JP5510038B2 - Collimated light source and surface light source device - Google Patents
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Description
本発明はコリメート光源及び面光源装置に関し、具体的には面光源装置の導光板に平行光を入射させるためのコリメート光源と、当該コリメート光源を用いた面光源装置に関する。 The present invention relates to a collimated light source and a surface light source device, and more particularly to a collimated light source for allowing parallel light to enter a light guide plate of the surface light source device and a surface light source device using the collimated light source.
図1は、導光板14内の複数の発光エリア14a、14bを選択的に発光させるようにした面光源装置である。この面光源装置では、光源ユニット11aを発光させると、光源ユニット11aから出射した光により、その前方の発光エリア14aだけが発光する。また、光源ユニット11bを発光させると、光源ユニット11bから出射した光により、その前方の発光エリア14bだけが発光する。
FIG. 1 shows a surface light source device that selectively emits light from a plurality of
しかし、このような面光源装置では、例えば光源ユニット11aから出射される光の広がりが大きいと、図1に矢印で示すように、光源ユニット11aから斜め方向へ出射した光が発光エリア14bに入射し、発光すべきでない他の発光エリア14bまで光ることになる。そのため、この面光源装置では、光源ユニット11a、11bとして、平行光を出射するコリメート光源を用いている。
However, in such a surface light source device, for example, when the spread of light emitted from the
図2は、上記面光源装置に用いられるコリメート光源11と導光板14の構造を示す斜視図である。図3(A)及び(B)は、コリメート光源11及び導光板14の平面図及び概略断面図である。このコリメート光源11は、複数個の光源12と、透光性を有する板状のコリメートレンズアレイ13よりなる。コリメートレンズアレイ13は、入射側レンズ16と出射側レンズ17からなる両凸レンズ状をした複数個のコリメートレンズ15を一体に配列したものである。コリメートレンズアレイ13は、出射側レンズ17を導光板14の入射端面18に対向させて配置され、各コリメートレンズ15の入射側レンズ16に対向する位置にそれぞれ光源12が配置されている。導光板14の発光エリア下面には、図3(B)に示すように、三角プリズム状の偏向パターン19が多数個凹設されている。
FIG. 2 is a perspective view showing the structures of the collimated
しかして、図3(A)に示すように、光源12が点灯すると、光源12から放射された光は各コリメートレンズ15を透過することによって平行光に変換され、導光板14の入射端面18から導光板14内に入射する。導光板14内に入射した光は、図3(B)に示すように、導光板14の表面と裏面との間で全反射を繰り返しながら導光し、偏向パターン19で全反射された光は光出射面20(導光板14の表面)から出射されて発光エリアが発光する。
As shown in FIG. 3A, when the
しかしながら、図2及び図3のような構造のコリメート光源11を用いた場合には、隣接したコリメートレンズ15間の中央を通過しコリメートレンズ15の光軸に平行な方向の直線(以下、「レンズ間の継ぎ目」という。)の近傍に配光される光量の割合が少ないため、コリメートレンズ15の中央部前方の領域に比べて暗くなり、レンズ間の継ぎ目に暗線が生じたり、導光板14の発光エリアに輝度むらが生じたりして面光源装置の見栄えが悪くなるという問題があった。具体的に示せば、2つのコリメートレンズ15の前方における輝度の分布は図4に示すようになる。図4に示した輝度分布Kでは、ドット密度の小さな領域ほど輝度が低く、ドット密度の大きな領域ほど輝度が高くなっている。この輝度分布Kによれば、各コリメートレンズ15の中央部前方で輝度が高く、レンズ間の継ぎ目付近で輝度が低くなっていることが分かる。図5は、図4のA−A線に沿った輝度分布(光出射面20における輝度分布)を表したグラフであり、図5の横軸はA−A線上における位置(Y方向位置)を表している。1つのコリメートレンズ15の幅Wは10mmとなっており、レンズ間の継ぎ目CがY方向位置の原点(0mmの位置)となっている。なお、本明細書においては、コリメートレンズの幅方向又は配列方向と平行な方向をY方向といい、コリメートレンズの光軸方向に平行な方向をX方向という。図5によれば、コリメートレンズ15の中央部前方で輝度が高く、レンズ間の継ぎ目で輝度が低くなっていることがよりはっきりと分かる。
However, when the collimated
また、特許文献1には、平行な光を出射する発光モジュールが開示されている。この発光モジュールは、光源の前方にフレネルレンズ状のレンズ部材を設けたものであり、光源から放射された光がレンズ部材を透過することによって平行光に変換されるようにしている。しかし、このような発光モジュールでも、レンズ部材の端には十分な光を分配させることができないので、レンズ部材の中心部に比べて端の部分の光量が不足し、暗くなりやすい。 Patent Document 1 discloses a light emitting module that emits parallel light. In this light emitting module, a Fresnel lens-like lens member is provided in front of a light source, and light emitted from the light source is converted into parallel light by passing through the lens member. However, even in such a light emitting module, sufficient light cannot be distributed to the end of the lens member, so that the amount of light at the end is insufficient compared to the center of the lens member, and it tends to be dark.
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コリメートレンズ間又はコリメートレンズの側面に対応する領域に配光される光量を増加させて面光源装置の輝度むらや暗線を低減させることのできるコリメート光源と面光源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and its object is to increase the amount of light distributed between the collimating lenses or in the region corresponding to the side surface of the collimating lens. An object of the present invention is to provide a collimated light source and a surface light source device that can reduce luminance unevenness and dark lines of the surface light source device.
本発明にかかるコリメート光源は、複数個の光源と、前記各光源から放射された光を平行光化して出射する複数個のコリメートレンズをその幅方向に沿って連設して構成されたコリメートレンズアレイとを備えたコリメート光源であって、前記コリメートレンズは、前記光源に対向するレンズ入光面と、前記レンズ入光面の両側端から前記光源と反対側へ向けて延出された反射壁と、前記反射壁の前記光源から遠い側の端から延出されたステップ面と、前記レンズ入光面と反対側に設けられた凸レンズ状の出射側レンズを有し、前記レンズ入光面には、入射光を側方へ向けて拡散させるための複数の拡散パターンを形成された拡散領域が設けられ、前記反射壁は、前記出射側レンズ側へ向かうに従って前記反射壁間が広がるように傾斜し、前記ステップ面は、前記レンズ入光面と平行に延びていることを特徴としている。 A collimating light source according to the present invention comprises a plurality of light sources and a plurality of collimating lenses arranged in parallel along the width direction for collimating the light emitted from each of the light sources into parallel light. A collimating light source comprising an array , wherein the collimating lens includes a lens incident surface facing the light source, and a reflecting wall extending from both ends of the lens incident surface toward the opposite side of the light source. And a step surface extending from the end of the reflecting wall on the side far from the light source, and a convex lens-shaped exit side lens provided on the opposite side of the lens entrance surface, the lens entrance surface Is provided with a diffusion region in which a plurality of diffusion patterns for diffusing incident light toward the side are formed, and the reflection walls are inclined so that the distance between the reflection walls increases toward the emission side lens side. and, before Step surface is characterized in that extending in parallel with the lens light incident surface.
本発明のコリメート光源によれば、レンズ入光面の拡散領域から入射する光源の光を横方向(側方向)へ拡散させて広げ、大きな角度で横方向へ拡散された光を反射壁で反射させることによって前方へ向け、コリメート光源から出射される光を出射側レンズでコリメート化して平行光として前方へ出射させる。このようなコリメート光源によれば、中央部の光を拡散領域で拡散させて縁の部分へ配光させることができるので、コリメート光源から出射される光の平行性を損ねることなく幅方向にわたって光量を均一化することができる。よって、導光板と組み合わせて面光源装置として用いた場合、コリメートレンズの側面に対向する領域で導光板に暗線が発生するのを防ぐことができ、輝度むらを軽減できる。 According to the collimated light source of the present invention, the light of the light source incident from the diffusion region of the lens incident surface is diffused and spread in the lateral direction (side direction), and the light diffused in the lateral direction at a large angle is reflected by the reflecting wall. By doing so, the light emitted from the collimated light source is collimated by the emission side lens and emitted forward as parallel light. According to such a collimated light source, the light in the central part can be diffused in the diffusion region and distributed to the edge part, so that the light quantity over the width direction can be obtained without impairing the parallelism of the light emitted from the collimated light source. Can be made uniform. Therefore, when used as a surface light source device in combination with a light guide plate, it is possible to prevent dark lines from being generated in the light guide plate in a region facing the side surface of the collimating lens, and to reduce unevenness in luminance.
さらに、本発明にかかるコリメート光源は、複数個の前記コリメートレンズがその幅方向に沿って連設されてコリメートレンズアレイが構成され、複数個の前記光源が、それぞれ各コリメートレンズのレンズ入光面に対向配置されているので、広い発光エリアに平行光を照射することができる。しかも、コリメート光源の長さ(奥行き)を大きくすることなく幅を広くすることができるので、コリメート光源が大型化するのを避けることができる。また、前記コリメートレンズにおいては、反射壁の光源から遠い側の端からレンズ入光面と平行に延びたステップ面を設けているので、コリメートレンズどうしの継ぎ目部分の長さを長くすることができ、コリメートレンズアレイにおいてコリメートレンズどうしの継ぎ目部分が破損するのを防ぐことができる。 Furthermore, the collimating light source according to the present invention includes a collimating lens array in which a plurality of the collimating lenses are continuously arranged along the width direction thereof, and the plurality of light sources are respectively provided with a lens incident surface of each collimating lens. Therefore, it is possible to irradiate a wide light emitting area with parallel light. In addition, since the width can be increased without increasing the length (depth) of the collimated light source, it is possible to avoid an increase in the size of the collimated light source. Further, in the collimating lens, since the step surface extending in parallel with the lens light incident surface is provided from the end of the reflecting wall far from the light source, the length of the joint portion between the collimating lenses can be increased. In the collimating lens array, it is possible to prevent the joint portion between the collimating lenses from being damaged.
本発明にかかるコリメート光源のある実施態様は、前記拡散領域は、前記拡散パターンと平坦面とを交互に配置して構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、拡散領域に入射する光の一部だけを拡散させることができ、拡散パターンと平坦面の面積比率を変えることでコリメートレンズ内における配光分布を調整することができる。 Certain embodiments of the collimated light source according to the present invention, the diffusion region is characterized by being configured by arranging said diffusion pattern and the flat surface alternately. According to this embodiment, only a part of the light incident on the diffusion region can be diffused, and the light distribution in the collimator lens can be adjusted by changing the area ratio between the diffusion pattern and the flat surface.
本発明にかかるコリメート光源の別な実施態様は、前記レンズ入光面において、前記拡散領域の両側には、拡散パターンのない平坦面領域が形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、レンズ入光面の側端部に入射する光は拡散されないので、両端部の光が拡散されて光量が低下するのを防ぐことができる。 Another embodiment of the collimated light source according to the present invention is characterized in that a flat surface region having no diffusion pattern is formed on both sides of the diffusion region on the lens incident surface. According to such an embodiment, since the light incident on the side end portion of the lens light incident surface is not diffused, it is possible to prevent the light at both end portions from being diffused to reduce the light amount.
本発明にかかるコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記拡散パターンが、前記レンズ入光面に凹設されたV溝であることを特徴としている。V溝状をした拡散パターンによれば、拡散パターンに入射した光を両側へ向けて広げることができる。 Yet another embodiment of the collimated light source according to the present invention is characterized in that the diffusion pattern is a V-groove recessed in the lens light incident surface. According to the V-groove-shaped diffusion pattern, light incident on the diffusion pattern can be spread toward both sides.
また、V溝状をした前記拡散パターンの斜面の、前記レンズ入光面に対する傾斜角を33°以上62°以下としてあれば、導光板の発光エリアにおいて輝度むらを防止する効果を高くできる。 Further, if the inclination angle of the slope of the diffusion pattern having a V-groove shape with respect to the lens incident surface is 33 ° or more and 62 ° or less, the effect of preventing luminance unevenness in the light emitting area of the light guide plate can be enhanced.
本発明にかかるコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記反射壁が、前記レンズ入光面を延長した面となす角度が、52°以上64°以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、平行光の方向から外れて斜め方向へ出射される光の光量を少なくできるとともに、導光板の発光エリアにおける輝度むらを小さくできる。 Yet another embodiment of the collimated light source according to the present invention is characterized in that an angle between the reflection wall and a surface obtained by extending the lens light incident surface is 52 ° or more and 64 ° or less. According to such an embodiment, it is possible to reduce the amount of light emitted in an oblique direction out of the direction of the parallel light, and to reduce luminance unevenness in the light emitting area of the light guide plate.
本発明にかかるコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記出射側レンズが、フレネルレンズによって形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、コリメート光源の長さ(奥行き)を短くでき、コリメート光源をより小型化することができる。 Yet another embodiment of the collimated light source according to the present invention is characterized in that the emission side lens is formed of a Fresnel lens. According to this embodiment, the length (depth) of the collimated light source can be shortened, and the collimated light source can be further downsized.
本発明にかかる面光源装置は、導光板と、本発明にかかる1個又は複数個のコリメート光源とからなることを特徴としている。本発明の面光源装置によれば、コリメートレンズの縁にあたる領域や、コリメートレンズどうしの継ぎ目にあたる領域に暗線が生じるのを防止することができ、面光源装置の輝度むらを低減できる。 A surface light source device according to the present invention includes a light guide plate and one or a plurality of collimated light sources according to the present invention. According to the surface light source device of the present invention, it is possible to prevent dark lines from being generated in a region corresponding to the edge of the collimating lens or a region corresponding to a joint between the collimating lenses, and uneven luminance of the surface light source device can be reduced.
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。 The means for solving the above-described problems in the present invention has a feature in which the above-described constituent elements are appropriately combined, and the present invention enables many variations by combining such constituent elements. .
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various design changes can be made without departing from the gist of the present invention.
(第1の実施形態)
以下、図6〜図13を参照して本発明の実施形態1によるコリメート光源と面光源装置を説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a collimated light source and a surface light source device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6は、本発明の実施形態1によるコリメート光源21を示す斜視図であって、光源22とコリメートレンズ23を若干離して描いている。図7(A)は、コリメート光源21の平面図であって、併せてコリメートレンズ23の一部(拡散パターン30)を順次拡大したものを表している。図7(B)はコリメート光源21の側面図である。
FIG. 6 is a perspective view showing the collimated
コリメート光源21は、光源22とコリメートレンズ23(暗線消去レンズ)からなる。光源22は、内部に1個又は複数個のLEDチップを内蔵しており、前面から通常は白色光を放射する。コリメートレンズ23は、均一な厚みの板状をしており、その上面及び下面は互いに平行な平滑面となっている。コリメートレンズ23は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)などの屈折率の大きな透明樹脂を原料として、射出成形や切削加工などにより作製される。
The collimating
コリメートレンズ23は、光源22を対向させるためのレンズ入光面24を備えている。レンズ入光面24の中央部には拡散領域25(パターン形成面)が形成されており、拡散領域25の両側にはパターンのない平坦面領域24aが形成されている。図7(A)及び図8に示すように、拡散領域25は、平坦面25aを挟んで拡散パターン30が一定ピッチ毎に配列されたものである。拡散パターン30は、V溝形状をしており、均一な断面形状でレンズ入光面24の厚み方向に延びている。このV溝形状(断面二等辺三角形状)をした拡散パターン30の斜面傾斜角βは、後述のように33°以上62°以下が好ましい。光源22は、レンズ入光面24に近接させて対向配置される。
The collimating
レンズ入光面24の両端から前方へ延びた側面部分は、それぞれ反射壁26、ステップ面27及び側壁面28からなる。反射壁26はレンズ入光面24に対してαの角度をなしており、左右の反射壁26間は前方へ向かうに従って広がっている。なお、反射壁26の角度αは、後述のように52°以上64°以下が好ましい。ステップ面27は、レンズ入光面24と平行な面である。左右の側壁面28は、互いに平行となっている。コリメートレンズ23の前面は、平面視で円弧状をした出射側レンズ29(凸レンズ)によって構成されている。
Side portions extending forward from both ends of the lens
上記のような構造のコリメート光源21によれば、光源22から出射された光のうちレンズ入光面24の両端部(平坦面領域24a)に入射した光は、平坦面領域24aで屈折してコリメートレンズ23内に入射する。これに対し、レンズ入光面24の中央部(拡散領域25)に入射した光は、コリメートレンズ23内に入射する際に拡散パターン30で拡散されて左右に広げられ、両側面へ広げられた光は反射壁26で全反射されて前方へ向けられる。そして、コリメートレンズ23から出射する光は、出射側レンズ29によってコリメート化されてほぼ平行光となる。したがって、コリメートレンズ23の中央部では、光が拡散するために配光される光量が少なくなり、コリメートレンズ23の両側部では拡散領域25で光が拡散されるために配光される光量が増加し、コリメートレンズ23の全幅にわたって光量が均一化される。
According to the collimated
また、拡散領域25は平坦面25aと拡散パターン30によって構成しているので、拡散領域25に入射した光のうち一部分だけを拡散パターン30によって拡散させることができ、拡散パターン30のピッチを調整することで拡散パターン30によって拡散させる光量の比率を調節することができる。また、拡散パターン30の斜面傾斜角βを調整することで、拡散パターン30により光を拡散させる方向も調整することができる。
Further, since the
なお、コリメート光源21から出射される光は、できるだけ完全な平行光に近いことが望ましいが、コリメート光源21から出射される光の配光特性は、その半値片側角が±12°以内であれば差し支えない。
The light emitted from the collimated
また、コリメートレンズ23を射出成形により作製する場合には、コリメートレンズ23を成型金型から取り出しやすくするために、出射側レンズ29には厚み方向に1°程度の傾斜(抜きテーパー角)をつけてもよい。同じく、コリメートレンズ23を成型金型から取り出しやすくするために、レンズ入光面24などには、より大きな角度、たとえば厚み方向に3〜5°程度の傾斜(抜きテーパー角)をつけてもよい。成形の場合には、図9(A)に示すように、レンズ入光面24と反射壁26との間の角部に曲率半径が0.2mm程度のアールがつくことがあり、また図9(B)に示すように、拡散パターン30の端にも曲率半径が0.2mm程度のアールがつくことがあるが、この程度のアールは、コリメートレンズ23の性能上問題はない。
Further, when the collimating
図10は、コリメート光源21と導光板32を組み合わせた面光源装置31の平面図である。導光板32は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等の屈折率が高い透明樹脂によって板状に成形されており、コリメートレンズ23の厚みと等しいか、あるいはコリメートレンズ23の厚みよりも大きな厚みを有している。コリメート光源21は、導光板32の光入射端面33に対向させて配置されている。導光板32には、発光エリア32aが定められており、導光板32の裏面において発光エリア32a内には、多数の偏向パターン34が設けられている。偏向パターン34は、図11(A)及び(B)に示すように、導光板32の裏面に形成された三角プリズム状の凹部であって、光源側を向いた偏向反射面35と光源と反対側を向いた背面36を有している。偏向反射面35の傾斜角γは42°となっており、背面36の傾斜角εは60°以上90°以下となっている。偏向パターン34は導光板32内を導光する光を偏向反射面35で全反射させることにより導光板32の表面(光出射面)から出射させるものであるので、発光エリア32aの全体に偏向パターン34を配置することで発光エリア32aを発光させることができる。
FIG. 10 is a plan view of the surface
また、発光エリア32aは、コリメートレンズ23の幅Wと等しい幅を有しており、コリメート光源21から出射される平行光の光量はY方向で均一化されているので、導光板32におけるY方向での発光輝度も均一化される。特に、発光エリア32aのY方向における両端部に暗線が生じにくくなっている。
The
図12のグラフは、図10の面光源装置31を用いた場合における輝度分布を表しており、比較のため従来例の場合における輝度分布を併せて示している。図12における横軸のY方向位置は図10のB−B線に沿った位置であって、コリメートレンズの光軸上がY方向位置の原点(0mmの位置)となっている。また、縦軸は導光板32の表面から出射する光の輝度(発光輝度)を測定したものである。
The graph of FIG. 12 represents the luminance distribution when the surface
図12における輝度分布の測定に用いた実施形態1のコリメートレンズ23は、長さL=11mm、幅W=10.5mm、出射側レンズ29の曲率半径R=5.8mm、反射壁26の角度α=58°、反射壁26の高さ(レンズ入光面24とステップ面27の間の段差距離)D=3mmのものであった。また、輝度は、幅10.5mmの発光エリア32aにおいてB−B線に沿って測定した。
The collimating
図12における従来例の輝度分布は、図2及び図3に示したような形状のコリメートレンズアレイ13のうちの一つのコリメートレンズ15(幅10.5mmのもの)と、実施形態1の測定に用いたのと同じ光源22及び導光板32を用いてB−B線に沿った発光輝度を測定したものである。
The luminance distribution of the conventional example in FIG. 12 is the same as that of the collimating lens 15 (with a width of 10.5 mm) in the
図12における従来例の場合の輝度分布では、発光エリア32aのY方向中央部で輝度が最大となっており、発光エリア32aのY方向の端に向かうほど次第に輝度が低下している。これに対し、実施形態1の場合の輝度分布では、発光エリア32aのY方向全体にわたってほぼ均一な輝度が得られている。従って、図12によれば、コリメート光源21の両側面に対応する領域で発光エリア32aに暗線の生じにくいことが分かる。
In the luminance distribution in the case of the conventional example in FIG. 12, the luminance is maximum at the center in the Y direction of the
なお、光源22としては、青色LEDチップと黄色蛍光体との組合せによって白色光を放射するものでもよいが、面光源装置31をカラー液晶と組み合わせる場合には、赤色、緑色、青色の3色のLEDチップを用いて白色発光させる方が表示色が鮮やかになる。また、3色のLEDチップを有していれば、1色だけのLEDチップ、あるいは2色だけのLEDチップを発光させることによって有色光を出射することができ、コリメート光源21に演色効果を持たせることもできる。
The
図13(A)は、青色LEDチップ22B、赤色LEDチップ22R、緑色LEDチップ22Gを一定のピッチ(チップピッチ)Pcで並べて配置した光源22と、光源22に対向する拡散領域25を示す。このような光源22を用いる場合には、図13(B)に示す拡散パターン30のピッチ(パターンピッチ)PpはチップピッチPcの1/2とし、各LEDチップ間に2つの拡散パターン30を対向させることが好ましい。たとえば、チップピッチPcが0.58mmの場合には、拡散パターン30のパターンピッチPpは0.29mmとなる。また、1つの光源22に対して拡散パターン30を6個設けることが望ましい。
FIG. 13A shows a
(第2の実施形態)
図14は本発明の実施形態2による面光源装置41を示す斜視図である。図15は、面光源装置41に用いられるコリメート光源42の平面図である。図16は、コリメート光源42に用いられるコリメートレンズアレイ43の斜視図である。実施形態2に用いるコリメートレンズアレイ43は、実施形態1のコリメートレンズ23を幅方向に複数個並べてアレイ化したものである。光源22は、コリメートレンズアレイ43の各レンズ入光面24に対向する位置に配置されている。このようなコリメート光源42を用いれば、発光領域を広くして広い発光エリアに対応することができる。なお、コリメートレンズアレイ43の場合、隣接する出射側レンズ29の端部間に形成されるV溝部分にも曲率半径が0.2mm程度のアールがついていて、なだらかになっていてもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a perspective view showing a surface
この面光源装置41の特性について説明する。図17は、2つのコリメートレンズ23の前方における図14のA−A線(光入射端面33から18mmの位置にあるY方向の線分)に沿った輝度分布を表したグラフである。図17の横軸はA−A線上における位置(Y方向位置)を表し、縦軸は導光板32の表面(光出射面)から出射する光の輝度を表している。1つのコリメートレンズ23の幅Wは10mmとなっており、レンズ間の継ぎ目がY方向位置の原点(0mmの位置)となっている。なお、コリメートレンズ23の寸法は、幅W以外については、図10に示したコリメートレンズ23と同じである。また、図17には、比較のため、図5に示した従来例の輝度分布を併せて表している。従来例の場合には、コリメートレンズ15の光軸(Y方向位置が±5mmの位置)付近で輝度が高く、レンズ間の継ぎ目(Y方向位置が0mm、±10mmの位置)付近で輝度が大きく低下し、導光板に顕著な輝度むらが発生している。これに対し、実施形態2の面光源装置41の場合には、Y方向の全体で輝度がほぼ均一となっている。よって、実施形態2の面光源装置41によれば、従来例で発生していたような暗線がなくなり、発光エリアにおける輝度むらが大幅に改善されることが分かる。
The characteristics of the surface
また、図18は、コリメートレンズ23を透過直後のY方向指向性を示す図である。ここでいうコリメートレンズ透過直後のY方向指向性とは、複数の光源22を発光させたとき、あるコリメートレンズ23から出射する光の指向性であって、図15に示すように、コリメートレンズ23の光軸から測った角度をθとし、角度θの方向におけるレンズ透過直後の光量を測定したものである。図18によれば、出射光のY方向指向性における半値片側角、すなわち光度が最大値の1/2になるときの角度θは±6°となっており、コリメート光源42からは良好な平行光が出射されている。よって、実施形態2の面光源装置41によれば、発光エリアに暗線が生じにくくなって輝度むらの改善効果が高くなり、しかも、コリメート光源42から広がりの小さな平行光を出射させることができるので、導光板32に複数の発光エリアが形成されている場合(図1参照)でも、他の発光エリアが光りにくくなる。こうして発光エリアどうしの干渉が起こりにくくなれば、発光エリアどうしを従来よりも接近させることが可能になり、精細な表示も可能になる。
FIG. 18 is a diagram showing the directivity in the Y direction immediately after passing through the
つぎに、拡散パターン30の斜面傾斜角βの適正角度(33°以上62°以下)の根拠について説明する。まず、従来例との輝度むら比Qをつぎのように定義する。
輝度むら比Q=(本発明実施形態における輝度差)÷(従来例における輝度差)
ここで、本発明実施形態における輝度差とは、図17に示すように、本発明実施形態(実施形態2)の面光源装置41の輝度分布における最大輝度と最小輝度との差Nである。また、従来例における輝度差とは、従来例の輝度分布における最大輝度と最小輝度との差Mである。したがって、輝度むら比Q=N/Mが小さいほど、暗線が発生しにくくて輝度むらの改善効果が高くなるが、従来例との輝度むら比Qが0.4以下であれば、輝度むら改善効果としては十分である。
Next, the basis for the appropriate angle (33 ° or more and 62 ° or less) of the slope inclination angle β of the
Luminance unevenness ratio Q = (luminance difference in the embodiment of the present invention) / (luminance difference in the conventional example)
Here, the luminance difference in the embodiment of the present invention is a difference N between the maximum luminance and the minimum luminance in the luminance distribution of the surface
図19は、拡散パターン30の斜面傾斜角βを20°から75°までの範囲で変化させ、その輝度むら比Qを求めた結果をグラフで表したものである。従来例との輝度むら比Qは40%以下であれば輝度むら改善効果としては十分であるので、輝度むら比Qが40%以下となる斜面傾斜角βを図19から求めると、輝度むら改善のためには斜面傾斜角βを33°以上62°以下の範囲とすればよいことが分かる。
FIG. 19 is a graph showing the luminance unevenness ratio Q obtained by changing the slope inclination angle β of the
つぎに、反射壁26の角度αの適正角度(52°以上64°以下)の根拠について説明する。まず、レンズ透過直後のY方向指向性のサイドローブ率を定義する。サイドローブ率とは、たとえば図20のようなレンズ透過直後のY方向指向性において、ピーク位置で測った光度(ピーク強度)をT、サイドローブ(第2のピーク)位置で測った光度(サイドローブ強度)をSとするとき、S/Tである。すなわち、
サイドローブ率=サイドローブ強度S/ピーク強度T
である。サイドローブ率が大きいということは、斜め方向へ光度の大きな光(サイドローブ光)が導光され他の発光エリアを光らせて(図1参照)、面光源装置の見栄えを悪化させることを意味するので、サイドローブ率が小さい方がコリメート光源42の性能が高い。
Next, the basis of the appropriate angle (52 ° or more and 64 ° or less) of the angle α of the
Side lobe ratio = side lobe intensity S / peak intensity T
It is. A large side lobe rate means that light having a high luminous intensity (side lobe light) is guided in an oblique direction to light other light emitting areas (see FIG. 1), thereby deteriorating the appearance of the surface light source device. Therefore, the performance of the collimated
斜面傾斜角βは、前記のように33°以上62°以下が好ましいので、この両端の値とほぼ中央値として斜面傾斜角βが33°、52°、62°の場合を選択した。そして、β=33°、52°、62°のそれぞれの場合において、反射壁26の角度αに対するサイドローブ率及び従来例との輝度むら比Qの変化を調べた。図21は、斜面傾斜角βが33°の場合において、反射壁26の角度αに対するサイドローブ率及び従来例との輝度むら比Qの変化を測定した結果を示すグラフである。図22は、斜面傾斜角βが52°の場合において、反射壁26の角度αに対するサイドローブ率、従来例との輝度むら比Qの変化を測定した結果を示すグラフである。図23は、斜面傾斜角βが62°の場合において、反射壁26の角度αに対するサイドローブ率及び従来例との輝度むら比Qの変化を測定した結果を示すグラフである。
Since the slope inclination angle β is preferably 33 ° or more and 62 ° or less as described above, the case where the slope inclination angle β is 33 °, 52 °, or 62 ° is selected as a value approximately equal to the values at both ends. Then, in each case of β = 33 °, 52 °, and 62 °, changes in the side lobe ratio with respect to the angle α of the
面光源装置41の特性としては、輝度むら比Qが60%以下で、かつ、サイドローブ率が5%以下となることが好ましい。このような条件を満たす反射壁26の角度αの範囲を図21〜図23により求めると、角度αの最適範囲は52°以上64°以下となる。さらに望ましくは、輝度むら比Qが50%以下で、かつ、サイドローブ率が3%以下となることが好ましい。この条件の場合には、図21〜図23によれば、角度αの最適範囲は56°以上62°以下となる。
As the characteristics of the surface
つぎに、ステップ面27の働きについて述べる。図24は、レンズ入光面24の幅が3.68mm、反射壁26の角度αが58°、拡散パターン30の斜面傾斜角βが37°、コリメートレンズ23の配列ピッチが10.5mmの場合における、反射壁26の高さDによるサイドローブ率および輝度むら比Qの変化をグラフ化したものである。前記のようにサイドローブ率は小さければ小さいほど望ましいが、5%以下であれば使用上問題はない。また、輝度むら比Qは60%以下であることが好ましく、特に40%以下であることが望ましい。図24においてサイドローブ率が最小となるのは、反射壁26の高さDが最大となる5.4mmのときである。このとき、従来例との輝度むら比Qも40%以下であるので、性能上最適であるといえる。
Next, the function of the
しかし、反射壁26の高さDが最大値5.4mmの場合には、図25及び図26に示すように、コリメートレンズアレイ43は、隣接するコリメートレンズ23の反射壁26どうしが会合してステップ面27のない形状となる。しかも、コリメートレンズ23どうしの継ぎ目部分の長さdは約2mmと短くなる。そのため、コリメートレンズアレイ43は継ぎ目部分で破損する可能性がある。ただし、1つのコリメートレンズ23だけで用いる場合には、破損のおそれがないので、ステップ面27のない形状であってもよい。
However, when the height D of the reflecting
また、反射壁26の高さDが最大値5.4mmの場合には、コリメートレンズアレイ43の長さLを短くするために、コリメートレンズ23どうしの継ぎ目部分の長さdを0mmとした場合には、コリメートレンズアレイ43の形状は図27のようになる。この場合には、コリメートレンズアレイ43のY方向指向性が広がってしまって±12.5°となるので、出射光の平行度が落ちてしまい、コリメート光源42としては好ましくない。
Further, when the height D of the
このため、実使用のコリメートレンズアレイ43では、サイドローブ率を若干犠牲にして輝度むら比Qが最小値付近となるように設計し、反射壁26の高さDが3mm以上4mm以下となるようにし、図15や図16のように反射壁26間にステップ面27を橋渡しした構造としている。
Therefore, the actually used
(第3の実施形態)
図28は、本発明の実施形態3によるコリメート光源51を示す斜視図である。また、図29は、コリメート光源51の平面図である。このコリメート光源51は、コリメートレンズアレイ52の各出射側レンズ53としてフレネルレンズを用いた点を特徴としている。このコリメート光源51では、出射側レンズ53にフレネルレンズを用いているので、コリメートレンズアレイ52の長さLを短くすることができ、コリメート光源51の機器組み込み時における占有面積を小さくすることができる。
(Third embodiment)
FIG. 28 is a perspective view showing a collimated
21、42、51 コリメート光源
22 光源
23 コリメートレンズ
24 レンズ入光面
24a 平坦面領域
25 拡散領域
25a 平坦面
26 反射壁
28 側壁面
29、53 出射側レンズ
30 拡散パターン
31、41 面光源装置
32 導光板
32a 発光エリア
34 偏向パターン
43、52 コリメートレンズアレイ
α 反射壁の角度
β 斜面傾斜角
21, 42, 51 Collimated
Claims (8)
前記コリメートレンズは、前記光源に対向するレンズ入光面と、前記レンズ入光面の両側端から前記光源と反対側へ向けて延出された反射壁と、前記反射壁の前記光源から遠い側の端から延出されたステップ面と、前記レンズ入光面と反対側に設けられた凸レンズ状の出射側レンズを有し、
前記レンズ入光面には、入射光を側方へ向けて拡散させるための複数の拡散パターンを形成された拡散領域が設けられ、
前記反射壁は、前記出射側レンズ側へ向かうに従って前記反射壁間が広がるように傾斜し、
前記ステップ面は、前記レンズ入光面と平行に延びていることを特徴とするコリメート光源。 A plurality of light sources, the at collimated light source and a collimating lens array configured by consecutively provided along the width direction a plurality of collimating lenses for emitting collimated the light emitted from the light sources There,
The collimating lens includes a lens incident surface facing the light source, reflection walls extending from opposite ends of the lens incident surface toward the opposite side of the light source, and a side of the reflection wall far from the light source. A step surface extended from the end of the lens, and a convex lens-shaped exit side lens provided on the opposite side of the lens incident surface,
The lens incident surface is provided with a diffusion region in which a plurality of diffusion patterns for diffusing incident light to the side are formed,
The reflection wall is inclined so that the space between the reflection walls spreads toward the exit side lens side ,
The collimating light source , wherein the step surface extends parallel to the lens light incident surface .
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