JP2009252436A - 一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置 - Google Patents

一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置 Download PDF

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Po-Yi Lu
Yen-Hsing Lu
Chung-Hao Tien
呂柏毅
田仲豪
鄭裕國
陸彦行
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国立交通大学
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Abstract

【課題】一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置である。
【解決手段】本発明は一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置である。まず、導光板は複数の導光エレメントを有し、当該導光エレメントには中央の穴と、導光板光入射面と、一導光板光出射面と、導光板底面とを有する点光源を備え、当該点光源は当該導光エレメントの中央の穴に位置し、導光板底面には複数のマイクロ構造体を備えている。集光膜シートは、複数の照射膜エレメントを有し、当該照射膜エレメント上の集光膜光出射面には複数のマイクロ構造体を備え、当該マイクロ構造体により、照射膜エレメントと導光エレメントを接合することで、一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュール装置を形成する。
【選択図】図3−B

Description

本発明は、液晶パネルに搭載されるバックライトモジュールの光学エレメントに関するもので、特に一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置に関する。

通常バックライトモジュール(Back Light Module)は液晶パネル(LCD Panel)のキーパーツのひとつである。液晶自体は光を発しないため、バックライトモジュールの輝度とまんべんなく分布するという光源を十分に提供することができるという機能を利用し、液晶パネルの画像を正常に表示している。

従来の「A High Dynamic Range Display Using Low and High Resolution Modulators:」というバックライトモジュール技術は、SID 2003 Conference Proceedings(2003) の文献に基づくと、低解析度のバックライトモジュールと高い解析度の液晶パネルを組み合わせることで、2層の光調節装置を運用したHDR(ハイダイナミックレンダリング)で液晶パネル効果を出し、従来の液晶パネルにおけるフォーカルコニック状態をなくし、コントラストを高めていた。だが、モジュールの組み合わせが非常に複雑であることから、実用性アップにはつながっていないのが現状である。

さらに、「High Dynamic Range Display System」,ACM SIGGRAPH 2004 Conference Proceedings」という研究文献において、ふたつの低解析度バックライトモジュールの実現例とそれにマッチングさせた演算方法が紹介されている。これはプロジェクタ装置を低解析度のバックライト源に利用したもので、効能は高いものの、必要体積が広すぎ、実際に活用したとしても競争力に欠ける。加えて、自発型発光ダイオード(LED)配列を低解析度バックライト源として用いているため、各発光ダイオード(LED)の光照射野がそれぞれ独立したパーティションにならないだけなく、高解析度液晶パネルの範囲までを被覆してしまっている。この文献に紹介されている演算方法によれば、コンボリューションの複雑性を大幅に増加させるという。その上、画像信号を処理する際に、必要以上の時間とハードウエアを消耗してしまうため、実際の産業的な応用上、制限を受ける。

このほか、「Deriving LED Driving Signal for Area-Adaptive LED Backlight in High Dynamic Range LCD Displays; SID 2007 Conference Proceedings (2007)」の文献において、バックライト源の中にある発光ダイオード(LED)制御信号について、2種類の演算方法をもって本来の演算方法の複雑性を簡単にできるとの見解を示しているものの、光学的手段を用いた演算方法の難易度改善については触れられていない。

前述の内容をまとめると、図1に示すように、光学エレメント11と光照射野分布図12と液晶パネル13を組み合わせて形成されたバックライトモジュール10のような従来のバックライトモジュールでは、まだらで拡散した光線源でしかない。

液晶パネルの製造技術が進歩するにつれて、バックライトモジュールの軽量化、薄型化、省電力化、高輝度化、低コスト化という市場ニーズを考慮し、新型のバックライトモジュールの設計と技術開発が今後の重要課題となっている。

本発明は、一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置に関するものであり、低解析度の光のバックライトモジュールを作り出し、HDコントラスト画像信号を簡略化したコンボリューション処理を行い、液晶パネルのHDR向上を目的とする。

さらに、本発明では複数の点光源と複数マイクロ構造体を有する導光板と集光膜を接合することで、光の照射野分布と発散アングルを抑制し、すべての点光源で独立した光照射野を作り出し、その他のいかなる複数の点光源で発生する光と照射野が重ならないように工夫した。

本発明は、複数の導光エレメントを有する導光板と、点光源、中央の穴、導光板光入射面、導光板光出射面、導光板底面を有する導光エレメントと、当該導光エレメントの当該中央の穴に位置する点光源エレメントと、複数のマイクロ構造体を有する導光板底面を含む一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置についてである。

集光膜シートには複数の照射膜エレメントを含み、照射膜エレメントの集光膜光出射面は複数のマイクロ構造体を有し、照射膜エレメントと導光エレメントを接合することで、一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成している。

本発明は、前述の一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置に関するものであり、そのうち、複数の光学コンポーネントを運用することによって、相互に干渉しあうことのない低解析度光照射野分布を実現した。さらに高解析度液晶パネルと合わせて用いることで、HDコントラスト画像処理に要するコンボリューションを大幅に簡略化することが可能になった。

本発明である一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置は、低解析度の光を出し、HDコントラスト画像処理に要するコンボリューションの簡略化によって、液晶パネルのHDR上昇という目的を達成している。

以下、図面を参照し、本発明に関する利点と精神を交えながら実施形態について説明する。

本件は下記の実施例に関する説明により十分に理解ができるものであり、熟練の技術を有するスタッフが信頼に足りる根拠に基づき完成させたものである。但し、本件の形態は下記の実施例の範囲にとどまるものではない。

本発明である一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールに関する光学装置について、以下に詳述する。

図2は、第1の実施例である。バックライトモジュール100は複数の光学コンポーネント110が配列することで形成され(その投射可能範囲を独立した低解析度の光照射野分布120に示す)、液晶パネル130と組み合わせ、バックライトモジュール100を形成している。さらに光学コンポーネント110は点光源シート、導光板、集光膜シートから形成されている。以下に詳しく説明する。

図3−Aは、独立した各光学エレメントから形成される光学コンポーネント110を拡大した立体図である。図のように照射膜エレメント160と集光膜第2光出射面162があり、当該集光膜第2光出射面162の上には複数のマイクロ構造体180が設置されている。さらに、導光板エレメント150は導光板第1光出射面153と導光板エッジ155を有する。

図3−Bは、導光板エレメント150の立体図である。当該導光板エレメント150は、点光源140、中央の穴151を構造体として有し、当該点光源140は、当該中央の穴151に位置している。当該中央の穴151の周囲には導光板第1光入射面152と導光板エッジ155がある。本実施例では導光板150の外枠に正方形を使用したが、長方形、六角形などの多辺(多角)形も適用可能である。導光板底面154(導光板第1光出射面153に対応)の上には、複数のマイクロ構造体170が設置され、当該複数のマイクロ構造体170はへこんだ曲面、突起した曲面、多面体構造体とすることができる。深さ、大きさ、間隔を自由に変えられ、配列方式は光軸対称配列または光軸非対称配列のいずれも可能である。本第1の実施例においては、複数のへこんだ環状菱形結構を呈しており、配列方式には点光源140を軸とした光軸対称方式を採用。高さと大きさは点光源140との距離を広げるにつれて変えることができる。このため、当該複数のマイクロ構造体170の間隔は、点光源140に対して等分ではない。図の集光膜160は、導光板第2光入射面161を備えている。

図4−Aは、光学コンポーネントの断面図である。集光膜160は導光板第2光入射面161と導光板第2光出射面162を有し、導光板150の上方を被覆している。第1実施例中において、集光膜160外枠は導光板150外枠と同様の正方形とした。集光膜第2光出射面162の上には複数のマイクロ構造体180が設置されている。当該複数のマイクロ構造体180はへこんだ曲面、突起した曲面、多面体構造体とすることができる。深さ、大きさ、間隔を自由に変えられ、配列方式は光軸対称配列とした。ここで第1実施方式は複数の環状の突起を持つ菱形で形成され、その高さと大きさを固定し、配列方式には点光源140を中心とした光軸対称配列を採用した。集光膜マイクロ構造体180の形、配列、高さ、間隔は、最後の光射出光照射野分布120によりさまざまなパラメーターに調節することができる。点光源140から発散された光の入射光が導光板底面154触れると、導光板マイクロ構造体170の構造、高さ、間隔、配列はすべて光射面・入射面が導光板マイクロ構造体170面の上に触れるときの入射アングルに影響を与える。出射光は、集光膜第2光出射面162の上にある複数のマイクロ構造体180を通して、マイクロ構造体180の構造、高さ、間隔、配列ともにマイクロ構造体180への出射アングルに影響する。したがって、前述のパラメーターを適切に合わせ、出射光の範囲を特定させることで導光板第1光出射面153から遠ざけると同時に、集光膜第2光入射面161に入射させ、光を2回屈折させ、出射光を集光膜160の法線と平行になるように制御することで集光効果を高めるだけでなく、光照射野の分布を光学コンポーネント110と同じ形にし、ムラのないきれいな正方形に仕上げた。

図4−Bは、光学コンポーネントの断面拡大図である。光を2回屈折させた導光板150と集光膜160の法線の向きを図の通り示す。さらに導光板底面154の複数の導光板マイクロ構造体170と導光板エッジ155の表面にはアルミ金属などの反射性材料190がコーティングされており、光学面での使用効率を高めている。

図5は、本発明に係る第2実施例でバックライトモジュールを上から見た図である。第1実施例との違いは、形状が違うところにある。本実施例では複数の光学コンポーネント610の外枠に六角形を使用した。

図6−Aは、本発明に係る第2実施例で、光学コンポーネントの立体図と断面図を含む。導光板650と集光膜660が主要構造体である。導光板650は導光板第1光出射面653と導光板エッジ655を有する。第1実施例との違いは、導光板マイクロ構造体670にはくぼみ曲面があり、非光軸対称配列方式を採用していることである。本実施例では、導光板650外枠を六角形とした。集光膜660には集光膜マイクロ構造体680を有し、突起した円錐形の形を呈し、回転軸を軸にした光軸対称配列方式を採用した。

図6−Bに示すとおり、点光源640を有する導光板650を中央の穴651に設置した。導光板650は中央の穴651を有し、当該中央の穴651の周囲にある第1光入射面652、それに対する底面654と導光板エッジ655がある。導光板底面654には複数のマイクロ構造体670が設置され、当該複数のマイクロ構造体670はくぼんだ曲面、突起した曲面、多面体構造体とすることができ、深さ、大きさ、間隔は調整可能で、光軸対称配列方式でも光軸不対称配列方式でも配列が可能。図のように集光膜660は第2光入射面661を有する。

本発明が有する集光の機能、さらには光出射の形、光学コンポーネントの外枠の形を同じにすることで、ムラのない独立した光照射野を形成した一方で、隣り合わせる導光板の光を出す光照射野との重なりを回避した。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものでなく、本発明を逸脱しない範囲おいて種々な態様で実施しうることはいうまでもない。

本発明に係る技術図である。 本発明に係る第1実施例である。 本発明に係る第1実施例の立体図である。 本発明に係る第1実施例の立体図である。 本発明に係る第1実施例の断面図である。 本発明に係る第1実施例の拡大断面図である。 本発明に係る第2実施例である。 本発明に係る第2実施例図である。 本発明に係る第2実施例の立体図である。

符号の説明

10 バックライトモジュール
11 光学エレメント
12 光照射野分布図
13 液晶パネル
100 バックライトモジュール
110 光学コンポーネント
120 光照射野分布図
130 液晶パネル
140 点光源
150 導光板エレメント
151 中央の穴
152 導光板第1光入射面
153 導光板第1光出射面
154 導光板底面
155 導光板エッジ
160 照射膜エレメント
161 導光板第2光入射面
162 導光板第2光出射面
170 導光板マイクロ構造体
180 マイクロ構造体
190 反射性材料
640 点光源
650 導光板
651 中央の穴
652 導光板第1光入射面
653 導光板第1光出射面
654 導光板底面
655 導光板エッジ
660 集光膜
661 導光板第2光入射面
670 導光板マイクロ構造体
680 集光膜マイクロ構造体

Claims (9)

  1. 複数の導光エレメントを有する導光板と、
    点光源、中央の穴、導光板光入射面、導光板光出射面、導光板底面を有する導光エレメントと、
    複数のマイクロ構造体を有する導光板底面と、
    導光エレメントの中央の穴に位置する点光源を含む導光板と、
    複数の照射膜エレメントを有する集光膜光射出面を備える集光膜エレメントとを含む集光膜シートとを用いて、
    一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成することができる光学装置。
  2. 前記導光エレメントの形状には少なくとも四角形が含まれていることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  3. 前記導光エレメントの形状には少なくとも六角形が含まれていることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  4. 前記導光エレメントの形状には少なくとも多辺(多角)形が含まれていることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  5. 前記マイクロ構造体がくぼんだ曲面があることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  6. 前記マイクロ構造体が突起した曲面があることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  7. 前記マイクロ構造体が多面体の構造体であることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  8. 前記マイクロ構造体に光軸対称配列方式が採用されていることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
  9. 前記マイクロ構造体に光軸非対称配列方式が採用されていることを特徴とする請求項1に記載する一部の光照射野において二次制御が可能なバックライトモジュールを形成する光学装置。
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