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JP4899930B2 - LIGHT GUIDE, BACKLIGHT DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents

LIGHT GUIDE, BACKLIGHT DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE Download PDF

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JP4899930B2 JP2007048878A JP2007048878A JP4899930B2 JP 4899930 B2 JP4899930 B2 JP 4899930B2 JP 2007048878 A JP2007048878 A JP 2007048878A JP 2007048878 A JP2007048878 A JP 2007048878A JP 4899930 B2 JP4899930 B2 JP 4899930B2
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Description

本発明は、発光素子から発せられた光を面発光させるライトガイド、これに用いられる光学素子、これらを用いたバックライト装置、ディスプレイ装置及び電子機器に関する。   The present invention relates to a light guide that emits a surface of light emitted from a light emitting element, an optical element used therefor, a backlight device using these, a display device, and an electronic apparatus.

LED(Light Emitting Diode)等の発光素子を光源とする、液晶ディスプレイのバックライトとしては、いわゆるエッジライト型と直下型とがある。エッジライト型は、導光板の端面(側面)にLEDが配置されるバックライトである。直下型は、導光板の発光面である広い主面に対向してLEDが配置される。ディスプレイの大きさにもよるが、どちらのタイプでも、複数のLEDが配置されることが多い。   As a backlight of a liquid crystal display using a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) as a light source, there are a so-called edge light type and a direct type. The edge light type is a backlight in which LEDs are arranged on the end surface (side surface) of the light guide plate. In the direct type, the LED is arranged facing the wide main surface which is the light emitting surface of the light guide plate. Depending on the size of the display, a plurality of LEDs are often arranged in either type.

例えばエッジライト型のバックライトには、次のような問題点がある。一般的に、LEDの発光面積は、導光板の入光面の面積に対し小さいため、マクロ的には点光源に近い発光状態となる。したがって、入光面の全面に一様に光を入射させることができる冷陰極管タイプに対し、LEDが配置される近傍のみが極端に明るく、LEDとLEDの間が暗くなる、いわば光源が点在する状態となってしまい、導光板全体で均一な面発光とならない。また、液晶モジュールの小型化に伴う狭額縁化の要請から、導光板の入光面からバックライトとしての実用発光領域(通常、アクティブエリアという)までの距離はできるだけ短くしたい。こうなると、当然ながら入光部近くの発光面に発生する輝度ムラがアクティブエリアにまで露出しやすくなる。   For example, an edge light type backlight has the following problems. In general, since the light emitting area of the LED is smaller than the area of the light incident surface of the light guide plate, the light emitting state is close to a point light source on a macro basis. Therefore, in contrast to the cold cathode tube type in which light can be uniformly incident on the entire surface of the light incident surface, only the vicinity where the LEDs are arranged is extremely bright and the space between the LEDs becomes dark. Therefore, the surface light emission is not uniform over the entire light guide plate. In addition, due to the demand for a narrow frame accompanying the downsizing of the liquid crystal module, it is desirable to shorten the distance from the light incident surface of the light guide plate to the practical light emitting area (usually referred to as the active area) as a backlight. As a matter of course, luminance unevenness generated on the light emitting surface near the light incident portion is easily exposed to the active area.

かかる輝度ムラの問題を解決するため、入光面にプリズム等の形状を形成して入射光の光路を制御する導光板が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、満足の行く程度まで均一化されていないのが現状である。また、入光面がプリズム形状の導光板においては、入射後の光の進行角度が広がってしまう。したがって、一般的にはある角度範囲の光(主に、マクロ的な入射面の法線方向を中心としたある角度範囲内)を想定して設計されている導光板では、その光の利用効率が落ちてしまう。   In order to solve the problem of uneven brightness, a light guide plate is disclosed in which a prism or the like is formed on the light incident surface to control the optical path of incident light (see, for example, Patent Document 1). However, the current situation is that it has not been uniformized to a satisfactory level. In addition, in a light guide plate having a prism-shaped light incident surface, the traveling angle of light after incidence is widened. Therefore, in general, a light guide plate designed for light in a certain angle range (mainly in a certain angle range centered on the normal direction of the macroscopic incident surface) uses the light. Will fall.

一方、輝度ムラを抑制するために、ドットパターンを有する拡散シート等が用いられたバックライトがある(例えば、特許文献2参照。)。   On the other hand, there is a backlight using a diffusion sheet or the like having a dot pattern in order to suppress luminance unevenness (see, for example, Patent Document 2).

特開2002−196151号公報(段落[0019]、図2)JP 2002-196151 A (paragraph [0019], FIG. 2) 特開2001−312916号公報(図19)JP 2001-312916 A (FIG. 19)

しかしながら、特許文献2のようなドットパターンを備えた拡散シートは、プリズム形状の入光面を有する導光板に比べ、光の利用効率が低下する。   However, a diffusion sheet having a dot pattern as in Patent Document 2 has lower light utilization efficiency than a light guide plate having a prism-shaped light incident surface.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、輝度ムラを抑制して発光の均一化を図り、かつ、光の利用効率を向上させることができる技術を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing luminance unevenness to achieve uniform light emission and improving light utilization efficiency.

上記目的を達成するため、本発明に係るライトガイドは、光源ブロックから発せられた光を案内する導光板と、前記光源ブロックから発せられた光が入射する入射面と、前記入射面側に設けられ前記導光板側へ前記光を反射させる反射面とを有する光学素子と、前記導光板と前記光学素子との間に設けられ、臨界角より小さい角度の第1の光を透過させて前記導光板へ入射させ、かつ、前記臨界角以上の第2の光を反射させることで前記第2の光を前記反射面で反射させて前記導光板へ入射させる境界層とを具備する。   In order to achieve the above object, a light guide according to the present invention is provided on a light guide plate that guides light emitted from a light source block, an incident surface on which light emitted from the light source block is incident, and the incident surface side. An optical element having a reflecting surface for reflecting the light toward the light guide plate, and between the light guide plate and the optical element, and transmits the first light having an angle smaller than a critical angle to transmit the light. A boundary layer that is incident on the light plate and reflects the second light that is equal to or greater than the critical angle so that the second light is reflected by the reflecting surface and is incident on the light guide plate.

本発明では、境界層を介して第1の光が光学素子から導光板側へ透過し、光学素子の反射面により反射した第2の光が境界層を介して導光板側へ透過する。反射面の角度等が適宜設定されることにより、導光板内では平行光線が多くなる。したがって、輝度ムラが抑制されるとともに光の利用効率を向上させることができる。   In the present invention, the first light is transmitted from the optical element to the light guide plate through the boundary layer, and the second light reflected by the reflection surface of the optical element is transmitted to the light guide plate through the boundary layer. By appropriately setting the angle of the reflecting surface and the like, parallel light rays increase in the light guide plate. Therefore, luminance unevenness can be suppressed and light utilization efficiency can be improved.

第2の光に含まれる光線の角度等に応じて反射面は複数設けられていてもよい。   A plurality of reflecting surfaces may be provided according to the angle of the light beam included in the second light.

本発明の一の形態によれば、前記境界層は、前記第2の光のうち、所定の角度より小さい角度の第3の光を前記反射面へ導くように反射させ、前記第2の光のうち、前記所定の角度以上の第4の光を反射させる第1の境界層と、前記第1の境界層で反射された前記第4の光を前記反射面へ導くように反射させる第2の境界層とを有する。   According to an aspect of the present invention, the boundary layer reflects the second light so that the third light having an angle smaller than a predetermined angle out of the second light is guided to the reflection surface. A first boundary layer that reflects the fourth light of the predetermined angle or more, and a second boundary layer that reflects the fourth light reflected by the first boundary layer so as to guide it to the reflection surface. And a boundary layer.

本発明では、第2の境界層が、第1の境界層で反射した第4の光を光学素子の反射面へ導くように反射するので、光の利用効率を向上させることができる。   In the present invention, since the second boundary layer reflects the fourth light reflected by the first boundary layer so as to guide it to the reflection surface of the optical element, the light utilization efficiency can be improved.

本発明の一の形態によれば、前記第1の境界層は、前記入射面に向けて凸状に形成されている。   According to an aspect of the present invention, the first boundary layer is formed in a convex shape toward the incident surface.

本発明の一の形態によれば、前記第2の境界層は、前記入射面に平行に配置されている。   According to one form of this invention, the said 2nd boundary layer is arrange | positioned in parallel with the said entrance plane.

本発明の一の形態によれば、前記光学素子は、前記反射面に反射膜を有する。これにより、反射面での反射率が高められ、光の利用効率が向上する。例えば、前記反射面は、プリズム形状でなる。   According to an aspect of the present invention, the optical element has a reflective film on the reflective surface. Thereby, the reflectance at the reflecting surface is increased, and the light utilization efficiency is improved. For example, the reflection surface has a prism shape.

本発明の一の形態によれば、前記光源ブロックは、並べられた複数の発光素子を有し、
前記複数の発光素子が並ぶ方向の前記第1の境界層の長さは、前記光源ブロックの当該方向の長さより長い。これにより、光源ブロックの長さが、第1の境界層の長さより長い場合に比べ、多くの平行光を作ることができる。
According to one aspect of the present invention, the light source block has a plurality of light emitting elements arranged,
The length of the first boundary layer in the direction in which the light emitting elements are arranged is longer than the length of the light source block in the direction. Thereby, many parallel lights can be made compared with the case where the length of a light source block is longer than the length of the 1st boundary layer.

本発明の一の形態によれば、前記光源ブロックは、複数設けられ、前記第1の境界層は、前記光源ブロックに対応するように複数設けられている。本発明では、複数の光源ブロックから発せられたそれぞれの光が、導光板において平行光とされる。   According to an aspect of the present invention, a plurality of the light source blocks are provided, and a plurality of the first boundary layers are provided so as to correspond to the light source blocks. In this invention, each light emitted from the several light source block is made into parallel light in a light-guide plate.

本発明の他の観点に係るライトガイドは、光源ブロックから発せられた光が入射する入射面と、前記入射面側に設けられ、かつ、前記入射面に対して所定の角度で配置され、前記光を反射する反射面とを有する光学素子と、前記光学素子から出射した前記光を取り入れて案内する導光板と、前記入射面に向けて凸状に形成された部分を有し、前記入射面から入射した前記光及び該光のうち前記反射面で反射した反射光を透過させて前記導光板へ入射させる境界層とを具備する。   A light guide according to another aspect of the present invention is provided on an incident surface on which light emitted from a light source block is incident, on the incident surface side, and disposed at a predetermined angle with respect to the incident surface, An optical element having a reflective surface for reflecting light; a light guide plate for taking in and guiding the light emitted from the optical element; and a portion formed in a convex shape toward the incident surface; And a boundary layer that transmits the light reflected by the reflecting surface of the light and enters the light guide plate.

本発明では、境界層が凸状に形成された部分を有しているので、この部分において光学素子から導光板へ透過する光から多くの平行光線が作られる。また、反射面の角度が適宜設定されることにより、上記凸状の部分で反射した光からも多くの平行光が作られる。したがって、輝度ムラが抑制されるとともに光の利用効率を向上させることができる。   In the present invention, since the boundary layer has a portion formed in a convex shape, many parallel light beams are produced from light transmitted from the optical element to the light guide plate in this portion. Further, by setting the angle of the reflecting surface as appropriate, a lot of parallel light can be produced from the light reflected by the convex portion. Therefore, luminance unevenness can be suppressed and light utilization efficiency can be improved.

以上のように、本発明によれば、輝度ムラを抑制して発光の均一化を図り、かつ、光の利用効率を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, luminance unevenness can be suppressed and light emission can be made uniform, and light utilization efficiency can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係るライトガイド(及びこのライトガイド10に取り付けられた光源ブロック4)を示す平面図である。図2は、図1に示すライトガイド10の側面図である。   FIG. 1 is a plan view showing a light guide (and a light source block 4 attached to the light guide 10) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the light guide 10 shown in FIG.

ライトガイド10は、光源ブロック4が装着され、光源ブロック4から発せられた光をできるだけ平行光に近づける光学素子としてのコリメータ2と、コリメータ2から出射された光を案内する導光板3とを組として備える。   The light guide 10 is assembled with a collimator 2 as an optical element to which the light source block 4 is attached and which makes light emitted from the light source block 4 as close to parallel light as possible, and a light guide plate 3 for guiding the light emitted from the collimator 2. Prepare as.

光源ブロック4は、赤、緑及び青(RGB)の少なくとも3つの発光素子9を有する。光源ブロック4または発光素子9としては、例えばLEDが用いられ、それは無機でも有機でもどちらであってもかまわない。本実施の形態の光源ブロック4は、例えば5つの発光素子9を有する。その5つの色の組み合わせは、適宜設定可能であり、その5つの色の組み合わせにより、光源ブロック4は白色光または白色に近い色の光を発する。なお、光源ブロック4が有する発光素子9の数は、5つに限られず、6つ以上でもよいし、2つ以下であってもよい。また白色のLEDが用いられてもよい。あるいは、光源ブロック4は、必ずしも白色を発光する形態に限られず、1つまたは複数の発光素子9により他の色を発光する形態であってもよい。   The light source block 4 includes at least three light emitting elements 9 of red, green, and blue (RGB). For example, an LED is used as the light source block 4 or the light emitting element 9, and it may be either inorganic or organic. The light source block 4 of the present embodiment has, for example, five light emitting elements 9. The combination of the five colors can be set as appropriate, and the light source block 4 emits white light or light of a color close to white by the combination of the five colors. The number of light emitting elements 9 included in the light source block 4 is not limited to five, and may be six or more, or two or less. A white LED may be used. Alternatively, the light source block 4 is not necessarily limited to a form that emits white light, and may be a form that emits other colors by one or a plurality of light emitting elements 9.

コリメータ2は、光源ブロック4から発せられた光線をできるだけ平行光で出射して導光板に入射させる機能を備える。コリメータ2は、光源ブロック4の発光面4aに対面し、光源ブロック4が発する光が入射する入射面2bを有する。また、光源ブロック4は、入射面2b側に設けられた光の反射面2aを有する。この反射面2aは、後でも説明するが、コリメータ2内を進む光を導光板3に向かわせるように反射する。反射面2aは、複数設けられ、これら複数の反射面2aは、コリメータ2に複数の3角プリズムが形成されることで実現されるが、3角形状に限られず、台形やその他の形状でもよい。反射面2aは、できるだけ多くの光が全反射する角度に設定されている。あるいは、反射面2aには、反射率を高めるための金属膜が形成されていてもよい。その金属膜は、例えば銀、アルミニウム等の蒸着により形成することができる。   The collimator 2 has a function of emitting the light emitted from the light source block 4 as parallel light as much as possible and entering the light guide plate. The collimator 2 faces the light emitting surface 4a of the light source block 4 and has an incident surface 2b on which light emitted from the light source block 4 is incident. The light source block 4 has a light reflecting surface 2a provided on the incident surface 2b side. As will be described later, the reflecting surface 2a reflects light traveling in the collimator 2 so as to be directed toward the light guide plate 3. A plurality of reflecting surfaces 2a are provided, and the plurality of reflecting surfaces 2a are realized by forming a plurality of triangular prisms on the collimator 2. However, the reflecting surfaces 2a are not limited to the triangular shape, and may be trapezoidal or other shapes. . The reflection surface 2a is set to an angle at which as much light as possible is totally reflected. Or the metal film for improving a reflectance may be formed in the reflective surface 2a. The metal film can be formed by vapor deposition of, for example, silver or aluminum.

図3は、光源ブロック4の近傍を拡大したライトガイド10の平面図である。コリメータ2の導光板3側に設けられた出光面6の一部には、切り欠き面2cが形成されている。後でも説明するが、切り欠き面2cにより、光源ブロック4から発せられる光の一部を当該切り欠き面2cから出射させ、導光板3に入射させる。切り欠き面2cは、例えば図3で見て3角形状に形成されている。導光板3のコリメータ側に設けられた入光面7の一部には、当該切り欠き面2cに沿う3角形状の突起面3cが形成されている。すなわち、このライトガイド10は、コリメータ2と導光板3との間に、光源ブロック4側(入射面2b側)に凸形状の第1の境界層11と、入射面2bに実質的に平行な第2の境界層12とを備える。以下、第1の境界層11及び第2の境界層12を含めた意味でこれを「境界層」15という。   FIG. 3 is a plan view of the light guide 10 in which the vicinity of the light source block 4 is enlarged. A cutout surface 2 c is formed on a part of the light exit surface 6 provided on the light guide plate 3 side of the collimator 2. As will be described later, a part of the light emitted from the light source block 4 is emitted from the notch surface 2 c by the notch surface 2 c and is incident on the light guide plate 3. The notch surface 2c is formed in, for example, a triangular shape as viewed in FIG. On a part of the light incident surface 7 provided on the collimator side of the light guide plate 3, a triangular projection surface 3c is formed along the notch surface 2c. In other words, the light guide 10 is substantially parallel to the incident surface 2b and the first boundary layer 11 convex between the collimator 2 and the light guide plate 3 on the light source block 4 side (incident surface 2b side). A second boundary layer 12. Hereinafter, this is referred to as a “boundary layer” 15 in a sense including the first boundary layer 11 and the second boundary layer 12.

コリメータ2の出光面6と導光板3の入光面7とは、例えば接着剤等で接合される場合もある。しかし、原理的(またはミクロ的)には、境界層15には空気があり、境界層15は空気層となる。なお、接着剤を用いずに、意図的にコリメータ2と導光板3との隙間を設けるようにして、コリメータ2と導光板3とが適当な固定具で固定されてもよい。   The light exit surface 6 of the collimator 2 and the light entrance surface 7 of the light guide plate 3 may be joined with, for example, an adhesive. However, in principle (or microscopic), the boundary layer 15 has air, and the boundary layer 15 becomes an air layer. Note that the collimator 2 and the light guide plate 3 may be fixed with an appropriate fixing tool by intentionally providing a gap between the collimator 2 and the light guide plate 3 without using an adhesive.

突起面3cの頂点3d及び切り欠き面2cの頂点2dは、典型的には、光源ブロック4の幅方向(X方向)における中央部に位置するように設計されている。しかしながら、頂点3d及び2dは必ずしも当該中央部に位置しなくてもよく、X方向でオフセットされていてもよい。本実施形態では、光源ブロック4の中央部を通り、光源ブロック4の発光面の法線方向(Y方向)を軸として、コリメータ2は対称的な構造となっている。特に、切り欠き面2c、導光板の突起面3c、上記反射面2aが対称位置に配置されている。   The apex 3d of the projection surface 3c and the apex 2d of the notch surface 2c are typically designed so as to be located at the center in the width direction (X direction) of the light source block 4. However, the vertices 3d and 2d do not necessarily have to be located in the central portion, and may be offset in the X direction. In the present embodiment, the collimator 2 has a symmetrical structure with the normal direction (Y direction) of the light emitting surface of the light source block 4 passing through the center of the light source block 4 as an axis. In particular, the notch surface 2c, the projection surface 3c of the light guide plate, and the reflection surface 2a are arranged at symmetrical positions.

図3を参照して、突起面3cの頂角θ(切り欠き面2cの頂角でもある)は、例えば100°程度に設定されている。θは、例えば70〜140°程度に設定することができる。コリメータ2の入射面2bから切り欠き面2cの頂点2dまでの距離d1、切り欠き面2cのX方向での幅d2は適宜設定可能である。d2は、典型的には、光源ブロック4の幅d3より大きく設定される。光源ブロック4の種類、その配光特性、発光面積等によって、コリメータ2でより多くの平行光線を生成するための最適なθ(上記70〜140°に限られない。)、距離d1等が定められる。また、θやd1等により、導光板3における発光の光量を制御することができる。   With reference to FIG. 3, the apex angle θ of the projection surface 3 c (which is also the apex angle of the notch surface 2 c) is set to about 100 °, for example. For example, θ can be set to about 70 to 140 °. The distance d1 from the incident surface 2b of the collimator 2 to the vertex 2d of the notch surface 2c and the width d2 of the notch surface 2c in the X direction can be set as appropriate. d2 is typically set larger than the width d3 of the light source block 4. The optimum θ (not limited to the above 70 to 140 °), the distance d1, and the like for generating more parallel light beams in the collimator 2 are determined by the type of the light source block 4, its light distribution characteristics, the light emission area, and the like. It is done. Further, the amount of light emitted from the light guide plate 3 can be controlled by θ, d1, or the like.

図4は、以上のように構成されたライトガイド10を含むディスプレイ装置50の構造を模式的に示す断面図である。ディスプレイ装置50は、上記導光板3と下向きプリズムシート5とを含むバックライト16と、バックライト16の光の強度を部分選択的に変調するための液晶パネル(変調素子)8とを備える。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the display device 50 including the light guide 10 configured as described above. The display device 50 includes a backlight 16 including the light guide plate 3 and the downward prism sheet 5, and a liquid crystal panel (modulation element) 8 for partially selectively modulating the light intensity of the backlight 16.

このバックライト16は、典型的には、導光板3と下向きプリズムシート5との間に、例えば図示しない拡散シート等が配置される。導光板3の下面3e側には、図示しない反射シートが配置される場合もある。導光板3の下面3eはプリズム形状とされているが、上面3fと平行な平面であってもよい。あるいは、導光板3の下面3eは、上面3fに光源ブロック4から離れるにしたがって上面3fに近づくテーパ面(あるいは斜面)であってもよい。また、プリズムシートとして下向きプリズムシート5が用いられたが、上向きプリズムシートでもよい。また、カッティングの方向が異なる複数のプリズムシートが用いられてもよい。このディスプレイ装置50のライトガイド10以外の部分を構成する光学シート類は、このように種々の変更が可能である。   For example, a diffusion sheet (not shown) is typically disposed between the light guide plate 3 and the downward prism sheet 5 in the backlight 16. A reflection sheet (not shown) may be disposed on the lower surface 3 e side of the light guide plate 3. The lower surface 3e of the light guide plate 3 has a prism shape, but may be a plane parallel to the upper surface 3f. Alternatively, the lower surface 3e of the light guide plate 3 may be a tapered surface (or a slope) that approaches the upper surface 3f as the distance from the light source block 4 increases. Further, although the downward prism sheet 5 is used as the prism sheet, an upward prism sheet may be used. In addition, a plurality of prism sheets having different cutting directions may be used. Various modifications can be made to the optical sheets constituting the portion other than the light guide 10 of the display device 50 as described above.

次に、ライトガイド10の作用について説明する。   Next, the operation of the light guide 10 will be described.

図1に示すように、光源ブロック4の各発光素子9から発せられる光は、ある角度を持つ拡散光となる。図3に示すように、この入射光のうち、コリメータ2の切り欠き面2cに対して臨界角αより小さい光(第1の光)p1は、切り欠き面2c、第1の境界層11及び突起面3cを透過して導光板3に入射される。突起面3cと切り欠き面2cとはほぼ平行になっているので、このコリメータ2内の第1の光p1の角度が導光板3でも保たれる。この第1の光p1の角度は、できるだけ平行光(すなわち、Y方向に平行な光)に近い光となるように、コリメータ2の設計がなされる。なお、例えばコリメータ2の屈折率が1.59の場合、臨界角αは、39°に設定することができるが、αは適宜変更可能である。   As shown in FIG. 1, the light emitted from each light emitting element 9 of the light source block 4 is diffused light having a certain angle. As shown in FIG. 3, light (first light) p <b> 1 smaller than the critical angle α with respect to the notch surface 2 c of the collimator 2 is included in the notch surface 2 c, the first boundary layer 11, and the incident light. The light passes through the projection surface 3 c and enters the light guide plate 3. Since the projecting surface 3 c and the cutout surface 2 c are substantially parallel, the angle of the first light p <b> 1 in the collimator 2 is also maintained in the light guide plate 3. The collimator 2 is designed so that the angle of the first light p1 is as close to parallel light as possible (that is, light parallel to the Y direction). For example, when the refractive index of the collimator 2 is 1.59, the critical angle α can be set to 39 °, but α can be changed as appropriate.

一方、コリメータ2に入射した光源ブロック4からの光のうち、切り欠き面2cに対して上記臨界角α以上の光(第2の光)p2は、第1の境界層11により反射(全反射)する。第1の境界層11により反射した第2の光p2のうち、第1の境界層11に対して所定の角度より小さい角度の第3の光p3は、直接コリメータ2の反射面2aで反射する。所定の角度とは、コリメータ2の設計により適宜定められる値である。第1の境界層11で全反射する第2の光p2のうち、所定の角度以上の第4の光p4は、第2の境界層12に対して臨界角以上で入射する。そして、その第4の光p4は、第2の境界層12で反射してからコリメータ2の反射面2aで反射する。すなわち、第3の光p3及び第4の光p4は、最終的には反射面2aで反射し、コリメータ2の出光面6、第2の境界層12及び導光板3の入光面7を透過し、平行光とされる。   On the other hand, of the light from the light source block 4 incident on the collimator 2, the light (second light) p <b> 2 having the critical angle α or more with respect to the cutout surface 2 c is reflected (total reflection) by the first boundary layer 11. ) Of the second light p2 reflected by the first boundary layer 11, the third light p3 having an angle smaller than a predetermined angle with respect to the first boundary layer 11 is directly reflected by the reflecting surface 2a of the collimator 2. . The predetermined angle is a value appropriately determined by the design of the collimator 2. Of the second light p <b> 2 totally reflected by the first boundary layer 11, the fourth light p <b> 4 having a predetermined angle or more is incident on the second boundary layer 12 at a critical angle or more. The fourth light p <b> 4 is reflected by the second boundary layer 12 and then reflected by the reflecting surface 2 a of the collimator 2. That is, the third light p3 and the fourth light p4 are finally reflected by the reflecting surface 2a and transmitted through the light exit surface 6 of the collimator 2, the second boundary layer 12, and the light incident surface 7 of the light guide plate 3. And parallel light.

図4に示すように、導光板3内を案内される光は、何回か反射を繰り返し、下面3eのプリズムで所定の臨界角より小さくなって立ち上げられ、上面3fから出射する。その光は、下向きプリズムシート5でさらに垂直方向(Z方向)に近づくように制御され、下向きプリズムシート5の上面から出射する。これにより、バックライト16が面発光する。   As shown in FIG. 4, the light guided in the light guide plate 3 is repeatedly reflected several times, rises below a predetermined critical angle by the prism on the lower surface 3e, and exits from the upper surface 3f. The light is controlled by the downward prism sheet 5 so as to approach the vertical direction (Z direction) and is emitted from the upper surface of the downward prism sheet 5. Thereby, the backlight 16 emits surface light.

ここで、図5は、導光板103において平行光が少ない場合のデメリットを説明するための図である。図5(A)は、そのバックライト200の平面図、図5(B)は、図5(A)において矢印Aの方向で見たバックライト200の正面図である。光源ブロック104から導光板103への入射角が大きい場合、すなわち平行光線が少ない場合、図5(B)に示すように、プリズムシート等の光学シート108に入射する光のうち、視角方向(Z方向)から外れて出射する光が多くなる。これでは、光の利用効率(視角方向の輝度)が低下してしまう。光の利用効率を高めるには、図6(A)及び図6(B)に示すように、本実施の形態のように導光板3での平行光線が多い場合、図5のように視角方向から外れる光線は少ない。したがって、視角方向での輝度が向上し、かつ、輝度ムラも抑制される。   Here, FIG. 5 is a diagram for explaining a demerit when the parallel light is small in the light guide plate 103. 5A is a plan view of the backlight 200, and FIG. 5B is a front view of the backlight 200 viewed in the direction of arrow A in FIG. 5A. When the incident angle from the light source block 104 to the light guide plate 103 is large, that is, when the number of parallel rays is small, as shown in FIG. 5B, the viewing angle direction (Z More light is emitted out of the direction. This reduces the light use efficiency (luminance in the viewing angle direction). In order to increase the light utilization efficiency, as shown in FIGS. 6A and 6B, when there are many parallel rays on the light guide plate 3 as in this embodiment, the viewing angle direction as shown in FIG. There are few rays that come off. Therefore, the luminance in the viewing angle direction is improved and luminance unevenness is also suppressed.

以上のように、本実施の形態に係るライトガイド10によれば、第1の境界層11を介して第1の光p1がコリメータ2から導光板3側へ透過し、コリメータ2の反射面2aにより反射した第2の光p2が第2の境界層12を介して導光板3側へ透過する。ここで、反射面2aの位置や角度が適宜設定されることにより、導光板3では平行光線が多くなる。平行光線が多くなれば、輝度ムラが抑制されるとともに、光の利用効率を向上させることができる。   As described above, according to the light guide 10 according to the present embodiment, the first light p1 is transmitted from the collimator 2 to the light guide plate 3 through the first boundary layer 11, and the reflecting surface 2a of the collimator 2 is obtained. The second light p2 reflected by the light is transmitted to the light guide plate 3 side through the second boundary layer 12. Here, parallel light rays increase in the light guide plate 3 by appropriately setting the position and angle of the reflecting surface 2a. If the number of parallel rays increases, luminance unevenness can be suppressed and light utilization efficiency can be improved.

特に、ミクロ的に見る場合、光源ブロック4の各発光素子(LED)9は面発光体であり、各発光素子9から発せられる光は、目視で確認できるほどの角度の発散光となる。発光素子9が点光源であれば、小さなレンズ等を用いることにより、光束を広げ、ある幅になったところで平行光にすることは可能である。しかし、点光源の場合であっても、レンズ系の配置スペースが必要となる。しかし、現実的には上記のように各発光素子9は面発光体なので、レンズ系の大きさもさらに大きくなり、さらに大きな配置スペースが必要になる。このようなレンズ系をバックライト装置に組み込むことは現実的ではない。本実施の形態によれば、このようなレンズ系を用いることなく、輝度ムラの抑制及び光の利用効率の向上を達成することができる。   In particular, when viewed microscopically, each light emitting element (LED) 9 of the light source block 4 is a surface light emitter, and light emitted from each light emitting element 9 becomes divergent light having an angle that can be visually confirmed. If the light-emitting element 9 is a point light source, it is possible to use a small lens or the like to spread the light beam and make it parallel light at a certain width. However, even in the case of a point light source, an arrangement space for the lens system is required. However, in reality, since each light emitting element 9 is a surface light emitter as described above, the size of the lens system is further increased, and a larger arrangement space is required. It is not practical to incorporate such a lens system into a backlight device. According to the present embodiment, it is possible to suppress luminance unevenness and improve light utilization efficiency without using such a lens system.

また、本実施の形態では、光源ブロック4が複数の発光素子を有し、図3に示すように、d2>d3となっているので、d2<d3の場合に比べ、多くの平行光を効率良く作ることができる。   Further, in the present embodiment, the light source block 4 has a plurality of light emitting elements and, as shown in FIG. 3, d2> d3, so that more parallel light is efficiently used than in the case of d2 <d3. I can make it well.

図7は、本実施の形態に係るライトガイドの光線をシミュレーションした図である。この図から、多くの光線が互いに平行光とされているのが分かる。なお、図7に示すライトガイドでは、コリメータの反射面の数が、図3に示したコリメータの反射面2aの数より多く、細かく形成されている。   FIG. 7 is a diagram simulating the light rays of the light guide according to the present embodiment. From this figure, it can be seen that many rays are parallel to each other. In the light guide shown in FIG. 7, the number of the reflecting surfaces of the collimator is larger than the number of the reflecting surfaces 2a of the collimator shown in FIG.

図8は、試作品により発光の試験を行った様子を示す写真である。図8(A)は、光源ブロック及びコリメータがそれぞれ1つずつ設けられた例を示している。導光板は1つである。   FIG. 8 is a photograph showing a state in which a light emission test was performed using a prototype. FIG. 8A shows an example in which one light source block and one collimator are provided. There is one light guide plate.

図8(B)は、光源ブロック及びコリメータがそれぞれ2つずつ設けられた例を示している。導光板は1つであり、導光板の入光面に2つの突起面が設けられ、このように、複数の光源ブロック及び複数のコリメータが設けられる例も考えられる。複数のコリメータは、別体ではなく単体で構成することも可能である。   FIG. 8B shows an example in which two light source blocks and two collimators are provided. There is one light guide plate, and two light-projecting surfaces are provided on the light incident surface of the light guide plate. Thus, an example in which a plurality of light source blocks and a plurality of collimators are provided is also conceivable. The plurality of collimators can be configured as a single unit rather than as separate units.

図9(A)及び図9(B)は、図8(A)及び図8(B)の試作品に用いられたコリメータの設計図をそれぞれ示す(単位:mm)。もちろん、これらのコリメータは単なる一例に過ぎない。   FIGS. 9A and 9B show design diagrams of the collimator used in the prototypes of FIGS. 8A and 8B, respectively (unit: mm). Of course, these collimators are just examples.

図10は、本発明の他の実施の形態に係るコリメータ及び導光板の境界層を示す図である。これらの図では、当該境界層付近、特に第1の境界層付近を示しており、他の部分は上記実施の形態と同様であるので省略している。   FIG. 10 is a diagram showing a boundary layer of a collimator and a light guide plate according to another embodiment of the present invention. In these drawings, the vicinity of the boundary layer, particularly the vicinity of the first boundary layer is shown, and the other parts are omitted because they are the same as those in the above embodiment.

図10に示した境界層の形状は、すべて、「入射面に向けて凸形状」の概念に含まれる。符号23、33、43で示す部材が導光板であり、符号22、32、42で示す部材がコリメータである。   The shape of the boundary layer shown in FIG. 10 is all included in the concept of “convex shape toward the incident surface”. Members indicated by reference numerals 23, 33, and 43 are light guide plates, and members indicated by reference numerals 22, 32, and 42 are collimators.

図10(A)に示す例に係る第1の境界層の一部には、コリメータの入射面に実質的に平行な部分17が設けられている。図10(B)に示す例に係る第1の境界層の一部には、曲線部18が設けられている。図10(C)に示す例に係る第1の境界層は、その全体が曲線19でなる。この曲線19は、例えば円弧であるが、楕円、放物線、または双曲線であってもよい。   Part of the first boundary layer according to the example shown in FIG. 10A is provided with a portion 17 substantially parallel to the incident surface of the collimator. A curved portion 18 is provided in a part of the first boundary layer according to the example shown in FIG. The first boundary layer according to the example shown in FIG. The curve 19 is, for example, an arc, but may be an ellipse, a parabola, or a hyperbola.

図11は、図3に示した形態におけるθやd1を変形した例を示し、図11(A)〜図11(C)のそれぞれについて光線のシミュレーションを行った図である。図11(A)に示すd1−1は、図11(B)及び図11(C)に示すd1−2に比べ長く設定されている。図11(A)及び図11(B)のθ1は110°程度である。図11(C)のθ2は80°程度である。この中では、図11(B)に示す例が最も多くの平行光線が作られている。   FIG. 11 shows an example in which θ and d1 in the form shown in FIG. 3 are modified, and is a diagram in which light rays are simulated for each of FIGS. 11 (A) to 11 (C). D1-1 shown in FIG. 11A is set longer than d1-2 shown in FIGS. 11B and 11C. In FIG. 11A and FIG. 11B, θ1 is about 110 °. In FIG. 11C, θ2 is about 80 °. Among them, the example shown in FIG. 11B produces the most parallel rays.

図12は、例えば光源ブロックが複数設けられたライトガイドを示す平面図である。このライトガイド20では、図8(B)の説明でも述べたように、複数の光源ブロック4及び複数のコリメータ2が1枚の導光板53に取り付けられている。この場合、複数の光源ブロック4から発せられたそれぞれの光が、導光板53においてほぼ平行光とされる。   FIG. 12 is a plan view showing a light guide provided with a plurality of light source blocks, for example. In this light guide 20, as described in the description of FIG. 8B, a plurality of light source blocks 4 and a plurality of collimators 2 are attached to one light guide plate 53. In this case, each light emitted from the plurality of light source blocks 4 is converted into substantially parallel light in the light guide plate 53.

図13は、図12に示すライトガイド20を含むディスプレイを搭載した電子機器として、ラップトップ型のPC(Personal Computer)を示す斜視図である。このPC100では、光源ブロック4及びコリメータ2がディスプレイ24の下部に配置されているが、ディスプレイ24の左右端部のうち少なくとも一方に配置されてもよい。PC100ぐらいの大きさの機器に、ライトガイド20が組み込まれる場合、光源ブロック4及びコリメータ2の数は、図13で示したものよりさらに増えるであろう。   FIG. 13 is a perspective view showing a laptop PC (Personal Computer) as an electronic apparatus equipped with a display including the light guide 20 shown in FIG. In this PC 100, the light source block 4 and the collimator 2 are disposed at the lower part of the display 24, but may be disposed at at least one of the left and right end portions of the display 24. When the light guide 20 is incorporated in a device about the size of the PC 100, the number of the light source blocks 4 and the collimators 2 will be further increased than that shown in FIG.

なお、図13では、電子機器としてPCを例に挙げた。しかし、PCに限らず、PDA(Personal Digital Assistance)、電子辞書、カメラ、オーディオ/ビジュアル機器、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、その他の電化製品等が挙げられる。   In FIG. 13, a PC is taken as an example of an electronic device. However, not only a PC but also a PDA (Personal Digital Assistance), an electronic dictionary, a camera, an audio / visual device, a mobile phone, a game device, a car navigation device, and other electrical appliances.

本発明の一実施の形態に係るライトガイド(及びこのライトガイドに取り付けられた光源ブロック)を示す平面図である。It is a top view which shows the light guide which concerns on one embodiment of this invention (and the light source block attached to this light guide). 図1に示すライトガイドの側面図である。It is a side view of the light guide shown in FIG. 光源ブロックの近傍を拡大したライトガイドの平面図である。It is a top view of the light guide which expanded the vicinity of the light source block. 一実施形態に係るライトガイドを含むディスプレイ装置の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the display apparatus containing the light guide which concerns on one Embodiment. 導光板において平行光が少ない場合のデメリットを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the demerit in case there are few parallel lights in a light-guide plate. 一実施の形態に係るバックライトにおいて、平行光が多い場合を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where there are many parallel lights in the backlight which concerns on one Embodiment. 一実施の形態に係るライトガイドの光線をシミュレーションした図である。It is the figure which simulated the light ray of the light guide which concerns on one Embodiment. 試作品により発光の試験を行った様子を示す写真である。It is the photograph which shows a mode that the light emission test was done by the prototype. 図8(A)及び図8(B)の試作品にそれぞれ用いられたコリメータの設計図である。FIG. 9 is a design diagram of a collimator used in each of the prototypes of FIGS. 8 (A) and 8 (B). 本発明の他の実施の形態に係るコリメータ及び導光板の境界層を示す図である。It is a figure which shows the boundary layer of the collimator and light guide plate which concern on other embodiment of this invention. 図3に示した形態におけるθやd1を変形した例を示している。The example which changed (theta) and d1 in the form shown in FIG. 3 is shown. 本発明のさらに別の実施の形態に係るライトガイドであって、光源ブロックが複数設けられたライトガイドを示す平面図である。It is a light guide which concerns on another embodiment of this invention, Comprising: It is a top view which shows the light guide provided with multiple light source blocks. 図12に示すライトガイドを含むディスプレイを搭載した電子機器として、ラップトップ型のPCを示す斜視図である。It is a perspective view which shows laptop PC as an electronic device carrying the display containing the light guide shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

p1…第1の光
p2…第2の光
p3…第3の光
p4…第4の光
2、22、32、42…コリメータ
2b…入射面
2a…反射面
2c…切り欠き面
3、23、33、43、53…導光板
3c…突起面
4…光源ブロック
4a…発光面
8…液晶パネル
9…発光素子
10、20…ライトガイド
11…第1の境界層
12…第2の境界層
24、50…ディスプレイ装置
100…PC(電子機器)
p1 ... first light p2 ... second light p3 ... third light p4 ... fourth light 2, 22, 32, 42 ... collimator 2b ... incident surface 2a ... reflecting surface 2c ... notched surface 3,23, 33, 43, 53 ... Light guide plate 3c ... Projection surface 4 ... Light source block 4a ... Light emitting surface 8 ... Liquid crystal panel 9 ... Light emitting element 10, 20 ... Light guide 11 ... First boundary layer 12 ... Second boundary layer 24, 50 ... Display device 100 ... PC (electronic equipment)

Claims (9)

光源ブロックから発せられた光を案内する導光板と、
前記光源ブロックから発せられた光が入射する入射面と、前記入射面側に設けられ前記導光板側へ前記光を反射させる反射面とを有する光学素子と、
前記導光板と前記光学素子との間に設けられ、臨界角より小さい角度の第1の光を透過させて前記導光板へ入射させ、かつ、前記臨界角以上の第2の光を反射させることで前記第2の光を前記反射面で反射させて前記導光板へ入射させる境界層と
を具備し、
前記境界層は、
前記第2の光のうち、所定の角度より小さい角度の第3の光を前記反射面へ導くように反射させ、前記第2の光のうち、前記所定の角度以上の第4の光を反射させる第1の境界層と、
前記第1の境界層で反射された前記第4の光を前記反射面へ導くように反射させる第2の境界層と
を有するライトガイド。
A light guide plate for guiding the light emitted from the light source block;
An optical element having an incident surface on which light emitted from the light source block is incident, and a reflective surface that is provided on the incident surface side and reflects the light toward the light guide plate;
Provided between the light guide plate and the optical element, transmits the first light having an angle smaller than the critical angle, enters the light guide plate, and reflects the second light having the critical angle or more. And a boundary layer that reflects the second light on the reflecting surface and enters the light guide plate .
The boundary layer is
Of the second light, third light having an angle smaller than a predetermined angle is reflected so as to be guided to the reflecting surface, and among the second light, fourth light having the predetermined angle or more is reflected. A first boundary layer to be
A second boundary layer that reflects the fourth light reflected by the first boundary layer so as to guide the fourth light to the reflecting surface;
With light guide.
請求項1に記載のライトガイドであって、
前記第1の境界層は、前記入射面に向けて凸状に形成されているライトガイド。
The light guide according to claim 1 ,
The light guide, wherein the first boundary layer is formed in a convex shape toward the incident surface.
請求項1に記載のライトガイドであって、
前記第2の境界層は、前記入射面に平行に配置されているライトガイド。
The light guide according to claim 1 ,
The light guide, wherein the second boundary layer is disposed in parallel to the incident surface.
請求項1に記載のライトガイドであって、
前記光学素子は、前記反射面に反射膜を有するライトガイド。
The light guide according to claim 1,
The optical element is a light guide having a reflective film on the reflective surface.
請求項1に記載のライトガイドであって、
前記光源ブロックは、並べられた複数の発光素子を有し、
前記複数の発光素子が並ぶ方向の前記第1の境界層の長さは、前記光源ブロックの当該方向の長さより長いライトガイド。
The light guide according to claim 1 ,
The light source block has a plurality of light emitting elements arranged,
The length of the first boundary layer in the direction in which the plurality of light emitting elements are arranged is a light guide longer than the length of the light source block in the direction.
請求項1に記載のライトガイドであって、
前記光源ブロックは、複数設けられ、
前記第1の境界層は、前記光源ブロックに対応するように複数設けられているライトガイド。
The light guide according to claim 1 ,
A plurality of the light source blocks are provided,
A plurality of the first boundary layers are provided so as to correspond to the light source block.
光源ブロックと、
前記光源ブロックから発せられた光を案内する導光板と、
前記光源ブロックから発せられた光が入射する入射面と、前記入射面側に設けられ前記導光板側へ前記光を反射させる反射面とを有する光学素子と、
前記導光板と前記光学素子との間に設けられ、臨界角より小さい角度の第1の光を透過させて前記導光板へ入射させ、かつ、前記臨界角以上の第2の光を反射させることで前記第2の光を前記反射面で反射させて前記導光板へ入射させる境界層と
を具備し、
前記境界層は、
前記第2の光のうち、所定の角度より小さい角度の第3の光を前記反射面へ導くように反射させ、前記第2の光のうち、前記所定の角度以上の第4の光を反射させる第1の境界層と、
前記第1の境界層で反射された前記第4の光を前記反射面へ導くように反射させる第2の境界層と
を有するバックライト装置。
A light source block;
A light guide plate for guiding light emitted from the light source block;
An optical element having an incident surface on which light emitted from the light source block is incident, and a reflective surface that is provided on the incident surface side and reflects the light toward the light guide plate;
Provided between the light guide plate and the optical element, transmits the first light having an angle smaller than the critical angle, enters the light guide plate, and reflects the second light having the critical angle or more. And a boundary layer that reflects the second light on the reflecting surface and enters the light guide plate .
The boundary layer is
Of the second light, third light having an angle smaller than a predetermined angle is reflected so as to be guided to the reflecting surface, and among the second light, fourth light having the predetermined angle or more is reflected. A first boundary layer to be
A second boundary layer that reflects the fourth light reflected by the first boundary layer so as to guide the fourth light to the reflecting surface;
Backlight device having
光源ブロックと、
前記光源ブロックから発せられた光を案内する導光板と、
前記光源ブロックから発せられた光が入射する入射面と、前記入射面側に設けられ前記導光板側へ前記光を反射させる反射面とを有する光学素子と、
前記導光板と前記光学素子との間に設けられ、臨界角より小さい角度の第1の光を透過させて前記導光板へ入射させ、かつ、前記臨界角以上の第2の光を反射させることで前記第2の光を前記反射面で反射させて前記導光板へ入射させる境界層と、
前記導光板が発する光の強度を変調する変調素子と
を具備し、
前記境界層は、
前記第2の光のうち、所定の角度より小さい角度の第3の光を前記反射面へ導くように反射させ、前記第2の光のうち、前記所定の角度以上の第4の光を反射させる第1の境界層と、
前記第1の境界層で反射された前記第4の光を前記反射面へ導くように反射させる第2の境界層と
を有するディスプレイ装置。
A light source block;
A light guide plate for guiding light emitted from the light source block;
An optical element having an incident surface on which light emitted from the light source block is incident, and a reflective surface that is provided on the incident surface side and reflects the light toward the light guide plate;
Provided between the light guide plate and the optical element, transmits the first light having an angle smaller than the critical angle, enters the light guide plate, and reflects the second light having the critical angle or more. A boundary layer that reflects the second light on the reflecting surface and enters the light guide plate;
A modulation element that modulates the intensity of light emitted by the light guide plate ,
The boundary layer is
Of the second light, third light having an angle smaller than a predetermined angle is reflected so as to be guided to the reflecting surface, and among the second light, fourth light having the predetermined angle or more is reflected. A first boundary layer to be
A second boundary layer that reflects the fourth light reflected by the first boundary layer so as to guide the fourth light to the reflecting surface;
A display device.
光源ブロックと、
前記光源ブロックから発せられた光を案内する導光板と、前記光源ブロックから発せられた光が入射する入射面と、前記入射面側に設けられ前記導光板側へ前記光を反射させる反射面とを有する光学素子と、前記導光板と前記光学素子との間に設けられ、臨界角より小さい角度の第1の光を透過させて前記導光板へ入射させ、かつ、前記臨界角以上の第2の光を反射させることで前記第2の光を前記反射面で反射させて前記導光板へ入射させる境界層とを有するライトガイドと、
前記ライトガイドが発する光の強度を変調する変調素子と、
操作入力に応じて前記変調素子を制御する制御部と
を具備し、
前記境界層は、
前記第2の光のうち、所定の角度より小さい角度の第3の光を前記反射面へ導くように反射させ、前記第2の光のうち、前記所定の角度以上の第4の光を反射させる第1の境界層と、
前記第1の境界層で反射された前記第4の光を前記反射面へ導くように反射させる第2の境界層と
を有する電子機器。
A light source block;
A light guide plate that guides light emitted from the light source block, an incident surface on which light emitted from the light source block is incident, and a reflective surface that is provided on the incident surface side and reflects the light toward the light guide plate. A first light having an angle smaller than a critical angle is transmitted and incident on the light guide plate, and a second greater than or equal to the critical angle is provided between the optical element and the light guide plate and the optical element. A light guide having a boundary layer that reflects the second light and reflects the second light on the reflection surface to be incident on the light guide plate;
A modulation element for modulating the intensity of light emitted by the light guide;
A control unit that controls the modulation element in response to an operation input ,
The boundary layer is
Of the second light, third light having an angle smaller than a predetermined angle is reflected so as to be guided to the reflecting surface, and among the second light, fourth light having the predetermined angle or more is reflected. A first boundary layer to be
A second boundary layer that reflects the fourth light reflected by the first boundary layer so as to guide the fourth light to the reflecting surface;
Electronic equipment having
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