JP2007329114A - Light guide plate, and planar light emitting device equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は導光板およびそれを備えた面状発光装置に関し、特に、液晶表示装置のバックライトとして使用される導光板と、そのような導光板を備えた面状発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light guide plate and a planar light emitting device including the same, and more particularly to a light guide plate used as a backlight of a liquid crystal display device and a planar light emitting device including such a light guide plate.
近年、テレビジョンおよびパソコンをはじめ、携帯型電子機器などに搭載されるディスプレイとして、薄型で軽量な液晶ディスプレイが普及している。図38に示すように、液晶ディスプレイ200は、画像を表示する液晶表示パネル151とバックライト装置110とを備えて構成される。バックライト装置110は、液晶表示パネル151を背面から光を照射して液晶表示パネル151に表示されている画像を鮮明に映し出す機能を有している。
In recent years, thin and lightweight liquid crystal displays have become widespread as displays mounted on portable electronic devices such as televisions and personal computers. As shown in FIG. 38, the
そのバックライト装置110は、光源、光源を駆動する回路および多種の光学フィルム等により構成されている。バックライト装置110の光源として、一般的に冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp)152が使用されている。しかしながら、冷陰
極蛍光ランプ152には水銀(Hg)が使用されているために、たとえばバックライト装置110が破損した場合にはその水銀が流出してしまう可能性があり、環境に悪影響を及ぼすおそれがある。
The
そこで、冷陰極蛍光ランプに代わる光源として、発光ダイオードに代表される固体発光素子(LED:Light Emitting Diode)が提案されている。その固体発光素子として、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)のそれぞれの光を発光する固体発光素子と、白色の光を発光する固体発光素子とが開発されている。 Therefore, a solid light emitting element (LED: Light Emitting Diode) typified by a light emitting diode has been proposed as a light source to replace the cold cathode fluorescent lamp. As the solid light emitting element, a solid light emitting element that emits red (R), green (G), and blue (B) light and a solid light emitting element that emits white light have been developed.
バックライト装置では、液晶表示パネルに対して白色光を照射させることが望ましいとされる。そのため、固体発光素子の使用の態様として、白色の光を発光する固体発光素子を単体で使用するか、赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発光する3つの固体発光素子を使用する態様がある。3つの固体発光素子を使用する場合には、それぞれの固体発光素子から出射された3つの光を混合することによって白色光とし、その白色光が液晶パネルに照射されることになる。 In the backlight device, it is desirable to irradiate the liquid crystal display panel with white light. Therefore, as an aspect of use of the solid light emitting element, there is an aspect in which a solid light emitting element that emits white light is used alone or three solid light emitting elements that emit red, green, and blue light are used. . When three solid light emitting elements are used, white light is formed by mixing three lights emitted from the respective solid light emitting elements, and the white light is irradiated onto the liquid crystal panel.
ところで、固体発光素子は冷陰極蛍光ランプに比べてサイズが小さく、また、出射した光によって照射される範囲(領域)が狭い。そのため、たとえばテレビジョンなどに使用される大型液晶表示パネルのバックライト装置の光源として固体発光素子を使用する場合には、固体発光素子は液晶表示パネルの直下において列状または平面状に複数配設されることになる。このような液晶表示装置のバックライト装置は、直下型LEDバックライトと称される。 By the way, the solid-state light emitting device is smaller in size than the cold cathode fluorescent lamp, and the range (region) irradiated by the emitted light is narrow. Therefore, when a solid light emitting element is used as a light source of a backlight device of a large liquid crystal display panel used for, for example, a television, a plurality of solid light emitting elements are arranged in a line or a plane directly under the liquid crystal display panel. Will be. Such a backlight device of a liquid crystal display device is referred to as a direct type LED backlight.
しかしながら、一般的な固体発光素子から出射される光の発光特性としては、固体発光素子が位置するところの光の強度が最も強く、固体発光素子から離れるにしたがってその強度は弱くなる。そのため、固体発光素子を直下型LEDバックライトの光源として使用する場合には、固体発光素子の位置との関係で液晶表示パネルの面内において輝度が不均一になってしまう。つまり、固体発光素子が配置されている直上の液晶表示パネルの部分では輝度が最も高く、一つの固体発光素子とこれに隣り合う固体発光素子との間の領域のの直上に位置する液晶表示パネルの部分では輝度は低くなる。 However, as a light emission characteristic of light emitted from a general solid light emitting element, the intensity of the light where the solid light emitting element is located is the strongest, and the intensity decreases as the distance from the solid light emitting element increases. Therefore, when the solid light emitting element is used as the light source of the direct type LED backlight, the luminance becomes non-uniform in the plane of the liquid crystal display panel in relation to the position of the solid light emitting element. In other words, the portion of the liquid crystal display panel directly above where the solid light emitting element is disposed has the highest luminance, and the liquid crystal display panel is located immediately above the region between one solid light emitting element and the adjacent solid light emitting element. In this part, the luminance is low.
また、赤色、緑色および青色のそれぞれの光を発光する3つの固体発光素子を光源として使用した場合には、液晶表示パネルの面内において各色ごとに輝度が不均一であるために混色が十分に行なわれず、液晶表示パネルにおいて赤色、緑色および青色の色むらが生じることがある。 In addition, when three solid-state light emitting elements that emit red, green, and blue light are used as the light source, the luminance is non-uniform for each color within the surface of the liquid crystal display panel, so that sufficient color mixing is possible. This is not done, and color irregularities of red, green and blue may occur in the liquid crystal display panel.
このような不具合を解消するために、固体発光素子を出射してから液晶表示パネルに到達するまでに十分な長さの光路を確保し、その光路の途中においてそれぞれの固体発光素子から出射した光を十分に混色させて、液晶表示パネルに照射する手法が提案されている。 In order to solve such a problem, a sufficient length of light path is ensured from the time when the solid light emitting element is emitted until it reaches the liquid crystal display panel, and the light emitted from each solid light emitting element in the middle of the optical path. There has been proposed a method of sufficiently mixing the colors and irradiating the liquid crystal display panel.
たとえば特許文献1では、基板に配設された固体発光素子を円柱の側面の一部あるいは球面の一部からなる上面を有する樹脂で覆ったバックライト装置が提案されている。このバックライト装置では、まず、固体発光素子から出射した光はその曲面において全反射をして樹脂内を導光する。そして、樹脂内を導光した光は基板の上面に設けられた光拡散部によって散乱されて強度の均一な光として出射されることになる。
For example,
また、特許文献2では、サイドエミッタタイプの固体発光素子から出射された光を導光板へ導く態様のバックライト装置が提案されている。さらに、特許文献3では、導光板に窪みを形成した発光装置が提案されている。この導光板では、導光板の下面側にLEDが配設され、そのLEDと対向する導光板の上面側に窪みが形成されている。この窪みは、上面に近づくにしたがって徐々に広がるように形成されている。
しかしながら、従来のバックライト装置では次のような問題点があった。まず、特許文献1に開示されたバックライト装置では、上述したように固体発光素子を覆う樹脂の表面形状は円柱の側面の一部あるいは球面の一部とされる。ここで、図39に示すように、この曲面(円柱の側面)を固体発光素子102を中心とした2つの曲面P,Qに分けてみる。固体発光素子102から出射される光のうち、曲面Pに入射する光のすべてを樹脂103内に閉じ込めるには、樹脂103の屈折率を1.5、球の半径を2mmとした場合、球の中心Cと基板101との距離Dは約0.24mm以下に設定しなければならない。一方、固体発光素子102の高さHが0.1mm以上であることを考慮すると、この距離では、基板101に配設された固体発光素子102と樹脂103の端面と隙間がほとんどなくなってしまう。そうすると、光が樹脂103内を導光できる領域が少なくなって、混色効果が悪化するという問題があった。
However, the conventional backlight device has the following problems. First, in the backlight device disclosed in
また、固体発光素子102から出射される光のうち曲面Qに入射する光については、全反射条件を満たしていない。そのため、曲面Qに入射した光は樹脂103の外へ出射されてしまい、樹脂103内への結合効率が悪化してしまう。
Of the light emitted from the solid state
さらに、特許文献1では、バックライト装置の樹脂として4つの曲面(曲面Pに対応)からなる上面を有する樹脂が提案されている。このバックライト装置では、それぞれ球面の一部をなす4つの曲面が1つの交点において出会い、その交点の直下に固体発光素子が配設されている。ところが、このバックライト装置の場合には、球面の一部をなす一つの曲面について、この曲面に繋がって延びる曲面(曲面Qに対応)は3面存在する。したがって、4つの曲面(曲面P)についてはそのそれぞれの曲面に繋がって延びる曲面は12面(曲面Q)存在することになる。
Further,
このため、4つの曲面(曲面P)の交点の直下に位置する固体発光素子から出射した光のうち、この12面(曲面Q)に到達した光は全反射をせずに樹脂の外へ出射してしまう。そのため、固体発光素子から出射される光のうちの大部分が樹脂内に閉じ込められることなく樹脂の外へ出射されてしまい、均一な輝度を得ることができないという問題があっ
た。
For this reason, of the light emitted from the solid state light emitting element located immediately below the intersection of the four curved surfaces (curved surface P), the light that has reached these 12 surfaces (curved surface Q) is emitted out of the resin without being totally reflected. Resulting in. Therefore, most of the light emitted from the solid state light emitting element is emitted outside the resin without being confined in the resin, and there is a problem that uniform luminance cannot be obtained.
また、特許文献2に開示されたバックライト装置では、固体発光素子(LED)パッケージと導光板の間に空気層が存在する。そのため、LEDパッケージと導光板との界面において屈折率に空気の存在による差が生じ固体発光素子から出射した光が全反射をしてしまい、光が固体発光素子パッケージから出射することができず、バックライト装置の光源として利用できる光量が減るという問題点があった。
In the backlight device disclosed in
さらに、特許文献3に開示された発光装置では、窪みの形状として、全方向に光を広げるのであれば円錐状が好ましく、特定の方向へ光を広げるには三角錐状等が好ましいとされる。そして、円錐状等のいずれの窪みにおいても、鋭角の角は線状の輝度むらを生じやすく、これを解消するには面取りすることが好ましいとされる。ところが、その窪みの直下に配設される光源には大きさがあるため、光源から発せられる光のうち、光源内における特定の位置から出射する一部の光は窪みにおいて全反射をせずに、導光板の外へ出射してしまうことがあった。
Furthermore, in the light emitting device disclosed in
このことについて説明する。図40に示すように、固体発光素子102の直上に形成される窪み104に対して、固体発光素子102の中心(原点O)から出射する光は、光路164,165に示すように、窪み104において全反射をして導光板本体103aの延在する方向に沿って導光板本体103a内を進むことになる。一方、固体発光素子102の端(点P1)から出射する光のうち窪み104の中央に向かって進む光は、光路166に示すように、窪み104において全反射をすることなく導光板本体103aの外へ出射してしまうことになる。このように、特許文献3に開示された発光装置の導光板103の窪み104においては、光源(固体発光素子102)の大きさが考慮されていないために、バックライト装置として光量を十分に確保することができないという問題があった。
This will be described. As shown in FIG. 40, the light emitted from the center (origin O) of the solid
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は固体発光素子から出射される光を効果的に閉じ込めて均一に導光させる導光板を提供することであり、他の目的はそのような導光板を備えて面内において均一に発光する面状発光装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object is to provide a light guide plate that effectively confines light emitted from a solid-state light emitting element and guides the light uniformly. An object of the present invention is to provide a planar light emitting device that includes such a light guide plate and emits light uniformly in a plane.
本発明に係る導光板は、液晶表示装置のバックライトに使用される導光板であって、板状の導光板本体と凹部とを備えている。板状の導光板本体は、所定の発光素子から出射された光が入射する第1面および前記第1面と対向する第2面を有している。凹部は、導光板本体の第2面に形成されて所定の側壁面を有している。その凹部は、発光素子から出射して第2面の側に向かって導光板本体の内部を進む光のうち、第2面を経て導光板本体の外へ進む光の成分の光路が位置する導光板本体の領域の部分に形成されている。そして、凹部の側壁面は、その光の成分を導光板本体の外へ出射させないように光の成分を全反射させる面を備えている。 The light guide plate according to the present invention is a light guide plate used for a backlight of a liquid crystal display device, and includes a plate-like light guide plate main body and a recess. The plate-shaped light guide plate body has a first surface on which light emitted from a predetermined light emitting element is incident and a second surface opposite to the first surface. The recess is formed on the second surface of the light guide plate body and has a predetermined side wall surface. The concave portion is a guide in which an optical path of a component of light that travels through the second surface to the outside of the light guide plate body out of the light emitted from the light emitting element and traveling toward the second surface side. It is formed in the region of the optical plate body. The side wall surface of the recess includes a surface that totally reflects the light component so that the light component is not emitted outside the light guide plate body.
この構成によれば、導光板本体の第2面の部分に、発光素子から出射して第2面の側に向かって導光板本体の内部を進む光のうち、第2面を経て導光板本体の外へ出射する光の成分の光路が位置する領域を取り除くように凹部が形成され、さらに、その凹部の側壁に露出した側壁面においては、発光素子から出射した光が導光板本体の外へ出射しないように全反射される。これにより、発光素子から第2面の側に向かって出射された光の大部分が全反射されて第2面による光の損失が大幅に低減し、発光素子から出射される光を効率よく均一に導光板本体の内部へ導くことができる。 According to this configuration, the light guide plate main body passes through the second surface out of the light emitted from the light emitting element and traveling inside the light guide plate main body toward the second surface on the second surface portion of the light guide plate main body. A recess is formed so as to remove the region where the optical path of the component of the light emitted to the outside is located, and the light emitted from the light emitting element is exposed to the outside of the light guide plate body on the side wall surface exposed to the side wall of the recess. It is totally reflected so as not to be emitted. As a result, most of the light emitted from the light emitting element toward the second surface is totally reflected, and the loss of light from the second surface is greatly reduced, and the light emitted from the light emitting element is efficiently and evenly distributed. To the inside of the light guide plate body.
そのような凹部として、より具体的には、その側壁面は円錐の側面であること、あるいは、回転放物面の一部であることが好ましい。そして、発光素子はその回転放物面の焦点との関係で所定の位置に配置されていることがより好ましい。 More specifically, as such a recess, the side wall surface is preferably a conical side surface or a part of a paraboloid of revolution. The light emitting element is more preferably arranged at a predetermined position in relation to the focal point of the paraboloid of revolution.
また、凹部の側壁面は、指数関数として表される曲線を所定の軸の回りに回転させることにより形成される曲面の一部であることが好ましく、そのような指数関数として表される曲線は、αを全反射角度−90度とし、Cを定数とすると、曲座標(r、θ)による式r=exp(θ/tanα+C)によって得られるrとθを、式X=r・cosθとY=r・sinθによって直角座標(X,Y)に変換した曲線であることがより好ましい。 The sidewall surface of the recess is preferably a part of a curved surface formed by rotating a curve expressed as an exponential function around a predetermined axis, and the curve expressed as such an exponential function is , Α is a total reflection angle of −90 degrees, and C is a constant, r and θ obtained by the equation r = exp (θ / tan α + C) using the curvature coordinates (r, θ) are expressed by the equation X = r · cos θ and Y More preferably, it is a curve converted into rectangular coordinates (X, Y) by r · sin θ.
さらに、凹部の側壁面は、発光素子の位置との関係で全反射条件を満たす所定の曲線を所定の軸の回りに回転することによって得られる曲面に沿うように、頂角の異なる複数の円錐の側面の一部をそれぞれ繋ぎ合わせることによって形成された面であることが好ましい。 Furthermore, the side wall surface of the recess has a plurality of cones having different apex angles so as to follow a curved surface obtained by rotating a predetermined curve satisfying the total reflection condition around a predetermined axis in relation to the position of the light emitting element. It is preferable that the surface is formed by connecting a part of each of the side surfaces.
さらに、また、凹部の側壁面は、発光素子におけるあらゆる部分から出射する光を全反射させる面であることが好ましい。 Furthermore, the side wall surface of the recess is preferably a surface that totally reflects light emitted from any part of the light emitting element.
これにより、発光素子から出射される光を閉じ込めて、その閉じ込められた光を導光板本体の延在する方向に沿って導くことができる。なお、円錐、回転放物面、指数関数に基づく曲面は数学的に厳密な形状を意図するものではなく、製造上の誤差を当然に含む。 Thereby, the light emitted from the light emitting element can be confined, and the confined light can be guided along the direction in which the light guide plate body extends. It should be noted that a curved surface based on a cone, a rotating paraboloid, or an exponential function is not intended to be a mathematically exact shape but naturally includes manufacturing errors.
本発明に係る面状発光装置は、主表面を有する基板と発光素子と導光板とを有している。発光素子は基板の主表面上に配設されている。導光板は発光素子を覆うように基板の主表面上に配設されている。その導光板は、板状の導光板本体と凹部と光路変換部とを備えている。板状の導光板本体は互いに対向する第1面および第2面を有している。凹部は、導光板本体の第2面における、発光素子から出射して第2面の側に向かって導光板本体の内部を進む光のうち第2面を経て導光板本体の外へ進む光の成分の光路が位置する導光板本体の領域の部分に形成され、光の成分を導光板本体の外へ出射させないように光の成分を全反射させる所定の面を含む側壁面を有している。光路変換部は凹部の側壁面において全反射された光の成分を含む導光板本体の内部を進む光を第2面から外へ向かって出射するよう光路を変換させる。 The planar light emitting device according to the present invention includes a substrate having a main surface, a light emitting element, and a light guide plate. The light emitting element is disposed on the main surface of the substrate. The light guide plate is disposed on the main surface of the substrate so as to cover the light emitting element. The light guide plate includes a plate-like light guide plate main body, a concave portion, and an optical path changing portion. The plate-shaped light guide plate main body has a first surface and a second surface facing each other. The concave portion is a portion of the second surface of the light guide plate main body that emits light from the light emitting element and travels inside the light guide plate main body toward the second surface. A side wall surface including a predetermined surface that is formed in a portion of the region of the light guide plate main body where the optical path of the component is located and totally reflects the light component so as not to emit the light component out of the light guide plate main body. . The optical path conversion unit converts the optical path so that the light traveling inside the light guide plate main body including the light component totally reflected on the side wall surface of the concave portion is emitted outward from the second surface.
この構成によれば、凹部の側壁面において全反射された光は、導光板本体の外へ出射することなく導光板本体の延在する方向にほぼ沿って内部を進む。導光板本体内を進む光は、光路変換部によりその光路が変えられることによって全反射条件が崩れて、導光板本体の第2面から出射される。これにより、凹部の側壁面によって反射されずに導光板本体内を進んで光路変換部によって光路が変えられる光とともに、導光板本体の第2面から均一に光を出射させることができる。 According to this configuration, the light totally reflected on the side wall surface of the concave portion proceeds inside along the extending direction of the light guide plate main body without being emitted outside the light guide plate main body. The light traveling in the light guide plate main body is emitted from the second surface of the light guide plate main body by breaking the total reflection condition by changing the optical path by the optical path conversion unit. Thereby, light can be uniformly emitted from the second surface of the light guide plate main body together with the light that travels in the light guide plate main body without being reflected by the side wall surface of the concave portion and whose optical path is changed by the optical path changing portion.
そのような光路変換部として、より具体的には、拡散粒子や導光板本体を進む光を導光板本体の外へ出射する所定の面を露出する開口部がある。拡散粒子の場合には、光は拡散粒子の表面において反射されることになる。また、開口部の場合には、光は開口部の側壁面において反射されることになる。光を均一に出射するために、拡散粒子の場合には、たとえば導光板本体内に均一に配設されていることが好ましい。また、開口部の場合には、開口部は発光素子を中心として同心円状に複数配設されていることが好ましい。また、この場合には、開口部は、発光素子から遠ざかるにしたがって大きさが大きくなるように複数配設されていることがより好ましい。 More specifically, such an optical path conversion unit includes an opening that exposes a predetermined surface that emits light that travels through diffusion particles and the light guide plate body to the outside of the light guide plate body. In the case of diffusing particles, light will be reflected at the surface of the diffusing particles. In the case of the opening, light is reflected on the side wall surface of the opening. In order to emit light uniformly, in the case of diffusing particles, for example, it is preferably disposed uniformly in the light guide plate body. In the case of openings, it is preferable that a plurality of openings be concentrically arranged with the light emitting element as the center. In this case, it is more preferable that a plurality of openings are arranged so that the size increases as the distance from the light emitting element increases.
また、基板、発光素子および導光板を所定の寸法からなる一つの発光モジュールとすることが好ましく、その発光モジュール内では、複数の発光素子が列状に配設されることがより好ましい。 Moreover, it is preferable that the substrate, the light emitting element, and the light guide plate are one light emitting module having a predetermined size, and it is more preferable that a plurality of light emitting elements are arranged in a row in the light emitting module.
この場合には、発光素子を2次元的に配設する場合と比べて発光素子を配設する領域を狭めることができ、コストの削減を図ることができる。また、導光板内において光を比較的長い距離にわたり導光させることができ、バックライト装置として混色性を高めることができる。 In this case, compared with the case where the light emitting elements are two-dimensionally arranged, the region where the light emitting elements are arranged can be narrowed, and the cost can be reduced. In addition, light can be guided over a relatively long distance in the light guide plate, and the color mixing property can be enhanced as a backlight device.
また、そのような発光モジュールが平面状に複数配設されていることが好ましい。この場合には、液晶表示装置としてよりサイズの大きな液晶表示パネルに容易に対応させることができ、また、複数の発光素子のうちのいくつかの発光素子が発光しなくなったような場合でも、輝度の低下を防ぐことができる。 Moreover, it is preferable that a plurality of such light emitting modules are arranged in a planar shape. In this case, it is possible to easily cope with a liquid crystal display panel having a larger size as a liquid crystal display device, and even when some of the light emitting elements stop emitting light, Can be prevented.
さらに、基板の主表面上に配設されて発光素子が載置されるパッケージ部と、そのパッケージ部に形成され、発光素子から出射される光を導光板へ向けて反射させるための反射面と、発光素子を封止するように、導光板とパッケージとの間に充填された樹脂とを備えていてもよい。 Further, a package part disposed on the main surface of the substrate and on which the light emitting element is placed, and a reflection surface formed on the package part for reflecting light emitted from the light emitting element toward the light guide plate, A resin filled between the light guide plate and the package may be provided so as to seal the light emitting element.
この場合には、発光素子をパッケージ部に配設することで発光素子を基板に直接取付ける場合と比べて、発光素子に不具合が発生した場合にパッケージ部ごと交換すればよく、発光素子の交換作業をより容易に行なうことができる。 In this case, the light emitting element can be replaced when the light emitting element is defective, as compared with the case where the light emitting element is directly attached to the substrate by arranging the light emitting element in the package part. Can be performed more easily.
発光素子から導光板へより損失を減らして光を導くには、導光板は、発光素子と導光板との間に空気の層を介在させることなく基板上に配設されていることが好ましい。 In order to reduce light loss and guide light from the light emitting element to the light guide plate, the light guide plate is preferably disposed on the substrate without an air layer interposed between the light emitting element and the light guide plate.
実施の形態1
本発明の実施の形態1に係る、面状発光装置に使用される導光板の第1の例について説明する。図1および図2に示すように、導光板3を実質的に構成する導光板本体3aは、樹脂から形成されて互いに対向する表面(第2面)5と裏面(第1面)6とを有する板状の形状とされる。その導光板本体3aの裏面6の側の所定の位置には固体発光素子2が配設されている。その固体発光素子2は基板1の表面上に反射シート30を介在させて取付けられている。
The 1st example of the light-guide plate used for the planar light-emitting device based on
一方、導光板本体3aの表面5の所定の領域には凹部4が形成されている。図2および図3に示すように、凹部4は、固体発光素子2から出射して表面5の側に向かって導光板本体3aの内部を進む光のうち、表面5を経て導光板本体3aの外へ出射する光の成分の光路が位置する領域を取り除くように形成されている。その凹部4の側壁に露出した側壁面4aは、固体発光素子2から出射した光を導光板本体3aの外へ出射させないように全反射させる面とされる。この導光板3では凹部4は略円錐形状に形成されて、露出した側壁面4aはその円錐の側面をなす。
On the other hand, the recessed
その凹部4の構造についてさらに詳しく説明する。表面5およびその表面5に形成された凹部4の側壁面4a等は空気と接する界面となる。導光板本体3aの内部からその界面に入射する光は、その入射角度θによってその界面から導光板本体3aの外へ出射する光の成分(以下、「成分A」と記す。)と、その界面において全反射をして導光板本体3aの内部を進む光の成分(以下、「成分B」と記す。)とを含んでいる。
The structure of the
導光板本体3aを構成する樹脂の屈折率をたとえば1.5とすると、約42度以上の角度で入射した光はその界面において全反射される。一方、0度〜約42度の角度で入射した光は導光板本体3aの内部から外へ出射されることになる。なお、全反射とは、屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質に光が入射するときに、特定の角度以上の入射角度では入射光は屈折せずにすべて反射してしまう現象をいう。また、入射角度θは入射面の法線と入射する光の光路とのなす角度として定義される。
If the refractive index of the resin constituting the light
一方、固体発光素子2からは一般的に全放射角度をもって光が出射される。導光板本体として、たとえば図3に示すように、裏面6と凹部が形成されていない表面5を有する導光板本体3aを想定すると、導光板本体3aと空気との界面において全反射をしない光の成分が存在する。つまり、固体発光素子2を通る表面5の法線方向を入射角度0度とすると、入射角度が0度から約42度の範囲の光(光の成分61〜63参照)は全反射をせずに導光板本体3aの外へ出射してしまう。
On the other hand, light is generally emitted from the solid state light emitting
このような導光板本体3aの外へ出射しようとする光の成分を全反射させて導光板本体3a内に閉じ込めるために、固体発光素子2の直上に位置する導光板本体3aの部分に界面として全反射条件を満たす凹部4の側壁面4aが形成されている。この導光板本体3aでは、凹部4は略円錐形状の窪みとして形成され、側壁面(界面)4aはその略円錐形状の側面に対応することになる。なお、この略円錐形状は、後述するように、頂角の異なる複数の円錐形状の一部を組合わせた形状も含む概念とする。
In order to totally reflect the light component to be emitted out of the light guide plate
以上のように構成された導光板3では、固体発光素子2から出射する光の成分のうち、成分Aについては凹部4の側壁面4aにおいて全反射されて、導光板本体3aから導光板本体3aの外へ出射することなく導光板本体3aの内部を進む。また、成分Bについては表面5において全反射されて、導光板本体3aの内部を進む。こうして全反射した光は、裏面6では反射され、そして、表面5では全反射されながら導光板本体3aの内部を全反射の条件が満たされない状態になるまで進むことになる。
In the
ここで、固体発光素子のあらゆる部分から出射した光を導光板の外へ出射させない凹部の形状について検討する。まず、図4に示すように、固体発光素子2の中心を原点Oとし、この原点Oからのみ光が出射する場合を想定する。つまり、点光源を想定する。この場合、凹部4には、原点Oから出射して凹部4の底の部分(点C)に入射する光の成分71が全反射をすること(条件A)、そして、凹部4と導光板本体3aの上面5との境界部分(点D)に入射する光の成分72が全反射をすること(条件B)が求められる。
Here, the shape of the recess that does not allow the light emitted from any part of the solid-state light emitting element to be emitted outside the light guide plate will be examined. First, as shown in FIG. 4, it is assumed that the center of the solid state light emitting
上述したように、導光板本体3aを構成する樹脂の屈折率を1.5とすると、約42度以上の角度で入射した光はその界面において全反射される。そうすると、条件Aおよび条件Bを満たす円錐状の凹部4の形状の一例として、たとえば、導光板本体3aの厚さ(L2)は7.93mm、原点Oと点Cとの距離(L3)は1.5mm、円錐底面直径(L1)は14.28mm(半径7.14mm)となる。
As described above, when the refractive index of the resin constituting the light
次に、図5に示すように、固体発光素子2として所定の大きさの光源を想定する。この場合、固体発光素子2の一端部の位置を点P1とすると、凹部4には、点P1から出射して凹部4の底の部分(点C)に入射する光の成分71が全反射をすること(条件A)、そして、点P1から出射して凹部4と導光板本体3aの上面5との境界部分(点D)に入射する光の成分72が全反射をすること(条件B)が求められる。この条件Aと条件Bの双方を満たすには、凹部4は少なくとも2つ以上の円錐を組合わせた形状とされる。
Next, as shown in FIG. 5, a light source having a predetermined size is assumed as the solid state light emitting
この場合、条件Aおよび条件Bを満たす凹部4の形状の一例として次の形状が挙げられる。まず、原点Oと点Cとの距離(L4)を1.5mmとし、原点Oと点Eとの距離(L7)を5.0mmとし、原点Oと点P1との距離(L5)を0.3mmとすると、条件Aを満たす円錐は、点Cを頂点とする底面の直径(L2)が10mm(半径5mm)、固体発光素子2から底面に対応する部分までの距離(L6)が8.16mmの円錐(側壁面4d)となる。また、原点Oと点Dとの距離(L3)は11.2mmとなる。
In this case, the following shape is mentioned as an example of the shape of the recessed
そして、条件Bを満たす円錐は、点Eを頂点とする底面の直径(L1)が20.0mm(半径10.0mm)の円錐(側壁面4e)となる。凹部4は、この2つの円錐の側壁面4d、4eの一部を組合わせた形状とすることで、固体発光素子2のあらゆる部分から出射する光を側壁面4d、4eにおいて全反射させることができる。
Then, the cone satisfying the condition B is a cone (
上述した板状の導光板本体3から構成される導光板3によれば、導光板本体3aの表面5の部分に、固体発光素子2から出射して表面5の側に向かって導光板本体3aの内部を進む光のうち、表面5を経て導光板本体3aの外へ出射する光の成分の光路が位置する領域を取り除くように凹部4が形成され、さらに、その凹部4の側壁に露出した側壁面4a、4d、4eにおいて、固体発光素子2から出射した光が導光板本体3aの外へ出射しないように全反射される。
According to the
これにより、固体発光素子2から表面5の側に向かって出射された光の大部分が凹部4によって全反射されて均一に導光板本体3aの内部に導かれ、表面5による光の損失が大幅に低減し、固体発光素子2から出射される光を効率よく導光板本体3aの内部へ導くことができる。その結果、固体発光素子2から出射されて導光板3に導かれる光量が増えて、バックライト装置の光源として十分な光量を確保することができる。
As a result, most of the light emitted from the solid-state
実施の形態2
本発明の実施の形態2に係る、面状光源装置に使用される導光板の第2の例について説明する。図6および図7に示すように、導光板3を構成する導光板本体3aの表面5の所定の領域に、回転放物面の一部をなす側壁面4bを露出する凹部4が形成されている。なお、これ以外の構成については前述した導光板3と同様なので、同一部材には同一符号を
付しその説明を省略する。
The 2nd example of the light-guide plate used for the planar light source device based on
凹部4の構造についてさらに詳しく説明する。まず、図8に示すように、X軸を軸とする2次元の放物線20を考える。大きさを有する固体発光素子2(図7参照)は、その一端部が放物線の焦点21に位置するように配設されている。その固体発光素子2から出射した光は放物線20において反射をしてX軸に平行に進むことになる。本実施の形態に係る導光板本体3aの凹部4の側壁面4bは、図9に示すように、この放物線20をY軸の回りに回転(矢印30)することによって得られる回転放物面の一部から構成される。したがって、大きさを有する固体発光素子2は、その一端部P1がX軸の正の方向に向かって広がる放物線の焦点に位置し、他端部P2がX軸の負の方向に向かって広がる放物線の焦点に位置することになる。
The structure of the
その放物線についてさらに詳しく説明する。点PのX座標をpとし、X=0における傾きをaすると、放物線は次の式によって表わされる。 The parabola will be described in more detail. When the X coordinate of the point P is p and the slope at X = 0 is a, the parabola is expressed by the following equation.
Y=a×p0.5×((X+p)0.5)
まず、図10に示すように、固体発光素子2の一端部P1が焦点21に位置することによって、固体発光素子2の一端部P1から出射した光の成分64は、放物線(放物面)20において全反射をして導光板本体3aの内部を進む。また、一端部P1よりも内側に位置する部分から出射した光の成分65は、放物線(放物面)20に光の成分64の入射角度よりも浅い角度で入射することによって放物線(放物面)20において全反射をする。
Y = a × p 0.5 × ((X + p) 0.5 )
First, as shown in FIG. 10, when one end P <b> 1 of the solid
これに対して、図11に示すように、たとえば固体発光素子2の中心Oを焦点21に配置させた場合には、固体発光素子2の端部P1から出射した光の成分66は放物線(放物面)20に対し、全反射条件を満たさなくなるために導光板本体3aの外へ出射することになる。したがって、固体発光素子2は、一端部P1が焦点21の位置に一致するように配設することが望ましい。
On the other hand, as shown in FIG. 11, for example, when the center O of the solid state light emitting
以上のように構成された導光板3では、固体発光素子2から出射する光の成分のうち、成分Aについては凹部4の側壁面4bにおいて全反射されて、導光板本体3aから導光板本体3aの外へ出射することなく導光板本体3aの延在する方向に沿って導光板本体3aの内部を進むことになる。また、成分Bについては表面5において全反射されて、導光板本体3aの内部を進むことになる。たとえば、導光板本体3aの厚みL2を4mmとし、凹部4の最大直径L1を8mm(半径4mm)とし、凹部4の深さL3を2.6mmとすると、固体発光素子2から出射される光のすべてを導光板本体3aへ導くことができる。
In the
上述した導光板3によれば、前述した導光板3による効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、上述した導光板3では、特に、回転放物面の一部からなる側壁面4bによって全反射された光が、導光板本体3aの裏面6(あるいは表面5)に略平行に導光板本体3a内に導かれることによって導光板本体3a内を最短距離で進むことになり、導光板本体3aを構成する樹脂によって光が吸収されることによる光損失を低減することができる。
According to the
変形例
上述した導光板3では、固体発光素子2の大きさと凹部4の深さL3の組合わせによっては、固体発光素子2から出射する光のうち直上に出射する光が導光板本体3aの外へ出射する場合が考えられる。そこで、変形例として、所定の大きさを有する固体発光素子2のあらゆる部分から出射した光も導光板本体3aの外へ出射させない放物線に基づいた導光板3の凹部4について説明する。
Modification In the
この場合、図12に示すように、固体発光素子2の一端部の位置を点P1とすると、凹部4には、点P1から出射して凹部4の底の部分(点C)に入射する光の成分71が全反射をすること(条件A)、そして、点P1から出射して凹部4と導光板本体3aの上面5との境界部分(点D)に入射する光の成分72が、全反射をすること(条件B)が求められる。
In this case, as shown in FIG. 12, assuming that the position of one end of the solid state light emitting
導光板本体3aを構成する樹脂の屈折率を1.5とすると、約42度以上の角度で入射した光はその界面において全反射される。そうすると、条件Aおよび条件Bを満たす凹部4の形状の一例として、回転放物面を構成する放物線の式は、X−Y平面(図8参照)において、Y2=2×h×a×(X+(h/2×a))となる。ここで、hは固体発光素子2と凹部4の底(点C)との距離を表し、aはX=0における放物線の傾きを表す。
When the refractive index of the resin constituting the light
この放物面に基づき、たとえば凹部4の導光板本体3aの上面5における直径L1を8mm(半径4mm)とすると、導光板本体3aの厚さL2は、4.55mmとなる。このとき、固体発光素子2の大きさとして原点Oから端の点P1までの長さが0.3mmであっても、その固体発光素子2のあらゆる部分から出射する光を、凹部4の側壁面4bにおいて全反射させることができる。
Based on this paraboloid, assuming that the diameter L1 of the
こうして、上記放物線に基づく凹部4の側壁面4bにおいて全反射された光は、導光板本体3aの裏面6(あるいは表面5)に略平行に導光板本体3a内に導かれることによって導光板本体3a内を最短距離で進むことになる。その結果、導光板本体3aを構成する樹脂によって光が吸収されることによる光損失を低減することができる。
Thus, the light totally reflected on the
実施の形態3
本発明の実施の形態3に係る、面状光源装置に使用される導光板の第3の例として、ここでは、図13に示される、回転放物面とは異なる曲面に基づく凹部4が形成された導光板3について説明する。
As a third example of the light guide plate used in the planar light source device according to the third embodiment of the present invention, here, a
まず、この凹部4をなす曲面は、次の極座標(r、θ)の式、
r=exp(θ/tanα+C)
によって表される各点を、次の変換式、
X=r・cosθ
Y=r・sinθ
によって変換された各点(X,Y)を結んだ曲線に基づく。図14にこの曲線25を示す。なお、曲座標の式において、αは全反射角度から90度を差し引いた角度(全反射角度−90度)であり、Cは導光板本体3aの厚さ等によって決定される定数である。上記式に基づく曲線25は、点光源を原点O(図14参照)に配置した場合に、その光源からさまざまな出射角度をもって出射する光が曲線に入射すると、すべての光が等しい全反射角度をもって全反射をする曲線とされる。
First, the curved surface forming the
r = exp (θ / tan α + C)
For each point represented by
X = r · cos θ
Y = r · sinθ
Based on the curve connecting the points (X, Y) transformed by. FIG. 14 shows this
たとえば、導光板本体3aを構成する樹脂の屈折率を1.4とすると、全反射角度は約45.6度となる。そして、点光源を原点Oに配設し、その点光源から導光板本体3aの上面5までの長さ(図13参照)を3.5mmとすると、α=−44.4度、C=2.4となる。凹部を構成する曲面として、この曲線25をY軸に回りに回転させることによって得られる曲面では、原点から出射した光はすべて全反射することになる。
For example, if the refractive index of the resin constituting the light
次に、光源として所定の大きさを有する固体発光素子の場合について検討する。図13に示すように、固体発光素子2の中心Oから一端部P1までの長さを0.3mmとすると、固体発光素子2のあらゆる点から出射する光を凹部4において全反射させようとする場合、一端部P1から出射する光をも曲線(曲面)において全反射させる必要があるため、図14に示すように、もとの曲線25をX軸方向に0.3移動させた曲線26を考える。図13に示す導光板本体3aの凹部4を構成する曲面(側壁面4f)は、この曲線26をY軸の回りに回転させることによって得られる曲面とされる。
Next, the case of a solid light emitting element having a predetermined size as a light source will be considered. As shown in FIG. 13, when the length from the center O of the solid
点P1から出射して凹部4の底の部分(点C)に入射した光の成分71と、点P1から出射して凹部4と導光板本体3aの上面5との境界部分(点D)に入射する光の成分72とが、この曲面(側壁面4f)において全反射をすることになる。さらに、原点Oから一端部P1との間の部分から出射される光についても凹部4において全反射させることができる。その結果、固体発光素子2のあらゆる部分から出射する光を全反射させることができる。
A
そのような凹部4の形状の一例として、凹部4の直径L1は5.08mm(半径2.54mm)とされ、凹部4の深さL3は1mmとされる。そして、導光板本体3aの厚みL2は2.5mmとされる。これにより、前述した放物線に基づく凹部4が形成された導光板本体3a(図12参照)では、導光板本体3aの厚みL2が4.55mmであったのに比べて、上述した導光板本体3aでは、その厚みL2を約2mm程度薄くすることができる。
As an example of the shape of such a
また、上述した曲線26では、所定のXの値において傾きが0となることから、この傾きが0となる点を凹部4の側壁面4fと導光板本体3aの上面5との接続部分とすることで、側壁面4fと上面5とを滑らかに繋ぐことができる。なお、導光板本体3aの厚みL2が2.5mmの場合には、固体発光素子2として、その中心Oから一端部P1までの長さが0.6mmまでのサイズの固体発光素子2から出射される光を全反射させることができる。
Further, in the
実施の形態4
本発明の実施の形態4に係る、面状光源装置に使用される導光板の第4の例について説明する。図15および図16に示すように、導光板3を構成する導光板本体3aの表面5の所定の領域に、前述した回転放物面の側壁面4bを複数の円錐の側面の一部を順次繋ぎ合わせることによって近似した側壁面4cを露出する凹部4が形成されている。なお、これ以外の構成については前述した導光板3と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
The 4th example of the light-guide plate used for the planar light source device based on
凹部4の構造についてさらに詳しく説明する。図17に示すように、側壁面4cは、リング状の複数の曲面44a〜44fによって構成される。曲面44a〜44fのそれぞれは、頂角の異なる複数の円錐の側面の一部から構成されている。たとえば、曲面44aは円錐41の側面の一部とされ、曲面44cは円錐42の側面の一部とされる。また、曲面44eは円錐43の側面の一部とされる。これら曲面44a〜44fは、回転放物面を近似するように互いに繋がって側壁面4cを構成している。
The structure of the
以上のように構成された導光板3では、固体発光素子2から出射する光の成分のうち、成分Aについては凹部4の側壁面4cを構成して回転放物面を近似する曲面44a〜44fのいずれかにおいて全反射されて、導光板本体3aから導光板本体3aの外へ出射することなく導光板本体3aの延在する方向にほぼ沿って内部を進むことになる。また、成分Bについては表面5において全反射されて、導光板本体3aの内部を進むことになる。
In the
上述した導光板3によれば、前述した導光板3による効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、上述した導光板3では、側壁面4cとして、特に、回転放物面を近似するように頂角の異なる複数の円錐の側面の一部(曲面44a〜44f)が繋ぎ合わされている。これにより、導光板本体3aを形成する際に、回転放物面を形成する場合と比較
して滑らかな曲面を形成する必要がなくなって、導光板本体3aをより安価に作製することができる。
According to the
なお、上述した導光板3では、凹部4を構成する曲面として、回転放物面を近似するように互いに繋がって側壁面4cを例に挙げて説明したが、回転放物面以外に、前述した図13に示される極座標に基づく曲面(側壁面4f)を近似するように互いに繋がる側壁面としてもよい。
In the
実施の形態5
次に、実施の形態5として上述した導光板を適用した面状発光装置について説明する。まず、導光板本体の内部の光は、導光板本体の表面(導光板本体と空気との界面)において全反射の条件を満たしている限り導光板本体の内部を進み続けることになる。導光板を面状発光装置に適用する場合には、導光板本体の内部を進む光を光路の途中で外へ出射させる必要がある。そのために、導光板本体には、その光路を変換する光路変換部が設けられる。
Next, a planar light emitting device to which the light guide plate described above as the fifth embodiment is applied will be described. First, the light inside the light guide plate body continues to travel inside the light guide plate body as long as the condition of total reflection is satisfied on the surface of the light guide plate body (interface between the light guide plate body and air). When the light guide plate is applied to a planar light emitting device, it is necessary to emit light traveling inside the light guide plate body to the outside in the middle of the optical path. For this purpose, the light guide plate body is provided with an optical path conversion unit for converting the optical path.
図18に示すように、本実施の形態に係る面状発光装置10では、そのような光路変換部7の一例として、導光板本体3a内に光を拡散させる拡散粒子7aがおよそ均一に配設されている。また、導光板本体3aの表面5には、たとえば回転放物面の一部をなす側壁面4b、あるいは、極座標に基づく曲線を回転させることによって得られる曲面の一部をなす側壁面4fを露出する凹部4が形成されている。なお、これ以外の構成については前述した導光板と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
As shown in FIG. 18, in the planar
この面状発光装置10では、固体発光素子2から出射する光の成分のうち、成分Aについては凹部4の側壁面4bにおいて全反射されて、導光板本体3aから導光板本体3aの外へ出射することなく導光板本体3aの延在する方向にほぼ沿って内部を進むことになる。また、成分Bについては表面5において全反射されて、導光板本体3aの内部を進むことになる。
In the planar
次に、導光板本体3aの内部を進む光は、導光板本体3aを構成する樹脂の中に配設された拡散粒子7aの表面にあたってその光路が変えられる。光路が変えられた光のうち表面5の側に向かって進む光には全反射条件を満たさない成分が含まれる。このような全反射条件を満たさない光は、表面5から導光板本体3aの外へ出射して液晶表示パネル(図示せず)を後方から照射することになる。こうして、導光板本体3aの内部を進む光は、導光板本体3aに配設された拡散粒子7aの表面においてその光路が変えられて、バックライトとして導光板本体3aの表面5から光が均一に出射されることになる。
Next, the light path of the light traveling inside the light guide plate
上述した面状発光装置10における導光板本体3aに設けられる光路変換部7として、拡散粒子7aを例に挙げて説明したが、この他に、たとえば図19に示すように、導光板本体3aの表面5に裏面6の側に向かって窪んだ開口部7bを形成してもよい。このような開口部7bの側壁面に対して全反射条件を満たさない光がこの側壁面から導光板本体3aの外へ出射されることになる。
Although the
また、導光板本体3aの表面5に開口部7bを設ける代わりに、たとえば図20に示すように、裏面6に表面5の側に向かって窪んだ開口部7bを形成してもよい。この場合には、図21に示すように、開口部7bがなければ導光板本体3aの裏面6によって反射された光の光路が表面に対して全反射条件を満たすような光に対して、開口部7bを設けることで、そのような光を開口部7bの側壁面(導光板本体と空気との界面)において屈折させて、全反射条件を満たさない角度をもって表面から導光板本体3aの外へ出射させることができる。
Further, instead of providing the opening 7b on the
実施の形態6
実施の形態6に係る面状発光装置として、光路変換部を経て出射される光の強度を一定にするための構造について説明する。図22に示すように、面状発光装置10の導光板本体3aの表面5に形成される光路変換部7としての開口部7bは、固体発光素子2が配設された位置を中心とする同心円の各円周に沿って複数形成されている。なお、開口部7b
の形状は模式的に四角で表されているが、円形でも多角形でもよい。
As a planar light emitting device according to the sixth embodiment, a structure for making the intensity of light emitted through the optical path changing unit constant will be described. As shown in FIG. 22, the opening 7 b as the optical
The shape is schematically represented by a square, but it may be circular or polygonal.
固体発光素子2から出射された光の強度は、光が導光板本体3aを進むにしたがって導光板本体3aを構成する樹脂によって吸収されて減衰することになる。そのため、固体発光素子2から出射される光の強度は、固体発光素子2の近傍が最も強く固体発光素子2から離れるにしたがって弱くなる。固体発光素子2から光は四方に出射されることで、固体発光素子2からの距離が同じところでは同じ強度となる。そのため、導光板本体3a内における光の強度は、固体発光素子2が配設された位置を中心とした同心円状の強度分布をもつことになる。
The intensity of the light emitted from the solid
上述した導光板本体3aには、光路変換部7としての開口部7bがその同心円の円周に沿って形成され、しかも、一つの円周上に形成される開口部の形状が同じ形状とされる。これにより、その開口部において光路が変換される光の量を一定にすることができて、その一つの同心円の円周に沿って形成された開口部7bから出射される光の強度を一定にすることができる。
In the light guide plate
実施の形態7
実施の形態7に係る面状発光装置として、光路変換部を経て出射される光の強度を固体発光素子からの距離に関係なく一定にするための構造について説明する。
As a planar light emitting device according to
図23および図24に示すように、面状発光装置10の導光板本体3aの表面5に形成される光路変換部7としての開口部7bは、固体発光素子2が配設された位置から遠ざかるにしたがってその深さが深くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については前述した面状発光装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
As shown in FIGS. 23 and 24, the opening 7b as the optical
この面状発光装置10では、光路変換部7としての開口部7bの深さが深くなると、光路変換部7に入射する光の量は増えることになる。一方、固体発光素子2から出射される光の強度は、固体発光素子2から遠ざかるにしたがって弱くなる。これにより、固体発光素子2からより離れたところに位置する光路変換部7に弱い光をより多く入射させることによって、その光路変換部7から出射する光の強度を、固体発光素子2の比較的近くに位置する光路変換部7に入射してその光路変換部7から出射する光の強度とほぼ同じ強度にすることができる。その結果、導光板3において、固体発光素子2からの距離に関係なくほぼ一定の強度の光を導光板3の外へ出射させることができる。
In the planar
なお、上述した面状発光装置10では、固体発光素子2からより離れたところにおいて弱い光をより多く入射させる光路変換部7として深さのより深い開口部7bを例に挙げて説明したが、この他に、たとえば図25および図26に示すように、光路変換部7として固体発光素子2から離れるにしたがってより多くの拡散粒子7aを配設させてもよい。この光路変換部7は、たとえば導光板本体3aとほぼ同じ屈折率を有して拡散粒子7aを含有する樹脂を塗布することによって形成されている。
In the planar
こうして、固体発光素子2から遠ざかるにしたがってより多くの拡散粒子7aが配設されていることで、その光路変換部7から出射する光の強度を、固体発光素子2の比較的近くに位置する光路変換部7に入射してその光路変換部7から出射する光の強度とほぼ同じ強度にすることができる。その結果、導光板3において、固体発光素子2からの距離に関係なくほぼ一定の強度の光を導光板3の外へ出射させることができる。
In this way, as
実施の形態8
実施の形態8に係る面状発光装置として、導光板本体を複数備えた導光板を適用した面
状発光装置の一例について説明する。図27に示すように、この面状発光装置10では、導光板3として、たとえば図1あるいは図4に示される導光板本体3aが二次元的に複数配設された導光板3が適用される。互いに隣接する一つの導光板本体3aと他の導光板本体3aとは、その間に空気の層を介在させることなく接続されている。また、各導光板本体3aには光路変換部は図面の簡略化のために特に示されていないが、たとえば図18〜図20に示されるような光路変換部が形成されている。なお、これ以外の構成については前述した面状発光装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
As a planar light emitting device according to the eighth embodiment, an example of a planar light emitting device to which a light guide plate including a plurality of light guide plate bodies is applied will be described. As shown in FIG. 27, in the planar
上述した面状発光装置10によれば、導光板3による効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、この面状発光装置10では、同じ寸法の矩形状の導光板本体3aを周期的に配設することによって面状発光装置10の大きさを自由に変えることができる。これにより、面状発光装置10として液晶表示パネルのサイズごとにそのサイズに対応した導光板を適用する場合と比べて、基本となる最小サイズの導光板本体を組合わせるだけで種々のサイズの液晶表示パネルに対応させることができ、製造コストを大幅に削減することができる。
According to the planar
なお、上述した面状発光装置10では、平面形状が矩形状の導光板本体3aを複数配設した導光板3を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば図28に示すように、平面形状が六角形の導光板本体3aを複数配設した導光板3を適用してもよい。このような平面形状が六角形の導光板本体3aを複数配設した導光板3では、一つの固体発光素子2に対してこれと互いに隣り合う他の固体発光素子2との距離がいずれも同じ距離になる。これにより、導光板3から出射する光の強度の導光板3の面内均一性をより向上させることができる。
In the planar
実施の形態9
実施の形態9に係る面状発光装置として、導光板本体を適用した面状光源装置の他の例について説明する。図29に示すように、この面状発光装置10では、固体発光素子2は所定のパッケージ8に搭載され、そのパッケージ8は基板1の表面にはんだにより実装される。パッケージ8には固体発光素子2が搭載される部分に凹部が形成され、その凹部に固体発光素子2を封止するように所定の樹脂9が充填されている。その樹脂9によって封止された固体発光素子2の上に導光板本体3aから構成される導光板3が取付けられている。
Another example of the planar light source device to which the light guide plate body is applied will be described as the planar light emitting device according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 29, in the planar
図30に示すように、パッケージ8には、凹部を構成する斜面8aが設けられている。その斜面8aの傾き角度θは、固体発光素子2から出射角0度をもって出射してパッケージ8の斜面8aにおいて反射し、導光板3の表面5に入射する光の入射角度が全反射条件を満たすように設定される。たとえばこの角度θは、固体発光素子2から導光板3の上面までの距離Lを4mmとし、樹脂9の屈折率を約1.5とすると、約24.5度以下に設定されることが好ましい。
As shown in FIG. 30, the
この面状発光装置10では、固体発光素子2から出射した光のうち凹部4に露出した側壁面4bに入射した光は、その側壁面4bにおいて全反射されて導光板本体3aの内部を進む。導光板本体3aを進む光は、光路変換部により光路が変換されない限り導光板本体3a内に閉じ込められたままである。
In the planar
凹部4の側壁面として回転放物面の一部から構成される側壁面4bの場合には、その側壁面4bにおいて全反射された光はパッケージ8の凹部に入射することなく導光板本体3aの延在する方向に沿って導かれることになる。もし、側壁面4bにおいて全反射した光がパッケージ8の凹部に入射すると、その光は導光板本体3aにおいて全反射条件を満たさなくなり光路変換部(図示せず)以外の部分から導光板本体3aの外へ出射することに
なり、面状発光装置における均一な発光が阻害されることになる。
In the case of the
また、固体発光素子2から出射した光のうちパッケージ8の斜面8aに入射した光は、その斜面8aにおいて反射され導光板本体3aの表面5において全反射されて導光板本体3aの内部を進む。導光板本体3aの内部を進む光は、光路変換部により光路が変換されない限り導光板本体3a内に閉じ込められたままである。こうして、固体発光素子2から出射されて導光板本体3aの内部を進む光が光路変換部(図示せず)に入射すると、全反射条件が崩れて導光板本体3aの外へ出射されることになる。
Of the light emitted from the solid state light emitting
上述した面状発光装置10では、導光板3による効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、この面状発光装置10では、固体発光素子2は銀ペーストにより基板1に直接取り付けられて樹脂によって封止されているのではなく、所定のパッケージ8に搭載され、その固体発光素子2を搭載したパッケージ8がはんだにより基板1に実装されている。これにより、たとえば固体発光素子9に不具合が発生した場合にパッケージ8ごと交換すればよく、メンテナンス作業を容易に行なうことができる。なお、上述した面状発光装置10における樹脂9の屈折率の値は一例であって、他の屈折率を有する樹脂を用いてもよく、パッケージ8の斜面8aの角度としてはその屈折率に応じた角度が設定されることになる。
In the planar
実施の形態10
実施の形態10に係る面状発光装置として、導光板本体および光路変換部を含めた面状発光装置の一例について説明する。図31に示すように、基板1の表面にパッケージ8が実装され、そのパッケージ8に固体発光素子2が搭載されている。その固体発光素子2の上方に導光板3を構成する導光板本体3aが配設されている。その導光板本体3aとパッケージ8との間には、固体発光素子2を封止するように樹脂9が充填されている。導光板本体3aと樹脂9とは、所定の接着剤(図示せず)により空気層を介在させることなく接着されている。導光板本体3a、接着剤および樹脂9は、屈折率の値が一致するように材料が選択されている。
As a planar light emitting device according to the tenth embodiment, an example of a planar light emitting device including a light guide plate main body and an optical path changing unit will be described. As shown in FIG. 31, the
導光板本体3aの凹部4には、たとえば回転放物面の一部からなる側壁面4bが露出している。また、導光板本体3aの表面5における所定の位置には、光路変換部7をなす開口部7bが形成されている。導光板本体3aの厚みL2は3mmとされ、凹部4の最大直径L1は8mmとされ、凹部4の深さL4は2.6mmとされる。固体発光素子2は、平面形状が一辺0.3mmの正方形とされ、高さが0.1mmとされる。
In the
光路変換部7の開口部7bとして略円錐形状の開口部7bが、凹部4の中央部を中心とする同心円に沿って形成されている。その開口部7bのうち固体発光素子2に最も近いところに位置する略円錐形状の開口部7bでは、開口径が約1mm(開口半径0.5mm)とされ、深さD1が約0.5mmとされる。一方、固体発光素子2から最も離れたところに位置する略円錐形状の開口部7bでは、開口径が約3mm(開口半径1.5mm)とされ、深さD2が約1.5mmとされる。
A substantially conical opening 7 b is formed as an opening 7 b of the optical
この固体発光素子2に最も近いところに位置する開口部7bと最も離れたところに位置する開口部7bとの間に、2mmの間隔をもって15個の開口部7bが形成されている。また、導光板本体3aは平面形状が一辺が60mmの略正方形(60mm×60mm)とされ、固体発光素子2から導光板本体3aの一方の端と他方の端までのそれぞれ長さ30mmの領域に上述した開口部7bが形成されている。
Fifteen openings 7b are formed with an interval of 2 mm between the opening 7b located closest to the solid state
次に、上述した面状発光装置10の光強度分布について説明する。図32は、シミュレーションによる光強度の評価結果を比較例(グラフB)とともに示すグラフ(グラフA)
である。縦軸は光の相対強度を表し、横軸は固体発光素子からの距離(単位mm)を表す。比較例に係る面状発光装置では、グラフBに示すように、固体発光素子から30mm離れたところでは、その光強度は固体発光素子が位置するところ(原点)の光強度の約10分の1程度にまで下がっていることがわかる。
Next, the light intensity distribution of the planar
It is. The vertical axis represents the relative intensity of light, and the horizontal axis represents the distance (unit: mm) from the solid state light emitting device. In the planar light emitting device according to the comparative example, as shown in the graph B, the light intensity is about 1/10 of the light intensity at the position where the solid light emitting element is located (origin) at a distance of 30 mm from the solid light emitting element. It turns out that it has fallen to the extent.
これに対して、本面状発光装置10では、グラフAに示すように、固体発光素子から30mm離れたところの光強度は、固体発光素子が位置するところ(原点)の光強度とほぼ同程度の光強度であることがわかった。この結果より、本面状発光装置10では全反射をさせる側壁面4bを露出した凹部4と、その凹部4によって全反射された光を出射させる光路変換部7を備えた導光板本体3aを備えることで、一つの固体発光素子2から出射される光を面内により均一に出射させることができることが実証された。
On the other hand, in the planar
上述した各面状発光装置10は液晶表示装置のバックライト装置として使用される。ここで、面状発光装置10が液晶表示装置のバックライト装置として使用される態様について簡単に説明する。その一例として、図33に示すように、液晶表示装置50では、液晶表示パネル51の裏面に光学シート52を介在させて拡散板53が装着される。面状発光装置10はその拡散板53の後方に所定のスペーサ(図示せず)を介在させて間隔を隔てて配設されることになる。また、他の例として、図34に示すように、スペーサを介在させることなく面状光源装置10を液晶表示パネル51の背面に光学シート52を介在させて直接配設するようにしてもよい。
Each planar
実施の形態11
ここでは、面状発光装置の他の例について説明する。図35に示すように、この面状発光装置では、凹部4は直線状に延在するように形成されている。その直線状に延在する方向と直交する方向の凹部4の断面形状は、既に説明した各実施の形態において説明した導光板本体3aに設けた凹部4のいずれかの断面形状と同じ形状とされる。
Embodiment 11
Here, another example of the planar light emitting device will be described. As shown in FIG. 35, in the planar light emitting device, the
固体発光素子2は、その凹部4に沿って固体発光素子2から出射される光が全反射される所定の位置に直線状に間隔を隔てて配設されている。また、凹部4の周辺には、光を導光板本体3aの外へ出射させる光路変換部(図示せず)が形成されている。
The solid
上述した面状発光装置では、固体発光素子2を直線状に配設することで、たとえば図27に示すように、マトリクス状に固体発光素子2が配設された面状発光装置の場合と比べて、固体発光素子2を配設する基板(実装基板)の領域は、直線状に延在する凹部4の直下に位置する領域14に限られることになる。これにより、固体発光素子2を配設する実装基板の領域を縮小することができて、コストの削減を図ることができる。
In the planar light emitting device described above, the solid
また、特に、凹部4の断面形状としては、実施の形態3において説明した極座標に基づく凹部4の断面形状と同じ断面形状とすることで、凹部4の側壁面4fと導光板本体3aの上面5とを滑らかに繋ぐことができて、面状発光装置の輝度ムラや色ムラを減少させることができる。さらに、図35に示される面状発光装置を複数用意し、図36に示すように、これを凹部4が直線状に延在する方向と直交する方向に並べてもよい。この面状発光装置の場合には、図37に示すように、液晶表示装置50における大型液晶パネル51のバックライト装置10として適用することができる。
In particular, the cross-sectional shape of the
なお、上述した各実施の形態では、導光板を構成する導光板本体の表面5に形成する凹部として、全反射条件を満たす側壁面を露出する凹部を例に挙げて説明したが、凹部の側壁面としては、より均一な光の出射をするためにすべて全反射条件を満たした面から構成される必要はなく、全反射条件を満たした面を備えていれば全反射条件を満たさずに一部の光を出射させる面を有していてもよい。
In each of the above-described embodiments, the concave portion that exposes the side wall surface that satisfies the total reflection condition is described as an example of the concave portion formed on the
また、上述した各実施の形態では、凹部として、その側壁面が円錐の側面、回転放物面の一部、あるいは、極座標に基づく曲線を回転させることによって得られる曲面の一部であるものを例に挙げて説明したが、凹部としてはこのような側壁面を有するものに限られず、全反射条件を満たす面を有していれば、たとえば四角錐や多角錐などの側面を有していてもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, as the concave portion, the side wall surface is a conical side surface, a part of a paraboloid of revolution, or a part of a curved surface obtained by rotating a curve based on polar coordinates. Although described as an example, the recess is not limited to having such a side wall surface, and has a side surface such as a quadrangular pyramid or a polygonal pyramid as long as it has a surface that satisfies the total reflection condition. Also good.
さらに、導光板本体3aの内部を進む光を導光板本体3aの外へ出射させる光路変換部7として、導光板本体3aに均一に配設した拡散粒子7aを例に挙げて説明したが、拡散粒子7aを配設する領域としてはこれに限られず、より均一な光の出射をするために特定の領域に配設してもよく、たとえば導光板本体3aの表面5から所定の深さの領域に拡散粒子を配設したり、凹部4の直下の領域を除く領域に拡散粒子を配設するようにしてもよい。また、拡散粒子7aの大きさや密度を配設する領域に応じて変えてもよい。さらに、光路変換部7として略円錐状の開口部7bを例に挙げて説明したが、開口部7bとしては、全反射条件を満たさずに光を導光板本体3aの外へ出射させる面を含んでいれば略円錐状に限られるものではない。
Further, as the optical
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and the present invention is not limited to this. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 基板、2 固体発光素子、3 導光板、3a 導光板本体、4 凹部、4a〜4f
側壁面、5 表面、6 裏面、7 光路変換部、7a 拡散粒子、7b 開口部、8 パッケージ、9 樹脂、10 面状発光装置、30 反射シート、50 液晶表示装置、51 液晶表示パネル、52 光学シート、53 拡散板。
DESCRIPTION OF
Side wall surface, 5 surface, 6 back surface, 7 optical path changing part, 7a diffusing particle, 7b opening, 8 package, 9 resin, 10 planar light emitting device, 30 reflecting sheet, 50 liquid crystal display device, 51 liquid crystal display panel, 52 optical Sheet, 53 Diffuser.
Claims (19)
所定の発光素子から出射された光が入射する第1面および前記第1面と対向する第2面を有する板状の導光板本体と、
前記導光板本体の前記第2面に形成された所定の側壁面を有する凹部と
を備え、
前記凹部は、前記発光素子から出射して前記第2面の側に向かって前記導光板本体の内部を進む光のうち、前記第2面を経て前記導光板本体の外へ進む光の成分の光路が位置する前記導光板本体の領域の部分に形成され、
前記凹部の前記側壁面は、前記光の成分を前記導光板本体の外へ出射させないように前記光の成分を全反射させる面を備えた、導光板。 A light guide plate used in a backlight of a liquid crystal display device,
A plate-shaped light guide plate main body having a first surface on which light emitted from a predetermined light emitting element is incident and a second surface facing the first surface;
A concave portion having a predetermined side wall surface formed on the second surface of the light guide plate body,
Of the light emitted from the light emitting element and traveling inside the light guide plate main body toward the second surface, the concave portion is a component of light traveling outside the light guide plate main body through the second surface. Formed in the portion of the region of the light guide plate body where the optical path is located,
The light guide plate, wherein the side wall surface of the recess includes a surface that totally reflects the light component so that the light component is not emitted outside the light guide plate body.
αを全反射角度−90度とし、Cを定数とすると、曲座標(r、θ)による次の式、
r=exp(θ/tanα+C)
によって得られるrとθを、次の式、
X=r・cosθ
Y=r・sinθ
によって直角座標(X,Y)に変換した曲線である、請求項5記載の導光板。 The curve expressed as the exponential function is
If α is a total reflection angle of −90 degrees, and C is a constant, the following equation using the curved coordinates (r, θ):
r = exp (θ / tan α + C)
R and θ obtained by the following equation:
X = r · cos θ
Y = r · sinθ
The light guide plate according to claim 5, wherein the light guide plate is a curved line converted into a rectangular coordinate (X, Y).
前記基板の主表面上に配設された発光素子と、
前記発光素子を覆うように前記基板の主表面上に配設された導光板と
を有し、
前記導光板は、
互いに対向する第1面および第2面を有する板状の導光板本体と、
前記導光板本体の前記第2面における、前記発光素子から出射して前記第2面の側に向かって前記導光板本体の内部を進む光のうち前記第2面を経て前記導光板本体の外へ進む光の成分の光路が位置する前記導光板本体の領域の部分に形成され、前記光の成分を前記導光板本体の外へ出射させないように前記光の成分を全反射させる所定の面を含む側壁面を有する凹部と、
前記凹部の前記側壁面において全反射された前記光の成分を含む前記導光板本体の内部を進む光を前記第2面から外へ向かって出射するよう光路を変換させる光路変換部と
を備えた、面状発光装置。 A substrate having a main surface;
A light emitting device disposed on a main surface of the substrate;
A light guide plate disposed on the main surface of the substrate so as to cover the light emitting element,
The light guide plate is
A plate-shaped light guide plate body having a first surface and a second surface facing each other;
Out of the light on the second surface of the light guide plate body, out of the light guide plate body through the second surface of the light emitted from the light emitting element and traveling inside the light guide plate body toward the second surface. A predetermined surface that is formed in a portion of the region of the light guide plate body where the optical path of the light component traveling to is located and totally reflects the light component so as not to emit the light component out of the light guide plate body A recess having a side wall surface including:
An optical path conversion unit that converts an optical path so that light traveling inside the light guide plate main body including the light component totally reflected on the side wall surface of the recess is emitted from the second surface to the outside. , Planar light emitting device.
前記パッケージ部に形成され、前記発光素子から出射される光を前記導光板へ向けて反射させるための反射面と、
前記発光素子を封止するように、前記導光板と前記パッケージとの間に充填された樹脂と
を備えた、請求項9〜17のいずれかに記載の面状発光装置。 A package part disposed on the main surface of the substrate and on which the light emitting element is placed;
A reflective surface for reflecting light emitted from the light emitting element toward the light guide plate, formed on the package unit;
The planar light-emitting device according to any one of claims 9 to 17, comprising a resin filled between the light guide plate and the package so as to seal the light-emitting element.
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