JP4181792B2 - Light guide plate and flat illumination device - Google Patents
Light guide plate and flat illumination device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4181792B2 JP4181792B2 JP2002146399A JP2002146399A JP4181792B2 JP 4181792 B2 JP4181792 B2 JP 4181792B2 JP 2002146399 A JP2002146399 A JP 2002146399A JP 2002146399 A JP2002146399 A JP 2002146399A JP 4181792 B2 JP4181792 B2 JP 4181792B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- guide plate
- surface portion
- optical element
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いられる導光板および平面照明装置に関し、どの様な光源に対しても、その光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続または非連続に設けるとともに光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に有し、指向性のある点光源の様な少ない光源でも明るく、また線状等の形状を持つ指向性分布のある光源でも明るい出射光が得られる。
また、連続または非連続な光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子や光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設け、白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素によって出射面に現れる光の分光の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することにより分光の発生を防止できる。
さらに、周期的に表面部や裏面部による全反射が繰り返しされ光線の干渉による一定な出射角によって発生する明暗縞を第2の光偏向素子により微小に妨害して出射輝度を低下させることなく明暗縞の発生を防止することができる。
またさらに、これら第2の光偏向素子および表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子により近傍にある反射体やシート等との密着を防止することができる導光板および平面照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の導光板および平面照明装置は、導光板の裏面部に散乱を利用する方法を用いるものである。この方法では、酸化チタン等の白色材料を混入させたインクを用いて円形状や矩形状を光源から離れるほど多くのドット印刷を行い、光源から離れるほど散乱光を得るようにして導光板からの出射光の均一性を得ようとしている。さらに、射出成形法を用いるもので、導光板の表面部や裏面部に散乱を利用し、ランダムに微細な凸凹形状を成形するものが知られている。
【0003】
また同様に、射出成形法を用いた導光板および平面照明装置として、導光板の表面部や裏面部に屈折や反射を利用する方法を用いたものが知られている。この方法では、凸形状や凹形状を単に光源から離れるほど多く分布(グラデーション)する様に成形し、光源から離れるほど屈折や反射等の確率を高くし、導光板からの出射光を均一にしている。
【0004】
さらに、射出成形法を用いた導光板および平面照明装置として、導光板の表面部や裏面部に屈折や反射を利用する方法を用いるものも知られている。この方法では、光源と平行にプリズム形状を成形し、光源からの光線をプリズムの辺で屈折させたり反射させて出射面に偏向させたり出射面から出射している。
【0005】
また同様に、光源と平行にプリズム形状を導光板の表面部や裏面部に設ける方法が知られている。この方法では、光源から離れるほどプリズムの高さや深さを高くまたは深く設けて、光源から離れるほど光源からの光線を多く受けて、反射光や屈性光を多く利用して、光源からの距離に関係なく出射光を均一化させている。
【0006】
また、特に光源が白色光源のような複数の波長が混入している場合、出射面から出射した光が可視スペクトルに分光して虹色に見えてしまう。このため、これらの平面照明装置上に液晶表示装置を載置した場合、分光した光が液晶のRGB(赤、緑、青)に対応した時にカラー液晶画面としての不具合が発生してしまう。
【0007】
さらに、規則性な出射光の明暗によって出射面上に明暗縞模様が発生してしまう。このため、これらの平面照明装置上に液晶表示装置を載置した場合、画面上の輝度の濃淡が現れ、見ずらくしてしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光板および平面照明装置は、導光板の裏面部に散乱を利用する方法を用いるもので、酸化チタン等の白色材料を混入させたインクを用いて円形状や矩形状を光源から離れるほど多くのドット印刷を行い、光源から離れるほど散乱光を得るようにして導光板からの出射光の均一性を得ようとしていたが、白色材料やインク等によって光を吸収してしまうとともに光が散乱してしまい出射面のみに光線が到達せず、絶対出射光量が低いため輝度に課題がある。
【0009】
また、射出成形によって導光板の表面部や裏面部にランダムに微細な凸凹形状を成形し、光源からの光線を散乱する方法では光の吸収による損失はないが、上記の印刷法と同様に光が散乱してしまい出射面のみに光線が到達せず、出射光の輝度が低いとともに凸凹形状の分布がランダムなため輝度斑等に課題がある。
【0010】
また同様に凸形状や凹形状を単に光源から離れるほど多く分布(グラデーション)する場合には、インク等の印刷や微細な凸凹形状のランダム成形等と比べると改善されているが、単に光源から離れるほど屈折や反射等の確率を高くさせているだけで、光線の指向性(輝度分布)や光源の形状等に対応されていないため光源の持つ光量と指向性やエネルギを十分引き出して利用されていない課題がある。
【0011】
さらに、導光板の表面部や裏面部に光源と平行にプリズム形状を成形し、光源からの光線をプリズムの辺で屈折させたり反射させて出射面に偏向させたり出射面から出射する方法は、プリズムの稜長に対して全て同条件である場合(単純理想状態の場合)には成立するが、実際には光源の指向性(輝度分布)や光源の形状等に対応されていないため光源の持つ光量と指向性やエネルギを十分引き出して利用されていない課題がある。
【0012】
また同様に、導光板の表面部や裏面部に光源と平行にプリズム形状を設け、光源から離れるほどプリズムの高さや深さを高くまたは深く設けて、光源から離れるほど光源からの光線を多く受けて、反射光や屈折光を多く利用して、光源からの距離に関係なく出射光を均一化させる方法では、光源から離れる位置での方法としては良いが、プリズム自身が実際には光源の指向性(輝度分布)や光源の形状等に対応されていないため光源の持つ光量と指向性やエネルギを十分引き出して利用されていない課題がある。
【0013】
何れにせよ、これら従来の方法では、光源の光量の指向性やエネルギ分布および光源の形状等に対応されていなく、これら従来の方法では限界であった。
【0014】
また、特に光源が白色光源のような複数の波長が混入している場合には、出射面から出射した光が可視スペクトルに分光して虹色に見えてしまう。このため、これらの平面照明装置上に液晶表示装置を載置した場合、分光した光が液晶のRGB(赤、緑、青)に対応した時にカラー液晶画面としての不具合が発生してしまう。この不具合を解消するため、導光板の上方に分光した光を散らす目的で散乱シート等を載置するが、指向性の有る出射光を散乱させてしまったり、散乱シートによる光の吸収等によって、輝度の低下に課題がある。
【0015】
さらに、規則性な出射光の明暗によって出射面上に明暗縞模様が発生してしまい、これらの平面照明装置上に液晶表示装置を載置した場合に、画面上の輝度の濃淡が現れ、見ずらくしてしまう。この問題を解消するために、拡散シート等を導光板の上方に載置して明暗縞模様を見難くする方法を用いるが、全体的に輝度の低下を引き起こす課題があった。しかも、これら散乱シートや拡散シート等の部材点数の増加に伴い、組み立て工数や部材費等にも課題がある。
【0016】
またさらに、裏面部に酸化チタン等の白色材料を混入させたインクを用いてドット印刷を行う方法の導光板や射出成形によって導光板の表面部や裏面部にランダムに微細な凹形状を成形した導光板の場合には、表面部の上部に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体や反射ケース等と導光板とが密着してしまう。このため、空気層による屈折する位置がズレてしまい、拡散シート等の効果が半減するという課題がある。また、反射体や反射ケース等に導光板からの漏れ光を再度導光板に戻すため、反射体や反射ケース等を白色にするが、導光板と密着してしまうため、直接反射体や反射ケースの面を(白色)導光板を通して見えてしまう課題がある。
【0017】
本発明は、上記のような課題を解決するためなされたもので、従来と比較して、常に光源からの光量の指向性やエネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続または連続に設けることによって、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。
また、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射光量と出射角度との積が等しく出射することができる。
さらに、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けて、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素によって出射面に光の分光によって虹のような可視スペクトルの発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散し、分光(虹)の発生を防止することができる。
【0018】
また、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光を出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けて出射面に達した光線の一部が高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射することによって、周期的な出射光の明暗の発生を防止することができる。
【0019】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子および第2の光偏向素子によって、表面部の上部に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体や反射ケース等と導光板との密着を防止して、拡散シート等の効果を引き出したり直接反射体や反射ケースの面を(白色)導光板を通して見えない様にすることのできる導光板と平面照明装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けることを特徴とする。
【0021】
請求項1に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができる。
【0022】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体やケース等と導光板との密着を防止することができる。
【0023】
また、請求項2に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けることを特徴とする。
【0024】
請求項2に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、非連続であるが光学素子の長さや隣り合う光学素子の間隔をコントロールすることにより、光学素子からの出射する所の光量とその立体角との積が等しいが、光学素子を欠損させた所には光学素子の有る所より低い光エネルギを得ることができる。さらに、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができる。
【0025】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体やケース等と導光板との密着を防止することができる。
【0026】
さらに、請求項3に係る導光板は、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部にランダムまたは入射部に近いほど多く設けるとともに高さを1μm〜4μmの範囲で、最大幅を4μm〜16μmの範囲の多角錘形状または直径を4μm〜16μmの範囲の円弧形状あるいは円錐形状であることを特徴とする。
【0027】
請求項3に係る導光板は、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部にランダムまたは入射部に近いほど多く設けるとともに高さを1μm〜4μmの範囲で、最大幅を4μm〜16μmの範囲の多角錘形状または直径を4μm〜16μmの範囲の円弧形状あるいは円錐形状であるので、光学素子よりも微細であるため出射光に対して第1の光偏向素子による大きな影響を与えずに第1の光偏向素子による偏向光線で光学素子の出射光をコントロールすることができる。しかも、白色光源で指向性の強い場合や輝度が高い等に複数列の光学素子による回折格子的な要素によって特に入射部近傍の出射面に光の分光による可視スペクトルの発生が現れるので、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部の入射部に近いほど多く設けて光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散したり出射面に異なる出射角の光線を出射することができる。
【0028】
また、白色光源が指向性の弱い場合等には、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光を出射した光の一部を、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部にランダムに設けることにより光学素子に向かう光線の一部を微量に拡散することができる。
【0029】
また、請求項4に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けることを特徴とする。
【0030】
請求項4に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射し、周期性を有する明暗光の光線の一部を乱したり明暗を崩すことができる。
【0031】
また、導光板の表面部や裏面部に設けた第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等と導光板との密着を防止することができる。
【0032】
さらに、請求項5に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けることを特徴とする。
【0033】
請求項5に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、連続的であるが光学素子の長さや隣り合う光学素子の間隔をコントロールすることにより光学素子からの出射する所の光量と立体角との積が等しく出射することができる。さらに、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射し、周期性を有する明暗光の光線の一部を乱したり明暗を崩すことができる。
【0034】
また、導光板の表面部や裏面部に設けた第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等と導光板との密着を防止することができる。
【0035】
また、請求項6に係る導光板は、第2の光偏向素子の直径を5μm〜100μmの範囲の円弧形状で高さを直径の1/20〜1/80の範囲であるとともに表面部または裏面部にランダムまたは入射部に近いほど多く設けることを特徴とする。
【0036】
請求項6に係る導光板は、第2の光偏向素子の直径を5μm〜100μmの範囲の円弧形状で高さを直径の1/20〜1/80の範囲であるので、高さに対して直径が大きい(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)ために、この第2の光偏向素子の法線は導光板の法線に対して微小の差しかない。
【0037】
また、第2の光偏向素子を表面部または裏面部にランダムまたは入射部に近いほど多く設けるので、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光の発生を、第2の光偏向素子を表面部または裏面部にランダムに設けることにより全体的な明暗光の発生を防ぐことができるとともに特に輝度が高い導光板の入射部近傍では明暗縞模様が他の場所よりも目立つため第2の光偏向素子を表面部または裏面部の入射部に近いほど多く設けることにより際立った明暗縞模様の発生を防ぐことができる。
【0038】
さらに、請求項7に係る導光板は、光学素子の断面が三角形状、台形形状、円弧形状であるとともに連続または非連続であることを特徴とする。
【0039】
請求項7に係る導光板は、光学素子の断面が三角形状、台形形状、円弧形状であるとともに連続または非連続であるので、導光板の入射部から導光板内に進入した光線が三角形状、台形形状および円弧形状の傾斜面が光源からの光線束に対応した位置に存在することができ、これらが連続の場合にはどの位置でも同等な輝度やエネルギを出射することができ、非連続であってもどの位置でも同等な輝度やエネルギを連続的に出射することができる。
【0040】
また、請求項8に係る導光板は、光学素子を光源から遠ざかるほど光学素子の高さを高くまたは/および部分的に高低をつけることを特徴とする。
【0041】
請求項8に係る導光板は、光学素子を光源から遠ざかるほど光学素子の高さを高くまたは/および部分的に高低をつけるので、光源から遠い光学素子においても光源から光線を受けて全反射をすることができたり、部分的に高低をつけることによって導光板からの出射量や出射角度を変化させることができる。
【0042】
さらに、請求項9に係る導光板は、傾斜面を表面部および裏面部と成す角度がπ/2−2・臨界角から臨界角の範囲であることを特徴とする。
【0043】
請求項9に係る導光板は、傾斜面を表面部および裏面部と成す角度がπ/2−2・臨界角から臨界角の範囲であるので、導光板内に導かれる光線の最大入射角度から臨界角を破る最小角度までの範囲を用いることにより、全反射光が全て臨界角を破ることができる。
【0044】
また、請求項10に係る導光板は、傾斜面を光源からの距離に比例して表面部および裏面部と成す角度が臨界角に近づくことを特徴とする。
【0045】
請求項10に係る導光板は、傾斜面を光源からの距離に比例して表面部および裏面部と成す角度が臨界角に近づくので、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴っても、光源からの距離に比例して全反射した反射光が小さな出射角で出射する。このため、導光板の出射面のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。
【0046】
さらに、請求項11に係る導光板は、傾斜面を傾斜面の中央部を中心にして内側または外側に円弧を、あるいは傾斜面の部分的に内側と外側とに円弧を成していることを特徴とする。
【0047】
請求項11に係る導光板は、傾斜面を傾斜面の中央部を中心にして内側または外側に円弧を、あるいは傾斜面の部分的に内側と外側とに円弧を成しているので、同じ大きさの導光板内での出射位置を傾斜面の内側を円弧にした場合には光源側に近づけることができる。また、光源が近い場合には全反射した光が平行光になり、光源が遠い場合には全反射した光を集光することができる。
【0048】
また、同じ大きさの導光板内での出射位置を傾斜面の外側を円弧にした場合には光源側から遠ざけることができる。また、光源が近い場合には全反射した光が平行光になり、光源が遠い場合には全反射した光を拡散することができる。
さらに、一つの傾斜面に部分的に内側および外側に円弧にすることにより一つの斜面で集光や拡散等の異なる作用を得ることができる。
【0049】
また、請求項12に係る平面照明装置は、光源と、光源からの光を導く入射部と、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子または/および光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子とを設けた導光板と、導光板の入射部および出射面以外を覆い導光板からの漏れ光を再び導光板内に反射する反射体とを具備することを特徴とする。
【0050】
請求項12に係る平面照明装置は、光源と、光源からの光を導く入射部と、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子または/および光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子とを設けた導光板と、導光板の入射部および出射面以外を覆い導光板からの漏れ光を再び導光板内に反射する反射体とを具備するので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して関数的に増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射したり、傾斜面の角度の設定によって出射面からの出射角度を自由にコントロールすることができる。
【0051】
さらに、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができ、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射し、周期性を有する明暗光の光線の一部を乱したり明暗を崩すことができる。
【0052】
また、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子および第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体や反射ケース等と導光板との密着を防止して出射することができる。
【0053】
さらに、請求項13に係る平面照明装置は、光源と、光源からの光を導く入射部と、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子または/および光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子とを設けた導光板と、導光板の入射部および出射面以外を覆い導光板からの漏れ光を再び導光板内に反射する反射体とを具備することを特徴とする。
【0054】
請求項13に係る平面照明装置は、光源と、光源からの光を導く入射部と、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子または/および光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子とを設けた導光板と、導光板の入射部および出射面以外を覆い導光板からの漏れ光を再び導光板内に反射する反射体とを具備するので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射したり、傾斜面の角度の設定によって出射面からの出射角度や光学素子自身を変化することができる。
【0055】
さらに、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができ、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射し、周期性を有する明暗光の光線の一部を乱したり明暗を崩すことができる。
【0056】
また、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子および第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体や反射ケース等と導光板との密着を防止して出射することができる。
【0057】
またさらに、請求項14に係る平面照明装置は、光源が指向性または/および指向性分布を有する白色光源であることを特徴とする。
【0058】
請求項14に係る平面照明装置は、光源が指向性または/および指向性分布を有する白色光源であるので、導光板の入射部からの距離が等しくない場合に入射部から遠い方向に指向性を一致させることができる。
【0059】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を表面部や裏面部に連続または非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、連続および非連続な光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状や凸形状の第1の光偏向素子を設けたり、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射を繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けて、光学素子等による可視スペクトル(虹)や明暗光の縞模様の発生を防ぎ、高輝度の出射光を得ることを可能とした導光板および平面照明装置を提供するものである。
【0060】
図1は本発明に係る平面照明装置の略分解組立図、図2乃至図13は本発明に係る導光板の略図、図14は図10の導光板の部分拡大図、図15乃至図17は本発明に係る導光板の光線の略軌跡図、図18乃至図20は本発明に係る導光板の光線の略軌跡図、図21は本発明に係る導光板の略図である。なお、図1乃至図14では、極めて微小な第1の光偏向素子30及び第2の光偏向素子40を導光板2上の一部に誇張して図示している。
【0061】
図1に示すように、平面照明装置1は、導光板2、光源3、リフレクタ14および反射ケース15から概略構成される。
【0062】
導光板2は、屈折率が1.4〜1.7程度の透明なアクリル樹脂(PMMA)やポリカーボネート(PC)等で形成される。この導光板2は、側面部11と、光の出射目的である表面部8と、その反対側に位置する裏面部9および光源3からの光を導く入射部7とからなる。
【0063】
導光板2は、図2乃至図9に示す様に、光源3の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に対し、途切れずに連続した光学素子20を表面部8または/および裏面部9に施す構成とすることができる。
【0064】
また、導光板2は、図10乃至図13に示す様に、光源3の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に対し、所定間隔で非連続な光学素子20’を表面部8または/および裏面部9に施す構成とすることもできる。
【0065】
さらに、導光板2は、表面部8または/および裏面部9に連続な光学素子20または非連続な光学素子20’の列と列との間に光学素子20や光学素子20’よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子30を設ける構成とすることができる。図1の例では、裏面部9に連続な光学素子20の列と列との間に光学素子20よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子30を設けた構成としている。
【0066】
また、導光板2は、表面部8または裏面部9に導光板2の入射部7と接続する表面部8および裏面部9の端部7’から導光板2内に入射した光線が表面部8および裏面部9で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子40を設ける構成とすることができる。図1の例では、表面部8に第2の光偏向素子40を設けた構成としている。
【0067】
ここで、図14は図10に示す所定間隔で導光板2の表面部8や裏面部9に設けた非連続な光学素子20’の部分拡大図である。
【0068】
図14に示すように、光学素子20’の長さを、例えば20’aの様に短くして傾斜面での全反射量を少なくしたり、20’bの様に長くして傾斜面での全反射量を多くする。これにより、光学素子20’からの全反射量をコントロールすることができる。
【0069】
また、隣り合う光学素子20’の間隔をコントロールする。例えば間隔を21aの様に長くしたり、間隔を21bの様に短くする。これにより、光学素子20’からの出射する所の光量とその立体角との積が等しいが、光学素子20’を欠損させた所(間隔21aや20b)には光学素子20’の有る所より低い光エネルギを得る。これにより、導光板2に希望する輝度分布を表現することができる。
【0070】
さらに、導光板2は、光源3から離れるほど光源3からの輝度やエネルギが減衰する。このため、入射部7から離れるほど光学素子20を多くなる様する。そして、表面部8または/および裏面部9に施した光学素子20を光源3からの距離に比例して指数関数的に増加する密度分布を有する様にする。これにより、入射部7の近傍の光学素子20の単位面積と強い光強度との積と、入射部7から離れた反射端面部10近傍の光学素子20の単位面積と弱い光強度との積とが等しくなる。
【0071】
また、導光板2は、光学素子20を光源3からの光線束に対応した傾斜面を有する様に断面が三角形状や台形形状および円弧形状にする。これにより、光源3からの光線を損失無く効率良く傾斜面で全反射させる。
【0072】
さらに、導光板2は、図示しないが光学素子20を光源3から遠ざかるほど光学素子20の高さを高くする。これにより、傾斜面部の高さを高くすることができ、傾斜面部の面積を大きくすることができる。その結果、光源3から遠い光学素子20においても光源3からの光線を多く受けることができる。そして、受けた光線を傾斜面で全反射をして出射面方向に光線を偏向させて、光源3から遠い位置でも出射光を多く出射することができ、光源3の遠近に関係無く均一な導光板2からの出射輝度を得ることができる。
【0073】
また、導光板2は、図示しないが光学素子20を部分的に高低をつけることにより、傾斜面部の高さを高くまたは低くすることができる。これにより、傾斜面部の面積を大きくまたは小さくすることができる。その結果、導光板2の任意の位置からの出射量を多くしたり少なくすることができたり、導光板の任意の位置からの出射角度を変化することができる。これにより、必要とする導光板2の任意位置の輝度のコントロールや視野角のコントロールをすることができる。
【0074】
なお、光学素子20を部分的に高低をつけることにより、例えば断面積が三角形状の光学素子20である場合には、一つの連続する三角形の稜の高さを連続的に変化させることができ、出射光の変化を連続性の有るものにできる。
【0075】
また、光学素子20の傾斜面を表面部8や裏面部9と成す角度がπ/2−2・臨界角γから臨界角γの範囲としている。すなわち、傾斜面を光源3からの距離に比例して光源3から離れるほど表面部8および裏面部9と成す角度が臨界角γに近づく様にする。
【0076】
ここで、光源3からの光を入射部7から導光板2の内部に導いた時、例えば導光板2の材料がポリカーボネート(PC)樹脂の場合、ポリカーボネート樹脂の屈折率n=1.59であるので、空気層から導光板2内に入って導光板2内に存在する光線L0は、0≦|α|≦sin-1(1/n)の式により(但し、式中のnは空気層とし、屈折率n=1)略屈折角α=±38.9713°の範囲内にある。
【0077】
また、屈折角α=±38.9713°の範囲内で導光板2内に入射した光は、導光板2と空気層(屈折率n=1)との境界面では、sinγ=(1/n)の式により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板2に使用されている樹脂材料であるポリカーボネート樹脂の屈折率はn=1.59程度であるので、臨界角γはγ=38.97°程度になる。また、アクリル樹脂(PMMA)材料を用いた導光板の場合には、アクリル樹脂の屈折率nがn=1.49程度であり、屈折角αはα=±42.38°程度となるので、臨界角γもγ=42.38°程度となる。
【0078】
例えばアクリル樹脂から成る導光板2の屈折率nはn=1.49程度であり、図20の例において、導光板2に入った光線の屈折角αがα=42.38°ほどになる。従って、導光板2の裏面部9に設けた光学素子20は、裏面部9と成す角度θが(π/2−2・42.38°より)5.24°から42.38°の範囲の内、入射部7の近傍に最小値である角度θ1=5.24°の傾斜面21が設けられ、入射部7から離れた位置に最大値である角度θ2=42.38°の傾斜面22が設けられる。
【0079】
上記構成の導光板2内に導かれる光線の中で入射部7の近傍に多い入射角β=42°程度の光線L1は光学素子20の傾斜面21(傾斜度θ1=5.24°)で全反射する。この全反射した光線L11は導光板2の表面部8方向に進み、ここで(入射角36°程度)光線L11は臨界角γを破り表面部8の外に(出射角61°程度)出射光L12として出射する。
【0080】
このように、導光板2の中に進入した光線の中で屈折角の小さい光線は導光板2の延長方向(入射部7の反対方向である反射端面部10)に進んだ光線以外の入射角の大きい光線として入射部の近傍にも多く存在する。そのため、入射部近傍の位置に設ける光学素子20の傾斜面21は、裏面部9と成す角が90°から臨界角γを2倍した値を減じた程度にして、入射角の大きい光線でも傾斜面21で全反射をして、表面部8方向に進み導光板2の臨界角γを破り、表面部8から出射することができる。
【0081】
また、導光板2内に導かれる光線の中で入射部7から離れる方向に多く進む光線の入射角β=2°程度の光線L2は光学素子20の傾斜面22(傾斜度θ1=42.38°)で全反射する。この全反射した光線L21は導光板2の表面部8方向に進み、ここで(入射角1.5°程度)光線L21は臨界角γを破り表面部8の外に(出射角2.24°程度)出射光L22として出射する。
【0082】
このように、導光板2の中に進入した光線の中で屈折角の小さい光線は導光板2の延長方向(入射部7の反対方向)に進み、入射部7付近に設けた光学素子20に衝突する確率が少ない。このため、入射部7から離れた位置に設ける光学素子20の傾斜面22は、裏面部9と成す角が臨界角γに等しい程度にして、入射角の小さい光線でも傾斜面22で全反射をして、表面部8方向に進み導光板2の臨界角γを破り、表面部8から出射することができる。
【0083】
ゆえに、上記の様に両極端な場合についての説明でも解るように、本例の導光板では、入射部7からの光線に対して、入射部7から離れるに従って光学素子20の傾斜面の傾斜角が徐々に傾斜面21から傾斜面22に成る様に、光源3からの距離に比例して裏面部9と成す角度が臨界角γに近づく様にした。その結果、光源3からの輝度やエネルギの減衰に伴っても光源3からの距離に対応した光学素子20によって導光板2の出射面のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。
【0084】
なお、ここでは裏面部9に傾斜面を設けた光学素子20について説明したが、前に説明したように、入射部7から入射した光線は、例えばアクリル樹脂の場合に屈折角αはα=±42.38°、ポリカーボネート樹脂の場合には屈折角αはα=±38.9713°と表面部8方向と裏面部9方向に進むので、表面部8に光学素子20を設けた場合に上記の説明と同じ構成にした時には、フロントライトに用いる様な導光板2を得ることができる。また、一度表面部8で全反射させた光線を再度裏面部9で全反射する様に光学素子20の傾斜面の角度を選択することによって自由に出射光をコントロールすることができる。
【0085】
さらに、光学素子20の傾斜面21や傾斜面22の中央部を中心にして内側または外側に円弧にすることにより、同じ大きさの導光板2内での出射位置を傾斜面21や傾斜面22の内側を円弧にした場合には光源側に近づけることができ、傾斜面21や傾斜面22の外側を円弧にした場合には光源側から遠ざけることができる。
【0086】
また、傾斜面21や傾斜面22の外側を円弧にした場合に、光源3や光源4等が近い時には全反射した光が平行光になり、光源3や光源4等が遠い場合には全反射した光を拡散することができる。
【0087】
さらに、傾斜面21や傾斜面22の内側を円弧にした場合に、光源3や光源4等が近い時には全反射した光が平行光になり、光源3や光源4等が遠い場合には全反射した光を集光することができる。
【0088】
また、光学素子20の傾斜面21や傾斜面22に内側と外側との異なる二つの円弧を一つの傾斜面に設けて、例えば傾斜面21や傾斜面22の表面部8や裏面部9に近い所に内側方向の円弧と、表面部8や裏面部9から遠い所に外側方向の円弧にすることにより、一つの傾斜面で部分的に二つの異なる集光と拡散との作用を得ることができる。
【0089】
光学素子20は、図2(図1と同様)に示す様に、光源3がCCFL(冷陰管)等の線状の場合には、CCFL(冷陰管)の電極付近の輝度は他よりも低いために輝度分布が両端以外は均一で両端が減衰しているので、これに対応した分布となっている。すなわち、両端部の光学素子20は極めて入射部7に寄り、入射部7に対向する反射端面部10に近づくほど光学素子20のピッチを細かくなるように設けて、両端の側面部11では特に密に分布してある。
なお、図10は図2の光学素子20が非連続に分離した光学素子20’が連続するように連ねられて分布しているものである。
【0090】
光学素子20は、図3に示す様に、光源3bがCCFL(冷陰管)等のエル(L)字状の場合には、CCFL(冷陰管)の電極付近の輝度は他よりも低く減衰し、導光板2の光源3b寄りの2つの側面11が交わる端部60付近が一番輝度分布が高く、この端部60との対角6aを結ぶ対角線付近が両側面11付近よりも輝度分布を高くしているので、これに対応した分布となっている。すなわち、光源3bの両端部付近の光学素子20は極めて入射部7に寄り、導光板2の2つの側面11が交わる端部60付近から対角6aを結ぶ対角線付近の光学素子20のピッチは荒くなるように設けて、入射部7に対向する端部6付近では特に密に分布してある。
なお、図13は図3の光学素子20が非連続に分離した光学素子20’が連続するように連ねられて分布しているものである。
【0091】
光学素子20は、図4に示す様に、光源4が半導体発光素子(LED)等の点光源の場合には、半導体発光素子の中心が特に輝度が高く、中心以外は減衰しているので、これらに対応した分布となっている。すなわち、輝度分布の強い方向を導光板2の入射部5の対角6a方向とし、対角6aに近づくにつれて光学素子20のピッチを細かく設け、端部6は対角よりもピッチおよび分布が細かく設けてある。
なお、図11は図4の光学素子20が非連続に分離した光学素子20’が連続するように連ねられて分布しているものである。
【0092】
光学素子20は、図5に示す様に、光源4が半導体発光素子(LED)等の点状複数光源の場合には、光源4が半導体発光素子であるために半導体発光素子の中心が特に輝度が高く、中心以外は減衰しているので、これらに対応した分布となっている。すなわち、導光板2の1側面に(放射状の)入射部5を設け、輝度分布の強い方向を導光板2の対向する側面方向とし、光学素子20は光源4の両端方向(2つの光源4の間も含む)に細かくピッチを設け、端部6に近づくにつれてピッチおよび分布が細かく設けてある。
なお、図12は図5の光学素子20が非連続に分離した光学素子20’が連続するように連ねられて分布しているものである。
【0093】
光学素子20は、図6に示す様に、光源4bが半導体発光素子(LED)等の点状の物を複数並べたアレー形状の場合には、光源4bが半導体発光素子であるために半導体発光素子の中心が特に輝度が高く、中心以外は減衰しているので、これらに対応した分布となっている。すなわち、導光板2の1側面側に入射部5を設け、輝度分布の強い方向を導光板2の入射部5の反対方向の反射端面部10とし、光学素子20は互いに隣り合う光源4bの間の位置を入射部5に近づけた波形状とし、反射端面部10に近づくにつれてピッチおよび分布が細かく設けるとともに互いに隣り合う光源4bの間の中心に近づく程ピッチおよび分布が細かく設けてある。
【0094】
光学素子20は、図7に示す様に、光源4が半導体発光素子(LED)等の点状光源の場合には、光源4が半導体発光素子であるために半導体発光素子の中心が特に輝度が高く、中心以外は減衰しているので、これらに対応した分布となっている。すなわち、導光板2の4つの隅に入射部5を設け、輝度分布の強い方向を導光板2の中心方向とし、光学素子20は互いに隣り合う光源4の間や中心方向に近づくにつれてピッチおよび分布が細かく設けてある。
【0095】
光学素子20は、図8に示す様に、光源4が半導体発光素子(LED)等の点状光源の場合には、光源4が半導体発光素子であるために半導体発光素子の中心が特に輝度が高く、中心以外は減衰しているので、これらに対応した分布となっている。すなわち、導光板2の中央に円形状(や多角形状)の入射部5を設け、輝度分布の強い方向を導光板2の4つの端部6方向とし、輝度の低い部分が入射部5に近づき、輝度等が等しい位置が完全に連続した周となり、導光板2の外周方向に近づくにつれてピッチおよび分布が細かくなるように光学素子20が設けてある。
【0096】
光学素子20は、図9に示す様に、光源4が半導体発光素子(LED)等の点状光源の場合には、光源4が半導体発光素子であるために半導体発光素子の中心が特に輝度が高く、中心以外は減衰しているので、これらに対応した分布となっている。すなわち、導光板2の中央下方向に略楕円形状の入射部5を設け、輝度分布の強い方向を導光板2の2つの上方端部6方向および1つの中心下部とし、輝度の低い部分が入射部5に近づき、輝度等が等しい位置が完全に連続した周となり、および下方向両端部6b方向および導光板2の外周方向に近づくにつれてピッチおよび分布が細かくなるように光学素子20が設けてある。
【0097】
また、ここでは図示しないが、光源3がCCFL(冷陰管)等のユウ(U)字状の場合でも同様に光源3付近の輝度が低く、光源3が無い導光板2の側面部11の1つのみのところが一番輝度が低いので、これらに対応した分布として光源3の電極付近から対向する電極との中間に近づくほど光学素子20を密にするとともにユウ(U)字状の底部の対向する位置に光学素子20を密に設ける。
【0098】
なお、図10乃至図12に示した表面部8または/および裏面部9に光源3や光源4および光源4bの輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に非連続な光学素子20’を光源3や光源4等からの距離に比例して関数的に増加する密度分布とするが、非連続な光学素子20’を設ける長さは、光源3や光源4等の光量によって、増減や加減することにより表面部8や裏面部9での全反射量をコントロールして、出射面からの出射光量をコントロールすることができる。
【0099】
また、光学素子20は、三角形状や台形形状および円弧形状の断面を有し、例えば4μmm〜100μmm程度の底辺幅を有した導光板2の端で終わる連続な凹形状または凸形状を成して構成することができる。
【0100】
同様に、光学素子20は、三角形状や台形形状および円弧形状の断面を有し、例えば4μmm〜100μmm程度の底辺幅を有した凹形状または凸形状を成し、導光板2の表面部8や裏面部9上に光源3や光源4等の輝度や光エネルギ分布に対応した位置に非連続に設ける構成とすることができる。
【0101】
この様に、連続な光学素子20や非連続な光学素子20’を導光板2の表面部8や裏面部9に設けることによって、光学素子20,20’の傾斜面によって光源3,3b,4,4bから導光板2内に進入した光線を全反射し、どの位置でも同等な光量の指向性やエネルギを連続または非連続的に出射することができる。また、目的とする輝度バランス等によって図10乃至図12に示す非連続な光学素子20’の隣り合う間隔をコントロールしても良い。
【0102】
さらに、図15に示すように、第1の光偏向素子30を導光板2の裏面部9に連続な光学素子20または非連続な光学素子20’の列と列との間に光学素子20よりも微細な凹形状の第1の光偏向素子30を設ける構成とすることができる。
【0103】
第1の光偏向素子30は、高さを1μm〜4μmの範囲、最大幅を4μm〜16μmの範囲の様に光学素子20よりも微細で形成される。このため、第1の光偏向素子30で光線が偏向する量が光学素子20で全反射する光線の量よりも極端に少ない。これにより、導光板2の全体から出射する光線全体の出射角度を乱すほどで無くほんの一部しか乱さないので、任意の視野角からの輝度の低下を引き起こさず、気になる程の見ずらさには成らない。
【0104】
例えば、導光板2の入射部7からの光線L0は、アクリル樹脂の場合に屈折角α=±42.38°の範囲で導光板2内に進入し、裏面部9方向に向い、光学素子20に達して、光学素子20の傾斜面で全反射した光線LLは表面部8方向に進む。
【0105】
尚、これら連続な光学素子20や非連続な光学素子20’の傾斜面で全反射した光線LLは、規則性がある複数列の連続な光学素子20や非連続な光学素子20’によって一様に同方向に進み、表面部8から出射した出射光線LL0も一様に同方向に出射する。これにより、虹の様に出射面に光の分散による可視スペクトルの発生が現れる。
【0106】
しかし、本例の導光板2の構成によれば、裏面部9方向に向った光線L0の一部は、直径を4μm〜16μmの範囲程度の円弧形状の第1の光偏向素子30に達する。
【0107】
この第1の光偏向素子30は光学素子20に比べ非常に小さいので同じ角度で進入して来る光線L0に対して第1の光偏向素子30の傾斜面が光学素子20の傾斜面よりも異なる(傾斜面と裏面部9と成す角度が大きい)ために光学素子20で全反射する角度と異なる(光学素子20よりも全反射角が小さい)角度で全反射した光線L3が表面部8方向に進み、表面部8より光学素子20からの出射光線LL0と異なる出射角度で出射光線L30を出射する。
【0108】
そのために、第1の光偏向素子30によって表面部8から出射される出射光線L30により光学素子20によって表面部8に現れる同程度の輝度で同方向の多数の出射光線LL0により発生する可視スペクトルの規則性を乱して、可視スペクトルを目立たなくする。
【0109】
但し、実際には可視スペクトルが無くなるのではなく、出射面側(表面部の外側)から見ると第1の光偏向素子30による出射光線L30の(出射光線LL0から見ると拡散光)存在で可視スペクトルの連続性を失い、可視スペクトルを認識することが出来なくなる。
【0110】
さらに、図示しないが第1の光偏向素子30の傾斜面の角度等が光学素子20の傾斜面と異なるために、異なる入射角の光線でも表面部8の位置で光学素子20からの全反射した光線と同位置に達するが、表面部8における光学素子20と第1の光偏向素子30との入射角が異なるために、出射角も異なることによって出射光LL0を乱すことによって、可視スペクトルの規則性を乱して、可視スペクトルを目立たなくする。
【0111】
また、第1の光偏向素子30は全反射のみならず、屈折および第1の光偏向素子30を透過して裏面部9から出射した光線は再度入射して異なる方向に進み、可視スペクトルの規則性を乱して、可視スペクトルを目立たなくする。
【0112】
さらに、図16に示すように、光学素子20が凹状の場合には導光板2内にある光線L0が導光板2の鏡面で一度全反射をした後、反射光が光学素子20の凹状の空気層に出射する時、図16(a)に示すようにニュートンプリズム分光により空気層内に可視スペクトル(虹)が現れ、この可視スペクトルが図16(b)に示すように凹状の円弧底面(上部)で再び導光板2内に入射する時、屈折して、より広がって導光板2の表面部8方向に進み、表面部8から上方に立ち上がった光として可視スペクトル(虹)を出射する。
【0113】
しかし、本例の構成によれば、図17に示すように、光学素子20付近に第1の光偏向素子30を設けたことにより、導光板2内にある光線L30が導光板2の鏡面で一度全反射をし、その反射光が第1の光偏向素子30の傾斜面で全反射する。そして、この全反射した光線L31が再び光学素子20の臨界面で全反射をし、この全反射した光線L32が導光板2の表面部8方向に進み、分光せずに白色光のまま表面部8から上方に立ち上がった光として出射する。
【0114】
また、光学素子20付近に第1の光偏向素子30を設けたことにより、導光板2内にある光線L30が導光板2の鏡面で一度全反射をし、その反射光が第1の光偏向素子30の傾斜面で全反射をする。これにより、全反射した光線L31’は、光学素子20に向かうのを阻止され、導光板2の表面部8方向に進み、分光せずに白色光のまま表面部8から上方に立ち上がった光として出射する。
【0115】
このように、光学素子20が凹状の場合等、導光板2と凹状の光学素子20とが接続する部分がプリズム形状のような2つの鏡面を持つ場合に導光板2内からの光線が1度導光板2の鏡面で全反射をする。その後、全反射した光が光学素子20の凹状の空気層に出射する時、ニュートンプリズム分光により空気層内に可視スペクトル(虹)が現れてしまう。しかし、本例の構成によれば、導光板2の鏡面で全反射した光を第1の光偏向素子30で全反射させて光学素子20に進むのを阻止するので、可視スペクトル(虹)の発生を防止することができる。
【0116】
また、図16で説明したような可視スペクトル(虹)の発生により凹状部で屈折して、より広がって導光板2の表面部8方向に進み、表面部8から可視スペクトル(虹)が上方に立ち上がる。しかし、図15で説明したように、第1の光偏向素子30からの全反射した光により可視スペクトルの規則性を乱すので、可視スペクトルを目立たなくすることもできる。
【0117】
上記の他、光線L0の一部は裏面部9で全反射し、この全反射した光が表面部8に達して再度全反射等を繰り返し光学素子20等に達する。この光線は全反射の繰り返しであるため、光学素子20に対する進入角は光線L0と同等であり、光学素子20や第1の光偏向素子30に達した光線は上記で説明した作用および効果を得る。
【0118】
さらに、図示しないが導光板2の入射部7と接続する表面部8および裏面部9の端部7’から導光板2内に入射した光線が表面部8および裏面部9で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる明暗の光が周期的に縞模様のように発生する。
【0119】
また、光学素子20とともに光源3の指向性や輝度によって光学素子20からの直接光等により出射光に明暗ができ、明暗光の縞模様を発生させる場合がある。
【0120】
しかし、本例の構成によれば、第1の光偏向素子30によって表面部8や裏面部9に出射される出射光線L30により出射面に発生する明暗光の規則性を乱して明暗光の縞模様の発生を防ぐことができる。
【0121】
尚、ここでの第1の光偏向素子30は、直径を4μm〜16μmの範囲の円弧形状の凹形状で説明したが、円錐形状や高さを1μm〜4μmの範囲で、最大幅を4μm〜16μmの範囲の多角錘形状でも良い。この場合でも、上記で説明したように屈折や全反射した光線が光学素子20からの全反射した光線が存在する所に出射すれば同様な作用および効果を得ることができる。
【0122】
また、第1の光偏向素子30は、光源3の輝度が強い場合や指向性の強い光源3の場合などに、表面部8の入射部7に近いほど高輝度の可視スペクトル(虹)が発生し、より目立ってしまう。このため、裏面部9の入射部7に近いほど第1の光偏向素子30を多く設けるようにする。これにより、より可視スペクトル(虹)の発生を乱して可視スペクトル(虹)を目立たなくすることができる。
【0123】
さらに、第1の光偏向素子30は、光源3の輝度と導光板2の大きさ等によって、裏面部9にランダムに設けるようにする。これにより、導光板2の全体からの可視スペクトル(虹)の発生を乱して可視スペクトル(虹)を目立たなくすることができる。
【0124】
このように、第1の光偏向素子30は、光源3や導光板2の条件および仕様並びに使用目的に対応して光学素子20自体による(光学素子20等の規則的存在による)可視スペクトル(虹)の発生や入射部7に起因する規則性の有る光の明暗による明暗光の縞模様等の発生も防ぐことができる。
【0125】
尚、ここでの説明は、第1の光偏向素子30および光学素子20を導光板2の裏面部9に設けたものであるが、第1の光偏向素子30を表面部8に設けても良く、これらの作用および効果も裏面部9に設けた場合と同様であるため、表面部8に光偏向素子30を設けた説明は重複するため省く。
【0126】
また、ここでは第1の光偏向素子30の形状を微細な凹形状により説明したが、微細な凸形状によってもこれら作用および効果も同様であるため、微細な凸形状の第1の光偏向素子30の説明は重複するため省く。
【0127】
さらに、特に第1の光偏向素子30や光学素子20を表面部8に設けて、出射光を裏面部9方向から出射させてフロントライト等に用いることも可能である。
【0128】
さらに、図示しないが、表面部8や裏面部9の近傍に設けた拡散シート等や裏面部9の下部にある反射体15や反射ケース等と導光板2との密着を凸形状の第1の光偏向素子30によって防止し、拡散シート等の効果を引き出すことができる。また、凸形状の第1の光偏向素子30により、導光板2と反射体15や反射ケートとの間に空気層を保ち、直接反射体15や反射ケースの面を(白色)導光板2を通して見えない様にすることができる。
【0129】
また、導光板2は、図18に示すように、特に導光板2の入射部7と接続する表面部8および裏面部9の端部7’から導光板2内に入射した光線が入射部7と入射部7の反対側に位置する反射端面部10との間において表面部8および裏面部9で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光を発生する。そして、図19に示すように、明暗の有る光線が裏面部9に設けた光学素子20に達した時、光学素子20により偏向させられ、表面部8から出射される光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子40を設けることにより、規則性のある明暗の光からなる明暗光の縞模様を目立たなくさせる。
【0130】
第2の光偏向素子40は、直径を5μm〜100μmの範囲の円弧形状で高さを直径の1/20〜1/80の範囲の突起が少なく曲率半径が大きな緩やかな円弧形状で形成される。このため、光学素子20で全反射した光線は、第2の光偏向素子40に進入して出射する時に屈折しても極端に出射角を変えず、導光板2の部分的に微小に屈折をするので、任意の視野角からの輝度の低下を引き起こさず、気になる程の見ずらさには成らない。
【0131】
例えば、導光板2の入射部7からの光線L0は、アクリル樹脂の場合に屈折角α=±42.38°の範囲で導光板2内に進入し、図18に示したように、特に導光板2の入射部7と接続する表面部8および裏面部9の端部7’から導光板2内に入射した光線が入射部7と入射部7の反対側に位置する反射端面部10との間において表面部8や裏面部9および入射部7や反射端面部10で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光を発生する。そして、図19に示すように、明暗の有る光線であって、入射部7から直接裏面部9方向に向った光線や導光板2内を繰り返し全反射を行った光線L0は、光学素子20に達して、光学素子20の傾斜面で全反射した光線LLとして表面部8方向に進む。
【0132】
そして、光学素子20によって一様に同方向に進む光線自体が輝度の明暗を含み、表面部8から出射した出射光線LL0も一様に同方向に出射し、出射面にて明暗光による明暗光の縞模様の発生が現れる。
【0133】
また、光学素子20とともに光源3や光源4の指向性や輝度によって光学素子20からの直接光等により出射光に明暗ができ、明暗光の縞模様の発生させる場合がある。
【0134】
しかし、本例の構成によれば、光学素子20の傾斜面で全反射し、表面部8方向に進んだ光線LLの一部である光線LL4が第2の光偏向素子40に達し、第2の光偏向素子40から出射する時に緩やかな円弧形状であるため(第2の光偏向素子40の法線と導光板2の表面部8の法線との差が微小であるため)に微小な屈折をする。これにより、表面部8から光学素子20からの出射光線LL0と微小に異なる出射角度で出射光線L40を出射する。なお、図19において、この第2の光偏向素子40が無い場合の出射光線の軌跡を点線LL0’で表している。
【0135】
このように、第2の光偏向素子40は、表面部8に光学素子20からの出射光線LL0と微小に異なる出射角度で出射光線L40を出射するので、規則性のある明暗光を出射光線L40によって乱して周期性を有する明暗光の縞模様の発生を防ぐことができる。
【0136】
尚、第1の光偏向素子30で説明したが、これら光学素子20や光学素子20’の傾斜面で全反射した光線LLは、規則性がある複数列の連続な光学素子20または非連続な光学素子20’によって一様に同方向に進み、表面部8から出射した出射光線LL0も一様に同方向に出射し、虹の様に出射面に光の分光による可視スペクトル(虹)の発生が現れる。
【0137】
しかし、本例の構成によれば、第2の光偏向素子40から出射される出射光線L40によって、光学素子20で表面部8に現れる同程度の輝度を有し、同方向に向かう多数の出射光線LL0により発生する可視スペクトル(虹)の規則性を乱して、可視スペクトル(虹)を目立たなくする。
【0138】
但し、実際には可視スペクトル(虹)が無くなるのではなく、出射面側(表面部の外側)から見ると第2の光偏向素子40による出射光線L40(出射光線L0から見ると拡散光)の存在で可視スペクトルの連続性を失い、可視スペクトル(虹)を認識することが出来なくなる。
【0139】
上記の他、図示しないが、導光板2に屈折入射した光線のうち表面部8に直接向かい第2の光偏向素子40に直接進入した光線や光線L0の一部は、裏面部9で全反射し表面部8に向かい直接第2の光偏向素子40に達した光線も上記で説明した作用および効果を得る。
【0140】
さらに、第2の光偏向素子40は、光源3や光源4の輝度と導光板2の大きさ等によって、表面部8にランダムに設けるようにする。これにより、導光板2の全体からの可視スペクトル(虹)の発生を出射光線L40によって乱して可視スペクトル(虹)を目立たなくしたり、導光板2の全体から発生する明暗光の縞模様の規則性を出射光線L40によって乱して縞模様を目立たなくすることができる。
【0141】
また、第2の光偏向素子40は、光源3や光源4の輝度が強い場合や指向性の強い光源4の場合などに、表面部8の入射部7に近いほど高輝度の可視スペクトル(虹)が発生し、より目立ってしまう。このため、表面部8の入射部7に近いほど第2の光偏向素子40を多く設けるようにする。これにより、より可視スペクトル(虹)の発生を乱して可視スペクトル(虹)を目立たなくすることができる。
【0142】
さらに、第2の光偏向素子40は、光源3や光源4に近い入射部7ほど光学素子20からの全反射光の輝度が強いので、入射部7に近いほど出射面に現れる出射光の明暗が目立つ場合などに、表面部8の入射部7に近いほど明暗光が発生し、より目立ってしまう。このため、表面部8の入射部7に近いほど第2の光偏向素子40を多く設けるようにする。これにより、より明暗光の発生を乱して明暗光を目立たなくすることができる。
【0143】
このように、第2の光偏向素子40は、光源3や光源4や導光板2の条件および仕様並びに使用目的に対応して光学素子20自体による(光学素子20等の規則的存在による)可視スペクトル(虹)の発生や明暗光等の発生を防ぐことができる。
【0144】
尚、ここでの説明は、第2の光偏向素子40および光学素子20を導光板2の表面部8に設けたものであるが、第2の光偏向素子40を裏面部9に設けても良く、これらの作用および効果も表面部8に設けた場合と同様であるため、裏面部9に第2の光偏向素子40を設けた説明は重複するため省く。
【0145】
さらに、ここでは第2の光偏向素子40の形状を凸形状により説明したが、凹形状によってもこれら作用および効果も同様であるため、凹形状の第2の光偏向素子40の説明は重複するため省く。
【0146】
また、特に第2の光偏向素子40を裏面部9および光学素子20を表面部8に設けて、出射光を裏面部9方向から出射させてフロントライト等に用いることも可能である。
【0147】
このように、導光板2の表面部8や裏面部9に光源3や光源4の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源3や光源4からの光線束に対応した傾斜面を有する連続な光学素子20または非連続な光学素子20’を光源3や光源4からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施して、常に光源3や光源4からの輝度やエネルギが等しい位置に連続な光学素子20または非連続な光学素子20’の傾斜面によって全反射や屈折等を行い出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。
【0148】
さらに、光源3や光源4からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子20の密度分布を光源3や光源4からの距離に比例して関数的に増加するようにして導光板2のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しくすることができる。
【0149】
また、光学素子20を欠損させた所には光学素子20の有る所より低い光エネルギを得ることにより導光板2の希望する輝度分布を表現することができる。
【0150】
さらにまた、光学素子20や非連続な光学素子20’よりも微細な凹形状や凸形状の第1の光偏向素子30を連続な光学素子20や非連続な光学素子20’の列と列との間に設けるようにする。これにより、複数列の連続な光学素子20や非連続な光学素子20’による回折格子的な要素やニュートンプリズム分光的な要素や特に指向性の強い白色光源4等によって出射面に現れる光の分光による可視スペクトルの発生に対し出射輝度を低下させることなく防ぐことができる。しかも、光源3や光源4の指向性や輝度によって光学素子20からの直接光等により出射光の明暗や表面部8と裏面部9とでの全反射の繰り返しによる明暗光による縞模様の発生に対しても出射輝度を低下させることなく防ぐことができる。
【0151】
また、導光板2の入射部7と接続する表面部8および裏面部9の端部から導光板2内に入射した光線が表面部8および裏面部9で全反射を繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期的な明暗光の光線の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子40を設けるようにする。これにより、光の明暗による周期的な明暗光の縞模様の発生を出射輝度を低下させることなく防ぐことができる。しかも、光学素子20によって同程度の輝度を有した同方向に向かう多数の出射光線により発生する可視スペクトルの一部の光線を出射面で微小に屈折して出射光の連続性が乱れ、可視スペクトルの発生を出射輝度を低下させることなく防ぐことができる。
【0152】
さらに、図21に示すように、導光板2の表面部8に設けた第2の光偏向素子40や裏面部9に設けた凸形状の第1の光偏向素子30によって、表面部8の近傍に設けた拡散シート16や裏面部9の近傍に設けた反射体15や反射ケース等と導光板2との密着を防止することができる。しかも、凸形状の第1の光偏向素子30により、拡散シート16と導光板2との間に空気層が存在するので、導光板2からの出射光をそのまま拡散シート16内に進行させずに一度導光板2の屈折率によって、より出射角を変化させて拡散シート16の効果を引き出すことができる。
【0153】
また、拡散シート16や反射体15の間に空気層が無いと、拡散シート16や反射体15が導光板2と一体化したように拡散シート16や反射体15の面を(例えば、白色)導光板2を通して直接見えてしまう(例えば、フラットな硝子の下においた紙面の活字がそのまま観測されてしまう。)。しかし、本例の構成によれば、導光板2の表面部8に第2の光偏向素子40や裏面部9に凸形状の第1の光偏向素子30を設けることによって拡散シート16や反射体15と導光板2との間に空気層を確保することができる。これにより、拡散シート16や反射体15の面を導光板2を通して直接見えてしまうことを防ぐことができる。
【0154】
光源3は、CCFL(冷陰管)等の線状をなし、直接光は導光板2の入射部7から導光板2内に入射し、他の光はリフレクタ14で反射されながら光源3とリフレクタ14との空間を通って導光板2内に入射する。
【0155】
なお、光源としては、線状のCCFLの他、図4乃至図9に示すように、半導体発光素子や半導体発光素子を並べたアレー状のものでも良い。
【0156】
例えば図4や図5等の光源4は、半導体発光素子であって、LEDやレーザ等からなり、単色光やRGB(赤色、緑色、青色)からなる白色や蛍光材料を用いて波長変換することによって白色光にしたものも用いられる。
【0157】
また、導光板2の二つの側面部11が交差する隅6に、あるいは複数の入射部5を持つ場合には各入射部に異なる発光色の光源4を用いて導光板2全体から白色の光を出射しても良い。
【0158】
さらに、図6に示す光源4bのように、半導体発光素子を等間隔または両端部方向が密になる様に並べたアレー状にし樹脂等で一体化したものを用いることができる。
【0159】
リフレクタ14は、白色の絶縁性材料やアルミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等からなり、導光板2の入射部7および光源3や光源4および光源4bを囲するようにし、光源3や光源4および光源4bからの光を反射し、反射光を導光板2の入射部7に再び入射させる。
【0160】
また、図示しないが、光源3や光源4や光源4bに対しても同様な材料により導光板2の入射部7および光源3や光源4や光源4bを囲するようにし、光源3や光源4や光源4bからの光を反射し、反射光を導光板2の入射部7に再び入射させる。
【0161】
反射体15は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや熱可塑性樹脂のシートにアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物やシート状金属からなる。この反射体15は、入射部7や入射部7と表面部8以外の部分を覆い光源3や光源4および光源4bからの光が導光板2によって表面部8に出射した以外の光を反射または乱反射し、再び導光板2に入射させて光源3や光源4および光源4bからの光を全て表面部8から出射するようにする。
【0162】
尚、本平面照明装置には、導光板2の上方に最終的に光線の分布等をコントロールする補正シートについては設けなかったが、必要によっては補正シートを用いても良い。この補正シートは、透過性のある樹脂等からなり、表面に光を偏向するための凹凸が設けてある。この補正シートは、導光板2からの出射光を補正するため、強い輝度の出射光を拡散したり、輝度が弱い出射光を集光したり、また全体を散乱させたり、部分的に拡散と集光とを行ったりする。このため、目的に合わせて補正すべき拡散シート、集光シート、散乱シート、拡散集光シート等を選択し、加工してある面を上方に向けた順方向使用や逆方向使用等にして使用する。
【0163】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができるので、可視スペクトル(虹)の連続性を失わせ(乱し)可視スペクトル(虹)の認識を妨害し、出射輝度を低下することなく出射面の可視スペクトル(虹)の発生を防ぐことができる。
【0164】
また、凹状の光学素子の場合等、導光板と凹状の光学素子とが接続する部分がプリズム形状のような2つの鏡面を持つ場合にニュートンプリズム分光により現れる可視スペクトル(虹)を、凹状の光学素子に進む光線を手前で第1の光偏向素子で全反射させて光学素子に進むのを阻止し、可視スペクトル(虹)の発生を防止することができる。
【0165】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体やケース等と導光板との密着を防止することができるので、拡散シートや反射体および反射ケース等の本来の働きを損なわずに目的とする効果を容易に得ることができる。しかも、拡散シートや反射体および反射ケース等を直接観察せずに見易い出射光を得ることができる。
【0166】
また、請求項2に係る導光板は、表面部または/および裏面部が光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。しかも、非連続であるが光学素子の長さや隣り合う光学素子の間隔をコントロールすることにより、光学素子からの出射する所の光量とその立体角との積が等しいが、光学素子を欠損させた所には光学素子の有る所より低い光エネルギを得ることができる。また、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができるので、可視スペクトル(虹)の連続性を失わせ(乱し)可視スペクトル(虹)の認識を妨害し、出射輝度を低下することなく出射面の可視スペクトル(虹)の発生を防ぐことができる。
【0167】
また、凹状の光学素子の場合等、導光板と凹状の光学素子とが接続する部分がプリズム形状のような2つの鏡面を持つ場合にニュートンプリズム分光により現れる可視スペクトル(虹)を、凹状の光学素子に進む光線を手前で第1の光偏向素子で全反射させて光学素子に進むのを阻止し、可視スペクトル(虹)の発生を防止することができる。
【0168】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体やケース等と導光板との密着を防止することができるので、拡散シートや反射体および反射ケース等の本来の働きを損なわずに目的とする効果を容易に得ることができる。しかも、拡散シートや反射体および反射ケース等を直接観察せずに見易い出射光を得ることができる。
【0169】
さらに、請求項3に係る導光板は、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部にランダムまたは入射部に近いほど多く設けるとともに高さを1μm〜4μmの範囲で、最大幅を4μm〜16μmの範囲の多角錘形状または直径を4μm〜16μmの範囲の円弧形状あるいは円錐形状であるので、光学素子よりも微細であるため出射光に対して第1の光偏向素子による大きな影響を与えずに第1の光偏向素子による偏向光線で光学素子の出射光をコントロールすることができる。また、白色光源で指向性の強い場合や輝度が高い等に複数列の光学素子による回折格子的な要素によって特に入射部近傍の出射面に光の分光による可視スペクトル(虹)の発生が現れる場合、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部の入射部に近いほど多く設けて光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散したり出射面に異なる出射角の光線を出射することができる。これにより、出射輝度を低下させることなく出射面の可視スペクトル(虹)の発生を防ぐことができるとともに光源の種類や導光板の形状に関係なく利用することができる。
【0170】
また、白色光源が指向性の弱い場合等には、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光を出射した光の一部を、第1の光偏向素子を表面部または/および裏面部にランダムに設けることにより光学素子に向かう光線の一部を微量に拡散することができる。これにより、出射輝度を低下させることなく出射面に周期的な明暗光の縞模様の発生を防ぐことができる。
【0171】
また、請求項4に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射することができる。これにより、周期的な光の明暗光を微小に妨害して出射輝度を低下させることなく明暗光の縞模様等の発生を防止することができる。
【0172】
また、規則性がある複数列の光学素子自身によって一様に同方向に出射し、出射面に光の分光による可視スペクトル(虹)の発生が現れる場合にも可視スペクトル(虹)の一部の光線を微小に偏向させて可視スペクトルの規則性を乱して、可視スペクトル(虹)の発生を防いで可視スペクトル(虹)を目立たなくすることもできる。
【0173】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等と導光板との密着を防止することができる。
【0174】
さらに、請求項5に係る導光板は、表面部または/および裏面部を光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子に対向する表面部または裏面部に設けた光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子を設けるので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。加えて、非連続であるが光学素子の長さや隣り合う光学素子の間隔をコントロールすることにより光学素子からの出射する所の光量と立体角との積が等しく出射することができる。さらに、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射するので、周期的な光の明暗光を微小に妨害して出射輝度を低下させることなく明暗光の縞模様等の発生を防止することができる。
【0175】
また、規則性がある複数列の光学素子自身によって一様に同方向に出射し、出射面に光の分光による可視スペクトル(虹)の発生が現れる場合にも可視スペクトル(虹)の一部の光線を微小に偏向させて可視スペクトルの規則性を乱して、可視スペクトル(虹)の発生を防いで可視スペクトル(虹)を目立たなくすることもできる。
【0176】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等と導光板との密着を防止することができる。
【0177】
また、請求項6に係る導光板は、第2の光偏向素子の直径を5μm〜100μmの範囲の円弧形状で高さを直径の1/20〜1/80の範囲であるので、高さに対して直径が大きい(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)ために、この第2の光偏向素子の法線は導光板の法線に対して微小の差しかない。このため、出射角の差も微小であるために出射光の輝度分布等にも影響なく明暗光に対して有効に働くことができるとともに第2の光偏向素子自身も目立たない。
【0178】
また、第2の光偏向素子を表面部または裏面部にランダムまたは入射部に近いほど多く設けるので、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって輝度の異なる明暗光の発生を、第2の光偏向素子を表面部または裏面部にランダムに設けることにより全体的な明暗光の発生を防ぐことができるとともに特に輝度が高い導光板の入射部近傍では明暗縞模様が他の場所よりも目立つため第2の光偏向素子を表面部または裏面部の入射部に近いほど多く設けることにより際立った明暗縞模様の発生を防ぐことができる。これにより、高輝度な光源や光源の設ける位置等に関係なく利用することができる。
【0179】
さらに、請求項7に係る導光板は、光学素子の断面が三角形状、台形形状、円弧形状であるとともに連続または非連続であるので、導光板の入射部から導光板内に進入した光線が三角形状、台形形状および円弧形状の傾斜面が光源からの光の法線に対応した位置に存在することができ、これらが連続の場合にはどの位置でも同等な輝度やエネルギを出射することができ、非連続であっても、あらゆる位置でも同等な輝度やエネルギを連続的に出射することができる。
【0180】
また、請求項8に係る導光板は、光学素子を光源から遠ざかるほど光学素子の高さを高くまたは/および部分的に高低をつけるので、光源から遠い光学素子においても光源から光線を受けて全反射をすることができる。これにより、光源から遠い位置でも出射光を多く出射して光源の遠近に関係無く均一な導光板からの出射輝度を得ることができたり、部分的に高低をつけることによって導光板の任意の位置からの出射量を多くしたり少なくしたり、導光板の任意の位置からの出射角度を変化することができる。このため、必要とする導光板の任意の位置での輝度のコントロールや視野角のコントロールをすることができる。
【0181】
さらに、請求項9に係る導光板は、傾斜面を表面部および裏面部と成す角度がπ/2−2・臨界角から臨界角の範囲であるので、導光板内に導かれる光線の最大入射角度から臨界角を破る最小角度までの範囲を用いることにより、全反射光が全て臨界角を破ることができる。これにより、導光板の出射面からの出射角度範囲が大きく取れるため、必要とする出射角を自由に選択することができて目的に合わせることができる。
【0182】
また、請求項10に係る導光板は、傾斜面を光源からの距離に比例して表面部および裏面部と成す角度が臨界角に近づくので、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴っても、光源からの距離に比例して全反射した反射光が小さな出射角で出射する。このため、導光板の出射面のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射することができる。これにより、均一な出射量および均一な視野角を得ることができる。
【0183】
さらに、請求項11に係る導光板は、傾斜面を傾斜面の中央部を中心にして内側または外側に円弧を、あるいは傾斜面の部分的に内側と外側とに円弧を成しているので、同じ大きさの導光板内での出射位置を傾斜面の内側を円弧にした場合には光源側に近づけることができる。また、光源が近い場合には全反射した光が平行光になり、光源が遠い場合には全反射した光を集光することができる。
【0184】
また、同じ大きさの導光板内での出射位置を傾斜面の外側を円弧にした場合には光源側から遠ざけることができる。また、光源が近い場合には全反射した光が平行光になり、光源が遠い場合には全反射した光を拡散することができる。
【0185】
またこれら内側と外側に円弧を一つの傾斜面で部分的に二つの異なる円弧によって、集光や拡散等の作用および効果を一つの傾斜面で得るので、導光板の大きさや必要な出射光量や視野角等を自由にコントロールすることができる。
【0186】
また、請求項12に係る平面照明装置は、光源と、光源からの光を導く入射部と、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子または/および光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子とを設けた導光板と、導光板の入射部および出射面以外を覆い導光板からの漏れ光を再び導光板内に反射する反射体とを具備するので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して関数的に増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射したり、傾斜面の角度の設定によって出射面からの出射角度を自由にコントロールすることができる。
【0187】
さらに、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素によって出射面に現れる光の分光(虹)の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができ、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射することができる。これにより、周期性等を有する光の明暗光を微小に妨害して出射輝度を低下させることなく明暗光の縞模様等の発生を防止することができる。
【0188】
また、凹状の光学素子の場合等、導光板と凹状の光学素子とが接続する部分がプリズム形状のような2つの鏡面を持つ場合にニュートンプリズム分光により現れる可視スペクトル(虹)を、凹状の光学素子に進む光線を手前で第1の光偏向素子で全反射させて光学素子に進むのを阻止し、可視スペクトル(虹)の発生を防止することができる。
【0189】
さらに、規則性がある複数列の光学素子自身によって一様に同方向に出射し、出射面に光の分光による可視スペクトル(虹)の発生が現れる場合にも可視スペクトル(虹)の一部の光線を微小に偏向させて可視スペクトル(虹)の規則性を乱して、可視スペクトル(虹)の発生を防いで可視スペクトル(虹)を目立たなくすることもできる。
【0190】
また、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子および第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体や反射ケース等と導光板との密着を防止して出射することができる。これにより、拡散シートや反射体および反射ケース等の本来の働きを損なわずに目的とする効果を容易に得られるとともに拡散シートや反射体および反射ケース等を直接観察せずに見易い出射光を得ることができる。
【0191】
さらに、請求項13に係る平面照明装置は、光源と、光源からの光を導く入射部と、光源の輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に光源からの光線束に対応した傾斜面を有する光学素子を非連続に設けるとともに光学素子を光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布に施し、光学素子の列と列との間に光学素子よりも微細な凹形状または/および凸形状の第1の光偏向素子または/および光学素子に対向する表面部または裏面部に光学素子により出射した光の一部を微小屈折させる第2の光偏向素子とを設けた導光板と、導光板の入射部および出射面以外を覆い導光板からの漏れ光を再び導光板内に反射する反射体とを具備するので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に同等な輝度やエネルギを出射することができる。しかも、光源からの輝度やエネルギの減衰に伴って光学素子の密度分布を光源からの距離に比例して増加するようにして導光板のあらゆる位置でも出射する光量とその立体角との積が等しく出射したり、傾斜面の角度の設定によって出射面からの出射角度や光学素子自身を連続的に変化することができる。
【0192】
さらに、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素によって出射面に現れる光の分光の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができる。これにより、可視スペクトル(虹)の連続性を失わせ(乱し)可視スペクトル(虹)の認識を妨害し、出射輝度を低下することなく出射面の可視スペクトル(虹)の発生を防ぐことができる。
【0193】
また、指向性の強い白色光源等と複数列の光学素子による回折格子的な要素によって出射面に現れる光の分光の発生を第1の光偏向素子によって光源から光学素子に向かう光線の一部を拡散することができ、導光板の入射部と接続する表面部および裏面部の端部から導光板内に入射した光線が表面部および裏面部で全反射の繰り返しに伴う干渉によって出射面に達した輝度の異なる周期性等を有する明暗光の光線の一部を高さに対して直径が大きな(所謂、曲率半径の大きな円弧の一部)第2の光偏向素子に到達し、この第2の光偏向素子から外部に出射する時の光線がフラットな表面部よりも微小な異なる出射角で出射することができる。これにより、周期性を有する光の明暗光を微小に妨害して出射輝度を低下させることなく明暗光の縞模様等の発生を防止することができる。
【0194】
さらに、凹状の光学素子の場合等、導光板と凹状の光学素子とが接続する部分がプリズム形状のような2つの鏡面を持つ場合にニュートンプリズム分光により現れる可視スペクトル(虹)を、凹状の光学素子に進む光線を手前で第1の光偏向素子で全反射させて光学素子に進むのを阻止し、可視スペクトル(虹)の発生を防止することができる。
【0195】
また、規則性がある複数列の光学素子自身によって一様に同方向に出射し、出射面に光の分光による可視スペクトル(虹)の発生が現れる場合にも可視スペクトル(虹)の一部の光線を微小に偏向させて可視スペクトル(虹)の規則性を乱して、可視スペクトル(虹)の発生を防いで可視スペクトル(虹)を目立たなくすることもできる。
【0196】
さらに、導光板の表面部や裏面部に設けた凸形状の第1の光偏向素子および第2の光偏向素子によって、表面部や裏面部の近傍に設けた拡散シート等や裏面部の下部にある反射体や反射ケース等と導光板との密着を防止することができる。これにより、拡散シートや反射体および反射ケース等の本来の働きを損なわずに目的とする効果を容易に得られるとともに拡散シートや反射体および反射ケース等を直接観察せずに見易い出射光を得ることができる。
【0197】
よって出射面に現れる光の分散による可視スペクトル(虹)の発生に対し出射輝度を低下させることなく防ぐことができるとともに光源の指向性や輝度によって光学素子からの直接光等により出射光の明暗光による光の明暗の縞模様の発生に対して出射輝度を低下させることなく防ぐことができ、平面照明装置の必要目的によって、輝度重視や視野角重視あるいは均一性を重視するなど自由度の広い設計および平面照明装置を可能とすることができる。
【0198】
またさらに、請求項14に係る平面照明装置は、光源が指向性または/および指向性分布を有する白色光源であるので、導光板の入射部からの距離が等しくない場合に入射部から遠い方向に指向性を一致させることができる。これにより、光源の光を効率良く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る平面照明装置の略構成図
【図2】 本発明に係る導光板の略図
【図3】 本発明に係る導光板の略図
【図4】 本発明に係る導光板の略図
【図5】 本発明に係る導光板の略図
【図6】 本発明に係る導光板の略図
【図7】 本発明に係る導光板の略図
【図8】 本発明に係る導光板の略図
【図9】 本発明に係る導光板の略図
【図10】 本発明に係る導光板の略図
【図11】 本発明に係る導光板の略図
【図12】 本発明に係る導光板の略図
【図13】 本発明に係る導光板の略図
【図14】 図10の導光板の部分拡大図
【図15】 本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図16】 (a),(b)本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図17】 (a),(b)本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図18】 本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図19】 本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図20】 本発明に係る導光板の光線の略軌跡図
【図21】 本発明に係る導光板の略図
【符号の説明】
1…平面照明装置、2…導光板、3,4,4b…光源、5,7…入射部、6,6a,6b…端部、8…表面部、9…裏面部、10…反射端面部、11…側面部、14…リフレクタ、15…反射体、16…端子電極、20,20’…光学素子、21,22…傾斜面、21a,21b…間隔、30…光偏向素子、40…光屈折素子、β…入射角、α…屈折角、γ…臨界角、n…屈折率、θ…表面部および裏面部と傾斜面とが成す角度、L0,L1,L11,L12,L2,L21,L22,L30,L40,LL,L3,LL4,LL0,LL0’…光線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate and a flat illumination device used for a liquid crystal display device or the like, and for any light source, a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source.LightAn optical element having an inclined surface corresponding to the light flux from the sourceWith continuous or non-continuous installationIt has a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light source, and it is bright even with a small light source such as a directional point light source, and even with a directional distribution light source that has a linear shape or the like. I get the light.
Also continuous or discontinuousFirst optical deflecting element having a concave shape and / or a convex shape that is finer than the optical element between the rows of optical elementsAndA second light deflecting element that minutely refracts a part of the light emitted by the optical element is provided on the front surface or the back surface facing the optical element, and a plurality of rows with a white light source or the likeLight ofThe generation of the light spectrum that appears on the exit surface by the diffraction grating element or the Newton prism element by the optical element causes the first light deflection element to diffuse part of the light beam from the light source toward the optical element. Prevent occurrenceit can.
furtherThe bright and dark stripes generated by a constant outgoing angle due to the interference of light beams, which are periodically totally reflected by the front and back portions, are finely disturbed by the second light deflecting element without reducing the outgoing luminance. Prevent the occurrence ofbe able to.
Furthermore,The present invention relates to a light guide plate and a flat illumination device capable of preventing the second light deflection element and the convex first light deflection element provided on the front surface portion and the back surface portion from being in close contact with a nearby reflector or sheet. .
[0002]
[Prior art]
Conventional light guide plates and flat illumination devices use a method that uses scattering on the back surface of the light guide plate. In this method, a dot or a rectangular shape is printed with an ink mixed with a white material such as titanium oxide as the distance from the light source increases, and scattered light is obtained as the distance from the light source increases. We are trying to obtain the uniformity of the emitted light. Further, an injection molding method is used, in which scattering is used for the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, and a minute uneven shape is randomly formed.
[0003]
Similarly, as a light guide plate and a flat illumination device using an injection molding method, one using a method utilizing refraction or reflection on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate is known. In this method, the convex shape and the concave shape are simply formed so as to be distributed (gradation) more away from the light source, and the probability of refraction and reflection increases as the distance from the light source increases, and the light emitted from the light guide plate is made uniform. Yes.
[0004]
Further, as a light guide plate and a flat illumination device using an injection molding method, one using a method using refraction or reflection on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate is also known. In this method, a prism shape is formed in parallel with the light source, and light rays from the light source are refracted or reflected by the sides of the prism to be deflected to the emission surface or emitted from the emission surface.
[0005]
Similarly, a method is known in which a prism shape is provided in parallel with the light source on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate. In this method, the height or depth of the prism is set higher or deeper as the distance from the light source increases, the more light rays from the light source are received as the distance from the light source increases, and the reflected light or refractive light is used more. The emitted light is made uniform.
[0006]
In particular, when the light source is mixed with a plurality of wavelengths such as a white light source, the light emitted from the emission surface is split into the visible spectrum and looks iridescent. For this reason, when a liquid crystal display device is mounted on these flat illumination devices, a problem as a color liquid crystal screen occurs when the dispersed light corresponds to RGB (red, green, blue) of the liquid crystal.
[0007]
Furthermore, a bright and dark stripe pattern is generated on the exit surface due to regular brightness of the emitted light. For this reason, when a liquid crystal display device is mounted on these flat illumination devices, the brightness on the screen appears, making it difficult to see.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional light guide plates and flat illumination devices use a method of utilizing scattering on the back surface of the light guide plate, and the more the circular or rectangular shape is separated from the light source by using ink mixed with a white material such as titanium oxide. Many dots were printed, and scattered light was obtained as the distance from the light source was increased to obtain uniformity of light emitted from the light guide plate. However, the light was absorbed by the white material or ink, and the light was scattered. As a result, the light beam does not reach only the exit surface, and there is a problem in luminance because the absolute amount of emitted light is low.
[0009]
In addition, there is no loss due to light absorption in the method in which fine irregularities are randomly formed on the front and back surfaces of the light guide plate by injection molding, and the light from the light source is scattered. Are scattered, the light beam does not reach only the exit surface, the brightness of the exit light is low, and the uneven distribution is random, causing problems with brightness spots and the like.
[0010]
Similarly, when the distribution of the convex shape or concave shape increases as the distance from the light source is increased (gradation), it is improved compared to printing of ink or the like, or random shaping of fine uneven shapes, but it is merely away from the light source. The probability of refraction and reflection is only increased, and it does not correspond to the directivity (luminance distribution) of the light beam or the shape of the light source. There are no challenges.
[0011]
Furthermore, a method of forming a prism shape in parallel with the light source on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, refracting or reflecting light rays from the light source on the sides of the prism and deflecting to the output surface, or emitting from the output surface, This is true if all of the prism ridge lengths have the same condition (in the case of a simple ideal state), but in reality, the light source directivity (luminance distribution) and the shape of the light source are not supported. There is a problem that the amount of light, directivity, and energy are not fully utilized.
[0012]
Similarly, a prism shape is provided on the front and back surfaces of the light guide plate in parallel with the light source, and the height and depth of the prism are set higher or deeper as the distance from the light source increases, and more light from the light source is received as the distance from the light source increases. Thus, a method that uses a lot of reflected light and refracted light to make the emitted light uniform regardless of the distance from the light source is good as a method away from the light source, but the prism itself is actually pointing the light source. However, there is a problem that the light amount, directivity, and energy of the light source are not sufficiently used because they are not compatible with the characteristics (luminance distribution) and the shape of the light source.
[0013]
In any case, these conventional methods do not correspond to the directivity of the light amount of the light source, the energy distribution, the shape of the light source, and the like, and these conventional methods are limited.
[0014]
In particular, when a light source is mixed with a plurality of wavelengths such as a white light source, the light emitted from the emission surface is split into a visible spectrum and looks like a rainbow color. For this reason, when a liquid crystal display device is mounted on these flat illumination devices, a problem as a color liquid crystal screen occurs when the dispersed light corresponds to RGB (red, green, blue) of the liquid crystal. In order to eliminate this problem, a scattering sheet or the like is placed for the purpose of scattering the dispersed light above the light guide plate, but the emitted light with directivity is scattered, or by absorption of light by the scattering sheet, etc. There is a problem in lowering luminance.
[0015]
In addition, the regular brightness of the emitted light causes a light and dark stripe pattern on the exit surface, and when a liquid crystal display device is placed on these flat illumination devices, the intensity of brightness on the screen appears. It will be awkward. In order to solve this problem, a method of placing a diffusion sheet or the like above the light guide plate to make it difficult to see the bright and dark stripe pattern is used, but there is a problem that causes a decrease in luminance as a whole. In addition, with the increase in the number of members such as the scattering sheet and the diffusion sheet, there are problems in assembly man-hours and member costs.
[0016]
Furthermore, a minute concave shape is randomly formed on the front and back surfaces of the light guide plate by injection molding and a light guide plate that performs dot printing using ink mixed with a white material such as titanium oxide on the back surface. In the case of a light guide plate, the light guide plate is in close contact with a diffusion sheet or the like provided at the upper portion of the front surface portion, a reflector or a reflective case at the lower portion of the back surface portion, and the like. For this reason, the position where the air layer is refracted shifts, and there is a problem that the effect of the diffusion sheet and the like is reduced by half. Moreover, in order to return the light leaked from the light guide plate to the reflector or the reflection case again, the reflector or the reflection case is made white, but it is in close contact with the light guide plate. There is a problem that the surface of the light can be seen through the (white) light guide plate.
[0017]
The present invention has been made to solve the above-described problems. Compared to the conventional technique, the present invention always corresponds to the light flux from the light source at a position corresponding to the directivity of the light amount from the light source and the energy distribution.LeaningAn optical element with a slopeNon-continuous or continuousBy providing it, a position where the brightness and energy from the light source are always equalLightEquivalent brightness and energy can be emitted to the exit surface side by total reflection and refraction by the inclined surface of the optical element..
Also,The optical element density distribution is increased in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source are attenuated, so that the product of the amount of emitted light and the emission angle can be emitted equally at any position of the light guide plate..
further,A first light deflecting element having a concave shape and / or a convex shape that is finer than the optical element is provided between the optical element rows, and a plurality of rows with a highly directional white light source or the likeLight ofA rainbow-like visible spectrum is generated by light splitting on the light exit surface by a diffraction grating element or a Newton prism spectroscopic element by a scientific element, and a part of a light beam traveling from a light source to an optical element is generated by a first light deflecting element. It can diffuse and prevent the generation of spectroscopy (rainbow).
[0018]
In addition, the light incident on the light guide plate from the end portions of the front surface and back surface connected to the incident portion of the light guide plate is repeatedly totally reflected on the front surface and back surface.AccompanyingA second light deflecting element that minutely refracts a part of light emitted from bright and dark lights having different brightness due to interference is provided, and a part of the light beam reaching the exit surface has a diameter larger than the height (so-called radius of curvature). (A part of a large arc) of the second light deflecting element that reaches the second light deflecting element and emits the light from the second light deflecting element to the outside at a different exit angle that is smaller than the flat surface portion, Generation of periodic brightness of emitted light can be prevented.
[0019]
Further, the first light deflecting element and the second light deflecting element having a convex shape provided on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, a diffuser sheet provided on the upper surface portion, and a reflector on the lower portion of the back surface portion. The light guide plate and the flat surface can prevent the adhesion between the light guide plate and the reflection case, and draw out the effect of the diffusion sheet, etc., or can not directly see the reflector or the surface of the reflection case through the (white) light guide plate The object is to provide a lighting device.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The light guide plate according to
[0021]
The light guide plate according to
[0022]
Furthermore, with a convex first light deflecting element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate, a diffusion sheet or the like provided near the front surface portion or the back surface portion, a reflector or case below the back surface portion, etc. Adhesion with the light guide plate can be prevented.
[0023]
The light guide plate according to
[0024]
In the light guide plate according to
[0025]
Furthermore, with a convex first light deflecting element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate, a diffusion sheet or the like provided near the front surface portion or the back surface portion, a reflector or case below the back surface portion, etc. Adhesion with the light guide plate can be prevented.
[0026]
Furthermore, the light guide plate according to
[0027]
The light guide plate according to
[0028]
In addition, when the white light source has a weak directivity, the light incident on the light guide plate from the end of the front and back surfaces connected to the incident portion of the light guide plate is repeatedly totally reflected on the front and back surfaces.AccompanyingA part of light emitted from bright and dark lights having different luminance due to interference is diffused in a minute amount by partially providing the first light deflection element on the front surface part and / or the back surface part. Can do.
[0029]
In the light guide plate according to
[0030]
The light guide plate according to
[0031]
In addition, the second light deflection element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate can prevent the light guide plate from being in close contact with the diffusion sheet or the like provided near the front surface portion or the back surface portion.
[0032]
Furthermore, in the light guide plate according to
[0033]
In the light guide plate according to
[0034]
In addition, the second light deflection element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate can prevent the light guide plate from being in close contact with the diffusion sheet or the like provided near the front surface portion or the back surface portion.
[0035]
The light guide plate according to
[0036]
In the light guide plate according to
[0037]
In addition, since the second light deflecting element is provided on the front surface portion or the back surface portion so as to be random or closer to the incident portion, the light beam incident on the light guide plate from the end portions of the front surface portion and the back surface portion connected to the incident portion of the light guide plate Repeats total reflection on the front and backAccompanyingGeneration of bright and dark light with different luminance due to interference can be prevented by providing the second light deflecting element randomly on the front surface or the back surface. Since the bright and dark stripe pattern is more conspicuous in the vicinity of the portion than in other places, the more light and dark stripe patterns can be prevented by providing more second light deflecting elements closer to the incident portion on the front surface portion or the rear surface portion.
[0038]
Furthermore, the light guide plate according to
[0039]
In the light guide plate according to
[0040]
The light guide plate according to
[0041]
In the light guide plate according to the eighth aspect, the height of the optical element is increased or / and partially raised or lowered as the optical element is moved away from the light source, so that even the optical element far from the light source receives light rays from the light source and performs total reflection. The amount of light emitted from the light guide plate and the angle of light emission can be changed by partially raising or lowering the height.
[0042]
Furthermore, the light guide plate according to
[0043]
In the light guide plate according to
[0044]
The light guide plate according to
[0045]
In the light guide plate according to the tenth aspect, the angle formed between the front surface portion and the back surface portion in proportion to the distance from the light source approaches the critical angle. The reflected light that is totally reflected in proportion to the distance is emitted at a small emission angle. For this reason, the product of the light quantity emitted and the solid angle can be emitted equally at any position on the emission surface of the light guide plate.
[0046]
Furthermore, the light guide plate according to
[0047]
In the light guide plate according to the eleventh aspect, since the inclined surface has an arc on the inside or outside with the central portion of the inclined surface as the center, or partially on the inside and outside of the inclined surface, the same size is obtained. In the case where the emission position in the light guide plate is an arc on the inside of the inclined surface, it can be brought closer to the light source side. Further, when the light source is near, the totally reflected light becomes parallel light, and when the light source is far, the totally reflected light can be collected.
[0048]
Further, when the emission position in the light guide plate having the same size is formed as an arc on the outer side of the inclined surface, it can be moved away from the light source side. Further, when the light source is near, the totally reflected light becomes parallel light, and when the light source is far, the totally reflected light can be diffused.
Further, different actions such as condensing and diffusing can be obtained on one inclined surface by forming a circular arc partially inside and outside on one inclined surface.
[0049]
The planar illumination device according to claim 12 is a light source, an incident portion that guides light from the light source, and a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source.LightIt has an inclined surface corresponding to the light flux from the source.The optical elements to be installed continuously and the optical elementsIt is applied to a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light source.,lightLight emitted from the optical element to the front surface portion or the back surface portion facing the first optical deflection element or / and the optical element that is finer than the optical element between the rows of the optical elements and finer than the optical element A light guide plate provided with a second light deflection element that slightly refracts a part of the light guide plate, and a reflector that covers the light guide plate other than the incident portion and the exit surface and reflects the leaked light from the light guide plate again into the light guide plate It is characterized by comprising.
[0050]
The planar illumination device according to claim 12 is a light source, an incident portion that guides light from the light source, and a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source.LightIt has an inclined surface corresponding to the light flux from the source.The optical elements to be installed continuously and the optical elementsIt is applied to a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light source.,lightLight emitted from the optical element to the front surface portion or the back surface portion facing the first optical deflection element or / and the optical element that is finer than the optical element between the rows of the optical elements and finer than the optical element A light guide plate provided with a second light deflection element that slightly refracts a part of the light guide plate, and a reflector that covers the light guide plate other than the incident portion and the exit surface and reflects the leaked light from the light guide plate again into the light guide plate Because it has, the position where the brightness and energy from the light source are always equalLightTotal reflection, refraction, and the like are performed by the inclined surface of the scientific element, and the same luminance and energy can be emitted to the emission surface side. In addition, the density distribution of the optical element increases functionally in proportion to the distance from the light source as the brightness and energy from the light source decay, and the amount of light emitted from any position of the light guide plate and its solid angle It is possible to emit the same product or to freely control the exit angle from the exit surface by setting the angle of the inclined surface.
[0051]
In addition, a multi-row with a highly directional white light source, etc.Light ofThe first light deflecting element diffuses a part of the light beam from the light source to the optical element by generating the light spectrum (rainbow) appearing on the exit surface by the diffraction grating element or the Newton prism spectroscopic element. The light beam that has entered the light guide plate from the end of the front and back surfaces connected to the incident portion of the light guide plate is repeatedly totally reflected on the front and back surfaces.AccompanyingA part of bright and dark light beams having periodicity with different brightness and the like that reach the exit surface due to interference is a second light deflection element having a large diameter with respect to the height (so-called part of an arc having a large curvature radius). When the light beam reaches and exits from the second light deflecting element, the light beam is emitted at a different emission angle that is slightly smaller than the flat surface portion. Can be broken.
[0052]
In addition, the convex first light deflecting element and the second light deflecting element provided on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, and the diffusion sheet provided in the vicinity of the front surface portion and the back surface portion and the lower portion of the back surface portion. It is possible to emit light while preventing adhesion between a light reflector and a certain reflector or reflection case.
[0053]
Furthermore, the planar illumination device according to
[0054]
The flat illumination device according to
[0055]
In addition, a multi-row with a highly directional white light source, etc.Light ofThe first light deflecting element diffuses a part of the light beam from the light source to the optical element by generating the light spectrum (rainbow) appearing on the exit surface by the diffraction grating element or the Newton prism spectroscopic element. The light beam that has entered the light guide plate from the end of the front and back surfaces connected to the incident portion of the light guide plate is repeatedly totally reflected on the front and back surfaces.AccompanyingA part of bright and dark light beams having periodicity with different brightness and the like that reach the exit surface due to interference is a second light deflection element having a large diameter with respect to the height (so-called part of an arc having a large curvature radius). When the light beam reaches and exits from the second light deflecting element, the light beam is emitted at a different emission angle that is slightly smaller than the flat surface portion. Can be broken.
[0056]
In addition, the convex first light deflecting element and the second light deflecting element provided on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, and the diffusion sheet provided in the vicinity of the front surface portion and the back surface portion and the lower portion of the back surface portion. It is possible to emit light while preventing adhesion between a light reflector and a certain reflector or reflection case.
[0057]
Furthermore, the planar illumination device according to
[0058]
In the flat illumination device according to the fourteenth aspect, since the light source is a white light source having directivity or / and directivity distribution, when the distance from the incident portion of the light guide plate is not equal, directivity is increased in a direction far from the incident portion. Can be matched.
[0059]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Note that the present invention provides a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source.LightAn optical element having an inclined surface corresponding to the light flux from the sourceProvide continuous or discontinuous optical elementsDensity distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light sourceApplied continuouslyandDiscontinuousThe first light deflection element having a finer concave shape or convex shape than the optical element is provided between the rows of the optical elements, or from the end portions of the front surface portion and the back surface portion connected to the incident portion of the light guide plate The light incident on the light guide plate repeats total reflection on the front and back surfaces.AccompanyingA second light deflection element that minutely refracts a part of bright and dark light beams having different periodicities and the like that reach the emission surface due to interference is provided, and a visible spectrum (rainbow) or bright and dark light fringes by an optical element or the like is provided. It is an object of the present invention to provide a light guide plate and a flat illumination device capable of preventing generation of a pattern and obtaining high-luminance outgoing light.
[0060]
1 is a schematic exploded view of a flat illumination device according to the present invention, FIGS. 2 to 13 are schematic views of a light guide plate according to the present invention, FIG. 14 is a partially enlarged view of the light guide plate of FIG. 10, and FIGS. FIG. 18 to FIG. 20 are schematic locus diagrams of light beams of a light guide plate according to the present invention, and FIG. 21 is a schematic diagram of a light guide plate according to the present invention. In FIG. 1 to FIG. 14, the extremely small first
[0061]
As shown in FIG. 1, the
[0062]
The
[0063]
As shown in FIGS. 2 to 9, the
[0064]
Further, as shown in FIGS. 10 to 13, the
[0065]
Further, the
[0066]
In the
[0067]
Here, FIG. 14 is a predetermined interval shown in FIG.Led byProvided on the
[0068]
As shown in FIG. 14, the length of the
[0069]
Further, the interval between adjacent optical elements 20 'is controlled. For example, the interval is lengthened as 21a or the interval is shortened as 21b. As a result, the product of the amount of light emitted from the
[0070]
Furthermore, as the
[0071]
The
[0072]
Further, although not shown, the
[0073]
Although not shown, the
[0074]
It should be noted that by partially changing the height of the
[0075]
In addition, the angle between the inclined surface of the
[0076]
Here, when the light from the
[0077]
Further, the light incident on the
[0078]
For example, the refractive index n of the
[0079]
Among the light beams guided into the
[0080]
In this way, light rays having a small refraction angle among the light rays that have entered the
[0081]
In addition, among the light beams guided into the
[0082]
In this way, light rays having a small refraction angle among the light rays that have entered the
[0083]
Therefore, as can be seen from the explanation of the two extreme cases as described above, in the light guide plate of this example, the inclination angle of the inclined surface of the
[0084]
Here, the
[0085]
Further, by forming an arc inward or outward with the central portion of the
[0086]
In addition, when the outer surface of the
[0087]
Furthermore, when the inside of the
[0088]
Also, two
[0089]
As shown in FIG. 2 (similar to FIG. 1), when the
10 is the same as FIG.Light ofAn optical element 20 'in which the
[0090]
As shown in FIG. 3, when the
FIG. 13 is the same as FIG.Light ofAn optical element 20 'in which the
[0091]
As shown in FIG. 4, when the
11 is the same as FIG.Light ofAn optical element 20 'in which the
[0092]
As shown in FIG. 5, when the
12 is the same as FIG.Light ofAn optical element 20 'in which the
[0093]
As shown in FIG. 6, when the
[0094]
As shown in FIG. 7, in the case where the
[0095]
As shown in FIG. 8, when the
[0096]
As shown in FIG. 9, in the case where the
[0097]
Although not shown here, even when the
[0098]
It should be noted that the
[0099]
The
[0100]
Similarly, the
[0101]
Like this,Continuous
[0102]
Further, as shown in FIG. 15, the first
[0103]
The first
[0104]
For example, the light beam L0 from the
[0105]
In addition, theseContinuousOptical element 20Or discontinuous optical element 20 'The light beam LL totally reflected by the inclined surface is a plurality of rows with regularity.Continuous
[0106]
However, according to the configuration of the
[0107]
Since the first
[0108]
Therefore, the visible light spectrum generated by a large number of outgoing light beams LL0 in the same direction with the same brightness appearing on the
[0109]
However, in reality, the visible spectrum is not lost, but when viewed from the exit surface side (outside of the surface portion), it is visible due to the presence of the output light beam L30 (diffused light when viewed from the output light beam LL0) by the first
[0110]
Further, although not shown, the angle of the inclined surface of the first
[0111]
Further, the first
[0112]
Furthermore, as shown in FIG. 16, when the
[0113]
However, according to the configuration of this example, as shown in FIG. 17, the light beam L30 in the
[0114]
Further, by providing the first
[0115]
In this way, when the
[0116]
Further, the generation of the visible spectrum (rainbow) as described with reference to FIG. 16 refracts at the concave portion and further spreads toward the
[0117]
In addition to the above, a part of the light beam L0 is totally reflected by the
[0118]
Further, although not shown in the figure, light rays that have entered the
[0119]
Further, the light emitted from the
[0120]
However, according to the configuration of this example, the regularity of the bright and dark light generated on the emission surface by the outgoing light L30 emitted to the
[0121]
Here, the first
[0122]
Further, the first
[0123]
Further, the first
[0124]
As described above, the first
[0125]
In the description here, the first
[0126]
Although the shape of the first
[0127]
Further, in particular, the first
[0128]
Further, although not shown in the drawing, the
[0129]
In addition, as shown in FIG. 18, the
[0130]
The second
[0131]
For example, the light beam L0 from the
[0132]
Then, the light itself traveling uniformly in the same direction by the
[0133]
In addition, the emitted light can be made bright and dark by direct light from the
[0134]
However, according to the configuration of this example, the light beam LL4, which is a part of the light beam LL that is totally reflected by the inclined surface of the
[0135]
In this way, the second
[0136]
Although the first
[0137]
However, according to the configuration of the present example, the emitted light beam L40 emitted from the second
[0138]
However, the visible spectrum (rainbow) is not actually lost, but when viewed from the exit surface side (outside of the surface portion), the output light L40 (diffused light when viewed from the output light L0) by the second
[0139]
In addition to the above, although not shown, some of the light rays refracted and incident on the
[0140]
Further, the second
[0141]
The second
[0142]
Further, in the second
[0143]
Thus, the second
[0144]
In the description here, the second
[0145]
Furthermore, although the shape of the second
[0146]
In particular, the second
[0147]
Thus, the position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the
[0148]
Further, every position of the
[0149]
Further, the desired luminance distribution of the
[0150]
Furthermore, the optical element 20Or discontinuous optical element 20 'The first
[0151]
Further, light rays that have entered the
[0152]
Further, as shown in FIG. 21, the vicinity of the
[0153]
If there is no air layer between the
[0154]
The
[0155]
In addition to the linear CCFL, the light source may be a semiconductor light emitting element or an array of semiconductor light emitting elements as shown in FIGS.
[0156]
For example, the
[0157]
Further, when the
[0158]
Furthermore, as in the
[0159]
The
[0160]
Although not shown, the
[0161]
The
[0162]
The flat illumination device is not provided with a correction sheet for finally controlling the distribution of light rays and the like above the
[0163]
【The invention's effect】
As described above, in the light guide plate according to
[0164]
Also, in the case of a concave optical element, the visible spectrum (rainbow) that appears by Newton prism spectroscopy when the part where the light guide plate and the concave optical element are connected has two mirror surfaces such as a prism shape, It is possible to prevent the light beam traveling to the element from being totally reflected by the first light deflecting element and proceeding to the optical element, thereby preventing the generation of the visible spectrum (rainbow).
[0165]
Furthermore, with a convex first light deflecting element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate, a diffusion sheet or the like provided near the front surface portion or the back surface portion, a reflector or case below the back surface portion, etc. Since adhesion to the light guide plate can be prevented, the intended effect can be easily obtained without impairing the original functions of the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, and the like. Moreover, it is possible to obtain easy-to-see outgoing light without directly observing the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, and the like.
[0166]
In the light guide plate according to
[0167]
Also, in the case of a concave optical element, the visible spectrum (rainbow) that appears by Newton prism spectroscopy when the part where the light guide plate and the concave optical element are connected has two mirror surfaces such as a prism shape, It is possible to prevent the light beam traveling to the element from being totally reflected by the first light deflecting element and proceeding to the optical element, thereby preventing the generation of the visible spectrum (rainbow).
[0168]
Furthermore, with a convex first light deflecting element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate, a diffusion sheet or the like provided near the front surface portion or the back surface portion, a reflector or case below the back surface portion, etc. Since adhesion to the light guide plate can be prevented, the intended effect can be easily obtained without impairing the original functions of the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, and the like. Moreover, it is possible to obtain easy-to-see outgoing light without directly observing the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, and the like.
[0169]
Furthermore, the light guide plate according to
[0170]
In addition, when the white light source has a weak directivity, the light incident on the light guide plate from the end of the front and back surfaces connected to the incident portion of the light guide plate is repeatedly totally reflected on the front and back surfaces.AccompanyingA part of light emitted from bright and dark lights having different luminance due to interference is diffused in a minute amount by partially providing the first light deflection element on the front surface part and / or the back surface part. Can do. Thereby, generation | occurrence | production of the periodic stripe pattern of bright and dark light can be prevented on an output surface, without reducing an emitted luminance.
[0171]
In the light guide plate according to
[0172]
Also, multiple columns with regularityLight ofEven if the light is emitted uniformly in the same direction by the scientific element itself, and the generation of a visible spectrum (rainbow) due to light spectroscopy appears on the exit surface, a part of the visible spectrum (rainbow) is slightly deflected to make the visible spectrum It is also possible to make the visible spectrum (rainbow) inconspicuous by preventing the generation of the visible spectrum (rainbow).
[0173]
Further, the second light deflection element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate can prevent the light guide plate from being in close contact with the diffusion sheet provided near the front surface portion or the back surface portion.
[0174]
Furthermore, in the light guide plate according to
[0175]
Also, multiple columns with regularityLight ofEven if the light is emitted uniformly in the same direction by the scientific element itself, and the generation of a visible spectrum (rainbow) due to light spectroscopy appears on the exit surface, a part of the visible spectrum (rainbow) is slightly deflected to make the visible spectrum It is also possible to make the visible spectrum (rainbow) inconspicuous by preventing the generation of the visible spectrum (rainbow).
[0176]
Further, the second light deflection element provided on the front surface portion or the back surface portion of the light guide plate can prevent the light guide plate from being in close contact with the diffusion sheet provided near the front surface portion or the back surface portion.
[0177]
The light guide plate according to
[0178]
In addition, since the second light deflecting element is provided on the front surface portion or the back surface portion so as to be random or closer to the incident portion, the light beam incident on the light guide plate from the end portions of the front surface portion and the back surface portion connected to the incident portion of the light guide plate Repeats total reflection on the front and backAccompanyingGeneration of bright and dark light with different luminance due to interference can be prevented by providing the second light deflecting element randomly on the front surface or the back surface. Since the bright and dark stripe pattern is more conspicuous in the vicinity of the portion than in other places, the more light and dark stripe patterns can be prevented by providing more second light deflecting elements closer to the incident portion on the front surface portion or the rear surface portion. Thereby, it can utilize irrespective of the position etc. where a high-intensity light source and a light source are provided.
[0179]
Furthermore, the light guide plate according to
[0180]
Further, the light guide plate according to the eighth aspect of the invention increases the height of the optical element or / and partially raises or lowers the height of the optical element as the distance from the light source increases. Can be reflected. As a result, a large amount of emitted light can be emitted even at a position far from the light source to obtain a uniform emission luminance from the light guide plate regardless of the distance of the light source, or any position of the light guide plate by partially raising or lowering it. The amount of light emitted from can be increased or decreased, and the angle of light emitted from an arbitrary position of the light guide plate can be changed. For this reason, it is possible to control the luminance and the viewing angle at an arbitrary position of the required light guide plate.
[0181]
Furthermore, in the light guide plate according to
[0182]
Further, in the light guide plate according to
[0183]
Furthermore, since the light guide plate according to claim 11 forms an arc on the inner side or the outer side around the central portion of the inclined surface, or partially on the inner side and the outer side of the inclined surface, When the emission position in the light guide plate of the same size is formed as an arc inside the inclined surface, it can be brought closer to the light source side. Further, when the light source is near, the totally reflected light becomes parallel light, and when the light source is far, the totally reflected light can be collected.
[0184]
Further, when the emission position in the light guide plate having the same size is formed as an arc on the outer side of the inclined surface, it can be moved away from the light source side. Further, when the light source is near, the totally reflected light becomes parallel light, and when the light source is far, the totally reflected light can be diffused.
[0185]
In addition, since the inner and outer arcs are partially inclined on one inclined surface and the actions and effects such as condensing and diffusing are obtained on one inclined surface by one different inclined surface, the size of the light guide plate, the required amount of emitted light, The viewing angle can be freely controlled.
[0186]
The planar illumination device according to claim 12 is a light source, an incident portion that guides light from the light source, and a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source.LightIt has an inclined surface corresponding to the light flux from the source.The optical elements to be installed continuously and the optical elementsIt is applied to a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light source.,lightLight emitted from the optical element to the front surface portion or the back surface portion facing the first optical deflection element or / and the optical element that is finer than the optical element between the rows of the optical elements and finer than the optical element A light guide plate provided with a second light deflection element that slightly refracts a part of the light guide plate, and a reflector that covers the light guide plate other than the incident portion and the exit surface and reflects the leaked light from the light guide plate again into the light guide plate Because it has, the position where the brightness and energy from the light source are always equalLightTotal reflection, refraction, and the like are performed by the inclined surface of the scientific element, and the same luminance and energy can be emitted to the emission surface side. In addition, the density distribution of the optical element increases functionally in proportion to the distance from the light source as the brightness and energy from the light source decay, and the amount of light emitted from any position of the light guide plate and its solid angle It is possible to emit the same product or to freely control the exit angle from the exit surface by setting the angle of the inclined surface.
[0187]
In addition, a multi-row with a highly directional white light source, etc.Light ofGeneration of light spectrum (rainbow) appearing on the exit surface by the diffraction grating element by the optical element can diffuse a part of the light beam from the light source to the optical element by the first light deflecting element, and the incident of the light guide plate The light incident on the light guide plate from the end of the front and back parts connected to the part repeats total reflection on the front and back parts.AccompanyingA part of bright and dark light beams having periodicity with different brightness and the like that reach the exit surface due to interference is a second light deflection element having a large diameter with respect to the height (so-called part of an arc having a large curvature radius). A light beam that reaches and exits to the outside from the second light deflection element can be emitted at a different exit angle that is finer than that of the flat surface portion. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of bright and dark light stripes or the like without causing a slight hindrance to bright and dark light having periodicity and lowering the emission luminance.
[0188]
Also, in the case of a concave optical element, the visible spectrum (rainbow) that appears by Newton prism spectroscopy when the part where the light guide plate and the concave optical element are connected has two mirror surfaces such as a prism shape, It is possible to prevent the light beam traveling to the element from being totally reflected by the first light deflecting element and proceeding to the optical element, thereby preventing the generation of the visible spectrum (rainbow).
[0189]
In addition, regular multiple columnsLight ofEven if the light is emitted uniformly in the same direction by the scientific element itself, and the generation of a visible spectrum (rainbow) due to light spectroscopy appears on the exit surface, a part of the visible spectrum (rainbow) is slightly deflected to make the visible spectrum The regularity of the (rainbow) can be disturbed to prevent the generation of the visible spectrum (rainbow) and make the visible spectrum (rainbow) inconspicuous.
[0190]
In addition, the convex first light deflecting element and the second light deflecting element provided on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, and the diffusion sheet provided in the vicinity of the front surface portion and the back surface portion and the lower portion of the back surface portion. It is possible to emit light while preventing adhesion between a light reflector and a certain reflector or reflection case. As a result, it is possible to easily obtain the desired effect without impairing the original functions of the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, etc., and to obtain outgoing light that is easy to see without directly observing the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, etc. be able to.
[0191]
Furthermore, the planar illumination device according to
[0192]
In addition, a multi-row with a highly directional white light source, etc.Light ofA part of the light beam traveling from the light source to the optical element can be diffused by the first light deflecting element. As a result, the continuity of the visible spectrum (rainbow) is lost (disturbed), the recognition of the visible spectrum (rainbow) is disturbed, and the occurrence of the visible spectrum (rainbow) on the exit surface is prevented without lowering the output brightness. it can.
[0193]
In addition, a highly directional white light source etc. and multiple rowsLight ofSpectral generation of light that appears on the exit surface by the diffraction grating element by the optical element can diffuse a part of the light beam from the light source to the optical element by the first light deflecting element, and is connected to the incident part of the light guide plate The light incident on the light guide plate from the edge of the front and back surfaces is repeatedly totally reflected on the front and back surfaces.AccompanyingA part of bright and dark light beams having periodicity with different brightness and the like that reach the exit surface due to interference is a second light deflection element having a large diameter with respect to the height (so-called part of an arc having a large curvature radius). A light beam that reaches and exits to the outside from the second light deflection element can be emitted at a different exit angle that is finer than that of the flat surface portion. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of bright and dark light stripes or the like without causing a slight disturbance of bright and dark light having periodicity and reducing the emission luminance.
[0194]
Furthermore, in the case of a concave optical element, the visible spectrum (rainbow) that appears by Newton prism spectroscopy when the part where the light guide plate and the concave optical element are connected has two mirror surfaces such as a prism shape, It is possible to prevent the light beam traveling to the element from being totally reflected by the first light deflecting element and proceeding to the optical element, thereby preventing the generation of the visible spectrum (rainbow).
[0195]
Also, multiple columns with regularityLight ofEven if the light is emitted uniformly in the same direction by the scientific element itself, and the generation of a visible spectrum (rainbow) due to light spectroscopy appears on the exit surface, a part of the visible spectrum (rainbow) is slightly deflected to make the visible spectrum The regularity of the (rainbow) can be disturbed to prevent the generation of the visible spectrum (rainbow) and make the visible spectrum (rainbow) inconspicuous.
[0196]
Further, the convex first light deflecting element and the second light deflecting element provided on the front surface portion and the back surface portion of the light guide plate, the diffusion sheet provided near the front surface portion and the back surface portion, and the lower portion of the back surface portion. It is possible to prevent the light guide plate from being adhered to a certain reflector or reflection case. As a result, it is possible to easily obtain the desired effect without impairing the original functions of the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, etc., and to obtain outgoing light that is easy to see without directly observing the diffusion sheet, the reflector, the reflection case, etc. be able to.
[0197]
Therefore, it is possible to prevent the generation of the visible spectrum (rainbow) due to the dispersion of light appearing on the exit surface without lowering the exit brightness, and the brightness of the exit light by direct light from the optical element or the like depending on the directivity and brightness of the light source. Designed with a wide range of freedom, such as emphasizing brightness, viewing angle, or uniformity, depending on the required purpose of the flat lighting device. And a flat illumination device may be possible.
[0198]
Still further, in the flat illumination device according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a flat illumination device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
14 is a partially enlarged view of the light guide plate of FIG.
FIG. 15 is a schematic locus diagram of light rays of a light guide plate according to the present invention.
FIGS. 16A and 16B are schematic locus diagrams of light rays of a light guide plate according to the present invention. FIGS.
FIGS. 17A and 17B are schematic locus diagrams of light rays of a light guide plate according to the present invention. FIGS.
FIG. 18 is a schematic locus diagram of light rays of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic locus diagram of light rays of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 20 is a schematic locus diagram of light rays of a light guide plate according to the present invention.
FIG. 21 is a schematic view of a light guide plate according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002146399A JP4181792B2 (en) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | Light guide plate and flat illumination device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002146399A JP4181792B2 (en) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | Light guide plate and flat illumination device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003338213A JP2003338213A (en) | 2003-11-28 |
JP4181792B2 true JP4181792B2 (en) | 2008-11-19 |
Family
ID=29705394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002146399A Expired - Fee Related JP4181792B2 (en) | 2002-05-21 | 2002-05-21 | Light guide plate and flat illumination device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4181792B2 (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101122151B1 (en) * | 2004-04-30 | 2012-03-19 | 카리 린코 | Ultrathin light element |
CN100445826C (en) * | 2004-07-01 | 2008-12-24 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Light conductive board and its producing method |
JP4654654B2 (en) * | 2004-10-15 | 2011-03-23 | 凸版印刷株式会社 | Lighting equipment |
JP4600077B2 (en) * | 2005-02-18 | 2010-12-15 | 凸版印刷株式会社 | Illumination device and liquid crystal display device |
JP4702197B2 (en) * | 2005-08-01 | 2011-06-15 | オムロン株式会社 | Surface light source device |
US8654061B2 (en) | 2008-02-12 | 2014-02-18 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Integrated front light solution |
CN101256911B (en) * | 2008-04-11 | 2012-06-06 | 精模电子科技(深圳)有限公司 | Luminous keyboard with light conducting plate |
US20100302218A1 (en) | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Illumination devices and methods of fabrication thereof |
KR20120027415A (en) * | 2009-05-29 | 2012-03-21 | 퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크. | Illumination devices for reflective displays |
JP2012113890A (en) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Light guide body, surface light source device, and image display device |
TWI459043B (en) * | 2011-10-04 | 2014-11-01 | Au Optronics Corp | Optical film and backlight module using the same |
US9625637B2 (en) * | 2012-08-13 | 2017-04-18 | 3M Innovative Properties Company | Diffractive lighting devices with 3-dimensional appearance |
KR102125451B1 (en) * | 2013-11-15 | 2020-06-22 | 엘지이노텍 주식회사 | Device using same |
-
2002
- 2002-05-21 JP JP2002146399A patent/JP4181792B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003338213A (en) | 2003-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101126058B1 (en) | Surface light source device, lighting unit and material for controlling a velocity of light | |
KR100961043B1 (en) | Light redirecting films and film systems | |
KR100499140B1 (en) | Backlight unit | |
KR100624408B1 (en) | Backlight unit | |
KR100716989B1 (en) | Back light system and liquid crystal display apparatus employing it | |
KR101264323B1 (en) | Plane light emitting back light unit and lamp using point light source | |
US11131800B2 (en) | Backlight unit and liquid crystal display device | |
JP4181792B2 (en) | Light guide plate and flat illumination device | |
JP2006031941A (en) | Planar light source unit | |
KR20100002112A (en) | Lighting device and display device using the same | |
US20020051355A1 (en) | Spread illuminating apparatus with irregular interval of grooves of light reflection pattern | |
KR20210093868A (en) | Light emitting device and backlight module | |
KR101426600B1 (en) | A light scattering lens for planar light source device of liquid crystal displays | |
JP2008027665A (en) | Light guide plate and flat lighting device | |
JP4138276B2 (en) | Light guide plate and flat illumination device | |
JP4324133B2 (en) | Light guide plate and flat illumination device | |
KR101476002B1 (en) | A light scattering lens for planar light source device of liquid crystal displays | |
JP2010044921A (en) | Plane light source element and light control member used for this as well as image display using this | |
JP4693691B2 (en) | Light emitting device and liquid crystal display device | |
JP4724690B2 (en) | Light guide plate and flat illumination device | |
JP4182075B2 (en) | Light guide plate and flat illumination device | |
JP4648358B2 (en) | Light guide plate and flat illumination device | |
JP2003232933A (en) | Light guide plate and plane illuminaire | |
KR100634554B1 (en) | Backlight unit | |
JP2002216528A (en) | Lighting device and display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050323 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080304 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080424 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080819 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080901 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140905 Year of fee payment: 6 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |