JP2011003437A - Reflective structural body, light scattering member, light guide plate, and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射構造体、光散乱部材、導光板、及び照明装置に関する。 The present invention relates to a reflective structure, a light scattering member, a light guide plate, and a lighting device.
従来技術として、液晶表示装置のバックライト用の導光板において、少なくとも一面に半球状の散乱体を備えたものが開示されている。 As a prior art, a light guide plate for a backlight of a liquid crystal display device having a hemispherical scatterer on at least one surface is disclosed.
しかし、半球状の散乱体(又は反射体)が、高さが一定になるように配置されているため、導光板の中央から入射して中央の散乱体で反射された光が、導光板の側端部まで届き難い。 However, since the hemispherical scatterers (or reflectors) are arranged so as to have a constant height, the light incident from the center of the light guide plate and reflected by the center scatterer is reflected on the light guide plate. It is difficult to reach the side edge.
本発明は、このような問題に鑑みて、反射構造体或いは導光板において側端部まで光が届くようにすることを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to allow light to reach a side end portion of a reflective structure or a light guide plate.
本発明のある態様に係る反射構造体は、互いに対向する二つの側端部を有した第一面と、前記第一面に形成され、光を散乱する複数の光散乱体と、を備え、前記二つの側端部の間で前記第一面上に位置する軸に垂直な断面に関して、個々の光散乱体の前記第一面からの高さが、前記軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする。 A reflective structure according to an aspect of the present invention includes a first surface having two side end portions facing each other, and a plurality of light scatterers that are formed on the first surface and scatter light. With respect to the cross section perpendicular to the axis located on the first surface between the two side ends, the height of the individual light scatterers from the first surface is from the axis toward the side end. It is characterized by becoming smaller.
本発明によれば、側端部までのそれぞれの光散乱体に届く光の量が増加し、反射構造体或いは導光板の発光効率が増加する。 According to the present invention, the amount of light reaching each light scatterer up to the side end increases, and the light emission efficiency of the reflective structure or the light guide plate increases.
[第一実施形態]
図1を参照して、第一実施形態に係る導光板について説明する。この導光板は、内視鏡の照明装置として使用されるものであるが、これに限定されるものではない。
[First embodiment]
With reference to FIG. 1, the light-guide plate which concerns on 1st embodiment is demonstrated. The light guide plate is used as an illumination device for an endoscope, but is not limited to this.
光源からの光が、光ファイババンドル等のライトガイド3を通って導光板1に導入される。導光板1、ライトガイド3、及び、光源は照明装置を構成する。導光板1の材料は、透明な部材であればよく、例えば、透明な樹脂材料又は透光性を有する樹脂材料であり、ポリカーボネート材料やアクリル樹脂であってよい。また、導光板1の材料は、ガラスであってもよい。
Light from the light source is introduced into the
導光板1は、図2(a)−(e)にそれぞれ示すように第一面11、第二面12、第三面13、第四面14、第五面15、第六面16を有する。第一面11と第二面12が対向し、第三面13と第四面14が対向し、第五面15と第六面16が対向する。第三面13、第四面14、第五面15、第六面16は、第一面11と第二面12の間に位置する。
The
導光板1の第一面11(図2(a))には、導光板1に導入された光を散乱する複数の光散乱体21が形成されている。第一面11の複数の光散乱体21は反射構造体を構成する。これにより、導光板1に入射した入射光を第一面11で散乱させ、第一面11に対向する第二面12から空気中に光を広範囲に射出することができる。例えば、図2(a)のように、複数の光散乱体21は、正方格子状に密度を略均一にして配置されている。
A plurality of
第二面12(図2(b))は、光を透過する透過面である。第二面12は、半円筒状(シリンダー形状)の曲面である。このため、広範囲を照明するように大きな角度で第二面に向かう光が、第二面で全反射することが防止される。なお、半円筒状の曲面とは、円筒をその回転対称軸に平行な面で切り取った曲面部分である。なお、図2(f)のように、第二面12は、簡単には屋根型形状にすることもできる。
The second surface 12 (FIG. 2B) is a transmission surface that transmits light. The
ライトガイド3の出口端面は、第三面13(図2(c))内に位置する。第三面13において、ライトガイド3の出口端面に対応する少なくとも一部が光を透過する透過面13aになっている。図1では、透過面13aは、第三面13の長手方向中央部付近で第一面11側に位置するが、これに限定されるものではない。ライトガイド3は、第三面13の透過面13aに対向して配置された光入射手段(光入射部)を構成する。
The exit end surface of the
第四面14(図2(d))は、第三面13と同様の形状であるが、第四面14において、第一面11と第二面12との離間距離(高さ)が、第三面13より小さくなっている。
The fourth surface 14 (FIG. 2D) has the same shape as the
第四面14、第五面15と、第六面16は、何れも反射面である。第四面14、第五面15と、第六面16は、第一面11を規定する3つの辺から、第一面11に対して同じ側に延びる。このように導光板1を反射面で囲むことにより、所望の方向(第二面12)から光を射出することができる。また、第三面13(入光部)および第二面12を除く面が反射面であることで、第二面12から射出する光の発光効率が向上する。なお、発光効率は、導光板1に単位時間当たりに入る光量と導光板1から単位時間当たりに出る光量の比率である。
The
また、第五面15(第六面16)が図2(e)のような形状を有することにより、第一面11と第二面12との離間距離が、第三面13から第四面14に向かうにつれて小さくなる。これは、第三面13から離れるに従って入射光が届きにくくなることへの対策である。これにより入射光の光軸3aに対して第一面11が傾き、第四面14の近傍においても入射光が第一面11の反射構造体に衝突する確率が向上し、発光効率が上昇する。
Further, since the fifth surface 15 (sixth surface 16) has the shape as shown in FIG. 2E, the separation distance between the
次に、図3(a)(b)を参照して、第一面11の反射構造体の構成について詳細に説明する。
Next, with reference to FIG. 3 (a) (b), the structure of the reflective structure of the
反射構造体の光散乱体21は、導光板1の透明又は透過性を有する材料と屈折率が異なるものであり、光を散乱或いは反射する。光散乱体21は、第一面11に形成された凹み(又は溝)であってよい、導光板1の材料と凹み内の空気の屈折率が異なるため、光を散乱することができる。なお、導光板1の材料が樹脂材料であれば、複数の光散乱体21を凹みとして形成することが容易になる。或いは、光散乱体21は、導光板1の材料とは屈折率の異なる材料であり、第一面11に埋め込まれたものでもよい。
The
光散乱体21は、種々の形状をとることができるが、本実施形態では図3(a)のように光散乱体21は略円錐形状を有する場合を特に説明する。例えば、各光散乱体21の底部21a(第一面内にある)は、略同一直径の円形状を有するが、これに限定されるものではない。なお、光散乱体21以外の第一面11の部分は、反射面であることが好ましい。
Although the
第一面11は、互いに対向する二つの側端部11a、11bを有する。軸11cは、第一面11内で二つの側端部11a、11bの間の中央部またはその近傍に位置するように設定される。軸11cは、側端部11a、11bに略平行であってよい。図3(b)のように、軸11cに垂直な断面内で、光散乱体21の第一面11からの高さhが、軸11cから一方の側端部11aに向かって除々に小さくなるとともに、軸11cから他方の側端部11bに向かっても除々に小さくなる。これにより導光板1の中央付近に高い光散乱体が配置され、側端部11a、11bに近付くに従って光散乱体が低くなる。中央の高い光散乱体で散乱された光は側端部まで届きやすくなる。従って、側端部までのそれぞれの光散乱体に届く光の量が増加し、導光板1の発光効率が増加する。
The
なお、軸11cは、ライトガイド3から導光板1へ入射する入射光の光軸3aを第一面11に垂直に投影したものに設定することもできる。これにより、入射光の光軸付近における光散乱体による拡散効果が向上し、さらに、側端部に届く光の量が増加する。また、軸11cと第三面13との交点近傍に第三面の透過面13aが位置することになる。光散乱体21が大きいために拡散効果が大きくなる軸11c付近から光を入射させることで効果的に光を散乱できる。なお、軸11cに対して一方の側端部側に多少ずれた位置にある透過面13aから光を入射させる場合、ずれた方向への光の射出割合が増加する。
In addition, the
図3(c)のように、軸11cに垂直な断面に関し、個々の光散乱体21の側面21bと第一面11の接触点のうち軸側の点21cにおいて、光散乱体の側面21bの接線と第一面11とのなす角度θ1とする。この場合、角度θ1は、軸11cから側端部11a、11bに向かって徐々に小さくなってよい。これにより、光散乱体21の側面21bの法線方向を軸11cから離れるにしたがって徐々に変化させる。このため、複数の光散乱体21からの光の反射(散乱)方向が様々になり、射出面である第二面12からの光の射出角度を広くすることができる。
As shown in FIG. 3C, regarding the cross section perpendicular to the
なお、図3(d)のように、角度θ1を一定にしてもよい。この場合には、個々の光散乱体21の形状を同じにして作製することができ、加工が容易になる。例えば、樹脂材料において同じ型の凹みとして光散乱体21を容易な加工で作製できる。
Note that the angle θ1 may be constant as shown in FIG. In this case, the
他の光散乱体21の形状としては図4(a)−(c)のように、四角錐、半球、半楕円体とすることもできる。図5(a)(b)に、光散乱体21の形状が半球、半楕円体である場合の高さの変化を例示する。軸11cに垂直な断面内で、光散乱体21の第一面11からの高さhが、軸11cから側端部11a、11bに向かって除々に小さくなる。なお、図5(a)では、半球の半径が軸11cから側端部11a、11bに向かって除々に小さくなるが、第一面11からの高さhと球形の半径rとの比率h/rは1で一定である。ここで、個々の光散乱体21の側面21bの法線方向と第一面11の法線方向とのなす角度θが、連続的に変化する。
As the shape of the
−作用効果−
導光板1に入射した入射光を第一面11に形成した反射構造体で散乱させ、第一面11に対向する第二面12から空気中に光を広範囲に射出することができる。光散乱体21の第一面11からの高さが軸11cから側端部11a、11bに向かって小さくなる。このため、側端部までのそれぞれの光散乱体に届く光の量が増加し導光板の発光効率が増加する。実際にシミュレーションによると、従来技術に比して数%の発光効率の向上が確認できる。光散乱体の接線と第一面11とのなす角度θ1を軸11cから側端部11a、11bに向かって小さくしてよい。この場合、第二面12(射出面)からの光の射出角度を広くすることができる。
-Effect-
Incident light incident on the
第四面14、第五面15と、第六面16は、何れも反射面であってよい。この場合、透過面である第二面12から光を射出することができる。第一面11と第二面12との離間距離が、第三面13から第四面14に向かうにつれて小さくなってよい。この場合、入射光の光軸3aに対して第一面11が傾いて、第四面14の近傍まで入射光が第一面11の反射構造体に衝突する。第二面12が半円筒状の曲面であってよい。この場合、広範囲を照明するように大きな角度で第二面12に向かう光が、第二面12で全反射することを防止できる。軸11cが、第三面13の透過面から入射する光の光軸3aを、第一面11に垂直に投影したものに相当してよい。この場合、入射光の光軸付近における光の拡散効果が向上し、さらに、側端部に届く光の量が増加する。
The
[第二実施形態]
第二実施形態では、光散乱体の形状が、球形(半径r)の一部である場合を示す。他の構成は、第一実施形態と同様である。図6において、θ2は、光散乱体21の側面21bと第一面11の接触点21cにおける法線方向と、第一面11の法線方向とのなす角度である。
[Second Embodiment]
The second embodiment shows a case where the shape of the light scatterer is a part of a sphere (radius r). Other configurations are the same as those in the first embodiment. In FIG. 6, θ <b> 2 is an angle formed by the normal direction at the
図6のように、第一面11からの光散乱体の高さhと球形の半径rとの比率h/rが、軸11cに垂直な断面内で、軸11cから側端部11a、11bに向かって除々に小さくなる。個々の光散乱体21の側面21bの法線方向と第一面11の法線方向とのなす角度θが、角度−θ2から角度θ2までの範囲内で、連続的に変化する。
As shown in FIG. 6, the ratio h / r between the height h of the light scatterer from the
このように、側面21bとして球面を有する光散乱体21を配置することにより、反射構造体は、反射方向に指向性なく広範囲に光を散乱する。また、h/rの値が徐々に小さくなることで、角度θが軸11cから側端部11a、11bに向かって除々に小さくなり、広範囲に光が散乱される。
Thus, by arranging the
本実施形態では、球形の半径rが全ての光散乱体21において同じ値になっており、高さhのみが変化するが、これに限られず半径rも変化させてよい。なお、球形の半径rが全ての光散乱体21において同じ値をとる場合、一律の球形の形状をとることで、複数の光散乱体21の形成(機械加工等)が容易になる。
In the present embodiment, the spherical radius r is the same value in all the
また、第一実施形態と同様に、軸11cに垂直な断面内で、光散乱体21の第一面11からの高さhが、一つの軸11cから一方の側端部11aに向かって除々に小さくなるとともに、軸11cから他方の側端部11bに向かって除々に小さくなる。
Similarly to the first embodiment, the height h from the
−作用効果−
h/rの値が徐々に小さくなることで、光散乱体21の側面21bの法線方向の角度が、軸11cから側端部11a、11bに向かって除々に小さくなり、広範囲に光が散乱される。光散乱体21の球形の半径rが全ての光散乱体21において同じ値をとる場合、複数の光散乱体21の形成(機械加工等)が容易になる。
-Effect-
By gradually reducing the value of h / r, the angle in the normal direction of the
[第三実施形態]
第三実施形態において、第三面13及び/又は第四面14に回折格子が形成されている。他の構成は、第一実施形態と同様である。
[Third embodiment]
In the third embodiment, a diffraction grating is formed on the
図7(a)(b)に、第三面13の回折格子31のパターン(グレーティングパターン)が示される。図7(a)は、同心円状のグレーティングパターンを示す。図7(b)は、平行な直線状のグレーティングパターンを示す。これらのグレーティングパターンは、図7(c)のように第一面11に向けて光を集光する。
7A and 7B show a pattern (grating pattern) of the
図7(a)のグレーティングパターンでは、第一面11の軸11c近傍に光を集光することができ、光が第一面11の光散乱体21に衝突しやすくなり発光効率が上昇する。これは、第一面11の軸11c近傍で光散乱体21の高さhが高いためである。また、第一面11の軸11c近傍に光が集光するため、光は軸11cに対して斜めに入射する。その後、光は、軸11cに対して斜めに反射される。すなわち、第三面から入射した光は、軸11cを横切る方向に、第一面11に対して入射し、かつ第一面11から反射するため、広範囲に光が散乱される。一方、図7(b)のグレーティングパターンは、図7(a)のグレーティングパターンより形成が容易である。
In the grating pattern shown in FIG. 7A, light can be condensed near the
図8(a)(b)に、第四面14の回折格子33のパターン(グレーティングパターン)が示される。図8(a)は、同心円状のグレーティングパターンを示す。図8(b)は、平行な直線状のグレーティングパターンを示す。これらのグレーティングパターンは、図8(c)のように第二面12に光を向けるため発光効率を向上させる。
8A and 8B show patterns (grating patterns) of the diffraction grating 33 on the
図8(a)のグレーティングパターンでは、第二面12に向けて光を大きく発散することができる。一方、図8(b)のグレーティングパターンは、図8(a)のグレーティングパターンより形成が容易である。
In the grating pattern of FIG. 8A, light can be greatly diverged toward the
なお、第三実施形態において、光が回折しやすくなるように、光源は、少なくとも一種類の単色光を生じるものであることが好ましい。 In the third embodiment, it is preferable that the light source generates at least one kind of monochromatic light so that the light is easily diffracted.
−作用効果−
第三面13に回折格子31が形成され、回折格子31のパターンが、第一面11に向けて光を集光するパターンであるため、導光板1の発光効率が向上する。第四面14に回折格子33が形成され、回折格子33のパターンが、第二面12に向けて光を発散するパターンであるため、導光板1の発光効率が向上する。
-Effect-
Since the
[第四実施形態]
第四実施形態において、第一面の複数の光散乱体21の分布が第一実施形態から変えられている。他の構成は、第一実施形態と同様である。なお、第一実施形態では、図2(a)のように複数の光散乱体21が正方格子状に密度を略均一にして配置されている。
[Fourth embodiment]
In the fourth embodiment, the distribution of the plurality of
第四実施形態において、図9(a)のように、光散乱体21の列を交互にずらして、複数の光散乱体21が三角格子状に配置されてもよい。図9(b)のように、光散乱体21同士の間隔(従って、光散乱体21の密度)を、軸11cから側端部11a、11bに向かって除々に小さくしてよい。図9(c)のように、光散乱体21同士の間隔(従って、光散乱体21の密度)を、軸11cの方向に第三面13から第四面14側に向かって小さくしてよい。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 9A, the plurality of
−作用効果−
第四実施形態では、種々の反射構造体により第一実施形態と同様の効果が得られる。
-Effect-
In 4th embodiment, the effect similar to 1st embodiment is acquired with various reflective structures.
[第五実施形態]
第五実施形態において、複数の導光板1が組合わされて照明装置5が構成されている。他の構成は、第一実施形態と同様である。
[Fifth embodiment]
In the fifth embodiment, a
図10(a)のように、照明装置5において、複数の導光板1が、所定の軸41の周りで軸41に関して略軸対称に配置される。個々の導光板1の第一面11は、いずれも軸41に沿ってこれと平行に配置されている。複数の導光板1を組合せることで、照明装置は、広範囲を均等に照明できる。例えば、導光板1の個数は4つであるがこれに限定されるものではない。
As shown in FIG. 10A, in the illuminating
なお、図10(b)のように、複数の導光板1が、所定の軸41に関して非対称に配置されてもよい。この場合には、いくつかの導光板において、第三面の透過面13a(即ち、ライトガイド3の出口端面)を軸11cに対して一方の側端部側にずらして、ずれた方向への光の射出割合を増加させる。これにより、導光板間の隙間が広い場合に、導光板間の隙間が広い側に向かって射出する光の量が増えるように調整することができる。
As shown in FIG. 10B, the plurality of
−作用効果−
照明装置は、導光板を少なくとも二つ以上備え、各々の導光板に光が入射され、各々の導光板における第一面が、何れも所定の軸に沿って配置される。このため、この所定の軸周りの広範囲の角度を照射することができる。
-Effect-
The illuminating device includes at least two light guide plates, light is incident on each light guide plate, and the first surface of each light guide plate is arranged along a predetermined axis. For this reason, a wide range of angles around the predetermined axis can be irradiated.
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
1 導光板
3 ライトガイド(光入射手段)
5 照明装置
11 第一面
11a、11b 側端部
11c 軸
12 第二面
13 第三面
13a 透過面
14 第四面
15 第五面
16 第六面
21 光散乱体
21a 底部
21b 側面
31、33 回折格子
41 軸
1
5
Claims (14)
前記第一面に形成され、光を散乱する複数の光散乱体と、を備え、
前記二つの側端部の間で前記第一面上に位置する軸に垂直な断面に関して、個々の光散乱体の前記第一面からの高さが、前記軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする反射構造体。 A first surface having two side edges facing each other;
A plurality of light scatterers formed on the first surface and scattering light,
With respect to the cross section perpendicular to the axis located on the first surface between the two side ends, the height of the individual light scatterers from the first surface is from the axis toward the side end. A reflective structure characterized in that it becomes smaller.
前記球形の半径をr、前記高さをhとした場合、h/rの値が前記軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする請求項1または2に記載の反射構造体。 The shape of the light scatterer is a partial shape of a sphere,
The reflection structure according to claim 1 or 2, wherein when the radius of the sphere is r and the height is h, the value of h / r decreases from the axis toward the side end. .
前記第一面を規定する少なくとも3つの辺から前記第一面に対して同じ側に延びた少なくとも3つの面と、を備え、前記3つの面が何れも反射面であることを特徴とする光散乱部材。 The reflective structure according to any one of claims 1 to 4,
And at least three surfaces extending on the same side with respect to the first surface from at least three sides defining the first surface, and the three surfaces are all reflective surfaces. Scattering member.
光を透過する透過面であり前記第一面と対向する第二面と、
光を透過する透過面を含み前記第一面と前記第二面の間に位置する第三面と、
前記第三面と対向し前記第一面と前記第二面の間に位置する第四面と、
前記側端部の一方を含む第五面と、
前記側端部の他方を含み前記第五面と対向する第六面と、を備え、
前記第四面と、前記第五面と、前記第六面が何れも反射面であることを特徴とする請求項6に記載の導光板。 The reflective structure according to any one of claims 1 to 4, having the first surface;
A second surface that is a transmissive surface that transmits light and faces the first surface;
A third surface located between the first surface and the second surface, including a transmission surface that transmits light;
A fourth surface facing the third surface and positioned between the first surface and the second surface;
A fifth surface including one of the side ends;
A sixth surface including the other of the side end portions and facing the fifth surface,
The light guide plate according to claim 6, wherein the fourth surface, the fifth surface, and the sixth surface are all reflective surfaces.
前記回折格子のパターンが、前記第二面に向けて光を発散するパターンであることを特徴とする請求項7に記載の導光板。 A diffraction grating is formed on the fourth surface;
The light guide plate according to claim 7, wherein the pattern of the diffraction grating is a pattern that diverges light toward the second surface.
前記回折格子のパターンが、前記第一面に向けて光を集光するパターンであることを特徴とする請求項7から10のいずれか一つに記載の導光板。 A diffraction grating is formed on the third surface;
The light guide plate according to claim 7, wherein the pattern of the diffraction grating is a pattern for condensing light toward the first surface.
各々の導光板に光が入射され、各々の導光板における前記第一面が、何れも所定の軸に沿って配置されることを特徴とする照明装置。 Comprising at least two of the light guide plates according to any one of claims 6 to 11,
Light is incident on each light guide plate, and the first surface of each light guide plate is arranged along a predetermined axis.
前記第三面の透過面に対向して配置された光入射手段と、を備えた照明装置。 The light guide plate according to any one of claims 7 to 12,
A light incident means disposed opposite to the transmission surface of the third surface.
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