JP2008311091A - Lighting system and display device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、携帯情報機器、携帯電話、液晶テレビ等に用いられる液晶表示装置、及び非自発光型の表示素子を照明するフロントライトやバックライト等の照明装置に関する。また、住居やオフィス等の設備照明用装置にも関する。 The present invention relates to a lighting device and a display device used for an electronic device. In particular, the present invention relates to a liquid crystal display device used for a portable information device, a mobile phone, a liquid crystal television, and the like, and a lighting device such as a front light and a backlight for illuminating a non-self-luminous display element. The present invention also relates to equipment lighting equipment for residences and offices.
従来から、光源からの光を導光体の側面から入射して、導光体の上面(以下、出射面と称す)から出射させる、エッジライト方式の照明装置が知られている。光源には発光ダイオード(LED)等の点光源を用い、導光体の出射面とは反対側の面(以下、対向面と称す)には、多数の溝部やドットパターンが形成されている。また、出射面には光を拡散させる効果をもつ拡散パターンが形成されていることが多い。導光体の入光面(すなわち、光源と対向して、光源の光が入光する面)にはプリズムが形成されており、点光源を拡散して面光源化する機能を持つ。この導光体の材料として、空気よりも屈折率の高いポリカーボネート(PC)やアクリル(PMMA)などの透明樹脂が使用される。また、導光体の出射面側には拡散シートやプリズムシートが配置されるような構成が主流である。さらに、導光体の下部には反射シートが配置される。 2. Description of the Related Art Conventionally, an edge light type illumination device is known in which light from a light source is incident from a side surface of a light guide and is emitted from an upper surface (hereinafter referred to as an emission surface) of the light guide. A point light source such as a light emitting diode (LED) is used as the light source, and a large number of grooves and dot patterns are formed on a surface opposite to the light exit surface of the light guide (hereinafter referred to as an opposing surface). In addition, a diffusion pattern having an effect of diffusing light is often formed on the exit surface. A prism is formed on a light incident surface of the light guide (that is, a surface on which light from the light source is incident facing the light source), and has a function of diffusing a point light source into a surface light source. A transparent resin such as polycarbonate (PC) or acrylic (PMMA) having a refractive index higher than that of air is used as the material of the light guide. In addition, a configuration in which a diffusion sheet and a prism sheet are arranged on the light exit surface side of the light guide is the mainstream. Further, a reflection sheet is disposed below the light guide.
また、点光源ではなく、冷陰極管等の線光源を用いたエッジライト方式の照明装置も知られている(例えば、特許文献1を参照)。
従来の照明装置では、出射面から出る光を均一に分散させるために、導光体内部を反射と屈折を繰り返して出射するような光学設計を行っている。しかし、反射と屈折の回数が増えると、その分ロスする光も増え、結果的に光の利用効率が低下する問題があった。 In the conventional illumination device, in order to uniformly disperse the light emitted from the exit surface, an optical design is performed so that the inside of the light guide is repeatedly reflected and refracted. However, when the number of reflections and refractions increases, the amount of light lost increases accordingly, resulting in a problem that the light use efficiency decreases.
特にLED(発光ダイオード)等の点光源を使用する場合、導光体に入光する時に、プリズムや拡散層により一度拡散させることが多い。そのため導光体の内部同様、余計な反射と屈折が増え、やはり光利用効率の減少につながっている。 In particular, when a point light source such as an LED (light emitting diode) is used, it is often diffused once by a prism or a diffusion layer when entering the light guide. Therefore, like the inside of the light guide, extra reflection and refraction increase, which also leads to a decrease in light utilization efficiency.
また、より反射回数を増やし、面内の均一性を上げるために、拡散フィルムやプリズムシートを導光体上に設けることも多い。これらのフィルム類の存在は、照明装置の厚み及びコスト増加という問題の原因となっている。 In addition, in order to increase the number of reflections and increase the in-plane uniformity, a diffusion film or a prism sheet is often provided on the light guide. The presence of these films causes the problem of increased thickness and cost of the lighting device.
また、点光源とマイクロプリズム加工を施した導光体を組み合わせた、光の利用効率の高い照明装置も公開されているが、導光板のサイズを大きくしづらい問題がある。 In addition, a lighting device that combines a point light source and a light guide subjected to micro-prism processing and has high light utilization efficiency is disclosed, but there is a problem that it is difficult to increase the size of the light guide plate.
そこで、本発明は、光の利用効率が高く、薄型化、大型化が可能な照明装置、及び、表示装置を実現することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to realize an illumination device and a display device that have high light use efficiency and can be reduced in thickness and size.
上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光が入射する入射面と、照明光を出射する出射面と、出射面の反対側の対向面とを有する導光体を備える照明装置であって、導光体の出射面を鏡面とし、出射面に対して40°〜50°のプリズムを対向面に複数個設けることとした。さらに、点光源である発光ダイオードを隣接して同一基板上に実装し、限りなく線光源に近づけた。 In order to solve the above-described problems, an illumination device according to the present invention includes a light source, a light incident surface on which light from the light source is incident, an emission surface that emits illumination light, and a facing surface opposite to the emission surface. In the illumination device including the body, the light exit surface of the light guide is a mirror surface, and a plurality of prisms having an angle of 40 ° to 50 ° with respect to the light exit surface are provided on the opposing surface. Furthermore, a light emitting diode as a point light source was mounted adjacently on the same substrate, and it was as close as possible to a linear light source.
本発明によれば、出光面が鏡面であり、対向面に出光面に対して40から50度の角度でプリズムが設けられているので、出光面に対して垂直成分の光の出射が大幅に増え、プリズムシートを使用しなくても高輝度化が可能となった。本発明の構成により、高輝度かつ安価で薄型で大型化が可能な照明装置、及び、表示装置が実現できる。 According to the present invention, the light exit surface is a mirror surface, and the prism is provided on the opposite surface at an angle of 40 to 50 degrees with respect to the light exit surface. Increasing the brightness without using a prism sheet. With the structure of the present invention, a lighting device and a display device that are high-intensity, inexpensive, thin, and can be enlarged can be realized.
本発明の照明装置は、光源から出射された光を導光する導光体が配置されている。導光体には光を出射する面(この面を出射面と称す)とこの出射面に対向する面(この面を対向面と称す)がある。この対向面には、光を屈折・反射させる多数の凹状の反射構造であるプリズムが形成されている。プリズムは、対向面に対して40〜50度の角度でプリズムが形成されている。すなわち、プリズムは導光板の対向面に形成された凹部であるため少なくとも二つの面で構成されている。この二つの面のうち、光源に近い面が反射面である。この反射面と出射面のなす角度が40〜50度である。また、出射面にはパターンはつけておらず、鏡面仕上げにしてある。これにより、出射面に対して垂直成分の光の出射が大幅に増え、プリズムシートを使用しなくても高輝度化が可能となった。 The light guide which guides the light radiate | emitted from the light source is arrange | positioned at the illuminating device of this invention. The light guide has a surface that emits light (this surface is referred to as an exit surface) and a surface that faces the exit surface (this surface is referred to as an opposing surface). A large number of concave reflecting structures that refract and reflect light are formed on the facing surface. The prism is formed at an angle of 40 to 50 degrees with respect to the opposing surface. That is, since the prism is a recess formed on the opposing surface of the light guide plate, it is composed of at least two surfaces. Of these two surfaces, the surface close to the light source is the reflecting surface. The angle formed by the reflecting surface and the emitting surface is 40 to 50 degrees. Further, the exit surface is not provided with a pattern, and has a mirror finish. As a result, the emission of light having a component perpendicular to the emission surface is greatly increased, and high brightness can be achieved without using a prism sheet.
また、プリズムは上視形状が線状のプリズムであり、このプリズム高さを光源から遠ざかるにつれて高くなるように構成すると、出射面における輝度の均一化が図れる。あるいは、プリズムを上視形状が線状のプリズムで構成し、光源から近い順にプリズムの番地を付与したときに、線状のプリズムピッチと番地の関係が二次関数となるようにした。あるいは、線状のプリズムのピッチを、光源に近いほど広く、光源から遠ざかるにつれて狭くなっていく構成とした。光源に近いところのピッチを100μm程度に、最も遠いところで40μm程度の設計とした。また、プリズムの上視形状を直線とした。 The prism is a prism having a linear shape when viewed from above. If the prism height is increased as the distance from the light source increases, the brightness on the exit surface can be made uniform. Alternatively, when the prism is composed of a prism having a linear shape when viewed from the top, and the prism addresses are assigned in order from the light source, the relationship between the linear prism pitch and the address is a quadratic function. Alternatively, the pitch of the linear prisms is wider as it is closer to the light source, and becomes narrower as the distance from the light source is increased. The pitch near the light source is designed to be about 100 μm, and the farthest distance is about 40 μm. The top view of the prism is a straight line.
また、光源に線状光源を用いることにより、光の利用効率の高い照明装置の大型化が容易に実現できる。複数の発光ダイオード(LED)素子を単一の基板上に実装し、蛍光体や拡散粒子を分散した透明封止剤をポッティングし、LED素子の間に反射フレームを設けた構成により、点光源であるLEDをあたかも線光源のように使用できる。 Further, by using a linear light source as the light source, it is possible to easily realize an increase in the size of a lighting device with high light use efficiency. A point light source with a configuration in which a plurality of light emitting diode (LED) elements are mounted on a single substrate, a transparent sealant in which phosphors and diffusing particles are dispersed is potted, and a reflective frame is provided between the LED elements. A certain LED can be used as if it were a line light source.
このような線状光源の明暗と位置関係に対応するように、線状のプリズムの上視形状を波型形状としてもよい。あるいは、線状光源の暗い部分にのみ対応するように、断片プリズムを配置してもよい。 The top view shape of the linear prism may be a corrugated shape so as to correspond to the brightness and the positional relationship of such a linear light source. Or you may arrange | position a fragment | piece prism so that it may respond | correspond only to the dark part of a linear light source.
また、本発明の表示装置は、上述のいずれかの構成の照明装置を非自発光型の表示素子に用いることとした。 In the display device of the present invention, the lighting device having any one of the above structures is used as a non-self-luminous display element.
本発明の第一の実施例を図1、図4、図5、図8および図9を用いて説明する。図1に本実施例の照明装置の断面構成を模式的に示す。図示するように、光を出射する光源1の側方に、光源1から出射された光を導光する導光体2が配置されている。導光体2には光を出射する面(この面を出射面2aと称す)とこの出射面に対向する面(この面を対向面2bと称す)がある。この対向面2bには、光を屈折・反射させる多数の凹状の反射構造であるプリズム3が形成されている。このプリズム3は、光を屈折又は反射させる反射面を備えている。出射面2aにはパターン等はなく、鏡面仕上げにしてある。導光体2は透明樹脂の成型品であり、材料としては、ポリカーボネートやアクリル樹脂を用いることが多い。導光体2の対向面2bに対向するように反射シート4が配置されている。本実施例では、反射シート4は光源1を覆うように構成されており、漏れ光を防ぎ、光の利用効率を向上する効果がある。このような反射シート4の替わりに、例えば反射機能を有するフレームや両面シートを用いることができる。また、本実施例では対向面2b側に反射シート4を配置しているが、出光面2a側に反射シート4を配置してもよい。この場合は、出光面2aから出光した光は反射シート4で反射されて、もう一度導光体2に戻り、対向面2bから出光することになる。そして、反射シートとして拡散機能を有するものを用いることにより、光の分散性が向上し、均一性が良くなり、ムラが見え難くなる。反面、輝度効率が若干低下するというデメリットもある。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 4, 5, 8, and 9. FIG. FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration of the illumination device of the present embodiment. As shown in the drawing, a
図5に本実施例の光源1の断面構成を拡大して示す。光源1は複数のLED素子8と、LED素子8の間に設けられた反射フレーム9を有している。基板上に実装された複数のLED素子8は、蛍光体や拡散粒子が分散された透明封止剤7によりポッティングされている。青色発光のLED素子8と、青色光で励起して黄色に発光する蛍光体を用いれば、光源1からは青色光と黄色光の混色による白色光が出光する。従来のLEDパッケージの場合、LED素子の近くと遠くでの光度差が大きく、LED素子の前には目玉と呼ばれる輝度ムラが発生しやすい傾向があった。しかし、本実施例の場合、複数のLED素子8が隣接してひとつの基板に実装されている。更に反射フレーム9がLED素子8からの発光を効率よく分散したり、また透明封止剤7に拡散剤を分散したり、またその封止形状を工夫することにより、点光源であるLEDをあたかも線光源のように使用できるような設計となっている。
FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional configuration of the
図4に対向面2bに設けられた反射構造の拡大断面図を示す。ここでは対向面2bが出射面2aに対して平行に構成されている。対向面2bにはプリズムが対向面に対して40〜50°のプリズム角度5で形成されている。プリズム角度5の最適角度は、導光体のサイズや厚み、材質等のパラメーターによって微妙に変動するが、ほとんどの場合に40〜50°の範囲に最適角度が存在する。対向面2bとほぼ平行な角度で光がプリズムにぶつかると、多くの成分が対向面2bに垂直な方向に反射する。反射した光は、出射面2aとも垂直にぶつかるが、ほとんどの成分が反射することなく、出射面から出射する。出射面2aは鏡面仕上げにしてあるため、出射面に対して垂直以外の光成分は、出射面にぶつかったときに反射して導光体内部に戻ることとなる。従来の導光体設計では、出射面に拡散パターンやプリズムパターンを設けることが多いが、本発明では出射面2aを鏡面としているため面に対して垂直な成分の光の出光率が増えることとなる。そのため、非常に指向性の高い導光体となる。
FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of the reflecting structure provided on the facing
図8に本実施例の照明装置の正面図を模式的に示す。光源1に対してプリズム3は平行に配置されている。本実施例では、プリズム3のピッチは、光源1に近いほど広く、光源から遠ざかるにつれて狭くなる構成であり、光源に近いところは100μmで、最も遠いところは40μmの設計となっている。また、プリズムの上視形状は直線である。このとき、仮にプリズムに番地をつけて、光源に最も近い番地を1とした場合、番地と最適プリズムピッチの関係は二次関数に落ち着く。この二次関数は、「最適ピッチ=a×番地2 +b」と表すことができる。ここで、a及びbは、導光体の屈折率、サイズ、光源の放射特性等によって変化する係数である。本実施例では、係数a=1.2×10-4、係数b=10−7で最適化ができた。
FIG. 8 schematically shows a front view of the illumination apparatus of the present embodiment. The
最適ピッチはプリズム高さ6によっても異なる。本実施例のプリズム高さは10μmで設計した。しかし、プリズム高さは1〜50μmの範囲で変更することが可能である。基本的に、高さを低くすると、光の均一性が上昇し、バックライトとして使用する際に表示品位が向上するが、金型作製のコストとリードタイムが増加する。高さを高くすると、プリズムの本数を減らすことができるが、減らしすぎるとプリズムの線がLCD越しにも見えてしまうような線欠陥的不良の原因になることがある。
The optimum pitch varies depending on the
図9に本実施例の照明装置を具備した表示装置の断面図を示す。光源1の光は導光体2に入光し、導光体に設けたプリズムによって出光面から出光して液晶パネル11を照明する。導光体をフレーム10で覆うことによって、非常に高輝度な液晶表示を実現できる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a display device provided with the illumination device of this embodiment. The light from the
本実施例の照明装置の上面図を図6に模式的に示す。実施例1と異なる点は、導光体2のプリズム3の正面形状である。実施例1ではプリズム形状を直線とした。それは光源1が限りなく線光源に近く、正面における輝度ムラが皆無である前提であった。しかしながら、光源1の構造のみで完全に輝度ムラを消し去ることは困難であり、実際はLED素子があるところでは明るく、無いところは暗くなる傾向にある。そこで、本実施例では、プリズム3の上視形状を波型とした。光源1の複数のLED素子から、それぞれ放射線状に光がでてくるため、LED素子に近いところから円弧を描くようにプリズムを形成した。これによって、輝度ムラの低減が可能である。本発明でも、複数のLED素子が基板上に実装されているため、それぞれのLED素子に対応する円弧がつながるパターンとなり、結果的に波型の形状となる。
FIG. 6 schematically shows a top view of the illumination device of this example. The difference from the first embodiment is the front shape of the
本実施例の照明装置の上面図を図7に模式的に示す。実施例1、2と異なる点は、導光体2のプリズム3の上視形状である。前述の各実施例では、プリズムは連続的につながっていた。しかし、本実施例では断片的にプリズムが配置されている。実施例2で説明したとおり、LED素子から遠いエリアは暗くなる傾向にある。そこで、LED素子のないエリアには、実施例1にあるような連続した直線のプリズムだけではなく、断片的な短辺のプリズム13を配置した。これによって、いままでは暗くなっていたエリアを明るくすることができる。反面、断片的なプリズムが液晶パネル越しに見えてしまうような不具合を生じることがあるが、断片的プリズムの形状を、高さを低くしたり、中央付近を高くして端付近を低くしたりすることによって防ぐことができる。
FIG. 7 schematically shows a top view of the illumination device of this example. The difference from the first and second embodiments is the top view shape of the
本実施例の照明装置の断面構成を図2に視式的に示す。実施例1と異なる点は、対向面2bに配置するプリズム3の高さとピッチである。実施例1では、光源から離れるにつれてプリズム3のピッチが狭まるような設計をした。本実施例では、ピッチを等間隔にして高さを変化させるような設計とした。光源に近いほどプリズム3は低く、遠くなるほど高くなるような設計とした。実施例1のように、プリズムのピッチを変化させると、液晶パネルのドット間ピッチと干渉しやすいプリズムのピッチが存在する場合がある。本実施例のように、ピッチが一定であれば、液晶パネルとの干渉を回避しやすいメリットがある。しかしながら、本実施例のような導光体の金型は精度よく加工することが困難であるというデメリットもあるため、プリズムの高さを可変とするか、ピッチを可変とするかは、TPOにあわせて選択する必要がある。
A cross-sectional configuration of the illumination device of the present embodiment is schematically shown in FIG. The difference from the first embodiment is the height and pitch of the
本実施例の照明装置の断面構成を図3に視式的に示す。第1、第4の実施例の場合、導光板2を成型する金型は、凸形状になる。その場合、凹形状と比較して削るエリアが大幅に増加するため、金型を作成しづらいという課題があった。先に凹形状で作成して、電鋳するような手法もあるが、作成のリードタイムもコストもかかる。そこで、本実施例ではプリズムの断面形状を変更した。図4で示したように、光源1から導光板2に入光した光は、プリズム角度(プリズムの反射面が導光板の出射面となす角度)が40〜50度の範囲にあれば、多くの成分がプリズムの反射面で導光板の出射面の垂直方向に反射する。プリズムは導光板の表面に形成された凹部であり、少なくとも二つの面で構成されている。この二つの面のうち、光源に近い面が反射面である。光源から遠い方の面を傾斜面と称すると、この傾斜面は、導光板からの出射光に関してあまり寄与していない。そこで、本実施例では、金型の製造を重視し、プリズムの傾斜面が導光板の出射面となす角度をなだらかにし、反射面の底辺と傾斜面の底辺が接触するように設計した。このようなプリズム形状にすることによって、金型としては凸でも凹でもなくなり、作製しやすくなる。また、従来の機械加工技術で金型作製が可能であり、大型化が容易である。
A cross-sectional configuration of the illumination device of the present embodiment is schematically shown in FIG. In the case of the first and fourth embodiments, the mold for molding the
本発明に係る照明装置、及び、表示装置は、例えば、携帯電話、PDA、カーナビゲーション、テレビ等の表示機器に適用できる。また、住居やオフィス等の設備照明用装置にも適用できる。 The illumination device and the display device according to the present invention can be applied to display devices such as a mobile phone, a PDA, a car navigation system, and a television. It can also be applied to equipment lighting equipment such as a residence or office.
1 光源
2 導光体
2a 出射面
2b 対向面
3 プリズム
4 反射シート
5 プリズム角度
6 プリズム高さ
7 透明封止樹脂
8 LED素子
9 反射フレーム
10 フレーム
11 液晶パネル
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記光源からの光が入射する入射面と、照明光を出射する出射面と、前記出射面の反対側の対向面とを有する導光体を備える照明装置において、
前記導光体の出射面を鏡面とし、前記出射面に対して40°〜50°のプリズムを前記対向面に複数個設けることを特徴とする照明装置。 A light source;
In an illuminating device comprising a light guide having an incident surface on which light from the light source is incident, an exit surface that emits illumination light, and a facing surface opposite to the exit surface,
An illuminating device characterized in that the exit surface of the light guide is a mirror surface, and a plurality of prisms of 40 ° to 50 ° are provided on the facing surface with respect to the exit surface.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2010245010A (en) * | 2009-04-10 | 2010-10-28 | Mitsubishi Electric Corp | Backlight and display equipped with the same |
JP2015201319A (en) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | シチズンホールディングス株式会社 | Led lighting device |
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- 2007-06-15 JP JP2007158122A patent/JP2008311091A/en active Pending
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