KR20070000955A

KR20070000955A - 면광원 장치

Info

Publication number: KR20070000955A
Application number: KR1020050096263A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 사토우
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-01-03
Also published as: US20060291185A1; KR100771179B1; JP2007012323A; US7635200B2

Abstract

휘도의 면내 균일성에 우수한 면광원 장치를 제공한다.

패턴 광원(214)이 수용되어 표면이 개구하는 광체(210)와, 광체의 개구를 차단하는 광투과 기판(110)을 구비한 면광원 장치(100)가 제공된다. 상기 면광원 장치는, 광투과 기판의 표면측에, 서로 평행하게 배열된 복수의 다각추 프리즘(120)으로 이루어진 다각추 프리즘 어레이를 배치하고 있으며, 그 다각추 프리즘의 짧은쪽 방향의 단면 지름은, 육안의 분해가능 이하의 치수이고, 다각추 프리즘은 광투과 기판의 표면측에 3면 이상의 경사면을 갖고 있다. 상기와 같은 구성에 의해, 휘도 얼룩이 없고 휘도의 면내 균일성에 우수한 면조명광을 얻을 수 있다. 이 때, 확산판이나 확산 시트를 사용하지 않으므로, 광량의 감쇠도 최소한으로 억제하는 것이 가능하다.

면광원 장치, 다각추 프리즘, 마이크로 렌즈, 허상

Description

면광원 장치{A SURFACE LIGHT ILLUMINATION APPARATUS}

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘의 약식도(A) 및 평면도(B)이다.

　 도 3은, 본 발명의 일 실시예로서의 다각추 프리즘에 의한 이면화상의 은폐원리를 나타내는 설명도이다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예로서의 다각추 프리즘에 의한 이면화상의 은폐원리를 나타내는 설명도이다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 봉상 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 봉상 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 입체적으로 나타낸 설명도이다.

도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 봉상 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 입체적으로 나타낸 설명도이다.

도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐 시트를 봉상 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 나타낸 단면도이다.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 의한 면광원 장치를 적용한 액정표시장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 10은, 본 발명의 일 실시예에 의한 면광원 장치를 적용한 액정표시장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 11은, 종래의 면광원 장치의 휘도 분포를 나타내는 도표이다.

도 12는, 본 발명의 일 실시예에 의한 면광원 장치의 휘도 분포를 나타내는 도표이다.

도 13은, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 XZ 단면도이다.

도 14는, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 YZ 단면도이다.

도 15는, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 LED 광원의 배치 상태를 나타내는 평면도이다.

도 16은, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 LED 광원의 배치 상태를 입체적으로 나타내는 설명도이다.

도 17은, 본 발명의 일 실시예에 의한 다각추 프리즘형 이면화상 은폐시트를 도광판 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 18은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐시트의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.

도 19는, 본 발명의 일 실시예로서의 마이크로 렌즈형에 의한 이면화상의 은폐원리를 나타내는 설명도이다.

도 20은, 본 발명의 일 실시예로서의 마이크로 렌즈형에 의한 이면화상의 은폐원리를 나타내는 설명도이다.

도 21은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐시트를 봉상 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 22는, 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐 시트를 봉상 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 23은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 면광원 장치를 적용한 액정표시장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 24는, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 면광원 장치를 적용한 액정표시장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

도 25는, 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 배열 일례를 나타내는 설명도이다.

도 26은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 XZ 단면도이다.

도 27은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 YZ 단면도이다.

도 28은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 면광원 장치에 적용 되는 트릭 마이크로 렌즈의 구조를 나타내는 설명도이다.

도 29는, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 면광원 장치에 적용되는 트릭 마이크로 렌즈 어레이의 구조를 나타내는 설명도이다.

도 30은, 종래의 면광원 장치의 휘도 분포를 나타내는 도표이다.

도 31은, 본 발명의 일 실시예에 의한 면광원 장치의 휘도 분포를 나타내는 도표이다.

도 32는, 종래의 면광원 장치의 색도 분포를 나타내는 도표이다.

도 33은, 본 발명의 일 실시예에 의한 면광원 장치의 색도 분포를 나타내는 도표이다.

도 34는, 마이크로 렌즈의 배열예를 나타내는 설명도이다.

도 35는, 마이크로 렌즈의 배열예를 나타내는 설명도이다.

도 36은, 마이크로 렌즈의 배열예를 나타내는 설명도이다.

도 37은, 마이크로 렌즈의 배열예를 나타내는 설명도이다.

도 38은, 마이크로 렌즈 어레이로서 마이크로 실린더리컬(cylindrical) 렌즈 어레이를 채용한 실시예를 나타내는 설명도이다.

도 39는, 마이크로 실린더리컬 렌즈 어레이의 배열예를 나타내는 설명도이다.

도 40은, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐시트를 LED 광원에 적용한 면광원 장치의 개략을 나타내는 단면도이다.

<부호의 간단한 설명>

100 이면화상 은폐시트 110 광투과 기판

120 다각추 프리즘 어레이 122 사면(굴절면)

200 면광원 장치 210 반사면

212 광체 214 냉음극관

214R 실체 214V 허상

본 발명은 면광원 장치 및 그 면광원 장치를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

종래, 액정표시장치 등에 이용되는 백라이트 등의 면광원 장치에는, 도광판을 이용한 에지라이트 방식과, 냉음극관(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp) 광원을 나열한 직하형의 2종류가 알려져 있다. 에지라이트 방식에서는, 전반사하면서 도파(導波)하는 광을 액정 패널측으로 취출하는 목적으로, 도광판 이면에 백색 도트 패턴이나 주름 패턴이 형성되어 있다. 에지라이트 방식에서는, 이들의 패턴을 은폐하여 면내 균일한 휘도를 갖는 조명광을 얻기 위해서, 확산 시트를 배치할 필요가 있다. 또한, 직하형에서도 마찬가지로, CCFL 그 자체의 패턴을 은폐하여 면내 균일한 휘도를 갖는 조명광을 얻기 위해서, 확산판과 확산 시트를 상면에 배치하고 있다. 나아가, 최근에는, RGB 각 색의 LED 광원을 이용한 면광원 장치도 제안되고 있다.

그러나, 종래의 면광원 장치에서 이용되는 확산판이나 확산 시트는, 이면에 배치될 수 있는 봉상 광원 등의 이면 패턴을 은폐하고, 휘도 얼룩을 해소하기 위해서 대단히 강한 광 확산 기능을 갖고 있다. 그 때문에, 표시 장치에 필요한 방향 이외로 까지 확산시켜, 휘도의 저하를 초래한다고 하는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 일본 특개평 5-38216호 공보에 있어서는, 막대모양(봉상) 광원으로부터의 광을, 봉상 광원의 긴쪽 방향을 따라 경사면이 형성된 프리즘 렌즈 필름을 통과시켜 조명광으로서 도입하고, 프리즘 렌즈에 의한 허상을 이용하여, 광원의 밝기를 감소시키는 일 없이 균일한 면휘도를 얻는 방법이 제안되고 있다.

그러나, 일본 특개평 5-38216호 공보에 개시되어 있는 것은, 단면이 3각형의 프리즘이고 표면측에 두 개의 경사면이 굴절면으로서 형성되어 있는 것에 지나지 않으며, 허상을 많이 형성하여 휘도 얼룩을 없애고 설계상 요구되는 휘도를 얻기 위해서는 아직 불충분하며, 더욱 효율이 높은 방법이 요구되어 지고 있다.

본 발명은, 종래의 면광원 장치가 갖는 상기 문제점에 감안해서 이루어진 것으로, 휘도의 저하를 최저한으로 억제하면서 이면 패턴을 효과적으로 은폐하는 것이 가능한 은폐 시트에 의해 광량의 손실을 최소한으로 억제하면서 휘도 얼룩을 없 애고, 면내 균일하고 우수한 휘도를 갖는 조명광을 발사하는 것이 가능한 면광원 장치 및 그 면광원을 이용한 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 면광원 장치는, 소정의 패턴을 갖는 패턴 광원을 구비한 광체와, 패턴 광원으로부터 소정 거리를 두고 광체의 표면측에 배치된 광투과 기판을 구비하고 있다. 광투과 기판의 표면측에는, 수평 방향 단면(XY 단면이라고 한다)형상이 사변형의, 복수의 다각추 프리즘이 어레이 상으로 배열되어져 다각추 프리즘 어레이가 형성되어져 있고, 다각추 프리즘은 패턴 광원의 패턴에 대응하여 배열되어져 있으며, 다각추 프리즘의 수직 방향 단면(XZ 단면 또는/ 및 YZ 단면)에 나타나는 굴절면의 각도는, 서로 인접하는 패턴 광원사이의 간격에 굴절면에 의해 형성되는 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있다.

이와 같이, 프리즘을 삼차원적으로 전개하는 다각추 프리즘 구조로 하고, 다각추 프리즘의 수직 방향 단면(XZ 단면 또는/ 및 YZ 단면)에 나타나는 굴절면의 각도를, 서로 인접하는 패턴사이의 간격에 각 굴절면에 의해 형성되는 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 차례로 조절함으로써, 패턴 광원의 배열 방향으로 광원의 허상을 다수 형성하여 메우는 것이 가능하게 되고, 그 결과, 광원 패턴을 효과적으로 은폐함과 동시에, 휘도 얼룩이 없이 휘도의 면내 균일성이 우수한 면 조명광을 얻을 수 있다. 이 때, 본 발명에 의하면 확산판이나 확산 시트를 사용 할 필요가 없으므로, 광량의 감쇠도 최소한으로 억제하는 것이 가능하다.

각 다각추 프리즘의 XY 단면 형상의 사변형에 있어서, 적어도 패턴 광원의 인접 방향(X방향이라고 한다)으로 전개하는 변은, 육안의 분해능 이하의 치수가 되도록 구성하면, 이면 패턴에 관계없이 육안으로는 거의 균일한 면광원으로서 인식시키는 것이 가능해진다.

또한, 광투과 기판의 이면측에는, 표면 릴리프(relief)형 및/또는 체적 위상형의 그레이팅을 적어도 한층 설치하는 구성으로 하면, 광의 회절현상에 의해, 그레이팅(grating)의 피치에 따른 특정한 복수 방향으로 광원의 회절상을 생성시켜 광원 패턴의 은폐 효과를 더 높이고, 보다 휘도 분포가 균일한 면광원을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서 은폐 대상으로 되는 패턴 광원으로서는, 서로 평행하게 배열된 복수의 냉음극관 등의 봉상 광원으로 이루어진 봉상 광원 어레이나, RGB 각 색을 적어도 하나씩 포함하는 RGB 단위를 이루도록 RGB의 LED 광원이 열상(列狀)으로 배열되어 라인(line) 상의 LED 광원을 이루고, 이러한 복수의 라인상 LED 광원을 서로 평행하게 배열하여 이루어진 LED 광원 어레이나, 소정의 패턴이 열(列)상으로 배열된 반사 패턴을 이루고, 이러한 복수의 라인상 반사 패턴을 서로 평행하게 배열하여 이루어진 반사 패턴 어레이를 구비한 도광판 광원 등이 있다.

패턴 광원이, X방향으로 서로 평행하게 배열된 복수의 봉상 광원으로 이루어진 봉상 광원 어레이인 경우에는, 다각추 프리즘의 XY 단면 형상을 직사각형으로 하고, 봉상 광원 어레이의 긴쪽 방향(Y방향)과 다각추 프리즘의 XY 단면 형상의 긴 쪽 방향이 대응하도록 배열된다. 이와 같이, 봉상 광원 어레이에 적용한 경우에는, 봉상 광원의 배열방향(X방향)으로 광원의 허상이 나란한 것처럼 보여, 봉상 광원의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화 시킬 수 있다. 또한, Y방향에는, 배광각(시야각)을 좁혀서 정면 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.

그 경우에, XY 평면내에서, X 방향으로 서로 인접하는 봉상 광원사이의 배치간격을 a, 봉상 광원의 직경을 b, 다각추 프리즘의 경사면의 수를 n이라고 한 경우에, n≥a/b (단, n≥3)이도록 구성할 수 있다.

패턴 광원이, RGB 각 색을 적어도 하나씩 RGB 단위를 이루도록 RGB의 LED 광원이 열상으로 배열된 라인상 LED광원(라인 방향이 Y방향)을 X방향으로 서로 평행하게 배열한 경우에는, 다각추 프리즘의 XY 단면 형상을 직사각형으로 구성하고, Y방향에 있어서 상기 RGB의 LED를 1단위로 한 단위 광원사이의 간격에, 상기 굴절면에 의해 형성되는 단위 광원의 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 다각추 프리즘의 YZ 단면에 나타난 굴절면 각각의 각도가 조정되어 있고, 마찬가지로 X방향에 있어서, 라인상 LED 광원사이의 간격에 라인상 LED 광원의 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되도록 다각추 프리즘의 XZ 단면에 나타난 굴절면 각각의 각도가 조정되어 있다.

이와 같이, LED 광원 패턴에 적용한 경우에는, X방향에는 라인상 LED 광원의 허상이 나란한 것처럼 보여, 라인상 LED 광원의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화시킬 수 있다. 또한, Y방향에는, RGB의 LED 광원의 허상이 나란한 것처럼 보여, RGB의 LED 광원의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화 하고, 또한 RGB 각 색의 광원 허상을 다수 중첩시킴으로써, RGB를 혼색시켜 균일한 백색광을 얻을 수 있다.

패턴 광원이 도광판 광원인 경우에는, 도광판 이면(광출사측과는 반대)측의 광반사 패턴을 은폐 대상으로 하여, 반사 패턴의 X방향 Y방향 모두 반사 패턴의 허상이 간극 없이 연속적으로 등간격으로 나란한 것처럼 보여, 반사 패턴의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화 시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 소정의 패턴을 갖는 패턴 광원을 구비한 광체와, 패턴 광원으로부터 소정 거리를 두고 광체의 표면측에 배치된 광투과 기판을 구비하고, 광투과 기판의 표면측에 다수의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이가 배치되어 있고, 각 마이크로 렌즈의 곡면은, 서로 인접하는 패턴 광원사이의 간격에 마이크로 렌즈면 상의 미소 부분의 접선에 의해 형성되는 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치가 제공된다.

이와 같이 마이크로 렌즈의 곡면을 조정함으로서, 단순한 구형 또는 타원형 상의 마이크로 렌즈를 배열하는 것만으로는 곤란했던, 은폐 대상의 서로 인접하는 패턴사이의 간격에 그 허상이 간극 없이 연속적으로 등간격으로 나란하도록 다수 형성하는 것이 가능해지고, 휘도 얼룩이 없고 휘도의 면내 균일성이 우수한 면 조명광을 얻을 수 있다. 이 때, 확산판이나 확산 시트를 사용하지 않으므로, 광량의 감쇠도 최소한으로 억제하는 것이 가능하다.

또한, 각 마이크로 렌즈를 육안의 분해능 이하의 치수가 되도록 구성하면, 이면의 패턴에 관계없이, 육안으로는 거의 균일한 면광원으로서 인식시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서 은폐 대상으로 되는 패턴 광원으로서는, 상호 평행하게 배열된 복수의 냉음극관 등의 봉상 광원으로 이루어진 봉상 광원 어레이나, RGB 각 색을 적어도 하나씩 포함하는 RGB 단위를 이루도록 RGB의 LED 광원이 열상으로 배열되어 라인상 LED 광원을 이루고, 또한 복수의 라인상 LED 광원을 서로 평행하게 배열해서 이루어진 LED 광원 어레이나, 소정의 패턴이 어레이 모양으로 배열된 반사 패턴을 구비한 도광판 광원 등이 있다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이는, 마이크로 실린더리컬 렌즈 어레이(렌티큘라(Lenticular) 렌즈 시트)로서 구성해도 좋다. 그 경우에, 실린더리컬 렌즈를 복수조의 어레이를 세트로 하는 셀로서 구성하고, 셀 단위로 배열 방향이 결정되면, 각 셀의 인접하는 위치에는, 적어도 하나의 배열 방향이 다른 셀이 배치되고, 각 셀은 각 패턴 광원에 대응하도록 구성해도 좋다.

이하 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로서 중복 설명을 생략하기로 한다.

우선, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 면광원 장치에 이용 가능한 다각추 프리즘형 이면 화상 은폐 시트의 구성에 대해서 설명한다.

도 1에는, 제 1 실시예에 관한 면광원 장치에 이용 가능한 이면화상 은폐시 트(100) 의 개략 구성이 나타나 있다. 도시한 것과 같이 이면화상 은폐시트(100)는, 광투과 기판(110)과 그 표면측에 형성된 복수의 다각추 프리즘(120)으로 이루어진 다각추 프리즘 어레이(120A)로 주로 구성되어 있다. 상기와 같은 이면화상 은폐시트(100)를 이용함으로서, 표면측에서 볼 때, 시트의 이면측에 배치된 매체(150) 위의 실화상(152R)의 허상(152V)을 실화상(152R)에 중첩하여 형성하는 것이 가능하게 되어, 표면측으로부터는 실화상(152R)을 광학적으로 은폐할 수 있다.

광투과 기판(110) 및 다각추 프리즘(120)은, 광학용 투명수지 재료, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 환상(環狀) 올레핀 폴리머(COP), 환상(環狀) 올레핀 코폴리머(COC) 등으로 구성되어 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 아크릴, PC, COP, COC 등으로 이루어진 투명 기판 상의 표리면에 투명 수지(PET, PEN, PMMA, PC, COP, COC)등에 첨가제를 첨가한 것) 을 소정 형상으로 성형해서 구성할 수 도 있다. 도시는 생략하지만, 조사광을 광투과 기판(110) 중에 있어서 산란시켜 균일화를 도모하기 위해서, 광투과 기판(110)에 광산란 입자를 분산시키는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 또한, 도시는 생략하지만, 광투과 기판의 이면측에, 표면 릴리프형 및/또는 체적위상형(體積位相型) 그레이팅을 적어도 한층 설치하는 구성으로 하면, 광의 회절 현상에 의해, 그레이팅의 피치에 따른 특정의 복수 방향으로 광원의 회절상을 발생시켜, 광원 패턴의 은폐 효과를 더욱 높이고, 보다 휘도 분포가 균일한 면광원을 얻을 수 있다.

다각추 프리즘은 도 2(A)(B)에 나타낸 것과 같이, 삼차원적으로 전개되는 프 리즘이다. 본 실시예에 의한 다각추 프리즘은, 도 2(B)에 나타낸 것과 같이, 수평 방향 단면(XY 단면) 형상이 사변형이고, 은폐하는 화상 패턴에 대응하여 배열되어 있다. 다각추 프리즘의 XY 단면형상에 있어서는, 사변형 이면 좋고, 직사각형, 정방향, 평행 사변형 등을 은폐 대상의 패턴에 따라 적절히 선택할 수 있다. 즉, 도 2(B)에 나타난 다각추 프리즘(120)은, XY 단면이 대략 정방형의 것을 나타내고 있지만, 직사각형으로 전개하는 경우에는, Y방향이 긴쪽 방향으로 되도록 형성한다.

또한, 후술하는 것과 같이, 다각추 프리즘의 수직 방향 단면에 나타나는 굴절면의 각도는, 서로 인접하는 화상 패턴 사이의 간격에 굴절면에 의해 형성되는 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있다. 도 2에 나타낸 예에서는, 도 1에 나타난 것과 같이 패턴의 배열 방향을 X방향으로 하고, 수평방향 단면이 X방향으로 정수리면을 포함해서 5면의 굴절면이 형성되고, Y방향으로 정수리면을 포함해서 3면의 굴절면이 형성되어 있어, 삼차원적으로 복수의 굴절면이 형성되어 있다. 즉 굴절면의 수는 도시한 예에 한정되지 않고, X방향 및 Y방향으로 나타나는 굴절면이 3면 이상이면, 용도에 따라 각종 설계 변경이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

다각추 프리즘(120)의 수평 방향 단면 형상의 사변형에 있어서, 이면의 패턴에 따라 연속적으로 배열되는 방향(도 1 중 X방향)의 변의 치수는, 육안의 분해능 이하의 치수, 예를 들면, 20~300μm이고, 인접하는 다각추 프리즘끼리가 간격 없이 연속적으로 밀접하게 배치되어 다각추 프리즘을 구성한다. 즉, 인간의 육안의 분해능이란, 이하와 같이 정의할 수 있다. 관찰자가 본 실시예에 근거해서 구성된 이면 화상 은폐시트나 액정표시장치를 관찰하는 거리(L)라고 하면, 관찰자의 육안으로 분해할 수 있는 최소 거리이고, 예를 들면, 동해 대학 출판회「광학의 원리 I」319페이지(막스보룬 에밀월프저, 쿠사카와테츠, 요코타 히데쯔구역)에 의하면, 눈의 분해 가능 최소 각도 θ는 1분(＝1/60도)로 되어 있으므로, L×tan θ로 나타나는 거리가, 본 명세서에서 말하는 육안의 분해능이다. 예를 들면, PC용 모니터의 경우, L＝30cm라고 하면 72μm가 되고, 대화면 액정 TV의 경우에는, L＝1m로서 290μm가 된다.

여기서, 일본 특개평 5-38216호 공보에 개시되어 있는 것과 같은 종래의 프리즘 시트는, 수직 방향 단면의 형상이 단순히 3각형의 프리즘이고, 표면측에 2사면(斜面)이 굴절면으로서 형성되어 있는 것에 지나지 않으며, 설계상 요구되는 휘도의 균일성을 얻기 위해서는 아직 불충분한 것이었다. 따라서, 본건 발명자는 예의 노력하여, 상기 프리즘을 피은폐 패턴의 배열 방향에 있어서 수직 방향 단면에서 3면 이상의 굴절면이 형성되는 다각추 프리즘 구조로 함으로서, 보다 효과적으로 은폐 대상 패턴의 허상을 다수 형성하여, 은폐 효과를 높일 수 있는 것에 생각이 미쳤다. 상기와 같은 우수한 효과를 가진 다각추 프리즘 구조의 이면화상 은폐시트를, 후술하는 것과 같이 액정 표시 장치 등에 이용하면, 종래품과 비교하여, 보다 휘도 얼룩이 없는 면광원을 제공하는 것이 가능하다.

즉, 도시한 예는, Y 방향 단면에 나타나는 굴절면이 3면의 다각추 프리즘을 나타내고 있지만, 본 발명은 이와 같은 예에 한정되지 않는다. 다각추 프리즘(120)의 표면에 나타나는 굴절면 수는, 많으면 많을수록 많은 허상이 형성되고, 이는 휘 도의 면내 균일성을 높이기 위해 바람직하다. 다각추 프리즘(120)의 면수는, 상기와 같은 종래의 프리즘 시트보다도 휘도 얼룩 경감의 효과를 높이기 위해서는, 적어도 표면측에 3면 이상이 형성되어질 필요가 있으며, 바람직하게는 5면 이상, 보다 바람직하게는 10면 이상 형성된다. 또한, 후술하는 것과 같이, 은폐 대상이, 화상 표시 장치 등에 채용되는 면광원 장치의 패턴 광원인 경우에는, 그 패턴 광원의 종류(봉상 광원, LED 광원, 도광판 광원 등)나 치수, 용도 등에 따라, 가장 적합한 면수를 결정할 수 있다.

도 3 및 도 4에는, 이면 화상 은폐 시트(110)의 은폐 원리를 설명하는 개념도를 나타내고 있다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 실물(152R)에 대해서 각도(θ)를 갖는 사면(122)을 갖는 프리즘을 도입한 경우에, 실물(152R)에 대해서 거리(D)를 둔 프리즘 면에 의해 형성되는 허상(152V)의 위치(X)는, 하기의 식(1)으로 구할 수 있다.

X ＝ DㆍtanΦ ........(1)

단, Φ＝sin^-1(nㆍsinθ)-θ

n은 프리즘의 굴절율

따라서, 도 4에 나타낸 것과 같이, 인접하는 실물(152R)사이의 간격(L)에 다수의 허상(152V)이 등간격으로 간극 없이 나란하도록 각도(θ)를 광학적으로 설계 조정한 굴절면이 X방향 단면에 나타나는 다각추 프리즘을 채용하면 좋다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 상기 구성에 관한 이면 화상 은폐 시 트(100)를 면광원 장치(200)에 적용한 실시예에 대해서 설명한다.

도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 면광원 장치(200)는, 내면에 경면 반사면 또는 확산 반사면(210)이 형성되고, 표면측이 개구하는 광체(212)를 구비하고 있다. 광체(212)의 하방에는, 복수의 냉음극관 등의 봉상 광원(214)이 서로 대략 평행하게 배열되고, 봉상 광원 어레이를 구성하고 있다. 도시한 예에서는 4개의 봉상 광원 어레이를 배치한 구성으로 되어 있지만, 이것은 설명의 편의를 위해서 채택된 것이고, 봉상 광원(214)의 치수, 배치 개수, 배치 간격은, 요구되는 면광원의 크기나 휘도에 따라 적절히 선택하는 것이 가능한 설계 변경 사항이다.

광체(212)의 개구부는, 도 1및 도 2에 관련하여 설명한 이면 화상 은폐 시트(100)에 의해 차단되어 있다. 이면 화상 은폐 시트(100)의 다각추 프리즘(120)의 봉상 광원(214)의 배열 방향(X방향)에 나타나는 굴절면의 면수는, 서로 인접하는 봉상 광원(214)의 실체(214R) 사이의 간격에 틈(간극) 없이 그 허상(214V)이 형성되도록 적절히 선택된다.

다각추 프리즘(120)에 의해 형성되는 허상(214V)은, 다각추 프리즘(120)의 표면측의 면수와 봉상 광원(214)의 개수를 곱한 수만큼 옆으로 어긋난 위치에 나열되게 된다. 따라서, 다각추 프리즘(120)의 면수 n은, 서로 인접하는 봉상 광원(214) 사이의 배치 간격을 a, 봉상 광원(214)의 직경을 b, 다각추 프리즘의 상기 광투과 기판의 표면측 사면의 수를 n이라고 한 경우에, n≥a/b (단, n≥3)으로 되도록 선택할 수 있다. 예를 들면, 봉상 광원(214)의 직경이 2mm, 그 간격이 20mm라고 하면, XZ 방향 단면에 10변의 반사 굴절면이 형성된 다각추 프리즘을 채용하면, 실질상 등간격으로 간극 없이 봉상 광원(214)이 나란한 것처럼 작용하고, 내면의 휘도 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 변수를 늘리면, 봉상 광원(214)의 허상(214V)을 서로 등간격으로 중첩시켜서, 휘도의 면내 균일성을 높일 수 있다.

이와 같이 패턴 광원이, 서로 평행하게 배열된 복수의 봉상 광원으로 이루어진 봉상 광원 어레이인 경우에는, 수평 방향 단면(XY 단면)형상이 직사각형의 다각추 프리즘을 이용할 수 도 있다. 도 7에는, XY 단면 형상이 직사각형의 다각추 프리즘(124)을 이용한 예가 나타나 있다. 도시한 것과 같이, 봉상 광원 어레이의 긴쪽 방향(Y방향)과 다각추 프리즘의 긴쪽 방향이 대응하도록 배열된다. 다각추 프리즘의 긴쪽 방향 길이에 관해서는, 봉상 광원 어레이의 긴쪽 방향의 길이에 상당하는 길이를 갖는 다각추 프리즘을 채용해도 좋고, 복수의 다각추 프리즘을 긴쪽 방향으로 나열해서 봉상 광원 어레이의 긴쪽 방향 길이에 대응시켜도 좋다. 이와 같은 구성에 의해, 봉상 광원 어레이에 적용한 경우에는, 봉상 광원의 배열 방향(X방향)에 광원의 허상이 나란한 것처럼 보여서, 봉상 광원의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화시킬 수 있다. 또한, 긴쪽 방향(Y방향)에 복수의 다각추 프리즘을 나열한 경우에는, 봉상 광원의 긴쪽 방향에서, 배광각(시야각)을 좁혀서 정면 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 광투과 기판의 이면측에는, 도 8에 나타낸 면광원 장치(220)와 같이, 표면 릴리프형 및/또는 체적위상형의 그레이팅(130)을 적어도 한층 설치해도 좋다. 상기와 같은 구성으로 하면, 광의 회절현상에 의해, 그레이팅의 피치에 따른 특정한 복수 방향으로 광원의 회절현상을 생성시켜, 광원 패턴의 은폐 효과를 더욱 높 이고, 보다 휘도 분포의 균일한 면광원을 얻을 수 있다.

도 9에는, 상기와 같이 구성된 면광원 장치(200)를 액정패널장치(300)에 적용한 실시예가 나타나 있다. 면광원 장치(200)에 의해, 휘도 얼룩이 경감된 면내 균일성이 높은 조명광은, 액정 패널 LCP(Liquid Cristal Panel)의 이면으로부터 도광되고, 액정 패널 LCP에 미도시한 액정 패널 구동 장치에 의해 표시되는 영상을 조명하고, 밝은 영상 화면으로서 액정 패널 LCP의 표면으로부터 출사된다. 액정 패널 LCP 및 액정 패널 구동 장치는, 본 발명의 본 취지와는 직접 관계가 없으므로, 그 상세한 구조에 대해서는 생략한다.

도 10에는, 상기와 같이 구성된 면광원 장치(200)를 액정 패널 장치(310)에 적용한 실시예가 나타나 있다. 상기 액정 패널 장치(310)에 있어서는, 면광원 장치(200)와 액정 패널 LCP의 사이에, 표면이 거친 면으로 형성되어 투과광을 확산시키는 확산 시트(220)와, 반사형 편광판 등으로 이루어지고 휘도를 상승시키는 휘도 상승 필름(230)이 배치된다. 이와 같은 구성에 의하면, 면광원 장치(200)에 의해, 휘도 얼룩이 경감되고, 휘도의 면내 균일성이 확보된 면조명광의 휘도를, 확산 시트(220)에 의해 더욱 한층 균일화 한 후에, 휘도 상승 필름(230)에 의해 휘도를 향상시키고, 액정 패널 장치(310)의 이면을 조명할 수 있다.

즉, 도 10에 나타낸 실시예에서는, 확산 시트(220)와 휘도 상승 필름(230)의 쌍방을 배치하고 있지만, 요구되는 사양에 따라서, 어느 한쪽만을 설치하는 구성으로 하는 것도 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

도 11에는, 종래의 면광원 장치에 의해 발생된 조명광의 휘도 분포가 나타나 있고, 도 12에는, 본 실시예에 관한 면광원 장치(200)에 의해 발생된 조명광의 휘도 분포가 나타나 있다. 도 11 및 도 12를 비교하면 알 수 있듯이, 측정 각도 0도에 있어서, 종래의 면광원 장치에서는, 약 250cd/m²의 휘도를 얻은 것에 불과하지만, 본 실시예에 의한 면광원 장치(200)에 의하면, 약 500cd/m²의 휘도를 얻었다. 이와 같이 본 실시예에 의하면, 단순한 구조에 의해 휘도 얼룩이 없는 휘도의 면내 균일성이 높은 면조명광을 얻을 수 있다.

다음으로, 도 13～16을 참조하면서, 본 발명에 관한 면광원 장치의 또 다른 실시예로서 LED 광원에 의해 면광원 장치(350)를 구성한 실시예에 대해서 설명한다. 즉, 도 13은, 면광원 장치(350)의 XZ면 단면도이고, 도 14는, 면광원 장치(350)의 YZ면 단면도이다. 도 15는, 면광원 장치(350)에 채용되는 LED 광원의 배열 상태를 나타내는 XY 평면도이고, 나아가 도 16은, 면광원 장치(350)에 채용되는 다각추 프리즘의 셀 단위의 배열 상태를 나타내는 약식도이다.

도 13 및 도 14에 나타낸 것과 같이, 면광원 장치(350)는, 내면에 경면 반사면 또는 산란 반사면(352)이 형성되고, 표면측이 개구하는 광체(354)를 구비하고 있다. 광체(354)의 하방에는, RGB의 각 색으로 이루어진 LED 광원(356R)이 배열된다. 도 15에 나타낸 것과 같이, LED 광원(356R)은 RGB 각 색을 적어도 하나 포함하는 RGB 단위(358)가 구성되도록, 열상으로 배열된 라인상 LED광원(360L)을 구성하도록 배열된다. 즉, 도시한 예에서는, 적색 LED, 녹색 LED, 녹색 LED, 청색 LED에 의해 RGB 단위(358)가 구성되어 있다. RGB 단위(358)는, RGB 각 색에 대응하는 LED 광원을 적어도 하나 포함하고 있으면 좋고, 요구되는 치수나 용도에 따라 다양한 구성을 채용할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 복수의 라인상 LED 광원(360L)이 서로 평행하게 배열되어, 패턴상 LED 광원(360A)을 구성한다. 도 15에 나타낸 예에서는, 각각이 4개의 RGB 단위(358)로 구성되는 라인상 LED 광원(360L)이 3열 나열한 라인상 LED 광원 어레이(360A)를 구성하는 예를 나타냈지만, 이것은 설명의 편의를 위해 간략화한 구성이고, RGB 단위(358)의 수나 라인상 LED 광원(360L)의 수는 설계 사항이며, 면광원 장치의 용도나 크기에 따라 적당히 조정하는 것이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

광체(354)의 개구부는, 앞의 실시예의 경우와 마찬가지로, 광투과 기판(362)에 의해 막혀 있다. 광투과 기판(362)은, 광학용 투명 수지재료, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 환상(環狀) 올레핀 폴리머(COP), 환상(環狀) 올레핀 코폴리머(COC) 등으로 구성되어있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 아크릴, PC, COP, COC 등으로 이루어진 투명 기판상의 표리면에 투명 수지(PET, PEN, PMMA, PC, COP, COC 등에 첨가제를 첨가한 것)를 소정 형상으로 성형하여 구성할 수도 있다. 도시는 생략하지만, 조사광을 광투과 기판(362) 중에 있어서 산란시켜 균일화를 도모하기 위해서, 광투과 기판(362)에 광산란 입자를 분산시키는 구성을 채용하는 것도 가능하다.

광투과 기판(362)의 표면측에는, 본 실시예에 근거해서 구성되는 다각추 프리즘(364)이 일체적으로 형성된다. 본 실시예의 경우, 다각추 프리즘(364)은, RGB 단위(358)에 대응하도록 배치된다. 즉, 도 15 및 도 16에 나타난 바와 같이, 라인 상 LED 광원(360L)의 나란한 방향(X방향)에서는, 단면 지름이 육안의 분해능 이하의 치수인 다각추 프리즘(364)이 복수 연속적으로(도시한 예에서는, 3열)배치되어 다각추 프리즘 어레이를 구성한다. 마찬가지로, 라인상 LED 광원(360L)의 라인 방향(Y방향)에 관해서는, 다각추 프리즘(364)이 복수 연속적으로(도시한 예에서는, 3열) 배치된다.

이와 같이, 패턴 광원이, 패턴 모양 LED 광원(360A)인 경우에는, X방향으로 라인상 LED 광원(356R)의 허상(356V)이 나열된 것처럼 보여, 라인상 LED 광원(356R)의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화 시킬 수 있다. 또한, Y방향으로는 RGB의 LED 광원의 허상이 나열된 것처럼 보여, RGB의 LED 광원의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화 시키고, 또한, RGB 각 색의 광원 허상을 다수 중첩시킴으로서, RGB을 혼색시켜 균일한 백색광을 얻을 수 있다.

또한, 패턴 광원으로서, 패턴상 LED 광원을 채용한 경우에 있어서도, 봉상 광원을 이용한 경우와 마찬가지로, 확산시트나 휘도상승시트와 조합하여 사용하는 것이 가능하여, 더욱 액정표시장치의 면광원으로서 매우 적합하게 사용하는 것이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

다음으로, 도 17을 참조하면서, 본 실시예에 의한 이면화상 은폐시트를 도광판 광원에 적용한 경우의 실시예에 대해서 설명한다.

도시한 것과 같이, 도광판 광원(380)은, 냉음극관 등의 에지광원(382)과, 그 에지광원(382)으로부터의 광을 도광하는 투명 기판 재료로 이루어진 도광판(384)과, 그 도광판(384)의 이면측에 형성되어 도광판(384)내를 도광하는 광을 반사하여 표면측으로 인도하는 인쇄 도트 패턴 또는 주름 패턴(386R)로 구성되어 있다. 상기와 같은 도광판 광원(380)에 대해서, 도 1～도 4와 관련하여 설명한 이면화상 은폐시트(100)를 적용하여, 면광원 장치를 구성한다. 즉 도시한 예에서는, 도광판 광원(380)을 수용하는 광체는 생략되어 있다.

광원으로서, 상기와 같은 도광판 광원(380)을 채용한 경우에는, 다각추 프리즘 어레이(100)에 의해 반사 패턴(386R)의 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 나열된 것처럼 보여, 그 결과로서 면상 광원패턴(386V)을 형성하고, 반사 패턴(386R)의 형상을 은폐함과 동시에 휘도 분포를 균일화 시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2실시예에 관한 마이크로 렌즈형 이면화상 은폐시트 및 이를 이용한 면광원 장치의 구성에 대해서 설명한다.

도 18에는, 본 실시예에 의한 이면화상 은폐시트(400)의 개략 구성이 나타나 있다. 도시한 바와 같이 이면화상 은폐시트(400)는, 광투과 기판(410)과 그 표면측에 형성된 마이크로 렌즈(420)로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이로 구성되어 있다. 상기와 같은 이면화상 은폐시트(400)를 이용함으로서, 표면측으로부터 보아, 시트의 이면측에 배치된 매체(150)상의 실화상(152R)의 허상(152V)을 실화상(152R)에 중첩되어 형성하는 것이 가능하게 되고, 표면측으로부터는 실화상(152R)을 광학적으로 은폐할 수 있다.

광투과 기판(410) 및 마이크로 렌즈(420)는, 광학용 투명 수지 재료, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMP), 폴리카보네이트(PC), 환상(環狀) 올레핀 폴리머(COP), 환상(環狀) 올레핀 코폴리머(COC) 등으로 구성되어 있다. 조사광을 광 투과 기판(410)중에 있어서 산란시켜 균일화를 도모하기 위해서, 광투과 기판(410) 에 광산란 입자를 분산시킨 구성을 채용하는 것도 가능하다.

마이크로 렌즈의 단면 지름은, 육안의 분해능 이하의 치수, 예를 들면, 20～200μm 이고, 각 마이크로 렌즈의 곡면은, 서로 인접하는 패턴 광원 사이의 간격에 상기 마이크로 렌즈면 상의 미소 부분의 접선에 의해 형성되는 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있다.

도 19 및 도 20에는, 이면화상 은폐시트(410)의 은폐 원리를 설명하는 개념도가 나타나 있다. 도 19에 나타낸 것과 같이, 실물(452R)에 대해서 거리(D)를 둔 마이크로 렌즈(422)의 곡면 상의 일점에 있어서 접선 각도를 (θ)라고 하면, 마이크로 렌즈에 의해 형성되는 허상(452V)의 위치(X)는, 하기의 식(2)으로 구할 수 있다.

X ＝ DㆍtanΦ ........(2)

단, Φ＝sin^-1(nㆍsinθ)-θ

n은 프리즘의 굴절율

따라서, 도 20에 나타난 바와 같이, 인접하는 실물(452R)사이의 간격(L)에 허상(452V)이 등간격으로 간극 없이 나열된 것과 같이, 허상(452V)을 형성하도록 각도(θ)를 조정한 곡면을 갖는 마이크로 렌즈를 채용하면 좋다.

다음으로, 도 21을 참조하면서, 상기 구성에 관한 이면화상 은폐시트(400)를 면광원 장치(500)에 적용한 실시예에 대해서 설명한다.

도 21에 나타낸 것과 같이, 면광원 장치(500)는, 내면에 경면 반사면 또는 확산 반사면(510)이 형성되고, 표면측이 개구하는 광체(512)를 구비하고 있다. 광체(512)의 하방에는, 복수의 냉음극관 등의 봉상 광원(514)이 서로 대략 평행하게 배열되어, 봉상 광원 어레이를 구성하고 있다. 도시한 예에서는 4개의 봉상 광원 어레이를 배치한 구성으로 되어 있지만, 이것은 설명의 편의를 위하여 채택된 것이고, 봉상 광원(514)의 치수, 배치 개수, 배치 간격은, 요구되는 면광원의 크기나 휘도에 따라 적절히 선택하는 것이 가능한 설계 변경 사항이다.

광체(512)의 개구부는, 도 18과 관련하여 설명한 이면화상 은폐시트(400)에 의해 막혀 있다. 이면화상 은폐시트(400)의 각 마이크로 렌즈의 곡면은, 서로 인접하는 봉상광원의 실체(514R)사이의 간격에 마이크로 렌즈면 상의 미소 부분의 접선에 의해 형성되는 허상(514V)이, 등간격으로 간극 없이 또는 중첩되어 배치되도록 조정되어 있다.

또한, 광투과 기판의 이면측에는, 도 22에 나타난 면광원 장치(520)와 같이, 표면 릴리프형 및/또는 체적위상형의 그레이팅(430)을 적어도 한층 설치해도 좋다. 상기와 같은 구성으로 하면, 광의 회절현상에 의해, 그레이팅의 피치에 따른 특정한 복수 방향으로 광원의 회절현상을 생성시켜, 광원 패턴의 은폐 효과를 더욱 높이고, 보다 휘도 분포가 균일한 면광원을 얻을 수 있다.

도 23에는, 상기와 같이 구성된 면광원 장치(500)를 액정패널장치(600)에 적용한 실시예가 나타나 있다. 면광원 장치(500)에 의해, 휘도 얼룩이 경감된 면내 균일성이 높은 조명광은, 액정 패널 LCP의 이면으로부터 도광되고, 액정 패널 LCP 에 미도시한 액정 패널 구동 장치에 의해 표시되는 영상을 조명하고, 밝은 영상 화면으로서 액정 패널 LCP의 표면으로부터 출사된다. 액정 패널 LCP 및 액정 패널 구동 장치는, 본 발명의 본 취지와는 직접 관계가 없으므로, 그 상세한 구조에 대해서는 생략한다.

도 24에는, 상기와 같이 구성된 면광원 장치(500)를 액정 패널 장치(610)에 적용한 실시예가 나타나 있다. 상기 액정 패널 장치(610)에 있어서는, 면광원 장치(500)와 액정 패널 LCP의 사이에, 표면이 거친 면으로 형성되어 투과광을 확산시키는 확산시트(220)와, 반사형 편광판 등으로 이루어져 휘도를 상승시키는 휘도상승 필름(230)이 배치된다. 이와 같은 구성에 의하면, 면광원 장치(500)에 의해, 휘도 얼룩이 경감되고, 휘도의 면내 균일성이 확보된 면조명광의 휘도를, 확산 시트(220)에 의해 더욱 한층 균일화 한 후에, 휘도상승필름(230)에 의해 휘도를 향상시켜, 액정 패널 LCP의 이면에 도광할 수 있다.

또한, 도 24에 나타낸 실시예에서는, 확산시트(220)와 휘도상승필름(230)의 쌍방을 배치하고 있지만, 요구되는 사양에 따라서, 어느 한쪽만을 설치하는 구성으로 하는 것도 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

다음으로, 도 25～도 27을 참조하면서, RGB 각 색의 LED 광원을 적어도 하나씩 포함하여 라인상으로 배열된 LED광원(714R)을 이용한 면광원 장치(700)의 실시예에 대해서 설명한다. 도 26 및 도 27에 나타낸 것과 같이, 면광원 장치(700)는, 내면에 경면 반사면 또는 확산 반사면(710)이 형성되고, 표면측이 개구하는 광체(712)를 구비하고 있다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 광체(712)의 하방에는, 적색 LED, 녹색 LED, 녹색 LED, 청색 LED의 4개가 하나의 세트를 구성하여, X방향으로 라인상으로 복수열 배열되어 패턴 광원을 구성하고 있다. X방향으로 인접하는 LED 광원(714R) 사이의 간격은 Lx이고, Y방향으로 인접하도록 라인상으로 배열된 LED 광원(714R) 사이의 거리는 Ly이다.

이와 같이 배열된 LED 광원으로부터 면내 균일성이 높은 휘도를 갖는 조명광을 얻기 위하여, 본 실시예에 의하면, 도 28에 나타낸 바와 같은 트릭 마이크로 렌즈(720)를 채용한다. 상기 트릭 마이크로 렌즈(720)는, X방향의 간격(Lx)에 라인상 LED 광원(714R)의 허상이 무한히 촘촘한 등간격으로 나열한 것과 같은 곡선을 X방향으로 갖고, Y방향의 간격(Ly)에 LED 광원의 허상이 무한히 촘촘한 등간격으로 나열한 것과 같은 곡면 Y방향으로 갖게 되는 것이다. 이와 같은 특성을 갖는 트릭 마이크로 렌즈(720)을 복수 나열해서, 광투과 기판(722) 상에 다수 배치함으로서, 도 29에 나타난 바와 같은 트릭 마이크로 어레이가 형성된다.

도 26은, 본 실시예에 관한 면광원 장치(700)의 XZ면 단면도이고, 도 27은, 본 실시예에 관한 면광원 장치(700)의 YZ면 단면도이다. 도시한 것과 같이, X방향에는, 라인상 LED 광원열(714R)의 허상(714V)이 형성되며, Y방향으로는, 적색, 청색, 녹색이 서로 혼합된 LED 광원의 허상(714V)이 형성된다.

도 30에는, 종래의 면광원 장치에 의해 발생된 조명광의 휘도 분포가, 도 31에는, 상기 실시예에 의한 면광원 장치(700)에 의해 발생된 조명광의 휘도 분포가 나타나 있다. 도 30 및 도 31을 비교하면 알 수 있듯이, 측정 각도 0도에 있어서, 종래의 면광원 장치에서는, 약 300cd/m²의 휘도를 얻은 것에 불과하지만, 본 실시예에 대한 명광원 장치(700)에 의하면, 약 400cd/m²의 휘도를 얻었다. 이와 같이 본 실시예에 의하면, 단순한 구조에 의해 휘도 얼룩이 없는 휘도의 면내 균일성이 높은 면조명광을 얻을 수 있다.

도 32에는, 종래의 면광원 장치 상의 복수 개소로부터 얻은 색도 분포가 나타나 있고, 도 33에는, 상기 실시예에 의한 면광원 장치(700) 상의 복수 개소로부터 얻은 색도 분포가 나타나 있다. 이들의 데이터로부터도 알 수 있듯이, 본 실시예에 의하면, 종래의 것에 비교하여, 위치에 의한 색도의 차이가 없는 균일한 백색을 얻을 수 있다.

도 34～도 37은, 마이크로 렌즈(420)의 배열예를 나타내는 평면도이다. 도 34에 나타낸 마이크로 렌즈 어레이(420a)는, 종횡 방향 모두 동일한 사이즈의 마이크로 렌즈를 균등하게 배치한 것이다. 도 35에 나타난 마이크로 렌즈 어레이(420b)는, 종횡 방향으로 다른 사이즈의 마이크로 렌즈를 균등하게 배치한 것이다. 도 36 및 도 37은, 도 34 및 도 35의 경우와 달리, 마이크로 렌즈를 랜덤하게 배열한 예이다. 도 36에 나타난 마이크로 렌즈 어레이(420c)는, 종횡 방향으로 동일한 범위, 예를 들면, X방향, Y방향 각각에 대해서 25～100μm의 범위에서 사이즈를 랜덤하게 할당한 경우를 나타내고 있다. 도 37에 나타난 마이크로 렌즈 어레이(420d)는, 종횡 방향으로 다른 범위, 예를 들면, X방향으로는 25～100μm의 범위에서, Y방향으로는 80～120μm의 범위에서 사이즈를 랜덤하게 할당한 경우를 나타내고 있다.

이상과 같이, 마이크로 렌즈(420)를 다양하게 배열함으로서, 액정패널의 화소와의 사이의 무아레(moire)를 회피하여, 휘도 얼룩이 없는 면내 균일성이 높은 화상 표시를 실현하는 조명광을 얻을 수 있다.

도 38은, 마이크로 렌즈 어레이(420) 대신에, 렌티큘라(Lenticular) 렌즈 시트와 같은 마이크로 실린더리컬 렌즈 어레이(750)를 채용한 실시예를 나타내고 있다. 상기와 같은 구성에 의해서도, 앞의 실시예에 나타낸 면광원 장치와 동일한 효과, 즉, 이면의 패턴이 은폐되어, 휘도 얼룩이 없는 휘도의 면내 균일성이 높은 면조명광을 얻을 수 있다.

도 39에는, LED 광원용 은폐 시트의 또 다른 실시예(800)가 나타나 있다. 상기 실시예(800)는, X방향의 간격(Lx)에 LED의 허상이 무한히 촘촘한 간격으로 나열된 것과 같은 곡면을 갖는 미소한 실린더리컬 렌즈가 나열된 영역(A)와, Y방향의 간격(Ly)에 LED의 허상이 무한히 촘촘한 간격으로 나열된 것과 같은 곡면을 갖는 미소한 실린더리컬 렌즈가 나열된 영역(B)이 체크무늬로 배열되어 있다. 상기와 같은 구성에 의해서도, 휘도 얼룩이 없는 휘도의 면내 균일성이 높은 면조명광을 얻을 수 있다.

도 40에는, 본 실시예에 의한 이면화상 은폐시트(400)를 도광판 광원(880)에 적용한 경우의 실시예에 대해서 설명한다.

도시한 바와 같이, 도광판 광원(880)은, 음극선관 등의 에지광원(882)과, 그 에지광원(882)으로부터의 광을 도광하는 투명 기판 재료로 이루어진 도광판(884)과, 그 도광판(884)의 이면측에 형성된 도광판(884) 내를 도광하는 광을 반사하여 표면측으로 인도하는 인쇄 도트 패턴 또는 주름 패턴(886R)로 구성되어 있다. 상기와 같은 도광판 광원(880)에 대해서, 도 16～도 18에 관련해서 설명한 이면화상 은폐시트(400)를 적용해서, 광원 장치를 구성한다. 즉, 도시한 예에서는, 도광판 광원(880)을 수용하는 광체는 생략되어 있다.

상기와 같은 구성에 의해서도, 마이크로 렌즈 어레이(420)에 의해, 반사 패턴 어레이의 형상이 효과적으로 은폐됨과 동시에, 휘도 분포를 균일화 시킬 수 있다.

이상 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 매우 적합한 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기의 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에서, 각종 변경예 또는 수정예로 생각이 미칠 수 있는 것은 명확하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

본 발명은, 이면의 화상을 은폐하고 싶은 용도나, 휘도 얼룩이 없는 면광원을 필요로 하는 액정표시장치 등에 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 표면에 다각추 프리즘 어레이가 형성된 광투과 기판을 이용함으로서, 실질적으로는 광체 바닥면 상에 냉음극관이나 도트 패턴 등의 허상을 다수 전면에 깐 것 같은 광학적 효과를 얻는 것이 가능해지고, 광투과 기판의 이면에 배치한 광원의 형상을 은폐하고, 또한 면내의 휘도를 균등하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 광투과 기판은 투명하므로, 광원으로부터의 광을 투과시키는 것이 가능하고, 종래의 면광원 장치와 같이 확산판이나 확산 시트를 필요로 하지 않거나, 또는 약한 확산 기능으로도 충분한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

소정의 패턴을 갖는 패턴 광원을 구비한 광체와, 상기 패턴 광원으로부터 소정 거리를 두고 상기 광체의 표면측에 배치된 광투과 기판을 구비하는 면광원 장치에 있어서,

상기 광투과 기판의 광원측과는 반대측 면에는, 수평 방향 단면(XY 단면)형상이 사변형의 복수의 다각추 프리즘이 어레이 상으로 배열되어 다각추 프리즘이 형성되어 있으며,

상기 패턴 광원의 패턴에 따라 상기 다각추 프리즘의 굴절면이 설정되어 지는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다각추 프리즘의 수직 방향 단면(XZ 단면 및/또는 YZ 단면)에 나타난 굴절면의 각도는, 서로 인접하는 상기 패턴 광원사이의 간격에 상기 굴절면에 의해 형성된 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1항에 있어서,

　 상기 다각추 프리즘의　수평 방향 단면(XY 단면)내의 사변형에 있어서, 적어도 상기 패턴 광원의 인접 방향(X방향 및/또는 Y방향)으로 전개되는 변은, 육안의 분해능 이하의 수치인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1 항에 있어서,　

상기 광투과 기판의 광원측에는, 표면 릴리프(relief)형 또는 체적 위상형의 그레이팅을 적어도 한층 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,　

상기 패턴 광원은, 수평면(XY면) 내에 있어서 X방향으로 서로 평행하게 배열된 복수의 봉상 광원으로 이루어진 봉상 광원 어레이이고,

상기 다각추 프리즘의 수평 방향 단면(XY 단면) 형상은 직사각형 이며,

상기 봉상 광원 어레이의 긴쪽 방향(Y방향)과 상기 다각추 프리즘의 긴쪽 방향이 대응되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
　 제 5 항에 있어서,　

상기 X방향으로 서로 인접하는 상기 봉상 광원 사이의 배치 간격을 a, 상기 봉상 광원의 직경을 b, 상기 다각추 프리즘의 수직 방향 단면(XZ 단면)에 나타나는 굴절면의 수를 n이라고 한 경우에, n≥a/b (단, n≥3)인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,　　

상기 패턴 광원은, RGB 각 색을 적어도 하나씩 포함하는 RGB 단위를 이루도록 RGB의 LED 광원이 수평면(XY면) 내의 Y방향으로 열 상으로 배열되어 라인 상 LED 광원을 이루며, 또한, 복수의 상기 라인상 LED 광원을 X방향으로 서로 평행하게 배열하여 이루어진 LED광원 어레이이고,

상기 다각추 프리즘의 수직 방향 단면(YZ 단면)에 나타나는 굴절면의 각도는, 상기 RGB를 1단위로 한 단위 광원 사이의 간격에 상기 굴절면에 의해 형성되는 단위 광원의 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되고,

상기 다각추 프리즘의 다른 쪽 수직 방향 단면(XZ 단면)에 나타나는 굴절면의 각도는, 상기 라인상 LED 광원 사이의 간격에 상기 굴절면에 의해 형성되는 라인상 LED 광원의 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,　

상기 패턴 광원은 도광판 광원이며,

상기 도광판 광원은, 그 도광판의 광출사 측과는 반대의 면에, 소정의 패턴이 어레이 상 또는 열 상으로 배열된 반사 패턴을 이루고 있으며,

상기 반사 패턴에 대응하여 상기 다각추 프리즘의 굴절면의 각도가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
소정의 패턴을 갖는 패턴 광원을 구비한 광체와, 상기 패턴 광원으로부터 소정 거리를 두고 광체의 표면측에 배치된 광투과 기판을 구비하며,

상기 광투과 기판의 광원측과는 반대측 면에, 다수의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이가 배치되어 있고,

상기 각 마이크로 렌즈의 곡면은, 수평면(XY 면) 상에 있어서, 서로 인접하는 패턴 광원사이의 간격에 상기 마이크로 렌즈면 상의 각각의 미소 부분의 접선에 의해 형성되는 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
　 제 9 항에 있어서,　

상기 각 마이크로 렌즈 어레이는, 육안의 분해능 이하의 치수인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 9 항에 있어서,　

상기 광투과 기판의 이면측에는, 표면 릴리프(relief)형 또는 체적 위상형의 그레이팅을 적어도 한층 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,　

상기 패턴 광원은, 서로 평행하게 배열된 복수의 봉상 광원으로 이루어진 봉상 광원 어레이인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
　 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,　　

상기 패턴 광원은, RGB 각 색을 적어도 하나씩 포함하는 RGB 단위를 이루도록 RGB의 LED 광원이 수평면(XY면) 내의 Y방향으로 열 상으로 배열되어 라인 상 LED 광원을 이루고, 또한, 복수의 상기 라인상 LED 광원을 X방향으로 서로 평행하게 배열해서 이루어진 LED광원 어레이이고,

상기 마이크로 렌즈가 X방향과 Y방향으로 곡률이 다른 소위 트릭 렌즈로 되어 있으며,

상기 마이크로 렌즈의 YZ 단면 상의 각 미소 부위의 접선에 의해 형성되는 상기 LED 광원의 허상이 Y방향으로 등간격으로 간극 없이 배치되도록 조정되고,

상기 마이크로 렌즈의 XZ 단면 상의 각 미소 부분의 접선에 의해 형성되는 상기 라인상 LED 광원 사이의 간격에, 상기 라인상 LED 광원의 허상이 등간격으로 간극 없이 중첩되어 배치되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,　

상기 패턴 광원은 도광판 광원이고,

상기 도광판 광원은, 그 도광판의 광출사 측과는 반대의 면에, 소정의 패턴이 어레이 상 또는 열 상으로 배열된 반사 패턴을 갖고 있으며,

상기 반사 패턴에 대응하여 상기 마이크로 렌즈의 렌즈 형상이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,　

상기 마이크로 렌즈 어레이는, 마이크로 실린더리컬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제 15 항에 있어서,　

상기 마이크로 실린더리컬 렌즈 어레이는 복수조의 어레이를 세트로 하는 셀로서 구성되며, 셀 단위로 배열 방향이 결정되어 지고, 각 셀의 인접하는 위치에는 적어도 하나의 배열 방향이 다른 셀이 배치되며, 상기 각 셀은 상기 각 패턴 광원에 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
적어도 어느 일면에 수평 방향 단면(XY 단면)형상이 사변형인 복수의 다각추 프리즘 렌즈 어레이가 형성된 것을 특징으로 하는 면광원 장치용 기판.
청구항 1 항 내지 16 항 중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
청구항 17 항에 기재된 면광원 장치용 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.