JP2006134661A - Planar light source and liquid crystal display device using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面状光源およびこれを用いた液晶表示装置に関し、より特定的には、光源部からの入射光を導光板の内部に導入して、導光板の主面から面状の光を放出する面状光源およびこれを用いた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a planar light source and a liquid crystal display device using the planar light source. More specifically, incident light from a light source unit is introduced into a light guide plate, and planar light is emitted from the main surface of the light guide plate. The present invention relates to a planar light source that emits light and a liquid crystal display device using the same.
パーソナルコンピュータのモニター、テレビ受像機、および携帯電話等には、画像表示が可能な液晶表示装置(液晶ディスプレイ)が用いられている。液晶表示装置は、薄型かつ軽量であり、しかも、近年の製造技術の進展によって価格の低減や高画質化が図られていることから、急速に普及している。 Liquid crystal display devices (liquid crystal displays) capable of displaying images are used for personal computer monitors, television receivers, mobile phones, and the like. Liquid crystal display devices are thin and light, and are rapidly spreading because of the recent reduction in price and higher image quality due to progress in manufacturing technology.
液晶表示装置は、それ自体は非自発光であるため、液晶パネルの背面側にバックライトと呼ばれる光源を備えた透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置では、光源からの照明光を液晶パネルによって空間変調することにより画像を形成する。バックライトには、様々な種類のものがあるが、導光板の側部から光を導入し、均一な面光源に変換させるエッジライト型のバックライトは、薄型化や小型化に適しているため広く用いられている。エッジライト型のバックライトの光源には、一般に、線状光源である冷陰極管(以下、CCFLと称す)が用いられていたが、近年、発光効率の高い発光ダイオード(以下、LEDと称す)の開発に伴って、LEDの利用要求が高まっている。 Since the liquid crystal display device itself is non-self-luminous, a transmissive liquid crystal display device having a light source called a backlight on the back side of the liquid crystal panel is generally used. In a transmissive liquid crystal display device, an image is formed by spatially modulating illumination light from a light source with a liquid crystal panel. There are various types of backlights, but edge-lighted backlights that introduce light from the side of the light guide plate and convert it into a uniform surface light source are suitable for thinning and miniaturization. Widely used. In general, a cold cathode tube (hereinafter referred to as CCFL), which is a linear light source, has been used as a light source of an edge light type backlight, but in recent years, a light emitting diode (hereinafter referred to as an LED) having high luminous efficiency. With the development of, demands for using LEDs are increasing.
図8は、光源としてLEDを用いたエッジライト型バックライトとして用いられる面状光源の構成を示し、図8(a)は、面状光源を側面から見たときの断面図であり、図8(b)は、面状光源の平面図である。図8(a)および図8(b)において、面状光源70は、導光板1と光源部10とを備える。光源部10は、導光板1の側部に配置されており、光源としてのLED2、基板3、および反射板4を有する。なお、図8(b)では、反射板4の図示は省略している。
8 shows a configuration of a planar light source used as an edge light type backlight using an LED as a light source, and FIG. 8A is a cross-sectional view of the planar light source as viewed from the side. (B) is a top view of a planar light source. 8A and 8B, the
導光板1は、ポリカーボネート樹脂やメタクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により形成されており、側部に入射面1aを、対向する主面の一方の側に出射面1bを有する。光源部10は、複数のLED2を有し、これらのLED2は、入射面1aに沿って基板3の上に等間隔に実装されている。LED2および基板3は、反射率の高い白色樹脂シート等で構成された反射板4で覆われている。
The
上記のように構成された面状光源70では、導光板1の入射面1aから導入された入射光は、図8(a)において矢印で示すように、対向する主面間を全反射を繰り返しながら伝播する。このとき、出射面1bと対向する面には、特定の密度分布や大きさを有する拡散反射層や反射用溝等を形成して、反射面1cとするのが一般的である。このような構成とすることにより、伝播する光を効率良く出射面1bから出射することができる。また、反射面1cに設けられる拡散反射層や反射用溝等の形状や密度分布等を適宜設定することにより、液晶表示装置のバックライトとして用いたときに、液晶パネルの全面にわたってほぼ均一な照明光を与えることができる。さらに、光源部10には、多数のLED2を配置して導光板1の入射面1aに直接光を導入するよう構成されているため、液晶表示装置のバックライトして利用できるだけの発光量を得ることができる。
In the
ただし、点光源であるLED2を用いてバックライトを構成すると、入射面近傍に明暗のムラを生じやすく、図8(b)に示すように、導光板1の入射面1aにおいて、LED2と対向する位置にある入射面1aは明るくなるものの、隣接するLED2間において暗部5が発生する傾向にある。そこで、このような暗部5を解消し、有効照明領域では実使用に問題が生じない程度の照明光の均一性を確保できるように、以下のような各種の方法が提案されている。
However, if the backlight is configured by using the
すなわち、導光板1の入射面1aにプリズムアレイ等の拡散要素を形成する方法(例えば、特許文献1)や、導光板1の入射面1a付近においてLED2に対向する部分に空孔を形成する方法(例えば、特許文献2)等が提案されている。また、導光板1の入射面1aに沿った方向への光拡散を促進する方法として、導光板1の入射面1aから一定の距離を、均一化のための空間として使用する方法(例えば特許文献3)等が提案されている。
しかしながら、上記のように導光板1に拡散要素や空孔を形成する方法では、導光板1の内部に一定の無効領域が発生することを前提としているため、光源としてCCFLを用いた液晶表示装置に比べて導光板1が大きく、しかも重くなり、装置の小型化が妨げられるという問題があった。
However, since the method of forming the diffusing element or the hole in the
また、導光板1の入射面1aにプリズムやレンチキュラレンズなどの拡散要素を設ける方法は、導光板1の出射面1bおよびその裏面が平坦である従来の導光方式ではある程度の効果があるもの、導光板1の出射面1bまたはその裏面のいずれかに、入射面1aと垂直な方向を長手方向とするプリズムを形成した導光方式では、ほとんど効果を発揮しないという問題がある。これは、導光板1に形成されたプリズムの作用によって、プリズム延伸方向と直行する方向への光の伝播方向が抑制されるためと考えられる。また、近年では、導光板1に直接にプリズムを形成する導光方式が主流となりつつある。この導光方式は、プリズムの延伸方向と直交する方向に光を集光して正面輝度を向上する効果があり、導光板1の出射面1bに設置されるプリズムシートを1枚削減できるが、導光板1に設けられたプリズムが光ガイドとなって横方向の光の伝播が阻害されるため、十分な照明光の均一性を確保できるものではない。
Further, the method of providing a diffusing element such as a prism or a lenticular lens on the incident surface 1a of the
さらに、導光板1の入射面1aから一定の距離を均一化のための空間として使用する方法では、ある程度の照明光の均一性は得られるものの、未だ十分と言えるだけの照明光の均一性を確保できるものではない。
Furthermore, the method of using a certain distance from the incident surface 1a of the
それ故に、本発明の目的は、光源として点状光源素子を用いても均一な照明光が得られ、照度が高く、導光板内の無効領域を低減して装置の小型化と軽量化とが実現でき、しかも導光板の出射面に拡散手段を設けた導光方式にも適用できる面状光源及びこれを用いた液晶表示装置を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to obtain uniform illumination light even when a point light source element is used as a light source, high illuminance, and reducing the ineffective area in the light guide plate, thereby reducing the size and weight of the device. Another object of the present invention is to provide a planar light source that can be realized and can also be applied to a light guide method in which a diffusing means is provided on the exit surface of a light guide plate, and a liquid crystal display device using the same.
本発明は、面状光源に向けられており、この面状光源は、複数の点状光源素子を有する光源部と、光源部と対向する入射面から光を導入し、導入した光を対向する主面間で全反射させながら全面に伝播させるとともに、内部に設けられた光路変更部材によって光路を変更させることにより、出射面から面状の光を出射する導光板とを備える。 The present invention is directed to a planar light source. The planar light source introduces light from a light source unit having a plurality of point light source elements and an incident surface facing the light source unit, and opposes the introduced light. A light guide plate that emits planar light from the light exit surface by propagating to the entire surface while being totally reflected between the main surfaces and changing the light path by an optical path changing member provided inside.
ここで、本発明の面状光源の特徴は、点状光源素子と導光板の入射面との距離dを点状光源素子の配列間隔pで除した値であるd/pは、0.2以上1未満である点にある。このような構成であると、複数の点状光源素子を光源として用いても均一な照明光が得られ、導光板内の無効領域を低減して装置の小型化と軽量化とが実現できる。 Here, the surface light source of the present invention is characterized in that d / p, which is a value obtained by dividing the distance d between the point light source element and the incident surface of the light guide plate by the arrangement interval p of the point light source elements, is 0.2. This is in the point of being less than 1. With such a configuration, uniform illumination light can be obtained even when a plurality of point light source elements are used as the light source, and the ineffective area in the light guide plate can be reduced, and the apparatus can be reduced in size and weight.
本発明において複数の点状光源素子は、等間隔で配列されていてもよく、あるいは、少なくとも一部において不等な間隔で配列されていても良い。後者の場合は、配列間隔pは、隣接する点状光源素子間において最大の配列間隔となる。 In the present invention, the plurality of point light source elements may be arranged at equal intervals, or at least partially arranged at unequal intervals. In the latter case, the arrangement interval p is the maximum arrangement interval between adjacent point light source elements.
また、導光板の主面のいずれか一方には、入射面と垂直な方向を長手方向として入射面と平行な方向に周期構造を有する構造体を含むようにしても良い。このような導光方式においても、導光板には十分に均一化された状態の光が入射するため、導光板の内部において光の横伝播が無くても照明光の均一性が損なわれることがなく、好適に使用できる。 Moreover, you may make it include in any one of the main surfaces of a light-guide plate the structure which has a periodic structure in the direction parallel to an incident surface by making a direction perpendicular | vertical to an incident surface into a longitudinal direction. Even in such a light guide system, light in a sufficiently uniform state is incident on the light guide plate, so that the uniformity of illumination light may be impaired even if there is no lateral propagation of light inside the light guide plate. And can be suitably used.
点状光源素子は、発光ダイオードあることが好ましい。発光効率の高い発光ダイオードを用いることで、高い照度が得られる。 The point light source element is preferably a light emitting diode. By using a light emitting diode with high luminous efficiency, high illuminance can be obtained.
また、本発明は、液晶表示装置にも向けられている。この液晶表示装置は、一対のガラス基板間に液晶が封入された液晶パネルと、液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備える。バックライトは、複数の点状光源素子を有する光源部と、光源部と対向する入射面から光を導入し、導入した光を対向する主面間で全反射させながら全面に伝播させるとともに、内部に設けられた光路変更部材によって光路を変更させることにより、出射面から面状の光を出射する導光板とを備える。 The present invention is also directed to a liquid crystal display device. The liquid crystal display device includes a liquid crystal panel in which liquid crystal is sealed between a pair of glass substrates, and a backlight disposed on the back side of the liquid crystal panel. The backlight introduces light from a light source unit having a plurality of point light source elements and an incident surface facing the light source unit, and propagates the introduced light to the entire surface while totally reflecting between the opposing main surfaces. And a light guide plate that emits planar light from the exit surface by changing the optical path by the optical path changing member provided in.
ここで、本発明の液晶表示装置の特徴は、点状光源素子と導光板の入射面との距離dを点状光源素子の配列間隔pで除した値であるd/pが0.2以上1未満となるように設定された面状光源をバックライトとして用いる点にある。このような構成であると、バックライトを構成する面状光源は、導光板内の無効領域を低減して装置の小型化および軽量化が図れるため、液晶表示装置全体としての小型化および軽量化が実現できる。また、バックライトは、液晶パネルに均一な照明光を与えることができるため、表示特性の良い液晶表示装置が得られる。 Here, the liquid crystal display device of the present invention is characterized in that d / p, which is a value obtained by dividing the distance d between the point light source element and the incident surface of the light guide plate by the arrangement interval p of the point light source elements, is 0.2 or more. A planar light source set to be less than 1 is used as a backlight. With such a configuration, the planar light source constituting the backlight can reduce the ineffective area in the light guide plate and reduce the size and weight of the device. Therefore, the liquid crystal display device as a whole can be reduced in size and weight. Can be realized. In addition, since the backlight can give uniform illumination light to the liquid crystal panel, a liquid crystal display device with good display characteristics can be obtained.
以上のように本発明の面状光源によれば、光源部と導光板との間隔および光源部を構成する光源の配列ピッチを適切な値とすることで、複数の点状光源素子を光源として用いても、照明光の不均一性を緩和した状態で光を導光板に導くことができ、これにより導光板の入射端近傍の明暗を緩和して、均一で照度の高い発光が可能となる。また、導光板の無効領域を低減できるため、装置の小型化と軽量化とが実現できる。したがって、本発明の面状光源をバックライトとして用いた液晶表示装置は、表示特性が良く、小型で軽量なものとすることができる。 As described above, according to the planar light source of the present invention, by setting the interval between the light source unit and the light guide plate and the arrangement pitch of the light sources constituting the light source unit to appropriate values, a plurality of point light source elements can be used as the light source. Even if it is used, light can be guided to the light guide plate in a state in which the non-uniformity of the illumination light is mitigated, thereby reducing light and darkness near the incident end of the light guide plate, and making it possible to emit light with uniform and high illuminance. . In addition, since the ineffective area of the light guide plate can be reduced, the apparatus can be reduced in size and weight. Therefore, the liquid crystal display device using the planar light source of the present invention as a backlight has good display characteristics, and can be small and lightweight.
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る面状光源について説明する。図1は、本実施形態に係る面状光源の構成を示し、図1(a)は、面状光源を側面からみたときの断面図であり、図1(b)は、面状光源の平面図である。図1(a)および(b)において、面状光源15は、光源部10と導光板1とを備える。
(First embodiment)
The planar light source according to the first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a configuration of a planar light source according to the present embodiment, FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of the planar light source viewed from the side, and FIG. 1 (b) is a plan view of the planar light source. FIG. 1A and 1B, the planar
光源部10は、点状光源素子であるLED2、基板3、および反射板4を有する。LED2は、複数用いられており、後述するように導光板1の入射面1aに沿って配列間隔pを持って基板3の上に実装されている。反射板4は、反射率の高い白色樹脂シート等で構成されており、LED2からの光を効率的に導光板1に導くために、LED2および基板3を囲むように構成されている。なお、図1(b)では、反射板4の図示は省略している。このような構成を有する光源部10は、導光板1の側面側に配置されている。
The
導光板1は、ポリカーボネート樹脂やメタクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により形成される。導光板1は、一方の側面に光の入射面1aを有し、内部には光路変更部材(図示せず)を有する。そして、図1(a)において矢印で示すように、入射面1aから入射した光を出射面1bと反射面1cとの間で全反射させながら導光板1内部の全面に伝播すると共に、光路変更部材によって光路変更させることにより、伝播させた光を出射面1bから出射させて面状の発光をする。光路変更部材としては、例えば、主面に形成された所定のパターンを有する溝部や凹凸等の散乱パターンや、拡散シート拡散材等が挙げられる。また、導光板1の入射面1aはLED2が実装された基板3と対向する位置にあり、各LED2と導光板1の入射面1aとの距離は全て一定の間隔dとなっている。
The
本実施形態に係る特徴部分は、LED2と導光板1のとの距離dおよびLED2の配列間隔pを適切な値に設定した点にある。以下、LED2と導光板1との距離dを「光源−導光板間距離d」と称し、LED2の配列間隔pを「光源ピッチp」と称す。ここで、光源ピッチpについて、より具体的に説明する。図2は、LED2を基板3に実装した状態を示す平面図である。複数のLED2は、全て等間隔で配列されていても良く、あるいは、少なくとも一部において等間隔でない状態で配列されていても良い。後者の場合には、光源ピッチpは、最大の配列間隔となる。具体例を挙げて説明すると、図2(a)に示すように、全てのLED2が等間隔で配列された状態であれば、隣接するLED2間の距離は全て一定であるため、光源ピッチpはp1となる。また、図2(b)に示すように、複数のLED2において異なった間隔(p2およびp3)で配列された状態のときには、光源ピッチpは、最大の配列間隔であるp2となる。また、図2(c)に示すように、LED2が複数列に配列された状態のときには、光源ピッチpは、各行の間隔p4および各列の間隔p5を考慮して、最大の配列間隔であるp4が光源ピッチとなる。
The characteristic part according to the present embodiment is that the distance d between the
本実施形態においては、上記のように定義された光源−導光板間距離dおよび光源ピッチpを、次のような値に設定する。すなわち、光源−導光板間距離dを光源ピッチpで除した値であるd/pを、0.2以上1未満に設定する。換言すると、光源−導光板間距離dを、光源ピッチpの0.2倍以上1倍未満の範囲に設定する。光源−導光板間距離dと光源ピッチpとの間にこのような関係が成り立つことで、発光効率の高いLED2を複数用いて光源としても、光源からの光を、不均一性を緩和した状態で導光板1に光を導入できる。これにより導光板1の入射面1aの近傍における明暗を緩和することができ、高い照度で均一な照明光が実現できる。また、あらかじめ光を均一化した上で導光板1に導入することで、上記従来例のように導光板1の内部で光の均一化を図る場合に較べて、より小さい空間で同等の効果を得ることができ、装置の小型化および軽量化が実現できる。
In the present embodiment, the light source-light guide plate distance d and the light source pitch p defined as described above are set to the following values. That is, d / p, which is a value obtained by dividing the distance d between the light source and the light guide plate by the light source pitch p, is set to 0.2 or more and less than 1. In other words, the distance d between the light source and the light guide plate is set in a range of 0.2 times or more and less than 1 time the light source pitch p. Since such a relationship is established between the distance d between the light source and the light guide plate and the light source pitch p, even when a plurality of
なお、光源−導光板間距離dを光源ピッチpで除した値であるd/pが0.2未満であると、導光板1の入射面1aの近傍に顕著な明暗が生じてしまう。このような面状光源としては、従来例として説明した図8に示す面状光源70が相当する。一方、光源−導光板間距離dを光源ピッチpで除した値であるd/pが1を超えると、入射面1aの近傍における明暗は解消されるものの、光源部10と導光板1との間に不要な無効空間を作ることとなり、装置の小型化や軽量化が妨げられる。したがって、本実施形態においては、光源−導光板間距離dを光源ピッチpで除した値であるd/pが、0.2以上0.8未満であることがより好ましく、0.5〜0.8の範囲であることがさらに好ましい。
When d / p, which is a value obtained by dividing the distance d between the light source and the light guide plate by the light source pitch p, is less than 0.2, significant light and darkness occurs in the vicinity of the incident surface 1a of the
以下に、このような効果が得られる理由についてより詳細に説明する。まず、導光板1に導入する前の光の均一化を図る方が、導光板1の内部で光の均一化を図るといも効率が良い理由について説明する。図3は、空気中から導光板1に入射する入射光の軌跡を示す模式図である。図3において、入射光a1は、屈折率n1が1である空気中から、屈折率n2が1.5である導光板1に向けて、入射面1aとほぼ平行に近い状態で入射している。ここで、導光板1に入射した入射光a2が、入射面1aの法線Sから取り得るθ2の最大角θmaxは、下記(1)式より約41.8°と求められる。したがって、θ2は、41.8°未満となる。
Hereinafter, the reason why such an effect is obtained will be described in more detail. First, the reason why it is more efficient to make the light uniform before being introduced into the
これに対し、空気中から導光板1に向かう入射光a1が入射面1aの法線Sから取り得るθ1の最大角θmaxは、ほぼ90°に近く、明らかにθ2よりも大きい。光の均一化の為には、導光板1の入射面1aに水平方向の光拡散が得られることが有効であることから、上記した例であれば、導光板1の入射面1aの法線Sからの角度が大きな空気中の方が、法線Sからの角度が小さい導光板1の内部よりも、光の均一化効率が大きい事を意味する。
On the other hand, the maximum angle θmax of θ1 that the incident light a1 traveling from the air toward the
本実施形態に係る面状光源15は、上述のように導光板1に導入する前の光の均一化を図っているので、上記従来例のように導光板1の内部で光の均一化を図る面状光源に較べてより高い光の均一化効率が得られる。これにより、より小さい空間で同等の効果を得ることが可能となり、装置の小型化と軽量化とが実現できる。
Since the planar
また、本実施形態に係る面状光源15は、導光板1の主面のいずれか一方の面に、入射面1aと垂直な方向を長手方向として入射面1aと平行な方向に周期的な構造を有する構造体を含んでいても良い。このような構造体は、入射光を収束させる働きを有するものであり、具体的には、複数のプリズム、より好ましくは微細な複数のプリズムが一定の周期構造で配列されたプリズムアレイやプリズムシート等が挙げられる。このような導光方式を採用することで、面状光源15の正面輝度をより一層向上させることができる。また、本実施形態に係る面状光源15は、導光板1に導入前の光の均一化を図っているため、このような導光方式を採用しても拡散部材の延伸方向と直行する方向への光の伝播方向が抑制されて光の均一化効率が妨げられることはない。
In addition, the planar
なお、従来例で説明した面状光源70のように、導光板1の内部で光の均一化を図る方法においても、導光板1の入射面1aにプリズム等の構造体を設けることでθ2はθmax以上の角度の成分が生じるため、光の均一化効率を高めることは可能である。しかしながら、従来の面状光源70は、導光板1の出射面1bまたは裏面1cにプリズムを形成して正面輝度を高める導光方式を採用すると、導光板1内での入射面方向の光伝播が抑制されてしまう。したがって、従来の面状光源70では、入射面1aにプリズム等の構造体を設けても、本実施形態の面状光源15ように光の均一化効率を高めることはできない。
Note that, even in the method of making the light uniform inside the
次に、光源−導光板間距離dと光源ピッチpとを規定した理由について説明する。まず、導光板1の入射面1aにおける照明状態を算出し、LED2との位置関係との関連を調べた。図4は、導光板1の入射面1aにおける照明状態を算出するための模式図である。図4において、直線L1は、LED2が配列された位置を示し、直線L2は、導光板1の入射面1aを表す。直線L1と直線L2との距離は、dで表される。直線L1上に配置された点K1〜K4は、等しい光度を有するLED2を模式的に表したものであり、それぞれ一定の間隔pで配置されている。点Mは、照度状態を検討するための算出地点であり、直線L2上にある。
Next, the reason for defining the light source-light guide plate distance d and the light source pitch p will be described. First, the illumination state on the incident surface 1a of the
なお、実際の光源配列では、4個よりも多数の点状光源を用いるのが一般的であるが、本実施形態に係る面状光源15では、d/pが比較的小さな場合を想定しているため、算出地点Mから遠い位置にある光源の影響は小さい。したがって、算出位置Mから遠い位置にある光源の影響を無視しても定量的な見通しを得るには十分であることから、ここでは算出位置Mの近傍にある4個の光源K1〜K4を例に挙げて説明する。また、各点の照度を、第2の光源K2に対抗するポイント(より厳密にはK2を通りL1に垂直な直線とL2との交点)からの距離xの関数として表示する。
In an actual light source arrangement, it is common to use more than four point light sources. However, in the planar
算出位置Mにおける照度は、各光源K1〜K4からの照度S1〜S4の和で表され、各照度S1〜S4は、算出位置Mと各光源K1〜K4との距離および算出位置Mから各光源K1〜K4を望む角度θ1〜θ4に依存する。まず、算出位置Mから各光源K1〜K4を望む角度θ1〜θ4は、下記(2)〜(5)式で表される。下記(2)〜(5)式において、xは、算出位置Mと第2の光源K2に対向する点Sとの距離である。点Sは、より具体的には、K2を通り、直線L1に対して垂直な直線が直線L2と交差する点である。
算出位置Mにおける各光源K1〜K4からの照度S1〜S4は、直線L2に沿った面状での照度を対象にしているので、垂直入射を基準にし、この基準から角度θの傾きを持った照度は、cos(θ)に比例する。また、一般に照度は光源からの距離の2乗に反比例して小さくなるが、図4においては、図1に示すように、反射板1cによって一方向の伝播を拘束された状態を前提にしているため、照度S1〜S4は、各光源からの距離T1〜T4に反比例する。ここで、各光源からの距離T1〜T4は、先に定義したdと角度θによって、T1=d/cos(θ1),T2=d/cos(θ2),T3=d/cos(θ3),T4=d/cos(θ4)と表すことができる。従って、距離のファクターに関しても、照度S1はcos(θ1)に、照度S2はcos(θ2)に、照度S3はcos(θ3)に、照度S4はcos(θ4)にそれぞれ比例し、結局照度はcos(θ1)〜cos(θ4)の2乗に比例する。これにより、比例乗数をAとすると、照度S1〜S4は下記(6)〜(9)式で表される。 The illuminances S1 to S4 from the light sources K1 to K4 at the calculation position M are intended for illuminance in a planar shape along the straight line L2, and therefore, the vertical incidence is used as a reference, and the inclination is an angle θ from this reference. The illuminance is proportional to cos (θ). In general, the illuminance decreases in inverse proportion to the square of the distance from the light source. However, in FIG. 4, as shown in FIG. 1, it is assumed that propagation in one direction is restricted by the reflector 1c. Therefore, the illuminances S1 to S4 are inversely proportional to the distances T1 to T4 from each light source. Here, the distances T1 to T4 from the respective light sources are defined by T1 = d / cos (θ1), T2 = d / cos (θ2), T3 = d / cos (θ3), depending on d and angle θ defined above. It can be expressed as T4 = d / cos (θ4). Accordingly, the illuminance S1 is proportional to cos (θ1), the illuminance S2 is proportional to cos (θ2), the illuminance S3 is proportional to cos (θ3), and the illuminance S4 is proportional to cos (θ4). It is proportional to the square of cos (θ1) to cos (θ4). Thereby, when a proportional multiplier is set to A, illumination intensity S1-S4 is represented by following (6)-(9) Formula.
したがって、上記(2)〜(5)式にxおよびpを代入してθ1〜θ4を算出し、得られた値を上記(6)〜(9)式に代入してS1〜S4を算出し、S1〜S4の和をとることにより、算出地点Mにおける照度が得られる。 Accordingly, θ1 to θ4 are calculated by substituting x and p into the above equations (2) to (5), and S1 to S4 are calculated by substituting the obtained values into the above equations (6) to (9). The illuminance at the calculation point M is obtained by taking the sum of S1 to S4.
図5は、算出地点Mにおける、入射位置と相対照度との関係を示すグラフであり、直線L1と直線L2との距離dを光源ピッチpで除した値であるd/pを、0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、および1.0の7個に変化させて、それぞれの状態での照度分布を算出した結果を示す。なお、算出地点Mへの光の入射位置は、x/pで表され、相対照度は、d/pの各設定における最大照度で規格化した照度である。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the incident position and the relative illuminance at the calculation point M, where d / p, which is a value obtained by dividing the distance d between the straight line L1 and the straight line L2 by the light source pitch p, is 0.1. , 0.2, 0.3, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0, and the illuminance distribution in each state is calculated. In addition, the incident position of the light to the calculation point M is represented by x / p, and the relative illuminance is illuminance normalized by the maximum illuminance in each setting of d / p.
図5において、各グラフは、光源と算出地点Mとが対向しているx/p=0およびx/p=1の地点では、相対照度は最大となり、x/p=0〜x/p=1の地点では、x/p=0.5の地点で相対照度が最小となるような下に凸の曲線を描いている。また、各グラフは、d/pの値が小さいほど曲率が大きく、d/pの値が大きくなるにつれ緩やかな曲率となり、d/p=1ではほぼ直線に近づいている。
In FIG. 5, each graph shows that the relative illuminance is maximum at a point where x / p = 0 and x / p = 1 where the light source and the calculation point M face each other, and x / p = 0 to x / p = At the
図6は、図5における計算結果を照度比(最大照度/最小照度)と、光源−導光板間距離dを光源ピッチpで除した値であるd/pとの関係で示したものである。図6において、d/pが0.1のときには、照度比は約12倍ときわめて大きいが、d/pが0.2になると照度比は3.5倍まで急激に低下し、d/pが0.3になると照度比は2倍まで低下している。これにより、d/pが0.1から増加するにつれて照度比が急激に低下する傾向にあることが明らかである。また、目視での評価を併せて実行したところ、照度比が3.5倍以下となったd/pが0.2より大きい状態では、導光板1の入射面1aにおける暗部の解消に顕著な効果が確認され、d/pが、0.3より大きい状態では、導光板1の入射面1aにおける明暗パターンは、ほとんど認識できないレベルになる事が確認された。
FIG. 6 shows the calculation result in FIG. 5 in relation to the illuminance ratio (maximum illuminance / minimum illuminance) and d / p which is a value obtained by dividing the distance d between the light source and the light guide plate by the light source pitch p. . In FIG. 6, when d / p is 0.1, the illuminance ratio is extremely large, approximately 12 times. However, when d / p becomes 0.2, the illuminance ratio rapidly decreases to 3.5 times, and d / p When the value becomes 0.3, the illuminance ratio decreases to twice. As a result, it is clear that the illuminance ratio tends to rapidly decrease as d / p increases from 0.1. Moreover, when visual evaluation was also performed, in the state where d / p where the illuminance ratio was 3.5 times or less was larger than 0.2, the dark portion on the incident surface 1a of the
(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す側面図である。図7において、液晶表示装置60は、液晶パネル50およびバックライト55を備える。バックライト55は、第1の実施形態で説明した面状光源15と同様の構成を有する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a side view showing the configuration of the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the liquid
液晶パネル50は、ここでは図示されていないが、一対のガラス基板の間に液晶を封入した液晶セル、偏光板、カラーフィルタ等で構成される。バックライト55として働く面状光源15は、導光板1の出射面1bが液晶パネル50の背面側となるように配置される。バックライト55と液晶パネル50との間には、プリズムシート、偏光反射フィルム、および拡散フィルムなどの光学シートを挿入することにより、照明光の指向性を強くして正面方向の輝度を高めることができるだけでなく、液晶パネルを透過する偏光成分を増加して輝度を高めることができ、さらには、拡散により微細なムラやモアレなどを軽減できるなどといった効果が期待できる。
Although not shown here, the
上記のように構成された液晶表示装置60は、上述のようにバックライト55としての面状光源15の小型化が図れるので、液晶表示装置60全体としての小型化が実現できる。また、面状光源15は、小型化されていても、均一で明るい光を供給できるので、表示特性の良い液晶表示装置60が実現できる。
Since the liquid
なお、上記各実施形態では、点状光源素子としてLED2を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体レーザ等の点状光源素子も適用可能である。
In each of the above-described embodiments, the
本発明の面状光源はこれを用いた液晶表示装置は、導光板に光の均一化のための空間や構造を設けることなく、しかも、複数の点光源を用いながら均一で高輝度な発光が可能であるため、装置の小型化が図れるという特徴を有するので、液晶表示装置のバックライト等に好適に使用できる。 The surface light source of the present invention is a liquid crystal display device using the same, and does not provide a space or structure for uniformizing light on the light guide plate, and can emit light with uniform and high luminance while using a plurality of point light sources. Therefore, since the device can be downsized, it can be suitably used for a backlight of a liquid crystal display device.
1 導光板
1a 入射面
1b 出射面
1c 反射面
2 LED
3 基板
4 反射板
10 光源部
15 面状光源
50 液晶パネル
55 バックライト
60 液晶表示装置
DESCRIPTION OF
3
Claims (6)
前記光源部と対向する入射面から光を導入し、導入した光を対向する主面間で全反射させながら全面に伝播させるとともに、内部に設けられた光路変更部材によって光路を変更させることにより、前記出射面から面状の光を出射する導光板とを備え、
前記点状光源素子と前記導光板の入射面との距離dを当該点状光源素子の配列間隔pで除した値であるd/pは、0.2以上1未満であることを特徴とする、面状光源。 A light source unit having a plurality of point light source elements;
By introducing light from the incident surface facing the light source unit and propagating the introduced light to the entire surface while totally reflecting between the opposed principal surfaces, and changing the optical path by an optical path changing member provided inside, A light guide plate for emitting planar light from the emission surface,
D / p, which is a value obtained by dividing the distance d between the point light source element and the incident surface of the light guide plate by the arrangement interval p of the point light source elements, is 0.2 or more and less than 1. , Planar light source.
前記液晶パネルの背面側に配置されたバックライトとを備え、
前記バックライトは、
複数の点状光源素子を有する光源部と、
前記光源部と対向する入射面から光を導入し、導入した光を対向する主面間で全反射させながら全面に伝播させるとともに、内部に設けられた光路変更部材によって光路を変更させることにより、前記出射面から面状の光を出射する導光板とを備え、
前記点状光源素子と前記導光板の入射面との距離dを当該点状光源素子の配列間隔pで除した値であるd/pが0.2以上1未満となるように設定された面状光源であることを特徴とする、液晶表示装置。
A liquid crystal panel in which liquid crystal is sealed between a pair of glass substrates;
A backlight disposed on the back side of the liquid crystal panel,
The backlight is
A light source unit having a plurality of point light source elements;
By introducing light from the incident surface facing the light source unit and propagating the introduced light to the entire surface while totally reflecting between the opposed principal surfaces, and changing the optical path by an optical path changing member provided inside, A light guide plate for emitting planar light from the emission surface,
A surface set so that d / p, which is a value obtained by dividing a distance d between the point light source element and the incident surface of the light guide plate by an arrangement interval p of the point light source elements, is 0.2 or more and less than 1. A liquid crystal display device characterized by being a light source.
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