KR20100007982A - 면광원 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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코이치 타케무라
타쿠마 이와세
타카코 이시카와
요시히로 우에노
모리히사 오타
준 키시모토
고우오 쿠라타
유키히로 타카하시
히로유키 미야모토
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Abstract

도광판(63)은, 점광원(62)과 대향하는 위치에 있어서 점광원으로부터의 광을 가두기 위한 광도입부(65)와, 해당 광도입부의 점광원측의 단(端)의 두께보다 작은 두께로, 가둔 광을 광출사 수단(70)에 의해 광출사면부터 외부로 출사시키는 도광판 본체(64)로 이루어지는다. 광도입부(65)는, 그 표면부터 도광판 본체(64)의 표면에 걸쳐서 경사한 경사면(67)을 갖는다. 해당 경사면(67)에는, 광도입부(65)에 입사한 광의 도광판 두께 방향에서의 지향성 넓어짐을 도광판 면방향과 평행한 방향을 향하여 기울어진 지향 특성으로 변환시키기 위한 지향성 변환 패턴(68)을 갖고 있다. 지향성 변환 패턴(68)은, 복수개의 V홈 구조(68a)가 나열한 구조를 갖고 있다.

Description

면광원 장치 및 액정 표시 장치{SURFACE LIGHT SOURCE APPARATUS}
본 발명은 면광원 장치 및 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 광원의 두께보다 얇은 도광판에 광을 효율 좋게 입사시키기 위한 면광원 장치의 구조에 관한 것이다.
도 1에 에지 라이트형의 면광원 장치를 이용한 종래의 액정 표시 장치의 개략도를 도시한다. 이 액정 표시 장치(11)는, 면광원 장치(12)와 액정 패널(15)에 의해 구성되어 있다.
면광원 장치(12)는, 투명 수지에 의해 성형된 도광판(17)의 단면(端面)(광입사면)에 대향시켜서 LED 사용의 점광원(18)을 배치하고, 도광판(17)의 윗면(광출사면)에 확산판(13)과 2장의 프리즘 시트(14)를 겹치고, 도광판(17)의 하면에 반사판(16)을 대향시킨 것이다. 또한, 점광원(18)은 기판(20)에 실장되어 있다. 액정 패널(15)은, 림 시트(19)(흑(黑)테두리)를 통하여 프리즘 시트(14)의 위에 배치되어 있다.
그러나, 점광원(18)으로부터 출사한 광은 도광판(17)의 단면부터 도광판(17) 내로 입사하고, 도광판(17) 내를 전반하여 넓어지고, 도광판(17)의 윗면의 거의 전체로부터 출사한다. 도광판(17)의 윗면에서 출사한 광은, 확산판(13) 및 프리즘 시 트(14)를 투과하여 액정 패널(15)을 이면측에서 조명한다. 또한, 도광판(17)의 하면에서 누설된 광은, 반사판(16)에서 반사되어 재차 도광판(17) 내로 되돌아와, 광이 재이용된다.
이와 같은 면광원 장치(12)에서는, 휘도가 균일할 것, 고휘도일 것, 비용이 저렴할 것 외에, 발광 면적이 클 것(발광면 이외의 면적이 작을 것)이나 두께가 얇을 것이 요구된다. 특히, 휴대용의 기기에 조립되는 경우에는, 휴대용 기기의 박형화에 수반하여 면광원 장치(12)의 박형화의 요구도 점점 높아지고 있다.
일반적인 면광원 장치의 각 부품의 사이즈는 다음과 같다.
기판과 점광원의 두께의 합 600㎛
점광원의 광출사창(光出射窓)의 높이 300㎛
프리즘 시트의 두께 62㎛(1장당)
확산판의 두께 55㎛
도광판의 두께 300 내지 650㎛
반사판의 두께 60㎛
림 시트의 두께 55㎛
따라서, 면광원 장치의 두께는, 점광원측에서는 600㎛ 정도이고, 도광판측에서는, 림 시트의 두께를 제외하여도 539㎛ 내지 889㎛ 정도이다. 따라서, 면광원 장치의 대부분의 면적을 차지하는 도광판측의 두께를 얇게 할 것이 요망된다.
면광원 장치의 두께(이하, 단지 면광원 장치의 두께라고 할 때는, 면광원 장치의 도광판측의 두께를 말하는 것으로 한다)의 대부분을 차지하는 것은 도광판이 다. 그러나, 도광판의 두께를 점광원의 광출사창의 높이보다 얇게 하면, 점광원으로부터 출사된 광중 도광판에 입사하지 않는 광이 증가하고, 면광원 장치의 광이용 효율이 저하된다. 그 때문에, 도광판의 두께는 점광원의 광출사창의 높이에 의해 제약을 받으며, 면광원 장치의 두께를 점광원의 광출사창의 높이보다 얇게 하는 것이 곤란하였다. 마찬가지로, 광원이 냉음극관인 경우에는, 도광판의 두께를 냉음극관의 직경보다 얇게 하는 것은 곤란하였다.
(특허 문헌 1에 관해)
도 2은 일본 특개평5-53111호 공보(특허 문헌 1)에 개시된 액정 표시 장치(21)의 측면도이다. 이 액정 표시 장치(21)에 이용되고 있는 면광원 장치(22)에서는, 형광관(23)보다 두께가 얇은 도광판에 형광관(23)으로부터의 광을 효율 좋게 입사시키기 위해, 도광판의 두께가 얇은 부분, 즉 도광판 본체(24)의 단부에 테이퍼부(25)를 마련하고 있다. 테이퍼부(25)의 단면은 형광관(23)의 직경과 거의 같은 높이를 갖고 있고, 해당 단면에 형광관(23)이 대향하고 있다. 그리고, 테이퍼부(25)의 단면부터 입사한 광은, 테이퍼부(25)의 표리면에서 전반사함에 의해 도광판 본체(24)에 유도되고, 도광판 본체(24)의 윗면에서 액정 패널(26)에 향하여 출사된다.
특허 문헌 1에 개시되어 있는 면광원 장치(22)는, 형광관(23)의 광을 누설없이 도광판에 유도하는 것을 목적으로 하고 있다. 그 때문에, 테이퍼부(25)의 단면의 높이를 형광관(23)의 직경과 거의 동등하게 하고, 형광관(23)의 광을 누설없이 테이퍼부(25)에 유도하도록 하고 있다. 그러나, 면광원 장치(22)에서는, 테이퍼 부(25)에서의 광의 누설을 방지할 수가 없다. 그 때문에, 테이퍼부(25)로부터 누설된 광이 관찰자측에서 빛나 보이고, 액정 표시 장치(21)의 표시부(화면)의 언저리가 고휘도로 발광하고, 표시부의 품질을 열화사킨다.
이 면광원 장치(22)와 같은 구조에서는, 테이퍼부(25)로부터의 광의 누설을 방지할 수가 없는 이유를 도 3을 이용하여 설명한다. 지금, 테이퍼부(25)에서 가장 누설되기 쉬운 광을 생각한다. 이 가장 누설되기 쉬운 광의 누설이 방지되어 있으면, 면광원 장치(22)에서는 테이퍼부(25)에서의 광의 누설이 없다고 하는 것이 된다. 가장 누설되기 쉬운 광은, 형광관(23)으로부터 나와 테이퍼부(25)에 입사한 광중에서 입사각(α)이 가장 큰 광선(L)이기 때문에, 테이퍼부(25)의 단면에 수직한 방향에서 측정한 입사각(α)이 최대의 광선(L)이 테이퍼부(25)에서 누설되지 않고, 또한, 도광판 본체(24)의 두께를 가능한 한 얇게 하는 구조를 생각한다. 이와 같은 구조를 구하는데는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 최대의 입사각(α)의 광선(L)이 테이퍼부(25)의 경사면의 상단(A점)에서 전반사한 후, 도광판 하면의 B점에서 재차 전반사하고, 도광판 본체(24)의 테이퍼부(25)에 인접하는 윗면(C점)에서 반사되기 위한 조건을 생각하면 좋다. 또한, 도 3에서는, 테이퍼부(25)의 단면 부분에 평판형상이 짧은 부분을 나타내고 있지만, 이것은 도시의 사정상 표시한 것이고, 그 길이는 무한하게 짧다고 생각하여도 좋다.
우선, 도광판에 입사한 광선의 최대의 입사각(α)은,
sinα=1/n … (수식 1)
(단, n은 도광판의 굴절률)
에 의해 정해진다.
이 최대 입사각(α)의 광선(L)이 경사각(θ)의 A점에 입사하는 입사각은, 90°-θ-α이기 때문에, 해당 경사면에서 광선이 전반사하는 조건은,
θ≤90°-2α … (수식 2)
가 된다.
또한, A점에서 전반사한 광이 테이퍼부(25)의 하면에 입사하는 입사각은, 90°-2θ-α이기 때문에, 해당 하면의 B점에서 광선이 전반사하는 조건은,
θ≤45°-α … (수식 3)
가 된다. 이 수식 3을 충족시키면, B점에서 전반사한 광은, 도광판 본체(24)의 C점에서도 전반사한다.
따라서, 수식 2 및 수식 3으로부터, 광선(L)이 A점, B점 및 C점에서 전반사하기 위해서는,
θ≤45°-α … (수식 4)
를 충족시키면 좋은 것을 알 수 있다. 그러나, 테이퍼부(25)의 경사각(θ)이 작으면, 테이퍼부(25)의 경사면의 상단에서 전반사한 후, 도광판의 하면에서 전반사한 광이 재차 테이퍼부(25)의 경사면에 입사하여 테이퍼부(25)로부터 누설될 우려가 있고, 또한 경사각(θ)이 작으면 테이퍼부(25)의 길이가 길어지기 때문에, 경사각(θ)은 수식 4를 충족시키는 범위 내에서 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 따라서, 경사각(θ)은, 수식 4를 충족시키는 한도에서 가능한 만큼 큰 값으로 한다. 즉,
θ=45°-α … (수식 5)
가 된다.
그리고, 테이퍼부(25)의 단면의 높이를 T, 테이퍼부(25)의 길이를 X, 테이퍼부(25)의 경사면의 고저차를 Y로 하면, 도 3으로부터 테이퍼부(25)의 길이(X)와 고저차(Y)는, 도 3으로부터,
X=Tcot(α+2θ)+(T-Y)cot(α+2θ)
=(2T-Y)cot(α+2θ)
Y=Xtanθ
가 된다. 이것을 X, Y에 관해 풀고, 수식 5를 이용하면, 다음 수식 6, 수식 7과 같이 된다.
X= 2a(1+a)×T / 1+2a-a2… (수식 6)
Y= 2a(1+a)×T / 1+2a-a2… (수식 7)
단, a=tanα=tan(45°-θ)
또한, 도광판 본체(24)의 두께(t)는, 다음 수식 8로 표시된다.
t= T-Y= (1+a2)×T / 1+2a-a2 … (수식 8)
도광판 재료로서는, 대표적인 도광판 재료인 아크릴 수지 또는 폴리카보네이트 수지(PC 수지)를 생각하고, 도광판의 굴절률을
n=1.49(아크릴 수지인 경우)
n=1.59(폴리카보네이트 수지인 경우)
로 하여 계산하면, 최대의 입사각(α)은 수식 1로부터,
α=42.16°(아크릴 수지인 경우)
α=38.97°(폴리카보네이트 수지인 경우)
가 된다. 수식 3으로부터 테이퍼부(25)의 경사각(θ)은,
θ=2.84°(아크릴 수지인 경우)
θ=6.03°(폴리카보네이트 수지인 경우)
가 된다.
또한, 특허 문헌 1에서는, 테이퍼부(25)의 단면의 높이는 T=4.10㎜라고 기재되어 있기 때문에, 이 높이(T)의 값과 상기 α의 값을 이용하여, 수식 6 내지 8에 의해, 테이퍼부(25)의 길이(X)와 고저차(Y), 도광판 본체(24)의 두께(t)를 구한다면 다음과 같다. 도광판 재료가 아크릴 수지인 경우에는, T=4.10㎜, α=42.16°(a=tanα=0.91)이기 때문에,
X=7.10㎜
Y=0.35㎜
t=3.75㎜
가 된다.
마찬가지로, 도광판 재료가 폴리카보네이트 수지인 경우에는, T=4.10㎜, α=38.97°(a=tanα=0.81)이기 때문에,
X=6.11㎜
Y=0.65㎜
t=3.45㎜
가 된다.
도 4는 상기한 바와 같은 계산 결과를 정리한 것이다.
도 4에 의하면, 도광판 본체(24)의 두께(t)는 3.75㎜(아크릴 수지인 경우), 또는 3.45㎜(폴리카보네이트 수지인 경우)가 되어 있다. 이에 대해, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 액정 표시 장치(21)에서는, 테이퍼부(25)의 단면의 높이가 T=4.10㎜에 대해 도광판 본체(24)의 두께가 t=2.2㎜라고 기재되어 있다. 이 t=2.2㎜라는 값은, 상기 계산에서 구한 두께(t)의 값(도 4의 것)보다 매우 얇기 때문에, 테이퍼부(25)로부터 반드시 광이 누설되게 된다.
따라서, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 면광원 장치(22)에서는, 테이퍼부(25)로부터의 광의 누설을 방지할 수가 없다. 또는, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 면광원 장치(22)에서는, 적어도 테이퍼부(25)로부터의 광의 누설에 관해서는 전혀 고려되어 있지 않다.
(특허 문헌 2에 관해)
도 5는 일본 특개2004-69751호 공보(특허 문헌 2)의 도 1에 개시된 면광원 장치를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(31)는, 도광 시트(32)의 단부에 원추형상을 한 도광부(33)를 마련하고, 도광부(33)의 단면(수광부(34))에 대향시켜서 점광원(35)을 배치하고 있다. 이 면광원 장치(31)에서도, 점광원(35)과 도광부(33)의 수광부(34)는 동일어 정도의 높이가 되어 있고, 점광원(35)의 광을 도광부(33)로부터 입사시켜서 도광 시트(32)에 유도하도록 하고 있다.
특허 문헌 2에 개시되어 있는 면광원 장치(31)는, 점광원(35)의 광을 누설없이 도광 시트(32)에 유도하는 것을 목적으로 하고 있다. 그 때문에, 수광부(34)의 높이를 점광원(35)의 높이와 거의 동등하게 하고, 도광부(33)의 테이퍼에 의해 점광원(35)의 광을 누설없이 도광 시트(32)에 유도하도록 하고 있다. 그러나, 이 면광원 장치(31)에서도, 원추형상을 한 도광부(33)에 있어서의 광의 누설을 방지할 수가 없다. 그 때문에, 도광부(33)로부터 누설된 광이 관찰자측에서 빛나 보이고, 액정 표시 장치의 표시부(화면)의 단이 고휘도로 발광하고, 표시부의 품질을 열화시킨다.
도 6은 도광부(33)의 축심을 통과하는 수직한 면에서 재단한 도광부(33) 및 수광부(34)의 단면(斷面)을 도시하는 도면이다. 도 6을 이용하여 특허 문헌 2(도 1)의 면광원 장치(31)에서도 도광부(33)로부터의 광의 누설을 방지할 수가 없는 것을 설명한다. 특허 문헌 2의 면광원 장치(31)에서는, 도광판 재료로서 아크릴 수지를 이용하고 있기 때문에, 도광부(33)에 입사한 광선(L)의 최대 입사각(α)은, 도 4로부터 α=42.16°가 되고, 이 때 도광부(33)의 표면의 경사각(θ)은, θ=2.84°이다. 그러나, 특허 문헌 2의 면광원 장치(31)에서는, 수광부(34)의 높이가 3㎜, 도광 시트(32)의 두께가 1㎜로 되어 있기 때문에, 도광부(33)의 경사각을 θ=2.84°로 하면, 도광부(33)의 길이는 X=20.16㎜가 된다. 따라서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 도광부(33)의 한쪽의 경사면의 상단에서 전반사한 광은,
90°-(α+3θ)=39.32°
의 입사각으로 다른쪽의 경사면에 입사한다. 이 입사각 39.82°는 전반사의 임계각(42.16°)보다 작은 각도이기 때문에, 다른쪽의 경사면에 입사한 광선(L)은, 도 6에 도시하는 바와 같이 외부로 누설된다.
따라서 특허 문헌 2에 개시된 면광원 장치(31)에서는, 어느 정도의 광을 가둘 수는 있지만, 수10% 정도의 광은 도광부(33)로부터 누설되게 되고, 누설된 광이 표시면에서 빛나서 액정 표시 장치의 품질을 악화시키고 있다. 또한, 특허 문헌 2에서는, 이와 같은 광의 누설을 방지하는 것은 전혀 고려되어 있지 않았다.
또한, 특허 문헌 2의 도 3에는, 도광부(33)의 단면(수광부(34))이 원형이고, 수광부(34)와 반대측으로 감에 따라 도광부(33)가 평평하게 넓어져서 얇아진 도광판이 개시되어 있다. 이것을 도 7에 도시한다. 그러나, 이와 같은 면광원 장치에서도, 도 8과 같이 수광부(34)측에서 보면 알 수 있는 바와 같이, 도 8의 K-K로 도시한 단면으로 생각하면, 도광부(33)의 윗면측의 표면과 하면측의 표면은 거의 평행에 대향하고 있다. 따라서, 이와 같은 형태의 도광판이라도 특허 문헌 2의 도 1의 경우와 같아서, 도광부(33)로부터 밖으로 광이 누설된다.
(특허 문헌 3에 관해)
도 9는 일본 특개2005-285389호 공보(특허 문헌 3)에 개시된 면광원 장치의 단면도이다. 이 면광원 장치(41)는, 광원(42)보다 두께가 얇은 도광판 본체(43)에 광을 효율 좋게 입사시키기 위해, 광입사면측부터 순차적으로 얇아지는 계단형상의 입광부(44)를 도광판 본체(43)의 단부에 마련하고 있다. 또한, 입광부(44)의 표면에는, 광반사판(45)을 구비하고 있다.
이와 같은 구조의 면광원 장치(41)에서는, 도 10에 도시하는 광선(L1)과 같 이, 입광부(44)로부터 누설된 광선은 광반사판(45)에서 반사되여 입광부(44)에 재입사하고, 입광부(44)의 계면이나 광반사판(45)에서의 반사를 반복하여 도광판 본체(43)에 유도된다.
그러나, 이와 같은 구조에서는, 도 10에 도시하는 광선(L2)과 같이, 광반사판(45)에서 일부의 광이 흡수되어 광의 이용 효율이 저하된다. 또한, 광반사판(45)을 접착제에 의해 입광부(44)에 고정하는 경우에는, 접착제에 의해서도 상당한 광이 흡수되어 손실이 된다. 또한, 입광부(44)가 계단형상으로 되어 있기 때문에, 도 10의 광선(L1)과 같이 반사한 광선이, 광입사면에서 누설된다. 따라서, 이와 같은 구조에서는, 전반사에 의해 광을 가둘려고 하는 면광원 장치에 비하면 광의 이용 효율이 나쁘다.
또한, 이와 같은 면광원 장치에서는, 입광부(44)에 광반사판(45)을 마련하고 있기 때문에, 광반사판(45)의 두께만큼 입광부(44)의 두께가 커지는 부적합함이 있다. 또한, 광반사판(45)을 입광부(44)의 각 면에 부착할 때의 조립 비용도 걸려서, 면광원 장치의 비용 상승에 이어진다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평5-53111호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개2004-69751호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특개2005-285389호 공보
[발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명은, 상기한 바와 같은 기술적 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적으로 하는 점은 광도입부의 단면의 두께를 점광원의 광출사창의 높이와 거의 동등하게 함에 의해 점광원의 광출사창의 높이에 비하여 얇은 도광판에 광을 유도할 수 있도록 한 면광원 장치에 있어서, 광도입부로부터의 광의 누설을 보다 적게 할 수 있는 면광원 장치를 제공하는 것에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 면광원 장치는, 점광원과, 상기 점광원의 광을 광입사면부터 도입하여 광출사면부터 외부로 출사시키는 도광판을 구비한 면광원 장치로서, 상기 점광원은, 상기 도광판의 광입사면과 대향하는 위치에 마련되고, 상기 도광판은, 광입사면부터 입사한 점광원으로부터의 광을 가두기 위한 광도입부와, 상기 광도입부의 최대의 두께보다 작은 두께로, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어 있고 가둔 광을 광출사 수단에 의해 광출사면부터 외부로 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고, 상기 광도입부는, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 표면의 단을 향하여 경사한 경사면을, 상기 도광판의 광출사측의 면 또는 그 반대면에 가지며, 상기 도광판은, 상기 광도입부에 입사한 광의 상기 도광판의 두께 방향에서의 지향성 넓어짐을 도광판의 면방향과 평행한 방향을 향하여 기울어진 지향 특성으로 변환시키기 위한 지향성 변환 패턴을, 광출사측의 면 또는 그 반대면에 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 면광원 장치에서는, 도광판의 점광원으로부터의 광을 입사시키는 위치에 두께가 큰 광도입부를 마련하고 있기 때문에, 점광원으로부터 출사된 광을 효율 좋게 두께가 얇은 도광판 본체 내로 도입할 수 있다. 또한, 광도입부에는, 광도입부에 입사한 광의 도광판의 두께 방향에서의 지향성 넓어짐을 도광판의 면방향과 평행한 방향을 향하여 기울어진 지향 특성으로 변환시키기 위한 지향성 변환 패턴을 마련하고 있기 때문에, 경사면의 경사각을 크게 하여도 광도입부에 입사한 광을 작은 누설로, 또는 바람직하게는 광의 누설이 생기지 않도록 하여, 두께가 작은 도광판 본체에 도광시킬 수 있다. 따라서, 광의 로스를 작게 억제하면서 도광판의 두께를 얇게 할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 어느 실시양태는, 상기 도광판이, 상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때에 상기 점광원 부근을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 복수의 평면에 의해 구성된 상기 지향성 변환 패턴을, 광출사측의 면 또는 그 반대면에 갖고 있다. 이 실시양태에서는, 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때에 점광원을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 복수의 평면에 의해 구성된 지향성 변환 패턴을 도광판에 마련하고 있기 때문에, 경사면의 경사각을 크게 하여도 광도입부에 입사한 광을 최소의 누설로, 또는 바람직하게는 광의 누설이 생기지 않도록 하여, 두께가 작은 도광판 본체에 도광시킬 수 있다. 따라서, 광의 로스를 최소한으로 하면서 도광판의 두께를 얇게 할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 다른 실시양태는, 상기 점광원을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 직선을 포함하고, 또한, 상기 도광판의 두께 방향과 평행한 평면에 의해 재단(斷裁)된 상기 지향성 변환 패턴의 단면의 평균 경사각이, 상기 평면과 직교하고, 또한, 상기 도광판의 두께 방향과 평행한 평면에 평면에 의해 재단되는 상기 지향성 변환 패턴의 단면의 평균 경사각보다 작은 것을 특징으로 하고 있다. 여기서 점광원을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 직선이란, 도광판을 광출사면측에서 본 때에 점광원의 유한폭(有限幅)의 중심을 통과하는 점과 소정의 패턴의 점을 잇는 직선을 의미하다. 이러한 실시양태에 의하면, 도광판으로부터의 광의 누설을 평균 경사각의 개념을 이용하여 평가할 수 있고, 누설의 작은 면광원 장치의 설계에 기여한다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 오목부 및/또는 볼록부로 이루어지는 요철 구조에 의해 형성되고, 상기 요철 구조가 형성된 영역 내의 어느 점부터 광원의 방향을 향하여 일정 길이를 주사한 때에 통과하는 오목부 및/또는 볼록부의 수가, 상기 주사 방향과 직교하는 방향을 향하여 같은 길이를 주사한 때에 통과하는 오목부 및/또는 볼록부의 수보다 적은 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 광원의 방향을 향하는 길이란, 광원의 중심을 향하여 늘어나는 길이이다. 이러한 실시양태에 의하면, 도광판으로부터의 광의 누설을 요철의 수에 의해 평가할 수 있고, 누설의 작은 면광원 장치의 설계에 기여한다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 1방향으로 늘어난 오목부 및/또는 볼록부을 적어도 2개 이상의 연재 방향이 되도록 배치하여 상기 지향성 변환 패턴이 형성되고, 상기 오목부 및/또는 볼록부는, 각각의 위치와 상기 점광원과 연결하는 방향에 대해, 각각의 연재 방향이 ±20° 이내인 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 점광원과 연결하는 방향이란, 점광원의 중심을 연결한 방향이다. ±20°를 초과하면, 광의 누설을 작게 하여 광이용 효율을 개선하는 효과가 저하되기 때문이다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 1방향으로 늘어난 오목부 및/또는 볼록부의 반복에 의해 상기 지향성 변환 패턴이 형성되고, 상기 지향성 변환 패턴이 형성된 영역을 상기 점광원에서 본 때, 해당 영역의 넓어짐이 80° 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 점광원에서 본 때란, 점광원의 중심에서 본 때를 가리킨다. 넓어짐이 80°를 초과하면, 광의 누설을 작게 하여 광이용 효율을 개선하는 효과가 저하되기 때문이다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 복수의 V홈 구조에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시양태에서는, 지향성 변환 패턴을 복수의 V홈 구조로 구성하고 있기 때문에, 광도입부에 입사한 광의 도광판의 두께 방향에서의 지향성 넓어짐을 도광판의 면방향과 평행한 방향으로 변환시킬 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때에 원호형상의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시양태에 의하면, 점광원을 중심으로 하는 원호형상의 영역에 지향성 변환 패턴을 마련할 수 있기 때문에, 점광원으로부터 각 방향으로 출사된 광의 광도입부로부터의 누설을 최소한으로 할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 상기 광도입부에 형성된 경사면의 적어도 일부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 지향성 변환 패턴을 경사면에 마련하면, 경사면과 지향성 변환 패턴을 도광판의 동일면에 형성할 수 있기 때문에, 도광판의 제조가 용이해진다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 상기 도광판의 상기 경사면이 형성되어 있는 면과 반대면에 있어서, 상기 광도입부와 상기 광도입부에 인접하는 상기 도광판 본체의 인접 영역과의 병합한 영역중의 적어도 일부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 지향성 변환 패턴을 광도입부와 광도입부에 인접하는 도광판 본체의 인접 영역과의 적어도 일부에 마련하도록 하면, 지향성 변환 패턴에서 지향성이 변환된 광을 경사면에 입사시킬 수 있고, 경사면에서의 광의 누설을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 상기 도광판의 상기 경사면이 형성되어 있는 면과 반대면에 있어서, 상기 경사면에서 전반사된 광이 상기 광출사면과 반대측의 면에서 2회째에 전반사되는 위치보다 상기 점광원에 가까운 측의 영역에 마련되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시양태에 의하면, 광도입부의 경사면에서 반사된 광이 지향성 변환 패턴에 복수회 입사하는 것을 막을 수 있고, 지향성 변환부에 복수회 입사함으로써 외부로 누설되는 것을 막을 수 있고, 광의 로스를 작게 할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴이, 상기 도광판의 상기 경사면이 형성되어 있는 면과 반대면에 형성되어 있고, 상기 도광판 본체의 두께를 t로 하고, 상기 경사면의 경사각을 θ로 할 때, 상기 지향성 변환 패턴은, 상기 경사면의 상기 도광판 본체측의 테우리와 대향하는 위치에서, 상기 도광판 본체 내를 향하여
D=(3·t)/tanθ
의 거리에 정한 위치보다 상기 점광원에 가까운측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 조건을 충족시키고 있으면, 광도입부의 경사면에서 반사된 광이 지향성 변환 패턴에 복수회 입사하는 것을 막을 수 있고, 지향성 변환부에 복수회 입사함으로써 외부로 누설되는 것을 막을 수 있고, 광의 로스를 작게 할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 V홈 구조를 갖는 실시양태에서는, 상기 지향성 변환 패턴을 구성하는 각 V홈 구조가, 100°이상 140° 이하의 각도를 이루는 것이 바람직하다. V홈 구조를 이루는 평면끼리의 각도가 100°이상 140° 이하이면, 누설광의 비율(=누설광/입력광)을 작게 할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴의 상기 점광원에 가까운 측의 언저리의 위의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 한쪽의 단에 연장시킨 방향과, 해당 임의의 점부터 해당 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 30° 이하이고, 또한, 상기 지향성 변환 패턴의 상기 점광원에 가까운 측의 언저리의 위의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 다른쪽의 단에 연장시킨 방향과, 해당 임의의 점부터 해당 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 30° 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 실시양태에 의하면, 광원의 광출사창이 유한한 크기를 갖고 있는 경우에도, 광출사창의 임의의 점부터 출사된 광을 광도입부에 가두어서 광도입부로부터의 누설을 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 면광원 장치의 또다른 실시양태는, 상기 지향성 변환 패턴을 구성하는 오목부 및/또는 볼록부의 평면으로 보았을 때의 종횡의 애스펙트비가 0.5 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 여기서 말하는 평면으로 보았을 때의 종횡의 애스펙트비란, 지향성 변환 패턴을 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때에, 지향성 변환 패턴을 구성하는 오목부 및/또는 볼록부의 단면 형상이 변화하지 않는 방향 또는 길이 방향(종방향)의 길이에 대한, 해당 종방향에 직교하는 방향(단면 형상이 변화하는 방향 또는 짧은변 방향 ; 횡방향)의 길이의 비이고, 이 값을 0.5보다 작게 함에 의해, 도광판으로부터의 광의 누설을 작게 할 수 있다.
본 발명에 관한 액정 표시 장치는, 본 발명에 관한 면광원 장치와, 액정 패널을 구비하고 있다. 이러한 액정 표시 장치는 본 발명에 관한 면광원 장치를 이용하고 있기 때문에, 도광판을 얇게 함에 의해 액정 표시 장치의 박형화를 도모할 수 있음과 함께, 면광원 장치에서의 광의 로스를 억제하여 액정 패널의 표시면을 밝게할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이상 설명한 구성 요소를 적절히 조립한 특징을 갖는 것이고, 본 발명은 이러한 구성 요소의 조합에 의한 많은 변화를 가능하게 하는 것이다.
도 1은, 에지 라이트형의 면광원 장치를 이용한 종래의 액정 표시 장치의 개략도.
도 2는, 특허 문헌 1에 개시된 액정 표시 장치의 측면도.
도 3은 도 2의 면광원 장치에 있어서 테이퍼부에서 광의 누설이 발생하는 이유를 설명하기 위한 도면.
도 4는, 도 2의 면광원 장치의 설계예를 도시하는 도면.
도 5는, 특허 문헌 2의 도 1에 개시된 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 6은, 도 5의 면광원 장치에 있어서, 도광부의 축심을 통과하는 수직한 면으로 재단한 도광부 및 수광부의 단면을 도시하는 도면.
도 7은, 특허 문헌 2의 도 3에 개시된 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 8은, 도 7의 면광원 장치에서 광이 누설되는 이유를 설명하는 도면.
도 9는, 특허 문헌 3에 개시된 면광원 장치의 단면도.
도 10은, 도 9의 면광원 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면.
도 11은, 점광원으로부터 출사한 광의 지향 특성(S1)과, 도광판에 입사한 광의 지향 특성(S2)을 도시하는 도면.
도 12(a)는, 지향 특성(S1)을 경사 방향에서 본 도면, 도 12(b)는, 지향 특성(S1)을 y축의 부로부터 정을 향하는 방향에서 본 도면.
도 13(a)는, 지향 특성(S2)을 경사 방향에서 본 도면, 도 13(b)는, 지향 특성(S2)을 y축의 부로부터 정을 향하는 방향에서 본 도면.
도 14는, 광도입부에서 광의 누설이 생기지 않도록 설계된 도광판의 개략 단면도.
도 15(a) 내지 (d)는, 도 14의 도광판에서의 지향 특성을 설명하는 도면.
도 16(a) 내지 (d)는, 도 14의 도광판에서의 지향 특성을 설명하는 도면.
도 17은, 광도입부에서 광의 누설이 생기는 도광판의 개략 단면도.
도 18(a) 내지 (c)는, 도 17의 도광판에서의 지향 특성을 설명하는 도면.
도 19(a),(b)는, 지향 특성(S2)을 방향 코사인 공간에서 도시한 도면.
도 20(a) 내지 (c)는, 방향 코사인 공간과 광의 누설과의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 21(a) (b)는, 도 14에 도시한 도광판의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간에서 도시한 도면.
도 22는, 도 17에 도시한 도광판의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간에서 도시한 도면.
도 23은, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 24는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 개략 단면도.
도 25는, 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 광도입부를 도시하는 확대 사시도.
도 26은, 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 광도입부를 도시하는 평면도.
도 27은, 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 광도입부를 도시하는 사시도.
도 28은, 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 광도입부의 치수를 설명하 기 위한 도면.
도 29는, 기울어진 면의 방향을 지정하는 방법을 설명하는 도면.
도 30은, 3차원형상의 테이퍼부를 갖는 면광원 장치의 사시도.
도 31(a)는, 3차원형상의 테이퍼부에서 반사하기 전의 지향 특성(S2)을 도시하는 도면, 도 31(b)는, 3차원의 테이퍼부에서 반사한 후의 지향 특성(S3)을 도시하는 도면.
도 32(a)는, 도 31(b)의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 yz평면에서 도시한 도면, 도 32(b)는 그 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 xy평면에서 도시한 도면.
도 33(a), 도 33(b)는, z축주위의 회전 방향이 다른 2개의 경사면을 도시하는 도면, 도 33(c)는 2개의 경사면의 교선으로서 생긴 경사면을 설명하는 도면.
도 34(a), 도 34(b), 도 34(c)는, 횡방향의 지향성 넓어짐을 제어하는 방법을 도시하는 도면.
도 35(a)는, 횡방향의 지향성 넓어짐을 고려한 지향 특성(S2)을 방향 코사인 공간의 yz평면에서 도시한 도면, 도 35(b)는 그 지향 특성(S2)을 방향 코사인 공간의 xy평면에서 도시한 도면.
도 36(a)는, 횡방향의 지향성 넓어짐을 고려한 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 yz평면에서 도시한 도면, 도 36(b)는 그 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 xy평면에서 도시한 도면.
도 37(a)는, 횡방향의 지향성 넓어짐을 넓게 한 지향 특성(S3)을 방향 코사 인 공간의 yz평면에서 도시한 도면, 도 37(b)는 그 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 xy평면에서 도시한 도면.
도 38은, 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 39(a)는, 지향성 변환 패턴을 향하여 좌단부분의 V홈 구조의 일부의 형상을 도시하는 개략도, 도 39(b)는, 지향성 변환 패턴의 중앙부의 V홈 구조의 일부의 형상을 도시하는 개략도, 도 39(c)는, 지향성 변환 패턴을 향하여 우단부분의 V홈 구조의 일부의 형상을 도시하는 개략도.
도 40은, 지향성 변환 패턴의 광원측의 언저리로부터 광출사창의 중앙과 단을 보는 각도를 도시한 도면.
도 41은, 제 2의 실시 형태의 변형례를 설명하는 개략도.
도 42는 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 43(a)는 제 3의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 변형례를 설명하는 설명도, 도 43(b)는 도 43(a)의 원표시로 둘러싼 부분의 확대도.
도 44는 본 발명의 제 4의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 45는, 제 4의 실시 형태의 변형례를 도시하는 개략 단면도.
도 46은, 동 상의 변형례에 있어서 도광판의 이면에 마련된 지향성 변환 패턴을 도시하는 개략도.
도 47은, 도 45의 변형례의 시뮬레이션용의 수치예를 도시하는 도면.
도 48(a)는, 도 45의 변형례에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도시하는 도면. 도 48(b)는, 지향성 변환 패턴이 없는 비교예에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도시하는 도면.
도 49는, 제 4의 실시 형태 다른 변형례를 도시하는 개략 단면도.
도 50은, 도광판의 경사면과 반대측의 면에 있어서 지향성 변환 패턴을 마련한 영역을 도시하는 도면.
도 51은, 본 발명의 제 5의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 개략 평면도.
도 52는, 본 발명의 제 6의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 53(a) 내지 (h)는, 도광판의 그 밖의 여러가지의 형상을 도시하는 개략도.
도 54는, 도 53(g)에 도시한 도광판의 사용 형태를 도시하는 개략도.
도 55(a)는 광도입부에 입사한 광의 지향 특성을 나타내는 방향 코사인 공간도, 도 55(b)는 원추형상의 지향성 변환 패턴에서 반사된 광의 지향 특성을 나타내는 방향 코사인 공간도.
도 56(a) (b)는, 원추형상의 요철 구조의 평면도 및 개략 단면도.
도 57(a) (b)는, 원추형상의 요철 구조를 타원으상으로 당겨 늘린 요철 구조의 평면도 및 개략 단면도.
도 58(a)는 광의 지향성이 광원 방향에 직교하는 방향으로 넓어지도록 한 지향성 변환 패턴을 구비한 도광판의 개략 평면도, 도 58(b)는 그 지향성 변환 패턴의 확대 단면도.
도 59(a)는 광의 지향성이 광원 방향에 직교하는 방향으로 넓어지도록 한 다른 지향성 변환 패턴을 구비한 도광판의 개략 평면도, 도 59(b)는 그 지향성 변환 패턴의 확대 단면도.
도 60(a)는 광의 지향성이 광원 방향에 직교하는 방향으로 넓어지도록 한 또다른 지향성 변환 패턴을 구비한 도광판의 개략 평면도, 도 60(b)는 그 지향성 변환 패턴의 확대 단면도.
도 61(a)는 광의 지향성이 광원 방향에 직교하는 방향으로 넓어지도록 한 또다른 지향성 변환 패턴을 구비한 도광판의 개략 평면도, 도 61(b)는 그 지향성 변환 패턴의 확대 단면도.
도 62는, 광의 지향성이 광원 방향에 직교하는 방향으로 넓어지도록 한 또다른 지향성 변환 패턴을 구비한 도광판의 개략 평면도.
도 63(a) (b)는, 평균 경사각의 정의를 설명하기 위한 도면.
도 64(a)는 지향성 변환 패턴의 배치의 한 예를 도시하는 도면, 도 64(b)는 F선에 따른 단면을 도시하는 도면, 도 64(c)는 G선에 따른 단면을 도시하는 도면, 도 64(d)는 G'선에 따른 단면을 도시하는 도면, 도 64(e)는 G"선에 따른 단면을 도시하는 도면.
도 65는, 광원 방향과 평행한 주사선(F)과, 광원 방향과 직교하는 방향과 평 행한 주사선(G, G', G")의 결정 방법을 설명하는 도면.
도 66(a) 내지 (d)는, 여러가지의 단면의 지향성 변환 패턴과 그 평균 경사각을 도시한 도면.
도 67(a) (b)는 모두, 곡면에 의해 구성된 지향성 변환 패턴의 평균 경사각을 구하는 방법을 설명하는 도면.
도 68은, 점광원을 중심으로 하는 원호형상의 영역에 방사형상으로 마련된 지향성 변환 패턴을 도시한 도면.
도 69는, 도 68의 지향성 변환 패턴을 광원 방향에 평행한 주사선(F)에 따라 주사한 때의 패턴 형상과, 광원 방향과 직교하는 방향의 주사선(G", G, G')에 따라 주사한 때의 패턴 형상을 도시한 도면.
도 70은, 직선형상의 영역에 서로 평행하게 되도록 배열된 지향성 변환 패턴을 도시하는 도면.
도 71은, 도 70의 지향성 변환 패턴을 광원 방향에 평행한 주사선(F)에 따라 주사한 때의 패턴 형상과, 광원 방향과 직교하는 방향의 주사선(G", G, G')에 따라 주사한 때의 패턴 형상을 도시한 도면.
도 72는, 원호형상으로 배열된 지향성 변환 패턴을 도시하는 도면.
도 73(a) (b)는, 도 72의 F방향에서의 지향성 변환 패턴의 단면과, 도 72의 G방향에서의 지향성 변환 패턴의 단면을 도시한 도면.
도 74는, 직선형상의 영역에 서로 평행하게 배열된 지향성 변환 패턴을 도시하는 개략도.
도 75(a) (b)는, 도 74의 F방향에서의 지향성 변환 패턴의 단면과, 도 74의 G방향에서의 지향성 변환 패턴의 단면을 도시한 도면.
도 76은, 요철 구조의 연재 방향의 각도 범위를 설명하기 위한 도면.
도 77은, 광원 방향에 대한 지향성 변환 패턴의 연재 방향의 각도를 변화시킨 때의 효율 개선 효과의 변화를 도시한 도면.
도 78은, 지향성 변환 패턴의 평면으로 보았을 때의 애스펙트비를 설명하기 위한 도면.
도 79는, 지향성 변환 패턴의 애스펙트비를 변화시킨 때의 효율 개선 효과의 변화를 도시한 도면.
도 80(a) (b)는, 지향성 변환 패턴을 설치하는 각도 범위(패턴 넓어짐 각도(μ))를 설명하기 위한 도면.
도 81은, 지향성 변환 패턴을 설치하는 각도 범위(패턴 넓어짐 각도(μ))와 효율 개선 효과의 관계를 도시한 도면.
도 82는, 본 발명의 제 8의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 일부 파단한 사시도.
도 83은, 제 8의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 일부 파단한 평면도.
도 84(a)는, 도 82의 e1부 확대도, 도 84(b)는 도 82의 e2부 확대도.
도 85(a)는, 도 84(a)의 광원 방향에 따른 g1-g1선 단면을 도시한 도면, 도 85(b)는 도 84(a)의 광원 방향과 직교하는 방향에 따른 g2-g2선 단면을 도시한 도면.
도 86은, 제 8의 실시 형태의 지향성 변환 패턴의 일부를 도시하는 평면도.
도 87은, 도 86의 지향성 변환 패턴을 광원 방향과 평행한 주사선(F)에 따라 주사한 때의 패턴 형상과, 광원 방향과 직교하는 방향의 주사선(G", G, G')에 따라 주사한 때의 패턴 형상을 도시한 도면.
도 88(a)는, 도 82 및 도 83의 면광원 장치에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도시하는 도면. 도 88(b)는, 지향성 변환 패턴이 없는 비교예에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도시하는 도면.
도 89는, 본 발명의 제 9의 실시 형태에 의한 면광원 장치를 도시하는 평면도.
도 90은, 제 9의 실시 형태의 변형례에 의한 지향성 변환 패턴의 일부를 도시하는 사시도.
도 91은, 제 10의 실시 형태에 의한 액정 표시 장치를 도시하는 개략 단면도.
[부호의 설명]
51 : 점광원
52 : 도광판
53 : 광입사 단면
54 : 광출사면
55 : 테이퍼부
56 : 도광판 본체
57 : 경사면
58 : 하면
61 : 면광원 장치
62 : 점광원
62a : 광출사창
63 : 도광판
64 : 도광판 본체
65 : 광도입부
66 : 광입사 단면
67 : 경사면
68 : 지향성 변환 패턴
68a : V홈 구조
68b : 요철 구조
69 : 광출사면
70 : 광출사 수단
71 : 면광원 장치
81 : 면광원 장치
92 : 오목부
93 : 반사판
98 : 선형상 광원
121 : 액정 표시 장치
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. 우선 처음에, 본 발명의 기초 개념으로 되는 방향 코사인 공간의 이해를 용이하게 하기 위해, 종래의 면광원 장치에 있어서의 광의 거동을 상세히 설명한다.
도 11은, 점광원(51)으로부터 출사한 광(공기중)의 지향 특성(S1)과 도광판(52)에 입사한 광의 지향 특성(S2)을 도시하는 도면이다. 점광원(51)은 LED를 이용한 것이고, 도광판(52)의 폭에 비하여 작은 것이다. 도광판(52)은 장방형 판형상인 것으로 하고, 그 굴절률을 n으로 나타낸다. 또한, 도광판(52)의 광입사 단면(53)에 수직하며 도광판 내부를 향하는 방향에 x축을 정하고, 도광판(52)의 광출사면(54)에 수직한 방향에 z축을 정하고, x축 및 z축에 수직한 방향(광입사 단면(53)에 평행한 방향)에 y축을 정한다.
LED로부터 나오는 광은 각 방향에서 균일한 광강도를 갖는 등방적인 람버트 분포이기 때문에, 이 점광원(51)으로부터 나오는 광의 지향 특성(S1)도, 등방적인 람버트 분포라고 한다. 단, 광은 점광원(51)의 전방으로만 출사된다고 생각하여 반구형상의 지향 특성으로 나타내고 있고, 지향 특성은 x축을 통과하는 임의의 평면 내에서 180°의 넓어짐을 갖고 있다. 도 12(a)는 이 지향 특성(S1)을 경사 방향에서 본 도면이고, 도 12(b)는 지향 특성(S1)을 y축의 부(負)로부터 정을 향하는 방향에서 본 도면이다.
이와 같은 지향 특성(S1)의 광이 광입사 단면(53)으로부터 도광판(52) 내로 진입하면, 광선이 굴절하기 때문에(스넬의 법칙), 도광판(52) 내에서의 광의 지향 특성(S2)은, 도 13(a), 도 13(b)에 도시하는 바와 같이, 2α=2×arcsin(1/n)의 넓어짐으로 제약된다. 예를 들면, 도광판(52)이 폴리카보네이트 수지인 경우에는, 굴절률(n)=1.59이기 때문에, α=38.97°(이하, 설명을 간단하게 하기 위해, α=39°로 한다)가 된다. 도 13(a), 도 13(b)에서의 지향 특성(S2)의 Q방향과 R방향의 x, y, z성분도 폴리카보네이트 수지제의 도광판(52)에 대한 것이다. 또한, 지향 특성이란, 일반적으로는 광의 출사 방향과 광강도를 나타낸 것이지만, 본 발명은 광의 누설의 유무, 즉 광선 방향만을 문제로 하면 좋기 때문에, 지향 특성에 있어서의 광선 벡터의 길이는 모두 1로 하고, 광선 방향만을 나타내는 것이다.
다음에, 우선, 도 14에 도시하는 도광판(52)에서는, 내부에 광을 가두는 것을 생각한다. 도광판(52)이 폴리카보네이트 수지제(굴절률(n)=1.59)이고, 테이퍼부(55)의 단면의 높이가 T=0.3㎜라고 하면, 광이 도광판(52)으로부터 누설될 수 없기 위한 조건은, 수식 1 내지 8을 이용하여 계산하면, 다음과 같이 된다.
최대 입사각(α)=39°
테이퍼부(55)의 경사면(57)의 경사각(θ)=6°
테이퍼부(55)의 길이(X)=0.45㎜
테이퍼부(55)의 경사면(57)의 고저차(Y)=0.05㎜
도광판 본체(56)의 두께(t)=0.25㎜
또한, 도 14에서는, 테이퍼부(55)의 단면부에 평판형상이 짧은 부분을 나타내고 있지만, 이것은 도시의 사정상 표시한 것이고, 그 길이는 무한하게 짧다고 생 각하고 좋다.
이와 같은 도광판(52)에 있어서의 zx평면 내에서의 광의 지향 특성의 변화를 생각한다. 도광판(52)에 입사한 광선 방향(x축과 이루는 각도 ; 이하 광선 방향이란 x축과 이루는 각도를 말한다) ξ(단, -α≤ξ≤α)의 광선이 경사각(θ)의 경사면(57)에서 전반사하면, 반사 후의 광선 방향은 -ξ-2θ가 된다. 따라서 도광판(52) 내로 진입한 -39° 내지 +39°의 범위의 지향 특성(S2)의 광중 -6° 내지 +39°의 광선 방향의 광선이 경사면(57)에 입사하면, 모든 광선이 전반사되고, 반사 후의 지향 특성은 -51° 내지 -6°의 범위가 된다(도 15(a)). 또한, -39° 내지 -6°의 범위의 광은 경사면(57)에 입사하지 않기 때문에, 그대로 -39° 내지 -6°의 지향 특성을 유지한다(도 15(b)). 또한, -6° 내지 +39°의 범위의 광이라도 경사면(57)에 입사하지 않고서 그대로 -6° 내지 +39°의 지향 특성을 유지하는 것도 있다(도 15(c)). 따라서, 이들의 각 방향의 광을 더하여 합치면, 테이퍼부(55)의 경사면(57)과 하면(58)의 사이에서의 광의 지향 특성(S3)은, 도 15(d)에 도시하는 바와 같이, 광선 방향이 -51° 내지 +39°의 범위가 된다.
또한, 테이퍼부(55)의 하면(58)에서는, -51° 내지 +39°의 지향 특성(S3)의 광중 -51 내지 0°의 광은 하면(58)에서 누설되는 일 없이 전반사되고, 0° 내지 +51°의 범위의 광이 된다(도 16(a)). 또한, 0° 내지 +39°의 광은 하면(58)에 입사하지 않기 때문에, 그대로 0° 내지 +39°의 지향 특성을 유지한다(도 16(b)). 또한, -51 내지 0°의 광이라도 테이퍼부(55)의 하면(58)에 입사하는 일 없이, 그대로 -51° 내지 0°의 지향 특성을 유지하고 도광판 본체(56)에 들어가는 것도 있 다(도 16(c)). 따라서, 이들의 각 방향의 광을 더하여 합치면, 테이퍼부(55)의 하면(58)과 도광판 본체(56)와의 사이에서의 광의 지향 특성(S4)은, 도 16(d)에 도시하는 바와 같이, 광선 방향이 -51° 내지 +51°의 범위가 된다.
이상으로부터, 도 14와 같은 테이퍼부(55)에 의하면, zx면 내에서는 점광원(51)으로부터 진입한 -39° 내지 39°의 광이 -51° 내지 +51°로 지향 특성이 넓어지지만, 광은 테이퍼부(55)의 경사면(57)으로부터도 하면(58)으로부터도 누설되는 일 없이, 도광판 본체(56)에 유도되는 것을 알 수 있다.
다음에, 도 17에 도시하는 도광판(52)에서는, 수식 1 내지 8의 조건을 고려하지 않고, 테이퍼부(55)의 경사각(θ)을 크게 하여 도광판 본체(56)의 두께(t)를 더욱 얇게 한 경우를 생각한다. 즉, 각 부분의 값을 다음과 같이 정하였다.
굴절률(n)=1.59(폴리카보네이트 수지)
테이퍼부(55)의 단면의 높이(T)=0.3㎜
최대 입사각(α)=39°
테이퍼부(55)의 경사면(57)의 경사각(θ)=15°
테이퍼부(55)의 길이(X)=0.485㎜
테이퍼부(55)의 경사면(57)의 고저차(Y)=0.13㎜
도광판 본체(56)의 두께(t)=0.17㎜
도 17과 같은 도광판(52)에 대해서도, 도 14의 도광판(52)과 같이 하여 zx평면 내에서의 지향 특성의 변화를 추적한다. 도광판(52) 내로 진입한 점광원(51)의 광의 지향 특성(S2)은, 도 18(a)에 도시하는 바와 같이, -39° 내지 +39°가 된다. 경사면(57)에 입사하는 광선 방향(ξ)의 광선의 입사각은, 90-θ-ξ이기 때문에, 경사면(57)에 -39° 내지 39°의 지향 특성의 광이 입사하면, 그 입사각은, 36° 내지 114°가 된다. 경사면(57)에 있어서의 전반사의 임계각은 39°이기 때문에, 경사면(57)에서는 입사각이 36° 내지 39°(원래의 광선 방향(ξ)으로 39° 내지 36°)의 광은 경사면(57)으로부터 외부로 누설되어 로스광(Ls)이 된다. 따라서,
경사면(57)에서 반사한 광의 지향성 -66° 내지 -15°
경사면(57)에 입사하지 않는 광의 지향성 -39° 내지 -15°
경사면(57)에 입사하지 않은 일부의 광의 지향성 -15° 내지 39°
이기 때문에, 이들의 광을 서로 더하면, 테이퍼부(55)의 경사면(57)과 하면(58)과의 사이에서의 지향 특성(S3)은, -66° 내지 39°가 된다.
이 지향 특성(S3)의 광중 -66° 내지 0°의 광은 테이퍼부(55)의 하면(58)에 입사하지만, 그 입사각은 24° 내지 90°이기 때문에, 하면(58)에의 입사각이 24° 내지 39°(원래의 광선 방향(ξ)으로 36° 내지 21°)의 광은 하면(58)으로부터 외부로 누설되어 로스광(Ls)이 된다. 따라서, -66° 내지 0°의 광중 -51° 내지 0°의 광만이 하면(58)에서 전반사되어 0° 내지 +51°의 광이 되고, 하면(58)에서 반사되지 않은 -66° 내지 39°의 광과 합 처서 -66° 내지 +51°의 지향 특성의 광이 되고, 도광판 본체(56)에 유도된다. 그리고, 도광판 본체(56)의 윗면에서 재차 광이 누설되어 로스광(Ls)이 되고, 도 18(b)에 도시하는 바와 같이, -51° 내지 +51°의 지향 특성(S4)의 광이 도광판 본체(56) 내를 도광한다.
따라서, 이와 같은 도광판(52)에서는, 도 18(a)에 도시하는 바와 같이, 도광 판(52)에 진입한 -39° 내지 39°의 광중 사선을 그은 영역의 광(21° 내지 39°의 광)이 테이퍼부(55)의 경사면(57)이나 하면(58)으로부터 누설되어 로스가 된다.
이와 같이, 도광판(52)의 폭방향으로 일양한 형상을 갖는 2차원형상의 테이퍼부를 마련한 면광원 장치에서는, 테이퍼부로부터 광이 누설되지 않도록 하면 상기 수식 1 및 수식 5 내지 8을 충족시키도록 설계할 필요가 있고, 수식 8로 정해지는 두께(t)보다 도광판 본체를 얇게 하면 광의 누설이 발생한다. 따라서, 종래와 같은 구조의 도광판에서는, 테이퍼부로부터의 광의 누설을 최소한으로 하면서 도광판 본체의 두께를 얇게 할 수가 없었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 제약을 회피하여 테이퍼부에 있어서의 광의 누설을 최소한으로 하고, 바람직하게는 광이 누설되지 않도록 하고, 또한, 도광판의 박형화를 가능하게 하는 것이다.
다음에, 본 발명의 이해에 유용한 방향 코사인 공간의 개념을 설명함과 함께, 도 14 및 도 17에 도시한 도광판에 있어서의 광의 누설의 유무를 방향 코사인 공간에 있어서의 지향 특성과 관련짓는다.
방향 코사인 공간이란, 광의 지향 특성(광선의 방향)을 반경 1의 구(球)의 표면에서의 영역으로서 도시한 것이다. 예를 들면, 도 13에 도시한 지향 특성(S2)중 zx평면 내의 지향 특성(QR)을 방향 코사인 공간의 yz평면 및 xy평면으로 나타낸 것은 각각 도 19(a), 도 19(b)와 같이 된다. 방향 코사인 공간에 있어서의 외측의 대원(大圓)은 반경 1의 구(G2)를 나타내고, 내측의 소원(小圓) 반경 sinα=1/n의 구(G1)를 나타내고 있다.
또한, 지향 특성은 일반적으로는 반경 1의 구(G2)의 표면에서의 면 영역으로서 표현된다. 그러나, 지향 특성(S2)의 xy평면 내의 광과 같이 y축방향으로 넓어진 광은, 테이퍼부(55)의 경사면(57)이나 하면(58)에서 전반사하여도 zx평면 내에서의 광선 방향이 변화할 뿐이고, 광의 넓어짐은 변화하지 않고, 광의 누설에는 직접은 관계되지 않는다. 따라서, 2차원의 테이퍼부를 갖는 도광판에 있어서 광의 누설의 유무를 생각하는 경우에는, zx평면 내에서의 지향 특성만을 생각하면 좋기 때문에, 이하에 있어서 지향 특성(S2, S3) 등에 관해 생각하는 경우에는, zx평면 내의 지향 특성만을 생각하는 것으로 한다.
이와 같은 방향 코사인 공간을 이용하면, 도광판(52)으로부터 광이 누설되는지의 여부는, 테이퍼부(55)의 경사면(57)과 하면(58)과의 사이에서의 광의 지향 특성(S3)이 도 20(b) (c)의 사선을 그은 영역에 겹쳐져 있는지의 여부에 의해 판정할 수 있다. 이 이유를 도 20(a)에 의해 설명한다.
경사면(57)에 입사하는 광의 광선 방향을 ξ(단, -α≤ξ≤α)라고 할 때, 경사면(57)에서 광이 누설될 수 없기 위한 조건은,
90°-θ-ξ>α, 즉, 90°-θ-α>ξ … (수식 9)
이다. 또한, 이 경사면(57)에서 전반사한 광이 하면(58)에 입사하여 하면(58)으로부터 누설될 수 없기 위한 조건은,
90°-2θ-ξ>α, 즉, 90°-2θ-α>ξ … (수식 10)
가 된다. 이 수식 9와 수식 10을 비교하면, 테이퍼부(55)의 하면(58)에서 광이 누설되지 않는다면, 테이퍼부(55)의 경사면(57)에서 광이 누설되지 않는 것을 알 수 있다.
테이퍼부(55)의 하면(58)에 입사하는 광을 생각한다. 도 20(a)에 실선 화살표로 나타내는 지향 특성(S3)의 광과 같이, 하면(58)에 세운 법선(z축)에 대해 α(임계각)보다도 큰 입사각으로 입사한 광은, 하면(58)에서 전반사하여 외부로 누설되지 않는다. 이에 대해, 도 20(a)에 파선 화살표로 나타내는 지향 특성(S3)의 광과 같이 에, 하면(58)에 세운 법선(z축)에 대해 α보다 작은 입사각으로 입사한 광은, 하면(58)으로부터 외부로 누설된다.
이 z축에 대해 α보다 작은 각도를 이루는 광의 영역은, 방향 코사인 공간에서 나타내면 도 20(b) (c)에서 파선을 그은 영역이다. 따라서, 지향 특성(S3)이 도 20(b) (c)의 사선 영역에 겹쳐지면 광이 외부로 누설되게 된다.
도 14에 도시한 도광판(52)에 있어서의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 yz평면 및 xy평면으로 나타내면, 각각 도 21(a), 도 21(b)의 QR'와 같이 된다. 도 14의 도광판(52)에서는, 지향 특성(S3)은 하측에 치우처져 있고, R'점이 사선 영역에 접하여 있다. 따라서, 테이퍼부(55)에 있어서의 광의 누설은 없지만, 광이 외부로 누설되는 한계에 있는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 도 17에 도시한 도광판(52)에 있어서의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 yz평면 및 xy평면으로 나타내면, 각각 도 22(a), 도 22(b)의 QR"와 같이 된다. 도 17의 도광판(52)에서는, 지향 특성(S3)의 광의 일부가 도 22(a) (b)의 사선 영역에 겹쳐지고 있고, 사선 영역에 겹쳐지고 있는 광(R" 부근의 광)이 외부로 누설되는 것을 알 수 있다.
(실시 형태 1)
본 발명의 제 1의 실시 형태를 설명한다. 도 23은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 면광원 장치(61)를 도시하는 사시도, 도 24는 그 개략 단면도이다. 면광원 장치(61)는, 점광원(62)과 도광판(63)으로 이루어진다. 점광원(62)은, 1개 또는 복수개의 LED를 내장한 것으로 백색 발광하는 것이다. LED(62b)는 투명 밀봉 수지(62c) 내에 밀봉되고, 또한 투명 밀봉 수지(62c)는 정면을 제외하고 백색 수지(62d)에 의해 덮히여 있고, 투명 밀봉 수지(62c)의 백색 수지(62d)로부터 노출하여 있는 정면이 광출사창(62a)이 되어 있다. 이 점광원(62)은, 도광판(63)의 폭(도 24의 종이면 속쪽 방향의 치수)에 비하여 작은 것이고, 냉음극관이 선형상 광원이라고 불리는 것에 대해 점광원이라고 칭하는 것이다.
또한, 점광원이란 엄밀한 의미에서의 점광원이 아니다. 점광원도 유한한 폭을 갖지만, 냉음극관과 같이 10㎜ 이상의 폭을 갖는 것은 아니다. 예를 들면, 점광원으로서는, 사이드 뷰형의 LED 등이 있다. 1패키지 내에 하나 이상의 LED 칩이 들어가 있고, 복수개의 LED 칩이 동시에 밀봉되어 있어도 좋다. 복수개의 칩이 동시에 들어간 것은, 폭방향(y축방향)의 개구 사이즈가 5㎜ 정도가 되는 것이 있지만, 도광판의 발광면 사이즈가 2인치 정도인 것에 비하면 충분히 작기 때문에, 점광원으로 간주할 수 있다. 또한, 반도체 레이저 소자 등과 같은 평행광이 발하여지는 것이라도 좋다. 또한, 광파이버를 이용하여 유도한 광을 도광판에 도입하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 광파이버의 광출사단을 점광원으로 간주할 수 있다.
도광판(63)은, 도광판 본체(64)의 단부에 광도입부(65)를 마련한 것이고, 아 크릴 수지, 폴리카보네이트 수지(PC), 시클로올레핀계 재료, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 고굴절률의 투명 수지에 의해 성형되어 있다. 이하에서는, 도광판(63)은 폴리카보네이트 수지제라고 한다.
광도입부(65)는, 도광판(63)중에서 두께가 두꺼운 부분으로서, 그 단면(광입사 단면(66))에는 점광원(62)이 대향 배치되어 있다. 광도입부(65)의 단면의 두께(T)는 광출사창(62a)의 높이(H)와 동등하던지, 그보다 두껍게 되어 있고, 그 때문에 점광원(62)으로부터 출사된 광은 효율 좋게 광입사 단면(66)으로부터 광도입부(65) 내로 입사하고, 면광원 장치(61)의 광이용 효율이 높아진다. 광도입부(65)에서는, 도광판 본체(64)의 광출사면(69)과 같은 측의 면에, 원추대형상의 거의 반분의 형상을 한 돌기부가 돌출하여 광도입부(65)의 두께가 크게 되어 있고, 해당 돌기부의 외주면이 경사면(67)이 되고, 이 경사면(67)에 따라 지향성 변환 패턴(68)이 형성되어 있다.
경사면(67)은, 광도입부(65) 내에서, 도광판 본체(64)보다 두께가 큰 부분의 표면부터 도광판 본체(64)의 단을 향하여 경사하고 있다. 즉, 경사면(67)의 점광원(62)으로부터 먼 측의 언저리는 광도입부(65)와 도광판 본체(64)의 경계에 있고, 도광판(63)에 수직한 방향에서 본 때, 점광원(62)에 대향하는 부분부터 경사면(67)의 점광원(62)으로부터 먼 측의 언저리까지가 광도입부(65)로 정의된다.
도광판 본체(64)는 도광판(63)의 대부분의 면적을 차지하고 있고, 그 두께(t)는 광도입부(65)의 두께(T)보다 얇게 되어 있고, 그것에 의해 도광판(63)의 박형화가 도모된다. 여기서 기술하는 실시 형태에서는, 도광판 본체(64)는 표리면 이 평행한 평판형상을 하고 있고, 도광판 본체(64)의 두께는 거의 균일하게 되어 있다. 도광판 본체(64)의 광출사면(69)과 반대면에는 광출사 수단(70)이 마련되어 있다. 도 23, 도 24에서는 광출사 수단(70)으로서 삼각 홈형상의 패턴을 나타내고 있지만, 샌드 블라스트 가공, 확산 잉크를 사진 인쇄한 것, 회절 격자 패턴, 임의의 요철 패턴, 도광판 본체(64)의 광출사면(69)과 반대측의 면을 경사시킨 것(쐐기형상의 도광판 본체) 등이라도 좋고, 또한, 광출사 수단(70)을 광출사면(69), 또는 광출사면(69)과 그 반대면의 쌍방에 마련하고 있어도 무방하다.
그리하여, 이 면광원 장치(61)에서는, 도 24에 도시하는 바와 같이, 점광원(62)으로부터 출사된 광(L)은, 광입사 단면(66)으로부터 광도입부(65) 내로 입사하고, 지향성 변환 패턴(68)이나 광도입부(65)의 하면에서 전반사되고, 또는 광도입부(65)를 통과하여 두께가 얇은 도광판 본체(64)에 도광된다. 도광판 본체(64)에 도광된 광은, 광출사 수단(70)에 의해 전반사 또는 확산되어 광출사면(69)으로부터 거의 균일하게 출사된다.
도 25는 광도입부(65)를 도시하는 확대 사시도, 도 26은 광도입부(65)를 상세히 도시한 평면도이다. 광도입부(65)는 도광판 본체(64)와 같은 두께의 부분으로부터 원추대형상의 일부인 돌기부가 돌출한 구조로 되어 있다. 돌기부의 외주면은 광도입부(65)의 윗면부터 도광판 본체(64)의 광출사면(69)을 향하여 경사한 경사면(67)이 되어 있고, 경사면(67)에는 복수의 V홈 구조(68a)가 나열한 지향성 변환 패턴(68)이 형성되어 있다.
지향성 변환 패턴(68)은, 광출사면(69)에 수직한 방향에서 보면, 원호형상을 한 띠 모양 영역이 되어 있고, 그곳에는 같은 형상의 V홈 구조(68a)가 방사형상으로 나열하여 있다. 또한, 도 43과 같은 일부가 원호형상의 포락선으로 둘러싸이고, 일부가 직선으로 둘러싸이는 경우도 원호형상의 영역에 형성되어 있는 것으로 한다. 변형례도 2차원적으로 생각하면, 각 V홈 구조(68a)의 길이 방향을 연장하면, 각 연장선은 광도입부(65)의 단면의 중앙부에 있어서 가까운 점에 모여 있다. 3차원에서는, 도 27에 도시하는 바와 같이, V홈 구조(68a)의 능선 및 곡선(谷線)을 상방으로 연장하면, 각 연장선은 1점 U의 부근에 모인다.
또한, V홈 구조(68a)의 능선 방향에서 본 때의 산부(山部)의 정각(頂角)(V홈 구조(68a)을 구성하는 평면이 이루는 최대 협각(挾角))(φ3)은 120°일 때, 후술하는 지향성의 변환에 의한 광누설 방지의 효과가 가장 높아진다. 또한 정각(φ3)이 100 내지 140°이면,
누설광/입력광≤20%
로 할 수 있고, 또한 정각(φ3)이 110 내지 130°이면,
누설광/입력광≤15%
로 할 수 있다.
정각(φ3)을 120°로서 설계한 예에 관해 기술한다. 도 24를 참조하여, 구체적인 수치를 들면 다음과 같다.
광도입부(65)의 단면의 두께(T)=0.31㎜
도광판 본체(64)의 두께(t)=0.18㎜
광도입부(65)의 윗면의 길이(s1)=2.50㎜
광도입부(65)의 길이(s2)=3.19㎜
경사면(67)의 경사각(θ)=15.3°
또한, 경사면(67)에 지향성 변환 패턴(68)이 형성되어 있는 경우에는, 지향성 변환 패턴(68)의 외측의 언저리(예를 들면 능선)를 통과하는 포락면, 또는 지향성 변환 패턴(68)의 내측의 언저리(예를 들면 곡선)를 통과하는 포락면, 또는 외측의 포락면과 내측의 포락면의 중간을 통과하는 포락면을 지향성 변환 패턴 부여 전의 경사면(67)이라고 생각하고, 이와 같이 하여 구한 경사면(67)에 도광판(63)의 윗면에 수직한 평면이 교차하는 때의 교선(交線)의 경사를 경사각(θ)으로 한다.
또한, 도 28에 도시하는 바와 같이, 각 V홈 구조(68a)의 상단을 통과하는 포락선은 원호로 되어 있고, 곡선(谷線)의 상단을 통과하는 포락선의 반경(r1)은 2.50㎜, 능선의 상단을 통과하는 포락선의 반경(r2)은 2.68㎜이다. 각 V홈 구조(68a)의 하단을 통과하는 포락선도 원호로 되어 있고, 곡선의 하단을 통과하는 포락선의 반경(r3)은 2.98㎜, 능선의 하단을 통과하는 포락선의 반경(r4)은 3.19㎜이다. V홈 구조(68a)의 상단측의 피치(p1)는 0.17㎜가 되어 있고, V홈 구조(68a)의 하단측의 피치(p2)는 0.20㎜가 되어 있다. 또한, V홈 구조(68a)의 하단에서의 평면으로 보아서의 산부의 정각(φ1)은 50°, V홈 구조(68a)의 하단에서의 평면으로 보아서의 곡부의 정각(φ2)는, 46.5°가 되어 있다.
제 1의 실시 형태의 면광원 장치(61)에서는, 상기한 바와 같이 경사면(67)의 경사각(θ)을 15.3°라는 큰 각도로 설계하고 있고, 도광판 본체(64)의 두께도 0.18㎜라는 얇기로 되어 있다. 종래의 2차원적인 테이퍼부를 갖는 면광원 장치에서 는, 경사각이나 도광판 본체의 두께를 이와 같은 값으로 하면, 테이퍼부로부터의 광의 누설을 막을 수가 없지만, 본 실시 형태의 면광원 장치(61)에서는 광도입부(65)에 있어서 광의 누설이 생기지 않도록 할 수 있다. 이하에서는, 이 이유에 관해 설명한다.
제 1의 실시 형태의 면광원 장치(61)에서는, V홈 구조(68a)를 나열함에 의해 3차원적인 테이퍼 구조를 구성하고 있다. 즉, 지향성 변환 패턴(68)의 각 면(전반사면)은 y축의 주위뿐만 아니라, z축의 주위로도 회전하고 있다. 그래서, 3차원적으로 기울어진 경사면에 관해 생각한다.
도 29는 기울어진 면의 방향을 지정하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 29에서, 면(F1)은 xy평면에 평행한 면을 나타내고 있다. 면(F2)은, 면(F1)을 y축의 주위로 각도(β)만큼 기울어진 것이다. 면(F3)은 면(F2)를 z축의 주위로 각도(γ)만큼 회전시킨 것이고, 법선(N)은 면(F3)에 수직한 법선을 나타내고 있다. 이와 같이 임의의 방향을 향한 면은, y축의 주위의 기울기(경사각)(β)와 z축의 주위의 회전각(γ)에 의해 특정할 수 있다. 예를 들면, β=0°이면, 면(F3)은 기울어지지 않은 경우와 같고, 이 경우의 법선(N)의 방향은 (0, 0, -1)이 된다. 또한, β=30°, γ=0°이면, 법선(N)의 방향은 (-0.5, 0, -0.87)이 된다.
면(F3)의 법선(N)의 방향이 변화하면, 면(F3)에서 반사한 반사광의 지향 특성이 변화한다. 지금, 도광판(52)의 테이퍼부(55)의 경사면(57)으로서, 도 30에 도시하는 면(F3)과 같이 y축의 주위로 β만큼 경사하고, 계속해서 z축의 주위로 γ만큼 회전한 3차원형상의 평탄면을 생각하면, 테이퍼부(55)의 경사면(57)에서 전반사 함에 의해 지향 특성이 회전한다. 즉, 테이퍼부(55)에 입사한 광의 지향 특성(S2)으로서, 도 31(a)에 도시하는 zx평면 내의 지향 특성(QR)을 생각하면, 이 입사광이 3차원형상의 테이퍼부(55)의 경사면(57)에서 전반사한 후의 지향 특성(S3)은, 하측(Rs측)으로 넓어짐과 함께 x축의 주위로 회전하여 도 31(b)의 QsRs와 같이 된다. 도 32(a)는, 도 31(b)의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 yz평면에서 도시한 것이고, 도 32(b)는 그 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 xy평면에서 도시한 것이다.
도 17에 도시한 바와 같은 2차원형상의 테이퍼부(55)를 갖는 면광원 장치에서는, 경사면(57)의 경사각(θ)을 15°로 하면, 도 22(a) (b)에 도시한 바와 같이, 방향 코사인 공간의 xy평면에서 지향 특성(S3)이 반경 sinα의 구(G1)에 겹쳐지고, 광이 누설되는 것을 나타냈다. 이에 대해, 도 30에 도시한 바와 같은 3차원형상의 테이퍼부(55)를 갖는 면광원 장치에서는, 경사각(β)을 마찬가지로 15°로 하여도, z축주위의 회전각(γ)를 55°로 취하면, 지향 특성(S3)이 x축의 주위로 기울어지는 결과, 도 22(b)의 xy평면에서 구(G1)와 겹치여 있던 지향 특성(S3)이 x축의 주위로 기울어져서 도 32(b)와 같이 구(G1)와 겹치지 않게 된다. 즉, 도 22(b)에서 구(G1)와 겹쳐 있던 지향 특성(S3)의 R"점이 도 32(b)에서는 Rs점과 같이 구(G1)의 언저리로 이동한다. 따라서, 3차원의 테이퍼부에 의하면, yz평면의 종방향의 지향성을 횡방향으로 변환함으로써, 테이퍼부 내에 광을 전부 가둘 수 있고, 광의 누설을 없앨 수 수 있는 것을 알 수 있다.
일반적으로 말하면, 광을 전반사시키기 위한 경사면(57)의 경사각(β)으로서 큰 값을 이용하여도, 적당한 회전각(γ)를 선택하면, 해당 경사면(57)에서의 광의 누설을 없앨 수가 있다. 이 현상은, 테이퍼부(55)의 경사면(57)을 z축의 주위로 γ만큼 회전시키면 테이퍼부(55)의 경사면의 경사 방향이 변화하고, 경사면에서 광이 경사 방향으로 반사되게 되기 때문에, 평평한 경사면(57)에 닿는 광의 입사각이 전반사의 임계각을 초과하지 않는 정도로 완화됨에 의한다.
z축의 주위의 회전각(γ)에 관해서는, 어느 방향으로 회전시켜도 마찬가지의 광의 누설 방지 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 경사면(57)을 z축의 주위로 +55° 회전시켜도, -55°회전시켜도 같다. 그래서, 도 33(a) 및 도 33(b)에 도시하는 바와 같이, z축의 주위로 정회전시킨 경사면(57(+))과 부회전시킨 경사면(57(-))을 마련하면, 본 실시 형태의 V홈 구조(68a)가 만들어진다. 따라서, 광의 누설을 방지할 수 있는 각도(β, γ)를 결정하고, 정회전의 경사면(57(+))과 부회전의 경사면(57(-))을 교대로 나열하면, V홈 구조(68a)가 나열한 지향성 변환 패턴(68)이 만들어지고, 광의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 정회전시킨 경사면(57(+))과 부회전시킨 경사면(57(-))의 교선(d)은 V홈 구조(68a)의 능선 또는 곡선이 된다. 도 33(b)는 경사면(57(+), 57(-))의 교선(d)을 x축방향에서 본 양상을 도시하고 있는데, 이 교선(d)은 도광판 본체(56)의 윗면에 대해 기울어져 있다. 따라서, 경사면(57(+), 57(-))을 교대로 나열하여 지향성 변환 패턴(68)을 형성하면, 도 33(c)에 도시하는 바와 같이, 교선(d)과 같은 경사각의 경사면(67)이 만들어지고, 경사면(67)의 한쪽에 두께가 얇은 도광판 본체(64)가 만들어지고, 다른쪽에 두께가 큰 광도입부(65)가 만들어진다.
또한, 지금까지의 지향 특성 등의 설명에서는 직교 좌표 x, y, z를 이용하였지만, 점광원(62)을 이용한 경우에는, 광은 점광원(62)을 중심으로 하여 방사형상으로 출사되기 때문에, 상기 x축방향은 광의 출사 방향(즉, 원통좌표의 동경(動徑) 방향)이라고 다시 해석할 수 있다. 따라서, V홈 구조(68a)는 일직선상에 나열하는 것이 아니라, 점광원(62)의 곳을 중심으로 하여 원호형상으로 나열되어 있고, 그것에 의해 도 23에 도시한 바와 같은 구조의 면광원 장치(61)가 완성된다.
최후로, 점광원(62)으로부터 출사된 광의 횡방향의 넓어짐에 관해 검토한다. 광도입부(65)에 입사한 광의 횡방향(xy평면)으로의 넓어짐은, 종방향의 지향성 넓어짐과 마찬가지로 x축방향을 중심으로 하여 양측으로 39°이다. 2차원형상의 테이퍼부의 경우에는, 이와 같은 횡방향의 지향성 넓어짐은 고려할 필요는 없었지만, 3차원형상의 테이퍼부나 제 1의 실시 형태의 도광판(63)에서는, xy평면 내에서도 광이 전반사를 일으키기 때문에, 횡방향의 지향성도 고려할 필요가 있다.
그러나, 상세한 검토에 의하면, 종방향과 횡방향으로 ±39°의 넓어짐을 갖는 지향 특성(S2)의 광을 전부 광도입부(65) 내에 가두는 것은, V홈 구조(68a)의 각 면의 경사를 어떻게 조정하여도 불가능한 것이 분명해졌다. 또한, 상세한 검토에 의하면, 광도입부(65)에 입사한 광의 횡방향의 지향성 넓어짐이 x축을 중심으로 하여 ±20° 이하가 되도록 제한하면, 광도입부(65)에서 광을 가둘 수 있음을 알았다.
도 34(a), 도 34(b), 도 34(c)는, 횡방향의 지향성 넓어짐을 제어하는 방법을 도시하는 도면이고, 모두 지향성 변환 패턴(68)을 z축방향에서 본 양상을 도시 하고 있다. 도 34(c)는, 점광원(62)의 광출사창(62a)의 한쪽의 단과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분과, 광출사창(62a)의 중앙과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분이 이루는 각도가 40°가 되도록 하고 있다. 이 예에서는, 지향성 변환 패턴(68)의 사이즈가 작아지기 때문에, 도광판(63)의 데드 스페이스가 작아지지만, 광의 누설을 막을 수가 없다.
도 34(a)는, 점광원(62)의 광출사창(62a)의 한쪽의 단과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분과, 광출사창(62a)의 중앙과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분이 이루는 각도가 20°가 되도록 하고 있다. 또한, 점광원(62)의 광출사창(62a)의 다른쪽의 단과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분과, 광출사창(62a)의 중앙과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분이 이루는 각도도 20°가 되도록 하고 있다. 이 예에서는, 지향성 변환 패턴(68)의 사이즈가 커지기 때문에, 도광판(63)의 데드 스페이스가 커진다. 그러나, 광도입부(65)에 입사할 때의 굴절에 의해 지향성 변환 패턴(68)의 중앙부에서의 광의 횡방향의 넓어짐은 20°보다 작아지고, 지향성 변환 패턴(68)의 중앙으로부터 벗어났던 개소에서는 광의 횡방향의 넓어짐이 더욱 작아지고, 지향성 변환 패턴(68)의 전체에서 광의 누설을 방지할 수 있다. 실험에 의하면, 도 34(a)와 같이, 지향성 변환 패턴(68)의 내주 언저리의 중앙으로부터 광출사창(62a)의 양단을 보는 각도를 40°(±20°)로 한 경우에는,
누설광/입력광≤2%
로 할 수가 있다.
또한, 도 34(b)는, 점광원(62)의 광출사창(62a)의 한쪽의 단과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분과, 광출사창(62a)의 중앙과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분이 이루는 각도가 30°가 되도록 하고 있다. 이 경우에는,
누설광/입력광≤15%
로 할 수 있고, 도 34(a)의 경우보다 떨어지지만, 광을 가두는 효과와 함께 데드 스페이스를 작게 하는 효과가 있다.
또한, 이 각도는 20° 이하로 하여도 좋지만, 너무 지나치게 작게 하면 지향성 변환 패턴(68)이 커지고, 도광판(63)의 데드 스페이스가 커지기 때문에, 20°에 가까운 값이 바람직하다.
상기한 바와 같이 지향성 변환 패턴(68)의 내주 언저리에서 광출사창(62a)의 양단을 보는 각도가 40° 이하가 되도록 횡방향의 지향성 넓어짐을 제한한 경우에는, 광도입부(65)에 입사한 광의 지향 특성(S2)은, 방향 코사인 공간에서는 도 35(a) 및 도 35(b)가 된다. 여기서, 종방향의 지향 특성은 연속한 곡선으로 나타내고 있지만, 횡방향의 지향 특성은 띠엄띠엄하게 나타내고 있다. 도 35(a)로 부터 알 수 있는 바와 같이, 지향 특성(S2)의 횡방향의 넓어짐은 종방향의 넓어짐에 비하여 작게 되어 있다. 또한, 도 36(a)는 광도입부(65)의 경사면(67)에서 전반사한 광의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 yz평면에서 도시한 것이고, 도 36(b)는 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간의 xy평면에서 도시한 것이다. 도 36(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 지향 특성(S2)의 횡방향 넓어짐을 좁게 하여 둠에 의해, 방향 코사인 공간의 xy평면에서는 지향 특성(S3)이 반경 sinα의 구(G1)로부터 떨어져서 겹치지 않게 되어 있다. 따라서, 도광판(63)에 입사한 광을 광도입부(65)에 가둘 수 있고, 광의 누설을 최소한으로 억제할 수 있다.
도 37(a) (b)는, 도 34(b)에 도시한 바와 같이 점광원(62)으로부터 입사하는 광의 넓어짐이 30°(양측에서 60°의 넓어짐)인 경우에 있어서의 지향 특성(S3)을 방향 코사인 공간에서 나타내고 있다. 도 37의 방향 코사인 공간에서는, 옆으로 넓어진 광의 일부가 사선 영역이라고 겹쳐져 있고, 20°이상으로 넓어진 광의 일부가 누설되고 있는 것을 알 수 있다. 계산에 의하면, 누설률(=누설광/입력광)이 15% 정도였다. 도 34(b)에 도시한 바와 같이, 광의 넓어짐이 편측으로 30°정도에서는 도광판 본체의 두께를 얇게 하면 광의 누설이 발생하지만, 면광원 장치(61)의 요구로서는, 박형화 이외에도, 데드 스페이스 삭감도 중요한 과제이기 때문에, 다소의 누설을 희생으로 하여서도 실용화 가능하다.
상기한 바와 같은 지향성 변환 패턴(68)을 갖는 도광판(63)을 제작하는 방법은, 다음과 같다. 우선 Cu계 재료 등 가공이 용이한 금속에 다이아몬드 바이트를 이용하여 소망하는 형상으로 홈 가공을 시행하고, 지향성 변환 패턴(68)의 원반을 제작한다. 계속해서, 원반을 기초로 하여 Ni 등의 도금을 시행하고, 원반으로부터 박리하여 Ni제의 스탬퍼를 얻는다. 계속해서, 이 스탬퍼를 도광판 성형용의 금형에 조립하여 지향성 변환 패턴(68)을 도광판과 함께 성형한다. 또는, 돌기부를 갖는 도광판을 성형한 후, 돌기부의 경사면에 자외선 경화 수지를 도포하고, 스탬퍼로 가압하고 자외선 경화 수지에 자외선을 조사하고, 지향성 변환 패턴(68)을 도광판과는 별개로 성형하여도 좋다.
또한, 지향성 변환 패턴(68)에 있어서의 면과 면의 접속부분(즉, 경사면(57(+))과 경사면(57(-)) 사이의 능선이나 곡선)은 실제의 성형 늘어짐 등을 고려하고 아르면이 되어도 좋다. 지향성 변환 패턴(68)에 있어서의 면과 면 사이의 아르가 클수록, 설계 사상인 면의 제어 범위로부터 초과하여 광의 누설이 발생하기 쉽게 되기 때문에 아르는 가능한 한 작은 쪽이 바람직하고, 면과 면 사이의 접속부분은 예각인 것이 이상적이다. 그러나, 면과 면 사이의 접속부분을 예각으로 한 것은 실제의 가공상 불가능하고, 성형 늘어짐에 의해 아르가 생기면, 아르의 크기에 편차가 생기고, 아르가 큰 제품도 생긴다. 따라서, 아르의 단면의 곡률 반경이 1㎛ 정도가 되도록 금형이나 스탬퍼를 가공하여 두고, 아르면이 되어도 균일한 아르가 되도록 하여도 좋다. 이와 같이 반경 1㎛ 정도의 아르를 붙여도, 광도입부(65)에서의 광의 누설은,
누설광/입력광≤10%
로 억제할 수가 있었다.
(실시 형태 2)
도 38은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 면광원 장치(71)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(71)에서는, 지향성 변환 패턴(68)의 상단측 및 하단측의 포락선을 각각 직선형상으로 하고 있다. 즉, 광도입부(65)는, 도광판(63)의 단부의 전폭에 걸쳐서 형성되어 있고, 광도입부(65)의 평면형상을 한 경사면의 전체에 지향성 변환 패턴(68)이 형성되어 있다. 단, 지향성 변환 패턴(68)에 마련된 V홈 구조(68a)는, 광출사면(69)에 수직한 방향에서 본 때, 모두 점광원(62)을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어나도록 배치되어 있다. 도 39(a)는 지향성 변환 패턴(68)의 향하여 좌단부분의 V홈 구조(68a)의 형상을 도시하고, 도 39(b)는 지향성 변환 패턴(68)의 중앙부의 V홈 구조(68a)의 형상을 도시하고, 도 39(c)는 지향성 변환 패턴(68)의 향하여 우단부분의 V홈 구조(68a)의 형상을 도시하고 있다.
이와 같은 형태의 지향성 변환 패턴(68)에서도, 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로 설계된다. 즉, 도 40에 도시하는 바와 같이, 점광원(62)의 광출사창(62a)의 한쪽의 단과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분과, 광출사창(62a)의 중앙과 지향성 변환 패턴(68)의 내주측의 언저리의 중앙을 연결하는 선분이 이루는 각도가 20° 이하, 바람직하게는 지향성 변환 패턴(68)의 중앙에서 20°가 되도록 하고 있다. 이 각도는, 점광원(62)과 지향성 변환 패턴(68)의 상단측의 포락선과의 거리와, 광출사창(62a)의 폭에 의해 정해진다. 단, V홈 구조(68a)의 피치는 장소에 의해 변하고 있고, 지향성 변환 패턴(68)의 중앙부에서는 V홈 구조(68a)의 피치는 짧고, 지향성 변환 패턴(68)의 단으로 갈수록 V홈 구조(68a)의 피치가 길어지고 있다.
이와 같은 면광원 장치(71)에서는, 지향성 변환 패턴(68)의 중앙부에서의 V홈 구조(68a)의 길이와, 지향성 변환 패턴(68)의 단에서의 V홈 구조(68a)의 길이가 다르고, 단의 쪽에서는 V홈 구조(68a)의 길이가 길어진다. 그 때문에, 단의 쪽으로 갈수록, 광이 왕복하여 V홈 구조(68a)에 2회 입사하기 쉽게 되고, 광의 누설이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, 제 1의 실시 형태의 경우보다 효율이 저하되지만, 그래도,
누설광/입력광≤10%
라는 결과가 얻어진다.
도 41은 제 2의 실시 형태의 변형례를 설명하는 개략도이다. 이 변형례에서는, 지향성 변환 패턴(68)의 포락선을 타원형상으로 형성하고 있다. 이와 같이 지향성 변환 패턴(68) 자체의 형상은 특히 한정되는 것이 아니지만, V홈 구조(68a)는 점광원(62)을 중심으로 하여 방사형상으로 형성하는 것, 횡방향의 지향성 넓어짐이 40° 이하가 되도록 하는 것에 유의할 필요가 있다.
(실시 형태 3)
도 42는 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 면광원 장치(81)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(81)에서는, 복수개의 점광원(62)을 구비하고, 각 점광원(62)에 대향시켜서 복수의 광도입부(65)를 마련하고 있다. 이와 같이 복수의 광도입부(65)를 마련하는 경우에는, 인접하는 지향성 변환 패턴(68)끼리가 서로 간섭할 우려가 있기 때문에, 광도입부(65)끼리는 5 내지 10㎜ 정도의 중심 사이 피치로 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 실시 형태에서는, 복수개의 점광원(62)을 이용하고 있기 때문에, 면광원 장치(81)를 보다 밝게 할 수 있다.
도 43(a)는 제 3의 실시 형태에 의한 면광원 장치의 변형례를 설명하는 설명도, 도 43(b)는 도 43(a)의 원표시로 둘러싼 부분의 확대도이다. 이 변형례에서는, 점광원(62)의 배열 피치를 10㎜로 하고, 지향성 변환 패턴(68)의 상단측의 포락선이 직선으로 되도록 하고, 지향성 변환 패턴(68)의 하단측의 포락선이 원호형상이 되도록 하고 있다. 또한, 인접하는 지향성 변환 패턴(68)끼리는 다소 겹쳐 있어도 좋다. 이와 같은 변형례에서는,
누설광/입력광≤5%
라는 효율이 실현된다.
(실시 형태 4)
도 44는 본 발명의 제 4의 실시 형태에 의한 면광원 장치(91)를 도시하는 개략 단면도이다. 이 실시 형태에서는, 광도입부(65)의 경사면(67)을 패턴이 없는 평탄면으로 하고 있다. 한편, 도광판(63)의 경사면(67)이 마련되어 있는 면과 반대측에서, 또한, 경사면(67)보다 점광원(62)에 가까운 위치에서, 광도입부(65)에 단면 삼각형형상의 오목부(92)를 마련하고, 오목부(92)의 사면에 V홈 구조(68a)가 배열한 지향성 변환 패턴(68)을 마련하고 있다.
이와 같은 실시 형태에 의하면, 점광원(62)으로부터의 광을 효율 좋게 가둘 수 있고,
누설광/입력광≤2%
로 할 수 있고, 면광원 장치(81)를 박형화할 수 있다. 단, 이와 같은 실시 형태에서는, 지향성 변환 패턴(68)이 광원측에 있고, 광원으로부터 멀은 방향으로 경사면(67)이 마련되기 때문에, 제 1의 실시 형태에 비하면 데드 스페이스가 넓게 된다.
도 45 및 도 46은 제 4의 실시 형태의 변형례이고, 평탄한 경사면(67)에 반사판(93)을 부착하고 있고, 경사면(67)과 반대면에서 지향성 변환 패턴(68)을 반사판(93)보다 점광원(62)으로부터 먼 위치에 배치하여 지향성 변환 패턴(68)을 도광판 본체(64) 내에 들어가게 하고 있다. 이 실시 형태에서는, 경사면(67)으로부터 누설된 광을 반사판(93)에서 반사시켜서 광도입부(65) 내에 재입사시킬 수 있다. 그러나, 반사판(93)을 부착하고 있는 점착 테이프 등에 의한 광의 흡수가 일어나기 때문에, 이와 같은 변형례에서는 로스가 발생하고,
누설광/입력광≤10%
가 된다.
도 48(a)는, 도 45 및 도 46과 같이 도광판(63)의 이면측에서 지향성 변환 패턴(68)이 도광판 본체(64) 내에 들어가 있는 경우의 광선의 거동을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 도 48(b)는 경사면(67)만이고, 표면측에도 이면측에도 지향성 변환 패턴이 없는 비교예에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면이다. 도 48(a) (b)의 시뮬레이션에서는, 도 47에 도시하는 바와 같이, 광도입부(65)의 윗면의 반경을 2.71㎜, 경사면(67)의 언저리까지의 반경을 3.19㎜, 경사면(67)의 경사각을 15.3°로 하였다. 또한, 도 48(a)의 시뮬레이션에서는, 지향성 변환 패턴(68)의 점광원측의 언저리까지의 반경이 2.83㎜, 지향성 변환 패턴(68)의 점광원으로부터 먼 측의 언저리까지의 반경이 3.33㎜이고, 지향성 변환 패턴(68)은 정각(φ3)이 120°의 V홈 구조(68a)가 점광원(62)을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 것이다. 또한, 도 48(a) (b)에 도시되어 있는 광선 은, 도시되어 있는 단면 내의 것만이 아니라, 단면으로부터 벗어나서 다른쪽에 방사형상으로 나와 있는 광선도 나타내고 있다.
도 48(a)와 도 48(b)를 비교하면, 도 48(b)의 비교예에서는 광의 누설이 현저하지만, 이면에 지향성 변환 패턴(68)을 마련한 도 48(a)의 실시 형태에서는, 광의 누설이 작게 되어 있는 것을 알 수 있다. 도 48(a)의 경우에는, 광의 누설에 의한 로스는 10%로 되어 있다.
또한, 도 49는, 본 발명의 제 4의 실시 형태의 다른 변형례를 나타내는 단면도이고, 지향성 변환 패턴(68)이 도광판 본체(64)측에 있는 도 45의 형태에 있어서, 경사면(67)으로부터 반사판(93)을 제외한 것이다. 이 변형례에서는, 반사판(93)을 제외하여도 경사면(67)으로부터 광이 누설되지 않도록 하기 위해, 도광판(63)의 굴절률이 1.59로 하고, 경사면(67)의 경사각(θ)을 12.1° 이하로 하였다. 반사판(93)을 줄이면, 반사판(93)이 있을 때에 비하여 경사면(67)의 경사각(θ)이 작아지기 때문에, 광도입부(65) 및 도광판 본체(64)의 두께가 같으면, 광도입부(65)에 의한 데드 스페이스가 커지거나, 또는, 같은 데드 스페이스( 광도입부(65))라면 도광판 본체(64)의 두께가 두꺼워진다. 구체적으로는, 광도입부(65)의 두께가 T=0.31㎜, 도광판 본체(64)의 두께가 t=0.18㎜일 때, 각 두께가 같으면 데드 스페이스는 약 5%(0.14/3) 커지고, 데드 스페이스가 같으면 도광판 본체(64)의 두께(t)는 16%(0.029/0.18) 두꺼워진다. 한편, 반사판(93)을 제외하도록 하면, 경사면(67)에 붙이는 부재가 불필요해지기 때문에, 데드 스페이스나 두께에 여유가 있을 때는, 이 변형례와 같이 하여도 좋다.
도 50은, 도광판(63)의 경사면(67)이 마련되어 있는 면과 반대측의 면에서, 지향성 변환 패턴(68)을 마련할 수 있는 범위를 나타내고 있다. 지향성 변환 패턴(68)은, 광도입부(65)와 도광판 본체(64)의 광도입부(65)에 인접하는 영역에 걸쳐서 마련되어 있어도 좋다. 상세히 기술하면, 도광판 본체(64)의 두께를 t로 하고, 경사면의 경사각을 θ로 할 때, 지향성 변환 패턴(68)은, 경사면(67)(광도입부(65))과 도광판 본체(64)와의 경계로부터 측정하여, 도광판 본체(64)측을 향하여 다음의 거리(D) 이상으로 도광판 본체(64) 내로 뛰어나가지 않는 것이 바람직하다.
D=(3·t)/tanθ … (수식 11)
여기서, 경사각(θ)을 계산할 때에, 예를 들면 도 53(b) (c)와 같이 경사면(67)이 계단형상이나 만곡면형상으로 형성되는 경우에는, 해당 경사면(67)의 시작점(상단)과 종료점(하단)을 연결한 직선의 디울기에 의해 경사각(θ)을 정의한다. 또한, 도 53(b)와 같은 계단형상의 경사면(67)의 경우에는, 전체로서의 경사각 이외에도, 각단의 경사각중 최대의 경사각이 광이 누설되지 않는 각도로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 도 53(c)와 같이 만곡면형상의 경사면(67)인 경우에는, 만곡한 부분의 경사각(즉, 각 점의 접선의 경사각)중 최대의 경사각이 광이 누설되지 않는 각도로 설정되는 것이 바람직하다. 일부의 광이 누설되어 버리도록 계단형상이나 만곡면형상의 경사면(67)의 형상이 설정되어 있는 경우에는, 효율 저하나 광누설에 의한 휘선의 악영향이 생기지만, 그 정도가 허용되는 정도의 것이라면 문제는 없다. 또한, 도 38과 같이 경사면(67)이 원호형상이 아니라 직선형상인 경우의 경사각(θ)은, 각 방향(점광원(62)에서 본 xy평면 내에서의 방향)마다 경사각(θ) 의 값이 다르기 때문에, 각 방향마다의 경사각(θ)을 각각의 경사각(θ)으로 정의한다.
이것은 다음과 같은 이유에 의한다. 경사면(67)에서 반사한 후에 도광판(63)의 이면에 입사하는 광중, 가장 도광판 본체(64)에 들어가는 광은, 도 50에 파선으로 도시한 광과 같이, 경사면(67)과 평행한 광이다. 이 광이 지향성 변환 패턴(68)에서 2도 이상 반사되면 도광판(63)의 밖으로 누설되기 때문에, 지향성 변환 패턴(68)의 단은 도광판(63)의 이면에 2번째에 입사하는 위치보다 점광원(62)측으로 인입되어 있는 것이 바람직하다. 이 도광판(63)의 이면에 광이 2번째에 입사하는 위치는, 도 50으로부터 알 수 있는 바와 같이 도광판 본체(64)의 단부터 측정하여 D=(3·t)/tanθ의 거리에 있다. 따라서, 지향성 변환 패턴(68)에 2번 이상 광이 입사하지 않기 위해서는, 지향성 변환 패턴(68)이 도광판 본체(64)의 단부터 측정하여 D 이내의 영역에 있는 것이 바람직하다. 이것은 지향성 변환 패턴(68)이 도 26과 같이 동심원의 띠 모양으로 형성되어 있으면, 거리(D)는 2차원적으로 어느 방향에서도 동등하게 되고, 도광판 본체(64)의 단부터 외측으로 D만큼 떨어진 동심원이 형성된다. 한편, 도 38과 같이 지향성 변환 패턴(68)이 직선형상의 경사면(67)에 형성되어 있는 경우에는, 점광원(62)의 정면 방향으로부터 벗어난 영역에서는 경사각(θ)은 점광원(62)에서 본 방향에 의해 변화하고, 점광원(62)의 정면 방향(x축방향)을 최대로 하고, 정면부터 벗어남에 따라 작아진다. 따라서 수식 11을 적용하면, 거리(D)는 정면 방향에서 가장 작고, 정면부터 벗어남에 따라 커진다. 그 결과, 각 방향에 있어서 연장시킨 거리(D)의 끝을 연결한 선은 외측으로 갈수록 길어 지도록 형성된다.
또한, 지향성 변환 패턴(68)의 도광판 본체(64) 내로의 돌출 길이가 D 이하이면, 지향성 변환 패턴(68)은 액정 패널의 표시 지역 내에 있어도 좋다. 지향성 변환 패턴(68)은 외부로 광을 출사시키는 패턴이 아니기 때문에, 표시 에어리어 내에 있어도 문제 없기 때문이다.
(실시 형태 5)
도 51은 본 발명의 제 5의 실시 형태에 의한 면광원 장치(96)를 도시하는 개략 평면도이다. 이 실시 형태에서는, 도광판 본체(64)의 코너부를 비스듬하게 컷트하고, 이 컷트한 단부의 언저리에 따라 직선형상으로 광도입부(65)를 형성하고 있다. 이 광도입부(65)의 경사면(67)에는, 방사형상으로 배열된 복수의 V홈 구조(68a)에 의해 지향성 변환 패턴(68)을 형성하고 있다.
(실시 형태 6)
도 52는 본 발명의 제 6의 실시 형태에 의한 면광원 장치(97)를 도시하는 사시도이다. 이 실시 형태에서는, 도광판 본체(64)의 일단변에 따라 직선형상으로 광도입부(65)를 마련하고 있다. 광도입부(65)의 광입사 단면(66)에 대향하는 위치에는, 점광원(62)과 쐐기형상 도광체(99)를 이용한 선형상 광원(98)이 배치되어 있다. 이 선형상 광원(98)은, 투명 수지로 이루어지는 쐐기형상 도광체(99)의 입사면(102)에 대향시켜서 점광원(62)을 배치하고, 쐐기형상 도광체(99)의 출사면(103)에 대향시켜서 프리즘 시트(101)를 마련하고, 그 반대면에 대향시켜서 정반사판(100)을 배치한 것이다.
그리하여, 점광원(62)으로부터 출사한 광은 입사면(102)으로부터 쐐기형상 도광체(99) 내로 입사하고, 쐐기형상 도광체(99)의 출사면(103)과 그 반대면에서 전반사하면서 쐐기형상 도광체(99)의 전체 길이로 넓어진다. 그 도중에서 쐐기형상 도광체(99)의 이면에서 누설된 광은 정반사판(100)에서 정반사되어 쐐기형상 도광체(99)에 재입사한다. 그리고, 출사면(103)에 전반사의 임계각보다 작은 입사각으로 입사한 광은, 출사면(103)에 거의 평행한 방향을 향하여 출사된다. 계속해서, 쐐기형상 도광체(99)의 출사면(103)으로부터 출사한 광은 프리즘 시트(101)를 투과하여 광선 방향이 구부러지고, 쐐기형상 도광체(99)의 출사면(103)에 거의 수직한 방향으로 출사된다.
이와 같이 선형상 광원(98)으로부터는 거의 평행한 광이 출사되어 도광판(63) 내로 도입되기 때문에, 그것에 맞추어서 광도입부(65)의 경사면(67)도 직선형상으로 되어 있다. 그리고, 면광원 장치(97)에 마련된 지향성 변환 패턴(68)의 V홈 구조(68a)도 서로 평행하게 배열되어 있다.
(기타)
도 53(a) 내지 (h)는 도광판(63)의 그 밖의 형상을 도시하고 있다. 도 53(a)에 도시하는 도광판(63)에서는, 광도입부(65)의 윗면에 평탄 부분이 없고, 경사면(67)만에 의해 구성되어 있다.
도 53(b)에 도시하는 도광판(63)에서는, 광도입부(65)의 경사면(67)을 광출사면에 수직한 단면으로 본 때에 직선형상이 되지 않고, 계단형상이 되도록 하고 있다. 그리고, 계단형상으로 형성된 경사면(67)에 V홈 구조(68a)가 나열한 지향성 변환 패턴(68)을 형성하고 있다.
도 53(c)에 도시하는 도광판(63)에서는, 광도입부(65)의 경사면(67)을 만곡면에 의해 형성하고 있다. 그리고, 만곡한 경사면(67)에 V홈 구조(68a)가 나열한 지향성 변환 패턴(68)을 형성하고 있다.
도 53(d)에 도시하는 도광판(63)에서는, 광도입부(65)의 돌기부를 도광판(63)의 광출사면측과 그 반대측의 면에 돌출시키고, 양면에 지향성 변환 패턴(68)을 마련하고 있다. 이 때, 안팎에서 경사면(67)의 경사각이 달라도 좋다.
도 53(e)에 도시하는 도광판(63)에서는, 도광판 본체(64)가 광원측부터 멀어짐에 따라 얇아지도록 쐐기형상으로 형성되어 있다.
도 53(f)에 도시하는 도광판(63)에서는, 광도입부(65)의 광원측 단부에 역테이퍼형상으로 경사한 경사면(104)을 마련하고 있다.
특히, 도 53(g)에 도시하는 바와 같이, 역테이퍼형상의 경사면(104)을 마련함으로서, 광도입부(65)의 단면(광입사 단면(66))의 높이가 도광판 본체(64)의 두께보다 작게 되어 있어도 무방하다. 도 54에 도시하는 바와 같이, 광입사 단면(66)의 높이(T)가 도광판 본체(64)의 두께(t)보다 작게 되어 있으면, 점광원(62)의 광출사창이 광입사 단면(66)의 밖으로 비어져 나와 광이 누설되어 광의 로스가 발생한다. 그러나, 점광원(62)의 윗면과 광도입부(65)의 윗면 사이의 간극을, 점광원(62)으로부터의 광을 반사시키는 부재, 예를 들면 반사 시트(106)로 덮고 두면, 점광원(62)으로부터 광입사 단면(66)의 밖으로 출사된 광을 반사 시트(106)에서 반사시켜서 경사면(104)으로부터 광도입부(65) 내로 입사시키는 것이 가능하다.
이것으로부터는, 본 발명은, 광도입부(65)의 최대 두께가 도광판 본체(64)의 두께보다 크면, 광도입부(65)의 광입사 단면(66)의 두께가 도광판 본체(64)의 두께보다 큰 경우뿐만 아니라, 광도입부(65)의 광입사 단면(66)의 두께가 도광판 본체(64)의 두께보다 작은 경우에도 적용할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 53(h)에 도시하는 도광판(63)에서는, 도광판 본체(64)의 광도입부(65)와 반대측의 단에 돌출부(105)(리브)를 마련하고, 도광판(63)의 일부를 광도입부(65)의 두께보다 크게 하고 있다.
(실시 형태 7)
지금까지의 실시 형태에서는, 거의 엄밀한 구조에 의해 도광판으로부터의 광의 누설을 없애는 방법을 생각하여 왔지만, 이하에서는 보다 일반화한 원리에 관해 설명한다. 즉, 지향성 변환 패턴(68)에서 반사된 광의 지향성을 광원 방향(점광원(62)의 중심과 연결하는 방향)에 대해 직교하는 방향으로 넓히면(즉, 종방향의 지향성을 횡방향으로 넓히면), 경사면(67) 또는 그 부근에서의 광의 누설을 작게 할 수 있다. 이 원리를 이하에서 설명한다.
설명을 알기 쉽게 하기 위해, 여기서는 지향성 변환 패턴(68)이 경사면(67)과 반대측의 면에 마련되어 있는 경우에 관해 기술한다(예를 들면, 도 49 참조). 또한, 경사면(67)의 경사각은 광이 누설되지 않는 각도로 설정되어 있는 것으로 한다(예를 들면, 도광판(63)의 굴절률을 1.59로 하면, 경사면(67)의 경사각은 12.1°가 된다).
광도입부(65) 내로 입사한 광은 원추형상의 지향 특성(도 13(a) 참조)을 갖 고 있지만, x축방향에 위치하는 어느 점에 입사하는 광의 지향 특성은, 도광판(63)에 수직한 z축방향에서 보면, 도 55(a)에 도시하는 바와 같은 지향 특성이 된다(도 19(b) 참조). 지금, 지향성 변환 패턴(68)을 구성하는 오목부 및/또는 볼록부(이하, 요철 구조(68b)라고 한다)가, 도 56(a)에 평면을 도시하고, 도 56(b)에 단면을 도시하는 바와 같이(1개의 요철 구조(68b)만을 나타내고 있다), 원추와 같이 등방적으로 광을 확산시키는 형상으로 되어 있다고 한다. 이와 같은 원추형상의 요철 구조(68b)에, 점광원(62)으로부터의 광이 입사한 때, 요철 구조(68b)에서 1회만 반사한 광이 어느 방향으로 날아가는지를 계산에 의해 구한 것이 도 55(b)이다. 도 55(b)도 z축방향에서 본 방향 코사인 공간이다. 도 56(a)의 f1 영역에서 반사된 광은, 도 55(b)의 f1 영역으로 출사되고, 도 56(a)의 f2 영역에서 반사된 광은, 도 55(b)의 f2 영역으로 출사되고, 도 56(a)의 f3 영역에서 반사된 광은, 도 55(b)의 f3 영역으로 출사된다. 방향 코사인 공간에 있어서 내측의 원(G2) 내에 있는 광선은, 도광판(63)의 외부로 누설되기 때문에, 요철 구조(68b)의 점광원(62)과 반대측의 사면(f1 영역)에서 반사된 광은 외부로 누설된다. 또한, f2, f3 영역중에서도, 도 56(a)에서 태선으로 둘러싼 영역(광원측의 사면)에서 반사된 광중에는, 점광원(62)과 반대측의 사면에 닿는 것이 존재한다. 이와 같이 요철 구조(68b)의 사면에 2회 닿으면, 도광판(63)의 밖으로 누설되는 광으로 되기 때문에, 이들 영역에서 광을 반사시키는 것은 바람직하지 않는다. 또한, 지향성 변환 패턴(68)을 구성하는 요철 구조(68b)는, V홈 구조(68a) 등을 포함하는 개념이다.
상기한 바와 같이 도 56(a)에서, 점광원과 반대측의 사면(f1 영역)에서 반사 된 광과 태선으로 둘러싼 점광원측의 사면에서 반사된 광은, 외부로 누설되는 광이 되고, 그 이외의 영역의 광은 외부로 누설되지 않는 광이 된다. 따라서, 외부로 누설된 광을 작게 하기 위해서는, 요철 구조(68b)중 광이 누설되는 영역의 비율을 작게 하고, 그 이외의 영역을 크게 하면 좋다. 즉, 도 57(a) (b)에 도시하는 바와 같이, 요철 구조(68b)를 점광원(62)의 중심과 연결하는 방향(광원 방향)으로 길어지도록 늘리면 좋은 것을 알 수 있다.
이와 같은 요철 구조(68b)로서는, 요철 구조(68b)에 닿은 광의 지향성이 광원 방향에 직교하는 방향으로 넓어지도록 변환되는 것이면 좋고, 예를 들면 도 58(a) (b) 내지 도 62에 도시하는 바와 같은 것이 있다. 도 58(a) (b)는, 실린드리컬 렌즈형상 내지 타원홈형상(타원구면형상)을 한 요철 구조(68b)를 점광원(62)을 중심으로 하여 각 요철 구조(68b)의 길이 방향이 광원 방향과 거의 평행하게 되도록 방사형상으로 배열하여 지향성 변환 패턴(68)을 구성한 것이다. 도 59(a) (b)는, V홈형상을 한 요철 구조(68b)를 점광원(62)을 중심으로 하여 각 요철 구조(68b)의 길이 방향이 광원 방향과 거의 평행하게 되도록 방사형상으로 배열하여 지향성 변환 패턴(68)을 구성한 것이다. 도 60(a) (b)는, U홈형상을 한 요철 구조(68b)를 점광원(62)을 중심으로 하여 각 요철 구조(68b)의 길이 방향이 광원 방향과 거의 평행하게 되도록 방사형상으로 배열하여 지향성 변환 패턴(68)을 구성한 것이다. 도 61(a) (b)는, 회절격자형상을 한 요철 구조(68b)를 점광원(62)을 중심으로 하여 각 요철 구조(68b)의 길이 방향이 광원 방향과 거의 평행하게 되도록 방사형상으로 배열하여 지향성 변환 패턴(68)을 구성한 것이다. 도 62는, z축방향에 보아 사행(蛇行)하도록 굽이친 요철 구조(68b)를 점광원(62)을 중심으로 하여 각 요철 구조(68b)의 길이 방향이 광원 방향과 거의 평행하게 되도록 방사형상으로 배열하여 지향성 변환 패턴(68)을 구성한 것이다.
상기 원리로 설명한 바와 같이, 광원 방향과 평행한 방향과 직교하는 방향의 확산도의 관계가 직교하는 방향에서 강한 것이면 좋기 때문에, 요철 구조(68b)는, 도 58 내지 도 62에 도시한 형상 이외에도, 5각형이나 6각형 등의 다각형이나 그 조합하고, 또는 다각형과 곡면과의 조합이라도 좋다. 단, 요철 구조(68b)는, 도광판(63)의 표면에 거의 간극 없이 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 점광원(62)을 중심으로 하여 동심원형상으로 패턴을 배치하는 경우에는, 도 28에 도시한 바와 마찬가지로, 1개의 요철 구조(68b)의 점광원(62)에 가까운 측에서의 폭(p1)이 작고, 점광원(62)으로부터 먼 측에서의 폭(p2)이 커지도록 방사형상으로 넓어지고 있다.
또한, 도 58(a) (b)와 같은 실린드리컬 렌즈형상을 갖는 요철 구조(68b)에서는, z축방향에서 본 형상은 점광원(62)으로부터 먼 측에서 가까운 측보다 폭이 커지고 있어도 좋고, 같은 폭이라도 좋다.
(평균 경사각에 의한 표현)
다음에, 반사시킨 광의 지향성을 광원 방향(점광원(62)의 중심이라고 연결한 방향)에 대해 직교하는 방향으로 넓힐 수 있는 지향성 변환 패턴(68)을 평균 경사각의 개념과 관련짓는 것을 생각한다.
평균 경사각의 개념을 명확하게 한다. 여기서는, 광원 방향에 평행하게 주사 할 때의 평균 경사각과, 광원 방향과 직교하는 방향으로 주사할 때의 평균 경사각으로 나누어서 설명한다. 우선, 광원 방향에 평행하게 주사할 때의 평균 경사각을 설명한다. 지향성 변환 패턴(68)의 형상을 광원 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θx*)이란, 도 63(a)에 도시하는 바와 같이, 통과하는 각 요철 구조(68b)의 전면부터 측정한 경사각을 θxi(i=1,2,…)로 하고, 대응하는 저변의 길이를 ΔXi로 하면, 다음 식으로 정의된다.
θx*=Σ|θxi×ΔXi|/Σ|ΔXi| … (수식 12)
단, Σ는 i에 관한 총합이고, 절대치에 대해 총합을 구한다.
또한, 광원 방향에 직교하는 방향으로 주사할 때의 평균 경사각(θy*)이란, 도 63(b)에 도시하는 바와 같이, 통과하는 각 요철 구조(68b)의 전면부터 측정한 경사각을 θyj(j=1,2,…)로 하고, 대응하는 저변의 길이를 ΔYj로 하면, 다음 식으로 정의된다.
θy*=Σ|θyj×ΔYj|/Σ|ΔYj| … (수식 13)
단, Σ은 j에 관한 총합이고, 절대치에 대해 총합을 구한다.
여기서, 광원 방향과 직교하는 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θy*)을 구하는 경우에는, 광원 방향으로 주사하여 평균 경사각(θx*)을 구한 때와 동등한 범위(주사 거리)(W)에 대해 계산하는 것으로 한다. 특히, 광원 방향과 광원 방향에 직교하는 방향중, 어는 한 방향에서 패턴이 주기적으로 반복되고 있는 경우에는, 패턴이 주기적으로 반복되고 있는 방향에서 규정한 2주기분에 있어서 평균 경사각을 계산하는 것이 바람직하다. 또한, 광원 방향과 그 직교 방향과의 어느것에서도 패턴이 주기적인 경우에는, 어느 한쪽의 방향의 2주기분을 비교 범위로 하면 좋다. 또한, 광원 방향에서도 광원 방향과 직교하는 방향에서도 패턴이 모두 주기적이 아닌 경우는, 500㎛ 정도의 범위를 비교 범위로 하면 좋다. 단, 단면 형상의 추출은, 2주기분이나 500㎛이라는 수치로 한정되는 것이 아니고, 전체의 단면 형상을 대표하는 요철로서 적절한 것을 얻을 수 있는 한에 있어서, 적절히 변경 가능하다.
또한, 광원 방향으로 주사하여 평균 경사각(θx*)을 구할 때의 주사선(F)과, 광원 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 평균 경사각(θy*)을 구할 때의 주사선(G)이란, 도 64(a)에 도시하는 바와 같이, 어느 하나의 지향성 변환 패턴(68)이 최대 높이가 되는 O점을 통과하도록 정한다. 그리고, 광원 방향의 평균 경사각(θx*)에 관해서는, 도 64(b)와 같은 주사선(F)에 따른 단면에 관해 상기 수식 12에 따라 평균 경사각(θx*)의 값을 구한다.
이에 대해, 광원 방향과 직교하는 방향에서는, 도 64(a)에 도시하는 바와 같이, O점을 통과하는 주사선(G)에 더하여, 또한 주사선(G)에 대해 소정 거리(δ)(예를 들면, δ=50㎛)만큼 양측에 평행 이동한 주사선(G', G")을 정한다. 그리고, 도 64(c) (d) (e)에 도시하는 바와 같은 3개의 주사선(G, G', G")에 따른 단면에 관해 각각의 평균 경사각(θy*)의 값을 구한다. 그리고, 구한 3개의 값중 가장 큰 값을 광원 방향에 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)으로 한다.
또한, 주사 방향이 정면 방향에서 어긋난 경우, 광원 방향과 직교하는 방향을 주사할 때에는, 도 65에 도시하는 바와 같이, 광원 방향의 주사선(F)에 따라 주사한 때에 요철 구조(68b)의 높이가 최대가 되는 O점에서 광원 방향의 주사선(F)과 광원 방향과 직교하는 방향의 주사선(G)이 교차하도록 직교 방향에서의 주사 위치를 정한다. 광원 방향(F)으로 최대가 되는 점이 없고 일정한 경우에는, 패턴 형성 영역 내에 있어서의 주사선(F)의 중앙 부근으로 하면 좋다.
그리고, 교차 위치를 통과하는 주사선(G)이 정해지면, 상기한 바와 같이 중앙의 주사선(G)의 양측에 각각 일정 거리(δ)(50㎛)만큼 시프트한 주사선(G', G")을 정하고, 3개의 주사선(G, G', G")에 관해 계산한 평균 경사각중 가장 큰 값을 광원 방향과 직교하는 방향에서의 평균 경사각(θy*)으로 한다. 또한, 지향성 변환 패턴(68)이 경사면(67)에 형성되어 있는 경우에는, 경사면(67)의 영향을 제외하고 평균 경사각(θx*, θy*)을 구하여 비교한다.
여러가지의 패턴에 관한 평균 경사각의 구체예를 도 66(a) 내지 (d)에 도시한다. 여기서는, 주사 방향을 문제로 하고 있지 않기 때문에, 평균 경사각을 θ*로 나타낸다. 도 66(a)는 경사각 5°의 톱날형상 패턴, 도 66(b)는 경사각 3°의 톱날형상 패턴이고, 각각 평균 경사각(θ*)=5°, θ*=3°가 된다. 또한, 도 66(c)는 경사각 5°(저변의 길이 3Λ/8 ; Λ는 주기)와 경사각 3°(저변의 길이 5Λ/8)의 삼각파형상 패턴이고, 평균 경사각(θ*)=3.75°가 된다. 또한, 도 66(d)와 같은 V홈 내지 사다리꼴 모양의 패턴에서는, θ*=3°가 된다. 또한, 평탄면에서는 평균 경사각(θ*)은 0°이다.
광의 누설을 작게 하기 위해서는, 요철 구조(68b)를 점광원(62)에 대해 광원 방향으로 가늘고 긴 형상으로 하는 것이 바람직한 것을 앞서 설명하였는데, 이것은 평균 경사각을 이용하여 표현할 수 있다. 즉, 요철 구조(68b)의 형상이 광원 방향 에 직교하는 방향보다 광원 방향에서 가늘고 긴 형상이라는 것을, 상기한 바와 같이 하여 정의되는 평균 경사각(θx*, θy*)을 이용하여 표현하면,
광원 방향에 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)>광원 방향의 평균 경사각(θx*) … (수식 14)
라는 것이 된다.
또한, 이 평균 경사각은, 도 66과 같이 평면으로 구성된 형상 이외의 패턴으로 확장할 수 있다. 예를 들면, 요철 구조(68b)가 곡면인 경우에는, 도 67(a)에 세선으로 도시하는 바와 같이, 요철 구조(68b)에 내접 또는 외접한 꺾음선 형상에 관해 평균 경사각(|θx1×ΔX1+θx2×ΔX2+…|/|ΔX1+ΔX2+…|)을 구하고, 각 꺾음선의 길이(ΔX1, ΔX2, …)를 제로에 접근하여 갈 때의 평균 경사각의 극한치를 그 패턴의 평균 경사각으로 정의할 수 있다.
또는, 도 67(b)에 도시한 바와 같은 실린드리컬 렌즈형상의 패턴과 같은 경우에는, 그 양측에 그은 접선에 의해 곡면 패턴을 삼각 패턴으로 근사하여 평균 경사각을 구하여도 좋다. 또한, 미세하고 랜덤한 확산 패턴인 경우에서는, 그 넓어짐면의 거칠기와 평균 경사각을 관계지을 수 있다.
도 68은, 점광원(62)을 중심으로 하는 원호형상의 영역에 방사형상으로 마련된 요철 구조(68b)로 이루어지는 지향성 변환 패턴(68)을 도시하고 있다. 또한, 도 69는, 이 지향성 변환 패턴(68)을 광원 방향의 주사선(F)에 따라 주사한 때의 패턴 형상과, 이 지향성 변환 패턴(68)을 광원 방향의 주사선(F)에 직교하는 방향으로 주사한 때의 패턴 형상을 도시하고 있다. 주사선(G)에 따른 패턴은, 지향성 변환 패턴(68)의 광원 방향 중앙에서의 단면이고, 주사선(G")에 따른 패턴은, 광원 방향 중앙으로부터 δ(50㎛)만큼 점광원(62)부터 먼 측으로 시프트한 위치에서의 단면이고, 주사선(G')에 따른 패턴은, 광원 방향 중앙부터 δ(50㎛)만큼 점광원(62)에 근접하는 측으로 시프트한 위치에서의 단면이다.
도 69에 의해 광원 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θx*)을 구하면,
광원 방향(F)의 평균 경사각 : 0°
가 된다. 또한, 광원 방향에 직교하는 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θy*)을 구하면,
광원 방향과 직교하는 방향(G)의 평균 경사각(중앙) : 30.8°
광원 방향과 직교하는 방향(G')의 평균 경사각(점광원측으로 50㎛) : 30.9°
광원 방향과 직교하는 방향(G")의 평균 경사각(먼 측으로 50㎛) : 30.7°
가 된다. 각 평균 경사각(θx*, θy*)의 계산은, 광원 방향에서도, 광원 방향과 직교하는 방향에서도, 광원 방향과 직교하는 방향의 2주기분의 길이로 행하였다. 따라서, 광원 방향과 직교하는 방향에서는, 3개의 값중 가장 높은 30.9°를 광원과 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)으로 한다. 따라서, 이 경우에는, 광원 방향과 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)>광원 방향의 평균 경사(θx*)를 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
도 70은, 직선형상의 영역에, 서로 평행하게 되도록 하여 일방향으로 늘어난 요철 구조(68b)를 배열하여 구성된 지향성 변환 패턴(68)이다. 또한, 도 71은, 이 지향성 변환 패턴(68)을 광원 방향에 따른 주사선(F)에 따라 주사한 때의 패턴 형 상과, 이 지향성 변환 패턴(68)을 광원 방향에 직교하는 방향으로 주사한 때의 패턴 형상을 도시하고 있다. 주사선(G)에 따른 패턴은, 주사선(F)이 통과하는 지향성 변환 패턴(68)의 최대 높이의 점에서 직교하는 방향에 따른 단면이고, 주사선(G")에 따른 패턴은 최대 높이의 점을 통과하는 위치부터 δ(50㎛)만큼 점광원(62)으로부터 먼 측으로 시프트한 위치에서의 단면이고, 주사선(G')에 따른 패턴은 최대 높이의 점부터 δ(50㎛)만큼 점광원(62)에 근접하는 측으로 시프트한 위치에서의 단면이다.
도 71에 의해 광원 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θx*)을 구하면,
광원 방향(F)의 평균 경사각 : 16.6°
가 된다. 또한, 광원 방향에 직교하는 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θy*)을 구하면,
광원 방향과 직교하는 방향(G)의 평균 경사각(중앙) : 27.1°
광원 방향과 직교하는 방향(G')의 평균 경사각(점광원측으로 50㎛) : 27.1°
광원 방향과 직교하는 방향(G")의 평균 경사각(먼 측으로 50㎛) : 27.1°
가 된다. 각 평균 경사각의 계산은, 광원 방향에서도, 광원 방향과 직교하는 방향에서도, 광원 방향과 직교하는 방향의 2주기분의 길이로 행하였다. 따라서, 광원 방향과 직교하는 방향에서는, 3개의 값중 가장 높은 27.1°를 광원과 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)으로 한다. 따라서, 이 경우에도, 광원 방향과 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)>광원 방향의 평균 경사(θx*)를 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
(요철 상태 또는 요철의 수에 의한 표현)
다음에, 반사시킨 광의 지향성을 광원 방향(점광원(62)의 중심과 연결하는 방향)에 대해 직교하는 방향으로 넓힐 수 있는 지향성 변환 패턴(68)을 요철 상태 또는 요철의 수의 개념과 관련짓는다. 지향성 변환 패턴(68)을 구성하는 오목부 및/또는 볼록부가 주기적으로 반복되어 있는 경우에는, 광원 방향에서의 요철 상태와 광원에 직교하는 방향에서의 요철 상태를 비교할 수 있다. 여기서 말하는 요철 상태란, 소정의 거리(예를 들면, 패턴의 2주기분의 길이)에 포함되는 오목부 및/또는 볼록부의 수이다.
예를 들면, 도 72에 도시하는 바와 같이, 광원 방향에 직교하는 방향에서 요철 구조(68b)가 주기적으로 반복하고 있는 경우에는, 광원 방향에 직교하는 방향의 2주기분에 포함되는 요철의 수(요철 구조(68b)의 수)와, 같은 거리에 포함되는 광원 방향의 요철의 수를 비교한다. 요철 구조(68b)가 원호형상으로 일정한 피치로 나열하여 있는 경우에는, 도 73(b)에 도시하는 바와 같이, 광원 방향에서의 요철의 수는 0개이고, 도 73(a)에 도시하는 바와 같이, 광원 방향과 직교하는 방향에서의 요철의 수는 2개이다.
같은 거리에 포함되는 광원 방향에서의 요철의 수보다도, 광원 방향과 직교하는 방향에서의 요철의 수가 많은 경우에는, 요철 구조(68b)의 형상이 광원 방향에서 길다란 것을 의미하기 때문에, 도광판(63)로부터의 광의 누설을 작게 할 수 있다.
또한, 도 74는, 직선형상의 영역에, 서로 평행하게 되도록 하여 일방향으로 늘어난 요철 구조(68b)가 배열한 지향성 변환 패턴(68)을 도시하고 있다. 또한, 도 75는, 이 지향성 변환 패턴(68)을 광원 방향(F)으로 주사한 때의 패턴 형상과, 광원 방향에 직교하는 방향(G)으로 주사한 때의 패턴 형상을 도시하고 있다. 광원 방향과 직교하는 방향에서의 반복의 2주기분에 포함되는 요철의 수를 보면, 광원과 직교하는 방향에서는 요철의 수는 2개가 되지만, 광원 방향에서는 요철의 수는, 1.7개로 되어 있다. 따라서 이 경우에도, 같은 거리에 포함되는 광원 방향에서의 요철의 수보다도, 광원 방향과 직교하는 방향에서의 요철의 수가 많게 되어 있고, 도광판(63)으로부터의 광의 누설을 작게 할 수 있는 구조로 되어 있는 것을 알 수 있다.
(패턴의 연재 방향의 각도 범위)
다음에, 요철 구조(68b)의 연재 방향의 각도 범위(경사)에 관해 기술한다. 지향성 변환 패턴(68)의 각 요철 구조(68b)가 점광원(62)을 중심으로 하여 방사형상으로 배열하고 있는 경우에는, 각 요철 구조(68b)의 연재 방향은 광원 방향과 평행하게 되어 있다. 그러나, 요철 구조(68b)는, 도 76에 도시하는 바와 같이, 광원 방향에서 기울여서 배치되어 있어도 좋다. 단, 지향성 변환 패턴(68)의 연재 방향(J)은, 광원 방향(F)에 대한 각도(ν)가 어느 방향에서도 20° 이내(즉, ±20° 이내)인 것이 바람직하다. 여기서, 연재 방향(J)이란, 요철 구조(68b)의 단면 형상이 변화하지 않는 방향, 또는 길이 방향이다. 또한, 요철 구조(68b)에 의해 요철이 변화하는 방향은 주기적이라도 좋고, 주기적이 아니라도 좋다.
도 77은, 광원 방향(F)에 대한 요철 구조(68b)의 연재 방향(J)이 이루는 각 도(ν)를 변화시키고, 그 때 효율 개선 효과를 계산한 것이다. 모델로서는, 도 26의 복수의 V홈 구조(68a)의 1개1개를 광출사면측에서 보아 전부 같은 방향으로 회전시켜서 패턴이 기울어진 때의 효과를 계산하고 있다. 효율 개선 효과란, 광도입부(65)로부터 도광판 본체(64)에 얼마만큼의 비율의 광이 누설 없이 전하여지는지 라는 효율이고, 지향성 변환 패턴(68)이 없는 경우의 효율을 제로로 하고, 광누설 방지의 효율 개선 효과가 있는(광누설이 감소하는) 경우를 플러스, 광누설 방지의 효율을 역으로 저하시키는(광누설이 증가하는) 경우를 마이너스로 하고 있다. 구체적으로는, 어느 연재 방향에서 요철 구조(68b)를 마련하고 있는 때에 도광판 본체(64)에 전해지는 광량을 Iν, 패턴 없이 도광판 본체(64)에 전해지는 광량을 Io로 하면, (Iν-Io)/Io로 표시된다. 또한, 도 77에서 나타낸 효율 개선 효과는, 가장 효율 개선 효과가 높아지는 포인트로 1로 규격화하고 있다. 또한, 이 계산에서는, 지향성 변환 패턴(68)으로서 V홈 구조의 모델로 계산하였지만, 지향성 변환 패턴의 형태가 변하여도, 그 경향은 크게 변하지 않는다.
도 77로부터 알 수 있는 바와 같이, 각도(ν)가 20°를 초과하면 효율 개선 효과가 급격하게 저하되고, 25°를 초과하면 역효과가 된다. 따라서, 각각의 지향성 변환 패턴(68)은, 광원 방향(F)에 대해 연재 방향(J)이 이루는 각도가 20° 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
(패턴의 애스펙트비)
또한, 도 78에 도시하는 바와 같이, 도광판(63)의 윗면에서 보아 지향성 변환 패턴(68)의 요철 구조(68b)가 일방향으로 늘어나고 있을 때, 요철 구조(68b)의 평면으로 보았을 때의 애스펙트비, 즉 지향성 변환 패턴(68)의 단면이 변화하지 않는 방향 또는 길이 방향(종방향=연재 방향(J))의 길이(M2)에 대한, 종방향에 직교하는 방향이고 단면이 변화하는 방향 또는 짧은변 방향(횡방향)의 길이(M1)의 비(M1/M2)가, 0.5배 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 도 28에 도시하는 바와 같이 피치(p1과 p2)의 길이가 다를 경우에는, 피치(p1과 p2)의 평균을 길이(M1)로 생각하면 좋다.
도 79는, 요철 구조(68b)의 애스펙트비(M1/M2)를 변화시킨 때의 효율 개선 효과를 계산한 결과를 도시한다. 모델로서는, 도 82 내지 도 84에 도시하는 모델을 이용하여 효과를 계산하고 있다. 도 79에서도, 도 77과 마찬가지로 지향성 변환 패턴이 없는 경우의 효율을 제로로 하고, 광누설 방지의 효율 개선 효과가 있는(광누설이 감소하는) 경우를 플러스, 광누설 방지의 효율을 역으로 저하시키는(광누설이 증가하는) 경우를 마이너스로 하고, 가장 효율 개선 효과가 높아지는 포인트로 1로 규격화하고 있다. 이 결과를 보면 알 수 있는 바와 같이, 애스펙트비(M1/M2)가 0.5 이하이면, 효율 개선 효과가 플러스로 효과를 얻을 수 있지만, 그것보다 커지면 역효과가 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 평면시로 본 지향성 변환 패턴(68)의 종횡의 애스펙트비는, 0.5 이하인 것이 바람직하다.
(패턴의 설치 범위)
또한, 도 80(a)에 도시하는 바와 같이, 도광판(63)의 광입사 단면(66)에 대해 일방향으로 늘어난 지향성 변환 패턴(68)이, 어느 유한한 영역에서 반복 배치되어 있는 경우, 그 영역은 점광원(62)의 발광 중심에서 보아 80°의 넓어짐의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 점광원(62)의 발광 중심에서 본 패턴의 넓어짐의 범위를 패턴 넓어짐 각도(μ)라고 하는 것으로 한다. 또한, 이 패턴의 넓어짐의 범위는, 점광원(62)의 정면 방향에 관해 거의 대칭인 것이 바람직하고, 즉 정면 방향에서 ±40° 이내의 넓어짐인 것이 바람직하다.
도 81의 그래프는, 지향성 변환 패턴을 설치하는 각도 범위(패턴 넓어짐 각도(μ))와 효율 개선 효과의 관계를 계산한 것이다. 모델로서는, 도 80(a)에 도시하는 바와 같이 점광원(62)의 정면 방향에 대해 평행한 V홈 구조의 모델을 이용하여 효과를 계산하고 있다. 예를 들면, 패턴 넓어짐 각도(μ)가 0°란 지향성 변환 패턴(68)이 마련되어 있지 않은 상태이고, 패턴 넓어짐 각도(μ)가 40°란, μ가 40°의 범위에 지향성 변환 패턴(68)이 마련되어 있는 상태이다. 효율 개선 효과는, 패턴 넓어짐 각도(μ)가 50°를 피크로 하고, 50°보다 넓게 되면 효율 개선 효과가 저하되기 시작하고 있고, 높은 효율 개선 효과가 얻어지는 것은 80°정도까지이다. 이 실시예의 경우, 정면 방향의 패턴은 거의 광의 진행 방향과 지향성 변환 패턴의 연재 방향은 평행하게 되기 때문에 정면 부근의 효율은 높고, 정면부터 벗어남에 따라 조금씩 효율이 떨어지지만, 전체의 효율은 정면 방향의 지향성 변환 패턴이 지배적이 되기 때문에, 단 쪽의 영향은 적다. 또한, 이 계산에서도 지향성 변환 패턴(68)으로서 V홈 구조의 모델을 이용하였지만, 요철 구조(68b)의 형태가 변하여도, 그 경향은 크게 변하지 않는다.
또한, 도 80(b)에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환 패턴(68)의 연재 방향이 기울기(σ)는, 점광원(62)의 정면 방향에 대해 기울어진 각도를 나타내고 있고, 지 향성 변환 패턴(68)의 연재 방향은 기울어져 있어도 좋지만, 효율의 점에서 그 기울기(σ)는 ±20° 이내가 바람직하고, 나아가서는 ±5° 이내가 보다 바람직하다.
(실시 형태 8)
도 82는 본 발명의 제 8의 실시 형태에 의한 면광원 장치(111)을 도시하는 일부 파단한 사시도, 도 83은 면광원 장치(111)의 일부 파단한 평면도, 도 84(a)는 도 82의 e1부 확대도, 도 84(b)는 도 82의 e2부 확대도이다.
이 면광원 장치(111)의 지향성 변환 패턴(68)은, 경사면(67)에 마련되어 있다. 또한, 지향성 변환 패턴(68)은, 도 84(a) (b)의 확대도로 부터 알 수 있는 바와 같이 V홈형상의 요철 구조(68b)가 원주 방향으로 배열되어 있다. 게다가, 요철 구조(68b)는, 내주측과 외주측의 2중의 원호형상으로 배열되어 있고, 요철 구조(68b)에 의해 형성되는 내주측의 산형(山形) 형상과 외주측의 곡형(谷形) 형상, 또는 내주측의 곡형 형상과 외주측의 산형 형상이 광원 방향으로 나열하여 있고, 그 사이는 미소한 복수개의 삼각형상 경사면에 의해 연결되어 있다. 또한, 내주측의 요철 구조(68b)의 내주 언저리이나 외주측의 요철 구조(68b)의 외주연에는 미소하다나 줄[쇠를 가는 줄] 형상의 경사면이 형성되어 있다.
또한, 도 85(a)는, 도 84(a)의 광원 방향에 따른 g1-g1선 단면을 도시하고, 도 85(b)는 도 84(a)의 광원 방향과 직교하는 방향에 따른 g2-g2선을 나타내고 있다. 지향성 변환 패턴(68)의 g2-g2선에 따른 단면에서의 정각은 120°가 되어 있고, g1-g1선에 따른 단면에서의 사면의 경사각은 30°가 되어 있다. 또한, 광원 방향과 직교하는 방향에서의 요철 구조(68b)의 길이(M1)와 광원 방향에서의 요철 구 조(68b)의 길이(M2)의 비(애스펙트비)는,
M1/M2=0.5
로 되어 있다. 애스펙트비가 0.5 이하이면, 효율 개선 효과가 인정되기 때문에, 이 실시 형태에서는, 효율 개선 효과를 이룰 수 있다.
도 86은, 상기한 바와 같이 원호형상의 영역 내에 내주측과 외주측의 2열에 요철 구조(68b)를 배열하여 지향성 변환 패턴(68)을 형성한 것의 일부를 도시하고 있다. 도 87은, 이 요철 구조(68b)를 광원 방향(F)으로 주사한 때의 패턴과, 광원 방향(F)에 직교하는 방향으로 주사한 때의 패턴 형상을 도시하고 있다. 주사선(G)에 따른 패턴은 광원 방향에 있어서의 중앙을 통과하는 단면이고, 주사선(G")에 따른 패턴은 중앙으로부터 δ(50㎛)만큼 점광원(62)으로부터 먼 측으로 시프트한 위치에서의 단면이고, 주사선(G')에 따른 패턴은 중앙으로부터 δ(50㎛)만큼 점광원(62)에 근접하는 측으로 시프트한 위치에서의 단면이다.
도 87에 의해 광원 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θx*)을 구하면,
광원 방향(F)의 평균 경사각 : 14.6°
가 된다. 또한, 광원 방향에 직교하는 방향으로 주사한 때의 평균 경사각(θy*)을 구하면,
광원 방향과 직교하는 방향(G)의 평균 경사각(중앙) : 30.8°
광원 방향과 직교하는 방향(G')의 평균 경사각(점광원측으로 50㎛) : 30.7°
광원 방향과 직교하는 방향(G")의 평균 경사각(먼측으로 50㎛) : 28.4°
가 된다. 각 평균 경사각의 계산은, 광원 방향에서도, 광원 방향과 직교하는 방향에서도, 광원 방향과 직교하는 방향의 2주기분의 길이로 행하였다. 따라서, 광원 방향과 직교하는 방향에서는, 3개의 값중 가장 높은 30.8°를 광원과 직교하는 방향의 평균 경사각으로 하다. 따라서, 이 경우에도, 광원 방향과 직교하는 방향의 평균 경사각(θy*)>광원 방향의 평균 경사(θx*)를 만족하고 있는 것을 알 수 있다.
도 88(a)는, 도 82 및 도 83와 같은 면광원 장치(111)에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면이다. 또한, 도 88(b)는 경사면(67)만이고, 표면측에도 이면측에도 지향성 변환 패턴이 없는 비교예에 있어서의 광선의 거동을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면이다. 도 88(a)와 도 88(b)를 비교하면, 도 88(b)의 비교예에서는 광의 누설이 현저하지만, 이면에 지향성 변환 패턴(68)을 마련한 실시 형태에서는, 광의 누설이 작게 되어 있는 것을 알 수 있다.
(실시 형태 9)
도 89에 도시하는 바와 같이 복수개의 점광원(62)을 이용하는 경우에는, 각 점광원(62)에 대응시켜서 그 전방의 영역에 각각 지향성 변환 패턴(68)을 마련한다. 그러나, 옆끼리의 점광원(62)이나 지향성 변환 패턴(68)이 접근하고, 어느 점광원(62)으로부터 출사한 광이 옆의 점광원(62)의 전방에 위치한 지향성 변환 패턴(68)에 입사하면, 그곳부터 광이 누설되어 로스광으로 되기 쉽다. 따라서, 이와 같은 로스광을 방지하기 위해서는, 점광원(62)끼리의 중심 사이 거리(Dc)를,
Dc≥(ζ1+ζ2)×tanφ
이 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 2φ은 점광원(62)으로부터 출사되 는 광의 실질적인 넓어짐이고, 예를 들면 φ=30°로 하면 좋다. 또한, ζ1은 점광원(62)으로부터 지향성 변환 패턴(68)이 마련되어 있는 영역의 점광원(62)에 가까운 측의 단까지의 거리, ζ2는 점광원(62)으로부터 지향성 변환 패턴(68)이 마련되어 있는 영역의 점광원(62)으로부터 먼 측의 단까지의 거리이다. 그 후는, 형상의 만들기 쉬움이나 요구되는 효율로부터 지향성 변환 패턴(68)을 적절히 설계하면 좋다.
또한, 도 90은 복수개의 점광원(62)을 나열하고 각 점광원(62)의 전방에 개략 원호형상으로 배열된 지향성 변환 패턴(68)을 마련한 것이다. 광도입부(65)의 광입사 단면(66)으로부터 입사한 광은, 원추형상의 지향 특성을 갖고 있기 때문에, 도광판(63)에 수직한 방향에서 본 때, 광입사 단면(66)으로부터 입사한 광의 넓어짐은 180°보다 작게 되어 있다. 따라서, 지향성 변환 패턴(68)을 원호형상으로 배열하는 경우에도, 지향성 변환 패턴(68)을 180°의 범위에 마련할 필요는 없고, 180°보다 좁은 범위에 마련하여 두면 족하다. 단, 인접하는 영역의 지향성 변환 패턴(68)끼리는 서로 겹치지 않도록 하고 있다.
(실시 형태 10)
도 91은, 본 발명의 면광원 장치(예를 들면, 제 1의 실시 형태의 면광원 장치(61))를 이용한 액정 표시 장치(121)의 개략 단면도이다. 이 액정 표시 장치(121)는, 도광판(63)의 광출사면측에 대향시켜서 확산판(124), 프리즘 시트(123) 및 액정 패널(122)을 겹치고 있고, 도광판(63)의 이면측에 반사 시트(125)를 배치하고 있다. 이와 같은 액정 표시 장치(121)에 의하면, 본 발명의 면광원 장치의 특 징을 살릴 수 있고, 액정 표시 장치(121)의 광이용 효율을 향상시켜서 화면을 보기 쉽게 할 수 있음과 함께 액정 표시 장치(121)의 박형화를 도모할 수 있다.

Claims (16)

  1. 점광원과, 상기 점광원의 광을 광입사면부터 도입하여 광출사면부터 외부로 출사시키는 도광판을 구비한 면광원 장치로서,
    상기 점광원은, 상기 도광판의 광입사면과 대향하는 위치에 마련되고,
    상기 도광판은, 광입사면부터 입사한 점광원으로부터의 광을 가두기 위한 광도입부와, 상기 광도입부의 최대의 두께보다 작은 두께로, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어 있고 가둔 광을 광출사 수단에 의해 광출사면부터 외부로 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고,
    상기 광도입부는, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 표면의 단을 향하여 경사한 경사면을, 상기 도광판의 광출사측의 면 또는 그 반대면에 가지며,
    상기 도광판은, 상기 광도입부에 입사한 광의 상기 도광판의 두께 방향에서의 지향성 넓어짐을 도광판의 면방향과 평행한 방향을 향하여 기울어진 지향 특성으로 변환시키기 위한 지향성 변환 패턴을, 광출사측의 면 또는 그 반대면에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도광판은, 상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때에 상기 점광원 부근을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 복수의 평면에 의해 구성된 상기 지향성 변환 패턴을, 광출사측의 면 또는 그 반대면에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 점광원을 중심으로 하여 방사형상으로 늘어난 직선을 포함하고, 또한, 상기 도광판의 두께 방향과 평행한 평면에 의해 재단되는 상기 지향성 변환 패턴의 단면의 평균 경사각이, 상기 평면과 직교하고, 또한, 상기 도광판의 두께 방향과 평행한 평면에 평면에 의해 재단되는 상기 지향성 변환 패턴의 단면의 평균 경사각보다 작은 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴은, 오목부 및/또는 볼록부로 이루어지는 요철 구조에 의해 형성되고,
    상기 요철 구조가 형성된 영역 내의 어느 점부터 광원의 방향을 향하여 일정 길이를 주사한 때에 통과하는 오목부 및/또는 볼록부의 수가, 상기 주사 방향과 직교하는 방향을 향하여 같은 길이를 주사한 때에 통과하는 오목부 및/또는 볼록부의 수보다 적은 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    1방향으로 늘어난 오목부 및/또는 볼록부을 적어도 2개 이상의 연재 방향이 되도록 배치하여 상기 지향성 변환 패턴이 형성되고,
    상기 오목부 및/또는 볼록부는, 각각의 위치와 상기 점광원과 연결하는 방향에 대해, 각각의 연재 방향이 ±20° 이내인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    1방향으로 늘어난 오목부 및/또는 볼록부의 반복에 의해 상기 지향성 변환 패턴이 형성되고,
    상기 지향성 변환 패턴이 형성된 영역을 상기 점광원에서 본 때, 해당 영역의 넓어짐이 80° 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴은, 복수의 V홈 구조에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴은, 상기 도광판의 광출사면에 수직한 방향에서 본 때에 원호형상의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴은, 상기 광도입부에 형성된 경사면의 적어도 일부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴은, 상기 도광판의 상기 경사면이 형성되어 있는 면과 반대면에 있어서, 상기 광도입부와 상기 광도입부에 인접하는 상기 도광판 본체의 인접 영역과의 병합한 영역중의 적어도 일부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴은, 상기 도광판의 상기 경사면이 형성되어 있는 면과 반대면에 있어서, 상기 경사면에서 전반사된 광이 상기 광출사면과 반대측의 면에서 2회째에 전반사되는 위치보다 상기 점광원에 가까운 측의 영역에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴이, 상기 도광판의 상기 경사면이 형성되어 있는 면과 반대면에 형성되어 있고,
    상기 도광판 본체의 두께를 t로 하고, 상기 경사면의 경사각을 θ로 할 때, 상기 지향성 변환 패턴은, 상기 경사면의 상기 도광판 본체측의 테우리와 대향하는 위치로부터, 상기 도광판 본체 내를 향하여
    D=(3·t)/tanθ
    의 거리에 정한 위치보다 상기 점광원에 가까운측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴을 구성하는 각 V홈 구조가, 100°이상 140° 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴의 상기 점광원에 가까운 측의 언저리의 위의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 한쪽의 단에 연장시킨 방향과, 해당 임의의 점부터 해당 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 30° 이하이고,
    또한, 상기 지향성 변환 패턴의 상기 점광원에 가까운 측의 언저리의 위의 임의의 점부터 상기 점광원의 광출사창의 다른쪽의 단에 연장시킨 방향과, 해당 임의의 점부터 해당 광출사창의 중앙에 연장시킨 방향이 이루는 각도가 30° 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 지향성 변환 패턴을 구성하는 오목부 및/또는 볼록부의 평면으로 보았을 때의 종횡의 애스펙트비가 0.5 이하인 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
  16. 제 1항 내지 제 15항중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치와, 액정 패널을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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