KR100315198B1 - 조명시스템 - Google Patents

Abstract

조명 시스템은, 선형 광원(1)과, 측면 옆에 위치된 상기 광원을 갖는 광 가이드(guide) 부재(3)를 구비하고, 광 가이드 부재의 상부면 및 하부면은 서로 일반적으로 평행하고, 그것에서 다른 재료 또는 공기로 충진된 슬릿(slit)(31)은 광 가이드 부재의 상부면에서 특정한 간격으로 배열된다. 그러므로, 광 가이드 부재내에서 전파하는 대부분의 광이 광 가이드 부재로부터 출력되기 위해 광 가이드 부재에 형성된 슬릿에서 전체적으로 반사되어, 반사판을 조명시킨다. 반사된 광이 광 가이드 부재상에 재 입사하고, 결과적으로 전체적으로 반사된 광이 슬릿을 제외한 장소에서 관찰자측으로 투사되는 반면에, 관찰자의 시야는 슬릿 부분에서 방해받지 않는다.

Description

조명 시스템{ILLUMINATING SYSTEM}

본 발명은, 책 및 사진과 같은 인쇄물, 개인용 컴퓨터 또는 기타 사무 자동화 설비, 휴대용 정보 단말기, 휴대용 비디오 테이프 레코더 등의 스크린 표시 장치, 또는 각종 모니터에 사용되는 반사형 액정 표시 장치 등에 사용되는 조명 시스템에 관한 것이다.

최근에, 개인용 컴퓨터, 휴대용 정보 단말기, 비디오 테이프 레코더 등이 점점 소형 및 휴대용으로 되어서, 그 영상 표시 유닛(unit)의 전력 소모를 감소시키는 것이 중요 문제로 대두된다. 이 때문에, 그것들의 다수는 영상 표시 유닛으로 사용되는 반사형 액정 표시 장치를 구비하고 있다.

반사형 액정 표시 장치는 햇빛과 같은 외부 광(光) 및 실내 광을 반사시킴으로써 스크린 휘도(輝度)를 설정한다. 그러나, 외부 광이 거의 없는 장소에서, 이 장치는 스크린에 충분한 휘도를 나타낼 수 없었다. 그 결과, 외부 광이 충분하지 못한 장소에서도 스크린 표시가 가능한 조명 시스템을 갖추고 있는 다수의 반사형 액정 표시 장치가 발명되었다.

반사형 액정 표시 장치 상에 장착되는 조명 시스템의 예를 나타낸다. 도 16은 종래의 조명 시스템의 개략 단면도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 종래의 조명 시스템은, 광원(1), 반사경(2), 광 가이드 부재(63), 및 보상판(5)을 구비한다. 반사경(2)이 광원(1)으로부터 방사된 광을 조준하기 위해, 광원(1)으로부터 광 가이드 부재(63)의 측면까지의 거리는 연장된다. 광 가이드 부재(63)는, 광 각도를 변화시키기 위해 그 상부면에 형성된 홈의 경사에 의해 광을 전체적으로 반사시킴으로써 반사판(4)을 조명시키는 기능과, 광을 전체적으로 반사시킴으로써 반사경(2)으로부터 도입된 광을 전파시키는 기능을 갖는다. 보상판(5)은, 반사판(4)으로부터 반사된 광이 광 가이드 부재(63)를 통과할 때 발생하는 왜곡을 정정하는 기능을 갖는다.

그러나, 종래의 조명 시스템에서, 광 가이드 부재(63)에 의해 보상판(5)에 전달된 광이 보상판(5)의 상부면에 의해 전체적으로 반사된 후 다시 광 가이드 부재(63)상에 입사되게 될 때, 광의 일부가 광 가이드 부재(63)의 상부면의 홈 경사에 의해 반사되어서, 홈선이 더욱 가시화되어서 문제가 된다. 또한, 상기 홈선 가시도(可視度)의 문제점을 감소시키기 위해 광이 반사경에 의해 조준되는 한편, 조준된 광은 광 가이드 부재(63)의 홈 경사에 부딧힘이 없이 광원에 대향하는 광 가이드 부재(63)의 한 측면에 도달할 가능성이 크게 된다. 이것은 다른 문제점으로서 조명 효율을 낮추게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 홈선을 잘 안 보이게 하고, 반사된 광의 영상을 성공적으로 유지하며, 양호한 조명 효율을 나타내는 조명 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1양태에 따른 조명 시스템은:

광원과;

그것의 측면 옆에 위치한 광원을 갖는 투명판을 구비하고,

투명판의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 층으로 채워진 다수의 홈은, 투명판의 표면 또는 내부에서 특정 간격으로 배열된다.

본 발명의 제2양태에서는, 제1양태에 따른 조명시스템에서, 투명판의 상부면 및 하부면이 서로 대체로 평행한 조명 시스템을 제공한다.

본 발명의 제3양태에서는, 제1 또는 제2양태에 따른 조명 시스템에서,

θ＜sin^-1(n₁/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

의 조건이 만족되는 바, 여기에서 n은 투명판의 굴절률, n₁은 슬릿(slit)인 홈을 채우는 층으로서의 재료의 굴절률, θ는 투명판의 각각의 슬릿 및 상부면에 의해 형성된 각도, β는 조명 시스템의 가시각(可視角)이다.

본 발명의 제4양태에 따른 조명 시스템은:

광원과;

그것의 측면 옆에 위치한 광원을 갖는 제1투명판; 및

상기 제1판의 상부면 상에 설치된 제2투명판을 구비하고,

상기 제1판의 하부면은 평면이고, 다수의 단계적 경사가 제1판의 상부면에서 특정 간격으로 배열되고;

제2판의 하부면에서, 단계적 경사는 제1판의 상부면의 경사와 구성에서 동일하도록 배열되며;

제1판의 상부면 및 제2판의 하부면은 특정 간격으로 설치된다.

본 발명의 제5양태에서는, 제4양태에 따른 조명 시스템에서,

θ＜sin^-1(n₂/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

의 조건을 만족하는 바, 여기에서 n은 제1판의 굴절률, n₂는 제1판 및 제2판을 서로 결합하는 층으로서의 재료의 굴절률, θ는 각각의 제1판의 상부면 및 제2판의 하부면의 경사의 각도, β는 조명 시스템의 가시각이다.

본 발명의 제6양태에서는, 제5양태에 따른 조명 시스템에서, 광원의 출력 출구에 설치된 콜리메이터의 광 출사 각도는, ±sin^-1[n ×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]내에 있다.

본 발명의 제7양태에 따른, 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템은:

광원과;

다수의 홈이 광원의 길이 방향에 평행한 방향에서 특정 간격으로 광 가이드 부재의 상부면에 배열되고, 상부면의 일부를 구성하는 평평한 부분은 인접한 홈들간에 배열되는, 광 가이드 부재인 투명판을 포함하며, 여기에서 광 가이드 부재의 하부면측상에 설치된 조명 대상물은 광 가이드 부재의 상부면측으로부터 관찰된다.

본 발명의 제8양태에서는, 제7양태에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 광 가이드 부재의 각각의 홈은, 광원에 근접한 한 측면 상에 설치된 제1경사 및 광원으로부터 먼 나머지 측면 상에 설치된 제2경사를 갖는 V자 형상의 홈이고, 광 가이드 부재의 하부면 및 제1경사에 의해 형성된 각도 θ₁은, θ₁≤90°-θ_c+2θ₃의 범위 내에 있으며, 여기서 θ_c는 광 가이드 부재의 전체적인 반사 각도이고, θ₃는 광 가이드 부재의 하부면 및 평평한 부분에 의해 형성된 각도이다.

본 발명의 제9양태에서는, 제7 또는 제8양태에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 광 가이드 부재의 각각의 홈은, 광원에 근접한 한 측면 상에 설치된 제1경사 및 광원으로부터 먼 나머지 측면 상에 설치된 제2경사를 갖는 V자 형상의 홈이고, 광 가이드 부재의 하부면 및 제1경사에 의해 형성된 각도 θ₁은,

θ₁≒45+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)

의 조건을 만족하며, 여기서 n은 광 가이드 부재의 굴절률, θ₃는 광 가이드 부재의 하부면 및 평평한 부분에 의해 형성된 각도, β는 광 가이드 부재의 하부면의 수직 및 관찰자의 방향에 의해 형성된 각도이다.

본 발명의 제10양태에서는, 제7 내지 제9양태 중 어느 하나에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 광 가이드 부재의 각각의 홈은, 광원에 근접한 한 측면 상에 설치된 제1경사 및 광원으로부터 먼 나머지 측면 상에 설치된 제2경사를 갖는 V자 형상의 홈이고, 광 가이드 부재의 하부면 및 제2경사에 의해 형성된 각도 θ₂는, θ₂≤(1/2)sin^-1(1/n) 의 조건을 만족하며, 여기서 n은 광 가이드 부재의 굴절률이다.

본 발명의 제11양태에서는, 제7 내지 제10양태 중 어느 하나에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 광 가이드 부재의 홈 피치(pitch)는 조명 대상물의 도트(dot) 피치 이상으로 되지 않는다.

본 발명의 제12양태에서는, 제7 내지 제11양태 중 어느 하나에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 광 가이드 부재의 각각의 홈은, 광원에 근접한 한 측면 상에 설치된 제1경사 및 광원으로부터 먼 나머지 측면 상에 설치된 제2경사를 갖는 V자 형상의 홈이고, 광 가이드 부재에서 제1경사의 길이가 {L×(0.5/60)×π/180} 이상으로 되지 않으며, 여기서 L은 광 가이드 부재의 상부면 및 조사 대상물을 관찰하는 관찰자 사이의 거리이다.

본 발명의 제13양태에서는, 제7 내지 제12양태 중 어느 하나에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 투명 프리즘 시트는, 광 가이드 부재의 상부면상에 설치되고, 상부면에 대해 각도 θ₄의 경사를 갖는 다수의 돌출부를 단면 형태에 관하여 갖는 프리즘 시트가 하부면상에 배열되어서, 하부면에 대체로 평행한 평평한 부분은 돌출부 사이에 삽입되어 있다.

본 발명의 제14양태에서는, 제13양태에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에서, 프리즘 시트의 경사 길이는, {L×(0.5/60)×π/180} 이하이며, 여기서 L은 광 가이드 부재의 상부면 및 조명 대상물을 관찰하는 관찰자 사이의 거리이다.

본 발명의 제15양태에 따른 조명 시스템은:

광원; 및

광원으로부터 그것의 측면을 통해 광을 얻고, 반사 방지 처리 및 확산 처리 중 적어도 하나를 받게 되는 하부면을 통해 조명 광을 투사하는 투명판을 포함하며,

여기에서 투명판의 하부면 측에 배치되는 조명 대상물은 투명판의 상부면 측으로부터 관찰된다.

본 발명의 제16양태에 따른 반사형 액정 표시 장치는:

제1양태에 따른 조명 시스템에서, 광원으로부터 측면 표면을 통해 광을 얻고, 반사 방지 처리 및 확산 처리 중 적어도 하나를 받게 되는 하부면을 통해 조명 광을 투사하는 투명판; 및

반사 방지 처리 및 확산 처리 중 적어도 하나를 통해 처리된 적어도 하나의 기판 표면을 갖는 반사형 액정 패널을 포함하며,

여기에서 반사 방지 처리 및 확산 처리 중 적어도 하나를 통해 처리된 액정 패널의 기판 표면이 투명판의 하부면에 대면되게 배열되어, 반사형 액정 패널은 투명판의 상부면 측으로부터 관찰된다.

본 발명의 제17양태에 따른 반사형 액정 표시 장치는:

제1양태에 따른 조명 시스템에서, 광원으로부터 그것의 측면을 통해 광을 얻고, 반사 방지 처리 및 확산 처리 중 적어도 하나를 받게 되는 하부면을 통해 조명 광을 투사하는 투명판과;

반사 방지 처리든지 또는 확산 처리든지 적어도 어느 한 쪽을 통해 처리된 적어도 하나의 기판 표면을 갖는 반사형 액정 패널; 및

확산 처리를 통해 처리된 표면을 갖는 터치 패널(touch panel)을 구비하며,

여기에서 반사 방지 처리든지 또는 확산 처리든지 적어도 어느 한 쪽을 통해 처리된 액정 패널의 기판 표면이 투명판의 하부면에 대면되도록 배열되고, 동시에 터치 패널이 투명판의 상부면에 대면되도록 배치되어, 반사형 액정 패널은 투명판의 상부면측으로부터 관찰된다.

본 발명의 제18양태에서는, 제16 및 제17양태 중 어느 하나에 따른 반사형 액정 표시 장치에서, 이 반사형 액정 패널의 기판 표면, 투명판의 하부면 또는 터치 패널의 표면에 제공된 확산 처리의 헤이즈 값(haze value)은, 20%보다 크지 않게 설정된다.

본 발명의 제19양태에서는, 제16 내지 제18양태 중 어느 하나에 따른 반사형 액정 표시 장치에서, 투명판 재료의 굴절률 및 반사형 액정 패널 기판의 굴절률과 대략 동일한 굴절률을 갖는 투명 재료 또는 재료 시트가, 투명판의 하부면 및 반사형 액정 패널 사이에 삽입된다.

본 발명의 제20양태에 따른 반사형 액정 표시 장치는:

제1양태에 따른 조명 시스템에서, 광원으로부터 그것의 측면을 통해 광을 얻고, 그것의 하부면으로부터 조명 광을 투사하는 투명판; 및

그것의 상부면상에 배열된, 나머지 방향으로 투과되면서 한 방향에서 확산 특성을 특징으로 하는 시계각(視界角) 제어판을 갖는 반사형 액정 패널을 포함하며,

여기에서 시계각 제어판이 배열된 반사형 액정 패널의 면이 투명판의 하부면에 대면하도록 설정되고, 더구나 투명판의 하부면으로부터 투사된 조명 광의 각도가 시계각 제어판의 확산 방향과 거의 일치되어서, 반사형 액정 패널은 투명판의 상부면측으로부터 관찰된다.

본 발명의 제21양태에서는, 제20양태에 따른 반사형 액정 표시 장치에서, 투명판 및 시계각 제어판의 확산 방향의 출사 각도는 반사형 액정 패널의 정상 방향에 대해 30°-50°이다.

본 발명의 제22양태에서는, 제1양태에 따른 조명 시스템에서, 광원은 점 광원이 거의 동일 방향으로 방사하기 위해 일정한 간격을 경유해서 거의 직선 상에 배열되는 일군(一群)의 점 광원이고,

조명 시스템은:

개구부를 가지며, 일군의 점 광원을 둘러싸기 위해 배치된 반사경; 및

반사경의 개구부에 설정된 확산판을 추가로 포함하며,

이 확산판이 일군의 점 광원으로부터 분리되어서, 확산판 상의 점 광원에 의한 조명 분포 중심으로부터의 광의 양은 점 광원의 조명 분포 중심간의 그것과 거의 동일하게 된다.

본 발명의 제23양태에서는, 제22양태에 따른 조명 시스템에서, 반사경은 점 광원으로부터 확산판으로 방사된 광을 직접 통과시키지 않기 위해 L자 형상이다.

본 발명의 제24양태에서는, 제22양태에 따른 조명 시스템에서, 선형 광원의 반사경의 개구부에 배열된 확산판으로부터 방사된 후, 그것의 측면으로부터 입사되는 광을 그것의 하부면 또는 상부면에 형성된 홈에 의해 그것의 하부면측으로부터 출력하는 광 가이드 부재를 추가로 포함한다.

본 발명의 상기한 양태와 기타 양태 및 그 특성은, 첨부 도면을 참고로 바람직한 실시예와 연관된 다음의 설명으로부터 명백해진다.

도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 시스템의 개략 단면도.

도 2는, 제1실시예에서 슬릿의 배열을 나타내는 개략도.

도 3은, 제1실시예에서 광 가이드 부재내의 광의 전파를 설명하는 도면.

도 4는, 제1실시예의 광 가이드 부재내에서 반사된 광의 전파를 설명하는 도면.

도 5는, 본 발명의 제2실시예에 따른 조명 시스템의 개략 단면도.

도 6은, 제2실시예의 광 가이드 부재내에서 광의 전파를 설명하는 도면.

도 7은, 제2실시예의 광 가이드 부재내에서 광의 전파를 설명하는 도면.

도 8은, 제2실시예의 광 가이드 부재내에서 반사된 광의 전파를 설명하는 도면.

도 9a 및 9b는, 제2실시예의 콜리메이터(collimator)의 개략 단면도 및 평면도.

도 10은, 제2실시예의 콜리메이터의 동작을 설명하는 도면.

도 11은, 본 발명의 제1실시예의 조명 시스템을 변형시킨 개략 단면도.

도 12는, 본 발명의 제1실시예의 조명 시스템을 다르게 변형시킨 개략 단면도.

도 13은, 본 발명의 제1실시예의 조명 시스템을 또 다르게 변형시킨 개략 단면도.

도 14는, 본 발명의 제2실시예의 조명 시스템의 예로서의 개략 단면도.

도 15a 및 15b는, 제3실시예의 조명 시스템의 콜리메이터의 개략적인 측면도 및 평면도.

도 16은, 종래 기술에 따른 조명 시스템의 개략 단면도.

도 17은, 본 발명의 제2실시예의 조명 시스템을 변형시킨 개략 단면도.

도 18은, 본 발명의 제2실시예의 조명 시스템을 다르게 변형시킨 개략 단면도.

도 19는, 본 발명의 제3실시예에 따른 오버헤드(overhead) 조사(照射)에 의한 조명 시스템의 개략도.

도 20은, 제3실시예에서 광 가이드 부재의 개략 단면도.

도 21은, 제3실시예에서 홈을 상세하게 나타낸 개략 단면도.

도 22a, 22b, 22c, 22d, 22e는 제3실시예에서 광 가이드 부재의 상부면에서의 광의 반사를 설명하는 도면.

도 23a, 23b, 23c는 제3실시예의 조명 시스템의 다른 예를 나타내는 개략 단면도.

도 24는, 본 발명의 제4실시예에 따른 오버헤드 조사(照射)에 의한 조명 시스템의 개략 단면도.

도 25는, 제4실시예에서 프리즘 시트(prism sheet)의 개략 단면도.

도 26은, 제4실시예에서 광 가이드 부재의 상부면으로부터 출력된 광의 조사 분포를 나타내는 그래프.

도 27은, 제4실시예의 프리즘 부분에서 광의 반사를 설명하는 도면.

도 28a, 28b는, 제4실시예에서 프리즘 시트의 다른 예를 나타내는 개략 단면도.

도 29는, 제4실시예에서 프리즘 시트내의 광의 전파를 설명하는 도면.

도 30은, 상부로부터 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 제5실시예의 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템의 도면.

도 31은, 제5실시예에서 광 가이드 부재의 개략 단면도.

도 32는, 제3실시예에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템의 더욱 상세한 개략 단면도.

도 33은, 제4실시예에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템의 더욱 상세한 개략 단면도.

도 34는, 제4실시예에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템의 더욱 상세한 개략 단면도.

도 35는, 종래 기술에 따른 조명 시스템의 개략 단면도.

도 36은, 본 발명의 제7실시예에 따른 조명 시스템의 개략 단면도.

도 37은, 본 발명의 제7실시예의 투명판의 개략 단면도.

도 38은, 본 발명의 제7실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 39는, 본 발명의 제8실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 40은, 투명판 제조 방법의 제7실시예의 설명 선도.

도 41은, 도 40의 제조 방법에서 투명판이 어떻게 유지되는지를 나타내는 선도.

도 42는, 본 발명의 제9실시예에서 반사형 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 43은, 전파(傳播)를 설명하는 선도.

도 44는, 본 발명의 제10실시예의 조명 시스템의 개략 단면도.

도 45는, 도 44의 조명 시스템의 평면도.

도 46은, 도 44의 조명 시스템의 광 가이드 부재 및 반사판의 사시도.

도 47은, 도 46의 원형 부분의 확대도.

도 48 및 49는, 시스템의 광원(光源) 및 확산판 사이의 거리 선택의 설명도.

본 발명을 설명하기 전에, 전체 첨부 도면을 통해서 동일 부품은 동일 참조 숫자로써 표시된 것에 주목한다.

이하에서, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명 시스템을 첨부 도면을 참조하여설명한다.

도 1은, 선을 명확하게 나타내기 위해 해칭(hatching)하지 않은, 본 발명의 제1실시예의 조명 시스템의 개략 단면도를 나타낸다. 본 발명의 제1실시예의 조명 시스템에서, 관찰자가 위로부터 조명 시스템을 바라보는 각도(이하에서, 가시각(可視角)(시계각(視界角))으로서 나타냄)를 β로 가정한다.

도 1에서, 도면 번호 (1)은, 예를 들어 열 음극선관 또는 냉 음극선관과 같은 형광 램프, 또는 발광 다이오드가 선형 형태로 배열되거나, 또는 백열전등 또는 유기 발광 재료가 선형 형태로 형성되는, 광원을 나타낸다. 광원(1)은 광 가이드 부재(3)의 한 측면 상에 배열된다.

도 1에서, 참조 숫자 (2)는, 광원(1)을 둘러싸기 위해 설치되는 반사경을 나타내며, 그것의 내부 표면은 높은 반사율 및 적은 확산율을 갖도록 제조된다. 예를 들어, 반사경은 수지 시트 상에 은 또는 알루미늄과 같은 고(高) 반사율 재료를 증착시키거나, 또는 상기 시트를 얇은 금속판 또는 수지 시트에 접착함으로써 제조된다. 광원(1)이 형광 램프일 때, 광원(1) 및 반사경(2)간의 틈을 1.5의 유리 굴절률에 근접한 굴절률을 갖는 재료로써 채우는 것이 바람직하다. 광원(1)측상의 광 가이드 부재(3)의 한 측면의 두께와 반사경(2)의 높이가 서로 동일한 것이 또한 바람직하다. 상기 이유는, 광 가이드 부재(3)가 바람직하게는 더 얇지 않고, 입사 효율 때문에 두께의 하한 값이 반사경(2)의 높이가 되기 때문이다.

도 1에서, 참조 숫자 (3)은, 수정, 유리, 아크릴 수지와 같은 투명 수지 또는 폴리카보네이트 등의 재료로서 제조되는 투명판(이하에서, 광 가이드 부재로 나타냄)을 나타낸다. 광 가이드 부재(3)의 상부면 및 하부면은 대체로 서로 평행하며, 광 가이드 부재(3)는 상부로부터 보이듯이 대체로 직사각형 형태로 된다. 광 가이드 부재(3)의 측면 및 하부면 뿐만 아니라 측면 및 상부면 각각은 거의 90도의 각도를 형성한다. 슬릿(31)은 홈으로서 광 가이드 부재(3)의 하부면에 형성된다.

도 2는 슬릿(31)의 일부를 상세하게 나타낸다. 슬릿(31)은 일반적으로 광원(1)의 길이방향으로 평행하게 뻗어있다. 각각의 슬릿(31)은 저(低) 굴절률의 재료로써 내부가 채워지며, 공기 또는 불소를 함유한 수지로써 구현된다. 또한, 슬릿(31)은 다음의 조건을 만족한다:

θ＜sin^-1(n₁/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

여기서, n은 광 가이드 부재의 굴절률, n₁은 슬릿 내부의 굴절률, θ는 광 가이드 부재의 상부면 및 슬릿(31)에 의해 형성된 각도, β는 가시각이다.

제1실시예에서, 광 가이드 부재의 재료는 PMMA(polymethylmethacrylate)이고, 슬릿 내부는 공기이며, 가시각은 40도이다. 그러므로, n=1.5, n₁=1 및 β=40으로부터, 광 가이드 부재의 상부면 및 슬릿(31)에 의해 형성된 각도 θ는 16도로 설정된다. 그 외에, 슬릿(31)의 길이(33)는 50μm이고, 슬릿(31)의 피치(32)는 200μm이다. 가시각 β가 30도이면, θ는 22.34°이다.

도 1에서, 참조 숫자 (4)는 반사판을 나타낸다. 반사판(4)은, 책 또는 사진과 같은 인쇄물, 개인 컴퓨터 또는 기타 사무 자동화 설비, 휴대용 정보 단말기, 휴대용 비디오 테이프 레코더 등의 스크린 표시 유닛, 또는 각종 모니터에 사용되는 반사형 액정 표시 장치를 의미한다.

이어서, 도 3을 참조하여 광 가이드 부재(3)내의 광 전파를 설명한다.

광 가이드 부재(3)에 입사하는 광은, 광 가이드 부재(3)의 굴절률이 n으로 주어지는, 스넬의 법칙(Snell's law)에 따라 ±sin^-1(1/n)의 방사 분포를 갖는 광이 된다. 광 가이드 부재(3)의 상기 언급된 재료의 대부분이 1.42보다 작지 않은 굴절률을 갖기 때문에, 방사 분포는 ±44.77도의 범위 내에 있게 된다. 광 가이드 부재(3)에서, 그 상부면 및 하부면은 대체로 서로 평행하고, 그 측면 및 하부면 뿐만 아니라 그 측면 및 상부면은 각각 거의 90도의 각도를 형성하고, 상기 측면은 광 가이드 부재(3)에 입사하는 평면이다. 그러므로, 광 가이드 부재(3)의 측면 상에 입사하는 광이 그 상부면 또는 하부면에 입사할 때, 입사각의 최소치는 90-44.77=45.23도이다. 1.42보다 작지 않은 굴절률에서, 전체 반사 각도가 44.77도 이하이기 때문에, 측면에 입사하는 광은 상부면 및 하부면에 의해 전체적으로 반사된다.

슬릿(31)에 가깝지 않은 장소에서, 광 가이드 부재(3)를 통해 전파하는 광은, 광 가이드 부재(3)의 상부면 및 하부면의 평평한 부분에 의해 전체적으로 반사된다. 슬릿(31)의 부분에서, 광은, 광 각도에 따라 광의 투과된 빔 및 광의 전체적으로 반사된 빔으로 분리된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(3)의 상부면 및 광 빔에 의해 형성된 각도가 α라고 가정하고,

α＞90-θ-sin^-1(n₁/n)

이면, 광이 슬릿(31)을 통해 투과되고;

α＜90-θ-sin^-1(n₁/n)

이면, 광이 슬릿(31)에 의해 전체적으로 반사된다.

슬릿(31)을 통해 투과된 광 빔이 광 가이드 부재(3)의 상부면의 평평한 부분에 의해 전체적으로 반사되고, 따라서 다시 전파된다. 슬릿(31)에 의해 전체적으로 반사된 광 빔은 광 가이드 부재(3)의 하부면으로부터 출력하며, 하부면에 입사하는 각도는 {90-(2θ+α)}이고, 스넬의 법칙으로부터,

90-(2θ+α)＜sin^-1(1/n)

이면, 광 빔은 광 가이드 부재(3)의 하부면으로부터 출력하고, 따라서 반사판(4)을 조명한다.

상기 방법에서, 제1실시예의 조명 시스템은 반사판(4)을 조명시킨다. 광원(1)으로부터 방사된 광이 조준될 필요가 없기 때문에, 광이 고율(高率)로 슬릿(31)에 의해 전체적으로 반사되어서, 반사판(4)은 고효율로써 조명될 수 있다. 또한, 슬릿(31)을 통해 투과된 광은 광 가이드 부재(3)를 다시 한번 전파하고, 홈선을 잘 안 보이게 하는 효과를 발생시킨다.

이어서, 반사판(4)을 조명했던 반사광(反射光)의 전파를 도 4를 참조하여 설명한다. 광 가이드 부재(3)로부터 조명용으로 출력된 광은, 반사판(4)을 조명시키고, 반사광으로서 되돌아간다. 반사광이 그 하부면으로부터 광 가이드 부재(3)상에 다시 입사하고, 슬릿(31)에 가깝지 않은 부분에 있는 광 가이드 부재(3)의 상부면으로부터 출력된다.

슬릿(31)에 가까이에서, 광 가이드 부재(3)의 하부면에 입사하는 반사광의 입사 각도가 γ이면,

θ+sin^-1{(1/n)sin(γ)}＞sin^-1(n₁/n)

이고, 광은 슬릿(31)에 의해 전체적으로 반사된다. 상기 경우에, 각도 γ로서 광 가이드 부재(3)의 하부면상에 반사광(41)이 입사함에 따라, γ＞β이면, 반사광(41)이 슬릿(31)에 의해 전체적으로 반사되어, 관찰자에게 도달하지 못하고, γ≤β이면, 반사광(41)이 슬릿(31)을 통해 투과되어, 관찰자에게 도달한다.

상기 사실 및 슬릿(31)의 각도 θ가

θ＜sin^-1(n₁/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

라는 다른 사실로부터, 반사광은, 가시각 ±β의 범위에서 슬릿(31)의 부분에 의해 전체적으로 반사되지 않는다. 따라서, 관찰자의 시야는 방해받지 않고, 성공적인 영상을 얻을 수 있다.

상기에서 나타낸 바와 같이, 상기 제1실시예에 따라, 광 가이드 부재(3)의 홈선을 잘 안 보이게 하고, 반사광의 영상을 성공적으로 유지하며, 양호한 조명 효율을 주게되는 조명 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 균등한 조명이 가능하고, 광원(1)으로부터 출력된 광이 조준될 필요가 없기 때문에, 반사경(2)은 크기가 감소될 수 있다. 또한, 반사경(2)의 높이 및 광 가이드 부재(3)의 측면 높이가, 위에서설명한 바와 같이 대체로 서로 동일하기 때문에, 광 가이드 부재(3)의 측면 두께는 반사경(2)의 높이에 따라 감소될 수 있다.

더욱이, 제1실시예에서, 슬릿(31)은 광 가이드 부재(3)의 상부면에 배열되었다. 그러나, 슬릿(31)은, 도 11에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(3)의 상부면 및 하부면 사이에, 또는 도 12에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(3)의 하부면에, 또는 도 13에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(3)의 상부면측으로부터 하부면측으로의 방향에서 비스듬히 배열될 수도 있다.

또한, 광 가이드 부재(3)의 상부면 및 하부면이 제1실시예에서 서로 평행하지만, 이것들이 평행하지 않을 수도 있다.

또한, 슬릿(31)의 피치(32)가 제1실시예에서 일정한 간격으로 되어 있지만, 광 가이드 부재(3)에 대한 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 피치(32)를 감소시키는 것은 광원(1)으로부터 먼 장소 및 근접한 장소간의 휘도차를 감소시키게 되어서, 더욱 균등한 조명을 얻을 수 있다. 광 가이드 부재(3)에 대한 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 슬릿(31)의 길이(33)를 증가시키는 것도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 슬릿(31)의 각도 θ를 증가시키는 것도 유사한 효과를 얻게 된다.

이어서, 본 발명의 제2실시예에 따른 조명 시스템을 도 5를 참조하여 아래에서 설명한다.

도 5는, 본 발명의 제2실시예의 조명 시스템에 대한 개략 단면도이다. 본 발명의 제2실시예의 조명 시스템에서, 가시각은 β로 가정한다.

도 5에서, 광원(1) 및 반사경(2)은 제1실시예의 그것과 유사하다.

도 5를 참조하면, 참조 숫자 (30)은 제1투명판의 예로서 광 가이드 부재를 나타내고, (6)은 광 가이드 부재(30)상에 설치된 제2투명판의 예로서 보상판을 나타낸다. 참조 숫자 (5)는 광원(1) 및 광 가이드 부재(30) 사이에 설치된 콜리메이터를 나타내고, 콜리메이터(5)는 광원(1)으로부터 방사된 광을 조준한다. 콜리메이터(5)의 출력 특성은, ±sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]내에 있으며, 여기서 θ는 광 가이드 부재(30)의 상부면의 단계적 경사(131)의 각도, n은 광 가이드 부재(30)의 굴절률, n₂는 광 가이드 부재(30)와 보상판(6) 사이의 재료의 굴절률이다.

예를 들어, β=40, n=1.5 및 n₂=1 이면, θ=16°이고, 여기서 콜리메이터(5)의 출력 특성은 ±52.13°이다. 또한, β=30, n=1.5 및 n₂=1 이면, θ=22.34이고, 여기서 콜리메이터(5)의 출력 특성은 ±40.85°이다.

콜리메이터(5)의 구조는, 예를 들어 상기 출력 특성을 만족시키는 원통형 평면 볼록 렌즈에 의해 적용될 수 있다. 또한, 콜리메이터(5)는 회절 격자일 수도 있다. 이밖에, 조명 시스템의 가시각 β가 크면, 콜리메이터(5)의 출력 특성 각도가 너무 커서 콜리메이터(5)를 생략할 수도 있다.

광 가이드 부재(30)는, 수정, 유리, 아크릴 수지와 같은 투명 수지 또는 폴리카보네이트 등의 재료로서 제조된다. 도 6은 광 가이드 부재(30)의 상세 도면을 나타낸다. 광 가이드 부재(30)의 하부면은 평면이고, 다수의 단계적 경사(131)는광 가이드 부재(30)의 상부면에서 특정 간격으로 배열된다. 경사(131)는 광원(1)의 길이 방향에서 대체로 평행하다.

각각의 경사(131)의 각도가 θ이고, 광 가이드 부재(30) 재료의 굴절률이 n이며, 광 가이드 부재(30) 및 보상판(6) 사이의 재료의 굴절률은 n₂이고, 가시각이 β라고 가정하면, 경사(131)의 각도 θ는,

θ＜sin^-1(n₂/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

이다. 경사(131)의 피치(32)는, 광 가이드 부재(30)에 대한 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 바람직하게는 감소된다. 또한, 경사(131)의 길이(33)는, 광 가이드 부재(30)에 대한 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 증가된다. 또한, 경사(131)의 각도 θ는, 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 증가된다. 광 가이드 부재(30)는 상부로부터 보면 대체로 직사각형 형태로 된다.

보상판(6)은, 수정, 유리, 아크릴 수지와 같은 투명 수지 또는 폴리카보네이트 등으로 제조된다. 보상판(6)에서, 단계적 경사(61)는, 광 가이드 부재(30)의 상부면의 경사(131)에 대한 구성과 동일하도록 그것의 하부면에 배열되고, 보상판(6)의 상부면은 평면이다. 광 가이드 부재(30)의 상부면 및 광 가이드 부재(30)의 하부면은 특정 간격으로 설치된다.

도 5에서, 참조 숫자 (4)는 반사판을 나타낸다. 반사판(4)은, 책 또는 사진과 같은 인쇄물, 개인 컴퓨터 또는 기타 사무 자동화 설비, 휴대용 정보 단말기 또는 휴대용 비디오 테이프 레코더의 스크린 표시 유닛, 각종 모니터에 사용되는 반사형 액정 표시 장치 등을 의미한다.

이어서, 제2실시예의 광 가이드 부재(30)내 광의 전파를 도 7을 참조하여 설명한다. 광 가이드 부재(30)에 입사하는 광은, 광 가이드 부재(30)의 경사에 가깝지 않은 장소에서 광 가이드 부재(30)의 상부면 또는 하부면의 평평한 부분에 의해 전체적으로 반사되면서 전파한다. 광 가이드 부재(30)의 경사(131)에 근접한 부분에서, 광은, 광 각도에 따라 광의 투과된 빔 및 광의 전체적으로 반사된 빔으로 분리된다. 광 가이드 부재(30)의 굴절률이 n이고, 광 가이드 부재(30) 및 보상판(6) 사이의 재료의 굴절률이 n₂이며, 광 가이드 부재(30)의 하부면 및 광에 의해 형성된 각도가 α이고, 광 가이드 부재(30)의 경사(131)의 각도는 θ라는 가정 하에서,

α＞90-θ-sin^-1(n₂/n)

이면, 광은 광 가이드 부재(30)의 경사(131)를 통해 투과되고;

α＜90-θ-sin^-1(n₂/n)

이면, 광은 광 가이드 부재(30)의 경사(131)에 의해 전체적으로 반사된다.

광 가이드 부재(30)의 경사(131)를 통해 투과된 광은, 광원(1)측에 대향하는 보상판(6)의 한 측면에 도달할 때까지 반사되지 않는다. 그러므로, 광이 관측자측을 향해 크게 출력되기 쉽고, 조명 효율의 저하를 야기한다. 그러나, 광원(1)용 콜리메이터(5)의 출력 특성이 ±sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]내에 있기 때문에,광 가이드 부재(30)상에 입사하는 광이 ±{90-θ-sin^-1(n₂/n)}내에 있고, 식 α＜90-θ-sin^-1(n₂/n)의 조건을 만족하므로, 광의 대부분은 광 가이드 부재(30)의 경사(131)에 의해 전체적으로 반사되고, 반사판(4)을 조명한다.

그러므로, 광원(1)으로부터 방사된 광이 반사판(4)을 고효율로 표시할 수 있게 된다. 또한, 반사판(4)이 상기 방법으로 고효율로서 조명되기 때문에, 적은 광이 광 가이드 부재(30)의 경사(131)를 통해 관찰자측에 투과되고, 홈선이 잘 안 보이게 되는 효과를 발생한다.

이어서, 반사판(4)을 조명했던 반사광의 전파를 도 8을 참조하여 설명한다. 광 가이드 부재(30)로부터 조명용으로 출력된 광 빔은 반사판(4)을 조명하고, 반사광으로서 되돌아간다. 반사광은, 그것의 하부면으로부터 광 가이드 부재(30) 위로 다시 입사하고, 광 가이드 부재(30)의 경사(131)에 가깝지 않은 부분에서 광 가이드 부재(30)의 상부면으로부터 출력된다.

광 가이드 부재(30)의 경사(131) 가까이에서, 광 가이드 부재(30)의 하부면상에서 반사광의 입사 각도가 γ라고 가정하고,

θ+sin^-1{(1/n)sin(γ)}＞sin^-1(n₂/n)

이면, 광은 광 가이드 부재(30)의 경사(131)에 의해 전체적으로 반사된다. 이 때문에, 각도 γ로서 광 가이드 부재의 하부면상에 반사광(41)이 입사함에 따라, γ＞β이면, 반사광(41)은 경사(131)에 의해 전체적으로 반사되어, 관찰자에게 도달하지 않고, γ≤β이면, 반사광(41)이 경사(131)를 투과하여, 관찰자에게 도달한다.

상기 사실 및 광 가이드 부재(30)의 경사(131)의 각도 θ가

θ＜sin^-1(n₂/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

라는 다른 사실로부터, 반사광이 가시각 ±β의 범위에서 광 가이드 부재(30)의 경사(131) 부분에 의해 전체적으로 반사되지는 않는다. 따라서, 관찰자의 시야는 방해받지 않으며, 성공적인 영상을 얻을 수 있다.

위에서 나타낸 바와 같이, 제2실시예에 따라, 광 가이드 부재(3)의 홈선을 잘 안 보이게 하고, 반사광의 영상을 성공적으로 유지하며, 양호한 조명 효율을 제공하는 조명 시스템을 구비할 수 있다.

또한, 홈이 제2실시예에서 단계적으로 형성되지만, 홈은 또한 도 14에 나타낸 바와 같이 임의의 곡선으로 될 수도 있다. 또한, 제2실시예에서 경사(131)의 피치(32)가 일정한 간격으로 되어 있지만, 광 가이드 부재(30)에 대한 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 피치(32)를 감소시키는 것은 광원(1)으로부터 먼 장소 및 근접한 장소간의 휘도차를 감소시키게 되어서, 더욱 균일한 조명을 얻을 수 있다. 광 가이드 부재(30)에 대한 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 경사(131)의 길이(33)를 증가시키는 것도 또한 유사한 효과를 얻게 된다. 또한, 광원(1)으로부터의 거리를 증가시킴에 따라 경사(131)의 각도 θ를 증가시키는 것도 유사한 효과를 얻게 한다.

또한, 보상판(6)의 상부면 및 광 가이드 부재(30)의 하부면이 도 17에 나타낸 바와 같이 서로 평행하지 않을 지라도, 유사한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 보상판(6)의 상부면이 도 18에 나타낸 바와 같이 곡선 표면일지라도, 유사한 효과를 얻을 수 있다.

이어서, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 시스템을 아래에서 설명한다.

본 발명의 제3실시예는, 제2실시예에 대한 구조와 거의 유사하며, 콜리메이터(5)의 구조에서만 상이하다.

제3실시예의 콜리메이터(5)의 구조를 도 9를 참조하여 설명한다. 콜리메이터(5)의 광 입사 표면(51)은 평면이다. 콜리메이터(5)의 출력 표면(52)은 정점 각도 2δ를 갖는 다수의 원뿔 오목부를 갖도록 구성되어 있다.

광 가이드 부재(30)의 굴절률이 n이고, 광 가이드 부재(30) 및 보상판(6)을 서로 접착하는 재료의 굴절률이 n₂이며, 콜리메이터(5)의 굴절률이 n₃라고 가정하면, δ는 식,

sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]=90-δ-sin^-1[n₃×sin(90-δ-sin^-1(1/n₃)}]

을 만족하는 값이다.

이어서, 콜리메이터(5)의 동작을 도 10을 참조하여 설명한다. 광원(1)으로부터 방사된 광이 콜리메이터(5)의 입사 표면(51)상에 입사할 때, ±sin^-1(1/n₃)의 방사 분포로 된다. 그러므로, 출력측 상에서 콜리메이터(5)의 경사(52) 위로 입사하는 광 각도는 기하학적으로 결정될 수 있으며, 여기에서 입사각도 최소값 i_min은

i_min=90-δ-sin^-1(1/n₃)

이고, 입사각도 최대값 i_max는

i_max=90이다.

또한, 콜리메이터(5)로부터 출력된 광 각도가 스넬의 법칙에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 출사 측면 상에서 경사(52)에 대한 출사 각도 최소값 o_min은

o_min=sin^-1{n₃×sin(i_min)}

이고, 출사 각도 최대값 o_max는

o_max=90이다.

출사 측면 상에서 경사(52)가 광 축에 대해 δ만큼 경사지기 때문에, 출사 각도 최대값 ω_max는

ω_max=90-δ-o_min

이고, 출사 각도 최소값 ω_min는

ω_min=-δ이다.

즉,

ω_max=90-δ-sin^-1[n₃×sin{90-δ-sin^-1(1/n₃)}]이고,

ω_min=-δ이다.

상기 연결에서, 광 가이드 부재(30)의 경사(131) 각도가 θ이고, 광 가이드 부재(30) 및 보상판(6) 사이의 재료의 굴절률이 n₂이면, 콜리메이터(5)의 필요한 출력 특성은 ±sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]내에 있다. δ가 식 sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]=90-δ-sin^-1[n₃×sin{90-δ-sin^-1(1/n₃)}]을 만족하는 값이기 때문에, ω_max=(콜리메이터(5)의 출력 특성)이고, 따라서 소망된 출력 특성을 만족시킨다.

예를 들어, 가시각 β=30, n=1.5, n₂=1 및 n₃=1.5이면, θ=22.4로 되어, 필요한 출력 특성이 40.85°이고, 여기서 δ=46.2°이며, 결과적으로 출사 각도는 ω_max=+40.81° 및 ω_min=-46.2°이어서, 콜리메이터(5)의 소망된 출력 특성이 얻어진다. 또한, δ가 식 δ=sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}]을 만족하는 값이면, 상기 예에서, δ=40.85°, ω_max=+38.10°및 ω_min=-40.85°이어서 콜리메이터(5)의 소망된 출력 특성이 얻어진다. 또한, 상기 조건하에서, δ는 40.85°보다 적지 않고 46.2°보다 크지 않은 임의값이다.

위에서 나타낸 바와 같이, 제3실시예를 사용해서, 광 가이드 부재(30)에 필요한 출력 특성을 만족하는 콜리메이터(5)가 적용될 수 있고, 제2실시예와 동일한효과를 얻을 수 있다.

또한, 콜리메이터(5)의 출사 표면(52)은 제3실시예에서 정점 각도 2δ를 갖는 원뿔 오목부로 형성된다. 그러나, 출사 표면(52)은 정점 각도 2δ를 갖는 원뿔 돌출부로 형성될 수도 있다. 또한, 출사 표면(52)은, 원뿔 형태를 대신해서 정점 각도 2δ의 단면을 갖는 다각형 피라미드로 형성될 수도 있다. 또한, 출사 표면(52)은, 도 15a, 도 15b에 나타낸 바와 같이 예각 2δ의 평행 홈으로 형성될 수도 있다.

본 발명에 따라, 광원으로부터 방사된 광이 투명판상에 입사하게 되고, 투명판내에서 반복적이며 전체적으로 반사되는 동안 계속해서 전파한다. 상기 과정 동안, 광이 투명판 내부에 구비된 슬릿에 의해 광 각도에 따라 전체적으로 반사된 광 빔 및 전파된 광 빔으로 분리된다. 전체적으로 반사된 광 빔은 각도가 전반사 각도보다 작도록 변경되고, 따라서 투명판의 하부면측으로 출력된다. 또한, 투과된 광 빔이 투명판내에서 연속 전파되도록 하기 위해 투명판의 상부면에 의해 전체적으로 반사되며, 따라서 투명판의 홈선이 잘 안 보이게 된다. 또한, 광이 홈을 통해 투과되고, 종래에 홈선을 잘 안 보이게 할 필요가 있었던 콜리메이터는 더 이상 필요 없어서, 거의 모든 광 빔은 투명판의 하측면으로 출력되어, 양호한 조명 효율을 제공한다.

투명판의 하부면으로부터 나가는 광이 조명 대상물을 조명하고, 조명 대상물로부터 반사된 광이 투명판상에 다시 입사하게 되며, 여기서

θ＜sin^-1(n₁/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}이기 때문에, 성공적인 영상이 가시각(시계각)에 의해 영향을 받지 않고 표시될 수 있다.

따라서, 홈선을 잘 안 보이게 하고, 양호한 조명 효율을 갖는 조명 시스템을 제공할 수 있다.

환언해서, 위에서 설명했듯이, 본 발명에 따라, 선형 광원을 예로 하는 광원이 평평한 형태의 광 가이드 부재의 측면 옆에 설치되고, 홈의 예로서 슬릿이 광원에 대체로 평행하게 연장하도록 광 가이드 부재 내부에 배열되며, 그것에 의해 광 가이드 부재내에서 전파하는 대부분의 광은, 광 가이드 부재에 형성된 슬릿에서 전반사에 의해 광 가이드 부재로부터 출력될 수 있어서, 조명 대상물의 예로서 반사판이 조명될 수 있다. 또한, 슬릿에 의해 전체적으로 반사됨이 없이 투과된 광 빔이 광 가이드 부재내에서 다시 전파하기 때문에, 홈선이 잘 안 보이게 되며, 반사판으로부터 반사된 광이 왜곡됨이 없이 관찰자 측으로 투과되기 때문에, 반사판의 성공적인 영상 품질이 유지될 수 있다. 또한, 광원으로부터 방사된 광이 조준될 필요가 없기 때문에, 조명 시스템은 크기가 축소될 수 있으며, 모든 광 빔이 슬릿에서 전반사에 의해 광 가이드 부재로부터 출력되기 때문에, 양호한 조명 효율을 얻을 수 있다. 또한, 슬릿을 특정한 각도로 배열함으로써, 슬릿 및 슬릿의 제외 부분간의 휘도차는 관찰자의 시야내에서 더 적게 되어서, 반사광의 성공적인 영상 품질이 유지될 수 있다.

본 발명에 따라, 광원으로부터 방사된 광이 콜리메이터에 의해 조준되고,제1기판으로 도입된다. 제1기판상에 입사하는 광은 제1기판의 경사에 의해 전체적으로 반사되고, 여기서 광 각도는 전반사 각도보다 작게 되도록 하기 위해 변경되며, 따라서 하부면측으로 출력된다.

또한, 제1기판의 하부면으로부터 출력된 광은 조명 대상물을 조명하고, 조명 대상물로부터 반사된 광은 제1기판상에 다시 입사하게 되며, 여기서 제2기판의 존재는 어떤 영상 왜곡을 제거하고,

θ＜sin^-1(n₁/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

이면, 성공적인 영상이 가시각에 의해 영향을 미치지 않고 표시될 수 있다.

또한, 콜리메이터의 나가는 광 각도가 ±{90-θ-sin^-1(n₁/n)}내에 있다면, 광원으로부터 방사된 모든 광 빔은 제1기판의 경사에 의해 전체적으로 반사될 수 있어 조명 대상물을 조명하며, 따라서 양호한 조명 효율을 제공한다.

따라서, 홈선을 잘 안 보이게 하고, 반사광의 영상 품질을 성공적으로 유지하며, 양호한 조명 효율을 제공하는 조명 시스템을 구비할 수 있다.

환언하면, 본 발명에 따라, 선형 광원을 예로 하는 광원은, 제1투명판의 예로서의 광 가이드 부재의 측면 옆에 설치되고, 광원으로부터 방사된 광은 콜리메이터에 의해 조준된다. 또한, 광 가이드 부재의 구성에서, 광 가이드 부재의 하부면은 평면이고, 경사는 광 가이드 부재의 상부면에서 특정한 각도로서 구성되며, 상부면이 평면이고 하부면은 광 가이드 부재내에 형성된 것과 동일한 구성의 홈을 가진 제2투명판의 예로서의 보상판이 상기 광 가이드 부재에 접착되고, 그것에 의해 광 가이드 부재내에서 전파하는 대부분의 광은 광 가이드 부재로부터 출력되기 위해 광 가이드 부재의 단계적 경사에 의해 전체적으로 반사되며, 따라서 조명 대상물로서의 반사판이 조명되도록 한다. 또한, 보상판의 존재가 반사판으로부터 반사된 광을 왜곡됨이 없이 관찰자측으로 투과되도록 하기 때문에, 반사판의 성공적인 영상 품질이 유지될 수 있다. 또한, 광원으로부터 방사된 광이 콜리메이터에 의해 특정한 각도로 조준되기 때문에, 광은 광 가이드 부재로부터 보상판으로 투과되지 않으며, 반사판이 고효율로 조명되도록 하고, 이밖에도 홈선을 잘 안 보이게 한다. 또한, 단계적 경사를 특정 각도로 되게 함으로써, 단계적 경사 및 경사를 제외한 부분간의 휘도차는 관찰자의 시야내에서 더 적게 될 수 있어서, 반사광의 성공적인 영상 품질이 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 양태에 따라, 광 가이드 부재에 필요한 출력 특성을 만족하는 콜리메이터가 적용될 수 있고, 전술한 양태에서와 같이 동일한 효과를 또한 얻을 수 있다.

도 35는 조명 시스템의 개략 단면도이다. 도 35에 나타낸 바와 같이, 조명 시스템은, 광원(101), 반사경(102), 광 가이드 부재(103) 및 보상판(105)을 포함한다. 반사경(102)이 광원(101)으로부터 방사된 광을 조준하기 위해서, 광원(101)으로부터 광 가이드 부재(103)의 측면까지의 거리는 연장된다. 광 가이드 부재(103)는, 반사경(102)으로부터 입사된 광을 전체적으로 반사 및 전파하는 기능과, 광 각도를 변경시키기 위해 상부면에 형성된 홈의 경사에 의해 광을 전체적으로 반사시킴으로써 반사판(104)을 조명시키는 기능을 갖는다. 보상판(105)은, 반사판(104)으로부터의 반사된 광이 광 가이드 부재(103)를 통과할 때 발생하는 왜곡을 정정하는 기능을 갖는다.

그러나, 조명 시스템이 광 가이드 부재(103) 및 보상판(105)의 이중 시트 구조을 갖기 때문에, 또한 광 가이드 부재(103) 및 보상판(105)이 동일한 형태의 홈을 가지고 함께 접착되기 때문에, 그 정렬이 수행되기 어려우며, 제조 원가가 높게 된다.

그러므로, 본 발명의 다음의 실시예는 상기 문제를 해결하는 목적을 갖는다.

하기에서, 본 발명의 제3실시예에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 19 및 도 32는, 본 발명의 제3실시예에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템의 단면의 각각의 개략도 및 더 상세한 개략도 이다.

도 1을 참조하면, 참조 숫자 (1)은, 다수의, 예를 들면, 열 음극선관 또는 냉 음극선관과 같은 형광 램프, 또는 발광 다이오드가 선형 형태로 배열되거나, 또는 백열등 또는 유기적인 발광 재료가 선형 형태로 형성된 광원을 나타낸다. 광원(1)은 광 가이드 부재(203)의 한 측면 상에 배열된다.

도 19에서, 참조 숫자 (2)는, 광원(1)을 둘러싸기 위해 설치되는 반사경을 나타내며, 그것의 내부 표면은 높은 반사율 및 적은 확산도를 갖도록 제조된다. 예를 들어, 반사경은 수지 시트 상에 은 또는 알루미늄과 같은 고 반사율 재료를 증착시키고, 이 시트를 얇은 금속판 또는 수지 시트에 접착함으로써 제조된다.광원(1)이 형광 램프일 때, 광원(1) 및 반사경(2)간의 틈을 1.5의 유리 굴절률에 근접한 굴절률을 갖는 재료로서 채우는 것이 바람직하다. 광원(1)측 상에서 광 가이드 부재(203)의 한 측면의 두께와 반사경(2)의 높이가 서로 동일하게 되는 것이 또한 바람직하다.

도 19에서, 광 가이드 부재(203)는, 예로서, 수정, 유리, 아크릴 수지와 같은 투명 수지 또는 폴리카보네이트 등의 재료로서 제조되는 투명판(이하에서, 광 가이드 부재로 나타냄) 이다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(203)는 조명 대상물의 크기와 균등한 크기로 설정된다. 광 가이드 부재(203)의 하부면(232) 및 입사 표면(233)은 약 90도의 각도를 형성한다. 광 가이드 부재(203)는 전체적으로 쐐기 형태이고, 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)은 광원(1)으로부터의 거리가 증가됨에 따라 광 가이드 부재(203)의 하부면(232)에 점차 근접하게 되도록 경사되어 있다. 즉, 광원측상에서 광 가이드 부재(203)의 측면(233)의 두께가 d1이고, 광원(1)에 대향하는 측면 상에서 나머지 측면의 두께가 d2이면, d1≥d2이다. 상기 두께의 관계는 기본적으로 d1=d2이나, d1＞d2의 관계가 더욱 양호하게 균등한 휘도를 유지한다. 또한, 다수의 V자 형상 홈(204)은 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)에 형성된다.

도 21은 홈(204)을 상세하게 나타낸 도면이다. 홈(204)은 광원(1)의 길이 방향(도면 시트에 수직 방향)에 대체로 평행하게 연장되도록 형성되고, 그 단면이 V자 형상이다. 광원측상의 홈(204)의 경사는 제1경사(241)로서 나타낸다. 광원(1)에 대향하는 측면 상의 홈(204)의 경사는 제2경사(242)로서 나타낸다. 또한, 홈(204)이 없는 광 가이드 부재 상부면(231)의 부분은 평평한 부분(243)으로서 나타낸다. 평평한 부분(243)은 하나의 평면인 상부면(231)의 일부를 구성한다. 홈(204)의 제1경사(241) 및 광 가이드 부재 하부면(232)에 의해 형성된 각도 θ₁은, θ₁≤90°-θ_c+2θ₃및 θ₁≒45°+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)인 범위 내에 있으며, 여기서 θ_c는 전반사 각도, θ₃은 평평한 부분(243) 및 광 가이드 부재 하부면(232)에 의해 형성된 각도, β는 하부면(232)의 수직 및 관찰자 방향에 의해 형성된 각도이다. 또한, 도 21에서, 참조 숫자 (332)는 하부면(232)에 평행한 가상 평면을 나타낸다.

홈(204)의 제2경사(242) 및 광 가이드 부재 하부면(232)에 의해 형성된 각도 θ₂는, θ₂≤(1/2)sin^-1(1/n)이며, 여기서 n은 광 가이드 부재(203)의 굴절률이다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 홈(204)의 피치 p 및 깊이 h는 기준 평면으로서의 상부면(231)을 토대로 한다.

도 19에서, 다른 한편으로, 참조 숫자 (205)는 반사 표면을 나타낸다. 반사 표면(205)은, 책 또는 사진과 같은 인쇄물, 개인 컴퓨터 또는 기타 사무 자동화 장비, 휴대용 정보 단말기, 휴대용 비디오 테이프 레코더 등의 스크린 표시 유닛, 또는 각종 모니터에 사용되는 반사형 액정 표시 장치이다.

또한 도 19에서, 참조 숫자 (206)은 관찰자(더 정확하게는 관찰자의 눈)를 나타낸다. 관찰자(206)는 광 가이드 부재(203)를 통해 반사 표면(205)을 본다.

이어서, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명 시스템의 동작을 설명한다.

광원(1)으로부터 출사되어 입사 표면(233)에서 광 가이드 부재(203)에 입사될 광은, 광 가이드 부재(203)의 굴절률이 n으로 주어지면, 스넬의 법칙에 따라 0°방향상에 집중된 ±sin^-1(1/n)의 방사 분포를 갖는 광으로 된다. 광 가이드 부재(203) 재료의 대부분이 1.42보다 적지 않은 굴절률을 갖기 때문에, 방사 분포는 ±44.77°의 범위 내에 있다. 그러므로, 입사 광 빔은 ±44.77°의 방사 분포로서 광 가이드 부재(203)내에서 전파한다. 광 가이드 부재 하부면(232)상에 입사하는 광 빔이 전반사 각도보다 더 큰, 90°-44.77°=45.23°이상의 입사각을 가지고 있어서, 광 빔은 광 가이드 부재 하부면(232)에 의해 전체적으로 반사된다.

다음은, 광 가이드 부재 상부면(231)에서의 광의 동작을 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 광 가이드 부재 상부면(231)은, 제1경사(241) 및 제2경사(242)로 각각 구성되는 다수의 홈(204) 및 다수의 평평한 부분(243)이 배열되는 구조가 되며, 광 가이드 부재 상부면(231)에서의 반사는 도 22a 내지 도 22e에 나타낸 바와 같이 다음의 5개 패턴으로 분류된다. 도 22a의 제1패턴은 평평한 부분(243)에 입사하는 광이다. 도 22b의 제2패턴은 제1경사(241)에 입사하는 광이다. 도 22c의 제3패턴은 제2경사(242)에 입사하는 광이다. 다음의 설명에서, α는, 광 가이드 부재 하부면(232), 및 광 가이드 부재 상부면(231)으로 도달하는 광에 의해 형성되는 각도라고 가정한다. 광 가이드 부재 상부면(231)에 도달하는 광이, 0°에 집중된 ±sin^-1(1/n)의 방사 분포를 갖는 광 외부에서 정(正)의 방향의 분배를 갖는 광이기때문에, α는 0°보다 적지 않으며, 광은 0°에서 최대 방사 분포를 갖는다.

도 22a의 제1패턴에서, 광은 {90°-α-θ₃}의 입사각에서 평평한 부분(243)에 입사한다. θ₃가 적은 값이기 때문에, 대부분의 광이 반사된다. 평평한 부분(243)에 의해 반사된 광은 {-α-2×θ₃}의 각도로 된다.

도 22b의 제2패턴에서, 광은 {90°-α-θ₁}의 입사각에서 제1경사(241)에 입사한다. 제1경사(241)에 입사되었던 광은 프레넬(Fresnel) 반사에 의해 부분적으로 반사되고, 부분적으로 손실로서 투과된다. 제1경사(241)에 의해 반사된 광이 {-α-2×θ₁}의 광 각도로 된다.

도 22c의 제3패턴에서, 광은 {90°-α-θ₂} 의 입사각으로서 제2경사(242)에 입사한다. 제2경사(242)에 의해 반사된 광이 {-α+2×θ₂}의 광 각도로 되기 때문에, θ₂가 적은 값일 때 반사광은 반사되기 전의 광보다 더욱 평행한 광이 된다.

사실상, 광은 제1 내지 제3패턴의 합성 조합으로 반사된다. 조명 시스템의 크기에 따르는 차이 때문에 제한되지는 않지만, 홈의 높이 h는, 5μm 내지 25μm으로 설정되고, 피치 p는, 상기 경우에 100μm 내지 250μm으로 설정된다. 결과적으로, 평평한 부분(243)에 의해 반사된 후 적지 않은 광선이 제1경사(241)(제1패턴 및 제2패턴의 합성에서)에 의해 반사된다. 이 패턴을 도 22d의 제4패턴으로서 나타낸다.

도 22d의 제4패턴에서, 광은 {90°-(-α-2×θ₃)-θ₁}의 입사각으로서 제1경사(241)에 입사한다. 상기 경우에, θ₁은 θ₁≤90°-θ_c+2θ₃을 만족하기 때문에, 제1경사(241)상의 입사각은 90°-(-α-2×θ₃)-θ₁≥α+θ_c(여기서 θ_c는 전반사 각도임)이다. α가 0°보다 적지 않기 때문에, 모든 광선이 전반사 각도보다 더 크고, 바람직하게는 전체적으로 반사된다. 또한, 20°이상으로 되지 않을 때, θ₁은 관찰자(206)의 시야에 어려움을 야기하므로, θ₁은 바람직하게는 20°이상의 각도로 설정된다.

제1경사(241)에 의해 반사된 광은 {α+2×θ₃-2×θ₁}의 광 각도로 되고, {90°+α+2×θ₃-2×θ₁}의 입사각으로서 광 가이드 부재 하부면(232)에 입사하게 된다. 상기 경우에, θ₁이 θ₁≒45°+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)을 만족하기 때문에, 하부면(232)상의 입사각은 90°+α+2×θ₃-2×θ₁≒α+sin^-1(1/n×sinβ)이다. β는, 도 19에 나타낸 바와 같이 반사 표면(205)에 수직인 방향 및 관찰자(206)에 의한 관찰 방향에 의해 형성된 각도라는 것을 알 수 있고, 즉, β는 관찰자(206)의 방향을 표시한다.

α가 대부분 0°이기 때문에, 광은 각도 sin^-1(1/n×sinβ)에 집중된 각도 분포에서 하부면에 입사한다. 따라서, 광은, 각도 β방향에서 관찰하기 좋은 각도 β상에 집중된 각도 분포에서 광 가이드 부재 하부면(232)으로부터 나가서, 관찰자가 보기 쉬운 방향으로 조절되게 된다. 또한, α값이 0°에 근접하면 할수록, 바람직하게는 각도 β방향상에 집중된 방사 각도 분포가 더 좁아지게 된다.

또한, θ₂가 적은 값일 때, 제2경사(242)에 의해 반사된 후 적지 않은 광선은, 제1경사(241)(제1, 제2 및 제3패턴의 합성)상에 입사될 평평한 부분(243)에 의해 반사된다. 상기 패턴을 도 22e의 제5패턴으로서 나타낸다.

도 22e의 제5패턴에서, 제2경사(242)에 의해 반사된 광이 {-α+2×θ₂}가 되기 때문에, θ₂가 적은 값일 때, 반사광은 반사되기 전보다 더 평행한 광이 된다. 그러므로, 제2경사(242)에 의해 반사된 광은 도 22d의 제4패턴에서 설명했듯이 평평한 부분(243) 및 제1경사(241)에 의해 전체적으로 반사되고, 전반사 후 광 가이드 부재 하부면(232)으로부터의 방사 각도의 분포는 바람직하게 더 좁아지게 된다.

조명 시스템의 크기에 따른 차이 때문에 제한되지는 않지만, 확실한 θ₂값은 광이 제2경사(242)에 도달하고, 평행한 광선으로 되는 최소한의 각도이다. 그러므로, θ₂는, 최대 각도 α, sin^-1(1/n)을 갖는 광선이 0°방향을 향해 반사되는 각도, 즉 θ₂≤(1/2)sin^-1(1/n) 이다.

또한, 평평한 부분(243)이 없다는 가정하에서, 평평한 부분(243)의 필요성을 아래에서 설명한다. 광 가이드 부재 상부면(231)에 도달하는 광 중에서, 0＜α＜θ₂의 광은, 쉽게 이해할 수 있듯이 제2경사(242)에 도달할 수 없고, 제1경사(241)에 도달한다. 그러므로, 광은 프레넬 반사에 의해 부분적으로 반사되나 부분적으로 투과되어 손실로 된다. 또한, θ₂＜α＜2θ₂의 광은, 제2경사(242)에 의해 반사될 때, 제3패턴에서 설명했듯이 -α+2θ₂의 각도를 갖는 광선이 되어서, 0＜α＜θ₂로 된다. 따라서, 광은 제1경사(241)에 의해 프레넬-반사되거나 또는 투과되어 손실로 된다. 또한, 2θ₂＜α＜{sin^-1(1/n)}의 광은, 제2경사(242)에 의해 반사되어서 {-sin^-1(1/n)+2θ₂}＜α＜0으로 된다. 제2경사(242)에 의해 반사되는 광은 부분적으로 제1경사(241)에 성공적으로 도달하나, 광 가이드 부재 하부면(232)을 향해 지향되기 위해 부분적으로 제1경사(241)에 도달되지 않는다. 그러므로, 0＜α＜θ₂의 광의 비율이 증가하여서, 광이 제1경사(241)에 의해 투과되어 더 높은 확률로서 손실이 된다.

그러므로 평평한 부분(243)이 필요하다고 할 수 있다.

상기의 결과로서, 홈(204)에 의해 반사된 광은 광 가이드 부재(203)의 하부면(232)으로부터 출력된다. 그 출사 각도는, 반사판(205)의 특성에 따른 차이 때문에 제한되지는 않지만, 바람직하게는 관찰자(206)가 보통 관찰하는 방향 β를 따른다.

광 가이드 부재 하부면(232)으로부터 출력된 광은 반사판(205)에 도달하고, 그것에 의해서 반사된다. 반사광은 광 가이드 부재(203)를 통해 다시 통과하고, 관찰자(206)에게 도달한다. 이것이 발생할 때, 홈(204)에 기인한 광 가이드 부재(203)의 큰 왜곡은 홈선을 적절치 못하게 확실히 보이도록 한다.

그러나, 홈(204)이, 무아레(moire) 줄무늬가 형성되지 않는 반사판(205)의 최소 해상도(도트(dot) 피치)이하인 피치 p로 제공된다면, 각각의 도트의 광 투과율만이 영상 품질에 영향을 미치고, 각각의 도트의 왜곡은 영상 품질에 영향을 미치지 않는다.

또한, 응용들간의 차이 때문에 제한되지는 않지만, 홈(204)의 제1경사(241)의 길이 x가 {L×(O.5/60)×π/180}이하이면, 인간의 눈의 최소 해상도가 0.5분이라는 것을 근거로 해서 홈선이 잘 안 보이게 하며, 여기서 L은 스크린이 보통 관찰되는 거리(관찰자(206) 및 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)간의 거리)이다. 예를 들어, L이 35cm이면, {35×(O.5/60)×π/180}=50μm이하인 홈선은 잘 안 보인다고 말할 수 있다.

따라서, 피치 p가 반사판(205)의 도트 피치 이상이 되지 않거나 또는 제1경사(241)의 길이 x=h/tan(θ₁)가 {L×(O.5/60)×π/180}이상이 되지 않는 것이 바람직하며, 여기서 L은 관찰자(206)가 보통 스크린을 관찰하는 거리(관찰자(206) 및 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)간의 거리)이고, 이 경우에 홈선은 잘 보이지 않는다.

상기에 나타낸 바와 같이, 광원(1)으로부터 방사된 광은 홈(204)의 제1경사(241)에 의해 광 가이드 부재 하부면(232)으로부터 출력되고, 반사판(205)을 조명시키며, 이 경우에, 광 밀도는 광원(1)으로부터 거리가 증가함에 따라 감소하여, 결과적으로 불균등한 휘도 분포로 된다. 그러나, 광원(1)측 상에서 광 가이드 부재(203)의 측면의 두께 d1 및 광원(1)에 대향하는 측면 상에서 광 가이드 부재(203)의 측면의 두께 d2가 d1≥d2의 관계를 갖기 때문에, 광 밀도가 일정하게 유지되어 휘도 분포가 일정하게 된다.

광원(1)으로부터 거리가 증가함에 따라 피치 p를 감소시키는 것이 바람직하며, 이 경우에 휘도 분포가 더욱 균등하게 된다.

광원(1)으로부터 먼 장소에서 깊이 h를 증가시키는 것이 바람직하며, 이 경우에 휘도 분포는 더욱 균등하게 된다.

따라서, 상기 제3실시예에 따라, 구조가 간단하고, 조명 효율이 양호하며, 홈선이 잘 보이지 않고, 휘도 분포가 균등한 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 제공할 수 있다.

제3실시예에 대한 확실한 수치를 다음과 같이 예시한다. 임계 각도 하에서의 설정 관점으로부터, θ₁≤49.8°의 값이 휘도 개선을 위해 θ₁≤90°-θ_c+2θ₃라는 조건에서 설정된다. 또한, 출사 각도는, θ₁≒45°+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)라는 조건에서 β=30°에 대해 θ₁≒46.2°의 값을 설정함으로써 설정된다. 또한, 광선을 평행하게 함으로써 광 가이드 부재(203)의 홈(204)의 제1경사(241)에서 반사율을 개선시키는 관점으로부터, θ₂≤20.9°의 값은, 휘도를 개선시키기 위해θ₂≤(1/2)sin^-1(1/n)라는 조건에서 설정된다. 또한, 홈(204)의 피치 p는, 홈선을 감소시키기 위해 반사판(205)의 도트 피치 이상으로 되지 않도록 하기 위해 250μm 이상이 되지 않도록 설정된다. 또한, x≤50.9μm의 값은, 홈선을 감소시키기 위해 홈(204)의 제1경사(241)의 길이 x≤{L×(O.5/60)×π/180}라는 조건에서 설정된다. 또한, 상기 예는 광 가이드 부재(203)의 굴절률은 n=1.5이고, 광 가이드 부재(203)의 상부면(231) 및 하부면(232)에 의해 형성된 각도는 θ₃=0.8°이며, 광 가이드 부재(203)의 상부면(231) 및 관찰자(206)간의 거리는 L=350mm라는 가정을 토대로 한다.

제3실시예에서, 평평한 부분의 길이가 바람직하게는 제1경사의 길이의 약 5배로 되는 것으로 시뮬레이션 실험의 결과로서 밝혀졌고, 이 경우에 제5패턴의 광선은 더 큰 부분을 이룬다.

본 발명이 상기 제3실시예로 제한되지 않고, 각종 방법으로 실시되는 것을 주목하여야 된다.

예를 들어, 제3실시예에서 광 가이드 부재(203)의 표면상에 보호층을 구비하는 것이 바람직하며, 이 경우에 결함 등으로 인한 모양의 저하를 방지할 수 있다. 보호층을 형성하는 재료의 예로서 경화 코팅제는, 코팅 기능상에서 중요성을 갖는 열 경화성 실리콘 기초제, 코팅 작업성에서 중요성을 갖는 자외선-경화 아크릴제 또는 자외선-경화 실리콘 기초제로서 예시될 수 있다.

또한, 제3실시예에서, 아크릴 또는 폴리카보네이트 등으로 제조된 투명 시트가 보호층을 대신해서 구비될 수도 있다. 상기 투명 시트상에 보호층을 구성하는 것도 또한 가능하다.

제3실시예에서 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)상에 반사 방지 코팅을 구성하는 것이 또한 바람직하며, 이 경우에 반사판(205)으로부터의 영상이 뚜렷해진다.

광원(1)에 대해 수평 방향의 광을 조준하는 콜리메이터는 제3실시예에서 광원측상의 광 가이드 부재(203)의 측면(233)에 부착되는 것이 또한 가능하다. 광원(1)으로부터 방사된 광의 방사 분포는 광원(1)에 대해 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 확산을 갖는다. 이 때문에, 광은, 콜리메이터에 의해 수평 광선을 억제함으로써 효과적으로 사용될 수 있다. 환언하면, 정면 휘도는 방사 휘도 분포를 좌우 방향 양쪽에서 좁게 함으로써 증대된다.

또한, 제3실시예의 변형으로서, 2개 이상의 형광 램프를 대각선이 13인치 이상인 대형 스크린 반사판에 대해 사용할 수 있고, 이것에 의해 휘도가 양호하게 유지될 수 있다. 상기 변형의 예는 도 23a, 23b, 23c에서 나타낸다. 하나의 전형적인 방법은, 도 23a에 나타낸 바와 같이, 2개 이상의 램프를 광원(1)의 위치에 설치하는 것이다. 다른 방법은, 도 23b에 나타낸 바와 같이, 제3실시예의 2개의 광 가이드 부재(203)를 준비하여, 이것들을 작은 두께측면이 인접하여 서로 대향하게 설치하는 것이다. 상기 구성으로써, 우측 광원(211)으로부터 방사된 광은 하부면(321)으로부터 출력되기 위해 우측 광 가이드 부재(203)의 상부면(311)에 의해 내부적으로 반사되는 반면에, 좌측 광원(212)으로부터 방사된 광은 하부면(322)으로부터 출력되기 위해 좌측 광 가이드 부재(203)의 상부면(312)에 의해 내부적으로 반사되어, 휘도는 대형 스크린에 대해 양호하게 유지된다.

또 다른 방법은, 도 23c에 나타낸 바와 같이, 제3실시예의 2개의 광 가이드 부재(203)를 준비하고, 이것들을 큰 두께측 표면이 인접하도록 등을 맞대어 설치하는 것이다. 상기 구성으로써, 우측 광원(211)으로부터 방사된 광은 하부면(322)으로부터 출력되기 위해 좌측 광 가이드 부재(203)의 상부면(312)에 의해 내부적으로 반사되는 반면에, 좌측 광원(212)으로부터 방사된 광은 하부면(321)으로부터 출력되기 위해 우측 광 가이드 부재(203)의 상부면(311)에 의해 내부적으로 반사되어, 휘도는 대형 스크린에 대해 양호하게 유지된다.

대각선이 4인치 이하인 작은 스크린 반사판에 대해, 광원(1)으로서 발광 다이오드 등을 사용하는 것은, 바람직하게는 소형화에 적합하게 된다. 상기 경우에, 발광 다이오드의 방사 분포가 어느 정도의 지향성을 갖기 대문에, 반사경(2)은 생략될 수 있다.

위에서 설명했듯이, 제3실시예에 따라, 광원(1)으로부터 방사된 광은, 광 가이드 부재(203)상으로 입사하게 되고, 광 가이드 부재(203)내에서 반복해서 전체적으로 반사되면서 계속해서 전파한다. 상기 과정 동안, 광은, 광 가이드 부재(203)의 상부면에 구성된 홈(204, ...., 204)에 의해 전체적으로 반사되고, 전반사 각도보다 적은 광 각도로 변경되어, 하부면측으로 출력되어서, 조명 대상물(205)을 조명시킨다. 홈(204)에서의 반사는, 제1경사(241), 제2경사(242) 및 평평한부분(243)에서의 합성 반사이다. 그러므로, 제1경사(241)의 각도가 {90°-θ_c+2θ₃} 이상 되지 않으면, 반사율이 높아져서 조명 효율이 개선된다.

또한, 제1경사(241)에 의해 광 가이드 부재(203)로부터 방사된 광 각도는 변한다. 이 때문에, 제1경사(241)의 각도가 {45°+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)}이면, 출사 광의 각도가 β방향으로 되어서, 출사 광의 각도는 관찰자(206)에게 쉽게 보이는 각도를 따라 정렬될 수 있다.

또한, 제2경사(242)의 각도가 {(1/2)sin^-1(1/n)} 이상이 아니면, 제2경사(242)에 의해 반사된 광은 더욱 평행한 광선이 된다. 이 때문에, 제2경사(242)에 의해 반사된 후 제1경사(241) 또는 평평한 부분(243)에 도달하는 광은 더 높은 반사율로 반사된다. 따라서, 조명 효율이 개선된다.

또한, 홈(204, ...., 204)의 피치가 조명 대상물(205)의 도트 피치 이상이 아니면, 홈선은 관찰자(206)에게 방해로 되지 않도록 잘 안 보이게 된다.

또한, 제1경사(241)의 길이 x가 {L×(O.5/60)×π/180} 이상이 아니면, 홈선은 인간의 눈의 해상도가 0.5분이라는 근거에서 관찰자(206)에게 방해로 되지 않도록 잘 안 보이게 되며, 여기서 L은 관찰자(206)와 광 가이드 부재(203) 상부면 사이의 거리이다.

따라서, 구조가 간단하고, 조명 효율이 양호하며, 홈선이 잘 보이지 않는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 제공할 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 제4실시예에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 제4실시예의 조명 시스템은 제3실시예의 조명 시스템과 구조에서 대체로 유사하며, 투명판(207)이 광 가이드 부재(203)상에 설치된다는 점에서 만 상이하다.

도 24 및 도 33에서, 참조 숫자 (207)은 수정, 유리, 아크릴 수지와 같은 투명 수지 또는 폴리카보네이트 등의 재료로 제조되는 투명판(이하에서, 프리즘 시트로 나타냄)을 나타낸다. 특히, 투명 수지는 사용될 때 시트 형태로 형성된 연성 재료일 수 있다.

프리즘 시트(207)의 한 측면은 평평한 표면(271)이고, 나머지 측면은 단면이 삼각형의 쐐기 형태로 형성된 프리즘 표면(272)이다. 프리즘 시트(207)의 형태는 상부로부터 관찰하면 광 가이드 부재(203)의 크기와 대체로 같다. 프리즘 시트(207)의 프리즘 표면(272)상에는, 도 25에 나타낸 바와 같이 적어도 이등변 삼각형(또는 가능한 한 등변 삼각형) 쐐기 형태로 된 돌출 부분(273)(이하에서, 프리즘 부분으로 나타냄) 및 평평한 부분(274)의 다수의 조합이 배열되며, 여기서 이등변 삼각형 단면을 갖는 쐐기 형태로 된 돌출 부분(273)은 각각 광원(1)의 길이 방향에 평행하게 연장되고, 길이 방향에 수직인 방향에서 피치 p의 간격으로 배열된다. 이등변 삼각형 단면을 가진 돌출 부분(273)의 각각의 경사 및 평평한 부분(271)에 평행한 가상 평면에 의해 형성된 각도가 θ₄이면, θ₄는 프리즘시트(207)가 효과적으로 작동하도록 30°내지 50°의 범위 내에 바람직하게 설정된다. 프리즘 시트(207)는, 광 가이드 부재(203)의 상부면상에 프리즘 표면(272)을 하측으로 하여 설치된다.

이어서, 제4실시예의 조명 시스템의 작동을 설명한다.

광원(1)으로부터 광 가이드 부재(203)상에 입사되었던 광은 홈(204)의 제1경사(241)를 통해 투과된다. 상기 광선은 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)에 대해 큰 출사 각도를 갖는다. 예를 들어, 광은 전술한 제3실시예의 80°부근 방향에서 출력된다. 도 26은, θ₁=40°및 θ₂=10°의 조건 하에서, 광 가이드 부재 상부면(203)으로부터 출력된 광의 특성 그래프를 나타낸다. 도 26에서, 광의 누출량이 70°-80°근방의 출사 각도에서 커진다고 이해할 수 있다. 따라서, 광은, 프리즘 시트(207)의 프리즘 표면(272)에 도달함에 따라, 광 가이드 부재(203)상에 재 입사하기 위해 도 27에 예시했듯이 삼각형 돌출 부분(273)에 의해 반사되고, 광 가이드 부재(203)를 통해 통과하여, 반사판(205)에 도달한다. 상기 과정에서, 30°-50°의 범위 내에서 경사각도 θ₄가 양호한 효율을 얻게 된다는 것을 실험 및 시뮬레이션으로부터 알 수 있다. 이 결과로서, 광 조명 효율이 개선되어 휘도가 향상된다.

또한, 반사판(205)에 의해 반사된 광(영상)은, 광 가이드 부재(203) 및 프리즘 시트(207)를 통해 통과할 때 왜곡을 일으킨다. 그러나, 프리즘 시트(207)의 단면이 평평한 부분(274)을 갖고, 프리즘 부분(273)의 경사에 대한 평평한 부분(274)의 큰 길이 비율 및 프리즘 부분(273)의 작은 피치 p가 설정되면, 적은 왜곡이 발생한다. 즉, 프리즘 부분(273)이 반사판의 최소 해상도(도트 피치) 이하인 피치에서 구성될 때, 각각의 도트의 광 투과만이 영상 품질에 영향을 미치고 각각의 도트의 왜곡은 영상 품질에 영향을 미치지 않는다.

또한, 응용들간의 상이점 때문에 제한되지는 않지만, 경사의 길이 x가 {L×(O.5/60)×π/180} 이하이면, 인간의 눈의 최소 해상도가 0.5분이라는 근거에서 프리즘 부분선이 잘 안 보이게 되며, 여기서 L은 스크린이 보통 관찰되는 거리이다. 예를 들어, L이 35cm이면, 50μm 이하인 프리즘 부분선이 잘 보이지 않는다고 말할 수 있다.

따라서, 프리즘 부분(273)의 피치 p가 반사판(205)의 도트 피치 이하이거나 프리즘 부분(273)의 경사 길이가 {L×(O.5/60)×π/180} 이하인 것이 바람직하며, 여기서 L은 관찰자가 보통 스크린을 관찰하는 거리(관찰자 및 프리즘 시트 상부면 간의 거리)이고, 이 경우에 돌출 부분(273)의 선은 잘 보이지 않는다.

수치 값의 확실한 예로서, 경사의 각도 θ₄가 누출 광의 재 순환을 위해 30°내지 50°의 범위내에서 설정되는 반면에, 피치 p는, 프리즘 부분선의 감소를 위해 반사판(205)의 도트 피치 이상으로 되지 않기 위해 250μm 이하로 설정된다. 또한, 프리즘 부분의 경사 길이는, 프리즘 부분선의 감소를 위해 {L×(O.5/60)×π/180} 이상으로 되지 않기 위해 50.9μm 이하로 설정된다.

광 가이드 부재(203)로부터 누출된 광을 경사에서 반사시킴으로써 재 순환시키려는 프리즘 시트(207)는, 상기 실시예의 경사 및 평평한 부분과 유사한 경사 및 평평한 부분이 구성되기만 하면, 다른 형태로서도 적용될 수 있다. 도 28a 및 도 28b는 다른 형태의 예를 나타낸다. 예를 들어, 프리즘 시트(207)는, 삼각형 단면을 각각 갖는 다수의 홈(276)이 도 28a에 나타낸 바와 같이 배열되는 하나의 배열, 또는 사다리꼴형 단면을 각각 갖는 다수의 힐(hill)(277)이 도면 28b 등(도 33 참조)에 나타낸 바와 같이 배열되는 다른 배열에 의해 적용될 수 있다.

또한, 광원(1)으로부터 방사된 광의 방사 분포가 광원에 대해 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향에서도 발산을 갖는다. 그러므로, 돌출 부분 등이 광원(1)의 길이 방향에 수직인 방향에서 연장되는 프리즘 방향으로 프리즘 시트(207)를 설치함으로써, 광원(1)에 대해 수평인 방향에서 광의 구성 광선이 광 가이드 부재(203)를 통해 재 통과하고 반사판(205)을 조명시키기 위해 경사에 의해 반사됨으로써, 조명 효율이 개선될 수 있다.

그러므로, 제4실시예에 따라, 광원(1)으로부터 방사된 광은, 광 가이드 부재(203)상으로 입사하고, 광 가이드 부재(203)내에서 반복해서 전체적으로 반사되면서 전파한다. 상기 과정 동안, 광은, 광 가이드 부재(203)의 상부면에 구성된 홈(204, ...., 204)에 의해 전체적으로 반사되고, 전반사 각도 보다 작은 광 각도로 변경되어 하부면측으로 출력되어서, 조명 대상물(205)을 조명시킨다. 홈(204)에서의 반사는, 제1경사(241), 제2경사(242) 및 평평한 부분(243)에서의 합성 반사이다. 그러므로, 광의 일부는 제1경사(241)에 의해 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)으로부터 출력된다. 광 가이드 부재 상부면(231)으로부터 출력된 광은,광 가이드 부재(203)상에 재 입사되기 위해 프리즘 시트(207)의 하부면 경사에 의해 반사되어서, 조명 대상물(205)을 조명시킨다. 따라서, 조명 효율이 개선된다.

또한, 프리즘 시트(207)의 경사의 각도 θ₄가 30°내지 50°의 범위내에 있기 때문에, 더욱 효율적인 조명이 이루어질 수 있다.

또한, 프리즘 시트(207) 경사의 피치 p가 조명 대상물(205)의 도트 피치 이하이면, 프리즘 시트(207)의 선이 관찰자(206)에게 방해가 되지 않도록 잘 안보이게 된다.

또한, 경사의 길이가 {L×(O.5/60)×π/180} 이하이면, 여기서 L이 관찰자(206) 및 프리즘 시트(207) 상부면(271)간의 거리일 때, 프리즘 부분선은 인간의 눈의 해상도가 0.5분이라는 근거에서 관찰자(206)에게 방해가 되지 않도록 잘 안보이게 된다. 따라서, 구조가 간단하고, 조명 효율이 양호하며, 프리즘 부분선이 잘 보이지 않는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 제공할 수 있다.

이어서, 본 발명의 제5실시예에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 설명한다.

본 발명의 제5실시예의 조명 시스템은, 제4실시예의 조명 시스템과 유사한 구조이며, 프리즘 시트가 어떻게 위치되는 지의 방법에서만 상이하다. 상기 실시예에서 프리즘 시트(207)는 프리즘 표면(272)을 상측으로 하여 설치된다.

상기 경우의 작동을 도 29 및 도 34를 참조하여 설명한다. 반사광은, 반사판(205)의 특성에 따라 변경되지만, 일반적으로 확산된 광이다. 이 때문에, 광은 가시각을 벗어난 방향으로도 또한 방사된다. 가시각을 벗어난 상기 광은, 프리즘 시트(207)의 프리즘 표면(272)에 의해 집중되고, 그것에 의해 정면 휘도는 개선된다.

반사광이 광 가이드 부재(203) 및 프리즘 시트(207)에 대체로 수직인 방향(본원에서 중심 방향은 0°로 가정함)의 중심 부근에 분포된다고 가정한다. 반사광은 프리즘 시트(207)의 평평한 부분(274)상에 입사되기 위해 광 가이드 부재(203)를 통해 통과한다. 반사판(205)이 완전한 확산판이라고 가정하면, 프리즘 시트(207)상에 입사된 후의 광은 0°방향 부근에서 ±sin^-1(1/n)로 분포되며, 여기서 n₁은 프리즘 시트(207)의 굴절률이다.

도 29에 나타낸 바와 같이, 프리즘 시트(207)의 프리즘 부분(273)의 경사 및 평평한 표면(271)에 의해 형성된 각도가 θ₄이면, 출사 각도는 {θ₄+sin^-1(n×sin(α-θ₄))}이다. 50°의 θ₄및 n₁=1.5로 주어지면, α의 최대값인 +sin^-1(1/n₁)은 41.8°이며, 출사 각도는 프리즘 시트상에 입사하기 전의 각도인, ±90°보다 적은 37.7°이다. 이 때문에, 반사광의 방사 분포가 프리즘 시트(207)의 경사에 의해 좁혀진다. 30°내지 50°의 범위내에서 경사각도 θ₄는 양호한 효율을 얻게 된다는 것이 실험 및 시뮬레이션으로부터 알게 되었다. 즉, 이러한 범위의 경사 각도에서, 반사광의 방사 각도 분포가 좁혀질 수 있어서 정면 휘도는 향상된다.

위에서 나타낸 바와 같이, 프리즘 표면(272)을 상측으로 설치함으로써, 정면 휘도는 개선될 수 있다.

또한, 반사판(205)이 완전한 확산 표면을 제외한 것이거나 광 가이드 부재(203)의 다른 출사 각도가 0°를 제외한 것일 수도 있으며, 이 경우에 또한 방사 분포는 바람직하게는 유사한 방법으로 좁혀질 수 있다.

또한, 반사판(204)에 의해 반사된 광(영상)은, 광 가이드 부재(203) 및 프리즘 시트(207)를 통해 통과할 때 왜곡을 일으킨다. 그러나, 프리즘 시트(207)의 단면이 평평한 부분(274)을 갖고, 프리즘 부분(273)의 경사 부분에 대한 평평한 부분(274)의 큰 길이 비율 및 프리즘 부분(273)의 작은 피치가 주어지면, 왜곡이 적게 발생한다. 즉, 홈이 반사판의 최소 해상도(도트 피치) 이상으로 되지 않는 피치에서 구성될 때, 각각의 도트의 광 투과만이 영상 품질에 영향을 미치고, 각각의 도트의 왜곡은 영상 품질에 영향을 미치지 않는다.

또한, 응용들간의 상이점 때문에 제한되지는 않지만, 경사의 길이 x가 {L×(O.5/60)×π/180} 이하이면, 인간의 눈의 최소 해상도가 0.5분이라는 근거에서 프리즘 부분선을 잘 안보이게 하며, 여기서 L은 스크린이 보통 관찰되는 거리이다. 예를 들어, L이 35cm이면, 50μm 이하인 프리즘 부분선은 잘 보이지 않는다고 말할 수 있다.

따라서, 피치 p가 반사판의 도트 피치 이하이거나 경사 길이가 {L×(O.5/60)×π/180} 이하이며, 여기서 L은 관찰자(206)가 보통 스크린을 관찰하는 거리이고,이 경우에 프리즘 부분선은 잘 보이지 않는다.

확실한 수치 값의 예는 제4실시예와 같다.

상기 제5실시예에서, 프리즘 시트(207)의 프리즘 표면(272)에 의해 가시각을 벗어난 광을 집중시킴으로써 정면 휘도를 개선시키려는 프리즘 시트(207)는, 제5실시예의 경사 및 평평한 부분과 유사한 경사 및 평평한 부분이 제공되기만 한다면, 다른 형태로 적용될 수도 있다. 도 34는 다른 형태의 예를 나타낸다. 예를 들어, 도 34에서 프리즘 시트(207)의 3종류 중에서, 좌측상의 프리즘 시트는 도 29의 프리즘 시트(207)인 반면에, 상부 우측상의 프리즘 시트는 삼각형 단면을 각각 갖는 다수의 홈(276)이 상부면에 배열된 것이다. 하부 우측상의 프리즘 시트는 사다리꼴 단면을 각각 갖는 다수의 힐(277)이 그 상부면에 배열된 것이다. 상기 프리즘 시트로써, 유사한 기능이 성취될 수 있다.

또한, 상기 설명으로부터 쉽게 이해할 수 있듯이, 프리즘 시트(207)의 프리즘 길이 방향은 제한되지 않는다.

그러므로, 제5실시예에 따라, 투명판을 구비하는 프리즘 시트(207)를 광 가이드 부재(203)상에 배열시킴으로써, 여기에서 단면 형태에 대해서, 하부면에 대해 각도 θ₄의 경사를 갖는 다수의 돌출 부분(273)이 상부면상에 배열되어서, 상부면에 대체로 평행한 평평한 부분(274)이 그들 사이에 삽입된다. 따라서, 조명 대상물(205)로부터 반사광의 방사 분포가 좁혀질 수 있어서, 정면 휘도가 개선될 수 있다.

또한, 프리즘 시트(207) 경사의 피치 p가 조명 대상물(205)의 도트 피치 이하이면, 프리즘 시트(207)의 선은 관찰자(206)에게 방해가 되지 않도록 잘 보이지 않는다.

또한, 경사의 길이가 {L×(O.5/60)×π/180} 이하이면, 여기서 L이 관찰자(206) 및 프리즘 시트(207) 상부면(271)간의 거리일 때, 홈선은 인간의 눈의 해상도가 0.5분이라는 근거에서 관찰자(206)에게 방해가 되지 않도록 잘 보이지 않는다. 따라서, 구조가 간단하고, 조명 효율이 양호하며 홈선이 잘 보이지 않는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 제공할 수 있다.

이어서, 본 발명의 제6실시예에 따른 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 제6실시예의 조명 시스템은, 제3실시예의 조명 시스템과 대체로 유사한 구조이며, 광 가이드 부재(203)의 홈 형태에서만 상이하다.

도 30은 조명 시스템을 위로부터 관찰한 것을 나타낸다. 가로 홈(204)은 광원(1)에 평행한 방향을 따라 구성된다. 이 밖에도, 길이 방향 홈(208)은 광원(1)에 수직인 방향을 따라 구성된다. 가로 홈(204)은 제3실시예의 홈(204)과 동일하다. 도 31은 길이 방향 홈(208)의 단면도를 나타낸다. 길이 방향 홈(208)은 V자 형상의 홈이고, 각각의 홈(208)의 정점 각도 θ₅는 80°내지 120°사이에 있다.

광원(1)으로부터 방사된 광의 방사 분포는 광원(1)에 대해 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향에서도 발산을 갖는다. 그러므로, 길이 방향 홈(208)을 설치함으로써, 광원(1)에 수평인 방향에서 광의 구성 광선이 광 가이드 부재(203)로부터 출사되기 위해 경사에 의해 반사되어 반사판(205)을 조명시키고, 그것에 의해 조명 효율이 개선될 수 있다. 본 발명의 발명자는, 실험 및 시뮬레이션을 반복해서, 80°내지 120° 범위내의 각도 θ₅가 유효하다는 것을 발견하였다. 즉, 상기 범위내의 각도 θ₅에서, 휘도는, 광원(1)에 대해 평행인 방향으로 광을 효과적으로 사용함으로써 개선될 수 있다.

피치 및 경사 길이에 대한 확실한 수치 값의 예는 제4실시예에서와 동일하다.

그러므로, 제6실시예에 따라, 광원(1)으로부터 방사된 광이 광 가이드 부재(203)상으로 입사하고, 광 가이드 부재(203)내에서 반복해서 전체적으로 반사되면서 전파한다. 상기 과정 동안, 광은 광 가이드 부재(203)의 상부면(231)에 구비된 홈(204, ...., 204)에 의해 전체적으로 반사되고, 전반사 각도보다 작은 광 각도로 변경되어 하부면측으로 출력되어서, 조명 대상물(205)을 조명시킨다.

광원(1)으로부터 방사된 광의 방사 분포는 광원(1)에 대해 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향에서도 발산을 갖는다. 그러므로, 길이 방향 홈(208, ...., 208)을 설치함으로써, 광원(1)에 수평인 방향에서 광의 구성 광선이 광 가이드 부재(203)로부터 출사되기 위해 경사에 의해 반사되고, 반사 표면을 조명시키며, 이것에 의해 조명 효율이 개선될 수 있다.

또한, 각각의 길이 방향 홈(208)이 V자 형상으로 형성되고, 각각의 길이 방향 홈(208)의 정점 각도 θ₅가 80°내지 120°의 범위내에 들기 때문에, 매우 효율적인 조명을 성취할 수 있다.

따라서, 구조가 간단하고, 조명 효율이 양호하며, 홈선이 잘 보이지 않는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템을 제공할 수 있다.

위에서 설명했듯이, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템은, 적어도 광원과, 투명판 형태의 광 가이드 부재를 구비하고, 그 측면에 광원이 위치되며, 다수의 홈이 광원의 길이 방향에 평행한 방향에서 특정 간격으로 광 가이드 부재의 상부면에 배열되고, 상부면의 일부를 구성하는 평평한 부분이 홈들 중 인접한 것들 간에 배열되며, 광 가이드 부재의 하측면 상에 설치된 조명 대상물은 광 가이드 부재의 상부면측으로부터 관찰된다. 그러므로, 광 가이드 부재내에서 전파하는 대부분의 광은, 광 가이드 부재로부터 출사되기 위해 홈에 의해 전체적으로 반사됨으로써, 반사 표면을 조명시킨다.

또한, 홈의 제1경사 각도를 θ₁≤90-θ_c+2θ₃으로 설정함으로써, 더욱 효율적인 조명이 성취될 수 있다. 또한, 제1경사의 각도 θ₁을 θ₁≒45°+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)로 설정함으로써, 출사 각도가 양호하게 관찰자의 방향 β를 따라 정렬될 수 있다.

또한, 홈의 제2경사 각도를 θ₂≤(1/2)sin^-1(1/n)로 설정함으로써, 더욱 효율적인 조명이 성취될 수 있다.

또한, 홈의 피치를 조명 대상물의 도트 피치 이하로 설정하면, 홈선은 잘 안보이게 된다.

또한, 제1경사의 길이를 {L×(0.5/60)×π/180} 이하로 설정하면, 여기서 L이 관찰자와 조명 시스템의 사이, 더욱 상세하게는 관찰자와 광 가이드 부재 상부면 사이의 거리일 때, 홈선은 더 잘 안보이게 된다.

본 발명의 다른 양태에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에 따라, 투명 프리즘 시트는 광 가이드 부재상에 설치되고, 이 프리즘 시트가, 단면 형태에 대해서, 하부면상에 배열된 상부면에 대해 각도 θ₄의 경사를 갖는 다수의 돌출 부분을 가져서, 하부면에 대체로 평행한 평평한 부분이 그들 사이에 삽입된다. 그러므로, 광 가이드 부재로부터 누출된 광이 광 가이드 부재를 통해 통과하기 위해 각도 θ₄의 경사에 의해 반사될 수 있음으로써, 반사판을 조명시킨다.

또한, 각도 θ₄를 30°내지 50°의 범위내로 설정함으로써, 조명 효율이 더욱 개선된다.

또한, 프리즘 시트의 경사 피치를 조명 대상물의 도트 피치 이하로 설정함으로써, 홈선이 잘 안보이게 된다.

또한, 프리즘 시트의 경사의 길이를 {L×(0.5/60)×π/180} 이하로 설정함으로써, 여기서 L이 관찰자 및 조명 시스템간의 거리일 때, 홈선은 더 잘 안보이게 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에 따라, 투명 프리즘 시트는 광 가이드 부재상에 설치되고, 이 프리즘 시트가, 단면 형태에 대해서, 하부면상에 배열된 상부면에 대해 각도 θ₄의 경사를 갖는 다수의 돌출 부분을 가져서, 하부면에 대체로 평행한 평평한 부분이 그들 사이에 삽입된다. 따라서, 반사 표면으로부터의 반사광의 방사 분포가 좁혀질 수 있고, 이것에 의해 정면 휘도가 개선될 수 있다.

또한, 프리즘 시트의 경사 피치를 조명 대상물의 도트 피치 이하로 설정함으로써, 홈선이 잘 안보이게 할 수 있다.

또한, 경사의 길이를 {L×(0.5/60)×π/180} 이하로 설정함으로써, 여기서 L이 관찰자 및 조명 시스템간, 더욱 상세하게는 관찰자와 프리즘 시트 상부면간의 거리일 때, 홈선이 더욱 잘 보이지 않게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 따른 양태에서 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템에 따라, 다수의 홈이 광원의 길이 방향에 수직인 방향에서 특정 간격으로 광 가이드 부재의 상부면에 배열된다. 그러므로, 광원에 수평인 방향에서 광의 구성 광선은 광 가이드 부재로부터 나가기 위해 경사에 의해 반사되며 반사 표면을 조명한다. 따라서, 조명 효율이 개선될 수 있다.

또한, 수직으로 구성된 홈을 V자 형상으로 설정하고, V자 형상의 정점 각도θ₅를 80°내지 120°내의 범위로 설정함으로써, 조명 효율이 더욱 개선될 수 있다.

또한, 위에서 설명했듯이, 조명 시스템들 중 어느 하나를 사용하는 액정 표시 장치에서, 상기 조명 시스템의 장점을 이어받을 수 있는 액정 표시 장치를 얻을수 있다.

본 발명의 제7실시예에 따른 조명 시스템을 도 36, 도 37을 참조하여 설명한다.

도 36은, 본 발명의 제7실시예에서 광 가이드 부재의 예를 사용하는 조명 시스템의 단면도이다.

도 36에서, 참조 숫자 (1)은, 예를 들어, 열 음극선관 또는 냉 음극선관과 같은 형광 램프, 또는 다수의 발광 다이오드의 배열, 또는 백열등 또는 선형 형태로 된 유기적 발광 재료 등인 광원을 나타낸다. 광원(1)은 투명판의 광 가이드 부재(303)의 측면에 배열된다.

참조 숫자 (2)는 광원(1)을 둘러싸기 위해 배열되는 도 36의 반사경을 나타낸다. 반사경(2)은 내면이 고 반사율 및 작은 확산 성능을 나타내는 구조로 된다. 예를 들어, 고 반사율의 은, 알루미늄 등의 재료가 수지 시트에 증착되고, 이것은 얇은 금속판 또는 수지 시트에 접착됨으로써, 반사경을 구성한다. 광원(1)이 형광 램프이면, 광원(1) 및 반사경(2)간의 간격은, 바람직하게는 유리의 굴절률, 즉 1.5에 근접한 굴절률을 갖는 재료로서 채워진다.

바람직하게는, 광원(1)의 측면에서 광 가이드 부재(303)의 측면 두께는 반사경(2)의 높이와 같다. 광원(1)이 발광 다이오드로 구성될 때, 반사경(2)은 제거될 수 있는 데, 왜냐하면 광원의 방사 분포가 지향성 레벨을 갖기 때문이다. 이 경우에, 광 가이드 부재(303)는 바람직하게 소형이 된다.

또한 도 36에서, 광 가이드 부재(303)는, 예를 들어, 수정, 유리, 또는 아크릴 수지 등의 투명 수지, 폴리카보네이트 등으로 형성된 투명판(간단히 이하에서 "광 가이드 부재"로 나타냄)이다. 광 가이드 부재(303)는 조명 대상물의 크기와 동일한 크기로 제조된다. 도 37에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(303)의 하부면(332)은 입사 평면(333)에 대해 대략 90°로 되도록 설정된다. 광 가이드 부재(303)는 전체적으로 쐐기와 같은 형태이고, 광원(1)으로부터 거리를 증가시킴으로써 하부면(332)에 점차 가까워지기 위해 경사되는 상부면(331)을 갖는다. 더욱 상세하게는, 광원 측면에서 광 가이드 부재(303)의 측면(333)의 두께는 d1이고, 광원(1)에 대향하는 측면에서 광 가이드 부재의 측면 두께가 d2라고 가정하면, d1≥d2가 유지된다. d1=d2가 기본적으로 만족되지만, d1＞d2의 두께 관계는 휘도를 일정하게 유지하는 데 더욱 바람직하다. 다수의 V자 형상의 홈(304)은 광 가이드 부재(303)의 상부면(331)에 노치(notch)되어 있다.

도 36에서, 참조 숫자 (305)는, 예를 들어, 책 및 사진 등과 같은 인쇄물, 개인 컴퓨터 또는 사무 자동화 설비, 휴대용 정보 단말기, 휴대용 비디오 테이프 레코더 등의 영상 표시 장치, 또는 각종 모니터에 사용되는 반사형 액정 표시 장치 등의 반사 표면을 나타낸다.

제7실시예의 조명 시스템에서 광의 전파를 이제부터 설명한다.

광원(1)으로부터 투사된 광은 직접 또는 반사경(2)에서 반사된 후 광 가이드 부재(303)로 들어간다. 광 가이드 부재(303)로 들어가는 광은 전체적으로 반사되어 전파된다. 전파 광 중에서 홈(304)에서 반사된 광은, 전반사 조건을 손실하고, 결과적으로 광 가이드 부재의 하부면(332)으로부터 출사된다.

이 때, 광은 광 가이드 부재의 하부면(332)에서 반사되어 반사광(320)으로 된다. 광 가이드 부재의 하부면(332)으로부터 투사된 광은 반사면(305)을 조명시키고, 광이 반사면(305)에서 반사될 때 반사광(500)으로 된다. 반사광(500)은 반사면(305)에 의해 생성된 영상이다. 반사광(320)은 영상의 가시도를 악화시키는 불필요한 광이다.

반면에, 제7실시예에서, 광 가이드 부재의 하부면(332)은, 공지된 진공 증착법, 침적법, 열 전달 방법 등에 의해 반사 방지 처리 또는 확산 처리를 받게 된다. 하부면(32)이 반사 방지 처리를 통해 처리되었을 때, 도 36에서 (320)에 의해 지정된 하부면(332)으로부터의 반사광 총량은, 크게 감소되어 반사면(305)으로부터의 반사광(500)의 양과 비교해서 충분히 무시될 수 있다. 그러므로, 가시도가 크게 개선될 수 있다.

하부면(32)이 확산 처리를 통해 처리되었을 때, 광 가이드 부재의 하부면(332)으로부터의 반사광(320)은 불규칙적으로 반사됨으로써, 거울 반사에 기인한 인간 눈에 의해 밝은 선으로서 감지된 광의 양은, 반사광의 총량이 변하지 않을 지라도 감소되고, 가시도가 개선될 수 있다.

그러나, 하부면(332)에 대한 확산 처리는, 반사면(305)으로부터의 반사광(500)을 유사하게 확산시키고, 표시된 특징 등의 윤곽을 흐리게 하는 불선명을 초래하여 가시도를 감소시킨다. 이러한 불편을 피하기 위해, 하부면(332)에 대한 확산 처리의 헤이즈(haze) 값은, 여성 및 노인을 포함하는 다수의 사람에게 실험을 해본 결과 검출된 바와 같이, 바람직하게는 20% 보다 크지 않고, 특히 윤곽흐림에 대해 양호하게 비례된 관계에서 반사광(320)의 밝은 선을 감소시키기 위해 4%-10%의 범위에 있다. 본원에 언급된 "헤이즈 값"은 확산도, 즉 확산 투과 광 및 총 투과 광을 %로 나타낸 비율을 표시하는 수치 값이다.

말할 필요도 없이, 반사 방지 처리 및 확산 처리를 광 가이드 부재의 하부면(332)에 대해 실행하면, 가시도는 자연적으로 더욱 개선될 수 있다.

반사 방지 막이 광 가이드 부재(303)의 상부면(331)상에 형성될 때, 외부 광에 의한 반사는 또한 감소될 수 있고, 가시도를 더욱 개선시키게 된다.

본 발명의 제7실시예에 따른 광 가이드 부재를 사용하는 반사형 액정 표시 장치를 도 38을 참조하여 설명한다.

도 36에서와 같이 동일 참조 숫자로 표시된 도 38의 상기 부품은 동일 부품을 표시한다. (360)은 2개의 기판(361 및 362)으로 구성된 반사형 액정 패널이다. 광 가이드 부재(303)의 하부면(332)은, 예를 들어, 진공 증착, 침적, 또는 열 전달 방법 등의 공지된 방법으로 반사 방지 처리 또는 확산 처리를 받게 된다. 반사형 액정 패널(360)의 기판(361)의 표면도 또한 반사 방지 처리 또는 확산 처리를 통해 가공된다.

기판(361)의 표면 또는 광 가이드 부재의 하부면(332)에 대한 반사 방지 처리 때문에, 광 가이드 부재의 하부면(332)으로부터의 반사광(320) 또는 기판(361) 표면으로부터의 반사광(610)의 총량은, 액정 패널(360)로부터의 반사광(600)의 양과 비교해 무시될 수 있는 수준으로 감소된다. 가시도는 결과적으로 향상될 수 있다.

반사 방지 처리를 광 가이드 부재의 하부면(332) 및 기판(361)의 표면 모두에 대해 실행될 수도 있음은 말할 필요도 없다.

확산 처리가 광 가이드 부재의 하부면(332) 또는 기판(361)의 표면중 하나에 실행될 때, 하부면(332)으로부터의 반사광(320) 또는 기판(361) 표면으로부터의 반사광(610)은 불규칙적으로 반사된다. 결과적으로, 반사광의 총량이 변경되지 않지만, 거울 반사에 기인하여 인간 눈에 의해 밝은 선으로서 검출되는 광의 양은 감소되고, 따라서 가시도는 개선될 수 있다.

상기 효과에도 불구하고, 반사형 액정 패널(360)로부터의 반사광(600)은, 확산 처리의 결과와 유사하게 확산되고, 표시된 문자가 윤곽이 흐려지고 가시도를 저하시키는 문제점을 야기한다. 그러므로, 광 가이드 부재의 하부면(332) 또는 기판(361)의 표면에 대한 확산 처리의 헤이즈 값을 바람직하게는 20% 이하로 설정한다. 여성 및 노인을 포함하는 다수의 사람들로부터 실험한 결과는, 반사광(320 또는 610)에 의한 밝은 선의 감소 및 윤곽 흐림 간의 평형 균형을 유지하기 위해 특히 바람직하게는 헤이즈 값이 4%-10%인 것으로 나타낸다.

광 가이드 부재의 하부면(332) 및 기판(361)의 표면이 모두 확산 처리를 받게 되는 경우에, 반사형 액정 패널(360)에 더 근접한 기판(361)의 표면에 대한 확산 처리의 헤이즈 값은, 액정 패널(360)로부터 멀리 분리된 광 가이드 부재의 하부면(332)에 대한 그것보다 더 크게 설정되어서, 가시도는 감소되지 않도록 제어되며, 환언하면, 표시된 문자는 윤곽 등의 흐림으로부터 방지된다.

반사 방지 처리 및 확산 처리가 광 가이드 부재의 하부면(332) 또는기판(361)의 표면에 실행되면, 가시도는 더욱 더 개선될 수 있다.

이밖에도, 반사 방지 막이 광 가이드 부재(303)의 상부면(331)상에 형성될 때, 외부 광에 기인한 반사는 감소될 수 있고 가시도가 개선될 수 있다.

본 발명의 제8실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치를 도 39를 참조하여 설명한다.

도 38에서와 같이 동일 참조 숫자로 표시한 도 39의 부품은 동일 부품이다. (380)은, 예를 들어, 펜 또는 손가락 등을 경유해서 터칭(touching)을 통해 정보를 입력하기 위해 사용되는 터치 패널(touch panel)이다. 터치 패널의 정면(381) 또는 후면(382)은 확산 처리를 통해 가공되며, 따라서 광 가이드 부재의 하부면(332)으로부터의 반사광(320) 및 기판(361) 표면으로부터의 반사광(610)을 확산시킨다. 밝은 선으로서 인간의 눈에 의해 감지되는 광의 양은 감소되고, 가시도는 개선될 수 있다. 동일한 상기 장치에서, 확산 처리의 헤이즈 값은, 표시된 문자의 윤곽 흐림을 방지하기 위해 바람직하게는 20% 이하로 설정된다. 특히, 터치 패널이 펜을 경유해서 정보를 입력할 목적으로 제공될 때 및 정면(381)에 대한 확산 처리의 헤이즈 값이 10% 이상으로 커지면, 펜을 유연하게 동작시키기에 기록 저항이 너무 커지게 된다. 다른 한편으로, 헤이즈 값이 1% 보다 적게 되면, 저항이 너무 적다. 상기의, 정면(381)에 대한 헤이즈 값은 바람직하게는 1%-10%이다.

본 발명의 전술한 제7 및 제8실시예의 표시 장치에 따라, 투명 재료는, 액정 표시 장치에서 광 가이드 부재(303)의 하부면(332) 및 반사형 액정 패널(360) 사이에 채워지며, 이것은 광 가이드 부재(303) 재료의 굴절률 및 반사형 액정패널(360) 기판(361)의 굴절률과 대략 동일한 굴절률을 갖는다. 대안적으로, 상기 투명 재료의 시트가 삽입된다. 반사광(320) 및 반사광(610)의 총량은 액정 패널(360)로부터의 반사광(600)에 대해 더욱 감소된다. 따라서 가시도가 더욱 개선된다.

본 발명의 제7실시예에 따른 조명 시스템의 제조 방법을 도 40, 도 41을 참조하여 나타낸다.

반사 방지 처리는 세 개의 방법, 즉 진공 증착, 스핀 코팅(spin coating) 및 침적 코팅 중 하나에 의해 기본적으로 실행된다. 반사 방지 처리 방법 중에서, 침적 코팅이 광 가이드 부재(303)에 대해 바람직하다. 왜냐하면 광 가이드 부재가 홈(304)을 포함하고 있으면 스핀 코팅이 어렵고, 진공 증착 방법은 비용이 높기 때문이다. 아사히 유리 회사(Asahi Glass, Co., Ltd)에 의한 CYTOP는 침적 코팅에서 반사 방지 약품의 예로서 사용된다.

광 가이드 부재(303)는 표시 장치의 정면으로서 사용되며, 그러므로 광 가이드 부재(303)의 모든 표면에 걸쳐서 균등한 코팅이 요구된다. 도 40에 나타낸 바와 같이, 광 가이드 부재(303)를 침적 코팅 동안 비스듬히 기울이면, 광 가이드 부재(303)의 끝 면으로부터의 약품 액체의 낙하를 제거할 수 있다. 광 가이드 부재(303)의 끝 면이 기울어짐이 없이 액체 레벨에 평행하게 설정되면, 광 가이드 부재(303)의 끝 면에 축적된 반사 방지 약품이 침적 후 낙하하여서, 광 가이드 부재(303)에 대해 불규칙한 코팅이 된다.

광 가이드 부재(303)가 사출성형에 의해 형성된 것인 경우에, 도 40에 예시했듯이, 게이트 부분(334)을 파지(把持)함으로써 광 가이드 부재(303)의 표면 전체에 걸쳐 반사 방지 코팅을 얻을 수 있다. 게이트 부분(334)이 없을 때에는, 광 가이드 부재(303)의 끝 면을, 도 41에 나타낸 바와 같이, 옆쪽으로부터 화살표 방향으로 눌러서, 광 가이드 부재를 외부 프레임(frame)(341)에 고정시킨다.

전술한 방법에서, 반사 방지 코팅은 광 가이드 부재(303)의 모든 표면에 걸쳐서 염가로 균등하게 형성될 수 있다.

광 가이드 부재(303)의 기울기 θ가 약품의 낙하를 방지하기 위해 크게 되는 것이 바람직하지만, 기울기 θ가 커질수록 코팅은, 나머지 부분에서보다 상부면(331)의 홈(304)에서 더 두껍게 된다. 그러므로, 기울기는 가능하면 적게 설정한다. 본 발명은, 10°-30°의 기울기 θ가 약품의 낙하를 제공하게 되고, 상부면(331)의 홈(304)에서의 코팅 두께가 나머지 부분에서의 두께와 같게 된다는 것을 반복된 실험으로부터 발견하였다. 상기 경우에 반사 방지 코팅 약품은 대략 10cps의 점도 및 80mm/min의 인출 속도를 갖는다.

기울기 θ의 상기 범위는 반사 방지 코팅 약품의 점도 및 인출 속도에 따라 상이하다.

광 가이드 부재를 사용하는 본 발명의 제9실시예에서 반사형 액정 표시 장치를 도 42, 도 43을 참조하여 설명한다.

도 42는, 조명 시스템을 구비한 제9실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 개략 단면도이다.

제9실시예의 표시 장치는 제8실시예와 구조에서 거의 동일하다. 상이점은,광 가이드 부재(303)로부터 투사되는 광 각도와, 반사형 액정 패널상에 배치된 시계각(視界角) 제어 시트(307)의 존재이다. 제9실시예에서는, 반사 방지 처리 및 확산 처리가 광 가이드 부재 및 반사형 액정 패널에 요구되지 않는다.

시계각 제어 시트(307)는, 예를 들어, 수미토모 화학 주식 회사(Sumitomo Chemical Company, Limited)에 의한 "Lumisty", 미네소타 광업(Minnesota Mining and Manufacturing Company etc)에 의한 "Lovver"의, 광을 한 방향으로 확산시켜서 광을 나머지 방향으로 통과시키는 기능을 가진 시트이다. 시계각 제어 시트의 확산 방향 θ는, 예를 들어, 제9실시예에서 30°인 표시 장치의 정상 방향에 대한 시계각보다 작지 않다.

도 43은 제9실시예에서의 광의 전파에 대한 설명도이다.

광 가이드 부재(303)의 출사 각도가 30°라고 가정하면, 요망되지 않는 반사광(320) 및 또한 요망되지 않는 반사광(610)은, 가시각(시계각) 외측으로 지향된다. 광 가이드 부재(303)로부터 투사된 광이 제어 시트(307)를 통해 통과할 때 확산된 광으로 변하기 때문에, 광은 액정 패널(306)을 조명시킬 수 있다. 더욱이, 액정 패널(306)에서 반사되는 원래 필요한 광은 시계각 제어 시트(307)에 의해 확산되지 않는다. 그러므로, 문자의 흐림이 발생하지 않고 우수한 가시도가 성취된다.

확산 방향 θ가 제9실시예에서 30°로 되도록 설정되지만, 각도 θ는 30°를 제외한 다른 값일 수도 있다. 그러나, 각도 θ가 작으면, 불필요한 반사광(320 및 610)이 가시각으로 투사되어, 표시 장치의 보기 쉬운 각도를 좁히게 된다. 각도 θ가 크면, 표시 장치의 정상 방향에서 휘도가 감소된다. 0°내지 70°까지의 각도θ를 변경시키는 실험을 행한 후, 발명자는, 특히 각도가 30°-50°일 때, 보기 쉬운 각도가 만족되고, 정면의 방향에서 휘도가 알맞다는 것을 발견했다.

전술했듯이, 본 발명의 제7실시예의 광 가이드 부재에 따라, 광 가이드 부재의 하부면은 반사 방지 처리 또는 확산 처리를 통해 가공되어서, 광 가이드 부재의 하부면으로부터 반사된 광의 총량이 특히 반사면으로부터 반사된 광에 대해 충분히 무시될 만큼 크게 감소된다. 따라서 가시도는 크게 개선될 수 있다.

광 가이드 부재를 사용하는 제7실시예의 반사형 액정 표시 장치에서, 반사형 액정 패널은, 반사 방지 처리 또는 확산 처리를 통해 처리된 적어도 하나의 기판의 표면을 갖는 것으로 구성된다. 더구나, 액정 패널은, 반사 방지 처리 및 확산 처리중 적어도 하나를 받게 되는 표면이 광 가이드 부재의 하부면에 대면하도록 배치된다. 따라서, 광 가이드 부재의 하부면으로부터 반사된 광은 액정 패널의 표면으로부터 반사된 광과 비교해서 무시될 만큼 감소되고, 가시도는 크게 개선될 수 있다.

반사 방지 처리 또는 확산 처리를 통해 처리된 터치 패널이 광 가이드 부재상에 배열됨으로써, 광 가이드 부재의 하부면 및 액정 패널의 기판 표면으로부터 반사된 광의 밝은 선을 줄이고, 결국 가시도를 개선시킨다.

반사형 액정 패널의 기판 표면에 대한 확산 처리의 헤이즈 값은 광 가이드 부재의 하부면에 대한 확산 처리의 그것보다 더 크게 설정된다. 그러므로 표시된 문자의 윤곽 흐림 등과 같은 가시도의 감소는 제한될 수 있다.

광 가이드 부재를 사용하는 본 발명의 제8실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치에서, 광 가이드 부재 재료의 굴절률 및 반사형 액정 패널 기판의 굴절률과 대략 동일한 굴절률의 투명 재료는, 광 가이드 부재의 하부면 및 반사형 액정 패널 사이로 채워지거나, 또는 이 재료의 시트가 그 사이에 삽입된다. 따라서, 광 가이드 부재의 하부면으로부터 및 반사형 액정 패널의 기판 표면으로부터 반사된 광은, 액정 패널의 반사면으로부터 반사된 광과 비교해 무시될 정도로 감소되어서, 가시도는 크게 개선될 수 있다.

제7실시예의 광 가이드 부재를 제조하는 방법에 따라, 액체 낙하는 광 가이드 부재의 끝 면으로부터 발생하지 않는다. 반사 방지 처리는 광 가이드 부재의 전체 표면에 대해 균등하게 구성될 수 있다.

반사 방지 처리는 광 가이드 부재의 게이트 부분을 파지함으로써 간단히 실행될 수 있다.

광 가이드 부재를 사용하는 제9실시예의 반사형 액정 표시 장치에 따라, 시계각 제어판(시트)은 반사형 액정 패널의 상부면상에 배열된다. 광 가이드 부재의 하부면으로부터 투사된 조명 광의 각도는 시계각 제어판의 확산 방향과 거의 일치하기 때문에, 광 가이드 부재의 하부면으로부터 투사된 광은 확산되는 반면에, 반사형 액정 패널로부터의 반사광은 확산되지 않아서, 가시도는 개선될 수 있다.

또한, 광 가이드 부재의 출사 각도 및 시계각 제어판의 확산 방향의 각각이 액정 패널의 정상 방향에 대해 30°-50°일 때, 광 가이드 부재의 하부면 및 액정 패널의 기판으로부터의 반사광은 가시각의 외측으로 보내져서, 가시도가 개선될 수 있다.

본 발명은, 보기 쉬운 광 가이드 부재, 이 광 가이드 부재를 사용하는 반사형 액정 표시 장치 및 그것의 제조 방법을 제공할 수 있다.

이어서, 본 발명의 제10실시예를 설명한다.

액정 패널용 조명 시스템으로서 예를 들어 배면광이 사용된다. 배면광은, 일본국 공개 특허 공보 제5-127159호에서 개시했듯이, 형광 램프 및 투명의 평평한 판의 광 가이드 부재로 구성되며, 그것에서 형광 램프로부터의 선형 광이 광 가이드 부재의 측면에 입사되고, 광 가이드 부재의 후면에 구비된 실크 인쇄에서 광 확산을 사용하는 액정 패널에 대해 선형 광으로서 출력된다.

최근에, 휴대용 정보 처리 장치에서 사용되는 액정 패널을 조명시키는 조명 시스템은, 적은 전력을 소모하고 저전압에서 작동하며, 긴 수명을 가진 소형의, 축전지 구동 구조를 달성하는 것이 요구된다. 형광 램프가 상기에서 언급한 배면광과 같은 광원으로서 사용될 때, 형광 램프를 턴온시키기 위해 고전압 발생 회로가 필요하고, 결과적으로 전기 회로의 손실 및 전기 회로용 공간을 고려하여야 한다. 형광 램프를 사용하는 광원은 이용하기에 알맞지 않다.

다른 한편으로, 이하에서 "LED"로서 언급되는 발광 다이오드는 축전지에 의해 구동될 수 있는 광원이다. 많은 LED는 어레이(array)로 배열되고, 선형 광원으로서 사용되어 광을 광 가이드 부재의 측면으로부터 발생시킨다.

그러나, 상기와 같은 LED의 배열에서, LED중의 광 밀도는 LED가 조밀하게 설치되지 않으면 감소되어, 배면광에서 휘도 분포를 변경시키게 된다. 반면에, LED가 휘도 분포의 변경을 제거하기 위해 조밀하게 배열되면, 사용된 LED의 수가 증가되어 비용 감소를 방해하게 된다.

본 발명의 제10실시예는 균등한 선형 광원을 제공하고, 상기에서 논의된 불편을 해결한다.

본 발명의 제10실시예에 따른 선형 광원을 도 44- 도49를 참조하여 설명한다.

도 44, 도 46은 제10실시예에서 선형 광원의 도면이다. 도 44 및 도 46에서, (801)은 작은 발광 부품, 예를 들어, LED 등의 광원이다. 광원(801)은 일정한 간격 p를 경유해서 배열된다. (805)는 확산판이다. (802)는 광원(801) 및 확산판(805)을 둘러싸기 위해 배치된 반사판이다. 반사판(802)의 내면은, 은 또는 알루미늄 등으로서 증착되어 반사율을 증가시킨다. (803)은 광 가이드 부재의 하나의 예로서 역할하며, 측면으로부터 상부면 또는 하부면으로 입사하는 광을 투사하기 위해 그 측면에 설정된 반사판(802)을 가진 광 가이드 판이다. (804)는 홈이고, (849)는 광 가이드 판(803)의 하부면에서의 반사 방지 코팅 층이다. (851)은 액정 패널이고, (850)은 패널(850)의 상부면에서 반사 방지 및 판 방지 코팅 층이다. (870)은 LED(801)가 장착되는 회로 보드이다. (880)은 제8실시예의 터치 패널이다.

광원(801)의 방사상 분포가 f(θ)이고, 광원(801) 및 확산판(805)간의 거리가 L이라고 가정하면, 다음의 표현이 유지된다.

L＞p/(2tan(θ))

여기서 θ는 f(θ)cos²(θ)=0.5를 만족하는 값이다.

상기와 같이 구성된 선형 광원(801)은 균등한 조명을 이루며, 그것에 대한이유는 도 48 및 도 49를 참조하여 논의한다. 도 48 및 도 49는 선형 광원(801)의 XZ 단면도이다. 광원(801)은 일정한 간격 p을 경유해서 X방향으로 배열되고, 확산판(805)으로부터 거리 L만큼 분리된다. 광원(801)의 하나의 발광 점은 점 R 이고, 점 R에 수직인 방향에서 연장하는 선의 교차점은, 즉 Z방향 및 확산판(805)에 있는 점 Q이다. 점 R 및 점 R 다음의 발광 점 R₁의 이등분선과, 확산판(805) 사이의 교차점은 점 P₁이다. 점 R의 Z방향에서 θ만큼 기울어진 방향의 휘도는 f(θ)이고, 여기서 (f(0)=1)이다.

광원(801)으로부터의 광량을 확산판(805)에서 균등하게 만들기 위해, 그것이 확산판(805)으로부터 광원(801)을 충분히 분리하기에 족하지만, 이것은 광원 부분의 크기를 크게 한다. 그러므로, 이 문제를 제거하기 위해, 광원(801) 및 확산판(805)간의 최소 거리를 계산한다. 광량이 확산판(805)에서 최소로 되는 곳은 광원(801)의 발광 점(R 및 R₁)의 중간에 있으며, 즉 점 P₁에 있다. 거리 L이, 점 P₁에서의 광량이 점 Q에서의 광량과 같게 되도록 선택됨으로써, 균등한 선형 광원을 얻을 수 있다.

점 Q에 도달하는 광은 대부분 점 R로부터이고, 그러므로, 점 Q의 광량은 1/L₂이다. 점 P₁에 도달하는 광량은 2f(θ)cos²θ/L²이다.따라서 θ는 설정되어 f(θ)cos²θ=0.5를 만족시킨다. 따라서, 광원(801) 및 확산판(805)간의 거리 L은 다음 식을 유지하도록 결정된다;

L＞p/(2tan(θ))

예를 들어, 광원(801)의 발광 점의 방사상 분포 f(θ)가 cos(θ)와 같을 때, cos³θ=0.5이기 때문에 θ는 37.5°이고, 광원(801) 및 확산판(805)의 거리 L은 L＞0.65p로 된다.

전술한 바와 같이, 광원(801)의 발광 점이 피치 p를 경유해서 배열될 때, 및 광원(801)이 적어도 L＞p(2tan(θ))(여기서 f(θ)는 발광 점의 방사상 분포이고, f(θ)cos²θ는 0.5임)에 의해 확산판(805)으로부터 분리되면, 균등한 선형 광원이 실현된다. 저전압에서 구동될 수 있는 LED 등의 광원이 사용될 수 있기 때문에, 조명은 소형의, 저 전력의 구조가 성취되어 휴대용 정보 장치 등에 사용되기에 알맞다.

본 발명의 제10실시예에 따라, 광 가이드 부재의 프리즘 시트 및 확산판이 거리 L(L＞p/(2tan(θ))(여기서 f(θ)는 발광 점의 방사상 분포이고, f(θ)cos²θ는 0.5임)만큼 광원으로부터 분리된다. 따라서, 구성된 선형 조명은 높고 균등한 휘도를 발생시킨다.

명세서, 특허청구의 범위, 도면, 및 요약서를 포함하는 1997년 5월 13일에 출원된 일본국 특허 출원 제9-122343호, 1997년 8월 21일에 출원된 제9-224992호, 1998년 2월 26일에 출원된 제10-44960호의 모든 개시가 전체적으로 참고로 본원에서 결부된다.

광 가이드 부재내에서 전파하는 대부분의 광이 광 가이드 부재로부터 출력되기 위해 광 가이드 부재에서 형성된 슬릿에서 전체적으로 반사되어, 반사판을 조명시킨다. 그 반사광이 광 가이드 부재상에 다시 입사하고 결과적으로 전체적으로 반사된 광이 슬릿을 제외한 장소에서 관찰자측으로 투사되는 반면에, 관찰자의 시야는 슬릿 부분에서 방해받지 않는다.

본 발명을 첨부 도면을 참고로 바람직한 실시예와 연결해서 충분히 설명하였지만, 각종의 변경 및 변형이 당업자에게는 명백함을 주목하여야 한다. 이러한 변경 및 변형은, 첨부된 청구내용에 의해 한정되는 바와 같이, 거기에서 이탈하지 않는 한, 본 발명의 범주내에 포함되는 것으로 한다.

Claims (22)

1. 광원(1), 및

   상기 광원이 측면 옆에 설치된 투명판(3)을 포함하고,

   상기 투명판의 표면 또는 내부에는 투명판의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 층으로 채워진 다수의 홈(31)이 특정 간격으로 배치되어 있으며,

   상기 투명판(3)의 굴절률이 n이고, 슬릿인 홈을 채우는 층으로서의 재료의 굴절률은 n₁이고, 상기 투명판의 각각의 슬릿 및 상부면에 의해 형성된 각도는 θ이고, 조명 시스템의 가시각이 β일 때

   θ＜sin^-1(n₁/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 투명판(3)의 상부면 및 하부면은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
3. 광원(1),

   상기 광원이 측면 옆에 설치된 제1투명판(30), 및

   상기 제1판의 상부면에 설치된 제2투명판(6)을 포함하고,

   상기 제1판의 하부면은 그 표면이 평면이고, 다수의 단계적 경사(131)가 제1판의 상부면에서 특정 간격으로 배치되어 있고,

   제2판의 하부면에서, 제1판의 상부면의 경사에 대해 동일한 구성이 되도록 단계적 경사가 배치되어 있으며,

   제1판의 상부면 및 제2판의 하부면이 특정 간격으로 설치되어 있으며,

   제1판의 굴절률이 n이고, 제1판 및 제2판을 서로 접착하는 층으로서의 재료의 굴절률은 n₂이며, 제1판의 상부면 및 제2판의 하부면 각각의 경사 각도는 θ이며, 조명 시스템의 가시각이 β일 때,

   θ＜sin^-1(n₂/n)-sin^-1{(1/n)sin(β)}

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
4. 제3항에 있어서, 광원의 출력 출구에 설치된 콜리메이터(5)의 광 출사 각도는 ±sin^-1[n×sin{90-θ-sin^-1(n₂/n)}] 내에 있는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
5. 광원(1),

   다수의 홈(4)이 광원의 길이 방향에 평행한 방향에서 특정 간격으로 광 가이드 부재(3)의 상부면(31)에 배치되고, 상부면의 일부를 구성하는 평평한 부분(43)이 인접한 홈들 사이에 배치되어 있는 광 가이드 부재(3)인 투명판을 포함하고,

   상기 광 가이드 부재의 하부면측상에 설치된 조사 대상물(5)이 광 가이드 부재의 상부면으로부터 관찰되는 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
6. 제5항에 있어서, 광 가이드 부재(3)의 각각의 홈(4)은, 광원에 근접한 한 측면 상에 위치된 제1경사(41)와, 광원으로부터 멀리 있는 나머지 측면 상에 위치된 제2경사(42)를 갖는 V자 형상의 홈이고,

   광 가이드 부재의 전반사 각도가 θ_c이고, 광 가이드 부재의 하부면(32) 및 평평한 부분에 의해 형성된 각도가 θ₃일 때, 광 가이드 부재의 하부면 및 제1경사에 의해 형성된 각도 θ₁은 θ₁≤90°-θ_c+2θ₃의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
7. 제5항에 있어서,광 가이드 부재(3)의 각각의 홈(4)은, 광원에 근접한 한 측면 상에 위치된 제1경사(41) 및 광원으로부터 멀리 있는 나머지 측면 상에 위치된 제2경사(42)를 갖는 V자 형상의 홈이고,

   광 가이드 부재의 굴절률이 n이고, 광 가이드 부재의 하부면(32) 및 평평한 부분에 의해 형성된 각도가 θ₃이며, 광 가이드 부재의 하부면의 수직선과 관찰자(6)의 방향에 의해 형성된 각도가 β일 때, 광 가이드 부재의 하부면 및 제1경사에 의해 형성된 각도 θ₁은

   θ₁≒45+θ₃-(1/2)sin^-1(1/n×sinβ)

   의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 가이드 부재(3)의 각각의 홈(4)은, 광원에 근접한 한 측면 상에 위치된 제1경사(41) 및 광원으로부터 멀리 있는 나머지 측면 상에 위치된 제2경사(42)를 갖는 V자 형상의 홈이고,

   상기 광 가이드 부재의 굴절률이 n일 때, 광 가이드 부재의 하부면 및 제2경사에 의해 형성된 각도 θ₂는 θ₂≤(1/2)sin^-1(1/n)을 만족하는 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 가이드 부재에서 홈 피치(p)는, 조명 대상물의 도트 피치 이하인 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
10. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 가이드 부재(3)의 각각의 홈(4)은, 광원에 근접한 한 측면 상에 위치된 제1경사(41) 및 광원으로부터 멀리 있는 나머지 측면 상에 위치된 제2경사(42)를 갖는 V자 형상의 홈이고,

    광 가이드 부재의 상부면 및 조사 대상물을 관찰하는 관찰자(6)간의 거리가L 일 때, 광 가이드 부재에서 제1경사의 길이는 {L×(0.5/60)×π/180} 이하인 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
11. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 가이드 부재의 상부면상에는 투명 프리즘 시트(7)가 설치되고, 상기 상부면에 대해 각도 θ₄의 경사를 가진 다수의 돌출부(73)를 단면 형태와 관련해서 갖는 프리즘 시트가 하부면상에 배열되어서, 하부면에 대체로 평행한 평평한 부분(74)이 그 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
12. 제11항에 있어서, 광 가이드 부재의 상부면과 조사 대상물을 관찰하는 관찰자(6)간의 거리가 L일 때, 상기 프리즘 시트의 경사 길이는 {L×(0.5/60)×π/180} 이하인 것을 특징으로 하는 오버헤드 조사에 의한 조명 시스템.
13. 광원, 및

    상기 광원으로부터 측면을 통해 광을 얻고, 반사 방지 처리와 확산 처리 중 적어도 하나의 처리가 수행되는 하부면을 통해 조명광을 투사시키는 투명판을 포함하고,

    상기 투명판의 하부면측에 배치되는 조명 대상물이 투명판의 상부면측으로부터 관찰되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
14. 제1항에 따른 조명 시스템에서, 광원으로부터 측면 표면을 통해 광을 얻고, 반사 방지 처리와 확산 처리 중 적어도 하나의 처리가 수행되는 하부면을 통해 조명광을 투사하는 투명판, 및

    반사 방지 처리와 확산 처리 중 적어도 하나를 통해 처리된 적어도 하나의 기판의 표면을 갖는 반사형 액정 패널을 포함하고,

    반사 방지 처리와 확산 처리 중 적어도 하나를 통해 처리된 액정 패널의 기판 표면이 투명판의 하부면에 대면하도록 배열되어서, 반사형 액정 패널이 투명판의 상부면측으로부터 관찰되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
15. 제1항에 따른 조명 시스템에서, 광원으로부터 측면 표면을 통해 광을 얻고, 반사 방지 처리와 확산 처리 중 적어도 하나의 처리가 수행되는 하부면을 통해 조명광을 투사하는 투명판,

    반사 방지 처리 또는 확산 처리 중 적어도 어느 하나를 통해 처리된 적어도 하나의 기판의 표면을 갖는 반사형 액정 패널, 및

    확산 처리를 통해 처리된 표면을 갖는 터치 패널을 포함하고,

    반사 방지 처리 또는 확산 처리 중 적어도 어느 하나를 통해 처리된 액정 패널의 기판 표면이 투명판의 하부면에 대면하도록 배열되고, 동시에 터치 패널이 투명판의 상부면에 대면하도록 배치되어서, 반사형 액정 패널이 투명판의 상부면측으로부터 관찰되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
16. 제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 반사형 액정 패널의 기판 표면, 투명판의 하부면, 또는 터치 패널의 표면에 구성되는 확산 처리의 헤이즈(haze) 값을 20% 보다 크지 않도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
17. 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 투명판 재료의 굴절률 및 반사형 액정 패널 기판의 굴절률과 대략 동일한 굴절률을 갖는 투명 재료 또는 재료 시트(sheet)가 투명판의 하부면 및 반사형 액정 패널 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
18. 제1항 따른 조명 시스템에서, 광원으로부터 측면 표면을 통해 광을 얻고, 하부면으로부터 조명광을 투사하는 투명판, 및

    한 방향에서는 확산 특성을 가지고 다른 방향에서는 투명한 시계각 제어판이 상부면상에 배열되어 있는 반사형 액정 패널을 포함하고,

    상기 시계각 제어판이 배열되어 있는 반사형 액정 패널의 표면은 투명판의 하부면에 대면하도록 설정되고, 투명판의 하부면으로부터 투사된 조명 광의 각도가 시계각 제어판의 확산 방향과 거의 일치되어, 반사형 액정 패널이 투명판의 상부면측으로부터 관찰되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 투명판과 시계각 제어판의 확산 방향의 출사 각도는,상기 반사형 액정 패널의 정상 방향에 대해 30-50°인 것을 특징으로 하는 반사형 액정 표시 장치.
20. 제1항에 있어서, 상기 광원은, 점 광원이 거의 동일 방향으로 방사되도록 일정한 간격을 경유해서 거의 직선 상에 배열되는 일군(一群)의 점 광원(801)이고,

    상기 조명 시스템은,

    개구부를 가지며 일군의 점 광원을 둘러싸기 위해 배치되는 반사경(802), 및

    반사경의 개구부에 설치된 확산판(805)을 더 포함하고,

    확산판이 일군의 점 광원으로부터 분리되어서, 확산판상에서 점 광원에 의한 조명 분포의 중심으로부터의 광의 양이 점 광원의 조명 분포의 중심들간의 광의 양과 거의 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
21. 제20항에 있어서, 상기 반사경은, 점 광원으로부터 확산판으로 방사된 광을 직접 통과시키지 않기 위해 L자 형상으로 된 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
22. 제20항에 있어서, 선형 광원의 반사경의 개구부에 배열된 확산판으로부터 방사된 후 측면으로부터 입사하는 광을, 하부면 또는 상부면에 형성된 홈에 의해 하부면측으로부터 출력하는 광 가이드 부재(803)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.