KR100483209B1 - 면 광원장치 - Google Patents

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KR100483209B1
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타노우에야스히로
시노하라마사유키
타카기준이치
츠지준이치로
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오므론 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 백라이트로서 반사형 액정 표시패널과 함께 이용되는 면 광원장치에 있어서 광의 이용 효율을 고효율화 하는데 목적이 있으며, 이를 위한 수단으로서, 도광판(25)의 이면으로부터 비스듬한 방향으로 누설된 광(f3)은, 프리즘 시트(27) 내로 입사되어 반사면(32)에서 반사된다. 반사면(32)에서 반사된 광(f3)은, 프리즘 시트(27)에 수직인 방향으로 반사되고, 도광판(25)을 통과하여 도광판(25)의 광출사면(30)으로부터 수직인 방향으로 출사된다.

Description

면 광원장치{APPARATUS OF SURFACE LIGHT SOURCE}
본 발명은 면 광원장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치 등의 화상 표시 장치에 있어서 백라이트로서 사용되는 면 광원장치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
도 1은 종래의 면 광원장치(1)의 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 그 단면도이다. 이 면 광원장치(1)는 발광부(2), 도광판(3), 반사판(4), 프리즘 시트(5)로 구성되어 있다. 발광부(2)는 회로 기판(6)상에 발광 다이오드 등의 소위 점 광원(7)을 복수개 실장한 것으로서, 도광판(3)의 단면(광입사 단면(8))에 따라 대향 배치되어 있다. 도광판(3)은 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등의 투명하며 굴절율이 큰 수지에 의해 성형되어 있고, 도광판(3)의 아랫 면(광출사면(9)과 반대측의 면)에는, 요철 가공이나 확산 반사 잉크 등의 도트 인쇄 등에 의해 확산 패턴(10)이 형성되어 있다. 반사판(4)은 반사율이 높은 예를 들면, 백색 수지 시트에 의해 형성되어 있고, 양면테이프(11)에 의해 반사판(4)의 양 단부가 도광판(3)의 아랫 면에 부착되어 있다. 프리즘 시트(5)는, 단면 삼각형 형상의 프리즘 패턴(12)이 서로 평행하게 배치된 것으로서 도광판(3)의 광출사면(9)의 위에 놓여져 있다.
그러나 이 면 광원장치(1)에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 발광부(2)로부터 출사된 광(f1)은, 도광판(3)의 광입사 단면(8)으로부터 도광판(3)의 내부로 도입된다. 도광판(3) 내에 갇히여진 광(f1)은, 도광판(3)의 윗 면과 아랫 면에서 전반사를 반복하면서 도광판(3) 내부를 진행하여 간다. 이 때, 확산 패턴(10)에 입사되어 확산 패턴(10)에 의해 확산 반사된 광(f1)이 도광판(3)의 광출사면(9)에 전반사의 임계각보다도 작은 입사각으로 입사되면, 그 광(f1)은 도 2에 도시한 바와 같이 광출사면(9)으로부터 도광판(3)의 외부로 출사된다. 도광판(3)의 광출사면(9)으로부터 비스듬하게 출사된 광은, 프리즘 시트(5)를 통과하고, 프리즘 시트(5)에 의해 면 광원장치(1)에 수직인 방향으로 구부러진다. 또한 도광판(3)의 아랫 면의 확산 패턴(10)이 존재하지 않는 개소를 통과하여 도광판(3)의 아랫 면으로부터 출사된 광(f1)은, 반사판(4)에서 반사됨으로써 재차 도광판(3) 내로 되돌아와, 도광판(3)의 아랫 면으로부터의 광량 손실이 방지된다.
도 3은 상기 면 광원장치(1)에 있어서의 프리즘 시트(5)의 작용을 설명하기 위한 개략도이다. 도광판(3)의 광출사면(9)으로부터는, 확산 패턴(10)에서 확산 반사된 광 중에서 전반사의 임계각보다도 작은 입사각으로 광출사면(9)에 입사된 광만이 출사되고, 게다가, 확산 패턴(10)의 확산 정도는 그다지 크지 않기 때문에, 광출사면(9)으로부터는, 비교적 좁은 지향각으로서, 광출사면(9)에 수직인 방향으로부터 경사된 방향으로 광(f1)이 출사된다. 지금, 도 3에 도시한 바와 같이, 프리즘 패턴(12)을 도광판(3)과 반대측을 향해 프리즘 시트(5)가 도광판(3)의 윗 면에 대향되어 있는 경우를 생각하면, 프리즘 시트(5)의 아랫 면에 비스듬하게 입사된 광은, 프리즘 패턴(12)의 굴절 작용에 의해 프리즘 시트(5)에 거의 수직인 방향으로 굴절된다. 이 결과, 프리즘 시트(5)를 통과한 광은, 프리즘 시트(5)에 거의 수직인 방향으로 출사된다. 도 5는 프리즘 시트(5)에 수직인 방향을 기준으로 한 프리즘 시트(5)로부터의 출사 각도와 휘도(비율)와의 관계를 도시한 그래프로서, 도 5의 실선 커브(C1)는, 도 3과 같이 프리즘 패턴(12)을 도광판(3)과 반대측을 향해 배치한 경우의 출사 각도와 휘도와의 관계를 나타내고 있다.
또한 도 4에 도시한 바와 같이, 정각(頂角) 60°의 프리즘 패턴(12)을 도광판(3)측을 향해 프리즘 시트(5)가 도광판(3)의 윗 면에 대향되어 있는 경우도, 프리즘 시트(5) 아랫 면의 프리즘 패턴(12)에 비스듬하게 입사된 광은, 프리즘 패턴(12)의 굴절 작용에 의해 프리즘 시트(5)에 거의 수직인 방향으로 굴절된다. 이와 같이 프리즘 패턴(12)을 도광판(3)측을 향해 배치한 경우의 출사 각도와 휘도와의 관계는 도 5의 파선 커브(C2)와 같이 된다.
다음에 도 6에 도시한 것은 다른 구조의 면 광원장치(13)를 도시한 개략 단면도이다. 이 면 광원장치(13)에 있어서는, 발광부로부터 출사되어 도광판(14) 내에 입사된 광(f2)은, 도광판(14)의 윗 면과 아랫 면과의 사이에서 전반사를 반복하면서 도광판(14) 내를 전반한다. 도광판(14)의 아랫 면에는, 삼각 프리즘 형상의 반사 패턴(15)이 형성되어 있고, 도 6에 도시한 광(f2)과 같이, 도광판(14)의 아랫 면에서 2회 반사(전반사 또는 경면 반사)된 광(f2)은, 도광판(14)의 윗 면(광출사면(16))으로부터 수직으로 출사된다.
면 광원장치를 액정 표시패널의 백라이트로서 이용한 때, 특히, 액정 표시패널의 화상을 보기 쉬운 시야각은 30°(±15°) 정도인 것으로 된다. 그러나 도 1 내지 3에 도시한 바와 같은 면 광원장치나 도 4에 도시한 바와 같은 면 광원장치에서는, 프리즘 패턴(12)으로부터 출사되는 광의 지향 특성은, 도 5에 도시한 실선 커브(C1)나 파선 커브(C2)와 같이 넓으며, 프리즘 패턴(12)에 수직인 방향 이외로도 광이 날아가고 있어서 광의 손실이 컸다.
예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같은 면 광원장치에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 프리즘 시트(5)를 통과한 광의 확산각을 30°로 하기 위해서는, 도광판(3)으로부터 출사되는 광의 확산각은 20° 정도로 할 필요가 있다. 또한 도 4에 도시한 바와 같이 프리즘 시트(5)가 배치된 면 광원장치에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 프리즘 시트(5)를 통과한 광의 확산각을 30°로 하기 위해서는, 도광판(3)으로부터 출사되는 광의 확산각도 30° 정도로 할 필요가 있다. 그러나 실제로는 이들의 면 광원장치에 있어서는, 그 지향 특성은 도 5에 도시한 바와 같이 넓은 것이고, 특히 보기 쉽게 되는 시야각 밖으로 출사되는 광은 손실으로 되어 있다.
또한 도 3이나 도 4와 같이 도광판(3)의 윗 면에 프리즘 시트(5)를 놓은 면 광원장치를 사용하고, 그 위에 액정 표시패널을 겹친 액정 표시 장치에서는, 프리즘 시트(5)가 액정 표시패널의 바로 아래에 위치하고 있기 때문에, 프리즘 시트(5)의 크기 0.1mm 정도의 결함이 나타나게 되는 불합리함이 있다. 또한 프리즘 시트(5)가 액정 표시패널의 아래에 위치하고 있기 때문에, 액정 표시패널의 화소와 프리즘 시트(5)의 프리즘 패턴(12)과의 사이에서 무아레(moire) 줄무늬가 생길 우려가 높았다.
또한 도 6에 도시한 바와 같은 구조의 면 광원장치(13)에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 도광판(14)의 아랫 면으로부터 누설된 광(f2)은, 도광판(14)의 아랫 면에 깔은 반사판(17)에서 반사됨으로써, 재차 도광판(14) 내로 되돌릴 수 있다. 그러나 도광판(14) 내로 되돌아온 광(f2)이 도광판(14)을 통과하면, 그 광(f2)은 도광판(14)의 윗 면으로부터 비스듬한 방향으로 출사되고, 도광판(14)에 수직인 방향으로 출사되지 않아 손실로 되고 있었다.
따라서 종래의 면 광원장치에 있어서는, 발광부로부터 출사된 광의 이용 효율이 충분하지 않아, 보다 고효율의 면 광원장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적으로 하는 것은, 보다 고효율의 면 광원장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 관한 면 광원장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 가두어 표면으로부터 출사시키는 도광판을 구비한 면 광원장치에 있어서, 상기 도광판의 이면으로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광을 반사시켜 도광판의 이면에 수직하게 입사시키는 광학 시트를 상기 도광판의 이면에 대향시켜 설치한 것을 특징으로 하고 있다. 여기서 비스듬한 방향이란, 도광판의 이면에 수직인 방향으로부터 경사된 방향이다.
본 발명에 관한 면 광원장치에 있어서는, 도광판의 이면으로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광을 반사시켜 도광판의 이면에 수직하게 입사시키는 광학 시트를 도광판의 이면에 대향시켜 설치하고 있기 때문에, 도광판의 이면으로부터 누설된 광을 시야각 내로 반사시킬 수 있고, 종래 시야각 밖으로 반사되고 있던 광도 시야각 내로 모을 수 있어서 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
또한 이 면 광원장치에 있어서는, 화상 표시패널의 배후에 면 광원장치를 배치하는 경우, 화상 표시패널로부터 가장 먼 위치에 광학 시트가 위치하기 때문에, 광학 시트에 결함이 있었던 경우에도 그 결함을 보기가 어렵게 되는 동시에, 화상 표시패널과 광학 시트와의 사이에서 무아레 줄무늬가 생기기 어렵게 된다.
본 발명의 면 광원장치에 관한 실시 형태에 있어서는, 상기 광학 시트는, 상기 도광판에 대향하는 면과 반대측의 면에 요철 패턴이 형성되고, 해당 요철 패턴이 형성된 면을 광반사면으로 하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 요철 패턴으로 이루어지는 반사면에서 광을 반사시키도록 하고 있기 때문에, 이 요철 패턴의 형상 또는 경사각에 의해 광의 반사 방향을 제어할 수 있다.
해당 실시 형태에 있어서는, 특히, 상기 요철 패턴이 형성된 면에 금속 박막을 형성함으로써 광반사면으로 하여도 좋다. 이 실시 형태에서는, 금속 박막으로 이루어지는 광반사면에서 광학 시트에 입사된 광을 반사시키고 도광판측으로 되돌릴 수 있기 때문에, 전반사를 이용하여 광을 반사시키는 것보다도 확실하게 광을 반사시킬 수 있다. 따라서 광학 시트의 이면으로부터의 광의 누설이 없고, 광 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 면 광원장치에 관한 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 광학 시트에서 반사되어 상기 도광판의 이면에 재입사된 광은, 상기 도광판의 표면으로부터 도광판의 표면에 거의 수직인 방향을 향해 출사되는 것을 특징으로 하고 있다. 광학 시트에 의해 도광판 이면에 거의 수직하게 재입사된 광은, 도광판의 표면으로부터 거의 수직인 방향을 향해 출사되기 때문에, 이로써 광의 이용 효율을 극히 높일 수 있다.
본 발명의 면 광원장치에 관한 또다른 실시 형태에 있어서의 상기 도광판의 이면에는, 도광판 내의 광을 반사시키기 위한 확산 패턴이 이산적으로 형성되어 있고, 해당 확산 패턴에서 반사된 광은, 상기 도광판의 표면으로부터 도광판의 표면에 거의 수직인 방향을 향해 출사되는 것을 특징으로 하고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 도광판 내에서 반사되는 광도 확산 패턴에서 반사되어 도광판의 표면으로부터 거의 수직인 방향으로 출사되기 때문에, 광을 화상이 보기 쉬운 방향으로 모을 수 있고, 보다 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 면 광원장치에 관한 또다른 실시 형태에 있어서는, 상기 광학 시트에서 반사되는 반사광의 지향성은, 상기 광학 시트에 입사된 입사광의 지향성보다도 좁게 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 도광판으로부터 누설된 광을 광학 시트에서 반사시킴으로써 광을 지향성 좁게 할 수 있기 때문에 광의 이용 효율을 보다 한층 높일 수 있다.
본 발명의 면 광원장치에 관한 또다른 실시 형태에 있어서는, 상기 도광판의 표면에 수직인 방향에서 보았을 때, 도광판 내를 전반하는 광은, 한방향으로 지향성이 좁게되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이 실시 형태에 있어서는, 도광판 내를 전반하는 광이 한방향으로 지향성이 좁게 되어 있기 때문에, 도광판의 이면으로부터 누설되는 광도 한방향으로 지향성이 좁게 되어 있어서, 광학 시트에 의한 반사광의 제어가 용이하게 된다.
본 발명의 면 광원장치에 관한 또다른 실시 형태에 있어서는, 상기 광학 시트에 형성된 상기 요철 패턴과 상기 도광판에 형성된 상기 확산 패턴은, 광원(예를 들면, 점 형상 광원)를 중심으로 하여 각각 동심원상으로 배치되어 있어도 좋다. 또한 본 발명의 면 광원장치에 관한 또다른 다른 실시 형태에 있어서는, 상기 도광판의 단면에 따라 연장된 광원(소위, 선 형상 광원)인 경우에는, 상기 광학 시트에 형성된 요철 패턴은, 해당 광원에 대해 평행한 패턴으로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 이상 설명한 구성 요소는 가능한 한 임의로 조합시킬 수 있다.
(제 1 실시형태)
도 10은 본 발명의 한 실시형태에 의한 액정 표시 장치(21)의 구조를 도시한 분해 사시도, 도 11은 그 단면도이다. 이 액정 표시 장치(21)는 투과형의 액정 표시패널(22)과, 확산판(23), 면 광원장치(백라이트)(24)로 이루어지고, 면 광원장치(24)는, 도광판(25), 발광부(26), 프리즘 시트(27)로 구성되어 있다. 발광부(26)는 발광 다이오드(LED) 등의 소위 점 광원에 의해 구성되어 있다. 점 광원이라 하더라도 발광 다이오드 등이 1개일 필요는 없고 복수개의 발광 다이오드 등이 도광판(25)의 폭에 비교하여 작은 영역에 국부적으로 존재하고 있으면 좋다. 또한 발광부(26)는, 도광판(25)의 단면(광 입사단면(28))의 중앙부에 대향하도록 배치되어 있어도 좋고, 도광판(25)의 단부에 매립되어 있어도 좋다.
도광판(25)은, 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등의 투명하며 굴절율이 큰 수지재료에 의해 성형되어 있고, 도광판(25)의 아랫 면에는 다수의 확산 패턴(29)이 형성되어 있다. 확산 패턴(29)은, 도 12에 도시한 바와 같이, 발광부(26)를 중심으로 하여 동심원상으로 배치되어 있다. 확산 패턴(29)은, 도광판(25)의 아랫 면에 형성된 단면 삼각형 형상 또는 단면 거의 반원 형상(판에 붙인 어묵 형태)을 한 오목부에 의해 형성되어 있고, 각 확산 패턴(29)은, 발광부(26)와 해당 확산 패턴(29)이 배치되어 있는 위치를 연결하는 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있다.
그러나 발광부(26)로부터 출사된 광은, 광입사 단면(28)으로부터 도광판(25)으로 들어가 도광판(25) 내에 갇히여지고, 도광판(25)의 윗 면 및 아랫 면에서 전반사를 반복하면서 도광판(25) 내부를 진행된다. 도광판(25) 내에서 확산 패턴(29)에 닿은 광(f3)은, 도 13(a) (b)에 도시한 바와 같이, 확산 패턴(29)의 계면에서 반사되어 도광판(25) 표면의 광출사면(30)을 향해 출사되고, 광출사면(30)에 대해 전반사의 임계각보다도 작은 입사각으로 입사됨으로써 광출사면(30)으로부터 거의 수직하게 외부로 출사된다. 또는 도 13(a)에 도시한 광(f3)과 같이, 도광판(25)의 아랫 면에서 연속하여 2회 전반사됨으로써 도광판(25) 표면의 광출사면(30)을 향해 출사되고 광출사면(30)으로부터 거의 수직인 방향으로 출사된다.
개개의 확산 패턴(29)은, 발광부(26)를 중심으로 하는 원주 방향으로는 같기 때문에, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 도광판(25) 내로 입사된 광이 확산 패턴(29)에 닿더라도 평면으로 보아서는 광의 진행 방향은 변화하지 않고, 발광부(26)를 중심으로 한 원주 방향으로는 광의 확산 작용은 없다. 그 때문에, 원주 방향에 있어서의 광의 균일성은, 원주 방향에 있어서의 발광부(26)의 광량 분포, 또는 광입사 단면(28)으로부터 도광판(25) 내부로 들어간 광의 광량 분포만에 따라 결정된다. 이 결과, 이와 같은 면 광원장치(24)에서는, 원주 방향에 있어서의 광의 지향 특성이 좁게 되어 있기 때문에, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 도광판(25)의 광출사면(30)으로부터 출사된 광의 지향성은 도광판(25)의 폭방향으로 극히 좁고, 길이 방향으로 넓게 되어 있다. 이와 같이 도광판(25)에 수직인 방향에서 보았을 때에, 지향성이 한방향(확산 패턴(29)의 원주 방향)으로 좁게 되어 있기 때문에, 보다 많은 광을 수직하게 출사시킬 수 있다. 이 좁은 방향의 지향각은, 액정 표시 장치(21)의 화면을 보기 쉽게 하기 위해서는, ±15° 내지 ±20°(전체로서, 30° 내지 40°)가 바람직하다.
발광부(26)로부터 출사되어 도광판(25) 내로 입사된 광은, 도광판(25)에 수직인 방향에서 보아 방사 형상으로 넓혀지고 있기 때문에, 발광부(26)의 부근에서는 광강도가 크고, 발광부(26)로부터 떨어짐에 따라 광강도가 작아지고 있다. 그 때문에, 발광부(26)에 가까운 영역에서는 확산 패턴(29)의 패턴 밀도를 작게 하고, 발광부(26)로부터 멀리 있는 영역에서는 확산 패턴(29)의 패턴 밀도를 크게 하여 광이 광출사면(30)으로부터 출사되기 쉽게 하고 있고, 그로써 도광판(25)의 광출사면(30)으로부터 출사되는 광의 분포를 균일화 하여 휘도 얼룩이 생기기 어렵게 하고 있다.
또한 프리즘 시트(27)의 아랫 면(도광판(25)과 대향하는 면과 반대측의 면)에는, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 단면(斷面) 삼각형을 한 프리즘 형상의 요철 패턴(31)이 형성되어 있다. 요철 패턴(31)은, 발광부(26)를 중심으로 하는 원주 형상으로 형성되어 있고, 각 요철 패턴(31)은 일정한 피치로 동심원상으로 형성되어 있다. 프리즘 시트(27)의 아랫 면 전체에는, Ag, Al, Ti, Au 등을 증착시킨 금속 증착막에 의해 반사면(32)이 형성되어 있다.
도 15의 (a) 및 (b)는 프리즘 시트(27)의 수지 성형 부분(33)(반사면(32)을 형성하기 전의 프리즘 시트)의 예를 도시한 일부 파단한 확대 단면도 및 그 이면도이다. 이 프리즘 시트(27)에서는, 30㎛의 주기(피치)로, 깊이 8.8㎛의 요철 패턴(31)이 동심원상으로, 또한 이산적으로 형성되어 있고, 요철 패턴(31)의 경사각이 18°, 인접하는 사면간의 이루는 각도가 90°(즉, 요철 패턴(31)이 단면 직각 삼각형 형상이다)로 되어 있다. 또한 이 수치는 한 예로 든 것으로서 이들 수치에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 요철 패턴(31)이 이산적으로 형성된 프리즘 시트(27)는, 액정 표시패널(22)의 1화소 내에, 하나 이상의 요철 패턴(31)이 대응하고 있는 것이 바람직하다. 액정 표시패널(22)의 1화소에 하나 이상의 요철 패턴(31)이 대응함으써, 각 화소간에 있어서의 휘도의 편차를 작게 할 수 있다. 또한 요철 패턴(31)의 주기는, 도광판(25)의 확산 패턴(29)과 간섭하여 무아레 줄무늬가 발생하지 않도록 하기 위해, 확산 패턴(29)의 주기(또는, 확산 패턴(29)의 가장 작은 주기)의 정수배가 되지 않도록 하는 것이 좋다. 또한 도 15(b)에서는, 요철 패턴(31)이 원주 방향으로 분할된 프리즘 시트(27)을 도시하였지만, 요철 패턴(31)은 원주 방향으로 연속하여 있어도 좋다.
그런데, 확산 패턴(29)를 투과하여 또는 확산 패턴(29)이 없는 평탄한 부분을 통과하여 도광판(25)의 이면으로부터 비스듬하게 출사된 광은, 도 16에 도시한 바와 같이, 프리즘 시트(27) 내로 들어가고 반사면(32)에서 반사된다. 프리즘 시트(27)의 아랫 면 형상(요철 패턴(31)의 각도 등)은, 이렇게 반사면(32)에서 반사된 광이 프리즘 시트(27)에 수직인 방향으로 반사되도록 설계되어 있다. 따라서 프리즘 시트(27)에서 반사된 광은, 도광판(25)을 통과하여 도광판(25)의 광출사면(30)으로부터 광출사면(30)에 거의 수직인 방향을 향해 출사된다. 상기한 바와 같이 도광판(25) 내의 광은, 발광부(26)를 중심으로 하는 동심원의 원주 방향으로 좁은 지향성을 갖고 있기 때문에, 도광판(25)의 아랫 면으로부터 비스듬하게 출사되는 광도, 원주 방향으로는 좁은 지향성을 갖고 있고, 이와 같은 좁은 지향성의 광이 프리즘 시트(27)의 반사면(32)에서 반사되기 때문에, 도광판(25)의 아랫 면으로부터의 광의 손실을 최소한으로 억제하는 동시에 마찬가지로 좁은 지향성을 갖고 도광판(25)의 윗 면으로부터 광을 출사할 수 있다.
또한 이 프리즘 시트(27)에서는, 도광판(25)의 확산 패턴(29)에 맞추어, 발광부(26)를 중심으로 하는 동심원상으로 요철 패턴(31)이 형성되어 있기 때문에, 프리즘 시트(27)에서 반사되는 광의 량이 면 내에서 균일하게 된다.
확산 패턴(29)에서 반사되어 도광판(25)의 윗 면으로부터 출사되는 광(f3)은, 상기한 바와 같이 도광판(25)에 대해 거의 수직인 방향으로 출사되고(도 13), 그 지향 특성은 도 17에서 표시된다. 단, 도 17에 있어서 횡축은 도광판(25)을 측면에서 보아 도광판(25) 표면에 수직인 방향에 대한 광선의 각도, 종축은 임의 단위 (a.u.)로 나타낸 광강도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 화상을 보기 쉽게 되는 시야각 30°(±15°) 내에는, 도광판(25)의 윗 면으로부터 출사되는 전 광량중 55%의 광이 포함되어 있다.
이에 대해, 확산 패턴(29)를 투과하여 또는 확산 패턴(29)이 없는 평탄한 개소를 통과하여 도광판(25)의 이면로부터 출사되는 광은, 도 16에 도시한 바와 같이, 도광판(25)의 이면에 대해 비스듬하게 출사되고, 그 지향 특성은 도 18에서 표시된다. 단, 도 18에 있어서 횡축은 도광판(25)을 측면에서 보아 도광판(25) 이면에 수직인 방향에 대한 광선의 각도(θ), 종축은 임의 단위 (a.u.)로 나타낸 광 강도이다. 도 18에 표시되어 있는 바와 같이, 도광판(25)의 아랫 면으로부터 출사되는 광의 경사는 약 68°이고, 그 반치각((半値角)은 28°로 좁게 되어 있다. 이 때문에, 도광판(25)의 아랫 면으로부터 출사된 광이 프리즘 시트(27)에 입사될 때에는, 28° 확산각의 광이 90°에 가까운 입사각으로 입사되고, 도 19에 도시한 바와 같이, 프리즘 시트(27)에 입사된 광은, 프리즘 시트(27)의 계면(윗 면)에서 굴절함으로써 9°라는 매우 좁은 지향각을 갖는 광으로되고, 그 지향각을 유지한채로 반사면(32)에서 반사되고, 프리즘 시트(27)의 윗 면으로부터는 13°의 좁은 지향각을 갖는 광으로서 출사된다.
도광판(25)의 확산 패턴(29)에서 반사된 광도, 광출사면(30)에 거의 수직인 방향으로 출사되지만, 상기한 바와 같이, 반사광을 광출사면(30)에 거의 수직인 방향으로 정돈하여 출사시키는 기능(협지향성)은 확산 패턴(29)보다도 프리즘 시트(27)의 쪽이 우수하다. 이 때문에, 도 20에 도시한 바와 같이, 도광판(25)의 이면에 마련되어 있는 확산 패턴(29)의 패턴 밀도가 클수록 도광판(25)로부터 출사되는 광량(출사 광량)은 증가하지만, 광출사면(30)으로부터 출사되는 광의 확산도가 크게되어 지향성이 넓게 된다. 따라서 도광판(25)로부터 출사되는 광의 지향성을 좁게 하기 위해서는, 확산 패턴(29)의 패턴 밀도가 40% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 출사광량을 유지하기 위해서는, 예를 들면 10% 이상인 것이 바람직하다. 따라서 도광판(25)의 확산 패턴(29)은 그다지 조밀하게 분포시키지 않고 이산적으로 분포시켜서 확산 패턴(29) 사이에 평탄한 부분이 생기도록 하는 것이 바람직하다.
도광판(25)의 이면에 프리즘 시트(27)를 놓은 본 발명에 관한 면 광원장치(24)의 밝기와, 도광판의 이면에 백색 산란 시트를 놓은 비교예 1의 면 광원장치의 밝기와, 도광판의 이면에 경면 반사 시트를 놓은 비교예 2의 면 광원장치의 밝기를 비교한 바, 다음과 같은 결과가 얻어졌다.
프리즘 시트(본 발명) 175a.u.
백색 산란 시트(비교예 1) 100a.u.
경면 반사 시트(비교예 2) 104a.u.
이 결과에 의하면, 본 발명의 면 광원장치(24)에서는, 비교예 1이나 비교예 2의 통상의 면 광원장치에 비해 약 1.75배 밝게 되었다.
본 발명의 액정 표시 장치(21)에 있어서는, 확산판(23)은 반드시 필요하지 않지만, 면 광원장치(24)로부터 출사된 광의 지향성이 너무 좁는 경우에는, 면 광원장치(24)와 액정 표시패널(22) 사이에 확산판(23)을 놓음으로써 지향성을 조정할 수 있다.
또한 본 발명의 액정 표시 장치(21)에서는, 액정 표시패널(22)로부터 가장 먼 위치에 프리즘 시트(27)를 놓고 있기 때문에, 프리즘 시트(27)에 크기가 0.2㎜ 정도의 결함이 있더라도 보이지 않게 되어, 면 광원장치(24)를 제조하고 나서의 수율이 향상한다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치(21)에서는, 액정 표시패널(22)과 프리즘 시트(27) 사이에 약 1mm의 거리가 생기기 때문에, 액정 표시패널(22)과 프리즘 시트(27) 사이에서 무아레 줄무늬가 발생하기 어렵게 된다. 또한 프리즘 시트(27)의 요철 패턴(31)이 도광판(25)과 반대측을 향해 있기 때문에, 도광판(25)의 확산 패턴(29)과 프리즘 시트(27)의 요철 패턴(31) 사이에는, 약 0.1mm의 거리가 있어서, 확산 패턴(29)과 요철 패턴(31)의 간섭에 의한 무아레 줄무늬도 생기기 어렵다.
(제 2 실시 형태)
도 21은 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 액정 표시 장치(41)의 구조를 도시한 분해 사시도이다. 이 액정 표시 장치(41)는 발광부로서 선 형상 광원(42)를 사용하고 있다. 면 광원장치(24)는 액정 표시패널(22)과 확산판(23)의 아랫 면측에 설치되어 있고, 그 선 형상 광원(42)은 형광관(43)과 리플렉터(44)로서 이루어지고, 선 형상 광원(42)은 도광판(25)의 광 입사 단면(28)의 거의 전체 길이에 걸쳐서 대향되어 있다. 또한 선 형상 광원(42)을 사용하고 있는 것에 대응하여, 도광판(25)의 아랫 면에는 선 형상 광원(42)과 평행하게 배열된 확산 패턴(29)이 형성되어 있다. 또한, 도광판(25)의 확산 패턴(29)에 대응하여, 프리즘 시트(27)의 요철 패턴(31)도 단 면 삼각형 형상을 한 것이 일정 피치로, 선 형상 광원(42)과 평행하게 형성되어 있다. 이와 같은 면 광원장치(24)에서도, 좁은 시야각 내로 광을 출사시킬 수 있고, 광의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한 제 1의 실시 형태의 경우와 마찬가지로 무아레 줄무늬를 방지할 수 있는 동시에 프리즘 시트(27)의 결함이 보이지 않게 된다.
또한 이 도광판(25)에서도, 확산 패턴(29)의 패턴 밀도는 선 형상 광원(42)의 부근에서는 작고, 선 형상 광원(42)으로부터 떨어짐에 따라 패턴 밀도가 점차로 크게 되어 있다. 이 때문에, 이 면 광원장치(24)에서도, 광출사면(30)의 휘도 분포를 균일하게 할 수 있다.
도 22에 도시한 면 광원장치도 발광부로서 선 형상 광원(42)을 사용한 것이지만, 이 선 형상 광원(42)에서는, 점 형상 광원(46)의 광을 선 형상 광원(42)으로 변환한 것을 발광부로 하고 있다. 즉, 이 선 형상 광원(42)은, 발광 다이오드 등의 점 광원(46)과, 쐐기 형상을 한 도광체(45)로 구성되어 있고, 도광체(45)의 단면(端面)에 대향시켜 점 광원(46)이 배치되어 있다. 도광체(45)는 폴리카보네이트 수지나 메타크릴 수지 등의 투명하며 굴절율이 높은 수지에 의해 성형되어 있고, 도광판(25)의 광입사 단면(28)과 대향하고 있는 면(이하, 전면(前面)이라고 한다)(47)은 광입사 단면(28)과 평행하게 되어 있고, 다른쪽의 면(이하, 배면이라고 한다)(48)은 광입사 단면(28)에 대해 경사되어 있고, 도광체(45)의 폭은 점 광원(46)으로부터 멀어짐에 따라 점차로 좁게 되어 있다.
그런데 점 광원(46)으로부터 출사된 광은, 도광체(45)의 단면으로부터 도광체(45) 내로 들어가고, 도광체(45)의 양면(47, 48)에서 반사를 반복하면서 진행되고, 배면(48)에서 반사됨으로써 전면(47)에의 입사각이 감소된다. 전면(47)에의 입 발사각이 전반사의 임계각보다도 작게 되면, 그 광은 도광체(45)의 전면(47)으로부터 출사된다. 이렇게 하여 도광체(45)의 전면(47)의 전체로부터는 거의 균일하게 광이 출사되고, 도광판(25)의 광입사 단면(28) 전체로부터 도광판(25) 내로 광이 입시된다.
(제 3 실시 형태)
도 23은 본 발명의 또다른 실시 형태에 의한 액정 표시 장치(51)를 도시한 개략 측면도이다. 이 실시 형태에서는, 프리즘 시트(27)의 표면(도광판(25)과 대향하는 측의 면)에 요철 패턴(31)을 형성하는 동시에 그 표면에 금속 증착 등에 의해 반사면(32)을 형성하고 있다. 프리즘 시트(27)의 표면에 반사면(32)를 마련하면, 수직 휘도는 낮게 되지만, 프리즘 시트(27)에서 보기 쉽게 되는 시야각은 30°(±15°)이기 때문에, 이 시야각 내로는 반사광 전체의 약 70%의 광이 들어가고, 면 광원장치(52)로서는 충분히 유효하다.
또한 프리즘 시트(27)의 반사면(32)에서 반사되는 광의 방향이, 프리즘 시트(27)에 대해 수직이 아닌 경우에는, 도 24에 도시한 액정 표시 장치(53)와 같이, 도광판(25)에 대해 수직하게 광을 반사시키도록, 프리즘 시트(27)을 도광판(25)에 대해 경사시켜도 좋다.
본 발명의 면 광원장치에 의하면, 도광판의 이면으로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광을 반사시켜 도광판의 이면에 수직하게 입사시키는 광학 시트를 도광판의 이면에 대향하여 설치하고 있기 때문에, 도광판의 이면으로부터 누설된 광을 시야각 내로 반사시킬 수 있고, 종래 시야각 밖으로 반사되고 있던 광도 시야각 내로 모을 수 있어서 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
또한 이 면 광원장치에 있어서는, 화상 표시패널의 배후에 면 광원장치를 배치하는 경우, 화상 표시패널으로부터 가장 먼 위치에 광학 시트가 위치하기 때문에, 광학 시트에 결함이 있은 경우에도 그 결함이 보이지 않게 되는 동시에, 화상 표시패널과 광학 시트와의 사이에서 무아레 줄무늬가 발생하기 어렵게 된다.
도 1은 종래의 면 광원장치의 구조를 도시한 분해 사시도.
도 2는 상기의 면 광원장치의 단면도.
도 3은 상기의 면 광원장치에 있어서의 프리즘 시트의 작용을 설명하기 위한 개략도.
도 4는 프리즘 패턴 방향이 다른 면 광원장치에 있어서의 프리즘 시트의 작용을 설명하기 위한 개략도.
도 5는 프리즘 시트에 수직인 방향을 기준으로 한 프리즘 시트로부터의 출사 각도와 휘도(비율)와의 관계를 도시한 그래프로서, 실선 커브(C1)는 프리즘 패턴을 도광판과 반대측을 향해 배치한 경우의 출사 각도와 휘도와의 관계를 도시하고, 파선 커브(C2)는 프리즘 패턴을 도광판측을 향해 배치한 경우의 출사 각도와 휘도와의 관계를 도시한 도면.
도 6은 다른 구조의 면 광원장치를 도시한 개략 단면도.
도 7은 프리즘 패턴이 도광판과 반대측을 향해 있는 경우에 있어서, 프리즘 시트에 입사되는 광의 시야각과 프리즘 시트로부터 출사되는 광의 시야각과의 관계를 도시한 도면.
도 8은 프리즘 패턴이 도광판측을 향해 있는 경우에 있어서, 프리즘 시트에 입사되는 광의 시야각과 프리즘 시트로부터 출사되는 광의 시야각과의 관계를 도시한 도면.
도 9는 도 6에 도시한 면 광원장치에 있어서, 도광판의 아랫 면으로부터 누설된 광의 상태를 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 도시한 분해 사시도.
도 11은 상기 액정 표시 장치의 단면도.
도 12는 도광판의 아랫 면에 형성되어 있는 확산 패턴을 도시한 도면.
도 13은 도광판 내에서 확산 패턴에 닿은 광의 거동을 설명하는 도면.
도 14의 (a)는 도광판의 확산 패턴과 도광판 내를 광이 진행하는 양상을 도시한 도면, (b)는 도광판의 광출사면으로부터 출사되는 광의 지향성을 도시한 도면.
도 15의 (a), (b)는 프리즘 시트의 수지 성형부분의 한 예를 도시한 일부 파단한 확대 단면도 및 그 이면도.
도 16은 도광판의 이면으로부터 누설된 광이 프리즘 시트에서 반사되어 도광판 내로 재입사되는 양상을 도시한 도면.
도 17은 도광판의 확산 패턴에서 반사되어 도광판의 윗 면으로부터 출사되는 광의 지향 특성을 도시한 도면.
도 18은 도광판의 이면으로부터 출사되는 광의 지향 특성을 도시한 도면.
도 19는 도광판의 아랫 면으로부터 출사되어 프리즘 시트에 입사되는 광과, 프리즘 시트 내의 광과, 프리즘 시트의 윗 면으로부터 출사되는 광의 지향각을 도시한 도면.
도 20은 도광판의 이면에 마련되어 있는 확산 패턴의 패턴 밀도와, 도광판으로부터 출사되는 광량(출사광량) 및 확산도의 역수와의 관계를 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 도시한 분해 사시도.
도 22는 발광부로서 점 형상 광원의 광을 선 형상 광원으로 변환한 것을 이용한 액정 표시 장치를 도시한 사시도.
도 23은 본 발명의 또다른 실시 형태에 의한 액정 표시 장치를 도시한 개략 측면도.
도 24는 프리즘 시트를 비스듬하게 경사시켜 설치한 액정 표시 장치를 도시한 개략 측면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
21, 41 : 액정 표시 장치 22 : 액정 표시패널
23 : 확산판 24 : 면 광원장치
25 : 도광판 26 : 발광부
27 : 프리즘 시트 28 : 광입사 단면
29 : 확산 패턴 30 : 광출사면
31 : 요철 패턴 32 : 반사면
33 : 수지 성형부분 42 : 선 형상 광원
43 : 형광관 44 : 리플렉터
45 : 도광판 46 : 점 광원
47 : 전면 48 : 배면

Claims (8)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 가두어 표면에서 출사시키는 도광판과,
    상기 도광판의 이면에 이산적으로 형성되며, 상기 광원으로부터 입사되어 상기 도광판 내를 전반(傳搬)하는 광을 반사시켜 상기 도광판의 표면에서 도광판의 표면에 대해 거의 수직한 방향으로 출사시키기 위한 확산 패턴과,
    상기 도광판의 이면에 대향하여 배치되며, 상기 도광판의 이면으로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광을 반사시켜 도광판의 이면으로 수직하게 재입사시키며, 상기 재입사된 광이 상기 도광판의 표면에서 상기 도광판의 표면에 대해 거의 수직한 방향으로 출사되도록 상기 도광판에 대향하는 면과 반대측의 면에 요철 패턴으로 형성된 광 반사면을 구비한 광학 시트를 포함하며,
    상기 광학 시트에서 반사되는 반사광의 지향성은 상기 광학 시트에 입사한 입사광의 지향성 보다도 좁게 되는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 요철 패턴이 형성된 면에 금속 박막을 형성함으로써 광반사면으로 하는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 시트에 형성된 상기 요철 패턴과 상기 도광판에 형성된 상기 확산 패턴은, 상기 광원을 중심으로 하여 각각 동심원상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 시트에 형성된 요철 패턴과 상기 도광판에 형성된 상기 확산 패턴은, 해당 광원에 대해 평행한 패턴으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도광판의 이면에 대해 수직한 방향에서 볼 때, 상기 도광판 내를 전반(傳搬)하는 광은, 일 방향으로 지향성이 좁게 되어 있는 것을 특징으로 하는 면 광원장치.
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