JP2007048489A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックライトの長さ方向、幅方向におけるの光源の光の進行方向や指向性を簡単な構造で制御し光の利用効率を向上させたバックライト装置を提供する。
【解決手段】 透明な樹脂材料からなる導光板１２と、導光板１２に光を照射する光源１３とを備え、導光板１２の一方の広い面１２ｂの略中央に凹部１７を設け、凹部１７に光源１３を配置し、光源１３の光を導光板１２に導光し、導光板１２の一方の広い面１２ｂと対向する面に設けられた出射面１２ｃから光を出射することにより平面発光するバックライト装置２０であって、導光板１２は、一方の広い面１２ｂに光源１３からの光を反射させるためのプリズム１６を有し、プリズム１６が光源１３を中心として同心円状に所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角を有し、光源１３が全側面１３ａを発光面とする発光ダイオードであることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置に用いられるバックライト装置に関し、特に、携帯電話や携帯情報端末等の携帯機器に搭載する小型の液晶表示装置を照明するバックライト装置に関する。

近年、液晶セルを用いた表示装置は、時計、電話機、パソコン等のあらゆる電子機器に搭載されている。このような電子機器にあって、特に時計や携帯電話等は夜間や暗所においても使用されるため、液晶セルを照明するバックライトを備えたものが多い。このバックライトには、大別して光拡散板などの下に光源を配置した直下型と、導光板の側面に光源を配置したサイドライト型とがある。サイドライト型バックライトは、液晶表示パネルとほぼ同じ大きさに形成された合成樹脂からなる平板状の導光板を備え、その一つの側面が入光面とされ、その入光面に対向して光源が配置される。

このように、サイドライト型バックライトは、導光板の側方に光源を配置する構成であるため、直下型バックライトに比べて薄型化が可能であり、また、液晶表示パネルに対する光源の発熱の影響を少なくし得る点で有利である。このようなバックライト装置に用いられる導光板には、例えば複数のＶ溝が形成されたもの、またはサンドブラスト加工や、しぼ加工が施されたものなどが用いられ、これらの導光板を介して、点光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）から入射される光を表示パネル全体に導くようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

このような従来技術におけるバックライト装置の具体例について図８、図９を用いて説明する。図８は、従来技術におけるバックライト装置を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。また、図９は、従来技術におけるバックライト装置の光源から発せられた光の光路を示す模式図である。図８、図９に示すように、箱状の筐体１の内部に透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状をした導光板２と、導光板２の入光部となる側面２ａに４個の光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記載する）３が設置されている。このＬＥＤ３から照射された光が導光板２の側面２ａから導光板２内部に入射し、導光板２の内部で全反射を繰り返しながら導光される。また、導光板２の下面２ｂは光反射面となっており、所定の間隔で配設されたプリズムが形成されており、ＬＥＤ３からの照射光は、下面２ｂで反射して上方に向い導光板２の出射面である上面２ｃから外部に出射する。

この導光板２の上面２ｃ側にはプリズムシート５が設けられており、導光板２の上面２ｃから外部に出射した光は、プリズムシート５で屈折、全反射、通過し、液晶パネル（図示しない）を照射する。また、導光板２の下面２ｂ側には、白色シート等の反射シート４が配置されている。この反射シート４は、導光板２の下面から漏洩する光を反射して再び導光板２に戻すものである。このように、従来技術のバックライト装置は、複数のＬＥＤ３から指向性を持って発せられた光が導光板２へと導光され、導光板２の下面２ｂに設けられたプリズムによって全反射され、出射面２ｃから外部に出射し、プリズムシート５で屈折、全反射、通過し液晶パネル（図示せず）の背面を全面照明するものである。

特開２００２−４２５２９号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、前述の従来技術におけるサイドライト型バックライト装置に用いられる点光源であるＬＥＤ３から照射される光には一般に指向性がある。このため、バックライトの指向性はＬＥＤ３の光軸に対して平行な方向は狭く、光軸と直交する方向は広いといった歪な特性になる。図１０は、バックライトの長さ方向と幅方向の指向性を示し、曲線６が長さ方向（ＺＹ平面）の指向性を示し、曲線８が、幅方向（ＸＹ平面）の指向性を示している。縦軸はバックライトの輝度比、横軸はバックライトの出射面（２ｃ）の法線に対する光の放射角度θ（図８（ａ）参照）である。

ＬＥＤ３から照射された光の進行方向や指向性は、ＬＥＤ３の発光面と垂直な方向では、導光板２の下面２ｂに設けられたプリズムや、導光板２の出射面２ｃ側に設けられたプリズムシート５によって、制御されるが、ＬＥＤ３の発光面と並行な方向の光は、その進行方向や、指向性は制御されていない。このため、バックライト装置の長さ方向と幅方向の指向性が異なり、これに起因して上記バックライト装置に輝度むらが発生するという問題があった。また、バックライトの輝度を均一化する要求から、ＬＥＤ３から最も遠い部位であるバックライトの端部の輝度により、バックライト装置全体の輝度が制限され、光の利用効率が低くなってしまうという問題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は上記従来技術における課題に鑑みなされたものであり、バックライトの長さ方向、幅方向におけるの光源の光の進行方向や指向性を簡単な構造で制御し、光源からの光を効率良く導光板の中へ導き、導光板から出射される光が出射面で明るく均一な輝度を示すとともに、光の利用効率を向上させたバックライト装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のバックライト装置は、透明な樹脂材料からなる導光板と、導光板に光を照射する光源とを備え、導光板の一方の広い面の略中央に凹部を設け、凹部に光源を配置し、光源の光を導光板に導光し、導光板の一方の広い面と対向する面に設けられた出射面から光を出射することにより平面発光するバックライト装置であって、導光板は、一方の広い面に光源からの光を反射させるためのプリズムを有し、プリズムが光源を中心として同心円状に所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角を有し、光源が全側面を発光面とする発光ダイオードであることを特徴とする。

また、導光板の出射面側にプリズムシートを有し、プリズムシートには前記光源に対応する位置を中心とする同心円状に所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角を有するプリズムが形成されていることを特徴とする。

また、導光板は凹部の側面を光の入射面とし、凹部の底面に反射膜が設けられていることを特徴とする。

また、発光ダイオードの前記導光板の凹部底面と対向する面に反射膜が設けられていることを特徴とする。

以上のように本発明のバックライト装置は光源を導光板の中心に配置することによって、導光板の中心から放射状に全ての方向へ光が伝播するため、その全ての方向の進行方向や指向性を制御する事が可能となり、バックライトの長さ方向、幅方向におけるの光源の光の進行方向や指向性を制御する事が出来る。
また、光源から導光板の端部までの距離を従来の半分にすることができ、導光板の輝度を向上させることができ、光源の照射光の有効利用を図ることができる。
この結果、輝度を安定化させると共に輝度を上昇させ輝度特性に優れたバックライト装置を提供することができる。

図１から図４は本発明の実施例におけるバックライト装置を示し、図５から図７は他の例を示す。本実施形態におけるバックライト装置は、光源としての発光ダイオードを導光板裏面のほぼ中央に設ける凹部に配置し、発光ダイオードの全側面を発光面とし、導光板の中心から放射状に全ての方向へ光を伝播させることによって、バックライト装置の長さ方向、幅方向における光源の光の進行方向や指向性を制御し、輝度の安定化と輝度の上昇を実現してものである。以下、図１から図７を参照して本実施形態におけるバックライト装置の具体的実施例について説明する。

図１は本実施例におけるバックライト装置を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図２は本実施例における導光板を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）におけるＢ部を示す部分拡大断面図である。また、図３は本実施例における光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）を示し、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は概略断面図、図４は、本実施例におけるバックライト装置の指向性を示す図である。

図１に示すように、本実施例におけるバックライト装置２０は、透明な樹脂材料からなる導光板１２と、導光板１２に光を照射する光源としての発光ダイオード（以下ＬＥＤと記載）１３とを備えており、導光板１２の一方の広い面を光の反射面１２ｂとし、この反射面１２ｂの略中央に凹部１７が設けられており、この凹部１７にＬＥＤ１３が配置されている。ＬＥＤ１３は、フレキシブル基板１１に実装されており、フレキシブル基板１１は導光板１２に位置決めされている。このように本実施例のバックライト装置は、ＬＥＤ１３の光を導光板１２に導光し、導光板１２の中心から側面１２ａに向かって放射状に全ての方向へ光を伝播させ、導光板１２の反射面１２ｂに対向する出射面１２ｃから光を出射することにより平面発光するように構成されている。

また、導光板１２の出射面１２ｃ側には、プリズムシート１５が配置されている。このプリズムシート１５にはＬＥＤ１３に対応する位置を中心とする同心円状に頂角が９０度、ピッチが５０μｍ程度のプリズム１５ａが多数配設されている。さらに、導光板１２の反射面１２ｂ側には、白色シート等の反射シート１４が配置されている。この反射シート１４は、従来技術と同様に導光板２の下面から漏洩する光を反射して再び導光板１２に戻すものであるが、ＬＥＤ１３に対応する位置にＬＥＤ１３が挿入される開口部が設けられている。

図２に示すように導光板１２の反射面１２ｂにはＬＥＤ１３からの光を反射させるためのプリズム１６が設けられており、このプリズム１６はＬＥＤ１３を中心として同心円状の円弧に沿って所定の間隔で配設されている。また、プリズム１６は鋸歯状の形状をなし、ＬＥＤ１３と対面し第１の傾斜角Ｐを有する一方のプリズム斜面と第２の傾斜角Ｑを有する他方のプリズム斜面とを有する。第１の傾斜角Ｐは光源から遠ざかるに従い大きくなるように設定されている。第１の傾斜角Ｐはバックライトの大きさによって変わり特に限定されるものでないが、０．５〜５０度の範囲に設定することが好ましい。また、プリズムのピッチは０．０５〜０．３ｍｍ程度が好ましい。

また、図２（ｃ）に示すように導光板１２の反射面１２ｂの略中央には、ＬＥＤ１３が配置される凹部１７が設けられている。この凹部１７の平面形状はＬＥＤ１３の平面形状と類似の形状に設定されており、本実施例においては矩形形状とした。また、凹部１７の四辺全ての内側壁面１７ａがＬＥＤ１３から照射される光の入射面となっている。ＬＥＤ１３から照射された光は、凹部１７の四辺全ての内側壁面１７ａから導光板１２に導光され、導光板裏面１２ｂに形成された同心円状のプリズム１６により反射され、導光板１２の出射面１２ｃへの入射角度が次第に小さくなり臨界角より小さくなった光が導光板１２から出射する。

一方、ＬＥＤ１３は図３に示すように矩形形状をなし、四辺全ての側面１３ａを発光面とする白色発光ダイオードである。この白色発光ダイオードは青色の発光素子２１を用い、青色を吸収し黄色を発光する蛍光物質を透明樹脂材料からなる封止部材１９に混入し、青と黄の両光を発光することにより全体として白色発光し、ほぼ一様な配光特性を持つものである。この白色発光ダイオードにおける導光板１２の凹部１７の底面１７ｂに対向する面、即ち封止部材１９の上面にアルミニウムやクローム等の金属薄膜からなる反射膜１８を設け、上面方向への光を反射膜１８によって反射させることによって、ＬＥＤ１３の光を発光面である全ての側面１３ａから照射させる。これによって、導光板１２の中心付近の輝度が周辺部の輝度と比較して高くなるのを抑制し、導光板１２の周辺部の輝度を向上させることができる。したがって、ＬＥＤ１３を導光板１２のほぼ中心に配置することにより、発光素子２１から放射される光を効率良く導光板１２に導光すると共に全面の輝度の均一化を実現することができる。

また、導光板１２から出射した光はプリズムシート１５に入射し、バックライト装置２０の上面方向への指向特性を持った光に変換される。図４は、本実施例におけるバックライトの長さ方向と幅方向の指向性とを示している。縦軸はバックライトの輝度、横軸はＬＥＤ１３の光軸に対する光の放射角度である。また、曲線２２は長さ方向（ＺＹ平面）の指向性と幅方向（ＸＹ平面）の指向性とを示しており、本実施例におけるバックライトの長さ方向の指向性と幅方向の指向性とがほぼ同じとなるため、共通の曲線２２で表示されている。

このように、本実施例のバックライト装置２０は、導光板１２の中心から放射状に全ての方向へ光が伝播するため、その全ての方向の進行方向や指向性を制御する事が可能となり、バックライトの長さ方向、幅方向におけるの光源の光の進行方向や指向性を制御する事が出来る。この結果、図４に示すようにバックライトの長さ方向と幅方向との指向性が曲線２２に示すように、ほぼ等しくなりバックライトの輝度むらが抑制される。

以上のように本実施例におけるバックライト装置は、略直方体の４つの側面１３から発光するＬＥＤ１３を導光板１２の中心に配置し、ＬＥＤ１３から発せられた光を導光板１２内で放射状に伝播させる。導光板１２内を伝播する光は、導光板１２の反射面１２ｂに設けられ、ＬＥＤ１３を中心した同心円上に配置されたプリズム１６によって、その進行方向を変化させられる。その後、伝播を繰り返しながら臨界角より小さくなり導光板１２から出射する。さらに導光板１２から出射した光はプリズムシート１５に入射し、バックライト装置２０の上面方向への指向特性を持った光に変換され出射され液晶パネル（図示せず）の背面を全面照明する。

このように、本実施例におけるバックライト装置は、光源であるＬＥＤ１３を導光板１２の中心に配置することによって、導光板１２の中心から放射状に全ての方向へ光が伝播するため、その全ての方向の進行方向や指向性を制御する事が可能となり、バックライトの長さ方向、幅方向におけるのＬＥＤ１３の光の進行方向や指向性を制御する事が出来る。この結果、バックライトの輝度むらが抑制され、ＬＥＤ１３の光を効率よく導光板１２内に導くことができ、ＬＥＤ１３の輝度を安定化させると共に輝度を上昇させ輝度特性に優れたバックライト装置を得ることができる。

また、本実施例におけるバックライト装置はＬＥＤ１３を導光板１２の中心に配置する事により、ＬＥＤ１３から導光板１２の端部までの距離を従来の半分にすることでき、導光板１２の輝度を向上させることができ、ＬＥＤ１３の出射光の有効利用を図ることができる。

図５から図７は、本実施例の他の例を示す。図５に示すように、導光板１２の凹部１７の底面１７ｂに反射膜２８を設けても良い。この場合は、図６に示すようにＬＥＤ１３に反射膜を設ける必要はなく封止部材１９で発光素子２１を封止、保護すれば良い。また、単色発光のＬＥＤ等を用いる場合には、図７に示すように封止部材を用いず、発光素子２１をフレキシブル基板１１に直接実装することも可能である。この場合も同様の効果を得ることができる。

尚、本実施例においては光源としてのＬＥＤの平面形状が略矩形形状（四辺形）のＬＥＤを用いた例で説明したが、これに限定されるものではなく、平面形状が六角形、八角形等の多角形の他に、円形形状のＬＥＤを用い、その全側面を発光面とすることでも同様の効果を得ることができる。なお、この場合、導光板の凹部の平面形状をＬＥＤの平面形状に類似した形状とすることが好ましい。

また、本実施例においては導光板の凹部底面が平面である例で説明したが、これに限定されるものではなく、半球状等の曲面や複数の斜面で構成した多角錐面としても良い。
また、光源として１個のＬＥＤを用いた例で説明したが、これに限定されるものではなく複数のＬＥＤを用いることができる。
また、本発明のバックライト装置は、液晶表示装置をはじめとし種々の照明機器、表示装置等に広く適用することができる。

本発明の実施例におけるバックライト装置を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、光源から発せられた光の光路を示す図である。 本発明の実施例における導光板を示し、図２（ａ）は、平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）におけるＡ部の部分拡大断面図である。 本発明の実施例における光源を示し、図３（ａ）は、斜視図、図３（ｂ）は、断面図である。 本発明の実施例におけるバックライトの長さ方向と幅方向の指向性を示す図である。 本発明の実施例における導光板の他の例を示し、凹部の部分拡大断面図である。 本発明の実施例における光源の他の例を示す断面図である。 本発明の実施例における光源の他の例を示す断面図である。 従来例におけるバックライト装置を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。 従来技術におけるバックライト装置の光源から発せられた光の光路を示す模式図である。 従来技術におけるバックライトの長さ方向と幅方向の指向性を示す図である。

符号の説明

１１ フレキシブル基板
１２ 導光板
１２ａ 導光板の入光部である側面
１２ｂ 導光板の反射面
１２ｃ 導光板の出射面
１３ ＬＥＤ
１３ａ ＬＥＤの側面
１４ 拡散シート
１５ プリズムシート
１５ａ プリズムシートのプリズム
１６ 導光板のプリズム
１７ 導光板の凹部
１７ａ 凹部の内側壁面
１７ｂ 凹部の底面
１８、２８ 反射膜
１９ 封止部材
２０ バックライト装置
２１ 発光素子
２２ バックライトの指向性を示す曲線

Claims (4)

1. 透明な樹脂材料からなる導光板と、該導光板に光を照射する光源とを備え、前記導光板の一方の広い面の略中央に凹部を設け、該凹部に前記光源を配置し、該光源の光を前記導光板に導光し、該導光板の一方の広い面と対向する面に設けられた出射面から光を出射することにより平面発光するバックライト装置であって、
   前記導光板は、前記一方の広い面に前記光源からの光を反射させるためのプリズムを有し、該プリズムが前記光源を中心として同心円状に所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角を有し、前記光源が全側面を発光面とする発光ダイオードであることを特徴とするバックライト装置。
2. 前記導光板の出射面側にプリズムシートを有し、該プリズムシートには前記光源に対応する位置を中心とする同心円状に所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角を有するプリズムが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。
3. 前記導光板は前記凹部の側面を光の入射面とし、該凹部の底面に反射膜が設けら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。
4. 前記発光ダイオードの前記導光板の凹部底面と対向する面に反射膜が設けら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。
   

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