JP2006331958A

JP2006331958A - バックライト

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Publication number: JP2006331958A
Application number: JP2005156462A
Authority: JP
Inventors: Daisaku Okuwaki; 大作奥脇
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP4462622B2

Abstract

【課題】発光源の光を、導光板、拡散シート、プリズムシートにより順次光路変換して照明光を出射するバックライトにおいて、照明の品質を低下させずに、薄型化、構造の簡素化をすることが困難であるろいう欠点を改善する。
【解決手段】導光板２と、その導光板の１の側面である入光側面２ｃに対向して配されたＬＥＤ１と、前記導光板２の上面に対向して配された拡散シート３とその拡散シートの上面に対向して配されたプリズムシートを備えたバックライトにおいて、前記プリズムシートは入光側面と平行なＸ方向に稜線を有する複数のプリズム４ｐを備えた１枚のみのプリズムシート４よりなるように、バックライトを構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば液晶パネルのような表示装置の背面より、表示のための照明光を照射し、表示させるバックライトに関し、特に発光源としてＬＥＤを備え、このＬＥＤの発光を導光板その他の光路変換部材を介して、面状の光束として照明光を出射する面状光源としてのバックライトに関する。

近年、ノートブック型のコンピュータ又は携帯電話機、携帯ＴＶのような小型、薄型の情報機器の表示装置として、薄型の照明機構を有する液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示用の照明機構として、面状の照明用光束を出射するバックライトが従来より知られている。このようなバックライトとして、発光源としてＬＥＤを使用し、導光板と、拡散板とプリズムシートを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３３７３３号公報図１７

上記の特許文献１（図１７）において、１２０はバックライト（バックライトユニット）であり、白色ＬＥＤ１０２、導光板１０１、拡散板１０３、Pｙプリズムシート１０４（下側のプリズムシート）、Pｘプリズムシート１０５（上側のプリズムシート）、反射板１０６により構成される。１０７はカラー表示用の透過型もしくは半透過型の液晶表示板である。このような構成において、ＬＥＤ１０２から導光板１０１に入射して内部光となった光は導光板１０１の上下面の間で反射を繰り返しながら導光板１０１内を伝播し、その間に導光板１０１の上面より面状の光を出射する。この出射光拡散板１０３、Pｙプリズムシート１０４、Pｘプリズムシート１０５を順次経て、垂直な方向（Z方向）の光束に方向を修正されて照明光として液晶表示板１０７に入射し、液晶表示に必要な照明を行う。

しかしながら、この場合、装置の構造簡素化、薄型化のために、Pｙプリズムシート１０４、Pｘプリズムシート１０５のうちの一方を省くと、出射光が分散するために、液晶表示板１０７に入射する照明光の輝度が低下するという問題があった。更には、プリズムシートを2枚使用する場合においては、後述するように、モアレ縞によるニュートンリングが照明光において観察され、照明の品位を低下させるという問題があった。

以下にニュートンリングの問題につき、具体例を用いて説明する。図７は特許文献１（図１７）に示したバックライトと類似するバックライトを示す図である。図７において、２０１はＬＥＤ、２０２は導光板、２０３は拡散シート、２０４は下側プリズムシート、２０５は上側プリズムシートであり、これらによりバックライト２２０が構成される。２０６は上側プリズムシートの上側の対向する位置に配された液晶表示板（ＬＣＤ）である。
これらの部材の配置は表示の便宜上、互いに実際よりも間隔をかなり空けて示されている。
ＬＥＤ２０１から出射した光は、基本的には特許文献１（図１７）について、すでに説明したのと同様の原理により、導光板２０２、拡散シート２０３、下側プリズムシート２０４、上側プリズムシート２０５を経て垂直方向（Ｚ方向）に揃った断面が面状の照明光を液晶表示板２０６に投射する。図７において、Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する座標軸であり、Zは導光板２０２の厚味方向に平行な軸であり、Ｘは導光板のＬＥＤ２０１に対向する側面（入光側面）に平行でＺ方向に垂直な軸、ＹはＸ軸及びＺ軸に対し垂直な軸である。ここで下側プリズムシート２０４の複数のプリズム２０４ｐの稜線はＸ軸に平行であり、上側プリズムシート２０５の複数のプリズム２０５ｐの稜線はＹ軸に平行となっている。

図７に示すバックライト２２０においては、リフレクティブモアレと称するもモアレの縞が発生する。ここで、モアレとは周期性のあるパターン（格子等）を2枚重ね合わせたとき、もとの周期とは異なった周期の縞模様等を生ずる現象を言い、この縞をモアレ縞という。ここで本例のようにプリズムシートを2枚用いた場合に、リフレクティブモアレと称するもモアレの縞を生ずる原理を図８を用いて説明する。図８において、上側プリズムシート２０５と下側プリズムシート２０４が示されている。（イ）実線で示すＳ１は、下側プリズムシート２０４に入射した光線が正常のルートで下側プリズムシート２０４および上側プリズムシート２０５を透過して上側プリズムシート２０５のプリズム２０５ｐの斜面より出射する光線のルートを示すものであり、これにより、上記プリズム２０５ｐのピッチにほぼ等しいピッチｐ１（図示はしない）を有するッ図示しない格子（Ｋ１）として機能する。ここで前記Ｓ１は実像と考えることができる。(ロ)点線で示すＳ２は下側２０４に入射した光線が正常のルートで下側プリズムシート２０４を透過し、更に上側プリズムシート２０５のプリズム２０５ｐの斜面に達するが、この斜面において2回にわたり全反射され、その全反射された光線が上側プリズムシート２０５の下面を透過して下方に向かい、下側プリズムシート２０４の下面に達してここで反射され、反射されてからは、前記実線で示すS１と略平行するルートを経て上側プリズムシート２０５のプリズム２０５ｐの斜面より上方に出射するルートを取る（この下側プリズムシート２０４の下面で反射され後の光線は虚像と見ることも出来る）。このＳ２に係る虚像の光線も上記プリズム２０５ｐのピッチとは若干ズレた図示しないピッチｐ２を有する格子（Ｋ２）として機能する。

（ハ）ここで、前記光線Ｓ１に係る格子（Ｋ１）のピッチｐ１と、前記光線Ｓ２に係る格子（Ｋ２）のピッチｐ２の差が僅かなものであっても、これら格子のピッチとは独立の濃淡のピッチを有するモアレ縞が観測されることとなる。（ニ）このモアレ縞は前記上側プリズムシート２０５と下側プリズムシート２０４の少なくとも一方の下面が完全に平らでなく少しでも凹凸がある場合は同心円状のモアレ縞よりなるニュートンリングとして観察される。ニュートンリングが生ずると、照明光の輝度が単に不均一となるだけでなく、照明光に不自然な模様を生じ、照明の品質を損ね、更にはこれにより、液晶表示板２０６（図７）の表示品位を損なうこととなる。
（ホ）なお、ここで、バックライトの装置の厚味を減じようとして、上下のプリズムシート２０５、２０４の厚味を薄くすると、プリズムシートの厚味が大である場合に比較して
プリズムシートの腰が弱くなりたわわみやすくなるため、ニュートンリングが顕著に発生し、照明の品位を著しく
劣化させることとなるため、装置の薄型化は困難となる。

（１）上記したように、LED、導光板、拡散シート、上下のプリズムシートを備えた従来のバックライトにおいては、
（イ）装置の簡素化、薄型化をしようとして、プリズムシートを２枚から１枚にしようとすると、照明の輝度の顕著な低下を招く問題がある。
（ロ）又、上下2枚のプリズムシートを使用する限りは、モアレ縞によるニュートンリングが発生し、照明の品位の低下をもたらし、特に、薄型化を図るべく2枚のプリズムシートの厚味を減ずると、ニュートンリングが発生が顕著となり、照明の品位を著しく低下させるという問題がある。
（２）本発明は上記の（イ）、（ロ）の問題を解決することを課題とする。

上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、導光板と、その導光板の１の側面である入光側面に対向して配されたＬＥＤと、前記導光板の上面に対向して配された拡散シートと、その拡散シートの上面に対向して配されたプリズムシートを備えたバックライトにおいて、前記プリズムシートは入光側面と平行なＸ方向に稜線を有する複数のプリズムを備えた１枚のみのプリズムシートよりなることを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記バックライトの輝度を高めるために、前記Ｘ方向には光を広げず、Ｘ方向と平面的に直交するＹ方向に強い光を放射するための反射面を前記導光板に形成し、その反射面に複数のプリズムを形成したことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第３の手段として本発明は、前記第２の手段において、
前記プリズムの断面形状は不等辺三角形であることを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第４の手段として本発明は、前記第２の手段において、
前記プリズムの断面形状は略正三角形であることを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第５の手段として本発明は、前記第２の手段において、
前記プリズムの断面形状は不等辺三角形のものと略正三角形のものとを併用してなることを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第６の手段として本発明は、前記第１の手段又は第２の手段において、バックライトの輝度を高めるために、Ｘ方向には光を広げず、Ｙ方向に強い光を放射するＬＥＤを用いたことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第７の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第６の手段のいずれかにおいて、プリズムシートを1枚とする構成により、装置の薄型化を図ったことを特徴とする。

上記の課題を解決するためにその第８の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第６の手段のいずれかにおいて、プリズムシートを1枚とする構成により、照明光におけるニュートンリングの発生を防止することを特徴とする。

上記の第１の手段乃至第５の手段のいずれかによれば、導光板と、その導光板の１の側面である入光側面に対向して配されたＬＥＤと、前記導光板の上面に対向して配された拡散シートと、その拡散シートの上面に対向して配されたプリズムシートを備えたバックライトにおいて、プリズムシートとしては入光側面と平行なＸ方向に稜線を有する複数のプリズムを備えた１枚のみのプリズムシートを用いることにより、薄型で簡単な構造において、照明光の輝度を低下させることなく、モアレ縞によるニュートンリングの発生を防ぐことにより、照明の品位を高く保持することができる。

上記の第６の手段によれば、上記の上記の第１の手段乃至第５の手段のいずれかにおいて、前記のＸ方向には光を広げず、Ｙ方向に強い光を放射するＬＥＤを用いることにより、バックライトの照明光の輝度の均一化および照明の明るさを向上することができる。

以下に本発明の実施例１に係るバックライトにつき図面を用いて説明する。図１は本実施例１に係るバックライト１０の構成を示す図である。図１において、１はＬＥＤ、２は導光板、３は拡散シート、４はプリズムシートであり、これらによりバックライト１０が構成される。５は前記プリズムシート４上側の対向する位置に配された液晶表示板（ＬＣＤ）である。導光板２は該略四角の板状をなしており、その一方の側面である入光側面２ｃに対向する位置にＬＥＤ１が配されている。導光板２の上面２ａに対向する位置に拡散シート３が配され、拡散シート３の上面に対向する位置にプリズムシート４が配され、ている。これらの部材の配置は表示の便宜上、互いに実際よりも間隔をかなり空けて示されている。図１において、Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する座標軸であり、Zは導光板２の厚味方向に平行な軸であり、Ｘは導光板２のＬＥＤ１に対向する側面（入光側面）２ｃに平行でＺ方向に垂直な軸、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸に対し垂直な軸である。ここでプリズムシート４の上面には複数のプリズム４ｐが形成されているがその稜線４ｐ１はＸ軸に平行である。導光板２の下面には不等辺３角形の断面を有するプリズム２ｐが形成されている。

ここで、図１に示す本実施例１のバックライト１０構成を、すでに説明した図６に示す従来のバックライト２２０と比較すると、本実施例１のバックライト１０のＬＥＤ１、導光板２、拡散板３および、プリズムシート４はそれぞれ従来例のバックライト２２０のＬＥＤ１、導光板２０２、拡散板２０３および下側プリズムシート２０４と形状が同様で、これらに対応するものであるが、本実施例１のバックライト１０には従来例のバックライト２２０に存在した上側プリズムシート２０５に対応するものが存在せず、その分だけ構造が簡素化され、薄型化されていることがわかる。

ここで、本実施例１のバックライト10に用いる導光板２の構造および作用を図面を用いて説明する。図２は前記導光板２を拡大して示した図であり、図２（ａ）はそのＹＺ面における断面図であり、図２（ｂ）はそれを下方から見た図である。図２（ａ）の断面図に示すように導光板２の下面に形成されたプリズム２ｐの断面は不等辺3角形をなし、不等辺3角形の長い方の斜辺はＹ方向に向かって緩やかに立ち上がるように傾斜している。図２（ｂ）の下面図に示すようにプリズム２ｐの稜線２ｐ１はＸ方向に平行となっている。よって、プリズム２ｐの緩やかな斜面２ｐｂに入射した内部光の反射光の方向はＹ方向に近い範囲のものとなり、反射光のＸ方向の成分はかなり少ないものとなる。これを参考図として図３に示した下面にドット形状（又は半球状）の窪み５２ｂを有する導光板５２における窪み５２ｂでの内部光の反射の状態と比較してみるとその差がよくわかる。ここに、図３（ａ）は導光板５２の断面図、図３（ｂ）は導光板５２をその下面から見た図である。図３に示す導光板５２は導光板としては一般的で広く用いられているものであるが、窪み５２ｂにおける反射は、図３に示すように多方向に生じ、図３（ｂ）に示すように反射光はＹ方向の成分のみならずＸ方向の成分をもかなり有することとなる。この点で、本実施例１のバックライト10に用いる導光板２は、内部光の反射光のＸ方向の成分をかなり小さく押さえることができる点で、有利な面がある。

図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ１から導光板２の内部に入射し、下面のプリズム２ｐに入射した内部光は導光板２上面２ａと下面のプリズム２ｐの面の間で1回又は複数回の反射を繰り返しながら導光板２を伝播し、その間に上面２ａより上方に光線を出射する。そして、この出射光につても、Ｙ方向の成分が大でＸ方向の成分はかなり小さなものとなる。導光板２からの出射光は図１に示す拡散シート３に入射し、ここで出射光の傾斜の小さなものは方向を修正されて起こされるようになり、照明光への利用効率が改善されて拡散シート３の上面からの出射光となって、プリズムシート４に入射する。このプリズムシート４に入射する光束のＸ方向の成分も前からの影響をうけて、Ｘ方向の成分はＹ方向の成分よりもかなり小さく、実質的にＹ方向の成分のみを有するように構成されていると考えても良い。

この状態で、入射光はプリズムシート４において光の方向がＺ方向となるように、光路が修正されてＺ方向に向かう照明光として液晶表示板５に入射する。このとき、プリズムシート４は図１に示すようにそのプリズム４ｐの稜線４ｐ１の方向がＸ方向と平行であるので、Ｘ方向と直角なＹ方向の光の成分のみをＺ方向に変換し、稜線と平行な方向であるＸ方向の光をＺ方向に変換することはできない。よって、入射光にＸ方向の光成分がかなり存在する場合には、変換効率が低下し、照明光の輝度の顕著な低下をもたらす。しかし、本実施例１の場合は、プリズムシート４への入射光は上記したように実質的にＹ方向の成分のみを有するように構成されているので、プリズムシート４での変換効率は十分に高く保持され、プリズムシート４を透過し、Ｚ方向に揃えられた照明光は輝度の実質的な低下を生ずることなく、十分に明るい照明光として液晶表示板５に入射し、これを照明することが出来る。

更に、本実施例１においては、プリズムシートとしてはプリズムシート４のみを１枚用いているため、従来のように2枚のプリズムシートを用いたことに起因して生ずる、モアレ縞のニュートンリングの発生を完全に防止し、これによる照明の品位の低下を完全に防ぐことができる。さらには、プリズムシートを一枚にしたことにより、従来よりもバックライトの構造の簡素化、薄型化ができるようになった。

以下に本発明の実施例２に係るバックライトにつき、図面を用いて説明する。図４はそのバックライトに使用する導光板２２を示す図である。本実施例に係るバックライトのその他の部材及びその配置は、すでに説明した実施例１のものと同様であるので図示を省略する。図４に示すように、導光板２２の下面２２ｂには下方に突出し断面が略正三角形である複数のプリズム２２ｐが形成されている。このプリズム２２ｐは適切な間隔をおいて形成されており、プリズム２２ｐ同士の間はフラットな面となっている。図４に示すようにＬＥＤ１を出て導光板２２の内部光となった光線はフラット部又はフラット部とプリズム２２ｐのコーナー部での反射を経て上面２２ａに入射し、直接に若しくは１回又は複数回の反射を経て上面２２ａより屈折により出射する。

このようにして、導光板２２の上面２２ａより上方に出謝する光の方向は、Ｘ方向に平行な面等により反射され、ランダムな方向への反射を経ていないため、Ｘ方向の成分は少なく、主としてＹ方向の成分よりなる。よって、実施例１において説明したのと同様な原理により、本実施例２の場合においても、照明光の輝度の維持、モアレ縞のニュートンリングの発生の完全に防止、装置の不薄型化について実施例１の場合と同様の作用効果を得ることが出来る。

以下に本発明の実施例３に係るバックライトにつき、図面を用いて説明する。図５は本実施例３に係るバックライトに使用する導光板３２のＹＺ断面図である。バックライトのその他の部材については、実施例１の場合と同様なので図示を省略する。図５に示すように、導光板３２の下面３２ｂには、実施例１で示したのと同様の断面が不等辺三角形のプリズム３２ｐ１と実施例２で示したのと同様の断面が略正三角形のプリズム３２ｐ２が併用されて形成されている。ＬＥＤ１からの光が導光板３２に入り込んで生ずる内部光はｓは実施例１における作用と実施例２における作用とが混合されたような作用により、導光板３２内を伝播しつつ、その上面３２ａより上方に出射光を生ずる。
この出射光は、すでに説明したのと同様の原理により、Ｘ方向の成分は少なく主としてＹ方向の性分よりなるため、及び本実施例3に係るバックライトの導光板３２以外の部材は実施例１のバックライトの部材と同様であるため、本実施例3に係るバックライトの作用効果はすでに説明した実施例１のバックライトの作用効果と同様のものとなる。

以下に本発明の実施例３に係るバックライトにつき、図面を用いて説明する。本実施例４に係るバックライトの機械的構造そのものは、例えば実施例１の構造と同様であるので、バックライトの機械的構造の図示は省略する。本実施例４においては、ＬＥＤ（例えば実施例１において、図１のＬＥＤ１として示すもの）として、図１に示すＸ方向には強い光を出さず（又は光を広げず）に、Ｙ方向に強い光を放射するＬＥＤ１を用いる。図６は本実施例４に使用するＬＥＤ１の発光の輝度の指向特性を示す図である。点線で示すＳＫが通常のＬＥＤの指向特性を示し、実線で示すＳＫ１が本実施例４に係るＬＥＤの指向特性を示す。ＳＫ１の指向特性はＹ方向の輝度が、Ｘ方向に近い方向を含めた他の方向よりも顕著に強いことを示している。本実施例４によれば、かかるＹ方向への指向特性を顕著に有するＬＥＤを用いることにより、例えば図１に示す導向板２より出射する光線の指向性をＹ方向について、より高めることにより、照明光への変換効率を更に高め、最終的な照明光の明るさを更に高めることができる。

以上に各実施例にっつき本発明の説明を行ってきたが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではなく、プリズムシートを１枚のみ用い、導光板において、図１に示すようなＸ方向と、Ｙ方向に関し、導光板に、光線のＸ方向よりもY方向への指向特性を高めるような光学的な手段を設けたことを特徴とするバックライトをも含むものである。

本発明の実施例１に係るバックライトの構成を示す図である。図１に示したバックライトの導光板を示す拡大図である。図１に示したバックライトの説明のために使用する参考図である。本発明の実施例２のバックライトに使用する導光板を示す図である。本発明の実施例３のバックライトに使用する導光板を示す図である。本発明の実施例４のバックライトに使用するＬＥＤの指向性の図である。従来のバックライトの構成を示す図どぁる。図7に示すバックライトにおけるモアレ縞の発生を説明する図である。

符号の説明

１ＬＥＤ
２、２２、３２導光板
２ｐ導光板プリズム
３拡散シート
４プリズムシート
４ｐプリズムシート用プリズム
５液晶表示板
１０バックライト

Claims

導光板と、その導光板の１の側面である入光側面に対向して配されたＬＥＤと、前記導光板の上面に対向して配された拡散シートとその拡散シートの上面に対向して配されたプリズムシートを備えたバックライトにおいて、前記プリズムシートは入光側面と平行なＸ方向に稜線を有する複数のプリズムを備えた１枚のみのプリズムシートよりなることを特徴とするバックライト。
前記バックライトの輝度を高めるために、前記Ｘ方向には光を広げず、Ｘ方向と平面的に直交するＹ方向に強い光を放射するための反射面を前記導光板に形成し、その反射面に複数のプリズムを形成したことを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
前記プリズムの断面形状は不等辺三角形であることを特徴とする請求項２に記載のバックライト。
前記プリズムの断面形状は略正三角形であることを特徴とする請求項２に記載のバックライト。
前記プリズムの断面形状は不等辺三角形のものと略正三角形のものとを併用してなることを特徴とする請求項２に記載のバックライト。
バックライトの輝度を高めるために、Ｘ方向には光を広げず、Ｙ方向に強い光を放射するＬＥＤを用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバックライト。
プリズムシートを1枚とする構成により、装置の薄型化を図ったことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のバックライト。
プリズムシートを1枚とする構成により、照明光におけるニュートンリングの発生を防止することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のバックライト。