JP2005078909A - Surface light source device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、面光源装置に関し、例えば、携帯電話機等に設けられる液晶表示装置のバックライト又はフロントライトとして用いて好適な面光源装置に関するものである。 The present invention relates to a surface light source device, for example, a surface light source device suitable for use as a backlight or a front light of a liquid crystal display device provided in a mobile phone or the like.
近年、電子機器の軽量化、小型化並びに低消費電力化を図る技術は著しく発展してきている。携帯電話機や携帯型情報端末装置(PDA)においても、表示装置として液晶表示装置を用い、軽量化、小型化、低消費電力化が図られてきている。 In recent years, technologies for reducing the weight, size, and power consumption of electronic devices have been remarkably developed. In mobile phones and portable information terminal devices (PDAs), a liquid crystal display device is used as a display device, and weight reduction, size reduction, and low power consumption have been achieved.
液晶表示装置としては、透過型と反射型が有り、透過型の液晶表示装置には、液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置、いわゆるバックライトが設けられ、反射型の液晶表示装置には、液晶パネルを表面側から照明する照明装置、いわゆるフロントライトが設けられている。 There are transmissive and reflective liquid crystal display devices. The transmissive liquid crystal display device is provided with an illuminating device that illuminates the liquid crystal display panel from the back side, so-called backlight, and the reflective liquid crystal display device An illuminating device that illuminates the liquid crystal panel from the surface side, that is, a so-called front light is provided.
これらの照明装置は、線状光源或いは点光源と、この線状光源或いは点光源の光を一端面より入射され、表裏のいずれか一面より平面的に分散させて出射させる面状の導光板と、を備えた面光源装置が知られている。このような面光源装置は、ほぼ均一な板厚により導光板を形成した方式のものと、線状光源より遠ざかるに従って導光板の板厚を徐々に薄く形成した方式のものとがある。 These illuminating devices include a linear light source or a point light source, and a planar light guide plate that emits light from the linear light source or the point light source from one end surface, and is dispersed and emitted in a plane from either one of the front and back surfaces. Are known. Such surface light source devices include a type in which the light guide plate is formed with a substantially uniform plate thickness and a type in which the thickness of the light guide plate is gradually reduced as the distance from the linear light source increases.
近年、低消費電力化の観点から上記した面光源装置において、冷陰極線ランプに代わり発光ダイオード(LED)からなる点光源が注目され、実用化されている。 In recent years, in the above-described surface light source device from the viewpoint of reducing power consumption, a point light source including a light emitting diode (LED) instead of a cold cathode ray lamp has attracted attention and has been put into practical use.
しかしながら、冷陰極線ランプに比べ、LEDを用いる場合、面状導光板の一端面に複数のLEDを配置することになり、LED近傍では、LEDの前部が明るく、LEDとLED間が暗くなり、発光輝度に明暗が生じるという問題があった。 However, when using LEDs compared to a cold cathode ray lamp, a plurality of LEDs will be arranged on one end surface of the planar light guide plate, and in the vicinity of the LEDs, the front part of the LEDs is bright, and between the LEDs becomes dark, There has been a problem that light and darkness occurs in the luminance.
この欠点を解決するために、LED前部の導光板入光面に凹部や微細な形状を設けることで、LEDの指向性を広げる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記した手法を用いても、発光輝度の明暗は十分に無くすことができず、輝度斑が発生するという問題があった。 However, even if the above-described method is used, there is a problem in that the brightness of the light emission luminance cannot be sufficiently eliminated and luminance spots are generated.
そこで、この発明においては、簡単な構成により、輝度斑低減を図る面光源装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a surface light source device that reduces luminance unevenness with a simple configuration.
この発明は、面状の導光板の入光面に、複数の点光源を近接配置した面光源装置において、主として0次と±1次方向の回折光を発生させる回折パターンが少なくとも前記点光源と対峙する箇所に設けられた光学素子を、前記導光板の入光面と点光源との間に配設したことを特徴とする。 According to the present invention, in a surface light source device in which a plurality of point light sources are arranged close to a light incident surface of a planar light guide plate, a diffraction pattern that mainly generates diffracted light in the 0th order and ± 1st order directions is at least the point light source. The optical element provided at the opposite location is disposed between the light incident surface of the light guide plate and a point light source.
前記点光源として白色ダイオードを用いた場合、前記回折パターンのピッチを450〜500nmに設定するとよい。 When a white diode is used as the point light source, the pitch of the diffraction pattern may be set to 450 to 500 nm.
この発明は、導光板と点光源との間に回折パターンを施した光学素子を配置することで、点光源と点光源との間にも光が導光されるので、点光源間の暗部を少なくでき、輝度斑を低減することができる。 In this invention, by arranging an optical element having a diffraction pattern between the light guide plate and the point light source, light is guided between the point light source and the point light source. It is possible to reduce the luminance spots.
以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図1は、この発明の実施形態にかかる面光源装置を示す分解斜視図、図2は導光板の光出射面側から見た平面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a surface light source device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view seen from the light emitting surface side of the light guide plate.
図1、図2に示すように、この実施形態の面光源装置は、面状の導光板1の光入光面側に、基板に複数の点光源としての白色LED31を実装したLEDユニット3が配置される。また、導光板1とLEDユニット3を取り囲むように光を導光板1の入光面に反射させるためのリフレクター4が配置される。そして、導光板1とLEDユニット3との間には後述する回折パターンを施した光学素子2が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface light source device of this embodiment includes an
導光板1、光学素子2、LEDユニット3及びリフレクタ4がホルダ5に組み込まれる。ホルダ5の内面には、必要に応じて光利用効率を上げるために反射シート部材が設けられている。
The light guide plate 1, the
この面光源装置の出光面側に液晶表示パネル(図示せず)が設置される。 A liquid crystal display panel (not shown) is installed on the light exit surface side of the surface light source device.
導光板1は、例えば、アクリル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)のような透光性樹脂を射出成形法により楔状に形成された部材である。必要に応じて、導光板1には、光散乱パターンとしてシボ(微小な凹凸)が、出光面側或いは反射面若しくは両面に設けられる。 The light guide plate 1 is a member formed of a light-transmitting resin such as acrylic (PMMA) or polycarbonate (PC) in a wedge shape by an injection molding method. If necessary, the light guide plate 1 is provided with wrinkles (small unevenness) as a light scattering pattern on the light output surface side, the reflection surface, or both surfaces.
光学素子2は、LED31と対峙する近傍の面に使用する光源波長に応じたピッチ形状の回折パターン21が形成された平板またはシート状の部材である。この回折パターン21は、主として0次と±1次方向の回折光を発生させる。このため、回折パターン21により、LED31から出射された光を0次方向に透過すると共に、5〜10%程度1次方向に分散させる。そして、分散させた光が光学素子3からLED31、31間に導光される。このように、光を分散させることで、光が導光しない領域、LED31,31間に光を導光させ、輝度斑を低減させるものである。
The
図3は、この発明に用いられる光学素子とLEDユニット部分を示し、(a)は、配置関係を示す模式図、(b)は、LED31から光学素子2に垂直に入射した1本の光を追跡した例を示す模式図である。この図3に示す光学素子2は、LED31と対峙する近傍の面に使用する光源波長応じたピッチ形状の回折パターン21が形成され、光出射側のLED、LED間に位置するところにもパターン22が設けられている。このパターン22は、回折パターン21と同じでも良いし、パターンピッチを大きくしても良い。
3A and 3B show an optical element and an LED unit part used in the present invention, FIG. 3A is a schematic diagram showing an arrangement relationship, and FIG. 3B shows a single light incident perpendicularly from the
図3(b)に示すように、0次光は光学素子2を真っ直ぐ通過するが、1次光は大きく回折し、光学素子2の中を全反射し、導光する。そして、パターン22の部分で外部に放射される。回折パターン21と回折パターン22が同じピッチなら図3(b)に示すように、1次光も0次光と平行に放射されることになる。
As shown in FIG. 3B, the zero-order light passes straight through the
パターン22のパターンに関しては、導光される光を外に取り出すものなので、回折パターン21と同じにする必要はない。パターンに関しては回折パターンに限らず、光を取り出す梨地パターンでも良い。
The
図4は、パターン部分の拡大した模式図であり、(a)は、回折パターンとして凹凸状のパターン、(b)は反射防止用の錐状のパターンである。図4(a)に示すパターン形状において、パターンはピッチp=450nm、高さh=700nm、格子幅w=225nmの格子パターン21を形成し、光の回折光をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図6に示す。図6において、黒三角は0次方向の透過率、黒四角は1次方向の透過率、黒菱形は2次方向の透過率を示している。図6に示すように、2次方向の光の透過はなく、波長450nmから550nmに対しては、1次方向に対しては、1次方向に5〜10%光パワーを分散できることが分かる。
4A and 4B are enlarged schematic views of the pattern portion. FIG. 4A shows a concavo-convex pattern as a diffraction pattern, and FIG. 4B shows an antireflection cone pattern. In the pattern shape shown in FIG. 4A, the pattern formed a
図4(a)に示すパターン形状において、パターンはピッチp=550nm、高さh=700nm、格子幅w=225nmの格子パターン21を形成し、光の回折光をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図7に示す。図7において、黒三角は0次方向の透過率、黒四角は1次方向の透過率、黒菱形は2次方向の透過率を示している。図7に示すように、2次方向の光の透過はなく、波長400nmから680nmに対しては、1次方向に対しては、1次方向に5〜10%光パワーを分散できることが分かる。ただし、この場合、波長550nm以下の光は全反射されない。
In the pattern shape shown in FIG. 4A, the pattern formed a
図4(a)に示すパターン形状において、パターンはピッチp=350nm、高さh=700nm、格子幅w=225nmの格子パターン21を形成し、光の回折光をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図8に示す。図8において、黒三角は0次方向の透過率、黒四角は1次方向の透過率を示している。図8に示すように、このパターンピッチでは、上手く光を分散させることができない。図6〜図8において1次方向というのは、+1次方向のことであり、同様に−1次方向にも光は分散される。
In the pattern shape shown in FIG. 4A, the pattern formed a
光パワーの分散の割合は、格子のピッチ、高さ、格子幅により調整することができる。ただし、ピッチに関しては、±1次回折光を光学素子2の内部で全反射を起こさせ、光学素子2の内部を導波させるために、使用するLED31の種類に応じて設定する必要がある。白色LEDの場合、450〜500nmのピッチにするとよい。
The dispersion ratio of the optical power can be adjusted by the pitch, height, and grating width of the grating. However, the pitch needs to be set in accordance with the type of the
このように、この発明の光学素子2を設けることで、導光板1にはLED31,31からも光が入射することになり、従来の暗部になるところにも光が導光され、輝度斑が改善される。
Thus, by providing the
図5は、この発明に用いられる他の例の光学素子とLEDユニット部分を示を示す模式図である。図5(a)は、回折パターン21と21との間に、回折パターン23を設けたものである。光学素子2の出射面側から反射した1次光を回折パターン23で0次方向に回折し出射させるように構成したものである。尚、図5(a)に示すものは、光学素子2の光出射側には、パターン面は設けていないので、この分、図3に示すものよりは少し光学素子2の厚みは厚くしている。
FIG. 5 is a schematic view showing another example of the optical element and LED unit used in the present invention. FIG. 5A shows a
図5(b)は、回折パターン21と21との間に、回折パターン23を設け、更に、この回折パターン23の光出射側に光回折パターン24を設けたものであり、光の出射方向を変化させる構造になっている。
In FIG. 5B, a
図5(c)は、光学素子2の全面に回折パターン25を設けたものであり、図5(d)は、光学素子2の端面に反射コート26を施したものである。
FIG. 5C shows a case where a
なお、LEDユニット3の基板面に反射コートを施し、光学素子2から反射した光を光学素子2側へ戻すように構成し、光の利用率を向上させるように構成することもできる。
It is also possible to apply a reflective coating to the substrate surface of the
図9は、この発明の他の実施形態にかかる面光源装置を示す分解斜視図であり、この実施形態は、光の利用効率低下を防止するために、導光板1の光入光面に反射防止構造11を形成したものである。反射防止構造11は、図4(b)に示すような断面3角形状にしている。ピッチは使用する光の波長より小さくするのが良く、250〜350nmぐらいがよい。高さに関しては、ピッチと同程度にすればよい。構造は1次元的なものでも2次元的なものもよい。 FIG. 9 is an exploded perspective view showing a surface light source device according to another embodiment of the present invention, and this embodiment is reflected on the light incident surface of the light guide plate 1 in order to prevent a decrease in light use efficiency. The prevention structure 11 is formed. The antireflection structure 11 has a triangular cross section as shown in FIG. The pitch is preferably smaller than the wavelength of the light used, and is preferably about 250 to 350 nm. About height, what is necessary is just to make it comparable as a pitch. The structure may be one-dimensional or two-dimensional.
また、光学素子2の回折パターンやパターン部以外にも同様の反射防止構造を設けても良い。
In addition to the diffraction pattern and pattern portion of the
1 導光板
2 光学素子
3 LEDユニット
21 回折パターン
31 LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009151974A (en) * | 2007-12-19 | 2009-07-09 | Toyoda Gosei Co Ltd | Light-emitting device |
KR101148824B1 (en) | 2009-10-30 | 2012-05-24 | 심현섭 | Back light unit having thin light board |
KR101274687B1 (en) * | 2006-09-28 | 2013-06-12 | 엘지디스플레이 주식회사 | back light unit and liquid crystal display device using the same |
-
2003
- 2003-08-29 JP JP2003306944A patent/JP2005078909A/en not_active Withdrawn
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