이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 서술한다.
도 1 ∼ 도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 액정 표시 장치 (화상 표시 장치의 일례) (1) 를 나타내고 있다. 도 1 은 액정 표시 장치 (1) 의 분해 사시도이고, 도 2 는 도광판 (2) 의 입사면 (입사 단면) (3) 에 직교하는 평면을 따른 액정 표시 장치 (1) 의 단면도 (A-A 선을 따른 단면도) 이다. 또한, 도 3 은 액정 표시 장치 (1) 에서 채용되고 있는 도광판 (2) 의 단면도이고, 그 도광판 (2) 의 출사면 형상을 설명하기 위한 도면이다.
(액정 표시 장치의 개략 구성)
액정 표시 장치 (1) 는 면광원 장치 (12) 와, 액정 표시 패널 (피조명 부재의 일례) (6) 을 포함한다. 면광원 장치 (12) 는, 반사 부재 (8), 도광판 (2), 프리즘 시트 (5), 형광 램프 (1 차 광원의 일례) (10) 및 램프 리플렉터 (11) 를 구비한다. 액정 표시 패널 (6) 은 면광원 장치 (12) 에 의해 백라이팅된다. 또한, 형광 램프 (10) 대신에, LED (발광 다이오드) 나 그 밖의 광원을 사용해도 된다.
도광판 (2) 의 출사면 (4) 은 1 개의 메이저면 (제 1 메이저면) 에 의해 제공된다. 배면 (7) 은 출사면 (4) 과 반대측의 메이저면 (제 1 메이저면) 에 의해 제공된다. 프리즘 시트 (5) 는 출사면 (4) 을 따라 배치된다. 반사 부재 (8) 는 배면 (7) 을 따라 배치된다. 형광 램프 (10) 는 입사 단면 (3) 을 따라 배치된다. 형광 램프 (10) 의 광 (1 차광) 은 직접 혹은 램프 리플렉터 (11) 에서 반사된 후에, 입사 단면 (3) 에 입사된다.
이와 같은 기본 배치 자체는 주지된 것으로서, 사이드 라이트형 면광원 장치 및 그것을 사용한 액정 표시 장치에 널리 사용되고 있다. 단, 이하에서 설명하는 바와 같이, 도광판 (2) 은 신규 도광판이다.
(도광판)
도광판 (2) 은 폴리카보네이트 (PC), 폴리메타크릴산메틸 (PMMA), 시클로올레핀계 수지 재료 등의 광투과성이 우수한 재료로 형성되어 있다. 도광판 (2) 의 평면 형상 (출사면 형상) 은 대략 직사각형 형상이다. 판두께는 입사 단면 (3) 으로부터 멀어짐에 따라 점감되고, 도광판 (2) 에 대략 쐐기형 형상의 단면을 부여하고 있다.
여기서, 1 개의 「가상 평면」 을 정의한다. 이 가상 평면은, 도광판 (2) 의 출사면 (4) 의 「정면 방향」 (도 2 에 있어서, 바로 위 방향) 에 수직으로 연장되는 가상적인 면이다. 이와 같은 가상 평면은 무수하게 있지만, 여기에서는 「출사면 (4) 을 대표하는 가상 평면」을 채용한다.
즉, 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는 출사면 (4) 상에 다수의 돌기열 (13) 이 형성되어 있지만, 출사면 (4) 으로부터 이들 돌기열 (13) 을 가상적으로 제거한 평면을 「가상 평면」으로서 채용한다. 이 가상 평면은 출사면 (4) 의 「일반 연장면」 이라고 할 수도 있다.
또한, 이 가상 평면은 「입사 단면 (3) 에 수직으로 연장되고, 입사 단면 (3) 의 길이 방향과 평행으로 연장되는 평면」이라고 할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서, 가상 평면은 실질적으로 출사면 (4) 을 대표하고 있다. 그래서, 도 3 중에 2 점 쇄선으로 나타나 있는 가상 평면은, 출사면 (4) 을 나타내는 면이기도 하다. 또한, 도광판 (2) 의 배면 (7) 에는, 후술하는 바와 같이, 프리즘 돌기열 (14) 이 전역에 걸쳐서 형성되어 있지만, 설명의 편의상, 이들 프리즘 돌기열 (14) 을 가상적으로 제거한 면 (기준면) 으로 「배면 (7)」을 대표시킨다. 이 가상 평면 (배면 (7)) 은, 입사 단면 (3) 으로부터 멀어짐에 따라 (입사 단면 (3) 과 직교하는 Y 방향으로 떨어짐에 따라) 출사면 (4) 에 가까워지도록 경사 각도 (α) 로 경사져 있고, 도 1 중에 2 점 쇄선으로 되어 있다.
배면 (7) 상에 형성되어 있는 다수의 프리즘 돌기열 (14) 은, 입사 단면 (3) 에 거의 직교 (예를 들어 90°± 5 도의 범위) 로 연장되어 있다. 각 프리즘 돌기열 (14) 은, 입사 단면 (3) 에 평행한 단면에 있어서의 형상이 대략 삼각 형상 으로, 이 대략 삼각 형상은 한 쌍의 경사면 (15, 16) 에 의해 부여되고 있다.
배면 (7) 상에 형성되는 이러한 돌기열 (14) 및 그 작용은 주지된 사실이다. 즉, 이들 돌기열 (14) 은 내부 전파광의 일부를 내부 반사하여, 입사 단면 (3) 에 평행한 면 내에 있어서, 출사면 (4) 의 정면 방향으로 광을 모으는 집광 기능을 발휘한다.
다음으로, 도광판 (2) 의 출사면 (4) 에 형성된 다수 (예를 들어 100 개 이상) 의 돌기열 (13) 에 대해 설명한다.
이들 돌기열 (13) 은 입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 을 향하는 방향을 가로지르는 방향으로 연장되어 있다. 바꿔 말하면, 돌기열 (13) 은 입사 단면 (3) 에 대략 평행한 방향으로 연장되어 있다.
돌기열 (13) 은 다음과 같이 형성되어 있다.
각 돌기열 (13) 의, 입사 단면 (3) 에 대략 직교하는 단면에 있어서의 형상은, 대략 삼각 형상이다. 각 돌기열 (13) 은 제 1 경사면 (17) 과, 제 1 경사면 (17) 보다 입사 단면에 가까운 위치에 있는 제 2 경사면 (18) 에 의해 형성되어 있다. 제 1 경사면 (17) 과 제 2 경사면 (18) 은 서로 만나, 봉우리 라인을 형성하고 있다.
따라서, 제 1 경사면 (17) 의 법선 방향 (V1) 은, 정면 방향 (출사면 (4) 의 법선 방향) (V0) 에 대하여, 말단면 (20) 측으로 경사져 있다. 한편, 제 2 경사면 (18) 의 법선 방향 (V2) 은, 정면 방향 (V0) 에 대하여, 입사 단면 (3) 측으로 경사져 있다. 이웃하는 돌기열 (13) 이 형성하는 봉우리 라인 사이의 피치 는 일정하다.
도 3 내에 나타낸 바와 같이, 제 1 경사면 (17) 은 가상 평면에 대하여 경사각 (θa) 으로 경사져 있다. 한편, 제 2 경사면 (18) 은 가상 평면에 대하여 경사각 (θb) 으로 경사져 있다.
돌기열 (13) 은 출사면 (4) 의 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 도광판 (2) 내부 전파광의 일부는, 입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 을 향하여 진행하는 과정에서 제 1 경사면 (17) 으로 내부 입사된다. 주지의 광학 이론에 의해, 그 때의 내부 입사각이 임계각 이하이면, 내부 입사광의 일부가 도광판 (2) 으로부터 탈출한다.
제 1 경사면 (17) 은, 그 경사각 (θa) 의 경사에 의해, 내부 입사각을 작게 한다. 즉, 제 1 경사면 (17) 이 존재하지 않는 (평탄면인) 경우와 비교하여, 광의 탈출 (출사) 이 일어나기 쉽다. 바꿔 말하면, 제 1 경사면 (17) 은 출사 촉진 기능을 가진다.
또한, 제 1 경사면 (17) 에서 내부 반사된 광에 대해서도, 경사져 있지 않은 출사면 (가상 평면) (4) 에서 반사되는 경우와 비교하여, 2θa 만큼 큰 각도로 반사된다 (도 3 참조). 따라서, 제 1 경사면 (17) 에서 반사된 후에 배면 (7) 에서 반사되고, 다시 다른 제 1 경사면 (17) 에 내부 입사되었을 때에, 내부 입사각은 작아지기 쉽다. 이로써, 출사가 더욱 촉진된다.
일반적으로, 제 1 경사면 (17) 은 경사각 (θa) 이 클수록, 출사 촉진 기능이 강해진다. 그래서, 경사각 (θa) 을 적당한 각도 범위에서 변화시키면, 출 사 촉진 능력을 제어할 수 있게 된다. 이것이 본 발명의 기본 원리이다.
단, 경사각 (θa) 은 일반적으로 20° 를 넘지 않는 것이 실제적이다. 경사각 (θa) 의 조정 (변화) 은 출사면 (4) 의 전역에 적용되어도 되지만, 입사 단면 (3) 이나 말단면 (20) 의 최근방과 같은 출사면 (4) 의 둘레 가장자리부를 「예외 에어리어」로 하여도 된다. 여기에서는, 설명의 사정상, 출사면 (4) (또는 배면 (7)) 의 전체 에어리어로부터 이 예외 에어리어를 제외한 에어리어를 「주된 영역 (메인 에어리어)」이라고 한다. 예외 에어리어를 설정하지 않는 것도 있을 수 있다. 그 경우에는, 출사면 (4) (또는 배면 (7)) 전체가 「주된 영역」이 된다.
주된 영역은, 「광 누설 등에 의해 이상한 출사가 일어나지 않는 영역」이라고 할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 대부분의 경우, 입사 단면 (3) 의 최근방 및 말단면 (20) 의 최근방은, 조명에 유효하게 이용되지 않는 부분으로, 예외 에어리어가 된다.
후술하는 바와 같이, 이 「주된 영역」 중에, 제 1 범위 (L1) 와 제 2 범위 (L2) 가 설정된다. 제 1 범위 (L1) 와 제 2 범위 (L2) 사이에는, 중간 영역이 존재하는 경우도 있다. 이 중간 영역을 「제 3 범위」라고 부른다. 이들 제 1 ∼ 제 3 범위에서 커버되는 영역이 주된 영역이다. 제 3 범위 (L3) (도 3 참조) 는 존재하지 않는 경우도 있을 수 있다. 또한, 도 3 에 있어서는, 「제 3 범위」의 도시와 「예외 에어리어」 의 도시가 생략되어 있다 (제 3 범위 (L3) 와 예외 에어리어가 없는 케이스에 대응).
본 실시형태에서는, 주된 영역 내에 있어서, 경사각 (θa) 은 미리 정해진 각도 범위에서 변화되고 있다. 변화의 각도 범위는 다양하게 있을 수 있다. 그 예는 예를 들어 하기 예 1 ∼ 예 3 이다.
ㆍ 예 1 = 0° < θa < 20° : 이것은 일반적으로 바람직한 범위이다.
ㆍ 예 2 = 0° < θa < 10° : 이것은 보다 바람직한 범위이다.
ㆍ 예 3 = 0.05° < θa < 5° : 이것은 보다 더 바람직한 범위이다.
일반적으로는 최적인 경사각 (θa) 의 변화 범위는, 도광판의 크기 (입사 단면 (3) 에서 말단면 (20) 까지의 거리 (도광 거리)), 입사 단면 (3) 측의 판두께, 말단면 (20) 측의 판두께, 및 1 차 광원으로부터의 조명광의 출사 특성 등의 여러 팩터에 따라 적당하게 정해지는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 입사 단면 (3) 의 최근방에서는, 입사 단면 (3) 으로부터 입사된 광이 출사면 (4) 에 도달하기 어렵다. 그 때문에, 이 영역에는 돌기열 (13) 이 형성되지 않은 경우가 있을 수 있다. 이 영역에 돌기열 (13) 을 형성한 경우, 그 영역에서 출사면 (4) 에 내부 입사되는 광에 부여하는 돌기열 (13) 의 작용은 특수한 것이 된다.
도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 입사 단면 (3) 이외로부터 입사되는 소량의 광 (L) 이 존재한다. 이 광 (L) 은, 입사 단면 (3) 과 램프 리플렉터 (11) 의 간극으로부터 누출된 후, 입사 단면 (3) 의 최근방에 위치하는 돌기열 (13) 의 제 1 혹은 제 2 경사면 (17, 18) 에 입사된다. 편의상, 이러한 입사광을 「이상 입사광」이라고 부른다.
이상 입사광의 광로는, 입사 단면 (3) 으로부터 입사된 광의 정상적인 광로와는 현저하게 상이하다.
이상 입사광은, 입사 단면 (3) 의 최근방에서, 제 1 경사면 (17) 의 경사 각도 조정에 의해 출사 강도 (휘도) 를 제어하는 것 (본 발명의 기본 효과) 을 손상시킬 가능성이 있다. 따라서, 「입사 단면 (3) 의 최근방」 은 예외 에어리어로 되는 경우가 많다.
한편, 말단면 (20) 의 최근방에서는, 말단면 (20) 에서 내부 반사된 광이, 이 근방 영역에 위치하는 돌기열 (13) 의 제 2 경사면 (18) 으로부터 출사되기 쉽다. 이 출사광이 출사 강도 분포 (휘도 분포) 를 혼란시킬 가능성이 있다.
영역 (주된 영역) 으로부터는 제외시킨다. 따라서, 「말단면 (20) 의 최근방」 도, 예외 에어리어로 되는 경우가 많다.
또한, 이들 「입사 단면 (3) 의 최근방」 및 「말단면 (20) 의 최근방」 은, 출사광의 지향성도 혼란하게 하기 쉬운 영역이다. 즉, 이들 영역은, 출사면 (4) 의 정면 방향으로부터 크게 벗어난 방향 (예를 들어 30° 이상) 에서도, 상당히 밝게 보이는 경우가 많다.
주된 영역의 일례는 다음과 같다.
지금, 15 인치 정도의 크기를 가지는 노트북용 디스플레이를 예로 든다. 이 디스플레이에서 사용되는 면광원 장치에 사용되는 도광판 (2) 의 사이즈도 15 인치 정도로 된다. 이 경우, 「입사 단면 (3) 의 최근방」의 일례는 「입사 단면 (3) 으로부터 5㎜ 이내의 영역」이다. 또한, 「말단면 (20) 의 최근방」의 일례는 「말단면 (20) 으로부터 10㎜ 이내의 영역」이다.
단, 이들 예외 에어리어의 크기는, 도광판 (2) 의 두께나 크기에 따라 다소 변화되는 것은 말할 필요도 없다. 예외 에어리어를 설정하지 않는 경우도 있을 수 있다.
기술한 바와 같이, 주된 영역 내에는, 제 1 범위 (L1) 와 제 2 범위 (L2) 가 설정된다. 경사각 (θa) 은, 제 1 범위 (L1) 내에서, 입사 단면 (3) 으로부터의 거리 (X) 가 증가됨에 따라 점감되는 한편, 제 2 범위 (L2) 내에서는, 입사 단면 (3) 으로부터의 거리 (X) 가 증가됨에 따라 점증된다.
또한, 제 1 범위 (L1) 내의 입사 단면 (3) 측의 단부에 있어서의 경사각 (θa) 의 값은, 제 2 범위 (L2) 내의 말단면 (20) 측의 단부에 있어서의 경사각 (θa) 의 값보다 크다.
또한, 제 1 범위 (L1) 내에 있어서의 경사각 (θa) 의 변화량 (최대값과 최소값의 차이) (Δ(1)θa) 은, 제 2 범위 (L2) 내에 있어서의 경사각 (θa) 의 변화량 (최대값과 최소값의 차이) (Δ(2)θa) 보다 크다.
본 실시형태에서는, 이들 조건을 만족시키도록, 돌기열 (13) 의 제 1 경사면 (17) 이 형성되어 있다. 즉, 제 1 범위 (L1) 내의 돌기열 (13) 의 쪽이, 제 2 범위 (L2) 내의 돌기열 (13) 보다 출사 촉진 기능이 강하다. 이로써, 입사 단면 (3) 에 비교적 가까운 에어리어에서 발생되기 쉬운 출사 강도 부족이 방지된다.
또한, 상기와 같은 경사각 (θa) 의 변화 (기울기) 는, 말단면 (20) 에 비교적 가까운 에어리어에서도 발생되기 쉬운 출사 강도 부족도 방지한다. 또한, 제 1 범위 (L1) 와 제 2 범위 (L2) 의 경계와 그 주변에서는, 광 출사가 비교적 일어나기 쉬워진다. 따라서, 제 1 범위 (L1) 와 제 2 범위 (L2) 의 경계와 그 주변의 돌기열 (13) 에는, 경사각 (θa) 의 상기 변화 (기울기) 에 의해, 비교적 약한 출사 촉진 능력이 부여되고 있다.
제 2 경사면 (18) 은, 입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 으로 도광되는 광이 내부 입사되기 어려운 경사각 (θb) 으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 경사면 (18) 의 경사각 (θb) 은, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 경사면 (17) 으로부터 출사된 광과 내부 전파광의 관계를 고려하여 정해지는 것이 바람직하다.
즉, 경사각 (θb) 은, 제 2 경사면 (18) 에서 기인하는 어두운 영역 (도 5(b) 에 나타내는 사선 영역인 암부) 이 발생되는 것을 억제할 수 있는 각도로 설정되는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 5 를 참조하여, 제 2 경사면 (18) 에서 기인하는 암부 (暗部) 가 발생되기 어려운 제 2 경사면 (18) 의 경사각 (θb) 을 구한다. 또한, 공기 (도광판 (2) 의 외부) 의 굴절률을 1 로 한다. 또한, 이하의 수식에 사용하는 n, θa, θb, ω, φ, θin, θout 의 정의는 하기와 같다.
n : 도광판의 굴절률
θa : 제 1 경사면 (17) 이 출사면 (4) 과 이루는 각도
θb : 제 2 경사면 (18) 이 출사면 (4) 과 이루는 각도
θout : 제 1 경사면 (17) 으로부터 가장 강하게 출사되는 방향 (즉, 주된 출사 방향) 으로 출사되는 광 (이하, 주광선이라고 한다) 이 출사면 (4) 의 법선 (22) 과 이루는 각도
ω : 주광선에 대응하는 내부 전파광의 진행 방향이 출사면 (4) 과 이루는 각도
φ : 주광선에 대응하는 내부 전파광의 진행 방향이 제 1 경사면 (17) 의 법선 (23) 과 이루는 각도
θin : 주광선에 대응하는 내부 전파광의 진행 방향이 출사면 (4) 의 법선 (22) 과 이루는 각도
먼저, 스넬의 법칙에 기초하여 하기 식 (1) 이 성립된다.
n · sinφ = sin (θout - θa) … (1)
또한, 각도 (φ) 는 하기 식 (2) 로 나타낼 수 있다.
φ = sin-1 [sin (θout - θa)/n] … (2)
또한, 각도 (ω) 는 하기 식 (3) 으로 나타낼 수 있다.
ω = 90° - (φ + θa) … (3)
여기서, 각도 (ω) 와 각도 (θb) 가 동일한 경우인 케이스를 가정하면, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 주광선의 광로가 제 1 경사면 (17) 과 제 2 경사면 (18) 의 경계 부근에서 발생된다.
즉, 이 케이스에서는, 삼각 형상의 돌기열 (13) 의 봉우리 라인을 형성하는 정상부 (24) 를 스치듯 지나가도록 출사된 주광선 (Q1) 에 매우 근접하고, 또한, 평행한 방향으로 진행하는 주광선 (Q2) 이 존재한다. 따라서, 제 2 경사면 (18) 에서 기인하는 암부는 발생되기 어렵다.
또한, 부호 (P1, P2) 는, 각각 주광선 (Q1, Q2) 에 대응하는 내부 전파광이고, 진행 방향이 평행인 내부 전파광이다.
도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 각도 (θb) 가 각도 (ω) 보다 지나치게 크거나 반대로 지나치게 작거나 하는 경우에는, 암부가 발생되기 쉽다. 각도 (θb) 가 각도 (ω) 보다 지나치게 큰 경우를 도 5(b) 를 사용하여 설명한다.
삼각 형상의 돌기열 (13) 의 정상부 (24) 를 스치듯 지나가도록 출사된 주광선 (Q3) 의 인근에는, 주광선 (Q4) 이 존재한다. 그러나, 이 주광선 (Q4) 은 곡저를 통과하는 내부 전파광이기 때문에, 주광선 (Q3) 과 주광선 (Q4) 사이에는 상당한 간극이 생긴다 (사선부 참조). 이 간극은 각도 (θb) 가 클수록 넓어진다.
또한, 각도 (θb) 가 각도 (ω) 보다 지나치게 작아도, 제 2 경사면 (18) 에 내부 입사되는 광이 전체 반사되어 버리기 때문에, 암부를 발생시키기 쉬워진다.
상기와 같은 검토 결과로부터, 암부의 발생을 피하는 조건은 하기 식 (4) 가 된다.
θb = ω … (4)
이 식 (4) 을 상기 식 (2), (3) 을 사용하여 다시 쓰면 하기 식 (5) 가 된다.
θb = 90° - sin-1 [sin (θout - θa)/n] - θa … (5)
상기 식 (5) 를 만족시키도록, 제 2 경사면 (18) 이 출사면 (4) 과 이루는 각도 (θb) 를 설정함으로써, 제 1 경사면 (17) 으로부터 주된 출사 방향으로 출사된 광이 제 2 경사면 (18) 에 입사되는 것을 피할 수 있다. 그 결과, 암부의 발생이 방지된다. 또한, 구체적인 수치를 계산한 일례를 나타내면 하기의 같이 된다.
n = 1.49
θa = 1°
θout = 70°
이들 수치를 상기 식 (5) 에 대입하면,
θb = 약 50.2°를 얻는다.
단, 실제로는 각도 (ω) 에 가까운 각도 범위에 있어서도 광 강도는 약간 낮아지지만 출사광은 존재한다. 따라서, 상기 서술한 각도 (θb) 보다 플러스 방향 및 마이너스 방향으로 넓은 각도 범위를 가지고 제 2 경사면 (18) 을 형성할 수 있다.
즉, 제 1 경사면 (17) 을, 내부 전파광 대부분이 제 1 경사면 (17) 으로 내부 입사되도록 고려하여 형성하고, 2 개의 제 1 경사면 (17) 사이를 연결하도록 제 2 경사면 (18) 을 형성하면 된다.
도 6 은 제 1 사출 성형 방법으로 성형된 도광판 (2) 을 나타내는 도면이고, 도 7 은 제 2 사출 성형 방법으로 성형된 도광판 (2) 을 나타내는 도면이다. 이들 도광판 (2) 에 대하여, 입사 단면 (3) 으로부터의 거리 (X) 와 경사각 (θa) 의 관계 θa = f(X) 는 동일하다. 그러나 경사각 (θa) 이외의 점에서 다음과 같이 상이하다.
도 6 에 나타내는 도광판 (2) 에서는, 제 1 경사각 (θa) 과 돌기열 (13) 과 인근의 돌기열 (13) 사이의 골짜기부의 열림각 (θv) 이 변화되고 있다. 돌기열 (13) 의 꼭지각 (θe) 은 일정하다. 이와 같은 도광판 (2) 은, 꼭지각 (θe) 과 대략 동일 각도의 바이트를 사용하여 절삭한 금형의 표면 형상을 수지에서 전사함으로써 제조할 수 있다. 또한, 도 6 에 나타내는 도광판 (2) 에 있어서는, 돌기 (13) 의 정상부 (24, 24) 사이의 피치 (Pe) 가 일정하다. 또한 각 정상부 (24, 24) 사이의 피치 (Pe) 가 동일해지도록, 돌기열 (13) 의 높이가 조정되어 있다.
다음으로, 도 7 에 나타내는 도광판 (2) 은, 제 1 경사각 (θa) 과 돌기열 (13) 의 꼭지각 (θe) 이 변화되고 있다. 돌기열 (13) 과 돌기열 (13) 사이의 골짜기부의 열림각 (θv) 은 일정하다. 이와 같은 도광판 (2) 은 예를 들어 다음과 같이 하여 제조한다.
먼저, 도 6 에 나타내는 도광판 (2) 의 설명에서 언급한 금형의 표면 형상이 전사된 형 (型) 을 제작한다. 이 형을 수지로 전사함으로써, 도 6 을 반전시킨 도 7 과 같은 형상의 도광판 (2) 을 제조할 수 있다.
도 7 에 나타내는 도광판 (2) 에서는, 돌기열 (13) 과 인근의 돌기열 (13) 사이의 골짜기부의 능선의 피치 (Pv) 가 일정하다. 또한, 돌기열 (13, 13) 사이의 각 골짜기부의 바닥이 형성하는 라인 (곡저 라인) 이, 동일면 상에서 연장되도록 돌기열 (13) 이 형성되어 있다.
그러나, 이들 경사각 (θa) 의 변화 이외의 조건 (정상부 (봉우리 라인) (24) 의 피치 (Pe), 곡저 라인 (골짜기부) 의 피치 (Pv), 정상부 (봉우리 라인) (24) 나 골짜기부의 높이 방향의 위치, 꼭지각 (θe), 골짜기부의 열림각 (θv)) 은, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
이들 조건은 가공이나 성형 등의 용이성, 그 밖의 부재와의 적합성 (예를 들어, 화상 표시 장치 (1) 에서 채용되고 있는 액정 표시 패널 (6) 의 화상 피치와의 관계) 등에 따라 적절하게 변화시켜도 된다.
예를 들어, 피치 (Pe) 나 피치 (Pv) 를 적절하게 조정함으로써, 면광원 장치 (12) 의 발광면 상에 있어서 정상부 (봉우리 라인) (24) 나 곡저 라인이 인식되기 어렵게 해도 된다. 또한, 화상 표시 장치 (1) 에서 채용되고 있는 액정 표시 패널 (6) 의 화상 피치와의 사이에서 무아레 줄무늬를 발생시키지 않도록, 피치 (Pe) 나 피치 (Pv) 를 조정하여도 된다.
이와 같은 구성의 도광판 (2) 의 내부 전파광은, 주로 돌기열 (13) 의 제 1 경사면 (17) 과 배면 (7) 의 프리즘 돌기열 (14) 의 경사면 (15, 16) 에서 내부 반사를 반복하면서 말단면 (20) 에 접근하도록 진행된다. 이 과정에서, 제 1 경사면 (17) 으로 임계각 이하에서 내부 입사된 광의 일부는, 도광판 (2) 으로부터 외부로 출사된다.
여기서, 돌기열 (13) 은, 제 1 범위 (L1) 내에서, 말단면 (20) 측으로부터 입사 단면 (3) 에 가까워짐에 따라 경사각 (θa) 이 점증되고, 출사 촉진 기능이 높아진다. 따라서, 그에 따라 내부 전파광의 출사가 일어나기 쉬워진다.
또한, 제 2 범위 (L2) 내에 있어서는, 입사 단면 (3) 측으로부터 말단면 (20) 에 가까워짐에 따라 경사각 (θa) 이 점증되고, 출사 촉진 기능이 높아진다. 따라서, 그에 따라 내부 전파광의 출사가 일어나기 쉬워진다.
이와 같이 「출사 촉진 기능에 부여된 기울기」에 의해, 종래에는 곤란하였던 입사 단면 (3) 주변 및 말단면 (20) 주변에서의 출사 강도 부족 방지가 용이하게 가능해진다.
또한, 도광판 (2) 의 배면 (7) 의 경사는, 말단면 (20) 을 향하여 두께를 감소시키는 경향을 가지도록 부여되고 있으므로, 주지의 작용에 의해, 경사각 (α) 에 따라 내부 전파광을 출사면 (4) 으로부터 탈출시키기 쉽게 한다.
또한, 도광판 (2) 의 배면 (7) 측에 형성된 프리즘 돌기열 (14) 은, 전술한 바와 같이, 내부 전파광을 출사면 (4) 의 정면 방향 근처로 집광시킨다. 이 집광된 광은, 그 지향성을 혼란시키지 않고 제 1 경사면 (17) 으로 내부 입사되고, 그 상당 부분이 경사면 (17) 으로부터 출사된다.
말단면 (20) 에 의해 내부 반사된 광이나, 말단면 (20) 으로부터 출사된 후에 도시하지 않은 프레임 등에서 반사되어 말단면 (20) 으로부터 도광판 (2) 내로 재입사된 광의 대부분의 부분은, 도광판 (2) 의 내부를 말단면 (20) 으로부터 입사 단면 (3) 을 향해 진행한다. 이와 같은 광은 「복귀광」이라고 불린다.
복귀광의 일부는, 제 2 경사면 (18) 으로 임계각 이하의 내부 입사각에서 입사되고, 그 일부가 제 2 경사면 (18) 으로부터 출사된다. 또한, 배면 (7) 측의 프리즘 돌기열 (14) 에 의한 집광 작용은 복귀광에도 유효하다.
〈실시예 1〉
도 8 은 본 발명에 관련된 도광판 (2) 의 실시예 1 을 나타내는 것이다. 또한, 도광판 (2) 의 기본적 구성은 도 3 에 나타내는 바와 같아, 본 실시예 1 을 도 3 및 도 8 에 기초하여 설명한다. 또한, 도광판 (2) 은 12.1 인치의 액정 표시 패널 (6) 에 대하여 출사광을 조사하는 것이다. 입사면 (3) 에서 말단면 (20) 까지의 치수는 190㎜ 이고, 입사 단면 (3) 과 직교하는 양 측면 사이의 치수가 250㎜ 인 것이다. 평면 형상은 250 × 190㎜ 의 직사각형으로서, PMMA 로 이루어지고, 사출 성형에 의해 제조된 것이다.
또한, 도광판 (2) 의 판두께는, 입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 을 향하여, 2.0㎜ 에서 0.7㎜ 까지 점감되고 있다. 배면 (7) 의 경사 각도 (α) 는 0.39° 이다.
돌기열 (13) 의 피치 (Pe 또는 Pv) 가 0.083㎜ 이고, 돌기열 (13) 의 꼭지각 (θe) 또는 돌기열 (13) 사이의 바닥의 열림각 (θv) 은 134° 이다 (도 6 또는 도 7 참조).
도광판 (2) 의 입사 단면 (3) 으로부터의 소정 치수의 위치와 제 1 경사면 (17) 의 경사각 (θa), 출사광 휘도의 관계는 도 8 및 도 9 에 나타나 있다. 여기서, 도 8 ∼ 도 13 및 이하의 설명에 있어서의 「입사 단면으로부터의 거리 (㎜)」 및 「거리 (㎜)」 란, 주된 영역에 있어서의 입사 단면 (3) 측의 단부로부터의 거리 (X) 를 의미한다.
도 3, 도 8 에 있어서, 제 1 범위 (L1) 는 거리 X = 0 ∼ 95㎜ 의 영역에 대응한다. 한편, 제 2 범위 (L2) 는 거리 X = 110 ∼ 170㎜ 의 영역에 대응한다. 경사각 (θa) 은, 제 1 범위 (L1) 내에 있어서 입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 측을 향하여 점감되는 한편, 제 2 범위 (L2) 에 있어서 입사 단면 (3) 측으로부터 말단면 (20) 을 향하여 점증된다.
제 1 범위 (L1) 에 있어서, 경사각 (θa) 은, 거리 X = 0 에 있어서 θa = 0.95° 이고, 거리 X = 0 ∼ 40㎜ 까지의 범위에서 θa = 0.22° 까지 급격하게 점감된다. 또한, 경사각 (θa) 은, 거리 X = 40 ∼ 95㎜ 의 범위에서 θa = 0.22° ∼ 0.15° 까지 완만하게 점감된다.
한편, 제 2 범위 (L2) 의 거리 X = 110㎜ ∼ 170㎜ 까지의 범위에 있어서, 경사각 (θa) 은 θa = 0.15° ∼ 0.31° 까지 완만하게 점증된다. 또한, 제 1 범위 (L1) 와 제 2 범위 (L2) 사이인 거리 X = 95 ∼ 110㎜ 의 부분은, 전술한 「제 3 범위 (L3)」로, 동 범위 내에 있어서 θa 는 실질적으로 변화되지 않는다. 여기에서는 θa = 0.15° (콘스턴트) 이다.
이와 같은 본 실시예 1 에 대하여, 문헌 1 에 개시된 종래의 도광판에서는, 도 12 및 도 18 에 나타내는 바와 같이, 돌기열 (113) 의 제 1 경사면 (117) 의 경사각 (θa) 은, 입사면 (103) 으로부터 말단면 (120) 을 향하여 점감되고 있다. 경사각 (θa) 은, 주된 영역에 있어서의 입사면 (103) 측으로부터의 거리가 0 ∼ 170㎜ 인 범위에 있어서, θa = 1° ∼ 0.11° 까지 점감되고 있다.
또한, 도광판 (102) 은, 돌기열 (113) 의 형성 양태를 제외하고, 그 기본적 구성이 본 실시예 1 과 동일하다. 배면 (107) 의 경사 각도 (α) 는 0.39° 이다. 도광판 (102) 의 출사 특성은 도 13 에 나타나 있다. 도 13 을 참조하면, 도광판 (102) 의 주된 영역에 있어서의 입사 단면 (103) 측으로부터의 거리가 38㎜ ∼ 55㎜ 까지인 범위에 있어서의 출사광 휘도가 거의 균일하게 유지되고 있다. 그러나, 주된 영역에 있어서의 입사 단면 (103) 측으로부터의 거리가 55㎜ ∼ 170㎜ 까지인 범위에 있어서의 출사광 휘도가 말단면 (120) 측을 향함에 따라 감소되고 있고, 균일한 휘도 분포로는 되지 않았다.
반면, 본 실시예 1 의 도광판 (2) 은, 종래예의 도광판 (102) 과 비교하여 휘도의 균일성이 높다.
즉, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 입사 단면 (3) 으로부터의 거리가 38㎜ ∼ 170㎜ 인 넓은 범위에 있어서 거의 일정한 출사광 휘도가 유지되고 있다. 또, 휘도 레벨도 높다.
여기서, 본 발명과 같이, 경사각 (θa) 을 입사 단면 (3) 으로부터의 거리에 따라, 점감 후에 점증시켜 휘도를 균일화시키는 수법에 의해, 1 개의 이점을 제공한다. 즉, 매우 얇은 도광판 (2) 에서는, 배면 (7) 의 경사 각도 (α) 는 매우 작아질 수밖에 없다. 이것은, 휘도 균일화를 위한 경사 각도 (α) 의 최적화를 곤란하게 한다. 본 발명을 적용시키면, 상기 서술한 경사각 (θa) 의 변화에 의해, 이 곤란은 극복할 수 있다.
〈실시예 2〉
도 10 은 본 발명에 관련된 도광판 (2) 의 실시예 2 를 나타낸다. 또한, 실시예 2 의 도광판 (2) 은, 돌기열 (13) 의 형성 양태를 제외하고, 그 기본적 구성이 실시예 1 의 도광판 (2) 과 동일하다. 도 3, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 도광판 (2) 에 있어서, 제 1 경사면 (17) 의 경사각 (θa) 은, 거리 (X) 가 0㎜ ∼ 40㎜ 까지인 범위에서 1.05° ∼ 0.07° 까지 급격하게 감소되고 있다. 경사각 (θa) 은, 또한, 거리 X = 40㎜ ∼ 55㎜ 의 범위에서 대략 0.07° 일정하게 추이되고, 거리 X = 55㎜ ∼ 170㎜ 의 범위에서는 0.07° ∼ 0.33° 까지 완만하게 점증된다.
즉, 실시예 2 에 있어서는, 거리 X = 0㎜ ∼ 40㎜ 까지의 범위가 제 1 범위 (L1) 에 대응하고, 거리 X = 55㎜ ∼ 170㎜ 까지의 범위가 제 2 범위 (L2) 에 대응한다. 거리 X = 40㎜ ∼ 55㎜ 까지의 범위는 제 3 범위 (L3) 에 대응한다.
실시예 2 의 도광판 (2) 은, 도 12 에 나타낸 종래의 도광판 (102) 과 비교하여 휘도 균일성이 높다. 즉, 실시예 2 의 도광판 (2) 에서는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 거리 X = 40㎜ ∼ 170㎜ 의 넓은 범위에 있어서, 고휘도이고 또한 균일한 출사광 휘도가 유지되고 있다.
(광제어 부재)
도 1 혹은 도 2 중에 나타낸 프리즘 시트 (광제어 부재) (5) 는, 구조 및 작용이 주지된 사실이다. 프리즘 시트 (5) 는, 광투과성이 우수한 플라스틱 재료 (예를 들어, PET, PMMA, PC) 로 형성되어 있다. 평면 형상 및 평면 사이즈는, 도광판 (2) 의 출사면 (4) 의 평면 형상 (직사각형 형상) 및 평면 사이즈와 대략 동일하다. 프리즘 시트 (5) 는, 출사면 (4) 에 대향하는 면에는, 미세한 프리즘 돌기열 (36) 이 평행으로 다수 형성되어 있다. 각 프리즘 돌기열 (36) 의 단면 형상은 대략 삼각형이고, 연장 방향은 입사 단면 (3) 의 길이 방향과 대략 평행이다.
프리즘 시트 (5) 는, 주지의 기능에 의해, 입사 단면 (3) 에 직교하고 또한 출사면 (4) 에 직교하는 가상면 (37) 내에 있어서 (도 14 참조), 출사면 (4) 으로부터의 출사광을 출사면 (4) 의 거의 법선 방향 근처로 편향시킨다. 이로써, 액정 표시 패널 (6) 이 효율적으로 조명된다 (도 2 참조).
(반사 부재)
도 1, 도 2 중에 나타난 반사 부재 (8) 는, 배면 (7) 을 향하는 면에 반사성이 부여되어 있다. 그 때문에, 예를 들어, 백색 안료를 함유하는 PET 시트나, 알루미늄 등의 광반사성 금속을 증착시킨 필름 등이 이용된다. 반사 부재 (8) 의 평면 형상과 평면 사이즈는, 배면 (7) 의 평면 형상 (직사각형) 과 평면 사이즈와 거의 동일하다. 반사 부재 (8) 는, 배면 (7) 으로부터 누출된 광을 반사하여, 도광판 (2) 내로 되돌린다. 또한, 반사 부재 (8) 는 생략될 수 있다. 예를 들어, 도광판 (2) 이 수용되는 케이스 (도시하지 않음) 의 내면이 고광반사성이면, 이 내면을 반사 부재 (8) 를 대신하는 광반사 수단으로서 이용할 수 있다.
본 실시형태의 이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 하나의 특징은, 각 돌기열 (13) 의 제 1 경사면을 이루는 경사각 (θa) 의 변화 양태의 유연한 설정이 가능하기 때문에, 휘도 균일화를 위한 경사각 (θa) 의 변화 양태를 용이하게 설계할 수 있다는 점에 있다. 이것은, 각각의 돌기열 (13) 의 경사각 (θa) 을 자유롭게 설정할 수 있는 것에서 유래되고 있다. 종래예과 같이, 각 돌기열의 형상을 고정하는 일방 (일정한 경사각 (θa)) 의 조건 하에서 돌기열의 피치 (간극) 를 변화시켜 휘도 균일화를 도모하는 것에서는, 돌기열 1 개 당의 출사 촉진 능력을 조정할 수 없기 때문에, 출사면의 위치에 따른 조명광 휘도의 섬세한 조정은 곤란하다.
[변형예 1]
도 15 는 본 변형예 1 을 설명하기 위한 도면으로, 도광판 (2) 의 출사면 (4) 과 그 주변의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다. 도광판 (2) 의 출사면 (4) 상에는 다수의 돌기열 (13) 이 형성되어 있다. 지금, 이들 돌기열 (13) 내의 「이웃하는 3 개의 돌기열 (13)」 에 주목한다. 이웃하는 3 개의 돌기열 (13) 의 높이를 입사 단면 (3) 측으로부터 순서대로 h1, h2, h3 으로 한다. 또한, 제 1 범위 (L1) 내의 돌기열 (13) 의 제 1 경사면 (17) 의 경사각을 순서대로 θa11, θa12, θa13 으로 한다. 또한, 그들의 평균값 (θa11 + θa12 + θa13)/3 을 θm1 로 한다.
한편, 제 2 범위 (L2) 내의 돌기열 (13) 의 제 1 경사면 (17) 의 경사각을 순서대로 θa21, θa22, θa23 으로 한다. 그것들의 평균값 (θa21 + θa22 + θa23)/3 을 θm2 로 한다.
변형예 1 의 돌기열 (13) 은 다음의 여러 조건을 만족시키도록 형성된다.
(ⅰ) 도 15 에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 범위 (L1) 및 제 2 범위 (L2) 내에 있어서, 돌기열 (13) 의 높이가, 입사 단면 (3) 측으로부터 h1 < h2 그리고 h2 > h3 을 만족시키도록, 이웃하는 3 개의 돌기열 (13) 을 다수 (다수 세트) 형성한다.
(ⅱ) 제 1 범위 (L1) 내에 있어서, θm1 은 입사 단면 (3) 으로부터 떨어짐에 따라 점감된다. 또한, 제 2 범위 (L2) 내에 있어서, θm2 는 입사 단면 (3) 으로부터 떨어짐에 따라 점증된다 (도 8, 도 10, 도 3 참조).
(ⅲ) 제 1 범위 (L1) 의 입사 단면 (3) 측의 단부에 있어서의 θm1 은, 제 2 범위 (L2) 의 말단면 (20) 측의 단부에 있어서의 θm2 보다 크다.
(ⅳ) 제 1 범위 (L1) 내에 있어서의 θm1 의 변화량 (Δθm1) (θm1 의 최대값과 최소값의 차이) 은, 제 2 범위 (L2) 내에 있어서의 θm2 의 변화량 (Δθm2) (θm2 의 최대값과 최소값의 차이) 보다 크다.
또한, θm1, θm2 에 대해서는, 순차적으로 이웃하는 3 개의 돌기열의 θa 의 평균 대신, 순차적으로 이웃하는 4 개 이상 돌기열의 θa 의 평균을 채용하여도 된다. 혹은, 2 개의 돌기열의 θa 의 평균을 채용하여도 된다.
단, (θa) 의 평균을 계산하는 돌기열 (13) 의 개수 (n) 는 지나치게 크지 않은 것이 실제적이다. 2 ≤ n ≤ 20 이 실제적이고, 바람직하게는 3 ≤ n ≤ 6 이다.
n = 6 으로 한 경우, 6 개의 돌기열 (13) 의 점유 폭은, 예를 들어 0.2㎜ ∼ 2㎜ 의 길이 내로 형성된다. 2㎜ 의 점유 폭에 대응하는 피치는 Pe = 0.083㎜ (콘스턴트) 로 된다. 곡저 사이의 피치 (Pv) 도 콘스턴트로 된다.
변형예 1 에 있어서는, 상기 조건 (ⅰ) 에 의해, 띄엄띄엄 양 옆의 돌기열 (13) 보다 상대적으로 높이가 높은 돌기열 (13) 이 존재하므로, 프리즘 시트 (5) 가 출사면 (4) 에 부착되는 것이 방지된다.
[변형예 2]
도 16 은 본 변형예 2 를 설명하기 위한 도면으로, 도광판 (2) 의 출사면 (4) 과 그 주변의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다. 도광판 (2) 의 출사면 (4) 상에는 다수의 돌기열 (13) 이 형성되어 있다.
도시되어 있는 바와 같이, 변형예 2 의 도광판 (2) 은, 도 1 내지 도 3 에 나타낸 실시형태에 있어서, 1 개의 수정을 부가한 것이다. 이 수정에 의해, 출사면 (4) 에는, 소정 간격 (예를 들어, 이웃하는 3 개의 돌기열 (13) 마다) 으로, 돌기열 (13) 이 형성되지 않은 평면부 (블랭크 에어리어) (38) 가 형성되어 있다.
각 평면부 (38) 의, 입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 을 향하는 Y 방향을 따른 길이는, 일반적으로는 한정되지 않는다. 일례를 나타내면, 돌기열 (13) 의 곡저 라인 사이의 피치 (Pv) 의 정수 배 (k 배) 로 된다. k (양의 정수) 는 예를 들어, 10 ≤ k ≤ 500 의 범위에 있다. 또한, 평면부 (블랭크 에어리어) (38) 를 이용하여, 출사 휘도를 부가적으로 조정해도 된다. 예를 들어, 출사면 (4) 의 중앙 부근에 평면부 (38) 를 많이 형성하여, 중앙 부근에서의 과잉 휘도를 억제해도 된다.
각 평면부 (38) 의 길이 치수 (입사 단면 (3) 으로부터 말단면 (20) 을 향하 는 Y 방향을 따른 길이 치수) 는, 휘도 특성에 대한 영향을 고려하여, 적당하게 결정되는 것이 바람직하다. 일례를 나타내면, 0.2㎜ ∼ 2㎜ 이다.
[기타 변형예]
본 발명은 다음과 같은 여러 변형을 허용한다.
(Ⅰ) 돌기열 (13) 의 표면이나, 평면부 (38) 의 표면을 조면화시켜, 약한 산란 능력을 부여해도 된다.
(Ⅱ) 출사면 (4) 상에 다수의 돌기열 (13) 을 형성하는 것 대신에, 배면 (7) 상에 다수의 돌기열 (13) 을 형성하여도 된다. 그 경우에는, 출사면 (4) 에 프리즘 돌기열 (14) 을 형성하여도 된다.
(Ⅲ) 도광판의 배면 (7) 상에 형성된 다수의 프리즘 돌기열 (14) 은 생략되어도 된다.
(Ⅳ) 프리즘 돌기열 (14) 의 높이는, 입사단면 (3) 으로부터의 거리에 따라 변화되어도 된다.
(Ⅴ) 프리즘 돌기열 (14) 의 단면 형상은 변형되어도 된다. 예를 들어, 물결 형상이어도 된다. 입사 단면 (3) 에 가까워짐에 따라 매끄러움을 증가시키도록 형성된 볼록 곡면이어도 된다. 각 돌기열 (14) 이 대략 삼각 형상인 단면의 정상부 및 골짜기부 양방 또는 일방을 대략 원호 형상으로 하여도 된다.
(Ⅵ) 1 차 광원은, 1 개 또는 복수 개의 LED 와 같은 점 광원이어도 된다.
(Ⅶ) 프리즘 시트 (5) 대신, 혹은, 프리즘 시트 (5) 뿐만 아니라, 출사면 (4) 과 반대측의 면에 다수의 프리즘 형상 돌기열을 형성한 프리즘 시트를 배치하 여도 된다. 그 경우, 양 프리즘 시트의 프리즘 형상 돌기열의 연장 방향은 대략 직교하는 것이 바람직하다.
(Ⅷ) 도광판 (2) 의 돌기열 (13) 이 형성되는 면에 있어서, 주된 영역보다 입사 단면 (3) 측에 추가로, 입사 단면 (3) 에 직교하는 홈 또는 돌기열을 형성하여도 된다.
(Ⅸ) 상기 실시형태에 있어서, 형광 램프 (10) 의 양단부 (비발광부) 에 대응하는 사이드 에지 에어리어 등에 대해서는, 그 이외의 영역과 상이한 특별한 출사 경향을 나타내는 경우가 많다. 따라서, 그와 같은 특별한 출사 경향을 나타내는 영역에 대해서는, 돌기열 (13) (출사면 (4) 상 또는 배면 (7) 상) 을 본 발명의 양태와는 상이한 형상으로 형성하여도 된다.