JP4702176B2 - バックライト及び液晶表示装置 - Google Patents

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本発明は発光ダイオード等を光源として使用し、表示装置等に使用されるバックライト及びこのバックライトを備えた液晶表示装置に関する。
従来、液晶表示装置のバックライト用光源としては、主に冷陰極管が使用されているが、冷陰極管には専用の点灯回路が必要であり、また高電圧を扱う必要があることから、特に携帯電話及びPDA(Personal Digital Assistance:携帯型情報端末)等の小型用途では、光源としてLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)が使用されている。しかしながら、このLEDの発光は、主に青色LEDにYAG蛍光体を塗布することにより得られる擬似白色光であり、色再現性、特に赤系の再現性に難があり、その構成上、単体での改善は不可能であるため、別の赤色LEDで補うか、又は赤色(R)、緑色(G)若しくは青色(B)の単色光を発するLEDを使用しなければならない。また、この疑似白色LEDは、色再現性に難があること以外にも、光量が少なく、冷陰極管に比べて高価である等の理由から、モニター及びTV用途には利用される機会が少なかった。
一方、近時、LEDの効率が改善されつつあると共に、大電流を流すことができるLEDが開発され、環境問題とも絡め、LEDを使用した比較的大型のバックライトの製品化を目指す動きが活発となってきている。そのLEDを使用したバックライトの例としては、複数の導光板を備え、各導光板の端面に光源としてLEDを配置したもの(特許文献1の第1A図参照)、及びサイド発光型のLEDがアレイ状に配列された複数の基板を箱状の反射器内に配置して面光源とするもの等がある。
図13は非特許文献1に記載の従来のバックライトの構造を模式的に示す断面図である。図13に示すように、非特許文献1に記載の従来のバックライト100は、夫々赤色(R)、緑色(G)又は青色(B)の単色光を発光する複数個のLED101が適当な配列で並べられている。このLED101から発した光は、第1のリフレクタ105でその進行方向を略90゜変えられ、導光板102に入射する。そして、導光板102に入射したRGBの各単色光は、全反射を繰り返しながら導光板102内を伝播し、その間に混色が行われて、入射面と反対側の面から出射する。導光板102から出射した光は、第2のリフレクタ104でその進行方向が180゜変えられ、導光板103に入射する。導光板103に入射した光は、その裏面(反射シート106側の面)に設けられた散乱・反射パターンにより、導光板103面上に均一に出射する。
このような従来のバックライトでは、光源に前述の白色LEDを使用する場合は、輝度むらの対策に重点を置き、色むらについてはあまり気を使う必要は無いが、RGB単色のLEDを使用する場合は、これらLEDからの発光を如何に効率良く混色できるかによって、バックライトとしての価値が決まると言っても過言ではない。そこで、従来、輝度むら及び色度むらの発生を防止するため、ポリメチルメタクリレート及びポリカーボネート等の空気よりも屈折率が高い透明体と、その外面に配置された反射板とにより第2のリフレクタ104を構成したバックライトも提案されている(特許文献2参照)。
特表2003−532273号公報 特開2004−158336号公報 Yourii Martynov、外4名,「High-efficiency Slim LED Backlight System with Mixing Light Guide」,SID 03 DIGEST,2003年,p.1259−1261
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、図13に示す非特許文献1に記載のバックライト100の場合、照光面を覆うための導光板103及びRGBの単色のLED光を混色するための導光板102が必要であるため、冷陰極管等を使用し、その光を直接導光板に入射させる通常のエッジライト型バックライトに比べて導光板の質量が数倍以上となり、全体の重さが増加するという問題点がある。また、バックライト100は、導光板102の入射面及び出射面、並びに導光板103の入射面等、空気と物体との界面が多く、その界面で光学的ロスが発生し、光の利用効率が低いという問題点もある。
また、特許文献2に記載のバックライトは、輝度むら及び色むらの改善については効果があるが、その一方で、部材点数が多くなったり、外形、特に厚みが大きくなったりするという問題点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、LEDに起因する色及び光度のばらつきがなく、薄型及び軽量で、高効率のバックライト及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
本願第1発明に係るバックライトは、端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第1及び第2の導光板と、前記第1及び第2の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第1及び第2の導光板並びに前記光源の上方に配置され、内部が中空で、前記第1の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第2の導光板内を伝播した前記光源からの光を外部に出射させる出射部と、を有することを特徴とする。
本願第2発明に係るバックライトは、端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第1及び第2の導光板と、前記第1及び第2の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第1及び第2の導光板並びに前記光源の上方に間隔をあけて配置された拡散板と、前記第1の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第2の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第1及び第2の導光板と前記拡散板との間に形成される中空部へと入射させる第1及び第2のリフレクタと、を有し、前記中空部に入射した光は、前記中空部と前記第1及び第2の導光板との界面で反射し、前記拡散板を介して出射することを特徴とする。
本願第3発明に係るバックライトは、前記第3の発明において、更に、前記第1及び第2の導光板の上面並びに前記第1及び第2の導光板間の間隙を覆うように配置され、前記中空部と前記第1及び第2の導光板並びに前記光源とを光学的に分離する隔離板を更に有することを特徴とする。
本願第1乃至第3発明においては、光源の両側に混色用の導光板を配置しているため、この導光板を伝播している間に発光色及び光度のばらつきを解消することができる。また、バックライトの中央部分に光源を配置することにより導光板が占める領域を少なくすると共に、出射部を構成する拡散板と導光板との間に導光板を設けず、この部分を中空部としているため、バックライトの構造を薄型化及び軽量化することができる。更に、従来のバックライトに比べて界面が少ないため、光学的損失を減少させ、光の利用効率を向上させることができる。
更に、このバックライトは、前記光源の上方に配置され、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第1の導光板又は前記第2の導光板に向けて反射する第1の反射部材を有することができる。これにより、光の利用効率を向上させ、出射光量を増加させることができる。更にまた、前記中空部内に入射した光の前記拡散板への入射角を変える第2の反射部材を有していてもよい。これにより、中空部内に導入された光を均一にすることができる。
本願第4発明に係るバックライトは、端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第1及び第2の導光板と、前記第1及び第2の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第1及び第2の導光板並びに前記光源の上方に配置された第3の導光板と、前記第1及び第2の導光板並びに前記光源と前記第3の導光板との間に配置され、前記第1及び第2の導光板並びに前記光源と前記第3の導光板とを光学的に分離する隔離板と、前記第1の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第2の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第3の導光板に入射させる第1及び第2のリフレクタと、を有し、前記第3の導光板に入射した光は、その一部が前記隔離板の上面で反射した後、前記第3の導光板を通過し、残部の光と共に、前記第3の導光板における前記隔離板の反対側の面から出射することを特徴とする。
更に、この第4発明において、前記第3の導光板の隔離板側の面に散乱・反射部材を設けることができ、この場合は、前記第3の導光板に入射した光は、その一部が前記散乱・反射部材で反射して前記第3の導光板を通過し、残部の光と共に、前記第3の導光板における前記隔離板の反対側の面から出射する。
本願第4発明においては、前記第1及び第2の導光板並びに前記光源の上方に第3の導光板を配置し、前記第1乃至第3発明の中空部の代わりに、第3の導光板を配置した構成を有している。このように第3の導光板を設けているので、第1及び第2の導光板内を伝搬して混色が行われた光は、第3の導光板に入射し、この第3の導光板から面状に出射する。このため、第2発明及び第3発明のように、バックライト出射面に拡散板を設ける必要がない。また、本発明においても、第1乃至第3発明と同様に、光源からの光は、第1及び第2の導光板内で、混色を受けるので、発光色及び光度のばらつきを解消することができ、また、バックライトの中央部分に光源を配置することにより導光板が占める領域を少なくすることができる。
また、前記光源として、光を出射する上面が2次元的に湾曲しているものを使用することができ、この場合に、前記光源に対応して、前記光源の長手方向(湾曲中心軸)に平行に延び、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第1の導光板又は前記第2の導光板に向けて反射する第1の反射部材を設けることができる。
この第1の反射部材は、その横断面が逆三角形の形状を有するものでもよいが、その横断面が、中央部が前記光源に向けて突出し、中央部から両側部に向けて傾斜しており、この傾斜面が、上に凸になるように2次元的に湾曲していて前記傾斜面が凹面になっているものを使用することが好ましい。光源として、光を出射する上面が2次元的に湾曲しているものを使用すると、その光の方向は放射状に広がるが、それを受ける第1の反射部材の傾斜面が上に凸になるように湾曲していると、効率的に光を入射することができる。
このとき、前記第1の反射部材の傾斜面が曲率半径Rで湾曲し、前記光源はその上面の湾曲面が直径Dのレンズを有し、前記第1及び第2導光板の板厚をTとすると、R/Dが1乃至2であり、板厚Tは、D−2mm以上、D+2mm以下であることが好ましい。
前記光源は、例えば、発光ダイオードである。また、前記光源は、赤色の光を発する第1の光源と、緑色の光を発する第2の光源と、青色の光を発する第3の光源と、を有していてもよい。これにより、小型の表示装置用のバックライトが得られる。
本願第5発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの後方に配置されこの液晶パネルに光を供給するバックライトと、を有し、前記バックライトは前述した本願第1乃至第4発明のバックライトであることを特徴とする。
本発明においては、前述のバックライトを使用しているため、液晶パネルに対して、輝度むら及び色むらがなく、均一な光を供給することができるため、高品質な画像を表示することができる。
本発明によれば、光源の両側に混色用の第1及び第2の導光板を配置しているため、発光色及び光度のばらつきがなく、薄型化及び軽量化が可能で、光の利用効率が高いバックライトが得られる。
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態に係るバックライトについて説明する。図1は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態のバックライト10は、その中央部に光源として、赤色(R)、緑色(G)又は青色(B)の単色光を発する複数個のLED1が1列に配列されている。このLED1の両側には、夫々、第1及び第2の導光板2及び3が複数個ずつ配置されている。即ち、端面同士が相互に対向するように配置された第1及び第2の導光板2及び3の対向する端面間に、LED1が配置されている。
また、第1及び第2の導光板2及び3の下面には夫々第1及び第2の反射シート6及び7が配置されており、LED1の上方域、即ち、第1の導光板2と第2の導光板3との間の間隙並びに第1及び第2の導光板2及び3の上面を覆うように隔離板9が配置されている。そして、この隔離板9の下面上における各LED1の直上域には、例えば断面が略三角形で、LED1から上方に出射した光を第1の導光板2又は第2の導光板3に向けて反射する反射体8が取り付けられている。また、隔離板9の上方には、一定間隔をあけて拡散板11が配置されており、この拡散板11と隔離板9との間は中空部12となっている。更に、第1及び第2の導光板2及び3のLED1と反対の端面側には、夫々、第1の導光板2又は第2の導光板3から出射した光の進行方向を180゜転換し、これらの光を中空部に入射させる導入部材である第1及び第2のリフレクタ4及び5が配置されている。
本実施形態のバックライト10におけるLED1は、基板13上に1又は複数個ずつ実装されており、この基板13の表面と略平行な方向に最大の発光強度を示す側面発光型LEDである。このようなLEDとしては、例えばLumileds社製Luxeon Side Emitter等を使用することができる。しかしながら、LED1が側面発光型であっても上方へ出射する光は存在するため、本実施形態のバックライト10においては、LED1の直上域に、上方に出射した光を第1の導光板2又は第2の導光板3に導く反射体8を配置している。この反射体8の表面は、鏡面等のように光学的な損失が極めて少ないことが望ましい。
本実施形態のバックライト10における第1及び第2の導光板2及び3は、いずれも光を伝播するだけでよいため、従来のバックライトで使用されている導光板のように、表面に散乱・拡散パターンを設ける必要はない。また、本実施形態のバックライト10における第1及び第2のリフレクタ4及び5は、半円柱状とすることができる。その場合、第1及び第2のリフレクタ4及び5の内側半径を、第1及び第2の導光板2及び3の下面から隔離板9の上面までの厚さ以上、即ち、反射シート、導光板及び隔離板の総厚以上とすることが望ましい。更に、バックライト10における中空部12は、隔離板9によって第1及び第2の導光板2及び3と光学的に分離されており、基本的には中空部12を形成するための壁及び支柱以外は構造物が配置されていない空気層とする。
本実施形態のバックライト10における隔離板9は、前述のように中空部12と第1及び第2の導光板2及び3とを光学的に分離するものであるため、第1の導光板2及び第2の導光板3側の面は、鏡面等のように光学的損失が少なく、正反射となる特性であることが望ましい。一方、隔離板9における中空部12側の面は、LED1から発せられ、第1の導光板2及び第1のリフレクタ4又は第2の導光板3及び第2のリフレクタ5を介して入射してきた光を、隔離板9の中央部分へと導くと共に、拡散板11へと反射させる機能をもつものとする。具体的には、隔離板9における中空部12側の面は、例えば中央部分を白色等の散乱反射が起こる部材とし、第1及び第2のリフレクタ4及び5側の部分を鏡面とすることができる。
なお、本実施形態のバックライト10においては、必要に応じて、拡散板11の上面に拡散シート及びレンズ(プリズム)シート等の光学シート14を積層することができる。
次に、上述の如く構成されたバックライト10の動作について説明する。図2は本実施形態のバックライト10の動作を示す図である。図2に示すように、本実施形態のバックライト10においては、LED1から発せられ、第1の導光板2に入射したRGBの各単色光は、第1の導光板2の内部において全反射を繰り返しながら、第1の導光板2の出光面、即ち、第1のリフレクタ4側の端面に向かって進行する。その際、RGBの各単色光は十分に混色される。その後、第1の導光板2から出射した光は、第1のリフレクタ4で反射されると共にその光路を180゜転換され、隔離板9と拡散板11との間に形成された中空部12へと導かれる。そして、中空部12内に導かれた光は、拡散板11によって散乱され、光学シート14を介して外部に出射する。同様に、第2の導光板3側に出射した光も、第2の導光板3の内部において混色され、中空部12に導かれた後、拡散板11によって散乱され、光学シート14を介して外部に出射する。
本実施形態のバックライト10においては、LED1から出射したRGBの各単色光が第1及び第2の導光板2及び3の内部を伝播する間に混ざり合い、第1及び第2の導光板2及び3から出射する時点で十分な混色が行われているため、各LED1の発光色及び光度のばらつきを容易に解消することができる。
また、本実施形態のバックライト10においては、第1の導光板2及び第2の導光板3との間にLED1を配置し、バックライト10における第1及び第2の導光板2及び3が占める領域を減少させると共に、隔離板9と拡散板11との間に形成される導光・散乱部を中空部12としているため、導光・散乱部として導光板が設けられているバックライトに比べて、薄型化及び軽量化することができる。
更に、本実施形態のバックライト10における第1及び第2の導光板2及び3は、LED1から出射した光の混色を行っているだけなので、その内部で光が全反射を繰り返すことができればよく、従来のバックライトの導光板のように、散乱・拡散パターンを設ける必要がない。このため、導光板に散乱・拡散パターンとして、印刷によりドットを形成したり又はスタンパーにより凹凸形状を形成したりする工程が不要になるため、その工程分の費用を削減することができる。
なお、前述の第1の実施形態のバックライト10においては、光源として、側面発光型LEDを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上方に発光のピークをもつLEDを使用してもよい。その場合、LEDから上方に出射した光は、反射体8で反射し、第1及び第2の導光板2及び3に入射する。また、LED1はRGBの単色光を発するものに限定させるものではなく、白色発光のLEDを使用することもできる。その場合も、RGB単色発光のLEDを使用した場合と同様に、白色LEDに起因する光度及び色味のばらつきを抑えたバックライトを実現することができる。更に、光源はLED以外でもよく、側面側に最大発光強度をもつものであれば使用することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係るバックライトについて説明する。図3は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図3においては、図1に示す第1の実施形態のバックライト10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図3に示すように、本実施形態のバックライト20においては、側面発光型LEDの代わりに、横方向に光を出射するサイドビュータイプのLED21及び22を使用している。これにより、反射体を使用せずに、LEDから出射した光を第1及び第2の導光板2及び3に直接入射することができる。
また、本実施形態のバックライト20においては、LEDを複数列配置している。具体的には、基板23上に、第1の導光板2に対応する複数のLED21と、第2の導光板3に対応する複数のLED22とが夫々1列ずつ搭載されている。そして、LED21から出射した光は第1の導光板2に入射し、LED22から出射した光は第2の導光板3に入射する。これにより、更なる高輝度化が可能となる。なお、本実施形態のバックライト20における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態のバックライト10と同様である。
次に、本発明の第3の実施形態のバックライトについて説明する。図4は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図4においては、図1に示す第1の実施形態のバックライト10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図4に示すように、本実施形態のバックライト30は、隔離板9の両端部上に、第1及び第2のリフレクタ4及び5で反射され、その進行方向が180゜転換された光を中空部12の中央部に導く中空部反射体31が配置されている。この中空部反射体31は、例えば三角柱状であり、その長手方向が第1及び第2のリフレクタ4及び5の長手方向と平行になるように配置されている。また、中空部反射体31における中空部12側の面は、例えば曲面で且つ鏡面とする。
本実施形態のバックライト30においては、LED1から発せられ、第1及び第2の導光板2及び3で混色された光は、第1及び第2のリフレクタ4及び5によりその進行方向が180゜転換され、更に、中空部反射体31の曲面部で反射されて、その中空部12内における反射角度、即ち、拡散板11への入射角度が変えられた後、中空部12の中心部に導入される。これにより、中空部反射体31がなく、隔離板9のみで光を中心部に導く第1の実施形態のバックライト10に比べて、光を中空部12に均一に広げることができる。なお、本実施形態のバックライト30における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態のバックライト10と同様である。また、本実施形態のバックライト30においては、中空部反射体31における中空部12側の面を曲面で且つ鏡面としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平面又はしぼ、梨地及び階段状段差の連続面等の微細な凹凸面とすることもできる。
次に、本発明の第4の実施形態のバックライトについて説明する。図5は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図5においては、図1に示す第1の実施形態のバックライト10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図5に示すように、本実施形態のバックライト40は、隔離板9の中央部上に、中空部12に到達した光を均一に広げる山形状の突起(山形反射体41)が配置されている。この山形反射体41は、中空部12における光の反射角度を変えるものであり、その形状は例えば三角柱又は半円柱状であり、また中空部12側の面は、鏡面又は乱反射面である。
本実施形態のバックライト40においては、隔離板9の中央部上に山形反射体41を配置しているため、図4に示す中空部反射体31を配置した場合と同様に、中空部12内における光の反射角度、即ち、拡散板11への入射角度を変えることができるため、光を中空部12に均一に広げることができる。なお、本実施形態のバックライト40における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態のバックライト10と同様である。また、本実施形態のバックライト40は、前述の第1の実施形態のバックライト10の隔離板9の中央部上に山形反射体41を配置したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述の第2及び第3の実施形態のバックライトに適用することもでき、これらのバックライトの隔離板9の中央部上に山形反射体41を配置した場合も本実施形態のバックライト40と同様に、光を中空部12に均一に広げることができる。
次に、本発明の第5の実施形態のバックライトについて説明する。図6は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図6においては、図1に示す第1の実施形態のバックライト10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態が、図1に示す第1実施形態と異なる点は、中空部12に第3の導光板15を配置したこと、光源として、横断面が半円状の複数個のLED51をその長手方向に複数個1列に配列したこと、このLED51の上方に断面が逆三角形の反射体52を設置したこと、及び拡散板11を設けていないことにある。LED51はその光を出射する上面が2次元的に湾曲しており(ドーム型をなしている)、図6に示す例は、横断面が半円状をなしている。このような複数個のLED51はその湾曲中心軸(長手方向)がいずれも一致するように、1列に配列されている。このLED51はRGB単色を発光するものであり、例えば、Lumileds社製Luxeon Emitter Lambertian等を使用することができる。LED51の上方には、LED51の長手方向に延びる棒状の反射体52が配置されており、この反射体52はその横断面が逆三角形をなしている。第3の導光板15と、第1及び第2の導光板2,3並びにLED51との間には、隔離板9が設けられていて、両者を光学的に分離している。
次に、本実施形態の動作について説明する。LED51から出射された光は、一部は第1及び第2の導光板2,3に直接入射し、一部は反射体52で反射してその進行方向を変換され、その後第1及び第2の導光板2,3に入射する。第1及び第2の導光板2,3に入射した光は、第1及び第2の導光板2,3内を全反射を繰り返しながら、第1及び第2の導光板2,3の出射端面に到達し、出射する。LED51からの光は、第1及び第2の導光板2,3内を伝搬する間に、混色が行われる。第1及び第2の導光板2,3から出射した光は、第1及び第2のリフレクタ4,5でほぼ180°進行方向を変更し、第3の導光板15に入射する。この第3の導光板15の両端面から入射した光は、第3の第3の導光板15の裏面(隔離板9側の面)に設けられた散乱・反射パターンにより、導光板15の上面から均一に出射する。これにより、導光板15の上面から均一な平面光としてのバックライト光源が得られる。この場合に、図1の実施形態のように、拡散板11を設けなくても、第3の導光板15から均一な平面光が得られる。
次に、本発明の第6実施形態のバックライトについて説明する。図7(a)、(b)は本第6実施形態のバックライト60を示す断面図であり、(a)は全体断面図、(b)は光源近傍の一部断面図である。本実施形態が図6に示す実施形態と異なる点は、反射体62が、その横断面が逆三角形に類似の形状であるが、その両斜面が、曲率半径Rで上方に湾曲している点である。光源としてのLED61は、図6のLED51と同様に、横断面が半円形をなしているドーム型のものであり、その湾曲中心軸を一致させて複数個1列に配列されている。反射体62は、その横断面において、中央部がLED61に向けて突出し(逆三角形類似)、中央部から両側部に向けて傾斜しており、この傾斜面が上に凸になるように2次元的に湾曲している。本実施形態においては、この湾曲面は一定の曲率半径Rで湾曲したものであるが、これに限るものではない。また、第3の導光板15の上には、レンズ(プリズム)シート等の光学シート14が所望の特性に応じて重ねあわされている。これにより、出射光の均一性のより一層の向上を図ることができると共に、透過角度の制御等も可能になる。
次に、本第6実施形態の動作について、図8(a)、(b)を参照して説明する。ドーム型をなし湾曲したレンズ面を有するLED61においては、出射された光は、ほぼ放射状に広がる。これに対し、図6の第5実施形態のように、反射体52の反射面が平面(横断面が逆三角形)の場合は、反射した光は放射状に広がったまま、第1及び第2の導光板2,3に入射する。このため、第1及び第2の導光板2,3に入射するときのロスが存在し、バックライト50の輝度を低下させてしまう。
これに対し、本第6実施形態においては、図8(b)に示すように、反射体62の反射面が凹んだ曲面をなしているので、LED61から放射状に進行した光は、反射体62の凹湾曲した反射面で反射して収束し、第1及び第2の導光板2,3に高効率で入射する。つまり、反射体62で反射した後、導光板2,3に入射しない光の量が著しく低減される。また、第1及び第2の導光板2、3に対し、光が第1及び第2の導光板2,3の端面にほぼ垂直に入射するようになる。このため、本実施形態により、高輝度のバックライトが得られる。そして、光の利用効率が向上した結果、同数のLEDを使用した場合、同等の光学特性を得るためには、少ない電力ですむようになり、又は同等の光学特性を得る場合には、LEDの使用数量を削減でき、これにより製造コストを低減することができる。
図7(b)に示すように、反射体62の傾斜した反射面が曲率半径Rで湾曲し、LED61の湾曲したレンズ面の直径がDであるとし、第1及び第2導光板2、3の板厚をTとすると、R/Dが1乃至2であり、板厚Tは、D−2mm以上、D+2mm以下であることが好ましい。
上記第6の実施形態のバックライト60において、各パラメータ、レンズ直径D、導光板板厚T、導光板間距離L、曲面半径R、R/D、D−2及びD+2を下記表1に示すように設定して、シミュレーション計算を実施した。そして、下記表2に、そのパラメータにおける全LEDから出射された全ての光束に対し、第1及び第2の導光板2及び3のリフレクタ側端面から出射する光束の割合、及び第3の導光板15のリフレクタ側端面から入射する光束の割合をシミュレーションで検証した結果を示す。但し、参考例2のバックライトにおいて、反射体の断面形状は頂点が下、底辺が上になる形の三角形であり、その三角形の頂点からの各2辺の長さを3mmとした。また、その他の構成要素は上記第6の実施形態と同じである。なお、R/Dが1乃至2であり、板厚Tは、D−2mm以上、D+2mm以下であるものを実施例とし、この数値範囲から外れるものを参考例とした。
Figure 0004702176
Figure 0004702176
本発明の実施例1及び2のバックライトのシミュレーション結果は、第1及び第2の導光板2及び3の出射効率及び第3の導光板15の入射光率のいずれも高いものであった。これに対し、参考例1は導光板の板厚TがD−2乃至D+2の範囲を満たしておらず、光の利用効率が低い。参考例2は反射体の断面形状が頂点が下、底辺が上になる形の三角形(図6)であり、実施例1,2よりは第1及び第2の導光板2及び3の出射効率及び第3の導光板15の入射光率が低いが、参考例1よりは高いものとなっている。
なお、本実施形態のバックライト60は、反射体62の反射面が一定の曲率半径Rで湾曲したものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図9に示すように、反射体62の反射面の湾曲を楕円状としたり、図10(a)、(b)に示すように、平坦面(A)71、平坦面(B)72、平坦面(C)73、平坦面(D)74の複数の平坦面を連ねて上に凸の凹面を構成するようにしてもよい。図9の場合には、前述の好ましい数値範囲は、楕円状の長軸長及び短軸長を4で割ったものの和を曲率半径Rとし、図10の場合は、近似した円の半径又は楕円の長軸長及び短軸長を4で割ったものの和を曲率半径Rとすればよい。
また、上記第5及び第6実施形態において、LED51,61はドーム型のレンズを備えたものを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図11に示すようにレンズのないLED63又は第1,第3及び第4実施形態のように、基板13の表面と略平行な方向に最大の発光強度を示す側面発光型LED61とすることもできる。
図12に示すように、第3の導光板15の隔離板9側の面に散乱・反射部材53を設けることができ、この場合は、第3の導光板15に入射した光は、散乱・反射部材53で反射し、第3の導光板15における隔離板9の反対側の面から出射する。
また、第5及び第6実施形態の変形例として、第3の導光板15を設置する代わりに、第1乃至第4の実施形態と同様に中空部12としてもよい。この場合に、反射体62は前述のように、反射面の湾曲を楕円状としたり、複数の平坦面を連ねたものとしてもよい。また、中空部12には、中空部反射体31又は山形反射体41を設けてもよい。
なお、前述の第1乃至第6の実施形態のバックライトは、例えば広告パネル等の各種表示物及び液晶表示装置等の表示装置のバックライト、又は一般の照明装置等に使用することができる。また、実際の製品においては、上述の導光板及び光源等を保持し、バックライトとして、又は液晶表示装置として構成するためには、金属製又は樹脂製等のフレーム、シャーシ等の構造部材が必要であるが、本願の説明には不要なため、図示及び説明は省略した。
次に、本発明の液晶表示装置について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、外部から画像信号が入力されて画像を形成する液晶パネルの後方に、この液晶パネルに対して光を供給するバックライトが設けられている。この液晶表示装置におけるバックライトとしては、前述の第1乃至第6の実施形態のバックライトを使用することができる。これにより、液晶パネルに対して、輝度むら及び色むらがなく、均一な光を供給することができるため、高品質な画像を表示することができる。
本発明の第1の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態のバックライトの動作を示す図である。 本発明の第2の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。 本発明の第4の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。 本発明の第5実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。 本発明の第6の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。 本第6の実施形態のバックライトの動作を示す図であり、(a)はバックライトの全体図、(b)は光源近傍の一部拡大断面図である。 反射体の反射面の曲面形状が楕円状の場合の変形例を示す断面図である。 反射体の反射面の曲面形状が複数の平面により構成された場合の変形例を示す断面図である。 LED63がレンズを持たない場合の変形例を示す断面図である。 本発明の第5実施形態の変形例を示す断面図である。 非特許文献1に記載の従来のバックライトの構造を模式的に示す断面図である。
符号の説明
1、21、22、51、61、101;LED
2、3、15、102、103;導光板
4、5、104、105;リフレクタ
6、7、106;反射シート
8、31、41、52、62;反射体
9;隔離板
10、20、30、40、50、60、100;バックライト
11;拡散板
12;中空部
13、23;基板
14;光学シート
71;平坦面A
72;平坦面B
73;平坦面C
74;平坦面D

Claims (7)

  1. 端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第1及び第2の導光板と、
    前記第1及び第2の導光板の相互に対向する端面間に配置され、光を出射する上面が2次元的に湾曲している光源と、
    前記光源の上方に配置され、前記光源の長手方向に平行に延び、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第1の導光板又は前記第2の導光板に向けて反射する第1の反射部材と、
    前記第1及び第2の導光板並びに前記光源の上方に配置され、内部が中空で、前記第1の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第2の導光板内を伝播した前記光源からの光を外部に出射させる出射部と、
    を有し、
    前記第1の反射部材の横断面は、中央部が前記光源に向けて突出し、中央部から両側部に向けて傾斜し、
    前記第1の反射部材のそれぞれの傾斜面が曲率半径Rで湾曲するように凹面に形成され、両傾斜面は上に凸になるように2次元的に湾曲し、
    前記光源は、その上面の湾曲面が直径Dであるレンズを有し、
    R/Dが1乃至2であり、
    前記第1及び第2導光板の板厚をTとすると、板厚Tは、D−2mm以上、D+2mm以下であることを特徴とするバックライト。
  2. 端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第1及び第2の導光板と、
    前記第1及び第2の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、
    前記第1及び第2の導光板並びに前記光源の上方に間隔をあけて配置された拡散板と、
    前記第1の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第2の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第1及び第2の導光板と前記拡散板との間に形成される中空部へと入射させる第1及び第2のリフレクタと、
    前記第1及び第2の導光板の上面並びに前記第1及び第2の導光板間の間隙を覆うように配置され、前記中空部と前記第1及び第2の導光板並びに前記光源とを光学的に分離する隔離板と、
    前記隔離板の両端部上の前記拡散板側に形成され、三角柱状であり、前記第1及び第2のリフレクタの長手方向と平行に配設され、前記中空部内に入射した光の前記拡散板への入射角を変える第2の反射部材と、
    を有し、
    前記中空部に入射した光は、前記中空部と前記第1及び第2の導光板との界面で反射し、前記拡散板を介して出射することを特徴とするバックライト。
  3. 前記光源は、1又は複数個の発光ダイオードであることを特徴とする請求項1又は2に記載のバックライト。
  4. 前記光源は、赤色の光を発する第1の光源と、緑色の光を発する第2の光源と、青色の光を発する第3の光源と、を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のバックライト。
  5. 前記光源の上方に配置され、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第1の導光板又は前記第2の導光板に向けて反射する第1の反射部材を有することを特徴とする請求項に記載のバックライト。
  6. 前記第1の反射部材は、その横断面が逆三角形の形状を有することを特徴とする請求項に記載のバックライト。
  7. 液晶パネルと、前記液晶パネルの後方に配置されこの液晶パネルに光を供給するバックライトと、を有し、前記バックライトは請求項1乃至のいずれか1項に記載のバックライトであることを特徴とする液晶表示装置。
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