JP2006031941A - Planar light source unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、面状光源ユニットに関し、より特定的には、バックライト機構を有する表示装置においてバックライト機構として用いられる面状光源ユニットに関する。 The present invention relates to a planar light source unit, and more particularly to a planar light source unit used as a backlight mechanism in a display device having a backlight mechanism.
近年、ラップトップ型、あるいはノートブック型コンピュータや液晶テレビジョン用の表示装置として、薄型でしかも視認性の良いバックライト機構を有する液晶表示装置が用いられてきている(たとえば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, a liquid crystal display device having a thin backlight and a highly visible backlight mechanism has been used as a display device for a laptop or notebook computer or a liquid crystal television (for example, see Patent Document 1). .
図12は、上記特許文献1に開示された従来のバックライト機構を構成する面状光源ユニットの斜視模式図である。図13は、図12の線分XIII−XIIIにおける断面模式図である。図12および図13を参照して、従来の面状光源ユニットを説明する。
FIG. 12 is a schematic perspective view of a planar light source unit constituting the conventional backlight mechanism disclosed in
図12および図13に示すように、従来の面状光源ユニット110は、液晶パネル106の背面に光指向性シート103を介してバックライト機構として配置されており、導光体101と、線状光源104と、光拡散反射板102と、光拡散部材111とを備える。
導光体101は、光を良く通過させる物質をその構成材として用いることができる。たとえば、導光体101の材料としてメタクリル系の樹脂あるいはポリカーボネート樹脂を用いることができる。導光体101の端面に対向するように、線状光源104が配置されている。線状光源104を囲むように、光反射鏡105が配置されている。この光反射鏡105は、線上光源104の光を効率よく導光体101の端面に入射させるための反射鏡である。
As shown in FIGS. 12 and 13, the conventional planar light source unit 110 is disposed as a backlight mechanism on the back surface of the
For the
導光体101の裏面側(光の出射面と反対側の表面)には、光拡散部材111がドット状に配置されている。光拡散部材111は、例えば、導光体101の材質に比較して高屈折率を持ち、且つ拡散反射率が大きい顔料などを用いることができる。具体的には、このような顔料であるチタンホワイトを含んだ塗料、または印刷インキなどを光拡散部材111として用いることができる。また、このような光拡散部材111は、上記の印刷インキなどをスクリーン印刷などの方法で導光体101の裏面上にドット状に印刷する。なお、光拡散部材111を形成することに代えて、導光体101の裏面を粗面化する、あるいはその裏面に小孔を開ける、もしくは裏面に小突起を付与するなどの手法を用いて、導光体101に光拡散性を付与することができる。図13から分かるように、光拡散部材111の下には光拡散反射板102が配置されている。この光拡散反射板102は、導光体101から出射した光を再び導光体101に戻し、光を効率よく使用するために用いられる。
On the back side of the light guide 101 (the surface opposite to the light exit surface), the
線状光源104としては、蛍光管、タングステン白熱管、オプティカルロッド、LEDなどを配列したものを用いることができる。また、導光体101の光の出射面上には、光指向性シート103が配置されている。光指向性シート103は、透光性材料からなり、導光体101より出射した光を前部の液晶パネル106に有効な平行光として入射させる。
As the
図14は、線状光源104として複数のLED104を用いた場合の面状光源ユニットを示す平面模式図である。図14を参照して、従来の面状光源ユニットの課題を説明する。
FIG. 14 is a schematic plan view showing a planar light source unit when a plurality of
図14に示した従来の面状光源ユニットでは、上述のように線状光源として基板112上に配置された複数のLED104を用いている。LED104は、はんだ付けなどの手法により基板112上に実装されている。図14に示したように、線状光源として複数のLED104を用いる場合、線状光源としてのムラの少ない光を放射するためには、LED104の間隔を狭くするという対応が考えられる。しかし、このような手法を採用すると、必要なLED104の個数が増えるため、面状光源ユニットの製造コストや消費電力などが増大することになる。したがって、使用するLEDの数は極力少ない方が好ましい。このため、指向角の相対的に大きなLED104を用いて、LED104の必要数を少なくすることが考えられる。
The conventional planar light source unit shown in FIG. 14 uses a plurality of
ここで、指向角の大きなLED104から出射された光線113は、導光体101の端面から導光体101中に入射する。光線113が導光体101に入射する際、スネルの公式に従った角度で導光体101中に広がる。たとえば、LED104からの光の出射角が40°であり、導光体101の屈折率nが1.5であるとき、導光体101中に入射した光(光線113)は出射角が約25°で広がる。このときの、導光体101中における水平方向での光線113の広がりを図14では示している。
Here, the
しかし、このように複数のLED104(たとえば、複数の白色LED)を用いる場合、図14に示すように、隣接するLED104からの光が互いに干渉しない領域である光量不足部115が発生する。この結果、導光体101の上部表面(出射面)から出射される拡散光に局所的な明るさの濃淡が発生する(具体的には、光量不足部115からの光の明るさは、他の部分から出射する光の明るさより暗くなる)。
However, when a plurality of LEDs 104 (for example, a plurality of white LEDs) are used in this way, as shown in FIG. 14, a light quantity
また、複数のLED104として3色(赤色(R)、緑色(G)、青色(B))のLED104を用いる場合、この3色のLED104からの光が全て混色することにより白色の光が導光体101から出射される混合色出射部121が存在する。一方、この混合色出射部121よりLED104側では、これらの3色のLED104からの光のうちの2色の光のみが混色している、あるいは全く混色していないため白色以外の単色の光が導光体101から出射する非白色光出射部119が存在する。この結果、導光体101から出射される光について、色ムラが発生することになる。
In addition, when the
このような導光体101から出射される光の濃淡や色ムラを改善するため、従来さまざまな技術が提案されている。たとえば、特許文献2においては、導光体101の背面に反射シートを配置し、当該反射シートをLED104近傍において導光体101と部分的に接着することで、LED104近傍の導光体101についても均一に発光させるとしている。また、特許文献3では、異なる色のLEDを垂直方向(縦)に並べて、平面的に同一位置に配置することにより、異なる色のLED同士が導光体101中において同一な照明分布を示すことで、色ムラが発生しないとしている。また、特許文献4では、導光体1010の端面に1つまたは少数のLEDを配置し、導光体101にLEDからの入射光を左右に振り分けるとともに、一部を通過させる作用を有する穴を設けることにより、光源からの光を、効率よい光路変換により一様に広げ、線状光源のように指向性のない状態にすることで、低コストで均一な光を出射可能な面状光源ユニットを提供できるとしている。
しかし、上述した従来の技術では、図14に示した光量不足部115と他の部分との濃淡の差はある程度軽減されるものの、やはり光量不足部115は存在しており、液晶表示装置の表示品質を高いレベルに維持するためにはこのような光量不足部115を液晶パネル106(図13参照)とは重ならない領域に配置する必要がある。この結果、導光体101の幅が、少なくとも距離L1だけ液晶パネル106の幅より大きくなる。
However, in the above-described conventional technique, the light
さらに、LEDから広指向角で導光体101内部端面に入射した光は、導光体101と外部の空気との屈折率により決定される臨界角を超えた角度で導光体101の内部端面に入射することになるため、導光体101の端面を透過してしまう。このため、導光体101の出射面から出射する光の光量が低下することになっていた。
Further, the light incident on the inner end face of the
また、LED104として3色のLED104を用いる場合、上述したように光量不足部115よりさらに広い非白色出射部119が形成されるため、液晶表示装置の表示品質を考えると、この非白色出射部119についても液晶パネル106と重ならない領域に配置する必要がある。この結果、導光体101の幅を、距離L2だけ液晶パネル106の幅より大きくする必要がある。
Further, when the three-
ここで、一般に液晶表示装置においては、表示面の周囲(すなわち額縁と呼ばれる部分)をできるだけ狭くすることが望まれている。このため、液晶パネル106の幅より導光体101の幅が大きくなることは好ましくない。なお、このような液晶パネル106のサイズより広くなる導光体101の部分を折り曲げた構造とすることも考えられるが、このような構造は複雑なものであり、この折り曲げ構造部においてLEDからの光が外部に漏れて光の利用効率が低下するなどの問題がある。したがって、このような折り曲げ構造も現実的な対策としては不十分であると考えられる。
Here, in general, in a liquid crystal display device, it is desired to make the periphery of the display surface (that is, a portion called a frame) as narrow as possible. For this reason, it is not preferable that the width of the
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、そのサイズを極力液晶パネルのサイズより大きくすることなく、かつ、出射面における均一な光の出射を実現することができる面状光源ユニットを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make uniform light emission on the emission surface without making the size larger than the size of the liquid crystal panel as much as possible. It is providing the planar light source unit which can implement | achieve.
この発明に従った面状光源ユニットは、導光体と、レンズと、複数の光源と、反射鏡と、光拡散部材とを備える。導光体は板状であって、光を出射する出射面を有する。レンズは、導光体において、出射面と交差する方向に延びる一方端面に配置され、導光体の出射面に対して交差する方向において光を集光する。複数の光源は、レンズを介して導光体の一方端面と対向するように配置される。反射鏡は、導光体において、一方端面と反対側に位置する他方端面に対向するように配置される。光拡散部材は、導光体において、出射面と反対側に位置する他方表面側に配置される。 The planar light source unit according to the present invention includes a light guide, a lens, a plurality of light sources, a reflecting mirror, and a light diffusing member. The light guide has a plate shape and has an emission surface for emitting light. The lens is disposed on one end surface of the light guide that extends in a direction intersecting the emission surface, and condenses light in a direction intersecting the emission surface of the light guide. The plurality of light sources are arranged so as to face one end surface of the light guide through the lens. The reflecting mirror is arranged in the light guide so as to face the other end surface located on the opposite side to the one end surface. The light diffusing member is disposed on the other surface side of the light guide that is located on the side opposite to the emission surface.
ここで、導光体の一方端面から、ある程度の出射角を有する光をそのまま導光体に入射させた場合、導光体の出射面に対してほぼ垂直な方向(導光体の厚み方向)に対してある角度以上で入射した光は、導光体内部での反射回数が不足し、複数の光源からの光(色)の混合が不十分な状態のまま、出射面から当該光が出射される。この結果、面状光源ユニットの出射面から出射される光にいわゆる濃淡や色ムラが発生する。 Here, when light having a certain emission angle is incident on the light guide as it is from one end face of the light guide, a direction substantially perpendicular to the light emission surface of the light guide (thickness direction of the light guide) The light incident at a certain angle or more with respect to the light is not reflected in the light guide, and the light is emitted from the emission surface while the light (color) from the plurality of light sources is not sufficiently mixed. Is done. As a result, so-called shading and color unevenness occur in the light emitted from the emission surface of the planar light source unit.
しかし、本発明に従った面状光源ユニットでは、上記レンズを配置することで、導光体の出射面と平行な方向に対する光の進行方向の角度を所定の範囲の値とすることができる。このため、導光体に入射する光が、導光体内部で、光(色)の混合が十分に行なわれるのに十分な回数だけ反射されるように、光の角度を調整することができる。この結果、複数の光源からの光を十分混合した、色ムラや濃淡の少ない均一な光を導光体の出射面から出射することができる。 However, in the planar light source unit according to the present invention, by arranging the lens, the angle of the light traveling direction with respect to the direction parallel to the exit surface of the light guide can be set to a value within a predetermined range. For this reason, the angle of the light can be adjusted so that the light incident on the light guide is reflected a sufficient number of times within the light guide to sufficiently mix the light (color). . As a result, it is possible to emit uniform light with little color unevenness and light and shade, in which light from a plurality of light sources is sufficiently mixed, from the exit surface of the light guide.
また、導光体の他方端面に反射鏡を配置することで、導光体の他方端面から出射した光を、反射鏡により反射させることによって、再度導光体に入射させることができる。この結果、導光体の他方端面から出射した光を導光体内部での光の混合および出射面からの光の出射に利用できる。したがって、出射面から出射する光の均一性および光量を向上させることができる。 Further, by disposing the reflecting mirror on the other end surface of the light guide, the light emitted from the other end surface of the light guide can be made incident again on the light guide by reflecting the light with the reflecting mirror. As a result, the light emitted from the other end surface of the light guide can be used for mixing the light inside the light guide and emitting the light from the emission surface. Therefore, it is possible to improve the uniformity and the amount of light emitted from the emission surface.
また、導光体の出射面から出射する光の均一性を向上させることができるため、従来のような光量不足部がほとんど解消される。そのため、本発明による面状光源ユニットを液晶表示装置に適用する場合、従来のように光量不足部を液晶パネルと重ならない位置に配置する必要が無い(つまり、面状光源ユニットのほぼ全面を液晶パネルへ光を供給するためのバックライトとして利用できる)。したがって、液晶表示装置におけるいわゆる額縁部(液晶表示部の周囲の部分)のサイズを小さくできる。 In addition, since the uniformity of the light emitted from the light exit surface of the light guide can be improved, the conventional light quantity deficient portion is almost eliminated. Therefore, when the planar light source unit according to the present invention is applied to a liquid crystal display device, it is not necessary to dispose the insufficient light amount portion at a position where it does not overlap with the liquid crystal panel as in the prior art (that is, almost the entire surface of the planar light source unit is liquid crystal). Can be used as a backlight to supply light to the panel). Therefore, the size of a so-called frame portion (portion around the liquid crystal display portion) in the liquid crystal display device can be reduced.
上記面状光源ユニットにおいて、レンズから出射して導光体に入射する光の進行方向が導光体の出射面とほぼ平行な方向および導光体の内部で集束する方向のいずれか一方を含むように、レンズの特性は決定されていることが好ましい。 In the planar light source unit, the traveling direction of the light emitted from the lens and incident on the light guide includes one of a direction substantially parallel to the light exit surface of the light guide and a direction of focusing inside the light guide. Thus, it is preferable that the characteristics of the lens are determined.
この場合、導光体に入射する光が、光(色)の混合が十分に行なわれるのに必要な回数だけ導光体内部で確実に反射されるようにすることができる。なお、ここで導光体1の出射面とほぼ平行な方向とは、出射面の延びる方向に対する傾斜角が±10°以下、より好ましくは±5°以下となっている方向を言う。
In this case, the light incident on the light guide can be reliably reflected inside the light guide as many times as necessary to sufficiently mix the light (color). Here, the direction substantially parallel to the exit surface of the
上記面状光源ユニットにおいて、レンズは、凸レンズおよびフレネルレンズのいずれか一方であってもよい。 In the planar light source unit, the lens may be either a convex lens or a Fresnel lens.
この場合、一般的な凸レンズまたはフレネルレンズを用いることで、特殊なレンズを用いることなく本発明による面状光源ユニットを容易に製造できる。 In this case, by using a general convex lens or Fresnel lens, the planar light source unit according to the present invention can be easily manufactured without using a special lens.
また、レンズとして厚みの相対的に小さなフレネルレンズを用いれば、面状光源ユニットを用いた液晶表示装置における表示面の周囲を容易に小さくすることができる。 Further, if a Fresnel lens having a relatively small thickness is used as the lens, the periphery of the display surface in the liquid crystal display device using the planar light source unit can be easily reduced.
上記面状光源ユニットにおいて、レンズは、導光体の内部で集束するように光を出射することが好ましい。上記面状光源ユニットにおいて、レンズにより光が集束された焦点の位置と導光体の一方端面との間の距離は、複数の光源からの光が互いに干渉することなく導光体の出射面から放出される領域の幅より大きいことが好ましい。 In the planar light source unit, the lens preferably emits light so as to be focused inside the light guide. In the above planar light source unit, the distance between the focal point where the light is focused by the lens and the one end surface of the light guide is such that the light from the plurality of light sources does not interfere with each other and does not interfere with each other. Preferably it is larger than the width of the region to be released.
この場合、焦点の位置と導光体の一方端面との間の距離が小さすぎて(レンズの焦点距離が小さすぎて)導光体内部側面に対する光の入射角度が大きくなり、結果的に導光体内部での光の反射回数が不足するといった現象の発生確率を低減できる。この結果、光の反射回数が不足することにより、導光体の出射面から出射する光の均一性が低下する可能性を低減できる。 In this case, the distance between the focal point and the one end surface of the light guide is too small (the focal length of the lens is too small), and the incident angle of light with respect to the inner side surface of the light guide becomes large. It is possible to reduce the probability of occurrence of a phenomenon in which the number of reflections of light within the light body is insufficient. As a result, it is possible to reduce the possibility that the uniformity of the light emitted from the light exit surface of the light guide body is lowered due to the insufficient number of times of light reflection.
上記面状光源ユニットにおいて、反射鏡は、導光体の出射面に対して交差する方向(たとえば、出射面に対して実質的に垂直な方向)における中央部が、導光体の他方端面から突出ように折り曲げられていることが好ましい。反射鏡の折り曲げられた部分の折り曲げ角度θは、出射面に平行な方向に対する、レンズから導光体への光の入射角をθ1としたときに、 90°+θ1<θ<120°+2×θ1/3 という関係式を満足するように、反射鏡は構成されていることが好ましい。 In the planar light source unit, the reflecting mirror has a central portion in a direction intersecting with the exit surface of the light guide (for example, a direction substantially perpendicular to the exit surface) from the other end surface of the light guide. It is preferable to be bent so as to protrude. The bending angle θ of the bent portion of the reflecting mirror is 90 ° + θ 1 <θ <120 ° + 2 when the incident angle of light from the lens to the light guide with respect to the direction parallel to the exit surface is θ 1 × so as to satisfy the relational expression theta 1/3, the reflecting mirror is preferably formed.
この場合、反射鏡で反射された光を、効率的に導光体へ再入射させることができる。 In this case, the light reflected by the reflecting mirror can be efficiently reincident on the light guide.
上記面状光源ユニットにおいて、レンズは導光体と一体成形されていてもよい。 In the planar light source unit, the lens may be integrally formed with the light guide.
この場合、別部品としてレンズを用意する必要が無いため、面状光源ユニットの部品点数を削減できる。この結果、面状光源ユニットの製造コストを低減できる。 In this case, since it is not necessary to prepare a lens as a separate part, the number of parts of the planar light source unit can be reduced. As a result, the manufacturing cost of the planar light source unit can be reduced.
上記面状光源ユニットにおいて、光源は、白色のLED、または赤色、緑色、青色からなる3色のLEDの組合せのいずれかであってもよい。 In the planar light source unit, the light source may be a white LED or a combination of LEDs of three colors including red, green, and blue.
この場合、白色の光を出射面から出射させる面状光源ユニットを実現できる。 In this case, a planar light source unit that emits white light from the emission surface can be realized.
また、赤色、緑色、青色からなる3色のLEDの組合せを用いれば、白色のLEDによる光では輝度が不十分であるような場合に、それぞれ高輝度の3色のLEDを用いることにより、十分な輝度の光を容易に得ることができる。 In addition, if a combination of LEDs of three colors consisting of red, green, and blue is used, when the luminance of the white LED is insufficient, it is sufficient to use three LEDs of high luminance. Light with high brightness can be easily obtained.
このように、本発明によれば、レンズや反射鏡を配置することにより、導光体に入射する光が、導光体内部で、光(色)の混合が十分に行なわれるのに必要な回数だけ、導光体に入射した光を反射させることができるので、色ムラなどの無い均一な光を出射面から出射する面状光源ユニットを実現できる。 As described above, according to the present invention, by arranging the lens and the reflecting mirror, the light incident on the light guide is necessary to sufficiently mix the light (color) inside the light guide. Since the light incident on the light guide can be reflected as many times as possible, it is possible to realize a planar light source unit that emits uniform light without color unevenness from the exit surface.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明による面状光源ユニットの平面模式図である。図2は、図1に示した線分II−IIにおける断面模式図である。図3は、図1に示した線分II−IIにおける断面の他の例を示す断面模式図である。図1〜図3を参照して、本発明による面状光源ユニット10を説明する。
FIG. 1 is a schematic plan view of a planar light source unit according to the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II shown in FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the cross section taken along line II-II shown in FIG. The planar
図1に示すように、本発明による面状光源ユニット10は、光源である複数の白色LED4、シリンダレンズ7、導光体1、反射鏡8および光拡散部材11を備える。複数の白色LED4は、基板12上に直線状に整列した状態で配置されている。白色LED4と対向するように、図2および図3に示すように導光体1が配置されている。導光体1は板状の外形を有しており、白色LED4は板状の導光体1の相対的に小さな表面積を有する側面(一方端面27)と対向する位置に配置されている。つまり、複数の白色LED4は、導光体1の一方端面27に沿って配置されている。導光体1と白色LED4との間には、導光体1の側面に対向するようにシリンダレンズ7が配置されている。
As shown in FIG. 1, a planar
また、導光体1においてシリンダレンズ7と対向する側面(一方端面27)と反対側に位置する側面(他方端面28)側には、図2または図3に示すような断面形状の反射鏡8が配置されている。また、導光体1における上部表面である光の出射面29(図2参照)とは反対側に位置する表面(下部表面または裏面)には、複数の光拡散部材11が配置されている。なお、隣接する光拡散部材11の間の距離は、白色LED4から離れるに従って大きくなるように設定されている。
Further, on the side surface (the other end surface 28) opposite to the side surface (the one end surface 27) facing the
このような面状光源ユニット10は、図4に示すようにたとえば液晶表示装置20のバックライトとして用いられる。図4は、本発明による面状光源ユニットを適用した液晶表示装置を示す断面模式図である。図4に示すように、本発明による面状光源ユニット10を適用した液晶表示装置20は、面状光源ユニット10の出射面29(上部表面)上に液晶パネル6を配置した構造となっている。液晶パネル6としては、たとえば透過型の液晶パネルを用いることができる。
Such a planar
次に、図1〜図3に示した面状光源ユニット10において出射面から光を出射する場合の動作を簡単に説明する。
Next, the operation when light is emitted from the emission surface in the planar
図1〜図3に示すように、シリンダレンズ7は水平方向(図1において紙面に平行な方向)においてレンズの曲率を有していない。そのため、水平方向については、シリンダレンズ7が存在しない場合と同様に個々の白色LED4から放射状に広がるように、白色LED4から出射された光線13は進む。つまり、光線13は、導光体1の内部で白色LED4を中心として広がるように進んでいく。広がった光線13は、反射鏡8に向かって直進する光と、導光体1の側部端面(たとえば出射面29や裏面と交差する方向に延びる端面であって、導光体1の一方端面27と他方端面28とをつなぐ2つの端面)に向かう光とを含む。導光体1の側部端面に向かう光は、導光体1の側部端面(の内周側)において反射し、その進行方向を変えることになる。そして、光線13のいずれの成分も、最終的に導光体1の他方端面28から出射して反射鏡8に入手する。当該光線13は反射鏡8において反射され、その大部分が再び導光体1に入射する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
また、図2および図3に示すように、導光体1の垂直方向においては、シリンダレンズ7が存在することにより、白色LED4から出射した光はシリンダレンズ7の曲率によりその進行方向が変更される。このため、シリンダレンズ7が存在しない場合よりも導光体1へと入射する光の光量は多くなる。そして、入射した光は、図2および図3に示すように導光体1の側面(上部表面および下部表面)に反射されながら最終的にその一部が反射鏡8にまで到達し、反射鏡8において反射され再度導光体1へと入射する。そして、導光体1の裏面側に設置された光拡散部材11において散乱されることにより、導光体1の出射面29(上部表面)から出射される。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, in the vertical direction of the
なお、図2および図3は、それぞれシリンダレンズ7の曲率が異なる場合について、光線13の軌跡を示したものである。すなわち、図2は、シリンダレンズ7からの出射光がほぼ水平な方向(導光体1の出射面である上部表面にほぼ平行な方向)に光線13が進む場合の、光線13の軌跡を示している。一方、図3は、シリンダレンズ7の曲率が図2に示したシリンダレンズ7の曲率より大きい場合であって、シリンダレンズ7から出射した光線13が所定の距離で集束する場合の、光線13の軌跡を示している。
2 and 3 show the locus of the
ここで、白色LED4としては、フリップチップ構造の高輝度LEDに代表されるような、微細な面光源を用いる。そのため、完全な平行光とする、あるいは1つの点(焦点)に集束するということが困難である。そこで、本発明においては、光束の広がりを最小限にした光線13を得ることを1つの目的としている。したがって、図2および図3に示したいずれの態様であってもよく、また、図2および図3に示した光線13の軌跡の両方を混合したような態様となるように、面状光源ユニット10を構成してもよい。
Here, as the
なお、図2に示したように、光線13が小さな広がりのある光(導光体1の出射面29にほぼ平行な平行光)である場合では、光の広がりによりシリンダレンズ7の半値角における光線13が導光体1の側面(上部表面または下部表面)に入射−反射する位置30から、導光体1の端部までの距離D1が、図5に示した距離L1より大きくなるように構成された(所定の半値角を有する)シリンダレンズ7を用いることが好ましい。ここで、図5は、シリンダレンズの特性を説明するための液晶表示装置の平面模式図であって、液晶表示装置の面状光源ユニットを構成する導光体1に、シリンダレンズを介することなく白色LED4からの光が直接入射している場合を示している。図5では、複数の白色LED4を所定の間隔だけ離れた状態で配置している。
As shown in FIG. 2, in the case where the
このとき、図5に示すように、それぞれの白色LED4から出射した光は、白色LED4を中心として広がりながら導光体1の内部に入射する。そして、図5の白色LED4の間に位置する領域には、導光体1において出射面から出射する光の光量が相対的に少ない光量不足部15が形成される。つまり、この光量不足部15は、シリンダレンズ7(図1参照)や反射鏡8が存在しない場合に白色LED4からの光が十分届かない領域であって、導光体1の出射面における当該部分から出射される光の光量は、導光体1における他の出射面の部分から出射される光の光量よりも少なくなっている。そして、上述した距離L1は、この光量不足部15の存在する部分の幅に対応する。
At this time, as shown in FIG. 5, the light emitted from each
また、図3に示すように、シリンダレンズ7の曲率が比較的大きく、シリンダレンズ7から出射した(半値角における)光がある焦点距離でほぼ集束するような集束光である場合には、シリンダレンズ7から出射した光が集束する位置(焦点)の位置31から導光体1の端部までの距離D2が、やはり上述した距離L1よりも大きくなるようにシリンダレンズ7の曲率などの特性を決定する。このようにすれば、導光体1の出射面からその全面に渡ってほぼ均一な光を出射することができる。
Further, as shown in FIG. 3, when the curvature of the
また、本発明における面状光源ユニット10においては、図1〜図3に示すように、白色LED4が配置された側とは反対側の導光体1の端面(他方端面28)に対向するように、反射鏡8が設置されている。発明者は、この反射鏡8の折曲げ角θ(図6参照)について適切な数値範囲があることを見出した。以下、図6を参照しながら具体的に説明する。図6は、本発明による面状光源ユニットを構成する反射鏡の折曲げ角に関する説明を行なうための断面模式図である。
Moreover, in the planar
図6に示すように、白色LED4(図2参照)から出射した光線13は、シリンダレンズ7を介して導光体1の端面に入射する。このとき、入射した光線13はスネルの法則に従って屈折する。導光体1に入射した光線13は導光体1の内部で広がる。広がった光線13のうち、一部は反射鏡8側の他方端面28へ直進し、またその一部は導光体1の側面(上部表面または下部表面)に入射する。下部表面に入射した光線13の一部は、上述したように光拡散部材11に入射して散乱反射され、拡散光となって導光体1の出射面29(上部表面)から出射する。また、光拡散部材11が配置されていない部分では、相互反射を繰返し、上述した他方端面28へ直進する光線13の成分とともに、最終的に反射鏡8に入射する。そして、この反射鏡8で光線13は反射され再び導光体1に入射する。
As shown in FIG. 6, the
反射鏡8における光線13の挙動は、以下のようなものである。すなわち、図6に示すように、反射鏡8側の導光体1の端面から出射した光線13a〜13cは、スネルの法則に従ってシリンダレンズ7の出射角θ1と同じ角度θ1で導光体1の端面から出射される。そして、この出射した光線13a〜13cは、それぞれ反射鏡8において反射される。なお、反射鏡8は中心線25を中心に対称な形状となっている。中心線25は、導光体1の厚み方向の中心を通り、出射面29と平行な方向に延びる。また、図6に示した光線13a〜13cは代表的な光であって、シリンダレンズ7の下側から導光体1に入射する光線(シリンダレンズの出射角が−θ1である場合の光線)も、反射鏡8の中心線25を対称に線対称な挙動を示す。そして、反射鏡8で反射される光線13a〜13cをより効率的に導光体1へ再び入射させるためには、以下のような条件を反射鏡8が有していることが好ましい。
The behavior of the
以下、説明のために反射鏡8の反射面と導光体1の端面とのなす角度を反射鏡角θ2と規定する。そして、上述のように光線13a〜13cがより効率的に導光体1へと再び入射するためには、まず第1に反射鏡8の反射面における当該光線13a〜13cの反射回数を少なくすることにより、反射損失を最小限にすることが必要である。すなわち、光線13bのように反射鏡8において複数回反射した場合には、反射鏡8において1回だけ反射された光線13aに比べて反射鏡8における反射の際の反射損失が多くなってしまうという問題がある。そこで、反射鏡8での光の反射回数を少なくする(光線13bのように反射鏡8において2回反射されることを防止する)ことを考える。具体的には、反射鏡8で1回反射した光が反射鏡8の反射面と平行な方向あるいは導光体1側に向かう方向へと反射されればよい。
Hereinafter, for the sake of explanation, the angle formed by the reflecting surface of the reflecting
より具体的には、図6に示した角度θ3が角度θ2よりも大きくなることが必要である。そして、この角度θ3は90°−(2×θ2+θ1)という式で表わすことができる。つまり、入射光(導光体1に入射する光線13)の角度θ1(指向角)と角度θ2との間に、90°−(2×θ2+θ1)>θ2という関係が成立すればよい。この式を整理すると、θ2<30°−θ1/3となる。
More specifically, the angle θ 3 shown in FIG. 6 needs to be larger than the angle θ 2 . The angle θ 3 can be expressed by an equation of 90 ° − (2 × θ 2 + θ 1 ). That is, a relationship of 90 ° − (2 × θ 2 + θ 1 )> θ 2 is established between the angle θ 1 (directivity angle) and the angle θ 2 of the incident light (the
また、導光体1の出射面からより効率的に光を出射させるためには、第2の条件として、導光体1に入射した光が導光体1の上部表面および下部表面で反射する回数をより多くする(相互反射回数を多くする)ことが必要である。このように導光体1の内部において、反射鏡8で反射されて再度導光体1に入射した光が、導光体1の上部表面および下部表面で反射を繰返すためには、上述した角度θ3が0°より大きくなることが必要である。具体的には、90°−(2×θ2+θ1)>0という式を満たすことが必要である。この式を整理すると、θ2<45°−θ1/2という式になる。
In order to emit light more efficiently from the exit surface of the
そして、上述したそれぞれの関係式において、指向角である角度θ1を近似的に0°とした場合には、反射鏡角θ2は30°<θ2<45°となる。この結果、上述したような条件を満足する反射鏡8の折曲げ角θの範囲としては、90°<θ<120°となる。
In each of the above relational expressions, when the angle θ 1 that is the directivity angle is approximately 0 °, the reflector angle θ 2 is 30 ° <θ 2 <45 °. As a result, the range of the bending angle θ of the reflecting
このような折曲げ角θを有する反射鏡8を配置することで、反射鏡8からの反射光をより効果的に導光体1へと再び入射させることができる。そして、導光体1の裏面側においては、上述したように光拡散部材11が配置されている。光拡散部材11は点状光源である白色LED4側に向かうにつれて密には配置され、反射鏡8側に行くほど疎になるような配置(グラデーションされた配置)となっている。このような配置の光拡散部材11に光線13(図2参照)が入射して散乱反射されることにより、導光体1の出射面全体が均一に明るくなるように光線13が拡散する。つまり、あたかも反射鏡8側に光源が存在するかのように見え、結果的に導光体1の出射面において均一な輝度を得ることができる。
By disposing the reflecting
ここで、導光体1の裏面側に拡散反射率の高い光拡散物質を部分的に塗布することにより光拡散部材11を構成してもよいが、光線13を拡散させる手法としては他の手法を用いてもよい。たとえば、導光体1の側面(裏面)を粗面化する、あるいは裏面に小さな穴を形成する、あるいは側面に小突起を形成するといったような手法を用いることにより、光線13を散乱反射させてもよい。また、特に図示していないが、光拡散部材11が配置された導光体1の裏面の下部には、導光体1において散乱反射して裏面側に透過した光などを反射して、再び導光体1に入射させるための光拡散反射板を設けておくことが好ましい。
Here, the
図7は、本発明による面状光源ユニットの第1の変形例を示す平面模式図である。図7を参照して、本発明による面状光源ユニットの第1の変形例を説明する。 FIG. 7 is a schematic plan view showing a first modification of the planar light source unit according to the present invention. With reference to FIG. 7, the 1st modification of the planar light source unit by this invention is demonstrated.
図7に示した面状光源ユニット10は、基本的には図1〜図3に示した面状光源ユニット10と同様の構造を備えるが、光源の種類が異なる。すなわち、図7に示した面状光源ユニット10は、3色のLED17a、17b、16、18を備える。LED16は赤色の光を出射するLED(赤色LED)である。LED17a、17bは緑色の光を出射するLED(緑色LED)である。LED18は、青色の光を出射するLED(青色LED)である。このような3色のLEDを配置して、それぞれのLED16、17a、17b、18から出射した光を混合することにより白色の光を得ることができる。
The planar
また、図1〜図3に示した面状光源ユニットにおいては、シリンダレンズ7の特性に関して、図2、図3に示した距離D1、D2に関する基準値である距離L1として、光量不足部15(図5参照)の幅L1(図5参照)を用いたが、図7に示すような3色のLED16、17a、17b、18を用いる場合には、この基準値としての距離L1は図8に示すように3色のLED16〜18からのそれぞれの光が完全に混合される領域が導光体1の全面となる位置までの距離を採用することが好ましい。なお、図8は、図7に示した面状光源ユニットを構成するシリンダレンズ7の特性を説明するための模式図である。また、図9は、図8に示した面状光源ユニットの断面模式図である。
Further, in the planar light source unit shown in FIGS. 1 to 3, regarding the characteristics of the
図8に示すように、3色のLED16〜18から出射した光は、このLED16〜18からある程度離れた部分でそれぞれの光が完全に混合した状態となる。このような領域(混合色出射部21)では、白色の光(混合色光23(図9参照))が導光体1の出射面から出射される。また、LED16〜18により近い部分では、十分に光の混合が行われないため、LED16〜18からのそれぞれの光または十分混色されていない光(単色光22(図9参照))が導光体1の出射面から出射する。このような単色光22が出射する部分を非白色光出射部19と呼ぶ。そして、このような3色のLED16〜18を用いた場合における基準値としての距離L1は、非白色光出射部19の幅(図8における距離L1)を採用することになる。図9に示すように、非白色光出射部19からは単色光22が出射され、混合色出射部21(図8参照)からは混合色光23(すなわち白色の光線)が出射される。このような構成においても、図1〜図3に示した面状光源ユニットと同様に導光体1から光を効率よくかつ均一に出射することができる。
As shown in FIG. 8, the light emitted from the three
図10は、図1〜図3に示した本発明による面状光源ユニットの第2の変形例を示す断面模式図である。図10を参照して、本発明による面状光源ユニットの第2の変形例を説明する。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the planar light source unit according to the present invention shown in FIGS. A second modification of the planar light source unit according to the present invention will be described with reference to FIG.
図10に示した面状光源ユニット10は、基本的には図1〜図3に示した面状光源ユニット10と同様の構造を備えるが、独立したシリンダレンズ7を配置するのではなく、導光体1を部分的に加工することにより凸レンズ部9を形成している点が異なる。このような凸レンズ部9を導光体1の端部に形成し、白色LED4と対向するように配置しても、図1〜図3に示した面状光源ユニット10と同様の効果を得ることができる。また、図1〜図3に示した別部品であるシリンダレンズ7を用いる場合より、レンズ部分の占める体積を小さくできるので、面状光源ユニット10の小型化を図ることができる。さらに、導光体1とレンズとが一体になっているので、面状光源ユニット10の部品点数を図1〜図3に示した面状光源ユニット10の部品点数より削減することができるので、面状光源ユニットの製造コストを削減できる。
The planar
図11は、図1〜図3に示した本発明による面状光源ユニットの第3の変形例を示す断面模式図である。図11を参照して、本発明による面状光源ユニットの第3の変形例を説明する。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a third modification of the planar light source unit according to the present invention shown in FIGS. With reference to FIG. 11, the 3rd modification of the planar light source unit by this invention is demonstrated.
図11に示した面状光源ユニット10は、基本的には図10に示した面状光源ユニット10と同様の構造を備えるが、導光体1の端部に凸レンズ部9ではなくフレネルレンズ部14が形成されている点が異なる。このように、階段状に屈折角が異なるフレネルレンズ部14を導光体1の端部に形成しても、図10に示した面状光源ユニットと同様の効果を得ることができる。さらに、フレネルレンズ部14は図10に示した凸レンズ部9よりその厚みが薄いため、面状光源ユニット10の更なる小型化を図ることができる。なお、図10に示した凸レンズ部9および図11に示したフレネルレンズ部14は、それぞれ加工性から適宜選択することができる。
The planar
上述した本発明に従った面状光源ユニット10の特徴的な構成を要約すれば、面状光源ユニット10は、導光体1と、レンズとしてのシリンダレンズ7(または凸レンズ部9、あるいはフレネルレンズ部14)と、複数の光源としての白色LED4または3色のLED16、17a、17b、18と、反射鏡8と、光拡散部材11とを備える。導光体1は板状であって、光を出射する出射面(上部表面)を有する。シリンダレンズ7は、導光体1において、出射面と交差する方向に延びる一方端面27に配置され、導光体1の出射面29に対して交差する方向(たとえば導光体1の厚み方向)において光を集光する。白色LED4または3色のLED16、17a、17b、18は、シリンダレンズ7を介して導光体1の一方端面27と対向するように配置される。反射鏡8は、導光体1において、一方端面27と反対側に位置する他方端面28に対向するように配置される。光拡散部材11は、導光体1において、出射面29と反対側に位置する他方表面側(裏面側)に配置される。
To summarize the characteristic configuration of the above-described planar
ここで、導光体1の一方端面27(シリンダレンズ7などが配置された側の端面)から、ある程度の出射角を有する光線13をそのまま導光体1に入射させた場合、導光体1の出射面29(上部表面)に対してほぼ垂直な方向(導光体1の厚み方向)に対してある角度以上で入射した光線13は、導光体1内部での反射回数が不足し、複数の点状光源としての白色LED4または3色のLED16、17a、17b、18からの光(色)の混合が不十分な状態となる。そして、このように色の混合が不十分であるとき、面状光源ユニット10の出射面から出射される光線13にいわゆる濃淡や色ムラが発生する。
Here, when the
しかし、本発明に従った面状光源ユニット10では、上記シリンダレンズ7などを配置することで、導光体1の出射面29と平行な方向に対する光線13の進行方向の角度を所定の範囲の値とすることができる。このため、導光体1に入射する光線13が、導光体1内部で、光(色)の混合が十分に行なわれるのに必要な回数だけ反射されるように、光線13の角度(光線13の導光体1に対する入射角)を調整することができる。この結果、複数のLED4または3色のLED16、17a、17b、18からの光を十分混合した、色ムラや濃淡の少ない均一な光を導光体1の出射面から出射することができる。
However, in the planar
また、導光体1の他方端面28側に反射鏡8を配置することで、導光体1の他方端面28から出射した光線13を、反射鏡8により反射させることによって、再度導光体1に入射させることができる。この結果、導光体1の他方端面28から出射した後再び導光体1に入射した光を導光体1内部での光の混合および出射面29からの光の出射に利用できる。したがって、出射面29から出射する光の均一性および光量を向上させることができる。
Further, by disposing the reflecting
また、導光体1の出射面29から出射する光の均一性を向上させることができるため、従来のような光量不足部115(図14参照)がほとんど解消される。そのため、本発明による面状光源ユニット10を図4に示すように液晶表示装置20に適用する場合、従来のように光量不足部115を液晶パネル6と重ならない位置に配置する必要が無い(つまり、面状光源ユニット10の導光体1のほぼ全面を、液晶パネル6へ光を供給するためのバックライトとして利用できる)。したがって、液晶表示装置20におけるいわゆる額縁部(液晶表示部の周囲の部分)のサイズを小さくできる。
Moreover, since the uniformity of the light emitted from the
上記面状光源ユニット10において、シリンダレンズ7から出射して導光体1に入射する光の進行方向は、図2に示すように導光体1の出射面29とほぼ平行な方向および図3に示すように導光体1の内部で集束する方向のいずれか一方を含むように、シリンダレンズ7の特性が決定されていることが好ましい。
In the planar
この場合、導光体1に入射する光が、光(色)の混合が十分に行なわれるのに必要な回数だけ導光体1内部で確実に反射されるようにすることができる。なお、ここで導光体1の出射面29とほぼ平行な方向とは、出射面29の延びる方向に対する傾斜角が±10°以下、より好ましくは±5°以下となっている方向を言う。
In this case, the light incident on the
上記面状光源ユニット10において、レンズは、図10に示した凸レンズ部9のような凸レンズおよび図11に示したフレネルレンズ部14のようなフレネルレンズのいずれか一方であってもよい。この場合、一般的な凸レンズまたはフレネルレンズを用いることで、特殊なレンズを用いることなく本発明による面状光源ユニット10を容易に製造できる。
In the planar
また、レンズとして厚みの相対的に小さなフレネルレンズ部14を用いれば、面状光源ユニット10を用いた液晶表示装置における表示面の周囲(額縁部)を容易に小さくすることができる。
Further, if the
上記面状光源ユニット10において、レンズの例としてのシリンダレンズ7は、図3に示すように導光体1の内部で集束するように光線13を出射することが好ましい。図3に示すように、上記面状光源ユニット10において、シリンダレンズ7により光線13が集束された焦点の位置31と導光体1の一方端面27との間の距離D2は、複数の光源としての白色LED4からの光が互いに干渉することなく導光体1の出射面29から放出される領域(つまり図5に示した光量不足部15)の幅L1より大きいことが好ましい。
In the planar
この場合、焦点の位置31と導光体1の一方端面27との間の距離D2が小さすぎて(シリンダレンズ7の焦点距離が小さすぎて)導光体1内部の側面に対する光線13の入射角度が大きくなり、結果的に導光体1内部での光線13の反射回数が不足するといった事態の発生確率を低減できる。この結果、導光体1内部での光線13の反射回数が不足することにより、導光体1の出射面29から出射する光の均一性が低下する可能性を低減できる。
In this case, the distance D2 between the
上記面状光源ユニット10において、反射鏡8は、導光体1の出射面29に対して交差する方向(たとえば、出射面29に対して実質的に垂直な方向)における中央部が、導光体1の他方端面28から突出ように(反射鏡8の中央部が他方端面28から遠ざかる凸形状となるように)折り曲げられていることが好ましい。反射鏡8の折り曲げられた部分の折り曲げ角度θ(図6参照)は、出射面29に平行な方向に対する、シリンダレンズ7から導光体1への光の入射角をθ1としたときに、 90°+θ1<θ<120°+2×θ1/3 という関係式を満足するように、反射鏡8は構成されていることが好ましい。また、上記入射角θ1を実質的に0°と近似できる場合、90°<θ<120° という関係式を満足するように、反射鏡8は構成されていてもよい。この場合、反射鏡8で反射された光を、効率的に導光体1へ再入射させることができる。
In the planar
上記面状光源ユニット10において、図10または図11に示すようにレンズとしての凸レンズ部9またはフレネルレンズ部14は導光体1と一体成形されていてもよい。この場合、別部品としてレンズを用意する必要が無いため、面状光源ユニット10の部品点数を削減できる。この結果、面状光源ユニット10の製造コストを低減できる。
In the planar
上記面状光源ユニットにおいて、光源は、図1などに示した白色LED4、または図7に示すような赤色、緑色、青色からなる3色のLED16、17a、17b、18の組合せのいずれかであってもよい。この場合、白色の光を出射面29から出射させる面状光源ユニット10を実現できる。また、赤色、緑色、青色からなる3色のLED16、17a、17b、18の組合せを用いれば、白色LED4による光では輝度が不十分であるような場合に、それぞれ高輝度の3色のLED16、17a、17b、18を用いることにより、十分な輝度の光を容易に得ることができる。
In the above planar light source unit, the light source is either the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 導光体、4 白色LED、6 液晶パネル、7 シリンダレンズ、8 反射鏡、9 凸レンズ部、10 面状光源ユニット、11 光拡散部材、12 基板、13,13a〜13c 光線、14 フレネルレンズ部、15 光量不足部、16、17a、17b、18 LED、19 非白色光出射部、20 液晶表示装置、21 混合色出射部、22 単色光、23 混合色光、25 中心線、27 一方端面、28 他方端面、29 出射面、30,31 位置。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記導光体において、前記出射面と交差する方向に延びる一方端面に配置され、前記出射面と交差する方向において光を集光するレンズと、
前記レンズを介して前記導光体の一方端面と対向するように配置される複数の光源と、
前記導光体において、前記一方端面と反対側に位置する他方端面に対向するように配置される反射鏡と、
前記導光体において、前記出射面と反対側に位置する他方表面側に配置された光拡散部材とを備える、面状光源ユニット。 A light guide that is plate-shaped and has an exit surface that emits light; and
In the light guide, a lens that is disposed on one end surface that extends in a direction that intersects the exit surface, and that collects light in a direction that intersects the exit surface;
A plurality of light sources arranged to face one end face of the light guide through the lens;
In the light guide, a reflecting mirror disposed to face the other end surface located on the opposite side to the one end surface;
A planar light source unit, comprising: a light diffusing member disposed on the other surface side located on the opposite side to the emission surface in the light guide.
前記レンズにより光が集束された焦点の位置と前記導光体の前記一方端面との間の距離は、前記複数の光源からの光が互いに干渉することなく前記導光体の出射面から放出される領域の幅より大きい、請求項1〜3のいずれか1項に記載の面状光源ユニット。 The lens emits light so as to be focused inside the light guide,
The distance between the focal point where the light is focused by the lens and the one end surface of the light guide is such that light from the plurality of light sources is emitted from the exit surface of the light guide without interfering with each other. The planar light source unit according to claim 1, wherein the planar light source unit is larger than a width of the region.
前記反射鏡の折り曲げられた部分の折り曲げ角度θは、前記出射面に平行な方向に対する、前記レンズから前記導光体への光の入射角をθ1としたときに、
90°+θ1<θ<120°+2×θ1/3
という関係式を満足するように、前記反射鏡は構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の面状光源ユニット。 The reflecting mirror is bent so that a central portion in a direction intersecting the exit surface of the light guide projects from the other end surface of the light guide,
The bending angle θ of the bent portion of the reflecting mirror is set such that the incident angle of light from the lens to the light guide with respect to the direction parallel to the emission surface is θ 1 .
90 ° + θ 1 <θ < 120 ° + 2 × θ 1/3
The planar light source unit according to claim 1, wherein the reflecting mirror is configured to satisfy the relational expression:
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