JP2014530455A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

バックライト装置は、表示パネル側の上面及び上面に反対側に底面を有するプリズムフィルムと、底面に反対側に反射面を有する反射板とを含む。プリズム状パターンがプリズムフィルムの上面上に形成され、かつ散乱パターンが反射板の反射面上に形成される。プリズム状パターンを形成する斜面の第１の法線の軸線及び散乱パターンを形成する１つの斜面の第２の法線の軸線が表示パネルに平行な仮想平面上に投影されたときに、投影された第１及び第２の法線の軸線は鋭角をなす。

Description

本発明の一態様は、ディスプレイ装置に使用するバックライト装置に関連する。

従来、ディスプレイ装置（例えば液晶表示装置）に使用するバックライト装置が公知である。例えば、導光ユニット、この導光ユニットの少なくとも一つの端部上に配置された光源、及び導光ユニットの底面に配置されて導光ユニットからの光を反射する反射手段を含むバックライト装置が記載されている（例えば、特開２０００−２１４４６０Ａ号公報）。反射手段は、導光ユニットの光入射面と実質的に平行な方向の、頂角によって形成される稜線を有する三角形を形成している。複数の頂角は、導光ユニットの光入射面に実質的に垂直な方向に一様に形成される。

一般に、例えば特開２０００−２１４４６０Ａ号公報に記載されている反射手段（反射板）は、少なくとも一つのプリズムフィルムとともに使用され、それによって光の再利用を強化してより高い輝度の獲得を可能にしている。しかしながら、表示パネルに実質的に垂直な方向に沿って反射板からプリズムフィルムへと進行した光は、プリズムフィルムにおける全反射の結果として反射板に戻り、かつ表示パネルに垂直な方向に沿って反射板からプリズムフィルムへと再び進行する。上述したプロセスは、プリズムフィルムに対する光の入射角が全反射の範囲から逃れる前に多数回反復することが可能である。したがって、反射板とプリズムフィルムとの間で、光が多数回前方及び後方に進行することが可能である。

このように、表示パネルに効率的に光を伝達する技術の必要性がある。

本発明の一態様のバックライト装置は、光源から放射された光が表示パネルの背面に向けて出力されるバックライト装置である。このバックライト装置は、表示パネル側の第１面及びこの第１面に反対側に第２面を有しプリズム状パターンが第１面の上に形成されているプリズムフィルムと、第２面に対向する反射面を有し散乱パターンがこの反射面上に形成されている反射板と、を含む。プリズム状パターンを形成する斜面の第１の法線の軸線及び散乱パターンを形成する１つの斜面の第２の法線の軸線が表示パネルに平行な仮想平面上に投影されたときに、投影された第１及び第２の法線の軸線は鋭角をなす。

そのような構造により、プリズムフィルム上のパターンの斜面と反射板上の散乱パターンの斜面との間の位置関係は、仮想平面上に投影された第１及び第２の法線の軸線が鋭角をなすように設定される。この構造は、プリズムフィルムから入射する光のより多くが、プリズムフィルムでの反復する全反射が生じない範囲において反射板で反射することにつながる。このようにして反射した光の少なくとも一部が、プリズムフィルムを通って伝達されて表示パネルに向かって進行する。したがって、光をより効率的に表示パネルに伝達することが可能である。

本発明の他の態様のバックライト装置においては、投影された第１及び第２の法線の軸線がなす角度を５度〜８５度とすることができる。

本発明の更に他の態様のバックライト装置においては、投影された第１及び第２の法線の軸線がなす角度は、少なくとも２５度以上とすることができる。

本発明の更に他の態様のバックライト装置においては、散乱パターンをプリズム状パターンとすることができる。

本発明の更に他の態様のバックライト装置においては、散乱パターンを複数のピラミッド状の突起から形成することができる。

本発明の更に他の態様のバックライト装置においては、散乱パターンを複数のピラミッド状の凹部から形成することができる。

本発明の更に他の態様のバックライト装置においては、プリズムフィルムと反射板との間で反射面に沿って延びるように設けられた導光体を更に備え、光源は導光体の側面に隣接するように設けられる。

本発明の更に他の態様のバックライト装置においては、複数のプリズムフィルムを含み、複数のプリズムフィルムのそれぞれは投影された第１及び第２の法線の軸線が鋭角をなす関係を満たす。

本発明の一態様によると、光を表示パネルに対しより効率的に伝達することができる。

一実施形態のバックライト装置を概略的に示す分解斜視図である。 図１に描かれた反射フィルムを示す部分拡大図である。 反射フィルムの他の実施例を示す部分拡大図である。 反射フィルムの更に他の実施例を示す部分拡大図である。 プリズムフィルムと反射フィルムの間のプリズムパターンの関係を概略的に示す斜視図である。 仮想平面上に投影された図５に示す法線をそれぞれ示す図である。 バックライト装置における光の進行を概略的に示す図である。 実施例（コンピュータシミュレーション）において使用されるバックライト装置を示す分解斜視図である。 実施例１のプリズムフィルムと反射フィルムとの間のプリズムパターンを示す図である。 実施例１のシミュレーション結果を示すグラフである。 実施例２のシミュレーション結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態について、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図面の説明においては、類似するあるいは同一の構成部品には同一の参照符号が割り当てられ、かつ重複した説明が省略されることに留意されたい。

最初に、一実施形態のバックライト装置１０の構造について、図１〜図７を使用して説明する。バックライト装置１０は、液晶パネル２０とともに液晶ディスプレイを構成する構成部品であり、液晶パネル２０の背面上に設けられている。画像を表示するために、液晶パネル２０の背面に向けて光を出力することがバックライト装置１０の役割である。

図１においては、画像の出力方向が上向きの方向であり、したがってバックライト装置１０は液晶パネル２０の下に示されている。以下においては、バックライト装置１０の構造における構成部品の鉛直方向の関係を示すために、図１に従って「上側」、「上面」、「下側」、「底面」等の用語が使用される。加えて本明細書では、バックライト装置１０の構造の説明において、「ｘ軸」は長方形の液晶パネル２０の一組の反対面に沿った方向であり、「ｙ軸」は液晶パネル２０の出力面に垂直な方向であり、かつ「ｚ軸」は液晶パネル２０の他の組の反対面に沿った方向である。

図１に示すように、バックライト装置１０は、光源１１、導光体１２、２枚のプリズムフィルム１３、反射フィルム１４、及び２枚の拡散フィルム１５を含む。以下においては、必要に応じ、２枚のプリズムフィルム１３が下側プリズムフィルム１３ａ及び上側プリズムフィルム１３ｂとして区別され、かつ２枚の拡散フィルム１５が下側拡散フィルム１５ａ及び上側拡散フィルム１５ｂとして区別される。これらの構成部品のうち、光源１１を除く板状の部材が以下の順序で積層される：反射フィルム（反射板）１４、導光体１２、下側拡散フィルム１５ａ、下側プリズムフィルム１３ａ、上側プリズムフィルム１３ｂ、及び上側拡散フィルム１５ｂ。

光源１１は導光体１２の側面に隣接するように配置され、したがって、このバックライト装置１０はエッジ−リット型（サイド−リット型）の装置である。本実施形態においては、光源１１が３つの発光ダイオード（ＬＥＤ）から構成されているが、発光ダイオード（ＬＥＤ）の数は特には限定されない。加えて、光源１１は、冷陰極管あるいは同種の物といった異なる光源とすることができる。光源１１は、導光体１２の一方の側面上のみに配置することができ、あるいは導光体１２の２つの反対側の側面上に配置することもできる。

導光体１２は、光源１１から入射する光を液晶パネル２０に垂直な方向（ｙ軸方向）に導くための板状の部材である。本明細書においては、導光体１２のｙ−ｚ平面に平行な断面の形状が長方形であるが、光源１１からの距離に応じて部分的にあるいは一律に細くなるように断面がテーパ状の構造も可能である。

下側拡散フィルム１５ａ及び上側拡散フィルム１５ｂは、液晶パネル２０の前側表面における輝度（明るさ）のむらや同種のものを除去するために設けられた板状の部材である。

２枚のプリズムフィルム１３の両方とも、液晶パネル２０の前側表面における輝度を増加させるために使用される板状部材である。プリズムフィルム１３として使用することができる製品の実例には（３Ｍによって製造される）ＴＢＥＦが含まれる。

プリズム状のパターン（以下「プリズムパターン」と呼ぶ）は、プリズムフィルム１３のそれぞれの上面（第１面）の上に形成される。プリズムパターンは、複数のつぶれた三角形の柱が同一方向に配置されたパターンとして構成することができる。加えて、プリズムパターンは、直線的な稜線を挟む２つの斜面から形成された山状の突起が同一方向に配置されたパターンとして構成することができる。この他には、プリズムパターンは、同一方向に沿って延びる「Ｖ」形の溝が同一の方向に配置されたパターンとして構成することができる。

液晶パネル２０の側から見たときに、下側プリズムフィルム１３ａ及び上側プリズムフィルム１３ｂのプリズムパターンの稜線は、互いに垂直となるように重なり合う。

加えて、反射型偏光フィルムを使用することができる。この反射型偏光フィルムは、液晶パネル２０の前側表面における輝度を増加させるために使用される板状の部材である。反射型偏光フィルムとして使用することができる製品の実例には（３Ｍによって製造される）ＤＢＥＦが含まれる。

反射フィルム１４は、その上面が光を全反射する反射面である板状の部材である。したがって、この反射面はプリズムフィルム１３の底面と（間接的に）反対側にある。反射フィルム１４として使用することができる製品の実例には、銀反射板及びＥＳＲ（３Ｍによって製造される）が含まれる。散乱パターンは反射面上に形成される。

散乱パターンの実施例が図２〜図４に示されている。最初に、図２に示したように、散乱パターンは、プリズムフィルム１３と同様のプリズムパターンとすることができ、そのような場合には散乱パターンの単位要素はプリズムである。加えて、散乱パターンは、ピラミッド状の突起が配置されたパターンとすることができる。図３に示した実施例においては、散乱パターンの単位要素が四角錐であるが、突起は三角錐あるいは同様なものといった異なる形状であってもよい。加えて、散乱パターンはピラミッド状の凹部が配置されたパターンとすることができる。図４に示した実施例においては、散乱パターンの単位要素が四角錐状の凹部であるが、凹部は三角錐あるいは同様のものといった異なる形状であってもよい。

したがって、散乱パターンは特定の形状には限定されない。しかしながら、散乱パターンを形成する斜面の少なくとも１つは、プリズムフィルム１３のそれぞれのプリズムパターンを形成する斜面の方向を考慮に入れつつ形成されなければならない。具体的には、プリズムフィルム１３のそれぞれのプリズムパターンを形成する斜面の第１の法線の軸線及び散乱パターンを形成する１つの斜面の第２の法線の軸線が、液晶パネル２０に平行な仮想平面３０上に投影されたときに、投影された２つの法線の軸線は鋭角をなさなければならない。本明細書においては、第１の法線の軸線及び第２の法線の軸線がなす角度は「バイアス」と呼ばれる。バイアス（鋭角）の最小値は、５度あるいは２５度とすることができる。バイアスの最大値は６５度あるいは８５度とすることができる。液晶パネル２０及びバックライト装置１０を形成する板状の部材のそれぞれは実質的に平行であり、したがって、仮想平面３０が板状の部材のそれぞれと平行な平面であることに留意されたい。

例えば、散乱パターンが図５の実施例に示されたプリズムパターンであるときには、図６に示したように、反射フィルム１４の散乱パターンの法線の軸線４２及び下側プリズムフィルム１３ａのプリズムパターンの法線の軸線４１ａがなす鋭角はθａ度であり、かつ法線の軸線４２及び上側プリズムフィルム１３ｂのプリズムパターンの法線の軸線４１ｂがなす鋭角はθｂ度である。

図２及び図５に示されているプリズム状の散乱パターンにより、プリズムのうちの１つを形成する２つの斜面のそれぞれは、第２の法線の軸線及び第１の法線の軸線が鋭角をなすという関係を満たす。加えて、図３及び図４に示されている四角錐状の突起を形成する４つの斜面及び凹部は、第２の法線の軸線及び第１の法線の軸線が鋭角をなすという関係を満たす。もちろん、散乱パターンを形成する斜面の全てがこの関係を満たすことは必要ではない。様々な形態の散乱パターンを考え得るが、散乱パターンの単位要素の斜面の少なくとも１つが、第２の法線の軸線と第１の法線の軸線とが鋭角をなすという関係を満たせば十分である。

図２〜図４に示されたような散乱パターンは、上述した銀反射板あるいはＥＳＲにホットプレス法あるいはフレームエンボシング法を施すことによって形成することができる。更にまた、マイクロ複製技術を使用して散乱パターンを形成した後、反射フィルム（反射板）は、銀あるいは同類のものといった金属をスパッタリング、蒸着あるいはメッキ法を使用してフィルム（プレート）の前側表面上にコーティングすることにより得ることができる。

上述したように、この実施形態によると、プリズムフィルム１３上のプリズムパターンの斜面と反射フィルム１４上の散乱パターンの斜面との間の位置関係は、仮想平面３０上に投影された第１の法線の軸線（例えば法線の軸線４１ａ及び４１ｂ）と第２の法線の軸線（例えば法線の軸線４２）とが鋭角をなすように設定される。この構造は、プリズムフィルム１３から入射する光のより多くが、反復する全反射がプリズムフィルム１３に生じない範囲で反射フィルム１４において反射されることにつながる。このようにして反射された光の少なくとも一部は、プリズムフィルム１３を透過して液晶パネル２０に向かって進む。したがって、液晶パネル２０により効率的に光を伝達することが可能である。

上述した効果を、図７を使用してより詳細に説明する。図７は、プリズムフィルム１３と、散乱パターンのない平たんな反射面を有する反射板９０との間での、光Ｌの再利用を示している。具体的には、光Ｌは、プリズムフィルム１３と反射板９０との間で全反射を繰り返しながら、板状の部材によって囲まれた空間の中でｚ軸に沿って（プリズムフィルム１３のうちの１つのプリズム形状に沿って）進行する。光Ｌがｘ−ｙ平面上に投影されたときに、光Ｌは、プリズムフィルム１３と反射板９０との間で実質的にｙ軸に沿って行ったり来たりするように見える。このプロセスは、プリズム形状について光の入射角が全反射の領域から外れるまで継続する。上述した現象は、ｘ軸方向に沿って進む光（隣接するプリズムに移動しながら進む光）にも同様にあてはまる。

実際のシステムにおいては、導光体及び拡散フィルムにおける散乱により、光は、図７に示したシステムにおけるよりもいくらかより容易に全反射の領域から外れると考えられる。しかしながら、導光体及び拡散フィルムの拡散の度合いは低下する傾向にあり、したがって、プリズムフィルムと反射板との間で反復して行ったり来たりして進む光の経路を考慮することが重要である。

本実施形態において、散乱パターンは、反射フィルム１４の反射面上に、従来技術の場合のように単純には形成されない。本実施形態においては、プリズムフィルム１３から反射フィルム１４への光の経路が考慮されるとともに、プリズムフィルム１３上のプリズムパターンについての、反射フィルム１４上の散乱パターンの斜面の位置が決定される。上述したように構成される斜面は、プリズムフィルム１３から入射する光の反射方向を変更する。更に、反射方向が変更された入射光は多数の反復する再利用の経路（図７を参照）とは異なる経路に逃れ、したがって、入射光の一部はプリズムフィルム１３において屈折し、液晶パネル２０に向かって誘導される。したがって、光をより効率的に液晶パネル２０に導くことが可能であり、その結果、液晶パネル２０の輝度が高まる。

しばらくの間、輝度レベルが増加した液晶パネルの要求があった。しかしながら、プリズムフィルムに使用する樹脂の屈折率を高める従来技術はその限界に近づいている。実際に、屈折率があるレベルを超えたときに輝度が減少することは知られている。したがって、使用する樹脂の屈折率を上げることによって液晶パネルの輝度を高める技術に取って代わる技術が望まれてきており、本実施形態はそのような必要性に応える。加えて、本実施形態によって、光は液晶パネルに効率的に伝達され、したがって液晶ディスプレイのエネルギー使用量を減少することもまた可能である。

以下、本発明の一態様のバックライト装置を実施例に基づいて詳細に説明するが、バックライト装置の構造はこれらの実施例には限定されない。

（実施例１）
バックライト装置の性能は、ソフトウェアＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）バージョン６．３．０を使用するコンピュータシミュレーションにより評価された。バックライト装置モデルの属性は以下の通りに設定された。
寸法：４５ｍｍ×３０ｍｍ
タイプ：エッジ−リット装置
導光体の構造：その底面に球形の光抽出部を有する導光体
光源：２つのＬＥＤ
２枚のプリズムフィルム：３Ｍによって製造されたＴＢＥＦ ２−ＧＴ（２４）；プリズムピッチ＝２４μｍ。以下、必要に応じて、２枚のプリズムフィルムを「ＴＢＥＦ１」及び「ＴＢＥＦ２」として区別する。
反射フィルム：その反射面上に形成されたプリズムパターンを有する、３Ｍによって製造されたＥＳＲ；プリズムピッチ＝５０μｍ。
拡散フィルム：なし

上述した通りに構成されたバックライト装置モデル及び実施形態に説明したような仮想平面３０が図８に示されている。３次元座標（ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸）は、実施形態で説明したように構成された。

図９に示すように、２枚のプリズムフィルム（ＴＢＥＦ）のプリズムパターンを形成する斜面の法線（第１の法線）と、反射フィルム（ＥＳＲ）のプリズムパターンを形成する斜面の法線（第２の法線）との間の相対位置関係の、５つのバリエーションが構成された。図９は、仮想平面３０（ｘ−ｚ平面）上に投影されたＴＢＥＦ１及びＴＢＥＦ２の法線及びＥＳＲの法線を示している。

ＴＢＥＦ１及びＴＢＥＦ２の法線について、ケース１〜３においては、ＴＢＥＦ１の投影された法線がｘ軸に平行であり、かつＴＢＥＦ２の投影された法線がｚ軸に平行であった。他方、ケース４及び５において、ＴＢＥＦ１及びＴＢＥＦ２の投影された法線は、それぞれｘ軸に対し４５度及び１３５度傾いていた。

ＴＢＥＦ１、ＴＢＥＦ２の法線とＥＳＲの法線との間の関係について、ケース１及び２においては、ＥＳＲの投影された法線はＴＢＥＦ１及びＴＢＥＦ２の投影された法線のうちの１つに対し平行であり、したがって、バイアスは０度（又は９０度）であった。これに対し、ケース３〜５においては、ＴＢＥＦ１及びＴＢＥＦ ２のバイアスは４５度であった。したがって、ケース１及び２は比較例とみなすことができ、かつケース３〜５は実施例とみなすことができる。上述した通りに構成されたケース１〜５のそれぞれにおいて、ＥＳＲの二等辺三角形の断面を有する各プリズムのベース角度を０から４５度の範囲において１回につき５度ずつ変化させながら、バックライト装置の性能を評価した。バックライト装置の性能は、上側ＴＢＥＦの上面上に配置された仮想輝度計を使用して測定された輝度により評価された。

シミュレーション結果は図１０のグラフに示されている。計算された輝度（ｃｄ／ｍ^２）がグラフの縦軸に示され、かつＥＳＲのプリズムベース角度（度）が横軸に示されている。

（実施例２）
バックライト装置モデルは実験例１（図８を参照）のように構成された。７つのケースが設定され、二等辺三角形の断面を有するＥＳＲの各プリズムのベース角度は、それぞれ１０，１５，２０，２５，３０，３５及び４０度であった。続いて、ＥＳＲとＴＢＥＦ（ＴＢＥＦ１及びＴＢＥＦ２）のうちの１つによって形成されるバイアスを０から９０度の範囲で１回につき５度ずつ変化させてバックライトの性能を評価した。輝度の測定点は、実施例１と同じであった。

シミュレーションの結果が図１１のグラフに示されている。計算された輝度（ｃｄ／ｍ^２）がグラフの縦軸に示され、かつバイアス（度）が横軸に示されている。

本発明を実施形態に基づいて詳細に説明してきた。しかしながら、本発明は上述した実施形態には限定されない。本発明には、その範囲から外れることなしに様々な修正をなすことができる。

例えば、実施形態においては、バックライト装置１０が２枚のプリズムフィルム１３を含んだが、１枚のプリズムフィルムのみを使用することもできる。加えて、実施形態においては、バックライト装置１０が２枚の拡散フィルム１５を含んだが、１枚の拡散フィルムのみを使用しあるいは拡散フィルムを全く使用しないこともできる。

実施形態において、バックライト装置１０が液晶ディスプレイの構成部品として説明されたが、本発明の一態様のバックライト装置を適用できる表示装置（表示パネル）のタイプは液晶ディスプレイ（液晶パネル）には限定されない。

実施形態において、バックライト装置１０はエッジライト装置であったが、本発明の一態様は様々なタイプのバックライトに適用することができる。例えば、本発明の一態様は、導光体が設けられていない直下型方式のバックライトに適用することができる。

参照符号リスト
１０ バックライト装置
１１ 光源
１２ 導光体
１３ プリズムフィルム
１３ａ 下側プリズムフィルム
１３ｂ 上側プリズムフィルム
１４ 反射フィルム（反射板）
１５ 拡散フィルム
１５ａ 下側拡散フィルム
１５ｂ 上側拡散フィルム
２０ 液晶パネル（表示パネル）
３０ 仮想平面
４１ａ及び４１ｂ 第１の法線の軸線
４２ 第２の法線の軸線

Claims (8)

1. 光源から放射された光が表示パネルの背面に向かって出力されるバックライト装置であって、
   前記表示パネルの側の第１面及び前記第１の面に反対側に第２面を有し、前記第１面上にプリズム状パターンが形成されているプリズムフィルムと、
   前記第２面に対向する反射面を有し、前記反射面上に散乱パターンが形成されている反射板と、を含み、
   前記プリズム状パターンを形成する斜面の第１の法線の軸線及び前記散乱パターンを形成する１つの斜面の第２の法線の軸線が前記表示パネルと平行な仮想平面上に投影されたときに、投影された前記第１及び前記第２の法線の軸線が鋭角をなす、バックライト装置。
2. 前記投影された第１及び第２の法線の軸線がなす角度が、５〜８５度である、請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記投影された第１及び第２の法線の軸線がなす角度が、少なくとも２５度である、請求項２に記載のバックライト装置。
4. 前記散乱パターンが、プリズム状パターンである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックライト装置。
5. 前記散乱パターンが、複数のピラミッド状突起を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックライト装置。
6. 前記散乱パターンが、複数のピラミッド状凹部を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックライト装置。
7. 前記プリズムフィルムと前記反射板との間に、前記反射面に沿って延びるように設けられた導光体を更に含み、
   前記光源は、前記導光体の側面に隣接するように設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバックライト装置。
8. 複数のプリズムフィルムを含み、
   前記複数のプリズムフィルムのそれぞれが、前記投影された第１及び第２の法線の軸線が鋭角をなす関係を満たす、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバックライト装置。

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