KR20090037986A - 면 발광장치, 광학 소자 및 액정표시장치 - Google Patents

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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

광원(12,12)의 각 중심 간의 거리(L), 광학 소자(15)의 굴절률(n), 광학 소자의 두께(d), 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 거리(W), 공기의 굴절률(n0),광학 소자에 대한 입사각(θ 1), 광학 소자에 있어서의 굴절각(θ 2), 광원의 직경(D) 및 광학 소자의 휘도 분포 형성층(18)의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 최대의 접선 각도(a)를 이용하여 (1)n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2), (2)n0sinθ 1 ＝nsinθ 2 , (3)x＝Wtanθ 1+ dtanθ 2 에 의하여 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에, x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하도록 했다. 이것으로써, 정면 휘도분포의 균일화를 도모한다.

Description

면 발광장치, 광학 소자 및 액정표시장치{Planar light emitting device, optical element and liquid crystal display device}
본 발명은, 면(面) 발광장치, 광학 소자 및 액정표시장치에 대한 기술분야에 관한 것이다. 상세하게는, 광원의 분할 상을 광원 간에 있어서 반복하여 휘도 불균일을 억제하는 기술분야에 관한 것이다.
종래부터, 워드 프로세서나 랩 탑 형의 퍼스널 컴퓨터 등의 표시장치로서, 백 라이트(면 발광장치)를 갖춘 액정표시장치가 이용되고 있다. 이와 같은 액정 표시장치용의 면 발광장치로서는, 경량화 및 박형화의 요청으로부터, 투명 판체(도광판)의 옆 쪽에 형광관과 같은 선형 광원을 배치하고, 도광판 상에 액정 표시 패널을 배치한 에지 라이트형의 백 라이트가 주류로 되어 있다.
그러나, 텔레비전 용도 등의 최근의 액정 표시장치의 대형화에 따라, 에지 라이트형의 백 라이트에서는 휘도가 불충분하게 되는 것이 많고, 액정 표시 패널의 직하에 선형 광원을 배치한 직하형의 백 라이트가 많이 이용되도록 되어 왔다.
도 32는, 종래의 직하형의 백 라이트 장치(1)의 개략구성을 나타낸 사시도이다. 백 라이트 장치(1)는, 형광관 등의 광원(선형 광원)(2,2)과 반사판(3)과 확산판(4)을 가지고 있다.
광원(선형 광원)(2,2)으로서는, 예를 들면 냉음극 형광관(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)등이 이용되며, 소정의 방향으로 늘어나는 원주형으로 형성되어 있다.
반사판(3)은, 확산판(4) 등에서 반사된 빛이나 광원(2,2)으로부터 확산판(4)에 이르지 못한 빛을 재이용하기 위하여 배치된다.
확산판(4)은, 투명 기판 안에 상기 투명 기판과는 굴절률이 다른 수지체를 랜덤으로 포함시킴으로써, 확산성 및 산란성을 높인 적어도 1mm이상의 두께를 가지는 광학 소자이며, 정면 휘도분포의 불균일을 억제하는 광학 소자로서 이용된다.
백 라이트장치(1)에 있어서는, 광원(2,2,…)을 사이에 두고 각각 반대 측에 반사판(3)과 확산판(4)이 각각 배치되어 있다.
이와 같은 백 라이트장치(1)에 있어서는, 광원(2,2,…)으로부터 출사된 빛이 확산판(4)으로부터 출광되지만, 광원(2,2,…)과 확산판(4)의 거리가 짧아지기도 하고, 광원(2,2,…)간의 거리가 길어지기도 하면, 백 라이트장치(1)의 조사 광속의 휘도가, 도 33에 나타낸 바와 같이 광원(2,2,…)의 바로 위쪽 위치에서 높고, 광원(2,2,…) 간의 위치에서는 낮아져 정면 휘도 분포의 균일성이 저하하여 휘도의 불균일이 생겨버린다.
이와 같은 휘도의 불균일을 억제하기 위하여, 도 34에 나타낸 바와 같이, 광원(2,2,…)과 확산판(4)과의 사이에 프리즘 시트나 렌티큘러(lenticular) 렌즈 시트 등의 광학 시트(광학 소자)(5)를 배치하기도 하고, 확산판(4)을 대신하여 프리즘 시트나 렌티큘러 렌즈 시트 등의 광학 시트(5)를 배치하는 것이 알려져 있 다.(예를 들면, 특개 평5-333333호 공보, 특개 평6-250178호 공보, 특개 평10-283818호 공보, 특개 2004-6256호 공보참조). 또한, 도 34에는, 도 33의 확산판(4)을 대신하여 광학 소자(프리즘 시트)(5)를 배치한 예를 나타내고 있다.
광학 소자(프리즘시트)(5)는, 표면 또는 뒷면에 등 피치로 연속적으로 설치된, 예를 들면, 삼각형상의 복수의 선형공기(프리즘)를 가지고, 휘도 방향 시트로서 일반적으로 이용되고 있는 광학 소자이다. 이들의 선형공기는, 광원(2,2,…)으로부터 출사된 빛의 광축 방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층(5a)으로서 기능한다.
광학 소자(5)는 휘도 분포 형성층(5a)으로서 기능하는 선형공기의 능선방향이 광원(2,2,…)의 긴 쪽 방향과 일치하도록 배치된다. 광학 소자(5)를 이용함으로써, 도 34에 나타낸 바와 같이, 출사된 조사 광속이 광원의 분할상(2a,2a,…)으로서 복수개로 분할되며, 정면 휘도분포의 불균일이 억제된다. 또한, 도 34에는, 광학 소자(5)에 의하여 광원의 분할상(2a,2a,…)을 광원(2,2,…)의 2배로 늘린 예를 나타내고 있다.
그런데, 상기한 종래의 면 발광장치(1)에 있어서는, 광원(2,2,…)과 광학 소자(5)와의 거리가 변화하면, 큰 휘도 불균일이 발생하기 쉬운 문제가 있다. 거리의 변화는, 예를 들면, 각 부의 가공 정밀도나 조부(組付) 정밀도에 의하여 생기기도 하고, 온도변화 등의 환경변화에 의해 광학 소자가 변형함으로써 생길 수 있다.
예를 들면, 도 35에 나타낸 바와 같이, 광원(2,2,…)의 중심과 광학 소자(5)의 거리가 H일 때, 각 광원(2,2,…)의 분할상(2a,2a,…)에 대하여 각각 균일한 정면 휘도 분포가 얻어지는 면 발광장치에 있어서, 광학 소자(5)의 설계거리(H)가 △(H)변화한 경우에는, 도 36에 나타낸 바와 같은 휘도 불균일이 발생하기 쉬운 상태로 되 버린다.
면 발광장치(1)에 있어서는, 설계상의 거리(H)가 보관 유지되어 있는 상태에 있어서는, 광원(2)의 분할상(2a)이 서로 이웃하는 광원(2)의 분할상(2a)과는 겹쳐지지 않도록 되어 있고, 이 휘도 불균일은, 거리(H)가 변화했을 때에 정면 휘도 분포가 급격하게 변화하는 것에 기인하여 생긴다. 즉, 거리(H)가 △(H)변화하면, 각 광원(2,2,…)의 분할상(2a,2a,…)이 겹쳐져 버리며, 정면 휘도 분포에 급격한 변화가 생겨 휘도 불균일이 발생하기 쉬운 상태가 된다.
따라서, 도 35에 나타낸 바와 같은 균일한 정면 휘도 분포가 얻어지는 바와 같이 광원(2,2,…)과 광학 소자(5)의 거리가 설계되지만, 그 설계 자유도는 좁은 것이다.
또, 최근에 있어서의 액정 표시장치의 대화면(大畵面)화에 따라, 면 발광장치(백 라이트 장치)도 대형화되어있다. 따라서, 정면 휘도 분포의 균일화를 목적으로서 배치되는 프리즘 시트나 렌티큘러 렌즈시트 등의 광학 소자도 대형화되게 된다.
그런데, 이들 광학 소자가 대형화되면, 자중에 따른 휨이나 휘어짐 등이 생기기 쉽게 되며, 광학 소자의 전면에 있어서 광학 소자와 광원과의 거리를 안정하게 한 한편 일정하게 보관유지하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 광학 소자와 광원과의 거리에 불균일이 생기고, 도 36에 나타낸 바와 같이, 정면 휘도 분포의 균일화가 저해되며, 휘도 불균일이 발생하기 쉬워져버린다.
그래서, 본 발명 면 발광장치, 광학 소자 및 액정 표시장치는, 상기한 문제점을 극복하고, 정면 휘도 분포의 균일화를 확보하여 광원과 광학 소자의 거리가 변화해도 휘도 불균일의 발생을 억제하는 것을 과제로 한다.
면 발광장치, 광학 소자 및 액정 표시장치는, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고, 광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고, 광학 소자의 두께를 d라고 하고, 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고, 공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고, 광원으로부터 출사된 광학 소자에 입사되는 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1이라고 하고, 광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절각을 θ 2라고 하고, 광원의 직경을 D라고 하고, 휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)라고 하고, 접선 각도(ψ) 중 최대의 접선각도를 최대 접선각도(a)라고 하고, (1)n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2), (2)n0sinθ 1＝nsinθ 2 , (3)x＝Wtanθ 1+ dtanθ 2에 의하여 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에, x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선각도(a)를 포함하도록 한 것이다.
따라서, 면 발광장치, 광학 소자 및 액정 표시 장치에 있어서는, 서로 이웃하여 위치된 각 광원의 적어도 일부의 분할상이 겹쳐진다.
본 발명 면 발광장치는, 소정의 방향으로 늘어진 원주형으로 형성되며 동일 평면상에 동일 방향으로 늘어진 상태에서 배치된 복수의 광원과, 투광성을 가짐과 함께 복수의 광원으로부터 출사된 빛이 광축 방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층이 형성된 광학 소자와, 복수의 광원을 사이에 두고 광학 소자의 반대 측에 상기 광학 소자와의 사이에 공기층을 통하여 위치됨과 함께 광원으로부터 출사된 빛을 반사하는 반사면을 갖추고, 광학 소자의 휘도 분포 형성층이 광원의 긴 쪽 방향으로 늘어나 상기 광축 방향으로 돌출하는 복수의 구조부에 의하여 구성된 면 발광장치이며, 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고, 광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고, 광학 소자의 두께를 d라고 하고, 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고, 공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고, 광원으로부터 출사된 광학 소자에 입사되는 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1이라고 하고, 광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절각을 θ 2라고 하고, 광원의 직경을 D라고 하고, 휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)라고 하고, 접선 각도(ψ) 중 최대의 접선각도를 최대 접선 각도(a)라고 하고, 이하의 조건식(1) 내지 조건식(3)에 의해 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에, x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선각도(a)를 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 한다.
n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2) ……(1)
n0sinθ 1 ＝ nsinθ 2 ……(2)
x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
본 발명 광학 소자는, 소정의 방향으로 늘어지는 원주형으로 형성되며 동일 평면상에 동일 방향으로 늘어지는 상태에서 배치된 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 광축방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층이 형성되며, 상기 휘도 분포 형성층이 광원의 긴 쪽 방향으로 늘어지며 상기 광축 방향으로 돌출하는 복수의 구조부에 의하여 구성된 광학 소자이며, 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고, 광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고, 광학 소자의 두께를 d라고 하고, 광원의 중심에서 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고, 공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고, 광원으로부터 출사되며 광학 소자로 입사되는 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1이라고 하고, 광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절각을 θ 2라고 하고, 광원의 직경을 D라고 하고, 휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)라고 하고, 접선 각도(ψ) 중 최대의 접선 각도를 최대 접선 각도(a)라고 하고, 이하의 조건식(1) 내지 조건식(3)에 의해 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에, x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하도록 한 것을 특징으로 한다.
n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2) ……(1)
n0sinθ 1 ＝ nsinθ 2 ……(2)
x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
본 발명 액정 표시 장치는, 소정의 방향으로 늘어난 원주형으로 형성되며, 동일 평면상에 동일 방향으로 늘어진 상태로 배치된 복수의 광원과, 투광성을 가짐과 함께 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 광축 방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층이 형성되며 상기 휘도 분포 형성층이 광원의 긴 쪽 방향으로 늘어나 상기 광축 방향으로 돌출하는 복수의 구조부에 의하여 구성된 광학 소자와, 복수의 광원을 사이에 두고 광학 소자의 반대 측에 상기 광학 소자와의 사이에 공기층을 통하여 위치됨과 함께 광원으로부터 출사된 빛을 반사하는 반사면과, 화상을 표시함과 함께 복수의 광원으로부터 출사된 빛이 조사(照射)되는 액정 패널을 갖춘 액정 표시 장치이며, 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고, 광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고, 광학 소자의 두께를 d라고 하고, 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고, 공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고, 광원으로부터 출사되며 광학 소자에 입사되는 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1이라고 하고, 광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절률을 θ 2라고 하고, 광원의 직경을 D라고 하고, 휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)라고 하고, 접선 각도(ψ) 중 최대의 접선 각도를 최대 접선 각도(a)라고 하고, 이하의 조건식(1) 내지 조건식(3)에 의해 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에, x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 한다.
n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2) ……(1)
n0sinθ 1 ＝ nsinθ 2 ……(2)
x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
따라서, 본 발명 면 발광장치, 광학 소자 및 액정 표시 장치에 있어서는, 서로 이웃하여 위치된 각 광원의 적어도 일부의 분할상이 겹져지기 때문에, 정면 휘도 분포의 균일성이 확보되며, 휘도 불균일을 억제할 수 있다.
도 1은, 도 2 내지 도 31과 함께 본 발명 면 발광장치, 광학 소자 및 액정 표시장치를 실시하기 위한 최선의 형태를 나타낸 것이며, 본 도면은 액정 표시장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는, 광원으로부터 출사된 빛의 경로와 각 부분의 위치관계 등을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 휘도 분포 형성층의 구조부에 있어서의 접선 각도를 나타내는 개념도이다.
도 4는, 하나의 광원으로부터 빛이 출사된 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 5는, 도 6 및 도 7과 함께 정면 휘도 분포의 예를 나타낸 것이며, 본 도면은, 정점이 둥그스름을 띤 개략 삼각 형상의 예를 나타내는 개념도이다.
도 6은, 경사부에 단부를 가지는 예를 나타내는 개념도이다.
도 7은, 경사부의 기울기가 단계적으로 변화하는 예를 나타내는 개념도이다.
도 8은, 광원과 광학 소자의 거리가 변화했을 때에, 빛이 확산판을 투과하기 전의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 9는, 광원의 분할상이 거의 겹쳐진 경우에 있어서, 광원과 광학 소자의 거리가 변화했을 때에, 빛이 확산판을 투과하기 전의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 10은, 광원의 분할상의 광원으로부터의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 이동거리의 구체적 예를 나타내는 개념도이다.
도 11은, 휘도 분포 형성층의 접선 각도와 광원의 분할상의 이동거리와의 관계를 나타내는 그래프 도면이다.
도 12는, 광원의 분할상이 서로 이웃하는 광원까지 이동한 경우의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 13은, 휘도 분포 형성층의 최대 접선 각도와 광원의 분할상의 이동거리와의 관계를 나타내는 그래프 도면이다.
도 14는, 광원과 광학 소자의 거리가 설계상의 거리에 있을 때에, 광원으로부터 출사된 빛이 확산판을 투과한 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 15는, 광원의 분할상이 거의 겹쳐지는 경우에 있어서, 광원과 광학 소자의 거리가 설계상의 거리에 있을 때에, 광원으로부터 출사된 빛이 확산판을 투과한 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 16은, 휘도 불균일의 발생률이 낮은 샘플에 대하여, 접선 각도와 그 비율을 나타내는 그래프 도면이다.
도 17은, 휘도 불균일의 발생률이 높은 샘플에 대하여, 접선 각도와 그 비율을 나타내는 그래프 도면이다.
도 18은, 복수의 광원으로부터 출사된 빛이 광학 소자를 투과한 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 19는, 휘도 분포 형성층의 구조부의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 20은, 도 19에 나타낸 휘도 분포 형성층에 대하여, 접선 각도와 그 비율을 나타내는 그래프 도면이다.
도 21은, 도 19 및 도 20의 예에 대하여, 광원으로부터 출사된 빛이 확산판을 투과한 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 22는, 광학 소자와 확산판과 광학 소자체가 포장부재에 의하여 포장되어 이루어진 광학 소자 포장체를 나타내는 개념도이다.
도 23은, 광학 소자와 확산판이 접합되어 이루어진 광학 소자 포장체를 나타내는 개념도이다.
도 24는, 다각형 형상을 가지는 휘도 분포 형성층의 예를 나타내는 도면이다.
도 25는, 두 개의 다각형 형상의 구조부를 가지는 휘도 분포 형성층의 예를 나타내는 도면이다.
도 26은, 두 개의 다각형 형상의 구조부를 가지는 다른 휘도 분포 형성층의 예를 나타내는 도면이다.
도 27은, 두 개의 다각형 형상의 구조부를 가지는 광학 소자와 이것을 성형하는 금형을 나타내는 도면이다.
도 28은, 세 개의 다각형 형상의 구조부를 가지는 휘도 분포 형성층의 예를 나타내는 도면이다.
도 29는, 세 개의 다각형 형상의 구조부를 가지는 다른 휘도 분포 형성층의 예를 나타내는 도면이다.
도 30은, 도 26에 나타낸 휘도 분포 형성층을 가지는 광학 소자에 있어서의 하나의 광원을 점등시켰을 때의 정면 휘도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프 도면이다.
도 31은, 도 26에 나타낸 휘도 분포 형성층을 가지는 광학 소자에 있어서의 모든 광원을 점등시켰을 때의 정면 휘도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프 도면이다.
도 32는, 종래의 면 발광장치를 나타내는 개략 사시도이다.
도 33은, 종래의 면 발광장치에 있어서, 광원과 확산판의 거리가 짧아졌을 때의 정면 휘도 분포의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 34는, 종래의 면 발광장치에 있어서의 정면 휘도 분포의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 35는, 종래의 면 발광장치에 있어서, 광원과 광학 소자가 설계상의 거리에 배치되었을 때의 정면 휘도 분포의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 36은, 종래의 면 발광장치에 있어서의 문제점을 설명하는 개념도이다.
이하에, 본 발명 면 발광장치, 광학 소자 및 액정 표시 장치를 실시하기 위한 최선의 형태를 첨부도면에 따라 설명한다.
면 발광장치(10)는, 액정 표시 장치(50)용의 직하형의 백 라이트 장치로서 이용되어 있다.(도 1 참조)
면 발광장치(10)는, 광체(11)에 개요의 각부가 배치되어 이루어지고, 복수의 광원(선형광원)(12,12,…)과 반사판(13)과 확산판(14)과 광학 소자(광학 플레이트)(15)와 광학 소자체(16)를 가지고 있다.
광원(12,12,…)으로서는, 예를 들면, 냉음극 형광관이나 열음극 형광관 등의 형광관이 이용되고 있다. 광원(12,12,…)은 원주형으로 형성되며, 도 1에 나타내는 Y방향으로 늘어나는 상태에서 확산판(13) 상에 배치되어 있다. 광원(12,12,…)은 반사판(13)과 광학 소자(15)와의 사이에 평행한 상태에서 도 1에 나타내는 X방향으로 벌어져 등 간격으로 배치되어 있다.
이와 같이 면 발광장치(10)에 있어서는, 복수의 광원(12,12,…)이 반사면(13a) 상에 등 간격으로 배치되며 배치상태로 균일성이 확보되어 있기 때문에, 광원(12,12,…)으로부터 출사된 빛이 후술하는 액정 표시 패널에 달했을 때에, 광원(12,12,…)의 배치상태에 의존하는 부분적인 휘도 불균일이 생기기 어렵다.
반사판(13)의 광원(12,12,…)에 대향하는 측의 면은 반사면(13a)으로서 형성되어 있다. 광원(12,12,…)으로부터 출사된 빛의 일부는 반사면(13a)에서 광학 소자(15)로 향해 반사된다. 반사판(13)으로서는, 빛을 반사하는 성질을 가지는 것이면 좋고, 예를 들면, 알루미늄제, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly-ethylene terephthalate))제, 폴리카보네이트(Polycarbonate)제 등의 각종의 것을 이용할 수 있다.
확산판(14)은, 광학 소자(15)를 사이에 두고 광원(12,12,…)의 반대 측에 배치되어 있다. 확산판(14)은, 광학 소자(15)를 투과하여 입사된 빛을 확산하여 정면방향으로 출사되는 조사 광속의 휘도분포, 즉, 정면 휘도 분포를 균일화하는 기능을 가진다. 또한, 면 발광장치(10)에 있어서는, 확산판(14)을 대신해 두께가 얇은 확산시트를 이용하는 것도 가능하다.
확산판(14)으로서는, 예를 들면, 폴리스티렌(Polysthrene), 시클로오레핀폴리머(Cycloolefin polymer), 아크릴(acryl), 폴리카보네이트(Polycarbonate)제의 것이 이용되며, 확산 시트로서는, 빛의 확산을 보조하는 것, 예를 들면, PET기판상에 필러(filler)입자가 도포된 것이 이용된다. 또한, 확산판(14) 및 확산시트는, 적어도 한쪽뿐이면 좋지만, 이들을 적층하여 이용하는 것도 가능하다.
확산판(14)의 출광면 측에는 도시하지 않은 액정 표시 패널이 배치되어 있다.
광학 소자(15)는, 광원(12,12,…)과 학산판(14)과의 사이에 배치되어 있다. 광학 소자(15)는, 예를 들면, 투광성을 가지는 프리즘 시트(Prism sheet)나 렌티큘러 렌즈시트(Lenticular lens sheet) 등이며, 기재(17)의 광 출사면 측에 휘도 분포 형성층(18)이, 예를 들면, 일체로 형성되어 이루어진다.
기재(17)는, 아크릴계 수지(Acrylic resin), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프타레이트(Polyethylene naphthalate), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 스티렌계 수지(Styrene-base resin), 스티렌메틸메타크릴(Styrene-methyl methacrylate) 공중합체 수지 등의 투명한 합성수지제의 판재에 의하여 구성되어 있다. 또한, 기재(17)를 시트형 또는 필름형으로 구성하는 것도 가능하지만, 강성(剛性)이 높은 판재에 의하여 형성한 쪽이, 광체(11) 내에 배치되었을 때의 휨, 휘어짐, 열 변형 등이 발생하기 어렵고, 광원(12)과의 사이에 Z방향에 있어서의 거리가 변화하기 어려운 점에서 호적(好適)하다. 또, 기재(17)의 두께는 특히 제한되지 않고, 시트 혹은 필름 정도의 두께여도 소정의 강성을 확보할 수 있다면 좋다.
휘도 분포 형성층(18)은, 광원(12)으로부터 출사된 빛의 정면 방향(Z방향)에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 기능을 가지고 있다. 휘도 분포 형성층(18)은, 도 1에 나타내는 Y방향이 능선 방향으로 된 복수의 구조부(18a,18a,…)에 의해서 구성되며, 상기 구조부(18a,18a,…)는 x방향으로 소정의 피치로 연속하여 배열되고 있다. 구조부(18a)는, 도 1 에 나타내는 Z방향, 즉, 광원(12)으로부터 출사되는 빛의 광축 방향으로 돌출되며, 외면이, 예를 들면, 곡면 형상 또는 다각형 형상으로 형성되어 있다. 구조부(18a)가 곡면 형상으로 형성되어 있는 경우에는, 예를 들면, 비 구면 형상으로 되어 있다.
구조부(18a,18a,…)의 배열 피치는 광원(12,12,…)의 배열 피치와는 관계가 없으며, 구조부(18a,18a,…)는 미소(微少)한 피치로 배열되어 있다.
또한, 휘도 분포 형성층(18)은, 기재(17)에 일체 성형에 의해 형성하는 것도 가능하지만, 기재(17)에 자외선 경화 수지로 형성한 휘도 분포 형성층(18)을 전사하여 형성하거나, 기재(17)에 프레스 성형에 의해 휘도 분포 형성층(18)을 접합하는 것에 의해서도 구성하는 것이 가능하다.
광학 소자체(16)는, 예를 들면, 확산 시트, 프리즘 시트, 반사 편광자 등의 각종의 광학 소자의 하나 또는 복수의 것에 의해서 구성되어 있다. 복수의 광학 소자에 의해서 광학 소자체(16)가 구성되어 있는 경우에는, 이러한 복수의 광학 소자가 적층상에 배치되어 있다. 광학 소자체(16)는 확산판(14)을 사이에 두고 광학 소자(15)의 반대 측에 배치되어 있다.
이상과 같이 구성된 면 발광장치(10)에 있어서, 반사판(13)과 광학 소자(15) 간의 공간은 공기층(19)으로서 형성된다.
면 발광장치(10)에 있어서, 광원(12,12,…)으로부터 빛이 출사되면, 출사된 빛은 순서대로 광학 소자(15), 확산판(14) 및 광학 소자체(16)를 투과하여 액정 표시 패널에 조사(照射)된다. 이 때 출사된 빛의 일부는 반사판(13)의 반사면(13a)으로 반사되어 광학 소자(15)로 향한다.
광학 소자(15)에 입사된 빛은 상기 광학 소자(15)의 입사면에서 굴절되며, 또한 광학 소자(15)로부터 출사될 때 있어서도 굴절되어 확산판(14)으로 향한다. 확산판(14)에 입사된 빛은 확산되어 출광되며, 광학 소자체(16)를 통하여 액정 표시 패널에 이른다.
도 2에, 광원(12,12,…)으로부터 출사된 빛의 경로와 각부의 위치관계 등을 나타낸다.
도 2에는, 서로 이웃하여 위치하는 광원(12,12)의 각 중심 간의 거리를 L, 광학 소자(15)의 굴절률을 n, 광학 소자(15)의 두께를 d, 광원(12)의 중심으로부터 광학 소자(15)까지의 광축(P) 방향에 있어서의 거리를 W, 공기층(19)의 공기의 굴절률을 n0, 광원(12)으로부터 출사되어 광학 소자(15)에 입사되는 빛의 광축 P방향에 대한 입사각을 θ 1, 광학 소자(15)에 입사된 빛의 광학 소자(15)에 있어서의 굴절각을 θ 2, 광원(12)의 직경을 D로서 나타내고 있다.
또한, 도 2에는, 광학 소자(15)의 기재(17)에 대한 휘도 분포 형성층(18)의 구조부(18a,18a,…)의 크기를 과장하여 나타내고 있지만, 실제로는, 구조부(18a,18a,…)는 기재(17)에 대하여 극히 작은 것이다.
또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 휘도 분포 형성층(18)의 구조부(18a,18a,…)의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 구조부(18a)의 외면에 접하는 접선(S)과 광축(P)에 직교하는 면(Q)이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)로 한다. 이때, 도 2에 나타내는 바와 같이, 접선 각도(ψ) 중 최대의 접선 각도를 최대 접선 각도(a)로 하고, 광원(12)의 분할상(12a)의 광원(12)으로부터의 광축(P)에 직교하는 방향에 있어서의 이동거리를 x로 한다. 이동거리(x)는 광원(12)의 단면으로부터의 거리이다.
이상의 각 요소(파라미터)를 이용하면, 면 발광장치(10)에 있어서, 이하의 수식(1) 내지 수식(3)이 성립한다.
n0sin(ψ)＝nsin (ψ-θ 2) ……(1)
n0sinθ 1 ＝nsinθ 2 ……(2)
x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
수식(1) 내지 수식(3)을 이용함으로써, 수식(1)에 임의의 접선 각도(ψ)를 대입함으로써 굴절각(θ 2)이 산출되며, 산출한 θ 2를 수식(2)에 대입함으로써 입사각(θ 1)이 산출되며, 산출한 θ 1과 θ 2를 수식(3)에 대입함으로써 이동거리(x)가 산출된다. 따라서, 접선 각도(ψ)에 대응하는 이동거리(x)가 일의적으로 정해져, 접선 각도(ψ)를 가지는 휘도 분포 형성층(18)의 접점에 도달한 빛의 분할상(12a)이 서로 이웃하는 광원(12)으로 향하여 x이동된다.
이와 같이 분할상(12a)의 이동거리(x)는 접선 각도(ψ)에 의해서 정해지며, 접선 각도(ψ) 중, 광원(12)의 분할상(12a)이 L／2에 이르는 접선 각도를 b, 접선 각도(ψ) 중, 광원(12)의 분할상(12a)이 L, 즉, 서로 이웃하는 광원(12)의 중심에 이르는 접선 각도를 c라고 하면,
x＝L／2―D／2 ……(4)
를 만족하는 접선 각도(ψ)＝접선 각도(b)가 된다. (L／2―D／2)는 서로 이웃하는 광원(12,12)의 각 중심 간의 중앙의 위치이다. 따라서, 이하의 수식(5)을 만족하는 접선 각도(ψ)가 존재한다면, 서로 이웃하는 광원(12,12)의 각 분할상(12a, 12a)이 서로 겹치게 된다.
x＞L／2―D／2 ……(5)
이와 같이 수식(5)을 만족하는 접선 각도(ψ)가 존재함으로써, 서로 이웃하는 광원(12,12)의 각 분할상(12a, 12a)이 서로 겹치게 되고, 이것은 수식(5)이 성립하는 최대 접선 각도(a)가 휘도 분포 형성층(18)에 존재한다면, 서로 이웃하는 광원(12,12)의 각 분할상(12a, 12a)이 서로 겹치는 것을 의미한다.
면 발광장치(10)에 있어서는, 수식(5)이 성립하는 최대 접선 각도(a)가 휘도 분포 형성층(18)에 존재하도록 광학 소자(15)가 형성되어 있고, 서로 이웃하는 광원(12,12)의 각 분할상(12a, 12a)이 서로 겹치도록 되어 있다.
도 4는, 단일의 광원(12)으로부터 출사된 빛이 광학 소자(15)를 투과했을 때에, 확산판(14)을 투과하기 전 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 정면 휘도 분포는 광원(12)의 바로 위쪽 위치에서 최대이며, 서로 이웃하는 광원(12)의 바로 위쪽 위치에 향하여 휘도 레벨이 저하하는 대략 삼각형상의 산형(山型)의 형상을 가진다. 또한, 도 4에 나타낸 정면 휘도 분포는, 삼각형상의 정면 휘도 분포에 대하여 초(稍)형상이 무너지고 있지만, 이 형상의 붕괴는 반사판(13)에서 반사된 빛의 작용에 의한 것이다.
또한, 광원(12)으로부터 출사되었을 때의 정면 휘도 분포는, 삼각형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 정점이 둥그스름함을 띤 개략 삼각형상(도 5 참조), 경사진 부분에 단부를 가지는 형상(도 6 참조), 경사진 부분의 기울기가 단계적으로 변화하는 형상(도 7 참조) 등 이어도 좋다.
도 8은, 복수의 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 겹치는 경우에 있어서, 거리(W)가 변화했을 때의 확산판(14)을 빛이 투과하기 전의 정면 휘도 분포의 상태를 나타내는 그래프이며, 설계상의 거리(W)일 때에 정면 휘도 분포와, 이것에 대하여 ±8%거리(W)가 변화했을 때의 정면 휘도 분포를 나타내고 있다.
도 8에 나타낸 정면 휘도 분포는, 광원(12,12,…)으로부터 출사된 빛이 확산판(13), 광학 소자(15)에 의하여 광학특성에 따른 확률로 반사, 굴절, 산란(散亂)을 했을 때의 상태를 몬테 카를로(Monte Carlo)법에 의하여 시뮬레이션하여 얻은 결과이다.
도 8에 있어서는 1개의 광원(12)에 대하여, 상기 광원(12)의 바로 위쪽 위치에서 휘도 레벨이 최대이며, 서로 이웃하는 다른 광원(12)의 바로 위쪽 위치로 향하여 휘도 레벨이 저하하는 정면 휘도 분포를 가지고, 서로 이웃하는 2개의 광 원(12,12) 간의 위치에서는, 상기 2개의 광원(12,12)의 분할상(12a,12a)이 겹치며, 각각의 정면 휘도 분포의 일부가 서로 겹친다.
분할상(12a,12a)이 겹치지 않는 경우에는, 광원(12)과 광학 소자(15)의 거리(W)가 변화했을 때에, 각 광원(12,12,…)의 정면 휘도 분포의 저변폭(광원(12,12,…)의 배열 방향에 있어서의 폭)이 변동하기 때문에, 정면 휘도 분포가 크게 변화해 버린다. 예를 들면, 거리(W)가 설계상의 거리(W)에 대하여 커지게 되면, 각 광원(12,12,…)의 정면 휘도 분포의 저변폭이 서로 겹치고, 반대로, 거리(W)가 설계상의 거리(W)에 대해서 작아지면, 서로 이웃하는 광원(12,12,…) 간의 위치(중간 위치)에서의 휘도 레벨이 감소하고, 정면 휘도 분포의 큰 변화가 생겨 버린다.
그렇지만, 면 발광장치(10)에 있어서는, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 설계상의 거리(W)일 때에 이미 겹치고, 각각의 정면 휘도 분포의 일부가 서로 겹치기 때문에, 광원(12,12,…)과 광학 소자(15)의 거리(W)의 변화에 대한 휘도 레벨의 변동이 억제되며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 거리(W)가 변화해도 정면 휘도 분포의 변화가 작고, 휘도의 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
또, 광원(12,12,…)과 광학 소자(15)의 거리(W)의 변화에 의한 휘도의 불균일의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 광체(11)에 대한 광학 소자(15)의 배치의 자유도가 향상하고, 각부의 조립시에 있어서의 작업성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 겹치는 것은 정면 휘도 분포의 저변폭이 넓어지는 것과 같으며, 거리(W)가 변화해도 정면 휘도 분포 자체가 변 화하기 어렵다고 하는 특성도 가진다.
도 9는, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 광원(12,12)의 중앙부에서 약간 겹치는 경우에 있어서, 거리(W)가 변화했을 때의 확산판(14)을 빛이 투과하기 전의 정면 휘도 분포 상태를 나타내는 그래프 도면이며, 설계상의 거리(W)일 때의 정면 휘도 분포와, 이것에 대해서 ±8%거리(W)가 변화했을 때의 정면 휘도 분포를 나타내고 있다.
도 9에 나타내는 정면 휘도 분포는, 도 8과 같이 광학 특성에 따른 확률로, 반사, 굴절, 산란을 했을 때의 상태를 몬테 카를로(Monte Carlo)법에 의하여 시뮬레이션 하여 얻은 결과이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 약간 겹치는 경우에 있어서도, 광원(12,12,…)과 광학 소자(15)의 거리(W) 변화에 대한 휘도 레벨의 변통이 억제되며, 거리(W)가 변화해도 정면 휘도 분포의 변화가 작고, 휘도의 불균일의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 따라서, 상기한 바와 같이, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)의 겹침 및 분할상(12a,12a,…)의 넓어짐에 따라 정면 휘도 분포의 저변폭이 넒어짐에 의해, 거리(W)의 설계 자유도의 향상을 도모할 수 있다.
이하에, 면 발광장치(10)에 있어서, 휘도의 불균일을 억제하기 위한 구성의 구체적인 예에 대하여 나타낸다.(도 10 내지 도 21 참조)
일반적으로, 박형의 액정 표시 장치에 있어서는, 광원(냉음극 형광관)의 직경(D)＝3.0mm~4.0mm, 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리(L)＝ 20mm~40mm, 광원의 중심에서 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리(W)＝6.0mm~16.0mm이다. 광학 소자로서는 싼 가격으로 대량생산이 가능한 엔지니어링 플러스 틱이 사용되며, 광학 소자의 두께(d)＝0.3mm~2.0mm, 굴절률(n)＝1.50~1.63이다. 공기의 굴절률(n0)은 약 1.0이라고 한다.
예를 들면, L＝23.7mm라고 했을 때에, W＝11.7mm, D＝3.0mm라고 하면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 광원의 분할상의 광원으로부터의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 이동거리x＝L／2―D／2＝10.35mm보다 커진다면 광원의 분할상이 겹쳐지게 된다.
이 때, d＝0.4mm, n＝1.585라고 하면, 광학 소자의 접선각도(ψ)와 이동거리(x)는 수식(1) 내지 수식(3)에서 도 11에 나타내는 관계가 된다. 도 11에서, x=10.35mm로 되는 접선 각도(b)≒56로 된다. 따라서, 일반적인 박형의 액정 표시장치에 이용되는 파라미터로서, L＝23.7mm, W＝l1.7mm, D＝3.0mm, d＝O.4mm, n＝1.585, n0＝1.0의 경우에는, 광학 소자의 휘도 분포 형성층이 접선 각도(ψ)＝56° 이상의 최대 접선 각도(a)를 가지는 형상인 것이 필요하다.
상기한 바와 같이, 모든 파라미터, 즉, 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리(L), 광학 소자의 굴절률(n), 광학 소자의 두께(d), 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리(W), 공기층의 공기의 굴절률(nO), 광원의 직경(D)이 결정됨으로써, 광학 소자의 휘도 분포 형성층에 필요하게 되는 형상이 수식(1) 내지 수식(3)에 의해서 산출되는 접선 각도에 의거하여 정해 진다.
액정 표시장치에 있어서 일반적으로 이용되는 파라미터인 L＝20mm~40mm, W＝6.0mm~16.0mm, D＝3.0mm~4.0mm, d＝O.3mm~2.0mm, n＝1.50~1.63의 범위에 있어서 산출한 접선각도(b)의 최대치(bmax)와 최소치(bmin)를 표 1에 나타낸다.
예를 들면, L／W＝3.0의 경우에는, L＝40mm, W＝13.3mm, D＝3.0mm일 때에(L／2―D／2)가 최대치를 나타내고, 한편, n＝1.50, d＝O.3mm일 때에 최대치(bmax)를 나타낸다.
Figure 112008018405213-PCT00001
표 1에 나타내는 접선 각도(b)보다 큰 최대 접선 각도(a)가 휘도 분포 형성층(18)에 존재한다면, 광원(12,12,…)의 분할상(12a, 12a,…)이 겹침으로써, 면 발광장치(10)에 있어서는, 이와 같은 표 1에 나타내는 접선 각도(b)보다 큰 최대 접선 각도(a)가 휘도 분포 형성층(18)에 존재하도록 광학 소자(15)가 형성되어 있다.
따라서, 면 발광장치(10)에 있어서는, 광원(12,12,…)의 분할상(12a, 12a,…)이 겹치기 때문에, 광원(12)의 중심으로부터 광학 소자(15)까지의 광축(P) 방향에 있어서의 거리(W)에 변화가 생겨도 정면 휘도 분포의 변화가 작고, 휘도의 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
더 바람직한 정면 휘도 분포로서, 도 12에 나타내는 바와 같이, 광원(12)의 분할상(12a)이 양쪽에 이웃하는 광원(12,12)의 바로 위쪽 위치에 이르는 예가 있다. 이와 같은 정면 휘도 분포를 얻기 위해서는, x＝L―D／2를 만족하는 접선각도(ψ)가 최대 접선각도(a)이면 좋고, 따라서, 광원(12)의 분할상(12a)이 서로 이웃하는 광원(12)의 중심에 이르는 접선각도(c)가 최대 접선각도(a)와 같다면 좋다. 또한, 도 12에 나타내는 직선(T)은, 각 광원(12,12,…)의 정면 휘도 분포를 보충하여 합한 정면 휘도 분포를 나타내고 있다.
표 2는, 표 1의 수치를 산출했을 때와 같고 파라미터 L＝20mm~40mm, W＝6.0mm~16.0mm, D＝3.0mm~4.0mm, d＝O.3mm~2.0mm, n＝1.50~1.63을 이용하여 접선각도(c)의 최대치(cmax)와 최소치(cmin)을 나타낸 것이다.
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따라서, 표 2에 나타내는 접선 각도(c)와 같은 최대 접선 각도(a)가 휘도 분포 형성층(18)에 존재한다면, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 각 광원(12,12,…) 간의 전 영역에 있어서 겹치게 된다.
또, 도 12에 나타내는 정면 휘도 분포를 얻기 위해서는, 광원(12)의 바로 위쪽 위치에 있어서의 휘도 레벨을 1로 했을 때에, 그 광원(12)의 분할상(12a)이 서로 이웃하는 광원(12)과의 사이의 중앙에 있어서의 휘도 레벨이 대략 절반의 O.4~0.6 정도가 되고, 한편, 서로 이웃하는 광원(12)의 바로 위쪽 위치에 있어서의 휘도 레벨이 대략 0이 되는 것이 필요하게 된다. 따라서, 광학 소자(15)의 최대 접선 각도(a)가 표 2에 나타내는 접선 각도(c)와 대략 같으며, 한편, 휘도 분포 형성층(18)에 접선 각도가 b이상 C미만의 부분을 40%~60% 포함할 필요가 있다. 접선각도(b)는, 상기한 바와 같이, 광원(12)의 분할상(12a)이 L／2에 이르는 각도이며, 접선 각도(c)는 광원(12)의 분할상(12a)이 L에 이르는 각도이다.
면 발광장치(10)에 있어서는, 이와 같은 표 2에 나타내는 접선 각도(c)와 대략 같은 최대 접선 각도(a)가 휘도 분포 형성층(18)에 존재하고, 휘도 분포 형성층(18)에 접선 각도가 b이상 C미만의 부분을 40%~60% 포함하도록 광학 소자(15)가 형성되어 있다.
따라서, 면 발광장치(10)에 있어서는, 광원(12,12,…)의 분할상(12a,12a,…)이 각 광원(12,12,…)간의 전 영역에 있어서 겹치기 때문에, 광원(12)의 중심으로부터 광학 소자(15)까지의 광축(P) 방향에 있어서의 거리(W)에 변화가 생겨도 정면 휘도 분포의 변화가 작고, 휘도의 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
도 13은, 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리(W)＝l에 대하여 광원의 직경(D)＝0.25로서 W／D＝4로 하고 광학 소자의 굴절률(n)＝1.585, 광학 소자의 두께(d)＝0.4mm로 했을 때에, 최대 접선 각도(a)와 분할상의 이동거리(x)와의 관계를 나타낸 그래프 도면이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 이동거리(x)가 커지게 되면 최대 접선 각도(a)의 변화율이 커지게 된다. 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리(W)에 대한 서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리(L)의 비인 L／W가 커지게 되면 이동거리(x)도 커지기 때문에, L／W가 커지게 되면 최대 접선 각도(a)의 변화에 대한 이동거리(x)의 변화량이 커지게 된다.
이와 같이 최대 접선 각도(a)의 변화율이 커지게 되면, 휘도 분포 형성층의 형성이 곤란해진다. 따라서, L／W가 커지게 되면 휘도 분포 형성층의 형성이 곤란하게 되며, 최대 접선 각도(a)의 제어가 곤란하게 된다.
최대 접선 각도(a)의 제어가 가능한 범위는, L／W가 2.5 이하의 범위이며, 표 2에 있어서의 L／W가 2.5 이하의 범위에 있어서 적정하게 휘도의 불균일의 발생을 억제하는 것이 가능하다.
도 14 및 도 15는, 광원(12)으로부터 출사된 빛이 광학 소자(15)와 확산판(14)을 투과한 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 그래프 도면이다. 도 14는, 도 8에 있어서의 설계상의 거리(W)일 때의 정면 휘도 분포에 대응하는 그래프 도면이며, 도 15는, 도 9에 있어서의 설계상의 거리(W)일 때의 정면 휘도 분포에 대응하는 그래프 도면이다.
도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 확산판(14)의 확산 작용에 의해 확산판(14)을 투과한 상태에 있어서 정면 휘도 분포가 대략 균일하게 되어 있다.
이와 같이 확산판(14)을 이용함으로써, 정면 휘도 분포의 균일화가 도모되며, 휘도의 불균일의 발생을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 확산판(14)을 이용함으로써 정면 휘도 분포의 균일화가 도모되기 때문에, 광원(12,12,…)으로부터 출사된 빛이 확산판(14)을 투과하기 전 상태에 있어서는, 정면 휘도 분포의 휘도 레벨의 최대치와 최소치에 큰 차이가 생기지 않으면 정면 휘도 분포의 균일화를 도모하는 것이 가능하다.
확산판(14)의 작용에 의해 정면 휘도 분포의 균일화를 도모하는 것이 가능한 휘도 레벨의 최대치와 최소치의 비는, 확산판(14)의 작용을 고려하면, 예를 들면, O.7 이상이 허용 범위로 된다.
도 16 및 도 17은, 합계 23개의 샘플에 대하여 휘도의 불균일의 발생 상태를 검토하고, 가로축에 접선 각도(ψ)를 나타내고, 세로축에 그 접선 각도(ψ)의 휘도 분포 형성층에 포함되는 비율을 나타낸 그래프 도면이다.
도 16 및 도 17은, 도 13의 데이터와 같이, 광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리(W)＝l에 대해서 광원의 직경(D)＝0.25로서 W／D＝4로 하고, 광학 소자의 굴절률(n)＝1.585, 광학 소자의 두께(d)＝0.4mm로 했을 때에, 접선 각도(ψ)와 그 접선 각도(ψ)의 비율과의 관계를 나타낸 그래프 도면이다. 또한, 거리(W)에 대한 광원의 각 중심 간의 거리(L)의 비 L／W＝2.0이며, 확산판의 빛의 투과율은 60%이다.
도 16은, 빛이 확산판을 투과하기 전의 정면 휘도 분포에 있어서의 휘도 레벨의 최대치와 최소치의 비가 0.7 이상이며, 휘도의 불균일의 발생률이 작고 정면 휘도 분포의 균일성이 확보된 11의 샘플(a~K)에 관한 데이터이다.
또한, 도 17은, 빛이 확산판을 투과하기 전의 휘도 레벨의 최대치와 최소치의 비가 O.7 미만이며, 휘도의 불균일의 발생률이 높고 정면 휘도 분포의 균일성이 확보되지 않았던 12의 샘플(L~W)에 관한 데이터이다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 휘도의 불균일의 발생률이 낮은 데이터는, 모든 샘플의 휘도 분포 형성층에 접선 각도((b)＝56°)이상의 접선 각도(ψ)를 가지는 부분이 포함되어 있고, 접선 각도(ψ) 중 접선 각도((b)＝56°) 이상의 부분이 약 10%~30%(도 16에 나타내는 R) 포함되어 있다.
또한, 도 17에 나타내는 휘도의 불균일의 발생률이 높은 데이터에 있어서는, 두 개의 샘플을 제외하고, 최대 접선 각도(a)가 접선 각도((b)＝56°)보다 작은 샘플(L, M, N, 0, P, Q), 접선 각도(b) 이상의 부분이 30%를 넘고 있는 샘플(T, V, W), 또는, 접선 각도(b) 이상의 부분이 10% 미만의 샘플(R)에 의해서 구성되어 있다.
도 16 및 도 17에 나타내는 바와 같이, 접선 각도(ψ) 중 접선 각도((b)= 56°) 이상의 부분이 10%~30% 포함되는 경우에는, 빛이 확산판을 투과하기 전의 정면 휘도 분포에 있어서의 휘도 레벨의 최대치와 최소치의 비가 0.7 이상이 되며, 휘도의 불균일을 억제하는 것 확인되었다. 따라서, 접선 각도(ψ) 중 접선 각도(b)이상의 부분이 10%~30% 포함하도록 광학 소자(15)의 휘도 분포 형성층(18)을 형성함으로써, 휘도의 불균일을 억제할 수 있다.
도 18은, 광원으로부터 출사된 빛이 광학 소자(15) 및 휘도 분포 형성층(18)을 투과된 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 도면이다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 광원(12)의 분할상(12a)을 서로 이웃하는 광원(12)의 바로 위에 위치시키는 경우(도 12 참조)에는, 확산판(14)을 설치하지 않는 상태에 있어서도 정면 휘도 분포의 균일성을 확보할 수 있다. 단, 특히, L／W가 큰 값인 경우에는, 큰 접선 각도(ψ), 예를 들면, 접선 각도((b)＝56°) 이상의 접선 각도(ψ)를 가지는 휘도 분포 형성층(18)을 고정밀도로 형성할 필요가 있다.
그렇지만, 상기한 바와 같이, 광학 소자(15)를 투과한 빛을 확산하는 확산판(14)을 설치함으로써, 빛이 확산판(14)을 투과하기 전의 상태에 있어서 광원(12)의 분할상(12a)이 서로 이웃하는 광원(12)의 바로 위쪽 위치에 이르지 않는 경우여도, 확산판(14)을 투과한 상태에 있어서는, 확산판(14)의 작용에 의해 분할상(12a)을 서로 이웃하는 광원(12)의 바로 위쪽에 위치시키는 것이 가능하다. 따라서, 확산판(14)을 설치했을 경우에는, L／W의 크기에 관계없이, 큰 접선 각도(ψ)를 가지는 휘도 분포 형성층(18)을 고정밀도로 형성하는 필요성이 저하하고, 광학 소자(15)의 제조의 용이화를 도모할 수 있다.
또, 확산판(14)을 설치하지 않는 경우에는, 광원(12)의 분할상(12a)을 서로 연속적으로 겹치게 하기 위해서, 광학 소자(15)의 휘도 분포 형성층(18)에 있어서의 구조부(18a, 18a,…)의 외면을 곡면 형상으로 형성하는 것이 바람직하지만, 확산판(14)을 설치하는 경우에는, 분할상(12a)의 이동거리(x)를 작게 하는 것이 가능하며, 한편, 분할상(12a)이 불연속이어도 확산판(14)의 효과에 의해서 매끄러운 휘도 분포를 형성할 수 있기 때문에, 구조부(18a,18a,…)의 외면을, 예를 들면, 다각형 형상이나 외면의 일부가 평면상을 이루는 형상으로 형성하는 것이 가능하며, 광학 소자(15)의 제조의 용이화를 도모할 수 있다.
예를 들면, 확산판(14)을 설치했을 경우에, 구조부(18a,18a,…)가 일부가 적어도 평면상에 형성된 광학 소자(15)의 예를 도 19에 나타낸다.
도 19에 나타내는 예는, 세 개의 구조부(18b, 18c, 18d)를 1조로 한 구조체가 구성되며, 이 구조체가 연속하여 다수 형성된 예이다.
도 19에 나타내는 예에 있어서는, L／W＝2.0이며, 휘도 분포 형성층(18)에 접선 각도((b)＝56°) 이상의 부분이 10%~15%포함되며, 휘도 분포 형성층(18)에 접선 각도의 부분, 즉, 광축에 대하여 직교하는 평면상으로 형성된 부분이 10%~20% 포함되며, 구조부(18c) 및 구조부(18d)는 다각형 형상으로 형성되어 있다.
도 20은, 도 19에 나타내는 광학 소자(15)에 대하여, 가로축에 접선 각도(ψ)를 나타내고, 세로축에 그 접선 각도(ψ)의 휘도 분포 형성층(18)에 포함되는 비율을 나타낸 그래프 도면이다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 도 19에 나타내는 광학 소자(15)는 접선 각도가 약 56°의 부분이 휘도 분포 형성층(18)에 10%~15%포함되어 있다.
도 21은, 도 19 및 도 20의 예에 대하여, 광원(12,12,…)으로부터 출사된 빛이 확산판(14)을 투과한 상태에 있어서의 정면 휘도 분포를 나타내는 도면이다. 이때 확산판(14)의 빛의 투과율은 60%이다. 도 21에 나타내는 바와 같이, 확산판(14)의 확산 작용에 의해 빛이 확산되며, 정면 휘도 분포의 균일성이 확보되어고, 휘도의 불균일이 억제되는 것이 확인되었다.
따라서, 광학 소자(15)의 휘도 분포 형성층(18)에 있어서의 구조부 (18a,18a,…)의 외면을 다각형 형상이나 일부를 평면상에 형성한 경우에 있어서도, 확산판(14)을 이용함으로써, 휘도의 불균일을 억제할 수 있다.
또, 면 발광장치(10)에 있어서는, 예를 들면, 확산 시트, 프리즘 시트, 반사 편광자 등의 광학 소자체(16)와 확산판(14)을 사이에 두고 광학 소자(15)의 반대 측에 배치되어 있기 때문에, 확산판(14)에 의해서 확산된 빛에 관하여 광학 소자체(16)에 의해서 또한 확산, 산란 등이 실시되며, 휘도의 불균일의 억제 효과 향상이 도모된다.
다음으로, 광학 소자(15)나 확산판(14)을 일체화하는 구조인 광학 소자 포장체에 대하여 설명한다(도 22 및 도 23 참조).
상기한 바와 같이, 면 발광장치(10)에 있어서는, 광원(12,12,…)측으로부터 순서대로 광학 소자(15), 확산판(14) 및 광학 소자체(16)가 배치되지만, 이러한 각부의 두께에 따라서는 강성이 낮게 휘어진 상태나 꾸불꾸불함 등이 발생하고, 휘도의 불균일의 발생의 한 요인이 될 우려가 있다.
이와 같은 휘어진 상태나 꾸불꾸불함의 발생을 방지하기 위해서, 광학 소자(15)와 확산판(14), 또는, 광학 소자(15)와 확산판(14)과 광학 소자체(16)를 투명 시트나 투명 필름 등의 포장 부재(20)에 의해서 포장되어서 이루어지는 광학 소자 포장체(21)를 구성하는 것이 가능하다(도 22 참조).
또, 예를 들면, 광학 소자(15)와 확산판(14)을 자외선 경화형 수지나 감압성의 접착제 등에 의해서 접합하고 광학 소자 포장체(22)를 구성하는 것도 가능하다(도 23 참조). 이 경우에는, 광학 소자(15)와 확산판(14)에 더해져 광학 소자체(16)도 확산판(14)에 접합하고, 광학 소자 포장체(22)를 구성하는 것도 가능하다.
광학 소자 포장체(21) 또는 광학 소자 포장체(22)를 구성함으로써, 두께를 두껍게 하여 강성을 높일 수 있고, 휘어진 상태나 꾸불꾸불함 등의 발생을 방지할 수 있다.
이하에, 광학 소자(15)의 휘도 분포 형성층(18)의 단면 형상의 예를 나타낸다(도 24 내지 도 29 참조).
광학 소자(15)의 휘도 분포 형성층(18)의 단면 형상(외면의 형상)을 소망한 곡면 형상에 형성함으로써, 휘도의 불균일을 억제할 수 있지만, 상기한 바와 같이, 휘도 분포 형성층(18)을 곡면 형상으로 형성하는 것은 가공상 곤란한 경우도 많다.그래서, 이하에 나타내는 바와 같은 다각형 형상을 근사적으로 곡면 형상으로서 휘도 분포 형성층(18)을 형성함으로써, 양호한 가공성을 확보한 후에 휘도의 불균일을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 24에, 이와 같은 다각형 형상을 가지는 휘도 분포 형성층(18)의 일례(100)를 나타낸다.
휘도 분포 형성층(100)은, 광원의 배열 방향과 평행한 외면(101)과, 이 외면(101)을 기준으로서 광원에 가까워짐에 따라서 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가 점차 커지게 되는 외면(102, 102, 103, 103,…, 107, 107)에 의해서 구성되어 있다. 휘도 분포 형성층(100)은, 외면(101)을 2등분 하는 점을 횡단하는 중앙선(M)을 기준으로서 광원의 배열 방향에 있어서 선대칭의 형상으로 되어 있다. 따라서, 휘도 분포 형성층(100)은, 광원의 배열 방향에 대한 각 외면(101, 102, 103,…)에 있어서의 경사 각도를 순서대로 sl, s2, s3, …, s7로 하면, sl < s2 < s3 < … <로 되도록 형성되어 있다.
휘도 분포 형성층(100)은, 다른 각도를 가지는 13의 외면(선분)에 의하여 형성되어 있지만, 외면의 수는 13에 한정되지 않고, 외면의 수는, 광원 간의 거리(L)나 광원의 직경(D) 등을 고려하여 임의로 결정할 수 있다.
도 24에 나타내는 바와 같은, 단면 형상이 곡면 형상에 근사한 다각형 형상으로 된 휘도 분포 형성층(18)을 이용함으로써, 제작이 곤란해지는 경우가 있는 곡면 형상을 형성할 필요가 없기 때문에, 광학 소자의 양호한 가공성을 확보할 수 있다.
도 25 및 도 26에, 도 24에 나타낸 다각형 형상을 분할하고 복수의 구조부라고 한 휘도 분포 형성층의 예(200, 300)를 나타낸다.
도 25에 나타내는 휘도 분포 형성층(200)은, 두 개의 구조부(200a, 200b)가 교대로 복수 배열되어 이루어진다.
구조부(200a)는, 예를 들면, 일곱 개의 외면을 가지고, 외면(201, 202, 202, 203, 203, 204, 204)에 의해서 구성되며, 구조부(200b)도, 예를 들면, 7개의 외면을 가지며, 외면(205, 206, 206, 207, 207, 208, 208)에 의해서 구성되어 있다.
외면(201, 205)은 광원의 배열 방향과 평행으로 되며, 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(sl)와 같은 경사 각도로 되어 있다. 외면(202, 203, 204)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도는, 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s3, s5, s7)와 같게 되며, 외면(206, 207, 208)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도는, 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s2, s4, s6)와 같게 되어있다.
이와 같이 휘도 분포 형성층(100)의 형상을 분할한 구조부(200a, 200b, 200a, 200b, …)로부터 이루어지는 휘도 분포 형성층(200)을 이용함으로써, 구조부(200a,200b)의 외면의 수가 적기 때문에, 광학 소자의 가공을 용이하게 실시할 수 있다.
도 26에 나타내는 휘도 분포 형성층(300)은, 교대로 복수 배열된 두 개의 구조부(300a, 300b)를 가진다.
구조부(300a)는, 예를 들면, 여섯 개의 외면을 가지고, 외면(301, 301, 302, 302, 303, 303)에 의해서 구성되며, 구조부(300b)도, 예를 들면, 6개의 외면을 가지며, 외면(304, 304, 305, 305, 306, 306)에 의하여 구성되어 있다.
외면(301, 302, 303)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도는, 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s3, s5, s7)와 같게 되며, 외면(304, 305, 306)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도는, 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s2, s4, s6)와 같게 되어 있다.
구조부(300a)와 구조부(300b)의 간에는, 광원의 배열 방향과 평행한 평행면(307)이 형성되어 있다. 평행면(307)은, 휘도 분포 형성층(100)의 외면(101)에 상당하는 면이다.
이와 같이 휘도 분포 형성층(100)의 형상을 분할한 구조부(300a, 300b, 300a, 300b, …)를 가지는 휘도 분포 형성층(300)을 이용함으로써, 구조부(300a, 300b)의 외면의 수가 적기 때문에, 광학 소자의 가공을 용이하게 실시할 수 있다.
또, 휘도 분포 형성층(300)을 이용한 경우에는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 금형(1000)을 이용한 사출 성형에 의하여 광학 소자를 형성할 때에, 금형(1000)에 구조부(300a)와 구조부(300b)를 성형하는 부분의 사이에 돌기부(1001)가 존재하지만, 이 돌기부(1001)가 광원의 배열 방향으로 일정한 폭을 가지기 때문에 강성이 높다. 따라서, 돌기부(1001)에 변형이 생기기 어렵고, 금형(1000)의 이형(離型)을 원활하게 실시할 수 있으며, 성형된 휘도 분포 형성층(300)의 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
도 28 및 도 29에 다각형 형상을 세 개로 분할한 휘도 분포 형성층의 예(400, 500)를 나타낸다.
도 28에 나타내는 휘도 분포 형성층(400)은, 세 개의 구조부(400a, 400b, 400c)가 순서대로 복수 배열되어 이루어진다.
구조부(400a, 400b, 400c)는 각각, 예를 들면, 다섯 개의 외면을 가지고, 구조부(400a)의 외면(401, 402, 403)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(sl, s3, s6)와 같게 되며, 구조부(400b)의 외면(404, 405, 406)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(sl, s4, s7)와 같게 되며, 구조부(400c)의 외면(407, 408, 409)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(sl, s2, s5)와 같게 되어 있다.
이와 같이 휘도 분포 형성층(100)의 형상을 분할한 구조부(400a, 400b, 400c)로부터 이루어지는 휘도 분포 형성층(400)을 이용함으로써, 구조부(400a, 400b, 400c)의 외면의 수가 적기 때문에, 광학 소자의 가공을 용이하게 실시할 수 있다.
도 29에 나타내는 휘도 분포 형성층(500)은, 세 개의 구조부(500a, 500b, 500c)가 순서대로 복수 배열되어 이루어진다.
구조부(500a, 500b, 500c)는 각각, 예를 들면, 네 개의 외면을 가지고, 구조부(500a)의 외면(501, 502)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s3, s6)와 같게 되며, 구조부(500b)의 외면(503, 504)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가 각각 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s4, s7)와 같게 되며, 구조부(500c)의 외면(505, 506)에 있어서의 광원의 배열 방향에 대한 경사 각도가, 휘도 분포 형성층(100)에 있어서의 경사 각도(s2, s5)와 같게 되어 있다.
구조부(500a, 500b, 500c) 간에는, 각각 광원의 배열 방향과 평행한 평행면(507, 507)이 형성되어 있다. 평행면(507, 507)은, 휘도 분포 형성층(100)의 외면(101)에 상당하는 면이다.
이와 같이 휘도 분포 형성층(100)의 형상을 분할한 구조부(500a, 500b, 500c)를 가지는 휘도 분포 형성층(500)을 이용함으로써, 구조부(500a, 500b, 500c)의 외면의 수가 적기 때문에, 광학 소자의 가공을 용이하게 실시할 수 있다.
또, 휘도 분포 형성층(500)을 이용한 경우에 있어서도, 휘도 분포 형성층(300)을 이용한 경우와 같이, 금형의 돌기부의 강성이 높기 때문에, 성형된 휘도 분포 형성층(500)의 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기에는, 순서대로 복수 배열된 두 개 또는 세 개의 구조부를 가지는 휘도 분포 형성층을 예로서 나타냈지만, 다각형 형상의 분할수는 두 개 또는 세 개로 한정되지 않고, 네 개 이상이어도 좋다. 이러한 구조는, 다각형 형상을 복수의 구조부에 분할한 것이며, 분할을 실시하지 않는 휘도 분포 형성층(100)과 광학 특성에 큰 차이는 없고, 가공성을 고려한 구조를 임의로 선택할 수 있다.
도 30은, 일례로서, 휘도 분포 형성층(300)을 가지는 광학 소자의 정면 휘도 분포를 나타내는 시뮬레이션 결과이며, 도 4에 대응하는 그래프 도면이다.
정면 휘도 분포는, 광원(12)의 바로 위쪽 위치에서 최대이며, 서로 이웃하는 다른 광원(12,12,…)의 바로 위쪽 위치로 향해 휘도 레벨이 저하하는 대략 산형의 형상을 가지고 있다.
도 31은, 도 30에 있어서 모든 광원을 점등시켰을 때의 정면 휘도 분포를 나타내고, 도 18에 대응하는 그래프 도면이다.
도 30 및 도 31에 나타내는 결과를 도 4 및 도 18에 나타내는 결과와 비교하면, 전체에 얼마 안 되는 휘도의 불균일을 일으키고 있지만, 이 휘도의 불균일은 광원 간의 거리(L)에 의존하는 광원의 불균일과는 다른 확산판이나 확산 시트 등을 배치하는 것 등에 의해, 실용상 문제가 없는 정도까지 휘도의 불균일을 억제할 수 있다.
상기한 최선의 형태에 있어서 나타낸 각부의 구체적인 형상 및 구조는, 어느 쪽도 본 발명을 실시했을 때의 구체화의 그저 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이 들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되는 일이 있어서는 안 되는 것이다.

Claims (16)

  1. 소정의 방향으로 늘어난 원주형으로 형성되며 동일 평면상에 동일 방향으로 늘어난 상태에서 배치된 복수의 광원과, 투광성을 가짐과 함께 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 광축 방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층이 형성된 광학 소자와, 복수의 광원을 사이에 두고 광학 소자의 반대 측에 상기 광학 소자와의 사이에 공기층을 통하여 위치됨과 함께 광원으로부터 출사된 빛을 반사하는 반사면을 갖추고, 광학 소자의 휘도 분포 형성층이 광원의 긴 쪽 방향으로 늘어나 상기 광축 방향으로 돌출하는 복수의 구조부에 있어서 구성된 면 발광장치이고,
    이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고,
    광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고,
    광학 소자의 두께를 d라고 하고,
    광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고,
    공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고,
    광원으로부터 출사되어 광학 소자에 입사된 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1 이라고 하고,
    광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절각을 θ 2라고 하고,
    광원의 직경을 D라고 하고,
    휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선각도(ψ)라고 하고,
    접선 각도(ψ) 중 최대의 접선 각도를 최대 접선 각도(a)라고 하고,
    이하의 조건식(1) 내지 조건식(3)에 의하여 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에,
    x＞L／2-D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
    n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2) ……(1)
    n0sinθ 1 ＝ nsinθ 2 ……(2)
    x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
  2. 제 1항에 있어서,
    거리(L)가 20mm~40mm,
    굴절률(n)이 1.50~1.63,
    두께(d)가 0.3mm~2.0mm,
    거리(W)가 6.0mm~16.0mm,
    직경(D)이 3.0mm~4.0mm의 범위에 있어서,
    L／W＝1.5~1.7 이고 b＝40°~58°,
    L／W＝1.7~1.9 이고 b＝45°~62°,
    L／W＝1.9~2.1 이고 b＝48°~64°,
    L／W＝2.1~2.3 이고 b＝52°~67°,
    L／W＝2.3~2.5 이고 b＝55°~69°,
    L／W＝2.5~2.7 이고 b＝57°~71°,
    L／W＝2.7~2.9 이고 b＝59°~72°,
    L／W＝2.9~3.1 이고 b＝61°~73°,
    L／W＝3.1~3.3 이고 b＝62°~74°또는
    L／W＝3.3~3.5 이고 b＝63°~75°일 때에,
    접선 각도(ψ) 중, 광원의 분할상이 L／2에 이르는 접선각도를 b라고 하면,
    최대 접선 각도(a)가 접선 각도(b)보다 큰 것을 특징으로 하는 면 발광장치
  3. 제 1항에 있어서,
    x＝L―D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    거리(L)가 20mm~40mm,
    굴절률(n)이 1.50~1.63,
    두께(d)가 0.3mm~2.0mm,
    거리(W)가 6.0mm~16.0mm,
    직경(D)이 3.0mm~4.0mm의 범위에 있어서,
    L／W＝1.5~1.7 이고 c＝61°~75°,
    L／W＝1.7~1.9 이고 c＝64°~76°,
    L／W＝1.9~2.1 이고 c＝66°~78°또는
    L／W＝2.1~2.3 이고 c＝67°~78°일 때에,
    접선 각도(ψ) 중, 광원의 분할상이 L에 이르는 접선각도를 c라고 하면,
    최대 접선 각도(a)가 접선 각도(c)와 대략 같으며,
    휘도 분포 형성층에 b이상 c미만의 부분을 40%~60% 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 면 발광장치
  5. 제 1항에 있어서,
    광학 소자를 사이에 두고 광원의 반대 측에 확산판을 배치하고,
    접선각도(ψ) 중, 광원의 분할상이 L／2에 이르는 접선각도를 b라고 하고,
    D／W가 0.19~0.35이며,
    D／W가 1.9~3.5일 때에,
    휘도 분포 형성층에 접선각도(ψ) 중 b보다 큰 부분을 10%~30% 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    광학 소자를 사이에 두고 광원의 반대 측에 확산판을 배치하고,
    상기 확산판의 광 투과율을 55%~65%로 하고 두께를 1mm이상으로 한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    L／W가 2.0일 때에,
    광학 소자의 휘도 분포 형성층에 접선 각도(ψ)가 56°이상의 부분을 10%~15% 포함과 함께 접선 각도(ψ)가 0°의 부분을 10%~20% 포함하도록 형성하고,
    광학 소자의 두께를 0.2mm~0.4mm로 하고,
    확산판의 광 투과율을 55%~65%로 한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    광학 소자를 사이에 두고 광원의 반대 측에 확산판을 배치하고,
    상기 확산판을 사이에 두고 상기 광학 소자의 반대 측에 상기 광학 소자와는 다른 적어도 하나의 광학 소자를 배치하고,
    확산판과 상기 확산판의 각각 양측에 배치된 각 광학 소자를 포장부재에 의하여 포장하여 이루어지는 광학 소자 포장체를 설치한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    광학 소자를 사이에 두고 광원의 반대 측에 확산판을 배치하고,
    상기 확산판과 광학 소자를 접합하여 이루어지는 광학 소자 포장체를 설치한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    휘도분포 형성층의 각 구조부의 외면을 곡면 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    휘도 분포 형성층의 각 구조부의 외면을 다각형 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    각 구조부를 광원의 배치방향에 있어서 선대칭으로 이루어지는 형상으로 형성함과 함께 광원의 배열방향에 대한 각 외면의 경사 각도가 광원으로 가까워짐에 따라 점차 커지도록 형성한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 각 구조부 사이에 광축으로 직교하는 평면을 형성한 것을 특징으로 하 는 면 발광장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    복수의 광원을 반사면 위에 등 간격으로 배치한 것을 특징으로 하는 면 발광장치.
  15. 소정의 방향으로 늘어나는 원주형으로 형성되며 동일 평면상에 동일 방향으로 늘어나는 상태에서 배치된 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 광축 방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층이 형성되며, 상기 휘도 분포 형성층이 광원의 긴 쪽 방향으로 늘어나 상기 광축 방향으로 돌출하는 복수의 구조부에 의해서 구성된 광학 소자이며,
    서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고,
    광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고,
    광학 소자의 두께를 d라고 하고,
    광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고,
    공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고,
    광원으로부터 출사되어 광학 소자에 입사되는 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1이라고 하고,
    광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절각을 θ 2라고 하고,
    광원의 직경을 D라고 하고,
    휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)라고 하고,
    접선 각도(ψ) 중 최대의 접선 각도를 최대 접선 각도(a)라고 하고,
    이하의 조건식(1) 내지 조건식(3)에 의해 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에,
    x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하도록 한 것을 특징으로 하는 광학 소자.
    n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2) ……(1)
    n0sinθ 1 ＝ nsinθ 2 ……(2)
    x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
  16. 소정의 방향으로 늘어나는 원주형으로 형성되며 동일 평면상에 동일 방향으로 늘어나는 상태에서 배치된 복수의 광원과, 투광성을 가짐과 함께 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 광축 방향에 있어서의 휘도의 불균일을 억제하는 휘도 분포 형성층이 형성되며, 상기 휘도 분포 형성층이 광원의 긴 쪽 방향으로 늘어나 상기 광축 방향으로 돌출하는 복수의 구조부에 의해서 구성된 광학 소자와, 복수의 광원을 사이에 두고 광학 소자의 반대 측에 상기 광학 소자와의 사이에 공기층을 통하여 위치됨과 함께 광원으로부터 출사된 빛을 반사하는 반사면과, 화상을 표시함과 함께 복수의 광원으로부터 출사된 빛이 조사되는 액정 패널을 갖춘 액정 표시 장치 이며,
    서로 이웃하여 위치하는 광원의 각 중심 간의 거리를 L이라고 하고,
    광학 소자의 굴절률을 n이라고 하고,
    광학 소자의 두께를 d라고 하고,
    광원의 중심으로부터 광학 소자까지의 광축 방향에 있어서의 거리를 W라고 하고,
    공기층의 공기의 굴절률을 n0라고 하고,
    광원으로부터 출사되어 광학 소자에 입사되는 빛의 광축 방향에 대한 입사각을 θ 1이라고 하고,
    광학 소자에 입사된 빛의 광학 소자에 있어서의 굴절각을 θ 2라고 하고,
    광원의 직경을 D라고 하고,
    휘도 분포 형성층의 구조부의 긴 쪽 방향에 직교하는 단면 형상에 있어서, 휘도 분포 형성층의 외면에 접하는 접선과 광축에 직교하는 면이 이루는 각도를 접선 각도(ψ)라고 하고,
    접선 각도(ψ) 중 최대의 접선 각도를 최대 접선 각도(a)라고 하고,
    이하의 조건식(1) 내지 조건식(3)에 의해 광원의 분할상의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 광원으로부터의 이동거리(x)를 산출했을 때에,
    x＞L／2―D／2를 만족하는 최대 접선 각도(a)를 포함하는 광학 소자를 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
    n0sin(a) ＝ nsin(a-θ 2) ……(1)
    n0sinθ 1 ＝ nsinθ 2 ……(2)
    x＝Wtanθ 1 + dtanθ 2 ……(3)
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