KR20090015854A

KR20090015854A - 발광 장치 및 이를 구비하는 조명 장치

Info

Publication number: KR20090015854A
Application number: KR1020080077729A
Authority: KR
Inventors: 후미오 고꾸보; 마사오 야마구찌
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 엔프라스
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2009-02-12
Also published as: EP2023038A2; US20090052192A1; TWI352795B; JP2009044016A; US7798679B2; CN101363588B; CN101363588A; JP5213383B2; EP2023038A3; TW200925507A; EP2023038B1; KR100977336B1

Abstract

발광 장치(10)는 광축(Z)과 발광 소자(1)의 발광면의 교점을 기준점으로 하여, 광 입사면(2a) 상의 임의의 점과 기준점을 연결하는 직선과 광축(Z)이 이루는 각을 α₁, 광 입사면(2a) 상의 임의의 점과 기준점과의 거리를 R₁이라 하고, 적어도 α₁ ＜ π/3의 범위에서는 α₁의 증가에 따라서 R₁은 단조 감소하고, 광 출사면(2b) 상의 임의의 점과 기준점을 연결하는 직선과 광축(Z)이 이루는 각을 α₂, 광 출사면(2b) 상의 임의의 점과 기준점의 거리를 R₂로 하고, 적어도 α₂ ＜ π/3의 범위에서는 α₂의 증가에 따라서 R₂는 단조 증가하고, 광속 제어 부재(2)의 재료의 굴절률(n), α₂의 증분 Δα₂에 대한 R₂의 증분 ΔR₂를 R₂Δα₂로 나눈 값 ΔR₂/(R₂Δα₂)를 A₂로 하고 A₂는 이에 의해, 액정 표시 스프링 패널 상의 휘도 편차를 발생시키지 않고, 광을 확산시켜, 프레넬 반사에 의한 반사율을 저감시켜 확산성이 향상된 발광 장치를 제공한다.

발광 소자, 광속 제어 부재, 주름면, 광 산란면, 반사 시트, 발광 장치

Description

발광 장치 및 이를 구비하는 조명 장치 {LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 발광 장치 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 것으로, 상세하게는 액정 표시 패널의 배면측으로부터 면 형상으로 조명하는 백라이트의 광원이나, 실내의 일반 조명 등 각종 조명으로서 이용할 수 있는 광속 제어 부재를 구비하는 발광 장치 및 이를 구비하는 조명 장치에 관한 것이다.

종래부터, 퍼스널 컴퓨터나 텔레비전 등에 사용되는 액정 표시 모니터의 조명 수단으로서, 복수의 발광 다이오드(이하, 적절하게「LED」라 칭함)를 발광 소자로서 사용한 면 광원 장치가 알려져 있다. 이 면 광원 장치는 액정 표시 모니터의 액정 표시 패널과 대략 동일 형상인 판 형상의 영역에 복수의 LED를 매트릭스 형상으로 배치하고, 발광 소자로부터의 광을 광속 제어 부재에 의해 대략 같은 휘도 분포로 하여 액정 표시 모니터의 이면측으로부터 면 형상으로 조명하는 것이다.

이와 같은 LED를 광원으로 한 발광 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 발광 장치(100)를 들 수 있다. 도19는 종래의 발광 장치(100)의 단면도를 도시하고 있다. 이 발광 장치(100)는 이면측 평면(102c)에 발광 소자(101)를 구비하 고, 또한 발광 소자(101)의 주위에는 발광 소자(101)로부터의 광의 방향을 변화시키는 광속 제어 부재(102)를 구비하고 있다. 발광 장치(100)의 상방에는 액정 표시 패널(106)이 배치되어 있고, 광속 제어 부재(102)로부터 출사된 광이 액정 표시 패널(106) 상에 조사되었을 때의 휘도 분포가 균일화되는 구성으로 되어 있다.

상세하게 설명하면 광속 제어 부재(102)의 광 입사면(102a)에 입사하여 광 출사면(102b)에 도달한, 발광 소자(101)로부터의 광과 광축(Z)이 이루는 각도 φ₁과, 광 출사면(102b)으로부터 출사하는 광(L)과 광축(Z)이 이루는 각도 φ₂가, φ₂/φ₁ ＞ 1의 관계를 만족하는 동시에, 이 φ₂/φ₁의 값을 φ₁의 증가에 따라서 서서히 작아지는 방향으로 변화시키는 형상으로 형성되어 있다.

광 출사면(102b)을 상술한 형상으로 함으로써, 발광 소자(101)로부터 발해진 광의 광속을 액정 표시 패널(106) 상에서 광범위로 부드럽게 확산시키는 것이 가능해진다. 즉, 복수의 발광 소자(101)를 광원으로서 사용하는 경우, 각 발광 소자(101)로부터의 광이 섞이기 쉬워진다. 따라서, 각 발광 소자(101)로부터의 발광색에 불균일이 있었다고 해도, 광속 제어 부재(102)를 거쳐서 출사되는 각 발광 소자(101)의 발광색의 불균일이 눈에 띄기 어려워지는 동시에, 출사광 휘도도 균일화되어 고품질의 면광원 장치를 실현하는 것이 가능해진다.

그 밖의 LED를 광원으로 한 발광 장치로서는, 특허문헌 2에 개시된 발광 장치를 들 수 있다.

특허문헌 2의 발광 장치는 광속 제어 부재로서 저면과, 저면으로부터 연장된 제1 주변 곡면과, 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면을 갖고, 저면의 중심으로부터 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리가 제1 중앙 곡면의 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧게 되어 있다. 제1 중앙 곡면을 상술한 형상으로 함으로써, 발광 소자로부터 발해진 광의 광속은 액정 패널 상에서 광범위로 확산하는 것이 가능해진다.

또한 특허문헌 2에서는 저면의 중앙에 공동(空洞)을 형성하고 있다. 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면 및 제2 중앙 곡면으로 이루어지고, 저면의 중심으로부터 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리가 제2 중앙 곡면의 임의의 지점의 곡률 반경보다도 길게 되어 있다. 제2 중앙 곡면을 상술한 형상으로 함으로써, 발광 소자로부터 발해진 광의 광속은 액정 패널 상에서 더욱 광범위로 확산된다.

또한, 특허문헌 2에서는 제1 중앙 곡면의 중앙에 원추형의 오목부를 갖고, 발광 소자로부터 광축 방향에 가까운 방향으로 출사된 광속도 광축으로부터 먼 방향으로 굴절시켜, 액정 패널 상에서 광속을 광범위로 확산시키고 있다.

[특허문헌 1] 일본 공개 특허 공보「특개 제2006-92983호 공보(공개일 : 2006년 4월 6일)」

[특허문헌 2] 일본 공개 특허 공보「특개 제2006-114863호 공보(공개일 : 2006년 4월 27일)」

그러나, 상기 종래의 발광 장치에서는 각각 이하의 문제점을 갖고 있다.

특허문헌 1의 발광 장치(100)에 있어서, 발광 소자(101)로부터 액정 표시 패널(106)까지의 거리가 짧아질수록, 또는 발광 소자(101)로부터 그 주변에 배치되어 있는 발광 장치가 구비하는 발광 소자까지의 거리가 길어질수록 광속 제어 부재(102)의 확산성을 더욱 향상시킬 필요가 발생한다.

광속 제어 부재(102)에 의한 확산성을 향상시키기 위해서는, 발광 소자(101)로부터 출사한 광을 액정 표시 패널(106) 상에서 발광 소자(101)의 바로 위로부터 이격된 위치에 도달시킬 필요가 있다. 그를 위해서는, 광 출사면(102b)에서 광의 출사하는 배향을 가능한 한 액정 표시 패널(106)에 평행한 방향으로 구부러지는, 즉 광 출사면(102b)에서 크게 굴절시킬 필요가 있다. 그러나, 일반적으로 프레넬 반사라 불리는 현상에 의해, 광 출사면(102b)에서 광을 크게 굴절시키면 반사광량이 증가하는, 즉 광 출사면(102b)으로부터 출사하는 광량이 감소되어 버리게 된다. 특히, 특허문헌 1에 예시되어 있는 발광 장치(100)에 있어서는, 광의 배향의 제어가 주로 광 출사면(102b)에서 행해지는 구성이므로, 확산성을 향상시키기 위해서는 광 출사면(102b)에서 광을 더욱 크게 굴절시킬 필요가 있어, 이 프레넬 반사의 영향이 커진다.

또한, 광 출사면(102b)에서 반사된 광은 도19에 있어서의 파선으로 나타낸 화살표 방향으로 나타낸 바와 같이, 광속 제어 부재(102)의 이면측 평면(102c) 혹 은 이면측 평면(102c)에 접하여 배치되는 반사 부재(103)에 의해 반사되고, 광 출사면(102b)에서 발광 소자(101)의 바로 위 부근에 집광되어 버린다. 이들의 결과, 광속 제어 부재(102)의 광 확산성을 높이고자 하여 굴절각을 크게 해도, 결국 발광 소자(101) 바로 위로부터 이격된 위치에 도달시키고자 한 광이 감소하여 발광 소자(101) 바로 위로 집광되어 버리므로, 확산성을 향상시키는 것이 곤란해진다.

또한, 특허문헌 1에 있어서, 광속 제어 부재(102)의 구성에 관한 것으로, π/2 이하의 일정치를 δ1로 하고, 광속 제어 부재(102)의 확산 정도의 계수를 α로 하면, φ₁ ＜ δ1의 범위 내에 있어서 φ₁과 φ₂의 관계가, φ₂ = {1 + (δ1 - φ₁) × α/δ1} × φ₁의 관계식으로 나타내어진다고 개시되어 있다.

여기서, 도20은 발광 장치(100)의 각도 φ₁ 및 각도 φ₂의 관계를 나타내는 그래프이다. 도20에 있어서 나타낸 바와 같이, 각도 φ₁이 비교적 작은 영역에 있어서, 특허문헌 1의 실시 형태에서 개시되는 발광 장치(100)보다도 큰 확산성을 필요로 하는 경우에는, 각도 φ₁이 증가해도 각도 φ₂가 변화되지 않는 영역이 생긴다.

또한, 도21은 도20에서 나타낸 바와 같은 확산성을 갖는 발광 장치(100)로부터의 광선의 출사 방향을 나타내고 있다. 도20에 나타내는 φ₁이 증가해도 φ₂가 변화되지 않는 영역에서는, 도21에 도시한 바와 같이 광선의 출사 방향이 같아져 광선이 집중하기 때문에 링 형상의 휘선이 생겨 휘도 편차가 발생하게 된다. 이와 같은 휘도 편차를 발생시키지 않기 위해서는 α ＜ 1로 할 필요가 있고, 발광 장치(100)는 이와 같은 조건하에서는 보다 큰 확산성을 얻는다는 점에 대해서는 아직 불충분한 경우가 있다. 즉, φ₂/φ₁의 값을 φ₁의 증가에 따라서 서서히 작아지는 방향으로 변화시키는 형상만으로는 보다 큰 확산성을 얻는다는 관점에 있어서는 불충분한 경우가 있다.

특허문헌 2의 발광 장치에 있어서는, 제1 중앙 곡면과 제1 주변 곡면의 경계에서 곡률 반경을 급격하게 변화시키고, 제1 주변 곡면에서 광을 광축 방향으로 구부리고 있기 때문에, 경계 부근으로부터 출사된 광은 집광되게 된다. 이 경우, 액정 표시 패널 상에서는 링 형상의 휘선이 발생해 버린다. 이를 억제하기 위해, 실시예에는 제1 주변 곡면을 설치하지 않는 타입의 발광 장치도 제안되어 있지만, 그 경우에는 매우 큰 렌즈가 되어 버려 실용적이지 않다. 이 원인은, 저면의 중심으로부터 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리를 제1 중앙 곡면의 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧게 하고 있기 때문이며, 이와 같은 형상에서는 렌즈가 커져 버리기 때문에 제1 주변 곡면이 필요하게 된다.

또한, 특허문헌 2에서는, 제1 주변 곡면과 차(次)중앙 곡면, 최(最)중앙 곡면이 있는 경우도 기재되어 있지만, 최중앙 곡면은 원뿔 형상이므로, 저면의 중심으로부터 광축 방향으로 출사된 광도 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되어 버린다. 이 경우, 각 광속 제어 부재의 광축 상이 어두워지므로, 스폿 형상의 휘도 편차 발생의 원인이 된다. 이와 같이 특허문헌 2에서는 광을 확산시키고 있지만, 액정 표시 패널 상의 휘도 편차의 억제가 곤란하다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 액정 표시 패널 상의 휘도 편차를 발생시키지 않고, 광을 확산시키고, 또한 프레넬 반사에 의한 반사율을 저감시킴으로써, 확산성이 향상된 발광 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 발광 장치는 상기 과제를 해결하기 위해, 발광 소자와, 발광 소자로부터 출사된 광을 제어하는 광속 제어 부재를 구비하는 발광 장치에 있어서, 상기 광속 제어 부재는 상기발광 소자로부터 출사된 광이 광속 제어 부재에 입사하는 광 입사면과, 상기 광 입사면에 입사한 광이 광속 제어 부재로부터 출사되는 광 출사면을 구비하고, 상기 광 입사면은 상기 발광 장치의 기준 광축에 대해 축 대칭인 오목한 곡면 부분을 갖고, 상기 기준 광축과 상기 발광 소자의 발광면의 교점을 기준점으로 하였을 때, 상기 광 입사면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과, 상기 기준 광축이 이루는 각을 α₁, 상기 광 입사면 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R1로 하여, 적어도 α₁ ＜ π/3의 범위에 있어서는 α₁의 증가에 따라 R₁은 단조 감소하고, 상기 광 출사면은 상기 기준 광축에 대해 축 대칭인 볼록한 곡면 부분을 갖는 동시에, 상기 기준 광축과의 교점을 포함하는 부분에 상기 볼록한 곡면 부분에 연속되는 오목부를 갖는 형상이며, 상기 광 출사면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과, 상기 기준 광축이 이루는 각을 α₂, 상기 광 출사면 상의 임의의 점과 상기 기준점과의 거리를 R₂로 하여, 적어도 α₂ ＜ π/3의 범위에 있어서는 α₂의 증가에 따라서 R₂는 단조 증가하고, 상기 광속 제어 부재를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하여, 상기 α₂의 증분 Δα₂에 대한 R₂의 증분 ΔR₂를 R₂Δα₂로 나눈 값 ΔR₂/(R₂Δα₂)를 A₂로 하여, A₂는

미만인 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 발명에 따르면, 광 입사면 상의 임의의 점과 기준점을 연결하는 직선과, 기준 광축이 이루는 각의 증가에 따라서, 광 입사면 상 임의의 점과 기준점을 연결하는 거리가 단조 감소하고 있으므로, 광 입사면에서 광이 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되고, 또한 광 출사면의 임의의 점과 기준점을 연결하는 직선과, 기준 광축이 이루는 각의 증가에 따라서, 광 출사면 상 임의의 점과 기준점을 연결하는 거리가 단조 증가하고 있기 때문에, 또한 광 출사면에서 광이 광축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절된다. 이때의 거리 변화는 일반적인 발광 소자에서 광축 방향으로 출사한 광도의 절반 이상의 광도 범위인 π/3 이내에서 단조 증가, 단조 감소하므로, 거의 휘도 편차를 발생시키지 않고, 광을 부드럽게 확산시키는 것이 가능해진다. 또한, A₂가 상기한 값인 것에 의해, 광 출사면에 있어서의 전반사가 억제된다. 이로 인해, 광 출사면의 일부 영역으로부터 광이 출사하지 않는 등의 휘도 편차의 원인의 억제가 가능해진다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 나타내는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이익은 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 액정 표시 패널 상의 휘도 편차를 발생시키지 않고, 광을 확산시키고, 또한 프레넬 반사에 의한 반사율을 저감시킴으로써, 확산성이 향상된 발광 장치를 제공할 수 있다.

[제1 실시 형태]

본 발명의 일 실시 형태에 대해 도1 내지 도9를 기초로 하여 설명하면, 이하와 같다. 도1은 본 실시 형태에 관한 발광 장치(10)의 단면도를 도시하고 있다. 도1에 도시하는 발광 장치(10)에는 발광 소자(1) 및 이 발광 소자(1)의 주위를 덮도록 광속 제어 부재(2)가 구비되어 있다. 광축(기준 광축)(Z)의 방향은 발광 소자(1)로부터 출사되는 광의 입체적인 출사 광속의 중심에 있어서의 광의 진행 방향을 말한다. 도1에 있어서는, 편의상 발광 소자(1)로부터 연직 상향의 방향을 광축(기준 광축)(Z)이라 한다.

또한, 발광 장치(10)는 광축(Z)을 중심으로 한 회전 대칭의 형상을 갖고 있다. 또한, 발광 소자(1)에 대해서는 반드시 회전 대칭일 필요는 없고, 직육면체 등의 형상이라도 좋다. 광속 제어 부재(2)는 발광 소자(1)로부터 출사된 광(L)의 방향을 변화시킨다. 즉, 광(L)을 광축(Z)에 대해 수직에 가까운 방향으로 구부림 으로써 광(L)을 확산시키는 것이다.

광속 제어 부재(2)는 발광 소자(1)로부터 출사된 광의 방향을 변화시키기 위한 부재이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 굴절률이 1.45 이상 1.65 이하인 투명 재료를 이용할 수 있다. 또한, 더 바람직하게는, 굴절률이 1.49인 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 굴절률이 1.59인 폴리카보네이트(PC), 에폭시 수 지(EP) 등의 투명 수지 재료나 투명한 글래스에 의해 형성될 수 있는 것이다.

광속 제어 부재(2)는 내표면인 광 입사면(2a), 외표면인 광 출사면(2b), 광 입사면(2a)과 광 출사면(2b)을 연결하는 저면(2c)을 갖고 있다. 광속 제어 부재(2)의 내부는 공동이 형성되어 있고, 이 공동 부분에 발광 소자(1)가 설치되어 있다. 발광 소자(1)는 광축(Z)을 중심으로 주위로 광을 출사하는 부재이다. 발광 소자(1)로서는, 공지의 LED칩 등을 이용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

광속 제어 부재(2)의 내표면인 광 입사면(2a)의 단면 형상은, 도1에 도시한 바와 같이 광축(Z) 상에서는 광축(Z)과 대략 수직으로 교차되고, 광축(Z) 부근에서는 윤곽선의 경사가 크게 변화되고, 광축(Z)으로부터 이격된 부분에서는 윤곽선의 경사가 크게 변화되지 않으므로, 범종 형상을 하고 있다. 한편, 광속 제어 부재(2)의 외표면인 광 출사면(2b)의 단면 형상은 광축(Z) 부근에서는 윤곽선의 경사가 광축(Z)과 대략 수직으로 경사 변화가 작고, 광축(Z)으로부터 이격된 부분에서는 윤곽선의 경사의 변화가 커지고, 점차 광축(Z)과 평행한 방향으로 변화되는 형상을 갖고 있다. 또한, 광 출사면(2b)에 있어서의 광축(Z) 부근의 형상은 오목 형상으로 되어 있다.

또한, 도2에 본 실시 형태에 관한 발광 장치(11)의 단면도를 도시한다. 본 실시 형태에 있어서는, 광 입사면(2a) 및 광 출사면(2b)의 양면에 있어서 광의 방향을 변화시키므로, 발광 장치(11)의 광 출사면(2b)에 있어서의 광축(Z) 부근의 형상과 같이 볼록 형상으로 하는 것도 가능하다.

여기서, 도19에 도시하는 특허문헌 1의 발광 장치(100)는 광 출사면(102b)에 있어서만 광의 방향을 변화시키고 있으므로, 광 출사면(102b)에 있어서의 광축(Z) 부근의 형상은 오목 형상으로 되어 있다. 그러나, 본 실시 형태에 따르면, 발광 장치(100)와 같이 오목 형상에 한정되지 않고, 발광 장치(10) 또는 발광 장치(11)와 같이 볼록 형상 또는 오목 형상으로 할 수 있어, 설계의 자유도를 확대할 수 있다.

다음에, 도3을 기초로 하여 광속 제어 부재(2)의 광 출사면(2b)에 있어서의 광(L)의 방향을 변화시키는 구성에 대해 설명한다. 도3은 도1에서 도시하는 발광 장치(10)의 일부를 상세하게 도시하는 단면도이다.

도3에 있어서, 광 입사면(2a)은 발광 장치(10)의 기준 광축(Z)에 대해 축 대칭인 오목한 곡면 부분을 갖고, 기준 광축(Z)과 발광 소자(1)의 발광면의 교점을 기준점 O로 하였을 때, 광 입사면(2a) 상의 임의의 점 P₃과 기준점 O를 연결하는 직선과, 기준 광축(Z)이 이루는 각을 α1, 광 입사면(2a) 상의 점 P₃과 기준점 O와의 거리를 R₁로 하여, 일반적인 발광 소자의 배광 특성인 람베르트 분포의 경우이면, 광축 방향으로 출사한 광도의 절반 이상의 광도 범위인 α₁ ＜ π/3의 범위에 있어 서는 적어도 α₁의 증가에 따라서 R₁은 단조 감소하고 있다.

여기서, 본 명세서에서는 특별히 언급하지 않는 한 각도 표기에는 라디안을 이용한다. 다음에, 광 출사면(2b)은 기준 광축(Z)에 대해 축 대칭인 볼록한 곡면 부분을 갖는 동시에, 기준 광축(Z)과의 교점을 포함하는 부분에 볼록한 곡면 부분에 연속되는 오목부를 갖는 형상이며, 광 출사면(2b) 상의 임의의 점 P₄와 기준점 O를 연결하는 직선과, 기준 광축(Z)이 이루는 각을 α₂, 광 입사면(2a) 상의 점 P₄와 기준점 O의 거리를 R₂로 하여, 적어도 α₂ ＜ π/3의 범위에 있어서는 α₂의 증가에 따라서 R₂는 단조 증가하고 있다.

이때, 광 입사면(2a)에 입사한 광(L)은 외측으로 굴절되고, 광 출사면(2b)으로부터 출사할 때에 더욱 외측으로 굴절된다. 이하에 그 원리를 나타낸다. 광 입사면(2a) 상의 점 P₃에서, 가령 광 입사면의 형상이 α₁이 증가해도 R₁이 변화되지 않는 형상이었을 때, 즉 도3의 단면도에서 α₁의 증분 Δα₁에 대한 R₁의 증분 ΔR₁이 0이었을 때, 광 입사면의 형상은 기준점 O를 중심으로 하는 반경 R₁의 원이 되고, 광은 광 입사면에 수직으로 입사하므로 광의 방향을 바꾸지 않고 전파한다.

한편, 광 입사면의 형상이 α₁의 증가에 따라서 R₁이 감소하는 형상인 경우, 즉 도3의 단면도에서 α₁의 증분 Δα₁에 대한 R₁의 증분 ΔR₁이 ΔR₁ ＜ 0이었을 때, 광 입사면(2a) 상의 점 P₃에 있어서의 접선은, 기준점 O를 중심으로 한 반경 R₁ 의 원보다 광축(Z)과 평행에 근접한 각도가 되고, 이때 기준점 O로부터 출사하여 임의의 점 P₃에 입사한 광은 광축으로부터 이격되는 방향으로 구부러져 광속 제어 부재(2) 내를 전파한다. 이때, ΔR₁/R₁Δα₁ = A₁로 하면, A₁은 A₁ ＜ 0이 된다.

다음에, 광 출사면(2b)에서는 반대로 α₂의 증가에 따라서 R₂가 증가하므로, 광 출사면(2b) 상의 점 P₄에 있어서의 접선은 기준점 O를 중심으로 한 반경 R₂의 원의 접선보다 광축(Z)과 수직에 근접한 각도가 되고, 기준점 O와 점 P₄를 연결하는 직선의 방향으로부터 점 P₄에 입사한 광은 또한 광축(Z)으로부터 이격되는 방향으로 구부러진다. 실제로는 광 입사면(2a)이 있으므로, 도3에 도시한 바와 같이 기준점 O와 점 P₄를 연결하는 직선과 점 P₄에 있어서의 법선이 이루는 각보다도, 실제로 점 P₄에 입사하는 광(L)과 점 P₄ 있어서의 법선이 이루는 각 쪽이 크고, 또한 광축으로부터 이격되는 방향으로 구부러진다. 이와 같이, 이상의 특성을 갖는 광 입사면(2a)과 광 출사면(2b)을 가짐으로써, 확산성을 향상시킨 발광 장치를 얻을 수 있다.

다음에, 도4를 참조하여 광 출사면(2b)으로부터 광을 출사시키기 위한 조건에 대해 서술한다. 우선, 기준점 O와 광 출사면 상의 점 P₄를 연결하는 직선의 방향으로부터 점 P₄에 입사한 광선에 대해 생각한다.

점 P₄에 있어서의 법선과 기준점 O와 점 P₄를 연결하는 직선이 이루는 각을 β, α₂가 미소량 Δα₂만큼 변화되었을 때의 R₂의 변화량을 ΔR₂라 하면,

tanβ = ΔR₂/R₂Δα₂가 된다. 다음에 굴절률을 n으로 하면, 광 출사면으로부터 출사하기 위해서는, nsinβ ≤ 1일 필요가 있다. ΔR₂/R₂Δα₂ = A₂로서, 이상의 식을 정리하면

이 되고, 이것이 기준점 O와 광 출사면 상의 점 P₄를 연결하는 직선의 방향으로부터 점 P₄로 입사한 광선이 광 출사면(2b)으로부터 출사하기 위한 조건이 된다. 이상은 기준점 O로부터 출사한 광이 광 입사면(2a)에서 구부러지지 않고 광 출사면(2b)에 도달한 경우에 대해서이지만, 실제로는 광 입사면(2a)에서 굴절되므로, 광 출사면(2b) 상의 점 P₄에 도달하는 광의 입사각은 β보다 커진다. 그로 인해,

의 조건하에서는 전반사가 발생하게 된다. 따라서, 적어도 A₂는

미만일 필요가 있다.

이상에서는, α₁ = 0 및 α₂ = 0 이외의 부분에 대해 서술하였지만, α₁ = 0, α₂ = 0일 때는, 발광 소자(1)로부터 광축 방향으로 출사된 광을 광축 방향으로 출사할 필요가 있으므로, A₁ 및 A₂는 0이 된다. 이와 같이 함으로써, 특허문헌 2에서 문제가 되는, 발광 소자(1) 바로 위가 어두워지는 단점이 억제된다.

도5에 있어서, 발광 소자(1)로부터 출사되어 광 입사면(2a)에 도달하는 광(L)과 광축(Z)이 이루는 각을 φ₁이라 한다. 또한, 광 입사면(2a)에 입사하고, 광 출사면(2b)에 도달하여, 광 출사면(2b)으로부터 출사한 광(L)과, 광(L)이 광 출사면(2b)에 있어서 도달하는 출사점(P₂)을 지나 광축(Z)과 평행한 선을 이루는 각도를 φ₂라 한다.

또한, 도5에 있어서, 발광 소자(1)로부터 출사된 광(L)이 광 입사면(2a)에 입사한 점을 광 입사점(P₁)으로 하고, 광 입사점(P₁)으로부터 입사한 광(L)과 광 입사점(P₁)에 있어서의 법선이 이루는 각도가 θ₁로서 나타내어져 있다. 또한, 광속 제어 부재(2) 내를 투과하여 광 출사면(2b)에 입사한 광(L)의 출사면에 있어서의 점을 광 출사점(P₂)으로 하고, 광 출사점(P₂)에 도달한 광(L)과 광 출사점(P₂)에 있어서의 법선이 이루는 각도가 θ₂로서 나타내어져 있다.

도5에 도시한 바와 같이, 발광 소자(1)로부터 출사된 광(L)은 광 입사면(2a)에 입사하여 광속 제어 부재(2)의 내부를 전파한 후, 광 출사면(2b)으로부터 외부(예를 들어, 공기 중)에 스넬의 법칙에 따라서 출사되게 된다. 이때, 본 발명에 관한 광속 제어 부재(2)로부터 출사되는 발광 소자(1)로부터의 광속은 광축(Z)으로부터 멀어지도록 굴절되어 출사된다.

상기한 발광 장치(10)에 있어서, 더욱 확산성을 향상시켜 휘도 편차를 억제 하기 위해서는, 발광 소자(1)로부터 출사된 광(L)을 액정 표시 패널 상에 있어서 가우스 분포와 같은 발광 장치(10)의 광축(Z) 상이 밝고, 광축(Z) 상으로부터 이격됨에 따라서 어두워지는 분포로 하는 것이 바람직하다고 생각된다. 그래서, 발명자는 예의 검토를 행한 결과, 배광 특성이 P(φ₁)인 발광 소자(1)로부터 출사된 광(L)에 대해 이하의 조건으로 하는 것을 발견하였다.

즉, 광속 제어 부재(2)로부터 광축(Z)의 방향으로 일정 거리 이격되고, 광축(Z)의 방향에 대해 수직으로 배치되어 있는 평면 상에 있어서, 광축(Z)으로부터의 거리를 r, 발광 소자(1)로부터 출사된 광(L)과 광축(Z)이 이루는 각도를 φ₁로 하여, 이하의 수식 (1)

수식 (1)

에 의해 A를 구하고, C가 r = 0일 때 φ₁ = 0을 충족시키도록 정해지는 정수, σ가 확산성을 나타내는 정수로 한 경우에, 이하의 수식 (2)

수식 (2)

의 조건을 충족시키는 경우에, 배광 특성이 P(φ₁)인 발광 소자(1)로부터의 광(L)을 평면 상, 예를 들어 액정 표시 패널 상에서 가우스 분포로 할 수 있는 것을 발견하였다.

이와 같이, 상기 발광 소자(1)가 상기의 조건을 충족시킴으로써, 광(L)을 액정 표시 패널 상에 있어서 가우스 분포로 할 수 있고, 상기 평면 상에 있어서 링 형상의 휘선이나 발광 장치(10) 상의 휘점 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 발광 소자(1)로부터 출사되는 광(L)의 휘도 편차를 억제할 수 있다.

특히, 일반적인 LED의 배광 특성인 P(φ₁) = P₀cosφ₁(P₀은 정수)로 나타내어진 람베르트 분포는 중요하고, 이하의 수식 (3)

수식 (3)

의 조건을 충족시키면, 람베르트 분포를 상기 평면 상(액정 표시 패널)에서 가우스 분포로 변환할 수 있다. 이에 의해, 발광 소자(1)로부터 출사되는 광(L)의 휘도 편차를 더욱 억제할 수 있다.

도19의 발광 장치(100)에 있어서는, 액정 표시 패널(106)까지의 거리를 20 ㎜로 한 경우에, 특허문헌 1에 개시되어 있는 α = 1의 렌즈 형상은, 상기 수식 (1) 및 수식 (2)에 따르면, σ = 30 ㎜ 정도에 대응하고, 특허문헌 1의 발광 장치(100)의 형상에 따라서는 더 이상의 확산성의 향상이 곤란한 것을 알 수 있다.

도6은 σ를 35 ㎜, 액정 표시 패널까지의 거리를 20 ㎜로 하였을 때의 φ₁과 φ₂의 관계를 나타내는 그래프이다. 도6에 도시된 바와 같이, φ₂는 φ₁의 증가에 수반하여 단조 증가하고 있고, 도20에 도시된 바와 같이 φ₁이 증가해도 φ₂가 변화하지 않는 영역은 발생하지 않는다. 또한, 도7은 도6에 있어서의 φ₁과 φ₂/φ₁의 관계를 나타내는 그래프이다. 특허문헌 1에서 개시된 설계법에서는 φ₁과 φ₂/φ₁ 의 관계가 직선적으로 변화하고 있지만, 도7에 나타낸 바와 같이 φ₁과 φ₂/φ₁의 관계는 직선이 아닌, 도중에 변곡점을 갖는 관계인 것을 알 수 있다.

또한 확산성을 향상시켜, σ = 70 ㎜에 있어서의 φ₁과 φ₂/φ₁의 관계를 도8에 나타낸다. 도8에서는 또한 특허문헌 1과의 차이가 확실하고, 본 발명에서는 φ₁이 작은 영역에서는 φ₁의 증가와 함께 한번에 φ₂/φ₁의 값을 감소시키고, φ₁이 큰 영역에서는 φ₁의 증가와 함께 완만하게 φ₂/φ₁의 값을 1에 근접시키고 있는 것을 알 수 있다.

도9는 발광 장치(10)에 있어서의 θ₁/θ₂와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다. 도9에 있어서, 종축은 반사율을 나타내고, 횡축은 θ₁/θ₂를 로그로 표시하고 있다. 또한, 반사율은 광 입사면(2a) 및 광 출사면(2b)의 양면에서의 반사를 포함한 반사율이 나타내어져 있다. 종래기술인 도19의 발광 장치(100)에 있어서는, θ₁/θ₂ = 0[발광 장치(100)에 있어서는, 항상 θ₁ = 0]이다. 도9에 있어서의 각 그래프의 점근선의 값이 종래기술에 있어서의 반사율이 된다. 예를 들어, Δφ = 7π/45의 그래프에 대한 점근선은 파선으로 나타내고 있고, 15.8 %이다. 즉 Δφ = 7π/45일 때, 종래기술에서는 반사율은 15.8 %가 된다.

본 실시 형태에 관한 발광 장치(10)에서는, 종래기술에 관한 발광 장치(100)와는 달리, 광 입사면(2a) 및 광 출사면(2b)의 양방에 있어서 광(L)의 방향을 변화시키고 있으므로, 각 그래프의 반사율은 점근선의 값보다도 하회하고 있어, 발광 장치(100)보다도 반사율을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, Δφ를 일정하게 한 경우, 반사율이 최소가 되는 것은 θ₁/θ₂ = 1일 때, 즉 θ₁ = θ₂일 때이며, Δφ가 커질수록 반사율이 커지는 것을 알 수 있다.

광속 제어 부재(2)에 의해 광(L)의 확산성을 향상시키기 위해서는, 발광 소자(1)로부터 출사된 광을 가능한 한 광축(Z)과 수직인 방향에 근접시킬 필요가 있으므로, Δφ를 크게 할 필요가 있다. 또한, 발명자의 광선 추적에 의한 해석에 있어서, 광속 제어 부재(2)에 있어서의 프레넬 반사에 의한 반사율이 최대로 15 %를 초과하면, 확산성이 향상되기 어려워지는 것이 확인되었으므로, 반사율은 15 % 이하로 하는 것이 바람직하다. 반사율을 15 % 이하로 하는 조건은, 상술한 그래프를 고찰하여, 이하의 수식 (9) 내지 수식 (15)로 나타내어진다.

Δφ ≤ 3 π/20에 있어서, 0 ≤ θ₁/θ₂ ≤ ∞ …수식 (9)

Δφ = 7π/45에 있어서, 1/25.8 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 25.8 …수식 (10)

Δφ = π/6에 있어서, 1/6.8 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 6.8 …수식 (11)

Δφ = 7π/36에 있어서, 1/2.5 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 2.5 …수식 (12)

Δφ = 2π/9에 있어서, 1/1.6 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 1.6 …수식 (13)

Δφ = π/4에 있어서, 1/1.2 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 1.2 …수식 (14)

Δφ = 23π/90에 있어서, 1/1.1 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 1.1 …수식 (15)

또한, Δφ ≥ 47 π/180에서는 반사율을 15 % 이하로는 할 수 없다. 이들 을 감안하면, 이하의 수식 (4) 내지 수식 (8) 및 수식 (16)

Δφ ≤ 7π/45에 있어서, 1/25.8 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 25.8 …수식 (4)

Δφ ≤ π/6에 있어서, 1/6.8 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 6.8 …수식 (5)

Δφ ≤ 7π/36에 있어서, 1/2.5 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 2.5 …수식 (6)

Δφ ≤ 2π/9에 있어서, 1/1.6 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 1.6 …수식 (7)

Δφ ≤ π/4에 있어서, 1/1.2 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 1.2 …수식 (8)

Δφ ≤ 23π/90에 있어서, 1/1.1 ≤ θ₁/θ₂ ≤ 1.1 …수식 (16)

중 어느 하나의 조건을 충족시킴으로써, 반사율을 15 % 이하로 억제하는 것이 가능해지고, 종래기술에 관한 발광 장치(100)보다도 광(L)의 확산성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 관한 발광 장치를 이용하여 이를 구비하는 조명 장치를 제공할 수 있다. 상기 조명 장치는 본 실시 형태에 관한 발광 장치를 구비하기 위해, 프레넬 반사에 의한 반사율을 저감시킴으로써 확산성이 향상된 조명 장치를 제공할 수 있다. 조명 장치의 구체예로서는, 액정 표시 장치, 백라이트, 사인 보드 등을 들 수 있다.

이상의 구성을 액정 표시 장치용 백라이트로서 이용하는 경우에는, 도시하지 않은 액정 표시 패널이 설치되게 되는, 발광 장치(10)의 상방, 또한 광축(Z)에 대해 수직인 면에 있어서 광속 제어 부재가 본 실시 형태가 아닌 경우와 비교하여, 발광 소자(1)로부터 이격된 위치를 향해 부드럽게 확산되어 출사시킬 수 있다. 이에 의해, 프레넬 반사에 의한 반사율을 억제할 수 있고, 확산성을 향상시킬 수 있는 발광 장치(10)를 제공할 수 있게 된다.

[제2 실시 형태]

본 발명에 관한 다른 실시 형태에 대해 도10 내지 도12를 기초로 하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 설명하는 것 이외의 구성은 상기 제1 실시 형태와 같다. 또한, 설명의 편의상, 제1 실시 형태에 있어서 각 도면에 도시한 부재와 동일 기능을 갖는 부재에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

도10은 본 실시 형태에 관한 발광 장치(10)의 단면도이다. 도10의 발광 장치(10)에 있어서는, 발광 소자(1)와 광속 제어 부재(2)가 비교적 이격되어 설치되어 있다. 이와 같은 구성의 경우, 발광 소자(1)로부터 출사된 광의 일부가 광 입사면(2a)에 입사하지 않고, 저면(2c)에 직접 입사할 수 있다. 그 후, 상기 광은 광속 제어 부재(2)를 전파하여, 광 출사면(2b)에 있어서 집광되어 광(L1)으로서 액정 표시 패널(6) 상에 발광 소자(1)의 바로 위를 중심으로 하는 원 형상의 휘선을 발생한다. 그 결과, 액정 표시 패널(6) 상의 휘도 편차의 개선을 방해할 수 있는 가능성이 있다.

이와 같은 현상을 회피하기 위해, 발명자는 반사 억제부를 갖는 발광 장치를 창작하였다. 도11은 본 실시 형태에 관한 발광 장치(12)의 단면도이다. 발광 장치(12)에는 제1 실시 형태에 있어서 설명한 발광 장치(10)와는 달리, 광축(Z)에 수 직이고, 발광 소자(1)를 포함하는 평면 상에 반사 시트(3)가 구비되어 있다. 또한, 저면(2c)의 하부에는 반사 시트(3)와 대향하여 반사 부재(광 입사 억제부)(4)가 구비되어 있다. 반사 시트(3)와 반사 부재(4) 사이에는 간극이 있어도 좋다.

반사 시트(3)로서는, 구체적으로는 폴리에스테르 등의 수지에 백색 안료를 첨가한 필름이나, 내부에 미세한 거품을 함유시킨 필름 등의 공지의 반사 시트를 이용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사 부재(4)로서도, 폴리에스테르 등의 수지에 백색 안료를 첨가한 필름이나, 내부에 미세한 거품을 함유시킨 필름 등의 공지의 반사 부재를 이용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

반사 시트(3)와 반사 부재(4)의 간극은 발광 소자(1)로부터의 광이 저면(2c)에 직접 입사하지 않도록 0인 것이 바람직하지만, 발광 장치(12)를 구성하는 부재의 변동 등에 의해 실제로는 간극이 생기게 되는 것이다.

발광 장치(12)에 따르면, 발광 소자(1)로부터 출사된 광 중, 상기 간극측으로부터 저면(2c)을 향하는 광은 반사 부재(4)에 의해 반사되고, 그 후, 반사 시트(3)에 도달하여, 다시 반사 시트(3)에 의해 반사된다. 이로 인해, 발광 소자(1)로부터 저면(2c)에 직접 출사된 광은 광속 제어 부재(2)에 입사할 수 없다.

이로 인해, 발광 소자(1)로부터 출사된 광이 원하지 않는 저면(2c)으로부터 입사하는 것을 억제할 수 있으므로, 액정 표시 패널(6) 상에 원 형상의 휘선을 발생시키는 것을 저감시킬 수 있다. 또한, 반사 부재(4)에서 반사된 광은 발광 소자(1)의 주위에 설치된 반사 시트(3)에 의해 반사되므로, 최종적으로는 액정 표시 패널(6)을 조명하는 광으로서 이용되기 때문에, 광 이용 효율을 저하시키기 어렵 다.

이상, 광 입사 억제부로서 반사 부재를 설치하는 방법에 대해 서술하였지만, 도12에 도시하는 발광 장치(13)와 같이, 광 입사 억제부로서 저면(2c)이 주름 가공된 주름면(2d)으로 해도 좋다. 주름면이라 함은, 주름 가공된 면을 말하고, 예를 들어 미세한 요철, 인쇄된 도트 패턴 등 가공된 면을 들 수 있다.

상기한 구성을 갖고 있으므로, 주름면(2d)에 입사한 광은 산란되어 액정 표시 패널(6) 상에 발생하는 원 형상의 휘선이 희미해지므로, 휘도 편차가 눈에 띄기 어려워진다. 또한, 주름면(2d)은 금형으로 주름 가공을 행해 둠으로써, 광속 제어 부재의 성형시에 동시에 설치할 수 있으므로, 비용 저감도 달성할 수 있다.

[제3 실시 형태]

본 발명에 관한 것 다른 실시 형태에 대해 도13 내지 도18을 기초로 하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 설명하는 것 이외의 구성은, 상기 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 설명의 편의상, 제1 실시 형태에 있어서 각 도면에 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

도13은 본 실시 형태에 관한 발광 장치(14)의 단면도이다. 발광 장치(14)에 있어서, 저면(2c)에는 쐐기형의 광 산란부(5)가 구비되어 있다. 광 산란부(5)로서는, 쐐기형 등을 가진 프리즘의 경사면과 같이 광을 반사하고, 광의 배향을 광축(Z)에 대해 수직 근방으로 변화시키는 것이면, 특별히 한정되지 않고 이용할 수 있다. 도13에 있어서, 광 산란부(5)는 광축(Z)에 회전 대칭의 형상이며, 광축(Z) 의 주위에 일련의 형상으로서 형성되어 있지만, 광축(Z) 주위에 일련의 형상이 아닌, 부분적으로 형성되어 있어도 좋다.

광 산란부(5)에 대해 상세하게 설명하기 위해, 우선 광 산란부(5)를 갖지 않는 발광 장치의 액정 표시 패널 상의 휘도 분포에 대해 설명한다. 도14는 광 산란부(5)를 갖지 않는 발광 장치(15)를 도시하는 단면도이다.

발광 장치(15)에서는 발광 소자(1)로부터 출사된 광은 광 입사면(2a)에 입사하고, 그 후, 광 출사면(2b)에 있어서 광(L1)으로서 출사된다. 여기서, 일부의 광은 프레넬 반사에 의해 광 출사면(2b)으로부터 출사되지 않고 반사되고, 또한 저면(2c)에 있어서 프레넬 반사, 혹은 저면(2c)에 접하는 반사 시트(3)에 의해 반사되어 다시 광 출사면(2b)에 도달한다. 광 출사면(2b)에 도달한 광은 광 출사면에서 광축에 근접하게 되어 액정 표시 패널(6)에 광(L2)으로서 도달한다.

이와 같이 발광 장치(15)에 있어서는, 액정 표시 패널(6)의 광축(Z) 부근의 밝기가 증가하는 경향에 있으므로, 광축(Z) 부근의 휘도 편차가 생기는 것이 있다.

다음에, 광 산란부(5)를 갖는 발광 장치의 액정 표시 패널 상의 휘도 분포에 대해 설명한다. 도15는 광 산란부(5)를 갖는 발광 장치(14)의 단면도이다.

발광 장치(14)에서는, 발광 소자(1)로부터 출사된 광은 광 입사면(2a)에 입사하고, 그 후 광 출사면(2b)에 있어서 L1로서 출사된다. 여기서, 일부 광은 발광 장치(15)와 마찬가지로 프레넬 반사에 의해 광 출사면(2b)으로부터 출사되지 않고 반사되어, 저면(2c)에 있어서의 집광점(P)에 집광되게 된다. 발광 장치(14)에 있어서는, 집광점(P) 부근에 광 산란부(5)가 형성되어 있으므로, 광 산란부(5)에 프 레넬 반사된 광이 집광하고, 일부는 광(L3)과 같이 광축(Z)과 평행에 가까운 방향으로 출사되지만, 대부분은 광(L4)으로서 광축(Z)과 수직인 방향으로 근접하게 되어 출사되게 된다. 이에 의해, 발광 소자(1)로부터 출사된 광의 대부분을 광속 제어 부재(2) 및 광 산란부(5)에 의해 광축(Z)과 수직인 방향으로 근접시키도록 제어할 수 있다. 이와 같이, 발광 장치가 광 산란부(5)를 구비함으로써, 또한 휘도 편차를 억제하는 것이 가능해진다.

광 산란부(5)의 설치 위치는 도15에 도시한 바와 같이 광 출사면(2b)으로부터의 광을 보다 많이, 광축(Z)에 대해 수직 방향측으로 근접시킬 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 광 산란부(5)가 집광점(P)의 위치에 배치된 경우에는, 보다 작은 프리즘 형상에서, 광 출사면(2b)에 있어서 프레넬 반사된 광을 보다 많이, 광축(Z)에 대해 수직인 방향으로 근접하도록 제어할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 집광점(P)의 대략의 위치로서는, 저면(2c)의 광 출사면(2b)측이다.

도16은 발광 장치(14) 및 발광 장치(15)를 이용한 경우의 액정 표시 패널(6) 상에 미치게 되는 휘도 분포를 나타내는 그래프이다. 도16에 있어서, 종축은 액정 표시 패널(6) 상에 있어서의 상대적인 휘도를 나타내고 있다. 또한, 횡축은 액정 표시 패널(6)에 있어서의 위치를 나타내고 있고, 각 발광 장치에 있어서의 발광 소자(1)의 바로 위를 횡축의 중심으로 하고 있다. 도16 중, 실선의 그래프는 광 산란부(5)를 갖는 발광 장치(14)의 휘도 분포를, 한편 파선의 그래프는 광 산란부(5)를 갖지 않는 발광 장치(15)의 휘도 분포를 나타내고 있다.

도16의 실선의 그래프와 파선의 그래프를 비교하면, 발광 장치(14)에 있어 서, 광 산란부(5)가 구비되어 있음으로써, 발광 장치(15)보다도, 발광 소자(1)의 바로 위의 부분의 밝기가 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 도16의 파선으로 나타낸 발광 소자(1) 바로 위의 밝기는, 발광 소자(1) 바로 위가 밝아지는 휘도 편차의 원인이 되므로, 이와 같이 발광 장치(14)에 광 산란부(5)가 구비되어 있는 것에 의해 액정 표시 패널(6) 상의 휘도 편차를 더욱 발생하기 어렵게 할 수 있다.

도17은 광 입사면(2a)에 입사한 광이 광 출사면(2b)에 도달하기 전에 광 산란부(5)에 도달하는 경우에 있어서의 발광 장치(14)의 단면도를 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 발광 장치(14)에 따르면, 발광 소자(1)로부터 출사되는 광은 광 산란부(5)에 도달하지 않고, 광 출사면(2b)으로부터 출사된 경우, 광(L1)으로서 출사된다. 이와 같이 하여, 발광 소자(1)로부터 출사되는 광의 확산성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 도17에 도시한 바와 같이, 발광 소자(1)로부터 출사된 광의 일부는 광 입사면(2a)에 입사한 후에, 광 산란부(5)에 도달한 후에 광 출사면(2b)에 도달하여 광속 제어 부재(2)의 외부에 광(L5)으로서 출사된다. 도17에 도시된 바와 같이, 발광 소자(1)로부터 출사된 광의 일부는 광 입사면(2a)에 입사한 후에, 광 산란부(5)에 의해 그 방향이 변경되어, 광축(Z) 방향에 대해 평행한 방향측으로 변경되게 된다. 즉, 광(L5)이 발생하면, 발광 소자(1)로부터의 광의 확산성을 향상시키는 효율이 저하되게 된다.

상기한 바와 같은 광(L5)의 발생을 억제하여, 발광 소자로부터의 광의 확산성을 더욱 향상시키기 위해, 발명자는 이하의 발광 장치를 창작하였다. 도18은 광 산란면(2e)을 구비하는 발광 장치(16)의 단면도를 도시하고 있다.

발광 장치(16)의 광속 제어 부재(2)는 광 출사면(2b)에 있어서 발광 소자(1)로부터 출사된 광이 출사되는 측(외부측)에 광축(Z)과 수직인 면을 갖는 광 산란면(2e)을 구비하고, 또한 광 산란면(2e)의 외부측 단부에는 저면(2c)에 대해 수직인 단부면(2f)이 형성되어 저면(2c)과 연결되어 있다.

도18에 도시한 바와 같이, 발광 소자(1)로부터 출사된 광이 상기 광 입사면(2a)에 입사하여 상기 광 출사면(2b)에 도달하기 전에, 광 산란부(5)에 도달한 광은 광 산란면(2e)에 있어서 광(L6)으로서 산란되게 된다. 이로 인해, 도17에 있어서의 광(L5)과 같이, 광축(Z)에 대해 평행한 방향측으로 이동되는 광에 의해 발생하는 링 모양의 휘선의 발생을 억제할 수 있고, 발광 소자(1)부터의 광을 더욱 효율적으로 확산시킬 수 있다. 구체적으로는, 발광 장치(16)에 의해 액정 표시 패널에 출사된 광이 특정 부분에 원 형상의 휘선을 발생시키는 정도가 작아진다. 즉, 광 산란면(2e)을 설치함으로써 휘도 편차를 억제하기 쉽게 할 수 있는 것이다.

이상의 대책을 강구해도 휘점이나 휘선이 발생하는 경우에는 휘도 목표로 하는 가우스 분포로부터, 휘점이나 휘선이 발생하는 부분의 휘도를 휘점이나 휘선의 발생분을 고려하여 휘도를 낮추어 두고, 이를 새로운 휘도 목표로 하여 렌즈를 설계하면 된다.

또한, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻을 수 있는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

본 발명의 발광 장치는 이상과 같이 상기 광 입사면은 상기 발광 장치의 기준 광축에 대해 축 대칭인 오목한 곡면 부분을 갖고, 상기 기준 광축과 상기 발광 소자의 발광면의 교점을 기준점으로 하였을 때, 상기 광 입사면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과, 상기 기준 광축이 이루는 각을 α₁, 상기 광 입사면 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R₁로 하여, 적어도 α₁ ＜ π/3의 범위에 있어서는, α₁의 증가에 따라서 R₁은 단조 감소하고, 상기 광 출사면은 상기 기준 광축에 대해 축 대칭인 볼록한 곡면 부분을 갖는 동시에, 상기 기준 광축과의 교점을 포함하는 부분에 상기 볼록한 곡면 부분에 연속되는 오목부를 갖는 형상이며, 상기 광 출사면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과, 상기 기준 광축이 이루는 각을 α₂, 상기 광 출사면 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R₂로 하여, 적어도 α₂ ＜ π/3의 범위에 있어서는, α₂의 증가에 따라서 R₂는 단조 증가하고, 상기 광속 제어 부재를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하여, 상기 α₂의 증분 Δα₂에 대한 R₂의 증분 ΔR₂를 R₂Δα₂로 나눈 값 ΔR₂/(R₂Δα₂)를 A₂로 하여, A₂는

미만인 것이다.

그러므로, 발광 소자로부터 출사된 광을 광범위로 부드럽게 확산시킬 수 있 는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 발광 장치에서는 상기 광속 제어 부재는 굴절률이 1.45 이상 1.65 이하인 투명 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 광속 제어 부재는 굴절률이 1.45 이상 1.65 이하인 투명 재료이므로, 아크릴이나 폴리카보네이트 등의 재료가 이용 가능하여 비용 삭감이 가능해진다.

또한, 상기 광 입사면에 있어서, 상기α₁의 증분 Δα₁에 대한 R₁의 증분 ΔR₁을 R₁Δα₁로 나눈 값 ΔR₁/(R₁Δα₁)을 A₁로 하여, α₁이 0일 때, A₁이 0이고, 상기 광 출사면에 있어서 α₂가 0일 때, A₂가 0인 것이 바람직하다.

이에 의해, 발광 장치의 광축 부근이 어두워지는 것이 억제되어 휘도 편차의 억제가 가능해진다.

또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 광 입사면에 있어서, 상기 A₁의 최대값이, α₁이 0 내지 π/4의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 액정 표시 패널 상에서 발광 장치의 광축 부근에 광이 집중하는 것이 억제되고, 휘도 편차의 억제가 가능해진다.

즉, 상기 광 입사면에 있어서, 상기 A₁의 최대값은 α₁이 0 내지 π/4 사이에 있으므로, 발광 소자로부터의 광이 집중하는 광축 부근에서 급하게 광을 구부리는 각도를 증가시킴으로써 발광 장치 광축 상의 광량을 감소시키고, 광축으로부터 이격된 영역에서는 서서히 구부리는 각도를 복귀시켜 감으로써 보다 확산성을 향상 시킬 수 있으므로, 발광 장치에 의해 부드러운 휘도 분포를 얻을 수 있고, 발광 장치를 복수 배치하였을 때의 휘도 편차의 억제가 가능해진다.

또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 광속 제어 부재가 상기 광 입사면과 상기 광 출사면을 연결하는 저면을 구비하고, 상기 저면에는 발광 소자로부터 출사된 광의 입사를 억제하는 광 입사 억제부가 구비되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 발광 소자로부터 출사된 광이 상기 저면으로부터 입사하는 것을 광 입사 억제부에 의해 억제할 수 있다. 이에 의해, 원하지 않는 방향으로부터 광속 제어 부재에 광이 입사함으로써, 발광 장치에 의해 발생하는 휘도 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 발광 장치에서는 상기 광 입사 억제부는 상기 저면에 주름 가공이 행해진 주름부인 것이 바람직하다.

이에 의해, 상기 광 입사 억제부를 광속 제어 부재와 동시에 형성할 수 있어, 저비용으로 광 입사 억제부를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 조명 장치는 상기 발광 장치를 구비하는 것이다.

이에 의해, 프레넬 반사에 의한 반사율을 저감시켜 확산성이 향상된 조명 장치를 제공할 수 있다.

또한, 발명을 실시하기 위한 최량의 형태의 항에 있어서 이루어진 구체적인 실시 형태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명백하게 하는 것이며, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되어야 하는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 다음에 기재하는 특허청구범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있 는 것이다.

본 발명의 조명 장치는 액정 표시 장치의 백라이트로서 이용할 수 있다. 본 발명의 조명 장치는 특히 대형의 액정 표시 장치의 백라이트로서 적합하게 이용할 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 발광 장치의 일 실시 형태를 나타내는 단면도.

도2는 본 발명에 관한 발광 장치의 일 실시 형태를 나타내는 단면도.

도3은 도1에 도시하는 발광 장치를 상세하게 도시하는 단면도.

도4는 도1에 도시하는 발광 장치를 상세하게 도시하는 단면도.

도5는 도1에 도시하는 발광 장치를 상세하게 도시하는 단면도.

도6은 본 실시 형태에 관한 발광 장치의 σ를 35 ㎜, 액정 표시 패널까지의 거리를 20 ㎜로 하였을 때의 각도 φ₁과 각도 φ₂의 관계를 나타내는 그래프.

도7은 도5에 도시하는 발광 장치(10)에 있어서의 각도 φ₁과 각도 φ₂/각도 φ₁의 관계를 나타내는 그래프.

도8은 본 실시 형태에 관한 발광 장치의 σ를 70 ㎜, 액정 표시 패널까지의 거리를 20 ㎜로 하였을 때의 각도 φ₁과 각도 φ₂의 관계를 나타내는 그래프.

도9는 본 실시 형태에 관한 발광 장치에 있어서의 각도 θ₁/각도 θ₂와 반사율의 관계를 나타내는 그래프.

도10은 본 발명에 관한 발광 장치의 일 실시 형태를 나타내는 단면도.

도11은 본 발명에 관한 발광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도.

도12는 본 발명에 관한 발광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도.

도13은 본 발명에 관한 발광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도.

도14는 본 발명에 관한 발광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도.

도15는 본 발명에 관한 발광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도.

도16은 본 발명에 관한 발광 장치를 이용한 경우의 액정 표시 패널 상에 미치게 되는 휘도 분포를 나타내는 그래프.

도17은 본 발명에 관한 발광 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도.

도18은 본 발명에 관한 광 산란면을 구비하는 발광 장치의 일 실시 형태를 나타내는 단면도.

도19는 종래의 발광 장치를 도시하는 단면도.

도20은 도19에 나타내는 종래의 발광 장치의 각도 φ₁ 및 각도 φ₂의 관계를 나타내는 그래프.

도21은 도19에 도시하는 종래의 발광 장치의 광선의 출사 방향을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 발광 소자

2 : 광속 제어 부재

2a : 광 입사면

2b : 광 출사면

2c : 평면

2d : 주름면

2e : 광 산란면

2f : 단부면

3 : 반사 시트(광 입사 억제부)

4 : 반사 부재(광 입사 억제부)

5 : 광 산란부

6 : 액정 표시 패널

10 내지 16 : 발광 장치

α₁ : 각도

α₂ : 각도

Δα₁ : 각도

Δα₂ : 각도

R₁ : 거리

R₂ : 거리

P : 집광점

P₁ : 입사점

P₂ : 출사점

Z : 광축(기준 광축)

Claims

발광 소자와, 발광 소자로부터 출사된 광을 제어하는 광속 제어 부재를 구비하는 발광 장치에 있어서,

상기 광속 제어 부재는 상기 발광 소자로부터 출사된 광이 광속 제어 부재에 입사하는 광 입사면과, 상기 광 입사면에 입사한 광이 광속 제어 부재로부터 출사되는 광 출사면을 구비하고,

상기 광 입사면은 상기 발광 장치의 기준 광축에 대해 축 대칭인 오목한 곡면 부분을 갖고,

상기 기준 광축과 상기 발광 소자의 발광면의 교점을 기준점으로 하였을 때, 상기 광 입사면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과, 상기 기준 광축이 이루는 각을 α₁, 상기 광 입사면 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리를 R₁로 하여, 적어도 α₁ ＜ π/3의 범위에 있어서는, α₁의 증가에 따라서 R₁은 단조 감소하고,

상기 광 출사면은 상기 기준 광축에 대해 축 대칭인 볼록한 곡면 부분을 갖는 동시에, 상기 기준 광축과의 교점을 포함하는 부분에 상기 볼록한 곡면 부분에 연속되는 오목부를 갖는 형상이며,

상기 광 출사면 상의 임의의 점과 상기 기준점을 연결하는 직선과, 상기 기준 광축이 이루는 각을 α₂, 상기 광 출사면 상의 임의의 점과 상기 기준점의 거리 를 R₂로 하여, 적어도 α₂ ＜ π/3의 범위에 있어서는, α₂의 증가에 따라서 R₂는 단조 증가하고,

상기 광속 제어 부재를 구성하는 재료의 굴절률을 n으로 하여, 상기α₂의 증분 Δα₂에 대한 R₂의 증분 ΔR₂를 R₂Δα₂로 나눈 값 ΔR₂/(R₂Δα₂)를 A₂로 하여, A₂는

미만인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제1항에 있어서, 상기 광속 제어 부재는 굴절률이 1.45 이상 1.65 이하인 투명 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 입사면에 있어서, 상기α₁의 증분 Δα₁에 대한 R₁의 증분 ΔR₁을 R₁Δα₁로 나눈 값 ΔR₁/(R₁Δα₁)을 A₁로 하여, α₁이 0일 때, A₁이 0이고,

상기 광 출사면에 있어서, α₂가 0일 때, A₂가 0인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제3항에 있어서, 상기 광 입사면에 있어서, 상기 A₁의 최대값은 α₁이 0으로부터 π/4까지의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제1항에 있어서, 상기 광속 제어 부재가 상기 광 입사면과 상기 광 출사면을 연결하는 저면을 구비하고, 상기 저면에는 발광 소자로부터 출사된 광의 입사를 억제하는 광 입사 억제부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제5항에 있어서, 상기 광 입사 억제부는 상기 저면에 주름 가공이 행해진 주름부인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
제1항에 기재된 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.