JP4736937B2 - Light guide and light emitting device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、導光体およびそれと点光源とを組み合わせた発光装置に関する。 The present invention relates to a light guide and a light emitting device in which the light guide is combined with a point light source.
近年、液晶ディスプレイのバックライトとして、発光素子からの光を、板状導光体の側面より入射して、導光体の主面から出射する発光装置が利用されるようになってきている。 2. Description of the Related Art In recent years, light emitting devices that emit light from a light emitting element from the side surface of a plate-like light guide and emit from the main surface of the light guide have come to be used as backlights for liquid crystal displays.
このような発光装置は、発光素子からの光が点光源である。よって蛍状の輝度ムラが発生する問題が生じていた。その問題の解決案として、導光板の所定の部位にドットを形成して輝度ムラを低減する方法が提案されている。 In such a light emitting device, light from the light emitting element is a point light source. Therefore, there has been a problem that firefly-like luminance unevenness occurs. As a solution to that problem, a method has been proposed in which dots are formed in a predetermined portion of the light guide plate to reduce luminance unevenness.
しかし、導光板の所定の位置に任意にドットを形成することは難しく、完全には輝度ムラをなくすことは出来なかった。 However, it is difficult to arbitrarily form dots at predetermined positions on the light guide plate, and luminance unevenness cannot be completely eliminated.
さらに、発光装置の大型化により、加工すべき導光板も大型化することになり、従来の方法では加工時間が係り過ぎることとなった。 Furthermore, with the increase in the size of the light-emitting device, the light guide plate to be processed also increases in size, and the processing time is too long for the conventional method.
本発明は、輝度ムラ問題の解消と、部位ごとに最適な加工方法を採用することにより導光体の性能向上および製造時間の短縮を目的とする。 An object of the present invention is to solve the luminance unevenness problem and to improve the performance of the light guide and shorten the manufacturing time by employing an optimum processing method for each part.
以上の目的を達成するため、本発明にかかる導光体は、少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、前記反射面はドットを有し、前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、該第1のドットよりも高さが高い第２のドットと、を備えることを特徴とする。ドットとして密度差と高さの差とにより、輝度ムラを改善することが可能になる。さらに第1のドットは全体的に形成するため簡便な方法を用いることによって製造時間の短縮が可能であり、第２のドットを所定個所に形成することにより輝度ムラを改善することが可能となる。第1のドットの高さよりも第２のドットの高さを高くすることにより第２のドットで大きく輝度の修正を加えることが可能になる。 In order to achieve the above object, a light guide according to the present invention includes at least an incident surface on which light from a light emitting element is incident inside the light guide, and reflects light incident from the incident surface toward an exit surface. In a light guide having a reflective surface and an exit surface for emitting light to the outside of the light guide, the reflective surface has dots, and the dots are removed as they are separated from the side close to the incident surface. And a first dot having a higher density and a second dot having a height higher than that of the first dot. It is possible to improve luminance unevenness due to the density difference and height difference of the dots. Furthermore, since the first dots are formed as a whole, the manufacturing time can be shortened by using a simple method, and luminance unevenness can be improved by forming the second dots at predetermined locations. . By making the height of the second dot higher than the height of the first dot, it is possible to greatly correct the brightness of the second dot.
また本発明にかかる導光体は、少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、前記反射面はドットを有し、前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、該第1のドットよりも高さが低い第２のドットと、を備えることを特徴とする。 In addition, a light guide according to the present invention includes at least an incident surface on which light from a light emitting element is incident inside the light guide, a reflective surface that reflects light incident from the incident surface toward the output surface, and a light guide. A light guide having a light exit surface that emits light to the outside of the light guide, wherein the reflection surface has dots, and the density of the dots increases as the distance from the side close to the incident surface increases. And a second dot having a height lower than that of the first dot.
ドットとして密度差と高さの差とにより、輝度ムラを改善することが可能になる。さらに第1のドットは全体的に形成するため簡便な方法を用いることによって製造時間の短縮が可能であり、第２のドットを所定個所に形成することにより輝度ムラを改善することが可能となる。第1のドット高さよりも第２のドットの高さを低くすることにより第２のドットで輝度の微調整をすることが可能になる。 It is possible to improve luminance unevenness due to the density difference and height difference of the dots. Furthermore, since the first dots are formed as a whole, the manufacturing time can be shortened by using a simple method, and luminance unevenness can be improved by forming the second dots at predetermined locations. . By making the height of the second dot lower than the height of the first dot, it becomes possible to finely adjust the luminance with the second dot.
また前記第２のドットが入射面付近に部分的に形成されている。これにより入射面側には発光素子が部分的に列状に配置されているのであるが、一般に発光素子は一定の配光特性を有しているため、発光素子の前方は明るくなるのに対して、発光素子間は暗くなる。この輝度ムラを改善するために、暗部に該当する導光体の部位に特定のドットを形成することにより、輝度ムラを改善可能となる。 The second dots are partially formed in the vicinity of the incident surface. As a result, the light emitting elements are partially arranged in rows on the incident surface side, but generally the light emitting elements have a certain light distribution characteristic, so that the front of the light emitting elements becomes brighter. Thus, the light emitting element becomes dark. In order to improve the luminance unevenness, it is possible to improve the luminance unevenness by forming specific dots in the portion of the light guide corresponding to the dark part.
また前記第２のドットが中央部に形成されている。導光体が発光装置に使用される際し、静止画用の発光装置であれば看者の意識は全体的に行き渡るが、動画用の発光装置であれば患者の意識は中央に集中することになり中央部の輝度が高い発光装置がより好ましい。また前記第１のドットは、金型にブラスト加工することにより形成されたドットが射出成形により転写されたドットである。ブラスト加工により、金型に対するドット形成が短時間で行なうことが可能である。 The second dot is formed at the center. When the light guide is used in a light-emitting device, the consciousness of the viewer is spread throughout the light-emitting device for still images, but the patient's consciousness is concentrated in the center if the light-emitting device is for moving images. Therefore, a light emitting device having a high luminance at the center is more preferable. The first dot is a dot formed by blasting a mold and transferred by injection molding. By blasting, it is possible to form dots on the mold in a short time.
また前記第２のドットは、金型にレーザ加工することにより形成されたドットが射出成形により転写されたドットである。レーザ加工により、任意な位置に精密に加工することが可能になる。 The second dot is a dot formed by laser-molding a die and transferred by injection molding. Laser processing enables precise processing at an arbitrary position.
さらにまた本発明にかかる光学装置は、発光素子と、該発光素子と光学的に接続された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導光体と、を備えたことを特徴とする。 Furthermore, an optical device according to the present invention includes a light emitting element and the light guide according to any one of claims 1 to 5 optically connected to the light emitting element. .
本発明に係る導光体により、従来の導光体等と比較して輝度ムラが少なく、短時間で作製可能な導光体およびそれを用いた発光装置を提供可能となる。 With the light guide according to the present invention, it is possible to provide a light guide that can be produced in a short time with less luminance unevenness than a conventional light guide and the like and a light-emitting device using the light guide.
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための導光体および面発光装置を例示するものであって、本発明は導光体および面発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below illustrates the light guide and the surface light-emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention limits the light guide and the surface light-emitting device to the following. is not. Further, the size and positional relationship of the members shown in the drawings are exaggerated for clarity of explanation.
＜第１の実施の形態＞
図１は、第1の実施の形態における導光体１を示す。図１は発光装置１０００を示している。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a light guide 1 in the first embodiment. FIG. 1 shows a
１０１は導光体、１０１ａは第１のドットを示し、１０１ｂは第２のドットを示す。１０３は発光素子を模式的に表している。１０５は入射面、１０７は反射面、１０９は出射面をそれぞれ示す。
101 denotes a light guide, 101a denotes a first dot, and 101b denotes a second dot.
１０１ａに関しては、入射面から離間するに従ってドット密度が除除に高密度にする。１０１ａのドットサイズはＲａ＝０．１μｍ〜１０μｍ、Ｒｙ＝１μｍ〜１００μｍである。 As for 101a, the dot density is increased in proportion to the distance from the incident surface. The dot size of 101a is Ra = 0.1 μm to 10 μm and Ry = 1 μm to 100 μm.
１０１ｂに関しては図１（ａ）には３角形状で図示しているが、形状に関しては発光素子１０３の配光特性によって形状が変化する。発光素子の点灯時に入射面付近に暗部や輝度ムラが発生しないように適宜選択する。
Although the triangular shape is illustrated in FIG. 1A regarding 101 b, the shape changes depending on the light distribution characteristics of the
１０１ｂはドット密度を段階的に調整することにより、１０１ａのドットとの境界を目立ちにくく出来る。１０１ｂのドットサイズはＲａ＝０．１５μｍ〜１５μｍ、Ｒｙ＝１．５μｍ〜１５０μｍである。大きく輝度の補正をする場合は１０１ａの１．５倍程度大きいことが好ましく、微調整をする場合は１０１ａの０．５倍程度が好ましい。 By adjusting the dot density in steps of 101b, the boundary with the dots of 101a can be made inconspicuous. The dot size of 101b is Ra = 0.15 μm to 15 μm and Ry = 1.5 μm to 150 μm. In the case of large brightness correction, it is preferably about 1.5 times larger than 101a, and in the case of fine adjustment, about 0.5 times larger than 101a is preferable.
また第1のドットと第２のドットは重ねて形成してもよいし、領域を分けて形成しても良い。 In addition, the first dot and the second dot may be formed in an overlapping manner, or may be formed separately in regions.
また第１のドットと第２のドットの形成部位は反射面のみならず出射面側にも適用することが出来る。その場合、反射面側にも２種類の加工を施しても良いし、１種類の加工を施しても良い。導光体が大型のものや導光体の出射面に対する表示部の比率を大きくしたものは反射面側の加工のみでは十分ではなく、出射面側も同様に加工することにより、好適に作用する。また出射面側の全面にブラスト加工を施すことにより拡散板の作用効果を導光体に兼用させることも可能となる。 Moreover, the formation site of the first dot and the second dot can be applied not only to the reflection surface but also to the emission surface side. In that case, two types of processing may be performed also on the reflective surface side, and one type of processing may be performed. A large-sized light guide or a large ratio of the display unit with respect to the light exit surface of the light guide is not sufficient for processing on the reflective surface side. . In addition, by performing blasting on the entire surface on the exit surface side, it is possible to share the effect of the diffusion plate with the light guide.
以下に各構成部材に関して詳述する。 Each component will be described in detail below.
（発光素子１０３）
発光素子とは、発光ダイオードチップがパッケージや基板に実装され、樹脂等により発光ダイオードチップが封止されたものを言う。
(Light emitting element 103)
The light emitting element is a light emitting diode chip mounted on a package or a substrate and sealed with a resin or the like.
発光ダイオードチップは、基板上にＧａＡｌＮ，ＺｎＯ，ＺｎＳｅ，ＳｉＣ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成されたものが用いられる。 The light emitting diode chip is formed by forming a semiconductor such as GaAlN, ZnO, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlN, InN, AlInGaP, InGaN, GaN, or AlInGaN on a substrate as a light emitting layer.
（導光体１０１）
導光体の入射面は図１において平面形状に図示しているが、発光素子と面している部位に関しては切り欠き形状等にすることにより発光素子からの入射光を広げることが可能となり、第２のドット１０１ｂの領域を少なくすることが可能となる。また発光素子がレンズ付きの場合はレンズ形状に合わせて形成することが好ましい。
(Light guide 101)
Although the incident surface of the light guide is illustrated in a planar shape in FIG. 1, it is possible to spread the incident light from the light emitting element by making a notch shape or the like with respect to the portion facing the light emitting element. It is possible to reduce the area of the
導光体の反射面は上述のようにドット形成される。図１（ｂ）は反射面と出射面が平行するように記載しているが、入射面から離間するに従って反射面と出射面が近づくように形成しても良い。さらに図示しないが、反射促進部材を形成するとさらに好ましい。反射促進部材としては、白色の塗料（例えば硫酸バリウム等）や白色のメッキ（例えば白色アルマイト等）や、白色のシート（例えばポリプロピレン）等が使用される。さらにＡｇ，Ａｌ，ＮＩ，Ａｕ，Ｃｕ等の金属、又は、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２、若しくは、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２等の金属酸化膜が使用される。金属酸化膜を使用する場合は、波長と膜厚の間に依存性がある。酸化膜は高屈折率と低屈折率の酸化膜を１対として積層していく。膜厚（ｄ）と屈折率（ｎ）、波長（λ）との関係はλ＝４ｎｄの関係を充足する必要がある。発光素子が複数の波長を有する場合は、全ての波長に対して上記式を充足するように直列的に金属酸化膜を形成するのが好ましい。 Dots are formed on the reflection surface of the light guide as described above. In FIG. 1B, the reflecting surface and the exit surface are described so as to be parallel to each other. However, the reflecting surface and the exit surface may be formed closer to each other as the distance from the entrance surface increases. Although not shown, it is more preferable to form a reflection promoting member. As the reflection promoting member, a white paint (for example, barium sulfate), white plating (for example, white alumite), a white sheet (for example, polypropylene), or the like is used. Further, a metal such as Ag, Al, NI, Au, or Cu, or a metal oxide film such as SiO 2 / ZrO 2 or SiO 2 / TiO 2 is used. When a metal oxide film is used, there is a dependency between wavelength and film thickness. The oxide film is formed by stacking a pair of oxide films having a high refractive index and a low refractive index. The relationship between the film thickness (d), the refractive index (n), and the wavelength (λ) needs to satisfy the relationship of λ = 4nd. When the light emitting element has a plurality of wavelengths, it is preferable to form a metal oxide film in series so as to satisfy the above formula for all wavelengths.
導光体の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等が挙げられる。 Examples of the material of the light guide include acrylic resin, polycarbonate resin, amorphous polyolefin resin, polystyrene resin, norbornene resin, and cycloolefin polymer (COP).
（導光体の形成方法その１）
図２に導光体の作製方法を示す。第１のドットは金型にブラスト加工することにより行なう。ブラスターを走査させることにより全面にブラスト加工することが可能になる。ブラスト加工の幅は好ましくは１〜３０ｍｍ程度、さらに好ましくは２〜１０ｍｍであり、好ましくは０．５〜１５ｍｍ程度、さらに好ましくは１〜５ｍｍ程度の範囲でブラスト幅以下の範囲でブラスト加工の幅をずらして走査する。またドット密度の高くしたい部分に関しては繰り返してブラスターを繰り返し走査したり、ゆっくり走査したり、ブラスト材の吹き付け量を変更することにより実現可能となる。ブラスト加工はレーザ加工に比べて短時間に加工可能である。
(Light guide forming method 1)
FIG. 2 shows a method for manufacturing a light guide. The first dot is formed by blasting a mold. By making the blaster scan, the entire surface can be blasted. The blasting width is preferably about 1 to 30 mm, more preferably 2 to 10 mm, preferably about 0.5 to 15 mm, more preferably about 1 to 5 mm and the blasting width within the range of the blasting width. Scan with a shift. Further, it is possible to realize a portion where the dot density is desired to be high by repeatedly scanning the blaster repeatedly, scanning slowly, or changing the spraying amount of the blast material. Blasting can be processed in a shorter time than laser processing.
ブラスト材としては、金属粉やセラミック粉（Ａｌ２Ｏ３粉、ＳｉＣ粉等）が用いられる。セラミック粉の方が角張っているためブラスト効果が大きい。角張ったドットを作製するにはセラミック粉が好適に用いられる。
ブラスト材の大きさは、１０μｍ〜４００μｍが好適に用いられ、さらに好ましくは５０μ〜３００μｍがさらに好適に用いられる。ドットの幅はブラスト材の大きさに起因し、ドットの幅に対する高さはブラスト材の硬度と速度、形状に起因するため最適な条件を選定する。
As the blast material, metal powder or ceramic powder (Al2O3 powder, SiC powder, etc.) is used. Blasting effect is greater because ceramic powder is more angular. Ceramic powder is preferably used for producing square dots.
The size of the blast material is preferably 10 μm to 400 μm, more preferably 50 μm to 300 μm. Since the dot width is caused by the size of the blast material and the height relative to the dot width is caused by the hardness, speed, and shape of the blast material, an optimum condition is selected.
第２のドットは金型にレーザ加工することにより行なう。レーザは金型を加工できるものであれば特に限定されないが、好適にはＹＡＧレーザが用いられる。またレーザ加工はブラスト加工に比較してより精密・正確にドットを形成することが可能である。 The second dot is formed by laser processing on a mold. The laser is not particularly limited as long as it can process the mold, but a YAG laser is preferably used. Laser processing can form dots more precisely and accurately than blast processing.
このように形成された金型に対になる金型を合わせ、樹脂を射出成形により得られる。射出成形時に金型のドットが導光体に転写される。 A pair of molds is combined with the mold thus formed, and a resin is obtained by injection molding. The mold dots are transferred to the light guide during injection molding.
（導光体の形成方法その２）
第１のドットと第２のドットの両方をブラスト加工により形成してもよい。ブラスト材の硬度と速度、形状、重量を異ならせることでドット高さを調整することが可能である。第1のドットと第２のドットは加工領域を重ね合わせても良いし、領域ごとに重ね合わせず分けて加工しても良い。
重ねて加工する場合は、大きなドットを形成した後に小さなドットを形成すると大きなドット内部に小さなドットを形成することが可能となり、微細な加工が可能となる。
(Method 2 of forming light guide)
Both the first dot and the second dot may be formed by blasting. The dot height can be adjusted by varying the hardness, speed, shape, and weight of the blast material. The first dot and the second dot may be overlapped with the processing region, or may be processed separately without overlapping each region.
In the case of processing in an overlapping manner, if a small dot is formed after forming a large dot, it becomes possible to form a small dot inside the large dot, and fine processing becomes possible.
また小さなドットを形成した後に大きなドットを形成すると大きなドットを形成する時に小さなドットの影響は受けにくいため容易に加工することが可能となる。 Further, if a large dot is formed after forming a small dot, it is difficult to be affected by the small dot when forming a large dot, so that it can be easily processed.
さらに第１のドットと第２のドットを領域ごとに重ね合わせず加工する場合、第１のドットと第２のドットに関して互いの形成時の影響を考慮することなく設計することが可能となる。 Further, when the first dots and the second dots are processed without overlapping each region, it is possible to design the first dots and the second dots without considering the influence at the time of forming each other.
（導光体の形成方法その３）
第１のドットと第２のドットの両方をレーザ加工により形成してもよい。レーザ光の波長、出力、レンズでの絞り角を適宜選択することによってドットのサイズや高さを調整可能である。第１のドットは第２のドットに対して広い面積に多数形成することが必要であるため、加工速度の速いレーザ加工機が好適に使用される。第２のドットは調整用であるため、加工位置、加工サイズ等が任意に設定できるレーザ加工機が好適に使用される。
(Light guide forming method 3)
Both the first dot and the second dot may be formed by laser processing. The dot size and height can be adjusted by appropriately selecting the wavelength of the laser beam, the output, and the aperture angle of the lens. Since it is necessary to form a large number of first dots in a wide area with respect to the second dots, a laser processing machine having a high processing speed is preferably used. Since the second dot is for adjustment, a laser processing machine in which the processing position, processing size, etc. can be set arbitrarily is preferably used.
＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態における導光体３０１を示す。発光装置は３０００で示している。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。
<Second Embodiment>
FIG. 3 shows a
導光体の反射面中央部に第２のドット３０１ｃを設ける以外は第１の実施の形態と同じである。３０１ｃに関しては動画用の発光装置に使用する場合に好適に使用される。 The second embodiment is the same as the first embodiment except that the second dot 301c is provided at the central portion of the reflection surface of the light guide. 301c is suitably used when used in a light emitting device for moving images.
＜第３の実施の形態＞
図４は、第３の実施の形態における導光体４０１を示す。発光装置は４０００で示している。入射面を導光体の両端面に対抗する位置に配置させる。第1のドットに関しては入射面から離間するに従ってドット密度が除除に高密度にするため、中央付近が最も高密度になる。それ以外は第1の実施の形態と同じである。大型の発光装置により好適に使用される。
<Third Embodiment>
FIG. 4 shows a light guide 401 in the third embodiment. The light emitting device is indicated by 4000. An incident surface is arrange | positioned in the position which opposes the both end surfaces of a light guide. As the first dots are separated from the incident surface, the dot density becomes higher and higher, so the vicinity of the center has the highest density. The rest is the same as in the first embodiment. It is preferably used by a large light emitting device.
本発明に係る導光体により、従来の導光体等と比較して輝度ムラが少なく、短時間で作製可能な導光体を提供可能となる。 With the light guide according to the present invention, it is possible to provide a light guide that can be manufactured in a short time with less luminance unevenness than a conventional light guide or the like.
101,301,401・・・導光体
103,303,403・・・発光素子
101a,301a,401a・・・第１のドット
101b,301b,301c,401b・・・第２のドット
103,303,403・・・発光素子
105,305・・・入射面
107,307・・・反射面
109,309・・・出射面
211・・・ブラスター
211a・・・ブラスト
213・・・レーザ加工機
213a・・・レーザ光
215a・・・金型a
215b・・・金型b
101,301,401 ・ ・ ・ Light guide
103,303,403 ・ ・ ・ Light emitting element
101a, 301a, 401a ... first dot
101b, 301b, 301c, 401b ... second dot
103,303,403 ・ ・ ・ Light emitting element
105,305 ・ ・ ・ incident surface
107,307 ... reflective surface
109,309 ・ ・ ・ Outgoing surface
211 ... Blaster
211a ... Blast
213 ... Laser processing machine
213a ... Laser light
215a ... Mold a
215b ・ ・ ・ Mold b
Claims (6)
前記反射面は、全体的に設けられた第1のドットと、部分的に設けられた第２のドットと、を有し、
前記第１のドットは、金型にブラスト加工することにより形成されたドットが前記反射面に転写されたドットであり、
前記第２のドットは、金型にレーザ加工することにより形成されたドットが前記反射面に転写されたドットであることを特徴とする導光体。 A plane of incidence of the light from the light emission element, a reflecting surface for reflection of light incident from the incident surface, an exit surface for emitting light to the external, the light guide body having,
The reflective surface has first dots provided entirely and second dots partially provided ;
The first dot is a dot formed by blasting a mold and transferred to the reflecting surface,
The second dot, the light guide of dots formed by laser machining the mold is characterized by dot der Rukoto transferred to the reflecting surface.
前記反射面の全体に第１のドットが形成されるように、金型にブラスト加工を施す第１の工程と、A first step of blasting the mold so that the first dots are formed on the entire reflecting surface;
前記反射面の一部に第２のドットが形成されるように、金型にレーザ加工を施す第２の工程と、A second step of performing laser processing on the mold so that second dots are formed on a part of the reflecting surface;
前記金型を用いて、前記反射面に前記第１のドット及び前記第２のドットを転写する第３の工程と、を有することを特徴とする導光体の製造方法。And a third step of transferring the first dots and the second dots to the reflecting surface using the mold.
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