JP2012221732A - バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源と光拡散板の間の距離を狭めた場合にも、点状の光源からの光を効率的に広げることができて、照度ムラや輝度ムラの少ない均一な面光源を実現することのできるバックライトユニットを提供する。
【解決手段】平板状の反射板１０と、反射板上に点在するように配された複数のＬＥＤ３０と、ＬＥＤの上に反射板との間に一定間隔をおいて平行に配され、ＬＥＤからの光の反射と透過を制御する平板状の光量調整部材２０と、光量調整部材の上に光量調整部材との間に一定間隔をおいて平行に配された光拡散板４０と、を備え、光量調整部材を構成する導光性基材２１の表面に、光の反射量と透過量を制御することにより光量を調整する反射層パターン２２，２３が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶ディスプレイに使用されるバックライトユニットに係り、特に、光源が液晶表示パネルの直下に位置する直下型のバックライトユニット、及び、そのバックライトユニットを用いた液晶表示装置に関するものである。

液晶ディスプレイは、従来のＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイに代わり、テレビやコンピュータ用のモニタ等で広く使用されてきている。液晶ディスプレイは、バックライトユニット、アクティブマトリクス回路基板（ＴＦＴ基板）、液晶層、カラーフィルタと共通電極である上部電極が形成された上部基板、２枚の偏光フィルムなどで構成されている。

この場合のバックライトユニットは、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極放電ランプ）あるいはＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を用いた光源と、光拡散板、拡散シート、プリズムシート等の光学部材と、を組み合わせて形成されている。

液晶ディスプレイがテレビ用途として用いられた初期においては、ディスプレイ厚が１０ｃｍ以上もあったが、薄型軽量化が進み、最近では厚さ１０ｍｍを切るような超薄型のディスプレイが登場してきた。これら超薄型のディスプレイでは、携帯電話で用いられているようなＬＥＤを導光板の端に配置したサイドエッジ型のバックライトユニットが用いられている。

一方、最近の液晶ディスプレイでは低消費電力化が検討されている。消費電力は、バックライトユニットや画像処理回路、電源回路系での高効率化が進むことによって年々低減化が進んでいる。バックライトユニットに関しての低消費電力化は、光源のＣＣＦＬあるいはＬＥＤの発光効率の向上、光源の駆動回路の改善、光学部材の構成や光学部材自身の光ロスの低減等で進められてきている。また、液晶パネルに関しては、ＴＦＴ回路及び液晶材料の改善による開口率の向上などにより進められてきた。更に最近では、ディスプレイに映し出す絵柄によって光源の明るさを画面全体で同一に制御するダイナミックコントロールや、ＬＥＤを用い、画面を複数個のエリアに分割し、各エリアで明るさを制御するローカルディミング法により大幅な低消費電力化が進められている。

このローカルディミング法を用いると、低消費電力化だけではなく、部分的にバックライトを消すことが可能になるため、コントラストを高めることができる。この技術を用いる場合は、導光板直下にＬＥＤを配置する直下型構造を採用することになり、それによりエリアごとに光を制御することが可能となる。

直下型のバックライトユニットの場合、ＬＥＤは点光源であるため、ＣＣＦＬ以上に光を拡散させることが難しい。ＬＥＤと光拡散板までの距離が十分にとれる場合は、光の広がりが大きくとれ、更に光拡散板で光を十分に拡散させることができるため、光拡散板上でも十分に照度や輝度の均一性が得られる。しかし、バックライトユニットの厚さを薄くするために、ＬＥＤ光源と光拡散板までの距離を狭めていくと、光拡散板の位置における輝度が高まるため、ＬＥＤ光源からの光がそのまま光拡散板を通過する成分が増し、ＬＥＤ光源の直上のみが明るくなってくる。また、照度分布や輝度分布がある程度広がった場合でも、光源と光源の間の領域の照度ムラや輝度ムラを低減することが難しい。

例えば、特許文献１に記載の技術では、ＬＥＤ光源間の輝度ムラを抑えるためにＬＥＤ光源面側に光反射性インクを形成した光拡散プレートをＬＥＤ光源上に形成している。しかし、この構造では、よりバックライト厚が薄くなった場合に、やはり輝度ムラが生じてしまいやすい。

特開２００６−５８４８１号公報

従来の直下型のバックライトユニットにおいては、光源と光拡散板の間の距離を狭めた場合に、光源間の領域に照度ムラや輝度ムラが生じやすく、そのために薄型の液晶ディスプレイに適用した場合に品質向上の妨げになるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、光源と光拡散板の間の距離を狭めた場合にも、点状の光源からの光を効率的に広げることができて、照度ムラや輝度ムラの少ない均一な面光源を実現することのできるバックライトユニット、及び、そのバックライトユニットを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、１）の発明のバックライトユニットは、平板状の反射板（１０）と、前記反射板上に点在するように配された複数の点状の光源（３０）と、前記光源の上方に前記反射板との間に一定間隔をおいて平行に配され、前記光源からの光の反射量と透過量を調整する平板状の光量調整部材（２０）と、前記光量調整部材の上方に光量調整部材との間に一定間隔をおいて平行に配された光拡散板（４０）と、を備え、前記光量調整部材を構成する導光性基材の表面に、光の反射量と透過量を調整するパターン（２２，２３）が形成されていることを特徴とする。

２）の発明は、１）のバックライトユニットであって、前記光量調整部材（２０）は、前記各光源の真上にそれぞれ、各光源との間に一定の位置関係を保って配されていることを特徴とする。

３）の発明は、２）のバックライトユニットであって、前記パターン（２２，２３）は、前記導光性基材の上面と下面に互いに異なる形状またはサイズで形成されていることを特徴とする。

４）の発明は、２）または３）のバックライトユニットであって、前記パターン（２２）は、真下の光源（３０）の中心に対応するパターンの中心からパターンの外周縁までの距離が周方向の複数の位置で異なる形状に形成されていることを特徴とする。

５）の発明は、２）〜４）のいずれかのバックライトユニットであって、前記パターン（２２，２３）は、反射インクにより形成されていることを特徴とする。

６）の発明は、５）のバックライトユニットであって、前記パターン（２２）は、真下の光源（３０）の中心から離れるにつれて、その反射率が低下すると共に透過率が増加するように形成されていることを特徴とする。

７）の発明は、２）〜６）いずれかのバックライトユニットであって、前記パターン（２２，２３）は、対応する前記光源（３０）に応じて異なる形状に形成されていることを特徴とする。

８）の発明の液晶表示装置は、透過型の液晶表示部の背後に１）〜７）のいずれかのバックライトユニットが配備されていることを特徴とする。

本発明によれば、光源と光拡散板との距離が小さい場合でも、各光源から射出された光束を光源と光源の間の広い領域に広げることができ、照度ムラや輝度ムラを低減することができる。従って、超薄型の液晶ディスプレイの実現に寄与することができる。

本発明の実施形態のバックライトユニットの要部構成を示す斜視図である。 図１のＧ−Ｇ矢視断面図である。 同バックライトユニットの平面図である。 実施形態に対する比較例のバックライトユニットの構成（ａ）と照度分布（ｂ）を示す図である。 実施形態のバックライトユニットの構成（ａ）と照度分布（ｂ）を示す図である。 本発明の別の実施形態のバックライトユニットの構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態のバックライトユニットを図面を参照して説明する。

図１は実施形態のバックライトユニットの要部構成を示す斜視図、図２は図１のＧ−Ｇ矢視断面図、図３は同バックライトユニットの平面図である。

このバックライトユニットは、平板状の反射板１０と、反射板１０上に点在するように配された複数のＬＥＤ（点状の光源）３０と、ＬＥＤ３０の上側に反射板１０との間に一定間隔をおいて平行に配され、ＬＥＤ３０からの光の反射量と透過量を調整する平板状の光量調整部材２０と、光量調整部材２０の上方に、光量調整部材２０との間に一定の間隔をおいて平行に配された光拡散板４０と、を備えている。

光量調整部材２０は、図２に示すように、シート状の基体２６（図１においては図示を省略）上に点在するように配されており、シート状の基体２６の周部を図示しない固定側部材に固定することにより、反射板１０と光拡散板４０との間に一定の間隔を保った状態で支持されている。

ＬＥＤ３０は、反射板１０の表面に沿って互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向に一定ピッチで配列されており、光量調整部材２０と光拡散板４０は、反射板１０に対してＺ軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交する方向）に離間して配置されている。また、ＬＥＤ３０の出射方向である光拡散板４０の上面側には、図示しない拡散シートやプリズムシート等の光学シート類が更にのせられている。

そして、このバックライトユニットの上に、液晶素子を駆動するためのアクティブマトリクス回路が形成された基板やカラーフィルタ等の透過型の液晶表示部が配置されることで、液晶表示装置が構成されている。

この場合、光量調整部材２０を構成する主要素である正方形の導光性基材２１は、各ＬＥＤ３０の真上にそれぞれ、各ＬＥＤ３０との間に一定の位置関係を保って配されている。即ち、導光性基材２１の中心軸はＬＥＤ３０の中心軸に一致させてあり、正方形の導光性基材２１の４つの頂点が、Ｘ軸方向とＹ軸方向に対して４５°回転した位置にくるように、導光性基材２１が配置されている。そして、導光性基材２１の下面（ＬＥＤ３０側の表面）と上面（光拡散板４０側の表面）に、光の反射量と透過量を調整することにより光量を調整する反射層パターン２２，２３が白色の反射インク（例えば、酸化チタンＴｉＯ２とアクリル系バインダを練り合わせたもの）によって形成されている。なお、本実施形態においては、光量調整部材２０を支持するシート状の基体２６と導光性基材２１は同部材よりなり、シート状の基体２６の一部が導光性基材２１として使用されている。

光の反射量と透過量の調整は、設計段階で、ＬＥＤ３０を点灯したときに光拡散板４０の任意の点同士における輝度の差が小さくなるように光源であるＬＥＤ３０と光拡散板４０の距離に応じて、反射層パターン２２，２３の面積を変化させることにより行う。

導光性基材２１の下面の反射層パターン２２は、導光性基材２１の下面全面に正方形状に形成されている。従って、下面の反射層パターン２２の外周縁から同パターン真下のＬＥＤ３０の中心軸に対応するパターン中心軸（ＬＥＤ３０の中心軸から光量調整部材２０に引いた垂線が反射層パターン２２と交わる点）までの距離ｄ（図２および図３参照）は、周方向の複数の位置で異なっている。また、導光性基材２１の上面の反射層パターン２３は、ＬＥＤ３０の中心軸に対応する点を中心にした円形に形成されている。

ここで、実施例のバックライトユニットとして、次の条件のものを作成した。

導光性基材２１は３２ｍｍ角のものであり、ＬＥＤ３０側（導光性基材２１の下面側）の反射層パターン２２は、一辺が３２ｍｍの正方形に形成されている。また、光拡散板４０側（導光性基材２１の上面側）の反射層パターン２３は、直径６ｍｍの円形に形成されている。また、反射層パターン２２，２３を形成する反射インクとしては、反射率８７％のものを用いた。また、光拡散板４０と反射板１０の距離は２０ｍｍ、反射板１０から光量調整部材２０までの距離は５ｍｍに設定されている。また、ＬＥＤ３０は、ランバシアン配光の白色発光タイプのものであり、発光面積は５ｍｍ２である。また、光拡散板４０には、ヘイズ値９８．７％、全光線透過率６６％、屈折率１．４９のものを用いている。また、反射板１０の反射率は９７％である。また、ＬＥＤ３０は、反射板１０上に正方格子状にピッチ２０ｍｍで配置されている。

次に、上記構成のバックライトユニットにより得られる照度分布について説明する。

図４は光量調整部材が無い比較例のバックライトユニットの場合、図５は光量調整部材が有る本実施形態のバックライトユニットの場合を示している。図４および図５の各（ａ）は断面構成、図４および図５の各（ｂ）は照度分布を示す。

図４（ａ）に示すように光量調整部材２０が無い場合（比較例）は、図４（ｂ）のように、光拡散板４０上の照度はＬＥＤ３０の直上が極めて強い状態となる。従って、照度分布が悪くなり結果として輝度分布も悪くなってしまう。

これに対して、図５（ａ）に示すように、光量調整部材２０が有る場合（本実施形態）は、図５（ｂ）のように、ＬＥＤ３０の直上の光の透過量を低下させ、反射量あるいは拡散量を増大させることにより、ＬＥＤ３０の中心線上から外側のＬＥＤ３０の光を強めることが可能となる。図５（ｂ）は、横軸がＬＥＤ中心部からの距離、縦軸が照度を表している。

ＬＥＤ３０の直上付近の光量は高いため、光量調整部材２０の下面に形成された反射層パターン２２と上面に形成された反射層パターン２３とで光量を減少させる必要がある。上下２層の反射層パターン２２，２３を用いるのは、単層ではＬＥＤ３０の直上の光量を減少させるだけの反射率を持つ反射層を形成することが難しいためである。また、単層で形成した場合より、導光性基材２１の上下面に反射層パターン２２，２３を形成した場合の方が、ＬＥＤ３０の中心部から外側への光の伝播を促進させることができるためである。

また、反射層パターン２２，２３において、ＬＥＤ３０から出た光は、拡散反射されたり透過されたりする。ここでは、拡散反射の一部を取り出し、主なＬＥＤ３０から出た光線の経路を説明する。

図５（ａ）に示すように、ＬＥＤ３０から出た光線Ｌ１は、直上の反射層パターン２２により反射光線Ｌ２、透過光線Ｌ３となる。透過光線Ｌ３は、反射層パターン２３により反射光Ｌ４と透過光Ｌ５となる。ＬＥＤ３０から出射された光線Ｌ６は、同様に反射層パターン２３，２２を経て透過光Ｌ９、Ｌ１０となる。上側の反射層パターン２３が下側の反射層パターン２２より小さいのは、ＬＥＤ３０の直上より外側の方がＬＥＤ３０の光が弱まり、単層の反射層パターン２２のみの作用だけで、光量の調整が十分となるためである。また、その更に外側では、反射層パターンは一層も必要の無い領域となる。

また、１つだけＬＥＤ３０を発光させ、光拡散板４０上で照度が半分となる範囲を調べてみると、実施例では正方形に近い形状が確認された。

これは、光量調整部材２０の下面の反射層パターン２２の外周縁のＬＥＤ３０の中心軸からの距離が周方向に変化していることで、光拡散板４０へ入射される光線が制限され、照度分布や輝度分布の形が変化するためである。実施例の場合には、Ｘ軸、Ｙ軸方向において、ＬＥＤ３０からのパターン外周縁までの距離が遠く、Ｘ軸、Ｙ軸から４５°方向にずれた位置で、ＬＥＤ３０からのパターン外周縁までの距離が近くなる。

ＬＥＤ３０からの距離が同じでも、反射層パターン２２の周方向の位置に応じて、パターンが形成されているところといないところが生じる。つまり、正方形の反射層パターン２２の中心からの距離の等しい円を描いた場合、その円上の点はＬＥＤ３０からの距離が全て等しくなる。その円の半径が小さい範囲（図３のｄ１より小さい範囲）では、円上の全ての点が反射層パターン２２上にあるが、円の半径がｄ１より大きくｄ２以下の範囲にある場合は、円上の点の一部は反射層パターン２２上にあるが、残る円上の点は反射層パターン２２外となる（ただし、ｄ１は前記正方形の１辺の長さの１／２であり、ｄ２は前記正方形の対角線の長さの１／２である）。そのため、ＬＥＤ３０からの距離が同じでも、パターンが形成されているところといないところが生じるのである。

従って、反射層パターン２２が形成されていないところは、ＬＥＤ３０からの光線が反射層パターン２２を経ずに基材２６を直接透過することになるので、照度の増加が得られることとなる。

なお、本実施形態では、光量調整部材２０の下面の反射層パターン２２を正方形に形成したが、これに限定されることはない。また、ＬＥＤ３０の配置により、反射層パターン２２の形状を変えて最適化するのが望ましい。

例えば、反射層パターン２２を、真下のＬＥＤ３０の中心軸から離れるにつれて、その反射率が低下すると共に透過率が増加するように形成することもできるし、対応するＬＥＤ３０の光源部の形状に応じて異なる形状に形成してもよい。

また、本実施形態では、反射層パターン２２，２３を白インクで形成したが、照射された光の一部を反射及び照射された光の一部を透過させる際に拡散するものであれば、白インクに限定されることはない。

また、本実施形態では、光量調整部材２０を支持するのに、導光性基材２１と同部材よりなるシート状の基体２６を使用した場合を示したが、図６に示すように、光量調整部材２０に支持用の脚部２８を設け、その脚部２８を例えば反射板１０に向けて延ばして固定することで、光量調整部材２０を支持してもよい。その場合も、脚部２８は導光性材料で構成するのがよい。

１０ 反射板
２０ 光量調整部材
２１ 導光性基材
２２ 反射層パターン
２３ 反射層パターン
３０ ＬＥＤ（点状の光源）
４０ 光拡散板

Claims (8)

1. 平板状の反射板と、
   前記反射板上に点在するように配された複数の点状の光源と、
   前記光源の上方に前記反射板との間に一定間隔をおいて平行に配され、前記光源からの光の反射と透過を制御する平板状の光量調整部材と、
   前記光量調整部材の上方に光量調整部材との間に一定間隔をおいて平行に配された光拡散板と、を備え、
   前記光量調整部材を構成する導光性基材の表面に、光の反射量と透過量を調整するパターンが形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
2. 請求項１に記載のバックライトユニットであって、
   前記光量調整部材は、前記各光源の真上にそれぞれ、各光源との間に一定の位置関係を保って配されていることを特徴とするバックライトユニット。
3. 請求項２に記載のバックライトユニットであって、
   前記パターンは、前記導光性基材の上面と下面に互いに異なる形状またはサイズで形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
4. 請求項２または３に記載のバックライトユニットであって、
   前記パターンは、真下の光源の中心に対応するパターンの中心からパターンの外周縁までの距離が周方向の複数の位置で異なる形状に形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のバックライトユニットであって、
   前記パターンは、反射インクにより形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
6. 請求項５に記載のバックライトユニットであって、
   前記パターンは、真下の光源の中心から離れるにつれて、その反射率が低下すると共に透過率が増加するように形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
7. 請求項２〜６いずれか１項に記載のバックライトユニットであって、
   前記パターンは、対応する前記光源に応じて異なる形状に形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
8. 透過型の液晶表示部の背後に請求項１〜７のいずれか１項に記載のバックライトユニットが配備されていることを特徴とする液晶表示装置。

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