【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば液晶パネルを背面より照射する面状光源に用いられる導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ブック型のワードプロセッサやコンピュータ、又は携帯電話機、携帯ＴＶのような小型、薄型の情報機器の表示装置として、薄型でしかも見易いバックライト機構を有する液晶表示装置が用いられている。このようなバックライト機構としては、液晶パネルを背後から全面にわたり照射する面状光源が用いられており、この面状光源としては蛍光ランプ又はＬＥＤ（発光ダイオード）よりなる発光源と、その光束を液晶パネルに照射する面状の光束に変換する導光板よりなるものが一般的である。この中で、特に近年は、更なる小型、薄型化と長寿命化を目的として発光源としてＬＥＤを用いた面状光源が多く使用されるようになってきている。
【０００３】
このようなバックライトから均一な照明光を得るには、発光源は均質な線状の光源であることが望ましい。しかしながら、発光源としてＬＥＤを用いる場合には費用等の関係から使用できるＬＥＤの個数が制限される。図９はＬＥＤを平面形状が矩形の導光板の側面に対向して設けてなる従来のエッジライト式のバックライトを示す図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【０００４】
図９において、１１０はバックライトであり、導光板１０１と発光源として３個のＬＥＤ１０２を有している。導光板１０１は無色透明なプラスチック材等の透光部材よりなる板状で略直方体形状をしており、その上面１０１ａを光出射面とし、これと対向する下面１０１ｂには、発光源であるＬＥＤ１０２からの光を前記光出射面１０１ａに向けて反射させるための手段として、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等を有する光拡散面が形成されている。ＬＥＤ１０２は導光板１０１の入光側面１０１ｃに対向する位置に配設され、図示しない駆動回路より所定の電流が供給されて、ＬＥＤ１０２の材質で出決まる所定の色の光を発光、出射する。ＬＥＤ１０２からの出射光は入光側面１０１ｃから導光板１０１に入り、大部分の光は上面１０１ａである光出射面で全反射、下面１０１ｂである光拡散面では全反射又は乱反射を１回又は複数回行った後に上面１０１ａである光出射面より照明光１０５として外部に出射する。外部に出射した照明光１０５は（ｂ）に示すように液晶パネル１０７を背後から照明する。なお、前記面状の照明光の輝度の均一性を確保するために上記下面１０１ｂ内のシボの粗さを調整したり、半球状ドットの形状、密度を場所により変えたりする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、小型、薄型のバックライトにより液晶パネルの照明がなされる。しかしながら、上記の面状光源においては、以下に述べるような問題点がある。図１０は、図９に示した導光板１０１を説明の便宜上モデル化して表した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図６（ｂ）に示すようにモデル化された導光板１０１の下面１０１ｂはシボ等の凹凸がなく、拡散面でなく平滑な面となっている。次に、図１１は図１０に示すモデル化された導光板１０１の中にＬＥＤ１０２から入り込んだ光の分布の状態を示す平面図であり、図１１（ａ）は全体の状態を示す図、図１１（ｂ）はＬＥＤ１０２付近の拡大図である。図６および図７において、１０１ｃは入光側面、１０１ｄは左側面、１０１ｆは右側面、１０１ｅは前記入光側面１０１ｃに対向する対向側面である。
【０００６】
図１１に示すようにＬＥＤ１０２は導光板１０１に対し極めて近接して配置されている。これは、ＬＥＤ１０２の発光による入射光ｓ１を効率よく導光板１０１に取り込むためである。ここで、導光板の材質は透光性のアクリルであり、その屈折率は略 １．５ であり、臨界角は略４２゜である。前記ＬＥＤ１０２の発光は入射光ｓ１として入光側面１０１ｃに達し屈折によりこの面を透過し導光板１０１内部に透過による内部光ｓとして出射する。このときの出射角は入射角よりも小となり、理論的には最大でも臨界角（略４２゜）となり、実際には最大で３０゜程度となる。このような事情から図１１（ａ）に示すように導光板１０１の内部に内部光ｓの存在しない無効領域Ｒを生ずる。この無効領域Ｒは最大の出射角を有する内部光（ｓ）により決まり、境界の傾角θ１は略６０°となる。
【０００７】
この無効領域Ｒにおいては内部光ｓが存在しないため、導光板１０１の役割である光路変換作用が行われず、照明光（図９の１０５）が出射することが殆ど行われない。なお、無効領域Ｒ以外の領域においては、内部光ｓが出射角に応じて、前記の左側面１０１ｄ、右側面１０１ｆ又は対向側面１０１ｅに到達し、左側面１０１ｄまたは、右側面に達した光は全反射により対向側面１０１ｅに到達する。このようにして導光板１０１に広く分布する。そして、実際にはこのような分布の過程で、図９に示すような下面１０１ｂの拡散面に入射して乱反射され、上面１０１ａ（図９（ｂ））から照明光として出射することになる。そして実際には、上記下面１０１ｂ内のシボの粗さを調整したりすることにより、光の分布する領域の照明光の輝度を均一化することができる。しかしながら、上記したように前記無効領域Ｒからは照明光は殆ど出射せず、その範囲の大きさも無視できない。よって、導光板１０１全体として見た場合には、その出射する照明光（１０５）の輝度ムラを生じ、照明の対象となる液晶パネル（図９の７）の表示品質を低下させることとなる。
【０００８】
次に、図１２は図１０に示すモデル化された導光板１０１の中にＬＥＤ１０２から入り込んだ光の分布の状態を示す側面図であり、図１２（ａ）は全体の状態を示す図、図１２（ｂ）はＬＥＤ１０２付近の拡大図である。図１２（ｂ）に示すようにＬＥＤ１０２から発して入光側面１ｃに達した入射光ｓ１はすでに説明した原理により、この面を透過して、実際には最大でも３０°程度の出射角で透過して内部光ｓとして導光板内に入り、図１２（ａ）に示すように上面１０１ａと下面１０１ｂの間で反射を繰り返し、導光板内１０１内に広く分布し、分布した領域では、すでに説明した原理により照明光を出射する。しかし、図１２（ｂ）に示すように、入光側面１０１ｃの近傍には内部光ｓの存在しない無効領域Ｒ１が存在し、この領域からは照明光が生じないし又この領域の大きさも無視できない。よって、側面的に見ても、照明光に無視できない輝度ムラを生ずることとなる。
【０００９】
このように、ＬＥＤを発光源とする従来のバックライトの導光板においては、輝度を上げようとして、ＬＥＤを導光板に近接させると、平面的に見ても側面的に見ても導光板の入光端面の近傍に照明光を生じない無効領域が無視できない大きさで存在し、このため、照明光の輝度ムラを生ずるという問題があった。一方、輝度ムラを避けるにはＬＥＤを導光板から充分に離して導光板に入射する光束の幅を広げ、光束間の隙間を狭める必要があるが、このようにするとＬＥＤの発光の導光板における利用効率は低下し、輝度の低下を招く。そこで、本発明は従来の導光板に関する、かかる問題を改善し、導光板から発する照明光の輝度を下げることなく、輝度の均一性を向上することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、板状の透光材よりなり、その側方に配された発光光源からの光を光路変換してその上面から照明対象物に対し面状の照明光を出射する導光板において、前記発光光源と対向する導光板の一側面に略逆台形の形状で張り出す台形張出し部を形成し、該張出し部の張り出し面を前記発光光源に対する入光面とすることを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するためにその第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記台形張出し部が複数個設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するためにその第３の手段として本発明は、前記第１の手段又第２の手段において、前記台形張出し部の台形の底角（前記張り出し面とこれに隣接する傾斜面のなす角）は鋭角で且つ７５度以上であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る導光板を用いたバックライトを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図１において、１０はバックライトであり、導光板１と発光源として３個のＬＥＤ２を有している。導光板１は透光性を有するプラスチック材等よりなり、板状で略直方体の形状をなしている。１ａは前記導光板１の上面であり光出射面となる。１ｂは前記導光板１の下面であり、発光源であるＬＥＤ２からの光を光出射面である前記上面１ａに向けて反射させるための手段として、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等を有する光拡散面が形成されている。１ｃは導光板１の前方側面であり、１Ｆはその前方側面１ｃから張り出すように形成され略逆台形の平面形状を有する台形張出し部である。１ｇは入光端面であり、台形張出し部１Ｆの前面をなす張出し面である。入光端面１ｇは前記の前方側面１ｃと平行な平面であるが、これよりも前方に張り出した位置にある。ＬＥＤ２は前記入光端面１ｇに対向する位置に、これにかなり近接して配置されている。図示しない駆動回路より所定の電流が供給されると、ＬＥＤ２はその材質で決まる所定の色の光を発光、出射する。
ＬＥＤ２からの出射光は前記入光端面１ｇを透過して直接に又は後述する反射（台形張出し部１Ｆの側面における反射）を経て導光板１内に入り、ここで、上面１ａと下面１ｂの間で反射を繰り返して導光板１内を伝播しながら、その途中で下面１ｂからの乱反射により、上面１ａを透過した光が、その上面１ａより照明光５として出射する。この照明光５は図１（ｂ）に示すように液晶パネル７を背後から照明する。
【００１４】
図２は図１に示した前記導光板１の形状をモデル化した導光板１を用いたバックライトを示す図である。即ち、説明の都合上、導光板１の下面１ｂは図１の場合と異なり、シボ等の凹凸のない平滑な面となっている。図２において、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＬＥＤ２の近傍を示す拡大図である。図２において、１ｃは導光板１の前方側面、１ｄは左側面、１ｅは右側面、１ｆは後方側面である。１ｇは導光板１の一部である台形張出し部１Ｆの入光端面、１ｈは前記入光端面１ｇに接続する左斜面、１ｉは前記入光端面１ｇに接続する右斜面である。図２（ｃ）に示すように、台形張出し部１Ｆの平面形状は逆台形ＡＢＣＤをなし、その辺ＡＢは上底辺、ＣＤは下底辺であり互いに平行であり、下底辺のＣＤの長さは上底辺ＡＢの長さよりも大となっている。前記ＣＤに対応する端面が入光端面１ｇであり、前方側面１ｃとは平行で、その更に前方に張り出した位置関係にある。逆台形ＡＢＣＤの左斜辺ＡＤ対応する端面が前記の左斜面１ｈであり、右斜辺ＢＣに対応する端面が前記の右斜面１ｉである。αは逆台形ＡＢＣＤの底角（底辺と斜辺のなす角）であり、入光端面１ｇと左斜面１ｈなす角であり、又、入光端面１ｇと右斜面１ｉのなす角でもある。αの大きさは９０°より小であるが、７５°よりは大となっている。
【００１５】
図３は図２に示す導光板１において台形張出し部（１Ｆ）の入光端面１ｇにＬＥＤ２から入射して、屈折によりここを透過した光線の導光板１内部に対する出射の方向を示す図である。図３に示すようにＬＥＤ２からの入射光ｓｉは入光端面１ｇを屈折により透過するが、その後は、反射を経ることなく直接に導光板内に向かう光（これを直接光と言う。）ｓ１と、一旦、左斜面１ｈ又は右斜面１ｉで反射した後に導光板内に向かう光（これを間接光という。）ｓ２に分かれる。そして、直接光ｓ１の出射角（入光端面１ｇの法線に対する角度）は通常の屈折による出射角であるが、間接光ｓ２の出射角は上記の反射を経ることにより、通常の屈折による出射角よりも大きな出射角となる。
【００１６】
図４はこの原理を説明する図である。今、図４に示すように、入光端面１ｇから入射し、右斜面１ｉで反射される光線の経路につき説明する。入光端面１ｇに入射角θで入射した光線ｓｉは屈折によりこの面を出射角θ１（導光板１の屈折率をｎとしたとき、ｎ＝ｓｉｎθ／ｓｉｎθ１）で透過する。その透過光は図に示すように β＝９０°―α とし、右斜面１ｉに対する入射角をθ２とすると
θ２＝９０°―（θ１＋β）・・・・（１）
となる。θ２が臨界角θｃ以上の場合は透過光は右斜面１ｉで反射角θ２で反射される。その反射光と入光端面１ｇの法線のなす角をθ３とすると、
θ１＋２θ２＋θ３＝１８０° の関係がある。これと（１）式より
θ３＝１８０°―θ１―２θ２＝１８０°―θ１―２（９０°―（θ１＋β））
＝θ１＋２β ・・・・（２）
（２）式から、反射を経た間接光ｓ２の導光板１に対する出射角θ３は入光端面１ｇを透過する際の出射角（θ１）よりも２βだけ増加することがわかる。なお入射角θの入射光ｓｉに対応する直接光ｓ１の出射角は前記のθ１に等しい。
【００１７】
以下に、この原理を具体的な数値を当てはめて説明する。ＬＥＤから入光端面１ｇに入射する光線ｓｉの入射角θの最大値は実際には５５°程度であるが、この場合について考えてみる。導光板１の屈折率を ｎ＝１．５ としたとき、入光端面１ｇにおける入射角θを θ＝５５°とすれば、出射角θ１は、スネルの法則
ｎｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ から略 θ１＝３２° となる。今、入光端面１ｇと右斜面１ｉのなす角αが α＝７７°のときは β＝９０°―α＝１３° となり、右斜面１ｉに入射する光線の入射角θ２は（１）式より、
θ２＝９０°―（θ１＋β）＝９０°―（３２°＋１３°）＝４５° となる。ここで、屈折率ｎ＝１．５のときの臨界角θｃは略 θｃ＝４２°であるから
θ２＞θｃ となり、右斜面１ｉに入射した前記光線は反射角４５°（θ２）で反射され、その反射光の導光板１に対する出射角θ３は、（２）式より
θ３＝θ１＋２β＝３２°＋２６°＝５８° となり、反射後の出射角は、入光端面１ｇにおける当初の出射角３２°よりも２６°だけ増加する。これにより、従来よりも出射角の範囲を広げ、照明領域を広げることにつながる。
【００１８】
上記の間接光ｓ２の出射角θ３は、入光端面１ｇと右斜面１ｉのなす角αが小となり、従がってβ（＝９０°―α）が大となるに従がって、増加する傾向がある。ただし、（１）式からβが大になるに従がって、右斜面１ｉへの入射角θ２が減少するが、これが臨界角θｃ以下となると、その入射光は反射されずに斜面を透過して導光板外へ出射してしまうので都合が悪い。入射角θ２と臨界角θｃが等しくなる場合のβは（１）式より
θ２＝９０°―（θ１＋β）＝θｃ これより
β＝９０°―（θ１＋θｃ） となる。 例えば、上記の場合 θ１＝３２°
θｃ＝４２°とすれば β＝１６°となる。βがこれ以上になると反射は起こらないことになる。実際には、θ１の変動を考慮すると、上記の反射を確保するにはβが１５°以下、すなわちαが７５°以上であることが望ましい。
【００１９】
次に、入光端面１ｇと右斜面１ｉのなす角αが α＝７７°の場合の導光板１の内部全体における内部光ｓの分布状態につき図５、図６および図７を用いて説明する。ここで、内部光ｓとは前記の直接光ｓ１および間接光ｓ２より成り、導光板（１）の内部に存在する光線の総称を言う。図５は出射角が５８°の幅の中にある内部光ｓのうち、出射角が４５°近傍であるものを特に抜き出して点線で示した光路図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はＬＥＤ２の近傍の拡大図である。図６は内部光ｓのうち図５の点線で示したもの（出射角が４５°近傍のもの）以外のものを実線で示した光路図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はＬＥＤ２の近傍の拡大図である。そして図７は内部光ｓ全体の光路の分布を示す図である。
【００２０】
図５の点線に示すように、左右の斜面１ｈ、１ｉで反射され、（ｂ）の上向き矢印で示すように４５°近傍（例えば４７°）の出射角で導光板１内に入った内部光は左右の側面１ｄ、１ｅで例えば４３°の反射角で反射され、後方側面１ｆに４７°の角度で入射するか、又は反対側の側面に４３°の角度で入射する。いずれの場合も入射角は臨界角（略４２°）を超えているので、内部光は更に反射されて、次の面に入射する。このようにして反射が繰り返され、前方側面１ｃに入射角４７°で回帰する。ここでも更に反射が行われる。このようにして、導光板１の各側面を巡る反射を何回か繰り返した後に、下向きの矢印で示す方向で台形張出し部１Ｆに戻ってくる。（その後の経路については複雑となり、且つ発明の効果に及ぼす影響も少ないので、図示を省略する。）
【００２１】
次に、図６においては、上記の点線の内部光以外の内部光ｓの光路が実線で示されているが、この場合はすでに述べたように最大の出射角は５８°となり、内部光の角度範囲は従来（３０°程度）よりも大幅に拡大する。この結果、一番外側に開いた内部光Ｓの前方側面１ｃに対する傾角Θは略３２°となり従来（６０°程度）よりも大幅に減少し、これに対応してきまる内部光Ｓの主光束の存在しない無効領域Ｒの大きさは従来よりも大幅に縮小される（縦方向に圧縮される。）。このようにして、広い角度範囲で導光板１内に入った内部光Ｓはその出射角に応じ左右の側面１ｄ、１ｅ又は後方側面１ｆのいずれかに達し、ここでこれらの側面に対する入射角が臨界角（略４２°）以下の場合はここを透過して外部に出射するが、臨界角以上の場合は全反射され他の側面に達し、ここで更に側面に対する入射角が臨界角以上であれば他の側面に対して全反射される。このようにして実線に示す内部光ｓは導光板中を広く分布する。（但し、出射角の大なるものは左右の側面１ｄ、１ｅを透過し、出射角の小なるものは最終的には後方側面１ｆを透過することになるので、実線で示す内部光ｓは、前記の点線で示す内部光のように前方側面１ｃに回帰することはない。）
【００２２】
図７はすでに述べたように導光板１内の内部光ｓ全体の光路の分布を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はＬＥＤ２の近傍の拡大図である。すなわち、図７に示す内部光ｓは図６の実線で示す内部光ｓに図５の点線で示す内部光ｓを加えたものである。図６に示すように本実施の形態に係る導光板１においては、当初の出射光の存在しない無効領域Ｒにおいても、反射の繰り返しによって回帰してきた点線で示す内部光が存在し、これにより光線の不存在が弱められる。このように、本実施の形態においては、平面的に見た場合、本来的に照明光を出射しない無効領域Ｒの大きさは従来よりも大幅に低減する。更には内部光の出射角の範囲が拡大した二次的な効果として、出射角が４５°付近のものが出現して、これが点線で示すように導光板１の各側面で反射を繰り返して無効領域Ｒに入り、これにより無効領域Ｒの輝度がある程度向上する効果がある。このように、本実施の形態を平面的に見た場合、無効領域の大きさ自体の大幅な減少、および二次的効果としてのその領域の輝度の向上により、従来よりも照明光の輝度の均一性を大幅に向上することができる。
【００２３】
次に、図８は図７に示す導光板１の内部にＬＥＤ２から入った内部光Ｓの分布状態を示す側面図であり、（ａ）は全体を示す図であり、（ｂ）はＬＥＤ２の近傍を示す側面図である。図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ２から入光端面１ｇに達した入射光ｓｉは屈折により上方に折れ曲がる。この場合入射角（θｉ）の最大値が５５°とすると内部光Ｓの出射角の最大値は３２°程度となり、この角度の幅の外側の領域Ｒ１は光線の存在しない無効領域となる。無効領域Ｒ１は照明光の発生には寄与しない。しかし、この領域は図７（ｂ）に示すように入光端面１ｇの近傍で台形張り出し部１Ｆにのみ存在し、台形張出し部１Ｆ以外の導光板１の本体部には存在しない。照明光を実質的に発生するのは本体部であることを考えると、本実施の形態においては側面から見た無効領域Ｒ１の存在により、従来のように照明光の輝度むらを生ずることは回避される。これは台形張出し部１Ｆを設けた２次的な効果とも言える。
【００２４】
このように、本実施の形態に係る導光板によれば、ＬＥＤを導光板に近接させた場合でも、導光板の内部光に関し、ＬＥＤとＬＥＤの間の生ずる主光束の隙間を狭めることができ、又、主光束の隙間に導光板の各側面の反射を経て２次的な光束が入り込むため、従来よりもＬＥＤ間に存在する光束が増え、これにより、照明光の輝度むらの発生を低減又は実質的に防止することができる。なお、従来は、輝度むらを防止しようとすればＬＥＤを導光板から充分に離し、入射する光束を広げることにより、各ＬＥＤの光束間の隙間を狭くする必要があった。しかし、このようにすると、導光板に入射せず、上下、左右に外れてしまう光束の部分が増え、利用できる光量が低下し、照明の輝度は低下する。これに対し、本実施の形態の場合は、上記のようにＬＥＤを導光板に近接させることができるので、照明の輝度を低下させることなく、輝度むらの防止又は低減が可能となる。なお、本発明は、上記のような数値限定された実施の形態に限らず、鋭角に切り込まれた斜辺を有する逆台形状の（張り出し部）を有する導光板であれば、基本的には同様の原理により、照明の輝度を低下させることなく、輝度むらの防止又は低減が可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明の導光板をバックライトに用いることにより、照明光の輝度を上げるために導光板にＬＥＤを近接させた場合においても、導光板より発する照明光の輝度むらを従来よりも大幅に低減することができ、輝度を下げることなく、輝度均一性に優れたバックライトを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導光板を用いたバックライトの構成を示す図である。
【図２】図１に示すバックライトにおいて導光板をモデル化した場合の形状を示す図である。
【図３】図２に示す導光板に内部にＬＥＤからは入り込んだ光の角度方向を示す平面図である。
【図４】図３に示す光の作用を説明するための原理図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る導光板にＬＥＤから入り込んだ内部光のうちの一部の内部光の光路を示す平面図である。
【図６】図５に示す導光板における残りの内部光の光路を示す平面図である。
【図７】図５に示す導光板におけるすべての内部光の光路を示す平面図である。
【図８】図５に示す導光板の内部光の光路を示す側面図である。
【図９】従来の導光板を用いたバックライトの構成を示す図である。
【図１０】図９に示すバックライトにおいて、導光板をモデル化した場合の形状を示す図である。
【図１１】図１０に示す導光板にＬＥＤから入りこんだ内部光の光路を示す平面図である。
【図１２】図１０に示す導光板にＬＥＤから入りこんだ内部光の光路を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 導光板
１ａ 上面
１ｂ 下面
１ｃ 前方側面
１ｄ 左側面
１ｅ 右側面
１ｆ 後方側面
１Ｆ 台形張出し部
１ｇ 入光端面
１ｈ 左斜面
１ｉ 右斜面
２ ＬＥＤ
５ 照明光
７ 液晶パネル
１０ バックライト
Ｒ、Ｒ１ 無効領域
ｓ 内部光
ｓ１ 直接光
ｓ２ 間接光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate used for a planar light source that irradiates a liquid crystal panel from the back, for example.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a liquid crystal display device having a thin and easy-to-see backlight mechanism has been used as a display device of a small and thin information device such as a book-type word processor or computer, or a mobile phone or a portable TV. As such a backlight mechanism, a planar light source that irradiates the liquid crystal panel from behind to the entire surface is used. As the planar light source, a light emitting source composed of a fluorescent lamp or an LED (light emitting diode) and a light flux of the light source are used. Generally, a light guide plate for converting a light beam into a planar light beam to be applied to a liquid crystal panel is used. Among them, particularly in recent years, planar light sources using LEDs as light emitting sources have been increasingly used for the purpose of further miniaturization, reduction in thickness, and extension of life.
[0003]
In order to obtain uniform illumination light from such a backlight, it is desirable that the light emitting source is a uniform linear light source. However, when LEDs are used as the light emitting source, the number of LEDs that can be used is limited due to cost and the like. FIG. 9 is a diagram showing a conventional edge-light type backlight in which LEDs are provided to face a side surface of a light guide plate having a rectangular planar shape. (A) is a perspective view, (b) is a side view.
[0004]
In FIG. 9, reference numeral 110 denotes a backlight, which includes a light guide plate 101 and three LEDs 102 as light emitting sources. The light guide plate 101 is a plate made of a transparent member such as a colorless and transparent plastic material and has a substantially rectangular parallelepiped shape. The upper surface 101a is a light emitting surface, and the lower surface 101b opposed thereto is provided with an LED 102 as a light emitting source. As a means for reflecting light from the surface toward the light emitting surface 101a, a light diffusing surface having a plurality of minute embosses or a plurality of hemispherical dots is formed on the surface thereof. The LED 102 is provided at a position facing the light incident side surface 101c of the light guide plate 101, and is supplied with a predetermined current from a drive circuit (not shown) to emit and emit light of a predetermined color determined by the material of the LED 102. The light emitted from the LED 102 enters the light guide plate 101 from the light incident side surface 101c, and most of the light undergoes one or more total reflections or irregular reflections on the light emission surface, which is the upper surface 101a, and the light diffusion surface, which is the lower surface 101b. After the rotation, the light is emitted to the outside as illumination light 105 from the light emission surface which is the upper surface 101a. The illumination light 105 emitted to the outside illuminates the liquid crystal panel 107 from behind as shown in FIG. In order to ensure the uniformity of the brightness of the planar illumination light, the roughness of the grain in the lower surface 101b is adjusted, and the shape and density of the hemispherical dots are changed depending on the location.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, the liquid crystal panel is illuminated by the small and thin backlight. However, the above-mentioned planar light source has the following problems. FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating the light guide plate 101 illustrated in FIG. 9 in a modeled form for convenience of description, wherein FIG. 10A is a plan view and FIG. 10B is a side view. As shown in FIG. 6B, the modeled lower surface 101b of the light guide plate 101 has no irregularities such as grain, and is not a diffusion surface but a smooth surface. Next, FIG. 11 is a plan view showing a state of distribution of light entering from the LED 102 into the modeled light guide plate 101 shown in FIG. 10, and FIG. FIG. 11B is an enlarged view near the LED 102. 6 and 7, 101c is a light incident side surface, 101d is a left side surface, 101f is a right side surface, and 101e is an opposing side surface facing the light incident side surface 101c.
[0006]
As shown in FIG. 11, the LED 102 is disposed very close to the light guide plate 101. This is because the incident light s1 generated by the emission of the LED 102 is efficiently taken into the light guide plate 101. Here, the material of the light guide plate is translucent acryl, the refractive index is about 1.5, and the critical angle is about 42 °. The light emitted from the LED 102 reaches the light incident side surface 101c as incident light s1, passes through this surface by refraction, and exits inside the light guide plate 101 as internal light s due to transmission. The emission angle at this time is smaller than the incidence angle, and theoretically becomes a critical angle (about 42 °) at the maximum, and is actually about 30 ° at the maximum. Under such circumstances, as shown in FIG. 11A, an invalid area R where no internal light s exists is generated inside the light guide plate 101. The invalid region R is determined by the internal light (s) having the maximum emission angle, and the boundary inclination angle θ1 is approximately 60 °.
[0007]
Since the internal light s does not exist in the invalid region R, the light path conversion function, which is the role of the light guide plate 101, is not performed, and the illumination light (105 in FIG. 9) is hardly emitted. In regions other than the invalid region R, the internal light s reaches the left side surface 101d, the right side surface 101f, or the opposing side surface 101e, and the light that reaches the left side surface 101d or the right side surface according to the emission angle. The light reaches the opposing side surface 101e by total reflection. Thus, the light is widely distributed on the light guide plate 101. In fact, in the course of such distribution, the light enters the diffusion surface of the lower surface 101b as shown in FIG. 9 and is irregularly reflected, and is emitted from the upper surface 101a (FIG. 9B) as illumination light. In practice, the brightness of the illumination light in the light distribution area can be made uniform by adjusting the roughness of the grain in the lower surface 101b. However, as described above, almost no illumination light is emitted from the invalid region R, and the size of the range cannot be ignored. Therefore, when viewed as a whole of the light guide plate 101, unevenness in luminance of the emitted illumination light (105) occurs, and the display quality of the liquid crystal panel (7 in FIG. 9) to be illuminated is deteriorated.
[0008]
Next, FIG. 12 is a side view showing a state of distribution of light entering from the LED 102 into the modeled light guide plate 101 shown in FIG. 10, and FIG. FIG. 12B is an enlarged view near the LED 102. As shown in FIG. 12B, the incident light s1 emitted from the LED 102 and reaching the light incident side surface 1c is transmitted through this surface according to the principle described above, and is actually transmitted at an emission angle of at most about 30 °. Then, the light enters the light guide plate as the internal light s, and is repeatedly reflected between the upper surface 101a and the lower surface 101b as shown in FIG. 12A. The illumination light is emitted according to the principle described above. However, as shown in FIG. 12B, there is an invalid region R1 where no internal light s exists near the light incident side surface 101c, and no illumination light is generated from this region, and the size of this region cannot be ignored. . Therefore, even when viewed from the side, luminance unevenness that cannot be ignored in the illumination light occurs.
[0009]
As described above, in the conventional light guide plate of a backlight using an LED as a light source, when the LED is brought close to the light guide plate in order to increase the brightness, the light guide plate can be viewed both planarly and sideways. There is a non-negligible invalid area where no illumination light is generated near the light-incident end face, which causes a problem that luminance unevenness of the illumination light occurs. On the other hand, in order to avoid luminance unevenness, it is necessary to widen the width of the light beam incident on the light guide plate by sufficiently separating the LED from the light guide plate and narrow the gap between the light beams. The utilization efficiency is reduced, and the brightness is reduced. Accordingly, it is an object of the present invention to improve such a problem relating to a conventional light guide plate and to improve the uniformity of luminance without lowering the luminance of illumination light emitted from the light guide plate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a first means for solving the above-mentioned problems, the present invention comprises a plate-shaped light-transmitting material, and converts the light from a light-emitting light source disposed on the side thereof into an optical path, and from the upper surface thereof, an object to be illuminated. In the light guide plate for emitting planar illumination light, a trapezoidal overhang is formed on one side of the light guide plate facing the light emitting light source so as to project in a substantially inverted trapezoidal shape. It is a light incident surface for the light source.
[0011]
As a second means for solving the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that in the first means, a plurality of the trapezoidal overhangs are provided.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the present invention as the first means or the second means, wherein the trapezoidal projection has a trapezoidal base angle (the projection surface and an inclined surface adjacent thereto). Is an acute angle and is not less than 75 degrees.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a backlight using the light guide plate according to the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a side view. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a backlight, which has a light guide plate 1 and three LEDs 2 as light emitting sources. The light guide plate 1 is made of a translucent plastic material or the like, and has a plate-like and substantially rectangular parallelepiped shape. Reference numeral 1a denotes an upper surface of the light guide plate 1, which is a light emitting surface. Reference numeral 1b denotes a lower surface of the light guide plate 1, and as a means for reflecting light from the LED 2 serving as a light emitting source toward the upper surface 1a serving as a light emitting surface, a plurality of fine embosses or a plurality of A light diffusion surface having hemispherical dots or the like is formed. Reference numeral 1c denotes a front side surface of the light guide plate 1, and 1F denotes a trapezoidal overhang portion formed to project from the front side surface 1c and having a substantially inverted trapezoidal planar shape. Numeral 1g denotes a light incident end surface, which is a projecting surface that forms the front surface of the trapezoidal projecting portion 1F. The light incident end surface 1g is a plane parallel to the front side surface 1c, but is located at a position protruding forward from this. The LED 2 is disposed at a position opposed to the light incident end face 1g and very close thereto. When a predetermined current is supplied from a drive circuit (not shown), the LED 2 emits and emits light of a predetermined color determined by its material.
The light emitted from the LED 2 enters the light guide plate 1 directly or through reflection (reflection on the side surface of the trapezoidal protrusion 1F) after passing through the light incident end face 1g, where the light is transmitted between the upper surface 1a and the lower surface 1b. The light transmitted through the upper surface 1a is emitted from the upper surface 1a as the illumination light 5 due to irregular reflection from the lower surface 1b while propagating in the light guide plate 1 while being repeatedly reflected. The illumination light 5 illuminates the liquid crystal panel 7 from behind as shown in FIG.
[0014]
FIG. 2 is a diagram showing a backlight using the light guide plate 1 that models the shape of the light guide plate 1 shown in FIG. That is, for convenience of explanation, unlike the case of FIG. 1, the lower surface 1b of the light guide plate 1 is a smooth surface without irregularities such as embossments. 2, (a) is a plan view, (b) is a side view, and (c) is an enlarged view showing the vicinity of the LED 2 of (a). In FIG. 2, 1c is a front side surface of the light guide plate 1, 1d is a left side surface, 1e is a right side surface, and 1f is a rear side surface. Reference numeral 1g denotes a light incident end face of the trapezoidal projection 1F which is a part of the light guide plate 1, 1h denotes a left slope connected to the light incident end face 1g, and 1i denotes a right slope connected to the light incident end face 1g. As shown in FIG. 2C, the planar shape of the trapezoidal overhang 1F is an inverted trapezoid ABCD, the side AB is the upper base, and the CD is the lower base, which is parallel to each other. It is larger than the length of the upper bottom side AB. The end face corresponding to the CD is a light incident end face 1g, is parallel to the front side face 1c, and has a positional relationship extending further forward. The end surface corresponding to the left oblique side AD of the inverted trapezoid ABCD is the left oblique surface 1h, and the end surface corresponding to the right oblique side BC is the right oblique surface 1i. α is the base angle of the inverted trapezoid ABCD (the angle between the base and the oblique side), the angle between the light incident end face 1g and the left slope 1h, and the angle between the light incident end face 1g and the right slope 1i. The magnitude of α is smaller than 90 °, but larger than 75 °.
[0015]
FIG. 3 is a view showing the direction in which the light rays that enter the light-incident end face 1g of the trapezoidal projection (1F) from the LED 2 in the light guide plate 1 shown in FIG. . As shown in FIG. 3, the incident light si from the LED 2 is transmitted through the light incident end face 1 g by refraction, and thereafter, light directly going into the light guide plate without passing through reflection (this is referred to as direct light) s 1. After being reflected once by the left slope 1h or the right slope 1i, the light is divided into light (referred to as indirect light) s2 directed toward the inside of the light guide plate. The output angle of the direct light s1 (the angle with respect to the normal to the light incident end face 1g) is the output angle due to normal refraction, whereas the output angle of the indirect light s2 is output through normal refraction through the above-mentioned reflection. The emission angle is larger than the angle.
[0016]
FIG. 4 is a diagram illustrating this principle. Now, as shown in FIG. 4, a path of a light ray that enters from the light incident end face 1g and is reflected by the right slope 1i will be described. The light ray si incident on the light incident end face 1g at an incident angle θ is transmitted through this face at an output angle θ1 (n = sin θ / sin θ1 when the refractive index of the light guide plate 1 is n) due to refraction. As shown in the figure, the transmitted light is β = 90 ° −α, and when the incident angle with respect to the right slope 1i is θ2, θ2 = 90 ° − (θ1 + β) (1)
It becomes. When θ2 is equal to or larger than the critical angle θc, the transmitted light is reflected by the right slope 1i at the reflection angle θ2. Assuming that the angle between the reflected light and the normal to the light incident end face 1g is θ3,
θ1 + 2θ2 + θ3 = 180 °. From this and equation (1), θ3 = 180 ° −θ1−2θ2 = 180 ° −θ1−2 (90 ° − (θ1 + β))
= Θ1 + 2β (2)
From equation (2), it can be seen that the emission angle θ3 of the indirect light s2 that has passed through the reflection with respect to the light guide plate 1 is increased by 2β from the emission angle (θ1) when transmitting the light incident end face 1g. Note that the output angle of the direct light s1 corresponding to the incident light si having the incident angle θ is equal to the aforementioned θ1.
[0017]
Hereinafter, this principle will be described by applying specific numerical values. The maximum value of the incident angle θ of the light beam si incident on the light incident end face 1g from the LED is actually about 55 °, but this case will be considered. When the refractive index of the light guide plate 1 is n = 1.5 and the incident angle θ at the light incident end face 1g is θ = 55 °, the output angle θ1 is approximately θ1 = 32 ° from Snell's law nsin θ1 = sin θ. It becomes. Now, when the angle α between the light incident end face 1g and the right slope 1i is α = 77 °, β = 90 ° −α = 13 °, and the incident angle θ2 of the light beam incident on the right slope 1i is given by the equation (1). ,
θ2 = 90 ° − (θ1 + β) = 90 ° − (32 ° + 13 °) = 45 °. Here, when the refractive index n = 1.5, the critical angle θc is approximately θc = 42 °, so that θ2> θc, and the light ray incident on the right slope 1i is reflected at a reflection angle of 45 ° (θ2). The outgoing angle θ3 of the reflected light with respect to the light guide plate 1 is θ3 = θ1 + 2β = 32 ° + 26 ° = 58 ° according to equation (2), and the outgoing angle after reflection is greater than the original outgoing angle of 32 ° at the light incident end face 1g. Also increases by 26 °. As a result, the range of the emission angle is broadened as compared with the related art, and the illumination area is expanded.
[0018]
The emission angle θ3 of the above indirect light s2 increases as the angle α between the light incident end face 1g and the right slope 1i becomes smaller, and accordingly β (= 90 ° −α) becomes larger. Tend to. However, the incident angle θ2 to the right slope 1i decreases as β becomes larger from the equation (1), but when the angle becomes smaller than the critical angle θc, the incident light is transmitted through the slope without being reflected. As a result, the light is emitted outside the light guide plate, which is not convenient. When the incident angle θ2 is equal to the critical angle θc, β is θ2 = 90 ° − (θ1 + β) = θc from the equation (1), and β = 90 ° − (θ1 + θc). For example, in the above case, θ1 = 32 °
If θc = 42 °, β = 16 °. If β is greater than this, no reflection will occur. Actually, considering the variation of θ1, it is desirable that β is 15 ° or less, that is, α is 75 ° or more in order to secure the above reflection.
[0019]
Next, the distribution state of the internal light s in the entire inside of the light guide plate 1 when the angle α formed between the light incident end face 1g and the right slope 1i is α = 77 ° will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7. . Here, the internal light s includes the direct light s1 and the indirect light s2, and is a general term for light rays existing inside the light guide plate (1). FIG. 5 is an optical path diagram particularly drawn out of the internal light s having an emission angle in the range of 58 ° and having an emission angle in the vicinity of 45 ° and indicated by a dotted line, and FIG. (b) is an enlarged view near the LED 2. FIG. 6 is an optical path diagram showing, by solid lines, those of the internal light s other than those shown by the dotted line in FIG. 5 (the emission angle is around 45 °), (a) is an overall view, and (b) is an optical path diagram. It is an enlarged view near LED2. FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the optical path of the entire internal light s.
[0020]
As shown by the dotted line in FIG. 5, the internal light reflected by the left and right slopes 1h and 1i and entering the light guide plate 1 at an emission angle of about 45 ° (for example, 47 °) as shown by the upward arrow in FIG. Is reflected by the left and right side surfaces 1d and 1e at a reflection angle of, for example, 43 ° and is incident on the rear side surface 1f at an angle of 47 ° or on the opposite side surface at an angle of 43 °. In each case, since the incident angle exceeds the critical angle (approximately 42 °), the internal light is further reflected and enters the next surface. The reflection is repeated in this manner, and returns to the front side surface 1c at an incident angle of 47 °. Here again, further reflections take place. In this way, after repeating the reflection around each side surface of the light guide plate 1 several times, it returns to the trapezoidal projection 1F in the direction indicated by the downward arrow. (The subsequent route is not shown because it is complicated and has little effect on the effects of the invention.)
[0021]
Next, in FIG. 6, the optical path of the internal light s other than the dotted internal light is shown by a solid line. In this case, as described above, the maximum emission angle is 58 °, and the internal light s The angle range is significantly larger than the conventional one (about 30 °). As a result, the inclination angle に 対 す る of the inner light S opened to the outermost side with respect to the front side surface 1c is about 32 °, which is much smaller than that of the conventional (about 60 °), and the presence of the main light flux of the inner light S corresponding to the inclination angle Θ The size of the invalid area R not to be used is significantly reduced (compressed in the vertical direction) as compared with the related art. In this way, the internal light S entering the light guide plate 1 in a wide angle range reaches one of the left and right side surfaces 1d, 1e or the rear side surface 1f according to the emission angle, where the angle of incidence on these side surfaces is reduced. If the angle is less than the critical angle (approximately 42 °), the light passes through this and exits outside. However, if the angle is more than the critical angle, the light is totally reflected and reaches the other side. If it is totally reflected on the other side. Thus, the internal light s indicated by the solid line is widely distributed in the light guide plate. (However, since the one with a large exit angle passes through the left and right side surfaces 1d and 1e, and the one with a small exit angle finally passes through the rear side surface 1f, the internal light s shown by the solid line is (It does not return to the front side surface 1c unlike the internal light shown by the dotted line.)
[0022]
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the distribution of the optical path of the entire internal light s in the light guide plate 1 as described above, wherein FIG. 7A is an overall view and FIG. 7B is an enlarged view near the LED 2. That is, the internal light s shown in FIG. 7 is obtained by adding the internal light s shown by the dotted line in FIG. 5 to the internal light s shown by the solid line in FIG. As shown in FIG. 6, in the light guide plate 1 according to the present embodiment, even in the ineffective region R where there is no initially emitted light, there is internal light indicated by a dotted line that has returned due to repetition of reflection. Is attenuated. As described above, in the present embodiment, when viewed in a plan view, the size of the invalid region R from which illumination light is not originally emitted is significantly reduced as compared with the related art. Further, as a secondary effect that the range of the emission angle of the internal light is expanded, a light emission angle of about 45 ° appears, which is repeatedly reflected on each side surface of the light guide plate 1 as shown by a dotted line, and becomes invalid. There is an effect that the luminance of the invalid area R is improved to some extent by entering the area R. As described above, when the present embodiment is viewed in a plane, the size of the invalid area itself is significantly reduced, and the luminance of the area is improved as a secondary effect. Uniformity can be greatly improved.
[0023]
Next, FIG. 8 is a side view showing a distribution state of the internal light S entering from the LED 2 into the inside of the light guide plate 1 shown in FIG. 7, (a) is a diagram showing the whole, and (b) is a diagram showing the distribution of the LED 2. It is a side view which shows the vicinity. As shown in FIG. 8B, the incident light si reaching the light incident end face 1g from the LED 2 is bent upward by refraction. In this case, if the maximum value of the incident angle (θi) is 55 °, the maximum value of the emission angle of the internal light S is about 32 °, and the region R1 outside the width of this angle is an invalid region where no light beam exists. The invalid area R1 does not contribute to the generation of illumination light. However, as shown in FIG. 7B, this region exists only in the trapezoidal projection 1F near the light incident end face 1g, and does not exist in the main body of the light guide plate 1 other than the trapezoidal projection 1F. Considering that the main body generates the illumination light substantially, in the present embodiment, the presence of the ineffective region R1 viewed from the side avoids the occurrence of the luminance unevenness of the illumination light unlike the related art. Is done. This can be said to be a secondary effect of providing the trapezoidal overhang 1F.
[0024]
As described above, according to the light guide plate according to the present embodiment, even when the LED is brought close to the light guide plate, with respect to the internal light of the light guide plate, the gap of the main light beam generated between the LEDs can be reduced. Also, since the secondary light flux enters the gap of the main light flux through the reflection of each side surface of the light guide plate, the light flux existing between the LEDs is increased as compared with the conventional case, thereby reducing the occurrence of uneven brightness of the illumination light. Or it can be substantially prevented. Conventionally, in order to prevent luminance unevenness, it has been necessary to sufficiently separate the LED from the light guide plate and widen the incident light flux, thereby narrowing the gap between the light fluxes of the LEDs. However, in this case, the portion of the light flux that does not enter the light guide plate and deviates vertically and horizontally is increased, the available light amount is reduced, and the luminance of the illumination is reduced. On the other hand, in the case of the present embodiment, since the LED can be brought close to the light guide plate as described above, it is possible to prevent or reduce uneven brightness without lowering the brightness of illumination. The present invention is not limited to the numerically limited embodiment as described above, but basically a light guide plate having an inverted trapezoidal shape (extending portion) having a hypotenuse cut at an acute angle is basically used. According to the same principle, it is possible to prevent or reduce luminance unevenness without lowering the luminance of illumination.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, by using the light guide plate of the present invention for a backlight, even when an LED is brought close to the light guide plate in order to increase the brightness of the illumination light, uneven brightness of the illumination light emitted from the light guide plate can be reduced. Thus, a backlight having excellent luminance uniformity can be realized without lowering the luminance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a backlight using a light guide plate of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a shape of the backlight shown in FIG. 1 when a light guide plate is modeled.
FIG. 3 is a plan view showing an angle direction of light that has entered the light guide plate shown in FIG. 2 from an LED.
FIG. 4 is a principle diagram for explaining the function of the light shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a plan view showing an optical path of a part of the internal light entering the light guide plate from the LED according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing an optical path of remaining internal light in the light guide plate shown in FIG.
FIG. 7 is a plan view showing optical paths of all internal lights in the light guide plate shown in FIG.
FIG. 8 is a side view showing an optical path of internal light of the light guide plate shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a backlight using a conventional light guide plate.
FIG. 10 is a diagram showing a shape of the backlight shown in FIG. 9 when a light guide plate is modeled.
FIG. 11 is a plan view showing an optical path of internal light entering the light guide plate shown in FIG. 10 from an LED.
FIG. 12 is a side view showing an optical path of internal light entering the light guide plate shown in FIG. 10 from an LED.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 light guide plate 1a upper surface 1b lower surface 1c front side surface 1d left side surface 1e right side surface 1f rear side surface 1F trapezoidal projection 1g light incident end surface 1h left slope 1i right slope 2 LED
5 Illumination light 7 Liquid crystal panel 10 Backlight R, R1 Invalid area s Internal light s1 Direct light s2 Indirect light
