JP2010033835A - バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】光源の数量を削減した場合にも、厚さ方向に大型化させることなく、複数種類の光を十分に色混合させて発光面を均一照度で発光させることができるバックライトを提供する。
【解決手段】光源ユニット１５からの光を入射して色混合させる導光路２０を筐体２の背面板２ａに沿う奥行き方向に形成する導光板２１と、導光板２１の終端から出射する光を反射して発光面９ａに導く反射部材３０とを備えたバックライト１において、厚さ方向に延在する複数のプリズム面が配列する凹凸面によって導光板２１の入射面２２ａを構成し、導光板２１内に入射した光をＬＥＤ１０の配列方向に拡散させる機能を入射面２２ａに持たせる。
【選択図】図４

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、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を光源として複数用いたバックライトが数多く提案されている。一般に、ＬＥＤ等の発光素子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、発光色の異なる複数種類の発光素子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。

ここで、各発光色の光を的確に混合させるためには十分な光路長が必要となるが、例えば、発光面に対向する要所に複数の発光素子を配置した所謂直下型方式のバックライトでは、光路長を確保するためには、各発光素子を発光面に対して離間させる必要があるため、厚さ方向に大型化する傾向にある。

これに対処し、例えば、特許文献１には、発光色の異なる複数種類の各光源からの光を入射して筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光板と、導光板の終端から出射された光を反射して発光面に導く反射面とを備えた複数組の光源モジュールを筐体内に配列することにより、バックライトを厚さ方向に大型化させることなく、複数種類の光を十分に色混合させて発光面を均一照度で発光させる技術が開示されている。
特開２００７−３３５３２４号公報

ところで、近年においては、ＬＥＤ等の光源が高出力化する傾向にあり、このような光源の高出力化に伴い、筐体内に配置する光源の数量を削減することが期待されている。

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、光源の数量を削減した場合、各光源モジュールに配列される光源の間隔が広くなるため、複数種類の光を十分に色混合させるための長い光路長を必要とする。

これに対処し、各光源の光軸方向に導光板を延長すると、筐体内に配列される各光源モジュールの間隔（すなわち、反射面等の間隔）が広くなる。従って、発光面を均一照度で発光させるためには、空気層を拡大する等して、各光源モジュールで色混合した光を発光面に到達するまでの間の拡散距離を十分に確保する必要が生じ、バックライトの十分な薄型化が困難となる虞がある。

本発明は、光源の数量を削減した場合にも、厚さ方向に大型化させることなく、複数種類の光を十分に色混合させて発光面を均一照度で発光させることができるバックライトを提供することを目的とする。

本発明は、前面が開口された扁平な筐体と、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が配列された光源ユニットと、前記光源ユニットの前記各光源からの光を入射して色混合させる導光路を前記筐体の背面に沿って形成する導光板と、前記導光路の終端から出射する光を反射して前記発光面に導く反射部材とを備え、前記導光板の入射面は、前記光源ユニットの前記各光源から前記導光板内に入射した光を前記光源の配列方向に拡散させる機能を有することを特徴とする。

本発明のバックライトによれば、光源の数量を削減した場合にも、厚さ方向に大型化させることなく、複数種類の光を十分に色混合させて発光面を均一照度で発光させることができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。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はバックライト内における光の挙動及び熱の伝達状態を示す説明図、図４はバックライトの一部を破砕して示す斜視図、図５（ａ）は導光板の入射面の形状を示す斜視図であり（ｂ）は入射面における光の拡散状態を示す説明図、図６（ａ）は導光板の入射面の変形例の形状を示す斜視図であり（ｂ）は入射面における光の拡散状態を示す斜視図、図７（ａ）は導光板の入射面の変形例の形状を示す斜視図であり（ｂ）は入射面における光の拡散状態を示す説明図、図８は各形状の入射面を有する導光板内での光の拡散状態を対比して示す説明図である。

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とを有し、これらは、熱伝導率の高いアルミニウム合金等を用いたプレス成形によって一体形成されている。

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の光源モジュール５が、筐体２の長手方向に沿って所定間隔毎に配列されている。後述のように、本実施形態では、例えば、発光色の異なる３種類のＬＥＤをそれぞれ光源とする４個の光源モジュール５が筐体２内に配列されている。

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。ここで、各光源モジュール５と拡散板７の間には、所定の空隙による空気層４０が形成されている。

光源モジュール５は、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを光源として実装した光源ユニット１５と、この光源ユニット１５から供給される各色の光線を入射して色混合させる導光路２０を筐体２の背面に沿う奥行き方向に形成する導光板２１と、導光路２０の終端から出射する光を反射して発光面９ａに導く反射部材３０とを備えて構成されている。なお、以下の説明において、３色のＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを総称してＬＥＤ１０ともいう。

光源ユニット１５は、例えば、筐体２の短手方向両側の側壁２ｂ間に保持される細長な短冊状のＬＥＤ基板１６を有し、この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１列に実装されて要部が構成されている。本実施形態において、各ＬＥＤ１０は、それぞれ、高出力タイプのＬＥＤで構成されている。これにより、各ＬＥＤ１０の光軸間距離は、所定に離間されている。

ここで、例えば、筐体２の短手方向両側の各側壁２ｂの内面には、互いに対向する一対の基板保持溝３ａが各光源モジュール５にそれぞれ対応して所定間隔毎に設けられている。これら各基板保持溝３ａは、筐体２の前面側から背面側に向けて垂下されており、各光源ユニット１５は、各対の基板保持溝３ａにＬＥＤ基板１６の両端部が挿入されることにより、各ＬＥＤ１０の各光軸が筐体２の背面板２ａに沿った奥行き方向に指向した状態で保持される。

導光板２１は、例えば、その厚さが筐体２の深さよりも十分に薄く形成された細長な略直方体形状をなす光透過性の部材で構成されている。本実施形態において、この導光板２１は、入射面２２ａが各ＬＥＤ１０に近接して対向する第１の導光部材２２と、この第１の導光部材２２の出射面２２ｂに入射面２３ａが当接されると共に出射面２３ｂが導光路２０の終端を構成する第２の導光部材２３とで分割形成されている。これら第１の導光部材２２の出射面２２ｂ及び第２の導光部材２３の入射面２３ａは筐体２の背面板２ａに対して所定角度で傾斜されている。そして、これら出，入射面２２ｂ，２３ａが傾斜されることにより、導光路２０内の中途にハーフミラー部が形成される。これにより、導光板２１は、各ＬＥＤ１０から入射された光を、導光路２０の終端の出射面２３ｂからのみならず、その中途からも一部出射する（図３参照）。

ここで、入射面２２ａは、各ＬＥＤ１０から導光板２１内に入射した光を、各ＬＥＤ１０の配列方向（すなわち、筐体２内の短手方向）に拡散させる機能を有する。この機能を実現するため、本実施形態において、入射面２２ａは、例えば、図４，５に示すように、導光板２１の厚さ方向に延在する複数のプリズム面が連続的に形成された凹凸面で構成されている。そして、これらプリズム面の作用により、入射面２２ａは、所定の指向性を有して放射される各ＬＥＤ１０からの入射光を、各ＬＥＤ１０の配列方向に広角となるよう広く拡散させる。

また、図４に示すように、各導光部材２２，２３には、発光面９ａ側の面の両端部に、それぞれ凹部２２ｃ，２３ｃが形成されている。そして、各導光部材２２，２３は、各凹部２２ｃ，２３ｃに、筐体２の側壁２ｂから突出する爪部２ｃが係合することにより、筐体２内に保持されている。なお、各凹部２２ｃ，２３ｃは、各爪部２ｃに対して十分大きなサイズに形成されている。これにより、各爪部２ｃは、各凹部２２ｃ，２３ｃに対して遊嵌され、各導光部材２２，２３が熱膨張した場合にも、各導光部材２２，２３に不要な応力を発生させることなく、これらを好適に保持する。

反射部材３０は、例えば、熱伝導率の高い材料からなる三角柱状のブロックで構成されている。本実施形態において、具体的には、反射部材３０は、断面形状が直角三角形をなすアルミニウム合金製の部材で構成されている。この反射部材３０は、直交する２つの面に連続する斜面が反射面３０ａとして設定され、鏡面加工されている。そして、図２，３に示すように、反射部材３０は、導光板２１の終端である出射面２３ｂに反射面３０ａが対向するよう、筐体２内に配置される。その際、反射面３０ａに連続する他の面３０ｂ，３０ｃは、例えば、適宜、隣接する光源ユニット１５、或いは、筐体２の背面板２ａに対し、熱伝導性の良好は接着剤等を介して熱伝導可能に当接されている。

具体的に説明すると、本実施形態において、各光源モジュール５は、例えば、図２に示すように、導光板２１の出射面２３ｂが、筐体２の中央部に対して互いに向かい合うよう配列されている。なお、この場合において、各光源モジュール５は、導光板２１内のハーフミラー部から反射部材３０の反射面３０ａまでの各距離ｄが互いに等間隔となるよう、筐体２内に配列されている。そして、このような配列構造において、１列目の光源モジュール５の反射部材３０は、面３０ｂが筐体２の背面板２ａに熱伝導可能に当接されているとともに、面３０ｃが隣接する２列目の光源モジュール５のＬＥＤ基板１６に熱伝導可能に当接されている。また、４列目の光源モジュール５の反射部材３０は、面３０ｂが筐体２の背面板２ａに熱伝導可能に当接されているとともに、面３０ｃが隣接する３列目の光源モジュール５のＬＥＤ基板１６に熱伝導可能に当接されている。

なお、筐体２の長手方向両端部には、それぞれ、側壁２ｂに当接する熱伝導部材３５が配設されており、これら熱伝導部材３５には、１列目及び４列目の光源モジュール５のＬＥＤ基板１６が熱伝導可能に当接されている。

このような構成において、光源ユニット１５の各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから導光板２１に入射された各色の光は、入射面２２ａに形成されたプリズム状の凹凸面の作用によって、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配列方向に広角となるよう広く拡散される。そして、図３に示すように、導光板２１内に拡散された各色の光は、各々が全反射を繰り返しながら導光路２０を進行する過程で互いに混合される。本実施形態において、より具体的には、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの入射光は、入射面２２ａで拡散されることにより、各ＬＥＤ１０の光軸方向に過剰な距離を必要とすることなく、入射面２２ａに対して比較的近い位置で色混合を開始する。これにより、各色の入射光は、導光路２０内をＬＥＤ１０の光軸方向に距離ｄ進行するまでの間に的確に色混合される。

このように色混合された光の一部は、第１の導光部材２２の出射面２２ｂと第２の導光部材２３の入射面２３ａとの間に形成されたハーフミラー部で反射されて導光路２０の中途から出射され、空気層４０で広範囲に拡散されながら発光面９ａ側に導かれる。一方、ハーフミラー部で反射されることなく透過した光は、導光路２０の終端である出射面２３ｂから出射され、反射面３０ａで反射された後、空気層４０で広範囲に拡散されながら発光面９ａ側に導かれる。そして、空気層４０で拡散された光は、拡散板７、レンズシート８、及び、拡散シート９の各作用によって、さらに拡散された後、発光面９ａを発光させる。

その際、筐体２内の奥部に位置する２列目及び３列目の光源モジュール５の光源ユニット１５で発生する熱は、それぞれ隣接する１列目及び４列目の光源モジュール５の反射部材３０を介して筐体２の背面板２ａに伝達され、外部に放出される。また、１列目及び４列目の光源モジュール５の光源ユニット１５で発生する熱は、熱伝導部材３５を介して筐体２の側壁２ｂに伝達され、外部に放出される。これにより、各ＬＥＤ１０を高出力化させた場合にも、十分な発光効率を維持することができる。

このような実施形態によれば、光源ユニット１５からの光を入射して色混合させる導光路２０を筐体２の背面板２ａに沿う奥行き方向に形成する導光板２１と、導光板２１の終端から出射する光を反射して発光面９ａに導く反射部材３０とを備えたバックライト１において、厚さ方向に延在する複数のプリズム面が配列する凹凸面によって導光板２１の入射面２２ａを構成し、導光板２１内に入射した光をＬＥＤ１０の配列方向に拡散させる機能を入射面２２ａに持たせることにより、光源ユニット１５上のＬＥＤ１０の実装間隔（光軸間距離）を拡大した場合にも、導光板２１を各ＬＥＤ１０の光軸方向（すなわち、導光板２１の入射面２２ａ側から出射面２３ｂ側方向）に延長することなく、導光路２０内における色混合を効率よく実現することができる。従って、ＬＥＤ１０の数量を削減した場合にも、バックライト１を厚さ方向に大型化させることなく、複数種類の光を十分に色混合させて発光面９ａを均一照度で発光させることができる。

ここで、複数のプリズム面を配列した凹凸面によって構成された上述の入射面２２ａと同様の入射面１００ａを有する導光板１００に対し、ＬＥＤ１０からの出射光を入射させた際のシミュレーション結果を図８（ａ）に示す。また、その比較例として、例えば、平坦な入射面１０３ａを有する導光板１０３に対し、ＬＥＤ１０からの出射光を入射させた際のシミュレーション結果を図８（ｄ）に示す。これらの比較からも明らかなように、凹凸面で構成した入射面２２ａを有する導光板２１では、入射面２２ａの作用により、入射光をＬＥＤ１０の配列方向に広角となるよう広く拡散させて、導光路２０内での色混合を効率よく実現することが可能である。

ところで、上述の入射面２２ａに代えて、例えば、図６に示すように、厚さ方向に延在する複数の凹曲面をＬＥＤ１０の配列方向に沿って配列した凹凸面により、導光板２１の入射面２５ａを構成することも可能である。また、例えば、図７に示すように、厚さ方向に延在する複数の凸曲面をＬＥＤ１０の配列方向に沿って配列した凹凸面により、導光板２１の入射面２６ａを構成することも可能である。

ここで、複数の凹曲面を配列した凹凸面によって構成された上述の入射面２５ａと同様の入射面１０１ａを有する導光板１０１に対し、ＬＥＤ１０からの出射光を入射させた際のシミュレーション結果を図８（ｂ）に示す。また、複数の凸曲面を配列した凹凸面によって構成された上述の入射面２６ａと同様の入射面１０２ａを有する導光板１０２に対し、ＬＥＤ１０からの出射光を入射させた際のシミュレーション結果を図８（ｃ）に示す。これらのシミュレーション結果と、図８（ｄ）に示すシミュレーション結果との比較からも明らかなように、各凹凸面で構成した入射面２５ａ，２６ａを有する導光板２１では、入射面２５ａ，２６ａの作用により、入射光をＬＥＤ１０の配列方向に広角となるよう広く拡散させて、導光路２０内での色混合を効率よく実現することが可能である。

なお、入射面を拡散させるための構成として、例えば、ブラスト加工等によって導光板２１の入射面に微細な凹凸を形成することも可能であるが、ＬＥＤ１０の配列方向に限定して入射光を効率よく拡散させること、及び、ＬＥＤ１０からの出射光の乱反射等を抑制して光の用効率を高めること等の観点から、導光板２１の入射面形状は、上述の図５〜７に示した各形状であることが特に望ましい。

なお、上述の実施形態においては、導光板２１を第１，第２の導光部材２２，２３で分割形成し、これらの接合部にハーフミラー部を形成した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、例えば、単一の導光部材で導光板を構成してもよく、逆に、３個以上の導光部材を組み合わせて導光板を構成してもよい。

バックライトの分解斜視図 バックライトの要部断面図 バックライト内における光の挙動及び熱の伝達状態を示す説明図 バックライトの一部を破砕して示す斜視図 （ａ）は導光板の入射面の形状を示す斜視図であり（ｂ）は入射面における光の拡散状態を示す説明図 （ａ）は導光板の入射面の変形例の形状を示す斜視図であり（ｂ）は入射面における光の拡散状態を示す斜視図 （ａ）は導光板の入射面の変形例の形状を示す斜視図であり（ｂ）は入射面における光の拡散状態を示す説明図 各形状の入射面を有する導光板内での光の拡散状態を対比して示す説明図

符号の説明

１…バックライト、２…筐体、２ａ…背面板、２ｂ…側壁、２ｃ…爪部、３ａ…基板保持溝、５…光源モジュール、６…ベゼル、６ａ…開口部、７…拡散板、８…レンズシート、９…拡散シート、９ａ…発光面、１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）…発光ダイオード（光源）、１５…光源ユニット、１６…ＬＥＤ基板、２０…導光路、２１…導光板、２２…第１の導光部材、２２ａ…入射面、２２ｂ…出射面、２２ｃ…凹部、２３…第２の導光部材、２３ａ…入射面、２３ｂ…出射面、２３ｃ…凹部、２５ａ…入射面、２６ａ…入射面、３０…反射部材、３０ａ…反射面、３０ｂ…面、３０ｃ…面、３５…熱伝導部材、４０…空気層、１００…導光板、１００ａ…入射面、１０１…導光板、１０１ａ…入射面、１０２…導光板、１０２ａ…入射面、１０３…導光板、１０３ａ…入射面

Claims (4)

1. 前面が開口された扁平な筐体と、
   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が配列された光源ユニットと、
   前記光源ユニットの前記各光源からの光を入射して色混合させる導光路を前記筐体の背面に沿って形成する導光板と、
   前記導光路の終端から出射する光を反射して前記発光面に導く反射部材とを備え、
   前記導光板の入射面は、前記光源ユニットの前記各光源から前記導光板内に入射した光を前記光源の配列方向に拡散させる機能を有することを特徴とするバックライト。
2. 前記導光板の入射面は、前記光源の配列方向に沿って複数のプリズム面が配列された凹凸面で構成され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. 前記導光板の入射面は、前記光源の配列方向に沿って複数の凹曲面が配列された凹凸面で構成されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
4. 前記導光板の入射面は、前記光源の配列方向に沿って複数の凸曲面が配列された凹凸面で構成されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト。

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