KR100319327B1

KR100319327B1 - 면광원유닛

Info

Publication number: KR100319327B1
Application number: KR1019880014868A
Authority: KR
Inventors: 오에마꼬또; 지바이쯔세이
Original assignee: 나가이 야타로; 미쯔비시 레이온 가부시끼가이샤
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-11-12
Publication date: 2002-04-22
Also published as: US5126882A; KR890008587A; DE3889297T2; DE3889297D1; USRE35704E; EP0317250A2; EP0317250B1; CA1312320C; USRE38243E1; EP0317250A3

Abstract

면광원 유닛이 제공되며, 이 면광원 유닛은 적어도 일측 단부에 있는 광입사면, 및 이 광입사면에 수직으로 존재하는 제1광출사면을 가지고 있는 제1소자로서, 상기 제1광출사면의 대향면에 제공된 반사층을 더 가지고 있는 제1소자; 상기 제1소자에 의해 출사된 광을 수신하는 광입사면, 및 소정의 방향으로 광을 출사하는 제2광출사면을 가지고 있는 제2소자; 및 상기 제1소자의 상기 광입사면에 마주하도록 설치되어 있는 광원을 구비하고 있고, 상기 제1소자의 상기 제1광출사면과 그 대향면중 적어도 한쪽면은 상기 광입사면을 통해 입사한 입사광이 이 광의 방향에 경사진 방향으로 상기 제1광출사면을 통해 집중적으로 출사되도록 하는 지향 기능을 가지고 있으며, 상기 제2소자는 상기 광입사면에 형성된 복수의 프리즘 유닛을 가지고 있으며, 이들 각각의 프리즘 유닛이 상기 제2소자에 의해 이 프리즘 유닛의 다른 프리즘면상에 수신되어 이 다른 프리즘면을 통해 상기 제2소자에 입사되는 광을 반사시키는 프리즘면을 가지고 있다.

Description

면광원 유닛

본 발명은 면광원 유닛(plane light source unit)에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치 등의 후면 조명 수단(backlighting means)용의 면광원 유닛에 관한 것이다.

종래에, 액정 표시 장치 등의 후면 조명 수단은 일반적으로 램프가 포물선 부분을 가진 반사기의 초점에 위치될 수 있고 유백색(milk-white)의 확산판이 상기 램프상에 위치될 수 있도록 하는 구조를 가지고 있다. 반사기의 구조를 최적화하고 확산판의 확산 계수를 조절하기 위해 여러 가지 발명이 제안되었다.

또한, 직선형 램프와 일측이 이 램프에 인접한 도광체(light guide)의 조합을 이용하는 특정 구성이 제공되어 있으며, 상기 도광체의 구조는 점광원에 대한 근사에 의해 시뮬레이션되고, 특정 방향으로 광을 출사(出射)하기 위해 만곡면으로 작동하게 되며, 도광체의 두께가 광의 방향을 따라 달라지거나 프리즘각이 램프로부터의 간격에 따라 달라지는 렌즈 모양이 사용되거나, 상기한 바와 같이 이러한 구조가 적절히 조화된다. 점광원에 대한 근사화로, 광로는 거의 모든 경우에 시뮬레이션될 수 있고, 그리고 이러한 시뮬레이션에 좌우되는 광방향으로의 간격에 따라 도광체의 구조가 달라질 수 있다. 이는 다수의 특허 공보 및 실용 신안 공보에 제안되어 있다. 이러한 면광원 유닛은 예컨대 미합중국 특허 제4,126,383호, 제4,043,636호, 제4,059,916호, 제4,373,282호, 제4,285,889호, 제4,252,416호, 제3,546,438호, 제4,642,736호, 제4,648,690호, 및 일본국 특허 공개 공보 제62-278505호에 공개되어 있다.

대다수의 모든 면광원은 모든 방향으로 가능한 한 일정한 광을 출사할 수 있도록 설계되지만, 때때로 면광원의 응용에 따라 특정 방향으로 출사광을 집중시킬 필요도 있다.

예컨대, 비교적 작은 시야각을 가지고 있는 개인용 액정 칼라 TV 세트에 응용하는 경우에, 특정 방향으로만 광을 출사시키고 전체적인 출사면에 걸쳐서 가능한한 출사광량을 일정하게 유지할 필요가 있다. 제1도에는 액정 칼라 TV 세트의 일반적 구성이 도시되어 있다. 제1도를 참조하면, 참조 부호 1은 액정 표시 장치이고, 2는 상기 액정 칼라 TV 세트의 바디(본체)이며, 3은 액정 표시 장치(1)에 대한법선이고, 4는 관찰자의 눈이다. 언급된 종류의 배열의 경우에, 상기 액정 표시 장치(1)는 상기 바디(2)에 대해 대략 45도의 각도로 상측으로 경사져 있고, 통상적으로 상기 법선(3)에 대해 대략 15도의 각도를 둔 방향에서 관찰자에 의해 관찰된다. 따라서, 기타 다른 각도 위치에서 보다 높은 휘도, 즉 X에 의해 지시된 특정 각도 범위내에서의 휘도를 제공하는 후면 조명 수단은 출사광량이 특정 각도 범위에 집중될 수 있다는 이점이 있다. 특히, 이러한 면광원의 휘도는 원하는 방향으로 최대치를 보이며, 이때 이 최대치는 모든 방향으로 일정하게 광을 출사하는 종류의 면광원의 휘도값보다 여러 배만큼 높을 수 있다. 따라서, 상기 후면 조명수단이 특정 방향에서 좁은 시야각을 가지고 있는 표시 장치에 사용되는 경우, 상기 표시 장치는 적은 전력 소비로 높은 휘도를 제공할 수 있다.

하지만, 표시 장치가 좁은 면적을 가지고 있는 매우 보기 드문 특정한 경우를 제외하고는, 점광원은 제1도 등에 도시된 액정 칼라 TV 세트의 후면 조명 수단용 광원으로서 사용되지 않는다. 실제로 사용된 광원은 일반적으로 점광원으로서 간주될 수 없는 형광 램프와 같은 볼륨 광원이고, 그리고 점광원과 같이 매우 작다. 따라서, 종래에 제안된 상기 면광원은 정밀하고 복잡한 구조를 가지고 있고 그리고 높은 제조 비용을 필요로 하지만, 위에서 설명한 바와 같은 원하는 특성을 달성하기는 어렵다.

또한, 형광 램프와 같은 볼륨 광원에 의해 출사된 광은 확산된 광이고 비지향성이다. 엄밀히 말해서, 확산광을 출사하는 광원을 사용하여 원하는 지향성을 보장하기는 매우 어렵다.

또한, 작은 크기의 면광원을 얻기 위해서는, 광원 램프의 직경과 실질적으로 동일한 최대 두께로 하는 것이 바람직하다. 하지만, 포물선 부분을 가지고 있는 반사기가 설치되어 있는 종류의 면광원 유닛은 실질적으로 직경보다 2배 내지 4배인 두께를 가지고 있는 것으로 설명된 램프 아래에 설치되어 있다. 따라서, 방금 설명한 상기 광원 소자는 작은 크기의 요건을 충족해 줄 수 없다.

발명의 개요

본 발명의 목적은, 시야각이 좁고 크기가 작은 액정 칼라 TV 세트와 같은 표시 장치의 후면 조명용으로 적합하도록 램프의 직경과 실질적으로 동일한 감소된 두께를 가지고 있는 면광원 유닛을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전력 소비 증가없이 사용자에 의해 관찰될 방향으로 집중되는 광을 용이하게 생성할 수 있는 면광원 유닛을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라, 적어도 일측면 단부에 광입사면, 및 이 광입사면에 수직으로 뻗어 있는 제1광출사면을 가지고 있고, 그리고 상기 제1광출사면의 대향면에 제공된 반사층을 더 가지고 있는 제1소자; 및 이 제1소자에 의해 출사된 광을 수신하는 광입사면, 및 제2광출사면으로서 이 제2광출사면을 통해 광이 소정 방향으로 출사되는 제2광출사면을 구비하고 있는 면광원 유닛이 제공되며, 이때 상기 제1소자의 제1광출사면 및/또는 대향면은 상기 광입사면을 통과한 입사광이 상기 광의 방향에 경사진 방향으로 상기 제1광출사면을 통해 출사될 수 있도록 하는 지향성 기능을 가지고 있고, 상기 제2소자는 광입사면에 형성된 복수의 프리즘 유닛을 가지고 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기 전에, 본 발명에 따른 면광원 유닛의 기본적 개념에 대해 먼저 설명한다.

대기에 대한 도광체의 굴절률은 일반적으로 대략 n = 1.5 - 1.6 정도이며, 그리고 도광체(10)의 광입사면(11)과 광출사면(12)이 서로 수직 방향으로 뻗어 있는 제2(a)도에 도시된 바와 같은 구조(즉, 에지(edge) 조명 구조)인 경우에, 원칙적으로 상기 광출사면(12)을 통해 어떠한 광도 출사되지 않는 임계각은 45°정도이다. 제2(a)도에서, 참조 부호 14는 형광 램프와 같은 광원이고, 15는 이 형광 램프(15)용 반사기이며, 13은 상기 출사면(12)에 대한 상기 도광체(10)의 대향측에 형성된 반사층이다.

일반적으로, 제2(b)도에 도시된 바와 같이, 상기 출사면(12)이 광 확산면(l2a)내에 형성되어 있거나, 상기 반사층(13)이 광 확산 반사층(l3a)내에 형성되어있다. 하지만, 출사광의 지향성을 달성하기 위해서는, 이러한 수단은 상기 도광체(10)에 의해 출사된 광이 확산되기 때문에 그 자체만으로는 사용될 수 없다.

따라서, 동일한 형상의 복수의 직선형 볼록 렌즈(16)가 광 방향에 수직 방향으로 뻗어 출사면에 형성되어 있고, 반사층(13)이 상기 출사면에 대향된 면상에 형성되어 있으며, 그리고 형광 램프와 같은 직선형 광원(14)이 제1소자의 대향 단부에 있는 직선형 볼록 렌즈(16)에 평행하게 배열되어 있는 장치의 구성이 고려된다. 제3(a)도는 방금 설명한 이러한 구성을 보인 개략적 사시도이고, 제3(b)도는 제3(a)도의 라인 A-A'에서 본 개략적 단면도이다.

이러한 기하학적 위치 관계의 경우에, 출사광의 방향은 볼록 렌즈(16)를 가지고 있는 상기 광출사면의 가상면의 법선에 대해 40도 내지 60도의 각도 범위에 속하며, 적은 양의 광이 상기 법선 방향(제3(b)도 참조)으로 출사된다.

제4(a)도 및 제4(b)도는 볼록 렌즈(16)의 방향에 수직인 평면내에서 제3(b)도에 도시된 광의 각도 분포를 나타낸 도표이다. 특히, 이들 도면에는 여러 각도에서의 휘도 비율이 도시되어 있으며, 이때 최대 휘도값은 100%로 표시되어 있다.

제5(a)도 및 제5(b)도는 휘도 측정 방법을 보인 도면으로서, 제5(a)도는 휘도가 측정된 위치를 보인 면광원 유닛의 정면도이고, 제5(b)도는 제5(a)도의 화살표 A-A'에 의해 지시된 방향에서 본 도면이다. 제5(b)도에서, 참조 부호 40은 휘도 측정기이다.

제4(a)도에는 제5(a)도에 도시된 중앙 지점 ①에서의 광의 각도 분포가 도시되어 있고, 제4(b)도에는 상기 램프로부터 10mm 간격을 둔 다른 위치 ②에서의 광의 다른 각도 분포가 도시되어 있다. 상기 그래프로부터 상기 법선 방향으로 출사되는 광이 적음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 면광원 유닛은 원칙적으로 상기 렌즈(16)와 같은 복수의 렌즈를 이용할 수 있도록 구성되어 있으며, 이때 상기 렌즈를 통해 출사되는 광은 광의 분포가 좁은 범위에 속하고, 또한 출사광량이 커질 수 있도록, 특정 방향으로 집중되며, 그리고 제3(b)도에 도시된 광(20,21) 처럼 상기 법선의 반대측으로 출사되는 광은 원하는 방향으로 상기 광이 집중되도록 제2소자의 역할을 하는 한 세트의 프리즘에 의해 굴절된다.

제6(a)도 및 제6(b)도는 방금 설명한 바와 같은 제2소자의 이러한 프리즘중 하나의 프리즘을 보인 도면이다. 제6(a)도 및 제6(b)도에서, 참조 부호 20, 21은 상기 제1소자의 렌즈 세트(16)로부터 각각 좌우 방향으로 출사되는 광선이며, θ₁및 θ₂는 각각 상기 프리즘의 법선과 면(31,30)에 의해 형성된 각도이고, 참조 부호 32는 상기 프리즘의 출사면(제2광출사면)이다. 또한, 참조 부호 ψ₁- ψ₆과 φ₁- φ₆는 상기 프리즘의 각각의 표면 또는 기준선에 대한 광선의 각도이다. 상기 각도는 제6(a)도 및 제6(b)도에 도시된 바와 같이 형성되어 있다.

제6(b)도를 참조하면, 광선이 광선(21)처럼 우측으로부터 프리즘에 입사되면, 상기 광선은 상기 프리즘 면(30)을 통해 입사된 후에, 프리즘 면(31)에 의해 전체적으로 반사된 다음에, 소정의 각도(ψ₆)로 출사면(32)을 통해 상기 프리즘으로부터 출사된다. 이와 대조적으로, 제6(a)도를 참조하면, 광선이 광선(20)처럼 좌측으로 부터 프리즘에 입사되면, 상기 광선은 상기 프리즘 면(31)을 통해 입사한 후, 상기 프리즘 면(30)에 의해 전체적으로 반사된 다음에, 소정의 각도(φ₆)로 출사면(32)을 통해 상기 프리즘으로부터 출사된다. 상기 소정의 각도(ψ₆, φ6)는 제1소자의 렌즈 유닛의 구조와 렌즈 세트로부터의 출사각, 각도(θ₁, θ₂), 및 렌즈 세트의 굴절률(n)에 의해 조절될 수 있다.

상기 제1소자의 렌즈(16)의 구조는, 출사광의 분포가 좁은 범위에 속하고 또한 출사광량이 커지도록 출사광이 특정 방향으로 집중된다면, 특별히 제한되지 않고 어떤 임의의 구조일 수 있음에 주의하자. 또한, 상기 광(20,21)은 항상 상기 제1소자의 렌즈 세트(16)의 구조에 따라 상기 법선에 대해 서로 대칭적으로 출사될 수 있는 것은 아니지만, 이리한 경우에 상기 광은 상기 제2소자의 프리즘 세트의 구성 요소 장치인 각각의 프리즘의 프리즘각(제6도의 θ₁, θ₂)을 변경시킴으로써 원하는 방향으로 상기 제2소자에 의해 출사될 수 있다.

본 발명의 특정 예로서, 상기 제1소자가 상기 법선에 대해 60도의 각도로 광을 출사하는 경우에, 상기 제2소자의 프리즘각(제6도의 θ₁, θ₂)은 상기 제1소자로부터 상기 법선의 방향으로 상기 광의 방향을 조절하기 위해 θ₁=θ₂=30 도로 설정될 수도 있음에 주의하자.

또한, 본 발명의 여러 실시예를 참조하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 상기 법선 방향(ⅰ)으로 상기 도광체에 의해 출사된 광량은 매우 적다(제7(b)도 참조). 따라서, 본 발명자들은 가능한 한 일정하게 제1소자의 역할을 하는 도광체의 표면을 거칠게 함으로써 형성된 미세하게 거친 표면을 가지고 출사광의 지향성에 대해 실험을 했다. 이러한 실험에 의해, 대다수의 모든 광이 상기 출사면에 대한 법선에 대해 70도 내지 80도의 방향으로 출사됨이 밝혀졌다. 본 발명은 상기 법선방향으로 상기 광의 방향을 변화시키기 위해 상기 도광체와 제2소자를 조합하고자하는 아이디어에 의해 완성되었다. 여기서, 용어 "미세하게 거친 표면"은 소위 "매트 처리 면(mat finished surface)"을 의미하며, 소위 "오렌지 껍질(orange peel)"이라는 뜻을 포함하고 있다.

상기 제1소자의 구조는 제7(a)도의 사시도에 도시되어 있다. 제7(a)도를 참조하면, 상기 제1소자의 광출사면은 일정한 매트 처리 면이고, 반사층(13)은 상기 제1소자의 대향면상에 형성되어 있으며, 형광 램프와 같은 직선형 광원(14)이 상기 제1소자의 대향 단부에 배열되어 있다. 제7(b)도는 제7(a)도의 라인 A-A'에서 본 단면도이다.

제8(a)도 내지 제8(f)도에는 제7(b)도에 도시된 광의 각도 분포가 도시되어 있다. 실제적으로, 제8(a)도 내지 제8(f)도에는 여러 각도에서의 휘도비율이 도시되어 있으며, 이때 최대 휘도값은 100%로 표시되어 있다(측정 샘플과 측정 방법에 대해서는 후술됨).

제9(a)도 및 제9(b)도는 측정 방법을 개략적으로 보인 도면으로서, 제9(a)도는 측정 지점을 보인 정면도이고, 제9(b)도는 제9(a)도의 화살표 A-A'에 의해 지시된 방향의 도면이다. 제9(b)도에서, 참조 부호 48은 휘도계이다. 상기 측정 결과는 출사광이 75 내지 80° (제7(b)도에도 도시됨)의 특정 방향으로 집중된다는 점을 제외하고는 적은 양의 광이 출사면에 수직 방향으로 출사됨을 제8(a)도 내지 제8(f)도로부터 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 광의 분포가 좁은 범위내에 머물고 출사광의 총량이 크도록 출사광이 특정 방향으로 집중되는 출사면을 완성한 매트를 가진 도광체(제1소자)를 사용하여, 법선(ⅰ)의 대향측으로 출사된 광(20,21: 제7(b)도 참조)이 원하는 방향으로 광을 집중시키도록 제2소자로서 사용된 프리즘 세트에 의해 모두 반사되는 원리로 제조되었다.

상기 기능을 위해 다른 구성 요소를 만드는 상기 제2소자의 프리즘은 제6(a)도 및 제6(b)도에 도시된 것과 유사하다.

제1소자의 표면(60)의 매트 처리를 통해 출사된 광이 법선에 대해 대칭적이기 때문에, 원하는 각도(ψ₆, φ₆)가 프리즘각(제6도의 θ₁, θ₂)과 제2소자의 굴절률을 가변시킴으로써 획득될 수 있다.

다음에, 본 발명에 따른 여러 면광원 유닛의 특정 구조를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제10도는 램프와 더불어 본 발명에 따른 면광원 유닛의 실시예를 보인 부분 단면도로서, 제3(b)도와 대응되는 도면이다.

제10도를 참조하면, 참조 부호 14는 형광 램프와 같은 광원, 15는 반사기, 13은 제1소자(50)의 제1광출사면(12)의 대향면상에 장착된 반사층, 16은 상기 렌즈와 유사한 렌즈 유닛, 40은 프리즘 유닛과 제2광출사면(32)이다. 렌즈 유닛(16)과 프리즘 유닛(40)은 광원(램프)과 평행한 방향으로 뻗어 있는 블록한 직선형 구조를 가짐을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예의 면광원 유닛은 도광체의 적어도 일측단부(11)에 광입사면, 및 이 입사면에 수직 방향으로 뻗어 있고 렌즈 유닛(16)이 형성되어 있는 제1광출사면을 가지고 있는 제1소자(50)로서, 상기 제1광출사면에 대한 상기 도광체의 대향면상에 반사층(13)을 더 가지고 있는 제1소자(50); 및 상기 제1소자(50)로부터의 광이 소정의 방향으로 입사된 상기 프리즘 유닛(40)이 형성되어 있는 입사면, 및 제2출사면(32)을 가지고 있는 제2소자(51)를 구비하고 있다. 각각의 렌즈유닛(16)으로부터 출사된 광선은 광선(54,55)에 의해 표시된 바와 같이 상기 제2소자로부터 출사될 수 있으며, 본 발명의 목적은 각도 ψ₆와 φ₆이 서로 실제적으로 동일하도록 렌즈 유닛과 프리즘 유닛을 설정함으로써 달성될 수 있다.

제11도는 면광원 유닛의 실시예를 보인 개략적 도면이며, 이때 제1소자의 렌즈 유닛은 출사 광선이 법선에 대해 60도의 각도로 출사될 수 있고 제2소자(51)의 프리즘 유닛의 각도(제6도의 θ₁, θ₂)는 θ₁= θ₂= 30°로 설정되어 있다. 본 실시예에 따라, 상기 제2소자의 제2출사면(32)을 통해 출사된 광은 광선(56, 57)에 의해 표시된 바와 같이 법선 방향으로 집중될 수 있다.

본 발명의 면광원 유닛의 소자들은, 작은 크기 및 가벼운 무게라는 목적을 달성하기 위해 가시광에 대해 보다 높은 투과율을 가지고 있는 아크릴 수지 또는 폴리카보네이트 수지와 같은 재료로 적절하게 제조될 수도 있지만, 상기 소자의 재료로는 이러한 특정 재료에 국한되지 않는다.

또한, 크기가 작은 형광 램프가 상기 광원(14)으로서 사용되고 있지만, 연속적 구조를 가지고 있는 직선형 광원(예컨대, 필라멘트 램프)이 대신에 사용될 수도있다.

다음에, 상기 제1소자로부터의 주요 출사 광선이 상기 법선에 대해 서로 대칭적으로 출사되는 프리즘각의 결정예에 대해 설명한다. 또한, 주요 출사 광선이 법선에 대해 서로 대칭적으로 출사되지 않는 경우에도, 유사한 방법으로 프리즘각이 결정될 수 있다. 문자 n은 소자를 구성하고 있는 재료의 굴절률을 나타냄에 주의하자.

(1) 프리즘의 좌측으로부터 광선(모든 심볼은 제6(a)도를 기초로 함)이 입사됨:

(ⅰ) 90° - ψ < θ₁인 경우:

φ₁=(θ_l+ ψ)-90,

sinφ₂=sin(θ₁+ ψ - 90) / n,

φ₅= 90 - (2θ₂+ θ₁- φ₂),

sinφ₆= n × sin φ₅,

φ₆= sin^-1(n × sin φ₅)

(ⅱ) 90° - ψ > θ₁인 경우:

φ₁= 90 - (θ₁+ ψ),

sin φ₂= sin (90 - θ₁+ ψ) / n,

φ₅= 90 - (2θ₂+ θ₁+ φ₂),

Sin φ₆= n × Sin φ₅

(ⅲ) 90° - ψ = θ₁인 경우:

φ₁= 0,

φ₅= 90 - (2θ₂+ θ₁),

Sin φ₆= n × Sin φ₅

(2) 프리즘의 우측으로부터 광선(모든 심볼은 제6(b)도를 기초로 함)이 입사됨:

(ⅳ) 90° - ψ < θ₂인 경우:

ψ₁= (θ₂+ ψ) - 90,

sin ψ₂= sin (θ₂+ ψ - 90) / n,

ψ₅= (2θ₁+ θ₂- ψ₂) - 90,

sin ψ₆= n × sin ψ₅,

(ⅴ) 90° - ψ > θ₂인 경우:

ψ₁= 90 - (θ₂+ ψ),

sin ψ₂= sin (90 - θ₂+ ψ) / n,

ψ₅= (2θ₁+ θ₂+ ψ₂) - 90,

sin ψ₆= n × sin ψ₅

(ⅵ) 90° - ψ = θ₂인 경우:

ψ₁= 0,

ψ₅= (2θ₂+ θ₁) - 90,

sin ψ₆= n × sin ψ₅

반면에, 상기 프리즘이 아크릴 수지 재료로 제조된 경우에는 굴절률(n)은 1.49 이며, 상기 프리즘(40)에 대한 입사각이 대칭적이고 상기 법선에 대해 ψ=55인 것으로 추정되면, 상기 식에 따라 산출된 상기 프리즘으로부터의 출사 광선의 출사각은 상기 법선에 대해 일측에 집중된다(좌우측으로부터의 두광선 간의 출사각 차이가 2°내인 산출예만이 주어져 있음).

반면에, 상기 프리즘이 폴리카보네이트 수지 재료로 제조된 경우에는, 상기 굴절률(n)은 1.59이고, 상기 아크릴수지 재료에 유사 조건에 좌우되는 계산은 다음과 같은 결과를 가져온다. 이때, ψ = 55이다(좌우측으로부터의 두 광선간의 출사각의 차이가 2° 내인 산출예만이 주어져 있음).

제10도 및 제11도의 실시예의 경우에는, 상기 렌즈 유닛(16)이 제1소자(50)의 도광체의 제1광출사면에 형성되어 있지만, 유사한 결과가 제1소자 도광체의 제1광출사면 대향면상에 렌즈 유닛을 형성함으로써, 그렇지 않으면 상기 렌즈 유닛의 특성이 적당히 선택되는 경우 상기 도광체의 대향면과 광출사면상에 렌즈 유닛을 형성함으로써 달성될 수 있다.

제12도는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 램프와 면광원 유닛의 부분 단면도이다.

제12도를 참조하면, 참조 부호 14는 형광 램프와 같은 광원, 15는 반사기, 13은 제1소자(50)의 제1광출사면(12)의 대향면상에 형성되어 있는 반사층, 60은 반사층(13)에 실제로 평행한 제1광출사 매트 처리면이다. 참조 부호 40은 제2소자의 프리즘 유닛이며, 32는 상기 프리즘 유닛(40)의 제2광출사면이다. 상기 프리즘 유닛(40)은 상기 광원(램프)에 평행한 방향으로 뻗어 있는 볼록한 직선형 구조를 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 면광원 유닛은 적어도 일측 단부(11)에 있는 광입사면과 이 입사면에 수직 방향으로 뻗어 매트 처리된 제1광출사면(12)을 포함하고 있고, 상기 제1소자(50)는 제1광출사면의 대향면상에 있는 반사층(13), 및 상기 제1소자(50)으로부터 광이 입사되고 소정 방향으로 출사된 광선이 형성되는 프리즘 유닛(40)에 입사면과 제2광출사면(32)을 가지고 있는 제2소자(51)를 더 포함하고 있다.

상기 제1소자로부터 출사되는 광선은 광선(54,55)에 의해 표시된 바와 같이 제2소자로부터 출사될 수 있으며. 그리고 본 발명의 목적은 각도(ψ₆, φ₆)가 실질적으로 서로 동일해 질 수 있도록 상기 프리즘 유닛을 설정함으로써 달성될 수 있다.

따라서, 제1소자로부터 기본 출사 광선이 법선에 대해 서로 대칭적으로 출사되는 프리즘각의 결정은 제10도 및 제11도의 결정과 유사한 방법으로 행해진다.

이와 같이, 상기 프리즘은 아크릴수지 재료로 제조된 경우에는, 굴절률(n)은 1.49이며, 상기 프리즘(40)에 대한 입사각이 대칭적이고 법선에 대해 ψ = 65인 것으로 추정되면, 상기 표시에 따라 산출된 프리즘으로부터의 출사 광선의 출사각은 상기 법선에 대해 일측에 집중된다(좌우측으로부터 두 광선간의 출사각의 차이는 2° 내인 산출예가 주어져 있음).

제13도 및 제14도는 본 발명의 다른 실시예를 보인 램프와 면광원 유닛의 부분 단면도이다.

제13도를 참조하면, 제1소자(도광체, 50-1)는 제1광출사면의 대향면이 매트 처리 면(60)으로서 형성되고 반사층(13)에 대향 배치된 구조를 가지고 있고 제1소자(50-1)의 제1광출사면(12)은 평탄한 표면으로서 형성되어 있다.

제14도에는 제1소자(50-2)가 매트 처리 면으로서 형성되어 있는 상부 및 하부면을 실시예가 도시되어 있다. 도광체의 매트 처리된 제1광출사면의 가상면은 제1소자가 일정한 두께를 가진 판 형태인 부재인 본 발명 수단의 반사층(13)에 실질적으로 평행하게 뻗어있으며, 이에 따라 발명은 용이하게 생산 및 조립될 수 있는 투명 부재를 사용하고있다는 이점을 가지고 있다.

다음에, 3인치 액정 TV 세트의 후면 조명용으로 설계된 본 발명의 구성의 각종예에 대해 설명되며, 이때 패널의 크기는 61mm 길이 × 56mm 폭이다.

이하, 후술되는 본 발명의 구성예는, 제1소자에 대해 5mm 두께를 가진 투명한 아크릴수지 재료의 평판 및 제2소자에 대해 1mm의 두께를 가진 폴리카보네이트 수지 재료 또는 아크릴수지 재료의 또다른 평판을 사용하여, 생성되는 반면, 크기 및 재료는 이러한 특정 크기 및 재료로 국한되지 않는다.

예

{1} 예 1-1

피치 0.38mm, 곡선형 렌즈 표면의 높이 0.051mm인 매끄러운 곡면형 표면의 볼록 원통형 렌즈(제15도 참조)에 대해 금속 용접을 사용하여, 금속 용접의 렌즈 패턴은 제1소자를 만들기 위한 열압축 작용에 의해 5mm의 두께를 가진 투명 아크릴 수지판을 만든다. 법선에서 휴대용 액정 TV세트의 화면으로 시야각 및 경사각이 측정되고 출사각이 화면의 법선에 대해 15° (ψ₆=φ₆)가 되도록 결정된 동안 프리즘 각은 좌측에 35°(=θ₁) 그리고 우측에 22°(=θ₂)로 설정된다(제6(b)도 및 제6(b)도 참조). 다음에, 금속 용접은 멀티 프리즘 패턴을 가지고 있고, 이때 피치 0.38mm, 57°의 선단각(Apex Angle)(=θ₁+θ₂)을 가진 각각의 프리즘 세트가 생성되고, 상기 금속용접을 사용하며, 멀티 프리즘 패턴은 제2소자를 만들기 위한 열압력작용에 의해 1mm 두께를 가지고 있는 투명 아크릴수지판이다. 상기 제1 및 제2소자는 소정 크기로 절단된다.

다음에, 61mm의 길이를 가진 제1소자의 두 대향면은 종래 연마 방법에 의해 연마되고, 점착 층을 가진 알루미늄 증착 폴리에스터 막이 투명 렌즈 표면의 대향면에 고착된다. 8mm의 직경과 90mm의 길이를 가진 형광 램프 (엘리밤 회사 제품인FLE-8.90 ADIPS3)는 61mm길이인 제1소자의 각각의 두 측면상에 배치되고 알루미늄포일로 만든 반사기는 각각의 상기 램프에 부착된다. 다음에, 각각의 램프는 인버터를 가진 DC 5V 전력 공급에 의해 조명된다. 휘도는 램프 근접 지점과 휘도계에 의해 법선에 대해 다양한 각으로 제1소자(제59a)도 참조)의 중앙 라인상의 중앙 지점에서 측정된다(휘도계는 미놀타 카메라 회사 제품인 nt-1이고 광의 각도 분포는 제5(b)도를 참조하여 결정됨). 이러한 방법으로 획득된 데이타가 상기 제4(a)도 및 제4(b)도에 도시되어 있다. 이들 지점의 최대 휘도값은 아래의 표 1에 리스트되어 있다.

표 1

또한, 제2소자는 후지의 렌즈 측면에 대향인 전자의 프리즘 측면을 가진 제1소자상에 배치되고 약 5mm의 폭을 가진 이중-측면 증착형 수단에 의해 램프 측면에 고착된다. 이때, 이들 제1소자의 유사한 측정이 완전히 동일한 방법에 의해 실행되었고 광의 각도 분포가 결정되었다. 따라서, 획득한 데이타는 제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도에 도시되어 있다. 최대 휘도값과 상기 최대 휘도값이 관찰되는 각도가 아래의 표 2에 리스트되어 있다.

표 2

최대 휘도값이 관찰된 각도는 12° 내지 20°이며, 각도의 절반폭은 약 40° 이다. 본 실시예에서의 램프 표면의 휘도값은 10,000 cd/㎡이다.

{2} 예 1-2

제1소자는 예 1-1과 동일한 소자를 사용하였고, 제2소자 생성용 금형은 예 1-1에서 사용한 것과 동일하며, 두께가 1mm인 폴리카보네이트 수지판으로 제조되었다. 이때, 출사광의 각도 분포는 예 1-1과 같은 설정에 의해 휘도값으로 측정된다. 제17(a)도 및 제17(b)도는 최종 데이타이다. 최대 휘도값과, 이 최대 휘도값이 관측된 각도가 아래의 표 3에 리스트되어 있다.

표 3

{3} 예 1-3

상기 제1소자는 예 1-1의 소자와 동일하다. 면광원 유닛으로부터의 광을 법선 방향으로 출사하기 위해서는, 제1소자로부터의 출사광선의 출사각이 60°가 되어야 하는 것이 필수적인데, 이는 최대 휘도값의 90% 이상의 휘도값이 제4a도 및 제4b도로부터 알 수 있는 바와 같이 60°의 각도에서 얻어지고, 프리즘각이 θ₁=θ₂= 30°로 설정되어 있고 프리즘 피치가 0.38 mm로 설정된 멀티프리즘(multi-prism)패턴의 금형이 생성되었으며, 그리고 상기 멀티프리즘 패턴이 제2소자를 제조하기 위해 1mm의 두께의 아크릴 수지 판측으로 열 전사되었기 때문이다.

이하에서는, 예 1-1의 설정치와 유사한 설정치를 가지고 출사광의 각도 분포를 휘도값으로 측정한다. 제18(a)도, 제18(b)도 및 제18(c)도에 이들의 최종 데이타가 도시되어 있다. 아래의 표 4에는 최대 휘도값, 및 이 최대 휘도값이 관측된 각도가 리스트되어 있다.

표 4

{4} 비교예

아크릴 수지 페레트(HIPET HBS[미쯔비시 레이욘 주식회사의 등록상표])를 루틸형(rutile type) 산화 티타늄을 1.5 중량% 드라이 블렌드(dry-blended)하여, 종래 사출기로 두께 50 마이크론의 막을 형성한다.

상기 막을 공기 방울이 들어가지 않도록 하여 무기 글래스 평판상에서 늘려 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate)로 고정한 후, 종래 방식인 스페이서 수단에 의해 글래스 평판으로 셀을 형성한다. 종래 방식으로 두께 5mm의 아크릴 수지판을 얻기 위해 메틸메타크릴레이트 시럽이 정제된다.

위에서 얻어진 아크릴 수지판을 61mm × 56mm의 규격으로 절단하고, 길이가 61mm인 두 변을 종래 방식으로 연마하며, 반면에 점착층을 가지고 있는 알루미늄 증착 막은 길이가 56mm인 두 폭에 붙으며, 은 증착 폴리에스터 막은 판 표면에 형성된 백색의 얇은 층의 대향면상에 설치한다(예 1-1과 동일). 따라서, 예 1-1의 제1소자의 측정 방법과 동일한 방법으로 평가가 행해진다. 제19(a)도 및 제19(b)도는 그 최종 데이타가 도시되어 있으며, 아래의 표 5에는 특정 지점에서의 휘도값이 리스트되어 있다.

표 5

{5} 요약

예컨대, 제16(a)도, 제16(b)도, 제16(c)도와 제19(a)도 및 제9(b)도의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예에서 생성된 면광원 유닛은 모든 방향에서 출사광이 균일하다는 특성을 가지고 있으며, 그리고 본 발명에 따라 생성된 면광원 유닛은 광이 특정 방향으로 출사된다는 이점, 및 상기 중앙 지점의 최대 휘도값이 비교예에서 얻은 휘도값보다 대략 3.5배 가량 높다는 이점을 가지고 있다.

예 2

{1} 여러가지 제1소자의 생성

설명한 바와같이, 상기 광이 특정 방향에 집중되는 경우에만 광의 각도 분포가 좁은 범위내에 있고 출사광량이 커지도록 하는 구성을 상기 제1소자의 렌즈(16)가 가지고 있을 수 있으며, 이때 상기 렌즈(16)의 구조는 특별히 제한되어 있지 않다. 이러한 렌즈 구조에 대한 예로서, 상기 예 1-1 내지 1-3의 볼록한 원통형 렌즈의 제1소자를 포함하고 있는 다음과 같은 구조의 렌즈를 가지고 있는 제1소자가 생성된다.

(1) 제15도에 도시된 바와같은 볼록한 원통형 렌즈와 실질적으로 유사한 구조를 가지고 있는 렌즈; 이때,

피치 P = 0.38mm,

높이 H = 0.05mm,

제1소자의 두께 t = 6mm.

(2) 제20도에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있는 삼각 폴형(pole-shaped) 렌즈; 이때,

피치 P = 0.5mm,

선단각 θ = 25°,

제1소자의 두께 t = 6mm.

(3) 제21도에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있는 오목한 원통형 렌즈; 이때,

피치 P = 0.5 mm,

깊이 D = 0.06 mm.

제1소자의 두께 t = 6 mm.

(4) 제22도에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있는 다각 폴형 렌즈; 이때,

피치 P₁= 0.10 mm, θ₁= 30°,

피치 P₂= 0.15 mm, θ₂= 10°,

피치 P₃= 0.15 mm, θ₃=5°,

피치 P = 0.8 mm,

높이 H = 0.097 mm,

제1소자의 두께 t = 6 mm.

(5) 이방성 렌즈

① 제23(a)도에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있는 이방성 렌즈(A); 이때,

피치 P = 0.41 mm,

높이 H₁= 0.051 mm,

제1소자의 두께 t = 6 mm.

② 제23(b)도에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있는 이방성 렌즈(B); 이때.

피치 P = 0.41 mm,

높이 H₂= 0.102 mm,

제1소자의 두께 t = 6 mm.

상기 제1소자는 상기한 바와 같은 소정의 구조를 개별적으로 가지고 있는 금형을 사용하는 열적 압축 작업에 의해 6mm 두께의 아크릴 수지 평판에 렌즈 패턴을 전사시킴으로써 생성되었다.

{2} 각각의 제1소자의 광출사 특성

제1소자 각각의 출사광의 각도 분포는 제5(b)도를 참조하여 설명한 방법과 동일한 방법에 의해 결정된다. 특히, 각각의 상기 제1소자의 길이가 61mm인 두 변은 종래 방법에 의해 연마되고, 폭이 56mm인 두 변에는 접착층을 가지고 있는 알루미늄 증착 폴리에스터 막이 부착된다. 다음에, 은 증착된 폴리에스터 막은 이와같이 전사된 렌즈 표면과 대향하고 있는 상기 각각의 제1소자의 표면에 설치된다.

직경 8mm이고, 길이가 90mm인 형광 램프(일레밤(Elevam) 회사 제품 FLE-8.90 ADIP3)가 반사기로서 적용된 알루미늄 포일(aluminum foil)을 가지고 있는 각각의 제1소자의 길이가 61mm인 두 변 각각에 배열된다. 이 후에, 직류 5V 전원에 의해상기 램프가 점등되었다. 이하에서는 이러한 구성을 프론트형(front type)이라고 한다. 상기 렌즈(16)로부터 출사된 광이 상기 반사층에 의해 반사되어, 상기 제1소자(50)를 통과한 후에 상기 렌즈(16)의 대향면상의 출사면을 통해 출사될 수 있도록, 반사층이 상기 렌즈(16)의 표면상에 위치한 구조(이하 리버스형(reverse type)이라 함)가 채택되는 것을 보장하기 위해, 상기와 같은 제1소자(1-5)의 렌즈 표면이 미러에 대향되어 상기 출사광의 각도 분포가 측정되었음에 주의하자. 이러한 측정 방법은 오목한 원통형 렌즈의 예를 통해 제24도에 도시되어 있다. 이 제24도에서 참조 부호 13은 미러이다.

광의 각도 분포의 측정 결과

(1) 제25(b)도에는 리버스형 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있으며, 이때 제15도에 도시된 구성의 볼록한 렌즈가 사용되었다. 한편, 프론트형 제1소자로부터의 광의 각도 분포는 제25(a)도에 도시되어 있다. 리버스형 제1소자의 경우에, 최대 휘도값은 상기 법선으로부터 대략 70°의 방향에서 얻어지고, 프론트형인 경우에는 상기 법선으로부터 대략 70° 내지 80°의 방향에서 얻어진다.

(2) 제26(a)도에는 프론트형 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있으며, 이때에는 삼각 폴형 렌즈가 이용되었다. 반면에, 제26(b)도에는 리버스형 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있다. 프론트형 제1소자인 경우에 최대 휘도값은 법선으로부터 70° 내지 80° 방향에서 얻어지고, 리버스형인 경우에는 상기 법선으로터 30° 내지 35°에서 얻어진다.

(3) 제27(a)도에는 프론트형 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있고, 이때에는 볼록한 원통형 렌즈를 사용하였다. 반면에, 리버스형 제1소자로부터의 광의 각도 분포는 제27(b)도에 도시되어 있다. 최대 휘도값은 프론트형, 리버스형의 제1소자인 경우에 상기 법선으로부터 75° 내지 80°방향에서 얻어진다.

(4) 제28(a)도에는 프론트형 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있으며, 이때에는 볼록한 다각 폴형 렌즈를 사용하였다. 반면에, 제28(b)도에는 리버스형 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있다. 최대 휘도값은 프론트형, 리버스 형의 제1소자인 경우에 상기 법선으로부터 75° 내지 80° 방향에서 얻어진다.

(5) 제29(a)도에는 제1소자의 광 각도 분포가 도시되어 있으며, 이때에는 이방성 렌즈(A)를 사용하였다. 반면에, 제29(b)도에는 이방성 렌즈(B)를 사용한 제1소자로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있다. 최대 휘도값은 이방성 렌즈(A)를 이용한 제1소자인 경우에 법선으로부터 대략 60° 방향에서 얻어지고 이방성 렌즈(B)를 이용한 경우에는 대략 50°에서 얻어진다.

{3} 면광원 유닛의 생성

이하의 제2소자(예 1-1 내지 1-3 에서 사용된 것과 동일)는 면광원 유닛의 각각이 제1소자 (예. 프론트형)의 출사면(12)의 일측에 위치하도록 한 구성에 따라, 상기 제1소자의 각각의 표면에 위치되어 있다.

한편, 은 증착 막은 제1소자의 각 렌즈 표면에 고정되고, 이하의 제2소자(예 1-1 내지 1-3에서 사용된 것과 동일)는 제1소자의 각각의 렌즈 표면에 대향한 장소에 위치하고, 렌즈 표면(16)이 제1소자(예컨대, 리버스형)의 출사면(12)에 대향한장소에 위치한다. 이러한 면광원 유닛의 예로서, 제30(a)도 및 제30(b)도에는 오목한 렌즈가 사용된 프론트형과 리버스형의 면광원 유닛이 도시되어 있다.

{4} 각각의 면광원 유닛의 휘도 측정

각도의 절반폭 분포 뿐만 아니라, 최대 휘도값, 및 이 최대 휘도값이 관측된 각도는 상기 각각의 면광원 유닛을 대상으로 조사되었다. 그 결과는 아래의 표 6에 리스트되어 있다. 이때, 상기 절반폭은 휘도값이 최대 휘도값의 50% 이상인 범위를 말한다.

표 6

각종 도광체를 이용한 면광원 유닛의 휘도

상기 표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 볼록한 원통형 렌즈, 삼각 폴형 렌즈, 오목한 원통형 렌즈, 및 볼록한 다각 폴형 렌즈 유닛을 갖는 면광원 유닛의 경우에서, 리버스형인 경우의 휘도는 프론트형인 경우보다는 작지만, 그 차이는 매우 작다. 따라서, 실질적으로는 제1소자가 프론트형이거나 리버스형이든간에 상관없다.

{5} 개별적인 면광원 유닛으로부터의 광 각도 분포 중앙 지점(제5(a)도의 ①지점)에서 각 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포는 상기 제1소자로부터의 광의 각도 분포의 측정에 따라 측정된다.

(1) 제31(b)도에는 리버스형인 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있고, 이때 제1소자는 제15도에 도시된 볼록한 원통형 렌즈 구성을 하고 있다. 반면에, 프론트형인 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포는 제31(a)도에 도시되어 있다. 프론트형인 면광원 유닛에서의 휘도값은 15° 내지 20°의 각도 분포에서 나타나며, 절반폭은 57°이다. 리버스형 면광원 유닛의 경우에 최대 휘도값은 15° 내지 20°에서 나타나고 절반폭은 77°이다.

(2) 제32(a)도에는 프론트형 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있고, 이때 제1소자는 삼각 폴형 렌즈를 가지고 있다. 제32(b)도에는 리버스형 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있다. 프론트형 면광원 유닛인 경우 최대 휘도값은 13° 내지 15° 방향에서 나타나고 절반폭은 75°가 된다. 리버스형의 경우는 최대 휘도값이 15° 내지 17°에서 나타나고 절반폭은 90°이다.

(3) 제33(a)도에는 프론트형 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있고, 이때 제1소자는 오목한 원통형 렌즈를 가지고 있다. 제33(b)도에는 리버스형 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있다.

(4) 제34(a)도에는 프론트형인 면광원 유닛으로부터의 광 각도 분포가 도시되어 있고, 이때 볼록한 다각 폴형 렌즈를 가지고 있는 제1소자가 사용되었다. 반면에, 제34(b)도에는 리버스형인 면광원 유닛으로부터의 각도 분포가 도시되어 있다. 프론트형 면광원 유닛의 경우에, 최대 휘도값은 15° 내지 17° 방향에서 나타나고 절반폭은 85°이다. 리버스형 면광원 유닛의 경우에, 최대 휘도값은 13°내지 15° 방향에서 나타나고 절반폭은 65°이다.

(5) 제35(a)도에는 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있고, 이때, 제1소자는 이방성 렌즈 A를 가지고 있다. 제35(b)도에는 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있으며, 제1소자는 이방성 렌즈 B를 가지고 있다. 이방성 렌즈 A를 가지고 있는 제1소자를 사용한 면광원 유닛인 경우에, 최대 휘도값은 17° 방향에서 나타나고, 절반폭은 95°에서 나타난다. 이방성 렌즈 B를 가지고 있는 제1소자를 사용한 면광원 유닛은 최대 휘도값가 13° 내지 17° 방향에서 나타나고, 절반폭은 약 55°이다.

{6} 요약

제25(a)도 내지 제29(b)도에 도시된 바와 같이, 제1소자가 광을 법선에 대해 대칭적으로 또는 비대칭적으로 출사하든지간에, 상기 광은 제31(a)도 내지 제35(b)도에 도시된 바와 같은 특정한 방향으로 제2소자에 의해 출사되며, 실제적으로 상기 제2소자가 적절한 구조를 가지고 있는 경우에는 최대 휘도값은 비방향성 출사광의 경우보다 2 내지 3.5배 정도로 충분하다.

예 3

제12도에 도시된 구성예의 생성 및 평가

{1} 제1소자의 생성

먼저, 연마된 황동판(대략 3mm × 250mm × 250mm)의 단면에 60 메시(mesh)의 글래스 비드(glass beads)를 부착하는 종래 방법인 호닝법(honing technique)에 의해 금속판 표면을 호닝 가공하여 매트 처리용 금형을 제작한다. 호닝의 정도에 의해 5종의 금형을 제작한다.

다음에, 두께 5mm의 아크릴 수지판의 각 표면을 상기 금형에 열 압축하여 호닝면을 매트 처리한다.

{2} 제2소자의 생성

휴대형 액정 TV 세트(도 1 참조)의 화면에 대한 시야각과 법선으로부터의 경사각(제9도 참조)이 측정되고, 출사각이 화면에 대한 법선에 대해 15도(ψ₆=φ₆)가 되도록 결정되며, 상기 프리즘각은 좌측에서 38도(=θ₁), 우측상에 25도(=θ₂)로 설정된다(제6(a)도, 제6(b)도 참조). 이때, 피치 0.38mm, 각 프리즘의 선단각 (ψ₆= φ₆) 63°인 멀티 프리즘 패턴을 갖는 금형이 만들어지며, 상기 멀티 프리즘 패턴이 두께 1mm의 아크릴 수지판에 열적인 압축에 의해 제2소자가 제작된다.

{3} 제1소자용 도광체의 헤이즈값 측정

(1) 이전의 단계(1)에서 생성된 매트 처리 면을 가지고 있는 5mm 두께의 아크릴 수지판이 50 × 50mm 크기의 견본이 되도록 절단되며, 이에 따라 헤이즈값의 측정을 위한 샘플이 얻어진다. 비교 샘플로서, 상기 투명 아크릴 수지판이 50 × 50mm 크기의 조각으로 유사하게 절단되었다.

상기 샘플의 헤이즈를 측정하기 위해서, 이들 샘플은 ASTM-D 1003-61에 따라 계측기의 광 입사측을 향하고 있는 매트 처리 면을 가지고 있는 측정 기구에 배치되어, 다음 식에 따라 헤이즈 값이 산출된다:

헤이즈 = {(확산 투과율) / (전체 투과율)} × 100%

(2) 측정 결과는 아래의 표 7에 리스트되어 있는 바와 같다.

표 7

{4} 제1소자로부터의 광의 각도 분포의 생성 및 평가

상기 아크릴 수지판이 길이 61mm × 폭 56mm의 조각이 되도록 절단되고, 이 조작의 길이가 61mm인 두 변이 종래 방법으로 연마되며, 그리고 접착층을 가지고 있는 알루미늄 증착 폴리에스터 막이 폭이 56mm인 두 변에 부착된다. 이때, 은 증착 폴리에스터 막은 매트 처리 면의 대향면에 설치되고, 직경 7mm, 길이 245mm인 램프(스탠리 전기(주)에서 제조한 CB7-245W 콜드 음극선)가 반사기로서 이용되는 알루미늄 포일을 가지고 길이 61mm인 두 변 각각에 배열된 후에, 상기 램프는 인버터를 가지고 있는 DC 12V 전원에 의해 점등된다. 휘도는 광의 각도 분포를 얻는데 이용되는 휘도 측정기(미놀타 카메라(주) 제조의 휘도 측정기 nt-1)를 사용하여, 상기 법선에 대해 여러 각도에서 구해진 제1소자의 중앙 지점(제9(a)도의 ①점)에서 측정된다.

이 방법으로 얻어진 데이타가 아래의 표 8에 리스트되어 있고, 제8(a)도 내지 제8(b)도에 도시되어 있다. 제8(a)도 내지 제8(f)도에서, 휘도값은 반경 방향으로 표시되어 있고 광 출사각은 원주방향으로 표시되어 있다. 샘플-5 및 비교 샘플의 데이타는 출사광량이 정확한 측정을 얻기 위해 어느 방향에서는 너무 작기 때문에 표 8에는 생략되어 있다.

표 8

중앙 지점의 램프 표면의 휘도값은 5,000 및 5,200 cd/cm₂였음에 주의하자.

{5} 본 발명에 따른 면광원 유닛의 제작 및 평가

상기 제2소자는 길이 61mm, 폭 56mm로 절단되고, 따라서 멀티 프리즘이 장변(61mm)에 평행하게 뻗게 되며, 상기 제2소자는 그 프리즘 면이 제1소자의 제1광 출사면에 접합정도로 제1소자상에 배열되고, 램프 변을 따라(폭 61mm변) 약 5mm 폭의 양면 점착 테이프로 고정되어 본 발명에 관한 면광원 유닛이 제작된다.

면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포는 상기 제1소자로부터의 각도 분포의 평가 방법과 매우 유사한 방식으로 측정된다.

표 9

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 면광원 유닛에 대해 충분한 휘도와 절반폭이 구해지며, 이때 헤이즈값은 30% 보다 높고, 바람직하게는 50% 보다 높다.

예 4

{1} 제13도 및 제14도에 도시된 구성 예의 생성 및 평가

상기 예 3의 샘플-2가 제작된 금형을 사용하여, 샘플-6을 만들기 위해, 5mm두께의 아크릴 수지판의 두 표면에 매트 처리가 전달된다. 상기 샘플은 제14도에 도시된 제1소자(50-2)에 대응된다.

{2} 도광체의 헤이즈값 측정

상기 샘플-6의 헤이즈값은 상기 예 3과 매우 동일한 방법으로 측정된다.

헤이즈

샘플-6 81.5%

{3} 제1소자로부터의 광의 각도 분포의 생성 및 평가

도광체로서 샘플-2 및 샘플-6을 사용하여, 상기 예 3과 매우 동일한 방법으로 제1소자가 제작되며, 이때 샘플-2는 은 증착 폴리에스터 막이 동일한 도광체의 매트 처리 면(제13도 참조)상에 배열된 후에 사용되었다. 이하에서는 그러한 배열의 샘플을 샘플-7이라고 한다. 이 샘플-7은 제13도에 도시된 도광체(50-1)와 대응된다. 광의 각도 분포의 측정 결과가 아래의 표 10에 리스트되어 있고, 그리고 제8(e)도, 제8(f)도에 도시되어 있다.

표 10

중앙 지점의 램프 표면의 휘도값은 5,000 및 5,200cd/m₂이었다.

{4} 본 발명에 따른 면광원 유닛의 제작 및 평가

면광원 유닛이 제작된 후에, 이 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 상기 예 3에서와 매우 유사한 방법으로 측정되었다.

결과적으로 얻어진 데이타는 표 4에 리스트되어 있고 그리고 제36(e)도, 제36(f)도에 도시되어 있다.

표 11

상기 결과로부터, 광의 각도 분포가 넓어짐을 알 수 있으며, 이때 도광체의 두 표면이 매트 처리된 표면이거나(샘플-6), 매트 처리된 반사층과 접촉된 표면이다(샘플-7)(최대 휘도값이 크게 감소됨).

{5} 비교예

아크릴계 수지 파레트(미쯔비시 레이욘(주) 파레트 HBS[등록상표])가 루틸형(rutile type) 산화 티타늄을 1.5 중량 % 와 드라이-블렌드되고, 그리고 종래 압출기에 의해 50 미크론 두께의 막으로 몰딩된다. 이 막은 공기 방울이 포함되지 않도록 무기 글래스 평판상에 뻗어 있으며, 메틸 메탈크리에이트로 고정한 후에, 종래 방식으로 중합고화된 두께 5mm의 아크릴 수지판이 얻어진다.

이 방법으로 제작된 판은 길이 61mm × 폭 56m로 절단되고, 61mm 길이의 두변이 종래 방법으로 연마되며, 56mm 폭의 다른 두 대향변에는 접착층을 가지고 있는 알루미늄 증착막이 부착된 후에, 상기 판의 표면에 형성되어 있는 백색의 박층의 대향면에 은 증착 폴리에스터 막이 배열된다. 다음에, 제1소자에서와 동일한 측정이 매우 동일한 방법에 의해 행해져, 광의 각도 분포를 결정하게 된다.

결과적으로 얻어진 데이타가 아래의 표 12에 리스트되어 있고 제37도에 도시되어 있다.

표 12

{6} 요약

예컨대, 제36(a)도 내지 제36(f)도와 제37도간의 비교로부터 알 수 있는 바와같이, 비교예에서 제작된 면광원 유닛은 모든 방향으로 균일하게 광이 출사되는 특징을 가지고 있지만, 본 발명의 면광원 유닛은 광이 특정한 방향으로 출사된다는 점에서, 그리고 중앙지점의 최대 휘도값가 비교예에서 얻은 회도치보다 대략 3.5 내지 4배 정도 높다는 이점을 가지고 있다.

예 5

상기 광이 화면에 대해 법선 방향으로 출사되는 실시예로서, 멀티 프리즘의 금형을 사용하는 열 압착 작업에 의해 1mm 두께의 아크릴 수지판측으로 열 전달에의해 제2소자가 생성되었으며, 이때, 프리즘각은 좌우측 대칭적으로 θ₁=θ₂=31.5도의 각도로 설정되어 있고, 그 피치는 0.5mm이다.

제1소자로서 상기 표 8의 샘플 1의 소자를 사용하여, 상기 실시예 3에서와 매우 동일한 방법으로 면광원 유닛이 제작되고 광의 각도 분포가 측정되었다. 표 13에는 상기 제1소자의 최대 휘도값의 측정 결과가 리스트되어 있고, 표 14에는 상기 면광원 유닛의 최대 휘도값의 측정 결과가 리스트되어 있으며, 그리고 제38도에는 면광원 유닛으로부터의 광의 각도 분포가 도시되어 있다.

표 13

좌우방향(±80°)에서의 최대 휘도값

표 14

상기 표 14와 제38도로부터 알 수 있는 바와 같이, 프리즘각(θ₁, θ₂)을 위에서와 같은 방법으로 설정함으로써, 화면에 대해 법선 방향으로 광을 출사할 수 있는 면광원 유닛이 생성된다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와같이, 본 발명에 따라 다음과 같은 효과가 얻어진다:

(1) 광원의 전력 소비 증가없이 광을 원하는 방향으로 쉽게 출사할 수 있고, 감소된 두께(램프의 직경과 실질적으로 동일한 두께)를 가지고 있으며, 그리고 액정 표시 장치처럼 시야각의 지향성을 가지고 있는 표시 장치용 후면 조명 수단에유리한 면광원 유닛이 제공될 수 있으며; (2) 본질적으로 확산 광원인 형광 램프를 사용하여 쉽게 지향성 광을 얻을 수 있고, 그리고 출사광의 원하는 방향이 볼록 렌즈의 초점 맞추기와 유사한 방법으로 쉽게 결정될 수 있다.

지금까지 본 발명에 대해 충분한 설명을 하였지만, 본 발명의 취지 및 범위로부터 이탈하지 않고 다수의 변형 및 수정이 행해질 수 있음은 당업자에게 명백하다.

제1도는 관찰 상태에서 액정 칼라 TV 세트의 적절한 각을 보인 개략도.

제2(a)도 및 제2(b)도는 종래의 면광원 유닛의 단면도.

제3(a)도 및 제3(b)도는 램프 유닛과 함께 본 발명의 면광원 유닛의 제1소자의 사시도 및 단면도.

제4(a)도 및 제4(b)도는 본 발명의 예 1-1의 제1소자에 의해 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제5(a)도는 본 발명의 면광원 유닛에 의해 출사된 광의 각도 분포를 측정하는 방법을 보인 정면도.

제5(b)도는 제5(a)도의 화살 표시 A-A' 방향으로 도시된 개략적인 사시도.

제6(a)도 및 제6(b)도는 프리즘을 통과하는 광선 통로를 보인 개략적인 사시도.

제7(a)도 및 제7(b)도는 램프 유닛과 함께 본 발명의 면광원 유닛의 제1소자를 각각 보인 사시도 및 단면도.

제8(a)도 내지 제8(f)도는 본 발명의 제1소자와 다른 광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제9(a)도 및 제9(b)도는 광의 각도 분포를 측정하는 방법을 보인 개략적 사시도.

제10도 및 제11도는 램프와 함께 본 발명에 따른 다른 면광원 유닛을 보인 단면도.

제12도는 본 발명에 따른 또 다른 상이한 면광원 유닛의 단면도.

제13도 및 제14도는 본 발명에 따른 또 다른 상이한 면광원 유닛을 보인 단면도.

제15도는 제1소자의 렌즈 유닛의 실시예를 보인 개요도.

제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도는 예 1-1의 경우에서 광 각도 분포를 나타낸 도면.

제17(a)도, 제17(b)도 및 제17(c)도는 다른 예 1-2의 경우에서 광 각도 분포를 나타낸 도면.

제18(a)도, 제18(b)도 및 제18(c)도는 또 다른 예 1-3의 경우에서 광 각도 분포를 나타낸 도면.

제19(a)도 및 제19(b)도는 비교예의 면광원 유닛의 경우에서 광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제20도는 렌즈 유닛이 삼각 폴형 렌즈인 제1소자를 보인 단면도.

제21도는 렌즈 유닛이 오목 원통형 렌즈인 다른 제1소자를 보인 단면도.

제22도는 볼록 다각 폴형 렌즈인 또 다른 제1소자를 보인 단면도.

제23(a)도 및 제23(b)도는 렌즈 유닛이 상이한 이방성 렌즈인 또 다른 제1소자를 보인 단면도.

제24도는 리버스형인 제1소자로부터 광 각도 분포 측정법을 보인 개략적인 단면도.

제25(a)도 및 제25(b)도는 볼록 원통형 렌즈가 사용된 각각의 정면 및 후면형의 경우에서 제1소자에 의해 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제26(a)도 및 제26(b)도는 삼각 폴형 렌즈가 사용된 각각의 정면 및 후면형에서 제1소자에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제27(a)도 및 제27(b)도는 오목 원통형 렌즈가 사용된 각각의 정면 및 후면형에서 제1소자에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제28(a)도 및 제28(b)도는 다각 폴형 렌즈가 사용된 각각의 정면 및 후면형에서 제1소자에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제29(a)도 및 제29(b)도는 상이한 이방성 렌즈 사용된 각각의 정면 및 후면형에서 제1소자에 의해 출사된 광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제30(a)도 및 제30(b)도는 렌즈 유닛과 함께 각각의 상이한 오목 원통형 렌즈를 사용한 정면 및 후면형의 상이한 면광원 유닛을 보인 단면도.

제31(a)도 및 제31(b)도는 각각의 블록 원통형의 수정체 렌즈를 사용하는 정면 및 후면형의 면광원 유닛에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제32(a)도 및 제32(b)도는 각각 삼각 폴형 수정체 렌즈를 사용한 정면 및 후면형의 면광원 유닛에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제33(a)도 및 제33(b)도는 각각 오목 원통형 수정체 렌즈를 사용한 정면 및 후면형의 면광원 유닛에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제34(a)도 및 제34(b)도는 각각 다각 폴형 렌즈를 사용한 정면 및 후면형의 면광원 유닛에 의한 출사광 각도 분포를 나타낸 도면.

제35(a)도 및 제35(b)도는 상이한 이방성 렌즈를 사용한 정면 및 후면형의 면광원 유닛에 의한 출사광 각도 분포를 나타낸 도면.

제36(a)도 내지 제36(f)도는 본 발명의 상이한 면광원 유닛에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

제37도는 비교예의 면광원 유닛에 의한 출사광 각도 분포를 나타낸 도면.

제38도는 본 발명에 따른 θ₁= θ₂인 면광원 유닛에 의한 출사광의 각도 분포를 나타낸 도면.

Claims

면광원 유닛에 있어서;

적어도 일측 단부에 있는 광입사면, 및 상기 광입사면에 수직으로 존재하는 제1광출사면을 가지고 있는 제1소자로서, 상기 제1광출사면의 대향면에 제공된 반사층을 더 가지고 있는 제1소자;

상기 제1소자에 의해 출사된 광을 수신하는 광입사면, 및 소정의 방향으로 광을 출사하는 제2광출사면을 가지고 있는 제2소자; 및

상기 제1소자의 상기 광입사면에 마주하도록 설치되어 있는 광원을 구비하고 있고,

상기 제1소자의 상기 제1광출사면과 상기 제1소자의 대향면중 적어도 한쪽면은 상기 광입사면을 통해 입사한 입사광이 이 광의 방향에 경사진 방향으로 상기 제1광출사면을 통해 집중적으로 출사되도록 하는 지향 기능을 가지고 있으며,

상기 제2소자는 상기 광입사면에 형성된 복수의 프리즘 유닛을 가지고 있으며, 상기 프리즘 유닛 각각은 상기 제2소자에 의해 상기 프리즘 유닛의 다른 프리즘면상에 수신되어 상기 프리즘 유닛의 다른 프리즘면을 통해 상기 제2소자에 입사되는 광을 반사시키는 프리즘면을 가지고 있고,

상기 제1소자로부터 출사된 광의 방향은 상기 제1소자의 상기 광입사면으로부터의 광의 방향에 대한 법선에 대해 45°이상이고 90°보다 작은 각도를 형성하고 있는 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제1소자의 상기 제1광출사면 또는 그 대향면이 지향 기능에 기여하는, 위에 형성된 복수의 렌즈 유닛을 가지고 가지고 있는 면광원 유닛.
제2항에 있어서,

상기 복수의 렌즈 유닛이 볼록한 원통형 렌즈인 면광원 유닛.
제2항에 있어서,

상기 복수의 렌즈 유닛이 오목한 원통형 렌즈인 면광원 유닛.
제2항에 있어서,

상기 복수의 렌즈 유닛이 삼각 폴형 렌즈인 면광원 유닛.
제2항에 있어서,

상기 복수의 렌즈 유닛이 다각 폴형 렌즈인 면광원 유닛.
제2항에 있어서,

상기 복수의 렌즈 유닛이 이방성 렌즈인 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제1소자의 상기 제1광출사면과 그 대향면중 적어도 한쪽면이 상기 반사층의 면과 실질적으로 평행하게 뻗어 있고 지향 기능에 기여하는 매트 처리 면을 가지고 있는 면광원 유닛.
제8항에 있어서,

상기 매트 처리 면이 형성되어 있는 상기 제1소자의 헤이즈는 30% 이상인 면광원 유닛 .
제1항에 있어서,

상기 제1소자가 두 대향 단부에 한쌍의 광입사면을 가지고 있는 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제1소자가 아크릴 수치 재료로 제조되어 있는 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제1소자가 폴리카보네이트 수지 재료로 제조되어 있는 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제2소자가 아크릴 수지 재료로 제조되어 있는 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제2소자가 폴리카보네이트 수지 재료로 제조되어 있는 면광원 유닛.
제1항에 있어서,

상기 제2소자로부터 출사되는 광의 방향은 상기 제1소자의 상기 광입사면으로부터의 광의 방향에 대한 법선에 대해 0° 내지 20°범위의 각도를 형성하고 있는 면광원 유닛.