JP4429259B2 - Surface light source device and display device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、面光源装置、特にはLED等の発光領域の小さい光源を用いて面発光を行わせる面光源装置、およびこれを用いた液晶表示装置や誘導灯、看板等の表示装置に関する。 The present invention relates to a surface light source device, in particular, a surface light source device that performs surface light emission using a light source having a small light emitting region such as an LED, and a display device such as a liquid crystal display device, a guide light, and a signboard using the surface light source device.
従来より、面光源装置には、導光板の一側面に対向してLED等の発光領域の小さい光源を一定ピッチでアレー状に配置し、これらの各光源からの光を導光板の入光面から導入し、入光面と直交する出射面から光を放射して面発光を行わせるようにした構成のものがある。 Conventionally, in a surface light source device, light sources having a small light emitting area such as LEDs are arranged in an array at a constant pitch so as to face one side surface of a light guide plate, and light from each of these light sources is incident on the light incident surface of the light guide plate. There is a configuration in which surface emission is performed by emitting light from an emission surface orthogonal to the light incident surface.
このような構成の面光源装置では、導光板の入光面に対して複数の光源が離散的に配置され、かつ、各々の光源の光放射角度は自ずと限られているので、導光板の入光面近傍では光源の配列方向において明部と暗部とが混在して光強度分布が不均一になり易い。 In the surface light source device having such a configuration, a plurality of light sources are discretely arranged with respect to the light incident surface of the light guide plate, and the light emission angle of each light source is naturally limited. In the vicinity of the light surface, light portions and dark portions are mixed in the light source arrangement direction, and the light intensity distribution tends to be non-uniform.
そこで、従来の面光源装置には、導光板の光を出射する出射面と対向する位置にある反出射面において、入光面から反入光面に向かうに従って次第に厚みが増加するような階段状のプリズム列を形成するとともに、これらのプリズム列と対向する外方位置に反射シートを配設し、光源から導光板の入光面に入射した光を反入光面まで導いてここで一旦反射させ、その折返光を入光面側に導いてプリズム列と反射シートとで拡散させ、この拡散した光を出射面から外部に出射することで、出射面における光強度分布の不均一性を低減するようにした構成のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in the conventional surface light source device, a stepped shape in which the thickness gradually increases from the light incident surface toward the light incident surface on the light emitting surface located at a position opposite to the light emitting surface that emits light of the light guide plate. In addition, a prism sheet is formed and a reflection sheet is disposed at an outer position facing these prism arrays, and the light incident on the light incident surface of the light guide plate from the light source is guided to the light incident surface to be reflected once here. The reflected light is guided to the light incident surface, diffused by the prism array and the reflection sheet, and the diffused light is emitted to the outside from the light exit surface, thereby reducing the non-uniformity of the light intensity distribution on the light exit surface. The thing of the structure made to do is proposed (for example, refer patent document 1).
また、上記の特許文献1には、導光板の反出射面において、上記のプリズム列と並存するかたちで拡散面を形成するとともに、これらのプリズム列や拡散面と対向する外方位置に反射シートを配設し、光源から導光板内に入射した光を反入光面に至る途中の拡散面で拡散させて出射面から外部に出射するとともに、反入光面で反射した折返光をプリズム列と反射シートとで拡散させることにより出射面から外部に出射することで、出射面における光強度分布の不均一性を低減するようにした構成も提案されている。
Further, in the above-mentioned
ところで、上記の特許文献1に記載されている従来技術のものは、導光板の反出射面に階段状のプリズム列を形成したことにより、出射面における光強度分布の不均一性は有る程度は低減できるものの、依然として光強度分布にムラが生じている。すなわち、導光板の出射面に対向する反出射面側にプリズム列と拡散面とを共に形成した構成のものは、両者が同じ反出射面側に形成されている関係上、プリズム列による光拡散の度合いと、拡散面による光拡散の度合いとをそれぞれ調整して出射面における光強度分布が均一になるようにすることが極めて難しく、プリズム列の形成領域と拡散面の形成領域との境界部分において光強度分布に依然としてムラが生じ易い。
By the way, the prior art described in the above-mentioned
さらに、入光面から反入光面に向かうに従って次第に厚みが増加するような階段状のプリズム列を形成した場合には、導光板全体の厚さが厚くなり、装置の小型化を図ることが難しいという問題がある。 Furthermore, when a step-like prism array whose thickness gradually increases from the light incident surface toward the counter light incident surface is formed, the entire thickness of the light guide plate is increased, and the device can be miniaturized. There is a problem that it is difficult.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、余分なコストアップを招来することなく、導光板の光の出射面における光強度分布の不均一性を従来よりもさらに一層低減することができ、しかも、装置の小型化を図ることが可能な面光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and further reduces the non-uniformity of the light intensity distribution on the light exit surface of the light guide plate without incurring an extra cost. In addition, an object of the present invention is to provide a surface light source device that can be downsized.
上記の目的を達成するために、本発明の面光源装置は、導光板の主表面が光を出射する出射面として形成され、この出射面と直交する少なくとも1つの側面を入光面とし、その入光面と対面する外方位置には光源が配設され、また、少なくとも上記出射面と対向する反出射面に対面する外方位置には反射部材が配設されている面光源装置であって、上記導光板の反出射面には、上記入光面から反入光面に向かう一定の領域に上記導光板の反入光面側からの光を外部に取り出すための第1光取出機能部が、また、上記導光板の出射面には、上記入光面側および反入光面側からの光を共に拡散して外部に出射する第2光取出機能部がそれぞれ形成されており、かつ、上記第1光取出機能部は、上記導光板の入光面に平行な方向に沿って延びる複数のプリズムからなり、各プリズムは、入光面側から伝搬されてきた光を上記反入光面に向けて伝搬する第1傾斜面と、上記反入光面側から伝搬されてきた光を上記出射面に向けて伝搬する第2傾斜面とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the surface light source device of the present invention, the main surface of the light guide plate is formed as an emission surface that emits light, and at least one side surface orthogonal to the emission surface is used as a light incident surface. A surface light source device in which a light source is disposed at an outer position facing the light incident surface, and a reflecting member is disposed at least at an outer position facing the opposite light emitting surface facing the light emitting surface. A first light extraction function for extracting light from the light incident surface side of the light guide plate to the outside in a certain region from the light incident surface toward the light incident surface on the light exit surface of the light guide plate And the second light extraction function unit for diffusing the light from the light incident surface side and the light incident surface side and emitting the light to the outside is formed on the light exit surface of the light guide plate, respectively. In addition, the first light extraction function unit includes a plurality of portions extending along a direction parallel to the light incident surface of the light guide plate. Each prism includes a first inclined surface that propagates light propagated from the light incident surface side toward the anti-light incident surface, and light emitted from the anti-light incident surface side. And a second inclined surface that propagates toward the surface.
本発明によれば、第1光取出機能部と第2光取出機能部を互いに対向する出射面と反出射面に個別に設けているため、導光板の出射面側から見て、2つの機能部は導光板の厚さ方向に距離差が生じる。このため、第1光取出機能部で拡散された光は、この第1光取出機能部に正対する出射面の領域から出射されるだけでなく、第2光取出機能部にも入射してここで拡散されて外部に出射される。したがって、導光板の出射面では、第2光取出機能部の形成領域と、非形成領域との境界部の光強度変化がぼやける。これにより、出射面の光強度分布の不均一性が低減された面光源装置を安定して得ることができる。 According to the present invention, since the first light extraction function unit and the second light extraction function unit are individually provided on the emission surface and the non-emission surface facing each other, two functions are seen from the emission surface side of the light guide plate. The portion has a distance difference in the thickness direction of the light guide plate. For this reason, the light diffused by the first light extraction function unit is not only emitted from the region of the emission surface facing the first light extraction function unit, but also enters the second light extraction function unit and is here. Are diffused and emitted to the outside. Therefore, the light intensity change at the boundary between the formation region of the second light extraction function part and the non-formation region is blurred on the emission surface of the light guide plate. Thereby, the surface light source device in which the nonuniformity of the light intensity distribution on the emission surface is reduced can be stably obtained.
また、第1光取出機能部と第2光取出機能部を導光板を挟んで別の面に形成しているので、両者が互いに一部重複するように形成することができる。このため、さらに一層、光強度分布の不均一性を低減することが可能になる。 Further, since the first light extraction function part and the second light extraction function part are formed on different surfaces with the light guide plate interposed therebetween, they can be formed so as to partially overlap each other. For this reason, it becomes possible to further reduce the non-uniformity of the light intensity distribution.
特に、第1光取出機能部を構成する第1の斜面と入光面の法線が成す角が0度より大きく10度以下となるように設定すれば、導光板光の光伝搬機能を維持したまま、厚さ方向の増加を抑えることができるため、装置の小型化を図ることが可能となる。 In particular, the light propagation function of the light guide plate light is maintained if the angle formed by the normal line of the first slope and the light incident surface constituting the first light extraction function unit is set to be greater than 0 degrees and less than 10 degrees. However, since the increase in the thickness direction can be suppressed, the apparatus can be downsized.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における表示装置の概略構成を示す分解斜視図、図2は同装置の縦断面図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a display device according to
この実施の形態1の表示装置は、面光源装置1を有し、この面光源装置1の光出射側(図1の上方側)に、光拡散シート2および液晶表示素子3が図示しないスペーサ等を介して順次配設されている。
The display device according to the first embodiment has a surface
面光源装置1は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂等の透明樹脂からなる平板状の導光板10を備え、この導光板10の主表面が光を出射する出射面11として、この出射面11と対向する面が反出射面12としてそれぞれ形成されている。また、この導光板10の出射面11と直交する一側面が入光面13とされ、また、入光面13と対向する面が反入光面14としてそれぞれ形成されている。
なお、ここでは説明の便宜上、導光板10の入光面13から反入光面14に向かう方向をX軸方向、このX軸方向と直交して入光面13および反入光面14と平行する方向をY軸方向、X軸方向およびY軸方向に直交する導光板10の厚さ方向をZ軸方向とする。
The surface
Here, for convenience of explanation, the direction from the
そして、導光板10の入光面13と対面する外方位置には光源としての複数のLED4が一定ピッチで配設されるとともに、これらのLED4を駆動するLED基板5、および各LED4からの光を導光板10の入光面11に向けて反射するリフレクタ6がそれぞれ配置されている。
A plurality of
上記の各LED4は白色光を発し、LED基板5に複数保持されている。また、LED4はLED基板5に電気的に接続されており、LED基板5を介して外部からの電気信号が供給されている。また、リフレクタ6はLED4から発せられた光を効率よく導光板10に入射させるためのものである。
Each of the
また、導光板10の反出射面12の外方位置および反入光面14の外方位置には、それぞれ反射部材としての反射シート7,8が配設されている。これらの反射シート7,8は、導光板10の出射面11以外から出射した光を効率よく導光板10に再入射させるためのものである。
In addition,
なお、上記のリフレクタ6や反射シート7,8は、銀色または白色で高い反射率、具体的には70%以上、より好ましくは90%以上の反射率をもつように、例えば発泡PET、あるいは銀蒸着膜等により形成されている。
The
また、上記の導光板10の反出射面12には、入光面13から反入光面14に向かう一定の領域(入光面13からX軸方向に長さL分の領域)に第1光取出機能部151が、また、導光板10の出射面11には、反入光面14から入光面13に向かう一定の領域(反入光面14からX軸方向に長さM分の領域)に第2光取出機能部152がそれぞれ形成されている。そして、第1光取出機能部151と第2光取出機能部152とは導光板10を挟んで互いに一部(X軸方向に沿う長さN分の領域)が重複するように形成されている。
Further, the
上記の第1光取出機能部151は、導光板10の入光面13側からの光を反入光面14側に向けて伝搬するとともに、反入光面14側からの光を出射面11から外部に取り出す作用をするもので、導光板10の入光面13に平行な方向(Y軸方向)に沿って延びる複数のプリズム16がX軸方向に連続的に形成されてなり、各プリズム16は、第1傾斜面161と第2傾斜面162とを有している。
The first light
この場合、第1傾斜面161は入光面13側から伝搬されてきた光を反入光面14に向けて伝搬させ、また、第2傾斜面162は反入光面14側から伝搬されてきた光を出射面11に向けて伝搬させるものである。このため、第1傾斜面161と入光面13の法線とのなす角をαとすると、αは0度より大きく10度以下(0度<α≦10度)になるように設定されている。また、入光面13の法線と第2傾斜面162とがなす角をγとすると、γは45度以上で90度以下の範囲(45度≦γ≦90度)になるように設定されている。なお、角度α,γの設定理由については、後でさらに詳述する。
In this case, the first
また、第2光取出機能部152は、導光板10の入光面13側および反入光面14側からそれぞれ伝搬されてきた光を共に拡散して外部に出射するためのもので、本例ではランダムな粗面により形成されている。特に、第1光取出機能部151と導光板10を挟んで互いに重複する領域においては、X軸方向に沿う光拡散度合いが距離に応じて変化するように形成されている。すなわち、反入光面14側では表面粗さが荒く、入光面13に近付くほど表面粗さが細かくなって鏡面に近づくように形成されている。
In addition, the second light
液晶表示素子3は、図示しない上側または下側基板上に着色層、遮光層、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)、画素電極等の電極および配線が形成されたTFTアレイ基板および対向基板、二枚の基板を等間隔に保持するスペーサ、二枚の基板を貼り合わせるシール材、二枚の基板とのあいだに液晶を注入した後に封止する封止材、液晶に初期配向をもたせる配向膜および光を偏光させる偏光板などにより構成されている。なお、この構成は液晶表示素子3として既存のものであるので、ここでは詳しい説明は省略する。
The liquid
次に、導光板10に導入された光の挙動について、図2および図3を参照して説明する。
ここでは、まず、導光板10の入光面13側から反入光面14側へ向けて伝搬する光(以下、入行光と称する)の挙動について説明する。
Next, the behavior of light introduced into the
Here, first, the behavior of light propagating from the
LED4から発せられた光線は、直接またはリフレクタ6を介して、導光板10の入光面13から内部に入射して反入光面14側へ向けて伝搬する。この入行光は、第1光取出機能部151の第1傾斜面161に到達すると、図3(a)中、実線で示すように、ここで全反射されて出射面11に向かう。
The light beam emitted from the
いま、出射面11の法線と入行光とがなす角をβとすると、βは入光面13の法線と第1傾斜面161とがなす角αが大きくなるにつれて小さくなり、βが臨界角以下になると、導光板10の第2光取出機能部152の非形成領域にある出射面11から直ちに出射されて反入光面14側に向けて伝搬することができず、このため、Y軸方向の光強度分布を均一に保つことができなくなる。
Assuming that the angle formed between the normal line of the
そこで、この実施の形態1では、入行光の大半を反入光面14側に向けて伝搬させるために、前述したように第1傾斜面161と入光面13の法線とのなす角αが小さくなるように、本例では、αは0度<α≦10度、より好ましくは0度<α≦3度に設定している。これにより、第1傾斜面161は入行光に対して外部に取り出さずに伝搬する面として機能する。しかも、入光面13の法線と第1傾斜面161とがなす角αを0度<α≦10度の範囲に設定すると、導光板10の厚さをほぼ一定に保ったまま、入光面13から入射した入行光の大半を反入光面14側に伝搬することができるため、面光源装置1の小型化を図る上で有利である。
Therefore, in the first embodiment, in order to propagate most of the incident light toward the side opposite to the
また、第2傾斜面162は第1傾斜面161と逆方向に傾斜しているので、この第2傾斜面162に到達した入行光は、図3(a)中、一点鎖線で示すように、ここで全反射し、出射面11から出射することなく反入光面14側へ向けてさらに伝搬を続けることとなる。
Moreover, since the 2nd
さらに、入行光は、導光板10の出射面11と反出射面12とでそれぞれ全反射して反入光面14に向かうが、導光板10の出射面11側に形成された第2光取出機能部152に到達する入行光の一部は、この第2光取出機能部152によって拡散される。そして、この拡散により臨界角以下となった入行光は、導光板10から外部に出射される。また、導光板10の反出射面12において臨界角以下となった一部の入行光は、反出射面12より外部に出射するが、反射シート7により反射されて再び導光板10に戻された後、出射面11より外部に出射することとなる。
Further, the incoming light is totally reflected by the
こうして、導光板10中を伝搬して反入光面14に到達した入行光は、反入光面14で反射するか、もしくは反入光面14から外部に出射することとなるが、外部に出射した光は反射シート8により反射されて再び導光板10に戻され、反入光面14から入光面13に向かい導光板10中を伝搬する光となる。
Thus, the incoming light that has propagated through the
次に、導光板10の反入光面14から入光面13側へ向けて伝搬する光(以下、戻り光と称する)の挙動について説明する。
Next, the behavior of light propagating from the
反入光面14から入光面13に向かって伝搬する戻り光は、その伝搬過程で第2光取出機能部152に到達すると、その一部は全反射されてさらに伝搬される一方、残りの戻り光は、前述のようにこの第2光取出機能部152で拡散されて外部に取り出される。
When the return light propagating from the
また、導光板10内をさらに伝搬した戻り光は、第1光取出機能部151に至る。そして、この戻り光の一部は、図3(b)中、実線で示すように、第1光取出機能部151の第2傾斜面162に到達する。この第2傾斜面162に到達した戻り光を導光板10の出射面11から出射させるためには、この第2傾斜面162を透過させるか、あるいは全反射させることにより、出射面11の法線に対する戻り光のなす角βが臨界角以下となるように到達させる必要がある。
Further, the return light further propagated in the
ここで、第2傾斜面162を透過させるためには、第2傾斜面162が入光面13の法線となす角γを大きく設定して第2傾斜面162を入光面13と略平行になるように近付ければよく(すなわちγ≒90度)、また、第2傾斜面162で全反射した光の大半がβ≦臨界角となるように出射面11に到達させるには、同様に、γができるだけ大きくなるように設定すればよい。このため、本例では、γは45度以上で90度以下の範囲(45度≦γ≦90度)、より好ましくは略80度になるように設定している。
Here, in order to transmit the second
また、第1傾斜面161は第2傾斜面162と逆方向に傾斜しているため、第1傾斜面161に到達した戻り光は、図3(b)中、一点鎖線で示すように、第1傾斜面161で全反射するために出射面11から出射することはなく、入光面13側へ向けてさらに伝搬を続けることとなる。
In addition, since the first
次に、導光板10内の入行光および戻り光が出射面11から出射する場合の光強度分布との関係について、図4を参照して説明する。なお、図4は導光板10の出射面11におけるX軸方向に沿う光強度分布を示している。
Next, the relationship with the light intensity distribution when the incident light and return light in the
入光面13から反入光面14側に伝搬する入行光に着目すると、この入行光は、主として第2光取出機能部152の作用によって出射する。すなわち、第1光取出機能部151は、入行光に対してこれを全反射して反入光面14側に伝搬する機能をもつだけであり、このため、図4(a)に示すように、入光面13から一定区間Kは入行光が外部に取り出されず、第2光取出機能部152が形成された領域Mの出射面11から入行光が外部に取り出される。したがって、離散的に配置されたLED4からの入行光は、第2光取出機能部152に至るまでの間に導光板10内を伝搬する過程で混じり合ってY軸方向の光強度分布が一様性を増したうえで第2光取出機能部152から外部に取り出される。
When attention is paid to the incident light propagating from the
一方、反入光面14や反射シート8で反射された戻り光に着目すると、この戻り光は、第2光取出機能部152の作用によって出射面11の外部に出射するとともに、第1光取出機能部151の作用によっても出射面11の外部に出射される。このため、図4(b)中、実線で示すように、導光板10全域から光が出射することになる。この場合、入光面13から反入光面14に到達する過程において光が混じり合っているため、Y軸方向の光強度分布が一様性を増した状態で出射面11から外部に取り出される。なお、図4(b)中、符号I1は第1光取出機能部151の作用により外部に取り出される戻り光の強度、I2は第2光取出機能部152の作用により外部に取り出される戻り光の強度を示している。
On the other hand, paying attention to the return light reflected by the anti-light-
したがって、導光板10内の入行光および戻り光がいずれも出射面11から出射する場合のX軸方向の光強度分布は、図4(a)の分布と図4(b)の分布を重ね合わせた、図4(c)に示すような分布となる。
Therefore, the light intensity distribution in the X-axis direction when both incoming light and return light in the
この場合、第2光取出機能部152については、平均粗さや凹凸の平均間隔を調整することにより、出射面11から出射する入行光と戻り光とを重ね合わせたX軸方向に沿う全体的な光強度分布ができるだけ平坦になるようにしている。
In this case, with respect to the second light
また、導光板10内を伝搬する戻り光は反入光面14から遠ざかるのに従って光が取り出され、伝搬光量が減少する。このため、図4(b)の破線で示すように、戻り光が入光面13に近付くほど出射光の光強度が減少してしまう。そこで、第1光取出機能部151については、その第2反射面の受光面積が反入光面14から遠ざかるにつれて次第に大きくなるように調整、より具体的には、例えばプリズム16のZ軸方向の高さが入光面13に近付くほど次第に高くなるように調整することにより、出射面11から出射する戻り光のX軸方向に沿う全体的な光強度分布ができるだけ平坦になるようにしている。
Further, the return light propagating in the
また、この実施の形態1においては、第1光取出機能部151と第2光取出機能部152とを導光板10の別々の面に設けているため、第1光取出機能部151で拡散された光は、出射面11の第2光取出機能部152が形成されていない領域から出射されるだけでなく、第2光取出機能部152にも入射してここで拡散されて外部に出射される。したがって、導光板10の出射面11では、第2光取出機能部152の形成領域と、非形成領域との境界部のX軸方向およびY軸方向の光強度変化がぼやけることになり、第1光取出機能部151と第2光取出機能部152の切り替え部に生じる明暗ムラを軽減することができる。
In the first embodiment, since the first light
さらに、この実施の形態1では、出射面11側から見て、第1光取出機能部151と第2光取出機能部152とが重複する領域Nを設けているので、この重複領域Nにおいて、第2光取出機能部152の反入光面14側では表面粗さが粗く、入光面13に近付くほど表面粗さが細かくなって鏡面に近づくようにするなど、光拡散度合いが入光面13から反入光面14の方向に沿う距離に応じて変化するように調整することにより、第1光取出機能部151と第2光取出機能部152の重複領域Nに生じる明暗ムラの発生を一層低減することができる。
Furthermore, in this
なお、複数のプリズム16で構成される第1光取出機能部151は、第2光取出機能部152に比べて出射面11に対する光拡散効果が少ないので、光強度分布を適切に制御する上で高い精度が要求される。このため、第1光取出機能部151が製品の歩留まりを低下させる要因となりえることから、安定した良品を得るためには、第1光取出機能部151を形成する領域Lは小さくすることが望ましく、例えば、LED4の配列ピッチの3倍以内、できれば1倍以内とすることが好ましい。また、例えば導光板10の入光面13にLED4からの光を拡散するプリズム列を設けるなどの手法を組み合わせれば、第1光取出機能部151の形成領域Lをさらに小さくすることができるので好ましい。
In addition, since the 1st light
このようにして、X軸方向およびY軸方向の光強度分布が一様性を増した状態で導光板10の出射面11から外部に取り出された光は、光拡散シート2によって拡散されてさらに一様性を増し、液晶表示素子3に入射する。液晶表示素子3は図示しないスイッチング素子による電圧のオンまたはオフによって液晶層が配向されることで、液晶表示素子3に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。
In this way, the light extracted outside from the
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2における表示装置の縦断面図であり、図1ないし図3に示した実施の形態1と同一または相当部分には同一の符号を付す。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the display device according to the second embodiment of the present invention, and the same or corresponding parts as those in the first embodiment shown in FIGS.
この実施の形態2の特徴は、導光板10を挟んで互いに対向する側面が共に入光面13L,13Rとして形成され、この各入光面13L,13Rと対面する外方位置にLED4L,4Rがそれぞれ配設されている。このため、導光板10の入光面13L,13Rの外方位置には反射シートが設けられていない。また、導光板10の出射面11には、その略全域にわたって第2光取出機能部152が形成される一方、出射面11と対向する反出射面12側の各LED4L,4Rの近傍位置にそれぞれ第1光取出機能部151L,151Rが形成されている。
The feature of the second embodiment is that both side surfaces facing each other across the
そして、各々の第1光取出機能部151L,151Rを構成する各プリズム16L,16Rは、第1傾斜面161L,161Rと第2傾斜面162L,162Rとからなるが、この場合の第1傾斜面161L,116Rと入光面13L,13Rの法線とのなす角は0度、第2傾斜面162L,162Rと入光面13L,13Rの法線とのなす角は90度になるように形成されている。
The
次に、図5において左側に位置するLED4Lから出射する光に着目してその挙動を説明する。なお、この場合、左側に位置するLED4Lから見れば、導光板10の入光面13Lに対向する側の入光面13Rが反入光面となる。
Next, focusing on the light emitted from the
LED4Lを出射した光は、入光面13Lから導光板10に入射する。そして、この光は、第1光取出機能部151Lを構成する第1傾斜面161Lと出射面11との間で全反射を繰り返しながら他方の入光面13R側へと伝搬する。この伝搬過程で光の混合が進むため、Y軸方向の光の一様性が増す。
The light emitted from the
伝搬過程で導光板10の出射面11側に形成された第2光取出機能部152に到達する光の一部は、この第2光取出機能部152によって拡散される。そして、この拡散により臨界角以下となった入行光は導光板10の外部に出射される。
Part of the light reaching the second light
また、右側の第1光取出機能部151Rを構成する第2傾斜面162Rに到達した光は、導光板10から外部に出射するが、反射シート7により反射されて再び導光板10に戻された後、出射面11より出射することとなる。また、第1傾斜面161Rに到達した光は全反射されて他方の入光面13R側へ向けて伝搬される。
Further, the light that has reached the second
このように、左側のLED4Lから出射された光は、導光板10内を伝搬して第2光取出機能部152および右側の第1光取出機能部151Rの作用により導光板10の出射面11側から外部に取り出される。同様にして、右側に位置するLED4Rから出射される光については、導光板10内を伝搬して第2光取出機能部152および左側の第1光取出機能部151Lの作用により導光板10の出射面11側から外部に取り出される。
In this way, the light emitted from the
この実施の形態2の構成の場合、各LED4L,4Rから導光板10に入射された光がそれぞれ導光板10内を十分に伝搬されることなく、第2光取出機能部152の作用によって各入光面13L,13R近傍の出射面11から外部に取り出されると、光の混合が十分に進んでいないためにY軸方向のみならず、X軸方向に沿った光強度分布にムラを生じることとなる。
In the case of the configuration of the second embodiment, the light incident on the
そこで、この実施の形態2では、各々の入光面13L,13R近傍における第2光取出機能部152の光拡散機能が弱くなるように、例えば入光面13L,13Rに近付くほど表面粗さが細かくなって鏡面に近づくように形成するなどして第2光取出機能部152の拡散機能を調整している。なお、本例では第2光取出機能部152は導光板10の出射面11の略全面に形成されているので、出射面11における光強度分布が均一になるように第2光取出機能部152の拡散機能を調整することは容易である。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態1と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
Therefore, in the second embodiment, the surface roughness becomes closer to the light incident surfaces 13L, 13R, for example, so that the light diffusion function of the second light
Since other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3における表示装置の縦断面図であり、図1ないし図3に示した実施の形態1と同一または相当部分には同一の符号を付す。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the display device according to the third embodiment of the present invention, and the same or corresponding parts as those in the first embodiment shown in FIGS.
この実施の形態3の特徴は、導光板10の反出射面12側において、反入光面14から所定の領域(反入光面14からX軸方向に長さJ分の領域)に第3光取出機能部153が設けられている。この第3光取出機能部153は、導光板10の入光面13側からの入行光を出射面11から外部に取り出すとともに、反入光面14側からの戻り光を入光面13に向けて伝搬する作用をするもので、導光板10の入光面13に平行な方向(Y軸方向)に沿って延びる複数のプリズム17がX軸方向に連続的に形成されてなり、各プリズム17は、第1傾斜面171と第2傾斜面172とを有している。
The third embodiment is characterized in that, on the side of the
そして、第1傾斜面171は反入光面14側から伝搬されてきた戻り光を入光面13側に向けて伝搬させ、また、第2傾斜面172は入光面13側から伝搬されてきた入行光を出射面11に向けて伝搬させるものである。したがって、戻り光を入光面13側に効率良く伝搬する上で、第1傾斜面171と反入光面14の法線とのなす角をδとすると、δは0度より大きく10度以下(0度<δ≦10度)になるように設定することが好ましい。また、入行光を出射面11側から効率的に外部に取り出す上で、第2傾斜面172と反入光面14の法線とがなす角をεとすると、εは45度以上で90度以下の範囲(45度≦ε≦90度)になるように設定することが好ましい。
The first
このように、第3光取出機能部153の第2傾斜面172によって、これに対向する出射面11から外部に光を取り出すことができるため、第2光取出機能部152は、入光面13および反入光面14から離間した一定領域Kにのみ形成されている。ただし、X軸方向に明暗ムラを生じないように、第2光取出機能部152と第3光取出機能部153とは、導光板10を挟んでX軸方向において一部が互いに重複している。
As described above, the second
次に、導光板10に導入された光の挙動について説明する。
LED4を出射して導光板10内に入射した入行光は、第1光取出機能部151を構成する第1傾斜面161と出射面11の間で全反射を繰り返しながら反入光面14側へと伝搬し、Y軸方向の光の混合が進む。
Next, the behavior of light introduced into the
Incident light that has exited the
そして、第3光取出機能部153を構成する第2傾斜面172に到達した入行光は、透過した場合には反射シート7で反射されて再び導光板10に入射して出射面11から外部に取り出される。また、第2傾斜面172で全反射した入行光は、出射面11に臨界角以下となる角度で到達することにより導光板10の外部に取り出される。また、第1傾斜面171に到達した入行光は全反射されて反入光面14側へ向けて伝搬される。
Then, the incident light that has reached the second
反入光面14に到達して反入光面14で反射され光、あるいは反射シート8で反射され反入光面14から再び導光板10に入射した光は、戻り光として、第3光取出機能部153を構成する第1傾斜面171と出射面11の間で全反射を繰り返しながら入光面13側へと伝搬し、実施の形態1の場合と同様、第1光取出機能部151の作用によって導光板10から取り出されることとなる。
The light that reaches the anti-incident
ここで、導光板10内の入行光と戻り光とが出射面11から共に出射する場合の光強度分布に着目とすると、導光板10中を伝搬する光は当然のことながら光が取り出されるにつれて次第に減少していくこととなる。よって、第3光取出機能部153に到達するときの入行光の光強度に比べて、第1光取出機能部151に到達するときの戻り光の光強度は小さくなる。
Here, when attention is paid to the light intensity distribution in the case where the incoming light and the return light in the
そこで、この実施の形態3では、第3光取出機能部153を構成する第2傾斜面172に比べて、第1光取出機能部151を構成する第2傾斜面162の受光面積が大きくなるように、具体的には、例えば第3光取出機能部153のプリズム17のZ軸方向の高さに比べて、第1光取出機能部151のプリズム16のZ軸方向の高さが高くなるように調整することにより、出射面11から出射する戻り光のX軸方向に沿う全体的な光強度分布ができるだけ平坦になるようにしている。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態1と同様であるから、ここでは詳しい説明を省略する。
Therefore, in the third embodiment, the light receiving area of the second
Since other configurations and operational effects are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
なお、上記の実施の形態3において、光強度分布を調整するには、図7に示すように、第3光取出機能部153のプリズム17のピッチに比べて第1光取出機能部151のプリズム16のピッチを小さくしたり、あるいは、第1光取出機能部151と第3光取出機能部153とでプリズム16,17の形状を変化させるなどの構成を採用しても良い。
In the third embodiment, in order to adjust the light intensity distribution, the prism of the first light
上記の実施の形態1〜3について、次の変形例や応用例を考えることができる。
(1)上述の実施の形態1〜3においては、光源として白色のLED4,4L,4Rを適用しているが、これに限られるものではなく、例えば、光源として発光色の異なる複数のLEDを用いても良く、さらには、CCFLなどの棒状光源を用いても良い。
Regarding the above-described first to third embodiments, the following modifications and application examples can be considered.
(1) In the above-described first to third embodiments, the
(2)また、上述の実施の形態1,3では、導光板10の側面に反射シート8をスペースを存して対面するように配設しているが、導光板10の側面に反射シート8を直接接着したり、導光板10の側面に印刷や蒸着をすることで直接に反射機能を持たせるようにしても良い。
(2) In the first and third embodiments described above, the
(3)また、上述の実施の形態1〜3において、拡散機能を有する第2光取出機能部152をランダムな粗面を出射面11に直接形成することにより構成したが、これに限定されるものではなく、例えば白色ドット印刷を行ったり、微小球面を形成して拡散機能をもたせるようにすることが可能である。
(3) In the first to third embodiments described above, the second light
(4)また、上述の実施の形態1〜3において、第1光取出機能部151,151R,151Lは断面が三角形状のプリズム16,16L,16Rを複数列設けることによって構成されているが、このような三角形状に限定されるものではなく、例えば図8に示すように、断面が台形形状であってもよく、さらには各プリズム16,16L,16Rの間に平坦部が設けられていたり、断面形状が曲面などであってもよく入行光や戻り光を導光板10の外部に効率良く取り出す機能を有するものであればよい。
(4) In the first to third embodiments, the first light
(5)また、上述の実施の形態1〜3では、導光板10の出射面11側に対向して光拡散シート2を配設しているが、このような光拡散シート2に限られるものではなく、例えばプリズムシートや偏光反射シートなどを用いても良く、さらに、これらのシートを組み合わせて用いても良い。特にプリズムシートや偏光反射シートなど、一部の光を導光板10側に戻す機能を有する光学シートを用いることによって、一層光の混合が進み、光の均一性が向上するため好ましい。
(5) In the first to third embodiments described above, the
(6) また、上述の実施の形態1〜3においては、表示素子として液晶表示素子3を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、任意の図柄や文字が描かれた透光機能を有する表示板などを表示素子として用いても良い。
(6) In the above-described first to third embodiments, the liquid
(7)さらに、本発明は上記の実施の形態1〜3の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において各種の変形を加えることが可能である。 (7) Furthermore, the present invention is not limited to the configurations of the first to third embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 面光源装置、2 光拡散シート、3 液晶表示素子、
4,4L,4R LED(光源)、5,5L,5R LED基板、
6,6L,6R リフクレタ、7,8 反射シート(反射部材)、10 導光板、
11 出射面、12 反出射面、13,13L,13R 入光面、14 反入光面、
151 第1光取出機能部、152 第2光取出機能部、153 第3光取出機能部、
16,16L,16R プリズム、161,161L,161R 第1傾斜面、
162,162L,162R 第2傾斜面、17 プリズム、171 第1傾斜面、
172 第2傾斜面。
1 surface light source device, 2 light diffusion sheet, 3 liquid crystal display element,
4,4L, 4R LED (light source), 5,5L, 5R LED substrate,
6, 6L, 6R Refractor, 7, 8 Reflective sheet (reflective member), 10 Light guide plate,
11 exit surface, 12 counter-exit surface, 13, 13L, 13R light incident surface, 14 anti-incident surface,
151 First light extraction function unit, 152 Second light extraction function unit, 153 Third light extraction function unit,
16, 16L, 16R prism, 161, 161L, 161R first inclined surface,
162, 162L, 162R second inclined surface, 17 prism, 171 first inclined surface,
172 Second inclined surface.
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