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JP2008066162A - Surface light source and liquid crystal display device - Google Patents

Surface light source and liquid crystal display device Download PDF

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JP2008066162A
JP2008066162A JP2006243694A JP2006243694A JP2008066162A JP 2008066162 A JP2008066162 A JP 2008066162A JP 2006243694 A JP2006243694 A JP 2006243694A JP 2006243694 A JP2006243694 A JP 2006243694A JP 2008066162 A JP2008066162 A JP 2008066162A
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Shunsuke Kimura
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】レーザーで明るさが均一な、液晶バックライト用の面光源を実現する。
【解決手段】本発明の面光源は、少なくとも1個のレーザーと導光板と少なくとも2個のレンズで構成される照明光学系を配置されるので、レーザーの偏光が維持され、液晶パネルで光を有効に利用することができ、明るい面光源を実現することができる。
複数のレーザーからの光線がロッドレンズ入射端面へ入射するように構成する。
このように構成することで、複数のレーザーが使用でき、明るさを向上することができる。また複数のレーザーをRGBの別な波長のレーザーとすることで、面光源をカラーにできる。
【選択図】図1
A surface light source for a liquid crystal backlight having a uniform brightness with a laser is realized.
The surface light source of the present invention is provided with an illumination optical system including at least one laser, a light guide plate, and at least two lenses, so that the polarization of the laser is maintained and light is transmitted by a liquid crystal panel. It can be used effectively and a bright surface light source can be realized.
Light beams from a plurality of lasers are configured to enter the rod lens incident end face.
With this configuration, a plurality of lasers can be used, and the brightness can be improved. Moreover, a surface light source can be made into a color by making a several laser into the laser of another wavelength of RGB.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、液晶パネルをその背面から照明する面光源および面光源を備えた液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a surface light source that illuminates a liquid crystal panel from its back surface and a liquid crystal display device including the surface light source.

薄型軽量で画像表示が可能な液晶表示装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやTV受像機などに広く用いられている。   Thin and light liquid crystal display devices capable of displaying images have rapidly spread due to price reduction and development of high image quality technology due to progress in manufacturing technology, and are widely used in monitors for personal computers and TV receivers.

液晶表示装置としては透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。   A transmissive liquid crystal display device is generally used as the liquid crystal display device. The transmissive liquid crystal display device includes a planar light source called a backlight, and forms an image by spatially modulating illumination light from the light source using a liquid crystal panel.

バックライトとしては、略線状光源である冷陰極管を用いて、薄板状の導光板の側面より入射する方式のものが良く用いられている。その基本構成を図5に示す。図5(a)は従来の冷陰極線管を用いたバックライトを出射面側から観察した上面図であり、図5(b)は断面図である。なお、図5(a)では後述のリフレクタ130を割愛して表示している。   As the backlight, a backlight that uses a cold cathode tube, which is a substantially linear light source, and is incident from the side surface of a thin light guide plate is often used. The basic configuration is shown in FIG. FIG. 5A is a top view of a backlight using a conventional cold cathode ray tube observed from the emission surface side, and FIG. 5B is a cross-sectional view. In FIG. 5A, a reflector 130 described later is omitted.

冷陰極線管120から射出し、導光板110の側面にある入射面111から入射された光は、対向する主面間で全反射を繰り返しながら伝播する。出射面112の対向面となる反射面113の表面には特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成して伝播する光の一部を出射させる様に構成する。この拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶パネル全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。導光板110の反射面113側に反射シート140を設けることにより、反射面から導光板外部に漏れる一部の光を導光板側に反射して光の損失を防止する。また、バックライトから出射する光の指向性を制御して所望の配光特性で液晶パネル(図示せず)を照明するために、導光板110の出射面112側に拡散フィルム、プリズムシートなどの光学フィルム150を設置するのが一般的である。   Light emitted from the cold cathode ray tube 120 and incident from the incident surface 111 on the side surface of the light guide plate 110 propagates while repeating total reflection between the opposing main surfaces. A part of the propagating light is emitted by forming a diffuse reflection layer or reflection unevenness having a specific density distribution and size on the surface of the reflection surface 113 which is the opposite surface of the emission surface 112. By appropriately setting the density distribution, the size distribution, etc. that form the diffuse reflection layer or the reflection unevenness, it is possible to perform almost uniform illumination over the entire surface of the liquid crystal panel. By providing the reflection sheet 140 on the reflection surface 113 side of the light guide plate 110, a part of light leaking from the reflection surface to the outside of the light guide plate is reflected to the light guide plate side to prevent light loss. In addition, in order to illuminate a liquid crystal panel (not shown) with desired light distribution characteristics by controlling the directivity of light emitted from the backlight, a diffusion film, a prism sheet, or the like is provided on the light exit surface 112 side of the light guide plate 110. The optical film 150 is generally installed.

このとき、冷陰極線管120を囲み導光板110の入射面111に向かって開口するリフレクタ130を設ける。これにより、冷陰極線管の発光する光を余すところ無く導光板に導くことが出来る。   At this time, a reflector 130 surrounding the cold cathode ray tube 120 and opening toward the incident surface 111 of the light guide plate 110 is provided. As a result, the light emitted from the cold cathode ray tube can be guided to the light guide plate without any excess.

更に最近、発光効率の高い発光ダイオード(以下LED)が開発され、これを液晶バックライト用の光源に用いることが提案されている。   More recently, light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) with high luminous efficiency have been developed, and it has been proposed to use them as light sources for liquid crystal backlights.

点光源であるLEDからバックライトとして使用可能な面状の発光を得る為の方法としては、多数のLEDを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法が一般的である。その一例を図6に示す。   As a method for obtaining planar light emission that can be used as a backlight from an LED that is a point light source, a method in which a large number of LEDs are arranged on an end surface of a light guide plate and light is directly input is generally used. An example is shown in FIG.

図6は発光素子自身に箱状の反射部材を備えたサイドエミッタ型と呼ばれるLED発光素子を用いた方式の構成を示す図であり、図6(a)は光源部を中心とした要部を示す部分断面図、図6(b)は光源部を導光板から観察した上面図である。なお図6(b)では透明な封止樹脂部を割愛して表示している。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a method using an LED light-emitting element called a side emitter type in which a light-emitting element itself is provided with a box-like reflecting member. FIG. 6A shows a main part centering on a light source part. FIG. 6B is a partial cross-sectional view showing the light source unit observed from the light guide plate. In FIG. 6B, the transparent sealing resin portion is omitted.

素子基板222上にLEDチップ221をボンディングし、その周囲に反射部材223を設け透明な封止樹脂224で封止し、接続電極225を設けて構成したサイドエミッタ型のLED素子220を基板270上に配列し接続して、光源部を構成する。   The LED chip 221 is bonded on the element substrate 222, the reflection member 223 is provided around the LED chip 221 and sealed with a transparent sealing resin 224, and the side emitter type LED element 220 configured by providing the connection electrode 225 is formed on the substrate 270. Are arranged and connected to form a light source unit.

この光源部を複数のサイドエミッタ型のLED素子220の開口部それぞれが導光板210の入射面211と近接して対向するように、フレーム260上に固定する。   The light source is fixed on the frame 260 so that the openings of the plurality of side-emitter LED elements 220 face each other in close proximity to the incident surface 211 of the light guide plate 210.

このように構成することにより、光源部を導光板と対向する所定の位置に安定に保持して出射した光を導光板に導くことが出来る。   With this configuration, the emitted light can be guided to the light guide plate while the light source unit is stably held at a predetermined position facing the light guide plate.

なお、図6において、240は反射シート、250は光学フィルムである。   In FIG. 6, 240 is a reflection sheet, and 250 is an optical film.

点光源であるLEDからバックライトとして使用可能な面状の発光を得る為の方法としては、多数のLEDを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法が一般的である。その他の例を図7に示す。   As a method for obtaining planar light emission that can be used as a backlight from an LED that is a point light source, a method in which a large number of LEDs are arranged on an end surface of a light guide plate and light is directly input is generally used. Another example is shown in FIG.

図7は高出力のLED素子を導光板側面に多数配置するバックライトの構成を示す図であり、図7(a)は光源部を中心とした要部を示す部分断面図、図7(b)は光源部を導光板から観察した上面図である。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a backlight in which a large number of high-power LED elements are arranged on the side surface of the light guide plate. FIG. 7A is a partial cross-sectional view showing the main part centering on the light source part. ) Is a top view of the light source section observed from the light guide plate.

LED素子520は、素子基板522とLEDチップ521と集光レンズ524から構成される。LED素子520は配線基板570の上に、直線状に多数配置される。反射部材523は断面がコの字で、集光レンズが挿入できるだけの穴がLED素子の数だけ開いている。多数直線状に並んだLED素子520と対向するように導光板510の入射面511が配置される。   The LED element 520 includes an element substrate 522, an LED chip 521, and a condenser lens 524. A large number of LED elements 520 are linearly arranged on the wiring board 570. The reflecting member 523 has a U-shaped cross section, and the number of holes for allowing the condenser lens to be inserted is the same as the number of LED elements. An incident surface 511 of the light guide plate 510 is disposed so as to face a large number of LED elements 520 arranged in a straight line.

なお、図7において、540は反射シート、550は光学フィルムである。また特許文献1では点光源であるLEDからの光をアスペクト比の大きい短形状の導光板入射端面に効率よくムラ無く導く構造が開示されている。   In FIG. 7, reference numeral 540 denotes a reflection sheet, and 550 denotes an optical film. Patent Document 1 discloses a structure that efficiently and uniformly guides light from an LED, which is a point light source, to an incident end surface of a short-shaped light guide plate having a large aspect ratio.

このように構成することで、LED素子からの光を導光板に導くことができる。
特開2004−235139号公報
By comprising in this way, the light from an LED element can be guide | induced to a light-guide plate.
JP 2004-235139 A

液晶パネルの入射側には偏光板が配置され、特定の偏光方向の光のみが使用される。冷陰極線管やLED素子からのランダムな偏光成分の光の約半分は使用されずに偏光板で吸収される。   A polarizing plate is disposed on the incident side of the liquid crystal panel, and only light having a specific polarization direction is used. About half of the light of the random polarization component from the cold cathode ray tube or the LED element is absorbed by the polarizing plate without being used.

偏光方向のそろったレーザーと照明光学系を使用することで偏光方向を維持でき、光の効率を向上させ、明るい液晶表示素子が得られることを筆者は見出した。   The author has found that the use of a laser with a uniform polarization direction and an illumination optical system can maintain the polarization direction, improve the light efficiency, and provide a bright liquid crystal display element.

本発明は、上記の問題を考慮し、レーザーを面光源に使用したときの光の均一性を向上させ、明るいレーザーを光源として用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display device using a bright laser as a light source by improving light uniformity when a laser is used as a surface light source.

上述した課題を解決するために、少なくとも1個のレーザーと、導光板と、少なくとも2個のレンズで構成される照明光学系を配置すればよいことを見出した。   In order to solve the above-described problems, it has been found that an illumination optical system including at least one laser, a light guide plate, and at least two lenses may be disposed.

本発明の面光源は、レーザーから射出する光束を導光板の入射端面の形状に拡大することを特徴とする。   The surface light source of the present invention is characterized in that the light beam emitted from the laser is expanded to the shape of the incident end face of the light guide plate.

レーザーから射出する光束の偏光方向と導光板の入射端面での偏光方向とが一致するようにする。   The polarization direction of the light beam emitted from the laser is made to coincide with the polarization direction at the incident end face of the light guide plate.

このようにすることで偏光方向が一致し、液晶パネルの面光源としたときに、光の効率が良い面光源が得られる。   In this way, a surface light source with good light efficiency can be obtained when the polarization directions coincide with each other and the surface light source of the liquid crystal panel is used.

導光板の入射端面での導光板に入射する光線の入射角は、導光板の射出面の法線方向から見たとき、導光板の入射端面の位置に依らず一定であるようにする。   The incident angle of the light beam incident on the light guide plate at the incident end surface of the light guide plate is made constant regardless of the position of the incident end surface of the light guide plate when viewed from the normal direction of the exit surface of the light guide plate.

このようにすることで導光板から射出する光線が、射出面内で均一となり、明るさムラの無い面光源が得られる。   By doing in this way, the light ray inject | emitted from a light-guide plate becomes uniform within an emission surface, and the surface light source without a brightness nonuniformity is obtained.

照明光学系は導光板側でテレセントリックな光学系とする。   The illumination optical system is a telecentric optical system on the light guide plate side.

このようにすることで導光板から射出する光線が、射出面内で均一となり、明るさムラの無い面光源が得られる。   By doing in this way, the light ray inject | emitted from a light-guide plate becomes uniform within an emission surface, and the surface light source without a brightness nonuniformity is obtained.

照明光学系のレンズはシリンドリカルレンズで構成される。   The lens of the illumination optical system is constituted by a cylindrical lens.

このように構成することでレーザーからの微小な円形の光束を効率よく細長い短形の入射端面に導くことができる。   With this configuration, a minute circular light beam from the laser can be efficiently guided to the elongated and short incident end face.

照明光学系はエクステンダーで構成され、エクステンダーの倍率はレーザーが射出する光束の径と導光板の入射端面の長さとの比であるようにする。   The illumination optical system is composed of an extender, and the magnification of the extender is set so as to be a ratio between the diameter of the light beam emitted by the laser and the length of the incident end face of the light guide plate.

このように構成することで、レーザーの微小な光束を大きな断面積の平行光線とすることができ、導光板の入射端面全体を照明できるので明るさムラの無い面光源が得られる。   With this configuration, the laser light beam can be made into a parallel light beam having a large cross-sectional area, and the entire incident end face of the light guide plate can be illuminated, so that a surface light source having no brightness unevenness can be obtained.

照明光学系はロッドレンズとリレー光学系で構成され、リレー光学系はロッドレンズの射出端面と導光板の入射端面が略共役関係にあり、リレー光学系を構成するレンズはシリンドリカルレンズで構成する。   The illumination optical system is composed of a rod lens and a relay optical system. The relay optical system has a substantially conjugate relationship between the exit end face of the rod lens and the entrance end face of the light guide plate, and the lens constituting the relay optical system is composed of a cylindrical lens.

このように構成することで、レーザーが持っている光量ムラをロッドレンズで均一化でき、明るさムラの無い面光源が得られる。   By configuring in this way, the light amount unevenness possessed by the laser can be made uniform by the rod lens, and a surface light source free from brightness unevenness can be obtained.

複数のレーザーからの光線がロッドレンズ入射端面へ入射するよう構成する。   Light beams from a plurality of lasers are configured to enter the rod lens incident end face.

このように構成することで、複数のレーザーの光をムラ無く混合することができ、明るい面光源ができる。またレーザーをRGBの違う波長を使うこともでき、面光源をカラーにすることができる。   By comprising in this way, the light of a some laser can be mixed uniformly, and a bright surface light source is made. Also, the laser can use different wavelengths of RGB, and the surface light source can be colored.

複数のレーザーとインテグレーターを構成する2個のマルチレンズアレイとフィールドレンズとで照明光学系を構成する。   An illumination optical system is composed of a plurality of lasers, two multi-lens arrays constituting the integrator, and a field lens.

このように構成することで、複数のレーザーの光をムラ無く混合することができ、明るい面光源ができる。またレーザーをRGBの違う波長を使うこともでき、面光源をカラーにすることができる。   By comprising in this way, the light of a some laser can be mixed uniformly, and a bright surface light source is made. Also, the laser can use different wavelengths of RGB, and the surface light source can be colored.

レーザーを照明光学系の光軸に対して回転させる微調整機構を持つ。   It has a fine adjustment mechanism that rotates the laser with respect to the optical axis of the illumination optical system.

このようにすることで液晶パネルが設定した偏光方向にレーザーの偏光方向を調整することができ、明るい面光源を実現できる。   By doing so, the polarization direction of the laser can be adjusted to the polarization direction set by the liquid crystal panel, and a bright surface light source can be realized.

本発明の面光源は、少なくとも1個のレーザーと導光板と少なくとも2個のレンズで構成される照明光学系を配置されるので、レーザーの偏光が維持され、液晶パネルで光を有効に利用することができ、明るい面光源を実現することができる。   In the surface light source of the present invention, an illumination optical system including at least one laser, a light guide plate, and at least two lenses is disposed, so that the polarization of the laser is maintained and light is effectively used in the liquid crystal panel. And a bright surface light source can be realized.

複数のレーザーからの光線がロッドレンズ入射端面へ入射するように構成する。   Light beams from a plurality of lasers are configured to enter the rod lens incident end face.

このように構成することで、複数のレーザーが使用でき、明るさを向上することができる。また複数のレーザーをRGBの別な波長のレーザーとすることで、面光源をカラーにできる。   With this configuration, a plurality of lasers can be used, and the brightness can be improved. Moreover, a surface light source can be made into a color by making a several laser into the laser of another wavelength of RGB.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本発明の面光源の実施の形態1における構成を図1に示す。
(Embodiment 1)
The configuration of the surface light source according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG.

図1は本発明の面光源の実施の形態1における構成を示す構成図である。レーザー101からの光束はエクステンダーで拡大され、大きな光束に変換されて、導光板に入射する。エクステンダーは照明光学系レンズ201と照明光学系レンズ202で構成される。照明光学系レンズ201と照明光学系レンズ202の焦点距離の比が拡大率となる。この拡大率は、レーザー101から出射する光束の径を導光板501の入射端面502の長さに拡大するのに必要な率である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the surface light source according to Embodiment 1 of the present invention. The light beam from the laser 101 is expanded by the extender, converted into a large light beam, and incident on the light guide plate. The extender includes an illumination optical system lens 201 and an illumination optical system lens 202. The ratio of the focal lengths of the illumination optical system lens 201 and the illumination optical system lens 202 is the enlargement ratio. This enlargement ratio is a ratio necessary for expanding the diameter of the light beam emitted from the laser 101 to the length of the incident end face 502 of the light guide plate 501.

またレーザー101の光束は略円形であり、導光板501の入射端面502は短形であるので、円形を短形に変換するために、照明光学系レンズ201と照明光学系レンズ202はシリンドリカルレンズで構成されることが望ましい。   Since the light beam of the laser 101 is substantially circular and the incident end face 502 of the light guide plate 501 is short, the illumination optical system lens 201 and the illumination optical system lens 202 are cylindrical lenses in order to convert the circular shape into a short shape. Desirably configured.

レーザー101からは平行な光線が射出され、照明光学系レンズ201で集光される。集光される位置は照明光学系レンズ201から照明光学系レンズ201の焦点距離分だけ離れたところである。照明光学系レンズ202は照明光学系レンズ201の焦点位置より照明光学系レンズ202の焦点距離分はなれた位置に配置する。このように配置することでレーザーからの平行な光線は拡大されて、導光板501の入射端面502に入射する。その入射角は、入射端面502の位置に依らず、一定、すなわち平行となる。導光板501の入射端面502に入射した光線は、出射面503から出射する。   Parallel light beams are emitted from the laser 101 and collected by the illumination optical system lens 201. The focused position is away from the illumination optical system lens 201 by the focal length of the illumination optical system lens 201. The illumination optical system lens 202 is disposed at a position separated from the focal position of the illumination optical system lens 201 by the focal length of the illumination optical system lens 202. By arranging in this way, parallel light rays from the laser are expanded and incident on the incident end face 502 of the light guide plate 501. The incident angle is constant, that is, parallel regardless of the position of the incident end face 502. Light rays that have entered the incident end surface 502 of the light guide plate 501 are emitted from the emission surface 503.

このようにレーザーの微小な面積から射出する平行光線が大きな面積に変換されて導光板501の入射端面502に入射するために、照明ムラの無い均一な面光源ができる。また照明光学系で偏光を乱さないために、光の効率の良い面光源を実現できる。   In this way, since parallel light beams emitted from a small area of the laser are converted into a large area and are incident on the incident end face 502 of the light guide plate 501, a uniform surface light source without illumination unevenness can be formed. In addition, since the illumination optical system does not disturb polarization, a surface light source with high light efficiency can be realized.

(実施の形態2)
図2は、本発明の面光源の実施の形態2における構成を示す構成図である。レーザー101から射出した平行光線は、集光レンズ106で集光される。集光する位置はロッドレンズ301の入射側端面近傍である。ロッドレンズ301の端面の形状は矩形である。ロッドレンズ301の内部で多重反射を繰り返し、ロッドレンズ301の射出端面より射出する。ロッドレンズ301の射出端面では射出端面形状と同じ形状の矩形で光量が均一な光が射出する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the surface light source according to Embodiment 2 of the present invention. The parallel rays emitted from the laser 101 are collected by the condenser lens 106. The condensing position is near the incident side end face of the rod lens 301. The shape of the end surface of the rod lens 301 is a rectangle. Multiple reflections are repeated inside the rod lens 301 and emitted from the exit end face of the rod lens 301. The exit end face of the rod lens 301 emits light having a uniform shape and a rectangular shape that is the same as the exit end face shape.

ロッドレンズ301の射出端面の光束を導光板501に導くのがリレーレンズである。リレーレンズは照明光学系レンズ203,204,205で構成される。リレーレンズでロッドレンズ301の射出端面と導光板501の入射端面502とが共役になるように配置する。このようにすることで、効率よく光を導くことができる。   It is the relay lens that guides the light beam on the exit end face of the rod lens 301 to the light guide plate 501. The relay lens includes illumination optical system lenses 203, 204, and 205. The relay lens is disposed so that the exit end face of the rod lens 301 and the entrance end face 502 of the light guide plate 501 are conjugated. By doing so, light can be efficiently guided.

照明光学系レンズ203,204,205は両側テレセントリックになるよう構成されたシリンドリカルレンズであり、ロッドレンズ301の射出端面からの光は導光板501の入射端面502に導かれる。   The illumination optical system lenses 203, 204, and 205 are cylindrical lenses configured to be telecentric on both sides, and light from the exit end face of the rod lens 301 is guided to the entrance end face 502 of the light guide plate 501.

このようにレーザーの微小な面積から射出する平行光線がロッドレンズ301で多重反射されながら混合され、さらに大きな面積に変換されて導光板501に入射するために、照明ムラの無い均一な面光源ができる。   In this way, parallel light beams emitted from a minute area of the laser are mixed while being multiple-reflected by the rod lens 301, converted into a larger area and incident on the light guide plate 501, so that a uniform surface light source without illumination unevenness is obtained. it can.

(実施の形態3)
図3は、本発明の面光源の実施の形態3における構成を示す構成図である。レーザー101から射出した平行光線は、集光レンズ106で集光される。集光する位置はロッドレンズ302の入射側端面近傍である。レーザー102から射出した平行光線は、集光レンズ106で集光される。集光する位置はロッドレンズ302の入射側端面近傍である。レーザー103から射出した平行光線は、集光レンズ106で集光される。集光する位置はロッドレンズ302の入射側端面近傍である。ロッドレンズ302の端面の形状は矩形である。ロッドレンズ302の内部で多重反射を繰り返し、ロッドレンズ302の射出端面より射出する。ロッドレンズ302の射出端面では射出端面形状と同じ形状の矩形で光量が均一な光が射出する。照明光学系レンズ203,204,205は両側テレセントリックになるよう構成され、ロッドレンズ302の射出端面からの光は導光板501の入射端面502に導かれる。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the surface light source according to Embodiment 3 of the present invention. The parallel rays emitted from the laser 101 are collected by the condenser lens 106. The condensing position is near the incident side end face of the rod lens 302. The parallel light beams emitted from the laser 102 are collected by the condenser lens 106. The condensing position is near the incident side end face of the rod lens 302. The parallel light beams emitted from the laser 103 are collected by the condenser lens 106. The condensing position is near the incident side end face of the rod lens 302. The shape of the end surface of the rod lens 302 is a rectangle. Multiple reflections are repeated inside the rod lens 302 and emitted from the exit end face of the rod lens 302. The exit end face of the rod lens 302 emits light having a uniform shape and a rectangular shape that is the same as the exit end face shape. The illumination optical system lenses 203, 204, and 205 are configured to be telecentric on both sides, and light from the exit end face of the rod lens 302 is guided to the entrance end face 502 of the light guide plate 501.

このように複数のレーザーの微小な面積から射出する平行光線がロッドレンズ302で多重反射されながら混合され、さらに大きな面積に変換されて導光板に入射するために、照明ムラの無い均一な面光源ができる。複数のレーザーの出力を混合できるために、光量を大きくすることもできるし、RGBの波長の違うレーザーを使用することでカラー表示ができる。   In this way, parallel light beams emitted from a small area of a plurality of lasers are mixed while being multiple-reflected by the rod lens 302, converted into a larger area and incident on the light guide plate, so that a uniform surface light source without uneven illumination is obtained. Can do. Since the output of a plurality of lasers can be mixed, the amount of light can be increased, and color display can be performed by using lasers having different RGB wavelengths.

(実施の形態4)
図4は、本発明の面光源の実施の形態4における構成を示す構成図である。光源の光の強度ムラを低減するインテグレーターを構成するように2枚のマルチレンズアレイを配置する。レーザー101から射出した平行光線は、対応するマルチレンズアレイ401で集光される。集光する位置はマルチレンズアレイ402の近傍である。マルチレンズアレイ402で光線の向きが変えられ、光束の中心は導光板501の入射端面502の中心に向かう。マルチレンズアレイ402を射出する光は発散しており、入射端面502の全体を照明する。このように配置することでインテグレーターが構成される。照明光学系レンズ206はマルチレンズアレイ402から射出する発散光を平行にする。この照明光学系レンズ206はフィールドレンズの役割を持っている。レーザー102〜105から射出した平行光線もレーザー101と同様に導光板入射端面を照明する。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the surface light source according to Embodiment 4 of the present invention. Two multi-lens arrays are arranged so as to constitute an integrator that reduces unevenness of light intensity of the light source. Parallel light beams emitted from the laser 101 are collected by the corresponding multi-lens array 401. The condensing position is near the multi-lens array 402. The direction of the light beam is changed by the multi-lens array 402, and the center of the light beam is directed to the center of the incident end face 502 of the light guide plate 501. The light emitted from the multi-lens array 402 diverges and illuminates the entire incident end face 502. By arranging in this way, an integrator is configured. The illumination optical system lens 206 collimates the divergent light emitted from the multi-lens array 402. This illumination optical system lens 206 has a role of a field lens. Similarly to the laser 101, the parallel light beams emitted from the lasers 102 to 105 illuminate the incident end face of the light guide plate.

このように複数のレーザーの微小な面積から射出する平行光線がマルチレンズアレイ401および402で混合され、さらに大きな面積に変換されて導光板501に入射するために、照明ムラの無い均一な面光源ができる。複数のレーザーの出力を混合できるために、光量を大きくすることもできるし、RGBの波長の違うレーザーを使用することでカラー表示ができる。   In this way, the parallel light beams emitted from the minute areas of the plurality of lasers are mixed by the multi-lens arrays 401 and 402, converted into a larger area and incident on the light guide plate 501, and therefore, a uniform surface light source without uneven illumination. Can do. Since the output of a plurality of lasers can be mixed, the amount of light can be increased, and color display can be performed by using lasers having different RGB wavelengths.

なお、上記各実施の形態において、レーザーを照明光学系の光軸に対して回転させる微調整機構を設けて、レーザーの偏光方向を液晶パネルが設定した偏光方向に合わせるように微調整することにより、より明るい面光源を実現できる。   In each of the above embodiments, a fine adjustment mechanism for rotating the laser with respect to the optical axis of the illumination optical system is provided, and fine adjustment is performed so that the polarization direction of the laser matches the polarization direction set by the liquid crystal panel. A brighter surface light source can be realized.

本発明の面光源、及び液晶表示装置は、レーザーより偏光方向の揃った、均一な明るさの光を取り出すという効果を有し、液晶モニターや特に色再現性が要求される液晶テレビなどに有用である。   The surface light source and the liquid crystal display device of the present invention have the effect of extracting light of uniform brightness with a uniform polarization direction from a laser, and are useful for liquid crystal monitors and particularly liquid crystal televisions that require color reproducibility. It is.

本発明の実施の形態1における面光源の構成を示す構成図The block diagram which shows the structure of the surface light source in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における面光源の構成を示す構成図The block diagram which shows the structure of the surface light source in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における面光源の構成を示す構成図The block diagram which shows the structure of the surface light source in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における面光源の構成を示す構成図The block diagram which shows the structure of the surface light source in Embodiment 4 of this invention. 従来の冷陰極線管を用いたエッジ入力型バックライトを示す上面図および断面図Top view and sectional view showing an edge input type backlight using a conventional cold cathode ray tube 従来のサイドエミッタ型LED光源素子を用いたエッジ入力型バックライトを示す要部断面図および光源部を導光板側から観察した上面図Cross-sectional view of a main part showing an edge input type backlight using a conventional side emitter LED light source element, and a top view of the light source part observed from the light guide plate side 従来の高出力型LED光源素子を用いたエッジ入力型バックライトを示す要部断面図および光源部を導光板側から観察した上面図Cross-sectional view of the main part showing an edge-input type backlight using a conventional high-power LED light source element and a top view of the light source unit observed from the light guide plate side

符号の説明Explanation of symbols

101〜105 レーザー
106、524 集光レンズ
110、210、510 導光板
111、211、511 入射面
112 出射面
113 反射面
120 冷陰極線管
130 リフレクタ
140、540 反射シート
150、550 光学フィルム
201〜206 照明光学系レンズ
220、520 LED素子
221、521 LEDチップ
222、522 素子基板
223、523 反射部材
224 封止樹脂
225 接続端子
260 フレーム
270、570 配線基板
301、302 ロッドレンズ
401、402 マルチレンズアレイ
501 導光板
502 入射端面
503 出射面
101-105 Laser 106, 524 Condenser lens 110, 210, 510 Light guide plate 111, 211, 511 Incident surface 112 Emission surface 113 Reflective surface 120 Cold cathode ray tube 130 Reflector 140, 540 Reflective sheet 150, 550 Optical film 201-206 Illumination Optical lens 220, 520 LED element 221, 521 LED chip 222, 522 Element substrate 223, 523 Reflective member 224 Sealing resin 225 Connection terminal 260 Frame 270, 570 Wiring substrate 301, 302 Rod lens 401, 402 Multi lens array 501 Optical plate 502 Entrance end face 503 Exit face

Claims (11)

少なくとも1個のレーザーと、
入射端面および射出面を有する導光板と、
少なくとも2個のレンズで構成される照明光学系とを備え、
前記照明光学系は前記レーザーから射出する光束を前記入射端面の形状に拡大して前記入射端面に入射する機能を有することを特徴とする面光源。
At least one laser;
A light guide plate having an entrance end face and an exit face;
An illumination optical system composed of at least two lenses,
The surface light source characterized in that the illumination optical system has a function of expanding a light beam emitted from the laser into the shape of the incident end face and entering the incident end face.
前記レーザーから射出する光束の偏光方向と前記入射端面での偏光方向とが一致することを特徴とする請求項1記載の面光源。 2. The surface light source according to claim 1, wherein a polarization direction of a light beam emitted from the laser coincides with a polarization direction at the incident end face. 前記入射端面に入射する光線の入射角は、前記射出面の法線方向から見たとき、前記入射端面の位置に依らず一定であることを特徴とする請求項1記載の面光源。 2. The surface light source according to claim 1, wherein an incident angle of a light beam incident on the incident end face is constant regardless of a position of the incident end face when viewed from a normal direction of the exit surface. 前記照明光学系は前記導光板側でテレセントリックであることを特徴とする請求項1記載の面光源。 2. The surface light source according to claim 1, wherein the illumination optical system is telecentric on the light guide plate side. 前記照明光学系のレンズはシリンドリカルレンズで構成されていることを特徴とする請求項1記載の面光源。 The surface light source according to claim 1, wherein the lens of the illumination optical system is constituted by a cylindrical lens. 前記照明光学系はエクステンダーで構成され、前記エクステンダーの拡大率は、ほぼ前記レーザーから射出する光束の径と前記導光板の入射端面の長さとの比であることを特徴とする請求項1記載の面光源。 The said illumination optical system is comprised with the extender, The expansion ratio of the said extender is a ratio of the diameter of the light beam inject | emitted from the said laser, and the length of the incident end surface of the said light-guide plate, The said 1st aspect is characterized by the above-mentioned. Surface light source. 前記照明光学系はロッドレンズとリレー光学系とで構成され、前記リレー光学系は前記ロッドレンズの射出端面と前記導光板の入射端面が略共役関係にあり、前記リレー光学系を構成するレンズはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項1記載の面光源。 The illumination optical system is composed of a rod lens and a relay optical system, and the relay optical system has a substantially conjugate relationship between the exit end face of the rod lens and the entrance end face of the light guide plate, and the lenses constituting the relay optical system are 2. The surface light source according to claim 1, wherein the surface light source is a cylindrical lens. 複数のレーザーからの光線が前記ロッドレンズの入射端面へ入射することを特徴とする請求項7記載の面光源。 The surface light source according to claim 7, wherein light beams from a plurality of lasers are incident on an incident end face of the rod lens. 前記レーザーが、複数のレーザーで構成され、
前記照明光学系が、インテグレーターを構成する2個のマルチレンズアレイと、
フィールドレンズとで構成されたことを特徴とする請求項1記載の面光源。
The laser is composed of a plurality of lasers,
The illumination optical system includes two multi-lens arrays constituting an integrator;
The surface light source according to claim 1, comprising a field lens.
前記レーザーを前記照明光学系の光軸に対して回転させる微調整機構を備えたことを特徴とする請求項8又は請求項9記載の面光源。 10. The surface light source according to claim 8, further comprising a fine adjustment mechanism for rotating the laser with respect to the optical axis of the illumination optical system. 請求項1乃至請求項10に記載の面光源を備えたことを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device comprising the surface light source according to claim 1.
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