JP4336520B2 - Light guide and front light illumination device including the same - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、反射型液晶表示装置の暗所での視認性の向上を図るための補助光源として反射型液晶表示装置に光を照射するフロントライト照明装置等に用いられる導光体と、フロントライト照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶は屋外の直射日光があたる明るい場所では表示がほとんど見えなくなるが、反射型液晶は鮮明に見える。また反射型液晶は周囲光を利用するため消費電力が少ないというメリットがあるため、携帯電話や携帯情報端末に用いられている。しかし暗所では周囲光が利用できないため画像が認識できない。このため補助照明装置が必要であるが、反射型液晶表示装置は背面に反射膜を有しているため透過型液晶のようなバックライトを利用することができない。
【０００３】
そこで、反射型液晶パネルを照射するフロントライト照射装置が用いられている。フロントライト照明装置は、例えば特許文献１に示すようなものがある。
このフロントライト照明装置は、図１９、２０に示すように、厚さ１〜２ｍｍの導光板６０と光源７０を備えたものである。光源７０はＬＥＤ又は冷陰極管で構成されている。導光板６０は、光源７０からの光を入射する入射面６１を有しており、導光板６０の表面は、導光板６０内の光を反射させて液晶パネル側へ射出する急斜面６６と、導光板６０の内の光を表面から外方へ射出する緩斜面６５とから構成されている。
【０００４】
このフロントライト照明装置では、入射面６１から入射された光は、導光板６０の表面及び裏面で全反射を繰り返して導光板内を伝達する。そして、急斜面６６で反射した光の一部は、裏面での全反射条件からずれるため、裏面を透過して下方の液晶パネル側（図示略）に射出光ＬＡとして射出するようになっている。この液晶表示パネル側に射出した射出光ＬＡは、液晶の表示パターンの反射光となって、再び導光板６０の裏面から導光板６０に入射し表面を透過して観察者が認識できるようになっている。このフロントライト照射装置では、導光板６０内における内部光の光量は、光源７０側から離れるにしたがって徐々に減少する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１０２２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフロントライト照明装置では、導光板６０内における内部光の光量が光源７０側から離れるにしたがって徐々に減少しているのに対し、各急斜面６６の面積は一様であるので、光源７０側に近い急斜面６６ａで反射して射出した射出光ＬＡ１は、光源７０から遠い急斜面６６ｂで反射して射出した射出光ＬＡ２よりも明るくなる。従って、図４の曲線ａに示すように、導光板６０内における内部光の反射光量が光源７０側から離れるにつれて徐々に減少するので、導光板６０の各位置から射出する光が一様でなく、不均一となるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、導光体から射出する射出光が均一となる導光体を提供すると共に、この導光体を備えたフロントライト照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、光源からの光を内部に入射する入射面と、この入射面に対向する終端面と、入射面から入射された内部光を被照射物側へ射出すると共に被照射物からの反射光を入射する第１射出面と、この第１射出面に対向すると共に、反射光を観測者側へ射出する第２射出面とを有する導光体において、前記第２射出面には、線状の複数の突起部が形成されており、前記各突起部は、前記第２射出面において前記入射面から前記終端面に向かって並列に配置されていると共に、第２射出面の平坦面に対する各突起部の高さは、入射面から終端面に近づくにつれて次第に高くなるように設定し、前記各突起部は、断面三角形状の突起であり、前記入射面から最も近い突起部の高さをｈ０、前記入射面から最も近い突起部の入射面からの距離をｘ０、入射面から最も遠い突起部の高さをｈｍ、入射面から最も遠い突起部の入射面からの距離をｘｍとし、ある突起部の高さｈは入射面からその突起部までの距離をｘとして、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ
と表され（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍ、ｎは２．５〜３．５であり、前記突起部のピッチを一定としたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜１８は本発明の実施の形態を示している。図１は本発明の導光体とこれを備えたフロントライト型照明装置と、このフロントライト照明装置の下方に配置された被照射物の斜視図である。
図１に示すように、フロントライト照明装置１は、導光体２と、光源３とを有しており、下方に配置された被照射物４に対して光源３の光を導光体２を介して照射するものである。この被照射物４は例えば反射型液晶パネル４ａとし、図１又は２に示すように、導光体２から照射された光を反射型液晶パネル４ａの表示部５側で反射して、この反射型液晶パネル４ａに導光体２を介して対向している観測者Ｅに反射型液晶パネル４ａの表示部５に表示された画像等を提供するものである。
【００１７】
フロントライト型照明装置１の導光体２（導光板）は、薄い板状に形成され、光を内部に入射する側端側の入射面７と、この入射面７に対向する終端面８と、第１射出面９、第２射出面１０とを有している。フロントライト型照明装置１の光源３は、冷陰極管、又はＬＥＤ等から構成されており、入射面７の側方に配置され、光源３からの点又は直線状の光は、入射面７から導光体２の内部へと入射するようになっている。
【００１８】
導光体２の第１射出面９は、導光体２の裏面側の平坦な面であって、反射型液晶パネル４ａの表示部５の上部に位置するように設けられている。この第１射出面９は、入射面７から入射された内部光Ｌ１を反射型液晶パネル４ａ側へ射出（透過）すると共に反射型液晶パネル４ａからの反射光Ｌ２を入射（透過）する機能を有している。導光体２の第２射出面１０は、第１射出面９に対向する表面側の面であって、この第２射出面１０の表面には、複数の帯状（線状）の突起部１１が形成されている。この第２射出面１０は、反射型液晶パネル４ａの表示部５から反射された反射光Ｌ２を観測者Ｅ側へ射出（透過）すると共に、内部光Ｌ１を第１射出面９側に反射する機能を有している。
【００１９】
各突起部１１は、断面三角形状の突起であり、突起部１１の頂部稜線が入射面７の長手方向に略平行になるように、入射面７から終端面８に向かって複数、並列に配置している。各突起部１１の長さＬは、略一定であり、各突起部１１の配列ピッチＰは、略一定となっている。各突起部１１の高さＨ（第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の高さＨ）は、入射面７から終端面８に近づくにつれて次第に高くなっている。また、突起部１１は、反射型液晶パネル４ａの表示部５からの反射光Ｌ２を透過する第１傾斜面１２と、第２傾斜面１３とから構成されている。この第１傾斜面１２は、突起部１１の頂部稜線から見て、法線Ｎから入射面７側の傾斜であり、第２傾斜面１３は、終端面８側の傾斜である。
【００２０】
図３に示すように、各突起部１１において、第１傾斜面１２は第２傾斜面１３に比べ、緩やかな傾斜となっており、第２射出面１０の平坦面に対する第１傾斜面１２の傾斜角度α、及び第２射出面１０の平坦面に対する第２傾斜面１３の傾斜角度βは一定である。第２傾斜面１３は、内部光Ｌ１を第１射出面９側に反射して、その光を、第１射出面９に沿って設けられている反射型液晶パネル４ａの表示部５に射出（照射）する機能を有している。
したがって、第１、２射出面９、１０により、入射面７から導光体２内に入射した内部光Ｌ１は次のようになる。
【００２１】
図２、３に示すように、入射面７から内部に入射した内部光Ｌ１は、第１射出面９と第２射出面１０とで反射しながら、終端面８側に向けて伝搬していき、内部光Ｌ１の一部は第２射出面１０の第２傾斜面１３で反射して、第１射出面９側へ向かい、その光は、第１射出面９から反射型液晶パネル４ａの表示部５に向けて第１射出面９から射出光Ｌ３として射出し、反射型液晶パネル４ａの表示部５側から反射した反射光Ｌ２は、第１射出面９から内部へ入射し、その反射光Ｌ２は、導光体２内を厚み方向（法線Ｎ方向）に伝搬して、第２射出面１０の第１傾斜面１２及び第２射出面１０の平坦面から観測者Ｅ側に射出する。
ここにおいて、第２傾斜面１３で反射して反射型液晶パネル４ａに入射する光は、突起部１１の構成により、均一となっている。
【００２２】
図２、３に示すように、入射面７から入射された内部光Ｌ１の一部は、各突起部１１の第２傾斜面１３により反射して、反射型液晶パネル４ａの表示部５に伝搬するので、この導光体２内を伝搬している内部光Ｌ１の光量（輝度）は、光源３から離れるにしたがって（入射面７側から終端面８側になるにつれて）徐々に減少する。
【００２３】
本実施の形態の場合、それぞれの突起部１１の長さＬが一定であり、第１、２傾斜面１２、１３の傾斜角度α、βが一定であるため、突起部１１の高さＨを入射面７から終端面８になるにしたがって（入射面７から離れるにつれて）次第に高くすると、各突起部１１の第２傾斜面１３における光の反射面積は、入射面７側から終端面８側になるにしたがって徐々に増加する。そのため、内部光Ｌ１の光量が終端面８側になるにつれて次第に減少したとしても、第２傾斜面１３の反射面積増加により第２傾斜面１３に当たる内部光Ｌ１の割合が増加するので、各第２傾斜面１３における反射光量は、略一定となり、これにより、反射型液晶パネル４ａに伝搬する射出光Ｌ３は、全体的に均一化される。
言い換えれば、内部光Ｌ１量の多い位置においては、第２傾斜面１３の反射面積を少なくすると共に、内部光Ｌ２量の少ない位置においては、第２傾斜面１３の反射面積を増加させることで、各第２傾斜面１３が反射する反射光量のばらつきをなくしている。
【００２４】
図２に示すように、突起部１１の配列ピッチＰは一定とし、この配列ピッチＰは、反射型液晶パネル４ａの表示部５の画素ピッチよりも小さいか又は同じとすれば、反射型液晶パネル４ａの表示部５の２重写りを防止すると共に、画質が低下することもない。
ここで、図３に示すように、第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の第１傾斜面１２の傾斜角度αを一定、第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の第２傾斜面１３の傾斜角度βを一定としたとき、第２射出面１０に形成可能な突起部１１の最大の高さは、
Ｈ＝ｐ・ｔａｎα・ｔａｎβ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）
と表される。例えば、α＝６°（一定）、β＝４０°（一定）、Ｐ＝１００μｍとすると、最大の高さは、９．３μｍとなる。
【００２５】
また、入射面７から最も近い突起部１１の高さをｈ０、入射面７から最も近い突起部１１の入射面７からの距離をｘ０、入射面７から最も遠い突起部１１の高さをｈｍ、入射面７から最も遠い突起部１１の入射面７からの距離をｘｍとする。ある突起部１１の高さｈは入射面７から距離をｘとすると、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ ・・（１）
と表される（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）。ここで、例えば、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍとする。
【００２６】
例えば、各突起部１１の第１傾斜面１２の傾斜角度α＝６°（一定）とし、各突起部１１の第２傾斜面１３の傾斜角度β＝４０°（一定）とし、各突起部１１の配列ピッチＰを１００μｍしたときの各突起部１１の高さｈを算出し、入射面７から最も近い突起部１１からの距離に対しての反射光量をｎ＝２．０〜４．０の範囲で測定すると、図４に示すような結果になった。図４によれば、入射面７から最も近い突起部１１から離れた位置においても比較的、反射光量は均一化している。このグラフよりｎは２．５〜３．５とするのが好ましい。特に、（１）式においてｎ＝３．０の場合、最も反射光量が均一化している。
なお、図４において、曲線ａは突起部のピッチ及び高さを一定としたときの従来のフロントライト装置の反射光量であり、従来に比べ、本実施の形態では、光源３から離れても反射光量が低下することがない。
【００２７】
ところで、図３に示すように、突起部１１の第２傾斜面１３に当たった内部光Ｌ１は、すべて第２傾斜面１３で反射するわけではなく、一部は迷光Ｌ４として観測者Ｅ側に射出する。この迷光Ｌ４が多く、且つ、この迷光Ｌ４の射出方向が法線Ｎ方向と略一致している場合、即ち、迷光Ｌ４と法線Ｎとの迷光角度ｉ２が０°近傍の場合、観測者Ｅは、反射型液晶パネル４ａの表示部５が見にくくなる恐れがある。また、迷光Ｌ４が多くなると、導光体２内を伝搬する内部光Ｌ１の減少率が増加するので、反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の輝度が減少し、コントラストが低下して、表示部４ａの視認性が悪くなる恐れがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、第１射出面９の平坦面に対する第１傾斜面１２の傾斜角度αを、４°〜１０°とし、第２射出面１０の平坦面に対する第２傾斜面１３の傾斜角度βを、３５°〜４５°とすることによって、迷光Ｌ４の量を抑えて反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の輝度を向上させている。
なお、導光体２から反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の伝搬方向は、法線Ｎ方向が好ましく、通常、この導光体２から反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の法線Ｎとの射出光角度ｉ１は、０°近傍になるように、第１傾斜面１２の傾斜角度α、第２傾斜面１３の傾斜角度βは設定される。
【００２９】
例えば、第２傾斜面１３の傾斜角度βを４０°（一定）とし、第１傾斜面１２の傾斜角度αを２°〜２０°まで２°刻みに変化させたときの、射出光角度ｉ１及び迷光角度ｉ２に対する射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度及び迷い光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は、図５〜図１４のようになった。図５〜図１４に示すように、第１傾斜面１２の傾斜角度αが４°〜２０°では、射出光角度ｉ１が０°近傍での射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は１．２以上であり、傾斜角度αの変化による差異は少ない。傾斜角度αが１０°以上になると、全体的に迷光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光量が増加する。
したがって、図６〜９に示すように、第１傾斜面１２の傾斜角度αは、射出光Ｌ３の光強度が高く（１．２以上）、且つ、迷光Ｌ４の量の少なくなる角度、即ち、４°〜１０°の範囲で設定するのが好ましい。
【００３０】
また、第１傾斜面１２の傾斜角度αを６°（一定）とし、第２傾斜面１３の傾斜角度βを３０°〜５０°まで５°刻みに変化させたときの、射出光角度ｉ１及び迷光角度ｉ２に対する射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度及び迷い光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は、図７及び図１５〜１８に示すようになった。図１５に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βが３０°では、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度がピークとなるときの射出光角度ｉ１は、３０°前後となっており、射出光角度ｉ１は０°よりも大きくずれている。さらに、図１８に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βが５０°では、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度がピークとなるときの射出光角度ｉ１は、−２０°前後となり、射出光角度ｉ１は０°よりも大きくずれている。
したがって、図７及び図１６〜１７に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βは、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度のピークが射出光角度ｉ１が０°の近傍となる角度、即ち、３５°〜４５°の範囲で設定するのが好ましい。
【００３１】
以上、第２射出面１０の突起部１１の構成によれば、光源３（入射面７）から左右方向に離れるにしたがって、突起部１１の高さを増加させて、突起部１１における光の反射面積を増加しているので、光源２から離れた位置においても、各突起部１１における反射光量が略一定となり、さらに、突起部１１の配列ピッチＰは一定であるので、反射型液晶パネル４ａに射出する射出光Ｌ３の輝度が全体的に均一化する。
【００３２】
また、第１傾斜面１２、及び、第２傾斜面１３の傾斜角度α、βを上記のように設定することによって、導光体２から射出する迷光Ｌ４の量を減少させることができ、これにより、光源３の光の効率を向上させ、フロントライト照明装置１において省電力化が図ることが可能となる。
さらに、各突起部１１の配列ピッチＰと反射型液晶パネル４ａの表示部５の画素ピッチとを対応させれば、表示部５の１画素当たりの（単位面積当たり）の入射する光量を略一定とすることが可能である。
【００３３】
本発明は、上記記載の実施の形態に限定されることなく適宜に設計変更が可能である。上記の実施の形態では、互いの突起部１１の配列ピッチＰを一定としたが、被照射物の形態に合わせて、不規則にしてもよい。
【００３４】
また、上記の実施の形態では、入射面７とそれに対向する終端面８を設けていたが、これに代え、終端面８を他の入射面７’として、その入射面７’の側方に光源３を設け、導光体２の左右両端面から光を導光体２内に入射するようにしてもよい。この場合、突起部１１の高さは、光源２（入射面７及び入射面７’）から離れるにしたがって高くすればよいので、導光体２の左右方向中心部に位置する突起部１１が最も高く、その突起部１１から入射面７、入射面７’方向に近づくにしたがって徐々に突起部１１の高さを低くすればよい。
【００３５】
また、フロントライト照明装置１と反射型液晶パネル４ａとを備えた反射型液晶装置は、各種の画像表示装置等に搭載することができる。この反射型液晶装置は、例えば、パーソナルコンピュータ（ノートパソコン）、携帯端末（ＰＤＡ）、ポータブルテレビジョン等に搭載できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、導光体及びそれを備えたフロントライト照明装置では、被照射物へ照射する射出光を均一化することが可能となる。また、導光体から射出する迷光の量を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導光体とそれを備えたフロントライト照明装置の下方に配置された被照射物（反射型液晶パネル）の分解斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】内部光の伝搬と突起部の説明図である。
【図４】距離ｘにおける反射光量の分布図である。
【図５】第１傾斜角度（α＝２°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図６】第１傾斜角度（α＝４°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図７】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図８】第１傾斜角度（α＝８°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図９】第１傾斜角度（α＝１０°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１０】第１傾斜角度（α＝１２°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１１】第１傾斜角度（α＝１４°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１２】第１傾斜角度（α＝１６°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１３】第１傾斜角度（α＝１８°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１４】第１傾斜角度（α＝２０°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１５】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝３０°）における射出光強度の特性図である。
【図１６】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝３５°）における射出光強度の特性図である。
【図１７】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝４５°）における射出光強度の特性図である。
【図１８】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝５０°）における射出光強度の特性図である。
【図１９】従来のフロントライト照明装置の斜視図である。
【図２０】従来のフロントライト照明装置の側面図である。
【符号の説明】
１ フロントライト照明装置
２ 導光体
３ 光源
４ 被照射物
５ 表示部
７ 入射面
８ 終端面
９ 第１射出面
１０ 第２射出面
１１ 突起部
１２ 第１傾斜面
１３ 第２傾斜面
Ｅ 観測者
Ｌ１ 内部光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ 射出光
Ｌ４ 迷光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes, for example, a light guide used in a front light illumination device or the like that irradiates light to a reflective liquid crystal display device as an auxiliary light source for improving the visibility of the reflective liquid crystal display device in a dark place, The present invention relates to a front light illumination device.
[0002]
[Prior art]
The transmissive liquid crystal is almost invisible in bright places exposed to direct sunlight outdoors, but the reflective liquid crystal looks clear. Reflective liquid crystals are used in mobile phones and portable information terminals because they use ambient light and have the advantage of low power consumption. However, the image cannot be recognized in the dark because ambient light is not available. For this reason, an auxiliary illumination device is required. However, since the reflective liquid crystal display device has a reflective film on the back surface, a backlight such as a transmissive liquid crystal cannot be used.
[0003]
Therefore, a front light irradiation device that irradiates a reflective liquid crystal panel is used. For example, Patent Document 1 discloses a front light illumination device.
As shown in FIGS. 19 and 20, the front light illumination device includes a light guide plate 60 and a light source 70 having a thickness of 1 to 2 mm. The light source 70 is composed of an LED or a cold cathode tube. The light guide plate 60 has an incident surface 61 on which light from the light source 70 is incident. The surface of the light guide plate 60 reflects the light in the light guide plate 60 and emits it toward the liquid crystal panel, and a light guide plate 60. The light plate 60 is composed of a gentle slope 65 that emits light from the surface outward.
[0004]
In this front light illumination device, light incident from the incident surface 61 is transmitted through the light guide plate by repeating total reflection on the front and back surfaces of the light guide plate 60. Since a part of the light reflected by the steep slope 66 deviates from the total reflection condition on the back surface, the light passes through the back surface and is emitted as the emitted light LA to the lower liquid crystal panel side (not shown). The emitted light LA emitted to the liquid crystal display panel side becomes reflected light of the liquid crystal display pattern, enters the light guide plate 60 from the back surface of the light guide plate 60 again, passes through the surface, and can be recognized by the observer. ing. In this front light irradiation device, the amount of internal light in the light guide plate 60 gradually decreases as the distance from the light source 70 side increases.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-110223
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional front light illumination device, the amount of internal light in the light guide plate 60 gradually decreases as it moves away from the light source 70 side, whereas the area of each steep slope 66 is uniform. The emitted light LA1 reflected and emitted from the steep slope 66a close to is brighter than the emitted light LA2 reflected and emitted from the steep slope 66b far from the light source 70. Therefore, as shown by a curve a in FIG. 4, the amount of reflected light of the internal light in the light guide plate 60 gradually decreases as the distance from the light source 70 side increases, so that the light emitted from each position of the light guide plate 60 is not uniform. There was a problem of non-uniformity.
[0007]
Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a light guide that emits light emitted from the light guide uniformly, and an object of providing a front light illumination device including the light guide. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the light incident surface from which the light from the light source is incident, the end surface facing the light incident surface, and the internal light incident from the light incident surface are emitted to the irradiated object side and the object is irradiated. In the light guide having a first emission surface on which reflected light from the irradiated object is incident and a second emission surface facing the first emission surface and emitting the reflected light to the observer side, the second emission A plurality of linear projections are formed on the surface, and each projection is arranged in parallel from the entrance surface to the end surface on the second exit surface, and the second exit surface The height of each protrusion relative to the flat surface of the surface is set so as to gradually increase from the incident surface toward the end surface, and each protrusion is a protrusion having a triangular cross section, and is the protrusion closest to the incident surface. The height of the part is h0, is the incident surface of the projection closest to the incident surface? X0, the height of the projection farthest from the incident surface is hm, the distance of the projection farthest from the incidence surface from the entrance surface is xm, and the height h of a certain projection is from the incidence surface to the projection. X is the distance of
h = h0 + (hm−h0) * ((x−x0) / (xm−x0)) ^ n
(K ^ j represents k to the power of j), h0 is 0.2 hm to 0.4 hm, n is 2.5 to 3.5, and the pitch of the protrusions is constant. It is what.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 18 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of a light guide according to the present invention, a front light type illumination device including the light guide, and an irradiation object disposed below the front light illumination device.
As shown in FIG. 1, the front light illuminating device 1 includes a light guide 2 and a light source 3, and the light from the light source 3 to the irradiated object 4 disposed below the light guide 2. It irradiates via. The irradiated object 4 is, for example, a reflective liquid crystal panel 4a. As shown in FIG. 1 or 2, the light irradiated from the light guide 2 is reflected on the display unit 5 side of the reflective liquid crystal panel 4a, and this reflection is performed. An image or the like displayed on the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a is provided to an observer E facing the liquid crystal panel 4a with the light guide 2 interposed therebetween.
[0017]
The light guide 2 (light guide plate) of the front light type illumination device 1 is formed in a thin plate shape, and has an incident surface 7 on the side end side on which light is incident and an end surface 8 facing the incident surface 7. And a first exit surface 9 and a second exit surface 10. The light source 3 of the front light illuminating device 1 is composed of a cold cathode tube, an LED, or the like, and is disposed on the side of the incident surface 7, and a point or linear light from the light source 3 is transmitted from the incident surface 7. The light enters the light guide 2.
[0018]
The first exit surface 9 of the light guide 2 is a flat surface on the back side of the light guide 2 and is provided so as to be positioned above the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a. The first emission surface 9 has a function of emitting (transmitting) the internal light L1 incident from the incident surface 7 to the reflective liquid crystal panel 4a side and incident (transmitting) the reflected light L2 from the reflective liquid crystal panel 4a. Have. The second light exit surface 10 of the light guide 2 is a surface facing the first light exit surface 9, and a plurality of strip-like (linear) protrusions 11 are formed on the surface of the second light exit surface 10. Is formed. The second emission surface 10 emits (transmits) the reflected light L2 reflected from the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a to the observer E side, and reflects the internal light L1 to the first emission surface 9 side. It has a function.
[0019]
Each protrusion 11 is a protrusion having a triangular cross section, and a plurality of protrusions 11 are arranged in parallel from the incident surface 7 toward the end surface 8 so that the top ridge line of the protrusion 11 is substantially parallel to the longitudinal direction of the incident surface 7. is doing. The length L of each protrusion 11 is substantially constant, and the arrangement pitch P of each protrusion 11 is substantially constant. The height H of each protrusion 11 (the height H of each protrusion 11 with respect to the flat surface of the second exit surface 10) gradually increases from the incident surface 7 toward the end surface 8. In addition, the protrusion 11 includes a first inclined surface 12 that transmits the reflected light L2 from the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a, and a second inclined surface 13. The first inclined surface 12 is inclined from the normal N to the incident surface 7 side, and the second inclined surface 13 is inclined to the end surface 8 side, as viewed from the top ridge line of the protrusion 11.
[0020]
As shown in FIG. 3, in each protrusion 11, the first inclined surface 12 has a gentler inclination than the second inclined surface 13, and the first inclined surface 12 is flat with respect to the flat surface of the second emission surface 10. The inclination angle α and the inclination angle β of the second inclined surface 13 with respect to the flat surface of the second exit surface 10 are constant. The second inclined surface 13 reflects the internal light L1 toward the first exit surface 9 and emits the light to the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a provided along the first exit surface 9 ( Irradiation).
Therefore, the internal light L1 incident on the light guide 2 from the incident surface 7 by the first and second exit surfaces 9 and 10 is as follows.
[0021]
As shown in FIGS. 2 and 3, the internal light L <b> 1 incident on the inside from the incident surface 7 propagates toward the end surface 8 while being reflected by the first exit surface 9 and the second exit surface 10. A part of the internal light L1 is reflected by the second inclined surface 13 of the second exit surface 10 and travels toward the first exit surface 9, and the light is displayed from the first exit surface 9 on the reflective liquid crystal panel 4a. Reflected light L2 emitted from the first exit surface 9 toward the unit 5 as the exit light L3 and reflected from the display unit 5 side of the reflective liquid crystal panel 4a enters the inside from the first exit surface 9, and the reflected light. L2 propagates in the light guide 2 in the thickness direction (normal N direction) and exits from the first inclined surface 12 of the second exit surface 10 and the flat surface of the second exit surface 10 to the observer E side. .
Here, the light reflected by the second inclined surface 13 and incident on the reflective liquid crystal panel 4 a is uniform due to the configuration of the protrusions 11.
[0022]
As shown in FIGS. 2 and 3, a part of the internal light L1 incident from the incident surface 7 is reflected by the second inclined surface 13 of each protrusion 11 and propagates to the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a. Therefore, the light quantity (luminance) of the internal light L1 propagating through the light guide 2 gradually decreases as the distance from the light source 3 increases (from the incident surface 7 side to the end surface 8 side).
[0023]
In the case of the present embodiment, the length L of each protrusion 11 is constant, and the inclination angles α and β of the first and second inclined surfaces 12 and 13 are constant. When the height is gradually increased from the incident surface 7 toward the end surface 8 (as the distance from the incident surface 7 increases), the reflection area of light on the second inclined surface 13 of each protrusion 11 is from the incident surface 7 side to the end surface 8 side. It gradually increases as it becomes. Therefore, even if the light amount of the internal light L1 gradually decreases as it approaches the end surface 8, the ratio of the internal light L1 that strikes the second inclined surface 13 increases due to an increase in the reflection area of the second inclined surface 13, and thus each second The amount of reflected light on the inclined surface 13 becomes substantially constant, and thereby the emitted light L3 propagating to the reflective liquid crystal panel 4a is made uniform as a whole.
In other words, by reducing the reflective area of the second inclined surface 13 at a position where the amount of internal light L1 is large, and increasing the reflective area of the second inclined surface 13 at a position where the amount of internal light L2 is small, Variation in the amount of reflected light reflected by each second inclined surface 13 is eliminated.
[0024]
As shown in FIG. 2, if the arrangement pitch P of the protrusions 11 is constant, and this arrangement pitch P is smaller than or equal to the pixel pitch of the display unit 5 of the reflection type liquid crystal panel 4a, the reflection type liquid crystal panel. In addition to preventing the double display of the display unit 5 of 4a, the image quality is not deteriorated.
Here, as shown in FIG. 3, the inclination angle α of the first inclined surface 12 of each protrusion 11 with respect to the flat surface of the second exit surface 10 is constant, and the protrusion 11 of each protrusion 11 with respect to the flat surface of the second exit surface 10 is constant. When the inclination angle β of the second inclined surface 13 is constant, the maximum height of the protrusion 11 that can be formed on the second exit surface 10 is
H = p · tan α · tan β / (tan α + tan β)
It is expressed. For example, if α = 6 ° (constant), β = 40 ° (constant), and P = 100 μm, the maximum height is 9.3 μm.
[0025]
Further, the height of the protrusion 11 closest to the incident surface 7 is h0, the distance from the incident surface 7 of the protrusion 11 closest to the incident surface 7 is x0, and the height of the protrusion 11 farthest from the incident surface 7 is hm. The distance from the incident surface 7 of the projection 11 farthest from the incident surface 7 is xm. When the height h of a certain projection 11 is x from the incident surface 7,
h = h0 + (hm−h0) * ((x−x0) / (xm−x0)) ^ n (1)
(K ^ j represents k to the power of j). Here, for example, h0 is set to 0.2 hm to 0.4 hm.
[0026]
For example, the inclination angle α of the first inclined surface 12 of each protrusion 11 is 6 ° (constant), the inclination angle β of the second inclined surface 13 of each protrusion 11 is 40 ° (constant), and each protrusion 11 The height h of each projection 11 when the arrangement pitch P is 100 μm is calculated, and the amount of reflected light with respect to the distance from the projection 11 closest to the incident surface 7 is n = 2.0 to 4.0. When measured in the range, the result shown in FIG. 4 was obtained. According to FIG. 4, the amount of reflected light is relatively uniform even at a position away from the projection 11 closest to the incident surface 7. From this graph, n is preferably 2.5 to 3.5. In particular, when n = 3.0 in equation (1), the amount of reflected light is most uniform.
In FIG. 4, a curve a is a reflected light amount of the conventional front light device when the pitch and height of the protrusions are constant, and in this embodiment, it is reflected even away from the light source 3 compared to the conventional case. The amount of light does not decrease.
[0027]
By the way, as shown in FIG. 3, not all the internal light L1 that hits the second inclined surface 13 of the protrusion 11 is reflected by the second inclined surface 13, but part of the internal light L1 is stray light L4 on the observer E side. Eject. When the stray light L4 is large and the emission direction of the stray light L4 substantially coincides with the normal N direction, that is, when the stray light angle i2 between the stray light L4 and the normal N is near 0 °, the observer E May be difficult to see the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a. Further, when the stray light L4 increases, the decrease rate of the internal light L1 propagating through the light guide 2 increases, so that the luminance of the emitted light L3 emitted to the reflective liquid crystal panel 4a decreases, and the contrast decreases. There is a possibility that the visibility of the display unit 4a may deteriorate.
[0028]
Therefore, in the present embodiment, the inclination angle α of the first inclined surface 12 with respect to the flat surface of the first exit surface 9 is set to 4 ° to 10 °, and the second inclined surface 13 with respect to the flat surface of the second exit surface 10 is set. By setting the inclination angle β to 35 ° to 45 °, the amount of the stray light L4 is suppressed and the luminance of the emitted light L3 emitted to the reflective liquid crystal panel 4a is improved.
The propagation direction of the emitted light L3 emitted from the light guide 2 to the reflective liquid crystal panel 4a is preferably the normal N direction, and usually the emitted light L3 emitted from the light guide 2 to the reflective liquid crystal panel 4a. The inclination angle α of the first inclined surface 12 and the inclination angle β of the second inclined surface 13 are set so that the emission light angle i1 with the normal line N is in the vicinity of 0 °.
[0029]
For example, when the inclination angle β of the second inclined surface 13 is 40 ° (constant) and the inclination angle α of the first inclined surface 12 is changed from 2 ° to 20 ° in increments of 2 °, the emission light angle i1 and The light intensity of the emitted light L3 (TE, TM) and the light intensity of the stray light L4 (TE, TM) with respect to the stray light angle i2 are as shown in FIGS. As shown in FIGS. 5 to 14, when the inclination angle α of the first inclined surface 12 is 4 ° to 20 °, the light intensity of the emitted light L3 (TE, TM) when the emitted light angle i1 is near 0 ° is 1. .2 or more, and the difference due to the change in the inclination angle α is small. When the inclination angle α is 10 ° or more, the amount of stray light L4 (TE, TM) increases as a whole.
Therefore, as shown in FIGS. 6 to 9, the inclination angle α of the first inclined surface 12 is an angle at which the light intensity of the emitted light L3 is high (1.2 or more) and the amount of the stray light L4 is reduced, that is, It is preferable to set in the range of 4 ° to 10 °.
[0030]
Further, when the inclination angle α of the first inclined surface 12 is 6 ° (constant) and the inclination angle β of the second inclined surface 13 is changed from 30 ° to 50 ° in increments of 5 °, the emission light angle i1 and The light intensity of the emitted light L3 (TE, TM) and the light intensity of the stray light L4 (TE, TM) with respect to the stray light angle i2 are as shown in FIG. 7 and FIGS. As shown in FIG. 15, when the inclination angle β of the second inclined surface 13 is 30 °, the emission light angle i1 when the light intensity of the emission light L3 (TE, TM) reaches a peak is around 30 °. Thus, the emission light angle i1 is greatly deviated from 0 °. Further, as shown in FIG. 18, when the inclination angle β of the second inclined surface 13 is 50 °, the emission light angle i1 when the light intensity of the emission light L3 (TE, TM) reaches a peak is around −20 °. Thus, the emission light angle i1 is greatly deviated from 0 °.
Therefore, as shown in FIGS. 7 and 16 to 17, the inclination angle β of the second inclined surface 13 is such that the peak of the light intensity of the emitted light L3 (TE, TM) is in the vicinity of the emitted light angle i1 of 0 °. The angle is preferably set in the range of 35 ° to 45 °.
[0031]
As described above, according to the configuration of the protruding portion 11 of the second emission surface 10, the height of the protruding portion 11 is increased as the distance from the light source 3 (incident surface 7) increases in the left-right direction, and light is reflected at the protruding portion 11. Since the area is increased, the amount of reflected light at each protrusion 11 is substantially constant even at a position away from the light source 2, and the arrangement pitch P of the protrusions 11 is constant. The brightness of the emitted light L3 to be emitted is made uniform as a whole.
[0032]
Moreover, by setting the inclination angles α and β of the first inclined surface 12 and the second inclined surface 13 as described above, the amount of stray light L4 emitted from the light guide 2 can be reduced. As a result, the light efficiency of the light source 3 can be improved, and power saving can be achieved in the front light illumination device 1.
Furthermore, if the arrangement pitch P of the projections 11 is made to correspond to the pixel pitch of the display unit 5 of the reflective liquid crystal panel 4a, the amount of incident light per pixel (per unit area) of the display unit 5 is substantially constant. Is possible.
[0033]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate. In the above-described embodiment, the arrangement pitch P of the protrusions 11 is constant, but may be irregular according to the form of the irradiated object.
[0034]
In the above-described embodiment, the incident surface 7 and the end surface 8 opposite to the incident surface 7 are provided. Instead, the end surface 8 is used as another incident surface 7 'and is formed on the side of the incident surface 7'. A light source 3 may be provided, and light may enter the light guide 2 from both left and right end surfaces of the light guide 2. In this case, since the height of the protrusion 11 may be increased as the distance from the light source 2 (incident surface 7 and incident surface 7 ′) increases, the protrusion 11 located at the center in the left-right direction of the light guide 2 is the most. What is necessary is just to make the height of the projection part 11 low gradually as it approaches the entrance plane 7 and entrance plane 7 'direction from the projection part 11 high.
[0035]
The reflective liquid crystal device including the front light illumination device 1 and the reflective liquid crystal panel 4a can be mounted on various image display devices. This reflective liquid crystal device can be mounted on, for example, a personal computer (notebook personal computer), a portable terminal (PDA), a portable television, and the like.
[0036]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a light guide and a front light illuminating device provided with it, it becomes possible to equalize the emitted light irradiated to a to-be-irradiated object. In addition, the amount of stray light emitted from the light guide can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a light guide according to the present invention and an object to be irradiated (reflective liquid crystal panel) disposed below a front light illumination device including the light guide.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of internal light propagation and protrusions.
FIG. 4 is a distribution diagram of the amount of reflected light at a distance x.
FIG. 5 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 2 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 6 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 4 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 7 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 6 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 8 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 8 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 9 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 10 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 10 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 12 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 11 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 14 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 12 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 16 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 13 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 18 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 14 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 20 °) and a second tilt angle (β = 40 °).
FIG. 15 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 6 °) and a second tilt angle (β = 30 °).
FIG. 16 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 6 °) and a second tilt angle (β = 35 °).
FIG. 17 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 6 °) and a second tilt angle (β = 45 °).
FIG. 18 is a characteristic diagram of emitted light intensity at a first tilt angle (α = 6 °) and a second tilt angle (β = 50 °).
FIG. 19 is a perspective view of a conventional front light illumination device.
FIG. 20 is a side view of a conventional front light illumination device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Front light illuminating device 2 Light guide 3 Light source 4 Subject 5 Display part 7 Incident surface 8 Termination surface 9 1st exit surface 10 2nd exit surface 11 Protrusion part 12 1st inclined surface 13 2nd inclined surface E Observer L1 Internal light L2 Reflected light L3 Emission light L4 Stray light

Claims (1)

光源からの光を内部に入射する入射面と、この入射面に対向する終端面と、入射面から入射された内部光を被照射物側へ射出すると共に被照射物からの反射光を入射する第１射出面と、この第１射出面に対向すると共に、反射光を観測者側へ射出する第２射出面とを有する導光体において、
前記第２射出面には、線状の複数の突起部が形成されており、前記各突起部は、前記第２射出面において前記入射面から前記終端面に向かって並列に配置されていると共に、第２射出面の平坦面に対する各突起部の高さは、入射面から終端面に近づくにつれて次第に高くなるように設定し、
前記各突起部は、断面三角形状の突起であり、前記入射面から最も近い突起部の高さをｈ０、前記入射面から最も近い突起部の入射面からの距離をｘ０、入射面から最も遠い突起部の高さをｈｍ、入射面から最も遠い突起部の入射面からの距離をｘｍとし、ある突起部の高さｈは入射面からその突起部までの距離をｘとして、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ
と表され（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍ、ｎは２．５〜３．５であり、前記突起部のピッチを一定としたことを特徴とする導光体。 An incident surface for entering light from the light source, an end surface facing the incident surface, and the internal light incident from the incident surface are emitted to the irradiated object side and reflected light from the irradiated object is incident. In a light guide having a first emission surface and a second emission surface that faces the first emission surface and emits reflected light to the observer side,
A plurality of linear projections are formed on the second exit surface, and the projections are arranged in parallel on the second exit surface from the entrance surface toward the end surface. The height of each protrusion relative to the flat surface of the second exit surface is set so as to gradually increase from the entrance surface to the end surface ,
Each of the protrusions is a protrusion having a triangular cross section, the height of the protrusion closest to the incident surface is h0, the distance from the incident surface of the protrusion closest to the incident surface is x0, and is the farthest from the incident surface. The height of the protrusion is hm, the distance from the incident surface of the protrusion farthest from the incident surface is xm, and the height h of a certain protrusion is x the distance from the incident surface to the protrusion,
h = h0 + (hm−h0) * ((x−x0) / (xm−x0)) ^ n
(K ^ j represents k to the power of j), h0 is 0.2 hm to 0.4 hm, n is 2.5 to 3.5, and the pitch of the protrusions is constant. A light guide.

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