【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、面光源装置に関し、特に例えば、液晶表示パネルのバックライトまたはフロントライトなどに用いられる、点光源を使用した面光源装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、液晶表示パネルのバックライト用面光源装置には、導光板の厚さを薄くできることから、エッジライト方式の導光板が広く利用されており、光源として、冷陰極管ランプなどの線光源が導光板の側端面に沿って取付けられていた。
【０００３】
しかし、近年携帯型装置の普及に伴い、その省電力化が望まれていることから、導光板に取付けられる光源も、冷陰極管ランプに比べて消費電力が少ないＬＥＤ（発光ダイオード）素子が注目され、実用化されている。
【０００４】
例えばＬＥＤ素子を点光源として利用した例として、平成１２年１月１４日付で出願公開された特開２０００−１１７２３号公報［Ｆ２１Ｖ８／００］に、透光性材料からなる導光板の側端面に沿って、同じく透光性材料からなる直線状の１本または２本の導光体が近接して取付けられ、その導光体の各端部にＬＥＤ素子が配置された面光源装置が開示されている。この面光源装置は、ＬＥＤ素子からの光を導光体に進入させることによって、導光体を線状光源として利用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの面光源装置は、いずれも導光板以外に、点光源−線光源変換手段ともいうべき導光体を必要とする。このため、面光源装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、点光源を使用しながら小型で十分な明るさが得られる、面光源装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、透光性材料からなる導光板の側端面に近接して配置された点光源から光が進入し、導光板の上面から光を射出する面光源装置であって、側端面上の、少なくとも点光源に対向する領域に、光の波長を導光板の屈折率で割った値よりも大きなパターンピッチを有し、回折光が生じるような第１凹凸パターンを形成した、面光源装置である。
【０００８】
【作用】
この発明の面光源装置には、導光板の入光面となる側端面上であって、少なくとも点光源に対向する領域に、入射光の波長を導光板の屈折率で割った値よりも大きなパターンピッチを有する第１凹凸パターンが形成されている。この第１凹凸パターンにより、入射光は複数の回折角を有する回折光が発生し、これらの回折光が導光板内に進入していく。このため、導光板内に光が回り込まない暗部がほとんどなくなり、輝度むらが生じない。
【０００９】
また、導光板の側端面上の、点光源に対向する領域から離れた領域に、点光源からの光の波長を導光板の屈折率で割った値よりも小さなパターンピッチを有する第２凹凸パターンがさらに形成されていることが好ましい。この場合、点光源からの光の一部は第１凹凸パターンで反射され、この反射光は周囲の反射部材でさらに反射されて、第２凹凸パターンに入射する。第２凹凸パターンは第１凹凸パターンと異なり反射防止効果が大きいので、第２凹凸パターンに入射した光の大部分は、反射されずに導光板１２に進入する。このため、導光板から射出される光量が増加するので、十分な明るさの面光源装置を得ることができる。
【００１０】
また、さらに第１凹凸パターンを構成する基本パターンが、導光板の厚さ方向の中心線に対して線対称であることが好ましい。この場合、第１凹凸パターンによって回折された光は、導光板内で各中心線に対してそれぞれ対称に拡がるので、輝度むらが生じない。
【００１１】
この発明のある実施例では、面光源装置の側端面に形成されている第１凹凸パターンおよび第２凹凸パターンはいずれも導光板の厚さ方向に延びた断面が三角形の形状である。
【００１２】
【発明の効果】
この発明によれば、導光板の側端面に形成された第１凹凸パターンで入射光を回折させることにより、点光源からの光を導光板内に満遍なく拡散させることができるので、小型で十分な明るさを持つ面光源装置を得ることができる。
【００１３】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１４】
【実施例】
（第１実施例）
図１を参照して、第１実施例の面光源装置１０は、導光板１２、ＬＥＤユニット２０、リフレクタ２２、および格納容器２４を含む。
【００１５】
導光板１２の材料は、光を効率よく通過させる透光性材料の中から選択され、通常はアクリル樹脂またはポリカーボネイト樹脂が用いられる。また、導光板１２の形状は、図１に示すように、軽量化を図るため、ＬＥＤユニット２０が配置される側端面１４から遠ざかるにしたがって、その板厚が徐々に薄くなる、いわゆる楔形に成形されているが、これに限られず、例えば略直方体形状であってもよい。
【００１６】
導光板１２の入光面となる側端面１４に近接して、３個の白色ＬＥＤ素子１８が一定の間隔で、直線状に実装されたＬＥＤユニット２０が配置されている。この白色ＬＥＤ素子１８は、例えばＧａＩｎＮ系の青色ＬＥＤチップからの光をケース内面に塗布したＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光物質を用いて白色光に変換する素子である。その発光スペクトル分布は、図２に示すように、波長の分布範囲は約４２０ｎｍ〜約７６０ｎｍで、青色ＬＥＤチップからの波長約４６０ｎｍの光が最も強度が強く、次にＹＡＧからの波長約５７０ｎｍの光が強い。
【００１７】
また、ＬＥＤユニット２０および導光板１２の入光面となる側端面１４を囲むようにリフレクタ２２が設けられている。リフレクタ２２は、金属板を曲げ加工したもので、光が反射しやすいようにその内面が鏡面加工されたり、あるいは白い塗料で塗装されたりしている。このようなリフレクタ２２で囲むことによって、ＬＥＤ素子１８から射出された光のうち導光板１２の入光面で反射された光も、リフレクタ２２の内面で反射されて、再び導光板１２の入光面に向かうようにすることができる。
【００１８】
さらに、導光板１２とリフレクタ２２は、導光板１２の上面に対応する位置に開口部を有する格納容器２４に入れられている。この格納容器２４も、光が反射しやすいようにその内面が鏡面加工され、あるいは白い塗料で塗装されているので、ＬＥＤ素子１８からの光はリフレクタ２２の側面から漏れることなく導光板１２に進入し、導光板１２に進入した光はその底面および側面で反射を繰り返しながら、導光板１２の上面から図示しない液晶パネルの照明光として外部に射出される。
【００１９】
次に、図３に示すように、３個のＬＥＤ素子１８が直線状に実装されたＬＥＤユニット２０が、導光板１２の入光面となる側端面１４に沿って近接して配置されている場合、ＬＥＤ素子１８からの光は導光板１２に進入した後、導光板１２内に拡がる。このとき、導光板１２の側端面１４は平面であるので、導光板１２内の斜線で示す暗部には光が回り込まない。このため、この導光板を使用した面光源装置には、輝度むらが生じる。
【００２０】
このような暗部をなくすために、導光板１２の入光面である側端面１４に±１次以上の高次の回折光が生じるような凹凸パターン（第１凹凸パターン）１６を形成する必要がある。すなわち、この第１凹凸パターン１６は、そのピッチ（周期）が、使用する光源の波長を導光板１２の材料の屈折率で割った値よりも大きくなるようにする必要がある。この第１凹凸パターン１６に光が入射すると、光は回折角が異なる複数の回折光に回折されて導光板１２に進入し、図３に示す暗部にも回り込むので、輝度むらをなくすることができる。
【００２１】
このような第１凹凸パターン１６としては、導光板１２の厚さ方向に延びた、断面が図４（ａ）に示す三角形の形状１６ａが考えられる。この第１凹凸パターン１６は、その基本パターンである三角形ごとに、中心線に対して左右対称（線対称）であることが好ましい。これは、もし第１凹凸パターン１６の基本パターンが左右対称になっていなければ、導光板１２内に拡がる光も左右対称にはならないので、輝度むらが生じるからである。
【００２２】
なお、第１凹凸パターン１６の断面形状は、図４（ａ）に示す三角形の形状１６ａに限定されるものではなく、例えば、図４（ｂ）に示す三角形で、底面が平坦な形状１６ｂ、図４（ｃ）に示す矩形形状１６ｃ、図４（ｄ）に示す台形形状１６ｄなどの形状でもよい。
【００２３】
次に、第１凹凸パターン１６が形成されている導光板１２の側端面１４に光が入射する場合に、入射角と回折角との関係について計算した結果を図５に示す。ここで、導光板１２はアクリル樹脂からなり、ＬＥＤ素子１８の光の波長を４６０ｎｍの単色光とする。また、第１凹凸パターン１６のピッチを３μｍとする。なお、第１凹凸パターン１６の形状は回折角の計算結果に影響を与えない。
【００２４】
図５において、斜線が施された領域は、導光板１２の側端面１４に第１凹凸パターン１６が形成されていないときに、光が回り込まない暗部を表している。図５からわかるように、ＬＥＤ素子１８からの光が導光板１２に進入するときの入射角を０度、２０度、３４度としたとき、回折角はそれぞれ３８度、５７度、８３度となる。特に、入射角が３４度の場合には回折角も８３度となることから、回折光はほぼ導光板１２の入光面１４に平行に近くなるまで回折され、暗部はほとんどなくなることがわかる。
【００２５】
また、パターンピッチが０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍの第１凹凸パターン１６に光を入射させた場合、ピッチ０．５μｍで回折された１次光、ピッチ１μｍで回折された２次光、ピッチ２μｍで回折された４次光、ピッチ３μｍで回折された６次光の回折角は同じ角度となる。
【００２６】
さらに、入射角を３４度よりも大きくすると、回折角が９０度を超えるような回折光は発生しなくなってしまう。例えば、パターンピッチが３μｍで、入射角が３５度の場合、５次光までの回折光は発生するが、６次光は発生しない。
【００２７】
次に、図６〜図９に第１凹凸パターン１６のピッチが０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍの場合について、そのアスペクト比（凸部の高さ／パターンピッチ）と回折効率の関係を示している。回折効率は、導光板１２の側端面１４に形成されている第１凹凸パターン１６の形状に依存し、この場合の第１凹凸パターン１６は導光板１２の厚さ方向に延びる、断面が三角形の形状とする。また、入光面となる側端面１４への光の入射角は０度とし、導光板１２はアクリル樹脂からなるものとする。また、図２のＬＥＤ素子１８の発光スペクトル分布からわかるように、波長４６０ｎｍのときの光強度が最も強いことから、この波長で回折効率を計算しても白色光の場合の回折効率との誤差は小さいと考えられるので、計算の都合上、入射光の波長を４６０ｎｍとする。
【００２８】
これらの図６〜図９で、各アスペクト比に対する回折効率を表しているが、この回折効率は回折光の光量とほぼ等しいと考えられるので、導光板１２の暗部をなくすためには、複数の回折光が発生し、しかもそれらの回折光の回折効率が高くなるように第１凹凸パターン１６のアスペクト比を選ぶ必要がある。
【００２９】
また、導光板１２は金型を用いてアクリル樹脂を射出成形することにより成形されるので、金型が作りやすいように第１凹凸パターン１６のアスペクト比があまり大きくないような形状とする必要がある。
【００３０】
次に、これらの点を考慮して、実際に使用可能な第１凹凸パターン１６のアスペクト比を検討する。パターンピッチが０．５μｍの場合、図６からわかるように、アスペクト比が２以上になると、ほとんど０次光だけになってしまうので、暗部に回折光が回り込まなくなる。このため、導光板１２の入光面１４に形成する第１凹凸パターン１６のアスペクト比を１〜２にする必要がある。
【００３１】
パターンピッチが１μｍの場合、図７からわかるように、アスペクト比が１．２付近で０次光、１次光、２次光の回折効率がほぼ等しくなっているため、これらの回折光の光量はほぼ等しいことがわかる。また、０次光と２次光を利用するならばアスペクト比が１．６付近となるように、０次光と１次光を利用するならばアスペクト比が２．８付近または４．５付近となるように形成すればよいが、アスペクト比が４．５の場合は金型の成形が難しい。
【００３２】
パターンピッチが２μｍの場合は、図８からわかるように、アスペクト比が１．３付近で０次光、３次光、４次光、６次光が、また２．０付近で０次光、１次光、４次光の回折効率が大きくなっていることがわかる。また、０次光と４次光を利用するためには、アスペクト比が１．８付近となるように形成すればよい。
【００３３】
パターンピッチが３μｍの場合は、図９からわかるように、アスペクト比が１．５から１．８付近で０次光、３次光、６次光、７次光の回折効率が大きくなっていることがわかる。
【００３４】
このように、第１凹凸パターン１６のピッチが大きくなれば、より高次の回折光が発生することがわかる。しかし、パターンピッチを大きくして多くの高次回折光を発生させても、０次回折光の回折効率が大きくなるだけで、±１次以上の回折光の回折効率はあまり大きくならず、暗部に回りこむ光の光量が少ないため、導光板１２の輝度むらの改善にはあまり役立たない。このため、パターンピッチは実用上３μｍ以下が好ましい。
【００３５】
（第２実施例）
図１０を参照して、第２実施例の面光源装置１０について説明する。この実施例は、第１実施例の場合に比べて、導光板１２の側端面１４に２種類のパターンピッチを有する凹凸パターンが形成されている点を除いて、第１実施例の場合と同一である。したがって、以下の説明では第１実施例と異なる点について説明し、同じ点についての説明は省略する。
【００３６】
すなわち、この実施例では、ＬＥＤ素子１８と対向する入光面となる側端面１４に、第１実施例の場合と同様に、そのパターンピッチを入光面１４の波長を導光板１２の材料の屈折率で割った値よりも大きくした凹凸パターン（第１凹凸パターン）１６が形成されており、この第１凹凸パターン１６によって±１次以上の高次の回折光が発生する。一方、ＬＥＤ素子１８と対向しない側端面１４には、この実施例では第１凹凸パターン１６に挟まれた領域に、そのパターンピッチが入光面１４の波長を導光板１２の材料の屈折率で割った値よりも小さくした凹凸パターン（第２凹凸パターン）２６が形成されている。この第２凹凸パターン２６は、０次回折格子であるので、入射光に対して反射防止効果を有している。
【００３７】
ＬＥＤ素子１８から射出された光は、第１凹凸パターン１６に入射するが、ここで入射光の約４％程度が反射される。この反射された光は、リフレクタ２２の内面でさらに反射されて、第２凹凸パターン２６に入射すると、その反射防止効果により、入射光の大部分は反射されずに導光板１２に進入する。
【００３８】
この結果、ＬＥＤ素子１８から導光板１２に進入できない光を低減することができる。つまり、導光板１２に進入する光量がより増加するので、より明るい面光源装置を提供することができる。
【００３９】
なお、図１０に示す第１凹凸パターン１６と第２凹凸パターン２６の形状はいずれも断面形状が三角形のものであるが、パターンピッチが上述のそれぞれの条件を満たしていれば、両者は必ずしも同じ形状である必要はない。
【００４０】
また、具体的なパターンピッチとして、第１凹凸パターン１６のピッチは、第１実施例の場合と同じく約２〜３μｍが好ましく、第２凹凸パターン２６のピッチは、ＬＥＤ素子１８の波長を最も短い４２０ｎｍを考慮すると、導光板１２の材料がアクリル樹脂とした場合に、２８０ｎｍよりも小さくすればよいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を示す図解図である。
【図２】ＬＥＤ素子の発光スペクトル分布である。
【図３】導光板の入光面が平面の場合の光の進入を示す図解図である。
【図４】第１凹凸パターンの断面形状を示す図解図である。
【図５】図１実施例における入射角と回折角の関係を示す図解図である。
【図６】図１実施例におけるパターンピッチ０．５μｍの場合の回折効率を示すグラフである。
【図７】図１実施例におけるパターンピッチ１μｍの場合の回折効率を示すグラフである。
【図８】図１実施例におけるパターンピッチ２μｍの場合の回折効率を示すグラフである。
【図９】図１実施例におけるパターンピッチ３μｍの場合の回折効率を示すグラフである。
【図１０】この発明の第２実施例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０…面光源装置
１２…導光板
１４…側端面
１６…第１凹凸パターン
１８…ＬＥＤ素子
２０…ＬＥＤユニット
２２…リフレクタ
２４…格納容器
２６…第２凹凸パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface light source device, and more particularly to a surface light source device using a point light source, for example, used for a backlight or a front light of a liquid crystal display panel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an edge light type light guide plate has been widely used for a surface light source device for a backlight of a liquid crystal display panel because the thickness of the light guide plate can be reduced, and a linear light source such as a cold cathode tube lamp is used as a light source. It was attached along the side end surface of the light guide plate.
[0003]
However, with the spread of portable devices in recent years, power savings have been demanded, and light sources attached to the light guide plate have also attracted attention as LED (light emitting diode) devices that consume less power than cold cathode tube lamps. It has been put to practical use.
[0004]
For example, as an example in which an LED element is used as a point light source, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-11723 [F21V8 / 00], which was published on Jan. 14, 2000, discloses a light guide plate made of a translucent material. A surface light source device is disclosed in which one or two linear light guides, also made of a light-transmitting material, are mounted close to each other, and LED elements are arranged at each end of the light guide. ing. This surface light source device utilizes a light guide as a linear light source by allowing light from an LED element to enter the light guide.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, each of these surface light source devices requires a light guide, which may be called a point light source-line light source conversion means, in addition to the light guide plate. For this reason, there is a problem that the surface light source device becomes large.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a surface light source device which is small and can obtain sufficient brightness while using a point light source.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a surface light source device in which light enters from a point light source disposed close to a side end surface of a light guide plate made of a translucent material, and emits light from the upper surface of the light guide plate. A surface light source device in which at least a region facing the point light source has a pattern pitch greater than a value obtained by dividing the wavelength of light by the refractive index of the light guide plate, and forms a first concave-convex pattern such that diffracted light is generated. is there.
[0008]
[Action]
In the surface light source device of the present invention, on the side end surface serving as the light incident surface of the light guide plate, at least in a region facing the point light source, the value is larger than a value obtained by dividing the wavelength of the incident light by the refractive index of the light guide plate. A first uneven pattern having a pattern pitch is formed. Due to the first uneven pattern, incident light generates diffracted light having a plurality of diffraction angles, and these diffracted lights enter the light guide plate. For this reason, there is almost no dark area where light does not enter the light guide plate, and uneven brightness does not occur.
[0009]
In addition, a second uneven pattern having a pattern pitch smaller than a value obtained by dividing a wavelength of light from the point light source by a refractive index of the light guide plate, in a region on a side end surface of the light guide plate, away from a region facing the point light source. Is preferably further formed. In this case, a part of the light from the point light source is reflected by the first concave / convex pattern, and the reflected light is further reflected by the surrounding reflection member and enters the second concave / convex pattern. Since the second uneven pattern has a large antireflection effect unlike the first uneven pattern, most of the light incident on the second uneven pattern enters the light guide plate 12 without being reflected. For this reason, since the amount of light emitted from the light guide plate increases, a surface light source device with sufficient brightness can be obtained.
[0010]
Further, it is preferable that the basic pattern forming the first concave / convex pattern is line-symmetric with respect to the center line in the thickness direction of the light guide plate. In this case, the light diffracted by the first concave-convex pattern spreads symmetrically with respect to each center line in the light guide plate, so that there is no luminance unevenness.
[0011]
In one embodiment of the present invention, each of the first uneven pattern and the second uneven pattern formed on the side end surface of the surface light source device has a triangular cross section extending in the thickness direction of the light guide plate.
[0012]
【The invention's effect】
According to the present invention, the light from the point light source can be diffused evenly in the light guide plate by diffracting the incident light by the first uneven pattern formed on the side end surface of the light guide plate. A surface light source device having brightness can be obtained.
[0013]
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
[0014]
【Example】
(First embodiment)
Referring to FIG. 1, a surface light source device 10 according to a first embodiment includes a light guide plate 12, an LED unit 20, a reflector 22, and a storage container 24.
[0015]
The material of the light guide plate 12 is selected from translucent materials that allow light to pass efficiently, and an acrylic resin or a polycarbonate resin is usually used. Further, as shown in FIG. 1, the light guide plate 12 is formed in a so-called wedge shape in which the plate thickness is gradually reduced as the distance from the side end surface 14 where the LED unit 20 is arranged is reduced in order to reduce the weight. However, the present invention is not limited to this, and may be, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape.
[0016]
An LED unit 20 in which three white LED elements 18 are linearly mounted at regular intervals is arranged near the side end surface 14 of the light guide plate 12 which is a light incident surface. The white LED element 18 is an element that converts light from, for example, a GaInN-based blue LED chip into white light using a YAG (yttrium-aluminum-garnet) -based fluorescent substance applied to the inner surface of the case. As shown in FIG. 2, the emission spectrum distribution has a wavelength distribution range of about 420 nm to about 760 nm. The light having a wavelength of about 460 nm from a blue LED chip has the strongest intensity, and the light having a wavelength of about 570 nm from YAG next. Light is strong.
[0017]
Further, a reflector 22 is provided so as to surround the LED unit 20 and the side end surface 14 that becomes the light incident surface of the light guide plate 12. The reflector 22 is formed by bending a metal plate, and has an inner surface mirror-finished or painted with a white paint so that light is easily reflected. By being surrounded by such a reflector 22, of the light emitted from the LED elements 18, the light reflected on the light incident surface of the light guide plate 12 is also reflected on the inner surface of the reflector 22, and the light incident on the light guide plate 12 again. You can face the surface.
[0018]
Further, the light guide plate 12 and the reflector 22 are contained in a storage container 24 having an opening at a position corresponding to the upper surface of the light guide plate 12. Since the inner surface of the storage container 24 is also mirror-finished or painted with white paint so that light is easily reflected, light from the LED element 18 enters the light guide plate 12 without leaking from the side surface of the reflector 22. The light that has entered the light guide plate 12 is emitted from the upper surface of the light guide plate 12 to the outside as illumination light of a liquid crystal panel (not shown) while being repeatedly reflected on the bottom surface and the side surfaces.
[0019]
Next, as shown in FIG. 3, the LED unit 20 in which the three LED elements 18 are mounted in a straight line is arranged close to each other along the side end surface 14 that becomes the light incident surface of the light guide plate 12. In this case, the light from the LED element 18 enters the light guide plate 12 and then spreads into the light guide plate 12. At this time, since the side end surface 14 of the light guide plate 12 is a flat surface, light does not sneak into a shaded area in the light guide plate 12 which is indicated by oblique lines. Therefore, the surface light source device using the light guide plate has uneven brightness.
[0020]
In order to eliminate such dark portions, it is necessary to form a concave / convex pattern (first concave / convex pattern) 16 on the side end face 14 which is the light incident surface of the light guide plate 12 such that diffracted light of higher than ± 1st order is generated. is there. That is, it is necessary that the pitch (period) of the first uneven pattern 16 is larger than a value obtained by dividing the wavelength of the light source to be used by the refractive index of the material of the light guide plate 12. When the light is incident on the first uneven pattern 16, the light is diffracted into a plurality of diffracted lights having different diffraction angles and enters the light guide plate 12, and also goes around to the dark portion shown in FIG. it can.
[0021]
As the first concavo-convex pattern 16, a triangular shape 16 a extending in the thickness direction of the light guide plate 12 and having a cross section shown in FIG. It is preferable that the first concave / convex pattern 16 be bilaterally symmetrical (linearly symmetric) with respect to the center line for each triangle that is the basic pattern. This is because if the basic pattern of the first concavo-convex pattern 16 is not symmetrical, the light that spreads in the light guide plate 12 is not symmetrical, resulting in uneven brightness.
[0022]
The cross-sectional shape of the first concave-convex pattern 16 is not limited to the triangular shape 16a shown in FIG. 4A. For example, the triangular shape shown in FIG. The shape may be a rectangular shape 16c shown in FIG. 4C or a trapezoidal shape 16d shown in FIG. 4D.
[0023]
Next, FIG. 5 shows a calculation result of a relationship between an incident angle and a diffraction angle when light is incident on the side end surface 14 of the light guide plate 12 on which the first uneven pattern 16 is formed. Here, the light guide plate 12 is made of acrylic resin, and the wavelength of the light of the LED element 18 is 460 nm monochromatic light. Further, the pitch of the first uneven pattern 16 is 3 μm. The shape of the first uneven pattern 16 does not affect the calculation result of the diffraction angle.
[0024]
In FIG. 5, a shaded area represents a dark portion where light does not enter when the first uneven pattern 16 is not formed on the side end surface 14 of the light guide plate 12. As can be seen from FIG. 5, when the incident angles when the light from the LED element 18 enters the light guide plate 12 are 0 degrees, 20 degrees, and 34 degrees, the diffraction angles are 38 degrees, 57 degrees, and 83 degrees, respectively. Become. In particular, when the incident angle is 34 degrees, the diffraction angle is also 83 degrees. Therefore, it can be seen that the diffracted light is diffracted until it is almost parallel to the light incident surface 14 of the light guide plate 12, and the dark portion is almost eliminated.
[0025]
When light is incident on the first uneven pattern 16 having a pattern pitch of 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, or 3 μm, primary light diffracted at a pitch of 0.5 μm, secondary light diffracted at a pitch of 1 μm, The diffraction angles of the fourth-order light diffracted at a pitch of 2 μm and the sixth-order light diffracted at a pitch of 3 μm are the same.
[0026]
Further, if the incident angle is larger than 34 degrees, no diffracted light whose diffraction angle exceeds 90 degrees will not be generated. For example, when the pattern pitch is 3 μm and the incident angle is 35 degrees, diffracted light up to fifth-order light is generated, but sixth-order light is not generated.
[0027]
Next, FIGS. 6 to 9 show the relationship between the aspect ratio (height of the convex portion / pattern pitch) and the diffraction efficiency when the pitch of the first uneven pattern 16 is 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 3 μm. ing. The diffraction efficiency depends on the shape of the first uneven pattern 16 formed on the side end surface 14 of the light guide plate 12. In this case, the first uneven pattern 16 extends in the thickness direction of the light guide plate 12 and has a triangular cross section. Shape. In addition, the incident angle of light on the side end surface 14 serving as a light incident surface is set to 0 degree, and the light guide plate 12 is made of an acrylic resin. Further, as can be seen from the emission spectrum distribution of the LED element 18 in FIG. 2, since the light intensity at the wavelength of 460 nm is the strongest, even if the diffraction efficiency is calculated at this wavelength, there is an error from the diffraction efficiency in the case of white light. Is considered to be small, the wavelength of the incident light is set to 460 nm for the sake of calculation.
[0028]
6 to 9 show the diffraction efficiency with respect to each aspect ratio. Since this diffraction efficiency is considered to be substantially equal to the amount of diffracted light, a plurality of light guide plates 12 are required to eliminate the dark portion. It is necessary to select the aspect ratio of the first uneven pattern 16 so that diffracted light is generated and the diffraction efficiency of the diffracted light is increased.
[0029]
In addition, since the light guide plate 12 is formed by injection-molding an acrylic resin using a mold, it is necessary to form the first uneven pattern 16 so that the aspect ratio is not so large that the mold can be easily formed. is there.
[0030]
Next, in consideration of these points, the aspect ratio of the first concavo-convex pattern 16 that can be actually used is examined. As can be seen from FIG. 6, when the pattern pitch is 0.5 μm, when the aspect ratio is 2 or more, almost only the zero-order light is emitted, so that diffracted light does not enter the dark part. For this reason, it is necessary to set the aspect ratio of the first uneven pattern 16 formed on the light incident surface 14 of the light guide plate 12 to 1 to 2.
[0031]
When the pattern pitch is 1 μm, as can be seen from FIG. 7, the diffraction efficiencies of the 0th-order light, the 1st-order light, and the 2nd-order light are almost equal when the aspect ratio is around 1.2. Are almost equal. In addition, the aspect ratio is about 1.6 when using the zero-order light and the secondary light, and is about 2.8 or about 4.5 when using the zero-order light and the primary light. However, when the aspect ratio is 4.5, it is difficult to form a mold.
[0032]
When the pattern pitch is 2 μm, as can be seen from FIG. 8, the 0th-order light, the 3rd-order light, the 4th-order light, and the 6th-order light have an aspect ratio of around 1.3, and the 0th-order light has an aspect ratio of around 2.0. It can be seen that the diffraction efficiency of the first-order light and the fourth-order light increases. Further, in order to use the 0th-order light and the 4th-order light, it is sufficient to form them so that the aspect ratio is around 1.8.
[0033]
As can be seen from FIG. 9, when the pattern pitch is 3 μm, the diffraction efficiency of the 0th-order light, the 3rd-order light, the 6th-order light, and the 7th-order light increases near the aspect ratio of 1.5 to 1.8. You can see that.
[0034]
As described above, it can be understood that higher-order diffracted light is generated when the pitch of the first uneven pattern 16 is increased. However, even if the pattern pitch is increased to generate a large number of high-order diffracted lights, the diffraction efficiency of the 0th-order diffracted light only increases, but the diffraction efficiency of the ± 1st or higher order diffracted light does not increase so much. Since the amount of reflected light is small, it is not very useful for improving the uneven brightness of the light guide plate 12. For this reason, the pattern pitch is preferably 3 μm or less for practical use.
[0035]
(Second embodiment)
A surface light source device 10 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the first embodiment except that an uneven pattern having two types of pattern pitches is formed on the side end surface 14 of the light guide plate 12 as compared with the first embodiment. It is. Accordingly, in the following description, points different from the first embodiment will be described, and description of the same points will be omitted.
[0036]
That is, in this embodiment, the pattern pitch is set to the wavelength of the light incident surface 14 on the side end surface 14 which is the light incident surface facing the LED element 18 as in the case of the first embodiment. A concavo-convex pattern (first concavo-convex pattern) 16 larger than a value obtained by dividing by the refractive index is formed, and the first concavo-convex pattern 16 generates high-order diffracted light of ± 1 or more. On the other hand, on the side end surface 14 not opposed to the LED element 18, in this embodiment, the pattern pitch in the region sandwiched between the first concave and convex patterns 16 indicates the wavelength of the light incident surface 14 by the refractive index of the material of the light guide plate 12. An uneven pattern (second uneven pattern) 26 smaller than the divided value is formed. Since the second uneven pattern 26 is a zero-order diffraction grating, it has an antireflection effect on incident light.
[0037]
The light emitted from the LED element 18 is incident on the first concave / convex pattern 16, where about 4% of the incident light is reflected. The reflected light is further reflected on the inner surface of the reflector 22 and enters the second concave / convex pattern 26. Due to the antireflection effect, most of the incident light enters the light guide plate 12 without being reflected.
[0038]
As a result, light that cannot enter the light guide plate 12 from the LED element 18 can be reduced. That is, since the amount of light entering the light guide plate 12 is further increased, a brighter surface light source device can be provided.
[0039]
The shapes of the first concavo-convex pattern 16 and the second concavo-convex pattern 26 shown in FIG. 10 are all triangular in cross section. However, if the pattern pitch satisfies the above-described conditions, they are not necessarily the same. It need not be a shape.
[0040]
As a specific pattern pitch, the pitch of the first concave-convex pattern 16 is preferably about 2 to 3 μm as in the first embodiment, and the pitch of the second concave-convex pattern 26 is such that the wavelength of the LED element 18 is the shortest. Considering 420 nm, when the material of the light guide plate 12 is an acrylic resin, it can be seen that the light guide plate 12 should be smaller than 280 nm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative view showing a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an emission spectrum distribution of the LED element.
FIG. 3 is an illustrative view showing entry of light when a light incident surface of a light guide plate is a flat surface;
FIG. 4 is an illustrative view showing a cross-sectional shape of a first concave-convex pattern;
FIG. 5 is an illustrative view showing a relationship between an incident angle and a diffraction angle in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 6 is a graph showing diffraction efficiency when the pattern pitch is 0.5 μm in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 7 is a graph showing diffraction efficiency when the pattern pitch is 1 μm in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 8 is a graph showing diffraction efficiency when the pattern pitch is 2 μm in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 9 is a graph showing diffraction efficiency when the pattern pitch is 3 μm in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 10 is an illustrative view showing a second embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Surface light source device 12 ... Light guide plate 14 ... Side end surface 16 ... 1st uneven pattern 18 ... LED element 20 ... LED unit 22 ... Reflector 24 ... Storage container 26 ... 2nd uneven pattern
