병렬로 연속 설치된 프리즘열 형성면을 두께 125㎛의 폴리에스테르 필름의 한쪽 표면에 형성한 프리즘 시트를 제작했다. 프리즘 시트의 제 2 프리즘면의 가상 평면과의 최대 거리(d)의 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)은 1.03%였다.

얻어진 면 광원 장치에 대하여, 비교예 1과 같이 하여, XZ면 및 YZ면에서의 출사광 휘도 분포의 반값 전폭 및 편광 분리 소자에 의한 휘도 상승율을 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

광편향 소자(4)로서 이하의 것을 이용한 이외에는, 비교예 1과 동일한 방법으로 면 광원 장치를 제작했다.

프리즘열을 구성하는 제 2 프리즘면을 프리즘 꼭지부로부터 프리즘열의 높이 16㎛까지가 경사각 55.2°인 평면(β=34.8°)이고, 프리즘열의 높이 16㎛로부터 프리즘 바닥부까지가 프리즘 꼭지부에 가까운 측으로부터 경사각 55.5°, 56.2°, 57.0°, 57.8°, 58.4°, 59.4°인 동일 폭의 6개의 평면인 7개의 평면으로 구성한 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 프리즘 시트를 제작했다. 프리즘 시트의 제 2 프리즘면의 가상 평면과의 최대 거리(d)의 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)은 1.10%였다.

얻어진 면 광원 장치에 대하여, 비교예 1과 같이 하여, XZ면 및 YZ면에서의 출사광 휘도 분포의 반값 전폭 및 편광 분리 소자에 의한 휘도 상승율을 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 3]

프리즘열을 구성하는 제 2 프리즘면을 프리즘 꼭지부로부터 프리즘열의 높이 10.6㎛까지가 경사각 56.4°인 평면(β=33.6°)이고, 프리즘열의 높이 10.6 내지 21.3㎛가 경사각 56.8°의 평면이며, 프리즘열의 높이 21.3㎛ 이상이 곡률 반경 400㎛의 단면 원호 형상의 볼록 곡면(경사각=59.2°)인, 2개의 평면과 하나의 볼록 곡면으로 구성된 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 프리즘 시트를 제작했다. 프리즘 시트의 제 2 프리즘면의 가상 평면과의 최대 거리(d)의 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)은 1.03%였다.

[실시예 4]

광편향 소자(4)로서 이하의 것을 이용하고, 프리즘열의 피치를 50㎛로 한 이외에는, 비교예 1과 동일한 방법으로 면 광원 장치를 제작했다.

프리즘열을 구성하는 제 1 프리즘면 및 제 2 프리즘면을, 각각 곡률 반경 250㎛인 단면 원호 형상의 하나의 볼록 곡면(α= 32.7°, β=32.7°, 경사각=57.3°)으로 구성한 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 프리즘 시트를 제작했다. 프리즘 시트의 제 2 프리즘면의 가상 평면과의 최대 거리(d)의 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)은 2.14%였다.

얻어진 면 광원 장치에 대하여, 비교예 1과 같이 하여, XZ면 및 YZ면에서의 출사광 휘도 분포의 반값 전폭 및 편광 분리 소자에 의한 휘도 상승율을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 5]

프리즘열을 구성하는 제 1 프리즘면 및 제 2 프리즘면을 각각 곡률 반경 425㎛인 단면 원호 형상의 하나의 볼록 곡면(α= 32.7°, β=32.7°, 경사각=57.3°)으로 구성한 이외에는, 실시예 1과 같이 하여 프리즘 시트를 제작했다. 프리즘 시트의 제 2프리즘면의 가상 평면과의 최대 거리(d)의 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)은 1.26%였다.

[실시예 6]

아크릴 수지(미쓰비시레이온(주)제 아크리펫 VH5#000)를 이용하고 사출 성형함으로써 한쪽면이 평균 경사각 2.5°인 매트로 다른쪽면이 경면인 도광체를 제작했다. 상기 도광체는 216㎜ ×290㎜이고, 두께가 길이 216㎜인 변을 따라 2.0㎜ 내지 0.7㎜로 변화되는 쐐기판 형상을 이루고 있었다. 이 도광체의 경면측에 도광체의 짧은 변과 평행하게 되도록, 아크릴 수지(미쓰비시레이온(주)제 아크리펫 VH5#000)를 이용하여 사출 성형함으로써 도광체를 제작했다. 상기 도광체는 40㎜ ×50㎜이고, 두께가 길이 50㎜인 변(긴변)을 따라 0.8㎜ 내지 0.6㎜로 변화되는 쐐기판 형상을 이루고 있었다. 도광체의 길이 40㎜인 변(짧은변)에 대응하는 한쪽 측단면(두께 0.8㎜인 측의 단면)과, 도광체의 긴변의 사이에 끼인 코너부를 절결하여, 광입사면을 제작했다. 도광체의 광출사면에는 평균 경사각 2.5°인 조면을 형성했다. 광입사면에 밀착하여, LED(NSCW215R, 니치아화학제)를 배치했다. 또한, 그 밖의 측단면에 광확산 반사 필름(도오레사제 E60)을 부착하고, 프리즘열 배열의 면(이면)에 반사 시트(도오레사제 E60)를 배치했다. 이상의 구성을 프레임체에 내장했다.

한편, 굴절률 1.5064인 아크릴계 자외선 경화성 수지를 이용하여, 실시예 2와 동일한 제 1 프리즘면과 제 2 프리즘면의 형상을 갖는 피치 56.5㎛의 프리즘열을 프리즘 시트의 하나의 코너를 중심으로 한 동심원 형상으로, 두께 125㎛의 폴리에스테르 필름의 한쪽 표면에 형성한, 프리즘 시트를 제작했다.

얻어진 프리즘 시트를, 형성된 프리즘열의 동심원의 중심이 일차 광원 발광면 중심에 오도록, 또한 상기 도광체의 광출사면측에 프리즘열 형성면이 향하도록 탑재하여, 면 광원 장치를 얻었다.

얻어진 면 광원 장치에 대하여, 비교예 1과 같이 하여, XZ면 및 YZ면에서의 출사광 휘도 분포의 반값 전폭 및 편광 분리 소자에 의한 휘도 상승율을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 휘도 상승율의 측정에 있어서는, 액정 표시 소자의 입사측의 편광판의 투과축을 도광체 광입사면과 수직으로 한 상태에서의 법선 휘도를 측정하여 휘도값(A)을 얻고, 또한 편광 분리 소자를 상기 면 광원 장치의 광편향 소자와 액정 표시 소자 사이에, 투과축이 액정 표시 소자의 입사측의 편광판의 투과축과 평행하게 되도록 배치한 상태에서 법선 휘도를 측정하여 휘도값(B)을 얻었다.

표 1

	XZ면 휘도 반값 전폭	YZ면 휘도 반값 전폭	휘도 상승률(B/A)
비교예 1	27.5°	40.2°	1.38
실시예 1	14.1°	40.2°	1.46
실시예 2	14.5°	40.2°	1.44
실시예 3	13.9°	40.2°	1.47
실시예 4	21.2°	40.2°	1.42
실시예 5	15.3°	40.2°	1.45
실시예 6	14.5°	16.4°	1.55

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 편광 분리 소자에 입사하는 광을 편향 분리 소자의 법선 방향에 집광한 분포로 함으로써 편광 분리 소자의 편광 분리능을 향상시키고, 특정한 편광 성분에 기초한 휘도가 매우 높은 면 광원 장치를 제공할 수 있다. 이러한 면 광원 장치는 예컨대 액정 표시 장치와 같이 특정한 편광 성분의 광을 이용하는 표시 장치와 조합하여 사용됨으로써 저소비 전력으로 매우 고휘도의 표시를 실현할 수 있다.

Claims

일차 광원과, 상기 일차 광원으로부터 발생되는 광을 도광하고, 또한 상기 일차 광원으로부터 발생되는 광이 입사하는 광입사면 및 도광되는 광이 출사하는 광출사면을 갖는 도광체와, 상기 도광체의 광출사면에 인접하여 배치되어 있는 광편향 소자와, 상기 광편향 소자의 출광면측에 배치되어 있고 입사한 광의 한쪽 편광 성분을 투과시키고 또한 다른쪽 편광 성분을 반사하는 작용을 갖는 편광 분리 소자로 이루어지며, 상기 편광 분리 소자로의 입사광의 상기 도광체내 광 진행 방향과 평행한 방향에서의 휘도 분포의 반값 전폭(half-power full width)이 25° 이하인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 편광 분리 소자로의 입사광의 상기 도광체내 광 진행 방향에 있어서의 휘도 분포의 반값 전폭이 50° 이하인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 편광 분리 소자로의 입사광의 상기 도광체내 광 진행 방향에 수직인 방향과 평행한 방향에 있어서의 휘도 분포의 반값 전폭의 평균값이 33°이하인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 광편향 소자는 상기 도광체의 광출사면에 대향하여 위치하는 입광면과 그 반대측의 출광면을 갖고 있고, 적어도 상기 입광면에 서로 대략 평행하게 연장되는 복수의 프리즘열이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 일차 광원이 점상 광원으로 이루어지고, 상기 광편향 소자는 상기 도광체의 광출사면에 대향하여 위치하는 입광면과 그 반대측의 출광면을 갖고 있고, 적어도 상기 입광면에 상기 일차 광원을 둘러싸는 대략 활 형상의 프리즘열이 복수 병렬로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 광편향 소자의 프리즘열의 각각은 2개의 프리즘면으로 구성되고, 상기 프리즘면의 적어도 한쪽이 비단일 평면인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 프리즘면의 적어도 한쪽은 적어도 하나의 볼록 곡면을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 프리즘면의 적어도 한쪽은 상기 적어도 하나의 볼록 곡면과, 적어도 하나의 평면으로 이루어지고, 상기 출광면에 가까운 측에 위치하는 볼록 곡면 또는 평면만큼 그 경사각이 크고, 상기 출광면에 가장 가까운 볼록 곡면 또는 평면의 경사각과 상기 출광면에서 가장 먼 평면 또는 볼록 곡면의 경사각의 차이가 15° 이하인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 프리즘면의 적어도 한쪽은 서로 경사각이 다른 적어도 2개의 볼록 곡면으로 이루어지고, 상기 출광면에 가까운 측에 위치하는 볼록 곡면만큼 그 경사각이 크며, 상기 출광면에 가장 가까운 볼록 곡면의 경사각과 상기 출광면에서 가장 먼 볼록 곡면의 경사각의 차이가 15° 이하인 것을 특징으로 하는

면 광원장치.
제 6 항에 있어서,

상기 프리즘면의 적어도 한쪽은 서로 경사각이 적어도 2개의 다른 평면으로 이루어지고, 상기 출광면에 가까운 측에 위치하는 평면만큼 그 경사각이 크며, 상기 출광면에 가장 가까운 평면의 경사각과 상기 출광면에서 가장 먼 평면의 경사각의 차이가 15° 이하인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 볼록 곡면의 곡률 반경(r)과 프리즘열의 피치(P)의 비(r/P)가 2 내지 50인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 8 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 평면 및/또는 볼록 곡면이 프리즘 꼭지부로부터의 높이(h)의 영역에 적어도 2개 형성되고, 프리즘열의 높이를 H로 했을 때 h/H가 60% 이하인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 8 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 평면 및/또는 볼록 곡면과, 프리즘 꼭지부와 프리즘 바닥부를 연결하는 가상 평면의 최대 거리(d)의, 프리즘열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)이 0.05% 내지 5%인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 4 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리즘열의 꼭지각이 35° 내지 80°인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 4 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리즘열은 그 꼭지각의 한쪽 분할각(α)이 40° 이하이고, 상기 꼭지각의 다른쪽(타면)의 분할각(β)이 25° 내지 50° 인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 4 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리즘열은 그 꼭지각의 한쪽 분할각(α)과 다른쪽의 분할각(β)이 다른 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 4 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 광편향 소자의 프리즘열의 각각은 2개의 프리즘면으로 구성되고, 상기 프리즘면의 한쪽 평면 및/또는 볼록 곡면으로 구성되며, 상기 프리즘면의 다른쪽이 대략 평면인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 도광체의 광출사면 및 그 반대측의 이면 중 한쪽에 상기 광출사면에 따른 면내에서 상기 도광체의 광입사면에 대하여 대략 수직 방향으로 연장되며, 또한 서로 대략 평행하게 배열된 복수의 렌즈열이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광 분리 소자는 복굴절성을 갖는 시트가 복수매 적층되고, 인접하는 시트 사이의 굴절률차가 반사되는 편광 성분의 편광 방향에 있어서 투과하는 편광 성분의 편광 방향보다도 작은 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 1 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광 분리 소자의 광출사면측에 광확산 소자를 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 광확산 소자는 평행광을 입사했을 때의 출사광 광도 분포의 반값 전폭이 1° 내지 13°인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.
제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,

상기 광확산 소자는 헤이즈값이 8% 내지 82%인 것을 특징으로 하는

면 광원 장치.