JP4791474B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明はフラットディスプレイ、特にモバイル・アプリケーションに用いるディスプレイを背面照射するための照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device for backlighting a flat display, in particular a display used for mobile applications.
公知のモバイル・アプリケーションに用いるディスプレイの照明装置は、例えば管状光源(CCFL:冷陰極管)のような光源を備えている。この光源から放射される光は端面の断面形状が楔型の導光部材内に導かれる。特に、導光部材が楔型であるために境界面で光ビームの全反射が生じ、楔型の導光部材の表面から対応する散乱中心を経て光ビームが出射する。楔型の導光部材の表面は、伝送光によって照明されるディスプレイに対向して設けられ、その表面は、光の屈折によって導光部材から出射する構造になっている。屈折した光は集束され、導光部材とディスプレイの間に設けられた複数の膜に案内されて、実質的に白色光がディスプレイに到達する。このような照明装置の構造は複雑であり、例えば枠体等の中に複数の膜を設け、かつ、膜の滑りなどがないことを保証しなければならないために、一層複雑化される。この複雑な構造のために製造コストが高く、さらに動作不良の危険性がある。 A display illumination device used for a known mobile application includes a light source such as a tubular light source (CCFL). The light emitted from the light source is guided into a light guide member having a wedge-shaped cross section at the end face. In particular, since the light guide member is wedge-shaped, total reflection of the light beam occurs at the boundary surface, and the light beam is emitted from the surface of the wedge-shaped light guide member through the corresponding scattering center. The surface of the wedge-shaped light guide member is provided to face the display illuminated by the transmitted light, and the surface is structured to emit from the light guide member by light refraction. The refracted light is focused and guided to a plurality of films provided between the light guide member and the display, and substantially white light reaches the display. The structure of such an illuminating device is complicated, and for example, a plurality of films are provided in a frame or the like, and it is necessary to ensure that there is no slippage of the film, so that it is further complicated. Due to this complex structure, the manufacturing costs are high and there is a risk of malfunction.
欧州特許第1194915号から、携帯電話用の導光部材は公知である。これでは、LED(発光ダイオード)のような光源からの光が導光部材に入射される。光を導出するために、導光部材の表面に回折格子を設ける。そして導光部材は、回折格子が相互に隣接しているように全面に異なった回折格子を設けておく。光の導出の均一性を得るために、回折格子は異なる回折効果を持つよう構成されている。個々の回折格子の振幅、もしくは格子構造における高さを変化させることによって、回折効果の異なる回折格子が得られる。しかし、回折格子の振幅を異にする表面構造を制作することは極めて困難で、さらに個々の回折格子が直接接触するため、技術的に達成困難な精度が必要とされる。必要な精度が得られなければ、例えば、回折により望まない干渉のような予測困難な事態を生じる傾向がある。 From European Patent No. 1194915, a light guide member for a mobile phone is known. In this case, light from a light source such as an LED (light emitting diode) enters the light guide member. In order to derive light, a diffraction grating is provided on the surface of the light guide member. The light guide member is provided with different diffraction gratings on the entire surface so that the diffraction gratings are adjacent to each other. In order to obtain light derivation uniformity, the diffraction grating is configured to have different diffraction effects. By changing the amplitude of each diffraction grating or the height of the grating structure, diffraction gratings having different diffraction effects can be obtained. However, it is extremely difficult to produce a surface structure with different amplitudes of diffraction gratings, and since the individual diffraction gratings are in direct contact with each other, accuracy that is difficult to achieve technically is required. If the required accuracy is not obtained, for example, diffraction tends to cause difficult to predict situations such as unwanted interference.
本発明は、効率が高く、かつ低コストで、より優れた動作信頼性を保証するフラットディスプレイ背面の照明装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a lighting device for the back surface of a flat display, which has high efficiency and low cost, and guarantees superior operational reliability.
前記目的は、請求項1の特徴を備えた発明により達成される。
The object is achieved by the invention having the features of
本照明装置は、特にフラットディスプレイ、例えば携帯電話機、PDAディスプレイ、カメラなどのディスプレイに適している。さらに、この照明装置は、宣伝広告板、表示パネルなどの背面照明にも好適である。この照明装置は、1個またはそれ以上のLEDまたはCCFLを含みうる光源を備えている。 The illumination device is particularly suitable for flat displays such as mobile phones, PDA displays, and cameras. Furthermore, this lighting device is also suitable for back lighting such as advertising billboards and display panels. The illuminator comprises a light source that may include one or more LEDs or CCFLs.
光源から放射された光は、導光部材に入射する。好ましくは、導光部材は、PPMA、PC、PET、PTなどの透明なプラスチックおよび無機ガラス、もしくは透明なプラスチックまたは無機ガラスから製造される。導光部材に入射した光は、導光部材の出光面から出射される。照明装置が携帯電話機に用いられる際には、光がディスプレイに向かって導光部材から放射されるように、ディスプレイに対向して出光面が設けられる。本発明によれば、出光面が回折表面素子を備えた表面構造を有する。好適には、そのような回折表面素子を複数設けることによって、本発明では、回折表面素子により充分に良好な照明を達成することができるために、従来技術において導光部材とディスプレイの間に設けられた膜は省略することができる。 Light emitted from the light source enters the light guide member. Preferably, the light guide member is made of transparent plastic and inorganic glass such as PPMA, PC, PET, PT, or transparent plastic or inorganic glass. The light incident on the light guide member is emitted from the light exit surface of the light guide member. When the illumination device is used in a mobile phone, a light exit surface is provided facing the display so that light is emitted from the light guide member toward the display. According to the present invention, the light exit surface has a surface structure provided with a diffractive surface element. Preferably, by providing a plurality of such diffractive surface elements, the present invention can achieve sufficiently good illumination with the diffractive surface element. The formed film can be omitted.
導光部材の1もしくはそれ以上の側面には、出光面から出射する光量を増加させるために反射鏡を備えることができる。同様に光源も、導光部材に入射する光量を増加させるため、反射鏡で部分的に包囲しておくことができる。 One or more side surfaces of the light guide member can be provided with a reflecting mirror to increase the amount of light emitted from the light exit surface. Similarly, the light source can be partially surrounded by a reflecting mirror in order to increase the amount of light incident on the light guide member.
本照明装置を用いて、導光部材の出光面とディスプレイの間に設けられた膜のような更なる導光部品を省略することが可能である。上記の反射素子以外にも、本発明は、何ら導光部品を用いることなしに、半透過性または透過性の背面照明を提供する。導光部材の出光面上に回折表面素子を設けることによって、照明装置の構造を単純化することができ、これにより照明装置の品質、特に使用寿命が強化される。 With this lighting device, it is possible to omit further light guide components such as a film provided between the light exit surface of the light guide member and the display. In addition to the reflective elements described above, the present invention provides transflective or transmissive backlighting without using any light guide components. By providing the diffractive surface element on the light exit surface of the light guide member, the structure of the lighting device can be simplified, and thereby the quality of the lighting device, particularly the service life, is enhanced.
好ましくは、個々の回折表面素子は、スペクトル分散により集束された好適な光束を得る回折素子として作用する形状とすることが望ましい。この意味において、個々の回折表面素子は波型断面の表面構造を備えていることが望ましく、波型ピッチは回折される光の波長に応じて選択される。個々の回折表面素子は、異なる回折格子を備えていることが望ましい。 Preferably, each diffractive surface element has a shape that acts as a diffractive element for obtaining a suitable light beam focused by spectral dispersion. In this sense, each diffractive surface element preferably has a surface structure with a corrugated cross section, and the corrugated pitch is selected according to the wavelength of the diffracted light. The individual diffractive surface elements are preferably provided with different diffraction gratings.
特に好ましいのは、回折表面素子が少なくとも2本の単色光および白色光、もしくは、単色光または白色光の隣接する光束を重畳して作られるよう構成されていることである。この場合には、単色光では波長の範囲は±100nm, 特に±50nmである。本発明によれば、このような回折表面素子を設けることにより、その大部分が単色光で、特に高い輝度を有する集束された光を発生することが可能になる。 Particularly preferred is that the diffractive surface element is configured to be made by superimposing at least two monochromatic light and white light or adjacent light beams of monochromatic light or white light. In this case, the wavelength range of monochromatic light is ± 100 nm, particularly ± 50 nm. According to the present invention, by providing such a diffractive surface element, it is possible to generate focused light having a particularly high luminance, most of which is monochromatic light.
この回折表面素子の表面構造は、さらに、出光面からの光の照射方向を調整することを可能にする。このためには、回折表面素子に設けられる回折格子はフラウンホーファーの回折則に従って修正されなければならない。調整可能範囲は、出光面に対し0から90°の範囲内にすることが好ましい。 The surface structure of the diffractive surface element further allows adjustment of the irradiation direction of light from the light exit surface. For this purpose, the diffraction grating provided on the diffractive surface element must be modified according to Fraunhofer's diffraction law. The adjustable range is preferably in the range of 0 to 90 ° with respect to the light exit surface.
同様に照射光の色温度を、回折表面素子の選択またはその構造形態によって調整することが可能である。好適には3,000°Kから10,000°Kの範囲における色温度の調整が可能である。 Similarly, the color temperature of the irradiation light can be adjusted by selecting the diffractive surface element or its structure. The color temperature can be adjusted preferably in the range of 3,000 ° K to 10,000 ° K.
この回折表面素子を備えた出光面の形態によって、特にスペクトル分散が回避または大幅に低減される。さらに充分な光の増幅と、同時に低エネルギー消費が達成される。さらに回折表面素子を設けること、特に回折表面素子の構成によって、良好な光の集束を達成することができる。回折または反射作用を行う膜のような導光システムをさらに設ける必要なしに、光増幅または光集束の面で、これらの利点を得ることができるということは特に有利である。 The form of the light exit surface with this diffractive surface element in particular avoids or significantly reduces spectral dispersion. In addition, sufficient light amplification and at the same time low energy consumption are achieved. Further, by providing a diffractive surface element, in particular, the structure of the diffractive surface element, good light focusing can be achieved. It is particularly advantageous that these advantages can be obtained in terms of light amplification or light focusing without the need for further light guiding systems such as films that perform diffraction or reflection.
本発明の回折表面素子の面積は、好適には0.04μm2〜10,000μm2、特に0.04μm2〜500μm2である。このような微小な表面を備えているため、携帯電話機のような極めて小型のフラットディスプレイであっても、複数の回折表面素子を備えることが可能である。 Area of the diffractive surface element of the present invention is preferably 0.04μm 2 ~10,000μm 2, in particular 0.04μm 2 ~500μm 2. Since such a minute surface is provided, even a very small flat display such as a mobile phone can be provided with a plurality of diffractive surface elements.
この場合、個々の回折表面素子間の相互間隔は、好適には0〜100μm、特に0〜50μm、特に好ましくは0〜15μmの範囲にある。回折表面素子が有限の間隔を有することは、特に好ましいことである。好ましくは、この間隔は少なくとも1μm、特に少なくとも3μmであることが好ましい。これは、より多くの光を導出するべき導光部材の領域においては回折表面素子の間隔を減じ、他方で、より少ない光量を導出するべき導光部材の領域においては、その間隔をより大きく取ることができるという点で有利である。これにより、照度分布を充分均一にすることができる。さらに製造面で個々の回折表面素子を常に同一間隔で配置することがより容易となる。例えば、もしも回折表面素子が硬化性塗料と素子形成要素または金型を組み合わせて製造されるのであれば、素子間に空間を設けておけば、例えば塗料ウエッブ形成による回折表面素子の境界における破壊が回避される。さらに個々の表面表面素子の間に空間を設けると、隣接している表面構造によって生じる屈折や回折の悪影響が避けられることが保証される。 In this case, the mutual spacing between the individual diffractive surface elements is preferably in the range from 0 to 100 μm, in particular from 0 to 50 μm, particularly preferably from 0 to 15 μm. It is particularly preferred that the diffractive surface elements have a finite spacing. Preferably, this distance is at least 1 μm, in particular at least 3 μm. This reduces the distance between the diffractive surface elements in the region of the light guide member from which more light is to be derived, and on the other hand, increases the distance in the region of the light guide member from which less light is to be derived. It is advantageous in that it can. Thereby, the illuminance distribution can be made sufficiently uniform. Furthermore, it becomes easier to always arrange the individual diffractive surface elements at the same interval in terms of manufacturing. For example, if the diffractive surface element is manufactured by combining a curable paint and an element forming element or a mold, if a space is provided between the elements, for example, destruction at the boundary of the diffractive surface element due to the formation of a paint web Avoided. Furthermore, the provision of spaces between the individual surface surface elements ensures that adverse effects of refraction and diffraction caused by adjacent surface structures are avoided.
好適には一つの回折表面素子グループに、表面構造の異なる複数の回折表面素子が含まれることが望ましい。そうすることによって異なる表面構造が選択され、一つの回折表面素子グループが実質的に単色光および白色光、もしくは単色光または白色光を放射するようになる。表面構造のタイプ、特に表面構造によって生じる光の波長変化は、光源によって放射される波長範囲に応じて決定される。 Preferably, a plurality of diffractive surface elements having different surface structures are included in one diffractive surface element group. By doing so, different surface structures are selected, so that one diffractive surface element group emits substantially monochromatic light and white light, or monochromatic light or white light. The type of surface structure, in particular the wavelength change of light caused by the surface structure, is determined according to the wavelength range emitted by the light source.
好適には、一つの回折表面素子グループが表面構造の異なる回折表面素子を少なくとも2つ含むのが好ましく、その回折表面素子グループがそれぞれ異なる表面構造の回折表面素子を少なくとも4つ、特に6つ含むのが好ましい。 Preferably, one diffractive surface element group preferably includes at least two diffractive surface elements having different surface structures, and the diffractive surface element group includes at least four, especially six diffractive surface elements each having a different surface structure. Is preferred.
本発明の実施例によれば、個々の回折表面素子は、高さ或いは振幅に関しては同じ表面構造であるから、個々の回折表面素子の回折効果は同一である。単に製造の際に小さな誤差による変動幅は生じるが、それは回折効果には軽微な影響しかない。 According to an embodiment of the present invention, the individual diffractive surface elements have the same surface structure with respect to height or amplitude, so that the diffractive effects of the individual diffractive surface elements are the same. Although a fluctuation range due to a small error occurs during manufacturing, it has only a minor effect on the diffraction effect.
特に好ましいのは、異なる表面構造として、振幅が一定で、波長だけ変化するように個々の回折表面素子を形成することである。必ずしも正弦曲線型の表面構造でなければならないことはないが、表面構造のタイプに応じて、一般的に、隆起部分は、全ての高さが同一で、相互間隔が異なるようにする。 It is particularly preferable to form the individual diffractive surface elements as different surface structures so that the amplitude is constant and varies by wavelength. Although not necessarily a sinusoidal surface structure, depending on the type of surface structure, generally the raised portions are all the same height and are different from each other.
このため、光源から放射される光は、個々の回折表面素子によって回折が異なっている。この点については、間隔を変更することが高さを変更するよりも簡単に行えるという格別の利点がある。 For this reason, the light emitted from the light source has different diffraction depending on the individual diffractive surface elements. In this regard, there is a special advantage that changing the interval is easier than changing the height.
好適には、回折表面素子は、例えば、表面構造の異なる6個の回折表面素子からなるグループとして設けられ、例えば、550nmの同一の振幅を有することが好ましい。一つの回折表面素子グループのそれぞれの振幅は、例えば、490nm、503nm、517nm、530nm、575nmおよび620nmである。特に、これらの回折表面素子は、正弦曲線型の表面構造を有するものとする。個々の回折表面素子の間隔は、好適には1〜100μmの範囲、特に1〜50μm、最も好ましくは1〜15μmの範囲である。 Preferably, the diffractive surface elements are provided, for example, as a group consisting of six diffractive surface elements having different surface structures, and preferably have the same amplitude of, for example, 550 nm. The respective amplitudes of one diffractive surface element group are, for example, 490 nm, 503 nm, 517 nm, 530 nm, 575 nm and 620 nm. In particular, these diffractive surface elements have a sinusoidal surface structure. The spacing between the individual diffractive surface elements is preferably in the range 1-100 μm, in particular 1-50 μm, most preferably 1-15 μm.
このような微小な表面構造の回折表面素子の製造は、例えば欧州特許第05003358号に記載されており、その開示を参照することによって、本品に取り入れられる。回折表面素子を製造するために適当な材料は、次の組成を有するのが好ましい。 The manufacture of such a diffractive surface element with a minute surface structure is described in, for example, EP05003358, and is incorporated into this product by referring to the disclosure. A suitable material for producing a diffractive surface element preferably has the following composition:
11gのアクリル酸−1H,1H,2H,2H−ペルフルオロクチルアクリレートを、ジプロピレングリコールジアクリレート8g, 0.1gのイルガキュア(登録商標) 819および0.2gのイルガキュア(登録商標)184(イルガキュア(登録商標) 販売元:チバ特殊化学 ラムパーズハイム GmbH)と混合し、この混合物60μlを、散乱中心を備えた成型用金型を用いて表面パターン形成を施した2cm×2cmのニッケルプレート上に塗布した。 11g of acrylic acid-1H, IH, 2H, 2H-perfluoro Chi le acrylate, dipropylene glycol diacrylate 8 g, Irgacure of 0.1 g (R) 819 and 0.2g of Irgacure (R) 184 (IRGACURE (Registered Trademark : Vendor: Ciba Specialty Chemicals Rampersheim GmbH) 60 μl of this mixture was applied onto a 2 cm × 2 cm nickel plate that had been surface patterned using a mold with a scattering center. .
次にこのニッケルプレート上の混合物表面に、寸法が厚さ1mm、1cm×1cmのポリメチルメタクリレートの小さなプレートを載せた。その後、このようにしてニッケルプレート上に得られた混合物を挟持したサンドイッチに、従来型の水銀灯から紫外線を2秒間照射した。その後、硬化成形コンパウンドの結合した基板を、成型用金型から取り外した。 Next, on the surface of the mixture on the nickel plate, a small plate of polymethyl methacrylate having dimensions of 1 mm thickness and 1 cm × 1 cm was placed. Thereafter, the sandwich sandwiching the mixture thus obtained on the nickel plate was irradiated with ultraviolet rays from a conventional mercury lamp for 2 seconds. Thereafter, the substrate having the cured molding compound bonded thereto was removed from the molding die.
導光部材は断面が楔型であってもよいが、平行配列管状の導光部材を設けるのが好ましく、光導入面は平行配列管の側面にある。好適には平行配列管状の導光部材は立方体である。 The light guide member may be wedge-shaped in cross section, but it is preferable to provide a light guide member having a parallel array tubular shape, and the light introduction surface is on the side surface of the parallel array tube. Preferably, the parallel-aligned tubular light guide members are cubes.
本発明によって提供される回折表面素子により得られる良好な発光効率のために、平行配列された管状の導光部材を設けることが可能になる。これにより製造の実質的な簡素化が達成される。平行配列された管状の導光部材の厚みは、0.1〜3mmの範囲にあることが好ましい。 Due to the good luminous efficiency obtained by the diffractive surface element provided by the present invention, it is possible to provide tubular light guide members arranged in parallel. This achieves a substantial simplification of manufacturing. The thickness of the tubular light guide members arranged in parallel is preferably in the range of 0.1 to 3 mm.
好適には、1個または複数のLEDあるいはCCFL光源は、導光部材の内部および外部、もしくは内部または外部に配列される。回折表面素子は、光源の位置または光源に応じて配列される。回折表面素子を対応させて配列することにより、出光面の異なる位置に存在している、異なる光強度等が補償されて均一、即ち、特に集束され、単色光および白色光、もしくは単色光または白色光が回折表面素子によって出光面から放射されるようになる。 Preferably, the one or more LEDs or CCFL light sources are arranged inside and outside the light guide member, or inside or outside. The diffractive surface elements are arranged according to the position of the light source or the light source. By arranging the diffractive surface elements so as to correspond to each other, different light intensities, etc. existing at different positions on the light exit surface are compensated uniformly, that is, particularly focused, monochromatic light and white light, or monochromatic light or white Light is emitted from the light exit surface by the diffractive surface element.
出光面に向かう光量を増大させるために、反射鏡を備えてもよい。これらの反射鏡は、例えば部分的に光源を囲んでいる。一例として管状の光源は、放物面反射鏡の焦点に設けられることが好ましい。同様に複数の平面反射鏡をさらに、または放物面反射鏡の代りに設けてもよい。さらに、導光部材の出光面ではない導光部材の外面には、光の損失を防ぐために反射鏡を設けてもよい。本発明による回折表面素子を、例えば導光部材の側面に設けて、対応する光を導いてもよい。この回折表面素子を光源の表面に設けて、導光、集束およびスペクトル分散等、もしくはそのいずれかを意図的に達成してもよい。 In order to increase the amount of light directed to the light exit surface, a reflecting mirror may be provided. These reflecting mirrors partially surround the light source, for example. As an example, the tubular light source is preferably provided at the focal point of a parabolic reflector. Similarly, a plurality of plane reflecting mirrors may be provided additionally or instead of the parabolic reflecting mirror. Furthermore, a reflecting mirror may be provided on the outer surface of the light guide member that is not the light exit surface of the light guide member in order to prevent light loss. The diffractive surface element according to the present invention may be provided, for example, on the side surface of the light guide member to guide the corresponding light. This diffractive surface element may be provided on the surface of the light source to intentionally achieve light guiding, focusing and / or spectral dispersion.
導光部材の出光面に回折表面素子を設けると共に、またはその代りに、そのような回折表面素子を反対側、即ち導光部材の底部に設けてもよい。回折表面素子により回折された光は、これにより導光部材を通ってディスプレイに向けられる。 A diffractive surface element may be provided on the light exit surface of the light guide member, or alternatively, such a diffractive surface element may be provided on the opposite side, that is, on the bottom of the light guide member. The light diffracted by the diffractive surface element is thereby directed to the display through the light guide member.
本発明の特に好ましい実施例において、出光面またはそれに対向する面に特に設けられた隣接する回折表面素子の間隔は、光源への距離が増すにつれて減少している。これにより光の強度は光源の近傍では高く、光源からの距離が増すにつれて減少するということが考えられる。例えば、導光部材の内部に設けられた光源は、回折表面素子の同心円によって囲まれ、これら同心円相互の間隔は光源までの距離が増すにつれて減少している。光源のタイプ、特に光源の照射特性に応じて、それに適した回折表面素子の異なった配置をすることは利点となろう。 In a particularly preferred embodiment of the invention, the spacing between adjacent diffractive surface elements provided specifically on the light exit surface or on the opposite surface decreases as the distance to the light source increases. As a result, the light intensity is high in the vicinity of the light source, and may decrease as the distance from the light source increases. For example, the light source provided inside the light guide member is surrounded by concentric circles of the diffractive surface element, and the distance between these concentric circles decreases as the distance to the light source increases. Depending on the type of light source, especially the illumination characteristics of the light source, it would be advantageous to have a different arrangement of diffractive surface elements suitable for it.
このように周期的、非周期的な回折表面素子の配列が可能である。好適には、回折表面素子は、光源のタイプと位置または光源に応じて配置される。 In this way, periodic and aperiodic arrangements of diffractive surface elements are possible. Preferably, the diffractive surface element is arranged according to the type and position of the light source or the light source.
本発明の好適な実施例の一つは、LCD素子のような液晶素子を備えたフラットディスプレイである。本発明によれば、液晶素子は上述の仕様に対応して形成された照明装置を用いて背面から照明を受ける。 One preferred embodiment of the present invention is a flat display having a liquid crystal element such as an LCD element. According to the present invention, the liquid crystal element is illuminated from the back using an illumination device formed in accordance with the above specifications.
従来技術による公知のディスプレイまたは液晶素子は、光源ボックスのような光素子を備えている。光素子には光源として複数の蛍光管、特にCCFLが設けられている。蛍光管によって放射される光をより均一なものとし、それにより液晶素子の照明をより均一なものとするために、蛍光管と液晶素子の間にホイル(箔)が設けられている。これらのホイルはそれぞれ、いわゆるBEFおよびDBEFホイルと呼ばれるものである。BEFホイルは光度を高める。これを達成するため、ホイル上には複数のプリズムが配列される。DBEFホイルは液晶素子の背面側から反射された光の偏光を変化させ、その光を液晶素子に向かって戻すために用いられる。さらに、PRFホイルは偏光を変化させるために用いられる。しかしこのようなホイル類を設けると、これらホイルが光の一部を吸収するという欠点がある。 A known display or liquid crystal element according to the prior art comprises an optical element such as a light source box. The optical element is provided with a plurality of fluorescent tubes, particularly CCFLs, as light sources. A foil (foil) is provided between the fluorescent tube and the liquid crystal element in order to make the light emitted by the fluorescent tube more uniform and thereby make the illumination of the liquid crystal element more uniform. These foils are respectively called so-called BEF and DBEF foils. A BEF foil increases luminous intensity. In order to achieve this, a plurality of prisms are arranged on the foil. The DBEF foil is used to change the polarization of light reflected from the back side of the liquid crystal element and return the light toward the liquid crystal element. In addition, the PRF foil is used to change the polarization. However, the provision of such foils has the disadvantage that these foils absorb part of the light.
本発明のフラットディスプレイにおいては、BEFホイル、そして好ましくは、DBEFホイルとPDFホイルも、本発明により形成される導光部材に置き換えられる。好適にはCCFLのような複数の管状光源を設けることが望ましい。本発明の導光部材は管状光源の前方に配置され、上述のように複数の回折表面素子、または回折表面素子グループを備えている。導光部材は管状光源ごとに1個の区域を有し、この区域は管状光源と平行に配置され、複数の回折表面素子、または回折表面素子グループを備えていることが特に好ましい。なお、個々の区域はその構成が同一であってもよい。このようにすれば、製造コストを低減することができる。 In the flat display of the present invention, the BEF foil, and preferably the DBEF foil and the PDF foil are also replaced by the light guide member formed according to the present invention. It is preferable to provide a plurality of tubular light sources such as CCFL. The light guide member of the present invention is disposed in front of a tubular light source and includes a plurality of diffractive surface elements or diffractive surface element groups as described above. It is particularly preferred that the light guide member has one section for each tubular light source, which section is arranged parallel to the tubular light source and comprises a plurality of diffractive surface elements or diffractive surface element groups. The individual sections may have the same configuration. In this way, the manufacturing cost can be reduced.
個々の区域内の、それぞれの回折表面素子または回折表面素子グループは、列と行に配列されていることが好ましい。ここで行間の間隔は、管状光源からの距離が増すにつれて減少することが特に好ましい。このようにすれば、導光部材の出光面から放出される光を均一にすることができる。即ち、特に光度分布および波長分布、もしくは光度分布または波長分布をより均一にすることができる。その結果、BEFホイルおよび、DBEFホイル、PRFファイルもおそらく省略してもよい。 Each diffractive surface element or group of diffractive surface elements within an individual area is preferably arranged in columns and rows. It is particularly preferred here that the spacing between the rows decreases as the distance from the tubular light source increases. In this way, the light emitted from the light exit surface of the light guide member can be made uniform. That is, in particular, the luminous intensity distribution and the wavelength distribution, or the luminous intensity distribution or the wavelength distribution can be made more uniform. As a result, the BEF foil, DBEF foil, and PRF file may also be omitted.
この区域は、個々の副区域(サブゾーン)に分割することができる。好ましくは、副区域は、矩型の区域であり、導光部材の側端に位置する副区域内の回折表面素子または回折表面素子グループの数は、そのさらに内側に位置する副区域内の回折表面素子または回折表面素子グループの数よりも多い。さらに区域と副区域を設ける代りに、回折表面素子または回折表面素子グループを非周期的に配置することも可能である。この場合、個々の回折表面素子または回折表面素子グループは、管状光源の光度特性に応じて配置される。好適には回折表面素子または回折表面素子グループの密度は、コーナー部と端部でより高くなる。 This area can be divided into individual sub-areas (sub-zones). Preferably, the sub-area is a rectangular area, and the number of diffractive surface elements or diffractive surface element groups in the sub-area located at the side edge of the light guide member is equal to the number of diffraction surfaces in the sub-area located further inside. More than the number of surface elements or diffractive surface element groups. Further, instead of providing areas and sub-areas, it is also possible to arrange the diffractive surface elements or diffractive surface element groups aperiodically. In this case, the individual diffractive surface elements or diffractive surface element groups are arranged according to the luminous intensity characteristics of the tubular light source. Preferably the density of the diffractive surface element or group of diffractive surface elements is higher at the corners and at the edges.
以下に、本発明の完全かつ実施可能なその最良の形態について、当該技術分野における通常の技術を有する者に対して、添付図面を参照してより詳細に記述する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The best mode of the present invention which will be described below will be described in more detail for those having ordinary skill in the art with reference to the accompanying drawings.
本照明装置は、導光部材10を備える。この導光部材10は、本実施例では立方体で、例えば透明樹脂またはPPMAのようなプラスチック材料等から製造することができる。本実施例においては、管状の光源14が導光部材10の一方の側面12に沿って配置されている。光源14の長手方向軸は、側面12に平行に配置されている。光源14は、開放面が側面12に向けられた放物面反射鏡16によって取り囲まれている。このため、側面12に入射する光量が増大する。光源14は、図示されたような管状の光源14の代りに複数のLEDであってもよく、好適には20,000〜50,000cd/m2の範囲の輝度を有する。管状の光源14を備えている場合には、この光源14が放物面反射鏡16の焦点軸に設けられていることが好ましい。
The illumination device includes a
導光部材10の底面18には反射鏡20が備えられ、これは反射フィルム等であってもよい。さらに、反射鏡を用いるのであれば、側面22、24および26もしくはそのいずれかに設けられていてもよい。反射鏡を備える代りに、対応する面が研磨されていてもよい。あるいは反射層を蒸着してもよい。
A
導光部材10の出光面28上に複数の回折表面素子30を配置して、本発明の表面構造が形成される。
A plurality of
個々の回折表面素子30は、回折格子として作用する。この場合、各回折表面素子30は、互いに異なる格子定数を有するリニア回折格子として設計されるようにしてもよい。
Each
個々の回折表面素子30の表面32(図2参照)は、例えば正弦波格子として設計される。この場合には、各回折表面素子30は、好適には2つの正弦半波表面を備えている。
The surface 32 (see FIG. 2) of each
個々の回折表面素子30、特に回折表面素子30の表面32構造の製造は、光学リソグラフィープロセスを用いた本発明により実施される。さらに特に好適な実施例においては、回折表面素子30は欧州特許第05003358号に開示されているように製造してもよい。
The manufacture of the individual
本発明の特に好適な実施例においては、個々の回折表面素子30は、回折表面素子グループ33(図3参照)に含まれる。例示した実施例のように、回折表面素子グループ33は、一定の間隔を以って配置された6個の回折表面素子30を備えているのが好ましい。個々の回折表面素子30は、回折表面素子グループ33が実質的に単色光または白色光を放射するように、それぞれ異なる表面構造を有する。
In a particularly preferred embodiment of the invention, the individual
波長の異なる光を放出するためには、互いに異なる回折表面素子30、即ち互いに異なる表面構造を有する回折表面素子30を備えていることが好ましい。例えば、図3に示した実施例のように、これらは図3で符号1〜6を付された6個の回折表面素子30が互いに異なるものであることが好ましい。図3から明らかなように、本実施例では、それぞれ所定波長の光を導出するために、互いに異なる回折表面素子1〜6が繰り返し構造として配置されている。
In order to emit light having different wavelengths, it is preferable to include
本実施例においては、回折表面素子30は、正方形で端部の長さは約15μmである。 特に好適な実施例(図4参照)では、個々の回折表面素子30は各区域内に配置され、各区域(Zone)は、符号1〜10および1_1〜1_4で示される。各区域の長さ(Length)と幅(Width)、各区域内の回折表面素子の間隔(Distance surface el.)は、図5に示してある。
In the present embodiment, the
図4および図5に示された実施例では、光源は左側、即ち図4で1と符号を付した区域の傍にある。この光源から出発して、個々の回折表面素子30相互の間隔は、光源からの距離が増すにつれて次第に減少している。
In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the light source is on the left side, ie next to the area labeled 1 in FIG. Starting from this light source, the spacing between the individual
個々の区域または領域内では、回折表面素子30は一定の間隔にある。しかし、1個の区域内で回折表面素子30の間隔を異なるものとすることも可能である。特に長手方向間隔、即ち図4 における左から右へ向かう間隔は、長手方向に垂直な間隔とは異なっていてもよい。
Within the individual areas or regions, the
ORAのシミュレーションソフトウエア ”Light Tools”を用いて、図1〜5を参照して記載されているような照明装置が、 図4および5で定めた区域を伴って構築された。そして、均一性、色相、輝度、照度および集束方向が測定された。対応する計測は、コーナー部、端部から約2mmの端部の中心及び導光部材の中心の計9ヵ所で行われた。 Using the simulation software “Light Tools” from ORA, a lighting device as described with reference to FIGS. 1 to 5 was constructed with the areas defined in FIGS. Uniformity, hue, brightness, illuminance and focusing direction were then measured. Corresponding measurement was performed at a total of nine locations, the corner, the center of the end approximately 2 mm from the end, and the center of the light guide member.
図4および図5に定義された回折表面素子30の配置についてシミュレーションが行われ、結果は次の通りであった。
A simulation was performed on the arrangement of the
均一性:91%、
色相:白色、
平均照度:1,600 lux、
平均輝度:2,950 nits、
光軸方向:17°
Uniformity: 91%
Hue: white,
Average illumination: 1,600 lux,
Average brightness: 2,950 nits,
Optical axis direction: 17 °
別のシミュレーションでは、個々の区域(図4参照)における回折表面素子30の間隔は、図6に示したように定められた。なお、その結果は次の通りであった:
In another simulation, the spacing of the
均一性:86%、
色相:中性(わずかに青色)、
平均照度:1,000 lux、
平均輝度:1,900 nits、
光軸方向:17°
Uniformity: 86%
Hue: neutral (slightly blue),
Average illuminance: 1,000 lux,
Average brightness: 1,900 nits,
Optical axis direction: 17 °
別のシミュレーションでは、個々の区域(図6参照)における回折表面素子30の間隔は、図7に示したように定められた。なお、その結果は次の通りであった:
In another simulation, the spacing of the
均一性:約78%、
色相:白色、
平均照度:1,050 lux、
平均輝度:1,850 nits、
光軸方向:17°
Uniformity: about 78%
Hue: white,
Average illumination: 1,050 lux
Average luminance: 1,850 nits,
Optical axis direction: 17 °
別のテストでは、区域8、9および10は省略された。これにより、短くなった導光部材10が試験され、図4に示された導光部材10に対応して、光は同じく左方から導光部材10内に導光された。このようにテストされた導光部材10の寸法は、長さ約36mmおよび幅約44mmで、長さは区域番号の増す方向、即ち図4における左方から右方向に向かって計測され、区域内の個々の回折表面素子30の間隔は、区域1−6、1_1、1_2、1_3および1_4に対して図5に定めた間隔と同じである。なお、計測の結果は次の通りである:
In another test,
均一性:約88%、
色相:白色、
平均照度:1,100 lux、
平均輝度:2,150 nits、
光軸方向:17°
Uniformity: about 88%,
Hue: white,
Average illumination: 1,100 lux,
Average brightness: 2,150 nits,
Optical axis direction: 17 °
引き続き行われたテストでは、導光部材10の表面が区域に分割されず、個々の回折表面素子間の間隔は、所定の一定値が選択された。得られた結果は次の通りである:
In the subsequent test, the surface of the
間隔:4μm、
均一性:約75%、
色相:白色、
平均照度:1,850 lux、
平均輝度:3,350 nits、
光軸方向:17°
Interval: 4 μm
Uniformity: about 75%,
Hue: white,
Average illumination: 1,850 lux
Average luminance: 3,350 nits,
Optical axis direction: 17 °
間隔:6μm、
均一性:約78%、
色相:白色、
平均照度:1,600 lux、
平均輝度:2,400 nits、
光軸方向:17°
Interval: 6 μm,
Uniformity: about 78%
Hue: white,
Average illumination: 1,600 lux,
Average brightness: 2,400 nits,
Optical axis direction: 17 °
間隔:8μm、
均一性:約82%、
色相:白色、
平均照度:1,400 lux、
平均輝度:2,500 nits、
光軸方向:17°
Interval: 8 μm,
Uniformity: about 82%
Hue: white,
Average illumination: 1,400 lux
Average brightness: 2,500 nits,
Optical axis direction: 17 °
間隔:10μm、
均一性:約84%、
色相:白色、
平均照度:1,200 lux、
平均輝度:2,200 nits、
光軸方向:17°
Interval: 10 μm,
Uniformity: about 84%
Hue: white,
Average illumination: 1,200 lux,
Average brightness: 2,200 nits,
Optical axis direction: 17 °
間隔:11μm、
均一性:約87%、
色相:白色、
平均照度:1,200 lux、
平均輝度:2,150 nits、
光軸方向:17°
Interval: 11 μm
Uniformity: about 87%
Hue: white,
Average illumination: 1,200 lux,
Average brightness: 2,150 nits,
Optical axis direction: 17 °
上記のテスト結果から、次の結論が得られるであろう: From the above test results, the following conclusions can be drawn:
1.回折表面素子30の配置と分布により、光分布に関する均一性を大きく設定することができる。
1. Depending on the arrangement and distribution of the
2.均一性が低い比較的不都合な回折表面素子30の配置であっても、色相をミキシングすれば常に白色光が得られる。
2. Even if the
3.光の集束方向は回折表面素子30の分布に関係なく設定してもよい。
3. The light focusing direction may be set regardless of the distribution of the
4.輝度は回折表面素子30の間隔の関数である。
4). The brightness is a function of the spacing of the
特に、均一性が75%またはそれ以上であればよい携帯電話機の背面照明として、本照明装置を用いる時には、使用者に受け入れられる高品質のディスプレイ照明が達成される。具体的には、導光ホイルの助けを借りなくても、所定の色温度との組み合わせにより、所望の光の集束を達成することができる。このため、装置全体のさらなる小型化が可能になると共に、同時に部品点数が低減されて、レイアウトの自由度が高くなる。 In particular, when the present lighting device is used as a backlight for a mobile phone that needs to have a uniformity of 75% or more, a high-quality display illumination that is acceptable to the user is achieved. Specifically, desired light focusing can be achieved by a combination with a predetermined color temperature without the help of a light guide foil. For this reason, the entire apparatus can be further reduced in size, and the number of parts is reduced at the same time, thereby increasing the degree of freedom in layout.
図8および図9は携帯電話機の背面照明として特に適している照明装置の他の実施例を2つ例示している。 FIG. 8 and FIG. 9 illustrate two other embodiments of a lighting device that is particularly suitable as a backlight for a mobile phone.
導光部材10は、基本的には前述の図面に関して記載したような構成である。光源はLEDである。図8に示す実施例では、導光部材10のコーナー部36に単一のLED34が配置されている。コーナー部36は、好適にはLED34の光源がこのコーナー部内または矩型の導光部材18の内部に配置されるように面取りされている。この場合、光は、面取り部の傾斜面38から導光部材10に導入される。導光部材10は正方形ではなく通常は矩型であるため、短い側の辺40と傾斜面38との成す角度αは、45°にはならず、その角度αは45°未満になる。
The
本実施例において、個々の回折表面素子あるいは個々の回折表面素子グループの配置は、光ができるだけ均一に導出されるような配置とする。この場合には、破線42方向の個々の回折表面素子あるいは個々の回折表面素子グループ間の間隔は、LEDからの距離が増すにつれて、個々の回折表面素子あるいは個々の回折表面素子グループ間の間隔が減少するように変化させる。
In this embodiment, the individual diffractive surface elements or the individual diffractive surface element groups are arranged so that light is derived as uniformly as possible. In this case, the distance between individual diffractive surface elements or individual diffractive surface element groups in the direction of
図9に示された照明装置の実施例も、光源としてLED44を備え、この実施例では3個のLED44が導光部材10の短辺40に配置されている。この場合、導光部材10は短辺40に凹部46を備えていることが好ましい。好適には、凹部46は半円形である。本実施例では、凹部46は導光部材10の全体厚み以上に大きくしている。しかし、導光部材10の厚みよりも小さい半球状の凹部46を備えることも可能である。
9 also includes an
本実施例でも、回折表面素子あるいは回折表面素子グループは、出光面における照度分布の均一性が得られるように配置される。 Also in the present embodiment, the diffractive surface elements or the diffractive surface element groups are arranged so that the illuminance distribution is uniform on the light exit surface.
言うまでもなく、前述したような異なった実施例を組み合わせてもよい。例えば、LEDを幾つかの辺に設けてもよい。具体的には、複数のLEDが導光部材10の全周周りに配置される。同様に、図8および図9に示した実施例の組み合わせが可能である。特にLEDを1本または幾本かのCCFL管と組み合わせることも可能である。例えば、図1に示す照明装置は、特に図8に示されているように、それぞれのLEDをCCFL管14に対向する二つのコーナーに設けるよう変更することもできる。これにより、CCFL管14から遠い距離にあるこれら二つのコーナーを、簡単な手段で充分に照明することが保証される。
Needless to say, different embodiments as described above may be combined. For example, LEDs may be provided on several sides. Specifically, a plurality of LEDs are arranged around the entire circumference of the
本照明装置の実施例において、この照明装置はフラットディスプレイ用に設けられる。フラットディスプレイの必須要素は、液晶50(図10参照)である。液晶は、通常はLCD素子であり、さらに相互に平行な複数の管状光源54を備えた光源ボックス等が光源52として設けられる。好適には,管状光源54はCCFLである。
In an embodiment of the lighting device, this lighting device is provided for a flat display. An essential element of the flat display is a liquid crystal 50 (see FIG. 10). The liquid crystal is usually an LCD element, and a light source box including a plurality of tubular
従来技術によれば、光源ボックス52と液晶素子50の間には幾つかのホイルが設けられる。これらは、いわゆるBEF、DBEFおよびPRFホイルである。
According to the prior art, several foils are provided between the
本発明によれば、少なくともBEFホイルは導光部材56で置き換えられる。導光部材56は基本的には図1〜3に関して上述したように構成されている。
According to the present invention, at least the BEF foil is replaced with the
導光部材56は、好適には水平、もしくは管状光源54に平行に並べられた複数の区域58を備えている。好ましくは、各区域58は管状光源54と組み合わされ、管状光源54は区域58の中央後方に位置している。区域58は同一構造、即ち、各区域58の回折表面素子または回折表面素子グループの配置が同一であることが好ましい。
The
図12に、回折表面素子グループ33の好適な配置が示されている。この場合、回折表面素子の個々のグループ33は中心線60に対して対称に配置されている。中心線60から出発して、個々の回折表面素子グループ33の間隔は、矢印62の方向、即ち外向きに進むにつれて減少している。
FIG. 12 shows a preferred arrangement of the diffractive
本実施例で、回折表面素子グループ33は行と列に配置され、列の間の間隔は一定である。本発明の変形例においては、区域58は、好ましくは矩型の副区域に分割されていてもよい。図12においては、副区域は隣接して配置されることになる。この場合、個々の副区域の間では異なる間隔を設けることも可能であり、端部の副区域、即ち図12の左または右の副区域では、より小さな間隔を有するようにすることが好ましい。
In this embodiment, the diffractive
光源ボックス52(図10参照)の代りに、またはこれに加えて、例えば導光部材56の周囲に沿って配置された4本またはそれ以上の管状光源54を設けて、光が導光部材56へ側面から入射されるようにしてもよい。重ねて述べるが、回折表面素子または回折表面素子グループは、導光部材からLCD素子へ向かって、光度ができるだけ均一に分布するように配置される。好適には,個々の回折表面素子または回折表面素子グループ間の間隔は、導光部材の中心に向かうほど減少している。 また導光部材の表面を4個の区域または部分、好適にはその各々が導光部材の中心に点対称に形成された4個の同一の矩型部分に分割することも可能である。
Instead of or in addition to the light source box 52 (see FIG. 10), four or more tubular
本発明は、特定の例示された実施例を参照して記載ならびに説明がなされているが、本発明がこれらの実施例に限定されることを意図したものではない。当技術分野の熟達者であれば、以下の各請求項によって定義されているような発明の範囲を逸脱することなしに、変更と修正が可能であることを認めるであろう。このため、そのような全ての変更と修正は、請求項およびそれと等価となるものの範囲内に入るものとして、本発明に包含することを意図している。 Although the invention has been described and illustrated with reference to specific illustrated embodiments, it is not intended that the invention be limited to these embodiments. Those skilled in the art will recognize that changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention as defined by the following claims. Accordingly, all such changes and modifications are intended to be included within the scope of this invention as falling within the scope of the claims and their equivalents.
Claims (23)
前記回折表面素子は前記出光面上に離散的に行及び列状に複数個構成され、個々の回折表面素子は断面波形形状に形成され、該回折表面素子の前記波形形状が素子ごとに異なる一定波長の波形を有することを特徴とする照明装置。An illumination device for illuminating a flat display, in particular, a display of a portable device from the back, comprising a light source and a light guide member into which light emitted from the light source is introduced and from which the light is led out, In the illumination device , the light exit surface has a surface structure including a diffractive surface element that diffracts light, and all the diffractive surface elements have a surface structure having a constant amplitude .
A plurality of the diffractive surface elements are discretely arranged in rows and columns on the light exit surface, each diffractive surface element is formed in a cross-sectional corrugated shape, and the corrugated shape of the diffractive surface element is different for each element. An illumination device having a waveform of a wavelength .
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