JP2005135700A

JP2005135700A - バックライト装置

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Publication number: JP2005135700A
Application number: JP2003369343A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Wakamiya; 清孝若宮; Yoshiaki Aramaki; 義昭荒巻
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP4411935B2

Abstract

【課題】反射シートを用いずにバックライトユニットを構成する。
【解決手段】導光板を保持するフレームの導光板の光反射面と接する接触面３６Ａ上に、入射した光を反射する銀反射膜５１を直接形成し、少なくとも、銀反射膜５１上に低屈折率膜５２と、低屈折率膜５２よりも高い屈折率を有する高屈折率膜５３とを形成することで実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のバックライト装置に関し、詳しくは、バックライト装置に用いられる導光板にて光を導光する際に、導光板外部から漏れ出る光を有効利用するための反射機構に関する。

液晶表示装置などのバックライト装置であるバックライトユニットは、主に、光源と、光源から出射された光を導光して面発光させる導光板とによって形成されている。

光源は、蛍光管や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などが用いられ、特に小型化、薄型化された電子機器に搭載する場合は、発光ダイオードが使用されることが多い。

一般に、図７に示すように発光ダイオードを光源とするバックライトユニット１００は、導光板８０、例えば、４個の発光ダイオード９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄといった複数の発光ダイオードを有する光源９０、反射シート１０１、拡散シート１０２、第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４を備えている。

バックライトユニット１００は、導光板８０の光入射面８１に、発光ダイオード９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄが所定のピッチで、光出射面９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄが密着するように配置され、導光板８０の光反射面８２、下側に反射シート１０１が配置され、導光板８０の光出射面８３、上側に拡散シート１０２、第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４が順に重ねて配置され、これらが筐体であるフレーム１１０、１１１内に組み付けられて構成されている。この時、反射シート１０１は、フレーム１１１の面１１１Ａ上に載置されることになる。なお、以下の説明において、発光ダイオード９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄは、総称して発光ダイオード９１とも呼ぶ。

発光ダイオード９１から導光板８０の光入射面８１に入射した光は、導光板８０の光反射面８２と、光出射面８３との内面で全反射しながら導光される。導光板８０の光反射面８２には、入射された光を効率よく光出射面８３方向へ立ち上げるためのプリズムパターンや、ドットパターンなどが形成されており、これらのパターンによって臨界角以内で光出射面８３の内面に入射した光は、光出射面８３から出射されることになる。

光出射面８３から出射した光は、面内光量分布に非常にばらつきがあるため、拡散シート１０２に入射し均一化が計られる。

拡散シート１０２から出射された光は、第１のレンズシート１０３，第２のレンズシート１０４に入射され、光出射面８３の法線方向へ集光するように偏向される。導光板８０の光出射面８３から出射され、拡散シート１０２を介した光を、この第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４に通過させることで、バックライトユニット１００の正面輝度を効率よく向上させることが可能となる。

導光板８０の光反射面８２側に配置された反射シート１０１は、プラスチック製のシート上に銀膜が形成されたシートであり、光入射面８１から入射された光が導光板８０内を全反射しながら導光する際に、光反射面８２外に飛び出した光を反射して、再び導光板８０内に戻す働きをしている。

特開２００３−３５９１０号公報

電子機器の小型化及び薄型化の要請に伴い、このような電子機器に搭載する、例えば、液晶表示装置の照明に用いられるバックライトユニットも薄型化される傾向にある。しかしながら、図７を用いて説明したようにバックライトユニット１００の部品点数は、非常に多く、中でも反射シート１０１、拡散シート１０２、第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４というようにシート類が４枚も使用されているという状況である。

これらのシート類は、それぞれ０．１〜０．１５ｍｍ程度の厚さがあるため、重ね合わせると少なくとも０．４ｍｍ以上となってしまい、バックライトユニット１００の薄型化を妨げてしまうといった問題がある。

しかしながら、上述した、いずれのシート類が有する機能も、このように光源９０から導光板８０の光入射面８１に入射された光を導光しながら、光出射面８３から面発光させる機構のバックライトユニット１００においては、いずれも必須であり欠くことのできないものである。

そこで、本発明はこのような問題を解決するために案出されたものであり、バックライト装置を構成するシート類のうち反射シートを、当該反射シートの有する機能を損なうことなく削減したバックライト装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るバックライト装置は、光源から出射される光を入射して、一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、少なくとも上記導光板を保持するフレームとを備えている。上記フレームは、上記導光板を保持した際、上記導光板の上記光反射面と接する接触面上に、入射した光を反射する銀反射膜が直接形成され、少なくとも、上記銀反射膜上に、低屈折率膜と、上記低屈折率膜よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とが形成されていることを特徴とする。

本発明のバックライト装置は、当該バックライト装置の導光板を保持するフレームに対して、導光板の光反射面と接する接触面上に、入射した光を反射する銀反射膜を直接形成し、少なくとも、上記銀反射膜上に、低屈折率膜と、上記低屈折率膜よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを形成している。

これにより、導光板外に出射した光を再び導光板内に戻す高い反射機能を保持したまま、反射シートといった別部材をバックライト装置に用いる必要がなくなるため、装置構成の簡素化、組立作業の効率化が実現できる。したがって、バックライト装置のコストを大幅に削減できると共に、市場で要求されている薄型化にも対応することが可能となる。

以下、本発明に係るバックライト装置の発明を実施するための最良の形態を図面を参照にして詳細に説明する。

図１に、本発明を実施するための最良の形態として示すバックライトユニット４０を示す。バックライトユニット４０は、導光板１０と、光源２０と、拡散シート３１と、第１のレンズシート３２と、第２のレンズシート３３とが、フレーム３５，３６内に組み付けられて構成されている。

導光板１０に用いられる材料としては、アクリル樹脂の他、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明熱可塑性樹脂が用いられる。導光板１０は、一例として、透明度の高いアクリル樹脂などを材料とし射出成形される。導光板１０は、光入射面１１から入射された光を、当該導光板１０の一方主面である光反射面１２で多方向へ反射させ、反射された光を光出射面１３から均一な光として出射させる。光反射面１２には、細かい凹凸形状、例えば、プリズムパターンや、ドットパターンなどが形成されており、入射され当該導光板１０内に導光された光を効率よく光出射面１３方向へ立ち上げるような処理が施されている。この、光反射面１２のプリズムパターンや、ドットパターンは、射出成形用金型によって形成される。

導光板１０は、光入射面１１から入射され、導光された光の導光方向の厚みが徐々に減少するような楔形形状をしているが、本発明は、このような楔形形状以外の形状の導光板にも適用可能である。

導光板１０の光源としては、図１に示す基板２３に所定の間隔で列状に配列された発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを備える光源部２０が用いられる。発光ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの光出射方向は、全て同一であり、光を出射する面をそれぞれ光出射面２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとする。なお、以下の説明においては、発光ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを総称して発光ダイオード２１とも呼び、それぞれの光出射面２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを総称して光出射面２２とも呼ぶ。発光ダイオード２１は、例えば、チップ型発光ダイオードである。

バックライトユニット４０は、導光板１０の光入射面１１側に光源部２０が配置され、さらに、導光板１０の光出射面１３側に、拡散シート３１、第１のレンズシート３２、第２のレンズシート３３が順に重ねて配置される。このように配置された、導光板１０、光源２０、拡散シート３１、第１のレンズシート３２、第２のレンズシート３３は、バックライトユニット４０の筐体となるフレーム３５、フレーム３６内に導光板１０の光反射面１２を、フレーム３６のフレーム内面３６Ａ側にして、がたつきなどがないように組み付けられる。

このフレーム３６の、導光板１０の光反射面１２との接触面であるフレーム内面３６Ａには、後で詳細に説明をする銀増反射膜が形成されている。この銀増反射膜は、従来技術で用いられていた反射シートと同様に、導光板１０の光反射面１２から導光板１０外に出射されてしまった光を反射して、再び導光板１０内に戻し、導光板１０内を導光中の光の損失を抑制する機能を果たす。

このようなバックライトユニット４０は、光源部２０が有する各発光ダイオード２１から出射された光を、導光板１０の光入射面１１から入射して導光し、光反射面１２及びフレーム３６のフレーム内面３６Ａに形成された銀増反射膜で反射して、光出射面１３から出射させる。光出射面１３から出射された光は、拡散シート３１によって、均一な光に拡散され、第１のレンズシート３２、第２のレンズシート３３によって、光の水平成分、垂直成分が共に法線方向、つまり発光ダイオード２１からの光の入射方向と垂直な方向に集光される。第２のレンズシート３３から出射された光は、フレーム３５の開口部３５Ａから出射され、例えば、液晶表示装置などに照射される。

続いて、フレーム３６のフレーム内面３６Ａに形成する銀増反射膜について説明をする。図２に、フレーム３６のフレーム内面３６Ａ上に形成された銀増反射膜５０を示す。

銀増反射膜５０は、基板となるフレーム３６のフレーム内面３６Ａ上に形成された表面粗度調整膜５５上に、銀反射膜５１、低屈折率膜５２、高屈折率膜５３、低屈折率膜５４が順に積層されることで形成されている。なお、表面粗度調整膜５５については、後で詳細に説明をする。

銀増反射膜５０は、金属反射膜である銀反射膜５１上に、低屈折率材料を用いて形成された第１の低屈折率膜５２と、高屈折率材料を用いて形成された高屈折率膜５３と、低屈折率材料を用いて形成された第２の低屈折率膜５４とを積層することで銀反射膜５１による光の反射を増加させる（増反射）ことができる。

例えば、金属材料の中で最も反射率の高い銀を用いて銀反射膜５１を、フレーム内面３６Ａ上に形成したとしても、９３〜９４％程度の反射率しか得ることができない。この反射率を１００％に近づけるために、銀反射膜５１に増反射機能を与えるのが、第１の低屈折率膜５２と、高屈折率膜５３と、第２の低屈折率膜５４である。銀反射膜５１に、増反射機能を与えるには、少なくとも第１の低屈折率膜５２と、高屈折率膜５３とが必要であり、この屈折率の違う膜を銀反射膜５１上に積層することで、膜と膜との界面で起こる光の干渉を利用して、可視光の反射を増加させることができる。

高屈折率膜５３上には、図２で示すように第２の低屈折率膜５４が形成されているが、この第２の低屈折率膜５４も光の増反射に寄与しており、保護膜としても機能している。また、低屈折率膜５４上に高屈折率膜を形成すると、さらに反射率が高くなり、同様にして交互に一層ずつ、低屈折率膜、高屈折率膜を積層すればするほど反射率を１００％に近づけていくことができる。

図２に示す、第１の低屈折率膜５２、第２の低屈折率膜５４を形成する低屈折率材料としては、例えば、屈折率が１．４６程度のＳｉＯ_２などを用いることができる。また、高屈折率膜５３を形成する高屈折率材料としては、例えば、屈折率が２．３程度のＴｉＯ_２や、屈折率が２．４程度のＮｂ_２Ｏ_５などを用いることができる。このような第１の低屈折率膜５２、高屈折率膜５３、第２の低屈折率膜５４は、スパッタリング、真空蒸着など、一般的に知られる薄膜形成手法によって形成することができる。したがって、各膜の膜厚も自由に制御することができる。

図２に示すように、銀増反射膜５０は、フレーム３６のフレーム内面３６Ａ上に形成される表面粗度調整膜５５上に形成されている。この表面粗度調整膜５５は、銀増反射膜５０の光の反射率を向上させるために形成される膜である。バックライトユニット４０のフレーム３６は、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などのプラスチック材料や、ステンレスやチタン合金などの金属材料、および回路部品の搭載された回路基板などによって形成されることになる。このフレーム３６は、直接外装部品としての機能を果たすものである。

このようなフレーム３６のフレーム内面３６Ａ上に銀増反射膜５０を形成する場合、その表面粗度が重要となってくる。銀増反射膜５０を形成する表面の表面粗度がある一定の基準値以下となり鏡面状になっていないと、仮に、銀増反射膜５０を形成したとしても十分な増反射機能が得られなくなってしまう。これは、銀増反射膜５０を形成する表面の表面粗度が一定の基準値以下でないと、銀増反射膜５０に入射した光のうち、銀反射膜５１までも透過してしまった光の成分が吸収されてしまうことによるものと考えられる。

したがって、表面粗度調整膜５５は、上述したように一定の基準値以下の表面粗度とするためにフレーム３６のフレーム内面３６Ａ上に形成する膜である。フレーム３６のフレーム内面３６Ａが鏡面状となり上述した一定の基準値以下の表面粗度となっている場合は、この表面粗度調整膜５５を必要としない。

例えば、フレーム３６が金属材料で形成されている場合などは、フレーム内面３６Ａの表面は非常に粗く、表面粗度が高くなってしまっている。したがって、フレーム内面３６Ａの表面粗度を一定基準以下として鏡面状態にするには、鏡面研削が必要となり非常に煩雑な作業が要求されてしまう。そこで、このような場合には、フレーム内面３６Ａ上に銀増反射膜５０を形成する前に、表面粗度調整膜５５を形成する。表面粗度調整膜５５は、成膜表面が滑らかになる材料を用い、上記成膜表面が滑らかになるような成膜条件にて、スパッタリングや、真空蒸着といった薄膜作製手法によって形成される。

表面粗度調整膜５５を形成する材料としては、上述したように、成膜表面が滑らかになる材料を使用し、表面が滑らかになるイオンアッシングを追加して成膜している。例えば、表面粗度調整膜５５には、低屈折率材料のSiO₂を用いる事ができる。

また、フレーム３６を、プラスチック材料、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などを用いて、射出成形して形成した場合には、射出成形用金型を調整することで、容易にフレーム内面３６Ａを鏡面状にすることができる。このような場合は、特に表面粗度調整膜５５を用いずに、直接フレーム内面３６Ａ上に銀増反射膜５０を形成することで十分な増反射効果を得ることができる。

銀増反射膜５０を形成した際に十分な増反射効果を得るための表面粗度の基準としては、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard）規格によって規定されている中心線平均粗さＲａを用いて定める。銀増反射膜５０を形成する表面の中心線平均粗さＲａが、０．１Ｓ（Ｓは、０．００１ｍｍ）以下である場合、上記表面は鏡面となり、その表面に銀増反射膜５０を形成することで十分な増反射効果が得られる。

続いて、本発明の実施例として、図３に示すように、導光板１０の光反射面１２と接するフレーム６０のフレーム内面６０Ａ又は基板６１の基板表面６１Ａに銀反射膜７１、第１の低屈折率膜７２、高屈折率膜７３、第２の低屈折率膜７４を順に積層させて銀増反射膜７０を形成し、その反射率を測定することで銀増反射膜７０の効果を検証する。

図４に示すように、膜厚の異なる合計５タイプの銀増反射膜７０を形成したフレーム６０及び基板６１を用意した。Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０は、ＰＥＴ製のフレーム６０上に実際にスパッタリングすることで銀増反射膜７０を形成したものである。タイプＤ及びタイプＥは、シミュレーションによって反射特性を測定するために用意したものである。タイプＤ及びタイプＥにおいては、銀増反射膜７０を形成する基板６１の材質、銀増反射膜７０を構成する各膜の材料及び膜厚を数値で指定してシミュレーション行った。

全てのタイプにおいて、銀増反射膜７０は、銀反射膜７１、第１の低屈折率膜７２、高屈折率膜７３、第２の低屈折率膜７４によって構成されるものとする。また、第１の低屈折率膜７２は、ＳｉＯ_２とし、高屈折率膜７３は、Ｎｂ_２Ｏ_５とし、第２の低屈折率膜７４はＳｉＯ_２としている。さらに、タイプＡ、タイプＢ、タイプＣの場合は、銀反射膜７１を形成するフレーム６０のフレーム内面６０Ａの表面粗度、タイプＤ及びタイプＥの場合は、基板６１の基板表面６１Ａの表面粗度を、それぞれＲａ＝０．０４Ｓとする。基板６１の材料もフレーム６０と同じＰＥＴを使用するものとする。

なお、Ａタイプのフレーム６０では、第２の低屈折率膜７４が０．０ｎｍとなっているが、これは第２の低屈折率膜７４を形成しなかったことを意味している。

図５に、銀増反射膜７０を形成した、これら全てのタイプのフレーム６０及び基板６１の反射率を測定した結果を示す。反射率を測定するために入射する光の入射角は７０°とする。

図５に示すように、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０の反射率は、可視光領域において、ほぼ９８％〜９９％という非常に高い反射率を示している。また、Ｄタイプ、Ｅタイプの基板６１においても９７％〜９９％という同じく非常に高い反射率を示している。これにより、銀反射膜７１上に形成した第１の低屈折率膜７２、高屈折率膜７３、第２の低屈折率膜７４によって、入射された光が増反射されているのが分かる。また、図４に示すように、総膜厚も全て数百ｎｍであり、従来の技術で説明した反射シートを用いる場合よりも非常に薄型化していることが分かる。

ところで、図５に示すように、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０では、約４００ｎｍ付近の波長の反射率が大きく低下しており、この波長付近の光が、あまり反射されていないのが分かる。また、Ｄタイプの基板６１においては、約５５５ｎｍ付近の波長の反射率が大きく低下し、Ｅタイプの基板６１においては、約６５５ｎｍ付近の波長の反射率が大きく低下しているのが分かる。

Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０で光の反射率の低下が大きい波長領域である約４００ｎｍ付近の光は、青紫色を示す。したがって、この波長領域の反射率の低下が大きいと、反射された光は、黄緑色が強調された色調となる傾向がある。

また、Ｄタイプの基板６１で光の反射率の低下が大きい波長領域である約５５５ｎｍ付近の光は、緑色を示す。したがって、この波長領域の反射率の低下が大きいと、反射された光は、赤紫色が強調された色調となる傾向がある。

さらに、Ｅタイプの基板６１で光の反射率の低下が大きい波長領域である６５５ｎｍ付近の光は、赤色を示す。したがって、この波長領域の反射率の低下が大きいと、反射された光は、青緑色が強調された色調となる傾向がある。

また、図６に示すように、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０、それぞれについて、中心となる色度を測定した結果、それぞれが異なる色度となった。これは、図５に示すＡタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０の反射率特性からも分かるように、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０においては、光の反射率の低下が大きい波長領域は同じであるが、反射率が低下する割合がそれぞれ異なっていることによるものと考えられる。

したがって、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０においても、それぞれ反射される光の色度は、異なっている。例えば、Ａタイプのフレーム６０では、青み、あるいは紫みのかかった白色光が反射され、Ｃタイプのフレーム６０では、黄みのかかった白色光が反射され、Ｂタイプのフレーム６０では、Ａタイプほどではないが、青み、あるいは紫みのかかった白色光が反射されることになる。

図４に示すように、Ａタイプ、Ｂタイプ、Ｃタイプのフレーム６０、Ｄタイプ、Ｅタイプの基板６１はそれぞれ膜厚が異なっているだけで、第１の低屈折率膜７２、高屈折率膜７３、第２の低屈折率膜７４を構成する材料は全て同じである。したがって、図５、図６に示す結果から膜厚の調整を適切に行うことで、反射光の反射スペクトラムを任意に変えられることが分かる。

つまり、このように膜厚調整された銀増反射膜７０をフレーム６０のフレーム内面６０Ａに形成することで、バックライトユニットとして組み合わせた際に、導光板１０の光出射面１３から出射される光も、調整された膜厚によって決まる色調を反映したものとなる。したがって、ユーザが好む色調のバックライト光を、膜厚調整を適切に行うことで容易に得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態として示すバックライトユニットの構成について説明するための図である。同バックライトユニットのフレームのフレーム内面に形成される銀増反射膜について説明するための図である。銀増反射膜の効果を検証するための実施例として用いる銀増反射膜を形成したフレーム又は基板の構成を示した図である。図３に示した銀増反射膜を形成したフレーム及び基板の銀増反射膜の膜厚を示した図である。反射率測定をした結果を示した図である。中心色度を測定した結果を示した図である。従来の技術として示すバックライトユニットの構成について説明するための図である。

符号の説明

１０導光板、１２光反射面、１３光出射面、２０光源、３１拡散シート、３２第１のレンズシート、３３第２のレンズシート、３５，３６，６０フレーム、３６Ａ，６０Ａフレーム内面、５０，７０銀増反射膜、５１，７１銀反射膜、５２，７２第１の低屈折率膜、５３，７３高屈折率膜、５４，７４第２の低屈折率膜、６１基板、６１Ａ基板表面

Claims

光源から出射される光を入射して、一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、
少なくとも上記導光板を保持するフレームとを備え、
上記フレームは、上記導光板を保持した際、上記導光板の上記光反射面と接する接触面上に、入射した光を反射する銀反射膜が直接形成され、
少なくとも、上記銀反射膜上に、低屈折率膜と、上記低屈折率膜よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とが形成されていること
を特徴とするバックライト装置。
上記銀反射膜上に、上記低屈折率膜と、上記高屈折率膜とが、それぞれ一層ずつ交互に複数積層され形成されていること
を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
上記高屈折率膜は、Ｎｂ_２Ｏ_５であること
を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
上記銀反射膜を形成する上記フレームの上記接触面の表面粗度Ｒａを０．１Ｓ（Ｓは、０．００１ｍｍ）以下にすること
を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
ただし、表面粗度Ｒａは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard）で規定された中心線平均粗さである。
上記フレームの上記接触面上に、表面粗度Ｒａが０．１Ｓ（Ｓは、０．００１ｍｍ）以下の表面粗度調整膜を形成し、
上記表面粗度調整膜上に上記銀反射膜を形成すること
を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
ただし、表面粗度Ｒａは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standard）で規定された中心線平均粗さである。
可視光領域の所望の波長の光が反射されないように、上記低屈折率膜、上記高屈折率膜の膜厚を、それぞれ調整すること
を特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
可視光領域の所望の波長の光が反射されないように、上記銀反射膜上に、それぞれ一層ずつ交互に複数積層されて形成される上記低屈折率膜、上記高屈折率膜の膜厚を、それぞれ調整すること
を特徴とする請求項２記載のバックライト装置。