JP2021051963A - Planar light unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDを光源とする直下型の面状ライトユニットに関する。 The present invention relates to a direct type planar light unit using an LED as a light source.
液晶テレビや車載用カーナビゲーション等に使用されている液晶表示装置には、液晶パネルの背面に直下型バックライトとして発光素子(LED)を用いた面状ライトユニットが使用されている。このような面状ライトユニットは、基板上に配置される複数の点状光源であるLEDと、このLEDの上方に配置される拡散板及びプリズムシートとを備えている(特許文献1)。 A planar light unit using a light emitting element (LED) as a direct type backlight on the back surface of a liquid crystal panel is used in a liquid crystal display device used for a liquid crystal television, a car navigation system for a vehicle, or the like. Such a planar light unit includes LEDs that are a plurality of point-shaped light sources arranged on a substrate, and a diffuser plate and a prism sheet arranged above the LEDs (Patent Document 1).
上記構成の液晶表示装置にあっては、点状光源であるLEDの直上から出射された光はプリズムシートを透過する際に、斜入射光が複数のプリズムラインで直上方向に屈折されて出射され、光源直上から離間した複数箇所に明部を生じさせる。このため、複数箇所に発生した明部を疑似光源として光が拡散板で拡散されることで、広範囲にわたって輝度ムラを低減させ、見栄えを改善することができる。 In the liquid crystal display device having the above configuration, when the light emitted from directly above the LED, which is a point light source, passes through the prism sheet, the obliquely incident light is refracted in the direction directly above by a plurality of prism lines and emitted. , Create bright areas at multiple locations separated from directly above the light source. Therefore, the light is diffused by the diffusing plate using the bright part generated at a plurality of places as a pseudo light source, so that the brightness unevenness can be reduced over a wide range and the appearance can be improved.
上記液晶表示装置のように、プリズムシートを備えることで、複数のLEDから発せられる光の輝度ムラ等を低減させることができる。各LEDは、ローカルディミングによって、表示パネルに形成されている複数の画素単位でコントラスト等を制御するため、偏りのない略正方形状の指向性が要求されている。しかしながら、LEDの形状は、その構造や端子配列等によって短手方向と長手方向とを有した長方形状となる場合があり、その形状に合わせてプリズムシートを配置しないと、画素単位の表示にバラツキが生じやすくなり、ローカルディミングが難しくなるといった問題があった。 By providing a prism sheet as in the liquid crystal display device, it is possible to reduce uneven brightness of light emitted from a plurality of LEDs. Since each LED controls the contrast and the like in units of a plurality of pixels formed on the display panel by local dimming, a substantially square directivity without bias is required. However, the shape of the LED may be rectangular with a lateral direction and a longitudinal direction depending on its structure, terminal arrangement, etc., and if the prism sheet is not arranged according to the shape, the display in pixel units will vary. There was a problem that local dimming became difficult.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、表示パネルを構成する複数の画素に対応して配置される発光素子の指向性が略正方形状となるように調整可能とすることで、ローカルディミングが容易となり、発光ムラのない高品質な画像を表現することのできる面状ライトユニットを提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that local dimming can be achieved by making it possible to adjust the directivity of the light emitting elements arranged corresponding to the plurality of pixels constituting the display panel so as to have a substantially square shape. An object of the present invention is to provide a planar light unit capable of easily expressing a high-quality image without uneven light emission.
本発明は、基板と、基板上に配置される発光素子と、発光素子の上方に配置される拡散板と、拡散板の上方に配置され、複数のプリズムラインを有するプリズムシートと、を備えた面状ライトユニットにおいて、前記発光素子は、短手方向及び長手方向における指向性を有し、それぞれの指向性を前記複数のプリズムラインが形成されているプリズムシートの向きを調整することによって、配光パターンが略正方形状となるように調整されている。 The present invention includes a substrate, a light emitting element arranged on the substrate, a diffuser plate arranged above the light emitting element, and a prism sheet arranged above the diffuser plate and having a plurality of prism lines. In the planar light unit, the light emitting element has directivity in the lateral direction and the longitudinal direction, and each directivity is arranged by adjusting the orientation of the prism sheet on which the plurality of prism lines are formed. The light pattern is adjusted to be substantially square.
本発明の面状ライトユニットによると、プリズムシートのプリズムラインの向きと、発光素子の配置位置とを調整することによって、液晶等の表示パネルを構成する複数の画素単位に対応した略正方形状の配光パターンを得ることができる。これによって、ローカルディミングが容易となり、表示パネルにおける静止画や動画を最適なコントラストによって表示することができる。 According to the planar light unit of the present invention, by adjusting the direction of the prism line of the prism sheet and the arrangement position of the light emitting element, a substantially square shape corresponding to a plurality of pixel units constituting a display panel such as a liquid crystal is formed. A light distribution pattern can be obtained. This facilitates local dimming and allows the display panel to display still images and moving images with optimum contrast.
以下、本発明に係る面状ライトユニットの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は、本発明の面状ライトユニットを模式的に表したものである。これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、重複説明は適宜省略させることがあり、同一部材には同一符号を付与することがある。さらに、本発明の技術的範囲は以下で説明する各実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, embodiments of the planar light unit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The drawings schematically represent the planar light unit of the present invention. The dimensions and dimensional ratios of these physical objects do not always match the dimensions and dimensional ratios on the drawings. Further, the duplicate description may be omitted as appropriate, and the same member may be given the same reference numeral. Furthermore, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described below, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.
図1及び図2は、本発明の第1実施形態の面状ライトユニット11の構成を示したものである。この面状ライトユニット11は、樹脂、金属、合金等からなる矩形状の基板12と、この基板12の上面にダイボンド、ワイヤーボンド、フリップチップ等で実装される複数の発光素子(LED)13と、このLED13に対面してその上方に配置される拡散板14と、この拡散板14の上方に配置されるプリズムシート17と、を備えている。また、面状ライトユニット11は、基板12の上面に密着する反射シート15を備える。反射シート15は、基板12上に実装されたLED13に対応する部分に開口部16を有している。開口部16は、LED13の平面形状より大きく且つ平面形状とほぼ相似形に形成され、LED13の発光面から上方に向けて出射される光を妨げないようにしている。上記基板12、LED13、拡散板14、反射シート15及びプリズムシート17は、箱状のバックケース19内に収められ、その上からフレーム状のフロントケース20を被せることでユニット化されている。
1 and 2 show the configuration of the
拡散板14は、例えば曇りガラスなどの半透明の基材からなり、基板12の上面に配置された複数のLED13を覆うように基板12の上方に配置される。拡散板14には、各LED13に対応した所定の拡散パターン14aが形成されている。この拡散板14は、基板12と所定の間隔を保持して対面するように、基板12の周縁に配置された樹脂フレーム21に支持されている。
The
前記拡散板14によって拡散された光は、プリズムシート17で所望の視野角となるような指向性に調整される。図3に示すように、プリズムシート17は、ポリエステル基材17aと、このポリエステル基材17aの上に形成される断面三角形状の複数のプリズムライン17cからなるアクリル系樹脂17bとによって形成されている。各プリズムライン17cは、所定ピッチPによって一方向に直線状に延びている。前記ピッチPは、50μm程度に設定される。このようなプリズムシート17は、例えば住友スリーエム株式会社製のBEF(Brightness Enhancement Film:商品名)シートが採用可能である。
The light diffused by the
上記構成からなる面状ライトユニット11は、図2に示したように、その上方に配置される表示パネル18のバックライト光源として使用される。表示パネル18は、液晶や有機EL等によって形成されるフラットパネルが使用される。このフラットパネルは、複数の画素(図示せず)の集合体によって形成され、図4(a)、図5に示すように、全体がいくつかの正方形状のローカルディミング領域18aに分けられている。各ローカルディミング領域18aには、それぞれLED13が配置されている。
As shown in FIG. 2, the
LED13は、面状ライトユニット11の薄型化に対応して、薄型かつ小型のものが使用される。このLED13は、内部にアノード端子接続部、カソード端子接続部、半導体チップ等が矩形状に配置されているため、図6(a)に示すように、短手方向L1と長手方向L2とからなる長方形状となっている。図6(b)はLED13の短手方向L1における指向性を示したものであり、図6(c)はLED13の長手方向L2における指向性を示したものである。本実施形態では、一例として、1素子、白色単一発光、サイズが縦2.5mm、横1.4mm、高さ0.75mmの上面発光LED(シチズン電子(株)製)を使用した。この実施形態のLED13においては、前述したように、短手方向L1と長手方向L2とでは長さが異なることから、短手方向L1が広く、長手方向L2が狭い長方形状の指向特性となる傾向にある。このような双方の指向性を有するLED13によって前記ローカルディミング領域18aを照射すると、図4(a)に示したように、楕円形状の配光パターンD1となり、表示パネル18を構成する複数の画素単位でのコントラスト等にバラツキが生じ、表示パネル18に表示される画像等の品質が低下する場合がある。本発明では、後述するプリズムシート17を使用することによって、この問題を解決した。
As the
前記表示パネル18は、画素の数を増やすことによって、解像度を高めることができる。例えば、通常解像度の画素を一つの正方形とし、これを均等に4分割することで、1/4サイズの正方形が4つとなり、全体の解像度を高めることができる。このとき、分割する前の画素を照射するLED13の指向性が正方形状であれば、ここから同一比率の小さな正方形状の画素に変換することは比較的容易である。しかしながら、分割する前の画素を照射するLED13の指向性が図4(a)及び図6のように、長方形状となっていたならば、複数の小さな画素に分割した際におけるローカルディミングの調整が複雑となる。
The resolution of the
このように、表示パネル18の高解像度化においては、画素を複数のブロックに分割する際の演算の容易さから、一つの正方形、その4倍となる4つの正方形、さらにその2倍で一つの正方形の8倍となる8つの正方形、さらにその2倍で一つの正方形の16倍となる16個の正方形とする場合が多い。現在、使用されている多くのディスプレイの解像度は、8kテレビでは横7680画素×縦4320画素、4kテレビでは横3840画素×縦2160画素、2kテレビでは横1920画素×縦1080画素など、4の倍数となることから、画素を正方形で分割することが一般的と考えられる。
In this way, in increasing the resolution of the
本発明では、このような画素単位でのローカルディミングの調整に対応する問題を改善するために、図4(a)に示したLED13の配置に対して、図4(b)に示した向きのプリズムライン17cを有するプリズムシート17を配置した。これによって、短手方向と長手方向の指向性が変化し、図7に示すように、複数の画素からなるローカルディミング領域18aに対応した略正方形状の配光パターンD2を得ることができる。このように、複数のプリズムライン17cがLED13の長手方向に対して直交する方向でプリズムシート17を配置することで、LED13の短手方向及び長手方向の指向性をそれぞれ偏光させることができる。これによって、表示パネル18における複数の画素単位のローカルディミングが容易となり、最適なコントラストによって画像を表示することができる。
In the present invention, in order to improve the problem corresponding to such adjustment of local dimming on a pixel-by-pixel basis, the orientation of the
図8はプリズムライン17cとLED13の向きとの関係における指向性をSYNOPSYS社製のLightToolsを使用したシミュレーションによって比較したものである。光源となるLED13は、図6に示した上面発光LED、プリズムシート17は、住友スリーエム(株)製BEF(Brightness Enhancement Film:商品名)シートを使用した。LED13は、プリズムシート17の中央部に1個配置した。また、プリズムシート17との距離を3.0mmに設定し、LED13の周囲20mmの範囲の照度を測定することによって行った。
FIG. 8 compares the directivity in the relationship between the
図8(a)はプリズムライン17cに対して長手方向が平行となるようにしてLED13を配置したものである。この場合、LED13の短手方向に対して広がるような指向性を有しているため、正方形状に設定されているローカルディミング領域18aに対して楕円形状のような配光パターンとなる。
FIG. 8A shows the
これに対して、図8(b)に示したように、プリズムライン17cに対して長手方向が直交するようにしてLED13を配置すると、短手方向の指向性が抑えられるため、略正方形状に広がるような配光パターンD2を得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, if the
表示パネル18を構成する複数の画素は、表示される画像の色情報等の最小単位となっている。このため、各LED13に対応したローカルディミング領域18aの配光パターンを図8(b)に示したように、略正方形状とすることによって、コントラスト等の制御が容易となり、全体としての表示品質を向上させることができる。
The plurality of pixels constituting the
また、LED13自体の指向特性に関しては、図2に示したように、拡散板14に形成されている拡散パターン14aによって調整することができる。この拡散パターン14aで調整された指向性をさらにプリズムシート17を介して調整することによって、配光パターンD2をより正方形状に近づけることが容易となる。このように、拡散パターン14aと併せることで、プリズムシート17に形成されているプリズムライン17cの加工精度を補完し、調整に要するコストや工数を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the directivity characteristic of the
前記拡散パターン14aの構成は、微小ドットの集合体であってもよい。特に、人間がほぼ視認不可となる微小サイズのドットを拡散パターン14aとして用いると、自然なグラデーション効果が得られ、面状ライトユニット11の光照射の面内均一性は、さらに向上する。微小サイズのドットは、直径0.35mm以下がよく、直径0.087mm以下が好ましく、直径0.058mm以下がさらに好ましい。
The structure of the
図9は、本発明の第2実施形態の面状ライトユニット11´の構成を示したものである。この面状ライトユニット11´は、全体の平面形状を円形状としている。構成は図1に示した各部品の形状を円形状にしたものであるため、詳細な説明は省略する。図10は、図7における矩形状の基板12に替えて、複数のLED13が円形状の外周縁に沿って配置可能な基板12´と円形状のプリズムシート17´とによる構成及びその配光パターンD2を示したものである。図10に示したように、円形状であっても、隣接するLED13のX方向の間隔X1及びY方向の間隔Y1が略均等になるように配置することができる。また、LED13の向きやプリズムシート17のプリズムライン17cの向きによって、各LED13の配光パターンD2を正方形状となるように調整することができる。これによって、見る角度を90度回転させたとしても、視認性や見栄えは変わらない。このため、時計型のウェアラブル機器等の表示装置として好適である。このようなウェアラブル機器は、屋外においても頻繁に使用されるため、太陽光の下での視認性が要求されるが、複数のLED13が円形状のスペース内に均等に配置されているため、十分な明るさを確保することができる。
FIG. 9 shows the configuration of the planar light unit 11'of the second embodiment of the present invention. The planar light unit 11'has a circular shape as a whole. Since the configuration is a circular shape of each component shown in FIG. 1, detailed description thereof will be omitted. FIG. 10 shows a configuration of a substrate 12'in which a plurality of
本実施形態で使用されるプリズムシート17は、プリズムラインとなる溝が一方向に複数形成された大判サイズのシート材を複数の面状ライトユニット11が形成可能なサイズにカットすることによって形成することができる。そして、図4に示したように、面状ライトユニット11と略同一のサイズにカットされたプリズムシート17は、LED13の向きに応じて配置する。プリズムシート17のシート材と面状ライトユニット11のサイズが整数倍とならない場合にシート材をカットすると余剰分が生じるが、LED13の向きを90°回転させれば、溝方向が90°異なるプリズムシートが形成できる。これによって、シート材を無駄に使用することなく、コストダウンが図られる。つまり、LED13とプリズムシート17の向きを調整し、配光パターンを略正方形状とすることは、プリズムシートの有効利用に寄与することとなる。なお、基板に対するLED13の向きは、正確な90°や180°でなくとも、例えば45°前後の角度であっても、略正方形状となる配光パターンを得ることができる。
The
上記各実施形態では、プリズムシート17,17´を基板12,12´の形状に合わせて形成したが、プリズムシートをLED13の上方のみに配置してもよい。あるいは、プリズムシートに形成されているプリズムライン17cをLED13の上方のみに形成してもよい。このように、少なくともLED13の上方のみにプリズムシート又はプリズムラインを設けることで、個々のLED13ごとに指向特性を変えることができ、略正方形状の配光パターンを得ることができる。これによって、LED13が配置されていない部分のプリズムシートやプリズムラインを削減でき、コストダウンを図ることができる。
In each of the above embodiments, the
以上説明したように、面状ライトユニット11の表示エリア外周にLED13を配置するとき、指向特性が正方形状とはならず、LED13の形状のような長方形状となることがある。このような場合、LED13の配置をその指向特性に応じた位置に調整しなければならないが、プリズムシート17によって指向特性が正方形状に近づけることができるので、設計が容易になる。つまり、指向特性を略正方形状とすることによって、コントラスト等の制御が容易となり、全体としての表示品質を向上させる効果が得られる。
As described above, when the
D1,D2 配光パターン
11 面状ライトユニット
12 基板
13 LED(発光素子)
14 拡散板
14a 拡散パターン
15 反射シート
16 開口部
17 プリズムシート
17a ポリエステル基材
17b アクリル系樹脂
17c プリズムライン
18 表示パネル
18a ローカルディミング領域
19 バックケース
20 フロントケース
21 樹脂フレーム
D1, D2
14
Claims (5)
前記発光素子は、短手方向及び長手方向における指向性を有し、それぞれの指向性を前記複数のプリズムラインが形成されているプリズムシートの向きを調整することによって、配光パターンが略正方形状となるように調整されている面状ライトユニット。 A planar light unit including a substrate, a light emitting element arranged on the substrate, a diffuser plate arranged above the light emitting element, and a prism sheet arranged above the diffuser plate and having a plurality of prism lines. In
The light emitting element has directivity in the lateral direction and the longitudinal direction, and the light distribution pattern has a substantially square shape by adjusting the direction of the prism sheet on which the plurality of prism lines are formed. A planar light unit that is adjusted to be.
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