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JP4473035B2 - Illumination device and display device including the same - Google Patents

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JP4473035B2
JP4473035B2 JP2004127003A JP2004127003A JP4473035B2 JP 4473035 B2 JP4473035 B2 JP 4473035B2 JP 2004127003 A JP2004127003 A JP 2004127003A JP 2004127003 A JP2004127003 A JP 2004127003A JP 4473035 B2 JP4473035 B2 JP 4473035B2
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Description

本発明は、時計、携帯電話、オーディオ、電子機器等に使用される表示装置、及び表示装置に用いられる照明装置に関する。   The present invention relates to a display device used in a watch, a mobile phone, an audio, an electronic device, and the like, and a lighting device used in the display device.

近年、携帯機器、特に、携帯電話で用いる表示素子には小型軽量が要求されるため、液晶表示素子が多く用いられている。しかし、液晶表示素子は受光型のため、暗い場所での視認性に問題がある。そこで、液晶表示素子の前面または背面に照明装置を設置することが多い。この薄型軽量を実現するため照明装置としては、光源であるLEDを導光板の側面に配したサイドライト型の照明装置が多用されている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, a liquid crystal display element is often used because a display element used in a mobile device, particularly a mobile phone, is required to be small and light. However, since the liquid crystal display element is a light receiving type, there is a problem in visibility in a dark place. Therefore, an illuminating device is often installed on the front surface or the back surface of the liquid crystal display element. In order to realize this thin and light weight, a sidelight type lighting device in which an LED as a light source is arranged on the side surface of a light guide plate is often used (see, for example, Patent Document 1).

また、このような液晶表示装置に、周囲の領域に比べて屈折率の高い柱状中央領域を含んだ柱状構造が面内に複数本配列され、厚さ方向に光を導く機能を有する柱状レンズシートである導光体シートを用いることが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特許第3301752号(第3頁、第1図) 特開2000−35576号公報(第3−5頁、第7図)
Further, in such a liquid crystal display device, a columnar lens sheet having a columnar structure including a columnar central region having a higher refractive index than the surrounding region is arranged in a plane and has a function of guiding light in the thickness direction. It is disclosed that a light guide sheet is used (see, for example, Patent Document 2).
Patent No. 3301752 (page 3, Fig. 1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-35576 (page 3-5, FIG. 7)

しかしながら、従来のサイドライト型照明装置においては、導光板の厚みをLED光源の大きさよりも薄くすると、LED光源からの光を効率良く導光板内部に導くことができないために、それ以上の薄型化ができないという課題を有していた。   However, in the conventional sidelight type illumination device, if the thickness of the light guide plate is made thinner than the size of the LED light source, the light from the LED light source cannot be efficiently guided to the inside of the light guide plate. Had the problem of not being able to.

また、特許文献2に開示されている柱状レンズシートを用いた従来の構成では、バックライト導光板と柱状レンズシートとの間隙に拡散層を用いているためにその拡散層がバックライトの導光特性に影響を与えてしまい、均一かつ高輝度で視角特性に優れた照明を行うことができないという課題を有していた。   Further, in the conventional configuration using the columnar lens sheet disclosed in Patent Document 2, since the diffusion layer is used in the gap between the backlight light guide plate and the columnar lens sheet, the diffusion layer serves as a light guide for the backlight. This has an effect on the characteristics, and there is a problem that it is impossible to perform illumination that is uniform and has high luminance and excellent viewing angle characteristics.

本発明の照明装置は、光源側から階段状に順次薄く構成されている透明な楔形入光部と薄い光照明部とを有する導光板を備えている。その楔形入光部の光源側端面を除く3側面には光反射層が形成され、また、導光板の光照明部の少なくとも一方の表面には、所定の傾斜角を持った柱状構造を有する柱状レンズシートが接合されている。このような構成によって、導光板の光照明部を1mm程度に薄くしても、光源からの光を効率良く導光板内部に導入することができ、上記課題を解決することができた。   The illuminating device of the present invention includes a light guide plate having a transparent wedge-shaped light incident portion and a thin light illuminating portion that are sequentially thinned stepwise from the light source side. A light reflecting layer is formed on the three side surfaces of the wedge-shaped light incident portion except for the light source side end surface, and at least one surface of the light illuminating portion of the light guide plate has a columnar structure having a columnar structure having a predetermined inclination angle. The lens sheet is bonded. With such a configuration, even if the light illumination part of the light guide plate is thinned to about 1 mm, the light from the light source can be efficiently introduced into the light guide plate, and the above-described problems can be solved.

本発明によれば、良好な輝度と輝度分布を有する薄型軽量の照明装置を提供できる。従って、これを用いた液晶表示装置の表示品質が向上するのみならず、液晶表示装置の薄型軽量化をも実現できるという効果を有する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thin and lightweight illuminating device which has favorable brightness | luminance and brightness distribution can be provided. Therefore, not only the display quality of the liquid crystal display device using the same is improved, but also the liquid crystal display device can be reduced in thickness and weight.

本発明の照明装置は、光源と、被照射体に照明光を照射する照明面を有する導光体と、光源からの光が入る入光面と導光体に光を伝える伝光部を有する入光体と、導光板の光照射部と反対側に設けられ、特定角度範囲で入射した光を散乱するとともにそれ以外の角度で入射された光を透過する指向性散乱層を備えており、特定角度範囲の中心角が導光板の照明面に垂直な基準線に対して光源が配置されている側に傾斜している。さらに、第二の特定角度範囲で入射した光を散乱するとともにそれ以外の角度で入射された光を透過する第二の指向性散乱層が前記導光板の光照明面に設けられ、第二の特定角度範囲の中心角が導光板の照明面に垂直な基準線に対して光源が配置されている側の逆側に傾斜している。ここで、入光体と導光体は一体的に形成されていても、個別に形成されていてもかまわない。   The illuminating device of the present invention includes a light source, a light guide having an illumination surface that irradiates the irradiated body with illumination light, a light incident surface on which light from the light source enters, and a light transmission unit that transmits light to the light guide. Provided on the opposite side of the light incident body and the light irradiation portion of the light guide plate, and includes a directional scattering layer that scatters light incident at a specific angle range and transmits light incident at other angles, The central angle of the specific angle range is inclined to the side where the light source is disposed with respect to a reference line perpendicular to the illumination surface of the light guide plate. Further, a second directional scattering layer that scatters light incident at a second specific angle range and transmits light incident at other angles is provided on the light illumination surface of the light guide plate, The central angle of the specific angle range is inclined to the opposite side of the side where the light source is disposed with respect to a reference line perpendicular to the illumination surface of the light guide plate. Here, the light incident body and the light guide body may be formed integrally or individually.

さらに、入光体の厚みが入光面側から伝光部側に向かって順次薄く構成されている。ここで、入光体は入光面側から順次階段状に薄く構成されている。さらに、入光体に形成されている階段状の段部は略垂直に形成されている。また、導光体は、入光体の伝光部からの光を内部に入光する入射面と、入射面とは反対側の端面を有しており、この端面は入射面と平行な平面を基準として所定の角度だけ傾斜している。   Furthermore, the thickness of the light incident member is configured so as to be gradually reduced from the light incident surface side toward the light transmission unit side. Here, the light incident body is configured to be thin in steps from the light incident surface side. Further, the stepped step portion formed in the light incident body is formed substantially vertically. The light guide has an incident surface for receiving light from the light transmitting part of the light incident member and an end surface opposite to the incident surface, and the end surface is a plane parallel to the incident surface. Is inclined at a predetermined angle with reference to.

また、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えることとした。   The display device of the present invention includes the illumination device having any one of the above-described configurations and a non-self-luminous display element provided on the light irradiation surface side of the illumination device.

以下に本発明の照明装置に関して図面を参照しながら説明する。なお、以下には、指向性散乱層として柱状レンズシートを用いた例を説明する。柱状レンズシートとは、周囲の領域より屈折率の高い領域が厚み方向に連続的に形成された柱状構造が面内に複数配列された構造であり、厚さ方向に光を導く機能を有している。また、入光体としての楔形入光部2が導光体と一体的に形成されている。図1に本発明の照明装置の構成断面図を模式的に示す。図示するように、本発明の照明装置は、光源としてのLED光源1、楔形入光部2と光照明部3とを有する導光板、および柱状レンズシート6を備えている。LED光源1から出射した光は、楔形入光部2で絞られて、導光板の光照明部3と柱状レンズシート6の内部を導波し、照明装置の光照射面である導光板の光照明部3の上面側から図示されていない被照明体に面状一様に照射される。被照明体として、液晶パネルを用いることによって、輝度が均一で明るい薄型の液晶表示装置とすることができる。   The illumination device of the present invention will be described below with reference to the drawings. Hereinafter, an example in which a columnar lens sheet is used as the directional scattering layer will be described. The columnar lens sheet is a structure in which a plurality of columnar structures in which a region having a higher refractive index than the surrounding region is continuously formed in the thickness direction are arranged in the plane, and has a function of guiding light in the thickness direction. ing. Moreover, the wedge-shaped light incident part 2 as a light incident body is formed integrally with the light guide. FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of the configuration of the illumination device of the present invention. As shown in the figure, the illumination device of the present invention includes an LED light source 1 as a light source, a light guide plate having a wedge-shaped light incident portion 2 and a light illumination portion 3, and a columnar lens sheet 6. The light emitted from the LED light source 1 is narrowed down by the wedge-shaped light incident part 2, guided in the light illumination part 3 of the light guide plate and the inside of the columnar lens sheet 6, and the light of the light guide plate which is the light irradiation surface of the illumination device. The object to be illuminated (not shown) is uniformly irradiated in a planar shape from the upper surface side of the illumination unit 3. By using a liquid crystal panel as the object to be illuminated, a thin liquid crystal display device with uniform brightness and brightness can be obtained.

図1では1つしか描画されていないが、LED光源1は3から5個といった複数用いられるのが通常である。また、図示していないが、LED光源1に対向する楔形入光部2の光源側端面である光入射面には、LED光源1から出射した光の楔形入光部2内部での面内方向の広がり角を制御するための微小プリズムが形成されている。この微小プリズムは図1紙面内の上下方向の稜線を持っており、楔形入光部2の内部での光の広がり角は微小プリズムの頂角および高さによって制御することができる。また、図では明確に示されていないが、導光板における複数の光源が配置されている光入射面の対向面、すなわち導光板の光照明部3の光源1からの光入射端面と対向する側の端面は、光入射面と平行な面を基準にしてLED光源側にテーパを有している。このテーパ角は3〜7度が適している。   Although only one is drawn in FIG. 1, a plurality of LED light sources 1 such as 3 to 5 are usually used. Although not shown, the light incident surface that is the light source side end surface of the wedge-shaped light incident portion 2 facing the LED light source 1 has an in-plane direction inside the wedge-shaped light incident portion 2 of the light emitted from the LED light source 1. A small prism is formed to control the spread angle. This microprism has a vertical ridgeline in the plane of FIG. 1, and the spread angle of light inside the wedge-shaped light incident portion 2 can be controlled by the apex angle and height of the microprism. Although not clearly shown in the drawing, the light incident surface of the light guide plate facing the light incident surface on which the plurality of light sources are arranged, that is, the side of the light guide plate facing the light incident end surface from the light source 1 of the light illumination unit 3. The end surface of the LED has a taper on the LED light source side with respect to a plane parallel to the light incident surface. The taper angle is suitably 3 to 7 degrees.

本実施例では、楔形入光部2は、階段状で複数の段を有しており、光源側から導光板の照明部3に向かって順次薄くなっている。これらの段部はほぼ垂直な角度をもって形成されている。図を見やすくするため、図では段数が3段の場合を示してあるが、実際は20〜100段程度の段が形成されている。また、楔形入光部2の表面には光源側端面を除いて光反射層5が形成されている。この光反射層は、AlやAgあるいはAgとPdとの化合物を100nm以上の膜厚、望ましくは1μm程度の膜厚で積層して形成されている。この光反射層の形成は真空蒸着などの気相成長法や、無電解メッキと電解メッキとを組み合わせた方法で容易に行うことができる。楔形入光部2を有する導光板は、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂またはポリエチレン系樹脂あるいはシクロオレフィン系樹脂などの透明な高分子で作られている。導光板の光照明部3の裏面には、柱状レンズシート6が接合剤を用いて接合されている。この柱状レンズシートの接合方法としては、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤を用いても良いし、通常の粘着剤を用いても良い。導光板の光照明部3および柱状レンズシート6における光源側を除く3側面には光反射層4が形成されている。この光反射層は、AlやAgあるいはAgとPdとの化合物を100nm以上の膜厚、望ましくは1μm程度の膜厚で積層して形成されている。この光反射層の形成は真空蒸着などの気相成長法や無電解メッキと電解メッキとを組み合わせた方法で容易に行うことができる。   In this embodiment, the wedge-shaped light incident portion 2 has a plurality of steps in a step shape, and is gradually thinner from the light source side toward the illumination portion 3 of the light guide plate. These step portions are formed with a substantially vertical angle. In order to make the figure easy to see, the figure shows a case where the number of stages is three, but in reality, about 20 to 100 stages are formed. Further, a light reflection layer 5 is formed on the surface of the wedge-shaped light incident portion 2 except for the light source side end surface. This light reflecting layer is formed by laminating Al, Ag, or a compound of Ag and Pd with a film thickness of 100 nm or more, preferably about 1 μm. The light reflecting layer can be easily formed by a vapor phase growth method such as vacuum deposition or a method in which electroless plating and electrolytic plating are combined. The light guide plate having the wedge-shaped light incident portion 2 is made of a transparent polymer such as acrylic resin, polycarbonate resin, polyethylene resin, or cycloolefin resin. A columnar lens sheet 6 is bonded to the back surface of the light illumination unit 3 of the light guide plate using a bonding agent. As a method for joining the columnar lens sheets, an acrylic adhesive or an epoxy adhesive may be used, or a normal pressure-sensitive adhesive may be used. A light reflection layer 4 is formed on three side surfaces of the light guide plate except the light source side in the light illumination unit 3 and the columnar lens sheet 6. This light reflecting layer is formed by laminating Al, Ag, or a compound of Ag and Pd with a film thickness of 100 nm or more, preferably about 1 μm. The light reflecting layer can be easily formed by a vapor phase growth method such as vacuum deposition or a method in which electroless plating and electrolytic plating are combined.

図2に本発明の照明装置に関する他の構成の断面を模式的に示す。図2に示した構成が図1に示した構成と異なる点は、導光板の光照明部3の光照射面上に第二柱状レンズシート7が接合剤によって接合されている点である。図面では明確ではないが、第二柱状レンズシート7を構成する柱状レンズは、第二柱状レンズシート7の面に立てた垂線を基準としてLED光源が配置されている側と逆側に傾斜して配向している。その傾斜角は、柱状レンズシート6の傾斜角よりも小さく、約0〜30度となっている。 次に、図1と図2で用いられている柱状レンズシート6と第二柱状レンズシート7の作用に関して説明する。柱状レンズシート6と第二柱状レンズシート7は、微細な柱状構造が面内に複数本配列され、厚さ方向に光を導く機能を有している。この柱状構造は柱状レンズとしての機能を有している。すなわち、屈折率が中心に向かう程連続的に大きくなっているグレイディッドインデックス型柱状レンズ、または中心部分の屈折率がそれを取り巻く外周領域の屈折率よりも高い2層構造になっているステップインデックス型柱状レンズが平面状に複数配列されているフィルム構造になっている。   FIG. 2 schematically shows a cross-section of another configuration relating to the illumination device of the present invention. The configuration shown in FIG. 2 is different from the configuration shown in FIG. 1 in that the second columnar lens sheet 7 is bonded to the light irradiation surface of the light illumination unit 3 of the light guide plate by a bonding agent. Although it is not clear in the drawing, the columnar lens that constitutes the second columnar lens sheet 7 is inclined to the side opposite to the side where the LED light source is disposed with reference to a vertical line standing on the surface of the second columnar lens sheet 7. Oriented. The inclination angle is smaller than the inclination angle of the columnar lens sheet 6 and is about 0 to 30 degrees. Next, the operation of the columnar lens sheet 6 and the second columnar lens sheet 7 used in FIGS. 1 and 2 will be described. The columnar lens sheet 6 and the second columnar lens sheet 7 have a function of guiding light in the thickness direction by arranging a plurality of fine columnar structures in a plane. This columnar structure has a function as a columnar lens. That is, a graded index columnar lens whose refractive index continuously increases toward the center, or a step index having a two-layer structure in which the refractive index of the central portion is higher than the refractive index of the outer peripheral region surrounding it. It has a film structure in which a plurality of mold columnar lenses are arranged in a plane.

グレイディッドインデックス型柱状レンズの場合においても、ステップインデックス型柱状レンズの場合においても、それらを構成する柱状レンズの光軸の方向を柱状レンズの配向方向と呼ぶことにする。本最良形態で用いる柱状レンズシート6は、柱状レンズの配向方向が柱状レンズシート6の面に立てた垂線の方向を基準としてLED光源1の配置されている側に傾斜して形成されている。柱状レンズシート6の面に立てた垂線の方向に対して配向方向がなす角度を傾斜角と呼ぶことにすると、その傾斜角は約30〜60度の範囲内にある。   In both the graded index columnar lens and the step index columnar lens, the direction of the optical axis of the columnar lens constituting them is referred to as the orientation direction of the columnar lens. The columnar lens sheet 6 used in the best mode is formed so that the orientation direction of the columnar lens is inclined toward the side where the LED light source 1 is disposed with reference to the direction of the perpendicular line standing on the surface of the columnar lens sheet 6. When the angle formed by the orientation direction with respect to the direction of the vertical line standing on the surface of the columnar lens sheet 6 is called an inclination angle, the inclination angle is in the range of about 30 to 60 degrees.

この柱状レンズシート6の製造は、例えば、屈折率の異なる2種類以上の光重合性化合物からなる液状反応層に、グラデーション加工を施したフォトマスクを介して紫外線を照射することによって、光照射強度による光重合性化合物の光重合速度の違いによって屈折率の分布状態を制御することによって行う。傾斜角の制御は、照射する紫外線の方向を制御することによって容易に実現することができる。   The columnar lens sheet 6 is manufactured by, for example, irradiating a liquid reaction layer composed of two or more kinds of photopolymerizable compounds having different refractive indexes with ultraviolet rays through a gradation-processed photomask, thereby obtaining a light irradiation intensity. The refractive index distribution is controlled by the difference in the photopolymerization rate of the photopolymerizable compound. The control of the tilt angle can be easily realized by controlling the direction of the irradiated ultraviolet rays.

次に柱状レンズシート中の光の挙動について説明する。図6はステップインデックス型柱状レンズシートを用いた場合の光の挙動を示した模式図である。図中に導光板の光照明部3の内部から第二柱状レンズシート7に入射する光の光路の1つを22で示してある。導光板の光照明部3の中を導波している光は、接合剤9を透過した後、様々な入射角を持って第二柱状レンズシート7入射するが、入射光の多くは導光板の臨界角よりも大きな入射角を持って入射する。言いかえれば、第二柱状レンズシート7への光の入射角はほとんどが43度よりも大きな値となっている。   Next, the behavior of light in the columnar lens sheet will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the behavior of light when a step index type columnar lens sheet is used. In the drawing, one of optical paths of light incident on the second columnar lens sheet 7 from the inside of the light illumination part 3 of the light guide plate is indicated by 22. The light guided through the light illuminating unit 3 of the light guide plate passes through the bonding agent 9 and then enters the second columnar lens sheet 7 with various incident angles. However, most of the incident light is incident on the light guide plate. The incident angle is larger than the critical angle. In other words, the incident angle of light on the second columnar lens sheet 7 is almost larger than 43 degrees.

ステップインデックス型柱状レンズは、高屈折率領域10と低屈折率領域11とが明確な境界を持って形成されている。導光板の光照明部3から接合剤9を介して高屈折率領域14に入射した光は低屈折率領域15との境界面に入射するが、柱状レンズの配向方向が光源側とは逆側に傾斜しているために、境界面への入射角は臨界角よりも大きな値となり光は全反射される。この光は高屈折率領域10と低屈折率領域11との境界面で繰り返し全反射して上方に導波していき、第二柱状レンズシート7の上面から出射される。第二柱状レンズシート7の上面への入射角は、柱状レンズ内の境界面で光が反射されることによって臨界角よりも小さな値となっているために外部に出射される。   In the step index type columnar lens, the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 are formed with a clear boundary. The light incident on the high refractive index region 14 from the light illumination unit 3 of the light guide plate through the bonding agent 9 enters the boundary surface with the low refractive index region 15, but the orientation direction of the columnar lens is opposite to the light source side. Therefore, the incident angle to the boundary surface is larger than the critical angle, and the light is totally reflected. This light is repeatedly totally reflected at the boundary surface between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 and guided upward, and is emitted from the upper surface of the second columnar lens sheet 7. The incident angle to the upper surface of the second columnar lens sheet 7 is emitted to the outside because the light is reflected by the boundary surface in the columnar lens and has a value smaller than the critical angle.

このとき、第二柱状レンズシート7の層厚と高屈折率領域10への光の入射角と入射位置によって第二柱状レンズシート7からの光の出射方向が定まる。この光の出射のされ方は、光が散乱出射されるのと同等である。そして、第二柱状レンズシート7の層厚が厚くなればなるほど散乱方位の偏りが大きくなるように出射する。また、高屈折率領域10と低屈折率領域11の屈折率差が大きいほど散乱角は大きくなる。さらに、第二柱状レンズシート7の層厚が厚くなればなるほど、また円柱半径が小さくなればなるほど、さらにシート面内での柱状レンズの個数密度が大きくなればなるほどヘイズ値は大きくなる。   At this time, the light emission direction from the second columnar lens sheet 7 is determined by the layer thickness of the second columnar lens sheet 7 and the incident angle and position of the light incident on the high refractive index region 10. This light is emitted in the same way as light is scattered and emitted. And it is radiate | emitted so that the bias | inclination of a scattering direction may become large, so that the layer thickness of the 2nd columnar lens sheet 7 becomes thick. Further, the larger the refractive index difference between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11, the larger the scattering angle. Furthermore, the haze value increases as the layer thickness of the second columnar lens sheet 7 increases, as the cylindrical radius decreases, and as the number density of columnar lenses in the sheet plane increases.

次に、導光板の光照明部3の内部から柱状レンズシート6に入射してきた光の挙動を図7に示す。この場合、柱状レンズが光源側と逆側に傾斜しているために、図中の光路23で示されているように、高屈折率領域10と低屈折率領域11の境界面に入射する光の入射角は、図6の場合に比べて小さくなる。その結果、光は境界面を透過して低屈折率領域11に進入し柱状レンズシート6の表面で全反射して再び導光板の光照明部3に戻ってくる。   Next, the behavior of light incident on the columnar lens sheet 6 from the inside of the light illumination unit 3 of the light guide plate is shown in FIG. In this case, since the columnar lens is inclined opposite to the light source side, the light incident on the boundary surface between the high refractive index region 10 and the low refractive index region 11 as indicated by the optical path 23 in the figure. Is smaller than the incident angle of FIG. As a result, the light passes through the boundary surface, enters the low refractive index region 11, is totally reflected on the surface of the columnar lens sheet 6, and returns to the light illumination unit 3 of the light guide plate again.

このとき、柱状レンズシート6から接合剤9に戻る光の方向は、反射面への光の入射角と入射位置によって変化する。すなわち、散乱して出射する。光路23で示される光の入射角がさらに大きくなると、光は柱状レンズシートで全く散乱を受けずに、通常の透明シートと同様の作用をする。   At this time, the direction of the light returning from the columnar lens sheet 6 to the bonding agent 9 varies depending on the incident angle and the incident position of the light on the reflecting surface. That is, the light is scattered and emitted. When the incident angle of the light indicated by the optical path 23 is further increased, the light is not scattered at all by the columnar lens sheet and acts in the same manner as a normal transparent sheet.

このように、柱状レンズの傾斜角度によって、柱状レンズシートの表面から光が散乱照射されるか、全反射して導光板内部に散乱出射されるか、あるいは直線的に反射されるかが決まる。一般に、柱状レンズシートでは、ある角度範囲でシートに入射された光は柱状レンズ内を導波して表面から散乱出射され、その角度範囲以外の角度で入射した光は柱状レンズシート内をほぼ直線透過して、散乱を受けない。この散乱出射される光の入射角を散乱入射角、直線的に透過する光の入射角を直線透過角と呼ぶことにする。もちろん、柱状レンズシートの表面で反射された戻り光の反射角が、柱状レンズシートの散乱入射角の範囲内にあれば光は導光板内に散乱出射されるが、直線透過角の範囲内にあれば散乱を受けずに直線的に導光板内部に戻って行く。   As described above, whether the light is scattered from the surface of the columnar lens sheet, is totally reflected and scattered and emitted into the light guide plate, or is reflected linearly depends on the inclination angle of the columnar lens. In general, in a columnar lens sheet, light incident on the sheet in a certain angle range is guided through the columnar lens and scattered and emitted from the surface, and light incident at an angle other than the angle range is substantially linear in the columnar lens sheet. Transmits and is not scattered. The incident angle of the scattered and emitted light is referred to as the scattering incident angle, and the incident angle of the linearly transmitted light is referred to as the linear transmission angle. Of course, if the reflection angle of the return light reflected by the surface of the columnar lens sheet is within the range of the scattering incident angle of the columnar lens sheet, the light is scattered and emitted into the light guide plate, but within the range of the linear transmission angle. If there is, it returns straight to the inside of the light guide plate without being scattered.

次に、グレイディッドインデックス型柱状レンズによる柱状レンズシート中の光の振舞いを説明する。グレイディッドインデックス型柱状レンズは、柱状レンズ中心軸付近の屈折率が最大になるような分布を持った高屈折率領域を持ち、その周りを最外周部の屈折率が最小となるような分布を持った低屈折率領域で覆われているが、ステップインデックス型柱状レンズのように高屈折率領域と低屈折率領域との間には明確な境界面を持っていない。   Next, the behavior of light in the columnar lens sheet by the graded index columnar lens will be described. A graded index columnar lens has a high refractive index region with a distribution that maximizes the refractive index near the central axis of the columnar lens, and has a distribution that minimizes the refractive index at the outermost periphery around it. Although it is covered with the low-refractive index region, it does not have a clear boundary surface between the high-refractive index region and the low-refractive index region like the step index type columnar lens.

グレイディッドインデックス型柱状レンズの内部に入射した光はより屈折率の高い方へと光路を曲げる。従って、この柱状レンズの中での光路は滑らかな曲線を示す。しかし、この場合においても、ステップインデックス型柱状レンズの場合と同様に、散乱入射角と直線透過角が存在する。すなわち、散乱入射角で入射した光は柱状レンズ内を導波して柱状レンズシートの表面から散乱出射されるが、直線透過角で入射した光はほぼ直進し柱状レンズシートの表面で全反射され再び導光板の方に戻る。このとき、戻り光が柱状レンズシートの散乱入射角の範囲内にあれば光は導光板内に散乱出射されるが、直線透過角の範囲内にあれば散乱を受けずに直線的に導光板内部に戻って行く。   Light incident on the inside of the graded index columnar lens bends the optical path toward a higher refractive index. Therefore, the optical path in this columnar lens shows a smooth curve. However, in this case as well, as in the case of the step index type columnar lens, there are a scattering incident angle and a linear transmission angle. That is, the light incident at the scattering incident angle is guided through the columnar lens and scattered and emitted from the surface of the columnar lens sheet, but the light incident at the linear transmission angle travels almost straight and is totally reflected by the surface of the columnar lens sheet. Return to the light guide plate again. At this time, if the return light is within the range of the scattering incident angle of the columnar lens sheet, the light is scattered and emitted into the light guide plate, but if it is within the range of the linear transmission angle, the light guide plate is linearly received without being scattered. Go back inside.

このときもステップインデックス型柱状レンズシートの場合と同様に、柱状レンズシートの層厚と柱状レンズへの光の入射角と入射位置によって柱状レンズシートからの光の出射方向が定まる。そして、柱状レンズシートの層厚が厚くなればなるほど散乱方位の偏りが大きくなるように出射する。また、高屈折率領域と低屈折率領域によって形成される屈折率の変化量が大きいほど散乱角は大きくなる。さらに、柱状レンズシートの層厚が厚くなればなるほど、また円柱半径が小さくなればなるほど、さらにシート面内での柱状レンズの個数密度が大きくなればなるほどヘイズ値は大きくなる。   At this time, as in the case of the step index type columnar lens sheet, the light emission direction from the columnar lens sheet is determined by the layer thickness of the columnar lens sheet, the incident angle of light to the columnar lens, and the incident position. And it is radiate | emitted so that the bias | inclination of a scattering direction may become large, so that the layer thickness of a columnar lens sheet | seat becomes thick. Further, the scattering angle increases as the amount of change in the refractive index formed by the high refractive index region and the low refractive index region increases. Furthermore, the haze value increases as the layer thickness of the columnar lens sheet increases, as the column radius decreases, and as the number density of columnar lenses in the sheet plane increases.

また、ステップインデックス型柱状レンズシートやグレイディッドインデックス型柱状レンズシートに関わらず、高屈折率領域と低屈折率領域との屈折率差あるいは屈折率変化量を調節することによって、散乱入射角は45度程度以下の任意の角度とすることができる。ここで、導光板の光照明部3の内部を伝播する光の多くは内部で光が効率良く全反射して伝播するように、導光板の表面への入射角が約43度以上の傾斜した角度になっている。また、この導光板内の導波光の入射角はLED光源側に傾斜した角度を持った成分が多くなる。一方、柱状レンズシートは散乱入射角で入射した特定の光のみに対して散乱作用をし、それ以外の入射角度で入射した光に対しては通常の透明シートに対するのと同様に直線的に透過する。   Regardless of the step index type columnar lens sheet or the graded index type columnar lens sheet, the scattering incident angle is 45 by adjusting the refractive index difference or the refractive index change amount between the high refractive index region and the low refractive index region. It can be set to an arbitrary angle of about the degree or less. Here, most of the light propagating through the light illuminating unit 3 of the light guide plate is inclined with an incident angle to the surface of the light guide plate of about 43 degrees or more so that the light is efficiently totally reflected and propagated inside. It is at an angle. Further, the incident angle of the guided light in the light guide plate has a larger component having an angle inclined toward the LED light source. On the other hand, the columnar lens sheet only scatters specific light incident at a scattering incident angle, and linearly transmits light incident at other incident angles in the same manner as for a normal transparent sheet. To do.

本発明の照明装置においては、柱状レンズシート6を構成する柱状レンズをLED光源側に傾斜させて構成し、第二柱状レンズシート7をLED光源側と逆側に傾斜することによって、導光板内で伝播する光を効率良く柱状レンズシートで散乱させるようにしてある。具体的には、柱状レンズシート6の出射面に立てた法線に対して、柱状レンズの傾斜角をLED光源側に約30〜60度傾斜させて構成してある。第二柱状レンズシート7の出射面に立てた法線に対して、柱状レンズの傾斜角をLED光源とは反対側に約0〜30度傾斜させて構成してある。   In the illuminating device of the present invention, the columnar lens constituting the columnar lens sheet 6 is inclined to the LED light source side, and the second columnar lens sheet 7 is inclined to the opposite side to the LED light source side, thereby allowing the inside of the light guide plate The light propagating in is efficiently scattered by the columnar lens sheet. Specifically, the inclination angle of the columnar lens is inclined about 30 to 60 degrees toward the LED light source side with respect to the normal line standing on the emission surface of the columnar lens sheet 6. The inclination angle of the columnar lens is inclined about 0 to 30 degrees on the opposite side to the LED light source with respect to the normal line standing on the emission surface of the second columnar lens sheet 7.

柱状レンズシート6にLED光源側から入射する光は、図7の光路23と同様の光路となる。従って、柱状レンズシート6にLED光源側から入射した光は、柱状レンズシート6の表面で反射され、柱状レンズシート6から導光板側に出射する。このとき、柱状レンズの傾斜角は30〜60度であり、散乱入射角は10〜45度とすることができるために、適切な傾斜角と散乱入射角の第一柱状レンズシートを用いることによって、裏面からの反射光を0〜100%の割合で導光板側に散乱出射させることができる。この散乱光が導光板の照射面に入射する光の入射角は、−15〜45度であるために、ほとんどの光をスネルの法則に従って導光板の照射面から出射させることができる。   The light incident on the columnar lens sheet 6 from the LED light source side has an optical path similar to the optical path 23 in FIG. Therefore, the light incident on the columnar lens sheet 6 from the LED light source side is reflected on the surface of the columnar lens sheet 6 and is emitted from the columnar lens sheet 6 to the light guide plate side. At this time, since the tilt angle of the columnar lens is 30 to 60 degrees and the scattering incident angle can be 10 to 45 degrees, by using the first columnar lens sheet having an appropriate tilt angle and scattering incident angle. The reflected light from the back surface can be scattered and emitted to the light guide plate side at a rate of 0 to 100%. Since the incident angle of the incident light of the scattered light on the irradiation surface of the light guide plate is -15 to 45 degrees, most of the light can be emitted from the irradiation surface of the light guide plate according to Snell's law.

また、第二柱状レンズシート7にLED光源側から入射する光は図6の光路22と同様である。このとき、LED光源から導光板内を伝播して直接入射した光の入射角は約43度以上であり、一方、第二柱状レンズシート7を構成する柱状レンズの傾斜角は0〜30度である。そのため、第二柱状レンズシート7の傾斜角を30度、散乱入射角を45度と大きく設定しても、約30%程度の光は表面で全反射して導光板側に戻る。一方、上記のように、柱状レンズシート6の裏面で反射されて散乱出射された光は、第二柱状レンズシート7に入射角約−15〜45度の範囲内で入射することになる。従って、柱状レンズシート6と第二柱状レンズシート7の傾斜角と散乱入射角を適切に選択すれば、この散乱光はほぼ100%近く第二柱状レンズシート7から散乱出射させることができる。   Further, the light incident on the second columnar lens sheet 7 from the LED light source side is the same as the optical path 22 in FIG. At this time, the incident angle of the light directly propagating from the LED light source through the light guide plate is about 43 degrees or more, while the inclination angle of the columnar lens constituting the second columnar lens sheet 7 is 0 to 30 degrees. is there. Therefore, even if the inclination angle of the second columnar lens sheet 7 is set to be as large as 30 degrees and the scattering incident angle is set to 45 degrees, about 30% of the light is totally reflected on the surface and returns to the light guide plate side. On the other hand, as described above, the light reflected and scattered and emitted from the back surface of the columnar lens sheet 6 enters the second columnar lens sheet 7 within an incident angle range of about -15 to 45 degrees. Therefore, if the inclination angle and the scattering incident angle of the columnar lens sheet 6 and the second columnar lens sheet 7 are appropriately selected, this scattered light can be scattered and emitted from the second columnar lens sheet 7 by almost 100%.

本発明の照明装置においては、柱状レンズのレンズ径が、1μm〜250μm、レンズ高さ(柱状レンズシート層厚)が10μm〜200μmの柱状レンズシートを用いることができる。しかしながら、製造歩留まりや光利用効率あるいはハンドリングのし易さなどを考慮すると、レンズ径は5μm〜100μm、レンズ高さは20μm〜80μmとするのが好ましい。また、柱状レンズの屈折率差は0.01〜0.05のものを用いることができる。さらに柱状レンズの傾斜角は10〜60度のものが利用できる。   In the illumination device of the present invention, a columnar lens sheet having a columnar lens with a lens diameter of 1 μm to 250 μm and a lens height (columnar lens sheet layer thickness) of 10 μm to 200 μm can be used. However, considering the production yield, light utilization efficiency, ease of handling, etc., the lens diameter is preferably 5 μm to 100 μm, and the lens height is preferably 20 μm to 80 μm. In addition, a columnar lens having a refractive index difference of 0.01 to 0.05 can be used. Furthermore, the inclination angle of the columnar lens can be 10 to 60 degrees.

このように、本発明の照明装置は、上記の傾斜角を持った柱状レンズシートを用いることによって導光板表面または裏面にプリズムなどの微細反射構造体を形成することなく、効率良くLED光源からの光を照射面側から出射させることができる。そのため、製造が容易になり、低コストで製品を作ることができる。   As described above, the illumination device of the present invention can efficiently emit light from the LED light source without forming a fine reflection structure such as a prism on the front or back surface of the light guide plate by using the columnar lens sheet having the inclination angle. Light can be emitted from the irradiation surface side. Therefore, manufacture becomes easy and a product can be made at low cost.

次に、柱状レンズシート6と第二柱状レンズシート7を構成する柱状レンズの充填密度について説明する。上記のように本発明に用いた柱状レンズシートは導光板内を伝播する光を効率良く散乱出射するために、柱状レンズシートを構成する柱状レンズの充填密度をシート内で一様に配置すると、LED光源側の輝度が大きくなりすぎて輝度分布が悪くなってしまう。   Next, the filling density of the columnar lenses constituting the columnar lens sheet 6 and the second columnar lens sheet 7 will be described. As described above, in order to efficiently scatter and emit the light propagating through the light guide plate, the columnar lens sheet used in the present invention uniformly arranges the packing density of the columnar lenses constituting the columnar lens sheet in the sheet. The luminance on the LED light source side becomes too large, and the luminance distribution is deteriorated.

このような柱状レンズシートの特徴を用いて、本発明の照明装置においては、導光板のLED光源に近い側の柱状レンズ充填密度よりも遠い側の柱状レンズ充填密度の方が大きくなるように形成された柱状レンズシートを用いた。このようにすることによって、柱状レンズ充填密度が一様な柱状レンズシートを用いた場合よりもLED光源からの光を均一に被照明体に照射することができる。第二柱状レンズシート7を用いる場合は、柱状レンズシート6との関係が複雑になるために、柱状レンズシート6を構成する柱状レンズの充填密度を変化させ、第二柱状レンズシート7を構成する柱状レンズの充填密度を一様とするのが良い。   Using such a feature of the columnar lens sheet, in the lighting device of the present invention, the columnar lens filling density on the far side is larger than the columnar lens filling density on the side closer to the LED light source of the light guide plate. A columnar lens sheet was used. By doing in this way, the to-be-illuminated body can be irradiated with light from the LED light source more uniformly than when a columnar lens sheet having a uniform columnar lens filling density is used. When the second columnar lens sheet 7 is used, since the relationship with the columnar lens sheet 6 is complicated, the filling density of the columnar lenses constituting the columnar lens sheet 6 is changed to configure the second columnar lens sheet 7. The filling density of the columnar lenses should be uniform.

図9に柱状レンズシート6の柱状レンズ充填密度を変化させた構成例を示す。図示するように、本発明の照明装置を柱状レンズシート6側から見た平面図であり、LED光源1a、1b、1cが導光板の光入射側端面に3個配置されている。柱状レンズシート6には柱状レンズ14が充填して複数配列されている。LED光源側の柱状レンズのレンズ径がLED光源から離れるに従って小さくなるように配列することによって、柱状レンズの充填密度を変化させている。図を見やすくするように誇張されて描かれているが、柱状レンズ径は、およそ5μm〜100μmまでの大きさで分布しており、その値は導光板サイズや図示されていない導光板の屈折率、および柱状レンズの層厚や屈折率によって最適値は変化する。また、柱状レンズシート6面内での配列はモアレ縞の発生を防ぐために、周期性を除去した配列になっている。   FIG. 9 shows a configuration example in which the columnar lens filling density of the columnar lens sheet 6 is changed. As shown in the drawing, it is a plan view of the illumination device of the present invention as viewed from the columnar lens sheet 6 side, and three LED light sources 1a, 1b, 1c are arranged on the light incident side end face of the light guide plate. A plurality of columnar lenses 14 are filled in the columnar lens sheet 6 and arranged. By arranging the lens diameter of the columnar lens on the LED light source side so as to decrease as the distance from the LED light source increases, the filling density of the columnar lens is changed. The columnar lens diameter is distributed in a size of about 5 μm to 100 μm, and the values are based on the size of the light guide plate or the refractive index of the light guide plate not shown. The optimum value varies depending on the layer thickness and refractive index of the columnar lens. Further, the arrangement in the surface of the columnar lens sheet 6 is an arrangement from which periodicity is removed in order to prevent the generation of moire fringes.

図10に柱状レンズシートの柱状レンズ充填密度を変化させた他の構成例を示す。この構成では、LED光源1a、1b、1cから離れるに従って柱状レンズの配置されている列密度を変化させて充填密度が変わるように配列されている。具体的には柱状レンズはLED光源の配列方向に一列に並んだ列単位で配列されており、この列密度がLED光源に近い側は疎に、LED光源から離れるに従って密になっている。本実施例では、LED光源から離れるに従って列間の距離が二次関数的に狭くなるように配列してある。   FIG. 10 shows another configuration example in which the columnar lens filling density of the columnar lens sheet is changed. In this structure, it arranges so that the packing density may change by changing the column density in which the columnar lenses are arranged as the distance from the LED light sources 1a, 1b, and 1c increases. Specifically, the columnar lenses are arranged in units of columns arranged in a line in the arrangement direction of the LED light sources, and the column density is sparse on the side close to the LED light sources and becomes denser as the distance from the LED light sources is increased. In the present embodiment, the distance between the columns is arranged so as to become a quadratic function as the distance from the LED light source increases.

充填密度の変化のさせ方は、図10に示した以外にも、柱状レンズの列間隔を一定にしておき、列内での柱状レンズの配列密度を列がLED光源に近くなるほど疎になるようにしてもよいし、これと図9に示した方法を併用しても良い。   In addition to the method shown in FIG. 10, the packing density is changed by keeping the column spacing of the columnar lenses constant, and the arrangement density of the columnar lenses in the column becomes sparser as the column gets closer to the LED light source. Alternatively, this and the method shown in FIG. 9 may be used in combination.

図10に示す構成では列中の柱状レンズは全て同じ径で、同じ屈折率差を持っている。しかし、LED光源1a、1b、1c方向の輝度分布を調節するために、列の内部で光強度の弱い領域の柱状レンズの充填密度が大きくなるように柱状レンズ径を列内で変化させてもよい。このようにすることによって、照明装置全体での輝度分布を向上させることができるばかりでなく、LED光源方向のモワレ縞の発生を防ぐことができる。   In the configuration shown in FIG. 10, all the columnar lenses in the row have the same diameter and the same refractive index difference. However, in order to adjust the luminance distribution in the LED light sources 1a, 1b, and 1c, the columnar lens diameter may be changed within the column so that the filling density of the columnar lenses in the region with low light intensity within the column is increased. Good. By doing in this way, not only the luminance distribution in the whole lighting device can be improved, but also the occurrence of moire fringes in the LED light source direction can be prevented.

図11に本発明で用いた柱状レンズシートの光透過特性を示す。図11において、横軸は柱状レンズシートへの光の入射角、縦軸は各入射角に対する光透過強度を表している。図中で傾斜角が0度における柱状レンズシートの特性を曲線24に、傾斜角がα度の場合における柱状レンズシートの特性を曲線25に表している。ただし、測定雰囲気は大気中であり、柱状レンズシート単体で評価した場合を示してある。   FIG. 11 shows the light transmission characteristics of the columnar lens sheet used in the present invention. In FIG. 11, the horizontal axis represents the incident angle of light to the columnar lens sheet, and the vertical axis represents the light transmission intensity for each incident angle. In the drawing, the characteristic of the columnar lens sheet when the inclination angle is 0 degree is represented by a curve 24, and the characteristic of the columnar lens sheet when the inclination angle is α degrees is represented by a curve 25. However, the measurement atmosphere is in the air, and the case where the columnar lens sheet alone is evaluated is shown.

特性曲線24の場合は、柱状レンズシートは角度±βで光強度がほぼゼロになっていることがわかる。入射角が−β〜βの範囲内では光は散乱透過され、入射角の絶対値がβ以上の範囲内では光は散乱されずに直線的に透過する。すなわち、βは散乱入射角である。   In the case of the characteristic curve 24, it can be seen that the light intensity of the columnar lens sheet is almost zero at an angle ± β. When the incident angle is in the range of -β to β, light is scattered and transmitted, and when the absolute value of the incident angle is β or more, the light is transmitted without being scattered. That is, β is the scattering incident angle.

一方、柱状レンズの傾斜角をα度だけ傾けた場合の特性曲線25は、傾斜角が0度の場合に比べて、散乱入射角がそのままα度だけずれた位置にシフトする。そのとき、散乱入射角の範囲はほとんど変化なく、α−β〜α+βの範囲内にシフトするだけである。従って、図11の特性曲線25においては、角度αで入射した光は透過時に散乱を受けるが角度−αで入射した光は散乱を受けずに直線的に透過する。すなわち、この柱状レンズシートを導光板に接合したとき、角度−αで入射した光は柱状レンズシートの出射面で全反射して再び導光板の方に戻って行く。   On the other hand, the characteristic curve 25 when the inclination angle of the columnar lens is inclined by α degrees is shifted to a position where the scattering incident angle is shifted by α degrees as compared with the case where the inclination angle is 0 degrees. At that time, the range of the scattering incident angle hardly changes and only shifts within the range of α−β to α + β. Therefore, in the characteristic curve 25 of FIG. 11, light incident at an angle α is scattered during transmission, but light incident at an angle −α is transmitted linearly without being scattered. That is, when this columnar lens sheet is joined to the light guide plate, the light incident at an angle of −α is totally reflected on the exit surface of the columnar lens sheet and returns to the light guide plate again.

図11において、傾斜角が0度である特性曲線24の場合を考える。このとき、導光板からβ〜−βの角度で入射した照明光は、柱状レンズ内を伝播して表面から散乱照射される。また、γをβよりも大きいが臨界角よりも小さな角度であるとすると、入射角γで入射した光は柱状レンズシートの表面でフレネル反射を受けて、一部は表面から散乱を受けずに照射される。しかし、γをβと臨界角よりも大きな角度とすると、入射角γで入射した光は柱状レンズシートの出射面で全反射して再び導光板内部に戻るため、照明に寄与することはない。また、導光板内部を伝播する光の多くは約43度以上の大きな入射角を持って柱状レンズシートに入射するため、これを効率良く利用するためには柱状レンズシートに視角特性に適した傾斜角を与え、それに整合した散乱入射角のものを用いなければならない。   In FIG. 11, consider the case of the characteristic curve 24 having an inclination angle of 0 degrees. At this time, the illumination light incident at an angle of β to −β from the light guide plate propagates through the columnar lens and is scattered and irradiated from the surface. If γ is larger than β but smaller than the critical angle, light incident at an incident angle γ receives Fresnel reflection on the surface of the columnar lens sheet, and part of the light is not scattered from the surface. Irradiated. However, if γ is an angle larger than β and the critical angle, the light incident at the incident angle γ is totally reflected by the exit surface of the columnar lens sheet and returns to the inside of the light guide plate again, so that it does not contribute to illumination. In addition, since most of the light propagating through the light guide plate is incident on the columnar lens sheet with a large incident angle of about 43 degrees or more, in order to use this efficiently, the columnar lens sheet is inclined according to the viewing angle characteristics. An angle must be given and a scattering incident angle matched to that must be used.

次に、傾斜角がαだけ傾いた柱状レンズシートを用いた特性曲線25の場合を考える。まず、入射角α−β〜α+βの入射角度範囲で導光板から入射した光は散乱して出射される。また、それ以外の入射角度範囲で導光板から入射した光は、傾斜角0度の場合と同様にして、柱状レンズシートの表面で反射されて再び導光板内部に戻って行く。βの値は、柱状レンズアレイシートの層厚、柱状レンズの口径、あるいは柱状レンズの屈折率差などを調整することによって、10〜45度程度までの任意の値に制御することができる。   Next, consider the case of the characteristic curve 25 using a columnar lens sheet whose inclination angle is inclined by α. First, light incident from the light guide plate within an incident angle range of incident angles α−β to α + β is scattered and emitted. In addition, the light incident from the light guide plate in the other incident angle range is reflected on the surface of the columnar lens sheet and returns to the inside of the light guide plate in the same manner as in the case of the inclination angle of 0 degree. The value of β can be controlled to an arbitrary value of about 10 to 45 degrees by adjusting the layer thickness of the columnar lens array sheet, the aperture of the columnar lens, or the difference in refractive index of the columnar lens.

また、傾斜角αの値は、製造時の光照射角度を傾斜させることによって、0〜70度程度の任意の角度に設定することができる。従って、導光板から約43度の入射角を持った照明光が入射した場合に、αの値を35〜70度とすることによって導光板を導波している光を柱状レンズシートの表面から出射させることができる。ただし、αの値を大きくし過ぎると、出射光の傾きが大きくなり過ぎ、例えば本発明の照明装置を液晶表示装置に適用すると視認性が悪くなるために、αとして大きくても30〜60度程度にするのが望ましい。   Moreover, the value of the inclination angle α can be set to an arbitrary angle of about 0 to 70 degrees by inclining the light irradiation angle at the time of manufacture. Therefore, when illumination light having an incident angle of about 43 degrees is incident from the light guide plate, the value of α is set to 35 to 70 degrees, so that the light guided through the light guide plate is removed from the surface of the columnar lens sheet. Can be emitted. However, if the value of α is too large, the inclination of the emitted light becomes too large. For example, when the illumination device of the present invention is applied to a liquid crystal display device, the visibility deteriorates. It is desirable to make it about.

導光板3は、厚み1mm程度に薄く形作られているために、内部を導波する光が導光板の内面で反射される回数は、通常の5〜10mm程度の厚みを有する導光板に比較しておよそ5〜10倍程度多くなるために、上記柱状レンズシートを構成する柱状レンズの形成密度は、通常の導光板に用いる場合のおよそ1/10〜1/5程度で良い。また、このことにより、照明光の輝度分布は通常の導光板厚みをもった照明装置よりも著しく改善される。   Since the light guide plate 3 is thinly formed with a thickness of about 1 mm, the number of times the light guided inside is reflected by the inner surface of the light guide plate is smaller than that of a normal light guide plate having a thickness of about 5 to 10 mm. Therefore, the formation density of the columnar lenses constituting the columnar lens sheet may be about 1/10 to 1/5 that of a normal light guide plate. This also significantly improves the luminance distribution of the illumination light as compared to an illumination device having a normal light guide plate thickness.

図3に本発明の薄型照明装置に関する別の断面構成例を模式的に示す。ここでは、柱状レンズシート6の表面に光反射層8が形成されている。このように、柱状レンズシート6の表面に光反射層8を形成することによって、柱状レンズシートの裏面から抜けようとする光を効率良く光照射面すなわち導光板の光照明部3の表面側、すなわち光照射面に戻すことができる。このような光は、柱状レンズシートから散乱出射される光成分に起因するものである。   FIG. 3 schematically shows another cross-sectional configuration example relating to the thin illumination device of the present invention. Here, the light reflection layer 8 is formed on the surface of the columnar lens sheet 6. In this way, by forming the light reflecting layer 8 on the surface of the columnar lens sheet 6, light that is about to escape from the back surface of the columnar lens sheet is efficiently irradiated with light, that is, the surface side of the light illumination unit 3 of the light guide plate, That is, it can be returned to the light irradiation surface. Such light is caused by light components scattered and emitted from the columnar lens sheet.

図4に他の形状の楔形入光部を有する構成例の断面図を模式的に示す。図4で示す楔形入光部2は、上面だけに段が形成されており、光入射端から離れるに従って細くなった楔形をしている。各段の高さには制限がないが、段の高さはできる限り低くするのが望ましい。具体的には、各段の高さは50〜1000μmの範囲で任意に設定できる。このような構造にすることによって、楔形入光部2の長さが図1や図2で示したものよりも長くなるが、楔形入光部2を含めた導光板の底面を平坦にすることができるために、照明配置がし易くなるという長所を持っている。   FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view of a configuration example having a wedge-shaped light incident portion of another shape. The wedge-shaped light incident portion 2 shown in FIG. 4 has a step formed only on the upper surface, and has a wedge shape that becomes narrower as the distance from the light incident end increases. There is no restriction on the height of each step, but it is desirable to make the step height as low as possible. Specifically, the height of each step can be arbitrarily set in the range of 50 to 1000 μm. With this structure, the length of the wedge-shaped light incident portion 2 is longer than that shown in FIGS. 1 and 2, but the bottom surface of the light guide plate including the wedge-shaped light incident portion 2 is made flat. Therefore, it has an advantage that the lighting arrangement is easy.

図4で示した楔形入光部2の内部における光の挙動を図5に示す。図5には、楔形入光部2内における光路の一例を20と21で示してある。図5において、光源から出た光は楔形入光部2の光入射端面から楔形入光部2に入る。まず、光路20で示されている光は光入光部の上面に形成された光反射層4で反射されて直接楔形入光部2から導光板の光照明部3に入る。一方、光路21で示される光は、段部に形成された光反射層4で反射されて一度光入射端面側に戻るが、再び光入射端面で反射されて導光板の光照明部3に入る。ここに示したように、本発明に用いられている楔形入光部2は、垂直な段部で形成されているために、内部で繰り返し光反射を受けても楔形入光部2の側面や上下面への入射角は変化しない。すなわち、光源1からの出射角を実質的に変更させることなく、導光板の光照明部3に導くことができる。   FIG. 5 shows the behavior of light inside the wedge-shaped light incident portion 2 shown in FIG. FIG. 5 shows an example of the optical path 20 and 21 in the wedge-shaped light incident part 2. In FIG. 5, the light emitted from the light source enters the wedge-shaped light incident portion 2 from the light incident end face of the wedge-shaped light incident portion 2. First, the light indicated by the optical path 20 is reflected by the light reflecting layer 4 formed on the upper surface of the light incident portion and directly enters the light illumination portion 3 of the light guide plate from the wedge-shaped light incident portion 2. On the other hand, the light indicated by the optical path 21 is reflected by the light reflecting layer 4 formed in the step part and once returns to the light incident end face side, but is reflected again by the light incident end face and enters the light illumination part 3 of the light guide plate. . As shown here, the wedge-shaped light incident part 2 used in the present invention is formed of a vertical stepped part, so that the side surface of the wedge-shaped light incident part 2 can be The angle of incidence on the upper and lower surfaces does not change. That is, it is possible to guide to the light illumination unit 3 of the light guide plate without substantially changing the emission angle from the light source 1.

もし、通常の滑らかなテーパを持った楔形入光部やテーパを有する段部を持った楔形入光部を用いたとすると、そのテーパで反射された光は結果的に光源からの出射角よりも大きな出射角を持った光と同等となり、導光板の光照明部3の内部に入った後、直ちに外部に漏れ出してしまうために微細反射構造体の形成にはさらに高次の変化を持たせて照明輝度分布が光源側に偏らないようにすることが重要である。   If a wedge-shaped light incident portion having a normal smooth taper or a wedge-shaped light incident portion having a stepped portion having a taper is used, the light reflected by the taper is consequently larger than the emission angle from the light source. Since it is equivalent to light having a large emission angle and enters the light illumination part 3 of the light guide plate and immediately leaks to the outside, the formation of the fine reflection structure should have a higher order change. Therefore, it is important that the illumination luminance distribution is not biased toward the light source.

導光板の光照明部3内部における光の挙動に関しては、柱状レンズシートの作用で説明したように、光は導光板の光照明部3内で多重反射を繰り返し、柱状レンズシートを構成する柱状レンズの散乱入射角よりも小さな入射角で柱状レンズシートに入った光は散乱される。この散乱光は所定の散乱角を持って光照射面から散乱出射する。   Regarding the behavior of light inside the light illuminating unit 3 of the light guide plate, as described in the action of the columnar lens sheet, the light repeatedly repeats multiple reflections within the light illuminating unit 3 of the light guide plate, and forms a columnar lens sheet. Light entering the columnar lens sheet is scattered at an incident angle smaller than the scattering incident angle. The scattered light is scattered and emitted from the light irradiation surface with a predetermined scattering angle.

図8に本発明の液晶表示装置の断面構成を模式的に示す。図8で用いた照明装置は、図4で示した構成と同様のものであり、柱状レンズシート6の裏面には光反射層8が形成されている。液晶パネル12としては、TFT素子を用いたアクチブマトリックス型液晶表示パネルでも、パッシブマトリックス型液晶パネルでも、どちらの型の液晶パネルでも用いることができる。液晶パネル12と照明装置との間隙には、プリズムシート13が設けられている。このプリズムシートは、導光板の光照明部3側に対向して凹凸を有し、稜線を図8の紙面に垂直な方向に持つ微細なプリズムが規則正しく形成された透明なシートである。このような、プリズムシート7を照明装置と液晶パネルとの間に配することによって、照明光を液晶パネル12の面に効率良く垂直に入射させることができるために、液晶表示装置の輝度を高めることができる。図8から分かるように、本発明の薄型照明装置は導光板の光照明部を薄く構成することができるために、その結果液晶表示装置そのものの薄型化が可能となる。   FIG. 8 schematically shows a cross-sectional configuration of the liquid crystal display device of the present invention. The illumination device used in FIG. 8 has the same configuration as that shown in FIG. 4, and a light reflection layer 8 is formed on the back surface of the columnar lens sheet 6. As the liquid crystal panel 12, either an active matrix type liquid crystal display panel using a TFT element or a passive matrix type liquid crystal panel can be used. A prism sheet 13 is provided in the gap between the liquid crystal panel 12 and the illumination device. This prism sheet is a transparent sheet in which minute prisms having irregularities facing the light illumination unit 3 side of the light guide plate and having ridge lines in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 8 are regularly formed. By disposing the prism sheet 7 between the illuminating device and the liquid crystal panel as described above, the illumination light can be efficiently incident on the surface of the liquid crystal panel 12 to increase the luminance of the liquid crystal display device. be able to. As can be seen from FIG. 8, in the thin illumination device of the present invention, the light illumination portion of the light guide plate can be made thin, and as a result, the liquid crystal display device itself can be thinned.

次に、図1に示す本発明の照明装置に置ける光路の1例を説明する。LED光源1から出射された光は、楔形入光部2内で繰り返し反射された後、導光板の照明部3の内部に入り柱状レンズシート6に入射する。図7で示したように、この入射光は柱状レンズシート6に直線透過角で入射することになるため、そのまま柱状レンズシート6の裏面で反射される。このとき、柱状レンズシートの散乱入射角の範囲内で光が反射すると、その光は柱状レンズ内を導波して表面から散乱放出される。導光板の光照明部3に戻った散乱光のうち、光照射面への入射角が約43以下の成分は、導光板の光照明部3の光照射面でフレネル反射を受け、一部は被照射体である液晶パネルを背面から照射する。また、散乱光のうち、光照射面でフレネル反射を受け反射された光は、再び導光板の光照明部3の内部に戻り、柱状レンズシート6の裏面に達する。この柱状レンズシート6の裏面に達した光は臨界角よりも小さな角度で入射するため、再びフレネル反射を受けて一部が透過する。光反射板が柱状レンズシート6に対向して配置されていれば、その光反射板で反射されて柱状レンズシート6に裏面から再入射する。また、柱状レンズシート6の裏面に光反射層が形成されていれば、その光はそのまま光反射層で反射されて柱状レンズシート6に再入射する。この再入射光は、柱状レンズシート6で再び導光板の光照明部3の内部に散乱出射され、その一部は液晶パネルを裏面から照射する。   Next, an example of an optical path that can be placed in the illumination device of the present invention shown in FIG. 1 will be described. The light emitted from the LED light source 1 is repeatedly reflected in the wedge-shaped light incident portion 2 and then enters the illumination portion 3 of the light guide plate and enters the columnar lens sheet 6. As shown in FIG. 7, since this incident light is incident on the columnar lens sheet 6 at a linear transmission angle, it is reflected on the back surface of the columnar lens sheet 6 as it is. At this time, when light is reflected within the range of the scattering incident angle of the columnar lens sheet, the light is guided in the columnar lens and scattered and emitted from the surface. Of the scattered light returned to the light illuminating unit 3 of the light guide plate, a component having an incident angle on the light illuminating surface of about 43 or less is subjected to Fresnel reflection on the light illuminating surface of the light illuminating unit 3 of the light guide plate. A liquid crystal panel as an object to be irradiated is irradiated from the back side. Of the scattered light, the light reflected and reflected by Fresnel reflection on the light irradiation surface returns again to the inside of the light illumination part 3 of the light guide plate and reaches the back surface of the columnar lens sheet 6. Since the light reaching the back surface of the columnar lens sheet 6 is incident at an angle smaller than the critical angle, a part of the light is transmitted again after receiving Fresnel reflection. If the light reflecting plate is disposed to face the columnar lens sheet 6, the light reflecting plate is reflected by the light reflecting plate and reenters the columnar lens sheet 6 from the back surface. If a light reflection layer is formed on the back surface of the columnar lens sheet 6, the light is reflected as it is by the light reflection layer and reenters the columnar lens sheet 6. The re-incident light is again scattered and emitted by the columnar lens sheet 6 into the light illumination unit 3 of the light guide plate, and a part of the re-incident light irradiates the liquid crystal panel from the back surface.

一方、柱状レンズシート6の裏面で、散乱入射角以上の角度で反射した光は、そのまま柱状レンズシート6を直線的に透過して、再び導光板の光照明部3の内部に戻る。この導光板内部に戻った光は、通常の平面透明基板内を導波するのと同様にして、内部で複数回全反射を繰り返して、光入射面との対向面に入射する。   On the other hand, the light reflected by the back surface of the columnar lens sheet 6 at an angle equal to or greater than the scattering incident angle passes straight through the columnar lens sheet 6 and returns to the inside of the light illumination unit 3 of the light guide plate. The light that has returned to the inside of the light guide plate repeats total internal reflection a plurality of times and enters the surface facing the light incident surface in the same manner as when guided in a normal flat transparent substrate.

光入射面との対向面は3〜7度のテーパを有しているために、反射光はその分だけ偏向されて導光板の光照明部3の内部に戻る。そのため、その戻り光は入射光よりも大きな入射角で導光板の光照明部3の照射面に入り、さらに反射されて柱状レンズシート6に戻ってくる。この光の一部は柱状レンズシート6の散乱入射角で入射するため、柱状レンズシート6を透過した光は柱状レンズシート6の裏面で散乱反射する。その散乱光は、柱状レンズシート6を透過し、導光板の光照明部3の表面から液晶パネルを照射する。また、残りの直線透過角で入射した光は柱状レンズシート6の裏面で反射された後、柱状レンズシート6を透過し、導光板の光照明部3の内面で全反射して再び導光板の光照明部3の内部で反射を繰り返す。   Since the surface facing the light incident surface has a taper of 3 to 7 degrees, the reflected light is deflected by that amount and returns to the inside of the light illumination unit 3 of the light guide plate. Therefore, the return light enters the irradiation surface of the light illumination unit 3 of the light guide plate at an incident angle larger than the incident light, and is further reflected to return to the columnar lens sheet 6. Since a part of this light is incident at the scattering incident angle of the columnar lens sheet 6, the light transmitted through the columnar lens sheet 6 is scattered and reflected by the back surface of the columnar lens sheet 6. The scattered light passes through the columnar lens sheet 6 and irradiates the liquid crystal panel from the surface of the light illumination unit 3 of the light guide plate. Further, the light incident at the remaining linear transmission angle is reflected on the back surface of the columnar lens sheet 6, then passes through the columnar lens sheet 6, is totally reflected on the inner surface of the light illuminating unit 3 of the light guide plate, and is again on the light guide plate The reflection is repeated inside the light illumination unit 3.

以上説明したような導光板の光照明部3の内部での様々な光路が存在する結果、図1で示された本発明の照明装置は効率の良い照明を行うことができる。   As a result of the existence of various optical paths inside the light illumination unit 3 of the light guide plate as described above, the illumination device of the present invention shown in FIG. 1 can perform efficient illumination.

次に、図4で示されるような柱状レンズシートを2枚有する本発明の薄型照明装置における光路について説明する。図4の構成の照明装置における光路が図1の構成の照明装置における光路と異なっている点は、柱状レンズシート6側から第二柱状レンズシート7に入射した光が、第二柱状レンズシート7の散乱入射角の範囲にある場合は、第二柱状レンズシート7の表面からその傾斜角を中心として散乱入射角の範囲内に制御された光が液晶パネルに対して散乱照射される点である。このことによって、この液晶表示装置は図1で示された液晶表示装置よりも視角特性に優れた画像表示を実現することができる。   Next, the optical path in the thin illumination device of the present invention having two columnar lens sheets as shown in FIG. 4 will be described. The light path in the illuminating device having the configuration of FIG. 4 is different from the optical path in the illuminating device having the configuration of FIG. 1 in that light incident on the second columnar lens sheet 7 from the columnar lens sheet 6 side is the second columnar lens sheet 7. Is within the range of the scattering incident angle of the liquid crystal panel, the light controlled within the range of the scattering incident angle around the tilt angle from the surface of the second columnar lens sheet 7 is scattered and irradiated. . As a result, this liquid crystal display device can realize image display superior in viewing angle characteristics than the liquid crystal display device shown in FIG.

このようにして柱状レンズシートを1枚用いる場合も、2枚用いる場合も、柱状レンズシートの表面から照射された光は、拡散されているためにより均一な照明となる上に、散乱入射角によって規制される指向性のために効率的に液晶パネルを照射することができ、視角特性に優れ、均一で明るい照明装置とすることができる。   In this way, in the case of using one or two columnar lens sheets, the light irradiated from the surface of the columnar lens sheet is diffused and thus becomes more uniform illumination. Due to the regulated directivity, the liquid crystal panel can be irradiated efficiently, and a uniform and bright illumination device with excellent viewing angle characteristics can be obtained.

以下に、本発明の具体例を説明する。
(具体例1)
図1で示した構造の照明装置を以下のように作製した。楔形入光部2の光源側の厚みが7mmで、幅が35mmのものをアクリル樹脂で成形して用いた。導光板の光照明部3の厚みは1mmとし、長さは40mmとした。この楔形入光部2の表面にはアルミニウムを約1μmの厚さで蒸着した。また、楔形入光部の各段部の高さは全て80μmとし、段数は片側37段ずつとした。導光板の光照明部3の上下面を除く3側面にはアルミニウム光反射層を約1μmだけ蒸着で形成した。光源としては、白色LED光源を3個用いた。柱状レンズシートとしては、散乱入射角30度のグレイディッドインデックス型柱状レンズを一様に配列したものを用いた。また、柱状レンズシートの厚みは70μm、柱状レンズ径としては30μmのものを用いた。貼り付ける柱状レンズシートの傾斜角として0度、15度、30度、60度の4種類のものを用いた。
Specific examples of the present invention will be described below.
(Specific example 1)
The lighting device having the structure shown in FIG. 1 was produced as follows. A wedge-shaped light incident portion 2 having a thickness of 7 mm on the light source side and a width of 35 mm was molded from an acrylic resin. The light illumination part 3 of the light guide plate had a thickness of 1 mm and a length of 40 mm. Aluminum was deposited on the surface of the wedge-shaped light incident portion 2 to a thickness of about 1 μm. The height of each step portion of the wedge-shaped light incident portion was 80 μm, and the number of steps was 37 on each side. On the three side surfaces of the light guide plate except for the upper and lower surfaces of the light illuminating unit 3, an aluminum light reflection layer was formed by vapor deposition of about 1 μm. Three white LED light sources were used as the light source. As the columnar lens sheet, a graded index columnar lens having a scattering incident angle of 30 degrees was used. The columnar lens sheet had a thickness of 70 μm and a columnar lens diameter of 30 μm. As the inclination angles of the columnar lens sheets to be pasted, four types of angles of 0 degrees, 15 degrees, 30 degrees, and 60 degrees were used.

LED光源を点灯した時に、作製した導光板から出射される光の出射角と輝度との関係を測定し図12に示した。図12では、散乱入射角0度の柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線26に、散乱入射角15度の柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線27に、散乱入射角30度の柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線28に、散乱入射角60度の柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線29に示してある。この結果から分かるように、配向角0度の柱状レンズシートを用いた場合は、シート表面からほとんど光が出射されていない。また、配向角が大きくなるほどシート表面から出射される光強度の最大値は大きくなっている。さらに、出射光量は傾斜角60度の場合が最大となった。これは、柱状レンズシートに入射する光は全反射角である約43度以上のものがほとんどであるためと考えられる。従って、傾斜角0度の柱状レンズシートに入射する光は、全て散乱入射角よりも大きくなって外部に出射しないことになる。一方、散乱入射角が30度以上の柱状レンズシートに関しては、入射光に散乱入射角以内の成分が含まれてくるために、外部への出射光が増えている。   When the LED light source was turned on, the relationship between the emission angle of light emitted from the produced light guide plate and the luminance was measured and shown in FIG. In FIG. 12, the result of using a columnar lens sheet having a scattering incident angle of 0 degrees is shown as a curve 26, the result of using a columnar lens sheet having a scattering incident angle of 15 degrees is shown as a curve 27, and the scattering incident angle of 30 degrees. The result when the columnar lens sheet is used is shown by a curve 28, and the result when a columnar lens sheet having a scattering incident angle of 60 degrees is used is shown by a curve 29. As can be seen from this result, when a columnar lens sheet having an orientation angle of 0 degrees is used, almost no light is emitted from the sheet surface. Moreover, the maximum value of the light intensity emitted from the sheet surface increases as the orientation angle increases. Furthermore, the amount of emitted light was maximum when the tilt angle was 60 degrees. This is presumably because most of the light incident on the columnar lens sheet has a total reflection angle of about 43 degrees or more. Therefore, all the light incident on the columnar lens sheet having an inclination angle of 0 degrees is larger than the scattering incident angle and is not emitted to the outside. On the other hand, with respect to the columnar lens sheet having a scattering incident angle of 30 degrees or more, since the incident light contains components within the scattering incident angle, the outgoing light to the outside increases.

このことから、図1に示すように柱状レンズシートを1枚だけ用いる場合は、柱状レンズシートの傾斜角を約30〜60度にするのが良いことが確認できた。このようにして作製した薄型照明装置の輝度を測定したところ、1800〜2300cd/m2の値が得られ、通常のサイドライト型照明装置と同等の性能が得られた。また、照明装置の照明部の厚みを1mmと薄くすることができ、従来の1/7の厚みにすることができた。
(具体例2)
図4で示した照明装置を以下の通り作製した。光入光部2の段数は全て高さ80μmで74段とした。導光板の光照明部3としては、具体例1と同様のものを用いた。また、導光板の裏面に光反射板6として反射面を鏡面にしたアルミニウム板を用いた。さらに、光源としては、白色LED光源を3個用いた。また、LED光源が配置されている側と反対側の導光板端面のテーパ角は3度とした。柱状レンズシート6と第二柱状レンズシート7としては、散乱入射角30度のグレイディッドインデックス型柱状レンズを一様に配列したものを用いた。また、これらの柱状レンズシートの厚みを70μm、柱状レンズ径を30μmとした。また、柱状レンズシート6の傾斜角は30度とし、第二柱状レンズシート7の傾斜角として0度、15度、30度、60度の4種類のものを用いた。
From this, when using only one columnar lens sheet as shown in FIG. 1, it was confirmed that the inclination angle of the columnar lens sheet should be about 30 to 60 degrees. When the luminance of the thin illuminating device thus manufactured was measured, a value of 1800 to 2300 cd / m 2 was obtained, and performance equivalent to that of a normal sidelight illuminating device was obtained. Moreover, the thickness of the illumination part of the illuminating device can be reduced to 1 mm, which is 1/7 of the conventional thickness.
(Specific example 2)
The lighting device shown in FIG. 4 was produced as follows. The number of stages of the light incident part 2 was 74 with a height of 80 μm. As the light illuminating unit 3 of the light guide plate, the same one as in the first specific example was used. Moreover, the aluminum plate which made the reflective surface the mirror surface as the light reflection plate 6 was used for the back surface of the light-guide plate. Further, three white LED light sources were used as the light source. The taper angle of the end face of the light guide plate on the side opposite to the side where the LED light source is arranged was 3 degrees. As the columnar lens sheet 6 and the second columnar lens sheet 7, those in which graded index columnar lenses having a scattering incident angle of 30 degrees are uniformly arranged are used. The thickness of these columnar lens sheets was 70 μm, and the columnar lens diameter was 30 μm. The columnar lens sheet 6 has an inclination angle of 30 degrees, and the second columnar lens sheet 7 has four inclination angles of 0 degree, 15 degrees, 30 degrees, and 60 degrees.

LED光源を点灯した時に、作製した導光板から出射される光の出射角と輝度との関係を測定し図13に示した。図13では、散乱入射角0度の第二柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線30に、散乱入射角15度の第二柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線31に、散乱入射角30度の第二柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線32に、散乱入射角60度の第二柱状レンズシートを用いた場合の結果を曲線33に示す。図13から明らかなように、第二柱状レンズシートの傾斜角が15度と30度の場合に大きな輝度が得られている。すなわち、柱状レンズシート6の傾斜角が30度の場合は、第二柱状レンズシート7の傾斜角が0〜30度であれば視角特性に適した散乱角で明るい照明が可能であることが分かる。この薄型照明装置の輝度を測定したところ、1800〜2100Cd/m2の輝度が得られた。
(具体例3)
具体例2と同じ構成で柱状レンズシート6の傾斜角が60度のものを作成した。その結果を図14に示す。図14において、散乱入射角0度の第二柱状レンズシートを用いた場合を曲線34に、散乱入射角15度の第二柱状レンズシートを用いた場合を曲線35に、散乱入射角30度の第二柱状レンズシートを用いた場合を曲線36に、散乱入射角60度の第二柱状レンズシートを用いた場合を曲線37に示してある。図14から第二柱状レンズシートの傾斜角が30〜60度の場合に輝度が高くなることが分かった。ただし、第二柱状レンズシートの傾斜角を30度よりも大きくすると視角特性が悪くなるため、第二柱状レンズシートの傾斜角は、30度程度で用いるのが好ましい。
When the LED light source was turned on, the relationship between the emission angle of light emitted from the produced light guide plate and the luminance was measured and shown in FIG. In FIG. 13, the result when the second columnar lens sheet having a scattering incident angle of 0 degrees is used is shown as a curve 30, and the result when the second columnar lens sheet having a scattering incident angle of 15 degrees is used as a curve 31. A curve 32 shows a result when the second columnar lens sheet having an angle of 30 degrees is used, and a curve 33 shows a result when the second columnar lens sheet having a scattering incident angle of 60 degrees is used. As is clear from FIG. 13, a large luminance is obtained when the inclination angle of the second columnar lens sheet is 15 degrees and 30 degrees. That is, when the inclination angle of the columnar lens sheet 6 is 30 degrees, it can be seen that bright illumination with a scattering angle suitable for the viewing angle characteristic is possible if the inclination angle of the second columnar lens sheet 7 is 0 to 30 degrees. . When the luminance of this thin illuminating device was measured, a luminance of 1800 to 2100 Cd / m 2 was obtained.
(Specific example 3)
A columnar lens sheet 6 having an inclination angle of 60 degrees with the same configuration as that of Example 2 was prepared. The result is shown in FIG. In FIG. 14, the case where the second columnar lens sheet having a scattering incident angle of 0 degrees is used is shown as a curve 34, the case where the second columnar lens sheet having a scattering incident angle of 15 degrees is used as a curve 35, and the scattering incident angle being 30 degrees. A curve 36 shows the case where the second columnar lens sheet is used, and a curve 37 shows the case where the second columnar lens sheet having a scattering incident angle of 60 degrees is used. From FIG. 14, it was found that the luminance was increased when the inclination angle of the second columnar lens sheet was 30 to 60 degrees. However, if the inclination angle of the second columnar lens sheet is larger than 30 degrees, the viewing angle characteristics are deteriorated. Therefore, the inclination angle of the second columnar lens sheet is preferably about 30 degrees.

上述した具体例2と3から、図4に示す構成の照明装置では、柱状レンズシート6の傾斜角を約30〜60度とするとき、第二柱状レンズシート7の傾斜角を約0〜30度とすることによって、視角特性に優れた明るい照明装置が実現できることが分かった。   From the specific examples 2 and 3 described above, in the illumination device having the configuration shown in FIG. 4, when the inclination angle of the columnar lens sheet 6 is about 30 to 60 degrees, the inclination angle of the second columnar lens sheet 7 is about 0 to 30. It was found that a bright lighting device with excellent viewing angle characteristics can be realized by setting the degree.

本発明による照明装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the illuminating device by this invention. 本発明による照明装置の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the illuminating device by this invention. 本発明による照明装置の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the illuminating device by this invention. 本発明による照明装置の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the illuminating device by this invention. 楔形入光部内の光路の1例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the optical path in a wedge-shaped light incident part. 本発明で用いた柱状レンズシート内での光路の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the optical path in the columnar lens sheet used by this invention. 本発明で用いた柱状レンズシート内での光路の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the optical path in the columnar lens sheet used by this invention. 本発明の薄型照明装置を用いた液晶表示装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the liquid crystal display device using the thin illuminating device of this invention. 本発明で用いた柱状レンズシートの柱状レンズ配列例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the columnar lens arrangement | sequence example of the columnar lens sheet | seat used by this invention. 本発明で用いた柱状レンズシートの柱状レンズ配列例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the columnar lens arrangement | sequence example of the columnar lens sheet | seat used by this invention. 本発明で用いた柱状レンズシートの特性を表すグラフであるIt is a graph showing the characteristic of the columnar lens sheet used by this invention. 本発明の照明装置の輝度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the luminance characteristic of the illuminating device of this invention. 本発明の照明装置の輝度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the luminance characteristic of the illuminating device of this invention. 本発明の照明装置の輝度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the luminance characteristic of the illuminating device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 LED光源
2 楔形入光部
3 導光板の光照明部
4、5 光反射層
6 柱状レンズシート
7 第二柱状レンズシート
8 光反射層
9 接合剤
10 高屈折率領域
11 低屈折率領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LED light source 2 Wedge-shaped light entrance part 3 Light illumination part of a light-guide plate 4, 5 Light reflection layer 6 Columnar lens sheet 7 Second columnar lens sheet 8 Light reflection layer 9 Bonding agent 10 High refractive index area | region 11 Low refractive index area | region

Claims (10)

光源と、
被照射体に照明光を照射する照明面を有する導光体と、
前記光源からの光が入る入光面と前記導光体に光を伝える伝光部を有し、前記入光面側の厚さより前記伝光部側の厚さが薄くなるように形成された入光体と、
前記導光板の照明面の反対側に設けられ、周囲の領域より屈折率の高い領域が厚み方向に連続的に形成された柱状レンズが面内に複数配列され、厚さ方向に光を導く柱状レンズシートと、を備え、
前記柱状レンズシートは、特定角度範囲で入射した光を散乱するとともにそれ以外の角度で入射された光を透過する機能を持ち、
前記柱状レンズが、前記導光板の照明面に垂直な基準線に対して前記光源が配置されている側に傾斜して形成されることにより、前記特定角度範囲の中心角が前記導光板の照明面に垂直な基準線に対して前記光源が配置されている側に傾斜していることを特徴とする照明装置。
A light source;
A light guide having an illumination surface for illuminating the irradiated body with illumination light;
It has a heat transmitting portion for transmitting light to the light guide and the light incident surface on which light enters from the light source, which is formed so that the thickness than the thickness of the light incident surface side the heat transfer optical unit side is thinner Light incident body,
A columnar lens that is provided on the opposite side of the illumination surface of the light guide plate and in which a plurality of columnar lenses in which a region having a higher refractive index than the surrounding region is continuously formed in the thickness direction is arranged in the surface, and guides light in the thickness direction. A lens sheet ,
The columnar lens sheet has a function of scattering light incident at a specific angle range and transmitting light incident at other angles,
The columnar lens is formed to be inclined to the side where the light source is disposed with respect to a reference line perpendicular to the illumination surface of the light guide plate, so that the central angle of the specific angle range is the illumination of the light guide plate. An illumination device, wherein the illumination device is inclined to a side where the light source is disposed with respect to a reference line perpendicular to the surface.
前記柱状レンズは周期性のない配列で前記柱状レンズシートに形成されたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。The illumination device according to claim 1, wherein the columnar lenses are formed on the columnar lens sheet in an array having no periodicity. 前記導光板の照明面に、周囲の領域より屈折率の高い領域が厚み方向に連続的に形成された柱状レンズが面内に複数配列されて厚さ方向に光を導くとともに、第二の特定角度範囲で入射した光を散乱するとともにそれ以外の角度で入射された光を透過する機能を持つ第二の柱状レンズシートを備え、
前記第二の柱状レンズシートの柱状レンズが、前記導光板の照明面に垂直な基準線に対して前記光源が配置されている側とは逆側に傾斜して形成されることにより、前記第二の特定角度範囲の中心角が前記導光板の照明面に垂直な基準線に対して前記光源が配置されている側の逆側に傾斜していることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
On the illumination surface side of the light guide plate , a plurality of columnar lenses in which regions having a higher refractive index than the surrounding region are continuously formed in the thickness direction are arranged in the surface to guide the light in the thickness direction, and the second A second columnar lens sheet having a function of scattering light incident at a specific angle range and transmitting light incident at other angles,
The columnar lens of the second columnar lens sheet is formed to be inclined to the side opposite to the side where the light source is disposed with respect to a reference line perpendicular to the illumination surface of the light guide plate . The center angle of the two specific angle ranges is inclined to the opposite side of the side where the light source is disposed with respect to a reference line perpendicular to the illumination surface of the light guide plate. The lighting device described.
前記柱状レンズシートは光源から遠い部位は柱状レンズの充填密度が高く、前記第二柱状レンズシートでは柱状レンズの充填密度がシート内で一様であることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。4. The illumination according to claim 3, wherein the columnar lens sheet has a high filling density of the columnar lens in a portion far from the light source, and the filling density of the columnar lens is uniform in the sheet in the second columnar lens sheet. apparatus. 前記入光体は、前記入光体の厚みが前記入光面側から前記伝光部側に向かって略垂直の階段状に順次薄く構成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明装置。 The light incident member, either from the entering thickness of the optical body is the light incident surface side of the claims 1-4, characterized in that it is constituted successively thinned substantially vertical stepped toward the heat transfer optical unit side the lighting device according to an item or. 前記導光体は、前記入光体の伝光部からの光を内部に入光する入射面と、前記入射面とは反対側の端面を有しており、前記端面は前記入射面と平行な平面を基準として3〜7度の角度で前記光源側に傾斜していることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の照明装置。 The light guide has an incident surface for entering light from a light transmitting portion of the light incident member and an end surface opposite to the incident surface, and the end surface is parallel to the incident surface. the lighting device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that such inclined plane on the light source side in 3-7 degree angle as a reference. 前記入光体と前記導光体が一体的に形成されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明装置。The illumination device according to claim 1, wherein the light incident body and the light guide body are integrally formed. 前記柱状レンズシートは前記導光板に接合剤で貼り付けられており、前記柱状レンズシートの背後側には光反射層が設けられたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の照明装置。The columnar lens sheet is attached to the light guide plate with a bonding agent, and a light reflection layer is provided on the back side of the columnar lens sheet. The lighting device described. 請求項1〜のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。 A display device comprising: the illumination device according to any one of claims 1 to 8 ; and a non-self-luminous display element provided on a light irradiation surface side of the illumination device. 前記照明装置と前記表示素子の間にプリズムシートが設けられたことを特徴とする請求項9に記載の表示装置。The display device according to claim 9, wherein a prism sheet is provided between the illumination device and the display element.
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