JP2013073875A - バックライトユニット、および、それを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置に用いるＬＥＤによる光源の直下型のバックライトユニットにおいて、拡散板までの明るさを均一にする。
【解決手段】本発明に係るバックライトユニットは、ＬＥＤ基板１１と、ＬＥＤ基板が取り付けられるフレーム２０と、フレーム２０上に設けられ、ＬＥＤ１からの光を反射する反射シート１２と、ＬＥＤ１及び反射シート１２からの光を拡散する拡散板３０と備える。そしてＬＥＤ１はサイドビュー型のＬＥＤであって、その光軸が反射シート１２または拡散板３０と略平行であり、ＬＥＤ１の光放出面前方の位置における反射シート１２とＬＥＤ基板３０との間に、反射シート１２の反射面と垂直な方向にスペーサ１６により所定距離の間隔を設けた。
【選択図】 図３Ａ

Description

本発明は、バックライトユニット、および、それを用いた液晶表示装置に係り、特に、直下型のＬＥＤ光源を用いたバックライトユニットにおいて、液晶パネル上の明るさを一様にする用途に用いて好適なバックライトユニット、および、それを用いた液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）に光を照射するための光源を供給する装置であるバックライトユニットの光源としては、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極管）やＥＥＦＬ（External Electrode Fluorescent Lamp：外部電極蛍光管）などの蛍光管が使われてきた。

しかしながら、近年、液晶表示装置のバックライトユニットの光源として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が使われる傾向にある。ＬＥＤは、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子のことであり、従来の部材に比べて、長寿命で構造が簡単なため大量生産が可能で安価であり、しかも、消費電力も低く、色再現性がよいという特徴があるためである。

一般に、バックライトユニットは、液晶パネルの下に光源を配置する直下型と、液晶パネルの側部に光源を配置するエッジライト型（サイドライト型）がある。直下型は、液晶パネル−拡散板の真後ろに、ＬＥＤ光源を複数並べた形態であり、光源からの光は、直接または、ベースのフレーム上に置かれた反射シートにより反射されて、拡散板の方向に向かうことになる。また、ＬＥＤとしては、光の放出方向が電極面に対して、ほぼ垂直なトップビュー型のＬＥＤ、または光の放出方向が電極面に対して、ほぼ平行なサイドビュー型のＬＥＤが使用されている。

エッジライト型は、ＬＥＤ光源を液晶パネルのサイド部分におき、導光板によって、光源からの光を拡散板の方向に誘導する。

特許文献１には、図１にエッジライト型、図５に直下型のバックライト装置の構成例が示されている。

また、特許文献２には、直下型のバックライトを有する液晶表示装置が開示されている。

特開２０１１−１３４６２０号公報 特開２０１０−２１０８９１号公報

直下型で、ＬＥＤを液晶パネルのバックライトに用いるときには、多数のＬＥＤを一定間隔ごとに配列する。ＬＥＤから発せられる光は、直接拡散板方向へ向かうのものと反射シートに反射されて拡散板方向に向かうものがある。ＬＥＤ光源は点光源に近く、かつＬＥＤから直接的に拡散板のＬＥＤの直上部分近傍に向かう光と、ＬＥＤ前方直近部分で反射シートによって反射され拡散板のＬＥＤの直上部分近傍へ向かう光があるため、ＬＥＤの直上部分近傍が局所的に明るくなる、いわゆる光るスポットが形成される。かかる光スポットにより、明るさのむらができやすくなるという問題があった。

また、ＬＥＤは、ＬＥＤ基板上に搭載されているが、ＬＥＤ基板の表面に反射面として形成される白色印刷では、光の反射率が悪く、ＬＥＤから発せられる光の効率が悪くなるため、ＬＥＤ基板にあたらないようにしなければならないという問題点もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、液晶表示装置に用いるＬＥＤによる光源の直下型のバックライトユニットにおいて、明るさを均一にすることができ、特性の優れたバックライトユニットを提供することにある。

本発明のバックライトユニットに関する構成は、サイドビュー型のＬＥＤ光源からの光を、液晶パネルに供給する直下型のバックライトユニットであり、フレームと、フレーム上に敷かれて、ＬＥＤ光源からの光を反射する反射シートと、ＬＥＤ光源を搭載するＬＥＤ基板とからなり、反射シート上に複数のＬＥＤ基板が形成されたものである。そして、反射シートに対してＬＥＤ光源の照射する位置が高くなっている。

また、ＬＥＤはＬＥＤ基板のスリットの横に設けられ、ＬＥＤから照射した光が、ＬＥＤ基板にあたらない様になっている。

これにより、バックライトから照射される光の空間的な明るさのむらを抑えることができる。

本発明によれば、液晶表示装置に用いるＬＥＤによる光源の直下型のバックライトユニットにおいて、拡散板までの明るさを均一にすることができ、特性の優れたバックライトユニットを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示す側面図である（その一）。 本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示す側面図である（その二）。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための一構造例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための他の構造例を説明するための図である。 ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けたときと、設けないときのＬＥＤ１０からの光の進行の様子を対比して示した図である。 ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けたときと、設けないときの拡散板上の輝度分布を比較して示したグラフである。 割り基板上でのＬＥＤ配置の一例を示した図である。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図６を用いて説明する。
先ず、図１ないし図２Ｂを用いて本発明の第一の実施形態に係るバックライトユニットの構造について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示す斜視図である。
図２Ａ、図２Ｂは、本発明の一実施形態に係るバックライトユニットの構造を示す側面図である。

図１と図２Ａ、図２Ｂに示されるように、本実施形態に係るバックライトユニット１は、鉄やアルミニウム等の金属で構成されたフレーム（シャーシ）２０、光源であるサイドビュー型のＬＥＤ１０、該ＬＥＤ１０を搭載するＬＥＤ基板１１、ＬＥＤ１０からの光を上方へ反射する反射シート１２、ＬＥＤ１０からの光及び反射シート１２で反射された光を拡散する拡散板３０、拡散板３０で拡散された光を更に拡散するための拡散シート４０、拡散された光の進行方向を液晶パネル１００の面と垂直方向に揃えて輝度を向上させるためのプリズムシート５０、プリズムシート５０からの光の偏光方向を揃えて出射するための偏向反射シート６０を有して構成される。ここで、ＬＥＤ光源１０の光放出方向（光軸方向）は、反射シート２０または拡散板３０の面とほぼ平行である。また、本実施形態では、反射シート１２は、ＬＥＤ基板１１下部とＬＥＤ基板１１間、及びＬＥＤ基板１１上に設けられており、図２Ａ、図２Ｂに示されるように、ＬＥＤ基板１１下部とＬＥＤ基板１１間の反射シートと、ＬＥＤ基板１１上の反射シートとを繋ぐように反射シート１２にはテーパが設けられている。

なお、図２において、紙面左右方向は表示装置の垂直方向に対応し、紙面奥行き方向が表示装置の水平方向に対応している。すなわち、ＬＥＤ１０は表示装置の垂直方向に光を放出している。

バックライトユニット１は、上部の液晶パネル１００を照射する部材である。液晶パネル１００は、表示画面となり、図示しないが、薄膜トランジスタ基板（ＴＦＴ基板）、そのＴＦＴ基板と向き合うカラーフィルタ基板、および、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間の液晶層からなる。

ＬＥＤ基板１１は、複数のサイドビュー型のＬＥＤ１０が一列に取付けられており、反射シート１２の上に設置される。そして本実施形態では、図２Ａに示されるように、ＬＥＤ１０の光放出面前方の位置において、反射シート１２に対してＬＥＤ基板１１の位置を反射シート１２の反射面と垂直な方向に離して構成しており、フレーム２０のＬＥＤ基板１１が搭載される部分には、ＬＥＤ基板１１との間にスペーサ１６が介在する。また、図２Ｂに示されるように、スペーサ１６に代えて、フレーム２０のＬＥＤ基板１１が搭載される部分に、上方（拡散板側）に向けて凸形状の絞りを形成２１し、該絞り２１の上にＬＥＤ基板１１を搭載してもよい。もちろん、フレーム２０に絞り２１を形成し、その絞り２１上にスペーサ１６を設け、そのスペーサ１６上にＬＥＤ基板１１を設けてもよい。

すなわち、本実施形態は、スペーサ１６または絞り２１、あるいは、スペーサ１６と絞り２１との組み合わせによって、ＬＥＤ１０の光放出面前方の位置における反射シート１２とＬＥＤ基板１１との間を、反射シート１２の反射面と垂直な方向に所定距離離したことを特徴とするものである。換言すれば、反射シート１２とＬＥＤ基板１１との間に、反射シート１２の反射面と垂直な方向に所定距離の間隔を設けたものである。なお、この構造の詳細については後述する。

ＬＥＤ基板１１は、図１と図２Ａ、図２Ｂに示されるように、複数列設けられ、ＬＥＤ１０により、液晶パネル１００が全面に渡って均一に照射されるように配置されている。なお、ＬＥＤ基板１１は、図示していないがＬＥＤ基板１１から各ＬＥＤ１０に対して、例えば、ＰＷＭ形式の電圧を供給するためのドライバ等の電子回路が取付けられており、ＬＥＤ光源１０に供給するＰＷＭのデューティ比に応じてＬＥＤ１０の発光強度を制御するようになっている。

反射シート１２は、その素材が、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）であり、ＬＥＤ１０から発せられる光を反射して、上方の拡散板３０の方向に導く役割を有する。

拡散板３０と、ＬＥＤ基板１１、ＬＥＤ１０及び反射シート１２との間には、空気層２２が設けられている。

ＬＥＤ１０から発せられる光は、空気層２２を介して拡散板３０を照射する。そして、拡散板３０により拡散されて、拡散シート２０、プリズムシート５０及び偏光反射シート６０を通過して、液晶パネル１００の表面上で均一な輝度分布になるよう照射される。拡散シート２０、プリズムシート５０及び偏光反射シート６０は、所望の光学的特性を得るためのものである。

次に、図３Ａないし図５を用いて本発明の一実施形態に係るバックライトユニット１の構造の詳細について説明する。
図３Ａは、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための一構造例を示し、また、図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための他の構造例を示している。
図４は、ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けたときと、設けないときのＬＥＤ１０からの光の進行の様子を対比して示した図である。
図５は、ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けたときと、設けないときの拡散板上の輝度分布を比較して示したグラフである。

本発明の一実施形態に係るバックライトユニット１では、図３Ａに示されようにフレーム２０の上に反射シート１２が引かれており、反射シート１２とＬＥＤ基板１１との間に、スペーサ１６が施設されている。このスペーサ１６は、材質として、絶縁材及び／又は熱拡散材である。また、図３Ｂに示されるように、フレーム２０のＬＥＤ基板１１が搭載される部分は、フレーム２０と一体的な構成の、上方（拡散板側）に向けて凸形状の絞り２１が形成形成されている。そして、絞り２１上に反射シート１２載置し、その上にＬＥＤ基板１１が搭載される。これにより、ＬＥＤ１０及びＬＥＤ基板１１を、反射シート１２の面から垂直方向に離す構成としている。また、フレーム２０の絞り２１の形状に沿って反射シート１２を折り曲げて配置し、フレーム２０とＬＥＤ基板１１の絶縁を行っている。

また、ＬＥＤ基板１１のＬＥＤがない方向には、反射シート１２が折り曲げられて、かぶせられている。

本実施形態では、フレーム２０の絞り２１またはスペーサ１６により、ＬＥＤ１０の発光点の位置が反射シート１２の反射面に対して高く、すなわち反射シート１２の反射面の方垂直方向に所定間隔離されているため、ＬＥＤ１０の発光面直近の反射シート１２には、光が照射されなくなる。

一方、フレーム２０の絞り２１またはスペーサ１６を設けないときには、ＬＥＤ１０の発光面直近の反射シート１２の部分にも、光が照射されることになる。

ここで、図３Ａに示されるように、ＬＥＤ１０の発光点をλ、ＬＥＤ１０から照射する光の境界面が反射シート１２と交わる地点をμとし、λからμまでの水平方向の距離をα、λから基板の端面までの水平方向の距離をβとする。

また、ＬＥＤ１０の光源の水平方向からの照射角をθとし、λから反射シートの反射面までの垂直方向の距離をδとする。

ここで、例えば、フレーム２０の絞り８１またはスペーサ１６の厚さが、２ｍｍ、ＬＥＤ基板１１の厚さが、１．２ｍｍ、ＬＥＤ１０の発光点λの基板面からの高さが、１．２ｍｍ、照射角θを、４０°とする。

フレーム２０の絞り８１またはスペーサ１６があるときには、δ＝４．４ｍｍとなり、αとδは、以下の式１の関係があるので、α＝５．２ｍｍと計算できる。

α＝δ／ｔａｎθ … （式１）
フレーム２０の絞り８１またはスペーサ１６がないときには、δ＝２．４ｍｍとなり、式１より、α＝２．９ｍｍとなる。

図４（ａ）に示したように、ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けないときには、ＬＥＤ１０の周辺部の拡散板３０までの反射シート１２からの反射が強くなりすぎ、明るさにむらがでる。

一方、図４（ｂ）に示したように、ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間を絞り８１またはフレーム２０により距離を離す構成を設けたときには、ＬＥＤ１０の周辺部は、反射シート１２からの反射がないので、拡散板３０までの反射が抑えられる。従って、拡散板３０に一様に光が照射されるので、拡散板３０からの光の明るさが空間的に均一になり、輝度むらを軽減することができる。

図５は、拡散板３０上の輝度分布を、ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けたときと設けないときとを対比したものである。かかる構成がないときには、ＬＥＤ光源１０の光放出面直近で部分的に明るくなり過ぎることが押さえられることが観測されている。なお、この例では、ＬＥＤ基板１１の間隔を９６ｍｍとした。

このグラフでは、横軸は図２に示されたバックライト装置の紙面左右方向、すなわち表示装置（バックライト装置）の垂直方向の位置を示しており、ＬＥＤ１１は、図２のＹ軸方向の０ｍｍ、９６ｍｍ、１９２ｍｍ上の地点に配置されている。また縦軸は、拡散板３０上の輝度[ｃｄ／ｍ^２]を示している。

いずれも、ＬＥＤ基板１１と反射シート１２との間の距離を離すための構成を設けたときには、ＬＥＤ１０を配置した地点の前方側に対応する部分、すなわち、ＬＥＤ１０の光放出面直近部分で局所的な高輝度が抑えられている。

次に、図６を用いて本発明の一実施形態に係るバックライトユニット１の構造の内で、ＬＥＤ基板１１とＬＥＤ１０の配置関係について説明する。
図６は、割り基板上でのＬＥＤ配置を示した図である。

通常、ＬＥＤ基板は、量産性をあげるために、製造時に、割り基板と呼ばれる多面取りの基板上にＬＥＤを実装して、使用時には、一枚一枚切り離して用いられる。

割り基板１１０は、図６に示されるように、各々のＬＥＤ基板１１がスリット１１１と、ミシン目１１２により区切られており、使用時には、スリット１１１とブミシン目１１２が交互に形成された部分が切れ目となり、ＬＥＤ基板１１を一枚一枚を切り離す。

ここで、図６（ｂ）に示されるように、ミシン目１１２の横にＬＥＤ１０が搭載してもよいが、図６（ａ）に示されるように、ＬＥＤ１０の光放出面がスリット１１１側を向くようにスリット１１１の横にＬＥＤ１０を搭載し、ＬＥＤ１０の発光時に切り込み穴１１１の方に光線を向けられるようにすることが好ましい。

これにより、図６（ｂ）の場合は、光源地点λ（ＬＥＤ１０の光放出面の位置）から基板の端面までの水平方向の距離βが２．０ｍｍぐらいであったのを、図６（ａ）の場合では、βを１．０ｍｍとすることができた。かかる構成によれば、ＬＥＤ１０から反射シート１２へ向かう光の経路にＬＥＤ基板１１が突出しないため、光源地点λから照射される角度θを大きくすることができ、光の効率をあげることができる。このように、ＬＥＤ１０から反射シート１２へ向かう光の経路にＬＥＤ基板１１が突出しないためには、ＬＥＤ１０の光放出面と、該光放出面に対向するＬＥＤ基板１１の端部との距離βを１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。

これにより、ＬＥＤ１０の近傍での反射シート１２による反射の明るさを抑えることができる。

１…バックライトユニット
１０…ＬＥＤ光源
１１…ＬＥＤ基板
１２…反射シート
１６…スペーサ
２０…フレーム
２２…空気層
３０…拡散板
４０…拡散シート
５０…プリズムシート
６０…偏向反射シート
１００…液晶パネル
１１０…割り基板
１１１…スリット
１１２…ミシン目

Claims (6)

1. ＬＥＤからの光を液晶パネルに供給するバックライトユニットにおいて、
   前記ＬＥＤを搭載するＬＥＤ基板と、
   該ＬＥＤ基板が取り付けられるフレームと、
   前記フレーム上に設けられ、前記ＬＥＤからの光を反射する反射シートと、
   前記ＬＥＤからの光及び前記反射シートで反射された光を拡散するための拡散板と、備え、
   前記ＬＥＤはサイドビュー型のＬＥＤであって、その光軸が前記反射シートまたは前記拡散板とほぼ平行であり、
   前記ＬＥＤの光放出面前方の位置における前記反射シートと前記ＬＥＤ基板との間に、前記反射シートの反射面と垂直な方向に所定距離の間隔を設けた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において、前記フレームと前記ＬＥＤ基板との間にスペーサを設け、該スペーサにより前記所定距離の間隔を設けたことを特徴とするバックライトユニット。
3. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記フレームの前記ＬＥＤ基板が搭載される部分に、前記拡散板の方向に凸の形状を有する絞りを設け、該絞り上に前記ＬＥＤ基板を取り付けることによって、前記所定距離の間隔を設けたことを特徴とするバックライトユニット。
4. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記ＬＥＤの光放出面と、前記ＬＥＤ基板の前記光放出面と対向する端部の距離が１．０ｍｍ以下であることを特徴とするバックライトユニット。
5. 請求項１記載のバックライトユニットにおいて、前記ＬＥＤ基板は、スリットとミシン目とが交互に形成された切れ目を有する割り基板を割ったものであり、
   前記ＬＥＤは、その光放出面が前記スリットを向くように、前記スリットの横に設けられることを特徴とするバックライトユニット。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のバックライトユニットを用いて液晶パネルを照射するように構成された液晶表示装置。

Images