JP2009117368A - バックライトモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、液晶ディスプレイ及び照明装置に応用されるバックライトモジュールに関するものである。
【解決手段】本発明のバックライトモジュールは、少なくとも一つの反射部を有する底面、及び該底面に相対する出射面を含む導光板と、前記反射部の内部に設置された混光装置とを含む。前記混光装置が少なくとも二つの集光装置と、少なくとも二つの光源とを含み、全ての集光装置が一つの共用の出射面を有し、各々の集光装置がそれぞれ第一焦点及び第二焦点を有し、各々の集光装置の第一焦点を共用させ、前記集光装置の共用の出射面に設置し、各々の光源が各々の集光装置の第二焦点にそれぞれ設置される。
【選択図】図2

Description

本発明は、バックライトモジュールに関し、特に液晶ディスプレイ及び照明装置に利用されるバックライトモジュールに関するものである。
最近、液晶ディスプレイが急速に発展し、パソコン、テレビ、移動通信及び消費者向け電子製品などの分野に広く使用されていると共に、これらの電子製品の液晶ディスプレイに対する要求も不断に高まっており、高輝度、軽薄化、低コスト、低消費電力、長寿命化などが液晶ディスプレイの発展する方向となっている。
液晶の自体が発光しないので、液晶ディスプレイにバックライトモジュールを利用する必要がある。バックライトモジュールは、光源の位置によって、直下式のバックライトモジュールとサイドライト式のバックライトモジュールの二種がある。直下式のバックライトモジュールは、サイドライト式のバックライトモジュールと比べて、輝度が高いという優れた点がある(非特許文献1を参照)ので、一般的に直下式のバックライトモジュールが広く応用されている。現在、バックライトモジュールの光源は、線光源(例えば、冷陰極蛍光灯)又は点光源(例えば、発光ダイオード)を採用する。発光ダイオードは、色の飽和度が高く、水銀汚染がなく、寿命が長いという特性があるので、広くバックライトモジュールに応用されている。
図1は、従来技術の直下式のバックライトモジュールの模式図である。該バックライトモジュール10は、底板11と、該底板11に設置されている発光ダイオードアレイ12と、該発光ダイオードアレイ12に相対して設置されている拡散板14と、を含む。
前記発光ダイオードアレイ12は、複数の赤色の発光ダイオード12a、緑色の発光ダイオード12b、青色の発光ダイオード12cを含む。該赤色の発光ダイオード12a、緑色の発光ダイオード12b、青色の発光ダイオード12cが前記底板11に順番に、周期的に配列されている。
前記赤色の発光ダイオード12a、緑色の発光ダイオード12b、青色の発光ダイオード12cは、それぞれ赤色の光、緑色の光、青色の光を放出する。前記赤、緑、青の三原色の光が前記拡散板14に入射する途中で連続的に混光し、所定の距離を通って白い光を形成する。該白い光が該拡散板14に入射する。
汪顕波、「大きいパワーを有して、白い光を放つ発光ダイオードで高輝度のバックライトの設計を実現する」、「現代表示」、第七十二期、第51ページ
しかし、前記バックライトモジュール10の自体の寸法に制限があり、即ち、光を混合させる距離が制限されるため、混合して形成した白い光が不均一になり、又は、黄色の光又は青色の光を放出するなどの不具合がある。このようなバックライトモジュール10が液晶ディスプレイに利用した場合、表示パネルの異なる領域において、色収差が発生する恐れがある。赤、緑、青の三原色の光から十分に白い光へ形成するために、光を混合するための距離を増加させる必要がある。しかし、これに伴って、前記バックライトモジュール10が厚くなるという欠点が生じる。
さらに、前記バックライトモジュール10が、大きい寸法の液晶表示パネルに応用される場合、要望する輝度を実現するために、複数の赤色の発光ダイオード12a、緑色の発光ダイオード12b、青色の発光ダイオード12cを使用しなければならない。しかし、複数の赤色の発光ダイオード12a、緑色の発光ダイオード12b及び青色の発光ダイオード12cからの光を混合して形成した白い光は、光エネルギーの利用率が低く、色の飽和度が低く、不均一であり、表示色が要求によって調整できないという欠点がある。
従って、本発明は、光エネルギー及び色の飽和度が高く、色が調整でき、光の色が均一であるという薄型バックライトモジュールを提供する。
バックライトモジュールは、少なくとも一つの凹槽である反射部を有する底面、及び該底面に相対する出射面を含む導光板と、前記反射部の内部に設置された混光装置とを含む。全ての集光装置が一つの共用の出射面を有し、各々の集光装置がそれぞれ第一焦点及び第二焦点を有し、各々の集光装置の第一焦点を共用させ、前記集光装置の共用の出射面に設置し、各々の光源が各々の集光装置の第二焦点にそれぞれ設置される。
前記反射部が反射面及び入射面を含み、該反射面が前記凹槽の底面であり、該入射面が前記凹槽の側面である。
前記反射部の反射面が円錐面又は円錐面に近似する曲面である。
前記反射部の入射面が円柱面、円錐面又は円錐面に近似する曲面である。
前記各々の集光装置の第一焦点が前記反射部の中心軸に設置されている。
前記導光板の底面に突起が形成され、前記反射部が該突起に設置されている。
前記共用の出射面に散乱膜が設置されている。
従来のバックライトモジュールと比べると、本発明のバックライトモジュールは次の優れた点がある。第一では、本発明のバックライトモジュールの混光装置は、少なくとも二つの光源からの光を混合するので、光エネルギー及び色の飽和度が高く、色が調整でき、光の色が均一であるという優れた点を有した光を形成することができる。従って、液晶ディスプレイ及び照明装置に前記バックライトモジュールを利用することにより、輝度を高めることができる。第二では、前記バックライトモジュールにおいて、導光板の底面に反射部が設置されるので、該反射部で反射された光は、該導光板の内部に入射され、該導光板の内部で反射され、散乱されてから、該導光板の出射面より射出される。従って、該導光板の厚さの方向に沿って、光が均一に混合されるので、前記バックライトモジュールの厚さが減少される。また、光が前記反射部の反射面に入射する角度が小さいので、該反射部の反射面において、光エネルギーの損失が小さい。即ち、光エネルギーの利用率が高い。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図2及び図3を参照すると、本発明の第一実施形態によるバックライトモジュール260が提供される。該バックライトモジュール260は、混光装置20と、導光板220と、プリズムシート230と、偏光シート240と、散乱板250と、を含む。
前記導光板220は、長方体又は正方体である透明の基板である。該導光板220の材料がポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)又はガラスなどの透明の材料である。該導光板220は、底面225と、該底面225に相対して設置された出射面227と、該底面225及び出射面227を接続する側面(図示せず)と、を含む。前記導光板220は更に一つの反射部223を含む。該反射部223が該導光板220の底面225に設置され、該導光板220の内部において対向する凹槽の形状で形成されている。該反射部223が反射面223a及び入射面223bを含み、該反射面223aが前記凹槽の底面であり、該底面が円錐面又は円錐面に近似する曲面であり、前記混光装置20からの一部の光を前記導光板220の内部に入射させる。前記入射面223bが前記凹槽の側面であり、形状が円柱面、円錐面又は円錐面に近似する曲面である。該入射面223bが前記混光装置20からの光又は前記反射面223aに反射された光を、該入射面223bを通して前記導光板220の内部に入射させるならば、曲面に形成してもよい。本実施形態において、前記反射面223aが円錐面に近似する曲面であり、前記入射面223bが円柱面である。
具体的には、前記反射部223が該導光板220の底面225に設置された凹槽である。該凹槽は、該導光板220から、所定の回転軸を中心として所定の平面図形を回転させて形成された構造体を、除去して形成するものである。本実施形態において、該構造体は、該底面225に直交する該導光板220の中心軸を回転軸として、所定の平面図形を回転して形成する。前記凹槽は円柱面である側面及び円錐面に近似する曲面を含む。前記反射面223aが該凹槽の底面であり、前記入射面223bが該凹槽の側面である。
前記混光装置20が前記反射部223の内部に設置され、該反射部223の反射面223aに対向して設置される。該混光装置20が白い光又はカラー光を射出することができる。前記反射部223の大きさにより、該混光装置20を設計することができる。該混光装置20の一部又は全体を該反射部223の内部に設置してもよい。
図4及び図5を参照すると、本実施形態において、前記混光装置20は、第一集光装置100、第二集光装置200及び第三集光装置300を含む。該混光装置20が更に、第一光源110、第二光源210及び第三光源310を含む。前記第一集光装置100、第二集光装置200及び第三集光装置300がそれぞれ楕球体である。該第一集光装置100が長軸L1と、該長軸L1に位置された焦点Oと、焦点Aと、を含む。該第二集光装置200が長軸L2と、該長軸L2に位置された焦点Oと、焦点Bと、を含む。該第三集光装置300が長軸L3と、該長軸L3に位置された焦点Oと、焦点Cと、を含む。前記第一集光装置100、第二集光装置200及び第三集光装置300は、これらが共用の焦点Oを有する。前記各々の集光装置の焦点Oが前記反射部の中心軸に設置される。前記第一光源110が該第一集光装置100の焦点Aに設置され、前記第二光源210が該第二集光装置200の焦点Bに設置され、前記第三光源310が該第三集光装置300の焦点Cに設置される。前記混光装置20は、前記第一集光装置100、第二集光装置200及び第三集光装置300が共用の出射面23を有する。該共用の出射面23は平面又は曲面である。前記焦点Oは前記共用の出射面23に形成される。前記共用の出射面23に散乱膜を設置して、該共用の出射面23からの光を分散するように用いられる。
前記混光装置20の第一光源110、第二光源210及び第三光源310は、それぞれ単色発光ダイオード又は多色発光ダイオードである。本実施形態において、前記第一光源110、第二光源210及び第三光源310が三つの単色発光ダイオードである。前記第一光源110が赤色の発光ダイオードであり、前記第二光源210が緑色の発光ダイオードであり、前記第三光源310が青色の発光ダイオードである。前記長軸L1と前記共用の出射面23との成す角度がα1であり、前記長軸L2と前記共用の出射面23と成す角度がα2であり、前記長軸L3と前記共用の出射面23と成す角度がα3である。該角度α1、α2、α3が同じ又は異なり、範囲が40°〜70°である。該長軸L1、長軸L2及び長軸L3は、それぞれ成す角度が同じ又は異なる。本実施形態において、該角度α1、α2、α3が同じで、60°であることが好ましく、該長軸L1、長軸L2及び長軸L3のそれぞれ成す角度が同じであることが好ましい。
図4と図6を参照すると、前記第一集光装置100を例として詳しく説明する。該第一集光装置100が楕球状であり、材料がPMMA又はガラスなどの透明の材料からなる。該第一集光装置100が第一中空構造121と、該第一中空構造121に相対して設置された第一出射面23aと、該第一中空構造121及び該第一出射面23aを接続する第一外表面122と、を含む。該第一中空構造121は、該第一集光装置100の前記第一出射面23aと相対する端部に設置し、該第一集光装置100の内部へ延伸して凹槽の形状に形成されている。前記焦点Aは前記第一中空構造121の内に設計されている。該第一中空構造121が第一側面121a及び第一底面121bを含む。該第一側面121aが円柱面又は円錐面であり、該第一底面121bが球面であり、該球面の曲率半径が2.6〜3.5である。該第一側面121aにより、前記第一光源110からの光を該第一集光装置100の内部に入射させることができる。該第一底面121bにより、前記第一光源110からの光を該第一集光装置100の焦点Oに集めることができる。
前記第一中空構造121は、前記第一集光装置100の内部から所定の構造体を除去して形成したものである。前記第一外表面122が前記第一中空構造121及び第一出射面23aを接続する楕球面である。前記第一光源110が前記第一中空構造121に設置され、前記第一集光装置100の焦点Aに設置される。さらに、該第一光源110の発光面(図示せず)が前記第一中空構造121の第一底面121bに相対する。前記第一外表面122に反射機能を増加するための反射膜(図示せず)を設置することができる。
前記第一集光装置100において、前記第一光源110が該第一集光装置100の焦点Aに設置されるので、該第一光源110からの一部の光が前記中空構造121の第一側面121aを透過し、該第一集光装置100の内部に入射してから、前記第一外表面122で反射され、該第一集光装置100の第一出射面23aに設けられた焦点Oに入射して、最後、放射状に射出される。前記第一光源110からの他の光が前記中空構造121の第一底面121bに集められ、該焦点Oに入射して、最後、該焦点Oから放射状に射出される。
前記第一集光装置100において、前記第一光源110が焦点Aに設置されるので、前記第一光源110からの光の中で、出射角度の大きい光が前記第一外表面122で反射され、出射角度の小さい光が前記第一底面121bで屈折される。最終的に、前記第一光源110からの全ての光は、前記焦点Oに集められる。従って、光の利用率を高くすることができる。
図4と図5を参照すると、前記第二集光装置200と前記第一集光装置100の構造が同じであり、該第二集光装置200は、第二中空構造221と、該第二中空構造221に相対して設置された第二出射面23bと、該第二中空構造221及び該第二出射面23bを接続する第二外表面222と、を含む。該第二中空構造221は第二側面221a及び第二底面221bを含む。前記第三集光装置300と前記第一集光装置100の構造が同じであり、該第三集光装置300は、第三中空構造321と、該第三中空構造321に相対して設置された第三出射面23cと、該第三中空構造321及び該第三出射面23cを接続する第三外表面322と、を含む。該第三中空構造321は第三側面321a及び第三底面321bを含む。前記混光装置20の共用の出射面23は、前記第一集光装置100の第一出射面23a、前記第二集光装置200の第二出射面23b及び前記第三集光装置300の第三出射面23cからなる。
前記混光装置20において、前記第一集光装置100、前記第二集光装置200及び前記第三集光装置300は共に焦点Oを有し、該第二集光装置200及び該第三集光装置300の作動する原理と該第一集光装置100の作動する原理が同じである。該第一集光装置100からの赤色の光と、該第二集光装置200からの緑色の光と、該第三集光装置300からの青色の光は、損失することなく前記焦点Oに集められて、白い光に形成される。従って、本実施形態の混光装置20からの白い光は、高い光エネルギー、高い色の飽和度、均一な輝度という優れた点を有する。
図3と図4を参照すると、さらに、入射する光を分散させ、該導光板220の出射面227から均一に出射させるために、前記導光板220の底面225に複数の微細構造224を配列することができる。光を高効率に反射させるために、該導光板220の底面225及び四つの側面(図に示せずに)に反射膜を形成することができる。また、該出射面227からの光の輝度を高め、出射角度を制御するために、該導光板220の出射面227に輝度補償膜、散乱膜などの光学フィルム(図示せず)を形成することができる。
また、前記混光装置20に利用された集光装置の数量は三つに制限されず、二つ又は三つ以上でもよい。
本実施形態の混光装置20において、制御装置(図示せず)を利用して、各集光装置の光源を制御し、該混光装置20からの光の色を調整することができるので、該混光装置20は白い光源を提供しても、または他の色の光源を提供してもよい。
前記導光板220からの光を均一的に拡散させるために、順番に前記導光板220の出射面227に近い側から、プリズムシート230、偏光シート240及び散乱板250を設置することができる。前記散乱板250は、該導光板220の出射面227と所定の距離だけ離隔して、前記出射面227の一側に設置されている。前記散乱板250により、該出射面227からの光を均一に拡散させることができる。前記偏光シート240は、前記散乱板250の前記出射面227に近い側の表面に設置され、光の伝送の方向を制御するために用いられる。前記プリズムシート230は、前記偏光シート240の前記導光板の出射面227に近い側の表面に設置される。該プリズムシート230は透過型の輝度補償シート又は反射型の輝度補償シートであり、該導光板220からの光の輝度を調整するために用いられる。
前記バックライトモジュール260において、前記反射部223が前記導光板220の底面225に設置され、該反射部223の反射面223aが円錐面又は円錐面に近似する曲面であるので、前記混光装置20からの一部の光が該反射部223の反射面223aで反射されてから、該反射部223の入射面223bを透過し、該導光板220の内部に入射する。光が該導光板220の内部において、反射され、散乱されてから、該導光板220の出射面227より出射する。
従って、該導光板220の出射面227が前記混光装置20に対応する区域において、光は減少され、同時に、該出射面227が前記混光装置20に対応する区域を除く区域において、光は増加される。これにより、該導光板220からの光を均一に射出させるので、前記バックライトモジュール260が均一な輝度を有することができる。
さらに、光を効率的に反射させるために、前記反射部223の反射面223aに反射膜を形成することもできる。該反射膜は、実際の応用に応じて異なる反射性能を有する反射膜とすることができる。
図7を参照すると、本発明の第二実施形態によるバックライトモジュール360が提供される。該バックライトモジュール360は、混光装置30と、導光板320と、プリズムシート330と、偏光シート340と、散乱板350と、を含む。
前記導光板320は、底面325と、該底面325に相対して設置される出射面327と、該底面325及び出射面327を接続する側面(図示せず)と、を含む。前記導光板320が更に一つの反射部323を含み、該反射部323が反射面323a及び入射面323bを含む。
前記バックライトモジュール360は、第一実施形態のバックライトモジュール260と比べて、次の異なる点がある。該バックライトモジュール360において、該導光板320は、長方体又は正方体である透明の基板であり、その底面325に突起326を設置する。該突起326が円錐体又は円錐体に近似するものなどである。該反射部323が該突起326に設置される。該突起326は、前記導光板320に接着させることができ、又は、前記導光板320と一体に成型することができる。
前記反射部323は、該導光板320の突起326に形成された凹槽である。該凹槽は、該導光板320から、所定の回転軸を中心として所定の平面図形を回転させて形成された構造体を除去して形成するものである。本実施形態において、該構造体は、該導光板320の底面325に直交する該導光板320の中心軸を回転軸として、所定の平面図形を回転して形成する。該凹槽は、円柱面である側面及び円錐面に近似する底面を含む。前記反射面323aが該凹槽の底面であり、前記入射面323bが該凹槽の側面である。
図8を参照すると、本発明の第三実施形態によるバックライトモジュール460が提供される。該バックライトモジュール460は、混光装置40と、導光板420と、プリズムシート430と、偏光シート440と散乱板450と、を含む。
前記導光板420は、底面425と、該底面425に相対して設置された出射面427と、及び該底面425及び出射面427を接続する側面(図示せず)と、を含む。前記導光板420が更に反射部423を含み、該反射部423が反射面423a及び入射面423bを含む。
前記バックライトモジュール460の構造と第一実施形態のバックライトモジュール260の構造は基本的に同じである。異なる点は、該バックライトモジュール460の導光板420の底面425に複数の反射部423が設置され、各反射部423に混光装置40が設置されていることである。該バックライトモジュール460の作動の原理は、第一実施形態のバックライトモジュール260と同じである。
本発明のバックライトモジュールは次の優れた点がある。第一では、該バックライトモジュールが混光装置を利用して、少なくとも二つの光源からの光を混合するので、光エネルギー及び色の飽和度が高く、色が調整でき、光の色が均一であるという優れた点を有した光を形成することができる。従って、液晶ディスプレイ及び照明装置に前記バックライトモジュールを利用することにより、輝度を高めることができる。第二では、前記混光装置において、適切な制御装置を利用して、各集光装置の光源を制御することができるので、該混光装置20からの光の色を調整することができる。従って、前記バックライトモジュールからの光の色を調整することができる。第三では、前記バックライトモジュールにおいて、導光板の底面に反射部が設置されているので、該反射部で反射された光は該導光板の内部に入射され、該導光板の内部で反射され、散乱されてから、該導光板の出射面より射出される。従って、該導光板の厚さの方向に沿って、光が均一に混合されるので、前記バックライトモジュールの厚さが減少される。また、光が前記反射部の反射面に入射する角度が小さいので、該反射部の反射面において、光エネルギーの損失が小さい。即ち、光エネルギーの利用率が高い。
従来技術の直下式のバックライトモジュールの模式図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールの模式図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールの断面図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールにおける混光装置の模式である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールにおける混光装置の上視図である。 本発明の第一実施形態に係るバックライトモジュールにおける混光装置の第一集光装置の断面図である。 本発明の第二実施形態に係るバックライトモジュールの断面図である。 本発明の第三実施形態に係るバックライトモジュールの断面図である。
符号の説明
10 バックライトモジュール
11 底板
12 発光ダイオードアレイ
12a 赤色の発光ダイオード
12b 緑色の発光ダイオード
12c 青色の発光ダイオード
14 拡散板
20、30、40 混光装置
23 共用の出射面
23a 第一出射面
23b 第二出射面
23c 第三出射面
100 第一集光装置
110 第一光源
121 第一中空構造
121a 第一側面
121b 第一底面
122 第一外表面
200 第二集光装置
210 第二光源
221 第二中空構造
221a 第二側面
221b 第二底面
222 第二外表面
220、320、420 導光板
223、323、423 反射部
223a、323a、423a 反射面
223b、323b、423b 入射面
224 微細構造
225、325、425 底面
227、327、427 出射面
230、330、430 プリズムシート
240、340、440 偏光シート
250、350、450 散乱板
260、360、460 バックライトモジュール
300 第三集光装置
310 第三光源
321 第三中空構造
321a 第三側面
321b 第三底面
322 第三外表面
326 突起

Claims (7)

  1. 少なくとも一つの反射部を有する底面、及び該底面に相対する出射面を含む導光板と、前記反射部の内部に設置された混光装置とを含むバックライトモジュールにおいて、
    前記混光装置が少なくとも二つの集光装置と、少なくとも二つの光源とを含み、
    全ての集光装置が一つの共用の出射面を有し、
    各々の集光装置がそれぞれ第一焦点及び第二焦点を有し、
    各々の集光装置の第一焦点を共用させ、前記集光装置の共用の出射面に設置し、
    各々の光源が各々の集光装置の第二焦点にそれぞれ設置されることを特徴とするバックライトモジュール。
  2. 前記反射部が反射面及び入射面を含み、該反射面が前記反射部の底面であり、該入射面が前記反射部の側面であることを特徴とする、請求項1に記載のバックライトモジュール。
  3. 前記反射部の反射面が円錐面又は円錐面に近似する曲面であることを特徴とする、請求項2に記載のバックライトモジュール。
  4. 前記反射部の入射面が円柱面、円錐面又は円錐面に近似する曲面であることを特徴とする、請求項2に記載のバックライトモジュール。
  5. 前記各々の集光装置の第一焦点が前記反射部の中心軸に設置されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のバックライトモジュール。
  6. 前記導光板の底面に突起が形成され、前記反射部が該突起に設置されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のバックライトモジュール。
  7. 前記共用の出射面に散乱膜が設置されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載のバックライトモジュール。
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