JP4648358B2 - Light guide plate and flat illumination device - Google Patents
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Description
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連続または連続的な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光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有する様にし、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導光板および平面照明装置に関する。 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 continuous or continuous light source from a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. An optical element having an inclined surface corresponding to the light bundle has a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light source, so that even a small light source such as a directional point light source is bright, linear, etc. The present invention relates to a light guide plate and a flat illumination device that can obtain bright emitted light even with a light source having a directivity distribution and having a shape of.
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。
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.
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。 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.
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。
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。
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.
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.
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。 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.
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。 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.
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。 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.
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。 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.
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。 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.
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。 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.
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連続に傾斜面を有する光学素子を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連続性に同等な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とともに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導光板と平面照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Compared to the conventional technique, the present invention always continuously corresponds to the light flux from the light source at a position corresponding to the directivity and energy distribution of the light amount from the light source. By providing an optical element having an inclined surface, total reflection or refraction is performed by the inclined surface of the optical element equivalent to continuity at a position where the luminance and energy from the light source are always equal, and the same luminance and energy are provided on the exit surface side. The product of the output light quantity and the output angle can be obtained at any position of the light guide plate so that the optical element density distribution can be increased in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source are attenuated. An object of the present invention is to provide a light guide plate and a flat illumination device that can emit light equally.
また、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連続的に設けることによって、常に光源からの光量の指向性やエネルギが等しい位置に連続的に同等な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とともに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導光板と平面照明装置を提供することにある。 In addition, by continuously providing an optical element having an inclined surface corresponding 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, the directivity and energy of the light amount from the light source are always provided. It is possible to emit the same brightness and energy to the exit surface side by performing the total reflection and refraction by the inclined surface of the equivalent optical element continuously at the same position, and the optical with the attenuation of the brightness and energy from the light source Provided is a light guide plate and a flat illumination device capable of increasing the element density distribution in proportion to the distance from the light source so that the product of the amount of light emitted at any position of the light guide plate and the solid angle can be emitted equally. There is.
本発明の請求項1に係る導光板は、L字状の光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とする導光板において、表面部または裏面部に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連続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L字状の光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの前記側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けたことを特徴とする。 The light guide plate according to claim 1 of the present invention includes an incident portion that guides light from an L-shaped light source, a surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion, and these surfaces. In the light guide plate having the side surface portion connecting the back surface portion and the back surface portion, and having the two side surface portions to be connected as the incident portion, the front surface portion or the back surface portion has a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. Two optical elements having an inclined surface corresponding to the light flux from the light source continuously have a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the L-shaped light source and are opposed to the L-shaped portion of the light source. In the vicinity of one corner to which the side surface is connected, the two side surfaces opposed to both end portions of the light source are separated from the side surface portion and one corner rather than the two side surface portions opposed to the linear portion of the light source. Tilting closer to the side than the two opposite sides A slope is provided facing the light source .
請求項1に係る導光板は、L字状の光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とする導光板において、表面部または裏面部に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連続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L字状の光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの前記側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けたので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に連続性な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続性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。 The light guide plate according to claim 1 includes an incident portion that guides light from an L-shaped light source, a front surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the front surface portion, and the front surface portion and the back surface. In the light guide plate having two side surfaces connected to each other, and the two side surfaces to be connected as the incident portion, the front surface or the back surface has a light source continuously at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. two of the side portions opposed to L-shaped portion of the light source which has a proportionally functionally density distribution that increases with the distance the optical element from the L-shaped light source having an inclined surface corresponding to the light beam from the In the vicinity of one corner where the two light sources are connected, the two side surfaces opposed to both end portions of the light source are opposed to the linear portion of the light source so that they are separated from the side surface and one corner rather than the two side surfaces opposed to the linear portion of the light source. Light the inclined surface so that it is closer to the side part than one side part. Since it is provided facing the light source, total reflection and refraction are always performed by the inclined surface of the continuous optical element at the position where the luminance and energy from the light source are equal, and the same luminance and energy are emitted to the emission surface side. can do. Moreover, the product of the amount of light emitted at every position of the light guide plate and the solid angle is equally emitted so that the optical element density distribution increases in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source decrease. can do.
また、請求項2に係る導光板は、L字状の光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とする導光板において、表面部または裏面部に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連続的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L字状の光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けたことを特徴とする。 The light guide plate according to claim 2 includes an incident portion that guides light from an L-shaped light source, a surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion, and these surface portions. In the light guide plate having a side surface portion connecting the back surface portion and the two side surface portions to be connected as the incident portion, the front surface portion or the back surface portion is continuously located at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. In particular, the optical element having an inclined surface corresponding to the light flux from the light source has a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the L-shaped light source and is opposed to the L-shaped portion of the light source. In the vicinity of one corner to which the side surface is connected, the two side surfaces facing both ends of the light source are opposed to the linear portion of the light source so that they are farther from the side surface and one corner than the two side surfaces facing the linear portion of the light source. The inclined surface is closer to the side surface than the two side surfaces Is provided facing the light source .
請求項2に係る導光板は、L字状の光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とする導光板において、表面部または裏面部に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連続的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L字状の光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けたので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に連続的に同等な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続的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。 The light guide plate according to claim 2 includes an incident portion that guides light from an L-shaped light source, a front surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the front surface portion, and the front surface portion and the back surface. In a light guide plate having two side surfaces connected to each other and the two side surfaces to be connected as an incident portion, the front surface portion or the back surface portion is continuously located at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. two side portions of the optical elements having an inclined surface corresponding to the light beam facing the L-shaped portion of the light source and having a distance proportional functionally density distribution increasing from the L-shaped light from the light source In the vicinity of one corner where the two light sources are connected, the two side surfaces opposed to both end portions of the light source are opposed to the linear portion of the light source so that they are separated from the side surface and one corner rather than the two side surfaces opposed to the linear portion of the light source. The light source is inclined so that it is closer to the side part than one side part. Since it is facing and provided that always total reflection and refraction, etc. luminance and energy are equal position from the light source by the inclined surface of the continuous equivalent optical elements, a continuous equivalent brightness and energy on the exit surface side Can be emitted. Moreover, the product of the amount of light emitted at every position of the light guide plate and the solid angle is equally emitted so that the optical element density distribution increases in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source decrease. can do. In addition, by controlling the length of the optical element and the interval between adjacent optical elements, the product of the amount of light emitted from the optical element and its solid angle is equal, but the optical element is lost. In other places, it is possible to obtain light energy lower than that of the optical element.
さらに、請求項3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連続的であることを特徴とする。 Furthermore, the light guide plate according to claim 3 is characterized in that the cross section of the optical element has a triangular shape, a trapezoidal shape, or an arc shape, and is continuous or continuous.
請求項3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連続的であるので、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る。そして、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、連続的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。 In the light guide plate according to claim 3, since the cross section of the optical element is triangular, trapezoidal, arc-shaped and continuous or continuous, the light rays entering the light guide plate from the incident portion of the light guide plate are triangular, The trapezoidal and arcuate inclined surfaces can exist at positions corresponding to the light flux from the light source. If these are continuous, the same luminance and energy can be emitted at any position, and the same luminance and energy can be emitted continuously at any position.
また、請求項4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。 The light guide plate according to claim 4 is characterized in that 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.
請求項4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。 In the light guide plate according to the fourth 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.
、請求項5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。 The light guide plate according to claim 5 is characterized in that the angle between the inclined surface and the front surface portion and the back surface portion is in the range of π / 2-2 · critical angle to critical angle.
請求項5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。 In the light guide plate according to claim 5, since the angle between the inclined surface and the front surface portion and the back surface portion is in the range of π / 2-2 · critical angle to the critical angle, from the maximum incident angle of the light beam guided into the light guide plate By using the range up to the minimum angle that breaks the critical angle, all the reflected light can break the critical angle.
また、請求項6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。 The light guide plate according to claim 6 is characterized in that an angle formed between the front surface portion and the back surface portion of the inclined surface in proportion to the distance from the light source approaches the critical angle.
請求項6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。 In the light guide plate according to the sixth 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.
さらに、請求項7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。
Furthermore, the light guide plate according to
請求項7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が集光することができる。
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。
The light guide plate according to the seventh aspect has the same size because the inclined surface has an arc inside or outside centered on the central portion of the inclined surface, or partly inside and outside the inclined surface. 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 condensed.
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.
また、請求項8に係る平面照明装置は、L字状の光源と、光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とし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連続に光源からの光線束に対応した傾斜面を有し、光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けた光学素子を表面部または裏面部に有する導光板と、導光板からの出射光の微細な輝度斑を補正する補正シートと、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。
In addition, the flat illumination device according to
請求項8に係る平面照明装置は、L字状の光源と、光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とし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連続に光源からの光線束に対応した傾斜面を有し、光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けた光学素子を表面部または裏面部に有する導光板と、導光板からの出射光の微細な輝度斑を補正する補正シートと、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連続性な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続性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。
The planar illumination device according to
、請求項9に係る平面照明装置は、L字状の光源と、光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とし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連続的に光源からの光線束に対応した傾斜面を有し、光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けた光学素子を表面部または裏面部に有する導光板と、導光板からの出射光の微細な輝度斑を補正する補正シートと、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。 The planar illumination device according to claim 9 is an L-shaped light source, an incident portion that guides light from the light source, a surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion, It has side parts that connect these front and back parts, and the two side parts to be connected are incident parts, and it corresponds to the light flux from the light source continuously at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. In the vicinity of one corner where the two side surfaces facing the L-shaped portion of the light source are connected to each other, the linear portion of the light source has a density distribution that increases in proportion to the distance from the light source. The two side parts facing the both ends of the light source are inclined closer to the side part than the two side parts facing the linear part of the light source so that they are farther from the side part and one corner than the two opposing side parts. An optical element provided with the surface facing the light source is a front surface portion or a back surface portion. A light guide plate, a correction sheet that corrects minute luminance spots of light emitted from the light guide plate, and a reflection that covers the light guide plate other than the incident portion and the light exit surface and reflects light leaked from the light guide plate again into the light guide plate And a body.
請求項9に係る平面照明装置は、L字状の光源と、光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とし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連続的に光源からの光線束に対応した傾斜面を有し、光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けた光学素子を表面部または裏面部に有する導光板と、導光板からの出射光の微細な輝度斑を補正する補正シートと、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連続的に同等な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続的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。 The flat illumination device according to claim 9 includes an L-shaped light source, an incident portion that guides light from the light source, a surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion, and these It has a side part that connects the front part and the back part, and the two side parts to be connected are incident parts, corresponding to the light flux from the light source continuously at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. It has an inclined surface, has a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the light source, and faces the linear portion of the light source in the vicinity of one corner where two side surfaces facing the L-shaped portion of the light source are connected. The two side surfaces facing the both end portions of the light source are inclined so that they are closer to the side surface portions than the two side surface portions facing the linear portion of the light source so that they are farther from the side surface portion and one corner than the two side surface portions. On the front or back of the optical element A light guide plate, a correction sheet that corrects minute luminance spots of light emitted from the light guide plate, and a reflector that covers the light guide plate other than the incident portion and the light exit surface and reflects light leaked from the light guide plate again into the light guide plate Therefore, total reflection and refraction are always performed by the inclined surface of the equivalent optical element continuously at the position where the luminance and energy from the light source are equal, and the same luminance and energy are continuously emitted to the emission surface side. can do. Moreover, the product of the amount of light emitted at every position of the light guide plate and its solid angle is equal so that the density distribution of the optical element increases in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source decrease. The emission angle from the emission surface and the optical element itself can be continuously changed by setting the angle of the inclined surface.
以上のように、請求項1に係る導光板は、L字状の光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とする導光板において、表面部または裏面部に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連続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L字状の光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの前記側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けたので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に連続性な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続性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することができるので、均一な輝度や視野角の出射光を得ることができる。 As described above, the light guide plate according to claim 1 includes an incident portion that guides light from an L-shaped light source, a surface portion that emits the light, and a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion. In the light guide plate having the side surface portion connecting the front surface portion and the back surface portion and having the two connected side surface portions as the incident portions, the front surface portion or the back surface portion corresponds to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. An optical element having an inclined surface corresponding to the light flux from the light source continuously at a position has a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the L-shaped light source and faces the L-shaped portion of the light source. In the vicinity of one corner where the two side portions are connected, the straight line of the light source is formed on the two side portions facing the both end portions of the light source so that the two side portions facing the straight portion of the light source are separated from the side surface portion and one corner. It ’s closer to the side than the two sides facing the part. Since the inclined surface faces the light source, total reflection or refraction is always performed by the continuous inclined surface of the optical element at a position where the luminance and energy from the light source are equal, and the luminance is equivalent to continuity on the exit surface side. And energy can be emitted. Moreover, the product of the amount of light emitted from any position of the light guide plate and its solid angle so that the optical element density distribution increases functionally in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source decay. Can be emitted equally, so that emitted light with uniform brightness and viewing angle can be obtained.
また、請求項2に係る導光板は、L字状の光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とする導光板において、表面部または裏面部に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連続的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L字状の光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けたので、常に光源からの輝度やエネルギが等しい位置に連続的に同等な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続的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することができるので、均一な輝度や視野角の出射光を得ることができる。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、導光板に希望する輝度分布を表現することができる。 The light guide plate according to claim 2 includes an incident portion that guides light from an L-shaped light source, a surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion, and these surface portions. In the light guide plate having a side surface portion connecting the back surface portion and the two side surface portions to be connected as the incident portion, the front surface portion or the back surface portion is continuously located at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. In particular, the optical element having an inclined surface corresponding to the light flux from the light source has a density distribution that increases functionally in proportion to the distance from the L-shaped light source and is opposed to the L-shaped portion of the light source. In the vicinity of one corner to which the side surface is connected, the two side surfaces facing both ends of the light source are opposed to the linear portion of the light source so that they are farther from the side surface and one corner than the two side surfaces facing the linear portion of the light source. The inclined surface is closer to the side surface than the two side surfaces Is always directed to the light source , so that it is always subjected to total reflection and refraction by the inclined surface of the equivalent optical element continuously at the position where the luminance and energy from the light source are equal, and continuously with the same luminance and Energy can be emitted. Moreover, the product of the amount of light emitted from any position of the light guide plate and its solid angle so that the optical element density distribution increases functionally in proportion to the distance from the light source as the luminance and energy from the light source decay. Can be emitted equally, so that emitted light with uniform brightness and viewing angle can be obtained. In addition, the product of the amount of light emitted from the optical element and its solid angle is equal by controlling the length of the optical element and the distance between adjacent optical elements, but the optical element is lost. Thus, it is possible to obtain lower light energy than the place where the optical element is present, and to express a desired luminance distribution on the light guide plate.
さらに、請求項3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連続的であるので、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る。そして、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、連続的であっても、あらゆる位置で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。 Furthermore, in the light guide plate according to claim 3, since the cross section of the optical element is triangular, trapezoidal, or arcuate and continuous or continuous, the light rays that have entered the light guide plate from the incident portion of the light guide plate are triangular. An inclined surface having a shape, a trapezoidal shape, and an arc shape can exist at a position corresponding to the light flux from the light source. And when these are continuous, the same brightness | luminance and energy can be radiate | emitted at any position, and even if it is continuous, the same brightness | luminance and energy can be radiate | emitted continuously at every position.
また、請求項4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。このため、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事ができたり、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。その結果、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。 In addition, the light guide plate according to claim 4 increases the height of the optical element as the optical element is moved away from the light source, and / or partially raises or lowers the height of the optical element. Can be reflected. For this reason, it is possible to obtain a large amount of emitted light even at a position far from the light source to obtain a uniform emission brightness from the light guide plate regardless of the distance of the light source, or to set the height of the light guide plate at any position. 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. As a result, it is possible to control the luminance and the viewing angle at any desired position of the light guide plate.
さらに、請求項5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ので、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。 Further, in the light guide plate according to claim 5, since the angle between the inclined surface and the front surface portion and the back surface portion is in the range of π / 2-2 · critical angle to critical angle, the maximum incidence of the light beam guided into the light guide plate Since the range from the angle to the minimum angle that breaks the critical angle is used, all the reflected light can break the critical angle. Thereby, since the emission angle range from the emission surface of the light guide plate can be made large, the required emission angle can be freely selected and can be adapted to the purpose.
また、請求項6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、均一な出射量および均一な視野角を得ることができる。 Further, in the light guide plate according to claim 6, since 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, even with the attenuation of luminance and energy from the light source, The reflected light totally reflected in proportion to the distance from the light source is emitted at a small emission angle. For this reason, the product of the quantity of light emitted and the solid angle thereof can be emitted equally at any position on the emission surface of the light guide plate, and a uniform emission amount and a uniform viewing angle can be obtained.
さらに、請求項7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が集光することができる。さらに、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が拡散することができ、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ことができる。これにより、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。
Further, in the light guide plate according to
また、請求項8に係る平面照明装置は、L字状の光源と、光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とし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連続に光源からの光線束に対応した傾斜面を有し、光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けた光学素子を表面部または裏面部に有する導光板と、導光板からの出射光の微細な輝度斑を補正する補正シートと、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連続性に同等な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続性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。その結果、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。
In addition, the flat illumination device according to
、請求項9に係る平面照明装置は、L字状の光源と、光源からの光を導く入射部と、該光を出射する表面部と、当該表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部と裏面部とを接続する側面部とを有し、接続する2つの側面部を入射部とし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連続的に光源からの光線束に対応した傾斜面を有し、光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有するとともに光源のL字状部分に対向した2つの側面部が接続した1隅近傍では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部や1隅から離れるように、光源の両端部分に対向した2つの側面部では光源の直線部分に対向した2つの側面部よりも側面部に寄るように傾斜面を光源に向いて設けた光学素子を表面部または裏面部に有する導光板と、導光板からの出射光の微細な輝度斑を補正する補正シートと、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連続的に同等な光学素子の傾斜面によって全反射や屈折等を行い、出射面側に連続的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や光学素子自身の連続的変化をコントロールすることができる。その結果、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。 The planar illumination device according to claim 9 is an L-shaped light source, an incident portion that guides light from the light source, a surface portion that emits the light, a back surface portion that is located on the opposite side of the surface portion, It has side parts that connect these front and back parts, and the two side parts to be connected are incident parts, and it corresponds to the light flux from the light source continuously at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source. In the vicinity of one corner where the two side surfaces facing the L-shaped portion of the light source are connected to each other, the linear portion of the light source has a density distribution that increases in proportion to the distance from the light source. The two side parts facing the both ends of the light source are inclined closer to the side part than the two side parts facing the linear part of the light source so that they are farther from the side part and one corner than the two opposing side parts. An optical element provided with the surface facing the light source is a front surface portion or a back surface portion. A light guide plate, a correction sheet that corrects minute luminance spots of light emitted from the light guide plate, and a reflection that covers the light guide plate other than the incident portion and the light exit surface and reflects light leaked from the light guide plate again into the light guide plate Therefore, total reflection and refraction are always performed by the inclined surface of the equivalent optical element continuously at the position where the luminance and energy from the light source are equal, and the same luminance and energy are continuously given to the exit surface side. Can be emitted. 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 control the emission angle from the emission surface and the continuous change of the optical element itself by setting the angle of the inclined surface. As a result, according to the required purpose of the flat illumination device, it is possible to realize a design with a high degree of freedom and a flat illumination device such as emphasizing luminance, viewing angle, or uniformity.
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連続または連続的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光源からの距離に比例して関数的に増加する密度分布を有する様にした導光板と指向性や指向性分布を有する光源を備えた平面照明装置を提供するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In the present invention, an optical element having an inclined surface corresponding to a light flux from a light source is continuously or continuously provided at a position corresponding to the luminance distribution or light energy distribution of the light source at a distance from the light source on the front surface portion or the back surface portion. The present invention provides a flat illumination device including a light guide plate having a density distribution that increases in proportion to a function and a light source having directivity and directivity distribution.
図1および図2は本発明に係る導光板の略図、図3は本発明に係る導光板の光線の略軌跡図である。
平面照明装置は、図1や図2に示す導光板2、光源3b、不図示のリフレクタ、補正フィルムおよび反射ケースから概略構成される。
1 and 2 are schematic views of a light guide plate according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic locus diagram of light rays of the light guide plate according to the present invention.
The flat illumination device is generally configured by the light guide plate 2, the
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3bからの光を導く入射部7とからなる。
The light guide plate 2 is formed of a transparent acrylic resin (PMMA) or polycarbonate (PC) having a refractive index of about 1.4 to 1.7. The light guide plate 2 includes a
導光板2は、図1に示す様に、光源3bの輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に連続に光学素子20を表面部8または裏面部9に施す構成とすることができる。
また、導光板2は、図2に示す様に、光源3bの輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に連続的に光学素子20’を表面部8または裏面部9に施す構成とすることもできる。
As shown in FIG. 1, the light guide plate 2 can be configured such that the
Further, as shown in FIG. 2, the light guide plate 2 may be configured to continuously apply the
ここで、光学素子20’の長さを、短くして傾斜面での全反射量を少なくしたり、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。
また、隣り合う光学素子20’の間隔を長くしたり、間隔を短くしコントロールする。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)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。
Here, the length of the
Further, the control is performed by increasing the interval between adjacent optical elements 20 'or decreasing the interval. As a result, the product of the amount of light emitted from the
さらに、導光板2は、光源3bから離れるほど光源3b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または裏面部9に施した光学素子20を光源3b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。
Furthermore, as the light guide plate 2 moves away from the
また、導光板2は、光学素子20を光源3b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して、光源3bからの光線を損失無く効率良く傾斜面で全反射させる。
In addition, the light guide plate 2 has an
さらに、導光板2は、図示しないが光学素子20を光源3b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3bから遠い光学素子20においても光源3b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3b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3b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。
Further, although not shown, the light guide plate 2 increases the height of the
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。
Although not shown, the light guide plate 2 can raise or lower the height of the inclined surface portion by partially raising or lowering the
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。
It should be noted that by partially changing the height of the
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3b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。
ここで、光源3b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。
In addition, the angle between the inclined surface of the
Here, when the light from the
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。 Further, the light incident on the light guide plate 2 within the range of the refraction angle α = ± 38.997 ° is sin γ = (1 / n at the boundary surface between the light guide plate 2 and the air layer (refractive index n = 1). ) Can be used to express the critical angle. For example, since the refractive index of polycarbonate resin which is a resin material used for the general light guide plate 2 is about n = 1.59, the critical angle γ is about γ = 38.97 °. In the case of a light guide plate using an acrylic resin (PMMA) material, the refractive index n of the acrylic resin is about n = 1.49, and the refraction angle α is about α = ± 42.38 °. The critical angle γ is also about γ = 42.38 °.
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3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。
For example, the refractive index n of the light guide plate 2 made of acrylic resin is about n = 1.49, and in the example of FIG. 3, the refraction angle α of the light beam entering the light guide plate 2 is about α = 42.38 °. Accordingly, the
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。
Among the light beams guided into the light guide plate 2 having the above-described configuration, a light beam L1 having an incident angle β of approximately 42 ° that is close to the
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。
As described above, the light beam having a small refraction angle among the light beams that have entered the light guide plate 2 is a light beam having a large incident angle other than the light beam that travels in the extending direction of the light guide plate 2 (the direction opposite to the light incident portion 7). There are many in the vicinity of. Therefore, the
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。
In addition, among the light beams guided into the light guide plate 2, the light beam L2 having a light incident angle β = 2 ° that travels in a direction away from the
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の入射部の反対方向(延長方向)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。
In this way, light rays having a small refraction angle among light rays that have entered the light guide plate 2 travel in the opposite direction (extension direction) to the incident portion of the light guide plate 2 and collide with the
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3b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3bからの輝度やエネルギの減衰に伴っても光源3b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。
また、ここでは凹形状の光学素子20を例にとって説明したが、凸形状の場合には、凹形状の傾斜面21や傾斜面22の対向側の位置になる傾斜面が光源側に対向するので、上記の説明と同様の作用および効果を得ることができる。
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
Although the concave
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を設けて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。
Here, the
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。
Further, by forming an arc inward or outward with the central portion of the
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3bが近い時には全反射した光が平行光になり、光源3b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、傾斜面21や傾斜面22の内側を円弧にした場合に、光源3bが近い時には全反射した光が平行光になり、光源3bが遠い場合には全反射した光を集光することができる。
Further, when the outside of the
Furthermore, when the inside of the
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。
Also, two
光学素子20は、図1に示す様に、光源3b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に対向する位置(離れる)ほど光学素子20のピッチを細かくなるように設けてある。
As shown in FIG. 1, when the
ここで詳しく説明する光学素子20は、図1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2は図1の連続した光学素子20が非連続に分離した光学素子20’が連続的に分布しているものである。
As shown in FIG. 1, the
Note that FIG. 2 shows a continuous distribution of
また、ここでは図示しないが、光源3bがCCFL(冷陰管)等のユウ(U)字状の場合でも同様に光源3b付近の輝度が低く、光源3b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3b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。
Although not shown here, even in the case where the
なお、図2に示した表面部8または裏面部9に光源3bの輝度分布または光エネルギ分布に対応した位置に連続的に光学素子20’を光源3b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、連続的に設ける光学素子20の長さは、光源3b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。
It should be noted that the
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5μm〜100μm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。
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5μm〜100μm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3bの輝度や光エネルギ分布に対応した位置に連続的に設ける構成とすることができる。
The
Similarly, the
この様に、連続または連続的の光学素子20,20’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3b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2に示す連続的な光学素子20’の隣り合う間隔をコントロールしても良い。
In this way, by providing the continuous or continuous
Further, the adjacent interval between the continuous
不図示のリフレクタは、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3bを囲するようにし、光源3b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。
A reflector (not shown) is made of a sheet of metal such as a white insulating material or a metal vapor-deposited such as aluminum, or the like, surrounds the
不図示の補正シートは、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、また全体を拡散させたり、部分的に拡散と集光とを行ったり、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。
尚、光学素子20の分布や形状等によって、指向性の有る出射光を必要とする時には、本補正シートを用いないでも良い。
A correction sheet (not shown) is made of a permeable resin or the like, and has an uneven surface for deflecting light on the surface. This correction sheet corrects the emitted light from the light guide plate 2, so that the emitted light with high luminance is diffused, the emitted light with low luminance is condensed, or the whole is diffused or partially diffused. Select the diffusion sheet, condensing sheet, scattering sheet, diffusing condensing sheet, etc. to be condensed or corrected according to the purpose, and use the forward direction or reverse direction with the processed surface facing upward Use in the same way.
Note that this correction sheet may not be used when outgoing light having directivity is required depending on the distribution and shape of the
不図示の反射体は、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。この反射体は、入射部7や入射部と表面部8以外の部分を覆い光源3b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3bからの光を全て表面部8から出射するようにする。
The reflector (not shown) is made of a sheet in which a white material such as titanium oxide is mixed in a thermoplastic resin or a metal sheet such as aluminum on a sheet of a thermoplastic resin, a metal foil laminated, or a sheet-like metal. Become. The reflector covers portions other than the
2…導光板、3b…光源、7…入射部、6,6a…端部、8…表面部、9…裏面部、10…反射端面部、11…側面部、20,20’…光学素子、21,22…傾斜面、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、L1,L11,L12,L2,L21,L22…光線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Light guide plate, 3b ... Light source, 7 ... Incident part, 6, 6a ... End part, 8 ... Surface part, 9 ... Back surface part, 10 ... Reflection end surface part, 11 ... Side part, 20, 20 '... Optical element, 21, 22 ... inclined surface, β ... incident angle, α ... refraction angle, γ ... critical angle, n ... refractive index, θ ... angle formed by the front and back surfaces and the inclined surface, L1, L11, L12, L2, L21, L22 ... Light rays.
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