JP4462622B2 - Backlight - Google Patents
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Description
本発明は、例えば液晶パネルのような表示装置の背面より、表示のための照明光を照射し、表示させるバックライトに関し、特に発光源としてLEDを備え、このLEDの発光を導光板その他の光路変換部材を介して、面状の光束として照明光を出射する面状光源としてのバックライトに関する。 The present invention relates to a backlight that emits illumination light for display from the back surface of a display device such as a liquid crystal panel, for example, and in particular includes an LED as a light source, and the light emitted from the LED is guided to a light guide plate and other optical paths. The present invention relates to a backlight as a planar light source that emits illumination light as a planar light flux through a conversion member.
近年、ノートブック型のコンピュータ又は携帯電話機、携帯TVのような小型、薄型の情報機器の表示装置として、薄型の照明機構を有する液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示用の照明機構として、面状の照明用光束を出射するバックライトが従来より知られている。このようなバックライトとして、発光源としてLEDを使用し、導光板と、拡散板とプリズムシートを用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記の特許文献1(図17)において、120はバックライト(バックライトユニット)であり、白色LED102、導光板101、拡散板103、Pyプリズムシート104(下側のプリズムシート)、Pxプリズムシート105(上側のプリズムシート)、反射板106により構成される。107はカラー表示用の透過型もしくは半透過型の液晶表示板である。このような構成において、LED102から導光板101に入射して内部光となった光は導光板101の上下面の間で反射を繰り返しながら導光板101内を伝播し、その間に導光板101の上面より面状の光を出射する。この出射光拡散板103、Pyプリズムシート104、Pxプリズムシート105を順次経て、垂直な方向(Z方向)の光束に方向を修正されて照明光として液晶表示板107に入射し、液晶表示に必要な照明を行う。 In the above Patent Document 1 (FIG. 17), reference numeral 120 denotes a backlight (backlight unit), which includes a white LED 102, a light guide plate 101, a diffusion plate 103, a Py prism sheet 104 (lower prism sheet), and a Px prism sheet 105. (Upper prism sheet) and reflecting plate 106. Reference numeral 107 denotes a transmissive or transflective liquid crystal display panel for color display. In such a configuration, light that is incident on the light guide plate 101 from the LED 102 and becomes internal light propagates through the light guide plate 101 while being repeatedly reflected between the upper and lower surfaces of the light guide plate 101, and the upper surface of the light guide plate 101 in the meantime. More planar light is emitted. Through this outgoing light diffusion plate 103, Py prism sheet 104, and Px prism sheet 105 in order, the direction of the light beam in the vertical direction (Z direction) is corrected and incident on the liquid crystal display plate 107 as illumination light, which is necessary for liquid crystal display Provide proper lighting.
しかしながら、この場合、装置の構造簡素化、薄型化のために、Pyプリズムシート104、Pxプリズムシート105のうちの一方を省くと、出射光が分散するために、液晶表示板107に入射する照明光の輝度が低下するという問題があった。更には、プリズムシートを2枚使用する場合においては、後述するように、モアレ縞によるニュートンリングが照明光において観察され、照明の品位を低下させるという問題があった。 However, in this case, if one of the Py prism sheet 104 and the Px prism sheet 105 is omitted in order to simplify and reduce the structure of the device, the emitted light is dispersed, so that the illumination incident on the liquid crystal display panel 107. There was a problem that the luminance of light was lowered. Further, when two prism sheets are used, there is a problem that Newton rings due to moire fringes are observed in the illumination light, as will be described later, and the quality of illumination is reduced.
以下にニュートンリングの問題につき、具体例を用いて説明する。図7は特許文献1(図17)に示したバックライトと類似するバックライトを示す図である。図7において、201はLED、202は導光板、203は拡散シート、204は下側プリズムシート、205は上側プリズムシートであり、これらによりバックライト220が構成される。206は上側プリズムシートの上側の対向する位置に配された液晶表示板(LCD)である。
これらの部材の配置は表示の便宜上、互いに実際よりも間隔をかなり空けて示されている。
LED201から出射した光は、基本的には特許文献1(図17)について、すでに説明したのと同様の原理により、導光板202、拡散シート203、下側プリズムシート204、上側プリズムシート205を経て垂直方向(Z方向)に揃った断面が面状の照明光を液晶表示板206に投射する。図7において、X、Y、Zは互いに直交する座標軸であり、Zは導光板202の厚味方向に平行な軸であり、Xは導光板のLED201に対向する側面(入光側面)に平行でZ方向に垂直な軸、YはX軸及びZ軸に対し垂直な軸である。ここで下側プリズムシート204の複数のプリズム204pの稜線はX軸に平行であり、上側プリズムシート205の複数のプリズム205pの稜線はY軸に平行となっている。
The Newton ring problem will be described below using a specific example. FIG. 7 is a diagram showing a backlight similar to the backlight shown in Patent Document 1 (FIG. 17). In FIG. 7, 201 is an LED, 202 is a light guide plate, 203 is a diffusion sheet, 204 is a lower prism sheet, and 205 is an upper prism sheet.
The arrangement of these members is shown at a considerably larger distance from the actual one for the convenience of display.
The light emitted from the
図7に示すバックライト220においては、リフレクティブモアレと称するもモアレの縞が発生する。ここで、モアレとは周期性のあるパターン(格子等)を2枚重ね合わせたとき、もとの周期とは異なった周期の縞模様等を生ずる現象を言い、この縞をモアレ縞という。ここで本例のようにプリズムシートを2枚用いた場合に、リフレクティブモアレと称するもモアレの縞を生ずる原理を図8を用いて説明する。図8において、上側プリズムシート205と下側プリズムシート204が示されている。(イ)実線で示すS1は、下側プリズムシート204に入射した光線が正常のルートで下側プリズムシート204および上側プリズムシート205を透過して上側プリズムシート205のプリズム205pの斜面より出射する光線のルートを示すものであり、これにより、上記プリズム205pのピッチにほぼ等しいピッチp1(図示はしない)を有するッ図示しない格子(K1)として機能する。ここで前記S1は実像と考えることができる。(ロ)点線で示すS2は下側204に入射した光線が正常のルートで下側プリズムシート204を透過し、更に上側プリズムシート205のプリズム205pの斜面に達するが、この斜面において2回にわたり全反射され、その全反射された光線が上側プリズムシート205の下面を透過して下方に向かい、下側プリズムシート204の下面に達してここで反射され、反射されてからは、前記実線で示すS1と略平行するルートを経て上側プリズムシート205のプリズム205pの斜面より上方に出射するルートを取る(この下側プリズムシート204の下面で反射され後の光線は虚像と見ることも出来る)。このS2に係る虚像の光線も上記プリズム205pのピッチとは若干ズレた図示しないピッチp2を有する格子(K2)として機能する。
In the
(ハ)ここで、前記光線S1に係る格子(K1)のピッチp1と、前記光線S2に係る格子(K2)のピッチp2の差が僅かなものであっても、これら格子のピッチとは独立の濃淡のピッチを有するモアレ縞が観測されることとなる。(ニ)このモアレ縞は前記上側プリズムシート205と下側プリズムシート204の少なくとも一方の下面が完全に平らでなく少しでも凹凸がある場合は同心円状のモアレ縞よりなるニュートンリングとして観察される。ニュートンリングが生ずると、照明光の輝度が単に不均一となるだけでなく、照明光に不自然な模様を生じ、照明の品質を損ね、更にはこれにより、液晶表示板206(図7)の表示品位を損なうこととなる。
(ホ)なお、ここで、バックライトの装置の厚味を減じようとして、上下のプリズムシート205、204の厚味を薄くすると、プリズムシートの厚味が大である場合に比較して
プリズムシートの腰が弱くなりたわわみやすくなるため、ニュートンリングが顕著に発生し、照明の品位を著しく
劣化させることとなるため、装置の薄型化は困難となる。
(C) Here, even if the difference between the pitch p1 of the grating (K1) related to the light ray S1 and the pitch p2 of the grating (K2) related to the light ray S2 is small, the pitch of these gratings is independent. Moire fringes having a dark and light pitch will be observed. (D) This moire fringe is observed as a Newton ring made up of concentric moire fringes when the lower surface of at least one of the
(E) Here, if the thickness of the upper and
(1)上記したように、LED、導光板、拡散シート、上下のプリズムシートを備えた従来のバックライトにおいては、
(イ)装置の簡素化、薄型化をしようとして、プリズムシートを2枚から1枚にしようとすると、照明の輝度の顕著な低下を招く問題がある。
(ロ)又、上下2枚のプリズムシートを使用する限りは、モアレ縞によるニュートンリングが発生し、照明の品位の低下をもたらし、特に、薄型化を図るべく2枚のプリズムシートの厚味を減ずると、ニュートンリングが発生が顕著となり、照明の品位を著しく低下させるという問題がある。
(2)本発明は上記の(イ)、(ロ)の問題を解決することを課題とする。
(1) As described above, in a conventional backlight including an LED, a light guide plate, a diffusion sheet, and upper and lower prism sheets,
(A) If the prism sheet is changed from two to one in order to simplify and thin the apparatus, there is a problem that the luminance of the illumination is significantly reduced.
(B) In addition, as long as two prism sheets on the upper and lower sides are used, Newton rings due to moire fringes occur, resulting in deterioration of illumination quality. In particular, the thickness of the two prism sheets is reduced in order to reduce the thickness. If it is reduced, Newton's rings are prominently generated, and there is a problem that the quality of illumination is significantly reduced.
(2) An object of the present invention is to solve the above problems (a) and (b).
上記の課題を解決するために、その第1の手段として、本発明は、導光板と、その導光板の1の側面である入光側面に対向して配されたLEDと、前記導光板の上面に対向して配された拡散シートと、その拡散シートの上面に対向して配されたプリズムシートを備えたバックライトにおいて、前記プリズムシートは入光側面と平行なX方向に稜線を有する複数のプリズムを備えた1枚のみのプリズムシートよりなり、前記導光板の下面に形成されたプリズムの断面形状は、入光側面から遠い側に不等辺三角形のものを、入光側面に近い側に略正三角形のものを形成してなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, as a first means, the present invention includes a light guide plate, and LED disposed in facing relation to the light incident side is the first side of the light guide plate, the light guide plate In a backlight including a diffusion sheet disposed to face the upper surface and a prism sheet disposed to face the upper surface of the diffusion sheet, the prism sheet has a plurality of ridge lines in the X direction parallel to the light incident side surface. The prism formed on the lower surface of the light guide plate has a cross-sectional shape of an unequal triangle on the side far from the light incident side and closer to the light incident side. It is characterized by forming a substantially equilateral triangle .
上記の課題を解決するために、その第2の手段として、本発明は、前記第1の手段において、バックライトの輝度を高めるために、X方向には光を広げず、Y方向に強い光を放射するLEDを用いたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, as a second means, the present invention is Oite the first hand stage, in order to increase the brightness of the backlight, without increasing the light in the X direction, Y direction An LED that emits strong light is used.
上記の課題を解決するために、その第3の手段として、本発明は、前記第1の手段又は第2の手段において、プリズムシートを1枚とする構成により、装置の薄型化を図ったことを特徴とする。
In order to solve the above problems, as a third means, the present invention is Oite the first means or the second hand stage, the configuration of the one prism sheet, the thickness of the apparatus It is characterized by having planned.
上記の課題を解決するために、その第4の手段として、本発明は、前記第1の手段又は第2の手段において、プリズムシートを1枚とする構成により、照明光におけるニュートンリングの発生を防止したことを特徴とする。
In order to solve the above problems, as a fourth means, the present invention is Oite the first means or the second hand stage, the configuration of the one prism sheet, Newton rings in the illumination light It is characterized by preventing the occurrence of.
上記の第1の手段によれば、導光板と、その導光板の1の側面である入光側面に対向して配されたLEDと、前記導光板の上面に対向して配された拡散シートと、その拡散シートの上面に対向して配されたプリズムシートを備えたバックライトにおいて、前記プリズムシートは入光側面と平行なX方向に稜線を有する複数のプリズムを備えた1枚のみのプリズムシートよりなり、前記導光板の下面に形成されたプリズムの断面形状は、入光側面から遠い側に不等辺三角形のものを、入光側面に近い側に略正三角形のものを形成してなることを特徴とするバックライトを用いることにより、薄型で簡単な構造において、照明光の輝度を低下させることなく、モアレ縞によるニュートンリングの発生を防ぐことにより、照明の品位を高く保持することができる。
According to a first hand stage of the, a light guide plate, and LED disposed in facing relation to the light incident side is the first side of the light guide plate, disposed in facing relation to the upper surface of the light guide plate diffusion a seat, in the backlight having a prism sheet disposed to face the upper surface of the diffusion sheet, the prism sheet is only one having a plurality of prisms having a ridge line in the X direction parallel with the light input side The prism shape formed on the lower surface of the light guide plate is formed of an unequal triangle on the side far from the light incident side, and a substantially equilateral triangle on the side closer to the light incident side. by using the backlight which is characterized by comprising Te, in a simple structure thin, without reducing the intensity of the illumination light, by preventing the generation of Newton rings due to moire fringes, to maintain high quality of illumination Door can be.
上記の第2の手段によれば、上記の第1の手段において、バックライトの輝度を高めるために、X方向には光を広げず、Y方向に強い光を放射するLEDを用いることにより、バックライトの照明光の輝度の均一化および照明の明るさを向上させることができる。
According to a second means, Oite the first hand stage of the, in order to increase the brightness of the backlight, without increasing the light in the X direction, an LED that emits intense light in the Y direction Thus, the brightness of the illumination light of the backlight can be made uniform and the brightness of the illumination can be improved.
以下に本発明の実施例1に係るバックライトにつき図面を用いて説明する。図1は本実施例1に係るバックライト10の構成を示す図である。 図1において、1はLED、2は導光板、3は拡散シート、4はプリズムシートであり、これらによりバックライト10が構成される。5は前記プリズムシート4上側の対向する位置に配された液晶表示板(LCD)である。導光板2は該略四角の板状をなしており、その一方の側面である入光側面2cに対向する位置にLED1が配されている。導光板2の上面2aに対向する位置に拡散シート3が配され、拡散シート3の上面に対向する位置にプリズムシート4が配され、ている。これらの部材の配置は表示の便宜上、互いに実際よりも間隔をかなり空けて示されている。図1において、X、Y、Zは互いに直交する座標軸であり、Zは導光板2の厚味方向に平行な軸であり、Xは導光板2のLED1に対向する側面(入光側面)2cに平行でZ方向に垂直な軸、Y軸はX軸及びZ軸に対し垂直な軸である。ここでプリズムシート4の上面には複数のプリズム4pが形成されているがその稜線4p1はX軸に平行である。導光板2の下面には不等辺3角形の断面を有するプリズム2pが形成されている。
Hereinafter, a backlight according to Example 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
ここで、図1に示す本実施例1のバックライト10構成を、すでに説明した図6に示す従来のバックライト220と比較すると、本実施例1のバックライト10のLED1、導光板2、拡散板3および、プリズムシート4はそれぞれ従来例のバックライト220のLED1、導光板202、拡散板203および下側プリズムシート204と形状が同様で、これらに対応するものであるが、本実施例1のバックライト10には従来例のバックライト220に存在した上側プリズムシート205に対応するものが存在せず、その分だけ構造が簡素化され、薄型化されていることがわかる。
Here, comparing the configuration of the
ここで、本実施例1のバックライト10に用いる導光板2の構造および作用を図面を用いて説明する。図2は前記導光板2を拡大して示した図であり、図2(a)はそのYZ面における断面図であり、図2(b)はそれを下方から見た図である。図2(a)の断面図に示すように導光板2の下面に形成されたプリズム2pの断面は不等辺3角形をなし、不等辺3角形の長い方の斜辺はY方向に向かって緩やかに立ち上がるように傾斜している。図2(b)の下面図に示すようにプリズム2pの稜線2p1はX方向に平行となっている。よって、プリズム2pの緩やかな斜面2pbに入射した内部光の反射光の方向はY方向に近い範囲のものとなり、反射光のX方向の成分はかなり少ないものとなる。これを参考図として図3に示した下面にドット形状(又は半球状)の窪み52bを有する導光板52における窪み52bでの内部光の反射の状態と比較してみるとその差がよくわかる。ここに、図3(a)は導光板52の断面図、図3(b)は導光板52をその下面から見た図である。図3に示す導光板52は導光板としては一般的で広く用いられているものであるが、窪み52bにおける反射は、図3に示すように多方向に生じ、図3(b)に示すように反射光はY方向の成分のみならずX方向の成分をもかなり有することとなる。この点で、本実施例1のバックライト10に用いる導光板2は、内部光の反射光のX方向の成分をかなり小さく押さえることができる点で、有利な面がある。
Here, the structure and operation of the
図2(a)に示すように、LED1から導光板2の内部に入射し、下面のプリズム2pに入射した内部光は導光板2上面2aと下面のプリズム2pの面の間で1回又は複数回の反射を繰り返しながら導光板2を伝播し、その間に上面2aより上方に光線を出射する。そして、この出射光につても、Y方向の成分が大でX方向の成分はかなり小さなものとなる。導光板2からの出射光は図1に示す拡散シート3に入射し、ここで出射光の傾斜の小さなものは方向を修正されて起こされるようになり、照明光への利用効率が改善されて拡散シート3の上面からの出射光となって、プリズムシート4に入射する。このプリズムシート4に入射する光束のX方向の成分も前からの影響をうけて、X方向の成分はY方向の成分よりもかなり小さく、実質的にY方向の成分のみを有するように構成されていると考えても良い。
As shown in FIG. 2 (a), the internal light that enters the
この状態で、入射光はプリズムシート4において光の方向がZ方向となるように、光路が修正されてZ方向に向かう照明光として液晶表示板5に入射する。このとき、プリズムシート4は図1に示すようにそのプリズム4pの稜線4p1の方向がX方向と平行であるので、X方向と直角なY方向の光の成分のみをZ方向に変換し、稜線と平行な方向であるX方向の光をZ方向に変換することはできない。よって、入射光にX方向の光成分がかなり存在する場合には、変換効率が低下し、照明光の輝度の顕著な低下をもたらす。しかし、本実施例1の場合は、プリズムシート4への入射光は上記したように実質的にY方向の成分のみを有するように構成されているので、プリズムシート4での変換効率は十分に高く保持され、プリズムシート4を透過し、Z方向に揃えられた照明光は輝度の実質的な低下を生ずることなく、十分に明るい照明光として液晶表示板5に入射し、これを照明することが出来る。
In this state, the incident light is incident on the liquid
更に、本実施例1においては、プリズムシートとしてはプリズムシート4のみを1枚用いているため、従来のように2枚のプリズムシートを用いたことに起因して生ずる、モアレ縞のニュートンリングの発生を完全に防止し、これによる照明の品位の低下を完全に防ぐことができる。さらには、プリズムシートを一枚にしたことにより、従来よりもバックライトの構造の簡素化、薄型化ができるようになった。
Further, in the first embodiment, since only one
以下に本発明の実施例2に係るバックライトにつき、図面を用いて説明する。図4はそのバックライトに使用する導光板22を示す図である。本実施例に係るバックライトのその他の部材及びその配置は、すでに説明した実施例1のものと同様であるので図示を省略する。図4に示すように、導光板22の下面22bには下方に突出し断面が略正三角形である複数のプリズム22pが形成されている。このプリズム22pは適切な間隔をおいて形成されており、プリズム22p同士の間はフラットな面となっている。図4に示すようにLED1を出て導光板22の内部光となった光線はフラット部又はフラット部とプリズム22pのコーナー部での反射を経て上面22aに入射し、直接に若しくは1回又は複数回の反射を経て上面22aより屈折により出射する。
Hereinafter, a backlight according to
このようにして、導光板22の上面22aより上方に出謝する光の方向は、X方向に平行な面等により反射され、ランダムな方向への反射を経ていないため、X方向の成分は少なく、主としてY方向の成分よりなる。よって、実施例1において説明したのと同様な原理により、本実施例2の場合においても、照明光の輝度の維持、モアレ縞のニュートンリングの発生の完全に防止、装置の不薄型化について実施例1の場合と同様の作用効果を得ることが出来る。
In this way, the direction of the light that appreciates above the upper surface 22a of the
以下に本発明の実施例3に係るバックライトにつき、図面を用いて説明する。図5は本実施例3に係るバックライトに使用する導光板32のYZ断面図である。バックライトのその他の部材については、実施例1の場合と同様なので図示を省略する。図5に示すように、導光板32の下面32bには、入光側面から遠い側に実施例1で示したのと同様の断面が不等辺三角形のプリズム32p1が、入光側面に近い側に実施例2で示したのと同様の断面が略正三角形のプリズム32p2が併用されて形成されている。LED1からの光が導光板32に入り込んで生ずる内部光sは、入光側面から遠い側では実施例1における作用と同様の作用となり、入光側面に近い側では実施例2における作用と同様の作用となり、両者が混合されたような作用となって導光板32内を伝播しつつ、その上面32aより上方に出射光を生ずる。
この出射光は、すでに説明したのと同様の原理により、X方向の成分は少なく、主としてY方向の成分からなるものとなり、バックライトの導光板32以外の部材は実施例1のバックライトの部材と同様であって、導光板32の下面32bに形成されたプリズムの断面形状は第1実施例の不等辺三角形と第2実施例の略正三角形とを組み合わせた形状であるため、本実施例3に係るバックライトの作用効果は、すでに説明した実施例1及び実施例2のバックライトの作用効果が混合されたものとなる。
Hereinafter, a backlight according to
The emitted light is the same principle as already described, the components of the X-direction is small, mainly Ri Do shall consist Ingredient in the Y direction, back members other than the light guide plate 32 of the backlighting of Example 1 Since it is the same as the light member, the cross-sectional shape of the prism formed on the lower surface 32b of the light guide plate 32 is a combination of the inequilateral triangle of the first embodiment and the substantially equilateral triangle of the second embodiment . The operational effects of the backlight according to the third embodiment are a mixture of the operational effects of the backlights of the first and second embodiments already described.
以下に本発明の実施例3に係るバックライトにつき、図面を用いて説明する。本実施例4に係るバックライトの機械的構造そのものは、例えば実施例1の構造と同様であるので、バックライトの機械的構造の図示は省略する。本実施例4においては、LED(例えば実施例1において、図1のLED1として示すもの)として、図1に示すX方向には強い光を出さず(又は光を広げず)に、Y方向に強い光を放射するLED1を用いる。図6は本実施例4に使用するLED1の発光の輝度の指向特性を示す図である。点線で示すSKが通常のLEDの指向特性を示し、実線で示すSK1が本実施例4に係るLEDの指向特性を示す。SK1の指向特性はY方向の輝度が、X方向に近い方向を含めた他の方向よりも顕著に強いことを示している。本実施例4によれば、かかるY方向への指向特性を顕著に有するLEDを用いることにより、例えば図1に示す導向板2より出射する光線の指向性をY方向について、より高めることにより、照明光への変換効率を更に高め、最終的な照明光の明るさを更に高めることができる。
Hereinafter, a backlight according to
以上に各実施例にっつき本発明の説明を行ってきたが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではなく、プリズムシートを1枚のみ用い、導光板において、図1に示すようなX方向と、Y方向に関し、導光板に、光線のX方向よりもY方向への指向特性を高めるような光学的な手段を設けたことを特徴とするバックライトをも含むものである。 Although the present invention has been described above with reference to each embodiment, the present invention is not limited to these embodiments, and only one prism sheet is used and a light guide plate is shown in FIG. With respect to the X direction and the Y direction, the light guide plate also includes a backlight characterized by providing optical means for enhancing the directivity of the light beam in the Y direction rather than the X direction.
1 LED
2、22、32 導光板
2p 導光板プリズム
3 拡散シート
4 プリズムシート
4p プリズムシート用プリズム
5 液晶表示板
10 バックライト
1 LED
2, 22, 32 Light guide plate 2p Light
Claims (4)
The arrangement according to one of the prism sheet, a back light of claim 1 or claim 2, characterized in that to prevent the occurrence of Newton rings in the illumination light.
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