JP4474373B2

JP4474373B2 - 高度均一光による超薄型液晶ディスプレイバックライト装置

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Publication number: JP4474373B2
Application number: JP2006042957A
Authority: JP
Inventors: 遵義王
Original assignee: 光遠科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2026-02-20
Also published as: JP2007219443A

Description

本発明は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライト装置において、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする液晶ディスプレイバックライト装置。

従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または液晶テレビバックライト装置（またはバックライトモジュール、backlight module）の多くは冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL) または発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とし、バックライト装置の導光板(light guide plate) から光を側射するものである。入射した光は導光板内面に設けられた拡散ドット(diffusion dot) を経て導光板の出射面へとガイドされるが、出射角度が非常に大きいため一個または多数の拡散板(diffusion plate) とプリズム板(prism plate) を用いて平均化させ角度を集中させることにより、その輝度と均一性を増加させるものであった。

ＬＣＤのサイズが大きくなるにつれて上述された従来の技法には多くの欠点が出てきた。たとえば、大型サイズの導光板の鋳造には困難がともなうことからコスト面、良品率の面において障害があり、しかも導光板側面の入射面が基板の面積に比して小さすぎ、光の平均化が難しい点が挙げられる。これらの理由により、現在では大型ＬＣＤではすべて直射型が採用されている。図１はCCFLランプを光源とする従来の直射型バックライト装置表示図である。図に示されたとおり、この手のバックライト装置は多くのCCFLランプを同一ピッチｄで水平に配して偏光板の前に設置し、CCFLランプから発射された光を偏光板のある前方に向けて射出させる。これとは別にCCFLランプの前方、距離Ｄの箇所には拡散板を設け、直接CCFLランプから照射された光、または偏光板から反射してきた間接的な光を拡散、平均化して均一光を形成させ、液晶パネルに照射する。一般的には、光を平均化させようとすれば、距離ＤとCCFLランプのピッチｄは概ね等しくなる。

CCFLランプ内には水銀蒸気が使用されており、製造と後続回収処理に当たり環境保護の問題を含み、加えてＬＥＤの技術が日進月歩で、発光効率やコスト面でもCCFLランプに較べて優勢となってきており、色彩や輝度の調整も極めて容易であることから、バックライト装置の主な発光ユニットとしてＬＥＤがCCFLランプに取って代わる傾向にある。図２も従来型、ＬＥＤを光源とする直射型バックライト装置の表示図である。図に示されたとおり、多数のＬＥＤが距離ｄ' のピッチを空けて縦ｘ横にマトリックス状に配列され偏光板の前に設置されている。これらのＬＥＤは白色ＬＥＤ、または赤、緑、青色のＬＥＤが適切に組み合わされたものである。図１と同様にＬＥＤの前方、距離Ｄ' を隔てた箇所に拡散板が設けられ平均化の作用を果たすが、距離Ｄ' とＬＥＤのピッチｄ' は概ね等しくなる。

ＬＥＤを光源とする直射型バックライト装置の主な欠点は、各ＬＥＤにおける色と輝度が完全に一致せず、温度や環境的な要素による特性が各ＬＥＤごとに異なるところにある。使用を継続するに従い各ＬＥＤ間における輝度や色の差異が漸次増していくことになり、よって、この種のバックライト装置はＬＥＤ個別の変化により空間の均一性に影響を受け易い。拡散板によりある程度の均一性は得られるものの、平均化には限度があり、一個または数個のＬＥＤとその他のＬＥＤとの差異が一定の限度を超えた場合、または完全に故障した場合には均一性に欠けることになる。

このほか、ＬＥＤの発光効率は日増しに高まっており、ＬＥＤ一個当たりの発光効率（または光束、luminous flux）は１００ルーメン(lumen)以上である。４２インチのＬＣＤディスプレイを例にとると、そのバックライト装置の発光効率が約１０,０００ルーメンに達しなければ５００cd/m² の有効輝度(luminance)を達成することができない。一個のＬＥＤで１００ルーメンとすると、バックライト装置には１００個のＬＥＤが必要ということになり、その配列におけるピッチｄ’は約８cmとなる。ゆえに直下型バックライト装置には約８cmの厚みＤ’が必要となり、非常に分厚くならざるを得ない。そして、ＬＥＤ間のピッチｄ’を縮小してバックライト装置の厚みＤ’を削ろうとすれば、ＬＥＤの個数が大幅に増え、しかも密集状態となり、コスト面、力率、散熱方面においてマイナス面の影響を与えることになる。

上記をふまえて、ＬＥＤを光源とするバックライト装置の空間における厚みを最少限にまで抑え、コスト面、散熱、力率を犠牲にすることなく、そして長時間の使用によるＬＥＤの輝度と色の差異や故障により表示面の均一性に影響を与えないことを本発明の主な目的とする。

この目的を達成するため、本発明の提出するバックライト装置には光源となる多数のＬＥＤ、ＬＥＤとＬＣＤ基板の間にシールされた液晶組成物が含まれる。ＬＥＤから照射された光は液晶組成物の全反射内壁内で混合と平均化を繰り返し、高度に均一化された光を形成し、液晶組成物の部分透過出射面からＬＣＤ基板の背後に投射される。

液晶組成物の平均化効果は従来の拡散板よりも優れており、各ＬＥＤごとに輝度や色にばらつきが生じ、しかも使用時間が長くなるに従いこのばらつきが拡大するとはいえ、液晶組成物の平均化作用を経てこのような差異もかなりの程度相殺される。しかも、液晶組成物の卓越した平均化作用があるため、本発明においては拡散板とプリズム導光板等の装置を必要とせず、コスト低減が可能となり、同時に拡散板とプリズム導光板による光束損失（輝度の損失は４０％から６０％に達する）を回避して輝度を増加させることになる。このほか、液晶組成物の平均化作用と液晶組成物そのものの厚みとは無関係であることから、本発明のバックライト装置ではＬＥＤに関して最適の個数を採用できることになり、コスト面、散熱、力率を犠牲にすることなくバックライト装置の厚みを最小限に抑えることを可能としている。

請求項１の発明は、高度に平均化された超薄型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置であり、
出射面および入射面を含む複数の平面から構成される中空立体物であり、出射面はＬＣＤ基盤の背後に当たり、入射面には複数の透過孔を通して光を液晶組成物に照射し、出射面は液晶組成物から出射面に対して照射された光を部分透過させてＬＣＤ基板の背後に達し、出射面以外にも、全反射面である複数の平面でできた内壁を持つ液晶組成物、
そして、液晶組成物の入射面外壁に設けられ、複数個の発光ダイオードから照射された光が複数個の透過孔を経て液晶組成物内部に入射できる複数個の発光ダイオード、
が含まれ、該出射面は、適切なはさみ角を成すよう接続された隣り合う側面と平行にアラインされた複数の矩形の平面を有することにより、該出射面と同一平面の第１方向に沿って形成された波状の起伏を有し、
該入射面は、適切なはさみ角を成すよう接続された隣り合う側面と平行にアラインされた複数の矩形の平面を有することにより、該入射面と同一平面の第２方向に沿って形成された波状の起伏を有し、
複数個の発光ダイオードから照射された光は液晶組成物内部において多重反射により混光・平均化され、ＬＣＤ基板背後の出射面から射出される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、液晶組成物が六個の平面により構成された中空直方体であり、出射面と入射面が液晶組成物を隔てて平行に相対する構造となるバックライト装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面を除いて、液晶組成物を構成する複数個の平面の内壁が高反射率のフルスペクトラム全反射フィルムで覆われ反射面を形成しているバックライト装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面の内壁に適切な膜厚の金属フィルムを具備し、光の部分透過を可能とするようなバックライト装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面の内壁に適切な部分透過フィルムを具備し、光の部分透過を可能とするようなバックライト装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面の内壁に高反射率のフルスペクトラム全反射フィルムを具備し、出射面に複数の透過孔を設けて光の部分透過を可能とするようなバックライト装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが一定方向（第一方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成した出射面と、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが別の方向（第二方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成した入射面を持つバックライト装置としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、第一方向と第二方向が垂直に交わるバックライト装置としている。
請求項９の発明は、請求項７記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、はさみ角が１８０°から９０°の間にあるバックライト装置としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面を形成する面の一つが、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが一定方向（第一方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成し、さらに出射面を形成するもう一つの面が、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが別の方向（第二方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成している出射面を持つバックライト装置としている。
請求項１１の発明は、請求項１０記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、第一方向と第二方向が垂直に交わるバックライト装置としている。
請求項１２の発明は、請求項１０記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、はさみ角が１８０°から９０°の間にあるバックライト装置としている。
請求項１３の発明は、請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、入射面を形成する面の一つが、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが一定方向（第一方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成し、さらに入射面を形成するもう一つの面が、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが別の方向（第二方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成している入射面を持つバックライト装置としている。
請求項１４の発明は、請求項１３記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、第一方向と第二方向が垂直に交わるバックライト装置としている。
請求項１５の発明は、請求項１３記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、はさみ角が１８０°から９０°の間にあるバックライト装置としている。

本発明のＬＥＤを光源とするバックライト装置の空間における厚みを最少限にまで抑え、コスト面、散熱、力率を犠牲にすることなく、そして長時間の使用によるＬＥＤの輝度と色の差異や故障により表示面の均一性に影響を与えないことを本発明の主な目的とする。

本発明はＬＥＤを光源とするＬＣＤ液晶ディスプレイのバックライト装置を提供するものであり、これにはコンピュータ用ＬＣＤ液晶ディスプレイ、ＬＣＤテレビ受信機、またはその他のバックライト装置を必要とするディスプレイ装置が含まれる。

図３は本発明の第一実施例に依拠したバックライト装置の図示である。図に示されたとおり、光源となる多数のＬＥＤ１０、これらのＬＥＤ１０とＬＣＤ基板（未図示）の間にはさまれた液晶組成物２０が最小限の構成要素である。注意すべきはＬＥＤ１０の色だが、すべて白色ＬＥＤ、または赤、青、緑色を含む三種のＬＥＤ、または部分的に白色、部分的に赤、青、緑色、またはその他の適切な色の組合せが可能である。その配列方式としては、規則的な間隔で縦ｘ横のマトリックス状配列；または数個のＬＥＤを一組（たとえば赤色一個、青色一個に二個の緑色ＬＥＤの組合せ）とし、一組を一単位としてのマトリックス状配列、またはその他の適切な配列方式が可能である。言い換えると、本発明においてはＬＥＤ１０の色の組合せと配列方式に特別な要求はないということであり、その個数に至ってはＬＣＤ基板が必要とする輝度に合わせて最適の選択を行う。

図３に示されたように、液晶組成物は六個の平面から構成される中空直方体であり、ＬＥＤ１０はE-F-G-H 面（以下、入射面という）に配列される。液晶組成物２０の作用を受けた光はA-B-C-D 面（以下、出射面という）から出射されることになる（図中の矢印参照）。この出射面がＬＣＤ基板の内壁と向き合っている。出射面と入射面は距離Ｄ''を隔てて平行に相対する平面である。ここで、図３に示された液晶組成物２０、および入射面、出射面の配置方式は最も単純な方式であるが、実際上の液晶組成物２０の形状は直方体に限られず、入射面も一面のみに限られないことは特記されておくべきであろう。液晶組成物２０の重要機能はＬＥＤから照射された光を、その内部において反射を反復させて平均化させ、ＬＣＤ基板内壁に当たる出射面から射出させることにあり、この効果が得られる限り、いかなる立体形状であり、入射面数がいくつあっても、すべては本発明の着想の原点のカバーするところである。

入射面の内壁には反射率の極めて高いフルスペクトラム高反射フィルム（たとえば米国３Ｍ（登録商標）社の Vikuiti（登録商標） DESR-M 高反射フィルム）を貼り付けるが、その反射率は可視スペクトラムにおける反射係数が９８％から９９％に達していること。入射面においてＬＥＤ１０の位置に相対させるように透過孔を多数設け、ＬＥＤ１０の光が平均的に液晶組成物２０内部に照射するようにする。光は、液晶組成物内部において反射を繰り返す過程において一部分は透過孔３０を経て射出され消滅することになるので、透過孔の総面積と出射面の総面積の比１は小さくなるほど好ましい（<１％）。４２インチの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を例にとると、必要とされる出射面積は５０００cm² であり、もし４００個のＬＥＤ１０（入射面には最少４００個の透過孔が必要）を光源として、しかも１値を１%未満に抑えるとすれば、すべての透過孔の口径は３mmを下回らなければならない。

液晶組成物２０に関し、入射面と出射面を除く他の四面である A-E-H-D、A-B-F-E 、B-C-G-F およびC-D-H-G においても、内壁には反射率の極めて高いフルスペクトラム高反射フィルムを施して全反射面を構成する。

出射面は部分透過(partial transmission)面とする。いわゆる部分透過とは、当該面に照射された光の一部は透過するが一部は反射または吸収されることを指す。透過部分がすなわち、このバックライト装置により液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に提供される光であり、反射された部分は液晶組成物２０内部に戻り、その他のＬＥＤ照射光と共に再び全反射、混合を繰り返して平均化される。吸収された部分は当該バックライト装置の発光効率における損失であり、できるだけ少量に抑える必要がある。

液晶組成物２０の作用原理を図４に示してみた。ＬＥＤ１から照射された光が出射面のP 点に達したとき、部分的に出射面を通過して光線１' となる。一部は反射して入射面に戻り、再び反射して出射面のQ 点に至り部分的に出射面を通過して光線１''となり、ＬＥＤ２から照射されQ 点を通過した光線２'と混合される。これによって類推すると、ＬＥＤ１、ＬＥＤ２およびＬＥＤ３から照射された光はR 点においてそれぞれ１''' 、２''、３' という三種類の光線の混光を形成するので、多数のＬＥＤによる混光平均化効果を得ることが可能となる。

出射面の部分透過率（光が透過可能な部分に到達する比率）ｔの値が小さいほど、光が液晶組成物内部において全反射する回数が多くなり、ＬＥＤの混光平均化効果はより良好なものとなる。しかし、全反射の過程において一部の光が吸収されることから、全反射の回数が多すぎるとバックライト装置の光取り出し率も低くなる。バックライト装置の光取り出し率は多重反射の光学定理を利用して算出可能である。

Tは光取り出し率、ｒ₁ は出射面における非透過部分である反射率、ｒ₂ は入射面における反射率である。入射面と出射面ともに理想である全反射面であるとき（ｒ₁ ＝ｒ₂ ＝１）、T＝１００％、すなわち光取り出し率は１００％となる。しかし、ｔ＝１０％、ｒ₁ ＝ｒ₂ ＝０.９９の場合、T＝８４.８％となり、約８５%の光取り出し率しか得られない。残り１５％は多重反射の過程において吸収されたことになる。

同様に多重反射の光学定理を利用して、光が第ｎ回目に出射面に照射された場合の光取り出し率は以下のとおり。

上記の公式より、ｔ＝ｔ₁ ＝１０％、ｔ₆ ＝0.9⁵ (0.99ｘ0.99)⁵ ｘ0.1＝５% となり、これによって第６回目に出射面を透過した光は第１回目に透過した光の二分の一（５%／１０%）ということになり、全反射の回数が増すごとに平均化の効果が逓減していくのがわかる。第ｎ回目に出射面を透過した光量は、P₀ ｘcosθｘｔ_n で表すことができる（もしＬＥＤチップの場合には、半値全角は１２０°、P₀ はＬＥＤ直射時の最大光量、θは光拡散角度）。もしここで、第ｎ回目に出射面を透過した光量はＬＥＤ第１回目の直射（θ＝０度、第ｎ＝１回目）時の最大光量の３７%（約e^-1 ）であり平均化の有効範囲であるとすると、上の公式により、P₀ ｘcosθｘ０.５＝０.３７P₀ から光拡散角度θ≒４２°を導き出すことができる。そして、第６回目に出射面を透過した場合に進んだ水平距離L6（図５参照）は以下のように求められる。

もし液晶組成物２０の厚みD’’を２cmに設計すると、ＬＥＤの光拡散角度θ＝４２°のもと、ＬＥＤの光が第６回目に出射面を透過した場合に進んだ水平距離L6は約２０cm（２ｘ２０）である。もしこれを、ＬＥＤを中心として半径２０cmとして計算してみると、ＬＥＤがカバーできる面積は１３００cm² に達することになる。４２インチの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の表示面積は約５０００cm² であり、一個のＬＥＤで２６%の面積をカバーできることになる。

前述の４２インチの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を例にとると、バックライト装置の発光効率は約１００００ルーメンなければ有効輝度（luminance ）５００cd/m² に達することはできない。一個のＬＥＤ１００ルーメンで計算するとバックライト装置には約１００個のＬＥＤが必要であるが、従来の直下型ではピッチ約８cmで１００個のＬＥＤを均等に配列することになるため、直下型バックライト装置の厚みD'も約８cmとなる。しかし、本発明においてはバックライト装置の厚みD'' は２cmしか必要ない。以上の計算により、各ＬＥＤ平均化後のカバー面積は約１３００cm² であり、このなかに約２６個のＬＥＤがある。言い換えると、２６個のＬＥＤすべてが平均化、混光作用に参与していることになり、これにより高度の平均化が可能となっている。もしそのうち一個のＬＥＤの輝度が５０％減退したとしても、全体の輝度への影響はわずかに１.９%でしかない。

従来の側射式バックライト装置のＬＣＤは、導光板を経て照射角が非常に大きくなることから、拡散板やプリズム板を利用して平均化および角度の集中化を図り輝度と均一性を向上させる必要があった。同じく従来型の直射型バックライト装置では導光板を用いる必要がなく、小角度ＬＥＤを利用して光度（luminous intensity）Iを飛躍的に向上させた。たとえば半値全角６０°のＬＥＤでは、その光度は、包装は異なるが半値全角１２０°の同一ＬＥＤチップの３倍前後となる。しかし、小角度を利用したＬＥＤ最大の欠点は照射範囲が非常に狭い事であり、このためＬＥＤの間隔も狭くならざるを得ずＬＥＤの使用数量は非常に多くなり、コスト高、散熱不良、ＬＥＤ変異といった問題を生むことになる。もし本発明である多重全反射液晶組成物を利用すれば、小角度ＬＥＤは多重全反射を経て混光範囲が拡大され、しかもその過程において小角度の特性は保持されることから、出射面から照射された後、その角度は拡大されることがなく、しかも高輝度を達成できることになる。上述の例でいうと、もしＬＥＤの半値全角が６０°とすると、ＬＥＤの拡散角度分布曲線はP₀ ｘcos⁴ θで描くことができる。

つまり、P₀ ｘcos⁴ θｘ０.５＝０.３７ P₀ を利用してその光拡散角度θ＝２２°を求めることにより、有効平均化範囲L≡＝１１ｘD’’ｘtanθ＝４.４D’’であり、もしD’’＝３cmとすると、その有効平均化範囲は約５５０cm² となり、これはＬＣＤ基板の全面積の１１％を占めることになる。バックライト装置が１００個の高力率のＬＥＤから組成されているとして、この範囲内において９個のＬＥＤが混光平均化作用に参与していることになる。よって、そのうち一個のＬＥＤに５０％の変異が発生したとして、この区域における全体への影響はわずかに５％から６％、高い平均化効果を達成していることになる。

本発明では液晶組成物によって非常に高度な平均化作用が得られるため、拡散板とプリズム板を使用する必要はなく、よって拡散板とプリズム板による内部損失も免れることになる（光度損失は４０％から６０％にものぼる）。言い換えれば、本発明のバックライト装置は、拡散板とプリズム板を使用しないという条件のもとにおいて高度に平均化された高輝度機能が達成されており、同時にバックライト装置の薄型化という目的をも満たされている。

出射面の内壁に薄いアルミまたは銀のフィルムを貼ることにより出射面における部分透過が可能となる。もしメッキが十分に薄いものであれば、部分反射、部分透過の効果が得られる。そして部分透過率はメッキされる金属の膜厚で調整できる。または、出射面内壁にも適切な部分透過フィルム（partial transmission film）を貼る、または反射率の極めて高いフルスペクトラム高反射フィルムを採用してもいいが、多くの透過孔が高い密度で設けられなければならず、この透過孔の面積の総和と出射面面積の比が、すなわち部分透過率となる。もし透過孔が距離Wの間隔で規則的に配列され、透過孔の直(半)径がｗとすると、出射面における部分透過率ｔ＝πｗ² /４Ｗ² となる。たとえば、透過孔配列のピッチＷ＝０.１mm、部分透過率ｔ＝１０％とすると、透過孔の直(半)径ｗは約０.０３５mmとなる。一般的には、透過孔配列のピッチWが小さいほど出射面における光が平均化される。

もしバックライト装置をさらに薄型化、たとえば１cm以内にしようと思えば、上述（３）の計算式により、L₆ は約１０cm、ＬＥＤの配列ピッチは８cmとなり、平均化範囲内にはわずかに１.５個のＬＥＤしかないことになり、平均化の効果を達成することはできない。バックライト装置をさらに薄型化するために行った本発明のもう一つの実施例は、波形の入射面と出射面を採用して平均化作用の向上を図ることである。

図６は本発明におけるバックライト装置の第二実施例である。本実施例と前実施例は、構成、全反射面構造、部分透過面において原理的には同じものであるが、（１）A-B-C-D出射面が多数の平面を用いてX軸方向に波状を呈する構造となっており、隣り合う平面にはさまれた角度θ₁ は１８０°から９０°の間とする。（２）E-F-G-H入射面が多数の平面を用いてY軸方向に波状を呈する構造となっており、隣り合う平面にはさまれた角度θ₂ は１８０°から９０°の間とする。θ₁ =１８０°、θ₂ ＝１８０°のとき、本実施例は前実施例と完全に一致することになる。

本実施例における液晶組成物２１の運用原理を図７に示した。図７はY軸方向に沿った上看図である。図に示されたとおり、入射面O 点にあるＬＥＤから照射された光１は照射角φで出射面R 点に到達後、一部反射されて光３として入射面Q へと戻る、O 点からQ 点までの距離を求める計算式は、

もしθ₁ =１８０°（すなわち前実施例）のとき、光１はR点に到達後、一部反射されて光２として入射面Pへと戻る。その距離OPを求める計算式は、

もし光拡散角度φ＝４２°、θ₁ =１２０°とすると、前の二つの計算式よりOQ＝５.６D^* 、OP＝１.８D^* が得られる。言い換えると、本実施例である波形構造におけるX軸方向への反射距離は平面構造のそれの３倍から４倍に達し、よって有効平均化範囲は多重反射の後距離を考慮すると平面構造の３倍に達する。これより類推すると、入射面のY軸方向にも波形構造が採用されていることから、Y軸方向の反射距離は平面構造のそれの３倍ということになり、カバーされる平均化範囲からいくと、本実施例である波形構造の有効平均化範囲は平面構造のそれの９倍に達することになる。これの意味するところは、同水準の有効平均化のもとでは、本実施例における厚みD^* は前実施例のそれの約三分の一でおさまることになる。もし前実施例においてD’’＝２cmとすると、本実施例においてはD^* ＝０.６cmで十分であり、超薄型バックライト装置の実現を可能ならしめるものである。

本実施例における入射面、出射面の設定は単なる例であり、ほかにも類似効果を得ることのできる多くの実施方式があることは注記されておくべきである。たとえば、（１）出射面は多数の平面によるY 軸方向への波形にて構成、入射面は多数の平面によるX 軸方向への波形にて構成（本実施例とは逆の場合）、（２）入射面は平面、出射面は図６中のA-B-C-D 面とE-F-G-H 面、二種類の波形の重ね合わせ、つまり図８に示すようにX 軸、Y 軸双方向に波形を呈し、多数の逆ピラミッド型の凹みから構成される面、（３）出射面は平面、入射面は図８に示すようにX 軸、Y 軸双方向に波形を呈し、多数の逆ピラミッド型の凹みから構成される面、（４）入射面、出射面ともに図８に示すようにX 軸、Y 軸双方向に波形を呈し、多数の逆ピラミッド型の凹みから構成される面。

入射面、出射面における変化に関する他の可能性として、図９に示されるように（１）二つの波のピークを超えるごとにはさみ角θ_a 、θ_b が異なるもの、（２）波のピークの高さH _a 、H_b が異なる各種組合せ、がある。本実施例におけるポイントは、波形を設けることにより平面（例：X−Y面）に属する二方向（例：X軸、Y軸方法）における反射距離を延ばすことにある。波形（ピーク高さ、はさみ角等）に特別な制限はない。二つの波が向かう方向は基本的に垂直に交わるべき（９０°）であるが、特にX軸、Y軸方向に限られるものではない。

従来型。CCFLランプを光源とする直射式バックライト装置。従来型。ＬＥＤを光源とする直射式バックライト装置。本発明による第一の実施例、バックライト装置表示図。本発明による第一の実施例、液晶組成物の作用表示図。ＬＥＤから照射された光が第６回目に出射面を透過する場合の光の進行水平距離表示図。本発明による第二の実施例、バックライト装置表示図。本発明による第二の実施例、液晶組成物の作用表示図。本発明による実施例、入射面または出射面の上看図。本発明による実施例、入射面または出射面の側面図。

符号の説明

１０ＬＥＤ２０液晶組成物
２１液晶組成物

Claims

高度に平均化された超薄型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置であり、
出射面および入射面を含む複数の平面から構成される中空立体物であり、出射面はＬＣＤ基盤の背後に当たり、入射面には複数の透過孔を通して光を液晶組成物に照射し、出射面は液晶組成物から出射面に対して照射された光を部分透過させてＬＣＤ基板の背後に達し、出射面以外にも、全反射面である複数の平面でできた内壁を持つ液晶組成物、
そして、液晶組成物の入射面外壁に設けられ、複数個の発光ダイオードから照射された光が複数個の透過孔を経て液晶組成物内部に入射できる複数個の発光ダイオード、
が含まれ、該出射面は、適切なはさみ角を成すよう接続された隣り合う側面と平行にアラインされた複数の矩形の平面を有することにより、該出射面と同一平面の第１方向に沿って形成された波状の起伏を有し、
該入射面は、適切なはさみ角を成すよう接続された隣り合う側面と平行にアラインされた複数の矩形の平面を有することにより、該入射面と同一平面の第２方向に沿って形成された波状の起伏を有し、
複数個の発光ダイオードから照射された光は液晶組成物内部において多重反射により混光、平均化され、ＬＣＤ基板背後の出射面から射出される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、液晶組成物が六個の平面により構成された中空直方体であり、出射面と入射面が液晶組成物を隔てて平行に相対する構造となるバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面を除いて、液晶組成物を構成する複数個の平面の内壁が高反射率のフルスペクトラム全反射フィルムで覆われ反射面を形成しているバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面の内壁に適切な膜厚の金属フィルムを具備し、光の部分透過を可能とするようなバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面の内壁に適切な部分透過フィルムを具備し、光の部分透過を可能とするようなバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面の内壁に高反射率のフルスペクトラム全反射フィルムを具備し、出射面に複数の透過孔を設けて光の部分透過を可能とするようなバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが一定方向（第一方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成した出射面と、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが別の方向（第二方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成した入射面を持つバックライト装置。
請求項７記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、第一方向と第二方向が垂直に交わるバックライト装置。
請求項７記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、はさみ角が１８０°から９０°の間にあるバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、出射面を形成する面の一つが、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが一定方向（第一方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成し、さらに出射面を形成するもう一つの面が、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが別の方向（第二方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成している出射面を持つバックライト装置。
請求項１０記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、第一方向と第二方向が垂直に交わるバックライト装置。
請求項１０記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、はさみ角が１８０°から９０°の間にあるバックライト装置。
請求項１記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、入射面を形成する面の一つが、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが一定方向（第一方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成し、さらに入射面を形成するもう一つの面が、隣り合わせの二つの平面が適切なはさみ角を成し、それが別の方向（第二方向）に向かって複数個組み合わされて波状の起伏を構成している入射面を持つバックライト装置。
請求項１３記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、第一方向と第二方向が垂直に交わるバックライト装置。
請求項１３記載の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト装置において、はさみ角が１８０°から９０°の間にあるバックライト装置。