JP5830828B2 - Backlight device and liquid crystal display - Google Patents

Backlight device and liquid crystal display Download PDF

Info

Publication number
JP5830828B2
JP5830828B2 JP2014076509A JP2014076509A JP5830828B2 JP 5830828 B2 JP5830828 B2 JP 5830828B2 JP 2014076509 A JP2014076509 A JP 2014076509A JP 2014076509 A JP2014076509 A JP 2014076509A JP 5830828 B2 JP5830828 B2 JP 5830828B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light beam
backlight device
optical system
emitted
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014076509A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015198054A (en
Inventor
川上 徹
徹 川上
江原 克典
克典 江原
鈴木 芳人
芳人 鈴木
むつみ 篠井
むつみ 篠井
内田 龍男
龍男 内田
靖仁 日下
靖仁 日下
俊行 荒木
俊行 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
K Technology Corp USA
Original Assignee
Tohoku University NUC
K Technology Corp USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, K Technology Corp USA filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2014076509A priority Critical patent/JP5830828B2/en
Publication of JP2015198054A publication Critical patent/JP2015198054A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5830828B2 publication Critical patent/JP5830828B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、バックライト装置および液晶ディスプレイに関し、特に、情報表示用の液晶ディスプレイにおけるバックライト装置に適用して好適なものである。   The present invention relates to a backlight device and a liquid crystal display, and is particularly suitable for application to a backlight device in a liquid crystal display for information display.

液晶ディスプレイは、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、カメラ、パーソナルコンピュータ、CAD用モニター、医療用モニター、自動車用モニター、およびテレビジョン受像機などの各種電子機器や産業機器などにおいて、画像表示手段として使用されており、今後も使用量や用途の拡大が見込まれている。この液晶ディスプレイには、照明光が必須であり、表示パネルの背面側に冷陰極管(CCFL)や発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などを光源とした光を照射する照明装置であるバックライト装置が備えられる。   Liquid crystal displays are used as image display means in various electronic and industrial equipment such as mobile phones, smartphones, tablet terminals, cameras, personal computers, CAD monitors, medical monitors, automobile monitors, and television receivers. The amount of usage and applications are expected to expand. In this liquid crystal display, illumination light is indispensable, and a backlight that illuminates light using a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or a light emitting diode (LED) as a light source on the back side of the display panel. A device is provided.

このバックライト装置としては、大きく分類してエッジライト型および直下型の2つの方式が知られている(特許文献1)。エッジライト型のバックライト装置は、光源を透明な板からなる導光板のエッジ部に設け、このエッジ部から光を通して背面に設けられたパターンなどによって光を射出する。一方、直下型のバックライト装置は、液晶パネルの背面にLEDなどの光源を多数並べて、それぞれの光源から光を射出する。   As this backlight device, there are roughly classified two types, an edge light type and a direct type (Patent Document 1). In the edge light type backlight device, a light source is provided at an edge portion of a light guide plate made of a transparent plate, and light is emitted from the edge portion through a pattern or the like provided on the back surface. On the other hand, the direct type backlight device arranges a large number of light sources such as LEDs on the back surface of the liquid crystal panel, and emits light from each light source.

エッジライト型のバックライト装置は、使用するLEDの数を少なくできるという利点がある一方、導光板を用いていることによって、ディスプレイ面の輝度を均一にするためには、導光板の背面に反射用のパターンをシルク印刷等で複雑に配置したり、導光板の下部に反射板を配置したり、上部に拡散板やプリズムを設けたりと構造が複雑になり、光の利用効率も悪化するという問題がある。また、直下型のバックライト装置でも、輝度均一化を実現するために、LEDからの光をオーバーラップさせる必要があり、LEDを多数並べて配置しているため、消費電力が大きく、光の利用効率が悪いという問題がある。さらに、直下型のバックライト装置においては、LEDを多数配置して液晶パネルに光が入射する前にオーバーラップにより輝度均一化する必要があるため薄型化が困難であるという問題もある。   The edge-light type backlight device has an advantage that the number of LEDs to be used can be reduced. On the other hand, in order to make the brightness of the display surface uniform by using the light guide plate, it is reflected on the back surface of the light guide plate. The pattern is complicated by silk printing, etc., the reflector is placed under the light guide plate, the diffuser plate and the prism are provided above, and the structure becomes complicated and the light utilization efficiency is also deteriorated. There's a problem. Also, even in direct type backlight devices, it is necessary to overlap the light from the LEDs in order to achieve uniform brightness, and because many LEDs are arranged side by side, the power consumption is large and the light utilization efficiency There is a problem that is bad. Further, the direct type backlight device has a problem that it is difficult to reduce the thickness because it is necessary to arrange a large number of LEDs and make the luminance uniform by overlapping before the light enters the liquid crystal panel.

特開2007−264111号公報JP 2007-264111 A 特開2007−240965号公報JP 2007-240965 A

このようなバックライト装置における輝度均一化を実現するための光の利用効率やエネルギー効率は、液晶ディスプレイの消費電力に大きな影響を及ぼす。液晶ディスプレイにおける低消費電力化は、高画質化とともにより一層の向上が求められており、バックライト装置における光の利用効率やエネルギー効率の向上が要請されている。そこで、本発明者は、特許文献2に記載されたバックライト装置を試作して、種々検討を行った。しかしながら、特許文献2に記載されたバックライト装置においては、稼働可能な状態のものを得るに至らなかった。   The light use efficiency and energy efficiency for realizing uniform luminance in such a backlight device have a great influence on the power consumption of the liquid crystal display. The reduction in power consumption in liquid crystal displays is required to be further improved along with the improvement in image quality, and there is a demand for improvement in light use efficiency and energy efficiency in a backlight device. Therefore, the inventor made a prototype of the backlight device described in Patent Document 2 and conducted various studies. However, the backlight device described in Patent Literature 2 has not been ready for operation.

また、バックライト装置の低消費電力化には、バックライト装置の光源にLEDなどの低消費電力の光源を用いるのが有効であることが知られているが、さらなる低消費電力化を図るために、光源として使用するLEDの数も最小限にする技術の開発が求められていた。   In addition, it is known that it is effective to use a light source with low power consumption such as an LED as a light source of the backlight device in order to reduce power consumption of the backlight device. In addition, the development of a technique for minimizing the number of LEDs used as a light source has been demanded.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができるバックライト装置および液晶ディスプレイを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to improve the light utilization efficiency, thereby minimizing the use of the light source and reducing the power consumption. It is to provide an apparatus and a liquid crystal display.

上述した課題を解決し、上記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、面内において所定の光強度分布を有する2次元光源と、焦点距離f1の第1集光光学系、および焦点距離f1より大きい焦点距離f2の第2集光光学系とから形成される両側テレセントリック光学系とを備え、第1集光光学系が第2集光光学系に対して2次元光源の側に設けられ、2次元光源から出射されて第1集光光学系を通過して第2集光光学系に進行した光束が、第2集光光学系から光束として出射され、第2集光光学系から出射した光束を外部に出射するように構成されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the above object, a backlight device according to the present invention includes a two-dimensional light source having a predetermined light intensity distribution in a plane, a first condensing optical system having a focal length f1, And a two-sided telecentric optical system formed from a second condensing optical system having a focal length f2 greater than the focal length f1, and the first condensing optical system side of the two-dimensional light source with respect to the second condensing optical system The light beam emitted from the two-dimensional light source, passed through the first light collecting optical system and traveled to the second light collecting optical system is emitted as the light beam from the second light collecting optical system, and the second light collecting optics. The light beam emitted from the system is configured to be emitted to the outside.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、第2集光光学系から出射した光束が入射されるとともに、第2集光光学系から出射した光束の光路を変更する光路変更手段をさらに備えることを特徴とする。   The backlight device according to the present invention further includes an optical path changing unit that changes the optical path of the light beam emitted from the second light collecting optical system and that receives the light beam emitted from the second light collecting optical system. It is characterized by providing.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、光路変更手段が、第2集光光学系から出射した光束を反射可能に構成された反射部材を備え、反射部材の反射面が第2集光光学系から出射した光束の光軸に対して所定角度で傾斜していることを特徴とする。   In the backlight device according to the present invention, in the above invention, the optical path changing means includes a reflecting member configured to be able to reflect the light beam emitted from the second condensing optical system, and the reflecting surface of the reflecting member is the second collection. Inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the light beam emitted from the optical optical system.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、第2集光光学系から出射する光束の出射方向が、第1集光光学系を通過した光束の光軸に対して、所定角度で傾斜していることを特徴とする。   In the backlight device according to the present invention, the emission direction of the light beam emitted from the second light collecting optical system is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the light beam that has passed through the first light collecting optical system. It is characterized by that.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、第2集光光学系が少なくとも1枚の反射鏡を有するミラー系から構成されることを特徴とする。   The backlight device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the second condensing optical system is constituted by a mirror system having at least one reflecting mirror.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、2次元光源から出射されて第1集光光学系を通過して進行した光束を、第2集光光学系によって、第2集光光学系の焦点位置に、2次元光源から出射された光束の光軸に直角な断面の面積に対して略(f2/f1)2倍の面積で結像させることを特徴とする。 In the backlight device according to the present invention, the light beam emitted from the two-dimensional light source and traveling through the first light collecting optical system is converted into the second light collecting optical system by the second light collecting optical system. An image is formed on the focal position at an area approximately (f2 / f1) 2 times the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the light beam emitted from the two-dimensional light source.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、第1集光光学系と第2集光光学系との互いに対向する主点の間隔が、第1集光光学系の焦点距離f1および第2集光光学系の焦点距離f2との合計に略等しいことを特徴とする。   In the backlight device according to the present invention, in the above invention, the distance between the principal points of the first condensing optical system and the second condensing optical system facing each other is such that the focal distance f1 of the first condensing optical system and the It is characterized by being approximately equal to the sum of the focal lengths f2 of the two condensing optical systems.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、第1集光光学系が、少なくとも4枚のレンズを有して構成されていることを特徴とする。   The backlight device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the first condensing optical system includes at least four lenses.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、第1集光光学系に、2次元光源から出射された光束の一部を遮断する少なくとも1つの遮断部材が設けられ、遮断部材が2次元光源から出射された光束のうちの有効光束を通過させる開口を少なくとも1つ有することを特徴とする。   In the backlight device according to the present invention, in the above invention, the first condensing optical system is provided with at least one blocking member that blocks a part of the light beam emitted from the two-dimensional light source, and the blocking member is two-dimensional. It has at least one aperture through which an effective light beam out of the light beam emitted from the light source passes.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、2次元光源が、光を発光する発光源と発光源から出射された光を整形して光束として出射させる光整形手段とを有し、光整形手段の発光源から出射された光が入射する側の端部における光束の光軸に対して直角な断面の面積が、光整形手段の光束が出射する側の端部における光束の光軸に対して直角な断面の面積より小さいことを特徴とする。   In the above-described invention, the backlight device according to the present invention includes: a light source that emits light; and a light shaping unit that shapes light emitted from the light source and emits the light as a light beam. The area of the cross section perpendicular to the optical axis of the light beam at the end where the light emitted from the light source of the shaping means is incident is the optical axis of the light beam at the end where the light beam of the light shaping means is emitted. It is characterized by being smaller than the area of a cross section perpendicular to it.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、光整形手段の発光源からの光が入射する側の端部における、光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であるとともに、光整形手段の光束を出射する側の端部における、光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であることを特徴とする。   The backlight device according to the present invention, in the above invention, has a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the light beam at the end of the light shaping means on the side where light from the light source is incident, A cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the light beam at the end of the light shaping unit on the side from which the light beam is emitted is rectangular.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、光整形手段の光束を出射する側の端部における、光束の光軸に対して直角な断面の面積が、光整形手段の発光源からの光が入射する側の端部における、光束の光軸に対して直角な断面の面積に対して、3倍以上5倍以下であることを特徴とする。   In the backlight device according to the present invention, the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the light beam at the end of the light shaping unit on the side from which the light beam is emitted is from the light source of the light shaping unit. It is characterized in that it is not less than 3 times and not more than 5 times the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the light flux at the end on the light incident side.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、光整形手段が、互いに連結された複数のロッド、または互いに一体成形されたロッドから構成されていることを特徴とする。   The backlight device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the light shaping means is composed of a plurality of rods connected to each other or rods integrally formed with each other.

本発明に係るバックライト装置は、上記の発明において、発光源が発光ダイオードであることを特徴とする。   The backlight device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the light emitting source is a light emitting diode.

本発明に係る液晶ディスプレイは、上記の発明によるバックライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、バックライト装置から出射される光束を、液晶パネルの一面に対して略垂直に入射させることを特徴とする。   A liquid crystal display according to the present invention includes the backlight device according to the above-described invention and a flat plate-like liquid crystal panel having at least liquid crystals sandwiched between a plurality of light distribution layers, and emits a light beam emitted from the backlight device. The liquid crystal panel is incident substantially perpendicular to one surface.

本発明に係る液晶ディスプレイは、上記の発明において、第2集光光学系から出射した光束を反射部材によって反射させることにより、バックライト装置から光束を出射させることを特徴とする。   The liquid crystal display according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the light beam emitted from the second condensing optical system is reflected by the reflecting member to emit the light beam from the backlight device.

本発明に係るバックライト装置および液晶ディスプレイによれば、光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができる。   According to the backlight device and the liquid crystal display according to the present invention, it is possible to reduce the power consumption by minimizing the use of the light source by improving the light utilization efficiency.

図1は、本発明の第1の実施形態による液晶ディスプレイのX方向側面図である。FIG. 1 is a side view in the X direction of a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施形態による液晶ディスプレイのY方向平面図である。FIG. 2 is a plan view of the liquid crystal display according to the first embodiment of the present invention in the Y direction. 図3は、本発明の第1の実施形態による光整形ロッドを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a light shaping rod according to the first embodiment of the present invention. 図4は、第1の実施形態による光整形ロッドおよびレンズ系のX方向側面図である。FIG. 4 is a side view in the X direction of the light shaping rod and lens system according to the first embodiment. 図5は、第1の実施形態による光整形ロッドおよびレンズ系のY方向平面図である。FIG. 5 is a Y direction plan view of the light shaping rod and lens system according to the first embodiment. 図6は、両側テレセントリック光学系を説明するための図1に対応する略線図である。FIG. 6 is a schematic diagram corresponding to FIG. 1 for explaining the double-sided telecentric optical system. 図7は、両側テレセントリック光学系を説明するための図2に対応する略線図である。FIG. 7 is a schematic diagram corresponding to FIG. 2 for explaining the double-sided telecentric optical system. 図8Aは、両側テレセントリック光学系の原理を説明するため略線図である。FIG. 8A is a schematic diagram for explaining the principle of a double-sided telecentric optical system. 図8Bは、両側テレセントリック光学系の原理を説明するため略線図である。FIG. 8B is a schematic diagram for explaining the principle of the double-sided telecentric optical system. 図9は、本発明の第1の実施形態において、近軸像点位置をレンズ系とミラー系とのほぼ中間に位置させた場合を説明するための略線図である。FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a case where the paraxial image point position is positioned approximately in the middle between the lens system and the mirror system in the first embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第1の実施形態による反射型プリズムシートを示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a reflective prism sheet according to the first embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第1の実施形態によるバックライト装置から発せられる面内の光の強度分布を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the in-plane light intensity distribution emitted from the backlight device according to the first embodiment of the present invention. 図12は、本発明の第1の実施形態によるバックライト装置において、ロッド先端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、X方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 12 shows a simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the X direction when the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the rod tip surface is uniform in the backlight device according to the first embodiment of the present invention. It is a graph to show. 図13は、本発明の第1の実施形態によるバックライト装置において、ロッド先端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Z方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 13 shows the simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the Z direction when the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the rod tip surface is uniform in the backlight device according to the first embodiment of the present invention. It is a graph to show. 図14は、本発明の第2の実施形態によるバックライト装置において、ロッド先端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、X方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 14 shows the simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the X direction when the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the rod tip surface is uniform in the backlight device according to the second embodiment of the present invention. It is a graph to show. 図15は、本発明の第2の実施形態によるバックライト装置において、ロッド先端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Z方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 15 shows a simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the Z direction when the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the rod tip surface is uniform in the backlight device according to the second embodiment of the present invention. It is a graph to show. 図16は、本発明の第3の実施形態によるバックライト装置において、ロッド先端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、X方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 16 shows a simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the X direction when the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the rod tip surface is uniform in the backlight device according to the third embodiment of the present invention. It is a graph to show. 図17は、本発明の第3の実施形態によるバックライト装置において、ロッド先端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Z方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 17 shows the simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the Z direction when the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the rod tip surface is uniform in the backlight device according to the third embodiment of the present invention. It is a graph to show. 図18は、本発明の第4の実施形態による液晶ディスプレイのX方向側面図である。FIG. 18 is a side view in the X direction of a liquid crystal display according to the fourth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and dimensional relationships between elements may differ from actual ones. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態として、本発明に係るバックライト装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。図1および図2はそれぞれ、この第1の実施形態による液晶ディスプレイの構成を示すX方向から見た側面図、およびY方向から見た平面図である。なお、図1および図2においてXY平面に対して直角の方向をZ方向とする。
(First embodiment)
First, a liquid crystal display provided with a backlight device according to the present invention will be described as a first embodiment of the present invention. FIG. 1 and FIG. 2 are a side view seen from the X direction and a plan view seen from the Y direction, respectively, showing the configuration of the liquid crystal display according to the first embodiment. 1 and 2, the direction perpendicular to the XY plane is taken as the Z direction.

図1および図2に示すように、この第1の実施形態によるバックライト装置10は、発光ダイオード(LED)11、光整形ロッド12、レンズ系13、反射型プリズムシート14、およびミラー系15を有して構成されている。また、バックライト装置10の反射型プリズムシート14における光軸側に面した反射プリズム面に対して略平行に、液晶パネル16が設けられている。そして、これらのバックライト装置10および液晶パネル16によって、液晶ディスプレイ1が構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the backlight device 10 according to the first embodiment includes a light emitting diode (LED) 11, a light shaping rod 12, a lens system 13, a reflective prism sheet 14, and a mirror system 15. It is configured. In addition, a liquid crystal panel 16 is provided substantially parallel to the reflecting prism surface facing the optical axis side in the reflecting prism sheet 14 of the backlight device 10. The backlight device 10 and the liquid crystal panel 16 constitute the liquid crystal display 1.

発光源としてのLED11は、たとえば白色LEDなどから構成される。このLED11は、色の再現性を向上させるために、可能な範囲で色域が広くなるように構成されている。ここで、LED11を単一のLEDから構成する場合、光の出射端面側の円の径φが2mm以上4mm以下(2mm≦φ≦4mm)のLEDを使用するのが好ましい。この第1の実施形態においては、LED11として、径φがたとえば3mmのLEDを使用する。また、LED11内のLEDチップとカバーガラスと(いずれも図示せず)の間隔は、たとえば0.28mm程度である。また、LED11は面光源であるのが好ましく、LED11から射出される光の強度分布は均等拡散面(ランバーシアン:Lambertian)の配光になるようにするのが好ましい。   The LED 11 as a light source is composed of, for example, a white LED. The LED 11 is configured so that the color gamut is as wide as possible in order to improve color reproducibility. Here, when the LED 11 is constituted by a single LED, it is preferable to use an LED having a diameter φ of 2 mm or more and 4 mm or less (2 mm ≦ φ ≦ 4 mm) on the light emission end face side. In the first embodiment, an LED having a diameter φ of, for example, 3 mm is used as the LED 11. Moreover, the space | interval of the LED chip in LED11 and a cover glass (all are not shown) is about 0.28 mm, for example. The LED 11 is preferably a surface light source, and the intensity distribution of light emitted from the LED 11 is preferably a light distribution of a uniform diffusion surface (Lambertian).

光整形手段としての光整形ロッド12は、LED11から射出した光束を整形するためのロッドである。図3は、光整形ロッド12の斜視図を示す。図3に示すように、光整形ロッド12は、光の入射側端部の形状と出射側端部の形状とが互いに異形のロッドである、直方体形状の第1ロッド12aと台形板形状の第2ロッド12bとから構成される。すなわち、第1ロッド12aは、X方向とY方向とから規定される面に沿った断面(以下、XY断面という)、YZ断面、およびXZ断面がいずれも略矩形状に形成されている。また、第2ロッド12bは、XY断面およびYZ断面が略矩形状、XZ断面が略台形状に形成されている。そして、第1ロッド12aのLED11を設置する側の端部の矩形面(Z方向後端面)は光束入射側端面であって、LED11のカバーガラスを密着可能に構成されている。また、光整形ロッド12は、LED11から射出した光束に対して透明な、たとえば硼珪酸ガラス(製品名BK7)や溶融石英などのガラスや樹脂等の光学材料からなるが、その他各種材料を用いることか可能である。   The light shaping rod 12 as the light shaping means is a rod for shaping the light beam emitted from the LED 11. FIG. 3 shows a perspective view of the light shaping rod 12. As shown in FIG. 3, the light shaping rod 12 includes a first rectangular parallelepiped first rod 12 a and a trapezoidal plate-shaped first rod 12 a that are different in shape from the light incident side end and the light emission side end. 2 rods 12b. That is, as for the 1st rod 12a, the cross section (henceforth XY cross section), YZ cross section, and XZ cross section along the surface prescribed | regulated from a X direction and a Y direction are all formed in the substantially rectangular shape. The second rod 12b is formed so that the XY section and the YZ section are substantially rectangular, and the XZ section is substantially trapezoidal. And the rectangular surface (Z direction rear end surface) of the end portion on the side where the LED 11 of the first rod 12a is installed is a light beam incident side end surface, and is configured to be able to closely contact the cover glass of the LED 11. The light shaping rod 12 is made of an optical material such as glass or resin such as borosilicate glass (product name BK7) or fused silica, which is transparent to the light beam emitted from the LED 11, but other various materials are used. Is possible.

このように構成された光整形ロッド12における第1ロッド12aおよび第2ロッド12bの寸法の一例を挙げる。まず、第1ロッド12aの光束入射側端部におけるXY断面のX方向寸法Lx0は2.6mmより大きく3.6mm未満が好ましく、Y方向寸法Ly0は1.0mmより大きく2.4mm未満が好ましい。すなわち、以下の(1)式および(2)式が成立するのが好ましい。
2.6mm<Lx0<3.6mm ……(1)
1.0mm<Ly0<2.4mm ……(2)
An example of the dimensions of the first rod 12a and the second rod 12b in the light shaping rod 12 configured as described above will be given. First, the X direction dimension Lx0 of the XY cross section at the light beam incident side end of the first rod 12a is preferably greater than 2.6 mm and less than 3.6 mm, and the Y direction dimension Ly0 is preferably greater than 1.0 mm and less than 2.4 mm. That is, it is preferable that the following expressions (1) and (2) are satisfied.
2.6 mm <Lx0 <3.6 mm (1)
1.0 mm <Ly0 <2.4 mm (2)

また、後述する光整形ロッド12からの光束の出射やミラー系15に向かう光束の広がりを考慮すると、光束入射側端部のXY断面は、X方向が長辺でY方向が短辺にするのが好ましい。すなわち以下の(3)式が成立するのが好ましい。
Ly0≦Lx0 ……(3)
Further, considering the emission of the light beam from the light shaping rod 12 described later and the spread of the light beam toward the mirror system 15, the XY cross section of the light beam incident side end has a long side in the X direction and a short side in the Y direction. Is preferred. That is, it is preferable that the following expression (3) holds.
Ly0 ≦ Lx0 (3)

また、第1ロッド12aにおいて光が射出する側である光束出射側のXY断面でのX方向寸法Lx1およびY方向寸法Ly1はそれぞれ、2.6mmより大きく3.6mm未満、および1.0mmより大きく2.4mm未満が好ましい。また、第1ロッド12aにおいて光束が出射される光束出射側端部と第2ロッド12bにおいて光束が入射される光束入射側端部とが連結される、または第1ロッド12aと第2ロッド12bとが一体成形されることを考慮すると、それらのXY断面は同寸法となる。すなわち、第1ロッド12aの光束出射側端部と第2ロッド12bの光束入射側端部とのXY断面は同形状になり、以下の(4)式および(5)式が成立するのが好ましい。
2.6mm<Lx1<3.6mm ……(4)
1.0mm<Ly1<2.4mm ……(5)
なお、第1ロッド12aが略直方体形状であり、入射光束の整形をずれなく行うためには、以下の(6)式および(7)式が成立するのが好ましいが、必ずしも限定されるものではない。また、第1ロッド12aのZ方向に沿った長さL0は、たとえば60mmである。
Lx0=Lx1 ……(6)
Ly0=Ly1 ……(7)
Further, the X direction dimension Lx1 and the Y direction dimension Ly1 in the XY cross section on the light beam exit side, which is the light exit side of the first rod 12a, are greater than 2.6 mm and less than 3.6 mm, and greater than 1.0 mm, respectively. Less than 2.4 mm is preferable. Further, the light beam emitting side end portion from which the light beam is emitted from the first rod 12a and the light beam incident side end portion from which the light beam is incident at the second rod 12b are connected, or the first rod 12a and the second rod 12b are connected. Are considered to be integrally molded, their XY cross sections have the same dimensions. That is, it is preferable that the XY cross section of the light beam emitting side end of the first rod 12a and the light beam incident side end of the second rod 12b have the same shape, and the following expressions (4) and (5) are satisfied. .
2.6 mm <Lx1 <3.6 mm (4)
1.0 mm <Ly1 <2.4 mm (5)
The first rod 12a has a substantially rectangular parallelepiped shape, and it is preferable to satisfy the following formulas (6) and (7) in order to perform shaping of the incident light beam without deviation, but it is not necessarily limited. Absent. The length L 0 along the Z direction of the first rod 12a is, for example, 60 mm.
Lx0 = Lx1 (6)
Ly0 = Ly1 (7)

また、上述した場合と同様に、第1ロッド12aからの光を第2ロッド12bに適切に入射させることを考慮すると、(3)式に対応する以下の(8)式が成立するのが好ましい。
Ly1≦Lx1 ……(8)
Similarly to the case described above, considering that light from the first rod 12a is appropriately incident on the second rod 12b, it is preferable that the following expression (8) corresponding to the expression (3) is satisfied. .
Ly1 ≦ Lx1 (8)

さらに、第2ロッド12bにおいて光束が出射する光束出射側端部であるロッド先端面12cのXY断面でのX方向寸法Lx2およびY方向寸法Ly2はそれぞれ、12.0mmより大きく13.2mm未満、および1.0mmより大きく2.4mm未満が好ましい。すなわち、以下の(9)式および(10)式が成立するのが好ましい。
12.0mm<Lx2<13.2mm ……(9)
1.0mm<Ly2<2.4mm ……(10)
Further, the X-direction dimension Lx2 and the Y-direction dimension Ly2 of the rod front end surface 12c, which is the light beam exit side end from which the light beam is emitted from the second rod 12b, are greater than 12.0 mm and less than 13.2 mm, respectively. More than 1.0 mm and less than 2.4 mm are preferable. That is, it is preferable that the following expressions (9) and (10) are satisfied.
12.0mm <Lx2 <13.2mm (9)
1.0 mm <Ly2 <2.4 mm (10)

また、第2ロッド12bから出射した光束をレンズ系13に適切に入射させることを考慮して、第2ロッド12bのXZ断面は、ロッド先端面12c側が広がる台形状としている。そして、第2ロッド12bにおいて、ロッド先端面12cのX方向寸法Lx2は、光束入射側端部のX方向寸法Lx1の3倍以上5倍以下程度にするのが好ましい。また、ロッド先端面12cのY方向寸法Ly2は、第2ロッド12bの光束入射側端部のY方向寸法Ly1より大きくするのが好ましい。Ly2をLy1より大きくすることによって、原理的にロッド先端面12cから出射する光束が狭くなり、光束の多くがレンズ系13に入射する可能性が高くなるので、エネルギー損失を低減できる。そのため、以下の(11)式および(12)式が成立するのが好ましいが、必ずしも限定されるものではない。そして、ロッド先端面12cのXY断面の面積を、第1ロッド12aの光束入射側端部のXY断面の面積に対して、3倍以上11倍以下とするのが好ましい。なお、第2ロッド12bのZ方向に沿った長さL1は、たとえば30mmである。
3Lx1≦Lx2≦5Lx1 ……(11)
Ly1≦Ly2 ……(12)
Further, considering that the light beam emitted from the second rod 12b is appropriately incident on the lens system 13, the XZ cross section of the second rod 12b has a trapezoidal shape in which the rod end surface 12c side is widened. In the second rod 12b, the X-direction dimension Lx2 of the rod tip surface 12c is preferably about 3 to 5 times the X-direction dimension Lx1 of the light beam incident side end. The Y-direction dimension Ly2 of the rod tip surface 12c is preferably larger than the Y-direction dimension Ly1 of the light beam incident side end of the second rod 12b. By making Ly2 larger than Ly1, in principle, the light beam emitted from the rod front end surface 12c becomes narrow, and the possibility that most of the light beam will enter the lens system 13 increases, so that energy loss can be reduced. Therefore, although it is preferable that the following formulas (11) and (12) are satisfied, it is not necessarily limited. The area of the XY cross section of the rod front end surface 12c is preferably 3 to 11 times the area of the XY cross section of the light beam incident side end of the first rod 12a. The length L 1 along the Z direction of the second rod 12b is, for example, 30 mm.
3Lx1 ≦ Lx2 ≦ 5Lx1 (11)
Ly1 ≦ Ly2 (12)

以上の光整形ロッド12における、X方向寸法Lx0,Lx1,Lx2およびY方向寸法Ly0,Ly1,Ly2においては、上述した数値範囲に限定されるものではなく、これらの寸法比に応じて種々の値を採用することが可能である。すなわち、X方向寸法Lx0,Lx1,Lx2とY方向寸法Ly0,Ly1,Ly2との比に基づいて、上述した寸法を拡大させたり縮小させたりすることが可能である。   In the light shaping rod 12 described above, the X-direction dimensions Lx0, Lx1, Lx2 and the Y-direction dimensions Ly0, Ly1, Ly2 are not limited to the numerical ranges described above, and various values can be selected depending on the ratio of these dimensions. Can be adopted. That is, based on the ratio of the X direction dimensions Lx0, Lx1, Lx2 and the Y direction dimensions Ly0, Ly1, Ly2, it is possible to enlarge or reduce the above dimensions.

具体的には、上述した(1)式および(2)式に代えて、第1ロッド12aの光入射側端部のX方向寸法Lx0のY方向寸法Ly0に対する比が、1.1より大きく3.6未満とすることも可能である。すなわち、第1ロッド12aを以下の(13)式が成立するように構成することも可能である。
1.1<Lx0/Ly0<3.6 …(13)
Specifically, instead of the above-described formulas (1) and (2), the ratio of the X-direction dimension Lx0 of the light incident side end of the first rod 12a to the Y-direction dimension Ly0 is larger than 1.1. It is also possible to make it less than .6. That is, the first rod 12a can be configured such that the following expression (13) is established.
1.1 <Lx0 / Ly0 <3.6 (13)

同様に、上述した(4)式および(5)式に代えて、光整形ロッド12の連結部やX方向に沿った幅の拡大が開始される部分において、X方向寸法Lx1のY方向寸法Ly1に対する比も、1.1より大きく3.6未満とすることも可能である。すなわち、第1ロッド12aおよび第2ロッド12bを、以下の(14)式が成立するように構成することも可能である。
1.1<Lx1/Ly1<3.6 …(14)
Similarly, instead of the above-described formulas (4) and (5), the Y-direction dimension Ly1 of the X-direction dimension Lx1 at the connecting portion of the light shaping rod 12 or the portion where the width expansion along the X-direction starts. The ratio to can also be greater than 1.1 and less than 3.6. That is, the first rod 12a and the second rod 12b can be configured so that the following expression (14) is established.
1.1 <Lx1 / Ly1 <3.6 (14)

さらに、上述した(9)式および(10)式に代えて、第2ロッド12bおよびのX方向寸法Lx2のY方向寸法Ly2に対する比が、5.0より大きく13.2未満とすることも可能である。すなわち、以下の(13)式が成立するように第2ロッド12bを構成することも可能である。
5.0<Lx2/Ly2<13.2 …(15)
Furthermore, instead of the above-described equations (9) and (10), the ratio of the second rod 12b and the X-direction dimension Lx2 to the Y-direction dimension Ly2 may be greater than 5.0 and less than 13.2. It is. That is, the second rod 12b can be configured so that the following expression (13) is established.
5.0 <Lx2 / Ly2 <13.2 (15)

なお、光整形ロッド12を、(13)式、(14)式、および(15)式が成立するように構成する場合においても、(3)式、(6)〜(8)式、(11)式、および(12)式も併せて成立するように構成するのが望ましい。   Even when the light shaping rod 12 is configured so that the expressions (13), (14), and (15) are established, the expressions (3), (6) to (8), (11 ) And (12) are preferably configured to hold together.

光整形ロッド12の形状を以上のように規定することによって、後述するバックライト装置10の照明領域において均一性が要求された場合に、その均一性を維持できるとともに、光利用効率も向上できる。そして、上述したLED11および光整形ロッド12によって、2次元光源が構成され、光整形ロッド12のロッド先端面12cから所定の面内強度分布を有する光束が出射する。このとき、光整形ロッド12の形状が以上のように規定されていることによって、ロッド先端面12cにおける面内強度分布は、LED11から出射される光束の面内強度分布に比して、均一性がきわめて高くなる。   By defining the shape of the light shaping rod 12 as described above, when uniformity is required in the illumination area of the backlight device 10 described later, the uniformity can be maintained and the light utilization efficiency can be improved. The LED 11 and the light shaping rod 12 described above constitute a two-dimensional light source, and a light beam having a predetermined in-plane intensity distribution is emitted from the rod front end surface 12 c of the light shaping rod 12. At this time, since the shape of the light shaping rod 12 is defined as described above, the in-plane intensity distribution on the rod tip surface 12 c is more uniform than the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the LED 11. Becomes extremely high.

次に、第1集光光学系としてのレンズ系13および第2集光光学系としてのミラー系15について説明する。後述するようにレンズ系13およびミラー系15は両側テレセントリック光学系を形成している。   Next, the lens system 13 as the first condensing optical system and the mirror system 15 as the second condensing optical system will be described. As will be described later, the lens system 13 and the mirror system 15 form a double-sided telecentric optical system.

図1および図2に示すように、第1集光光学系としてのレンズ系13は、光整形ロッド12からの出射した光束を、たとえば均一な面内強度分布といった光束の面内強度分布を維持しつつ拡大整形するとともに、対向して設けられるミラー系15に入射させるものである。   As shown in FIGS. 1 and 2, the lens system 13 as the first condensing optical system maintains the in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the light shaping rod 12, such as a uniform in-plane intensity distribution. While enlarging and shaping, it is made incident on the mirror system 15 provided oppositely.

図4および図5はそれぞれ、光整形ロッド12およびレンズ系13のX方向から見た側面図およびY方向から見た平面図である。図4および図5に示すように、LED11から出射されて光整形ロッド12によって整形された光束は、2次元光源としてのロッド先端面12cから出射する。なお、レンズ系13は後述するミラー系15と両側テレセントリック光学系を形成しているので、ロッド先端面12cから出射した光は、この両側テレセントリック光学系により、光軸と主光線が略平行とみなせるものに変換される。   4 and 5 are a side view of the light shaping rod 12 and the lens system 13 viewed from the X direction and a plan view viewed from the Y direction, respectively. As shown in FIGS. 4 and 5, the light beam emitted from the LED 11 and shaped by the light shaping rod 12 is emitted from the rod front end surface 12c as a two-dimensional light source. Since the lens system 13 forms a mirror system 15 and a both-side telecentric optical system, which will be described later, the light emitted from the rod tip surface 12c can be regarded as approximately parallel to the optical axis and the principal ray by the both-side telecentric optical system. Converted into a thing.

レンズ系13は、少なくとも4枚のレンズから構成され、所定の焦点距離f1を有する。この第1の実施形態においてレンズ系13は、たとえば5枚のレンズ13a,13b,13c,13d,13eから構成され、F値(Fナンバー)がたとえば1.1程度のいわゆる明るいレンズ系である。そして、これらの5枚のレンズ13a〜13eは、それらの主点がLED11および光整形ロッド12のXY断面の中心軸O上、すなわち光軸上を通るように配置されている。なお、レンズ系13の収差は一般的な結像系と同様に補正され、色収差も十分に補正されている。また、レンズ系13を構成するレンズをすべて球面レンズとすると、5枚のレンズ13a〜13eから構成するのが好ましいが、必ずしもこの枚数に限定されない。また、レンズ系13を構成するレンズのうちの少なくとも1枚のレンズを非球面レンズとすることによって、レンズ系13を4枚のレンズから構成することも可能である。   The lens system 13 is composed of at least four lenses and has a predetermined focal length f1. In the first embodiment, the lens system 13 is a so-called bright lens system that includes, for example, five lenses 13a, 13b, 13c, 13d, and 13e, and has an F value (F number) of about 1.1, for example. And these five lenses 13a-13e are arrange | positioned so that those principal points may pass on the central axis O of the XY cross section of LED11 and the light shaping rod 12, ie, on an optical axis. The aberration of the lens system 13 is corrected in the same manner as in a general imaging system, and the chromatic aberration is also sufficiently corrected. If all the lenses constituting the lens system 13 are spherical lenses, the lens system 13 is preferably composed of five lenses 13a to 13e, but is not necessarily limited to this number. In addition, by using at least one lens among the lenses constituting the lens system 13 as an aspherical lens, the lens system 13 can be constituted by four lenses.

以下に、この第1の実施形態におけるレンズ系13を構成するそれぞれのレンズ13a〜13eの具体例を挙げる。まず、レンズ13aは、材質がたとえば重バリウムクラウンガラス(たとえば製品名BACD16(HOYA社))の光学ガラスからなり、光束入射側の面の曲率半径(以下、後方面曲率半径)が、中心がZ方向の後方側となる929.57mm(以下、Z方向後方側の場合には「−」を付し、−929.57mm等とする)、厚さが7.5mm、直径が27mm、光束出射側の面の曲率半径(以下、前方面曲率半径)が−20.004mmである。中心軸O上に沿ったレンズ13aとレンズ13bとの間隔が0.12mmである。次に、レンズ13bは、材質がたとえば製品名BACD16の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が37.52mm、厚さが7.0mm、直径が27mm、前方面曲率半径が−42.1mmである。中心軸O上に沿ったレンズ13bとレンズ13cとの間隔が0.12mmである。次に、レンズ13cは、材質がたとえば重フリントガラス(たとえば製品名SF2(SCHOTT社))の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が15.1mm、厚さが6.6mm、直径が22mm、前方面曲率半径が10.2mmである。そして、中心軸O上に沿ったレンズ13cとレンズ13dとの間隔は6.9mm、この間隔を形成する空間におけるXY断面の最大径は15mmである。次に、レンズ13dは、材質がたとえば製品名SF2の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が−9.71mm、厚さが4.5mm、直径が22mm、前方面曲率半径が−13.495mmである。そして、中心軸O上に沿ったレンズ13cとレンズ13dとの間隔は0.42mmである。次に、レンズ13eは、材質がたとえば製品名BACD16の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が−450mm、厚さが4.5mm、直径が24mm、前方面曲率半径が−29.465mmである。そして、レンズ13dとレンズ13eとの間において、中心軸O上での間隔は6.9mm、この間隔の空間におけるXY断面の最大径は15mmである。   Below, the specific example of each lens 13a-13e which comprises the lens system 13 in this 1st Embodiment is given. First, the lens 13a is made of an optical glass made of, for example, heavy barium crown glass (for example, product name BACD16 (HOYA)), and has a radius of curvature (hereinafter referred to as a rear surface radius of curvature) of the light incident side surface and a center of Z. 929.57 mm on the rear side in the direction (hereinafter, “-” is attached in the case of the rear side in the Z direction, and it is assumed to be −929.57 mm, etc.), the thickness is 7.5 mm, the diameter is 27 mm, and the light emission side The curvature radius of the surface (hereinafter referred to as the front surface curvature radius) is −20.004 mm. The distance between the lens 13a and the lens 13b along the central axis O is 0.12 mm. Next, the lens 13b is made of, for example, an optical glass having the product name BACD16, and has a rear surface curvature radius of 37.52 mm, a thickness of 7.0 mm, a diameter of 27 mm, and a front surface curvature radius of −42.1 mm. . The distance between the lens 13b and the lens 13c along the central axis O is 0.12 mm. Next, the lens 13c is made of optical glass made of, for example, heavy flint glass (for example, product name SF2 (SCHOTT)), has a rear surface radius of curvature of 15.1 mm, a thickness of 6.6 mm, a diameter of 22 mm, and a front. The direction radius of curvature is 10.2 mm. The distance between the lens 13c and the lens 13d along the central axis O is 6.9 mm, and the maximum diameter of the XY cross section in the space forming this distance is 15 mm. Next, the lens 13d is made of, for example, an optical glass having the product name SF2, and has a rear surface curvature radius of −9.71 mm, a thickness of 4.5 mm, a diameter of 22 mm, and a front surface curvature radius of −13.495 mm. is there. The distance between the lens 13c and the lens 13d along the central axis O is 0.42 mm. Next, the lens 13e is made of, for example, an optical glass having a product name BACD16, and has a rear surface radius of curvature of -450 mm, a thickness of 4.5 mm, a diameter of 24 mm, and a front surface radius of curvature of -29.465 mm. The distance on the central axis O between the lens 13d and the lens 13e is 6.9 mm, and the maximum diameter of the XY cross section in the space having this distance is 15 mm.

さらに、レンズ系13においては、少なくとも1箇所、この第1の実施形態においては2箇所に、有効光束以外の一部の光束を遮断するための遮断部材としての遮断板17,18が設けられている。これらのうちの遮断板17は、レンズ系13内においてレンズ13bとレンズ13cとの間に設けられている。遮断板17には、面内にたとえば矩形状の開口17aが形成されている。そして、この開口17aを有効光束が通過可能に構成される。また、レンズ系13の光の出射側に、遮断板17と同様の遮断板18が設けられている。遮断板18には、面内にたとえば矩形状の開口18aが形成され、開口18aを有効光束が通過可能に構成される。なお、開口17a,18aの面内形状は矩形状に限定されず、必要に応じて楕円状、円状、台形状、または平行四辺形状などの、種々の形状にすることが可能である。また、LED11から出射する光束のうちの、光整形ロッド12の光束入射側端部に入射されなかった漏れ光を遮断するための遮蔽板19も併せて設けられている。   Further, the lens system 13 is provided with blocking plates 17 and 18 as blocking members for blocking a part of the light beam other than the effective light beam at least at one place, and in two places in the first embodiment. Yes. Among these, the blocking plate 17 is provided between the lens 13 b and the lens 13 c in the lens system 13. For example, a rectangular opening 17a is formed in the blocking plate 17 in the plane. And it is comprised so that an effective light beam can pass through this opening 17a. Further, a blocking plate 18 similar to the blocking plate 17 is provided on the light emission side of the lens system 13. The blocking plate 18 is formed with, for example, a rectangular opening 18a in the surface so that an effective light beam can pass through the opening 18a. The in-plane shapes of the openings 17a and 18a are not limited to a rectangular shape, and may be various shapes such as an elliptical shape, a circular shape, a trapezoidal shape, or a parallelogram shape as necessary. In addition, a shielding plate 19 is also provided for blocking leakage light that has not entered the light beam incident side end of the light shaping rod 12 out of the light emitted from the LED 11.

ここで、レンズ系13を構成するレンズ13a〜13eのうちの光整形ロッド12に最も近いレンズ13aと、光整形ロッド12のロッド先端面12cとの距離は、たとえば9.74mmである。また、レンズ系13を構成するレンズ13a〜13eのうちのミラー系15に最も近いレンズ13eと、ミラー系15との距離は、たとえば582.6mmである。   Here, the distance between the lens 13a closest to the light shaping rod 12 among the lenses 13a to 13e constituting the lens system 13 and the rod front end surface 12c of the light shaping rod 12 is 9.74 mm, for example. The distance between the lens 13e closest to the mirror system 15 among the lenses 13a to 13e constituting the lens system 13 and the mirror system 15 is, for example, 582.6 mm.

第2集光光学系としてのミラー系15は、少なくとも1枚の反射ミラーから構成され、具体的にたとえば、所定の焦点距離f2を有する反射鏡である凹面鏡から構成される。ここで、ミラー系15の寸法の一例を挙げると、後方面曲率半径がたとえば−1200mm、X方向に沿った寸法がたとえば400mm、Y方向に沿った寸法がたとえば65mmの矩形状の部分球面である。また、ミラー系15は、その反射面が反射型プリズムシート14の下面側に向くように、Y方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜している(図1参照)。ここで、この第1の実施形態においては、ミラー系15の傾斜角度θは、後述するようにバックライト装置10の照射領域をなす面積と相関し、具体的には2度以上4度以下とするのが好ましい。   The mirror system 15 as the second condensing optical system is composed of at least one reflecting mirror, specifically, for example, a concave mirror that is a reflecting mirror having a predetermined focal length f2. Here, an example of the dimensions of the mirror system 15 is a rectangular partial spherical surface whose rear surface curvature radius is -1200 mm, the dimension along the X direction is 400 mm, for example, and the dimension along the Y direction is 65 mm, for example. . Further, the mirror system 15 is inclined at a predetermined inclination angle θ with respect to the Y direction so that the reflection surface thereof faces the lower surface side of the reflective prism sheet 14 (see FIG. 1). Here, in the first embodiment, the inclination angle θ of the mirror system 15 correlates with the area forming the irradiation area of the backlight device 10 as will be described later, specifically, 2 degrees or more and 4 degrees or less. It is preferable to do this.

ここで、上述したように、ミラー系15とレンズ系13とが組み合わされて、両側テレセントリック光学系が形成されている。また、この第1の実施形態において、両側テレセントリック光学系は有限光学系を形成する。なお、詳細は後述するが、バックライト装置10の照射領域の一辺は、光整形ロッド12のロッド先端面12cのX方向に沿った長辺と略結像関係にあり、その倍率は一定である。   Here, as described above, the mirror system 15 and the lens system 13 are combined to form a double-sided telecentric optical system. In the first embodiment, the double-sided telecentric optical system forms a finite optical system. In addition, although mentioned later for details, one side of the irradiation area | region of the backlight apparatus 10 has a substantially imaging relationship with the long side along the X direction of the rod front end surface 12c of the light shaping rod 12, The magnification is constant. .

以下、この両側テレセントリック光学系について説明する。図6および図7はそれぞれ、両側テレセントリック光学系を説明するための図1および図2に対応する略線図である。これらの図6および図7においては、説明のために、第1の実施形態と同様の符号を用いているが、第1の実施形態と異なりミラー系は傾斜していないものとして説明する。また、図6はYZ面図、図7はXZ面図である。さらに、図6および図7においては、両側テレセントリック光学系の説明のために、光整形ロッド12のロッド先端面12cとレンズ系13のレンズ13aとの距離dをたとえば9.355mmとし、このロッド先端面12cの位置を近軸物点位置としている点で、第1の実施形態の構成とは異なる。   The double telecentric optical system will be described below. 6 and 7 are schematic diagrams corresponding to FIGS. 1 and 2 for describing the double-sided telecentric optical system, respectively. In FIGS. 6 and 7, for the sake of explanation, the same reference numerals as those in the first embodiment are used. However, unlike the first embodiment, the mirror system is assumed not to be inclined. 6 is a YZ plane view, and FIG. 7 is an XZ plane view. Further, in FIGS. 6 and 7, for the description of the both-side telecentric optical system, the distance d between the rod tip surface 12c of the light shaping rod 12 and the lens 13a of the lens system 13 is set to 9.355 mm, for example. It differs from the configuration of the first embodiment in that the position of the surface 12c is a paraxial object point position.

図6および図7に示すように、光整形ロッド12のロッド先端面12cから2次元光源として出射した光束Lは、その主光線が光軸に略平行になるようにレンズ系13に入射する。この光束は、レンズ系13によってZ方向に概ねコリメートされる。コリメートされた光束Lは、凹面鏡からなるミラー系15によって反射される。そして、ミラー系15によって反射された後の平行光束LRの主光線は、光軸に平行で互いに略平行の状態であり、平行光束LRはレンズ系13とミラー系15との間で結像する。なお、反射後のそれぞれの平行光束LRの主光線は、互いに略平行であることが望ましい。 As shown in FIGS. 6 and 7, the light beam L emitted from the rod tip surface 12c of the light shaping rod 12 as a two-dimensional light source enters the lens system 13 so that the principal ray thereof is substantially parallel to the optical axis. This light beam is substantially collimated in the Z direction by the lens system 13. The collimated light beam L is reflected by a mirror system 15 comprising a concave mirror. The principal rays of the parallel light beam L R after being reflected by the mirror system 15 are parallel to the optical axis and substantially parallel to each other, and the parallel light beam L R is connected between the lens system 13 and the mirror system 15. Image. In addition, it is desirable that the principal rays of the respective parallel light beams L R after reflection are substantially parallel to each other.

図8Aおよび図8Bはそれぞれ、両側テレセントリック光学系の原理を示す略線図である。なお、図8Aおよび図8Bにおいては、理解を容易にするために、焦点距離f1のレンズ系13を簡略化して記載し、ミラー系15を、同様の焦点距離f2を有するレンズ系15Aに置き換えて記載している。ここで、図8Aは図1および図6に対応し、図8Bは図2および図7に対応している。   8A and 8B are schematic diagrams illustrating the principle of a double-sided telecentric optical system, respectively. 8A and 8B, for ease of understanding, the lens system 13 having a focal length f1 is simplified and described, and the mirror system 15 is replaced with a lens system 15A having a similar focal length f2. It is described. Here, FIG. 8A corresponds to FIGS. 1 and 6, and FIG. 8B corresponds to FIGS. 2 and 7.

図8Aおよび図8Bに示すように、レンズ系13は光整形ロッド12のロッド先端面12cから出射した光束に対して物体側テレセントリック光学系を構成し、レンズ系13によって光路が曲げられつつ進行して、光束Lの進行方向が広げられる。そして、光束Lは、結像側テレセントリック光学系を構成するレンズ系15Aによって平行光束LRとなり、レンズ系15Aの紙面右側に位置する近軸像点の位置で結像される。そのため、光整形ロッド12のロッド先端面12cから出射された光束LのXY断面に沿った面内強度分布が、そのまま反射光である平行光束LRのXY断面に沿った面内強度分布として相似的に反映される。すなわち、光整形ロッド12のロッド先端面12cから、均一の面内強度分布を有する光束Lを出射させることにより、平行光束LRの強度分布も均一にすることができる。 As shown in FIGS. 8A and 8B, the lens system 13 forms an object-side telecentric optical system for the light beam emitted from the rod front end surface 12c of the light shaping rod 12, and proceeds while the optical path is bent by the lens system 13. Thus, the traveling direction of the light beam L is expanded. The light beam L is converted into a parallel light beam L R by the lens system 15A constituting the imaging side telecentric optical system, and is imaged at a paraxial image point located on the right side of the lens system 15A on the paper surface. Therefore, the in-plane intensity distribution along the XY section of the light beam L emitted from the rod front end surface 12c of the light shaping rod 12 is similar to the in-plane intensity distribution along the XY section of the parallel light beam L R that is reflected light as it is. Is reflected. That is, by emitting the light beam L having a uniform in-plane intensity distribution from the rod tip surface 12c of the light shaping rod 12, the intensity distribution of the parallel light beam L R can be made uniform.

また、図8Bに示すように、光整形ロッド12のロッド先端面12cから出射した光束LのX方向寸法Lx2に対して、X方向に沿って約(f2/f1)倍に拡大された平行光束LRが形成される。そのため、このレンズ系15A(ミラー系15に相当)の形状(曲率等)を調整して焦点距離f2を増減させることによって、照射領域の幅Wxをそれぞれ拡大縮小させることができる。同様に、図8Aに示すように、光整形ロッド12のロッド先端面12cから出射された光束LのY方向寸法Ly2に対しても、平行光束LRはY方向に沿って約(f2/f1)倍に拡大される。そのため、レンズ系15A(ミラー系15に相当)の焦点位置に、ロッド先端面12cから出射された光束の光軸に直角な断面の面積に対して、略(f2/f1)2倍の面積で結像される。そして、レンズ系13とレンズ系15Aとの間の領域において、平行光束LRは、図8Aに示すようにX方向に沿った幅Wxまで拡大されるとともに、図8Bに示すようにY方向に沿った幅Wyまで拡大される。また、レンズ系13の焦点距離f1を増減させることによっても、照射領域の幅Wx、Wyをそれぞれ縮小拡大させることが可能である。これらの場合において、ロッド先端面12cから出射された光束LのXY断面に沿った面内強度分布は、平行光束LRのXY断面に沿った強度分布に相似的に反映される。すなわち、平行光束LRの光軸に対して傾斜しつつ平行光束LRを含む面(切断面とする)を想定すると、この切断面を光軸に対してどのように設定しても、切断面における平行光束LRの強度分布は、ロッド先端面12cから出射した光束LのXY断面に沿った面内強度分布が反映された状態になる。 Further, as shown in FIG. 8B, the parallel light beam expanded about (f2 / f1) times along the X direction with respect to the X-direction dimension Lx2 of the light beam L emitted from the rod front end surface 12c of the light shaping rod 12. LR is formed. Therefore, by adjusting the shape (curvature or the like) of the lens system 15A (corresponding to the mirror system 15) to increase or decrease the focal length f2, the width Wx of the irradiation area can be enlarged or reduced. Similarly, as shown in FIG. 8A, the parallel light beam L R is approximately (f2 / f1) along the Y direction with respect to the Y-direction dimension Ly2 of the light beam L emitted from the rod tip surface 12c of the light shaping rod 12. ) Enlarged twice. Therefore, at the focal position of the lens system 15A (corresponding to the mirror system 15), the area is approximately (f2 / f1) 2 times the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the light beam emitted from the rod tip surface 12c. Imaged. Then, in the region between the lens system 13 and the lens system 15A, the parallel light beam L R is expanded to the width Wx along the X direction as shown in FIG. 8A, and in the Y direction as shown in FIG. 8B. Enlarged to a width Wy along. Also, the widths Wx and Wy of the irradiation area can be reduced and enlarged by increasing or decreasing the focal length f1 of the lens system 13, respectively. In these cases, the in-plane intensity distribution along the XY cross section of the light beam L emitted from the rod front end surface 12c is similarly reflected in the intensity distribution along the XY cross section of the parallel light beam L R. That is, assuming a plane including the parallel light beam L R (the cut surface) while inclined with respect to the optical axis of the collimated light beam L R, setting this cutting plane how the optical axis, the cutting The intensity distribution of the parallel light beam L R on the surface is in a state in which the in-plane intensity distribution along the XY cross section of the light beam L emitted from the rod tip surface 12c is reflected.

そして、図8Aおよび図8Bに示すように、このような両側テレセントリック光学系を形成するためには、レンズ系13の後方主点と、この後方主点と対向するレンズ系15Aの前方主点との間隔Dlmを、レンズ系13の焦点距離f1とレンズ系15Aの焦点距離f2との合計に略等しくするのが好ましい。すなわち、以下の(16)式が成立するのが好ましい。
f1+f2=Dlm ……(16)
ここで、具体的には、レンズ系13の焦点距離f1がたとえば21.17mm、レンズ系15A(ミラー系15に相当)の焦点距離f2がたとえば600mmである場合、レンズ系13の後方主点とレンズ系15A(ミラー系15に相当)との間隔Dlmは、(600+21.17=)621.17mmとするのが好ましい。なお、図8Aおよび図8Bに示す光学系において、ロッド先端面12cとレンズ系13のレンズ13aとの距離dを変化させると、レンズ系15A(ミラー系15に相当)の近軸焦点位置がZ方向に沿って変化する。
8A and 8B, in order to form such a double-sided telecentric optical system, the rear principal point of the lens system 13 and the front principal point of the lens system 15A opposite to the rear principal point the distance D lm, preferably substantially equal to the sum of the focal length f1 and the focal length f2 of the lens system 15A of the lens system 13. That is, it is preferable that the following expression (16) holds.
f1 + f2 = D lm (16)
Specifically, when the focal length f1 of the lens system 13 is, for example, 21.17 mm and the focal length f2 of the lens system 15A (corresponding to the mirror system 15) is, for example, 600 mm, the rear principal point of the lens system 13 is interval D lm of the lens system 15A (corresponding to the mirror system 15) is preferably in the (600 + 21.17 =) 621.17mm. In the optical systems shown in FIGS. 8A and 8B, when the distance d between the rod tip surface 12c and the lens 13a of the lens system 13 is changed, the paraxial focal position of the lens system 15A (corresponding to the mirror system 15) becomes Z. It changes along the direction.

また、図1に示すように、バックライト装置10においては、ミラー系15を、その反射面が反射型プリズムシート14側を向くように、Y方向に対して所定角度としての傾斜角度θだけ傾斜させる。これによって、図1に示すように、拡大された光束Lがミラー系15によって、光束Lの光軸に対して傾斜した方向に進行し、ミラー系15からの平行光束LRとして反射型プリズムシート14の反射プリズム面に照射される。この場合、反射された平行光束LRの出射方向は、レンズ系13からの光束Lの主光線に対して2θの所定角度をなす。さらにミラー系15の傾斜角度θを変化させることによって、反射型プリズムシート14に照射される平行光束LRのZ方向に沿った照射幅Wz、すなわち平行光束LRの照射面積を調整制御することができる。すなわち、ミラー系15は、照射領域をZ方向に沿って拡大させる機能を有するとともに、反射型プリズムシート14への照射領域に、光整形ロッド12から射出される光束の強度分布を反映させることを可能としている。 Further, as shown in FIG. 1, in the backlight device 10, the mirror system 15 is tilted by a tilt angle θ as a predetermined angle with respect to the Y direction so that the reflecting surface thereof faces the reflective prism sheet 14 side. Let As a result, as shown in FIG. 1, the expanded light beam L travels in a direction inclined with respect to the optical axis of the light beam L by the mirror system 15 and is reflected as a parallel light beam L R from the mirror system 15. 14 is irradiated on the reflecting prism surface. In this case, the outgoing direction of the reflected parallel light beam L R forms a predetermined angle of 2θ with respect to the principal ray of the light beam L from the lens system 13. Further, by adjusting the inclination angle θ of the mirror system 15, the irradiation width Wz along the Z direction of the parallel light beam L R irradiated to the reflective prism sheet 14, that is, the irradiation area of the parallel light beam L R is adjusted and controlled. Can do. That is, the mirror system 15 has a function of expanding the irradiation area along the Z direction, and reflects the intensity distribution of the light beam emitted from the light shaping rod 12 in the irradiation area to the reflective prism sheet 14. It is possible.

次に、図9は、この第1の実施形態における近軸像点位置を示す、図2、図7および図8Aに対応する略線図である。この図9においては、光整形ロッド12のロッド先端面12cとレンズ系13のレンズ13aとの距離d1を、上述した図6および図7における距離d0(9.355mm)より大きい9.74mm程度とし、このロッド先端面12cの位置を近軸物点位置としている。そして、図8および図9に示すように、光整形ロッド12とレンズ系13のレンズ13aとの距離dが大きくなると、レンズ系13とミラー系15との合成光学系による近軸像点位置がミラー系15側に移動する。そして、距離d1がたとえば9.7mm程度の場合においては、近軸像点位置はレンズ系13とミラー系15とのほぼ中間位置になる。この近軸像点位置はレンズ系13とミラー系15との合成光学系における近軸像点位置に相当する。なお、反射型プリズムシート14における平行光束LRが照射される反射プリズム面は、この近軸像点位置を含む平面(平行光束LRの光軸に垂直な平面)と交差させるのが好ましい。すなわち、反射型プリズムシート14の反射プリズム面上に近軸像点位置が存在するように、反射型プリズムシート14とミラー系15との間で位置合わせを行うのが望ましい。これにより、反射型プリズムシート14の被照射領域において、ミラー系15に対する近点と遠点とで、光の照射のボケの程度を同程度にできる。 Next, FIG. 9 is a schematic diagram corresponding to FIGS. 2, 7, and 8A, showing the paraxial image point position in the first embodiment. In FIG. 9, the distance d 1 between the rod tip surface 12c of the light shaping rod 12 and the lens 13a of the lens system 13 is 9.74 mm, which is larger than the distance d 0 (9.355 mm) in FIGS. 6 and 7 described above. The position of the rod tip surface 12c is a paraxial object point position. As shown in FIGS. 8 and 9, when the distance d between the light shaping rod 12 and the lens 13a of the lens system 13 is increased, the paraxial image point position by the combined optical system of the lens system 13 and the mirror system 15 is increased. Move to the mirror system 15 side. In the case where the distance d 1 is about 9.7 mm, for example, the paraxial image point position is an approximately intermediate position between the lens system 13 and the mirror system 15. This paraxial image point position corresponds to the paraxial image point position in the combined optical system of the lens system 13 and the mirror system 15. In addition, it is preferable that the reflecting prism surface irradiated with the parallel light beam L R in the reflective prism sheet 14 intersects with a plane including the paraxial image point position (a plane perpendicular to the optical axis of the parallel light beam L R ). That is, it is desirable to perform alignment between the reflective prism sheet 14 and the mirror system 15 so that the paraxial image point position exists on the reflective prism surface of the reflective prism sheet 14. Thereby, in the irradiated region of the reflective prism sheet 14, the degree of blur of light irradiation can be made similar at the near point and the far point with respect to the mirror system 15.

また、光路変更手段である反射部材としての反射型プリズムシート14は、反射プリズム面が中心軸Oに対して略平行、かつXZ平面に略平行になるように設けられる。この反射型プリズムシート14は、ミラー系15により反射された平行光束LRをさらに反射させることにより、平行光束LRの光路を変更させて、反射平行光束Lrとして外部に出射するためのものである。この第1の実施形態においては、反射平行光束Lrは液晶パネル16の背面(図1中上側面)に照射される。図10は、この反射型プリズムシート14の部分的なYZ断面図である。 Further, the reflective prism sheet 14 as a reflecting member which is an optical path changing means is provided so that the reflecting prism surface is substantially parallel to the central axis O and substantially parallel to the XZ plane. This reflection type prism sheet 14 is for further reflecting the parallel light beam L R reflected by the mirror system 15 to change the optical path of the parallel light beam L R so as to be emitted to the outside as a reflected parallel light beam L r. It is. In the first embodiment, the reflected parallel light beam L r is applied to the back surface (upper side surface in FIG. 1) of the liquid crystal panel 16. FIG. 10 is a partial YZ sectional view of the reflective prism sheet 14.

図10に示すように、反射型プリズムシート14の液晶パネル16側の反射プリズム面上に、X方向に平行、すなわちY方向から見た平行光束LRの光路方向に対して直角の方向に延びた複数の反射凸部14aが設けられている。反射凸部14aはたとえば、YZ断面が幅l0で高さt0の三角形状を有するとともに、所定の間隔l1を隔てて設けられている。また、反射凸部14aの少なくともミラー系15側の表面は、平行光束LRを反射可能な鏡面から構成される。そして、反射凸部14aにおける三角形状の底辺の幅l0または高さt0や隣り合う反射凸部14a間の間隔l1を調整することによって、ミラー系15からの平行光束LRを、反射凸部14aの間の反射型プリズムシート14の表面に到達させないようにできる。そのため、ミラー系15からの平行光束LRを反射凸部14aの鏡面からなる斜面にのみ到達させ、この斜面によって平行光束LRを反射させることが可能になる。これにより、反射型プリズムシート14の表面に到達して所望の方向とは異なる方向に散乱される光束を最小限にできるので、光の利用効率を向上できる。さらに、隣り合う反射凸部14a間の間隔l1の領域は平面ミラーとなっているので、液晶パネル16に入射した反射平行光束Lの反射光を再入射させることが可能である。 As shown in FIG. 10, the reflection-type prism sheet 14 liquid crystal panel 16 side of the reflecting prism face on, parallel to the X direction, i.e. extends in the direction perpendicular to the optical path direction of the parallel light beam L R as viewed from the Y direction A plurality of reflective convex portions 14a are provided. The reflection convex portion 14a has, for example, a triangular shape whose YZ cross section has a width l 0 and a height t 0 , and is provided at a predetermined interval l 1 . At least the mirror system 15 side of the surface of the reflective protrusion 14a is composed of a reflection can mirror the parallel light beam L R. The parallel light flux L R from the mirror system 15 is reflected by adjusting the width l 0 or height t 0 of the triangular base of the reflective convex portion 14a and the interval l 1 between the adjacent reflective convex portions 14a. It can be prevented from reaching the surface of the reflective prism sheet 14 between the convex portions 14a. Therefore, the parallel light beam L R from the mirror system 15 can reach only the slope formed by the mirror surface of the reflection convex portion 14a, and the parallel light beam L R can be reflected by this slope. Thereby, since the light flux that reaches the surface of the reflective prism sheet 14 and is scattered in a direction different from the desired direction can be minimized, the light utilization efficiency can be improved. Furthermore, the area spacing l 1 between the reflecting convex portion 14a adjacent Since a plane mirror, it is possible to re-enter the reflected light of the reflected parallel light beam L r incident on the liquid crystal panel 16.

また、これらの反射型プリズムシート14および反射凸部14aの形状やZ方向に対してなす傾斜角度を、ミラー系15からの平行光束LRの光路に応じて調整することによって、平行光束LRを所定の面内強度分布で維持しつつ、所望の方向に反射させることが可能になる。そして、図1に示すように、以上の、LED11、光整形ロッド12、レンズ系13、反射型プリズムシート14、およびミラー系15によって、液晶ディスプレイ1のバックライト装置10が構成される。また、上述したように、バックライト装置10の全体が、両側テレセントリック光学系を有限光学系として構成していることにより、バックライト装置10から平行光束を出射することが可能となる。 Further, by adjusting the shapes of the reflective prism sheet 14 and the reflective convex portion 14a and the inclination angle with respect to the Z direction according to the optical path of the parallel light beam L R from the mirror system 15, the parallel light beam L R is obtained. Can be reflected in a desired direction while maintaining a predetermined in-plane intensity distribution. As shown in FIG. 1, the LED 11, the light shaping rod 12, the lens system 13, the reflective prism sheet 14, and the mirror system 15 constitute the backlight device 10 of the liquid crystal display 1. Further, as described above, the backlight device 10 as a whole is configured such that the both-side telecentric optical system is a finite optical system, whereby parallel light beams can be emitted from the backlight device 10.

また、液晶パネル16としては、従来公知の平面板状の液晶パネルを用いることが可能である。すなわち、液晶パネル16は、たとえば偏光フィルター、ガラス基板、配光層に挟持された液晶、および拡散板などを積層した積層体から構成される。そして、バックライト装置10から出射される平行光束が、液晶パネル16の一面である背面に、背面に対して略垂直に入射するように構成することによって、この第1の実施形態による液晶ディスプレイ1が構成される。   Further, as the liquid crystal panel 16, a conventionally known flat plate-like liquid crystal panel can be used. That is, the liquid crystal panel 16 is composed of a laminated body in which, for example, a polarizing filter, a glass substrate, a liquid crystal sandwiched between light distribution layers, and a diffusion plate are laminated. The parallel light beam emitted from the backlight device 10 is configured to enter the back surface, which is one surface of the liquid crystal panel 16, substantially perpendicularly to the back surface, whereby the liquid crystal display 1 according to the first embodiment. Is configured.

本発明者は、以上のように構成されたバックライト装置10を試作したところ、単一のLEDから構成されるLED11を用いているにもかかわらず、光整形ロッド12のロッド先端面12cから出射させる光束Lの面内強度分布を均一とすることができることを確認した。具体的には、ロッド先端面12cの全面から均一に光線が発散するようにできた。そして、本発明者は、この場合のバックライト装置10から発する光の強度分布を測定した。図11は、バックライト装置10から発せられる面内の光の強度分布を示す図である。なお、図11において、照射領域は約450mm×600mm前後であり、光の強度が小さいほど黒色に近づき、強度が大きいほど白色に近付くようになっている。また、以下の図面におけるαE−βは、α×10−βを意味する。図11から、バックライト装置10の照射領域の全面にわたって、ほぼ均一に光を照射可能であることが分かる。 The inventor made a prototype of the backlight device 10 configured as described above, and emitted the light from the rod front end surface 12c of the light shaping rod 12 despite using the LED 11 composed of a single LED. It was confirmed that the in-plane intensity distribution of the luminous flux L to be made uniform. Specifically, the light beam was able to diverge uniformly from the entire surface of the rod tip surface 12c. And this inventor measured the intensity distribution of the light emitted from the backlight apparatus 10 in this case. FIG. 11 is a diagram showing an in-plane light intensity distribution emitted from the backlight device 10. In FIG. 11, the irradiation area is about 450 mm × 600 mm, and the closer the light intensity is, the closer to black, and the higher the intensity, the closer to white. Further, αE-β in the following drawings means α × 10 −β . From FIG. 11, it can be seen that light can be irradiated almost uniformly over the entire irradiation region of the backlight device 10.

図12および図13はそれぞれ、上述のように構成されたバックライト装置10において、LED11のLEDチップから出力される光の電力を1Wとし、ロッド先端面12cから出射させる光束Lの面内強度分布を均一にした場合における、図2のX方向およびZ方向に沿った光強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図12および図13から、バックライト装置10のX方向およびZ方向に沿った光強度が、広い領域において1.13×10-4W・cm-2以上であって、十分な光強度(輝度)が得られることが分かる。そして、上述したバックライト装置10を試作して測定したところ、光整形ロッド12から出射された光束の均一の面内強度分布が、バックライト装置10から発する光の面内強度分布に反映され、きわめて均一性が高い面内光強度分布が実現されていることが確認された。さらに、上述した第1の実施形態によるバックライト装置10によれば、LED11から出射される光のエネルギーに対して発光エネルギー利用効率が約38.8%前後であることが確認された。ここで、発光エネルギー利用効率とは、光線シミュレーションにおいてLED11から発散させた光線本数に対する照射エリアに到達した光線本数の比率である。また、本発明者の知見によれば、エネルギー利用効率は、LEDチップの形状、第1ロッド12aの照射側の形状、ロッド先端面12cの出射側形状、レンズ系13のF値(NA)、光学系全体の吸収および反射、ならびにLEDチップとカバーガラスとの間隔に依存する。ここで、上述した利用効率においては、平行光束LRのエネルギーとして、反射型プリズムシート14の直前で計算した平行光束LRの強度分布をもとに算出した値を用いている。第1の実施形態によるバックライト装置10においては、反射型プリズムシート14を適切に設計することによって、反射平行光束Lrを、上述した発光エネルギー利用効率と同程度の発光エネルギー利用効率で外部に出射させることができる。 FIGS. 12 and 13 respectively show the in-plane intensity distribution of the light beam L emitted from the rod tip surface 12c with the power of light output from the LED chip of the LED 11 being 1 W in the backlight device 10 configured as described above. 3 is a graph showing a simulation result of light intensity distribution along the X direction and the Z direction in FIG. From FIG. 12 and FIG. 13, the light intensity along the X direction and the Z direction of the backlight device 10 is 1.13 × 10 −4 W · cm −2 or more in a wide region, and the sufficient light intensity (luminance) ) Can be obtained. Then, when the above-described backlight device 10 is prototyped and measured, the uniform in-plane intensity distribution of the light beam emitted from the light shaping rod 12 is reflected in the in-plane intensity distribution of the light emitted from the backlight device 10, It was confirmed that an in-plane light intensity distribution with extremely high uniformity was realized. Furthermore, according to the backlight device 10 according to the first embodiment described above, it was confirmed that the light emission energy utilization efficiency was about 38.8% with respect to the energy of the light emitted from the LED 11. Here, the light emission energy utilization efficiency is a ratio of the number of light beams reaching the irradiation area to the number of light beams diverged from the LED 11 in the light beam simulation. Further, according to the knowledge of the present inventor, the energy utilization efficiency is determined by the shape of the LED chip, the shape of the irradiation side of the first rod 12a, the shape of the emission side of the rod tip surface 12c, the F value (NA) of the lens system 13, It depends on the absorption and reflection of the entire optical system and the distance between the LED chip and the cover glass. Here, in the utilization as described above, as the energy of the parallel light beam L R, and using the value calculated based on the intensity distribution of the parallel light beam L R calculated in the previous reflection prism sheet 14. In the backlight device 10 according to the first embodiment, by appropriately designing the reflective prism sheet 14, the reflected parallel light beam L r is transmitted to the outside with a light emission energy utilization efficiency similar to the light emission energy utilization efficiency described above. Can be emitted.

以上説明した、本発明の第1の実施形態によれば、単一のLEDで構成されたLED11を用いて、従来の照明領域をより均一に照明することができるので、消費電力の低減を図ることができる。また、光整形ロッド12およびレンズ系13と、レンズ系13と連携したミラー系15とによって、両側テレセントリック光学系を構成していることにより、バックライト装置10から発する光を平行光にできるとともに、低消費電力を維持しつつ、広い領域において光整形ロッド12の発光面における光の強度分布が反映された面内強度分布のバックライトを得ることができる。そして、この第1の実施形態によれば、レンズ系13とミラー系15との間は基本的に概ね無限系をなし、光整形ロッド12の射出端面であるロッド先端面12cの位置をレンズ系13の焦点位置の前後に配置することによって、バックライトの照明の均一性を確保するようにしている。これにより、光整形ロッド12の発光面における光の強度分布を発光面内において均一にすることによって、広い照明領域において、均一性が反映された均一のバックライトを得ることができる。   According to the first embodiment of the present invention described above, it is possible to illuminate a conventional illumination area more uniformly by using the LED 11 composed of a single LED, so that power consumption is reduced. be able to. In addition, since the light shaping rod 12 and the lens system 13 and the mirror system 15 linked with the lens system 13 constitute a double-sided telecentric optical system, the light emitted from the backlight device 10 can be made into parallel light, While maintaining low power consumption, a backlight having an in-plane intensity distribution reflecting the light intensity distribution on the light emitting surface of the light shaping rod 12 in a wide area can be obtained. According to the first embodiment, the lens system 13 and the mirror system 15 are basically an infinite system, and the position of the rod front end surface 12c, which is the exit end surface of the light shaping rod 12, is determined by the lens system. By arranging them before and after the 13 focal positions, the illumination uniformity of the backlight is ensured. Thereby, by making the light intensity distribution on the light emitting surface of the light shaping rod 12 uniform in the light emitting surface, a uniform backlight reflecting the uniformity can be obtained in a wide illumination region.

また、上述した第1の実施形態におけるバックライト装置10によれば、バックライト装置10の厚みを、バックライト装置10の照射領域のZ方向に沿った長さまたはX方向に沿った幅に対して、10%以下の厚みにすることが可能になることが確認された。これにより、バックライト装置の薄型化、狭小化、および小型化を実現できる。   Moreover, according to the backlight device 10 in the first embodiment described above, the thickness of the backlight device 10 is set to the length along the Z direction or the width along the X direction of the irradiation region of the backlight device 10. It was confirmed that the thickness could be 10% or less. Thereby, the backlight device can be thinned, narrowed, and downsized.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態によるバックライト装置について説明する。この第2の実施形態においては、光整形ロッド12の第1ロッド12aにおいて、その入射側端部および出射側端部のX方向寸法Lx0,Lx1をそれぞれたとえば3mm、Y方向寸法Ly0,Ly1をそれぞれたとえば1mmとする。また、第2ロッド12bのロッド先端面12cにおけるX方向寸法Lx2をたとえば12mm、Y方向寸法Ly2をたとえば2mmとして、第2ロッド12bの形状をいわゆるラッパ形状とする。その上で、LED11の寸法を、X方向寸法が3mm、およびY方向寸法が1mm(3mm×1mm)になるようにする。なお、その他の構成は第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。そして、本発明者が、光強度を計測するセンサーピッチを750×1000として発光エネルギー効率を計算したところ、LED11からの発光エネルギー利用効率が、約68.8%にまで向上することが確認された。すなわち、光整形ロッド12の形状をラッパ形状とすることによって、光整形ロッド12の出射側とレンズ系13の入射側とにおいて幾何光学的に光エネルギーの損失を低減できることが確認された。
(Second Embodiment)
Next, a backlight device according to a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, in the first rod 12a of the light shaping rod 12, the X-direction dimensions Lx0 and Lx1 of the incident-side end portion and the emission-side end portion are, for example, 3 mm and the Y-direction dimensions Ly0 and Ly1, respectively. For example, it is 1 mm. The X-direction dimension Lx2 of the second rod 12b on the rod front end surface 12c is, for example, 12 mm, the Y-direction dimension Ly2 is, for example, 2 mm, and the second rod 12b has a so-called trumpet shape. Then, the dimensions of the LED 11 are set such that the dimension in the X direction is 3 mm and the dimension in the Y direction is 1 mm (3 mm × 1 mm). Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted. And when this inventor calculated the light emission energy efficiency by setting the sensor pitch which measures light intensity to 750x1000, it was confirmed that the light emission energy utilization efficiency from LED11 improves to about 68.8%. . In other words, it was confirmed that the loss of light energy can be reduced geometrically and optically on the emission side of the light shaping rod 12 and the incident side of the lens system 13 by making the shape of the light shaping rod 12 a trumpet shape.

図14および図15はそれぞれ、上述のように構成されたバックライト装置10において、LED11のLEDチップから出力される光の電力を1Wとし、ロッド先端面12cから出射する光束Lの面内強度分布を均一にした場合における、図2のX方向およびZ方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図14および図15から、バックライト装置10のX方向およびZ方向に沿った光強度が、広い領域において2.16×10-4W・cm-2以上であって、均一で十分な光強度(輝度)が得られていることが分かる。さらに、第1の実施形態によるバックライト装置10に比して、約2倍の光強度が得られていることが分かる。 FIGS. 14 and 15 respectively show the in-plane intensity distribution of the light beam L emitted from the rod tip surface 12c in the backlight device 10 configured as described above, assuming that the power of the light output from the LED chip of the LED 11 is 1W. 3 is a graph showing a simulation result of a one-dimensional intensity distribution along the X direction and the Z direction in FIG. 14 and 15, the light intensity along the X direction and the Z direction of the backlight device 10 is 2.16 × 10 −4 W · cm −2 or more in a wide area, and the light intensity is uniform and sufficient. It can be seen that (luminance) is obtained. Furthermore, it can be seen that approximately twice the light intensity is obtained as compared with the backlight device 10 according to the first embodiment.

この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、光のエネルギー利用効率をより一層向上させることができる。すなわち、第2の実施形態において説明したように、LED11の大きさや形状を変えて、大きさや形状に応じて光整形ロッド12をたとえばラッパ形状に構成することにより、LED11から出射される光の利用効率を向上させることが可能になる。また、LED11の大きさと光整形ロッド12の形状との相関関係を第1および第2の実施形態のように規定することによって、光のエネルギー利用効率を格段に向上させることが可能になる。   According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the energy utilization efficiency of light can be further improved. That is, as described in the second embodiment, by changing the size and shape of the LED 11 and configuring the light shaping rod 12 in a trumpet shape according to the size and shape, for example, use of light emitted from the LED 11 Efficiency can be improved. Further, by defining the correlation between the size of the LED 11 and the shape of the light shaping rod 12 as in the first and second embodiments, it becomes possible to significantly improve the energy utilization efficiency of light.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態によるバックライト装置について説明する。この第3の実施形態においては、光整形ロッド12の形状は第2の実施形態と同様である。その上で、LED11におけるチップカバー内に設けられたLEDチップ(図示せず)を、チップカバーに対してさらに近づけた構成とする。具体的には、LED11におけるダイオードのチップとチップカバー(いずれも図示せず)との間隔を、第1の実施形態における0.28mmより小さくして、たとえば0.2mm程度にする。また、LED11の光整形ロッド12に密着させる部分の寸法も、第2の実施形態と同様の3×1mmとする。本発明者が、このようなLED11を用いた場合の発光エネルギー効率を確認したところ、LED11からの発光に対して発光エネルギー利用効率が、約75.5%にまで向上できることを確認した。
(Third embodiment)
Next, a backlight device according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the shape of the light shaping rod 12 is the same as that of the second embodiment. Then, the LED chip (not shown) provided in the chip cover of the LED 11 is configured to be closer to the chip cover. Specifically, the distance between the diode chip and the chip cover (both not shown) in the LED 11 is made smaller than 0.28 mm in the first embodiment, for example, about 0.2 mm. Moreover, the dimension of the part closely_contact | adhered to the light shaping rod 12 of LED11 shall also be 3x1 mm similar to 2nd Embodiment. When the present inventor confirmed the light emission energy efficiency in the case of using such an LED 11, it was confirmed that the light emission energy utilization efficiency can be improved to about 75.5% with respect to the light emission from the LED 11.

この第3の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、光のエネルギー利用効率をより一層向上させることができる。また、ロッド先端面12cから出射する光束Lの面内強度分布を均一にした場合での、図2のX方向およびZ方向に沿った1次元強度分布のシミュレーション結果においても、第2の実施形態と同様の高い均一性を有し、十分な光強度(輝度)が得られていることが確認された。   According to the third embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the light energy utilization efficiency can be further improved. In the simulation result of the one-dimensional intensity distribution along the X direction and the Z direction in FIG. 2 when the in-plane intensity distribution of the light beam L emitted from the rod tip surface 12c is uniform, the second embodiment It was confirmed that sufficient light intensity (luminance) was obtained with the same high uniformity.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態によるバックライト装置について説明する。この第4の実施形態においては、光整形ロッド12の形状は第2および第3の実施形態と同様である。その上で、LED11におけるチップカバー内に設けられたLEDチップ(図示せず)を、チップカバーに対してさらに近づけた構成とする。具体的には、LED11におけるダイオードのチップとチップカバー(いずれも図示せず)との間隔を、第3の実施形態における0.2mmより小さくして、たとえば0.1mm程度にする。また、LED11の光整形ロッド12に密着させる部分の寸法も、第2の実施形態と同様の3×1mmとする。本発明者が、このようなLED11を用いた場合の発光エネルギー効率を確認したところ、LED11からの発光に対して発光エネルギー利用効率が、約84.4%にまで向上できることを確認した。
(Fourth embodiment)
Next, a backlight device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the shape of the light shaping rod 12 is the same as in the second and third embodiments. Then, the LED chip (not shown) provided in the chip cover of the LED 11 is configured to be closer to the chip cover. Specifically, the distance between the diode chip and the chip cover (both not shown) in the LED 11 is made smaller than 0.2 mm in the third embodiment, for example, about 0.1 mm. Moreover, the dimension of the part closely_contact | adhered to the light shaping rod 12 of LED11 shall also be 3x1 mm similar to 2nd Embodiment. When the present inventor confirmed the light emission energy efficiency in the case of using such an LED 11, it was confirmed that the light emission energy utilization efficiency can be improved to about 84.4% with respect to the light emission from the LED 11.

図16および図17はそれぞれ、上述のように構成された第4の実施形態によるバックライト装置10において、LED11のLEDチップから出力される光の電力を1Wとし、ロッド先端面12cから出射させる光束Lの強度分布を均一にした場合における、図2のX方向およびZ方向に沿った強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図16および図17から、バックライト装置10のX方向およびZ方向に沿った強度分布が、広い領域において2.61×10-4W・cm-2以上でほぼ均一であることが分かる。さらに、第2の実施形態によるバックライト装置10に比して、光強度を20%以上向上できることが分かる。 FIGS. 16 and 17 each illustrate a light beam emitted from the rod tip surface 12c with the power of light output from the LED chip of the LED 11 being 1 W in the backlight device 10 according to the fourth embodiment configured as described above. It is a graph which shows the simulation result of the intensity distribution along the X direction and Z direction of FIG. 2 when the intensity distribution of L is made uniform. 16 and 17 that the intensity distribution along the X direction and the Z direction of the backlight device 10 is substantially uniform at 2.61 × 10 −4 W · cm −2 or more in a wide region. Furthermore, it can be seen that the light intensity can be improved by 20% or more compared to the backlight device 10 according to the second embodiment.

この第4の実施形態によれば、第1〜第3の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、光のエネルギー利用効率をさらに向上させることができる。   According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained, and the light energy utilization efficiency can be further improved.

(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態によるバックライト装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。図18は、この第5の実施形態による液晶ディスプレイをX方向から見た側面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a liquid crystal display provided with a backlight device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a side view of the liquid crystal display according to the fifth embodiment viewed from the X direction.

図18に示すように、この第5の実施形態によるバックライト装置20は、第1の実施形態と異なり、たとえば射出成形などの樹脂成形法によって成形された、板状で光透過性を有する樹脂体26を有する。そして、LED21、光整形ロッド22およびレンズ系23は、たとえば、あらかじめ位置決めされた状態で、樹脂体26の成形時に内部に埋め込まれている。ここで、光整形ロッド22およびレンズ系23においては、少なくとも空気と接触するように形成するのが好ましいが、必ずしもそのような構成に限定されるものではない。また、この樹脂体26は、平板状に形成されているとともに、一方の面側に凹部26aが形成されている。そして、この樹脂体26に対して、たとえばアルミニウム(Al)または銅(Cu)などの金属を蒸着させることによって、反射型プリズムシート24およびミラー系25を一体的に形成する。このとき、凹部26a内に金属が埋め込まれることにより、第1の実施形態による反射型プリズムシート14の反射凸部14aと同様の効果を有する反射部材24aが形成される。以上により、バックライト装置20が構成される。そして、このバックライト装置20によって照明される液晶パネル16を樹脂体26の他方の面の所定位置に設けることによって、第5の実施形態による液晶ディスプレイ2が構成される。なお、この液晶ディスプレイ2は、スマートフォンや携帯端末などの液晶ディスプレイとして好適に使用できる。   As shown in FIG. 18, the backlight device 20 according to the fifth embodiment differs from the first embodiment in that it is a plate-like resin that is molded by a resin molding method such as injection molding, for example. It has a body 26. And LED21, the light shaping rod 22, and the lens system 23 are embedded at the time of the shaping | molding of the resin body 26, for example in the state positioned previously. Here, the light shaping rod 22 and the lens system 23 are preferably formed so as to be in contact with at least air, but are not necessarily limited to such a configuration. Further, the resin body 26 is formed in a flat plate shape, and a recess 26a is formed on one surface side. The reflective prism sheet 24 and the mirror system 25 are integrally formed by depositing a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu) on the resin body 26. At this time, since the metal is embedded in the concave portion 26a, the reflective member 24a having the same effect as the reflective convex portion 14a of the reflective prism sheet 14 according to the first embodiment is formed. The backlight device 20 is configured as described above. The liquid crystal display 16 according to the fifth embodiment is configured by providing the liquid crystal panel 16 illuminated by the backlight device 20 at a predetermined position on the other surface of the resin body 26. In addition, this liquid crystal display 2 can be used conveniently as liquid crystal displays, such as a smart phone and a portable terminal.

この第5の実施形態によるバックライト装置20によれば、内部にあらかじめ位置決めされた状態でLED21、光整形ロッド22、およびレンズ系23を埋め込んで、樹脂体26を成形できるとともに、樹脂体26の一主面および一端部に金属を蒸着させていることにより、それぞれ反射型プリズムシート24とミラー系25とを一体に形成することができるので、液晶ディスプレイ2を小型化する場合においても、大量生産が可能になり、生産性を向上させることができるので、低コスト化を図ることができる。   According to the backlight device 20 according to the fifth embodiment, the resin body 26 can be molded by embedding the LED 21, the light shaping rod 22, and the lens system 23 in a state in which the resin body 26 is positioned in advance. Since the reflective prism sheet 24 and the mirror system 25 can be integrally formed by depositing metal on one main surface and one end, respectively, mass production is possible even when the liquid crystal display 2 is downsized. And the productivity can be improved, so that the cost can be reduced.

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。たとえば、上述の実施形態において挙げた数値や材料はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値や材料を用いてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible. For example, the numerical values and materials given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values and materials may be used as necessary.

上述した実施形態においては、バックライト装置として、照明領域における光強度分布を均一化させた液晶ディスプレイのバックライト装置を例としているが、一般的な液晶ディスプレイのみならず、スマートフォン、タブレット端末などのあらゆる情報表示用のディスプレイにおけるバックライト装置に適用することが可能である。また、必要に応じて、照明型看板、ポスターや絵画用照明、および面均一輝度の一般の照明などに応用することも可能である。   In the above-described embodiment, as a backlight device, a backlight device of a liquid crystal display in which the light intensity distribution in the illumination area is uniformed is taken as an example, but not only a general liquid crystal display but also a smartphone, a tablet terminal, etc. The present invention can be applied to a backlight device in any information display. Moreover, it can also be applied to lighting-type signboards, posters and painting lighting, and general lighting with uniform surface luminance, if necessary.

また、上述した第1の実施形態においては、光整形ロッド12の光束出射側端部であるロッド先端面12cのXY断面の形状を矩形状としているが、必ず矩形状に限定されるものではなく、円形状、楕円状、台形状、平行四辺形状等の種々の形状とすることが可能である。また、光整形ロッド12の代わりに公知のホモジェナイザーを用いてもよい。また、発光源が所望の範囲で均一の面内強度分布を有する光を発光できるものであれば、光整形手段を用いずに2次元光源を構成してもよい。   Further, in the first embodiment described above, the shape of the XY cross section of the rod front end surface 12c, which is the light beam exit side end of the light shaping rod 12, is rectangular, but it is not necessarily limited to a rectangular shape. Various shapes such as a circular shape, an elliptical shape, a trapezoidal shape, and a parallelogram shape are possible. A known homogenizer may be used in place of the light shaping rod 12. Further, if the light source can emit light having a uniform in-plane intensity distribution within a desired range, the two-dimensional light source may be configured without using the light shaping means.

また、上述した第1の実施形態においては、ミラー系15により反射された平行光束LRを、反射型プリズムシート14によりさらに反射させて光路を変更することで、外部に光束を出射しているが、必ずしも反射型プリズムシート14に限定されるものではなく、プリズムなどの光束の光路を変更可能な部材であれば、種々の部材を用いることが可能である。また、たとえばミラー系15により反射された平行光束LRを、直接外部に出力し、照明光として使用してもよい。 Further, in the first embodiment described above, the parallel light beam L R reflected by the mirror system 15 is further reflected by the reflective prism sheet 14 to change the optical path, thereby emitting the light beam to the outside. However, it is not necessarily limited to the reflective prism sheet 14, and various members can be used as long as they are members that can change the optical path of a light beam such as a prism. Further, for example, the parallel light beam L R reflected by the mirror system 15 may be directly output to the outside and used as illumination light.

また、上述した第1の実施形態においては、第2集光光学系としてのミラー系15を凹面鏡から構成しているが、このミラー系15を平面化するために、凹面鏡からなるミラー系15の代わりに、フレネルレンズと、反射ミラーまたは反射型フレネルレンズとを用いてもよい。   In the first embodiment described above, the mirror system 15 as the second condensing optical system is constituted by a concave mirror. In order to planarize the mirror system 15, the mirror system 15 constituted by a concave mirror is used. Instead, a Fresnel lens and a reflection mirror or a reflection type Fresnel lens may be used.

また、上述した第1の実施形態においては、LED11として単一の白色LEDを用いているが、RGBLEDアレイや垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)を用いることも可能である。なお、LED11を単一のLEDから構成する場合には、白色LEDが好ましく、複数のLEDを用いる場合には、これらのLEDを白色LEDから構成してもよいが、RGBLEDアレイなどから構成してもよい。   In the first embodiment described above, a single white LED is used as the LED 11, but an RGBLED array or a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) can also be used. In addition, when LED11 is comprised from single LED, white LED is preferable, and when using several LED, these LED may be comprised from white LED, but it is comprised from RGBLED array etc. Also good.

また、上述した第1の実施形態において用いたレンズ系13の各レンズ13a〜13eの材質としては、必ずしも上述した材質に限定されるものではなく、屈折率Nおよびアッベ数νが規定の値であれば、種々の材質を採用することが可能である。 The material of each lens 13a~13e of the lens system 13 used in the first embodiment described above, not necessarily limited to the material described above, the refractive index N d and the Abbe number [nu d is defined If it is a value, it is possible to employ | adopt various materials.

また、上述した第1の実施形態においては、第1ロッド12aの光入射側端部のX方向寸法Lx0がY方向寸法Ly0以上になっているが、第1ロッド12aの光入射側端部のX方向寸法Lx0をY方向寸法Ly0より小さく(Lx0<Ly0)してもよい。同様に、Lx1<Ly1、Lx2<Ly2としてもよい。   In the first embodiment described above, the X-direction dimension Lx0 of the light incident side end of the first rod 12a is equal to or larger than the Y direction dimension Ly0. The X-direction dimension Lx0 may be smaller than the Y-direction dimension Ly0 (Lx0 <Ly0). Similarly, Lx1 <Ly1 and Lx2 <Ly2 may be set.

1,2 液晶ディスプレイ
10,20 バックライト装置
11、21 発光ダイオード(LED)
12,22 光整形ロッド
12a 第1ロッド
12b 第2ロッド
12c ロッド先端面
13,23 レンズ系
13a,13b,13c,13d,13e レンズ
14,24 反射型プリズムシート
14a 反射凸部
15,25 ミラー系
16 液晶パネル
17,18 遮断板
17a,18a 開口
19 遮蔽板
24a 反射部材
26 樹脂体
26a 凹部
L 光束
R 平行光束
r 反射平行光束
1, 2 Liquid crystal display 10, 20 Backlight device 11, 21 Light emitting diode (LED)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12, 22 Light shaping rod 12a 1st rod 12b 2nd rod 12c Rod front end surface 13, 23 Lens system 13a, 13b, 13c, 13d, 13e Lens 14, 24 Reflective prism sheet 14a Reflective convex part 15, 25 Mirror system 16 LCD panels 17, 18 blocking plate 17a, 18a opening 19 the shielding plates 24a reflecting member 26 resin body 26a concave L light beam L R parallel beam L r reflected parallel light beam

Claims (11)

発光ダイオード(11,21)からなる発光源と、
前記発光源から出射された光を整形して光束として出射させる光整形手段を有する2次元光源と、
焦点距離f1の第1集光光学系、および前記焦点距離f1より大きい焦点距離f2の第2集光光学系とから形成される両側テレセントリック光学系と
さらに、光路変更手段と、
を備えたバックライト装置であって
前記光整形手段の前記発光源から出射された光が入射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積より小さく、
前記第1集光光学系が前記第2集光光学系に対して前記2次元光源の側に設けられたレンズ系(13,23)であり
前記第2集光光学系は、ミラー系(15,25)から構成され、
前記第2集光光学系から出射する光束の出射方向が、前記第1集光光学系を通過した光束の光軸に対して傾斜し、
さらに、前記光路変更手段は、前記第2集光光学系から出射した光束の光路を変更する反射型プリズムシート(14,24)からなる、
ことを特徴とするバックライト装置。
A light emitting source comprising light emitting diodes (11, 21);
A two-dimensional light source that have a light shaping means for emitting a light beam to shape the light emitted from the light source,
A double-sided telecentric optical system formed by a first condensing optical system having a focal length f1 and a second condensing optical system having a focal length f2 larger than the focal length f1 ,
Furthermore, an optical path changing means,
A backlight device comprising :
The end of the light shaping means on the side where the light emitted from the light source enters is the end of the light shaping means on the side where the light flux is emitted. Smaller than the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the luminous flux in
The first condensing optical system is a lens system (13, 23) provided on the two-dimensional light source side with respect to the second condensing optical system;
The second condensing optical system includes a mirror system (15, 25),
The emission direction of the light beam emitted from the second light collecting optical system is inclined with respect to the optical axis of the light beam that has passed through the first light collecting optical system;
Furthermore, the optical path changing means comprises a reflective prism sheet (14, 24) that changes the optical path of the light beam emitted from the second condensing optical system.
A backlight device characterized by that.
前記光整形手段が光整形ロッド(12,22)であり、前記第1集光光学系が少なくとも4枚のレンズを有して構成されているレンズ系(13,23)であることを特徴とする請求項1に記載のバックライト装置。The light shaping means is a light shaping rod (12, 22), and the first condensing optical system is a lens system (13, 23) having at least four lenses. The backlight device according to claim 1. 前記ミラー系(15,25)は、その反射面が前記反射型プリズムシート(14,24)の下面側である入射面側に向き、前記反射型プリズムシート(14,24)の厚み方向に対して傾斜角度θ=2°〜4°で傾斜していることを特徴とする請求項1または2に記載のバックライト装置。  The mirror system (15, 25) has its reflecting surface facing the incident surface, which is the lower surface side of the reflecting prism sheet (14, 24), and the thickness direction of the reflecting prism sheet (14, 24). The backlight device according to claim 1, wherein the backlight device is inclined at an inclination angle θ = 2 ° to 4 °. 前記2次元光源から出射されて前記第1集光光学系を通過して進行した光束を、前記第2集光光学系によって、前記第2集光光学系の焦点位置に、前記2次元光源から出射された光束の光軸に直角な断面の面積に対して略(f2/f1)2倍の面積で結像させることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のバックライト装置。 The light beam emitted from the two-dimensional light source and traveling through the first condensing optical system is moved from the two-dimensional light source to the focal position of the second condensing optical system by the second condensing optical system. the backlight according to any one of claims 1 to 3, characterized in that focusing substantially (f2 / f1) 2 times the area of the area of the cross section perpendicular to the optical axis of the emitted light beam apparatus. 前記第1集光光学系と前記第2集光光学系との互いに対向する主点の間隔が、前記第1集光光学系の焦点距離f1および前記第2集光光学系の焦点距離f2との合計に略等しいことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のバックライト装置。 The distance between the principal points of the first condensing optical system and the second condensing optical system facing each other is the focal length f1 of the first condensing optical system and the focal length f2 of the second condensing optical system. the backlight device according to any one of claims 1-4, characterized in that substantially equal to the sum of. 前記第1集光光学系に、前記2次元光源から出射された光束の一部を遮断する少なくとも1つの遮断部材が設けられ、前記遮断部材が前記2次元光源から出射された光束のうちの有効光束を通過させる開口を少なくとも1つ有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のバックライト装置。 The first condensing optical system is provided with at least one blocking member that blocks a part of the light beam emitted from the two-dimensional light source, and the blocking member is effective among the light beams emitted from the two-dimensional light source. the backlight device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has at least one opening for passing the light beam. 前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であるとともに、前記光整形手段の光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のバックライト装置。 At the end of the light shaping means on the side where light from the light source is incident, the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the light flux is rectangular, and the light shaping means emits the light flux. The backlight device according to any one of claims 1 to 6 , wherein a cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the light beam at the end is rectangular. 前記光整形手段の前記光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積に対して、3倍以上5倍以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のバックライト装置。 The area of the cross section perpendicular to the optical axis of the light beam at the end of the light shaping unit on the side from which the light beam is emitted is the end of the light shaping unit at the side on which light from the light source is incident. The backlight device according to claim 1, wherein the backlight device has a cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the luminous flux that is 3 to 5 times. 前記光整形手段が、互いに連結された複数のロッド、または互いに一体成形されたロッドから構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のバックライト装置。 The backlight device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the light shaping means includes a plurality of rods connected to each other or rods integrally formed with each other. 請求項1〜のいずれか1項に記載のバックライト装置と、
複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、
前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの一面に対して略垂直に入射させる
ことを特徴とする液晶ディスプレイ。
The backlight device according to any one of claims 1 to 9 ,
A flat plate-like liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched between a plurality of light distribution layers,
A liquid crystal display, wherein a light beam emitted from the backlight device is incident substantially perpendicular to one surface of the liquid crystal panel.
請求項1〜9のいずれか1項に記載のバックライト装置を備え、前記第2集光光学系から出射した光束を前記反射型プリズムシート(14,24)によって反射させることにより、前記バックライト装置から光束を出射させることを特徴とする請求項10に記載の液晶ディスプレイ。 The backlight device according to any one of claims 1 to 9 , wherein a light beam emitted from the second condensing optical system is reflected by the reflective prism sheet (14, 24) , thereby the backlight. The liquid crystal display according to claim 10 , wherein a light beam is emitted from the device.
JP2014076509A 2014-04-02 2014-04-02 Backlight device and liquid crystal display Active JP5830828B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014076509A JP5830828B2 (en) 2014-04-02 2014-04-02 Backlight device and liquid crystal display

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014076509A JP5830828B2 (en) 2014-04-02 2014-04-02 Backlight device and liquid crystal display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015198054A JP2015198054A (en) 2015-11-09
JP5830828B2 true JP5830828B2 (en) 2015-12-09

Family

ID=54547613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014076509A Active JP5830828B2 (en) 2014-04-02 2014-04-02 Backlight device and liquid crystal display

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5830828B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7098225B2 (en) 2017-09-28 2022-07-11 ダイハツ工業株式会社 Oil level gauge retaining structure

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019139227A (en) * 2018-02-14 2019-08-22 国立大学法人東北大学 Stereo picture liquid crystal display device
CN111158192B (en) * 2020-03-04 2021-01-01 东莞恒扬光电有限公司 High-brightness high-uniformity environment-friendly backlight source

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7098225B2 (en) 2017-09-28 2022-07-11 ダイハツ工業株式会社 Oil level gauge retaining structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015198054A (en) 2015-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9523808B2 (en) Thin film type back light unit for flat panel display
US8182131B2 (en) Light guide plate and backlight unit having the same
JP5261035B2 (en) Backlight unit and liquid crystal display device
CN109923463B (en) Display device and head-mounted display
JP2012164583A (en) Light guide plate, surface light source device, and transmission type display device
US7946747B2 (en) Backlight unit
US20150160394A1 (en) Planar light source device and liquid crystal display device
JP2002221605A (en) Fresnel lens, illumination device and display device which use the same, method for designing fresnel lens and designing device therefor
JP4423933B2 (en) Optical sheet and backlight unit and display using the same
US10620361B2 (en) Super directional light guide film and thin film type back light unit for flat panel display using the same
JP2013016472A (en) Light guide plate
JP5830828B2 (en) Backlight device and liquid crystal display
TW201727275A (en) Light-emitting unit with fresnel optical system and light-emitting apparatus and display system using same
KR20090067015A (en) Optical film and backlight module using same
TW201314314A (en) Light guide plate, surface light source device, and transmissive image display device
US9958601B2 (en) Display backlight
CN105938218A (en) Illuminating device, display device, and portable electronic device
JP2009276373A (en) Plane light emitting device and image display device
WO2013081038A1 (en) Light source device, surface light source device, display device and lighting device
JP2017098084A (en) Lighting device
JP2010170755A (en) Planar light-emitting device and image display
JP5223408B2 (en) Optical sheet, backlight unit and display device
JPH10333147A (en) Back light
KR101522242B1 (en) Optical sheet and liquid crystal display including the same
JP2013206595A (en) Light guide plate and lighting device as well as display device using light guide plate

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150911

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151006

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151009

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5830828

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250