JP2013073736A - Light guide, lighting device having the same, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体、この導光体を備えた照明装置及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a light guide mainly used for illumination optical path control, and an illumination device and a display device including the light guide.
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては、光源を含む照明手段として、主に直下型方式の照明装置とエッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、光源として複数の冷陰極管やLED(Light Emitting Diode)が画像表示パネルの背面に規則的に配置される。画像表示パネル、例えば液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やLEDが視認されないようにしている。 In recent large-sized liquid crystal televisions, flat display panels, and the like, a direct type illumination device and an edge light illumination device are mainly employed as illumination means including a light source. In the direct type illumination device, a plurality of cold cathode tubes and LEDs (Light Emitting Diodes) are regularly arranged as light sources on the back surface of the image display panel. A diffuser plate having a high light scattering property is used between an image display panel, for example, an image display element such as a liquid crystal panel, and a light source so that a cold cathode tube or LED as a light source is not visually recognized.
一方、エッジライト方式の照明装置は、光源である複数の冷陰極管やLEDが、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置されている。一般的に、導光板の射出面(画像表示素子と対向する面)と反対側の面(光偏向面)には、導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出面へと導く光偏向要素が配列されている。現在、光偏向面に形成された光偏向要素としては、例えば特許文献1に開示された白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的である。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無指向に拡散反射されるため、導光板の射出面側への光取出し効率は低い。白色インキによる光吸収も無視することはできない。 On the other hand, in an edge light type illuminating device, a plurality of cold cathode tubes and LEDs as light sources are arranged on an end face of a translucent plate called a light guide plate. Generally, light deflection that efficiently guides incident light from the end face of the light guide plate to the exit surface on the surface (light deflection surface) opposite to the exit surface of the light guide plate (surface facing the image display element). Elements are arranged. At present, as the light deflection element formed on the light deflection surface, for example, white ink disclosed in Patent Document 1 is generally printed in a dot shape. However, since the light incident on the white dots is diffusely reflected almost omnidirectionally, the light extraction efficiency to the exit surface side of the light guide plate is low. Light absorption by white ink cannot be ignored.
そこで最近では、マイクロレンズをインクジェット法によって導光板の光偏向面へ形成する方法や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素を形成する方法などが提案されている。マイクロレンズは、白色インキと違い、導光板の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光板を得ることができる。 Therefore, recently, a method of forming a microlens on the light deflection surface of the light guide plate by an inkjet method, a method of forming a light deflection element by a laser ablation method, and the like have been proposed. Unlike the white ink, the microlens utilizes reflection, refraction, and transmission due to a difference in refractive index between the resin of the light guide plate and air, so that light absorption hardly occurs. Therefore, a light guide plate having a higher light extraction efficiency than that of white ink can be obtained.
しかしながら、インクジェット法やレーザーアブレーション法による光偏向要素の形成は、白色インキの印刷と同様、導光板を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減る訳ではない。この光偏向要素の形成方法は、白色インキの印刷工程よりもタクトタイムが長く、設備のイニシャルコストが高いなど、高コストになる問題がある。 However, the formation of the light deflection element by the ink jet method or the laser ablation method is formed in a separate process after the light guide plate is formed into a flat plate, as in the case of printing with white ink, so the number of manufacturing steps is not reduced. This method of forming a light deflection element has a problem that the tact time is longer than the white ink printing process and the initial cost of the equipment is high, resulting in high costs.
そこで、例えば特許文献2に開示されたように、導光板を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素を押出時にダイレクトに賦形する方法も提案されている。この方法によれば、導光板の成形と同時に光偏向要素も形成されるため工程数が減り、低コスト化を実現できる。 Therefore, for example, as disclosed in Patent Document 2, a method has been proposed in which a light guide plate is molded by an injection molding method or an extrusion molding method, and a light deflection element is directly shaped during extrusion. According to this method, since the light deflection element is formed simultaneously with the formation of the light guide plate, the number of processes is reduced, and the cost can be reduced.
しかしながら、射出成形法で導光板を作製する場合、サイズが大きくなるほど射出成形機に高い圧力が必要となるため、携帯電話やノートパソコンなどの比較的小型な表示装置用の導光板作製には適しているものの、テレビ等の大型表示装置用の導光板の作製には適用が難しい。一方で押出成形法は、大型の導光板作製に適した製造方法ではあるが、円筒状のロール金型を用いたRoll to Rollでの成形が基本であるため、以下に示すような課題がある。 However, when producing light guide plates by injection molding, the larger the size, the higher the pressure required on the injection molding machine, making it suitable for making light guide plates for relatively small display devices such as mobile phones and laptop computers. However, it is difficult to apply to the production of a light guide plate for a large display device such as a television. On the other hand, the extrusion molding method is a manufacturing method suitable for producing a large-sized light guide plate. However, since roll-to-roll molding using a cylindrical roll mold is fundamental, there are the following problems. .
特許文献3に開示された導光板は、その裏面において一次元方向に光偏向要素を疎密パターニングした例として、一方向に延在する二種類のプリズム溝を平行に配列した導光板が示されている。このような一次元方向のみの疎密パターニングされた導光板では、光源を配設した側面から入射した光が導光板内で扇状に広がり、複数の光源の重なりの影響や、光源が配設されない左右の側面での反射や漏れ光などの影響により、面内左右の端部に略三角形の輝度が低い領域が輝度ムラとして生じる。 The light guide plate disclosed in Patent Document 3 shows a light guide plate in which two types of prism grooves extending in one direction are arranged in parallel as an example of densely patterning light deflection elements in a one-dimensional direction on the back surface thereof. Yes. In such a light guide plate that is densely and densely patterned only in a one-dimensional direction, light incident from the side surface on which the light source is provided spreads in a fan shape within the light guide plate, and the influence of overlapping of the plurality of light sources or the left and right sides where no light source is provided Due to the influence of the reflection on the side surface and leakage light, a substantially triangular area with low luminance is generated as luminance unevenness at the left and right ends of the surface.
導光板において、照明光のこのような輝度ムラを低減するには、光偏向要素の疎密パターニングを裏面の一次元方向だけでなく、二次元的に疎密パターニングを形成する必要がある。
しかしながら、ロール金型を用いる押出成形法においては、光偏向要素を二次元的な疎密配置として形成することは難しい。一方向であれば、ロール金型の幅方向には疎密パターニング可能であるが、ロール金型周回方向に粗密を形成すると、光偏向要素のシームレス化ができない。こうした場合、光偏向要素の周回方向のパターン幅と、ロール金型の直径との整合を取らないと、押出成形時に余白が生じてしまう。しかしながら、テレビのサイズは例えば小型サイズとしては19インチから、大型サイズでは60インチ以上となり、全てのサイズに合わせて直径の異なるロール金型を準備することは現実的ではない。
In order to reduce such luminance unevenness of illumination light in the light guide plate, it is necessary to form the dense patterning of the light deflection element not only in the one-dimensional direction of the back surface but also in two dimensions.
However, in the extrusion method using a roll mold, it is difficult to form the light deflection elements in a two-dimensional dense arrangement. If it is one direction, it is possible to pattern densely and densely in the width direction of the roll mold, but if the density is formed in the circumferential direction of the roll mold, the light deflection elements cannot be made seamless. In such a case, if the pattern width in the rotating direction of the light deflection element is not matched with the diameter of the roll mold, a blank space is generated during extrusion molding. However, the size of the television is, for example, 19 inches as a small size and 60 inches or more as a large size, and it is not realistic to prepare roll dies having different diameters for all sizes.
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、エッジライト方式の照明装置における輝度ムラの低減に有効で高輝度な導光体、この導光体を備えた照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and is a high-intensity light guide effective for reducing luminance unevenness in an edge light type illumination device, and an illumination equipped with the light guide An object is to provide a device and a display device using the lighting device.
本発明による導光体は、透光性の導光体であって、第1主面と、第1主面に対向する第2主面と、第1主面及び第2主面の間に設けられた側面とを有しており、第1主面には光源から入射した光を第2主面側に偏向する光偏向要素が設けられ、第2主面には光源に臨む少なくとも1つの側面の延在方向と直交する方向に延在していて導光体内部を導光する光の光路を規制する光閉じ込めレンズが設けられ、光閉じ込めレンズは、そのレンズ形状が、頂点を含む領域に形成された平面部または曲面部からなる第1領域と該第一領域の両端部に形成されたテーパー面からなる第2領域とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、光偏向要素で偏向させられ拡散された反射光を光閉じ込めレンズによってその延在方向に直交する方向に拡散させて射出させることができ、光偏向要素の視認性を低減できる。しかも光閉じ込めレンズによって入射する光を反射させながらその延在方向に導光させることができるから光源を設けない側面に暗部が生じることを抑制して輝度ムラを低減できて、しかも高輝度な射出光を得ることができる。
A light guide according to the present invention is a translucent light guide, and includes a first main surface, a second main surface facing the first main surface, and between the first main surface and the second main surface. And a light deflecting element for deflecting light incident from the light source toward the second main surface, and at least one of the second main surface facing the light source. A light confinement lens that extends in a direction perpendicular to the direction in which the side surfaces extend and restricts the optical path of light that is guided through the light guide is provided, and the light confinement lens has a region in which the lens shape includes the apex. And a second region having a tapered surface formed at both ends of the first region.
According to the present invention, the reflected light deflected and diffused by the light deflecting element can be diffused and emitted in the direction orthogonal to the extending direction by the light confinement lens, and the visibility of the light deflecting element can be reduced. . Moreover, the incident light is reflected by the light confinement lens and can be guided in the extending direction, so that it is possible to suppress the occurrence of dark portions on the side surface where the light source is not provided, thereby reducing luminance unevenness, and high-luminance emission. Light can be obtained.
また、光閉じ込めレンズの第2領域と第2主面のなす角度θは55度以上70度以下であることが好ましい。
傾斜角θがこの範囲内であれば、第2領域で屈折や反射する光が斜め方向に射出されて適度に角度分布が広がるため視野角と輝度を効果的に高めることができる。一方、傾斜角θが55°未満の場合には斜め方向へ射出される光量が弱いため角度分布が十分に広がらず輝度があまり上がらない。傾斜角θが70°を超えると、第2領域で全反射する光量が増加して斜め方向へ射出する光量が強くなりすぎるため、正面方向の輝度が低下する。
Moreover, it is preferable that the angle θ formed by the second region of the optical confinement lens and the second main surface is not less than 55 degrees and not more than 70 degrees.
If the inclination angle θ is within this range, light that is refracted or reflected in the second region is emitted in an oblique direction, and the angle distribution is appropriately expanded, so that the viewing angle and the luminance can be effectively increased. On the other hand, when the inclination angle θ is less than 55 °, the amount of light emitted in the oblique direction is weak, so that the angle distribution does not spread sufficiently and the luminance does not increase so much. When the inclination angle θ exceeds 70 °, the amount of light totally reflected in the second region increases and the amount of light emitted in an oblique direction becomes too strong, so that the luminance in the front direction decreases.
また、光閉じ込めレンズにおいて、第2主面から第1領域までの距離をH1、光閉じ込めレンズのピッチをP、第2領域と第2主面のなす角をθとしたときに、以下の(1)式を満たすことが好ましい。
また、光偏向要素は、光源に臨む側面の延在方向に平行に配列され、光源に臨む側面に直交する方向に該側面から離れるに従って光偏向要素の間隔が疎から密に変化するようにしたことが好ましい。
光偏向要素の疎密パターンが光源に望む側面に直交する方向に配列されていることで、光源から入射される光を光偏向要素の延在方向に直交する方向に拡散させると共に、光源から離れた領域に光偏向要素を密に配列することで、光源から離れた領域においても効率的に光を拡散させ、導光体全体で均一な輝度を実現できる。
The light deflection elements are arranged in parallel to the extending direction of the side surface facing the light source, and the distance between the light deflection elements changes from sparse to dense as the distance from the side surface increases in a direction orthogonal to the side surface facing the light source. It is preferable.
The dense pattern of the light deflection elements is arranged in a direction perpendicular to the side surface desired for the light source, so that the light incident from the light source is diffused in the direction perpendicular to the extending direction of the light deflection element and separated from the light source. By densely arranging the light deflection elements in the region, light can be efficiently diffused even in a region away from the light source, and uniform luminance can be realized over the entire light guide.
また、光偏向要素は、断面視凹型または凸型のシリンドリカル形状、プリズム形状またはマイクロドット形状であることが好ましい。
光偏向要素は、シリンドリカル形状、プリズム形状またはマイクロドット形状とされ、連続して形成されていてもよいし、ドット状に分離されて形成されていてもよい。光偏向面に対して断面凹型に形成した方が反射光の輝度が比較的高く、また連続するシリンドリカル形状またはプリズム形状に形成した方が比較的高い輝度が得られる。
Further, the light deflection element is preferably in a cylindrical shape, a prism shape or a microdot shape in a sectional view concave shape or convex shape.
The light deflection element has a cylindrical shape, a prism shape, or a microdot shape, and may be formed continuously, or may be formed by being separated into dots. The reflected light has a relatively high luminance when formed in a concave section with respect to the light deflection surface, and a relatively high luminance can be obtained when formed in a continuous cylindrical shape or prism shape.
また、光閉じ込めレンズの第1領域が平面部であってもよい。
また、光閉じ込めレンズの第1領域が曲面部であって、第1領域を光閉じ込めレンズの延在方向に直交する方向に切断した断面が二次関数曲線または円弧状からなることが好ましい。
光閉じ込めレンズの第1領域を平面部や曲面部で形成することで、第1領域から射出する光の拡散効果を得られる。
Further, the first region of the optical confinement lens may be a flat portion.
Further, it is preferable that the first region of the optical confinement lens is a curved surface portion, and a cross section obtained by cutting the first region in a direction orthogonal to the extending direction of the optical confinement lens has a quadratic function curve or an arc shape.
By forming the first region of the optical confinement lens with a flat surface portion or a curved surface portion, it is possible to obtain a diffusion effect of light emitted from the first region.
また、光閉じ込めレンズの第1領域が曲面部であって、第1領域の幅をD、高さをH2としたときに、H2÷Dで定義されるアスペクト比が0.4以下であることが好ましい。
H2÷Dで定義されるアスペクト比が0.4以下であると曲面部での光の拡散効果が高くホットスポットは視認されないが、0.4を超えると曲面部により拡散されずに射出されて集光される光量が増加するため、ホットスポットが視認されるようになる。
The first region of the optical confinement lens is a curved surface portion, and when the width of the first region is D and the height is H2, the aspect ratio defined by H2 ÷ D is 0.4 or less. Is preferred.
If the aspect ratio defined by H2 ÷ D is 0.4 or less, the light diffusion effect on the curved surface portion is high and hot spots are not visually recognized, but if it exceeds 0.4, it is emitted without being diffused by the curved surface portion. Since the amount of condensed light increases, the hot spot is visually recognized.
本発明による照明装置は、光源と、上述した何れかに記載された導光体と、導光体の第1の主面側の背面に配設した反射シートとを備えたことを特徴とする。
また、本発明による照明装置によれば、上述した導光体内を導光して光偏向面で反射され光閉じ込めレンズで屈折し反射して射出される光によって、エッジライト方式の照明装置における光源のない側面の輝度ムラを有効に低減できて暗部を生じさせずに高輝度な照明光を得られる。
An illuminating device according to the present invention includes a light source, the light guide described in any of the above, and a reflection sheet disposed on a back surface on the first main surface side of the light guide. .
Further, according to the illumination device of the present invention, the light source in the edge light type illumination device is guided by the light that is guided through the light guide, reflected by the light deflection surface, refracted by the light confinement lens, and reflected and emitted. Therefore, it is possible to effectively reduce the luminance unevenness on the side surface without any defects and to obtain high-luminance illumination light without causing a dark portion.
また、導光体の光の出射方向前方に、光の散乱、屈折、吸収、反射の少なくともいずれか1つの機能を有する光学シートを備えることが好ましい。
導光体から射出された光を、光学シートによって更に散乱、屈折、吸収、反射のいずれかの機能を発揮させることで、光の散乱や集光性を高める。
It is preferable that an optical sheet having at least one of the functions of light scattering, refraction, absorption, and reflection is provided in front of the light guide in the light emission direction.
The light emitted from the light guide is further scattered, refracted, absorbed, and reflected by the optical sheet, thereby improving the light scattering and light collecting properties.
また、導光体の光の出射方向前方にプリズムが配列された集光シートを備え、集光シートのプリズムの延在方向が光閉じ込めレンズの延在方向と平行または直交することが好ましい。
プリズムシートを透過させることで光の集光性を高めて光輝度を得られる。
Further, it is preferable that a light collecting sheet having prisms arranged in front of the light emitting direction of the light guide is provided, and the extending direction of the light collecting sheet prism is parallel or orthogonal to the extending direction of the light confinement lens.
By transmitting through the prism sheet, it is possible to improve the light condensing property and obtain the light luminance.
本発明による表示装置は、画素単位での光の透過/遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、上述したいずれかに記載された照明装置と、を具備することを特徴とする。
本発明による表示装置によれば、導光体内を導光して反射され射出される光によって、側部の輝度ムラを有効に低減できると共に高輝度な表示画像を得ることができる。
A display device according to the present invention includes an image display element that defines a display image according to light transmission / shielding in pixel units, and the illumination device described in any of the above.
According to the display device of the present invention, it is possible to effectively reduce the uneven luminance of the side portion and to obtain a high-luminance display image by the light that is guided through the light guide and reflected and emitted.
本発明による導光体は、入射光を反射させる第1主面に光偏向要素が設けられ、反射光を射出させる第2主面には光閉じ込めレンズが設けられ、この光閉じ込めレンズはそのレンズ形状が平面部または曲面部からなる第1領域とテーパー部からなる第2領域とを備えたため、光偏向要素で偏向させられ拡散された反射光を光閉じ込めレンズによってその延在方向に直交する方向に拡散させて射出させ、しかも光閉じ込めレンズに入射する光を反射させながらその延在方向に導光させることで光源を設けない側面に暗部が発生することを抑制し、射出光を拡散させると共に輝度ムラを低減でき、しかも高輝度な射出光を得ることができる。また、例えばロール金型を用いた押出成形法によっても作製することができて、生産性が高い。
また、本発明による照明装置と表示装置によれば、導光体内を導光して反射され射出される光によって、エッジライト方式の照明装置における側部の輝度ムラを有効に低減できると共に高輝度な照明光や表示画像を得ることができる。
In the light guide according to the present invention, a light deflecting element is provided on a first main surface that reflects incident light, and a light confinement lens is provided on a second main surface that emits reflected light. Since the first region having a flat portion or curved portion and the second region having a tapered portion are provided, the reflected light deflected and diffused by the light deflection element is orthogonal to the extending direction by the light confinement lens. In addition, the incident light is confined to the light confining lens and reflected in the extending direction while reflecting the light incident on the light confinement lens, thereby suppressing the occurrence of a dark portion on the side surface where the light source is not provided and diffusing the emitted light. Luminance unevenness can be reduced, and emission light with high luminance can be obtained. Further, it can be produced by, for example, an extrusion method using a roll mold, and the productivity is high.
In addition, according to the illumination device and the display device of the present invention, the uneven brightness on the side portion in the edge light type illumination device can be effectively reduced by the light that is reflected after being guided through the light guide and is emitted. Illuminating light and display images can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示す表示装置1は、画像表示素子2と、この画像表示素子2の光入射側に臨ませて配置された照明装置3とを備えている。照明装置3には本発明の第一実施の形態による導光体7を備えている。なお、各部位の縮図は実際とは一致しない。
図1に示す表示装置1において、画像表示素子2は例えば液晶表示素子であり、液晶層9を2つの偏光板10、11で挟んで構成されている。液晶表示素子は画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A display device 1 shown in FIG. 1 includes an image display element 2 and an illumination device 3 arranged facing the light incident side of the image display element 2. The illumination device 3 includes a light guide 7 according to the first embodiment of the present invention. In addition, the reduced drawing of each site | part does not correspond with actual.
In the display device 1 shown in FIG. 1, the image display element 2 is a liquid crystal display element, for example, and includes a liquid crystal layer 9 sandwiched between two polarizing plates 10 and 11. A liquid crystal display element is a typical element that transmits / shields light in pixel units and displays an image, and can improve image quality and reduce manufacturing cost compared to other display elements. .
ここで、画像表示素子2は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過/遮光して画像を表示するものであれば、本実施形態による照明装置3により観察方向Fへの輝度が向上し、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、後述する光偏向要素18の視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。 Here, the image display element 2 is preferably an element that displays an image by transmitting / blocking light in pixel units. If the image is displayed by transmitting / blocking light in pixel units, the luminance in the observation direction F is improved by the illumination device 3 according to the present embodiment, and the viewing angle dependency of the light intensity is reduced. It is possible to display an image with high image quality by effectively using the light whose visibility of the light deflection element 18 described later is reduced.
照明装置3は、導光体7、拡散シート8、集光シート20,拡散性光学シート28の順に光の進行方向に沿って積層された積層体を備えており、導光体7の背面側に反射板5が設けられている。導光体7は例えば長方形板状とされ、4つの側面7mのうち例えば対向する2つの側面7mに光源6が配設されている。ここでは、光源6が臨む側面7mを入射面として符号7Lで示す。そして、照明装置3は、拡散性光学シート28を画像表示素子2に臨ませて配置されている。 The illuminating device 3 includes a laminate in which the light guide 7, the diffusion sheet 8, the light collection sheet 20, and the diffusive optical sheet 28 are laminated in this order along the light traveling direction. The reflector 5 is provided on the surface. The light guide 7 has, for example, a rectangular plate shape, and the light source 6 is disposed on, for example, two opposing side surfaces 7m out of the four side surfaces 7m. Here, a side surface 7m on which the light source 6 faces is indicated by a reference numeral 7L as an incident surface. The illumination device 3 is arranged with the diffusive optical sheet 28 facing the image display element 2.
光源6として例えば点光源が設けられている。この光源6として、例えばLED(発光ダイオード)が挙げられ、LEDとして白色LEDや光の3原色である赤色、緑色、青色のチップで構成されるRGB−LED等が挙げられる。或いは、光源6はCCFL(冷陰極管)に代表される蛍光管であっても良い。
図1では、光源6は導光体7の対向する2つの入射面7Lにそれぞれ複数配列された例を示しているが、これに限らず1つの入射面7Lのみに配置してもよく、または4つの側面7Lに配置されていてもよい。
また導光体7の形状として、図1に示すような長方形平板形状に代えて楔形状等であっても良い。
For example, a point light source is provided as the light source 6. Examples of the light source 6 include an LED (light emitting diode), and examples of the LED include a white LED and an RGB-LED composed of red, green, and blue chips that are the three primary colors of light. Alternatively, the light source 6 may be a fluorescent tube typified by CCFL (cold cathode tube).
Although FIG. 1 shows an example in which a plurality of light sources 6 are arranged on two light incident surfaces 7L facing each other, the light source 6 is not limited to this and may be arranged only on one light incident surface 7L. You may arrange | position at the four side surfaces 7L.
Further, the shape of the light guide 7 may be a wedge shape instead of the rectangular flat plate shape as shown in FIG.
また、拡散シート8は導光体7から射出された光を拡散する機能を有している。集光シート20はプリズム21が一方向に配列されて形成されたプリズムシートであって、拡散シート8によって拡散された光を観察方向Fへ集光する機能を有している。拡散性光学シート28は集光シート20によって集光された光を再度拡散する。また、拡散性光学シート28は集光シート20を保護すると共に、集光シート20に形成される光の周期構造と画像表示素子2の画像の周期構造との干渉によるモアレ干渉縞の発生を抑制することができる。拡散性光学シート28は集光シート20によって集光された光の偏光を分離する機能を有するように構成しても良い。
なお、照明装置3として導光体7にこれらの光学部材全てを配設する必要はなく、適宜に省略できる。
The diffusion sheet 8 has a function of diffusing light emitted from the light guide 7. The condensing sheet 20 is a prism sheet formed by arranging the prisms 21 in one direction, and has a function of condensing the light diffused by the diffusion sheet 8 in the observation direction F. The diffusive optical sheet 28 diffuses the light collected by the light collecting sheet 20 again. The diffusive optical sheet 28 protects the light collecting sheet 20 and suppresses the generation of moire interference fringes due to interference between the light periodic structure formed on the light collecting sheet 20 and the image periodic structure of the image display element 2. can do. The diffusive optical sheet 28 may be configured to have a function of separating the polarization of the light collected by the light collecting sheet 20.
In addition, it is not necessary to arrange | position all these optical members in the light guide 7 as the illuminating device 3, and it can abbreviate | omit suitably.
次に、導光体7について説明する。
導光体7はその厚み方向において、拡散シート8と反対側(反射板5側)の面が、光源6から入射する光を拡散シート8方向に反射させる第1主面としての光偏向面7aとされ、光偏向面7aに対向する光射出方向Fの面が第2主面としての射出面7bとされている。そして、光偏向面7aには、光源6からの入射光を射出面7b側へ偏向するための光偏向要素18が配列されている。
光偏向要素18として、例えば断面凹型または凸型のシリンドリカル形状、プリズム形状、或いはマイクロレンズ形状とされ、線状に連続して形成されていてもよいし、またはドット状に互いに分離して配列されていてもよい。光偏向要素18による射出面7b側への光の偏向量は、光偏向面7aにおいて単位面積当り光偏向要素18が占める面積が大きいほど多くなる。
Next, the light guide 7 will be described.
In the thickness direction of the light guide 7, the surface opposite to the diffusion sheet 8 (the reflection plate 5 side) is a light deflection surface 7 a as a first main surface that reflects light incident from the light source 6 toward the diffusion sheet 8. The surface in the light emission direction F facing the light deflection surface 7a is the emission surface 7b as the second main surface. An optical deflection element 18 for deflecting incident light from the light source 6 toward the exit surface 7b is arranged on the optical deflection surface 7a.
The light deflecting element 18 has, for example, a cylindrical shape, a prism shape, or a microlens shape having a concave or convex cross section, and may be continuously formed in a linear shape, or may be arranged separately in a dot shape. It may be. The amount of light deflected to the exit surface 7b side by the light deflection element 18 increases as the area occupied by the light deflection element 18 per unit area on the light deflection surface 7a increases.
本実施形態では、図2(a),(c)に示すように、光偏向要素18は断面凹曲線をなすシリンドリカル形状(断面略半円状または略半楕円状をなすレンチキュラーレンズ形状)の凹部が導光体7の入射面7L方向に沿って光偏向面7aに形成され、互いに平行に複数配列されている。
光偏向要素18は光源6を臨ませた光の入射面7Lに平行に複数配列され(図2(b)参照)、しかも、この入射面7Lに直交する方向に間隔をおいて配列されている。入射面7Lに直交する方向とは、言い換えると、入射面7Lから入射した入射光の光軸方向でもある。この光偏向要素18の配列間隔は、入射面7Lに直交する方向において、図2(c)に示すように光源6を備えた入射面7Lに近い側において間隔が広く、遠い側へ向かうに従って次第に間隔が狭くなるように一次元方向の疎密パターンを以て配列されている。
入射面7Lに近いほど疎とは単位面積当りの光偏向要素18の占める面積が小ということであり、入射面7Lから離れるほど密とは単位面積当りの光偏向要素18の占める面積が大ということである。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2C, the light deflection element 18 is a concave portion having a cylindrical shape (a lenticular lens shape having a substantially semicircular or substantially semielliptical cross section) having a concave cross section. Are formed on the light deflecting surface 7a along the direction of the incident surface 7L of the light guide 7 and are arranged in parallel to each other.
A plurality of light deflection elements 18 are arranged in parallel to the light incident surface 7L facing the light source 6 (see FIG. 2B), and are arranged at intervals in a direction perpendicular to the light incident surface 7L. . In other words, the direction orthogonal to the incident surface 7L is also the optical axis direction of incident light incident from the incident surface 7L. As shown in FIG. 2C, the arrangement interval of the light deflection elements 18 is wide on the side close to the incident surface 7L provided with the light source 6, and gradually increases toward the far side. They are arranged with a dense pattern in a one-dimensional direction so that the interval is narrowed.
The closer to the incident surface 7L, the smaller the area occupied by the light deflection element 18 per unit area, and the closer the distance from the incident surface 7L, the larger the area occupied by the light deflection element 18 per unit area. That is.
導光体7の射出面7bには、断面凸曲線をなす光閉じ込めレンズ19が突出して形成されている。光閉じ込めレンズ19は入射面7Lと直交する方向に延在して形成され、しかも入射面7Lに沿って複数等間隔で配列されている。
図2(b)及び図3に示すように、光閉じ込めレンズ19はその延在方向に直交する方向の断面形状において、レンズの頂点を含む頂部領域に形成された第1領域19aと、射出面7bから第一領域19aの両端部まで延びるテーパー面をなす側部領域に形成された第2領域19bとによって、略凸曲面形状に形成される。第1領域19aは平面部または曲面部により形成され、本実施形態では凸曲面とされている。第2領域19bは例えばテーパ状の平面により構成されている。
なお、光閉じ込めレンズ19は集光シート20のプリズム21の延在方向と平行な方向に延在するように配列した。或いは、光閉じ込めレンズ19は集光シート20のプリズム21の延在方向と直交する方向に延在させてもよい。
On the exit surface 7b of the light guide 7, a light confinement lens 19 having a convex cross section is formed so as to protrude. The light confinement lenses 19 are formed to extend in a direction orthogonal to the incident surface 7L, and are arranged at a plurality of equal intervals along the incident surface 7L.
As shown in FIGS. 2B and 3, the optical confinement lens 19 has a first region 19 a formed in the top region including the apex of the lens in the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the extending direction, and an exit surface. A substantially convex curved surface is formed by the second region 19b formed in the side region forming a tapered surface extending from 7b to both ends of the first region 19a. The first region 19a is formed by a flat surface portion or a curved surface portion, and is a convex curved surface in this embodiment. The second region 19b is constituted by, for example, a tapered plane.
The light confinement lenses 19 were arranged so as to extend in a direction parallel to the extending direction of the prism 21 of the light collecting sheet 20. Alternatively, the light confinement lens 19 may extend in a direction orthogonal to the extending direction of the prism 21 of the light collecting sheet 20.
ここで、光閉じ込めレンズ19の構成について図3により説明する。
図3(a)、(b)に示す光閉じ込めレンズ19の断面形状において、導光体7の射出面7bに対して第2領域19bの傾斜角θは55°〜70°の範囲とすることが望ましい。
傾斜角θがこの範囲内であれば、斜め方向に射出される光Lbによって適度に角度分布が広がるため、照明装置3の視野角と輝度を効果的に高めることができる。
Here, the configuration of the optical confinement lens 19 will be described with reference to FIG.
In the cross-sectional shape of the optical confinement lens 19 shown in FIGS. 3A and 3B, the inclination angle θ of the second region 19b with respect to the exit surface 7b of the light guide 7 is in the range of 55 ° to 70 °. Is desirable.
If the inclination angle θ is within this range, the angle distribution is appropriately expanded by the light Lb emitted in the oblique direction, so that the viewing angle and the luminance of the illumination device 3 can be effectively increased.
一方、傾斜角θが55°未満の場合には斜め方向へ射出される光量が弱いため、角度分布が十分に広がらず、照明装置3の輝度があまり上がらない。
また、傾斜角θが70°を超えると、第2領域19bで全反射する光量が増加し、斜め方向へ射出するLbの光量が強くなりすぎるため、射出した光が導光体7に積層された拡散シート8や集光シート20へ光が入射する際のフレネル反射によるロスが強まって、逆に輝度が低下する。
光閉じ込めレンズ19において、断面凸曲線を形成する第1領域19aと第2領域19bは例えばその中心線に対して線対称とされている。
On the other hand, when the inclination angle θ is less than 55 °, the amount of light emitted in the oblique direction is weak, so the angle distribution is not sufficiently widened, and the luminance of the illumination device 3 does not increase so much.
When the inclination angle θ exceeds 70 °, the amount of light totally reflected by the second region 19b increases and the amount of Lb emitted in the oblique direction becomes too strong, so that the emitted light is stacked on the light guide 7. Further, the loss due to Fresnel reflection when light enters the diffusion sheet 8 or the light collecting sheet 20 is increased, and the luminance is decreased.
In the optical confinement lens 19, the first region 19 a and the second region 19 b that form the convex cross section are, for example, line symmetric with respect to the center line.
なお、第1領域19aが平行な平面部であるとした場合、光閉じ込めレンズ19のピッチをPとし、略円弧状の第1領域19aの両端部を結ぶ仮想線Oの距離をDとし、第2領域19bの高さに相当する仮想線Oと射出面7bとの距離(第1領域19aと射出面7bの間の距離)をH1とし、仮想線Oと第1領域19の頂点との距離をH2としたとき、第2領域19bの高さH1及び角度θと光閉じ込めレンズ19のピッチPとの関係は次の(1)式で示す範囲にあることが望ましい。 When the first region 19a is a parallel plane portion, the pitch of the light confinement lens 19 is P, the distance of the virtual line O connecting both ends of the substantially arc-shaped first region 19a is D, and the first The distance between the virtual line O corresponding to the height of the two regions 19b and the exit surface 7b (the distance between the first region 19a and the exit surface 7b) is H1, and the distance between the virtual line O and the apex of the first region 19 Is set to H2, the relationship between the height H1 and angle θ of the second region 19b and the pitch P of the optical confinement lens 19 is preferably in the range indicated by the following equation (1).
上記(1)式において、左辺の係数0.3と右辺の係数0.7は実験的に求められた数値であり、0.3より小さいと閉じ込めレンズ19の高さが低すぎて光閉じ込め作用が不十分になり、導光体7の両側部に暗部Sが視認されてしまう。一方、0.7より大きいと閉じ込めレンズ19の頂部に形成された平面部または曲面部からなる第一の領域19aによる光拡散作用が弱くなるのでホットスポットが視認されてしまう不具合が発生する。
また、上記(1)式に関し、距離H1が下限値よりも小さい場合、光閉じ込めレンズ19の全表面積に対する第1領域19aの占める割合が大きすぎて光閉じ込め効果が低下し、導光体7の両側部に後述する暗部Sが視認されるようになる(図5(a)参照)。H1が上限値よりも大きい場合、第2領域19bの占める割合が大きすぎて第一領域19aにおける光の拡散作用が不十分となり、局所的に光が集中してスポット状に輝度が高くなるホットスポットが視認されるようになる。
In the above equation (1), the coefficient 0.3 on the left side and the coefficient 0.7 on the right side are experimentally obtained numerical values. If the coefficient is smaller than 0.3, the height of the confinement lens 19 is too low and the optical confinement action. Becomes insufficient, and the dark portion S is visually recognized on both sides of the light guide 7. On the other hand, if it is larger than 0.7, the light diffusion action by the first region 19a formed of the flat surface or the curved surface formed on the top of the confinement lens 19 becomes weak, so that a problem that the hot spot is visually recognized occurs.
Further, regarding the above formula (1), when the distance H1 is smaller than the lower limit value, the ratio of the first region 19a to the total surface area of the light confinement lens 19 is too large, and the light confinement effect is reduced. A dark part S, which will be described later, is visually recognized on both side parts (see FIG. 5A). When H1 is larger than the upper limit value, the proportion of the second region 19b is too large, the light diffusing action in the first region 19a becomes insufficient, the light is concentrated locally and the brightness increases in a spot shape. Spots will be visible.
なお、第1領域19aを曲面部とした場合でも、上記(1)式の範囲であれば、平面部とした場合と同様の暗部Sとホットスポット低減効果を発揮できる。この場合、H1は射出面7bから第1領域19aの両端部までの高さをいう。
第1領域19aに形成される曲面部の形状は、例えば縦断面で二次関数曲線や円弧形状が挙げられるが、必ずしもこれに限るものではない。図3に基づいて、第一領域19aの曲面部の幅をD、高さをH2としたときに、H2÷Dで定義されるアスペクト比は、0.4以下の範囲内であるのが望ましい。アスペクト比が0.4を超えると、曲面部により拡散されずに観察方向Fへ集光される光量が局所的に増加するため、ホットスポットが視認されるようになる。
Even when the first region 19a is a curved surface portion, the dark portion S and the hot spot reduction effect similar to those when the first region 19a is a plane portion can be exhibited within the range of the expression (1). In this case, H1 refers to the height from the exit surface 7b to both ends of the first region 19a.
Examples of the shape of the curved surface portion formed in the first region 19a include a quadratic function curve and an arc shape in a longitudinal section, but are not necessarily limited thereto. Based on FIG. 3, when the width of the curved surface portion of the first region 19a is D and the height is H2, the aspect ratio defined by H2 ÷ D is preferably within a range of 0.4 or less. . When the aspect ratio exceeds 0.4, the amount of light collected in the observation direction F without being diffused by the curved surface portion locally increases, so that a hot spot is visually recognized.
次に、導光体7の射出面7bに光閉じ込めレンズ19を配列した構成による光学的機能について図4及び図5により説明する。
図4(a)は光閉じ込めレンズ19を設けない一般的な導光体7′の上面図と光源6側から見た図である。光閉じ込めレンズ19が無い場合、光源6から射出された光は対面する入射面7Lから導光体7内に入射され、導光体7内部を扇状に広がりながら導光し、光偏向要素18で反射して側面7m方向へ拡散する。
Next, the optical function by the structure which arranged the light confinement lens 19 in the output surface 7b of the light guide 7 is demonstrated with reference to FIG.4 and FIG.5.
FIG. 4A is a top view of a general light guide 7 ′ without the light confinement lens 19 and a view from the light source 6 side. In the absence of the light confinement lens 19, the light emitted from the light source 6 enters the light guide 7 through the facing incident surface 7 </ b> L, and guides the light guide 7 while spreading in a fan shape. Reflected and diffused in the direction of the side surface 7m.
一方、図4(b)は光閉じ込めレンズ19を設けた本第一実施形態による導光体7の上面図と光源6側から見た図である。光閉じ込めレンズ19を設けた場合、入射光が光偏向面7aで反射させられて側面7m方向に広がって対向する射出面7bへ向かうが、光閉じ込めレンズ19の傾斜面からなる第2領域19bや第1領域19aで反射を繰り返して戻されるため光があまり拡散せず、光閉じ込めレンズ19の延在方向に導光する。 On the other hand, FIG. 4B is a top view of the light guide 7 according to the first embodiment provided with the light confinement lens 19 and a view seen from the light source 6 side. When the light confinement lens 19 is provided, the incident light is reflected by the light deflection surface 7a and spreads in the direction of the side surface 7m toward the opposite exit surface 7b, but the second region 19b formed of the inclined surface of the light confinement lens 19 or Since light is repeatedly reflected back in the first region 19a, light does not diffuse so much and is guided in the extending direction of the light confinement lens 19.
次に、導光体7の平面図における輝度分布を図5(a)、(b)により説明する。
図5に(a)、(b)に示す導光体7の平面図は、長辺をなす対向する2入射面7Lに対面して複数の光源6をそれぞれ配置した。導光体7の光偏向面7aにおいて、入射面7Lに平行に配列させたシリンドリカル形状の光偏向要素18は、その間隔が、入射面7Lに近いほど疎に、入射面7Lから離れるほど、すなわち導光体7の中心に近いほど密になるように配列した場合の輝度分布を示している。つまり、光偏向要素18は入射面7Lと平行な方向に配列された一次元の疎密パターンである。
また、導光体7は射出面7b全面が均一な輝度とならなくても良い。例えば、導光体7の射出面7bは中央部が最も輝度が高まるように、中央部の光偏向要素18の配列を密にした光偏向要素18の疎密パターンを形成することが出来る。
Next, the luminance distribution in the plan view of the light guide 7 will be described with reference to FIGS.
In the plan view of the light guide 7 shown in FIGS. 5A and 5B, a plurality of light sources 6 are respectively arranged facing the two incident surfaces 7 </ b> L facing each other with long sides. In the light deflecting surface 7a of the light guide 7, the cylindrical light deflecting elements 18 arranged in parallel to the incident surface 7L are sparser as the distance from the incident surface 7L is closer to each other, that is, from the incident surface 7L. The luminance distribution in the case where the light guides 7 are arranged so as to be closer to the center is shown. That is, the light deflection elements 18 are one-dimensional dense patterns arranged in a direction parallel to the incident surface 7L.
Further, the light guide 7 does not have to have uniform brightness on the entire exit surface 7b. For example, the light exiting surface 7b of the light guide 7 can form a sparse / dense pattern of the light deflection elements 18 in which the arrangement of the light deflection elements 18 at the center is dense so that the brightness is highest at the center.
図5(a)に示す光閉じ込めレンズ19を設けない一般的な導光体7′の射出面7bにおいて、光偏向要素18が入射面7Lに平行に配列された一次元の疎密パターンであると、光源6が配置されない短辺側の両端部に略三角形状の暗部Sが生じてしまう不具合が発生する。
その理由は、図4(a)で示すように、光源6から導光体7′に入射した光が扇状に広がって導光し、光偏向面7aの光偏向要素18で反射させられて射出面7bに向かう。その際、導光体7′に入射した光が扇状に広がることに起因して、複数の光源6からの導光の重ね合わせ、光源6が配置されない短辺側の側面7mからの光漏れ、そして複数の光源6の配列関係などが複合的に関連して、射出面7bの光源6を設けない短辺側の側面7mに三角形状の暗部Sが生じてしまう。
従って、通常は、射出面7bの光源6のない両側面7m側に暗部Sが生じないように、そして導光体7の射出面7bの中心輝度が高まるように、光偏向要素18は二次元の疎密パターンで形成する必要がある。
In the exit surface 7b of a general light guide 7 ′ not provided with the light confinement lens 19 shown in FIG. 5A, the light deflection elements 18 are one-dimensional dense patterns arranged in parallel to the entrance surface 7L. In this case, there is a problem that a substantially triangular dark portion S is generated at both ends on the short side where the light source 6 is not disposed.
The reason for this is that, as shown in FIG. 4A, the light incident on the light guide 7 'from the light source 6 spreads in a fan shape and is guided and reflected by the light deflection element 18 on the light deflection surface 7a and emitted. Head to face 7b. At that time, due to the light incident on the light guide 7 ′ spreading in a fan shape, superimposition of the light guides from the plurality of light sources 6, light leakage from the side 7 m on the short side where the light sources 6 are not disposed, Then, the arrangement relationship of the plurality of light sources 6 and the like are related in a complex manner, and a triangular dark portion S is generated on the side surface 7m on the short side where the light source 6 of the emission surface 7b is not provided.
Therefore, normally, the light deflection element 18 is two-dimensional so that the dark portion S does not occur on both side surfaces 7m side of the emission surface 7b where the light source 6 is not present, and the central luminance of the emission surface 7b of the light guide 7 is increased. It is necessary to form with a dense pattern.
一方、図5(b)は射出面7bに光閉じ込めレンズ19(図示は略)を配列した実施形態による導光体7を射出面7b側から見た輝度分布を示す図である。
この導光体7では、同様に、光偏向面7aに配列した光偏向要素18は面7L側で疎に配列され、導光体7の中心では密に配列されて輝度が高くなるよう構成されている。図4(b)に示すように、光源6から導光体7に入射した光は、光閉じ込めレンズ19内において扇状に広がらないよう両側の第2領域19bで入射面7L方向の向きを変えながら反射を繰り返して光閉じ込めレンズ19の範囲内を略直進するため短辺7m側の光漏れが少なく、光源6に臨む入射面7Lの延在方向に亘って高い輝度が得られ、光源6のない両側面7m近傍に図5(a)に示すような暗部Sは生じない。
On the other hand, FIG. 5B is a diagram showing a luminance distribution when the light guide 7 according to the embodiment in which the light confinement lenses 19 (not shown) are arranged on the exit surface 7b as viewed from the exit surface 7b side.
Similarly, the light guide 7 is configured such that the light deflection elements 18 arranged on the light deflection surface 7a are arranged sparsely on the surface 7L side and densely arranged at the center of the light guide 7 to increase the luminance. ing. As shown in FIG. 4B, the light incident on the light guide 7 from the light source 6 is changed in the direction of the incident surface 7 </ b> L in the second regions 19 b on both sides so that it does not spread like a fan in the light confinement lens 19. Since the light is confined in the range of the light confinement lens 19 by repeating the reflection, there is little light leakage on the short side 7m side, high luminance is obtained in the extending direction of the incident surface 7L facing the light source 6, and there is no light source 6. A dark portion S as shown in FIG. 5A does not occur in the vicinity of both side surfaces 7m.
また、本第一実施形態による導光体7を用いた表示装置1は、画面中心ほど輝度が高いことが望ましい。射出面7bに光閉じ込めレンズ19が形成された導光体7における光偏向面7aの光偏向要素18は一次元の疎密パターンが配列されているため、光が入射する入射面7Lと直交する方向においては例えば図2に示すように光偏向要素18の疎密パターンを中心が密になるよう適宜調整することで、画面中心部の輝度を高めることが可能であるが、光偏向要素18がシリンドリカル形状とされているから、入射面7Lと平行な方向では輝度は略均一である(図5(b)参照)。 In addition, it is desirable that the display device 1 using the light guide 7 according to the first embodiment has a higher luminance as the screen center. Since the light deflection elements 18 of the light deflection surface 7a of the light guide 7 having the light confinement lens 19 formed on the emission surface 7b are arranged in a one-dimensional dense pattern, the direction orthogonal to the incidence surface 7L on which light is incident. For example, as shown in FIG. 2, it is possible to increase the brightness at the center of the screen by appropriately adjusting the density pattern of the light deflection elements 18 so that the center is dense. However, the light deflection elements 18 have a cylindrical shape. Therefore, the brightness is substantially uniform in the direction parallel to the incident surface 7L (see FIG. 5B).
そこで、光源6に対面する入射面7Lに沿って配列された複数の光源6への投入電流を調整し、入射面7Lと平行な方向についても画面中心になるほど輝度が高くなるよう調整することができる。例えば、入射面7Lの長手方向の中央領域に配設した光源6への投入電流量を増大させ、両端に向かうに従って次第に光源6への投入電流量を削減する様に設定すればよい。 Therefore, it is possible to adjust the current applied to the plurality of light sources 6 arranged along the incident surface 7L facing the light source 6 so that the luminance increases in the direction parallel to the incident surface 7L as the screen is centered. it can. For example, the amount of current applied to the light source 6 disposed in the central region in the longitudinal direction of the incident surface 7L may be increased, and the amount of current applied to the light source 6 may be gradually reduced toward both ends.
本実施形態において、導光体7は材料として、例えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)に代表されるアクリル樹脂、またはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PAN(ポリアクリロニトリル共重合体)、AS(アクリロニトリルスチレン共重合体)等の透明樹脂を用いる。
そして、導光体7の製造方法は、これらの材料を用いて、当該技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって、光偏向要素18及び光閉じ込めレンズ19を一体で成形する。
または、平行平板の導光体7を上述したいずれかの製法で成形した後、光偏向要素18及び光閉じ込めレンズ19を印刷法や、UV硬化樹脂、放射線硬化樹脂などを用いて形成するようにしても良い。
In this embodiment, the light guide 7 is made of, for example, an acrylic resin represented by PMMA (polymethyl methacrylate), PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), COP (cycloolefin polymer), PAN (polyacrylonitrile). A transparent resin such as a copolymer) or AS (acrylonitrile styrene copolymer).
The light guide 7 is manufactured by using these materials by an extrusion molding method, an injection molding method, or a heat press molding method well known in the art, and the light deflection element 18 and the optical confinement lens. 19 is integrally formed.
Alternatively, after the parallel plate light guide 7 is formed by any of the above-described manufacturing methods, the light deflection element 18 and the light confinement lens 19 are formed using a printing method, a UV curable resin, a radiation curable resin, or the like. May be.
本実施形態による導光体7は、上述した製法のうち、特に押出成形法を用いて光偏向要素18と光閉じ込めレンズ19とを一体に成形することが望ましい。これにより、導光体7を作製する工程数が減り、またロール・トゥ・ロールでの成形であるため量産性が高い。
第一実施形態による導光体7では、光偏向面7aに形成される光偏向要素18は一次元方向の疎密パターンであるため、ロール金型の幅方向と一次元方向の疎密方向とを一致させ、ロール金型の周回方向は略一定の間隔で配置することで、ロール・トゥ・ロールでの導光体7の成形が可能となる。
導光体7は、光偏向要素18と光閉じ込めレンズ19が同時に形成されるため、光偏向要素18が一次元の疎密パターンであっても、図5(a)に示される三角形状の暗部Sが生じない導光体7を得ることが出来る。
In the light guide 7 according to the present embodiment, it is desirable that the light deflection element 18 and the light confinement lens 19 are integrally formed by using the extrusion molding method among the manufacturing methods described above. As a result, the number of steps for producing the light guide 7 is reduced, and the mass productivity is high because it is formed by roll-to-roll.
In the light guide 7 according to the first embodiment, since the light deflection elements 18 formed on the light deflection surface 7a have a one-dimensional density pattern, the width direction of the roll mold matches the one-dimensional density direction. In addition, the light guide 7 can be formed in a roll-to-roll manner by disposing the roll mold in the circumferential direction at a substantially constant interval.
In the light guide 7, the light deflection element 18 and the light confinement lens 19 are formed at the same time. Therefore, even if the light deflection element 18 has a one-dimensional sparse / dense pattern, the triangular dark portion S shown in FIG. It is possible to obtain a light guide 7 that does not cause the occurrence of light.
本実施形態による導光体7及びこの導光体7を搭載した表示装置1は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
図1に示す本実施形態による表示装置1では、導光体7の例えば対向する長辺の入射面7Lに臨ませた光源6から光を側面投射して、入射面7Lを透過して導光体7内に進入し拡散する。この射出光は導光体7の光偏向面7aに疎密パターンで配列されたシリンドリカル形状の光偏向要素18によって反射されてその延在方向に直交する方向Aに拡散され(図2参照)、対向する射出面7bに向けて拡散しつつ進行する。
その際、光偏向要素18は入射面7Lの延在方向に平行に配列され且つ直交する方向において入射面7Lに近い領域では疎の間隔で、入射面7Lから次第に離間した中央の領域では密の間隔で配列されている。図5(a)に示すように入射面7Lに直交する方向の中央領域の輝度が高く入射面7L近傍の領域では比較的輝度が低くなるように導光される。
The light guide 7 according to the present embodiment and the display device 1 on which the light guide 7 is mounted have the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
In the display device 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1, light is projected from the light source 6 facing the incident surface 7 </ b> L having a long side facing the light guide 7, and the light is guided through the incident surface 7 </ b> L. Enter the body 7 and diffuse. The emitted light is reflected by a cylindrical light deflection element 18 arranged in a dense pattern on the light deflection surface 7a of the light guide 7 and diffused in a direction A perpendicular to the extending direction (see FIG. 2). It progresses while diffusing toward the exit surface 7b.
At that time, the light deflection elements 18 are arranged in parallel to the extending direction of the incident surface 7L and are sparsely spaced in a region close to the incident surface 7L in the orthogonal direction, and dense in a central region gradually separated from the incident surface 7L. Arranged at intervals. As shown in FIG. 5A, the light is guided so that the luminance in the central region in the direction orthogonal to the incident surface 7L is high and the luminance is relatively low in the region near the incident surface 7L.
そして、導光体7の射出面7bでは光偏向要素18の延在方向に直交する方向に光閉じ込めレンズ19が延在して側面7a方向に複数配列されている。
光閉じ込めレンズ19に入射する光偏向要素18からの反射光は、図4(b)に示すように、光閉じ込めレンズ19内において対向する第2領域19bで反射を繰り返しながら外側へ広がることなくレンズ19の延在方向に走行することで、光が周囲に拡散することを抑制できる。
これらによって導光体7の光源6を設けない例えば短辺側の両側面7mに三角形の暗部Sが形成されることがなく、全体に高輝度であると共に特に中央部の輝度を周辺より高い輝度に設定できる。
A plurality of light confinement lenses 19 extend in the direction orthogonal to the extending direction of the light deflection element 18 on the exit surface 7b of the light guide 7 and are arranged in the direction of the side surface 7a.
As shown in FIG. 4B, the reflected light from the light deflecting element 18 incident on the light confinement lens 19 is not reflected outside the second region 19b facing inside the light confinement lens 19 and spreads outward. By traveling in the extending direction of 19, the light can be prevented from diffusing around.
As a result, the light source 6 of the light guide 7 is not provided, for example, the triangular dark portion S is not formed on both side surfaces 7m on the short side, and the overall brightness is high and the brightness at the center is higher than the surroundings. Can be set.
また、各光閉じ込めレンズ19では、頂点を含む第1領域19aは平面部または曲面部で形成されていて、光偏向要素18からの反射光の一部は、図3(a)に示すように、第1領域19aに直接入射して光閉じ込めレンズ19の延在する方向と垂直な方向に拡散されて射出される。
他の一部の反射光は、図3(b)に示すように、光閉じ込めレンズ19の平面部のテーパー面からなる第2領域19bで反射して拡散される。ここで、一部の光Laは屈折して観察方向Fへ射出し、別の一部の光Lbは反射後に第1の領域19aで屈折して斜め方向に射出され、残りの一部の光Lcは全反射によって導光体7内部に戻される。
Further, in each light confinement lens 19, the first region 19a including the apex is formed by a flat surface portion or a curved surface portion, and a part of the reflected light from the light deflection element 18 is as shown in FIG. Then, it is directly incident on the first region 19a, diffused in the direction perpendicular to the direction in which the optical confinement lens 19 extends, and emitted.
As shown in FIG. 3B, the other part of the reflected light is reflected and diffused by the second region 19 b formed by the tapered surface of the flat portion of the light confinement lens 19. Here, a part of the light La is refracted and emitted in the observation direction F, and another part of the light Lb is refracted in the first region 19a after being reflected and emitted in an oblique direction, and the remaining part of the light. Lc is returned to the inside of the light guide 7 by total reflection.
このように、光閉じ込めレンズ19の第1領域19aで拡散して射出する光と、第2領域19bで屈折して斜め方向へ射出する光La、Lbによって、光閉じ込めレンズ19の延在方向に直交するB方向に拡散する。
そのため、導光体7からの射出光の角度分布は、90°プリズムの場合に見られるような0°方向の強い輝度のピークが緩和され、広い角度に渡って適度に広がった分布形状を形成する(図6参照)。
As described above, the light confined in the first region 19a of the light confinement lens 19 and the light La and Lb refracted in the second region 19b and emitted obliquely are emitted in the extending direction of the light confinement lens 19. Spread in the orthogonal B direction.
Therefore, the angular distribution of the light emitted from the light guide 7 is reduced in the strong luminance peak in the 0 ° direction as seen in the case of the 90 ° prism, and forms a distribution shape that is moderately spread over a wide angle. (See FIG. 6).
なお、導光体7の射出面7bに光閉じ込めレンズ19を形成したことで、射出面7bに進行する光は入射面7Lと平行な方向に広がりにくくなるため、光源6として例えばLEDを用いた場合、観察方向Fから導光体7を観察したときに、LEDに対向する明るいスポットと、LEDとLEDの間の暗いスポットからなる明暗のムラ(ホットスポット)が観察されてしまう場合がある。このようなホットスポットは照明装置3の品位を損なう原因となる。
これに対し、本実施形態による導光体7の光閉じ込めレンズ19は、光源6から射出した光を、平面部もしくは曲面部で形成された第1領域19aにおいて入射面7Lと平行な方向に拡散させるようにしたため、ホットスポットを効果的に低減することができる。
Since the light confinement lens 19 is formed on the exit surface 7b of the light guide 7, the light traveling on the exit surface 7b is less likely to spread in a direction parallel to the entrance surface 7L. Therefore, for example, an LED is used as the light source 6. In this case, when the light guide 7 is observed from the observation direction F, bright and dark unevenness (hot spot) including a bright spot facing the LED and a dark spot between the LED and the LED may be observed. Such a hot spot causes a deterioration in the quality of the lighting device 3.
On the other hand, the light confinement lens 19 of the light guide 7 according to the present embodiment diffuses the light emitted from the light source 6 in a direction parallel to the incident surface 7L in the first region 19a formed by a flat surface or a curved surface. Therefore, hot spots can be effectively reduced.
こうして、導光体7から射出された射出光は、拡散シート8を透過することで更に拡散されて一層均一な光となる。そして、集光シート20を透過することで、拡散された光を観察方向Fへ集光させ、拡散性光学シート28を透過することで集光された光を再度拡散する。
ついで、この拡散光は画像表示素子2を透過することで、観察方向F側から透過画像を観察できる。得られた透過画像は全体に高輝度であると共に特に中央部の輝度を周辺より高い輝度に設定でき、しかも両端部に暗部Sが生じないから、全体に高輝度で均一な明るさを有すると共に中央部の輝度が特に高い高品質な画像を得られる。
Thus, the emitted light emitted from the light guide 7 is further diffused by passing through the diffusion sheet 8 and becomes more uniform light. Then, the diffused light is condensed in the observation direction F by transmitting through the condensing sheet 20, and the light collected by transmitting through the diffusive optical sheet 28 is diffused again.
Then, the diffused light is transmitted through the image display element 2 so that the transmitted image can be observed from the observation direction F side. The obtained transmission image has high brightness as a whole, and in particular, the brightness at the center can be set higher than that at the periphery, and since the dark portion S does not occur at both ends, the whole has high brightness and uniform brightness. A high-quality image with particularly high luminance at the center can be obtained.
ここで、照明装置3の輝度を高めるために、導光体7にさらにプリズムシートからなる集光シート20を重ねて使用した場合を考える。このとき、導光体7の光閉じ込めレンズ19の延在する方向と、集光シート20のプリズム21の延在する方向が平行になるように、集光シート20を配置したとする。このとき、導光体7から射出する光の角度分布が、0°方向に強度の強いピークを有すると、集光シート20のプリズム表面での全反射によって光が導光体7側へ戻されてしまうため、照明装置3の輝度を十分に高めることができない。照明装置3の輝度を高めるためには、導光体7から射出する光の角度分布が適度に広がりを持つ必要がある。
その点、本実施形態による導光体7の光閉じ込めレンズ19は、0°方向への強度の強いピークが緩和され広い角度分布に渡って適度に広がった分布形状を形成するため、集光シート20による全反射を抑えることができ、照明装置3の輝度を効果的に高めることができる。導光体7と集光シート20の間に拡散シート8を挿入した場合も同様である。
Here, in order to raise the brightness | luminance of the illuminating device 3, the case where the condensing sheet | seat 20 which consists of a prism sheet is further overlapped and used for the light guide 7 is considered. At this time, it is assumed that the light collecting sheet 20 is arranged so that the direction in which the light confinement lens 19 of the light guide 7 extends and the direction in which the prism 21 of the light collecting sheet 20 extends are parallel to each other. At this time, if the angular distribution of the light emitted from the light guide 7 has a strong peak in the 0 ° direction, the light is returned to the light guide 7 side by total reflection on the prism surface of the light collecting sheet 20. Therefore, the brightness of the lighting device 3 cannot be sufficiently increased. In order to increase the luminance of the illuminating device 3, the angular distribution of light emitted from the light guide 7 needs to have a moderate spread.
In that respect, the light confinement lens 19 of the light guide 7 according to the present embodiment forms a distribution shape in which a strong peak in the 0 ° direction is relaxed and moderately spread over a wide angular distribution. The total reflection by 20 can be suppressed, and the luminance of the lighting device 3 can be effectively increased. The same applies when the diffusion sheet 8 is inserted between the light guide 7 and the light collecting sheet 20.
次に本実施形態による導光体7と一般的な従来の導光体とによる輝度分布を測定した試験例について説明する。
実施例aは、上述した実施形態による射出面7bに光閉じ込めレンズ19を配列させた導光体7、比較例bは、実施例aにおける光閉じ込めレンズ19を頂角90°のプリズムに置き換えた導光体、比較例cは、光閉じ込めレンズ19が形成されない射出面7bを形成した導光体を用いた。これら各導光体7の光偏向面7aに上述した実施形態によるシリンドリカル形状の光偏向要素18を疎密パターンで設けた。
そして、各導光体について対向する長辺の一対の入射面7Lに光源6を配設して、それぞれの輝度の角度分布を測定した。その結果を図6に示す
Next, a test example in which the luminance distribution by the light guide 7 according to this embodiment and a general conventional light guide is measured will be described.
Example a is a light guide 7 in which light confinement lenses 19 are arranged on the exit surface 7b according to the above-described embodiment, and Comparative Example b is a replacement of the light confinement lens 19 in Example a with a prism having an apex angle of 90 °. For the light guide, Comparative Example c, a light guide having an exit surface 7b on which the light confinement lens 19 is not formed was used. The cylindrical light deflecting elements 18 according to the above-described embodiment are provided in a sparse / dense pattern on the light deflecting surface 7a of each light guide 7.
And the light source 6 was arrange | positioned in a pair of long-side entrance plane 7L which opposes about each light guide, and angular distribution of each brightness | luminance was measured. The result is shown in FIG.
図6に示す横軸の角度分布は、光閉じ込めレンズ19の延在方向と垂直な方向に広がる光の角度分布を示し、縦軸は輝度を示す。
図6に示す実施例aは、光閉じ込めレンズ19の第1領域19aと第2領域19bが共に平面部で構成されており、光閉じ込めレンズ19のピッチP=100μm、第2領域と射出面7bのなす角θ=65°、第2領域の距離H1=53.6μmとした。
比較例bは頂角90°のプリズムを備えた導光体の角度分布を示すものであり、0°方向に急峻な高輝度のピークを形成すると共に±90°近くの位置でサイドローブを発生した。比較例cは光閉じ込めレンズ19が形成されない導光体7の角度分布を示すものであり、0°付近の輝度が小さく特定の角度に強いピークを形成しないで、広い角度に渡って低輝度が広がった分布形状となった。
これらの結果から、本実施例aによる光閉じ込めレンズ19を備えた導光体7の角度分布は、分布の広がりが比較例bとcの中間の特性を得られた。そのため、中央領域が適度な高輝度になると共に周辺部においても輝度の低下を抑制したバランスのとれた輝度分布が得られた。
The angular distribution on the horizontal axis shown in FIG. 6 indicates the angular distribution of light spreading in the direction perpendicular to the extending direction of the optical confinement lens 19, and the vertical axis indicates the luminance.
In the embodiment a shown in FIG. 6, the first region 19a and the second region 19b of the optical confinement lens 19 are both constituted by a plane portion, the pitch P of the optical confinement lens 19 is 100 μm, the second region and the exit surface 7b. The angle θ is 65 °, and the distance H1 of the second region is 53.6 μm.
Comparative example b shows the angular distribution of a light guide having a prism with an apex angle of 90 °, which forms a steep high-brightness peak in the 0 ° direction and generates a side lobe at a position near ± 90 °. did. Comparative example c shows the angular distribution of the light guide 7 in which the optical confinement lens 19 is not formed. The luminance is small near 0 ° and does not form a strong peak at a specific angle, and the luminance is low over a wide angle. The distribution shape spreads.
From these results, the angular distribution of the light guide body 7 provided with the optical confinement lens 19 according to the present embodiment a has an intermediate distribution characteristic between the comparative examples b and c. For this reason, a balanced luminance distribution is obtained in which the central region has a moderately high luminance and the luminance is prevented from decreasing in the peripheral portion.
(1)上述のように本実施形態による導光体7によれば、射出面7bに光閉じ込めレンズ19を配列させたので、射出面が平板状のものやプリズムを配列した従来の導光体と比較して、中央領域の高輝度のピークが緩和されると共に周辺部の輝度の低下を抑制して、広い角度分布に渡って適度に高い輝度分布を得られる。
(2)また、導光体7に頂点を含み平面部または曲面部の第1領域19aと、第1領域19aの両端に形成したテーパー面状の平面図の第2領域19bとからなる光閉じ込めレンズ19を配列させたことで、第1領域19aで射出光を拡散して射出すると共に第2領域19bで屈折や反射をさせて斜め方向へ射出光La、Lbを拡散させて射出することによって、光閉じ込めレンズ19の延在方向に直交する方向に拡散光を射出させることができる。しかも、光偏向要素18の視認性を低減できる。
(1) As described above, according to the light guide 7 according to the present embodiment, since the light confinement lenses 19 are arranged on the exit surface 7b, a conventional light guide in which the exit surface is a flat plate or a prism is arranged. As compared with the above, a high luminance peak in the central region is relaxed and a decrease in luminance in the peripheral portion is suppressed, so that a moderately high luminance distribution can be obtained over a wide angular distribution.
(2) The light confinement is composed of a first region 19a having a flat surface or curved surface including an apex in the light guide 7, and a second region 19b having a tapered plan view formed at both ends of the first region 19a. By arranging the lenses 19, the emitted light is diffused and emitted in the first region 19 a and refracted and reflected in the second region 19 b to diffuse and emit the emitted light La and Lb in an oblique direction. The diffused light can be emitted in a direction orthogonal to the extending direction of the light confinement lens 19. In addition, the visibility of the light deflection element 18 can be reduced.
(3)また、光閉じ込めレンズ19を光源6に臨む入射面7Lに直交する方向に延在させて平行な方向に配列させたから、光偏向面18からの反射光が光閉じ込めレンズ19内に進入して対向する第2領域19bで反射を繰り返してレンズ19の延在方向に走行するため、反射光が光源6のない側面7mから外部に漏出する等、周囲に拡散することを抑制できて、両側の側面7m側に暗部Sが形成されない。そのため、周辺部の輝度を高めて全体に高輝度が得られる。 (3) Since the light confinement lens 19 extends in a direction orthogonal to the incident surface 7L facing the light source 6 and is arranged in a parallel direction, the reflected light from the light deflection surface 18 enters the light confinement lens 19. Then, since reflection is repeated in the second region 19b facing each other and travels in the extending direction of the lens 19, the reflected light can be prevented from diffusing to the surroundings, such as leaking outside from the side surface 7m without the light source 6, The dark portion S is not formed on the side surfaces 7m on both sides. Therefore, the brightness of the peripheral part is increased and high brightness is obtained as a whole.
(4)しかも、導光体7における射出面7bに対向する光偏向面7aに光偏向要素18を設けたから、入射光を拡散させて射出面7bへ反射させることができて拡散性を向上できる。特に光偏向要素18を光閉じ込めレンズ19に直交する方向に延在するように配列させることで互いに直交する方向に光を拡散できて、より均一な拡散光を射出できる。
また、光偏向要素18を光源6が対面する入射面7Lに平行に配列し、しかも入射面7Lに直交する方向に光源6に近接する領域で光偏向要素18の間隔が疎、離れた中央領域で密となる疎密のパターンで配列させることで、中央領域の輝度を高く設定できる。
また、本実施形態による導光体7によれば、光源6から射出した光を、光閉じ込めレンズ19(と光偏向要素18)によって平面部もしくは曲面部で形成された第1領域19aにおいて入射面7Lと平行な方向に拡散させるようにしたため、ホットスポットを効果的に低減できる。
(4) Moreover, since the light deflection element 18 is provided on the light deflection surface 7a facing the exit surface 7b of the light guide 7, incident light can be diffused and reflected to the exit surface 7b, thereby improving the diffusibility. . In particular, by arranging the light deflection elements 18 so as to extend in a direction orthogonal to the light confinement lens 19, light can be diffused in directions orthogonal to each other, and more uniform diffused light can be emitted.
Further, the light deflection elements 18 are arranged in parallel to the incident surface 7L facing the light source 6, and the light deflection elements 18 are spaced apart from each other in a region close to the light source 6 in a direction orthogonal to the incidence surface 7L. By arranging in a dense and dense pattern, the luminance of the central region can be set high.
In addition, according to the light guide 7 according to the present embodiment, the light emitted from the light source 6 is incident on the incident surface in the first region 19a formed by the light confinement lens 19 (and the light deflection element 18) as a flat surface or a curved surface. Since diffusion is performed in a direction parallel to 7L, hot spots can be effectively reduced.
従って、本実施形態による照明装置3によれば、本実施形態による導光体7によって周辺部の暗部Sをなくして全体に高輝度で中央部をより高輝度にした照明装置3が得られる。
また、本実施形態による表示装置1によれば、高輝度な照明装置3を画像表示素子2に透過させることで、中央部が高輝度で周辺部の輝度低下を抑制して暗部S等を生じない全体に輝度の高い画像が得られる。
Therefore, according to the illuminating device 3 according to the present embodiment, the illuminating device 3 can be obtained in which the dark portion S in the peripheral portion is eliminated by the light guide 7 according to the present embodiment, and the entire central portion has higher luminance.
Further, according to the display device 1 according to the present embodiment, the high-luminance illumination device 3 is transmitted through the image display element 2, so that the central portion has high luminance and the decrease in luminance in the peripheral portion is suppressed, and a dark portion S or the like is generated. A high-brightness image can be obtained.
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能である。以下に、他の実施形態等について上述した実施形態と同一または同様な部材、部品等には同一の符号を用いて説明する。
次に、本発明の第二実施形態による導光体7Aについて図7により説明する。
上述の第一実施形態では、光偏向要素18が凹型のシリンドリカル形状である構成について説明してきたが、本発明はこのような構成に限定されない。図7(a)〜(c)は第二実施形態による導光体7Aを示すものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate changes and substitutions can be made without departing from the spirit of the present invention. In the following, other embodiments and the like will be described using the same reference numerals for members, parts, and the like that are the same as or similar to the above-described embodiments.
Next, a light guide 7A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment described above, the configuration in which the light deflection element 18 has a concave cylindrical shape has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. 7A to 7C show a light guide 7A according to the second embodiment.
本第二実施形態による導光体7Aにおいて、光偏光要素18Aは光偏向面7aから外側に突出する凸型のシリンドリカル形状とされている。この凸型のシリンドリカル形状を有する光偏向要素18Aでは、射出面7bへ光を偏向する効果は凹型のシリンドリカル形状の光偏向要素18よりも低い。従って、この光偏向要素18Aは、凹型のシリンドリカル形状の光偏向要素18に比べて多くの光偏向要素18Aを配列させる必要がある。
この場合、本第二実施形態では、光源6に対面する入射面7Lに近接する位置に配設される光偏向要素18Aの数が増えて配列間隔が小さくなるため、疑似光源となる光偏向要素18Aの透け防止(光偏向要素18Aの隠蔽性)の効果が高まり、観察が一層視認しにくくなるため望ましい。
In the light guide 7A according to the second embodiment, the light polarization element 18A has a convex cylindrical shape protruding outward from the light deflection surface 7a. In the light deflecting element 18A having the convex cylindrical shape, the effect of deflecting light toward the exit surface 7b is lower than that of the concave cylindrical light deflecting element 18. Therefore, it is necessary to arrange a larger number of light deflection elements 18A in this light deflection element 18A than the concave cylindrical light deflection element 18 is.
In this case, in the second embodiment, the number of the light deflection elements 18A arranged at positions close to the incident surface 7L facing the light source 6 is increased and the arrangement interval is reduced, so that the light deflection element serving as a pseudo light source This is desirable because the effect of preventing see-through of 18A (the concealing property of the light deflection element 18A) is enhanced and the observation becomes more difficult to see.
次に本発明の第三実施形態による導光体7Bについて図8により説明する。
本第三実施形態による導光体7Cにおいて、光偏向面7aに配列された光偏向要素18Bは凹型のマイクロドット形状、即ち略半球状または半楕円状凹部とされている。この光偏向要素18Bは入射面7Lと平行な方向に略一定の間隔で配列され、入射面7Lに直交する方向では入射面7Lに近い位置ほど疎の間隔に、離れるほど密の間隔に配列されてなる一次元の疎密パターン配列の構造である。
このような構成の導光体7Bにおいても、第一実施形態による導光体7と同様な効果を奏することができる。
Next, a light guide 7B according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the light guide 7C according to the third embodiment, the light deflection elements 18B arranged on the light deflection surface 7a have a concave microdot shape, that is, a substantially hemispherical or semi-elliptical recess. The light deflection elements 18B are arranged at a substantially constant interval in a direction parallel to the incident surface 7L. In a direction orthogonal to the incident surface 7L, the light deflection elements 18B are arranged at a sparser interval as the position is closer to the incident surface 7L, and at a denser interval as it is farther away. This is a structure of a one-dimensional sparse pattern array.
Also in the light guide 7B having such a configuration, the same effects as those of the light guide 7 according to the first embodiment can be obtained.
次に本発明の第四実施形態による導光体7Cについて図9により説明する。
本第四実施形態による導光体7Cにおいて、光偏向面7aに配列された光偏向要素18Bは凸型のマイクロドット形状、即ち略半球状または半楕円状凸部とされている。この光偏向要素18Cは、入射面7Lと平行な方向に略一定の間隔で配列され、入射面7Lに直交する方向では入射面7Lに近い位置ほど疎の間隔に、離れるほど密の間隔に配列されてなる一次元の疎密パターン配列の構造である。
Next, a light guide 7C according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the light guide 7C according to the fourth embodiment, the light deflection elements 18B arranged on the light deflection surface 7a have a convex microdot shape, that is, a substantially hemispherical or semi-elliptical convex portion. The light deflecting elements 18C are arranged at a substantially constant interval in a direction parallel to the incident surface 7L. In a direction orthogonal to the incident surface 7L, the light deflecting elements 18C are arranged at a sparser interval as the position is closer to the incident surface 7L, and at a denser interval as it is farther away. This is a one-dimensional sparse / dense pattern array structure.
ここで、上記第三及び第四実施形態において、導光体7B,7Cの光偏向面7aにおける光偏向要素18(18B,18C)は光入射面である入射面7Lと平行な方向には略一定の間隔で形成されるが、入射面7Lに直交する方向には、入射面7Lからの距離によってその間隔を変えるように構成しても良い。
例えば、光偏向面7aでは、光偏向要素18(18B,18C)は、入射面7Lと平行な方向では疎な一定の間隔で配列し、入射面7Lに直交する方向では離れるほど密に配列されるため、光入射面7Lと平行な方向において密な間隔で略一定に配列させても良い。
または、光偏向要素18(18B,18C)を不規則に配列させても良い。このとき、入射面7Lと平行な方向においては単位面積当りの光偏向要素18(18B,18C)が占める割合が略一定となるように配置し、光入射面7Lと直交する方向においては入射面7Lに近いほど疎に配列し、そして離れるほど密に配列する疎密グラデーションパターンとすることが望ましい。
Here, in the third and fourth embodiments, the light deflection elements 18 (18B, 18C) on the light deflection surfaces 7a of the light guides 7B, 7C are substantially in a direction parallel to the light incident surface 7L. Although formed at a constant interval, the interval may be changed in the direction orthogonal to the incident surface 7L depending on the distance from the incident surface 7L.
For example, on the light deflecting surface 7a, the light deflecting elements 18 (18B, 18C) are arranged at regular intervals that are sparse in the direction parallel to the incident surface 7L, and are arranged more densely apart in the direction orthogonal to the incident surface 7L. For this reason, the light incident surface 7L may be arranged at a constant interval in a direction parallel to the light incident surface 7L.
Alternatively, the light deflection elements 18 (18B, 18C) may be irregularly arranged. At this time, the light deflection elements 18 (18B, 18C) per unit area are disposed so that the ratio of the light deflection elements 18 (18B, 18C) per unit area in the direction parallel to the incident surface 7L is substantially constant, and in the direction orthogonal to the light incident surface 7L. It is desirable to have a sparse gradation pattern that is arranged sparsely as it is closer to 7L and denser as it is farther away.
また、上述の各実施形態において、光偏向要素18が凹型または凸型のシリンドリカル形状またはマイクロドット形状である場合について説明してきたが、これに限らない。例えば、凹型または凸型のプリズム形状であっても良く、または楕円形状であるマイクロドットやピラミッド形状からなるマイクロドットなどであっても良い。
また、光閉じ込めレンズ19における第2領域19bは平面部からなるテーパー面としたが、その形状は平面部に限定されることはなく凸曲面や凹曲面形状等の曲面であってもよく、入射する反射光を屈折または反射させて拡散光として外部に射出できる形状であればよい。
In each of the above-described embodiments, the case where the light deflection element 18 has a concave or convex cylindrical shape or microdot shape has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it may be a concave or convex prism shape, or may be an elliptical micro dot or a pyramidal micro dot.
In addition, the second region 19b of the optical confinement lens 19 is a tapered surface composed of a flat portion, but the shape is not limited to the flat portion, and may be a curved surface such as a convex curved surface or a concave curved surface. Any shape can be used as long as the reflected light can be refracted or reflected to be emitted to the outside as diffused light.
以上、本発明による導光体7(7A,7B,7C)、照明装置3、並びに表示装置1の実施形態について説明したが、本発明による照明装置3は表示装置1のみに適用されるものではない。すなわち光源6から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明装置3として例えば照明機器などにも使用できることはいうまでもない。 The embodiments of the light guide 7 (7A, 7B, 7C), the illumination device 3, and the display device 1 according to the present invention have been described above. However, the illumination device 3 according to the present invention is not applied only to the display device 1. Absent. That is, it goes without saying that the illumination device 3 having a function of efficiently collecting the light emitted from the light source 6 can be used for, for example, an illumination device.
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
以下に示す2種類の導光体7と照明装置3を作製した。
第1の導光体7は、310mm×520mmの23インチサイズの直方体であり、厚みを2mmとした。導光体7の2つの短辺(310mm側)の側面7mを光源6に対面する入射面7Lとした。
導光体7の光偏向面7aに形成される光偏向要素18を図8に示すような凹型のマイクロレンズ形状とし、入射面7Lに近い領域ではマイクロレンズ18が占める面積を小さくし、光入射面7Lから離れるほどマイクロレンズ18が占める面積が大きくなるよう、一次元の疎密パターンを形成した。
すなわち、導光体7の入射面7Lに直交する方向の中央領域に最も密にマイクロレンズ18が配列される。マイクロレンズ18の直径は約70μm、高さは約15μmとした。
導光体7の光射出方向に、拡散シート8とプリズムシート20をこの順に載置させて照明装置3を作製した。プリズムシート20は、頂角90°のプリズムが延在する方向を長辺(520mm側)と平行になるように設置した。
Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following examples.
Two types of light guide 7 and lighting device 3 shown below were produced.
The first light guide 7 is a rectangular parallelepiped of 310 mm × 520 mm in 23 inch size, and has a thickness of 2 mm. The side surface 7m of the two short sides (310 mm side) of the light guide 7 was used as the incident surface 7L facing the light source 6.
The light deflecting element 18 formed on the light deflecting surface 7a of the light guide 7 has a concave microlens shape as shown in FIG. 8, and the area occupied by the microlens 18 is reduced in the region close to the incident surface 7L, so that the light is incident. A one-dimensional dense / dense pattern was formed so that the area occupied by the microlens 18 increased as the distance from the surface 7L increased.
That is, the microlenses 18 are arranged most densely in the central region in the direction orthogonal to the incident surface 7L of the light guide 7. The microlens 18 had a diameter of about 70 μm and a height of about 15 μm.
The diffusing sheet 8 and the prism sheet 20 were placed in this order in the light emission direction of the light guide 7 to produce the lighting device 3. The prism sheet 20 was installed so that the direction in which the prism with an apex angle of 90 ° extends was parallel to the long side (520 mm side).
上記導光体7の射出面7bに、以下の寸法を備えた光閉じ込めレンズ19を形成したものを実施例1〜9とした。各光閉じ込めレンズ19の第1領域19aは平面部とした。光閉じ込めレンズ19は、その延在する方向が長辺(520mm側)と平行になるように形成し、単位レンズピッチPを100μmとした。 Examples in which an optical confinement lens 19 having the following dimensions was formed on the exit surface 7b of the light guide 7 were designated as Examples 1-9. The first region 19a of each light confinement lens 19 was a flat portion. The optical confinement lens 19 was formed so that its extending direction was parallel to the long side (520 mm side), and the unit lens pitch P was set to 100 μm.
(実施例1)θ=55°、H1=21.5μm
(実施例2)θ=55°、H1=35.7μm
(実施例3)θ=55°、H1=49.0μm
(実施例4)θ=65°、H1=32.5μm
(実施例5)θ=65°、H1=53.6μm
(実施例6)θ=65°、H1=75.0μm
(実施例7)θ=70°、H1=41.5μm
(実施例8)θ=70°、H1=68.7μm
(実施例9)θ=70°、H1=96.0μm
Example 1 θ = 55 °, H1 = 21.5 μm
(Example 2) θ = 55 °, H1 = 35.7 μm
Example 3 θ = 55 °, H1 = 49.0 μm
(Example 4) θ = 65 °, H1 = 32.5 μm
(Example 5) θ = 65 °, H1 = 53.6 μm
(Example 6) θ = 65 °, H1 = 75.0 μm
Example 7 θ = 70 °, H1 = 41.5 μm
Example 8 θ = 70 °, H1 = 68.7 μm
Example 9 θ = 70 °, H1 = 96.0 μm
第2の導光体7として、その射出面7bに以下の寸法を有する形状の光閉じ込めレンズ19を形成したものを比較例1〜4とした。光閉じ込めレンズ19の第1領域19aは平面部とした。光閉じ込めレンズ19は延在する方向が長辺(520mm側)と平行になるように形成し、単位レンズピッチPは100μmとした。 As the 2nd light guide 7, what formed the light confinement lens 19 of the shape which has the following dimensions in the output surface 7b was made into Comparative Examples 1-4. The first region 19a of the optical confinement lens 19 is a flat portion. The optical confinement lens 19 was formed so that the extending direction was parallel to the long side (520 mm side), and the unit lens pitch P was 100 μm.
(比較例1)θ=50°、H1=29.8μm
(比較例2)θ=75°、H1=56.0μm
(比較例3)θ=65°、H1=20.0μm
(比較例4)θ=65°、H1=85.8μm
(Comparative Example 1) θ = 50 °, H1 = 29.8 μm
Comparative Example 2 θ = 75 °, H1 = 56.0 μm
Comparative Example 3 θ = 65 °, H1 = 20.0 μm
(Comparative example 4) θ = 65 °, H1 = 85.8 μm
第1の導光体7の射出面7bに以下の寸法からなる形状の光閉じ込めレンズ19を形成したものを実施例10〜13とした。光閉じ込めレンズ19の第1領域19aは曲面部とした。曲面部は2次関数によって規定される形状とした。光閉じ込めレンズ19は、延在する方向が長辺(520mm側)と平行になるように形成し、単位レンズピッチPは100μmとした。 Examples 10 to 13 were obtained by forming the light confinement lens 19 having the following dimensions on the exit surface 7b of the first light guide 7. The first region 19a of the light confinement lens 19 is a curved surface portion. The curved surface portion has a shape defined by a quadratic function. The optical confinement lens 19 was formed so that the extending direction was parallel to the long side (520 mm side), and the unit lens pitch P was 100 μm.
(実施例10)θ=60°、H1=43.3μm 、H2=20.0μm
(実施例11)θ=60°、H1=43.3μm 、H2=10.0μm
(実施例12)θ=65°、H1=53.6μm 、H2=20.0μm
(実施例13)θ=65°、H1=53.6μm 、H2=10.0μm
Example 10 θ = 60 °, H1 = 43.3 μm, H2 = 20.0 μm
Example 11 θ = 60 °, H1 = 43.3 μm, H2 = 10.0 μm
(Example 12) θ = 65 °, H1 = 53.6 μm, H2 = 20.0 μm
(Example 13) θ = 65 °, H1 = 53.6 μm, H2 = 10.0 μm
(比較例5)
第2の導光体7の射出面7bに100μmピッチで頂角が90°のプリズムを、その延在方向が長辺(520mm側)と平行になるように形成した。
(Comparative Example 5)
A prism having a pitch of 100 μm and an apex angle of 90 ° was formed on the exit surface 7b of the second light guide 7 so that the extending direction thereof was parallel to the long side (520 mm side).
実施例1〜13、比較例1〜5の導光体7は長方形平板状とし、対向する2つの短辺の側面7mを光入射面7Lとし、光入射面7Lに臨む光源6としてLEDを複数配列した。
実施例1〜13、比較例1〜5による導光体7を照明装置3に配設し、導光体7の光偏向面7a側の背面に白色で反射率が98%である光反射シート5を配列した。そして、導光体7の射出面7b側には、拡散シート8、プリズムシート20の順で積層して配置することで、それぞれ照明装置3を製作した。
The light guides 7 of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 have a rectangular flat plate shape, and the two short side surfaces 7m facing each other are used as a light incident surface 7L, and a plurality of LEDs are used as the light source 6 facing the light incident surface 7L. Arranged.
The light guide 7 according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5 is disposed in the lighting device 3, and the light reflecting sheet is white and has a reflectance of 98% on the back surface of the light guide 7 on the light deflection surface 7 a side. 5 was arranged. And the illuminating device 3 was each manufactured by laminating | stacking and arrange | positioning the diffusion sheet 8 and the prism sheet 20 in order on the emission surface 7b side of the light guide 7.
本実施例1〜13、比較例1〜5の導光体7を装着して得られた照明装置3について、正面輝度の測定と、ホットスポットの視認性及び暗部Sの視認性の評価を以下のように行った。
正面輝度の測定では、TOPCON製分光輝度計SR−3を用いて測定を行った。また、ホットスポットと暗部Sの視認性の評価は、目視で照明装置3を観察方向Fから観察したときに、ホットスポットや暗部Sが視認されない場合を○、視認された場合を×とした。
About the illuminating device 3 obtained by attaching the light guides 7 of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5, measurement of front luminance and evaluation of hot spot visibility and dark portion S visibility are as follows. Went like that.
In the measurement of the front luminance, the measurement was performed using a spectral luminance meter SR-3 manufactured by TOPCON. Moreover, evaluation of the visibility of a hot spot and the dark part S made the case where a hot spot and the dark part S were not visually recognized when visually observing the illuminating device 3 from the observation direction F, and made x when visually recognized.
実施例1〜13および比較例1〜5による照明装置3の正面輝度、ホットスポット、暗部Sの評価結果を表1に示した。 Table 1 shows the evaluation results of the front luminance, hot spot, and dark part S of the illumination devices 3 according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 5.
ここで、正面輝度の測定値は、比較例5の正面輝度を100とした場合の規格化正面輝度(%)で表記している。
評価の結果、実施例1〜13は全て、比較例5と比較して正面輝度が上昇することを確認した。ここでは、測定器の誤差範囲±1%以上、正面輝度が上昇したものを、正面輝度向上効果ありと判断した。
さらに、実施例1〜13は全てホットスポットや暗部Sが視認されないことを確認した。これに対して、比較例1,2では正面輝度の向上効果がなく、比較例3は暗部Sが露見され、比較例4,5はホットスポットが発生した。
Here, the measured value of the front luminance is expressed as normalized front luminance (%) when the front luminance of Comparative Example 5 is set to 100.
As a result of the evaluation, it was confirmed that all of Examples 1 to 13 increased the front luminance as compared with Comparative Example 5. Here, an error range of the measuring instrument of ± 1% or more and an increase in front luminance was judged to have a front luminance improvement effect.
Furthermore, all Examples 1-13 confirmed that the hot spot and the dark part S were not visually recognized. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, there was no effect of improving the front luminance, in Comparative Example 3, the dark portion S was exposed, and in Comparative Examples 4 and 5, a hot spot was generated.
1 表示装置
2 液晶パネル
3 照明装置
5 反射板(反射シート)
6 光源
7,7A,7B、7C 導光体
7a 光偏向面
7b 射出面
7m 側面
7L 入射面
8 拡散シート、
9 液晶層
10、11 偏光板
18、18A,18B、18C 光偏向要素
19 光閉じ込めレンズ、
19a 第1領域
19b 第2領域
20 集光シート(プリズムシート)
28 拡散性光学シート
S 暗部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display apparatus 2 Liquid crystal panel 3 Illumination apparatus 5 Reflection board (reflection sheet)
6 Light source 7, 7A, 7B, 7C Light guide 7a Light deflection surface 7b Emission surface 7m Side surface 7L Incident surface 8 Diffusion sheet,
9 Liquid crystal layer 10, 11 Polarizing plate 18, 18A, 18B, 18C Optical deflection element 19 Optical confinement lens,
19a 1st field 19b 2nd field 20 Condensing sheet (prism sheet)
28 Diffusing Optical Sheet S Dark Part
Claims (12)
第1主面と、前記第1主面に対向する第2主面と、前記第1主面及び前記第2主面の間に設けられた側面とを有しており、
前記第1主面には、光源から入射した光を前記第2主面側に偏向する光偏向要素が設けられ、
前記第2主面には、前記光源に臨む少なくとも1つの前記側面の延在方向と直交する方向に延在していて前記導光体内部を導光する光の光路を規制する光閉じ込めレンズが設けられ、
前記光閉じ込めレンズは、そのレンズ形状が、頂点を含む領域に形成された平面部または曲面部からなる第1領域と該第一領域の両端部に形成されたテーパー面からなる第2領域とを備えたことを特徴とする導光体。 A translucent light guide,
A first main surface, a second main surface facing the first main surface, and a side surface provided between the first main surface and the second main surface,
The first main surface is provided with a light deflection element that deflects light incident from a light source toward the second main surface,
On the second main surface, there is a light confinement lens that extends in a direction perpendicular to the extending direction of at least one of the side surfaces facing the light source and regulates an optical path of light guided inside the light guide. Provided,
The optical confinement lens includes a first region composed of a flat surface portion or a curved surface portion formed in a region including the apex, and a second region composed of tapered surfaces formed at both ends of the first region. A light guide characterized by comprising.
請求項1乃至8の何れか1項に記載された導光体と、
前記導光体の第1の主面側の背面に配設した反射シートと
を備えたことを特徴とする照明装置。 A light source;
A light guide according to any one of claims 1 to 8,
A lighting device comprising: a reflection sheet disposed on a back surface of the light guide on the first main surface side.
請求項9乃至11のいずれか1項に記載された照明装置と、
を具備することを特徴とする表示装置。 An image display element that defines a display image according to light transmission / shielding in pixel units;
The lighting device according to any one of claims 9 to 11,
A display device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011210815A JP2013073736A (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Light guide, lighting device having the same, and display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2011210815A Withdrawn JP2013073736A (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Light guide, lighting device having the same, and display device |
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2011
- 2011-09-27 JP JP2011210815A patent/JP2013073736A/en not_active Withdrawn
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