JP4487629B2 - Surface lighting device and a liquid crystal display device using the same - Google Patents

Surface lighting device and a liquid crystal display device using the same Download PDF

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本発明は、液晶表示装置等の透過型画像表示表示素子の背面側から光を出射する面照明装置に係り、とくに冷陰極管(CCFT)やLED(Light Emitting Diode)などの光源からの出射光を指向性のある照明光とする面照明装置及び液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a surface illumination device that emits light from the rear side of the transmissive image display display element such as a liquid crystal display device, in particular a cold cathode tube (CCFT) or an LED (Light Emitting Diode) light emitted from a light source such as about a directional lighting. light and a surface illumination device and a liquid crystal display device.

近年、液晶表示素子を使用した液晶表示装置がOA分野のノート型パーソナルコンピュータやパーソナルコンピュータ用ディスプレイ、情報端末機器等の画像表示手段、また大型画面テレビなどの情報家電の画像表示手段、さらには携帯電話や個人用携帯情報端末(PDA:personal Digital Assistance)の画像表示手段として様々な分野で利用されてきている。 Recently, liquid crystal notebook personal computers and personal computers for display of the liquid crystal display device is OA fields using a display device, image display means such as a data terminal equipment, also image display means information appliances such as a large screen television, and more portable phone and a personal digital assistant: have been used in various fields as image display means (PDA personal Digital Assistance). このような液晶表示装置は透過型であり、液晶表示素子の背面側に光源を配設し、この光源からの光を面発光に変換して液晶表示素子を照射する面光源装置、いわゆる、バックライトと呼ばれる面照明装置が採用されている。 The liquid crystal display device is a transmission type liquid crystal disposed a light source on the back side of the display device, a surface light source device which converts light into a surface-emitting illuminating the liquid crystal display element from the light source, so-called, back surface lighting device called a light is employed. このような面照明の方式には、大別して冷陰極管(CCFT:Cold Cathode Fluorescent Tube)等の光源を光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板の側端部に沿って取付け、光源からの光を導光板内で多重反射させる導光板ライトガイド方式(エッジライト方式)と、導光板を用いない液晶表示素子の背面に光源を配置した直下型方式とがある。 The method of such a surface illumination, roughly cold cathode tube: along the side edge portions of the plate-like light guide plate composed of (CCFT Cold Cathode Fluorescent Tube) acrylic resins a light source excellent in optical transparency such as attached, a multiple reflection is to the light guide plate light guide system of light in the light guide plate from a light source (edge ​​light system), there are a direct type in which the light source was disposed on the back surface of the liquid crystal display device using no light guide plate.

最近では、ノート型パーソナルコンピュータや携帯情報端末などに用いられる20インチ以下の小型液晶表示装置には、低消費電力化が図れ、薄型化の容易な導光体ライトガイド方式が主流となり、それ以外では直下型方式が用いられている。 Recently, the notebook personal computers and portable information terminals such as 20-inch or smaller small-sized liquid crystal display device used in, Hakare lower power consumption, becomes mainstream easy lightguide light guide system of thin, otherwise in the direct type it is used.

一般的な導光板ライトガイド方式の面照明装置が搭載された液晶表示装置は、例えば図7に示すように、液晶表示装置30は、面照明装置31、液晶表示素子32、および光拡散シートや偏光シートなどの光学機能性シート33から構成される。 The liquid crystal display device in which the surface illumination device is mounted in the common light guide plate light guide system, for example, as shown in FIG. 7, the liquid crystal display device 30, a surface lighting device 31, the liquid crystal display device 32, and a light diffusing sheet Ya composed of the optical functional sheet 33, such as polarizing sheet.

液晶表示素子32は、一対の偏光板34a、34bの間に、一対の透明ガラス基板であるアクティブマトリクス基板35aおよび対向基板35b、およびシール剤によって接着された両基板の間に封止された液晶層36を有する。 The liquid crystal display device 32, a pair of polarizing plates 34a, between 34b, liquid crystal sealed between the two substrates bonded active matrix substrate 35a and the counter substrate 35b, and the sealing agent is a pair of transparent glass substrates having a layer 36. 図示しないが、アクティブマトリクス基板35aの液晶層36側の表面にはマトリクス状の薄膜トランジスタ(TFT)と透明画素電極が形成されており、対向基板35bの液晶層36側の表面には透明電極およびカラーフィルタが形成されている。 Although not shown, the active matrix liquid crystal layer 36 side of the surface of the substrate 35a are formed a matrix of thin film transistors (TFT) and the transparent pixel electrode, the transparent electrode and the color on the surface of the liquid crystal layer 36 side of the counter substrate 35b filter is formed. なお、カラーフィルタは、アクティブマトリクス基板35b上に形成してもよい。 The color filter may be formed on the active matrix substrate 35b.

また、図8に示す面照明装置31は、略長方形板状の透明なPMMA(ポリメチルメタクリレート)等からなる導光板40と、導光板40の上面側の光出射面に拡散シート(拡散層)41、プリズムシート(BEF:Brightness Enhanncement Film,3M社製)42と、導光板40の下面側には、導光板40に導入された光を効率よく液晶表示素子32方向に均一となるように散乱反射させる散乱反射パターン部(印刷パターンや溝、ドット等)43が形成され、散乱反射パターン部43の下方に反射シート(反射層)44が設けられている。 Further, the surface illumination device 31 shown in FIG. 8 includes a light guide plate 40 made of a substantially rectangular plate shaped transparent PMMA (polymethylmethacrylate) or the like, the light exit surface of the upper surface of the light guide plate 40 diffusion sheet (diffusion layer) 41, a prism sheet (BEF: Brightness Enhanncement Film, 3M Co.) and 42, the lower surface side of the light guide plate 40, scatter the light introduced into the light guide plate 40 efficiently so that the uniform liquid crystal display element 32 direction scattered reflection pattern portion (printing pattern or grooves, dots, etc.) for reflecting the 43 formation, a reflection sheet (reflective layer) 44 is provided below the scattering reflection pattern portion 43. また、導光板40の側端部に沿って光源45が取り付けられ、光源45の光を効率よく導光板40中に入射させる光源45の背面側を覆うようにして高反射率の光反射部材(ランプリフレクタ)46が設けられている。 The light source 45 is mounted along the side edge portion of the light guide plate 40, the back side covering manner high reflectance of the light reflecting member of the light source 45 to be incident light from the light source 45 in the efficient light guide plate 40 ( lamp reflector) 46 is provided.

散乱反射パターン部42は白色の二酸化チタン(TiO 2 )粉末を透明な樹脂等に混合した混合物をドット状に印刷形成するか、例えば円錐形状、凸レンズ形状、富士山形状のドットやV字状の溝を導光板の成型とともに射出成型か又は熱プレスで形成することができる。 Or the scattering reflection pattern portion 42 formed by printing a mixture obtained by mixing a white titanium dioxide (TiO 2) powder in a transparent resin or the like in the form of dots, for example a conical shape, convex lens shape, dots or V-shaped groove of Mount Fuji shape it can be formed by injection molding or hot pressing with molding of the light guide plate. この散乱反射パターン部42は、導光板40内に入射した光に指向性を付与し、光出射面側へと光を導くもので高輝度化のための一手段である。 The scattered reflection pattern portion 42, the directivity is imparted to light incident on the light guide plate 40 guiding, which is one means for high brightness in which guides light to the light emitting side.

さらに、光集光機能を備えたプリズムシート(プリズム層)42は、光利用効率の向上と高輝度化のために、拡散シート41と液晶表示素子30との間に設けるものであり、このプリズムシート42、導光板40の光出射面から出射され、拡散シート41で拡散された光を、高効率で液晶表示素子30の有効表示エリアに集光させるものである。 Furthermore, a prism sheet (prism layer) 42 having a light condensing function, in order to improve the high brightness of the light utilization efficiency, which is provided between the diffusion sheet 41 and the liquid crystal display element 30, the prism sheet 42 is emitted from the light emitting surface of the light guide plate 40, the light diffused by the diffusion sheet 41, is intended to be focused on the effective display area of ​​the liquid crystal display device 30 with high efficiency.

一般的な直下型方式のバックライトが搭載された液晶表示装置は、上記の図7と同様であり、液晶表示素子32の下面側に面照明装置31'が設けられている。 LCD backlight typical direct type is mounted is the same as FIG. 7 above, the surface illumination device 31 to the lower surface side of the liquid crystal display element 32 'is provided.

面照明装置31'は、図9に示すように、正面に開口部を有する筐体50内に、円柱状に延びる複数の光源51と、筐体50内側に配置した高反射率の反射層52と、光源51上に出射光を拡散する拡散板53、拡散シート54と、光集光機能を備えたプリズムシート(BEF:Brightness Enhanncement Film,3M社製)55とから構成されている。 Surface lighting device 31 ', as shown in FIG. 9, in a housing 50 having an opening in the front, a plurality of light sources 51 extending in a cylindrical, high reflectivity disposed on the inner housing 50 reflective layer 52 When the diffusion plate 53 which diffuses light emitted onto the light source 51, a diffusion sheet 54, a prism sheet having a light condensing function (BEF: Brightness Enhanncement Film, 3M Co.) and a 55..

また、図10に示すように、面照明装置31”は筐体56内に、円柱状に延びる複数の光源57と、光源57の後方に長手方向に沿って断面が半円状に形成されたアルミニウム等の金属板からなる光反射部材58と、拡散板59とから構成されている。 Further, as shown in FIG. 10, a surface lighting device 31 "in the housing 56, a plurality of light sources 57 extending in a cylindrical shape, cross-section along the longitudinal direction behind the light source 57 is formed in a semicircular shape a light reflecting member 58 made of a metal plate such as aluminum, and a diffusion plate 59..

直下型方式は導光板ライトガイド方式に比べ、複数の光源を用いることにより消費電力が多いものの、導光体が不用であることと、画面が大型化されても面輝度を高く維持することができるため、大型液晶表示装置のバックライトとしては直下型方式が多用されている。 Direct type, compared to the light guide plate light guide system, although the power consumption by using a plurality of light sources is large, and it lightguide is unnecessary, the screen that is to maintain a high surface brightness be large since it, the direct type is frequently used as a backlight of a large liquid crystal display device.

しかしながら、直下型方式では、光源から観察者側(液晶表示素子側)に直接向かう光が拡散光として出射されるため、光源51からの光の指向性が低下することが認められ、視野角依存性の改善にはつながらないという問題がある。 However, in the direct type, the light directly toward the viewer side (the liquid crystal display element side) from the light source is emitted as diffused light, it is recognized that the directivity of light from the light source 51 is reduced, the viewing angle dependence there is a problem that does not lead to improvement of gender. 視角依存性とは、例えば、ある角度以上の方向から液晶表示装置を観察したときに本来黒色で表示されるべきものが白っぽく見えたり、階調の反転などによるコントラストの低下、コントラストの反転等で、観察者が画像を正確に見ることができない状態があるということを指す。 The viewing angle dependence, for example, or looked whitish should be displayed in the original black when the liquid crystal display device is observed from a certain angle or more directions, decrease in contrast reversal due gradation, the inverting such contrast refers to that there is a state where the viewer can not see the image accurately. この視角依存性が生じる理由は、液晶分子の捩じれ、液晶分子の屈折率異方性、偏光板の偏光特性、面光源などに主な原因があるとされている。 The reason why the viewing angle dependence occurs, torsion of the liquid crystal molecules, refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules, the polarization characteristics of the polarizing plate, which is to be the main cause, such as a surface light source.

さらに光源としての冷陰極管(CCFT)やLED(Light Emitting Diode)などは、出射光を拡散させる拡散板を通して、その発光した光源の形状が直接視認できてしまうため、拡散板は非常に光散乱性の強い樹脂板が用いられている。 Etc. In addition a cold cathode tube as a light source (CCFT) or LED (Light Emitting Diode), through a diffusion plate for diffusing the light emitted, the shape of the light-emitting light sources will be visible directly, the diffusion plate is very light scattering sex strong resin plate is used. この拡散板は、強い拡散性を持たせるために通常1mm〜3mm程度の厚さが必要であり、その厚さのために光吸収が少なからずあり、光源からの光量が減少し液晶画面表示が暗くなる問題がある。 The diffuser plate is usually requires thickness of about 1mm~3mm in order to have a strong diffusibility, has many of the light absorption due to its thickness, LCD display light quantity from the light source is reduced there is dark problem.

また、上記拡散板は、その強い光拡散性のため全光線反射率が30〜50%程度と高く、光源下面に配した反射層で反射する光を再利用できるとは言え、光源下面の反射層の反射率が100%ではないため、再利用できる光量は反射層と拡散板との間で反射を繰り返すごとに弱まり、光源からの全光量が液晶表示素子側に届かないため、光量の減少により液晶表示画面が暗くなる問題がある。 Further, the diffusion plate, the strong light diffusion properties for total light reflectance as high as about 30-50%, although the reuse light reflected by the reflection layer arranged on the light source underside, the reflection of the light source underside since the reflectivity of the layer is not 100%, the amount of light that can be reused is weakened each time repeatedly reflected between the diffusion plate and the reflection layer, since the total light from the light source does not reach the liquid crystal display element side, a decrease in amount of light there is a problem in which the liquid crystal display screen is darkened by.

さらに上記拡散板は、その強い光拡散性のために、光を実際の表示に使われないような方向(大体上下左右とも±60度より深い角度)にまで光を拡散する特性を有しており、このような深い角度に出射する光は、有効に液晶画像の表示に使われないばかりか、表示画像のコントラストの低下にもつながる。 Further the diffusion plate due to its strong light diffusibility, has the property of diffusing light to a direction that is not used to light the actual display (deeper angle than 60 degrees ± both vertical and horizontal approximate) cage, the light emitted in such a deep angle, effectively not only not used in the display of the liquid crystal image, it leads to reduction of the contrast of the displayed image.

光源から出射される光の角度を狭める目的で、通常の拡散板の上に拡散シートと称される樹脂フィルムの表面をマット状に処理した光散乱フィルムの1枚から数枚を、そのマット面が拡散板と反対側を向く位置に配置することが行なわれているが、この拡散シートは、樹脂フィルム表面をサンドブラスター処理などの物理的処理や溶解処理などの化学的処理によって、マット面を形成し、表面粗さで光散乱性を制御するため、光拡散角度を自由にコントロールすることは困難である。 For the purpose of narrowing the angle of light emitted from the light source, a few pieces of the surface of the called resin film and the diffusion sheet above the normal diffusion plate from one of the light scattering film treated matted, the matte surface Although There has been made to be disposed at a position facing the side opposite to the diffusion plate, the diffusion sheet, by chemical treatment of the surface of the resin film such as a physical treatment or dissolution process such as sandblaster treatment, the matte surface formed, for controlling the light scattering by the surface roughness, it is difficult to freely control the light diffusing angle. また上下と左右で異なる拡散角度とすることもできないため、この拡散シートを用いても、表示に有効な光を得ることができず、光量の減少により液晶表示画面が暗くなるという問題は残る。 Since the upper and lower left and right can not be different diffusion angles, even with the diffusion sheet, it is impossible to obtain an effective light to the display, the problem that the liquid crystal display screen is dark due to a decrease in the amount of light remains.

上記の拡散シートだけでは十分でないとすると、プリズムシートを1枚或いは2枚を直交させて使うと、直下型方式のバックライトは、光源から直接垂直に出射する最も高い強度の光がプリズム面で反射し、光源下面の反射層で反射する光を再利用できるとは言え、光源下面の反射層の反射率が100%ではないため、再利用できる光量は反射層と拡散板との間で反射を繰り返すごとに弱まり、光源からの全光量が液晶表示素子側に届かないため、光量の減少により液晶表示画面が暗くなる問題がある。 With such a diffusion sheet alone is not sufficient, when used in a prism sheet are perpendicular to one or two, backlight direct type, the light of the highest intensity emitted perpendicularly directly from the light source in the prism surface reflected, said to be able to reuse the light reflected by the reflecting layer of the light source underside, since the reflectance of the light source the lower surface of the reflective layer is not 100%, the amount of light that can be reused is reflected between the diffusing plate and the reflective layer weakened each time repeating, since all amount of light from the light source does not reach the liquid crystal display element side, there is a problem that the liquid crystal display screen is dark due to a decrease in light amount.

また、プリズムシートを使用する場合、どうしても約10%程度の出射光が液晶画像の表示に利用できない程の深い角度に出射してしまうという欠点もある。 Also, when using a prism sheet, just about 10% of the emitted light is also drawback that emitted deep angles extent unavailable for display of the liquid crystal image.
特開平10−104622号公報 JP 10-104622 discloses 特開2002−278470号公報 JP 2002-278470 JP

ところで、20インチ以上の大型液晶表示装置に対しては、より薄型で、視野角依存性が低く、高輝度、かつ、低消費電力であることが求められており、液晶表示装置に搭載されるバックライトもその実現に対処することが要求されている。 However, for the 20 inches or more for a large-sized liquid crystal display device, in thinner, viewing angle dependency is low, high brightness and, it is required a low power consumption, is mounted on a liquid crystal display device the backlight also be addressed to its realization has been required.

とくに、上述のように従来の直下型方式バックライトの構成は面光源からの出射光を拡散板に強い拡散性を有することが必要であり、このような拡散板による出射光の吸収及び反射の発生による透過光量の減少の問題、また、拡散板の厚さや拡散シート、プリズムシートなどを積層した厚みをも含めたバックライト全体の厚みが厚くなることによる透過光量の減少の問題、さらにはバックライトを通して光源の直接像発生の問題があり、また出射光が液晶表示装置の表示に使われないような方向(大体上下左右とも±60度より深い角度)に光を拡散するため、光の利用効率が悪く、コントラストの低下が生じるとする問題などの課題を有している。 In particular, the structure of the conventional direct type backlight as described above is required to have a strong diffusibility of light emitted from the surface light source to the diffusion plate, the absorption and reflection of light emitted by such diffusion plate transmitted light amount reduction in problems due to generation, also, the thickness of the diffusion plate and a diffusion sheet, a prism sheet including a transmitted light amount of the reduction of problems caused by stacked backlight overall thickness, including the thickness becomes thicker, more back There is a problem with direct image generation light source through the light, and because the emitted light is diffuse light non such direction used to display (deeper angle than approximately vertically and horizontally with ± 60 degrees) of the liquid crystal display device, use of light inefficient, and a problem such as the problem of the decrease in contrast occurs.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、強い拡散性を有する拡散板とプリズムシート(BEF)を使用することなく、高輝度、適切な視野角、高コントラスト等を実現するために、光源からの出射光の指向性の制御、及び液晶表示装置における出射光の利用効率の向上、また消費電力の低減及び面照明装置のコストの低減を可能とする面照明装置及びそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, without using the diffusion plate and a prism sheet having a high diffusivity (BEF), high brightness, suitable viewing angles, in order to realize a high contrast, etc. use in the control of the directivity of the light emitted from the light source, and improving the use efficiency of the outgoing light in the liquid crystal display device, also the surface illumination device enabling the cost reduction of the reduction of power consumption and surface illuminator and it and to provide a liquid crystal display device had.

本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項1に記載の発明は、複数の棒状光源と、該棒状光源の周囲に形成してなり長手方向の開口部を有する光反射部材と、前記棒状光源と対向する位置にレンズ中心があるように配置したリニアフレネルレンズを複数個形成してなるレンズアレイシートとを備えてなることを特徴とする面照明装置である。 The present invention has been made to solve the above problems, the invention according to claim 1, and a light reflecting member having a plurality of rod-shaped light sources, the longitudinal opening becomes formed around the rod-shaped light sources, wherein is a surface illumination apparatus characterized by comprising a lens array sheet comprising a plurality form a linear Fresnel lens disposed so that the lens center at a position opposite to the rod-shaped light sources.

請求項2に記載の発明は、少なくとも一面が開口状態又は光透過可能状態であり、他面の内側が光反射性を有する筐体と、該筐体内に複数の棒状光源と、該棒状光源の周囲に形成してなり長手方向の開口部を有する光反射部材と、前記棒状光源と対向する位置にレンズ中心があるように配置したリニアフレネルレンズを複数個形成してなるレンズアレイシートとを備えてなることを特徴とする面照明装置である。 According to a second aspect of the invention, at least one surface is in an open state or a light transmissive state, and housing the other surface of the inside has light reflectivity, and a plurality of rod-shaped light sources within the housing, the rod-shaped light sources comprising a light reflecting member having a longitudinal opening becomes formed around, and a lens array sheet comprising a plurality form the rod-shaped light sources facing the linear Fresnel lens disposed so that the lens center position be Te is a surface illumination device according to claim.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、前記光反射部材の前記開口部の開口径が前記棒状光源から射出される光が対向するリニアフレネルレンズにのみ到達するように設定したことを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, the surface lighting device according to claim 1 or 2, the light opening diameter of the opening of the light reflecting member is emitted from the rod-shaped light sources is only linear Fresnel lens which faces characterized by being configured to reach.

請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、前記レンズアレイシートの光出射側に、光拡散シート、プリズムアレイシート、偏光板のいずれか、或いはそれらを複数組み合わせてなる複合シートを設けたことを特徴とする。 Invention according to claim 4, in the surface lighting device according to claim 1 or 2, the light emitting side of the lens array sheet, optical diffusion sheet, a prism array sheet, one of the polarizing plate, or a plurality thereof combinations characterized in that the composite sheet is provided comprising.

請求項5に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、前記レンズアレイシートと、前記棒状光源との間に光拡散シート、プリズムアレイシート、偏光板のいずれか、或いはそれらを組み合わせてなる複合シートを設けたことを特徴とする。 Invention according to claim 5, in the surface lighting device according to claim 1 or 2, and the lens array sheet, a light diffusing sheet between the rod-shaped light sources, a prism array sheet, one of the polarizing plate, or characterized in that a composite sheet comprising a combination thereof.

請求項6に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、前記偏光板は、光入射側から入射する光のうち特定の偏光を有する光を選択的透過し、それ以外の偏光を有する光を反射することを特徴とする 請求項7に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、前記レンズアレイシートのレンズ非形成面が光拡散性を有することを特徴とする。 Invention according to claim 6, in the surface lighting device according to claim 1 or 2, wherein the polarizing plate is selectively transmits light having a specific polarization of the light incident from the light incident side, otherwise the invention according to claim 7, characterized in that reflects light having a polarization, in surface lighting device according to claim 1 or 2, the lens non-forming surface of the lens array sheet has light diffusing it is characterized in.

請求項8に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、前記レンズアレイシートのレンズ非形成面をマット状にしてなることを特徴とする。 The invention according to claim 8, in the surface lighting device according to claim 1 or 2, characterized by comprising the lens non-forming surface of the lens array sheet matted.

請求項9に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、長手方向に形成された前記光反射部材の開口部とレンズ方向が直交し、かつほぼ開口部に位置するように複数のプリズムを併設してなるプリズムアレイ部材を設けたことを特徴とする。 The invention according to claim 9, in the surface lighting device according to claim 1 or 2, such that the opening and the lens direction of the light reflecting member formed in the longitudinal direction are orthogonal and located substantially opening characterized in that a prism array member formed by features a plurality of prisms.

請求項10に記載の発明は、請求項1又は2に記載の面照明装置において、長手方向に形成された前記光反射部材の開口部にレンズ方向が平行、かつほぼ開口部の上面に位置するように1つ又は複数のプリズムを有するプリズムアレイ部材を設けたことを特徴とする。 The invention according to claim 10, in the surface lighting device according to claim 1 or 2, the lens direction to the opening of the light reflecting member formed in a longitudinal direction parallel, and positioned on the upper surface of the substantially opening characterized in that a prism array member having one or more prisms as.

請求項11に記載の発明は、請求項1〜10のいずれかに記載の面照明装置と、 The invention of claim 11 comprises a surface lighting device according to any one of claims 1 to 10,
前記面照明装置の前面に配置され、対向配置された一対の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層と、前記透明基板の内側に形成された電極とを有する液晶表示素子を備えたことを特徴とする液晶表示装置である。 Disposed in front of the surface lighting device, comprising: a pair of transparent substrates facing each other, and a liquid crystal layer sandwiched between the transparent substrates, the liquid crystal display device having an electrode formed on the inner side of the transparent substrate a liquid crystal display device, characterized in that the.

請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示素子の前面に光拡散手段、偏光手段、光反射防止手段のいずれかを、或いはそれらを組み合わせて配置したことを特徴とする。 The invention of claim 12 is the liquid crystal display device according to claim 11, the light diffusing means on the front surface of the liquid crystal display device, polarizing means, one of the light reflection preventing means, or arranged by combining them it is characterized in.

本発明の構成によれば、棒状光源上にリニアフレネルレンズを配置することにより、出射光の指向性を制御することができ、棒状光源の周囲に形成してなり長手方向の開口部を有する光反射部材を設けることにより棒状光源からの光の利用効率を向上させることが可能な面照明装置を提供することができる。 According to the configuration of the present invention, by arranging the linear Fresnel lens on the rod-shaped light source, it is possible to control the directivity of the emitted light, light with a longitudinal opening becomes formed around the rod-shaped light sources by providing the reflecting member can be provided the light use efficiency surface lighting device capable of improving the rod-shaped light source. それにより、従来のような厚くて拡散性の強い拡散板や高価なプリズムシート(BEF)を用いる必要がなくなり、光量の損失を抑え、かつコストの低減が可能となる。 It eliminates the need to use a conventional such thick diffusible strong diffusion plate or expensive prism sheet (BEF), suppressing the loss of light quantity, and the cost can be reduced.

よって、本発明の面照明装置及びそれを用いた液晶表示装置においては、表示画像が明るい(高輝度)、消費電力の低減できるなどの効果を奏する。 Therefore, in the liquid crystal display device using the illumination device and to a plane of the present invention, the display image is bright (high brightness), the effect of such possible reduction in power consumption.

本発明の実施の形態について説明する。 Of embodiments of the present invention.

図1は本発明の面照明装置1の一構成例を示す概略断面図であり、図2は第2の発明の面照明装置11の一構成例を示す概略断面図であり、また図3は本発明の液晶表示装置21の一構成例を示す概略断面図である。 Figure 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of a surface lighting device 1 of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of the surface lighting device 11 of the second invention, and FIG. 3 it is a schematic sectional view showing a configuration example of a liquid crystal display device 21 of the present invention.

面照明装置1、11は、面光源として組み込む液晶表示装置21において、棒状光源4からの出射光が面状に出射するように指向性のある照明光として制御可能であり、画像表示に有効に利用できる範囲に出射光を出射させることができるものである。 Surface lighting device 1, 11, in the liquid crystal display device 21 incorporating a surface light source is controllable as illuminating light directivity of some as light emitted from the rod-shaped light source 4 for emitting a planar, effective image display it is capable to emit emission light in the range available.

面照明装置1の構成は、レンズ中心を有し同心円状に所定のピッチ及び所定のフレネル角で形成されたリニアフレネルレンズ2を複数個併設したレンズアレイシート3と、複数の棒状光源4と、棒状光源4の周囲に長手方向の開口部5を有する光反射部材6からなり、棒状光源4と対向する位置にリニアフレネルレンズ2のレンズ中心があるようにレンズシート3を配置したものである。 Configuration of a surface illuminating device 1 includes a lens array sheet 3 features a plurality of linear Fresnel lens 2 formed at a predetermined pitch and predetermined Fresnel angle concentrically has a lens center, a plurality of rod-shaped light sources 4, made of a light reflecting member 6 having a longitudinal opening 5 around the rod-shaped light sources 4, in which the lens sheet 3 as a position facing the rod-shaped light sources 4 is the lens center of the linear Fresnel lens 2 are arranged. なお、リニアフレネルレンズ2のレンズ面は液晶表示素子側、或いは光源側のいずれに面するように配置してもよい。 The lens surface of the linear Fresnel lens 2 may be disposed to face the one of the liquid crystal display element side, or the light source side.

さらに面照明装置11は、少なくとも一面が開口状態又は光透過可能状態であり、他面の内側が光反射性を有する筐体7と、筐体7内にレンズ中心を有し同心円状に所定のピッチ及び所定のフレネル角で形成されたリニアフレネルレンズ2を複数個併設したレンズシート3と、棒状光源4と、棒状光源4の周囲に長手方向の開口部5を有する光反射部材6からなり、棒状光源4と対向する位置にリニアフレネルレンズ2のレンズ中心があるようにレンズアレイシート3を配置したものである。 Further surface lighting device 11, at least one surface is in the open state or the light transmission state, the other surface of the inside the housing 7 having light reflectivity, concentrically predetermined has a lens center in the housing 7 a lens sheet 3 the linear Fresnel lens 2 formed at a pitch and a predetermined Fresnel angle and features a plurality, and rod-shaped light sources 4, made of a light reflecting member 6 having an opening 5 in the longitudinal direction around the rod-shaped light sources 4, it is obtained by disposing the lens array sheet 3 so that the lens center of the linear Fresnel lens 2 in rod-shaped light sources 4 and a position facing.

また図3は本発明の液晶表示装置21であり、面照明装置1または11、液晶表示素子22、および光拡散シートや偏光シートなどの光学機能性シート23から構成される。 The Figure 3 is a liquid crystal display device 21 of the present invention, the surface illuminating device 1 or 11 and a liquid crystal display device 22, and a light diffusing sheet or polarizing sheet optical functional sheet 23, such as. 本発明の面照明装置1または11から 液晶表示素子22は、一対の偏光板24a、24bの間に、一対の透明ガラス基板であるアクティブマトリクス基板25aおよび対向基板25b、およびシール剤によって接着された両基板の間に封止された液晶層26を有する。 The liquid crystal display device 22 from the planar illumination device 1 or 11 of the present invention, a pair of polarizing plates 24a, between 24b, adhered by the active matrix substrate 25a and the counter substrate 25b, and the sealing agent is a pair of transparent glass substrates having a liquid crystal layer 26 sealed between the two substrates. 図示しないが、アクティブマトリクス基板25aの液晶層26側の表面にはマトリクス状の薄膜トランジスタ(TFT)と透明画素電極が形成されており、対向基板25bの液晶層26側の表面には透明電極およびカラーフィルタ(図示しない)が形成されている。 Although not shown, the active matrix liquid crystal layer 26 side of the surface of the substrate 25a has a matrix of thin film transistors (TFT) and the transparent pixel electrode is formed, the transparent electrode and the color on the surface of the liquid crystal layer 26 side of the counter substrate 25b filter (not shown) is formed. カラーフィルタ(図示しない)は、アクティブマトリクス基板25b上に形成してもよい。 A color filter (not shown) may be formed on the active matrix substrate 25b.

棒状光源4は、冷陰極管(CCFT)やLED(Light Emitting Diode)が用いることができる。 Rod-shaped light sources 4 may be used cold-cathode tube (CCFT), an LED (Light Emitting Diode) is.

光反射部材6は、少なくとも内面が光反射性を有すればよく、これにはアルミニウムなどの金属を加工するか、合成樹脂により成型した後、その表面に二酸化チタン、硫酸バリウム、硫化亜鉛などの微粒子を樹脂に混合したものを塗布法又は印刷法、転写法等により白色反射層を形成するができる。 Light reflecting member 6 may if it has at least the inner surface of the light-reflective, or which the machining of metal such as aluminum, was molded by synthetic resin, titanium dioxide on its surface, barium sulfate, such as zinc sulfide particles a coating method or a printing method a mixture in a resin, it forms a white reflective layer by a transfer method or the like. また、銀色であるAl、Agなどの金属の蒸着、めっき、スパッタリング、誘電性多層膜などにより形成することもできる。 Further, it Al is silver, the deposition of metals such as Ag, plating, sputtering, also be formed by a dielectric multilayer film. さらに、無色から白色、或いは白色に近い色に発色する有機発色材料を用いることも可能である。 Furthermore, it is also possible to use an organic coloring material for color from colorless white, or a color close to white. また、光反射性を有する筐体7の内面も同様にして光反射層7aを設けることができる。 Further, it is possible to the inner surface of the housing 7 having light reflectivity are similarly provided a light reflecting layer 7a.

光反射部材6の形状は、その断面が放物線状、円形状、半円状、半楕円状、あるいは三角状、さらにはそれ以上の多角形状としてもよい。 Shape of the light reflecting member 6, its cross section is parabolic, circular, semicircular, semi-elliptical, or triangular, and further may be a more polygonal shape.

棒状光源4の周囲に長手方向の開口部5を形成するが、開口部5の大きさを小さくするほど光源から出射する光の指向性は強くなり、逆に大きくすれば、指向性が低減し拡散度合いが強くなる。 Forming an opening 5 longitudinal around the rod-shaped light sources 4, but the directivity of the light emitted from the light source the smaller the size of the opening 5 becomes stronger, if large Conversely, directivity is reduced degree of diffusion becomes stronger. また、開口の形を変形させることにより、方向による拡散性の制御が可能になる。 Moreover, by deforming the shape of the opening, it is possible to control the diffusion due to the direction. 本発明では、開口部5に対向するリニアフレネルレンズ2を配置しており、1つの棒状光源4からの出射光が対向するリニアフレネルレンズ2の全領域に入射するように開口部5の大きさ、形状とする。 In the present invention, the size of the opening 5 as has placed a linear Fresnel lens 2 facing the opening 5, the light emitted from the one rod-shaped light sources 4 are incident on the entire area of ​​the linear Fresnel lens 2 facing , and shape.

図4は本発明の面照明装置の一部を拡大した概略断面図であり、リニアフレネルレンズ2の領域を含むように光反射部材6を形成してもよい。 Figure 4 is a schematic sectional view of a partially enlarged side lighting apparatus of the present invention may form an optical reflection member 6 so as to include the region of the linear Fresnel lens 2.

図1及び図2に示すように、棒状光源2から出射された光は、光反射部材6の開口部5をそのまま通過する光と、光反射部材6の内面で1回乃至複数回、反射した後、開口部5を通過する光があるが、いずれも対向する位置にあるリニアフレネルレンズ2に入射し、リニアフレネルレンズ2は入射光を特定の方向、例えばレンズアレイシート3に対し法線方向に、垂直または/および水平方向に拡散させるように、リニアフレネルレンズ2の集光または拡散作用により出射角度が制御することが可能な指向性のある照明光である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitted from the rod-shaped light sources 2, the light passes through the opening 5 of the light reflecting member 6, one or more times by the inner surface of the light reflecting member 6, and reflected after, there is a light passing through the opening 5, both incident on the linear Fresnel lens 2 in the opposite position, normal to the linear Fresnel lens 2 is a specific direction of incident light, for example, a lens array sheet 3 to, as to diffuse vertically and / or horizontally, an illumination light directivity of there that can be controlled exit angle by the condensing or diffusing action of the linear Fresnel lens 2. この照明光は面照明装置1、11から出射し、液晶表示素子21に入射する。 The illumination light emitted from the surface illumination device 1, 11, enters the liquid crystal display device 21.

このとき、リニアフレネルレンズ2により棒状光源4からの出射光が直接各々のリニアフレネルレンズ2で制御されるため、一様に光が出射しているような面状の光源となる。 At this time, since the light emitted from the rod-shaped light sources 4 are controlled by each of the linear Fresnel lens 2 directly by the linear Fresnel lens 2, uniformly a planar light source such as light is emitted. これにより従来の厚く拡散性の強い拡散板を用いなくてもよく、光量の損失を抑えることができる。 Thus it is not necessary using conventional thick diffusible strong diffusion plate, it is possible to suppress the loss of light quantity.

リニアフレネルレンズ2が複数併設されたレンズアレイシート3は、好ましくは屈折率1.4〜1.7程度であるポリメタアクリル酸メチル,ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体,ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル,ポリカーボネート,ポリスチレン等の樹脂7の厚さは、50〜500μm程度であり、リニアフレネルレンズ2のピッチは用途に応じて適宜選択されるが、20〜1000μm程度である。 Linear Fresnel lens 2 is a lens array sheet 3 in which a plurality features is preferably about refractive index 1.4 to 1.7 polymethyl methacrylate, acrylic acid esters or methacrylic acid esters of methyl polyacrylate alone or copolymer, polyethylene terephthalate, polyesters such as polybutylene terephthalate, polycarbonate, resin 7 such as polystyrene thickness is about 50 to 500 [mu] m, the pitch of the linear Fresnel lens 2 are appropriately selected depending on the application There is about 20~1000μm. リニアフレネルレンズ2の形成方法は、熱可塑性樹脂を押出し成型又は熱プレス成型、さらには射出成型等がある。 Method of forming a linear Fresnel lens 2, a thermoplastic resin to extrusion molding or hot press molding, and further has an injection molding or the like.

レンズアレイシート2の光出射側、またはレンズアレイシート3と棒状光源4との間に光拡散シート、プリズムアレイシート、偏光板のいずれか、或いはそれらを組み合わせてなる複合シートとして配置してもよく、光拡散シート、プリズムアレイシートは、面内輝度の均一性を向上させることができる。 Light emission side of the lens array sheet 2 or the lens light diffusing sheet between the array sheet 3 and the rod-shaped light source 4, a prism array sheet, one of the polarizing plates, or may be arranged as a composite sheet comprising a combination thereof the light diffusion sheet, a prism array sheet, it is possible to improve the uniformity of the in-plane luminance. とくに偏向板は、光入射側から入射する光のうち特定の偏光を有する光を選択的透過し、それ以外の偏光を有する光を反射する反射型偏光フィルムを用いることにより、光源からの出射光は選択されなかった偏光を有する光であっても光反射部材6や筐体7の光反射性を有する内面での反射によって位相が変わり選択的に透過可能となることもあり、光量の損失を抑え、利用効率を上げることができる。 Particularly deflectors, selectively transmits light having a specific polarization of the light incident from the light incident side, by using a reflective polarizing film that reflects light having other polarization, the light emitted from the light source is also be possible phase changes selectively transmitted by reflection on the inner surface having light reflectivity of the light reflecting member 6 and the housing 7 be light having a polarization that has not been selected, the loss of light quantity suppressed, it is possible to increase the utilization efficiency.

また、レンズアレイシート2のレンズ非形成面が光拡散性を有するようにしてもよく、マット状(粗面化)とするか、フィラーを樹脂に混合したものを塗布することにより形成することができる。 It is also possible lens non-forming surface of the lens array sheet 2 so as to have a light diffusing property, or a mat-like (roughening), be formed by applying a mixture of the filler to resin it can.

次に図5(a)及び(b)に示すように棒状光源4の長手方向に形成された光反射部材6の開口部5とレンズ方向が直交し、かつ、ほぼ開口部5に位置するように複数のプリズムアレイ8を併設してなるプリズムアレイ部材9を設けることもできる。 Next, FIG. 5 (a) and the opening 5 and the lens direction of the light reflecting member 6 formed in the longitudinal direction of the rod-shaped light sources 4 are orthogonal (b), the and, so as to be located substantially opening 5 the prism array member 9 formed by features a plurality of prism array 8 can also be provided.

また、図6に示すように棒状光源4の長手方向に形成された光反射部材6の開口部5にレンズ方向が平行、かつほぼ開口部5に位置するように1つ又は複数のプリズムアレイ8を有するプリズムアレイ部材10を設けることもできる。 Also, one or more prism array so as to be positioned longitudinally formed parallel lens direction to the opening 5 of the light reflecting member 6, and substantially opening 5 of the rod-shaped light sources 4, as shown in FIG. 6 8 It may be provided prism array member 10 having a.

これにより This

本発明の面照明装置1の概略構成を示す断面図である。 It is a sectional view showing a schematic configuration of a surface illuminating device 1 of the present invention. 第2の発明の面照明装置11の概略構成を示す断面図である。 It is a sectional view showing a schematic configuration of a surface light source device 11 of the second invention. 本発明の液晶表示装置21の概略構成を示す図である。 It is a diagram showing a schematic configuration of a liquid crystal display device 21 of the present invention. 本発明の面照明装置の一部を拡大した概略断面図である。 It is a schematic cross-sectional view of a partially enlarged side lighting apparatus of the present invention. (a)本発明の面照明装置の光反射部材6にプリズムアレイ部材9を形成した状態を示す側面図であり、(b)は(a)の断面図である。 (A) is a side view showing a state of forming a prism array member 9 to the light reflecting member 6 of the surface lighting device of the present invention, is a cross-sectional view of (b) is (a). 本発明の面照明装置の光反射部材6にプリズムアレイ部材10を形成した状態を示す断面図である。 It is a sectional view showing a state of forming a prism array member 10 to the light reflecting member 6 of the surface lighting device of the present invention. 液晶表示装置の概略構成を示す図である。 It is a diagram showing a schematic configuration of a liquid crystal display device. 従来の面照明装置の概略構成を示す図である。 It is a diagram showing a schematic configuration of a conventional surface illuminating device. 従来の面照明装置の概略構成を示す図である。 It is a diagram showing a schematic configuration of a conventional surface illuminating device. 従来の面照明装置の概略構成を示す図である。 It is a diagram showing a schematic configuration of a conventional surface illuminating device.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 面照明装置2 リニアフレネルレンズ3 レンズアレイシート4 棒状光源5 開口部6 光反射部材7 筐体7a 光反射層8 プリズム9 プリズムアレイ部材10 プリズムアレイ部材10 One surface illumination device 2 linear Fresnel lens 3 lens array sheet 4 rod-shaped light sources 5 opening 6 light reflecting member 7 housing 7a light reflecting layer 8 prism 9 prism array member 10 prism array member 10
11 面照明装置21 液晶表示装置22 液晶表示素子23 光学機能性シート24a,b 偏光板24 11 surface illumination device 21 a liquid crystal display device 22 liquid crystal display device 23 optically functional sheet 24a, b polarizer 24
25a,b 基板26 液晶層 25a, b substrate 26 liquid crystal layer

Claims (12)

  1. 複数のLED光源と、該LED光源の周囲に形成してなり長手方向の開口の形を変形可能な開口部を有する光反射部材と、前記LED光源と対向する位置にレンズ中心があるように配置したリニアフレネルレンズを複数個形成してなるレンズアレイシートとを備えてなることを特徴とする面照明装置。 Arrangement and a plurality of LED light sources, so that the lens center and the light reflecting member having an opening capable of deforming the shape of the longitudinal direction of the opening will be formed around a position facing the LED light source of the LED light source surface lighting device according to claim comprising a linear Fresnel lens comprising a plurality form the lens array sheets.
  2. 少なくとも一面が開口状態又は光透過可能状態であり、他面の内側が光反射性を有する筐体と、該筐体内に複数のLED光源と、該LED光源の周囲に形成してなり長手方向の開口部を有する光反射部材と、前記LED光源と対向する位置にレンズ中心があるように配置したリニアフレネルレンズを複数個形成してなるレンズアレイシートとを備えてなることを特徴とする面照明装置。 At least one surface is in an open state or a light transmissive state, and housing the other surface of the inside has light reflectivity, and a plurality of LED light sources within the housing, the longitudinal direction of be formed around the LED light source a light reflecting member having an opening, a surface illumination characterized by comprising a lens array sheet comprising a plurality form a linear Fresnel lens disposed so that the lens center to the position facing the LED light source apparatus.
  3. 前記光反射部材の前記開口部の開口径を前記LED光源から射出される光が対向するリニアフレネルレンズにのみ到達するように設定したことを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 Surface lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that light emitted the opening diameter of the opening of the light reflecting member from the LED light source is set so as to reach only the linear Fresnel lens which faces .
  4. 前記レンズアレイシートの光出射側に、光拡散シート、プリズムアレイシート、偏光板のいずれか、或いはそれらを複数組み合わせてなる複合シートを設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 On the light emission side of the lens array sheet, optical diffusion sheet, a surface according to claim 1 or 2 prism array sheet, one of the polarizing plate, or characterized in that a composite sheet comprising a combination of a plurality thereof the lighting device.
  5. 前記レンズアレイシートと、前記LED光源との間に光拡散シート、プリズムアレイシート、偏光板のいずれか、或いはそれらを組み合わせてなる複合シートを設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 And the lens array sheet, a light diffusing sheet between the LED light source, a prism array sheet, either the polarizer or claim 1 or 2, characterized in that a composite sheet comprising a combination thereof surface lighting device.
  6. 前記偏光板は、光入射側から入射する光のうち特定の偏光を有する光を選択的透過し、それ以外の偏光を有する光を反射することを特徴とする請求項5に記載の面照明装置。 The polarizing plate may selectively transmits light having a specific polarization of the light incident from the light incident side, surface lighting device according to claim 5, characterized in that it reflects light having other polarization .
  7. 前記レンズアレイシートのレンズ非形成面が光拡散性を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 Surface lighting device according to claim 1 or 2 lens non-forming surface of the lens array sheet and having a light diffusing property.
  8. 前記レンズアレイシートのレンズ非形成面をマット状にしてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 Surface lighting device according to claim 1 or 2, characterized by comprising the lens non-forming surface of the lens array sheet matted.
  9. 長手方向に形成された前記光反射部材の開口部とレンズ方向が直交し、かつほぼ開口部に位置するように複数のプリズムを併設してなるプリズムアレイ部材を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 Claims, characterized in that the opening and the lens direction of the longitudinal direction are formed in the light reflecting member are orthogonal, and provided with a prism array member formed by features a plurality of prisms so as to be positioned substantially opening surface lighting device according to 1 or 2.
  10. 長手方向に形成された前記光反射部材の開口部にレンズ方向が平行、かつほぼ開口部の上面に位置するように1つ又は複数のプリズムを有するプリズムアレイ部材を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の面照明装置。 Claims, characterized in that a prism array member having one or more prisms to the opening in the longitudinal direction which is formed on the light reflecting member lenses direction parallel and located on the upper surface of the substantially opening surface lighting device according to claim 1 or 2.
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の面照明装置と、 The surface illumination device according to any one of claims 1 to 10,
    前記面照明装置の前面に配置され、対向配置された一対の透明基板と、前記透明基板間に挟持された液晶層と、前記透明基板の内側に形成された電極とを有する液晶表示素子を備えたことを特徴とする液晶表示装置。 Disposed in front of the surface lighting device, comprising: a pair of transparent substrates facing each other, and a liquid crystal layer sandwiched between the transparent substrates, the liquid crystal display device having an electrode formed on the inner side of the transparent substrate the liquid crystal display device, characterized in that the.
  12. 前記液晶表示素子の前面に光拡散手段、偏光手段、光反射防止手段のいずれかを、或いはそれらを組み合わせて配置したことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。 The liquid crystal light diffusing means in front of the display device, the polarizing means, one of the light reflection preventing means, or a liquid crystal display device according to claim 11, characterized in that arranged in combination.
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