JP2004265646A

JP2004265646A - Backlight for optical element

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Publication number: JP2004265646A
Application number: JP2003052564A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ochiai; 昌弘落合
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP4127076B2

Abstract

【課題】光学素子用バックライトの光源間近傍における輝度むらを、正面のみならず全方位から見た場合について解消し、輝度均一性の高い品質に優れたバックライトの提供を図る。
【解決手段】表面と裏面との間で光を反射散乱させて表面側より光を導出させる導光板１１と、導光板１１端部に設けた複数の光源１２とを備えた光学素子用バックライト１において、導光板１１の裏面に形成された複数の凹部もしくは凸部からなる第１光散乱領域２１と、導光板１１の表面で前記光源から射出された光の暗部となる領域に形成された複数の凹部もしくは凸部からなる第２光散乱領域２２とを備え、第２光散乱領域２２の凹部もしくは凸部は、その第２光散乱領域２２に対向している第１光散乱領域２１部分の凹部もしくは凸部の数より多く形成されているものである。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a backlight excellent in quality with high brightness uniformity by eliminating uneven brightness in the vicinity of a light source of a backlight for an optical element not only from the front but also from all directions.
A backlight for an optical element, comprising: a light guide plate for reflecting and scattering light between a front surface and a back surface to extract light from the front surface side; and a plurality of light sources provided at an end of the light guide plate. 1, a first light scattering region 21 formed of a plurality of concave portions or convex portions formed on the back surface of the light guide plate 11, and a first light scattering region 21 formed on a surface of the light guide plate 11 to be a dark portion of light emitted from the light source. A second light-scattering region 22 composed of a plurality of concave portions or convex portions, and a concave portion or a convex portion of the second light-scattering region 22 has a first light-scattering region 21 portion facing the second light-scattering region 22. Are formed more than the number of concave portions or convex portions.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子用バックライトに関し、詳しくは液晶表示装置に用いることが好適な光学素子用バックライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のバックライトの光源には線光源である冷陰極蛍光管が使われていたが、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の登場によって冷陰極蛍光管から点光源である白色ＬＥＤ（以下、単にＬＥＤという）に置きかえられてきている。
【０００３】
また、ＬＥＤはその発光効率の向上によって高輝度化しており、光学素子用バックライトにおいては、従来４灯必要だったものが３灯、２灯へと減らすことが可能となっており、コスト低減の意味でも効果的となってきている。しかしＬＥＤは冷陰極蛍光管と違って点光源になるため、バックライトとして面光源化するためには均一な配光設計が重要となる。たとえば１．５型サイズにおいて４灯から２灯に減らす場合を考える。
【０００４】
図１２に示すように、ＬＥＤは、それ自体に光度の指向特性を有する。そのため、図１３（１）に示すように、バックライト１０１の光源として複数のＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂを用いた場合、ＬＥＤ１１２ａとＬＥＤ１１２ｂの間には十分な強度の光が届かない領域（斜線で示す領域）が発生する。この結果、図１３（２）に示すように、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂ付近だけ明るくなり、ＬＥＤ１１２ａとＬＥＤ１１２ｂの間が暗くなるという現象（以下、この現象を本明細書では蛍現象という）が発生し、バックライトととして必要な発光面内を均一に光を射出するという面光源としての品位を著しく損なうことになる。
【０００５】
上記蛍現象を消すため、従来は次のような対策が行われてきた。従来技術（Ｉ）としては、図１３（３）に示すように、ＬＥＤ１１２ａ〜１１２ｄが４灯用いられている場合には、このバックライトを用いる光学素子の有効表示領域Ａまでの距離ｄ１を短くすることができるが、ＬＥＤ１１２の個数を削減して２灯を用いる構成とした場合には、前記図１３（１）に示したように、ＬＥＤ１１２から有効表示領域Ａまでの距離ｄ２を大きくする必要がある。もし、距離ｄ２を、４灯を用いた場合と同様にｄ１とした場合には、有効表示領域Ａに暗部が発生することになる。
【０００６】
また、従来技術（ＩＩ）としては、図１４（１）〜（３）に示すように、ＬＥＤ１１２の射出光が入光する導光板１１１端面にプリズム１３１を形成することにより、導光板１１１内の配光角度を広げることが行われている。なお、（２）図は（１）図中のＭ部拡大図であり、（３）図は（２）図中のＮ部拡大図であるまた、（３）図中の数値は一例であり、単位はｍｍである。
【０００７】
また、従来技術（ＩＩＩ）としては、図１５（１）〜（３）に示すように、バックライト１０１の導光板１１１裏面に形成される突起（凸部）１２１を、このバックライト１０１を用いる光学素子の有効表示領域ＡにおけるＬＥＤ１１２ａとＬＥＤ１１２ｂの間だけ高密度に形成し、ＬＥＤ１１２ａ、ＬＥＤ１１２ｂ近傍は疎に形成することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−７２７８７号公報（第３−５頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術（Ｉ）では、ＬＥＤの数が４灯であればＬＥＤから有効表示領域までの距離を大きくしなくても蛍現象は回避できたが、２灯にすることによりＬＥＤ間隔が広がると、ＬＥＤから有効表示領域までの距離を大きくしないと蛍現象を回避することが困難となる。したがって、面光源であるバックライト自体の大きさが大型化し、市場が要求する、表示装置のいわゆる狭額縁化および小型化を実現することが困難であった。
【００１０】
従来技術（ＩＩ）においては、図１６（１）、（２）に示すように、プリズムの有無によって、導光板内のＬＥＤから射出された光Ｌの配向角度が異なる。例えばプリズムを設けていない場合の配向角度は、図１６（１）に示すように、およそ４１度であるが、プリズムを設けた場合の配向角度は、図１６（２）に示すように、およそ６４度に拡大する。なお、ここで用いたプリズムは前記図１４（３）に示したものである。したがって、プリズムを設けることによって配光角度が広げられ、蛍現象を低減させる効果はある。しかしながら、これは正面観察の場合である。斜め方向からの観察では、プリズムを設けても蛍現象は改善できないという問題があり、表示装置の有効視野角を考えると品位として不十分となる。また、導光板の入光面でＬＥＤから射出する光を散乱させるため、発光面の中心輝度が著しく低下する問題もある。例えば１．５型のバックライトでは輝度が２０％程度低下する。
【００１１】
従来技術（ＩＩＩ）においては以下のような問題が存在する。もともとＬＥＤは、広範囲に配光するＬＥＤでも前記図１２に示したように、また図１５（１）に示したように、中心部の光強度が強く、周辺部に行くにしたがい光強度が低下するという指向特性であるため、バックライトにおけるＬＥＤとＬＥＤの間には十分な強度の光が供給されないという問題がある。さらに導光板下面に形成された突起（凸部）の数は隣り合う突起（凸部）が密着するまでしか配置できないという突起（凸部）数の限界もある。また、前記図１５（２）に示したように、突起（凸部）を限界密度まで配置しても、ＬＥＤとＬＥＤの間隔が広いと、光束が少なく突起（凸部）も増やせないことで蛍現象を完全に消すことができないという問題がある。また前記図１５（３）に示すように、ＬＥＤ１１２から射出した光Ｌは、導光板１１１の裏面側ではドット１２１によって散乱反射されるが、表面側では全反射される成分がある。その分、導光板１１１表面から外部に斜め方向に射出される光量を増やすことができない。ゆえにこの従来技術（ＩＩＩ）では、斜め方向からの観察では蛍現象を改善することができていないという問題があった。全反射の条件はθ１＞ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎ１）である。θ１は導光板１１１の表面側入射角、ｎ０は導光板１１１外部雰囲気の屈折率、ｎ１は導光板１１１の屈折率である。また、図１７（１）に示すように、ＬＥＤ１１２とＬＥＤ（図示せず）との間における導光板１１１表面に、導光板１１１裏面に設けた突起（凸部）１２１では足りない分の突起（凸部）１２２を、輝度分布に対して負の相関をもって追加配置することで蛍現象を解消する技術もある。しかし正面観察における蛍現象は図１７（２）に示すように改善することはできるが、斜め方向からの観察では図１７（３）に示すように蛍現象を改善できないという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた光学素子用バックライトである。
【００１３】
本発明の光学素子用バックライトは、表面と裏面との間で光を反射散乱させて表面側より光を導出させる導光板と、前記導光板端部に設けた複数の光源とを備えた光学素子用バックライトにおいて、前記導光板の裏面に形成された複数の凹部もしくは凸部からなる第１光散乱領域と、前記導光板の表面で前記光源から射出された光の暗部となる領域に形成された複数の凹部もしくは凸部からなる第２光散乱領域とを備え、前記第２光散乱領域の凹部もしくは凸部は、その第２光散乱領域に対向している前記第１光散乱領域部分の凹部もしくは凸部の数より多く形成されているものである。さらには、前記光源から射出された光の暗部となる領域でかつ当該光学素子用バックライトを用いる光学素子の表示領域外に対応した位置の前記導光板の表面に形成された第３光散乱領域とを備えたものである。
【００１４】
上記光学素子用バックライトでは、導光板の表面で光源から射出された光の暗部となる領域に形成された複数の凹部もしくは凸部からなる第２光散乱領域を備え、第２光散乱領域の凹部もしくは凸部は、その第２光散乱領域に対向している第１光散乱領域部分の凹部もしくは凸部の数より多く形成されていることから、従来は導光板表面における全反射により導光板側に戻されていた光が導光板外に導出されるようになる。この結果、従来は暗部となっていた領域が明るくなり、バックライト全域かつ全方位から見て均一な輝度が得られるようになる。さらには、光源から射出された光の暗部となる領域でかつ当該光学素子用バックライトを用いる光学素子の表示領域外に導光板の表面に形成された第３光散乱領域を備えたものでは、さらに斜め方向の輝度を高めることができる。このため、バックライト表面から射出される光束の斜め方向からみた輝度均一性をより向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の光学素子用バックライトに係る第１実施の形態を、図１によって説明する。図１（１）には概略構成斜視図を示し、（２）には平面図を示す。
【００１６】
図１（１）に示すように、光学素子用バックライト１は、導光板１１と、導光板１１の表面と裏面との間に光を導出するもので、導光板１１端部に設けた複数の光源１２とを備えたものである。上記導光板１１は、光透過率の高い材料、例えばポリメチルメタクリル樹脂で形成され、光源１２側を厚く、光源１２から遠のくにしたがい薄く形成されている。もしくは厚さが均一な平板状に形成されていてもよい。上記光源１２には、白色発光ダイオードが用いられている。
【００１７】
また、図示はしていないが、上記導光板１１の裏面には、前記図１４（２）によって説明したのと同様に、複数の凹部もしくは凸部からなる第１光散乱領域（図示せず）が形成されている。また、導光板１１の表面で前記光源１２から射出された光の暗部となる領域（（２）図の斜線で示す領域）には、複数の凹部もしくは凸部からなる第２光散乱領域２２が形成されている。この第２光散乱領域２２の凹部もしくは凸部は、その第２光散乱領域２２に対向している上記第１光散乱領域部分の凹部もしくは凸部の数より多く形成されている。さらに、第２光散乱領域２２は当該光学素子用バックライト１を用いる光学素子の表示領域内に対応した位置Ａに設けられている。以下の説明では、凹部もしくは凸部を総称してドットという。また、上記光の暗部とは、周辺領域の輝度に対して輝度が低い領域をいう。
【００１８】
さらに、導光板１１の裏面側には反射シート（図示せず）が形成されていることが好ましい。このように、反射シートを設けることにより、裏面側からの漏れ光量を再び導光板１１内に戻すことができるので、光の利用効率を高めることが可能になる。
【００１９】
次に、導光板１１の表面側に第２光散乱領域２２を設けたことにより蛍現象が解消される原理を図２によって、以下に説明する。図２では、（１）に本願発明を示し、（２）に導光板の裏面側のみにドットを形成した例を示す。
【００２０】
図２（１）に示すように、光源１２（１２ａ、１２ｂ）から導光板１１内に射出された光Ｌは、下面ドットＤｄで散乱さら、その散乱光が導光板１１表面より取り出される（光Ｌ１）。それに加えて、光源１２から導光板１１内に射出された光Ｌは、表面側のドットＤｕで散乱され、その散乱光が導光板１１表面より取り出される（光Ｌ２）。すなわち、光Ｌ１と光Ｌ２とが足し合わされることにより、輝度不足領域がなくなり蛍現象が解消される。その結果、光源近傍におけるバックライト表面の輝度分布は、図３（１）に示すように、ほぼ、均一な分布となる。また、導光板１１の裏面側には反射シート１３が形成されている。このように、反射シート１３を設けることにより、裏面側からの漏れ光量を再び導光板１１内に戻すことができるので、光の利用効率が高くなる。
【００２１】
一方、図２（２）に示すように、導光板１１の裏面のみにドットが形成されている従来技術のバックライトでは、光源１２（１２ａ、１２ｂ）から導光板１１内に射出された光Ｌは、裏面側のドットＤｄで散乱され、その散乱光が導光板１１表面より取り出される（光Ｌ１）。しかしながら、光源１２から導光板１１内に射出された光Ｌのうち、導光板１１表面側に向かった光Ｌ２は、導光板１１表面では反射（全反射）され、再び導光板１１内を進むことになり、導光板１１外に取り出せない。すなわち、光Ｌ１しか導光板１１外に取り出せないことになり、輝度不足領域を解消することができず、よって蛍現象が解消されない。その結果、光源近傍におけるバックライト表面の輝度分布は、図３（２）に示すように、光源近くで輝度が最大になり、光源から遠ざかるにしたがい輝度が低くなる。要するに、輝度むらが生じることになり、バックライトの品質劣化の原因となる。
【００２２】
また、導光板１１の裏面側に形成されるドット数が導光板１１の上面側に形成されるドット数より多いと、斜め観察での蛍現象が解消できないという問題が生じる。このため、本発明では、導光板１１の表面側に形成されるドット数を導光板１１の裏面側に形成されるドット数より多く配置することで、あらゆる方向からみても蛍現象が解決できるようにした。
【００２３】
前記従来の技術の項目で説明した従来技術（ＩＩ）や（ＩＩＩ）において蛍現象が斜め観察の場合に解消させることができない原因を図４によって説明する。図４では、模式的に光束の量を矢印の太さで示す。すなわち、矢印が太いほうが光束の量が多いことになる。
【００２４】
図４（１）に示すように、光源１２と光源１２との間は光束が疎になり、光源１２の正面における光束は高密度となる。このため、導光板１１表面から斜めに抜けていく光束の密度にムラができるため、蛍現象が生じるのである。また、図４（２）に示すように、光源１２の正面の蛍現象は、導光板１１から射出する光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤ、ＬＥの光束密度のむらが原因となっている。また、斜め観察で確認できる蛍現象は、導光板１１から射出する光束ＬＦ、ＬＧ、ＬＨ、ＬＩ、ＬＪの光束密度のむらが原因となっている。したがって、斜め観察での蛍現象を解消するには、正面に加え斜め方位の光束密度を増加させることが必要となる。
【００２５】
前記従来の技術で説明した従来技術（ＩＩＩ）では、図５（１）に示すように、光源１２（１２ａ、１２ｂ）と光源（図示せず）の間で、導光板１１裏面にドットＤｄを増やすことであったが、裏面側のドットＤｄを増量して配置しても、導光板１１の裏面での散乱になるため、正面の光束は増やすことができ正面の蛍現象は解消できても、斜め方位は導光板１１内部での全反射によって原理的に光Ｌを取り出すことが困難であるため、斜め方向の光束は増えない。したがって斜め観察における蛍現象の解消には効果が得られない。また従来技術（ＩＩ）は、導光板１１の入光面にプリズムを形成して光束を分散させるものであるが、導光板１１の裏面のみにドットがあるかぎり前述の理由で斜め観察における蛍現象の解消は困難である。
【００２６】
一方、本願発明によれば、図５（２）に示すように、ＬＥＤ１２とＬＥＤ（図示せず）の間で、導光板１１の裏面に、前記図１４（２）によって説明したのと同様に、複数のドットＤｄからなる第１光散乱領域２１が形成されている。また、導光板１１の表面で前記光源１２から射出された光の暗部となる領域には、複数のドットＤｕからなる第２光散乱領域２２が形成されている。この第２光散乱領域２２のドットＤｕは、その第２光散乱領域２２に対向している上記第１光散乱領域２１部分のドットＤｄの数より多く形成されている。このため、第２光散乱領域２２によって光源１２からの光Ｌは散乱される。これによって、正面の光束は第２光散乱領域２２による散乱光Ｌｓによって増やすことができるので正面の蛍現象は解消できるととともに、斜め方向の光束も増やすことができる。しかも、斜め方向にも多くの散乱光Ｌｓを得ることができる。したがって、斜め観察における蛍現象が解消される。
【００２７】
上記説明した蛍現象の解消を模式的に図６を用いて説明する。図６（１）に示すように、本願発明の光学素子用バックライト１では、光源１２の正面方向における導光板１１からその表面に対して垂直方向に射出する光束ＬＢ、ＬＤの光束密度は、光源１２と光源１２との間における光源近傍の導光板１１からその表面に対して垂直方向に射出する光束ＬＡ、ＬＣ、ＬＥの光束密度とほぼ同等となっている。このため、正面観察による蛍現象は認められなかった。また、光源１２の正面方向における導光板１１からその表面に対して斜め方向に射出する光束ＬＧ、ＬＩの光束密度は、光源１２と光源１２との間における光源近傍の導光板１１からその表面に対して斜め方向に射出する光束ＬＦ、ＬＨ、ＬＪの光束密度とほぼ同等となっている。このため、斜め方向からの観察による蛍現象も認められなかった。これは、第２光散乱領域２２を設けたことにより、導光板１１の表面に対して垂直方向に射出する光束に加えて斜め方向に射出する光束を増加させることができたためである。
【００２８】
一方、第２光散乱領域２２を設けず、第１光散乱領域２１のドットを増量した場合には、図６（２）に示すように、光源１２から射出された光束は、導光板１１の裏面に形成された第１光散乱領域２１によって散乱され、光源１２の正面方向における導光板１１からその表面に対して垂直方向に射出する光束ＬＢ、ＬＤの光束密度は、光源１２と光源１２との間における光源近傍の導光板１１からその表面に対して垂直方向に射出する光束ＬＡ、ＬＣ、ＬＥの光束密度とほぼ同等となる。このため、正面観察による蛍現象は認められなかった。しかし、光源１２の正面方向における導光板１１からその表面に対して斜め方向に射出する光束ＬＧ、ＬＩの光束密度は、光源１２と光源１２との間における光源近傍の導光板１１からその表面に対して斜め方向に射出する光束ＬＦ、ＬＨ、ＬＪの光束密度より大きくなっている。このため、斜め方向からの観察では蛍現象が認められた。これは、前記説明したように、導光板１１内を反射する斜め方向の光は、導光板１１表面では全反射するため、斜め方向に射出される光束を増やすことができないためである。したがって、本願発明は、第２光散乱領域２２を設けたことにより、従来は暗部となっていた領域において斜め方向に射出する光束を増加することができることに意義がある。
【００２９】
また、図７（１）に示すように、本願発明の光学素子用バックライト１は、導光板１１の裏面に第１光散乱領域２１が形成され、表面に第２光散乱領域２２が形成されている。この第２光散乱領域２２は、当該光学素子用バックライト１を用いる光学素子の表示領域内に対応した位置でかつ光源１２から射出された光の暗部となる領域に形成され、例えば複数のドット（例えば凹部もしくは凸部）からなるものである。今、Ａ−Ａ線における本願発明のドット数と輝度分布を図７（２）に示す。また比較例のドット数と輝度分布を図７（３）に示す。
【００３０】
図７（２）に示すように、第２光散乱領域２２に形成されているドットＤｕの個数は第１光散乱領域２１に形成されているドットＤｄの個数以上になっている。このときの輝度分布は、暗部が解消され、ほぼ均一な輝度となる。この傾向は、バックライトの真上（正面）から見た場合も、斜め方向からみた場合も同様であった。一方、図７（３）に示すように、第１光散乱領域２１に形成されているドットＤｄの個数は第２光散乱領域２２に形成されているドットＤｕの個数以上になっている。このときの輝度分布は、バックライトの真上（正面）から見た場合には図示したように暗部が解消され、ほぼ均一な輝度となる。ところが、図示はしないがバックライトの斜め方向からみた場合には、輝度むらが発生し、蛍現象は解消できていない。すなわち、本願発明では、導光板１１表面の光源１２から射出された光の暗部となる領域に形成される第２光散乱領域２２のドットＤｕの個数は、輝度に対して負の相関をもって増量されている。その際、導光板１１の表面側に形成される第２光散乱領域２２のドットＤｕを、その導光板１１の裏面側に形成される第１光散乱領域２１のドットＤｄの数と同等もしくはそれより多くすることで、導光板１１表面において斜め方向に取り出す光束を増大することができるため、斜め観察であっても蛍現象の解消が可能になる。
【００３１】
光源１２近傍領域に限り、第１光散乱領域２１のドットＤｄが第２光散乱領域２２のドットＤｕの個数以下となっているのは、第２光散乱領域２２のドットによって光源１２と光源１２との間の蛍現象が解消または低減されれば、第２光散乱領域２２での散乱を補う意味での第１光散乱領域２１のドットＤｄは、形成されなくともよく、もしくは第２光散乱領域２２のドットＤｕより少ない数で十分であるためである。
【００３２】
また、導光板１１の大きさ、形状によって、第２光散乱領域２２のドットＤｕの個数ＳＤｕと第１光散乱領域２１のドットＤｄの個数ＳＤｄの比率は、ＳＤｕ≧ＳＤｄの範囲内で調整すれば、蛍現象を正面から見た場合をはじめとして全方位から見た場合にも解消することができる。
【００３３】
上記図７（２）によって説明したように、光源近傍においてはＳＤｕ≧ＳＤｄである必要はない。例えば、光源近傍においては、図８に示すように、ＳＤｕ＜ＳＤｄであっても良い場合もある。
【００３４】
次に、本発明の光学素子用バックライトに係る実施の形態として、表面側に形成された第２光散乱領域のドットの個数が限界になっているにもかかわらず蛍現象が解消しない場合について、図９によって説明する。
【００３５】
図９（１）に示すように、光学素子用バックライト２は、導光板１１と、導光板１１の表面と裏面との間に光を導出するもので、導光板１１端部に設けた複数の光源１２とを備えたものである。上記導光板１１は、光透過率の高い材料、例えばポリメチルメタクリル樹脂で形成され、光源１２側を厚く、光源１２から遠のくにしたがい薄く形成されている。もしくは厚さが均一な平板状に形成されていてもよい。上記光源１２には、白色発光ダイオードが用いられている。
【００３６】
上記導光板１１の裏面には、前記図１５（２）によって説明したのと同様に、複数のドット（凹部もしくは凸部）からなる第１光散乱領域２１が形成されている。また、導光板１１の表面で、当該光学素子用バックライト２を用いる光学素子の表示領域内に対応した位置でかつ前記光源１２から射出された光の暗部となる領域には、複数のドット（凹部もしくは凸部）からなる第２光散乱領域２２が形成されている。この第２光散乱領域２２のドットは、その第２光散乱領域２２に対向している上記第１光散乱領域部分のドットの個数より多く形成されている。
【００３７】
さらに、上記光源から射出された光の暗部となる領域でかつ当該光学素子用バックライトを用いる光学素子の表示領域外に対応する位置の前記導光板の表面には第３光散乱領域２３が形成されている。この第３光散乱領域２３は、上記第２光散乱領域２２と同様に複数のドット（凹部もしくは凸部）で形成されればよい。
【００３８】
さらに、導光板１１の裏面側には反射シート（図示せず）が形成されていることが好ましい。このように、反射シートを設けることにより、裏面側からの漏れ光量を再び導光板１１内に戻すことができるので、光の利用効率を高めることが可能になる。
【００３９】
上記図９（１）によって説明した実施の形態では、図９（２）に示すように、光学素子用バックライト２における導光板１１の表面に、第２光散乱領域２２とともに第３光散乱領域２３が設けられたことにより、導光板１１におけるドットの個数が増やされているため、特に斜め方向に射出される散乱光Ｌｓが増加するため、蛍現象を確実に解消することができる。また正面の光束も第３光散乱領域２３による散乱光Ｌｓによって増やすことができるので正面の蛍現象も解消できる。このように、第２光散乱領域２２だけでは蛍現象を解消できない場合であっても、第３光散乱領域２３を設けることで、正面方向から見た場合および斜め方向から見た場合ともに、蛍現象を解消することが可能になる。
【００４０】
光学素子用バックライトでは、一般に、導光板の面にドットを追加すると、ドットの機能から光散乱が起こり導光板全体の輝度低下につながる。しかしながら、本発明では、本来ＬＥＤの指向特性から光強度の弱い領域（前記図１２、図１５（１）参照）が対象になるため、光散乱領域を構成するドットを高密度に追加しても、面光源の輝度特性に大きな影響がないという特徴がある。例えば１．５型２灯導光板では輝度の低下はわずか−０．９％であり、輝度均一性（Ｕｎｉｆ）にもほとんど影響していしない。本発明の光学素子用バックライト１と従来の導光板裏面のみにドットを形成した場合の光学素子用バックライトの光学特性を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
上記説明したような構成の本発明の技術を、６灯の光源（白色ＬＥＤ）を有する光学素子用バックライトに適用した。その結果を、図１０に示す。図１０は、（１）に光学素子用バックライトの正面から見た場合の光源近傍の輝度分布を示し、（２）に光学素子用バックライトの斜め方向から見た場合の光源近傍の輝度分布を示す。また、比較例として、導光板裏面のみ複数のドットを形成した光学素子用バックライトの輝度分布を図１１に示す。図１１は、（１）に光学素子用バックライトの正面から見た場合の光源近傍の輝度分布を示し、（２）に光学素子用バックライトの斜め方向から見た場合の光源近傍の輝度分布を示す。
【００４３】
図１０（１）、（２）に示すように、６灯の白色ＬＥＤ１〜６近傍において、光学素子用バックライトの正面から見た場合であっても、光学素子用バックライトの斜め方向から見た場合であっても、白色ＬＥＤ１〜６のそれぞれの間における輝度が暗くなることは無く、全域にわたってほぼ均一な輝度分布が得られている。一方、比較例では、図１１（１）に示すように、６灯の白色ＬＥＤ１〜６近傍において、光学素子用バックライトの正面から見た場合には、白色ＬＥＤＬＥＤ１〜６のそれぞれの間における輝度が暗くなることは無く、全域にわたってほぼ均一な輝度分布が得られているが、図１１（２）に示すように、６灯の白色ＬＥＤ１〜６の近傍において、光学素子用バックライトの斜め方向から見た場合には、白色ＬＥＤ１〜６のそれぞれの間における輝度が暗くなる蛍現象が顕著に表れて、輝度分布にむらが生じている。このように、本発明の光学素子用バックライトは、均一な輝度分布が得られる、すなわち、品質に優れたものとなる。
【００４４】
上記説明で用いた図５、図９、図１５、図１７等の断面図に描かれた導光板に形成されたドットは、わかり易くするために誇張して描いたものであり、実際にはドットが形成されている領域はすりガラス面のような微細な凹凸面となっている。この凹凸の形状は、例えばクレーターのような半球面状、すり鉢状等でもよく、例えば角の取れた凸状（山状）のものでもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の光学素子用バックライトによれば、暗部となっていた領域に第２光散乱領域を設けたので、従来は暗部となっていた領域が明るくなり、バックライト全域かつ全方位から見て均一な輝度が得られるようになる。したがって、光源とこの光源に隣接する光源との間隔が広くなっても、いわゆる狭額縁のまま、蛍現象を正面から見ただけでなく全方位から見て解消することができるので、広い視野角が確保でき、高い輝度での輝度均一性が得られる。よって、面光源として、中心輝度の低下を最小限に抑えることができるとともに、光源近傍に発生していた輝度むらを解消することができる。
【００４６】
本発明の光学素子用バックライトによれば、光源から射出された光の暗部となる領域でかつ当該光学素子用バックライトを用いる光学素子の表示領域外における導光板の表面に第３光散乱領域を備えたものであるので、さらに斜め方向の輝度を高めることができる。このため、バックライト表面から射出される光束の斜め方向からみた輝度均一性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子用バックライトに係る第１実施の形態を示す図面であり、（１）は概略構成斜視図であり、（２）は平面図である。
【図２】第２光散乱領域による蛍現象解消の原理を示す概略構成断面図である。
【図３】光源の位置に対するバックライト表面の輝度分布図である。
【図４】斜め観察の場合に従来技術で蛍現象を解消させることができない原因を説明する概略構成斜視図である。
【図５】第２光散乱領域による蛍現象解消の原理を説明する概略構成断面図である。
【図６】第２光散乱領域による蛍現象解消の原理を説明する概略構成斜視図である。
【図７】第２光散乱領域と第１光散乱領域との位置関係および第２光散乱領域と第１光散乱領域とのドット数と輝度との関係を示す図である。
【図８】第２光散乱領域と第１光散乱領域とのドット数と輝度との関係を示す図である。
【図９】本発明の光学素子用バックライトに係る第１実施の形態を示す図面であり、（１）は概略構成レイアウト図であり、（２）は概略構成断面図である。
【図１０】本発明の光源の位置に対するバックライト表面の輝度分布図である。
【図１１】比較例の光源の位置に対するバックライト表面の輝度分布図である。
【図１２】ＬＥＤの光度の指向特性図である。
【図１３】従来の技術を説明する図面であり、（１）、（３）は概略構成平面図であり、（２）は輝度分布図である。
【図１４】従来の技術を説明する概略構成平面図である。
【図１５】従来の技術を説明する図面であり、（１）は概略構成平面図であり、（２）は概略構成斜視図、（３）は概略構成断面図である。
【図１６】プリズムの効果を説明する平面図である。
【図１７】従来の技術を説明する図面であり、（１）は概略構成断面図であり、（２）、（３）は輝度分布図である。
【符号の説明】
１…光学素子用バックライト、１１…導光板、１２…光源、２１…第１光散乱領域、２２…第２光散乱領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a backlight for an optical element, and more particularly to a backlight for an optical element suitable for use in a liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
A cold cathode fluorescent tube, which is a linear light source, has been used as a light source of a conventional backlight. However, with the advent of a white light emitting diode (white LED), a white light source (hereinafter, referred to as a point light source) has been developed from a cold cathode fluorescent tube. , Simply referred to as LEDs).
[0003]
In addition, LEDs have been made to have higher brightness by improving their luminous efficiency, and in the case of backlights for optical elements, it has become possible to reduce the number of conventional backlights required from four to three and two, thereby reducing costs. In the sense of becoming effective. However, since the LED is a point light source unlike a cold cathode fluorescent tube, a uniform light distribution design is important in order to make a surface light source as a backlight. For example, consider a case where the number of lamps is reduced from four to two in a 1.5-inch size.
[0004]
As shown in FIG. 12, the LED itself has luminous directivity characteristics. Therefore, as shown in FIG. 13A, when a plurality of

LEDs

112a and 112b are used as a light source of the backlight 101, a region where light of sufficient intensity does not reach between the

LEDs

112a and 112b (a region indicated by oblique lines). Occurs. As a result, as shown in FIG. 13 (2), a phenomenon that the area becomes bright near the

LEDs

112a and 112b and the area between the

LEDs

112a and 112b becomes dark (hereinafter, this phenomenon is referred to as a firefly phenomenon in this specification) occurs, The quality as a surface light source that uniformly emits light in a light emitting surface required as a light is significantly impaired.
[0005]
Conventionally, the following measures have been taken to eliminate the firefly phenomenon. In the prior art (I), as shown in FIG. 13C, when four LEDs 112a to 112d are used, the distance d1 to the effective display area A of the optical element using this backlight is shortened. However, when the number of LEDs 112 is reduced and two lamps are used, it is necessary to increase the distance d2 from the LED 112 to the effective display area A as shown in FIG. There is. If the distance d2 is d1 as in the case where four lamps are used, a dark portion will be generated in the effective display area A.
[0006]
Further, as the prior art (II), as shown in FIGS. 14A to 14C, a prism 131 is formed on an end face of the light guide plate 111 to which the light emitted from the LED 112 enters, so that the light inside the light guide plate 111 is formed. Increasing the light distribution angle has been performed. FIG. 2B is an enlarged view of an M part in FIG. 1A, FIG. 3C is an enlarged view of an N part in FIG. 2B, and the numerical values in FIG. The unit is mm.
[0007]
15 (1) to 15 (3), a projection (convex portion) 121 formed on the back surface of the light guide plate 111 of the backlight 101 is used as the conventional technology (III). The high density is formed only between the LED 112a and the LED 112b in the effective display area A of the optical element, and the area near the LED 112a and the LED 112b is sparsely formed (for example, see Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-11-72787 (page 3-5, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology (I), if the number of LEDs is four, the fluorescent phenomenon could be avoided without increasing the distance from the LED to the effective display area. If it spreads, it will be difficult to avoid the firefly phenomenon unless the distance from the LED to the effective display area is increased. Therefore, the size of the backlight itself, which is a surface light source, has become large, and it has been difficult to realize the so-called narrower frame and smaller size of the display device required by the market.
[0010]
In the prior art (II), as shown in FIGS. 16A and 16B, the orientation angle of the light L emitted from the LED in the light guide plate differs depending on the presence or absence of the prism. For example, the orientation angle when no prism is provided is approximately 41 degrees as shown in FIG. 16A, but the orientation angle when a prism is provided is approximately 41 degrees as shown in FIG. Enlarge to 64 degrees. The prism used here is the one shown in FIG. 14 (3). Therefore, by providing the prism, the light distribution angle is widened, and there is an effect of reducing the firefly phenomenon. However, this is the case of frontal observation. Observation from an oblique direction has a problem that the fluorescent phenomenon cannot be improved even if a prism is provided, and the quality becomes insufficient when the effective viewing angle of the display device is considered. In addition, since the light emitted from the LED is scattered on the light incident surface of the light guide plate, there is a problem that the center luminance of the light emitting surface is significantly reduced. For example, in a 1.5-type backlight, the luminance is reduced by about 20%.
[0011]
The prior art (III) has the following problems. Originally, as shown in FIG. 12 and even as shown in FIG. 15 (1), the light intensity of the central portion is high and the light intensity decreases toward the peripheral portion as shown in FIG. Therefore, there is a problem that light of sufficient intensity is not supplied between the LEDs in the backlight. Further, there is a limit to the number of projections (convex portions) that the number of projections (convex portions) formed on the lower surface of the light guide plate can be arranged only until adjacent projections (convex portions) are in close contact. Further, as shown in FIG. 15 (2), even if the protrusions (projections) are arranged to the limit density, if the distance between the LEDs is large, the light flux is small and the protrusions (projections) cannot be increased. There is a problem that the firefly phenomenon cannot be completely eliminated. Further, as shown in FIG. 15C, the light L emitted from the LED 112 is scattered and reflected by the dots 121 on the back surface of the light guide plate 111, but has a component that is totally reflected on the front surface. Accordingly, the amount of light emitted obliquely outward from the surface of the light guide plate 111 cannot be increased. Therefore, in the prior art (III), there was a problem that the firefly phenomenon could not be improved by oblique observation. The condition of total reflection is θ1> arcsin (n0 / n1). θ1 is the incident angle on the surface side of the light guide plate 111, n0 is the refractive index of the atmosphere outside the light guide plate 111, and n1 is the refractive index of the light guide plate 111. Further, as shown in FIG. 17A, the protrusions (protrusions) 121 provided on the back surface of the light guide plate 111 between the LED 112 and the LED (not shown) are insufficient for the protrusions (protrusions) provided on the back surface of the light guide plate 111. There is also a technique for eliminating the firefly phenomenon by additionally arranging the convex portions 122 with a negative correlation with the luminance distribution. However, although the fireflies in frontal observation can be improved as shown in FIG. 17 (2), there is a problem that the fireflies cannot be improved as shown in FIG. 17 (3) in oblique observation.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a backlight for an optical element made to solve the above problems.
[0013]
The backlight for an optical element according to the present invention is an optical element including a light guide plate that reflects and scatters light between a front surface and a back surface to extract light from the front surface side, and a plurality of light sources provided at an end of the light guide plate. In the element backlight, a first light scattering region formed of a plurality of concave portions or convex portions formed on the back surface of the light guide plate, and a dark region of light emitted from the light source on the surface of the light guide plate are formed. A second light scattering region comprising a plurality of recesses or protrusions, wherein the recesses or protrusions of the second light scattering region are portions of the first light scattering region facing the second light scattering region. Are formed more than the number of concave portions or convex portions. Furthermore, a third light scattering area formed on the surface of the light guide plate at a position corresponding to a dark area of the light emitted from the light source and outside the display area of the optical element using the optical element backlight. It is provided with.
[0014]
The backlight for an optical element includes a second light scattering region including a plurality of concave portions or convex portions formed in a region serving as a dark portion of light emitted from the light source on the surface of the light guide plate. Since the concave portions or convex portions are formed more than the number of concave portions or convex portions of the first light scattering region portion facing the second light scattering region, conventionally, the light guide plate is formed by total reflection on the surface of the light guide plate. The light returned to the side is led out of the light guide plate. As a result, the area that has conventionally been a dark area becomes brighter, and uniform brightness can be obtained over the entire backlight and from all directions. Further, in the case where a third light scattering region formed on the surface of the light guide plate is provided in a region serving as a dark portion of the light emitted from the light source and outside the display region of the optical element using the optical element backlight, Further, the luminance in the oblique direction can be increased. For this reason, it is possible to further improve the brightness uniformity of the light beam emitted from the backlight surface as viewed from an oblique direction.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first embodiment of the backlight for an optical element according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a schematic configuration perspective view, and FIG. 1B shows a plan view.
[0016]
As shown in FIG. 1A, a backlight 1 for an optical element guides light between a light guide plate 11 and a front surface and a back surface of the light guide plate 11, and includes a plurality of light guides provided at an end of the light guide plate 11. And the light source 12 of FIG. The light guide plate 11 is formed of a material having a high light transmittance, for example, polymethyl methacrylic resin, and is formed thicker on the light source 12 side and thinner as the distance from the light source 12 increases. Alternatively, it may be formed in a flat plate shape having a uniform thickness. As the light source 12, a white light emitting diode is used.
[0017]
Although not shown, a first light scattering region (not shown) including a plurality of concave portions or convex portions is provided on the back surface of the light guide plate 11 as described with reference to FIG. Is formed. Further, a second light scattering region 22 composed of a plurality of concave portions or convex portions is provided in a region on the surface of the light guide plate 11 which is a dark portion of the light emitted from the light source 12 (a region indicated by hatching in FIG. 2B). Is formed. The number of concave portions or convex portions of the second light scattering region 22 is larger than the number of concave portions or convex portions of the first light scattering region portion facing the second light scattering region 22. Further, the second light scattering region 22 is provided at a position A corresponding to the display region of the optical element using the optical element backlight 1. In the following description, a concave portion or a convex portion is collectively called a dot. Further, the dark portion of the light refers to a region where the luminance is lower than the luminance of the peripheral region.
[0018]
Further, it is preferable that a reflection sheet (not shown) is formed on the back surface side of the light guide plate 11. In this way, by providing the reflection sheet, the amount of light leaked from the back surface side can be returned to the inside of the light guide plate 11, so that the light use efficiency can be improved.
[0019]
Next, the principle by which the fluorescent phenomenon is eliminated by providing the second light scattering region 22 on the surface side of the light guide plate 11 will be described below with reference to FIG. In FIG. 2, (1) shows the present invention, and (2) shows an example in which dots are formed only on the back side of the light guide plate.
[0020]
As shown in FIG. 2A, light L emitted from the light source 12 (12a, 12b) into the light guide plate 11 is scattered by the lower surface dots Dd, and the scattered light is extracted from the surface of the light guide plate 11 (light). L1). In addition, the light L emitted from the light source 12 into the light guide plate 11 is scattered by the dots Du on the surface side, and the scattered light is extracted from the surface of the light guide plate 11 (light L2). That is, the light L1 and the light L2 are added to each other, so that the insufficient luminance region is eliminated and the firefly phenomenon is eliminated. As a result, the luminance distribution on the backlight surface in the vicinity of the light source is substantially uniform as shown in FIG. A reflection sheet 13 is formed on the back surface of the light guide plate 11. By providing the reflection sheet 13 in this manner, the amount of light leaked from the back surface side can be returned to the inside of the light guide plate 11, so that the light use efficiency increases.
[0021]
On the other hand, as shown in FIG. 2B, in a conventional backlight in which dots are formed only on the rear surface of the light guide plate 11, light L emitted from the light sources 12 (12a, 12b) into the light guide plate 11 is used. Are scattered by the dots Dd on the back side, and the scattered light is extracted from the surface of the light guide plate 11 (light L1). However, of the light L emitted from the light source 12 into the light guide plate 11, the light L 2 directed toward the surface of the light guide plate 11 is reflected (total reflection) on the surface of the light guide plate 11, and travels inside the light guide plate 11 again. And cannot be taken out of the light guide plate 11. That is, only the light L1 can be extracted out of the light guide plate 11, so that the region with insufficient luminance cannot be eliminated, and thus the fluorescent phenomenon cannot be eliminated. As a result, as shown in FIG. 3 (2), the brightness distribution of the backlight surface near the light source has the maximum brightness near the light source and decreases as the distance from the light source increases. In short, uneven brightness occurs, which causes deterioration in the quality of the backlight.
[0022]
If the number of dots formed on the back surface of the light guide plate 11 is larger than the number of dots formed on the upper surface side of the light guide plate 11, a problem arises that the fluorescent phenomenon in oblique observation cannot be eliminated. For this reason, in the present invention, by arranging the number of dots formed on the front surface side of the light guide plate 11 larger than the number of dots formed on the back surface side of the light guide plate 11, the firefly phenomenon can be solved even from all directions. I made it.
[0023]
The reason why the fireflies in the prior arts (II) and (III) described in the section of the prior art cannot be eliminated in the case of oblique observation will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the amount of light flux is schematically indicated by the thickness of an arrow. That is, the thicker the arrow, the greater the amount of light flux.
[0024]
As shown in FIG. 4A, the light flux between the light sources 12 becomes sparse, and the light flux in front of the light source 12 becomes high density. For this reason, since the density of the light flux obliquely exiting from the surface of the light guide plate 11 becomes uneven, a fluorescent phenomenon occurs. Further, as shown in FIG. 4B, the fluorescent phenomenon on the front of the light source 12 is caused by unevenness of the light flux density of the light fluxes LA, LB, LC, LD, and LE emitted from the light guide plate 11. Further, the fluorescent phenomenon that can be confirmed by oblique observation is caused by unevenness of the light flux density of the light beams LF, LG, LH, LI, and LJ emitted from the light guide plate 11. Therefore, in order to eliminate the firefly phenomenon in oblique observation, it is necessary to increase the light flux density in oblique directions in addition to the front.
[0025]
In the prior art (III) described in the above prior art, as shown in FIG. 5A, a dot Dd is formed on the back surface of the light guide plate 11 between a light source 12 (12a, 12b) and a light source (not shown). However, even if the dots Dd on the back side are increased and arranged, the light is scattered on the back side of the light guide plate 11, so that the luminous flux on the front side can be increased and the fluorescent phenomenon on the front side can be eliminated. In the oblique azimuth, it is difficult to take out the light L in principle due to total reflection inside the light guide plate 11, so that the luminous flux in the oblique direction does not increase. Therefore, no effect is obtained in eliminating the firefly phenomenon in oblique observation. Further, in the prior art (II), a prism is formed on the light incident surface of the light guide plate 11 to disperse the light beam. Is difficult to resolve.
[0026]
On the other hand, according to the present invention, as shown in FIG. 5B, between the LED 12 and the LED (not shown), on the back surface of the light guide plate 11, as described with reference to FIG. And a first light scattering region 21 composed of a plurality of dots Dd. Further, a second light scattering region 22 including a plurality of dots Du is formed in a region on the surface of the light guide plate 11 which is a dark portion of the light emitted from the light source 12. The number of dots Du in the second light scattering region 22 is larger than the number of dots Dd in the first light scattering region 21 facing the second light scattering region 22. For this reason, the light L from the light source 12 is scattered by the second light scattering region 22. Thus, the front light flux can be increased by the scattered light Ls by the second light scattering region 22, so that the frontal fireflies can be eliminated and the light flux in the oblique direction can be increased. Moreover, a large amount of scattered light Ls can be obtained in the oblique direction. Therefore, the firefly phenomenon in oblique observation is eliminated.
[0027]
The elimination of the firefly phenomenon described above will be schematically described with reference to FIG. As shown in FIG. 6A, in the backlight 1 for an optical element of the present invention, the luminous fluxes of the luminous fluxes LB and LD emitted from the light guide plate 11 in the front direction of the light source 12 in the direction perpendicular to the surface thereof are: The light flux density of the light fluxes LA, LC, and LE emitted from the light guide plate 11 near the light source between the light source 12 and the light source in the direction perpendicular to the surface thereof is substantially equal. For this reason, the firefly phenomenon by the front observation was not recognized. The light flux density of the light beams LG and LI emitted obliquely to the surface from the light guide plate 11 in the front direction of the light source 12 is changed from the light guide plate 11 near the light source between the light sources 12 to the surface. The luminous fluxes LF, LH, and LJ emitted in oblique directions are almost equal to the luminous flux density. For this reason, no fireflies were observed due to observation from an oblique direction. This is because the provision of the second light-scattering region 22 increased the light flux emitted obliquely in addition to the light flux emitted perpendicular to the surface of the light guide plate 11.
[0028]
On the other hand, when the second light scattering region 22 is not provided and the number of dots in the first light scattering region 21 is increased, the light beam emitted from the light source 12 is emitted from the light guide plate 11 as shown in FIG. The luminous fluxes of the luminous fluxes LB and LD scattered by the first light scattering region 21 formed on the back surface and emitted from the light guide plate 11 in the front direction of the light source 12 in a direction perpendicular to the surface thereof are determined by the light source 12 and the light source 12. The light flux density of the light fluxes LA, LC, and LE emitted from the light guide plate 11 near the light source in the direction perpendicular to the surface between the light fluxes becomes substantially equal. For this reason, the firefly phenomenon by the front observation was not recognized. However, the luminous flux density of the light fluxes LG and LI emitted obliquely from the light guide plate 11 in the front direction of the light source 12 with respect to the surface thereof is changed from the light guide plate 11 near the light source between the light sources 12 to the surface. On the other hand, the luminous fluxes of the luminous fluxes LF, LH, and LJ emitted in oblique directions are larger than the luminous flux density. For this reason, fireflies were observed in the oblique direction. This is because, as described above, the light in the oblique direction reflected in the light guide plate 11 is totally reflected on the surface of the light guide plate 11, so that the number of light beams emitted in the oblique direction cannot be increased. Therefore, the present invention is significant in that the provision of the second light scattering region 22 can increase the amount of luminous flux emitted in the oblique direction in a region that has conventionally been a dark portion.
[0029]
Further, as shown in FIG. 7A, the backlight 1 for an optical element of the present invention has a first light scattering region 21 formed on the back surface of the light guide plate 11 and a second light scattering region 22 formed on the front surface. ing. The second light scattering region 22 is formed at a position corresponding to the display region of the optical element using the optical element backlight 1 and in a region serving as a dark portion of the light emitted from the light source 12. (For example, a concave portion or a convex portion). Now, FIG. 7 (2) shows the number of dots and the luminance distribution of the present invention in the AA line. FIG. 7C shows the number of dots and the luminance distribution of the comparative example.
[0030]
As shown in FIG. 7B, the number of dots Du formed in the second light scattering region 22 is equal to or larger than the number of dots Dd formed in the first light scattering region 21. In the luminance distribution at this time, dark portions are eliminated and luminance becomes substantially uniform. This tendency was the same when viewed from directly above (in front of) the backlight and also when viewed from an oblique direction. On the other hand, as shown in FIG. 7C, the number of dots Dd formed in the first light scattering region 21 is equal to or larger than the number of dots Du formed in the second light scattering region 22. When viewed from directly above (front of) the backlight, the brightness distribution at this time is such that dark portions are eliminated and brightness becomes substantially uniform as shown. However, although not shown, when viewed from an oblique direction of the backlight, luminance unevenness occurs, and the fluorescent phenomenon has not been eliminated. That is, in the present invention, the number of dots Du of the second light scattering region 22 formed in a region serving as a dark portion of light emitted from the light source 12 on the surface of the light guide plate 11 is increased with a negative correlation with luminance. ing. At this time, the number of dots Du of the second light scattering region 22 formed on the front surface side of the light guide plate 11 is equal to or equal to the number of dots Dd of the first light scattering region 21 formed on the back surface side of the light guide plate 11. By increasing the number of light beams, it is possible to increase the amount of luminous flux extracted in the oblique direction on the surface of the light guide plate 11, so that the firefly phenomenon can be eliminated even in oblique observation.
[0031]
Only in the region near the light source 12, the number of the dots Dd in the first light scattering region 21 is equal to or less than the number of the dots Du in the second light scattering region 22 because of the dots in the second light scattering region 22. Is eliminated or reduced, the dots Dd of the first light scattering region 21 in the sense of supplementing the scattering in the second light scattering region 22 may not be formed, or the second light scattering region 21 may not be formed. This is because a smaller number than the dots Du in the area 22 is sufficient.
[0032]
Further, depending on the size and shape of the light guide plate 11, the ratio of the number SDd of the dots Du in the second light scattering region 22 to the number SDd of the dots Dd in the first light scattering region 21 is adjusted within a range of SDu ≧ SDd. For example, it can be solved even when the firefly phenomenon is viewed from all directions, including when viewed from the front.
[0033]
As described with reference to FIG. 7B, it is not necessary that SDu ≧ SDd near the light source. For example, in the vicinity of the light source, there may be a case where SDu <SDd as shown in FIG.
[0034]
Next, as an embodiment according to the backlight for an optical element of the present invention, a case where the number of dots in the second light scattering region formed on the front surface side is limited but the fluorescent phenomenon is not eliminated. , FIG.
[0035]
As shown in FIG. 9A, the backlight for optical element 2 guides light between the light guide plate 11 and the front and back surfaces of the light guide plate 11, and includes a plurality of light guides provided at the end of the light guide plate 11. And the light source 12 of FIG. The light guide plate 11 is formed of a material having a high light transmittance, for example, polymethyl methacrylic resin, and is formed thicker on the light source 12 side and thinner as the distance from the light source 12 increases. Alternatively, it may be formed in a flat plate shape having a uniform thickness. As the light source 12, a white light emitting diode is used.
[0036]
On the back surface of the light guide plate 11, a first light scattering region 21 composed of a plurality of dots (concave portions or convex portions) is formed as described with reference to FIG. In addition, a plurality of dots (in the area corresponding to the display area of the optical element using the optical element backlight 2 on the surface of the light guide plate 11 and serving as the dark part of the light emitted from the light source 12) is provided. A second light scattering region 22 including a concave portion or a convex portion is formed. The number of dots in the second light scattering region 22 is larger than the number of dots in the first light scattering region facing the second light scattering region 22.
[0037]
Further, a third light scattering region 23 is formed on the surface of the light guide plate at a position corresponding to a region which becomes a dark part of the light emitted from the light source and outside the display region of the optical element using the optical element backlight. Have been. The third light scattering region 23 may be formed by a plurality of dots (concave portions or convex portions) in the same manner as the second light scattering region 22.
[0038]
Further, it is preferable that a reflection sheet (not shown) is formed on the back surface side of the light guide plate 11. In this way, by providing the reflection sheet, the amount of light leaked from the back surface side can be returned to the inside of the light guide plate 11, so that the light use efficiency can be improved.
[0039]
In the embodiment described with reference to FIG. 9 (1), as shown in FIG. 9 (2), the third light scattering region together with the second light scattering region 22 is provided on the surface of the light guide plate 11 in the optical element backlight 2. Since the number of dots 23 is increased, the number of dots on the light guide plate 11 is increased, and in particular, the scattered light Ls emitted in an oblique direction is increased, so that the fluorescent phenomenon can be surely eliminated. Also, the front light flux can be increased by the scattered light Ls by the third light scattering region 23, so that the frontal fire phenomenon can be eliminated. As described above, even when the fluorescent phenomenon cannot be eliminated only by the second light-scattering region 22, the provision of the third light-scattering region 23 allows the fluorescent light to be observed both when viewed from the front and obliquely. The phenomenon can be eliminated.
[0040]
In a backlight for an optical element, generally, when dots are added to the surface of a light guide plate, light scattering occurs due to the function of the dots, leading to a reduction in the brightness of the entire light guide plate. However, in the present invention, since a region having a low light intensity (refer to FIGS. 12 and 15 (1)) is originally targeted due to the directional characteristics of the LED, even if dots forming the light scattering region are added at a high density. In addition, there is a feature that the luminance characteristics of the surface light source are not largely affected. For example, in the case of a 1.5-inch two-light light guide plate, the decrease in luminance is only -0.9%, and has little effect on luminance uniformity (Unif). Table 1 shows the optical characteristics of the backlight 1 for an optical element of the present invention and the backlight for an optical element when dots are formed only on the back surface of a conventional light guide plate.
[0041]
[Table 1]

[0042]
The technique of the present invention having the configuration described above was applied to a backlight for an optical element having six light sources (white LEDs). The result is shown in FIG. FIG. 10 shows (1) a luminance distribution near the light source when viewed from the front of the optical element backlight, and (2) shows a luminance distribution near the light source when viewed from an oblique direction of the optical element backlight. Is shown. As a comparative example, FIG. 11 shows a luminance distribution of a backlight for an optical element in which a plurality of dots are formed only on the back surface of the light guide plate. FIG. 11 shows (1) a luminance distribution near the light source when viewed from the front of the optical element backlight, and (2) shows a luminance distribution near the light source when viewed from an oblique direction of the optical element backlight. Is shown.
[0043]
As shown in FIGS. 10 (1) and 10 (2), in the vicinity of the six white LEDs 1 to 6, even when viewed from the front of the optical element backlight, the optical element backlight is viewed from an oblique direction. Even in this case, the brightness between the white LEDs 1 to 6 does not become dark, and a substantially uniform brightness distribution is obtained over the entire area. On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 11A, in the vicinity of the six white LEDs 1 to 6, when viewed from the front of the backlight for the optical element, the brightness between the white LEDs 1 to 6 was observed. Is not darkened, and a substantially uniform luminance distribution is obtained over the entire region. However, as shown in FIG. 11B, in the vicinity of the six white LEDs 1 to 6, the oblique direction of the backlight for the optical element When viewed from above, the firefly phenomenon in which the brightness between each of the white LEDs 1 to 6 is darkened is noticeable, and the brightness distribution is uneven. As described above, the backlight for an optical element of the present invention can obtain a uniform luminance distribution, that is, has excellent quality.
[0044]
The dots formed on the light guide plate shown in the cross-sectional views of FIGS. 5, 9, 15, 15, etc. used in the above description are exaggerated for simplicity. The area where is formed is a fine uneven surface such as a ground glass surface. The shape of the unevenness may be, for example, a hemispherical shape such as a crater, a mortar shape, or the like, for example, a convex shape having a sharp corner (a mountain shape).
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the backlight for an optical element of the present invention, since the second light scattering region is provided in the region which was a dark region, the region which was conventionally a dark region becomes brighter, and the entire backlight region becomes brighter. In addition, uniform brightness can be obtained when viewed from all directions. Therefore, even if the distance between the light source and the light source adjacent to the light source is widened, the fluorescent phenomenon can be eliminated not only from the front but also from all directions, while maintaining the so-called narrow frame, so that a wide viewing angle is obtained. Can be secured, and luminance uniformity at high luminance can be obtained. Therefore, as the surface light source, it is possible to minimize the decrease in the center luminance and to eliminate the luminance unevenness occurring near the light source.
[0046]
According to the backlight for an optical element of the present invention, the third light scattering region is provided on the surface of the light guide plate in a region which is a dark portion of the light emitted from the light source and outside a display region of the optical element using the backlight for the optical device. Therefore, the luminance in the oblique direction can be further increased. For this reason, it is possible to further improve the brightness uniformity of the light beam emitted from the backlight surface as viewed from an oblique direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing showing a first embodiment of a backlight for an optical element of the present invention, (1) is a schematic perspective view, and (2) is a plan view.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the principle of eliminating the fireflies phenomenon by a second light scattering region.
FIG. 3 is a luminance distribution diagram of a backlight surface with respect to a position of a light source.
FIG. 4 is a schematic configuration perspective view for explaining the cause of the inability to eliminate the firefly phenomenon with the conventional technique in the case of oblique observation.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a principle of eliminating a firefly phenomenon by a second light scattering region.
FIG. 6 is a schematic configuration perspective view for explaining a principle of eliminating a firefly phenomenon by a second light scattering region.
FIG. 7 is a diagram illustrating a positional relationship between a second light scattering region and a first light scattering region, and a relationship between the number of dots and the luminance between the second light scattering region and the first light scattering region.
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the number of dots and the brightness of a second light scattering region and a first light scattering region.
FIGS. 9A and 9B are drawings showing a first embodiment of a backlight for an optical element according to the present invention, wherein FIG. 9A is a schematic configuration layout diagram, and FIG. 9B is a schematic configuration sectional view.
FIG. 10 is a luminance distribution diagram of a backlight surface with respect to a position of a light source according to the present invention.
FIG. 11 is a luminance distribution diagram of a backlight surface with respect to a position of a light source in a comparative example.
FIG. 12 is a directional characteristic diagram of luminous intensity of an LED.
FIG. 13 is a view for explaining a conventional technique, wherein (1) and (3) are schematic plan views, and (2) is a luminance distribution diagram.
FIG. 14 is a schematic plan view illustrating a conventional technique.
FIG. 15 is a view for explaining a conventional technique, wherein (1) is a schematic configuration plan view, (2) is a schematic configuration perspective view, and (3) is a schematic configuration cross-sectional view.
FIG. 16 is a plan view illustrating the effect of the prism.
FIG. 17 is a view for explaining a conventional technique, in which (1) is a schematic sectional view, and (2) and (3) are luminance distribution diagrams.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Backlight for optical elements, 11 ... Light guide plate, 12 ... Light source, 21 ... First light scattering area, 22 ... Second light scattering area

Claims

A light guide plate that reflects and scatters light between the front surface and the back surface and derives light from the front surface side,
In an optical element backlight including a plurality of light sources provided at the end of the light guide plate,
A first light scattering region including a plurality of concave portions or convex portions formed on the back surface of the light guide plate;
A second light scattering region including a plurality of concave portions or convex portions formed in a region serving as a dark portion of light emitted from the light source on the surface of the light guide plate,
The optical system according to claim 1, wherein the number of concave portions or convex portions of the second light scattering region is larger than the number of concave portions or convex portions of the first light scattering region facing the second light scattering region. Backlight for device.

2. The backlight for an optical element according to claim 1, wherein the second light scattering area is provided at a position corresponding to a display area of an optical element using the optical element backlight.

A light guide plate that reflects and scatters light between the front surface and the back surface and derives light from the front surface side,
In an optical element backlight including a plurality of light sources provided at the end of the light guide plate,
A first light scattering region including a plurality of concave portions or convex portions formed on the back surface of the light guide plate;
A second light scattering region including a plurality of concave portions or convex portions formed in a region serving as a dark portion of light emitted from the light source on the surface of the light guide plate;
A third light scattering region formed on a surface of the light guide plate at a position corresponding to a region which is a dark portion of light emitted from the light source and outside a display region of an optical element using the optical element backlight. ,
The optical system according to claim 1, wherein the number of concave portions or convex portions of the second light scattering region is larger than the number of concave portions or convex portions of the first light scattering region facing the second light scattering region. Backlight for device.