JP2007335324A - バックライト及びバックライト用光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】厚さ方向に大型化させることなく、十分な色混合が可能であり、しかも、発光面で均一照度の光を得ることができるバックライトを提供する。
【解決手段】導光路２０を筐体２の背面に沿って形成することにより、バックライト１を厚さ方向に大型化させることなく、光路長を十分に確保する。この導光路２０に、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの出射光を入射させることにより、各波長光を効率よく合成する。導光路２０の終端（出射面２２ｂ）からの出射光を反射面３０で反射して発光面９ａ方向に拡散させることにより、高い均斉度で発光面９ａを発光させる。加えて、第１，第２の導光板２１，２２を導光方向に連接して導光路２０の中途にハーフミラーを形成することにより、導光路２０で色合成した光を導光路２０の中途からも分割出射することができ、より高い均斉度で発光面９ａを発光させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光色の異なる複数種類の発光ダイオード等の発光素子を光源として用いたバックライト及びバックライト用光源モジュールに関する。

近年、液晶装置等のバックライトにおいては、冷陰極蛍光ランプ等に代えて、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたバックライトが数多く提案されている。ところで、一般に、ＬＥＤは発光色の個体差が大きいため、この種のバックライトでは、複数種類のＬＥＤから出射される光を混合することによって所望の色の光が生成される。

このような色混合によって所望の光を生成するための技術として、例えば、特許文献１には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤの周囲を反射性を持つ透光性円筒体で囲んだ導光体ブロックを光反射板上に配列し、各ＬＥＤからの出射光を透光性円筒体で内部反射させることにより白色混合させる技術が開示されている。
特開２００５−３３９８２２公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術において、各ＬＥＤからの光線を十分に混合させるためには透光性円筒体の高さを高くする必要があるため、バックライトが厚さ方向に大型化する傾向にある。また、この種のバックライトは、各導光体ブロック間での光量が不足しがちな傾向にあり、発光面で均一な照度を得ることが困難であった。

本発明は、厚さ方向に大型化させることなく、十分な色混合が可能であり、しかも、発光面で均一照度の光を得ることができるバックライト及びバックライト用光源モジュールを提供することを目的とする。

本発明のバックライトは、前面が開口された筐体と、前記筐体の開口部に設定された発光面と、発光色の異なる複数種類の光源と、複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、前記導光路は導光方向に連設する複数の導光板を有し、隣接する前記導光板の各端面は前記導光方向に対して傾斜した状態で互いに当接していることを特徴とする。

本発明のバックライト用光源モジュールは、前面に発光面が設定された筐体に収容保持されてバックライトを構成するバックライト用光源モジュールであって、発光色の異なる複数種類の光源と、複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、前記導光路は導光方向に連設する複数の導光板を有し、隣接する前記導光板の各端面は前記導光方向に対して傾斜した状態で互いに当接していることを特徴とする。

本発明によれば、厚さ方向に大型化させることなく、十分な色混合が可能であり、しかも、発光面で均一照度の光を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はバックライトの分解斜視図、図２はバックライトの要部断面図、図３は光源モジュールの分解斜視図、図４は光源モジュールの要部断面図、図５は光源モジュールにおける光の挙動を示す説明図、図６はバックライト表面の輝度分布を示す特性図である。

図１，２に示すバックライト１は、例えば、液晶テレビ等に好適なバックライトであり、このバックライト１は、前面が開口した扁平な略箱形形状の筐体２を有する。この筐体２は、例えば、矩形の背面板２ａと、当該背面板２ａの各辺に立設する側壁２ｂとが射出成形によって一体形成された樹脂成型品で構成されている。

筐体２の内部には、例えば、発光色の異なる複数種類の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として白色光を生成する複数組（例えば、４組）の光源モジュール５が、筐体２の長手方向に沿って等間隔毎に配設されている。ここで、各光源モジュール５は、各々の導光路２０（後述する）の終端が筐体２の中心部に指向するよう、当該筐体２の中心部に対して対称位置に配列されている。

また、筐体２には、例えば、矩形の開口部６ａが開口するベゼル６が前面側から冠設されている。筐体２とベゼル６との間には、例えば、平面略矩形形状をなす拡散板７と、前面側に拡散シート９を貼着した平面略矩形形状のレンズシート８とが、背面側から順に重畳された状態で挟持されている。そして、ベゼル６の開口部６ａから外部に露呈する拡散シート９上の領域が、発光面９ａとして設定されている。また、筐体２内において、拡散板７と各光源モジュール５との間には、空気層１１が形成されている。

図３，４に示すように、光源モジュール５は、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが光源として実装された光源ユニット１５と、光源ユニット１５から供給される各色の光線を入射して筐体２の背面に沿った奥行き方向に導く導光路２０と、導光路２０の終端から出射された光を反射して発光面９ａに導く反射面３０とを備えて要部が構成されている。

本実施形態において、光源ユニット１５は、例えば、細長な短冊状のＬＥＤ基板１６上に、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色を１組とする２組の各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが実装されて要部が構成されている。

また、導光路２０は、光源ユニット１５に連設する第１の導光板２１と、この第１の導光板２１の出射側に連設する第２の導光板２２とを有する。第１の導光板２１の入射面２１ａは、光源ユニット１５の各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに当接されている。また、第１の導光板２１の出射面２１ｂは、導光路２０の導光方向に対して所定仰角θ１で傾斜されている。さらに、第２の導光板２２の入射面２２ａは、第１の導光板２１の出射面２１ｂと同様に仰角θ１で傾斜されて、出射面２１ｂに当接されている。また、第１，第２の導光板２１，２２の両側には、キー溝２１ｃ，２２ｃが凹設されている。

このように、導光路２０は、その導光方向に沿って複数の導光板２１，２２が連設されて要部が構成されている。また、導光路２０において、互いに隣接する導光板２１，２２の各端面２１ｂ，２２ａは、導光方向に対して所定角度傾斜した状態で当接されている。ここで、出射面２１ｂ及び入射面２２ａの仰角θ１は、例えば３５°〜５５°の範囲に設定されることが望ましく、本実施形態においては、θ１＝５０°に設定されている。また、図４に示すように、本実施形態において、導光路２０の導光方向の長さＤは、例えば、２０．５０ｍｍに設定されている。このうち、第１の導光板２１の導光方向の最大長さｄ１は９．０ｍｍに設定され、最小長さｄ２は６．５ｍｍに設定されている。また、第２の導光板２２の導光方向の最大長さｄ３は１１．４ｍｍに設定され、最小長さｄ４は８．９ｍｍに設定されている。更に、第１，第２の導光板２１，２２の厚さｔは３．０ｍｍに設定されている。なお、第１の導光板２１の最小長さｄ２は、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの入射光を色混合するに十分な光路長を確保できる長さである。

また、反射面３０は、光源ユニット１５及び導光路２０を収容するモジュール筐体３１に一体形成されている。具体的に説明すると、本実施形態において、モジュール筐体３１は、例えば、高い光反射性を有する白色系の樹脂材料を用いて成型された扁平且つ細長な略箱形形状をなすケースで構成され、内部に、光源ユニット１５及び導光路２０を一体的に収容する収容室３２を有する。このモジュール筐体３１の前面は開口されており、さらに、長手方向の両側壁３１ａの内面には、第１，第２の導光板２１，２２のキー溝２１ｃ，２２ｃに対応するキー３３ａ，３３ｂと、第２の導光板２２の出射面２２ｂに当接するキー３３ｃが突設されている。

そして、第２の導光板２２のキー溝２２ｃにキー３３ｂが嵌合されると共に第２の導光板２２の出射面２２ｂにキー３３ｃが当接されることによって、第２の導光板２２はモジュール筐体３１内で位置決め保持されている。また、第１の導光板２１のキー溝２１ｃにキー３３ａが嵌合されると共に、第２の導光板２２の入射面２２ａに出射面２１ｂが当接されることによって、第１の導光板２１はモジュール筐体３１内で位置決め保持されている。ここで、第１の導光板２１の入射面２１ａと、当該入射面２１ａに対向するモジュール筐体３１の側壁３１ｂとの間には所定の空隙が形成されており、この空隙に、光源ユニット１５が挟持されている。また、第２の導光板２２の出射面２２ｂに対向するモジュール筐体３１の側壁３１ｃは、出射面２２ｂに対して長さｄ５（例えば、ｄ５＝５．０ｍｍ）離間されており、さらに、仰角θ２（例えば、θ２＝４５°）で傾斜されている。これにより、側壁３１ｃの内面は、出射面２２ｂからの出射光を反射して発光面９ａに導く反射面３０として設定されている。

さらに、モジュール筐体３１には、当該モジュール筐体３１の前面開口部を閉塞するプリズムシート３５が配設されている。このプリズムシート３５は、複数の微細なプリズム３５ａが配列されたプリズム面を一方の面に有し、このプリズム面は、導光路２０及び反射面３０に対向されている。ここで、図１，２に示すように、本実施形態において、プリズムシート３５は、筐体２内に収容される４個の光源モジュール５の各モジュール筐体３１の前面開口部を一体的に閉塞する一枚のシートで構成されている。

このような構成において、図５に示すように、光源モジュール５の導光路２０では、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの出射光が第１の導光板２１の入射面２１ａに入射すると、その入射光は、第１，第２の導光板２１，２２内で全反射を繰り返しながら進行し、効率よく色混合される。

その過程において、入射光の一部は、第１の導光板２１の出射面２１ｂ或いは第２の導光板２２の入射面２２ａで反射されることによって導光路２０外に出射する。すなわち、導光路２０が第１，第２の導光板２１，２２で分割形成され、さらに、第１の導光板２１の出射面２１ｂ及び第２の導光板２２の入射面２２ａが仰角θ１で傾斜されることにより、第１，第２の導光板２１，２２の連設部はハーフミラーとして機能し、この連設部において、入射光の一部が導光路２０外に出射する。また、導光路２０の終端である第２の導光板２２の出射面２２ｂに到達した光は、当該出射面２２ｂから出射する。

そして、第１，第２の導光板２１，２２の連設部で導光路２０外に出射した光は、プリズムシート３５に入射し、各プリズム３５ａの作用によって空気層１１に拡散される。また、出射面２２ｂから導光路２０外に出射した光は、反射面３０で反射された後、プリズムシート３５に入射し、各プリズム３５ａの作用によって空気層１１に拡散される（図２参照）。

これにより、発光面９ａでは、均斉度の高い白色光が得られる。ここで、図６にバックライト１の発光面９ａ上での輝度分布のシミュレーション結果を示す。この特性図からも明らかなように、本実施形態のバックライト１では、８０％以上の高い均斉度で発光面９ａを発光させることができる。

このような実施形態によれば、導光路２０を筐体２の背面に沿って形成することにより、バックライト１を厚さ方向に大型化させることなく、光路長を十分に確保することができる。そして、このように光路長が十分に確保された導光路２０に、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの出射光を入射させることにより、各波長光を効率よく合成することができる。そして、導光路２０の終端（出射面２２ｂ）からの出射光を反射面３０で反射して発光面９ａ方向に拡散させることにより、導光路２０を筐体２の背面に沿って形成した場合にも、高い均斉度で発光面９ａを発光させることができる。加えて、第１，第２の導光板２１，２２を導光方向に連接して導光路２０を形成し、これら第１，第２の導光板２１，２２の出射面２１ｂ及び出射面２２ａを所定の仰角θ１で傾斜させることにより、導光路２０で色合成した光を導光路２０の中途からも分割出射することができ、より高い均斉度で発光面９ａを発光させることができる。

さらに、導光路２０からの各出射光をプリズムシート３５によって拡散させることにより、より均斉度の高い光を発光面９ａで得ることができる。

なお、上述の実施形態では、導光路２０を２つの導光板２１，２２で分割形成する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光路を３個以上の導光板で導光方向に分割してもよいことは勿論である。

バックライトの分解斜視図 バックライトの要部断面図 光源モジュールの分解斜視図 光源モジュールの要部断面図 光源モジュールにおける光の挙動を示す説明図 バックライト表面の輝度分布を示す特性図

符号の説明

１…バックライト、２…筐体、５…光源モジュール、９ａ…発光面、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…発光ダイオード（光源）、１１…空気層、１５…光源ユニット、１６…ＬＥＤ基板、２０…導光路、２１…第１の導光板、２１ａ…入射面、２１ｂ…出射面、２２…第２の導光板、２２ａ…入射面、２２ｂ…出射面、３０…反射面、３１…モジュール筐体、３５…プリズムシート、３５ａ…プリズム

Claims (5)

1. 前面が開口された筐体と、
   前記筐体の開口部に設定された発光面と、
   発光色の異なる複数種類の光源と、
   複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、
   前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、
   前記導光路は導光方向に連設する複数の導光板を有し、隣接する前記導光板の各端面は前記導光方向に対して傾斜した状態で互いに当接していることを特徴とするバックライト。
2. 互いに連設する前記導光板の端面は、導光方向に対して３５°〜５５°の仰角で傾斜していることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
3. 前記光源と、前記導光路と、前記反射面とを具備して光源モジュールを構成し、
   複数の前記光源モジュールを、前記筐体の中心部に対して前記導光路の終端が指向する対称位置に配列したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のバックライト。
4. 前記光源モジュールは、前記導光路及び前記反射面と前記発光面との間に介装され、入射面側にプリズム面が形成されたプリズムシートを具備することを特徴とする請求項２または請求項３記載のバックライト。
5. 前面に発光面が設定された筐体に収容保持されてバックライトを構成するバックライト用光源モジュールであって、
   発光色の異なる複数種類の光源と、
   複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、
   前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、
   前記導光路は導光方向に連設する複数の導光板を有し、隣接する前記導光板の各端面は前記導光方向に対して傾斜した状態で互いに当接していることを特徴とするバックライト用光源モジュール。

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