JP5077715B2 - Light guide plate - Google Patents
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本発明は、導光板に関し、特に、光源からの光を入射して表示素子等を照明する導光板に関する。 The present invention relates to a light guide plate, in particular, relates to a light guide plate to illuminate the incident display elements like light from the light source.
携帯電話や携帯情報端末等に備える液晶表示装置にあっては、表示部を明るく照明するためのバックライト装置が使用されている。このバックライト装置は、表示部である液晶パネルの背面に配置される導光板と、この導光板の側方に配置される発光素子(LED)や冷陰極管等の光源とによって構成されている。このような構成からなるバックライト装置は、導光板の側面から光を入射させるため、導光板の厚み方向に光源を配置しなくてよいので、装置全体を薄型化することができるという利点がある。 In a liquid crystal display device provided in a mobile phone, a portable information terminal, or the like, a backlight device for illuminating a display unit is used. This backlight device includes a light guide plate disposed on the back surface of a liquid crystal panel as a display unit, and a light source such as a light emitting element (LED) or a cold cathode tube disposed on the side of the light guide plate. . The backlight device having such a configuration has an advantage that the entire device can be thinned because light is incident from the side surface of the light guide plate, so that it is not necessary to arrange a light source in the thickness direction of the light guide plate. .
ところで、近年においては、薄型の携帯電話やデジカメ等に液晶表示装置が搭載されることが多くなり、バックライト装置の小型化の要求が厳しくなっている。これに応じて導光板の薄型化が進んでいるが、光源として用いるLEDは、導光板の厚みと同程度に小型化することは困難であるという実情がある。しかるに、一般的にLEDの発光特性は指向性が低く、広角度に放射状に出射光が広がるものもあるため、LEDからの出射光をいかにして薄い導光板に効率的に入射させるかが問題となっている。 Incidentally, in recent years, liquid crystal display devices are often mounted on thin mobile phones, digital cameras, and the like, and the demand for downsizing of backlight devices has become strict. Accordingly, the light guide plate has been made thinner. However, it is difficult to downsize the LED used as the light source to the same extent as the thickness of the light guide plate. However, the light emission characteristics of LEDs are generally low in directivity, and some of the emitted light spreads radially at a wide angle, so it is a problem how to efficiently make the emitted light from the LED enter the thin light guide plate. It has become.
ここで、特許文献1においては、導光板の本体部から上方に向けて45度以下の角度に傾斜させた傾斜面が形成された受光部を設けたバックライト装置が開示されている。又、この傾斜面に対して略直角に傾斜させた受光面を設けており、かかる受光面に光源の発光面が平行になるように傾斜させることでバックライト装置の薄型化を図る技術が開示されている。
Here,
しかるに、前者の場合には、傾斜面に入射させた光が必ずしも全反射とならないため、傾斜面における反射率を増大させるために、傾斜面に反射膜を被覆している。しかしながら、反射膜の被覆を行うと導光板の製造工程が複雑となる。又、反射膜の特性上、それに吸収される光も少なくないので、光の利用効率が低下するという問題もある。更に、後者の場合には、バックライト装置の薄型化には寄与できるが、導光板の本体部の更なる薄型化のために、受光部において入射光の反射回数が数多くなるような際などに、光の利用効率がやはり低下するという問題がある。 However, in the former case, the light incident on the inclined surface is not necessarily totally reflected. Therefore, in order to increase the reflectance on the inclined surface, the inclined surface is covered with a reflective film. However, when the reflective film is coated, the manufacturing process of the light guide plate becomes complicated. Further, due to the characteristics of the reflective film, there is a problem that the light utilization efficiency is lowered because a lot of light is absorbed. Furthermore, in the latter case, it can contribute to reducing the thickness of the backlight device. However, in order to further reduce the thickness of the main body of the light guide plate, the number of times of reflection of incident light is increased in the light receiving portion. However, there is a problem that the light utilization efficiency is lowered.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光源からの光を入射して表示素子等を照明する際に、光の利用効率を高めることができる導光板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides a light guide plate capable of increasing the light utilization efficiency when light from a light source is incident to illuminate a display element or the like. For the purpose.
請求項1に記載の導光板は、発光素子からの光を入射する入射部と、入射した光を外部に出射する出射部とを一体的に形成した導光板であって、
前記入射部は、前記発光素子からの光を入射するための入射面と、前記入射部と前記出射部との境界を定め且つ前記入射部から前記出射部に向かう光が通過する境界面と、前記入射面と前記境界面とに交差する方向に延在し且つ互いに対向する天面及び底面とを有し、
前記導光板の厚み方向における前記入射面の寸法よりも、前記導光板の厚み方向における前記出射面の寸法が小さくなるように、前記天面と前記底面の一方の面が、他方の面に対して傾斜しており、
前記天面と前記底面の少なくとも一方に、前記入射面より入射された光のうち、前記境界面以外の面から出射される光の量を抑制する光洩れ低減形状を備えた構造が設けられており、
前記光洩れ低減形状は、前記入射面側から前記境界面側に向かって延在し前記導光板の厚み方向に沿って延在する平面を仮想平面としたとき、前記発光素子から出射され前記仮想平面に沿って進む光が前記光洩れ低減形状に入射した際に、その反射光が前記仮想平面から離れるような方向成分を持つ形状であり、
前記光洩れ低減形状は、前記入射面側から前記境界面側に向かって延在する交差部を有する一対の傾斜面を複数対有し、該複数対の傾斜面は、前記導光板の厚み方向に見て、前記発光素子の出射面の法線の方向に沿って交差部が延在する傾斜面対と、当該傾斜面対の両側に配列された傾斜面とを含み、
隣り合う前記交差部の前記入射面側における間隔が、前記境界面側における間隔よりも小さくなっており、
前記出射部は、前記境界面と交差する方向に延在する出射面を有し、
前記交差部における一対の傾斜面のなす角度をβとしたときに、下記条件式(4)を満たすことを特徴とする。
100°≦β≦170° (4)
The light guide plate according to
The incident portion is an incident surface for incident light from the light emitting element , a boundary surface that defines a boundary between the incident portion and the emission portion and through which light traveling from the incident portion to the emission portion passes, A top surface and a bottom surface extending in a direction intersecting the incident surface and the boundary surface and facing each other;
One surface of the top surface and the bottom surface is relative to the other surface so that the size of the exit surface in the thickness direction of the light guide plate is smaller than the size of the entrance surface in the thickness direction of the light guide plate. Is inclined,
At least one of the top surface and the bottom surface is provided with a structure having a light leakage reduction shape that suppresses the amount of light emitted from a surface other than the boundary surface among light incident from the incident surface. And
The light leakage reduction shape is emitted from the light emitting element when the plane extending from the incident surface side toward the boundary surface side and extending along the thickness direction of the light guide plate is a virtual plane. When light traveling along a plane is incident on the light leakage reducing shape, the reflected light has a directional component that leaves the virtual plane,
The light leakage reduction shape has a plurality of pairs of inclined surfaces having intersections extending from the incident surface side toward the boundary surface side, and the plurality of pairs of inclined surfaces are in the thickness direction of the light guide plate. As seen from the above, including a pair of inclined surfaces in which an intersection extends along the direction of the normal line of the emission surface of the light emitting element , and inclined surfaces arranged on both sides of the inclined surface pair,
The interval on the incident surface side of the adjacent intersecting portions is smaller than the interval on the boundary surface side,
The exit portion may have a exit surface extending in a direction intersecting with the boundary surface,
When the angle formed by the pair of inclined surfaces at the intersecting portion is β, the following conditional expression (4) is satisfied .
100 ° ≦ β ≦ 170 ° (4)
本発明の導光板によれば、前記導光板の厚み方向における前記入射面の寸法よりも、前記導光板の厚み方向における前記出射面の寸法が小さくなるように、前記天面と前記底面の一方の面が、他方の面に対して傾斜しているので、薄い導光板に対しても、それより厚みのある光源からの光を良好に案内することができる。又、前記光源の発光特性が低い場合、前記光源から出射された光の一部が、互いに傾斜した前記天面と前記底面とで反射を繰り返す内に全反射条件を満たさなくなり、前記天面又は前記底面から外方に洩れ出る恐れがある。これに対し、本発明においては、前記天面と前記底面の少なくとも一方に、前記入射面より入射された光のうち、前記境界面以外の面から出射される光の量を抑制する光洩れ低減形状を備えた構造が設けられているので、前記入射面より入射した光が、互いに傾斜した前記天面と前記底面とで反射を繰り返しても全反射条件を満たしやすくなり、それにより前記天面又は前記底面から外方に洩れ出る光を抑制して光の利用効率を高めることができる。なお、「境界面」とは、外部に対して露出した面ではなく、前記入射部と前記出射部との境界を定める概念上の面をいうものとする。 According to the light guide plate of the present invention , one of the top surface and the bottom surface is such that the size of the exit surface in the thickness direction of the light guide plate is smaller than the size of the entrance surface in the thickness direction of the light guide plate. Since this surface is inclined with respect to the other surface, light from a light source having a thickness larger than that of the light guide plate can be guided well. In addition, when the light emission characteristics of the light source are low, a part of the light emitted from the light source does not satisfy the total reflection condition while repeating the reflection between the top surface and the bottom surface that are inclined to each other. There is a risk of leaking outward from the bottom surface. On the other hand, in the present invention, light leakage is reduced by suppressing the amount of light emitted from a surface other than the boundary surface out of light incident from the incident surface on at least one of the top surface and the bottom surface. Since a structure having a shape is provided, it becomes easy to satisfy the total reflection condition even if light incident from the incident surface is repeatedly reflected by the top surface and the bottom surface that are inclined to each other. Alternatively, the light utilization efficiency can be increased by suppressing light leaking outward from the bottom surface. The “boundary surface” is not a surface exposed to the outside, but a conceptual surface that defines a boundary between the incident portion and the emission portion.
更に、本発明によれば、前記光洩れ低減形状は、前記入射面側から前記境界面側に向かって延在し前記導光板の厚さ方向に沿って延在する平面を仮想平面としたとき、前記光源から出射され前記仮想平面に沿って進む光が前記光洩れ低減形状に入射した際に、その反射光が前記仮想平面から離れるような方向成分を持つ形状であることを特徴とするので、全反射条件を満たしやすくなる。 Furthermore, according to the present invention, when the light leakage reduction shape is a virtual plane that extends from the incident surface side toward the boundary surface side and extends along the thickness direction of the light guide plate, Since the light emitted from the light source and traveling along the virtual plane is incident on the light leakage reducing shape, the reflected light has a shape having a directional component so as to be separated from the virtual plane. , It becomes easy to satisfy the total reflection condition.
本発明によれば、前記光洩れ低減形状は、隣り合う前記交差部の前記入射面側における間隔が、前記出射面側における間隔よりも小さくなっていることを特徴とするので、前記入射面より入射した光の進行方向を制御することが容易になり、前記境界面での照度分布や輝度分布等各種特性を目的に合わせて制御することが可能になるため、境界面における照度ムラが低減される。 According to the present invention, the light leakage reduction shape is characterized in that the interval on the incident surface side of the adjacent intersecting portions is smaller than the interval on the exit surface side. It becomes easy to control the traveling direction of the incident light, and it is possible to control various characteristics such as illuminance distribution and luminance distribution on the boundary surface according to the purpose, so illuminance unevenness on the boundary surface is reduced. The
前記交差部における一対の傾斜面のなす角βが条件式(4)を満たす場合、入射部に入射した光線が全反射条件を満たしやすくなるため光利用効率を高めることができ、例えば傾斜面がない場合と比較し、約1.2倍もしくはそれ以上の光利用効率を実現出来る。特に、βが170°以下であれば、光線の進行方向の制御効果を高め、十分な光利用効率を得ることができる。一方、βが100°以上であれば、各傾斜面の先端部が欠けにくい形状となり製造が容易になると共に、導光板に破片等が付着しにくいので、不要な散乱の影響などが抑制され、十分な光利用効率を得ることが出来る。尚、好ましくは、βが以下の式を満たすようにすれば、傾斜面がない場合と比較し、約1.3倍もしくはそれ以上の光利用効率を実現出来る。
116° ≦ β ≦ 165° (4’)
When the angle β formed by the pair of inclined surfaces at the intersecting portion satisfies the conditional expression (4), the light incident on the incident portion can easily satisfy the total reflection condition, so that the light use efficiency can be improved. Compared to the case where there is no light, the light utilization efficiency is about 1.2 times or more. In particular, if β is 170 ° or less, the effect of controlling the traveling direction of the light can be enhanced, and sufficient light utilization efficiency can be obtained. On the other hand, if β is 100 ° or more, the tip portion of each inclined surface becomes a shape that is difficult to be chipped, and manufacturing is easy, and it is difficult for debris and the like to adhere to the light guide plate. Sufficient light utilization efficiency can be obtained. Preferably, if β satisfies the following formula, light utilization efficiency of about 1.3 times or more can be realized as compared with the case where there is no inclined surface.
116 ° ≦ β ≦ 165 ° (4 ′)
本発明によれば、光源からの光を入射して表示素子等を照明する際に、光の利用効率を高めることができる導光板を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the light from a light source injects and illuminates a display element etc., the light- guide plate which can improve the utilization efficiency of light can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態をさらに詳細に説明する。図1は、本実施の形態にかかる導光板を含むバックライト装置BLの断面図であり、図2は、図1のバックライト装置BLをII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図1、2において、筐体1内には、3つの光源であるLED2と導光板4とが配置されている。PC、PMMAなどの透明な樹脂を素材とする導光板4は、薄い板状の出射部4OTと、LED2と出射部4OTとの間に配置された入射部4INとから一体的に形成されている。入射部4INは、出射部4OTの光源側の面から台形板状に3つ(図2参照)突出してなる。出射部4OTの上面となる出射面4kには、微細な凸部(又は凹部)3が形成されている。光散乱部である凸部3は、LED2から遠ざかるに従って大きく(高く)なっており、又その配置間隔が狭まっており、それにより導光板4の出射面4kから照射される光を全体的に均一に近づけることができる。更に、導光板4の出射面4kには拡散板5が配置され、拡散板5の上面には液晶表示素子6が配置されている。尚、バックライト装置BLは、LED2と、導光板4と、拡散板5とから構成される。LED2は導光板4に一体的に取り付けられていても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a backlight device BL including a light guide plate according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram of the backlight device BL of FIG. It is. In FIGS. 1 and 2, an
図1、2において、LED2から出射された光は、導光板4の入射部4INによって、出射部4OT内に導かれ、その出射面4kから拡散板5を介して液晶表示素子6の下面に向かって均一に照射されるようになっている。
1 and 2, the light emitted from the
図3は、導光板4の1つの入射部4INの近傍を示す概略斜視図である。なお、図3において、導光板4の厚み方向を上下方向(Y方向)とし、導光板4の幅方向を左右方向(X方向)とする。入射部4INは、天面4aと、底面4bと、側面4c、4dと、これらに交差する入射面4eとを有している。なお、入射部4INと出射部4OTとの概念上の境界として、ここでは入射面4eに平行となるように定めた面を境界面4fとするが、これは外部に露出していない。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the vicinity of one incident portion 4IN of the
入射面4eはLED2の出射面2a(図1参照)に接触又は近接配置されている。入射面4eの上下方向の寸法D1は、境界面4fの上下方向の寸法D2よりも大きくなっており、また入射面4eの左右方向の寸法L1は、境界面4fの左右方向の寸法L2よりも小さくなっている。かかる形状を有するので、入射部4INは、LED2から出射された光を薄い出射部4OTに案内することができる。
The
更に、入射部4INは、天面4aに光洩れ低減形状4Mを形成している。ここで、入射面4eの上下方向の寸法D1とは、光洩れ低減形状を除いた入射部4INの入射面4e側の上下方向の寸法を表し、境界面4fの上下方向の寸法D2とは、光洩れ低減形状を除いた入射部4INの境界面4f側の上下方向の寸法を表す。次に、本実施の形態にかかる光洩れ低減形状について説明する。
Further, the incident portion 4IN forms a light
図4は、光洩れ低減形状を説明するための図である。図4において、入射部4INの底面4bに直交する面としてYZ平面(仮想平面とする)を定める。YZ平面は、導光板4の幅方向におけるLED2の中心を通り且つ導光板4の厚さ方向に沿って延在するものとする。ここで、点線で示す天面4A’が底面4bに対して境界面4f側に向かうに従って狭くなるように傾斜しているものとする。かかる場合、YZ平面の手前側の縁から出射され、YZ平面に沿って進む光は、入射角が小さい間は全反射条件が成り立つため、点線矢印で示すように点Aにおいて天面4A’により反射され、続いて点B’において底面4bにより反射され、反射後においてもYZ平面から離れることはない。しかるに、天面4A’が底面4bに対して境界面4f側に傾斜しているので、点Aにおける入射角θ1よりも、点Bにおける入射角θ2’の方が大きくなる。従って、反射を繰り返すうちに、いずれかの入射角が閾値を超えると全反射条件が崩れ、光は天面4A’又は底面4bを通過して外部に洩れ出す恐れがある。
FIG. 4 is a diagram for explaining a light leakage reduction shape. In FIG. 4, a YZ plane (imaginary plane) is defined as a plane orthogonal to the
ここで、光洩れ低減形状として、底面4bに対して境界面4f側に傾斜しているのみならず、右側面側にも狭くなるように傾斜した天面4Aを設けた構成を考える(実線参照)。図4の例では、天面4A’、4Aの交差位置において、YZ平面が交差しているものとする。かかる構成によれば、YZ平面の手前側の縁から出射され、YZ平面に沿って進む光は、実線矢印で示すように点Aにおいて天面4Aにより反射され、続いて点B’とは異なる点Bにおいて底面4bにより反射されるが、点BはYZ平面内に存在していない。これを言い換えると、点Aにおいて天面4Aにより反射された光は、YZ平面に直交するX方向成分を持ち、YZ平面から離れる方向に進み、点B’より離れた点Bに入射することとなる。従って、天面4A’を用いた場合も、天面4Aを用いた場合も、点Aにおける入射角θ1が同一であるとした場合、点Bにおける入射角θ2は、点B’における入射角θ2’よりも小さくなり、これによって、天面4Aを用いた場合には天面4A’を用いた場合より反射を繰り返しても全反射条件を満たす可能性が高まることとなる。
Here, as a light leakage reduction shape, a configuration is considered in which a
但しこの効果は、YZ平面に沿って、或いはYZ平面内に平行な平面に沿って光漏れ低減形状に入射する光線、つまりY方向及びZ方向の成分のみをもつ入射光線に限られるものではない。Y方向、Z方向に加えX方向の成分をもつ入射光線についても同様の効果が得られる。すなわち、入射光線のY方向成分の一部又は全てが前記天面4AによってX方向又はZ方向に変換される結果、光線が全反射条件を満たす可能性が高まる。
However, this effect is not limited to light rays incident on the light leakage reduction shape along the YZ plane or along a plane parallel to the YZ plane, that is, incident light rays having only components in the Y direction and the Z direction. . Similar effects can be obtained with respect to incident rays having components in the X direction in addition to the Y and Z directions. That is, a part or all of the Y direction component of the incident light beam is converted into the X direction or the Z direction by the
このように、光洩れ低減形状は、入射部4INの天面4a及び底面4bのいずれか一方を側面4c又は4dの上下方向(高さ方向)の幅が狭くなる方向に一様に傾斜させることだけでも、その機能を発揮できる。更に、本実施の形態では、図3に示すように、天面4aの一部を変形させて、交差する一対の細長い傾斜面(これを筋状の凹凸又はプリズムという)4g、4hを複数対設けており、一対の傾斜面4g、4hの交差部(これをプリズムの頂点という)4iが入射面4eから境界面4fに向かって延在するようにしているので、入射部4INの上下方向の寸法を小さくでき、バックライト装置の小型化に寄与することができる。尚、図3〜13に示す本実施の形態においては、一対の傾斜面4g、4hが光洩れ低減形状4Mを構成する。尚、一部の図面においては図示を省略しているが、後述するように一対の傾斜面4g、4hの間に間隙面4xが形成されている場合、間隙面4xも光洩れ低減形状4Mに含まれ、更に、後述するように一対の傾斜面4g、4hに接続するテーパ面4pが形成されている場合、テーパ面4pも光洩れ低減形状4Mに含まれるものとする。
Thus, in the light leakage reduction shape, either the
図5は、本発明者の行ったシミュレーション結果を示す図である。図5(a)においては、入射部4INを図3のZ軸方向に投影した状態を示し、図5(b)は、入射部4INを図3のX軸方向に投影した状態を示している。図5によれば、入射部4INに入射した光は、天面4aのプリズムと底面4bとの間で、R1〜R10の順序で反射しながら出射面に向かうことが理解される。
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result performed by the present inventor. 5A shows a state where the incident portion 4IN is projected in the Z-axis direction of FIG. 3, and FIG. 5B shows a state where the incident portion 4IN is projected in the X-axis direction of FIG. . According to FIG. 5, it is understood that the light incident on the incident portion 4IN is directed to the exit surface while being reflected in the order of R1 to R10 between the prism on the
ここで、入射部4INの好ましい形態について述べる。図6(a)は、入射部4INの光洩れ低減形状を除いた部分の側面図であり、図6(b)は、入射部4INの上面図であり、図6(c)は、光洩れ低減形状の部分のみを取り出した図であり、一対の傾斜面4g、4hを境界面側に向かってみた拡大図である。入射面4eにおける高さ方向の寸法をD1とし、境界面4fにおける高さ方向の寸法をD2とし、入射面4eと境界面4fとの間隔(全長)をL3とし、入射面4eと天面4aとの角度をθ1とし、入射面4eと底面4bとの角度をθ2としたときに、角度θ1又はθ2のうちいずれか小さいほうの角度が以下の式(1)の上限値を下回ると、入射部4INの全長L3を小さく抑えることができ、また下限値を上回るようにすると、全反射条件を満たしやすくなるので好ましい。
70°<θ<90° (1)
Here, a preferable form of the incident portion 4IN will be described. 6A is a side view of a portion of the incident portion 4IN excluding the light leakage reduction shape, FIG. 6B is a top view of the incident portion 4IN, and FIG. 6C is a light leakage. It is the figure which took out only the part of a reduced shape, and is the enlarged view which looked at a pair of
70 ° <θ <90 ° (1)
又、入射面4eの面積が、境界面4fの面積より大きいと、光を効率よく分配できるので好ましい。即ち、入射面4eにおける幅方向の寸法をL1とし、境界面4fにおける幅方向の寸法をL2としたときに、以下の式が成立するように入射部4INを設計すると好ましい。
L1×D1≦L2×D2 (2)
Further, it is preferable that the area of the
L1 × D1 ≦ L2 × D2 (2)
図6(b)において、入射部4INの中心線と、光洩れ低減形状であるプリズムの頂点とのなす角度γが、以下の式を満たすようにすると、全反射条件を満たしやすくなるので好ましい。なお、角度γは0°でも有効である。
0°≦γ≦40° (3)
In FIG. 6B, it is preferable that the angle γ formed by the center line of the incident portion 4IN and the apex of the prism having the light leakage reduction shape satisfy the following expression, because the total reflection condition is easily satisfied. The angle γ is effective even at 0 °.
0 ° ≦ γ ≦ 40 ° (3)
図6(c)における傾斜面4g、4hのなす角βは、以下の式の下限値以上とすることで、全反射条件を満たしやすくなり、また上限値以下とすることで、入射部4INの高さを抑えることができる。
100° ≦ β ≦ 170° (4)
The angle β formed by the
100 ° ≦ β ≦ 170 ° (4)
図7は、本実施の形態の変形例にかかる入射部の側面図である。図7(a)に示すように、LED2の出射面に対向する入射部4INの入射面に対して、入射部4INの天面4aとのなす角度θ1と、入射部4INの底面4bとのなす角度θ2とが等しくなる場合のみならず、図7(b)に示すように、入射部4INの入射面に対して、入射部4INの天面4aとのなす角度θ1と、入射部4INの底面4bとのなす角度θ2を異ならせても良い。又、図7(c)に示すように、入射部4INの入射面に対して、入射部4INの天面4a(或いは底面4b)とのなす角度θ1(或いはθ2)を鈍角とすることもできる。
FIG. 7 is a side view of an incident portion according to a modification of the present embodiment. As shown in FIG. 7A, the angle θ1 formed by the
図8は、本実施の形態の変形例にかかる入射部の天面を拡大して示す拡大図である。図8(a)に示すように、傾斜面4g、4hは水平面に対して同一角度で立ち上がる場合のみならず、図8(b)に示すように、異なる角度で立ち上がっていても良い。又、図8(c)に示すように、隣接するプリズム間に平面4jを配置しても良いし、図8(d)に示すように、傾斜面4g、4hの交差部4iを平面としても良い。更に、図8(e)に示すように、プリズムの表面を曲面としても良い。かかる場合、傾斜面4g、4hは交差部において滑らかに接続されることとなる。また、これら変形例の形状は、例えばライトガイドの長さ方向(奥行き方向)の途中から出現するよう構成したり、途中から切り替えて複数の形状が組み合わさるよう構成したりすることもできる。
FIG. 8 is an enlarged view showing the top surface of the incident portion according to the modification of the present embodiment. As shown in FIG. 8A, the
図9は、本実施の形態の変形例にかかる入射部の上面図である。図9(a)に示すように、プリズムの頂点である交差部4iは、入射部4INの中心線に対して両側に傾いて延在する場合のみならず、図9(b)に示すように、入射部4INの中心線と平行に延在しても良いし、図9(c)に示すように、入射部4INの中心線に対して一方向に傾いて延在しても良い。更に、図9(d)に示すように、交差部4iは放射状に延在しても良いし、直線でなく曲線を描くように延在しても良い。又、図9(e)及び図9(f)に示すように入射部4INの側面4c、4dは曲面であっても良い。尚、図9(b)(c)(d)における点線はプリズムの谷部(谷稜線)を表しており、例えば図9(a)では、このプリズムの谷部を省略して図示している。
FIG. 9 is a top view of an incident portion according to a modification of the present embodiment. As shown in FIG. 9 (a), the
図10は、別な実施の形態にかかる入射部の斜視図であり、図11は、図10に示す入射部の上面図である。図10においても同様に、導光板4の厚み方向を上下方向(Y方向)とし、導光板4の幅方向を左右方向(X方向)とする。PC、PMMA、シクロオレフィンポリマーなどの透明な樹脂から一体的に形成された入射部4INは、天面4aと、底面4bと、側面4c、4dと、これらに交差する入射面4eと境界面4fとを有している。なお、入射部4INと出射部4OTとの概念上の境界として、ここでは入射面4eに平行となるように定めた面を境界面4fとするが、これは外部に露出していない。更に、天面4aの一部が変形し、交差する一対の細長い傾斜面(これを筋状の凹凸又はプリズムという)4g、4hを複数対設けており、一対の傾斜面4g、4hの交差部(これをプリズムの頂点という)4iが入射面4eから境界面4fに向かって延在するようにしている。また、隣接し合う対の傾斜面4h、4g同士の交差部を谷稜線4jと規定する。
FIG. 10 is a perspective view of an incident part according to another embodiment, and FIG. 11 is a top view of the incident part shown in FIG. Similarly, in FIG. 10, the thickness direction of the
入射面4eはLED2の出射面2a(図1参照)に接触又は近接配置されている。側面4c、4dの入射面4e側における上下方向の寸法D1は、境界面4f側における上下方向の寸法D2よりも大きくなっており、また入射面4eの左右方向の寸法L1は、境界面4fの左右方向の寸法L2よりも小さくなっている。加えて、隣り合う交差部4i同士の入射面4e側における間隔W1が、境界面4f側における間隔W2よりも小さくなっている。又、入射面4e側の筋状の凹凸の数は、境界面4f側の筋状の凹凸の数に等しい。尚、本実施の形態においては、導光板4の厚み方向における光洩れ低減形状を形成する一対の傾斜面4g、4hの寸法が、入射面4e側から境界面4f側に向かって徐々に大きくなっている。
The
ここで、図10において、交差部4iにおける一対の傾斜面4g、4hのなす角をβとしたときに、下記条件式(4)を満たすこととなる。
100° ≦ β ≦ 170° (4)
Here, in FIG. 10, when the angle formed by the pair of
100 ° ≦ β ≦ 170 ° (4)
このような形状を有するので、入射面4eより入射した光の進行方向を制御することが容易になり、境界面4fでの照度分布や輝度分布等各種特性を目的に合わせて制御することが可能になるため、境界面4fにおける照度ムラの低減される。また、入射面4eより入射した光線が全反射条件を満たしやすくなるため、光の利用効率を高めることができる。
Since it has such a shape, it becomes easy to control the traveling direction of light incident from the
図12は、本発明者が行ったシミュレーションを結果を示す図である。図12には、図10,11に示す実施の形態において、入射面と天面とのなす角θ1を70°<θ1<90°を満たす範囲の一例として89.6°とし、屈折率1.525の樹脂素材を用いて入射部を構成した際に、光洩れ低減形状であるプリズムの頂角βを90°〜180°まで変化させた一例の結果を示している。尚、頂角βが180°とは、プリズムにより光洩れ低減形状がなく、天面が平面であることを指す。図12において、縦軸は光の効率であり、横軸はプリズムの頂角βである。図12に示す結果によれば、βが100°以上、170°以下の範囲で、光の利用効率を0.44以上確保することができる。更に、βが116°以上、165°以下の範囲で、光の利用効率を0.52以上確保することができる。
FIG. 12 is a diagram showing the results of a simulation performed by the inventor. 12, in the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, the angle θ <b> 1 between the incident surface and the top surface is 89.6 ° as an example of a range satisfying 70 ° <θ <b> 1 <90 °, and the
ところで、バックライト装置によっては、導光板4の出射部4OTの厚みを比較的薄くしたい場合がある。しかるに、出射部4OTの厚みに合わせて、入射部4INの厚みを薄くすると、傾斜面4g、4hの谷部の厚みがほぼゼロとなり、境界面4fの近傍で導光板4の強度が不足し、曲げや折損等の恐れが生じる。又、剛性低下による成形不良などの問題も生じる。そこで、導光板4の強度を確保するために、入射部4INの境界面4f側を、出射部4OTの境界面4f側に対してはみ出させるように成形することがある。
By the way, depending on the backlight device, there is a case where it is desired to relatively reduce the thickness of the emitting portion 4OT of the
かかる場合、図13に示すように、入射部4IN内を進行していた光が、はみ出した入射部4INの端面から出射部4OTの上部に位置する拡散板5に、側面から入射してしまい、拡散板5から出射する光の強度分布が不均一となる恐れがある。以下の実施の形態では、かかる不具合を緩和もしくは解消することができる。
In such a case, as shown in FIG. 13, the light traveling in the incident portion 4IN is incident from the side surface to the
図14は、別な実施の形態にかかる導光板4を示す斜視図である。本実施の形態において、厚み方向を上下方向としたときに、光洩れ低減形状を含めた入射部4INの境界面4f側(即ち出射部4OT)の最大厚みT1に対し、入射部4INの境界面4f側端部の厚みT2が薄くなっている。また、入射部4INの境界面4f側の高さ方向の寸法D2は、出射部4OTの境界面4f側の厚みT2より小さくなっている。従って、境界面4fに隣接した傾斜面4g、4hで形成される山部の一部が、境界面4fから上方にはみ出した状態となっている。なお、傾斜面4g、4hで形成される山部から傾斜面4g、4hのそれぞれが間隙面4xと交差する交差線4m、4nまで(すなわち光洩れ低減形状全体)が入射面3bからはみ出しても良いが、本発明の効果を得るためには、光洩れ低減形状の少なくとも一部が、入射面3bからはみ出した状態であればよい。
FIG. 14 is a perspective view showing a
更に本実施の形態において、複数対設けられた傾斜面のうち、谷を形成する2つの傾斜面4h、4g同士の間であって、底面4bに並行して延在する平面である間隙面4xを設けている。間隙面4xと、それに交差する2つの傾斜面4h、4gの交差線4m、4nは、入射面4e側から境界面4f側に向かうにつれて徐々に離れているので、製造が容易となっている。即ち、間隙面4xは上方から見て三角形状を有している。更に、間隙面4xは、境界面4fに接するが、入射面4eに接しないように形成されている。尚、間隙面4xが形成されているために、導光板3の厚み方向における光洩れ低減形状を構成する傾斜面4g、4hの寸法は、入射面4e側から境界面4f側に向かって徐々に大きくなった後、徐々に小さくなっている(図15参照)。一対の傾斜面4g、4hのなす角度βは交差部4iの全長にわたって一定であるので、製造が容易となっている。それ以外の構成については、図10に示す実施の形態と同様であるため説明を省略する。図14〜16に示す本実施の形態においては、一対の傾斜面4g、4h及び間隙面4xが光洩れ低減形状4Mを構成する。
Furthermore, in the present embodiment, among a plurality of pairs of inclined surfaces, a
図15は、図14に示す実施の形態を側方から見た図である。本実施の形態によれば、入射部4INの入射面4eから入射した光のうち、天面4aの近傍を通過する光の一部が、間隙面4xで全反射されることにより、境界面4fを通過するように方向付けされるようになっている。これにより、入射部4INの境界面4fに隣接する端面から、導光板4の外部に洩れ出す光を抑制することができる。
FIG. 15 is a side view of the embodiment shown in FIG. According to the present embodiment, a part of the light that passes through the vicinity of the
図16は、本発明者が行ったシミュレーションの結果を示すグラフであり、縦軸が光の洩れ率であり、横軸が出射部の境界面側厚みT2に対する光洩れ低減形状を含めた入射部の境界面側の最大厚みT1に対応する。本発明者は、水平面(ここでは導光板4の底面と平行である面をいう)に対する間隙面4xの傾き角を、0°、0.1°、0.2°、0.3°と変えて検討したところ、いずれの条件でも、T1/T2を大きくするにつれて光の洩れ率が増大することが判明した。尚、別の検討結果では、T1/T2が、1.1〜1.5の範囲で光の利用効率が高くなることがわかっている。
FIG. 16 is a graph showing the results of a simulation performed by the present inventors, where the vertical axis represents the light leakage rate, and the horizontal axis represents the incident portion including the light leakage reduction shape with respect to the boundary surface side thickness T2 of the emission portion. Corresponds to the maximum thickness T1 on the boundary surface side. The inventor changed the inclination angle of the
図17は、更に別な実施の形態にかかる導光板4を示す斜視図である。本実施の形態においては、複数対設けられた傾斜面のうち、山を形成する2つの傾斜面4g、4hにそれぞれ交差すると共に、境界面4fに接し且つ境界面4fに対して所定の角度で入射面4e側に傾いたテーパ面4pを設けている。かかるテーパ面4pは、境界面4fに対して角度δで傾いた仮想平面Qにより、複数対の傾斜面4g、4hを一括して削ぎ落とすことで形成できるが、各テーパ面4pの傾き角を互いに異ならせるようにしても良い。尚、本実施の形態においては、入射部4INの境界面4f側端部の最大厚みT1と、出射部4OTの境界面4f側端部の厚みは等しくなっている。テーパ面4pが形成されているために、導光板4の厚み方向における光洩れ低減形状を構成する傾斜面4g、4hの寸法は、入射面4e側から境界面4f側に向かって徐々に大きくなった後、徐々に小さくなっている(図18参照)。一対の傾斜面4g、4hのなす角度βは交差部4iの全長にわたって一定である。それ以外の構成については、図10に示す実施の形態と同様であるため説明を省略する。図17〜19に示す本実施の形態においては、一対の傾斜面4g、4h及びテーパ面4pが光洩れ低減形状4Mを構成する。
FIG. 17 is a perspective view showing a
図18は、図17に示す実施の形態を側方から見た図である。本実施の形態によれば、入射部4INの入射面4eから入射した光のうち、天面4aの近傍を通過する光の一部が、テーパ面4pで全反射されることにより、境界面4fを通過するように方向付けされるようになっている。これにより境界面4fを介して出射部4OT側に、より多くの光を取り込むことができる。
FIG. 18 is a side view of the embodiment shown in FIG. According to the present embodiment, a part of the light that passes through the vicinity of the
図19は、本発明者が行ったシミュレーションの結果を示すグラフであり、(a)においては、縦軸が光の利用効率であり、横軸が図17に示す入射部のテーパ面と境界面とのなす角度δであり、(b)においては、縦軸が光の洩れ率であり、横軸が入射部のテーパ面と境界面とのなす角度δである。図19から明らかなように、テーパ面4pは75°〜85°の範囲で光の洩れ率が最も低く、光の利用効率が最も高くなることが判明した。
FIG. 19 is a graph showing the results of a simulation performed by the present inventor. In (a), the vertical axis represents the light utilization efficiency, and the horizontal axis represents the tapered surface and the boundary surface of the incident portion shown in FIG. In (b), the vertical axis is the light leakage rate, and the horizontal axis is the angle δ between the tapered surface of the incident portion and the boundary surface. As is clear from FIG. 19, it was found that the tapered
図20は、別な変形例にかかる導光板4の側面図である。図20に示すように、光洩れ低減形状を構成する傾斜面4g、4hは、入射部4INの出射面4e側では天面4aに設け、境界面4f側では底面4bに設けるようにしても良い。このとき、天面4a側の傾斜面4g、4hと、底面4b側の傾斜面4g、4hとは上下方向に重合しないことが望ましい。
FIG. 20 is a side view of the
図21は、別な変形例にかかる導光板4の側面図である。図21(a)に示すように、入射部4INの底面4bが出射部4OTの底面4sに対して傾くように配置されていると、境界面4fから出射部4OT側に取り込まれる光の量が増大し、光の利用効率が高まる。
FIG. 21 is a side view of the
一方、図21(b)に示すように、入射部4INの底面4bが出射部4OTの底面4sに対して同一平面上に配置されていると、組付性が向上する。
On the other hand, as shown in FIG. 21B, when the
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、プリズムは底面4bのみに設けても良く、天面4aと底面4bの双方に形成されていても良い。又、天面4a及び/又は底面4bを平面状として、ここにプリズムを形成したシートを貼り付けても良い。又、入射部4INと出射部4OTとは分離していても良い。
The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the prism may be provided only on the
1 筐体
2LED
3 凸部
4 導光板
4IN 入射部
4OT 出射部
4A,4A’、4a 天面
4b 底面
4c、4d 側面
4e 入射面
4f 境界面
4g、4h 傾斜面
4i 交差部
4k 出射面
4x 間隙面
4p テーパ面
5 拡散板
6 液晶表示素子
1
3
Claims (1)
前記入射部は、前記発光素子からの光を入射するための入射面と、前記入射部と前記出射部との境界を定め且つ前記入射部から前記出射部に向かう光が通過する境界面と、前記入射面と前記境界面とに交差する方向に延在し且つ互いに対向する天面及び底面とを有し、
前記導光板の厚み方向における前記入射面の寸法よりも、前記導光板の厚み方向における前記出射面の寸法が小さくなるように、前記天面と前記底面の一方の面が、他方の面に対して傾斜しており、
前記天面と前記底面の少なくとも一方に、前記入射面より入射された光のうち、前記境界面以外の面から出射される光の量を抑制する光洩れ低減形状を備えた構造が設けられており、
前記光洩れ低減形状は、前記入射面側から前記境界面側に向かって延在し前記導光板の厚み方向に沿って延在する平面を仮想平面としたとき、前記発光素子から出射され前記仮想平面に沿って進む光が前記光洩れ低減形状に入射した際に、その反射光が前記仮想平面から離れるような方向成分を持つ形状であり、
前記光洩れ低減形状は、前記入射面側から前記境界面側に向かって延在する交差部を有する一対の傾斜面を複数対有し、該複数対の傾斜面は、前記導光板の厚み方向に見て、前記発光素子の出射面の法線の方向に沿って交差部が延在する傾斜面対と、当該傾斜面対の両側に配列された傾斜面とを含み、
隣り合う前記交差部の前記入射面側における間隔が、前記境界面側における間隔よりも小さくなっており、
前記出射部は、前記境界面と交差する方向に延在する出射面を有し、
前記交差部における一対の傾斜面のなす角度をβとしたときに、下記条件式(4)を満たすことを特徴とする導光板。
100°≦β≦170° (4) A light guide plate integrally formed with an incident part for incident light from the light emitting element and an outgoing part for emitting incident light to the outside,
The incident portion is an incident surface for incident light from the light emitting element , a boundary surface that defines a boundary between the incident portion and the emission portion and through which light traveling from the incident portion to the emission portion passes, A top surface and a bottom surface extending in a direction intersecting the incident surface and the boundary surface and facing each other;
One surface of the top surface and the bottom surface is relative to the other surface so that the size of the exit surface in the thickness direction of the light guide plate is smaller than the size of the entrance surface in the thickness direction of the light guide plate. Is inclined,
At least one of the top surface and the bottom surface is provided with a structure having a light leakage reduction shape that suppresses the amount of light emitted from a surface other than the boundary surface among light incident from the incident surface. And
The light leakage reduction shape is emitted from the light emitting element when the plane extending from the incident surface side toward the boundary surface side and extending along the thickness direction of the light guide plate is a virtual plane. When light traveling along a plane is incident on the light leakage reducing shape, the reflected light has a directional component that leaves the virtual plane,
The light leakage reduction shape has a plurality of pairs of inclined surfaces having intersections extending from the incident surface side toward the boundary surface side, and the plurality of pairs of inclined surfaces are in the thickness direction of the light guide plate. As seen from the above, including a pair of inclined surfaces in which an intersection extends along the direction of the normal line of the emission surface of the light emitting element , and inclined surfaces arranged on both sides of the inclined surface pair,
The interval on the incident surface side of the adjacent intersecting portions is smaller than the interval on the boundary surface side,
The exit portion may have a exit surface extending in a direction intersecting with the boundary surface,
A light guide plate that satisfies the following conditional expression (4), where β is an angle formed by a pair of inclined surfaces at the intersection .
100 ° ≦ β ≦ 170 ° (4)
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