JP2006228596A - Lighting system and liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示光を生成するための内蔵光源(バックライト)を具備する液晶表示装置におけるバックライト・ユニット(照明装置)の改良に関する。
更に詳しくは、表示画面に対して側面に配置される光源からの光を導光して、光射出面より液晶パネル(LCDパネル)側に光を射出する構成の、所謂エッジライト式のバックライト・ユニットにおける、導光板および光源を備えた面状の照明装置の改良に関する。
The present invention relates to an improvement of a backlight unit (illumination device) in a liquid crystal display device including a built-in light source (backlight) for generating display light.
More specifically, a so-called edge light type backlight having a configuration in which light from a light source disposed on a side surface with respect to a display screen is guided and light is emitted from a light emitting surface to a liquid crystal panel (LCD panel) side. -It is related with the improvement of the planar illuminating device provided with the light-guide plate and the light source in a unit.
通常、透過型のLCDパネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一にLCDパネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。
図10に示すように、この種の導光板10に光源12が配置されてなる照明装置14では、導光板10の端面11から導光板10内に入射した光は、導光板10の平面部を全反射しながら、導光板10によって導光される平均方向であるほぼ平均導光方向Fに沿って導光板10内を進む。
なお、図10は、光源12として線状の光源を用いた例を示しているが、光源12の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。
導光板10の平面部には所々にプリズム16が設けられ、プリズム16に当たった光は、図中矢印56に示すように、導光板10から図中上方側へ向かって射出される。
Usually, a so-called backlight, which is an illumination light source used on the back surface of a transmissive LCD panel, uses a light guide plate made of a transparent resin in order to uniformly guide light from the light source to the LCD panel.
As shown in FIG. 10, in the illumination device 14 in which the light source 12 is disposed on this type of light guide plate 10, the light that has entered the light guide plate 10 from the end surface 11 of the light guide plate 10 passes through the flat portion of the light guide plate 10. The light guide plate 10 travels in the light guide plate 10 along the average light guide direction F, which is the average direction of light guided by the light guide plate 10, while being totally reflected.
10 shows an example in which a linear light source is used as the light source 12, the shape of the light source 12 is not limited to a linear shape, and may be, for example, a dot shape.
Prisms 16 are provided in places on the plane portion of the light guide plate 10, and light hitting the prisms 16 is emitted upward from the light guide plate 10 as indicated by an arrow 56 in the drawing.
導光板10の端面11から導光板10内に入射して、導光板10内を伝播する光を光射出面(同図の上側)から取り出すための手段として、プリズムを用いない照明装置の例としては、導光板10の面に散乱性のドットを印刷することにより、光を拡散射出する方法や、導光板10の背面に回折格子を形成する方法(特許文献1)も提案されている。 As an example of an illuminating device that does not use a prism as a means for extracting light that enters the light guide plate 10 from the end surface 11 of the light guide plate 10 and propagates through the light guide plate 10 from the light exit surface (upper side in the figure). Have proposed a method of diffusing and emitting light by printing scattering dots on the surface of the light guide plate 10 and a method of forming a diffraction grating on the back surface of the light guide plate 10 (Patent Document 1).
上記の導光板においては、液晶パネルの表示画面に相当する光射出面内での光射出量を均一化する(すなわち、表示画面内の輝度分布を一様にする)ことも重要な技術課題であり、導光板10の背面に回折格子を形成する手法の改良案として、
透明な板状体の少なくとも一端面から入射する光源からの光を、上記板状体の裏面に設けられた回折格子によって板状体の表面側へ回折させる導光板であって、
上記回折格子の断面形状または単位幅における格子部幅/非格子部幅の比の少なくとも1つが、上記導光板の表面における輝度が増大し、かつ均一化されるように変化せしめら
れていることを特徴とする導光板(特許文献2)のような提案も知られている。
A light guide plate that diffracts light from a light source incident from at least one end face of a transparent plate-like body toward the surface side of the plate-like body by a diffraction grating provided on the back surface of the plate-like body,
That at least one of the cross-sectional shape of the diffraction grating or the ratio of the grating part width / non-grating part width in the unit width is changed so that the luminance on the surface of the light guide plate increases and becomes uniform. A proposal such as a characteristic light guide plate (Patent Document 2) is also known.
しかしながら、このような照明装置では、射出面内の光強度を均一にしながら光源から導光板に入射する光を望ましい射出光へ変換する割合を高くすることが困難であり、透過型LCDパネルのバックライトなどとして利用する際に光の利用効率(光源から導光板に入射した光のうち、照明光として望ましい角度範囲の射出光に変換される割合)が低いという問題があった。
特に、LCDパネルのバックライトとしては、射出面の法線方向に強い光を出すことが望まれるが、従来技術では、光源と導光板の組み合わせのみによってこれを実現することは極めて難しい。
However, in such an illumination device, it is difficult to increase the rate of converting light incident on the light guide plate from the light source into desired emission light while making the light intensity in the emission surface uniform, and the back of the transmissive LCD panel is difficult. When used as a light or the like, there has been a problem that light utilization efficiency (a ratio of light incident on a light guide plate from a light source that is converted into emitted light in a desired angle range as illumination light) is low.
In particular, it is desirable for a backlight of an LCD panel to emit strong light in the normal direction of the exit surface, but it is extremely difficult to achieve this with only a combination of a light source and a light guide plate.
導光板からの射出光を適切な光分布へと変換するために、導光板と透過型表示素子の間に各種の光学フィルムを挿入する方法も提案されているが、これでは表示装置の厚みが増してしまい、製造コストも嵩んでしまうという別の問題が生じる。 In order to convert the light emitted from the light guide plate into an appropriate light distribution, a method of inserting various optical films between the light guide plate and the transmissive display element has been proposed. Another problem arises that the manufacturing cost increases.
また、プリズムを用いる場合には、構造が比較的大きいために目視観察時にプリズムの配置パターンを隠すのが困難であること、またプリズムによって導光板の厚みが厚くなること、射出光の射出角度範囲や射出光強度を自由に制御することができないなどの問題がある。 Also, when a prism is used, it is difficult to hide the prism arrangement pattern during visual observation due to the relatively large structure, the light guide plate is thickened by the prism, and the emission angle range of the emitted light. And the intensity of emitted light cannot be controlled freely.
更に、導光板の端面に光源を設置した際に、光源に近い側と遠い側との光強度を一定にするのが困難である。
特に、点状の光源もしくは輝度ムラのある光源の場合には、光源側の端面から光源に遠い側の端面に光が向かう平均的な方向である平均導光方向(導光板内を導光する光の平均的な方向)Fと直交する方向における射出光の分布の均一性と光の利用効率を共に高くすることは一層困難である。
Furthermore, when the light source is installed on the end face of the light guide plate, it is difficult to make the light intensity constant on the side closer to and far from the light source.
In particular, in the case of a spot-like light source or a light source with uneven brightness, an average light guide direction (the light is guided in the light guide plate), which is an average direction in which light travels from an end surface on the light source side to an end surface on the side far from the light source. (Average direction of light) It is more difficult to increase both the uniformity of the distribution of emitted light in the direction orthogonal to F and the light use efficiency.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、導光板以外の高価で特殊な光学フィルム(プリズムなど)を用いることなく、光射出面の法線方向に十分な光強度の射出光を得ると共に、光の利用効率を高くし、射出面における射出光強度の均一性を高くし、射出光の角度範囲を自在に制御することが可能な簡便な構成の照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is sufficient in the normal direction of the light exit surface without using an expensive special optical film (such as a prism) other than the light guide plate. An illumination device with a simple configuration capable of obtaining emitted light of light intensity, increasing the light utilization efficiency, increasing the uniformity of the emitted light intensity on the exit surface, and freely controlling the angle range of the emitted light Is to provide.
本発明の請求項1に係る照明装置は、
光源と、
光源から入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する略シート状の導光板とを備えた照明装置において、
光射出面および光射出面に対向する面の双方に回折格子から成る複数個の光射出用光学素子を配したことを特徴とする。
A lighting device according to claim 1 of the present invention is provided.
A light source;
In an illuminating device including a light guide plate that guides light incident from a light source and emits the guided light from a light exit surface.
A plurality of light emitting optical elements made of diffraction gratings are arranged on both the light emitting surface and the surface facing the light emitting surface.
請求項1の発明では、平均導光方向に沿って導光板内を導光する光を、導光板の光射出面及びその対向面の双方に配置された回折格子の相乗効果によって、全反射光とは大きく異なる角度に回折し、特に導光板の光射出面の法線方向に向かって射出することができるため、LCDパネルなどの照明に好適な条件において、光利用効率の高い照明装置を容易に簡便な構成で実現することができる。
特に、光射出素子として用いる回折格子の回折効率が50%以下であっても、導光板の光射出面及びその対向面の2面に配置されているため、導光板からの光射出効率を十分に高くすることができる。
According to the first aspect of the present invention, the light that is guided in the light guide plate along the average light guide direction is converted into the total reflected light by the synergistic effect of the diffraction gratings arranged on both the light exit surface of the light guide plate and the opposite surface. Diffracted at a significantly different angle from that of the light guide, and in particular, can be emitted toward the normal direction of the light exit surface of the light guide plate, making it easy to create a lighting device with high light utilization efficiency under conditions suitable for lighting such as LCD panels This can be realized with a simple configuration.
In particular, even if the diffraction efficiency of the diffraction grating used as the light emitting element is 50% or less, the light emitting efficiency from the light guide plate is sufficient because it is disposed on the light exit surface of the light guide plate and the opposite surface. Can be high.
更に、導光板の光射出面(前面)およびその対向面(背面)の双方に配置形成する回折格子に、それぞれ異なるように主たる光学機能を持たせることも可能である。
例えば、背面側の回折格子は、導光板内を伝播する光を多く取り出すように機能させ、前面側の回折格子により、射出光の方向・範囲や射出面内での輝度分布の制御を行なうように機能させる、などの光学機能の分離である。
この場合、当然、導光板の表裏(前面と背面)での回折格子の構造(形状,セルの分布)などは、求められる機能に応じて異なることになる。
Furthermore, it is also possible to give the main optical functions differently to the diffraction gratings arranged and formed on both the light exit surface (front surface) and the opposite surface (back surface) of the light guide plate.
For example, the diffraction grating on the back side functions so as to extract a large amount of light propagating in the light guide plate, and the direction and range of the emitted light and the luminance distribution in the emission surface are controlled by the diffraction grating on the front side. Separation of optical functions such as
In this case, as a matter of course, the structure (shape, cell distribution) and the like of the diffraction grating on the front and back surfaces (front and back surfaces) of the light guide plate differ depending on the required function.
請求項2の発明では、主として、導光板の光射出面と対向する面の回折格子からの透過回折光及び導光板の光射出面の回折格子からの反射回折光を、導光板の光射出面に対向する面に近接配置した反射シートにより、光射出方向へ反射することにより、導光板の光射出面の回折格子からの透過回折光及び導光板の光射出面と対向する面の回折格子からの反射回折光と共に導光板から射出し、照明光として望ましい光の光射出効率を更に高くすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the transmitted diffracted light from the diffraction grating on the surface facing the light exit surface of the light guide plate and the reflected diffracted light from the diffraction grating on the light exit surface of the light guide plate are mainly used. From the diffraction grating on the surface facing the light exit surface of the light guide plate and the transmitted diffraction light from the diffraction grating on the light exit surface of the light guide plate The light is emitted from the light guide plate together with the reflected diffracted light, and the light emission efficiency of light desirable as illumination light can be further increased.
請求項3の発明では、光射出面と光射出面に対向する面とにおいて、前記射出用光学素子が光射出面に平行な面を基準として対称的な格子構造(ここでは深さや格子間隔、格子形状を含む断面構造)の場合、光源から導光板側面に入射した光に対して、光射出面とその対向面が同様に作用するため、導光板の設計が容易になり、均一で高効率な導光板を実現しやすい。また、射出用光学素子である回折格子の設計や作製が1種類でよいため、簡便に実現できる。 In the invention of claim 3, the light emitting surface and the surface facing the light emitting surface, the light emitting optical element is symmetrical with respect to a plane parallel to the light emitting surface (here, depth or lattice spacing, In the case of a cross-sectional structure including a lattice shape), the light exit surface and the opposite surface act in the same way on the light incident on the side surface of the light guide plate from the light source, so the design of the light guide plate becomes easy, uniform and high efficiency Easy to realize a light guide plate. In addition, since only one type of diffraction grating, which is an optical element for emission, can be designed and manufactured, it can be easily realized.
請求項4の発明では、光射出面と光射出面に対向する面とにおいて、射出用光学素子がそれぞれ光射出面、それに対向する面から見て相対的に同一の配置となるようにすることにより、両面とも同一の版から作製することができる。
すなわち、ただ1つの版の設計、作製を行い、これをもとに導光板の両面に射出用光学素子を形成することにより簡便に低コストに高効率な導光板を作製できる。
In the invention of claim 4, the light emitting surface and the surface facing the light emitting surface are arranged so that the light emitting optical elements are relatively arranged as viewed from the light emitting surface and the surface facing the light emitting surface. Thus, both sides can be made from the same plate.
That is, by designing and producing a single plate and forming optical elements for injection on both sides of the light guide plate based on this, a highly efficient light guide plate can be produced easily and at low cost.
請求項5の発明では、請求項4の発明において、光射出面における射出用光学素子の配置が平均導光方向を軸として非対称としていることにより、光射出方向から観察した際に、光射出面とその対向面での射出用光学素子の全体の配置は一致することはなく、簡便に作製できながらも導光板の射出面内においてより均一な射出光を実現することができる。 In the invention of claim 5, in the invention of claim 4, the arrangement of the optical elements for emission on the light exit surface is asymmetric with the average light guide direction as an axis, so that when viewed from the light exit direction, the light exit surface The entire arrangement of the emission optical elements on the opposite surface does not coincide with each other, and it is possible to realize more uniform emission light within the emission surface of the light guide plate while being easily manufactured.
本発明の照明装置によれば、特殊な光学フィルムなどを用いる必要がなく、照明装置を少ない部材構成で実現することが可能となるだけでなく、回折光学素子の機能により射出光の角度範囲を適宜設計できる。
更に、射出用光学素子が回折光学素子から構成されていることにより、構造が極めて微小であり、また微細加工技術などにより容易に任意の領域に形成可能であるため、導光板上における回折光学素子の構造や配置が最適化でき、極めて均一な射出光分布を有する導光板を構成することが可能である。
According to the illuminating device of the present invention, it is not necessary to use a special optical film or the like, and it is possible not only to realize the illuminating device with a small number of member configurations, but also to set the angle range of emitted light by the function of the diffractive optical element. It can be designed as appropriate.
Furthermore, since the emission optical element is composed of a diffractive optical element, the structure is extremely minute and can be easily formed in an arbitrary region by a fine processing technique or the like. The light guide plate having a very uniform emission light distribution can be configured.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の照明装置における照明装置の構成例を示す斜視図である。
図2は、本発明の照明装置における断面を示した側面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration example of a lighting device in the lighting device of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a cross section of the illumination device of the present invention.
すなわち、本実施の形態に係る照明装置は、光源からの光を側面より導光板に入射し、導光板内を全反射しながら導光し、光射出面もしくは光射出面に対向する面に配置された回折格子から成る光射出用光学素子によって透過回折光と反射回折光を生じ、導光板からの射出光すなわち照明光を得ることができる。 In other words, the illumination device according to the present embodiment enters light from the light source into the light guide plate from the side surface, guides the light from the light guide plate while totally reflecting the light, and is disposed on the light emission surface or the surface facing the light emission surface. Transmitted diffracted light and reflected diffracted light are generated by the light emitting optical element comprising the diffraction grating, and the emitted light from the light guide plate, that is, the illumination light can be obtained.
ここで、平均導光方向に沿って導光板内を導光する光を、回折格子の機能によって全反射光とは大きく異なる角度に回折し、特に導光板の光射出面の法線方向に向かって射出することができるため、LCDパネルなどの照明に好適な条件において、光利用効率の高い照明装置を容易に簡便な構成で実現することができる。
図1,2のように、導光板の光射出面と対向する面に反射シートを配置することにより、主要な回折光成分を有効に照明光として利用することができる。
Here, the light guided in the light guide plate along the average light guide direction is diffracted at an angle significantly different from the total reflected light by the function of the diffraction grating, and particularly toward the normal direction of the light exit surface of the light guide plate. Therefore, an illumination device with high light utilization efficiency can be easily realized with a simple configuration under conditions suitable for illumination such as an LCD panel.
As shown in FIGS. 1 and 2, by disposing the reflection sheet on the surface facing the light exit surface of the light guide plate, the main diffracted light component can be effectively used as illumination light.
なお、透過型液晶表示パネル18と組み合わせて表示装置を構成した例を図9に示す。
導光している光を射出面の法線方向へ回折するには、高い空間周波数の回折格子が必要となるが、このような回折格子の回折効率を高くすることは容易ではない。
An example in which a display device is configured in combination with the transmissive liquid crystal display panel 18 is shown in FIG.
In order to diffract the guided light in the normal direction of the exit surface, a diffraction grating with a high spatial frequency is required, but it is not easy to increase the diffraction efficiency of such a diffraction grating.
しかし、本発明のように両面に回折格子を形成することにより、実質的に約2倍の回折効率を実現できるため、照明装置として光の利用効率を著しく向上させることができる。しかも、両面とも回折格子を用いることにより、射出光の方向や広がり方の制御が十分に可能であり、照明光として望ましい光が高効率に得られる。 However, by forming diffraction gratings on both sides as in the present invention, substantially double the diffraction efficiency can be realized, so that the light use efficiency can be remarkably improved as an illumination device. In addition, by using diffraction gratings on both sides, it is possible to sufficiently control the direction and spread of the emitted light, and light that is desirable as illumination light can be obtained with high efficiency.
図2は、図1の照明装置における射出用光学素子38が、導光板内の光を射出する様子を示している。
透過型のLCDパネルのバックライトとして本発明の照明装置を利用する場合などには、射出用光学素子38は導光中の光を射出面にほぼ垂直な方向に射出する光に変換することが望ましいが、射出用光学素子38として回折格子を利用することにより簡便にこれが実現できる。
FIG. 2 shows how the emission optical element 38 in the illumination device of FIG. 1 emits light in the light guide plate.
When the illumination device of the present invention is used as a backlight of a transmissive LCD panel, the emission optical element 38 can convert the light being guided into light that is emitted in a direction substantially perpendicular to the emission surface. Although desirable, this can be easily realized by using a diffraction grating as the emitting optical element 38.
更に、回折格子の機能により、射出光の角度範囲を適宜設定することも可能であり、特に他の光学フィルムなどを用いなくても、ディスプレイとして最適な角度分布を持った照明光を実現することができる。 Furthermore, it is possible to set the angle range of the emitted light as appropriate by the function of the diffraction grating, and to realize illumination light having an optimal angular distribution as a display without using any other optical film. Can do.
回折格子としてレリーフ型回折格子を用いる場合、パターンの設計が容易で有ると共に、導光板上に成形することも容易である。
このとき、レリーフ型回折格子の構造の高さ(深さ)は、典型的には0.1〜1μm程度であるため、余計な突起のない、ほぼ平面と見なせる導光板10を実現できる。
すなわち、照明装置を薄くできる。更に、導光板10と一体成形可能であり、極めて簡便に安価に製造可能である。
When a relief type diffraction grating is used as the diffraction grating, it is easy to design a pattern and to form it on a light guide plate.
At this time, since the height (depth) of the structure of the relief type diffraction grating is typically about 0.1 to 1 μm, it is possible to realize the light guide plate 10 that can be regarded as a substantially flat surface with no unnecessary protrusions.
That is, the lighting device can be thinned. Furthermore, it can be integrally formed with the light guide plate 10 and can be manufactured very simply and inexpensively.
ここで、回折格子の機能について更に詳細に論じる。
導光板内を導光する光のうち、回折格子に入射した光は回折光を生じるが、通常の主要な回折光は1次回折光である。回折光学素子の最も基本的な構造である回折格子において、回折格子の格子ピッチdと、1次回折光の射出角度(回折角)θRとの関係は、下記(1)式により表される。
d=mλ/(sinθi−sinθR) (1)
ただし、mは回折次数、λは導光板内における光の波長、θiは正反射角度(回折格子が反射時に作用する場合)である。透過時もほぼ同様の式が成立する。
Here, the function of the diffraction grating will be discussed in more detail.
Of the light guided through the light guide plate, the light incident on the diffraction grating produces diffracted light, but the normal main diffracted light is first-order diffracted light. In the diffraction grating which is the most basic structure of the diffractive optical element, the relationship between the grating pitch d of the diffraction grating and the emission angle (diffraction angle) θR of the first-order diffracted light is expressed by the following equation (1).
d = mλ / (sin θi−sin θR) (1)
Here, m is the diffraction order, λ is the wavelength of light in the light guide plate, and θi is the regular reflection angle (when the diffraction grating acts during reflection). An almost similar expression is established during transmission.
導光板内を平均導光方向に進む光を射出光に変換するために、最も効果的に作用する回折格子は平均導光方向に沿って格子ベクトルを持つ場合である。
すなわち、格子ベクトル方向と平均導光方向Fをほぼ同一とし、格子ピッチdを適切に設定することにより、全反射しながら平均導光方向Fに進む光が回折格子によってθRの角度で回折し、全反射条件を外れて導光板10の光射出面26から射出して行く。特にθR〜0°とすると、導光板表面に対してほぼ垂直に照明光が射出し、透過型ディスプレイ用の照明光として最も好ましい。
In order to convert the light traveling in the light guide plate in the average light guide direction into the emitted light, the diffraction grating that works most effectively has a grating vector along the average light guide direction.
That is, by making the grating vector direction and the average light guide direction F substantially the same and appropriately setting the grating pitch d, the light traveling in the average light guide direction F while being totally reflected is diffracted by the diffraction grating at an angle θR, The light is emitted from the light exit surface 26 of the light guide plate 10 outside the total reflection condition. In particular, when θR to 0 °, illumination light is emitted almost perpendicularly to the surface of the light guide plate, and is most preferable as illumination light for a transmissive display.
回折格子は、導光板を導光している光を回折光として射出するのみでなく、その回折光の拡がり方(射出角度範囲)を制御することも可能である。
具体的には、図5(a)のような直線状の回折格子パターンは、導光中の光を曲げる働きのみを持ち、図5(b)のような曲線状の回折格子パターンは射出する回折光の範囲をそのパターンによって任意に設計できる。
The diffraction grating not only emits the light guided through the light guide plate as diffracted light, but also can control how the diffracted light spreads (exit angle range).
Specifically, the linear diffraction grating pattern as shown in FIG. 5A has only a function of bending the light being guided, and the curved diffraction grating pattern as shown in FIG. 5B is emitted. The range of diffracted light can be arbitrarily designed according to the pattern.
ここで、導光板上での回折格子パターンは、平均導光方向Fと平均的な格子ベクトル方向とを一致させると、全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成とすることができる。
すなわち、導光中の光に対して、射出光の方向を大きく異ならせることができ、確実に導光板から射出できるようになる。
Here, the diffraction grating pattern on the light guide plate may be configured to effectively act on light satisfying the total reflection condition when the average light guide direction F and the average grating vector direction are matched. it can.
That is, the direction of the emitted light can be greatly different from the light being guided, and the light can be reliably emitted from the light guide plate.
さらに、平均導光方向において、回折格子の空間周波数に幅を持たせることにより、導光板から射出する1次回折光を空間周波数の幅に応じた角度範囲内に光を射出することができ、予め設定した角度範囲に光を集中的に射出するため、効率よく光を利用することができる。 Furthermore, in the average light guide direction, by giving a width to the spatial frequency of the diffraction grating, the first-order diffracted light emitted from the light guide plate can be emitted within an angle range corresponding to the width of the spatial frequency, Since light is intensively emitted in the set angle range, light can be used efficiently.
なお、射出用光学素子はそれぞれセル状の領域内に形成した回折格子を用い、多数のセルを導光板上に配置することが好ましい。
図6は、導光板上において単位面積当たりのセルの配置個数及びセルの大きさを変化させることによって配置密度を変化させた例である。
この時、平均導光方向Fに沿って導光板内を導光する光量が減少することによる射出光の減少を導光板の各位置における射出用光学素子38の配置密度を、セルの配置個数及び/またはセルの大きさの設定により補償するため、射出面内で均一に光を射出できる。
Note that it is preferable that each of the emission optical elements uses a diffraction grating formed in a cell-like region, and a large number of cells are arranged on the light guide plate.
FIG. 6 shows an example in which the arrangement density is changed by changing the number of cells arranged per unit area and the size of the cells on the light guide plate.
At this time, the reduction of the emission light due to the decrease in the amount of light guided in the light guide plate along the average light guide direction F indicates the arrangement density of the emission optical elements 38 at each position of the light guide plate, the number of cells arranged, and Since compensation is performed by setting the cell size, light can be emitted uniformly within the emission surface.
図6では、図の上下が非対称となるようにしているが、このような配置パターンを導光板の光射出面及びそれと対向する面に形成すると、図7のようになる。
図7では、対向面に配置した射出用光学素子を網掛けで示している。このように非対称な配置を導光板の両面に形成することにより、射出光強度を高めると共に、簡便に導光板の射出面内において均一な射出光強度分布が得られるようにできる。
In FIG. 6, the upper and lower sides of the figure are asymmetrical. However, when such an arrangement pattern is formed on the light emitting surface of the light guide plate and the surface facing it, the result is as shown in FIG. 7.
In FIG. 7, the injection optical elements arranged on the opposing surface are shaded. By forming the asymmetric arrangement on both surfaces of the light guide plate in this way, it is possible to increase the emitted light intensity and easily obtain a uniform emitted light intensity distribution within the emission surface of the light guide plate.
ここで、射出用光学素子のセルの外形形状としては、図8に示すように長方形状、円形状、楕円形状のうち何れであっても良い。
また、同一の導光板10に配置されるセルは全て同一形状であっても、長方形状と円形状と楕円形状が混在していても良い。
Here, the outer shape of the cell of the optical element for injection may be any of a rectangular shape, a circular shape, and an elliptical shape as shown in FIG.
Moreover, all the cells arranged on the same light guide plate 10 may have the same shape, or a rectangular shape, a circular shape, and an elliptical shape may be mixed.
最適な設計例としては、セルは平均導光方向Fに短く、それと直交する方向に長い形状を持つようにすれば、セルの形状による回折効果によって、射出する光を平均導光方向Fと同方向に拡げることができ、回折格子の設計とは独立した射出光角度分布の制御が可能である。この射出光の拡がりは、回折光における不必要な色付きの抑制することに貢献する。 As an optimal design example, if the cell has a short shape in the average light guide direction F and a long shape in a direction perpendicular to the average light guide direction F, the emitted light is the same as the average light guide direction F by the diffraction effect due to the cell shape. The angle distribution of the emitted light can be controlled independently of the design of the diffraction grating. The spread of the emitted light contributes to suppressing unnecessary coloring in the diffracted light.
また、射出用光学素子の配置間隔を100μm以下とすると、一般的な観察条件における人間の目の解像度以下となり、このような照明装置の光射出面26を目視観察した場合でも、射出用光学素子の大きさは十分小さく、単位面積あたりに十分な数の射出用光学素子を配置できるため、均一な射出光を出す面として観察させることができる。 Further, when the arrangement interval of the emission optical elements is 100 μm or less, the resolution is less than the resolution of the human eye under general observation conditions, and even when the light emission surface 26 of such an illumination device is visually observed, the emission optical elements Is sufficiently small, and a sufficient number of emission optical elements can be arranged per unit area, so that it can be observed as a plane for emitting uniform emission light.
回折格子は構造が極めて微小であり、また微細加工技術などにより容易に任意の領域に任意の光学機能を持った回折光学素子を形成可能であるため、最適化が容易であり、均一な射出光分布を有する導光板を構成することが可能である。 The diffraction grating has a very small structure, and can easily form a diffractive optical element having an arbitrary optical function in an arbitrary region by using a microfabrication technique. It is possible to construct a light guide plate having a distribution.
通常、導光板は、光源に近い端面側(入射側)ほど光の射出光強度は大きく、光源から遠い端面側ほど光の射出光強度は小さくなる。
このため、回折格子の回折効率を、導光板10の光入射側から離れるほど高くすることにより、光強度の強い入射側において導光板10から射出する光の割合を少なく、入射側から離れるほど射出割合を増加することができ、導光板10の光射出面26全域に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
In general, the light guide plate has a higher light emission intensity toward the end face closer to the light source (incident side) and a light emission intensity lower toward the end face farther from the light source.
For this reason, by increasing the diffraction efficiency of the diffraction grating as the distance from the light incident side of the light guide plate 10 increases, the ratio of the light emitted from the light guide plate 10 on the incident side where the light intensity is strong decreases, and as the distance from the incident side increases. The ratio can be increased, and light with uniform intensity can be emitted over the entire light exit surface 26 of the light guide plate 10.
ここで、光源として端面にほぼ平行に配置された線状の光源を用いた場合、導光板における平均導光方向Fは、光源からの光の入射端面にほぼ直交する方向となる。
また、光源として、端面に配置された点状のLED等の光源を用いた場合、光源を中心とする放射方向に導光しようとするが、導光板全体に亘って平均すると線状光源と同様に入射端面にほぼ直交する方向が平均導光方向Fとなる。
Here, when a linear light source disposed substantially parallel to the end face is used as the light source, the average light guide direction F in the light guide plate is a direction substantially orthogonal to the incident end face of the light from the light source.
In addition, when a light source such as a dotted LED arranged on the end face is used as the light source, it tries to guide light in a radial direction centering on the light source, but on average over the entire light guide plate, it is the same as the linear light source The direction substantially perpendicular to the incident end face is the average light guide direction F.
以上のように、本発明の照明装置は、プリズムなどの比較的高価な光学シートなどを併用する必要なく、光射出面のほぼ法線方向に射出する照明光が得られると共に、射出角度範囲が制御されており、射出面内で均一な分布を実現でき、光の利用効率が高く、さらに角度による色変化の少ない射出光を得ることが可能な照明装置を簡便な構成で提供できる。 As described above, the illuminating device of the present invention can obtain illumination light that is emitted substantially in the normal direction of the light emission surface without using a relatively expensive optical sheet such as a prism, and has an emission angle range. It is possible to provide an illumination device that is controlled, can achieve a uniform distribution in the exit surface, has high light utilization efficiency, and can obtain exit light with little color change due to an angle, with a simple configuration.
なお、導光板10は、図1に示すように平板状(厚みが一定)のみならず、平均導光方向Fに沿って進むにつれてその厚みが徐々に薄くなるような構成であっても良い。
また、本発明は拡散シートなどの安価で薄い構造のシートの併用を妨げるものではなく、射出面内の光の均一性を確実にするため、導光板の光射出面側に拡散シートなどを配置しても良い。
In addition, the light guide plate 10 may be configured not only to have a flat plate shape (a constant thickness) as shown in FIG. 1 but also to gradually reduce its thickness as it proceeds along the average light guide direction F.
In addition, the present invention does not prevent the use of a cheap and thin structure sheet such as a diffusion sheet, and a diffusion sheet is disposed on the light exit surface side of the light guide plate to ensure the uniformity of light within the exit surface. You may do it.
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this structure. Within the scope of the invented technical idea of the scope of claims, a person skilled in the art can conceive of various changes and modifications. The technical scope of the present invention is also applicable to these changes and modifications. It is understood that it belongs to.
F…平均導光方向
10…導光板
12…光源
14…照明装置
16…プリズム
18…透過型LCDパネル
24…表示装置
26…光射出面
28…対向面
32…反射体
38…射出用光学素子
50…導光中の光
51…回折光
56…照明光
58…表示光
F ... Average light guide direction 10 ... Light guide plate 12 ... Light source 14 ... Illumination device 16 ... Prism 18 ... Transmission type LCD panel 24 ... Display device 26 ... Light exit surface 28 ... Opposing surface 32 ... Reflector 38 ... Injecting optical element 50 ... light 51 being guided ... diffracted light 56 ... illumination light 58 ... display light
Claims (6)
光源から入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する略シート状の導光板とを備えた照明装置において、
光射出面および光射出面に対向する面の双方に回折格子から成る複数個の光射出用光学素子を配したことを特徴とする照明装置。 A light source;
In an illuminating device including a light guide plate that guides light incident from a light source and emits the guided light from a light exit surface.
2. A lighting device comprising: a plurality of light emitting optical elements comprising diffraction gratings disposed on both a light emitting surface and a surface facing the light emitting surface.
請求項1〜5の何れかに記載の照明装置、とを少なくとも備えることを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal panel that defines a display image in accordance with translucency / light shielding in pixel units;
A liquid crystal display device comprising at least the illumination device according to claim 1.
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