JP2008218154A - Light source device, and display device equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数の光源からの入射光を混色して出射する光源装置に係り、特に小型薄型化が可能で、且つ光線の利用効率を高めた光源装置、及びこれを備えた表示装置に関する。 The present invention relates to a light source device that mixes and emits incident light from a plurality of light sources, and more particularly, to a light source device that can be reduced in size and thickness, and has improved light utilization efficiency, and a display device including the same.
従来より、カラー光源を用いた表示装置として、カラー投影機や、投影方式のカラーテレビ、さらにバックライトを用いた液晶表示装置等がある。これらの装置に用いられる光源装置としては、例えばカラー投影機や投影方式のカラーテレビについてはダイクロイックプリズムを用いる方式がある。(例えば、特許文献1参照。)また、このダイクロイックプリズムが高価な部材であるため、装置としての価格が高くなることや、この方式が本質的に大きな光量ロスを伴う欠点があるため、これらの欠点を解決する方式としてリニアプリズムを用いて複数光線を単一光線にする光源装置が提案されている。(例えば、特許文献2参照。)さらに液晶表示装置等のバックライトとして、LED光源からの出射光を2枚のプリズムシートを用いて輝度の均一性を高めた光源装置が提案されている。(例えば、特許文献3参照。)
Conventionally, as a display device using a color light source, there are a color projector, a projection-type color television, a liquid crystal display device using a backlight, and the like. As a light source device used for these devices, for example, there is a method using a dichroic prism for a color projector or a projection type color television. (For example, refer to
以下、図面を用いて従来技術における光源装置の構成について説明する。図28、図29は特許文献2に示すカラー投影機の構成を示すものであり、図28はカラー投影機の構成図、図29は図28に示すリニアプリズム板の部分断面図である。図29において50はリニアプリズム板であり、上面が多数のプリズム列を有する出射面、下面が平面の入射面を構成している。リニアプリズム板50における下面側の入射面51に、異なる斜めの2方向から入射した入射光P51a、P51bは、各々入射面51で屈折した後にプリズムの2つの出射面52、53で屈折して同一方向の光P52、P53として出射される。
Hereinafter, the structure of the light source device in the prior art will be described with reference to the drawings. 28 and 29 show the configuration of the color projector shown in
すなわちリニアプリズム板50の材質によって決まる屈折率と、プリズムの頂角(先端角)を適切に設計することにより、プリズム列に直交する2方向から入射した2種類の入射光は、各々プリズムの2つの出射面で屈折して同一方向に出射される。この原理により2種類の光源からの入射光を合成した単一光として出射することができ、2種類の光源が異なるカラー光の場合には、2色を混色光として出射することができる。また3種類以上の光源を合成したい場合には、リニアプリズム板50を複数枚使用して合成を繰り返すことにより実行できる。
In other words, by appropriately designing the refractive index determined by the material of the
図28は図29に示すリニアプリズム板50を2枚使用して赤色(以後、R)緑色(以後、G)青色(以後、B)の3色光を合成する光源装置を備えたカラー投影機を示し、50a、50bは前記リニアプリズム板50と同一構成を有するリニアプリズム板である。また55は投写レンズ、56は投影スクリーン、57はR光源、58はG光源、59はB光源であり、61、62、63はそれぞれR光源57、G光源58、B光源59のリレーレンズである。
FIG. 28 shows a color projector including a light source device that synthesizes three color lights of red (hereinafter R), green (hereinafter G) and blue (hereinafter B) using two
上記構成において、リニアプリズム板50aの入射面に対して、それぞれ異なる方向で45°の角度に配置されたR光源57とG光源58から放射されたR光とG光とが、それぞれリレーレンズ61、62を通して平行光線化された後、相異なる45°の斜め方向からリニアプリズム板50aの入射面に入射する。そしてR光とG光との2つの入射光はリニアプリズム板50aによって合成された単一光としてリニアプリズム板50aの出射面より垂直方向に出射される。そしてこのリニアプリズム板50aからの合成された出射光は、リニアプリズム板50aに対して45°の角度位置に配置されたリニアプリズム板50bの入射面に45°の斜め方向から入射することになる。
In the above-described configuration, the R light and the G light emitted from the R light source 57 and the
また、B光源59から放射されたB光が、リレーレンズ63を通して平行光線化された後、前記R光とG光との合成された単一光とは相異なる45°の斜め方向からリニアプリズム板50bの入射面に入射する。この結果R光とG光との合成された単一光とB光とがリニアプリズム板50bによって合成され、R光とG光とB光とを合成した単一光としてリニアプリズム板50bの出射面より垂直方向に出射される。 Further, after the B light emitted from the B light source 59 is converted into parallel rays through the relay lens 63, the linear prism is viewed from an oblique direction of 45 ° different from the single light synthesized from the R light and the G light. The light enters the incident surface of the plate 50b. As a result, the combined single light of the R light and the G light and the B light are combined by the linear prism plate 50b, and emitted from the linear prism plate 50b as a single light that combines the R light, the G light, and the B light. The light is emitted vertically from the surface.
次に図30、図31により、引用文献3に示す面発光装置の構成を説明する。図30は面発光装置の分解斜視図、図31は図30に示す発光基板の発光状態を示す部分拡大側面図である。図30において70は面発光装置であり、各々のプリズム列を直交させて積層配置された2枚のプリズムシート70a、70bの下側に複数のLED72と複数の反射体73を有する保持基板74によって構成された発光基板75が配置されている。そしてこの面発光装置70の上面側に液晶ユニット80が配置されることにより、面発光装置70をバックライトとする液晶表示装置を構成している。
Next, the configuration of the surface light emitting device shown in the cited
前記発光基板75には複数のLED72が例えばマトリックス状に配列されており、各反射体73は1列に配置されたLED72を一括して覆うように設けられている。図31に示すように、反射体73はそれぞれ、LED72の発光面に対向する第1面73aと上面を覆う第2面73bを有している。そしてLED72より発光された放射光は反射体73の第1面73aで側方に反射されて隣の反射体73に入射され、隣の反射体73の第2面73bで上方に反射されて積層配置されているプリズムシート70a、70bに入射する。そして積層配置されたプリズムシート70a、70bは、発光基板75に設けられた複数の反射体73の第2面73bから入射される反射光の光路を整えて上方(液晶ユニット80の方向)に出射させる役目を担っている。
A plurality of LEDs 72 are arranged in a matrix, for example, on the light emitting substrate 75, and each
前記構成における面発光装置70はバックライトとして白色光を出射している。従って発光基板75からは白色光を発光することになるが、白色のLEDは大別すると特定の発光波長のLEDと蛍光体を組み合わせたタイプと、1つのパッケージの中にR、G、Bの3つのLED設けるタイプがあり、何れのタイプでも使用することができる。また、発光基板75に配置する複数のLED72をR、G、Bの3種類のLEDとし、反射体73の第1面73aと第2面73bによってそれらの3色の光が混ざり合うように反射させて出射することで、白色光の面発光装置を実現することもできる。
The surface
しかしながら、従来技術における光源装置には以下の問題がある。特許文献1におけるダイクロイックプリズムを用いる光源装置はダイクロイックプリズムが高価な部材であるため、装置としての価格が高くなることや、この方式が本質的に大きな光量ロスを伴うという問題がある。
However, the light source device in the prior art has the following problems. In the light source device using the dichroic prism in
また、特許文献2における複数のリニアプリズムを用いる光源装置は、例えばR、G、B、3色のLEDの光源を合成させる場合、2枚のリニアプリズムには所定の角度を有する配置間隔を設ける必要があるのでリニアプリズムの配置スペースが広くなるため、光源装置全体としての形状が大きくなり、装置の薄型化が困難となる問題がある。またリニアプリズムに入射する光線を斜め方向から入射させるため、リニアプリズムから出射する時の光線幅が引き伸ばされ、入射と出射との光線幅が異なると共に光線の縦横比が変化してしまう結果となり、この変化量はリニアプリズムの斜光入射回数によって増加していく。すなわち図28に示す光源装置の場合、R光とG光とがリニアプリズム板50aに斜光入射して合成された後、その合成された単一光がリニアプリズム板50bに斜光入射してB光と合成されるため、R光とG光についてはリニアプリズムの斜光入射が2回行われ、縦横比が2倍異なる結果となる。
Further, in the light source device using a plurality of linear prisms in
さらに、特許文献3における反射体つきの発光基板と2枚のプリズムシートを用いる光源装置は、2枚のプリズムシートのプリズム列を直交させて積層配置しているが、白色光の合成は発光基板75において行われ、プリズム列を直交させて積層配置した2枚のプリズムシートは、単に合成された光の光路を変更する目的でのみ使用されている。
Furthermore, in the light source device using the light emitting substrate with the reflector and the two prism sheets in
(発明の目的)
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、プリズムシートとバンドパスミラーの組み合わせにより光学装置を薄型化すると共に、複数の光源の入射方向を工夫してプリズムシートに合成機能を行わせることで、価格が安く小型薄型化が可能で、光合成性能に優れ且つ光線の利用効率を高めた光源装置、及びこれを備えた表示装置を提供することを目的としている。
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above problems, and by thinning the optical device by a combination of a prism sheet and a bandpass mirror, and by devising the incident direction of a plurality of light sources, the prism sheet performs a combining function. An object of the present invention is to provide a light source device that is inexpensive and can be reduced in size and thickness, has excellent photosynthetic performance, and has improved light utilization efficiency, and a display device including the light source device.
本発明の光源装置は、発光波長の異なる複数の光源と、一方の面に複数の微細なプリズムを有し、他方の面が平面であるプリズムシートとを備え、前記プリズムシートの入射面側に、前記複数の光源を所定の角度に傾けて配置することにより前記プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された複数の光源からの入射光をプリズムシートの出射面側より混色させた出射光として出力する光源装置であって、前記各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられていることを特徴とする。 The light source device of the present invention includes a plurality of light sources having different emission wavelengths, a prism sheet having a plurality of fine prisms on one surface and a flat surface on the other surface, and is provided on the incident surface side of the prism sheet. By arranging the plurality of light sources inclined at a predetermined angle, incident light from the plurality of light sources incident at a predetermined angle from the incident surface side of the prism sheet is mixed from the output surface side of the prism sheet. A light source device that outputs light, and a band pass mirror that transmits light in a wavelength region emitted from a corresponding light source and reflects light in another wavelength region is provided between each of the light sources and the prism sheet. It is characterized by.
これによれば、プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された光源からの入射光は、前記プリズムシートの、一のプリズム斜面又は他のプリズム斜面に入射され、一のプリズム斜面に入射した光線は屈折して前記プリズムシートの出射面から出射され、他のプリズム斜面に入射した光線は前記バンドパスミラーに向い、前記バントパスミラーによって反射されて前記プリズムシートの入射面に入射され、前記プリズムシートの出射面から出射される。 According to this, incident light from a light source incident at a predetermined angle from the incident surface side of the prism sheet is incident on one prism inclined surface or another prism inclined surface of the prism sheet, and is incident on one prism inclined surface. The light beam refracted and emitted from the exit surface of the prism sheet, the light beam incident on the other prism inclined surface is directed to the band pass mirror, reflected by the band pass mirror and incident on the incident surface of the prism sheet, The light is emitted from the emission surface of the prism sheet.
したがって、光線の有効利用が図られ、光線の利用効率を高めた光源装置を提供することができる。また、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を合成することができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置を提供できる。 Therefore, it is possible to provide a light source device in which the light beam is effectively used and the light beam utilization efficiency is improved. In addition, since the incident light from the plurality of light sources can be synthesized by the thin optical system using the prism sheet, it is possible to provide a light source device that is compact and thin in shape and optically has excellent optical synthesis performance.
前記各光源の入射光は、前記プリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射することを特徴とする。 Incident light of each light source is incident toward a predetermined condensing point on the prism sheet.
前記複数の光源における発光面の前方には、各々集光用のレンズを備えたことを特徴とする。 Each of the plurality of light sources includes a condensing lens in front of the light emitting surface.
前記レンズは縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズであることを特徴とする。 The lens may be a lens having different radii of curvature in the vertical and horizontal directions.
上記構成によれば、入射光を平行光線化できるとともに、縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズを使用することによって、入射光が斜めから入射することによる出射光の光線幅の広がりを抑えることができる。 According to the above configuration, incident light can be converted into parallel rays, and by using lenses having different radii of curvature in the vertical and horizontal directions, the spread of the light beam width of the outgoing light due to the incident light entering obliquely is suppressed. be able to.
前記バンドパスミラーは、前記レンズの出射面に形成された反射膜であることを特徴とする。 The band-pass mirror is a reflective film formed on the exit surface of the lens.
前記反射膜を形成したレンズの出射面が曲面であることを特徴とする。 The exit surface of the lens on which the reflective film is formed is a curved surface.
上記構成によれば、バンドパスミラーをレンズの出射面に形成できるため、バンドパスミラーのための特別な部材を設ける必要がなく、部品数と取り付けスペースが必要なくなるとともに、レンズの形状によってバンドパスミラーの集光性を調整することができる。 According to the above configuration, the band-pass mirror can be formed on the exit surface of the lens, so there is no need to provide a special member for the band-pass mirror, the number of parts and the installation space are not required, and the band-pass depends on the lens shape. The light condensing property of the mirror can be adjusted.
前記プリズムシートは、複数設けられていることを特徴とする。 A plurality of the prism sheets are provided.
この場合において、前記プリズムシートは2枚のプリズムシートよりなり、前記2枚のプリズムシートは、各々のプリズム列が所定の角度で交叉して積層配置されていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the prism sheet is composed of two prism sheets, and the two prism sheets are arranged so that each prism row intersects at a predetermined angle.
これによれば、複数の光源を積層された2枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉によって形成される4つのゾーンに分散させて配置し、各光源の入射光を、積層された2枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉角の中心線近傍に沿って入射させ、さらに各光源のすべての入射光を、積層された2枚のプリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射させるという本願特有の複数光源の入射方式によって、積層配置された2枚のプリズムシートに光合成機能を行わせることができる。 According to this, a plurality of light sources are arranged dispersed in four zones formed by the intersection of each prism row in two stacked prism sheets, and the incident light of each light source is In this application, the light is incident along the center line of the prism sheet in the vicinity of the crossing angle of the prism rows, and all incident light of each light source is incident on a predetermined condensing point in the two stacked prism sheets. The light combining function can be performed on the two prism sheets arranged in a stacked manner by a peculiar incidence method of a plurality of light sources.
2枚のプリズムシートを積層配置したとき、前記各光源は、積層された2枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉によって形成される4つのゾーンに分散されて配置されることを特徴とする。 When two prism sheets are stacked and arranged, each light source is distributed and arranged in four zones formed by the intersection of each prism row in the two stacked prism sheets.
このとき、前記各光源の入射光は、積層された2枚のプリズムシートにおける各プリズム列の交叉角の中心線近傍に沿って入射することを特徴とする。 At this time, the incident light of each light source is incident along the vicinity of the center line of the intersection angle of each prism row in the two stacked prism sheets.
または、前記各光源の入射光は、積層された2枚のプリズムシートにおける所定の集光点に向かって入射することを特徴とする。 Or the incident light of each said light source is incident toward the predetermined condensing point in two laminated | stacked prism sheets, It is characterized by the above-mentioned.
また、光源配置の他の態様として、前記各光源は、前記2枚のプリズムシートにおける所定の集光点に対して、点対称に配置されていることを特徴とする。 As another aspect of the light source arrangement, each of the light sources is arranged point-symmetrically with respect to a predetermined condensing point in the two prism sheets.
さらなる光源配置の他の態様として、前記各光源は、前記2枚のプリズムシートにおける所定の集光点を通る軸線に対して、線対称に配置されていることを特徴とする。 As another aspect of the further light source arrangement, the respective light sources are arranged symmetrically with respect to an axis passing through a predetermined condensing point in the two prism sheets.
複数のプリズムシートを設けたとき、又は、2枚のプリズムシートを積層配置したとき、前記複数の光源はR、G、BのLED光源を含むことを特徴とする。 When a plurality of prism sheets are provided, or when two prism sheets are stacked, the plurality of light sources include R, G, and B LED light sources.
具体的には、前記プリズムシートの入射面側における3ヶ所に、R、G、BのLED光源が配置され、1ヶ所にG・LED光源が配置されていることを特徴とする。 Specifically, R, G, and B LED light sources are disposed at three locations on the incident surface side of the prism sheet, and a G / LED light source is disposed at one location.
上記構成によれば、R、G、BのLED光源の混色による白色光の出射において、R、BのLED光源に比べて発光量の少ないG・LED光源の数を増やすことによって、色バランスの良い白色光を発光させることができる。 According to the above configuration, in the emission of white light by the color mixture of the R, G, and B LED light sources, the number of G / LED light sources that emit less light than the R and B LED light sources is increased. Good white light can be emitted.
または、前記プリズムシートの入射面側におけるに3ヶ所に、R、G、BのLED光源が配置され、1ヶ所にBlueYAG・LED光源が配置されていることを特徴とする。 Alternatively, R, G, and B LED light sources are disposed at three locations on the incident surface side of the prism sheet, and BlueYAG / LED light sources are disposed at one location.
または、前記プリズムシートの入射面側における3ヶ所に、R、G、BのLED光源が配置され、1ヶ所に反射ミラーが配置されていることを特徴とする。 Alternatively, R, G, and B LED light sources are disposed at three positions on the incident surface side of the prism sheet, and a reflecting mirror is disposed at one position.
特に、2枚のプリズムシートを積層配置した場合の光源の配置は、前記積層された2枚のプリズムシートの入射面側における3ヶ所に、R、G、BのLED光源が配置され、1ヶ所にG・LED光源が配置されており、前記2個のG・LED光源が隣接したゾーンに配置されていることを特徴とする。 In particular, when two prism sheets are stacked, the light source is arranged in such a manner that R, G, and B LED light sources are arranged at three positions on the incident surface side of the two stacked prism sheets. The G • LED light source is disposed in the two, and the two G • LED light sources are disposed in adjacent zones.
上記の光源装置のプリズムシートは、前記微細なプリズム列の頂角が略直角であることを特徴とする。 The prism sheet of the light source device is characterized in that an apex angle of the fine prism row is substantially a right angle.
上記の光源装置を液晶セルのバックライトとして備えた液晶表示装置は、前記液晶セルと光源装置との間には反射型偏光変換素子が設けられていることを特徴とする。 A liquid crystal display device including the light source device as a backlight of a liquid crystal cell is characterized in that a reflective polarization conversion element is provided between the liquid crystal cell and the light source device.
これによれば、液晶セルによって、無効となる光を光源装置に向って反射させることによって再利用でき、光の利用効率を向上できる。 According to this, the liquid crystal cell can be reused by reflecting invalid light toward the light source device, and the light use efficiency can be improved.
この場合において、前記プリズムシートが複屈折特性を有することを特徴とする。これによれば、プリズムシートの複屈折特性によって、液晶セルにとって有効な光に変換できる。 In this case, the prism sheet has birefringence characteristics. According to this, it can be converted into light effective for the liquid crystal cell by the birefringence characteristic of the prism sheet.
この有効な光への変換は、前記反射型偏光変換素子と前記バンドパスミラーとの間に位相差板を配置することによっても、達成できる。 This effective conversion to light can also be achieved by disposing a retardation plate between the reflective polarization conversion element and the bandpass mirror.
つまり、本発明の液晶表示装置は、液晶表示装置のバックライトとして、反射型偏光変換素子と、複屈折特性を有するプリズムシート又は位相差板を組み合わせることによって、光線再利用率を高めることができ、明るい表示装置を提供できる。 That is, the liquid crystal display device of the present invention can increase the light reuse rate by combining a reflective polarization conversion element and a prism sheet or retardation plate having birefringence characteristics as a backlight of the liquid crystal display device. Can provide a bright display device.
以上のように本発明の光源装置においては、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を合成することができ、またバンドパスミラーによって光線の利用効率を高めることができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置、及びこれを備えた表示装置を提供することができる。 As described above, in the light source device of the present invention, incident light from a plurality of light sources can be synthesized by a thin optical system using a prism sheet, and the light beam utilization efficiency can be enhanced by a bandpass mirror. It is possible to provide a light source device that is small in size and thin and optically excellent in photosynthesis performance, and a display device including the same.
本実施形態の光源装置は、発光波長の異なる複数の光源と、一方の面に複数の微細なプリズムを有し、他方の面が平面であるプリズムシートとを備えている。複数の光源は、プリズムシートの入射面側に、所定の角度に傾けて配置されている。 The light source device of the present embodiment includes a plurality of light sources having different emission wavelengths, and a prism sheet having a plurality of fine prisms on one surface and a flat surface on the other surface. The plurality of light sources are arranged at a predetermined angle on the incident surface side of the prism sheet.
所定の角度に傾けた配置とは、プリズムシートの入射面側より所定の角度をもって入射された複数の光源からの入射光をプリズムシートの出射面側より混色させた出射光として出力させる際に、出射光が、例えば直上といった、同一方向に出射されるように配置することであり、光源から出射される光がプリズムシートにおける所定の集光点に向って出射されるように配置される。
この配置は、例えば、プリズムシートの屈折率、配置されるプリズムシートの枚数、複数のプリズムシートを用いる場合には各プリズムシートの配置関係、プリズムシートの微細なプリズムを有する面と平面のいずれを入射面あるいは出射面とするか、プリズムの形状、プリズムの頂角の角度等によって定められる。
The arrangement inclined at a predetermined angle is when incident light from a plurality of light sources incident at a predetermined angle from the incident surface side of the prism sheet is output as emitted light mixed from the output surface side of the prism sheet. The arrangement is such that the emitted light is emitted in the same direction, for example, directly above, and the light emitted from the light source is emitted toward a predetermined condensing point on the prism sheet.
For example, the refractive index of the prism sheet, the number of prism sheets to be arranged, the arrangement relationship of each prism sheet when a plurality of prism sheets are used, and any of the surface and plane of the prism sheet having fine prisms. It is determined by the entrance surface or the exit surface, or by the shape of the prism, the apex angle of the prism, or the like.
ここで、本実施形態の光源装置の特徴は、各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられている点にある。例えば、赤色光を出射する光源に設けられたバントパスミラーは、赤色の波長領域の光線のみを透過し、赤色以外の波長領域の光線を反射するようになっている。 Here, the light source device of the present embodiment is characterized in that a bandpass mirror that transmits light in a wavelength region emitted from a corresponding light source and reflects light in another wavelength region is provided between each light source and a prism sheet. It is in the point provided. For example, a bunt path mirror provided in a light source that emits red light transmits only light in a red wavelength region and reflects light in a wavelength region other than red.
続いて、本実施形態の光源装置の動作を説明する。各光源から出射された光線は、バントパスミラーを介して、プリズムシートの入射面側から所定の角度をもって入射される。この入射光の内、プリズムシートの一のプリズム斜面に入射した光線は屈折して前記プリズムシートの出射面から出射されて、他の光源の光線と合成されて合成光となる。
一方、他のプリズム斜面に入射した光線は、プリズムシートからバンドパスミラーに向って反射される。各光源の前方に設けられたバントパスミラーは対応する光源の光線と異なる波長領域の光線を反射するため、バントパスミラーに向った光線は、プリズムシートに向って反射される。反射された光線は、プリズムシートの入射面に入射してプリズムシートの出射面から出射され、一の斜面に入射された光とともに合成光となって出射される。このように、プリズムシートの入射面で反射された光は、再度、プリズムシートに向って出射され出射面から出射させる。つまり、従来、プリズムシートによって反射された無効な光を有効な光に変換できるため、光線の有効利用が図られ、光線の利用効率を高めた光源装置を提供することができる。さらに、本実施形態の光源装置は、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を合成することができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置を提供できる。
Next, the operation of the light source device of this embodiment will be described. Light beams emitted from the respective light sources are incident at a predetermined angle from the incident surface side of the prism sheet via the band pass mirror. Of this incident light, the light beam incident on one prism slope of the prism sheet is refracted and emitted from the exit surface of the prism sheet, and is combined with the light beams of the other light sources to become combined light.
On the other hand, light rays incident on the other prism slopes are reflected from the prism sheet toward the bandpass mirror. Since the bunt path mirror provided in front of each light source reflects light in a wavelength region different from that of the corresponding light source, the light toward the bunt path mirror is reflected toward the prism sheet. The reflected light beam is incident on the incident surface of the prism sheet and emitted from the emission surface of the prism sheet, and is emitted as combined light together with the light incident on one slope. Thus, the light reflected by the incident surface of the prism sheet is again emitted toward the prism sheet and emitted from the emission surface. That is, conventionally, the invalid light reflected by the prism sheet can be converted into effective light, so that the light beam can be effectively used and the light source device can be provided with improved light beam utilization efficiency. Furthermore, since the light source device of the present embodiment can synthesize incident light from a plurality of light sources by an optical system with a thin configuration using a prism sheet, the light source is compact and thin in shape and has excellent optical synthesis performance. Equipment can be provided.
この光源装置について、実施例を用いて、詳細に説明する。 This light source device will be described in detail using an example.
(第1実施例)
以下、本発明の光源装置の実施例1について、図面を参照しながら説明する。図1〜図13は本発明の第1実施例における光源装置を示すものであり、図1は光源装置の外観斜視図、図2は2枚のプリズムシートの構成を示す上面図及び側面図、図3は2枚のプリズムシートと複数の光源の関係を示す平面図である。
(First embodiment)
図1に示すとおり、本実施例の光源装置10は、積層配置された2枚のプリズムシートPS1、PS2と、プリズムシートPS1、PS2の入射面側に所定の角度に傾けて配置された光源K1、K2、K3、K4が備えられている。光源K1、K2、K3、K4から出射された光は、プリズムシートPS1の入射面から入射してプリズムシートPS2の出射面から出射して、図示していない液晶表示素子に入射するようになっている。 As shown in FIG. 1, the light source device 10 of the present embodiment includes two stacked prism sheets PS1 and PS2, and a light source K1 disposed at a predetermined angle on the incident surface side of the prism sheets PS1 and PS2. , K2, K3, and K4. Light emitted from the light sources K1, K2, K3, and K4 is incident on the incident surface of the prism sheet PS1, exits from the exit surface of the prism sheet PS2, and enters a liquid crystal display element (not shown). Yes.
各光源K1、K2、K3、K4は、発光色の異なる発光ダイオード(以下、LEDという。)1と、光源K1、K2、K3、K4の光を集光する集光レンズ2と、LED1と集光レンズ2を収納するケース3が備えられている。光源K1は赤色LED1r(以下、R・LEDという。)が設けられ、光源K2、K3は緑色LED1g(以下、G・LEDという。)が設けられ、光源K4は青色LED1b(以下、B・LEDという。)が設けられている。
Each of the light sources K1, K2, K3, and K4 includes a light emitting diode (hereinafter referred to as an LED) 1 having a different emission color, a
次に、2枚のプリズムシートPS1、PS2と4つの光源K1、K2、K3、K4の配置関係について、図2、図3を用いて説明する。図2は2枚のプリズムシートPS1、PS2の構成を示す上面図及び側面図であり、中央に積層したプリズムシートPS1、PS2の上面図を示し、図の左側にX軸方向から見た側面図、図の下側にY軸方向から見た側面図を示している。また、図3は、図2に示す積層したプリズムシートPS1、PS2の上面図に対する4つの光源K1、K2、K3、K4の配置関係を示している。 Next, the arrangement relationship between the two prism sheets PS1 and PS2 and the four light sources K1, K2, K3, and K4 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a top view and a side view showing the configuration of the two prism sheets PS1 and PS2, showing a top view of the prism sheets PS1 and PS2 stacked in the center, and a side view seen from the X-axis direction on the left side of the figure. The side view seen from the Y-axis direction is shown on the lower side of the figure. FIG. 3 shows the positional relationship of the four light sources K1, K2, K3, and K4 with respect to the top view of the stacked prism sheets PS1 and PS2 shown in FIG.
プリズムシートPS1、PS2は、図2に示すように、プリズムシートPS1、PS2は、いずれも、平面を入射面とし、プリズムを有するプリズム面を出射面としている。本実施例では、対称のプリズム列の稜線が平行に形成され、各プリズム列のピッチが1μm〜100μmであり、プリズム頂角が略直角であり、屈折率nが1.49であるアクリル(PMMA)製のプリズムシートを用いている。 As shown in FIG. 2, each of the prism sheets PS1 and PS2 has a plane as an entrance surface and a prism surface having a prism as an exit surface. In this embodiment, the ridges of symmetrical prism rows are formed in parallel, the pitch of each prism row is 1 μm to 100 μm, the prism apex angle is substantially right angle, and the refractive index n is 1.49 (PMMA). ) Made of prism sheet.
このプリズムシートPS1、PS2は、プリズム列を略垂直に交叉させて積層されている。この交叉角度は、プリズムシートの材質、形状等によって定められるものである。図2では、プリズムシートPS1のプリズム列に平行な軸をY軸とし、プリズムシートPS2のプリズム列に平行な軸をX軸としている。なお、X軸に平行な実線は、上側のプリズムシートPS2のプリズム列における頂部と谷部のラインを示し、Y軸に平行な点線は、下側のプリズムシートPS1のプリズム列における頂部と谷部のラインを示しており、この実線と点線は直交する升目を構成している。なお、図示していないが、X−Y平面に垂直な軸を、Z軸と定めている。 The prism sheets PS1 and PS2 are stacked by intersecting prism rows substantially vertically. This crossing angle is determined by the material and shape of the prism sheet. In FIG. 2, the axis parallel to the prism row of the prism sheet PS1 is taken as the Y axis, and the axis parallel to the prism row of the prism sheet PS2 is taken as the X axis. The solid line parallel to the X-axis indicates the top and valley lines in the prism row of the upper prism sheet PS2, and the dotted line parallel to the Y-axis indicates the top and valley in the prism row of the lower prism sheet PS1. The solid line and the dotted line constitute an orthogonal grid. Although not shown, an axis perpendicular to the XY plane is defined as the Z axis.
次に、2枚のプリズムシートPS1、PS2に対する4つの光源K1、K2、K3、K4の配置関係を図3を参照しながら説明する。積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2の各プリズム列の交叉によって形成される4つのゾーン、すなわちプリズムシートPS1、PS2の平面をX軸とY軸とで区分した4つのゾーンS1、S2、S3、S4に、4つの光源K1、K2、K3、K4が分散されて配置されている。従って光源K1から放射された入射光P1、光源K2から放射された入射光P2、光源K3から放射された入射光P3、光源K4から放射された入射光P4は積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2における各プリズム列の交叉角の中心線N、Mの近傍に沿って入射して、また、2枚のプリズムシートPS1、PS2の所定の集光点Poに向けて集中的に入射するようになっている。なお、本実施例においては2枚のプリズムシートPS1、PS2の所定の集光点Poを上プリズムシートPS2の上部中心点としている。 Next, the arrangement relationship of the four light sources K1, K2, K3, and K4 with respect to the two prism sheets PS1 and PS2 will be described with reference to FIG. Four zones formed by the intersection of the respective prism rows of the two prism sheets PS1 and PS2, that is, four zones S1 and S2 obtained by dividing the plane of the prism sheets PS1 and PS2 into the X axis and the Y axis, Four light sources K1, K2, K3, and K4 are distributed and arranged in S3 and S4. Accordingly, the incident light P1 emitted from the light source K1, the incident light P2 emitted from the light source K2, the incident light P3 emitted from the light source K3, and the incident light P4 emitted from the light source K4 are laminated two prism sheets PS1. , PS2 are incident along the vicinity of the center lines N, M of the crossing angles of the prism rows, and are intensively incident toward a predetermined focal point Po of the two prism sheets PS1, PS2. It has become. In this embodiment, a predetermined condensing point Po of the two prism sheets PS1 and PS2 is set as the upper center point of the upper prism sheet PS2.
この結果、各光源の位置関係は、図3に示すように、光源K1と光源K4及び光源K2と光源K3とは各々集光点Poに対して点対称の位置に配置され、また、光源K1と光源K3及び光源K2と光源K4とは各々集光点Poを通るX軸に対して線対称の位置に配置されている。そして、各光源のX軸からの角度はすべて同一であり、この角度は2枚のプリズムシートPS1、PS2の材質による屈折率とプリズム頂角の角度等によって決まる角度である。本実施例においては、X−Y平面から見たとき、すべての光源K1、K2、K3、K4はX軸から43.5°の同一角度の位置に配置されている。この理由はプリズム角には+−があるため、当たる面によって光線の向きは異なる4方向となるが、面の法線との角度で見ると4方向は同じになる。すなわち光線の向きは異なっていても角度は同じになり、プリズムシートPS1、PS2の屈折率nを1.49、プリズム頂角を90°として出射光を直上方向に出射させるためには、入射光の入射方向はX軸基準で±43.5°の同一角度となる。
同様の理由で、X−Z平面から見たとき、図12に示すように、すべての光源K1、K2、K3、K4は、Z軸から38.4°の同一角度の位置に配置される。
As a result, as shown in FIG. 3, the light source K1, the light source K4, the light source K2, and the light source K3 are arranged at positions that are point-symmetric with respect to the condensing point Po, as shown in FIG. The light source K3 and the light source K2 and the light source K4 are arranged at positions symmetrical with respect to the X axis passing through the condensing point Po. The angles from the X axis of each light source are all the same, and this angle is determined by the refractive index and the prism apex angle depending on the material of the two prism sheets PS1 and PS2. In this embodiment, when viewed from the XY plane, all the light sources K1, K2, K3, and K4 are arranged at the same angle of 43.5 ° from the X axis. This is because the prism angle has +-, and therefore, the direction of the light beam differs in four directions depending on the contact surface, but the four directions are the same when viewed from the angle with the normal of the surface. That is, even if the directions of the light beams are different, the angles are the same. In order to emit the emitted light directly upward with the refractive index n of the prism sheets PS1 and PS2 being 1.49 and the prism apex angle being 90 °, the incident light Are incident at the same angle of ± 43.5 ° with respect to the X axis.
For the same reason, when viewed from the XZ plane, as shown in FIG. 12, all the light sources K1, K2, K3, K4 are arranged at the same angle of 38.4 ° from the Z axis.
続いて、本実施例の特徴であるバントパスミラー5について、図1を参照しながら説明する。バントパスミラー5は、各光源K1、K2、K3、K4とプリズムシートPS1の間に設けられ、対応する各光源のLEDから出射される波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するミラーである。光源K1の発光面の前方には、対応するR・LED1rから出射される赤色光(以後R光)の波長領域を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラー5rが設けられている。光源K2、K3の発光面の前方には、対応するG・LED1gから出射される緑色光(以後G光)の波長領域を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラー5gが設けられている。光源K4の発光面の前方には、B・LED1bから出射される青色光(以後B光)のみを透過して、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラー5bが設けられている。なお、バントパスミラー5は、各光源に設けられた集光レンズ2の出射面に反射膜を成膜させて設けてもかまわない。
Next, the
本発明における積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2に対する各光源からの入射条件については後に詳述するが、基本的な光合成(混色)動作について、図2を参照しながら説明する。ここでは、プリズムシートPS1のプリズム面を構成する一方のプリズム斜面をL1、他方のプリズム斜面をL2とし、プリズムシートPS2のプリズム面を構成する一方のプリズム斜面をU1、他方のプリズム斜面をU2として説明する。 The incident conditions from each light source on the two prism sheets PS1 and PS2 stacked in the present invention will be described in detail later, but a basic photosynthesis (color mixing) operation will be described with reference to FIG. Here, one prism slope constituting the prism face of the prism sheet PS1 is L1, the other prism slope is L2, one prism slope constituting the prism face of the prism sheet PS2 is U1, and the other prism slope is U2. explain.
上記の位置に配置された各光源からの入射光は、プリズムシートPS1に向って斜光入射する。すなわち、光源装置10は、プリズム面に対して各光源からの入射光を斜光入射させ、プリズム面を斜めに使用することによって、4方向からの入射光を同一条件で屈折放射ができるようにしている。図2に示すように、光源K1から放射された入射光P1は、プリズムシートPS1のプリズム斜面L1とプリズムシートPS2のプリズム斜面U2を通過して出射光となる。光源K2から放射された入射光P2は、プリズムシートPS1のプリズム斜面L2とプリズムシートPS2のプリズム斜面U2を通過して出射光となる。光源K3から放射された入射光P3は、プリズムシートPS1のプリズム斜面L1とプリズムシートPS2のプリズム斜面U1を通過して出射光となる。光源K4から放射された入射光P4は、プリズムシートPS1のプリズム斜面L2とプリズムシートPS2のプリズム斜面U1を通過して出射光となる。 Incident light from each light source arranged at the above position is incident obliquely toward the prism sheet PS1. That is, the light source device 10 makes incident light from each light source obliquely incident on the prism surface and obliquely uses the prism surface so that incident light from four directions can be refracted under the same conditions. Yes. As shown in FIG. 2, the incident light P1 emitted from the light source K1 passes through the prism slope L1 of the prism sheet PS1 and the prism slope U2 of the prism sheet PS2, and becomes emitted light. Incident light P2 emitted from the light source K2 passes through the prism inclined surface L2 of the prism sheet PS1 and the prism inclined surface U2 of the prism sheet PS2, and becomes emitted light. Incident light P3 emitted from the light source K3 passes through the prism inclined surface L1 of the prism sheet PS1 and the prism inclined surface U1 of the prism sheet PS2, and becomes emitted light. Incident light P4 emitted from the light source K4 passes through the prism inclined surface L2 of the prism sheet PS1 and the prism inclined surface U1 of the prism sheet PS2, and becomes emitted light.
各光源から放射された広い面積を有する入射光は、2枚のプリズムシートPS1、PS2に形成された多数のプリズム列の各斜面に入射してそれぞれ屈折放射を行うが、各プリズム列のピッチは1μm〜100μmの微細なピッチとなっているため、目視的には別々の出射光としては認識されず、合成された単一の出射光として認識される。したがって、光源K1をR光、光源K4をB光、光源K2、K3をG光とした場合には、R光、B光、G光が混色された白色光Pwが出射される。 Incident light radiated from each light source having a wide area is incident on each inclined surface of a large number of prism rows formed on the two prism sheets PS1 and PS2, and refracts radiation. The pitch of each prism row is Since it is a fine pitch of 1 μm to 100 μm, it is not visually recognized as separate emitted light but is recognized as a single synthesized emitted light. Accordingly, when the light source K1 is R light, the light source K4 is B light, and the light sources K2 and K3 are G light, white light Pw in which R light, B light, and G light are mixed is emitted.
次に、2枚のプリズムシートPS1、PS2に対する各光源からの入射光の光路について、図4、5を参照しながら詳細に説明する。図4は図2に示すプリズムシートPS2の部分拡大図であり、プリズムシートPS2を屈折しながら透過する各入射光の光路を示す。図5は図2に示すプリズムシートPS1の部分拡大図であり、プリズムシートPS1を屈折しながら透過する各入射光の光路を示す。 Next, the optical path of the incident light from each light source with respect to the two prism sheets PS1 and PS2 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a partially enlarged view of the prism sheet PS2 shown in FIG. 2, and shows optical paths of incident lights that pass through the prism sheet PS2 while being refracted. FIG. 5 is a partially enlarged view of the prism sheet PS1 shown in FIG. 2, and shows the optical path of each incident light passing through the prism sheet PS1 while being refracted.
一般にプリズムの光路を求める方法としては、下記のように行われる。すなわち、1枚のプリズムシートの入射面側から入射光を入れて、プリズムシートの直上方向に出射光を得ようとした場合、光の光路を逆方向にたどるやり方が行われる。例えば、図4の上側プリズムシートであるプリズムシートPS2の場合には、まず出射光として混色された白色光Pwを直上方向に出射させる必要があるので、各光源からの出射光を逆向きにして、プリズムシートの直上方向からプリズムシート中に入射させる。この時、入射光は空気とアクリルとの屈折率の差によってスネルの法則が適用され、境界面において所定の屈折角があたえられてプリズムシート内を進行して行く。さらにプリズムシートPS2の入射面から空気中に出射する時にも境界面においてスネルの法則による所定の屈折角があたえられて空気中に出射される。 In general, the method for obtaining the optical path of the prism is as follows. That is, when incident light is input from the incident surface side of one prism sheet and an emitted light is obtained in a direction directly above the prism sheet, a method of tracing the optical path of the light in the opposite direction is performed. For example, in the case of the prism sheet PS2 that is the upper prism sheet of FIG. 4, it is necessary to first emit the mixed white light Pw as the emitted light in the upward direction, so that the emitted light from each light source is reversed. The light is incident on the prism sheet from directly above the prism sheet. At this time, the Snell's law is applied to the incident light according to the difference in refractive index between air and acrylic, and a predetermined refraction angle is given at the boundary surface and proceeds in the prism sheet. Further, when the light is emitted from the incident surface of the prism sheet PS2 into the air, a predetermined refraction angle according to Snell's law is given to the boundary surface and the light is emitted into the air.
プリズムシートPS2を実際の光源装置として用いる場合には、上記結果に基づいてプリズムシートPS2の入射面より空気中に出射された出射光の角度で、各光源からの入射光を入射すればプリズムシート内を同様の所定屈折角で進行し、プリズムシートPS2の出射面より直上方向に出射光を得ることができる。 When the prism sheet PS2 is used as an actual light source device, if the incident light from each light source is incident at the angle of the emitted light emitted from the incident surface of the prism sheet PS2 into the air based on the above result, the prism sheet is used. The inner light travels at the same predetermined refraction angle, and outgoing light can be obtained in a direction directly above the outgoing surface of the prism sheet PS2.
そこで、上記の光路を求める方法を適用した光源装置10の各光源からプリズムシートに入射した光は、図4、5に示すような光路となる。
図4に示す上側のプリズムシートPS2の場合はY−Z平面を示しており、図2に示す光源K1からの入射光P1と光源K2からの入射光P2とがプリズムシートPS2の左側のプリズム斜面U2を通過し、また光源K3からの入射光P3と光源K4からの入射光P4とがプリズムシートPS2の右側のプリズム斜面U1を通過して直上方向に出射される。従ってプリズムシートPS2の入射面に入射する方向は入射光P1、P2とが左傾斜で、入射光P3、P4が右傾斜とその入射方向は逆になるが、その入射光の進行角度はすべて同じ角度となる。
Therefore, the light incident on the prism sheet from each light source of the light source device 10 to which the above-described method for obtaining the optical path is applied has an optical path as shown in FIGS.
In the case of the upper prism sheet PS2 shown in FIG. 4, the YZ plane is shown, and the incident light P1 from the light source K1 and the incident light P2 from the light source K2 shown in FIG. The light passing through U2 and the incident light P3 from the light source K3 and the incident light P4 from the light source K4 pass through the prism slope U1 on the right side of the prism sheet PS2 and are emitted in the direction immediately above. Accordingly, the incident light P1 and P2 are inclined to the left and the incident light P3 and P4 are inclined right and the incident direction is opposite, but the incident light travels at the same angle. It becomes an angle.
このとき、各入射光におけるプリズムシートPS2の入射面の境界面法線(点線で示す)との角度θ2及びγ2、各出射光におけるプリズムシートPS2のプリズム斜面の境界面法線(点線で示す)との角度β2及びα2はすべて同じになる。そしてこれらの角度は屈折率が1.49のアクリルを使用し、プリズム頂角が90°のプリズムシートPS2においてはα2=45.0°、β2=28.3°、γ2=16.7°、θ2=25.3°である。 At this time, the angles θ2 and γ2 with respect to the boundary surface normal (indicated by dotted lines) of the incident surface of the prism sheet PS2 in each incident light, and the boundary surface normals (indicated by dotted lines) of the prism slope of the prism sheet PS2 in each outgoing light And angles β2 and α2 are all the same. These angles use acrylic having a refractive index of 1.49, and in the prism sheet PS2 having a prism apex angle of 90 °, α2 = 45.0 °, β2 = 28.3 °, γ2 = 16.7 °, θ2 = 25.3 °.
次に、図5に示す下側のプリズムシートPS1の場合はX軸−Z軸平面を示しており、各入射光におけるプリズムシートPS1の入射面の境界面法線(点線で示す)との角度θ1及びγ1、各出射光におけるプリズムシートPS1のプリズム斜面の境界面法線(点線で示す)との角度β1及びα1はすべて同じになる。そしてこれらの角度は屈折率が1.49のアクリルを使用し、プリズム頂角が90°のプリズムシートPS1においてはα1=50.3°、β1=31.1°、γ1=24.6°、θ1=38.4°である。なお、図5におけるプリズムシートPS1からの各出射光P1〜P4が作図上は直上方向に出射されるように図示されているが、これらの出射光は紙面に対して垂直方向に傾斜角を有するものであり、図5のX−Z平面では傾斜が見えない方向になっているためである。つまり、出射光P1、P2は紙面の奥方向へ向う傾斜角を有し、出射光P3、P4は紙面の手前方向へ向う傾斜角を有している。 Next, in the case of the lower prism sheet PS1 shown in FIG. 5, the X axis-Z axis plane is shown, and the angle with the boundary surface normal (shown by the dotted line) of the incident surface of the prism sheet PS1 in each incident light. The angles β1 and α1 between θ1 and γ1 and the boundary normal line (shown by dotted lines) of the prism slope of the prism sheet PS1 in each outgoing light are all the same. These angles use acrylic having a refractive index of 1.49, and in the prism sheet PS1 having a prism apex angle of 90 °, α1 = 50.3 °, β1 = 31.1 °, γ1 = 24.6 °, θ1 = 38.4 °. In addition, although each output light P1-P4 from prism sheet PS1 in FIG. 5 is shown in figure so that it may radiate | emit in the directly upward direction on drawing, these output light has an inclination angle in the orthogonal | vertical direction with respect to a paper surface. This is because the tilt is not visible in the XZ plane of FIG. That is, the outgoing lights P1 and P2 have an inclination angle toward the back of the paper surface, and the outgoing lights P3 and P4 have an inclination angle toward the near side of the paper surface.
すなわち、各出射光P1〜P4の傾斜方向は逆になっているが、その傾斜角度はすべて同じであり、Z軸に対しては25.3°の傾斜を有し、これをプリズムシートPS1におけるプリズム斜面の境界面法線を基準にすると50.3°の傾きとなる。従ってZ軸に対しては25.3°の傾斜を有する下側のプリズムシートPS1の各出射光P1〜P4は、上側のプリズムシートPS2における下面の境界面法線に対して25.3°の入射角、すなわちθ2の入射角を有する入射光となり、プリズムシートPS2の内部を屈折進行して上面より直上方向に出射される。なお、図4、図5においては、理解を容易にするために入射光P1と入射光P2及び入射光P3と入射光P4とを別々のプリズム斜面に入射している状態を示したが、実際には各々同一のプリズム斜面にも同時に入射して合成されるものである。 That is, the inclination directions of the outgoing lights P1 to P4 are reversed, but the inclination angles are all the same, and the inclination angle is 25.3 ° with respect to the Z axis. The inclination is 50.3 ° with reference to the boundary normal of the prism slope. Accordingly, each of the outgoing lights P1 to P4 of the lower prism sheet PS1 having an inclination of 25.3 ° with respect to the Z axis is 25.3 ° with respect to the boundary normal to the lower surface of the upper prism sheet PS2. Incident light having an incident angle, that is, an incident angle of θ2, is refracted inside the prism sheet PS2 and is emitted in a direction directly above the upper surface. 4 and 5 show a state in which the incident light P1 and the incident light P2 and the incident light P3 and the incident light P4 are incident on different prism inclined surfaces for easy understanding. Are simultaneously incident on the same prism slope and synthesized.
図6は、2枚のプリズムシートPS1、PS2を入射光が連続して通過していく光路の進行状態を模擬的に示したものであり、入射光P1のみを代表的に示している。すなわち、下側のプリズムシートPS1の入射面のf1点より入射光P1がプリズム列に対してX軸から43.5°のX―Y平面方向の角度、下面の境界面法線から38.4°のZ軸方向の角度(θ1)で入射するとプリズムシートPS1内で屈折が行われたのちにプリズム斜面L1のf2点より空気中に出射される。この出射された入射光P1は上側のプリズムシートPS2の入射面のf3点より境界面法線から25.3°のZ軸方向の角度(θ2)で入射され、プリズムシートPS2内で屈折が行われたのちにプリズム斜面U2のf4点より直上方向の空気中に出射される。また、図示は省略したが、入射光P2、P3、P4についても図4、図5に示した光路に従って同様に進行出射されるものである。なお、図6は理解し易くするために、2枚のプリズムシートPS1、PS2を実際より少し離して図示し、かつプリズムシートPS2の配置位置を解り易くするために仮想軸としてX軸に対応するX’軸を設けている。 FIG. 6 schematically shows a traveling state of an optical path through which incident light continuously passes through two prism sheets PS1 and PS2, and only incident light P1 is representatively shown. That is, from the point f1 of the incident surface of the lower prism sheet PS1, the incident light P1 is at an angle in the XY plane direction of 43.5 ° from the X axis with respect to the prism row and 38.4 from the boundary normal to the lower surface. When incident at an angle (θ1) in the Z-axis direction of °, after being refracted in the prism sheet PS1, it is emitted into the air from the point f2 of the prism slope L1. The emitted incident light P1 is incident at an angle (θ2) in the Z-axis direction of 25.3 ° from the boundary surface normal from the point f3 of the incident surface of the upper prism sheet PS2, and is refracted in the prism sheet PS2. After that, the light is emitted into the air in the direction directly above the point f4 of the prism slope U2. Although not shown, incident light P2, P3, and P4 are also emitted in the same manner according to the optical paths shown in FIGS. Note that FIG. 6 shows the two prism sheets PS1 and PS2 a little apart from each other for easy understanding, and corresponds to the X axis as a virtual axis for easy understanding of the arrangement position of the prism sheet PS2. An X ′ axis is provided.
このように、プリズム列を交叉させて積層配置した2枚のプリズムシートにおける各プリズム列に対して、入射光をX―Y平面方向の角度とZ軸方向の角度を有する斜め方向から入射させることで、プリズム斜面を斜めに使用している。この結果、同一の光学的条件のもとで4方向からの入射光を同時に入射さて合成することでき、R光とG光とB光とを合成した単一の白色光PwとしてプリズムシートPS2の出射面より直上方向に出射させる。 In this way, incident light is incident on each prism row in the two prism sheets arranged in a stacked manner by crossing the prism rows from an oblique direction having an angle in the XY plane direction and an angle in the Z-axis direction. The prism slope is used diagonally. As a result, under the same optical conditions, incident light from four directions can be simultaneously incident and combined, and the prism sheet PS2 can be synthesized as a single white light Pw that combines the R light, the G light, and the B light. The light is emitted in a direction directly above the emission surface.
ところで、光源装置10では、次に各光源からプリズムシートに入射される光線のうち、プリズムシートの出射面側に出射される有効光線とプリズムシートの出射面側に出射されない無効光線が存在する。この無効光線が生じる理由について、図7を参照しながら説明する。図7は、下側のプリズムシートPS1の部分断面図であり、1例としてプリズムシートPS1のプリズム面に図5における光源K4からの入射光P4が入射した状態を示している。図7に示すように、光源K4からの入射光P4は左傾斜の入射光であり、プリズムシートPS1の左傾斜のプリズム斜面L2に入射した光線が有効光として出射されるため、プリズム斜面L2が有効プリズム斜面となり、右傾斜のプリズム斜面L1が非有効プリズム斜面となる。 By the way, in the light source device 10, among the light rays incident on the prism sheet from each light source next, there are effective rays emitted to the emission surface side of the prism sheet and invalid rays not emitted to the emission surface side of the prism sheet. The reason why the invalid light beam is generated will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the lower prism sheet PS1. As an example, the incident light P4 from the light source K4 in FIG. 5 is incident on the prism surface of the prism sheet PS1. As shown in FIG. 7, the incident light P4 from the light source K4 is left inclined incident light, and the light incident on the left inclined prism inclined surface L2 of the prism sheet PS1 is emitted as effective light. An effective prism slope is formed, and the right sloped prism slope L1 is a non-effective prism slope.
上記前提により光源K4からある幅を有する入射光P4がプリズムシートPS1の入射面側より入射すると、黒塗り矢印で示す大部分の光線は有効プリズム斜面であるプリズム斜面L2を通過し有効光P4aとして出射される。しかし白塗りの矢印で示す入射光の一部は非有効プリズム斜面であるプリズム斜面L1に当って反射し、プリズム内を進んでプリズム斜面L2に当り屈折して出射する。さらに空気中を進み隣のプリズムのプリズム斜面L1に当って屈折し、再びプリズム内を進んでプリズム斜面L2に当って反射することにより、非有効光P4bとしてプリズムシートPS1の入射面側に放出される。 When incident light P4 having a certain width from the light source K4 is incident from the incident surface side of the prism sheet PS1 based on the above premise, most of the light beams indicated by the black arrows pass through the prism inclined surface L2 which is an effective prism inclined surface as effective light P4a. Emitted. However, part of the incident light indicated by the white arrow is reflected by the prism inclined surface L1, which is an ineffective prism inclined surface, travels through the prism, refracts and exits the prism inclined surface L2. Further, the light travels in the air, refracts by being hit by the prism inclined surface L1 of the adjacent prism, and again travels in the prism and is reflected by hitting the prism inclined surface L2, thereby being emitted as ineffective light P4b to the incident surface side of the prism sheet PS1. The
すなわち、黒塗り矢印で示す有効光はプリズム斜面L2に当ったとき、臨界角よりも小さい角度で当るため光線は屈折して透過する。一方白塗りの矢印で示す非有効光はプリズム斜面L1に当ったとき、臨界角よりも大きい角度で当るため光線は反射する。前記プリズム斜面L1に当って反射した非有効光はその後、臨界角との関係によって透過と反射を行い入射時とは反対方向へ向かって進むことになる。本実施例におけるプリズムシートPS1の場合は非有効光の光路は、最初のプリズムシートPS1の下面への入射角と、最後のプリズムシートPS1の下面からの出射角は同じ角度になる。 That is, when the effective light indicated by the black arrow hits the prism slope L2, the light ray is refracted and transmitted because it hits at an angle smaller than the critical angle. On the other hand, when the ineffective light indicated by the white arrow hits the prism slope L1, the light beam is reflected because it hits at an angle larger than the critical angle. The ineffective light reflected by the prism inclined surface L1 is then transmitted and reflected according to the relationship with the critical angle, and proceeds in the direction opposite to that at the time of incidence. In the case of the prism sheet PS1 in this embodiment, the optical path of the ineffective light is the same as the incident angle to the lower surface of the first prism sheet PS1 and the outgoing angle from the lower surface of the last prism sheet PS1.
次に、上記非有効光を有効光に変換する原理を図8により説明する。図8は光源K4からの出射光の非有効光を光源K1のバンドパスミラー5rによって有効光に変換する構成を示すプリズムシートと光源の部分断面図であり、図8において光源K4と光源K1とは図3に示すとおり対向位置に配置されている。そして図7に示すとおり光源K4からの出射光P4は有効光P4aと非有効光P4bを含んでおり、黒塗り矢印で示す有効光P4aは下側プリズムシートPS1のプリズム斜面L2を通過して直上方向に出射される。また白抜き矢印で示す非有効光P4bはプリズム斜面L1に入射して反射、屈折を繰り返してプリズムシートPS1の下面側に出射される。 Next, the principle of converting the ineffective light into effective light will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a partial sectional view of a prism sheet and a light source showing a configuration for converting ineffective light emitted from the light source K4 into effective light by the band-pass mirror 5r of the light source K1, and in FIG. Are arranged at opposite positions as shown in FIG. As shown in FIG. 7, the emitted light P4 from the light source K4 includes effective light P4a and non-effective light P4b, and the effective light P4a indicated by the black arrow passes directly through the prism slope L2 of the lower prism sheet PS1. Emitted in the direction. Further, the ineffective light P4b indicated by the white arrow enters the prism inclined surface L1, is repeatedly reflected and refracted, and is emitted to the lower surface side of the prism sheet PS1.
ここで注目すべき点は、非有効光P4bの進行方向である。前記図7で説明したとおり、非有効光P4bは最初のプリズムシートPS1の入射面への入射角と最後のプリズムシートPS1の入射面からの出射角は同じになることである。この結果プリズムシートPS1の入射面側から出射された非有効光P4bは対向する位置に配置されている光源K1のバンドパスミラー5rに当って反射されることにより有効光P4aに変換される。すなわち反射された有効光P4aは右傾斜の入射光となってプリズムシートPS1の入射面側から入射され、プリズム斜面L1を通過して直上方向に出射される。この非有効光P4bを有効光P4aに変換できるのは、非有効光P4bの光路が最初のプリズムシートPS1の下面への入射角と最後のプリズムシートPS1の下面からの出射角は同じになるためである。 What should be noted here is the traveling direction of the ineffective light P4b. As described with reference to FIG. 7, the ineffective light P4b has the same angle of incidence on the incident surface of the first prism sheet PS1 and the same angle of emission from the incident surface of the last prism sheet PS1. As a result, the ineffective light P4b emitted from the incident surface side of the prism sheet PS1 is reflected by the band-pass mirror 5r of the light source K1 disposed at the opposite position, thereby being converted into effective light P4a. In other words, the reflected effective light P4a is incident on the prism sheet PS1 from the incident surface side as incident light having a right inclination, and passes through the prism inclined surface L1 and is emitted in the directly upward direction. This ineffective light P4b can be converted into effective light P4a because the incident angle of the optical path of the ineffective light P4b to the lower surface of the first prism sheet PS1 and the exit angle from the lower surface of the last prism sheet PS1 are the same. It is.
また、バンドパスミラー5rに当って反射された有効光P4aがプリズムシートPS1のプリズム斜面L1に入射できるのはプリズムのサイズに対し、バンドパスミラーのサイズやプリズム面からバンドパスミラーまでの距離が大幅に違っているためである。すなわちプリズム列のピッチは1μm〜100μmと微細であるのに対し、バンドパスミラーのサイズやプリズムからの距離は5〜20mmと2桁程度異なるため、長い距離を進行した光線は平行性や部品組立て精度等の影響により多少の揺らぎをもつことになる。従ってバンドパスミラー5rに当って反射された有効光P4aは正確にもとの位置に戻るのではなく、多少の揺らぎをもって入射角の広いプリズム斜面L1に戻っていくことになる。この結果、反射光のほとんどがプリズム斜面L1を通過して直上方向に出射されることにより、非有効光は有効光に変換される。 Further, the effective light P4a reflected by the bandpass mirror 5r can be incident on the prism inclined surface L1 of the prism sheet PS1 with respect to the size of the prism, with respect to the size of the bandpass mirror and the distance from the prism surface to the bandpass mirror. This is because it is significantly different. In other words, the pitch of the prism row is as fine as 1 μm to 100 μm, but the size of the bandpass mirror and the distance from the prism are 5 to 20 mm, which are different by about two digits. There will be some fluctuation due to the influence of accuracy. Therefore, the effective light P4a reflected by the bandpass mirror 5r does not return to the original position accurately, but returns to the prism inclined surface L1 having a wide incident angle with a slight fluctuation. As a result, most of the reflected light passes through the prism slope L1 and is emitted in the upward direction, so that the ineffective light is converted into effective light.
次に、上記非有効光P4bを有効光P4aに変換する構成を図9、図10により説明する。図9は光源K4の出射光P4の非有効光P4bを光源K1のバンドパスミラー5rによって有効光P4aに変換する構成を示すプリズムシートと光源の断面図、図10は光源K1の出射光P1の非有効光P1bを光源K4のバンドパスミラー5bによって有効光P1aに変換する構成を示すプリズムシートと光源の断面図である。なお、図9、図10において太い矢印は所定の面積を有する光線束を示しており、有効光を白抜き矢印で示し、非有効光を黒塗り矢印で示している。図9において光源K4と光源K1とは図8で説明したとおり対向位置に配置されており、光源K4からの出射光P4は有効光P4aと非有効光P4bを含んでいる。そして白抜き矢印で示す有効光P4aの光線束は下側プリズムシートPS1の多数のプリズム斜面L2を通過して直上方向に出射され、また黒塗り矢印で示す非有効光P4bの光線束は多数のプリズム斜面L1に入射したのち反射、屈折を繰り返してプリズムシートPS1の出射面側に出射される。 Next, a configuration for converting the non-effective light P4b into effective light P4a will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a sectional view of a prism sheet and a light source showing a configuration for converting ineffective light P4b of the emitted light P4 of the light source K4 into effective light P4a by the bandpass mirror 5r of the light source K1, and FIG. It is sectional drawing of the prism sheet and light source which show the structure which converts the non-effective light P1b into the effective light P1a with the band pass mirror 5b of the light source K4. 9 and 10, thick arrows indicate a light bundle having a predetermined area, and effective light is indicated by white arrows and ineffective light is indicated by black arrows. In FIG. 9, the light source K4 and the light source K1 are disposed at the opposing positions as described in FIG. 8, and the emitted light P4 from the light source K4 includes effective light P4a and ineffective light P4b. The beam bundle of effective light P4a indicated by a white arrow passes through a large number of prism inclined surfaces L2 of the lower prism sheet PS1 and is emitted directly upward, and the beam bundle of non-effective light P4b indicated by a black arrow indicates a large number of beam bundles. After entering the prism slope L1, it is reflected and refracted repeatedly and emitted to the exit surface side of the prism sheet PS1.
このプリズムシートPS1の出射側から出射された非有効光P4bの光線束は対向する位置に配置されている光源K1のバンドパスミラー5rに当って反射されることにより有効光P4aの光線束に変換される。すなわち反射された有効光P4aの光線束は右傾斜の入射光となってプリズムシートPS1の下面側から入射され、多数のプリズム斜面L1を通過して直上方向に出射される。 The beam bundle of the ineffective light P4b emitted from the emission side of the prism sheet PS1 is converted into the beam bundle of the effective light P4a by being reflected by the bandpass mirror 5r of the light source K1 disposed at the opposite position. Is done. That is, the reflected light beam of the effective light P4a is incident on the lower surface side of the prism sheet PS1 as right-angled incident light, passes through a large number of prism inclined surfaces L1, and is emitted directly upward.
なお、この変換動作における、バンドパスミラーの役割は以下の通りである。まず光源K4における、バンドパスミラー5bはB光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するので、光源K4から発光されるB光の出射光P4はバンドパスミラー5bを通過してプリズムシートPS1に入射する。また光源K1におけるバンドパスミラー5rはR光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するのでプリズムシートPS1から入射するB光の入射光P4bは反射されてプリズムシートPS1に再入射することになる。すなわち、バンドパスミラー5は対応する光源からの発光光線を通過させ、他の光源からの発光光線を反射することによって、他の光源からの発光光線の非有効光を有効光に変換する機能を有するものである。
The role of the bandpass mirror in this conversion operation is as follows. First, since the band-pass mirror 5b in the light source K4 passes only light in the wavelength region of B light and reflects light in the other wavelength regions, the emitted light P4 of B light emitted from the light source K4 is the band-pass mirror 5b. And enters the prism sheet PS1. Further, since the bandpass mirror 5r in the light source K1 transmits only the light in the wavelength region of the R light and reflects the light in the other wavelength region, the incident light P4b of the B light incident from the prism sheet PS1 is reflected and is reflected in the prism sheet PS1. Will re-enter the beam. That is, the band-
図10は光源K1の出射光P1の非有効光P1bを光源K4のバンドパスミラー5bによって有効光P1aに変換する構成を示すプリズムシートと光源の断面図であり、図9に示す変換構成と逆の関係を示すものである。すなわち、光源K1から出射される出射光P1は有効光P1aと非有効光P1bを含んでいる。そして白抜き矢印で示す有効光P1aの光線束は下側プリズムシートPS1の多数のプリズム斜面L1を通過して直上方向に出射され、また黒塗り矢印で示す非有効光P1bの光線束は多数のプリズム斜面L2に入射したのち反射、屈折を繰り返してプリズムシートPS1の入射面側に出射される。 FIG. 10 is a cross-sectional view of the prism sheet and the light source showing the configuration for converting the ineffective light P1b of the emitted light P1 of the light source K1 into the effective light P1a by the bandpass mirror 5b of the light source K4. This shows the relationship. That is, the outgoing light P1 emitted from the light source K1 includes effective light P1a and ineffective light P1b. The light beam of the effective light P1a indicated by the white arrow passes through a large number of prism inclined surfaces L1 of the lower prism sheet PS1 and is emitted directly upward, and the light beam of the non-effective light P1b indicated by the black arrow indicates a large number of light beams. After entering the prism slope L2, it is repeatedly reflected and refracted and emitted to the incident surface side of the prism sheet PS1.
このプリズムシートPS1の入射面側から出射された非有効光P1bの光線束は対向する位置に配置されている光源K4のバンドパスミラー5bに当って反射されることにより有効光P1aの光線束に変換される。すなわち反射された有効光P1aの光線束は左傾斜の入射光となってプリズムシートPS1の下面側から入射され、多数のプリズム斜面L2を通過して直上方向に出射される The beam bundle of the non-effective light P1b emitted from the incident surface side of the prism sheet PS1 is reflected by the bandpass mirror 5b of the light source K4 arranged at the opposite position to be converted into the beam bundle of the effective light P1a. Converted. That is, the reflected light beam of the effective light P1a is incident on the lower surface side of the prism sheet PS1 as incident light having a left inclination, passes through a large number of prism inclined surfaces L2, and is emitted directly upward.
なお、この変換動作における、バンドパスミラーの役割は以下の通りである。まず光源K1における、バンドパスミラー5rはR光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するので、光源K1から発光されるR光の出射光P1はバンドパスミラー5rを通過してプリズムシートPS1に入射する。また光源K4におけるバンドパスミラー5bはB光の波長領域の光線のみが通過し、他の波長領域の光線を反射するのでプリズムシートPS1から入射するR光の入射光P1bは反射されてプリズムシートPS1に再入射することになる。 The role of the bandpass mirror in this conversion operation is as follows. First, since the bandpass mirror 5r in the light source K1 passes only light rays in the wavelength region of R light and reflects light rays in other wavelength regions, the emission light P1 of R light emitted from the light source K1 is the bandpass mirror 5r. And enters the prism sheet PS1. Further, since the bandpass mirror 5b in the light source K4 passes only light in the wavelength region of B light and reflects light in the other wavelength regions, the incident light P1b of R light incident from the prism sheet PS1 is reflected and is reflected in the prism sheet PS1. Will re-enter the beam.
すなわち、光源K4と光源K1とは各々のバンドパスミラーによって互いに相手の非有効光を有効光に変換する機能を果たしている。そしてこの2つの変換動作は同時におこなわれているものである。さらに対向配置された光源K3と光源K2も同様の相互交換機能を果たしているので、すべての光源の非有効光は有効光に変換されることになる。 That is, the light source K4 and the light source K1 have a function of converting each other's non-effective light into effective light by the respective band pass mirrors. These two conversion operations are performed simultaneously. Furthermore, since the light sources K3 and K2 arranged opposite to each other perform the same interchange function, the ineffective light of all the light sources is converted into effective light.
また、この相互交換機能はプリズムシートPS1のみが行うものではなく、上側のプリズムシートPS2でも行われる。すなわち下側のプリズムシートPS1から出射された有効光P4a、P1aもプリズムシートPS2の入射面側より入射した場合、プリズムシートPS1の時と同様に非有効光と有効光に分けられる。例えば図9に示す光源K4からの出射光P4aについて説明すると、プリズムシートPS1から出射された出射光P4aはプリズムシートPS2の下面側より入射したとき、図4に入射光P4で示すように右傾斜の入射光となるため、プリズムシートPS2におけるプリズム斜面U1が有効プリズム斜面となり、プリズム斜面U2が非有効プリズム斜面となる。 This mutual exchange function is not performed only by the prism sheet PS1, but also by the upper prism sheet PS2. That is, when the effective light P4a and P1a emitted from the lower prism sheet PS1 are also incident from the incident surface side of the prism sheet PS2, they are divided into ineffective light and effective light as in the prism sheet PS1. For example, the light P4a emitted from the light source K4 shown in FIG. 9 will be described. When the light P4a emitted from the prism sheet PS1 is incident from the lower surface side of the prism sheet PS2, it is inclined right as shown by the incident light P4 in FIG. Therefore, the prism slope U1 in the prism sheet PS2 becomes an effective prism slope, and the prism slope U2 becomes an ineffective prism slope.
この結果、プリズムシートPS2に入射した入射光P4aの大部分はプリズム斜面U2を通過して直上方向に出射されるが、プリズム斜面U1に当った光線は反射と屈折を繰り返してプリズムシートPS2の入射面側より出射されてプリズムシートPS1に戻ってくる。そして、このプリズムシートPS2からプリズムシートPS1に入射する光線はプリズムシートPS1の2つのプリズム斜面、すなわちプリズム斜面L1とプリズム斜面L2に均等に当るため2つに分割されてプリズムシートPS1を通過し、各光源のバンドパスミラーによって反射される。そしてこの反射によって非有効光から有効光に変換された後、再びプリズムシートPS1、PS2を通過して直上方向に出射される。以上の相互交換機能はすべての光源からの発光光線について同時に行われることは前述の通りである。 As a result, most of the incident light P4a incident on the prism sheet PS2 passes through the prism inclined surface U2 and is emitted in the directly upward direction. However, the light beam hitting the prism inclined surface U1 is repeatedly reflected and refracted to enter the prism sheet PS2. The light is emitted from the surface side and returned to the prism sheet PS1. The light beam incident on the prism sheet PS1 from the prism sheet PS2 passes through the prism sheet PS1 after being divided into two parts in order to equally hit the two prism slopes of the prism sheet PS1, that is, the prism slope L1 and the prism slope L2. Reflected by the bandpass mirror of each light source. Then, after being converted from the ineffective light to the effective light by this reflection, the light passes through the prism sheets PS1 and PS2 again and is emitted directly upward. As described above, the above interchange function is performed simultaneously for the light rays emitted from all the light sources.
図11は、図9に示す光源K4からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図である。図11においてX−Y軸に対する4つのゾーンは図2及び図3に示す光源配置に対応しており、P4はゾーンS4の光源K4からの入射光、P4b1はゾーンS1へ向う反射光で、プリズムシートPS1における全反射光とプリズムシートPS2における反射光の半分を加えた光量である。また、入射光P4b2はゾーンS2へ向う反射光で、プリズムシートPS2における反射光の半分の光量である。さらに光源K4からの入射光の場合はゾーンS3へ向う反射光は存在せず、その光線方向を点線で示してある。 FIG. 11 is a plan view showing the relationship between the incident light from the light source K4 shown in FIG. 9 and the reflected light from the two prism sheets PS1 and PS2 stacked on the XY plane. In FIG. 11, the four zones with respect to the XY axes correspond to the light source arrangement shown in FIGS. 2 and 3, P4 is the incident light from the light source K4 in zone S4, P4b1 is the reflected light toward zone S1, and the prism The amount of light is the sum of half reflected light from the sheet PS1 and half reflected light from the prism sheet PS2. Further, the incident light P4b2 is reflected light toward the zone S2, and is half the amount of light reflected from the prism sheet PS2. Further, in the case of incident light from the light source K4, there is no reflected light toward the zone S3, and the light beam direction is indicated by a dotted line.
X−Y平面においてはすべての光線方向はX軸から43.5°の方向であり、光量K4からの入射光P4はそのほとんどが直上方向に出射される。そしてその1部分はプリズムシートPS1で反射屈折されてゾーンS1へ向い、さらにプリズムシートPS2で反射屈折された反射光はプリズムシートPS1のプリズム面で2分されてそれぞれ半分づつがゾーンS1、S2へ向うことになる。上記説明はゾーンS4の光源K4の発光光線について行ったが、ゾーンS1、S2、S3の各光源からの発光光線についても同様の動作がおこなわれている。 In the XY plane, all the light beam directions are 43.5 ° from the X axis, and most of the incident light P4 from the light quantity K4 is emitted directly above. A portion of the reflected light is reflected and refracted by the prism sheet PS1 and travels toward the zone S1, and the reflected light that is reflected and refracted by the prism sheet PS2 is divided into two by the prism surface of the prism sheet PS1 and halved to the zones S1 and S2. I will go. Although the above description has been made with respect to the light emitted from the light source K4 in the zone S4, the same operation is performed for the light emitted from each light source in the zones S1, S2, and S3.
次に本発明の光源装置における光線の広がりについて説明する。図12は下側のプリズムシートPS1の下面に入射光P1及びP4が入射した時の光線の広がりを示す側面図である。この光源装置を照明装置とするとZ軸に平行方向が照明装置の出射光軸であり、Z軸からθ1(38.4°)傾いた方向が光源K1、K4からの入射光軸となる。また水平軸はプリズムシートPS1のX軸から43.5°回転した軸である。光源K1から光束幅がHの入射光P1をプリズムシートPS1の下面に入射した場合を考えると、斜め方向から水平面に向けて幅のある光線を入射させているため、入射面において光線の幅が広がり、1.28Hの幅の光線となって出射される。また、光源K4からの入射光P4も、光源K1の入射光P1と同様の条件で対称位置から入射され、同様の広がりとなる。 Next, the spread of light rays in the light source device of the present invention will be described. FIG. 12 is a side view showing the spread of rays when incident light P1 and P4 are incident on the lower surface of the lower prism sheet PS1. When this light source device is an illuminating device, the direction parallel to the Z axis is the outgoing optical axis of the illuminating device, and the direction inclined by θ1 (38.4 °) from the Z axis is the incident optical axis from the light sources K1 and K4. The horizontal axis is an axis rotated 43.5 ° from the X axis of the prism sheet PS1. Considering a case where incident light P1 having a light flux width H from the light source K1 is incident on the lower surface of the prism sheet PS1, a light beam having a width is incident from an oblique direction toward the horizontal plane, and therefore the width of the light beam on the incident surface is It spreads and is emitted as a light beam having a width of 1.28H. Further, the incident light P4 from the light source K4 is also incident from a symmetrical position under the same conditions as the incident light P1 of the light source K1, and has the same spread.
図13は、図12に示す光源装置において、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2に光源K1〜K4の4光源によって4方向から入射光を入射させた時の光線の広がりを示す平面図である。図13において点線はX軸から43.5°回転した軸である。またS14は光源K1とK4によって構成された照明光、S23は光源K2とK3によって構成された照明光であり、各々短軸が入射光の幅H、長軸が出射光の幅1.28Hの楕円形となっている。そしてこの2個の楕円形の照明光S14、S23は中心点を共通にして重ね合わされ、この結果斜線で示す2個の楕円形の重なり部分が4つの光源K1〜K4の合成された照明光Sとして利用できる。すなわち4つの光源K1〜K4をR光、B光、G光、G光にした場合には、照明光Sが混色された白色光Pwとして利用できる。 FIG. 13 is a plan view showing the spread of light rays when incident light is incident from four directions onto the two prism sheets PS1 and PS2 stacked in the light source device shown in FIG. 12 by four light sources K1 to K4. It is. In FIG. 13, the dotted line is an axis rotated by 43.5 ° from the X axis. S14 is illumination light composed of the light sources K1 and K4, and S23 is illumination light composed of the light sources K2 and K3. Each of the short axes has a width H of incident light and the long axis has a width of 1.28H of outgoing light. It is oval. The two elliptical illumination lights S14 and S23 are overlapped with a common center point. As a result, the two elliptical overlapping portions indicated by diagonal lines are the combined illumination light S of the four light sources K1 to K4. Available as That is, when the four light sources K1 to K4 are R light, B light, G light, and G light, they can be used as white light Pw in which the illumination light S is mixed.
(第2実施例)
次に本発明の第2実施例における光源装置について図14〜図16を参照しながら説明する。図14は下側のプリズムシートPS1の下面に光源K1、K4から入射光P1及びP4が入射した時の光線の広がりを示す側面図であり、第1実施例の光源装置における図12に対応するものである。従って図12の光源装置と同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図14の光源装置において図12の光源装置と異なるところは、光源K1及び光源K4とプリズムシートPS1の下面との間の光路中に光学装置として縦と横とで異なる曲率半径を有するレンズを設けたことであり、本実施例においてはアナモフィックレンズ12が、設けられている。
(Second embodiment)
Next, a light source device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a side view showing the spread of light when incident light P1 and P4 are incident from the light sources K1 and K4 on the lower surface of the lower prism sheet PS1, and corresponds to FIG. 12 in the light source device of the first embodiment. Is. Therefore, the same elements as those in the light source device of FIG. The light source device of FIG. 14 differs from the light source device of FIG. 12 in that a lens having a different radius of curvature is provided as an optical device in the optical path between the light source K1 and the light source K4 and the lower surface of the prism sheet PS1. In this embodiment, the
次に図14、図15により光線の広がり状態を説明する。いま光源K1から図15(a)に示すような直径がHの円形を有する入射光P1が放射された場合を考えると、この入射光P1はアナモフィックレンズ12を通ることによって、縦と横とで異なる光学変化を受けることにより、入射光P1は図15(b)に示すような横方向の長軸がHで、縦方向の短軸がHsの楕円形の光線形状となって下側のプリズムシートPS1の下面に入射する。この結果、斜め方向から水平面に向けて入射させた入射光P1は、入射面において光線の縦方向の幅が広がることで光線幅HsがHに広り、図10(a)に示す直径がHの円形を有する光線に復元して出射される。すなわち、入射光P1をアナモフィックレンズ12を用いて、予め斜光入射によって広がる分だけ縮めておくことによって、入射光と同一形状の出射光を得るようにしている。
Next, the spreading state of the light beam will be described with reference to FIGS. Considering the case where incident light P1 having a circular shape with a diameter H as shown in FIG. 15A is radiated from the light source K1, the incident light P1 passes through the
図16は、図14に示すアナモフィックレンズ12を有する光源装置において、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2に光源K1〜K4の4光源によって4方向から入射光を入射させた時の光線の広がりを示す平面図であり、第1実施例の光源装置における図13に対応するものである。図16において図13と異なるところは、光源K1とK4によって構成された照明光S14、光源K2とK3によって構成された照明光S23共に直径がHの円形となるため、重ね合わされた照明光Sも直径がHの円形となる。従って照明光S14、S23、Sはすべて斜線で示す1個の円形となっている。すなわち、第2実施例における光源装置は入射光のすべてを照明光として利用できるため、効率の良い照明装置となる。なお、図14の光源装置においては図7に示す第1実施例の光源装置の光路中にアナモフィックレンズ12を設ける構成を示したが、これに限定されるものではなく、各光源Kに設けられている集光レンズ2の替わりにアナモフィックレンズ12を設けても良い。また、アナモフィックレンズ12の出射面に反射膜を成膜して、バントパスミラーの機能を持たせても構わない。
FIG. 16 shows a light source device having the
(第3実施例)
次に本発明の第3実施例における光源装置について図17、図18により説明する。図17は第3実施例における光源装置の斜視図であり、図1に示す第1実施例の光源装置と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図17において20は光源装置であり、図1の光源装置10と異なるところは、光源K3の発光手段としてG・LEDの替わりにBlueYAG・LED1byを配置したことである。
(Third embodiment)
Next, a light source device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a perspective view of the light source device according to the third embodiment, and the basic configuration is the same as that of the light source device according to the first embodiment shown in FIG. Omitted. In FIG. 17, reference numeral 20 denotes a light source device, which is different from the light source device 10 of FIG. 1 in that a BlueYAG •
次にBlueYAG・LED1byの構成を説明する。図18は蛍光体混色型の白色発光装置であるBlueYAG・LEDの断面図である。1byはBlueYAG・LEDであり、電極31、32を有する基板33にB・LED1bが接続されており、該B・LED1bをYAG系の蛍光粒子35を混入した透明樹脂36でモールドしている。
Next, the configuration of the BlueYAG • LED1by will be described. FIG. 18 is a cross-sectional view of a BlueYAG • LED which is a phosphor-mixed white light emitting device. Reference numeral 1by denotes a BlueYAG • LED, and a B •
上記BlueYAG・LED1byの動作は、前記電極31、32に駆動電圧を印加するとB・LED1bが青色光Pbを発光する。そしてこの青色光Pbが透明樹脂36に混入された蛍光粒子35に衝突すると蛍光粒子35が励起されて波長変換が行われ、蛍光粒子35から黄色光Peが発光される。この結果BlueYAG・LED1byからは、前記B・LED1bから発光されて蛍光粒子35に衝突せずに出力される青色光Pbと、蛍光粒子35に衝突して波長変換された黄色光Peとが混合された蛍光系の白色光Pwyとして発光される。
In the operation of the BlueYAG • LED 1by, when a drive voltage is applied to the
図17に示すように、光源装置20は、光源K1にはR・LED1r、光源K2にはG・LED1g、光源K3にはBlueYAG・LED1by、光源K4にはB・LED1bを配置して混色を行っているため、R、G、BのLEDによる混色に加えてBlueYAG・LED1byによる蛍光系の白色光Pwyが混色されることによって演色性が良く明るい照明装置が実現できる。
As shown in FIG. 17, the light source device 20 performs color mixing by arranging R / LED 1r for the light source K1, G / LED 1g for the light source K2, BlueYAG / LED 1by for the light source K3, and B /
(第4実施例)
次に本発明の第4実施例における光源装置について図19から図22により説明する。図19は本発明の第4実施例における光源装置の斜視図、図20は図11と同様の各光源からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図であり、図20の(a)はゾーンS3の光源K3からの入射光を示し、(b)はゾーンS4の光源K4からの入射光を示し、(c)はゾーンS1の光源K1からの入射光を示し、(d)はゾーンS2の光源K2からの入射光を示すものである。図21は図1に示す本発明の第1実施例の光源装置10における光源K3からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図であり、図22は図19に示す本発明の第4実施例の光源装置における光源K3からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a light source device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 is a perspective view of a light source device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a relationship between incident light from each light source similar to FIG. 11 and reflected light from two stacked prism sheets PS1 and PS2. FIG. 20A shows incident light from the light source K3 in the zone S3, FIG. 20B shows incident light from the light source K4 in the zone S4, and FIG. Represents incident light from the light source K1 in the zone S1, and (d) represents incident light from the light source K2 in the zone S2. FIG. 21 shows the relationship between the incident light from the light source K3 and the reflected light from the two stacked prism sheets PS1 and PS2 in the XY plane in the light source device 10 of the first embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 22 is a plan view showing the relationship between the incident light from the light source K3 and the reflected light from the two prism sheets PS1 and PS2 stacked in the light source device of the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. It is a top view shown by an XY plane.
図19において30は光源装置であり、基本的構成は図1の光源装置10と同様であり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。光源装置30において光源装置10と異なるところは、光源K2と光源K4を入れ替えたことであり、光源装置10では光源K4がゾーンS4に配置され、光源K2がゾーンS2に配置されていたものを光源装置30ではゾーンS4に光源K2を、ゾーンS2に光源K4を配置したものである。こうすることによって反射光である非有効光の有効光への変換効率を高めている。 In FIG. 19, reference numeral 30 denotes a light source device, and the basic configuration is the same as that of the light source device 10 of FIG. 1. The light source device 30 is different from the light source device 10 in that the light source K2 and the light source K4 are replaced. In the light source device 10, the light source K4 is disposed in the zone S4 and the light source K2 is disposed in the zone S2. In the apparatus 30, the light source K2 is arranged in the zone S4, and the light source K4 is arranged in the zone S2. By doing so, the conversion efficiency of ineffective light, which is reflected light, into effective light is increased.
以下、その理由を説明する。図20は、各光源からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図であり、図20の(a)はゾーンS3の光源K3からの入射光を示し、(b)はゾーンS4の光源K4からの入射光を示し、(c)はゾーンS1の光源K1からの入射光を示し、(d)はゾーンS2の光源K2からの入射光を示すものである。すなわち図11で説明したように各光源からの入射光に対して2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係は、光源の存在するゾーンに対して対向するゾーンに多量の反射光が向い、もう一つゾーンに少量の反射光が向い、残りのゾーンには反射光が存在しないことは前述の通りである。そして各ゾーンからの入射光に対して反射光の存在しないゾーンは図20の(a)〜(d)に示す通りであり、(a)に示すように、ゾーンS3の光源K3からの入射光に対してはゾーンS4に反射光が存在せず、(b)のゾーンS4の光源K4からの入射光に対してはゾーンS3に反射光が存在せず、(c)のゾーンS1の光源K1からの入射光に対してはゾーンS2に反射光が存在せず、(d)のゾーンS2の光源K2からの入射光に対してはゾーンS1に反射光が存在しないことがわかる。 The reason will be described below. FIG. 20 is a plan view showing the relationship between incident light from each light source and reflected light from the two stacked prism sheets PS1 and PS2 in the XY plane, and FIG. 20A shows the zone S3. (B) shows the incident light from the light source K4 in the zone S4, (c) shows the incident light from the light source K1 in the zone S1, and (d) shows the light source in the zone S2. It shows the incident light from K2. That is, as described in FIG. 11, the relationship between the reflected light from the two prism sheets PS1 and PS2 with respect to the incident light from each light source is that a large amount of reflected light is present in the zone facing the zone where the light source exists. As described above, a small amount of reflected light is directed to the other zone and there is no reflected light in the remaining zones. The zones where no reflected light exists with respect to the incident light from each zone are as shown in FIGS. 20A to 20D, and as shown in FIG. 20A, the incident light from the light source K3 in the zone S3 In contrast, no reflected light is present in the zone S4, and no incident light is present in the zone S3 with respect to incident light from the light source K4 in the zone S4 in (b), and the light source K1 in the zone S1 in (c). It can be seen that there is no reflected light in the zone S2 with respect to the incident light from, and no reflected light in the zone S1 with respect to the incident light from the light source K2 in the zone S2 in (d).
図21は図1に示す第1実施例の光源装置10における光源K3からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図であり、図20に示す反射光の方向を考慮して反射光である非有効光の有効光への変換効率を検討したものである。すなわち光源装置10においてはR光、B光、G光の各発光光線を混色して出射するものであるが、現在のLEDではR・LED、B・LEDに比べてG・LEDの発光量が少ないためG・LEDを2個使用し、図21に示すようにゾーンS1にR・LED、ゾーンS2にG・LED、ゾーンS3にG・LED、ゾーンS4にB・LEDを配置している。 FIG. 21 is a plan view showing the relationship between incident light from the light source K3 in the light source device 10 of the first embodiment shown in FIG. 1 and reflected light from the two stacked prism sheets PS1 and PS2 in the XY plane. In view of the direction of the reflected light shown in FIG. 20, the conversion efficiency of ineffective light, which is reflected light, into effective light is examined. In other words, the light source device 10 emits R, B, and G light emitted in a mixed color, and the current LED emits light from the G / LED compared to the R / LED and B / LED. Since there are few G * LEDs, as shown in FIG. 21, R * LED is arranged in zone S1, G * LED is arranged in zone S2, G * LED is arranged in zone S3, and B * LED is arranged in zone S4.
この構成は2個のG・LEDを対向するゾーンS2、S3に配置しているため混色の条件としては最適な配置であるが、反射光である非有効光から有効光への変換効率
の面からみると若干低下する。すなわち各光源には各々バンドパスミラーが設けられていることは前述の通りだが、2個のG・LEDを有する光源K2と光源K3にはバンドパスミラーとして同じG光の波長領域を透過させるバンドパスミラー5g(斜線で示す)が設けられている。この結果、光源K3から発光された入射光P3の反射光P3bはゾーンS2に向うが、光源K2に設けられたバンドパスミラー5gはG光であるP3bを反射することができず、透過させてしまう。この結果反射光P3bが反射されて有効光に変換できない分だけ変換効率が低下することになる。
In this configuration, since two G • LEDs are arranged in the opposing zones S2 and S3, the arrangement is optimal as a color mixing condition. However, in terms of conversion efficiency from ineffective light that is reflected light to effective light. From the point of view, it decreases slightly. That is, as described above, each light source is provided with a band-pass mirror, but the light source K2 having two G • LEDs and the light source K3 transmit the same wavelength region of G light as the band-pass mirror. A
図22は図19に示す第4実施例の光源装置30における光源K3からの入射光と、積層された2枚のプリズムシートPS1、PS2からの反射光の関係をX−Y平面で示す平面図であり、光源装置30においてはG・LEDを有する光源K2がゾーンS4に、またゾーンS2にはB・LEDを有する光源K4が配置されている。この結果、光源K3から発光された入射光P3の反射光P3bはゾーンS2に向うが、ゾーンS2には光源K4が配置されており、この光源K4に設けられたバンドパスミラー5bによって反射され有効光に変換される。すなわち反射光P3bを透過させるバンドパスミラー5gを設けた光源K2は光源K3の反射光が存在しないゾーンS4に配置させることによって有効光への変換効率を高めることができる。
FIG. 22 is a plan view showing the relationship between incident light from the light source K3 and reflected light from the two stacked prism sheets PS1 and PS2 in the XY plane in the light source device 30 of the fourth embodiment shown in FIG. In the light source device 30, the light source K2 having G · LED is arranged in the zone S4, and the light source K4 having B · LED is arranged in the zone S2. As a result, the reflected light P3b of the incident light P3 emitted from the light source K3 is directed to the zone S2, but the light source K4 is disposed in the zone S2, and is reflected by the bandpass mirror 5b provided in the light source K4 and effective. Converted to light. That is, the light source K2 provided with the band-
上記のように同色の発光光源の配置は、対向するゾーンに配置せずに、お互いの反射光が存在しない隣接したゾーンに配置すれば良く、この同色の発光光源の配置は図22に示すゾーンS3、S4以外にもゾーンS1、S2に配置しても良いことがわかる。 As described above, the light emission sources of the same color may be arranged in adjacent zones where the reflected light does not exist without being arranged in the opposed zones. The arrangement of the light emission sources of the same color is the zone shown in FIG. It can be seen that other zones than S3 and S4 may be arranged in the zones S1 and S2.
(第5実施例)
次に本発明の第5実施例における光源装置について図23により説明する。図23は本発明の第5実施例における光源装置の斜視図である。図23において40は光源装置であり、基本的構成は図1の光源装置10と同様であり、同一要素には同一番号を付し重複する説明を省略する。光源装置40において光源装置10と異なるところは、ゾーンS3に配置されていた光源K3を単なる反射ミラー6に置き換えたことである。すなわち光源装置40においては光源としてはR光の光源K1、G光の光源K2、B光の光源K4の3光源を使用し、ゾーンS3に配置されている反射ミラー6は単に各光源からの反射光をすべて反射させて、非有効光から有効光への変換機能のみを行うものである。この構成においては光源K2に設けるG・LEDとしては、駆動電流を大きくして光量を増加させるか、または実装するG・LEDの数を増加させることにより、他のR・LEDやB・LEDとの光量をバランスさせることが望ましい。
(5th Example)
Next, a light source device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a perspective view of a light source device according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 23, reference numeral 40 denotes a light source device, and the basic configuration is the same as that of the light source device 10 of FIG. 1, and the same elements are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. The light source device 40 is different from the light source device 10 in that the light source K3 arranged in the zone S3 is replaced with a
(第6実施例)
次に本発明の第6実施例における光源装置の光源について説明する。図24は本発明の第6実施例の光源装置における光源の断面図である。図においてKは光源であり、ケース3の内部にLED1、2個のレンズ2a、2bが組み込まれ、第2レンズ2bの出射面にバンドパスミラー5の被膜が形成されている。すなわち本実施例における光源Kは、2個の集光レンズを用いてLED1の発光を十分に平行光線化するとともに、第2レンズ2bの出射面にバンドパスミラー5を被膜形成することによってバンドパスミラー5の一体化を行っており、さらに第2レンズ2bの出射面を凹レンズとすることにより反射光の集光性も良くしている。
(Sixth embodiment)
Next, a light source of the light source device according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is a sectional view of a light source in the light source device according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure, K is a light source, in which an
なお、バンドパスミラー5を被膜形成する第2レンズ2bの出射面は、凹レンズ(凹面鏡)に限らず凸レンズ(凸面鏡)や平面レンズでも良いが、それぞれ発光源であるLEDの発光状態や反射光の状態によって適宜決めることが望ましい。すなわち、LEDが多面発光のように広がりを有する光源の場合には、反射光を絞る機能を有する凹レンズが良く、LEDが中心に強度を有する点発光の場合は、反射光を広げる機能を有する凸レンズが望ましい。
Note that the exit surface of the second lens 2b forming the film of the
(第7実施例)
次に本発明の第7実施例における光源装置について図25により説明する。図25は本発明の第7実施例における光源装置の斜視図である。図25において60は光源装置であり、基本的構成は図1の光源装置10の1部であり、同一要素には同一番号を付し重複する説明を省略する。光源装置60において光源装置10と異なるところは、プリズムシートとしては1枚のプリズムシートPS1のみとし、光源としてもR・LEDを有する光源K1とB・LEDを有する光源K4の2光源としたことであり、プリズムシートPS1からの出射光は光源K1のR光と光源K4のB光が混色したカラー光Pcとなる。すなわち本実施例における光源装置60は1枚のプリズムシートによって2光源を混色させるとともに、バンドパスミラーによって非有効光を有効光への変換を行う構成であり、2光源の混色及びバンドパスミラーによる非有効光の有効光への変換動作は図7、図8で説明した通りである。なお、配置する光源は、目的とするカラー光Pcの色に応じて、任意に設定できる。
(Seventh embodiment)
Next, a light source device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 25 is a perspective view of a light source device in a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 25, 60 is a light source device, and a basic structure is one part of the light source device 10 of FIG. The difference between the
この1枚のプリズムシートの場合は2光源からの入射光をプリズムシートのプリズム列に対して斜光入射させることにより、2光源の光の合成ができる。本実施例における光源装置60は1枚のプリズムシートと2光源を組み合わせた簡単な構成によって、変換効率の良い混色を行うことができるため、効率良く混色された単色光として利用することができ、カラー照明装置等の利用が期待できる。
In the case of this one prism sheet, the light from the two light sources can be synthesized by making the incident light from the two light sources obliquely incident on the prism row of the prism sheet. Since the
(第8実施例)
次に本発明の光源装置をバックライトとする液晶表示装置の構成を説明する。図26は本発明の光源装置をバックライトとする液晶表示装置を模式的に示す断面図であり、10は図1に示す本発明の光源装置で、4個のバンドパスミラー5r、5g、5b、5gが内蔵されている状態を示している。7は液晶表示素子であり、上偏光板11、下偏光板12を備えている。8は液晶表示素子7と光源装置10の間に配置された反射型偏光変換素子、9は反射型偏光変換素子8と光源装置10に備えられたバンドパスミラー5との間に配置された位相差板である。そして前記液晶表示素子7、反射型偏光変換素子8、位相差板9によって液晶表示装置が構成され、光源装置10がバックライトを構成している。なお、光源装置は上記のいずれの光源装置でもかまわない。
(Eighth embodiment)
Next, a configuration of a liquid crystal display device using the light source device of the present invention as a backlight will be described. FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device using the light source device of the present invention as a backlight. Reference numeral 10 denotes the light source device of the present invention shown in FIG. 1, and four band-
次に、本発明の液晶表示装置における照明光の作用について説明する。図26において格子模様で示すPwは光源装置10からの出射光、斜線で示すPpは反射型偏光変換素子8を透過する光線(例えばP波光線)、梨地模様で示すPsは反射型偏光変換素子8で反射される光線(例えばS波光線)である。まず光源装置10から出射された出射光Pwは位相差板9を透過して反射型偏光変換素子8に向かう。そして反射型偏光変換素子8では出射光PwのうちのP波光線Ppは反射型偏光変換素子8を通過して液晶表示素子7を照明する。しかしS波光線Psは反射型偏光変換素子8で反射されて位相差板9を透過し光源装置10に戻る。
Next, the action of illumination light in the liquid crystal display device of the present invention will be described. In FIG. 26, Pw indicated by a lattice pattern is light emitted from the light source device 10, Pp indicated by oblique lines is a light beam that passes through the reflective polarization conversion element 8 (for example, P-wave light beam), and Ps indicated by a satin pattern is a reflective polarization conversion element. 8 is a light ray reflected at 8 (for example, an S wave ray). First, outgoing light Pw emitted from the light source device 10 passes through the phase difference plate 9 and travels toward the reflective
この光源装置10に逆入射されたS波光線Psは後述するように積層されたプリズムシートによって4方向に分散され、4個のバンドパスミラー5r、5g、5b、5gにより反射されて再び光源装置10から出射される。この再出射されたS波光線Psは位相差板9を通過することによってP波光線Ppに変換され、今度は反射型偏光変換素子8を通過して液晶表示素子7を照明する。なお、本実施例における位相差板9のレタデーションは位相差板を2回通過することによってS波光線がP波光線に変換されるように設定されている。
As described later, the S-wave light beam Ps incident on the light source device 10 is dispersed in four directions by the stacked prism sheets, and is reflected by the four band-
図27に反射型偏光変換素子8で反射されて光源装置10に逆入射される光線の状態を示す。図27は1例としてゾーンS1の光源K1から発光されたR光の成分を有する逆入射光線の状態を示し、逆入射された光線は4等分されて4個のバンドパスミラー5r、5g、5b、5gに向う。そしてR光の成分を有する光線は斜線矢印で示すように、バンドパスミラー5g、5bによって反射されるが、発光元のバンドパスミラー5rは透過するため反射が行われない。しかしバンドパスミラー5rを透過した光線は細線矢印で示すように、その一部の光線はLED素子の実装面に当って反射して行く。
FIG. 27 shows the state of light rays reflected by the reflective
上記のとおり、本発明の光源装置と液晶表示素子の組み合わせにおいてはバックライトの光路中に拡散性を高める部材を使用せずに、反射型偏光変換素子のリサイクルを効率よく行うことを可能とするものであり、位相差板を組み合わせることによってさらに効率を高めることができる。また、本実施例においては液晶表示素子7と光源装置10の間に位相差板9を配置しているが、光源装置を構成するプリズムシートに所望のレタデーションとなる複屈折特性を有するプリズムシートを用いることにより、この位相差板9を省略することができ、さらに薄型で低価格のバックライトを実現することが可能となる。
As described above, in the combination of the light source device of the present invention and the liquid crystal display element, it is possible to efficiently recycle the reflective polarization conversion element without using a member that enhances diffusibility in the optical path of the backlight. Therefore, the efficiency can be further increased by combining the phase difference plate. In this embodiment, the phase difference plate 9 is disposed between the liquid
以上、各実施例においては、光源装置の構成として、1枚プリズムシート、2枚プリズムシートの積層について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図28に示す光源装置のように、2枚または3枚のプリズムシートを任意に配置して複数光源の合成を行う構成においても、各光源の前方にバンドパスミラーを設けることにより、同様の目的を達成することができる。 As described above, in each of the embodiments, the lamination of the single prism sheet and the two prism sheets has been described as the configuration of the light source device. However, the present invention is not limited to this, and the light source device shown in FIG. Even in a configuration in which two or three prism sheets are arbitrarily arranged to combine a plurality of light sources, the same object can be achieved by providing a bandpass mirror in front of each light source.
上記のとおり、本発明によれば、プリズムシートによる薄型構成の光学系によって複数の光源からの入射光を効率良く合成することができるため、形状的に小型薄型で、光学的に光合成性能の優れた光源装置を提供することができる。そしてその応用範囲は広く、一般照明だけでなく、プロジェクター用の光源等に利用することができる。また、表示装置用のバックライトに利用することにより、光の利用効率の高い表示装置を実現できる。 As described above, according to the present invention, incident light from a plurality of light sources can be efficiently synthesized by a thin optical system using a prism sheet, so that the shape is small and thin, and optical synthesis performance is excellent. A light source device can be provided. Its application range is wide, and it can be used not only for general illumination but also for light sources for projectors and the like. In addition, a display device with high light use efficiency can be realized by using the backlight for the display device.
1 LED
1r 赤色LED
1b 青色LED
1g 緑色LED
1by BlueYAG・LED
2、2a、2b 集光レンズ
3 ケース
5、5r、5g、5b バンドパスミラー
6 反射ミラー
7 液晶表示素子
8 反射型偏光変換素子
9 位相差板
10、20、30、40、60 光源装置
12 アナモフィックレンズ
13 上偏光板
14 下偏光板
PS1、PS2 プリズムシート
K1、K2、K3、K4 光源
P1、P2、P3、P4 入射光
L1、L2、U1、U2 プリズム斜面
S1、S2、S3、S4 ゾーン
Po 集光点
S、S14、S23 照明光
31、32 電極
33 基板
35 蛍光粒子
36 透明樹脂
Pb 青色光
Pe 黄色光
Pwy、Pw 白色光
1 LED
1r red LED
1b Blue LED
1g green LED
1by BlueYAG ・ LED
2, 2a,
Claims (23)
前記各光源とプリズムシートの間に、対応する光源から出射された波長領域の光線を透過し、他の波長領域の光線を反射するバンドパスミラーが設けられていることを特徴とする光源装置。 A plurality of light sources having different emission wavelengths; a prism sheet having a plurality of fine prisms on one surface and a flat surface on the other surface; and the plurality of light sources on the incident surface side of the prism sheet. A light source device that outputs incident light from a plurality of light sources incident at a predetermined angle from the incident surface side of the prism sheet as emitted light obtained by mixing colors from the output surface side of the prism sheet. There,
A light source device characterized in that a band pass mirror is provided between each of the light sources and the prism sheet so as to transmit light in a wavelength region emitted from the corresponding light source and reflect light in another wavelength region.
The liquid crystal display device according to claim 21, wherein a phase difference plate is disposed between the reflective polarization conversion element and the bandpass mirror.
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