JP4256716B2

JP4256716B2 - Light source unit, illumination device, and liquid crystal display device

Info

Publication number: JP4256716B2
Application number: JP2003133063A
Authority: JP
Inventors: 満夫大泉; 裕安宮田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-05-12
Also published as: JP2004335401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光材を用いた光源ユニット、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等に用いられるフロントライトやバックライト等の照明装置は、導光板とその側端面に配設された光源ユニットとを基本構成としており、光源ユニットから照射された光を導光板の側端面（入射面）から導入して、均一な照度の光を出射面全体から出射させることで、液晶パネル等の被照明体を照明するようになっている。
【０００３】
このような照明装置を構成する導光板に光を供給する光源ユニットは、導光板の側端面（入射面）全体にムラの無い均一な光を入射させるために、ＬＥＤ等の点光源の光を均一な照度で導光板の側端面（入射面）と同じ幅まで広げるバー導光体と称される角棒状の導光材とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２４４２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光源ユニットに用いられていたバー導光体は、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成し、この溝を形成した反射面で光源から伝搬される光を出射面方向に反射させて、導光板に向けて光を照射していた。そして、反射面を構成する溝には、反射効率を上げる目的でＡｌやＡｇ等の金属膜を形成していた。
【０００６】
しかしながら、このようなＶ字型の溝に金属等の反射膜を形成したバー導光体では、反射面での反射率が９０％程度にとどまり、また、反射回数の増大によって光源からの光の減衰が大きいといった課題があった。このため、バー導光体の更なる反射率の向上と光源からの光の効率的な利用によって、光源ユニットの照度アップが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、光源の光を効率的に利用することによって、出射面から照射される光の照度を向上させた光源ユニットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成されたことを特徴とする光源ユニットが提供される。
具体的に本発明では、光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成され、前記バー導光体の出射面と反対側には平坦な反射面が形成されるとともに、前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の断面視くさび状の突条により構成され、前記突条が急斜面部と緩斜面部からなり、前記急斜面部と緩斜面部のうち、突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成され、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度が鈍角とされ、前記急斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成され、前記平坦な反射面に平行な基準面に対し、前記緩斜面部のなす角度をθ_１とし、前記急斜面部のなす角度をθ_２として、前記緩斜面部の傾斜角度θ_１が０．５゜以上５゜以下とされ、前記急斜面部の傾斜角度θ_２が４０°以上５５°以下に設定され、前記突条は前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなる光源ユニットを提供する。
【０００９】
このような光源ユニットによれば、バー導光体内に導入されて伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく出射させることができる。出射面から照射される光の照度の向上に大いに寄与する。
【００１０】
前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の突条により構成され、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に斜面部を形成するのが好ましい。また、前記斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度が鈍角であることが好ましい。このような光源ユニットによれば、前記斜面部で反射される光量が増加し、出射面から出射される光量を増加させることができる。
【００１１】
前記突条は前記光源から離れるにつれて前記斜面部の傾斜角度を大きくなるように形成しても良く、また、前記突条は前記光源から離れるにつれて形成サイズが大きくなるように形成しても良い。このような光源ユニットによれば、出射面から出射される光が、出射面の全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００１２】
前記斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成してもよく、また、前記突条は、その頂部に平坦部が形成された断面視略台形状としてもよい。さらに、前記突条は断面視くさび状に形成してもよい。このような光源ユニットによれば、前記斜面部以外の面から光が漏れ出にくい構造となり、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。こうした斜面部の傾斜角度は４０°以上６０°以下に設定するのが好ましい。
【００１３】
上述した光源ユニットを、光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板を備えた照明装置に適用すれば、照明装置から出射される光の照度の向上に大いに寄与する。また、この照明装置を液晶表示装置に適用すれば、液晶パネルの照明ムラを低減し、視認性に優れた鮮明な表示が可能な液晶表示装置の実現に寄与する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のバー導光体を備えた液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の矢印２の位置における断面断面図である。液晶表示装置９は、図１及び図２に示すように、フロントライト（照明装置）１０と、その背面側（図示下面側）に配設された液晶パネル２０とを備えて構成されている。
【００１５】
フロントライト（照明装置）１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その入射面１２ａに沿って配設された、本発明の光源ユニット１１とを備えている。光源ユニット１１は、バー導光体１３と、このバー導光体１３の長さ方向の少なくとも一方の端面に配設された光源である発光素子（光源）１５とから構成されている。すなわち、フロントライト１０は、発光素子（光源）１５とバー導光体１３とからなる光源ユニット１１から照射された光が、導光板１２の入射面１２ａから導光板１２内に入光し、液晶パネル２０を照明する。
【００１６】
導光板１２の図中上面は凹凸面１２ｃとされ、緩斜面１４ａと反射面（急斜面）１４ｂとからなる断面略三角形状を成す突条１４が一面に配列形成されている。光源ユニット１１のバー導光体１３から導光板１２に入射した光は、導光板１２の内面側で緩斜面１４ａは光伝搬に寄与し、反射面（急斜面）１４ｂは液晶パネル２０に向けて落射させるという効果を繰り返しながら、導光板１２内を伝搬する。また、導光板１２の図中下面は出射面１２ｂとされ、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）が凹凸面１２ｃで反射され、この出射面１２ｂから液晶パネル２０に向けて出射される。
【００１７】
液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２とを備えて構成された反射型の液晶表示装置であり、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが液晶パネル２０の表示領域とされており、表示領域２０Ｄ内に図示略の画素がマトリクス状に形成されている。
【００１８】
上記構成の液晶表示装置は、液晶パネル２０の表示領域２０Ｄ上に導光板１２が配置され、この導光板１２を透過して液晶パネル２０の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗所では、光源ユニット１１を点灯させ、バー導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ光を導入し、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）を導光板１２の出射面１２ｂ側から液晶パネル２０へ向けて出射させ、液晶パネル２０を照明するようになっている。
【００１９】
図３は、光源ユニットの構成を示す断面図である。導光板１２に向けて光を出射する光源ユニット１１は、バー導光体１３と発光素子（光源）１５とから構成されている。バー導光体１３は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材である。発光素子（光源）１５は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。こうした白色光は、白色ＬＥＤによって得ても良く、また、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色のＬＥＤを配列してバー導光体１３内で混合させて得ても良い。
【００２０】
バー導光体１３は、図３及び図４に示すように、導光板１２の入射面１２ａに対面する側が出射面１３ａを成し、この出射面１３ａの反対側が反射面１３ｂを形成している。バー導光体１３の出射面１３ａには、複数の突条１６が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面１３ａと反対側の反射面１３ｂは平坦に形成されている。また、発光素子（光源）１５に接する端面が入射面１３ｃを成し、この入射面１３ｃから発光素子（光源）１５の光がバー導光体１３内に導入される。
【００２１】
バー導光体１３の出射面１３ａに形成された突条１６は、出射面１３ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部１６ａとされ、他方がこの緩斜面部１６ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）１６ｂとされている。また、前記緩斜面部１６ａは、出射面１３ａの水平基準面ｚに対して傾斜角θ_１を有して形成され、急斜面部１６ｂは傾斜角θ_２を有して形成されており、両者の傾斜方向は水平基準面ｚの法線に対して同一方向とされている。すなわち、急斜面部１６ｂの外面がバー導光体１３の反射面１３ｂ側を向き、内面は出射面１３ａの外側を向くように形成されている。
【００２２】
そして、バー導光体１３内部を図４では左側（発光素子１５側）から右側へ伝搬する光を、出射面１３ａの急斜面部１６ｂにより出射面１３ａ側へ反射して導光板１２の入射面１２ａに向けて出射させるようになっている。
【００２３】
ここで、図４及び図５を参照して前記急斜面部１６ｂによる伝搬光の反射作用について説明する。図５は、図４に示す急斜面部１６ｂを拡大して示す部分断面構成図である。本実施形態に係る光源ユニット１１では、図５に示すように、バー導光体１３内部から急斜面部１６ｂに入射する伝搬光Ｌ_ｉｎと、急斜面部１６ｂによる前記伝搬光Ｌ_ｉｎの反射光Ｌ_ｏｕｔとの成す角度θ_４が、鈍角となるように、傾斜角θ_２を有して前記急斜面部１６ｂが形成されている。すなわち、この急斜面部１６ｂ（突条１６）が形成された位置において伝搬光Ｌ_ｉｎが急斜面部１６ｂに対して４５°を越える入射角で入射するようにしている。
【００２４】
これにより、急斜面部１６ｂに入射した伝搬光Ｌ_ｉｎが透過されるのを最大限防止することが可能になり、その結果、急斜面部１６ｂで反射される光量が増加し、出射面１３ａから導光板１２に向けて出射される光量が増加する。なお、本発明者は上記急斜面部１４ｂの傾斜角の最適化により光源ユニット１１の出射光量を増加させ得ることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００２５】
光源ユニット１１では、図４に示す緩斜面部１６ａの傾斜角θ_１は、水平基準面ｚに対して０．５°以上５°以下の範囲とされ、急斜面部１６ｂの傾斜角θ_２は４０°以上６０°以下の範囲とされることが好ましい。緩斜面部１６ａの傾斜角θ_１の範囲が、０．５°未満では、光源ユニット１１の平均輝度が低下し、５°を越える場合には、バー導光体１３内での出射光量を均一化することができなくなる。また、急斜面部１６ｂの傾斜角度θ_２が、４０°未満の場合、及び６０°を越える場合には、急斜面部１６ｂを透過して漏れ出る光量が多くなり出射面１３ａからの出射光量（すなわち光源ユニット１１の輝度）が低下するため好ましくない。さらに、突条１６の形成ピッチＰは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。
【００２６】
バー導光体１３を構成する突条１６を上述した範囲に形成するならば、バー導光体１３内を伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく導光板１２に向けて出射させることができ、明るく明瞭な表示が可能な液晶表示装置の実現に大いに寄与する。
【００２７】
再び図２を参照して、液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に液晶層２３が挟持され、この液晶層２３が基板２１，２２の内面側周縁部に沿って平面額縁状に設けられたシール材２４により封止された構成とされている。上基板２１の内面側（下基板２２側）には、液晶制御層２６が形成されており、下基板２２の内面側（上基板２１側）には、フロントライト１０の照明光や外光を反射させるための金属薄膜を有する反射層２７が形成され、この反射層２７上に液晶制御層２８が形成されている。
【００２８】
液晶制御層２６，２８は、液晶層２３を駆動制御するための電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、場合によってはカラー表示のためのカラーフィルタを備えていてもよい。
【００２９】
反射層２７は、液晶表示パネル２０に入射した外光やフロントライト１０の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、反射膜に凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。
【００３０】
以上のように、本発明の光源ユニット１１を備えた本実施形態の液晶表示装置では、液晶パネル２０の前面に配設された導光板１２に光を供給する光源ユニット１１におけるバー導光体１３の出射面１３ａにプリズム形状が形成されており、出射面１３ａの突条１６の急斜面部１６ｂが、バー導光体１３内部を伝搬する光に対して、鈍角の反射光を生じさせるように形成されていることで、急斜面部１６ｂに入射する伝搬光の反射率を向上させることができ、もって照明光の輝度を高めることができる。また、上記のように急斜面部１６ｂの反射率が向上することで、液晶表示パネル２０に対する照明に寄与しない無駄な漏れ光量が低減される。さらに、前記プリズム形状が導光板１２の入射面１２ａと対向する面に形成されているので、突条１６が破損するおそれが無い。
【００３１】
従って、本発明の光源ユニットおよびこれを備えた照明装置によれば、高輝度、かつ均一な照明光が得られ、こうした光源ユニット、照明装置を備えた液晶表示装置によれば、高コントラストの高品質の表示が得られる。
【００３２】
上記実施の形態では、光源ユニット１１におけるバー導光体１３の出射面１３ａに形成したプリズム形状として、突条１６を断面くさび状とし、出射面１３ａを断面視鋸刃状とした形状を備えた光源ユニットについて説明したが、この出射面１３ａのプリズム形状は、先の形状に限定されず、前記急斜面部を利用して効率よく照明光を出射できる構造を有していればよい。図６は、本発明に係る光源ユニットの他の実施形態である、断面略台形状の突条が複数配列形成された断面略矩形波状の出射面を有する導光板を備えたフロントライトの部分断面構造を示す断面図である。
【００３３】
図６に示す光源ユニット３０は、図１及び図２に示す光源ユニット１１のバー導光体１３に代えて、図６に示す部分断面構造を有するバー導光体３２を備えたものであり、その全体の外観は、図１に示す光源ユニット１１とほぼ同様である。
【００３４】
バー導光体３２はその下面側が出射面３２ｂとされ、出射面３２ｂと反対側が反射面３２ｃとされており、出射面３２ｂには紙面垂直方向に延在する複数の突条３４が配列形成されており、反射面３２ｃは平坦面とされている。上記突条３４は、平坦部３４ａを天井部とし、その幅方向両側に第１斜面部（斜面部）３４ｂと第２斜面部３４ｃとが形成された断面略台形状であり、前記第１斜面部３４ｂは、水平基準面ｚに対して傾斜角θ_２を有して傾斜しており、第２斜面部３４ｃは傾斜角θ_３を有して傾斜して形成されている。また、第１斜面部３４ｂと第２斜面部３４ｃとは、バー導光体３２の法線に対して同一側に傾斜している。隣接する突条３４，３４間は、平坦面に形成された底面部３４ｄとされており、本実施形態の光源ユニット３０においては、前記第１、第２斜面部３４ｂ、３４ｃ以外の出射面３２ｂの平面領域は、突条３４の平坦部３４ａとともに水平基準面ｚと平行な平坦面となるように形成されている。
【００３５】
上記第１斜面部３４ｂの傾斜角θ_２は、図４に示す急斜面部１６ｂの傾斜角θ_２と同様に、第１斜面部３４ｂに入射する伝搬光に対して鈍角（θ_４）を成す方向の反射光を生じさせる構成とされている。上記第２斜面部３４ｃの傾斜角θ_３は、４０°以上６０°以下の範囲とすることが好ましい。上記範囲とすることで、第１斜面部３４ｂから漏れ出る光が少なくなり、光源ユニット３０の輝度を高めることができる。また、突条３４の形成ピッチＰは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。
【００３６】
バー導光体３２を構成する突条３４を上述した範囲に形成するならば、バー導光体３２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく導光板に向けて出射させることができ、明るく明瞭な表示が可能な液晶表示装置の実現に大いに寄与する。
【００３７】
上記構成を備えた本実施形態の光源ユニット３０によっても、第１斜面部３４ｂに入射する光を効率よく反射させて照明光とすることができるので、高輝度の照明光が得られる。また、前記第１斜面部３４ｂを透過して対向面３２ｃ側へ出射される光量が低減されるので、こうした光源ユニット３０を備えた照明装置を液晶表示装置に適用すれば、コントラストを低下させることがなく、高品位の表示を得ることができる。また、斜面部３４ｂ、３４ｃ以外の出射面３２ｂの平面領域が平坦面とされていることで、バー導光体３２内部を伝搬する光が斜面部以外の面から漏れ出にくい構造となっており、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。
【００３８】
上述した各実施形態の光源ユニット１１，３０においては、図４，６に示すバー導光体１３，３２における厚みＴ（突条１６，３４の頂点部、頂面部8と反射面１３ｂ，３２ｃとの間隔）は、バー導光体１３，３２の長手方向で一定とされ、突条１６，３４の急斜面部１６ｂおよび第１、第２斜面部３４ｂ、３４ｃの幅Ｌも出射面１３ａ，３２ｂの面内で一定とされているが、これらＴおよびＬを光源からの距離に応じて変化させれば、バー導光体の出射面から出射する光の照度を面内でより均一に揃え、ムラを無くすことができてより好ましい。
【００３９】
図７は、上述したバー導光体の厚みＴを光源からの距離に応じて変化させた実施形態の光源ユニットを示す断面図である。例えば液晶表示パネルに隣接して設置される導光板４０に向けて光を出射する光源ユニット４１は、前述した実施形態と同様にバー導光体４２と発光素子（光源）４３とから構成されている。バー導光体４２は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材であり、発光素子（光源）４３は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。
【００４０】
バー導光体４２は、導光板４０の入射面４０ａに対面する側が出射面４２ａを成し、この出射面４２ａの反対側が反射面４２ｂを形成している。バー導光体４２の出射面４２ａには、複数の突条４４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面４２ａと反対側の反射面４２ｂは平坦に形成されている。
【００４１】
バー導光体４２の出射面４２ａに形成された突条４４は、前述した各実施形態と同様に、出射面４２ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部４４ａとされ、他方がこの緩斜面部４４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）４４ｂとされている。さらに、本実施形態においては、突条４４の頂点部と反射面４２ｂとの間隔で表現されるバー導光体４２の厚みを、バー導光体４２の長手方向Ａの位置によって変化させている。即ち、バー導光体４２の長手方向Ａの両端側では、厚みはＴ１として最小に形成され、そこからバー導光体４２の長手方向Ａの中央部に向かって、厚みがＴ２として最大に形成されている。
【００４２】
こうしたバー導光体４２の長手方向Ａの厚みの変化は、例えばＴ１が２．８ｍｍ程度、Ｔ２が３．０ｍｍ程度に設定され、その間が緩やかに盛り上がるように成型されれば良い。このように、バー導光体４２の長手方向Ａの厚みを発光素子（光源）４３からの距離に応じて変化させれば、出射面４２ａから導光板４０に向けて出射される光が、出射面４２ａの全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００４３】
このような光源ユニット４１を用いて導光板４０から液晶パネルを照明すれば、バー導光体４２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく導光板４０に向けて出射させることができるので、液晶パネルの視認性向上に大いに寄与する。なお、本発明者は上記バー導光体４２の厚みを長手方向Ａで変化させることによって、光源ユニット４１の出射光量の均一化による輝度ムラ防止ができることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００４４】
図８は、バー導光体における突条の急斜面部の幅Ｌを光源からの距離に応じて変化させた実施形態の光源ユニットを示す断面図である。例えば液晶表示パネルに隣接して設置される導光板５０に向けて光を出射する光源ユニット５１は、前述した実施形態と同様にバー導光体５２と発光素子（光源）５３とから構成されている。バー導光体５３は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材であり、発光素子（光源）５３は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。
【００４５】
バー導光体５２は、導光板５０の入射面５０ａに対面する側が出射面５２ａを成し、この出射面５２ａの反対側が反射面５２ｂを形成している。バー導光体５２の出射面５２ａには、複数の突条５４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面５２ａと反対側の反射面５２ｂは平坦に形成されている。
【００４６】
バー導光体５２の出射面５２ａに形成された突条５４は、前述した各実施形態と同様に、出射面５２ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部５４ａとされ、他方がこの緩斜面部５４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）５４ｂとされている。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、急斜面部（斜面部）５４ｂの幅を、バー導光体５２の長手方向Ａの位置によって変化させている。即ち、バー導光体５２の発光素子（光源）５３側では、急斜面部５４ｂの幅はＬ１として最小に形成され、発光素子５３に最も離れた側の急斜面部（斜面部）５４ｂの幅はＬ２として最大に形成され、急斜面部５４ｂの幅はＬ１からＬ２に向けて徐々に大きくなるように形成されている。これにより、急斜面部５４ｂの幅は発光素子（光源）５３から遠ざかるほど大きくなる。
【００４８】
こうしたバー導光体４２の長手方向Ａにおける急斜面部５４ｂの幅の変化は、例えばＬ１が１０μｍ程度、Ｌ２が５０μｍ程度に設定され、その間に形成される突条５４の急斜面部５４ｂの幅が徐々に大きくなるように成型されれば良い。このように、発光素子（光源）５３から遠ざかるほど急斜面部５４ｂの幅を徐々に大きくすることで、出射面５２ａから導光板５０に向けて出射される光が、出射面５２ａの全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００４９】
このような光源ユニット５１を用いて導光板５０から液晶パネルを照明すれば、バー導光体５２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく導光板５０に向けて出射させることができるので、液晶パネルの視認性向上に大いに寄与する。なお、本発明者は突条５４の急斜面部５４ｂの幅を変化させることによって、光源ユニット５１の出射光量の均一化による輝度ムラ防止ができることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。まず、第１の実施例として、図１、図２に示す第１実施形態と同様の構成のバー導光体１３を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体１３の緩斜面部１６ａの傾斜角θ_１を２．３°に設定し、急斜面部１６ｂの傾斜角θ_２を３５°〜５０°まで５°刻みで変化させた５個の測定サンプルと、傾斜角θ_２を６５°にした測定サンプルとを準備した。
【００５１】
一方、比較例として、特開２００２−３２４４２４号公報に示される、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００５２】
こうして準備された本発明の実施例である６個のバー導光体１３と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度を測定した。表１に、上述した第１の実施例の輝度測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００５３】
【表１】

【００５４】
表１から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、急斜面部１６ｂの傾斜角θ_２を４０°〜５５°に設定することによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高められることが確認された。特に、傾斜角θ_２を４５°〜５０°に設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して１．２倍の輝度の出射光が得られることが判明した。
【００５５】
次に、第２の実施例として、図６に示す第２実施形態と同様の構成のバー導光体３２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体３２の第１斜面部３４ｂの傾斜角θ_２および第２斜面部３４ｃの傾斜角θ_３をそれぞれ３５°〜５０°まで５°刻みで変化させた５個の測定サンプルと、傾斜角θ_２，θ_３を６５°にした測定サンプルとを準備した。
【００５６】
一方、比較例として、第１実施例同様に特開２００２−３２４４２４号公報に示される、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００５７】
こうして準備された本発明の実施例である６個のバー導光体３２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度を測定した。表２に、上述した第２の実施例の輝度測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００５８】
【表２】

【００５９】
表２から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体３２の第１斜面部３４ｂの傾斜角θ_２および第２斜面部３４ｃの傾斜角θ_３をそれぞれ４０°〜５５°に設定することによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高められることが確認された。特に、傾斜角θ_２，θ_３を４５°〜５０°に設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して約１．２倍程度の輝度の出射光が得られることが判明した。
【００６０】
第３の実施例として、図７に示す第３実施形態と同様の構成のバー導光体４２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体４２の最大厚みＴ２を３．０ｍｍに設定し、最小厚みＴ１を２．９５ｍｍ，２．８０ｍｍ，２．５０ｍｍにそれぞれ設定した３個の測定サンプルを準備した。
【００６１】
一方、比較例としては、上述した各実施例のごとく、特開２００２−３２４４２４号公報に示される断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００６２】
こうして準備された本発明の実施例である３個のバー導光体４２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度および輝度ムラを測定した。表３に、上述した第３の実施例の輝度および輝度ムラ測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示し、輝度ムラの項目は、出射光の輝度の最小値を最大値で割って１００を掛けた百分率である。
【００６３】
【表３】

【００６４】
表３から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体４２の厚みを変化させることによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高め、かつ輝度ムラを低減できることが確認された。特に、最大厚みＴ２が３．０ｍｍの時に、最小厚みＴ１を２．８０ｍｍ〜２．５０ｍｍに設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して１．１倍の輝度の出射光が得られることが判明した。また、最小厚みＴ１が２．８０ｍｍ付近では、輝度ムラが大幅に改善されていることが判明した。
【００６５】
更に、第４の実施例として、図８に示す第４実施形態と同様の構成のバー導光体５２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体５２の急斜面部５４ｂの最小幅はＬ１を１０μｍに設定し、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２を３０μｍ，５０μｍ，７０μｍにそれぞれ設定した３個の測定サンプルを準備した。
【００６６】
一方、比較例としては、上述した各実施例のごとく、特開２００２−３２４４２４号公報に示される断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００６７】
こうして準備された本発明の実施例である３個のバー導光体５２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度および輝度ムラを測定した。表４に、上述した第４の実施例の輝度および輝度ムラ測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示し、輝度ムラの項目は、出射光の輝度の最小値を最大値で割って１００を掛けた百分率である。
【００６８】
【表４】

【００６９】
表４から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体５２の急斜面部５４ｂの幅を光源から遠ざかるにつれて大きくすることによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高め、かつ輝度ムラを低減できることが確認された。特に、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２を大きく設定するほど、従来の構成のフロントライトに比較して輝度も大きくなることが判明した。また、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２が５０μｍ付近では、輝度ムラが大幅に改善されていることが判明した。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の光源ユニットによれば、バー導光体内に導入されて伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく出射させることができる。出射面から照射される光の照度の向上に大いに寄与する。前記プリズム形状を前記出射面に形成した複数の突条により構成し、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部を形成し、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度とを鈍角に形成し、緩斜面部の傾斜角度θ_１を０．５゜以上５゜以下、急斜面部の傾斜角度θ_２を４０°以上５５°以下に設定し、突条を前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなるようにすれば、前記斜面部で反射される光量が増加し、出射面から出射される光量を増加させることができる。
【００７１】
前記光源から離れるにつれて前記斜面部の傾斜角度を大きくなるように形成するので、出射面から出射される光が、出射面の全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００７３】
上述した光源ユニットを、光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板を備えた照明装置に適用すれば、照明装置から出射される光の照度の向上に大いに寄与する。また、この照明装置を単純マトリクス型あるいはアクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用すれば、液晶パネルの照明ムラを低減し、視認性に優れた鮮明な表示が可能な液晶表示装置の実現に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光源ユニットを備えた液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【図３】図３は、図２に示す光源ユニットを説明するための断面図である。
【図４】図４は、図３に示す光源ユニットの導光状態を説明するための部分断面図である。
【図５】図５は、図４に示す突条による伝搬光の反射状態を説明するための拡大断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る光源ユニットの第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る光源ユニットの第３の実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る光源ユニットの第４の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
９液晶表示装置
１０フロントライト
１１光源ユニット
１３バー導光体
１３ａ出射面
１３ｃ入射面
１５発光素子（光源）
１６突条
１６ａ緩斜面部（斜面部）
１６ｂ急斜面部（斜面部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source unit using a light guide material, an illumination device, and a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
An illumination device such as a front light or a backlight used in a liquid crystal display device or the like basically includes a light guide plate and a light source unit disposed on a side end surface thereof, and transmits light emitted from the light source unit to the side of the light guide plate. An object to be illuminated such as a liquid crystal panel is illuminated by introducing light from the end face (incident face) and emitting light with uniform illuminance from the entire outgoing face.
[0003]
A light source unit that supplies light to the light guide plate that constitutes such an illuminating device emits light from a point light source such as an LED in order to allow uniform light to enter the entire side end surface (incident surface) of the light guide plate. It has a rectangular bar-shaped light guide material called a bar light guide that extends to the same width as the side end face (incident surface) of the light guide plate with uniform illuminance. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-324424 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The bar light guide used in the conventional light source unit as described above forms a V-shaped groove on the surface opposite to the exit surface facing the side end surface (incident surface) of the light guide plate. The light propagated from the light source is reflected in the direction of the exit surface by the reflecting surface on which the light is formed, and the light is irradiated toward the light guide plate. And in the groove | channel which comprises a reflective surface, metal films, such as Al and Ag, were formed in order to raise reflection efficiency.
[0006]
However, in such a bar light guide having a reflective film made of metal or the like formed in a V-shaped groove, the reflectance on the reflecting surface is only about 90%, and the increase in the number of reflections causes the light from the light source to be reflected. There was a problem that attenuation was large. For this reason, it is desired to increase the illuminance of the light source unit by further improving the reflectance of the bar light guide and efficiently using light from the light source.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light source unit that improves the illuminance of light emitted from an exit surface by efficiently using light of a light source. It is said.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a light source and a bar light guide that introduces light from the light source into the inside from the incident surface at the side end and emits the light from the emitting surface with uniform illuminance. And a light source unit that is disposed adjacent to the light exit surface and supplies light toward a light guide plate that illuminates the object to be illuminated. A light source unit is provided in which a prism shape for reflecting and emitting propagating light is formed.
Specifically, the present invention includes a light source and a bar light guide that introduces light from the light source into the inside from the incident surface at the side end and emits the light from the emission surface with uniform illuminance, and is adjacent to the emission surface. A light source unit that supplies light toward a light guide plate that illuminates an object to be illuminated, and reflects and emits the propagation light inside the bar light guide onto the exit surface of the bar light guide A prismatic shape is formed, and a flat reflecting surface is formed on the opposite side of the light emitting surface of the bar light guide, and the prism shape has a plurality of wedge-shaped protrusions in cross-sectional view formed on the emitting surface. The ridge is composed of a steep slope portion and a gentle slope portion, and a steep slope portion is formed on the steep slope portion and the gentle slope portion on the traveling direction side of the propagating light, and is incident on the steep slope portion. Direction of propagation of propagating light and progression of reflected light emitted from the steep slope The angle formed by the direction is an obtuse angle, the inner surface of the steep slope portion is formed to face the outer surface side of the exit surface, and the angle formed by the gentle slope portion with respect to a reference plane parallel to the flat reflective surface Θ ₁ And the angle formed by the steep slope is θ ₂ As the inclination angle θ of the gentle slope portion ₁ Is 0.5 ° or more and 5 ° or less, and the inclination angle θ of the steep slope portion is ₂ Is set to 40 ° or more and 55 ° or less, The steep slope is formed so that the steep slope portion has a larger inclination angle as the protrusion is away from the light source. A light source unit is provided.
[0009]
According to such a light source unit, the light that is introduced into the bar light guide and propagates can be emitted without loss by almost 100% total reflection. This greatly contributes to the improvement in the illuminance of light emitted from the exit surface.
[0010]
The prism shape is preferably composed of a plurality of protrusions formed on the exit surface, and a slope portion is preferably formed on the protrusion in the traveling direction side of the propagation light. Moreover, it is preferable that the angle formed by the traveling direction of the propagation light incident on the slope and the traveling direction of the reflected light of the propagation light is an obtuse angle. According to such a light source unit, the amount of light reflected by the slope portion increases, and the amount of light emitted from the exit surface can be increased.
[0011]
The protrusion may be formed such that the inclination angle of the inclined surface portion increases as the distance from the light source increases, and the protrusion may be formed so that the formation size increases as the distance from the light source increases. According to such a light source unit, the light emitted from the emission surface can make the illuminance uniform over the entire width of the emission surface, and luminance unevenness can be eliminated.
[0012]
The inner surface of the slope portion may be formed so as to face the outer surface side of the emission surface, and the protrusion may have a substantially trapezoidal shape in a sectional view in which a flat portion is formed on the top portion. Further, the protrusion may be formed in a wedge shape in cross section. According to such a light source unit, a structure in which light does not easily leak out from a surface other than the inclined surface portion can be obtained, and the use efficiency of the light source can be improved and the luminance of the illumination light can be improved. The inclination angle of such a slope is preferably set to 40 ° or more and 60 ° or less.
[0013]
If the light source unit described above is applied to an illuminating device including a light guide plate that propagates light emitted from the light source unit and irradiates an object to be illuminated, it greatly contributes to improvement in illuminance of light emitted from the illuminating device. . Moreover, if this illumination device is applied to a liquid crystal display device, it contributes to the realization of a liquid crystal display device capable of reducing illumination unevenness of the liquid crystal panel and enabling clear display with excellent visibility.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a liquid crystal display device provided with the bar light guide according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid crystal display device 9 includes a front light (illumination device) 10 and a liquid crystal panel 20 disposed on the back side (the lower surface side in the drawing).
[0015]
As shown in FIG. 1, the front light (illuminating device) 10 includes a substantially flat transparent light guide plate 12 and a light source unit 11 of the present invention disposed along the incident surface 12a. . The light source unit 11 includes a bar light guide 13 and a light emitting element (light source) 15 that is a light source disposed on at least one end surface of the bar light guide 13 in the length direction. That is, in the front light 10, light emitted from the light source unit 11 including the light emitting element (light source) 15 and the bar light guide 13 enters the light guide plate 12 from the incident surface 12 a of the light guide plate 12, and the liquid crystal The panel 20 is illuminated.
[0016]
The upper surface of the light guide plate 12 in the figure is an uneven surface 12c, and ridges 14 having a substantially triangular cross-section composed of a gentle inclined surface 14a and a reflecting surface (steep inclined surface) 14b are arrayed on one surface. The light incident on the light guide plate 12 from the bar light guide 13 of the light source unit 11 is reflected on the inner surface side of the light guide plate 12 by the gentle slope 14 a and the reflection surface (steep slope) 14 b toward the liquid crystal panel 20. It propagates in the light guide plate 12 while repeating the effect. In addition, the lower surface of the light guide plate 12 in the drawing is an emission surface 12b, and light propagating in the light guide plate (propagation light) is reflected by the uneven surface 12c and emitted from the emission surface 12b toward the liquid crystal panel 20.
[0017]
The liquid crystal panel 20 is a reflective liquid crystal display device that includes an upper substrate 21 and a lower substrate 22 that are arranged to face each other, and a rectangular region 20D indicated by a dotted line in FIG. A display area is formed, and pixels (not shown) are formed in a matrix in the display area 20D.
[0018]
In the liquid crystal display device having the above configuration, the light guide plate 12 is disposed on the display region 20D of the liquid crystal panel 20, and the display on the liquid crystal panel 20 can be visually recognized through the light guide plate 12. In a dark place where outside light cannot be obtained, the light source unit 11 is turned on, light is introduced from the light incident surface 12a of the light guide plate 12 into the light guide plate through the bar light guide 13, and propagates through the light guide plate. The light (propagation light) to be emitted is emitted from the emission surface 12b side of the light guide plate 12 toward the liquid crystal panel 20, and the liquid crystal panel 20 is illuminated.
[0019]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the light source unit. The light source unit 11 that emits light toward the light guide plate 12 includes a bar light guide 13 and a light emitting element (light source) 15. The bar light guide 13 is a rectangular bar-shaped transparent member made of, for example, a transparent acrylic resin. The light emitting element (light source) 15 is composed of one or a plurality of LEDs, and is, for example, a point light source that emits white light. Such white light may be obtained by a white LED, or may be obtained by arranging LEDs of three primary colors of R, G, and B and mixing them in the bar light guide 13.
[0020]
As shown in FIGS. 3 and 4, in the bar light guide 13, the side facing the entrance surface 12a of the light guide plate 12 forms an exit surface 13a, and the opposite side of the exit surface 13a forms a reflection surface 13b. . On the exit surface 13a of the bar light guide 13, a plurality of protrusions 16 are formed in a stripe shape in plan view in parallel to each other to form a prism shape, and the reflection surface 13b opposite to the exit surface 13a is flat. Is formed. Further, an end face in contact with the light emitting element (light source) 15 forms an incident surface 13 c, and light of the light emitting element (light source) 15 is introduced into the bar light guide 13 from the incident surface 13 c.
[0021]
The protrusion 16 formed on the exit surface 13a of the bar light guide 13 has a wedge-shaped longitudinal section formed by a pair of inclined portions formed to be inclined with respect to the horizontal reference plane z of the exit surface 13a. One of these slope portions is a gentle slope portion 16a, and the other is a steep slope portion (slope portion) 16b formed at a steeper slope angle than the gentle slope portion 16a. Further, the gentle slope portion 16a has an inclination angle θ with respect to the horizontal reference plane z of the emission surface 13a. ₁ And the steep slope portion 16b has an inclination angle θ. ₂ The inclination directions of both are the same with respect to the normal line of the horizontal reference plane z. That is, the steep slope portion 16b is formed so that the outer surface faces the reflecting surface 13b side of the bar light guide 13, and the inner surface faces the outer side of the emitting surface 13a.
[0022]
In FIG. 4, the light propagating from the left side (light emitting element 15 side) to the right side in FIG. 4 is reflected by the steep slope 16b of the emission surface 13a toward the emission surface 13a side, and the incident surface 12a of the light guide plate 12 is reflected. It is made to emit toward.
[0023]
Here, with reference to FIG.4 and FIG.5, the reflection effect | action of the propagation light by the said steep slope part 16b is demonstrated. FIG. 5 is a partial cross-sectional configuration diagram showing the steep slope portion 16b shown in FIG. 4 in an enlarged manner. In the light source unit 11 according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 5, the propagation light L incident on the steep slope portion 16 b from the inside of the bar light guide 13. _in And the propagation light L by the steep slope portion 16b. _in Reflected light L _out The angle θ between ₄ However, the inclination angle θ ₂ The steep slope portion 16b is formed. That is, the propagation light L at the position where the steep slope portion 16b (projection 16) is formed. _in Is incident on the steep slope portion 16b at an incident angle exceeding 45 °.
[0024]
Thereby, the propagation light L incident on the steep slope 16b. _in As a result, the amount of light reflected by the steep slope 16b increases, and the amount of light emitted from the exit surface 13a toward the light guide plate 12 increases. The inventor has verified that the amount of light emitted from the light source unit 11 can be increased by optimizing the inclination angle of the steep slope portion 14b, which will be described in detail in Examples described later.
[0025]
In the light source unit 11, the inclination angle θ of the gentle slope portion 16a shown in FIG. ₁ Is in a range of 0.5 ° to 5 ° with respect to the horizontal reference plane z, and the inclination angle θ of the steep slope portion 16b is ₂ Is preferably in the range of 40 ° to 60 °. Inclination angle θ of gentle slope 16a ₁ If the range is less than 0.5 °, the average luminance of the light source unit 11 decreases, and if it exceeds 5 °, the amount of emitted light in the bar light guide 13 cannot be made uniform. Further, the inclination angle θ of the steep slope portion 16b ₂ However, when the angle is less than 40 ° and exceeds 60 °, the amount of light that leaks through the steep slope portion 16b increases, and the amount of light emitted from the emission surface 13a (that is, the luminance of the light source unit 11) is preferably reduced. Absent. Furthermore, the formation pitch P of the protrusions 16 is preferably 0.1 mm or more and 0.4 mm or less.
[0026]
If the protrusion 16 constituting the bar light guide 13 is formed in the above-described range, the light propagating in the bar light guide 13 is emitted toward the light guide plate 12 without loss by almost 100% total reflection. Therefore, it greatly contributes to the realization of a liquid crystal display device capable of bright and clear display.
[0027]
Referring to FIG. 2 again, in the liquid crystal panel 20, a liquid crystal layer 23 is sandwiched between an upper substrate 21 and a lower substrate 22 that are arranged to face each other, and the liquid crystal layer 23 is a peripheral edge on the inner surface side of the

substrates

21 and 22. It is set as the structure sealed with the sealing material 24 provided in the plane frame shape along the part. A liquid crystal control layer 26 is formed on the inner surface side (lower substrate 22 side) of the upper substrate 21, and illumination light and external light of the front light 10 are applied to the inner surface side (upper substrate 21 side) of the lower substrate 22. A reflective layer 27 having a metal thin film for reflection is formed, and a liquid crystal control layer 28 is formed on the reflective layer 27.
[0028]
The liquid crystal control layers 26 and 28 are configured to include an electrode for driving and controlling the liquid crystal layer 23, an alignment film, and the like, and also include a semiconductor element for switching the electrode. In some cases, a color filter for color display may be provided.
[0029]
The reflective layer 27 includes a reflective film made of a highly reflective metal thin film such as aluminum or silver for reflecting external light incident on the liquid crystal display panel 20 or illumination light of the front light 10, and has a specific direction. It is preferable to provide light scattering means for preventing the reflected light from becoming strong and the visibility of the liquid crystal display device from being lowered. As this light scattering means, there can be used a reflection film provided with a concavo-convex shape, a scattering film in which resin beads having a refractive index different from the material constituting the resin film are dispersed in the resin film, and the like.
[0030]
As described above, in the liquid crystal display device of the present embodiment including the light source unit 11 of the present invention, the bar light guide 13 in the light source unit 11 that supplies light to the light guide plate 12 disposed on the front surface of the liquid crystal panel 20. The exit surface 13a has a prism shape, and the steep slope 16b of the ridge 16 of the exit surface 13a is formed so as to generate an obtuse reflected light with respect to the light propagating through the bar light guide 13. As a result, the reflectance of propagating light incident on the steep slope portion 16b can be improved, and the luminance of the illumination light can be increased. In addition, since the reflectance of the steep slope portion 16b is improved as described above, a useless amount of leakage light that does not contribute to illumination of the liquid crystal display panel 20 is reduced. Furthermore, since the prism shape is formed on the surface of the light guide plate 12 that faces the incident surface 12a, there is no possibility that the protrusion 16 is damaged.
[0031]
Therefore, according to the light source unit of the present invention and the illuminating device including the same, high luminance and uniform illumination light can be obtained. According to the liquid crystal display device including such a light source unit and the illuminating device, high contrast and high intensity can be obtained. An indication of quality is obtained.
[0032]
In the above embodiment, as the prism shape formed on the exit surface 13a of the bar light guide 13 in the light source unit 11, the protrusion 16 has a wedge shape in cross section and the exit surface 13a has a saw blade shape in cross section. Although the light source unit has been described, the prism shape of the emission surface 13a is not limited to the previous shape, and it is only necessary to have a structure that can efficiently emit illumination light using the steep slope portion. FIG. 6 shows another embodiment of the light source unit according to the present invention, which is a partial cross section of a front light including a light guide plate having a substantially rectangular wave-shaped exit surface in which a plurality of protrusions having a substantially trapezoidal cross section are formed in an array. It is sectional drawing which shows a structure.
[0033]
A light source unit 30 shown in FIG. 6 includes a bar light guide 32 having a partial cross-sectional structure shown in FIG. 6 instead of the bar light guide 13 of the light source unit 11 shown in FIG. 1 and FIG. The overall appearance is almost the same as the light source unit 11 shown in FIG.
[0034]
The lower surface side of the bar light guide 32 is an emission surface 32b, and the opposite side of the emission surface 32b is a reflection surface 32c. A plurality of protrusions 34 extending in the direction perpendicular to the paper surface are arranged on the emission surface 32b. The reflecting surface 32c is a flat surface. The protrusion 34 has a substantially trapezoidal cross section in which the flat portion 34a is a ceiling portion, and first slope portions (slope portions) 34b and second slope portions 34c are formed on both sides in the width direction. The part 34b has an inclination angle θ with respect to the horizontal reference plane z. ₂ And the second inclined surface portion 34c has an inclination angle θ. ₃ And inclined. Further, the first slope portion 34 b and the second slope portion 34 c are inclined to the same side with respect to the normal line of the bar light guide 32. A space between

adjacent protrusions

34 and 34 is a bottom surface portion 34d formed on a flat surface, and in the light source unit 30 of the present embodiment, an exit surface 32b other than the first and

second slope portions

34b and 34c. The flat area is formed so as to be a flat surface parallel to the horizontal reference plane z together with the flat portion 34a of the protrusion 34.
[0035]
Inclination angle θ of the first slope portion 34b ₂ Is the inclination angle θ of the steep slope portion 16b shown in FIG. ₂ In the same manner as in the above, the obtuse angle (θ ₄ ) To generate reflected light in the direction. Inclination angle θ of the second slope portion 34c ₃ Is preferably in the range of 40 ° to 60 °. By setting it as the said range, the light which leaks from the 1st slope part 34b decreases, and the brightness | luminance of the light source unit 30 can be raised. The formation pitch P of the protrusions 34 is preferably 0.1 mm or more and 0.4 mm or less.
[0036]
If the protrusion 34 constituting the bar light guide 32 is formed in the above-described range, the light propagating in the bar light guide 32 is emitted toward the light guide plate without loss by almost 100% total reflection. Therefore, it contributes greatly to the realization of a liquid crystal display device capable of bright and clear display.
[0037]
Also with the light source unit 30 of the present embodiment having the above-described configuration, the light incident on the first inclined surface portion 34b can be efficiently reflected and used as illumination light, so that illumination light with high luminance can be obtained. In addition, since the amount of light transmitted through the first inclined surface portion 34b and emitted toward the facing surface 32c is reduced, the contrast can be lowered by applying the illumination device including the light source unit 30 to the liquid crystal display device. And high quality display can be obtained. In addition, since the planar area of the emission surface 32b other than the

slope portions

34b and 34c is a flat surface, the light propagating through the bar light guide 32 is less likely to leak from the surfaces other than the slope portions. It is possible to improve the luminance of the illumination light by increasing the use efficiency of the light source.
[0038]
In the

light source units

11 and 30 of each of the above-described embodiments, the thickness T (the apex portions of the

protrusions

16 and 34, the top surface portion 8 and the reflecting

surfaces

13b and 32c in the bar light guides 13 and 32 shown in FIGS. Is constant in the longitudinal direction of the bar light guides 13 and 32, and the width L of the steep slope portion 16b and the first and

second slope portions

34b and 34c of the

protrusions

16 and 34 is also the same as that of the exit surfaces 13a and 32b. Although it is constant in the plane, if these T and L are changed in accordance with the distance from the light source, the illuminance of the light emitted from the exit surface of the bar light guide is more evenly aligned and uneven. Is more preferable.
[0039]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the light source unit of the embodiment in which the thickness T of the bar light guide described above is changed according to the distance from the light source. For example, the light source unit 41 that emits light toward the light guide plate 40 installed adjacent to the liquid crystal display panel includes a bar light guide 42 and a light emitting element (light source) 43 as in the above-described embodiment. Yes. The bar light guide 42 is a rectangular bar-shaped transparent member made of, for example, a transparent acrylic resin, and the light emitting element (light source) 43 is made of one or a plurality of LEDs, and emits white light, for example. It is a point light source.
[0040]
In the bar light guide 42, the side facing the entrance surface 40a of the light guide plate 40 forms an exit surface 42a, and the opposite side of the exit surface 42a forms a reflection surface 42b. On the exit surface 42a of the bar light guide 42, a plurality of protrusions 44 are formed in a stripe shape in plan view in parallel to each other to form a prism shape, and the reflective surface 42b opposite to the exit surface 42a is flat. Is formed.
[0041]
The protrusion 44 formed on the exit surface 42a of the bar light guide 42 is configured by a pair of slope portions formed to be inclined with respect to the horizontal reference plane z of the exit surface 42a, as in the above-described embodiments. One of these slope portions is a gentle slope portion 44a, and the other is a steep slope portion (slope portion) 44b formed at a steeper slope than the gentle slope portion 44a. ing. Furthermore, in the present embodiment, the thickness of the bar light guide 42 expressed by the distance between the apex portion of the protrusion 44 and the reflecting surface 42b is changed depending on the position of the bar light guide 42 in the longitudinal direction A. . That is, at both ends in the longitudinal direction A of the bar light guide 42, the thickness is formed as a minimum as T1, and from there, the thickness is formed as a maximum as T2 toward the center of the longitudinal direction A of the bar light guide 42. Has been.
[0042]
The change in the thickness of the bar light guide 42 in the longitudinal direction A may be formed such that, for example, T1 is set to about 2.8 mm and T2 is set to about 3.0 mm, and the gap between them is gradually raised. Thus, if the thickness of the bar light guide 42 in the longitudinal direction A is changed according to the distance from the light emitting element (light source) 43, the light emitted from the emission surface 42a toward the light guide plate 40 is emitted. The illuminance can be made uniform over the entire width of the surface 42a, and uneven brightness can be eliminated.
[0043]
If the light source unit 41 is used to illuminate the liquid crystal panel from the light guide plate 40, the light propagating in the bar light guide 42 can be emitted toward the light guide plate 40 without loss with almost 100% reflectance. Can greatly contribute to improving the visibility of the liquid crystal panel. The inventor has verified that luminance unevenness can be prevented by uniformizing the amount of light emitted from the light source unit 41 by changing the thickness of the bar light guide 42 in the longitudinal direction A. It is detailed.
[0044]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a light source unit of an embodiment in which the width L of the steep slope portion of the protrusion in the bar light guide is changed according to the distance from the light source. For example, the light source unit 51 that emits light toward the light guide plate 50 installed adjacent to the liquid crystal display panel includes a bar light guide 52 and a light emitting element (light source) 53 as in the above-described embodiment. Yes. The bar light guide 53 is a rectangular bar-like transparent member made of, for example, a transparent acrylic resin, and the light emitting element (light source) 53 is made of one or a plurality of LEDs, and emits white light, for example. It is a point light source.
[0045]
In the bar light guide 52, the side facing the entrance surface 50a of the light guide plate 50 forms an exit surface 52a, and the opposite side of the exit surface 52a forms a reflection surface 52b. On the exit surface 52a of the bar light guide 52, a plurality of protrusions 54 are formed in a stripe shape in plan view in parallel with each other to form a prism shape, and the reflection surface 52b opposite to the exit surface 52a is flat. Is formed.
[0046]
The protrusion 54 formed on the emission surface 52a of the bar light guide 52 is configured by a pair of inclined portions formed to be inclined with respect to the horizontal reference plane z of the emission surface 52a, as in the above-described embodiments. One of these slope portions is a gentle slope portion 54a, and the other is a steep slope portion (slope portion) 54b formed at a steeper slope than the gentle slope portion 54a. ing.
[0047]
Furthermore, in the present embodiment, the width of the steep slope portion (slope portion) 54 b is changed depending on the position of the bar light guide 52 in the longitudinal direction A. That is, on the light emitting element (light source) 53 side of the bar light guide 52, the width of the steep slope portion 54b is minimized as L1, and the width of the steep slope portion (slope portion) 54b farthest from the light emitting element 53 is L2. And the width of the steep slope 54b is formed so as to gradually increase from L1 to L2. As a result, the width of the steep slope portion 54 b increases as the distance from the light emitting element (light source) 53 increases.
[0048]
The change in the width of the steep slope portion 54b in the longitudinal direction A of the bar light guide 42 is such that, for example, L1 is set to about 10 μm and L2 is set to about 50 μm, and the width of the steep slope portion 54b of the protrusion 54 formed therebetween is gradually increased. What is necessary is just to shape | mold so that it may become large. In this way, by gradually increasing the width of the steep slope portion 54b as the distance from the light emitting element (light source) 53 increases, the light emitted from the emission surface 52a toward the light guide plate 50 extends over the entire width of the emission surface 52a. The illuminance can be made uniform and luminance unevenness can be eliminated.
[0049]
If the light source unit 51 is used to illuminate the liquid crystal panel from the light guide plate 50, the light propagating through the bar light guide 52 can be emitted toward the light guide plate 50 without loss with a reflectance of almost 100%. Can greatly contribute to improving the visibility of the liquid crystal panel. The inventor has verified that luminance unevenness can be prevented by changing the width of the steep slope portion 54b of the ridge 54 by making the amount of light emitted from the light source unit 51 uniform, which will be described in detail in the following embodiments. ing.
[0050]
【Example】
Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by examples. However, the following examples do not limit the technical scope of the present invention. First, a bar light guide 13 having the same configuration as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 was prepared as a first example. As a sample of the present invention, the inclination angle θ of the gentle slope portion 16a of the bar light guide 13 ₁ Is set to 2.3 °, and the inclination angle θ of the steep slope portion 16b ₂ 5 measurement samples that are changed from 35 ° to 50 ° in 5 ° increments, and tilt angle θ ₂ And a measurement sample with an angle of 65 ° were prepared.
[0051]
On the other hand, as a comparative example, a bar light guide having a V-shaped groove formed on the surface opposite to the exit surface facing the side end surface (incident surface) of the light guide plate shown in JP-A-2002-324424 is provided. Prepared as a sample of a conventional example.
[0052]
Light was incident on the six bar light guides 13 according to the embodiment of the present invention thus prepared and the conventional bar light guide from the light sources having the same brightness, and the brightness of the emitted light was measured. Table 1 shows the result of the luminance measurement of the first embodiment described above. Note that the item of luminance indicates the luminance ratio of each measurement sample when the luminance of light emitted from the bar light guide in the conventional example is 100.
[0053]
[Table 1]

[0054]
As is apparent from Table 1, the inclination angle θ of the steep slope portion 16b as in the front light (illumination device) of the present invention. ₂ It was confirmed that the brightness of the emitted light can be increased by setting the angle between 40 ° and 55 ° as compared with the front light having the conventional configuration. In particular, the tilt angle θ ₂ When the angle is set to 45 ° to 50 °, it has been found that emitted light having a brightness 1.2 times that of the front light having the conventional configuration can be obtained.
[0055]
Next, as a second example, a bar light guide 32 having the same configuration as that of the second embodiment shown in FIG. 6 was prepared. As a sample of the present invention, the inclination angle θ of the first inclined surface portion 34b of the bar light guide 32 ₂ And the inclination angle θ of the second inclined surface portion 34c. ₃ 5 measurement samples, each of which is changed in increments of 5 ° from 35 ° to 50 °, and the inclination angle θ ₂ , Θ ₃ And a measurement sample with an angle of 65 ° were prepared.
[0056]
On the other hand, as a comparative example, a groove having a V-shaped cross section is formed on the surface opposite to the exit surface facing the side end surface (incident surface) of the light guide plate as disclosed in JP-A-2002-324424 as in the first embodiment. The bar light guide was prepared as a sample of a conventional example.
[0057]
Light was incident on the six bar light guides 32 according to the embodiment of the present invention thus prepared and a conventional bar light guide from a light source having the same brightness, and the brightness of the emitted light was measured. Table 2 shows the result of the luminance measurement of the second embodiment described above. Note that the item of luminance indicates the luminance ratio of each measurement sample when the luminance of light emitted from the bar light guide in the conventional example is 100.
[0058]
[Table 2]

[0059]
As is apparent from Table 2, the inclination angle θ of the first inclined surface portion 34b of the bar light guide 32 is as in the front light (illumination device) of the present invention. ₂ And the inclination angle θ of the second inclined surface portion 34c. ₃ It was confirmed that the brightness of the emitted light can be increased by setting each of the angles from 40 ° to 55 ° as compared with the front light having the conventional configuration. In particular, the tilt angle θ ₂ , Θ ₃ When the angle is set to 45 ° to 50 °, it has been found that emitted light having a luminance of about 1.2 times that of a front light having a conventional configuration can be obtained.
[0060]
As a third example, a bar light guide 42 having the same configuration as that of the third embodiment shown in FIG. 7 was prepared. As a sample of the present invention, three measurement samples were prepared in which the maximum thickness T2 of the bar light guide 42 was set to 3.0 mm and the minimum thickness T1 was set to 2.95 mm, 2.80 mm, and 2.50 mm, respectively. .
[0061]
On the other hand, as a comparative example, as in each of the examples described above, a bar light guide formed with a groove having a V-shaped cross section as disclosed in JP-A-2002-324424 was prepared as a sample of the conventional example.
[0062]
The light from the light source having the same luminance is respectively incident on the three bar light guides 42 according to the embodiment of the present invention prepared in this way and the conventional bar light guide, and the brightness and brightness unevenness of the emitted light are reduced. It was measured. Table 3 shows the results of luminance and luminance unevenness measurement of the third embodiment described above. The luminance item indicates the luminance ratio of each measurement sample when the luminance of the emitted light from the bar light guide of the conventional example is 100, and the luminance unevenness item indicates the luminance of the emitted light. The percentage is the minimum value divided by the maximum value multiplied by 100.
[0063]
[Table 3]

[0064]
As is apparent from Table 3, the brightness of the emitted light can be increased by changing the thickness of the bar light guide 42 as compared with the front light of the conventional configuration as in the front light (illumination device) of the present invention. It was confirmed that the luminance can be increased and the luminance unevenness can be reduced. In particular, when the maximum thickness T2 is 3.0 mm and the minimum thickness T1 is set to 2.80 mm to 2.50 mm, the emitted light can be 1.1 times as bright as the conventional front light. There was found. It was also found that the luminance unevenness was greatly improved when the minimum thickness T1 was around 2.80 mm.
[0065]
Furthermore, as a fourth example, a bar light guide 52 having the same configuration as that of the fourth embodiment shown in FIG. 8 was prepared. As a sample of the present invention, three measurement samples were prepared in which the minimum width of the steep slope portion 54b of the bar light guide 52 was set to 10 μm, and the maximum width L2 of the steep slope portion 54b was set to 30 μm, 50 μm, and 70 μm. did.
[0066]
On the other hand, as a comparative example, as in each of the examples described above, a bar light guide formed with a groove having a V-shaped cross section as disclosed in JP-A-2002-324424 was prepared as a sample of the conventional example.
[0067]
The light from the light source having the same luminance is respectively incident on the three bar light guides 52 according to the embodiment of the present invention thus prepared and the conventional bar light guide, and the luminance and luminance unevenness of the emitted light are reduced. It was measured. Table 4 shows the results of the luminance and luminance unevenness measurement of the fourth embodiment described above. The luminance item indicates the luminance ratio of each measurement sample when the luminance of the emitted light from the bar light guide of the conventional example is 100, and the luminance unevenness item indicates the luminance of the emitted light. The percentage is the minimum value divided by the maximum value multiplied by 100.
[0068]
[Table 4]

[0069]
As is apparent from Table 4, as in the front light (illumination device) of the present invention, the width of the steep slope portion 54b of the bar light guide 52 is increased as the distance from the light source increases, so that the front light of the conventional configuration is compared. Thus, it was confirmed that the luminance of the emitted light can be increased and the luminance unevenness can be reduced. In particular, it has been found that the larger the maximum width L2 of the steep slope portion 54b is, the larger the luminance is as compared with a front light having a conventional configuration. Further, it has been found that the luminance unevenness is greatly improved when the maximum width L2 of the steep slope portion 54b is around 50 μm.
[0070]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the light source unit of the present invention, the light that is introduced into the bar light guide and propagates can be emitted with almost 100% reflectance without loss. This greatly contributes to the improvement in the illuminance of light emitted from the exit surface. The prism shape is constituted by a plurality of ridges formed on the exit surface, a steep slope portion is formed on the propagation direction side of the propagation light of the ridge, and the traveling direction of the propagation light incident on the steep slope portion, The angle formed with the traveling direction of the reflected light emitted from the steep slope is an obtuse angle, and the inclination angle θ of the gentle slope ₁ 0.5 ° to 5 °, steep slope angle θ ₂ Is set between 40 ° and 55 ° And the inclination angle of the steep slope is increased as the ridge is moved away from the light source. By doing so, the amount of light reflected by the slope can be increased, and the amount of light emitted from the exit surface can be increased.
[0071]
Formed so that the angle of inclination of the slope portion increases with distance from the light source Because The light emitted from the emission surface can make the illuminance uniform over the entire width of the emission surface, and it is possible to eliminate unevenness in luminance.
[0073]
If the light source unit described above is applied to an illuminating device including a light guide plate that propagates light emitted from the light source unit and irradiates an object to be illuminated, it greatly contributes to improvement in illuminance of light emitted from the illuminating device. . In addition, if this lighting device is applied to a simple matrix type or active matrix type liquid crystal display device, it contributes to the realization of a liquid crystal display device capable of reducing illumination unevenness of the liquid crystal panel and capable of clear display with excellent visibility. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a liquid crystal display device including a light source unit of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of the liquid crystal display device shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the light source unit shown in FIG. 2;
4 is a partial cross-sectional view for explaining a light guide state of the light source unit shown in FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view for explaining a reflection state of propagating light by the protrusion shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a light source unit according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a light source unit according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment of a light source unit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
9 Liquid crystal display device
10 Front light
11 Light source unit
13 bar light guide
13a Output surface
13c Incident surface
15 Light emitting element (light source)
16 ridges
16a Slow slope (slope)
16b Steep slope (slope)

Claims

光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、
前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成され、前記バー導光体の出射面と反対側には平坦な反射面が形成されるとともに、
前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の断面視くさび状の突条により構成され、前記突条が急斜面部と緩斜面部からなり、前記急斜面部と緩斜面部のうち、突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成され、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度が鈍角とされ、前記急斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成され、前記平坦な反射面に平行な基準面に対し、前記緩斜面部のなす角度をθ_１とし、前記急斜面部のなす角度をθ_２として、前記緩斜面部の傾斜角度θ_１が０．５゜以上５゜以下とされ、前記急斜面部の傾斜角度θ_２が４０°以上５５°以下に設定され、前記突条は前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなることを特徴とする光源ユニット。An object to be illuminated, which has a light source and a bar light guide that introduces light from the light source into the inside from the incident surface at the side end and emits the light from the emission surface with uniform illuminance, and is disposed adjacent to the emission surface A light source unit that supplies light toward a light guide plate that illuminates
A prism shape for reflecting and emitting propagating light inside the bar light guide is formed on the exit surface of the bar light guide, and a flat reflective surface on the side opposite to the exit surface of the bar light guide Is formed,
The prism shape is configured by a plurality of wedge-shaped protrusions in cross-sectional view formed on the exit surface, and the protrusion includes a steep slope part and a gentle slope part, and among the steep slope part and the gentle slope part, A steep slope portion is formed on the traveling direction side of the propagating light, and an angle formed by the traveling direction of the propagating light incident on the steep slope portion and the traveling direction of the reflected light emitted from the steep slope portion is an obtuse angle. The inner surface of the portion is formed to face the outer surface side of the exit surface, and an angle formed by the gentle slope portion with respect to a reference plane parallel to the flat reflective surface is θ _1, and an angle formed by the steep slope portion is As θ ₂ , an inclination angle θ _{1 of the} gentle slope portion is set to 0.5 ° to 5 °, an inclination angle θ _{2 of the} steep slope portion is set to 40 ° to 55 ° , and the protrusion is the light source. The inclination angle of the steep slope is increased as the distance from A light source unit characterized by comprising.

前記突条のピッチが０．１ｍｍ以上０.４ｍｍ以下とされてなることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。2. The light source unit according to claim 1, wherein a pitch of the protrusions is 0.1 mm or more and 0.4 mm or less.

前記急斜面部の傾斜角度θ_２が４５°以上５０°以下に設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光源ユニット。 3. The light source unit according to claim 1, wherein an inclination angle θ _{2 of the} steep slope portion is set to 45 ° or more and 50 ° or less.

請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板とを備えたことを特徴とする照明装置。Lighting device for a light source unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a light guide plate to irradiate the object to be illuminated by propagating emitted light from the light source unit.

請求項４に記載の照明装置と、液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising the illumination device according to claim 4 and a liquid crystal display panel.