JP2009199822A - バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で光の利用効率の高いバックライトを実現する。
【解決手段】異なる色の光を混色して白色光を形成するバックライトにおいて、
端面から入射された光を出射面に分散させて面光源とする導光板と、
この導光板の端面に光を入射させる第１の発光体と、
この導光板の他の端面に光を入射させる第２の発光体と、
この導光板を背面から照射する第３の発光体と、
を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる色の光を混色して白色光を形成したバックライト、およびそのバックライトを利用した表示装置に関するものである。

液晶表示装置では、画像を表示する液晶パネルの背面に、液晶パネルに光を照射するバックライトが備えられている。バックライトは、発光体（光源）から出射された光を拡散シートや導光板などを用いて面光源を生成し、液晶パネル全面を照明する。

図３は従来のバックライトの一例を示す図である。図３は、発光体としてＬＥＤを用いた直下型バックライトの例である。矩形状の筐体の底面部分に、ＬＥＤが多数実装された基板１０が設けられている。１１，１２，１３はそれぞれ赤色、青色、緑色に発光するＬＥＤである。各ＬＥＤは、基板１０上で各色が均等に分散されるように配置されている。基板１０上の各ＬＥＤ周辺は、高い反射率で光を反射する反射フィルム２０で覆われている。また、筐体の内部側面部分も反射フィルム２０で覆われている。拡散板３０は、ＬＥＤが配置された基板１０から距離Ｄ離れた位置に設けられ、筐体の上面部分を構成している。なお、正面図では拡散板３０を省略して示している。

各ＬＥＤから出射された光は、筐体内部の空間で混色されて白色となり、拡散板３０に入射する。また、拡散板３０を透過せずに反射されて戻ってきた光も、筐体内部の反射フィルム２０で反射され、再度拡散板３０に入射する。このように、各ＬＥＤからの光は筐体内部で散乱や反射を繰り返して拡散板３０に入射され、拡散板３０からは均一な白色の面光源が得られる。

下記特許文献１には、複数色のＬＥＤを用いた直下型バックライトの例が記載されている。

特開２００５−１１５１３１号公報

しかしながら、従来のバックライトでは、各発光色の混色や拡散板３０面内での輝度の均一性を確保するために、距離Ｄを大きく取る必要があった。そのため、バックライトの厚みを薄くすることができなかった。

また、バックライトの輝度を高めるには、ＬＥＤを狭ピッチで敷き詰めてＬＥＤの数を増やすことが有効である。しかし、ＬＥＤの数を増やすと筐体内部の面積に占める反射フィルム２０の割合が減少するため、再帰反射による光の利用効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、従来技術の問題点をなくし、薄型で光の利用効率の高いバックライトを実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、請求項１の発明は、
異なる色の光を混色して白色光を形成するバックライトにおいて、
端面から入射された光を出射面に分散させて面光源とする導光板と、
この導光板の端面に光を入射させる第１の発光体と、
この導光板の他の端面に光を入射させる第２の発光体と、
この導光板を背面から照射する第３の発光体と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のバックライトにおいて、前記第１および第２の発光体と前記導光板のそれぞれの端面との間に、それぞれ前記第１または第２の発光体の発光色以外の色の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタが設けられたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載のバックライトにおいて、前記導光板の端面に前記第１の発光体の光を導入する第１のガイド部と、
前記導光板の他の端面に前記第２の発光体の光を導入する第２のガイド部と、
を備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のバックライトにおいて、前記第１、第２、第３の発光体は、赤色、青色、緑色に発光する発光体の組み合わせであることを特徴とする。

このように、各発光色の光を異なる方向から導光板に入射させる構成としたことにより、短い奥行きでも均一な混色が可能となり、薄型で光の利用効率の高いバックライトを実現することができる。

図１は本発明によるバックライトの実施例１を示す図である。１１，１２，１３はそれぞれ赤色、青色、緑色に発光するＬＥＤである。ＬＥＤは発光体の一例である。

矩形状の筐体の背面部分には、ＬＥＤ１３が実装された基板１０が設けられる。ＬＥＤ１３は基板１０上に分散して配置される。筐体の前面部分には拡散板３０が設けられ、バックライトの正面部分を構成する。なお、正面図では拡散板３０および導光板４０を省略して示している。

筐体の内部には導光板４０が設けられる。導光板４０は、端面から入射された光を正面方向に均一に面発光させる部材である。４１，４２は導光板４０の入射端面である。導光板４０は、入射端面から入射された光を面内に均一に分配するためのＶ字溝のパターンを有する。４０ａはＸ−Ｘ方向に設けられたパターンである。４０ｂはＹ−Ｙ方向に設けられたパターンである。パターン４０ａは入射端面４１から入射された光を正面方向に出射させる。パターン４０ａは入射端面４１からの距離が大きくなるほど密に設けられる。パターン４０ｂは入射端面４２から入射された光を正面方向に出射させる。パターン４０ｂは入射端面４２からの距離が大きくなるほど密に設けられる。なお、パターンはＶ字溝に限らず、入射端面４１，４２からの光を均一に混ざり合わせることができるものであれば、印刷やディンプルなど他の構造であってもよい。

導光板４０の入射端面４１に赤色の光を入射させるエッジライトが設けられる。基板１０の外周部であって導光板４０の入射端面４１が向いている一辺に、ＬＥＤ１１を並べて配置する。これらのＬＥＤ１１からの光を入射端面４１に導入する光ガイド部５１を設け、ＬＥＤ１１を入射端面４１に赤色の光を入射させるエッジライトとする。

光ガイド部５１は、ＬＥＤ１１の光が入射端面４１に達するまでに均等に分散されるような構成とする。なお、必要に応じてレンズや拡散フィルムのように光の進行方向を変える特性をもつ部品を配置してもよい。光ガイド部５１は、基板１０上のＬＥＤ１１が配置されたエリアを、ＬＥＤ１３が配置されたエリアから区切ることができる構造とする。ＬＥＤ１１とＬＥＤ１３を区切り、ＬＥＤ１１の光とＬＥＤ１３の光とが直接出入りしないようにする。

ＬＥＤ１１と入射端面４１の間に、赤色の光を透過し、緑色と青色の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタ６１が設けられる。ダイクロイックフィルタ６１は、入射端面４１上に設けられてもよいし、光ガイド５１の端面や内部に設けられていてもよい。

同様に、導光板４０の入射端面４２に青色の光を入射させるエッジライトが設けられる。基板１０の外周部であって導光板４０の入射端面４２が向いている一辺に、ＬＥＤ１２を並べて配置する。これらのＬＥＤ１２からの光を入射端面４２に導入する光ガイド部５２を設け、ＬＥＤ１２を入射端面４２に青色の光を入射させるエッジライトとする。

光ガイド部５２は、光ガイド部５１と同様に、ＬＥＤ１２の光が入射端面４２に達するまでに均等に分散されるような構成とする。なお、必要に応じてレンズや拡散フィルムのように光の進行方向を変える特性をもつ部品を配置してもよい。光ガイド部５２は基板１０上のＬＥＤ１２が配置されたエリアを、ＬＥＤ１３が配置されたエリアから区切ることができる構造とする。ＬＥＤ１２とＬＥＤ１３を区切ることによって、ＬＥＤ１２の光とＬＥＤ１３の光とが直接出入りしないようにする。

ＬＥＤ１２と入射端面４２の間に、青色の光を透過し、緑色と赤色の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタ６２が設けられる。ダイクロイックフィルタ６２は、入射端面４２上に設けられてもよいし、光ガイド５２の端面や内部に設けられていてもよい。

ＬＥＤ１１，１２は、エッジライトとして導光板４０の端面に多くの光を入射させるため、正面方向に強く発光するタイプのＬＥＤを利用するのが望ましい。一方、ＬＥＤ１３は、拡散板３０および導光板４０の直下に配置されるため、正面方向に強く発光するタイプのＬＥＤを利用すると、バックライトの輝度ムラを引き起こす可能性が高い。そのため、ＬＥＤ１３は、ＬＥＤの側面方向に強く発光するタイプのものを利用するのが望ましい。

なお、ＬＥＤ１１，１２によるエッジライトはそれぞれ単色となる。混色をする必要がないため、各ＬＥＤと入射端面４１，４２までの距離は短くすることができる。すなわち、光ガイド５１，５２は距離の短いものを用いることができる。

各発光色の数量比は、ＬＥＤ１１：ＬＥＤ１２：ＬＥＤ１３＝１：１：２または２：１：４とすることが望ましい。この数量比とすれば、一般的な白色光が得られることが見込まれる。

基板１０上の各ＬＥＤ周囲は、高い反射率で光を反射する反射フィルム（または反射板）２０で覆われる。また、筐体の内部側面部分も反射フィルム２０で覆われる。さらに、光ガイド５１，５２の外部側面や内部側面も反射フィルム２０で覆われるのが望ましい。

ＬＥＤ１３から出た光は、導光板４０を透過して拡散板３０に入射する。導光板４０を透過せずに反射されて戻ってきた光も、基板１０上や筐体内壁の反射フィルム２０で反射され、再度導光板４０に入射する。また、導光板４０と拡散板３０との間でも光の反射や散乱が発生する。このように、ＬＥＤ１３から出た光は、筐体内部で反射や散乱を繰り返して拡散板３０に到達し、拡散板３０の面内に均一に分配される。

ＬＥＤ１１から出た光は、光ガイド５１およびダイクロイックフィルタ６１を通り、入射端面４１から導光板４０に入射される。導光板４０に入射された光は、導光板４０の面内に分配され、拡散板３０に向けて出射される。導光板４０から出た光は、導光板４０と拡散板３０との間でさらに反射と散乱を繰り返し、拡散板３０の面内に均一に分配される。

同様に、ＬＥＤ１２から出た光は、光ガイド５２およびダイクロイックフィルタ６２を通り、入射端面４２から導光板４０に入射される。導光板４０に入射された光は、導光板４０の面内に分配され、拡散板３０に向けて出射される。導光板４０から出た光は、導光板４０と拡散板３０との間でさらに反射と散乱を繰り返し、拡散板３０の面内に均一に分配される。
結果として、拡散板３０の面内では、各ＬＥＤからの光が混色されて均一な白色光となる。

ダイクロイックフィルタ６１を設けると、ＬＥＤ１２およびＬＥＤ１３からの光がともにダイクロイックフィルタ６１で反射される。そのため、これらの光が反射率の低いエッジライト（すなわちＬＥＤ１１部分）まで到達するのを防止することができ、光の利用効率を向上させることができる。
同様に、ダイクロイックフィルタ６２を設けると、ＬＥＤ１１およびＬＥＤ１３からの光がともにダイクロイックフィルタ６２で反射される。そのため、これらの光が反射率の低いエッジライト（すなわちＬＥＤ１２部分）まで到達するのを防止することができ、光の利用効率を向上させることができる。

本実施例では、ＬＥＤ１１，１２，１３の光を、導光板に対してそれぞれ異なる方向から入射させている。本実施例では、直行する３軸方向から入射させている。このような構成としたことにより、各発光色の混色のための空間的制約が緩和され、短い奥行きでも均一な混色が可能となる。また、導光板４０への光の入射方向がそれぞれ直行すると、各発光色それぞれに対して施した光散乱パターンの他色への影響を小さくでき、色の混合において有利である。

また、拡散板３０直下のＬＥＤ実装数を減少させたことにより、拡散板３０直下の反射フィルム２０の面積を広く取ることができる。そのため、筐体内部の実効的な反射率を増大させ、光の利用効率の向上が期待できる。

なお、図１では、ＬＥＤ１１，１２はそれぞれ等間隔で配置されている。しかし、拡散板３０の面内で均一な発光を得るために、ＬＥＤ１１，１２の間隔を等間隔でない配置としてもよい。一般的にバックライトは中心部分が明るく、縁部分が暗くなる。そこで、たとえば、
（１）ＬＥＤ１１をＸ方向の中心から離れるにつれ配置間隔を小さくする
（２）ＬＥＤ１２をＹ方向の中心から離れるにつれ配置間隔を小さくする
ことなどが考えられる。同様に、ＬＥＤ１３も基板１０上で等間隔に配置されていなくてもよい。

本実施例で説明したようなバックライトを利用して表示装置を構成すれば、薄型で光の利用効率の高い表示装置を実現することができる。

図２は本発明によるバックライトの実施例２を示す図である。本実施例は、ＬＥＤ１１，１２，１３の３つの発光色を、直行する２軸方向から導光板に入射させた例である。前記実施例１と同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

ＬＥＤ１１，１２を一列に交互に配置してエッジライトを構成する。また、ＬＥＤ１３を一列に配置してエッジライトを構成する。これらのエッジライトの光を、導光板４０の入射端面４１，４２にそれぞれ入射させる。導光板４０に入射した光は、導光板４０の面内に分配され、拡散板３０に向けて出射される。導光板４０から出た光は、導光板４０と拡散板３０との間でさらに反射と散乱を繰り返し、拡散板３０の面内に均一に分配される。拡散板３０の面内では、各ＬＥＤからの光が混色されて均一な白色光となる。

７０は、導光板４０の背面に近接して設けられた、高反射率の反射材である。反射材７０を導光板４０の背面に設けることによって、再帰反射による利用率向上が期待できる。また、導光板４０の背面に配置したＬＥＤの輝度ムラを心配する必要がなくなるため、バックライトのさらなる薄型化が期待できる。

なお、本実施例では、ＬＥＤ１１とＬＥＤ１２の光の混色のため、ＬＥＤ１１，１２のエッジライトの光ガイド部５４の距離を長くする必要があるかもしれない。図２では、光ガイド部５４は導光板４０に対し９０度の角度で構成されている。光ガイド部５４を長くする方法として、光ガイド部５４を導光板４０に対して１８０度折り曲げるという構成も考えられる。ただし、その場合には光の利用効率が低下する可能性がある。

６３は、緑色の光を透過し、赤色と青色の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタである。６４は、赤色と青色の光を透過し、緑色の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタである。ダイクロイックフィルタ６３，６４は、それぞれ入射端面４１，４２上に設けられてもよいし、光ガイド５３，５４の端面や内部に設けられていてもよい。

ダイクロイックフィルタ６３を設けると、ＬＥＤ１１，１２からの光がダイクロイックフィルタ６３で反射される。そのため、これらの光が反射率の低いエッジライト（すなわちＬＥＤ１３部分）まで到達するのが防止され、光の利用効率を向上させることができる。同様に、ダイクロイックフィルタ６４を設けると、ＬＥＤ１３からの光がダイクロイックフィルタ６４で反射される。そのため、これらの光が反射率の低いエッジライト（すなわちＬＥＤ１１，１２部分）まで到達するのが防止され、光の利用効率を向上させることができる。

なお、本実施例の構成では、ＬＥＤ１３もエッジライトとして導光板４０の端面にできるだけ多くの光を入射させるため、正面方向に強く発光するタイプのＬＥＤを利用するのが望ましい。

前記実施例１および本実施例では、エッジライトの光を光ガイドを介して導光板の入射端面に入射させる構成としたが、光ガイドを利用せずに直接導光板の入射端面に入射させる構成としてもよい。

また、前記実施例１および本実施例では、発光色として赤色、青色、緑色の３色を用いたが、異なる発光色を用いるものであってもよい。

図１は本発明によるバックライトの実施例１を示す図。 図２は本発明によるバックライトの実施例２を示す図。 図３は従来のバックライトの一例を示す図。

符号の説明

１０ 基板
１１ 発光体（赤色）
１２ 発光体（青色）
１３ 発光体（緑色）
２０ 反射フィルム（または反射板）
３０ 拡散板
４０ 導光板
４０ａ，４０ｂ パターン
４１，４２ 入射端面
５１，５２，５３，５４ 光ガイド
６１，６２，６３，６４ ダイクロイックフィルタ
７０ 反射材

Claims (4)

1. 異なる色の光を混色して白色光を形成するバックライトにおいて、
   端面から入射された光を出射面に分散させて面光源とする導光板と、
   この導光板の端面に光を入射させる第１の発光体と、
   この導光板の他の端面に光を入射させる第２の発光体と、
   この導光板を背面から照射する第３の発光体と、
   を備えたことを特徴とするバックライト。
2. 前記第１および第２の発光体と前記導光板のそれぞれの端面との間に、それぞれ前記第１または第２の発光体の発光色以外の色の光を反射する特性を有するダイクロイックフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
3. 前記導光板の端面に前記第１の発光体の光を導入する第１のガイド部と、
   前記導光板の他の端面に前記第２の発光体の光を導入する第２のガイド部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のバックライト。
4. 前記第１、第２、第３の発光体は、赤色、青色、緑色に発光する発光体の組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバックライト。

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