KR20170032484A - 발광체 - Google Patents

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KR20170032484A
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Abstract

도광판 방식을 사용하여 광을 공급하는 면발광체에 있어서, 광원 소등시에는 두께 방향의 헤이즈값을 낮춤으로써 투명성을 확보하고, 광원 점등시에는 판면 횡단 방사 발산광을 사용함으로써, 고효율에서의 광 방출을 가능케 하는 면발광체를 제공한다. 광 확산 입자를 함유하는 도광판을 사용한 면발광체 (2) 는, 도광판의 두께 방향으로 광을 산란시키면서 도광판의 길이 방향으로 광이 도광하고, 또한 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를, 도광판의 5 (㎜) 두께당의 헤이즈값 (%) 으로 나눈 연산값 (m-1/%) 이 0.55 (m-1/%) 이상 10.0 (m-1/%) 이하이다.

Description

발광체{ILLUMINANT}
본 발명은 도광판 방식을 사용하여 광이 공급되는 발광체에 관한 것이다.
종래, 면발광체에 있어서는, 액정 표시 장치의 백라이트 광원 장치에서 볼 수 있듯이 디스플레이로서의 용도가 주류였다.
최근, 이 면발광판을 건재나 어뮤즈먼트 (amusement) 등에 차광판으로서 사용하는 움직임이 높아지고 있다. 이와 같은 경우, 차광판에는, 광원 소등시에는 투명판과 같이 작용하고, 광원 점등시에는 판면 (표리 양면) 횡단 방사 발산광에 의하여 차광판으로서 작용하여 안쪽의 시야를 차단하는 작용을 하는 것이 요구된다.
지금까지의 일반적인 액정 표시 장치는, 투과형 액정인 경우에 비투명한 백라이트 장치가 필요하고, 반사형 액정인 경우에 실용상 반사판이 필요하였다. 따라서, 어느 경우에도 표시 장치 전체로서는 비투명하였다.
면발광체에 있어서는, 액정 표시 장치의 백라이트 광원 장치에서 볼 수 있듯이, 도광판 표면에 요철이나 도트 인쇄 등에 의하여 산란 기능 (scattering function) 을 갖게 하는 구성 (특허문헌 1), 혹은, 도광판에 기재의 굴절률과 광 확산 입자의 굴절률의 굴절률차 Δn 이 작은 광 확산 입자를 내첨하는 구성 (특허문헌 2) 이 알려져 있다. 이들 구성에서는, 광원 소등시에 있어서 도광판이 불투명하거나, 또는 도광판의 두께 방향의 헤이즈값 (haze value) 이 컸다. 이 때문에, 광원 점등시에 차광 작용을 행하는 것은 가능하지만, 소등시에 투명판처럼 작용하게 하기가 곤란하였다.
일본 공개특허공보 소57-128383호 일본 특허 제3162398호
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 도광판 방식 (백라이트 방식) 을 사용하여 광을 공급하는 발광체에 있어서, 광원 소등시에는 두께 방향, 혹은 굵기 방향 (도광 방향에 대하여 직교하는 방향) 의 헤이즈값을 낮춤으로써 투명성을 확보하고, 광원 점등시에는 판면 횡단 방사 발산광을 사용함으로써, 고효율인 광 방출을 가능하게 하는 발광체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관련된 발광체의 일 양태는, 광 확산 입자를 함유하는 투명 기재를 사용한 발광체로서, 투명 기재의 두께 방향으로 광을 산란시키면서 투명 기재의 길이 방향으로 광이 도광하고, 또한 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를, 투명 기재의 5 (㎜) 두께당의 헤이즈값 (%) 으로 나눈 연산값 (m-1/%) 이 0.55 (m-1/%) 이상 10.0 (m-1/%) 이하로 한다. 이 발광체는, 소등시에는 연산값을 만족하는 낮은 헤이즈값의 투명 기재를 사용함으로써 투명판으로 기능하고, 점등시에는, 투명 기재에 함유되하는 광 확산 입자에 의하여 고효율의 광 방출을 실현한다. 이로써, 백라이트나 차광판으로서 기능하는 표시 장치를 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 발광체의 일 양태에 있어서, 투명 기재는, 기재의 굴절률과 광 확산 입자의 굴절률의 굴절률차 Δn 의 절대값이 0.3 이상 3 이하인 광 확산 입자를 적어도 함유하는 것이 바람직하고, 광 확산 입자의 농도가 0.0001 중량% 이상 0.01 중량% 이하인 것이 바람직하고, 또, 광 확산 입자는, 굴절률차 Δn 의 절대값과, 입자의 중량 평균 직경 d (㎜) 의 곱이 0.0001 (㎜) 이상이 되는 중량 평균 직경을 갖는 입자로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 투명 기재는, 두께 방향의 헤이즈값이 30 % 이하의 도광판인 것이 바람직하다. 또, 투명 기재는, 두께 방향의 입자층수 S1 이 0.15 이하가 되도록 구성되는 것이 바람직하고, 투명 기재의 판두께를 t (㎜), 투명 기재의 단면으로부터 광을 공급하는 광원의, 투명 기재의 두께 방향에서의 크기를 D (㎜) 로 할 때, 판두께 t 는 D/2≤t≤20D 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또, 발광체의 형상은 판 형상, 막대 형상, 통 형상이어도 된다.
또, 본 발명에 관련된 발광체의 다른 일 양태는, 광 확산 입자를 함유하는 투명 기재를 사용한 발광체로서, 투명 기재의 굴절률과 광 확산 입자의 굴절률의 굴절률차 Δn 의 절대값이 0.3 이상 3 이하인 광 확산 입자를 적어도 함유하고, 광 확산 입자의 농도가 0.0001 중량% 이상 0.01 중량% 이하로 한다. 이 발광체는, 상기 서술한 굴절률차 Δn 과 광 확산 입자의 농도를 만족하는 투명 기재를 사용한다. 이로써, 소등시에는 투명판으로 기능하고, 점등시에는 고효율의 광 방출을 실현한다.
본 발명의 발광체의 일 양태에 의하면, 광원 소등시에는 두께 방향, 혹은 굵기 방향의 헤이즈값을 낮춤으로써 투명성을 확보하고, 광원 점등시에는 판면 횡단 방사 발산광을 사용함으로써, 고효율의 광 방출을 가능하게 할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체의 휘도 분포 측정계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체의 휘도 분포 측정 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체의 휘도 분포의 로그 플롯 (logarithmic plot) 의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체에 있어서, 휘도 감쇠 계수 E 가 상이한 경우에 있어서의, 휘도값 B (x) 와 도광 거리 x (m) 의 관계예를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체의 층수를 설명하는 도면이다.
도 7a 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체에 있어서, 도광판의 두께 (t) 와 광 확산 입자의 농도의 관계를 설명하는 도면이다.
도 7b 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체에 있어서, 도광판의 두께 (2t) 와 광 확산 입자의 농도의 관계를 설명하는 도면이다.
도 8a 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 발광체 형상의 일례로서 직사각형인 경우를 나타내는 도면이다.
도 8b 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 발광체 형상의 일례로서 날개 형상인 경우를 나타내는 도면이다.
도 8c 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 발광체 형상의 일례로서 화염 형상인 경우를 나타내는 도면이다.
도 8d 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 발광체 형상의 일례로서 휘어져 있는 형상인 경우를 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 발광체 형상의 일례로서 프리즘 형상을 구비하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 10 은 본 발명의 실시예에 관련된 면발광체에 있어서, 휘도 감쇠 계수 E 와 5 ㎜ 두께당 헤이즈값의 관계를 나타내는 도면이다.
(실시형태 1)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태 1 에 대하여, 판 형상의 면발광체를 발광체의 일례로서 설명한다. 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 면발광체는 광 확산 입자를 함유하는 도광판을 사용한다. 도광판은, 광원으로부터 광을 공급하면, 도광판의 두께 방향으로 광을 산란시키면서 도광판의 길이 방향으로 광을 도광시킨다. 도광판의 길이 방향은, 광원으로부터 광을 공급하는 단면 (입사 단면) 으로부터, 대향하는 단면으로의 방향이고, 공급된 도광광이 직진하는 방향과 평행이 된다. 도광판의 두께 방향은, 도광판의 두께를 나타내는 방향으로서, 길이 방향과 수직이 된다. 또 도광판의 길이 방향 및 도광판의 두께 방향의 양방에 수직인 방향을 도광판의 폭 방향으로 한다. 또, 도광판은, 판 형상인 경우를 사용하여 설명한다. 도광판의 형상은 길이 방향, 폭 방향으로 그 두께가 다른 형태 (단면 (斷面) 이 쐐기 형상) 여도 된다.
도 1 에 면발광체의 일례를 나타낸다. 도 1 에서는, 광원 (1) 이, 면발광체 (2) 의 단부에 배치되어 있다. 또, 광원 (1) 주위에는 광을 효율적으로 이용하기 위한 반사 커버 (6) 가 배치되어 있다. 도 1 에서는, 면발광체 (2) 의 좌측에 광원 (1) 을 배치하고, 광을 면발광체 (2) 의 입사 단면으로부터 입사면에 대향하는 단면으로 도광시킨다.
또, 도 1 중, 면발광체 (2) 의 양측에 나타내는 화살표군은, 광이 확산되는 모습을 모식적으로 나타낸 것이다. 광원 (1) 으로부터 면발광체 (2) 의 입사 단면에 입광된 광은, 면발광체 (2) 의 입사면에 대향하는 단면으로 도광된다. 그 사이에, 그 광은, 광 확산 입자에 의하여 확산되고, 면발광체 (2) 의 정면 및 배면에서 출사된다. 출사되는 광의 양은 도광 거리가 길어짐에 따라서 적어진다.
또, 본 실시형태의 도광판은, 도광판의 두께 방향의 헤이즈값이 30 % 이하로 되도록 구성된다.
또한, 도광판은, 휘도에 관해서, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를 5 (㎜) 두께당의 헤이즈값 (%) 으로 나눈 연산값 (m-1/%) 이 0.55 (m-1/%) 이상 10.0 (m-1/%) 이하라는 특징을 갖는다.
연산값은 휘도에 관한 일 특성을 나타내는 것으로서, 고효율의 광 방출을 실현하면서, 투명성이 높은 도광판을 정의하는 지표가 된다. 연산값은 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를 사용하여 산출되기 때문에, 먼저, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서의 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 는, 면발광체의 일 단면에 배치한 광원으로부터 광을 그 단면에서 입광시켰을 때, 그 단면에 접하는 발광면에 대하여 수직인 방향으로 출사되는 광의 휘도값의 로그와, 그 단면으로부터의 거리를 플롯 (plotting) 하여 휘도 특성을 나타낸 경우의 구배를 말한다. 또한, 휘도 감쇠 계수 E 는, 소정 영역 (parts) 의 휘도를 임의의 길이 단위 (m) 로 측정한 결과를 사용하기 때문에 (m-1) 혹은 (parts/m) 라는 단위로 나타내는 것으로 한다. 이후의 설명에서는, (m-1) 을 사용하여 설명한다.
휘도의 측정 결과는 이론상으로 다음에 나타내는 식 (1) 에 따른다. 여기서는, 측정된 휘도값을 U (x), 이론상의 휘도값을 B (x) 로 나타낸다.
B (x) = B (O) × exp (-E×x) ··· (1)
여기서, x (x≥0) 는, 입사 단면으로부터의 거리 (도광 거리) 를 나타낸다.
또, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 는 이하의 것에 주의하여 도출하는 것으로 한다.
1. 도광판의 배면에는 예를 들어 흑색의 천 등, 광을 흡수하는 소재를 배치한다. 이것은 해석을 용이하게 하기 위하여, 배면측으로 출사되는 광을 흡수시키는 것이다. 여기서는, 휘도를 측정하는 측을 정면, 대향하는 측을 배면으로 하고 있다.
2. 입사면에 대향하는 단면 부근에서는 단면으로부터 광 반사의 영향에 의하여 휘도 특성이 식 (1) 에 따르지 않는 경우가 있다. 그래서, 이 영향을 제거하기 위해서, 입사면에 대향하는 단면에 흡수 처리를 행하여 측정한다. 흡수 처리 방법으로는, 예를 들어 입사면에 대향하는 단면에 흑잉크를 도포하는 것 등을 들 수 있다. 입사면에 대향하는 단면에 미러를 배치하고 있는 경우에는, 미러를 제거한 후에 흡수 처리를 행한다.
3. 입사 단면 부근에서는 휘도 특성이 식 (1) 따르지 않는 경우가 있기 때문에, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를 도출할 때에는 그 부분은 제외한다. 예를 들어, 입사면에 대향하는 단면으로부터, 입사 단면 방향으로 L/2 또는 L/3 에 있어서의 휘도 특성에 기초하여 휘도 감쇠 계수 E 및 연산값을 도출하는 것으로 한다. 여기서 L 은 광원 광 입사 단면으로부터 대향하는 단면까지의 거리 (m) 이다. 입사 단면 부근에서 휘도 특성이 식 (1) 따르지 않는 경우가 있는 이유는 명확하지 않다. 이에 관해서, 광 확산 입자 첨가량이 적고, 또 굴절률차 Δn 이 큰 구성일수록 발생되는 경향이 있는 것 등이 관계하는 것으로 생각된다. 따라서, 이유의 하나로는, 입사 단면 부근에 있어서의 도광판 내의 광의 확산각 분포가, 입사 단면 방향으로 L/2 또는 L/3 에 있어서의 도광판 내의 광의 확산각 분포와는 상이한 것으로 추정되는 것에 의한 것, 또는 광원의 반사 커버에서의 반사 등의 영향에 의한 것으로 추정된다.
4. 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 는 후술하는 도 4 에 나타내는 휘도 특성도를 사용하여, 입사면에 대향하는 단면으로부터 L/2 (면발광체의 중앙) 또는 L/3 까지의 범위에서 직선 근사 (straight line approximation) 에 의하여 도출한다.
도 2 에 면발광체의 휘도 분포 측정계의 일례를 나타낸다. 도 2 에서는, 광원 (1), 면발광체 (2), 휘도계 (3) 를 구비한다. 또, 면발광체 (2) 의 배면측에는, 배면측으로 출사되는 광을 흡수시키는 흡수 시트 (4) 가 배치된다. 면발광체 (2) 의 입사면에 대향하는 단면에는 흡수 처리 (5) 가 행해져 있다. 또한, 광원 (1) 주위에는 광을 효율적으로 사용하기 위한 반사 커버 (6) 가 배치되어 있다. 도 2 에서는, 면발광체 (2) 의 좌측에 광원 (1) 을 배치하고, 광을 면발광체의 입사 단면으로부터 입사면에 대향하는 단면으로 도광시킨다. 입사 단면의 위치를 0 m 로 하고, 입사면에 대향하는 단면까지의 임의의 거리를 도광 거리로 한다. 도 2 에서는, 최대 도광 거리를 0.2 m 로 한다. 휘도계 (3) 는, 예를 들어 CCD (Charge Coupled Device) 카메라를 사용한다. 도 2 중, 면발광체 (2) (도광판) 의 판두께를 t 로 나타내고 있다.
도 3 에, 측정된 휘도값 U (x) (cd/m2) 와 입사 단면으로부터의 거리 x (m) 의 예를 플롯한 도면을 나타낸다. 도 4 에, 휘도값 U (x) (cd/m2) 의 로그 ln (U (x)) 과 입사 단면으로부터의 거리 x (m) 를 플롯한 휘도 특성도를 나타낸다.
여기서 이론상의 휘도값 B (O) (cd/m2) 는, 상기 서술한, 휘도값과 휘도 감쇠 계수의 정의 및 휘도 감쇠 계수를 산출하여 휘도 특성을 도출하는 휘도 특성 도출법에 기초하여, 계산하는 가상의 휘도값이다. 구체적으로는, 입사면에 대향하는 단면으로부터 L/2 (면발광체의 중앙) 까지의 범위에서 직선 근사에 의하여 구한 근사선을 x = O (m) 까지 연장했을 때 세로축과 교차한 값을 ln (B (O)) 으로 했을 때 계산되는 가상의 휘도값이다.
다음으로 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 와 휘도의 관계에 대하여 설명한다. 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 는, 그 값이 클수록 도광 방향의 단위 길이당 보다 많은 광을 취출할 수 있는 것을 나타낸다.
도 5 에, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 가 상이한 경우에 있어서의, 이론상의 휘도값 B (x) 와 도광 거리 x (m) 의 관계예를 나타낸다.
도 5 의 관계예는, 확산재를 기재에 첨가한 면발광체에 대하여 그 휘도를 측정한 것으로서, 산화 티탄, 산화 아연, 황산 바륨, 산화 알루미늄, 폴리스티렌 중에서 1 종 선택된 입자 직경 0.5 ∼ 3 ㎛ 의 확산재를 두께 5 ㎜ 의 면발광체에 대하여 0.02 ∼ 0.0005 중량% 첨가한 것이다. 어느 휘도 감쇠 계수 E 에서도 도광 거리를 0.2 (m) 로 한 경우이다. 이 때, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 가 클수록 B (x) 의 감소가 크다. 요컨대 보다 많이 광을 면발광체 (2) 에서 취출한 결과, B (x) 의 감소가 크게 된다는 것을 알 수 있다.
다음으로 본 발명에서 정의하는 층 수 S1 에 대하여 설명한다. 층수 S1 은 면발광체 (2) 에 존재하는 광 확산 입자의 총단면을, 그 발광면에 사영 (射影) 한 면적에 상당한다. 이로써 광 확산 입자의 두께 방향의 밀도를 평가할 수 있다. 보다 구체적으로는, 도광판의 두께 방향의 입자층수 S1 은 식 (2) 로 정의된다. 예를 들어 바닥면에 간극 없이 채워서 깔 수 있는 상태의 입자층수 S1 은 1 이다. 도 6 에, 도광판이 함유하는 광 확산 입자의 총단면을 도광판 (면발광체 (2)) 의 바닥면에 사영한 예를 나타낸다.
Figure pat00001
여기서, n3 은 입자 개수 밀도 (/㎜3), t (㎜) 는 판두께, V3 은 입자 체적률, d (㎜) 는 중량 평균 입자 직경, a (㎜) 는 평균 입자 반경이다.
 또한 본 발명의 실시형태에 있어서, 입자 직경은 중량 평균 입자 직경, 입자 반경은 중량 평균 입자 반경이다.
면발광체 (2) 에 있어서, 투명성을 확보하고, 고효율로의 광 방출을 가능케 하기 위해서는, 이 층수 S1 을 작게 유지한 채로 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를 크게 할 필요가 있다. 구체적으로는, 면발광체 (2) 의 투명성을 확보함으로써, 소등시에 면발광체 (2) 가 투명판으로서 기능할 수 있게 된다. 투명성은, 면발광체 (2) 를 구성하는 도광판의 헤이즈값을 작게 할 필요가 있고, 도 6 에 나타내는 층수 S1 을 작게 함으로써 실현될 수 있다. 또, 고효율로 광을 방출함으로써, 점등시에 면발광체 (2) 가 차광판으로서 기능할 수 있게 된다. 고효율의 광 방출은 상기 서술한 휘도 감쇠 계수 E 를 크게 함으로써 실현될 수 있다.
먼저, 헤이즈값을 검토한다. 헤이즈값이 30 % 보다 커지면 투명감을 상실해 버린다. 헤이즈는 20 % 이하가 바람직하고, 10 % 이하가 특히 바람직하다. 하한은 특별히 없으나, 높은 휘도를 실현하기 위하여, 광 확산 입자 무첨가의 투명판의 경우가 포함되지 않는다고 하는 의미에서 0.1 % 이상으로 한다. 그러나, 고효율의 광 방출을 실현할 수 있는 경우, 0.1 미만의 헤이즈값을 갖는 도광판을 사용할 수 있다.
 본 발명의 실시형태에 있어서, 면발광체 (2) 의 면내에서 헤이즈값이 상이한 경우, 면발광체 (2) 면 중에서 가장 헤이즈값의 작은 장소에서 헤이즈값을 평가하는 것으로 한다.
다음으로, 휘도에 관한 연산값에 대하여 설명한다. 연산값 (m-1/%) 은 상기 서술한 바와 같이 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를 5 ㎜ 두께당 헤이즈값 (%) 으로 나눈 값이다. 연산값 (m-1/%) 이 0.55 보다 작은 것은 도광 거리가 긴 것에 바람직하나, 광 취출 효율이 작기 때문에 점등시의 밝기가 충분하지 않다.
연산값 (m-1/%) 이 10.0 보다 큰 것은 광 취출 효율은 크기 때문에 점등시의 밝기가 충분하지만, 도광 거리가 짧아 불충분해진다.
본 발명의 실시형태의 면발광체 (2) 는 광 확산 입자의 농도가 두께 방향에 대하여 일정해도 되고, 예를 들어 광 확산 입자 함유층과 투명층으로 이루어지는 복층 구성, 혹은 광 확산 입자 함유 농도가 상이한 2 층 이상으로 이루어지는 복층 구성이어도 된다. 복층 구성인 경우에도, 상기와 동일하게 측정된 헤이즈값에 기초하여 5 ㎜ 두께당의 헤이즈값을 구한다.
또, 헤이즈값을 30 % 이하로 하기 위해서는, 층수 S1 을 0.15 이하로 하는 것이 바람직하다. 특히 0.1 이하로 하는 것이 바람직하다.
굴절률차 Δn 은 0.3 이상인 것이 바람직하다. 굴절률차 Δn 이 0.3 보다 작은 경우, 효율적으로 광을 취출하지 못하고, 점등시의 밝기에 비하여 투명감이 열등한 경우가 있다. 또, 0.4 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 굴절률차 Δn 이 3 보다 크면 산란광은 후방 산란이 지배적이 되기 때문에, 역시 점등시의 밝기에 비하여 투명감이 열등한 경우가 있다.
본 발명의 실시형태에서 사용되는 확산 입자의 평균 직경이 작은 경우, 레일리 산란 현상 (rayleigh scattering phenomenon) 에서 기인되는 것으로 생각되는 착색 등, 색의 변화가 발생되는 경우가 있다. 또, 굴절률차 Δn 이 작은 경우에도 레일리 산란 현상에서 기인되는 것으로 생각되는 착색 등, 색의 변화가 발생되는 경우가 있다. 구체적으로는, 광원 부근에서는 산란광이 청색기를 띠고, 광원으로부터 떨어진 위치에서는 황색기를 띠는 경우가 있다.
그래서, 레일리 산란 현상에서 기인되는 것으로 생각되는 착색을 억제하기 위하여, 입자의 평균 직경 (㎜) 과 굴절률차 절대값의 곱이 0.0001 (㎜) 이상인 것이 바람직하다.
또, 면발광체 (2) 의 판두께 t (㎜) 는 광원의 판두께 방향의 크기 D (㎜) 에 대하여 D/2≤t≤20D 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
그 이유를 도 7a, 7b 를 사용하여 설명한다. 도 7a 에 광 확산 입자 (22) 의 농도 C (중량%), 기판의 두께 t (㎜) 의 도광판 (21a) 으로 구성되는 면발광체 (2a) 의 모식도를 나타낸다. 도 7b 에 광 확산 입자 (22) 의 농도 C (중량%), 판두께 3t (㎜) 의 도광판 b 로 구성되는 면발광체 (2b) 의 예를 나타낸다. 도광판 (21b) 의 판두께는, 도광판 (21a) 의 판두께의 3 배로 되어 있다.
도광판 (21a) 이 함유하는 광 확산 입자 (22) 보다, 도광판 (21b) 이 함유하는 광 확산 입자 (22) 의 총량이 많기 때문에, 발광 강도도 클 것으로 생각된다. 그러나, 도 7a, 7b 에 나타내는 면발광체 (2a, 2b) 에서는, 도광광은 전반사를 반복하면서 면발광체 (2a, 2b)의 내부를 진행한다. 이 때문에, 광 확산 입자의 농도가 동일한 경우, 도광광이 광 확산 입자에 의하여 확산될 확률은 도 7a 및 도 7b 의 경우와 동일하다. 예를 들어, 도 7a 에서는, 광 확산 입자 (22p) 에 의하여 광이 확산되는 경우를 나타내고, 도 7b 에서는, 광 확산 입자 (22q) 에 의하여 광이 확산되는 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 발광면의 휘도는, 도 7a 와 도 7b 에서 동일해진다.
한편, 도 7a 의 면발광체 (2a) 의 판두께 t 는, 도 7b 의 면발광체 (2b) 의 판두께 3t 보다 얇기 때문에, 헤이즈값이 작고 투명감이 높다. 따라서, 본 발명의 면발광체는 얇은 편이 바람직하다.
그러나, 판두께가 광원의 크기보다 작아지면, 단면에 입사되는 광의 비율이 작아지기 때문에, 광의 이용 효율이 작아지는 경우가 있다. 따라서, 면발광체의 판두께 t (㎜) 는 광원의 판두께 방향의 크기 D (㎜) 에 대하여, D/2≤t≤20D 의 범위에 있는 것이 바람직하다. D≤t≤15D 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
 또 면발광체의 기재가 아크릴 수지 등의 투명 플라스틱으로 구성되는 경우, 그 강성을 고려하면 두께 t 는 0.5 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 또 도광판의 길이 L (㎜) 에 대하여, t≥L/400 의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
 또 본 발명의 면발광체를 예를 들어 압출 성형으로 제조하는 경우, 제조의 용이함에서 그 두께는 20 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 관련된 실시형태 1 의 면발광체의 일 양태는, 광 확산 입자를 함유하는 도광판을 사용한 면발광체로서, 그 도광판의 두께 방향으로 광을 산란시키면서 그 도광판의 길이 방향으로 광이 도광하고, 또한 상기 도광판의 두께 방향의 헤이즈값이 30 % 이하이고, 또한 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를, 그 도광판의 5 (㎜) 두께당의 헤이즈값 (%) 으로 나눈 연산값 (m-1/%) 이 0.55 (m-1/%) 이상 10.0 (m-1/%) 이하로 한다. 이 면발광체는, 소등시에는 낮은 헤이즈값의 도광판을 사용함으로써 투명판으로 기능하고, 점등시에는 도광판에 함유하는 광 확산 입자에 의하여 고효율의 광 방출을 실현한다. 이로써, 백라이트나 차광판으로서 기능하는 표시 장치를 실현할 수 있다.
또, 본 실시형태의 면발광체의 일 양태에 있어서, 도광판은, 도광판 기재의 굴절률과 광 확산 입자의 굴절률의 굴절률차 Δn 의 절대값이 0.3 이상 3 이하인 광 확산 입자를 적어도 함유하는 것이 바람직하고, 광 확산 입자는, 굴절률차 Δn 의 절대값과 입자의 중량 평균 직경 d (㎜) 의 곱이 0.0001 (㎜) 이상이 되는 중량 평균 직경을 갖는 입자로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 도광판은, 두께 방향의 입자층수 S1 이 0.15 이내가 되도록 구성되는 것이 바람직하고, 도광판의 판두께를 t (㎜), 도광판의 단면으로부터 광을 공급하는 광원의, 도광판의 두께 방향에 있어서의 크기를 D (㎜) 로 할 때, 판두께 t 는 D/2≤t≤20D 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
(실시형태 2)
실시형태 1 에서는 판 형상의 면발광체를 발광체의 일례로서 설명하였다. 실시형태 2 에서는 다른 형상의 발광체의 경우를 설명한다. 도 8a 내지 8d 및 도 9 를 사용하여 본 실시형태의 발광체의 일례를 설명한다.
발광체의 일 실시형태인 면발광체의 형상은, 예를 들어 도 8a 와 같이 직사각형 등의 발광체 (7a) 외에, 정면에서 본 형상이 정방형, 사다리꼴형, 삼각형 등의 다각형이나, 원, 타원 등의 곡선으로 형성되는 형상이어도 된다.
또, 면발광체는, 날개 형상의 발광체 (7b) (도 8b), 화염 형상의 발광체 (7c) (도 8c) 등을 들 수 있는 것 외에 곡선과 직선에 의하여 형성되는 다른 형상이어도 된다.
또한, 면발광체는, 도 8a 내지 8c 에 나타낸 바와 같이 평판 형상에 한정되지 않고, 도 8d 에 나타내는 바와 같이 휘어져 있어도 된다. 도 8d 에서는, 점선을 사용하여 입사 단면의 바닥변과 평행하는 라인을 나타내고, 형상이 휘어져 있는 상태를 알기 쉽게 하고 있다. 도 8d 에서는, 도 8a 와 동일한 형상이 휘어져 있는 상태를 나타내고 있으나, 도 8b, 8c 등 이외의 형상이 휘어져 있어도 된다.
도 8a 내지 8d 에서는, 발광체의 판두께가 일정한 형상을 나타내고 있으나, 판두께가 일정하지 않아도 된다. 또, 판의 폭이 일정하지 않아도 된다. 예를 들어, 면발광체는, 상기 서술한 다각형이나 원, 타원과 같이, 광원 (1) 의 폭과 동일한 폭을 갖지 않아도 된다. 단, 광원 (1) 과 대향하는 입사 단면은, 광을 유효하게 사용하기 위하여 적어도 광원 (1) 과 동일한 폭 혹은 그보다 넓은 폭을 갖는 것이 바람직하다.
또, 발광체는 면발광체에 한정되지 않는다.
발광체는 막대 형상이어도 된다. 막대 형상 발광체의 형상은, 예를 들어 원주 형상, 각주 형상, 원추 형상, 각추 형상 등을 들 수 있다. 굵기가 일정하지 않아도 된다.
또한, 발광체는 통 형상이어도 된다. 통 형상 발광체의 형상은, 예를 들어 원통 형상, 각통 형상, 중공의 원추형, 중공의 각추 형상 등을 들 수 있다.
나아가, 발광체의 형상은, 예를 들어 발광체의 하나의 면에 프리즘 형상을 구비하고 있어도 된다. 도 9 에 일례를 나타낸다. 또, 프리즘 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 파형, 곡면이나 경사면에 의하여 형성되는 다른 형상이 발광체의 하나의 면에 부가되어도 된다. 어느 경우에도, 발광체 표면은 내부에 입사된 광이 전반사를 일으킬 수 있을 정도로 매끄러운 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시형태의 확산재의 종류와 휘도의 관계에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서도, 휘도는 실시형태 1 과 동일하게 도 2 의 휘도 측정계를 사용하여 계측할 수 있다. 단, 헤이즈값은, 예를 들어 발광체 (7a ∼ 7d) 와 같이 평판 형상의 부분을 포함하는 형상에 대해서는 측정할 수 있으나, 발광체 (7e) 와 같이 평판 형상의 부분이 없는 경우에는 측정할 수 없다. 이와 같은 경우, 발광체를 구성하는 투명 기재 및 광 확산 입자를 동일하게 하여, 평판 형상의 발광체를 형성하여 측정할 수도 있다. 그래서, 본 실시형태에서는, 확산재의 종류와 휘도의 관계에 대하여 검토한다.
휘도 (cd/m-2) 는 이하의 것에 주의하여 측정하는 것으로 한다.
1. 도광판의 배면에는, 예를 들어 흑색의 천 등, 광을 흡수하는 소재를 흡수 시트 (4) 로서 배치한다. 이것은 배면측으로 출사되는 광을 흡수시키고, 정면에서 출사되는 광만을 측정하기 위해서이다. 여기서는, 휘도를 측정하는 측을 정면, 대향하는 측을 배면으로 하고 있다.
2. 입사면에 대향하는 단면 부근에서는 단면으로부터 광의 반사 영향에 의하여 휘도 특성이 변화되는 경우가 있다. 그래서, 이 영향을 없애기 위하여, 입사면에 대향하는 단면에 흡수 처리 (5) 를 행하여 측정한다. 흡수 처리 방법으로는, 예를 들어 입사면에 대향하는 단면에 흑잉크를 도포하는 것 등을 들 수 있다.
도 5 에 나타낸, 확산재의 종류나 농도가 상이한 경우에 있어서의, 면발광체의 휘도값 B (x) 와 도광 거리 x (m) 의 관계예를 사용하여, 확산재의 종류와 휘도의 관계를 검토한다.
도 5 의 관계예는, 확산재를 기재에 첨가한 면발광체에 대하여 그 휘도를 측정한 것으로서, 산화 티탄, 산화 아연, 황산 바륨, 산화 알루미늄, 폴리스티렌 중에서 1 종 선택된 입자 직경 0.5 ∼ 3 ㎛ 의 확산재를 두께 5 ㎜ 의 면발광체에 대하여 0.02 ∼ 0.0005 중량% 첨가한 것이다. 어느 예나 도광 거리를 0.2 (m) 로 한 경우이다. 이 때, 확산재의 종류나 농도에 따라서 휘도 특성이 크게 변화하는 것을 알 수 있다.
본 발명자들은 확산재의 종류나 농도가 상이한 발광체를 여러 가지로 검토한 결과, 특정 범위의 굴절률차를 갖고, 특정 범위의 농도를 첨가한 발광체가 소등시의 투명성과 점등시의 휘도의 밸런스가 우수한 것을 알아냈다.
굴절률차 Δn 는 0.3 이상인 것이 바람직하다. 굴절률차 Δn 이 0.3 보다 작을 경우, 효율적으로 광을 취출하지 못하여 점등시의 밝기에 비하여 투명감이 열등하다. 또, 0.4 이상인 것이 바람직하다.
한편, 굴절률차 Δn 이 3 보다 크면 산란광은 후방 산란이 지배적으로 되기 때문에, 역시 점등시의 밝기에 비하여 투명감이 열등하다.
이와 같은 발광체의 기재 및 확산재의 배합으로는, 예를 들어 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 스티렌계 수지 등의 투명 수지에 산화 티탄, 산화 아연 등의 광 확산재 미립자를 채용할 수 있다.
본 발명의 실시형태에서 사용되는 확산 입자의 평균 직경이 작은 경우, 레일리 산란 현상에서 기인되는 것으로 생각되는 착색 등, 색의 변화가 일어나는 경우가 있다. 또, 굴절률차 Δn 이 작은 경우에도 레일리 산란 현상에서 기인되는 것으로 생각되는 착색 등, 색의 변화가 일어나는 경우가 있다. 구체적으로는, 광원 부근에서는 산란광이 청색을 띠고, 광원으로부터 떨어진 위치에서는 황색을 띠는 경우가 있다.
그래서, 레일리 산란 현상에서 기인되는 것으로 생각되는 착색을 억제하기 위하여, 입자의 평균 직경 (㎜) 과 굴절률차 절대값의 곱이 0.0001 (㎜) 이상인 것이 바람직하다.
또한, 광 확산 입자의 농도는, 0.0001 중량% 이상 0.01 중량% 이하인 것이 바람직하다. 광 확산 입자의 농도가 높아짐에 따라서 발광체의 투명도가 저하된다. 이 때문에, 발광체의 투명성, 예를 들어 판 형상 발광체이면 낮은 헤이즈값, 판 형상 이외이면 육안에 의한 투명감을 유지하기 위해서는, 광 확산 입자의 농도를 낮게 억제할 필요가 있다. 한편, 광 확산 입자의 농도가 지나치게 낮은 경우, 광을 충분히 산란시키지 못하여 발광체의 휘도가 지나치게 작은 경우가 있다.
(그 밖의 실시형태)
본 발명에서 사용되는 광원의 형상은 입사 단면의 형상, 발광시의 의장에 맞추어 임의로 선택할 수 있고, 예를 들어 선 형상 이외에 점 형상, 고리 형상 등을 채용할 수 있다.
실시예
(실시예 1)
이하에 실시예 및 비교예를 나타낸다. 면발광체는 사출 성형기를 사용하여 제작하였다. 실시예 및 비교예에서 공통되는 조건을 이하에 나타낸다.
<공통 조건>
베이스 수지 : PMMA (아크릴 수지) (주식회사 쿠라레 제조「파라페트」)
굴절률 : 1.494 (nD)
샘플 사이즈 : 5 ㎜ 두께 × 도광 길이 200 ㎜ × 폭 70 ㎜
사용 광원 : 니치아 화학 공업 주식회사 제조 「LED NFSW036BT」
사용 개수 : 7 개
배치 간격 : 10 ㎜
인가 전압 : 2.8 V/1 광원
광원 1 개의 크기 : 3 ㎜ (발광부)
실시예 및 비교예의 재료 구성과 측정 결과를 표 1 에 나타낸다. 또 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 와 5 ㎜ 두께당 헤이즈값의 관계를 도 10 에 나타낸다. 가로축의 헤이즈값은 상기 서술한 바와 같이 5 ㎜ 두께당 헤이즈값이다. 도 10 에 나타내는 측정 결과로부터, 헤이즈값 (%) 을 x, 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를 y 로 하면, 다음의 관계식이 유도되었다.
산화 티탄     y = 1.4797x
산화 아연     y = 0.7726x
산화 알루미늄  y = 0.3662x
스티렌      y = 0.1444x
이 관계식에 있어서, x 의 계수가 연산값 (m-1/%) 에 상당한다.
또, 도 10 에 있어서, 연산값이 0.55 (m-1/%) 이상 10.0 (m-1/%) 이하의 범위를 2 개의 파선으로 나타내었다. 우측의 파선은 y = 0.55x, 좌측의 파선은 y = 10.0x 의 관계식이 된다.
실시예 1 및 2 에서는, 연산값이 약 0.77 ∼ 약 1.48 (m-1/%) 이고, 헤이즈값은 1 ∼ 8.6 % 였다.
비교예 1 및 2 에서는, 연산값이 약 0.14 ∼ 약 0.37 (m-1/%) 이고, 헤이즈값은 3 ∼ 25.3 % 였다.
또, 표 1 의 결과로부터 헤이즈값을 30 % 이하로 하기 위해서는 S1 의 값을 0.15 이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
*[표 1 실시예 및 비교예와 그 구성]
Figure pat00002
이들 실시예 및 비교예의 면발광체에 대하여, 소등시의 투명감 및 점등시의 밝기를 육안 평가에 의하여 5 단계 평가하였다. 가장 우수한 것이 5, 가장 열등한 것이 1 이고, 본 평가에서는 3 이상을 양호한 것으로 하였다. 그 결과를 표 2 에 정리하였다. 표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예의 면발광체는 투명감이 우수하고, 또 밝은 것이었다. 한편, 비교예의 면발광체는 투명감이 열등하거나, 또는 어두운 것이었다.
[표 2 실시예 및 비교예의 평가 결과]
Figure pat00003
(실시예 2)
샘플 사이즈를 직경 10 ㎜, 길이 200 ㎜ 의 원주 형상으로 하고, 사용 광원의 개수를 1 개로 한 실시예 3, 4 및 비교예 3, 4 를 제작였다. 확산재는 실시예 3, 4 가 각각 실시예 1, 2 와 동일하고, 비교예 3, 4 가 각각 비교예 1, 2 와 동일한 것으로 하였다.
이들 실시예 3, 4 및 비교예 3, 4 의 막대 형상 발광체에 대하여, 소등시의 투명감 및 점등시의 밝기를 육안 평가하였다. 그 결과, 실시예의 발광체는 투명감이 우수하고, 또한 밝은 것이었다. 한편, 비교예의 발광체는 투명감이 열등하거나, 혹은 어두운 것이었다.
이상에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 도광 방식 면발광체에 의하면, 소등시에는 투명감이 높고, 또한 점등시에는 밝아 백라이트나 차광판으로서 기능하는 표시 장치를 실현할 수 있다. 예를 들어, 어뮤즈먼트용 장식을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정된 것이 아니고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
이 출원은, 2009년 3월 31일에 출원된 일본 특허출원 2009-084118, 및 2009년 7월 6일에 출원된 일본 특허출원 2009-159444 를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두를 여기에 받아들인다.
1  광원
2, 2a, 2b  면발광체
3  휘도계
4  흡수 시트
5  흡수 처리
6  반사 커버
21a, 21b  도광판
22, 22p, 22q  광 확산 입자
7a ∼ 7e  발광체

Claims (8)

  1. 광 확산 입자를 함유하는 투명 기재를 사용한 발광체로서, 상기 투명 기재의 두께 방향으로 광을 산란시키면서 상기 투명 기재의 길이 방향으로 광이 도광하고, 또한 휘도 감쇠 계수 E (m-1) 를, 상기 투명 기재의 5 (㎜) 두께당의 헤이즈값 (%) 으로 나눈 연산값 (m-1/%) 이 0.55 (m-1/%) 이상 10.0 (m-1/%) 이하이고,
    상기 광 확산 입자는, 산화 티탄으로 이루어짐과 함께, 상기 투명 기재의 굴절률과 상기 광 확산 입자의 굴절률의 굴절률차 Δn 의 절대값과 입자의 중량 평균 직경 d (㎜) 의 곱이 0.0012 (㎜) 이상이 되는 중량 평균 직경을 갖는 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 발광체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기재는, 상기 굴절률차 Δn 의 절대값이 0.3 이상 3 이하인 광 확산 입자를 적어도 함유하는 것을 특징으로 하는 발광체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광 확산 입자의 농도가 0.0001 중량% 이상 0.01 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 발광체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명 기재는, 상기 두께 방향의 헤이즈값이 30 % 이하의 도광판인 것을 특징으로 하는 발광체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명 기재는, 상기 두께 방향의 입자층수 S1 이 0.15 이하가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 발광체.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 투명 기재의 판두께를 t (㎜), 상기 투명 기재의 단면으로부터 광을 공급하는 광원의, 상기 두께 방향에 있어서의 크기를 D (㎜) 로 할 때, 판두께 t 는 D/2≤t≤20D 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발광체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광체의 형상이 막대 형상인 것을 특징으로 하는 발광체.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광체의 형상이 통 형상인 것을 특징으로 하는 발광체.
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