JP2006164625A - Luminaire and display device provided with it - Google Patents

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Takayasu Sado
貴康 佐土
Norihiro Dejima
範宏 出島
Katsunori Honma
克則 本間
Shin Kurihara
慎 栗原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin and light luminaire with no frame by realizing a downlight type using an LED light source. <P>SOLUTION: In this luminaire, a plurality of LED light sources are arranged on a back surface of a transparent light guide plate arranged on a matrix, a light incident prism having the top-most vertex on right above the light emission center of the LED light sources is formed at the light irradiation surface of the light guide plate, fine prisms split into a plurality of pieces are formed on the reflecting surface of the light incident prism, a plurality of fine prisms are formed on a back surface of the light incident prism, and a light diffusion plate is arranged on a light irradiation surface side of the light guide plate. <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素子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。しかしながら、サイドライト型の照明装置は、光源を導光板の側面に配するために、液晶表示装置の周縁にある非表示領域である額縁領域が広くなってしまう。この額縁領域を無くするために、光源を導光板の背面に配した直下型の照明装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特開平8−271886(第3項、図2)
In order to realize the thin and light nature inherent in the liquid crystal display device, a sidelight type illumination device in which an LED element is arranged as a light source on the side surface of the light guide plate is often used. However, in the sidelight type lighting device, since the light source is arranged on the side surface of the light guide plate, a frame region which is a non-display region at the periphery of the liquid crystal display device becomes wide. In order to eliminate this frame region, a direct type illumination device in which a light source is arranged on the back surface of the light guide plate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-8-271886 (3rd term, FIG. 2)

しかしながら、従来の直下型の照明装置では、均一な照明を行うために、光源に等方的に照明が可能な冷陰極管などの光源を用いなければならず、出射光の指向性が高いLED素子は発光効率が高く高輝度であっても用いることができなかった。そのため、LED素子を用いた薄い直下型照明装置を実現することができなかった。   However, in the conventional direct type illumination device, in order to perform uniform illumination, a light source such as a cold cathode tube capable of isotropic illumination must be used as the light source, and an LED having high directivity of emitted light The device could not be used even with high luminous efficiency and high luminance. Therefore, it has been impossible to realize a thin direct type illumination device using an LED element.

本発明の照明装置は、照明光を照射する光照射面と、光照射面と対向する背面を有する導光板と、光出射面が導光板の背面に向くように設けられた点光源と、光照射面に形成されるとともに、その頂点を点光源の発光中心の直上に持ち、導光板の内側に凸形状の光入射プリズムと、光入射プリズムを構成する面に複数個形成された、外側に凸形状のプリズム体と、を備えている。このような構造によって、LED光源等の点光源を用いて直下照明型の照明装置を実現することができた。その結果、薄型軽量であると同時に表示装置の非表示部分である額縁をなくすることが可能な照明装置が実現できた。   The illumination device of the present invention includes a light irradiation surface for irradiating illumination light, a light guide plate having a back surface facing the light irradiation surface, a point light source provided so that the light emission surface faces the back surface of the light guide plate, light Formed on the irradiation surface, with its apex directly above the light emission center of the point light source, with a convex light incident prism on the inner side of the light guide plate, and a plurality formed on the surface constituting the light incident prism, on the outer side And a convex prism body. With such a structure, a direct illumination type illumination device can be realized using a point light source such as an LED light source. As a result, it was possible to realize a lighting device that is thin and lightweight and that can eliminate the frame that is a non-display portion of the display device.

本発明によれば、LED光源を用いて額縁のない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薄型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 without a frame using an LED light source. Therefore, there is an effect that further thinning and light weight of information equipment using these liquid crystal display devices can be realized.

また、LED光源を導光板の裏面に配することによって、LED光源の位置や数に関わらず照明装置を構成することができるために、パーソナルコンピュータや液晶テレビなどの大型液晶表示装置のための照明装置をも容易に実現することができるという効果を有する。   In addition, since the lighting device can be configured regardless of the position and number of the LED light sources by arranging the LED light source on the back surface of the light guide plate, illumination for large liquid crystal display devices such as personal computers and liquid crystal televisions. The apparatus can be easily realized.

本発明の照明装置は、照明光を照射する光照射面と、光照射面と対向する背面を有する導光板と、光出射面が導光板の背面に向くように設けられた点光源と、光照射面に形成されるとともに、その頂点を点光源の発光中心の直上に持ち、導光板の内側に凸形状の光入射プリズムと、光入射プリズムを構成する面に複数個形成された、外側に凸形状のプリズム体と、を備えている。さらに、光入射プリズムの構成面と、導光板の光照射面に立てた垂線とのなす角度が、導光板内を導波する光の臨界角よりも大きくなるように構成した。   The illumination device of the present invention includes a light irradiation surface for irradiating illumination light, a light guide plate having a back surface facing the light irradiation surface, a point light source provided so that the light emission surface faces the back surface of the light guide plate, light Formed on the irradiation surface, with its apex directly above the light emission center of the point light source, with a convex light incident prism on the inner side of the light guide plate, and a plurality formed on the surface constituting the light incident prism, on the outer side And a convex prism body. Furthermore, the angle formed between the component surface of the light incident prism and the perpendicular line formed on the light irradiation surface of the light guide plate is configured to be larger than the critical angle of light guided in the light guide plate.

また、プリズム体として、稜線が導光板の光照射面と略平行で頂角が略90度の三角柱プリズムを用い、三角柱プリズムの頂角に隣接し導光板の光照射面側に位置する斜面と、光入射プリズムの構成面とのなす角度をおよそ90〜135度とした。   Further, as the prism body, a triangular prism having a ridge line substantially parallel to the light irradiation surface of the light guide plate and an apex angle of approximately 90 degrees is used, and an inclined surface adjacent to the vertex angle of the triangular prism and positioned on the light irradiation surface side of the light guide plate. The angle formed with the constituent surface of the light incident prism was approximately 90 to 135 degrees.

さらに、プリズム体を、光入射プリズム構成面上に双曲線に沿って分散して配列することとした。プリズム体は、点光源が出射した光を前記光照射面に向けて透過する透過面を含んで構成されており、単位面積当たりの透過面の面積の総和が点光源から照射される光強度に反比例するように形成する。これにより、光入射プリズムから被照射体に照射される光の強度を一定にすることができる。   Further, the prism bodies are distributed and arranged along the hyperbola on the light incident prism constituting surface. The prism body is configured to include a transmission surface that transmits the light emitted from the point light source toward the light irradiation surface, and the total area of the transmission surfaces per unit area corresponds to the light intensity irradiated from the point light source. Form in inverse proportion. Thereby, the intensity of light emitted from the light incident prism to the irradiated object can be made constant.

さらに、導光板を複数個備えることとした。具体的に、複数の導光板を平面状、行列状に隣接して配置することにより、照射面積の大きな照明装置が簡単に実現できる。すなわち、個々の小さな導光板は半導体プロセスを適用して精度よく作製することができるので大型の照明装置も高精度の輝度分布で作製できる。その結果光利用効率を著しく向上させることが可能となり、高輝度で輝度分布の均一な照射面積の大きい薄型の照明装置が実現できる。   Further, a plurality of light guide plates are provided. Specifically, a lighting device having a large irradiation area can be easily realized by arranging a plurality of light guide plates adjacent to each other in a planar shape or a matrix shape. That is, since each small light guide plate can be accurately manufactured by applying a semiconductor process, a large illuminating device can also be manufactured with a highly accurate luminance distribution. As a result, the light utilization efficiency can be remarkably improved, and a thin illuminating device having a large irradiation area with high luminance and uniform luminance distribution can be realized.

また、導光板の背面には、点光源の光が入射される入光部と、導光板内部を導波するために設けられた反射部が設けられている。反射部に設けられた反射手段として反射プリズムが適しており、点光源を中心とする同心円上に設けることにより、均一な照明が可能になる。   In addition, on the back surface of the light guide plate, there are provided a light incident portion into which the light from the point light source is incident and a reflection portion provided to guide the inside of the light guide plate. A reflecting prism is suitable as the reflecting means provided in the reflecting portion. By providing the reflecting prism on a concentric circle with the point light source as the center, uniform illumination is possible.

さらに、本発明の表示装置は上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の照明光が照射される非自発光型の表示素子とを備えている。このような構成により、表示面積の大きい表示装置であっても、高輝度で明るさの均一な、しかも薄型の表示装置が実現できる。   Furthermore, the display device of the present invention includes the illumination device having any one of the above-described configurations and a non-self-luminous display element that is irradiated with illumination light of the illumination device. With such a configuration, even a display device with a large display area can realize a thin display device with high brightness and uniform brightness.

以下に本発明の照明装置の実施例を、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平面図を模式的に示す。図示するように、本実施例では、筐体5の内側に複数の導光板2a、2b、2c、2dが行列状に配置されている。ここでは、簡単のために2×2の行列配置の場合を示してあるが、さらに多くの導光板を行列状に配置しても良い。これら各導光板の背面に点光源としてLED光源1a、1b、1c、1dが配置されている。これら各LED光源の直上には、光入射プリズム3a、3b、3c、3dが形成されている。本実施例では、これら光入射プリズム3は4つの斜面で構成される反射面を持っている。これらの反射面は、LED光源1の直上で交叉している。すなわち、光入射プリズム3の反射面は4つの斜面に分割されており、光入射プリズム3の反射面は四角錐を形成している。LED光源1はこの四角錐の頂点の位置にその光出射中心が来るように配置されている。この光入射プリズム3の分割の仕方は、図1で示した4分割以外にも、2分割や6分割あるいは8分割など、より多くの数に分割しても良い。   Embodiments of the illumination device of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a plan view of the illumination device of this embodiment. As shown in the drawing, in this embodiment, a plurality of light guide plates 2a, 2b, 2c, and 2d are arranged in a matrix inside the housing 5. Here, for the sake of simplicity, the case of a 2 × 2 matrix arrangement is shown, but more light guide plates may be arranged in a matrix. LED light sources 1a, 1b, 1c, and 1d are disposed as point light sources on the back surfaces of these light guide plates. Immediately above each LED light source, light incident prisms 3a, 3b, 3c, and 3d are formed. In this embodiment, these light incident prisms 3 have a reflecting surface composed of four inclined surfaces. These reflecting surfaces cross over the LED light source 1. That is, the reflecting surface of the light incident prism 3 is divided into four inclined surfaces, and the reflecting surface of the light incident prism 3 forms a quadrangular pyramid. The LED light source 1 is arranged so that its light emission center comes to the position of the apex of this quadrangular pyramid. In addition to the four divisions shown in FIG. 1, the light incident prism 3 may be divided into a larger number such as two divisions, six divisions or eight divisions.

一方、各導光板の光照射面と逆側である裏面には、反射プリズム4a、4b、4c、4dが形成されている。これらの反射プリズムは各LED光源を中心とする同心円に沿って配置されている。各導光板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。これらの材料を射出成形することによって導光板2を容易に製造することができる。これら行列状に配置された導光板は筐体5によって支持されている。この筐体5は通常の高分子構造材料で成形されている。また、筐体5に面する各導光板と筐体5との間には、光反射手段としての反射板6が配されている。   On the other hand, reflection prisms 4a, 4b, 4c, and 4d are formed on the back surface of each light guide plate opposite to the light irradiation surface. These reflecting prisms are arranged along concentric circles centering on each LED light source. Each light guide plate 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 these materials. The light guide plates arranged in a matrix are supported by the housing 5. The housing 5 is formed of a normal polymer structural material. Further, between each light guide plate facing the housing 5 and the housing 5, a reflecting plate 6 is disposed as a light reflecting means.

図2に本実施例の照明装置の部分断面を示す。図2に示すように、導光板2の裏面に形成されている微細プリズム4は、導光板2の内側に凸形状に形成されている。本実施例では、この反射プリズム4は三角柱プリズムである。三角柱プリズムの稜線は、図1に示す同心円の接線方向を向いている。この三角柱プリズムの同心円に対する中心側の斜面と導光板2の裏面に立てた垂線とのなす角度は45〜70度であり、同心円の外側に向いた斜面と導光板2の裏面に立てた垂線とのなす角度は0〜20度となっている。   FIG. 2 shows a partial cross section of the illumination device of this embodiment. As shown in FIG. 2, the fine prism 4 formed on the back surface of the light guide plate 2 is formed in a convex shape inside the light guide plate 2. In this embodiment, the reflecting prism 4 is a triangular prism. The ridge line of the triangular prism faces the tangential direction of the concentric circle shown in FIG. The angle formed by the slope on the center side of the triangular prism and the perpendicular line standing on the back surface of the light guide plate 2 is 45 to 70 degrees, the slope facing the outside of the concentric circle and the perpendicular line on the back surface of the light guide plate 2 The angle formed by is 0 to 20 degrees.

導光板2の裏面には反射板7が配置されており、この反射板7のLED光源1に対応する位置には開口部が設けられている。LED光源1への電流の供給は、基板10に配線された回路線によって行われる。また、光入射プリズム3の反射面には、外側に凸形状になったプリズム体8が分散して形成されている。   A reflection plate 7 is disposed on the back surface of the light guide plate 2, and an opening is provided at a position corresponding to the LED light source 1 of the reflection plate 7. Supply of current to the LED light source 1 is performed by a circuit line wired to the substrate 10. Further, on the reflecting surface of the light incident prism 3, prism bodies 8 having a convex shape on the outside are formed in a dispersed manner.

図5に光入射プリズム3の反射面に形成されているプリズム体8を示す。紙面の右下側にLED光源1が配置されている。このプリズム体は、稜線を挟む2面8b、8cとその側面8aとから構成されている。この図に示すように、プリズム体8は、分散して配置されており、必ずしも一列に繋がって配列されているわけではない。これらのプリズム体8は、導光板2における光照射面側の斜面8bの面積を単位面積当たり総和したとき、その総和面積がその部分に照射されるLED光源1からの光強度に反比例するように形成されている。これらのプリズム体8に対する寸法の1例として、高さは1〜20μmであり、長さは5〜50μmである。もちろん、上記の条件が満たされておれば、これ以外の寸法でも構わない。しかしながら、プリズム高さを高くし過ぎると輝点が生じてしまうために好ましくなく、注意が必要である。本実施例では、このプリズム体8は、頂角が略90度の三角柱プリズムであり、その三角柱プリズムの頂角に隣接し導光板2の光照射面側に位置する斜面が、光入射プリズム3の反射面となす角度はおよそ90〜135度である。この斜面の角度をこの範囲内に設定することで、光入射プリズム3の領域から照射される光を導光板2の光照射面に対してほぼ垂直にすることができる。このようなプリズムの加工は、半導体プロセスを応用して加工された射出成形金型を用いることによって容易に行うことができる。   FIG. 5 shows the prism body 8 formed on the reflection surface of the light incident prism 3. The LED light source 1 is disposed on the lower right side of the paper. This prism body is composed of two surfaces 8b and 8c sandwiching the ridgeline and its side surface 8a. As shown in this figure, the prism bodies 8 are arranged in a distributed manner, and are not necessarily arranged in a row. These prism bodies 8 are arranged such that when the area of the inclined surface 8b on the light irradiation surface side of the light guide plate 2 is summed per unit area, the total area is inversely proportional to the light intensity from the LED light source 1 irradiated to that portion. Is formed. As an example of the dimensions for these prism bodies 8, the height is 1 to 20 μm and the length is 5 to 50 μm. Of course, other dimensions may be used as long as the above conditions are satisfied. However, if the prism height is too high, a bright spot is generated, which is not preferable and attention is required. In the present embodiment, the prism body 8 is a triangular prism having an apex angle of approximately 90 degrees, and the inclined surface located adjacent to the apex angle of the triangular prism and located on the light irradiation surface side of the light guide plate 2 is the light incident prism 3. The angle formed with the reflecting surface is approximately 90 to 135 degrees. By setting the angle of the slope within this range, the light irradiated from the region of the light incident prism 3 can be made substantially perpendicular to the light irradiation surface of the light guide plate 2. Such a prism can be easily processed by using an injection mold processed by applying a semiconductor process.

図3に光入射プリズム3の反射面上でプリズム体8が配列している状態を示す。プリズム体8は、図3に示されるように光入射プリズム3における反射面上で双曲線に沿って配列されている。しかし、その配列は必ずしも厳密に双曲線上に一列に並べる必要はなく、図5に示すように若干双曲線からはずれて分散した状態である方が好ましい。LED光源1から出射する光のうち、出射角が等しい光の強度は等しい。また、出射角の等しい光が光入射プリズム3の反射面と交差する部位をプロットすると双曲線となる。従って、光入射プリズム3における反射面上の同一双曲線上に配列されているプリズム体8に入射する光強度は等しくなる。また、一般にLED光源1はその光出射角に依存した光強度分布を持っている。ゆえに、この双曲線上におけるプリズム体8の、被照射体側に面する斜面の面積密度がLED光源1の出射強度分布に反比例するように、これらのプリズム体8を配列させることによって一様な強度分布の光を光入射プリズム3の上面に取り出すことができる。   FIG. 3 shows a state in which the prism bodies 8 are arranged on the reflecting surface of the light incident prism 3. The prism bodies 8 are arranged along a hyperbola on the reflection surface of the light incident prism 3 as shown in FIG. However, the arrangement is not necessarily strictly aligned in a hyperbola, and it is preferable that the arrangement is slightly deviated from the hyperbola and dispersed as shown in FIG. Of the light emitted from the LED light source 1, the intensity of light having the same emission angle is equal. Further, when a portion where light having the same emission angle intersects the reflecting surface of the light incident prism 3 is plotted, a hyperbola is obtained. Therefore, the light intensities incident on the prism bodies 8 arranged on the same hyperbola on the reflecting surface of the light incident prism 3 are equal. In general, the LED light source 1 has a light intensity distribution depending on its light emission angle. Therefore, by arranging these prism bodies 8 so that the area density of the slopes of the prism bodies 8 on the hyperbola facing the irradiated body is inversely proportional to the emission intensity distribution of the LED light source 1, a uniform intensity distribution is obtained. Can be extracted to the upper surface of the light incident prism 3.

図3の破線BB´に沿った断面を図4に示す。ただし、図面を見やすくするために光入射プリズム3の反射面上に形成されるプリズム体8は1つだけしか描かれていない。LED光源1から出射した光の1例を図4では光路20で示してある。この光路20は導光板2に屈折して入射した後、導光板2の光照射面に直接入射している。この導光板2の光照射面への入射角をχとする。一方、光入射プリズム3が導光板2の光照射面に立てた垂線となす角度をθとする。このとき、θがLED光源1からの光に対して全反射条件を満足する臨界角よりも大きな値となっている場合は、図4の光路20に示すようにLED光源1から直接導光板2の光照射面に入射する光は全て臨界角よりも大きな入射角を持つことになり、この光照射面で全反射されて導光板2の内部を繰り返し反射して導波する。この臨界角は導光板2を形成する材料の屈折率と用いる光の波長に依存するが、おおよそ43度程度の値である。また、光入射プリズム3のプリズム体8以外の反射面に入射した光21も、その反射面に対して臨界角以上の入射角で入射するために全反射して導光板2の内部に導波する。   FIG. 4 shows a cross section along the broken line BB ′ in FIG. However, only one prism body 8 formed on the reflection surface of the light incident prism 3 is drawn for easy viewing of the drawing. One example of light emitted from the LED light source 1 is indicated by an optical path 20 in FIG. The light path 20 is refracted and incident on the light guide plate 2 and then directly enters the light irradiation surface of the light guide plate 2. The incident angle to the light irradiation surface of the light guide plate 2 is assumed to be χ. On the other hand, an angle formed by the light incident prism 3 and a perpendicular line standing on the light irradiation surface of the light guide plate 2 is defined as θ. At this time, when θ is larger than the critical angle satisfying the total reflection condition for the light from the LED light source 1, the light guide plate 2 directly from the LED light source 1 as shown by the optical path 20 in FIG. All the light incident on the light irradiation surface has an incident angle larger than the critical angle, and is totally reflected by the light irradiation surface, and is repeatedly reflected inside the light guide plate 2 to be guided. The critical angle depends on the refractive index of the material forming the light guide plate 2 and the wavelength of light used, but is about 43 degrees. Further, the light 21 incident on the reflecting surface other than the prism body 8 of the light incident prism 3 is totally reflected and guided to the inside of the light guide plate 2 in order to enter the reflecting surface at an incident angle greater than the critical angle. To do.

一方、プリズム体8を構成する斜面のうち、導光板2の光照射面側の斜面に入射した光22は、その入射角が臨界角以下となるために、その斜面を透過して被照射体を照射することとなる。このようにプリズム体8を透過する光の強度は、プリズム体8における光照射面側に面した斜面の面積に比例することになる。従って、この光入射プリズム3から被照射体に照射される光の強度を一定にするためには、プリズム体8における導光板2の光照射面側に面した斜面の面積がLED光源1からそこに入射してくる光強度に反比例するようにしなければならない。   On the other hand, among the slopes constituting the prism body 8, the light 22 incident on the slope on the light irradiation surface side of the light guide plate 2 is transmitted through the slope because the incident angle is equal to or less than the critical angle. Will be irradiated. Thus, the intensity of the light transmitted through the prism body 8 is proportional to the area of the slope of the prism body 8 facing the light irradiation surface side. Therefore, in order to make the intensity of light irradiated to the irradiated object from the light incident prism 3 constant, the area of the inclined surface facing the light irradiation surface side of the light guide plate 2 in the prism body 8 is reduced from the LED light source 1. Must be inversely proportional to the light intensity incident on the.

図6に本発明の照明装置の導光板内部における光路の一例を示す。まず、光路23の場合を説明する。LED光源1から出射した光は導光板2に入った後、光入射プリズム3の反射面で全反射された後、導光板2の光照射面で再び全反射され、導光板2の裏面に形成されている反射プリズム4に入射する。この反射プリズム4は入射光を導光板2の光照射面側に反射する。この反射光は反射プリズムにより偏向を受けているために、導光板2の光照射面に臨界角以下の光となって入射し、表面から被照射体に向かって出射される。   FIG. 6 shows an example of an optical path inside the light guide plate of the illumination device of the present invention. First, the case of the optical path 23 will be described. The light emitted from the LED light source 1 enters the light guide plate 2, is totally reflected by the reflecting surface of the light incident prism 3, and then totally reflected again by the light irradiation surface of the light guide plate 2, and is formed on the back surface of the light guide plate 2. Is incident on the reflecting prism 4. The reflecting prism 4 reflects incident light to the light irradiation surface side of the light guide plate 2. Since the reflected light is deflected by the reflecting prism, it enters the light irradiation surface of the light guide plate 2 as light having a critical angle or less, and is emitted from the surface toward the irradiated body.

次に光路25の場合を説明する。この場合、LED光源1から出射した光は、導光板2に入った後、光入射プリズム3の反射面に形成されている微細プリズム8の光照射面側に面した斜面を透過してそのまま被照射体に向けて出射される。   Next, the case of the optical path 25 will be described. In this case, after the light emitted from the LED light source 1 enters the light guide plate 2, it passes through the slope facing the light irradiation surface side of the fine prism 8 formed on the reflection surface of the light incident prism 3 and is directly covered. It is emitted toward the irradiation body.

一方、光路24の場合、LED光源1から出射された光は、導光板2の光出射面に直接入射して全反射され、導光板2の裏面に形成された反射プリズム4に入射する。この反射プリズム4は入射光を導光板2の光照射面側に反射する。この反射光は反射プリズムにより偏向を受けているために、導光板2の光照射面に臨界角以下の光となって入射し、表面から被照射体に向かって出射される。   On the other hand, in the case of the optical path 24, the light emitted from the LED light source 1 is directly incident on the light emitting surface of the light guide plate 2 and totally reflected, and enters the reflecting prism 4 formed on the back surface of the light guide plate 2. The reflecting prism 4 reflects incident light to the light irradiation surface side of the light guide plate 2. Since the reflected light is deflected by the reflecting prism, it enters the light irradiation surface of the light guide plate 2 as light having a critical angle or less, and is emitted from the surface toward the irradiated body.

また、本実施例の照明装置は、図1に示すように、導光板が行列状に配置されているため、光路26に示すように隣接する導光板から入射してくる光も存在する。このように、他の導光板からの光が複数の導光板に渡って導波するために、照明装置全体としての輝度分布が向上する。光は導光板2の内部で多重反射を繰り返すたびに何度も偏向を受けるため、多くの光が導光板2の裏面や側面から抜けてしまう。これらの光を再利用するために導光板2の裏面、側面に光反射板6、7が配置されており、これらの光を反射して再び導光板2の内部に戻している。   Further, as shown in FIG. 1, since the light guide plates are arranged in a matrix in the illumination device of the present embodiment, there is also light incident from an adjacent light guide plate as indicated by the optical path 26. Thus, since the light from another light guide plate is guided over a plurality of light guide plates, the luminance distribution of the entire lighting device is improved. Since the light is deflected many times each time multiple reflection is repeated inside the light guide plate 2, a lot of light escapes from the back and side surfaces of the light guide plate 2. In order to reuse these lights, light reflecting plates 6 and 7 are disposed on the back and side surfaces of the light guide plate 2, and these lights are reflected and returned to the inside of the light guide plate 2 again.

また、導光板2の裏面に形成されている反射プリズム4は、LED光源1を中心とする同心円の外側にいくにしたがって反射面の面積密度が大きくなるように配置されている。具体的には、これら反射プリズム4の高さ、長さ、またはその両方が順次大きくなるように形成されている。あるいは、個々の反射プリズム4の寸法は一定であるが、配列密度が順次大きくなるように形成されている。このようにすることによって、導光板2の光照射面からの出射光強度が一様になる。さらに、拡散板9は導光板2からの照射光をより一様にすることを目的として配置されている。この拡散板9を配置することによって、光入射プリズム3の外周や頂点に発生する輝点の影響を少なくすることもできる。また、従来のサイドライト型の照明装置でLED光源を配置するために必要な照明装置周縁の不要部分(いわゆる、額縁)が筺体部分を除いて不要となることがわかる。   Further, the reflecting prism 4 formed on the back surface of the light guide plate 2 is arranged so that the area density of the reflecting surface increases as it goes outside the concentric circle with the LED light source 1 as the center. Specifically, the height, length, or both of the reflecting prisms 4 are formed so as to increase sequentially. Or although the dimension of each reflective prism 4 is constant, it forms so that arrangement density may become large sequentially. By doing in this way, the emitted light intensity from the light irradiation surface of the light guide plate 2 becomes uniform. Further, the diffusion plate 9 is disposed for the purpose of making the irradiation light from the light guide plate 2 more uniform. By disposing the diffusing plate 9, it is possible to reduce the influence of bright spots generated on the outer periphery and apex of the light incident prism 3. Moreover, it turns out that the unnecessary part (what is called a frame) of the periphery of an illuminating device required in order to arrange | position an LED light source with the conventional sidelight type illuminating device becomes unnecessary except a housing part.

以下に、本発明の具体例を説明する。
(具体例)
図1に示した照明装置を以下のように作製した。行列状に配置した各導光板の寸法を35mm×43mm×0.6mmとし、中心部に導光板の光出射部に立てた垂線となす角度が50度の4分割した反射面を持つ光入射プリズムを形成した。この光入射プリズムの頂角の深さを0.5mmとし、1パッケージの中に2チップ入った白色LED光源を用い、導光板の裏面にほぼ密着して光入射プリズムの頂角の位置に配した。光入射プリズムの反射面に形成したプリズム体8は全て同じ形状とした。すなわち、頂角が90度、導光板の光照射面側の斜面が光入射プリズムの反射面となす角度が100度、高さが5μm、稜線方向の長さが10μmのプリズム体とした。これらのプリズム体は、LED光源からの光照射強度に反比例するように個数を調整して光入射プリズムの反射面の双曲線上近傍に配列されている。
Specific examples of the present invention will be described below.
(Concrete example)
The lighting device shown in FIG. 1 was produced as follows. A light incident prism having a reflective surface divided into four with an angle of 50 degrees between the light guide plate arranged in a matrix and having a dimension of 35 mm × 43 mm × 0.6 mm and a perpendicular to the light emitting portion of the light guide plate at the center. Formed. The light incident prism has a vertical angle of 0.5 mm and a white LED light source with two chips in one package. The light incident prism is placed in close contact with the back surface of the light guide plate at the vertical angle of the light incident prism. did. All the prism bodies 8 formed on the reflecting surface of the light incident prism have the same shape. That is, the prism body has an apex angle of 90 degrees, an angle formed by the inclined surface on the light irradiation surface side of the light guide plate with the reflecting surface of the light incident prism is 100 degrees, the height is 5 μm, and the length in the ridge line direction is 10 μm. These prism bodies are arranged in the vicinity of the hyperbola of the reflecting surface of the light incident prism by adjusting the number so as to be inversely proportional to the light irradiation intensity from the LED light source.

また、導光板の裏面には反射プリズムをLED光源が中心になるようにして同心円上に配列した。これらの反射プリズムの形状は全て同一とし、高さ60μm、導光板の裏面に立てた垂線と上記同心円の中心側の面がなす角度は70度、他方の面が前記導光板の裏面に立てた垂線となす角度は10度とした。また、反射プリズムの稜線方向の長さは20μmとした。また、同心円のピッチは50μmとした。この反射プリズムの数が円の中心から離れるに従って、同心円のピッチ本数の4乗に比例するように配列した。このような導光板を10×10枚行列状に配置して、18型相当の液晶表示装置用の照明装置とした。また、拡散板としてはヘイズ値90%のビーズ拡散シートを用いた。   In addition, on the back surface of the light guide plate, reflecting prisms were arranged concentrically with the LED light source as the center. The shapes of these reflecting prisms are all the same, the height is 60 μm, the angle formed by the vertical line standing on the back surface of the light guide plate and the surface on the center side of the concentric circle is 70 degrees, and the other surface is set on the back surface of the light guide plate. The angle formed with the perpendicular was 10 degrees. The length of the reflecting prism in the ridgeline direction was 20 μm. The pitch of concentric circles was 50 μm. The number of the reflecting prisms was arranged so as to be proportional to the fourth power of the number of concentric circles as the distance from the center of the circle increased. Such light guide plates are arranged in a matrix of 10 × 10 sheets to provide an illuminating device for an 18-inch liquid crystal display device. A bead diffusion sheet having a haze value of 90% was used as the diffusion plate.

以上の構成によって、最大輝度3000Cd/m2で、照明面全面に渡っての輝度分布が75%と良好で均一な明るい照明装置が得られた。   With the above configuration, a bright illumination device having a maximum brightness of 3000 Cd / m 2 and a good and uniform brightness distribution of 75% over the entire illumination surface was obtained.

本発明による照明装置を模式的に示す平面図である。It is a top view 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入射プリズム内に設けられるプリズム体の配列を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement | sequence of the prism body provided in the light-incidence prism of the illuminating device by this invention. 導光板内における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 a light-guide plate. プリズム体の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of a prism body typically. 本発明による照明装置における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 illuminating device by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 LED光源
2 導光板
3 光入射プリズム
4 反射プリズム
5 筺体
6、7 光反射層
8 プリズム体
9 拡散板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LED light source 2 Light guide plate 3 Light incident prism 4 Reflection prism 5 Housing 6, 7 Light reflection layer 8 Prism body 9 Diffusion plate

Claims (9)

照明光を照射する光照射面と、前記光照射面と対向する背面を有する導光板と、
光出射面が前記導光板の背面に向くように設けられた点光源と、
前記光照射面に形成されるとともに、その頂点を前記点光源の発光中心の直上に持ち、前記導光板の内側に凸形状の光入射プリズムと、
前記光入射プリズムを構成する面に複数個形成された、外側に凸形状のプリズム体と、を備えることを特徴とする照明装置。
A light irradiating surface for irradiating illumination light, and a light guide plate having a back surface facing the light irradiating surface;
A point light source provided such that a light exit surface faces the back surface of the light guide plate;
The light irradiation surface is formed and has its apex directly above the light emission center of the point light source, and a light incident prism having a convex shape inside the light guide plate,
An illuminating device comprising: a plurality of prism bodies that are formed on the surface of the light incident prism and are convex outward.
前記光入射プリズムの構成面と、前記導光板の光照射面に立てた垂線とのなす角度は、前記導光板内を導波する光の臨界角よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。   2. The angle formed between a surface of the light incident prism and a perpendicular formed on a light irradiation surface of the light guide plate is larger than a critical angle of light guided in the light guide plate. The lighting device described. 前記プリズム体は、稜線が前記導光板の光照射面と略平行で頂角が略90度の三角柱プリズムであり、
前記三角柱プリズムの頂角に隣接し前記導光板の光照射面側に位置する斜面が、前記光入射プリズムの構成面となす角度はおよそ90〜135度である請求項1または2に記載の照明装置。
The prism body is a triangular prism having a ridge line substantially parallel to the light irradiation surface of the light guide plate and an apex angle of about 90 degrees,
3. The illumination according to claim 1, wherein an angle formed by an inclined surface adjacent to the apex angle of the triangular prism and located on the light irradiation surface side of the light guide plate with a constituent surface of the light incident prism is approximately 90 to 135 degrees. apparatus.
前記プリズム体は、前記光入射プリズム構成面上に、双曲線に沿って分散して配列されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置。   The illumination device according to any one of claims 1 to 3, wherein the prism bodies are arranged in a distributed manner along a hyperbola on the light incident prism constituting surface. 前記プリズム体は、前記点光源が出射した光を前記光照射面に向けて透過する透過面を含んで構成されており、
単位面積当たりの前記透過面の面積の総和が前記点光源から照射される光強度に反比例するように形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置。
The prism body includes a transmission surface that transmits light emitted from the point light source toward the light irradiation surface,
The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the total area of the transmission surfaces per unit area is formed in inverse proportion to the light intensity emitted from the point light source. .
前記導光板を複数個備えた請求項1〜5のいずれか一項に記載の照明装置。   The illuminating device according to claim 1, comprising a plurality of the light guide plates. 前記背面には、前記点光源の光が入射される入光部と、前記導光板内部を導波するために設けられた反射部が設けられた請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明装置。   The light incident part into which the light of the said point light source injects, and the reflection part provided in order to guide the inside of the said light-guide plate were provided in the said back surface. Lighting equipment. 前記反射部には反射プリズムが設けられた請求項7に記載の照明装置。   The lighting device according to claim 7, wherein the reflecting portion is provided with a reflecting prism. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置の照明光が照射される非自発光型の表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。   A display device comprising: the illumination device according to claim 1; and a non-self-luminous display element that is irradiated with illumination light of the illumination device.
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