JP2007335280A - バックライトユニット及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤを用いたバックライトにおいて、輝度ムラを減少させると共に狭額縁化を図る。
【解決手段】ＬＥＤ３からの光は、ハーフミラー１ａを透り、導光板４の入光面から導光板４内に入射し、拡散シート７及び２枚のプリズムシート８，９を透り、図示しない液晶パネルに照射される。このハーフミラー１ａにより、ＬＥＤ３と導光板４の間の光拡散領域を広げることなく、輝度分布が均質なバックライトとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用したバックライトユニットと、このバックライトユニットを用いた中型・大型の液晶表示装置（ＬＣＤ）に関する。

現在、大型ＬＣＤ用バックライトには、光源として、主に、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）が用いられているが、今後は、環境問題（水銀使用禁止）や低消費電力化のために、ＬＥＤの採用が進むと予想される。

現在のところ、ＬＥＤの光束が、バックライトの要求光束に比べて大きくないため、ＬＥＤを用いて、必要輝度を得るためには、ＬＥＤを短い間隔で並べている。そのため、ＬＥＤの配置による輝度ムラは、余り問題になっておらず、導光板の入光面に縞状の筋をつける程度で対応できている。

例えば、図８に示すように、導光板４の入光面に縞状の筋として光屈折用パターン６を形成して、ＬＥＤ３の配置による輝度ムラを低減している。図８において、ＬＥＤ３からの光は、導光板４の入光面に形成された光屈折用パターン６で拡散されて、導光板４内に入射し、拡散シート７及び２枚のプリズムシート８，９を透り、図示しない液晶パネルに照射される。なお、５はＬＥＤ３の収納ケースで、最終的に導光板４と結合される。

また、下記特許文献１には、光源からの光を、ハーフミラーの反射率・透過率を場所によって変えることで、ハーフミラーからの出射光を制限して、輝度ムラを低減したバックライト装置が記載されている。
特開平６−２６５８８５号公報

上記特許文献１では、光源から出た光は、まず反射板を経由し、その後、ハーフミラーで透過・反射される。そして、光源としては、ＣＣＦＬ又はＬＥＤを用いているが、サイドライト構造のＬＣＤにおいて、光源としてＬＥＤを用いた場合には、画面左右方向（横方向）の輝度ムラが低減しても、画面上下方向（縦方向）の輝度ムラが低減されない。

光源としてのＬＥＤの開発、特に、高輝度化・高効率化は急速に進んでおり、近い将来、必要輝度を得るためのＬＥＤの数は、少なくなることが予想される。ＬＥＤの数を少なくした場合、これまで、余り問題にならなかったＬＥＤの配置による輝度ムラが問題となる。

特に、サイドライト構造のＬＣＤの場合、ＬＥＤの配置による縦方向の輝度ムラは、ＬＥＤと導光板との間の光拡散領域を大きくすることで低減できるが、大きくするために、狭額縁化が困難になる。

本発明は、複数個のＬＥＤをバックライト光源として用いたサイドライト構造のＬＣＤにおいて、縦方向の輝度ムラを低減し、かつ、狭額縁化を実現するために、ＬＥＤと導光板の間に、ＬＥＤの数と配置に対応した微小なハーフミラー又は微小な縞状のミラー群を設置することを特徴とする。

本発明における微小なハーフミラーは、各ＬＥＤに対応させて、ＬＥＤと導光板入光面の間に配置される。これによって、微小なハーフミラーはＬＥＤからの光を縦方向に均質化させる。

一般的にＬＥＤの配光特性は、放射角度０°（ＬＥＤに対して垂直方向）の光度が最も大きく、放射角度が大きくなるに従って、光度は小さくなる。

そこで、本発明における微小なハーフミラーは、ＬＥＤの配光特性を補正するために、ＬＥＤの配光特性とは逆に中心部ほど可視光透過率が低く、周辺部に近づくほど可視光透過率が高くなる。これによって、ＬＥＤからの光を均質化させ、導光板の入光面における均一性を高めている。具体的には、各ハーフミラーを形成する膜の膜厚を、ＬＥＤ中心部ほど厚く、離れるに従って薄くした。

本発明における微小な縞状のミラー群は、各ＬＥＤに対応させて、ＬＥＤと導光板入光面の間に配置される。これによって、微小な縞状のミラー群はＬＥＤからの光を縦方向に均質化させる。

この微小な縞状のミラー群は、微小なハーフミラーと同様に、ＬＥＤの配光特性を補正するために、ＬＥＤの配光特性とは逆に中心部ほど微小な縞状ミラーの割合が多く、周辺部に近づくほど少なくなる。これによって、ＬＥＤからの光を均質化させ、導光板の入光面における均一性を高めている。

本発明では、ＬＥＤに対応して、微小なハーフミラー又は微小な縞状のミラー群を配置することで、導光板の入光面に入射するＬＥＤからの光が均質化される。また、微小なハーフミラー又は微小な縞状のミラー群の中心部ほど低透過率とすることで、導光板の入光面に入射するＬＥＤからの光がさらに均質化される。

さらに、ＬＥＤと導光板で挟まれる光拡散領域を大きくすることなく、すなわち、額縁領域を大きくすることなく、ＬＥＤからの光を均質化できる。

以上、本発明によると、狭い光拡散領域で光を均質化できるので、狭額縁化が可能となり、また、少ない数のＬＥＤでも光の均質化が可能なので、低消費電力化・低コスト化が可能である。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

図１は、発光素子としてＬＥＤを用いたサイドライト構造のバックライトユニットの構成図であって、１ａはハーフミラー、２はハーフミラー１ａを形成した透明基板（ガラス基板）、３は白色ＬＥＤ、４は導光板、５は収納ケース、７は拡散シート、８，９はプリズムシートである。なお、ＬＥＤ３の収納ケース５、ハーフミラー１ａ及び導光板４は、図１では、説明しやすくするために、分離して示しているが、最終的には一体化される。

図１において、ＬＥＤ３からの光は、ハーフミラー１ａを透り、導光板４の入光面から導光板４内に入射し、拡散シート７及び２枚のプリズムシート８，９を透り、図示しない液晶パネルに照射される。

光源としてＬＥＤ３を用いた場合、ＣＣＦＬを光源に用いた場合と異なり、ＬＥＤ３の配置による縦方向の輝度ムラが大きい。これは、ＬＥＤ３と導光板４の距離を広げること、すなわち、光拡散領域を大きくすることで低減できるが、額縁部が広くなってしまう。

そこで、ＬＥＤ３の配置位置と対応する位置に、ハーフミラー１ａを形成したガラス基板２を、光拡散領域に挿入した。ハーフミラー１ａは、ガラス基板２上にＡｌ（アルミニウム）を１５ｎｍの厚さに真空蒸着して形成した。

なお、ハーフミラー１ａを形成する際に、ハーフミラー１ａの面をＬＥＤ３の光出射面と非平行にして、ＬＥＤ３からの光を拡散するために、予め縞状の筋を入れておいた。また、ハーフミラー１ａ以外をマスキングすることで、各ＬＥＤ３の配置位置に対応してハーフミラー１ａを形成した。

ハーフミラー１ａを挿入しない場合、導光板４の入光面における最低輝度と最高輝度の比は、０．７８であった。一方、ハーフミラー１ａが形成されたガラス基板２を挿入した場合の最低輝度と最高輝度の比は、０．８５であり、光拡散領域が同じ場合において、輝度分布がより均質なバックライトユニットを作製することができた。なお、輝度は画面を２ｍｍ角に区切って測定した値を用いた。

平均輝度は、ハーフミラー１ａが形成されたガラス基板２を挿入した場合は、ハーフミラー１ａを挿入しない場合に比べて、１３％低下した。これは、ＬＥＤ３を取り囲んでいる収納ケース５の内面の反射板、挿入したガラス基板２及び導光板４の多重反射による減衰と考えられる。

図２は、本実施例のバックライトユニットの構成図であって、図１と異なるのは、図１に示すハーフミラー１ａをグラデーション付ハーフミラー１ｂとした点である。その他の構成は、図１と同じである。

本実施例では、更なる、輝度の均質化を目的として、各ＬＥＤ３の配置位置の中心部に対応する位置の透過率が最も低く、中心部から画面上下方向に離れるに従って透過率が高くなるようなグラデーション付ハーフミラー１ｂをガラス基板２上に形成した。

通常のＬＥＤは、図３に示すように、光放出面と垂直な方向に最も多くの光束が出る特性を持っているので、グラデーション付ハーフミラー１ｂは、この特性とは逆に、中央部ほど透過率を低く、周辺部ほど透過率を高くする。すなわち、図４に示すように、グラデーション付ハーフミラー１ｂの中央部ほどＡｌ膜厚を厚く、周辺部ほど薄くするようにした。

グラデーション付ハーフミラー１ｂは、ガラス基板２上にＡｌを真空蒸着することで形成する。各ＬＥＤ３に対応する数だけの幅０．８ｍｍ長さ１０ｍｍの領域に、グラデーション付ハーフミラー１ｂを形成する。グラデーション付ハーフミラー１ｂを形成しない領域には、マスクを配置して、蒸着膜が付かないようにした。

グラデーションをつけるために、蒸着源とガラス基板の距離を極端に短くした。蒸着源の直上に、幅０．５ｍｍのスリット付ステンレス板を配置して、蒸着源の出射位置を制限し、スリット位置から３ｍｍ上にガラス基板を配置した。中心部の膜厚が２０ｎｍになるようにＡｌを蒸着した。この配置において、ハーフミラー領域の端部の膜厚は１０ｎｍであった。ＬＥＤの数だけグラデーション付ハーフミラーを形成するために、ＬＥＤの数だけＡｌの蒸着を繰り返し行なった。この形成条件・手順は一例であり、本発明は、この条件・手順に限定されるものではない。

本実施例において、グラデーション付ハーフミラーを形成したガラス基板を挿入した場合の最低輝度と最高輝度の比は、０．８９であり、光拡散領域が同じ場合において、より均質なバックライトユニットを作製することができた。

また、平均輝度は、グラデーション付ハーフミラーを形成したガラス基板を挿入した場合は、このハーフミラーを挿入しない場合に比べて、１１％低下した。

図５は、本実施例のバックライトユニットの構成図であって、図１と異なるのは、図１に示すガラス基板２に形成されているハーフミラー１ａを導光板４に形成した点である。その他の構成は、図１と同じである。

図１に示す実施例１では、輝度の均質化には大きな効果が得られたが、平均輝度が低下した。これは、ガラス基板２の挿入による多重反射の増大が主要因と考えられる。この多重反射を減らすために、導光板４の側面に直接ハーフミラー１ａを形成した。ハーフミラー１ａの形成方法は実施例１に準じた。

本実施例において、ハーフミラー１ａを導光板４の入光面に形成した場合の最低輝度と最高輝度の比は、０．８５であり、光拡散領域が実施例１と同じ場合では、輝度分布がより均質なバックライトユニットを作製することができた。

また、平均輝度は、ハーフミラーを導光板の入光面に形成した場合は、ハーフミラーを形成しない場合に比べて、９％低下したが、実施例１の場合より低下が少なかった。

図６は、本実施例のバックライトユニットの構成図であって、図２と異なるのは、図２に示すガラス基板２に形成されているグラデーション付ハーフミラー１ｂを導光板４に形成した点である。その他の構成は、図２と同じである。

図２に示す実施例２と同等の均質性を持たせ、かつ、輝度低下を抑制する目的で、各ＬＥＤの配置位置の中心部に対応する位置の透過率が最も低く、ＬＥＤの中心部から画面上下方向に離れるに従って透過率が高くなるようなグラデーション付ハーフミラー１ｂを導光板４の入光面に形成した。

グラデーション付ハーフミラー１ｂの形成方法は実施例２に準じたが、導光板４の熱による変形・変性を防ぐために放熱を良くした。

本実施例において、グラデーション付ハーフミラーを導光板の入光面に形成した場合の最低輝度と最高輝度の比は、０．８５であり、光拡散領域が実施例２と同じ場合では、輝度分布がより均質なバックライトユニットを作製することができた。

また、平均輝度は、グラデーション付ハーフミラーを導光板の入光面に形成した場合は、グラデーション付ハーフミラーを形成しない場合に比べて、９％低下したが、実施例２の場合より低下が少なかった。

図７は、本実施例のバックライトユニットの構成図であって、図６と異なるのは、図６に示すグラデーション付ハーフミラー１ｂを縞状のミラー群１ｃとした点である。その他の構成は、図６と同じである。

図６に示す実施例４と同等の均質性を持たせ、かつ、輝度低下を抑制しつつ、形成を簡便にする目的で、導光板４の入光面に、各ＬＥＤ３に対応する数だけの幅０．８ｍｍ長さ１０ｍｍの領域に、縞状のミラー群１ｃを形成した。また、縞状のミラー群１ｃを導光板４の入光面に形成する場合は、ＬＥＤ３の発光面とは平行でない形状、例えば、のこぎり形にしておく。

ミラー群１ｃにおける１つのミラーにおいて、ミラーの面積と導光板露出面積の比を、ＬＥＤ３の配置位置の中心部に対応する位置ほど大きく、ＬＥＤ３の中心部から画面上下方向に離れるに従って小さくなるように、導光板４の入光面に形成した。その比は、中心部で０．８、端部で０．４となるように設定した。

すなわち、ミラーの割合が、中心部ほど多く、周辺部に近づくほど少なくなるようにした。例えば、図７の丸ａに示すように、各ミラー１ｃａの面積は同じで、その配置が中心部ほど密となり、周辺部ほど疎となる。または、図７の丸ｂに示すように、各ミラー１ｃｂの面積を中心部ほど大きく、周辺部ほど小さくする。

ミラーの形成にはＡｌの真空蒸着を用いた。縞をパターンニングするために、スリット状に開口部のあるメタルマスクを使用した。

本実施例において、ミラー群を導光板の入光面に形成した場合の最低輝度と最高輝度の比は、０．８６であり、光拡散領域が実施例１〜４と同じ場合では、輝度分布がより均質なバックライトユニットを作製することができた。

また、平均輝度は、ミラー群を導光板の入光面に形成した場合は、ミラー群を形成しない場合に比べて、１１％低下した。

本実施例では、ミラー群を導光板に形成したが、導光板に形成せずに、実施例１，２のように、ガラス基板に形成して、ＬＥＤと導光板の間に配置してもよい。

ハーフミラーを用いたバックライトユニットの構成図。 グラデーション付ハーフミラーを用いたバックライトユニットの構成図。 ＬＥＤ位置とグラデーション付ハーフミラーの透過率との関係図。 Ａｌ膜厚の分布図。 ハーフミラーを導光板に形成したバックライトユニットの構成図。 グラデーション付ハーフミラーを導光板に形成したバックライトユニットの構成図。 ミラー群を導光板に形成したバックライトユニットの構成図。 従来の屈折用パターンを用いたバックライトユニットの構成図。

符号の説明

１ａ…ハーフミラー、１ｂ…グラデーション付ハーフミラー、１ｃ…ミラー群、２…透明基板（ガラス基板）、３…白色ＬＥＤ、４…導光板、５…収納ケース、６…光屈折用パターン、７…拡散シート、８，９…プリズムシート。

Claims (9)

1. 複数の発光素子と前記発光素子からの光が入射される導光板とからなるバックライトユニットと、前記バックライトユニットからの光が照射される液晶パネルとを備えたサイドライト構造の液晶表示装置において、
   前記発光素子に対応してハーフミラーを配置することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記ハーフミラーを、発光素子と導光板の間に配置するか、又は、導光板の入光面に形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記ハーフミラーの透過率が、中心部ほど低く、周囲に近づくほど高いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記ハーフミラーの膜厚が、中心部ほど厚く、周囲に近づくほど薄いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 複数の発光素子と前記発光素子からの光が入射される導光板とからなるバックライトユニットと、前記バックライトユニットからの光が照射される液晶パネルとを備えたサイドライト構造の液晶表示装置において、
   前記発光素子に対応してミラー群を配置することを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記ミラー群を、発光素子と導光板の間に配置するか、又は、導光板の入光面に形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記ミラー群のミラーの割合が、中心部ほど多く、周辺部に近づくほど少ないことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 複数の発光素子と前記発光素子からの光が入射される導光板とからなるサイドライト構造のバックライトユニットにおいて、
   前記発光素子に対応してハーフミラーを配置することを特徴とするバックライトユニット。
9. 複数の発光素子と前記発光素子からの光が入射される導光板とからなるサイドライト構造のバックライトユニットにおいて、
   前記発光素子に対応してミラー群を配置することを特徴とするバックライトユニット。