KR20060124595A

KR20060124595A - 발광 광원 및 발광 광원에 있어서의 광의 출사 방법

Info

Publication number: KR20060124595A
Application number: KR1020060047956A
Authority: KR
Inventors: 아키라 마츠이; 히로노부 키요모토; 켄지 홈마
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2006-12-05
Also published as: KR100787329B1; EP1729057A1; TW200644298A; CN1873307A; CN100472123C; JP2006339320A; US20060268576A1; TWI298210B

Abstract

본 발명은 발광 광원 부근의 조사면에 있어서도, 색 얼룩이나 휘도 얼룩 등을 저감시켜 균일하게 조명할 수 있는 발광 광원을 제공하기 위한 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 해결 수단에 있어서, 발광 광원(21)은, 투명한 도광부(22), 반사경(23) 및 발광 광원(24R, 24G, 24B)으로 이루어진다. 도광부(22)의 이면에는, 입사한 광의 일부를 반사시키고 나머지 광을 투과시키는 광반사면(26)이 형성되어 있다. 반사경(23)의 앞면에는 광을 정반사시키는 광반사면(33)이 형성되어 있다. 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 출사된 광은, 2층의 광반사면(26, 33)에서 반사되어 도광부(22)로부터 전방으로 출사된다.

발광 광원, 광 출사

Description

발광 광원 및 발광 광원에 있어서의 광의 출사 방법{LIGHT EMISSION SOURCE AND LIGHT EMISSION METHOD USING LIGHT EMISSION SOURCE}

도 1은 종래예의 발광 광원의 일부를 도시한 단면도.

도 2는 종래예의 발광 광원에 있어서, 도광부를 제외하고 발광 소자와 반사경을 도시한 정면도.

도 3은 종래예의 발광 광원의 중심부에 적, 녹, 청의 3개의 발광색의 발광 소자를 배치한 경우의 각 색의 광의 거동과 소정의 조사면에 있어서의 각 색의 퍼짐을 나타낸, 발광 광원의 일부를 도시한 단면도.

도 4는 도 3의 발광 광원에 있어서, 그 반사 영역을 보다 작게 분할한 경우의, 각 색의 광의 거동과 소정의 조사면에서의 각 색의 퍼짐을 나타낸, 발광 광원의 일부를 도시한 단면도.

도 5는 도 4에 도시한 발광 광원에 있어서, 도 4의 경우보다도 가깝게 설정된 조사면에서의 각 색의 퍼짐을 나타낸, 발광 광원의 일부를 도시한 단면도.

도 6은 도 4에 도시한 발광 광원의 다른 문제점을 설명하는 도면.

도 7은 도 4에 도시한 발광 광원의 또다른 문제점을 설명하는 도면.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 의한 발광 광원의 외형을 도시한 사시도.

도 9는 실시예 1에 의한 발광 광원의 외관 사시도.

도 10은 실시예 1에 의한 발광 광원의 분해 사시도.

도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D는 각각 실시예 1에 의한 발광 광원의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 12A는 도광부의 앞면측에서의 사시도, 도 12B는 도광부(22)의 이면측에서의 사시도.

도 13A, 도 13B, 도 13C 및 도 13D는 각각 도광부의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 14는 반사경의 앞면측에서의 사시도.

도 15A, 도 15B, 도 15C 및 도 15D는 각각 반사경의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 16A는 도 15A의 X-X선 단면도, 도 16B는 도 15A의 Y-Y선 단면도.

도 17은 실시예 1에 의한 발광 광원에서의 광의 거동을 설명하기 위한 단면도.

도 18은 실시예 1에 의한 발광 광원의 작용 설명도.

도 19는 도광부의 광반사면과 반사경의 광반사면이 동일 형상이면서, 반사광의 반사 방향이 다른 이유를 설명하는 도면.

도 20은 실시예 1에 의한 발광 광원의 작용 설명도.

도 21은 발광 소자로부터 출사되어 직접 발광 광원으로부터 출사되는 광선을 나타내는 대각 방향에서의 단면도.

도 22는 발광 광원으로부터 소정 거리에 설정된 조사면에 있어서의, 직접 출 사광에 의한 광강도의 분포를 도시한 도면.

도 23은 반사경의 광반사면으로 정반사된 후, 발광 광원으로부터 출사되는 광선을 나타내는 대각 방향에 있어서의 단면도.

도 24는 발광 광원으로부터 소정 거리에 설정된 조사면에 있어서의, 정반사광에 의한 광강도의 분포를 도시한 도면.

도 25는 도광부의 광반사면에서 후레넬 반사한 후, 발광 광원으로부터 출사되는 광선을 나타내는 대각 방향에 있어서의 단면도.

도 26은 발광 광원으로부터 소정 거리에 설정된 조사면에 있어서의, 후레넬 반사광에 의한 광강도의 분포를 도시한 도면.

도 27은 도 22, 도 24 및 도 26의 광강도 분포를 더하여 합한 결과를 도시한 도면.

도 28은 도 22 및 도 24의 광강도 분포를 더하여 합한 결과를 도시한 도면.

도 29는 발광 광원의 중심을 지나는 변과 평행한 방향의 단면에 있어서, 반사경의 광반사면에서 정반사된 광과 도광부의 광반사면에서 후레넬 반사된 광을 도시한 단면도.

도 30은 종래예의 발광 광원의 중심을 지나는 변과 평행한 방향의 단면에 있어서, 반사경에서 정반사된 광을 도시한 단면도.

도 31은 도 29에 도시한 광선과 도 30에 도시한 광선에 의한, 조사면에서의 광강도의 분포를 도시한 도면.

도 32는 본 발명의 발광 광원을 대각 방향으로 2개 나열한 경우의 출사광 특 성을 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

도 33은 종래예의 발광 광원을 대각 방향으로 2개 나열한 경우의 출사광 특성을 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

도 34는 본 발명의 실시예 2에 의한 발광 광원을 도시한 사시도.

도 35는 실시예 2에 의한 발광 광원의 분해 사시도.

도 36은 실시예 2에 의한 발광 광원의 단면도.

도 37은 실시예 2의 변형예를 도시한 단면도.

도 38은 본 발명의 실시예 3에 의한 발광 광원을 도시한 사시도.

도 39A, 도 39B, 도 39C 및 도 39D는 각각 실시예 3에 의한 발광 광원의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 40은 실시예 3에 의한 발광 광원의 단면도.

도 41은 반사경의 정면도.

도 42는 본 발명의 실시예 4에 의한 발광 광원을 도시한 사시도.

도 43A, 도 43B, 도 43C 및 도 43D는 각각 실시예 4에 의한 발광 광원의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 44는 실시예 4에 있어서의 도광부의 이면측으로부터의 사시도.

도 45A, 도 45B, 도 45C 및 도 45D는 각각 실시예 4에 있어서의 도광부의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 46은 실시예 4에 있어서의 반사경의 사시도.

도 47A, 도 47B, 도 47C 및 도 47D는, 각각 실시예 4에 있어서의 반사경의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 48은 실시예 4에 있어서의 반사경의 단면도.

도 49는 본 발명의 실시예 5에 의한 발광 광원을 도시한 사시도.

도 50A, 도 50B, 도 50C 및 도 50D는 각각 실시예 5에 의한 발광 광원의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 51A 및 도 51B는 실시예 5에 있어서의 도광부의 앞면측과 이면측에서의 사시도.

도 52A, 도 52B, 도 52C 및 도 52D는 각각 실시예 5에 있어서의 도광부의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 53은 실시예 5에서의 반사경의 사시도.

도 54A, 도 54B, 도 54C 및 도 54D는 각각 실시예 5에 있어서의 반사경의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도.

도 55는 실시예 5에 있어서의 반사경의 단면도.

도 56은 본 발명의 실시예 6에 의한 발광 광원 어레이를 도시한 사시도.

도 57은 본 발명의 실시예 7에 의한 액정 디스플레이의 구조를 도시한 개략 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

21, 41, 51, 61, 71 : 발광 광원

22 : 도광부

23 : 반사경

24R, 24G, 24B : 발광 소자

26 : 도광부의 광반사면

28 : 도광부의 반사 영역

33 : 반사경의 광반사면

35 : 반사경의 반사 영역

47 : 광반사면

기술분야

본 발명은, 발광 광원 및 발광 광원에 있어서의 광의 출사 방법에 관한 것으로서, 특히, LED(발광다이오드) 칩을 이용한 발광 광원에 관한 것이다.

종래기술

대면적이고 광이용 효율이 높은 발광 광원으로서는, 특허 문헌 1에 개시된 것이 있다. 도 1은 이와 같은 발광 광원(11)의 일부를 도시한 단면도이다. 발광 광원(11)은, 투명 수지로 이루어지는 몰드부(14)의 이면 중앙부에 백색 또는 단색의 발광 소자(13)를 배치하고, 몰드부(14)의 이면에 형성된 후레넬 반사면 형상의 패턴에 Al나 Au, Ag 등의 금속 박막을 증착시켜서 반사경(12)을 형성한 것이다. 도 2는 발광 광원(11)으로부터 몰드부(14)를 제외하고 발광 소자(13)와 반사경(12)을 도시한 정면도이다. 반사경(12)은, 후레넬 반사면 형상을 하고 있고, 동심원형상으 로 배치된 복수의 윤대(輪帶)형상을 한 반사 영역(12a, 12b, …)으로 이루어진다.

그리고, 이 발광 광원(11)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 발광 소자(13)로부터 출사된 광중, 몰드부(14)의 앞면의 중앙부(이하, 직접 출사 영역이라고 한다)(15a)에 입사한 광(L1)은, 직접 출사 영역(15a)을 투과하여 앞면측으로 출사된다. 또한, 몰드부(14) 앞면의 직접 출사 영역(15a)의 주위에 위치하는 영역(이하, 전반사 영역이라고 한다)(15b)에 입사한 광(L2)은, 전반사 영역(15b)에서 전반사된 후, 반사경(12)에서 반사되고, 다시 전반사 영역(15b)을 투과하여 앞면을 향하여 출사된다. 따라서, 이와 같은 발광 광원(11)에서는, 하나의 반사 영역(예를 들면 12c)에서 반사된 광(L2)의 퍼짐(A)은, 반사 영역(12c)의 넓이와 거의 동등하게 되어 있다.

칼라 액정 디스플레이용의 백라이트에서는, 백색 LED 등의 백색 광원을 이용하는 것보다도, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED 등의 다색 광원을 이용하는 편이, 칼라 액정 디스플레이의 삼원색의 발색(發色)이 좋고. 색 재현성이 우수하다. 그러나, 상기한 바와 같은 구조의 발광 광원(11)에서, 반사경(12)의 중심부에 예를 들면 적, 녹, 청의 3개 발광색의 발광 소자를 배치하여 백색 광원을 구성한 경우에는, 각 색의 광이 분리되어 버려, 발광 광원(11)에 색 얼룩이 발생하는 문제가 있다. 이하, 이 이유를 설명한다. 도 3은 발광 광원(11)에서 그 중심부에 적, 녹, 청의 3개의 발광색의 발광 소자(13R, 13G, 13B)를 배치한 경우의 각 색의 광의 거동을 도시하고 있다. 예를 들면, 도 3에서는 적색의 광을 LR, 녹색의 광을 LG, 청색의 광을 LB로 나타내고, 발광 광원(11)으로부터 일정 거리에 설정된 조사면(T)에서 의 적색 광(LR)의 조사 영역을 AR, 녹색 광(LG)의 조사 영역을 AG, 청색 광(LB)의 조사 영역을 AB로 나타내고 있다.

이 발광 광원(11)의 경우에는, 각 발광 소자(13R, 13G, 13B)의 위치가 약간 어긋나 있기 때문에, 전반사 영역(15b)에서 반사된 후에 반사 영역(12c)에서 반사된 광의 출사 방향이 광의 색에 따라 다르고, 그 때문에 각 색의 조사 영역(AR, AG, AB)도 서로 어긋나 있다. 그 때문에, 각 색의 광이 겹쳐서 백색광이 되는 영역(W)은, 도 3에서 사선을 그은 영역이 된다. 도 3에서도 알 수 있는 바와 같이, 사선을 그은 백색광의 영역(W)은 반사 영역(12c)에 비하여 좁고, 그 외측의 영역에서는 출사광이 물들어서 색 얼룩이 발생하고 있다.

이와 같은 문제를 해결하려고 하면, 각 반사 영역(12a, 12b, …)을 더욱 작게 분할하고, 각 색의 광에 따라서 반사 영역의 단면(斷面) 형상을 설계하면 좋다. 예를 들면, 도 4에 도시한 발광 광원(16)에서는, 반사 영역(12c)을 다시 3개의 반사 영역(17a, 17b, 17c)으로 분할하고, 반사 영역(17a)에서는 청색 광(LB)이 앞면 방향으로 출사되도록 반사 영역(17a)을 설계하고, 반사 영역(17b)에서는 녹색 광(LG)이 앞면 방향으로 출사되도록 반사 영역(17b)을 설계하고, 반사 영역(17c)에서는 적색 광(LR)이 앞면 방향으로 출사되도록 반사 영역(17c)을 설계하고 있다.

이와 같이 하여 설계된 발광 광원(16)에서는, 각 색의 광이 겹쳐서 백색광이 되는 영역(W)은, 도 4에 도시한 바와 같이 반사 영역(17a, 17b, 17c)의 전체(즉, 반사 영역(12c))와 같은 정도로 된다.

도 4의 예에서도 알 수 있는 바와 같이, 복수색의 발광 소자를 이용한 경우 에도, 광원의 반사경의 분할 수를 크게 하면, 발광 광원의 색 얼룩을 저감시키고, 색의 균일성을 향상시키는 것을 알 수 있다. 또한, 단색 또는 복수색의 발광 소자에 있어서, 반사경의 분할 수를 크게 하면, 광의 진행 방향을 상세하게 설정하는 것이 가능해지기 때문에, 광로 설계의 자유도가 향상하고, 광의 출사 방향의 보다 상세한 조정이 가능해지고, 또한, 광강도의 균일성을 향상시킨다.

그런데, 발광 광원을 조립하는 기기, 예를 들면 액정 표시장치의 박형화에 대응하여 발광 광원과 액정 패널과의 거리를 단축할 것이 필요하게 되어 있고, 그를 위해서는 색 얼룩 없이 균일하게 조명할 수 있는 조사면을 가능한 한 발광 광원에 접근시킬 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 도 4에 도시한 바와 같은 구성의 발광 광원(16)에서 조사면(T)을 더욱더 발광 광원(16)에 접근시키면, 도 5에 도시한 바와 같이, 각 색의 광(LR, LG, LB)이 겹쳐서 백색광이 되는 영역(W)이 재차 반사 영역(12c)에 비하여 작아지고, 색 얼룩이 발생한다.

또한, 조사면이 발광 광원에 접근하여 조사면과 발광 광원과의 거리가 매우 짧아지면, 도 6에 도시한 바와 같이 반사경(12)의 반사 영역 사이에 형성된 단차부(18)의 영향에 의한 휘도 얼룩이 현저하게 되어 온다. 즉, 후레넬 반사면 형상을 한 반사경(12)에서는, 각 반사 영역 사이에 단차부(18)가 형성되어 있기 때문에, 각 반사 영역에는 단차부(18)의 그늘이 되어 광(L3)이 입사하지 않는 영역이 발생한다. 이 때문에 조사면이 발광 광원에 접근하면, 이 영역이 조사면(T)에 투영되어 암부(19)가 생기게 되고, 조사면(T)에 광반사면의 패턴이 비치게 된다.

이 경우, 반사경의 반사 영역을 더욱더 세분화함에 의해 조사면에서의 색 얼 룩이나 휘도 얼룩 등을 저감시키는 방법에서는, 조사면을 발광 광원에 접근함에 따라서 반사경의 반사 영역을 미세화하여야 하고, 반사경의 제작이 어려워지고, 비용이 증대한다. 따라서, 조사면이 발광 광원에 접근하면, 반사경의 분할 수가 점차로 커져서, 발광 광원의 성능 향상과 비용과의 균형이 취해지지 않게 된다는 문제가 있다. 또한, 반사경의 반사 영역을 세분화한 방법으로는, 오히려 단차부가 증가하기 때문에, 조사면에 있어서의 광반사면의 패턴이 비침을 감소시킬 수 없다.

그리고, 여기서는 복수색의 발광 소자를 이용한 발광 광원에 있어서, 색 얼룩의 문제를 설명하였지만, 단색 또는 하나의 발광 소자를 이용한 발광 광원에서도, 같은 이유로부터 조사면이 발광 광원에 접근함에 따라 휘도 얼룩이 현저하게 나타난다.

특허 문헌 1 : 특개2004-186092호 공보

본 발명이 목적으로 하는 점은, 발광 광원의 근처에 조사면을 설정한 경우에도, 조사면에서 색 얼룩이나 휘도 얼룩 등을 저감시켜서 균일하게 조명할 수 있는 발광 광원과 발광 광원에서의 광의 출사 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원은, 광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경의 광반사면측에 배치된 도광부와, 상기 도광부를 향하여 광을 출사하는 발광 소자를 구비한 발광 광원에 있어서, 상기 도광부는, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 광반사면을 상기 반사경의 광반사면과 대향하는 면에 가지며, 또한, 상기 발광 소자로부터 출사된 광, 상기 도광부의 광반사면에서 반사된 상기 발 광 소자의 광 및 상기 반사경의 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광을 외부로 출사하는 광출사면을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 여기서, 광출사면이란, 발광 소자로부터 도광부에 들어갔던 광이 직접, 또는 도광부의 광반사면에서 반사된 후에, 또는 반사경의 광반사면에서 반사된 후에, 도광부로부터 출사되는 면으로서, 도광부의 광반사면과 반대측의 면에 해당 한다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원에서는, 반사경의 광반사면과, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 도광부의 광반사면이 대향하여 있다. 따라서, 발광 소자로부터 출사되고 도광부의 광출사면에서 전반사된 후에 도광부의 광반사면에 입사한 광은, 그 일부가 도광부의 광반사면에서 반사되어 도광부의 광출사면으로부터 전방으로 출사된다. 또한, 나머지 광은, 도광부의 광반사면을 투과한 후, 반사경의 광반사면에서 반사되고 광출사면으로부터 전방으로 출사된다. 이렇게 하여, 도광부의 광반사면에서 반사되고 전방으로 출사되는 광과 반사경의 광반사면에서 반사되어 전방으로 출사어 광이 겹침에 의해, 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 저감시켜서 전방을 균일하게 조명할 수 있다. 특히, 발광 광원의 부근에서의 조사면에 있어서, 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 저감시켜서 전방을 균일하게 조명하는 것이 가능해진다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원이 어느 실시 양태는, 상기 도광부의 광반사면 및 상기 반사경의 광반사면이 각각, 단차부에 의해 구획된 복수의 반사 영역을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 반사 영역 사이가 단차부에 의해 구획되어 있기 때문에, 도광부의 광반사면의 전체로서의 두께(속길 이)와 반사경의 광반사면의 전체로서의 두께(속길이)를 작게 할 수 있고, 발광 광원을 박형화할 수 있다. 또한, 각 광반사면을 복수의 반사 영역으로 구획함으로써, 도광부의 광출사면으로부터 출사되는 광선을 상세히 제어할 수 있다.

또한, 이 발광 광원에 있어서는, 예를 들면 도광부의 광반사면에서 반사되어 광출사면으로부터 출사되는 광이 목적으로 하는 광학적 특성을 얻을 수 있도록 설계된 광선이고, 반사경의 광반사면에서 반사되고 광출사면으로부터 출사되는 광이 보조 광선이 되도록 하여도 좋다. 또는, 반사경의 광반사면에서 반사되어 광출사면으로부터 출사되는 광이 목적으로 하는 광학적 특성을 얻을 수 있도록 설계된 광선이고, 도광부의 광반사면에서 반사되어 광출사면으로부터 출사되는 광이 보조 광선이 되도록 하여도 좋다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원의 다른 실시 양태는, 상기 도광부의 광반사면이, 상기 반사경의 광반사면에 형성된 단차부에 의해 광이 출사되기 어렵게 된 영역을 향하여 광을 반사시키도록 형상이 정해져 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 반사경의 광반사면에 단차를 마련함에 의해 광이 공급되기 어렵게 된 영역에는, 도광부의 광반사면에 의해 광을 반사시키도록 하고 있기 때문에, 조사면에 있어서의 휘도를 균일화하고, 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원의 또다른 실시 양태는, 상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면이, 같은 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에서는, 도광부의 광반사면과 반사경의 광반사면이 같은 형 상을 갖고 있기 때문에, 발광 광원의 설계가 용이해진다.

이 실시 양태에 있어서는, 상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면이, 상기 광출사면으로 수직한 방향에서 보았을 때, 서로 위치가 어긋나 있어도 좋다. 이 경우에는, 도광부의 광반사면과 반사경의 광반사면이 동일 형상라도, 서로 위치가 어긋나 있기 때문에, 도광부의 광반사면에 의한 광의 반사 방향과 반사경의 광반사면에 의한 광의 반사 방향과의 차이를 크게 할 수 있고, 도광부의 광출사면으로부터 출사되는 광을 균일화하는 효과를 높일 수 있다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원의 또다른 실시 양태는, 상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면이, 다른 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에서는, 도광부의 광반사면과 반사경의 광반사면이 다른 형상을 갖고 있기 때문에, 2개의 광반사면의 설계의 자유도가 높아지고, 도광부의 광출사면으로부터 나오는 광을 균일화하는 효과가 높아진다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원의 또다른 실시 양태는, 상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면 사이에, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 또다른 광반사면을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 3층의 광반사면에 의해 광을 반사시켜서 광출사면으로부터 출사시킬 수 있기 때문에, 광출사면으로부터 출사되는 광을 보다 균일화할 수 있다. 따라서, 조사면에 있어서의 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 더욱 저감시킬 수 있다.

본 발명에 관한 제 1의 발광 광원의 또다른 실시 양태는, 상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면 사이의 공간에, 상기 도광부보다도 굴절율의 작 은 매질이 충전되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 도광판의 광반사면에서 광을 후레넬 반사시킬 수 있다. 이러한 매질의 굴절율이 작을수록 도광부의 광반사면 에 있어서의 반사율을 높게 할 수 있기 때문에, 이 매질로서는 공기를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 공간에서는 반사경과 도광부와의 거리를 일정하게 유지하는 것이 곤란한 경우에는, 이 공간에 저굴절율의 투명 수지를 충전하여도 좋다.

본 발명에 관한 제 2의 발광 광원은, 광을 출사하는 발광 소자와, 발광 소자로부터 출사된 광을 반사시키는 광반사면과, 상기 발광 소자로부터 출사된 광 및 상기 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광을 외부로 출사하는 광출사면을 갖는 도광부를 구비한 발광 광원에 있어서, 상기 광반사면은, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 일부 반사면과 거의 모든 광을 반사시키는 고반사율 반사면의 복수면에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 제 2의 발광 광원에서는, 광반사면을, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 일부 반사면과 거의 모든 광을 반사시키는 고반사율 반사면의 복수면에 의해 구성하고 있다. 따라서, 발광 소자로부터 출사되고 도광부의 광출사면에서 전반사된 후에 일부 반사면에 입사한 광은, 그 일부가 일부 반사면에서 반사되어 도광부의 광출사면으로부터 전방으로 출사된다. 또한, 나머지 광은, 일부 반사면을 투과한 후, 전부 광반사면에서 반사되고 도광부의 광출사면으로부터 전방으로 출사된다. 이렇게 하여, 일부 반사면에서 반사되어 전방으로 출사하는 광과 고반사율 반사면에서 반사되어 전방으로 출사하는 광이 겹침에 의해, 색 얼룩이 나 휘도 얼룩을 저감시켜서 전방을 균일하게 조명할 수 있다. 특히, 발광 광원의 부근에 잇어서의 조사면에 있어서, 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 저감시켜서 전방을 균일하게 조명하는 것이 가능해진다.

본 발명에 관한 발광 광원 어레이는, 본 발명에 관한 제 1 또는 제 2의 발광 광원을 복수개 배열한 것이다. 이러한 발광 광원 어레이에 의하면, 대면적이고 또한, 색 얼룩이나 휘도 얼룩이 적은 조명 수단을 제공할 수 있다.

본 발명에 관한 백라이트는, 본 발명에 관한 제 1 또는 제 2의 발광 광원을 복수개 동일 평면 내에 배열한 것이다. 이러한 백라이트에 의하면, 대면적이고, 또한, 색 얼룩이나 휘도 얼룩이 적은 백라이트를 제공할 수 있다. 특히, 칼라 표시용의 경우에는, 색 얼룩을 적게 하여 색의 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 액정 표시장치는, 본 발명에 관한 제 1 또는 제 2의 발광 광원을 복수개 배열한 발광 광원 어레이와, 상기 발광 광원 어레이에 대향시켜서 배치된 액정 표시 패널을 구비한 것이다. 이러한 액정 표시장치에 의하면, 화면의 밝기를 균일하게 할 수 있다. 또한, 칼라 표시의 액정 표시장치에 있어서는, 색의 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 발광 광원에 있어서의 광의 출사 방법은, 광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경의 광반사면측에 배치된 도광부와, 상기 도광부를 향하여 광을 출사하는 발광 소자를 구비한 발광 광원에 있어서의 광의 출사 방법으로서, 상기 도광부의 상기 반사경과 대향하는 면에서, 상기 발행 광원으로부터 출사된 광중 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시킴과 함께, 상기 도광부의 상기 반사경 과 대향하는 면을 투과한 광을 상기 반사경의 광반사면에서 반사시킴에 의해, 상기 발광 소자로부터 출사된 광, 상기 도광부의 상기 반사경과 대향하는 면에서 반사된 상기 발광 소자의 광 및 상기 반사경의 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광을 외부로 출사시키는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 관한 발광 광원에서의 광의 출사 방법에서는, 도광부의 반사경과 대향하는 면에서, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키도록 하고 있다. 따라서, 발광 소자로부터 출사되고 도광부의 광출사면에서 전반사된 후에 도광부의 반사경과 대향하는 면에 입사한 광은, 그 일부가 도광부의 반사경과 대향하는 면에서 반사되어 도광부의 광출사면으로부터 전방으로 출사된다. 또한, 나머지 광은, 도광부의 반사경과 대향하는 면을 투과한 후, 반사경의 광반사면에서 반사되고 도광부의 광출사면으로부터 전방으로 출사된다. 이렇게 하여, 도광부의 반사경과 대향하는 면에서 반사되고 전방으로 출사되는 광과 반사경의 광반사면에서 반사되어 전방으로 출사되는 광이 겹침에 의해, 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 저감시켜서 전방을 균일하게 조명할 수 있다. 특히, 발광 광원의 부근에서의 조사면에 있어서, 색 얼룩이나 휘도 얼룩을 저감시켜서 전방을 균일하게 조명하는 것이 가능해진다.

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

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 실시예로 한하는 것이 아니고, 용도 등에 따라 적절히 설계 변경할 수 있 다.

[실시예 1]

도 8은 본 발명의 실시예 1에 의한 발광 광원(21)의 외형을 도시한 사시도이다. 도 9는 해당 발광 광원(21)의 외관 사시도이다. 도 10은 해당 발광 광원(21)의 분해 사시도이다. 또한, 도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D는, 각각 해당 발광 광원의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 이들의 도면에 도시한 바와 같이, 발광 광원(21)은, 도광부(22), 반사경(23) 및 발광 소자(24R, 24G, 24B)에 의해 구성되어 있다.

도 12A는 도광부(22)의 앞면측에서의 사시도, 도 12B는 도광부(22)의 이면측에서의 사시도이다. 도 13A, 도 13B, 도 13C 및 도 13D는, 각각 도광부(22)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 이 도광부(22)는, 고굴절율의 광투과성 재료에 의해 개략 접시형상으로 성형되어 있다. 도광부(22)를 구성하는 광투과성 재료로서는, 에폭시 수지나 아크릴 수지 등의 투명 수지를 이용하여도 좋고, 유리 재료를 이용하여도 좋다.

도 8 또는 도 12A에 도시한 바와 같이, 도광부(22)는 앞면에서 본 형상은 직사각형 형상으로 되어 있다. 도광부(22)의 앞면 중앙부에는 원형을 한 직접 출사 영역(29)이 마련되어 있고, 그 외측에는 고리형상의 홈(25)을 통하여 전반사 영역(30)이 마련되어 있다. 직접 출사 영역(29)은 도광부(22)의 중심축과 수직한 평면에 의해 형성된 평활한 원형의 영역이고, 전반사 영역(30)도 도광부(22)의 중심축과 수직한 평면에 의해 형성된 평활한 영역이다. 또한, 도시한 예에서는, 직접 출사 영역(29)과 전반사 영역(30)은 동일 평면 내에 형성되어 있고, 직접 출사 영역(29)은 전반사 영역(30)과 같은 높이에 위치하고 있지만, 직접 출사 영역(29)을 홈(25) 내에서 전반사 영역(30)보다도 돌출시켜서 직접 출사 영역(29)을 전반사 영역(30)보다도 높게 하여 두어도 무방하다. 역으로, 직접 출사 영역(29)을 전반사 영역(30)보다도 홈(25) 내로 끌어넣어 직접 출사 영역(29)을 전반사 영역(30)보다도 낮게 하고 있어도 무방하다. 또한, 직접 출사 영역(29)은, 제일의(第一義)로는, 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 출사된 광을 그대로 외부로 출사시키는 영역이지만, 입사하는 광을 전반사시키는 작용도 갖고 있고 좋다. 마찬가지로, 전반사 영역(30)은, 제일의로는, 입사한 광을 반사경(26)측을 향하여 전반사시키는 작용을 갖지만, 입사한 광을 투과시켜서 외부로 출사시키는 작용도 갖고 있어도 좋다.

직접 출사 영역(29)과 전반사 영역(30) 사이에는 둥근고리형상을 한 홈(25)이 마련되어 있고, 홈(25)의 저면에는 고리형상을 한 평면에 의해 전반사 영역(31)이 형성되어 있다. 또한, 홈(25)의 내주측 측면에는 비스듬하게 기울어진 경사 전반사 영역(32)이 형성되고, 경사 전반사 영역(32)은 도광부(22)의 앞면측을 향할수록 점차로 직경이 작아지도록 테이퍼가 붙은 원추대(圓錐臺)형상으로 형성되어 있다. 이 전반사 영역(31)과 경사 전반사 영역(32)도, 제일의로는, 입사한 광을 전반사시키는 작용을 갖지만, 입사한 광의 일부는 경사 전반사 영역(32)을 투과하여 외부로 출사하는 일도 있을 수 있다.

도 12B 및 도 13C에 도시한 바와 같이, 도광부(22)의 이면은 만곡하고 있고, 해당 이면의 중앙부에는 원주형상을 한 돌기부(27)가 돌출하고 있다. 도광부(22) 의 이면에 있어서, 돌기부(27)를 제외한 영역에는, 도광부(22) 앞면의 전반사 영역(30) 등에서 전반사된 광의 일부를 반사시키며 나머지 광을 투과시키기 위한 광반사면(26)이 형성되어 있다. 이 광반사면(26)에는 특히 광학적한 박막을 마련할 필요는 없고, 도광판(22)과 공기와의 계면으로 되어 있을 뿐이다. 도광판(22)의 굴절율은 공기의 굴절율에 대해 충분히 크기 때문에, 이 계면(광반사면(26))에 광이 입사하면, 입사한 광의 일부가 후레넬 반사하고, 나머지 광은 투과한다. 또는, 광이 입사하는 각도에 따라서는, 입사한 광의 전부가 전반사된다.

도 12에 도시한 바와 같이, 도광부(22)의 광반사면(26)은, 적어도 2방향에 따라 배열된 복수의 반사 영역(28, 28, …)으로 분할되고, 바둑판무늬형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 광반사면(26)은, 도광부(22)의 두께를 얇게 하기 위해 후레넬 반사면으로 하고 있고, 각 반사 영역(28, 28, …) 사이에는 단차부가 형성되어 있다. 또한, 광반사면(26)은 종횡으로 복수의 반사 영역(28, 28, …)으로 분할되어 있기 때문에, 반사 영역(28, 28, …)의 분할 수를 크게 할 수 있고, 각 반사 영역(28, 28, …)의 곡면 형상이나 기울기를 제어함에 의해, 도광부(22)로부터 출사되는 광선을 상세히 설계할 수 있다. 또한, 도광부(22)의 광반사면(26)은, 약간 거친면으로 하여 광을 확산시키도록 하여 두어도 좋다.

도 14는 반사경(23)의 앞면측에서의 사시도이다. 도 15A, 도 15B, 도 15C 및 도 15D는, 각각 반사경(23)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 또한, 도 16A는 도 15A의 X-X선 단면도, 도 16B는 도 15A의 Y-Y선 단면도이다. 반사경(23)의 앞면은 접시형상으로 만곡한 오목면으로 되어 있고, 그 중앙부에는 둥근 관통구 멍(34)이 개구되어 있다. 반사경(23) 앞면의 만곡면은, 입사한 광을 정반사 또는 확산 반사시키기 위한 고반사율의 광반사면(33)으로 되어 있다. 광반사면(33)을 고반사율로 하기 위해서는, 반사경(23)을 고반사성 수지(예를 들면, 반사율이 95% 이상의 것)나 알루미늄 등의 금속으로 성형하여 광반사면(33)을 평활하게 마무리하거나, 또는 수지로 성형된 반사경(23)의 앞면에 금속 박막을 증착시키거나 하면 좋다. 또한, 반사경(23)의 광반사면(33)에도 약간의 확산성을 갖게 하고 있어도 좋다.

반사경(23)의 광반사면(33)은, 도광부(22)의 광반사면(26)과 같은 패턴을 갖고 있다. 즉, 광반사면(33)은, 적어도 2방향에 따라 배열된 복수의 반사 영역(35, 35, …)으로 분할되고, 바둑판무늬형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 광반사면(33)은, 반사경(23)의 두께를 얇게 하기 위해 후레넬 반사면으로 하고 있고, 각 반사 영역(35, 35, …) 사이에는 단차부가 형성되어 있다. 그리고, 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33)은, 서로 같은 형상의 반사 영역(28；35)이 같은 위치에 배치되어 있고 같은 패턴으로 되어 있다.

도 9 또는 도 17에 도시한 바와 같이, 도광부(22)와 반사경(23)은, 도광부(22)의 이면(광반사면(26))과 반사경(23)의 표면(광반사면(33)) 사이에 미소한 간극을 두고 대향시키고 있다. 즉, 도광부(22)와 반사경(23)의 사이의 공간은 공기층으로 되어 있다. 이 공기층은, 광의 파장에 비하여 충분히 큰 두께를 갖고 있기 때문에, 광반사면(26)에 입사한 광의 일부가 후레넬 반사하며 나머지 광이 투과하고, 또한, 광의 입사각도에 따라서는 전반사한다.

이렇게 하여 도광부(22)와 반사경(23)을 조합시켜서 발광 광원(21)을 조립한 상태에서는, 도광부(22)의 광반사면(26)의 각 반사 영역(28)과 반사경(23)의 광반사면(33)의 각 반사 영역(35)이 균일한 거리를 유지하고 대향하여 있고, 같은 형상의 반사 영역(28；35)끼리가 서로 대향하고, 또한, 단차부끼리도 서로 대향하고 있다.

도 17은 본 발명의 발광 광원(21)에서 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 출사된 광이 전형적인 거동을 도시한 단면도로서, 변(邊)에 평행한 방향에서의 정중(正中) 단면을 도시하고 있다. 또한, 도면에서는, 광은 세선의 화살표로 나타낸다. 도광부(22)의 이면측의 중심부에는, 예를 들면 LED로 이루어지는 적, 녹, 청의 발광 소자(24R, 24G, 24B)가 배치된다. 구체적으로 말하면, 각 발광 소자(24R, 24G, 24B)는 배선 기판(20)상에 실장되어 있고, 도광부(22)와 반사경(23)을 일체화한 것이, 각 발광 소자(24R, 24G, 24B)를 덮도록 하여 배선 기판(20)상에 접착제에 의해 접합 일체화되어 있다.

발광 광원(21)의 중심부에 배치된 적, 녹, 청의 3색의 발광 소자(24R, 24G, 24B)를 발광시키면, 직접 출사 영역(29)에는, 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 출사된 광중, 도광부(22)의 계면에서의 전반사의 임계각보다도 작은 출사각으로 출사된 광이 입사하고, 이 광은 직접 출사 영역(29)을 투과하여 발광 광원(21)으로부터 직접 전방으로 출사된다.

전반사 영역(31)에는, 전반사의 임계각보다도 큰 출사각으로 출사된 광이 입사하고, 이 광은 전반사 영역(31)에서 전반사됨에 의해 도광부(22)의 광반사면(26) 에 입사한다. 광반사면(26)에 입사한 광의 일부는 광반사면(26)에서 후레넬 반사되고, 광반사면(26)에서 반사된 광은, 전반사 영역(30)을 투과하여 전방으로 출사된다. 또한, 광반사면(26)을 투과한 광은, 반사경(23)의 광반사면(33)에서 반사되고, 전반사 영역(30)을 투과하여 전방으로 출사된다.

전반사 영역(30)에는, 전반사의 임계각보다도 큰 출사각으로 출사된 광이 입사하고, 이 광은 전반사 영역(30)에서 전반사됨에 의해 광반사면(26)에 입사한다. 광반사면(26)에 입사한 광의 일부는 광반사면(26)에서 후레넬 반사되고, 광반사면(26)에서 반사된 광은, 전반사 영역(30)을 투과하여 전방으로 출사된다. 또한, 광반사면(26)을 투과한 광은, 반사경(23)의 광반사면(33)에서 반사되고, 전반사 영역(30)을 투과하여 전방으로 출사된다.

직접 출사 영역(29)으로의 출사각과 전반사 영역으로의 출사각의 중간 출사각으로 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 출사된 광은, 경사 전반사 영역(32)에 입사하고, 경사 전반사 영역(32) 및 직접 출사 영역(29)에서 2회 전반사된 후, 반사 영역(36)에 입사한다. 광반사면(26)에 입사한 광의 일부는 광반사면(26)에서 후레넬 반사되고, 광반사면(26)에서 반사된 광은, 전반사 영역(30)을 투과하여 전방으로 출사된다. 또한, 광반사면(26)을 투과한 광은, 반사경(23)의 광반사면(33)에서 반사되고, 전반사 영역(30)을 투과하여 전방으로 출사된다.

또한, 발광 광원(21)의 코너부에서는, 광반사면(26)에는 큰 입사각으로 광이 입사하기 때문에, 여기서는 도광부(22)의 광반사면(26)에 입사한 광이 광반사면(26)에서 전반사되어 전반사 영역(30)으로부터 전방으로 출사되도록 되어 있어도 좋다.

배경 기술의 난에서도 설명한 바와 같이, 종래의 발광 광원에서는, 조사면(T)이 발광 광원에 가까워지면, 조사면에서 색 얼룩이나 휘도 얼룩이 현저해진다는 문제가 있다. 또한, 후레넬 반사면 형상을 갖는 반사경인 경우에는, 반사 영역의 사이에 단차부가 있기 때문에, 이 단차부의 그늘이 되어 광이 도달하지 않는 영역이 조사면에 광반사면의 패턴을 비춰주는 문제가 있다.

이에 대해, 해당 실시예의 발광 광원(21)에서는, 도 18에 도시한 바와 같이, 어떤 방향에서 입사한 광(L5)을 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33)에서는 다른 방향으로 반사시킬 수 있기 때문에, 2층의 광반사면에서 반사된 광이 겹침에 의해, 조사면(T)에서 색 얼룩이나 휘도 얼룩이 발생하기 어렵고, 균일하게 조명할 수 있다. 또한, 광반사면의 패턴이 조사면에 비춰주는 것도 방지할 수 있다.

도 19는 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33)이 동일 형상이면서, 반사광의 반사 방향이 다른 이유를 설명하는 도면이다. 도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33)이 모두 비구면 또는 구면형상의 오목면이라고 하면, 동일 방향에서부터 광선(L5)이 입사하여도, 도광부(22)의 반사면(26)에 있어서의 광 입사점(P1)은, 반사경(23)의 광반사면(33)에 있어서의 광 입사점(P2)보다도 내측으로 어긋나 있다. 광반사면(26, 33)의 접평면(接平面)을 고려하면, 광 입사점(P1)에서의 접평면(Q1)의 기울기는, 광 입사점(P2)에서의 접평면(Q2)의 기울기보다도 완만하기 때문에, 도광부(22)의 광반 사면(26)에서 반사된 반사광은, 반사경(23)의 광반사면(33)에서 반사된 광보다도 외측으로 퍼지게 된다.

따라서, 반사경(23)의 광반사면(33)을 소망하는 반사광 특성을 얻을 수 있도록 설계하여 두면, 같은 패턴을 전방(즉, 도광부(22)의 이면)에 마련함으로써 반사광을 흐트러지게 할 수 있고, 반사경(23)의 광반사면(33)만으로는 광량을 충족시키지 못하였던 부분에 광을 공급할 수 있고, 발광 광원(21)의 색 얼룩, 휘도 얼룩, 단차부에 기인하는 암부 등을 해소할 수 있는 것이다.

또한, 종래의 발광 광원에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 발광 소자(13)로부터 멀리에 있는 반사 영역(17a)에서는 반사되는 광(L4)의 광로 길이가 길어지고, 입사광의 광량이 적어진다. 게다가, 반사 영역의 반사율은 어느 것이나 같다. 그 때문에, 중심으로부터 멀리에 있는 반사 영역(17a)에서는, 중심에 가까운 반사 영역(17c)에 비하여 반사광의 광량이 작아지고, 휘도가 불균일하게 될 우려가 있다.

이에 대해, 본 실시예의 발광 광원(21)에서는, 반사경(23)의 광반사면(33)에서 반사율은 어느 영역에서도 80 내지 90%이다. 또한, 도광부(22)의 광반사면(26)에서 반사된 광의 반사율은, 발광 소자(24R, 24G, 24B)에 가까운측에서는 입사 광량의 수%에 지나지 않지만, 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 멀어지면, 전반사에 의해 100%가 된다. 따라서 본 발명의 발광 광원(21)의 경우에는, 도 20에 도시한 바와 같이, 발광 소자(24R, 24G, 24B)에 가까운측에서는 도광부(22)의 광반사면(26)에서 입사 광량의 수%가 반사되고, 또한 그 나머지 입사 광량의 80 내지 90%가 반사경(23)의 광반사면(33)에서 반사되는데 지나지 않는다. 이에 대해, 발광 소 자(24R, 24G, 24B)로부터 먼 측에서는, 입사 광량은 적어지지만, 그 반사율은 도광부(22)의 광반사면(26)에 의한 전반사로 100%가 된다. 따라서, 이 실시예의 발광 광원(21)에 의하면, 발광 광원(21)의 주변부에서 광량이 급격하게 적어져서 가장자리(緣)가 어두워지는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 중앙부에 1개의 발광 소자를 배치한 대각 방향 길이가 40㎜의 본 실시예의 발광 광원(21)에 의한 출사광 특성을 시뮬레이션에 의해 평가한 결과를 설명한다. 도 21은, 본 실시예의 발광 광원(21)의 중심을 통과하는 대각 방향의 단면에 있어서, 발광 소자(24R, 24G, 24B)로부터 출사되어 양 광반사면(26, 33)에서 반사되는 일 없이 직접 발광 광원(21)으로부터 출사되는 광선을 도시하고, 도 22는, 발광 광원(21)으로부터 소정 거리에 설정된 조사면(T)에서의, 해당 직접 출사광에 의한 광강도의 분포를 도시하고 있다. 또한, 도 23은, 해당 발광 광원(21)의 중심을 통과한 대각 방향의 단면에 있어서, 반사경(23)의 광반사면(33)에서 정반사된 후, 발광 광원(21)으로부터 출사된 광선을 도시하고, 도 24는, 발광 광원(21)으로부터 소정 거리에 설정된 조사면(T)에서의, 해당 정반사광에 의한 광강도의 분포를 도시하고 있다. 도 25는, 해당 발광 광원(21)의 중심을 통과하는 대각 방향의 단면에 있어서, 도광부(22)의 광반사면(26)에서 후레넬 반사(전반사를 포함한다)된 후, 발광 광원(21)으로부터 출사되는 광선을 도시하고, 도 26은, 발광 광원(21)으로부터 소정 거리에 설정된 조사면(T)에서의, 해당 후레넬 반사광에 의한 광강도의 분포를 도시하고 있다.

도 27은, 도 22, 도 24 및 도 26의 광강도 분포를 더하여 합한 결과를 도시 하고 있다. 즉, 도 27은 직접 출사광, 정반사광 및 후레넬 반사광을 더하여 합한 광강도 분포이고, 본원발명에 관한 발광 광원(21)의 특성을 도시하고 있다. 한편, 도 28은, 도 22 및 도 24의 광강도 분포를 더하여 합한 결과를 도시하고 있다. 즉, 도 28은 직접 출사광 및 정반사광을 더하여 합한 광강도 분포이고, 종래예의 특성을 나타내고 있다. 도 28에 도시한 종래예의 특성에서는, 발광 광원의 중앙부에서 광강도가 높고, 발광 광원의 코너부분에서 광강도가 낮게 되어 있고, 휘도 얼룩이 꽤 크게 되어 있다. 이에 대해, 도 27에 도시한 본 발명 실시예의 특성에서는, 중앙부의 광강도가 억제되어 있고, 또한, 발광 광원의 코너 부분에서 광강도가 높게 되어 있고, 전체에 걸쳐서 광강도의 균일화가 도모된다.

도 29는, 본 실시예의 발광 광원(21)의 중심을 지나는 변과 평행한 방향의 단면에 있어서, 광반사면(33)에서 정반사된 광과 광반사면(26)에서 후레넬 반사된 광을 도시하고 있다. 도 30은 종래예의 발광 광원의 중심을 지나는 변과 평행한 방향의 단면에 있어서, 반사경에서 정반사된 광을 도시하고 있다. 종래예에서는, 도 30에 도시된 바와 같이, 출사광의 방향은 잘 정돈되어 있다. 그러나, 그 때문에, 도 31에 도시한 광강도 분포와 같이, 광강도의 변화가 크게 되어 있다. 이에 대해, 본 실시예의 경우에는, 출사광의 방향이 흐트러져 있고, 그 때문에 도 31에 도시한 광강도 분포와 같이, 조사면(T)에 있어서의 광강도의 변동은 종래예보다 작게 되어 있다.

도 32 및 도 33은, 발광 광원을 대각 방향으로 2개 나열한 경우의 출사광 특성을 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 도 32는 직접 출사광, 정반사광 및 후레넬 반사광을 고려한 결과를 나타내고 있고, 본 실시예의 발광 광원의 출사광 특성에 상당한다. 도 33은 직접 출사광 및 정반사광을 고려한 결과를 나타내고, 종래예의 출사광 특성에 상당한다. 광반사면이 1층만인 종래예에서는, 도 33에 도시한 바와 같이, 발광 광원끼리의 경계부분에 대응하는 개소에서 광강도가 거의 제로이고 어둡게 되어 있음에 대해, 본 실시예의 발광 광원의 경우에는, 도 32에 도시한 바와 같이, 발광 광원끼리의 경계 부분에서도 균일한 밝기를 유지하고 있다.

[실시예 2]

도 34는 본 발명의 실시예 2에 의한 발광 광원(41)을 도시한 사시도, 도 35는 그 분해 사시도이다. 또한, 도 36은 해당 발광 광원(41)의 단면도이다. 이 실시예에서는, 도광부(22)의 4변에 노치부(42)를 마련하고, 반사경(23)의 앞면 4변에 돌기부(43)를 마련하고, 노치부(42)와 돌기부(43)를 서로 맞물리도록 하여 도광부(22)를 반사경(23)과 겹침에 의해, 도광부(22)의 반사경(23)과 반사경(23)의 광반사면(33)을 서로 위치 결정할 수 있도록 한다.

또한, 도광부(22)의 이면 코너부에는, 각각 이면측을 향하여 다리부(44)가 돌출하고 있고, 해당 다리부(44)를 반사경(23)의 앞면에 맞대어 접함에 의해, 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33) 사이의 간격을 소정치로 유지할 수 있도록 한다.

도광부(22)의 이면에는, 개략 구면(球面)형상을 한 홈부(45)가 형성되어 있고, 홈부(45)의 중앙부에 발광 소자(24R, 24G, 24B)를 배치함에 의해, 각 발광 소자(24R, 24G, 24B)의 광을 효율적으로 도광부(22) 내로 도입할 수 있도록 하고 있 다.

또한, 도 36에서는, 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33) 사이의 공간은 공기층으로 되어 있지만, 여기에는 도광부(22)보다도 굴절율의 작은 투명 수지를 충전하여도 좋다.

도 37은 실시예 2의 변형예로서, 도광부(22) 이면의 광반사면(26)을, 도광부(22)와 공기 중간의 굴절율을 갖는 투명한 피막(46)으로 덮어 있다. 이들의 변형예에 의하면, 피막(46)과 공기의 계면이, 입사한 광의 일부를 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 제 3의 광반사면(47)으로 되기 때문에, 3층의 광반사면(26, 47, 33)에 의해 광을 반사시킬 수 있고, 이들의 반사광을 겹침에 의해 균일한 특성을 얻을 수 있다.

[실시예 3]

도 38은 본 발명의 실시예 3에 의한 발광 광원(51)을 도시한 사시도이다. 도 39A, 도 39B, 도 39C 및 도 39D는, 각각 해당 발광 광원(51)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 40은 발광 광원(51)의 단면도이다. 또한, 도 41은 반사경(23)의 정면도이다. 이 발광 광원(51)은, 실시예 1의 발광 광원(21)과 거의 같은 구조를 갖고 있지만, 실시예 1의 발광 광원(21)에서는 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33)이 각 패턴이 같은 위치에 배치되어 있음에 대해, 실시예 3의 발광 광원(51)에서는 도 40에 도시한 바와 같이, 양 광반사면(26, 33)의 위치를 서로 어긋나게 한다. 여기서 이용되는 도광부(22)는, 실시예 1에서 설명한 것과 같은 것이지만, 반사경(23)의 광반사면(33)은 실시예 1과는 다르다. 실시예 1 에서는, 광반사면(33)의 패턴은, 광반사면(26)과 마찬가지로 일정한 피치로 배열되어 있지만, 실시예 3의 반사경(23)에서는, 도 41에 도시한 바와 같이, 각변의 중앙부에서 반사 영역(35)을 넓게 함에 의해, 광반사면(33)의 패턴을 광반사면(26)과 어긋나게 한다. 따라서, 광반사면(26)의 단차부(52)와 광반사면(33)의 단차부(53)도 서로 어긋나 있다.

이 실시예에서는, 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사면(33)으로 패턴의 배치를 어긋나게 하고 있기 때문에, 광반사면(26)에서 반사되는 광과 광반사면(33)에서 반사되는 광의 방향은 보다 다르게 할 수 있고, 출사광은 더욱 랜덤하게 하여 균일화를 도모할 수 있다. 또한, 광반사면(26)의 패턴과 광반사면(33)의 패턴을 어긋나게 함으로써, 반사 영역 사이의 단차 부분이 보다 눈에 띄기 어렵게 할 수 있다.

[실시예 4]

도 42는 본 발명의 실시예 4에 의한 발광 광원(61)을 도시한 사시도이다. 도 43A, 도 43B, 도 43C 및 도 43D는, 각각 발광 광원(61)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 44는 실시예 4의 발광 광원(61)을 구성하는 도광부(22)의 이면측에서의 사시도, 도 45A, 도 45B, 도 45C 및 도 45D는, 각각 도광부(22)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 46은 실시예 4의 발광 광원(61)을 구성하는 반사경(23)의 사시도, 도 47A, 도 47B, 도 47C 및 도 47D는, 각각 반사경(23)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 48은 반사경(23)의 단면도이다.

이 발광 광원(61)은, 도광부(22)의 광반사면(26)과 반사경(23)의 광반사 면(33)이, 각각 동심원형상으로 배치된 윤대형상의 반사 영역(28, 35)에 의해 구성되어 있는 점을 특징으로 하고 있다.

[실시예 5]

도 49는 본 발명의 실시예 5에 의한 발광 광원(71)을 도시한 사시도이다. 도 50A, 도 50B, 도 50C 및 도 50D는, 각각 발광 광원(71)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 51A, 도 51B는 실시예 5의 발광 광원(71)을 구성하는 도광부(22)의 앞면측과 이면측에서의 사시도이다. 도 52A, 도 52B, 도 52C 및 도 52D는, 각각 도광부(22)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 53은 실시예 5의 발광 광원(71)을 구성하는 반사경(23)의 사시도, 도 54A, 도 54B, 도 54C 및 도 54D는, 각각 반사경(23)의 정면도, 배면도, 상면도 및 측면도이다. 도 55는 반사경(23)의 단면도이다.

이 발광 광원(71)은 그 외형, 즉 도광부(22)의 외형 및 반사경(23)의 외형이 앞면에서 보아 정6각형 형상을 하고 있는 점을 특징으로 한다. 또한, 도광부(22)의 광반사면(26)을 구성하는 각 반사 영역(28)도 정6각형 형상으로 되어 있고, 반사경(23)의 광반사면(33)을 구성하는 각 반사 영역(35)도 정6각형 형상으로 되어 있다.

[실시예 6]

도 56은 본 발명의 실시예 6에 의한 발광 광원 어레이(81)를 도시한 사시도이다. 이 발광 광원 어레이(81)는, 예를 들면 직사각형 형상을 한 발광 광원 어레이(21)를 종횡으로 복수개씩 배열시킨 것이다. 이와 같이 복수개의 발광 광원을 나 열하여 발광 광원 어레이(81)를 구성하면, 보다 대면적의 광원을 제작할 수 있다. 게다가, 본 발명의 발광 광원 어레이(81)에 의하면, 도 32에서 설명한 바와 같이 발광 광원끼리의 연결 부분에서 어두워지기 어렵기 때문에, 대면적이고 균일한 밝기의 발광 광원 어레이(81)를 얻을 수 있다.

[실시예 7]

도 57은 본 발명의 실시예 7에 의한 액정 디스플레이(액정 표시장치)(91)의 구조를 도시한 개략 단면도이다. 액정 디스플레이(91)는, 액정 패널(92)의 이면에 백라이트(93)를 배치하여 구성되어 있다. 액정 패널(92)은 일반적인 것으로서, 이면측으로부터 순차로, 편광판(94), 액정 셀(95), 위상차판(96), 편광판(97) 및 반사 방지 필름(98)을 적층하여 구성되어 있다.

백라이트(93)는, 복수개의 발광 광원(21)을 나열한 발광 광원 어레이(81)의 앞면에, 광확산 필름(101), 프리즘 시트(102) 및 휘도 향상 필름(103)을 배치한 것이다. 발광 광원(21)은 앞면에서 보아 정사각형 형상으로 형성되어 있고, 해당 발광 광원(21)을 백개 전후 내지 수백개 바둑판무늬형상으로 나열하여 발광 광원 어레이(81)가 구성되어 있다. 광확산 필름(101)은, 발광 광원 어레이(81)로부터 출사된 광을 확산시킴에 의해, 휘도의 균일화를 도모함과 함께 발광 광원 어레이(81)로부터 출사된 각 색의 광을 균일하게 혼색시키는 작용을 한다. 프리즘 시트(102)는, 비스듬하게 입사한 광을 굴절 또는 내부 반사시킴에 의해 프리즘 시트(102)에 수직한 방향으로 구부려서 투과시키는 것이고, 이에 의해 백라이트(93)의 정면 휘도를 높일 수 있다.

휘도 향상 필름(103)은, 어떤 편광면 내의 직선 편광을 투과시키고, 이것과 직교하는 편광면 내의 직선 편광을 반사시키는 필름으로서, 발광 광원 어레이(81)로부터 출사되는 광의 이용 효율을 높이는 작용을 한다. 즉, 휘도 향상 필름(103)은, 투과광의 편광면이 액정 패널(92)에 이용되고 있는 편광판(94)의 편광면과 일치하도록 배치되어 있다. 따라서, 발광 광원 어레이(81)로부터 출사된 광중, 편광판(94)과 편광면이 일치하는 광은 휘도 향상 필름(103)을 투과하여 액정 패널(92) 내로 입사하지만, 편광판(94)과 편광면이 직교하는 광은 휘도 향상 필름(103)에서 반사되어 되돌아와, 발광 광원 어레이(81)에서 반사되어 재차 휘도 향상 필름(103)에 입사한다. 휘도 향상 필름(103)에서 반사되어 되돌아온 광은, 발광 광원 어레이(81)에서 반사되어 재차 향상 필름(103)에 재입사하기까지 편광면이 회전하고 있기 때문에, 그 일부는 휘도 향상 필름(103)을 투과한다. 이와 같은 작용을 반복함에 의해, 발광 광원 어레이(81)로부터 출사된 광의 대부분이 액정 패널(92)에서 이용되게 되어 액정 패널(92)의 휘도가 향상한다.

이와 같은 액정 디스플레이(91)에 의하면, 색 얼룩이나 휘도 얼룩이 없는 양호한 화상을 표시시키는 것이 가능해진다.

상기 본 본 발명의 구성에 따르면 발광 광원 부근의 조사면에 있어서도, 색 얼룩이나 휘도 얼룩 등을 저감시켜 균일하게 조명할 수 있는 발광 광원을 제공하는 것이 가능해진다.

Claims

광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경의 광반사면측에 배치된 도광부와, 상기 도광부를 향하여 광을 출사하는 발광 소자를 구비한 발광 광원에 있어서,

상기 도광부는, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 광반사면을 상기 반사경의 광반사면과 대향하는 면에 가지며, 또한, 상기 발광 소자로부터 출사된 광, 상기 도광부의 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광 및 상기 반사경의 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광을 외부로 출사하는 광출사면을 상기 도광부의 상기 광반사면에 대해 상기 반사경과 반대측에 갖는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 1항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면 및 상기 반사경의 광반사면은 각각, 단차부에 의해 구획된 복수의 반사 영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 발광 광원.
제 2항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면은, 상기 반사경의 광반사면에 형성된 단차부에 의해 광이 출사되기 어렵게 된 영역을 향하여 광을 반사시키도록 형상이 정해져 있는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 1항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면은, 같은 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 4항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면은, 상기 광출사면에 수직한 방향에서 보았을 때, 서로 위치가 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 1항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면은, 다른 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 1항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면 사이에, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 또다른 광반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 1항에 있어서,

상기 도광부의 광반사면과 상기 반사경의 광반사면 사이의 공간에, 상기 도광부보다도 굴절율의 작은 매질이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
광을 출사하는 발광 소자와, 발광 소자로부터 출사된 광을 반사시키는 광반사면과, 상기 발광 소자로부터 출사된광 및 상기 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광을 외부로 출사하는 광출사면을 갖는 도광부를 구비한 발광 광원에 있어서, 상기 광반사면은, 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시키는 일부 반사면과 거의 모든 광을 반사시키는 고반사율 반사면의 복수 종류의 면에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 광원.
제 1항 또는 제 9항에 기재된 발광 광원을 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 발광 광원 어레이.
제 1항 또는 제 9항에 기재한 복수개의 발광 광원을 동일 평면 내에 배열한 것을 특징으로 하는 백라이트.
제 1항 또는 제 9항에 기재된 발광 광원을 복수개 배열한 발광 광원 어레이와, 상기 발광 광원 어레이에 대향시켜 배치된 액정 표시 패널을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
광을 반사시키는 반사경과, 상기 반사경의 광반사면측에 대향하도록 배치된 도광부와, 상기 도광부를 향하여 광을 출사하는 발광 소자를 구비한 발광 광원에서 의 광의 출사 방법으로서,

상기 도광부의 상기 반사경과 대향하는 면에서, 상기 발행 광원으로부터 출사된 광중 일부의 광을 반사시키며 나머지 광을 투과시킴과 함께, 상기 도광부의 상기 반사경과 대향하는 면을 투과한 광을 상기 반사경의 광반사면에서 반사시킴에 의해, 상기 발광 소자로부터 출사된 광, 상기 도광부의 상기 반사경과 대향하는 면에서 반사된 상기 발광 소자의 광 및 상기 반사경의 광반사면에서 반사된 상기 발광 소자의 광을 외부로 출사시키는 것을 특징으로 하는 발광 광원에서의 광의 출사 방법.