Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP4761422B2 - Surface light source device and light guide used therefor - Google Patents

Surface light source device and light guide used therefor Download PDF

Info

Publication number
JP4761422B2
JP4761422B2 JP2001272050A JP2001272050A JP4761422B2 JP 4761422 B2 JP4761422 B2 JP 4761422B2 JP 2001272050 A JP2001272050 A JP 2001272050A JP 2001272050 A JP2001272050 A JP 2001272050A JP 4761422 B2 JP4761422 B2 JP 4761422B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light guide
light source
source device
inclination angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001272050A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003075649A5 (en
JP2003075649A (en
Inventor
友義 山下
泰子 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp, Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2001272050A priority Critical patent/JP4761422B2/en
Publication of JP2003075649A publication Critical patent/JP2003075649A/en
Publication of JP2003075649A5 publication Critical patent/JP2003075649A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4761422B2 publication Critical patent/JP4761422B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface light source unit of high quality which eliminates unevenness of luminance regularity accompanying the use of a small number of spot primary light sources without deteriorating the traveling-direction distribution of projection light. SOLUTION: The unit has an LED 2, a plate type light guide 2 having a light incidence end surface 41 and a roughened light projection surface 43, and a light deflecting element 6. On a light guide reverse surface 44, a plurality of parallel lens arrays which extend in the direction of directivity in the light projection surface 43 of light guide incident light are formed and its top surface is of 10 to 50 deg. in mean tilt angle and 5 to 30 deg. in the maximum value of the absolute value of the difference between the absolute value (a) of the tilt angle of a tangent at each point of a sectional shape and the mean tilt angle (b). The number of fine areas in a range of &plusmn;5 deg. from the angle where the maximum frequency is shown in the frequency distribution of the absolute value of the tilt angle of a tangent at each fine area of the sectional shape is <=40% of the number of all fine areas. On a light deflecting element incidence surface 61, a plurality of prism arrays 61a are formed in parallel to the light guide light incidence end surface 41.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置に関するものであり、特に、小型化及び消費電力低減を企図した面光源装置に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば携帯電話機などの携帯型電子機器のディスプレイパネルや各種機器のインジケータとして使用される比較的小型の液晶表示装置のバックライトに好適に適用される。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、液晶表示装置は、携帯用ノートパソコン等のモニターとして、あるいは液晶テレビやビデオ一体型液晶テレビ等の表示部として、更にはその他の種々の分野で広く使用されてきている。液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト部としては、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のものが多用されている。従来、バックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも1つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の2つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広く利用されている。
【0003】
このようなバックライトでは、線状または棒状の一次光源の両端部に近い導光体コーナー部や、導光体の光入射端面に隣接する側端面の近くの領域に十分な光量が到達せず、これらの部分や領域の輝度が低下しやすいという問題がある。
【0004】
ところで、近年、携帯電話機や携帯用ゲーム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気機器また電子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置について、小型化とともに消費電力の低減が要望されている。そこで、消費電力低減のために、バックライトの一次光源として、点状光源である発光ダイオード(LED)が使用されている。LEDを一次光源として用いたバックライトとしては、例えば特開平7−270624号公報に記載されているように、線状の一次光源を用いるものと同様な機能を発揮させるために、複数のLEDを導光体の光入射端面に沿って一次元に配列している。このように複数のLEDの一次元配列による一次光源を用いることにより、所要の光量と画面全体にわたる輝度分布の均一性とを得ることができる。
【0005】
しかるに、小型の液晶表示装置の場合には、更に一層の消費電力の低減が要求されており、これに応えるためには使用するLEDの数を少なくすることが必要である。しかしながら、LEDの数を少なくすると発光点間の距離が長くなるので、隣接発光点の間の領域に近接する導光体の領域が拡大し、この導光体領域から所要の方向へと出射する光の強度が低下する。これは、面光源装置発光面における観察方向の輝度分布の不均一化(すなわち、輝度均斉度の不均一)をもたらす。
【0006】
また、特公平7−27137号公報では、光出射面が粗面の導光体を用い、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、バックライトの消費電力を抑えるとともに、輝度も極力犠牲にしないために出射光の分布を狭くする方法が提案されている。しかし、このようなバックライトでは、低消費電力で高い輝度が得られるものの、導光体からの出射光の輝度分布の不均一性がプリズムシートを通して視認されやすいものであった。
【0007】
これら輝度分布の不均一性の原因は、導光体の光入射端面に配置した個々のLEDから発せられる光が指向性を持っており、さらに導光体に入射する際の屈折作用により導光体に入射した光は広がりが比較的狭くなるためであり、図24に示したように、複数のLEDの配列における両端のLEDより外側に対応する導光体領域に暗い部分が発生し、液晶表示装置の表示画面に対応する有効発光領域の隅部が暗くなる。特に、消費電力の低減を図るために、使用するLEDの個数を少なくしたり、LEDを導光体に近接して設置する場合には、暗い部分の発生が顕著になる。このように、一次光源として点状光源を用いる従来のバックライトでは、消費電力の低減と輝度分布の均一性維持とを両立させることは困難であった。
【0008】
さらに、一次光源として冷陰極管等の線状光源を使用したバックライトにおいて、入射面近傍部の暗部等を解消する方法として、例えば特開平9−160035号公報には導光体の光入射端面を粗面にする方法が提案されているが、LED等の点状光源を一次光源として用いたバックライトでは、このような方法では十分に前記のような暗い部分を解消することはできなかった。
【0009】
一方、実開平5−6401号公報や特開平8−179322号公報等には、冷陰極管等の線状光源を用いたバックライトにおいて、導光体からの出射光を光入射面と平行な方向において収束させる目的で、光入射端面に略垂直な方向に沿って延びる多数のプリズム列を導光体の光出射面あるいはその反対面に並列して形成したものが提案されている。しかし、点光源を用いたバックライトでは、このようなプリズム列からなるレンズ列を形成した導光体を使用した場合に、導光体に入射した光を導光体面内である程度広げることはできるものの、レンズ列では特定方向に異方性をもって光が広げられるため、図23に示したように輝度分布が不均一な部分が発生するという問題点を有している。
【0010】
本発明の目的は、以上のような面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用等に伴う輝度均斉度の不均一を出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列の延在方向と直交する前記レンズ列の断面形状は、前記導光体のレンズ列形成平面に対する平均傾斜角が10〜50°であり、かつ、前記断面形状の各点での接線の前記レンズ列形成平面に対する角度の絶対値(a)と前記平均傾斜角(b)との差の絶対値|(a)−(b)|の最大値が5〜30°の範囲であり、前記断面形状の各微小領域での接線と前記レンズ列形成平面とのなす角度の絶対値の度数分布において最大度数を示す角度から±5°以内の範囲内の前記微小領域の数の全微小領域の数に対する割合が50%以下であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【0012】
本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が90°以上であり、前記断面形状の平均傾斜角が12.5〜30°である。本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が70〜90°であり、前記断面形状の平均傾斜角が11〜20°または25〜35°である。本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が70°以下であり、前記断面形状の平均傾斜角が10〜17°または27.5〜50°である。
【0013】
本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凸の曲線を含んでなる。本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凹の曲線を含んでなる。本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線を含んでなる。
【0014】
本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一端縁に形成されており、該端縁に直交する方向に沿って前記レンズ列が延びている。本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一隅部に形成されており、該隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ方向に沿って前記レンズ列が延びている。本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一隅部に形成されており、該隅部に隣接する2つの端縁の双方に対して略同一の角度をなす方向に沿って前記レンズ列が延びている。
【0015】
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光入射端面は異方性粗面からなり、該異方性粗面は前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角より大きいことを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【0016】
本発明の一態様においては、前記異方性粗面は、前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が3〜60°であり、前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角が5°以下である。本発明の一態様においては、前記異方性粗面は、前記光出射面と直交する方向で測定した場合の傾き角8°以上の領域の長さが全測定長の5%以下である。
【0017】
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面に沿った方向に隔てられ同一平面上に配置された複数の前記光入射端面を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が前記同一平面より外方へ突出して突出部を形成しており、該突出部では前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して傾斜していることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【0018】
本発明の一態様においては、前記突出部での前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して5〜60°傾斜している。
【0019】
以上のような本発明の一態様においては、前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの片方に光出射機構を備えている。以上のような本発明の一態様においては、前記光出射機構は、粗面、または前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列からなる。以上のような本発明の一態様においては、前記光出射機構の平均傾斜角は0.5〜7°である。
【0020】
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
以上のような面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置されている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている少なくとも1つの光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記導光体に隣接する光偏向素子の前記入光面に、前記導光体の光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【0021】
本発明の一態様においては、前記一次光源は点状光源である。本発明の一態様においては、前記一次光源はLEDである。本発明の一態様においては、前記一次光源は前記光入射端面に対して0.2mm以下の距離隔てて配置されている。
【0022】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子の入光面の複数のプリズム列のそれぞれは、2つのプリズム面を備えており且つ該プリズム面のうちの一方から入射した光を前記プリズム面のうちの他方により全反射させるものである。
【0023】
本発明の一態様においては、前記導光体の裏面に対向して光反射素子が配置されている。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【0025】
図1は、本発明による面光源装置の一つの実施形態を示す分解斜視図である。図1に示されているように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源としてのLED2と、該LEDから発せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面から出射させるXY面内の矩形板状の導光体4と、該導光体に隣接配置される光偏向素子6及び光反射素子8とを備えている。導光体4は上下2つの主面と該主面の外周縁どうしを連ねる4つの端縁とを有している。
【0026】
LED2は導光体4の互いに略平行な1対の端縁のうちの一方(図1の手前側の端縁:入射端縁)に隣接し且つそのX方向に関する中央に配置されている。本発明においては、一次光源であるLED等の点状光源は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が好ましいが、導光体4の大きさ等によって複数個を等間隔あるいは近接して配置することもできる。
【0027】
導光体4の入射端縁には、LED2が配置される位置に相当する光入射端面41が形成されている。導光体4に形成される光入射端面41は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。LED発光面と光入射端面とは、凹凸逆の互いに嵌り合う形状(双方が平面である場合を含む)であることが好ましい。
【0028】
導光体4は、一方の主面(図では上面)が光出射面43とされている。この光出射面43には、導光体4内にて導光される光を当該光出射面43に対して傾斜した方向(即ちXY面に対して傾斜した方向)に光を出射させる指向性光出射機構を備えている。該指向性光出射機構は、例えば粗面(マット面)からなる。該指向性光出射機構は、光出射面43の法線方向(Z方向)及び入射端縁と直交するY方向との双方を含むYZ面内の分布において指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピークの方向が光出射面43となす角度は、例えば10〜40°であり、出射光分布の半値幅は例えば10〜40°である。
【0029】
導光体4は、他方の主面(図では下面:裏面)がレンズ列形成面44とされている。該レンズ列形成面44は、図2に示されているように、LED2から発せられ導光体4に入射した光の指向性の方向(光強度分布における最大強度の光L0 の方向)に略沿った方向に延び且つ互いに平行に配列されたレンズ列44aを有する(図2では各レンズ列44aの稜線が示されている)。例えば、導光体4に入射した光の指向性の方向が略Y方向である場合には、図2に示されているように、レンズ列44aの方向をY方向とすることができる。なお、本発明においては、レンズ列44aの方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体2に入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この場合、レンズ列44aの方向は、導光体に入射した光の指向性の方向に対して20°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは10°以内の範囲である。また、図19に示したように、レンズ列44aの方向を局所的に特に光入射端面41の側の端縁に近接する領域において、導光体4に入射した光の指向性の方向から変化させてもよく、この場合は方向を変化させた領域の面積を全体の30%以下とすることが好ましい。このような方向にレンズ列44aを形成することによって、導光体4に入射した光がXY面内で広げられ暗い部分が発生し難くなる。
【0030】
レンズ列44aの配列ピッチP1は、10〜100μmの範囲とすることが好ましく、より好ましくは10〜80μm、さらに好ましくは20〜70μmの範囲である。尚、本発明においては、レンズ列44aのピッチは、上記範囲内であれば、全てのレンズ列44aで同一としてもよいし、部分的に異なるものでも良いし、徐々に変化していても良い。
【0031】
本発明においては、面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様(輝度むら)の発現を抑えるために、レンズ列44aの形状を適正化することが必要となる。明暗模様の発現を抑えるためには光が特定角度へ集中しないようにレンズ列44aの断面形状(レンズ列44aの延在方向と直交する断面形状)を曲線状にすることが必要であり、輝度の低下を抑えるためにはレンズ列44aによる光の広がりを明暗模様の発現がない範囲で極力抑えることが必要であり、レンズ列44aの平均傾斜角(レンズ列44aの延在方向と直交する断面における平均傾斜角)を光の広がり角に応じて適正化することが必要となる。すなわち、面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様の発現を抑えるためには、レンズ列44aの平均傾斜角と曲面形状とを適正化することが必要となる。
【0032】
本発明において、光の広がり角とは、1つの点光源を点灯し、この点光源からの最大強度光が導光体に入射する位置を中心とする半径5mmの円弧上での導光体光出射面の輝度分布を測定した場合に、最大輝度値の50%以上の輝度値が得られる角度範囲をいう。有効発光領域内での明暗模様の発現を抑止するために必要となる光の広がり角は、図20に示したように、LEDのような一次光源と導光体の光入射端面との距離や一次光源間の距離によって決まってくる。面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様の発現を抑えるためには、光の広がり角を明暗模様が発現しなくなるできるだけ小さな角度にし、この光の広がり角に応じてレンズ列44aの断面形状の平均傾斜角を設定することが必要である。
【0033】
すなわち、導光体内での光の広がり角を90°以上とすることが必要である場合には、レンズ列44aの平均傾斜角が12.5〜30°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは15〜28°の範囲である。導光体内での光の広がり角を70〜90°とすることが必要である場合には、レンズ列44aの平均傾斜角が11〜20°または25〜35°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは11.5〜17.5°または25〜30°の範囲である。また、導光体内での光の広がり角を70°以下とすることが必要である場合には、レンズ列44aの平均傾斜角は10〜17°または27.5〜50°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは11〜15°または27.5〜32.5°の範囲である。これは、レンズ列44aの平均傾斜角を必要とされる光の広がり角に応じて上記範囲とすることにより、面光源装置としての輝度の大幅な低下を招くことなく明暗模様の発現を抑止することができるためである。総体的には、レンズ列44aの平均傾斜角は10〜50°の範囲内にある。
【0034】
明暗模様の発現を抑えるためには、レンズ列44aの断面形状を曲線状とし、光が特定角度へ集中しないようにすることが必要であり、特にレンズ列44aの傾斜が特定の角度に偏らず幅を持って分布していることが好ましい。
【0035】
図3〜図5に、本発明の導光体の光出射面あるいはその反対側の裏面に形成するレンズ列44aの断面形状の代表例を示す。図3において、CFはレンズ列44aの表面のXZ断面形状を示す。断面形状CFは、基本形状CF0に対して修正形状CF1を付加したものに相当する。ここで、基本形状CF0は頂角θが80〜160°の三角形状の該頂角を挟む2つの辺からなる。該三角形状の底辺に対する上記2つの辺のなす角度α,α’は10〜50°であるのが好ましく、α=α’であるのが好ましい。また、修正形状CF1は、基本形状の上記2つの辺のそれぞれに対して両端での修正量が零であり、全部分において傾き角βが30°以下である。図3の例では、修正形状CF1は外方へ凸の曲線からなる。
【0036】
図4及び図5は、レンズ列44aの表面の断面形状の更に別の例を示すための、図3と同様な説明図である。図4の例では、修正形状CF1は外方へ凹の曲線からなる。図5の例では、修正形状CF1は外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線からなる。いずれにおいても、修正形状CF1は全部分において傾き角βが30°以下である。また、いずれにおいても、基本形状CF0は図3のものと同一である。
【0037】
頂角θを上記の範囲とすることによって導光体4からの出射光をY方向と略直交する面内において良好に集光することができ、所要の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【0038】
図6〜図9は、Y方向と直交する断面でのレンズ列44aの形状の例を示す模式図である。図6の例は上記図3に対応しており、ここではレンズ列44aの断面形状は外方へ凸の曲線CV1,CV2を含んでなる。図7の例は上記図4に対応しており、ここではレンズ列44aの断面形状は外方へ凹の曲線CC1,CC2を含んでなる。図8の例は上記図5に対応しており、ここではレンズ列44aの断面形状はそれぞれ外方へ凸の部分CVと外方へ凹の部分CCとを有する曲線CX1,CX2を含んでなる。図9の例では、レンズ列44aの断面形状は折れ線K1,K2を含んでなる。これらの図において、SSはレンズ列44aの断面形状の底辺であり、該レンズ列44aの形成されている導光体面を代表的に近似する仮想平面に相当する。
【0039】
図10に、LED2の発光部から発せられた光のXY面内での分布をMで示す。ここでは、Y方向を角度0としている。このように、LED2の発光部から発せられた光は、XY面内において指向性を持って(強度に角度分布を持って)導光体4の光入射端面41に入射する。図10に示した場合では、LED2の発光の指向性がY方向と略一致しているため、導光体4へ入射する際の屈折作用を殆ど受けないため、レンズ列44aの延在方向は、LED2の発光の指向性の方向に沿っており、即ちLED2の発光部から発せられた光のうちの最大強度光L0 の方向と一致している。
【0040】
上記のように、レンズ列44aのそれぞれの表面のXZ断面形状CFは、基本形状CF0に対して修正形状CF1を付加したものであり、該修正形状CF1として、基本形状の2つの辺のそれぞれに対して両端での修正量が零であり、全部分において傾き角βが30°以下であるものを用いているので、LED2から発せられ光入射端面41から導光体4内へと入射した光のXY面内での分布を、図10にてNで示すように、Mより広い分布とすることができる。これにより、光出射面43の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、レンズ列44aの表面のXZ断面形状CFの基本形状CF0の頂角θを上記範囲内にすることにより、以上のようなレンズ列形成面の修正形状付加による効果を維持しながら、X方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【0041】
本発明においては、レンズ列44aの断面形状を特定のものとなすことによって、輝度分布の不均一な部分の発生を抑止する。
【0042】
即ち、図3〜図9に示されるような曲線や折れ線等からなるレンズ列断面形状は、レンズ列形成面44に対する平均傾斜角が10〜50°となるように設定されている。平均傾斜角θaは、ISO4287/1−1984に従って、後述するようにして求めることができる。
【0043】
尚、本明細書において、平均傾斜角などの角度または方向の基準としてレンズ列形成面44や光出射面43などの面をとる場合には、それらに形成されているレンズ列構造や粗面構造の微細形状を度外視した平面(例えば図6〜図9に示されている底辺SSに対応する平面や、これらと平行でレンズ列形成面44に接する接平面など)をいうものとする。
【0044】
更に、レンズ列44aの断面形状は、その各点での接線と導光体のレンズ列形成面とのなす角度の絶対値を「(a)」とし、レンズ列44aの平均傾斜角を「(b)」として、これらの差の絶対値|(a)−(b)|の最大値が5〜30°の範囲となるようにすることが必要であり、|(a)−(b)|の最大値は好ましくは7〜25°の範囲であり、さらに好ましくは10〜20°の範囲である。この値を大きくすることで、図20,23,24での明るい部分の範囲を広げることができる。この値が30°を超えるとレンズ列44aによる光を広げる作用が低下し図24に示したような特に有効発光領域での暗い部分の発現を十分に抑えることができないためであり、逆に5°未満であるとレンズ列44aによる光を広げる作用が不十分であり図23に示したような明暗模様の発現を抑えることができないためである。
【0045】
このようにレンズ列44aの断面形状における|(a)−(b)|の最大値を設定することで、LED2から発せられ光入射端面41から導光体4内へと入射した光のXY面内での分布を、図10にてNで示すように、Mより広い分布とすることができる。これにより、光出射面43の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、レンズ列断面形状の平均傾斜角(b)を10〜50°の範囲内とすることで、以上のようなレンズ列形状における|(a)−(b)|の最大値範囲の特定による効果を維持しながら、X方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【0046】
また、レンズ列44aの断面形状を微小な一定間隔(例えば、1μm間隔)で分割して得られた各微小領域での接線と導光体の光出射面とのなす角度の絶対値の度数分布を求めた時、その最大度数を示す角度から±5°以内の範囲内の微小領域の数(長さに対応する)の総和がレンズ列44a全体の50%以下であることが好ましく、さらに好ましくは、レンズ列44a全体の40%以下である。これは、レンズ列44aの傾斜が特定の角度に偏らず幅を持って分布していることにより明暗模様の発現を抑止できる効果が大きくなるためである。例えば、断面三角形状のレンズ列の頂部のみを曲面状としたような形状では、特定の方向が明るくなりやすくなり、明暗模様が発現しやすい。
【0047】
光偏向素子6は、導光体4の光出射面43上に配置されている。光偏向素子6の2つの主面は、それぞれ全体としてXY面と平行に位置する。2つの主面のうちの一方(導光体の光出射面43側に位置する主面)は入光面61とされており、他方が出光面62とされている。出光面62は、導光体4の光出射面43と平行な平坦面とされている。入光面61は、多数のプリズム列61aが互いに平行に配列されたプリズム列形成面とされている。
【0048】
入光面61のプリズム列61aは、導光体4に入射したLED2からの光の指向性の方向と略直交する方向に延び、互いに平行に形成されている。本実施形態では、プリズム列61aはX方向に延びている。なお、プリズム列61aは直線状に限定されず、LED2を囲むような湾曲状のものであってもよい。プリズム列61aの配列ピッチP2は、10〜100μmの範囲とすることが好ましく、より好ましくは10〜80μm、さらに好ましくは20〜70μmの範囲である。また、プリズム列61aの頂角は、50〜80°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは50〜70°の範囲である。
【0049】
図11に、光偏向素子6による光偏向の様子を示す。この図は、YZ面内での導光体4からのピーク出射光(出射光分布のピークに対応する光)の進行方向を示すものである。導光体4の光出射面43から斜めに出射される光は、プリズム列61aの第1面へ入射し第2面により全反射されてほぼ出光面62の法線の方向に出射する。また、XZ面内では、上記のようなレンズ列44aの作用により出光面62の法線の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【0050】
本発明においては、光偏向素子6は、導光体4からの出射光を目的の方向に偏向(変角)させる機能を果たすものであり、少なくとも一方の面に多数のレンズ単位が並列して形成されたレンズ面を有するレンズシート等を使用することができるが、本発明のように指向性の高い光を出射する導光体4の場合には、レンズシートを使用することが特に好ましい。レンズシートに形成されるレンズ形状は、目的に応じて種々のものが使用され、例えば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライアイレンズ形状、波型形状等が挙げられる。中でも断面略三角形状の多数のプリズム列が配列されたプリズムシートが特に好ましい。
【0051】
光反射素子8としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いることができる。本発明においては、光反射素子8として反射シートに代えて、導光体4の光出射面の反対側の主面44に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いることも可能である。尚、導光体4の4つの側端面(光入射端面41を除く)にも反射部材を付することが好ましい。
【0052】
本発明の導光体4及び光偏向素子6は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、環状ポリオレフィン樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが80重量%以上であるものが好ましい。導光体4及び光偏光素子6の粗面の表面構造やプリズム列等の表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能(メタ)アクリル化合物、ビニル化合物、(メタ)アクリル酸エステル類、アリル化合物、(メタ)アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
【0053】
本発明では、導光体4の光出射機構としては、上記の粗面の他に、図12に示すように、プリズム列、レンチキュラーレンズ列またはV字状溝等の多数のレンズ列を、導光体4に入射したLED2からの光の指向性の方向と略直交する方向(X方向)に延び、互いに平行に形成したものを用いることができる。なお、この場合のレンズ列は直線状に限定されず、LED2を囲むような湾曲状のものであってもよい。この目的で使用されるプリズム列43aは、配列ピッチP3が好ましくは10〜100μm、より好ましくは10〜80μm、さらに好ましくは20〜70μmの範囲であり、頂角が好ましくは130〜179°、より好ましくは140〜179°の範囲である。
【0054】
この光出射機構は、導光体4の光出射面43内で出射率が不均一分布となるように設けることもできる。例えば、光出射機構として粗面を使用する場合には、その表面粗さの光出射面43内での分布が不均一となるように粗面化処理を施すことによって出射率の不均一分布を形成することができる。
【0055】
本発明においては、以上のように導光体4の光出射面43に光出射機構を形成し、その反対側の主面(裏面)をレンズ列44aのレンズ列形成面44とすることが好ましいが、本発明においては光出射面をレンズ列形成面とし且つその反対側の主面に光出射機構を形成してもよい。
【0056】
光出射機構としての粗面やレンズ列形成面は、ISO4287/1−1984による平均傾斜角θaが0.5〜25°の範囲のものとすることが、光出射面43内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。平均傾斜角θaは、さらに好ましくは0.5〜20°の範囲であり、特に好ましくは0.5〜7°の範囲である。この平均傾斜角θaは、導光体4の厚さ(t)と入射光が伝搬する方向の長さ(L)との比(L/t)によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体4としてL/tが100〜200程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θaを0.5〜8°とすることが好ましく、さらに好ましくは0.5〜6°の範囲であり、より好ましくは0.5〜4°の範囲である。また、導光体4としてL/tが50〜100程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θaを0.8〜15°とすることが好ましく、さらに好ましくは0.5〜10°の範囲であり、より好ましくは1〜6°の範囲である。さらに、導光体4としてL/tが50以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θaを1.5〜25°とすることが好ましく、さらに好ましくは2〜20°の範囲である。
【0057】
導光体4のレンズ列形成面44に形成されるレンズ列44a、および光出射機構としての粗面あるいはレンズ列の平均傾斜角θaは、ISO4287/1−1984に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をxとして、得られた傾斜関数f(x)から次の(1)式および(2)式を用いて求めることができる。ここで、Lは測定長さであり、Δaは平均傾斜角θaの正接である。
【0058】
Δa=(1/L)∫0 L|(d/dx)f(x)|dx ・・・ (1)
θa=tan-1(Δa) ・・・ (2)
さらに、導光体4としては、その光出射率が0.5〜5%の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは1〜3%の範囲である。これは、光出射率が0.5%より小さくなると導光体4から出射する光量が少なくなり十分な輝度が得られなくなる傾向にあり、光出射率が5%より大きくなると光源2近傍で多量の光が出射して、光出射面43内でのY方向における光の減衰が著しくなり、光出射面43での輝度の均斉度が低下する傾向にあるためである。このように導光体4の光出射率を0.5〜5%とすることにより、光出射面から出射するピーク光の角度が光出射面の法線に対し50〜80°の範囲にあり、Y方向を含み光出射面43に垂直な面における出射光分布の半値幅が10〜40°であるような指向性の高い出射特性の光を導光体4から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子6で効率的に偏向させることができ、高い輝度を有する面光源装置を提供することができる。
【0059】
本発明において、導光体4からの光出射率は次のように定義される。光出射面43の光入射端面41側での出射光の光強度(I0 )と該端面から距離Lの位置での出射光強度(I)との関係は、導光体4の厚さ(Z方向寸法)をtとすると、次の(3)式のような関係を満足する。
【0060】
I=I0 ・α(1−α)L/t ・・・ (3)
ここで、定数αが光出射率であり、光出射面43におけるY方向での単位長さ(導光体厚さtに相当する長さ)当たりの導光体4から光が出射する割合(%)である。この光出射率αは、縦軸に光出射面43からの出射光の光強度の対数と横軸に(L/t)をプロットすることで、その勾配から求めることができる。
【0061】
以上のようなLED2、導光体4、光偏向素子6および光反射素子8からなる面光源装置の発光面(光偏光素子6の出光面62)上に、液晶表示素子を配置することにより液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、図1における上方から液晶表示素子を通して観察者により観察される。また、本発明においては、十分にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。
【0062】
図13及び図14は、本発明による面光源装置用導光体をLEDとともに示す平面図である。これらの図において、図1〜図12におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【0063】
これらの実施形態では、点状の一次光源としてのLED2が、導光体4の隅部の切欠部に形成された光入射端面41に隣接して配置されている。そして、図13の実施形態では、LED2から発せられた最大強度光L0 は、導光体4の切欠部の形成されている隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ対角線と平行に進行する。また、図14の実施形態では、LED2から発せられた最大強度光L0 は、導光体4の切欠部の形成されている隅部に隣接する2つの端縁の双方に対して略同一の角度φをなす方向に沿って進行する。いずれの場合も、導光体裏面44のレンズ列44aは、最大強度光L0 の進行方向と平行な方向に延びている。レンズ列44aの断面形状CFは上記の実施形態のものと同様である。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【0064】
図15は、本発明による面光源装置用導光体の一部をLEDとともに示す部分分解斜視図である。これらの図において、図1〜図14におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【0065】
本実施形態では、光入射端面41は異方性粗面からなる。この異方性粗面は、光出射面43に沿ったX方向での平均傾斜角θaが光出射面43と直交するZ方向での平均傾斜角θaより大きい。このような粗面とすることで、LED2から発せられ光入射端面41から導光体4内へと入射する光のXY面内での分布を広げることができる。これにより、YZ面内での分布を過度に広げることに基づく光入射端面近傍での導光体4からの過度の光出射を防止して、光出射面43の広い領域へと効率よく所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度の向上に寄与することができる。
【0066】
この光入射端面41の異方性粗面は、光出射面43に沿ったX方向での平均傾斜角が好ましくは3〜60°、更に好ましくは5〜45°である。平均傾斜角が3°未満であると上記の作用効果が小さくなる傾向にあり、平均傾斜角が60°を越えると輝線が出現しやすくなる傾向にある。また、上記の作用効果を得るためには、光出射面43と直交するZ方向での平均傾斜角が5°以下であるのが好ましい。更に、光入射端面41の異方性粗面は、前記光出射面43に直交する方向で測定した場合の傾き角8°以上の領域の長さが全測定長の5%以下であることが好ましい。傾き角8°以上の領域の長さが全測定長の5%を越えると、導光体内に入射した時点で光出射面43に対し臨界角以下で入射するような光線が多くなるので、光源近傍で光出射面43から出射する光線の割合が増加し、輝線が出現しやすくなる傾向にある。
【0067】
LED2などの一次光源と光入射端面41との距離は0.2mm以下とするのが好ましい。一次光源と光入射端面との距離が0.2mmを越えると、輝度低下が発生しやすくなる傾向にある。
【0068】
図16は、本発明による面光源装置用導光体をLEDとともに示す部分平面図である。これらの図において、図1〜図15におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【0069】
本実施形態では、光出射面43に沿ったX方向に隔てられ同一平面S上に配置された複数の光入射端面41を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が上記同一平面Sより外方へ突出して突出部46を形成しており、該突出部46では各光入射端面41に隣接する部分が同一平面Sに対して角度ωだけ傾斜している。このような構造にすることで、LED2のケースから横方向に漏れ出す光を端縁から導光体4内へと導入することができ、光の利用効率を高めることができる。このような作用効果を高めるためには、角度ωは5〜60°であるのが好ましい。
【0070】
図17は、本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す斜視図である。図において、図1〜図16におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【0071】
本実施形態では、有効発光領域F以外の領域の光偏向素子6、導光体4及び光反射素子8の積層体の端面部並びにLED2を覆うようにして、光拡散性を有する反射シート10が付設されている。これにより、積層体の端面部から出射する光及びLED2のケースから漏れ出す光をXY面内において良好に拡散させて反射させ導光体4へと再入射させることができ、導光体光出射面43の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度の向上に寄与することができる。
【0072】
図18は、本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す断面図である。図において、図1〜図17におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【0073】
本実施形態では、有効発光領域F以外の領域の導光体4及び光反射素子8の積層体の端面部並びにLED2を覆うようにして、光拡散性を有する反射シート10が付設されている。その上に、光偏向素子6が配置されている。これによっても、図17の実施形態と類似の作用効果を得ることができる。但し、この実施形態は、図17の実施形態と比較して、XY面内における拡散の機能は低いが、高い輝度を得ることができる。
【0074】
以上の実施形態のいくつかでは、LEDなどの点状光源を複数用いている。この場合、複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度光L0 の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。
【0075】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定、微小領域での傾斜角(接線の傾斜角)の測定、広がり角の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むらの測定は次のようにして行った。
【0076】
平均傾斜角の測定
触針式表面粗さ計(東京精器社製サーフコム570A型)にて、触針として1μmR、55゜円錐ダイヤモンド針(010−2528)を用いて、駆動速度0.03mm/秒で測定した。測定長は2mmとした。抽出曲線の平均線の傾斜の補正を行った後、前記(1)式および(2)式に従ってその曲線を微分した曲線の中心線平均値を求めた。
【0077】
微小領域での傾斜角の測定
上記抽出曲線を1μmづつの微小測定領域に分割し、各測定領域でのレンズ列断面形状の傾斜角(接線の傾き角に相当)を求めた。この値に基づき、傾斜角の度数分布を得た。度数分布は1度おきに求めた。
【0078】
広がり角の測定
点状の一次光源としてのLEDを1つ点灯し、そのLEDから光が入射する位置を中心とする半径5mmの円弧上にて導光体光出射面の輝度を測定し、最大輝度値の50%以上の輝度値が得られる角度範囲を求めた。
【0079】
輝度むらの測定
面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から4mm〜4.5mmの幅0.5mmの領域にてその長さ方向に沿って1mmの間隔の位置ごとに輝度測定を行い、測定した輝度値の最小値と最大値との比(最小値/最大値)を求めた。
【0080】
[実施例1]
鏡面仕上げをした有効面積34mm×48mm、厚さ3mmのステンレススチール板の表面を、粒径53μm以下のガラスビーズ(不二製作所社製FGB−400)を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を40cmとして、吹付け圧力3.0kgf/cm2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有する第1の金型を得た。
【0081】
一方、鏡面仕上げをした有効面積34mm×48mm、厚さ3mmの真鍮板の表面に、ピッチ50μmのレンズ列を長さ48mmの辺に平行に連設したレンズパターンを切削加工により形成した。これにより、レンズパターンの形状転写面(凹状曲面)を有する第2の金型を得た。図22に、金型の形状転写面の断面形状の測定結果を示す。
【0082】
以上の第1の金型及び第2の金型を用いて射出成形を行い、短辺34mm、長辺48mmの長方形で、厚さが長辺に沿って1mm〜0.7mmと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面がレンズ面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は3.4°であった。
【0083】
また、得られた導光体のレンズ面の断面形状の平均傾斜角は16°であり、微小領域のレンズ列形成平面に対する傾斜角の絶対値は最大値が31°であり最小値が0°であり従って平均傾斜角との差の最大値は16°であった。上記微小領域での傾斜角の度数分布を1°おきに求めたところ、最も度数の大きい傾斜角は6°であった。傾斜角が1°〜11°の値をとる微小領域の数は、全微小領域の数の34%であった。
【0084】
得られた導光体の光入射端面を、#2000のサンドペーパーを用いて光出射面と直交する方向に粗面化処理した。粗面化された光入射端面は、光出射面に沿った方向での平均傾斜角が15°であり、光出射面に直交する方向での平均傾斜角が5°であった。
【0085】
導光体の厚さ1mmの短辺側端面に対向するようにして、3個のLED(日亜化学工業社製NSCW215biR)を9.0mmの間隔で配置した。この導光体のレンズ列形成面側には光散乱反射シート(辻本電機製作所社製SU−119)を配置し、粗面側には頂角65°でピッチ50μmのプリズム列が多数並列に形成されたプリズムシート(三菱レイヨン社製M165)を、そのプリズム形成面が対向するように配置し、図21に示したような面光源装置を作製した。即ち、導光体の粗面からなる面を光出射面として用いた。なお、得られた面光源装置の広がり角は110°であった。面光源装置の有効発光領域Fは図示した通りである。
【0086】
得られた面光源装置の有効発光領域Fの光入射端面近傍の0.5mm幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比(最小値/最大値)は0.9であり、有効発光領域F内での輝度むらは観察されなかった。
【0087】
[比較例1]
鏡面仕上げをした有効面積34mm×48mm、厚さ3mmのステンレススチール板の表面を、粒径53μm以下のガラスビーズ(不二製作所社製FGB−400)を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を40cmとして、吹付け圧力3.0kgf/cm2 で全面にブラスト処理を行った。次いで、ステンレススチール板の一つの短辺端面の近傍の幅4mm以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレススチール板の表面から40mm離して配置し、ステンレススチール板の表面の遮蔽板により覆われていない領域を粒径53μm以下のガラスビーズ(不二製作所社製FGB−400)を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を40cmとして、吹付け圧力5.0kgf/cm2 で幅4mmの帯状にブラスト処理を行った。これにより、粗面の形状転写面を有する第1の金型を得た。
【0088】
一方、鏡面仕上げをした有効面積34mm×48mm、厚さ3mmの真鍮板の表面に、頂角130°で頂部が曲率半径5μmの曲面とされた略二等辺三角形断面を有するピッチ50μmのプリズム列を長さ48mmの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。これにより、プリズムパターンの形状転写面を有する第2の金型を得た。
【0089】
以上の第1の金型及び第2の金型を用いて射出成形を行って、短辺34mm、長辺48mmの長方形で、厚さが長辺に沿って1mm〜0.7mmと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面がプリズム面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。射出成形の際には、粗面の金型を帯状にブラスト処理を施した側が厚肉側となるようにした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は、厚肉端面から4mmの帯状領域では5.0°であり、この帯状領域に隣接する約1mmの領域では徐々に変化しており、それ以外の領域では3.4°であった。
【0090】
また、導光体のレンズ列形成面の平均傾斜角は22°であり、レンズ列の断面形状の微小領域での接線と導光体のプリズム列形成面とのなす角の絶対値の最大値が27°、最小値が6°であり、平均傾斜角との差の最大値は16°であった。さらに、微小領域での傾斜角の度数分布を1°間隔で求めたところ、度数が最大となる傾斜角は25°であり、傾斜角が20°〜30°の値をとる微小領域の数は全体の79%であった。なお、導光体のプリズム列の頂部の曲面部を除く平面部分の平均傾斜角は25°であり、レンズ列の断面形状の微小領域での接線と導光体のレンズ列形成面とのなす角の絶対値との差の最大値は19°であった。
【0091】
得られた導光体を用いて、実施例1と同様にして、図21に示したような面光源装置を作製した。
【0092】
得られた面光源装置の有効発光領域Fの光入射端面近傍の0.5mm幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比(最小値/最大値)は0.4であり、有効発光領域F内で輝度むらが観察された。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用に伴う輝度均斉度の不均一を、出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図2】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図3】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図4】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図5】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図6】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図7】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図8】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図9】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図10】LEDの出射光強度分布及び導光体内での強度分布を示す図である。
【図11】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図12】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図13】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図14】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図15】本発明による導光体を一次光源とともに示す部分分解斜視図である。
【図16】本発明による導光体を一次光源とともに示す部分平面図である。
【図17】本発明による面光源装置を示す斜視図である。
【図18】本発明による面光源装置を示す断面図である。
【図19】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図20】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図21】実施例で使用した面光源装置の寸法を示す模式図である。
【図22】実施例で使用した金型の形状転写面の断面形状の測定結果を示す図である。
【図23】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【図24】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【符号の説明】
2 LED
4 導光体
41 光入射端面
43 光出射面
43a プリズム列
44 レンズ列形成面
44a レンズ列
46 突出部
6 光偏向素子
61 入光面
61a プリズム列
62 出光面
8 光反射素子
10 光拡散性反射シート
CF レンズ列表面の断面形状
CF0 基本形状
CF1 修正形状
CV1,CV2 外方へ凸の曲線
CC1,CC2 外方へ凹の曲線
CX1,CX2 外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線
K1,K2 折れ線
SS 底辺
F 有効発光領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an edge light type surface light source device, and more particularly to a surface light source device intended for downsizing and power consumption reduction. The surface light source device of the present invention is suitably applied to a backlight of a relatively small liquid crystal display device used as a display panel of a portable electronic device such as a mobile phone or an indicator of various devices.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In recent years, liquid crystal display devices have been widely used as monitors for portable notebook computers or the like, as display units for liquid crystal televisions and video-integrated liquid crystal televisions, and in various other fields. The liquid crystal display device basically includes a backlight unit and a liquid crystal display element unit. As the backlight unit, an edge light type is often used from the viewpoint of making the liquid crystal display device compact. Conventionally, as a backlight, at least one end face of a rectangular plate-shaped light guide is used as a light incident end face, and a linear or rod-shaped primary light source such as a straight tube fluorescent lamp is arranged along the light incident end face. The light emitted from the primary light source is introduced from the light incident end surface of the light guide into the light guide and is emitted from the light exit surface which is one of the two main surfaces of the light guide. Is widely used.
[0003]
In such a backlight, a sufficient amount of light does not reach the corners of the light guide near the both ends of the linear or bar-shaped primary light source and the area near the side end face adjacent to the light incident end face of the light guide. There is a problem that the luminance of these portions and regions is likely to decrease.
[0004]
By the way, in recent years, liquid crystal display devices having relatively small screen dimensions such as portable electronic devices such as mobile phones and portable game machines or indicators of various electric devices and electronic devices have been required to be reduced in size and to reduce power consumption. Yes. Therefore, in order to reduce power consumption, a light emitting diode (LED) that is a point light source is used as a primary light source of a backlight. As a backlight using an LED as a primary light source, for example, as described in JP-A-7-270624, a plurality of LEDs are used in order to perform the same function as that using a linear primary light source. They are arranged one-dimensionally along the light incident end face of the light guide. As described above, by using the primary light source having a one-dimensional array of a plurality of LEDs, it is possible to obtain a required light amount and uniformity of luminance distribution over the entire screen.
[0005]
However, in the case of a small-sized liquid crystal display device, further reduction in power consumption is required, and in order to meet this demand, it is necessary to reduce the number of LEDs used. However, if the number of LEDs is reduced, the distance between the light emitting points becomes longer, so that the area of the light guide close to the area between the adjacent light emitting points is enlarged and emitted from the light guide area in a required direction. The light intensity decreases. This results in non-uniform luminance distribution in the observation direction on the light emitting surface of the surface light source device (that is, non-uniform luminance uniformity).
[0006]
In Japanese Patent Publication No. 7-27137, a light guide having a rough light exit surface is used, and a prism sheet in which a large number of prism rows are arranged is arranged on the light guide so that the prism surface faces the light guide. A method of narrowing the distribution of emitted light has been proposed in order to reduce the power consumption of the backlight and to reduce the luminance as much as possible. However, in such a backlight, although high luminance can be obtained with low power consumption, the non-uniformity of the luminance distribution of light emitted from the light guide is easily visible through the prism sheet.
[0007]
The cause of the non-uniformity of the brightness distribution is that light emitted from individual LEDs arranged on the light incident end face of the light guide has directivity, and is further guided by refraction when entering the light guide. This is because the light incident on the body has a relatively narrow spread. As shown in FIG. 24, a dark portion is generated in the light guide region corresponding to the outside of the LEDs at both ends in the arrangement of the plurality of LEDs, and the liquid crystal The corner of the effective light emitting area corresponding to the display screen of the display device becomes dark. In particular, in order to reduce power consumption, when the number of LEDs to be used is reduced or the LEDs are installed close to the light guide, the occurrence of dark portions becomes significant. Thus, in a conventional backlight using a point light source as a primary light source, it has been difficult to achieve both reduction in power consumption and maintenance of uniformity of luminance distribution.
[0008]
  Furthermore, in a backlight that uses a linear light source such as a cold cathode tube as a primary light source, as a method of eliminating dark areas in the vicinity of the incident surface, for example,Japanese Patent Laid-Open No. 9-160035Has proposed a method of roughening the light incident end face of the light guide, but in a backlight using a point light source such as an LED as a primary light source, such a method is sufficiently dark as described above. The part could not be resolved.
[0009]
On the other hand, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-6401, Japanese Patent Laid-Open No. 8-179322, and the like disclose that light emitted from a light guide is parallel to a light incident surface in a backlight using a linear light source such as a cold cathode tube. For the purpose of focusing in the direction, there has been proposed one in which a large number of prism rows extending along a direction substantially perpendicular to the light incident end face are formed in parallel on the light exit surface of the light guide or the opposite surface. However, in a backlight using a point light source, when a light guide having a lens array composed of such prism arrays is used, light incident on the light guide can be expanded to some extent within the surface of the light guide. However, in the lens array, light is spread with anisotropy in a specific direction, so that there is a problem that a portion having a nonuniform luminance distribution occurs as shown in FIG.
[0010]
An object of the present invention is to degrade the distribution of the traveling direction of the emitted light due to the nonuniformity of the luminance uniformity due to the use of a small number of point-like primary light sources for reducing the power consumption of the surface light source device as described above. The object is to provide a high-quality surface light source device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the object as described above is achieved.
A plate-shaped light guide that guides light emitted from a point-like primary light source and has a light incident end surface on which light emitted from the primary light source is incident and a light exit surface from which light is guided. And
One of the light exit surface and the back surface on the opposite side extends substantially along the direction of directivity of light incident on the light guide from the primary light source in a plane along the light exit surface; A plurality of lens rows arranged in parallel with each other are formed, and the cross-sectional shape of the lens row perpendicular to the extending direction of the lens row has an average inclination angle of 10 to 10 with respect to the lens row forming plane of the light guide. The absolute value of the difference between the absolute value (a) of the tangential line at each point of the cross-sectional shape with respect to the lens array forming plane (a) and the average inclination angle (b) | (a) − ( b) The maximum value of | is in the range of 5 to 30 °, and ± from the angle indicating the maximum power in the frequency distribution of the absolute value of the angle formed between the tangent line in each minute region of the cross-sectional shape and the lens array forming plane. Divide the number of microregions within a range of 5 ° with respect to the total number of microregions. A surface light source device for the light guide, wherein the but 50% or less,
Is provided.
[0012]
In one aspect of the present invention, the spread angle of light incident on the light guide from the primary light source is 90 ° or more, and the average inclination angle of the cross-sectional shape is 12.5 to 30 °. In one aspect of the present invention, the spread angle of light incident on the light guide from the primary light source is 70 to 90 °, and the average inclination angle of the cross-sectional shape is 11 to 20 ° or 25 to 35 °. . In one aspect of the present invention, the spread angle of light incident on the light guide from the primary light source is 70 ° or less, and the average inclination angle of the cross-sectional shape is 10 to 17 ° or 27.5 to 50 °. is there.
[0013]
In one aspect of the present invention, the cross-sectional shape includes an outwardly convex curve. In one aspect of the invention, the cross-sectional shape comprises an outwardly concave curve. In one aspect of the present invention, the cross-sectional shape includes a curve having an outwardly convex portion and an outwardly concave portion.
[0014]
In one aspect of the present invention, the light incident end face is formed at one end edge of the light guide, and the lens array extends along a direction orthogonal to the end edge. In one aspect of the present invention, the light incident end surface is formed at one corner of the light guide, and the lens array extends along a direction connecting the corner and the corner of the diagonal position. Yes. In one aspect of the present invention, the light incident end surface is formed at one corner of the light guide, and is along a direction that forms substantially the same angle with respect to both of two edges adjacent to the corner. The lens array extends.
[0015]
Furthermore, according to the present invention, the object as described above is achieved.
A plate-shaped light guide that guides light emitted from a point-like primary light source and has a light incident end surface on which light emitted from the primary light source is incident and a light exit surface from which light is guided. And
The light incident end surface is made of an anisotropic rough surface, and the anisotropic rough surface has an average inclination angle in a direction along the light emission surface larger than an average inclination angle in a direction orthogonal to the light emission surface. A light guide for a surface light source device,
Is provided.
[0016]
In one aspect of the present invention, the anisotropic rough surface has an average inclination angle in a direction along the light emission surface of 3 to 60 °, and an average inclination angle in a direction orthogonal to the light emission surface. Is 5 ° or less. In one aspect of the present invention, the anisotropic rough surface has a length of a region having an inclination angle of 8 ° or more measured in a direction orthogonal to the light emitting surface is 5% or less of the total measurement length.
[0017]
Furthermore, according to the present invention, the object as described above is achieved.
A plate-shaped light guide that guides light emitted from a point-like primary light source and has a light incident end surface on which light emitted from the primary light source is incident and a light exit surface from which light is guided. And
A plurality of the light incident end surfaces arranged on the same plane and separated in a direction along the light emitting surface, and a portion corresponding to an edge between adjacent ones of the light incident end surfaces is the same A surface light source device characterized by projecting outward from a plane to form a projecting portion, wherein a portion of the end edge adjacent to the light incident end surface is inclined with respect to the same plane. Light guide,
Is provided.
[0018]
In one aspect of the present invention, a portion of the edge of the protruding portion adjacent to the light incident end surface is inclined by 5 to 60 ° with respect to the same plane.
[0019]
In one aspect of the present invention as described above, a light emitting mechanism is provided on one of the light emitting surface and the back surface on the opposite side. In one aspect of the present invention as described above, the light emitting mechanism includes a rough surface or a plurality of lenses extending in a direction substantially parallel to the incident end edge on which the light incident end surface is formed and parallel to each other. Consists of columns. In one aspect of the present invention as described above, the average inclination angle of the light emitting mechanism is 0.5 to 7 °.
[0020]
Furthermore, according to the present invention, the object as described above is achieved.
A light guide for a surface light source device as described above, the primary light source disposed adjacent to the light incident end surface of the light guide, and a light output surface of the light guide. At least one light deflection element, and the light deflection element has a light incident surface located opposite to the light exit surface of the light guide and a light exit surface on the opposite side. The light incident surface of the light deflecting element adjacent to the light guide includes a plurality of prism rows extending in a direction substantially parallel to the incident edge where the light incident end surface of the light guide is formed and parallel to each other. A surface light source device,
Is provided.
[0021]
In one aspect of the present invention, the primary light source is a point light source. In one aspect of the invention, the primary light source is an LED. In one aspect of the present invention, the primary light source is disposed at a distance of 0.2 mm or less with respect to the light incident end face.
[0022]
In one aspect of the present invention, each of the plurality of prism rows on the light incident surface of the light deflection element includes two prism surfaces, and light incident from one of the prism surfaces is transmitted to the prism surface. One of them is totally reflected.
[0023]
In one aspect of the present invention, a light reflecting element is disposed facing the back surface of the light guide.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing one embodiment of a surface light source device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the surface light source device of the present embodiment includes an LED 2 as a point-like primary light source, and light emitted from the LED is incident from the light incident end surface to be guided from the light emitting surface. A rectangular plate-shaped light guide 4 in the XY plane to be emitted, and a light deflection element 6 and a light reflection element 8 disposed adjacent to the light guide are provided. The light guide 4 has two upper and lower main surfaces and four end edges connecting the outer peripheral edges of the main surfaces.
[0026]
The LED 2 is disposed adjacent to one of a pair of end edges of the light guide 4 that are substantially parallel to each other (an end edge on the near side in FIG. 1: an incident end edge) and at the center in the X direction. In the present invention, it is preferable that the number of point light sources such as LEDs as the primary light source is as small as possible from the viewpoint of low power consumption. Can also be arranged.
[0027]
A light incident end face 41 corresponding to the position where the LED 2 is disposed is formed at the incident end edge of the light guide 4. The light incident end surface 41 formed on the light guide 4 may be formed by notching the incident end edge in a concave shape so as to have a concave cylindrical surface shape or the like. It is preferable that the LED light emitting surface and the light incident end surface have shapes that are opposite to each other and that are opposite to each other (including the case where both are flat surfaces).
[0028]
One main surface (upper surface in the drawing) of the light guide 4 is a light emitting surface 43. On this light emitting surface 43, the directivity for emitting the light guided in the light guide 4 in the direction inclined with respect to the light emitting surface 43 (that is, the direction inclined with respect to the XY plane). A light emission mechanism is provided. The directional light emitting mechanism is composed of, for example, a rough surface (mat surface). The directional light emitting mechanism emits directional light in a distribution in the YZ plane including both the normal direction (Z direction) of the light emitting surface 43 and the Y direction orthogonal to the incident edge. The angle between the direction of the peak of the emitted light distribution and the light emitting surface 43 is, for example, 10 to 40 °, and the half width of the emitted light distribution is, for example, 10 to 40 °.
[0029]
The other main surface (lower surface: back surface in the figure) of the light guide 4 is a lens array forming surface 44. As shown in FIG. 2, the lens array forming surface 44 has a directivity direction of light emitted from the LED 2 and incident on the light guide 4 (the light L having the maximum intensity in the light intensity distribution).0 The lens rows 44a extend in a direction substantially along the direction of the lens rows and are arranged in parallel to each other (in FIG. 2, ridge lines of the lens rows 44a are shown). For example, when the direction of directivity of the light incident on the light guide 4 is substantially the Y direction, the direction of the lens array 44a can be the Y direction as shown in FIG. In the present invention, the direction of the lens array 44a may be deviated from the directivity direction of the light incident on the light guide 2 as long as the effect of spreading the light is not significantly impaired. In this case, the direction of the lens array 44a is preferably within a range of 20 ° with respect to the directionality of the light incident on the light guide, and more preferably within a range of 10 °. In addition, as shown in FIG. 19, the direction of the lens array 44a is locally changed from the direction of the directivity of the light incident on the light guide 4 particularly in a region close to the edge on the light incident end face 41 side. In this case, the area of the region whose direction is changed is preferably 30% or less. By forming the lens array 44a in such a direction, the light incident on the light guide 4 is spread in the XY plane, and a dark portion is hardly generated.
[0030]
The arrangement pitch P1 of the lens rows 44a is preferably in the range of 10 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm, and still more preferably 20 to 70 μm. In the present invention, the pitch of the lens rows 44a may be the same for all lens rows 44a within the above range, may be partially different, or may be gradually changed. .
[0031]
In the present invention, it is necessary to optimize the shape of the lens array 44a in order to suppress the appearance of bright and dark patterns (brightness unevenness) without impairing the brightness of the surface light source device. In order to suppress the appearance of a bright and dark pattern, the cross-sectional shape of the lens array 44a (the cross-sectional shape orthogonal to the extending direction of the lens array 44a) needs to be curved so that light does not concentrate at a specific angle. In order to suppress the decrease in the light intensity, it is necessary to suppress the spread of light by the lens array 44a as much as possible within a range where no bright and dark pattern is produced. The average inclination angle of the lens array 44a (the cross section orthogonal to the extending direction of the lens array 44a) It is necessary to optimize the average inclination angle) according to the spread angle of light. That is, in order to suppress the appearance of a bright and dark pattern without impairing the luminance of the surface light source device, it is necessary to optimize the average inclination angle and the curved surface shape of the lens array 44a.
[0032]
In the present invention, the light divergence angle means that a point light source is turned on and light guide light on an arc having a radius of 5 mm centered on the position where the maximum intensity light from this point light source enters the light guide. An angular range in which a luminance value of 50% or more of the maximum luminance value is obtained when the luminance distribution on the exit surface is measured. As shown in FIG. 20, the spread angle of light required to suppress the expression of a bright and dark pattern in the effective light emitting region is the distance between the primary light source such as an LED and the light incident end face of the light guide. It depends on the distance between the primary light sources. In order to suppress the appearance of a bright and dark pattern without impairing the luminance of the surface light source device, the light spread angle is set as small as possible so that the bright and dark pattern does not appear, and the cross-sectional shape of the lens array 44a is changed according to the light spread angle. It is necessary to set the average inclination angle.
[0033]
That is, when it is necessary to set the light spreading angle in the light guide to 90 ° or more, the average inclination angle of the lens array 44a is preferably in the range of 12.5 to 30 °, more preferably. Is in the range of 15-28 °. When it is necessary to set the light spreading angle in the light guide to 70 to 90 °, the average inclination angle of the lens array 44a is preferably in the range of 11 to 20 ° or 25 to 35 °. More preferably, it is in the range of 11.5 to 17.5 ° or 25 to 30 °. In addition, when it is necessary to set the light spreading angle in the light guide to 70 ° or less, the average inclination angle of the lens array 44a is in the range of 10 to 17 ° or 27.5 to 50 °. Is more preferable, and the range of 11 to 15 ° or 27.5 to 32.5 ° is more preferable. This is because the average inclination angle of the lens array 44a is in the above range according to the required light spread angle, thereby suppressing the occurrence of bright and dark patterns without causing a significant decrease in luminance as a surface light source device. Because it can. In general, the average inclination angle of the lens array 44a is in the range of 10 to 50 °.
[0034]
In order to suppress the appearance of a bright and dark pattern, it is necessary to make the cross-sectional shape of the lens array 44a curved so that the light does not concentrate at a specific angle. In particular, the inclination of the lens array 44a is not biased to a specific angle. It is preferable that they are distributed with a width.
[0035]
3 to 5 show typical examples of the cross-sectional shape of the lens array 44a formed on the light emitting surface of the light guide according to the present invention or the back surface on the opposite side. In FIG. 3, CF indicates the XZ cross-sectional shape of the surface of the lens array 44a. The cross-sectional shape CF corresponds to a shape obtained by adding the corrected shape CF1 to the basic shape CF0. Here, the basic shape CF0 is composed of two sides sandwiching the apex angle of a triangular shape having an apex angle θ of 80 to 160 °. The angles α and α ′ formed by the two sides with respect to the triangular base are preferably 10 to 50 °, and α = α ′. The corrected shape CF1 has zero correction amounts at both ends with respect to each of the two sides of the basic shape, and the inclination angle β is 30 ° or less in all portions. In the example of FIG. 3, the modified shape CF1 is formed of a curve that protrudes outward.
[0036]
4 and 5 are explanatory views similar to FIG. 3 for showing still another example of the cross-sectional shape of the surface of the lens array 44a. In the example of FIG. 4, the modified shape CF <b> 1 is a curved curve that is concave outward. In the example of FIG. 5, the modified shape CF <b> 1 is formed by a curve having an outwardly convex part and an outwardly concave part. In any case, the corrected shape CF1 has an inclination angle β of 30 ° or less in all parts. In any case, the basic shape CF0 is the same as that in FIG.
[0037]
By making the apex angle θ in the above range, the light emitted from the light guide 4 can be condensed well in a plane substantially perpendicular to the Y direction, and the luminance in the required direction can be sufficiently improved. Can do.
[0038]
6 to 9 are schematic diagrams illustrating examples of the shape of the lens array 44a in a cross section orthogonal to the Y direction. The example of FIG. 6 corresponds to FIG. 3 described above. Here, the sectional shape of the lens array 44a includes outwardly convex curves CV1 and CV2. The example of FIG. 7 corresponds to FIG. 4 described above. Here, the cross-sectional shape of the lens array 44a includes outwardly concave curves CC1 and CC2. The example of FIG. 8 corresponds to FIG. 5 described above, in which the cross-sectional shape of the lens array 44a includes curves CX1 and CX2 each having an outwardly convex portion CV and an outwardly concave portion CC. . In the example of FIG. 9, the sectional shape of the lens array 44a includes polygonal lines K1 and K2. In these figures, SS is the bottom of the cross-sectional shape of the lens array 44a, and corresponds to a virtual plane that typically approximates the light guide surface on which the lens array 44a is formed.
[0039]
In FIG. 10, the distribution in the XY plane of the light emitted from the light emitting part of the LED 2 is indicated by M. Here, the Y direction is an angle of 0. Thus, the light emitted from the light emitting part of the LED 2 is incident on the light incident end face 41 of the light guide 4 with directivity (with an angular distribution in intensity) in the XY plane. In the case shown in FIG. 10, since the directivity of the light emission of the LED 2 is substantially coincident with the Y direction, it hardly receives a refraction action when entering the light guide 4, so the extending direction of the lens array 44a is , Along the direction of light emission directivity of the LED 2, that is, the maximum intensity light L of the light emitted from the light emitting portion of the LED 20 Is consistent with the direction.
[0040]
As described above, the XZ cross-sectional shape CF of each surface of the lens array 44a is obtained by adding the corrected shape CF1 to the basic shape CF0, and the corrected shape CF1 is provided on each of two sides of the basic shape. On the other hand, since the correction amount at both ends is zero and the inclination angle β is 30 ° or less in all portions, the light emitted from the LED 2 and incident into the light guide 4 from the light incident end face 41 is used. The distribution in the XY plane can be made wider than M as indicated by N in FIG. Thereby, light of a required intensity can be guided to a wide area of the light emitting surface 43, and the luminance uniformity can be improved. Then, by making the apex angle θ of the basic shape CF0 of the XZ cross-sectional shape CF of the surface of the lens array 44a within the above range, the effect by adding the corrected shape of the lens array forming surface as described above is maintained, and the X direction The emitted light collected on the plane parallel to the light can be emitted, and as a surface light source device, the light can be concentrated and emitted in the direction within the required visual field range to improve the luminance.
[0041]
In the present invention, by making the cross-sectional shape of the lens array 44a specific, the occurrence of a non-uniform portion of the luminance distribution is suppressed.
[0042]
That is, the lens array cross-sectional shape including curves and broken lines as shown in FIGS. 3 to 9 is set such that the average inclination angle with respect to the lens array forming surface 44 is 10 to 50 °. The average inclination angle θa can be obtained as described later in accordance with ISO 4287 / 1-1984.
[0043]
In this specification, when taking a surface such as the lens array forming surface 44 and the light emitting surface 43 as a reference for an angle or direction such as an average inclination angle, a lens array structure or a rough surface structure formed on them. A plane (for example, a plane corresponding to the base SS shown in FIGS. 6 to 9 or a tangential plane in contact with the lens array forming surface 44 in parallel with these) is used.
[0044]
Further, the cross-sectional shape of the lens array 44a is defined as “(a)” as an absolute value of an angle formed between the tangent line at each point and the lens array formation surface of the light guide, and the average inclination angle of the lens array 44a is “( b) ", it is necessary that the absolute value of these differences | (a)-(b) | be in the range of 5 to 30 °, and | (a)-(b) | The maximum value of is preferably in the range of 7 to 25 °, more preferably in the range of 10 to 20 °. By increasing this value, the range of bright portions in FIGS. If this value exceeds 30 °, the action of spreading the light by the lens array 44a is reduced, and the expression of a dark part particularly in the effective light emitting region as shown in FIG. 24 cannot be sufficiently suppressed. This is because if it is less than 0 °, the effect of spreading the light by the lens array 44a is insufficient, and the expression of the light and dark pattern as shown in FIG. 23 cannot be suppressed.
[0045]
Thus, by setting the maximum value of | (a) − (b) | in the cross-sectional shape of the lens array 44a, the XY plane of the light emitted from the LED 2 and incident into the light guide 4 from the light incident end surface 41 The distribution within can be made wider than M, as indicated by N in FIG. Thereby, light of a required intensity can be guided to a wide area of the light emitting surface 43, and the luminance uniformity can be improved. Then, by setting the average inclination angle (b) of the lens array cross-sectional shape within the range of 10 to 50 °, the maximum value range of | (a) − (b) | in the lens array shape as described above is specified. While maintaining the effect, it is possible to emit the emitted light collected on the surface parallel to the X direction, and as a surface light source device, concentrate the light in the direction within the required visual field range to improve the brightness. Can do.
[0046]
Further, the frequency distribution of the absolute value of the angle formed by the tangent line in each minute region obtained by dividing the cross-sectional shape of the lens array 44a at a minute constant interval (for example, 1 μm interval) and the light exit surface of the light guide. Is obtained, it is preferable that the total sum of the number of minute regions (corresponding to the length) within a range of ± 5 ° from the angle indicating the maximum power is 50% or less of the entire lens array 44a, and more preferably. Is 40% or less of the entire lens array 44a. This is because the effect of suppressing the expression of a bright and dark pattern is increased because the inclination of the lens array 44a is distributed with a width without being biased to a specific angle. For example, in a shape in which only the apex of the lens array having a triangular cross section is curved, a specific direction is likely to be bright, and a light and dark pattern is likely to appear.
[0047]
The light deflection element 6 is disposed on the light emitting surface 43 of the light guide 4. The two main surfaces of the light deflecting element 6 are respectively positioned parallel to the XY plane as a whole. One of the two main surfaces (the main surface located on the light output surface 43 side of the light guide) is a light incident surface 61, and the other is a light output surface 62. The light exit surface 62 is a flat surface parallel to the light exit surface 43 of the light guide 4. The light incident surface 61 is a prism row forming surface in which a large number of prism rows 61a are arranged in parallel to each other.
[0048]
The prism rows 61 a on the light incident surface 61 extend in a direction substantially orthogonal to the direction of directivity of light from the LED 2 incident on the light guide 4 and are formed in parallel to each other. In the present embodiment, the prism row 61a extends in the X direction. The prism row 61a is not limited to a linear shape, and may be a curved shape surrounding the LED 2. The arrangement pitch P2 of the prism rows 61a is preferably in the range of 10 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm, and still more preferably 20 to 70 μm. The apex angle of the prism row 61a is preferably in the range of 50 to 80 °, and more preferably in the range of 50 to 70 °.
[0049]
FIG. 11 shows a state of light deflection by the light deflection element 6. This figure shows the traveling direction of the peak outgoing light (light corresponding to the peak of the outgoing light distribution) from the light guide 4 in the YZ plane. The light emitted obliquely from the light emitting surface 43 of the light guide 4 is incident on the first surface of the prism row 61a, is totally reflected by the second surface, and is emitted in the direction of the normal line of the light emitting surface 62. Further, in the XZ plane, the luminance in the normal direction of the light exit surface 62 can be sufficiently improved by the action of the lens array 44a as described above.
[0050]
In the present invention, the light deflection element 6 has a function of deflecting (deflection) the emitted light from the light guide 4 in a target direction, and a large number of lens units are arranged in parallel on at least one surface. Although a lens sheet having a formed lens surface can be used, it is particularly preferable to use a lens sheet in the case of the light guide 4 that emits light with high directivity as in the present invention. Various lens shapes are used depending on the purpose, and examples thereof include a prism shape, a lenticular lens shape, a fly-eye lens shape, and a wave shape. Among them, a prism sheet in which a large number of prism rows having a substantially triangular cross section are arranged is particularly preferable.
[0051]
As the light reflecting element 8, for example, a plastic sheet having a metal vapor deposition reflecting layer on the surface can be used. In the present invention, it is also possible to use a light reflecting layer or the like formed by metal deposition or the like on the main surface 44 opposite to the light emitting surface of the light guide 4 instead of the reflecting sheet as the light reflecting element 8. . In addition, it is preferable to attach a reflecting member also to the four side end surfaces (except the light incident end surface 41) of the light guide 4.
[0052]
The light guide 4 and the light deflection element 6 of the present invention can be made of a synthetic resin having a high light transmittance. Examples of such synthetic resins include methacrylic resins, acrylic resins, polycarbonate resins, polyester resins, vinyl chloride resins, and cyclic polyolefin resins. In particular, methacrylic resins are optimal because of their high light transmittance, heat resistance, mechanical properties, and molding processability. Such a methacrylic resin is a resin mainly composed of methyl methacrylate, and preferably has a methyl methacrylate content of 80% by weight or more. When forming the rough surface structure of the light guide 4 and the light polarizing element 6 and the surface structure such as a prism array, the transparent synthetic resin plate is formed by hot pressing using a mold member having a desired surface structure. Alternatively, the shape may be imparted simultaneously with molding by screen printing, extrusion molding, injection molding, or the like. The structural surface can also be formed using heat or a photocurable resin. Furthermore, on a transparent substrate such as a polyester film, acrylic resin, polycarbonate resin, vinyl chloride resin, polymethacrylamide resin, or other transparent substrate or rough surface structure made of an active energy ray curable resin. Moreover, a lens array arrangement structure may be formed on the surface, or such a sheet may be bonded and integrated on a separate transparent base material by a method such as adhesion or fusion. As the active energy ray-curable resin, polyfunctional (meth) acrylic compounds, vinyl compounds, (meth) acrylic acid esters, allyl compounds, (meth) acrylic acid metal salts, and the like can be used.
[0053]
In the present invention, as the light emitting mechanism of the light guide 4, in addition to the above rough surface, as shown in FIG. 12, a large number of lens rows such as prism rows, lenticular lens rows, or V-shaped grooves are guided. It is possible to use ones that extend in a direction (X direction) substantially orthogonal to the direction of the directivity of light from the LED 2 incident on the light body 4 and are parallel to each other. In this case, the lens array is not limited to a linear shape, and may be a curved shape surrounding the LED 2. The prism row 43a used for this purpose has an arrangement pitch P3 of preferably 10 to 100 μm, more preferably 10 to 80 μm, still more preferably 20 to 70 μm, and an apex angle of preferably 130 to 179 °, and more. Preferably it is the range of 140-179 degrees.
[0054]
This light emitting mechanism can also be provided so that the emission rate has a non-uniform distribution within the light emitting surface 43 of the light guide 4. For example, when a rough surface is used as the light emitting mechanism, a non-uniform distribution of the emission rate is obtained by performing a roughening process so that the distribution of the surface roughness in the light emitting surface 43 is non-uniform. Can be formed.
[0055]
In the present invention, it is preferable that the light emitting mechanism is formed on the light emitting surface 43 of the light guide 4 as described above, and the main surface (back surface) on the opposite side is the lens array forming surface 44 of the lens array 44a. However, in the present invention, the light emitting surface may be a lens array forming surface, and the light emitting mechanism may be formed on the opposite main surface.
[0056]
The rough surface as the light emitting mechanism and the lens array forming surface have an average inclination angle θa according to ISO 4287 / 1-1984 in the range of 0.5 to 25 °. It is preferable from the point of aiming. The average inclination angle θa is more preferably in the range of 0.5 to 20 °, particularly preferably in the range of 0.5 to 7 °. The average inclination angle θa is preferably set in an optimum range by a ratio (L / t) between the thickness (t) of the light guide 4 and the length (L) in the direction in which the incident light propagates. That is, when using a light guide 4 having an L / t of about 100 to 200, the average inclination angle θa is preferably 0.5 to 8 °, more preferably 0.5 to 6 °. It is a range, More preferably, it is the range of 0.5-4 degrees. Moreover, when using the thing with L / t of about 50-100 as the light guide 4, it is preferable that the average inclination | tilt angle (theta) a shall be 0.8-15 degrees, More preferably, it is 0.5-10 degrees. It is a range, More preferably, it is the range of 1-6 degrees. Furthermore, when the light guide 4 having a L / t of about 50 or less is used, the average inclination angle θa is preferably set to 1.5 to 25 °, more preferably in the range of 2 to 20 °. .
[0057]
The lens array 44a formed on the lens array formation surface 44 of the light guide 4 and the rough surface as the light emitting mechanism or the average inclination angle θa of the lens array are in accordance with ISO 4287 / 1-1984, a stylus type surface roughness meter. Is used to measure the rough surface shape, and the coordinate in the measurement direction is x, and the obtained gradient function f (x) can be used to obtain the following equation (1) and equation (2). Here, L is the measurement length, and Δa is the tangent of the average inclination angle θa.
[0058]
Δa = (1 / L) ∫0 L| (D / dx) f (x) | dx (1)
θa = tan-1(Δa) (2)
Further, the light guide 4 preferably has a light emission rate in the range of 0.5 to 5%, more preferably in the range of 1 to 3%. This is because when the light emission rate is smaller than 0.5%, the amount of light emitted from the light guide 4 tends to be small and sufficient luminance cannot be obtained. When the light emission rate is larger than 5%, a large amount of light is emitted in the vicinity of the light source 2. This is because light in the Y direction in the light exit surface 43 is remarkably attenuated and the brightness uniformity on the light exit surface 43 tends to decrease. Thus, by setting the light emission rate of the light guide 4 to 0.5 to 5%, the angle of the peak light emitted from the light emission surface is in the range of 50 to 80 ° with respect to the normal of the light emission surface. , Can emit light having a high directivity from the light guide 4 such that the half-value width of the emitted light distribution in a plane that includes the Y direction and is perpendicular to the light emitting surface 43 is 10 to 40 °. The emission direction can be efficiently deflected by the light deflecting element 6, and a surface light source device having high luminance can be provided.
[0059]
In the present invention, the light emission rate from the light guide 4 is defined as follows. The light intensity (I of the outgoing light on the light incident end face 41 side of the light outgoing face 430 ) And the intensity (I) of the emitted light at a position L from the end surface, when the thickness (dimension in the Z direction) of the light guide 4 is t, the relationship is as shown in the following equation (3). Satisfied.
[0060]
I = I0 ・ Α (1-α)L / t   (3)
Here, the constant α is the light output rate, and the ratio of light output from the light guide 4 per unit length in the Y direction on the light output surface 43 (the length corresponding to the light guide thickness t) ( %). The light emission rate α can be obtained from the gradient by plotting the logarithm of the light intensity of light emitted from the light emission surface 43 on the vertical axis and (L / t) on the horizontal axis.
[0061]
By disposing a liquid crystal display element on the light emitting surface (the light exit surface 62 of the light polarizing element 6) of the surface light source device including the LED 2, the light guide 4, the light deflecting element 6, and the light reflecting element 8 as described above, liquid crystal is provided. A display device is configured. The liquid crystal display device is observed by an observer through the liquid crystal display element from above in FIG. Further, in the present invention, a sufficiently collimated narrow distribution of light can be incident on the liquid crystal display element from the surface light source device, so that there is no gradation inversion in the liquid crystal display element and the brightness and hue uniformity. Can be obtained, and light irradiation concentrated in a desired direction can be obtained, and the utilization efficiency of the light emission amount of the primary light source for the illumination in this direction can be enhanced.
[0062]
13 and 14 are plan views showing a light guide for a surface light source device according to the present invention together with LEDs. In these drawings, members or portions having the same functions as those in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals.
[0063]
In these embodiments, the LED 2 as a point-like primary light source is disposed adjacent to the light incident end face 41 formed in the notch at the corner of the light guide 4. In the embodiment of FIG. 13, the maximum intensity light L emitted from the LED 20 Advances in parallel with a diagonal line connecting the corner portion where the notch portion of the light guide 4 is formed and the corner portion of the diagonal position. Further, in the embodiment of FIG. 14, the maximum intensity light L emitted from the LED 2.0 Advances along a direction that forms substantially the same angle φ with respect to both of the two edges adjacent to the corner where the notch of the light guide 4 is formed. In either case, the lens array 44a on the back surface 44 of the light guide has the maximum intensity light L.0 It extends in a direction parallel to the traveling direction. The cross-sectional shape CF of the lens array 44a is the same as that of the above embodiment. Also in this embodiment, the same operation effect as the above-mentioned embodiment is produced.
[0064]
FIG. 15 is a partially exploded perspective view showing a part of a light guide for a surface light source device according to the present invention together with LEDs. In these drawings, members or portions having the same functions as those in FIGS. 1 to 14 are denoted by the same reference numerals.
[0065]
In the present embodiment, the light incident end face 41 is made of an anisotropic rough surface. This anisotropic rough surface has an average inclination angle θa in the X direction along the light emitting surface 43 larger than an average inclination angle θa in the Z direction orthogonal to the light emitting surface 43. By setting it as such a rough surface, the distribution in the XY plane of the light emitted from the LED 2 and incident from the light incident end surface 41 into the light guide 4 can be expanded. Thereby, excessive light emission from the light guide 4 in the vicinity of the light incident end face based on excessively widening the distribution in the YZ plane is prevented, and the required area can be efficiently obtained in a wide area of the light emission surface 43. Intense light can be guided and it can contribute to improvement of luminance uniformity.
[0066]
The anisotropic rough surface of the light incident end surface 41 preferably has an average inclination angle in the X direction along the light emitting surface 43 of 3 to 60 °, more preferably 5 to 45 °. When the average inclination angle is less than 3 °, the above-described effects tend to be small, and when the average inclination angle exceeds 60 °, bright lines tend to appear. Further, in order to obtain the above-described effects, it is preferable that the average inclination angle in the Z direction orthogonal to the light emitting surface 43 is 5 ° or less. Further, the anisotropic rough surface of the light incident end face 41 has a length of a region having an inclination angle of 8 ° or more when measured in a direction orthogonal to the light emitting surface 43 is 5% or less of the total measurement length. preferable. If the length of the region with an inclination angle of 8 ° or more exceeds 5% of the total measurement length, the number of rays that enter the light exit surface 43 at a critical angle or less increases when entering the light guide. In the vicinity, the proportion of light rays emitted from the light exit surface 43 increases, and bright lines tend to appear.
[0067]
The distance between the primary light source such as the LED 2 and the light incident end face 41 is preferably 0.2 mm or less. When the distance between the primary light source and the light incident end face exceeds 0.2 mm, the luminance tends to decrease.
[0068]
FIG. 16 is a partial plan view showing a light guide for a surface light source device according to the present invention together with LEDs. In these drawings, members or portions having the same functions as those in FIGS. 1 to 15 are denoted by the same reference numerals.
[0069]
In the present embodiment, a plurality of light incident end faces 41 are provided on the same plane S that are separated from each other in the X direction along the light emitting face 43, and an edge between adjacent ones of the light incident end faces is provided. Are projected outward from the same plane S to form a projection 46, in which the portion adjacent to each light incident end face 41 is inclined with respect to the same plane S by an angle ω. ing. With such a structure, light leaking laterally from the case of the LED 2 can be introduced into the light guide 4 from the end edge, and the light utilization efficiency can be increased. In order to enhance such an effect, the angle ω is preferably 5 to 60 °.
[0070]
FIG. 17 is a perspective view showing still another embodiment of the surface light source device according to the present invention. In the figure, members or parts having the same functions as those in FIGS.
[0071]
In the present embodiment, the reflective sheet 10 having light diffusibility is provided so as to cover the end face portion of the laminated body of the light deflecting element 6, the light guide 4 and the light reflecting element 8 in the region other than the effective light emitting region F and the LED 2. It is attached. Thereby, the light emitted from the end surface portion of the laminated body and the light leaking from the case of the LED 2 can be diffused and reflected well in the XY plane and re-entered to the light guide 4, and the light guide light is emitted. Light having a required intensity can be guided to a wide area of the surface 43, which can contribute to an improvement in luminance uniformity.
[0072]
FIG. 18 is a sectional view showing still another embodiment of the surface light source device according to the present invention. In the figure, members or parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 17 are denoted by the same reference numerals.
[0073]
In the present embodiment, a reflective sheet 10 having a light diffusibility is attached so as to cover the end surface portion of the laminated body of the light guide 4 and the light reflecting element 8 in the region other than the effective light emitting region F and the LED 2. On top of this, the light deflection element 6 is arranged. Also by this, the effect similar to embodiment of FIG. 17 can be acquired. However, this embodiment has a low diffusion function in the XY plane as compared with the embodiment of FIG. 17, but can obtain high luminance.
[0074]
In some of the above embodiments, a plurality of point light sources such as LEDs are used. In this case, the plurality of point light sources has the maximum intensity light L of the light emitted from them.0 It is preferable to arrange so that the directions are parallel to each other.
[0075]
【Example】
Examples of the present invention and comparative examples are shown below. In Examples and Comparative Examples, measurement of average inclination angle, measurement of inclination angle in a micro area (tangential inclination angle), measurement of spread angle, and measurement of luminance unevenness for evaluation of uniformity of luminance distribution It was performed as follows.
[0076]
Average tilt angle measurement
Using a stylus type surface roughness meter (Surfcom 570A type, manufactured by Tokyo Seiki Co., Ltd.), a 1 μm R, 55 ° conical diamond needle (010-2528) was used as the stylus at a driving speed of 0.03 mm / sec. The measurement length was 2 mm. After correcting the slope of the average line of the extracted curve, the center line average value of the curve obtained by differentiating the curve according to the above formulas (1) and (2) was obtained.
[0077]
Measurement of tilt angle in micro area
The extracted curve was divided into minute measurement areas of 1 μm, and the inclination angle (corresponding to the tangential inclination angle) of the lens array cross-sectional shape in each measurement area was obtained. Based on this value, a frequency distribution of the inclination angle was obtained. The frequency distribution was obtained every other degree.
[0078]
Measurement of divergence angle
One LED as a point-like primary light source is turned on, and the luminance of the light guide light exit surface is measured on an arc having a radius of 5 mm with the light incident from the LED as the center, and the maximum luminance value of 50 is measured. An angle range in which a luminance value of% or more was obtained was obtained.
[0079]
Measurement of uneven brightness
Luminance measurement is performed at each 1 mm interval along the length direction in a region of 4 mm to 4.5 mm width 0.5 mm from the edge on the light incident end face side of the light emitting surface of the surface light source device. The ratio (minimum value / maximum value) between the minimum value and the maximum value of the luminance values obtained was determined.
[0080]
[Example 1]
Using a glass bead (FGB-400 manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd.) with a particle size of 53 μm or less from the stainless steel plate to the spray nozzle on the surface of a stainless steel plate with an effective area of 34 mm × 48 mm and a thickness of 3 mm. And the spraying pressure is 3.0 kgf / cm2 The entire surface was blasted to roughen the surface. Thus, a first mold having a rough shape transfer surface was obtained.
[0081]
On the other hand, a lens pattern in which a lens array with a pitch of 50 μm was arranged in parallel to a side with a length of 48 mm on a surface of a brass plate having a mirror-finished effective area of 34 mm × 48 mm and a thickness of 3 mm was formed by cutting. As a result, a second mold having a lens pattern shape transfer surface (concave curved surface) was obtained. FIG. 22 shows the measurement result of the cross-sectional shape of the shape transfer surface of the mold.
[0082]
A wedge shape that is injection molded using the first and second molds described above, is a rectangle with a short side of 34 mm and a long side of 48 mm, and the thickness varies from 1 mm to 0.7 mm along the long side. A transparent acrylic resin plate having one surface made of a rough surface and the other surface made of a lens surface was prepared as a light guide. The average inclination angle on the rough surface side of the obtained light guide was 3.4 °.
[0083]
In addition, the average inclination angle of the cross-sectional shape of the lens surface of the obtained light guide is 16 °, and the absolute value of the inclination angle with respect to the lens array formation plane of the minute region is 31 ° maximum and 0 ° minimum. Therefore, the maximum value of the difference from the average inclination angle was 16 °. When the frequency distribution of the tilt angle in the minute region was determined every 1 °, the tilt angle with the largest frequency was 6 °. The number of micro regions where the inclination angle takes a value of 1 ° to 11 ° was 34% of the number of all micro regions.
[0084]
The light incident end face of the obtained light guide was roughened in a direction perpendicular to the light exit face using # 2000 sandpaper. The roughened light incident end face had an average inclination angle in the direction along the light emission surface of 15 ° and an average inclination angle in the direction perpendicular to the light emission surface of 5 °.
[0085]
Three LEDs (NSCA 215biR manufactured by Nichia Corporation) were arranged at an interval of 9.0 mm so as to face the end surface on the short side with a thickness of 1 mm of the light guide. A light scattering reflection sheet (SU-119 manufactured by Enomoto Electric Manufacturing Co., Ltd.) is disposed on the lens array forming surface side of the light guide, and a large number of prism arrays with an apex angle of 65 ° and a pitch of 50 μm are formed in parallel on the rough surface side. The prism sheet (M165 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) was placed so that the prism forming surfaces face each other, and a surface light source device as shown in FIG. 21 was produced. In other words, the rough surface of the light guide was used as the light exit surface. The spread angle of the obtained surface light source device was 110 °. The effective light emission area F of the surface light source device is as illustrated.
[0086]
When the luminance unevenness in the 0.5 mm width region in the vicinity of the light incident end surface of the effective light emitting region F of the obtained surface light source device was measured, the ratio (minimum value / maximum value) between the minimum value and the maximum value of the luminance was The luminance unevenness in the effective light emission region F was not observed.
[0087]
[Comparative Example 1]
Using a glass bead (FGB-400 manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd.) with a particle size of 53 μm or less from the stainless steel plate to the spray nozzle on the surface of a stainless steel plate with an effective area of 34 mm × 48 mm and a thickness of 3 mm. And the spraying pressure is 3.0 kgf / cm2 The entire surface was blasted. Next, an acrylic resin shielding plate is placed 40 mm away from the surface of the stainless steel plate so as to cover a portion other than the width of 4 mm in the vicinity of one short side end face of the stainless steel plate. Using a glass bead (FGB-400 manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd.) with a particle size of 53 μm or less for the uncovered area, the distance from the stainless steel plate to the spray nozzle is 40 cm, and the spray pressure is 5.0 kgf / cm.2 The blasting process was performed in a strip shape having a width of 4 mm. Thus, a first mold having a rough shape transfer surface was obtained.
[0088]
On the other hand, on a surface of a brass plate having an effective area of 34 mm × 48 mm and a thickness of 3 mm that is mirror-finished, a prism array with a pitch of 50 μm having a substantially isosceles triangular cross section with a top angle of 130 ° and a curved surface with a curvature radius of 5 μm. A prism pattern connected in parallel with a side having a length of 48 mm was formed by cutting. As a result, a second mold having a prism pattern shape transfer surface was obtained.
[0089]
A wedge having a rectangular shape with a short side of 34 mm and a long side of 48 mm, the thickness of which varies from 1 mm to 0.7 mm along the long side by injection molding using the first mold and the second mold described above. A transparent acrylic resin plate having a shape and having one surface made of a rough surface and the other surface made of a prism surface was used as a light guide. At the time of injection molding, the side on which the rough surface mold was blasted into a strip shape was made thicker. The average inclination angle on the rough surface side of the obtained light guide is 5.0 ° in the 4 mm strip region from the thick end surface, and gradually changes in the approximately 1 mm region adjacent to the strip region, In other regions, it was 3.4 °.
[0090]
Further, the average inclination angle of the lens array forming surface of the light guide is 22 °, and the maximum absolute value of the angle formed by the tangent line in the minute region of the cross-sectional shape of the lens array and the prism array forming surface of the light guide Was 27 °, the minimum value was 6 °, and the maximum difference from the average inclination angle was 16 °. Further, when the frequency distribution of the inclination angle in the minute region is obtained at intervals of 1 °, the inclination angle at which the frequency is maximum is 25 °, and the number of minute regions in which the inclination angle takes a value of 20 ° to 30 ° is It was 79% of the total. The average inclination angle of the plane portion excluding the curved portion at the top of the prism row of the light guide is 25 °, and is formed by the tangent line in the minute region of the cross-sectional shape of the lens row and the lens row formation surface of the light guide. The maximum value of the difference from the absolute value of the corner was 19 °.
[0091]
Using the obtained light guide, a surface light source device as shown in FIG. 21 was produced in the same manner as in Example 1.
[0092]
When the luminance unevenness in the 0.5 mm width region in the vicinity of the light incident end surface of the effective light emitting region F of the obtained surface light source device was measured, the ratio (minimum value / maximum value) between the minimum value and the maximum value of the luminance was The luminance unevenness was observed in the effective light emission region F.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the luminance uniformity due to the use of a small number of point-like primary light sources for reducing the power consumption of the surface light source device is deteriorated, and the traveling direction distribution of the emitted light is deteriorated. Therefore, it is possible to provide a high-quality surface light source device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a surface light source device according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional shape of a lens array of a light guide according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an emitted light intensity distribution of an LED and an intensity distribution in the light guide.
FIG. 11 is a diagram showing a state of light deflection by the light deflection element.
FIG. 12 is a plan view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 13 is a bottom view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 14 is a bottom view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 15 is a partially exploded perspective view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 16 is a partial plan view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 17 is a perspective view showing a surface light source device according to the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a surface light source device according to the present invention.
FIG. 19 is a bottom view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 20 is a plan view showing a light guide according to the present invention together with a primary light source.
FIG. 21 is a schematic diagram showing dimensions of a surface light source device used in Examples.
FIG. 22 is a diagram showing a measurement result of a cross-sectional shape of a shape transfer surface of a mold used in an example.
FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the occurrence of uneven luminance distribution in the surface light source device.
FIG. 24 is a schematic diagram for explaining the occurrence of uneven luminance distribution in the surface light source device.
[Explanation of symbols]
2 LED
4 Light guide
41 Light incident end face
43 Light exit surface
43a prism row
44 Lens array forming surface
44a Lens array
46 Protrusion
6 Light deflection elements
61 Light entrance
61a prism row
62 Light-emitting surface
8 Light reflecting elements
10 Light-diffusing reflective sheet
Cross-sectional shape of CF lens array surface
CF0 basic shape
CF1 modified shape
CV1, CV2 outwardly convex curve
CC1, CC2 Curves concave outward
CX1, CX2 Curve having outwardly convex parts and outwardly concave parts
K1, K2 polyline
SS bottom
F Effective light emission area

Claims (13)

点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列の延在方向と直交する前記レンズ列の断面形状は、前記導光体のレンズ列形成平面に対する平均傾斜角が10〜50°であり、かつ、前記断面形状の各点での接線の前記レンズ列形成平面に対する角度の絶対値(a)と前記平均傾斜角(b)との差の絶対値|(a)−(b)|の最大値が5〜30°の範囲であり、前記断面形状の各微小領域での接線と前記レンズ列形成平面とのなす角度の絶対値の度数分布において最大度数を示す角度から±5°以内の範囲内の前記微小領域の数の全微小領域の数に対する割合が50%以下であることを特徴とする面光源装置用導光体。
A plate-shaped light guide that guides light emitted from a point-like primary light source and has a light incident end surface on which light emitted from the primary light source is incident and a light exit surface from which light is guided. And
One of the light exit surface and the back surface on the opposite side extends substantially along the direction of directivity of light incident on the light guide from the primary light source in a plane along the light exit surface; A plurality of lens rows arranged in parallel with each other are formed, and the cross-sectional shape of the lens row perpendicular to the extending direction of the lens row has an average inclination angle of 10 to 10 with respect to the lens row forming plane of the light guide. The absolute value of the difference between the absolute value (a) of the tangential line at each point of the cross-sectional shape with respect to the lens array forming plane (a) and the average inclination angle (b) | (a) − ( b) The maximum value of the | Divide the number of microregions within a range of 5 ° with respect to the total number of microregions. A surface light source device for the light guide, wherein the but 50% or less.
前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が90°以上であり、前記断面形状の平均傾斜角が12.5〜30°であることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。  The spread angle of light incident on the light guide from the primary light source is 90 ° or more, and the average inclination angle of the cross-sectional shape is 12.5 to 30 °. A light guide for a surface light source device. 前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が70〜90°であり、前記断面形状の平均傾斜角が11〜20°または25〜35°であることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。  The spread angle of light incident on the light guide from the primary light source is 70 to 90 °, and the average inclination angle of the cross-sectional shape is 11 to 20 ° or 25 to 35 °. 2. A light guide for a surface light source device according to 1. 前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が70°以下であり、前記断面形状の平均傾斜角が10〜17°または27.5〜50°であることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。  The spread angle of light incident on the light guide from the primary light source is 70 ° or less, and the average inclination angle of the cross-sectional shape is 10 to 17 ° or 27.5 to 50 °. Item 2. A light guide for a surface light source device according to Item 1. 前記断面形状は凸および凹の曲線の少なくとも1つを含んでなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の面光源装置用導光体。  The light guide for a surface light source device according to claim 1, wherein the cross-sectional shape includes at least one of a convex curve and a concave curve. 前記光入射端面は異方性粗面からなり、該異方性粗面は前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角より大きいことを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。  The light incident end surface is made of an anisotropic rough surface, and the anisotropic rough surface has an average inclination angle in a direction along the light emission surface larger than an average inclination angle in a direction orthogonal to the light emission surface. The light guide for a surface light source device according to claim 1, wherein: 前記異方性粗面は、前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が3〜60°であり、前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角が5°以下であることを特徴とする、請求項6に記載の面光源装置用導光体。  The anisotropic rough surface has an average inclination angle in a direction along the light emission surface of 3 to 60 ° and an average inclination angle in a direction orthogonal to the light emission surface of 5 ° or less. The light guide for a surface light source device according to claim 6, wherein 前記異方性粗面は、前記光出射面と直交する方向で測定した場合の傾き角8°以上の領域の長さが全測定長の5%以下であることを特徴とする、請求項6〜7のいずれかに記載の面光源装置用導光体。  The length of a region having an inclination angle of 8 ° or more when the anisotropic rough surface is measured in a direction orthogonal to the light emitting surface is 5% or less of the total measurement length. The light guide body for surface light source devices in any one of -7. 前記光出射面に沿った方向に隔てられ同一平面上に配置された複数の前記光入射端面を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が前記同一平面より外方へ突出して突出部を形成しており、該突出部では前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して傾斜していることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。  A plurality of the light incident end surfaces arranged on the same plane and separated in a direction along the light emitting surface, and a portion corresponding to an edge between adjacent ones of the light incident end surfaces is the same The protrusion is formed outwardly from a plane to form a protrusion, and a portion of the protrusion adjacent to the light incident end surface is inclined with respect to the same plane. 2. A light guide for a surface light source device according to 1. 前記突出部での前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して5〜60°傾斜していることを特徴とする、請求項9に記載の面光源装置用導光体。10. The light guide for a surface light source device according to claim 9 , wherein a portion adjacent to the light incident end surface of the end edge of the projecting portion is inclined by 5 to 60 ° with respect to the same plane. body. 前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの片方に光出射機構を備えていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の面光源装置用導光体。The light guide for a surface light source device according to any one of claims 1 to 10 , wherein a light emitting mechanism is provided on one of the light emitting surface and the back surface on the opposite side. 請求項1〜11のいずれかに記載の面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置されている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている少なくとも1つの光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記導光体に隣接する光偏向素子の前記入光面に、前記導光体の光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする面光源装置。 The light guide for a surface light source device according to any one of claims 1 to 11, the primary light source disposed adjacent to the light incident end surface of the light guide, and a light exit surface of the light guide At least one light deflection element disposed adjacent to the light entrance surface, the light deflection element being disposed opposite the light exit surface of the light guide and the light exit surface on the opposite side. The light incident surface of the light deflection element adjacent to the light guide extends in a direction substantially parallel to the incident end edge of the light incident end surface of the light guide and is parallel to each other. A surface light source device comprising a plurality of prism rows. 前記一次光源は点状光源であることを特徴とする、請求項12に記載の面光源装置。The surface light source device according to claim 12 , wherein the primary light source is a point light source.
JP2001272050A 2001-09-07 2001-09-07 Surface light source device and light guide used therefor Expired - Fee Related JP4761422B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001272050A JP4761422B2 (en) 2001-09-07 2001-09-07 Surface light source device and light guide used therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001272050A JP4761422B2 (en) 2001-09-07 2001-09-07 Surface light source device and light guide used therefor

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011112351A Division JP5371125B2 (en) 2011-05-19 2011-05-19 Surface light source device and light guide used therefor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003075649A JP2003075649A (en) 2003-03-12
JP2003075649A5 JP2003075649A5 (en) 2008-10-16
JP4761422B2 true JP4761422B2 (en) 2011-08-31

Family

ID=19097475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001272050A Expired - Fee Related JP4761422B2 (en) 2001-09-07 2001-09-07 Surface light source device and light guide used therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4761422B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4553596B2 (en) * 2004-01-29 2010-09-29 三菱レイヨン株式会社 Light guide for surface light source device, method for manufacturing the same, and surface light source device
GB0425524D0 (en) * 2004-11-19 2004-12-22 Invensys Controls Uk Ltd Remotely operable appliance control unit
JP5585806B2 (en) * 2008-07-22 2014-09-10 三菱レイヨン株式会社 Surface light source device and light guide used therefor
JP5439051B2 (en) * 2009-06-23 2014-03-12 三菱レイヨン株式会社 Surface light source device and light guide used therefor
JP5527711B2 (en) * 2010-02-25 2014-06-25 三菱レイヨン株式会社 Surface light source device and light guide used therefor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3739067B2 (en) * 1997-03-27 2006-01-25 株式会社エンプラス Sidelight type surface light source device
JP3543654B2 (en) * 1998-12-28 2004-07-14 株式会社エンプラス Light guide plate, side light type surface light source device and liquid crystal display device
JP2000294019A (en) * 1999-02-03 2000-10-20 Mitsubishi Rayon Co Ltd Flat light emitting device
JP3966492B2 (en) * 1999-04-23 2007-08-29 株式会社エンプラス Light guide plate, side light type surface light source device and liquid crystal display device
JP3458823B2 (en) * 1999-05-11 2003-10-20 日亜化学工業株式会社 Surface emitting device
JP3695994B2 (en) * 1999-06-30 2005-09-14 三洋電機株式会社 Surface light source device, light guide plate, and display device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003075649A (en) 2003-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7226197B2 (en) Surface light source device and light guide used therefor
KR100863865B1 (en) Area light source and lightguide used therefor
JP4544531B2 (en) Surface light source device
JP4323208B2 (en) Surface light source device and light guide used therefor
JP2008209928A (en) Light source device and light deflector for use therein
WO2003098100A1 (en) Planar light source and light guide for use therein
JP2006128093A (en) Light guide for surface light source apparatus and surface light source apparatus
JP2002343124A (en) Surface light source equipment
JP2006294256A (en) Surface light source device and light guide body therefor
JP2008218418A (en) Surface light source and light guide used for same
JP2004111352A (en) Surface light source device and light guide used therefor
JPWO2004016985A1 (en) Surface light source device and light guide used therefor
JP4119633B2 (en) Surface light source device and light guide used therefor
JP4761422B2 (en) Surface light source device and light guide used therefor
JP5371125B2 (en) Surface light source device and light guide used therefor
JP4400845B2 (en) Light diffusing sheet, video display element using the same, and surface light source device
JP4807814B2 (en) Surface light source device and light guide used therefor
JP4424641B2 (en) Surface light source device and light guide for surface light source device
JP2003132720A (en) Surface lightsource device
JP4210053B2 (en) Light source device
JP4160297B2 (en) Optical deflection element
JP4730873B2 (en) Optical deflection element and surface light source device using the same
JP4118043B2 (en) Light source device
JP4212030B2 (en) Surface light source device, light guide used therefor, and display device using them
JP4162399B2 (en) Light source device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080901

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080901

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100506

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20101214

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20101214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110322

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110519

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110602

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110603

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees