JP2010092672A - バックライト装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】領域制御に好適な輝度ムラのない新規のバックライト装置および表示装置を提供する。
【解決手段】本発明のバックライト装置は、複数のＬＥＤを所定の間隔でマトリックス状に配列してなる光源と、光源に対向して配設される拡散導光部材と、隣り合うＬＥＤの間にそれぞれ配設され、ＬＥＤからの出射光を反射して被照射面に導く反射面を有する、光反射部材と、を具備し、前記光反射部材の頂部とＬＥＤの発光部との間の距離ＨおよびＬＥＤの発光部と前記拡散導光部材との間の距離Ｄは、０．７×０．５Ｄ≦Ｈ≦０．５Ｄの関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどに用いられるバックライト装置およびそれを具備する表示装置に関する。

バックライト装置の光源としては、比較的容易に調光が可能な冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）が従来から広く採用されているが、これに対し、長寿命で消費電力が低く、かつ水銀を使用しない環境調和型の光源であるＬＥＤ（発光ダイオード）でこれを置き換えようとする動きがある。また、駆動電流に対する応答性の高い点光源であるというＬＥＤの特性を活かして、消費電力の低減、表示画像のコントラストの向上を図ったローカルディミング（Ｌｏｃａｌ Ｄｉｍｍｉｎｇ）と呼ばれる手法も提案されている。これは、発光面を小さい領域に分割し、領域毎に独立の制御回路を割り当てることで、領域単位での調光を可能にする技術である。さらに、領域毎に高速の間欠点灯を行うことで、残像の発生を抑え、動画表示特性を向上させる手法も提案されている。

かかる領域制御を行うバックライト装置においては、点灯領域から非点灯領域に光が漏れることがあるため、各領域の境界での配光条件がとくに重要となる。こういった問題に対して、ＬＥＤ間に光反射性の仕切り部材を設けることも提案されているが（特許文献１）、仕切り部材の形状や寸法によっては、所期の効果を得ることができない。すなわち、この仕切りが高すぎると、仕切り部材が延在する境界に位置する被照射面に光が届かずに表示画面に暗線が現れることになり、また広角配光のＬＥＤでは仕切り部材で反射される光の量が過剰になって反射光が入光する部位の輝度が周囲に比べて高くなるなど、発光面に輝度ムラが発生する。逆に仕切り部材が低すぎると、仕切りを設けた効果が小さくなり、各ＬＥＤの光が周囲の領域に入り込んだりして相互に影響を与え合うことになり、領域制御の効果が十分に得られない。
特開２０００−２１６４３７号公報

したがって、本発明の目的は、領域制御を行うバックライト装置において、その利点を最大限に活用するために、ＬＥＤ間に設けられる光反射性の部材の設計を最適化することである。

上記目的を達成するために、本発明のバックライト装置は、複数のＬＥＤを所定の間隔でマトリックス状に配列してなる光源と、光源に対向して配設される拡散導光部材と、隣り合うＬＥＤの間にそれぞれ配設され、ＬＥＤからの出射光を反射して被照射面に導く反射面を有する、光反射部材と、を具備し、前記光反射部材の頂部の高さＨおよびＬＥＤの発光部と前記拡散導光部材との間の距離Ｄは、０．７×０．５Ｄ≦Ｈ≦０．５Ｄの関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、最適設計された光反射部材を設けることによって、各ＬＥＤから発せられる光に対し、当該ＬＥＤの隣に位置するＬＥＤからの光で必要最小限の補完を行うことによって、効果的な領域制御を可能にしつつ輝度ムラのない均一な発光を得ることができる。これにより、薄型かつ高画質でありながら、消費電力および価格を抑えたバックライト装置および表示装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、本明細書に添付した図１および図２を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明に係るバックライト装置１０を説明するための部分断面図であり、図１（ｂ）は、発光面における輝度の分布を概念的に表した図である。

本発明のバックライト装置１０は、光源として多数のＬＥＤ４を具備しており、これらはｍ行ｎ列に配列された二次元アレイとしてバックライト装置１０の筺体内にそれぞれ略等間隔（ピッチＰ）に配設される。ＬＥＤ４および回路基板２を配した筺体底面１８に対向する位置に拡散導光板１６および光学部材１４が設けられ、バックライト装置１０を構成している。さらに、かかるバックライト装置１０を液晶パネル１２の背方に位置するようにして組み付けて液晶表示装置が構成される。

拡散導光板１６および光学部材１４は、光源から出た光を拡散透過せしめるので、光の混合を促して均一な面発光を生成するために利用される。拡散導光板１６は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やＰＣ（ポリカーボネート）など公知の透明樹脂を射出成形や押出成形などの方法で作製することができる。光学部材１４は、拡散シートやレンズシートなどを積層した多層体として構成することができる。

ピッチＰだけ間隔をおいて配されたＬＥＤ４の間には頂部６ａを有する略山形の光反射部材６がそれぞれ設けられており、ＬＥＤ４からの光の一部をその反射面６ｂで反射し、発光面側（拡散導光板１６）に導くような位置関係になっている。図中の矢印付きの破線２２は、それぞれＬＥＤ４から放出された光の一部が通る経路の例をそれぞれ概念的に示している。

本発明にしたがって、ＬＥＤ４の発光部と拡散導光板１６との間の距離Ｄと、ＬＥＤ４の発光部と光反射部材６の頂部６ａとの距離Ｈは、以下に詳述するが、隣のＬＥＤ４からの発光を必要最小限補完するように、０．７×０．５Ｄ≦Ｈ≦０．５Ｄの関係を満たすように設計される。ここで、ＬＥＤ４の発光部とは、ＬＥＤの構成体のうち最も高い部位を意味する。たとえば図２に図示された形態のように、ＬＥＤチップ４ａの上にレンズ樹脂４ｂが封着されている場合は、ＬＥＤ４のレンズ樹脂４ｂの最も高い部位のことをいう。また、レンズ樹脂４ｂを有しないＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤチップ４ａの上に封着される封止樹脂（図示せず）が発光部となり、封止樹脂の位置を基準として距離Ｄおよび距離Ｈが求められる。さらに、レンズ樹脂４ｂの上にさらに別途光学レンズが装着される場合には、この光学レンズの最も高い位置を距離Ｄおよび距離Ｈの基準として計算する。

また、光反射部材６の幅ＷおよびＬＥＤの配列ピッチＰは、０．６Ｐ≦Ｗの関係を満たすように設計される。光反射部材６の幅Ｗの上限値をいかに設定するかはとくに技術的意義があるわけではなく、極端な例では、ＬＥＤ４の側面と光反射部材６の側面との間に隙間がないように構成してもよい。

光反射部材６は、白色ないし乳白色の樹脂材料を射出成形など周知の方法で成形することで作製することができる。また、これらに限られず、他の樹脂や金属材料に拡散反射性を持たせたものでもよい。たとえば白色ＰＥＴなどフィルムや白色インクを素材表面に接着、塗布したりアルミニウムなどの反射性の部材に光拡散材をコーティングしたものでもよい。また反射面６ｂに１ｍｍ以下の凹凸のパターンを形成し、光を拡散反射するように構成してもよい。

光反射部材６の形状についてその変形例も含めてさらに説明する。光反射部材６の側面の高さは、少なくともＬＥＤ４の基板４ｃの高さと同程度またはそれ以下にするのが好ましい。基板４ｃよりも高いと、ＬＥＤ４から出た光を有効に利用できなくなるので好ましくないが、光反射部材６の幅ＷをピッチＰに比して小さくすることで、光反射部材６の側面が多少基板４ｃよりも高い場合であっても、悪影響をある程度抑えることもできる。

光反射部材６の頂部６ａは、図示した形態以外にも、所定のＲを有したなだらかな形状でもよい。反射面６ｂは、側面視で１または２以上の曲線となるような、１または２以上の曲率を有する曲面であるように形成されるのが好ましい。たとえば、側面視で円弧となるような単一の曲率を有する曲面であってもよいし、複数の曲率の曲線からなる曲面としてもよい。

なお図示した部分断面図では、紙面の左右方向に配設されたＬＥＤ４を例に説明したが、本発明のＬＥＤは、二次元のマトリックス状に配列されたものであるため、紙面に垂直な方向の断面も、図１の例と同様に示すことが可能なので、図示および説明は省略する。

図１（ｂ）を参照して、本発明のバックライト装置１０の作用効果について説明する。曲線３２は、それぞれＬＥＤ４を単独で発光させたときの相対輝度を表わしている。このように、単独でＬＥＤ４を点灯したときには、ＬＥＤ４の設置個所をピークに周辺に向かってなだらかに輝度が低下するようになるため、輝度不足分３６が生じてしまう。これに対して、本発明に従って光反射部材６を介在して当該ＬＥＤ４の隣に位置するＬＥＤ４を点灯すると、その周辺光部分３８がこの輝度不足分３６を補完するかたちで輝度を増大せしめるので、ＬＥＤ４上方のピークと同等の輝度まで高めることができる。この足し合わせた光の輝度、すなわち積分輝度を図中に符号「３０」で示す。

本発明に従って最適化された光反射部材６を備えていない場合、ＬＥＤ出射光が隣の領域まで過度に入り込んでしまうので、ＬＥＤ１個当たりの発光領域が広がってしまい、結果として、ローカルディミングのためにＬＥＤを個別制御するときに、意図した明暗の差が得られないことがある。本発明では、必要最低限の余剰分３５の光のみを光反射部材６で反射するので、領域制御に適合し、かつ輝度ムラのない均一の面発光を得ることができる。

本形態で使用するＬＥＤ４の配光特性を図２に示す。破線「２２」は、ＬＥＤ４からの出射光の経路を示しており、破線「２０」は、各配向各における光量を概念的に示したものである。このように、本形態におけるＬＥＤ４は、外郭の断面を略Ｍ字状とするたとえばシリコーン製のレンズ樹脂４ｂを光の出射方向に備えており、このレンズ樹脂４ｂが広角レンズの役割を果たしている。レンズ樹脂４ｂは、所望の配光特性を与えるように適宜その形状が定められるが、好ましくはＬＥＤからの出射光のうち約３０％以下、より好ましくは約２０％以下の光が光反射部材の反射面で一次反射されるように設定される。このような広角配光のＬＥＤ４を使用すると、ＬＥＤ４発光部と拡散導光板１６との距離Ｄの距離を小さく設定することができるので、装置の薄型化に適している。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図３および図４を参照して説明する。本形態の説明において、既述した第１の形態と共通または対応する構成要素には同一の符号を使用するとともに、重複する説明は省略するものとする。

本形態のバックライト装置１０’は、ＬＥＤの形態が異なる以外は、上述した第１の実施形態と同じ設計思想に基づいている。図４は、本形態に使用するＬＥＤ４の配光特性を概念的に示したもので、ドーム状のレンズ樹脂４ｂを有し、ランバーシャン配光とよばれる球状の配光分布のものである。

本形態のＬＥＤ４は、図２で示したものに比べて周囲に放射される光量が少ないため、拡散導光板１６との距離Ｄを比較的大きくする必要がある。しかし、ここで注目すべきは、かかる配光の異なるＬＥＤ４を用いる場合においても、本発明にしたがって、距離Ｄおよび距離Ｈが、０．７×０．５Ｄ≦Ｈ≦０．５Ｄの関係を満たす条件であれば所期の効果を奏することができる点である。つまり、ＬＥＤ４の配光特性の違いに基づいて距離Ｄを適切に調整さえすれば、本発明に従って好適な光反射部材６の高さの範囲を求めることができる。

このことは、光反射部材６の幅ＷとＬＥＤ４間のピッチＰの関係を規律する０．６Ｐ≦Ｗの式にも同様に当てはまる。つまり、配光角が比較的小さい図４のＬＥＤ４を用いる場合、同様に均一な面発光を得ようとすると、ＬＥＤ４の間のピッチＰを小さくする必要がある。本発明による好適な幅Ｗの範囲は、ピッチＰに依存するので、これに応じて光反射部材６の幅Ｗを小さくすることで、本発明の効果を奏することに変わりはない。

配光特性の異なる２種のＬＥＤ４について説明したが、これら以外の配光特性をもつＬＥＤ４に対しても同様に本発明が適用できることはいうまでもない。このように、本発明は、ＬＥＤ４の特性の同異にかかわらず、光反射部材６の好適な設計に資する新規な思想に基づいたバックライト装置を提供する。

本発明の第１の実施形態に係るバックライト装置を説明する部分断面図（ａ）および（ｂ）発光面における輝度の分布を示す概念図である。 図１の実施形態で用いられるＬＥＤの配光特性を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係るバックライト装置を説明する部分断面図である。 図３の実施形態で用いられるＬＥＤの配光特性を示す概念図である。

符号の説明

１０ バックライト装置
２ 回路基板
４ ＬＥＤ
６ 光反射部材
１６ 拡散導光部材

Claims (5)

1. 被照射面に対して背方から光を照射するバックライト装置であって、
   複数のＬＥＤを所定の間隔でマトリックス状に配列してなる光源と、
   光源に対向して配設される拡散導光部材と、
   隣り合うＬＥＤの間にそれぞれ配設され、ＬＥＤからの出射光を反射して被照射面に導く反射面を有する、光反射部材と、を具備し、
   前記光反射部材の頂部とＬＥＤの発光部との間の距離Ｈ、およびＬＥＤの発光部と前記拡散導光部材との間の距離Ｄは、０．７×０．５Ｄ≦Ｈ≦０．５Ｄの関係を満たす、
   バックライト装置。
2. 光反射部材の幅をＷ、および当該光反射部材の両側に位置するＬＥＤ間の配列ピッチＰが、０．６Ｐ≦Ｗの関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のバックライト装置。
3. 光反射部材の反射面は、１または２以上の曲率を有する曲面であることを特徴とする、請求項１または２に記載のバックライト装置。
4. 各ＬＥＤが、その出射光の３０％以下の光が光反射部材の反射面に向かって放出されるように設定された所定の配光特性を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のバックライト装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のバックライト装置を具備する表示装置。

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