JP4493525B2 - 表裏一体型バックライトユニット及び該バックライトユニットを用いた小型ディスプレイ及び表裏一体型バックライトユニットの輝度バランス調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話・ＰＤＡ等の小型液晶ディスプレイに用いられるバックライトユニット、及び該バックライトユニットを用いた小型ディスプレイ、及び表裏一体型バックライトユニットの輝度バランス調整方法に関する。

図６は従来の小型ディスプレイ照明用バックライトユニットの例を示した図で、本明細書においては小型ディスプレイとして受光型のディスプレイである液晶パネル（以下ＬＣＤと略記する）を用いた例を示している。
図６において、例えばＬＥＤから成る光源１４から出射された光６２，６４は導光板１２へ導かれる。該光６２，６４は導光板１２内で反射を繰り返して伝搬されるが、その際導光板の底に設けられた溝やシボによって反射もしくは屈折した光６２は導光板１２の上面から出射される。導光板から出射した光は拡散シート３８によって拡散され光分布が均一化された後プリズムシート４０，４２によって導光板１２に対して直交する方向に集光され、ＬＣＤ４４へと向かいＬＣＤ４４を照明する。

一部の光６４は導光板１２の下面から出射されるが反射シート６０によって反射されて導光板１２内に戻され、以後光６２と同様に導光板１２の上面から出射されてＬＣＤ４４を照明する。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。

従来は図６に示すようなバックライトユニットによって小型ディスプレイであるＬＣＤを照明していたが、近来携帯電話や一部のＰＤＡにおいては機器の表裏両面に、例えば携帯電話においては蓋部の表面と背面の双方にＬＣＤを設けるものが増加している。
初期においては該双方のＬＣＤ毎にバックライトユニットを設けていたが、機器の小型化、安価化のために、該双方のＬＣＤを１つのバックライトユニットで照明可能ないわゆる表裏一体型バックライトユニットが用いられ始めている。

バックライトユニットを表裏一体型化するためには例えば図６における反射シート６０を半透過反射シートに変更すれば１つの光源と１枚の導光板でバックライトの表裏を同時に発光させることは可能である。
そのような技術の１つとして、表裏一体型バックライトユニットの一方の面側に半透過反射体を設け、該半透過反射体に入射した光の一部を反射させると共に、残部の光を透過させ、該バックライトユニットの両面に配置された液晶表示パネルの双方を照明するという提案がある（例えば特許文献１ ００１７−００２２ 図１ 参照）。

また特許文献１の図４には、本明細書の図７に転記した半透過反射体が示されており、その構造はポリオレフィン等からなる反射層２４に接着層２５によってポリエチレンテレフタレート等からなる白色層２６を接着した構造（図７ａ）もしくはポリエチレンテレフタレート等からなる白色体２８からなる（図７ｂ）としている。

しかし、この提案では、半透過反射体を透過した光のうち液晶パネルが存在しない部分の光は無駄になってしまいバックライトユニットの光利用効率を著しく低下させてしまうという問題に加え、光が半透過反射板を透過することにより着色してしまい、表面のディスプレイを照明する表面照明光と、背面のディスプレイを照明する背面照明光とに色度の差が出来てしまうという問題がある。
一般に入手可能な半透過反射シートにおいては、半透過反射シートに使用するシートが原因で、光が該シート中を通過することで色度が黄色方向へシフトしてしまうことが多く、表面のＬＣＤと背面のＬＣＤとで画面の色味が異なってしまうという問題を生じていた。

また表裏一体型バックライトユニットにおいては、表面照明光と背面照明光との輝度バランスをどのように調整するかが重要な問題となるが、特許文献１には輝度バランス調整法については何ら記載がない。
前記輝度バランスを調整するためには半透過反射体もしくはシート（以下半透過反射シートと記す）の光反射率と光透過率を正確に設定する必要がある。
図７（ａ）のタイプのような反射層２４を有する半透過反射シートにおいては、反射層２４を非常に薄くして半透過層の働きをさせるが、反射層２４が非常に薄いため光透過率を正確に設定する厚さを再現性良く製造することはきわめて困難であるという問題があった。
また図７（ｂ）のタイプのような半透過反射シートにおいてはシート全体の厚さで光反射率と光透過率を設定することが出来るが、シートは大量に作る必要から厚さに規格があり、かつ厚さの種類が少ないため微妙な光透過率を設定することは出来ないという問題があった。

特開２００４−１４４９９０

解決しようとする一つの課題は、表裏一体型バックライトユニットにおいて半透過反射シートを用いると該シートを透過した照明光は色度が変化してしまうという点であり、他の課題は表面照明光と背面照明光との輝度バランスを調整することが困難だった点である。

本発明のバックライトユニットは、小型ディスプレイに用い表面及び背面の双方のディスプレイを照明する表裏一体型バックライトユニットであって、半透過反射シートを設け、該半透過反射シートに補正したい色度への分光特性を持つ白色系材料をコーティングすることで背面照明光の色度を補正ものであって、前記白色系材料が青白色系の分光特性を有することを特徴とする。

また、本発明のバックライトユニットは、表面ディスプレイ用プリズムシート２枚、拡散シート１枚、導光板、前記半透過反射シート、背面ディスプレイ用プリズムシート２枚から構成されていることを特徴とする。

また本発明のバックライトユニットは、ホルダーを有し、該ホルダーの前記表面ディスプレイ側は全面開口され、前記背面ディスプレイ側には該背面ディスプレイとほぼ同じサイズの穴部が設けられ、該穴部に前記背面ディスプレイ用プリズムシートが配置されていることを特徴とする。

本発明の小型ディスプレイは、上記バックライトユニットを用いたことを特徴とする。

本発明の表裏一体型バックライトユニットの輝度バランス調整方法は、小型ディスプレイに用い表面及び背面の双方のディスプレイを照明する表裏一体型バックライトユニットの輝度バランス調整方法において、半透過反射シートを設け、該半透過反射シートに補正したい色度への分光特性であって、青白色系の分光特性を有する白色系材料をコーティングし、該白色系材料の厚みを変更することで表面照明光と背面照明光との色度を補正すると共に輝度バランスの調整を行うことを特徴とする。

表裏同時に発光するバックライトユニットにおいて、裏面照明光の色度が表面照明光の色度に対して異なってしまい、多くは黄色方向にシフトしていたが、青色の分光特性の強い白色材料を半透過反射シートにコーティングすることで裏面照明光の色度を表面と同じにすることを可能とした。

また、前記白色材料をコーティングするコーティング厚を変更することで半透過反射層の光透過率及び光反射率を制御し、表面照明光と背面照明光との輝度バランスの調整を容易に行うことを可能とした。

小型ディスプレイに用い表面及び背面の双方のディスプレイを照明する表裏一体型バックライトユニットにおいて、半透過反射シートを設け、該半透過反射シート上に補正したい色度への分光特性を持つ白色系材料をコーティングすることで背面照明光の色度を補正した。また該分光特性を青白色系の分光特性を有するものとした。
さらに、該白色系材料の厚みを変更することで表面照明光と背面照明光との輝度バランスの調整を行った。

図１は本発明の表裏一体型バックライトユニット及び該バックライトユニットを用いた小型ディスプレイの概要を説明する断面図で、表面ＬＣＤ４４と背面ＬＣＤ３６のように表裏に表示装置を有する小型ディスプレイの構造を示している。
ディスプレイパネルとしてはバックライトを必要とするパネルすべてに応用可能であるが、本明細書ではディスプレイとして液晶表示パネルを用いた例を説明する。
例えばＬＥＤから成る光源１４から出射された光４８，５０は導光板１２へ導かれる。該光４８，５０は導光板１２内で反射を繰り返して伝搬されるが、その際導光板の底に設けられたプリズム状凹凸によって反射もしくは屈折した光４８はプリズム状凹凸により持ち上げられ、臨界角度に達した時点で導光板の上面から出射される。導光板から上面に出射され光は拡散シート３８によって拡散され光分布が均一化された後表面ＬＣＤ用プリズムシート４０，４２によって導光板１２に対して直交する方向に集光された光４８となって表面ＬＣＤ４４へと向かい、表面ＬＣＤ４４を照明する。
ここで表面ＬＣＤ用プリズムシート４０，４２は図４（ａ），（ｂ）に示すように、それぞれのプリズムの稜線２０，２２が直交するように配置されている。

導光板１２の下方には図６の反射シート６０に変え半透過反射シート１６を設けてあり、半透過反射シート１６の表面には補正したい色度への分光特性を持つ白色系材料１８をコーティングしている。一般に半透過反射シート１６を透過した光は色度が黄色方向にシフトするため、白色系材料１８は青白系の分光特性を持つ材料としている。半透過反射シート１６と白色系材料１８とで半透過反射層４６を構成している。
ここで半透過反射シート１６は一般に用いられているものでよい。

該半透過反射層４６の下方には、光源１４、導光板１２、拡散シート３８、表面ＬＣＤ用プリズムシート４０，４２、半透過反射シート４６等のバックライトユニットを構成する部品全体を収納するホルダー３０が設けられ、該ホルダー３０の背面ＬＣＤ３６に面する部分には背面ＬＣＤ３６とほぼ同じサイズの穴部７２が設けられ、該穴部７２に背面ＬＣＤ用プリズムシート３２，３４が配置されている。なお、ホルダー３０の表面ＬＣＤ４４側は全面開口されている。

光源１４から出射された光のうち光５０は導光板１２内で反射を繰り返して伝搬されるが導光板１２の下面から出射される。導光板１２の下面から出射された光は半透過反射シート４６で透過光５２と反射光５４とに分かれ、反射光５４は導光板１２に戻され、透過光５２は背面ＬＣＤ用プリズムシート３２，３４で導光板１２に対して直交する方向に集光され背面ＬＣＤ３６を照明する。
ここで背面ＬＣＤ用プリズムシート３２，３４も表面ＬＣＤ用プリズムシート４０，４２と同様にそれぞれのプリズムの稜線が直交するように配置されている。
なお、ホルダー３０の少なくとも上面は光反射率の高い面となっており、穴部７２以外では半透過反射シート４６を透過した光を反射して半透過反射シート４６を介して導光板１２に戻している。

ここで図２，３を用いて本発明で用いている半透過反射層４６の説明を行う。
図２は半透過反射シート１６及び半透過反射シート１６上に白色系材料１８がコーティングされた半透過反射層４６の光反射率及び光透過率の説明を行う図で、図２（ａ）は半透過反射層が半透過反射シート１６のみで構成されている場合、図２（ｂ）は透過反射層４６が半透過反射シート１６上に白色系材料１８がコーティングされた構成となっている場合を示している。
図２（ａ）において、ｄ１の厚さの半透過反射シート１６に入射された入射光２０は、半透過反射シート１６での光吸収を無視すると、例えば７０％が反射されて反射光２２となり、３０％が透過して透過光２４となる。

図２（ｂ）においてはｄ１の厚さの半透過反射シート１６上にｄ２の厚さの白色系材料１８がコーティングされて厚さｄ３の半透過反射層４６を構成している。白色系材料１８中でも光は反射されたり透過したりするため例えば入射光２０は８０％が反射されて反射光２２となり、２０％が透過して透過光２４となる。すなわちコーティングした白色系材料１８によって反射光の比率が高まっている。このことが半透過反射層４６の光透過率及び光反射率を白色系材料１８によって設定することが出来ることを示している。

次に図３を用いて本発明のバックライトユニットで用いる半透過反射層４６をさらに詳しく説明する。
図３は本発明のバックライトユニットで用いる半透過反射層４６で、半透過反射シート１６上に白色系材料１８をコーティングしている。コーティングであるため白色系材料１８の厚さは図３に示すようなｄ４の厚さでもｄ５でもｄ６でも自由に設定が可能で、所望の厚さを実現するための大きな設備投資は必要がない。
また図２（ｂ）で説明したように白色系材料は光を反射及び透過する作用を有するので、白色系材料１８をコーティングする厚さによって半透過反射層４６での光透過率及び光反射率は変化する。すなわちコーティング厚をｄ４→ｄ５→ｄ６と厚くするにしたがって光反射率は上昇し、光透過率は減少する。すなわちコーティング厚を厚くするにしたがって表面ＬＣＤの照明光が明るくなり、薄くするにしたがって背面ＬＣＤの照明光が明るくなる。したがって白色系材料１８のコーティング厚を変えることによってバックライトユニットの表面に置かれたディスプレイを照明する表面照明光と背面に置かれたディスプレイを照明する背面照明光との輝度バランスを所望の比率に調整することが出来る。

白色系材料１８のコーティング法としては、印刷、ナイフコート法、ロールコート法、ダイコート法、ドクターブレード法、フローコート法などが挙げられどの方法を選んでも良い。

また、光が半透過反射シート１６中を進むと該光の色度が完全な白色から変化して着色してしまう。多くの場合は半透過反射シート１６の素材特性のため黄色方向へシフトしてしまう。その結果表面のディスプレイを照明する表面照明光と、背面のディスプレイを照明する背面照明光とに色度の差が出来てしまい、両ディスプレイの色味が異なってしまっていた。
そこで白色系材料１８には補正したい色度への分光特性を持つ材料を選ぶ。多くの場合は黄色方向へシフトした光の色度を補正するため青色方向の分光特性が強い白色材料を選ぶ。

白色用の顔料としては、例えば酸化チタンであるチタンＣＲ９７（石原チタン工業社製）等を挙げることができ、また白色無機粒子として、チタニア、アルミナ、マグネシヤ、シリカ、ジルコニア、硫酸バリウム、硝子、窒化アルミニウム、窒化硼素等を用いることも出来る。
また、青色方向への分光特性を高めるため例えば青色の顔料として、Ｆａｓｔｏｇｅｎ Ｂｌｕｅ ＲＳ（大日本インキ化学工業社製）、シアニンブルー５２４０ＫＢ（大日精化工業社製）、ダイピロキサイドカラーブルー９４５３（大日精化工業社製）、Ｆａｓｔｏｇｅｎ
Ｂｌｕｅ ５４８５（大日本インキ化学工業社製）等を微量前記白色用顔料もしくは粒子に加える方法がある。

上記顔料はバインダー樹脂中に混合する必要があるが、バインダー樹脂としては熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の各種樹脂が使用し得る。例えばアクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン変性ポリエステル樹脂、シリコーン変性アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリケート樹脂、フッ素樹脂、塩素系樹脂、等の通常の塗料用バインダー樹脂やエポキシ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン等を用いることができる。
また、溶媒として、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトンなどの有機溶媒およびこれらの混合物が使用できる。

また、白色系材料１８の光反射率を上昇させるために、例えばアクリルビーズのような透明ビーズを分散させる事も可能である。

次に本発明によるバックライトユニットの形状を説明する。
図５はホルダー３０を有するバックライトユニットの斜視図で、図５（ａ）はバックライトユニットを上方から見た斜視図、図５（ｂ）は下方から見た斜視図である。
図５（ａ）に示すようにホルダー３０の表面ＬＣＤ側は全面開口され、開口部７０からは表面ＬＣＤ用プリズムシート４２が見えている。
図５（ｂ）に示すようにホルダー３０の背面ＬＣＤ側には背面ＬＣＤとほぼ同じサイズの穴部７２が設けられ、該穴部７２からは背面ＬＣＤ用プリズムシート３４が見えている。
このようにホルダー３０に背面ＬＣＤ用の穴部７２を設け、該穴部７２に背面ＬＣＤ用プリズムシート３２，３４を配置したため、厚さの増加なしに表裏一体型バックライトユニットを実現出来た。

本発明の表裏一体型バックライトユニット及び該バックライトユニットを用いた液晶表示装置の概要を説明する断面図である。 半透過反射シート１６及び半透過反射層４６の光反射率及び光透過率の説明を行う図である。 本発明のバックライトユニットで用いる半透過反射層４６を説明する図である。 本発明で用いるプリズムシートの配置状態を説明する図である。 ホルダー３０を有するバックライトユニットの斜視図である。 従来の小型ディスプレイ照明用バックライトユニットの例を示した図である。 従来の半透過反射体の例を示した図である。

符号の説明

４４ 表面ディスプレイ
３６ 背面ディスプレイ
１６ 半透過反射シート
１８ 白色系材料
４６ 半透過反射層
１２ 導光板
３８ 拡散シート
４０，４２ 表面ディスプレイ用プリズムシート
３２，３４ 背面ディスプレイ用プリズムシート
３０ ホルダー
７２ 穴部

Claims (5)

1. 小型ディスプレイに用い表面及び背面の双方のディスプレイを照明する表裏一体型バックライトユニットにおいて、半透過反射シートを設け、該半透過反射シートに補正したい色度への分光特性を持つ白色系材料をコーティングすることで背面照明光の色度を補正するものであって、前記白色系材料が青白色系の分光特性を有することを特徴とするバックライトユニット。
2. 表面ディスプレイ用プリズムシート２枚、拡散シート１枚、導光板、前記半透過反射シート及び背面ディスプレイ用プリズムシート２枚から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. ホルダーを有し、該ホルダーの前記表面ディスプレイ側は全面開口され、前記背面ディスプレイ側には該背面ディスプレイとほぼ同じサイズの穴部が設けられ、該穴部に前記背面ディスプレイ用プリズムシートが配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 請求項１乃至３項のうちのいずれか一項に記載のバックライトユニットを用いた小型ディスプレイ。
5. 小型ディスプレイに用い表面及び背面の双方のディスプレイを照明する表裏一体型バックライトユニットの輝度バランス調整方法において、半透過反射シートを設け、該半透過反射シートに補正したい色度への分光特性であって、青白色系の分光特性を有する白色系材料をコーティングし、該白色系材料の厚みを変更することで表面照明光と背面照明光との色度を補正すると共に輝度バランスの調整を行うことを特徴とする表裏一体型バックライトユニットの輝度バランス調整方法。
   

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