JP2007157520A - 側面入射光源混合式バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】直下式バックライトの厚みが大きくなること、及び光混合板と拡散シートまでの空間を大きく設けて光混合を補足必要であるため、商品の薄型化が求められる。
【解決手段】直下式バックライトの厚みを小さくして、直下式バックライトの薄型化要求目的を実現すること、LED光源の光混合距離を有効に短縮すること、光出射する時の輝度を増大すること、光出射時の輝度を強化することを特徴とする側面入射光源混合式バックライト。
【選択図】 図7

Description

本発明は側面入射光源混合式バックライト、特に、一種の直下式バックライトの薄型化構造に関わるものである。

いままでの大型液晶表示装置応用製品は、主にノートパソコン(Note Book PC)および液晶モニター(LCD Monitor)に応用されている。バックライトの特性は質量が軽く、体積が小さい、厚みが薄いことを要求される。一方、液晶テレビのバックライトを設計するとき、十分な輝度(４５０cd/m^２以上)、広範囲な視野角、鮮明な映像対比度および理想的な使用寿命が要求されている。前記の仕様要求により、直下式バックライト(Direct Type Back light)はもはや現在の大型液晶テレビの技術主流となっている。その主な設計概念は、より高い輝度の要望に応えるため、従来で採用してきた側面入射光源は直下式光源によって、均一に分散し平面光源に置き換えた上、液晶パネルに入射する技術手法である。

公知技術の直下式バックライト１は図１に示すとおり、直下式バックライト１に少なくとも一つの箱体１１、複数の光源１２、一つの拡散シート１３および若干数の光学フィルム１４より構成する。

箱体１１の上方に開口部１１１を設け、その開口部１１１は箱体１１の底面に向かって次第に縮小する形状とし、その箱体１１内部表面に光沢面または反射シート１１２を貼り付けて、箱体１１により光源を反射させる。

光源１２、通常は冷陰極管(CCFL)を使用し、その光源１２は箱体１１の底部に複数列を設け、光源上部に拡散シート１３を設ける。

拡散シート１３は拡散剤または拡散ビード(diffusion bead)の板材である。光源１２より提供する光を均一化させ、その拡散シート１３は光源１２の上部に設け、箱体１１の開口部１１１を覆う。

光学フィルム１４、拡散フイルム(Diffuser)l４１およびプリズム・レンズ(Prism lens)１４２、その拡散フィルム１４１とプリズム・レンズ１４２は光源方向を修正し、角度を拡散する同時、かぶせ保護の機能を有する。

公知技術の直下式バックライト１を組み立てるとき、光源１２を箱体１１の開口部１１１より箱体１１の底部に固定し、拡散シート１３を箱体１１の開口部１１１に取付け固定した上、最後に光学フィルム１４の拡散シート１４１およびプリズム・レンズ１４２を拡散シート１３上部に取付けて、直下式バックライト１の組み合わせを終了する（図２）。

その直下式バックライト１は実施するとき、光源１２に電圧を印加し発光させる。その光源の一部分は上部の拡散シート１３に照射し、一部分は箱体１１内部表面に反射した後、拡散シート１３に出射する。拡散シート１３に拡散剤または拡散ビードを設けているため、光源は拡散シート１３を通過するとき、その拡散シート１３は箱体１１内部光源１２より出射する光源を拡散し、拡散処理後の均一光源は、対応する液晶パネルAに使用できる。もし、拡散シート１３が光源を拡散しても、なお不足のとき、上部の光学フィルム１４に設けるプリズム・レンズ１４１により、その光源の拡散効果を強化させ、光学フィルム１４のプリズム・レンズ１４２により、光源の進行方向を集中し、出射光の輝度を強化して、その直下式バックライト１の光源利用効力を向上させる。

前記の直下式バックライト１は業界関係者が引き続きに改善した結果、成熟商品になったほか、その応用効果もひとまず受けられている。

しかしながら、その直下式バックライト１は冷陰極管１２を使用するため、その冷陰極管はバックライト１の輝度を向上できるが、灯管内部に水銀成分を含まれることから、環境保護品に当てはまらない。地球環境に高度な脅威があり、多くの先進国家では法によって禁じられている。

そして、ある業者はもう一種の直下式バックライト２を開発した。図３に示すとおり、その直下式バックライト２は少なくとも一つの箱体２１、複数のLED(発光ダイオード)光源２２、一つの光混合板２３、一つの拡散シート２４および若干数の光学フィルム２５より構成する。

箱体２１、上部に開口部２１１を設け、その開口部２１１は箱体２１の底部に向かって次第に縮小する形状を設ける。その箱体２１内部表面は、箱体２１より光源を反射させるために、光沢面または反射シート２１２を設ける。

LED光源２２は整列して箱体２１の底部に並べて、各列に赤色(R)LED２２１、緑色(G)LED２２２および青色(B)LED２２３の順番で配列し、LED光源２２の上部に光混合板２３を設ける。

光混合板２３は透光性が優れた材質(PMMAなど)より作られ、その光混合板２３は一つの光出射面２３１と一つの光反射面２３２を設け、かつ、その光出射面２３１または反射面２３２のいずれは、各LED光源２２の対応する場所に遮光点２３３を設け、その遮光点２３３はLED光源２２を大幅に遮蔽できる塗料である。光混合板２３上部に一つの拡散シート２４を設ける。

拡散シート２４は箱体２１の開口部２１１に設け、かつ、その拡散シート２４の上部に数不定の光学フィルム２５を設ける。光学フィルム２５は拡散シート(Diffuser) ２５１とプリズム・レンズ(Prism lens)２５２を設け、必要に応じて、さらに拡散シート２５１とプリズム・レンズ２５２の上下位置のほか、使用数を変更することができる。

その直下式バックライト２各LED光源２２より光源を出射するとき、上部は光混合板２３の遮光点２３３によって遮るため、大部分の光源は光混合板２３内部に伝達される。これにより、LED光源２２の赤色(R)LED２２１、緑色(G)LED２２２および青色(B)LED２２３三原色の光は光混合板２３で光混合効果により、白色の光源に混合される。光混合された光源は拡散シート２４により拡散および均一化した後、さらに光学フィルム２５の拡散シート２５１により、拡散強化を行い、プリズム・レンズ２５２により集光させ、その出射の輝度を強化した上、液晶パネルAに供給する。

前記の直下式バックライト２のLED光源２２より出射する光源は光混合板２３内部での光混合は可能である。しかし、図４に示すとおり、そのLED光源２２は光混合板２３反射面２３２の下部に設けるため、光源は光混合板２３の反射面２３２より斜め方向より入射し、光混合板２３に進入した一部分の光源は周りに広がり、光混合を行うことはできるが、光混合板２３に進入した大部分の光源は、光混合板２３の光出射面２３１に進んだとき、その出射角度は臨界角度より小さいため、すぐに光混合板２３の光出射面２３１より反射し出射し、光源は十分な混合効果が得られないまま、光混合板２３を離れてしまい。一方、光混合板２３を離れた光源は赤色光、緑色光および青色光がなお残る。この光混合不完全現象は通常、光混合板２３から拡散シート２４に空間を作り、その光源をこの空間に光混合を行う。よって、光混合板２３から拡散シート２４までの間隔を大きくしなければならない。このため、そのバックライト２の厚みが大きくなり、商品の薄型化要求に応えられない。

そこで、新世代の直下式バックライト３が開発されている。図５に示すとおり、この直下式バックライト３の主な構造は、前記の直下式バックライト２とほぼ同じである。少なくとも一つの箱体３１、複数のLED光源３２、一つの光混合板３３、一つの拡散シート３４および若干数の光学フィルム３５を含まれる。そのうち、LED光源３２は側面発光形LED(Side-emitting LED)を使用する。図６に示すとおり、そのLED光源３２の頂部に逆円錐形の反射体３２１を設け、その反射体３２１により、LED光源３２より出射する光源の反射効果により、その光源の拡散角度を拡大した後、光混合板３３内部に入射する。そのLED光源３２は拡散角度を拡大し、光源が光混合板３３における光混合効果を得られるが、しかし、その光源は光混合板３３の反射面３３２に斜め方向より入射するため、多くの光源が光混合されないまま光混合板３３の光出射面３３１より反射し出射するため、光混合板３３と拡散シート３４までの空間を大きく設けて光混合を補足必要がある。このため、商品の薄型化要求に応えられることは限られている。

本発明の主な目的は、一種の側面入射光源混合式バックライトを提供し、その直下式バックライトに少なくとも一つの箱体、一つの光混合板、一つの拡散シート、複数のLED光源および若干数の光学フィルムより構成する。その箱体の開口部は、底部に向かって次第に縮小する中空形状ケース体である。箱体の上部に拡散シートと光学フィルムを設け、その箱体の下部に光混合板を設ける。その光混合板は光入射面にLED光源を設ける。光混合板を箱体の下部に取付け、LED光源を光混合板側面の光入射面に設けて、直下式バックライトの厚みを小さくして、直下式バックライトの薄型化要求目的を実現する。

本発明の次の目的は、一種の側面入射光源混合式バックライトを提供し、その直下式バックライトの光混合板は箱体の下部に取付け、その光混合板の周りと箱体下部の取り合いところに光混合区域を設け、光混合板の光入射面に多くのV形光導体を形成し、LED光源がV形光導体に照射したとき、その働きにより、LED光源の光混合距離を有効に短縮できる。

本発明のさらに一つの目的は、一種の側面入射光源混合式バックライトを提供し、光混合板の光出射面に多く棒状のV形光導体を設け、LED光源が光混合板に照射し、光を出射し光混合板を介して光出射するとき、そのV形光導体により集光させ、光出射するときの輝度を増大できる。

本発明もう一種の目的は、一種の側面入射光源混合式バックライトを提供し、光混合板の反射面に多く棒状のV形光導体を設け、LED光源が光混合板に照射したとき、その反射面に設けるV形光導体は光源を反射させた上、光源を光出射面に案内し光出射する。さらに、その反射面に設けるV形光導体の密度はまちまち状態に形成し、光源エネルギーを制御しさらなるの分散を行う。

本発明のもう一つの目的は、一種の側面入射光源混合式バックライトを提供し、光混合板の反射面と光出射面とも棒形状のV形光導体を設け、光混合板の光反射面および光出射面における棒形状V形光導体相互に垂直して配置しておく、その光混合板の光源を多方向の集光に連絡し、光出射ときの輝度を強化できる。

本発明の効果は、光混合板４２を箱体４１の下部に設け、LED光源４４を光混合板４２側面の光入射面４２３設けることにより、直下式バックライト４厚みの減少を実現し、直下式バックライト４薄型化の効果を実現する。さらに、光混合板A２の光入射面４２３に多くの棒形状のV形光導体４２３１を設け、LED光源４４の光混合距離を短縮するか、または光混合板４２の反射面４２２と光出射面４２１に多くの棒形状V形光導体４２２２、２１１を設けて直下式バックライト４光出射の輝度を向上することは、V形光導体４２３１、４２２２、４２１１を形成することにより、LED光源４４の数を減少し、コスト軽減の目的を実現できる。

図７に示すとおり、本発明のバックライト４は、少なくとも一つの箱体４１、一つの光混合板４２、一つの拡散シート４３、複数のLED光源４４および若干数の光学フィルム４５より構成する。

箱体４１の上開口部４１１より下開口部４１２に向かって次第に縮小する形状の中空形状中空形状のケースである。その箱体４１周りの内部表面に光沢面または反射シート４１３を貼り付けて、箱体１１内部にて光源を反射させる。

光混合板４２はポリメタクリル酸メチル(PMMA)など集光性に優れた材質を用いる。光混合板４２に一つの光出射面４２１、一つの光出射面４２１と向かった場所に反射面４２２を設け、少なくとも光出射面４２１と反射面４２２に連絡する一つの側面に光入射面４２３を設けて、さらに、その光混合板４２の下部に反射シート４２４を設ける。拡散シート４３は箱体４１の上開口部４１１に設け、かつ、その拡散シート４３の上部に数不定の光学フィルム４５を設ける。

LED光源４４は光混合板４２の光入射面４２３に設け、LED光源４４は白色光LEDまたは赤色光(R)、緑色光(G)および青色光(B)の順番に配列した三原色のLEDを配置しても良い。

光学フィルム４５は拡散シート(Diffuser) ４５１とプリズム・レンズ(Prism lens)４５２を設け、必要に応じて、さらに拡散シート４５１とプリズム・レンズ４５２の上下位置のほか、使用数を変更することができる。

図８に示すとおり、本発明を組み立てするとき、箱体４１を光混合板４２の光出射面４２１に置く、箱体４１は上開口部４１１が底部の下開口部４１２に向かって次第に縮小する中空形状のケース体である。箱体４１を光混合板４２の光出射面４２１上に取り付けて、光混合板４２周りと箱体４１の下開口部４１２との交差場所に光混合区域４２５を形成する。LED光源４４を光混合板４２の光入射面４２３側に取付け、拡散シート４３を箱体４１の上開口部４１１に設けて、順番に化学フィルム４５の拡散シート４５１およびプリズム・レンズ４５２を拡散シート４３の上部に取付け、最後に一つの外部ケースによりバックライト４を覆って、本発明のバックライト４の組み合わせを完了する。

本発明の実施に当たり、LED光源４４は赤色光(R)、緑色光(G)および青色光(B)の三原色LEDを使用するとき、各LEDの光源は光入射面４２３より光混合板４２の光混合区域４２５に入射し、白色光に混合した後、一部の光源は光混合板４２の光出射面４２１より出射し、他の一部の光源は反射面４２２に入射し、反射シート４２４で反射した上、光混合板４２の光出射面４２１より光源を出射し、その光源は拡散シート４３により、拡散および均一化した後、光学フィルム４５の拡散シート４５１により、その拡散効果をさらに強化し、プリズム・レンズ４５２により集光し、光出射の輝度を強化した上、液晶パネルに供給する。

図９に示すものは、本発明の光混合板を利用するとき、光混合板４２の反射面４２２を多くの導光点(Pattern)４２２１を設け、導光点４２２１はインク印刷方式で設けるか、または金型により反射面４２２に凹んで形成しても良い（図１０）。あるいは反射面４２２を突起形状で設ける（図１１）。これにより、光混合板４２内部の光源が反射面４２２に出射したとき、導光点４２２１により拡散反射させ、光源を光出射面４２１方向に進行させ、光源の均一化効果を実現する。

図１２に示すとおり、本発明の光混合板を応用するとき、光出射面４２１をきめの粗い霧状に設け、光源が光混合板４９を離れるとき、霧状を設けた光出射面４２１により、光源拡散の効果を実現する。

図１３に示すとおり、本発明はLED光源４４が光混合板４２混合区域４２５における光混合距離を短縮するため、光混合板４２の光入射面４２３に多くのV形光導体４２３１を設け、LED光源４４をV形光導体４２３１に照射したとき、その働きにより、LED光源４４の光混合距離を短縮し、光源を素早く均一に拡散させる。

図１４に示すとおり、本発明は応用するとき、光混合板４２の光出射面４２１に多く棒形状のV形光導体４２１１を設け、光混合板４２の光出射面４２１により、多くの棒形状のV形光導体４２１１を形成し、LED光源４４が光混合板４２に照射し、光出射するとき、光出射面４２１を通過するとき、V形光導体４２１１により、集光を行い、光出射ときの輝度効果を強化できる。

図１５に示すとおり、本発明は光混合板４２の反射面４２２に多く棒状のV形光導体４２２２を設けて、光混合板４２の反射面４２２に多く棒状のV形光導体４２２２により、LED光源４４を光混合板４２に照射したとき、反射面４２２のV形光導体４２２２は光源を反射して、光源を光出射面４２１に案内し光を出射する。そのV形光導体４２２２はさらにLED光源４４との距離に従い配置が異なる。LED光源４４の位置に近いほどV形光導体４２２２の数がまばらになり、LED燈源４４の位置に離れるほど、V形光導体４２２２の数が緊密になるよう、LED光源４４の距離により受光の強さの違いにしたがって調整可能である（図１６）。

図１７に示すとおり、本発明は光混合板４２の反射面４２２と光出射面４２１を同じく棒形状のV形光導体４２２２、４２１１を形成し、光混合板４２の反射面４２２と光出射面４２１を同じく棒形状のV形光導体４２２２、４２１１を形成することにより、光混合板４２の反射面４２２と光出射面４２１の棒形状V形光導体４２２２、４２１１は相互に垂直することにより、光混合板４２の光源を多方向の集光を実現し、光出射ときの輝度を強化できる。

公知技術の直下式バックライトの立体分解図である。 公知技術の直下式バックライトの断面概略図である。 公知技術もう一つの直下式バックライトの断面概略図である。 図３の光源動作概略図である。 公知技術もう一つのバックライトの断面概略図である。 図５の光源動作概略図である。 本発明のバックライトの立体分解図である。 本発明のバックライトの断面概略図である。 本発明光混合板の導光点の実施例である。 本発明光混合板の導光点の別一つの実施例である。 本発明光混合板の導光点の又一つの実施例である。 本発明光混合板の霧状表面の実施例である。 本発明一つの好ましい実施例における断面概略図である。 本発明もう一つの好ましい実施例における立面分解図である。 本発明もう一つの好ましい実施例における立面分解図である。 本発明の光混合板V型導光体の密度がまちまち状態の概略図である。 本発明もう一つの好ましい実施例における立面分解図である。

符号の説明

１ 直下式バックライト
１１ 箱体
１１１ 開口部
１１２ 反射シート
１２ 光源
１３ 拡散シート
１４ 光学フィルム
１４１ 拡散フィルム
１４２ プリズム・レンズ
２ 直下式バックライト
２１ 箱体
２１１ 開口部
２１２ 反射シート
２２ LED光源
２２１ 赤色(R)LED
２２２ 緑色(G)LED
２２３ 青色(B)LED
２３ 光混合板
２３１ 光出射面
２３２ 反射面
２３３ 遮光点
２４ 拡散シート
２５ 光学フィルム
２５１ 拡散フィルム
２５２ プリズム・レンズ
３ 直下式バックライト
３１ 箱体
３２ LED光源
３３ 光混合板
３３１ 光出射面
３３２ 反射面
３４ 拡散シート
３５ 光学フィルム
４ バックライト
４１ 箱体
４１１ 上開口部
４１２ 下開口部
４１３ 反射シート
４２ 光混合板
４２１ 光出射面
４２１１ 導光点
４２２ 反射面
４２２１ 導光点
４２２２ V形光導体
４２３ 光入射面
４２３１ V形光導体
４２４ 反射シート
４２５ 光混合区域
４３ 拡散シート
４４ LED光源
４５ 光学フィルム
４５１ 拡散フィルム
４５２ プリズム・レンズ

Claims (14)

1. 一つの箱体、その箱体の開口部は、底部に向かって次第に縮小する中空形状のケースである；
   一つの光混合板、一つの光出射面、一つの光出射面の向こう位置に設ける反射面、および少なくとも光出射面と反射面が向かい合う一つの側面を光入射面とする；
   拡散シートは箱体の開口部に設け、かつ、この拡散シートの上部に数不定の光学フィルムを設ける；および、
   複数のLED光源；
   光混合板を箱体の底部に設け、LED光源を光混合板側面の光入射面に取付けて、バックライトの厚みを減少し、バックライトの薄型化目的を実現することを特徴とする一種の側面入射光源混合式バックライト。
2. LED光源は白色LEDであることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
3. LED光源は少なくとも赤色、緑色、青色の三原色LEDを含まれることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
4. 光混合板の反射面は導光点を設けることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
5. 導光点はインク印刷方式によることを特徴とする請求項４の側面入射光源混合式バックライト。
6. 導光点は金型の射出成型により、光混合板の反射面に凹んで設けることを特徴とする請求項４の側面入射光源混合式バックライト。
7. 導光点は金型の射出成型により、光混合板の反射面に突き出して設けることを特徴とする請求項４の側面入射光源混合式バックライト。
8. 光混合板の光出射面は表面が粗い霧状に設けることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
9. 光混合板の光入射面は多くのV形光導体を設けることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
10. 光混合板の光出射面は多くのV形光導体を設けることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
11. 光混合板の反射面は多くのV形光導体を設けることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
12. そのうち、V形光導体はLED光源の距離により、密度をまちまち状態に配置することを特徴とする請求項１１の側面入射光源混合式バックライト。
13. 光混合板の光出射面と反射面とも多くのV形光導体を設けることを特徴とする請求項１の側面入射光源混合式バックライト。
14. 光混合板の反射面と光出射面の棒形状V形光導体は相互に垂直して設けることを特徴とする請求項１３の側面入射光源混合式バックライト。

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