JP2006154394A - 液晶表示装置用バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】回折格子を用いた導光体を有するバックライトユニットで、面内の輝度が光源から離れるに従って輝度が徐々に低下しない、面内での輝度が均一な、また点状光源の配列に起因した輝度変化もない液晶表示装置用バックライトユニットを提供する。
【解決手段】回折格子パターン１５が形成されている面に密着して設けられた反射層２５、導光体の下部に配置された反射板もしくは反射シート１９の反射率が、光源から遠ざかるに従って高いこと。点状光源の配列に起因する輝度変化に対応した反射率であること。
【選択図】図８

Description

本発明は、液晶表示装置用バックライトユニットに関するものであり、特に、導光板に形成された回折格子パターンから下面に射出される透過の回折光を、反射層や反射板等を設けることで液晶パネル側に向かうようにし、光の利用効率が高く、また、光の均一性も向上した液晶表示装置用バックライトユニットに関する。

従来、透過型の液晶パネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一に液晶パネルに導くために、透明樹脂からなる導光体が用いられている。図１に示すように、この種の導光体１０に光源１２が配置されてなるバックライトユニット１４では、導光体１０の端面１１から導光体１０内に入射した光は、導光体１０の内部を全反射しながら進行する。なお、図１は、光源１２として線状の光源を用いた例を示しているが、光源１２の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。導光体１０の平面部には所々にプリズム１６が設けられ、プリズム１６に当たった光は、図１中矢印に示すように、導光体１０から図中上方側へ向かって射出される。

図２に示すように、このバックライトユニット１４の導光体１０の上部に透過型液晶パネル１８を配置し、導光体１０から射出面側へと射出した光を透過させることによって画像を表示する液晶表示装置２４が形成される。
図１および図２に示すように、背面にプリズム１６が設けられた導光体に係る公知例としては、例えば、下記特許文献１がある。
また、プリズムを用いないバックライトユニットの例としては、導光体１０の底面に散乱性のドットを印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。

一方、光源からの光を所望の方向へ効率良く導光させる光学素子として、回折格子が知られている。回折格子の典型的な構成は、等間隔に配置された平行線（格子線）の集合体であり、格子線を濃淡で表現すると振幅型回折格子、凹凸形状で表現すると位相型回折格子となる。一般に、可視光に対しては、０．５〜２μｍ程度の格子間隔（ピッチ）の回折格子が利用される。位相型回折格子としては、図３のような断面形状が矩形状もしくは正弦波状の所謂バイナリー格子が知られているが、より光の利用効率（回折効率）が高く光の射出方向を厳密に制御できるものとして、図４のような断面形状が鋸歯状のブレーズド格子もある。

ブレーズド格子を構成する際には、ブレーズド格子の格子間隔に応じて決定される＋１次回折光の射出角度と緩斜面による反射光の射出角が同一となるように傾斜角を決定することで、バイナリー格子よりも回折効率の高い回折光を得ることができる。
このようなバイナリー格子やブレーズド格子等の位相型回折格子を導光板の上面もしくは下面に形成することで導光板の端面に配置された光源からの光を効率よく回折させ、液晶パネルの方向へ導くことができる。
回折格子を利用した導光体に係る公知例としては特許文献２がある。特許文献２では、光量分布を制御するために、密度や格子形状を変化させた回折格子を下面に形成した導光体について述べられている。
特開平５−２６４８１９号公報 特許第２８６５６１８号公報

透明の板状もしくはシート状の導光体に形成された回折格子パターンは、光源から導光体中を導光する光を回折させ、上方（液晶パネルの方向）へ光を射出させる。またその際に、回折格子パターンに入射した光は回折格子パターンを透過し、下方に対しても回折光として射出される。液晶表示装置の明るさに寄与する成分は上方への光だけであるので、下方に対して射出された回折光も導光体の下に反射板を配置したり、回折格子パターンに蒸着等の手段により反射層を設けて上方へ進行するようにすると、光の利用効率が向上して望ましい。

しかし、ここで反射率が全面にわたって一様である反射板や反射層を設けると液晶パネル面内での輝度の均一性が得られない。一般に、光源に近い場所では輝度が高くなり、光源から離れるに従って輝度が徐々に低下してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、面内の輝度が光源から離れるに従って輝度が徐々に低下してしまうことなく、面内での輝度が均一な液晶表示装置用バックライトユニットを提供することを課題とする。

また、用いる光源が複数個の点状光源であると、導光体の、複数個の点状光源の配列と平行方向において、複数個の点状光源からの光の輝度は、不均一なものとなる。従って、導光体からの輝度は、点状光源の配列と直角方向においては、光源から離れるに従って輝度が徐々に低下し、且つ平行方向においては、点状光源の配列に起因した輝度の強弱がある。

本発明は、点状光源の配列に起因した輝度変化もない、面内での輝度が均一な液晶表示装置用バックライトユニットを提供することを課題とする。

本発明は、少なくとも１つの端面に配置された１個もしくは複数個の光源からの入射光を導光し、下面に形成された回折格子パターンにより、光源からの光を液晶パネル側へ射出する透明な板状もしくはシート状の導光体を用いた液晶表示装置用バックライトユニットであって、該回折格子パターンが形成されている面に密着して反射層が設けられ、該反射層の反射率が、光源から遠ざかるに従って高くなっていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用バックライトユニットにおいて、前記反射層の反射率が、点状光源の配列に起因する輝度変化に対応した反射率であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用バックライトユニットにおいて、前記反射層が、金属薄膜であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットである。

また、本発明は、少なくとも１つの端面に配置された１個もしくは複数個の光源からの入射光を導光し、上面または下面に形成された回折格子パターンにより、光源からの光を液晶パネル側へ射出する透明な板状もしくはシート状の導光体を用いた液晶表示装置用バックライトユニットであって、該導光体の下部に配置された反射板もしくは反射シートの反射率が、光源から遠ざかるに従って高くなっていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用バックライトユニットにおいて、前記反射板もしくは反射シートの反射率が、点状光源の配列に起因する輝度変化に対応した反射率であることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットである。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用バックライトユニットにおいて、前記反射板または反射シートが、金属薄膜、回折格子、ホログラムの少なくともいずれか１つから構成されていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットである。

本発明により実現される液晶表示装置用バックライトには以下のような効果がある。
（１）導光板の下面に進行する透過の回折光成分を反射層、反射板もしくは反射シートにより液晶パネル側へ進行させることで、光の利用効率を向上させることができ、同時に、反射率を場所により変えることで光の均一性も向上させることができる。
（２）反射層、反射板もしくは反射シートの反射率を点状光源の配列に起因する輝度変化に対応して変化させるだけで、光源の配置や、回折格子パターン等に特別な工夫を施さなくても、面内で均一な輝度分布を得ることができる。また、光制御シート等を新たに付け加えるなどする必要もないので、バックライトの構成が複雑になったり、全体の厚みもほとんど変化を与えない。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図５は、回折格子パターン１５が形成された導光体１０を用いたバックライトユニット４と、光制御シート１７と、透過型液晶パネル１８で構成される液晶表示装置の一例である。図５に示すように、バックライトユニット４は、回折格子パターン１５が形成された導光体１０の片端に光源１２が設けられ、導光体１０の下方には反射板もしくは反射シート１９が配置されている。
光源１２には、線状光源であるＣＣＦＬ（冷陰極管）や点状光源であるＬＥＤが用いられることが多い。光制御シート１７としては、光拡散シートや偏光板、位相差板など異なる光学機能を有した複数枚のシートが利用される。

図７は、図５の液晶表示装置を図５中Ａ−Ａの方向に切断した際の縦断面図を示したものである。光源１２から射出される光は導光体中を全反射を繰り返しながら進行し、回折格子パターン１５に到達する。回折格子パターン１５に到達した光は透過型液晶パネル１８の方向へ回折する反射の回折光２０と正反射光２２等に分かれ、それぞれの進行方向へ伝搬していく。導光体の下方に反射板もしくは反射シート１９を設けて、下方へ回折する透過の回折光２１を反射させ、透過型液晶パネル１８側へ進行させる。

また、図６に示すように、上記反射板もしくは反射シート１９に代わり、回折格子パターン１５の下面に反射層２５を設けて、透過の回折光が生じないようにする構成もある。このように反射板もしくは反射シートや、反射層を設けることで液晶パネルの方向へ進む光の量を増加させることができるが、全面が均一な反射率からなる反射板もしくは反射シートや、反射層では光量の制御ができず、液晶パネルを均一な輝度で照明することができない。

そこで、導光体に形成されている回折格子パターンの部分に設けられた反射層の反射率を場所により変化させて、液晶パネルの方向へ射出される光の量を制御することで液晶パネルを均一な輝度で照明できるようにする。
図８は、請求項１に係わる発明におけるバックライトユニットに用いられる、反射層が回折格子パターンに密着して形成されている導光板の一実施例を断面図にて示したものである。

光源１２に近い場所の反射層は反射率が低く、遠ざかるに従って反射率が高くなっている。光源１２からの光は導光体中を伝搬し、反射層が設けられた回折格子パターン１５に達する。光源１２に近い反射層は反射率が低いため、透過してしまう光の成分が多い。一方、光源１２から遠い場所の反射層は反射率が高く、透過してしまう光の成分が少ない。導光体中を伝搬する光は光源から遠ざかるに従って徐々に弱くなるので、反射率を徐々に上げることで液晶パネル側へ進行する光の量の均等化が図れるのである。図８では反射率の高低を模式的に反射層の厚さの違いで表している。

図１０は、図８の導光体を斜視図にて示したものである。ＣＣＦＬ光源のような線状の光源が導光体の側面に配置されているので、光源から遠ざかるに従って反射層の反射率を一様に上げていくことで、面内輝度が均一な液晶表示装置を実現できる。図１０では、反射層の反射率の高低を明暗によって示しており、色の明るい部分は反射率が高く、暗い部分は反射率が低い。

図９は、請求項２に係わる発明におけるバックライトユニットに用いられる導光板を斜視図にて示したものである。光源として複数個のＬＥＤが導光体の側面に設置されている。図９に示すように、ＬＥＤの配列と直角方向においては、光源から遠ざかるに従って輝度が徐々に低下する。且つ、図９中矢印で示す、ＬＥＤの配列と平行方向においては、このＬＥＤの配列に起因した輝度の強弱がある。この図９に示す、直角方向及び平行方向の面としての輝度変化に対応し、輝度の高い場所では反射体の反射率を小さくし、輝度の低い場所では反射体の反射率を大きくすることで、面内輝度が均一な液晶表示装置を実現できる。

回折格子パターンのような凹凸のある面に反射層を設けるには、アルミ、金、銀等の反射率の高い金属を蒸着もしくはスパッタリングにより薄膜状に形成する方法が用いられる。蒸着やスパッタリングによって、場所により反射率が異なる反射層を形成する方法としては、以下のようなものが挙げられる。

図１１は、蒸着の対象物である導光体１０に、任意の形状の空隙が設けられたマスク３０を密着または近接して配置し、蒸着源となる蒸着用金属３１を蒸着ボート３２に載せ、加熱することで導光体１０に反射層２５（金属薄膜）を形成する概念図である。例として示す、蒸着用マスク３０Ａ、３０Ｂに設ける空隙は、図１２に示したように縞状や網点状をはじめとして任意の形状でよい。

なお、場所に応じて細かく反射率を変化させる場合には、縞の太さや網点の大きさを、例えば、３００μｍ以下にすることで、目視した際にそれらの形状が認識されにくくなり、輝度の均一化の点で一層好ましい。また、異なる位置に空隙が設けられたマスクを複数枚用意し、１回の蒸着で形成される反射層の反射率を小さく設定し、適宜マスクを交換して蒸着を繰り返す等することによってより場所に応じて細かく反射率を制御することもできる。

別の方法としては、回折格子パターンの反射層を設けたくない部分に予め表面コート処理を施し、全体に反射層を形成した後に溶剤を用いてコート処理された部分のみを洗い流す、といったような方法もとることができる。

図１３は、請求項４に係わる液晶表示装置におけるバックライトユニットの一実施例である。回折格子パターン１５の形成された導光体１０の下方に反射率が場所により異なる反射板もしくは反射シート１９が設置されている。
回折格子パターン１５を透過して下面に向かって進行する回折光を場所に応じて適切な光
量で液晶パネル側に射出させるために、反射板もしくは反射シート１９は、ＣＣＦＬ光源１２から遠ざかるにしたがって反射率が高くなっている。これにより、液晶パネルを照明する光の輝度のバランスをとり、面内で輝度が均一な液晶表示装置を実現する。

図１４は、請求項５に係わる液晶表示装置におけるバックライトユニットの一実施例である。図９で示した反射層と同様に、矢印で示したＬＥＤの配列と平行な方向においては、このＬＥＤの配列に起因した輝度の強弱がある。よって、直角方向及び平行方向の面としての輝度変化に対応し、輝度の高い場所では反射板もしくは反射シートの反射率を小さくし、輝度の低い場所では反射率を大きくすることで、面内輝度が均一な液晶表示装置を実現する。

反射板もしくは反射シートとしては、プラスチックフィルム等の基材上に、先に述べた金属薄膜を形成したものや、樹脂多層膜を形成したもの、さらには回折格子やレリーフ型ホログラム、体積ホログラム等も使用することができる。回折格子やホログラムを用いると、場所に応じて反射率を制御することが容易であるので、より一層好適である。

従来の導光板の構成の一例を示す説明図である。 従来の導光板を用いた液晶表示装置の構成の一例を示す説明図である。 バイナリー格子の断面図である。 ブレーズド格子の断面図である。 回折格子が形成された導光体を利用したバックライトユニットを有する液晶表示装置の構成の一例を示す説明図である。 回折格子パターンの下面に反射層を設けた構成の一例を示す説明図である。 図５の液晶表示装置を図５中Ａ−Ａの方向に切断した縦断面図である。 請求項１に係わる発明における導光体の一実施例の断面図である。 請求項２に係わる発明における導光体を斜視図にて示したものである。 図８の導光体を斜視図にて示したものである。 導光体に反射層（金属薄膜）を形成する概念図である。 蒸着用マスクの一例を示す説明図である。 請求項４に係わるバックライトユニットの一例の斜視図である。 請求項５に係わるバックライトユニットの一例の斜視図である。

符号の説明

０１・・・バイナリー格子
０２・・・ブレーズド格子
１０・・・導光体
１１・・・端面
１２・・・光源
４、１４・・・バックライトユニット
１５・・・回折格子パターン
１６・・・プリズム
１７・・・光制御シート
１８・・・透過型液晶パネル
１９・・・反射板もしくは反射シート
２０・・・反射の回折光
２１・・・透過の回折光
２２・・・正反射光
２３・・・反射光
２４・・・液晶表示装置
２５・・・反射層
３０Ａ、３０Ｂ・・・蒸着用マスク
３１・・・蒸着用金属
３２・・・蒸着ボート

Claims (6)

1. 少なくとも１つの端面に配置された１個もしくは複数個の光源からの入射光を導光し、下面に形成された回折格子パターンにより、光源からの光を液晶パネル側へ射出する透明な板状もしくはシート状の導光体を用いた液晶表示装置用バックライトユニットであって、該回折格子パターンが形成されている面に密着して反射層が設けられ、該反射層の反射率が、光源から遠ざかるに従って高くなっていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
2. 前記反射層の反射率が、点状光源の配列に起因する輝度変化に対応した反射率であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用バックライトユニット。
3. 前記反射層が、金属薄膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置用バックライトユニット。
4. 少なくとも１つの端面に配置された１個もしくは複数個の光源からの入射光を導光し、上面または下面に形成された回折格子パターンにより、光源からの光を液晶パネル側へ射出する透明な板状もしくはシート状の導光体を用いた液晶表示装置用バックライトユニットであって、該導光体の下部に配置された反射板もしくは反射シートの反射率が、光源から遠ざかるに従って高くなっていることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
5. 前記反射板もしくは反射シートの反射率が、点状光源の配列に起因する輝度変化に対応した反射率であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置用バックライトユニット。
6. 前記反射板または反射シートが、金属薄膜、回折格子、ホログラムの少なくともいずれか１つから構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の液晶表示装置用バックライトユニット。