(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2010년04월02일
(11) 등록번호 10-0934885
(24) 등록일자 2009년12월23일
(51) Int. Cl.
G02F 1/1335 (2006.01)
(21) 출원번호 10-1998-0049517
(22) 출원일자 1998년11월18일
심사청구일자 2003년11월12일
(65) 공개번호 10-1999-0045382
(43) 공개일자 1999년06월25일
(30) 우선권주장
97-334909 1997년11월19일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
JP평성08160426 A
(73) 특허권자
닛또 쥬시 고교 가부시키가이샤
일본 도쿄도 시나가와꾸 히라쓰가 2쵸메 9방 29고
가부시키가이샤 엔프라스
일본국 사이타마켄 가와구치시 나미키 2-30-1
고이께 야스히로
일본 가나가와켕 요코하마시 아오바쿠 아자미노미
나미 3쵸메 12반치 22
(72) 발명자
고이께 야스히로
일본 가나가와껭 요꼬하마시 아오바꾸 이찌가오쵸
534-23
호리베 아끼히로
일본 가나가와껭 야마또시 쥬오린깐 3-9-10
(74) 대리인
특허법인코리아나
전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 윤성주
(54) 광원장치
(57) 요 약
광의 색조의 균일성이 높은 조명광을 출사할 수 있는 광원장치가 제공된다. 광원장치는 내부에 산란능이 부여된
광산란도광체와, 광산란도광체의 단면부에서 광공급을 하는 광공급수단을 구비한다. 광산란도광체의 내부로 도입
된 광은 광산란도광체의 출사면에서 출사된다. 광공급단의 근방영역과 이격영역에서 거의 거의 동등한 색온도의
출력광이 얻어지도록, 광산란도광체의 장파장과 단파장에 있어서의 산란효율의 밸런스가 도모된다. 장파장영역에
있어서의 산란효율 Q (R) 과 단파장영역에 있어서의 산란효율 Q (B) 의 관계는 k = Q (B) / Q (R) 가 0.75 ≤ k
≤ 1.25 의 범위에 들어가도록 설계된다.
대 표 도
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등록특허 10-0934885
특허청구의 범위
청구항 1
내부에 산란능이 부여된 광산란도광체와, 상기 광산란도광체의 단면부로 광공을 공급하는 광공급수단을 구비하
고, 상기 광공급수단에서 상기 광산란도광체의 내부로 도입된 광을 상기 광산란도광체의 출사면에서 출사시키도
록 한 광원장치에 있어서,
상기 출사면은 상기 광산란도광체의 측부의 적어도 일부를 포함하고,
상기 광공급수단은 장파장영역과 단파장영역을 포함하는 가시광을 공급하는 것으로서,
상기 광산란도광체에 부여된 산란능은 상기 장파장영역에 있어서의 산란효율 Q (R) 과 상기 단파장영역에 있어
서의 산란효율 Q (B) 의 관계가 상기 단면부의 근방위치에서의 상기 출사면으로부터의 출사광과 상기 단면부로
부터 이격된 위치에서의 상기 출사면으로부터의 출사광이 거의 동등한 색온도를 가지도록 밸런스 조정되며,
상기 장파장영역에 있어서의 산란효율 Q (R) 과 상기 단파장영역에 있어서의 산란효율 Q (B) 의 관계가, 상기
밸런스 조정하기 위한 조정비 (k) 를 포함하는 하기 관계식 (6) 으로 기술되고, 상기 조정비 (k) 의 값이 0.75
≤ k ≤ 1.25 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광원장치.
Q (B) / Q (R)=k … (6)
단, Q (B) ; 청색광으로 대표되는 단파장 가시영역에 있어서의 산란효율
Q (R) ; 적색광으로 대표되는 장파장 가시영역에 있어서의 산란효율
청구항 2
제 1 항에 있어서, 상기 광산란도광체가 판형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
청구항 3
제 2 항에 있어서, 상기 광산란도광체의 판두께는 상기 단면부로부터 이격됨에 따라 쐐기형상으로 얇아지는 것
을 특징으로 하는 광원장치.
청구항 4
제 1 항에 있어서, 상기 광산란도광체가 로드형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광원장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 광산란도광체를 통하여 광출사하는 타입의 광원장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하면 출사광[0023]
의 색온도의 균일성을 향상시킨 상기 타입의 광원장치에 관한 것이다. 본 발명의 면광원장치는 예컨대 액정 디
스플레이, 광고용 혹은 장식용 디스플레이의 백 라이팅에 유리하게 적용된다. 나아가, 본 발명은 백 라이팅뿐
아니라 다른 각종 조명장치에도 유리하게 적용될 수 있다.
광원장치의 한 유형으로서, 광산란도광체의 단면부에서 광공급을 하여, 광산란도광체의 측부에서 조명광을 방출[0024]
하는 광원장치가 알려져 있다. 광산란도광체의 형상은 예컨대 쐐기판형상, 평판형상, 로드형상 등이 채용되고
있다.
도 1 은 쐐기판형상의 광산란도광체 (이하, 「광산란도광판」이라 함) 를 채용한 광원장치를 나타내는 분해사시[0025]
도이다. 본 도면에 나타낸 바와 같은 광원장치는 광산란도광체의 측방에 광공급을 위한 일차광원이 배치되어 있
기 때문에 사이드 라이트형 면광원장치로 불리고 있다.
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동 도면을 참조하면 광원장치 (1) 는 쐐기형상의 단면을 갖는 광산란도광판 (2) 을 구비하고, 그 측방에 일차광[0026]
원 (3) 이 배치되어 있다. 일차광원 (3) 은 예컨대 냉음극관 (9) 과 리플렉터 (10) 로 구성되어 있다. 광원장치
(1) 는 반사 시트 (4), 프리즘 시트 (5,6) 를 더 구비하고, 이들은 광산란도광판 (2) 과 함께 적층배치된다. 광
원장치 (10) 를 액정디스플레이의 백 라이팅에 사용하는 경우에는 외측에 액정패널 (7) 이 더 배치된다.
일차광원 (3) 은 냉음극관 (형광램프) (9) 과 그 배후의 리플렉터 (10) 를 구비한다. 리플렉터 (10) 는 개구를[0027]
가지며, 이곳을 통하여 도광판 (2) 의 단면 (2a) 에 광공급을 한다. 리플렉터 (10) 는 정반사성 또는 난반사성
의 시트재 등으로 이루어진다. 단면 쐐기형상의 광산란도광판 (2) 은 예컨대 아크릴 (PMMA 수지) 의 사출성형에
의해 형성된다. 광산란도광판 (2) 의 내부로 도입된 광은 반사시트 (4) 를 따르게 한 주요면 (이하, 「이면」이
라 함) 과, 프리즘 시트 (5) 를 따르게 한 주요면 (이하, 「출사면」이라 함) 사이를 반복 반사하면서
전파한다.
각 반사의 기회에 있어서, 출사면에 대하여 임계각 이하의 입사각을 갖는 성분은 이면 및 출사면에서 출사한다.[0028]
출사면에서 출사되는 조명광의 주요 전파방향은 쐐기형상의 선단방향으로 기운다. 이와 같은 성질은 지향출사성
이라고 불린다.
반사시트 (4) 는 금속박 등으로 이루어지는 시트형상의 정반사부재, 또는 백색 PFT 필름 등으로 이루어지는 시[0029]
트형상의 난반사부재에 의해 형성된다. 광산란도광판 (2) 의 이면에서 누출되는 조명광은 반사시트 (4) 에 의해
반사되어 광산란도광판 (2) 으로 재입사함으로써 조명광의 이용효율을 향상시킨다.
프리즘 시트 (5 및 6) 는 광산란도광판 (2) 의 출사지향성을 보정하기 위하여 배치되는 것으로서, 폴리카보네이[0030]
트 등의 투광성 시트재로 형성된다. 프리즘 시트 (5,6) 의 프리즘면은 광산란도광판 (2) 을 향하는 면 (내측면)
혹은 광산란도광판 (2) 에 등을 돌리는 면 (외측면) 중 어느 한 면에 형성된다. 프리즘면은 일방향으로 거의 평
행하게 연장되는 다수의 돌기열로 이루어진다.
본 예와 같이 2 개의 프리즘 시트 (5,6) 를 배치하는 경우에는 일방의 프리즘 시트 (5) (또는 6) 는 돌기열이[0031]
광산란도광판 (2) 의 입사면과 평행하게 연장되도록 배향된다. 타방의 그것은 광산란도광판 (2) 의 입사면 (광
공급을 받는 단면) 과 직교하는 방향으로 연장되도록 배향되는 것이 통례이다.
프리즘 시트 (5 및 6) 는 각 돌기열의 사면에서, 출사광의 주 출사방향을 출사면의 정면방향으로 보정한다. 프[0032]
리즘 시트는 1 개만 사용될 수도 있고, 경우에 따라서는 사용되지 않을 수도 있다. 양면에 프리즘면을 형성한
이른바 양면 프리즘 시트가 사용될 수도 있다.
또한, 광산란도광판 (2) 의 형상은 평판형상일 수도 있다. 그러나, 출사효율이나 휘도의 균일성의 관점에서, 본[0033]
예와 같이 쐐기형상이 바람직하게 채용된다. 쐐기형상의 광산란도광판 (2) 은 일반적으로 광공급을 받는 단면부
(2a) 로부터 이격함에 따라 얇아지는 경향을 갖는다.
이런 종류의 광원장치에 요구되는 특성의 하나로서, 출사광의 색조의 균일성이 있다. 즉, 광산란도광판 (2) 의[0034]
출사면으로부터는 가급적 넓은 영역에 걸쳐 동일한 색조의 광이 출사되는 것이 바람직하다. 하지만, 종래부터
알려져 있는 광원장치에서는 상기 요구를 충족시켜주지 못한다. 그리고, 광산란도광판의 출사광 혹은 프리즘 시
트 등의 부가소자를 거친 최종적인 출력광에 색불균일이 남는다.
종래의 광원장치 (1) 에서 채용되고 있는 광산란도광판 (2) 의 출사면을 주의 깊게 관찰한 결과, 일정한 경향을[0035]
갖는 색불균일이 발견되었다. 즉, 색불균일은 단면부 (2a) 로부터의 거리에 의존한 색조의 변화로서 발생되는
경향이 있다.
설명의 편의상, 출사면은 단면부 (2a) 에 가까운 근방영역 (2b), 먼 이격부 (2d), 그 사이의 중간부 (2c) 로 삼[0036]
분된다. 관찰에 의하면 근방영역 (2b) 과 이격부 (2d) 의 색조의 차가 크고, 중간부 (2c) 에서는 과도적인 색조
가 나타난다. 더욱 상세하게 말하자면 근방영역 (2b) 에 비하여 이격부 (2d) 에 있어서의 출사광의 푸른 빛이
부족한 듯이 느껴진다. 이와 같은 경향은 광공급측에서 본 광산란도광판 (2) 의 깊이가 클수록 현저해진다.
이와 같은 푸른 빛 부족의 현상은 종래부터 어느 정도는 인식되고 있었다. 하나의 종래기술에 따르면 일차광원[0037]
(3) 으로부터의 공급광의 푸른 성분이 보강된다. 그러나, 이 방법으로는 색불균일의 본질적인 해결이 되지않으
며, 근방영역 (2b) 의 푸른 빛이 과잉될 수 있다.
또 하나의 종래기술에 따르면 광산란도광판 (2) 내에 청색의 발색재료가 첨가된다. 이 방법도 본질적인 해결을[0038]
주지못한다. 청색의 발색재료의 첨가 농도에 구배 (勾配) 를 줄 수도 있다. 그러나, 그것은 제조기술상 불리하
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며 비용도 든다.
이와 같은 색불균일의 문제는 다른 형상의 광산란도광체를 채용한 광원장치에도 발생할 수 있다. 도 2 는 로드[0039]
형상의 광산란도광체 (광산란도광로드) 를 채용한 광원장치를 예시한 것이다. 본 도면에 나타낸 광원장치 (11)
에서는 원통형상의 광산란도광로드 (12) 의 단면 (12a) 의 측방에 일차광원 (예컨대 형광램프) (13) 이 배치된
다. 그리고, 일차광원 (13) 에서 광산란도광로드 (12) 로 광공급이 이루어진다. 광출사는 원통측면과 말단면
(12e) 에서 이루어진다.
본 예의 광원장치 (11) 에서 발생하는 색불균일도 도 1 의 면광원장치 (1) 의 경우와 유사한 경향을 나타낸다.[0040]
설명의 편의상, 광산란도광체 (12) 의 측면은 원통출사면을 단면부 (12a) 에 가까운 근방영역 (12b), 먼 이격부
(12d) 및 그 사이의 중간부 (12c) 로 삼분된다.
근방영역 (12b) 과 이격부 (12d) (및 말단부 (12e)) 의 색조의 차가 크다. 중간부 (12c) 에서는 과도적인 색조[0041]
가 관찰된다. 더욱 상세하게 말하면 근방영역 (12b) 에 비하여 이격부 (12d) (및 말단면 (12e)) 에 있어서의 출
사광의 푸른빛이 부족한 듯이 느껴진다. 이와 같은 경향은 광산란도광로드 (12) 의 길이 (광공급측에서 본
깊이) 가 길수록 현저해진다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명의 목적은 광산란도광체를 통하여 광출사하는 타입의 광원장치에 발생하는 상기 경향을 갖는 색불균일의[0042]
문제를 해결하는 데 있다. 즉, 본 발명은 출사광의 색조의 균일성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 또한 본
발명은 이를 통하여 액정 디스플레이 등의 각종 디스플레이의 백 라이팅, 혹은 다른 각종 조명장치 등에 있어서
의 색조의 균일성을 개선하기 위한 것이다.
본 발명은 내부에 산란능이 부여된 광산란도광체와, 이 광산란도광체의 단면부에서 광공급을 하는 광공급수단을[0043]
구비하고, 광산란도광체의 내부에 도입된 광을 광산란도광체의 출사면에서 출사시키도록 한 광원장치에 적용된
다. 광산란도광체의 출사면은 광산란도광체의 측부의 적어도 일부를 포함하도록 형성된다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면 광공급수단은 장파장영역과 단파장영역을 포함하는 가시광을 공급하고, 상기[0044]
광산란도광체에 부여된 산란능은 장파장영역에 있어서의 산란효율 Q (R) 과 단파장영역에 있어서의 산란효율 Q
(B) 의 관계에 조건이 부과된다. 이 조건은 광공급을 받는 단면부의 근방위치에 있어서의 출사면으로부터의 출
사광과 동단면부로부터 이격된 위치에 있어서의 출사면으로부터의 출사광이 거의 동등한 색온도를 가지도록 밸
런스 조정하기 위한 것이다.
발명의 바람직한 형태는 장파장영역에 있어서의 산란효율 Q (R) 과 단파장영역에 있어서의 산란효율 Q (B) 의[0045]
관계를, 밸런스 조정하기 위한 조정계수 (k) 를 포함하는 하기 관계식 (6) 으로 기술하였을 때, 이 조정계수
(k) 의 값이 0.75 ≤ k ≤ 1.25 의 범위에서 선택된다.
수학식 6
[0046]
단, Q (B) , 청색광으로 대표되는 단파장 가시영역에 있어서의 산란효율[0047]
Q (R) ; 적색광으로 대표되는 장파장 가시영역에 있어서의 산란효율[0048]
광산란도광체의 전형적인 형상으로서는 판형상 및 로드형상이 있다 판형상인 경우, 그 판두께가 광공급을 받는[0049]
단면부에서 이격함에 따라 얇아지는 경향을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 광산란도광체를 통하여 광출사하는 타입의 광원장치에 발생하는 색불균일의 문제가 해결되고,[0050]
광공급단으로부터의 원근에 의한 출사광의 색조의 불균일성이 경감된다. 또한, 이를 통하여 액정 디스플레이 등
의 각종 디스플레이의 백 라이팅, 혹은 다른 각종 조명장치 등에 있어서의 색조의 균일성이 개선된다. 나아가,
광공급단에서 본 광산란도광체의 깊이를 증대시켜도 색불균일이 나타나기 어려워진다. 따라서, 출사면의 깊이치
수가 비교적 큰 광원장치를 색불균일의 문제를 회피하면서 실현할 수 있다.
본 발명의 상세와 특징은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명에 의해 이해될 것이다.[0051]
발명의 구성 및 작용
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먼저, 본 발명의 이론적인 기초를 부여하는 미 산란의 이론에 대하여 간단하게 설명한다. 미 산란의 이론에 따[0052]
르면, 같은 굴절률을 갖는 매체 (매트릭스) 중에 이 매체와 다른 굴절률을 갖는 구형입자가 존재하는 케이스에
대하여 맥스웰의 전자방정식이 풀린다.
그것에 따르면 산란광의 각도에 의존한 강도분포 Ⅰ (α,θ) 는 하기 (1) 식으로 표현된다. 산란효율 K (α) 은[0053]
하기 (2) 식으로 표현된다. 여기에서, α 는 하기 (3) 식으로 표현되고, 매트릭스중에서의 광의 파장 (λ) 으로
규격화된 구형입자 (산란자) 의 반경 (r) 에 상당하는 양이다. 각도 (θ) 는 산란각으로, 입사광의 진행방향과
동일방향을 θ = 180 도로 잡는다.
(1) 식중의 i1, i2 는 (4) 식으로 표현된다. 그리고, 식 (2) ∼ (4) 식중의 아래첨자 v 가 붙은 a 및 b 는 (5)[0054]
식으로 표현된다. 위첨자 1 및 아래첨자 v 를 붙인 P (cosθ) 는 Legendre 의 다항식이다. 아래첨자 v 가 붙은
a, b 는 1 차, 2 차의 Recatti - Bessel 함수 Ψ #, ζ # (단, # 은 아래첨자 v 를 의미함) 와 그 도함수로 이
루어진다. m 은 매트릭스를 기준으로 한 산란자의 상대굴절률로서, m = n scatter / n matrix 이다.
수학식 1
[0055]
수학식 2
[0056]
수학식 3
[0057]
수학식 4
[0058]
수학식 5
[0059]
주목할 점은 상기 (2) 식으로 부여되는 산란효율 K (α) 가 산란자의 반경 (r) 과 파장 (λ) 의 비 (r/λ) 의[0060]
함수로 되어 있는 점이다. 이는 (ⅰ) 산란자의 반경 (r) 을 고정하면 산란효율이 파장 (λ) 에 좌우되는 점, 및
(ⅱ) 파장 (λ) 을 고정하면 산란자의 반경 (r) 으로 산란효율이 좌우되는 점을 의미한다. 또한, 상대굴절률
(m) 은 이들 관계를 간접적으로 좌우하는 파라미터로 해석된다.
본 발명자는 상술한 색불균일의 원인이 전자 (ⅰ) 의 관계에 유래된다고 추측하였다. 또한 동시에 후자 (ⅱ) 의[0061]
관계에서, 산란자의 반경 (r) 을 파라미터 (m) 의 값을 감안하여 선택함으로써, 산란효율의 파장의존성을 제어
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할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 이를 통하여 상술한 색불균일의 원인을 제어할 수 있다고 생각하였다.
이와 같은 관점에서 구체적인 검토를 하기 위하여, 빛의 3 원색인 청 (B), 녹 (G), 적 (R) 에 각각 발광스펙트[0062]
럼의 대표 피크 (435 nm, 545 nm, 615 nm) 를 갖는 램프를 준비하였다. 그리고, 시판되고 있는 산란자 재료에
대하여 상기 산란효율 K (α) 을 수치계산하고, 도 8, 도 10 의 결과를 얻었다. 또한 그것들에 의거하여 도 9,
도 11 의 그래프를 작성하였다.
〈도 8 의 그래프〉[0063]
횡축은 입자직경 (직경 2r), 종축은 산란효율을 나타낸다. 매트릭스는 PMMA (폴리메틸메타크릴레이트 ; nD 〈[0064]
589 nm 의 광에 대한 굴절률〉 = 1.492) 로 하였다. 산란자의 굴절률은 에포스터 〈등록상표 : 닛뽕쇼꾸바이
(주)〉 의 값을 가정하였다.
굴절률은 파장분산을 가지며, 계산파장 B = 435 nm, G = 545 nm, R = 615 nm 에 대하여 각각 1.720, 1.686,[0065]
1.6736 이다.
〈도 9 의 그래프〉[0066]
도 8 에 의거하여 적색광 R = 615 nm 의 산란효율에 대한 청색광 B = 435 nm 의 산란효율의 비가 플롯되었다.[0067]
그리고, 산란효율 K (α) 를 λ 의 함수로 본 것을 기호 Q 를 사용하여 Q (λ) 로 나타낸다. 또한, 청색광 (B)
의 산란효율을 Q (B), 적색광 (R) 의 산란효율을 Q (R) 로 표기하였다.
〈도 10 의 그래프〉[0068]
도 8 과 마찬가지로 종축은 입자직경 (직경 2r), 종축은 산란효율을 나타낸다. 매트릭스는 PMMA (폴리메타크릴[0069]
레이트 ; nD 〈589 nm 의 광에 대한 굴절률〉 = 1.492) 로 하였다. 산란자의 굴절률은 토스파르 〈등록상표 :
도시바실리콘 (주)〉 의 값을 가정하였다.
굴절률은 파장분산을 가지며, 계산파장 B = 435 nm, G = 545 nm, R = 615 nm 에 대하여 각각 1.455, 1.442,[0070]
1.439 이다.
〈도 11 의 그래프〉[0071]
도 10 에 의거하여 적색광 R = 615 nm 의 산란효율 Q (R) 에 대한 청색광 B = 435 nm 의 산란효율 Q (B) 의 비[0072]
를 플롯한 것이다.
도 8, 도 10으로 알 수 있는 바와 같이, 색별 산란효율의 커브는 0 에서 상승하여 어느 입자직경에서 피크가 된[0073]
후, 진동곡선을 그린다. 단, 상승을 포함하여 진동파형은 B, G, R 의 순으로 위상지연이 있기 때문에, 도 9, 도
11 의 그래프에 나타낸 바와 같이 Q (B) / Q (R) 의 값이 1.0 부근에서 진동한다.
특히 주목되는 것은 도 8 의 케이스에서는 Q (B) 는 1.5 ㎛ 부근으로부터 작은 직경측에서 매우 빠르게 상승하[0074]
는 점이다. 마찬가지로, 도 10 의 케이스에서는 Q (B) 는 5 ㎛ 부근으로부터 작은 직경측에서 매우 빠르게 상승
하고 있다. 도 11 의 그래프에 나타낸 바와 같이 Q (B) / Q (R) 가 그것들의 영역에서 1.25 를 웃도는 높은 값
을 가지고 있는 점은 상기 Q (B) 의 매우 빠른 상승 (도 8, 도 10) 을 반영하고 있다.
이와 같이 작은 직경의 산란자는 청색광의 산란효율이 적색광의 산란효율을 크게 웃도는 조건을 만족시킬 수 있[0075]
다. 이들 산란자가 분산된 광산란도광체를 채용하여 도 1 혹은 도 2 에 나타내는 바와 같은 광원장치를 구성한
경우, 광공급측의 단면 (2a,12a) 에 가까운 근방영역 (2b,12b) 에서 청색광이 적색광에 비하여 강하게
산란된다.
그리고, 출사면에 대하여 임계각을 밑도는 각도로 입사한 성분은 광산란도광체 (2,12) 에서 탈출하여 출력광이[0076]
된다. 그 결과, 적색광 (R) 에 비하여 청색광 (B) 은 중간영역 (2c,12c), 나아가 이격영역 (2d,12d) 에 도달하
는 도중에 소비된다. 따라서, 특히 이격영역 (2d) 에서 푸른 빛이 부족하게 된다. 이것이 색불균일 발생의 기본
메카니즘이라고 생각된다.
또한, 상기 메카니즘은 파장에 대한 산란자의 입자직경비 (2r/λ) 가 작을수록 강하게 작용한다. 왜냐하면, 상[0077]
술한 식 (1) 에서, 2r/λ 가 작을수록 후방 산란성이 강해지고, 산란광의 탈출효율 (임계각조건 클리어의 확률)
이 높아지기 때문이다. 높은 산란효율은 광산란도광체로부터의 탈출에 직결되기 쉽다. 이 결론은 다중산란효과
를 고려하여도 기본적으로 변하지 않는다.
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여기에서 주의해야할 점은 산란자의 직경 (r) 을 고정한 조건에서는 적색광이 청색광보다 후방산란성이 강하다[0078]
는 점이다. 이 점을 고려하면 청색광의 산란효율이 적색광의 산란효율을 다소 웃도는 정도가 바로 색불균일로
직결되지는 않을 것으로 예측된다.
그러나, 한편으로, 청색광의 산란효율이 적색광의 산란효율을 어느 정도 밑돌아도 충분히 바람직한 결과가 얻어[0079]
지는 경우도 있다. 이것은 실제로 사용되는 광산란도광체는 그 매트릭스중에 미세한 불순물을 함유하고 있기 때
문이다. 이것들은 청색을 산란 혹은 흡수하는 경향을 갖는다. 이와 같은 경우에는 청색광으로 대표되는 단파장
영역의 산란효율을 적색광으로 대표되는 장파장영역의 산란 효율보다 조금 적게 취하는 것이 양호한 결과로 이
어질 것으로 예측된다.
이상의 점에서, 종래장치에 있어서의 색불균일의 원인은 상기와 같은 메카니즘을 고려하지 않고 산란자를 선택[0080]
하였기 때문으로 생각된다. 그래서, 본 발명에서는 청색광으로 대표되는 단파장영역의 산란효율과 적색광으로
대표되는 장파장영역의 산란효율을 균형있게 하여 상기와 같은 현상을 방지하였다. 이하, 실례에 대하여 설명한
다.
도 6 에 나타낸 구성에 따르면 평판형상의 광산란도광판 (2) 의 출사면상에 프리즘 시트 (5) 가 배치되고, 광산[0081]
란도광판 (2) 의 측단면에 냉음극관 (9) 이 배치되어 있다. 광산란도광판 (2) 으로서 2 종류의 것을
준비하였다. 하나는 입자직경 2.0 ㎛ 의 토스파르 (등록상표 ; 이하, T120) 를 PMMA 매트릭스에 0.09 wt％ 의
비율로 균일분산시킨 것이다. 다른 하나는 7.0 ㎛ 의 에포스터 (등록상표) 를 PMMA 매트릭스에 0.05 wt％ 의 비
율로 균일분산시킨 것이다.
냉음극관 (9) 의 발광스펙트럼은 도 3 에 나타낸 바와 같다. 그리고, 이들 2 개의 샘플에 대하여 화살표 (F) 로[0082]
나타낸 시선방향과 화살표 (S) 로 나타낸 시선방향 (정면방향) 에서 색온도가 측정된다. 측정결과를 도 7 및 도
15 에 나타낸다.
〈도 7 의 그래프〉[0083]
3 개의 봉그래프는 좌로부터 차례로 냉음극관 (9) 의 색온도, 입자직경 2.0 ㎛의 토스파르 (등록상표) T120 을[0084]
사용한 샘플의 색온도 (F 방향에서 측정), 입자직경 7.0 ㎛ 의 에포스터 (등록상표 , 이하, Epo7) 를 사용한 샘
플의 색온도 (F 방향에서 측정) 를 나타내고 있다.
이것들의 비교로 알 수 있는 바와 같이 후자에서는 전자보다 우수한 결과가 얻어진다. 즉, 전자와 비교하여 후[0085]
자에서는 산란도광 과정에서 색온도가 양호하게 유지되어 있다.
도 9, 도 11 에서 전자에 있어서의 Q (B) / Q (R) 은 약 1.75 이고, 후자에 있어서의 Q (B) / Q (R) 은 약 1.0[0086]
이다. 전자, Q (B) / Q (R) = 약 1.75 는 광산란도광판 (2) 의 말단부에서 푸른 빛 부족을 초래하는 영역으로
들어가 있다고 생각된다. 한편, 후자 Q (B) / Q (R) = 약 1.0 은 말단부에서도 푸른 빛 부족이 나타나기 힘든
것을 의미하고 있다.
〈도 15 의 그래프〉[0087]
2 개의 곡선은 입자직경 2.0 ㎛ 의 토스파르 (등록상표) T120 을 사용한 샘플의 색온도 (S 방향에서 측정), 입[0088]
자직경 7.0 ㎛ 의 에포스터 (등록상표) Epo7 를 사용한 샘플의 색온도 (S 방향에서 측정) 를 나타내고 있다. 횡
축은 광공급측의 단면으로부터의 거리를 나타낸다. 이것들의 비교로부터, 전자에서는 색온도가 광공급측의 단면
으로부터의 거리에 따라 급격하게 저하하고 있다. 한편, 후자에서는 색온도가 광공급측의 단면으로부터의 거리
에 따라 완만하게 상승하고 있다.
도 9, 도 11 에서, 전자에 있어서의 Q (B) / Q (R) 은 약 1.75 이고, 후자에 있어서의 Q (B) / Q (R) 은 약[0089]
1.0 이다. 따라서, 전자, Q (B) / Q (R) = 약 1.75 는 광산란도광판 (2) 의 측부에 큰 색온도구배를 발생시키는
영역으로 들어가 있다고 생각된다. 한편, 후자 Q (B) / Q (R) = 약 1.0 은 색온도구배가 완만하게 유지되는 조
간을 만족시키고 있다고 생각된다. 그래서, 후자의 예를 본 발명의 제 1 실시형태로 한다.
도 14 는 제 2 실시형태를 나타내고 있다. 본 실시형태에서는 상술한 아이디어가 로드형상 (원봉, 각봉 등) 의[0090]
광산란도광체 (12) 를 채용한 광원장치에 적용되고 있다.
광산란도광체 (12) 에는 상기 입자직경 7.0 ㎛ 의 에포스터 (등록상표) Epo7 을 사용한 샘플과 동일한 조성의[0091]
것을 채용하였다. 냉음극관 (9) 에는 예컨대 도 3 의 스펙트럼의 것을 사용하였다. 장단 양광을 방사하는 다른
일차광원이 사용되어도 된다.
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투명도광체 (20) 는 냉음극관 (9) 과 광산란도광체 (12) 를 미러 (21) 를 통하여 광학적으로 결합하도록 배치된[0092]
다. 태양광이 투명도광체에 공급되고, 자연광 채광조명에 본 발명이 적용되어도 된다. 본 구성에 의하면 광산란
도광체 (12) 는 단면 (12a) 의 근방영역 (12b), 중간영역 (12c), 이격영역 (12d), 말단면 (12e) 모두로부터 색
온도가 거의 동등한 광을 출사한다.
이어서, 도 13 은 쐐기단면형상의 광산란도광판 (2) 을 채용한 제 3 실시형태를 나타내고 있다. 각 요소의 배치[0093]
자체는 도 1 의 것과 동일하므로 반복설명은 생략한다. 단,프리즘 시트 (5)를 1개만 사용하였다. 프리즘 시트의
2 개 사용, 양면 프리즘 시트의 사용 등의 변경이 채용될 수도 있다.
· 광산란도광판 (2) 의 치수는 예컨대 다음과 같다.[0094]
· 냉음극관 (9) 에서 본 깊이 ; 68 mm[0095]
· 냉음극관 (9) 과 평행인 폭 ; 85 mm[0096]
· 최고로 두터운 부 (광공급단부) 의 두께 ; 4.0 mm[0097]
· 최고로 얇은 부 (말단부) 의 두께 ; 0.2 mm[0098]
또한, 프리즘 시트 (5) 는 프리즘면 하향 (내향) 으로 배치하였다. 프리즘면의 프리즘 정각(項角)은 63° 로 하[0099]
고, 거의 정면방향으로 출력광을 얻었다.
본 구성에 관해서는 광산란도광판 (2) 의 조성에 다음의 5 종류의 샘플 (s ∼ w) 을 준비하였다. Epo 는 에포스[0100]
터 (등록상표), T 는 토스파르 (등록상표) 를 의미한다. 매트릭스는 모두 PMMA를 사용하였다.
s ; Epo 6.0 (입자직경 6 ㎛) 을 0.03 wt％ 균일분산[0101]
t ; Epo 6.5 (입자직경 6.5 ㎛) 를 0.035 wt％ 균일분산[0102]
u ; Epo 7.0 (입자직경 7 ㎛) 을 0.04 wt％ 균일분산[0103]
v ; Epo 7.5 (입자직경 7.5 ㎛) 를 0.045 wt％ 균일분산[0104]
w ; T 120 (입자직경 2.0 ㎛) 을 0.08 wt％ 균일분산[0105]
각 샘플의 Q (B) / Q (R) 의 값은 도 9, 도 11 에 따르면 다음과 같다.[0106]
Q (B)s / Q (R)s = 0.83[0107]
Q (B)t / Q (R)t = 0.82[0108]
Q (B)u / Q (R)u= 1.0[0109]
Q (B)v / Q (R)v = 1.24[0110]
Q (B)w / Q (R)w = 1.75[0111]
이들 5 종류의 샘플에 대하여 도 6 과 동일한 측정법으로 정면방향에서 색온도를 광공급측단면으로부터의 거리[0112]
의 함수로서 측정하였다. 얻어진 결과는 도 12 에 나타내었다. 동 도면으로 알 수 있는 바와 같이, 샘플 (w) 이
외에서는 거의 평탄한 색온도특성이 얻어졌다.
도 4 는 샘플 (w) 에 대하여 광공급측단면으로부터의 거리가 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm 인 4 점에 대하여 색[0113]
도를 CIE 의 색도표시에 따라 표시한 것이다.
도 5 는 샘플 (u) 에 대하여 광공급측단면으로부터의 거리가 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm 인 4 점에 대하여 색[0114]
도를 CIE 의 색도표시에 따라 표시한 것이다.
도 4, 도 5 를 비교하면 전자에서는 광공급측단면으로부터의 거리의 증대에 따라 색도가 크게 변동하는데 비하[0115]
여 후자에서는 광공급측단면으로부터의 거리가 증대하여도 색도가 거의 변동하지 않는 것을 알 수 있다.
이들 결과로부터 Q (B) / Q (R) 의 값으로 0.75 ∼ 1.25 정도가 본 발명의 원리가 적용되는 실제적인 조건을 부[0116]
여한다고 추정할 수 있다. 이것은 Q (B) / Q (R) 의 값으로 1.0 의 양측 0.25 의 조정폭으로 조정한 것에 상당
한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 Q (B) / Q (R) 의 관계식으로서,
Q (B) / Q (R) = k (0.75 ≤ k ≤ 1.25) 가 얻어진다.[0117]
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단, Q (B) ; 청색광으로 대표되는 단파장 가시영역에 있어서의 산란효율[0118]
Q (R) ; 적색광으로 대표되는 장파장 가시영역에 있어서의 산란효율이다.[0119]
발명의 효과
이상의 설명은 광산란도광체의 내부의 산란능이 산란자에 의해 부여되는 케이스에 대한 것이다. 그러나, 다른[0120]
방법으로 도광체의 내부에 산란능이 부여된 경우에도 동일한 논의가 성립된다. 예컨대, 산란자에 의하지 않는
방법의 하나에 따르면, 서로 다른 굴절률을 가지는 펠릿이 혼련되어 사출성형, 압출성형 등으로 원하는 형상의
광산란도광체가 제조된다.
이와 같은 방법으로 작성된 광산란도광체에 있어서, 입자경에 대응하는 양으로서, 「상관거리」가 있다. 이것은[0121]
매트릭스중에 분포하는 굴절률 불균일 구조의 치수를 정량적으로 표현한 지표로서, 디바이에 의해 구경입자와의
대응이 명백하게 되어 있다.
따라서, 산란자에 의하지 않는 방법으로 작성된 광산란도광체에 대해서도 청색광으로 대표되는 단파장 가시영역[0122]
에 있어서의 산란효율 Q (B) 과 적색광으로 대표되는 장파장 가시영역에 있어서의 산란효율 Q (R) 은 정의할 수
있다. 따라서, 상기식으로 표현되는 범위를 갖는 광산란도광체를 작성할 수 있다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예에 대해 여러 가지 변형이 본 발명을 실현하는데 있어 채용될 수 있는 것으로[0123]
이해되어져야 한다. 따라서, 다음의 청구범위가 본 발명의 범위를 규정하는 것으로, 그리고 이들 청구범위 내의
방법 및 구성들 그리고 그들의 등가적인 것들이 청구범위에 의해 포함되는 것으로 의도된다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 쐐기판형상의 광산란도광체 (광산란도광판) 를 채용한 광원장치의 요부구조를 나타내는[0001]
분해사시도이다.
도 2 는 로드형상의 광산란도광체 (광산란도광로드) 를 채용한 광원장치의 요부구조예를 나타내는 도면이다.[0002]
도 3 은 냉음극관의 발광스펙트럼이다.[0003]
도 4는 샘플 (w) 에 관한 것으로서, 광공급측단면으로부터의 거리가 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm 인 4 점에 대[0004]
하여 색도를 CIE 색도표시에 따라 표시한 다이어 그램이다.
도 5는 샘플 (u) 에 관한 것으로서, 광공급측단면으로부터의 거리가 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm 인 4 점에 대[0005]
하여 색도를 CIE 색도표시에 따라 표시한 다이어 그램이다.
도 6 은 평판형상의 광산란도광판의 출사면상에 프리즘 시트를 배치하고, 광산란도광판의 측단면에 냉음극관을[0006]
배치한 구성과, 색온도의 측정방향을 나타낸다.
도 7은 도 6 의 구성에서 사용되는 2 개의 샘플에 대하여 화살표 (F) 로 나타낸 시선방향에서 색온도를 측정한[0007]
결과를 나타낸 그래프이다.
도 8 은 시판되고 있는 산란자의 채용을 가정하여 산란효율 K (α) 을 수치계산한 예를 나타내는 그래프이다.[0008]
도 9 는 도 8 에 의거하여 Q (B) / Q (R) 를 입자직경에 대하여 플롯한 그래프이다.[0009]
도 10 은 시판되고 있는 산란자의 사용을 가정하여 산란효율 K (α) 을 수치계산한 또 하나의 예를 나타내는 그[0010]
래프이다.
도 11 은 도 10 에 의거하여 Q (B) / Q (R) 를 입자직경에 대하여 플롯한 그래프이다.[0011]
도 12 는 5 종의 샘플에 관하여 도 6 과 동일한 측정법으로 정면방향에서 색온도를 계측한 결과를 광공급측단면[0012]
으로부터의 거리의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 13 은 쐐기단면형상의 광산란도광판을 채용한 광원장치의 배치를 나타내고 있다.[0013]
도 14 는 로드형상 (원봉, 각봉형상 등) 의 광산란도광체를 채용한 광원장치의 예를 나타낸다.[0014]
도 15 는 도 6 의 배치에 있어서, 2 종의 광산란도광체의 샘플을 채용한 경우의 색온도 분포를 나타낸 그래프이[0015]
다.
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*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*[0016]
1, 11: 광원장치 2: 광산란광원판[0017]
2a: 광산란도광판의 광공급측단면 2b, 12b: 근방영역[0018]
3, 13: 1 차광원 4: 반사시트[0019]
5, 6: 프리즘시트 7: 액정패널[0020]
9: 냉음극관 10: 리플렉터[0021]
20: 투명도광체 21: 미러[0022]
도면
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도면3
도면4
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