KR101441232B1

KR101441232B1 - 도광판 및 면광원 장치

Info

Publication number: KR101441232B1
Application number: KR1020130014240A
Authority: KR
Inventors: 고우오 쿠라타
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-09-17
Also published as: JP5532109B2; CN103809235B; TW201418805A; US20140132887A1; CN103809235A; TWI504951B; KR20140063364A; US9223074B2; JP2014099363A

Abstract

과제
지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광을 적게 하고, 그에 의해 유효 조명 영역을 넓게 한다.
해결 수단
도광판(33)은, 단면부터 입사한 광을 가두는 광도입부(35)와, 광도입부(35)보다도 작은 두께로, 입사한 광을 조명 영역(46)으로부터 외부에 출사시키도록 한 도광판 본체(34)를 구비한다. 광도입부(35)는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에, 도광판 본체(34)보다 두께가 큰 부분의 표면부터 도광판 본체(34)의 단을 향하여 경사한 경사면(37)을 갖는다. 도광판 본체(34)는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에서, 광도입부(35)와 조명 영역(46)과의 사이에 위치하는 영역에, 광도입부(35)로부터 조명 영역(46)에 통과하는 광의 지향 방향을 변환하기 위한 지향성 변환 패턴(40)을 갖는다. 지향성 변환 패턴(40)의 골선의 적어도 일부는, 조명 영역(46)의 표면보다도 도광판 본체(34)의 내부측에 위치한다.

Description

도광판 및 면광원 장치{LIGHT GUIDE PLATE AND A SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE}

본 발명은 도광판 및 면광원 장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 액정 표시 장치 등의 백라이트로서 이용되는 면광원 장치와, 당해 면광원 장치를 구성하는 도광판에 관한 것이다.

근래, 면광원 장치를 조립하는 모바일 기기의 박형화에 수반하여, 면광원 장치도 점점 박형화가 요구되고 있다. 면광원 장치를 박형화하기 위해서는, 도광판의 두께를 얇게 할 것이 필요해진다. 그러나, 평판형상을 한 도광판의 두께를 얇게 할 수 있었다고 하여도, LED로 이루어지는 광원의 높이를 작게 하는 것에는 한계가 있다. 그 때문에, 평판형상을 한 얇은 도광판을 이용한 경우에는, 광원의 높이가 도광판의 단면(광입사면)의 두께보다도 커져서, 도광판의 광입사면에 대향시켜서 배치한 광원이 도광판의 윗면보다도 위로 튀여나가게 된다. 이리하여 광원이 도광판보다도 위로 튀여나가 있으면, 광원으로부터 출사한 광이 전부 도광판의 광입사면에 들어가지 않고, 일부가 외부로 누설되어 버려서 광이용 효율이 나빠진다.

이와 같은 부적합함을 해결하기 위해, 평판형상을 한 도광판 본체의 단(端)에 도광판 본체보다도 두께가 큰 광도입부를 마련하고, 광도입부의 최대 두께의 개소로부터 도광판 본체의 단을 향하여 경사한 경사면을 광도입부에 마련한 도광판을 이용하는 것이 제안되어 있다. 이와 같은 도광판을 이용한 면광원 장치로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시된 것이나, 특허 문헌 2에 개시된 것이 있다.

도 1은, 도광판 본체보다도 두께가 큰 광도입부를 갖는 도광판을 이용한 면광원 장치(11)의 한 예를 도시한다. 도광판(13)은, 거의 균일한 두께를 갖는 도광판 본체(14)와 쐐기형상을 한 광도입부(15)로 이루어진다. 도광판 본체(14)의 이면에는 편향 패턴 또는 확산 패턴이 형성되고, 표면에는 렌티큘러 렌즈(16)가 형성되어 있다. 광도입부(15)에는, 광도입부(15)의 최대 두께의 개소로부터 도광판 본체(14)의 단을 향하여 경사한 경사면(17)이 마련되어 있다. 또한, 광도입부(15)의 단면(端面)(광입사면)의 두께는, 광원(12)의 높이보다도 크게 되어 있다. 이와 같은 도광판(13)을 이용한 면광원 장치(11)에서는, 광도입부(15)의 단면의 두께를 광원(12)의 높이보다도 크게 함으로써, 광원(12)으로부터 출사한 광을 효율 좋게 광도입부(15)에 받아넣고 있다. 또한, 광도입부(15)에 받아들여진 광은, 도광판 본체(14)에 유도되어 면형상으로 넓어지고, 편향 패턴 또는 확산 패턴에서 반사되어 도광판 본체(14)의 광출사면부터 외부에 출사된다. 이 때 광출사면에서 출사하는 광은 렌티큘러 렌즈(16)에서 지향 특성이 넓어진다. 따라서, 이와 같은 구조의 면광원 장치에 의하면, 광원의 광의 이용 효율의 향상과 면광원 장치의 박형화를 양립시킬 수 있다.

그러나, 도 1과 같이 광도입부(15)에 경사면(17)을 갖게 한 면광원 장치(11)의 경우, 도광판 본체(14)에 수직한 방향에서 본 때, 광도입부(15) 내에서 광원(12)의 광축에 대해 기울어진 방향으로 진행되는 광은, 도 1에 화살표로 도시하는 바와 같이, 경사면(17)에서 반사됨에 의해 횡방향(도광판의 폭방향)으로 넓어져서, 광원(12)의 광축과 이루는 각도가 보다 커진다. 그 결과, 경사면(17)에서 가로로 넓어진 광이 도광판(13)의 측면으로부터 누설되거나, 또한, 횡방향으로부터 렌티큘러 렌즈(16)에 광이 입사하여 렌티큘러 렌즈(16)로부터 광이 누설되거나 하여, 광량 손실에 의한 광이용 효율의 저하나, 휘도의 균일성의 저하가 생긴다.

또한, 도 2는, 특허 문헌 1에 개시된 면광원 장치의 사시도이다. 도 2의 면광원 장치(21)에서는, 광도입부(15)의 경사면(17)에 복수개의 평행한 V홈으로 이루어지는 광누설 방지 패턴(22)을 마련하고 있다. 이 광누설 방지 패턴(22)은, 경사면(17)으로부터의 광누설을 적게 하여 광이용 효율을 향상시키기 위한 것이다. 그러나, 그 반면, 광누설 방지 패턴(22)에서 반사된 광은, 경사면(17)만이고 광누설 방지 패턴(22)이 마련되지 않은 경우보다도 횡방향에 확산되기 쉽게 된다. 그 때문에, 광의 횡방향으로의 넓어짐이 보다 커지고, 도광판(13)의 측면으로부터 광이 한층 누설되기 쉬워진다. 또한, 도광판(13)의 윗면이나 하면에 렌티큘러 렌즈 그 밖의 광학적인 패턴이 있는 경우에는, 그곳부터 광이 누설되기 쉬워진다. 그 결과, 역시 광량 손실에 의한 광이용 효율의 저하나, 휘도의 균일성의 저하가 생기고 있다.

특허 문헌 1 : 국제공개 제2010/070821호 특허 문헌 2 : 국제공개 제2008/153024호

상기한 바와 같은 과제를 감안하여, 본 발명의 발명자들은 도 3과 같은 구조의 면광원 장치(30)를 제안하고 있다(이것은, 특원2012-59419로서 특허출원 되어 있다.). 이 면광원 장치(30)는, 광원(32)과, 도광판(33)에 의해 구성되어 있다. 도광판(33)은, 플레이트형상을 한 도광판 본체(34)의 일단에 쐐기형상을 한 광도입부(35)를 연속 일체로 성형한 것이다. 광도입부(35)의 윗면에는 경사면(37)이 마련되어 있고, 경사면(37)은 광도입부(35)의 도광판 본체(34)보다 두께가 큰 부분의 표면부터 도광판 본체(34)의 단을 향하여 하향 경사하고 있다. 도광판 본체(34)의 광도입부측 단연(端緣)으로부터 조금 떨어진 위치로부터 도광판 본체(34)의 타단까지의 영역은, 광을 출사시키기 위한 조명 영역(46)으로 되어 있고, 조명 영역(46)의 윗면에는 렌티큘러 렌즈(36)가 형성되어 있다. 또한, 도광판 본체(34)의, 광도입부(35)와 조명 영역(46)의 사이에 위치하는 영역(패턴 형성 영역(47))에는, 광출사면(39)에 수직한 방향에서 본 때에, 광도입부(35)로부터 조명 영역(46)에 통과하는 광의 지향 방향을, 광입사면(38)에 수직한 방향과 이루는 각도가 작아지도록 변환시키기 위한 지향성 변환 패턴(40)이 마련되어 있다.

이와 같은 면광원 장치(30)에서는, 광원(32)으로부터 출사한 광이 광입사면(38)으로부터 광도입부(35)에 입사하면, 광도입부(35)에 입사한 광은 광도입부(35) 내에 갇히여, 경사면(37)과 광도입부(35)의 하면과의 사이에서 반사하면서 도광판 본체(34)에 유도된다. 도광판 본체(34)에 유도되어 도광판 본체(34) 내를 도광하는 광은, 도광판 본체(34)의 하면에 마련된 광출사 수단에 의해 조명 영역(46)으로부터 외부에 출사된다. 광도입부(35)로부터 도광판 본체(34)에 들어가는 광은, 지향성 변환 패턴(40)에 닿아서 반사됨에 의해, 도 3에 도시하는 광(L2)과 같이, 광입사면(38)에 수직한 방향과 이루는 각도가 작아지기 때문에, 도광판(33)의 측면으로부터 외부에 누설되기 어려워지고, 또한 렌티큘러 렌즈(36)로부터도 외부에 누설되기 어려워진다. 이리하여 광입사면(38)에 수직한 방향으로 정돈된 광은, 조명 영역(46)으로부터 출사할 때에 렌티큘러 렌즈(36)에 의해 폭방향으로 넓어진다.

그러나, 도 3과 같은 면광원 장치(30)에서는, 지향성 변환 패턴(40)이 조명 영역의 표면보다도 위로 돌출하고 있는 경우, 도 4에 L1로 도시하는 바와 같이 도광판 본체(34) 내에 들어간 광이 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)으로부터 외부에 누설되는 것이 밝혀졌다. 이리하여 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)으로부터 광이 누설되면, 조명 영역(46)의 단부가 국소적으로 빛나서 밝게 되고(눈알(目玉)형상의 발광 현상), 조명 영역(46)의 휘도 분포가 불균일하게 되는 문제가 있다. 또한, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49) 조명 영역측 단면(48)으로부터의 광누설이 커빔에 의해 도 5에 도시하는 바와 같이 광원(32)의 전방에서의 눈알형상의 발광(K)이 커지고, 그만큼 유효 조명 영역(조명 영역(46)중, 눈알형상의 발광 등이 없고, 균일한 휘도의 광이 출사되고 있고 조명용으로 사용할 수 있는 영역)이 좁아진다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 지견에 의거하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면(端面)부터 누설되는 광을 적게 하고, 그에 의해 조명 영역의 휘도 분포를 균일화하고, 또한 유효 조명 영역을 넓게 하는 것에 있다.

본 발명에 관한 제1의 도광판은, 단면부터 입사한 광을 가두기 위한 광도입부와, 상기 광도입부의 최대 두께보다도 작은 두께이며, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어서 입사한 광을 광출사 수단에 의해 조명 영역으로부터 외부에 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고, 상기 광도입부는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 단을 향하여 경사한 경사면을 가지며, 상기 도광판 본체는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에서, 상기 광도입부와 상기 조명 영역과의 사이에 위치하는 영역에, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을 변환하기 위한 지향성 변환 패턴을 가지며, 상기 지향성 변환 패턴의 극소부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다. 여기서 지향성 변환 패턴의 극소부란, 예를 들면 홈형상의 지향성 변환 패턴의 골선(谷線)을 가리킨다. 또한, 조명 영역의 표면이란, 조명 영역의 표면에 렌티큘러 렌즈 등의 패턴이 마련되어 있는 경우에는, 그 패턴의 정점(頂点)의 높이에 위치하는 면을 말한다.

본 발명에 관한 제1의 도광판에서는, 지향성 변환 패턴의 극소부의 적어도 일부가 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있기 때문에, 지향성 변환 패턴의 전체가 조명 영역의 표면보다도 밖으로 나와 있는 경우와 비교하여, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면의 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광이 적어지고 눈알형상의 발광이 억제되고, 유효 조명 영역이 좁아지는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 관한 제1의 도광판의 어느 실시 양태는, 상기 지향성 변환 패턴의 모든 극소부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 실시 양태에 의하면, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광을 보다 적게 할 수 있고, 유효 조명 영역이 좁아지는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 관한 제2의 도광판은, 단면부터 입사한 광을 가두기 위한 광도입부와, 상기 광도입부의 최대 두께보다도 작은 두께이며, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어서 입사한 광을 광출사 수단에 의해 조명 영역으로부터 외부에 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고, 상기 광도입부는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 단을 향하여 경사한 경사면을 가지며, 상기 도광판 본체는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에서, 상기 광도입부와 상기 조명 영역과의 사이에 위치하는 영역에, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을 변환하기 위한 지향성 변환 패턴을 가지며, 상기 지향성 변환 패턴의 극대부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다. 여기서 지향성 변환 패턴의 극대부란, 예를 들면 홈형상의 지향성 변환 패턴의 능선(稜線)을 가리킨다. 또한, 조명 영역의 표면이란, 조명 영역의 표면에 렌티큘러 렌즈 등의 패턴이 마련되어 있는 경우에는, 그 패턴의 정점의 높이에 위치하는 면을 말한다.

본 발명에 관한 제2의 도광판에서는, 지향성 변환 패턴의 극대부의 적어도 일부가 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있기 때문에, 지향성 변환 패턴의 전체가 조명 영역의 표면보다도 밖으로 나와 있는 경우와 비교하여, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면의 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광이 적어지고 눈알형상의 발광이 억제되고, 유효 조명 영역이 좁아지는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 관한 제2의 도광판의 어느 실시 양태는, 상기 지향성 변환 패턴의 모든 극대부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 실시 양태에 의하면, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광을 보다 적게 할 수 있고, 유효 조명 영역이 좁아지는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 관한 제1 또는 제2의 도광판으ㅢ 다른 실시 양태는, 상기 지향성 변환 패턴의 극대부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 외측에 위치하고, 상기 지향성 변환 패턴의, 상기 조명 영역의 표면보다도 외측에 나와 있는 부분의 조명 영역측 단면이, 상기 조명 영역의 표면에 대해 45° 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 한다. 이러한 실시 양태에 의하면, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광을 보다 적게 할 수 있고, 유효 조명 영역이 좁아지는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 관한 제3의 도광판은, 단면부터 입사한 광을 가두기 위한 광도입부와, 상기 광도입부의 최대 두께보다도 작은 두께이며, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어서 입사한 광을 광출사 수단에 의해 조명 영역으로부터 외부에 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고, 상기 광도입부는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 단을 향하여 경사한 경사면을 가지며, 상기 도광판 본체는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에서, 상기 광도입부와 상기 조명 영역과의 사이에 위치하는 영역에, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을 변환하기 위한 지향성 변환 패턴을 가지며, 상기 지향성 변환 패턴의 극소부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고, 상기 지향성 변환 패턴의 광도입부측 단부가, 상기 광도입부의 상기 경사면을 관통하도록 상기 경사면과 접속되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 지향성 변환 패턴의 극소부란, 예를 들면 홈형상의 지향성 변환 패턴의 골선을 가리킨다. 또한, 조명 영역의 표면이란, 조명 영역의 표면에 렌티큘러 렌즈 등의 패턴이 마련되어 있는 경우에는, 그 패턴의 정점의 높이에 위치하는 면을 말한다. 또한, 지향성 변환 패턴의 광도입부측 단부가, 광도입부의 경사면을 관통하도록 상기 경사면과 접속되어 있는다는 것은, 지향성 변환 패턴의 광도입부측 단면과 광도입부의 경사면과의 사이에 간극이 존재하지 않는 것, 또는 지향성 변환 패턴의 광도입부측 단면이 도광판의 외면에 존재하지 않는 것을 말한다. 이러한 실시 양태에 의하면, 광의 누설을 저감하고, 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 제1, 제2 또는 제3의 도광판의 또다른 실시 양태에서의 상기 지향성 변환 패턴은, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을, 상기 조명 영역에 수직한 방향에서 본 때에 상기 광도입부의 상기 단면에 수직한 방향과 이루는 각도가 작아지도록 변환하는 것이다.

본 발명에 관한 제1, 제2 또는 제3의 도광판의 또다른 실시 양태는, 상기 광도입부에, 상기 광도입부의 상기 단면부터 입사하는 광을 상기 도광판 본체의 폭방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴을 마련한 것을 특징으로 한다. 또한, 당해 광확산 패턴을 마련하는 위치는 특히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 광도입부의 윗면, 하면, 경사면인 윗면 또는 하면, 광입사면 등에 마련할 수 있다. 이러한 실시 양태에 의하면, 광입사면부터 광도입부에 들어가는 광을 광확산 패턴으로 옆으로 넓히고 나서, 지향성 변환 패턴에 의해 종방향으로 변환시킬 수 있다. 따라서, 도광판의 측면의 부근에 광을 보내서 도광판의 언저리(緣)에서의 휘도를 향상시키고, 동시에 광의 방향을 종방향으로 정돈하여 도광판의 측면이나 렌티큘러 렌즈 등의 광학 패턴으로부터 누설되기 어렵게 할 수 있고, 휘도의 균일화와 광이용 효율의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 제1, 제2 또는 제3의 도광판의 또다른 실시 양태는, 상기 조명 영역에 렌티큘러 렌즈 형상을 형성한 것을 특징으로 한다. 이러한 실시 양태에 의하면, 조명 영역부터 출사하는 광을 렌티큘러 렌즈의 길이 방향과 직교한 방향으로 넓힐 수 있다.

본 발명에 관한 면광원 장치는, 본 발명에 관한 제1, 제2 또는 제3의 도광판과, 상기 도광판에서의 상기 광도입부의 상기 단면에 광을 송입(送入)하기 위한 광원을 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 면광원 장치에서는, 도광판에 형성된 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설되는 광을 적게 할 수 있기 때문에, 유효 조명 영역이 좁아지는 것을 막을 수 있다.

본 발명에 관한 제1, 제2 또는 제3의 도광판 내지 면광원 장치는, 액정 표시 장치에 이용할 수 있고, 도광판의 면적을 크게 하는 일 없이 유효 조명 영역을 넓게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 제1, 제2 또는 제3의 도광판 내지 면광원 장치는, 스마트 폰이나 태블릿형 컴퓨터, 전자 북 리더, 전자 사전 등의 모바일 기기에도 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에서의 상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 이상 설명한 구성 요소를 적절히 조함한 특징을 갖는 것이고, 본 발명은 이러한 구성 요소의 조합에 의한 많은 베리에이션을 가능하게 하는 것이다.

도 1은, 종래의 면광원 장치를 도시하는 사시도.
도 2는, 특허 문헌 1에 개시된 면광원 장치의 사시도.
도 3은, 앞의 출원에 의해 개시한 면광원 장치 및 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 4는, 도 3에 도시한 면광원 장치의 기술적 과제를 설명하기 위한 개략 단면도.
도 5는, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면부터 누설된 광에 의해 눈알형상의 발광이 생기는 양상을 도시하는 개략도.
도 6(A)는, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치의 평면도. 도 6(B)는, 도 6(A)의 X-X선 단면을 도시하는 확대도로서, 렌티큘러 렌즈의 단면 형상을 도시하는 도면.
도 7은, 도 6에 도시하는 면광원 장치의 개략 단면도.
도 8은, 광입사면과 평행한 단면에서의 지향성 변환 패턴의 형상과, 그 일부를 확대하여 도시하는 단면도.
도 9는,외향 또는 내향 법선의 폭의 총합과, 외향 또는 내향 법선의 평균 각도를 구하는 방법을 설명하는 도면.
도 10(A), 도 10(B) 및 도 10(C)는, 지향성 변환 패턴이 마련되어 있는 깊이를 도시하는 개략도.
도 11은, 도광판으로부터의 누설광의 비율을 측정하기 위해 이용한 샘플을 도시하는 사시도.
도 12(A)는, 조명 영역의 표면보다도 위에 지향성 변환 패턴을 마련한 면광원 장치를 도시하는 개략도. 도 12(B)는, 조명 영역의 표면보다도 아래에 지향성 변환 패턴을 마련한 면광원 장치를 도시하는 개략도.
도 13(A)는, 도 12(A)에 도시한 면광원 장치에서의 도광판 본체의 휘도 분포를 도시하는 사진. 도 13(B)는, 도 12(B)에 도시한 면광원 장치에서의 도광판 본체의 휘도 분포를 도시하는 사진.
도 14는, 지향성 변환 패턴이 돌출 비율과 데드 스페이스비와의 관계를 도시한 도면.
도 15는, 지향성 변환 패턴의 조명 영역측 단면의 경사각(φ)을 변화시켰던 때의 상대 누설 광량의 변화를 도시한 도면.
도 16(A)는, 지향성 변환 패턴의 광도입부측 단면과 경사면의 사이에 틈이 생긴 면광원 장치를 도시하는 개략도. 도 16(B)는, 지향성 변환 패턴의 광도입부측 단면이 경사면에 관통하도록 하여 접속된 면광원 장치를 도시하는 개략도.
도 17은, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 18(A)는, 도 17에 도시하는 면광원 장치의 평면도. 도 18(B)는, 도 18(A)의 Y-Y선 단면도로서, 광확산 패턴의 단면 형상을 도시한 도면.
도 19는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형례에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 20은, 본 발명의 실시 형태 3에 의한 면광원 장치의 평면도.
도 21은, 도 20의 면광원 장치에서의 광도입부의 일부를 확대하여 도시하는 사시도.
도 22는, 본 발명의 실시 형태 4에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 23은, 본 발명의 실시 형태 4의 변형례에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 24는, 지향성 변환 패턴과 광확산 패턴과의 접속부분의 형상을 도시하는 부분 확대도.
도 25는, 본 발명의 실시 형태 5에 의한 면광원 장치의 사시도.
도 26은, 본 발명의 실시 형태 6에 의한 액정 표시 장치의 단면도.
도 27은, 본 발명에 관한 면광원 장치를 이용한 모바일 기기의 평면도.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명이 알맞는 실시 형태를 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 설계 변경할 수 있다.

(실시 형태 1의 구성)

이하, 도 6(A), 도 6(B), 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제1의 실시 형태의 구성을 설명한다. 도 6(A)는, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치(31)의 평면도이다. 도 6(B)는, 도 6(A)의 X-X선 단면을 도시하는 확대도로서, 도광판(33)의 표면에 마련한 렌티큘러 렌즈(36)의 단면을 확대하여 나타내고 있다. 도 7은, 면광원 장치(31)의 종방향(광입사면(38)에 수직한 방향)에 따른 개략 단면도로서, 도광판(33) 내에서의 광선의 거동을 나타내고 있다. 도 8은, 광입사면과 평행한 단면에서의 지향성 변환 패턴의 형상과, 그 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다. 또한, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치(31)도, 도 3과 같은 사시도로 도시되기 때문에, 적절히 도 3도 참조하여 설명한다. 또한, 여기서 기술하는 면광원 장치(31)의 기본적 구성과 그 광학적 작용 등에 관해서는, 일본국 특원2012-59419에 상세히 기술하고 있다.

면광원 장치(31)는, 광원 즉 LED를 이용한 광원(32)과, 도광판(33)으로 이루어진된다. 광원(32)은, 1개 또는 복수개의 LED를 내장한 것으로서 백색 발광한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, LED(41)는 투명 밀봉 수지(42) 내에 밀봉되고, 또한 투명 밀봉 수지(42)는 정면을 제외하고 백색 수지(43)에 의해 덮히여 있고, 투명 밀봉 수지(42)의 백색 수지(43)로부터 노출하고 있는 정면이 광출사창(44)(발광면)으로 되어 있다. 이 광원(32)은, 도광판(33)의 폭에 비하여 작은 것이고, 냉음극관이 선형상 광원이라고 불리는 것에 대해 점광원이라고 불리는 일이 있다.

도광판(33)은, 박판형상을 한 도광판 본체(34)와 연속시키도록 하여, 도광판 본체(34)의 단에 연속 일체적으로 광도입부(35)를 성형한 것이다. 도광판(33)은, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지(PC), 시클로올레핀계 재료, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 고굴절율의 투명 수지나 유리에 의해 일체 성형된다.

광도입부(35)는, 도광판(33)중에서 두께가 두꺼운 개략 쐐기형상의 부분이고, 그 단면인 광입사면(38)의 일부에 대향시켜서 광원(32)이 배치되어 있다. 광도입부(35)의 단면의 두께(T)는 광출사창(44)의 높이(H)와 동등하든지, 그것보다도 두껍게 되어 있고, 그 때문에 광원(32)으로부터 출사된 광은 효율적으로 광입사면(38)으로부터 광도입부(35) 내에 입사하고, 면광원 장치(31)의 광이용 효율이 높아진다.

광도입부(35)의 윗면(광출사면(39)과 같은 측의 면)에는, 경사면(37)이 형성되어 있다. 경사면(37)은, 광입사면(38)의 부근의 최대 두께의 부분부터 도광판 본체(34)의 단에 향하여 하향 경사하고 있다. 경사면(37)은, 도광판(33)의 일방측면부터 타방측면까지 띠형상으로 늘어나 있다. 실시 형태 1의 면광원 장치(31)에서는, 경사면(37)은 평활하게 형성되어 있다.

도광판 본체(34)는 도광판(33)의 대부분의 면적을 차지하고 있고, 그 두께(t)는 광도입부(35)의 최대 두께(T)보다도 얇게 되어 있고, 그에 의해 도광판(33)의 박형화가 도모된다. 도광판 본체(34)는 표리면이 평행한 평판형상을 하고 있고, 도광판 본체(34)의 두께는 거의 균일하게 되어 있다. 도 6(A)에 도시하는 바와 같이, 도광판 본체(34)는, 대부분이 광을 출사시키기 위한 조명 영역(46)으로 되어 있고, 광도입부(35)와 인접하는 단부 영역이 패턴 형성 영역(47)으로 되어 있다.

조명 영역(46)중 조명광으로서 유효한 광, 즉 균일한 휘도의 광을 출사하는 영역을 유효 조명 영역이라고 한다. 유효 조명 영역은, 면광원 장치(31)의 위에 겹쳐지는 액정 패널의 표시 영역에 대응하고 있다. 즉, 유효 조명 영역이란, 도광판 본체(34)로부터 패턴 형성 영역(47)을 제외한 영역(조명 영역(46))으로부터, 또한, 불균일한 휘도로 발광하고 있는 영역(눈알형상의 발광 등이 생기고 있는 영역)을 제외한 영역이다.

조명 영역(46)의 윗면이 광출사면(39)으로 되어 있고, 광출사면(39)에는 렌티큘러 렌즈(36)가 성형되어 있다. 렌티큘러 렌즈(36)는, 도 6(A) 및 도 6(B)에 도시하는 바와 같이, 도광판 본체(34)의 종방향과 평행하게 늘어난 볼록 렌즈가 횡방향으로 나열한 것이고, 광출사면(39)으로부터 출사한 광의 지향 특성을 횡방향으로 넓히는 작용을 하고 있다. 또한, 조명 영역(46)의 광출사면(39)과 반대면(하면)에는 광출사 수단(45)를 구비하고 있다. 도 7에서는 광출사 수단(45)으로서 삼각홈형상의 패턴을 나타내고 있지만, 샌드 블라스트 가공, 확산 잉크를 사진 인쇄한 것, 회절 격자 패턴, 임의의 요철 패턴 등이라도 좋고, 또한, 광출사 수단(45)을 도광판 본체(34)의 광출사면(39), 또는 광출사면(39)과 그 반대면의 쌍방에 마련하고 있어도 무방하다.

패턴 형성 영역(47)은, 도광판 본체(34)의 단부에 있어서, 광도입부(35)의 단(경사면(37)의 하단)과 조명 영역(46)의 단과의 사이에 위치하는 띠형상의 영역이다. 패턴 형성 영역(47)의 윗면 및/또는 하면에는 지향성 변환 패턴(40)을 마련하고 있다. 지향성 변환 패턴(40)은, 도 6(A) 및 도 8에 도시하는 바와 같이, V홈형상을 한 복수의 패턴 소자(40a)를 방사형상으로 배열한 것이다. 즉, 광출사면(39)에 수직한 방향에서 본 때, 각 패턴 소자(40a)는, 광원(32)의 발광 중심을 통과하고, 또한, 광입사면(38)에 수직한 가상의 직선(이하, 광원(32)의 광축(C)이라고 한다.)에 대해 기울어져 있고, 광축(C)의 양측에서 각 패턴 소자(40a)가 기울어지는 방향이 반대 방향으로 하고 있다. 또한, 각 패턴 소자(40a)는, 광축(C)으로부터 떨어짐에 따라 광축(C)과 이루는 각도가 점점 크게 되어 있다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 각 패턴 소자(40a)는, 광입사면(38)과 평행한 단면(斷面)에서 경사각과 경사 방향이 다른 2개의 사면(斜面)에 의해 구성되어 있고, 좌우 비대칭의 V홈형상으로 되어 있다. 따라서 지향성 변환 패턴(40)은 경사 방향이 다른 사면이 교대로 나열하여 있다.

이 지향성 변환 패턴(40)의 단면(斷面) 형상은, 다음과 같은 특징을 갖고 있다. 광입사면(38)과 평행한 단면(斷面)에서, 각 패턴 소자(40a)의 사면에 도광판(33)의 내부로부터 외부를 향하여 세우었던 법선(N)을 생각한 때, 법선(N)이 광축(C)에 직교하는 수선(C')과 반대측ㄴ으로 기울어진 사면(50b)의 횡폭(D2)의 총합은, 법선(N)이 수선(C')측으로 기울어진 사면(50a)의 횡폭(D1)의 총합보다도 크게 되어 있다. 단, 사면(50b)의 횡폭(D2)의 총합와, 사면(50a)의 횡폭(D1)의 총합은, 각각 광축(C)의 우측의 영역과 좌측의 영역에서 개개로 계산하고, 광축(C)의 양측에서 각각 사면(50b)의 횡폭(D2)의 총합이 사면(50a)의 횡폭(D1)의 총합보다도 크게 되어 있다. 특히, 도 8에 도시하는 예에서는, 임의의 개소의 이웃하는 2개의 사면(50a, 50b)에 관해, 법선(N)이 수선(C')과 반대측으로 기울어진 사면(50b)의 횡폭(D2)이, 법선(N)이 수선(C')측으로 기울어진 사면(50a)의 횡폭(D1)보다도 크게 되어 있다.

또한, 지향성 변환 패턴(40)의 단면(斷面) 형상의 특징은, 도 9를 참조하여, 다음과 같이 표현할 수도 있다. 수선(C')측으로 기울어진 사면(50a)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도(α)(또는, 사면(50a)의 경사각)의 평균 각도는, 수선(C')과 반대측으로 기울어진 사면(50b)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도(β)(또는, 사면(50b)의 경사각)의 평균 각도보다도 크게 되어 있다. 여기서, 수선(C')측으로 기울어진 사면(50a)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도(α)의 평균 각도란, 수선(C')측으로 기울어진 사면(50a)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도를 αi, 각 사면(50a)의 폭을 D1i로 할 때(i는, 각 사면(50a)에 붙인 지표),

Σαi×D1i/ΣD1i

로 정의한다. 여기서, 분모 및 분자의 총합은, 모두 광축(C)의 우측 영역, 또는 좌측 영역의 사면(50a)에 관해 행한 것이다. 마찬가지로, 수선(C')과 반대측으로 기울어진 사면(50b)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도(β)의 평균 각도란, 수선(C')과 반대측으로 기울어진 사면(50b)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도를 βj, 각 사면(50b)의 폭을 D2j로 할 때(j는, 각 사면(50b)에 붙인 지표),

Σβj×D2j/ΣD2j

로 정의한다. 여기서, 분모 및 분자의 총합은, 모두 광축(C)의 우측 영역, 또는 좌측 영역의 사면(50b)에 관해 행한 것이다. 또한, 이 평균 각도의 대소의 비교는, 광축(C)의 우측 영역과 좌측 영역에서 제각기 행한다. 특히, 도 8에 도시하는 예에서는, 임의의 개소의 이웃하는 2개의 사면(50a, 50b)에 관해, 수선(C')측으로 기울어진 사면(50a)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도(α)가, 수선(C')과 반대측으로 기울어진 사면(50b)의 법선(N)이 수선(C')과 이루는 각도(β)보다도 크게 되어 있다.

또한, 적어도 일부의 지향성 변환 패턴(40)(패턴 소자(40a)), 바람직한 것은 모든 지향성 변환 패턴(40)(패턴 소자(40a))는, 그 골선(극소부)이 조명 영역(46)의 표면보다도 하방(도광판 본체(34)의 내부측)에 위치하고 있다. 도 10(A)에서는, 지향성 변환 패턴(40)의 능선(극대부)이 조명 영역(46)의 표면보다도 상방에 위치하고, 골선이 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 위치하고 있다. 도 10(B)에서는, 지향성 변환 패턴(40)의 능선(극대부)이 조명 영역(46)의 표면과 같은 높이에 있고, 골선이 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 위치하고 있다. 도 10(C)에서는, 지향성 변환 패턴(40)의 능선이 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 위치하고, 골선도 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 위치하고 있다. 그런데, 조명 영역(46)의 표면이란, 조명 영역(46)에 마련된 렌티큘러 렌즈(36)의 정점과 동일한 높이에 위치하는 면을 말한다.

도 10(A) 내지 도 10(C)의 경우, 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면중, 조명 영역(46)의 표면보다도 상방에 있는 부분은, 조명 영역(46)을 향함에 따라 하강하도록 경사하고 있고, 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 있는 부분은, 조명 영역(46)을 향함에 따라 상방으로 올라가도록 경사하고 있다. 이 때, 조명 영역(46)의 표면보다도 상방에 위치하는, 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)이 조명 영역(46)의 표면이과 이루는 각도(경사각)(φ)는, 45° 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면중 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 있는 부분은, 성형시의 탈형의 사정상, 조명 영역(46)에 향함에 따라 상방으로 올라가도록 경사하고 있는 것이 바람직하지만, 반드시 이와 같은 경사에 한하지 않는다. 예를 들면, 조명 영역(46)의 표면보다도 하방에 있는 부분은, 조명 영역(46)의 표면과 수직한 면이라도 좋고, 또한 조명 영역(46)의 표면보다도 상방에 있는 부분과 마찬가지로, 조명 영역(46)? 향함에 따라 하강하고 있어도 좋다.

또한, 지향성 변환 패턴(40)(패턴 소자(40a))의 광도입부측 단면(49)은, 광도입부(35)의 경사면(37)을 관통하도록 하여 경사면(37)과 접속되어 있다. 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)이, 광도입부(35)의 경사면(37)을 관통하도록 하여 경사면(37)과 접속되어 있는다는 것은, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)과 경사면(37)과의 사이에 간극이 존재하지 않는 것을 말한다. 또는, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)이 도광판(33)의 외면에 노출하지 않은 것을 말한다.

또한, 도면에서는, 도시의 사정상, 렌티큘러 렌즈(36)나 지향성 변환 패턴(40) 등의 광학 패턴을 성기게 그리고 있지만, 이들은 실제로는, 미크론 오더의 미세한 패턴이다.

(실시 형태 1의 작용 효과)

그리하여, 이 면광원 장치(31)에서는, 광원(32)으로부터 출사한 광은, 광입사면(38)으로부터 광도입부(35) 내에 입사하고, 광도입부(35)의 윗면 또는 하면에서 반사되고, 또는 광도입부(35)를 통과하여 두께가 얇은 도광판 본체(34)에 도입된다. 도광판 본체(34)에 도입된 광은, 지향성 변환 패턴(40)이나 렌티큘러 렌즈(36), 도광판 본체(34)의 하면에서 반사하면서 도광판 본체(34) 내를 도광하고, 광출사 수단(45)에 의해 반사 또는 확산되어 광출사면(39)으로부터 거의 균일하게 출사된다.

지향성 변환 패턴(40)이 광축(C)에 대해 기울기를 갖도록 배치되어 있기 때문에, 지향성 변환 패턴(40)에 입사한 광(L2)은, 도 3 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환 패턴(40)에서 반사함에 의해 광축(C)과 평행에 가까워지도록 구부러지고, 광축(C)과 이루는 각도가 작아지도록 변환된다. 그 결과, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 면광원 장치(31)에서는, 지향성 변환 패턴(40)에서 반사한 광이 도광판(33)의 측면에 도달하기 어렵게 되고, 또한 렌티큘러 렌즈(36)에 횡방향으로부터 입사하기 어렵게 된다. 따라서, 도광판(33)의 측면이나 렌티큘러 렌즈(36)로부터의 광누설을 저감할 수 있고, 광의 이용 효율을 향상시켜서 면광원 장치(31)의 발광 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태 1에서의 지향성 변환 패턴(40)에서는, 광축(C)으로부터 먼 패턴 소자(40a)일수록 광축(C)과 이루는 각도가 크게 되어 있다. 광원(32)으로부터 패턴 소자(40a)에 들어가는 광선은, 광축(C)으로부터 떨어진 패턴 소자(40a)일수록 패턴 소자(40a)의 길이 방향과 이루는 각도가 커진다. 따라서 광축(C)으로부터 먼 패턴 소자(40a)일수록 광축(C)과 이루는 각도를 크게 함에 의해, 광축(C)으로부터의 거리에 관계없이 마찬가지로 전방으로 광을 구부릴 수 있다.

단, 본 발명의 작용 효과는, 지향성 변환 패턴(40)에서 반사된 광이 전부 광축(C)과 평행한 방향으로 구부러진다는 것은 아니다. 지향성 변환 패턴(40)에서 반사된 광의 전체적인 지향 특성, 특히 그 최대 휘도 방향이 광축(C)과 평행한 방향을 향하도록 변환된다는 것이다.

실험 결과에 의하면, 패턴 형성 영역(47)에 지향성 변환 패턴(40)을 마련하지 않은 경우에는, 패턴 형성 영역(47)으로부터 누설되는 광은, 광입사면(38)으로부터 입사한 광의 15%였다. 이에 대해, 패턴 형성 영역(47)에 지향성 변환 패턴(40)을 마련하고 있는 경우에는, 패턴 형성 영역(47)으로부터 누설되는 광은, 광입사면(38)으로부터 입사한 광의 5%로 감소하였다. 도 11은, 이 실험에 이용한 샘플의 면광원 장치(51)를 도시하는 사시도이다. 샘플의 면광원 장치(51)에서는, 또한 광도입부(35)의 경사면(37)에, 반사하는 광의 지향성을 횡방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴(52)을 형성하고 있다. 광확산 패턴(52)은, 종방향으로 늘어난 V홈을 서로 평행하게 나열한 것이다. 광확산 패턴(52)을 마함으로써, 광을 횡방향으로 넓혀서 도광판(33)의 측면 방향으로 보내여, 광출사면(39)의 측연부(側緣部)가 어두워지는 것을 막음과 함께, 측면 방향으로 보내진 광의 지향 특성을 지향성 변환 패턴(40)에서 광축(C)과 평행한 방향으로 변환함으로써 도광판(33)의 측면이나 조명 영역(46)으로부터 광이 누설되기 어렵게 하고 있다. 한편, 조명 영역(46)의 렌티큘러 렌즈(36)는 생략하고 있다.

또한, 실험에 이용한 샘플의 각 부분의 치수는 이하와 같다.

광원(32)의 광출사창의 폭 : 2㎜

도광판(33)의 폭(W) : 5.5㎜

광도입부(35)의 최대 두께(T) : 0.42㎜

광도입부(35)의 길이(S) : 1.5㎜

도광판 본체(34)의 두께(T) : 0.23㎜

패턴 형성 영역(47)의 길이(G) : 1.5㎜

도광판(33)의 굴절율(n) : 1.59

이 실험 결과에 의하면, 패턴 형성 영역(47)에 지향성 변환 패턴(40)을 마련함에 의해 누설광의 비율을 1/3(15%→ 5%)로 할 수 있다. 이 실험에 이용한 샘플(면광원 장치(51))는, 실시 형태 1의 면광원 장치(31)에 또한 부가적인 요소를 갖고 있지만, 실시 형태 1의 면광원 장치(31)에서도 거의 같은 정도로 누설광을 저감할 수 있다.

다음에, 지향성 변환 패턴(40)의 높이에 관해 설명한다. 도 12(A)는, 조명 영역(46)보다도 위에 지향성 변환 패턴(40)을 마련한 비교예를 도시하는 개략도이다. 도 12(B)는, 조명 영역(46)보다도 아래에 지향성 변환 패턴(40)을 마련한 실시 형태 1의 면광원 장치를 도시하는 개략도이다. 도 12(A)와 같이 지향성 변환 패턴(40)이 조명 영역(46)보다도 위에 나와 있는 경우에는, 광도입부(35)로부터 도광판 본체(34)에 들어간 광의 일부가 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)으로부터 누설되기 쉬워진다. 그 결과, 조명 영역(46)의 단부에 생기는 눈알형상의 발광(도 5 참조)이 커져서 휘도의 불균일도가 증가하고, 그만큼 유효 조명 영역이 좁아진다. 따라서, 실제로 면광원으로서 이용할 수 있는 면적이 작아지고, 면광원 장치의 효율이 나빠진다.

이에 대해, 도 12(B)와 같이 지향성 변환 패턴(40)이 조명 영역(46)보다도 아래에 있는 경우에는, 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)이 조명 영역(46)을 관통하도록 하여 조명 영역(46)에 접속되어 있다. 그 때문에, 지향성 변환 패턴(40)에 입사한 광은 조명 영역측 단면(48)을 통과하여도 조명 영역(46) 내로 돌아오고, 외부에 누설되기 어려워진다. 그 결과, 조명 영역(46)의 단부에 생기는 눈알형상의 발광이 작아지고, 그만큼 유효 조명 영역이 넓게 된다. 따라서, 실제로 면광원으로서 이용할 수 있는 면적이 커지고, 면광원 장치의 효율이 개선된다.

도 13(A)는, 도 12(A)와 같이 조명 영역(46)보다도 위에 지향성 변환 패턴(40)을 마련한 비교예에서의 도광판 본체의 발광시의 휘도 분포를 도시한 사진이다. 도 13(A)의 a선은, 도 12(A)에 도시하는 도광판 본체(34)의 단(지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면)의 위치를 나타내고, 도 13(A)의 b선은, 도 12(A)에 도시하는 패턴 형성 영역(47)과 조명 영역(46)의 경계(지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면)의 위치를 나타낸다. 도 13(A)에 도시되어 있는 바와 같이, 이 비교예의 경우에는, 불균일하게 휘도가 큰 영역이 조명 영역(46) 내로 크게 진입하고 있고, 데드 스페이스 길이(M1)로 나타냈던 범위가 면광원으로서 이용할 수 없는 데드 스페이스로 되어 있다. 즉, 이 M1의 데드 스페이스를 제외한 영역이 유효 조명 영역이 된다.

이에 대해, 도 12(B)와 같이 조명 영역(46)보다도 아래에 지향성 변환 패턴(40)을 마련한 실시 형태 1에서의 도광판 본체의 발광시의 휘도 분포는, 도 13(B)의 사진과 같이 된다. 도 13(B)의 a선도, 도 12(B)에 도시하는 도광판 본체(34)의 단(지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면)의 위치를 나타내고, 도 13(B)의 b선도, 도 12(B)에 도시하는 패턴 형성 영역(47)과 조명 영역(46)의 경계(지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면)의 위치를 나타낸다. 도 13(B)에 도시되어 있는 바와 같이, 실시 형태 1의 경우에는, 불균일하게 휘도가 큰 영역이 작게 되어 있고, 데드 스페이스 길이(M2)로 나타낸 데드 스페이스가 비교예의 경우보다도 작게 되어 있다. 즉, 실시 형태 1의 유효 조명 영역은, 비교예의 유효 조명 영역보다도 넓게 되고, 면광원 장치의 효율이 향상한다.

또한, 도 13(A) 및 도 13(B)의 관찰에 이용한 비교예 및 실시 형태 1의 샘플은, 도 11에 도시한 샘플과 같은 치수의 것이다. 또한, 도 13(A)의 비교예에서는, 조명 영역(46)으로부터 e1=10㎛만큼 튀여나간, 높이가 10㎛의 지향성 변환 패턴(40)이 패턴 형성 영역(47)에 형성되어 있다. 또한, 도 13(B)의 실시 형태 1에서는, 높이가 10㎛의 지향성 변환 패턴(40)이, 조명 영역(46)으로부터 e2=10㎛의 깊이에 마련되어 있다. 또한, 도 13(A) 및 도 13(B)에서는, 대부분의 영역이 검게 되어 있는데, 이것은 눈알형상의 발광이 생기고 있는 부분에 비하여 휘도가 낮기 때문에 검게 찍혀져 있는 것뿐이고, 이들의 검은 영역도 발광 영역이다.

도 14는, 지향성 변환 패턴(40)이 돌출 비율과 데드 스페이스비(比)와의 관계를 도시한 도면이다(실험치). 여기서, 지향성 변환 패턴이 돌출 비율이란, 지향성 변환 패턴의 높이에 대한 조명 영역부터 튀여나가 있는 부분의 높이의 비율이다. 즉,

지향성 변환 패턴이 돌출 비율=(조명 영역의 표면부터 측정한 지향성 변환 패턴의 능선까지의 높이) ÷ (지향성 변환 패턴의 높이)이다. 또한, 데드 스페이스비란, 도 12(A)와 같이 지향성 변환 패턴(40) 전체가 조명 영역(46)의 표면보다도 위로 나와 있는 경우(즉, 지향성 변환 패턴(40)의 골선이 조명 영역(46)의 표면과 같은 높이에 있는 경우)에서 데드 스페이스 길이(도 13(A)의 M1)에 대한, 각 데드 스페이스 길이의 비율이다. 예를 들면, 도 12(A)에서는 지향성 변환 패턴이 돌출 비율은 1이고, 도 10(A)에서는 돌출 비율은 0.5이고, 도 12(B)에서는 돌출 비율은 0이다.

도 14에 의하면, 지향성 변환 패턴(40)의 돌출 비율을 작게 한 경우, 돌출 비율이 -0.5일 때에 데드 스페이스비가 약 0.88이 되고, 돌출 비율이 -0.5보다 작아져도 데드 스페이스비는 그 이상 작아지지 않는다. 따라서, 설계상은, 지향성 변환 패턴(40)은, 조명 영역(46)으로부터 지향성 변환 패턴(40)의 능선까지의 깊이가 지향성 변환 패턴(40)의 높이의 1/2(돌출 비율이 -0.5)이 되도록 하는(도 10(C) 참조)것이 바람직하다.

다음에, 도 15는, 조명 영역(46)과 지향성 변환 패턴(40)의 능선과의 거리(고저 차)를 일정하게 유지한 채로 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)의 경사각(φ)(도 10(A) 참조)을 변화시킨 때의 상대 누설 광량의 변화를 도시하고 있다. 여기서, 상대 누설 광량이란, 경사각(φ)을 90°로 하였을 때의 누설 광량에 대한 각도(φ)의 경우의 누설 광량의 비율을 말한다. 도 15로 부터 알 수 있도는 바와 같이 경사각(φ)이 45° 이상에서는 상대 누설 광량은 거의 변화하지 않지만, 경사각(φ)이 45° 이하에서는, 경사각(φ)이 작아짐에 따라 상대 누설 광량이 작아진다. 따라서, 지향성 변환 패턴(40)의 조명 영역측 단면(48)의 경사각(φ)은, 상기한 바와 같이 45° 이하인 것이 바람직하다.

다음에, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)의 형상에 관해 기술한다. 도 16(A)는, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)과 경사면(37)의 사이에 틈이 생긴 면광원 장치를 도시하는 개략도이다. 도 16(B)는, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)이 경사면에 관통하도록 하여 접속된 면광원 장치를 도시하는 개략도이다.

지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)과 경사면(37)의 사이에 틈이 생기고 있는 경우에는, 도 16(A)에 화살표로 도시하는 바와 같이, 경사면(37)의 광도입부측 단면(49)과 대향하는 개소로부터 광이 누설되기 쉬워지고, 광의 이용 효율이 저하되고, 또 광도입부측 단면(49)의 주위에 눈알형상의 발광이 생긴다. 이에 대해, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)이 경사면에 관통하도록 접속되어 있는 경우에는, 도 16(B)에 화살표로 도시하는 바와 같이, 광도입부측 단면(49)을 통과한 광은 지향성 변환 패턴(40)에 의해 반사되어 도광판 본체(34) 내로 되돌아온다. 따라서, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)이 경사면에 관통하도록 접속해 있으면, 광의 이용 효율을 향상시킴과 함께, 광도입부측 단면(49)의 부근에서의 눈알형상의 발광을 저감할 수 있다.

(제2의 실시 형태)

도 17은, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 면광원 장치(71)의 사시도이다. 도 18(A)는, 면광원 장치(71)의 평면도이다. 도 18(B)는, 도 18(A)의 Y-Y선 단면도이다.

실시 형태 2의 면광원 장치(71)에서는, 또한 광도입부(35)의 윗면 및/또는 하면에, 반사하는 광의 지향성을 횡방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴(72)을 형성하고 있다. 광확산 패턴(72)은, 도 18(B)에 도시하는 바와 같이, 종방향으로 늘어난 V홈(72a)을 서로 평행하게 나열한 것이라도 좋고, 렌티큘러 렌즈형상의 패턴이나 랜덤한 형상의 패턴 등이라도 좋다. 이와 같은 구조에서는, 광확산 패턴(72)에 의해 광을 횡방향으로 넓혀서 도광판(33)의 측면 방향으로 보내어, 광출사면(39)의 측연부가 어두워지는 것을 막음과 함께, 측면 방향으로 보내진 광의 지향 특성을 지향성 변환 패턴(40)에서 광축(C)과 평행한 방향으로 변환함으로써 도광판(33)의 측면이나 렌티큘러 렌즈(36)로부터 광이 누설되기 어렵게 하고 있다.

또한, 광확산 패턴(72)을 V홈(72a)에 의해 구성하고 있으면, 경사면(37) 또는 광도입부(35)로부터 외부에 광이 누설되기 어려워지고, 광도입부(35)에 들어간 광원(32)의 광을 저손실로 도광판 본체(34)에 도광할 수 있게 된다.

(변형례)

도 19는, 본 발명의 실시 형태 2의 변형례에 의한 면광원 장치(73)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(73)에서는, 광을 횡방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴(72)을 방사형상으로 형성하고 있다.

(실시 형태 3)

도 20은, 본 발명의 실시 형태 3에 의한 면광원 장치(81)의 평면도이다. 또한, 도 21은, 면광원 장치(81)에서의 광도입부(35)의 일부를 확대하여 도시하는 사시도이다.

실시 형태 3의 면광원 장치(81)에서는, 광도입부(35)의 광입사면(38)중, 적어도 광원(32)과 대향하는 영역에, 광을 횡방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴(82)을 마련하고 있다. 광확산 패턴(82)은, 도 21에 도시하는 바와 같이, 높이 방향으로 늘어난 볼록 렌즈를 횡으로 나열한 실린드리컬 렌즈형상의 것이라도 좋고, 높이 방향으로 늘어난 V홈을 서로 평행하게 나열한 것이라도 좋고, 랜덤한 형상의 패턴이라도 좋다.

이와 같은 구조의 면광원 장치(81)로도, 광확산 패턴(82)에 의해 광을 횡방향으로 넓혀서 도광판(33)의 측면 방향으로 보내여, 광출사면(39)의 측연부가 어두워지는 것을 막음과 함께, 측면 방향으로 보내진 광의 지향 특성을 지향성 변환 패턴(40)에서 광축(C)과 평행한 방향으로 변환함으로써 도광판(33)의 측면이나 렌티큘러 렌즈(36)로부터 광이 누설되기 어렵게 된다.

(실시 형태 4)

도 22는, 본 발명의 실시 형태 4에 의한 면광원 장치(91)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(91)에서는, 광원(32)의 전방에서, 광도입부(35)의 경사면(37)에 팽출부(92)를 형성하고 있다. 이 팽출부(92)는, 원추대(圓錐臺)의 일부와 같은 형상을 갖고 있다. 이와 같은 팽출부(92)를 경사면(37)에 마련하면, 도광판(33)에 수직한 상방에서 본 때, 팽출부(92)의 외주면(경사면)이 광원(32)을 거의 원호형상에 둘러싸는 것으로 되기 때문에, 광원(32)으로부터 나와 광입사면(38)으로부터 광도입부(35) 내에 들어간 광은, 팽출부(92)의 외주면에 거의 수직하게 입사하는 것으로 된다. 그 결과, 광이 광도입부(35)의 경사면(팽출부(92)의 외주면)으로부터 누설되기 어려워져서, 광도입부(35)로부터 도광판 본체(34)에의 도광 효율이 향상한다.

(변형례)

실시 형태 4의 면광원 장치에서도, 도 23에 도시하는 바와 같이, 팽출부(92)의 외주면에, 광을 횡방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴(93)을 마련하여도 좋다.

또한, 도 17 내지 도 19나 도 23에 도시하는 면광원 장치와 같이 경사면(37)에 광확산 패턴(72 또는 93)을 마련하고 있는 경우에도, 광확산 패턴(72, 93)과 지향성 변환 패턴(40)의 사이에는 간극이 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 도 24에 도시하는 바와 같이, 지향성 변환 패턴(40)의 광도입부측 단면(49)은, 경사면의 광확산 패턴(72, 93)에 관통하도록 접속되고, 또한 경사면의 광확산 패턴(72, 93)의 패턴 형성 영역측 단면도 패턴 형성 영역(47)의 지향성 변환 패턴(40)에 관통하도록 접속되어 있는 것이 바람직하다.

(실시 형태 5)

도 25는, 본 발명의 실시 형태 5에 의한 면광원 장치(96)를 도시하는 사시도이다. 이 면광원 장치(96)에서는, 1장의 도광판(33)에 대해 복수개의 광원(32)이 사용되고 있다. 즉, 도광판(33)의 광입사면(38)에 대향시켜서, 복수개의 광원(32)이 일정 피치마다 배치되어 있다. 또한, 패턴 형성 영역(47)에는, 각 광원(32)에 대응시켜서 지향성 변환 패턴(40)을 형성하고 있다. 이와 같은 실시 형태에 의하면,대면적의 조명 영역(46)을 갖는 면광원 장치를 제작할 수 있다. 또한, 면광원 장치(96)의 기본이 되는 도광판 구조는, 상기 각 실시 형태의 어느 도광판이라도 좋다.

(실시 형태 6)

도 26은, 본 발명의 면광원 장치(예를 들면, 실시 형태 1의 면광원 장치(31))를 이용한 액정 표시 장치(101)의 개략 단면도이다. 이 액정 표시 장치(101)는, 도광판(33)의 광출사면측에 대향시켜서 확산판(102), 프리즘 시트(103) 및 액정 패널(104)을 겹치고 있고, 도광판(33)의 이면측에 반사 시트(105)를 배치하고 있다. 이와 같은 액정 표시 장치(101)에 의하면, 본 발명의 면광원 장치의 특징을 살릴 수 있고, 액정 표시 장치(101)의 광이용 효율을 향상시켜서 화면을 보기 쉽게 할 수 있음과 함께 액정 표시 장치(101)의 박형화를 도모할 수 있다.

(실시 형태 7)

도 27은, 본 발명의 면광원 장치 또는 액정 표시 장치를 이용한 모바일 기기, 즉 스마트 폰(111)의 평면도로서, 제대로 은 터치 패널 부착 액정 표시 장치(112)를 구비하고 있다. 이와 같은 스마트 폰에 본 발명의 면광원 장치를 이용하면, 눈알형상의 발광이나 휘선이 생기기 어려워지기 때문에, 표시 화면의 품위가 향상한다. 또한, 본 발명의 면광원 장치는 스마트 폰 등의 휴대 전화 이외에도, 태블릿형 컴퓨터, 전자 사전, 전자 북 리더 등의 모바일 기기에도 적용할 수 있다.

31 : 면광원 장치
32 : 광원
33 : 도광판
34 : 도광판 본체
35 : 광도입부
36 : 렌티큘러 렌즈
37 : 경사면
38 : 광입사면
39 : 광출사면
40 : 지향성 변환 패턴
45 : 광출사 수단
46 : 조명 영역
47 : 패턴 형성 영역
48 : 광도입부측 단면
49 : 조명 영역측 단면
51, 71, 73, 81, 91, 96 : 면광원 장치
52, 72, 82, 93 : 광확산 패턴
92 : 팽출부
101 : 액정 표시 장치
104 : 액정 패널
111 : 스마트 폰

Claims

단면부터 입사한 광을 가두기 위한 광도입부와,
상기 광도입부의 최대 두께보다도 작은 두께이며, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어서 입사한 광을 광출사 수단에 의해 조명 영역으로부터 외부에 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고,
상기 광도입부는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 단을 향하여 경사한 경사면을 가지며,
상기 도광판 본체는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에서, 상기 광도입부와 상기 조명 영역과의 사이에 위치하는 영역에, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을 변환하기 위한 지향성 변환 패턴을 가지며,
상기 지향성 변환 패턴의 극소부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있으며,
상기 지향성 변환 패턴의 극대부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 외측에 위치하고,
상기 지향성 변환 패턴의, 상기 조명 영역의 표면보다도 외측에 나와 있는 부분의 조명 영역측 단면은, 상기 조명 영역의 표면에 대해 45° 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 도광판.
제1항에 있어서,
상기 지향성 변환 패턴의 모든 극소부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
단면부터 입사한 광을 가두기 위한 광도입부와,
상기 광도입부의 최대 두께보다도 작은 두께이며, 상기 광도입부와 연속하도록 마련되어서 입사한 광을 광출사 수단에 의해 조명 영역으로부터 외부에 출사시키도록 한 도광판 본체를 구비하고,
상기 광도입부는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 도광판 본체보다 두께가 큰 부분의 표면부터 상기 도광판 본체의 단을 향하여 경사한 경사면을 가지며,
상기 도광판 본체는, 광출사측의 면과 그 반대면 중 적어도 한쪽의 면에서, 상기 광도입부와 상기 조명 영역과의 사이에 위치하는 영역에, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을 변환하기 위한 지향성 변환 패턴을 가지며,
상기 지향성 변환 패턴의 극대부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있으며,
상기 지향성 변환 패턴의 극대부의 적어도 일부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 외측에 위치하고,
상기 지향성 변환 패턴의, 상기 조명 영역의 표면보다도 외측에 나와 있는 부분의 조명 영역측 단면은, 상기 조명 영역의 표면에 대해 45° 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 도광판.
제3항에 있어서,
상기 지향성 변환 패턴의 모든 극대부가, 상기 조명 영역의 표면보다도 상기 도광판 본체의 내부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
삭제
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지향성 변환 패턴은, 상기 광도입부로부터 상기 조명 영역에 통과하는 광의 지향 방향을, 상기 조명 영역에 수직한 방향에서 본 때에 상기 광도입부의 상기 단면에 수직한 방향과 이루는 각도가 작아지도록 변환하는 것을 특징으로 하는 도광판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광도입부에, 상기 광도입부의 상기 단면부터 입사하는 광을 상기 도광판 본체의 폭방향으로 넓히기 위한 광확산 패턴을 마련한 것을 특징으로 하는 도광판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명 영역에 렌티큘러 렌즈 형상을 형성한 것을 특징으로 하는 도광판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 도광판과,
상기 도광판에서의 상기 광도입부의 상기 단면에 광을 송입하기 위한 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 면광원 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 도광판과,
상기 도광판에서의 상기 광도입부의 상기 단면에 광을 송입하기 위한 광원과,
상기 도광판의 상기 조명 영역의 위에 배치한 액정 패널을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제11항에 기재한 액정 표시 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 모바일 기기.