JP2005310594A - Lighting system - Google Patents

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Tadashi Yamauchi
直史 山内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light utilization efficiency in a side light type lighting system to realize a high-luminance, thin and lightweight lighting system. <P>SOLUTION: A directional scattering sheet for scattering light at a predetermined incident angle and transmitting light other than it is disposed in a space between a light source and a light entering surface of a light guide plate; and a columnar lens sheet is used for the directional scattering sheet. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、時計、携帯電話、オーディオ、電子機器等に使用される液晶表示装置に用いられる照明装置に関する。   The present invention relates to a lighting device used in a liquid crystal display device used in a timepiece, a mobile phone, an audio, an electronic device, and the like.

近年、携帯機器や情報機器等には、薄型軽量という特徴をもつ液晶表示装置が広く使われている。しかし、液晶表示装置は受光型のため、明るく高精細な画像を表示させることを目的として液晶表示素子の前面または背面に照明装置を設置することが多い。   In recent years, liquid crystal display devices having a thin and light feature have been widely used for portable devices and information devices. However, since the liquid crystal display device is a light-receiving type, an illuminating device is often installed on the front or back surface of the liquid crystal display element for the purpose of displaying a bright and high-definition image.

この液晶表示装置が本来持っている薄型軽量という特質を実現するため照明装置としては、光源としてLEDを導光板の側面に配したサイドライト型の照明装置が多用されている(特許文献1)。
特許第3301752号(第3頁、第1図)
In order to realize the thin and light nature inherent to this liquid crystal display device, a sidelight type illumination device in which LEDs are arranged on the side surfaces of a light guide plate as a light source is frequently used (Patent Document 1).
Patent No. 3301752 (page 3, Fig. 1)

しかしながら、サイドライト型の照明装置は、導光板の内部を多重反射して導波する光をプリズムなどによって制御して外部に漏らすことによって照明を行うために、最も発光輝度が高い光源からの放射角が小さな光は、多重反射回数が少なく導光板端面から抜けてしまうなど利用効率が低いという課題を有していた。   However, the sidelight type illumination device radiates light from the light source with the highest light emission luminance in order to perform illumination by controlling the light reflected and guided inside the light guide plate by a prism or the like to leak outside. Light having a small angle has a problem that the utilization efficiency is low, for example, the number of multiple reflections is small and the light is emitted from the end face of the light guide plate.

本発明の照明装置は、光源と前記導光板の光入射面との間隙に、所定の入射角の光を散乱し、それ以外の光を透過する指向性散乱シートを配することによって、光源からの出射角が小さな光を散乱させて導光板内部に導入することができ、光利用効率の高い照明装置とすることができた。   In the illumination device of the present invention, a directional scattering sheet that scatters light of a predetermined incident angle and transmits other light is disposed in a gap between the light source and the light incident surface of the light guide plate. The light having a small emission angle can be scattered and introduced into the inside of the light guide plate, and an illumination device with high light utilization efficiency can be obtained.

本発明によれば、簡単な構造で高輝度の薄型軽量の液晶表示装置を提供することができるため、これら液晶表示装置を用いた情報機器のさらなる高輝度化と姿軽量化を実現できるという効果を有する。   According to the present invention, it is possible to provide a thin and light liquid crystal display device having a simple structure and high brightness, and therefore, it is possible to realize further increase in brightness and weight reduction of information equipment using these liquid crystal display devices. Have

本発明の照明装置は、光源と、透明な導光板と、前記導光板の光入射面と前記光源との間に、所定の入射角の光を散乱しそれ以外の光を透過する指向性散乱層を備えている。   The illuminating device of the present invention includes a light source, a transparent light guide plate, directional scattering that scatters light of a predetermined incident angle and transmits other light between the light incident surface of the light guide plate and the light source. With layers.

ここで、指向性散乱層として、微細な柱状構造が面内に複数本配列され、前記柱状構造の柱状中央領域はそれを取り巻く外周領域に比べて屈折率が高く形成され、厚さ方向に光を導く機能を有している柱状レンズシートを用いることとした。さらに、この柱状レンズシートを構成する柱状構造が、当該柱状レンズシート面内で略垂直に配向しているように設定した。ここで、柱状レンズシートの散乱角を略10〜45度とした。   Here, as the directional scattering layer, a plurality of fine columnar structures are arranged in the plane, and the columnar central region of the columnar structure is formed with a higher refractive index than the outer peripheral region surrounding the columnar structure, and light is emitted in the thickness direction. It was decided to use a columnar lens sheet having a function of guiding. Furthermore, the columnar structure constituting the columnar lens sheet was set so as to be oriented substantially vertically in the surface of the columnar lens sheet. Here, the scattering angle of the columnar lens sheet was set to approximately 10 to 45 degrees.

また、導光板の光入射面には、導光板の光照射面に略垂直な方向の稜線を有するプリズムを形成することとした。また、レンズシートを導光板の光入射面に接合して形成した。   In addition, a prism having a ridge line in a direction substantially perpendicular to the light irradiation surface of the light guide plate is formed on the light incident surface of the light guide plate. Further, the lens sheet was formed by bonding to the light incident surface of the light guide plate.

以下に本発明の照明装置の実施例に関して図面を参照しながら説明する。図1に本実施例の照明装置の断面図を模式的に示す。導光板2の光入射端面側には、光源1が配置されている。また、光入射面には指向性散乱シートとしての柱状レンズシート3が配されている。光源1としては冷陰極管やLED光源を用いることができるが、発光効率が高く小型化に適したLED光源を用いるのが好ましい。このLED光源としては、青色LED光源からの青色光を黄色蛍光体で波長変換して緑色光を得て、それと元の青色光との混色で白色光を得るいわゆる白色LED光源を用いるのが望ましい。また、この白色LED光源と赤色LED光源を併用して、混色光をより白色に近づけたものが望ましい。また、図では光源1は1つしか描かれていないが、光源1としては3〜5個配されているのが通常である。   Embodiments of the lighting device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of the illumination device of this embodiment. A light source 1 is disposed on the light incident end face side of the light guide plate 2. A columnar lens sheet 3 as a directional scattering sheet is disposed on the light incident surface. As the light source 1, a cold cathode tube or an LED light source can be used, but it is preferable to use an LED light source that has high luminous efficiency and is suitable for downsizing. As this LED light source, it is desirable to use a so-called white LED light source that obtains green light by converting the wavelength of blue light from a blue LED light source with a yellow phosphor to obtain green light and mixing the original blue light with the green light. . Further, it is desirable to use the white LED light source and the red LED light source in combination to make the mixed color light closer to white. Moreover, although only one light source 1 is drawn in the drawing, three to five light sources 1 are usually arranged.

導光板2は透明高分子材料で形成されている。具体的にはアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シクロオレフィン系樹脂などの高分子材料で形成されている。これらの材料を用いて射出成形することによって導光板2は容易に製造することができる。また、柱状レンズシート2は、微細な柱状構造が面内に複数本配列され、柱状構造の柱状中央領域はそれを取り巻く外周領域に比べて屈折率が高く形成され、厚さ方向に光を導く機能を有している。すなわち、屈折率が中心に向かう程連続的に大きくなっているグレイディッドインデックス型柱状レンズ、または中心部分の屈折率がそれを取り巻く外周領域の屈折率よりも高い2層構造になっているステップインデックス型柱状レンズが平面状に複数配列されているフィルム構造になっている。この柱状レンズシートの製造は、例えば、屈折率の異なる2種類以上の光重合性化合物からなる液状反応層に、グラデーション加工を施したフォトマスクを介して紫外線を照射することによって、光照射強度による光重合性化合物の光重合速度の違いによって屈折率の分布状態を制御することによって行う。   The light guide plate 2 is made of a transparent polymer material. Specifically, it is formed of a polymer material such as an acrylic resin, a polycarbonate resin, or a cycloolefin resin. The light guide plate 2 can be easily manufactured by injection molding using these materials. The columnar lens sheet 2 has a plurality of fine columnar structures arranged in a plane, and the columnar central region of the columnar structure is formed with a higher refractive index than the outer peripheral region surrounding the columnar structure, and guides light in the thickness direction. It has a function. That is, a graded index columnar lens whose refractive index continuously increases toward the center, or a step index having a two-layer structure in which the refractive index of the central portion is higher than the refractive index of the outer peripheral region surrounding it. It has a film structure in which a plurality of mold columnar lenses are arranged in a plane. The columnar lens sheet is manufactured by, for example, irradiating a liquid reaction layer made of two or more kinds of photopolymerizable compounds having different refractive indexes with ultraviolet rays through a gradation-processed photomask, thereby depending on the light irradiation intensity. The refractive index distribution is controlled by controlling the difference in the photopolymerization rate of the photopolymerizable compound.

図2に本発明の照明装置に関する別の構成を示す。図2が図1と異なっている点は、柱状レンズシート3が導光板2の光入射面に接合されている点である。このように、柱状レンズシート3を導光板2の光照射面に接合することによって、照明装置に機械的な力が作用したとしても、柱状レンズシート3と導光板2との位置が固定されるために安定した特性を得ることが可能となる。また、柱状レンズシート3と導光板2の入射面での反射率を少なくすることができるために、光利用効率が向上する。   FIG. 2 shows another configuration relating to the illumination device of the present invention. 2 is different from FIG. 1 in that the columnar lens sheet 3 is bonded to the light incident surface of the light guide plate 2. As described above, by joining the columnar lens sheet 3 to the light irradiation surface of the light guide plate 2, the position of the columnar lens sheet 3 and the light guide plate 2 is fixed even if a mechanical force acts on the lighting device. Therefore, stable characteristics can be obtained. Moreover, since the reflectance at the incident surfaces of the columnar lens sheet 3 and the light guide plate 2 can be reduced, the light utilization efficiency is improved.

図1と図2において、光源1から出射された光の内、放射角が小さな成分は柱状レンズシート3で散乱され、放射角が大きな成分は柱状レンズシート3を直線的に透過して、導光板2の内部で多重反射を繰り返しながら伝播する。導光板2の光照射面またはその対向面にはプリズム群や微細散乱構造体などの凹凸が所定の規則で構成されており、この内部で多重反射している光を光照射面方向に均一に偏向させて面状に照明を行う。   In FIG. 1 and FIG. 2, the component having a small radiation angle in the light emitted from the light source 1 is scattered by the columnar lens sheet 3, and the component having a large radiation angle is linearly transmitted through the columnar lens sheet 3 to be guided. It propagates while repeating multiple reflections inside the optical plate 2. Concavities and convexities such as prism groups and fine scattering structures are formed according to a predetermined rule on the light irradiation surface of the light guide plate 2 or on the opposite surface thereof. Illuminate in a plane by deflecting.

次に柱状レンズシート3中の光の振舞いについて説明する。図5はステップインデックス型柱状レンズシートを用いた場合の光の挙動を示した模式図である。図中に光源1から柱状レンズシート3に入射する光の代表的な光路を矢印22、23、24で示してある。光源1からの光は様々な入射角を持って柱状レンズシート3に入射し、その範囲は0度からおよそ90度の成分を有している。ステップインデックス型柱状レンズシートは、高屈折率領域10と低屈折率領域11とが明確な境界を持って形成されている。   Next, the behavior of light in the columnar lens sheet 3 will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of light when a step index type columnar lens sheet is used. In the figure, typical optical paths of light incident on the columnar lens sheet 3 from the light source 1 are indicated by arrows 22, 23 and 24. The light from the light source 1 is incident on the columnar lens sheet 3 with various incident angles, and the range has a component of 0 degree to about 90 degrees. In the step index type columnar lens sheet, the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 are formed with a clear boundary.

まず、矢印22で示されている光について説明する。この光は柱状レンズシート3の面に対する入射角が小さな場合を示している。光源1から柱状レンズシート3に入射した光はスネルの法則に従って導光板の光入射面の法線側に向かって屈折する。高屈折率領域10に入射した光は低屈折率領域11との境界面に入射するが、境界面への入射角は臨界角よりも大きな値となっているために境界面で全反射される。この光は高屈折率領域10と低屈折率領域11との境界面で繰り返し反射して導光板の光入射面側に導波していき、柱状レンズシートの導光板側の面から出射される。   First, the light indicated by the arrow 22 will be described. This light shows a case where the incident angle with respect to the surface of the columnar lens sheet 3 is small. The light incident on the columnar lens sheet 3 from the light source 1 is refracted toward the normal side of the light incident surface of the light guide plate according to Snell's law. The light incident on the high refractive index region 10 is incident on the boundary surface with the low refractive index region 11, but since the incident angle on the boundary surface is larger than the critical angle, it is totally reflected on the boundary surface. . This light is repeatedly reflected at the boundary surface between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 and guided to the light incident surface side of the light guide plate, and is emitted from the light guide plate side surface of the columnar lens sheet. .

このとき、柱状レンズシートの層厚と高屈折率領域10への光の入射角と入射位置によって柱状レンズシートからの光の出射方向が定まる。例えば、矢印23で示される光は、矢印22で示される光と同じ入射角であるが、入射位置が異なる場合を示している。図5では、矢印23で示される光は高屈折率領域10と低屈折率領域11との境界面で反射されずに直接導光板側の面に入射する場合が示されている。この光は矢印22で示される光と異なった入射角で導光板側の面に入射するために、柱状レンズシートから出射される角度が矢印22で示された光と全く異なっている。柱状レンズシートの層厚が厚くなると境界面での反射回数が増加するために入射位置による出射角の相違はさらに顕著になる。また、グレイディッドインデックス型の柱状レンズシートでは、柱状レンズ内での光の伝播が屈折率の高い方に連続的に曲がろうとするために、出射角度はある角度範囲内で一様な分布を持つようになる。このように、柱状レンズシートに対する入射角がある範囲内にある光は、あたかも散乱されるかのように振舞う。   At this time, the light emission direction from the columnar lens sheet is determined by the layer thickness of the columnar lens sheet, the incident angle and the incident position of the light to the high refractive index region 10. For example, the light indicated by the arrow 23 has the same incident angle as the light indicated by the arrow 22, but the incident position is different. FIG. 5 shows a case where the light indicated by the arrow 23 is directly reflected on the surface on the light guide plate side without being reflected by the boundary surface between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11. Since this light is incident on the surface of the light guide plate at an incident angle different from that indicated by the arrow 22, the angle emitted from the columnar lens sheet is completely different from that indicated by the arrow 22. When the layer thickness of the columnar lens sheet is increased, the number of reflections at the boundary surface is increased, so that the difference in the emission angle depending on the incident position becomes more remarkable. Also, in the graded index type columnar lens sheet, the propagation of light in the columnar lens tends to bend continuously toward the higher refractive index, so the emission angle has a uniform distribution within a certain angle range. To have. In this way, light within an angle of incidence with respect to the columnar lens sheet behaves as if it is scattered.

そして、高屈折率領域10と低屈折率領域11の屈折率差が大きいほど散乱角は大きくなる。そして、その散乱角はある特定の範囲内に限定される。そのため、柱状レンズシートは指向性散乱シートとして振舞う。さらに、柱状レンズシートの層厚が厚くなればなるほど、また円柱半径が小さくなればなるほど、さらにシート面内での柱状レンズの個数密度が大きくなればなるほどヘイズ値は大きくなる。   The scattering angle increases as the refractive index difference between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 increases. The scattering angle is limited to a specific range. Therefore, the columnar lens sheet behaves as a directional scattering sheet. Furthermore, the haze value increases as the layer thickness of the columnar lens sheet increases, as the column radius decreases, and as the number density of columnar lenses in the sheet plane increases.

本実施例の照明装置においては、柱状レンズのレンズ径が、0.2μm〜250μm、レンズ高さ(柱状レンズシート層厚)が10μm〜200μmの柱状レンズシートを用いることができる。しかしながら、製造歩留まりや光利用効率あるいはハンドリングのし易さなどを考慮すると、レンズ径は0.5μm〜100μm、レンズ高さは20μm〜80μmとするのが好ましい。また、柱状レンズの屈折率差は0.01〜0.05のものを用いることができる。   In the illumination device of the present embodiment, a columnar lens sheet having a columnar lens with a lens diameter of 0.2 μm to 250 μm and a lens height (columnar lens sheet layer thickness) of 10 μm to 200 μm can be used. However, considering the production yield, light utilization efficiency, ease of handling, etc., it is preferable that the lens diameter is 0.5 μm to 100 μm and the lens height is 20 μm to 80 μm. In addition, a columnar lens having a refractive index difference of 0.01 to 0.05 can be used.

次に、光源1から高屈折率領域10にさらに大きな入射角で入射してきた光の挙動を矢印23で示す。この場合、高屈折率領域10と低屈折率領域11との境界面に入射する光の入射角は、矢印22で示される光の場合に比べて小さくなる。その結果、光は境界面を透過して低屈折率領域11側に透過し、あたかも柱状レンズが形成されていない透明シートを透過するかのようにして反対側の面から出射される。   Next, the behavior of light that has entered the high refractive index region 10 from the light source 1 at a larger incident angle is indicated by an arrow 23. In this case, the incident angle of light incident on the boundary surface between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 is smaller than that of the light indicated by the arrow 22. As a result, the light passes through the boundary surface, passes through the low refractive index region 11 side, and is emitted from the opposite surface as if passing through a transparent sheet on which no columnar lens is formed.

このように、高屈折率領域10に入射する光の角度によって、反対側の面から出射される光が散乱されるか、直線的に透過するかが決まる。柱状レンズシートに入射した光が散乱される角度範囲を散乱入射角、直線的に透過する角度範囲を直線透過角と呼ぶことにする。   Thus, the angle of light incident on the high refractive index region 10 determines whether the light emitted from the opposite surface is scattered or transmitted linearly. An angle range in which light incident on the columnar lens sheet is scattered is referred to as a scattering incident angle, and an angle range in which light is transmitted linearly is referred to as a linear transmission angle.

次に、グレイディッドインデックス型柱状レンズシート中の光の振舞いを示す。グレイディッドインデックス型柱状レンズは、柱状中央付近に高屈折率領域を持ち、その外周が低屈折率領域となっているが、ステップインデックス型柱状レンズのように高屈折率領域と低屈折率領域との間には明確な境界面を持っていない。   Next, the behavior of light in the graded index columnar lens sheet is shown. A graded index type columnar lens has a high refractive index region near the center of the columnar shape, and its outer periphery is a low refractive index region. However, like a step index type columnar lens, a high refractive index region and a low refractive index region There is no clear interface between them.

グレイディッドインデックス型柱状レンズの内部に入射した光はより屈折率の高い方へと光路を曲げる。従って、この柱状レンズの中での光路は滑らかな曲線を示す。しかし、この場合においても、ステップインデックス型柱状レンズの場合と同様に、散乱入射角と直線透過角が存在する。すなわち、散乱入射角で入射した光は柱状レンズ内を導波して柱状レンズシートの表面から散乱出射されるが、直線透過角で入射した光は柱状レンズシートで散乱を受けずに透過する。   Light incident on the inside of the graded index columnar lens bends the optical path toward a higher refractive index. Therefore, the optical path in this columnar lens shows a smooth curve. However, in this case as well, as in the case of the step index type columnar lens, there are a scattering incident angle and a linear transmission angle. That is, the light incident at the scattering incident angle is guided through the columnar lens and scattered and emitted from the surface of the columnar lens sheet, but the light incident at the linear transmission angle is transmitted without being scattered by the columnar lens sheet.

このときもステップインデックス型柱状レンズシートの場合と同様に、柱状レンズシートの層厚と柱状レンズへの光の入射角と入射位置によって柱状レンズシートからの特定光の出射方向が定まる。そして、柱状レンズシートの層厚が厚くなればなるほど散乱方位の偏りが小さくなるように出射する。また、高屈折率領域と低屈折率領域によって形成される屈折率の傾きが大きいほど散乱角は大きくなる。   At this time, as in the case of the step index type columnar lens sheet, the emission direction of the specific light from the columnar lens sheet is determined by the layer thickness of the columnar lens sheet, the incident angle of light to the columnar lens, and the incident position. And it is radiate | emitted so that the bias | inclination of a scattering direction may become so small that the layer thickness of a columnar lens sheet | seat becomes thick. In addition, the scattering angle increases as the gradient of the refractive index formed by the high refractive index region and the low refractive index region increases.

図6に本発明で用いた柱状レンズシートの光透過特性を示す。図6において、横軸は柱状レンズシートへの入射角、縦軸は各入射角に対する光透過強度を表している。ただし、測定は透明なガラス基板に柱状レンズシートを貼り付けて大気中で行った。図6から分かるように、柱状レンズシートは角度αで光強度がほぼゼロになっていることがわかる。入射角が−α〜αの範囲内では光は透過後散乱され、入射角の絶対値がα以上の範囲内では光は散乱されずに直進透過する。すなわち、αは散乱入射角の上限を示している。   FIG. 6 shows the light transmission characteristics of the columnar lens sheet used in the present invention. In FIG. 6, the horizontal axis represents the incident angle to the columnar lens sheet, and the vertical axis represents the light transmission intensity for each incident angle. However, the measurement was performed in the atmosphere with a columnar lens sheet attached to a transparent glass substrate. As can be seen from FIG. 6, the columnar lens sheet is found to have almost zero light intensity at the angle α. When the incident angle is within the range of -α to α, the light is scattered after transmission, and when the absolute value of the incident angle is greater than or equal to α, the light is transmitted without being scattered. That is, α represents the upper limit of the scattering incident angle.

αの値としては、柱状レンズシートの層厚、柱状レンズの口径、あるいは柱状レンズの屈折率差などを調整することによって、10〜45度程度までの任意の値に制御することができる。すなわち、柱状レンズシートに10〜45度の散乱入射角以下で入射してきた光を、10〜45度の散乱角を持って散乱させることができる。このようにすることによって、光源から出射された光の内、放射角が小さな成分の広がり角を大きくして導光板2の内部で充分な回数多重反射させて効率良く利用することができるようになる。また、散乱入射角以上の光で入射してきた成分に関しては、光は直線的に透過するため従来の照明装置と同様の効果をもたらすことが可能となる。導光板内で光を効果的に多重反射させるためには、散乱入射角ができるだけ大きな値のものを用いるのが良い。   The value of α can be controlled to an arbitrary value of about 10 to 45 degrees by adjusting the layer thickness of the columnar lens sheet, the aperture of the columnar lens, or the difference in refractive index of the columnar lens. That is, light that has entered the columnar lens sheet at a scattering incident angle of 10 to 45 degrees or less can be scattered with a scattering angle of 10 to 45 degrees. By doing so, the spread angle of the component having a small radiation angle in the light emitted from the light source can be increased, and the light can be efficiently reflected by multiple reflections within the light guide plate 2. Become. In addition, with respect to components that have been incident with light having a scattering incident angle or more, the light is transmitted linearly, so that the same effect as that of a conventional illumination device can be obtained. In order to effectively multiple-reflect light within the light guide plate, it is preferable to use a light having a scattering incident angle as large as possible.

また、導光板2の光入射面に、導光板2の光照射面に対して略垂直な方向に稜線を持ったプリズムが形成することもできる。このプリズムは頂角がおよそ90〜135度であり、高さが100〜200μmの表面に凸形状のプリズムであり、光源1からの光を光入射面の長手方向に広げて導光板2の内部に均一に光が導波する作用を有している。   In addition, a prism having a ridge line in a direction substantially perpendicular to the light irradiation surface of the light guide plate 2 can be formed on the light incident surface of the light guide plate 2. This prism is a convex prism on the surface having an apex angle of approximately 90 to 135 degrees and a height of 100 to 200 μm, and the light from the light source 1 is spread in the longitudinal direction of the light incident surface so as to be inside the light guide plate 2. Have the effect of guiding light uniformly.

この導光板2の光照射面に形成されたプリズムは、光源1が同様の作用を有するレンズを具備している場合は必ずしも必要とは限らない。   The prism formed on the light irradiation surface of the light guide plate 2 is not always necessary when the light source 1 includes a lens having the same function.

図3に本発明の照明装置の光入射面における光の挙動について説明する断面図を模式的に示す。図3では、光源1からの放射角が小さな光の光路を矢印20で、放射角が大きな光の光路を矢印21で示してある。上記のように、光源1からの放射角が小さな光20は、柱状レンズシート3に散乱入射角の範囲内で入射するために、導光板2の内部に散乱入射する。この散乱角は45度以下となっているために、図2に示すように柱状レンズシート3が導光板2に接合されている場合においても、導光板の光照射面およびその対向面に対して臨界角以上の入射角で入射し、内部で効率良く多重反射される。   FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view for explaining the behavior of light on the light incident surface of the illumination device of the present invention. In FIG. 3, an optical path of light having a small emission angle from the light source 1 is indicated by an arrow 20, and an optical path of light having a large emission angle is indicated by an arrow 21. As described above, the light 20 having a small radiation angle from the light source 1 enters the columnar lens sheet 3 within the range of the scattering incident angle, and thus scatters and enters the light guide plate 2. Since this scattering angle is 45 degrees or less, even when the columnar lens sheet 3 is bonded to the light guide plate 2 as shown in FIG. 2, the light irradiation surface of the light guide plate and its opposite surface It is incident at an angle of incidence greater than the critical angle, and multiple reflections are efficiently performed inside.

一方、光源1からの放射角が大きな光21は、導光板入射面から通常の導光板の場合と同様にスネルの法則に従って入射するために、従来の導光板におけるのと同様に内部で多重反射される。   On the other hand, the light 21 having a large radiation angle from the light source 1 is incident in accordance with Snell's law as in the case of a normal light guide plate from the light guide plate entrance surface. Is done.

図4に本発明の照明装置を用いた液晶表示装置の一般的構成について説明した断面図を模式的に示す。本発明の照明装置は、導光板2の光入射面に柱状レンズシート3を配することを除いて、通常のサイドライト型照明装置と同様の構成を取ることができる。導光板2の光照射面またはその対向面には内部で多重反射して導波する光の光路を偏向して光照射面から取り出すためのプリズム構造や微細散乱構造体が形成されている。そして、導光板2の光照射面側の真上にはプリズムシート9を介して液晶パネル7が配されている。また、光源1や導光板2などを支持するための筺体6と導光板2との間隙には、導光板2から外部に漏れ出した光を再び導光板2の内部にもどして再利用するための反射板4と5が配されている。これらの反射板4と5は、筺体6を形成する材料として反射率の高い白色高分子材料を用いる場合には省略される場合もある。   FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view illustrating a general configuration of a liquid crystal display device using the illumination device of the present invention. The illuminating device of the present invention can have the same configuration as a normal sidelight type illuminating device except that the columnar lens sheet 3 is arranged on the light incident surface of the light guide plate 2. A prism structure or a fine scattering structure is formed on the light irradiation surface of the light guide plate 2 or on the surface facing the light guide plate 2 so as to deflect the light path of the light that is internally reflected and guided to be extracted from the light irradiation surface. A liquid crystal panel 7 is disposed directly above the light irradiation surface side of the light guide plate 2 via a prism sheet 9. In addition, in the gap between the housing 6 for supporting the light source 1 and the light guide plate 2 and the light guide plate 2, the light leaking outside from the light guide plate 2 is returned to the inside of the light guide plate 2 and reused. Reflectors 4 and 5 are arranged. The reflectors 4 and 5 may be omitted when a white polymer material having a high reflectance is used as a material for forming the casing 6.

プリズムシート9は導光板2側に形成され稜線を導光板2の光入射面に略並行に形成されたプリズム群を表面に形成した透明シートであり、導光板2からの光を液晶パネル2側に垂直に上げて効率良く用いるためのものである。図ではプリズムシート9は1枚しか描かれていないが、互いに直行したプリズム稜線を持ったものを2枚重ねて用いても良い。   The prism sheet 9 is a transparent sheet formed on the surface of the light guide plate 2 and having a ridge line formed on the surface thereof and a prism group formed substantially parallel to the light incident surface of the light guide plate 2. It is intended to be used efficiently by raising it vertically. In the figure, only one prism sheet 9 is depicted, but two sheets having prism ridge lines that are orthogonal to each other may be used in an overlapping manner.

また、導光板2とプリズムシート9との間隙に拡散板を配しても良い。   Further, a diffusion plate may be disposed in the gap between the light guide plate 2 and the prism sheet 9.

以下に、本発明の具体例を説明する。
(具体例)
図1に示す照明装置を作製した。導光板の寸法としては、35mm×43mm×0.6mmとした。光源として白色LED光源を導光板の光入射面に3個配列した。また、導光板の光入射面には柱状レンズの配向方向が面内にほぼ垂直で、散乱角が45度の柱状レンズシートを配した。柱状レンズシートの厚みは70μm、柱状レンズ径としては30μmのものを用いた。導光板2の光照射面との対向面には稜線が光源の配列方向に垂直に形成されたプリズムを形成した。このプリズムの頂角は90度であり、光源側の仰角は30度とした。さらに、プリズムのピッチを光源側から二次関数的に変化させ、光源側のピッチを250μm、光源との対向側端部におけるピッチを20μmとした。また、比較用として同様の構成で導光板の光入射面に柱状レンズシートを配しない通常の照明装置を用意した。これらの照明装置の輝度を測定したところ、本発明による照明装置の最大輝度は通常の照明装置に比較して約12%大きくなることが分かった。
Specific examples of the present invention will be described below.
(Concrete example)
The lighting device shown in FIG. 1 was produced. The size of the light guide plate was 35 mm × 43 mm × 0.6 mm. Three white LED light sources as light sources were arranged on the light incident surface of the light guide plate. In addition, a columnar lens sheet having an alignment direction of the columnar lens substantially perpendicular to the surface and a scattering angle of 45 degrees is disposed on the light incident surface of the light guide plate. The thickness of the columnar lens sheet was 70 μm, and the columnar lens diameter was 30 μm. On the surface of the light guide plate 2 facing the light irradiation surface, a prism having ridge lines formed perpendicular to the arrangement direction of the light sources was formed. The apex angle of this prism was 90 degrees, and the elevation angle on the light source side was 30 degrees. Further, the pitch of the prism was changed from the light source side in a quadratic function, the pitch on the light source side was 250 μm, and the pitch at the end on the side facing the light source was 20 μm. For comparison, an ordinary lighting device having the same configuration and having no columnar lens sheet on the light incident surface of the light guide plate was prepared. When the luminance of these illuminating devices was measured, it was found that the maximum luminance of the illuminating device according to the present invention was about 12% larger than that of a normal illuminating device.

本発明による照明装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the illuminating device by this invention. 本発明による照明装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the illuminating device by this invention. 本発明による照明装置の光路の1例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the optical path of the illuminating device by this invention. 本発明による照明装置を用いた液晶表示装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the liquid crystal display device using the illuminating device by this invention. 本発明に用いた柱状レンズシート内での光路を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the optical path in the columnar lens sheet used for this invention. 本発明に用いた柱状レンズシートの光透過特性を示すグラフである。It is a graph which shows the light transmission characteristic of the columnar lens sheet used for this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 LED光源
2 導光板
3 柱状レンズシート
4、5 反射板
6 筺体
7 液晶パネル
8 プリズムシート
10 高屈折率層
11 低屈折率層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LED light source 2 Light-guide plate 3 Columnar lens sheet 4, 5 Reflector 6 Housing 7 Liquid crystal panel 8 Prism sheet 10 High refractive index layer 11 Low refractive index layer

Claims (5)

光源と、透明な導光板と、前記導光板の光入射面と前記光源との間に、所定の入射角の光を散乱し、それ以外の光を透過する指向性散乱層と、を備えることを特徴とする照明装置。   A light source, a transparent light guide plate, and a directional scattering layer that scatters light at a predetermined incident angle and transmits other light between the light incident surface of the light guide plate and the light source. A lighting device characterized by the above. 前記指向性散乱層は、微細な柱状構造が面内に複数本配列され、前記柱状構造の柱状中央領域はそれを取り巻く外周領域に比べて屈折率が高く形成され、厚さ方向に光を導く機能を有している柱状レンズシートであることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。   The directional scattering layer includes a plurality of fine columnar structures arranged in a plane, and the columnar central region of the columnar structure is formed with a higher refractive index than the outer peripheral region surrounding the columnar structure, and guides light in the thickness direction. It is a columnar lens sheet which has a function, The illuminating device of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記柱状レンズシートを構成する柱状構造が、当該柱状レンズシート面内で略垂直に配向していることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2, wherein the columnar structure constituting the columnar lens sheet is oriented substantially perpendicularly within the surface of the columnar lens sheet. 前記柱状レンズシートの散乱角が略10〜45度であることを特徴とする請求項2または3に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 2 or 3, wherein a scattering angle of the columnar lens sheet is approximately 10 to 45 degrees. 前記導光板の光入射面には、前記導光板の光照射面に略垂直な方向の稜線を有するプリズムが形成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination according to claim 1, wherein a prism having a ridge line in a direction substantially perpendicular to the light irradiation surface of the light guide plate is formed on the light incident surface of the light guide plate. apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010287548A (en) * 2009-06-15 2010-12-24 Ccs Inc Light irradiation device
JP2013061611A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Entire Technology Co Ltd Optical film, and backlight module and liquid crystal display having the optical film
WO2013081038A1 (en) * 2011-11-30 2013-06-06 シャープ株式会社 Light source device, surface light source device, display device and lighting device

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