JP2005135844A - Optical element and backlight device - Google Patents

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Nobuo Suematsu
伸雄 末松
Yoshinari Kawashima
良成 川島
Yohei Yamazaki
陽平 山崎
Shiro Sugawara
司朗 菅原
Nobuaki Kurihara
伸晃 栗原
Akira Koshimura
章 越村
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a backlight device having a structure of reduced sheets, flatly emit light, guided in a light guide plate from a front surface, with uniform brightness. <P>SOLUTION: The optical element 30 is equipped with an optical means 32Am, in which the light from a light source is made incident, and of the incident light, the light traveling with directivity, spreading in a radial shape against the light guiding direction of a light guide plate 10, is polarized into a light having a directivity of traveling in the direction parallel with the light guide direction of the light guide plate 10, and emitted, and the emitted light is made incident on a light incident surface 11 of the light guide plate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)のバックライト装置に関し、詳しくは、バックライト装置の部品点数を大幅に削減するために用いる光学素子及び上記光学素子を備えたバックライト装置に関する。   The present invention relates to a backlight device of a liquid crystal display (LCD), and more particularly, to an optical element used for significantly reducing the number of parts of the backlight device and a backlight device including the optical element. .

液晶表示装置のバックライト装置であるバックライトユニットは、液晶表示装置を搭載する電子機器の普及に伴い、大量生産されることが求められている。バックライトユニットは、主に、光源と、光源から出射された光を導光して面発光させる導光板とによって形成されている。   A backlight unit, which is a backlight device of a liquid crystal display device, is required to be mass-produced with the spread of electronic devices equipped with the liquid crystal display device. The backlight unit is mainly formed by a light source and a light guide plate that guides light emitted from the light source to emit light.

光源は、蛍光管や、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などが用いられ、特に小型化、薄型化された電子機器に搭載する場合は、発光ダイオードが使用されることが多い。   As the light source, a fluorescent tube, a light emitting diode (LED), or the like is used. In particular, a light emitting diode is often used when the light source is mounted on a miniaturized and thin electronic device.

一般に、図15に示すように発光ダイオードを光源とするバックライトユニット100は、導光板80、例えば、3個の発光ダイオード91a,91b,91cといった複数の発光ダイオードを有する光源90、反射シート101、拡散シート102、第1のレンズシート103、第2のレンズシート104を備えている。   In general, as shown in FIG. 15, a backlight unit 100 using light emitting diodes as a light source includes a light guide plate 80, for example, a light source 90 having a plurality of light emitting diodes such as three light emitting diodes 91a, 91b, 91c, a reflective sheet 101, A diffusion sheet 102, a first lens sheet 103, and a second lens sheet 104 are provided.

バックライトユニット100は、導光板80の光入射面81に、発光ダイオード91a、91b、91cが所定のピッチで、光出射面92a、92b、92cが密着するように配置され、導光板80の光反射面82側に反射シート101が配置され、導光板80の光出射面83上に拡散シート102、第1のレンズシート103、第2のレンズシート104の順に重ねて配置され、これらがフレーム110、111内に、反射シート101をフレーム内面111A側にして、収納され組み付けられて構成されている。なお、以下の説明において、発光ダイオード91a,91b,91cは、総称して発光ダイオード91とも呼ぶ。   The backlight unit 100 is disposed such that the light emitting diodes 91a, 91b, and 91c are in close contact with the light incident surface 81 of the light guide plate 80 at a predetermined pitch, and the light output surfaces 92a, 92b, and 92c are in close contact with each other. The reflection sheet 101 is disposed on the reflection surface 82 side, and the diffusion sheet 102, the first lens sheet 103, and the second lens sheet 104 are disposed in this order on the light emitting surface 83 of the light guide plate 80. 111 are housed and assembled with the reflective sheet 101 facing the inner surface 111A of the frame. In the following description, the light emitting diodes 91a, 91b, 91c are also collectively referred to as the light emitting diode 91.

発光ダイオード91から導光板80の光入射面81に入射した光は、導光板80の光反射面82と、光出射面83との内面で全反射しながら導光される。導光板80の光反射面82には、入射された光を効率よく光出射面83方向へ立ち上げるためのプリズムパターンや、ドットパターンなどが形成されており、これらのパターンによって臨界角以内で光出射面83の内面に入射した光は、光出射面83から出射されることになる。   Light that has entered the light incident surface 81 of the light guide plate 80 from the light emitting diode 91 is guided while being totally reflected by the inner surfaces of the light reflecting surface 82 and the light emitting surface 83 of the light guide plate 80. The light reflecting surface 82 of the light guide plate 80 is formed with a prism pattern, a dot pattern, and the like for efficiently rising incident light toward the light emitting surface 83. The light incident on the inner surface of the emission surface 83 is emitted from the light emission surface 83.

光出射面83から出射した光は、面内光量分布に非常にばらつきがあるため、拡散シート102に入射し均一化が計られる。   Since the light emitted from the light emitting surface 83 has a very large variation in the in-plane light amount distribution, the light is incident on the diffusion sheet 102 and uniformized.

拡散シート102から出射された光は、第1のレンズシート103,第2のレンズシート104に入射され、光出射面83の法線方向へ集光するように偏向させる。拡散シート102を通過した光を、第1のレンズシート103、第2のレンズシート104が集光させる光の方向成分はそれぞれ異なっている。   The light emitted from the diffusion sheet 102 is incident on the first lens sheet 103 and the second lens sheet 104 and deflected so as to be condensed in the normal direction of the light emitting surface 83. The direction components of the light that the first lens sheet 103 and the second lens sheet 104 condense the light that has passed through the diffusion sheet 102 are different.

一方の第1のレンズシート103は、Y方向レンズシートとも呼ばれ、図16に、発光ダイオード91を備えた導光板80を、光出射面83が正面となるように、XY座標平面上に配置させ、光の導光方向をX軸方向とした場合のY軸方向の光の成分を、光出射面83の法線方向に集光させるレンズシートである。他方の第2のレンズシート104は、X方向レンズシートともよばれ、図16に示すX軸方向の光の成分を、光出射面83の法線方向に集光させるレンズシートである。   One first lens sheet 103 is also called a Y-direction lens sheet. In FIG. 16, the light guide plate 80 including the light emitting diode 91 is arranged on the XY coordinate plane so that the light emitting surface 83 faces the front. The lens sheet collects the light component in the Y-axis direction in the normal direction of the light exit surface 83 when the light guide direction is the X-axis direction. The other second lens sheet 104 is also called an X-direction lens sheet, and is a lens sheet that condenses the light component in the X-axis direction shown in FIG. 16 in the normal direction of the light exit surface 83.

このように、導光板80の光出射面83から出射され、拡散シート102を介した光を、この第1のレンズシート103、第2のレンズシート104に通過させることで、バックライトユニット100の正面輝度を効率よく向上させることが可能となる。   In this way, the light emitted from the light exit surface 83 of the light guide plate 80 and passing through the diffusion sheet 102 is passed through the first lens sheet 103 and the second lens sheet 104, so that the backlight unit 100 The front luminance can be improved efficiently.

なお、導光板80の光反射面82側に配置された反射シート101は、光入射面81から入射された光が導光板80内を全反射しながら導光する際に、光反射面82外に飛び出した光を反射して、再び導光板80内に戻す働きをしている。   The reflection sheet 101 disposed on the light reflection surface 82 side of the light guide plate 80 is arranged outside the light reflection surface 82 when the light incident from the light incident surface 81 is guided while being totally reflected in the light guide plate 80. The light that jumps out is reflected and returned to the light guide plate 80 again.

特開2003−35910号公報JP 2003-35910 A

電子機器の小型化及び薄型化の要請に伴い、このような電子機器に搭載する、例えば、液晶表示装置の照明に用いられるバックライトユニットも薄型化される傾向にある。しかしながら、図15を用いて説明したようにバックライトユニット100の部品点数は、非常に多く、中でも反射シート101、拡散シート102、第1のレンズシート103、第2のレンズシート104というようにシート類が4枚も使用されているという状況である。   With the demand for downsizing and thinning electronic devices, backlight units mounted on such electronic devices, for example, used for illumination of liquid crystal display devices tend to be thinned. However, as described with reference to FIG. 15, the number of parts of the backlight unit 100 is very large, and among them, the reflection sheet 101, the diffusion sheet 102, the first lens sheet 103, the second lens sheet 104, and the like. It is the situation that four kinds are used.

これらのシート類は、それぞれ0.1〜0.15mm程度の厚さがあるため、重ね合わせると少なくとも0.4mm以上となってしまい、バックライトユニット100の薄型化を妨げてしまうといった問題がある。   Since these sheets each have a thickness of about 0.1 to 0.15 mm, they are at least 0.4 mm or more when they are overlapped, and there is a problem that the backlight unit 100 is prevented from being thinned. .

しかしながら、上述した、いずれのシート類が有する機能も、このように光源90から導光板80の光入射面81に入射された光を導光しながら、光出射面83から面発光させる機構のバックライトユニット100においては、いずれも必須であり欠くことのできないものである。   However, the functions of any of the above-described sheets are back of the mechanism for emitting light from the light emitting surface 83 while guiding the light incident on the light incident surface 81 of the light guide plate 80 from the light source 90 in this way. All of the light units 100 are essential and indispensable.

特に、導光板80の光出射面83上に積層する拡散シート102、第1のレンズシート103、第2のレンズシート104は、正面輝度の劇的な改善効果を期待できる反面、非常に高価な部材である。   In particular, the diffusion sheet 102, the first lens sheet 103, and the second lens sheet 104 stacked on the light output surface 83 of the light guide plate 80 can be expected to dramatically improve the front luminance, but are very expensive. It is a member.

具体的には、拡散シート102、第1のレンズシート103及び第2のレンズシート104をバックライトユニット100に組み込んだ場合、この3枚のシートによって、バックライトユニット100の総コストの何割かを占めてしまうことになり、高い正面輝度が必要な場合には、必然的にコストアップが求められてしまうといった問題がある。   Specifically, when the diffusion sheet 102, the first lens sheet 103, and the second lens sheet 104 are incorporated in the backlight unit 100, these three sheets reduce some percentage of the total cost of the backlight unit 100. When high front luminance is required, there is a problem that cost increase is inevitably required.

そこで、本発明はこのような問題を解決するために案出されたものであり、バックライト装置を構成するシート類のうち拡散シート、第1の反射シート、第2の反射シートを、当該拡散シート、第1の反射シート、第2の反射シートの有する機能を損なうことなく削減するための光学素子及び上記光学素子を備えたバックライト装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been devised to solve such a problem, and among the sheets constituting the backlight device, the diffusion sheet, the first reflection sheet, and the second reflection sheet are used as the diffusion sheet. An object of the present invention is to provide an optical element for reducing the function of the sheet, the first reflective sheet, and the second reflective sheet without impairing the function, and a backlight device including the optical element.

上述の目的を達成するために、本発明に係る光学素子は、一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板の上記光入射面に入射する光を調整する光学素子であって、光源より出射される光を入射し、入射された光のうち、上記導光板の光の導光方向に対して、放射状に広がって進む指向性を有する光を、上記導光板の上記光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向して、出射し、上記導光板の上記光入射面に入射させる光学手段を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, an optical element according to the present invention has one side as a light incident surface, and light incident from the light incident surface is a light exit surface that is one main surface and light that is the other main surface. It is an optical element that adjusts the light incident on the light incident surface of the light guide plate that is totally reflected by the reflecting surface and guided by light, and emits light from the light emitting surface, and receives the light emitted from the light source, Of the incident light, the light having directivity that spreads radially with respect to the light guide direction of the light of the light guide plate proceeds in a direction parallel to the light guide direction of the light of the light guide plate. And an optical means for deflecting and emitting the light having a property to enter the light incident surface of the light guide plate.

上述の目的を達成するために、本発明に係るバックライト装置は、一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、上記導光板の上記光入射面の長手方向に所定の間隔で配列された複数の発光素子を有する光源と、上記光源の上記複数の発光素子より出射された光を入射し、上記導光板の上記光入射面への入射光として出射する光学素子と、上記導光板の上記光反射面側に配置される反射シートと、上記導光板に、上記光源と、上記光学素子と、上記反射シートとを保持するフレームとを備え、上記導光板は、上記光の入射方向をX軸方向とし、上記X軸方向に直交し、上記光出射面に平行な方向をY軸方向とし、上記X軸方向及び上記Y軸方向に垂直な方向を法線方向とするとき、上記光入射面から入射された光を、上記X軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をするX軸方向配光制御手段を有し、上記光学素子は、上記入射された光のうち、上記導光板の光の導光方向に対して、放射状に広がって進む指向性を有する光を、上記導光板の上記光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向して、出射し、上記導光板の上記光入射面に入射させる光学手段を有することを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a backlight device according to the present invention has one side as a light incident surface, and light incident from the light incident surface is a light exit surface that is one main surface and the other main surface. A light guide plate that is totally reflected by the light reflecting surface and guides light from the light emitting surface, and a plurality of light emitting elements arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction of the light incident surface of the light guide plate. A light source, an optical element that receives light emitted from the plurality of light emitting elements of the light source, and is emitted as incident light on the light incident surface of the light guide plate, and disposed on the light reflecting surface side of the light guide plate The light guide plate includes the light source, the optical element, and a frame that holds the reflection sheet. The light guide plate has an X-axis direction as the light incident direction, and the X The direction perpendicular to the axial direction and parallel to the light exit surface is the Y-axis direction. When the normal direction is the direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction, the light incident from the light incident surface is such that the inclination in the X-axis direction approaches zero with respect to the normal direction. The X-axis direction light distribution control means for controlling the light distribution to be emitted from the light exit surface, and the optical element is a light guide direction of the light of the light guide plate out of the incident light. In contrast, light having directivity that spreads radially is deflected to light having directivity that travels in a direction parallel to the light guide direction of the light of the light guide plate, and is emitted. It has an optical means for making it incident on the light incident surface.

本発明の光学素子は、導光板に入射させる光源からの光を、導光板の光の導光方向に対して、放射状に広がって進む指向性を有する光から、導光板の光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向して、出射し、導光板の上記光入射面に入射させる。   The optical element of the present invention is a light guide direction of light of a light guide plate from light having directivity that spreads light from a light source incident on the light guide plate in a radial direction with respect to the light guide direction of light of the light guide plate. The light is deflected to emit light having directivity that travels in a direction parallel to the light, and is incident on the light incident surface of the light guide plate.

これにより、点光源である光源から出射される光を、導光板の光入射面、全面に渡って、垂直に入射させることができるため、導光板から一定レベルの輝度以上で均一な面発光をさせることを可能とする。   As a result, light emitted from the light source, which is a point light source, can be vertically incident on the entire light incident surface of the light guide plate, so that uniform light emission from the light guide plate with a certain level of brightness or more can be achieved. It is possible to make it.

また、本発明のバックライト装置は、上記光学素子によって、導光板の光の導光方向に平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向された光を、X軸方向配光制御手段を有する導光板に入射させることで、導光板の光出射面から出射した光に対して、Y軸方向の配光制御、X軸方向の配光制御、光の拡散処理が不要となるためX軸方向の配光制御及びY軸方向の配光制御を行うレンズシート、拡散シートを用いなくとも、一定レベルの輝度以上で均一な面発光を可能とする。   Further, the backlight device of the present invention provides the X-axis direction light distribution control means for converting the light deflected by the optical element into light having directivity that travels in a direction parallel to the light guide direction of the light from the light guide plate. By making the light incident on the light guide plate having the X-axis because light distribution control in the Y-axis direction, light distribution control in the X-axis direction, and light diffusion processing are not required for the light emitted from the light exit surface of the light guide plate Even without using a lens sheet or a diffusion sheet that performs light distribution control in the direction and light distribution control in the Y-axis direction, uniform surface light emission at a certain level or higher is possible.

したがって、このようなバックライト装置は、従来では必須となっていた高額なレンズシート、拡散シートを削減できるため、装置の薄型化及び大幅なコストダウンを可能とする。   Therefore, since such a backlight device can reduce expensive lens sheets and diffusion sheets that have been essential in the past, the device can be thinned and the cost can be significantly reduced.

以下、本発明に係る光学素子及びバックライト装置の発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。   The best mode for carrying out the invention of an optical element and a backlight device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1に、本発明を実施するための最良の形態として示すバックライトユニット40を示す。バックライトユニット40は、導光板10と、光源部20と、光学素子30と、反射シート15とが、フレーム35,36内に組み付けられて構成されている。   FIG. 1 shows a backlight unit 40 shown as the best mode for carrying out the present invention. The backlight unit 40 is configured by assembling the light guide plate 10, the light source unit 20, the optical element 30, and the reflection sheet 15 in frames 35 and 36.

導光板10に用いられる材料としては、アクリル樹脂の他、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明熱可塑性樹脂が用いられる。導光板10は、一例として、透明度の高いアクリル樹脂などを材料とし射出成形される。導光板10は、光入射面11から入射された光を、当該導光板10の一方主面である光反射面12で多方向へ反射させ、反射された光を光出射面13から均一な光として出射させる。   As a material used for the light guide plate 10, a transparent thermoplastic resin such as a methacrylic resin, a styrene resin, or a polycarbonate resin is used in addition to an acrylic resin. For example, the light guide plate 10 is injection-molded using a highly transparent acrylic resin or the like as a material. The light guide plate 10 reflects light incident from the light incident surface 11 in multiple directions by the light reflecting surface 12 which is one main surface of the light guide plate 10, and the reflected light is uniform light from the light emitting surface 13. To be emitted.

光反射面12には、細かい凹凸形状、例えば、プリズムパターンや、ドットパターンなどが形成されており、入射され当該導光板10内に導光された光を効率よく光出射面13方向へ立ち上げるような処理が施されている。   The light reflecting surface 12 is formed with a fine uneven shape, for example, a prism pattern, a dot pattern, etc., and the light that is incident and guided into the light guide plate 10 is efficiently raised in the direction of the light emitting surface 13. Such processing is performed.

例えば、光反射面12には、n(nは、自然数)個のプリズム12Anからなるプリズムパターンが形成されており、入射され当該導光板10内に導光された光を効率よく光出射面13方向へ立ち上げる。この光反射面12に形成するプリズムパターンは、導光板10の射出成形時に形成したり、射出成形後に直接加工(ダイレクト・カット)して形成したりする。なお、このプリズムパターン12Anについては、後で詳細に説明をする。   For example, the light reflecting surface 12 is formed with a prism pattern composed of n (n is a natural number) prisms 12An, and the light incident and guided into the light guide plate 10 is efficiently emitted from the light emitting surface 13. Launch in the direction. The prism pattern formed on the light reflecting surface 12 is formed at the time of injection molding of the light guide plate 10 or is formed by direct processing after injection molding (direct cut). The prism pattern 12An will be described later in detail.

導光板10は、光入射面11から入射され、導光された光の導光方向の厚みが徐々に減少するような楔形形状をしているが、本発明は、このような楔形形状以外の形状の導光板にも適用可能である。   The light guide plate 10 has a wedge shape so that the thickness in the light guide direction of the light that is incident and guided from the light incident surface 11 gradually decreases. However, the present invention is not limited to such a wedge shape. It can also be applied to a light guide plate having a shape.

導光板10の光源としては、図1に示す基板23に所定の間隔で列状に配列された発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)21a,21b,21cを備える光源部20が用いられる。発光ダイオード21a,21b,21cの光出射方向は、全て同一であり、光を出射する面をそれぞれ光出射面22a,22b,22cとする。なお、以下の説明においては、発光ダイオード21a,21b,21cを総称して発光ダイオード21とも呼び、それぞれの光出射面22a,22b,22cを総称して光出射面22とも呼ぶ。発光ダイオード21は、例えば、チップ型発光ダイオードである。   As the light source of the light guide plate 10, a light source unit 20 including light emitting diodes (LEDs) 21a, 21b, and 21c arranged in a row at predetermined intervals on the substrate 23 shown in FIG. 1 is used. The light emitting directions of the light emitting diodes 21a, 21b, and 21c are all the same, and the light emitting surfaces are referred to as light emitting surfaces 22a, 22b, and 22c, respectively. In the following description, the light emitting diodes 21a, 21b, and 21c are collectively referred to as the light emitting diode 21, and the light emitting surfaces 22a, 22b, and 22c are also collectively referred to as the light emitting surface 22. The light emitting diode 21 is, for example, a chip type light emitting diode.

バックライトユニット40は、導光板10の光入射面11側に、光学素子30を介して、光源部20が配置され、光反射面12側に反射シート15が配置される。このように配置された、導光板10、光源部20、光学素子30、反射シート15は、バックライトユニット40の筐体となるフレーム35、フレーム36内に反射シート15を、フレーム36のフレーム内面36A側にして、がたつきなどがないように組み付けられる。   In the backlight unit 40, the light source unit 20 is disposed on the light incident surface 11 side of the light guide plate 10 via the optical element 30, and the reflection sheet 15 is disposed on the light reflecting surface 12 side. The light guide plate 10, the light source unit 20, the optical element 30, and the reflection sheet 15 arranged in this way are the frame 35 and the frame 36 that serve as the casing of the backlight unit 40, and the inner surface of the frame 36. It is assembled on the 36A side so that there is no rattling.

図2は、バックライトユニット40が備える導光板10、光源部20、光学素子30を、光の導光方向をX軸方向とし、光出射面13が正面となるようにXY座標平面上に配置させた図である。なお、このようにXY座標平面上に導光板10を配置した場合における、光出射面13からの光の出射方向は、Z軸方向となる。   FIG. 2 shows the light guide plate 10, the light source unit 20, and the optical element 30 included in the backlight unit 40 arranged on the XY coordinate plane so that the light guide direction is the X-axis direction and the light exit surface 13 is the front. FIG. When the light guide plate 10 is arranged on the XY coordinate plane in this way, the light emission direction from the light emission surface 13 is the Z-axis direction.

次に、導光板10の光反射面12に形成するプリズム12Anについて説明をする。   Next, the prism 12An formed on the light reflecting surface 12 of the light guide plate 10 will be described.

図3に、図1に示すAA線において、導光板10を切断した際の断面図を示す。図3に示すように、プリズム12Anは、断面形状が、光反射面12側を底辺とする三角形で、上記三角形の光入射面11側の底角が角度α=50〜60°、他方の底角が角度β=70°〜90°の範囲である溝を光反射面12上に作製することで形成される。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the light guide plate 10 taken along the line AA shown in FIG. As shown in FIG. 3, the prism 12An has a cross-sectional shape of a triangle having a base on the light reflecting surface 12 side, the base angle on the light incident surface 11 side of the triangle is an angle α = 50 to 60 °, and the other bottom. The groove is formed on the light reflecting surface 12 with a groove having an angle β in the range of 70 ° to 90 °.

例えば、導光板10を射出成形する場合には、光反射面12を形成する射出形成用金型のキャビティ内面上に断面形状が、上述したように角度α=50°〜60°、角度β=70°〜90°の底角を有する三角形となるような凸部を複数形成しておけばよい。   For example, when the light guide plate 10 is injection-molded, the cross-sectional shape on the inner surface of the cavity of the injection-molding mold that forms the light reflecting surface 12 is the angle α = 50 ° to 60 ° and the angle β = as described above. A plurality of convex portions may be formed so as to form a triangle having a base angle of 70 ° to 90 °.

図1や図3では、光反射面12に形成するプリズム12Anのピッチを固定とし、規則的に並んだプリズム12Anを示しているが、不規則に変化するようにしてもよい。また、隣り合うプリズム12An毎にピッチを変えることもできる。さらに、図3では、プリズム12Anの高さ、つまり、光反射面12上に作製する溝の深さも一定にして記載しているが、本発明はこれらに限定されることなく、光出射面13の法線方向への立ち上げを効果的に行うために、プリズム12Anのピッチや、光反射面12に作製する溝の深さで決まるプリズム12Anの高さなどの値を全て任意に設計することができる。   1 and 3, the prisms 12An formed on the light reflecting surface 12 are fixed in pitch and the prisms 12An arranged regularly are shown. However, the prisms 12An may be irregularly changed. Further, the pitch can be changed for each adjacent prism 12An. Further, in FIG. 3, the height of the prism 12An, that is, the depth of the groove formed on the light reflecting surface 12 is also described as being constant. However, the present invention is not limited thereto, and the light emitting surface 13 is not limited thereto. In order to effectively start up in the normal direction, all values such as the pitch of the prism 12An and the height of the prism 12An determined by the depth of the groove formed on the light reflecting surface 12 are arbitrarily designed. Can do.

例えば、プリズム12Anを固定的なピッチで形成する場合には、作製する溝の深さを変えて、プリズム12Anの高さを変えたり、プリズム12Anのピッチを変化させて形成する場合には、作製する溝の深さを固定にし、プリズム12Anの高さを一定にしたりすることなども可能である。   For example, when the prism 12An is formed at a fixed pitch, the depth of the groove to be manufactured is changed to change the height of the prism 12An or the pitch of the prism 12An is changed. It is also possible to fix the depth of the groove to be fixed and to make the height of the prism 12An constant.

図3に示すように、導光板10の光入射面11から入射された入射光L1は、プリズム12Anに入射して、プリズム12Anの斜面Sによって、X軸方向成分が光出射面13の法線方向に偏向される偏向光L2、導光方向であるX軸方向に進む透過光L3、導光板10外に出射する偏向光L4などに分光される。   As shown in FIG. 3, the incident light L1 incident from the light incident surface 11 of the light guide plate 10 enters the prism 12An, and the X-axis direction component is normal to the light emitting surface 13 by the inclined surface S of the prism 12An. The light is split into the deflected light L2 deflected in the direction, the transmitted light L3 traveling in the X-axis direction as the light guide direction, the deflected light L4 emitted outside the light guide plate 10, and the like.

偏向光L2のX軸方向成分の偏向角は、射出成形時に光反射面12上に形成される複数の溝の角度α、角度βによって決まり、図3に示すように角度α=50°〜60°、角度β=70°〜90°とすることで、偏向光L2のX軸方向成分は、光出射面13のほぼ法線方向に偏向されることになる。透過光L3は、導光方向の後段に位置する別のプリズム12Anに入射することになる。また偏向光L4は、導光板10外に出射されるが、バックライトユニット40として導光板10を構成した場合に用いられる反射シート15によって、再び導光板10内に戻されることになる。   The deflection angle of the component in the X-axis direction of the deflected light L2 is determined by the angles α and β of the plurality of grooves formed on the light reflecting surface 12 at the time of injection molding, and the angle α = 50 ° -60 ° as shown in FIG. By setting the angle β and the angle β = 70 ° to 90 °, the X-axis direction component of the deflected light L2 is deflected substantially in the normal direction of the light exit surface 13. The transmitted light L3 is incident on another prism 12An located at the rear stage in the light guide direction. The deflected light L4 is emitted to the outside of the light guide plate 10, but is returned again into the light guide plate 10 by the reflection sheet 15 used when the light guide plate 10 is configured as the backlight unit 40.

このように、導光板10の光反射面12に形成するプリズムパターンによって、光入射面11から入射され導光板10内を導光する光のX軸方向成分は、配光制御され、導光板10の光出射面13の法線方向に偏向され立ち上げられることになる。具体的には、光出射面13の法線を0°とすると、導光板10内に導光された光は、例えば、角度α=58°、角度β=90°となるような溝を作製した場合に、光反射面12に形成されたプリズム12Anによって、X軸方向におよそ0°〜25°程度の範囲で立ち上げられることになる。   As described above, the X-axis direction component of the light incident from the light incident surface 11 and guided through the light guide plate 10 by the prism pattern formed on the light reflecting surface 12 of the light guide plate 10 is light distribution-controlled. The light exit surface 13 is deflected in the normal direction and is raised. Specifically, assuming that the normal of the light exit surface 13 is 0 °, the light guided into the light guide plate 10 forms a groove such that the angle α = 58 ° and the angle β = 90 °, for example. In this case, the prism 12An formed on the light reflecting surface 12 is raised in the range of about 0 ° to 25 ° in the X-axis direction.

続いて、光学素子30の機能について説明をする。ここで、光学素子30を構成要素として加えずに、光源部20の各発光ダイオード21の光出射面22を導光板10の光入射面11に密着するようにしてバックライトユニット40を組み付けた場合について考える。   Subsequently, the function of the optical element 30 will be described. Here, when the backlight unit 40 is assembled without adding the optical element 30 as a component, the light emitting surface 22 of each light emitting diode 21 of the light source unit 20 is in close contact with the light incident surface 11 of the light guide plate 10. think about.

光源部20を構成する各発光ダイオード21は、それぞれ点光源として機能するため、各発光ダイオード21から出射された光は、図4に示すように、Y軸方向に放射状に広がる指向性を持って導光板10内に入射することになる。つまり、発光ダイオード21から出射され、光入射面11から入射された光は、導光板10の光の導光方向に対して、放射状に広がって進む指向性を有していることになる。このようにして入射した光は、プリズム12Anによって、上述したようにX軸方向成分が、光出射面13の法線方向に立ち上げられた偏向光となる。   Since each light emitting diode 21 constituting the light source unit 20 functions as a point light source, the light emitted from each light emitting diode 21 has a directivity that spreads radially in the Y-axis direction as shown in FIG. The light enters the light guide plate 10. That is, the light emitted from the light emitting diode 21 and incident from the light incident surface 11 has directivity that spreads radially in the light guiding direction of the light guide plate 10. The light incident in this way becomes deflected light whose X-axis direction component is raised in the normal direction of the light emitting surface 13 as described above by the prism 12An.

この時、例えば、図4に示す偏向光L2a〜L2gのうち、偏向光L2a,L2bや、偏向光L2f,L2gといった、発光ダイオード21から広角でプリズム12Anに入射して偏向された光は、X軸方向には、光出射面13の法線近傍の方向へと立ち上げられた成分を持っているが、Y軸方向には、法線から非常に傾いた成分を持った偏向光となってしまう。   At this time, for example, among the deflected lights L2a to L2g shown in FIG. 4, the deflected lights L2a and L2b and the deflected lights L2f and L2g are incident on the prism 12An at a wide angle from the light emitting diode 21 and deflected. In the axial direction, it has a component that rises in the direction near the normal line of the light emitting surface 13, but in the Y-axis direction, it becomes deflected light having a component that is very inclined from the normal line. End up.

したがって、このような偏向光が作る光出射面13の正面輝度は、図4に示すX軸方向に走るライン状の領域Kが高くなる不均一なものとなってしまう。例えば、図5に示すように光源部20が備える3つの発光ダイオード21a,21b,21cから導光板10の光入射面11に光を入射させ、光出射面13を正面から見た場合には、ライン状の領域Ka,Kb,Kcがストライプ状に現れることになる。   Therefore, the front luminance of the light emitting surface 13 created by such deflected light becomes non-uniform in which the line-shaped region K running in the X-axis direction shown in FIG. 4 is increased. For example, as shown in FIG. 5, when light is incident on the light incident surface 11 of the light guide plate 10 from the three light emitting diodes 21a, 21b, and 21c included in the light source unit 20 and the light emitting surface 13 is viewed from the front, Line-shaped regions Ka, Kb, and Kc appear in stripes.

このように、光出射面13から出力される光の正面輝度が、ライン状の領域で高くなってしまうような導光板10は、液晶表示装置のバックライトユニットの導光板として十分な機能を果たすことができない。   As described above, the light guide plate 10 in which the front luminance of the light output from the light emitting surface 13 becomes high in the line-shaped region functions sufficiently as the light guide plate of the backlight unit of the liquid crystal display device. I can't.

導光板10において、光出射面13の正面輝度がライン状に高い領域が生じてしまうのは、発光ダイオード21によって入射される光が指向性を持って、プリズム12Anに入射されるためであり、これにより、上述したように、プリズム12Anで光出射面13のX軸方向では法線方向に偏向されても、Y軸方向では、法線方向に偏向されない光もでてきてしまう。   In the light guide plate 10, the region where the front luminance of the light emitting surface 13 is high in a line shape is generated because the light incident by the light emitting diode 21 has directivity and is incident on the prism 12An. As a result, as described above, even if the prism 12An is deflected in the normal direction in the X-axis direction of the light exit surface 13, light that is not deflected in the normal direction in the Y-axis direction is also emitted.

そこで、図1に示すように、バックライトユニット40では、光源部20の各発光ダイオード21から出射される光を導光板10の光入射面11に入射させる前段に光学素子30を配置し、導光板10に入射させる光の配光制御を行っている。   Therefore, as shown in FIG. 1, in the backlight unit 40, the optical element 30 is disposed before the light emitted from each light emitting diode 21 of the light source unit 20 is incident on the light incident surface 11 of the light guide plate 10. Light distribution control of light incident on the optical plate 10 is performed.

図1に示すように、光学素子30は、光源部20の各発光ダイオード21からの光が入射される光入射面31に対向する光出射面32に、m個のプリズム32Am(mは、自然数)からなるプリズムパターンが形成されている。このプリズム32Amは、図2で示すZ軸方向を長手方向とする三角柱形状をしている。   As shown in FIG. 1, the optical element 30 has m prisms 32Am (m is a natural number) on a light emitting surface 32 opposite to a light incident surface 31 on which light from each light emitting diode 21 of the light source unit 20 is incident. ) Is formed. The prism 32Am has a triangular prism shape whose longitudinal direction is the Z-axis direction shown in FIG.

光学素子30の光出射面32に形成されるプリズム32Amは、連続したレンズ面を、階段状にすることで、厚みのあるレンズの光学的性質を変化させることなく薄型化したフレネルレンズとなっている。   The prism 32Am formed on the light emitting surface 32 of the optical element 30 is a Fresnel lens that is thinned without changing the optical properties of the thick lens by making the continuous lens surface stepped. Yes.

光出射面32に形成するプリズム32Amは、光源部20の発光ダイオード21からY軸方向に放射状に広がる指向性を持って入射された光、つまり、導光板10の光の導光方向に対して放射状に広がって進む指向性を有する光を、図6に示すように、X軸方向、つまり、導光板10の光の導光方向と平行な方向に進む指向性を有する光に偏向するように設計される。このようなプリズム32Amを有する光学素子30を、光源20と、導光板10との間に挿入し、光源20から出射される光を光学素子30に入射させると、導光板10の光入射面11には、全面に渡って、光の導光方向と平行な方向に進む指向性を有する光が光学素子30から出射されて、入射されることになる。   The prism 32Am formed on the light exit surface 32 is directed to the light incident from the light emitting diode 21 of the light source unit 20 with directivity spreading radially in the Y-axis direction, that is, the light guide direction of the light guide plate 10. As shown in FIG. 6, the light having directivity that spreads radially is deflected to light having directivity that travels in the X-axis direction, that is, in a direction parallel to the light guide direction of the light from the light guide plate 10. Designed. When the optical element 30 having such a prism 32Am is inserted between the light source 20 and the light guide plate 10 and light emitted from the light source 20 is incident on the optical element 30, the light incident surface 11 of the light guide plate 10 is obtained. The light having directivity that travels in the direction parallel to the light guide direction is emitted from the optical element 30 and incident on the entire surface.

これにより、導光板10内に入射された光は、導光板10の導光方向に対して放射状に広がって進む光を含まない。これにより、光反射面12に形成されているプリズム12Anに入射した場合に、上述したようにX軸方向の成分が光出射面13の法線方向となるように立ち上げられ、光出射面13から出射される光の正面輝度を、光出射面13全面に渡って均一化するようになる。   Thereby, the light incident on the light guide plate 10 does not include light that spreads radially in the light guide direction of the light guide plate 10. As a result, when the light is incident on the prism 12An formed on the light reflecting surface 12, the component in the X-axis direction is raised so as to be in the normal direction of the light emitting surface 13 as described above. The front luminance of the light emitted from the light is made uniform over the entire light emitting surface 13.

したがって、上述したように、光源20の発光ダイオード21から入射される光のうち、導光板10の光の導光方向に対して放射状に広がって進む指向性を有する光を、導光板10の光の導光方向と平行な方向に進む指向性を有する光に偏向するよう光学素子30のプリズム32Amを設計することで、上述した図4、図5を用いて示したようにストライプ状に現れる輝線を抑制する効果がある。   Therefore, as described above, of the light incident from the light emitting diode 21 of the light source 20, light having directivity that spreads radially with respect to the light guide direction of the light of the light guide plate 10 is converted into the light of the light guide plate 10. By designing the prism 32Am of the optical element 30 so as to be deflected to light having directivity traveling in a direction parallel to the light guide direction, bright lines appearing in stripes as shown in FIGS. 4 and 5 described above. There is an effect to suppress.

図7に、光学素子30の光出射面32に形成するプリズム32Amの具体的な設計値を示す。これは、図8に示すように光学素子30のX軸方向の厚みを6.0mmとし、光源20の各発光ダイオード21間のピッチを9.4mmとした場合のシミュレーション結果である。   FIG. 7 shows specific design values of the prism 32Am formed on the light emitting surface 32 of the optical element 30. FIG. This is a simulation result when the thickness of the optical element 30 in the X-axis direction is 6.0 mm and the pitch between the light emitting diodes 21 of the light source 20 is 9.4 mm as shown in FIG.

プリズム32Amが、発光ダイオード21からY軸方向に放射状に広がる指向性を有して出射される全ての光を、X軸方向、つまり導光板10の光の導光方向と平行に進む指向性を有する光に偏向させるためには、プリズムパターンを、発光ダイオード21の中心からX軸に平行となる軸を対称軸として対称に形成する必要がある。   The prism 32Am has a directivity in which all light emitted from the light emitting diode 21 with a directivity spreading radially in the Y-axis direction travels in parallel with the X-axis direction, that is, the light guide direction of the light of the light guide plate 10. In order to deflect the light to have, it is necessary to form the prism pattern symmetrically with the axis parallel to the X axis from the center of the light emitting diode 21 as the axis of symmetry.

したがって、図8に示す発光ダイオード21bのように、当該発光ダイオード21bの中心からX軸方向に伸ばした対称軸に対して、上下それぞれ4.7mmの幅を持つ領域Y、領域Yに対称なプリズムパターンを形成することになる。図7に示す設計値は、発光ダイオード21の中心からX軸方向に伸びる対称軸に対して対称に形成するプリズムパターンのうち、上側領域又は下側領域のプリズムパターンの設計値となっている。 Therefore, as the light-emitting diode 21b shown in FIG. 8, symmetrically with respect to the center axis of symmetry extending in the X-axis direction from the light-emitting diode 21b, the region Y O in which the upper and lower, each having a width of 4.7 mm, the region Y U A prism pattern is formed. The design value shown in FIG. 7 is the design value of the upper or lower region of the prism patterns formed symmetrically with respect to the symmetry axis extending in the X-axis direction from the center of the light emitting diode 21.

次に、図7に示すプリズム32Amの設計値を具体的に説明する。例えば、図7に示すプリズム32Amの設計値を、図8で示した発光ダイオード21bの中心からX軸方向に伸びる対称軸に対して上側の領域Yのプリズムパターンとした場合の様子を図9に示す。 Next, the design value of the prism 32Am shown in FIG. 7 will be specifically described. For example, Figure a state when the design value of the prism 32Am shown in FIG. 7, and a prism pattern of the upper region Y O symmetry axes extending in the X-axis direction from the center of the light-emitting diode 21b shown in FIG. 8 9 Shown in

図9に示すように、プリズム32AmをプリズムP(xは、自然数)とすると、図7の設計値に基づいて、Y軸方向、4.7mmの領域Yに、0.047mmのピッチで、プリズムP〜P100の100個が形成されることになる。図9には、代表としてプリズムP〜P、P68、P69、P99、P100を示している。各プリズムPは、図2で示したZ軸方向を長手方向とする三角柱形状をしており、図9には底面となる三角形が示されている。底面となる三角形の頂角、例えば、プリズムP68に示した頂角Aは、プリズムPで全て同じ大きさの角度であり、48°となっている。 As shown in FIG. 9, when the prism 32Am is a prism P x (x is a natural number), based on the design value of FIG. 7, the region Y O in the Y-axis direction is 4.7 mm at a pitch of 0.047 mm. , 100 prisms P 1 to P 100 are formed. In FIG. 9, prisms P 1 to P 4 , P 68 , P 69 , P 99 , and P 100 are shown as representatives. Each prism P x has a triangular prism shape that the Z-axis direction shown in FIG. 2 and the longitudinal direction is shown a triangle which becomes the bottom surface in FIG. The apex angle of the triangle serving as the bottom surface, for example, the apex angle A shown in the prism P 68 is an angle of the same magnitude in the prism P x and is 48 °.

図7で示す設計値の1つであるθは、図9のプリズムP68に示すように、プリズムPの底面となる三角形の底角のうちの1つを示している。上述したように頂角が一定であることから、この底角θを可変させることで、プリズムの形状が決定されることになる。なお、図9で示す、発光ダイオード21bの中心からX軸方向に伸びる対称軸に対して下側の領域Yには、領域Yと対称のプリズムパターンが形成されることになる。 Θ is one of the design values shown in FIG. 7, as shown in the prism P 68 in FIG. 9 shows one of the base angles of the triangle which is a bottom surface of the prism P x. Since the apex angle is constant as described above, the prism shape is determined by varying the base angle θ. Incidentally, it is shown in Figure 9, the lower region Y U with respect to the central X-axis symmetry axis extending in the direction from the light-emitting diode 21b, so that the prism patterns of the region Y O symmetrical are formed.

このようにして光学素子30には、各発光ダイオード21の中心からX軸方向に伸びる対称軸と対称に、例えば、図7に示した設計値に基づいてプリズム32Amを形成することで、発光ダイオード21から入射された、導光板10の光の導光方向に対して放射状に広がって進む指向性を有する光を、導光板10の光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向することができる。   Thus, the optical element 30 is formed with the prism 32Am symmetrically with the symmetry axis extending in the X-axis direction from the center of each light emitting diode 21, for example, based on the design value shown in FIG. Light having a directivity that spreads in a radial direction with respect to the light guide direction of the light of the light guide plate 10 and enters the light guide plate 10 in a direction parallel to the light guide direction of the light of the light guide plate 10 Can be deflected to light.

光学素子30を形成する材料としては、光源20から入射した光を全反射させて、効率よく導光するために、屈折率が1.44〜1.45を下限とし、これ以上の屈折率値を有する材料が選択されることになる。例えば、導光板10を形成する際にも使用されるアクリル樹脂は、屈折率が1.49であり、射出成形可能な材料でもある。光学素子30は、光出射面32にプリズム32Amを形成する必要があるため、射出成形が可能な、このアクリル樹脂を用いれば、容易にプリズム32Amが形成できるため、低コストで大量生産が可能となる。   As a material for forming the optical element 30, in order to efficiently reflect light incident from the light source 20 and guide it efficiently, the refractive index is 1.44 to 1.45 as a lower limit, and a refractive index value higher than this. Will be selected. For example, the acrylic resin used also when forming the light guide plate 10 has a refractive index of 1.49 and is also a material that can be injection molded. Since it is necessary to form the prism 32Am on the light emitting surface 32, the optical element 30 can be easily formed by using this acrylic resin, which can be injection-molded, and can be mass-produced at low cost. Become.

次に、光学素子30による効果を検証するため、図7に示す設計値に基づいてプリズム32Amを形成した光学素子30を用いた場合の導光板10の正面輝度をシミュレーションにより算出した。発光ダイオード21a,21b,21cとしては、日亜化学社製、白色発光ダイオード(NSCW−215シリーズ)を用い、15mAの電流を印加するものとする。   Next, in order to verify the effect of the optical element 30, the front luminance of the light guide plate 10 when the optical element 30 in which the prism 32Am was formed was used based on the design values shown in FIG. 7 was calculated by simulation. As the light emitting diodes 21a, 21b, and 21c, white light emitting diodes (NSCW-215 series) manufactured by Nichia Corporation are used, and a current of 15 mA is applied.

図10に、シミュレーション結果として、導光板10の光出射面13の輝度分布を示す。図10に示すように、光出射面13の輝度分布は、5000cd/m程度の輝度となる領域G1、4000cd/m程度の輝度となる領域G2、3000cd/m程度の輝度となる領域G3という3つの異なる輝度領域が現れた分布となる。領域G1は、各発光ダイオード21から出射された光のうちX軸方向と平行に出射された光が到達した領域であり、領域G2は、発光ダイオード21から出射された光のうちY軸方向にやや拡散した光が光学素子30で偏向されて到達した領域であり、領域G3は、発光ダイオード21から出射された光のうち、領域G2に到達した光よりもさらに、Y軸方向に拡散した光が光学素子30で偏向されて到達した領域である。 FIG. 10 shows the luminance distribution of the light exit surface 13 of the light guide plate 10 as a simulation result. As shown in FIG. 10, the luminance distribution of the light emitting surface 13 becomes 5000 cd / m 2 about brightness and a region G1,4000cd / m 2 about brightness and a region G2,3000cd / m 2 about luminance region The distribution is such that three different luminance areas G3 appear. The region G1 is a region where light emitted from each light emitting diode 21 is emitted in parallel with the X axis direction, and the region G2 is the light emitted from the light emitting diode 21 in the Y axis direction. Slightly diffused light is an area that is deflected by the optical element 30 and arrives. The area G3 is light emitted from the light emitting diode 21 that is further diffused in the Y-axis direction than the light that has reached the area G2. Is a region reached by being deflected by the optical element 30.

図10に示すように、光出射面32にプリズム32Amが形成された光学素子30を用いると、導光板10の光出射面13から出射される光による正面輝度は、輝度の異なる領域(領域G1,G2,G3)が生じるが、導光板10の光出射面13全面に渡って、平均して3000cd/mの輝度を獲得することが可能となる。この正面輝度の向上は、光学素子30のプリズム32Amによって、導光板10の光の導光方向に対して放射状に進む指向性を有する光が、導光板10の光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光となったことで、導光板10の側面からの出射損失が大幅に軽減した結果であると考えられ、光の利用効率が非常に高くなっていることを示している。 As shown in FIG. 10, when an optical element 30 having a prism 32Am formed on the light emitting surface 32 is used, the front luminance due to the light emitted from the light emitting surface 13 of the light guide plate 10 is a region having different luminance (region G1). , G2, G3) occurs, but an average luminance of 3000 cd / m 2 can be obtained over the entire light exit surface 13 of the light guide plate 10. The front luminance is improved by the direction in which the light having directivity traveling radially with respect to the light guide direction of the light of the light guide plate 10 is parallel to the light guide direction of the light of the light guide plate 10 by the prism 32Am of the optical element 30. It is thought that this is a result of significantly reducing the emission loss from the side surface of the light guide plate 10 due to the light having directivity that advances toward the light, indicating that the light utilization efficiency is very high. Yes.

このように、光学素子30を用いることで、図4,5を用いて説明をしたような、ストライプ状の輝線として現れる輝度ムラが抑制されていることが分かる。例えば、上述したように、光反射面12に、断面形状が光反射面12側を底辺とする三角形で、上記三角形の光入射面11側の底角が角度α=50°〜60°、他方の底角が角度β=70°〜90°となる溝を複数作製して、プリズム12Anを光反射面12上に形成すると、X軸方向の光の立ち上げが効果的に行われ、ストライプ状の輝線が際立って出現することになるため、光学素子30を用いると特に有効となる。   Thus, it can be seen that the use of the optical element 30 suppresses luminance unevenness appearing as stripe-like bright lines as described with reference to FIGS. For example, as described above, the light reflecting surface 12 is a triangle whose cross-sectional shape is the base on the light reflecting surface 12 side, and the base angle on the light incident surface 11 side of the triangle is an angle α = 50 ° to 60 °, and the other When a plurality of grooves with a base angle of β = 70 ° to 90 ° are formed and the prism 12An is formed on the light reflecting surface 12, the light in the X-axis direction is effectively raised, and the stripe shape The bright line will appear conspicuously, so that it is particularly effective when the optical element 30 is used.

また、光反射面12に、断面形状が、従来の技術として一般に用いられている角度α=角度β=45°の三角形となる複数の溝を形成した場合にも、光学素子30を用いることで、点光源である発光ダイオード21を用いた場合にストライプ状の輝線として現れる輝度ムラを抑制することができる。   Even when a plurality of grooves whose cross-sectional shape is a triangle having an angle α = angle β = 45 °, which is generally used as a conventional technique, is formed on the light reflecting surface 12, the optical element 30 is used. When the light emitting diode 21 which is a point light source is used, luminance unevenness appearing as a stripe-like bright line can be suppressed.

図10に示した領域G1,G2,G3の輝度分布の相違は、図11に示すように発光ダイオード21の光出射面22と接触する光学素子30の光入射面31上に、拡散プリズムとしてシリンドリカルレンズ31As(Sは、自然数)を複数個形成し、光学素子30に入射する光を拡散させることで制御することができる。発光ダイオード21から出射され、シリンドリカルレンズ31Asを介して光学素子30内を導光される光は、Y軸方向へ広がる指向性を有しつつ拡散されてプリズム32Amに入射される。したがって、シリンドリカルレンズ31As及びプリズム32Amを介して、導光板10の光入射面11に入射される光は、導光板10の光入射面11全面に渡って均一に拡散され、且つ、導光板10の光の導光方向と平行な方向に進む指向性を有するように偏向された光となっている。これにより、導光板10の光出射面13から出射される光の輝度分布を、高輝度且つ均一にすることができる。   The difference in luminance distribution between the regions G1, G2, and G3 shown in FIG. 10 is that a cylindrical prism as a diffusion prism is formed on the light incident surface 31 of the optical element 30 in contact with the light emitting surface 22 of the light emitting diode 21 as shown in FIG. It can be controlled by forming a plurality of lenses 31As (S is a natural number) and diffusing light incident on the optical element 30. The light emitted from the light emitting diode 21 and guided through the optical element 30 through the cylindrical lens 31As is diffused with directivity spreading in the Y-axis direction and is incident on the prism 32Am. Therefore, the light incident on the light incident surface 11 of the light guide plate 10 through the cylindrical lens 31As and the prism 32Am is uniformly diffused over the entire light incident surface 11 of the light guide plate 10, and The light is deflected so as to have directivity that travels in a direction parallel to the light guide direction. Thereby, the luminance distribution of the light emitted from the light emitting surface 13 of the light guide plate 10 can be made high luminance and uniform.

このような、光学素子30を備えるバックライト装置40は、光源部20が有する各発光ダイオード21から出射された光を、光学素子30でX軸に平行な指向性を有する光に偏向することでY軸方向の配光制御をして、導光板10の光入射面11から入射させる。導光板10に入射した光は、光反射面12、反射シート15で反射して、光出射面13から出射される。このとき、導光板10内の光反射面12では、プリズム12Anに入射した光のX軸方向成分が配光制御され、光反射面13の法線方向に立ち上げられて集光される。   Such a backlight device 40 including the optical element 30 deflects the light emitted from each light emitting diode 21 included in the light source unit 20 into light having directivity parallel to the X axis by the optical element 30. Light distribution control in the Y-axis direction is performed, and the light is incident from the light incident surface 11 of the light guide plate 10. The light incident on the light guide plate 10 is reflected by the light reflecting surface 12 and the reflecting sheet 15 and is emitted from the light emitting surface 13. At this time, the light reflection surface 12 in the light guide plate 10 controls the light distribution of the X-axis direction component of the light incident on the prism 12An, rises in the normal direction of the light reflection surface 13, and is condensed.

したがって、導光板10内では、光学素子30によってY軸方向の配光制御がなされた光が、導光板10内でプリズム12AnによってX軸方向へ立ち上げられながら導光されると共に、光出射面13から出射されることになる。光出射面13から出射された光は、フレーム35に開口された開口部35Aから、例えば、液晶表示装置などに照射される。   Therefore, in the light guide plate 10, the light whose light distribution is controlled in the Y-axis direction by the optical element 30 is guided in the light guide plate 10 while being raised in the X-axis direction by the prism 12An, and the light exit surface. 13 will be emitted. The light emitted from the light emitting surface 13 is applied to, for example, a liquid crystal display device or the like from the opening 35 </ b> A opened in the frame 35.

このように、バックライトユニット40は、例えば、従来の技術で示したバックライトユニット100が有する、拡散シート102、Y軸方向の光の成分を光出射面83の法線方向へ集光する第1のレンズシート103、X軸方向の光の成分を光出射面83の法線方向へ集光する第2のレンズシート104が不要となるため、大幅なコストダウン及び当該バックライトユニット40を薄型化することができる。   Thus, for example, the backlight unit 40 condenses the light component in the Y-axis direction in the normal direction of the light exit surface 83, which is included in the backlight unit 100 shown in the related art. Since the first lens sheet 103 and the second lens sheet 104 for condensing the light component in the X-axis direction in the normal direction of the light exit surface 83 are not necessary, the cost is significantly reduced and the backlight unit 40 is thin. Can be

これは、光学素子30の光出射面32に形成するプリズム32Amのプリズムパターンを、Y軸方向へ広がる指向性のある光を、X軸方向に平行な光に偏向、つまり導光板10の光の導光方向と平行な方向に進む指向性を有する光に偏向してY軸方向の配光制御をするように設計し、さらには、導光板10の光反射面12にプリズム12Anを形成するために作製する溝の断面形状を、光反射面12側を底辺とし、光入射面11側の底角が角度α=50°〜60°、他方の底角が角度β=70°〜90°である三角形となるように、適切に設計し配光制御をすることで、レンズシートを用いた場合と同じ程度の正面輝度を得られるほど十分となるからである。これにより、バックライトユニット40は、光出射面13全面に渡って、十分な正面輝度を獲得することができる。   This is because the prism pattern of the prism 32Am formed on the light emitting surface 32 of the optical element 30 deflects the directional light spreading in the Y-axis direction to light parallel to the X-axis direction, that is, the light of the light guide plate 10 Designed to deflect light having directivity that travels in a direction parallel to the light guide direction to control light distribution in the Y-axis direction, and to form a prism 12An on the light reflecting surface 12 of the light guide plate 10 The cross-sectional shape of the groove to be fabricated is such that the light reflecting surface 12 side is the base, the base angle on the light incident surface 11 side is angle α = 50 ° to 60 °, and the other base angle is angle β = 70 ° to 90 °. This is because, by appropriately designing and controlling the light distribution so as to form a certain triangle, it is sufficient to obtain the same front luminance as when a lens sheet is used. Thereby, the backlight unit 40 can acquire sufficient front luminance over the entire light emitting surface 13.

光反射面12に形成されるプリズムパターンは、プリズム12An以外の形状であってもよく、本発明はこのプリズムパターンに限定されるものではない。   The prism pattern formed on the light reflecting surface 12 may have a shape other than the prism 12An, and the present invention is not limited to this prism pattern.

例えば、断面形状が三角形である溝を作製することで光反射面12上にプリズム12Anを形成する場合には、角度α、角度βの値を、角度α=50°〜60°、角度β=70°〜90°以外の値に変更してプリズムパターンを形成してもよい。また、以下に示すような断面形状の溝を作製することで形成したプリズムパターンなどを用いてもよい。   For example, in the case where the prism 12An is formed on the light reflecting surface 12 by forming a groove having a triangular cross-sectional shape, the values of the angle α and the angle β are the angle α = 50 ° to 60 ° and the angle β = The prism pattern may be formed by changing to a value other than 70 ° to 90 °. Further, a prism pattern formed by producing a groove having a cross-sectional shape as shown below may be used.

例えば、光反射面12に作製する溝の断面形状を図12に示すように、ラウンドを持たせた台形のような断面形状45としたり、図13に示すように2つの三角形からなる断面形状46としたり、図14に示すように一辺が任意の凹凸を有する台形のような断面形状47とすることで形成されたプリズムパターンなども用いてもよい。   For example, the cross-sectional shape of the groove formed in the light reflecting surface 12 is a cross-sectional shape 45 like a trapezoid with a round as shown in FIG. 12, or a cross-sectional shape 46 made up of two triangles as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 14, a prism pattern formed by making a cross-sectional shape 47 like a trapezoid with one side having arbitrary irregularities may be used.

さらに、また、光学素子30を用いてバックライトユニットを構成した場合であっても、従来の技術で説明した拡散シート102、第1のレンズシート103、第2のレンズシート104といったシート類を適宜用いて導光板の光出射面から出射された出射光を整えるようにしてもかまわない。   Furthermore, even when a backlight unit is configured using the optical element 30, sheets such as the diffusion sheet 102, the first lens sheet 103, and the second lens sheet 104 described in the related art are appropriately used. The light emitted from the light emitting surface of the light guide plate may be used to adjust the emitted light.

本発明の実施の形態として示すバックライトユニットの構成について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the backlight unit shown as embodiment of this invention. バックライトユニットが備える導光板に設定するXY座標軸について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the XY coordinate axis set to the light-guide plate with which a backlight unit is provided. 同バックライトユニットが備える導光板の光反射面に形成する複数のプリズムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the some prism formed in the light reflection surface of the light-guide plate with which the backlight unit is provided. 同バックライトユニットにおいて、光反射面にプリズムを形成した導光板のみを用いた場合に出射される光について説明するための図である。In the backlight unit, it is a figure for demonstrating the light radiate | emitted when using only the light-guide plate which formed the prism in the light reflection surface. 同バックライトユニットにおいて、光反射面にプリズムを形成した導光板のみを用いた場合の弊害について説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a negative effect when only a light guide plate having a prism formed on a light reflecting surface is used in the backlight unit. 同バックライトユニットが備える光学素子が有する機能について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function which the optical element with which the backlight unit is provided has. 光学素子の光出射面に形成する複数のプリズムの設計値を示した図である。It is the figure which showed the design value of the some prism formed in the light-projection surface of an optical element. 光学素子の光出射面に形成する複数のプリズムの発光ダイオードに対する対称性について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the symmetry with respect to the light emitting diode of the some prism formed in the light-projection surface of an optical element. 図7で示した設計値に基づいて形成した複数のプリズムを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the some prism formed based on the design value shown in FIG. 図7で示した設計値に基づいて複数のプリズムを形成した光学素子を用いてバックライトユニットを構成した場合に、導光板から出射される正面輝度分布のシミュレーション結果を示した図である。It is the figure which showed the simulation result of the front luminance distribution radiate | emitted from a light-guide plate, when a backlight unit is comprised using the optical element which formed the some prism based on the design value shown in FIG. 光学素子の光入射面に形成するシリンドリカルレンズについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cylindrical lens formed in the light-incidence surface of an optical element. 導光板の光反射面に形成するプリズムの断面形状の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the cross-sectional shape of the prism formed in the light reflection surface of a light-guide plate. 導光板の光反射面に形成するプリズムの断面形状の別な例を示した図である。It is the figure which showed another example of the cross-sectional shape of the prism formed in the light reflection surface of a light-guide plate. 導光板の光反射面に形成するプリズムの断面形状のさらに別な例を示した図である。It is the figure which showed another example of the cross-sectional shape of the prism formed in the light reflection surface of a light-guide plate. 従来の技術として示すバックライトユニットの構成について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the backlight unit shown as a prior art. 同バックライトユニットとが備える導光板に設定するXY座標軸について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the XY coordinate axis set to the light-guide plate with which the backlight unit is provided.

符号の説明Explanation of symbols

10 導光板、11 光入射面、12 光反射面、12An(nは、自然数) プリズム、13 光出射面、20 光源部、30 光学素子、31 光入射面、32 光出射面、32Am(mは、自然数) プリズム、40 バックライトユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light guide plate, 11 Light incident surface, 12 Light reflective surface, 12An (n is a natural number) Prism, 13 Light output surface, 20 Light source part, 30 Optical element, 31 Light incident surface, 32 Light output surface, 32 Am (m is , Natural number) Prism, 40 backlight unit

Claims (9)

一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板の上記光入射面に入射する光を調整する光学素子であって、
光源より出射される光を入射し、入射された光のうち、上記導光板の光の導光方向に対して、放射状に広がって進む指向性を有する光を、上記導光板の上記光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向して、出射し、上記導光板の上記光入射面に入射させる光学手段を備えること
を特徴とする光学素子。
One side is a light incident surface, and the light incident from the light incident surface is totally reflected by the light exit surface as one main surface and the light reflection surface as the other main surface, and guided from the light exit surface. An optical element that adjusts light incident on the light incident surface of the light guide plate that emits light,
The light emitted from the light source is incident. Of the incident light, the light having directivity that spreads radially with respect to the light guide direction of the light of the light guide plate is guided by the light of the light guide plate. An optical element comprising: an optical unit that deflects and emits light having directivity that travels in a direction parallel to the light direction and enters the light incident surface of the light guide plate.
上記光学手段は、上記導光板の上記光入射面と接する当該光学素子の光出射面の長手方向に形成された複数のプリズムからなるフレネルレンズであること
を特徴とする請求項1記載の光学素子。
2. The optical element according to claim 1, wherein the optical means is a Fresnel lens including a plurality of prisms formed in a longitudinal direction of a light exit surface of the optical element in contact with the light incident surface of the light guide plate. .
上記光源からの光が入射される当該光学素子の光入射面上に、入射された光を拡散させる拡散プリズムを有すること
を特徴とする請求項1記載の光学素子。
The optical element according to claim 1, further comprising a diffusion prism that diffuses incident light on a light incident surface of the optical element on which light from the light source is incident.
一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、
上記導光板の上記光入射面の長手方向に所定の間隔で配列された複数の発光素子を有する光源と、
上記光源の上記複数の発光素子より出射された光を入射し、上記導光板の上記光入射面への入射光として出射する光学素子と、
上記導光板の上記光反射面側に配置される反射シートと、
上記導光板に、上記光源と、上記光学素子と、上記反射シートとを保持するフレームとを備え、
上記導光板は、上記光の入射方向をX軸方向とし、上記X軸方向に直交して上記光出射面に平行な方向をY軸方向とし、上記X軸方向及び上記Y軸方向に垂直な方向を法線方向とするとき、上記光入射面から入射された光を、上記X軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をするX軸方向配光制御手段を有し、
上記光学素子は、上記入射された光のうち、上記導光板の光の導光方向に対して、放射状に広がって進む指向性を有する光を、上記導光板の上記光の導光方向と平行な方向へと進む指向性を有する光に偏向して、出射し、上記導光板の上記光入射面に入射させる光学手段を有すること
を特徴とするバックライト装置。
One side is a light incident surface, and the light incident from the light incident surface is totally reflected by the light exit surface as one main surface and the light reflection surface as the other main surface, and guided from the light exit surface. A light guide plate for surface emission;
A light source having a plurality of light emitting elements arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction of the light incident surface of the light guide plate;
An optical element that receives light emitted from the plurality of light emitting elements of the light source and emits light as incident light on the light incident surface of the light guide plate;
A reflective sheet disposed on the light reflecting surface side of the light guide plate;
The light guide plate includes the light source, the optical element, and a frame that holds the reflection sheet.
The light guide plate has an incident direction of the light as an X-axis direction, a direction perpendicular to the X-axis direction and parallel to the light emitting surface as a Y-axis direction, and perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction. When the direction is the normal direction, the light incident from the light incident surface is deflected so that the inclination in the X-axis direction approaches zero with respect to the normal direction, and is emitted from the light emitting surface. X-axis direction light distribution control means for performing light distribution control,
The optical element emits light having directivity that spreads radially in the light guide direction of the light of the light guide plate among the incident light and is parallel to the light guide direction of the light of the light guide plate. A backlight device comprising: an optical unit that deflects and emits light having directivity that travels in any direction, and causes the light to enter the light incident surface of the light guide plate.
上記光学素子が有する光学手段は、上記導光板の上記光入射面と接する上記光学素子の光出射面の長手方向に形成された複数のプリズムからなるフレネルレンズであること
を特徴とする請求項4記載のバックライト装置。
The optical means of the optical element is a Fresnel lens composed of a plurality of prisms formed in the longitudinal direction of the light emitting surface of the optical element in contact with the light incident surface of the light guide plate. The backlight device described.
上記光学素子は、上記光源からの光が入射される当該光学素子の光入射面上に、入射された光を拡散させる拡散プリズムを有すること
を特徴とする請求項4記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 4, wherein the optical element has a diffusion prism that diffuses incident light on a light incident surface of the optical element on which light from the light source is incident.
上記導光板が有する上記X軸方向配光制御手段は、上記光反射面上の上記X軸方向に複数形成された、上記Y軸方向を長手方向とするプリズムであること
を特徴とする請求項4記載のバックライト装置。
The X-axis direction light distribution control means of the light guide plate is a plurality of prisms formed in the X-axis direction on the light reflecting surface and having a longitudinal direction in the Y-axis direction. 4. The backlight device according to 4.
上記プリズムは、上記光反射面上に、上記Y軸方向を長手方向とする所定の形状の溝を、上記X軸方向に複数作製することで形成され、
上記溝は、当該溝の断面形状が上記光反射面側を底辺とする三角形で、上記三角形の上記光入射面側の底角αがα=50°〜60°、他方の底角βがβ=70°〜90°の角度であること
を特徴とする請求項7記載のバックライト装置。
The prism is formed by forming a plurality of grooves having a predetermined shape with the Y-axis direction as a longitudinal direction on the light reflecting surface in the X-axis direction,
The groove has a triangular cross-sectional shape with the light reflecting surface side as the base, the base angle α of the triangle on the light incident surface side is α = 50 ° to 60 °, and the other base angle β is β The backlight device according to claim 7, wherein the angle is 70 ° to 90 °.
上記光源が有する複数の発光素子は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)であること
を特徴とする請求項4記載のバックライト装置。
The backlight device according to claim 4, wherein the plurality of light emitting elements included in the light source are light emitting diodes (LEDs).
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