JP2010267524A - Lighting device and display 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、カーナビゲーションシステム、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 in a car navigation system, a liquid crystal television, and the like, and an illumination device such as a front light and a backlight that illuminate a non-self-luminous display element. The present invention also relates to equipment lighting equipment for residences and offices.
従来から、カーナビゲーションシステムのように、運転席と助手席といった特定の2方向に観測者が居る場合に、その2方向から最も明るく見える照明装置が提案されている。このような照明装置では、面光源の出光面に、頂角が約90°のプリズムを持ったプリズムシートを、プリズムの頂角が出光面側を向くように配置する構成により、2方向へ光を配光することが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, when there are observers in two specific directions, such as a driver's seat and a passenger's seat, as in a car navigation system, an illumination device that appears brightest from the two directions has been proposed. In such an illuminating device, a prism sheet having a prism with an apex angle of about 90 ° is arranged on the light exit surface of the surface light source so that light is emitted in two directions so that the apex angle of the prism faces the light exit surface. Is known to distribute light (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の図2に開示された照明装置では、出光面の正面に輝度のピークを有するように導光体の出光面の中心部から拡散した光が出光されている。このような配光特性を持つ照明装置では、導光体から出る光は特定方向に指向性をもたないので、出光方向を制御することが難しい。そのため、導光体の上にプリズムシートを配置した場合に、導光体から出光された光を効率よくプリズムシートへ入射させることができず、照明装置の輝度が低下する傾向にあった。また、プリズムシートによって配光される光の方向はある一定の角度のみに限られていた。
In the illumination device disclosed in FIG. 2 of
さらに、このような配光特性を持つ照明装置は、導光体の出光面に複数の光学フィルムを配置する必要があるため、照明装置の厚みが厚くなり、製造コストが増加した。また、これらの光学フィルムとプリズムシートが重ねられるため、照明装置が振動するとプリズムシートのプリズムがこすれるという問題もあった。 Furthermore, since the lighting device having such a light distribution characteristic requires a plurality of optical films to be disposed on the light output surface of the light guide, the thickness of the lighting device is increased and the manufacturing cost is increased. Further, since these optical films and the prism sheet are overlapped, there is a problem that the prism of the prism sheet is rubbed when the illumination device vibrates.
上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を側面から入射し上面から垂直方向に光を出射する導光体を備え、導光体上に導光体から出射された光を2方向へ配光するプリズムシートが配置される構造とした。さらに、導光体の入光面に凹部を光源に対向するように形成し、光源の出光部から出光方向に放射線状にのびた放物面が入光面に接続している。導光体の出射面と反対の対向面にはプリズムが配置され、このプリズムにより入光面からの光が反射されて垂直方向に出射する。 In order to solve the above-described problems, an illumination device according to the present invention includes a light source and a light guide that enters light from the light source from a side surface and emits light in a vertical direction from the upper surface. A prism sheet that distributes the emitted light in two directions is arranged. Further, a concave portion is formed on the light incident surface of the light guide so as to face the light source, and a parabolic surface extending radially from the light emitting portion of the light source in the light emitting direction is connected to the light incident surface. A prism is disposed on the opposite surface of the light guide opposite to the exit surface, and light from the light incident surface is reflected by this prism and emitted in the vertical direction.
さらに、導光体の出射面にプリズムを設けることにより、プリズムシートを透過する光の角度と強度を補正した。 Furthermore, the angle and intensity of the light transmitted through the prism sheet were corrected by providing a prism on the exit surface of the light guide.
本発明によれば、導光体の出射面から出射される光を制御することができ、光を効率よく利用した高輝度で薄型の照明装置を提供することができる。また、プリズムシートによって配光される光の角度や強度を調整することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light radiate | emitted from the output surface of a light guide can be controlled, and the high-intensity and thin illuminating device which utilized light efficiently can be provided. In addition, the angle and intensity of light distributed by the prism sheet can be adjusted.
本発明の照明装置を、図1〜図3に基づいて説明する。図1は、本発明の照明装置を模式的に示す俯瞰図である。図示するように、光源1からの光を導光して出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体2の出射面上に、出射面から出射された光を特定の2方向に配光するプリズムシート3が設けられている。導光体2は入光部2aと発光部に大別できる。入光部2aは、光源1の出光部に向かい合う入光面と、光源1の出光部から出光方向に放物線状に形成された放物面を備えている。図示するように、光源が複数個設けられている場合、各光源1の間隔と対向する入光部2aに放物面が形成されることとなる。また、入光部2aの入光面に近接して光源1が配置されている。導光体2は、入光部2aの入光面から入射した光を導光して発光部の出射面から出射する。入光部2aの入光面には光源1の出光部に対向するように凹部が形成されている。入光部2aで光源1からの光は一定の方向に揃えられて導光体2の内部に導入され、出射面から垂直方向に指向性を有する光が出射する。
The illuminating device of this invention is demonstrated based on FIGS. 1-3. FIG. 1 is an overhead view schematically showing the illumination device of the present invention. As shown in the figure, the light emitted from the emission surface is specified on the emission surface of the
図2は、図1の照明装置を光源の後方から見た側面図である。図示するように、導光体2の出射面の上方には、導光体2の出射面からの光を2方向へ配光するプリズムシート3が配置されている。プリズムシート3はプリズムの頂角が導光体2の出射面と対向するように配置されている。図3は図2の一部を拡大した図面で、本照明装置の光の挙動を表している。光源1から出光した光は導光体2へ入光し、導光体2の出射面2eからほぼ垂直に出射してプリズムシート3に入射する。プリズムシート3のプリズムは出射面2eからの出射光を2方向に配光する機能をもつ。プリズムシート3のプリズムの頂角は60度〜110度が望ましい。垂直な光の成分を持つ出射光7のうち、プリズムを構成する斜面3aにあたった光は、屈折して出射光7aとなり、プリズムシートの上面から出光する。また、同様に、出射光7のうち、プリズムを構成する斜面3bにあたった光も屈折して出射光7bとなり、プリズムシートの上面から出光する。このようにして、垂直な光の成分を有する出射光7はプリズムシートのプリズムによって特定の2方向に配光され、プリズムシート3から出光する。
FIG. 2 is a side view of the illumination device of FIG. 1 as viewed from the rear of the light source. As shown in the figure, a
次に、光源1から出光した光を導光体2の出射面2eからほぼ垂直に出射させる構成について図1をもとに説明する。前述のように、入光部を、凹部が形成された入光面と放物面で構成することによって、広範囲に発光される光源の光を一定の方向に揃えて導光体2の内部に導入させることが可能になる。そして、導光体2には、入光面から入射した光を出射面から出すために反射構造体が形成されている。入光部により一定方向に揃った光はこの反射構造体で反射され、導光体2の出射面から垂直に出射する。
Next, a configuration in which light emitted from the
このとき、反射構造体のピッチを等間隔にして、高さを変化させてもよい。すなわち、反射構造体の高さを光源から遠くなるほど高くする。あるいは、反射構造体の高さを一定とし、ピッチを可変としてもよい。すなわち、反射構造体のピッチを光源から遠くなるにつれて狭くする。 At this time, the height may be changed by setting the pitches of the reflecting structures at regular intervals. That is, the height of the reflecting structure is increased as the distance from the light source increases. Alternatively, the height of the reflecting structure may be constant and the pitch may be variable. That is, the pitch of the reflecting structure is reduced as the distance from the light source increases.
さらに、導光体2の出射面とプリズムシート3の間に、出射面からの光の方向や強度を補正する第二反射構造体を設けた。導光体の入光面と略直角を成す上プリズムを導光体2の出射面に形成して、第二反射構造体としてもよい。この上プリズムの頂角は、40°〜170°の範囲である。上プリズムは、導光体2の発光部の全面だけでなく入光部にも形成されることが望ましい。光源にできるだけ近い位置まで上プリズムを形成するとよい。このとき、入光部には発光部の出射面に形成されたプリズムの形状と異なる形状のプリズムを形成する。入光部の上プリズムは入光部から出る光の方向が揃うような形状とし、発光部の上プリズムは出射面からの光の方向や強度を補正するような形状とする。
In addition, a second reflecting structure that corrects the direction and intensity of light from the exit surface is provided between the exit surface of the
また、本発明の表示装置は、非自発光型の表示素子を上述のいずれかの構成の照明装置で照明する構成とした。 The display device of the present invention is configured to illuminate a non-self-luminous display element with the illumination device having any one of the above-described configurations.
本実施例を図4〜図6を用いて説明する。図4に、導光体2の入光部2aの形状を拡大して示す。図示するように、光源1と対向する入光面に台形状の凹部2bが設けられている。台形の短辺は0.2〜0.6mm、長辺は1.0〜1.2mm、高さは0.5〜1.0mm程度であり、最適値は光源1の配光特性等によって異なる。また、光源1の出光部から出光方向に沿って放物線状に放物面2dが伸びている。放物面2dの曲線は放物面2dを形成する放物線の焦点位置によって決められ、焦点位置は光源1から出射面に沿って水平におおよそ0.5〜0.7mmの範囲内である。凹部の形状、放物線およびその焦点位置は光源1の配光特性に合せて最適化される。本実施例では凹部形状を台形としたが、半円や、三角形、もしくは多角形等の形状であっても同様の効果が得られる。また、本実施例では、放物面2dを曲面により形成したが、角度をつけて組み合わされた複数の平面によって形成し、多角形状としてもよい。放物面2dを多角形状とした場合には、配光を自在に制御でき、より高輝度かつ高均一な照明装置が実現できる。
This embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the shape of the
導光体2の出射面や対向面にはプリズムやドットなどの反射構造体が形成されている。導光体2に入光した光は、導光体内部を導光しながら進行し、反射構造体にあたることにより導光体2の出射面から出光する。本実施例の入光部2aは、反射構造体にあたったときに、出射面から垂直に(言い換えると、観察者の方向に)出るような光の成分をより多く導光体内に入射させることができる。入光部2aは光源1の光を三方向に分けつつ、一部の成分の方向を変換する機能を有している。光源1から出光した光は、台形状の凹部2bにぶつかり、台形の短辺から導光体2に入光してそのままほぼ直線状に進む直進成分8aと、台形の2つの斜辺から屈折して入光する成分にわかれる。この成分は放物面2dにあたり、多くの成分が全反射して反射成分8bとなり、直進成分8aとほぼ同じ方向に進む。すなわち、入光部の入光面に台形状の凹部2bと放物面2dを設けることにより、光源1からの光の方向をそろえることができる。放物面2dの焦点距離は光源1から0.5〜0.7mm程度である。直進成分8aと反射成分8bの光は導光体2に形成された反射構造体にあたり、出射面から出射する。
Reflective structures such as prisms and dots are formed on the exit surface and the opposing surface of the
次に、図5に、反射構造体として導光体の対向面に下プリズムが形成された照明装置の要部を模式的に示す。導光体2には前述の入光部2aが形成されているため、光源1から出光した光は、大部分が下プリズム5に対して垂直な成分となる。下プリズム5の頂線に対して垂直な方向の光は、下プリズム5で反射して出射面から垂直に出射することになる。そのため、導光体からの出光効率を非常に高くすることができる。
Next, FIG. 5 schematically shows a main part of an illumination device in which a lower prism is formed on the opposite surface of the light guide as a reflective structure. Since the
下プリズム5が形成された導光体2を持つ照明装置の断面構成を図6に模式的に示す。
導光体2は出射面2eと対向面を有する。出射面2eの上方には、プリズムシート3のプリズムの頂角が出射面2eと対向するように、プリズムシート3が配置されている。プリズムシート3のプリズムは頂角がおよそ60°〜110°である。基本的に、プリズム頂角が小さいほど2方向に配光される光の相対角度が広く、頂角が広がるほど2方向に配光される光の相対角度は狭くなる。プリズムの頂角が60度を下回る場合、導光体2から出光した出射面に垂直な光の多くがプリズムを形成する斜面で反射するため、2方向へ配光される光の強度が弱まる。また、プリズム頂角が110°以上の場合は、プリズムシート内部へ光が導光される際に、光の角度変化が小さくなり、明確に2方向へ光を配光する事が困難となる。
FIG. 6 schematically shows a cross-sectional configuration of the illumination device having the
The
導光体2の対向面の下方には、反射シート4が設置されている。反射シート4はPET等の透明フィルムに銀やアルミニウムを蒸着したようなタイプや、白色PETや住友3M社製のESR等が使用されることが多い。光源1、導光体2、反射シート4を機構的に支持し、かつ漏れ光を防止し光の利用効率を向上するためにフレーム6を用いた。すなわち、フレーム6の上に反射シート4を配置し、反射シート4の反射面と対向面が向かい合うように導光体2を配置する。フレーム6は白色ポリカーボネート等の樹脂成形品の場合が多い。フレーム6を更にアルミニウム等のメタルフレームで覆うこともある。
Below the facing surface of the
下プリズム5は導光体2の下表面(対向面)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1に近い面が反射面2fである。光源1から導光体2に入光した光は、前述の通り、直進成分8aと反射成分8bとに分かれ、下プリズム5の頂線に対して垂直に下プリズム5にぶつかる。そのため、多くの成分が出射面2eから出射しやすい。また、プリズム角度(下プリズム5の反射面2fが導光体の出射面2eとなす角度)が40〜50度の範囲にあれば、多くの成分が下プリズム5の反射面2fで導光体2の出射面2eと垂直な方向に全反射する。本実施例では、下プリズム5のピッチを等間隔とし、高さを変化させるように設定した。光源1に近いほど下プリズム5は低く、遠くなるほど高い。プリズムが形成された導光体と液晶パネルと組み合わせて使用する場合、液晶パネルのドット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。
The
また、導光体2の厚みやサイズよって下プリズム5の高さを非常に小さくしなければならない場合は、逆に、反射構造体の高さを一定とし、ピッチを可変とすることで同等の効果を得ることができる。
On the other hand, when the height of the
以上のような構成により、導光体2の出射面2eから出射される光の出射方向が、垂直方向に揃えられ、光を効率よくプリズムシートに入射させることができる。
With the configuration as described above, the emission direction of the light emitted from the
本実施例の照明装置は、導光体2の出射面2eにプリズムを設けた点で実施例1と異なり、その他の構造で実施例1と同じである。図7に導光体2の出射面2eにプリズムが形成された構成を模式的に示す。図示するように、導光体2の出射面2eには、下プリズム5の配列方向に対して直交する配列方向をもつ上プリズム9が形成されている。このような上プリズム9を形成することで、導光体2から出射しプリズムシート3へ入射する光の方向や強度を補正することが出来る。
The illumination device of the present embodiment is different from the first embodiment in that a prism is provided on the
上プリズム9の頂角は、40°〜170°という広い範囲で設定される可能性がある。上プリズム9は、導光体2の発光部全面だけでなく、入光部2aの上面にも形成されることが望ましい。すなわち、光源1にできるだけ近い位置まで形成することが望ましい。入光部2aの上面まで上プリズム9を形成することにより、直進成分8aと反射成分8bをより均一に混合することができる。直進成分8aと反射成分8bを均一に混合するための上プリズム頂角の最適値と、導光体2からプリズムシート3へ入射する光の方向や強度を補正するための上プリズム頂角の最適値は異なることが多い。そのため、入光部2aの上面(光源1に近い部位の導光体2)に設けられた上プリズム形状と、導光体2の発光部に設けられた上プリズム形状を個別に最適化すると尚良い。すなわち、光源に近い入光部の上面に形成されたプリズムの頂角は、入光部から出る光の方向を揃えるように設定され、発光部の上面に形成されたプリズムの頂角は出射面2eから出射される光の方向や強度を補正するように設定される。
The apex angle of the upper prism 9 may be set in a wide range of 40 ° to 170 °. The upper prism 9 is desirably formed not only on the entire surface of the light emitting portion of the
本実施例における照明装置の光の挙動を図8(a)〜(c)に示す。図示するように、導光体2の出射面2e上には上プリズムが設けられており、それぞれ上プリズムの頂角が異なる。図8(a)と図8(b)では、図8(a)の上プリズムのほうが大きな頂角になるように形成されている。導光体2の上プリズムの頂角を大きくすると、図8(a)に示すように、出射光7は、出射面2eと垂直な光の成分を多く持つようになる。出射光7はプリズムシート3に垂直に入射し、プリズムシート3により特定の2方向に配光される。
The behavior of the light of the illumination device in the present embodiment is shown in FIGS. As shown in the drawing, an upper prism is provided on the
一方、上プリズムの頂角を小さくすると、図8(b)に示すように、導光体2からの出射光7の視角を広くでき、プリズムシート3から出光する2方向の光の相対角度を大きくすることができる。
On the other hand, if the apex angle of the upper prism is reduced, the viewing angle of the emitted light 7 from the
このように、上プリズムの頂角の大きさを調整することにより、プリズムシート3によって配光される2方向の光の角度を変化させることができる。
Thus, by adjusting the magnitude of the apex angle of the upper prism, it is possible to change the angle of light in two directions distributed by the
図8(c)では、上プリズムの頂角が導光体2の出射面2eに垂直な方向から傾けられて配置されている。これにより、導光体2からの出射光7の成分を出射面2eに垂直な方向から傾けることができ、プリズムシート3を通過して2方向に配光された光の強度を変化させる事ができる。
In FIG. 8C, the apex angle of the upper prism is tilted from the direction perpendicular to 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 入光部
2b 凹部
2d 放物面
2e 出射面
2f 反射面
3 プリズムシート
4 反射シート
5 下プリズム
6 フレーム
7 出射光
8a 直進成分
8b 反射成分
9 上プリズム
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光源からの光を入光部で一定の方向に揃えて内部に導入し、出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体と、
前記導光体の上方に配置され、前記導光体から出射される光を特定の2方向に配光するプリズムシートと、を備えることを特徴とする照明装置。 A light source;
A light guide that aligns light from the light source in a certain direction at the light incident portion and introduces the light into the inside, and emits light having directivity in the vertical direction from the emission surface;
An illumination device comprising: a prism sheet disposed above the light guide and distributing light emitted from the light guide in two specific directions.
前記入光部は、前記入光面と、前記光源の出光部から出光方向に放物線上にのびた放物面を有することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 A concave portion is provided on the light incident surface of the light incident portion so as to face the light emission portion of the light source,
The lighting device according to claim 1, wherein the light incident portion includes a paraboloid extending on a parabola in a light exit direction from the light incident portion of the light source and the light exit portion of the light source.
前記反射構造体は、前記入光部から導入される光を反射し、前記出射面から垂直に出射させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。 A reflective structure is formed on the lower surface of the light guide,
The illumination device according to claim 1, wherein the reflection structure reflects light introduced from the light incident portion and emits the light vertically from the emission surface.
前記光源からの光を入光部で一定の方向に揃えて内部に導入し、出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体と、
前記導光体の上方に配置された非自発光型の表示素子と、
前記導光体と前記表示素子の間に配置され、前記導光体から出射される光を特定の2方向に配光するプリズムシートと、を備えることを特徴とする表示装置。 A light source;
A light guide that aligns light from the light source in a certain direction at the light incident portion and introduces the light into the inside, and emits light having directivity in the vertical direction from the emission surface;
A non-self-luminous display element disposed above the light guide;
A display device comprising: a prism sheet that is disposed between the light guide and the display element and distributes light emitted from the light guide in two specific directions.
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- 2009-05-15 JP JP2009118634A patent/JP2010267524A/en active Pending
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