JP2014130748A - Light guide plate and surface light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は導光板及び面光源装置に関し、具体的には、光源の高さよりも薄い導光板に光を効率よく入射させるための面光源装置や導光板などに関するものである。 The present invention relates to a light guide plate and a surface light source device. Specifically, the present invention relates to a surface light source device, a light guide plate, and the like for efficiently making light incident on a light guide plate thinner than the height of the light source.
近年、面光源装置を組み込むモバイル機器の薄型化に伴い、面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置を薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが必要になる。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くできたとしても、LEDからなる光源の高さを小さくすることには限界がある。そのため、平板状をした薄い導光板を用いた場合には、光源の高さが導光板の端面(光入射端面)の厚みよりも大きくなり、導光板の光入射端面に対向させて配置した光源が導光板の上面よりも上に飛び出ることになる。こうして光源が導光板よりも上に飛び出ていると、光源から出射した光がすべて導光板の光入射端面に入らず、一部が外部へ漏れてしまって光利用効率が悪くなる。 In recent years, with the thinning of mobile devices incorporating a surface light source device, the surface light source device is also increasingly required to be thin. In order to reduce the thickness of the surface light source device, it is necessary to reduce the thickness of the light guide plate. However, even if the thickness of the flat light guide plate can be reduced, there is a limit to reducing the height of the light source composed of LEDs. Therefore, when a flat light guide plate is used, the height of the light source is larger than the thickness of the end face (light incident end face) of the light guide plate, and the light source is disposed to face the light incident end face of the light guide plate. Protrudes above the upper surface of the light guide plate. When the light source is thus projected above the light guide plate, all the light emitted from the light source does not enter the light incident end face of the light guide plate, and part of it leaks to the outside, resulting in poor light utilization efficiency.
このような不具合を解決するため、平板状をした導光板本体の端に導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を設け、光導入部の最大厚みの箇所から導光板本体に向けて傾斜した傾斜面を光導入部の上面に設けた導光板を用いる場合がある。このような導光板によれば、光導入部の端面(光入射端面)の厚みを光源の高さと同程度かそれよりも大きくすることによって光源の光を効率よく光導入部に取り込み、光導入部に取り込まれた光を厚みの薄い導光板本体へ導びくことができる。 In order to solve such a problem, a light introducing portion having a thickness larger than that of the light guide plate main body is provided at the end of the flat light guide plate main body, and the light introducing portion is inclined toward the light guide plate main body from the maximum thickness portion. A light guide plate having an inclined surface provided on the upper surface of the light introducing portion may be used. According to such a light guide plate, the thickness of the end face (light incident end face) of the light introduction part is approximately the same as or larger than the height of the light source, so that the light from the light source is efficiently taken into the light introduction part and light introduction is performed. The light taken into the part can be guided to the thin light guide plate body.
このような導光板を用いた面光源装置の一例を図1(A)に示す。なお、図面においては、光入射端面16に垂直な方向をx方向とし、光出射面18に垂直な方向をz方向とし、x方向及びz方向に垂直な方向をy方向とする。図1(A)に示す面光源装置11は、光源12と導光板13からなる。導光板13は、くさび状をした光導入部14と平板状の導光板本体15を一体成形したものである。光導入部14の上面には、光入射端面側の端から導光板本体15に向けて傾斜した傾斜面17が形成されている。導光板本体15の上面、すなわち光出射面18には、光入射端面16と垂直な方向(x方向)に延びたレンチキュラーレンズ19が幅方向(y方向)に沿って配列されている。くさび状をした光導入部14を有する導光板13の場合には、図1(B)に示すように、レンチキュラーレンズ19の長さ方向に垂直な断面(yz面と平行な断面)は、レンチキュラーレンズ19の端に接する接線の角度αが7.5°程度の円弧となっている。また、導光板本体15の下面には、図2(A)に示すようなプリズム状をした微細な偏向パターン20が多数凹設されていて、各偏向パターン20はその長さ方向が光入射端面16と平行となるように配置されている。
An example of a surface light source device using such a light guide plate is shown in FIG. In the drawing, the direction perpendicular to the light
このような面光源装置11によれば、光入射端面16から光導入部14内に入射した光は、光導入部14の下面と傾斜面17との間で反射されて導光板本体15へ導かれる。そして、導光板本体15へ導かれた光は、導光板33の下面に設けられた偏向パターン20で反射して光出射面18から出射される。このとき光出射面18から出射する光は、レンチキュラーレンズ19を透過することによって導光板13の幅方向へ指向特性を狭められる。なお、出射用の光学パターンを有する面光源装置としては、たとえば特許文献1に記載されたものがある(ただし、光導入部は備えていない)。
According to such a surface
しかし、上記のような面光源装置11における光の挙動を詳細に検討すると、その問題点が明らかとなる。図2(A)は、導光板下面に設けられたプリズム状の偏向パターン20の斜視図である。図2(B)は、偏向パターン20で全反射され、平滑な光出射面18から出射した光のz方向から見た指向特性を示す図である。なお、指向特性図は、光線方向を球面上の点として表したものである。また、指向特性図においては、光線の方向を灰色又は黒色の点で示し、最大強度の光線方向(輝線)を黒色ドットQで表している(以下の指向特性図においても同様)。
However, when the behavior of light in the surface
導光板13の光出射面18が平滑である場合(レンチキュラーレンズ19が設けられていない場合)には、図2(A)の偏向パターン20で反射されて光出射面18から出射する光の指向特性は、図2(B)に示すようにzx平面と平行な方向に最大強度Qが生じる(すなわち、z方向から見てx方向へ光が出射される)。
When the
しかし、図1(B)のようなレンチキュラーレンズ19が光出射面18に設けられている場合には、レンチキュラーレンズ19を透過して光出射面18から出射する光の指向特性は図3のようになる。すなわち、z方向から見るとx方向に対して斜めに傾いた方向へ光が出射し、zx面を挟んでx方向から傾いた2方向で光強度が最大となる。こうして指向特性は斜め2方向で最大強度Qとなって斜め方向に輝線が発生する。従来の面光源装置11では、このような輝線が原因で、液晶パネルのバックライトとして用いたとき液晶表示装置の画面の見栄えが低下する問題があった。
However, when the
本発明の目的とするところは、光導入部を有する導光板において、出射光学パターンを透過した光の指向特性を、導光板に設けた偏向パターンの指向特性に適合させることにある。 An object of the present invention is to adapt the directivity characteristic of light transmitted through an outgoing optical pattern to the directivity characteristic of a deflection pattern provided on the light guide plate in a light guide plate having a light introducing portion.
本発明に係る導光板は、端面から入射した光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて入射した光を光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、前記光導入部が、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を有する導光板において、前記導光板本体の前記光出射面には、前記光出射面から出射する光の指向特性を前記導光板本体の幅方向で変化させるための複数の出射光学パターンが形成され、前記出射光学パターンは、それぞれ前記端面に垂直な方向に延びていて、前記光出射面の幅方向に配列され、前記出射光学パターンを透過して出射する光の指向特性が、前記光出射面の反対面で反射して前記光出射面から出射する光の指向特性と同じような特性であることを特徴としている。 The light guide plate according to the present invention is provided with a light introduction part for confining light incident from an end face, and a thickness smaller than the maximum thickness of the light introduction part, and is continuous with the light introduction part. A light guide plate main body configured to emit light from the light output surface to the outside, and the light introducing portion is thicker than the light guide plate main body on at least one of the light output side surface and the opposite surface. In the light guide plate having an inclined surface inclined from the surface of the large portion toward the end of the light guide plate body, the light exit surface of the light guide plate body has a directivity characteristic of light emitted from the light exit surface. A plurality of emission optical patterns for changing in the width direction of the light guide plate body are formed, each of the emission optical patterns extends in a direction perpendicular to the end face, and is arranged in the width direction of the light emission surface, Output optical pattern Directional characteristics of light transmitted to the exit is, is characterized by being reflected by the opposite surface of the light emitting surface is a similar characteristic and directivity of light emitted from the light emitting surface.
本発明に係る導光板にあっては、出射光学パターンを透過して出射する光の指向特性が、光出射面の反対面で反射して光出射面から出射する光の指向特性と同じような特性であるので、出射光学パターンを透過した光による輝線が目立たなくなる。 In the light guide plate according to the present invention, the directivity characteristic of the light transmitted through the output optical pattern is similar to the directivity characteristic of the light reflected from the opposite surface of the light output surface and output from the light output surface. Due to the characteristics, the bright line due to the light transmitted through the outgoing optical pattern becomes inconspicuous.
本発明に係る導光板においては、前記出射光学パターンは、表面が円筒状の曲面によって構成されたものでもよく、断面が台形状のものでもよく、断面が三角形状のものでもよい。 In the light guide plate according to the present invention, the outgoing optical pattern may be formed of a curved surface having a cylindrical surface, may have a trapezoidal cross section, or may have a triangular cross section.
本発明に係る導光板のある実施態様においては、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、幅方向に沿って稜線と谷線が交互に並んだ指向性変換パターンが形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、指向性変換パターンを設けることにより傾斜面からの光漏れを低減させることができる。 In an embodiment of the light guide plate according to the present invention, a directivity conversion pattern in which ridge lines and valley lines are alternately arranged along the width direction is formed on at least one of the light emitting side surface and the opposite surface. It is characterized by being. According to this embodiment, it is possible to reduce light leakage from the inclined surface by providing the directivity conversion pattern.
特に、この実施態様においては、前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記端面に対向させて配置される光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分は、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とが、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在していることが好ましい。 In particular, in this embodiment, the cross section of the directivity conversion pattern cut in parallel with the end face is positioned in front of the light source arranged to face the end face and has the same width as the light source. A portion in the region includes a slope connecting any one of the ridge lines of the directivity conversion pattern and one valley line adjacent to the ridge line, and the ridge line and the other valley line adjacent to the ridge line. It is preferable that the connecting slope is asymmetric with respect to a straight line passing through the ridge line and perpendicular to the light emitting surface, and at least one set of the asymmetric shape portions having different shapes is present on both sides of the light source center.
さらには、前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において光源中心の両側の領域においてそれぞれ、内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴が望ましい。 Further, in the cross section of the directivity conversion pattern cut in parallel with the end face, in a region located in front of the light source and in a region having a width equal to the light source, on both sides of the light source center Respectively, the sum of the lateral widths of the slopes in which the normals are inclined toward the light source center side when the normals are set to the slopes connecting the adjacent ridge lines and valley lines of the directivity conversion pattern from the inside to the outside, It is desirable that the normal is larger than the sum of the lateral widths of the slopes inclined to the opposite side of the light source center.
さらに、前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する2つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることが望ましい。 Further, in the cross section of the directivity conversion pattern cut parallel to the end face, the two adjacent slopes are located in front of the light source and in a region having the same width as the light source. It is desirable that the lateral width of the inclined surface in which the normal line is inclined toward the light source center side is larger than or equal to the lateral width of the inclined surface in which the normal line is inclined toward the side opposite to the light source center.
本発明に係る導光板の別な実施態様においては、前記指向性変換パターンが、山形状又はV溝状をしたパターン素子を配列したものであり、前記パターン素子が、前記端面に垂直な方向と平行に延びていてもよい。あるいは、前記パターン素子が、放射状に配列されていてもよい。あるいは、前記パターン素子が、光軸中心の両側でそれぞれ平行に揃い、かつ、前記導光板本体の上面に垂直な方向から見て、光学中心の両側で互いに反対方向へ傾いていてもよい。 In another embodiment of the light guide plate according to the present invention, the directivity conversion pattern is an array of pattern elements having a mountain shape or a V-groove shape, and the pattern element has a direction perpendicular to the end face. You may extend in parallel. Alternatively, the pattern elements may be arranged radially. Alternatively, the pattern elements may be aligned in parallel on both sides of the optical axis center, and may be inclined in opposite directions on both sides of the optical center when viewed from a direction perpendicular to the upper surface of the light guide plate body.
本発明に係る面光源装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源とを備えたことを特徴としている。かかる面光源装置にあっては、本発明に係る導光板を用いているので、斜め方向の輝線を抑制することができる。 The surface light source device according to the present invention includes the light guide plate according to the present invention and a light source for sending light to the end face of the light introducing portion of the light guide plate. In such a surface light source device, since the light guide plate according to the present invention is used, bright lines in an oblique direction can be suppressed.
本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源と、前記導光板の前記光出射面に対向させて配置した液晶パネルとを備えたことを特徴としている。かかる液晶表示装置にあっては、本発明に係る導光板を用いているので、斜め方向の輝線を抑制することができ、画面の見栄えが向上する。 The liquid crystal display device according to the present invention is disposed so as to face the light guide plate according to the present invention, a light source for sending light to the end face of the light introducing portion of the light guide plate, and the light emitting surface of the light guide plate. It features a liquid crystal panel. In such a liquid crystal display device, since the light guide plate according to the present invention is used, the bright lines in the oblique direction can be suppressed, and the appearance of the screen is improved.
また、本発明に係る液晶表示装置は、スマートフォンやタブレット型コンピュータ、電子ブックリーダー、電子辞書などのモバイル機器にも用いることができる。 The liquid crystal display device according to the present invention can also be used in mobile devices such as smartphones, tablet computers, electronic book readers, and electronic dictionaries.
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。 The means for solving the above-described problems in the present invention has a feature in which the above-described constituent elements are appropriately combined, and the present invention enables many variations by combining such constituent elements. .
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various design changes can be made without departing from the gist of the present invention.
(実施形態1)
以下、図4を参照して本発明の実施形態1による面光源装置を説明する。図4(A)は、本発明の実施形態1による面光源装置31を示す斜視図である。図4(B)は、面光源装置31の導光板表面に形成された出射プリズム40(出射光学パターン)の拡大断面図である。なお、以下においては光入射端面36に垂直な方向をx方向とし、光出射面39に垂直な方向をz方向とし、x方向及びz方向に垂直な方向をy方向とする。
(Embodiment 1)
The surface light source device according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 4A is a perspective view showing the surface
面光源装置31は、光源32と導光板33からなる。光源32は、1個又は複数個のLEDを内蔵しており、正面の光出射窓から白色光を出射する。この光源32は、点光源と呼ばれることがある。
The surface
導光板33は、導光板本体35の端部に光導入部34を一体に成形したものである。導光板33は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂(PC)、シクロオレフィン系材料、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などの高屈折率の透明樹脂によって成形されている。
The
光導入部34はくさび状をしており、導光板本体側へ向けて次第に厚みが薄くなっている。すなわち、光導入部34の上面のうち光入射端面側の端部は水平面37となっており、水平面37の端から導光板本体35の端にかけて平滑な傾斜面38が形成されている。傾斜面38は、導光板33の一方側面から他方側面まで帯状に延びており、水平面37の端から導光板本体35の端へ向けて下り傾斜している。
The
導光板本体35は表面と裏面が平行な平板状をしている。導光板本体35は、ほぼ均一な厚みを有しており、導光板本体35の厚みは光導入部34の最大厚みよりも薄くなっている。導光板本体35は導光板33の大部分の面積を占めている。導光板本体35の上面が光出射面39となっており、光出射面39と反対面には、図6(C)に示すような円錐形状をした微細な偏向パターン42又は図2に示すようなプリズム状をした微細な偏向パターン20が多数形成されている。図6(C)に示すような円錐形状をした偏向パターン42で反射されて光出射面39から出射する光の指向特性は、導光板33の光出射面39が平滑である場合(出射プリズム40が設けられていない場合)には、図2(B)と同じような特性を示し、zx平面と平行な方向に最大強度Qが生じる(すなわち、z方向から見てx方向へ光が出射される)。なお、以下においては、偏向パターンは、円錐状の偏向パターン42として説明するが、プリズム状の偏向パターン20であってもよい。また、偏向パターン42、20に代えて、光源32から遠くなるに従って次第に薄くなったクサビ状の導光板を用いてもよい。
The light
導光板本体35の光出射面39には、出射光学パターン、すなわち光入射端面36と垂直な方向(x方向)に延びた出射プリズム40が、導光板本体35の幅方向(y方向)に沿って配列されている。出射プリズム40の長さ方向(x方向)に垂直な断面(yz面と平行な断面)は二等辺三角形状となっており、出射プリズム40の端に接する接線の角度α(以下、接線角度という。)、すなわち図4(B)に示す斜辺の角度が40°以上50°以下となっている。
On the
また、導光板33の下面には、導光板33の下面から漏れた光を反射させて導光板33内へ戻すための反射シート41が配置されている。
In addition, a
この面光源装置31にあっても、図1(A)に示した面光源装置11と同様な光の挙動を示す。しかし、面光源装置31では、出射プリズム40の接線角度αが40°以上50°以下となっている。そのため、出射プリズム40を透過して光出射面39から出射する光の指向特性は、図5に示すようにzx平面と平行な方向で最大強度Qとなる(すなわち、z方向から見てx方向へ光が出射される)。よって、光出射面39に出射プリズム40を設けてあっても、出射プリズム40が設けていない場合と同じ方向へ光が出射され、出射光が輝線として認識されなくなる。
Even in the surface
図6(A)は、面光源装置31を用いた液晶表示装置51を示す概略断面図である。導光板33の下面には、反射シート41が配置されている。また、光出射面39の上面には2枚のプリズムシート52、53と拡散シート54が順次重ねられ、その上に液晶パネル55が設置されている。プリズムシート52、53は、断面三角形状をした微細なプリズムパターンを平行に並べたものであり、図6(B)に示すようにプリズムシート52とプリズムシート53はプリズムパターンの方向が直交するように重ねられる。
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing a liquid
偏向パターン42で全反射されることによりx方向へ向けて光出射面39から出射した光Lは、図6(A)に示すように2枚のプリズムシート52、53を透過することによって光出射面39に垂直な方向へ揃えられ、ついで拡散シート54によって適度の指向角に広げられる。その結果、液晶パネル55の裏面を垂直方向から照明することができ、液晶パネル55の正面を中心とする適度な広がりの範囲で液晶パネル55の画面を明瞭に見ることができるようになる。
The light L emitted from the
出射プリズム40の表面は傾斜しているので、導光板33内を導光する光の一部は、偏向パターン42で全反射されなくても、直接に出射プリズム40から漏れる。しかし、出射プリズム40の接線角度が40°〜50°であれば、図5のように出射プリズム40から漏れる光はx方向を向いているので、偏向パターン42で全反射された出射光と同じようにプリズムシート52、53によって光出射面39に垂直な方向の光に変換され、照明用に用いられる。よって、本実施形態の面光源装置31を用いた液晶表示装置51によれば画面の見栄えを向上させることができる。
Since the surface of the
(シミュレーション結果)
図5は、面光源装置31の光出射面39から出射する光の出射指向特性をz方向から見た様子を示すシミュレーション図である。図5は、出射プリズム40の接線角度αが50°の場合である。図5から分かるように、実施形態1の面光源装置31では、出射プリズム40を透過して光出射面39から出射する光は、導光板33の幅方向に狭められて最大強度の方向Qがx方向を向いている。したがって、接線角度αが50°の出射プリズム40を透過した光の指向特性は、接線角度αが7.5°のレンチキュラーレンズ19のように(図3参照)斜め2方向に輝線が発生せず、偏向パターン42で全反射した光の指向特性(図2(B)参照)と同じような特性を有する。
(simulation result)
FIG. 5 is a simulation diagram showing a state in which the emission directivity characteristic of the light emitted from the
図7(A)〜図7(E)は、それぞれ出射プリズム40の接線角度αを10°、20°、30°、40°、50°と変化させたときの出射指向特性を表わしている。図7(A)−図7(E)から分かるように、接線角度αが10°から30°の場合には、光の出射方向の分布がx方向を挟んでくびれており、出射光強度がx方向から傾いた斜め2方向に最大光強度Qの箇所が生じて輝線が発生している。これに対し、接線角度αが40°から50°では、光の出射方向の分布がx方向にまとまっており、x方向のみで最大光強度Qが生じている。よって、このシミュレーション結果からは、出射プリズム40の接線角度を40°以上50°以下とすれば、偏向パターン42で全反射した光と同様な指向特性を得られることが分かる。
FIGS. 7A to 7E show the emission directivity characteristics when the tangent angle α of the
(出射光学パターンの他の断面形状)
図4(B)には断面三角形状の出射光学パターン、すなわち出射プリズム40を示したが、出射光学パターンは図8(A)に示すような接線角度αが40°以上50°以下のレンチキュラーレンズ56であってもよい。また、図8(B)に示すような接線角度αが40°以上50°以下の断面台形状をした出射光学パターン57でもよく、図8(C)に示すような接線角度αが40°以上50°以下の断面多角形状をした出射光学パターン58でもよい。なお、断面台形状の出射光学パターン57では、図8(B)に破線で示すように平らな面に当たった光は反射される。
(Other cross-sectional shape of outgoing optical pattern)
FIG. 4B shows an outgoing optical pattern having a triangular section, that is, an
(実施形態2)
図9は、本発明の実施形態2による面光源装置61の一部、すなわち光源32と導光板33の光入射端面36の一部を示す概略斜視図である。この面光源装置61では、光入射端面36の光源32と対向する部分に拡散パターン62を配列している。拡散パターン62は、たとえば円弧状やプリズム状などの凸部であって、光入射端面36の上端から下端まで延びている。また、拡散パターン62は光入射端面36の幅方向に並んでいる。光入射端面36に拡散パターン62を設ければ、光源32の光が光入射端面36から導光板33内に入射する際に光を横方向に広げることができ、導光板33のコーナー部に光を送ることができる。なお、図9には示していないが、この実施形態でも、光出射面39には接線角度が40°以上50°以下の出射光学パターンが設けられている。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a schematic perspective view showing a part of the surface
(実施形態3)
図10は、本発明の実施形態3による面光源装置71の斜視図である。実施形態3の面光源装置71では、複数のパターン素子73からなる指向性変換パターン72を傾斜面38に形成している。パターン素子73は、山形形状又はV溝状となっている。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a perspective view of a surface
図11は、面光源装置71に形成された指向性変換パターン72の断面形状を示す。すなわち、図11は、光入射端面36と平行に切った指向性変換パターン72の断面のうち、光源32の前方に位置し、かつ、光源32と等しい幅(光源幅W)を持つ領域(つまり、光源中心Cから左右両側へW/2の領域)内にある部分を示す。ここで、光源中心Cとは、光源32の発光中心を通過し、かつ、導光板33の光入射端面36及び光出射面39に垂直な平面をいう。また、光源幅Wとは、光源32のパッケージの幅をいうものではなく、発光面(光出射窓)の幅をいう。図11では、指向性変換パターン72は、光源中心Cに関して左右対称な形状を有しているが、かならずしも左右対称である必要はない。
FIG. 11 shows a cross-sectional shape of the
実施形態3の面光源装置71においては、指向性変換パターン72は、光入射端面36と平行な断面における光源幅Wの領域では、左右非対称な形状を有している。光源幅Wの外側の領域においても、光源幅Wの領域と同様な構造を有していてもよいが、光源32から離れた領域では、供給される光量や光強度が小さいので、光源幅Wの外側では特に指向性変換パターン72の構造は限定されない。
In the surface
光入射端面36と平行な断面における光源幅Wの領域では、指向性変換パターン72を構成する大部分またはすべてのパターン素子73は非対称な形状を有している。すなわち、ある稜線(断面の極大点)と当該稜線に隣接する一方の谷線(断面の極小点)とを結ぶパターン斜面74aと、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線(断面の極小点)とを結ぶパターン斜面74bが、当該稜線を通り光出射面39に垂直な直線に関して左右非対称となっている。ただし、一部のパターン素子73(たとえば、光源中心Cの位置にあるパターン素子)は左右対称であってもよい。ここで、パターン斜面74a、74bとは、隣り合った稜線と谷線との間に位置する指向性変換パターン72の表面である。図11に示す指向性変換パターン72では、パターン斜面74a、74bは平面となっているが、曲面や屈曲面などであってもよい。
In the region of the light source width W in the cross section parallel to the light
光源中心Cとそこから向かって左側へW/2の領域(以下、光源中心Cの左側領域という。)においては、導光板33の内部から外部へ向けて各パターン斜面74a、74bに法線Nを立てたとき、法線Nが光源中心側へ傾いているパターン斜面74bの横幅D2の総和(各パターン斜面74bの横幅D2の、幅W/2の左側領域における合計値)が、法線Nが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面74aの横幅D1の総和(各パターン斜面74aの横幅D1の、幅W/2の左側領域における合計値)よりも大きくなっている。
In the light source center C and a region W / 2 to the left from there (hereinafter referred to as the left region of the light source center C), the normal line N extends from the inside of the
同様に、光源中心Cとそこから向かって右側へW/2の領域(以下、光源中心Cの右側領域という。)においては、導光板33の内部から外部へ向けて各パターン斜面74a、74bに法線Nを立てたとき、法線Nが光源中心側に向いて傾いているパターン斜面74bの横幅D2の総和(各パターン斜面74bの横幅D2の、幅W/2の右側領域における合計値)が、法線Nが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面74aの横幅D1の総和(各パターン斜面74aの横幅D1の、幅W/2の右側領域における合計値)よりも大きくなっている。
Similarly, in the light source center C and the area W / 2 on the right side from the light source center C (hereinafter referred to as the right area of the light source center C), the pattern slopes 74a and 74b are directed from the inside of the
このような形態を実現するためには、隣接する2つのパターン斜面74a、74b(パターン素子)において、法線Nが光源中心側へ傾いているパターン斜面74bの横幅D2が、法線Nが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面74aの横幅D1よりも大きいか、又は一部において同じであればよい。光源幅Wの領域にある少なくとも一部のパターン素子73が、この条件を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子73が、この条件を満たしていることが好ましいが、必ずしもすべてのパターン素子73に要求されるものではない。
In order to realize such a configuration, in two adjacent pattern slopes 74a and 74b (pattern elements), the horizontal width D2 of the
実施形態3における指向性変換パターン72の異なる形態としては、図12(B)に示すように、各パターン素子73の断面が左右対称となっていてもよい。図12(B)には、左右対称な断面形状を有するパターン素子73からなる指向性変換パターン72における、発光中心32aから出射した光の挙動を表している。この場合、発光中心32aから出射した光のうち、発光中心32aから前方へ向けて出射された光は指向性変換パターン72で反射されるので、パターン素子73の傾斜面からは漏れにくい。しかし、パターン素子73が左右対称な断面形状を有する場合には、発光中心32aから斜めに出射される光は、図12(B)に破線で示す光Lのようにパターン素子73の斜面から外部へ漏れやすい。すなわち、指向性変換パターン72に入射する位置が光源中心Cから遠くなると、それにつれて光は指向性変換パターン72の表面に対して次第に垂直に近い角度で入射するようになり、指向性変換パターン72から漏れやすくなり、光損失が大きくなる。
As a different form of the
これに対し、図11に示す指向性変換パターン72においては、光源中心Cの左右の領域においてそれぞれ、法線Nが光源中心側へ傾いたパターン斜面74bの横幅D2の総和が、法線Nが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面74aの横幅D1の総和よりも大きくなっている。特に、多くのパターン素子73において、法線Nが光源中心側へ傾いたパターン斜面74bの横幅D2が、法線Nが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面74aの横幅D1よりも大きいか、又は一部のパターン素子で同じになっている。
On the other hand, in the
この結果、図12(A)に示すように、発光中心32aから斜め方向へ出射した光L1が垂直に近い角度で入射するパターン斜面74aの面積が、パターン素子が左右対称な指向性変換パターン(図12(B))である場合と比較して狭くなり、パターン斜面74aから光が漏れにくくなる。さらに、法線Nが光源中心Cと反対側へ傾いたパターン斜面74aの傾斜角が大きくなるので、指向性変換パターンのパターン素子が左右対称である場合と比較して、パターン斜面74aに入射する光L1の入射角が大きくなり、光L1がパターン斜面74aから漏れにくくなる。この結果、図12(A)のような非対称な断面形状のパターン素子73からなる指向性変換パターン72によれば、図12(B)のような対称な断面形状のパターン素子73からなる指向性変換パターン72と比較して、指向性変換パターン72からの光の漏れを抑制することができ、光の利用効率が向上する。
As a result, as shown in FIG. 12A, the area of the
(実施形態3の変形例)
図11に示した指向性変換パターン72では、光源中心Cの左側領域と右側領域においては、いずれも同じ断面形状のパターン素子を繰り返し配列させているが、各パターン素子の断面形状を光源中心Cからの距離に応じて変化させてもよい。
(Modification of Embodiment 3)
In the
また、指向性変換パターン72のパターン斜面74a、74bは必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面であってもよい。
Further, the pattern slopes 74a and 74b of the
また、図11に示すパターン素子73の頂角ωは、各パターン素子73について一定であることが好ましい。頂角ωを一定にしてあれば、指向性変換パターン72を成形するための成形金型の加工が容易になるためである。
Further, the apex angle ω of the
実施形態3のような断面形状を有する指向性変換パターンについては、国際出願:PCT/JP2012/56182に詳述されている。実施形態3の面光源装置71においても、当該国際出願に記載されている種々のバリエーションを適用することが可能である。
The directivity conversion pattern having the cross-sectional shape as in the third embodiment is described in detail in International Application: PCT / JP2012 / 56182. Various variations described in the international application can be applied to the surface
図10に示す面光源装置71では、パターン素子73は互いに平行に配列しているが、パターン素子73は、光入射端面36に垂直な方向に対して傾けてもよい。たとえば、図13(A)に示す面光源装置76では、パターン素子73を光源中心の左右で互いに反対向きに傾け、パターン素子73をV字状に配列している。図13(B)に示す面光源装置77では、光源中心又は光源中心の近傍の点を中心として、パターン素子73を放射状に配列している。
In the surface
(ベクトルダイアグラムによる説明)
つぎに、図10のように傾斜面38に指向性変換パターン72が設けられた面光源装置71の場合において、出射光学パターンの接線角度が40°以上50°以下であれば、出射プリズム40から漏れる光がx方向を向く理由をベクトルダイアグラムを用いて説明する。図14(A)及び図14(B)は、いずれも導光板内における光線方向を示す指向特性図(光線方向を球面R上の点で表した図)をx方向から見た図である。内側の円rは、光出射面に出射光学パターンを設けた場合に光出射面から漏れる光の限界を表している(以下、この内側の円を臨界反射角の円rという)。すなわち、臨界反射角の円rの内側にある光線(つまり、x方向に対して臨界反射角よりも小さな角度の光)は出射光学パターンで全反射されるが、臨界反射角の円rの外側にある光(つまり、x方向に対して臨界反射角よりも大きな角度の光)は出射光学パターンから漏れて輝線を生じる。
(Explanation using vector diagram)
Next, in the case of the surface
図14(A)は、表裏面が平行な薄い直方体状をした導光板(単純な導光板)において、光入射端面から入射した光の指向特性を表している。単純な導光板の場合には、導光板内に入射した光は臨界反射角の円r内にあるので、導光板に出射光学パターンを設けていても出射光学パターンから光漏れを起こさず、輝線を発生させない。 FIG. 14A shows the directivity characteristics of light incident from the light incident end face in a thin rectangular parallelepiped light guide plate (simple light guide plate) whose front and back surfaces are parallel. In the case of a simple light guide plate, the light incident on the light guide plate is in the circle r of the critical reflection angle, so that even if an output optical pattern is provided on the light guide plate, no light leaks from the output optical pattern, and the bright line Does not occur.
図14(B)は、導光板本体35の端にくさび状をした光導入部34を設け、光導入部34の傾斜面38に指向性変換パターン72を形成した導光板33において、光導入部34を通過して導光板本体35に導かれた光の指向特性を表している。このような導光板33の場合には、指向性変換パターン72で光が全反射されることにより対角方向の領域gで光線が臨界反射角の円rよりも外に出ているために輝線を生じる。
FIG. 14B shows a light introduction part in the
図15は、接線角度が7.5°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。図16(A)は、接線角度が40°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。図16(B)は、接線角度が50°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。まず、図14の指向特性図とベクトルダイアグラムとの関係を説明する。 FIG. 15 is a vector diagram of the outgoing optical pattern with a tangent angle of 7.5 °. FIG. 16A is a vector diagram of an outgoing optical pattern with a tangent angle of 40 °. FIG. 16B is a vector diagram of an outgoing optical pattern with a tangent angle of 50 °. First, the relationship between the directivity diagram of FIG. 14 and the vector diagram will be described.
図17(A)はx方向から見た指向特性図、図17(B)はz方向から見た指向特性図、図17(C)はy方向から見た指向特性図である。ここで球面Rの表面に描いた破線の円が臨界反射角の円rである。また、球面Rの内部にある同心の小さな球面sは、半径が球面Rの1/n倍(nは導光板の屈折率)の球面である。たとえば、導光板の屈折率nが1.59であるとすれば、球面Rの半径が1.59、球面sの半径が1となる。そして、ベクトルダイアグラムとは、図17(A)の指向特性図を臨界反射角の円rを通る平面でカットした切り口である。すなわち、図17(A)〜図17(C)から得られるベクトルダイアグラムは、図17(D)のようになる。また、ベクトルダイアグラムにおいては、臨界反射角の円rの外部に出ている領域、すなわち出射光学パターンから外へ光が漏れる領域が外側の円R(r)の上に示される。たとえば、傾斜面に指向性変換パターンが設けられた導光板の場合には、図14(B)に示すように対角方向で光が漏れるので、ベクトルダイアグラムの外側の円R(r)の上に図17(D)のように太線で領域gが示される。 17A is a directional characteristic diagram viewed from the x direction, FIG. 17B is a directional characteristic diagram viewed from the z direction, and FIG. 17C is a directional characteristic diagram viewed from the y direction. Here, a broken-line circle drawn on the surface of the spherical surface R is a circle r having a critical reflection angle. The small concentric spherical surface s inside the spherical surface R is a spherical surface having a radius 1 / n times that of the spherical surface R (n is the refractive index of the light guide plate). For example, if the refractive index n of the light guide plate is 1.59, the radius of the spherical surface R is 1.59 and the radius of the spherical surface s is 1. The vector diagram is a cut surface obtained by cutting the directional characteristic diagram of FIG. 17A along a plane passing through the circle r having a critical reflection angle. That is, the vector diagram obtained from FIGS. 17A to 17C is as shown in FIG. In the vector diagram, a region outside the circle r having a critical reflection angle, that is, a region where light leaks out from the outgoing optical pattern is shown on the outer circle R (r). For example, in the case of a light guide plate having a directivity conversion pattern provided on an inclined surface, light leaks in a diagonal direction as shown in FIG. 14 (B), and therefore, on a circle R (r) outside the vector diagram. As shown in FIG. 17D, a region g is indicated by a thick line.
こうしてベクトルダイアグラムで示すと、出射光学パターンを透過して外部へ出射される光線の方向は内側の円sの上の領域で表される。たとえば、接線角度が7.5°の出射光学パターンを透過する場合には、外側の円R(r)の上の領域D1の光は、図15に示すように内側の円sの上の領域D2へ移動する。この結果、出射光学パターンを透過する光が分離してx方向から傾いた方向へ出射される。よって、出射光学パターンから出射した光の指向特性は図3のようになる。 In this way, in the vector diagram, the direction of the light beam transmitted through the output optical pattern and output to the outside is represented by a region on the inner circle s. For example, in the case of transmitting an outgoing optical pattern having a tangent angle of 7.5 °, the light in the region D1 on the outer circle R (r) is the region on the inner circle s as shown in FIG. Move to D2. As a result, the light transmitted through the emission optical pattern is separated and emitted in a direction inclined from the x direction. Therefore, the directivity characteristic of the light emitted from the outgoing optical pattern is as shown in FIG.
これに対し、接線角度が40°の出射光学パターンを透過する場合には、接線角度が7.5°の出射光学パターンを透過する場合よりも光の屈折度合いが大きくなるので、外側の円R(r)の上の領域D1の光は、図16(A)に示すように内側の円sの上の領域D2へ移動する。つまり、左右に分離していた領域D2がくっついて一つになる。この結果、出射光学パターンを透過する光はx方向へ出射される。 On the other hand, when the transmission optical pattern with a tangent angle of 40 ° is transmitted, the degree of light refraction is larger than when the transmission optical pattern with a tangent angle of 7.5 ° is transmitted. The light in the region D1 above (r) moves to the region D2 above the inner circle s as shown in FIG. That is, the region D2 that has been separated to the left and right is bonded to become one. As a result, the light that passes through the emission optical pattern is emitted in the x direction.
また、接線角度が50°の出射光学パターンを透過する場合には、外側の円R(r)の上の領域D1の光は、図16(B)に示すように内側の円sの上の領域D2へ移動する。つまり、左右の領域D2が重なり合って一つになる。この結果、出射光学パターンを透過する光はx方向へ出射される。よって、出射光学パターンから出射した光の指向特性は図5のようになる。よって、出射光学パターンの接線角度αを40°以上50°以下とすればよいことになる。ただし、指向性変換パターン72及び拡散パターン62の形状は、光源の種類などによって適宜最適に設計されるので、導光板本体35に導かれた光の指向特性は設計形状によって一定の幅を持つことになる。したがって、前記接線角度αは40°以下又は50°以上となりうることもある。
Further, in the case of transmitting the outgoing optical pattern having a tangent angle of 50 °, the light in the region D1 on the outer circle R (r) is on the inner circle s as shown in FIG. Move to region D2. That is, the left and right regions D2 overlap to become one. As a result, the light that passes through the emission optical pattern is emitted in the x direction. Therefore, the directivity characteristic of the light emitted from the outgoing optical pattern is as shown in FIG. Therefore, the tangent angle α of the outgoing optical pattern may be set to 40 ° or more and 50 ° or less. However, since the shapes of the
(実施形態4)
図18は、本発明の実施形態4による面光源装置81を示す斜視図である。この面光源装置81では、1枚の導光板33に対して複数個の光源32が用いられている。すなわち、導光板33の光入射端面36に対向させて、複数個の光源32が一定ピッチ毎に配置されている。また、導光板本体35の光出射面39には出射プリズム40などの出射光学パターンを形成している。実施形態4によれば、大面積の照明領域を有する面光源装置を作製することができる。なお、面光源装置81の基本となる導光板構造は、上記各実施形態のいずれの導光板であってもよい。
(Embodiment 4)
FIG. 18 is a perspective view showing a surface
(実施形態5)
図19は、本発明の面光源装置又は液晶表示装置を用いたモバイル機器、すなわちスマートフォン91の平面図であって、正面にはタッチパネル付き液晶表示装置92を備えている。このようなスマートフォン91に本発明の面光源装置を用いれば、目玉状の発光や輝線が生じにくくなるので、表示画面の品位が向上する。また、本発明の面光源装置はスマートフォンなどの携帯電話以外にも、タブレット型コンピュータ、電子辞書、電子ブックリーダーなどのモバイル機器にも適用できる。
(Embodiment 5)
FIG. 19 is a plan view of a mobile device using the surface light source device or the liquid crystal display device of the present invention, that is, a
31、61、71、76、77、81 面光源装置
32 光源
33 導光板
34 光導入部
35 導光板本体
36 光入射端面
38 傾斜面
39 光出射面
40 出射プリズム
42 偏向パターン
51 液晶表示装置
56 レンチキュラーレンズ
57、58 出射光学パターン
62 拡散パターン
72 指向性変換パターン
73 パターン素子
91 スマートフォン
31, 61, 71, 76, 77, 81 Surface
Claims (14)
前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて入射した光を光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、
前記光導入部が、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を有する導光板において、
前記導光板本体の前記光出射面には、前記光出射面から出射する光の指向特性を前記導光板本体の幅方向で変化させるための複数の出射光学パターンが形成され、
前記出射光学パターンは、それぞれ前記端面に垂直な方向に延びていて、前記光出射面の幅方向に配列され、
前記出射光学パターンを透過して出射する光の指向特性が、前記光出射面の反対面で反射して前記光出射面から出射する光の指向特性と同じような特性であることを特徴とする導光板。 A light introduction part for confining light incident from the end face;
A light guide plate main body that is provided to be continuous with the light introducing portion with a thickness smaller than the maximum thickness of the light introducing portion and to allow incident light to be emitted from the light emitting surface to the outside;
The light introduction part has an inclined surface inclined toward the end of the light guide plate body from the surface of the portion having a larger thickness than the light guide plate body on at least one of the light emitting side surface and the opposite surface. Having a light guide plate,
On the light exit surface of the light guide plate body, a plurality of output optical patterns for changing the directivity characteristics of light exiting from the light exit surface in the width direction of the light guide plate body are formed.
The emission optical patterns each extend in a direction perpendicular to the end surface, and are arranged in the width direction of the light emission surface,
The directivity characteristic of the light transmitted through the emission optical pattern is similar to the directivity characteristic of the light reflected from the opposite surface of the light emission surface and emitted from the light emission surface. Light guide plate.
光源中心の両側の領域においてそれぞれ、内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする、請求項6に記載の導光板。 Of the cross section of the directivity conversion pattern cut parallel to the end face, in a portion located in front of the light source and in a region having the same width as the light source,
In the regions on both sides of the center of the light source, the slope in which the normal line is inclined toward the light source center side when a normal is made to the slope connecting the adjacent ridge line and valley line of the directivity conversion pattern from the inside to the outside. The light guide plate according to claim 6, wherein a total sum of lateral widths of the light guides is larger than a sum of lateral widths of slopes whose normals are inclined to the side opposite to the light source center.
隣接する2つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることを特徴とする、請求項7に記載の面光源装置。 Of the cross section of the directivity conversion pattern cut parallel to the end face, in a portion located in front of the light source and in a region having the same width as the light source,
The two adjacent slopes are such that the width of the slope whose normal is inclined toward the light source center is greater than or equal to the width of the slope whose normal is inclined opposite to the light source center. The surface light source device according to claim 7, wherein the surface light source device is characterized.
前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源と、
を備えた面光源装置。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 11,
A light source for sending light to the end face of the light introducing portion in the light guide plate;
A surface light source device.
前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源と、
前記導光板の前記光出射面に対向させて配置した液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 11,
A light source for sending light to the end face of the light introducing portion in the light guide plate;
A liquid crystal panel disposed to face the light exit surface of the light guide plate;
A liquid crystal display device.
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