JP2007033803A - バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 解決しようとする課題は受光型表示装置用バックライトユニットの安価化を計りつつ、機能の低下を抑えることである。
【解決手段】 本発明の液晶表示装置等の受光型表示装置を照明するバックライトユニットは、１枚のプリズム型導光板と１枚の輝度上昇フィルム１枚とを有し、該導光板と該輝度上昇フィルムの間に導光板からの出射光の出射角を立たせるための出射角調整拡散シートを設けた。また前記出射角調整拡散シートをレンチキュラーレンズシートとした。さらに前記導光板の反射プリズムの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線を平行とし、前記出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線も平行とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置等の受光型表示装置を照明するバックライトユニット、特に携帯電話等の小型情報機器用に用いられる液晶表示装置用のバックライトユニットに関する。

従来、液晶を用いる表示装置のような受光型表示装置には表示装置が自発光体でないため、バックライトユニットと呼ばれる光源が必要であった。

受光型表示装置は消費電力が小さいことが重要な利点となっているため、バックライトユニットにおいても光利用効率を上昇させることが重要であり、特に携帯電話等の小型情報機器においてはその重要性は際だっていた。
そこでバックライトユニットにおいては、プリズムが形成されたシートを導光板と表示装置との間に置き、表示装置を照明する光を表示装置の表示面に直交する方向に集光してほとんどの光を表示装置の認識に有効な光に変換して光利用効率を上昇させるという技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

ところが、その後表示特性を上昇させる多種のシートが開発され、表示特性の向上がコストの大幅な上昇を伴うものになってしまった。
図９は最近の代表的なバックライトユニットの構成を示した図であるが、例えば発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）９０を光源とし、該ＬＥＤ光源９０の出射光が下部にプリズ９１が形成された導光板９２に入射され、該導光板９２の出射光が拡散シート９４、プリズムの稜線が直交するよう配置された２枚の輝度上昇フィルム９６，９８を介して照明光として出射され液晶表示装置１００を照明していた。ここで光源９０，導光板９２、拡散シート９４、２枚の輝度上昇フィルム９６，９８がバックライトユニット９９を構成している。
ここで輝度上昇フィルムとしては、たとえば住友スリーエム社のＴｈｉｎ ＢＥＦシリーズが用いられていた。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。
このように少なくとも３枚のシート類９４，９６，９８が用いられることが一般的となり、表示装置の表示品質は向上するがコストも大幅に上昇してしまい、特に廉価が求められる携帯電話等の小型情報機器用バックライトユニットとしては大きな問題となっていた。

そこで図９に示したシート類のうち、拡散シート９４を除去してバックライトユニットの安価化を計るというような提案も出てきている（例えば特許文献２参照）。
しかしシート類のうちで非常に高価なのは輝度上昇フィルムで、この輝度上昇フィルムの削減が最も重要な課題となっている。

そこで図９の構成から輝度上昇フィルムを１枚削除することによりコストを下げる方法がある。しかしながら輝度上昇フィルムを１枚抜くことにより、５０％近い輝度ダウンを余儀なくされてしまっていた。
１枚の輝度上昇フィルムを用いる場合は、輝度上昇フィルムに対する入射光の最適入射角度は２枚輝度上昇フィルムに比べ立っている。その角度は、導光板出射面の法線に対する角度で定義されているが、輝度上昇フィルムを２枚用いる場合は最適角が４８°前後、輝度上昇フィルムを１枚のみ用いる場合は３０°前後とされている。
一般に図９の９２で示したような反射プリズム付き導光板の出射光の角度はほぼ６０°であり、導光板上の拡散シート９４によって出射角度が小さくなる方向に曲げられて拡散シート越しの出射角は４０〜５０°前後となる。この角度は２枚輝度上昇フィルムを用いる場合は最適入射角となるが１枚のみ輝度上昇フィルムを用いる場合は最適入射角に遠いため、輝度の低下率が大きくなってしまうという問題があった。

特許第２７３９７３０号 特開２００４−１１７６０６

解決しようとする課題は受光型表示装置用バックライトユニットの安価化を計りつつ、機能の低下を抑えることである。

本発明の液晶表示装置等の受光型表示装置を照明するバックライトユニットは、１枚のプリズム型導光板と１枚の輝度上昇フィルム１枚とを有し、該導光板と該輝度上昇フィルムの間に導光板からの出射光の出射角を立たせるための出射角調整拡散シートを設けたことを特徴とする。

また本発明のバックライトユニットは、前記出射角調整拡散シートがレンチキュラーレンズシートであることを特徴とする。

また本発明のバックライトユニットは、前記導光板の反射プリズムの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線が平行であることを特徴とする。

また本発明のバックライトユニットは、前記出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線が平行であることを特徴とする。

また本発明のバックライトユニットは、前記出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線を１インチ当たり１３０本以下としたことを特徴とする。

本発明によれば、１枚のみ輝度上昇フィルムを用いる場合にマッチングした角度で輝度上昇フィルムに光を入射させることができるため、輝度の低下が少なくかつ大幅に安価化が可能なバックライトユニットを実現出来る。

本発明の液晶表示装置等の受光型表示装置を照明するバックライトユニットは、１枚のプリズム型導光板と１枚の輝度上昇フィルム１枚とを有し、該導光板と該輝度上昇フィルムの間に導光板からの出射光の出射角を立たせるための出射角調整拡散シートを設けた。 また前記出射角調整拡散シートをレンチキュラーレンズシートとした。さらに前記導光板の反射プリズムの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線を平行とし、前記出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線も平行とした。

図１は本発明によるバックライトユニットの実施例の斜視図である。
図１のバックライトユニットは、ＬＥＤ９０を光源とし、該ＬＥＤ光源９０の出射光が下部に反射プリズム９１が形成された導光板９２に入射され、該導光板９２の出射光が出射角調整拡散シート１０、プリズム面が形成された輝度上昇フィルム９６を介して照明光として出射され、受光型表示装置である液晶表示装置１００を照明している。導光板９２の反射プリズム９１の稜線１４、輝度上昇フィルム９６のプリズムの稜線１６、後述する出射角調整拡散シート１０のレンチキュラーレンズの稜線１８とは平行に設定され、ＬＥＤ光源９０の出射光の進行方向１５と直交している。ここで光源９０，導光板９２、出射角調整拡散シート１０、輝度上昇フィルム９６がバックライトユニット１２を構成している。
ここで輝度上昇フィルムとしては、たとえば住友スリーエム社のＴｈｉｎ ＢＥＦシリーズを用いることが出来る。
図１のバックライトユニット１２の構成が図９の構成と異なるのは、輝度上昇フィルムを１枚省いて１枚のみとしている点と、一般的な拡散シートに替えて出射角調整拡散シート１０を用いている点である。

次に図２を用いて出射角調整拡散シート１０の形状を説明する。
図２は本発明で用いる出射角調整拡散シート１０の拡大図で、上部はかまぼこ形状となってレンチキュラーレンズ１２を形成している。
出射角調整拡散シート１０の材質としては透明性が高いＰＥＴ，アクリル系樹脂等の使用が可能であり、製法としてはレンチキュラーレンズの形状を形成した型に上記材料を流し込む方法、上記材料のフィルムを同様の型でホットプレスする方法等種々あり得る。
またこのようなレンチキュラーレンズシートは民生機器で多く使われていること、標準品も存在することから、輝度上昇フィルムに対して非常に安価に製造可能である。したがって図１の構成のバックライトユニットは従来の図９の構成に比べて大幅な安価化が可能となっている。

次に図８を用いて本発明によるバックライトユニットの光学的動作を説明するが、その前に図４で本明細書で使う座標軸を定義する。
図４に示すように、導光板９２の平面の縦軸をＹ軸、横軸をＸ軸、導光板９２の平面上方の表示装置方向である法線方向をＺ軸とする。実際に照明光が出射されるＺ’方向は法線軸Ｚに対して傾いているが、この傾き角を光出射角度とする。

図８は図１に示した本実施例の構成のバックライトユニットに照明光の状態を書き加えた図である。
図８において、ＬＥＤ光源９０の出射光３０はＸ軸方向に出射され、導光板９２内では導光板９２の上面と反射プリズム面９１で反射されながらＸ軸方向に伝播されるが、最終的には光３２で示すように法線方向３８に対してαの角度を持って出射される。一般にプリズム型導光板９２の出射角度αは約６０°である。
導光板９２の出射光３２は出射角調整拡散シート１０に入射されるが、出射角調整拡散シート１０の出射光は３４で示すように拡散される。該出射光３４はレンチキュラーレンズの働きで異方性拡散される。すなわちＸ−Ｚ面には拡散されるが、Ｙ−Ｚ面には拡散されない。この点が従来用いられていた拡散シート９４と異なる点で、従来は拡散シート９４によって光が当方的に、全方向に拡散されていた。

出射角調整拡散シート１０のレンチキュラーレンズの働きで出射光３４は図に示すように拡散され、該拡散光の中心角度βは法線方向３８に対して持ち上げられて、概ね３０°となる。３０°は輝度上昇フィルムを１枚用いた場合の推奨角度であり、その結果光３４が輝度上昇フィルム９６に入射されると、該光は輝度上昇フィルム９６によって集光され表示装置１００にほぼ垂直な光３６とすることが出来液晶表示装置１００に有効な、ほぼ垂直な照明光を与える。
図８に示したように、出射角調整拡散シート１０においては入射光に対して出射光が拡散しており、輝度上昇フィルム９６においては入射光に対して出射光が集光されている。

次にレンチキュラーレンズ面を設けた出射角調整拡散シート１０の光の拡散状態を説明する。
図３はレンチキュラーレンズの密度に違いによる出射角調整拡散シート１０の光の拡散状態を示した図である。
図３（ａ）はレンチキュラーレンズの稜線の１インチ当たりの密度（以下ＬＰＩと略記する）が無限大すなわちシートが鏡面の場合、図３（ｂ）は１６０ＬＰＩの場合、図３（ｃ）は１００ＬＰＩの場合、図３（ｄ）は７０ＬＰＩの場合である。
図３（ａ）のようにシート３０が鏡面の場合、入射光２０は拡散されない光２２となってシート３０を通過する。
図３（ｂ）のようにシート３２のレンチキュラーレンズ稜線密度が１６０ＬＰＩの場合、入射光２０はほぼ＋−３０°拡散された光２４となる。
図３（ｃ）のようにシート３４のレンチキュラーレンズ稜線密度が１００ＬＰＩの場合、入射光２０はほぼ＋−４５°拡散された光２６となる。
図３（ｄ）のようにシート３６のレンチキュラーレンズ稜線密度が７０ＬＰＩの場合、入射光２０はほぼ＋−６０°拡散された光２８となる。
このようにレンチキュラーレンズは図８のαとβで示したような光の角度を平均的に屈折させる働きと同時に、拡散させる働きも有する。

図５（ａ）は図５（ｂ）に示したように、導光板９２上に出射角調整拡散シート１０を置いた場合の光強度をＸ−Ｚ平面に沿って測定したグラフで、０°、＋９０°、−９０°はそれぞれ光強度測定器を設置した照射光出射面の法線方向Ｚ軸に対する角度を示している。図５（ｂ）において、ＬＥＤ光源９０は導光板９２の左方に置かれ、出射光は導光板９２内で反射を繰り返しながら右方に進んでいる。
図５（ａ）に示したグラフの縦軸は出射光の光強度、横軸はＺ軸方向出射光の出射角度を示しており、一点鎖線は出射角調整拡散シート１０として１６０ＬＰＩのシートを用いた場合の特性、点線は出射角調整拡散シート１０として１００ＬＰＩのシートを用いた場合の特性、実線は出射角調整拡散シート１０として７０ＬＰＩのシートを用いた場合の特性を示している。

図５（ａ）のグラフに示したように、光強度のピーク位置はＬＰＩが１６０の時は約６０°と一般的なプリズム型導光板の出射角度とほぼ同様であるが、ＬＰＩを１６０→１００→７０と小さくするほど０°方向に移動して１枚輝度上昇フィルムの場合の最適入射角３０°に近づいている。
すなわちＬＰＩ値を小さくするほど出射光をＺ軸方向に立ち上げる効果が大きいことがわかった。
また光強度のピーク値はＬＰＩを１６０→１００→７０と小さくするほど小さくなっている。すなわちＬＰＩ値を小さくするほど出射光の拡散度が大きくなっていることが示されており、これは図３の説明と一致している。
図５（ａ）からＬＰＩ値を小さく設定した方が輝度上昇フィルムを１枚用いた場合の入射光の推奨角度３０°に近づけられることがわかった。

図６（ａ）は図６（ｂ）に示したように、導光板９２上に導光板９２の反射プリズム９１の稜線、輝度上昇フィルム９６のプリズムの稜線、出射角調整拡散シート１０のレンチキュラーレンズの稜線とがほぼ平行になるよう輝度上昇フィルム９６と出射角調整拡散シート１０を置いた場合の光強度を、Ｘ−Ｚ平面に沿って測定したグラフで、０°、＋９０°、−９０°はそれぞれ光強度測定器を設置した照射光出射面の法線方向Ｚ軸に対する角度を示している。図６（ａ）はすなわち本発明の構成によるバックライトユニットの光強度を測定したグラフを示している。
図６（ｂ）において、ＬＥＤ光源９０は導光板９２の左方に置かれ、出射光は導光板９２内で反射を繰り返しながら右方に進んでいる。
図６（ａ）に示したグラフは図５（ａ）と同様、縦軸は出射光の光強度、横軸はＺ軸方向出射光の出射角度を示しており、一点鎖線は出射角調整拡散シート１０として１６０ＬＰＩのシートを用いた場合の特性、点線は出射角調整拡散シート１０として１００ＬＰＩのシートを用いた場合の特性、実線は出射角調整拡散シート１０として７０ＬＰＩのシートを用いた場合の特性を示している。

図６（ａ）のグラフに示したように、光強度の各ピーク位置はＬＰＩを１６０→１００→７０と小さくするほど０°方向に移動しており、導光板９２の法線方向である０°＋−５°の人間の目３８によって表示装置を見る領域ではＬＰＩ値が７０の時が光強度が最も大きく、ＬＰＩ値を１００，１６０と大きくするにつれ光強度が小さくなる。
すなわち図６（ａ）から、輝度上昇フィルムを１枚のみ用いるバックライトユニットにおいては、ＬＰＩ値を小さく設定した方が表示装置の法線方向の照明光を強くすることが出来ることがわかった。
また液晶表示装置を用いる機器の仕様によっては優先視角が正面、やや上方、やや下方と異なることがある。このような場合も光源９０を置く位置と出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズのＬＰＩ値の設定により、輝度上昇フィルムを１枚のみ用いるバックライトユニットでも、照明光の出射角度を液晶表示装置の優先視角に合わせることが出来る。

図７はバックライトユニットの輝度を最も重要な導光板９２の法線方向、すなわち図５（ａ）の目３８の位置から測定した結果を表にしたものである。
表においてはバックライトユニットの平面を９分割し、各部分の輝度を測定した値を表している。光源は導光板の左方に置いている。また表ｘ−１は測定した輝度を記しており、表ｘ−２は従来のバックライトユニットの輝度に対する割合を計算した結果を記している。従来技術の値を記した表１におけるバックライトユニットにおいては導光板、拡散シート、２枚の輝度上昇フィルムが図９のように配置されており、表２〜表５においては導光板、通常の拡散シートもしくは出射角調整拡散シート、１枚の輝度上昇フィルムが図１のように配置されている。

表１は通常拡散シートと輝度上昇フィルム２枚とを用いた従来のバックライトユニットの輝度データである。本発明の課題は高価な輝度上昇フィルムを１枚削除してかつ表１に示した従来の輝度に近い輝度を得ることにある。
表２−１は従来用いていた通常の拡散シートと輝度上昇フィルムを１枚用いたバックライトユニット、すなわち単純に輝度上昇フィルムを１枚削減したバックライトユニットの輝度データであるが、表２−２のＡＶＧ４８％で示すように、輝度がほぼ半減してしまい使用に耐えない。
表３−１は１６０ＬＰＩの出射角調整拡散シートと輝度上昇フィルムを１枚用いたバックライトユニットの輝度データであるが、表３−２のＡＶＧ４０％で示すように、従来の通常の拡散シートを用いたよりもさらに輝度が低くなってしまい、やはり使用に耐えない。
表４−１は１００ＬＰＩの出射角調整拡散シートと輝度上昇フィルムを１枚用いたバックライトユニットの輝度データであるが、表４−２のＡＶＧ８５％で示すように、輝度の上昇が顕著である。
表５−１は７０ＬＰＩの出射角調整拡散シートと輝度上昇フィルムを１枚用いたバックライトユニットの輝度データであるが、表５−２のＡＶＧ９５％で示すように、輝度の上昇はさらに顕著で表１に示した輝度上昇フィルム２枚とを用いた従来のバックライトユニットに近い特性を出すことが出来ている。

このように図１に示した本発明によるバックライトユニットは、出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線密度が重要である。実験によればレンチキュラーレンズの稜線が１インチ当たりほぼ７０本が最善であるが、１６０ＬＰＩと１００ＬＰＩの中間の１インチ当たり１３０本以下で急激に特性が改善された。またさらに好ましくは１００ＬＰＩと７０ＬＰＩの中間の１インチ当たり８５本以下とすることで、この値とすると従来の高価なバックライトユニットと近似した特性が得られることがわかった。

以上説明したように、本発明によるバックライトユニットは高価な輝度上昇フィルムを１枚削減し、拡散シートをレンチキュラーレンズシートのような拡散制御の出来る安価なシートとすることにより、バックライトの安価化を実現しつつ機能の低下を抑えること、すなわち輝度の低下を抑えることが出来た。
これが実現出来たのはレンチキュラーレンズのような拡散制御の出来るシートを拡散シートとして導光板に配置することにより、プリズム型導光板の出射光をＺ軸方向に立ち上げ、１枚輝度上昇フィルムの最適入射角に近づけたためである。
またレンチキュラーシートによる拡散は異方性の拡散であるため、Ｘ−Ｚ面には光を拡散するが、Ｙ−Ｚ面には光を拡散しない。本発明によるバックライトユニットでは輝度上昇フィルムが１枚であり、Ｘ−Ｚ面での光は集光できるがＹ−Ｚ面での光は集光できないためレンチキュラーシートによる異方性の拡散が大きな効果を発揮している。

本実施例では出射角調整拡散シートとしてレンチキュラーレンズシートを用いた例を示したが、光学的に同様の効果があれば他のタイプのシートを出射角調整拡散シートとして用いることも勿論可能である。
なお、図１に示した実施例では、出射角調整拡散シート１０のレンチキュラーレンズ面を上面に、輝度上昇フィルム９６のプリズム面を上面にして表示装置１００側とする構成を示したが、上記それぞれの面の少なくとも一方を下面とする構成も当然成立し得る。

本発明によるバックライトユニットの実施例の斜視図である。 本発明で用いる出射角調整拡散シートの拡大図である。 レンチキュラーレンズの密度に違いによる出射角調整拡散シートの光の拡散状態を示した図である。 本明細書で使う座標軸を定義する図である。 導光板上に本発明で用いる出射角調整拡散シートを置いた場合の光強度を測定したグラフ及び被測定物の構造を示した図である。 本発明の構成によるバックライトユニットの光強度を測定したグラフ及び被測定物の構造を示した図である。 各種のバックライトユニットの輝度を導光板の法線方向から測定した結果を表にしたものである。 本実施例のバックライトユニット構成に照明光の状態を書き加えた図である。 最近の代表的なバックライトユニットの構成を示した図である。

符号の説明

１００ 液晶表示装置等の受光型表示装置
１２ バックライトユニット
９２ プリズム型導光板
９６ 輝度上昇フィルム
１０ 出射角調整拡散シート
１４ 導光板の反射プリズムの稜線
１６ 輝度上昇フィルムプリズムの稜線
１８ 出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線

Claims (5)

1. 液晶表示装置等の受光型表示装置を照明するバックライトユニットにおいて、
   １枚のプリズム型導光板と１枚の輝度上昇フィルム１枚とを有し、該導光板と該輝度上昇フィルムの間に導光板からの出射光の出射角を立たせるための出射角調整拡散シートを設けたことを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記出射角調整拡散シートはレンチキュラーレンズシートであることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
3. 前記導光板の反射プリズムの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線が平行である
   ことを特徴とする請求項１もしくは２のうち少なくとも一項に記載のバックライトユニット。
4. 前記出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線と前記輝度上昇フィルムプリズムの稜線が平行であることを特徴とする請求項２もしくは３のうち少なくとも一項に記載のバックライトユニット。
5. 前記出射角調整拡散シートのレンチキュラーレンズの稜線を１インチ当たり１３０本以下としたことを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
   

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