KR20060066133A

KR20060066133A - 면광원 장치 및 해당 장치를 이용한 기기

Info

Publication number: KR20060066133A
Application number: KR1020067008503A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 우에노; 카츠유키 마나베; 마사유키 시노하라
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-06-15
Also published as: EP1684009A4; CN1878984A; KR20080019069A; US20080002432A1; JP4431952B2; JP2005142128A; CN1878984B; US7507011B2; KR100823802B1; WO2005045313A1; EP1684009A1

Abstract

확산용 패턴의 측면에 성형 처짐이 생겨도 불규칙한 방향으로 광이 산란되기 어렵게 한다. 도광판에 수직한 방향에서 본 상태에서는, 도광판의 하면에 마련된 각 확산 패턴(36)에는 거의 일정 방향으로부터 광이 입사한다. 각 확산 패턴(36)의 발광부에 면하고 있는 사면인 반사면(46a)은 사다리꼴 형상으로 형성되어 있고, 광원부에서 보았을 때, 확산 패턴(36)의 성형 처짐이 생기기 쉬운 측면(46b)은 반사면(46a)의 그늘에 은폐되어 측면(46b)으로는 광이 입사하기 어렵게 되어 있다.

면광원 장치

Description

면광원 장치 및 해당 장치를 이용한 기기 {SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE AND APPARATUS USING THIS DEVICE}

본 발명은 면광원 장치에 관한 것으로, 특히 화상 표시 장치의 백라이트나 프런트 라이트, 조명기구 등으로 이용되는 면광원 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 해당 면광원 장치를 이용한 기기에 관한 것이다.

면광원 장치는 투과형 액정 표시 패널의 백라이트 등으로서 사용되고 있다. 액정표시 패널은, 각 화소마다의 광을 투과시키거나 차단하거나 함에 의해 화상을 생성하는 것이지만, 액정 표시 패널 자체는 스스로 발광하는 기능을 갖지 않기 때문에 백 라이트용의 면광원 장치를 필요로 한다.

도 1은 백라이트용에 이용되고 있는 종래의 면광원 장치를 도시한 개략 평면도이다. 이 면광원 장치(21)는, 몇 개(바람직하게는 1개)의 LED(발광 다이오드)칩 등의 발광 소자를 1개소에 모아서 미소화한 발광부(23)(이와 같은 발광부를 점광원이라고 부른다)를 갖는다. 이 면광원 장치(21)에서는, 폴리카보네이트 수지 등의 굴절율이 높은 투명 수지로 이루어지는 도광판(22)의 측면(광입사면(22a))에 대향시켜 점광원 형상의 발광부(23)를 배치하고 있다. 도광판(22)의 하면에는, 발광부(23)를 중심으로 하는 동심원 형상을 한 원호의 위에 다수의 확산 패턴(24)이 이 산(離散)적으로 배열되어 있다. 각 확산 패턴(24)은, 도 2 및 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 도광판(22)의 하면에 삼각홈 형상으로 오목하게 마련된 것으로서, 발광부(23)를 중심으로 하는 가상의 동심원의 원주 방향을 따라 늘어나 있고, 각 확산 패턴(24)의 반사면(25)에 세운 법선은, 평면으로 보아 발광부(23)와 해당 확산 패턴(24)을 잇는 방향(이 방향을 r축 방향이라고 한다)과 평행하게 되어 있다. 또한, 확산 패턴(24)은 발광부(23)로부터 멀어짐에 따라 패턴 밀도가 점차로 커지도록 형성되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 이 면광원 장치(21)에서는, 발광부(23)를 발광시키면, 발광부(23)로부터 출사된 광(L)은 광입사면(22a)으로부터 도광판(22) 내로 들어가고, 도광판(22)의 상면과 하면에서 전반사를 반복하면서 발광부(23)부터 먼 측으로 전파하여 간다. 도광판(22) 내를 전파하면서, 도광판(22)의 하면에서 확산 패턴(24)의 반사면(25)에 의해 확산 반사된 광(L)은, 도광판(22) 상면의 광출사면(22b)에 전반사의 임계각보다도 작은 입사각으로 입사하면, 광출사면(22b)으로부터 출사된다.

이와 같은 면광원 장치(21)에서는, 확산 패턴(24)에 의해 확산 반사되는 광(L)은, r축방향을 포함하고 광출사면(22b)에 수직한 평면 내에서는 확산되지만, 해당 평면으로부터 벗어나는 방향으로는 확산되지 않고, 광출사면(22b)에 수직한 방향에서 보면 확산 패턴(24)에서 반사된 후도 직진한다. 이 때문에, 발광부(23)를 중심으로 하는 임의의 방위로 출사되는 광량은 확산 패턴(24)에서 확산되어도 변화하지 않고, 도광판(22) 내에서 각 방위로 전해지는 광량은 발광부(23)로부터 각 방 위로 출사되는 광량에 의해 정해진다. 따라서, 이와 같은 면광원 장치(21)에 의하면, 발광부(23)로부터 도광판(22) 내의 각 방위로 그 방향이 도광판(22)을 통과하는 거리에 따른 광량의 광(L)을 입사시킴에 의해, 광출사면(22b) 전체를 균일하게 빛나게 할 수 있다. 따라서, 이것을 투과형의 액정 표시 패널과 조합시킴에 의해 넓은 방향에서의 시인성(視認性)에 우수한 액정 표시 장치를 제작할 수 있고, 게다가 액정 표시 장치의 소비 전력의 저감에도 기여할 수 있다.

상기한 바와 같은 면광원 장치(21)에 이용되고 있는 확산 패턴(24)은, 도 3(a)에 도시한 바와 같이 삼각기둥 형상으로 설계되어 있고, 반사면(25)의 양측단에 위치하는 측면(26)은 도광판(22)의 이면(裏面)에 수직으로 되도록 설계되어 있다. 그러나, 실제로는 도광판(22)을 사출 성형 등에 의해 성형할 때에 있어서의 성형 처짐 때문에, 확산 패턴(24)의 양 측면(26)이 완만하게 경사되어 있다.

이와 같이 확산 패턴(24)의 양 측면(26)이 경사되어 있으면, 발광부(23)로부터 확산 패턴(24)에 입사한 광(L)의 일부가 확산 패턴(24)의 측면(26)에서 반사되고, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 측면(26)에서 반사된 광(L)은, 불규칙한 방향으로 산란되어 광(L)의 지향성이 넓어지고, 도광판(22) 내를 전파하는 광의 제어성을 해치고 있다. 또한, 측면(26)에서 반사된 광(L)은, 불규칙한 방향으로 산란되어 로스 광(Ls)으로 되기 때문에, 광출사면(22b)의 휘도(輝度)를 저하시키는 원인으로 되어 있다.

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명의 목적으로 하는 점은, 확산용의 패턴의 측면에 성형 처짐이 생긴 경우에도, 확산용의 패턴에 의해 불규칙한 방향으로 광이 산란되기 어렵게 하는 데 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 제 1의 면광원 장치는, 광원과, 해당 광원으로부터 도입되는 광을 광출사면의 거의 전체로 퍼지게 하여 광출사면으로부터 출사시키는 도광판을 구비하고, 해당 도광판의 광출사면과 반대측의 면에는 도광판 내를 도광하는 광을 반사시키기 위한 복수의 패턴이 형성된 면광원 장치에 있어서, 각 패턴은, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 보아 각 패턴마다 정해진 거의 일정한 방향으로부터 광이 입사하도록 구성되어 있고, 상기 광입사 방향에서 보아 상기 패턴의 양 측면의 거의 전체가 상기 광입사측에 위치하는 상기 패턴의 사면(斜面)에 의해 차폐되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제 1의 면광원 장치에서는, 각 패턴은, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 보아 각 패턴마다 정해진 거의 일정한 방향으로부터 광이 입사하도록 구성되어 있고, 광입사 방향에서 보아 상기 패턴의 양 측면의 거의 전체가 광입사측에 위치하는 상기 패턴의 사면에 의해 차폐되어 있다. 가장 전형적인 경우로 말하면, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 본 도광 경로는, 상기 도광판 내의 각 점에서 각 점마다 정해진 일정 방향을 향하고 있고, 광출사면과 수직한 방향에서 보면, 광원측으로부터 각 패턴에 입사하는 광은 패턴에서 반사한 후에도 진행 방향을 구부리는 일 없이 진행한다. 그리고, 광원측에서 보아 패턴의 양 측면의 거의 전체가 패턴의 광원측 사면에 의해 차폐되어 있다. 따라서, 본 발명의 제 1의 면광원 장치에서는, 패턴의 측면에는 거의 광이 닿지 않는다. 따라서, 도광판의 패턴의 측면에 성형 처짐이 생겨도, 성형 처짐이 생긴 패턴 측면에는 아주 근소한 광이 입사하는데 지나지 않고, 패턴 측면에 의해 불규칙한 방향으로 광이 산란되기 어렵게 된다. 따라서, 본 발명의 제 1의 면광원 장치에 의하면, 패턴 측면에 의한 산란으로 도광판 내에 있어서의 광의 제어성이 손상되기 어렵고, 또한 광출사면의 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 2의 면광원 장치는, 광원과, 해당 광원으로부터 도입되는 광을 광출사면의 거의 전체로 퍼지게 하여 광출사면으로부터 출사시키는 도광판을 구비하고, 해당 도광판의 광출사면과 반대측의 면에는 도광판 내를 도광하는 광을 반사시키기 위한 복수의 패턴이 형성된 면광원 장치에 있어서, 각 패턴은, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 보아 각 패턴마다 정해진 거의 일정한 방향으로부터 광이 입사하도록 구성되어 있고, 상기 패턴의 상기 광입사측에 위치하는 사면에 있어서의, 상기 광입사측과 반대측에 위치한 부분의 폭이 상기 광입사측에 위치하는 부분의 폭보다도 짧게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2의 면광원 장치에서는, 각 패턴은, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 보아 각 패턴마다 정해진 거의 일정한 방향으로부터 광이 입사하도록 구성되어 있고, 광입사측에 위치하는 상기 패턴의 사면에 있어서의, 광입사측과 반대측에 위치하는 부분의 폭이 광입사측에 위치하는 부분의 폭보다도 짧게 되어 있다. 가장 전형적인 경우로 말하면, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 본 도광 경로는, 상기 도광판 내의 각 점에서 각 점마다 정해진 일정 방향을 향하고 있고, 광출사면과 수직한 방향에서 보면, 광원측으로부터 각 패턴에 입사하는 광은 패턴에서 반사한 후에도 진행 방향을 구부리는 일 없이 진행한다. 그리고, 도광판의 패턴의 광원측의 사면에 있어서의 광원으로부터 먼 부분의 폭이 광원에 가까운 부분의 폭보다도 짧게 되어 있기 때문에, 광원측에서 보면 패턴의 양 측면이 패턴의 광원측 사면의 그늘로 된다. 따라서, 패턴의 측면에는 거의 광이 닿지 않게 된다. 따라서, 도광판의 패턴의 측면에 성형 처짐이 생겨도, 성형 처짐이 생긴 패턴 측면에는 아주 근소한 광이 입사하는데 지나지 않고, 패턴 측면에 의해 불규칙한 방향으로 광이 산란되기 어렵게 된다. 따라서, 본 발명의 면광원 장치에 의하면, 패턴 측면에 의한 산란으로 도광판 내에 있어서의 광의 제어성이 손상되기 어렵고, 또한 광출사면의 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 1 및 제 2의 면광원 장치의 실시 양태에서는, 상기 광원이 점광원이고, 상기 도광판의 관찰측에는 프리즘 시트가 배설되어 있고, 상기 도광판 내를 도광하고 상기 패턴에서 편향된 광이 도광판의 광출사면에 세운 법선에 대해 경사 방향을 향하여 광출사면으로부터 출사된 후, 상기 프리즘 시트에서 편향되도록 구성되어 있다. 여기서, 점광원이란, LED 칩이나 소형 램프 등의 미소한 발광 소자를 이용한 것이지만, 발광 소자는 1개일 필요는 없고, 복수의 발광 소자(예를 들면, 적, 녹, 청 등의 복수개의 LED 칩을 일체로 밀봉한 것)로 되는 것이라도 좋고, 또한 발광 소자를 밀봉한 복수의 광원을 근접시켜 배치한 것이라도 좋다. 이 실시 양태에서는, 도광판의 광출사면으로부터 비스듬히 출사한 광을 프리즘 시트에서 편향시켜 임의의 방향(예를 들면, 광출사면에 수직한 방향)으로 출사시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 이상 설명하는 구성 요소는 가능한 한 조합시킬 수 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 도광판에 형성되어 있는 확산 패턴의 측면에 성형 처짐이 생겨도 도광판 나아가서는 면광원 장치의 특성에 영향을 주기 어렵게 된다.

도 1은 점광원 형상의 발광부를 갖는 종래의 면광원 장치의 구성을 도시한 개략 평면도.

도 2는 도 1에 도시한 면광원 장치에서의 확산 패턴의 작용을 설명하는 도면.

도 3(a)는 이상적인 확산 패턴에 광이 입사한 때의 광의 반사 방향을 도시한 사시도이고, 도 3(b)는 성형 처짐이 생긴 확산 패턴에 광이 입사한 때의 광의 반사 방향을 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 면광원 장치의 구조를 도시한 분해 사시도.

도 5는 실시예 1에 의한 면광원 장치의 개략 단면도.

도 6은 실시예 1에 의한 면광원 장치에 있어서 도광판에 형성되어 있는 확산 패턴의 배열을 도시한 도면.

도 7(a)는 실시예 1에 있어서의 1개의 확산 패턴의 사시도, 도 7(b)는 그 평 면도, 도 7(c)는 그 정면도.

도 8(a)는 실시예 1의 면광원 장치에 이용되고 있는 확산 프리즘 시트의 요철 확산판을 도시한 일부 파단한 평면도, 도 8(b)는 요철 확산판을 구성하는 반복 패턴의 평면도, 도 8(c)는 반복 패턴을 구성하는 볼록부의 확대 사시도.

도 9는 실시예 1의 면광원 장치에 이용되고 있는 확산 프리즘 시트의 프리즘 시트를 도시한 이면측으로부터의 사시도.

도 10은 실시예 1의 면광원 장치에 있어서의 광의 거동을 설명하는 개략 사시도.

도 11(a)는 위와 같은 면광원 장치에 있어서의 광의 거동을 설명하는 개략 단면도, 도 11(b)는 도 11(a)의 X부 확대도.

도 12는 발광부에서 △θ의 범위 내에 출사되는 광량과 그 범위(△θ) 내의 도광판 면적과의 관계를 설명하는 도면.

도 13(a)는 성형 처짐이 생긴 실시예 1에 관한 1개의 확산 패턴의 사시도, 도 13(b)는 그 평면도, 도 13(c)는 그 정면도.

도 14(a)는 각 확산 패턴에 입사하는 광의 방향이 정돈되어 있는 경우의 양상을 도시한 도면, 도 14(b)는 각 확산 패턴에 입사하는 광의 방향이 정돈되지 않은 경우의 양상을 도시한 도면.

도 15(a)는 확산 패턴의 확대 평면도, 도 15(b)는 그 단면도.

도 16은 확산 패턴에 생긴 성형 처짐의 비율의 정의를 설명하는 도면.

도 17은 도 18 및 도 19의 횡축에서 이용되고 있는 광원으로부터의 거리(Rs) 의 정의를 설명하는 도면.

도 18은 광원으로부터의 거리(Rs)와 확산 패턴의 평균폭(G)과의 관계를 도시한 도면.

도 19는 광원으로부터의 거리(Rs)와 확산 패턴의 폭에 대한 성형 처짐의 비율과의 관계를 도시한 도면.

도 20(a)는 출사 각도(ω)에서의 출사광의 상대 강도를 도시한 도면, 도 20(b)는 출사 방향의 정의를 도시한 도면.

도 21은 실시예 1과 비교예에 있어서, 광원으로부터의 거리(Rs)와 출사광의 상대 강도와의 관계를 비교하여 도시한 도면.

도 22(a), 도 22(b) 및 도 22(c)는 확산 패턴의 다른 형상을 도시한 사시도.

도 23은 광출사면으로부터 수직으로 광을 출사시키기 위한 확산 패턴의 구조를 설명하는 도면.

도 24는 위와 같은 확산 패턴이 형성된 도광판으로부터 출사되는 광의 지향성을 도시한 도면.

도 25는 도 23의 도광판으로부터 출사되는 광의 지향성을 도시한 사시도.

도 26은 면광원 장치에 생기는 방사형상의 휘도 얼룩(휘선)을 도시한 도면.

도 27은 도광의 위에 놓인 도 9와 같은 프리즘 시트를 투과한 광의 ω방향의 지향성과 φ방향의 지향성을 도시한 도면.

도 28은 도 9와 같은 프리즘 시트를 이용하였을 때의 광의 지향성을 도시한 사시도.

도 29는 선형상 광원과 프리즘 시트를 이용한 면광원 장치와 그 지향성을 도시한 사시도.

도 30은 도 29에 도시한 면광원 장치로부터 출사되는 광의 지향성을 도시한 사시도.

도 31은 일반적인 확산판의 지향성을 도시한 도면.

도 32는 도 31에 도시한 확산판을 도 9의 프리즘 시트 위에 놓은 경우의 ω방향 및 φ방향의 지향성을 도시한 도면.

도 33은 도 8과 같은 요철 확산판에 평행광을 수직으로 입사시켰을 때의 지향성을 도시한 도면.

도 34는 도 33에 도시한 요철 확산판을 도 9의 프리즘 시트 위에 놓은 경우의, ω방향 및 φ방향의 지향성을 도시한 도면.

도 35(a)는 도광판으로부터 출사되는 광의 지향성을 도시한 도면, 도 35(b), 도 35(c) 및 도 35(d)는 확산판의 확산 특성을 도시한 도면, 도 35(b)', 도 35(c)' 및 도 35(d)'는 각각 도광판으로부터 출사되어 도 35(b), 도 35(c) 및 도 35(d)의 특성을 갖는 확산판을 투과한 광의 지향성을 도시한 도면.

도 36(a)는 확산판의 확산 특성을 도시한 도면, 도 36(b) 및 도 36(b)'는 도광판으로부터 출사되는 광의 지향성을 도시한 도면, 도 36(c)는 도 36(b)와 같은 지향성을 갖는 광이 도 36(a)의 특성을 갖는 확산판을 투과한 후의 지향성을 도시한 도면, 도 36(c)'는 도 36(b)'와 같은 지향성을 갖는 광이 도 36(a)의 특성을 갖는 확산판을 투과한 후의 지향성을 도시한 도면.

도 37(a)는 다른 형태의 확산 패턴을 도시한 사시도, 도 37(b)는 그 평면도, 도 37(c)는 그 측면도.

도 38은 도 37와 같은 확산 패턴을 갖는 도광판으로부터 출사되는 광을 도시한 도면.

도 39는 다른 형태의 도광판을 이용한 면광원 장치의 사시도 .

도 40은 본 발명의 실시예 2에 의한 면광원 장치의 구조를 도시한 분해 사시도.

도 41은 실시예 2에 의한 면광원 장치에 이용되고 있는 발광부의 평면 형상의 광의 거동을 도시한 도면.

도 42는 배면에 정반사판을 이용한 도 41의 발광부로부터 출사되는 광의 지향 특성을 도시한 도면.

도 43은 도 41의 발광부에서, 배면의 정반사판을 확산 반사판으로 교체한 경우의 출사광의 지향 특성을 도시한 도면.

도 44는 도 42 및 도 43에서의 α방향에서의 광강도(에너지)를 구하는 방법을 설명한 도면.

도 45는 이상적인 지향 특성, 프리즘 시트를 이용한 경우의 지향 특성, 확산 패턴을 이용한 경우의 x축방향 및 y축방향으로부터의 지향 특성을 도시한 도면.

도 46(a)는 도광판의 두께 방향(z축방향)으로 퍼진 광의 지향 특성을 도시한 도면, 도 46(b)는 도광판의 폭방향(x축방향)으로 퍼진 광의 지향 특성을 도시한 도면, 도 46(c)는 도광판의 두께 방향 및 폭방향(z축방향, x축방향)으로 퍼진 광의 지향 특성을 도시한 도면.

도 47은 도광판의 폭방향으로 퍼진 광이 확산 패턴의 반사면에서 전반사되었을 때, 광의 방향이 변화한 양상을 도시한 도면.

도 48(a) 및 도 48(b)는 도광판의 폭방향으로 퍼진 광이 확산 패턴의 반사면에서 전반사되었을 때, 광의 방향이 변화하는 다른 양상을 도시한 도면.

도 49는 확산 패턴의 반사면을 투과하고, 배면으로부터 도광판 내로 재입사한 광의 거동을 도시한 도면.

도 50(a)는 확산 패턴에 입사하기 전의 광의 방향을 도시한 도면, 도 50(b)는 확산 패턴의 반사면에서 전반사되는 광과 반사 후의 광의 방향을 도시한 도면, 도 5O(c)는 확산 패턴의 반사면을 투과하고, 배면으로부터 재입사한 광과 재입사 후의 광의 방향을 도시한 도면.

도 51은 도광판 내에서의 광의 진행 방향(y축방향)에서 보았을 때의 광의 공간 주파수를 도시한 도면.

도 52는 면광원 장치의 광출사면으로부터 출사된 광의 지향 특성을 도시한 도면.

도 53은 발광부로부터 도광판에 비스듬히 광이 도입되는 경우의 확산 패턴의 마련 방법을 설명하는 도면.

도 54는 도광판중에서의 광의 지향 특성을 검사하는 방법을 설명하는 도면.

도 55는 단면 원호 형상의 확산 패턴(비교예)에 있어서의 반사광의 거동을 도시한 도면.

도 56은 톱날 형상을 한 확산 패턴(비교예)에 있어서의 반사광의 거동을 도시한 도면.

도 57(a)는 단면 직각삼각 형상을 한 확산 패턴의 반사면에서 전반사된 광의 거동을 도시한 도면, 도 57(b)는 전방의 확산 패턴을 투과하고, 후방의 확산 패턴에서 반사된 광의 거동을 도시한 도면.

도 58은 확산 패턴의 경사각(β)을 45°, 55°, 65°로 바꾸었을 때의 면광원 장치로부터의 출사 각도(φ)와 광강도와의 관계를 도시한 도면.

도 59는 확산 패턴에 있어서의 반사면의 경사각(β), 배면의 경사각(ρ), 광출사면으로부터의 출사 각도(φ)의 정의를 도시한 도면.

도 60은 도 58에 도시한 출사 각도와 광강도와의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 도 60(a)는 거의 수평으로 입사한 광이 반사면에서 반사된 양상을 도시한 도면, 도 60(b)는 하방으로부터 입사한 광이 반사면에서 반사되는 양상을 도시한 도면.

도 61(a)는 반사형 액정 표시 패널의 확산 특성을 도시한 도면, 도 61(b)는 도광판의 출사광 강도 각도 특성을 도시한 도면, 도 61(c)는 반사형 액정 표시 소자로부터의 출사광 강도 각도 특성을 도시한 도면.

도 62는 확산 패턴의 배면의 경사각(ρ)이 작은 경우에, 반사면을 투과하여 배면으로부터 재입사한 광의 거동을 도시한 도면.

도 63은 확산 패턴의 배면의 경사각(ρ)이 작은 경우에, 반사면을 투과한 광의 거동을 도시한 도면.

도 64(a)는 선형상 광원으로부터 도광판 내로 도입되는 광이 진행하는 방향을 도시한 개략도, 도 64(b)는 간격을 두고 배치된 복수의 점광원으로부터 도광판 내로 도입되는 광이 진행하는 방향을 도시한 개략도, 도 64(c)는 1개소에 모아서 배치된 복수의 점광원으로부터 도광판 내로 도입되는 광이 진행하는 방향을 도시한 개략도.

도 65는 실시예 2의 변형 예를 설명하는 개략도.

도 66은 본 발명의 실시예 3에 의한 면광원 장치의 구조를 도시한 사시도.

도 67은 2개의 발광부를 근접시켜서 도광판의 부근에 배치한 양상을 도시한 평면도.

도 68은 본 발명의 실시예 4에 있어서의 확산 패턴의 형상을 도시한 도면으로서, 도 68(a)는 그 정면도, 도 68(b)는 평면도, 도 68(c)는 광입사 방향에서 본 도면.

도 69는 본 발명에 관한 면광원 장치를 이용한 액정 표시 장치를 도시한 개략도.

도 70은 본 발명에 관한 액정 표시 장치를 이용한 휴대 전화의 사시도.

도 71은 본 발명에 관한 액정 표시 장치를 이용한 휴대 정보 단말의 사시도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

31 : 면광원 장치 32 : 도광판

33 : 발광부 35 : 확산 프리즘 시트

36 : 확산 패턴 39 : 요철 확산판

40 : 프리즘 시트 45 : 광출사면

46a : 확산 패턴의 반사면 46b : 확산 패턴의 측면

46c : 확산 패턴의 배면 51 : 면광원 장치

52 : 도광판 52b : 광출사면

53 : 발광부 54 : 확산 패턴

54a : 확산 패턴의 반사면 54b : 확산 패턴의 측면

54c : 확산 패턴의 배면

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다.

(실시예 1)

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 면광원 장치(31)의 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 그 개략 단면도이다. 이 면광원 장치(31)는, 주로 도광판(32), 발광부(33), 반사판(34), 확산 프리즘 시트(35)로 이루어진다. 도광판(32)은, 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등의 투명 수지에 의해 사각 평판형상으로 형성되어 있고, 이면에는 확산 패턴(36)이 마련되어 있다. 또한, 도광판(32)의 코너부의 한 개소에는 평면으로 보아 코너부를 비스듬히 컷트함에 의해 광입사면(37)이 형성되어 있다.

광원인 발광부(33)는, 도시하지 않지만, 1개 내지 복수개의 LED를 투명한 몰드 수지중에 밀봉하고, 몰드 수지의 정면 이외의 면을 백색 수지로 덮은 것이고, LED로부터 출사된 광은, 직접 또는 몰드 수지와 백색 수지의 경계면에서 반사한 후, 발광부(33)의 전면으로부터 출사된다. 이 발광부(33)는 그 전면이 도광판(32)의 광입사면(37)과 대향하는 위치에 배치되어 있다.

도광판(32)에 형성되어 있는 확산 패턴(36)의 배열을 도 6에 도시한다. 본 발명의 실시예 1의 설명에서는, 도광판(32)의 표면(광출사면)에 수직 방향으로 z축을 정하고, 광입사면(37)에 인접하는 2변에 평행한 방향으로 각각 x축 및 y축을 정하기로 한다. 또한, 임의의 방향으로 전파하는 광을 고려할 때나 임의의 확산 패턴(36)에서의 반사를 고려할 경우에는, 전파하는 광선을 포함하여 도광판(32)에 수직한 면 내에서 도광판(32)의 표면에 평행한 방향으로 r축을 정하고, 또는 발광부(33)와 해당 확산 패턴(36)을 잇는 방향을 포함하여 도광판(32)에 수직면 내에서 도광판(32)의 표면에 평행한 방향으로 r축을 정하기로 한다. 또한, x축과 r축이 이루어지는 각도를 θ라고 한다.

도광판(32)의 하면에 형성되어 있는 확산 패턴(36)은, 발광부(33)(특히, 내부의 LED)를 중심으로 하는 동심원 형상을 한 원호의 위에 이산적으로 배열되어 있고, 각 확산 패턴(36)은 도광판(32)의 이면을 비대칭의 단면(斷面) 삼각 형상으로 오목하게 마련함에 의해 직선 형상으로 형성되어 있다. 이 단면 삼각 형상을 한 확산 패턴(36)에서의, 발광부(33)에 가까운 측의 사면, 즉 반사면(46a)의 경사각(도 11(b)에 도시한 경사각(β))으로서는 20°이내가 바람직하다. 또한, 각 확산 패턴(36)은, 발광부(33)를 중심으로 하는 원호의 원주 방향에 따라 직선 형상으로 늘어나고 있고, 각 확산 패턴(36)의 반사면에 세운 법선의 방향은, 평면으로 보아 (즉, z축방향에서 보아) 발광부(33)와 해당 확산 패턴(36)을 잇는 방향(r축방향)과 평행하게 되어 있다. 또한, 확산 패턴(36)은, 발광부(33)로부터 멀어짐에 따라 패턴 밀도가 점차로 커지도록 형성되어 있다. 단, 발광부(33)의 부근에서는 확산 패턴(36)의 패턴 밀도는 거의 균일하게 되어 있어도 지장이 없다. 또한, 도광판(32)의 광입사면(37)에는, 발광부(33)로부터 도광판(32) 내로 들어오는 광의 광량의 배향 패턴을 제어하기 위해, 렌즈나 프리즘 등으로 이루어지는 광학 소자(디퓨저)(44)가 형성되어 있어도 좋다.

도 7(a)는 확산 패턴(36)의 윤곽을 도시한 사시도, 도 7(b)는 그 평면도, 도 7(c)는 그 정면도이다. 확산 패턴(36)중 발광부(33)측을 향하고 있는 사면, 즉 반사면(46a)의 전연(前緣)(발광부(33)측의 연(緣))는 후연(後緣)(발광부(33)로부터 먼 측의 연)보다도 길게 되어 있다. 도시한 예에서는, 확산 패턴(36)의 반사면(46a)은 사다리꼴로 되어 있고, 배면(46c)은 직사각형 형상으로 되어 있다. 따라서, 이 확산 패턴(36)을 발광부(33)측에서 보았을 때, 확산 패턴(36)의 좌우의 측면(46b)은 반사면(46a)의 그늘에 은폐되어 있고, 발광부(33)측에서는 보이지 않게 되어 있다.

도 4에 도시되어 있는 반사판(34)은, 표면에 Ag 도금에 의한 경면(鏡面) 가공이 시행된 것으로서, 도광판(32)의 이면 전체에 대향하도록 배치되어 있다.

도 5에 도시되어 있는 확산 프리즘 시트(35)는, 투명한 플라스틱 시트(38)의 표면에 투명한 요철 확산판(39)을 형성하고, 플라스틱 시트(38)의 이면에 투명한 프리즘 시트(40)를 형성한 것이다. 요철 확산판(39) 및 프리즘 시트(40)는, 플라스 틱 시트(38)의 상면에 자외선 경화 수지를 적하(滴下)하고, 스탬퍼로 자외선 경화 수지를 가압하여 스탬퍼와 플라스틱 시트(38)의 사이에 자외선 경화형 수지를 눌러 퍼지게 한 후, 자외선 경화형 수지에 자외선을 조사(照射)하여 경화시킴(Photo Polymerization 법)에 의해 형성되어 있다.

도 8(a), (b), (c)는 상기 요철 확산판(39)의 구조를 설명하기 위한 설명도이다. 요철 확산판(39)은, 도 8(a)에 도시한 바와 같이 반복 패턴(41)을 거의 간극 없이 좌우 상하로 주기적으로 배열한 것이다. 또한, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 반복 패턴(41)은, 도 8(c)와 같은 정점(頂点)이 무디어진 원추 형상을 한 볼록부(42)를 거의 간극 없이 랜덤하게 나열한 것이다. 하나의 반복 패턴(41)의 종방향 및 횡방향의 폭(H, W)은, 무아레(moire) 줄무늬를 방지하기 위해 액정 표시 패널의 화소의 사이즈보다도 크게 되어 있고, 어느 것이나 바람직하게는 100㎛ 이상 1㎜ 이하로 하고 있다. 또한, 반복 패턴(41)을 구성하는 볼록부(42)의 치수는 고르지 않고, 외경(D)이 5㎛ 이상 30㎛ 이하(특히, 10㎛ 정도의 것이 바람직하다)의 것이 바람직하다.

이 요철 확산판(39)은, 확산 특성이 특수하기 때문에, 패턴의 요철 형상을 정확히 제어하여야 한다. 그 경우, 하나의 요철 패턴을 주기적으로 배열하도록 하면, 모든 요철 패턴이 같은 형상으로 되기 때문에, 모든 요철 패턴을 똑같이 제작할 수 있고 정확한 요철 형상을 할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서는, 액정 표시 장치의 화면에 무아레 줄무늬가 발생하거나, 화소가 눈에 띄거나 하기 쉬워진다. 역으로, 요철 패턴을 랜덤하게 배치하도록 하면, 요철 패턴의 형상이나 사이즈 를 하나하나 변화시켜야 하고, 정확한 형상을 제작하는 것이 곤란해진다. 또한, 장소에 따라 요철 확산판의 특성이 변화할 우려가 있다. 그 때문에 본 발명의 요철 확산판(39)에서는, 랜덤한 형상이나 치수를 갖는 볼록부(42)를 랜덤하게 배치시켜 반복 패턴(41)을 구성하고, 이 반복 패턴(41)을 주기적으로 배열함에 의해, 무아레 줄무늬 등의 발생을 억제하면서 요철 확산판(39)의 패턴 제작을 용이하게 하고 있다.

도 9는 상기 프리즘 시트(40)의 구조를 도시한 이면측에서의 사시도이다. 프리즘 시트(40)는, 단면이 좌우 비대칭의 삼각형을 한 원호 형상 프리즘(43)(도 9에서는, 원호 형상 프리즘(43)은 과장하여 크게 그리고 있다)을 동심원 형상으로 배열한 것이고, 각 원호 형상 프리즘(43)은 발광부(33)의 LED의 배치되는 위치를 중심으로 하여 원호 형상으로 형성되어 있다.

또한, 요철 확산판(39)과 프리즘 시트(40)는, 실시예 1과 같이 일체로 형성되어 있을 필요는 없고, 제각기 형성되어 있고 간극을 두고 배설되어 있어도 좋다. 다만, 이 실시 예와 같이 플라스틱 시트(38)에 일체로 형성되어 있는 쪽이, 전체로서의 두께가 얇아지고, 비용도 염가로 되는 이점이 있다.

다음에, 이 면광원 장치(31)에서의 광(L)의 거동을 도 10, 도 11(a), (b)에 의해 설명한다. 도 10은, 도광판(32)의 경사 상방에서 보았을 때 광(L)의 거동을 도시한 도면, 도 11(a)는 도광판(32)의 단면(zr평면)에서의 광(L)의 거동을 설명하는 도면, 도 11(b)는 도 11(a)의 X부 확대도이다. 발광부(33)로부터 출사된 광(L)은, 광입사면(37)으로부터 도광판(32) 내로 입광한다. 광입사면(37)으로부터 도광 판(32)에 입사한 광(L)은 도광판(32) 내에서 방사형상으로 퍼져 진행하는데, 이때 도광판(32) 내에서 퍼지는 광(L)의 각 방위의 광량은 각 방위에 있어서의 도광판(32)의 부채꼴의 면적에 비례하도록 하고, 광입사면(37)에 마련된 광학 소자(44)를 설계하여 두는 것이 바람직하다. 구체적으로 말하면, 도 12에 도시한 바와 같이, 도광판(32)의 측변(x축방향의 측변)으로부터 θ의 임의의 방향에 위치한 퍼짐(△θ)의 범위 내로 출사되는 광량은, 이 범위(△θ)에 포함되는 도광판 면적(도 12에서 사선을 그어서 나타낸 영역의 면적)에 비례하도록 하여 두는 것이 바람직하고, 이로써 각 방위에서의 면광원 장치(31)의 휘도 분포를 균일하게 할 수 있다.

도광판(32) 내로 입사한 광(L)은, 도광판(32)의 상면과 하면에서 전반사를 반복하면서 도광판(32) 내를 발광부(33)로부터 멀어지는 방향(r축방향)으로 진행하여 간다. 도광판(32)의 하면에 입사하는 광(L)은, 단면 삼각 형상을 한 확산 패턴(36)의 반사면(46a)에서 반사할 때마다 도광판(32)의 상면(광출사면(45))에의 입사각(γ)이 작아지고, 광출사면(45)에 전반사의 임계각보다도 작은 입사각(γ)으로 입사한 광(L)은, 광출사면(45)을 투과하여 광출사면(45)에 따라 도광판(32)의 외부로 출사된다. 어느 확산 패턴(36)도 발광부(33)와 각 확산 패턴(36)을 잇는 방향과 직교하도록 배치되어 있기 때문에, 도광판(32) 내를 전파하고 있는 광(L)이 확산 패턴(36)에서 확산되어도, 그 광(L)은 발광부(33)와 해당 확산 패턴(36)을 잇는 방향을 포함하는 광출사면(45)에 수직한 평면(zr평면) 내에서는 확산되지만, 광출사면(45)과 평행한 평면(xy평면) 내에서는 확산되는 일 없이 직진한다.

한편, 도광판(32)의 하면에서 반사되는 일 없이 하면을 투과한 광(L)은, 도 광판(32)의 하면에 대향하고 있는 반사판(34)에서 정반사되어 도광판(32) 내로 되돌아서, 재차 도광판(32) 내를 전파한다.

이 결과, 도광판(32)의 광출사면(45)으로부터 출사되는 광(L)의 범위는 상당히 제한되게 되고, 단면 삼각 형상을 한 확산 패턴(36)의 경사각(β)이 예를 들면 12°라면, 광출사면(45)에 수직한 zr평면에서의 광의 출사각도(φ)는 45°∼ 90° 정도가 된다.

이와 같이 도광판(32)의 광출사면(45)으로부터 출사되는 광은, θ방향으로는 퍼지지 않고, 또한 φ방향에서의 지향각(△φ)도 제한되기 때문에, 상당히 좁은 지향성을 갖는 광으로 된다. 이와 같이 하여, 광출사면(45)에 따라 출사되는 퍼짐이 작고 지향성이 강한 광은, 확산 프리즘 시트(35)의 프리즘 시트(40)의 경사면에서 반사됨에 의해 광출사면(45)에 수직한 방향으로 구부러지고, 계속해서 확산 프리즘 시트(35)의 요철 확산판(39)에 의해 확산되어, 지향성이 넓혀진다.

여기서, 도광판(32)을 성형할 때의 성형 처짐에 의해 확산 패턴(36)의 좌우의 측면(46b)이 넓어져 경사면으로 된 경우를 생각한다. 도 13(a)는 성형 처짐이 생긴 확산 패턴(36)의 윤곽을 도시한 사시도, 도 13(b)는 그 평면도, 도 13(c)는 그 정면도이다. 확산 패턴(36)의 반사면(46a)은 사다리꼴 형상을 하고 있고 양 측면(46b)이 반사면(46a)의 그늘에 은폐되어 있고, 확산 패턴(36)의 양 측면(46b)에 성형 처짐이 생겨도, 그 성형 처짐이 생긴 측면(46b)도 도 13에 도시한 바와 같이 반사면(46a)의 그늘에 은폐되어 있다. 이 면광원 장치(31)에서는, 도 14(a)에 도시한 바와 같이, 발광부(33)로부터 방사형상으로 광(L)이 출사되고, 도광판(32) 내를 전파하는 광(L)은 평면으로 보아서는 r축방향으로 곧바로 진행하여 가기 때문에, 확산 패턴(36)에 입사한 광(L)은, 반사면(46a)에만 입사하여 반사되고, 성형 처짐이 생긴 측면(46b)에는 입사하지 않고, 측면(46b)에서 반사되는 광의 비율은 매우 적다. 따라서, 확산 패턴(36)의 측면(46b)에 성형 처짐이 생겨도, 광(L)의 전파 방향의 제어성이 손상되거나, 광출사면(45)으로부터 출사되어야 할 광이 로스 광으로 되어 면광원 장치(31)의 휘도가 저하되거나 하는 것을 억제할 수 있다.

각 확산 패턴(36)에 랜덤한 방향으로부터 광(L)이 입사하는 경우에는, 도 14(b)에 도시한 비교예와 같이, 반사면(46a)이 사다리꼴을 한 확산 패턴(36)에서도 측면(46b)에 광(L)이 입사하기 때문에, 측면(46b)에서 반사된 광(L)이 로스 광(Ls)으로 되어, 미광(迷光)을 저감하는 효과를 얻을 수 없다. 이에 대해, 본 발명에서는, 도 14(a)에 도시한 바와 같이, 각 확산 패턴(36)에 입사하는 광(L)의 방향이 거의 일정하기 때문에, 측면(46b)에 의한 미광을 방지할 수 있다. 즉, 이와 같은 형상의 확산 패턴(36)은 평면으로 보아 광이 거의 한 방향으로 진행하는 면광원 장치(31)에서 효과를 발휘하는 것이다.

도 15에 확산 패턴(36)의 구체적인 예를 도시한다. 이 확산 패턴(36)에서는, 확산 패턴(36)의 평균 폭을 G, 전후 방향의 수평 길이를 B2라고 하면, G=10 ∼ 300㎛, B2=16㎛로 되어 있다. 또한, 반사면(46a)의 전후 방향의 수평 길이를 B1, 경사각을 β라고 한다면, B1=12㎛, 경사각(β)=12°로 되어 있다. 평면으로 보아서의 양 측면(46b)의 각도를 ε라고 하면, ε=20°로 되어 있다.

측면(46b)의 성형 처짐의 비율을 도 16과 같이 정의한다. 즉, 확산 패턴(36) 의 평균의 폭을 G, 확산 패턴(36)의 측면(46b)의 평균 위치로부터 성형 처짐의 끝까지의 거리를 좌우에서 각각 dG1, dG2라고 하면,

성형 처짐의 비율=(dG1+dG2)/G

로 정의된다.

도 15와 같은 확산 패턴(36)에서는, 성형 처짐의 크기(dG1, dG2)는 각각 약 4㎛ 정도였다. 도 17에 도시한 바와 같이 코너부에 발광부(33)가 배치된 도광판(32)에 있어서, 그 대각 방향에 따라 측정한 발광부(33)(광원)로부터의 거리(Rs)에 대한 확산 패턴(36)의 평균의 폭(G)의 변화를 도시한 것이 도 18이고, 성형 처짐의 비율의 변화를 도시한 것이 도 19이다.

도 20(a)는 반사면(46a)이 사다리꼴 형상을 한 실시예 1의 확산 패턴(36)을 이용하여 면광원 장치(31)와 반사면(25)이 직사각 형상을 한 종래예의 면광원 장치에서의 지향 특성을 도시한 도면이다. 도 20(a)는, 횡축이 광출사면(45)으로부터 출사하는 광의 출사 각도(ω)를 나타내고, 종축이 광출사면으로부터 출사된 광의 상대 강도를 나타내고 있고, 굵은 실선이 실시예 1의 면광원 장치(31)의 지향 특성을 나타내고, 파선이 종래예의 지향 특성을 나타내고 있다. 여기서, 도 20(b)에 도시한 바와 같이, 발광부(33)와 확산 패턴(36)을 잇는 방향(r축방향)을 포함하여 광출사면(45)에 수직한 평면 내에서의 출사 각도를 φ로 하고, 해당 평면 및 광출사면(45)에 수직한 평면 내에서의 출사 각도를 ω라고 할 때, 도 20(a)의 횡축은 원주 방향에서의 출사 각도(ω)를 나타내고 있다.

도 20(a)에 도시된 바와 같이, 종래예에서는, 지향 특성 곡선의 아래쪽(기 슭) 부분이 실시예 1의 지향 특성 곡선보다도 옆으로 퍼져 있는데, 이것은 확산 패턴(24)의 측면(26)에서 산란된 미광에 의한 것이라고 생각된다. 즉, 실시예 1에 의하면, 이와 같은 미광을 억제할 수 있다.

도 21은 길이 50㎜의 도광판(32)의 단면에 따라 광출사면(45)으로부터 출사되는 광의 상대 강도의 측정 결과를 도시한 것으로서, 횡축은 발광부(33)(광원)로부터의 거리(Rs)를 나타내고, 종축이 출사광의 상대 강도를 나타내고 있다. 이 측정 결과에 의하면, 도광판(32)의 중앙부에서의 출사광 강도는 약 15% 증대하고, 광출사면(45) 전체로는, 출사광 강도는 14% 향상하고 있다. 또한, 도 21로부터는, 성형 처짐의 비율의 큰 광원 부근에서의 개선 효과의 큰 것을 알 수 있다. 또한, 도 21에서의 실시예 1의 굵은 실선에서는 광강도의 변동이 종래예보다도 크게 되어 있는데, 이것은 광출사면(22b)에서의 광강도가 균일하게 되도록 확산 패턴(24)의 배치가 설계된 종래예를 기초로 하고, 그 확산 패턴(24)의 형상을 평면으로 보아 사다리꼴 형상으로 변경한 것을 종래예 1의 샘플로 하였기 때문이다. 따라서, 실시예 1에서도 확산 패턴(36)의 배치를 재설계함에 의해 광출사면(45)에서의 광강도를 균일하게 할 수 있다.

또한, 확산 패턴(36)으로서는 그 밖에도 여러 가지의 형상이 가능하다. 예를 들면, 도 22(a)에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(36)을 단면 반원 형상 내지 원호 형상으로 형성하여도 좋다. 또한, 도 22(b)에 도시한 바와 같이, 반사면(46a)이 삼각 형상을 한 개략 피라미드형의 확산 패턴(36)으로서, 광출사면(45)에 수직한 방향에서 본 때에 반사면(46a)에 세운 법선이 발광부(33)와 잇는 방향과 평행하게 되 도록 되어 있고, 또한, 발광부(33)에서 보아 확산 패턴(36)의 양 측면(46b)이 반사면(46a)의 그늘에 은폐되는 것이라도 좋다. 또는, 도 22(c)에 도시한 바와 같이, 반사면(46a)이 개략 반원형 또는 반타원형으로 된 확산 패턴(36)으로서, 광출사면(45)에 수직한 방향에서 본 때에 반사면(46a)에 세운 법선이 발광부(33)와 잇는 방향과 평행하게 되도록 되어 있고, 또한, 발광부(33)에서 보아 확산 패턴(36)의 외주면(46d)이 반사면(46a)의 그늘에 은폐되는 것이라도 좋다. 그러나, 도 22(a)와 같은 단면 원호 형상 내지 단면 반원 형상의 확산 패턴(36)에서는 광출사면(45)으로부터 출사되는 광(L)의 φ방향의 지향각(△φ)이 넓어지기 때문에 바람직하지 않다. 마찬가지 이유로부터, 단면 삼각 형상의 확산 패턴(36)의 경우에도 경사각(β)이 다른 확산 패턴(36)을 혼재시키는 것도 바람직하지 않다. 또한, 확산 패턴(36)을 이용하는 대신에, 홀로그램 등으로 확산시킴에 의해 도광판(32) 내의 광을 광출사면(45)으로부터 출사시키도록 하여도 좋다.

다음에, 확산 프리즘 시트(35)의 작용을 설명한다. 우선, 비교를 위해, 확산 프리즘 시트(35)를 이용하는 일 없이 광출사면에 수직한 방향으로 광을 출사시키는 경우를 생각한다. 확산 프리즘 시트(35)를 이용하는 일 없이 광을 수직으로 출사시키기 위해서는, 도광판의 확산 패턴에 의해 광을 수직 방향으로 출사시켜야 한다. 확산 패턴에 의해 광을 수직으로 출사시키기 위해서는, 도 23에 도시한 바와 같이, 도광판(32A)에 형성되는 확산 패턴(36A)의 사면의 경사각을 크게 할 필요가 있고, 발광부(33)에 가까운 측의 사면의 경사각(β)은 50°가 되고, 발광부(33)로부터 먼 측의 사면의 경사각(ρ)은 85°로 된다. 도 24는 도 23과 같은 확산 패턴(36A)이 형성된 도광판(32A)을 이용한 경우의 zr평면에서의 지향성을 도시한 도면으로서, 횡축은 zr평면 내에서 z축으로부터 측정한 각도(φ)를 나타내고, 종축이 광강도를 나타내고 있다. 도 24에서 부터 알 수 있는 바와 같이, 이 경우의 지향성은 발광부(33)에 가까운 측(φ<0)과 발광부(33)로부터 먼 측(φ>0)에서 비대칭으로 되어 있고, 발광부(33)로부터 먼 측에서 상당히 브로드하게 되어 있다. 덧붙여서, 강도가 피크 값의 절반이 되는 각도(φ)(반치폭(半値幅))은, 발광부(33)에 가까운 측에서는 약 -13°임에 대해, 발광부(33)로부터 먼 측에서는 약 26°로 되어 있다. 또한, zr평면으로 수직하고 z축에 평행한 평면 내에서의 ω방향에서의 광강도의 반치폭은 약 5°이다(도 27 참조).

도 25는 도 24와 같은 지향성을 갖는 광을 도시하고 있다. 도 25에 도시한 바와 같이, 광출사면(45A)으로부터 출사한 광(사선을 그은 영역은 광이 출사되는 영역을 나타내고 있다. 이하 마찬가지)은, φ방향에서는 △φ의 범위로 퍼져 있고, ω방향에서는 △ω의 범위로 퍼져 있고(zr평면으로 수직하고 z축을 포함하는 평면인 zθ평면 내에서, z축과 이루는 각도를 ω로 하고, ω방향에서의 광의 지향각을 △ω라고 한다), φ방향의 지향각(△φ)은 ω방향의 지향각(△ω)에 비교하여 상당히 퍼져 있다. 더구나, 도 25에 도시한 바와 같이, 도광판(32A) 내를 r1방향으로 전파한 후에 광출사면(45A)으로부터 출사되는 광과 도광판(32A) 내를 r2방향으로 전파한 후에 광출사면(45A)으로부터 출사한 광에서는 퍼지는 지향각(△φ)의 방향이 다르다. 그 때문에, 점(P)의 방향에서 면광원 장치를 보면, 도광판(32A) 내를 r1방향으로 전파하고 있던 광은 보이지만, r2방향으로 전파하고 있던 광은 보이지 않고, 도광판(32A)에 도 26과 같은 방사형상의 휘도 얼룩(R)이 보이게 된다.

또한, 도 23과 같은 비교예의 도광판(32A) 위에 확산판을 놓아도, 방사형상의 휘도 얼룩이 사라지는 일은 없었다. 또한, 이와 같은 도광판(32A)에서는, φ=±10°의 범위 내에 포함되는 광량은 전체의 약 30%로 되어 있고, 방사형상의 휘도 얼룩을 완화하기 위해 이 도광판(32A) 위에 확산판을 놓으면, 급격하게 광출사 효율이 저하되었다.

이에 대해, 도광판(32) 위에 프리즘 시트(40)를 놓는 경우에는, 확산 패턴(36)에 의해 광을 수직 방향으로 출사시킬 필요는 없고, 광출사면(45)에 따라 출사된 광을 프리즘 시트(40)에 의해 수직한 방향으로 구부리게 된다. 도 27은 도광판(32) 위에 놓인 프리즘 시트(40)를 투과한 광의 ω방향의 지향성과 φ방향의 지향성을 도시한 도면으로서, 어느 것이나 대칭의 프로파일을 나타내고 있다. 도 27에서 알 수 있는 바와 같이 광강도가 피크 값의 절반으로 되는 각도(반치폭)는, ω방향에서는 약 5°임에 대해, φ방향에서는 약 15°로 되어 있고, 프리즘 시트를 이용하지 않는 비교예와 비교하여 φ방향의 광의 지향각(△φ)이 좁아져 있다.

이와 같이, 발광부(33)를 중심으로 하는 원호 형상 프리즘(43)으로 이루어지는 프리즘 시트(40)를 이용하면, 도 28에 도시한 바와 같이, 프리즘 시트(40)를 통과한 광의 지향성은, ω방향에서는 변화가 없지만, φ방향에서는 광이 모아져서 φ방향의 지향성이 좁아진다. 따라서, ω방향의 지향각(△ω)과 φ방향의 지향각(△φ)과의 차(△φ-△ω)가 작아지고, 방사형상의 휘도 얼룩이 저감되게 된다.

그러나, 실제로는, 프리즘 시트(40)만으로는 ω방향의 지향성과 φ방향의 지 향성의 차를 충분히 작게 할 수 없고(ω방향의 반치전폭(半値全幅)이 10°, φ방향의 반치전폭이 30°이기 때문에, 반치전폭으로 20°의 차가 있다), 방사형상의 휘도 얼룩이 저감되었다고는 하여도, 아직 휘도 얼룩이 강하게 보이고 있다. 또한, ω방향에서의 광의 퍼짐(반치폭)은 5°정도로 좁아서, ω방향으로 좀 더 광을 퍼트리지 않으면, 일반적인 용도로는 사용할 수 없다.

도 29에 도시한 바와 같이, 냉음극관이나 선형상 광원을 이용한 면광원 장치에서는, 도광판(32B) 표면에 따라 광(L)을 출사시키고, 이것을 프리즘 시트(40B)에서 수직 방향으로 편향시키는 방식의 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특개평11-84111호 공보 등). 이 경우, 프리즘 시트(40B)의 프리즘(43B)이 늘어나고 있는 방향은 선형상 광원(33B)과 평행이고, 도 30에 도시한 바와 같이, 프리즘(43B)과 평행한 x축방향에 있어서의 지향각(△φx)은, 프리즘(43B)과 직교하는 y축방향에 있어서의 지향각(△φy)에 비하여 상당히 넓게 되어 있고, 지향각의 이방성(異方性)이 컸다. 그러나, 이와 같은 면광원 장치(31B)에서는, 지향각의 이방성의 방향이 광출사면(45B)상의 위치에 의해 변화하지 않기 때문에, 방사형상의 휘도 얼룩은 발생하지 않았다.

이에 대해, 본 발명의 면광원 장치(31)에서는, 점광원 형상의 발광부(33)로부터 방사형상으로 출사된 광을 도광판(32)의 하면에 동심원 형상으로 형성된 확산 패턴(36)에서 확산 반사시킴에 의해 광출사면(45)으로부터 출사시키기 때문에, 광출사면(45)상의 위치에 의해 출사광의 지향성 이방성이 다르고, 방사형상의 휘도 얼룩이 발생한다. 즉, 방사형상의 휘도 얼룩은, 점광원 형상의 발광부(33)와 동심 원 형상의 확산 패턴(36)을 갖는 면광원 장치에 특유한 과제로서, 본 발명은 이러한 휘도 얼룩을 개선하고자 하는 것이다.

또한, 도 29에 도시한 면광원 장치(31B)에서는, 프리즘 시트(40B)의 프리즘 길이 방향(x축방향)에서 광(L)의 지향성이 넓게 되어 있음에 대해, 본 발명의 면광원 장치(31)에서는, 프리즘 시트(40)의 프리즘 길이 방향(θ방향)에서 광(L)의 지향성이 좁아져 있고, 면광원 장치(31B)와는 완전히 반대로 되어 있다. 즉, 본 발명의 방식에서는, 광의 지향성을 프리즘 길이 방향으로 넓히고, 이것과 수직한 방향으로 좁힐 필요가 있지만, 이렇게 하면, 도 29의 면광원 장치(31B)에서는 더욱 지향각의 이방성이 커지고, 프리즘 길이 방향에서는 여분의 광이 증가하고, 이에 수직한 방향에서는 필요한 시야각이 잡히지 않는다는 완전히 반대의 결과가 된다. 이와 같이 본 발명은 독자 방식의 면광원 장치에 발생하는 문제를 해결하고자 하는 것이다.

다음에, 본 발명의 면광원 장치(31)에 이용되고 있는 요철 확산판(39)의 작용 효과에 관해 설명한다. 비교를 위해, 우선 요철 확산판으로서 통상 이용되고 있는 일반적인 확산판을 이용한 경우를 설명한다. 일반적인 확산판으로서는 평행광을 수직으로 입사시켰을 때의 지향성이 도 31과 같은 것(반치전폭이 10°의 것)을 이용하였다. 이 일반적인 확산판을 프리즘 시트(40) 위에 놓은 경우에는, ω방향 및 φ방향의 지향성은 도 32에 도시한 바와 같이 되었다. 여기서 ω란 zθ평면에서의 z축과 이루는 각도를 말하고, φ란 zr평면에서 z축과 이루는 각도를 말하는 것으로 한다. ω방향 및 φ방향의 반치전폭(△ω, △φ)은 각각 △ω=20°△φ=33°이고, 그 차는 △φ-△ω=13°로 되고, 프리즘 시트(40)만의 경우와 비교하여 반치전폭의 차가 38% 저감하고 있다. 이 때문에 방사형상의 휘도 얼룩은 어느 정도 저감하고 있지만, 이것으로도 아직 휘도 얼룩이 잘 보이고 있다. 또한, 실제로 유효한 방향으로 출사되는 광을 생각하면, 반치전폭(△ω)=20°내에서 약 23%의 광이 포함되어 있다. 즉, 77%의 광이 낭비로 되어 있다. 또한, 수직 방향으로부터 ω=2.5° 떨어지면, 휘도가 20% 가깝게 저하되어 있고, 좌우의 눈에서 휘도가 다르게 보여 보기 어렵다는 문제가 있다.

이에 대해, 도 8에 도시한 바와 같은 요철 확산판(39)에 평행광을 수직으로 입사시켰을 때의 지향성은 도 33과 같이 된다. 이 요철 확산판(39)을 프리즘 시트(40) 위에 놓은 경우에는, ω방향 및 φ방향의 지향성은 도 34에 도시한 바와 같이 된다. 즉, ω방향 및 φ방향의 반치전폭(△ω, △φ)은 각각 △ω=20°△φ=29°로 되고, 그 차는 △φ-△ω=9°로 되고, 프리즘 시트(40)만의 경우와 비교하여 반치전폭의 차가 58% 저감하고 있다. 이 때문에 방사형상의 휘도 얼룩을 상당히 감소시킬 수 있다. 또한, 가장 좁은 방향에 있어서의 반치전폭(△ω)=20°내에 포함되는 광량은 모든 광량의 약 30%로 되어 있고, 낭비되는 광이 70%까지 감소한다. 이 때문에 수직 방향의 휘도는 일반적인 확산판에 비하여 20% 정도 향상하고, 또한, 수직 방향으로부터 ω=5°떨어진 장소에서의 휘도 저하률이 10%를 밑돌고 있고, 휘도 얼룩에 의한 보기 어려움은 거의 해소되어 있다.

이 이유를 설명한다. 도광판(32)으로부터 출사되는 광은 도 35(a)에 도시한 바와 같이 조금 완만한 프로파일을 나타내고 있다. 이에 대해, 요철 확산판의 확산 특성(수직 입사광에 대한 지향성)이 도 35(b)에 도시한 바와 같이, 도광판 출사광과 마찬가지로 완만한 프로파일을 갖고 있는 경우, 도광판으로부터 나와 요철 확산판을 투과한 광은 보다 한층 완만하게 되고, 그 프로파일은 도 35(b)'와 같이 된다(정확하게, 자기상관(自己相關)으로 중심이 뽀족하게 되는 현상과 비슷하다). 이와 같은 지향성에서는, ω방향에서 어느 정도 광을 퍼지게 하려고 하면, 매우 강한 확산이 필요해지고, φ방향으로도 퍼져 버려서, △φ-△ω는 그다지 작아지지 않는다. 또한, 경사 방향의 낭비 광도 증가하게 된다.

이에 대해, 도 35(c)에 도시한 바와 같이 요철 확산판의 확산 특성이 직사각형에 가까운 경우에는, 도광판으로부터 나와 요철 확산판을 투과한 광의 프로파일은 도 26(c)'에 도시한 바와 같이 직사각형에 가까워진다. 이와 같은 비교적 작은 확산으로 △ω가 크게 퍼짐에 대해 △φ은 그다지 퍼지지 않기 때문에, △φ-△ω가 작아진다. 예를 들면, 도광판의 ω방향에서의 지향각(△ω)(도 36(b)에 도시한다)보다 충분히 크고, 또한, 도광판의 φ방향에서의 지향각(△φ)(도 36(b)'에 도시한다)보다 충분히 작은 도 36(a)와 같은 확산 특성을 갖는 확산판을 도광판 위에 놓은 경우, ω방향에서 요철 확산판을 투과한 광의 지향각(△ω)은, 도 36(c)에 도시한 바와 같이, 도광판으로부터 출사되는 광의 지향각보다도 넓은 확산 특성을 갖는 확산판의 지향성에 의존한다. 이에 대해, φ방향에서는 도광판으로부터 출사되고 있는 광의 지향성은 도 36(b)'와 같이 원래 퍼지고 있기 때문에, 요철 확산판을 투과한 광의 지향성은 도 36(c)'에 도시한 바와 같이 중심과 단(端)의 부분이 조금 완만하게 될 뿐이고 반치폭은 변하지 않는다. 그 때문에, 도광판으로부터 출사되는 광의 지향각이 ω방향에서는 좁고, φ방향에서는 넓은 경우에는, 확산이 작은 확산판을 이용함으로써 △φ-△ω를 작게 하는 효과가 있다.

나아가서는, 도 35(d)에 도시한 바와 같이, 도광판에 수직한 방향을 끼우고 양측에 피크를 갖는 확산 특성의 경우에는, 도광판으로부터 나와 요철 확산판을 투과한 광의 프로파일은 도 35(d)'에 도시한 바와 같이 더욱 직사각형에 가깝게 되고, 필요한 각도 내에 들어가는 광의 비율이 증가한다.

또한, 출사광의 지향성을 θ방향 내지 ω방향에서 넓히기 위해서는, 도 37(a), (b), (c)에 도시한 확산 패턴(36C)과 같이 θ방향에 따라 만곡시키는 방법도 생각된다. 그리고, 여기서 θ축은 zr평면에 수직한 방향을 취하고 있다. 그러나, 이와 같은 방법에서는, 도 38에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(36C)에 닿아서 편향하는 광(L)중 도 38에 파선으로 나타내는 광(L)과 같이 확산 패턴(36C)에 닿는 각도가 큰 것은 한번에 출사되지만, 도 38에 실선으로 나타내는 광(L)과 같이 최초에 확산 패턴(36C)에 닿는 각도가 작은 것에서는 복수회 확산 패턴(36C)에서 반사된 후에 도광판(32C)으로부터 출사되기 때문에, θ방향에서의 퍼짐이 커지고, 발광부(33C)로부터 떨어질수록 출사되는 광(L)의 θ방향에서의 퍼짐이 크게 되어 버린다는 문제가 있다. 본 발명의 면광원 장치(31)에서는, 확산 패턴(36)은 직선 형상을 하고 있기 때문에, 이와 같은 문제가 없다.

또한, 도 37(a), (b), (c)와 같은 확산 패턴(36C)이면, 도광판(32C)에 수직한 방향에서 본 때, 1회째에 확산 패턴(36C)에 닿은 후 광의 진행 방향이 구부러지기 때문에, 균일한 휘도가 되도록 설계하는 것이 곤란해진다. 따라서, 확산 패 턴(36C)에 의한 θ방향에서의 편향각을 그다지 크게 할 수 없고, 이 편향각을 크게 하면, 본 발명에서 생각하고 있는 바와 같이 광을 방사형상으로 곧바로 퍼지게 하여 동심원 형상의 패턴으로 출사시키는 방식과는 다른 것으로 되고, 광을 확산시켜서 퍼지는 통상의 방식으로 되어 버린다. zr평면 내에서의 편향각과 xy평면 내에서의 편향각은, 평균하여 4 : 1(바람직하게는, 10 : 1) 정도인 편이 좋지만, 상기한 바와 같은 이유에 의해 도 37(a), (b), (c)와 같은 확산 패턴(36C)에서는, 이와 같은 편향각을 실현하는 것은 곤란하다.

또한, 도광판(32) 내의 광을 광출사면(45)으로부터 출사시키는 방법으로서는, 도 39에 도시한 바와 같이, 발광부(33)로부터 먼 측에서 얇아진 쐐기형의 도광판(32)을 이용하여도 좋다. 평면으로 보아 사각형의 도광판(32)에서는 발광시키는 도광판 면적이 θ방향에 의해 다르고(도 10 참조), 또한 발광부(33)로부터 출사되는 광량도 방위(각도(θ))에 따라 다르기 때문에, 도광판(32)을 쐐기 형상으로 함과 더불어 확산 패턴(36)을 이용함에 의해 휘도를 균일화시키고 있다.

(실시예 2)

다음에, 이상적인 지향 특성에 가까운 특성을 갖는 본 발명의 실시예 2를 설명한다. 우선, 도 40은 실시예 2에 의한 백라이트형의 면광원 장치(51)의 구조를 도시한 분해 사시도이다. 이 면광원 장치(51)는, 투명한 도광판(52)과, 도광판(52)의 광입사면(52a)과 대향 배치된 발광부(53)로 구성되어 있다. 도광판(52)은 굴절율이 높은 투명 수지(예를 들면, 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등)에 의해 직사각형 평판형상으로 성형된 것으로서, 그 하면에는 복수의 확산 패턴(54)이 서 로 평행하게 형성되어 있다. .

확산 패턴(54)은, 도광판(52)의 하면을 오목하게 가라앉힘에 의해 형성되어 있고, 단면이 거의 직각삼각 형상을 하고 있고, 그 발광부측의 사면이 반사면(54a)으로 되고, 배면(재입사면)(54c)이 거의 수직한 면으로 구성되어 있다. 이 확산 패턴(54)은, 서로 간격을 두고 광입사면(52a)과 평행하게 배열되어 있고, 광입사면(52a)으로부터 멀어짐에 따라 확산 패턴(54) 사이의 간격이 짧아지고 있다.

이 단면 삼각 형상을 한 확산 패턴(54)에서의, 발광부(53)측을 향하고 있는 사면, 즉 반사면(54a)의 경사각으로서는 50°정도가 바람직하다. 또한, 각 확산 패턴(54)의 반사면(54a)에 세운 법선의 방향은, 평면으로 보아(z축방향에서 보아) 발광부(53)와 해당 확산 패턴(54)을 잇는 방향(y축방향)과 평행하게 되어 있다. 또한, 확산 패턴(54)은, 발광부(53)로부터 멀어짐에 따라 패턴 밀도가 점차로 커지도록 형성되어 있다.

확산 패턴(54)의 반사면(54a)의 전연(발광부(53)측의 연)는 후연(발광부(53)로부터 먼 측의 연)보다도 길게 되어 있다. 즉, 실시예 1의 확산 패턴(36)과 마찬가지로(도 7 참조) 확산 패턴(54)의 반사면(54a)은 사다리꼴로 되어 있고, 배면(54c)은 직사각형 형상으로 되어 있다. 따라서, 이 확산 패턴(54)을 발광부(53)측에서 보았을 때, 확산 패턴(54) 좌우의 측면(54b)은 반사면(54a)의 그늘에 은폐되어 있고, 발광부(53)측으로부터는 보이지 않게 되어 있다.

발광부(53)는, 굴절율이 높은 투명 수지에 의해 형성된 쐐기 형상의 도광체(이하, 쐐기 형상 도광체라고 한다)(55)와, 쐐기 형상 도광체(55)의 측단면에 대향 시켜 배치된 작은 광원(이하, 점광원이라고 한다)(56)과, 쐐기 형상 도광체(55)의 배면에 배치된 정반사판(57)과, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면에 배치된 프리즘 시트(58)로 이루어져 있다. 여기서, 점광원(56)은 1개 또는 복수개의 LED를 투명 수지내에 밀봉한 것이고, 투명 수지는 전면을 제외하고 백색 수지에 의해 덮이고, LED로부터 출사된 광은, 직접 또는 백색 수지의 내면에서 반사된 후 전방으로 효율 좋게 출사된다.

점광원(56)으로부터 출사된 광(L)(램버트 광)은 쐐기 형상 도광체(55)의 측단면으로부터 쐐기 형상 도광체(55) 내로 입사한다. 쐐기 형상 도광체(55) 내로 입사한 광(L)은, 도 41에 도시한 바와 같이, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(광출사면)(55a) 및 배면에서 반사를 반복함에 의해 쐐기 형상 도광체(55)의 내부를 진행하고, 쐐기 형상 도광체(55)의 배면에서 반사할 때마다 전면(55a)으로의 입사각이 작아지고, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로의 입사각이 전반사의 임계각보다도 작아진 곳에서 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로부터 외부로 출사된다. 또한, 도 41에서 파선에 의해 나타낸 바와 같이, 쐐기 형상 도광체(55)의 배면으로부터 외부로 출사한 광(L)은, 정반사판(57)에 의해 반사되어 재차 쐐기 형상 도광체(55) 내로 되돌아와 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로부터 출사된다. 이와 같이 하여 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로부터 출사된 광(L)은, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)과 거의 평행한 방향(개략 x축의 부(負)방향)으로 정돈된다.

쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)에 배치된 프리즘 시트(58)도 굴절율이 높 은 투명 수지(예를 들면, 굴절율 1.59의 투명 수지)에 의해 형성되어 있고, 프리즘 시트(58)의 전면에는 복수의 프리즘(58a)이 배열되어 있다. 각 프리즘(58a)은, 정각(頂角) 40°의 단면 삼각 형상을 하고 있고, 상하 방향(도광판(52)의 두께 방향)으로 균일하게 늘어나 있다. 그래서, 상기한 바와 같이 하여 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로부터 출사된 광(L)은, 프리즘(58a)을 투과하여 굴절됨에 의해 프리즘 시트(58)에 거의 수직한 방향으로 편향된 후, 광입사면(52a)으로부터 도광판(52) 내로 거의 수직으로 입사시켜진다. 따라서, 이 발광부(53)에 의하면, 점광원(56)으로부터 출사된 광을 프리즘 시트(58)의 거의 전체 길이로 퍼지게 하여 출사시킬 수 있고, 점광원(56)을 이른바 선형상 광원으로 변환할 수 있다.

또한, 프리즘 시트(58)에서의 프리즘 단면의 정점의 둥그스럼 등의 성형 오차나 프레넬 반사에 의해 프리즘 시트(58)를 투과한 광의 일부는 미광으로 되는 일이 있다. 따라서, 점광원(56)으로부터 출사된 광중 적어도 절반 이상을 프리즘 시트(58)에 의해 편향시켜 소망하는 각도(이 실시예에서는 광입사면(52a)과 수직한 방향)로 도광판(52)에 입사시키려고 하면, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로부터 해당 전면(55a)과 거의 평행하게 출사되는 광의 비율은 점광원(56)으로부터의 모든 출사광에 대해 2/3 이상인 것이 바람직하다.

비교를 위해, 정반사판(57)을 대신하여 쐐기 형상 도광체(55)의 배면에 확산 반사판을 이용한 경우를 고려하면, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)으로부터 해당 전면(55a)에 따라 출사되는 광은 점광원(56)으로부터 출사되는 모든 광량의 절반 이하로 된다. 그 이유는, 도 41에 파선으로 나타낸 광(L)과 같이, 쐐기 형상 도 광체(55)의 배면으로부터 누설된 광(L)은 확산 반사판에 닿아서 거의 램버트 분포로 반사되기 때문에, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)에 따라(거의 x축의 부방향으로) 출사된 광이 거의 없어지기 때문이다.

이 실시예와 같은 구조의 발광부(53)에 의하면, 점광원을 선형상 광원으로 변환할 수 있음은 기술하였지만, 또한 그 선형상 광원으로부터 출사되는 광의 방향을 거의 균일하게 정돈할 수 있다. 도 42는 확산 작용이 없고 입사각과 출사각이 동등하게 되는 정반사판을 쐐기 형상 도광체(55)의 배면에 배치한 형태에 있어서, 쐐기 형상 도광체(55)로부터의 출사광이 그 전면(55a)(x축의 부방향)과 이루는 각도(α)(도 41 참조)와 그 방향에서의 광의 강도와의 관계를 측정한 결과를 도시하고 있다. 도 43은 쐐기 형상 도광체(55)의 배면의 정반사판을 확산 반사판으로 교체한 경우에 있어서, 쐐기 형상 도광체(55)로부터의 출사광이 그 전면(55a)(x축의 부(負)방향)과 이루는 각도(α)(도 41 참조)와 그 방향에서의 광의 강도와의 관계를 측정한 결과를 도시한다. 이 측정에는, 길이 30㎜, 두께 1㎜, 점광원(56)이 대향하는 측면의 폭이 2㎜이고, 굴절율 1.53의 쐐기 형상 도광체(55)와 길이 약 30㎜의 정반사판 또는 확산 반사판을 이용하였다. 또한, 프리즘 시트(58)를 제외한 상태에서 측정하였다.

또한, 도 42 및 도 43에 도시한 그래프에서, α방향에서의 광강도(에너지)란, 쐐기 형상 도광체(55)의 전면(55a)에 수직한 평면(도 44의 xy평면)상에서 α방향으로 출사된 광의 강도의 각도 분포가 아니라, 전면(55a)으로부터의 출사광을 모두 해당 평면상에 투영하고, 그때에 α방향의 단위 각도(dα=1) 내에 포함되는 광 의 강도를 나타낸 것이다.

도 42에서 알 수 있는 바와 같이, 정반사판을 이용한 경우에는, 약 30°약(弱)의 방향에서 광강도가 최대로 되고, 0°∼40°의 범위에 모든 광량의 98%의 광이 집중하고 있다. 이것을 프리즘 시트(58)에서 편향하여 도광판(52)에 입사시킬 때에, 프리즘 시트(58)의 제작 오차에 의한 로스가 10% 정도 생겼다고 하여도, 80% 이상의 광이 상방(z축방향)에서 보아 ±13°의 범위로 정돈된다. 이에 대해, 도 43에 도시된 바와 같이, 통상 사용되는 확산성이 강한 반사판을 이용한 경우에는, O° ∼40°의 범위에 52%밖에 광이 집중하지 않는다. 그 위에, 프리즘 시트(58)에 의한 로스가 더하여지면, 도광판(52)의 내부에서 지향성을 좁게 할 수 없게 된다.

따라서, 이와 같은 발광부(53)에 의하면, LED 등을 이용한 점광원(56)과 쐐기 형상 도광체(55)를 이용하여 선형상 광원과 같이 긴 영역에 걸쳐 발광시킬수 있고, 더구나 점광원으로부터 출사된 램버트 광을 거의 균일하게 정돈하여 지향성이 좁은 광으로서 출사시킬 수 있다.

이렇게 하여, 광입사면(52a)으로부터 도광판(52) 내로 입사한 광은, 도광판(52)의 상면(광출사면(52b))과 하면과의 사이에서 전반사를 반복하면서 도광판(52) 내를 발광부(53)에 가까운 측으로부터 먼 측으로 진행하여 간다. 그리고, 도광판(52)의 저면에 마련된 삼각 형상의 확산 패턴(54)에 입사하면, 그 일부는 확산 패턴(54)에서 반사되어 광출사면(52b)으로부터 출사된다. 이와 같은 삼각 형상의 확산 패턴(54)은 x축방향으로 길게 되어 있기 때문에, 이 확산 패턴(54)에서 반사되어도 x축방향에서의 광의 지향성은 변화하지 않는다. 따라서, 발광부(53)에 의 해 정돈된 x축방향으로 지향성이 좁은 광은, 확산 패턴(54)에서 반사되어 z축방향으로 출사한 후에도 x축방향에서의 지향성은 좁은 상태로 유지된다. 한편, 도광판(52) 내를 전파하는 광은 z축방향으로는 퍼지고 있지만, 이 퍼짐은 확산 패턴(54)에 의해 z축방향으로 반사되면 y축방향의 퍼짐으로 된다. 그러나, 이 y축방향의 퍼짐은, 확산 패턴에 의해 반사되는 광의 각도를 제한함에 의해 좁게 할 수 있고, 광출사면(52b)으로부터 출사된 후의 광의 y축방향의 지향성을 도광판(52)의 내부에서의 z축방향의 지향성보다도 좁게 할 수 있다. 전형적인 예에서는, 도광판(52)의 광출사면(52b)으로부터 나온 광을 x축방향에서 본 경우의 지향성은, 거의 z축방향을 중심으로 하여 모든 폭(全幅)으로 약 55°의 범위로 들어가고, y축방향에서 본 경우의 지향성은, z축방향을 중심으로 하여 모든 폭으로 약 25°의 범위로 들어간다.

따라서, 이 면광원 장치(51)에 의하면, 프리즘 시트 등을 이용하는 일 없이 광을 면광원 장치(51)에 수직한 방향으로 출사시킬 수 있고, 그 지향 특성을 좁게 할 수 있고, 이상적인 지향 특성에 가까운 지향 특성을 실현할 수 있다. 그리고 프리즘 시트를 이용하지 않기 때문에, 면광원 장치(51)를 저비용으로 할 수 있음과 함께 면광원 장치(51)를 박형화할 수 있다.

이에 대해, 패턴 방향을 서로 직교시킨 프리즘 시트를 2장 겹침에 의해 광의 지향성을 높이는 방법에서는, 광의 지향 특성은 도 45에 파선으로 나타낸 바와 같은 패턴으로 된다. 그리고, 프리즘 시트에 입사하기 전의 광의 지향성이 ±30°였다고 하여도, 2장 겹침의 프리즘 시트를 통과시킨 후, ±20°의 범위 내에 절반 이 상의 광을 출사시킬 수는 없다.

또한, 이 면광원 장치(51)에서는, 발광부(53)에 가까운 영역에서는 확산 패턴(54)의 간격을 넓게 하고, 발광부(53)로부터 떨어짐에 따라 확산 패턴(54)의 간격을 서서히 단축함에 의해, 도광판(52)의 광출사면(52b) 전체에서의 휘도가 균일하게 되도록 하고 있다.

다음에, 단면 삼각 형상을 한 확산 패턴(54)의 작용을 상세하게 설명한다. 지금, 확산 패턴(54)에 입사하기 전의 광의 지향성으로서, 도 46(a)와 같이 x축방향으로만 좁은 것, 도 46(b)와 같이 z축방향으로만 좁은 것, 도 46(c)와 같이 x축방향 및 z축방향으로 좁은 것을 생각한다. 이 중, 도 46(c)와 같은 경우에는, 어느 방향에서도 도 46(a), (b)와 같이 좁은 지향성으로는 되지 않기 때문에 제외한다.

계속해서, 도 46(b)와 같이 z축방향으로만 지향성이 좁은 광이 확산 패턴(54)에 입사하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도 47에 도시한 바와 같이 확산 패턴(54)에 입사하는 광을 전부 확산 패턴(54)의 반사면(54a)에서 전반사시키면, 확산 패턴(54)에서 반사된 광의 지향성은 변화하지 않는다. 특히, x축방향의 지향성이 좁아지지 않는다. 그래서, 도 48(a), (b)에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(54)의 반사면(54a)의 경사각을 크게 하여 일부의 광을 확산 패턴(54)에서 반사시키고 일부의 광을 투과시키도록 하면, 확산 패턴(54)의 반사면(54a)에서 전반사된 광은 z축에 대해 크게 기울어진 방향으로 출사되어 버리고, 또한 도 49와 같이 확산 패턴(54)의 반사면(54a)을 투과하고, 배면(54c)으로부터 재입사한 광도 재입사하였을 때 각도를 바꾸어 버려 z축방향의 지향성이 무너져 버린다. 따라서, 도 46(b)와 같 이 z축방향으로만 지향성이 좁은 광에서는 x축방향에서도 지향성을 좁게 하는 것은 매우 곤란하다.

이에 대해, 도 46(a)와 같이 x축방향으로만 지향성이 좁은 광에서는, x축방향으로 긴 단면 삼각 형상의 확산 패턴(54)의 반사면(54a)에 입사하였을 때, 예를 들면 입사 전에는 z축방향으로 도 50(a)에 도시한 광(L1, L2, L3)과 같이 비교적 큰 퍼짐을 갖고 있다고 하여도, 도 50(b)와 같이 일부의 광(L1, L2)을 확산 패턴(54)의 반사면(54a)에서 전반사시키고, 일부의 광(L2, L3)을 도 50(c)와 같이 반사면(54a)을 투과시켜 배면(54c)으로부터 재입사시키도록 하면, 확산 패턴(54)에서 반사되는 광의 영역을 일부로 제한할 수 있기 때문에, 확산 패턴(54)에서 전반사되어 광출사면(52b)으로부터 출사되는 광의 y축방향의 지향성을 좁게 하는 것이 가능해진다. 더구나, 확산 패턴(54)의 반사면(54a)의 경사각(β)을 적당한 값으로 설정함에 의해, 확산 패턴(54)에서 반사된 광을 광출사면(52b)에 거의 수직한 방향(z축방향)으로 출사시키는 것도 용이하게 행할 수 있다. 한편, 확산 패턴(54)은 x축방향으로 균일하게 늘어나 있기 때문에, 확산 패턴(54)에서 전반사되어도 x축방향으로 지향성이 넓게 되는 일도 없다. 또한, 도 50(c)와 같이 확산 패턴(54)의 반사면(54a)을 투과하고 배면(54c)으로부터 재입사한 광은, yz 평면 내에서 진행하는 각도는 변화하지만 원래 z방향에서는 지향성이 좁지 않기 때문에, z축방향의 지향성이 넓게 되는 일은 없다. 또한, 도 50(a)의 중앙의 광(L2)은, 확산 패턴(54)의 반사면(54a)에 대해 전반사의 임계각보다도 약간 큰 각도로 또는 약간 작은 각도로 입사한 광을 나타내고 있다.

도 46(a) 및 도 50을 이용한 설명에서는, x축방향으로 전혀 광의 퍼짐이 없는 경우로 설명하였지만, 실제로는 발광부(53)로부터 출사되는 광은 x축방향으로도 다소는 퍼지고 있다. 예를 들면, 도광판(52) 내를 전파하는 광을 y축방향에서 보았을 때의 공간 주파수를 고려하였을 때, 그 광은 도 51의 사선 영역에 집중하고 있다고 생각된다. 여기서, z축방향으로 평행한 중심선(j) 위의 광은 yz평면 내를 도광하고 있는 광이고, 그것과 평행한 i선상의 광은 그것보다도 x축방향으로 기울어진 광을 나타내고 있다. 확산 패턴(54)이 x축과 완전하게 평행하게 늘어나 있고, 더구나 평면으로 보아 확산 패턴(54)의 반사면(54a)과 배면(54c)이 서로 평행하게 늘어나 있는 경우에는, 확산 패턴(54)에 의한 반사 내지 투과에 의해 x축방향의 광의 공간 주파수는 변화하지 않는다. 이 때문에, xy평면에서는 도광판(52) 내에서의 광의 진행 방향은 광이 출사되지 않는 한 변화하지 않고, i선상의 광은 i선상으로, j선상의 광은 j선상으로 이동될 뿐이다.

따라서, 발광부(53)에서 x축방향의 지향성을 좁게 한 후, 이 광을 확산 패턴(54)에서 반사시킴에 의해 그 y축방향의 지향성을 좁게 하면, 면광원 장치(51)로부터 z축방향으로 출사된 광은 x축방향에서도 y축방향에서도 지향성이 좁아지고, 결국, 도 52에 도시한 바와 같이 전방위에서 지향성이 좁은 광을 출사시키는 것이 가능해진다. 그리고, 도 52에서의 부호 S는 출사광의 지향 특성을 나타내고 있다.

그런데, 도광판(52)으로부터 출사되는 광의 x축방향에서의 지향성을 ±20°이하로 하기 위해서는, 도광판(52) 내에서의 x축방향의 지향성은 ±13°이하로 할 필요가 있다. 이 ±13°이하라는 숫자는 도광판(52)의 굴절율을 1.53으로 하여 계 산한 것이지만, 도광판(52)에 사용할 수 있는 투명 수지는 굴절율이 1.4∼1.65정도이고, 그 범위 내에서는 도광판(52) 내에서 필요하게 되는 x축방향의 지향각은 그다지 변화가 없다. 또한, 굴절율이 보다 더 변화하여도 실용상 13°이하라는 값은 그다지 변하지 않는다. 따라서, 발광부(53)의 설계에 있어서, 이 값을 목표로 하면 좋다.

또한, 광의 진행 방향의 중심(±13°이하라는 퍼짐의 중심)이 y축방향과 평행인 경우에는, 상기한 바와 같이 확산 패턴(54)을 x축방향과 평행하게 하면 좋지만, 도 53에 도시한 바와 같이, 광의 진행 방향의 중심이 y축방향에 대해 기울어져 있는 경우에는, 그것을 보정하기 위해, 확산 패턴(54)의 늘어나 있는 방향도 x축방향으로부터 기울여서 배치하고, 광의 진행 방향과 확산 패턴(54)의 늘어나고 있는 방향이 평면으로 보아(xy평면 내) 서로 수직으로 되게 하여 두면 좋다.

다만, 이와 같은 방식의 면광원 장치에서는, 도광판(52)의 내부를 진행하는 광의 지향성이 매우 좁기 때문에, 광의 진행 방향의 중심이 y축방향으로부터 기울어져 있는 경우에는, 도 53에 도시한 바와 같이 도광판(52)의 구석(E)이 어두워진다. 따라서, 이와 같이 직사각형의 발광 에어리어를 갖는 도광판(52)에서는, 광의 진행 방향의 중심은 광입사면(52a)과 수직한 방향 또는 적어도 광입사면(52a)에 수직한 방향부터 ±13° 이내에 있는 것이 바람직하다. 또한, 확산 패턴(54)에 대해서도, 광의 진행 방향의 중심과 확산 패턴(54)도 완전하게 수직이 아니라도, ±13°의 범위 내라면, 면광원 장치(51)의 광출사면(52b)에 수직한 방향이 출사광의 각도 범위 ±20°내로 포함되기 때문에 문제없다.

또한, 도광판(52)중에서의 광의 지향 특성을 검사하는 경우에는, 도 54에 도시한 바와 같이, z축에 평행하고 광의 진행 방향으로 거의 수직한 평면으로 도광판(52)을 절단하고, 그 절단면(C-C)으로부터 출사되는 광의 각도 강도 분포를 측정하면, 스넬의 법칙으로부터 도광판(52) 내에서의 각도 강도 분포를 산출할 수 있다.

이와 같은 확산 패턴(54)으로도 발광부(53)측에서 보아 양 측면(54b)이 반사면(54a)의 그늘에 은폐되어 있기 때문에, 확산 패턴(54)의 양 측면(54b)에 성형 처짐이 생겨도, 성형 처짐이 생긴 양 측면(54b)에 광이 닿기 어렵고, 측면(54b)에서 광이 산란되어 로스 광으로 되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 개개의 확산 패턴의 형상이나 설계 방법 등에 관해 설명한다. 도광판(52)중 광의 진행 방향에 대해 확산 패턴(54)을 거의 수직으로 배치하는 경우, 확산 패턴(54)은, 상기한 바와 같이 단면 직각삼각 형상의 패턴이 적합하다. 도 55에 도시한 바와 같은 곡면으로 형성된 확산 패턴(54)의 경우에는, 광(L)이 반사하는 위치에 따라 광(L)의 편향 방향이 다르고, 출사광의 각도 범위가 넓어져 버린다. 따라서, 이와 같이 길이 방향과 수직한 단면이 곡면으로 구성된 패턴은 바람직하지 않다. 또한, 도 56에 도시한 바와 같이 톱날 형상을 한 확산 패턴(54)의 경우에는, 확산 패턴(54)을 투과한 광(L)은 광출사면(52b)에 수직한 방향으로 출사되지 않고, 전부 필요없는 방향으로 출사된다. 따라서, 이와 같은 톱날 형상 패턴의 확산 패턴(54)도 바람직하지 않다.

이에 대해, 배면(54c)이 도광판(52) 하면과 수직으로 된 단면 직각삼각 형상 의 확산 패턴(54)의 경우에는, 도 57(a)에 도시한 바와 같이 반사면(54a)에서 전반사된 광(L)은, 모든 광(L)이 반사되는 경우에도 지향성을 유지하고 반사되고, 일부가 확산 패턴(54)을 투과하는 경우에는 지향성이 좁아진다. 또한, 도 57(b)에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(54)을 투과한 광(L)도 지향성을 해치는 일 없이 배면(54c)으로부터 재입사한 후, 다른 확산 패턴(54)에서 전반사될 수 있다. 또한, 배면(54c)은 도광판(52)의 하면에 수직으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 성형시의 틀빼기가 어려워지기 때문에 조금 기울어져 있다.

다만, 이와 같은 단면 직각삼각 형상의 확산 패턴(54)의 경우에도, 상면에서 보아 도광판(52)중 광(L)의 방향이 정돈되어 있지 않은(x축방향의 퍼짐이 큰) 경우에는, 확산 패턴(54)에 수직으로 닿는 광(L)의 비율이 적어지고, 비스듬히 닿는 광(L)이 증가한다. 상면에서 보아 비스듬히 닿는 광(L)은, 수직으로 닿는 광(L)에 비하여 확산 패턴(54)으로의 입사각이 커지고, 반사된 비율이 증가한다. 즉, 확산 패턴(54)에서의 재입사의 효과(광 이용 효율을 떨어뜨리는 일 없이 지향성을 좁게 하는 효과)가 작아진다. 따라서, 단면이 직각삼각 형상의 확산 패턴(54)에서는, 확산 패턴(54)의 효과를 높게 하기 위해서는, 도광판(52)중에서의 광(L)의 진행 방향이 정돈되어 있을 것과 그 진행 방향에 대해 직각으로 확산 패턴(54)을 배치할 필요가 있다. 또는, 이 실시예의 경우에서 언급하면, 발광부(53)에 의해 x축방향의 지향성을 좁게 하여 두는 것이 전제로 된다.

확산 패턴(54)에서의 반사면(54a)의 경사각(β)에 관해 생각한다. 도 58은 경사각(β)을 45°, 55°, 65°로 하였을 때의 출사광 강도의 각도 분포로서, 횡축 은 도 59에 도시한 출사광의 출사 각도(φ)를 나타내고, 종축은 출사광 강도를 나타내고 있다. 도 58에서의 출사 각도(φ)가 마이너스측에서 광도가 크게 되어 있는 것은, 도 60(a), (b)에 도시한 바와 같이, 출사 각도(φ)가 큰 광(L)쪽이 반사면(54a)에 닿는 광(L)이 적어짐에 의한 것이다. 또는, yz평면으로 보았을 때, 도광판(52)중 광(L)에서 반사면(54a)과 거의 평행한 광(L)은 출사광 강도가 제로로 되고(이와 같은 광은 존재하지 않는 일이 많다), 이와 같은 각도로부터 떨어지면 떨어질수록, 즉 출사 각도(φ)가 작아질수록(마이너스측으로 커질수록) 출사광의 강도가 커지기 때문이다. 도 58을 보면, 경사각(β)=55°의 경우에는 출사 각도(φ)가 마이너스 측에서 출사광의 각도 범위가 조금 적지만 그만큼 강도가 크기 때문에, 출사 각도(φ)의 마이너스측과 플러스측에서 균형이 잡혀 있다.

도 61(a)는 25°정도의 확산 작용을 갖는 반사형 액정 표시 패널의 확산 특성을 도시하고, 도 61(b)는 경사각(β)=55°의 확산 패턴(54)을 갖는 면광원 장치의 출사광 각도 특성을 도시하고, 도 61(c)는 도 61(b)와 같은 특성을 갖는 면광원 장치의 광을 도 61(a)와 같은 특성을 갖는 반사형 액정 표시 패널에 입사시켰을 때의 반사형 액정 표시 패널로부터의 출사광 각도 특성을 도시하고 있다. 여기에 도시한 바와 같이, 경사각(β)=55°의 확산 패턴(54)을 구비한 면광원 장치로부터, 25°정도의 확산 작용을 갖는 반사형 액정 표시 패널에 광을 출사시키면, 출사광은 액정 표시 패널의 수직축 방향에서 최대로 되고, 최적의 출사 방향을 얻을 수 있다. 한편, 경사각(β)이 45°∼ 65°의 범위 밖으로 되면, 광출사면(52b)에 수직한 방향(z축방향)으로 광이 출사되지 않게 되어, 프리즘 시트 등이 필요해진다. 따라 서, 확산 패턴(54)의 반사면(54a)의 경사각(β)의 크기는 45°∼ 65°의 범위가 바람직하다.

다음에, 확산 패턴(54)의 배면(54c)의 각도(ρ)를 생각한다. 도 62와 같이, 배면(54c)의 각도(ρ)가 너무 작으면 확산 패턴(54)이 톱날 형상으로 되기 때문에, 확산 패턴(54)의 반사면(54a)을 투과하여 배면(54c)으로부터 재입사한 광(L)은, 후방의 확산 패턴(54)에 닿기 전에 광출사면(52b)에 입사하고, 광출사면(52b)에 따라 출사되고, 로스로 된다. 이 때문에 배면(54c)의 각도(ρ)는 큰 쪽이 좋고, 적어도 반사면(54a)의 경사각(β)보다도 큰 쪽이 좋다(β<ρ).

또한, 도 63에 도시한 바와 같이, 배면(54c)의 각도(ρ)가 작으면, 반사면(54a)을 투과한 광(L)이 도광판(52)으로부터 누설되기 쉽게 되지만, 도 63에 파선으로 나타낸 바와 같이, 배면(54c)의 각도(ρ)가 90°에 근접할수록, 배면(54c)으로부터 재입사되는 광(L)의 비율이 증가한다. 한편, 각도(ρ)가 90°를 초과하면 도광판(52)을 성형할 수 없게 된다. 따라서, 배면(54c)의 각도(ρ)는, 목표로서 80°∼ 90°의 범위에 있는 것이 바람직하고, 나아가서는 85 ∼ 90°가 바람직하다.

또한, 도 64(a), (b), (c)는 종래의 발광부의 구성을 도시하고 있다. 발광부가 구성으로서는, (i) 도 64(a)에 도시한 바와 같이, LED 등의 점광원(27)을 도광체(28) 등에 의해 선형상의 광원으로 변환하고, 점광원(27)의 광(L)을 면형상으로 퍼지게 하는 구성의 것, (ⅱ) 도 64(b)에 도시한 바와 같이 점광원(27)을 등간격으로 배치하여 의사(擬似)적으로 선형상 광원으로 하고, 그 광(L)을 면형상으로 퍼지게 하는 것, (ⅲ) 도 64(c)에 도시한 바와 같이, 점광원(27)으로부터 출사된 광(L) 을 직접 면형상으로 퍼지게 하는 구성의 것의 3가지가 있다.

도광판(22)의 상면에서 보았을 때의 도광판(22)상의 각 점에서의 지향성을 향상시키는데는, (ⅲ)의 구성에 의하면 비교적 간단하게 실현할 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 도 64(c)의 P2, P3의 개소에서 도광판(22)의 측면으로부터 누설되는 광(L)의 양이 많아지고, 효율을 높이기 어렵다는 문제가 있다. 또한, 도광판(22)의 구석(P1)에서는 P2나 P3의 개소에 비하여 광량의 필요량이 매우 많음에 대해, 실제로는 P1방향으로 유도되는 광량을 P2, P3에 비하여 증가시키기는 어렵다. 그 때문에, 실제로는 P2, P3의 개소에서의 광이 누설량을 크게 함에 의해, P1 개소의 휘도에 P2, P3의 휘도를 맞추어 휘도의 균일화를 행하지 않을 수 없고, P2 및 P3에서의 광의 누설량이 증가하여 효율이 저하된다.

이에 대해, (i), (ⅱ)와 같은 구조에서는, 면 내의 휘도를 균일화하는 것에만 주위를 기울이고 있고, 도광판(22)으로부터 출사되는 광의 지향성을 높이는 것에 관해서는 고려되어 있지 않았다. 특히, 도광판(22)으로부터 출사되는 광의 휘도를 ±10°∼ 30°의 범위에서 균일하게 한다는 점에서는, (i), (ⅱ), (ⅲ)의 어느 것에서도 보이지 않고, 본 발명으로 독자의 것이다.

도 65는 실시예 2의 변형예로서, 도광판(52)의 하면을 경사시킴에 의해 발광부(53)에 가까운 측에서 두께가 크고, 발광부(53)로부터 먼 측에서 두께가 얇은 쐐기 형상으로 도광판(52)을 형성하고, 도광판(52)의 하면에 마련한 확산 패턴(54)의 형상을 반사면(54a)이 거의 사다리꼴 형상이 되도록 한 것이다. 또한, 도광판(52)의 광출사면(52b)에 대향하는 위치에는, x방향으로 늘어난 단면 삼각 형상의 프리 즘(59a)이 배열된 프리즘 시트(59)가 배치되어 있다. 그래서, 발광부(53)로부터 도광판(52)에 도입된 광은 도광판(52)의 상면 및 하면에서 반사되면서 도광판(52) 내를 전파하고, 도광판(52)의 하면(경사면) 또는 확산 패턴(54)에서 반사되어 광출사면(52b)으로부터 출사한 광은 프리즘 시트(59)에 의해 수직한 방향으로 출사된다.

(실시예 3)

도 66은 본 발명의 실시예 3에 의한 면광원 장치(61)를 도시한 사시도이다. 이 면광원 장치(61)에서는, 도광판(62)의 한 변의 중앙에 대향시켜 발광부(63)를 배치하고 있고, 도광판(62)의 하면에는 발광부(63)를 중심으로 하도록 동심원 형상으로 확산 패턴(64)을 배열시키고 있다. 그리고, 각 확산 패턴(64)의 반사면(64a)은 사다리꼴 형상으로 형성되어 있고, 확산 패턴(64)의 측면(64b)에는 광이 입사하기 어렵게 되어 있다. 또한, 도광판(62)의 광출사면(65)에 대향하는 위치에는 프리즘 시트(66)가 배치되어 있다. 이 프리즘 시트(66)의 하면에는 원호 형상으로 늘어난 프리즘(66a)이 동심원 형상으로 형성되어 있다.

또한, 이 경우에도, 발광부(63)는 1개일 필요는 없고, 도 67에 도시한 바와 같이, 근접시켜 복수 개의 발광부(63)를 배치시키고 있어도 좋다.

(실시예 4)

도 68(a) 및 (b)는, 확산 패턴의 다른 형상을 도시한 정면도 및 평면도이다. 도 68(a)의 정면도는, 확산 패턴(67)의 반사면(67a)의 정면, 즉 도 68(b)의 f화살표의 방향에서 본 도면이다. 이 확산 패턴(67)에서도, 반사면(67a)의 광원으로부터 먼 측의 변의 길이(반사면(67a)의 폭)는, 반사면(67a)의 광원에 가까운 측의 변의 길이(반사면(67a)의 폭)보다도 짧게 되어 있지만, 정면에서 본 상태에서는 확산 패턴(67)의 한쪽의 측면(67b)이 노출하고 있다.

그러나, 이 확산 패턴(67)에서는, 광(L)은 도 68(b)에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(67)에 대해 경사 방향으로부터 입사하도록 구성되어 있고, 이 광입사 방향(광원의 방향)에서 본 상태에서는, 도 68(c)에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(67)의 측면(67b)은 반사면(67a)의 그늘에 은폐되어 있고, 확산 패턴(67)의 측면(67b)에는 광(L)이 입사하지 않도록 되어 있다. 따라서, 측면(67b)에 성형 처짐이 생긴 경우에도, 확산 패턴(67)의 측면(67b)에 의한 광(L)의 산란을 억제할 수 있다.

이와 같이 확산 패턴에 경사 방향으로부터 광을 입사시키도록 한 면광원 장치로서는, 예를 들면 본 출원인이 출원한 특원2003-138023, 특원2003-347514에 개시된 프런트 라이트가 있다.

다음에, 본 발명의 응용예에 관해 설명한다.

(액정 표시 장치)

도 69는 본 발명에 관한 액정 표시 장치(71)의 개략 단면도이다. 이 액정 표시 장치(71)에서는, 액정 표시 패널(72)의 배면에 본 발명의 면광원 장치(73)를 배치하고 있다. 액정 표시 패널(72)은, TFT(박막 트랜지스터) 등의 스위칭 소자나 배선이 형성된 이면측 기판(74)과, 투명 전극이나 컬러 필터가 형성된 표면측 기판(75) 사이에 액정층(76)을 끼워 넣고 밀봉한 것으로서, 표리 양면에는 편광판(77)이 겹쳐 있다. 그리고, 이 액정 표시 장치(71)에서는, 면광원 장치(73)를 점등시켜 이면측으로부터 액정 표시 패널(72)을 조명하고, 액정 표시패널(72)의 각 화소를 온, 오프 제어함에 의해 화상을 생성한다.

또한, 본 발명의 면광원 장치는 프런트 라이트에도 적용할 수 있기 때문에, 도시하지 않지만, 반사형 액정 표시 장치에 이용할 수도 있다..

(어플리케이션)

도 70은 본 발명에 관한 액정 표시 장치(71)가 조립된 휴대 전화(81)를 도시하고 있다. 이 휴대 전화(81)는, 텐 키 등을 구비한 다이얼부(82) 위에 디스플레이로서 액정 표시 장치(71)가 조립되어 있고, 상면에 안테나(83)가 마련되어 있다.

도 71은 디스플레이로서 본 발명에 관한 액정 표시 장치(71)가 조립된 PDA 등의 휴대 정보 단말(84)을 도시하고 있다. 이 휴대 정보 단말(84)은, 액정 표시 장치(71) 옆에 펜 입력 등을 행하기 위한 입력부(85)가 마련되어 있고, 상단부에는 덮개(86)가 추착(樞着)되어 있다.

이와 같이 휴대 전화(81)나 휴대 정보 단말(84) 등에 본 발명의 액정 표시 장치(71)를 이용함에 의해, 로스 광을 저감시켜 화면의 휘도를 향상시키고, 또한 휘도를 균일화할 수 있고, 화면의 시인성이 향상한다.

본 발명의 면광원 장치는 액정 표시 패널 등의 백라이트나 프런트 라이트로서 또는 조명등 등으로서 이용할 수 있다.

Claims

광원과, 해당 광원으로부터 도입되는 광을 광출사면의 거의 전체로 퍼지게 하여 광출사면으로부터 출사시키는 도광판을 구비하고, 해당 도광판의 광출사면과 반대측의 면에는 도광판 내를 도광하는 광을 반사시키기 위한 복수의 패턴이 형성된 면광원 장치에 있어서,

각 패턴은, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 보아 각 패턴마다 정해진 거의 일정한 방향으로부터 광이 입사하도록 구성되어 있고,

상기 광출사 방향에서 보아 상기 패턴의 양 측면의 거의 전체가 상기 광입사측에 위치하는 상기 패턴의 사면에 의해 차폐되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원이 점광원이고,

상기 도광판의 관찰측에는 프리즘 시트가 배설되어 있고,

상기 도광판 내를 도광하여 상기 패턴에서 편향된 광이 도광판의 광출사면에 세운 법선에 대해 경사 방향을 향하여 광출사면으로부터 출사된 후, 상기 프리즘 시트에서 편향되도록 구성한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
광원과, 해당 광원으로부터 도입되는 광을 광출사면의 거의 전체로 퍼지게 하여 광출사면으로부터 출사시키는 도광판을 구비하고, 해당 도광판의 광출사면과 반대측의 면에는 도광판 내를 도광하는 광을 반사시키기 위한 복수의 패턴이 형성된 면광원 장치에 있어서,

각 패턴은, 상기 광출사면과 수직한 방향에서 보아 각 패턴마다 정해진 거의 일정한 방향으로부터 광이 입사하도록 구성되어 있고,

상기 패턴의 상기 광입사측에 위치하는 사면에 있어서의 상기 광입사측과 반대측에 위치하는 부분의 폭이 상기 광입사측에 위치하는 부분의 폭보다도 짧게 되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 3항에 있어서,

상기 광원이 점광원이고,

상기 도광판의 관찰측에는 프리즘 시트가 배설되어 있고,

상기 도광판 내를 도광하여 상기 패턴에서 편향된 광이 도광판의 광출사면에 세운 법선에 대해 경사 방향을 향하여 광출사면으로부터 출사된 후, 상기 프리즘 시트에서 편향되도록 구성한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
화상 표시 패널과, 상기 화상 표시 패널의 관찰측 또는 그 반대측에 배치된 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대 정보 단말.