JP3973996B2 - Light guide plate and flat illumination device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いられる導光板および平面照明装置に関し、導光板の入射部を複数有して、各入射部を中心として同心円弧で囲まれる領域壁を有した形状の光偏向素子を表面部や裏面部等に設けて表面部や裏面部等から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射する導光板と、導光板の複数の入射部に単色光の光源を備えて、各光源に対して液晶表示装置等の三原色の各ピクセルに画像制御信号と同期した光源制御信号により選択光を導光板の入射部から供給することによりカラーフィルタを用いずにカラー表示をすることができる導光板および平面照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の導光板および平面照明装置は、導光板の裏面部に散乱を利用する方法を用いるものが知られている。具体的には、酸化チタン等の白色材料を混入させたインクを用いて円形状や矩形状のドットを導光板の裏面部に対して光源から離れるほど多くなるようにドット印刷を行う。これにより、光源から離れるほど散乱光を得るようにして導光板からの出射光の均一性を得ようとしていた。
さらに、射出成形法を用いたものとして、導光板の表面部や裏面部にランダムに微細な凸凹形状を成形し、この微細な凸凹形状により散乱を利用する方法が知られている。
【0003】
また同様に、射出成形法を用いたものとして、導光板の表面部や裏面部に凸形状や凹形状を単に光源から離れるほど多く分布(グラデーション)するように成形し、凸形状や凹形状により屈折や反射を利用する方法を用いるものが知られている。この方法により、光源から離れるほど屈折や反射等の確率を高くし、導光板からの出射光を均一させている。
【0004】
さらに、上述した導光板の一側面や両側面にCCFL等の蛍光ランプを用いたり、例えば携帯電話等の液晶表示装置等に用いられる小さな平面照明装置の場合に、白色発光のLED光源を導光板の一側面に並べて設けたり、導光板の隅に設けたりする方法が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光板および平面照明装置は、導光板の裏面部に散乱を利用する方法を用いるもので、酸化チタン等の白色材料を混入させたインクを用いて円形状や矩形状のドットを導光板の裏面部に対して光源から離れるほど多くなるようにドット印刷を行っていた。これにより、光源から離れるほど散乱光を得るようにして導光板からの出射光の均一性を得ようとしていた。この場合、白色材料やインク等によって光を吸収してしまうとともに光が散乱してしまう。その結果、出射面のみに光線が到達せず、絶対出射光量が低いために輝度に課題がある。
【0006】
また、射出成形によって導光板の表面部や裏面部にランダムに微細な凸凹形状を成形し、光源からの光線を散乱する方法では、光の吸収による損失はないが、上記の印刷法と同様に光が散乱してしまう。このため、出射面のみに光線が到達せず、出射光の輝度が低いという課題がある。しかも、凸凹形状の分布がランダムなため、輝度斑等に課題がある。
【0007】
また同様に、凸形状や凹形状を単に光源から離れるほど多く分布(グラデーション)する場合には、インク等の印刷や微細な凸凹形状のランダム成形等と比べると改善されている。しかし、単に光源から離れるほど屈折や反射等の確率を高くさせているだけで、光源の指向性(輝度分布)や光源の形状等に対応していない。このため、光源の持つ光量と指向性やエネルギを十分引き出して利用されていない課題がある。
【0008】
さらに、上述した導光板の一側面や両側面にCCFL等の蛍光ランプを用いたり、例えば携帯電話等の液晶表示装置等に用いられる小さな平面照明装置の場合に、白色発光のLED光源を導光板の一側面に並べて設けたり、導光板の隅に設けたりする方法では、液晶表示装置に於いて光の三原色をコントロールするために、平面照明装置からの白色光を三原色に分離する必要がある。このため、液晶の各ピクセルに対応した赤色、緑色および青色のカラーフィルタを必要とする課題がある。
【0009】
また、単にRGBの光の三原色の色度図に於けるX,Y座標からの白色を得る範囲内のRGBに対応したXおよびYの値からでは光度に対してのRGBの各光度を得ることができない課題がある。
【0010】
何れにせよ、これら従来の方法では、完全に光をコントロールできず、液晶表示装置を用いる時に光の三原色を分離するために三原色のカラーフィルタを必要としていた。このため、常に従来の平面照明装置からの光を3枚のカラーフィルタを透過する必要があった。そして、これらカラーフィルタによる光(エネルギ)の損失が有るため、これら従来の方法では輝度の向上に限界があった。
【0011】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、入射部を複数有するとともに表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした同心円弧で囲まれる領域壁を有した形状とし、導光板のどの位置でも入射部からの光を全反射することができる光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射する導光板と、入射部近傍に赤色光源、緑色光源および青色光源を備え、また各光源を液晶表示装置等の赤色信号と緑色信号と青色信号とに同期し、各光源と各信号の色とが対応して各信号によりオン・オフ点灯を行い液晶表示装置に於いて、カラーフィルタの必要性を省くことができる導光板および平面照明装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の請求項1に係る導光板は、入射部を複数有するとともに表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射することを特徴とする。
【0013】
請求項1に係る導光板は、入射部を複数有するとともに表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射するので、任意の位置での異なる入射部からの光でも一定の出射輝度を出射することができる。
【0014】
また、請求項2に係る導光板は、光偏向素子を、少なくとも3つの各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有した形状とすることを特徴とする。
【0015】
請求項2に係る導光板は、光偏向素子を、少なくとも3つの各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有した形状とするので、導光板のどの位置でも入射部からの光を全反射することができる。
【0016】
さらに、請求項3に係る導光板は、傾斜面が、表面部と裏面部との厚さ方向に対し、所定の曲率を有する凹面または凸面または平面であることを特徴とする。
【0017】
請求項3に係る導光板は、傾斜面が、表面部と裏面部との厚さ方向に対し、所定の曲率を有する凹面または凸面または平面であるので、各入射部から傾斜面への進行方向に対しての全反射光を偏向することができる。
【0018】
また、請求項4に係る平面照明装置は、赤色光源と緑色光源と青色光源とを有する光源と、光源からの光を導く入射部を複数有し、表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射する導光板とを備えたことを特徴とする。
【0019】
請求項4に係る平面照明装置は、赤色光源と緑色光源と青色光源とを有する光源と、光源からの光を導く入射部を複数有し、表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射する導光板とを備えたので、必要な単色光や赤色、緑色、青色等の混合色の光を出射面から出射することができる。
【0020】
さらに、請求項5に係る平面照明装置は、赤色光源と、赤色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した赤色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で赤色光を出射する第1の導光板と、緑色光源と、緑色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した緑色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で緑色光を出射する第2の導光板と、青色光源と、青色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した青色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で青色光を出射する第3の導光板とを備え、第1の導光板と第2の導光板と第3の導光板とが重ねて配置され、下方から上方に3原色光を出射することを特徴とする。
請求項5に係る平面照明装置は、赤色光源と、赤色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した赤色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で赤色光を出射する第1の導光板と、緑色光源と、緑色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した緑色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で緑色光を出射する第2の導光板と、青色光源と、青色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した青色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で青色光を出射する第3の導光板とを備え、第1の導光板と第2の導光板と第3の導光板とが重ねて配置され、下方から上方に3原色光を出射するので、各導光板から必要な単色光を出射でき、赤色出射の導光板、緑色出射の導光板、青色出射の導光板等により上方に単色光や混合色の光を出射することができる。
【0021】
また、請求項6に係る平面照明装置は、各光源を赤色信号と緑色信号と青色信号の各色毎に同期し、各光源と各信号の色とが対応して各信号によりオン・オフ点灯を行うことを特徴とする。
請求項6に係る平面照明装置は、各光源を赤色信号と緑色信号と青色信号の各色毎に同期し、各光源と各信号の色とが対応して各信号によりオン・オフ点灯を行うので、液晶表示装置等の各色信号に対応して必要時のみに出射することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
尚、本発明による平面照明装置は、入射部を複数有し、表面部や裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有した形状の光偏向素子を設けて導光板のどの位置でも入射部からの光を全反射して各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射する導光板と、入射部近傍に赤色光源、緑色光源および青色光源を備える。また、導光板としては、各発光色に対応した導光板を3つ用いても良い。さらに、各光源を液晶表示装置等の赤色信号と緑色信号と青色信号の各色毎に同期し、各光源と各信号の色とが対応して各信号によりオン・オフ点灯を行う。これにより、液晶表示装置等に於いて、カラーフィルタの必要性を省くことができる導光板と平面照明装置を提供する。
【0023】
図1は本発明に係る平面照明装置の略分解組立図、図2は本発明に係る導光板の平面図、図3(a),(b)は本発明に係る光偏向素子の代表的な略拡大斜視図であって、表面部側から見た凹形状の斜視図、図4は本発明に係る光偏向素子への光線の軌跡図、図5は本発明に係る平面照明装置の他の構成例を示す略分解組立図である。
【0024】
導光板2は、屈折率が1.4〜1.7程度の透明なアクリル樹脂(PMMA)やポリカーボネート(PC)等で形成される。導光板2は、側面部4と、光の出射目的である表面部5と、その反対側に位置する裏面部6を有する矩形状をなしている。導光板2の4つの隅部分は、平坦面をなしており、光源8からの光を導く入射部3を形成している。なお、導光板2の4つの隅部分は、平坦面に限られるものではない。目的に応じて例えば凸状、凹状や微細プリズム状などの面としても良い。例えば、光源8からの光を広げて入射させるために凹状にすることも可能である。また、光源8からの光を導く入射部3は、図1に示すような隅部分に限らず、例えば側面部4の中央部分など側面部4の一部に形成することができる。
【0025】
導光板2の表面部5や裏面部6には、各入射部3を中心とした所定曲率の同心円弧の4辺で囲まれる領域壁を有した形状の光偏向素子7が設けられる。この光偏向素子7は、光源8から各入射部3より入射した光線を同程度の輝度やエネルギで出射させる。
【0026】
ここで、図2に導光板2に設けられる光偏向素子7(7cc,7c1,7c2,7c3,7c4)を詳しく説明する。
【0027】
図2に示すように、導光板2の中央に設けられる光偏向素子7ccは、各側面部4が直角に接続する位置の4つの隅位置P1,P2,P3,P4を中心とする同一曲率の同心円弧L11,L21,L31,L41の4辺で囲まれる領域壁W1,W2,W3,W4を有した凹形状となっている。
【0028】
また、導光板2の各側面部4から等距離に位置する4つの光偏向素子7c1,7c2,7c3,7c4は、各側面部4が直角に接続する位置の4つの隅位置P1,P2,P3,P4を中心とする所定曲率の同心円弧の4辺で囲まれる領域壁を有した凹形状となっている。
【0029】
例えば光偏向素子7c4は、各側面部4が直角に接続する位置の4つの隅位置P1,P2,P3,P4を中心とする所定曲率の同心円弧L12,L22,L32,L42の4辺で囲まれる領域壁W11,W22,W33,W44を有する凹形状となっている。
【0030】
そして、光偏向素子7ccは、図3(a)に示すように、各導光板2の直角な隅位置P1,P2,P3,P4からの同心円弧による領域壁W1,W2,W3,W4によって囲まれた凹形状を成している。また、光偏向素子7ccの各領域壁W1,W2,W3,W4は、図4に示すように、凹形状の底部の平坦面11から裏面部6の面にかけて導光板2の厚さ方向にテーパ面を形成している。同様に、光偏向素子7c1,7c2,7c3,7c4も、図3(b)に示すように、各導光板2の直角な隅位置P1,P2,P3,P4からの同心円弧による領域壁W11,W22,W33,W44によって囲まれた凹形状を成している。また、光偏向素子7c1,7c2,7c3,7c4の各領域壁も、光偏向素子7ccと同様に、凹形状の底部に当たる平坦面から裏面部6の面にかけて導光板2の厚さ方向にテーパ面を形成している。
【0031】
尚、ここでは5つの光偏向素子7ccおよび7c1,7c2,7c3,7c4について説明したが、光偏向素子7は導光板2の表面部5や裏面部6の面上に各入射部3を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有し、各領域壁が導光板2の厚さ方向に傾斜面(所定の曲率を有するテーパ面を含む)を形成していれば良い。そして、これら各入射部3を中心とした同心円弧で囲まれる領域壁は、常に入射部3(結果として光源8)に向いている。また、光偏向素子7は、導光板2内に導かれた光を全反射等の反射角度(最終の出射角度)をコントロールするため、反ったり(凹)膨らんだり(凸)した傾斜面を持つ凹形状や凸形状で形成することができる。さらに、拡散を目的として、凹形状と同様の凸形状の光偏向素子7を導光板2の表面部5や裏面部6に部分的に形成することもできる。
【0032】
従って、各入射部3を中心とした同心円弧で囲まれる領域壁は、全ての入射部3(光源8)に対応している。そのため、これら光偏向素子7(7cc,7c1,7c2,7c3,7c4)は、光偏向素子7の存在する位置によって形状が異なっている。
【0033】
また、光偏向素子7は、図4に示すように、凹形状の光偏向素子7の領域壁W1やW4が光源8の方向からの同心円弧状に位置している。このため、各光源8から導光板2内に進入して来た光線は、光偏向素子7の領域壁W1や領域壁W4によって全反射して光偏向素子7を設けた面とは反対側の面方向に進み、最終的に導光板2の面から出射する。
【0034】
尚、光偏向素子7の凹形状の領域壁W1や領域壁W4の裏面部6と成す角度は、光偏向素子7の導光板2に存在する位置によって変化させても良い。
【0035】
このように、光偏向素子7は、光源8からの光を導く各入射部3を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有した凹形状により表面部5や裏面部6に設られる。これにより、導光板2の表面部5や裏面部6の任意の位置に存在する光偏向素子7から出射面方向に出射する光が各光源8に依存せずに同方向に出射することができる。
【0036】
ところで、上述した例は、図1に示すように、1枚の矩形状の導光板2の四隅に平坦面からなる入射部3を設け、各入射部3の近傍に光源8を配置している。そして、導光板2の表面部5や裏面部6には、各入射部3を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有した凹形状の光偏向素子7が設けられる。
【0037】
そこで、この図1の平面照明装置を基本構成として、例えば図5に示す平面照明装置を構成することができる。図5の平面照明装置1は、1枚の矩形状の導光板2に対して4つの光源8が四隅の各入射部3の近傍に対向配置されたものを1つのユニットとして3つのユニットで構成されたものである。
【0038】
さらに説明すると、1つ目のユニットは、赤色光源8a(8)と第1の導光板2a(2)を備えて構成される。そして、第1の導光板2aは、赤色光源8aからの光を導く入射部3を四隅に有し、各入射部3より入射した赤色光線が表面部5や裏面部6に設けられる凹形状の光偏向素子7により表面部5から同程度の輝度で赤色光を出射する。
【0039】
2つ目のユニットは、緑色光源8b(8)と第2の導光板2b(2)を備えて構成される。そして、第2の導光板2bは、緑色光源8bからの光を導く入射部3を四隅に有し、各入射部3より入射した緑色光線が表面部5や裏面部6に設けられる凹形状の光偏向素子7により表面部5から同程度の輝度で緑色光を出射する。
【0040】
3つ目のユニットは、青色光源8c(8)と第3の導光板2c(2)を備えて構成される。そして、第3の導光板2cは、青色光源8cからの光を導く入射部3を四隅に有し、各入射部3より入射した青色光線が表面部5や裏面部6に設けられる凹形状の光偏向素子7により表面部5から同程度の輝度で青色光を出射する。
【0041】
そして、上述した3つのユニットを第1の導光板2a、第2の導光板2b、第3の導光板2cと順不同に重ねて配置することにより、下方から上方に3原色光を出射する。なお、各導光板2a,2b,2cの表面部5や裏面部6に設けられる光偏向素子7は、前述した構成と同様である。
【0042】
光源8は、半導体発光素子であって、LEDやレーザ等からなり、RGB(赤色、緑色、青色)の各単色光を各入射部3に設けたり、RGB(赤色、緑色、青色)を組み合わせたユニットを各入射部3に設けても良い。
【0043】
また、光源8は入射部3が大きい場合や導光板自体が大きい場合に単色発光のCCFL(冷陰管)を用いても良い。この場合、これらの光源は線状をなし、直接光は導光板2の入射部3から導光板2内に入射し、他の光は図示しないリフレクタで反射されながら光源8とリフレクタとの空間を通って導光板2内に入射する。
【0044】
尚、導光板自体が大きい場合、光源8の入射部3は、図示しないが導光板2の側面部4の近傍に設けても良い。
【0045】
また、この場合、光偏向素子7は、各線状光源8からの輝度やエネルギが等しい等輝度線に囲まれる領域壁を有していれば良い。そして、これら各入射部3または各側面部4からの等輝度線での領域壁は、常に入射部3や側面部4(結果として光源8)に向いている。
【0046】
従って、各入射部3や各側面部4からの等輝度線で囲まれる領域壁は、全ての入射部3や側面部4(光源8)に対応している。そのため、これら光偏向素子7は、光偏向素子7の存在する位置によって形状が異なっている。
【0047】
また、この際の光偏向素子7は、図4に示した場合と同様に,各光源8から導光板2内に進入して来た光線L1やL2が光偏向素子7の壁W1や壁W4によって全反射させる。そして、この全反射した光線L1RやL2Rは、光偏向素子7を設けた面とは反対側の面方向に進み、最終的に導光板2の面から光線L10やL20が出射する。
【0048】
尚、光偏向素子7の凹形状の壁W1や壁W4の裏面部6と成す角度は、光偏向素子7の導光板2に存在する位置によって変化させても良い。
【0049】
さらに、光源8の各赤色発光のLEDと緑色発光のLEDと青色発光のLEDにより色度図のx,y座標からの白色を得る範囲内のRGBに対応した色度バランス比率として、色度図に於けるx,y座標に於いて目的とする白色と各発光色との距離と光度との関数で表せる。この関数は下記数1の式で示すことができる。
【0050】
【数1】
【0051】
例えば、x,y座標に於いて、赤色発光のLEDの座標が(0.67,0.3)、緑色発光のLEDの座標が(0.14,0.74)、青色発光のLEDの座標が(0.11,0.10)で、これら各LEDの印加電流値(IF(mA))を20mAにした時の絶対光度Iv(mcd)は、赤色発光LEDで560mcd、緑色発光LEDで120mcd、青色発光LEDで180mcdであるので、上記関数の式に代入すると白色時の色度図のx,y座標は、(xm,ym)=(0.4788,0.3391)となる。
【0052】
このように、この関数は光度因子に左右されるので、色度図から目的の白色光を得る場合に、各赤色発光LED、緑色発光LED、青色発光LEDのx,y座標に対して各光度のコントロールにより希望する白色光を得ることができる。故に、目的とする白色光を得るために、各赤色発光LED、緑色発光LED、青色発光LEDに印加する電流比率を変化させる。これにより、必要とする白色光の最適な色度および光度が得られる。
【0053】
尚、本実施の形態では、導光板2を四角形として入射部3も4箇所としたが、導光板2を六角形にし入射部3も6箇所とし、RGBに発光する光源8(赤色発光LED、緑色発光LED、青色発光LED)を交互に設けても良い。
【0054】
また、ここでは図示しないが、リフレクタは白色の絶縁性材料やアルミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等からなる。このリフレクタは、導光板2の入射部3および光源8を囲するように設けられ、光源8からの光を反射し、反射光を導光板2の入射部7に再び入射させる。
【0055】
また、同様に図示しないが、光源8が半導体発光素子の場合でも光源8に対して同様な材料により導光板2の入射部3および光源8を囲するようにしても良い。これにより、光源8からの漏れや他の要素による反射光等を反射し、反射光を導光板2の入射部3に再び入射させる。
【0056】
さらに、各光源8を例えば液晶表示装置での1ピクセル中の各赤色、緑色、青色に対応する液晶への各赤色信号、緑色信号、青色信号を光源8の赤色光源、緑色光源、青色光源の各光源8の色毎に同期させて、液晶表示装置の液晶への各信号の色に対応して各信号により各光源8のオン・オフ点灯を行うようにしても良い。
【0057】
そのために、液晶表示装置の各色信号に対応して各光源8のオン・オフ点灯を行い、液晶表示装置の各色信号のオン信号の時のみ各光源8をオン動作させて各色光の必要な時のみ出射することができる。
【0058】
これにより、従来のようなカラーフィルタ等を用いることなく、直接赤色、緑色、青色を出射するので、クリアな色が再現できる。しかも、常時出射せず、必要なときだけ出射するので、省エネ等経済性に優れている。
【0059】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る導光板は、入射部を複数有するとともに表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射するので、任意の位置での異なる入射部からの光でも一定の出射輝度を出射することができる。これにより、入射部に異なる発光色を入射することで異なる各種の色の出射光を得ることができる。
【0060】
また、請求項2に係る導光板は、光偏向素子を、少なくとも3つの各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれる領域壁を有した形状とするので、導光板のどの位置でも入射部からの光を全反射することができ、高輝度の出射光を得ることができる。しかも、光源に左右されないで設計をすることができる。
【0061】
さらに、請求項3に係る導光板は、傾斜面が、表面部と裏面部との厚さ方向に対し、所定の曲率を有する凹面または凸面または平面であるので、各入射部から傾斜面への進行方向に対しての全反射光を偏向することができる。そのために、出射面で各入射部からの光を互いにより混合することができる。
【0062】
また、請求項4に係る平面照明装置は、赤色光源と緑色光源と青色光源とを有する光源と、光源からの光を導く入射部を複数有し、表面部または/および裏面部に各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子を設け、表面部または/および裏面部から各入射部より入射した光線が同程度の輝度で出射する導光板とを備えたので、必要な単色光や赤色、緑色、青色等の混合色の光を出射面から出射することができる。
【0063】
さらに、請求項5に係る平面照明装置は、赤色光源と、赤色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した赤色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で赤色光を出射する第1の導光板と、緑色光源と、緑色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した緑色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で緑色光を出射する第2の導光板と、青色光源と、青色光源からの光を導く入射部を複数有し、各入射部より入射した青色光線が表面部または/および裏面部に設けられた各入射部を中心とした所定曲率の同心円弧で囲まれ、表面部と裏面部との厚さ方向に傾斜面を形成した領域壁を有した形状の光偏向素子により表面部から同程度の輝度で青色光を出射する第3の導光板とを備え、第1の導光板と第2の導光板と第3の導光板とが重ねて配置され、下方から上方に3原色光を出射するので、各導光板から必要な単色光を出射でき、赤色出射の導光板、緑色出射の導光板、青色出射の導光板等により上方に単色光や混合色の光を出射することができる。これにより、液晶表示装置等に用いるときにカラーフィルタを必要とせず、カラーフィルタによる吸収が無いので、効率良く光源からの光を利用することができる。
また、請求項6に係る平面照明装置は、各光源を赤色信号と緑色信号と青色信号の各色毎に同期し、各光源と各信号の色とが対応して各信号によりオン・オフ点灯を行うので、液晶表示装置等の各色信号に対応して必要時のみに出射することができる。これにより、クリアな色を出射できるとともに常時出射しないので、省エネ等経済性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る平面照明装置の略構成図
【図2】本発明に係る導光板の略平面図
【図3】(a),(b)本発明に係る光偏向素子の代表的な略拡大斜視図であって、表面部側から見た凹形状の斜視図
【図4】本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図5】本発明に係る平面照明装置の他の構成例を示す略構成図
【符号の説明】
1…平面照明装置、2,2a,2b,2c…導光板、3…入射部、4…側面部、5,5a,5b,5c…表面部、6,6a,6b,6c…裏面部、7,7cc,7c1,7c2,7c3,7c4…光偏向素子、8,8a,8b,8c…光源、11…平坦面、P1,P2,P3,P4…隅、W1,W2,W3,W4,W11,W22,W33,W44…壁、L11,L12,L21,L22,L31,L32,L41,L42…同心円弧、L1,L1r,L10,L2,L2r,L20…光線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate and a flat illumination device used for a liquid crystal display device or the like, and has a plurality of incident portions of the light guide plate, and has a shape with a region wall surrounded by a concentric arc around each incident portion. An element is provided on the front surface, the back surface, etc., and a light guide plate from which light incident from each incident portion from the front surface, the back surface, etc. is emitted with the same brightness, and a light source of monochromatic light at a plurality of incident portions of the light guide plate In addition, for each light source, color light can be displayed without using a color filter by supplying selection light from the incident part of the light guide plate to each pixel of the three primary colors such as a liquid crystal display device by a light source control signal synchronized with the image control signal. The present invention relates to a light guide plate and a flat illumination device.
[0002]
[Prior art]
As the conventional light guide plate and flat illumination device, one using a method utilizing scattering on the back surface of the light guide plate is known. Specifically, dot printing is performed using an ink mixed with a white material such as titanium oxide so that the number of circular or rectangular dots increases as the distance from the light source increases with respect to the back surface of the light guide plate. As a result, the uniformity of the emitted light from the light guide plate is obtained by obtaining scattered light as the distance from the light source increases.
Furthermore, as a method using an injection molding method, there is known a method in which fine uneven shapes are randomly formed on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, and scattering is used by the fine uneven shapes.
[0003]
Similarly, using the injection molding method, the convex shape and concave shape are simply distributed on the front and back surfaces of the light guide plate so that they are more distributed (gradient) away from the light source. A method using a method utilizing refraction or reflection is known. By this method, the probability of refraction and reflection increases as the distance from the light source increases, and the light emitted from the light guide plate is made uniform.
[0004]
Further, when a fluorescent lamp such as CCFL is used on one side surface or both side surfaces of the light guide plate described above, or a small flat illumination device used for a liquid crystal display device such as a mobile phone, a white light emitting LED light source is used as the light guide plate. There are known methods of arranging them side by side or providing them at the corners of the light guide plate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional light guide plates and flat illumination devices use a method of utilizing scattering on the back surface of a light guide plate, and circular or rectangular dots are guided using ink mixed with a white material such as titanium oxide. Dot printing was performed so that the back surface portion increased as the distance from the light source increased. As a result, the uniformity of the emitted light from the light guide plate is obtained by obtaining scattered light as the distance from the light source increases. In this case, the light is absorbed and scattered by the white material or ink. As a result, the light beam does not reach only the exit surface, and there is a problem in luminance because the absolute amount of emitted light is low.
[0006]
In addition, the method of randomly forming fine irregularities on the front and back parts of the light guide plate by injection molding and scattering the light from the light source does not cause loss due to light absorption, but as with the above printing method Light is scattered. For this reason, there is a problem that the light beam does not reach only the emission surface and the luminance of the emitted light is low. In addition, since the uneven distribution is random, there is a problem with luminance spots and the like.
[0007]
Similarly, when the convex shape or concave shape is distributed more (gradient) as it is farther from the light source, it is improved as compared with printing of ink or the like or random molding of fine concave and convex shapes. However, the probability of refraction or reflection is simply increased as the distance from the light source is increased, and it does not correspond to the directivity (luminance distribution) of the light source, the shape of the light source, or the like. For this reason, there is a problem that the light quantity, directivity, and energy of the light source are not sufficiently utilized.
[0008]
Further, when a fluorescent lamp such as CCFL is used on one side surface or both side surfaces of the light guide plate described above, or a small flat illumination device used for a liquid crystal display device such as a mobile phone, a white light emitting LED light source is used as the light guide plate. In order to control the three primary colors of light in the liquid crystal display device, it is necessary to separate the white light from the flat illumination device into the three primary colors. For this reason, there exists a subject which requires the color filter of red, green, and blue corresponding to each pixel of a liquid crystal.
[0009]
In addition, in the chromaticity diagram of the three primary colors of RGB light, the RGB luminosity is obtained with respect to the luminosity from the X and Y values corresponding to RGB within the range for obtaining white from the X and Y coordinates. There is a problem that cannot be done.
[0010]
In any case, these conventional methods cannot completely control light, and when using a liquid crystal display device, a color filter of three primary colors is required to separate the three primary colors of light. For this reason, it has been necessary to always transmit the light from the conventional flat illumination device through the three color filters. Further, since there is a loss of light (energy) due to these color filters, these conventional methods have a limit in improving luminance.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a plurality of incident portions and a region wall surrounded by a concentric arc centered on each incident portion on the front surface portion and / or the back surface portion. A light deflecting element that can totally reflect the light from the incident part at any position of the light guide plate is provided, and light incident from each incident part is emitted from the front part or / and the rear part with the same brightness. The light guide plate includes a red light source, a green light source, and a blue light source in the vicinity of the incident portion, and each light source is synchronized with a red signal, a green signal, and a blue signal of a liquid crystal display device, etc. Correspondingly, it is an object to provide a light guide plate and a flat illumination device which can be turned on / off by each signal to eliminate the need for a color filter in a liquid crystal display device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a light guide plate according to claim 1 of the present invention has a plurality of incident portions and is provided on the front surface portion and / or the back surface portion.A shape having a region wall that is surrounded by concentric arcs of a predetermined curvature centered on each incident portion, and has inclined surfaces in the thickness direction of the front surface portion and the back surface portion.An optical deflecting element is provided, and light rays incident from each incident portion from the front surface portion and / or the back surface portion are emitted with the same luminance.
[0013]
The light guide plate according to claim 1 has a plurality of incident portions and has a front surface portion and / or a back surface portion.A shape having a region wall that is surrounded by concentric arcs of a predetermined curvature centered on each incident portion, and has inclined surfaces in the thickness direction of the front surface portion and the back surface portion.A light deflection element is provided, and light beams incident from each incident part from the front surface part and / or the back surface part are emitted with the same level of brightness, so that even from light from different incident parts at any position, a constant emission brightness is emitted. be able to.
[0014]
Further, according to claim 2Light guide plateIsThe optical deflecting element has a shape having a region wall surrounded by a concentric arc having a predetermined curvature centered on at least three incident portions.It is characterized by that.
[0015]
According to claim 2Light guide plateIsThe optical deflecting element has a shape having a region wall surrounded by a concentric arc having a predetermined curvature centered on at least three incident portions.SoTotal reflection of light from the incident part at any position on the light guide platecan do.
[0016]
Furthermore, the light guide plate according to
[0017]
The light guide plate according to
[0018]
A flat illumination device according to
[0019]
The flat illumination device according to
[0020]
Furthermore, the flat illumination device according to
The flat illumination device according to
[0021]
Further, the flat illumination device according to
Claim6In the flat illumination device according to the present invention, each light source is synchronized for each color of the red signal, the green signal, and the blue signal, and each light source corresponds to the color of each signal and is turned on / off by each signal. The light can be emitted only when necessary corresponding to each color signal of the apparatus or the like.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The flat illumination device according to the present invention includes a plurality of incident portions, and a light deflection element having a shape including a region wall surrounded by a concentric arc having a predetermined curvature centering on each incident portion on the front surface portion and the back surface portion. A light guide plate that totally reflects the light from the incident part at any position of the light guide plate and emits light incident from each incident part with the same brightness, and a red light source, a green light source, and a blue light source in the vicinity of the incident part . Moreover, as a light guide plate, you may use three light guide plates corresponding to each luminescent color. Further, each light source is synchronized for each color of a red signal, a green signal, and a blue signal of a liquid crystal display device or the like, and each light source and each signal color are turned on / off by each signal. This provides a light guide plate and a flat illumination device that can eliminate the need for a color filter in a liquid crystal display device or the like.
[0023]
1 is a schematic exploded view of a flat illumination device according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of a light guide plate according to the present invention, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are representative of light deflecting elements according to the present invention. FIG. 4 is a schematic perspective view of a concave shape as viewed from the front surface side, FIG. 4 is a locus diagram of light rays to the light deflection element according to the present invention, and FIG. 5 is another view of the flat illumination device according to the present invention. FIG. 6 is a schematic exploded view showing a configuration example.
[0024]
The
[0025]
On the
[0026]
Here, the light deflection element 7 (7cc, 7c1, 7c2, 7c3, 7c4) provided on the
[0027]
As shown in FIG. 2, the light deflection element 7cc provided at the center of the
[0028]
Further, the four light deflection elements 7c1, 7c2, 7c3, 7c4 located at equal distances from the
[0029]
For example, the optical deflection element 7c4 is surrounded by four sides of concentric arcs L12, L22, L32, and L42 having a predetermined curvature centering around the four corner positions P1, P2, P3, and P4 where the
[0030]
Then, as shown in FIG. 3A, the light deflection element 7cc is surrounded by region walls W1, W2, W3, W4 by concentric arcs from the right corner positions P1, P2, P3, P4 of each
[0031]
Here, the five
[0032]
Therefore, the region wall surrounded by the concentric arc centering on each
[0033]
Further, as shown in FIG. 4, the area walls W <b> 1 and W <b> 4 of the concave
[0034]
The angle formed between the concave region wall W1 of the
[0035]
As described above, the
[0036]
By the way, in the above-described example, as shown in FIG. 1, the
[0037]
Therefore, for example, the flat illumination device shown in FIG. 5 can be configured with the flat illumination device of FIG. 1 as a basic configuration. The flat illumination device 1 shown in FIG. 5 is composed of three units in which one
[0038]
More specifically, the first unit includes a
[0039]
The second unit includes a
[0040]
The third unit includes a blue
[0041]
The three units described above are arranged in a random order with the first
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
When the light guide plate itself is large, the
[0045]
In this case, the
[0046]
Therefore, the region walls surrounded by the isoluminance lines from the
[0047]
Further, in this case, the
[0048]
The angle formed between the concave wall W1 of the
[0049]
Further, the chromaticity diagram as a chromaticity balance ratio corresponding to RGB within a range in which white is obtained from the x and y coordinates of the chromaticity diagram by each of the red light emitting LED, the green light emitting LED, and the blue light emitting LED of the
[0050]
[Expression 1]
[0051]
For example, in the x and y coordinates, the coordinates of the red light emitting LED are (0.67, 0.3), the coordinates of the green light emitting LED are (0.14, 0.74), and the coordinates of the blue light emitting LED. (0.11, 0.10), and the applied current value (IF (mA)) of each LED is 20 mA, the absolute luminous intensity Iv (mcd) is 560 mcd for the red light emitting LED and 120 mcd for the green light emitting LED. Since it is 180 mcd for a blue light emitting LED, the x and y coordinates of the chromaticity diagram when white are (xm, ym) = (0.4788, 0.3391) when substituted into the above equation of the function.
[0052]
Thus, since this function depends on the light intensity factor, when obtaining the desired white light from the chromaticity diagram, each light intensity with respect to the x and y coordinates of each red light emitting LED, green light emitting LED, and blue light emitting LED is obtained. The desired white light can be obtained by the control. Therefore, in order to obtain the target white light, the current ratio applied to each red light emitting LED, green light emitting LED, and blue light emitting LED is changed. Thereby, the optimal chromaticity and luminous intensity of the required white light can be obtained.
[0053]
In this embodiment, the
[0054]
Further, although not shown here, the reflector is made of a sheet-like material in which a white insulating material or a metal such as aluminum is vapor deposited, or a metal. The reflector is provided so as to surround the
[0055]
Similarly, although not shown in the figure, even when the
[0056]
Further, each
[0057]
For this purpose, each
[0058]
As a result, since red, green, and blue are directly emitted without using a conventional color filter or the like, a clear color can be reproduced. In addition, since it does not always emit and emits only when necessary, it is excellent in economic efficiency such as energy saving.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, the light guide plate according to claim 1 has a plurality of incident portions and is provided on the front surface portion and / or the back surface portion.A shape having a region wall that is surrounded by concentric arcs of a predetermined curvature centered on each incident portion, and has inclined surfaces in the thickness direction of the front surface portion and the back surface portion.A light deflection element is provided, and light beams incident from each incident part from the front surface part and / or the back surface part are emitted with the same level of brightness, so that even from light from different incident parts at any position, a constant emission brightness is emitted. be able to. Thereby, the emitted light of various different colors can be obtained by injecting different luminescent colors into the incident part.
[0060]
Further, according to claim 2Light guide plateIsThe optical deflecting element has a shape having a region wall surrounded by a concentric arc having a predetermined curvature centered on at least three incident portions.SoLight from the incident part can be totally reflected at any position of the light guide plate, and high-luminance outgoing light can be obtained. Moreover, the design is not influenced by the light sourcecan do.
[0061]
Furthermore, the light guide plate according to
[0062]
The flat illumination device according to
[0063]
Furthermore, the flat illumination device according to
A flat illumination device according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a flat illumination device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a light guide plate according to the present invention.
FIGS. 3A and 3B are representative enlarged perspective views of a light deflector according to the present invention, and are perspective views of a concave shape when viewed from the surface side. FIGS.
FIG. 4 is a schematic locus diagram of light rays of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another configuration example of the flat illumination device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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