JP4298124B2

JP4298124B2 - Direct type backlight

Info

Publication number: JP4298124B2
Application number: JP2000091638A
Authority: JP
Inventors: 邦彦内堀; 公紀柳沢
Original assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001281656A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透過型液晶表示装置に使用する直下型バックライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶表示装置が多用されている。液晶は光がないと表示できないので暗い場所で使用するものにはバックライトが使用されている。小型の液晶表示装置としては、携帯電話、ビデオカメラのビューファインダー等があるが、いずれもモバイル商品であり、バックライトも低消費電力であることが望まれている。
【０００３】
バックライトには線状光源である冷陰極蛍光放電管、面状光源である平面蛍光ランプ、エレクトロルミネッセンス板、点状光源である発光ダイオード（以下ＬＥＤという）等が使用されている。中でもバックライト光源として小型化が容易なのはＬＥＤである。
【０００４】
図１は従来技術によるＬＥＤを用いたバックライトの断面図である。回路基板２に実装されたＬＥＤ１の周囲に四角錐状の孔３ａを設けたホルダー３を配置し、ホルダーの上面には拡散シート４が固定されている。拡散シート４の上面は発光面となるが、発光エリアはホルダー３の開放口の大きさで決定される。本発明に係わるバックライトのホルダー開放口は１０ｍｍ×８ｍｍ程度の小型のものである。ＬＥＤ１から出射された光は拡散シート４で拡散されて上部に透過する。一部は拡散シート４で反射され、矢印（５度間隔）で示す様に（右半分だけ記載してある）斜面部で反射されほぼ均一に拡散シートに戻る。図２は従来技術によるバックライトの断面図である。ホルダー３’が薄く、ＬＥＤ１と拡散シート４の間隔が狭いバックライトであり、図１と同様に光の反射を矢印で記載してある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１のバックライトは構成が簡素であり小型で低消費電力なバックライトが得られるが、ＬＥＤ１が点状光源であるため発光面の輝度が均一になり難い。図３はＬＥＤの指向特性を示す図である。中心（０度）の輝度を１とした相対輝度を０度から９０度まで示しているが、度数が増えるごとに輝度は低下し、７０度から９０度では０．２から０となり、発光面の輝度への寄与は極度に少なくなっている。このような指向特性のＬＥＤを使用すると拡散シートで拡散されても発光面での輝度分布は一様にはならない。図４は従来技術によるバックライトの横（Ｘ軸）方向の輝度分布図であり、図５は縦（Ｙ軸）方向の輝度分布図である。中心（０度）の輝度を１とした時の相対輝度を示しているが、中心点より離れるほど輝度が低下していることがわかる。ＬＥＤの指向特性によるため、ＬＥＤからの直接光による輝度分布は変えられない。図６は測定位置を示す図であり、横軸に９ポイント、縦軸に７ポイント合計１５ポイント示してある。発光面の大きさは１０ｍｍ×８ｍｍであり、各ポイントの間隔は１ｍｍである。
【０００６】
前記バックライトを使用した液晶表示装置は輝度むらになり、表示画像を劣化する。ホルダーの角錐孔の斜面部は、反射光の拡散には役立つが輝度の均一化には役に立っていない。本発明の目的はＬＥＤ等の点状光源を使用した直下型バックライトの発光面における輝度むらを低減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
透過型液晶表示装置の下部に置いて透過型液晶表示装置に光を照射する直下型バックライトであって、少なくとも回路基板と、当該回路基板に実装された発光素子と、当該発光素子に対向して配置された拡散シートと、前記発光素子から前記拡散シート側に広がる角錐状孔を有するホルダーとで構成され、前記ホルダーが有する前記角錐状孔の表面は、水平部と、当該水平部に接続された第一の立ち上がり部と、当該第一の立ち上がり部に接続された斜面部と、当該斜面部に接続された第二の立ち上がり部とで構成される階段形状を有し、前記斜面部は、前記発光素子からの直接光、及び前記拡散シートからの一次反射光を前記拡散シートの周縁部に反射する直下型バックライトとする。
【０００８】
前記第一の立ち上がり部は、前記拡散シートからの一次反射光を前記水平部を経由させた上で前記拡散シートの周縁部に反射する傾斜面とされている直下型バックライトとする。
【０００９】
即ち、発光素子（ＬＥＤ）の指向特性により、発光素子からの直接光による輝度分布は変えられないので、拡散シートやホルダー内壁による反射光を輝度の低い拡散シートの周縁部に導くことで拡散シートを透過する光の輝度むらを低減する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図７は本発明の一実施形態を示すバックライトの断面図であり、発光面となる拡散シートを省いてある。図８はその斜視図である。回路基板２と発光素子（ＬＥＤ等の点状光源）１と角錐状に孔を形成されたホルダー５で構成され、該ホルダー５は前記角錐状孔が発光素子１側から発光面側に広がる形状であり、且つ階段状に広がる構造をしている。階段は水平部５ａ、立ち上がり部５ｄ、斜面部５ｂ、立ち上がり部５ｃで構成されている。ポリカーボネートの白色材を使用し、内壁表面は鏡面仕上げにして反射率を高くしてある。
【００１１】
図９〜図１３により本発明を詳細に説明する。図９のバックライトは図１のバックライトの角錐孔の斜面部を階段状にしたもので断面図である。図１０のバックライトは図２のバックライトの角錐孔の斜面部を階段状にしたもので断面図である。階段は水平部６ａ、垂直部６ｂ、斜面部６ｃ、垂直部６ｄで構成されている。水平部６ａに入射した拡散シートからの反射光はそれぞれ拡散シートの外縁に近づくように反射する。
【００１２】
垂直部６ｂ、斜面部６ｃ、垂直部６ｄの役割を図１１、図１２、図１３で説明する。図１１は垂直部６ｄの役割を示す模式図ある。ＬＥＤから出射された直接光で拡散シートに到達しない部分を反射し、拡散シートの外縁であるＡＢ間に照射する。図１２は斜面部６ｃの役割を示す模式図ある。拡散シートのＣＤ間で反射された一次反射光を反射し、拡散シートの外縁であるＥＦ間に照射する。図１３は垂直部６ｂの役割を示す模式図ある。拡散シートのＧＨ間で反射された一次反射光を水平部６ａに反射し、水平部６ａで更に反射し拡散シートの中央部であるＩＪ間に照射する。
【００１３】
垂直部６ｄで反射される光は指向特性で見ると０．３〜０．６程度の光であるが、直接光を反射するので、拡散シート周縁の輝度むらの低減に貢献する。６ｃで反射される光は０．６〜０．７程度の光の一次反射光なので輝度は落ちるが、拡散シートの外縁に照射されるので、輝度むらの低減に貢献する。６ｂで反射される光は０．８〜０．９程度の光の一次反射光であるが、水平部６ａで更に反射されて拡散シートに到達するので行程が長くなり、光の広がりが大きくなるため輝度は相当落ちるが全体の輝度向上には役立つ。本例では反射光が拡散シートの中央部に到達しているが、垂直部６ｂを斜めにすると拡散シートの左側の周縁部に光を反射することができる。このように、階段の形状により反射光を輝度の低い周縁部に集めることが可能となり、輝度むらの低減を図ることができる。
【００１４】
図１４はＬＥＤの周囲の階段がＬＥＤより低いバックライトの光の反射の模式図である。図９における水平部６ａがＸ位置であり、水平部をＹ位置まで下げると反射光は点線で示すようにＸ面での反射光より外縁に到達するようになる。輝度むらは発光素子と拡散シートの間隔が狭いほど大きくなるが、Ｘ位置をＹ位置にする効果は発光素子と拡散シートの間隔が狭いほど大きくなる。すなわち、輝度むらの低減効果が大きくなる。
【００１５】
階段形状は一義的に決まるものではなく、構成部品の特性や形状により決まるものであるが、図７に示した実施例は前述の階段状の効果を考慮してホルダーの形状を設計したものである。階段状ホルダーによる効果を従来例と比較して説明する。表１は測定条件と測定結果を示している。また図１５は横軸（Ｘ軸）方向輝度分布のグラフであり、図１６は縦軸（Ｙ軸）方向輝度分布のグラフである。発光面の周縁部である測定ポイント１、９、１０、１６では輝度が２０％以上向上している。輝度最小値を輝度最大値でわって表示している輝度むらは４７．４％から５７．４％と１０ポイント改善されている。要因は判らないが、全体の輝度も１５％程上昇している。
【表１】

【００１６】
図１７は本発明の他の実施例のバックライトの断面図であり、図１８は拡散シートを除去した斜視図である。図１９は階段の水平面が拡散シートからの反射光を反射する様子を矢印で示した模式図である。拡散シートからの反射光にあわせて階段形状を設計することで反射光を発光面の外周に向けることが可能であり、輝度むらを低減することができる。
【００１７】
【発明の効果】
ホルダーの内面を階段状にし、発光素子からの直接光、拡散シートからの一次反射光を拡散シートの外縁部に反射することで、輝度むらの低減ができた。
【００１８】
付随効果として全体の輝度が上昇したため、従来の輝度と同じレベルで使用する場合の消費電力を小さくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるＬＥＤを用いたバックライトの断面図
【図２】従来技術によるＬＥＤを用いたバックライトの断面図
【図３】ＬＥＤの指向特性を示す図
【図４】従来技術によるバックライトの横方向の輝度分布図
【図５】従来技術によるバックライトの縦方向の輝度分布図
【図６】測定位置を示す図
【図７】本発明の一実施形態を示すバックライトの断面図
【図８】本発明の一実施形態を示すバックライトの斜視図
【図９】角錐孔の斜面部を階段状にしたバックライトの断面図
【図１０】角錐孔の斜面部を階段状にしたバックライトの断面図
【図１１】垂直部６ｄの役割を示す模式図
【図１２】斜面部６ｃの役割を示す模式図
【図１３】垂直部６ｂの役割を示す模式図
【図１４】ＬＥＤの周囲の階段がＬＥＤより低いバックライトの光の反射の模式図
【図１５】横軸方向輝度分布のグラフ
【図１６】縦軸方向輝度分布のグラフ
【図１７】本発明の他の実施例のバックライトの断面図
【図１８】拡散シートを除去した斜視図
【図１９】階段の水平面が拡散シートからの反射光を反射する様子を矢印で示した模式図
【符号の説明】
１ＬＥＤ
２回路基板
３ホルダー
３’ ホルダー
３ａ角錐孔
４拡散シート
５ホルダー
５ａ水平部
５ｂ斜面部
５ｃ垂直部
５ｄ垂直部
６ａ水平部
６ｂ垂直部
６ｃ斜面部
６ｄ垂直部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direct type backlight used in a transmissive liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
Transmission type liquid crystal display devices are widely used. Since the liquid crystal cannot be displayed without light, a backlight is used for those used in dark places. As a small-sized liquid crystal display device, there are a mobile phone, a viewfinder of a video camera, and the like, all of which are mobile products, and it is desired that a backlight also has low power consumption.
[0003]
For the backlight, a cold cathode fluorescent discharge tube as a linear light source, a flat fluorescent lamp as a planar light source, an electroluminescence plate, a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) as a point light source, and the like are used. Among them, the LED is easily downsized as a backlight light source.
[0004]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a backlight using an LED according to the prior art. A holder 3 having a quadrangular pyramid hole 3a is disposed around the LED 1 mounted on the circuit board 2, and a diffusion sheet 4 is fixed to the upper surface of the holder. The upper surface of the diffusion sheet 4 is a light emitting surface, and the light emitting area is determined by the size of the opening of the holder 3. The backlight opening of the backlight according to the present invention is a small one of about 10 mm × 8 mm. The light emitted from the LED 1 is diffused by the diffusion sheet 4 and transmitted upward. A part of the light is reflected by the diffusion sheet 4 and reflected by the inclined surface (only the right half is shown) as indicated by arrows (5 degree intervals) and returns almost uniformly to the diffusion sheet. FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional backlight. This is a backlight in which the holder 3 'is thin and the distance between the LED 1 and the diffusion sheet 4 is narrow, and the reflection of light is indicated by arrows as in FIG.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The backlight of FIG. 1 has a simple configuration and can provide a compact and low power consumption backlight. However, since the LED 1 is a point light source, the luminance of the light emitting surface is difficult to be uniform. FIG. 3 is a diagram showing the directivity characteristics of the LED. The relative luminance with the luminance at the center (0 degree) being 1 is shown from 0 degree to 90 degrees, but as the frequency increases, the luminance decreases, and from 70 degrees to 90 degrees, it becomes 0.2 to 0. The contribution to brightness is extremely low. When an LED having such directional characteristics is used, the luminance distribution on the light emitting surface is not uniform even when diffused by the diffusion sheet. 4 is a luminance distribution diagram in the horizontal (X-axis) direction of the backlight according to the prior art, and FIG. 5 is a luminance distribution diagram in the vertical (Y-axis) direction. The relative luminance when the luminance at the center (0 degree) is set to 1 is shown, and it can be seen that the luminance decreases as the distance from the central point increases. Due to the directivity characteristics of the LED, the luminance distribution due to the direct light from the LED cannot be changed. FIG. 6 is a diagram showing measurement positions, with 9 points on the horizontal axis and 7 points on the vertical axis, a total of 15 points. The size of the light emitting surface is 10 mm × 8 mm, and the interval between the points is 1 mm.
[0006]
A liquid crystal display device using the backlight becomes uneven in luminance and deteriorates a display image. The slope portion of the pyramid hole of the holder is useful for diffusing reflected light but not for uniforming the brightness. An object of the present invention is to reduce luminance unevenness on a light emitting surface of a direct type backlight using a point light source such as an LED.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A direct-type backlight that is placed under a transmissive liquid crystal display device and irradiates light to the transmissive liquid crystal display device, and is at least a circuit board, a light emitting element mounted on the circuit board, and facing the light emitting element And a holder having a pyramidal hole extending from the light emitting element toward the diffusion sheet, the surface of the pyramidal hole included in the holder is connected to the horizontal portion and the horizontal portion The first rising portion, a slope portion connected to the first rising portion, and a second rising portion connected to the slope portion, wherein the slope portion is The direct-type backlight that reflects the direct light from the light emitting element and the primary reflected light from the diffusion sheet to the peripheral edge of the diffusion sheet .
[0008]
The first rising portion is a direct-type backlight that has an inclined surface that reflects primary reflected light from the diffusion sheet to the peripheral portion of the diffusion sheet after passing through the horizontal portion.
[0009]
That is, the luminance distribution due to the direct light from the light emitting element cannot be changed due to the directivity characteristics of the light emitting element (LED). The luminance unevenness of the light passing through is reduced.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 7 is a cross-sectional view of a backlight showing an embodiment of the present invention, in which a diffusion sheet serving as a light emitting surface is omitted. FIG. 8 is a perspective view thereof. A circuit board 2, a light emitting element (a point light source such as an LED) 1, and a holder 5 having a pyramidal hole, the holder 5 has a shape in which the pyramidal hole extends from the light emitting element 1 side to the light emitting surface side. And has a structure that spreads out in a staircase pattern. The stairs are composed of a horizontal portion 5a, a rising portion 5d, a slope portion 5b, and a rising portion 5c. A white polycarbonate material is used, and the inner wall surface is mirror-finished to increase the reflectivity.
[0011]
The present invention will be described in detail with reference to FIGS. The backlight of FIG. 9 is a cross-sectional view in which the slope portion of the pyramid hole of the backlight of FIG. 1 is stepped. The backlight of FIG. 10 is a cross-sectional view in which the slope portion of the pyramid hole of the backlight of FIG. 2 is stepped. The staircase is composed of a horizontal portion 6a, a vertical portion 6b, a slope portion 6c, and a vertical portion 6d. Reflected light from the diffusion sheet incident on the horizontal portion 6a is reflected so as to approach the outer edge of the diffusion sheet.
[0012]
The roles of the vertical portion 6b, the slope portion 6c, and the vertical portion 6d will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a schematic diagram showing the role of the vertical portion 6d. The portion that does not reach the diffusion sheet is reflected by the direct light emitted from the LED, and is irradiated between AB, which is the outer edge of the diffusion sheet. FIG. 12 is a schematic diagram showing the role of the slope portion 6c. The primary reflected light reflected between the CDs of the diffusion sheet is reflected and irradiated between the EFs that are the outer edges of the diffusion sheet. FIG. 13 is a schematic diagram showing the role of the vertical portion 6b. The primary reflected light reflected between the GHs of the diffusion sheet is reflected to the horizontal part 6a, further reflected by the horizontal part 6a, and irradiated between the IJs which are the central part of the diffusion sheet.
[0013]
The light reflected by the vertical portion 6d is about 0.3 to 0.6 in terms of directivity, but directly reflects the light, contributing to the reduction in luminance unevenness at the periphery of the diffusion sheet. Since the light reflected by 6c is a primary reflected light of about 0.6 to 0.7, the luminance is lowered, but the outer edge of the diffusion sheet is irradiated, which contributes to the reduction of luminance unevenness. The light reflected by 6b is a primary reflected light of about 0.8 to 0.9, but is further reflected by the horizontal portion 6a and reaches the diffusion sheet, so the stroke becomes longer and the spread of the light becomes larger. Therefore, although the brightness is considerably reduced, it is useful for improving the overall brightness. In this example, the reflected light reaches the central portion of the diffusion sheet. However, when the vertical portion 6b is inclined, the light can be reflected to the left peripheral portion of the diffusion sheet. As described above, the shape of the staircase allows the reflected light to be collected on the peripheral portion having a low luminance, and the luminance unevenness can be reduced.
[0014]
FIG. 14 is a schematic diagram of the reflection of light from the backlight in which the steps around the LED are lower than the LED. The horizontal portion 6a in FIG. 9 is at the X position, and when the horizontal portion is lowered to the Y position, the reflected light reaches the outer edge from the reflected light on the X plane as indicated by the dotted line. The luminance unevenness increases as the distance between the light emitting element and the diffusion sheet decreases, but the effect of setting the X position to the Y position increases as the distance between the light emitting element and the diffusion sheet decreases. That is, the effect of reducing luminance unevenness is increased.
[0015]
The staircase shape is not uniquely determined, but is determined by the characteristics and shape of the component parts. In the embodiment shown in FIG. 7, the shape of the holder is designed in consideration of the above-mentioned staircase effect. is there. The effect of the stepped holder will be described in comparison with the conventional example. Table 1 shows measurement conditions and measurement results. FIG. 15 is a graph of luminance distribution in the horizontal axis (X axis) direction, and FIG. 16 is a graph of luminance distribution in the vertical axis (Y axis) direction. The luminance is improved by 20% or more at

measurement points

1, 9, 10, and 16, which are the peripheral portions of the light emitting surface. The luminance unevenness in which the minimum luminance value is displayed with the maximum luminance value is improved by 10 points from 47.4% to 57.4%. Although the cause is unknown, the overall brightness has increased by about 15%.
[Table 1]

[0016]
FIG. 17 is a sectional view of a backlight according to another embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a perspective view with the diffusion sheet removed. FIG. 19 is a schematic diagram showing by arrows that the horizontal plane of the stairs reflects the reflected light from the diffusion sheet. By designing the staircase shape according to the reflected light from the diffusion sheet, the reflected light can be directed to the outer periphery of the light emitting surface, and uneven brightness can be reduced.
[0017]
【The invention's effect】
By making the inner surface of the holder stepped and reflecting the direct light from the light emitting element and the primary reflected light from the diffusion sheet to the outer edge of the diffusion sheet, the unevenness in luminance could be reduced.
[0018]
As the incidental effect, the overall luminance increased, so that the power consumption when used at the same level as the conventional luminance could be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a backlight using an LED according to the prior art. FIG. 2 is a cross-sectional view of a backlight using an LED according to the prior art. FIG. 3 is a diagram showing directional characteristics of the LED. FIG. 5 is a diagram showing luminance distribution in the vertical direction of a backlight according to the prior art. FIG. 6 is a diagram showing a measurement position. FIG. 7 is a cross section of the backlight showing an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a perspective view of a backlight showing an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of a backlight in which the slope portion of the pyramid hole is stepped. FIG. 10 is a step view of the slope portion of the pyramid hole. FIG. 11 is a schematic view showing the role of the vertical portion 6d. FIG. 12 is a schematic view showing the role of the inclined portion 6c. FIG. 13 is a schematic view showing the role of the vertical portion 6b. Back stairs are lower than LED FIG. 15 is a graph of luminance distribution in the horizontal axis. FIG. 16 is a graph of luminance distribution in the vertical axis. FIG. 17 is a cross-sectional view of a backlight according to another embodiment of the present invention. [FIG. 19] Schematic diagram showing how the horizontal surface of the stairs reflects the reflected light from the diffusion sheet.
1 LED
2 Circuit board 3 Holder 3 'Holder 3a Pyramid hole 4 Diffusion sheet 5 Holder 5a Horizontal part 5b Slope part 5c Vertical part 5d Vertical part 6a Horizontal part 6b Vertical part 6c Slope part 6d Vertical part

Claims

A direct-type backlight that irradiates light to a transmissive liquid crystal display device placed under the transmissive liquid crystal display device,
At least a circuit board, a light emitting element mounted on the circuit board, a diffusion sheet disposed to face the light emitting element, and a holder having a pyramidal hole extending from the light emitting element to the diffusion sheet side. ,
The surface of the pyramidal hole of the holder is connected to a horizontal portion, a first rising portion connected to the horizontal portion, a slope portion connected to the first rising portion, and the slope portion. Having a staircase shape composed of a second rising portion,
The direct-type backlight , wherein the slope portion reflects direct light from the light emitting element and primary reflected light from the diffusion sheet to a peripheral portion of the diffusion sheet .

The first rising portion is an inclined surface that reflects primary reflected light from the diffusion sheet to the peripheral portion of the diffusion sheet after passing through the horizontal portion. Direct type backlight as described.