JP2004355939A

JP2004355939A - バックライトユニット

Info

Publication number: JP2004355939A
Application number: JP2003151880A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Nakamura; 浩積中村
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】面光源から放射される拡散光を任意の一方向へ集光させて放射できる指向性と放射光量の調整を可能とした車戴ナビゲーション用バックライトユニットの提供。
【解決手段】導光板上面より放射される拡散光を、頂点を基準に対称な形状のプリズムからなる第1のレンズシート7と、第２のレンズシート8を、プリズムの稜線方向13がほぼ直交する様に重ねることで、Ｘ軸Ｙ軸の正負4方向へ、ほぼ均一に光量が放射される面光源を構成する。さらに光の入射面或いは、放射面の角度や面積の比率を変えた、非対称なプリズム形状からなる第３のレンズシート8（指向性シート）を、使用することで前記第３のレンズシート8のプリズム方向に応じた正負の２方への光の放射を可能とした。さらに光の放射比率とＸ軸Ｙ軸座標方向にＺ軸方向を加えた放射角度の調整を可能としたことで、任意な３次元方向への放射指向性兼ね備えた面光源を可能とした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的指向性を要するバックライト照明及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶を用いた表示装置においては、指向性が少なく幅広い視野角を必要とする液晶テレビやパソコンの表示モニター、携帯ゲーム機モニターなどと、指向性を必要とする車戴用ナビゲーションモニターや船舶用の魚群探知機用モニターなど、用途に応じて全く正反対の性能が要求されている。これらの要求を満足させるためにバックライトユニットの光学面が改良されてきた。近年多くの車戴ナビゲーション用に使用されている薄型で均一な面光源が比較的容易に実現可能であり、また、運転者あるいは補助席同乗者等一定方向への指向性を有する車戴用ナビゲーションモニターも実現されている。
【０００３】
図６は従来のエッジライト方式バックライトユニットの構成を示す組立て斜視図である。同図に示されるように、プラスチック樹脂あるいは金属板により形成されたバックフレーム１の内側に、リフレクター反射シート３と蛍光ランプアセンブリ２が保持されている。蛍光ランプアセンブリ２の内側には、ポリエステル製フィルムの反射シート４と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製の第１の拡散シート５と、アクリル樹脂製あるいは、耐熱性を持った樹脂を用いた導光板６が積重ねられている。さらに導光板６の上には、複数本のストライプ状のプリズムが平行に敷き詰められている第１および第２のレンズシート７、１０が積重ねられている。これらのレンズシート７、１０は、ポリエステルフィルムからなる２等辺３角形のストライプ状のプリズムがアクリル樹脂基板上に配列形成されている。これらの第１および第２のレンズシート７、１０は、それらのストライプ状のプリズムの長手方向（以下ではプリズム方向という。）１３が互いにほぼ直交するように配置されている。
【０００４】
第２のレンズシート１０の上には、偏光膜が多重に積層された偏光シート１１、ルーバー付フィルム１４が重ねられ、さらにその上にはプラスチック樹脂あるいは金属板加工で成形されているフロントフレーム１２が設けられている。偏光シート１１としては例えばＤＢＥＦ（住友スリーエム社製）が用いられる。ルーバー付フィルム１４は光の透光方向と放射角度を限定するように設計され、ルーバー又はブラインド機能を備えており、例えば商品名ライトコントロールフィルム（住友スリーエム社製）が用いられる。フロントフレーム１２とバックフレーム１との間には、上記の光学系を構成する各部品が組み込まれ、一体化されたバックライトユニットが構成されている。
【０００５】
（例えば：特許文献１参照）
図７は、上記構成のバックライトユニットにおける、第１のレンズシート７と第２のレンズシート１０を通過する光の軌跡を拡大して示す図である。すなわち、同図は導光板６の上面より放射される拡散光が、第１のレンズシート７及び第２のレンズシート１０を透光する時の光の軌跡を、垂直に放射される放射光を一つの例として説明する。
【０００６】
導光板６より放射される拡散光のなかより垂直方向に放射する光は、２等辺三角形プリズムからなる第１のレンズシート７に対して、前記プリズムの稜線方向１３が、ほぼ直交するように重ねられた第２のレンズシート１０を透光することで、Ｘ軸とＹ軸の正負の４方向に集光され、ほぼ同じ強さで放射されるＰ波（縦波）とＳ波（横波）の光となる。ここで、Ｐ波は液晶に取り付けられている偏光フィルムを通過できる縦波であり、Ｓ波は通過出来ない横波である。
【０００７】
そこで、液晶を通過できないＳ波の光を再利用する目的で、液晶に供給される前にバックライトユニット内に偏光シート１１が設けられ、バックライトユニット内に再入射されたＳ波の光が、反射を繰り返し再度導光板６より放射され、第１のレンズシート７及びのレンズシート１０を透過した時には、初回と同じ割合でＳ波とＰ波に分割される。このようにしてＳ波が回収、再利用されることで効率の良いＸ軸とＹ軸の正負４方向に均一に放射される面光源が形成される。
【０００８】
さらに、Ｘ軸とＹ軸の正負４方向とは異なる方向に開口ルーバー方向を持つルーバー付きフィルム１４を重ねることにより、ルーバー付きフィルム１４の開口ルーバー方向と、放射方向が一致した一部のＰ波の光のみが放射される。この結果、一方向への指向性を有する車戴ナビゲーション用バックライトユニットが提供されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２４３１２２号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した指向性を有する車戴ナビゲーション用バックライトユニットにおいても家電製品同様に省エネ、高効率が強く要求されており、運転手の目の位置に強く光を放射する集光性と指向性の向上による効率化が求められている。
【００１１】
しかしながら上記従来の車戴ナビゲーション用バックライトユニットにおいては、運転手の目の位置（アイ・ポイント）に高輝度指向性のピークを合せ、さらにフロントガラスへの映像写り込み現象を防止するためにルーバー付フィルムを目的で使用しているため、光の放射ロスを生じ、光量全体の利用率が低かった。
【００１２】
したがって本発明は、出来る限り光の放射ロスを少なくし、さらにバックライトユニットの外形構造に関しても大幅な変更も必要としない、従来品よりも指向性と光の放射率を高めた車戴ナビゲーション用バックライトユニットを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のバックライトユニットは、導光板上面より放射される拡散光を、プリズム方向を直交させた、頂点を基準に対称形状のプリズムからなる第１のレンズシートと、第２のレンズシートを透光することで、拡散光がＸ軸正方向（運転席方向）、Ｙ軸正方向（フロントガラス方向）、Ｘ軸負方向（助手席方向）、Ｙ軸負方向（足元方向）の４方向に、ほぼ同じ光の強さで放射される面光源が形成される。
【００１４】
更にプリズムの頂点（稜線）を基準に、左右入射面の面積・入射角或いは、入射面の形状が異なる非対称プリズムからなる第３のレンズシート（指向性シート）を重ねることで、入射した光が放射される２方向のうち、一方向に多く光が放射され、放射光に指向性を持たせることを可能とした。
【００１５】
更に前記第３のレンズシートを、プリズムの稜線方向が直交するように重層された前記第１のレンズシートおよび第２のレンズシートに対してプリズムの稜線方向が重ならないように角度を変えて積層することにより、Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれ正負の４方向以外の方向に光を放射することも可能とした。
【００１６】
更に前記第３のレンズシートは特定のプリズム形状や、入射面より入射する光の比率に関係なく、前記第３のレンズシートの放射面から光が放射される時に、非対称なプリズム形状により放射方向に対して光の放射光量に差を生じれば、それぞれのレンズシートの積層順序や、レンズシートの入射面、放射面（表裏）の組合せに関係なく所定の方向に指向性を有する面光源を得ることも可能である。
【００１７】
より具体的に述べると、本発明のバックライトユニットは、ほぼ直交するＸＹ軸座標の平面内で発光する平面光源と、この平面光源から放射される光を受けて、Ｘ軸の正負２方向にほぼ同一の光量が、集光・放射するように配置された、ほぼ対称のプリズムからなる第１のレンズシートと、前記光を受けてＹ軸の正負２方向に、ほぼ同一の光量が集光・放射するように配置された、ほぼ対称のプリズムからなる第２のレンズシートと、非対称のプリズムからなる第３のレンズシートにより、前記平面光源から放射される光を、任意な方向へ光を放射させる指向性と、放射方向への光量の放射比率の変更を可能としたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明のバックライトユニットは、ほぼ直交するＸＹ軸座標の平面内で発光する平面光源と、この平面光源からの光を受光するように積層配置された、第１、第２および第３のレンズシートとを備え、前記第１のレンズシートはその断面がほぼ２等辺３角形であり、その稜線方向がＹ軸方向に延長されている複数本のプリズムからなり、前記第２のレンズシートは、同じくその断面がほぼ２等辺３角形であり、その稜線方向がＸ軸方向に延長されている複数本のプリズムからなり、前記第３のレンズシートは、その断面がほぼ非対称の３角形であり、その稜線方向がＸ軸およびＹ軸に対して所定の角度を有する方向に延長されている複数本のプリズムからなることを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、上記の本発明のバックライトユニットにおいては、前記平面光源は、反射シートに折り曲げ加工を施し光源を支持固定する機能と、折り曲げ加工により設けられた反射面において、光の多くを導光板の側面より入射させる反射機能を併せ持った、一体型のリフレクター反射シートを具備したことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の車戴ナビゲーション用バックライトユニットの第１の実施形態を、図１〜図２を参照し説明する。
【００２２】
図１は右ハンドル仕様自動車用としての車戴ナビゲーション用バックライトユニットの全体構成を示す斜視図、図２（ａ）は図１の各種シートの構成とプリズム方向を示す拡大図、図２（ｂ）は従来バックライトのレンズシート構成におけるバックライト放射面の光放射図、図２（ｃ）は本発明の実施形態にかかるバックライトユニットにおける放射面の光放射図である。
【００２３】
図１に示す通り、バックフレーム１の対向辺部内側には、蛍光ランプの両端にホルダーが取り付けられこれらにリード線が接続された一対の蛍光ランプアセンブリ２が固定されている。バックフレーム１の内側にはさらに、反射シート４、第１の拡散シート５および導光板６が積層配置され、これらは導光板６の側面から入射した蛍光ランプアセンブリ２の光が４方の側面より漏れないように、折り曲げ加工を施したリフレクター反射シート３内に配置されている。
【００２４】
前記蛍光ランプアセンブリ２から放射された光は、導光板６の底面と側面に接するように配置された第１の拡散シート５と、さらにその直下に配置された反射シート４と、リフレクター反射シート３により反射と屈折と拡散が繰返されるなかで、導光板６の上面より拡散光が放射される面光源となる。
【００２５】
図２（ａ）には、導光板６の上部に設けられる各種シートの構成と、光の透過方向を示す座標軸を示す。同図に示すように、導光板６の上部にはプリズムの稜線方向１３が互いにほぼ直交するように第１のレンズシート７と第２のレンズシート１０が配置されている。これらの第１および第２のレンズシート７、１０は、図６あるいは図７で示した第１および第２のレンズシート７、１０と同じ構造を有しているため、その詳細な説明は省略する。第１および第２のレンズシート７、１０の間には第３のレンズシート８（指向性シート）が配置されている。この第３のレンズシート８は第１および第２のレンズシート７、１０とほぼ同じ構造であるが、プリズムの形状及び方向が次のように異なっている。すなわち、第３のレンズシート８の入射面を形成する複数本のストライプ状のプリズムは、それらの断面が２等辺三角形ではなく、２辺の長さが異なる非対称三角形のプリズムにより構成されている。そしてこれらの非対称プリズムの稜線方向１３は、第１および第２のレンズシート７、１０のプリズムの稜線方向１３とは異なっている。また、第３のレンズシート８と第２のレンズシート１０の間には、シートの密着による部分的な光ムラの発生を防止するために、定量的厚みと表面が租な状態に形成された拡散シート９が設けられている。さらに、第２のレンズシート１０の上には、液晶の発光に有効なＰ波（縦波）を透光し、発光に無効なＳ波（横波）を反射する特性を備えた、偏光シート１１が設けられ、バックライトユニットの光の放射面が出来上がっている。
【００２６】
図２（ｂ）（ｃ）は、このように構成された車戴ナビゲーション用バックライトユニットにおける、第１乃至第３のレンズシート７、１０、８を通過する光の軌跡を示す図である。図２（ｂ）は第３のレンズシート８を設けない場合を、また、図２（ｃ）は第３のレンズシート８を設けた場合を対比して示している。図２（ｂ）においては図６に示した従来例と同様に、Ｘ軸，Ｙ軸の正負４方向にほぼ等しい光量の比率で放射されている。これに対して、図２（ｃ）においては、第３のレンズシート８の非対称なプリズム形状およびプリズムの稜線方向１３により、第２のレンズシート１０から最終的に放射される光の放射方向と、その放射方向に対する光の放射比率が変化する様子が示されている。
【００２７】
図３は、バックライトユニットから放射される光の指向性を従来のバックライトユニットと比較して示す半円グラフである。測定に用いたバックライトユニットは従来品と本発明品の２つのタイプを使用し、更にそれぞれについてルーバー付きフィルム１４の有無における輝度の差異に付いても測定を行った。具体的には、バックライトユニットの中心点に輝度計のピントを合せて、輝度計と中心点の距離を一定に保ちつつ、輝度計をＸ軸の正負方向に夫々９０度回転させた時の明るさを測定した。この測定に用いたバックライトユニットは運転席がバックライトユニットの放射面からみて左側に位置する右ハンドル車用に設計されたものであり、視野角特性グラフでは運転席が負の方向となっている。
【００２８】
さらに、従来のルーバー付きバックライトユニットの光放射面中心点の、輝度計測定値を半円グラフ化し、バックライトユニット長辺方向視野角特性として比較評価を行った。従来品、開発品ともにルーバー付きフィルムを取り除きバックライトユニットから放射される光の指向性と強度を比較すると、左右両方に光の指向性を持つ従来品に比べ発明品はルーバーに関係なく要求される運転席の方向を中心に光が放射されている。運転席方向への光の強さとしては従来品の輝度が約１８００ｃｄ／ｍ^２に対して発明品では５０００ｃｄ／ｍ^２（約２．５倍）の輝度がバックライトユニットより放射されている。
【００２９】
このように本発明によれば、第３のレンズシート８のプリズムの稜線方向１３が、第１のレンズシート７と第２のレンズシート１０のプリズムの稜線方向１３と異なるように角度を変えて重ねることで、Ｘ軸Ｙ軸に加えてＺ軸の３軸で構成する運転手の目の位置周辺に集中して光を放射する３次元の指向性を持つ面光源を可能とし、車のフロントパネル方向へ放射される光の量も減少できた。この結果、従来のルーバー付きフィルムを用いることなく、フロントパネルへの映像写り込みも解消された。
【００３０】
図４は、本発明の車戴ナビゲーション用バックライトユニットに用いる第３のレンズシート（指向性シート）の変形例（ａ）〜（ｄ）を示す、部分拡大図である。
【００３１】
図４（ａ）は、入射面側或いは放射面側が複数の頂点と平面で構成された非対称のプリズムからなる指向性シートである。図４（ｂ）は、一つの頂点を基準に左右の入射面或いは放射面が、平面と曲面の組合せで構成された非対称のプリズムからなる指向性シートである。
【００３２】
図４（ｃ）は、入射面或いは放射面のどちらか片方が、湾曲面のかまぼこ形状からなる非対称のプリズムを用いた指向性シートである。
【００３３】
図４（ｄ）は、入射面が同一平面で、放射面が複数の平面或いは曲面から構成された非対称のプリズムからなる指向性シートである。
【００３４】
図５は、本発明の車戴ナビゲーション用バックライトユニットの第２の実施形態を示す斜視図である。図５においては、図１〜図２に示した車戴ナビゲーション用バックライトユニットの構成部分と実質的に同一の構成部には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。同図に示すように、この実施形態においては直下タイプのバックライトユニットが用いられている。すなわち、レンズシート７、８、１０の直下に配置される光源は、樹脂成形あるいは金属のプレス加工で成形された反射ケース１５の内部に蛍光ランプアセンブリ２を複数本並べて実装し、所定の空間距離を保ちつつ導光板の代りに拡散板１６が使用されている。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、第１のレンズシート７と第２のレンズシート１０の直交するプリズムの稜線方向１３に加え、第３のレンズシート８（指向性シート）の非対称なプリズムの形状とプリズムの稜線方向１３が、同じ方向に重ならない様に角度を持たせることで、直交するＸ軸、Ｙ軸以外の任意な中間的角度の一方向（運転手の目の周辺位置）へ集光して、放射できる３次元の指向性を具備し、従来バックライトに於いて、フロントパネルに写り込み視界の妨げになる映像対策に用いられ、光の放射率を下げているルーバー付きフィルムを必要としない面光源バックライトユニットを可能にした。
【００３６】
更に第３のレンズシート８（指向性シート）の採用と、従来品では使用が不可欠であったルーバー付きフィルムを取り除いた相互効果により、バックライトユニットから放射される輝度は、図７のバックライトユニットの長辺視野角輝度特性の比較グラフに示す通り、従来品の約２．５倍の輝度が測定されており、本発明品は要求されている低消費電力化及び高輝度化を実現し、指向性に優れた車戴ナビゲーション用のバックライトユニットの提供を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、車戴ナビゲーション用バックライトユニットの第１の実施形態を示す、組立て斜視図である。
【図２】図１に示す、本発明の車戴ナビゲーション用バックライトユニットの導光板から偏光シート部分の配置構成と光の放射方向を示す拡大図である。
【図３】本発明品と従来品の車戴ナビゲーション用バックライトユニットに於ける、長辺方向の視野角輝度特性を比較して示すグラフである。
【図４】本発明の車戴ナビゲーション用バックライトユニットに用いる第３のレンズシート（指向性シート）の変形例を示す拡大図である。
【図５】本発明の車戴ナビゲーション用バックライトユニットの、第２の実施形態を示す組立て斜視図である。
【図６】従来の車戴ナビゲーション用バックライトユニットの組立て斜視図である。
【図７】図６に示す、従来の車戴ナビゲーション用バックライトユニットの、第１のレンズシートから第２のレンズシートに於ける、光の軌跡特性の１例を示す軌跡の拡大図である。
【符号の説明】
１バックフレーム
２蛍光ランプアセンブリ
３リフレクター反射シート
４反射シート
５第１の拡散シート
６導光板
７第１のレンズシート
８第３のレンズシート（指向性シート）
９第２の拡散シート
１０第２のレンズシート
１１偏光シート
１２フロントフレーム
１３プリズム稜線方向
１４ルーバー付きフィルム
１５反射ケース
１６拡散板

Claims

ほぼ直交するＸＹ軸座標の平面内で発光する平面光源と、この平面光源から放射される光を受けて、Ｘ軸の正負２方向にほぼ同一の光量が、集光・放射するように配置された、ほぼ対称のプリズムからなる第１のレンズシートと、前記光を受けてＹ軸の正負２方向に、ほぼ同一の光量が集光・放射するように配置された、ほぼ対称のプリズムからなる第２のレンズシートと、非対称のプリズムからなる第３のレンズシートにより、前記平面光源から放射される光を、任意な方向へ光を放射させる指向性と、放射方向への光量の放射比率の変更を可能としたことを特徴とするバックライトユニット。
ほぼ直交するＸＹ軸座標の平面内で発光する平面光源と、この平面光源からの光を受光するように積層配置された、第１、第２および第３のレンズシートとを備え、前記第１のレンズシートはその断面がほぼ２等辺３角形であり、その稜線方向がＹ軸方向に延長されている複数本のプリズムからなり、前記第２のレンズシートは、同じくその断面がほぼ２等辺３角形であり、その稜線方向がＸ軸方向に延長されている複数本のプリズムからなり、前記第３のレンズシートは、その断面がほぼ非対称の３角形であり、その稜線方向がＸ軸およびＹ軸に対して所定の角度を有する方向に延長されている複数本のプリズムからなることを特徴とするバックライトユニット。
前記平面光源は、反射シートに折り曲げ加工を施し光源を支持固定する機能と、折り曲げ加工により設けられた反射面において、光の多くを導光板の側面より入射させる反射機能を併せ持った、一体型のリフレクター反射シートを具備したことを特徴とする請求項１または２記載のバックライトユニット。