JP2006284697A - 液晶表示装置に適用されるバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光学的な特性を低下させることなく、構成をより簡素化し、小型化（薄膜化）及びコスト削減を図ることが可能なバックライトユニットを提供すること。
【解決手段】本発明は、液晶表示装置に適用されるバックライトユニット１０であり、光源２３と、光源２３からの光を入射面から取り込み、拡散させることによって、この取り込んだ光を拡散光として非入射面である出射面から出射させる拡散板２５と、透明基材１４の一方の面上に複数のレンズ１６を配置し、透明基材１４の他方の面上に、透明基材１４を挟んで複数のレンズ１６の各レンズ頂点と対向する位置を外すように複数の光反射材１８を配置し、この光反射材１８を配置した面側を、拡散板２５の出射面側に配置したレンズシート１２とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディスプレイとして用いられている液晶表示装置に適用されるバックライトユニットに関するものである。

近年、液晶表示装置は、軽量かつ薄型であるという優れた特徴を有することから、例えば携帯端末、パソコン、テレビ、ビデオカメラ等のディスプレイとして幅広く適用されている。

この種の液晶表示装置において、液晶画面を照明するために用いられているバックライトユニットとしては、直下型のものとエッジライト型のものとがある。図１７に示すように、直下型のバックライトユニット３０は、例えば下記特許文献１に開示されているように、２枚の拡散板２５，２６の背面に、例えば冷陰極管のような線状光源２３が配置されており、更にその後ろには反射板２７が配置されている。これによって、線状光源２３から出射された光を拡散板２５，２６によって拡散させることでバックライトユニット３０の出射面から均一に拡散光を出射させるようにしている。
特許第２９５０２１９号公報

しかしながら、このような従来の直下型のバックライトユニットでは、以下のような問題がある。

すなわち、従来の直下型のバックライトユニット３０では、上述したように、出射面から均一に拡散光を出射させるために、２枚の拡散板２５，２６が用いられている。１枚の拡散板のみでは、出射面から出射される拡散光を十分に均一にすることができず、液晶画面からは明るさにムラのある画像が表示されてしまうからである。

したがって、１枚の拡散板しか用いていないとき、場合によっては、光源の形状のシルエットが液晶画面に映ってしまうこともありえる。例えば、光源として線状光源を用いている場合には、液晶画面上に、線状の明るい部分が見えてしまうこともありうる。しかしながら、このような明るさのムラをなくすために複数の拡散板を用いると、部材数が多くなり、構成が複雑になるのみならず、厚みも増してしまい、コスト削減及び小型化の阻害となるという問題がある。

このため、図１８に示すように、１枚のみの拡散板２６を用いる一方、２枚目の拡散板の拡散作用を補償するために、２枚目の拡散板の代わりに拡散フィルム３２とプリズムシート３４とを用いた構成のバックライトユニット３６も考えられる。

このような構成のバックライトユニット３６によれば、図１７に示すバックライトユニット３０よりも、より小型化及び軽量化を図ることができるものの、拡散板２５の代わりに拡散フィルム３２とプリズムシート３４とを用いることになるので部材数がより増えてしまい、構成がより複雑化し、コストも増えてしまう。また、プリズムシート３４では、図１９に示すように、屈折作用Ｘによって、ランプハウス２１に収容された線状光源２３からの光Ｐが、最終的には、制御された角度φで出射されることによって、視聴者の視覚方向Ｓの光の強度を高めるように制御することができる。しかしながら、同時に反射／屈折作用Ｙによる光成分が、視聴者の視覚方向Ｓに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう。したがって、プリズムシート３４から出射される光強度分布は、図２０に示すように、視聴者の視覚方向Ｓ、すなわち視覚方向Ｓに対する角度が０°における光強度が最も高められるものの、図中横軸に示す±９０°近辺の小さな光強度ピークとして示されるように、横方向から無駄に出射される光も増えてしまうという別の問題が発生する。

このように、従来の直下型のバックライトユニットでは、２枚の拡散板を用いる場合には、厚みが増してしまい、小型化（薄膜化）の阻害になるという問題がある。一方、１枚の拡散板の代わりに拡散フィルム３２とプリズムシート３４とを用いた場合には、小型化（薄膜化）を図れるようになるものの、部材数が増えることから、構成がより複雑になり、コストの増加をもたらすという問題がある。その上、無駄に出射される光が増えてしまうので、光の利用効率も低下するという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光学的な特性を低下させることなく、構成をより簡素化し、小型化（薄膜化）及びコスト削減を図ることが可能なバックライトユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明では、液晶表示装置に適用されるバックライトユニットにおいて、光源と、光源からの光を入射面から取り込み、拡散させることによって、この取り込んだ光を拡散光として非入射面である出射面から出射させる拡散板と、透明基材の一方の面上に複数のレンズを配置し、透明基材の他方の面上に、透明基材を挟んで複数のレンズの各レンズ頂点と対向する位置を外すように複数の光反射材を配置し、この光反射材を配置した面側を、拡散板の出射面側に配置したレンズシートとを備えている。

また、請求項２の発明では、請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、レンズシートのレンズ配置面側に配置され、レンズから出射される光のうち予め定めた偏光成分光のみを通過させる偏光分離シートを更に備えている。

請求項３の発明では、請求項１又は請求項２に記載のバックライトユニットにおいて、光反射材に白色インキを用いている。

請求項４の発明では、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のバックライトユニットにおいて、光源が線状光源である場合には冷陰極線管又は発光ダイオードを、光源が点状光源である場合には発光ダイオードをそれぞれ光源として用いている。

請求項５の発明では、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のバックライトユニットにおいて、光源が線状光源である場合には、レンズとしてシリンドリカルレンズを用い、各シリンドリカルレンズの長手方向と、線状光源の長手方向とを一致させるようにしている。

請求項６の発明では、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のバックライトユニットにおいて、光源が点状光源である場合には、レンズとしてマイクロレンズを用いている。

本発明によれば、光学的な特性を低下させることなく、構成をより簡素化し、小型化（薄膜化）及びコスト削減を図ることが可能なバックライトユニットを実現することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。

なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図１８と同一部分については同一符号を付して示すことにする。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るバックライトユニット１０の構成例を示す斜視図である。

すなわち、本実施の形態に係るバックライトユニット１０は、液晶表示装置に適用されるものであって、図１８に示すバックライトユニット３６における拡散フィルム３２及びプリズムシート３４の代わりにレンズシート１２を備えた構成としている。

レンズシート１２は、その側面図を図２に示すように、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような透明フィルムからなる透明基材１４の上面に、複数のシリンドリカルレンズ１６を互いの長手方向Ｆが一致するように、すなわち、平行に配置している。また、各シリンドリカルレンズ１６の長手方向Ｆを、線状光源２３の長手方向ｆと一致させるように配置する。

シリンドリカルレンズ１６は、図２に示すように、隣接するシリンドリカルレンズ１６との間の隙間が無いように配置しても、図３に示すように、隣接するシリンドリカルレンズ１６との間に所定の隙間ｇを設けて規則的に配置しても良い。また、透明基材１４の下面、すなわち拡散板２６側の面には、透明基材１４を挟んでシリンドリカルレンズ１６の各レンズ頂点Ｔと対向する位置Ｇを外すように光反射材１８を配置している。光反射材１８が配置されない部位は開口部２０となる。したがって、光反射材１８の幅を変えることによって、透明基材１４の下面における開口部２０の面積割合である開口率を変えることができる。これによって、透明基材１４の下面には、図４に示すように、長手方向Ｆに伸びる複数の光反射材１８がストライプ状に配置されることになる。光反射材１８は、例えば、白色顔料として用いられているＴｉＯ_２を含んだ白色インキが好適である。透明基材１４の厚みｔは例えば５０〜３００μｍ、１つのシリンドリカルレンズ１６の幅Ｗは例えば５０〜３００μｍ、光反射材１８の厚みは例えば数１０μｍである。

このような構成をなすレンズシート１２において、透明基材１４は必須の構成要件ではなく、以下のようにして透明基材１４を用いずとも作製することが可能である。すなわち、レンズシート１２は、透明基材１４を用いずとも、レンズ材料の一面に図４に示すようにストライプ状に光反射材１８を配置した後に、レンズ材料の他面をプレスすることによってシリンドリカルレンズ１６を形成して作製することが可能である。また逆に、レンズ材料の一面をプレスしてシリンドリカルレンズ１６を形成した後に、他面に図４に示すようにストライプ状に光反射材１８を配置することによって作製することも可能である。

次に、以上のように構成した本実施の形態に係るバックライトユニット１０の作用について図５を用いて説明する。

すなわち、本実施の形態に係るバックライトユニット１０では、冷陰極線管、又は線状に多数の発光ダイオードが配置されてなる線状光源２３からの光Ｐが、拡散板２６に入射し、そこで拡散される。

このように拡散された光のうち、開口部２０を通過した光αのみが、レンズシート１２へと導かれる。開口部２０を通過しない光βは、光反射材１８によって反射される。各光反射材１８は、シリンドリカルレンズ１６の各レンズ頂点Ｔと対向する位置Ｇを外すように配置されている。逆に言うと、各開口部２０は、シリンドリカルレンズ１６の各レンズ頂点Ｔと対向する位置Ｇを含むように位置する。これによって、入射角度が絞られた光αのみが各シリンドリカルレンズ１６に入射することになるので、各シリンドリカルレンズ１６に斜めから入射する光がなくなり、もって、視聴者の視覚方向Ｓに進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう光が減る。

一方、開口部２０を通ることができなかった光βは、光反射材１８で反射され、拡散板２６側に戻され反射板２７へ導かれる。そして、反射板２７によって反射されることによって再び拡散板２６に入射し、拡散板２６において再び拡散された後に、いずれは入射角度が絞られた光αとなった後に開口部２０を通ってレンズシート１２に入射し、シリンドリカルレンズ１６によって、図５の側面図、及び図６に示す一つのシリンドリカルレンズから出射される光の分布を示す平面図に示すように、長手方向Ｆと直交する面において、所定角度φ内に拡散されて出射される。

これによって、長手方向Ｆに伸びる線状光源２３からの光が、長手方向Ｆと直交する方向に拡散されるので、線状光源２３からの光が、効率良く均一化され、線状光源２３の形状のシルエットが液晶画面から映るようなことはなくなる。

また、線状光源２３からの光Ｐを散乱させ、入射角度が絞られた光αのみをシリンドリカルレンズ１６に入射させることができるとともに、シリンドリカルレンズ１６に入射させることができなかった光βについては、無駄に出射させることなく再利用することができるので、線状光源２３からの光の利用効率が高められる。

これにより、図７に示すように、シリンドリカルレンズ１６から出射される光強度分布Ａは、図２０に示すような光強度分布Ｂで見られる図中横軸における±９０°近辺の小さな光強度ピークを消滅させるとともに、図中横軸に示す０°を中心とする視聴者の視覚方向Ｓの光強度をより高めることができるような分布に改善される。なお、図７に示すような光強度分布Ａは一例であって、開口率や、レンズ形状や、光反射材１８の反射率といったパラメータを調整することによって、例えば図８に示すように、光強度分布Ａよりも分布角度を絞った光強度分布Ａ_１を実現したり、逆に分布角度を緩やかにした光強度分布Ａ_２を実現することもできる。

上述したように、本実施の形態に係るバックライトユニット１０においては、上記のような作用により、レンズシート１２を採用することによって、拡散板を１枚のみ用いることによっても、線状光源２３からの光を十分均一にして、かつ光の利用効率を高めながら出射することができる。

その結果、より明るく、かつ明るさにムラのない画像を表示することが可能となる。この場合、開口率や、レンズ形状や、光反射材１８の反射率といったパラメータを調整することによって、光の特性を制御することが可能となる。

また、拡散板を２枚用いていた従来技術によるバックライトユニットに比べて、小型化（薄膜化）を図ることが可能となる。更に、部材数を増やさなくて済むので、構成がより簡素化され、コストの低減を図ることも可能となる。

なお、当業者であれば、上述したような構成のバックライトユニット１０に適宜別の光学部材を付加することも容易に想到できることも理解されよう。例えば、図９に示すように、シリンドリカルレンズ１６の表面側に、偏光分離シート２２を更に備えるようにしても良い。このような偏光分離シート２２を設けることによって、シリンドリカルレンズ１６から出射された光のうち、予め定めた偏光成分光のみを用いて液晶画面を照明することも可能となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るバックライトユニットは、第１の実施の形態に係るバックライトユニットの変形例である。したがって、ここでは、同一部位については同一符号を付すことにより重複説明を避け、異なる点について説明する。

すなわち、図１０の側面図に示すように、本実施の形態に係るバックライトユニット１１は、線状光源２３に代えて、例えば発光ダイオードからなる点状光源２４を用いた場合に対応するものである。この場合、レンズシート１２に代えて、図１０の側面図、及び図１１の斜視図に示すようなレンズシート１３を用いる。

レンズシート１３は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような透明フィルムからなる透明基材１４の上面に、複数のマイクロレンズ１７を規則的に配置している。

マイクロレンズ１７は、図１１に示すように、予め定めたピッチで配置しても、図示していないが、隣接するマイクロレンズ１７との間の隙間が無いように一杯に配置しても良い。また、透明基材１４の下面、すなわち拡散板２６側の面には、図１０に示すように、透明基材１４を挟んでマイクロレンズ１７の各レンズ頂点Ｔと対向する位置Ｇを外すように光反射材１８を配置している。光反射材１８が配置されない部位は開口部２０となる。開口部２０の形状は、図１２に示す多角形状、図１３に示すような円形状、図１４に示すような楕円形状など、任意の形状でよく、これら形状も光特性を制御するためのパラメータとなる。光反射材１８は、第１の実施の形態と同様に、白色顔料として用いられているＴｉＯ_２を含んだ白色インキが好適である。透明基材１４の厚みｔは例えば５０〜３００μｍ、１つのマイクロレンズ１７の直径は例えば５０〜３００μｍ、光反射材１８の厚みは例えば数１０μｍである。

このような構成をなすレンズシート１３においても、透明基材１４は必須の構成要件ではなく、以下のようにして透明基材１４を用いずとも作製することが可能である。すなわち、レンズシート１３は、透明基材１４を用いずとも、例えばレンズ材料の一面に図１２乃至図１４に示すようなパターンで光反射材１８を配置した後に、レンズ材料の他面をプレスすることによってマイクロレンズ１７を形成して作製することが可能である。また逆に、レンズ材料の一面をプレスしてマイクロレンズ１７を形成した後に、他面に図１２乃至図１４に示すようなパターンで光反射材１８を配置することによって作製することも可能である。

以上のような構成とすることによっても、第１の実施の形態と同様に、レンズシート１３を採用することによって、拡散板を１枚のみ用いることによっても、点状光源２４からの光を十分均一にして、かつ光の利用効率を高めながら出射することができる。なお、本実施の形態の場合、点状光源２４からの光は、図１５に示すように、各マイクロレンズ１７から、円周方向に均等に拡散される。その結果、より明るく、かつ明るさにムラのない画像を表示することが可能となる。なお、本実施の形態の場合、開口率や、レンズ形状や、光反射材１８の反射率といったパラメータに加え、更に開口部２０の形状を調整することによって、光の特性を制御することが可能となる。

また、本実施の形態に係るバックライトユニット１１でも、拡散板を２枚用いていた従来技術によるバックライトユニットに比べて、小型化（薄膜化）を図ることが可能となる。更に、部材数を増やさなくて済むので、構成がより簡素化され、コストの低減を図ることも可能となる。

なお、本実施の形態に係るバックライトユニット１１でも、図１６に示すように、マイクロレンズ１７の表面側に、偏光分離シート２２を更に備えるようにしても良い。このような偏光分離シート２２を設けることによって、マイクロレンズ１７から出射された光のうち、予め定めた偏光成分光のみを用いて液晶画面を照明することも可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

第１の実施の形態に係るバックライトユニットの構成例を示す斜視図。 レンズシートの構成例を示す側面図。 レンズシートの別の構成例を示す側面図。 光反射材が配置されたレンズシート面の一例を示す平面図。 第１の実施の形態に係るバックライトユニットにおける光学作用を説明するための側面図。 一つのシリンドリカルレンズから出射される光の分布を説明するための平面図。 第１の実施の形態に係るバックライトユニットから出射される光強度の分布図。 第１の実施の形態に係るバックライトユニットから出射される光強度の分布図。 偏光分離シートを付加した第１の実施の形態に係るバックライトユニットの構成例を示す斜視図。 第２の実施の形態に係るバックライトユニットの構成例を示す側面図。 第２の実施の形態に係るバックライトユニットの構成例を示す斜視図。 多角形状の光反射材が配置されたレンズシート面の一例を示す平面図。 円形状の光反射材が配置されたレンズシート面の一例を示す平面図。 楕円形状の光反射材が配置されたレンズシート面の一例を示す平面図。 一つのマイクロレンズから出射される光の分布を説明するための平面図。 偏光分離シートを付加した第２の実施の形態に係るバックライトユニットの構成例を示す斜視図。 従来技術によるバックライトユニットの構成例を示す正面図及び側断面図（拡散板を２枚用いた場合）。 従来技術によるバックライトユニットの構成例を示す正面図及び側断面図（拡散板１枚とプリズムシートとを用いた場合）。 プリズムシートを用いたバックライトユニットにおける光学作用を説明するための図。 プリズムシートを用いたバックライトユニットから出射される光強度の分布図。

符号の説明

Ａ…光強度分布、Ｂ…光強度分布、Ｆ…長手方向、Ｇ…位置、Ｐ…光、Ｓ…視覚方向、Ｔ…レンズ頂点、ｇ…隙間、ｘ…屈折作用、ｙ…屈折作用、φ…角度、α…光、β…光、１０…バックライトユニット、１１…バックライトユニット、１２…レンズシート、１３…レンズシート、１４…透明基材、１６…シリンドリカルレンズ、１７…マイクロレンズ、１８…光反射材、２０…開口部、２１…ランプハウス、２２…偏光分離シート、２３…線状光源、２４…点状光源、２５…拡散板、２６…拡散板、２７…反射板、３０…バックライトユニット、３２…拡散フィルム、３４…プリズムシート、３６…バックライトユニット

Claims (6)

1. 液晶表示装置に適用されるバックライトユニットにおいて、
   光源と、
   前記光源からの光を入射面から取り込み、拡散させることによって、この取り込んだ光を拡散光として非入射面である出射面から出射させる拡散板と、
   透明基材の一方の面上に複数のレンズを配置し、前記透明基材の他方の面上に、前記透明基材を挟んで前記複数のレンズの各レンズ頂点と対向する位置を外すように複数の光反射材を配置し、この光反射材を配置した面側を、前記拡散板の出射面側に配置したレンズシートと
   を備えたバックライトユニット。
2. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、
   前記レンズシートのレンズ配置面側に配置され、前記レンズから出射される光のうち予め定めた偏光成分光のみを通過させる偏光分離シートを更に備えたバックライトユニット。
3. 前記光反射材に白色インキを用いた請求項１又は請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のバックライトユニットにおいて、
   前記光源が線状光源である場合には冷陰極線管又は発光ダイオードを、前記光源が点状光源である場合には発光ダイオードをそれぞれ前記光源として用いたバックライトユニット。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のバックライトユニットにおいて、
   前記光源が線状光源である場合には、前記レンズとしてシリンドリカルレンズを用い、各シリンドリカルレンズの長手方向と、前記線状光源の長手方向とを一致させるようしたバックライトユニット。
6. 請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のバックライトユニットにおいて、
   前記光源が点状光源である場合には、前記レンズとしてマイクロレンズを用いたバックライトユニット。

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