JPH0642028B2 - Flat light source - Google Patents

Flat light source

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JPH0642028B2
JPH0642028B2 JP58101204A JP10120483A JPH0642028B2 JP H0642028 B2 JPH0642028 B2 JP H0642028B2 JP 58101204 A JP58101204 A JP 58101204A JP 10120483 A JP10120483 A JP 10120483A JP H0642028 B2 JPH0642028 B2 JP H0642028B2
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incident
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JP58101204A
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富雄 曽根原
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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Seiko Epson Corp
Suwa Seikosha KK
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0038Linear indentations or grooves, e.g. arc-shaped grooves or meandering grooves, extending over the full length or width of the light guide

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄型の平面光源に関する。The present invention relates to a thin flat light source.

さらに詳しくは、人工光源の光束を集束・導光・発散し
て生じる第1の光束と、導光系を透過する第2の光束を
光源光束とした平面光源に関する。
More specifically, the present invention relates to a flat light source in which a first light flux generated by focusing, guiding, and diverging a light flux of an artificial light source and a second light flux passing through a light guide system are light source light fluxes.

従来、平面光源として使用に供されているものは、EL
(エレクトロルミネセンス),平型蛍光管,第1図に示
すような電球,あるいは放電管と光の拡散板を用い
た系等がある。電力消費の大きな機器とこれらの平面光
源を使用する場合には、光源の電力消費は問題とならな
い。しかし、液晶表示装置等の低消費電力機器と組み合
わせて使用する場合には、平面光源は十分な明るさを低
消費電力で得なければならない。従来の平面光源は自発
光であり、周囲環境光が強い場合、周囲環境光に匹敵す
る光量を得るのには、常時大きな電力を必要とした。こ
れは低消費電力機器にとつて致命的な欠点となつてい
る。
Conventionally, what has been used as a flat light source is EL
(Electroluminescence), a flat fluorescent tube, an electric bulb as shown in FIG. 1, or a system using a discharge tube and a light diffusion plate. When using high power consumption equipment and these planar light sources, the power consumption of the light source is not a problem. However, when used in combination with a low power consumption device such as a liquid crystal display device, the flat light source must obtain sufficient brightness with low power consumption. The conventional planar light source emits light by itself, and when the ambient light is strong, a large amount of power is always required to obtain a light amount comparable to the ambient light. This is a fatal drawback for low power consumption devices.

本発明は、このような従来の平面光源の欠点に鑑み考案
されたもので、周囲環境光の強い場合はこれを積極的に
利用し、周囲環境光の弱い時だけ内部人工光源の光を利
用するものであり、その目的はシステムの消費電力を減
少させることにある。
The present invention has been devised in view of the drawbacks of the conventional flat light source. When the ambient light is strong, it is used positively, and the light of the internal artificial light source is used only when the ambient light is weak. The purpose is to reduce the power consumption of the system.

以下、実施例に基づき本発明を詳説する。Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

実施例1. 第2図は、導光系として断面がおおむね、くさび状の導
光体と内部人工光源から成る系を示している。人工光
源は蛍光管を用いたが、各種放電管,白熱灯,EL,
発光ダイオード等ももちろん使用できる。導光体は、
第3図(a),(b)の断面図に示すように、その一面を鋸
状(フレネル)形状(a),散乱面(b)のように成形加工さ
れた、少なくとも屈折率が周囲媒質より大きな透明体で
ある。ここでは加工性の点からアクリル樹脂を採用した
が、材質は特に問わない。第3図(a)の鋸状形状の断面
のタイプは、全反射しやすいように各面を鏡面加工して
ある。出射光の配光特性を変えるためには、鋸状形状の
傾き等を変更し、表面の荒さピツチを最適化することに
よつて対処することができる。第3図(b)は、散乱加工
したものである。第3図(a),(b)に示すように、広がつ
た端面から入射した内部人工光源の光束(実線矢印)
は、全反射,屈折後に全反射され、導光体の出射面
(第3図では上方面)から出射する。これが第1の光束
である。第3図の光源は光束の一部を示したものである
から、もちろん有効に利用されない光束も存在する。
Example 1 FIG. 2 shows a light guide system including a wedge-shaped light guide body and an internal artificial light source with a generally cross section. A fluorescent tube was used as the artificial light source, but various discharge tubes, incandescent lamps, EL,
Of course, a light emitting diode or the like can also be used. The light guide is
As shown in the cross-sectional views of FIGS. 3 (a) and 3 (b), one surface of which has a sawtooth (Fresnel) shape (a) and a scattering surface (b) is processed to have at least a refractive index of the surrounding medium. It is a larger transparent body. Although acrylic resin is used here in terms of workability, the material is not particularly limited. In the type of the saw-like cross section shown in FIG. 3 (a), each surface is mirror-finished so as to facilitate total reflection. In order to change the light distribution characteristic of the emitted light, it is possible to deal with it by changing the inclination of the sawtooth shape and the like to optimize the surface roughness pitch. FIG. 3 (b) is a scatter processed product. As shown in Figs. 3 (a) and 3 (b), the luminous flux of the internal artificial light source (solid arrow) that is incident from the wide end face.
Is totally reflected, refracted and then totally reflected, and is emitted from the emission surface (upper surface in FIG. 3) of the light guide. This is the first light flux. Since the light source of FIG. 3 shows a part of the luminous flux, there are, of course, luminous fluxes that are not effectively used.

次に、第2の光束である周囲環境光は、第3図破線の矢
印のように導光体の成形面から入射し、導光体によ
り屈折,透過して成形面と反対側に出射する。周囲環境
光が強い場合には、このようにして周囲環境光を利用す
る。また、第1の光束である内部人工光源と第2の光束
である周囲環境光を同時に利用することもできる。
Next, the ambient light, which is the second light flux, enters from the molding surface of the light guide as shown by the broken line arrow in FIG. 3, is refracted and transmitted by the light guide, and is emitted to the side opposite to the molding surface. . When the ambient light is strong, the ambient light is used in this way. It is also possible to use the internal artificial light source that is the first light flux and the ambient light that is the second light flux at the same time.

この原理は第3図に示すように、入射方向がまつたく異
なる2つの光束を、一方は界面で全反射され、他方は屈
折,透過して同じ方向に出射するというものである。さ
らに、高屈折媒質中を伝播する光束が特定の方向から成
形面に入射することを利用するものである。
This principle is that, as shown in FIG. 3, two luminous fluxes having different incident directions are totally reflected at the interface, and the other is refracted and transmitted and emitted in the same direction. Furthermore, the fact that the light beam propagating through the high-refractive medium enters the molding surface from a specific direction is used.

人工光源は、様々なものを採用できるが、任意に点灯,
消灯もしくは減灯ができなければならない。前述したよ
うに、周囲環境光の強弱によつて人工光源の光束量を調
節するためである。このように人工光源の減光、もしく
は消灯によつて、時間的に平均した消費電力を低減する
ことが可能となつた。
Although various artificial light sources can be adopted, they can be turned on arbitrarily,
It must be able to be turned off or dimmed. This is because, as described above, the amount of luminous flux of the artificial light source is adjusted depending on the intensity of ambient light. In this way, it is possible to reduce power consumption averaged over time by dimming or turning off the artificial light source.

周囲環境光を有効に導光体へ入射させるために、第4
図,第5図に示す,反射板,ライトガイド等を採用
すると良い。第4図は、反射板を使つた場合である。
周囲環境光は、反射板により導光体により多く光束
を入射することができる。これは一般に周囲環境光が上
方から多く入射する成分を多く有しているからである。
また周囲環境光の方向による変動を小さくするために、
光拡散板を設置しても良い。光拡散板の設置位置は、
導光体の出射面側,成形面側,反射板の直前などが
あるが、平面光源の輝度分布を小さくするところを選択
する。第5図は、光ファイバーを集束したライトガイド
を用いた場合である。これも周囲環境光を有効に導光
体に導く一方法である。
In order to make the ambient light effectively enter the light guide, the fourth
It is advisable to employ the reflector, light guide, etc. shown in FIGS. FIG. 4 shows the case where a reflector is used.
A large amount of ambient light can be incident on the light guide body by the reflection plate. This is because the ambient light generally has many components that are incident from above.
Also, in order to reduce the fluctuation due to the direction of ambient light,
A light diffusion plate may be installed. The installation position of the light diffusion plate is
Although there are the exit surface side of the light guide, the molding surface side, immediately before the reflector, etc., the location where the brightness distribution of the flat light source is made small is selected. FIG. 5 shows the case where a light guide in which optical fibers are focused is used. This is also one method of effectively guiding the ambient light to the light guide.

また、人工光源の光束を有効に導光体に導くために集光
手段を用いると、更に明るい平面光源とすることができ
る。
Further, if a light converging unit is used to effectively guide the light flux of the artificial light source to the light guide, a brighter flat light source can be obtained.

実施例2. 第6図は、導光体として屈折率が周囲媒質より大きい平
板状の透明体中に屈折率が透明体と異なる粒子を分散
した場合(a)、反射性粒子を分散した場合(b)の
導光体の断面を示すものである。第1の光束である人工
光源光束(実線矢印)は、導光体の端面から入射し、異
屈折率粒子、あるいは反射性微粒子に反射、あるい
は屈折後反射、あるいは散乱して、その一部が出射面
から取り出される。これが第1の光束である。
Example 2. FIG. 6 shows a case where particles having a refractive index different from that of the transparent body are dispersed in a plate-shaped transparent body having a refractive index larger than that of the surrounding medium as a light guide (a), and reflective particles are dispersed. It is a figure which shows the cross section of the light guide of (b). The artificial light source light flux (solid arrow), which is the first light flux, enters from the end face of the light guide and is reflected by the refraction index particles or the reflective fine particles, or after refraction is reflected or scattered, and a part thereof is generated. It is taken out from the emitting surface. This is the first light flux.

第2の光束(破線矢印)は、周囲環境光が入射面から
入射し、第1の光束と同様、反射,屈折後反射,散乱さ
れ、その一部が出射面から取り出される。第1の光束
と第2の光束は、このように導光体で混合され、両方が
平面光源の光束となる。
The ambient light enters the second light flux (broken line arrow) from the incident surface, is reflected, refracted, and then reflected and scattered like the first light flux, and a part thereof is extracted from the emission surface. The first light flux and the second light flux are thus mixed by the light guide body, and both become the light flux of the planar light source.

実施例1と同様な周囲環境光を有効に取り入れる方法、
平面光源の輝度分布を均質化する方法を採用すること
は、もちろん可能である。
A method for effectively taking in ambient light similar to that of the first embodiment,
It is of course possible to adopt a method of homogenizing the brightness distribution of the flat light source.

周囲環境光の強弱により人工光源の光束量を変えられる
ために、実施例1と同様、システムの消費電力を低減す
ることができる。
Since the luminous flux of the artificial light source can be changed depending on the intensity of the ambient light, the power consumption of the system can be reduced as in the first embodiment.

以上は、第1の光束を人工光源による光束、第2の光束
を周囲環境光による光束として説明したが、その逆に、
第1の光束を周囲環境光、第2の光束を人工光源とする
ことも勿論可能である。
In the above description, the first light flux is the light flux from the artificial light source and the second light flux is the light flux from the ambient light. However, conversely,
It is of course possible to use the first light flux as ambient light and the second light flux as an artificial light source.

以上述べたように、本発明によれば次のような効果があ
る。
As described above, the present invention has the following effects.

第一の効果は、第一の光束と第二の光束とが二つの輝度
分布均質化手段、すなわち第二の面に形成された鋸状形
状または分散形状と、光拡散板とを経るために、広い面
積において均質化された輝度分布を実現でき、さらに
は、第一の面から入射する第一の光束は斜面で反射され
てから第二の面に到達する光束と直接第二の面に到達す
る光束があるため、第二の面に入射する第一の光束の入
射角分布が大きくなり、第一の光束が輝度分布はさらに
均質化されることである。すなわち、均質化の相乗効果
によって輝度分布の均質化を格段に向上させることがで
きる。
The first effect is that the first light flux and the second light flux pass through the two brightness distribution homogenizing means, that is, the sawtooth shape or the dispersion shape formed on the second surface, and the light diffusing plate. , It is possible to realize a homogenized luminance distribution in a wide area, and further, the first light flux incident from the first surface is reflected on the slope and then reaches the second surface, and directly to the second surface. Since there is a luminous flux that reaches, the incident angle distribution of the first luminous flux incident on the second surface becomes large, and the luminance distribution of the first luminous flux is further homogenized. That is, the synergistic effect of homogenization can significantly improve the homogenization of the luminance distribution.

第二の効果は、導光系の第二の面に形成された鋸状形状
または分散形状と、光拡散板とをおよそ導光系の厚み分
だけ離して配置することによって、薄型の平面光源を実
現できることである。
The second effect is that the sawtooth shape or the dispersion shape formed on the second surface of the light guide system and the light diffusing plate are arranged so as to be separated from each other by the thickness of the light guide system. Can be realized.

本発明の平面光源を基本構成とし、第一の光束を人工光
源の光束、第二の光束を周囲環境光の光束とし、反射板
や光ファイバを集束したライトガイドを用いて周囲環境
光を高い効率で導光系に取り込むことによって、高い輝
度が得られるとともに、人工光源の光量を減少させるこ
とができ人工光源の消費電力を低減できる。すなわち、
薄型、均質輝度、高輝度、低消費電力の平面光源を実現
できる。
Using the flat light source of the present invention as a basic configuration, the first light flux is a light flux of an artificial light source, the second light flux is a light flux of ambient environment light, and the ambient light is increased by using a light guide focusing a reflector or an optical fiber. By efficiently incorporating the light into the light guide system, high brightness can be obtained, and the light amount of the artificial light source can be reduced, so that the power consumption of the artificial light source can be reduced. That is,
It is possible to realize a flat light source that is thin, has uniform brightness, high brightness, and low power consumption.

本発明は、低消費電力機器に用いる平面光源として有効
であり、表示面積の広い液晶表示装置の背面光源には特
に有効である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective as a flat light source used in low power consumption devices, and is particularly effective as a back light source of a liquid crystal display device having a large display area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、従来の平面光源の一例を示したものである。 第2図は、本発明によるくさび断面形導光体を用いた系
の断面図である。 第3図は導光体の断面図である。 (a)はフレネル(鋸状)形状の場合を示す。 (b)は散乱形状の場合を示す。 第4図は、反射板を用いて周囲環境光を有効に利用した
場合の断面図である。 第5図は、ライトガイドを用いて周囲環境光を有効に利
用した場合の断面図である。 第6図は導光体の断面図である。 (a)は異屈折率粒子を分散した場合を示す。 (b)は反射性粒子を分散した場合を示す。
FIG. 1 shows an example of a conventional flat light source. FIG. 2 is a cross-sectional view of a system using the wedge-shaped light guide according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view of the light guide. (a) shows the case of Fresnel (sawtooth) shape. (b) shows the case of the scattering shape. FIG. 4 is a cross-sectional view when the ambient light is effectively used by using a reflector. FIG. 5 is a cross-sectional view when the ambient light is effectively used by using the light guide. FIG. 6 is a sectional view of the light guide. (a) shows the case where the modified refractive index particles are dispersed. (b) shows the case where the reflective particles are dispersed.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】概ねくさび状の導光系へ、二つの光束が入
射し、前記導光系の同一の面から前記二つの光束が出射
する平面光源において、 前記導光系は光束が出射する斜面と、光束が入射する第
一の面と第二の面とを有し、 前記第二の面の断面は、鋸状形状または散乱形状を有し
てなり、 光拡散板が前記斜面を挟んで前記第二の面に対向して配
置されてなり、 第一の光束が前記第一の面から前記導光系へ入射し、第
二の光束が前記第二の面から前記導光系へ入射し、前記
第一の光束と前記第二の光束とが前記斜面から出射し、
前記光拡散板を透過して出射することを特徴とする平面
光源。
1. A planar light source in which two light beams are incident on a substantially wedge-shaped light guide system and the two light beams are emitted from the same surface of the light guide system, wherein the light beams are emitted from the light guide system. It has an inclined surface, a first surface and a second surface on which a light beam is incident, and the cross section of the second surface has a sawtooth shape or a scattering shape, and a light diffusion plate sandwiches the inclined surface. The first light flux is incident on the light guide system from the first surface, and the second light flux is transmitted from the second surface to the light guide system. Incident, the first light flux and the second light flux exits from the slope,
A flat light source, characterized in that the flat light source transmits the light through the light diffusion plate.
【請求項2】前記第一の光束は人工光源による光束であ
り、前記第二の光束は周囲環境光による光束であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の平面光源。
2. The flat light source according to claim 1, wherein the first light flux is a light flux generated by an artificial light source and the second light flux is a light flux generated by ambient light.
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