JP2012227087A - バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で、かつ広色域化、高コントラスト化を図ることができるバックライトユニットを提供する。
【解決手段】複数の導光板１と、ＬＥＤ群と、反射部１ｇとを備えるバックライトユニットを設ける。複数の導光板１は、出光面と、側面と、出光面と対向する底面と、底面の端部近傍に設けられた入光部とを備え、互いに側面が対向する状態で配置される。ＬＥＤ群は、各々が入光部近傍に設けられ、Ｒ，Ｇ，またはＢの色の光を、対応する入光部側に発光する複数のＬＥＤを含み、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての色を発光する。また、反射部１ｇは、底面に設けられ、導光板内部で混色した光を出光面側に反射して、出光面から出光させる。また、入光部に、ＬＥＤから発光されて入光部から入光した光が導光板内部で混色するように、入光する光を拡散する凹部１ｆが設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、バックライトユニットに関する。

液晶表示パネルと、液晶表示パネルを照明するバックライトユニットとを備える液晶表示装置が提案されている。バックライトユニットは、液晶表示パネルの裏面に導光板を配し、該導光板の一側に光源が配置されているエッジライト型と、液晶表示パネルの裏面に拡散板が配置され、該拡散板の裏面に光源が配置されている直下型とがある。

エッジライト型の液晶表示装置は、一枚の厚さ数ミリの合成樹脂板からなる導光板の一側面に対向する個所に光源を配し、導光板の一側面から入光した光を一面の前面から出光する。直下型の液晶表示装置は、一枚の厚さ数ミリの合成樹脂板からなる拡散板の裏面に、碁盤目状に配置される複数の光源が実装された基板を配し、光源の各々が発光した光を拡散板の全面で発光させる。

直下型の液晶表示装置は、光源が拡散板の裏面にあり、拡散板全面を均一に発光させるには、拡散板と光源との間に十分な空間が必要である。一方、エッジライト型の液晶表示装置は、光源が導光板の周囲に配置されるので、薄型化が可能である。

また、液晶表示装置にとって、薄型化という課題とは異なる他の課題として、広色域化、高コントラスト化も重要な課題である。バックライトの光源として、３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれに対応する発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、色域を広めるＲＧＢバックライトユニットが提案されている。また、ＬＥＤを２次元に配置し、輝度分布を映像信号によって変えるローカルディミング技術が提案されている。

ＲＧＢバックライトユニットは、白色ＬＥＤを用いたバックライトユニットに比べて、広色域化することが可能である。ローカルディミング技術は、映像信号により部分的にＬＥＤを駆動させ輝度が必要な領域のみバックライトを点灯させ、高コントラスト化を図る技術である。ローカルディミング技術を適用するためには、表示される映像の直下に光源がある方が望ましい。従って、直下型のバックライトユニットが、ローカルディミング技術に構造上適する。しかし、上述したように、直下型のバックライトユニットは、薄型化するのが困難であり、薄型化と高コントラスト化の両立は相反する要求となる。

なお、特許文献１は、一側面から入光した光を出光する出光面と、非出光面を有する導光板を複数備え、任意の導光板の出光面と他の導光板の非出向面とを重ねて列状をなすように配する表示装置を開示する。また、特許文献２は、互いに側面が対向した状態で配列された複数の導光板と、導光板各々の側面に配置され、それぞれ複数の導光板に同時に光を入光させる複数の点光源とを備えるバックライトユニットを開示する。

特開２０１０−１１３２３９号公報 特開２００９−２７２２５１号公報

図８は、特許文献１が開示する表示装置の断面図である。表示装置８０は、表示パネル８８の裏面に光学シート類８７ｂと拡散板８７ａが配置され、その下に導光板８１が複数並置された構成を有する。電気回路基板８４には、ＬＥＤ８２が実装され、ＬＥＤ８４が発光した光を拡散板８７ａの面方向へ導くように導光板８１が配置されている。また、発光した光を反射するように反射板８３が配置されている。導光板８１は、ＬＥＤ８４が発行した光が入射する入光面８１ａと、入光面８１ａに入射した光を入光面８１ａとほぼ直交する方向へ照射する出光面８１ｂとを備える。また、導光板８１は、出光面８１ｂに連なる非出光面８１ｃと、反射板８６とを備える。

図９は、特許文献２が開示するバックライトユニットの部分拡大図である。バックライトユニット９０は、多数の導光板９１と光源として機能する多数のＬＥＤ９２を有している。各導光板９１は、正方形に成形され、正方形の出光面９１ａ、４つの側面９１ｂを有しており、透明な合成樹脂により成形されている。多数の導光板９１は、側面９１ｂが面接触した状態で、碁盤目状に配置されている。各導光板９１の各角部は、円弧状に切り欠かれ、凹部９３を形成している。４枚の導光板９１の角部が合わさることで、凹部９３によりほぼ円形の透孔９４が規定される。ＬＥＤ９２はこの透孔９４の中心に配置され、ＬＥＤ２２からの光は４つの導光板９１のそれぞれの凹部９３へ同時に入光する。

ここで、液晶表示装置にとって重要な課題である広色域化を図るために、従来技術に３原色の各色の光を発光するＬＥＤを適用した場合には、以下のような問題がある。図８に示す表示装置が備えるＬＥＤ８２に赤（Ｒ）と緑（Ｇ）と青（Ｂ）の光を発光するＬＥＤを用いる場合の問題を説明する。この場合、ＬＥＤ８２は、導光板８１の入光面８１ａに対向するように、図８中の表示装置の断面に垂直な方向に一列で配置される。ここで、出光面８１ｂから白色光を出光させるには、それぞれのＬＥＤ８２から発光されるＲＧＢ各色は十分に混色されなければならない。入光面８１ａから入光したＲＧＢそれぞれの光は、ＬＥＤ８２の特性である拡散角度を持っているので、ＲＧＢ各色を混色させるには十分な導光距離が必要である。すなわち、導光板８１は、ＲＧＢ各色を混色させるために十分な導光距離をとるために、外形サイズを大きくする必要がある。

また、図９に示すバックライトユニットが備えるＬＥＤ９２に赤（Ｒ）と緑（Ｇ）と青（Ｂ）の光を発光するＬＥＤを用いる場合には、以下のような問題がある。この場合、導光板９１の４隅に配置されるＬＥＤ９２を、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤで構成する必要がある。４つのＬＥＤ９２から発光する光は、凹部９３から導光板９１に入光し、導光板９１内で混色され白色光として出光面９１ａから出光する。

この時、ローカルディミング技術を適用して、独立した導光板９１の出光面９１ａからの白色光の光量を、それぞれの導光板９１毎に変えるためには、導光板９１に、隣接した導光板９１に入光させる光量とは異なる光量を入光させる必要がある。このバックライトユニットの適用例では、一つのＬＥＤ９２から出光される光は４つの導光板９１へ同時に入光するため、白色の単色ＬＥＤを用いれば、ローカルディミング技術は可能である。しかし、この適用例は、ＲＧＢの独立した色を発光するＬＥＤを用いるので、各ＬＥＤは、複数の導光板に入光しているため、色のバランスが崩れる。その結果、ローカルディミング技術を適用することが困難である。

本発明は、薄型で、かつ広色域化、高コントラスト化を図ることができるバックライトユニットの提供を目的とする。

本発明の一実施形態のバックライトユニットは、出光面と、側面と、前記出光面と対向する底面と、該底面の端部近傍に設けられた入光部とを備え、互いに前記側面が対向する状態で配置される複数の導光板と、各々が、対応する一つの導光板の入光部近傍に設けられ、Ｒ，Ｇ，またはＢの色の光を前記対応する一つの導光板の入光部側に発光する複数の点光源を含み、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての色を発光する光源群と、前記底面に設けられ、前記導光板内部で混色した光を前記出光面側に反射して、該光を前記出光面から出光させる反射部とを備える。前記入光部に、前記点光源から発光されて前記入光部から入光した光が前記導光板内部で混色するように、該入光する光を拡散する凹部が設けられている。

本発明によれば、薄型で、かつ広色域化、高コントラスト化を図ることができるバックライトユニットを提供することができる。

液晶表示装置の全体構成の一例を示す図である。 液晶表示装置とバックライトユニットの要部断面図の例である。 バックライトユニットが備える導光板の構成を説明する図である。 バックライトユニットの導光板とＬＥＤとの配置関係を示す図である。 導光板の裏面図である。 バックライトユニットが備える導光板の構成を説明する図である。 バックライトユニットが備える導光板の構成を説明する図である。 特許文献１が開示する表示装置の断面図である。 特許文献２が開示するバックライトユニットの部分拡大図である。

図１は、実施例１の液晶表示装置の分解斜視図であり、液晶表示装置の全体構成の一例を示す。バックライトユニット１０は、液晶表示装置１１の背面から照明する。図２は、図１に示す液晶表示装置とバックライトユニットの要部断面図の例である。図３は、バックライトユニットが備える導光板の構成を説明する図である。

図１および図２において、液晶表示装置１１は、バックライトユニット１０に液晶パネル８を設置し、枠状のフレーム９で液晶パネル８を保持することで構成されている。バックライトユニット１０は、点光源であるＬＥＤ２を実装した電気回路基板４の上に敷かれた反射板３を備える。また、バックライトユニット１０は、複数の導光板１、光学シート類６、パネル保持部材７を備える。また、バックライトユニット１０は、上記電気回路基板４乃至パネル保持部材７を収納するケース５を備える。

電気回路基板４の裏面にはコネクタ４ａが実装されており、他の電気回路基板に接続が可能である。ローカルディミング技術を用いるために、液晶表示装置１１は、他の電気回路基板として、発光量調整基板１２を備える。発光量調整基板１２は、バックライトユニット１０が備える導光板の点光源（ＬＥＤ）からの発光量を点光源毎に調整する調整部として機能する。ケース５には、コネクタ４ａを通す貫通穴５ａが開けられている。電気回路基板４には回路基板への電源や各種信号を供給するコネクタやハーネス（図示を省略）が備えられている。

図１から図３（Ａ）に示すように、バックライトユニット１０は、独立した複数の導光板１と、点光源として機能する複数のＬＥＤ２を有している。各導光板１は、矩形状であり、本実施例では正方形に成形され、出光面１ａ、４つの側面１ｂを有している。導光板１は、例えば、透明もしくは半透明の合成樹脂で成形されており、ＬＥＤ２から発光された光が透過および拡散する。多数の導光板１のそれぞれは、その側面１ｂが他の導光板１の側面１ｂと隣接し対向する状態で配置され、碁盤目状に並置されている。また、多数の導光板１の出光面１ａは、同一平面内に並置されている。これらの導光板１は液晶パネル８の有効表示領域をカバーするように配置されている。

すなわち、導光板１は、出光面１ａと、側面１ｂと、出光面１ａと対向する底面と、入光部とを備え、互いに側面１ｂが対向する状態で配置される。入光部は、ＬＥＤ２から発光した光を導光板１内部に入光させる。入光部は、導光板１の底面の端部近傍に設けられている。この例では、入光部は、正方形の底面の頂点近傍に設けられている。また、本実施例では、ＬＥＤ２は、導光板１の厚み方向に発光する。

図３（Ｂ）乃至５を参照して、導光板に入光した光の導光経路および拡散について説明する。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、導光板の断面を示す。図４はバックライトユニットの導光板とＬＥＤとの配置関係を示す平面図である。また、図５は導光板の裏面図である。

図３（Ｂ）に示すように、側面１ｂは、出光面の面積が底面の面積より小さくなるように傾斜している。また、図４に示すように、正方形をした導光板１の４隅近傍の底面には、１つの赤色ＬＥＤ２Ｒ、１つの青色ＬＥＤ２Ｂ、２つの緑色ＬＥＤ２Ｇが配置されている。導光板１が、これらの４つのＬＥＤ光を混色させることで白色光を作り出す。図３（Ｂ）および図５において、導光板１の４隅近傍には凹部１ｆが形成されている。凹部１ｆは、ＬＥＤから発光された光を導光板１に入光させる入光部を構成する。そして、図４に示すＬＥＤ２Ｒ乃至ＬＥＤ２Ｇは、各々が、対応する一つの導光板の入光部近傍に設けられ、Ｒ，Ｇ，またはＢの色の光を、対応する一つの導光板の入光部側に発光する複数の点光源である。ＬＥＤ２Ｒ乃至ＬＥＤ２Ｇを含む光源群は、Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての色を発光する。

また、凹部１ｆは、ＬＥＤから発光されて入光部から入光した光が導光板内部で混色するように、該入光する光を拡散する。具体的には、凹部１ｆは、ＬＥＤから発光して入光した光の一部が少なくとも側面１ｂに反射するように該光を拡散する。

図３（Ｂ）において、凹部１ｆは、導光板１の底面から出光面１ａに向けて形成された孔形状を有する。具体的には、凹部１ｆは、傾斜面１ｅを有する第１の凹部と、円筒側面１ｃと傾斜面１ｄとを有する第２の凹部とを有する。図５における凹部１ｆの外側は導光板を垂直方向から見た際の傾斜面１ｅ（つまり第１の凹部）、外側は導光板を垂直方向から見た際の傾斜面１ｄ（つまり第２の凹部）である。図５の凹部１ｆの円の中心とＬＥＤの中心が合っているのが望ましい。傾斜面１ｅは、ＬＥＤから発光して入光した光を側面１ｂの方向に導光する面である。上記円筒側面１ｃは、円筒形状を有する。円筒側面１ｃは、入光した光を、該光が出光面に反射するように導光する面である。傾斜面１ｄ、１ｅは、円筒形状の中心に向かってＬＥＤ方向に傾斜している。

傾斜面１ｄの方が、傾斜面１ｅよりもＬＥＤから離れている。図３（Ｂ）中の点線の矢印は、ＬＥＤから発光した光の軌跡を示す。緑色ＬＥＤ２２Ｇから発光した光は、導光板１の内側方向の円筒側面１ｃと傾斜面１ｅに入射する。円筒側面１ｃに入射した光は、側面で屈折し、導光板１の中心方向へ導かれる。また、傾斜面１ｄに入射した光は側面１ｂ、出光面１ａで全反射し導光板１の中心方向へ導光される。一方、傾斜面１ｅに入射した光は、出光面１ａに対して垂直に近い方向に屈折して導光板１に入射する。導光板１に入射した光の一部は、側面１ｂ、出光面１ａで全反射し、導光板１の中心方向へ導かれる。また、導光板１に入射した光の一部は、側面１ｂ、傾斜面１ｄ、出光面１ａで全反射し、導光板１の中心方向へ導かれる。傾斜面１ｄは、傾斜面１ｅによって導光された光も反射する。

導光板１の中心方向に導かれた光は、底面１ｈに到達し、底面１ｈの一部である反射面１ｇにおいて、出光面１ａ方向に拡散反射され、出光面１ａから照射される。反射面１ｇは、白色の印刷や、ドットパターンまたは、マイクロレンズ等の微細形状を有している。すなわち、反射面１ｇは、底面に設けられ、導光板内部で混色した光を出光面側に反射して、該光を出光面から出光させる反射部として機能する。

以上のように、本実施例のバックライトユニットは、導光板１の４隅近傍に異なる色のＬＥＤ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが配置されている。そして、凹部１ｆの形状により、それぞれの光を導光板１の中心方向に拡散させ混色させるので、白色光を取り出すことが可能となる。また、異なる色を混色させるための導光距離を導光板１全体で賄うことが可能である。従って、導光板のサイズを小さくすることが可能である。さらに、導光板１つにつき、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤのセットが対応するので、導光板毎に輝度を制御することが可能であるので、ローカルディミング技術を採用することができる。すなわち、本実施例によれば、薄型で、かつ広色域化、高コントラスト化を図ることができるバックライトを提供することができる。

次に、実施例２について説明する。実施例２の液晶表示装置の全体構成は、図１に示す液晶表示装置の全体構成と同様である。図６は、実施例２の液晶表示装置のバックライトユニットが備える導光板の構成を説明する図である。図６（Ａ）は、導光板とＬＥＤとの配置関係を示す。図６（Ｂ）は、導光板の裏面図である。

導光板２１は、正三角形の形状を有する。その頂点近傍で、基板上にＬＥＤが実装されている。すなわち、赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２Ｂが、導光板２１の頂点付近に実装されている。導光板２１の側面は、図３（Ｂ）に示す導光板１と同様に、所定の角度を持って傾斜している。

導光板２１の底面２１ｈにおいて、正三角形の頂点近傍に凹部２１ｆ、反射面２１ｇが配置されている。凹部２１ｆは、図３（Ｂ）に示す凹部１ｆと同様である。すなわち凹部２１ｆは、円筒形状の孔形状を有し、内部に二つの傾斜面が形成されている。各々のＬＥＤから発光された光は、凹部２１ｆ内部で屈折し、図６（Ａ）中の点線の矢印で示すように、導光板２１の中心部へ導かれる。導光板２１内で、赤色ＬＥＤ２２Ｒ、緑色ＬＥＤ２２Ｇ、青色ＬＥＤ２２ＢのそれぞれのＬＥＤから発光された光が混色される。混色された光は、反射面２１ｇで拡散反射され、出光面２１ａより白色光として照射される。反射面２１ｇは、印刷によるドットパターン、マイクロレンズパターン等による拡散構造を有している。導光板の出光面と底面の形状は、正三角形に限られず、任意の多角形でもよい。

次に、実施例３について説明する。実施例３の液晶表示装置の全体構成は、図１に示す液晶表示装置の全体構成と同様である。実施例３の液晶表示装置が備えるバックライトユニットは、ＬＥＤが基板実装面に対して平行に光を照射するという特徴を有する。図７は、実施例３の液晶表示装置のバックライトユニットが備える導光板の構成を説明する図である。図７（Ａ）は、導光板の拡大斜視図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、導光板の断面を示す。

図７（Ａ）に示すように、電気回路基板３４上には、導光板３１が複数列、複数行に渡って配置されている。導光板３１の形状は、正方形である。電気回路基板３４と対向する側に、出光面３１ａが設けられており、出光面３１が、導光板３１内部に導光された光を出光する。導光板３１の４隅近傍の電気回路基板３４には、赤色ＬＥＤ３２Ｒ、緑色ＬＥＤ３２Ｇ、青色ＬＥＤ３２Ｂが配置されている。すなわち、導光板一つに対し、赤色ＬＥＤ３２Ｒ、青色ＬＥＤ３２Ｂがそれぞれ１個、緑色ＬＥＤ３２Ｇが２個配置されている。

図７（Ｂ）に示すように、それぞれのＬＥＤ３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂは、導光板３１の凹部３１ｆの内部に配置されている。ＬＥＤ３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂは、側面発光型であり、電気回路基板３４の実装面に対して平行な方向に光を照射する。すなわち、各々のＬＥＤは、導光板３１の厚み方向と垂直の方向に発光する。具体的には、各々のＬＥＤは、対応する入光部を構成する凹部３１ｆに設けられた入光面３１ｃに光を照射する。ＬＥＤから照射された光は、入光面３１ｃから導光板３１内に入射する。入光面３１ｃは、導光板３４の中心方向に向けて、光を導光する。つまり、入光面３１ｃは、ＬＥＤから発光して入光した光が少なくとも出光面３１ａに反射するように該光を導光する面である。

各々のＬＥＤから発光する光は、導光板３４の中心に向けて照射されるので、導光板３１の内部において、混色され白色光となる。白色光は導光板３４の底面に設けられた反射パターン（図示を省略）により、拡散反射され、出光面３１ａから出光される。なお、導光板３１の形状として、任意の多角形の形状を採ることができる。本実施例によれば、側面発光型のＬＥＤを用いたバックライトユニットを薄型化することができ、かつ広色域化、高コントラスト化を図ることができる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

１ 導光板
１ｂ 側面
１ｆ 凹部
１ｇ 拡散部
１ｈ 底面
２Ｇ 緑色ＬＥＤ
４ 電気回路基板

Claims (6)

1. 出光面と、側面と、前記出光面と対向する底面と、該底面の端部近傍に設けられた入光部とを備え、互いに前記側面が対向する状態で配置される複数の導光板と、
   各々が、対応する一つの導光板の入光部近傍に設けられ、Ｒ，Ｇ，またはＢの色の光を前記対応する一つの導光板の入光部側に発光する複数の点光源を含み、前記Ｒ，Ｇ，Ｂの全ての色を発光する光源群と、
   前記底面に設けられ、前記導光板内部で混色した光を前記出光面側に反射して、該光を前記出光面から出光させる反射部とを備え、
   前記入光部に、前記点光源から発光されて前記入光部から入光した光が前記導光板内部で混色するように、該入光する光を拡散する凹部が設けられている
   ことを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記点光源は、前記導光板の厚み方向に発光し、
   前記側面は、前記出光面の面積が前記底面の面積より小さくなるように傾斜し、
   前記凹部は、前記点光源から発光して入光した光の一部が少なくとも前記側面に反射するように該光を拡散する
   ことを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
3. 前記凹部は、前記点光源から発光して入光した光を前記側面の方向に導光する面を有する第１の凹部と、前記入光した光を、該光が前記出光面に反射するように導光する面を有する第２の凹部とを備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 前記点光源は、前記導光板の厚み方向と垂直の方向に発光し、
   前記凹部は、前記点光源から発光して入光した光が少なくとも前記出光面に反射するように該光を導光する面を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
5. 前記出光面と底面の形状が多角形であり、
   前記入光部は、前記底面の頂点近傍に設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
6. 各々の導光板に入光する光を発光する前記点光源毎に発光量を調整する調整手段を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライトユニット。

Images