JP3994447B2 - Illumination device and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置において、液晶表示面を背面から照射する照明装置、及び液種表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置における照明装置(以下バックライトと称する)の構成の一例を図3を参照して説明する。図3は従来のバックライトを示す側断面図であり、図の上側が液晶表示面側である。図3において、1は蛍光管等からなる光源、2は光源1からの光を導光する導光板、3は導光板2から出射した光を反射する反射板、4は導光板2から出射した光を拡散する拡散板、5は拡散板4から出射した光を集光するプリズム板、6は光源1からの光を反射して導光板2側に集光する反射板である。この場合、導光板2の下側の面は、凹凸面2aを有するように加工されている。
【0003】
そして、光源1から導光板2へ入射された光は、凹凸面2aで散乱しながら導光板2の上下面で全反射を繰り返し、入射角を増大して臨界角を越えたところで導光板2から出射する。導光板2の下面から出射した光は反射板3で反射して導光板2へ戻り、上面から出射した光は拡散板4及びプリズム板5を透過して、均一化され、図示しない液晶表示面に照射される。
【0004】
図4は他の従来のバックライトを示す側断面図であり、特開平4−29291号公報にこの種の構成が記載されている。図4において、1aは光ファイバの束であり、光ファイバ1aを通して外部の光源から光が導光板2aへ入射される。導光板2aは、内部に気泡2b,2b,…を傾斜面状に備えている。光ファイバ1aから入射された光は、気泡2b,2b,…に当たって乱反射し、図2の場合と同様にして導光板2から出射する。そして、図示しない液晶表示面の背面を照射する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のバックライトにおいては、一方、図3に示すような界面反射を利用する方式では界面が鏡面状ではないため、反射損失が大きくなり、他方、図4に示すような気泡を用いる方式では2次、3次の反射が考えられるため、やはり反射損失が大きくなり、どちらの方式でも反射損失によって輝度が低下してしまうという課題がある。また、これを補って輝度を増加させるには、光源の強さを上げる必要があり、消費電力が大きくなるという問題があった。
【0006】
この発明は、このような背景の下になされたもので、従来に比べ導光板を高輝度、高効率にし、低電力で明るい照明装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、光源とその光源からの光を側面に受けてこれを導く導光板を有し、該導光板の上面から出射した光により液晶表示面を背面から照射する照明装置において、前記導光板は、その厚さ方向にくさび形の導光板片が複数積層されて形成され、前記各導光板片は、前記導光板の上面側の第1面と前記導光板の下面側の第2面との間の傾斜角が、前記導光板の下面側からその上面側へ向かって徐々に小さくなるように配置され、かつ、前記導光板の下面側からその上面側へ向かってその屈折率が徐々に大きくなるよう配置され、前記各導光板片のうちの前記導光板の下面側に設けられる一の導光板片は、前記光源からの光を受ける前記導光板の側面と、前記導光板の下面とを構成し、該導光板の側面の逆側に前記傾斜角が形成されており、前記各導光板片のうちの残りの導光板片は、前記一の導光板片上に設けられ、前記光源からの光を受ける前記導光板の側面側に前記傾斜角が形成されており、前記光源から放射され、隣接する二つの導光板片のうちの前記導光板の下面側の導光板片を通って前記導光板の上面側の導光板片に達する光が、これら導光板片間の境界面でその一部が前記導光板の上面側に向けて屈折するよう構成されたことにより、前記導光板の屈折率が、前記下面側から前記上面側に向かって段階的に大きくなり、かつ前記光源から遠ざかるに連れて段階的に大きくなることを特徴としている。
この照明装置によれば、導光板を構成する各導光板片が、それぞれくさび形に形成されたことで該導光板における液晶表示面の背面側の面に対して均一な傾斜平面を有し、かつ前記背面側と逆側の面側から前記背面側に向く面側に向かって屈折率が徐々に大きくなるよう配置されているので、光源から導光板の側面に入射した光が、複数の導光板片間の境界面で繰り返し屈折し、配光状態を均一に整えながら、導光板の上面(前記背面側に向く面側)から出射するようになる。したがって、出射した光は、例えば拡散板で拡散された後、均一性の高い拡散光として液晶表示面の背面を照射するようになる。
また、屈折率の変化を利用して徐々に光の入射角を増大させているので、反射による損失を低く抑え、輝度を向上することができ、また、導光板から出射される光の配光の均一を容易に高めることができる。したがって、例えば従来用いていたプリズム板を省略することが可能となる。
また、本発明の液晶表示装置は、上記照明装置を備えることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。図1はこの発明の一実施形態によるバックライトの構成を示す側断面図であり、この図において、図3の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図1において、2bは導光板であり、屈折率がそれぞれ異なる4個の導光板片2b−1,2b−2,2−b3,及び2b−4によって構成されている。4個の導光板片2b−1,2b−2,2−b3,及び2b−4は、アクリル板等によって形成されていて、導光板2bの下側(反射板3側)から拡散板4に面する上側に向かって徐々に屈折率が大きくなるように配置されている。これらの各導光板片は、各上下平面を、導光板2bの上下面に対して下から上へ向かって徐々に傾斜角を小さくするように、くさび形の形状をなして一体形成されている。
【0009】
以上の構成によって、光源1から放射された光は、反射板6によって反射、集光されて、導光板2bの導光板片2b−1へ入射される。このとき、導光板片2b−1へ入射した光は、導光板2bの中心方向や上下面方向に向かって様々な方向に進行する。入射光のうち導光板2bの下側平面に達したものは、一部が導光板片2b−1の外側に出射して、反射板3に到達し、そこで反射されて再び導光板片2b−1へ入射する。残りの大部分の光は、下側平面で反射されて上側へ向かって進行する。一方、下側平面には到達せず、導光板片2b−1と導光板2b−2の境界面に達した光は、境界面の臨界角より大きい入射角を有するものが導光板片2b−2へと入射し、残りのものが反射して導光板2bの下面へ進行する。
【0010】
導光板片2b−2へ入射した光は、入射の際、進行方向を導光板片2b−1と2b−2の境界面の垂線方向に近づくような角度で屈折する。そして、さらに上側へ向かって導光板片2b−2中を進行する。そして、導光板片2b−2と2b−3の境界面に達した光は、導光板片2b−3へ入射する際に、再度、境界面の垂線方向へ近づくように屈折する。そして、導光板片2b−3中を進行して、導光板片2b−3と2b−4の境界面へ到達する。そこで、導光板片2b−3と2b−4の境界面で再度、屈折して、導光板片2b−4へ入射する。そして、導光板片2b−4の上側平面に達した光は、そのうちの導光板片2b−4の上面の臨界角を越える入射角を有するものが、導光板片2b−4の上面すなわち導光板2bの上側の平面から出射することになる。そして、出射した光は、拡散板4で拡散されて、図示しない上面に設置されている液晶表示面の背面を照射する。
【0011】
一方、導光板片2b−4の上側平面において臨界角に達していない光は、反射されて、導光板2b−4を下向きに進行する。そして、各導光板片を通過あるいは各導光板片で反射しながら、再び上記と同様の経路で導光板片2b−4の上側平面に到達する。そして、臨界角を越える入射角を有する光が導光板片2b−4の上平面から出射する。このようにして、導光板片2b−1に光源1から入射された光は、導光板片2b−4の上面から出射して液晶表示面を照射することになる。
【0012】
以上のように、図1に示す実施形態によれば、導光板2bへ入射された光は、上側の平面に対して均一な傾斜平面を有し、かつ下から上に向かって屈折率が徐々に大きくなる複数の導光板片間の境界面で繰り返し屈折し、配光状態を均一に整えながら、導光板2bの上面から出射する。したがって、出射した光は、拡散板4で拡散された後、均一性の高い拡散光として液晶表示面の背面を照射することになる。
【0013】
ところで図3に示した従来の例では、散乱を利用して臨界角を得ているため、反射による損失が大きく、また導光板から出射する光の配光は整った状態ではない。そのため、図3の例では、プリズム板5を用いて光を集光し、配光状態を整えて、輝度を向上させている。しかしながら、プリズム板5を用いて光を集光した場合には、モアレが発生したりするといった問題が発生する。これに対して、本実施形態では、屈折率の変化を利用して徐々に光の入射角を増大させているので、反射による損失を低く抑え、輝度を向上することができ、また、導光板2bから出射される光の配光の均一を容易に高めることができる。したがって、図3に示すようなプリズム板を省略することが可能となる。
【0014】
次に、図2を参照して他の実施形態について説明する。図2は、2つの光源1,1を用いるバックライトに本発明を適用する場合の実施形態を示す側断面図であり、図1に示すものと同一の構成には同一の符号を付けている。図2において2cは導光板であり、導光板2cの光源1,1の軸方向(図に向かって前後の方向)と平行する中心断面に対して、面対称の傾斜平面を有する2個の導光板片2c−1と、導光板片2c−2,2c−3,及び2c−4から構成されている。
【0015】
各導光板片は、互いに異なる屈折率を有し、導光板2c−1が最も小さい屈折率を持ち、次いで、導光板片2c−2,2c−3,2c−4の順に徐々に値が大きくなる屈折率を有している。また、各導光板片間の境界面がなす傾斜平面は、下から上に向かって傾斜角が徐々に小さくなるように設定されている。
【0016】
このような構成によって、この図に示すバックライトにおいては、2つの光源1,1から導光板片2c−1,2c−1へ入射した光が、図1に示す実施形態と同様に屈折や反射をしながら進行して、徐々に配光を整えながら導光板2cの上側平面へ到達し、出射する。この図に示す実施形態では、光源1を導光板2cの両側に設けているので、光源1に最も近い導光板2c−1が形成する傾斜平面の傾斜角を、図1に示すものに比べて大きくすることができる。したがって、入射光のうちの導光板2c−1によって反射される光の割合を小さくすることができ、より効率よく配光を制御することができる。
【0017】
なお、上述した実施形態においては、屈折率の異なる複数の導光板片を使用して導光板を形成するようにしているが、屈折率を図1aあるいは図2のものと同様に内部で徐々に変化させるように形成した1枚の導光板を、それらに代えて用いることも可能である。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導光板の屈折率が下面側から上面側へ向かって増加するように、かつ光源から距離に応じて変化するようにしているので、導光板から出射する光の配光を均一にすることができ、従来に比べ導光板を高輝度、高効率にすることができる。したがって、低電力で明るい照明装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態によるバックライトの構成を示す側断面図である。
【図2】この発明の他の実施形態によるバックライトの構成を示す側断面図である。
【図3】従来のバックライトの構成を示す側断面図である。
【図4】従来の他のバックライトの構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 光源
2b,2c 導光板
3 反射板
4 拡散板
6 反射板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device for irradiating a liquid crystal display surface from the back and a liquid type display device in a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
An example of the configuration of a lighting device (hereinafter referred to as a backlight) in a conventional liquid crystal display device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a side sectional view showing a conventional backlight, and the upper side of the figure is the liquid crystal display surface side. In FIG. 3, 1 is a light source composed of a fluorescent tube, 2 is a light guide plate that guides light from the
[0003]
The light incident on the
[0004]
FIG. 4 is a side sectional view showing another conventional backlight, and this type of structure is described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-29291. In FIG. 4, 1a is a bundle of optical fibers, and light from an external light source enters the light guide plate 2a through the optical fiber 1a. The light guide plate 2a has
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional backlight described above, on the other hand, in the method using the interface reflection as shown in FIG. 3, the interface is not mirror-like, so that the reflection loss increases, and on the other hand, the bubbles as shown in FIG. Since the second and third order reflections can be considered in the method used, the reflection loss is still large, and both methods have a problem that the luminance is reduced due to the reflection loss. Moreover, in order to compensate for this and increase the luminance, it is necessary to increase the intensity of the light source, resulting in a problem that the power consumption increases.
[0006]
The present invention has been made under such a background, and it is an object of the present invention to provide a lighting device that has a light guide plate with higher brightness and higher efficiency than before, and is bright with low power.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The illuminating device of the present invention has a light source and a light guide plate that receives light from the light source and guides it from the side surface, and illuminates the liquid crystal display surface from the back surface with light emitted from the upper surface of the light guide plate. The light guide plate is formed by laminating a plurality of wedge-shaped light guide plate pieces in the thickness direction, and each light guide plate piece includes a first surface on the upper surface side of the light guide plate and a first surface on the lower surface side of the light guide plate. The angle of inclination between the two surfaces is gradually reduced from the lower surface side of the light guide plate toward the upper surface side, and the refractive index from the lower surface side of the light guide plate toward the upper surface side thereof. Of the light guide plate pieces, the one light guide plate piece provided on the lower surface side of the light guide plate is a side surface of the light guide plate that receives light from the light source, and the light guide plate. The inclination angle is formed on the opposite side of the side surface of the light guide plate. The remaining light guide plate pieces among the light guide plate pieces are provided on the one light guide plate piece, and the inclined angle is formed on the side surface side of the light guide plate that receives light from the light source. The light emitted from the light source and passing through the light guide plate piece on the lower surface side of the light guide plate of the two adjacent light guide plate pieces to the light guide plate piece on the upper surface side of the light guide plate is between these light guide plate pieces. The refractive index of the light guide plate increases stepwise from the lower surface side to the upper surface side, because a part thereof is refracted toward the upper surface side of the light guide plate. And it is characterized by increasing in steps as the distance from the light source increases.
According to this illuminating device, each light guide plate piece constituting the light guide plate has a uniform inclined plane with respect to the back side surface of the liquid crystal display surface in the light guide plate by being formed in a wedge shape, In addition, since the refractive index is arranged so as to gradually increase from the surface side opposite to the back surface side to the surface side facing the back surface side, the light incident on the side surface of the light guide plate from the light source The light is repeatedly refracted at the boundary surface between the light plate pieces, and is emitted from the upper surface of the light guide plate (the surface side facing the back side) while uniformly adjusting the light distribution state. Therefore, after the emitted light is diffused by, for example, a diffusion plate, the rear surface of the liquid crystal display surface is irradiated as diffused light with high uniformity.
Also, since the incident angle of light is gradually increased by utilizing the change in refractive index, the loss due to reflection can be kept low, the luminance can be improved, and the light distribution from the light guide plate is also distributed. Can be easily improved. Therefore, for example, a conventionally used prism plate can be omitted.
In addition, a liquid crystal display device of the present invention includes the above-described illumination device.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a backlight according to an embodiment of the present invention. In this figure, portions corresponding to the respective portions in FIG. In FIG. 1, 2b is a light guide plate, and is composed of four light
[0009]
With the above configuration, the light emitted from the
[0010]
The light incident on the light
[0011]
On the other hand, the light that has not reached the critical angle on the upper plane of the light
[0012]
As described above, according to the embodiment shown in FIG. 1, the light incident on the
[0013]
By the way, in the conventional example shown in FIG. 3, since the critical angle is obtained using scattering, the loss due to reflection is large, and the light distribution from the light guide plate is not in a proper state. Therefore, in the example of FIG. 3, the light is collected using the prism plate 5, the light distribution state is adjusted, and the luminance is improved. However, when light is collected using the prism plate 5, there arises a problem that moire occurs. On the other hand, in this embodiment, since the incident angle of light is gradually increased by utilizing the change in the refractive index, the loss due to reflection can be kept low, the luminance can be improved, and the light guide plate The uniformity of the light distribution of the light emitted from 2b can be easily increased. Therefore, a prism plate as shown in FIG. 3 can be omitted.
[0014]
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. 2 is a side sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a backlight using two
[0015]
Each light guide plate piece has a different refractive index, the
[0016]
With such a configuration, in the backlight shown in this figure, the light incident on the light
[0017]
In the above-described embodiment, the light guide plate is formed using a plurality of light guide plate pieces having different refractive indexes. However, the refractive index is gradually increased inside as in FIG. 1a or FIG. A single light guide plate formed so as to be changed can be used instead.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the refractive index of the light guide plate increases from the lower surface side to the upper surface side and changes according to the distance from the light source, the light is emitted from the light guide plate. The light distribution can be made uniform, and the light guide plate can be made brighter and more efficient than in the past. Therefore, it is possible to provide a bright illumination device with low power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a backlight according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing a configuration of a backlight according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side sectional view showing a configuration of a conventional backlight.
FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration of another conventional backlight.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記導光板は、その厚さ方向にくさび形の導光板片が複数積層されて形成され、
前記各導光板片は、前記導光板の上面側の第1面と前記導光板の下面側の第2面との間の傾斜角が、前記導光板の下面側からその上面側へ向かって徐々に小さくなるように配置され、かつ、前記導光板の下面側からその上面側へ向かってその屈折率が徐々に大きくなるよう配置され、
前記各導光板片のうちの前記導光板の下面側に設けられる一の導光板片は、前記光源からの光を受ける前記導光板の側面と、前記導光板の下面とを構成し、該導光板の側面の逆側に前記傾斜角が形成されており、
前記各導光板片のうちの残りの導光板片は、前記一の導光板片上に設けられ、前記光源からの光を受ける前記導光板の側面側に前記傾斜角が形成されており、
前記光源から放射され、隣接する二つの導光板片のうちの前記導光板の下面側の導光板片を通って前記導光板の上面側の導光板片に達する光が、これら導光板片間の境界面でその一部が前記導光板の上面側に向けて屈折するよう構成されたことにより、
前記導光板の屈折率が、前記下面側から前記上面側に向かって段階的に大きくなり、かつ前記光源から遠ざかるに連れて段階的に大きくなることを特徴とする照明装置。In a lighting device that has a light source and a light guide plate that receives light from the light source and guides the light from the side surface, and irradiates the liquid crystal display surface from the back surface with light emitted from the upper surface of the light guide plate.
The light guide plate is formed by laminating a plurality of wedge-shaped light guide plate pieces in the thickness direction,
Each of the light guide plate pieces has an inclination angle between the first surface on the upper surface side of the light guide plate and the second surface on the lower surface side of the light guide plate gradually from the lower surface side of the light guide plate toward the upper surface side thereof. And the refractive index is gradually increased from the lower surface side to the upper surface side of the light guide plate,
One light guide plate piece provided on the lower surface side of the light guide plate among the light guide plate pieces constitutes a side surface of the light guide plate that receives light from the light source and a lower surface of the light guide plate, and The inclination angle is formed on the opposite side of the side surface of the optical plate,
The remaining light guide plate pieces among the light guide plate pieces are provided on the one light guide plate piece, and the inclination angle is formed on the side surface side of the light guide plate that receives light from the light source,
Light that is emitted from the light source and passes through the light guide plate piece on the lower surface side of the light guide plate of the two adjacent light guide plate pieces and reaches the light guide plate piece on the upper surface side of the light guide plate is between these light guide plate pieces. By being configured to be refracted toward the upper surface side of the light guide plate at the boundary surface,
The illuminating device, wherein the refractive index of the light guide plate increases stepwise from the lower surface side toward the upper surface side, and increases stepwise as the distance from the light source increases.
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