JP2007234412A - Edge input type backlight and liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置、特に液晶パネルをその背面から照明するバックライトに関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a backlight that illuminates a liquid crystal panel from the back side.
薄型軽量で画像表示が可能な液晶表示装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやTV受像機などに広く用いられている。液晶表示装置としては、透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、当該バックライトから発せられる照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成して表示する。バックライトとしては、ほぼ線状光源である冷陰極管を用いて、薄板状の導光板の側面より入射する方式のものが良く用いられている。 Thin and light liquid crystal display devices capable of displaying images have rapidly spread due to price reduction and development of high image quality technology due to progress in manufacturing technology, and are widely used in monitors for personal computers and TV receivers. As the liquid crystal display device, a transmissive liquid crystal display device is generally used. The transmissive liquid crystal display device includes a planar light source called a backlight, and spatially modulates illumination light emitted from the backlight by a liquid crystal panel to form and display an image. As the backlight, a system using a cold cathode tube which is a substantially linear light source and entering from a side surface of a thin light guide plate is often used.
図10を参照して、上述の冷陰極線管を用いたバックライトについて説明する。図10(a)は、バックライトBLcを出射面側から見た状態を示している。そして、図10(b)は、図10(a)における直線VIIb−VIIbに関するバックライトBLcの断面を示している。バックライトBLcは、導光板110および冷陰極線管120を含む。
A backlight using the above-described cold cathode ray tube will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows a state in which the backlight BLc is viewed from the exit surface side. FIG. 10B shows a cross section of the backlight BLc with respect to the straight line VIIb-VIIb in FIG. The backlight BLc includes a
図10(b)に示すように、冷陰極線管120は、概ねコの字状の断面を有するリフレクタ130にて覆われている。なお、リフレクタ130の開放端は、導光板110の一端に接続されている。なお、図10(a)には、視認性の都合上、リフレクタ130は表示されていない。
As shown in FIG. 10B, the cold
冷陰極線管120から照射された光は、導光板110の入射面111から導光板110の内部に入射する。そして、光は、導光板110の対向する主面間で全反射を繰り返しながら伝播する。出射面112の対向面となる反射面113の表面には、伝播する光の一部を出射させるように、特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸が形成されている。
The light emitted from the cold
拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、および大きさの分布などを適度に設定することにより、液晶パネルの全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。導光板110の反射面113の側に、反射シート140を設けることにより、反射面113から導光板110の外部に漏れる一部の光を導光板110の方に反射して光の損失を防止する。
By appropriately setting the density distribution and the size distribution for forming the diffuse reflection layer or the reflection irregularities, it is possible to perform almost uniform illumination over the entire surface of the liquid crystal panel. By providing the
また、バックライトBLcから出射する光の指向性を制御して所望の配光特性で液晶パネルを照明するために、一般的に、導光板110の出射面112の側に拡散フィルムやプリズムシートなどの光学フィルム150が設置される。なお、冷陰極線管120を囲み導光板110の入射面111に向かって開口するリフレクタ130が設けられる。これにより、冷陰極線管の発光する光を余すところなく導光板に導くことができる。
In addition, in order to control the directivity of light emitted from the backlight BLc and illuminate the liquid crystal panel with desired light distribution characteristics, a diffusion film, a prism sheet, or the like is generally provided on the
さらに、最近、発光効率の高い発光ダイオード(以下、「LED」と称す)が開発され、これを液晶バックライト用の光源に用いることが提案されている。点光源であるLEDから、バックライトとして使用可能な面状の発光を得るための方法としては、多数のLEDを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法が一般的である。 Furthermore, recently, a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) having high luminous efficiency has been developed, and it has been proposed to use it as a light source for a liquid crystal backlight. As a method for obtaining planar light emission that can be used as a backlight from an LED that is a point light source, a method in which a large number of LEDs are arranged on the end face of a light guide plate and light is directly input is common.
図11を参照して、上述の複数のLEDにより面状の発光を得る方法の1つであるサイドエミッタ型のLED発光素子を用いた方式について説明する。サイドエミッタ型においては、発光素子自身に箱状の反射部材が備えられる。なお、図11(a)は、光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図11(b)は光源部を導光板210の入射面111から観察した状態を示している。
With reference to FIG. 11, a method using a side emitter type LED light emitting element, which is one of the methods for obtaining planar light emission by the plurality of LEDs described above, will be described. In the side emitter type, the light emitting element itself is provided with a box-shaped reflecting member. 11A shows a partial cross section of the main part centering on the light source part, and FIG. 11B shows a state where the light source part is observed from the
素子基板222上にLEDチップ221をボンディングし、その周囲に反射部材223を設け、さらに透明な樹脂製の封止樹脂部224で封止される。そして、接続電極225が設けられて、サイドエミッタ型のLED素子220が構成される。複数のLED素子220がフレキシブル基板270上に配列して接続されて、光源部が構成される。
The
そして、光源部は、複数のサイドエミッタ型LED素子220の開口部それぞれが導光板210の入射面に近接して対向するように、樹脂フレーム260上に固定する。なお、図11(b)においては、図11(a)に示されている透明な封止樹脂部224が割愛されている。このように構成することにより、光源部を導光板210と対向する所定の位置に安定に保持して出射した光を導光板210に導くことができる。
Then, the light source unit is fixed on the
さらに、複数のLEDチップを1つの基板上に直線状に配列して封止したLEDアレイモジュールを用いて面状の発光を得る方法も提案されている(例えば特許文献1)。図9を参照して、そのような方法について説明する。本方法においては、図10および図11に示した方式と異なり複数のLEDチップが1つの基板上に直線状に配列された状態で封止されているLEDアレイモジュールとして構成される(例えば特許文献1参照)なお、図12(a)は光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図12(b)は光源部を導光板310の入射面311から観察した状態を示している。
Furthermore, a method for obtaining planar light emission using an LED array module in which a plurality of LED chips are linearly arranged on one substrate and sealed is also proposed (for example, Patent Document 1). Such a method will be described with reference to FIG. Unlike the method shown in FIGS. 10 and 11, this method is configured as an LED array module in which a plurality of LED chips are sealed in a linear array on a single substrate (for example, Patent Documents). 1) FIG. 12A shows a partial cross section of the main part centering on the light source part, and FIG. 12B shows a state where the light source part is observed from the
LEDアレイモジュール320は、複数のLEDチップ321をアレイモジュール基板322上に直線状に配列して透明樹脂製の封止樹脂部324で封止されて構成される。このように、LEDアレイモジュール320は1つの大きなアレイモジュール基板上(322)にマトリクス状にLEDチップ321を配置して封止した後に、これを切断することによって効率よく作成できる。また、アレイモジュール基板322として配線基板を用いることにより、LEDアレイモジュール320内の複数のLEDチップ321を内部で接続できき、接続点数が削減できる。
The
上述の如く構成されたLEDアレイモジュール320の封止樹脂部324はその断面が矩形状となる。結果、封止樹脂部324は、アレイモジュール基板322と対向する面のみならずそれと隣接する側面部からも光が出射可能な光出射部になる。そして、封止樹脂部324およびアレイモジュール基板322の側面部に反射フィルム330を設けられる。これにより、LEDアレイモジュール320の側面部から導光板310の入射面311以外の部分に光が漏れることを防止して光を有効利用することが可能になる。
The cross section of the
このLEDアレイモジュール320を用いると、LEDチップを個々に封止したLED光源素子を用いる場合に比べ、製造コストを低減でき、配線を簡略化できる等大きな効果が期待できる。
図12を参照して説明した従来の複数のLEDチップを1つの基板上に直線状に配列して封止したLEDアレイモジュールを用いて面状の発光を得る構造では、光を有効利用できないことを、本発明の発明者らは見出した。図13を参照して、当該従来の構造においては、光を有効利用できない理由について説明する。 Light cannot be effectively used in a structure that obtains planar light emission using an LED array module in which a plurality of conventional LED chips described with reference to FIG. 12 are linearly arranged on one substrate and sealed. The inventors of the present invention have found. With reference to FIG. 13, the reason why light cannot be effectively used in the conventional structure will be described.
先ず、図13は、図12と同様にLEDアレイモジュール320の断面を示しているが、ただしLEDアレイモジュール320の側面から漏れる光を反射フィルム330によって封止樹脂部324の内部に戻される光Lの軌跡を破線が表されている。LEDアレイモジュール320の側面から外部に漏れた光は、反射フィルム330によって反射されて封止樹脂部324に再入射した後に、モジュール基板322に対向する封止樹脂部324の面Po(以降、「モジュール基板対抗面」と称す)に達する。そして、光は当該面で全反射されために、導光板310の入射面311に向かって外部に出射できない。
First, FIG. 13 shows a cross section of the
一般にLEDの封止には透明で耐熱性および対候性に優れたエポキシやシリコンなどが用いられるがその屈折率は1.5程度である。この場合、空気と封止部材の界面(モジュール基板対抗面Po)での臨界角は約42°であり、互いに直交する面の一方に空気側から入射した光は他方の面で必ず全反射する。空気側からの入射光は封止部材内でその入射面法線方向から42°以上にはなり得ない。それ故に、界面の法線から48°以下の角度で入射し得ないことは、平行平板の側面から入射した光は全反射を繰り返しながら伝播するという導光板のメカニズムからも明らかである。 Generally, epoxy, silicon or the like which is transparent and has excellent heat resistance and weather resistance is used for sealing an LED, but its refractive index is about 1.5. In this case, the critical angle at the interface between the air and the sealing member (module substrate facing surface Po) is about 42 °, and light incident on one of the orthogonal surfaces from the air side is always totally reflected by the other surface. . Incident light from the air side cannot be 42 ° or more from the normal direction of the incident surface in the sealing member. Therefore, the fact that the light cannot enter at an angle of 48 ° or less from the normal line of the interface is apparent from the light guide plate mechanism in which light incident from the side surface of the parallel plate propagates while repeating total reflection.
封止樹脂部324のモジュール基板対抗面Poで全反射された光Lは破線に示したような軌跡でLEDチップ321またはモジュール基板322に戻る。モジュール基板322に到達した光Lはその一部が反射されてモジュール基板対抗面Poの方向に向かうものの、電極材料やレジスト材料などに吸収され損失となる成分が発生する。
The light L totally reflected by the module substrate facing surface Po of the sealing
このように、単純にLEDアレイモジュール320の側面部に反射フィルム330を配置する方法では、照明無効部分からの光の出射を完全に防止できる。しかしながら、反射フィルム330で反射された光は必ずしも有効にモジュール基板の対向面から出射されない。
Thus, in the method of simply disposing the
さらに、図12に示すように発光体であるLEDチップ321が点在して設けられるために、導光板310の入射面311の近傍で、LEDチップ321に対向する部分が明るく、その中間部が暗いという明暗分布が生じ易く、明暗の顕著な部分は有効面として使用できない。
本発明は、上記の問題を考慮し、点光源であるLEDを複数個用いながら導光板内の照明無効領域の発生を極力抑制して光利用効率の高いバックライトを実現し、コンパクトで明るい液晶表示装置を提供することを目的とする。
Furthermore, as shown in FIG. 12, the
In consideration of the above problems, the present invention realizes a backlight with high light utilization efficiency by suppressing the generation of illumination invalid areas in the light guide plate as much as possible while using a plurality of LEDs as point light sources. An object is to provide a display device.
本発明は、エッジ入力型バックライトであって、
略平板状で、側面部入射面から導入された光を対向する2つの主面の一方の出射面から出射させて面状の照明をする導光板と、
複数の発光素子を細長い基板上にその長手方向に沿って配列し透明材料により封止して光出射部を形成した発光素子アレイモジュールと、
前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の入射面との間の空間を囲む少なくとも2つの反射面とを備え、
前記発光素子アレイモジュールの光出射部の配列方向と直交する方向の幅は、前記導光板の入射面の幅よりも小さく、前記2つの反射面は、互いの間隔が前記発光素子アレイモジュールから前記導光板に向かって大きくなるように設置されていることを特徴とする。
The present invention is an edge input type backlight,
A light guide plate that is substantially flat and emits light introduced from the side surface entrance surface from one of the two exit surfaces facing each other to provide planar illumination;
A light emitting element array module in which a plurality of light emitting elements are arranged on an elongated substrate along the longitudinal direction and sealed with a transparent material to form a light emitting portion;
Comprising at least two reflecting surfaces surrounding a space between the light emitting portion of the light emitting element array module and the incident surface of the light guide plate;
The width in the direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting portions of the light emitting element array module is smaller than the width of the incident surface of the light guide plate, and the two reflecting surfaces are spaced from each other from the light emitting element array module. It is installed so that it may become large toward a light-guide plate.
本発明においては、発光素子アレイモジュールの側面から出射する光も有効に利用でき、かつ、光の利用効率を損なうことなく導光板の入射面近傍から均一性が高い無効領域の小さな光利用効率の高いバックライトを実現できる。 In the present invention, the light emitted from the side surface of the light emitting element array module can also be used effectively, and the light use efficiency of the ineffective region having a small uniformity from the vicinity of the incident surface of the light guide plate is not reduced without impairing the light use efficiency. High backlight can be realized.
(第1の実施の形態)
図1、図2、図3、図4、図5、図6および図7を参照して、以下に本発明の第1の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトについて説明する。なお、図1はエッジ入力型バックライトBLEにおける光源部の構成を示し、図2は導光部Pogの要部を示し、図3は光源部Posと導光部Pogとが組み合わせて構成された様子を示している。
(First embodiment)
With reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7, an edge input type backlight according to a first embodiment of the present invention will be described below. 1 shows the configuration of the light source unit in the edge input type backlight BLE, FIG. 2 shows the main part of the light guide unit Pog, and FIG. 3 is configured by combining the light source unit Pos and the light guide unit Pog. It shows a state.
図1(a)に、本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLE1に用いられる光源部Posを導光板側から見た上面図を表し、図1(b)に図1(a)におけるIB−IB断面を示す。図1(a)に示すように、複数のLEDチップ421が細長い矩形状のアレイモジュール基板422上に配列され、接続され、透明な封止樹脂部424で封止されて、LEDアレイモジュール420が形成される。そして、複数のLEDアレイモジュール420のそれらがほぼ直線状になるように配線基板430上に配列される。そして、配線基板430上の、前記LEDアレイモジュール420の側面方向(LEDアレイモジュール420を配列した方向と平行)に、LEDアレイモジュール420に近接して抑え部材440が形成される。
FIG. 1A shows a top view of the light source portion Pos used in the edge input type backlight BLE1 according to the present embodiment as viewed from the light guide plate side, and FIG. 1B shows an IB in FIG. -IB cross section is shown. As shown in FIG. 1A, a plurality of
図2に示すように、導光部Pogにおいては、フレーム480の上に反射シート450、導光板410、プリズムシート460、および拡散シート470が順番に積層されている。反射シート450は白色のPET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂シートによって、その1辺が導光板410の入射面411から突出するように構成される。そして、その突出部Pexbの導光板410の面する表面には銀を蒸着した鏡面反射シート451が張り合わされて鏡面反射層461bが形成されている。
As shown in FIG. 2, in the light guide unit Pog, a
プリズムシート460は透明PETシートを基材としてその一方の面に紫外線硬化樹脂などで微細なプリズムアレイを形成されている。そして、プリズム面が導光板410と反対側に位置するように、プリズムシート460を設置することのより、導光板410の側面から外部に散乱状に漏れ出す光を正面方向に集光して正面方向を明るくする効果を得ている。
The
プリズムシート460の1辺が反射シート450と同様に導光板410の入射面411から突出するように構成されている。そして、突出部Pextの導光板410に面する表面、つまりプリズムが形成されていない方の表面に鏡面反射シート451が張り合わせされて鏡面反射層461tが形成されている。なお、鏡面反射シート451は、銀蒸着フィルムであっても良い。
One side of the
図3に示すように、図1に示した光源部Posと図2に示した導光部Pogを組み合わせて、エッジ入力型バックライトBLE1が構成される。具体的には、導光部Pogの反射シート450およびプリズムシート460の突出部PexbおよびPextをLEDアレイモジュール420と押さえ部材440との間に挿入して、配線基板430をフレーム480に固定する。
As shown in FIG. 3, the edge input type backlight BLE1 is configured by combining the light source part Pos shown in FIG. 1 and the light guide part Pog shown in FIG. Specifically, the
なお、LEDアレイモジュール420を導光板410の入射面411に密着させると、LEDチップ421に対応する部分が明るく、その中間部が暗いという明暗が生じて導光板入射端近傍を有効領域として使用できないことが予期される。そのような自体を防止するあるいは低減するために、本発明においては両者の間には適切な空隙dが保たれるように設定する。空隙dを導光板410の入射面411と、LEDアレイモジュール420の封止樹脂部424の出射面との間隔とすると、適切な空隙dはLEDチップの配列間隔pに依存し、配列間隔の0.2倍から0.8倍程度が望ましい。
Note that when the
導光板410の厚みは、LEDアレイモジュールの幅より大きく設定してあり、導光板410の入射面とLEDアレイモジュール420とを囲む鏡面反射層461bおよび461tとの間隔はLEDアレイモジュール420側から導光板410の入射面411に向かって次第に大きくなるように設定する。
The thickness of the
以下に、上述の空隙dを設ける理由と、鏡面反射層461bおよび461tを鏡面反射層とすると共に間隔を導光板410側に向かって開くように設定する理由について説明する。LEDアレイモジュール420と導光板410の入射面411との間に空隙dを設ける理由は、LEDチップ421が点在することに起因して生じる導光板410入射面411での照明斑の発生を緩和するためである。
The reason why the above-described gap d is provided and the reason why the specular reflection layers 461b and 461t are used as the specular reflection layer and the interval is set to open toward the
図4を参照して、LEDアレイモジュール420と導光板410の入射面411との間に空隙dを設けることが有効であること、および、どの程度の空隙dを設ければ効果的かについて具体的に説明する。図4は、所定の間隔pに配置されたそれぞれ等しい光度を有する4つの点状光源K1、K2、K3、およびK4による単純な照明モデルを示している。なお、点状光源K1〜K4を点状光源Kと総称する。
With reference to FIG. 4, it is effective to provide a gap d between the
点状光源K1、K2、K3、およびK4を結ぶ直線l1から距離dだけ離れた位置に導光板入射面を仮想した直線l2を設定し、直線l2上の点Mにおける照度を算出する。上述のように、距離dを空隙を代表するパラメータとして用いている。実際の光源配列では4個より多数の光源を用いるのが一般的だが、比較的d/pが小さな場合を仮定しているので、算出ポイントから遠い光源の点Mにおける影響は小さく、これを無視しても定量的な見通しを得るには十分である。 A straight line l2 imagining the light incident surface of the light guide plate is set at a position away from the straight line l1 connecting the point light sources K1, K2, K3, and K4 by the distance d, and the illuminance at the point M on the straight line l2 is calculated. As described above, the distance d is used as a parameter representing the air gap. In an actual light source arrangement, it is common to use more than four light sources, but since it is assumed that d / p is relatively small, the influence at the point M of the light source far from the calculation point is small, and this is ignored. It is enough to get a quantitative outlook.
点Mが、第2の点状光源K2に対抗するポイント(より厳密には点状光源K2を通り直線l1に垂直な直線Lrと直線l2との交点C2)からxの距離の位置にあるものとしてその照度をxの関数として表示する。点Mの照度Sは、点状光源K1〜K4それぞれの点Mにおける照度の合計として計算される。点状光源K1〜K4の点Mにおける照度は、点状光源K1〜K4のそれぞれが光跡が成す点Mとの距離と、点Mにおける線l2に対する法線と成す角度θに依存する。なお、この角度θを点状光源K1〜K4のそれぞれから点Mを見た望み角という。 The point M is located at a distance of x from the point that opposes the second point light source K2 (more precisely, the intersection C2 of the straight line Lr and the straight line L2 that passes through the point light source K2 and is perpendicular to the straight line 11). The illuminance is displayed as a function of x. The illuminance S at the point M is calculated as the sum of the illuminances at the points M of the point light sources K1 to K4. The illuminance at the point M of the point light sources K1 to K4 depends on the distance between the point light sources K1 to K4 and the point M formed by the light trace and the angle θ formed between the point M and the normal to the line l2. In addition, this angle (theta) is called the desired angle which looked at the point M from each of the point light sources K1-K4.
一般に点状光源によって照らされる面の照度は点状光源からの距離の2乗に反比例して小さくなる。しかし、この場合は、図3に示すように反射シート450によって一方向の伝播を拘束された状態を前提にしているので距離の1乗に反比例する。その距離は上記角度θによってd/Cos(θ)と表すことができる。従って、距離のファクターについてはCos(θ)/dに比例する。この関係は照明光が垂直入射する面について適用される。
In general, the illuminance of the surface illuminated by the point light source decreases in inverse proportion to the square of the distance from the point light source. However, in this case, as shown in FIG. 3, it is assumed that propagation in one direction is constrained by the
なお、直線l2に沿った面は角度θの傾きで照明されるので、その照度は垂直入射の場合の照度のCos(θ)倍になる(照明光量が一定で照明面積が1/cos(θ)倍になる)。結果として望み角θの点状光源からの照度はcos(θ)^2/dに比例する。
その距離は上記θによってd/Cos(θ)と表すことができる。従って、距離のファクターに関しても照度はcos(θ)に比例し、結局照度はCos(θ)の2乗に比例する。
Since the surface along the
The distance can be expressed as d / Cos (θ) by the above θ. Accordingly, the illuminance is proportional to cos (θ) with respect to the distance factor, and the illuminance is proportional to the square of Cos (θ).
よって、点状光源K1、K2、K3、およびK4による点Mにおける照度をそれぞれ照度S1、S2、S3、およびS4は、角光源からの望み角をθ1〜θ4、比例乗数をAとすると次式(1)、(2)、(3)、および(4)によって表現される。
S1 = A・Cos(θ1)^2/d ・・・・(1)
S2 = A・Cos(θ2)^2/d ・・・・(2)
S3 = A・Cos(θ3)^2/d ・・・・(3)
S4 = A・Cos(θ4)^2/d ・・・・(4)
Accordingly, the illuminances S1, S2, S3, and S4 at point M by the point light sources K1, K2, K3, and K4 are respectively expressed by the following equations where the desired angles from the angular light source are θ1 to θ4 and the proportional multiplier is A: Expressed by (1), (2), (3), and (4).
S1 = A · Cos (θ1) ^ 2 / d (1)
S2 = A · Cos (θ2) ^ 2 / d (2)
S3 = A · Cos (θ3) ^ 2 / d (3)
S4 = A · Cos (θ4) ^ 2 / d (4)
そして、点状光源K1〜K4からの望み角θ1〜θ4は、それぞれ、次式(5)、(6)、(7)、および(8)によって表現される。
θ1 = atan{(p+x)/d} ・・・・(5)
θ2 = atan(x/d) ・・・・(6)
θ3 = atan{(p−x)/d} ・・・・(7)
θ4 = atan{(2p−x)/d} ・・・・(8)
Desired angles θ1 to θ4 from the point light sources K1 to K4 are expressed by the following equations (5), (6), (7), and (8), respectively.
θ1 = atan {(p + x) / d} (5)
θ2 = atan (x / d) (6)
θ3 = atan {(p−x) / d} (7)
θ4 = atan {(2p−x) / d} (8)
距離xおよび間隔pの値に基づいて上式(5)〜(6)を用いて望み角θ1〜θ4を算出し、算出したθ1〜θ4の値に基づいて上式(1)〜(4)を用いて照度S1〜S4を求め、その和をとればポイントMにおける照度が得られる。 Desired angles θ1 to θ4 are calculated using the above equations (5) to (6) based on the values of the distance x and the interval p, and the above equations (1) to (4) are calculated based on the calculated values of θ1 to θ4. The illuminances S1 to S4 are obtained using, and the sum is taken to obtain the illuminance at the point M.
図5に、間隔dを点状光源Kの間隔pの0.1倍から1倍の範囲で変化させ、それぞれの状態で算出点Mをx=0からx=pに変化させて算出した照度分布を示す。図5において、横軸は先に定義した距離xを間隔pで除した値であり照度算出位置を示す、縦軸は空隙dの各設定時の最大照度を基準に規格化した相対照度であり、照明斑の状態が照度分布として示されている。 FIG. 5 shows the illuminance calculated by changing the interval d in the range of 0.1 to 1 time the interval p of the point light source K and changing the calculation point M from x = 0 to x = p in each state. Show the distribution. In FIG. 5, the horizontal axis is a value obtained by dividing the previously defined distance x by the interval p and indicates the illuminance calculation position, and the vertical axis is the relative illuminance normalized based on the maximum illuminance at each setting of the gap d. The state of illumination spots is shown as the illuminance distribution.
図5から、点状光源Kと対抗しているx/p=0およびx/p=1のポイントで最大照度を示し、その中間部であるx/p=0.5で最小照度を示すことが見て取れる。その傾向は(当然ながら)点状光源Kの配列間隔pに比して点状光源Kと入射面との距離dが小さいほど(d/pが小さいほど)大きく、距離dが間隔pに比して相対的に大きくなるほど緩和され、距離dが間隔dと等しくなると(d/p=1)ほぼ完全に均一になる。 From FIG. 5, the maximum illuminance is shown at the point of x / p = 0 and x / p = 1 facing the point light source K, and the minimum illuminance is shown at x / p = 0.5 which is an intermediate part thereof. Can be seen. This tendency is (naturally) larger as the distance d between the point light source K and the incident surface is smaller (d / p is smaller) than the arrangement interval p of the point light sources K, and the distance d is larger than the distance p. As the distance d becomes equal to the distance d (d / p = 1), it becomes almost completely uniform.
図6に、照度比をd/pの関数で表示したグラフを示す。図6において横軸は点状光源Kの成す直線l1と設定面との距離dを点状光源Kの配列間隔pで除した値を示している。そして、縦軸は光源設定における照度比=最大照度/最小照度であり照明斑の大きさを表す。 d/pが0.1の場合、照度比は約12倍ときわめて大きい。しかし、d/p=0.2では3.5倍、0.3では2倍とd/pが増加すると共に照度比は急激に低下する。 FIG. 6 shows a graph displaying the illuminance ratio as a function of d / p. In FIG. 6, the horizontal axis indicates a value obtained by dividing the distance d between the straight line 11 formed by the point light source K and the setting surface by the arrangement interval p of the point light sources K. The vertical axis represents illuminance ratio in the light source setting = maximum illuminance / minimum illuminance, and represents the size of the illumination spots. When d / p is 0.1, the illuminance ratio is as extremely large as about 12 times. However, d / p increases to 3.5 times at d / p = 0.2, and to 2 times at 0.3, and the illuminance ratio decreases rapidly.
実際のLED光源および導光板を用いて、目視による評価も併せて実行した。結果は、照度比が3.5倍以下となるd/pが0.2より大きい状態で顕著な効果を確認し、照度比が0.3より大きいと明暗パターンとしてほとんど認識できないレベルになることが確認できた。 Visual evaluation was also performed using an actual LED light source and light guide plate. The result confirms a remarkable effect when d / p is less than 3.5 when the illuminance ratio is 3.5 times or less, and if the illuminance ratio is greater than 0.3, it becomes a level that can hardly be recognized as a light / dark pattern. Was confirmed.
上述の計算結果と目視評価結果に基づいて、照明斑を低減するためにd/pを0.2以上に設定するのが有効であることが分かる。また、d/pが0.8で照度比はほぼ1になり照明斑は解消されるのでそれ以上の値に、距離dを大きく設定しても効果はなく、徒に無効な空間を作ることになる。従ってd/pは0.8以下が望ましい。 Based on the above calculation results and visual evaluation results, it can be seen that it is effective to set d / p to 0.2 or more in order to reduce illumination spots. Also, since d / p is 0.8 and the illuminance ratio is almost 1 and the illumination spots are eliminated, setting the distance d to a value larger than that has no effect and creates an invalid space. become. Therefore, d / p is desirably 0.8 or less.
次に、図7を参照して、導光板410の入射面411とLEDアレイモジュール420とを囲む鏡面反射層461bおよび461tを鏡面反射層とすると共にその間隔を導光板410に向かって開くように設定する理由を説明する。1mm×30mmの細長いモジュール基板422の上に、0.3mm角のLEDチップ421を10mm間隔で3個配列、透明樹脂424で封止して形成したLEDアレイモジュール420を用いて実験を行った。
Next, referring to FIG. 7, the specular reflection layers 461 b and 461 t that surround the
具体的には、LEDアレイモジュール420を厚さ2mmの導光板410の入射面411から距離dの位置に設置して、LEDアレイモジュール420と導光板410の入射面411の間の空間を2枚の鏡面反射シート451で囲んで構成した。その状態で、LEDアレイモジュール420に通電してLEDチップ421を発光させ、導光板410の出射面から出射する光束の総量を計測した。
Specifically, the
導光板410から出射する総光束をLEDアレイが発生する光の総光束で除した値がこの導光状態に置ける光結合効率であると考えられるが、LEDアレイモジュール420の駆動条件は一定にしておりLEDアレイから発生する光の総光束量は一定である。よって、導光板410から出射する総光束は光結合効率に比例する。
The value obtained by dividing the total luminous flux emitted from the
そして、反射シートには拡散的な反射特性を有する白色PETシートと鏡面反射特性を有する銀蒸着シートの2種類を準備した。また、図7の右上に示すように2枚の反射シートをLEDアレイモジュール420の側面部に沿うように平行に設定し他場合と、図7の右下に示したように、2枚の反射シートを幅1mmのLEDアレイモジュールから厚み2mmの導光板入射面に向かって次第にその間隔が大きくなるように設定した場合とを比較した。
Two types of reflection sheets were prepared: a white PET sheet having diffuse reflection characteristics and a silver vapor deposition sheet having specular reflection characteristics. Further, as shown in the upper right of FIG. 7, two reflection sheets are set in parallel so as to follow the side surface portion of the
総光束を測定すると同時に導光板入射端近傍から出射する光の明暗斑を観察した。その結果、明暗斑の発生状況は上記反射シートの材質の差異や設定方法の差異にはほとんど依存せず、距離dに大きく影響され、いずれの場合も導光板410とLEDアレイモジュール420を密接させると顕著な明暗斑を生じ、距離dがLEDチップ421の配列間隔P=10mmの0.2倍となる2mm以上で顕著に緩和され3mm以上でほぼ解消された。
At the same time that the total luminous flux was measured, the light and dark spots of the light emitted from the vicinity of the incident end of the light guide plate were observed. As a result, the occurrence of light and dark spots hardly depends on the difference in the material of the reflection sheet and the difference in the setting method, and is greatly influenced by the distance d. In either case, the
図7の左側のグラフに、各条件で出射総光束を測定した結果を示す。同グラフにおいて、横軸はLEDアレイモジュール420と導光板410の入射面411との距離d、縦軸は各条件における測定出射総光束を、銀蒸着シート(鏡面反射シート451)をLEDアレイモジュール420の側面に沿うように設定し、アレイモジュールの面と導光板410の入射面411とを密着状態(d=0)での出射総光束で割った値であり密着状態を1とした場合の相対的な結合効率を表す。
The graph on the left side of FIG. 7 shows the results of measuring the total emitted light flux under each condition. In the graph, the horizontal axis represents the distance d between the
導光板410の反射シートに用いるのと同様な白色のPETシートを反射シートとして2枚用い、それらが互いに平行になるように設定した状態で距離dを変化させると、距離dの増加に伴って急激に結合効率が低下した。具体的には、距離dが3mmでは結合効率は密着状態の0.6倍程度になった(グラフ中菱形マークの点線)。この原因は、LEDアレイモジュール420で発光した光が反射シートで反射される際に、導光板側へ向かわず入光源側に戻る成分が発生したことに因ると推定される。
When two white PET sheets similar to those used for the reflection sheet of the
反射シートに鏡面反射性の銀蒸着シートを用いると、距離dを大きくしても結合効率の低下は軽微である。例えば、明暗斑をほぼ解消するように距離dを3mmに設定しても90%以上の相対光強度を維持することができる(グラフ中三角マークの破線)。この原因は、鏡面反射にすることによって上述の戻り光の成分が減少したためと考えられる。 When a specular reflective silver vapor-deposited sheet is used as the reflection sheet, the reduction in coupling efficiency is slight even if the distance d is increased. For example, the relative light intensity of 90% or more can be maintained even if the distance d is set to 3 mm so as to substantially eliminate bright and dark spots (broken lines indicated by triangular marks in the graph). The cause of this is thought to be because the above-mentioned component of the return light is reduced by the mirror reflection.
さらに、鏡面反射性の銀蒸着シートを用い、図7の右下に示すように、LEDアレイモジュール420の側から導光板410の入射面411の側に向かって反射シートの間隔が次第に大きくなるように設定した場合には、側面に沿って銀蒸着シートを配置した場合に比べ密接状態(d=0)における結合効率が4%程度向上した。この原因は、図13に示した側面出射成分の回帰吸収現象が緩和されたためと考えられる。
Further, using a mirror-reflecting silver vapor-deposited sheet, as shown in the lower right of FIG. 7, the interval between the reflective sheets gradually increases from the
また、このように導光板410に向かって開くように反射シートを設置することにより距離dに対する結合効率の低下はさらに軽微になり、明暗斑をほぼ解消するように距離を3mmに設定しても単純設置の密着状態と同等の結合効率を維持できるが確認できた。この原因は、LEDアレイモジュール420から導光板に向かって次第に開くような2つの鏡面反射層で囲んでいるので、LEDアレイモジュール420から出射されて反射層で反射される光は反射のたびに導光板410の入射面411の法線方向に近づくような角度になるので、導光板410とLEDアレイモジュール420の間隔を大きくしても、戻り光を発生することなく効率よく導光板に入射させることができるからと考えられる。
Further, by installing the reflection sheet so as to open toward the
上述の如く、本実施の形態においては、導光板410の入射面411とLEDアレイモジュール420との間に適切な間隔を設けているので導光板入射端近傍から均一な発光が可能であり、かつ、導光板410の入射面とLEDアレイモジュール420とを囲む反射層を鏡面反射層とすると共にその間隔を導光板410側で開くように設定しているので高い結合効率を維持することができる。
As described above, in the present embodiment, since an appropriate interval is provided between the
なお、導光板裏面に設置する反射シートとしては鏡面反射性の銀蒸着シートより価格が低く拡散反射により斑の低減が期待できる拡散反射性の白色PETシートなどが多く用いられており、本実施の形態においても白色PETシートを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく鏡面反射性の反射シートを用いても良い。この場合、反射シートに改めて鏡面反射層を形成する必要はなく反射シートを単純に延長すればよい。 In addition, as the reflective sheet to be installed on the back surface of the light guide plate, a diffuse reflective white PET sheet which is lower in price than a specular reflective silver deposited sheet and can be expected to reduce spots by diffuse reflection is often used. Although a white PET sheet is used in the form, the present invention is not limited to this, and a specular reflective sheet may be used. In this case, it is not necessary to form a specular reflection layer again on the reflection sheet, and the reflection sheet may be simply extended.
なお、上述の第1の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLE1においては、導光板410の入射面411とLEDアレイモジュール420とを囲む反射層(鏡面反射シート451)の間隔を導光板410に近づくにつれて開くように設定している。そのために、導光板410側での2つの鏡面反射シート451の間隔は、導光板410側から延伸した部材に反射層を設けることにより導光板410自身の厚みで規制すると共に、LEDアレイモジュール420側では配線基板上に設けた抑え部材440とLEDアレイモジュール420の側面部との間に反射シート(鏡面反射シート451)を挿入している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図8に示すような構成でも良い。
In the edge input type backlight BLE1 according to the first embodiment described above, the distance between the reflection layer (specular reflection sheet 451) surrounding the
(第2の実施の形態)
以下に、図8を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトについて説明する。図8(a)は上述の図1(a)と同様に、本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLE2に用いられる光源部Pos2を導光板側から見た上面図を表している。そして、図8(b)に上述の図1(b)におけるVB−VB断面を示している。
(Second Embodiment)
Hereinafter, an edge input type backlight according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a top view of the light source part Pos2 used in the edge input type backlight BLE2 according to the present embodiment as seen from the light guide plate side, similarly to FIG. 1A described above. FIG. 8B shows a VB-VB cross section in FIG.
光源部Pos2の配線基板530のLEDアレイモジュール520の側面部近傍にスリット590が設けられている。一方導光部は図7と同様に導光板510から反射シート450およびプリズムシート560を突出させ、その突出部に鏡面反射層461bおよび461tを設けると共に、それぞれの最先端部に前記光源部Pos2のスリット590と対応する凸部PhbおよびPhtを形成する。
A
このように構成すれば、2つの鏡面反射層561bおよび561tによって、LEDアレイモジュール520の光出射部となる封止樹脂部524を完全に囲み、かつ、光源Pos2側から導光板Pog2側に向かって次第にその間隔が広くなるような状態を安定に保つことができる。
If comprised in this way, the sealing
上述の本発明の第1の実施の形態および第2の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLE1およびBLE2においては、光学シートを延長してこれに鏡面反射層を形成している。これは光源部から導光板への導光のために新たな部材を必要とせず、しかも反射層で囲む導光部の開口を導光板入射面と完全にかつ自動的に一致させることができるという利点があるが本発明はこれに限定されるものではない。例えば図9に示すように、鏡面反射層を有する反射シートを光源部の配線基板の裏面から延伸するように設けても良い。 In the edge-input type backlights BLE1 and BLE2 according to the first and second embodiments of the present invention described above, the optical sheet is extended to form a specular reflection layer thereon. This means that a new member is not required for light guide from the light source part to the light guide plate, and the opening of the light guide part surrounded by the reflective layer can be completely and automatically matched with the light guide plate incident surface. Although there is an advantage, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, a reflection sheet having a specular reflection layer may be provided so as to extend from the back surface of the wiring substrate of the light source unit.
(第3の実施の形態)
次に、図9を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLEについて説明する。本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLE3は、図3に示したエッジ入力型バックライトBLE1において、導光板410の発光面側に位置する抑え部材440を、配線基板430の裏面から延伸する鏡面反射プレート670に置き換えられている。なお、鏡面反射プレート670のLEDチップ421に面する表面には鏡面反射面671が設けられている。
(Third embodiment)
Next, an edge input type backlight BLE according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the edge input type backlight BLE3 according to the present embodiment, in the edge input type backlight BLE1 shown in FIG. 3, the holding
本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトBLE3においては、LEDチップ421光源素子を密接して配置すると共に導光板410の入射面411とLEDアレイモジュール420との間に適切な間隔を設けることができ、導光板410の入射端近傍から均一な発光が可能になる。また、導光板410入射面411とLEDアレイモジュール420とを囲む反射層を鏡面反射層461bおよび461tとすると共にその間隔を導光板410側で開くように設定しているので、光源素子と導光板入射面との間に間隔を設けても高い結合効率を維持できる。
In the edge input type backlight BLE3 according to the present embodiment, the
本発明にかかるエッジ入力型バックライトおよび液晶表示装置は、複数の点光源を用いながら入射面となる側面部直近から均一な発光が可能である装置をコンパクトに構成することができるので、特に小型、軽量が要求される携帯型情報端末やノート型パーソナルコンピュータなどの映像表部等に有用である。 The edge input type backlight and the liquid crystal display device according to the present invention can be particularly compact because a device capable of uniform light emission from the side surface portion that becomes the incident surface can be made compact while using a plurality of point light sources. It is useful for video display parts such as portable information terminals and notebook personal computers that require light weight.
110、210、310、410、510 導光板
111、211、311、411、511 入射面
112 出射面
113 反射面
120 冷陰極線管
130、230 リフレクタ
220、320 LED光源素子
221、321、421、521 LEDチップ
222 素子基板
223 反射部材
224、324、424 封止樹脂
150、240、340 反射シート
250、350 光学フィルム
260、360 フレーム
270、370 配線基板
320、 420、520 LEDアレイモジュール
322、422 モジュール基板
430、530 配線基板
440、640 押え部材
140、450、550 反射シート
451、551 鏡面反射シート
460、560 プリズムシート
461b、461t、561b、561t 鏡面反射層
561 鏡面反射層
470、570 拡散シート
480、580 フレーム
590 スリット
Pex、Pexb、Pext 突出部
BLE、BLE1、BLE2、BLE3 エッジ入力型バックライト
110, 210, 310, 410, 510
Claims (10)
複数の発光素子を細長い基板上にその長手方向に沿って配列し透明材料により封止して光出射部を形成した発光素子アレイモジュールと、
前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の入射面との間の空間を囲む少なくとも2つの反射面とを備え、
前記発光素子アレイモジュールの光出射部の配列方向と直交する方向の幅は、前記導光板の入射面の幅よりも小さく、前記2つの反射面は、互いの間隔が前記発光素子アレイモジュールから前記導光板に向かって大きくなるように設置されていることを特徴とする、エッジ入力型バックライト。 A light guide plate that is substantially flat and emits light introduced from the side surface entrance surface from one of the two exit surfaces facing each other to provide planar illumination;
A light-emitting element array module in which a plurality of light-emitting elements are arranged along a longitudinal direction on an elongated substrate and sealed with a transparent material to form a light emitting portion;
Comprising at least two reflecting surfaces surrounding a space between a light emitting portion of the light emitting element array module and an incident surface of the light guide plate;
The width in the direction orthogonal to the arrangement direction of the light emitting portions of the light emitting element array module is smaller than the width of the incident surface of the light guide plate, and the two reflecting surfaces are spaced from each other from the light emitting element array module. An edge input type backlight characterized by being installed so as to become larger toward the light guide plate.
A liquid crystal display device comprising the backlight according to claim 1.
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