JP2004070169A - Light guide plate and back light apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置のバックライトとして用いられる導光板およびそれが用いられるバックライト装置に関し、より特定的には、液晶表示装置等のバックライトとして用いられる導光板およびそれが用いられるバックライト装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯端末、携帯電話、あるいはテレビジョン装置等の表示装置として、液晶ディスプレイが広く用いられるようになってきた。この液晶ディスプレイは、軽量化、小型化、薄型化、低消費電力化、高輝度化、低価格化が求められており、そのため、液晶ディスプレイのバックライト光源として装着されるバックライト装置についても、同様の改善が求められている。このようなバックライト装置には、光源から入射された光を、部材の底面付近に設けられた複数の反射面で反射することによって当該底面に対してほぼ法線方向に導きながら放射する導光板が設けられている。この導光板に対しても、上述と同様の改善が求められている。
【0003】
このような、従来のバックライト装置で用いられる導光板の一例が開示されている(例えば特許文献1参照)。また、底面に形成されるV溝の縁近傍に曲面形状の突起を形成した導光板が開示されている(例えば特許文献2参照)。図10を参照して、上記特許文献1で開示された導光板の構造について説明する。なお、図10は、当該導光板の構造を示す側面概要図である。
【0004】
図10において、リフレクタ101および光源100に対して、それらから出射される光を導く導光板102が設けられている。光源100は、蛍光ランプ等で構成され、直接あるいはリフレクタ101で反射された拡散光を、導光板102の一方の側面(以下、光入射面と記載する)に対する入射光Linとして出射する。導光板102は、平板状の導光部材であり、その底面(以下、リフレクター底面と記載する)には、複数本のV溝103が形成されている。V溝103の延設方向は、上記光入射面に対して平行であり、光入射面側の斜面103aによって反射面が形成される。そして、導光板102の光入射面から入射した入射光Linは、導光板102内を伝搬し、複数の斜面103aで全反射することによって、リフレクター底面と相対する上面(以下、光出射面と記載する)から出射光Loutとして出射される。この出射光Loutは、リフレクター底面のほぼ法線方向に放射され、光出射面の正面に設けられた表示装置(図示せず)のバックライトとなる。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−294745号公報
【特許文献2】
特開2000−89033号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光源100から出射される入射光Linは、拡散光であるため、導光板102内を伝搬する光は、導光板102内で様々な角度を有して反射する。したがって、導光板102のリフレクター底面に対して平行に近い入射光Linは、上述したように斜面103aで全反射することによって、出射光Loutとしてリフレクター底面のほぼ法線方向に放射されるが、リフレクター底面に対して角度を有した入射光Linは、斜面103aに入射しても全反射せずに透過光Leとしてリフレクター底面側へ透過する場合がある。すなわち、この透過光Leは、V溝103からの光漏れとなるため、導光板102の光効率が低下する。なお、導光板102のリフレクター底面側に反射シートを配置して、上記透過光Leを導光板102側へ反射することも考えられるが、この反射光はリフレクター底面に対するほぼ法線方向の光とはならないため、光出射面の正面方向の輝度の向上にはつながらない。
【0007】
一方、リフレクター底面に形成されるV溝の縁近傍に曲面形状の突起を形成した上記特許文献2で開示された導光板も、V溝によって光出射面から光を放射する原理は上述した特許文献1で開示された導光板と同様であり、V溝からの光漏れが発生する。そして、V溝を透過した透過光は、上記突起に入射することなく、導光板の底面側に配置された反射シートに到達するため、特許文献1で開示された導光板と同様に当該導光板も光効率が低下する。また、上記突起部分が曲面形状であるため、導光板内から当該突起に伝搬された光は、拡散されながら大部分が導光板の底面側へ透過する。そして、上記突起を透過した光は、導光板の底面側に配置された反射シートによって反射し、導光板を再度透過して上面へ放射される。つまり、当該導光板によって出射される光は、拡散性の高い光となり、光出射面の正面方向に対する集光性は低く、当該正面方向の輝度の向上にはつながらない。
【0008】
それ故に、本発明の目的は、正面方向への光成分の変換効率を向上することによって、光出射面の正面方向の輝度を高くする導光板およびそれが用いられたバックライト装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
本発明の導光板は、光源からの出射光を側面から入射し、当該側面から入射した光を底面で反射し上面方向に放射する。導光板は、複数本の溝および突条が形成されている。複数本の溝は、底面に、その断面がV字形状を有し、その延設方向が側面に対して平行に形成される。複数本の突条は、底面に、その断面がV字形状を有し、その延設方向が側面に対して平行に、かつ、それぞれの条溝に対して側面から遠い側の近傍にそれぞれ形成される。条溝は、側面から近い側に形成される第1の斜面と側面から遠い側に形成される第2の斜面とを有している。突条は、側面から近い側に形成される第3の斜面と側面から遠い側に形成される第4の斜面とを有している。そして、上記側面から入射した光は、第1の斜面から透過した場合、第3の斜面で屈折することによって突条で捕捉され、第4の斜面で全反射することによって、底面のほぼ法線方向に出射する。
【0010】
上記した本発明の構成によれば、それぞれの条溝に対して、光を入射する側面から遠い側の近傍にその断面がV字形状の突条を設けることによって、当該条溝によって形成される斜面で全反射できない光を当該突条で捕捉して、その捕捉した光を全反射して底面のほぼ法線方向の出射光として出射する。つまり、本発明の導光板は、それぞれの条溝に対して、光を入射する側面から遠い側の近傍に突条を設けることによって、光ロスを防ぎ、光出射面の正面輝度を向上させることができる。
【0011】
また、上記第3の斜面は、底面の法線方向に対する鋭角側の角度が、上記第1の斜面の底面の法線方向に対する鋭角側の角度より小さく形成されてもかまわない。そして、上記第4の斜面は、底面の法線方向に対する鋭角側の角度が、上記第1の斜面の鋭角側の角度とほぼ等しく形成されてもよい。この場合、条溝によって形成される第1の斜面で全反射できない角度を有する光は、第1の斜面を透過した後、突条に再入射し、第3の斜面における屈折によって、当該光が有する角度が底面に対して平行な方向に近づくように変換することができ、その結果、第4の斜面で全反射させることができる。
【0012】
さらに、上記第1および第4の斜面の鋭角側の角度を、33°〜50°で形成し、上記第3の斜面の鋭角側の角度を、0°〜17°で形成してもかまわない。この場合、底面に突条が形成されていない導光板と比較して、確実に光出射面の正面輝度を向上させることができる。
【0013】
また、上記第2および第3の斜面を同一平面上に形成することによって、条溝および突条の組を底面上に互いに連続的に形成してもかまわない。これにより、第3の斜面によって突条が光を捕捉する量が多くなり、さらに正面輝度を向上させることができる。
【0014】
また、底面は、側面から離れるにしたがって、漸次的に厚さが薄くなるように階段状に形成された複数の段面で形成されてもかまわない。この場合、条溝および突条の組は、それぞれ上記段面毎に形成される。これによって、上記側面と相対する他方の側面を透過する光が減少するため、導光板の光効率をさらに向上することができる。
【0015】
なお、本発明は、上述した導光板を用いたバックライト装置としても実現可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1を参照して、本発明の一実施形態に係るバックライト装置について説明する。なお、図1は、当該バックライト装置の構造を示す側面図である。
【0017】
図1において、本実施形態のバックライト装置は、光源1、導光板2、拡散シート3、および反射シート4を備えている。光源1は、拡散光を発するLED(Light Emitting Diode)、冷陰極管等の蛍光管、白熱灯、有機あるいは無機EL(Electoro Luminescence)等で構成される。導光板2は、平板状のアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂で構成される導光部材であり、その一方の側面(以下、光入射面と記載する)から光源1によって発せられる光が入射光Linとして入射する。そして、導光板2は、その内部に伝播する光を、光源1に対して垂直方向に導きながらバックライト装置の正面方向に形成される平板面(以下、光出射面と記載する)から出射させる。導光板2の光出射面と相対する裏面である平板面(以下、リフレクター底面と記載する)には、延設方向が光入射面に対して平行に設けられた複数の条溝5が形成される。例えば、条溝5はV字形状で形成され、以下、V溝5と記載する。そして、導光板2のリフレクター底面に形成されたV溝5の反光入射面側近傍には、三角形断面形状を有した複数本の突条(以下、突起と記載する)6が形成される。これら複数のV溝5および突起6によって、少なくとも3つの斜面が形成される。なお、導光板2のリフレクター底面に形成されるV溝5および突起6の詳細な形状については、後述する。
【0018】
光源1から出射される入射光Linは、拡散光であるため、導光板2内を伝搬する光は、導光板2内で様々な角度を有して反射する。したがって、導光板2のリフレクター底面に対して平行に近い入射光Linは、V溝5によって形成される光入射面側の斜面で全反射することによって、リフレクター底面のほぼ法線方向に、当該リフレクター底面と相対する光出射面から出射光Loutとして出射され、液晶パネル(図示せず)に導かれる。また、導光板2のリフレクター底面に対して角度を有した入射光Linは、従来の技術で説明したように、V溝5で全反射せずに透過光Leとしてリフレクター底面側へ透過することがある。このV溝5を透過した透過光Leは、導光板2のリフレクター底面から一度出射されるが、V溝5の反光入射面側近傍に設けられた突起6によって捕捉され導光板2へ再度入射する。そして、突起6に入射した透過光Leは、突起6によって形成される斜面によって屈折および反射して、最終的には、リフレクター底面のほぼ法線方向の光に変換され、導光板2を透過して出射光Loutとして出射される。なお、これらの光の変換の詳細については、後述する。
【0019】
導光板2の光出射面近傍には、光出射面から出射する出射光Loutを拡散させることによって均一にして、上記液晶パネルに拡散された出射光Loutを導くための底面が平らで上面に微細なビーズを分散した拡散シート3が設けられている。また、導光板2のリフレクター底面近傍には、導光板2のリフレクター底面から漏れ出す光を反射させ、再度導光板2の内部に光を戻すための反射シート4が設けられている。このように、本実施形態のバックライト装置は、導光板2の光入射面より光源1の入射光Linを入射し、リフレクター底面に形成した複数のV溝5の光入射面側の斜面または突起6の斜面により、導光板2内を伝播する入射光Linをリフレクター底面のほぼ法線方向に導きながら、当該バックライト装置の正面方向(光出射面)から出射光Loutとして出射する。
【0020】
次に、図2および図3を参照して、当該実施形態に係る導光板2の詳細な構造について説明する。図2は導光板2を光入射面を手前に光出射面から見た斜視図であり、図3は導光板2をリフレクター底面から見た斜視図である。なお、図2では、導光板2の内部構造を説明するために、内部に形成される斜面を透視して示している。
【0021】
図2および図3において、導光板2のリフレクター底面には、延設方向が光入射面に対して平行に設けられた複数のV溝5が形成されている。また、導光板2のリフレクター底面のV溝5の反光入射面側近傍には、V溝5と平行に突起6が形成されている。上記リフレクター底面には、V溝5が形成されることによって、光入射面側に斜面5a(図2における破線斜線で示される面)および反光入射面側に斜面5b(図3における斜線で示される面)が形成される。また、上記リフレクター底面には、突起6が形成されることによって、光入射面側に斜面5b(図3における斜線で示される面)および反光入射面側に斜面6a(図2における破線横線で示される面)が形成される。これらの複数の斜面5a、5bおよび6aが形成されることによって、導光板2のリフレクター底面に複数のプリズムが形成される。なお、本実施例における、上記リフレクター底面に突起6が形成されることによって光入射面側に形成される斜面は、上記V溝5によって形成される斜面5bと同一平面上に構成されるため、V溝5によって反光入射面側に形成される斜面および突起6によって光入射面側に形成される斜面を同じ斜面5bとして、以下の説明を行う。
【0022】
次に、図4を参照して、導光板2のリフレクター底面における斜面5a、5bおよび6aの形状について説明する。なお、図4は、導光板2に形成されるV溝5および突起6付近を拡大した側面図である。
【0023】
図4において、導光板2のリフレクター底面および光出射面は、互いに平行に構成されている。導光板2のリフレクター底面に形成されたV溝5における光入射面側の斜面5aは、当該リフレクター底面の法線方向に対して鋭角側に角度θ1(以下、角度は全て鋭角側の角度を示す)で形成される。また、導光板2のリフレクター底面に形成されたV溝5における反光入射面側および突起6の光入射面側に設けられた斜面5bは、当該リフレクター底面の法線方向に対して角度θ2で形成される。さらに、導光板2のリフレクター底面に形成された突起6における反光入射面側の斜面6aは、当該リフレクター底面の法線方向に対して角度θ3で形成される。斜面5aの角度θ1および斜面6aの角度θ3は、互いにほぼ等しく構成され、好ましくは、
θ1=θ3=35°〜50°
である。また、斜面5bの角度θ2は、角度θ1より小さく構成され、好ましくは、
θ1>θ2=0°〜20°
である。そして、リフレクター底面に対するV溝5の深さh1および突起6の高さh2は、
h1≒h2
となるように、V溝5および突起6が形成される。
【0024】
次に、図5を参照して、導光板2における光の伝搬について説明する。なお、図5は、入射光Linが導光板2で伝搬する動きを示すためのV溝5および突起6付近を拡大した側面図である。ここでは、入射光Linの代表的な2つの例として、導光板2のリフレクター底面に対して平行に近い入射光をLin1とし、当該底面に対して角度θinを有した入射光をLin2として、導光板2内部における入射光Lin1およびLin2の動きの説明を行う。
【0025】
図5において、導光板2のリフレクター底面に対して平行に近い入射光Lin1は、V溝5で形成される斜面5aに入射した場合、当該斜面5aの法線方向に対して角度θ1に近い入射角で斜面5aに入射する。ここで、角度θ1は、上述したようにθ1=35°〜50°で構成されているため、斜面5aに入射した入射光Lin1は、斜面5aでリフレクター底面のほぼ法線方向に全反射される。そして、入射光Lin1は、導光板2をリフレクター底面のほぼ法線方向に伝搬し、出射光Lout1として光出射面から出射される。
【0026】
一方、導光板2のリフレクター底面に対して角度θinを有した入射光Lin2は、V溝5で形成される斜面5aに入射した場合、当該斜面5aの法線方向に対して角度θ1−θinを有する入射角で斜面5aに入射する。つまり、角度θinが、角度θ1に近い場合、入射光Lin2の斜面5aへの入射角がほぼ0°となり、入射光Lin2は斜面5aを透過して透過光Leとなる。
【0027】
透過光Leは、導光板2のV溝5から出射し、斜面5bの法線方向に対して角度θin+θ2を有する入射角で斜面5bから突起6に入射する。そして、透過光Leは、斜面5bの法線方向に対して屈折角θrで屈折して、突起6再入射光Leinとして突起6の内部を伝搬する。この屈折角θrは、導光板2の屈折率をnとすると、
θr=(θin+θ2)/n
となる。ここで、斜面5bがリフレクター底面の法線方向に対して角度θ2で形成されているため、再入射光Leinは、リフレクター底面に対して角度θr−θ2=(θin+θ2)/n−θ2で突起6内部を伝搬することになる。つまり、入射光Lin2のリフレクター底面に対する角度θinは、導光板2の屈折率nおよび斜面5bの角度θ2に応じて、その角度θinがリフレクター底面に対して平行な方向に近づくように変換される。
【0028】
再入射光Leinは、斜面6bの法線方向に対して角度θ3−(θr−θ2)を有する入射角で斜面6aに入射する。そして、斜面6aに入射した再入射光Leinは、斜面6aでリフレクター底面のほぼ法線方向に全反射され、導光板2をリフレクター底面のほぼ法線方向に伝搬し、出射光Lout2として光出射面から出射される。
【0029】
つまり、V溝5によって形成される斜面5aで全反射できない角度を有する入射光Lin2は、斜面5aを透過した後、突起6に再入射し、斜面5bにおける屈折によってその角度がリフレクター底面に対して平行な方向に近づくように変換されることによって、斜面6aで全反射する。なお、斜面5bによって屈折して再入射する再入射光Leinは、斜面5bへの入射位置によって、斜面6bに伝搬されずに、反光入射面方向に形成されている別の斜面5aに入射することも有り得る。この場合、再入射光Leinは、上記別の斜面5aで全反射され、同様にリフレクター底面のほぼ法線方向に伝搬し、出射光Loutとして光出射面から出射される。
【0030】
なお、上述したように、導光板2のリフレクター底面および光出射面は、互いに平行に構成し、入射光Linを導光板2内部で全反射させながら伝搬させる。これに対して、例えば、導光板2のリフレクター底面および光出射面が平行でなく、反光入射面側が狭くなるような角度を有している場合、導光板2内を伝搬する光がリフレクター底面および光出射面間で全反射する毎に、リフレクター底面あるいは光出射面への光の角度が大きくなり、最終的には、透過して導光板2の外部へ出射される。このとき、光の出射方向は、リフレクター底面の法線方向に対して斜めに出射されるため、光出射面の正面方向への輝度アップにはつながらない。したがって、導光板2は、リフレクター底面および光出射面を互いに平行に構成することで、光伝播でのロスを防ぐことができる。
【0031】
また、導光板2の光出射面から出射する光量は、リフレクター底面に形成した斜面5aおよび6aの面積に比例する。そして、光源1に近いほど導光板2内を伝搬する光は多いので、導光板2の光出射面から出射される輝度を均一にするためには、光源1に近いほど斜面5aおよび6aの面積を漸減的に小さくする必要がある。このために、導光板2では、光源1に近いほどV溝5の深さh1を漸次的に浅く、および突起6の高さh2を漸次的に高く形成すればよい。または、V溝5の深さh1および突起6の高さh2を一定にし、V溝5および突起6のピッチを、光源1から離れるにしたがって漸次的に狭くすればよい。あるいは、上記深さh1および高さh2と、V溝5および突起6のピッチとの漸次的な変化を組み合わせてもよい。
【0032】
次に、図6および図7を参照して、従来の導光板102(図10参照)と比較した導光板2の正面輝度アップ率について説明する。なお、図6は、導光板2の斜面5bの角度θ2を変化させて、従来の導光板102との比較を光学シミュレーションによって行った図であり、図7は、導光板2の斜面5aおよび6aの角度θ1およびθ3を変化させて、従来の導光板102との比較を光学シミュレーションによって行った図である。
【0033】
図6において、導光板2と従来の導光板102との比較を行う光学シミュレーションは、スネル則での反射屈折による光線追跡を導光板の一断面内、すなわち、図1で示される2次元面内で演算した光出射面方向の平均輝度で比較を行った。上記光学シミュレーションにおける、導光板2および102に共通する条件は、導光板厚み0.4mm、長さ45mm、溝ピッチ0.35mm、導光板中心に対する光出射面全体の輝度均一性0.7、および導光板の屈折率1.49とした。また、導光板102のV溝103の開口溝角度を84°で一定とした。また、導光板2における斜面5aおよび6aの角度θ1およびθ3は、θ1=θ3=48°で固定し、斜面5bの角度θ2を変化させて、上記導光板102との輝度比較を行った。このような条件に係る導光板2および102の光出射面方向の平均輝度を比較すると、斜面5bの角度θ2を小さくすることによって、導光板2の上記平均輝度が、導光板102に対して向上することがわかる。例えば、導光板2の角度θ2を17°以下に設定することによって、導光板2の上記平均輝度アップ率は、導光板102に対して10%(1.10)が得られる。
【0034】
図7において、導光板2と従来の導光板102との比較を行う光学シミュレーションは、図6と同様の平均輝度で比較を行った。当該光学シミュレーションにおける、導光板2および102に共通する条件は、導光板厚み0.4mm、長さ45mm、溝ピッチを0.35mm、導光板中心に対する光出射面全体の輝度均一性0.7、および導光板の屈折率1.49とした。また、導光板102のV溝103の開口溝角度を84°で一定とした。また、導光板2における斜面5bの角度θ2は、θ2=12°で固定し、斜面5aおよび6aの角度θ1およびθ3を同じ角度(つまり、θ1=θ3は固定)で変化させて、上記導光板102との輝度比較を行った。このような条件に係る導光板2および102の光出射面方向の平均輝度を比較すると、斜面5aおよび6aの角度θ1およびθ3を、θ1=θ3=33°〜50°で設定することによって、導光板2の上記平均輝度が、導光板102に対して向上することがわかる。
【0035】
このように、本発明の導光板は、V溝の反光入射面側に突起を設けることによって、当該V溝によって形成される斜面で全反射できない入射光を当該突起で捕捉して、その捕捉した入射光を全反射して光出射面からの出射光として出射する。つまり、本発明の導光板は、V溝の反光入射面側に突起を設けることによって、光ロスを防ぎ、光出射面の正面輝度を向上させることができる。
【0036】
なお、上述の導光板2の説明では、リフレクター底面の高さを一定で形成したが、図8に示すように、V溝5および突起6の後に段差tを設けることによって、光入射面から離れるにしたがって導光板2の厚さが薄くなるようにリフレクター底面を階段状に形成してもかまわない。このように導光板2の光入射面から離れるにしたがって導光板2の厚さが薄くなるようにリフレクター底面を階段状に形成することによって、反光入射面を透過する光が減少するため、導光板2の光効率をさらに向上することができる。
【0037】
また、上述の導光板2の説明では、上記リフレクター底面に突起6が形成されることによって光入射面側に形成される斜面5bと、V溝5によって形成される斜面5bとを同一平面上に構成し、1つの斜面5bとした。しかしながら、これらの斜面は、同一平面上に形成しなくてもかまわない。つまり、図9に示すように、導光板2のリフレクター底面において、V溝5および突起6の間に長さuのリフレクター底面部を設け、V溝5の反光入射面側の斜面5cと突起6の光入射面側の斜面6bとをそれぞれ別に形成してもよい。この場合、それぞれの斜面5cおよび6bを、リフレクター底面の法線方向に対して上述した斜面5bが有していた角度θ2で形成することによって、斜面5bと同様の機能を斜面5cおよび6bによって実現できることは、言うまでもない。
【0038】
また、上述した導光板2は、平板状のアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂で構成したが、ガラスでもかまわない。また、導光板2のリフレクター底面に形成される突起6の先端の欠け防止のために、当該先端部に僅かな平坦あるいは曲面部を設けてもかまわない。
【0039】
【発明の効果】
本発明の導光板は、V溝の反光入射面側に突起を設けることによって、当該V溝によって形成される斜面で全反射できない入射光を当該突起で捕捉して、その捕捉した入射光を全反射して光出射面からの出射光として出射する。つまり、本発明の導光板は、V溝の反光入射面側に突起を設けることによって、光ロスを防ぎ、光出射面の正面輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るバックライト装置の構造を示す側面図である。
【図2】図1の導光板2を光入射面を手前に光出射面から見た斜視図である。
【図3】図1の導光板2を光入射面を手前にリフレクター底面から見た斜視図である。
【図4】図1の導光板2に形成されるV溝5および突起6付近を拡大した側面図である。
【図5】図1の入射光Linが導光板2で伝搬する動きを示すためのV溝5および突起6付近を拡大した側面図である。
【図6】図4の導光板2の斜面5bの角度θ2を変化させて、従来の導光板102との比較を光学シミュレーションによって行った図である。
【図7】図4の導光板2の斜面5aおよび6aの角度θ1およびθ3を変化させて、従来の導光板102との比較を光学シミュレーションによって行った図である。
【図8】図1の導光板2を光入射面から離れるにしたがって厚さが薄くなるようにリフレクター底面を階段状に形成した一例を示す図である。
【図9】図1の導光板2のV溝5および突起6の間に長さuのリフレクター底面部を設けた一例を示す図である。
【図10】特開平7−294745号公報で開示された従来の導光板の構造について説明するための側面概要図である。
【符号の説明】
1…光源
2…導光板
3…拡散シート
4…反射シート
5…V溝
6…突起
5a、5b、5c、6a、6b…斜面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate used as a backlight of a display device and a backlight device using the same, and more specifically, a light guide plate used as a backlight of a liquid crystal display device and the like, and a backlight device using the same. About.
[0002]
[Prior art]
In recent years, liquid crystal displays have been widely used as display devices for personal computers, mobile terminals, mobile phones, television devices, and the like. This liquid crystal display is required to be lighter, smaller, thinner, lower in power consumption, higher in brightness, and lower in price. Therefore, a backlight device mounted as a backlight source of the liquid crystal display is also required. Similar improvements are required. Such a backlight device includes a light guide plate that radiates light incident from a light source while reflecting the light on a plurality of reflection surfaces provided near the bottom surface of the member while guiding the light in a direction substantially normal to the bottom surface. Is provided. The same improvement as described above is required for this light guide plate.
[0003]
An example of such a light guide plate used in a conventional backlight device is disclosed (for example, see Patent Document 1). Further, a light guide plate in which a curved protrusion is formed near the edge of a V-shaped groove formed on the bottom surface is disclosed (for example, see Patent Document 2). The structure of the light guide plate disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic side view showing the structure of the light guide plate.
[0004]
In FIG. 10, a
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-294745
[Patent Document 2]
JP 2000-89033 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the incident light Lin emitted from the light source 100 is a diffused light, light propagating in the
[0007]
On the other hand, the light guide plate disclosed in Patent Literature 2 having a curved projection formed near the edge of a V-groove formed on the bottom surface of the reflector is also disclosed in the above-mentioned Patent Literature. 1, light leakage from the V-groove occurs. Then, the transmitted light transmitted through the V-groove reaches the reflection sheet disposed on the bottom surface side of the light guide plate without being incident on the protrusion, and thus the light guide plate is similar to the light guide plate disclosed in Patent Document 1. Also, the light efficiency decreases. Further, since the projection has a curved shape, most of the light propagated from inside the light guide plate to the projection is transmitted to the bottom surface side of the light guide plate while being diffused. Then, the light transmitted through the protrusion is reflected by the reflection sheet disposed on the bottom surface side of the light guide plate, transmitted through the light guide plate again, and emitted to the upper surface. That is, the light emitted by the light guide plate becomes light having a high diffusivity, the light condensing property of the light emitting surface in the front direction is low, and it does not lead to the improvement of the brightness in the front direction.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a light guide plate that increases the luminance in the front direction of a light emitting surface by improving the conversion efficiency of a light component in the front direction, and a backlight device using the same. It is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
In the light guide plate of the present invention, light emitted from a light source is incident on a side surface, and light incident on the side surface is reflected on a bottom surface and emitted toward an upper surface. The light guide plate has a plurality of grooves and ridges. The plurality of grooves have a V-shaped cross section on the bottom surface, and the extending direction is formed parallel to the side surface. The plurality of ridges have a V-shaped cross section on the bottom surface, and their extending directions are formed in parallel with the side surfaces and near the distant sides of the respective groove grooves. Is done. The groove has a first slope formed closer to the side and a second slope formed farther from the side. The ridge has a third slope formed on the side closer to the side surface and a fourth slope formed on the side farther from the side surface. When the light incident from the side surface is transmitted through the first slope, the light is refracted by the third slope and captured by the ridge, and is totally reflected by the fourth slope, thereby substantially normal to the bottom surface. Emit in the direction.
[0010]
According to the configuration of the present invention described above, each of the grooves is formed by providing a V-shaped ridge in the vicinity of a side far from the side surface on which light is incident, thereby forming the ridge. Light that cannot be totally reflected on the slope is captured by the ridge, and the captured light is totally reflected and emitted as light emitted in a direction substantially normal to the bottom surface. In other words, the light guide plate of the present invention prevents light loss and improves the front luminance of the light exit surface by providing a ridge in the vicinity of a side farther from the light incident side surface for each groove. Can be.
[0011]
Further, the third slope may be formed such that the acute angle with respect to the normal direction of the bottom surface is smaller than the acute angle with respect to the normal direction of the bottom surface of the first slope. The fourth slope may be formed such that an angle on the acute angle side with respect to the normal direction of the bottom surface is substantially equal to the angle on the acute angle side of the first slope. In this case, the light having an angle that cannot be totally reflected by the first slope formed by the groove passes through the first slope and then re-enters the ridge, and the light is refracted by the third slope to cause the light to be refracted. The angle can be converted so as to approach a direction parallel to the bottom surface, and as a result, the light can be totally reflected on the fourth slope.
[0012]
Further, the first and fourth slopes may be formed at an acute angle of 33 ° to 50 °, and the third slope may be formed at an acute angle of 0 ° to 17 °. . In this case, the front luminance of the light emitting surface can be reliably improved as compared with the light guide plate having no projection on the bottom surface.
[0013]
Also, by forming the second and third slopes on the same plane, a set of grooves and protrusions may be formed continuously on the bottom surface. Accordingly, the amount of light captured by the ridges by the third slope increases, and the front luminance can be further improved.
[0014]
Further, the bottom surface may be formed of a plurality of step surfaces formed in steps so that the thickness gradually decreases as the distance from the side surface increases. In this case, a set of the groove and the ridge is formed for each of the step surfaces. Thus, light transmitted through the other side surface opposite to the side surface is reduced, so that the light efficiency of the light guide plate can be further improved.
[0015]
Note that the present invention can also be realized as a backlight device using the above-described light guide plate.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A backlight device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view showing the structure of the backlight device.
[0017]
In FIG. 1, the backlight device of the present embodiment includes a light source 1, a light guide plate 2, a diffusion sheet 3, and a reflection sheet 4. The light source 1 includes an LED (Light Emitting Diode) that emits diffused light, a fluorescent tube such as a cold cathode tube, an incandescent lamp, an organic or inorganic EL (Electro Luminescence), or the like. The light guide plate 2 is a light guide member made of a transparent resin such as a flat acrylic or polycarbonate, and light emitted from the light source 1 from one side surface (hereinafter, referred to as a light incident surface) is incident light Lin. Incident. The light guide plate 2 emits light propagating therein from a flat plate surface (hereinafter, referred to as a light emission surface) formed in the front direction of the backlight device while guiding the light in a direction perpendicular to the light source 1. . A plurality of
[0018]
Since the incident light Lin emitted from the light source 1 is a diffused light, the light propagating in the light guide plate 2 is reflected in the light guide plate 2 at various angles. Therefore, the incident light Lin nearly parallel to the reflector bottom surface of the light guide plate 2 is totally reflected by the light incident surface side slope formed by the V-
[0019]
In the vicinity of the light exit surface of the light guide plate 2, the exit light Lout emitted from the light exit surface is made uniform by diffusing, and the bottom surface for guiding the exit light Lout diffused to the liquid crystal panel is flat and the top surface is fine. A diffusion sheet 3 in which various beads are dispersed is provided. In addition, near the reflector bottom surface of the light guide plate 2, there is provided a reflection sheet 4 for reflecting light leaking from the reflector bottom surface of the light guide plate 2 and returning the light to the inside of the light guide plate 2 again. As described above, in the backlight device of the present embodiment, the incident light Lin of the light source 1 is incident from the light incident surface of the light guide plate 2, and the slopes or protrusions on the light incident surface side of the plurality of V-
[0020]
Next, a detailed structure of the light guide plate 2 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view of the light guide plate 2 viewed from the light exit surface with the light incident surface in front, and FIG. 3 is a perspective view of the light guide plate 2 viewed from the bottom surface of the reflector. In FIG. 2, a slope formed inside the light guide plate 2 is shown in perspective for explaining the internal structure of the light guide plate 2.
[0021]
2 and 3, a plurality of V-
[0022]
Next, the shapes of the
[0023]
In FIG. 4, the reflector bottom surface and the light emission surface of the light guide plate 2 are configured to be parallel to each other. The
θ1 = θ3 = 35 ° -50 °
It is. Further, the angle θ2 of the
θ1> θ2 = 0 ° -20 °
It is. Then, the depth h1 of the
h1 ≒ h2
The V-
[0024]
Next, the propagation of light in the light guide plate 2 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an enlarged side view showing the vicinity of the V-
[0025]
In FIG. 5, when the incident light Lin <b> 1 that is nearly parallel to the reflector bottom surface of the light guide plate 2 is incident on the
[0026]
On the other hand, when the incident light Lin2 having an angle θin with respect to the reflector bottom surface of the light guide plate 2 is incident on the
[0027]
The transmitted light Le exits from the V-
θr = (θin + θ2) / n
It becomes. Here, since the
[0028]
The re-incident light Lein is incident on the
[0029]
That is, the incident light Lin2 having an angle that cannot be totally reflected by the
[0030]
As described above, the reflector bottom surface and the light emitting surface of the light guide plate 2 are configured to be parallel to each other, and propagate the incident light Lin while totally reflecting the light inside the light guide plate 2. On the other hand, for example, when the reflector bottom surface and the light exit surface of the light guide plate 2 are not parallel and have an angle such that the anti-light incident surface side becomes narrow, the light propagating in the light guide plate 2 has the reflector bottom surface and the light bottom surface. Each time the light is totally reflected between the light emitting surfaces, the angle of the light to the reflector bottom surface or the light emitting surface increases, and finally the light is transmitted and emitted to the outside of the light guide plate 2. At this time, since the light is emitted obliquely with respect to the normal direction of the bottom surface of the reflector, it does not lead to an increase in luminance in the front direction of the light emission surface. Therefore, the light guide plate 2 can prevent a loss in light propagation by configuring the reflector bottom surface and the light emission surface to be parallel to each other.
[0031]
The amount of light emitted from the light exit surface of the light guide plate 2 is proportional to the area of the
[0032]
Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, a description will be given of the front luminance increase rate of the light guide plate 2 as compared with the conventional light guide plate 102 (see FIG. 10). FIG. 6 is a diagram in which the angle θ2 of the
[0033]
In FIG. 6, an optical simulation for comparing the light guide plate 2 with the conventional
[0034]
In FIG. 7, in an optical simulation for comparing the light guide plate 2 with the conventional
[0035]
In this manner, the light guide plate of the present invention captures the incident light that cannot be totally reflected by the slope formed by the V groove by providing the protrusion on the side of the light receiving surface of the V groove, and captures the light. The incident light is totally reflected and emitted as light emitted from the light emitting surface. That is, the light guide plate of the present invention can prevent light loss and improve the front luminance of the light exit surface by providing the protrusion on the side of the V-groove opposite to the light incident surface.
[0036]
In the above description of the light guide plate 2, the height of the reflector bottom surface is formed to be constant. However, as shown in FIG. 8, by providing a step t behind the
[0037]
Further, in the above description of the light guide plate 2, the
[0038]
Further, the light guide plate 2 is made of a transparent resin such as a flat acrylic or polycarbonate, but may be made of glass. Further, in order to prevent the tip of the projection 6 formed on the bottom surface of the reflector of the light guide plate 2 from being chipped, a slightly flat or curved surface may be provided at the tip.
[0039]
【The invention's effect】
The light guide plate of the present invention has a projection on the side opposite to the light incident surface of the V-groove, so that the projection captures incident light that cannot be totally reflected on the slope formed by the V-groove, and collects the captured incident light. The light is reflected and emitted as light emitted from the light emission surface. That is, the light guide plate of the present invention can prevent light loss and improve the front luminance of the light exit surface by providing the protrusion on the side of the V-groove opposite to the light incident surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a structure of a backlight device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the light guide plate 2 of FIG. 1 as viewed from a light emitting surface with a light incident surface in front.
FIG. 3 is a perspective view of the light guide plate 2 of FIG. 1 as viewed from a reflector bottom surface with a light incident surface in front.
FIG. 4 is an enlarged side view of the vicinity of a V-
FIG. 5 is an enlarged side view showing the vicinity of a V-
6 is a diagram in which the angle θ2 of the
FIG. 7 is a diagram in which the angles θ1 and θ3 of the
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the reflector bottom surface is formed in a step-like manner so that the light guide plate 2 of FIG. 1 becomes thinner as the distance from the light incident surface increases.
9 is a diagram showing an example in which a reflector bottom portion having a length u is provided between the V-
FIG. 10 is a schematic side view for explaining the structure of a conventional light guide plate disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-294745.
[Explanation of symbols]
1. Light source
2 ... Light guide plate
3. Diffusion sheet
4: Reflective sheet
5 ... V groove
6 ... Projection
5a, 5b, 5c, 6a, 6b ... slope
Claims (7)
前記底面に、その断面がV字形状を有し、その延設方向が前記側面に対して平行に形成される複数本の条溝と、
前記底面に、その断面がV字形状を有し、その延設方向が前記側面に対して平行に、かつ、それぞれの前記条溝の前記側面から遠い側近傍にそれぞれ形成される複数本の突条とが形成され、
前記条溝は、前記側面から近い側に形成される第1の斜面と前記側面から遠い側に形成される第2の斜面とを有しており、
前記突条は、前記側面から近い側に形成される第3の斜面と前記側面から遠い側に形成される第4の斜面とを有している、導光板。A light guide plate that emits light from a light source from a side surface and reflects the light incident from the side surface on a bottom surface and emits the light toward an upper surface,
A plurality of grooves formed on the bottom surface, the cross section of which has a V-shape, and the extending direction is formed parallel to the side surface;
A plurality of protrusions are formed on the bottom surface, the cross-section of which has a V-shape, the extending direction of which is parallel to the side surface, and each of the grooves is formed near the side far from the side surface. Article is formed,
The groove has a first slope formed on a side closer to the side surface and a second slope formed on a side farther from the side surface,
The light guide plate, wherein the ridge has a third slope formed on a side closer to the side surface and a fourth slope formed on a side farther from the side surface.
前記第4の斜面は、前記底面の法線方向に対する鋭角側の角度が、前記第1の斜面の鋭角側の角度とほぼ等しく形成される、請求項1あるいは2に記載の導光板。The third slope is formed such that an acute angle side with respect to a normal direction of the bottom surface is smaller than an acute angle side with respect to a normal direction of the bottom surface of the first slope,
3. The light guide plate according to claim 1, wherein the fourth slope is formed such that an acute angle with respect to a normal direction of the bottom surface is substantially equal to an acute angle of the first slope.
前記第3の斜面の鋭角側の角度は、0°〜17°で形成される、請求項3に記載の導光板。The acute angle of the first and fourth slopes is formed at 33 ° to 50 °,
4. The light guide plate according to claim 3, wherein the acute angle of the third slope is 0 ° to 17 °. 5.
前記条溝および突条の組は、それぞれ前記段面毎に形成される、請求項1乃至5に記載の導光板。The bottom surface is formed of a plurality of step surfaces formed in a step-like manner so that the thickness gradually decreases as the distance from the side surface increases,
The light guide plate according to claim 1, wherein the set of the groove and the ridge is formed for each of the step surfaces.
光源と、
前記導光板から放射された光を拡散する拡散シートとを備える、バックライト装置。The light guide plate according to claim 1,
A light source,
And a diffusion sheet for diffusing light emitted from the light guide plate.
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