JP2007042402A - Lighting system - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示装置等の受光型表示装置のバックライトやフロントライトとして用いられる照明装置に関し、特に携帯電話、PDA等の小型液晶ディスプレイの照明装置に関する。 The present invention relates to an illuminating device used as a backlight or a front light of a light receiving display device such as a liquid crystal display device, and more particularly to an illuminating device for a small liquid crystal display such as a mobile phone or a PDA.
近来、蛍光表示管に比べ、寿命が長い、照明装置光の色度調整が容易等の利点があるため発光ダイオード(以下LEDと略記する)を光源とした照明装置が用いられ始めている。
図3は発光ダイオード(以下LEDと略記する)を用いたサイドライト型照明装置をバックライトとして用いた場合の従来例を示す図で、(a)が平面図、(b)が側面図である。
図3における照明装置は、複数のLED光源60−1,2,3,4を略直方体の導光板68の側面に配置し、該LED光源60−1,2,3,4の出射光が導光板68に入射する。導光板68にはマイクロプリズム、すなわちグルーブが形成され、該マイクロプリズムの頂点を結んだ稜線は図3(a)に点線群70で示したように複数のLED光源60−1,2,3,4が配置された側面に平行とされていた。
断面構造は図3(b)に示すように、導光板68の下面に反射シート80が、上面にプリズムシート78が配置され、導光板68、反射シート80、プリズムシート78がホルダー76に収納され、上部に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置を照明する構造となっていた。
In recent years, lighting devices using light emitting diodes (hereinafter abbreviated as LEDs) as light sources have begun to be used because they have advantages such as long life and easy chromaticity adjustment of lighting device light compared to fluorescent display tubes.
3A and 3B are diagrams showing a conventional example when a sidelight type illumination device using a light emitting diode (hereinafter abbreviated as LED) is used as a backlight, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a side view. .
The illuminating device in FIG. 3 has a plurality of LED light sources 60-1, 2, 3, 4 arranged on the side surfaces of a substantially rectangular parallelepiped
As shown in FIG. 3B, the cross-sectional structure is such that the reflection sheet 80 is disposed on the lower surface of the
LED光源60−1,2,3,4から入射された光は導光板68内で導光板68上面と導光板68下面に設けられたマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板68上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板68上面から光が出射する。導光板68下面に出射されてしまって光は反射シート80で反射されて導光板68に戻される。導光板68から出射した光は、プリズムシート78によって屈曲され表示装置側へと導かれる。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。
Light incident from the LED light sources 60-1, 2, 3, and 4 is propagated in the
In the following drawings, the same members are denoted by the same numbers.
しかしこのようなサイドライト型照明装置には問題がある。それはLED光源60−1,2,3,4からはそれぞれの光源で規定されたいろいろな方向に光が出射されるが、例えば図3(a)に示すように、LED光源60−3から出射された光74はグルーブの稜線70と直交する方向72に対してαなる角度を有してしまい直交しないということである。
この状況を図4、5を用いてさらに説明する。
図4は図3(a)の導光板68とLED光源60−1,2,3,4の図にLED光源60−2,3から出射される光線の軌跡を書き加えた図である。
点光源であるLED光源60−1,2,3,4の出射光は、光源間に暗部を作らないためにはある程度広角にする必要がある。また導光板に入射した光は、グルーブで反射する度に導光板の幅方向へ広がる方向に屈折される。その結果グルーブの稜線70と概ね直交する出射光82,84とグルーブの稜線70に対して直交しない光86,88とに分かれ、直交しない光の方が多くなってしまう。
このように光軸と稜線パターンとが直交しない光が多くなるとグルーブ部で光が散乱してしまった状態に近くなり、グルーブ部で屈折して導光板68の上面に出射される光のうち導光板68の面に対して垂直でない光成分が多くなってしまう。そのため照明装置の照明光の指向性が悪くなってしまい照明装置の輝度を高めることが出来ないという問題がある。
However, there is a problem with such a sidelight type illumination device. The light is emitted from the LED light sources 60-1, 2, 3, and 4 in various directions defined by the respective light sources. For example, as shown in FIG. The light 74 thus formed has an angle α with respect to the direction 72 perpendicular to the
This situation will be further described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a diagram in which the locus of light rays emitted from the LED light sources 60-2, 3 is added to the diagram of the
The emitted light from the LED light sources 60-1, 2, 3, and 4 that are point light sources needs to have a wide angle to some extent so as not to form a dark portion between the light sources. Further, the light incident on the light guide plate is refracted in the direction of spreading in the width direction of the light guide plate every time it is reflected by the groove. As a result, the
In this way, when the amount of light whose optical axis and ridge line pattern are not orthogonal to each other increases, it becomes close to the state where the light is scattered at the groove, and is guided among the light refracted at the groove and emitted to the upper surface of the
この状況をグラフに表したのが図5である。
図5(a)は図3に示したような従来の照明装置の光学特性を表したグラフで、図5(b)は座標軸を説明する図である。
図5(b)に示すように、座標軸は導光板68の平面の縦方向をX軸、横方向をZ軸、導光板68上面に垂直な方向で、X軸およびZ軸と直交する軸をY軸とする。かつ導光板68から照明光が出射される方向Y’とY軸とが成す角を光放射角度θとする。
このように座標軸を定めて従来の照明装置の光学特性をグラフ化すると図5(a)のようになる。
図5(a)における横軸は光放射角度θで、縦軸は光強度の相対値であり、図の点線の太線90はX−Y平面における照明光の方向と照明光の強度の関係、実線の太線92はZ−Y平面における照明光の方向と照明光の強度の関係を示している。したがって横軸がθ=0の点は導光板68と直交する方向の照明光強度を示しており、θ=90の点は導光板68の面と平行な方向の照明光強度を示している。
図5(a)のグラフが示すように従来の照明装置はX−Y平面での特性90、Z−Y平面での特性92ともに、導光板68の表面に対して垂直な方向の光が最も強いものの、例えば垂直方向から30°の角度の光もX−Y平面で垂直方向光の40%程度、Z−Y平面で垂直方向光の10%程度の光強度を有しており、特に幅方向であるX−Y平面での指向性が広くなってしまい照明装置としての光の指向性が不十分であった。
This situation is shown in a graph in FIG.
FIG. 5A is a graph showing the optical characteristics of the conventional illumination device as shown in FIG. 3, and FIG. 5B is a diagram for explaining the coordinate axes.
As shown in FIG. 5B, the coordinate axes are the X axis in the vertical direction of the plane of the
When the coordinate axes are determined in this way and the optical characteristics of the conventional illumination device are graphed, the result is as shown in FIG.
The horizontal axis in FIG. 5A is the light emission angle θ, the vertical axis is the relative value of the light intensity, and the dotted
As shown in the graph of FIG. 5A, in the conventional lighting device, light in the direction perpendicular to the surface of the
図6は照明装置の特性を説明するために設けた参考図で、図5と同様の座標軸を用いている。
図6(a)は理想的な指向性を有した場合の特性を示しており、X−Y平面での特性、Z−Y平面での特性ともに実線の太線94で示したように、すべての光がθ=0である導光板の面に対して垂直な方向となっている。
図6(b)は全く指向性がない場合の特性で、X−Y平面での特性Z−Y平面での特性ともに、実線の太線96で示したように導光板の面に対する各角度での光強度が一定となってしまっている。
本発明は図6(a)に示した特性94に近い特性を持った照明装置を実現することを目的としている。
FIG. 6 is a reference diagram provided for explaining the characteristics of the illumination device, and uses the same coordinate axes as those in FIG.
FIG. 6A shows the characteristics in the case of having ideal directivity. As indicated by the solid
FIG. 6B shows the characteristics when there is no directivity. The characteristics in the XY plane, the characteristics in the ZY plane, and the angle at each angle with respect to the surface of the light guide plate as indicated by the
The object of the present invention is to realize an illumination device having a characteristic close to the characteristic 94 shown in FIG.
LED光源を用いた照明装置の照明光の指向性を改良するため、LED光源を導光板のコーナー部近傍に置き、グルーブの稜線を該LED光源を中心とした同心円状とするという提案はある(例えば特許文献1参照)。
この提案は照明装置の指向性を改良するため優れたものであるが、照明装置の輝度を上昇させるためには導光板のコーナー部に1つのLED光源を設ける必要が生じ、このような1つのLED光源をもとに導光板からの出射光を導光板の面全体にわたって一様にするのはきわめて困難であった。また製造上の余裕度もきわめて小さなものになってしまっていた。
In order to improve the directivity of the illumination light of the illumination device using the LED light source, there is a proposal that the LED light source is placed near the corner portion of the light guide plate, and the groove ridge line is concentric with the LED light source as the center ( For example, see Patent Document 1).
This proposal is excellent for improving the directivity of the lighting device, but in order to increase the luminance of the lighting device, it is necessary to provide one LED light source at the corner of the light guide plate. It has been extremely difficult to make light emitted from the light guide plate uniform over the entire surface of the light guide plate based on the LED light source. In addition, the manufacturing margin has become extremely small.
解決しようとする課題は、指向性が高く、かつ高輝度化、照明光の均一化が容易な製造しやすい照明装置を提供することである。 The problem to be solved is to provide an easy-to-manufacture lighting device having high directivity, high brightness, and uniform illumination light.
本発明の照明装置は、点光源と該光源光を伝播する導光板を有する照明装置において、前記光源は発光ダイオードであり、前記導光板は概略長方形形状を成しており、かつグルーブが設けられ、該グルーブは前記発光ダイオードの出射光が前記導光板に入射後に進行する方向とほぼ直交するような稜線を持ち、前記発光ダイオードは該導光板の対角近傍に配置されていることを特徴とする。 The illuminating device of the present invention is an illuminating device having a point light source and a light guide plate that propagates the light source, wherein the light source is a light emitting diode, the light guide plate has a substantially rectangular shape, and a groove is provided. The groove has a ridge line that is substantially orthogonal to the direction in which the light emitted from the light emitting diode travels after entering the light guide plate, and the light emitting diode is disposed near the diagonal of the light guide plate. To do.
また本発明の照明装置は、前記稜線が前記光源に対しほぼ同心円状に構成されていることを特徴とする。 Moreover, the illuminating device of this invention is characterized by the said ridgeline being substantially concentric with respect to the said light source.
また本発明の照明装置は、前記発光ダイオードが前記導光板の左右の対角に配置されており、前記導光板は該対角に配置された発光ダイオード近傍を結ぶ線によって上下の部分に分割され、分割されたそれぞれの部分の導光板上の前記グルーブは、該部分に属する前記発光ダイオードの出射光が進行する方向とほぼ直交するような稜線を持つことを特徴とする。 In the illumination device of the present invention, the light emitting diodes are arranged on the left and right diagonals of the light guide plate, and the light guide plate is divided into upper and lower parts by a line connecting the vicinity of the light emitting diodes arranged on the diagonal. The groove on the light guide plate of each divided part has a ridge line that is substantially orthogonal to the direction in which the light emitted from the light emitting diode belonging to the part travels.
また本発明の照明装置は、前記分割されたそれぞれの部分の導光板上の前記グルーブの稜線が、前記発光ダイオード近傍を結ぶ線近傍で交わっていることを特徴とする。 The illumination device of the present invention is characterized in that ridge lines of the grooves on the divided light guide plates intersect in the vicinity of a line connecting the vicinity of the light emitting diodes.
本発明の照明装置は、LED光源で発光し導光板に入射した光がほぼ垂直上方に反射するため、導光板の幅方向への出射光の広がりを抑制出来、照明装置光の幅方向の指向性を狭くすることが出来る。そのため照明装置の高輝度化、高品位化が可能となる。またLED光源を導光板の対角に配置したため、照明光の均一化が容易で製造しやすい照明装置を実現出来る。 In the illuminating device of the present invention, the light emitted from the LED light source and incident on the light guide plate is reflected almost vertically upward. The nature can be narrowed. Therefore, it is possible to increase the brightness and quality of the lighting device. Further, since the LED light source is arranged at the diagonal of the light guide plate, it is possible to realize an illumination device that can easily make illumination light uniform and easy to manufacture.
点光源と該光源光を伝播する導光板を有する照明装置において、前記導光板を概略長方形形状としてグルーブを設け、前記光源を発光ダイオードとし、かつ前記導光板の対角に配置し、該グルーブは前記発光ダイオードの出射光が前記導光板に入射後に進行する方向とほぼ直交するような稜線を持つよう構成した。
また前記導光板を前記対角に配置された発光ダイオード近傍を結ぶ線によって上下の部分に分割し、分割されたそれぞれの部分の導光板上の前記グルーブは、該部分に属する前記発光ダイオードの出射光が進行する方向とほぼ直交するような稜線を持つよう構成した。
In an illuminating device having a point light source and a light guide plate that propagates the light source light, the light guide plate has a substantially rectangular shape, a groove is provided, the light source is a light emitting diode, and the light guide plate is disposed diagonally. The light emitting diode is configured to have a ridge line that is substantially orthogonal to a direction in which the light emitted from the light emitting diode travels after entering the light guide plate.
In addition, the light guide plate is divided into upper and lower portions by a line connecting the vicinity of the light emitting diodes arranged diagonally, and the groove on the light guide plate of each of the divided portions is the output of the light emitting diodes belonging to the portions. The ridgeline is almost perpendicular to the direction in which the light travels.
図1は本発明による照明装置の実施例でバックライトタイプで構成した例を示している。図1(a)が照明装置からプリズムシートを除いた平面図、すなわち図5(b)で説明したX−Z面の図、(b)が断面図、すなわち図5(b)で説明したY−Z面の図、(c)が導光板の断面図である。
図1(a)における本発明の照明装置は、略直方体の導光板10の対角のコーナー付近に点光源であるLED光源12,14が配置され、該LED光源12,14の出射光が導光板68に入射する。
導光板10にはマイクロプリズム、すなわちグルーブが形成されており、また対角に配置された発光ダイオード12,14近傍を結ぶ線16によって上の部分18と下の部分20とに分割されている。該マイクロプリズムの頂点を結んだ稜線は図1(a)に点線群22,24で示したように、2つのLED光源12,14に対して、ほぼLED光源を中心とする同心円状となっている。したがって分割されたそれぞれの部分18,20の導光板上のグルーブ22,24は、該それぞれの部分に属する前記発光ダイオード12,14の出射光が進行する方向とほぼ直交するような稜線となっている。
FIG. 1 shows an example of a backlight type according to an embodiment of a lighting device according to the present invention. FIG. 1A is a plan view of the lighting device from which the prism sheet is removed, that is, a view of the XZ plane described in FIG. 5B, and FIG. 1B is a cross-sectional view, that is, Y described in FIG. The figure of -Z surface, (c) is sectional drawing of a light-guide plate.
In the illuminating device of the present invention in FIG. 1A,
The
断面構造は図1(b)に示すように、導光板10の下面に反射シート34が、上面にプリズムシート32が配置され、導光板10、反射シート34、プリズムシート32がホルダー30に収納され、上部に置かれる液晶表示装置等の受光型表示装置を照明する構造となっている。
As shown in FIG. 1B, the cross-sectional structure includes a reflection sheet 34 on the lower surface of the
図1(c)は導光板10の断面図で、該導光板10の下面にはマイクロプリズムが形成されてグルーブを構成している。該マイクロプリズムの最凹部38と最凸部36とが前記稜線で、該最凹部38と最凸部36とは近接しているため、図1(a)では1本の点線で描いている。
FIG. 1C is a cross-sectional view of the
図2は本発明による照明装置の効果を説明する図で、図2(a)はLED光源の出射光とマイクロプリズムの稜線とのなす角度を説明する平面図、図2(b)は光学特性を表したグラフである。
図2(a)において、LED光源12から入射された光40,42,44及びLED光源14から入射された光46,48,50は導光板10内で導光板10上面と、導光板10下面に設けられたマイクロプリズムの面とで屈折を繰り返して伝播される。
該伝播を繰り返すうちに、光の進行方向と導光板10上面とがなす角度が臨界角よりも小さくなり、導光板10上面から光が出射する。この伝搬を繰り返す時、光40,42,44の進行方向とマイクロプリズムの稜線22及び光46,48,50の進行方向とマイクロプリズムの稜線24とがほぼ直交しているためマイクロプリズム部で光が散乱してしまう状態が著しく減少し、導光板10の上面に対して従来よりもより垂直な方向に光が出射される。導光板10下面に出射されてしまって光は反射シート34で反射されて導光板10に戻される。導光板10から出射した光は、プリズムシート32によってさらに導光板10の上面に対して垂直に近い方向に屈曲され、照明装置上面に置かれる表示装置側へと導かれる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the effect of the illumination device according to the present invention. FIG. 2 (a) is a plan view for explaining the angle formed between the light emitted from the LED light source and the ridge line of the microprism, and FIG. 2 (b) is an optical characteristic. It is the graph showing.
In FIG. 2A, light 40, 42, 44 incident from the LED light source 12 and light 46, 48, 50 incident from the LED
As the propagation is repeated, the angle formed between the light traveling direction and the upper surface of the
なお、導光板10の分割されたそれぞれの部分18,20上のグルーブの稜線22,24は、発光ダイオード12,14近傍を結ぶ線16近傍で交わっている。このように構成したことにより発光ダイオード12,14近傍を結ぶ線16近傍で輝度ムラを生じることを防ぐことが出来ている。
The groove ridgelines 22 and 24 on the divided
このように構成したため本発明による照明装置の光学特性は図2(b)に示したようになる。
なお、座標軸は図5(b)で説明したものと同様である。
図2(b)における横軸は光放射角度θで、縦軸は光強度の相対値であり、図の点線の太線52はX−Y平面における照明光の方向と照明光の強度の関係、実線の太線54はZ−Y平面における照明光の方向と照明光の強度の関係を示している。したがって横軸がθ=0の点は導光板68と直交する方向の照明光強度を示しており、θ=90の点は導光板68の面と平行な方向の照明光強度を示している。
図2(b)のグラフが示すように本発明の照明装置はX−Y平面での特性52、Z−Y平面での特性54ともに、従来に比べ導光板10の表面に対して垂直な方向に光が集光されている。例えば垂直方向から30°の角度の光は、X−Y平面で垂直方向光の10%程度、Z−Y平面では垂直方向光の数%程度の光強度となっており、特に幅方向であるX−Y平面での指向性が狭くなって照明装置としての光の指向性が向上している。
Due to such a configuration, the optical characteristics of the illumination device according to the present invention are as shown in FIG.
The coordinate axes are the same as those described with reference to FIG.
The horizontal axis in FIG. 2B is the light emission angle θ, the vertical axis is the relative value of the light intensity, and the dotted thick line 52 in the figure is the relationship between the direction of the illumination light and the intensity of the illumination light in the XY plane, A solid thick line 54 indicates the relationship between the direction of the illumination light and the intensity of the illumination light in the ZY plane. Therefore, the point with the horizontal axis θ = 0 indicates the illumination light intensity in the direction orthogonal to the
As shown in the graph of FIG. 2B, the lighting device of the present invention has a characteristic 52 in the XY plane and a characteristic 54 in the ZY plane that are perpendicular to the surface of the
光源のLEDは必要な明るさに応じて例えばLEDのチップ数を設定すればよいが、本発明の照明装置においては光源のLEDが導光板の対角に分けて配置してあるため、光源を一カ所に置く場合に比べ、1つのLED光源のチップ数は半分以下で良く、照明装置の高輝度化、高品位化が容易となっている。また導光板の面全体の輝度の均一化も容易となっている。
さらに光源を分散配置したため製造、組み立て条件によるバラツキを押さえることが出来、光源を一カ所に配置した場合に比べ製造しやすい照明装置を実現出来ている。
For example, the number of LED chips may be set according to the required brightness of the LED of the light source. However, in the lighting device of the present invention, the LED of the light source is arranged separately on the diagonal of the light guide plate. Compared with the case where it is placed in one place, the number of chips of one LED light source may be half or less, and it is easy to increase the brightness and quality of the lighting device. Further, it is easy to make the luminance uniform over the entire surface of the light guide plate.
Furthermore, since the light sources are arranged in a distributed manner, variations due to manufacturing and assembly conditions can be suppressed, and an illuminating device that is easy to manufacture can be realized as compared with the case where the light sources are arranged in one place.
なお本実施例は本発明による照明装置をバックライトとして用いた例を示したが、フロントライトとして用いることも通常の技術で可能なことは勿論である。 Although the present embodiment shows an example in which the illumination device according to the present invention is used as a backlight, it is needless to say that it can be used as a front light by a normal technique.
10 導光板
18 導光板上部分
20 導光板下部分
12,14 発光ダイオード
22,24 グルーブの稜線
16 発光ダイオード近傍を結ぶ線
40,42,44,46,48,50 発光ダイオードの出射光
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記点光源は発光ダイオードであり、
前記導光板は概略長方形形状を成しており、かつグルーブが設けられ、
該グルーブは前記発光ダイオードの出射光が前記導光板に入射後に進行する方向とほぼ直交するような稜線を持ち、
前記発光ダイオードは該導光板の対角近傍に配置されていることを特徴とする照明装置。 In an illumination device having a point light source and a light guide plate that propagates the light source light,
The point light source is a light emitting diode;
The light guide plate has a substantially rectangular shape, and is provided with a groove,
The groove has a ridge line that is substantially orthogonal to the direction in which the light emitted from the light emitting diode travels after entering the light guide plate,
The illuminating device, wherein the light emitting diode is disposed in the vicinity of a diagonal of the light guide plate.
分割されたそれぞれの部分の導光板上の前記グルーブは、該部分に属する前記発光ダイオードの出射光が進行する方向とほぼ直交するような稜線を持つことを特徴とする請求項2記載の照明装置。 The light guide plate is divided into upper and lower parts by a line connecting the vicinity of the light emitting diodes arranged diagonally,
3. The illumination device according to claim 2, wherein the groove on the light guide plate of each divided part has a ridge line that is substantially perpendicular to a direction in which light emitted from the light emitting diode belonging to the part travels. .
The lighting device according to claim 3, wherein a ridge line of the groove on the light guide plate of each of the divided portions intersects in a vicinity of a line connecting the vicinity of the light emitting diode.
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