JP4530923B2

JP4530923B2 - Light source and backlight

Info

Publication number: JP4530923B2
Application number: JP2005180778A
Authority: JP
Inventors: 博史山口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: JP2007005016A

Description

本発明は、各種照明装置や表示装置に用いられる発光素子を用いた光出射効率の高い光源に関し、さらに当該光源が組み込まれたバックライトに関する。 The present invention relates to a light source with high light emission efficiency using a light emitting element used in various illumination devices and display devices, and further relates to a backlight incorporating the light source.

近年、発光素子として発光効率の高い発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」）が開発され、文字などをドットマトリクス表示する各種情報表示装置および交通用信号機などの表示機器に広く応用されている。さらに、ＬＥＤは、液晶表示装置用のバックライトの光源としての応用も、携帯電話などの小型表示装置を中心に拡大している。 In recent years, light-emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) with high luminous efficiency have been developed as light-emitting elements, and are widely applied to display devices such as various information display devices that display characters in a dot matrix and traffic signals. Furthermore, the application of the LED as a light source of a backlight for a liquid crystal display device has been expanded mainly for small display devices such as mobile phones.

ＬＥＤを用いてバックライトを形成する場合には、液晶表示装置の表示画面の大きさに応じて個数を調整した複数のＬＥＤ素子が用いられる。なお、ＬＥＤ素子をそれぞれ封止したものと、電極が形成されたパッケージ素子とを１つの回路基板上に配列して構成される光源を、導光板の端面に配置して光を導光板に入力させる方法（例えば、特許文献１参照）が一般的である。 When a backlight is formed using LEDs, a plurality of LED elements whose number is adjusted according to the size of the display screen of the liquid crystal display device are used. A light source configured by arranging LED elements sealed and a package element having electrodes formed on one circuit board is disposed on the end face of the light guide plate, and light is input to the light guide plate. The method of making it (for example, refer patent document 1) is common.

さらに、１つの回路基板上に複数のＬＥＤ素子を配列して一体的に封止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法においては、導光板の入射面の長手方向に広い開口が設けられており、個々のパッケージング素子を配列した場合に比べて、導光板の入射面の近傍で生じる明るさの斑の軽減が図られている。また、複数のＬＥＤ素子を一括して封止し、切断して製造出来るので、製造工程を簡略化して効率よく作成出来る。 Furthermore, a method of arranging a plurality of LED elements on one circuit board and sealing them integrally has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this method, a wide opening is provided in the longitudinal direction of the incident surface of the light guide plate, and brightness spots generated near the incident surface of the light guide plate are reduced compared to the case where individual packaging elements are arranged. Is planned. In addition, since a plurality of LED elements can be collectively sealed and cut and manufactured, the manufacturing process can be simplified and efficiently created.

図６および図７を参照して、上述の１つの回路基板上に複数のＬＥＤを配列して一体的に封止した光源を用いて構成されるバックライトの一例（特許文献１）について説明する。具体的には、図６は、バックライトにおいて、導光板１１０の側面部に光源１２０が配
された状態を示している。そして、図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示している。なお、図７には、図６において省略されている光学フィルム１５０が明示されている。 With reference to FIG. 6 and FIG. 7, an example (Patent Document 1) of a backlight configured using a light source in which a plurality of LEDs are arranged and integrally sealed on the above-described one circuit board will be described. . Specifically, FIG. 6 shows a state where the light source 120 is arranged on the side surface of the light guide plate 110 in the backlight. FIG. 7 shows a VII-VII cross section in FIG. In FIG. 7, the optical film 150 omitted in FIG. 6 is clearly shown.

図６に示すように、回路基板１２２の上に配列された複数のＬＥＤ１２１が封止樹脂から成る封止部１２３によって封止されて光源１２０が形成されている。光源１２０は導光板１１０の側面に配置されている。光源１２０から発せられた光Ｌは、導光板１１０の側面部に位置する入射面１１５から導光板１１０内部に入射する。入射した光Ｌは、導光板１１０の互いに対向する２つの主面間を全反射を繰り返しながら、導光板１１０の内部を伝播する。２つの対向する主面とは、導光板１１０から光Ｌを外部に出射する出射面１１１と、導光板１１０の内部に光Ｌを反射する反射面１１２である。 As shown in FIG. 6, a plurality of LEDs 121 arranged on a circuit board 122 are sealed by a sealing portion 123 made of a sealing resin to form a light source 120. The light source 120 is disposed on the side surface of the light guide plate 110. The light L emitted from the light source 120 enters the light guide plate 110 from the incident surface 115 located on the side surface of the light guide plate 110. The incident light L propagates through the light guide plate 110 while repeating total reflection between two opposing main surfaces of the light guide plate 110. The two opposing main surfaces are an emission surface 111 that emits light L from the light guide plate 110 to the outside and a reflection surface 112 that reflects the light L inside the light guide plate 110.

出射面１１１に対向する反射面１１２の表面には、導光板１１０の内部を伝播する光Ｌの一部を出射面１１１を介して外部に出射させるために、所定の密度分布、所定の大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸が形成されている。拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、および大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶表示装置の表示画面の全面にわたってほぼ一様な照明が実現出来る。さらに、反射面１１２の側に反射シート１４０を設けることにより、反射面１１２から導光板１１０の外部に漏れる一部の光を、導光板１１０に向かって反射させることによって光Ｌの損失を防止している。なお、光源１２０から発せられた光Ｌが、出射面１１１以外の部分を介して導光板１１０の外部に出射することを光の損失と言う。 On the surface of the reflection surface 112 facing the emission surface 111, a predetermined density distribution and a predetermined size are provided so that a part of the light L propagating inside the light guide plate 110 is emitted to the outside through the emission surface 111. The diffuse reflection layer or the unevenness for reflection is formed. By appropriately setting the density distribution and size distribution for forming the diffuse reflection layer or the reflection irregularities, substantially uniform illumination can be realized over the entire display screen of the liquid crystal display device. Further, by providing the reflective sheet 140 on the reflective surface 112 side, a part of light leaking from the reflective surface 112 to the outside of the light guide plate 110 is reflected toward the light guide plate 110 to prevent the loss of the light L. ing. Note that light L emitted from the light source 120 is emitted outside the light guide plate 110 through a portion other than the emission surface 111, which is referred to as light loss.

また、バックライトから出射する光Ｌの指向性を制御して所望の配光特性で液晶パネル（図示せず）を照明するために、出射面１１１側に拡散フィルムおよびプリズムシートに代表される光学フィルム１５０が一般的に設置される。さらに、導光板１１０の端面（入射面１１５）に光Ｌを有効に入射させるためには、ＬＥＤ１２１から発せられる光Ｌを導光板１１０の入射面１１５に対応する限定された領域に集中する必要がある。そのために、光源１２０を挟み込むように、リフレクタ１３０が設けられる。しかしながら、図７に示すような、光源１２０の側面部にリフレクタ１３０を単純に配置する構造では必ずしも光を有効利用出来ない。 Further, in order to illuminate the liquid crystal panel (not shown) to control the directivity of light L emitted from the backlight at the desired light distribution characteristics, typified by the diffusion film and the prism sheet on the emission surface 11 1 side An optical film 150 is generally installed. Furthermore, in order to make the light L effectively enter the end surface (incident surface 115) of the light guide plate 110, it is necessary to concentrate the light L emitted from the LEDs 121 in a limited region corresponding to the incident surface 115 of the light guide plate 110. is there. Therefore, a reflector 130 is provided so as to sandwich the light source 120. However, the structure in which the reflector 130 is simply arranged on the side surface of the light source 120 as shown in FIG.

以下に、図８を参照して、光源１２０の側面部にリフレクタ１３０を単純に配置する構造では光を有効利用出来ない理由について具体的に説明する。図８には、図７において、円Ｃで囲まれた光源１２０が左に９０度回転させた状態で拡大されて示されている。同図において点線で示すように、ＬＥＤ１２１から導光板１１０の入射面１１５に対して右方向に逸れた方向に発せられた光Ｌ’は、封止部１２３の右側面１２３ＳＲから外部に漏れ出す。漏れ出た光Ｌ’は、リフレクタ１３０によって反射されて、封止部１２３に再入射する。 Hereinafter, the reason why light cannot be effectively used in the structure in which the reflector 130 is simply disposed on the side surface of the light source 120 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8 is an enlarged view of the light source 120 surrounded by a circle C in FIG. 7 in a state rotated 90 degrees to the left. As indicated by a dotted line in the drawing, the light L ′ emitted from the LED 121 in the direction deviated to the right with respect to the incident surface 115 of the light guide plate 110 leaks out from the right side surface 123 SR of the sealing portion 123. The leaked light L ′ is reflected by the reflector 130 and reenters the sealing portion 123.

封止部１２３の内部に再入射した光Ｌ’は、封止部１２３の前面部１２３Ｆによって、封止部１２３の左側面１２３ＳＬに向かって全反射される。つまり、封止材１２３として一般に使用可能な透明材料の屈折率は１．５程度である。この場合、空気との界面での臨界角は約４２度であり、互いに直交する面の一方に空気側から入射した光は他方の面で必ず全反射する。つまり、空気からの入射光は、封止部材内では、その入射面における法線方向から４２度以上にはなり得ず、それと直交する面にその法線から４８度以下の角度で入射し得ないからである。これは、平行平板の側面から入射した光は全反射を繰り返しながら伝播するという導光板１１０のメカニズムからも明らかである。 The light L ′ re-entered inside the sealing portion 123 is totally reflected by the front surface portion 123 F of the sealing portion 123 toward the left side surface 123 SL of the sealing portion 123. That is, the refractive index of a transparent material that can be generally used as the sealing material 123 is about 1.5. In this case, the critical angle at the interface with air is about 42 degrees, and light incident on one of the surfaces orthogonal to each other from the air side is always totally reflected by the other surface. That is, the incident light from the air cannot be more than 42 degrees from the normal direction on the incident surface in the sealing member, and can be incident on the surface orthogonal to the normal angle at an angle of 48 degrees or less from the normal line. Because there is no. This is also clear from the mechanism of the light guide plate 110 in which light incident from the side surface of the parallel plate propagates while repeating total reflection.

そして、光Ｌ’は、封止部１２３から射出して導光板１１０の入射面１１５に入射することなく、封止部１２３の左側面１２３ＳＬに向かい、左側面１２３ＳＬから外部に再度漏れ出す。漏れ出した光Ｌ’は、やはり、リフレクタ１３０によって反射されて、封止部１２３の内部に戻される。戻された光Ｌ’は、回路基板１２２の上に到達して、その一部は反射されて開口部に向かうものの、電極材料はレジスト材料などに吸収されて損失となる成分が発生する。 Then, the light L ′ exits from the sealing portion 123 and does not enter the incident surface 115 of the light guide plate 110, travels toward the left side surface 123 SL of the sealing portion 123, and leaks out again from the left side surface 123 SL. The leaked light L ′ is also reflected by the reflector 130 and returned to the inside of the sealing portion 123. The returned light L ′ reaches the circuit board 122 and a part of the light L ′ is reflected toward the opening. However, the electrode material is absorbed by the resist material or the like, and a loss component is generated.

このように、従来のバックライトにおいては、ＬＥＤ１２１から発せられた光Ｌ’は、リフレクタ１３０によって封止部１２３の外部に漏れ出すことは防止されるが、導光板１１０の入射面１１５に入射出来ず、バックライトの照明としては利用されない成分が発生する。つまり、光の損失は完全には防止出来ずに、ＬＥＤ１２１から発せられた光の利用効率は低下する。 Thus, in the conventional backlight, the light L ′ emitted from the LED 121 is prevented from leaking out of the sealing portion 123 by the reflector 130, but can be incident on the incident surface 115 of the light guide plate 110. In other words, a component that is not used as backlight illumination is generated. That is, loss of light is not possible to prevent completely, the utilization efficiency of light emitted from the LED121 is reduced.

図９に、上述の問題を解決するために、封止部の断面形状を工夫して、光の取り出し効率の向上が図られている光源の一例（特許文献２参照）を示す。具体的には、図９にその断面を示すように、光源２２０の封止部２２３は回路基板２２２側から出射方向Ｄｒに向かって開く台形形状に構成されている。結果、ＬＥＤ２２１から発せられた光Ｌは、封止部２２３の側面部２２３Ｓに到達すると、そこで全反射されて光源２２０の開口（封止部２２３の前面部２２３Ｆ）の方向に向かう。そして、封止部２２３の前面部２２３Ｆから、外部に射出する。つまり、上述の、図８に示したような戻り光を発生することなく、高い光利用効率を実現することが出来る。
特開２００１−４７３２１号公報特開２００４−２３５１３９号公報 FIG. 9 shows an example of a light source (see Patent Document 2) in which the cross-sectional shape of the sealing portion is devised to improve the light extraction efficiency in order to solve the above-described problem. Specifically, as shown in a cross section in FIG. 9, the sealing portion 223 of the light source 220 has a trapezoidal shape that opens from the circuit board 222 side toward the emission direction Dr. As a result, when the light L emitted from the LED 221 reaches the side surface portion 223S of the sealing portion 223, the light L is totally reflected there and travels toward the opening of the light source 220 (front surface portion 223F of the sealing portion 223). And it inject | emits outside from the front-surface part 223F of the sealing part 223. FIG. That is, high light utilization efficiency can be realized without generating return light as shown in FIG.
JP 2001-47321 A JP 2004-235139 A

しかしながら、図９に例示したような断面形状を有する光源２２０を用いると光源の開口幅（前面部２２３Ｆ）が大きくなり、厚い導光板を用いる必要が発生する。図１０を参照して、その理由について具体的に説明する。同図に示すように、封止部２２３の前面部２２３Ｆから出射される光Ｌを全て導入するためには、導光板２１０は、その入射面２１５の大きさが前面部２２３Ｆ以上に厚く構成されなければならない。なお、導光板２１０の出射面２１１の側には光学フィルム２５０が配され、反射面２１２の側には反射シート２４０が配されている。 However, when the light source 220 having the cross-sectional shape as illustrated in FIG. The reason will be specifically described with reference to FIG. As shown in the figure, in order to introduce all the light L emitted from the front surface portion 223F of the sealing portion 223, the light guide plate 210 is configured such that the incident surface 215 is thicker than the front surface portion 223F. There must be. An optical film 250 is disposed on the light exit surface 211 side of the light guide plate 210, and a reflective sheet 240 is disposed on the reflective surface 212 side.

この様に、厚い導光板２１０を用いると、必然的にバックライト自体も厚くなると共に重量も増加する。このような厚み増加あるいは重量増加は、携帯電話、ＰＤＡ、およびノートＰＣなどの携帯型情報機器にとってその商品価値が損なわれる要因となる。上述の問題を鑑みて、本発明は、発光素子からの光を少ない損失で出射面に集中することが出来る光源および当該光源を用いた効率よく明るく且つ薄型のバックライトを提供することを目的とする。 As described above, when the thick light guide plate 210 is used, the backlight itself inevitably becomes thick and the weight increases. Such an increase in thickness or weight is a factor that impairs the commercial value of portable information devices such as mobile phones, PDAs, and notebook PCs. In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a light source capable of concentrating light from a light emitting element on an emission surface with little loss, and an efficiently bright and thin backlight using the light source. To do.

上述した課題を解決するために、本発明は、矩形上の回路基板の実装面の長手方向に所定の間隔で配置実装された複数の発光素子を封止する透明材料により形成される封止部の空気界面を光取り出し面とする光源であって、
前記封止部は前記実装面の長端部に対して概ね垂直且つ互いに平行な方向に延在する２つの側面を有し、当該２つの側面にはそれぞれ前記発光素子から発せられる光を前記方向に全反射させる複数の斜面を有するプリズムアレイを備える。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sealing portion formed of a transparent material that seals a plurality of light emitting elements arranged and mounted at predetermined intervals in the longitudinal direction of a mounting surface of a rectangular circuit board. A light source having an air interface as a light extraction surface,
The sealing portion has two side surfaces extending in a direction substantially perpendicular to and parallel to the long end portion of the mounting surface, and light emitted from the light-emitting element is respectively applied to the two side surfaces in the direction. A prism array having a plurality of inclined surfaces for total reflection.

本発明に係る光源は、発光素子から側面方向へ出射する光を導光ブロックに設けた傾斜面で反射して、全反射しない角度で出射面に入射出来るので、少ない光量損失で光線を出射面に集中することが出来る。また、本発明の光源を用いた本発明のバックライトでは、発光素子からの光を有効に導光板入射面に導くことが出来るので、効率よく明るく且つ薄型のバックライトを実現出来る。 The light source according to the present invention reflects the light emitted from the light emitting element in the lateral direction on the inclined surface provided on the light guide block, and can enter the output surface at an angle that does not totally reflect the light. Can concentrate on. In addition, in the backlight of the present invention using the light source of the present invention, light from the light emitting element can be effectively guided to the incident surface of the light guide plate, so that a bright and thin backlight can be realized efficiently.

（第１の実施の形態）
以下に、図１、図２、図３および図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る光源について説明する。なお、図１は、本実施の形態にかかる光源ＬＳの外観を表している。そして、図２は、図１において矢印Ａｖに沿って見た光源ＬＳの端面の様子を表している。図１に示すように、光源ＬＳは基本的に矩形状の平板として構成されている回路基板３２２の実装面Ｐｍの上に、透明樹脂によって底面が回路基板３２２と同一形状を有する角柱状に成形された封止部３２３が設けられている。なお、回路基板３２２の実装面Ｐｍ上には、発光素子である複数のＬＥＤ３２１が実装されると共に封止部３２３によって封止されているが、図１においては作図上の都合によって表されていない。 (First embodiment)
Hereinafter, a light source according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 4. FIG. 1 shows the appearance of the light source LS according to the present embodiment. FIG. 2 shows a state of the end face of the light source LS viewed along the arrow Av in FIG. As shown in FIG. 1, the light source LS is formed in a prismatic shape with a bottom surface having the same shape as the circuit board 322 with a transparent resin on the mounting surface Pm of the circuit board 322 which is basically configured as a rectangular flat plate. A sealed portion 323 is provided. A plurality of LEDs 321 that are light emitting elements are mounted on the mounting surface Pm of the circuit board 322 and sealed by the sealing portion 323, but are not shown in FIG. 1 for convenience of drawing. .

封止部３２３は、回路基板３２２の長手方向の両端部（以降、「長端部」）に対して概ね垂直で、且つ互いに平行な２つの側面３２３Ｓを有する。さらに、封止部３２３は、回路基板３２２に対して概ね平行且つ対向する上面３２３Ｔを有する。なお、上面３２２Ｔは、両側面３２３Ｓに対して、概ね垂直である。そして、封止部３２３の短辺である両端部（以降、「短端部」）には、それぞれ側面３２３Ｓおよび上面３２３Ｔに対して、概ね垂直且つ、互いに平行な端面３２３Ｅを有する。 The sealing portion 323 has two side surfaces 323 S that are substantially perpendicular to both end portions in the longitudinal direction of the circuit board 322 (hereinafter, “long end portion”) and parallel to each other. Further, the sealing portion 323 has an upper surface 323T that is substantially parallel to and opposed to the circuit board 322. The upper surface 322T is substantially perpendicular to the both side surfaces 323S. Then, both end portions (hereinafter, “short end portions”) which are short sides of the sealing portion 323 have end surfaces 323E which are substantially perpendicular to and parallel to the side surface 323S and the upper surface 323T, respectively.

両側面３２３Ｓには、それぞれ、回路基板３２２と封止部３２３との境界、つまり実装面Ｐｍに接して、プリズムアレイ３２４が配されている。そして、側面３２３Ｓの上部には、矩形ブロック３２５が設けられている。なお、矩形ブロック３２５の下端は、プリズムアレイ３２４の上端に接すると共に、矩形ブロック３２５の上端面は、上面３２３Ｔと同一面上に位置する。 On both side surfaces 323S, a prism array 324 is disposed in contact with the boundary between the circuit board 322 and the sealing portion 323, that is, the mounting surface Pm. And the rectangular block 325 is provided in the upper part of the side surface 323S. The lower end of the rectangular block 325 is in contact with the upper end of the prism array 324, and the upper end surface of the rectangular block 325 is positioned on the same plane as the upper surface 323T.

図２は、光源ＬＳの端面３２３Ｅ側を示しているために、ＬＥＤ３２１は１つだけしか表示されていないが、回路基板３２２の上面に在る実装面Ｐｍには、その長手方向に、複数個のＬＥＤ３２１が所定の間隔で設けられてＬＥＤアレイが構成されている。ＬＥＤ３２１の発光面の中心を発光中心Ｃｅと呼び、図２において一点鎖線で示される発光中心Ｃｅより発光面に対して概ね垂直に伸びる軸を発光軸Ａｅと呼ぶ。光源ＬＳがバックライトに組み込まれる際には、非光源ＬＳから出射される光が導光板に効率良く入射するように、上面３２３Ｔは導光板の入射面に対応するように配置されている。 Since FIG. 2 shows the end surface 323E side of the light source LS, only one LED 321 is displayed, but a plurality of mounting surfaces Pm on the upper surface of the circuit board 322 are arranged in the longitudinal direction. LEDs 321 are provided at predetermined intervals to constitute an LED array. The center of the light emitting surface of the LED 321 is referred to as a light emitting center Ce, and an axis extending substantially perpendicular to the light emitting surface from the light emitting center Ce indicated by a one-dot chain line in FIG. 2 is referred to as a light emitting axis Ae. When the light source LS is incorporated in the backlight, the upper surface 323T is disposed so as to correspond to the incident surface of the light guide plate so that the light emitted from the non-light source LS efficiently enters the light guide plate.

この意味において、封止部３２３は、好ましくは、側面３２３Ｓが発光軸Ａｅに対して概ね平行で、上面３２３Ｔが発光軸Ａｅに対して概ね垂直であるように構成される。上述のように、光源ＬＳにおいては、光Ｌは、ＬＥＤ３２１の発光面から発光軸Ａｅに平行に上面３２３Ｔに向けて出射されるのが望ましい。しかしながら、実際は点線で示されるように、発光軸Ａｅに対して様々な角度を成す方向に出射されて、側面３２３Ｓを介して光源ＬＳの外部に漏れだしてしまう。この光の漏れ出しを防止する為にプリズムアレイ３２４が側面３２３Ｓに設けられている。 In this sense, the sealing portion 323 is preferably configured such that the side surface 323S is substantially parallel to the light emission axis Ae and the upper surface 323T is substantially perpendicular to the light emission axis Ae. As described above, in the light source LS, the light L is desirably emitted from the light emitting surface of the LED 321 toward the upper surface 323T in parallel with the light emitting axis Ae. However, actually, as indicated by the dotted line, the light is emitted in various directions with respect to the light emitting axis Ae and leaks to the outside of the light source LS through the side surface 323S. In order to prevent this light leakage, a prism array 324 is provided on the side surface 323S.

プリズムアレイ３２４は、好ましくは、それぞれ封止部３２３の長手方向に延在する直角三角形の断面を有する複数のプリズムＰが互いに接して形成されている。本実施の形態においては、回路基板３２２から見て、５つのプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５が順番に積み上げられてプリズムアレイ３２４が構成されているが、必要とするプリズムの数は５に限定されない。また、必要に応じて、プリズムアレイ３２４を構成するプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５をプリズムＰと総称する。 The prism array 324 is preferably formed by a plurality of prisms P each having a right-angled triangular cross section extending in the longitudinal direction of the sealing portion 323 in contact with each other. In the present embodiment, when viewed from the circuit board 322, five prisms P1, P2, P3, P4, and P5 are stacked in order to form the prism array 324. However, the number of prisms required is as follows. It is not limited to 5. Further, the prisms P1, P2, P3, P4, and P5 constituting the prism array 324 are collectively referred to as a prism P as necessary.

また、プリズムＰ１〜Ｐ５の断面形状はそれぞれ異なる大きさの直角三角形で規定されている。つまり、プリズムＰ１〜Ｐ５の直角三角形の断面形状において、直交する２辺の内で、封止部３２３の側面３２３Ｓに対して直交する辺は、回路基板３２２から遠ざかるにつれて短くなるように構成されている。つまり、プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５の順番に、その斜辺が側面３２３Ｓに対して成す角度は小さくなるように構成されている。 The cross-sectional shapes of the prisms P1 to P5 are defined by right-angled triangles having different sizes. That is, in the cross-sectional shape of the right triangle of the prisms P 1 to P 5, of the two orthogonal sides, the side orthogonal to the side surface 323 S of the sealing portion 323 is configured to become shorter as the distance from the circuit board 322 increases. Yes. That is, the angle formed by the hypotenuse with respect to the side surface 323S is reduced in the order of the prisms P1, P2, P3, P4, and P5.

これは、ＬＥＤ３２１から斜め方向に発せられた光Ｌが、プリズムアレイ３２４に入射した場合に、プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５の斜面で全反射させて、外部への漏れ出すのを防止している。つまり、側面３２３Ｓでの反射角は、ＬＥＤ３２１からの距離が近いほど大きく、遠くなるほど小さくなることに対応させている。それ故に、ＬＥＤ３２１からの距離が遠い側面３２３Ｓでは、ＬＥＤ３２１からの光Ｌは全て全反射するので、プリズムアレイ３２４の変わりに、矩形ブロック３２５が設けられている。 This is because when the light L emitted in an oblique direction from the LED 321 enters the prism array 324, it is totally reflected by the slopes of the prisms P1, P2, P3, P4, and P5 and leaks to the outside. It is preventing. That is, the reflection angle on the side surface 323S is made larger as the distance from the LED 321 is shorter, and is smaller as the distance is farther. Therefore, on the side surface 323 S far from the LED 321, all of the light L from the LED 321 is totally reflected, and therefore a rectangular block 325 is provided instead of the prism array 324.

図３を参照して、プリズムＰの斜辺の角度と、ＬＥＤ３２１との関係について説明する。図３に、図２と同様に、光源ＬＳの端面３２３Ｅをみた様子、但し側面３２３Ｓに設けられているプリズムＰ１〜Ｐ５の任意の一つが設けられている状態を示す。プリズムＰは、側面３２３Ｓに接する第１辺と、概ね直交する第２辺と、および所定の角度αを成して第１辺と第２辺をつなぐ第３辺で規定される直角三角形の断面形状を有する。以降、角度αを傾斜角と呼び、第３辺を斜辺Ｓｈ、傾斜角αに近接する第１辺を近接辺Ｓａと呼び、傾斜角αに対向する第２辺を対向辺Ｓｏと呼んで、それぞれを識別する。同様に、斜辺Ｓｈ、近接辺Ｓａ、および対向辺Ｓｏで規定される、プリズムＰの延在面をそれぞれ、斜面Ｐｈ、近接面Ｐａ、および対向面Ｐｏと識別する。 With reference to FIG. 3, the relationship between the angle of the hypotenuse of the prism P and the LED 321 will be described. FIG. 3 shows a state in which the end surface 323E of the light source LS is viewed as in FIG. 2, except that any one of the prisms P1 to P5 provided on the side surface 323S is provided. The prism P has a right triangle cross section defined by a first side that contacts the side surface 323S, a second side that is substantially orthogonal, and a third side that forms a predetermined angle α and connects the first side and the second side. Has a shape. Hereinafter, the angle alpha is referred to as a tilt angle, a third side of the hypotenuse Sh, referred to as a first side near edges Sa close to the tilt angle alpha, the second side opposite to the inclination angle alpha pair called countercurrent sides So Identify each. Similarly, the extending surface of the prism P defined by the oblique side Sh, the proximity side Sa, and the opposing side So is identified as the slope Ph, the proximity surface Pa, and the opposing surface Po, respectively.

図３には、上述の説明の便宜上、封止部３２３の側壁にプリズムＰが１つだけ設けられている例が示されている。つまり、プリズムＰは、それぞれ、その傾斜角αが回路基板３２２（実装面Ｐｍ）に近く、対向面Ｐｏが回路基板３２２から遠くに位置するように、近接面Ｐａが回路基板３２２の側壁に密着して配される。 FIG. 3 shows an example in which only one prism P is provided on the side wall of the sealing portion 323 for convenience of the above description. In other words, each of the prisms P has a proximity surface Pa in close contact with the side wall of the circuit board 322 such that the inclination angle α is close to the circuit board 322 (mounting surface Pm) and the facing surface Po is located far from the circuit board 322. Arranged.

上述のように構成された光源ＬＳにおいて、プリズムＰの斜面Ｐｈが側面３２３Ｓあるいは発光軸Ａｅに対して垂直な法線Ｌｎと対して成す角度をθ１として、αとθ１との間には、次式（１）で表現される関係がある。
α＋θ１＝π／２・・・・（１） In the light source LS configured as described above, the angle formed by the inclined surface Ph of the prism P with respect to the side surface 323S or the normal Ln perpendicular to the light emission axis Ae is θ1, and between α and θ1, There is a relationship expressed by equation (1).
α + θ1 = π / 2 (1)

また、ＬＥＤ３２１の発光中心Ｃｅから斜面Ｐｈを結ぶ直線Ｌｅｈと実装面Ｐｍとが成す角をθ２とする。この場合、法線Ｌｎに対してθ３の角度を成す方向Ｄｒ（以降、「反射方向Ｄｒ」）に反射される。なお、直線ＬｅｈはＬＥＤ３２１からプリズムＰに向かって発せられた光Ｌの進路と同じである。また、θ３は次式（２）で表現される。
θ３＝２・θ１＋θ２・・・・（２） Further, an angle formed by a straight line Leh connecting the light emitting center Ce of the LED 321 to the inclined surface Ph and the mounting surface Pm is defined as θ2. In this case, the light is reflected in a direction Dr (hereinafter, “reflection direction Dr”) that forms an angle θ3 with respect to the normal Ln. The straight line Leh is the same as the path of the light L emitted from the LED 321 toward the prism P. Θ3 is expressed by the following equation (2).
θ3 = 2 · θ1 + θ2 (2)

斜面Ｐｈで反射された光Ｌ’は、発光軸Ａｅに対してほぼ平行な方向に進む、つまり反射方向Ｄｒが発光軸Ａｅとほぼ平行であることが望ましい。この場合は、反射光Ｌ’は導光板の入射面に向かって進み、バックライトでの照明に供される。そのためには、θ３≒π／４であることが望ましい。 It is desirable that the light L ′ reflected by the inclined surface Ph travels in a direction substantially parallel to the light emission axis Ae, that is, the reflection direction Dr is substantially parallel to the light emission axis Ae. In this case, the reflected light L ′ travels toward the incident surface of the light guide plate and is used for illumination by the backlight. For that purpose, it is desirable that θ3≈π / 4.

一方、θ３＜π／４の場合には、反射方向Ｄｒが発光軸Ａｅから離反する方向に傾く。つまり、ＬＥＤ３２１から発せられた光Ｌは、プリズムＰの斜面Ｐｈで反射された光Ｌ’は封止部３２３の上面３２３Ｔから離反して、導光板の入射面から逸れた方向に進み、バックライトでの照明に供されることなく損失となる。この損失を防止或いは低減する為には、上述の従来の光源と同様に、リフレクタを光源ＬＳ（プリズムアレイ３２４を含む）の側面に設ける必要がある。しかしながら、プリズムアレイ３２４から漏れだした光Ｌ’が、リフレクタで反射される際に、やはり反射による損失が生じる。 On the other hand, when θ3 <π / 4, the reflection direction Dr is inclined in a direction away from the light emitting axis Ae. That is, the light L emitted from the LED 321 travels away from the upper surface 323T of the sealing portion 323 and the light L ′ reflected by the inclined surface Ph of the prism P deviates from the incident surface of the light guide plate, and the backlight Loss without being subjected to lighting at In order to prevent or reduce this loss, it is necessary to provide a reflector on the side surface of the light source LS (including the prism array 324) as in the above-described conventional light source. However, when the light L ′ leaked from the prism array 324 is reflected by the reflector, a loss due to reflection is also generated.

また、θ３＞π／４の場合は、反射方向Ｄｒが発光軸Ａｅから離反する方向に傾く。つまり、ＬＥＤ３２１から発せられた光Ｌは、斜面Ｐｈで封止部３２３の内部に向かって反射される。そして、反射された光Ｌ’は、当該プリズムＰに対応して、封止部３２３のもう一方の側面３２３Ｓに設けられたもう一方のプリズムアレイ３２４のプリズムＰの斜面Ｐｈに入射する確率が増大する。この場合、当該斜面Ｐｈにより封止部３２３に再入射する光Ｌ’の入射角度は、当該斜面Ｐｈに対する入射角よりも小さくなる。結果、当該斜面Ｐｈで反射された光Ｌ’は、封止部３２３に再入射した後に、対向する側面３２３Ｓ、あるいは対向側面３２３Ｓに設けられたプリズムＰの斜面Ｐｈで全反射されずに透過する確率が増加して損失を生じやすくなる。 When θ3> π / 4, the reflection direction Dr is inclined in a direction away from the light emitting axis Ae. That is, the light L emitted from the LED 321 is reflected toward the inside of the sealing portion 323 by the slope Ph. Then, the probability that the reflected light L ′ is incident on the inclined surface Ph of the prism P of the other prism array 324 provided on the other side surface 323S of the sealing portion 323 corresponding to the prism P is increased. To do. In this case, the incident angle of the light L ′ that reenters the sealing portion 323 by the inclined surface Ph is smaller than the incident angle with respect to the inclined surface Ph. As a result, the light L ′ reflected by the inclined surface Ph is re-incident on the sealing portion 323 and then transmitted without being totally reflected by the opposing side surface 323S or the inclined surface Ph of the prism P provided on the opposing side surface 323S. Probability increases and loss tends to occur.

上述の事実に基づいて、本発明においては、好ましくは、θ３＝２・θ１＋θ２≒π／４になるように、プリズムＰの斜面Ｐｈの角度θ１はπ／４−θ２／２前後に設定される。また、プリズムアレイ３２４からの出射光Ｌ’が側面３２３Ｓに垂直な面から封止部３２３に再入射すると、図７を参照して説明したように出射面で全反射して戻り光になる。この戻り光の発生を防止するために、複数のプリズムＰの最も大きな対向辺Ｓｏと同程度の厚みを有する矩形ブロック３２５が用いられる。このように構成することによって、戻り光が発生することなく、効率の高い光源ＬＳを実現出来る。 Based on the above facts, in the present invention, the angle θ1 of the inclined surface Ph of the prism P is preferably set to about π / 4−θ2 / 2 so that θ3 = 2 · θ1 + θ2≈π / 4. . Further, when the outgoing light L ′ from the prism array 324 re-enters the sealing portion 323 from a surface perpendicular to the side surface 323S, as described with reference to FIG. In order to prevent the generation of the return light, a rectangular block 325 having the same thickness as the largest opposing side So of the plurality of prisms P is used. With this configuration, a highly efficient light source LS can be realized without generating return light.

また、複数のプリズムＰによってプリズムアレイ３２４を構成することによって、プリズムＰを１つだけ用いる場合には大きく形成せざるを得ない斜面Ｐｈを分割して、光源ＬＳのＬＥＤアレイにおけるＬＥＤ３２１の配列方向と直交する方向の開口幅をほとんど大きくすることがなく、薄い導光板を用いることが可能である。なお、本実施の形態においては、プリズムＰは封止部３２３と別個に形成された後に、回路基板３２２に取り付けられるが、封止部３２３とプリズムＰを一体的に構成しても良いことはいうまでもない。さらに、本実施の形態においては、プリズムＰは直角三角形の断面形状を有する例について説明されているが、本発明においては、ＬＥＤ３２１から発せられた光ＬがプリズムＰに、上面３２３Ｔの方向に反射出来るような形状であれば良いことは明白である。 In addition, by configuring the prism array 324 by a plurality of prisms P, the slope Ph that must be formed largely when only one prism P is used is divided, and the arrangement direction of the LEDs 321 in the LED array of the light source LS is divided. It is possible to use a thin light guide plate without increasing the opening width in the direction orthogonal to the direction. In this embodiment, the prism P is formed separately from the sealing portion 323 and then attached to the circuit board 322. However, the sealing portion 323 and the prism P may be configured integrally. Needless to say. Furthermore, in the present embodiment, an example in which the prism P has a right-angled triangular cross section is described. However, in the present invention, the light L emitted from the LED 321 is reflected on the prism P in the direction of the upper surface 323T. Obviously, any shape that is possible is acceptable.

（第２の実施の形態）
図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るバックライトについて説明する。なお、本実施の形態に係るバックライトＢＬは、上述の第１の実施の形態に係る光源ＬＳが組み込まれて構成されている。なお、図５には、上述の図６と同様に、バックライトの光源ＬＳから導光板３１０の他端に渡って切断した断面が示されている。 (Second Embodiment)
A backlight according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The backlight BL according to the present embodiment is configured by incorporating the light source LS according to the first embodiment described above. FIG. 5 shows a cross section cut from the light source LS of the backlight to the other end of the light guide plate 310 as in FIG.

本例におけるバックライトＢＬは、図６に示した従来のバックライトにおいて、光源が光源ＬＳが用いられている。つまり、導光板３１０の出射面３１１側には光学フィルム３５０が配され、反射面３１２側には反射シート３４０が配されている。そして、導光板３１０の入射面３１５側に設けられた光源ＬＳの両側には、プリズムアレイ３２４を覆うようにリフレクタ３３０が配されている。なお、リフレクタ３３０は省略しても良いことは上述の通りである。 The backlight BL in this example uses a light source LS as a light source in the conventional backlight shown in FIG. That is, the optical film 350 is disposed on the light exit surface 311 side of the light guide plate 310, and the reflection sheet 340 is disposed on the reflection surface 312 side. Reflectors 330 are arranged on both sides of the light source LS provided on the incident surface 315 side of the light guide plate 310 so as to cover the prism array 324. As described above, the reflector 330 may be omitted.

上述のように、本光源ＬＳは、回路基板３２２の実装面ＰｍよりほぼプリズムＰの対向辺Ｓｏだけ大きな範囲内で光を導光板３１０の入射面３１５に向けて照射出来る。よって、本バックライトＢＬにおいては、従来のバックライトにおけるように封止部の断面形状を台形として効率を高めた光源のために厚い導光板を用いる必要が無く、装置を薄くかつ軽量に構成出来る。 As described above, the light source LS can irradiate light toward the incident surface 315 of the light guide plate 310 within a range substantially larger than the mounting surface Pm of the circuit board 322 by the opposite side So of the prism P. Therefore, in this backlight BL, it is not necessary to use a thick light guide plate for a light source that has a trapezoidal cross-sectional shape of the sealing portion and enhances the efficiency as in the conventional backlight, and the apparatus can be configured to be thin and lightweight. .

本発明は、携帯型情報機器の液晶表示装置等に組み込まれる光源あるいはバックライトに利用出来る。 The present invention can be used for a light source or a backlight incorporated in a liquid crystal display device of a portable information device.

本発明の第１の実施の形態に係る光源を示す斜視図The perspective view which shows the light source which concerns on the 1st Embodiment of this invention 図１に示した光源の端部を表す図The figure showing the edge part of the light source shown in FIG. 図１に示したプリズムアレイを構成するプリズムの断面形状の説明図Explanatory drawing of the cross-sectional shape of the prism which comprises the prism array shown in FIG. 図１に示した光源におけるプリズムによる光の反射の説明図Explanatory drawing of the reflection of the light by the prism in the light source shown in FIG. 本発明の第２の実施の形態に係るバックライトの断面図Sectional drawing of the backlight which concerns on the 2nd Embodiment of this invention 従来のバックライトの出射面側を示す平面図Plan view showing the exit surface side of a conventional backlight 図６におけるバックライトのＶＩＩ−ＶＩＩ断面図VII-VII sectional view of the backlight in FIG. 従来のリフレクタを用いた光源における光の利用効率の説明図Explanatory diagram of light use efficiency in a light source using a conventional reflector 図８に示したのとは異なる従来の光源における光の利用効率の説明図Explanatory diagram of light use efficiency in a conventional light source different from that shown in FIG. 図９に示した従来の光源が組み込まれたバックライトの断面図Sectional view of the backlight incorporating the conventional light source shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１０、２１０、３１０導光板
１２０、２２０、ＬＳ光源
１２１、２２１、３２１ＬＥＤ
１２２、２２２、３２２回路基板
１２３、２２３、３２３封止部
１３０、３３０リフレクタ
１４０、２４０、３４０反射シート
１５０、２５０、３５０光学フィルム
３２３Ｓ側面
３２３Ｔ上面
３２３Ｅ端面
３２４プリズムアレイ
３２５矩形ブロック
ＢＬバックライト
Ｌ光
ＰＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５プリズム
Ｐｍ実装面 110, 210, 310 Light guide plate 120, 220, LS Light source 121, 221, 321 LED
122, 222, 322 Circuit board 123, 223, 323 Sealing portion 130, 330 Reflector 140, 240, 340 Reflective sheet 150, 250, 350 Optical film 323S Side surface 323T Upper surface 323E End surface 324 Prism array 325 Rectangular block BL Backlight L Light P P1, P2, P3, P4, P5 Prism Pm Mounting surface

Claims

矩形形状の回路基板の実装面に所定の間隔で配置実装された複数の発光素子を封止する透明材料により形成される封止部の空気界面を光取り出し面とする光源であって、
前記封止部は前記実装面に対して概ね垂直な方向に延在する互いに平行な２つの側面を有し、当該２つの側面にはそれぞれ前記発光素子から発せられる光を前記方向に全反射させる複数の斜面を有するプリズムアレイを備える光源。 The air interface of the sealing portion is formed a plurality of light emitting elements arranged implemented at predetermined intervals on the mounting surface of the circuit board of rectangular shape by a transparent material for sealing a light source to the light extraction surface,
Total reflection the sealing portion has two side surfaces parallel to each other extending in a generally vertical direction against the mounting surface, the light emitted from each of the said two sides the light emitting element to the direction A light source comprising a prism array having a plurality of inclined surfaces.

前記プリズムアレイは、前記封止部の長手方向に延在する複数のプリズムを備え、
前記プリズムは、各々の有する斜面が前記側面に対して成す傾斜角がそれぞれ異なる請求項１に記載の光源。 The prism array includes a plurality of prisms extending in the longitudinal direction of the front Kifutome portion,
2. The light source according to claim 1, wherein each of the prisms has a different inclination angle with respect to the side surface .

前記プリズムの斜面が前記実装面と成す第１の角度は、当該プリズムが前記回路基板から遠ざかるに従って大きくなることを特徴とする請求項２に記載の光源。 3. The light source according to claim 2, wherein a first angle formed by the inclined surface of the prism with the mounting surface increases as the prism moves away from the circuit board.

前記第１の角度をθ１とし、前記発光素子の発光中心と前記斜面とを結ぶ直線が前記実装面と成す第２の角度をθ２とすると、
θ１ ≒ π／４＋ θ２／２
の関係が成立することを特徴とする請求項３に記載の光源。 When the first angle is θ1, and the second angle formed by the straight line connecting the light emission center of the light emitting element and the inclined surface with the mounting surface is θ2,
θ1 ≒ π / 4 + θ2 / 2
The light source according to claim 3, wherein the relationship is established.

前記プリズムは前記実装面と前記側面との境界から前記方向に向かって所定の距離だけ延在し、前記プリズムの延在端に隣接する矩形ブロックを更に備える、請求項４に記載の光源。 The prism extends a predetermined distance toward the direction from the boundary between the side surface and the mounting surface further comprises a rectangular block adjacent to the extending end of the prisms, the light source of claim 4.

側面部に位置する入射面から導入された光を、互いに対向する反射面と出射面との間を全反射を繰り返しながらその全面に伝播させると共に、その一部を散乱させて、当該出射面より出射させて面状の照明を行う導光板と、
前記入射面に対向して設置され、前記導光板に光を供給する請求項１乃至５のいずれかに記載の光源とを備えるバックライト。 The light introduced from the incident surface located on the side surface is propagated to the entire surface while repeating total reflection between the reflecting surface and the emitting surface facing each other, and a part of the light is scattered from the emitting surface. A light guide plate that emits a planar illumination; and
The installed so as to face the incident surface, a backlight and a light source according to any one of claims 1 to 5 for supplying light to the light guide plate.