JP4865875B2 - LIGHTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME - Google Patents
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Description
本発明は、コンピュータ機器や携帯電話や一般の電子機器等に使用される照明装置及びそれを用いた表示装置に関する。 The present invention relates to a lighting device used for a computer device, a mobile phone, a general electronic device, and the like, and a display device using the same.
近年のコンピュータ機器や携帯電話などに用いられているカラー液晶表示装置に対する薄型、軽量化、高輝度化、低消費電力化の要求がますます高まってきている。それに伴って、カラー液晶表示装置に用いられている照明装置に用いられる光源としては発光効率の高い高輝度ＬＥＤが多用されるようになってきた。そして、光源からの光を閉じ込めて液晶表示素子に照射する導光板の設計も、ＬＥＤのような点光源を意識した設計が積極的になされるようになってきた。詳しくは、導光板裏面に形状に長手方向の方向性を持った拡散パターン素子を、その長手方向が拡散パターン素子と光源とを結ぶ方向に対してほぼ垂直となるように配列させて出射効率を向上させる技術、並びに、拡散パターン素子密度が輝度特性に与える効果が飽和しないように、導光板の１／２の領域に傾斜を付けた構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, there has been an increasing demand for thin, lightweight, high brightness, and low power consumption color liquid crystal display devices used in computer devices and mobile phones. Accordingly, high-luminance LEDs with high luminous efficiency have been frequently used as light sources used in illumination devices used in color liquid crystal display devices. In addition, the design of a light guide plate that confines light from a light source and irradiates a liquid crystal display element has been actively made in consideration of a point light source such as an LED. Specifically, a diffusion pattern element having a shape in the longitudinal direction on the back surface of the light guide plate is arranged so that the longitudinal direction is substantially perpendicular to the direction connecting the diffusion pattern element and the light source, thereby improving the emission efficiency. In order to prevent saturation of the technology to improve and the effect that the diffusion pattern element density has on the luminance characteristics, a structure in which a half region of the light guide plate is inclined is disclosed (for example, see Patent Document 1).
特許文献１に開示されている照明装置は、形状の長手方向が拡散パターン素子と光源とを結ぶ方向に対してほぼ垂直であるため、拡散パターン素子を中心とした円弧方向に対する拡散パターン素子の配列密度を十分大きく取れず、パターン配列が困難になるという課題を有していた。あるいは、導光板のおよそ１／２に傾斜を付けると、傾斜部分において内部で多重反射される光の反射角が伝播と共に変化するため、拡散パターン素子の設計が困難であった。そこで、本発明は、ＬＥＤなどの点光源を用いた照明装置の構成を最適化して、薄型・軽量・高輝度の照明装置を提供することを目的とする。
In the illumination device disclosed in
本発明による照明装置は、導光板の光入射面に点光源を有する照明装置において、導光板の光出射面と反対側の面上に互いに離間した微細散乱構造体をほぼ全面に渡って形成した。そして、微細散乱構造体としては、その形状に長手方向の方向性を有しており、微細散乱構造体と複数の光源の内で最短の距離にある点光源とを結ぶ方向に対して、長手方向が略平行である構成とした。このような構成によって、点光源からの光に対する出射効率を損なわないで、点光源を中心とした円弧方向に対する拡散パターン素子の配列密度を十分大きく取ることができる。 In the illumination device according to the present invention, in the illumination device having the point light source on the light incident surface of the light guide plate, the fine scattering structures separated from each other are formed on the entire surface of the light guide plate opposite to the light exit surface. . The fine scattering structure has a longitudinal directionality in its shape, and is long with respect to the direction connecting the fine scattering structure and the point light source at the shortest distance among the plurality of light sources. The direction is substantially parallel. With such a configuration, the arrangement density of the diffusion pattern elements in the arc direction around the point light source can be made sufficiently large without impairing the emission efficiency of the light from the point light source.
また、微細散乱構造体の側面が、微細散乱構造体と複数の点光源の内で最短の距離にある点光源とを結ぶ方向に略平行である構造とした。このような構造によって、従来の三角柱や半円柱などの形状の微細散乱構造体と比較して、微細散乱構造体による光反射効率を向上させることができる。 Further, the side surface of the fine scattering structure is substantially parallel to the direction connecting the fine scattering structure and the point light source at the shortest distance among the plurality of point light sources. With such a structure, the light reflection efficiency of the fine scattering structure can be improved as compared with a conventional fine scattering structure such as a triangular prism or a semi-cylinder.
また、導光板の光出射面または反対側の面が、導光板の入射面に対して略平行に分割された複数の領域から構成され、複数の領域に対する導光板の厚みは、複数の光源から遠ざかるにつれて薄くなる構造とした。このように、点光源から離れた領域の導光板の厚さを薄くする構成により、微細散乱構造体の利用効率を向上させることができると共に、導光板内部を伝播する光の反射角を変化させないようにできる。そのため、微細散乱構造体の設計が容易になる。 Further, the light exit surface of the light guide plate or the opposite surface is composed of a plurality of regions divided substantially parallel to the light incident surface of the light guide plate, and the thickness of the light guide plate for the plurality of regions is determined from the plurality of light sources. The structure becomes thinner as the distance increases. As described above, the configuration in which the thickness of the light guide plate in the region away from the point light source is reduced can improve the utilization efficiency of the fine scattering structure, and does not change the reflection angle of light propagating through the light guide plate. You can This facilitates the design of the fine scattering structure.
さらに、導光板に形成された複数の領域に対する境界面の形状は、複数の点光源を中心とした円弧となるようにした。このような構成によって、境界面で反射された光も効率良く再び微細散乱構造体で反射されることとなり、明るい照明装置が実現できる。 Furthermore, the shape of the boundary surface for the plurality of regions formed on the light guide plate is an arc centered on the plurality of point light sources. With such a configuration, the light reflected at the boundary surface is also efficiently reflected again by the fine scattering structure, and a bright illumination device can be realized.
また、導光板内部では、点光源から離れるに従って伝播光のパワー密度が減少する。そこで、均一な照明を可能とするために、点光源から離れるに従って微細散乱構造体の形成密度が大きくなるように構成した。 Further, in the light guide plate, the power density of propagating light decreases as the distance from the point light source increases. Therefore, in order to enable uniform illumination, the formation density of the fine scattering structures increases as the distance from the point light source increases.
特に、導光板を複数の厚みの異なる領域に分割する場合は、導光板の厚みの変化によって導光板内部の光パワー密度が不連続に変化する。そして、領域内ごとに点光源から離れるに従って伝播光の光パワー密度が小さくなる。そこで、微細散乱構造体は、導光板に形成された複数の領域内部では点光源から離れるに従って密度が大きくなるように形成されている。このとき、微細散乱構造体の形成密度は境界面を挟んで不連続に変化している。このような構成により、均一な照明を可能とした。 In particular, when the light guide plate is divided into a plurality of regions having different thicknesses, the optical power density inside the light guide plate changes discontinuously due to a change in the thickness of the light guide plate. And the optical power density of propagating light becomes small as it leaves | separates from a point light source for every area | region. Therefore, the fine scattering structure is formed so that the density increases as the distance from the point light source increases within the plurality of regions formed in the light guide plate. At this time, the formation density of the fine scattering structures changes discontinuously across the boundary surface. Such a configuration enables uniform illumination.
また、点光源が配置されている光入射面からの光を効率的に利用する場合は、微細散乱構造体と複数の光源の内で最短の距離にある点光源とを結ぶ方向における微細散乱構造体の断面を略直角三角形とすることによって、光利用効率を向上させることができる。 In addition, when efficiently using light from the light incident surface on which the point light source is arranged, the fine scattering structure in the direction connecting the fine scattering structure and the point light source at the shortest distance among the plurality of light sources. By making the cross section of the body into a substantially right triangle, light utilization efficiency can be improved.
反対に、点光源が配置されている光入射面と反対側の導光板端面からの反射光を利用する場合は、微細散乱構造体と複数の光源の内で最短の距離にある点光源とを結ぶ方向における微細散乱構造体の断面を略二等辺三角形とすることによって、光利用効率を向上させることができる。 Conversely, when using the reflected light from the light guide plate end surface opposite to the light incident surface on which the point light source is disposed, the fine scattering structure and the point light source at the shortest distance among the plurality of light sources are provided. The light utilization efficiency can be improved by making the cross section of the fine scattering structure in the connecting direction into a substantially isosceles triangle.
導光板に微細散乱構造体を十分な密度で形成できない場合は、導光板の光出射面上に互いに離間した第二の微細散乱構造体をほぼ全面に渡って形成する。この第二の微細散乱構造体もその形状に長手方向の方向性を有しており、第二の微細散乱構造体と複数の光源の内で最短の距離にある点光源とを結ぶ方向に対して、長手方向が略平行または垂直となるように構成した。このような構成によって、光出射面から直接照明光を得ることが可能となる。 When the fine scattering structure cannot be formed at a sufficient density on the light guide plate, the second fine scattering structures separated from each other are formed on the light exit surface of the light guide plate over almost the entire surface. This second fine scattering structure also has a longitudinal directionality in its shape, and the direction connecting the second fine scattering structure and the point light source at the shortest distance among the plurality of light sources. Thus, the longitudinal direction is substantially parallel or vertical. With such a configuration, it is possible to obtain illumination light directly from the light exit surface.
このとき、第二の微細散乱構造体と点光源とを結ぶ方向における第二の微細散乱構造体の断面を直角三角形または二等辺三角形とすることによって、光利用効率を上げることができる。さらに、導光板の光出射面に対向して光拡散シートまたはプリズムシートを設けることによって、照明装置からの照明放射分布の最適化を図ることができ、明るい照明装置とすることができる。さらに、導光板の端面から漏れ出した光を再利用して光利用効率を上げるために、導光板の光照射面と反対側の面、および光入射面を除く光照射面と垂直な側面に対向して光反射層を配した。 At this time, the light utilization efficiency can be increased by setting the cross section of the second fine scattering structure in the direction connecting the second fine scattering structure and the point light source to a right triangle or an isosceles triangle. Furthermore, by providing a light diffusing sheet or a prism sheet so as to face the light exit surface of the light guide plate, it is possible to optimize the illumination radiation distribution from the illuminating device, and to achieve a bright illuminating device. Furthermore, in order to reuse the light leaked from the end face of the light guide plate and increase the light utilization efficiency, the light guide plate has a surface opposite to the light irradiation surface and a side surface perpendicular to the light irradiation surface excluding the light incident surface. A light reflecting layer was disposed opposite to it.
そして、点光源、導光板、光拡散シート、光反射層を、導光板の光照射面側が開口した筐体によって保持する構成により、取り扱いが容易で、安定性、信頼性の高い照明装置を実現できた。 And, the structure that holds the point light source, light guide plate, light diffusion sheet, and light reflection layer by the housing with the light irradiation surface side of the light guide plate opened makes it easy to handle, and realizes a highly stable and reliable lighting device did it.
また、上述したいずれかの構成の照明装置を非自発光型の表示素子と組み合わせて用いることによって、高輝度で薄型・軽量の表示装置が実現できる。 In addition, by using the lighting device having any of the above-described structures in combination with a non-self-luminous display element, a high-luminance, thin, and lightweight display device can be realized.
本発明によれば、ＬＥＤなどの点光源を用いた照明装置の薄型・軽量化が実現すると同時に、光利用効率の高い、高輝度で低消費電力の照明装置を実現できる、という効果を有する。 According to the present invention, an illumination device using a point light source such as an LED can be reduced in thickness and weight, and at the same time, an illumination device with high light utilization efficiency, high luminance, and low power consumption can be realized.
本発明の照明装置は、点光源と、点光源の光を光入射面から光出射面に導く導光板と、導光板の光出射面と反対側の面上に形成された複数の微細散乱構造体を備えている。そして、この微細散乱構造体の長手方向が、点光源からの光線が微細散乱構造体に入射する方向と略一致している。あるいは、微細散乱構造体と点光源を結ぶ直線に対して、微細散乱構造体の長手方向が略平行になっている。 The illuminating device of the present invention includes a point light source, a light guide plate that guides light of the point light source from the light incident surface to the light output surface, and a plurality of fine scattering structures formed on a surface opposite to the light output surface of the light guide plate. Has a body. The longitudinal direction of the fine scattering structure substantially coincides with the direction in which the light from the point light source enters the fine scattering structure. Alternatively, the longitudinal direction of the fine scattering structure is substantially parallel to the straight line connecting the fine scattering structure and the point light source.
さらに、微細散乱構造体を構成する２つの側面は、それぞれの側面を点光源方向に延長した仮想面が点光源で交わるように形成されている。この微細散乱構造体を構成する２つの側面を光拡散面で構成しても良い。または、うねりのある曲面もしくは複数の平面の組み合わせで構成しても良い。さらに、この２つの側面を光拡散面とした。 Furthermore, the two side surfaces constituting the fine scattering structure are formed such that virtual surfaces obtained by extending the respective side surfaces in the direction of the point light source intersect with the point light source. You may comprise two side surfaces which comprise this fine scattering structure by a light-diffusion surface. Or you may comprise with the curved surface with a wave | undulation, or the combination of several planes. Further, these two side surfaces were used as light diffusion surfaces.
また、導光板の光出射面、あるいは光出射面と反対側の面が複数の領域に分割されており、この複数の領域での導光板の厚みが、光源から遠ざかるにつれて薄くなっている。さらに、この複数の領域は、微細散乱構造体と点光源とを結ぶ直線に対して略直交するように分割されている。ここで、複数の領域の境界面の形状を、点光源を略中心とした円弧とした。この境界面を境に散乱構造体の形成密度が不連続に変化している。 In addition, the light exit surface of the light guide plate or the surface opposite to the light exit surface is divided into a plurality of regions, and the thickness of the light guide plate in the plurality of regions decreases as the distance from the light source increases. Further, the plurality of regions are divided so as to be substantially orthogonal to a straight line connecting the fine scattering structure and the point light source. Here, the shape of the boundary surface of the plurality of regions was an arc centered about the point light source. The formation density of the scattering structure changes discontinuously from this boundary surface.
微細散乱構造体と点光源を結ぶ直線による微細散乱構造体の断面形状として、直角三角形、二等辺三角形、台形等が例示できる。 Examples of the cross-sectional shape of the fine scattering structure formed by a straight line connecting the fine scattering structure and the point light source include a right triangle, an isosceles triangle, and a trapezoid.
さらに、導光板の光出射面上には互いに離間した第二の微細散乱構造体が複数個形成され、第二の微細散乱構造体と点光源とを結ぶ直線に対して、第二の微細散乱構造体の長手方向が略平行または略垂直になるように構成されている。 Furthermore, a plurality of second fine scattering structures separated from each other are formed on the light exit surface of the light guide plate, and the second fine scattering structure is formed with respect to a straight line connecting the second fine scattering structure and the point light source. It is comprised so that the longitudinal direction of a structure may become substantially parallel or substantially perpendicular | vertical.
また、点光源が複数個設けられている場合には、それぞれの光源に対応して微細散乱構造体が形成される。 When a plurality of point light sources are provided, a fine scattering structure is formed corresponding to each light source.
また、本発明の表示装置は、上述したいずれか一つの構成の照明装置と、照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えている。 The display device of the present invention includes any one of the above-described illumination devices and a non-self-luminous display element provided on the light irradiation surface side of the illumination device.
本発明の画像表示装置に関して図面を参照しながら説明する。図１と図２に本実施例の照明装置の基本構成を示す側面断面図と平面図を示す。図１と図２において、同じ作用を有する要素には同一の符号を付してある。 The image display apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are a side sectional view and a plan view showing the basic configuration of the lighting apparatus of the present embodiment. In FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to the element which has the same effect | action.
図１に示すように、導光板２の光入射面に対向して点光源１が配置されている。光入射面と光出射面は垂直な位置関係にある。ここでは、点光源１としてＬＥＤ素子が用いられている。ＬＥＤ素子には、青色ＬＥＤからの放射光を黄色蛍光体で波長変換して緑色光と赤色光を発生させ元の青色光と加法混色して白色光を得る白色ＬＥＤや、赤色光を発光する赤色ＬＥＤと、緑色光を発光する緑色ＬＥＤと、青色光を発光する青色ＬＥＤとを互いに近接させて配置して加法混色することによって白色光を得る３色混合ＬＥＤなどが良く知られている。これらの光源は、導光板の厚さ程度の発光領域を持っており、その発光領域の長さは光入射面方向の長さに比較して十分短く、点光源として扱うことができる。
As shown in FIG. 1, the point
点光源１は、ポリイミドなどの高分子フィルム上に電極配線を施したＦＰＣ基板７上に並べて実装されており、図示していない電源から電力を供給されている。点光源は、複数並べて用いられる場合が多い。図２には、点光源１ａ、１ｂ、１ｃが３つ並べて用いられる場合の例が示してある。図２に示すような導光板２の側面から入射するサイドライト型もので携帯電話などに用いられる小型のものであると、ＬＥＤの数は通常２〜５個用いられる。また、ノートブック型コンピュータに用いられる液晶表示装置の場合のように、１５型程度以上もある大きな液晶表示装置に用いられる場合は、３００〜４００個程度の数のＬＥＤが用いられている。本発明は、複数の点光源１つ１つに対する放射特性を考慮した照明装置に適用することもできる。
The point
導光板２は、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、あるいはシクロオレフィン系樹脂などの透明な高分子材料を用いて射出成形で作製される。導光板２の光出射面に対する反対側の面、すなわち裏面には微細散乱構造体が複数形成されている。点光源１から出射した光は、導光板２の内部を伝播して行き、これら複数の微細散乱構造体で散乱されることによって偏向され、光出射面から出射される。また、導光板２の光出射面側にも微細散乱構造体を複数形成する場合は、その微細散乱構造体は導光板２内部を伝播する光を直接光照射面側から出射すると同時に、裏面に形成された微細散乱構造体からの偏向光をさらに偏向して、良好な放射角分布を形成する働きをする。
The
また、導光板２の光入射面に垂直な三側面と裏面、換言すると光出射面と光入射面を除いた導光板の４つの面、に対向して光反射層３、４が配されている。この光反射層３、４は、ＡｇやＡｌ、またはこれらの化合物を真空蒸着で表面に形成した高分子フィルムや、白色顔料を混合して反射率を高くした高分子フィルムが配されている。
Further,
一方、導光板２の光出射面に対向して光拡散シート５およびプリズムシート６が設けられている。光拡散シート５は、表面にシボなどの微細な散乱構造体を形成したり、表面にビーズ粒子を塗布したりされた透明フィルムであり、導光板２から出射された光を拡散させて均一化させる作用をする。この光拡散シート５を配することによって、導光板２からの出射光に生じる輝度むらや輝線などによる悪影響を減ずることができる。
On the other hand, a
また、プリズムシート６は、表面に稜線が光入射面とほぼ平行になった複数の微細プリズムが規則的に形成された透明フィルムである。このようなプリズムシートは、導光板２からの放射光の出射角をシート面に垂直な方向に変換するものであり、輝度の視覚依存性を向上させる。図１には、プリズムシートが１枚だけ配置された場合を示しているが、互いの稜線がほぼ直交した２枚のプリズムシートを配しても良い。あるいは、導光板２からの放射光の出射角によっては、プリズムシート６を省略しても良い。
The
以上説明した各要素は、筺体８によって支持・固定されている。この筺体８に各要素を支持・固定することによって、外部から機械的な力が加わったとしても要素間の位置関係をくずさず安定した照明が可能となると同時に、取り扱いも容易になる。なお、この筺体８を、白色顔料などの反射率の高い材料を混合した高分子材料で形成することによって、光反射層３と４を省略しても良い。
Each element described above is supported and fixed by the
また、本実施例の照明装置に用いた導光板２は、複数の領域に分割されている。図２では３つの領域９，１０，１１に分割されている例を示しているが、導光板の大きさや厚みによってさらに多くの領域に分割することもある。図３に、この分割の様子を模式的に示す。図示するように、各領域で導光板の厚みが異なっている。すなわち、点光源１から見て遠い領域ほど導光板２が薄くなっている。
Moreover, the
図２で示した実施例では、各領域９、１０、１１の境界１２と１３は、点光源１ａ、１ｂ、１ｃをおおよその中心として描いた円弧をなしている。厳密には、各点光源から入射した光の導光板内部での広がりの収束点を中心とした円弧とするのが望ましい。このように、分割された領域の境界形状を円弧状にすることによって、境界面で反射された光は、その円弧の中心（すなわち点光源側）に向かって反射されるため、導光板に形成した微細散乱構造体によって再び効率良く反射して利用することができる。境界面１２、１３の断面方向の形状には制約は無いが、略垂直または頂角が鈍角になるように傾斜させるのが望ましい。このようにすることで、境界面に発生する輝線を低減することができる。また、境界線の段部の高さは、２０〜１００μｍ程度とするのが良い。すなわち、導光板２は、領域が変わるごとに２０〜１００μｍ程度ずつ薄くなっていくようにするのが良い。段部の高さをこれ以上低くすると分割する領域の数を多くしなければならないし、これ以上高くすると輝線等の影響が大きくなって好ましくない。
In the embodiment shown in FIG. 2, the
また、領域を分割される面は、光出射面側でも光出射面と反対側の面でも良い。光出射面側を領域に分割すると、光出射面側に微細散乱構造体を形成しない場合では、導光板の作製は容易となるが、領域の境界における輝線が目立ちやすくなる虞がある。これは、領域の境界を形成する段部のテーパ−角を緩くしたり、光拡散シートのヘイズ値を最適化したりすることで緩和できる。一方、光出射面と反対側の面を領域に分割する場合では、輝線は目立ち難くなるが微細散乱構造体の製法が複雑になる虞がある。 Further, the surface into which the region is divided may be the light exit surface side or the surface opposite to the light exit surface. If the light emitting surface side is divided into regions, the light guide plate can be easily manufactured when the fine scattering structure is not formed on the light emitting surface side, but the bright lines at the boundaries of the regions may be noticeable. This can be alleviated by loosening the taper angle of the step portion forming the boundary of the region or optimizing the haze value of the light diffusion sheet. On the other hand, when the surface opposite to the light emitting surface is divided into regions, the bright lines are not noticeable, but the manufacturing method of the fine scattering structure may be complicated.
このように各領域で導光板厚みを変え、点光源から離れた領域ほど薄くすることによって、点光源から離れるに従って導光板内部での光の繰り返し反射回数を増やすことができる。導光板２の中を光が伝播して点光源から遠ざかるにつれて光パワー密度が低下する。そのため、導光板の光出射面から均一な光を出射しようとすると、点光源から離れるに従って微細散乱構造体の形成密度を大きくしなければならない。従って、導光板２を上述のような領域に分割しない場合は、点光源から最も遠い導光板裏面に形成される微細散乱構造体の形成密度が最大になる。
Thus, by changing the thickness of the light guide plate in each region and making the region farther away from the point light source thinner, the number of repeated reflections of light inside the light guide plate can be increased as the distance from the point light source increases. As the light propagates through the
なお、形成された分割領域は光出射面に平行な平面で狭持されているために、その厚みが各領域で異なっても、内部での伝播光が光出射面や裏面に入射する角度は、導光板全体に渡ってこれら領域に分割しない場合と変わらない。従って、微細散乱構造体の寸法や角度に関する設計は、形成密度を除いて、領域分割をしない場合と同じになる。 In addition, since the formed divided region is sandwiched by a plane parallel to the light emitting surface, the angle at which the internally propagated light is incident on the light emitting surface and the back surface is different even if the thickness is different in each region. This is the same as when the light guide plate is not divided into these regions. Therefore, the design related to the size and angle of the fine scattering structure is the same as in the case where the region is not divided, except for the formation density.
しかし、図２及び図３に示したように導光板２を厚みの異なる領域に分割する場合は、各領域内部での繰り返し反射回数が異なるために、最適な微細散乱構造体の形成密度も異なってくる。一方、各領域内では点光源から離れた位置になるほど光パワー密度は小さくなる。従って、各領域の境界を挟んで、微細散乱構造体が形成される密度は、点光源側の領域からそれよりも遠い領域に移ると不連続に変化する。しかし、各領域内においては、点光源から離れるに従って微細散乱構造体の形成密度は大きくしなければならない。
However, when the
次に、微細散乱構造体の形状について説明する。微細散乱構造体を導光板の発光面から見た透視平面図を図４ａに模式的に示す。図４ａ中の一点鎖線ＣＤでの断面形状を図４ｂに、一点鎖線ＡＢでの断面形状を図４ｃに示す。導光板の裏面に形成される微細散乱構造体は、導光板の内側に窪んだ凹形状をしており、その形状は長手方向に方向性を持っている。微細散乱構造体は、稜線１６で交差する２つの斜面１４及び１５と、導光板の裏面に対して略垂直な２つの側面１７ａ及び１７ｂで構成されている。そのため、図４ｂに示すように、一点鎖線ＣＤでの断面は、正方形あるいは長方形を成している。この例では点光源側に位置する斜面１４は、もう１つの斜面１５よりも面積が広くなっている。微細散乱構造体は、その長手方向が、点光源からの光線が微細散乱構造体に入射する方向と略一致するように形成されている。点光源が複数ある場合には、微細散乱構造体は、微細散乱構造体から最短の距離にある点光源からの光線が微細散乱構造体に入射する方向と略一致するように形成される。このように、微細散乱構造体の長手方向は、点光源からその微細散乱構造体に入射する光線と略並行になるように形成されている。また、微細散乱構造体の側面１７ａ及び１７ｂは、側面を点光源方向にそれぞれ延長した仮想面が点光源の近傍で交わるように形成されている。点光源が複数ある場合には、微細散乱構造体の側面１７ａと側面１７ｂは、側面を点光源方向にそれぞれ延長した仮想面が、微細散乱構造体と最短の距離にある点光源の近傍で交わるように形成されている。微細散乱構造体の形状をこのようにすることによって、点光源からの光を最も効率良く斜面１４で反射することが可能となり、輝度を最大化することができる。
Next, the shape of the fine scattering structure will be described. A perspective plan view of the fine scattering structure viewed from the light emitting surface of the light guide plate is schematically shown in FIG. FIG. 4b shows a cross-sectional shape taken along one-dot chain line CD in FIG. 4a, and FIG. 4c shows a cross-sectional shape taken along one-dot chain line AB in FIG. The fine scattering structure formed on the back surface of the light guide plate has a concave shape recessed inside the light guide plate, and the shape has directionality in the longitudinal direction. The fine scattering structure includes two
微細散乱構造体の形状のその他の例について説明する。微細散乱構造体を導光板の発光面から見た透視平面図を図５ａに模式的に示す。この微細散乱構造体の図５ａの一点鎖線ＣＤでの断面形状を図５ｂに示す。導光板の裏面に形成される微細散乱構造体は、導光板の内側に窪んだ凹形状をしており、その形状は長手方向に方向性を持っている。微細散乱構造体は、稜線１６で交差する４つの平面１４、１５、１７ａ及び１７ｂで構成されている。先に示した図４の例では、側面１７ａ、１７ｂは、導光板の裏面に対して略垂直となっていたが、図５ａの例では、斜面をなしている。したがって、図５ｂに示すように、断面は三角形を成している。図４ａで示した構成の方が、微細散乱構造体の光源に向いた斜面面積が大きくなることから、点光源からの光をより多く導光板の光出射面へ向けて反射／偏向させるためには好ましいといえる。一方、微細散乱構造体の配置密度を大きくし、かつ、後方へ透過する光線数も確保するという観点からは、図５ａの構成が好ましい。また、図５ａに示した構成では、微細構造散乱体頂部に稜線が存在しないことから、導光板の光出射面における輝線の発生を抑えるという点で、有利である。微細散乱構造体のその他の構成・効果は、図４ａの例と変わるところはない。
Other examples of the shape of the fine scattering structure will be described. A perspective plan view of the fine scattering structure viewed from the light emitting surface of the light guide plate is schematically shown in FIG. The cross-sectional shape of the fine scattering structure taken along the one-dot chain line CD in FIG. 5a is shown in FIG. 5b. The fine scattering structure formed on the back surface of the light guide plate has a concave shape recessed inside the light guide plate, and the shape has directionality in the longitudinal direction. The fine scattering structure is composed of four
また、図６を用いて微細散乱構造体の他の形状について説明する。図６は微細散乱構造体を導光板の裏面から見た模式図である。導光板の裏面に形成される微細散乱構造体は導光板の内側に窪んだ凹形状をしており、その形状は長手方向に方向性を持っている。微細散乱構造体は、稜線１６で交差する４つの平面１４、１５、１７ａ及び１７ｂで構成されている。側面１７ａと１７ｂによって１本の稜線が形成されている点で、図５ａの例とは異なっている。ここでは、側面１７ａ、１７ｂの表面を荒らし、側面に入射する光を拡散反射させる。拡散効果を顕著にするために、図５ａの構成よりも側面１７ａ、１７ｂの面積を増加させている。これにより導光板の光出射面における拡散光を増加させ、輝線の発生やモアレの発生を抑えるだけでなく、従来導光板の光出射面上に設置していた拡散板を不要にする。
Further, another shape of the fine scattering structure will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic view of the fine scattering structure viewed from the back surface of the light guide plate. The fine scattering structure formed on the back surface of the light guide plate has a concave shape recessed inside the light guide plate, and the shape has directionality in the longitudinal direction. The fine scattering structure is composed of four
さらに、図７を用いて微細散乱構造体の他の形状について説明する。図７は微細散乱構造体を導光板の裏面から見た模式図である。導光板の裏面に形成される微細散乱構造体は導光板の内側に窪んだ凹形状をしており、その形状は長手方向に方向性を持っている。微細散乱構造体は、稜線１６で交差する４つの面１４、１５、１７ａ及び１７ｂで構成されている。側面１７ａと１７ｂによって１本の稜線が形成されている点では、図６の構成と同様である。ただし、ここでは、稜線がＳ字状、あるいは他の規則性を有する曲線状、あるいは規則性のない曲線状、あるいはジグザグ線状とした。このような形状によれば、側面１７ａ、１７ｂ面の光拡散面積が図６の構成より増えるとともに、側面で反射する光線の拡散方向が制御できるようになる。したがって、導光板の光出射面における輝線の発生あるいはモアレの発生を抑えることができる。
Further, another shape of the fine scattering structure will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view of the fine scattering structure viewed from the back surface of the light guide plate. The fine scattering structure formed on the back surface of the light guide plate has a concave shape recessed inside the light guide plate, and the shape has directionality in the longitudinal direction. The fine scattering structure is composed of four
さらに、図８を用いて微細散乱構造体の他の形状について説明する。図８は微細散乱構造体を導光板の裏面から見た模式図である。導光板の裏面に形成される微細散乱構造体は導光板の内側に窪んだ凹形状をしており、その形状は長手方向に方向性を持っている。微細散乱構造体は、稜線１６で交差する２つの斜面１４及び１５と、導光板の裏面に対して略垂直な２つの側面１７ａ及び１７ｂで構成されている。図８に示した例では、点光源側に位置する斜面１４は、もう１つの斜面１５よりも面積が広くなっている。微細散乱構造体は、その長手方向が、点光源近傍からの光線が微細散乱構造体に入射する方向と略一致するように形成されている。こうすることにより、２ｉｎ１チップのように、一つのＬＥＤチップに複数の点光源が含まれている場合に、複数の点光源からの光を効率良く斜面１４で反射することが可能となり、輝度を最大化することができる。
Further, another shape of the fine scattering structure will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic view of the fine scattering structure viewed from the back surface of the light guide plate. The fine scattering structure formed on the back surface of the light guide plate has a concave shape recessed inside the light guide plate, and the shape has directionality in the longitudinal direction. The fine scattering structure includes two
次に、微細散乱構造体の長手方向の断面形状について図面を用いて詳細に説明する。図９は、図４ａ、図５ａの一点鎖線ＡＢに相当する線での導光板の断面形状を示す模式図である。図９に示す例では、複数の光源の内で最短の距離にある点光源１と微細散乱構造体１８を結ぶ方向における微細散乱構造体１８の断面が略直角三角形となっている。すなわち、図４ａもしくは図５ａに示した斜面１５が導光板２の裏面に対して略垂直に立っている。斜面１４と導光板２の裏面がなす角度は、導光板の厚みや長さ、あるいは光出射面での出射角などに依存するが、５〜５５度の範囲内にある。この角度が５〜１５度程度と小さい場合は、導光板内を伝播する光を全反射条件またはそれに近い条件で反射できるために光出射効率が高くなるが、出射角が導光板の光出射面に立てた垂線に対して大きく傾くことになるために視角特性が悪くなる。そこで、その場合には図１で示したプリズムシート６で出射角を補正する必要がある。また、この角度が４５〜５５度と大きい場合は、導光板内を伝播する光を全反射条件から離れた条件で反射するために光出射効率は低くなるが、出射角が導光板の光出射面に立てた垂線に対して０±１５度の角度となるため、視覚方向（光出射面での垂線方向）に光が反射されることとなり、プリズムシート６は不要となる。
Next, the cross-sectional shape in the longitudinal direction of the fine scattering structure will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of the light guide plate taken along a line corresponding to the one-dot chain line AB of FIGS. 4a and 5a. In the example shown in FIG. 9, the cross section of the
同様に、微細散乱構造体の長手方向の他の断面形状について図１０を用いて説明する。図１０に示す例では、微細散乱構造体１８の断面形状は二等辺三角形となっている。断面形状を二等辺三角形とすることによって、点光源１が配置されている光入射面と対向する端面からの折り返し光や、分割領域の境界面による反射光を光出射面側に向かわせる効率が良くなる。
Similarly, another cross-sectional shape in the longitudinal direction of the fine scattering structure will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 10, the cross-sectional shape of the
図４〜図１０に示した微細散乱構造体の典型的な寸法は、底面の一辺の長さが５〜５０μｍ×７〜１２０μｍであり、高さが５〜１２０μｍである。この寸法は、断面形状や斜面の傾斜角などによって異なる。可能な限り密度を稼ぎたい場合は、底面の短辺寸法を５μｍ程度と小さな値に設定する。 Typical dimensions of the fine scattering structure shown in FIGS. 4 to 10 are such that the length of one side of the bottom surface is 5 to 50 μm × 7 to 120 μm and the height is 5 to 120 μm. This dimension varies depending on the cross-sectional shape and the inclination angle of the slope. In order to increase the density as much as possible, the short side dimension of the bottom surface is set to a small value of about 5 μm.
図１２に微細散乱構造体の配列の具体例を模式的に示す。図示するように、ここでは点光源として３つのＬＥＤ１ａ、１ｂ、１ｃを用いている。微細散乱構造体２０は、各微細散乱構造体に最も近いＬＥＤと結ぶ直線に対して、形状の長手方向が略平行になるように配列されている。導光板２は３つの領域９、１０、１１に分割されており、各領域内においてＬＥＤから遠ざかるに従って微細散乱構造体２０の形成密度が大きくなっている。さらに、領域９から領域１０に移ると、微細散乱構造体２０の形成密度は不連続に減少している。この密度の減少量は、各領域における導光板厚みの差によって決まる。
FIG. 12 schematically shows a specific example of the arrangement of the fine scattering structures. As shown in the figure, here, three
微細散乱構造体２０は、長手方向をＬＥＤと結ぶ直線に平行に並べてあるために、ＬＥＤ近傍を中心とした円弧方向への充填密度を大きく取ることができ、その結果散乱特性も飽和し難くなる。また、ＬＥＤから遠ざかるにつれて導光板が薄くなっているために、内部での繰り返し反射回数はＬＥＤから遠ざかるにつれて大きくなる。従って、ＬＥＤから遠い場所にある領域に形成される微細散乱構造体の密度は、領域９、１０、１１が形成されないときの密度に比較して小さくすることができる。さらに、微細散乱構造体の配列から可能な限り規則性を排除することによって、モワレ縞などの発生を押さえることができる。
Since the
一方、図１１に示すように導光板２の裏面に設けた微細散乱構造体１８以外に、導光板２の光出射面にも別の第二の微細散乱構造体１９を設けることもできる。この第二の微細散乱構造体１９は、裏面に形成した微細散乱構造体１８では散乱しきれない伝播光成分を散乱して光出射面から出射する機能を持っている。第二の微細散乱構造体１９の平面形状は、図４と同様の形状であり、その側面は最も近くにある点光源と第二の微細散乱構造体１９とを結ぶ直線に平行に形成されている。なお、光出射面側に形成する第二の微細散乱構造体１９は、裏面に形成する微細散乱構造体１８の形成密度の１／５〜１／５０程度の密度で一様に形成すれば効果がある。そのため、点光源と結んだ方向に対して長手方向を垂直にして配列しても良い。また、図１１に示した第二の微細散乱構造体１９の断面形状は、導光板２の外側に凸形状の三角形をしている。この三角形の形状としては、光出射面からの光出射角の設計値に依存する。また、第二の微細散乱構造体１９を導光板の内側に凹形状にすると、この微細散乱構造体で反射された光は、導光板裏面側に向きを変える。そして、導光板の裏面、あるいは、裏面に設けられた光反射層で反射されて光出射面から出射される。
On the other hand, in addition to the
最後に、図１３を用いて本発明の照明装置を用いた液晶表示装置について説明する。照明装置は、上述したいずれかの構成の導光板２を備えており、導光板２の光入射面に対向して点光源１が配置されている。点光源１はＦＰＣ基板７上に実装されている。また、導光板２の三側面と裏面、換言すると光出射面と光入射面を除いた導光板の４つの面、に対向するように光反射層３、４が設けられている。そして、導光板の光出射面の上側に液晶表示素子２１が設けられている。さらに、導光板２と液晶表示素子２１の間には光拡散シート５とプリズムシート６が設けられている。液晶表示素子として、ＴＦＴ素子を用いた透過型アクチブマトリクス型液晶表示素子や、ＳＴＮ液晶などを用いた透過型パッシブマトリックス型液晶表示素子などを用いることができる。この液晶表示素子２１は、照明装置を保持する筐体８によって共通に保持される。液晶表示素子には図示していない回路基板が接続されており、液晶駆動回路からの電力と駆動信号が供給されている。図１２に示す液晶表示装置とすることによって、均一な輝度で明るい液晶表示装置を実現することができる。
Finally, a liquid crystal display device using the illumination device of the present invention will be described with reference to FIG. The illumination device includes the
１ 点光源
２ 導光板
３，４ 光反射層
５ 光拡散シート
６ プリズムシート
７ ＦＰＣ基板
８ 筐体
９，１０，１１ 分割領域
１２，１３ 境界面
１４，１５ 斜面
１６ 稜線
１７ａ，１７ｂ 側面
１８，１９，２０ 微細散乱構造体
1 point
Claims (4)
前記微細散乱構造体は、光源側の斜面と、２つの側面とを有するとともに、それぞれの側面がうねりのある曲面で形成され、
前記複数のＬＥＤ素子のうち、当該微細散乱構造体から最短の距離にあるＬＥＤ素子から、前記微細散乱構造体に入射する光の方向が、前記微細散乱構造体の長手方向と略一致し、前記光源側の斜面の基底線と直交することを特徴とする照明装置。 A light guide plate for guiding the light incident from the light incident surface to the light emitting surface, and a plurality of LED elements which are arranged opposite to the light incident surface, recessed therein on a surface opposite to the light emitting surface Provided with a plurality of fine scattering structures formed in a concave shape,
The fine scattering structure includes a light source side of the slope, with having two sides, are formed by tracks surface, each side is undulating,
Among the plurality of LED elements, the LED element from the fine scattering structure the shortest distance, the direction of light incident on the fine scattering structure, the longitudinal direction substantially coincides of the fine scattering structure, the An illumination device characterized by being orthogonal to a base line of a slope on a light source side.
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