JP2009158470A - バックライト - Google Patents
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Abstract
【課題】高輝度を達成できる下向きプリズムを使用したバックライトの欠点である光源近傍の入光むら改善を簡単にかつ確実に実現できるバックライトを提供する。
【解決手段】少なくともひとつの光源1と、導光板2と、プリズムシート21とで構成されるバックライトであって、前記プリズムシート21が、透明基材の裏面側に断面形状が略三角形のプリズムが形成され、プリズムの配列方向が導光板2の光入射面2aに略平行、かつプリズムを導光板の光出射面2cに対向して下向きに配置してなる。
【選択図】図2
【解決手段】少なくともひとつの光源1と、導光板2と、プリズムシート21とで構成されるバックライトであって、前記プリズムシート21が、透明基材の裏面側に断面形状が略三角形のプリズムが形成され、プリズムの配列方向が導光板2の光入射面2aに略平行、かつプリズムを導光板の光出射面2cに対向して下向きに配置してなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、透過型、半透過型の液晶表示素子、広告板、非常誘導灯など、背面光源としての照明手段として、光源近傍での明るさのむらがなく均一で明るい性能を実現するバックライトに関する。
近年、カラー液晶表示装置は携帯電話、携帯用ノートパソコン、携帯用液晶テレビ、あるいはビデオ一体型液晶テレビ等として種種の分野で広く利用されている。この液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部から構成されている。バックライト部としては、液晶表示素子の直下に光源を設けた直下方式や導光板の側面に光源を設けたエッジライト方式があり、液晶表示装置のコンパクト化からエッジライト方式が多用されている。このエッジライト方式は、透光性平板の導光板の側面部に光源を配置して、導光板の表面全体から光を出射させる方式のバックライトである。
このような液晶表示装置においてはそのバッテリー駆動時間を伸ばすことが要求されているが、液晶表示装置に使われているバックライトの消費電力の割合が大きく、バッテリー駆動時間を伸ばすための障害になっている。この消費をできる限り低く抑えることがバッテリーの駆動時間を伸ばし、液晶表示装置の実用価値を高める上で重要な課題とされている。しかし、バックライトの消費電力を抑えることによって、バックライトの輝度を低下させたのでは表示品位が犠牲になり好ましくない。そこでバックライトの輝度を犠牲にすることなく、消費電力を抑制するため、バックライトの輝度の効率を高めかつ輝度均一性の高いバックライトの開発が進められている。
図1は従来技術として現在最も普及しているバックライト構成を示す。LED光源1から出射した光は導光板2に光入射面2aから入射し、導光体2内部を導波する。反射面2bに設けられたグルーブやドット等の反射要素で反射された光は導光体2の光出射面2cから斜め方向に出射する。輝度の面内分布が均一になるように、反射要素の形状は配置を工夫したものが用いられている。たとえば、光源1に近い側は反射要素の面密度を小さくし光源1からの距離が大きくなるにつれて、面密度を大きくして、均一性を確保している。
しかしながら、光は導光板2から斜め方向に出射されるため、光を有効に利用するためには、光をバックライトの法線方向へ、偏向及び集光させる必要がある。そこで導光板2の上に拡散フィルム3を設け、均一性を向上させるとともに、導光板2からの出射光をバックライトの法線方向へ偏向させる。さらに光を集光させるために、断面が3角形形状で頂角が90°の上むきプリズム4、5を2枚、配列方向が互いに直交するように重ねて配置することで輝度の効率向上を図っている。
このプリズムを2枚直交して積層する方式は主にプリズム斜面での屈折作用を利用して導光板2からの出射光を法線方向へ偏向させる方向制御を行っている。したがって、一部の光は側方に反射、屈折されるため輝度の効率向上には限界がある。一方、下面に全反射する光もあり、この光はバックライトの下面の設置された反射シート6で反射され再利用可能である。再利用された光は、最初に出射された位置とは異なる位置から出射されるため、面内のむら解消や輝度均一性を高める効果があり、この方式は輝度の効率と均一性のバランスが良いため広く採用されている。しかしながら、本方式は上記のとおり輝度の効率向上には限界があるため、さらに高輝度を狙った導光板、バックライトが開発されている。
図2に特許第2739730号公報のバックライト構成を示す。図1の拡散フィルム3と上向きプリズム2枚を、下向きプリズム21で置き換えた構成となっている。この下向きプリズム21は断面が三角形形状のプリズムを有し、このプリズムを導光板2の光出射面2cに対向するよう下向き配置され、プリズムの配列方向は導光板2の光入射面2aと平行になっている。導光板2から斜めに出射した指向性光を、プリズムの一方の斜面で、屈折させた光をもう一方の斜面で法線方向へ全反射させ、光を法線方向に方向制御させる方法である。本方法は導光板からの指向性出射光を直接全反射で法線方向へ出射させるため、正面輝度の効率が原理的に高くなる。
また、部品点数を下向きプリズム1枚と少なくできるが、指向性が大きいためむら解消や、均一性確保には不向きであり、実際には下向きプリズム21の上に拡散フィルムを積層して用いる場合がほとんどである。
携帯機器ディスプレイでは最近光源としてLEDが使用される場合がほとんどである。図3にバックライトを点灯させ、正面から観察した写真を示す。LEDを光源1として使用した場合、バックライトの入光部近傍ではLEDの指向特性に起因する暗部31と明部32が明確に分かれる入光むら33が発生する。機器の薄型化、小型化の要求により、バックライトおける表示エリア34面積割合が増大する傾向にあり、入光むら33を極小化することも重要な課題である。
特許2739730号公報の下向きプリズム方式は導光板からの出射光を反射で戻すことなく直接(1回)で法線方向へ出射させるために入光むらが視認できる領域が大きくなる欠点がある。また、入光むら改善を目的に下向きプリズムの上に拡散フィルムを積層させても、入光むらの改善効果は小さい。したがって、非表示エリアが大きい仕様のバックライトに限定して使用されているのが現状である。
この入光むらの改善方法として、図4に示すように特開2006−286489号公報では導光板2の入光部近傍2dにドットを形成すること、特開2007−122958号公報においてはサンドブラストによって粗面を形成することが記載されている。これらの方法は入光部近傍の導光板内部を導波する光を散乱により広げ、かつ入光部近傍の導光板光出射面から出射される光を散乱させることによって、入光むらを低減させている。
しかしながら、上記の方法では光を散乱させているため、光の方向を制御することは難しく、入光むら改善には寄与しない方向へ光が散乱されてしまう欠点がある。即ち正面からの入光むらは改善しても、ある特定の方向から見た場合にむらが拡大されたり、また、光が入光部近傍で効率良く利用されないために結果として表示エリアでの輝度が低下するため、これらのバランスをとるためのドット形状設計やサンドブラスト条件設定が難しくなるという問題がある。
特許第273970号公報
特開2006−286489号公報
特開2007−122958号公報
本発明はこのような状況に鑑み、例えば液晶ディスプレイ用バックライトにおいて、高輝度を達成できる下向きプリズムを使用したバックライトの欠点である光源近傍の入光むら改善を簡単にかつ確実に実現できるバックライトを提供することを目的とする。
本発明者は、導光板出射特性の角度分布測定、入光むらの測定、入光部近傍の目視観察および導光板の入光部近傍の形状設計並びに出射光角度分布シミュレーションを通し、入光むらを低減できる下向きプリズムシートを使用したバックライトが得られることを見出し、本発明に到達した。
本発明に係るバックライトは、少なくともひとつの光源と、導光板と、プリズムシートとで構成されるバックライトであって、前記プリズムシートは、透明基材の裏面側に断面形状が略三角形のプリズムが形成され、プリズムの配列方向が導光板の光入射面に略平行、かつプリズムを導光板の光出面に対向して下向きに配置してなるプリズムシートであり、さらに、前記導光板の少なくともひとつが、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面を有し、光入射面から表示エリアまでの最小距離をLLとした場合、光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の(LL−1.5)mm以下の光入射面近傍に、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されてなることを特徴とする。
本発明に係るバックライトは、導光板の少なくともひとつが、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面とを有し、光入射面近傍において光出射面から出射される光の光度分布が、天頂角θ、方位角φに対して、光度が最大となる角度がθmax=45±15°、φmax≒90°であり、かつそれらの半値全角がΔθ=70±10°、Δφ=130±20°であることが好ましい。
また、本発明に係るバックライトは、前記導光板の少なくともひとつが、少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面を有し、前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の前記光入射面近傍に、光の方向を変える前記光入射面に平行方向に稜線を有するグルーブが形成され、グルーブの傾斜角度αがα=25±10°であるグルーブを一種類または複数種類組合わせて形成されてなる導光板であることが好ましい。
本発明によれば、高輝度を達成できる下向きプリズムを使用したバックライトの欠点である光源近傍の入光むら改善を簡単にかつ確実に実現できるバックライトを提供することが可能となった。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、透過型、半透過型の液晶表示素子、広告板、非常誘導灯など、背面光源としての照明手段として使用することのできるバックライトである。もちろん、液晶ディスプレイにも適するバックライトである。本発明のバックライトは少なくともひとつの光源を有し、さらに下記(A)に示す導光板と(B)に示すプリズムシートとで構成されるバックライトであることが好ましい。
まず、導光板(A)について説明する。この導光板は、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面とを有する。この導光板では、光入射面から表示エリアまでの最小距離をLLとした場合、光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の(LL−1.5)mm以下の光入射面近傍に、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されている。さらに、この導光板は、少なくともひとつの側端面を光入射面とし、これと略直交する光出射面とを有し、光入射面近傍において光出射面から出射される光の光度分布が図5、図6(a)、図6(b)で定義される天頂角θ、方位角φに対して、光度が最大となる角度がθmax=45±15°、φmax≒90°であり、かつそれらの半値全角がΔθ=70±10°、Δφ=130±20°である。
また、導光板は、少なくともひとつが、少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面を有し、前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の前記光入射面近傍に、光の方向を変える前記光入射面に平行方向に稜線を有するグルーブが形成され、グルーブの傾斜角度αがα=25±10°であるグルーブを一種類または複数種類組合わせて形成されてなる導光板である。
また、プリズムシート(B)は、透明基材の裏面側に断面形状が略三角形のプリズムが形成され、プリズムの配列方向が導光板の光入射面に略平行、かつプリズムを導光板の光出面に対向して下向きに配置するプリズムシートである。
図2は、本発明の実施の形態である、バックライトの構成を説明するための側面図である。図2は、特許第2739730号公報のバックライト構成を説明するためにも用いたが、これ以降で、参照する図2は、前記(A)及び(B)にて説明した特徴を有するバックライトの構成を説明するために用いるものである。図2にあって、バックライトは、光を出射する少なくとも一つの光源1と、光源1から入射面2aを介して入射してきた入射光を導波して出射面2cから出射光として出射する導光板2と、導光板2の出射面2cから斜め方向に出射された出射光の方向を導光板2の出射面2c又はプリズムシート21の法線方向へと変えるように制御するプリズムシート21とで構成される。また、バックライトは、導光板2の出射面2cの裏面である反射面2bの下に反射シート6を有する。反射シート6は、導光板2にて下面に全反射された光を再利用可能とするために導光板2方向へ反射する。
次に、本実施の形態であるバックライトを想到するに至ったプロセスについて以下に説明する。
ステップS1で、まず、図7に示した構成において、導光板2とプリズムシート21との間にヘイズ値の異なる拡散フィルム3を挿入し、入光むらを測定する。ヘイズ値は、フィルムに可視光を照射したときの全透過光に対する拡散透過光の割合である。通常は、ヘイズ値の小さいほどフィルムの透明性に優れている。
次に、ステップS2でステップS1の入光むらの測定結果に基づいて入光むらに改善効果のあるヘイズ値を有する拡散フィルム3を選定し、拡散フィルム3透過後の輝度角度分布を測定する。
次に、ステップS3にて、ステップS2で測定した拡散フィルム3透過後の輝度角度分布を光度の角度分布に変換する。
次に、ステップS4で、ステップS3にて変換して得た光度角度分布のうち明らかに入光むら改善に効果がないか、または、不必要な方向へ出射される光の角度成分を除き残りの部分を、入光むらを改善する入光部近傍の目標角度分布と設定した。
前記各プロセスにおいて、前記ステップS2の輝度角度分布測定の位置は、通常、導光板中央部である。なぜなら、入光部近傍の角度分布は高角度側での輝度測定の際の実面積が大きくなり、正確な測定が困難なためである。また、前記ステップS3において、輝度角度分布を光度角度分布に変換しているのは、輝度の定義に基づくと高角度側では、輝度の角度分布が大きくなり、輝度分布は高角度側に寄ったものとなり、入光むらを改善する角度分布の適正範囲を正確に決定しにくくなるためである。
本発明のバックライトに使用される導光板2は少なくともひとつの側端面を光入射面2aとし、これと略直交する光出射面2cを有し、光入射面2aから表示エリアまでの最小距離をLLとした場合、光出射面2cおよびその裏面2bの少なくとも一方の表面の(LL−1.5)mm以下の光入射面近傍2dに、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されている。このような構成の導光板2によれば、光入射面近傍2dの前記形状により、光を拡散できるので、確実に入光むらを改善できる。図3にはLLの定義も示した。実際バックライトではLED1を含めたLLの距離までは黒色の遮光テープで覆われるのが一般的である。したがって、LL以上まで表示領域の出射特性と異なる反射特性を有する形状を設けると、明らかに、異なる形状の境界が視認され、かつ明るさの違いも明確になり問題である。また、LL以下ではあるが(LL−1.5)mmより大きいと、確実に入光むらを低減させることが難しい。なぜなら、光入射面近傍の反射機能を有する形状及び出射特性は表示エリアの反射機能を有する形状、出射特性と異なるため、境界領域での明るさを全方向に対して完全に同じにすることは不可能であり、結果として明るさの差が境界を越えて視認されるためである。表示エリアに対応する領域と異なる形状を形成する距離(面積)を変えて導光板を試作し、バックライトに組み込み、非表示エリアを遮光テープにてマスクして点灯評価を行った結果、(LL−1.5)mm以下の領域に別形状を設ければ、形状の違いによる明るさの差に起因するむらが観察されないことがわかった。したがって、確実に入光むらを改善するには、入光部近傍の出射特性を別領域の特性と変えるために反射機能を有する形状を設ける領域は(LL−1.5)mm以下であることが重要である。この領域の下限については、あまりに小さいと入光むら改善効果が小さくなるため、(LL−1.5)mm以下でできる限り(LL−1.5)mmに近いほど望ましい。また、前述の距離は、導光板の厚さや入光部近傍の出射特性にも依存するが、導光板の厚さが1mm以下であれば、(LL−1.5)mm以下の条件は有効である。
本発明のバックライトに使用される導光板の入光部近傍の出射特性については、入光むらが改善できれば制限するものではないが、以下に好ましい方法を記載する。導光板の入光部近傍出射光の光度角度分布を図8、図9に示す。ここでθは図5に示すように導光板2の光出射面2cに垂直方向(Z軸方向)を0°とした天頂角であり、φは導光板2の光入射面2aに平行な方向(X軸方向)を0°とした方位角である。導光板2の入光部近傍2dの光出射面2cから出射される光の光度角度分布において、光度が最大となる角度がθmax=45±15°、φmax≒90°であり、かつ角度分布の広がりに対応する半値全角がΔθ=70±10°、Δφ=130±20°であれば、入光むらは改善できる。
ここで、光度が最大となる天頂角θmaxが前記範囲外の場合、入光むらの改善効果は小さい。またその半値全角Δθ<60°または光度が最大となる方位角の半値全角Δφ<110°の場合出射光の広がりが小さく、入光むら改善効果は小さい。前記半値全角Δθ>80°または前記半値全角Δφ>150°の場合、出射光の角度分布は広がりすぎのため、輝度が低くなり、表示エリア部の輝度と同程度の輝度にするためには、結果として入光部近傍で光を多く出射させる必要がある。即ち表示エリアで使用される光量が減り、低輝度になるため望ましくない。また、φmax≒90°については導光板の一般的な特性である。
本発明のバックライトに使用する導光板2は入光部近傍の出射特性が図8及び図9に示した上記の範囲であれば、これを実現するための、手段について特に制限はない。また、入射部近傍とは、側端面に設けた光入射面2aの近傍であり、光入射面2aから表示エリアまでの領域である。
上記角度分布の実現方法については、導光板の入光部近傍の光出射面またはその裏面の少なくともどちらか一方に、グルーブや球面レンズ、レンチキュラーレンズ等を配置させ、光線追跡によるシミュレーションによって光度角度分布を計算し、計算結果が上記範囲に入るまで、形状を変化させて形状を決定すれば良い。したがって、入光むら改善のために導光板の入光部近傍に導入する形状には制限はない。
また、本発明のバックライトに使用される導光板2は少なくともひとつの側端面を光入射面2aとし、これと略直交する光出射面2cを有し、光出射面2cおよびその裏面となる反射面2bの少なくとも一方の表面の光入射面近傍に、光の方向を変えるために、光入射面に平行方向に稜線を有するグルーブが形成されてもよい。この光入射面近傍に形成されるグルーブの傾斜角度αは、α=25±10°が好ましい。
本発明のバックライトに使用する導光板は透明性の高い材料(ポリカーボネート、アクリル等)を使用し、射出成形等により金型を用いて成形して得られるものであるが、材料、製造法については特に制限はない。入光部近傍に形成する反射機能を有する形状と平面との割合は特に制限はない。反射機能形状の割合が大きすぎると、入光部近傍で光を多量に消費し表示エリアでの輝度が低くなる。一方、割合が小さすぎると入光むら改善効果は小さくなる。したがって、バックライトにおける、導光板の光入射面から表示領域までの距離及び輝度の仕様から決定すべきものである。
また、導光板の入光部近傍以外の領域での光の方向を変えて導光板から光を出射させるための反射要素の形状について制限はない。本発明のバックライトは本発明の導光板と光源、反射シート、少なくとも1枚以上の光の方向を制御するフィルムから構成される。光源についてはLEDやCCFL他、特に制限はないが、点光源であるLEDを一定間隔に並べて使用される場合に、入光むら改善効果は著しい。
反射シートについても特に制限はないが、銀シート等、正反射機能の反射シートを使用する方が輝度の点有利である。また、バックライトの視野角を調整する目的で下向きプリズムシートの上に拡散フィルムを配置する等、本バックライトは必要に応じて、拡散フィルムを使用しても良い。
以上に説明したように、本実施の形態において、導光板の光入射面から(LL−1.5)mm以下の入光部近傍に他領域と異なる出射特性を有する反射機能形状を設けた導光板を使用することによって光源近傍に明るさのむらがない均一な下向きプリズムシートを用いたバックライトを実現できる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(実施例1)
図7に示すように、光源1、導光板2、拡散シート3、反射シート6および下向きプリズムシート21からなる2インチサイズのバックライトを組み立てて光学特性を測定した。光源としてはLED(日亜化学製NSCW215)を3灯使用した。反射シート6については市販の銀シート(株式会社麗光製ルイルミラー60W10)を用いた。導光板(30.8×39.2×t0.6)2については下面に反射要素としてグルーブを上面にホログラムディフューザで構成されたものを射出成形により作製した。グルーブ形状と配置については光線追跡シミュレーションにより、導光板からの出射光の輝度の位置分布が均一になるように設計した結果、グルーブ角度が1.7°〜2°の連続グルーブとなった。光入射面には稜線が厚さ方向で頂角が100°、140°の2種類のプリズム(それらプリズムと平面との比が9:8:7)を形成した。作製した導光板の輝度が最大となる角度はθmax=68°であった。本導光板は本発明の入光部近傍に入光むらを改善する手法を含まない導光板である。導光板材料として市販のポリカーボネート成形材料(出光興産株式会社製LC1500)を使用した。また、プリズムに関しては市販の下向きプリズムシート(三菱レイヨン製 S163)を使用した。拡散シートについては市販品(株式会社きもと製ライトアップ)を3種類使用した。
(実施例1)
図7に示すように、光源1、導光板2、拡散シート3、反射シート6および下向きプリズムシート21からなる2インチサイズのバックライトを組み立てて光学特性を測定した。光源としてはLED(日亜化学製NSCW215)を3灯使用した。反射シート6については市販の銀シート(株式会社麗光製ルイルミラー60W10)を用いた。導光板(30.8×39.2×t0.6)2については下面に反射要素としてグルーブを上面にホログラムディフューザで構成されたものを射出成形により作製した。グルーブ形状と配置については光線追跡シミュレーションにより、導光板からの出射光の輝度の位置分布が均一になるように設計した結果、グルーブ角度が1.7°〜2°の連続グルーブとなった。光入射面には稜線が厚さ方向で頂角が100°、140°の2種類のプリズム(それらプリズムと平面との比が9:8:7)を形成した。作製した導光板の輝度が最大となる角度はθmax=68°であった。本導光板は本発明の入光部近傍に入光むらを改善する手法を含まない導光板である。導光板材料として市販のポリカーボネート成形材料(出光興産株式会社製LC1500)を使用した。また、プリズムに関しては市販の下向きプリズムシート(三菱レイヨン製 S163)を使用した。拡散シートについては市販品(株式会社きもと製ライトアップ)を3種類使用した。
点灯評価としてLED1個あたり15mAの電流を印加し、輝度測定装置(有限会社ハイランド製RISA)にて、バックライトの中央部正面輝度を測定した。バックライトの入光部むらの定義と測定法を、図10を用いて説明する。図10はバックライトを点灯させた状態で真上からバックライトの入光部近傍を撮影した写真である。
図10の左側にLED1が3個観察される。入光付近でLEDに平行方向(X方向)の幅30.8mmを100分割、LED光源1に垂直方向(Y方向)の長さ9mmを30分割したメッシュ71をきり、各部分の正面輝度を測定した。
LEDである光源1からある一定距離Yに対してX方向100点の輝度データの最小と最大の比(最小値/最大値)を距離Yでの均斉度と定義し、均斉度が0.6以上となる最小の距離Yを入光むらと定義した。測定は上述の輝度測定装置で直径0.1mmの位置分解能で測定し、入光むらを求めた。また、バックライト中央部の輝度角度分布は液晶パネル視野角測定装置(ELDIM社製 Ez Contrast)にて測定し、各方向における相対光度を算出した。
表1にヘイズ値の異なる拡散フィルム3を導光板2とプリズムシート21との間に挿入した場合の入光むら、正面輝度値を示す。
参考までに拡散フィルム3がない場合の入光むらと正面輝度も表1に示す。拡散フィルムを用いないNo1の場合、入光むらは6.8(mm)で、正面輝度は6060(cd/m2)である。ヘイズ値54%の拡散フィルムAを導光板とプリズムシートとの間に挿入したNo2の場合、入光むらは4.8(mm)で、正面輝度は4230(cd/m2)である。ヘイズ値86%の拡散フィルムBを挿入したNo3の入光むらは3.9(mm)で、正面輝度は2821(cd/m2)である。ヘイズ値91%の拡散フィルムCを挿入したNo4の入光むらは3.3(mm)で、正面輝度は2190(cd/m2)である。
ヘイズ値の最も高い拡散フィルムCを用いた場合(No4)の入光むらが最も小さくなった。しかしながら、中央部の正面輝度も小さくなってしまう。ヘイズ値が高いほどフィルムの透明度が落ちることになるので、中央部の正面輝度が小さくなる。このため、入光部近傍の導光板出射光のみ拡散フィルムCを挿入した場合における、拡散フィルム透過後の光度角度分布と同じにすれば、中央部の正面輝度を低下させずに入光むらが改善できる。
図11(a)、図11(b)に拡散フィルム3透過後の光度角度分布を示す。この分布によれば光度が最大となる天頂角θmaxが約45°、またその半値全角Δθが約75°であり、光度が最大となる方位角φmaxが約90°、またその半値全角Δφが約145°である。即ち、導光板2からの出射光の光度角度分布をこの分布に近づければ入光むらを改善できる。
また、図11(a)、図11(b)から分布にかなりの裾引きが見られるが、この部分は明らかに光の利用効率を悪化させる部分であると考えられる。したがって、入光むらを改善する導光板の入光部近傍の出射光の光度角度分布は光の利用効率を考慮しθmax=45±15°、φmax≒90°、Δθ=70±10°、Δφ=130±20°程度で裾引きのない分布が良いと判断できる。
(実施例2)
実施例1にて測定した光出射角度分布を目標に導光板の入光部近傍について、図17(a)及び(b)に示したグルーブの角度α、αに対向する傾斜角度βを変えて図12に示した構成で光線追跡シミュレーションを実施し、入光部近傍の光度角度分布を求めた結果を図13(a)及び(b)に示す。具体的には、光入射面2aから所定の範囲内の反射面2b側に図17(a)及び(b)に示す傾斜角度のグルーブを設けた。特に図17(a)は、導光板2の入射面2a側からのぼり傾斜角度β及びくだり傾斜角度αの山が形成されるグルーブ形状を示す。また、図17(b)は同じく入射面2a側からくだり傾斜角度α及びのぼり傾斜角度βの谷が形成されるグルーブ形状を示す。これらの山又は谷形状を有するグルーブは、入射部近傍2dにて繰り返し形成される。もちろん、各異なった角度の山、谷からなるグルーブが複数種類組み合わせて形成されてもよい。グルーブの傾斜角度α=19°(A)単独の場合、光度が最大となる天頂角の半値全角Δθが実施例1の場合と比較して小さい。傾斜角度α=30°(B)の場合、半値全角Δθは大きくなるが、光度が最大となる天頂角θmax=15°までずれる。α=19°(A)のグルーブとα=30°(B)グルーブを1:1、2:1、3:1の割合で組み合わせると実施例1の角度分布に近づく。A:B=2:1の場合、光度が最大となる天頂角θmax=45°、その半値全角Δθ=68°、光度が最大となる方位角φmax=90°、Δφ=131°であり、実施例1で決定した角度分布、θmax=45°±15°、φmax≒90°、Δθ=70±10°、Δφ=130±20°を満足する。例えば、図17(a)または図17(b)で定義される、αはα=25±10°である。
実施例1にて測定した光出射角度分布を目標に導光板の入光部近傍について、図17(a)及び(b)に示したグルーブの角度α、αに対向する傾斜角度βを変えて図12に示した構成で光線追跡シミュレーションを実施し、入光部近傍の光度角度分布を求めた結果を図13(a)及び(b)に示す。具体的には、光入射面2aから所定の範囲内の反射面2b側に図17(a)及び(b)に示す傾斜角度のグルーブを設けた。特に図17(a)は、導光板2の入射面2a側からのぼり傾斜角度β及びくだり傾斜角度αの山が形成されるグルーブ形状を示す。また、図17(b)は同じく入射面2a側からくだり傾斜角度α及びのぼり傾斜角度βの谷が形成されるグルーブ形状を示す。これらの山又は谷形状を有するグルーブは、入射部近傍2dにて繰り返し形成される。もちろん、各異なった角度の山、谷からなるグルーブが複数種類組み合わせて形成されてもよい。グルーブの傾斜角度α=19°(A)単独の場合、光度が最大となる天頂角の半値全角Δθが実施例1の場合と比較して小さい。傾斜角度α=30°(B)の場合、半値全角Δθは大きくなるが、光度が最大となる天頂角θmax=15°までずれる。α=19°(A)のグルーブとα=30°(B)グルーブを1:1、2:1、3:1の割合で組み合わせると実施例1の角度分布に近づく。A:B=2:1の場合、光度が最大となる天頂角θmax=45°、その半値全角Δθ=68°、光度が最大となる方位角φmax=90°、Δφ=131°であり、実施例1で決定した角度分布、θmax=45°±15°、φmax≒90°、Δθ=70±10°、Δφ=130±20°を満足する。例えば、図17(a)または図17(b)で定義される、αはα=25±10°である。
(実施例3)
実施例2でシミュレーションにより決定したAグルーブとBグルーブの比が2:1のグルーブを入光部近傍2dに有する導光板を製作した。入光部近傍以外の反射グルーブ形状と配置については光線追跡シミュレーションにより、導光板からの出射光の輝度の位置分布が均一になるように設計した。
実施例2でシミュレーションにより決定したAグルーブとBグルーブの比が2:1のグルーブを入光部近傍2dに有する導光板を製作した。入光部近傍以外の反射グルーブ形状と配置については光線追跡シミュレーションにより、導光板からの出射光の輝度の位置分布が均一になるように設計した。
具体的には反射面2bと同じ面に図14に示すグルーブを光入射面から2mmの範囲に設けた。図14において、Aグルーブは傾斜角度α=19であり、対向する傾斜角度β=11°である。また、Bグルーブはα=30度であり、対向する傾斜角度β=11°である。また、AグルーブとBグルーブの比は2:1である。
さらに、プリズムシート21として頂角63°の下向きプリズム(市販品 三菱レイヨン製 S163)を使用し、図2に示した構成のバックライトの光むらを測定した。これは入光部近傍のグルーブが導光板の光出面の裏面の場合に相当する。結果は表2の実施例3の行に示す。
(比較例1)
表2には、比較例1の測定結果も示す。この比較例1は、実施例1で記載した連続グルーブの導光板のグルーブを光出射面に対して裏面になるように配置し、頂角63°の下向きプリズム(市販品 三菱レイヨン製 S163)を使用して図2で示すバックライトを構成したものである。
表2には、比較例1の測定結果も示す。この比較例1は、実施例1で記載した連続グルーブの導光板のグルーブを光出射面に対して裏面になるように配置し、頂角63°の下向きプリズム(市販品 三菱レイヨン製 S163)を使用して図2で示すバックライトを構成したものである。
表2に示すように、実施例3は、入光むらが4.5mmで比較例1の6.8mmと比較して入光むらの改善されることが実証された。
(実施例4)
実施例3に記載した導光板のグルーブ面を光出面側となるよう裏返して、図2の構成のバックライトの入光むらを測定した。結果は表2の実施例4の行に示したとおり、入光むら3.6mmで比較例1の入光むら6.8mmと比較して入光むらが改善されることが実証された。
実施例3に記載した導光板のグルーブ面を光出面側となるよう裏返して、図2の構成のバックライトの入光むらを測定した。結果は表2の実施例4の行に示したとおり、入光むら3.6mmで比較例1の入光むら6.8mmと比較して入光むらが改善されることが実証された。
(実施例5)
実施例1に記載した方法で、図14に示すグルーブを光入射面からそれぞれ1.7mm、2.0mm、2.5mm、3.0mmの範囲に設けた導光板を製作した。図14に示すグルーブの数はそれぞれ18本、18本、27本、33本である。プリズムとしては頂角63°の下向きプリズム(市販品 三菱レイヨン製 S163)を使用し、導光板をグルーブ面が光出射面となる向きで図2に示す構成のバックライトを組立てた。入光むらの測定と外観評価を実施した。本バックライトのLED(導光板の光入射面)から表示エリアまでの距離LL=3.5mmの領域に黒色のテープでマスクをして外観を観察した。図15、図16に外観写真を示す。図16では黒色テープとの境界領域で他の領域と比較して明るくなっている。この場合を外観評価としては×とした(図15は○)。評価結果を表3の実施例5の行に示した。
実施例1に記載した方法で、図14に示すグルーブを光入射面からそれぞれ1.7mm、2.0mm、2.5mm、3.0mmの範囲に設けた導光板を製作した。図14に示すグルーブの数はそれぞれ18本、18本、27本、33本である。プリズムとしては頂角63°の下向きプリズム(市販品 三菱レイヨン製 S163)を使用し、導光板をグルーブ面が光出射面となる向きで図2に示す構成のバックライトを組立てた。入光むらの測定と外観評価を実施した。本バックライトのLED(導光板の光入射面)から表示エリアまでの距離LL=3.5mmの領域に黒色のテープでマスクをして外観を観察した。図15、図16に外観写真を示す。図16では黒色テープとの境界領域で他の領域と比較して明るくなっている。この場合を外観評価としては×とした(図15は○)。評価結果を表3の実施例5の行に示した。
入光むらは、LL=1.7、2、2.5及び3mmの全ての場合で比較例1と比較して改善が見られる。つまり、入光むらは3.7、3.6、3.9及び4mmとなり、比較例1の6.8mmより小さくなっており、改善が見られた。しかし、外観は2mm以下の場合に良好であった。したがって、入光むら改善のためのグルーブを設ける範囲は(LL−1.5)mm以下が良いことが実証された。
以上、各実施例と比較例との比較の結果から本発明により、入光むらを改善した下向きプリズムを用いたバックライトを実現できることがわかる。
1 LED光源(光源)
2 導光板
2a 光入斜面
2b 光反射面
2c 光出射面
2d 入光部近傍
3 拡散シート(拡散フィルム)
4 上向きプリズムシート(上向きプリズム)
5 上向きプリズムシート(上向きプリズム)
6 反射シート
21 下向きプリズムシート(下向きプリズム)
31 暗部
32 明部
33 入光むら
34 表示エリア
71 メッシュ
L1 光線
LL 導光板光入射面から表示エリアまでの最小距離
θ 導光板の光出射面に垂直方向を0°とした天頂角
φ 導光板の光入射面に平行な方向を0°とした方位角
2 導光板
2a 光入斜面
2b 光反射面
2c 光出射面
2d 入光部近傍
3 拡散シート(拡散フィルム)
4 上向きプリズムシート(上向きプリズム)
5 上向きプリズムシート(上向きプリズム)
6 反射シート
21 下向きプリズムシート(下向きプリズム)
31 暗部
32 明部
33 入光むら
34 表示エリア
71 メッシュ
L1 光線
LL 導光板光入射面から表示エリアまでの最小距離
θ 導光板の光出射面に垂直方向を0°とした天頂角
φ 導光板の光入射面に平行な方向を0°とした方位角
Claims (3)
- 少なくともひとつの光源と、導光板と、プリズムシートとで構成されるバックライトであって、
前記プリズムシートは、透明基材の裏面側に断面形状が略三角形のプリズムを形成し、プリズムの配列方向が前記導光板の光入射面に略平行、かつプリズムを前記導光板の光出面に対向して下向きに配置してなるプリズムシートであり、
さらに、前記導光板の少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面を有し、前記光入射面から表示エリアまでの最小距離をLLとした場合、前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の(LL−1.5)mm以下の前記光入射面近傍に、他の領域の光の出射方向と異なる方向へ出射させる形状が形成されてなることを特徴とする、バックライト。 - 前記導光板の少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面とを有し、前記光入射面近傍において前記光出射面から出射される光の光度分布が、天頂角θ、方位角φに対して、光度が最大となる角度がθmax=45±15°、φmax≒90°であり、かつそれらの半値全角がΔθ=70±10°、Δφ=130±20°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。
- 前記導光板の少なくともひとつの側端面を前記光入射面とし、これと略直交する前記光出射面を有し、前記光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面の前記光入射面近傍に、光の方向を変える前記光入射面に平行方向に稜線を有するグルーブが形成され、グルーブの傾斜角度αがα=25±10°であるグルーブを一種類または複数種類組合わせて形成されてなる導光板であることを特徴とする、請求項1又は2記載のバックライト。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008186509A JP2009158470A (ja) | 2007-12-04 | 2008-07-17 | バックライト |
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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-
2008
- 2008-07-17 JP JP2008186509A patent/JP2009158470A/ja active Pending
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