JP2011060685A - 光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】各ＬＥＤ素子の温度を均一化してＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源ユニットを提供する。
【解決手段】一列に配置した複数のＬＥＤ素子３１ａ〜３１ｆと、ＬＥＤ素子３１ａ〜３１ｆから出射された光を端面３４ａから内部に導光し主面から出射する導光板３４とを有し、ＬＥＤ素子３１ａ〜３１ｆの配置間隔を中央部から端部にかけて狭くするとともに、ＬＥＤ素子３１ａ〜３１ｆと導光板３４の端面３４ａとの間に拡散板３２を配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトなどに用いられる面状の光源ユニットに関する。

液晶表示装置は、ガラス基板上にＴＦＴを形成し液晶を封じ込んだ液晶パネルに、背面に設置されたバックライトから照射された光を透過させて画像を表示する構造となっている。明るく美しい高品質画像を得ようとすると、バックライトは明るく、かつ光度分布が均一でなければならない。

バックライトは当初液晶パネルの背面に複数の光源を配置した直下ライト方式の光源ユニットが採用されていた。しかしながら、携帯電話やノート型パソコンなどの小型表示機器には薄型化や省電力化に有利な理由で、導光板の端面から光を導入し導光板に設けられた反射板などにより面状に発光するサイドライト方式の光源ユニットが広く採用されるようになった。

従来、このようなサイドライト方式の光源ユニットの光源には、冷陰極管が用いられてきたが、近年の技術的な進歩によってＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子の効率と輝度が著しく向上し、冷陰極管と同等の効率と輝度が得られるようになってきた。そのため、特に小型の液晶表示装置の光源としてＬＥＤ素子が用いられるようになってきた。

しかし、ＬＥＤ素子は自身の発熱によって輝度が低下するとともに、波長の変化をきたすため、安定した光源として使用するには課題を有していた。そこでこのような課題を解決するために、ＬＥＤ素子の発熱を熱伝導性の高い放熱板などで放熱させて温度上昇を抑える例などが特許文献１に開示されている。

特開２００６−２１６２４４号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来の光源ユニットでは、ＬＥＤ素子全体を均一に冷却することで全体の輝度低下を少なくするという効果は得られるものの、ＬＥＤ素子個別の温度上昇のバラツキに対応することができない。すなわち当初の均一な光度分布を得るために光源ユニットにおけるＬＥＤ素子は一般的に等間隔で配置されているが、隣り合うＬＥＤ素子の発熱の影響で、時間の経過とともに中央部のＬＥＤ素子が端部のＬＥＤ素子に比べて次第に高温になる温度分布をなしてくる。このため中央部のＬＥＤ素子が端部のＬＥＤ素子よりも次第に輝度が低下し、経時的に安定した均一な輝度分布が得られないといった課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、各ＬＥＤ素子の温度を均一化してＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源ユニットを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の光源ユニットは、一列に配置した複数のＬＥＤ素子と、端面と主面とを有する導光板とを備え、ＬＥＤ素子から出射した光を導光板の端面に入射させて主面より出射させ、ＬＥＤ素子の配置間隔を中央部から端部にかけて狭くし、さらにＬＥＤ素子と導光板の端面との間に拡散板を配置している。

このような構成によれば、中央部のＬＥＤ素子の発熱密度を低下させることで各ＬＥＤ素子間の温度上昇を均一化し、ＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源ユニットを実現することができる。

さらに、拡散板が、ＬＥＤ素子に対向して形成されたレンズを有し、ＬＥＤ素子の光軸中心とレンズの内当該ＬＥＤ素子が対向するレンズの光軸中心とをＬＥＤ素子の配置間隔に応じて中央部方向に変位させてもよい。このような構成によれば、疎に配置された中央部のＬＥＤ素子方向に周辺のＬＥＤ素子の光を集めることができ、より安定した均一な光源ユニットを実現することができる。

さらに、拡散板が、ＬＥＤ素子に対向して形成されたプリズムを有し、プリズムの内当該ＬＥＤ素子が対向するプリズムの出射面の傾斜角度をＬＥＤ素子の配置間隔に応じて中央部方向に大きくしてもよい。このような構成によれば、疎に配置された中央部のＬＥＤ素子方向に周辺のＬＥＤ素子の光を集めることができ、より安定した均一な光源ユニットを実現することができる。

本発明の光源ユニットによれば、端部から中央部にかけてＬＥＤ素子の発熱密度を低下させることで各ＬＥＤ素子の温度上昇を均一化し、ＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源ユニットを実現することができる。

実施の形態１における光源ユニットの断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 実施の形態２における光源ユニットの断面図である。 実施の形態３における光源ユニットの断面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における光源ユニットを用いた液晶表示装置を示す断面図である。図１に示すように液晶表示装置１０は、液晶パネル２０と、この背面に配置された光源ユニット３０と、これらを保護するように設けられた樹脂あるいはガラスなどによって構成された前面保護板１１と背面保護板１２と、これらの周縁部を囲む樹脂製の筐体１３などとにより構成されている。

液晶パネル２０は、前面ガラス２１と背面ガラス２２とによって封止された液晶セル２３と、背面ガラス２２に設けられた入射側偏光板２４と、前面ガラス２１に設けられた出射側偏光板２５とにより構成されている。また、それぞれ前面ガラス２１と背面ガラス２２の液晶セル２３側の面には、液晶セル２３内に封入された液晶に電圧などを印加するための透明電極などが形成されている。

光源ユニット３０は、液晶表示装置１０の端部に配置された光源となるＬＥＤ素子３１と、ＬＥＤ素子３１から出射される白色光３２を拡散させる拡散板３３と、拡散板３３により拡散された白色光３２を液晶パネル２０の内部に導く導光板３４と、導光板３４の背面に設置された反射シート３５と、反射シート基板３６と、導光板３４の前面に配置されたプリズムシート３７とにより構成されている。

また、導光板３４は、相対向する２組の端面の内１つの端面３４ａから光を入射し、上記２組の端面で囲まれる面の内一方の主面３４ｄから光を出射させる機能を有し、本実施の形態ではＬＥＤ素子３１からの白色光３２が入射する端面３４ａと、主面３４ｄとを備え、さらに導光板３４内には導光板３４に入射した白色光３２を散乱させるための前方散乱粒子３８が分散配置されている。導光板３４によって導かれた白色光３２は、導光板３４の背面に設置された反射シート３５によってその面上で均一に反射されて主面３４ｄより出射し、プリズムシート３７で液晶パネル２０に対してほぼ垂直な光となってプリズムシート３７から面状に出射される。

プリズムシート３７から液晶パネル２０に入射した光は、入射側偏光板２４、液晶セル２３、出射側偏光板２５、前面保護板１１を通過して出射される。このとき、液晶セル２３の内部に封入された液晶のねじれ角を制御することにより光量を変化されて液晶パネル２０から出射される。

ＬＥＤ素子３１は、端面３４ａと主面３４ｄとの交線方向に列状に複数配列した素子ホルダー３９に保持され、反射シート基板３６と同一面に設けた絶縁板４１に接合されている。一方、絶縁板４１には熱伝導性の良好な材料、例えばアルミニウム、銅などの金属材料などによって形成された放熱板４２が接合されている。また、放熱板４２はＬ字形状に加工され、その表面に放熱フィン４２ａが設けられている。これらの構造によりＬＥＤ素子３１全体の温度上昇とそれに伴う輝度低下を低減している。

図２は図１のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１における光源ユニット３０の最大の特徴はＬＥＤ素子３１の配置にある。図２に示すようにＬＥＤ素子３１は、導光板３４の端面３４ａに沿って一列に配置されている。また、それぞれのＬＥＤ素子３１は、複数の素子ホルダー３９の配列方向と導光板３４の主面３４ｄとの中央線３４ｃの位置に存在するＬＥＤ素子３１ａから、導光板３４の側端面３４ｂに向けて、ＬＥＤ素子３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆが一列に配置されている。さらに、それぞれの配置間隔をＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５とすると、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ５となるように設定されている。また、ＬＥＤ素子３１は導光板３４の中心線３４ｃに対して左右対称となるように配置されている。

また、一列に配置されたＬＥＤ素子３１と導光板３４の端面３４ａとの間には、表面に散乱面３３ｓが形成された拡散板３３を配置している。

すなわちＬＥＤ素子３１の配置間隔を、一列に配置された配置方向の中央部から端部にかけて疎から密に段階的に変化させている。このような構成により、中央部のＬＥＤ素子３１の発熱密度を低下させることができ、各ＬＥＤ素子３１間の温度上昇を均一化することができる。このことにより、経時的に安定した均一の輝度分布の光源を得ることができる。すなわち従来のような、時間の経過とともに中央部のＬＥＤ素子３１ａが端部のＬＥＤ素子３１ｆよりも高温になり、中央部のＬＥＤ素子３１ａが端部のＬＥＤ素子３１ｆよりも次第に輝度が低下して輝度ムラが発生するというような課題を防止することができる。

また、各ＬＥＤ素子３１から出射された白色光３２を表面に散乱面３３ｓが形成された拡散板３３により拡散させるようにしている。そのため、ＬＥＤ素子３１の配置間隔が異なっても導光板３４へは光量をより均一化してその内部に導くことができる。

このような構成にすることにより、中央部に配置されたＬＥＤ素子３１の発熱密度を低下させることで各ＬＥＤ素子間の温度上昇を均一化し、ＬＥＤ素子３１の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源ユニット３０を実現することができる。

（実施の形態２）
図３は実施の形態２における光源ユニットを示す断面図である。図３において図２と同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、拡散板３３にレンズを形成し、導光板３４に入射するＬＥＤ素子３１からの白色光３２の光量をより均一化したことである。

図３に示すように、ＬＥＤ素子３１は、中央部のＬＥＤ素子３１ａから端部のＬＥＤ素子３ｆまで一列に配置し、それぞれの配置間隔をＬ１〜Ｌ５としてＬ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ５となるように設定している。すなわち、中央部のＬＥＤ素子３１は端部のＬＥＤ素子３１に比べて疎に配置されているため、各ＬＥＤ素子３１間の温度上昇を均一化することができるものの、このままでは導光板３４に入射する中央部の光量が少なく、端部の光量が多い構成になっている。

実施の形態２においては、それぞれのＬＥＤ素子３１に対向して拡散板３３にレンズ３３ａ〜３３ｆを配置している。さらに、レンズ３３ｂ〜３３ｆの光軸中心を、それぞれのＬＥＤ素子３１ｂ〜３１ｆの光軸中心からｄ１〜ｄ５の距離だけ導光板３４の中心線３４ｃ方向に変位させている。すなわち、中心線３４ｃに配置されたＬＥＤ素子３１ａに対向するレンズ３３ａは、その光軸中心がＬＥＤ素子３１ａの中心軸と一致するように配置している。しかしながら、配置間隔Ｌ１〜Ｌ５で配置されたＬＥＤ素子３１ａ〜３１ｆのそれぞれに対向するレンズ３３ｂ〜３３ｆは、配置間隔Ｌ１〜Ｌ５に応じてそれぞれのＬＥＤ素子の中心軸より、中心線３４ｃ側にｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５となるように変位させている。また、レンズ３３ａ〜３３ｆが形成されていない部分の拡散板３３には散乱面３３ｓが形成されている。

一般的に光源の光軸とレンズの光軸とを変位させた場合、光束は変位させたレンズの光軸方向に変位量に応じた角度だけ曲げられる。すなわちＬＥＤ素子３１ｂから出射された光は中央方向に最も強く曲げられ、ＬＥＤ素子３１ｃ〜３１ｆから出射された光は順の強さで曲げられる。このような構成にすることにより、疎に配置された中央部のＬＥＤ素子３１ａの方向に、周辺のＬＥＤ素子３１ｂ〜３１ｆの光を集めることができ、導光板３４に入射する光を導光板３４の端面３４ａの長さ方向により均一化することができる。

したがって、中央部のＬＥＤ素子の発熱密度を低下させることで各ＬＥＤ素子間の温度上昇を均一化してＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、さらに、導光板３４への均一な光入射を実現することができる。

（実施の形態３）
図４は実施の形態３における光源ユニットを示す断面図である。図４において図２と同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。実施の形態３が実施の形態１と異なるのは、拡散板３３にプリズムを形成し、導光板３４に入射するＬＥＤ素子３１の光量をより均一化したことである。図４に示すように、ＬＥＤ素子３１は、中央部のＬＥＤ素子３１ａから端部のＬＥＤ素子３ｆまで一列に配置し、それぞれの配置間隔をＬ１〜Ｌ５としてＬ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ５となるように設定している。すなわち、中央部のＬＥＤ素子３１は端部のＬＥＤ素子３１に比べて疎に配置されているため、各ＬＥＤ素子３１間の温度上昇を均一化することができるものの、このままでは導光板３４に入射する中央部の光量が少なく、端部の光量が多い構成になっている。

実施の形態３においては、それぞれのＬＥＤ素子３１に対向して拡散板３３にプリズム３３ｇ〜３３ｋを配置し、ＬＥＤ素子３１ｂ〜３１ｆからプリズム３３ｇ〜３３ｋに入射した光が、プリズム３３ｇ〜３１ｋから出射する際に、導光板３４の中心線３４ｃ方向に偏向させるように構成している。すなわち、プリズム３３ｇ〜３３ｋの出射面をそれぞれ傾斜角度θ１〜θ５で傾斜させ、その傾斜角度をＬＥＤ素子３１ａ〜３１ｆの配置間隔Ｌ１〜Ｌ５に応じた量とし、θ１＞θ２＞θ３＞θ４＞θ５となるように中央部ほど大きくなるように傾斜させている。

ただし、中央のＬＥＤ素子３１ａに対向する位置にはプリズムは形成していない。また、プリズム３３ｇ〜３３ｋが形成されていない部分の拡散板３３には散乱面３３ｓが形成されている。

一般的に、光源から出射された光がプリズムを通過すると、光束はプリズムが傾斜した方向に傾斜角に応じた角度だけ曲げられる。すなわちＬＥＤ素子３１ｂから出射された光は中央方向に最も強く曲げられ、ＬＥＤ素子３１ｃ〜３１ｆから出射された光は順の強さで曲げられる。このような構成にすることにより、疎に配置された中央部のＬＥＤ素子３１の方向に、周辺のＬＥＤ素子３１の光を集めることができ、導光板３４に入射する光を導光板３４の端面３４ａの長さ方向により均一化することができる。

したがって、中央部のＬＥＤ素子の発熱密度を低下させることで各ＬＥＤ素子間の温度上昇を均一化してＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、さらに、導光板３４への均一な光入射を実現することができる。

以上のように、上述の実施の形態１〜実施の形態３における光源ユニットによれば、端部から中央部にかけてＬＥＤ素子の発熱密度を低下させることで各ＬＥＤ素子の温度上昇を均一化してＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源ユニットを実現することができる。

なお、上述の実施の形態１〜実施の形態３では、ＬＥＤ素子を一列で導光板の端面に対して直線となるように配置した場合について説明したが、ＬＥＤ素子を端面に対して曲線を有する線上に配置してもよい。すなわち、中央部では隣接するＬＥＤ素子間の端面からの距離が大きくなるように、端部では隣接するＬＥＤ素子間の端面からの距離が小さくなるようにして、相隣り合うＬＥＤ素子の距離を変えるようにしてもよい。

また、実施の形態１〜実施の形態３で記載した入射側の端面に対して平行な列状の構成と、上記端面に対して直交方向の距離を変化させる構成とを組み合わせることで、ＬＥＤの放熱効果をさらに向上させることができる。

さらに、上述におけるＬＥＤ素子はいずれも導光板における入射側の端面に、導光板の厚み方向に一列配列した場合であるが、多列配列することによって、バックライトの光量を増加させることができる。

本発明による光源ユニットは、各ＬＥＤ素子の温度上昇を均一化し、ＬＥＤ素子の輝度ムラをなくし、安定して明るく均一な光源を実現できるので、液晶表示装置だけでなく均一なバックライト光源を必要とする画像表示装置などに広く有用である。

１０ 液晶表示装置
１１ 前面保護板
１２ 背面保護板
１３ 筐体
２０ 液晶パネル
２１ 前面ガラス
２２ 背面ガラス
２３ 液晶セル
２４ 入射側偏光板
２５ 出射側偏光板
３０ 光源ユニット
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ ＬＥＤ素子
３２ 白色光
３３ 拡散板
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ レンズ
３３ｇ，３３ｈ，３３ｉ，３３ｊ，３３ｋ プリズム
３３ｓ 散乱面
３４ 導光板
３４ａ 端面
３４ｂ 側端面
３４ｃ 中心線
３４ｄ 主面
３５ 反射シート
３６ 反射シート基板
３７ プリズムシート
３８ 前方散乱粒子
３９ 素子ホルダー
４１ 絶縁板
４２ 放熱板
４２ａ 放熱フィン

Claims (3)

1. 一列に配置した複数のＬＥＤ素子と、端面と主面とを有する導光板とを備え、前記ＬＥＤ素子から出射した光を前記導光板の前記端面に入射させて前記主面より出射させ、前記ＬＥＤ素子の配置間隔を中央部から端部にかけて狭くし、さらに前記ＬＥＤ素子と前記導光板の前記端面との間に拡散板を配置したことを特徴とする光源ユニット。
2. 前記拡散板が、前記ＬＥＤ素子に対向して形成されたレンズを有し、前記ＬＥＤ素子の光軸中心と前記レンズの内当該ＬＥＤ素子が対向するレンズの光軸中心とを前記ＬＥＤ素子の配置間隔に応じて中央部方向に変位させたことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記拡散板が、前記ＬＥＤ素子に対向して形成されたプリズムを有し、前記プリズムの内当該ＬＥＤ素子が対向するプリズムの出射面の傾斜角度を前記ＬＥＤ素子の配置間隔に応じて中央部方向に大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。

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