JP2002244572A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＣＤパネルの照光面上で管ムラの少ないバ
ックライト装置を提供する。 【解決手段】 上面に開口部１ａを有する扁平な筺体１
内部に少なくとも１本以上の円筒光源３と光の反射体２
を配し、筺体１の開口部１ａに光透過拡散板４を具備し
たバックライト装置６において、筺体１内面に配設した
円筒光源３の光透過拡散板４間にプリズムシート１０の
プリズム素子１４ａが該円筒光源３と対向する様に配設
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶ディスプレイに
使用されるバックライト装置に係わり、特にバックライ
トの管ムラを少なくしたバックライト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロコンピュータ、テレビジョン受
像機等の電子機器の表示装置として利用されているＬＣ
Ｄ（液晶ディスプレイ）は非発光性のため、バックライ
ト装置の様な外部照射用の光源を必要としている。

【０００３】この様なバックライト装置としては円筒光
源に冷陰極管又は熱陰極管等の細径の蛍光管を用いるの
が一般的であり、構造としては導光板の側面に蛍光管を
配設したエッジライト方式と、筐体内部に反射体（以下
反射板と記す）及び蛍光管を収納し、筐体開口に配設し
た光透過拡散板に蛍光管からの直接光及び蛍光管からの
光を反射板で反射させた光を光透過拡散板で入射拡散さ
せて均一な面状光を出光させる様にした直下方式が知ら
れている。

【０００４】上述の直下方式或はエッジライト方式はＬ
ＣＤの要求性能に応じて選択されるが直下方式は蛍光管
の直接光を利用するためエッジライト方式に比較して光
の利用効率が高く、モニタ用、テレビジョン受像機用等
の高輝度を必要とする用途に適している。

【０００５】図１０（Ａ）は従来の直下方式のバックラ
イト装置を示す平面図であり、図１０（Ｂ）は図１０
（Ａ）のＡ−Ａ′断面矢視図、図１１（Ａ），（Ｂ）は
図１０（Ａ）のＢ−Ｂ′断面矢視図を、図１１（Ｂ）は
光透過拡散板上の光量分布を示している。

【０００６】バックライトのランプハウスとなる筐体１
は上面に開口部１ａを有する断面が台形状の箱状と成さ
れ、白色高反射グレード成型樹脂で一体成型するか、金
属板或は金属板と成型樹脂を組み合わせて作製する。

【０００７】筐体１内には高反射塗料を塗布するか、高
反射フィルム材等を貼着させて反射面としての反射板２
を形成する。

【０００８】蛍光管等の円筒光源３は筐体１の底面から
１〜２ｍｍ程度離間した位置に保持されるように端部を
高反射グレード樹脂の射出成型で得た円筒光源支持台５
（図１０（Ａ），（Ｂ）〜図１１（Ａ），（Ｂ）では筐
体１の側板と一体化されている）に固定しており、配置
する本数は要求される輝度によって決定する。

【０００９】上記した各部品を組み立て、上面に乳白色
アクリル材等を用いた光透過拡散板４を開口部１ａを覆
う様に配置させることでバックライト装置６が構成さ
れ、円筒光源３から放射状に発した光は直接或は筐体１
内の反射板２で反射されて光透過拡散板４に到達し、光
透過拡散板４で面発光に変換される。

【００１０】ＬＣＤの表示品位の優劣を表す重要な要素
にバックライト装置６の照射面の輝度均一性がある。こ
の輝度均一性を表す要素の１つに管ムラがある。管ムラ
は図１１（Ｂ）に示す様に光透過拡散板４から出射する
照光面上の光を円筒光源３上部の輝度８ａと隣接する円
筒光源３間の輝度８ｂで比較した場合の輝度変化率で隣
接する円筒光源値の（最大輝度−最小輝度）／最大輝度
×１００％で定義し又、本発明では円筒光源３直上が明
るく、円筒光源間が暗い管ムラを＋のムラ、円筒光源３
直上が暗く、円筒光源間が明るい管ムラを−ムラと定義
する。

【００１１】バックライト装置の拡散板４の照光面上で
輝度変化がある場合、その箇所は視覚的に管ムラと認識
されてしまう。

【００１２】そのため、円筒光源３の固定位置、筐体１
の形状等の構造設計で可能な限り管ムラを小さくする設
計を行う必要があるが上記した従来のバックライト装置
６に於いて、円筒光源としての蛍光管３の外径３．０ｍ
ｍ、内径２．４ｍｍ、蛍光管３間の幅を２３．５ｍｍと
し、筐体１の開口部１ａの対角線が１８インチで、筐体
１の厚みを１２．３ｍｍ内に８本の蛍光管３を配設した
場合の管ムラを２〜３％以下に抑えることはできなかっ
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述構成のバックライ
ト装置６では円筒光源３から発光された光は放射線状に
広がり、光透過拡散板４上から出光される光量は図１２
（Ａ）に示すように円筒光源３から離れるに従って低下
する単一峰曲線７となる。

【００１４】また、複数の円筒光源３を一定の間隔を離
して並べた場合には各円筒光源３からの光量が積算され
光透過拡散板４上から出光される光量は図１２（Ｂ）及
び図１３（Ａ）に示すようになり、上記と同様円筒光源
３から離れるに従って輝度が低下する複数峰曲線８とな
る。

【００１５】図１２（Ｂ）で円筒光源３ａ及び３ｂの夫
々の単一峰曲線７ａ及び７ｂに於いて、複数峰曲線８の
頂部ｃ点の光量はａ点の光量とｂ点の光量を加算したも
のであり、複数峰曲線８の谷ｅ点での光量はｄ点の光量
を２倍した光量となっている。

【００１６】図１３（Ａ）は筐体１内に７本の円筒光源
（蛍光管）３ａ，３ｂ‥‥３ｇを並設した場合の夫々の
単一峰曲線７ａ〜７ｇを合成した複数峰曲線８の輝度分
布を示すもので複数峰曲線８の山谷の差が管ムラとして
表れて来るもので、実際のバックライト装置６の光透過
拡散板４上での輝度分布図と円筒光源３の管軸方向（Ｘ
軸）とこの管軸方向と直交する方向（Ｙ軸）の輝度分布
を図１３（Ｂ）に示す。図で複数峰曲線８で８ａは円筒
光源３上の輝度、８ｂは円筒光源間の輝度であり管ムラ
は２．４％であった。

【００１７】上記したように円筒光源３から離れるに従
って輝度が低下してしまうため照光面には必ず光量の低
い箇所８ｂが存在してしまう。

【００１８】この為、直下方式のバックライト装置６に
は照光面上に視覚的に暗いと認識する管ムラが発生して
しまうという問題がある。

【００１９】本発明は叙上の課題を解消するためになさ
れたもので管ムラが高い部分に光量を小さくするために
円筒光源である蛍光管３にプリズムシートのプリズム面
を対向させる様に配設することで管ムラを減少する様に
したバックライト装置を得ようとするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる本発明
は上面に開口部１ａを有する扁平な筐体１内に複数の円
筒光源及び反射体を配し、筐体１の開口部１ａに光透過
拡散体４を配設したバックライト装置であって、プリズ
ムシート１０のプリズム面を円筒光源３側に対向するよ
うに光透過拡散板４と円筒光源３間に配設したことを特
徴とするバックライト装置としたものである。

【００２１】斯かる、請求項１に係わる本発明のバック
ライト装置によればプリズムシート１０の三角錐の頂辺
を円筒光源３側に向けて設置することにより円筒光源３
からの放射光、及び反射板２からの反射光がプリズムシ
ート１０を通過する際に光の向きを変化させることによ
ってバックライト装置６の照光面の輝度を均一にする効
果がある。これによって、管ムラを減少させている。

【００２２】請求項２に係わる本発明はプリズムシート
１のプリズムの頂辺方向を円筒光源３の管軸方向と並行
になる様に配設したことを特徴とする請求項１記載のバ
ッククライト装置としたものである。

【００２３】斯かる、請求項２に係わる本発明のバック
ライト装置６によればプリズムシート１０のプリズムの
頂辺方向を円筒光源３の管軸方向に垂直にする場合に比
べて並行方向にした場合は管ムラがより改善される。

【００２４】請求項３に係わる本発明はプリズムシート
の設定位置及びプリズムシート１０のプリズムの頂角を
設定して管ムラの最小に成る値を選択して成ることを特
徴とする請求項１又は請求項２記載のバックライト装置
としたものである。

【００２５】斯かる、請求項３に係わる本発明のバック
ライト装置６によればプリズムシートの設定位置及びプ
リズム頂角を所定位置及び所定形状に設定することで管
ムラが零％となる位置及び形状を選択することが出来て
管ムラ減少に効果を生ずる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のバックライト装置
の１形態例を図１乃至図９によって詳記する。図１
（Ａ）は本発明の１形態例を示すバックライト装置の平
面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ′断面矢視図、
図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ′断面矢視図、図２は
本発明のバックライト装置に用いるプリズムシートの１
形態例を示す斜視図及び断面図、図３（Ａ）は本発明の
他の形態例を示す平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ
−Ａ′断面矢視図、図４は本発明のバックライト装置に
用いるプリズムシートの他の形態例を示す斜視図及び断
面図、図５は本発明の管ムラ補正効果を説明する波形
図、図６は本発明に用いるプリズムシートの屈折、反射
の説明図、図７は境界面でのアクリル樹脂の屈折光源の
説明図、図８はプリズムシートの屈折、反射例を示す説
明図、図９は本発明の管ムラを説明するための光量分布
曲線図である。尚、図１０乃至図１３との対応部分には
同一符号を付して説明する。

【００２７】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に於いて、バック
ライト装置６のランプハウスとなる筐体１は筐体１内に
貼着した反射板２を反射シート又は反射部材を塗布した
光の反射体或は筐体１自体を白色高反射グレード成型樹
脂で一体成型されている。この筐体１は上部に開口部１
ａを設けて箱型に成形される。

【００２８】筐体１の左右及び前後側部は図１（Ａ）の
Ａ−Ａ′及びＢ−Ｂ′断面矢視図の図１（Ｂ）及び図１
（Ｃ）に示す様に断面が台形と成され、左右側部には図
示しないが高反射グレード樹脂で成型した円筒光源支持
台５が固定されて、少なくとも１本以上の冷陰極管や熱
陰極管等で構成された円筒光源３が筐体１の底面の反射
板２の表面から１〜２ｍｍ程度離間した位置に取り付け
られている。

【００２９】上述の筐体１の開口部１ａを覆う様に乳白
色のアクリル樹脂等を用いた光透過拡散板４を配設する
ことで、円筒光源３から発せられる光を直接に或は円筒
光源３から下側の反射板２で反射した光と共に光透過拡
散板４に入射させることで光透過拡散板４で面状の光に
変換させて平面光源を構成させている。

【００３０】光透過拡散板４の表面には少なくとも１枚
以上の図示しない集光シートが配設されて照光面の法線
方向に光を集光し、輝度を高めている。

【００３１】集光シートの上面にはガラス基板間に配設
したＬＣ、偏光板、カラーフィルタ等を一体化したＬＣ
Ｄパネル部となるＬＣＤハウジングが取り付けられて液
晶表示装置が構成される。

【００３２】本例のバックライト装置６では円筒光源３
である冷陰極管が光透過拡散板４との間にプリズムシー
ト１０を配設し、このプリズムシート１０のプリズム面
１０ｂが円筒光源３と対向する様に成す。

【００３３】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すプリズムシ
ートはその厚みは百数十μｍであり、開口部１ａが大き
い場合には、中央部分で下方へ撓むため、例えば２ｍｍ
程度の無色透明なアクリル板等から成る透明板１１を所
定の長方形状に切断し、筐体１の台形状の四方側壁の所
定深さ位置で止める様にし、この透明板１１上にプリズ
ムシート１０を載置固定する。

【００３４】上述のプリズムシート１０及び透明板１１
並びにＹ軸方向に並設した円筒光源３，３‥‥との関係
並びにプリズムシート１０の一部断面を図２（Ａ）及び
図２（Ｂ）で説明する。図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＣ−
Ｃ′断面矢視図である。

【００３５】プリズムシート１０の構造は図２（Ｂ）は
示される様に透明な平滑ポリエステルフィルムから成る
厚みｔのポリエステルフィルム層１３上に、即ちポリエ
ステルフィルムの平滑面１３ａと反対面に微細な畝状に
適宜な頂角θを有する複数のプリズム素子１４ａが所定
のプリズムピッチＰで並行にアクリル透明樹脂層１４で
成形されている。

【００３６】上述のポリエステルフィルム層１３の厚み
ｔ＝１７８μｍ、プリズムの頂角θ＝９０°、プリズム
素子１４ａ間のプリズムピッチＰ＝５０μｍ（平均
値）、プリズムシート厚みＴ＝２００μｍ程度のものが
選択される。従って、上述の様に厚さ２ｍｍ程度のアク
リル系樹脂から成る透明板１１がプリズムシート１０の
撓み防止のため必要となる。また複数の円筒光源３の管
軸３ａ方向を図２（Ａ）ではプリズム素子１４ａのプリ
ズム頂辺方向とを一致させた並行状態で示しているが図
２（Ａ）で示す様に平行状態位置から反時計方向（ＣＣ
Ｗ）に９０°或は時計方向（ＣＷ）に９０°プリズムシ
ート１０を回転させた場合でも円筒光源３の管軸方向と
プリズムシート１０のプリズム頂辺方向１０ａが直交す
る場合に比べて管ムラの改善効果は大きかった。

【００３７】上述のプリズムシート１０及び透明板１１
に用いるアクリル系樹脂の屈折率はガラスより少し低い
程度のナトリウムＤ線に対し、ｎｐ＝１．４９で表面の
反射率は７％程度で全光線透過率は９３％程度に選択し
ている。

【００３８】次に図３及び図４で本発明のバックライト
装置の他の構成例を説明する。尚、図１及び図２との対
応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００３９】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）のバックライト
装置では筐体１５の底面からプリズムシート１０のプリ
ズム素子１４ａ形成面に向けて立設した直径１ｍｍ程度
の複数本のピン１６を立設し、プリズムシート１０を支
持して、中央部分でのプリズムシート１０の撓みを防止
させている。

【００４０】又、プリズムシート１０は図４（Ａ）のＤ
−Ｄ′断面矢視図の図４（Ｂ）に示す様にポリエステル
フィルム層１３とアクリル透明樹脂層１４から成るプリ
ズム素子１４ａの頂角θに半径Ｒを付したカマボコ型と
成したもので図１（Ａ）と異なり、プリズム頂辺方向１
０ａを図２（Ａ）と同様に円筒光源３の管軸３ａと同一
方向と成したものであり、必要に応じて平滑面１３ａに
マット処理を施したマット処理面としたものである。

【００４１】上述構成でのバックライト装置の管ムラ改
善の効果及び屈折のメカニズムを図６乃至図８によって
説明する。

【００４２】図７は上述のプリズムシートのアクリル透
明樹脂層１４と空気の境面での反射光と透過光の関係を
示すもので、無色透明なアクリル透明樹脂の屈折率は
１．４９であり、この時の反射率は前記した様に略９３
％で可視光線での吸収はほとんどないことが知られてい
る。又、透過光の出射角ｒ＝Ａsin(sin ｉ／１．４９）
で表わされて図７の様に円筒光源３からの光は屈折され
る。

【００４３】図６はバックライト装置６内の円筒光源３
から出射した光がプリズムシート１０に入射した場合の
透過光と反射光を模式的に表したものであり、図８は具
体的な屈折、反射角例を示すものである。

【００４４】図６及び図８でプリズム素子１４ａのプリ
ズム頂面部１０ｂ及びプリズム底面１０ｃに入射した光
２１及び２２は透過光として光透過拡散板４に直進す
る。又、プリズム素子１４のプリズムの２辺１０ｄの法
線に対し所定角度で入射する光２３，２４，２５は２３
ａ，２４ａ，２５ａの様に反射し、プリズムシート１０
内で屈折し、プリズムシート１０の平滑面で反射及び透
過を起こすことで、例えば反射光２３ａ，２４ａ，２５
ａで示す反射光は一旦反射板５に戻されて反射し、角度
プリズムシート１０への入射光となり、光の屈折、反射
によって従来の光の光路とは異なる多数の経路を生じて
円筒光源３，３間の出射光量を強め、円筒光源３直下の
出射光量を弱める効果を生ずる。

【００４５】上述の図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示した光
透過拡散板４の照光面上の管ムラは従来の図１２に比較
して図５に示す様に夫々の円筒光源３，３に対応する単
一峰曲線７ａ，７ｂに対し、プリズムシート１０を設け
た場合の単一峰曲線７ａ′，７ｂ′の様に光量のレベル
が全体に低くなりなだらかな曲線となる。従って、これ
ら単一峰曲線７ａ′，７ｂ′を合成した複数峰曲線８′
は図１２と同様の曲線８に比べてｃ点とｅ点間の光量差
は格段に小さくなり、管ムラが減少していることが解
る。

【００４６】〔実施例〕以下、本発明のプリズムシート
１０のプリズム素子１４ａが円筒光源（以下ランプと記
す）３の方向に対向する様に透明板１１上に載置固定
し、且つランプ３の管軸方向とプリズム素子１４ａのプ
リズム頂辺方向１０ａが平行になる様に配設したバック
ライト装置を説明する。 〔実施例１〕図１（Ａ）〜図１（Ｃ）はＬＣＤの画面サ
イズとして１８インチを使用し、光透過拡散板４として
アクリル樹脂からなる厚み２ｍｍを用い、ランプ３とし
て外径３ｍｍ、内径２．４ｍｍ、ランプ３間の幅を３０
ｍｍとし、筐体１のランプ３までの距離を２ｍｍとし、
ランプ３上にアクリル樹脂の２ｍｍの透明板１１を設
け、この上にプリズムシート１０のプリズム素子１０ａ
側を透明板１１上に載置固定した、このプリズムシート
１０は透明板１１と対向して厚みＴ１５５μｍ、プリズ
ム角度θ＝９０°、プリズムピッチＰ＝５０μｍ、ポリ
エステルフィルム層厚みｔ＝１２７μｍを用いた。この
場合、プリズム素子１０ａの作用によりランプ３からの
光を全反射及び屈折、集光透過させた場合の輝度分布図
を図９（Ａ）に示す。

【００４７】図９（Ａ）によれば、図１３（Ｂ）で示し
た従来のランプ内の管ムラが２．４％であったものが
０．８％となり、１．６％の改善が図られている。

【００４８】尚、プリズムシート１０の配置位置と管ム
ラの関係及びプリズムシート１０のプリズム素子１４ａ
の頂角θと管ムラとの関係を計測した測定特性を図９
（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示す。

【００４９】図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は共にランプ３
間のピッチ２３．５ｍｍ、ランプ３と光透過拡散板４と
の距離７．３ｍｍ、反射板２と光透過拡散板４との距離
１２．３ｍｍとし、図９（Ｂ）で横軸にプリズムシート
１０の高さ（ｍｍ）を縦軸に±管ムラ％をとっている。
直線３０はプリズム素子１４ａの頂角θ＝７０°、直線
３１は頂角θ＝９０°、直線３２は頂角θ＝１００°を
とっている。図９（Ｃ）では横軸にプリズム素子１０の
頂角（deg)を縦軸に±管ムラをとっている。直線３３は
プリズムシート１０の高さをランプ３の直上の５ｍｍ位
置、直線３４は略中間の９ｍｍ位置、直線３５は光透過
拡散板４の直下にとった場合である。

【００５０】上記各直線から管ムラ依存度はプリズムシ
ート１０のプリズム素子１４の頂角θとプリズムシート
１０を配置する位置に依存することが解る。即ち、図９
（Ｂ）の場合はプリズムシート１０の頂角θを９０°に
選択し、曲線３１が管ムラ零（％）と交差するプリズム
シート高さ６．７ｍｍを選択すればよい。

【００５１】同様に、図９（Ｃ）の直線３３ではランプ
３の直上のｈ＝５ｍｍ位置にプリズムシート１０を配設
した場合はプリズムシート１０のプリズム素子１４ａの
頂角θは管ムラ零（％）と交差する９８度差後を選択す
ることで管ムラを減少可能であり、直線３４ではプリズ
ムシート１０の配設位置をランプ３と光透過拡散板４の
中間位置ｈ＝９ｍｍに設定した場合はプリズムシート１
０のプリズム素子１４ａの頂角は管ムラ零（％）位置と
交差する８１°前後でよいことが解る。

【００５２】同様に光透過拡散板４の直下のｈ＝１２ｍ
ｍにプリズムシートを設置した場合には管ムラ零（％）
と交差する直線３５の様にプリズムシート１０のプリズ
ム素子１４ａの頂角θは７６°前後に選択する様に成せ
ばよく、プリズムシート１０の設定位置とプリズムシー
ト１０のプリズム素子１４ａの頂角を図９（Ｂ），
（Ｃ）に選択することで図９（Ａ）に示した管ムラの改
善されたバックライト装置を得ることが出来る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば筐体１内のランプ３と光
透過拡散板４にプリズムシート１０を設けることで従来
に比べて管ムラを減少させることが可能となり、バック
ライト照光面の輝度を均一にすることが可能なバックラ
イト装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１形態例を示すバックライト装置の平
面図及び側断面図である。

【図２】本発明のバックライト装置の１形態例に用いる
プリズムシートの斜視図及び側断面図である。

【図３】本発明の他の形態例を示すバックライト装置の
平面図及び側断面図である。

【図４】本発明のバックライト装置の他の形態例に用い
るプリズムシートの斜視図及び側断面図である。

【図５】本発明の管ムラを説明するための光量分布曲線
図である。

【図６】本発明のバックライト装置に用いるプリズムシ
ートの反射透過光の説明図である。

【図７】鏡界面でのアクリル樹脂の屈折光路の説明図で
ある。

【図８】プリズムシートの屈折、反射例を示す説明図で
ある。

【図９】本発明の管ムラを説明するための光量分布曲線
図である。

【図１０】従来のバックライト装置の平面図及び側断面
図である。

【図１１】従来のバックライト装置の側断面図及び管ム
ラ説明図である。

【図１２】従来の１つ及び複数の光源からの射出光の光
量説明図である。

【図１３】従来の複数の光源からの光量分布曲線図及び
輝度分布図である。

【符号の説明】

１‥‥筐体、２‥‥反射板、３‥‥円筒光源（冷陰極
管）、４‥‥光透過拡散板、６‥‥バックライト装置、
１０‥‥プリズムシート、１１‥‥透明板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に開口部を有する扁平な筐体内に複
   数の円筒光源及び反射体を配し、該筐体の該開口部に光
   透過拡散体を配設したバックライト装置であって、 プリズムシートのプリズム面を上記円筒光源側に対向す
   るように上記光透過拡散板と該円筒光源間に配設したこ
   とを特徴とするバックライト装置。
2. 【請求項２】 前記プリズムシートのプリズムの頂辺方
   向を前記円筒光源の管軸方向と並行になる様に配設した
   ことを特徴とする請求項１記載のバッククライト装置。
3. 【請求項３】 前記プリズムシートの設定位置及び該プ
   リズムシートのプリズムの頂角を設定して、管ムラが最
   小になる値を選択して成ることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載のバックライト装置。