JP4584116B2 - 点光源バックライト - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられる点光源バックライトに関する。

従来、液晶表示装置等に用いられるバックライトには、側端面に入光面、上面に前記側端面にほぼ直交する発光面を有する導光板と、前記入光面に向けて光を出射する光源と、を備えた、いわゆるサイドライト型のバックライトがある。
上記バックライトの光源には、冷陰極管等やＬＥＤ等が用いられているが、このうち、ＬＥＤを光源として用いたバックライトは、冷陰極管のものと比較して長寿命でかつ消費電力が少ないため、近年主流になりつつある。

上記バックライトの光源として用いるＬＥＤは、点光源であるので、多数のＬＥＤを入光面に対向させて配列して用いられる。このため、それぞれのＬＥＤの間に輝度の差が生じやすく、導光板に出射される光の輝度が不均一となる場合がある。導光板に出射される光の輝度が不均一であると、前記導光板の発光面において、周囲よりも輝度が低く暗く見える暗部が生じる。
このようにバックライトの発光面に暗部が現れると、液晶表示装置の画面上に輝度差が生じ、その画面品位が損なわれる。このためこの種のバックライトでは、発光面全体で輝度分布が均一な発光品位の高いものが要求されている。
そこで、隣接するＬＥＤのピッチ寸法を狭めることで、導光板に出射される光の輝度をできるだけ均一にし、発光面における発光品位を向上させる試みがなされていた（例えば、特許文献１）。

特開２０００−２５８７４９号公報（図１，４）

しかし、上記従来例のバックライトでは、発光面における発光品位を向上させることができるが、ＬＥＤのピッチ寸法を狭めるため、必要となるＬＥＤの個数が多くなり、コスト高となるという問題を有していた。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ＬＥＤ（点光源）のピッチ寸法を狭めずとも発光面の輝度分布が均一な高い発光品位を得ることができる点光源バックライトを提供することを目的とする。

本発明者は、発光面の輝度分布を均一化させて高い発光品位を実現化した点光源バックライトを開発すべく、鋭意研究を重ねていた。その過程で、点光源と導光板との間に配設される反射板、及び導光板の反射面に着目し、これらの形状や特性によって発光面の発光品位を向上できないかと考え、種々の実験研究を行った。その結果、これら反射板及び反射面を好適に設定することで、点光源のピッチ寸法を狭めることなく、発光面の輝度分布を均一化できることを見いだし、本発明を完成した。

すなわち、本発明に係る点光源バックライトは、側端面に入光面、上面に前記側端面にほぼ直交する発光面、及び該発光面に対向する下面に反射面を有する導光板と、前記入光面に向けて光を出射するように並設された複数の点光源と、前記入光面と前記点光源との間の隙間の下方を覆うとともに前記点光源側に向く内側面に下部反射面を有する下部反射板と、前記入光面と前記点光源との間の隙間の上方を覆うとともに前記点光源側に向く内側面に上部反射面を有する上部反射板と、を備える。前記下部反射板の前記下部反射面が正反射性を有するとともに、前記上部反射板の前記上部反射面及び前記導光板の前記反射面が拡散反射性を有している。前記導光板の前記反射面は、上面が拡散反射性を有するとともに前記点光源側の端部が前記導光板の前記入光面よりも前記点光源側へ突出した状態で前記導光板の下面を覆うように配置された反射板によって構成されている。そして、前記上部反射板の前記上部反射面に対向する位置に、前記下部反射部材の前記下部反射面及び前記反射板が配置されている。

上記の構成によれば、下部反射面を正反射性とし、導光板の反射面を拡散反射性とすることで、点光源から出射される光を好適に導光板の入光面に導くとともに、導光板内部における光の反射特性を改善することができる。このため、点光源のピッチ寸法を狭めることなく発光面の輝度分布をより均一化することができ、発光品位を高めることができる。
また特に、上記の構成によって、発光面における入光面側の端部付近に輝度の低い部分が現れるのを有効に抑制することができる。

上記点光源バックライトにおいて、前記入光面と前記点光源との間の隙間の上方を覆うとともに前記点光源側に向く内側面に上部反射面を有する上部反射板を備え、この上部反射面が拡散反射性を有している。この構成によれば、点光源から出射される光をより好適に入光面に導くことができ、発光面における入光面側の端部付近に現れる暗部の発生を効果的に抑制できる。

また、前記入光面は、平滑面に仕上げられていることが好ましく、この場合、点光源から出射される光を効率よく導光板内部に導くことができる。

また、上記点光源バックライトにおいて、前記導光板の前記反射面は、上面が拡散反射性を有するとともに前記点光源側の端部が前記導光板の前記入光面よりも前記点光源側へ突出した状態で前記導光板の下面を覆うように配置された反射板によって構成されている。
この構成によれば、前記反射板を導光板から突出させることで、入光面付近の光の反射特性を好適なものにでき、発光面における入光面側の端部付近に現れる暗部の発生をより効果的に抑制することができる。

また、上記点光源バックライトにおいて、前記入光面と前記点光源との間隔は、前記複数の点光源の内、互いに隣り合う点光源同士からそれぞれ出射される光が前記入光面において互いに重なるように設定されていてもよく、この場合、導光板の入光面に対して出射される光の輝度の分布が均一となるので、発光面の輝度分布をより均一化することができる。

以上のように、本発明によれば、点光源のピッチ寸法を狭めずとも発光面の輝度分布が均一な高い発光品位を得ることができる点光源バックライトを提供することができる。

次に、本発明に係る点光源バックライトの好ましい実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、点光源にＬＥＤを用いたＬＥＤバックライトに対して本発明を適用した場合を例示して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤバックライトの構造を示す断面図である。このＬＥＤバックライト１は、例えば液晶表示装置の背面側に配置されるバックライトとして用いられるものであり、一方側の側端面に入光面２ａ、上面に発光面２ｂを有する導光板２と、入光面２ａに向けて光を出射する点光源としてのＬＥＤ３が複数実装された基板４とを備えており、いわゆるサイドライト型のバックライトを構成している。

導光板２は、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂を射出成形して断面楔型に形成されており、発光面２ｂに対向する下面２ｃには、この下面２ｃを覆うように配置された反射板６が配置されている。この反射板６は、上面に拡散反射性を有する反射シート６ａが敷設されている。このため、反射板６の上面は、拡散反射性を有している。このように拡散反射性を有する反射板６で下面２ｃを覆うことで、下面２ｃに拡散反射性が付与されており、下面２ｃは、拡散反射性を有する反射面を構成している。また、反射板６は、その基板４側の端部が導光板２の入光面２ａよりも基板４側へ突出する突出部Ｕが形成されるように、導光板２の下面２ｃに配置されている。
発光面２ｂの上方には、プリズムシート等の光学シート（図示せず）を介在させて、液晶表示装置（図示せず）が配置される。

基板４は、入光面２ａに対して所定の間隔Ｑを空けて、ＬＥＤ３が入光面２ａに向くように対向配置されている。図２は、ＬＥＤバックライト１を上方視したときの導光板２と基板４の配置を示した模式図である。図のように、ＬＥＤ３は、基板４上に所定のピッチ幅Ｐで、入光面２ａの長手方向に沿って並設されている。

図１に戻って、当該ＬＥＤバックライト１は、さらに、導光板２における入光面２ａ側の下端と、基板４の下端との間の隙間を覆うことで、入光面２ａとＬＥＤ３との間の隙間の下方を覆う下部反射板７と、導光板２における入光面２ａ側の上端と、基板４の上端との間の隙間を覆うことで、入光面２ａとＬＥＤ３との間の隙間の上方を覆う上部反射板８と、を備えている。下部反射板７のＬＥＤ３側に向く内側面には、正反射性を有する反射シート９が敷設されており、ＬＥＤ３の光を反射するための下部反射面７ａを構成している。また、上部反射板８のＬＥＤ３側に向く内側面には、拡散反射性を有する反射シート１０が敷設されており、ＬＥＤ３の光を反射するための上部反射面８ａを構成している。

上記の構成によって、ＬＥＤ３から出射される光は、導光板２の入光面２ａから導光板２の内部に導かれる。導光板２の内部に導かれた光は、発光面２ｂと、この発光面２ｂに対向する下面２ｃとの間で繰り返し反射することでその内部に伝搬する。そして、発光面２ｂにおける反射の際に、臨界角以下の光成分が発光面２ｂから出射することで発光面２ｂが発光する。
このため、導光板２の入光面２ａは、平滑面に仕上げられていることが好ましい。この入光面２ａが、粗面であると、導光板２に入射される光が入光面２ａで拡散され、発光面２ｂにおける入光面２ａ側の端部付近の輝度が乱され、発光面２ｂの発光品位を低下させる恐れがある。入光面２ａを平滑面に仕上げることで、ＬＥＤ３から出射される光を効率よく導光板２内部に導くことができる。

図２においては、ＬＥＤバックライト１を上方視したときの導光板２と基板４の配置を示すとともに、ＬＥＤ３から入光面２ａに向けて出射される光の指向角の態様を模式的に示している。図中、破線で示した領域は、各ＬＥＤ３から出射される光の領域を示している。本実施形態のＬＥＤバックライト１は、互いに隣り合うＬＥＤ３同士からそれぞれ出射される光が入光面２ａに到達する際に互いに重なることで生じる重なり部Ｋが生じるように、ＬＥＤ３が実装された基板４と入光面との間隔Ｑが設定されている。このとき、ＬＥＤ３のピッチ幅Ｐの値は、この種のＬＥＤバックライトとしての一般的な値に設定されている。
このようにすることで、導光板２の入光面２ａに対して出射される光の輝度の分布が均一となるので、発光面２ｂの輝度分布をより均一化することができる。
なお、上記の重なり部Ｋは、当該ＬＥＤバックライト１に用いたＬＥＤの設計値に基づいて算出される。この種のバックライトに用いられるＬＥＤの発する光の指向角の設計値は通常１００〜１３０°程度であるので、上記のように設定することで、間隔Ｑの幅寸法の好ましい上限値は２．５ｍｍ、好ましい下限値は３．５ｍｍ程度となる。上記重なり部Ｋは、間隔Ｑを極端に大きく設定すれば得られるものであるが、本実施形態のように、間隔Ｑを必要最小限とすることで、当該ＬＥＤバックライト１が大型化するのを抑制できる。

上記のように構成された本実施形態のＬＥＤバックライト１によれば、下部反射面７ａを正反射性とし、導光板２の下面２ｃを拡散反射性とすることで、ＬＥＤ３から出射される光を好適に導光板２の入光面２ａに導くとともに、導光板２内部における光の反射特性を改善することができる。このため、ＬＥＤ３のピッチ寸法を狭めることなく発光面２ｂの輝度分布をより均一化することができ、発光品位を高めることができる。
また特に、上記の構成によって、発光面２ｂにおける入光面２ａ側の端部付近に輝度の低い部分が現れるのを有効に抑制することができる。

また、上記ＬＥＤバックライト１において、上部反射面８ａが拡散反射性とされており、これによって、ＬＥＤ３から出射される光を、より好適に入光面２ａに導くことができ、発光面２ｂにおける入光面２ａ側の端部付近に現れる暗部の発生を効果的に抑制できる。

またさらに、上記ＬＥＤバックライト１において、反射板６は、その基板４側の端部が導光板２の入光面２ａよりも基板４側へ突出する突出部Ｕが形成されるように配置されており、これによって、入光面２ａの下部に、拡散反射性を有する突出部Ｕの上面部Ｕ１を設けることができる。この拡散反射性を有する上面部Ｕ１によって、入光面２ａ付近の光の反射特性を好適なものにでき、発光面２ｂにおける入光面側の端部付近に現れる暗部の発生をより効果的に抑制することができる。
なお、この突出部Ｕの入光面２ａに対する突出量ｕは、図１に示すＬＥＤ３の上端から設計値による光の指向角に基づいて延ばされた破線Ｆが、上面部Ｕ１に交差しない範囲で設定されることが好ましい。破線Ｆが上面部Ｕ１に交差する状態となるまで突出量ｕを大きく設定すると、発光面２ｂにおける入光面直近に輝度が極端に大きい明線が生じ、発光品位が低下する。
また、逆に下部反射面７ａを導光板の入光面２ａよりも突出させた場合（突出量ｕが負の値となる場合）、入光面２ａと下面２ｃとが成す稜線が発光面２ｂに明線となって現れ、発光品位が低下する。

次に、本発明者が行った、本発明のＬＥＤバックライトに係る発光品位について実験的に測定、評価を行った検証試験について説明する。本試験において、実施例品としては、上記実施形態のＬＥＤバックライト１を用いた。以下実施例品のＬＥＤバックライトの仕様について詳述する。
本検証試験にて実施例品として用いたＬＥＤバックライト１は、画面サイズがいわゆる８インチワイドサイズの液晶表示装置に適用されるものを用意した。図３は、本検証試験に用いたＬＥＤバックライトを発光面側から正面視したときの図である。ＬＥＤバックライト１の導光板２には、アクリル製の断面楔型に形成されたものを用い、その寸法は、発光面上において入光面に沿う一辺方向の幅寸法Ｘが１７５．５ｍｍ、他辺方向の幅寸法Ｙが１０５．９ｍｍとなるように設定されている。また、入光面２ａ側の厚み寸法が６ｍｍ、他方側の厚み寸法が４ｍｍに設定されている。基板４に実装されるＬＥＤ３には、日亜化学工業（株）製の表面実装型発光ダイオード「ＮＦＳＷ０３６ＡＴ」を入光面２ａに沿って１８個配置した。このＬＥＤ３は、指向角が１２０°であるとともに、このときのＬＥＤ３のピッチ幅Ｐ（図２）は、約９．８ｍｍに設定されている。さらに、間隔Ｑの寸法は３ｍｍに設定した。なお、前記のＬＥＤ３のピッチ幅Ｐの値は、従来の同種のＬＥＤバックライトにおける標準的な値である。

また、下部反射板７に敷設される反射シート９には、三井化学（株）製の正反射シートである「エンハンスター」を用いることで、下部反射面７ａに正反射性を付与し、反射板６に敷設される反射シート６ａには、東レ（株）製の白色系拡散反射シートである「ルミラーＥ６０Ｌ」を用いることで、導光板２の下面２ｃに拡散反射性を付与した。また、反射シート１０としては、きもと製の拡散反射シートである「ＴＡＣ１８８」を用いることで、上部反射面８ａに拡散反射性を付与した。
上記実施例品に対して、比較例品としては、下記表１のように、導光板２の下面２ｃ及び下部反射面７ａの反射特性を変更したものを二種類用意した。

すなわち、比較例品１では、反射シート６ａに「エンハンスター」を用いることで、導光板２の下面２ｃに正反射性を付与し、その他の構成は全て実施例品と同様とした。
また、比較例品２では、反射シート９に、「ルミラーＥ６０Ｌ」を用いることで、下部反射面７ａに拡散反射性を付与し、その他の構成は全て実施例品と同様とした。
これら実施例品及び比較例品について、点灯した発光面２ｂにおける輝度分布を測定し、それぞれの発光品位を評価した。

図４は、図３におけるＬＥＤバックライト１の発光面２ｂ全体の輝度分布の概略を示した模式図であり、（ａ）は実施例品、（ｂ）は比較例品１、（ｃ）は比較例品２の輝度分布を示している。図において、上辺側が入光面であり、一点鎖線でハッチングした領域Ｅ１は比較的輝度の高い領域、それ以外の領域Ｅ２は比較的輝度の低い領域を示している。
図４（ａ）〜（ｃ）を比較すると、比較例品１及び２と比較して、実施例品では、比較的輝度の低い領域Ｅ２の面積が少なくなっており、発光面２ｂ全体としての発光品位が向上していることが確認できる。

図５は、図４中、発光面２ｂ上のほぼ中心に位置する破線Ｈに沿って入光面２ａ側のＡ点から入光面２ａに対向する端面側のＢ点までの輝度を測定しその輝度分布を示したグラフである。これら図において、横軸は発光面２ｂ上の位置を示しており、縦軸は輝度を示している。また、図４（ａ）は実施例品、（ｂ）は比較例品１、（ｃ）は比較例品２の輝度分布を示している。
図５（ａ）〜（ｃ）を見ると、いずれの実施例品、及び比較例品においても、入光面２ａ側の端部であるＡ点からやや中心側に入った部分である破線ｓで囲んだ部分に極小部が現れておりこの部分で輝度が最小値となっている。この極小部が発光面において他の部分よりも輝度の低い暗部となって現れる。
図５（ａ）において、破線ｓの部分からＢ点側に近づくにつれて序々に上昇し、Ｂ点近傍の破線ｌで囲んだ部分において極大部が現れており、この部分で輝度が最大値となっている。このときの、輝度の最大値と最小値の差ｔを最大値で除した輝度の高低比（コントラスト比）を算出すると、２９．０％であった。
図５（ｂ）においても、図５（ａ）と同様、破線ｓの部分からＢ点側に近づくにつれて序々に上昇し、Ｂ点近傍の破線ｌで囲んだ部分において輝度が最大値となっている。このときのコントラスト比を算出すると、３２．５％であった。
図５（ｃ）においては、図５（ａ），（ｂ）と同様、Ｂ点近傍の破線ｌ１で囲んだ部分に極大部が現れているが、これに加えて、Ａ点近傍の破線ｌ２で囲んだ部分の輝度が極端に高くなっている。そしてこの部分のコントラスト比を算出すると、４９．８％であった。

以上のように、実施例品では、そのコントラスト比が、比較例１及び２におけるコントラスト比と比べてより小さくなっており、暗部の発生が抑制されていることがわかる。さらに、比較例品２のように極端に輝度の高い部分が現れておらず、発光面における輝度分布が均一なものとなっている。
このように、実施例品である本実施形態のＬＥＤバックライトによれば、導光板２の反射面２ｃ拡散反射性とするとともに下部反射面７ａを正反射性とすることで、特に入光面２ａ側の端部付近の暗部を抑制でき、ＬＥＤのピッチ寸法を狭めずとも発光面２ｂにおける輝度分布の均一な高い発光品位が得られることを確認できた。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤバックライトの構造を示す断面図である。 ＬＥＤバックライト１を上方視したときの導光板と基板の配置を示すとともに、ＬＥＤから入光面に向けて出射される光の指向角の態様を模式的に示した図である。 ＬＥＤバックライトを発光面側から正面視したときの図である。 図３におけるＬＥＤバックライトの発光面全体の輝度分布の概略を示した模式図であり、（ａ）は実施例品、（ｂ）は比較例品１、（ｃ）は比較例品２の輝度分布を示している。 図４中、破線Ｈ上の輝度分布の測定結果を示したグラフであり、（ａ）は実施例品、（ｂ）は比較例品１、（ｃ）は比較例品２の輝度分布を示している。

符号の説明

１ ＬＥＤバックライト
２ 導光板
２ａ 入射面
２ｂ 発光面
２ｃ 下面（反射面）
３ ＬＥＤ
６ 反射板
７ 下部反射板
７ａ 下部反射面
８ 上部反射板
８ａ 上部反射面

Claims (3)

1. 側端面に入光面、上面に前記側端面にほぼ直交する発光面、及び該発光面に対向する下面に反射面を有する導光板と、
   前記入光面に向けて光を出射するように並設された複数の点光源と、
   前記入光面と前記点光源との間の隙間の下方を覆うとともに前記点光源側に向く内側面に下部反射面を有する下部反射板と、
   前記入光面と前記点光源との間の隙間の上方を覆うとともに前記点光源側に向く内側面に上部反射面を有する上部反射板と、を備え、
   前記下部反射板の前記下部反射面が正反射性を有するとともに、前記上部反射板の前記上部反射面及び前記導光板の前記反射面が拡散反射性を有し、
   前記導光板の前記反射面は、上面が拡散反射性を有するとともに前記点光源側の端部が前記導光板の前記入光面よりも前記点光源側へ突出した状態で前記導光板の下面を覆うように配置された反射板によって構成され、
   前記上部反射板の前記上部反射面に対向する位置に、前記下部反射部材の前記下部反射面及び前記反射板が配置されていることを特徴とする点光源バックライト。
2. 前記入光面は、平滑面に仕上げられている請求項１に記載の点光源バックライト。
3. 前記入光面と前記点光源との間隔は、前記複数の点光源の内、互いに隣り合う点光源同士からそれぞれ出射される光が前記入光面において互いに重なるように設定されている請求項１または２に記載の点光源バックライト。

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