JP5196881B2

JP5196881B2 - 液晶パネルバックライト装置

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Publication number: JP5196881B2
Application number: JP2007163227A
Authority: JP
Inventors: 貴史安本
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP2009004198A

Description

本発明は液晶パネルのバックライト装置に関し、特にバックライトとしてＬＥＤを複数用いる際、液晶パネル上に玉状の光源斑が見えることを防止した液晶パネルバックライト装置に関するものである。

液晶パネルの光源は従来より冷陰極管（ＣＣＦＬ）が広く用いられてきたが、近年は冷陰極管には人体に有害な水銀が含まれていること、寿命の点、消費電力等の観点で、特に小型のものではＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いたものに置き換わりつつある。但しＬＥＤを用いる際は冷陰極管と同等或いはそれ以上の輝度を実現するには、ＬＥＤを複数個使用する必要があり、導光板を用いるときには図６（ａ）に示すような従来の冷陰極管の光源配置と同様に、同図（ｂ）に示すように、冷陰極管の代わりに複数のＬＥＤを配置することとなる。なお、液晶に対する照射方向としては、前記のような導光板を用いて液晶の裏面に光を導くエッジライト方式（サイドライト方式）のほか、液晶パネルの直下に配置する直下型とが用いられている。

従来液晶パネルの光源として用いられていた冷陰極管の場合は図６（ａ）のように線光源であったため、液晶パネル上には光源によるムラ（光源斑）は殆ど発生することはなかった。しかしながらＬＥＤを用いた場合には点光源となり、例えば図７の模式図に示すように玉状の光源斑（玉状光源斑）Ｈが目立つようになる。即ち、ＬＥＤが配置されているところが明るく、ＬＥＤ間が暗くなり、玉状光源斑となってしまい、特に黒画面や夜間の輝度低減時に非常に目立つようになる。

ＬＥＤには光源からの光を外部に出射するに際して、従来の多くのものは砲弾型の照射特性のＬＥＤを用いてきた。この砲弾型の光照射の指向特性は例えば図８（ａ）に示すように正面方向を中心とした略楕円形の特性となっている。このような特性は、全体が均一の明るさが要求されるバックライトとしては必ずしも適切ではなく、その対策として同図（ｂ）に示すように左右方向にそれぞれ分かれて照射し、全体としてハート型の照射特性をなすＬＥＤも開発され、使用されている。このハート型の左右方向の指向特性は任意に設定され、種々の指向特性にして市販されている。

図９には前記のような砲弾型特性のＬＥＤ、及びハート型特性のＬＥＤを用いたものについて、上記のような光源斑が実際にどのように見えるかを撮影した写真を示しており、このときの視線方向は同図（ｃ）に示すように６０度方向である。同図（ａ）はＬＥＤが砲弾型の場合であり、同図（ｂ）はＬＥＤがハート型の場合である。このように、ＬＥＤが砲弾型であるか、ハート型であるかにより、光源斑の形状が異なり、砲弾型の場合はほぼ玉状光源斑であるのに対して、ハート型の場合はそれよりも分散した光源斑となっていることがわかる。

前記のようにバックライトがＬＥＤであることにより光源斑が目立つ現象は、特に車両用ナビゲーション装置や車両用オーディオ装置の液晶表示パネルにおいて顕著に表れる。即ち、これらの車両用の液晶表示パネルの場合は、夜間はこれらから通常の明るい光が照射されると、運転者の視界にその光が入って運転の支障となるため、夜間モードとして所定の暗い画面を表示するようにしており、また、表示される映像が地図画面、或いはオーディオ作動状態を示すのみで大きな変化がないことが多く、この画面では前記のような光源斑が定常的に見え、見栄えの悪い装置となってしまう。更に、ナビゲーション装置のモニタやオーディオ装置の表示画面はこれを見る運転者、或いは助手席搭乗者にとって真正面ではなく、斜めの位置に配置されている。そのため画面の側方や下方から照射されるバックライトのＬＥＤの光が目に入りやすく、光源斑が目立つ原因ともなっている。

このような光源斑を押さえる方法として導光板側のドットピッチを変えて光を散乱（拡散）させる技術は多数提案され、実施されている。また、導光板の出光面に多数の柱状突起を形成することにより解決する手段は特許文献１に開示され、導光板の入光面に多数の溝を形成することにより解決した技術は特許文献２に開示され、また、ＬＥＤの光を波状反射部材で反射させて導光板に光を導くようにした技術は特許文献３に開示され、ＬＥＤを覆う遮光テープを粘着材で固定するとき、光源周囲の粘着材を介して光が漏れることを防止する技術は特許文献４に開示されている。
特開平１０−１８８６３６号公報特開２００６−１７１２５３号公報特開２００６−４７３３９号公報特開２００２−３５７８２３号公報

液晶パネルの光源にＬＥＤを用いたときに生じる光源斑を無くすため、上記のように種々の技術が提案されているが、これらの技術の多くはＬＥＤの光を液晶パネルの裏面全体に導く導光板を工夫することにより減少させる技術であって、前記特許文献１及び２の技術はこのようなものである。しかしながら特許文献１に示されているように多数の柱状突起を形成すること、或いは特許文献２に示されているように多数の溝を導光板に形成することは高度の技術を必要とし、製造に手数を要して高価なものとならざるを得ない。

また特許文献３に示されているようなＬＥＤの光を反射板の方に照射し、多方向に反射する反射板から導光板に光を導くようにすることはいわゆる間接照明となり、導光板への光量が減少して効率が低下するとともに、反射部材を設ける必要があり高価なものとならざるを得ない。更に特許文献４に示される技術においては、あくまでも光源を覆う遮光テープを粘着材を用いて固定するときに生じる光源斑の対策技術であり、一般のＬＥＤ光源における玉状光源斑の対策とはならない。

したがって本発明は、液晶のバックライトとしてＬＥＤを用いるに際して、ＬＥＤ発光部分の光が液晶画面上に表れる光源斑を、簡単で安価な手法によって減少させることを主たる目的とする。

本発明に係る液晶パネルバックライト装置は、前記課題を解決するため、液晶パネルのバックライトとして用いる複数の所定の照射特性を有するＬＥＤを固定する回路基板表面において、隣接するＬＥＤの回路基板表面に、前記所定の照射特性を有するＬＥＤに対応して隣接するＬＥＤの中間位置での反射率を変化させる反射特性変更用パターンを形成し、前記反射特性変更用塗装はシルク印刷であり、白シルク印刷塗装面に黒シルク印刷を行うことにより反射特性を変更したことたことを特徴とする。

また、本発明に係る液晶パネルバックライト装置は、前記液晶パネルバックライト装置において、前記所定の照射特性が砲弾型であり、前記反射特性変更パターンは、隣接するＬＥＤの回路基板表面において、中間位置で最も反射率が高くなる特性のパターンであることを特徴とする。

また、本発明に係る液晶パネルバックライト装置は、前記液晶パネルバックライト装置において、前記所定の照射特性がハート型照射特性のＬＥＤであり、前記反射特性変更用パターンは、隣接するＬＥＤの回路基板表面において、中間位置で最も反射率が低くなる特性のパターンであることを特徴とする。

本発明は上記のように構成したので、液晶のバックライトとしてＬＥＤを用いるに際して、ＬＥＤ発光部分の光が液晶画面上に表れる光源斑を、回路基板表面の塗装により反射率を変えることで均一な光量を導光板に入光させるという、簡単で安価な手法によって減少させることができる。また、ＬＥＤの種類による照射特性が種々存在するときでも、その特性に合わせて塗装の濃淡やデザインを設定することにより容易に対応することができる。更にＬＥＤが導光板を用いる時に限らず、直下型の場合でも同様の手法によって対応することができる。更に、光量が均一な状態で導光板に入光させることができるため、導光板に種々の光源斑対策を行う必要が無くなり、導光板の設計が容易となる効果も奏する。

本発明は液晶のバックライトとしてＬＥＤを用いるに際して、ＬＥＤ発光部分の光が液晶画面上に表れる光源斑を、簡単で安価な手法によって減少させるという課題を、液晶パネルのバックライトとして用いる複数のＬＥＤを固定する回路基板表面において、隣接するＬＥＤの回路基板表面に、ＬＥＤの照射光を所定特性で反射する反射特性変更用塗装を形成することにより実現した。

従来より回路をプリントし各種電気部品を実装する回路基板は絶縁体であり、表面にソルダレジストを塗布しており、このソルダレジストの色は、時には製品の開発工程毎に色を変え、或いは実装する部品によって色を変えることもあるが、多くの場合、検査工程等で作業者の眼にやさしい等の理由により緑色のものを採用している。また、このような回路基板にメーカーや製品番号等を付与するため、基板の表面の一部に白色等でシルク印刷を行うことがある。

シルク印刷は孔版をスクリーンとして印刷対称を覆い、穴からインクを付けて印刷する方法であり、シルクスクリーン印刷とも言われる。この印刷手法の当初は実際にシルクを用いていたためこの名称となっているが、現在は殆ど用いられず、その印刷工法の一般名称となっている。この印刷工法は印刷対象が平面でなくても自由に印刷することができるため、不定型な凹凸がある回路基板や変形しやすい回路基板等に対しても容易に印刷することができ、回路基板の印刷手法として適しており、広く用いられるようになっている。

前記従来のものと同様に、液晶パネルのバックライトとして導光板を用い、導光板の１つの端面側に配置したＬＥＤで発光した光線を液晶の裏面側から均等に照射しようとするとき、ＬＥＤは回路基板に半田付けされ、表面から突出して固定されている。その際は例えば図３（ａ）に示すように、導光板１１の端面１２側に向けてフレームに固定しているＦＰＣ基板［フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits）］の回路基板１３の表面１４に対して、導光板の端面１２側に向けて図中３個示しているＬＥＤ１５を突出して配置する。

このときＬＥＤの発光による多くの光はＬＥＤの正面（上面）から導光板１２に向けて照射されるが、それ以外に側面から漏れて出射する光線も存在する。それらの光のうちの一部は図３（ａ）に示すように回路基板１３の表面１４側にも出射する。そのとき回路基板１３が例えば黒等の暗い色の時には殆ど反射せずに吸収され、また緑色等の中間色の時には同図（ｂ）に示すように表面１４に照射した光の一部は反射し、導光板１１に至ることとなる。

このときの反射光は回路基板の表面の色に応じて変化するが、反射光は全体として均一である。本発明はこの反射光に注目し、反射光によって光源斑を無くそうとするものであり、更にその効果を高めるためにＬＥＤが実装される回路基板の表面に対して、従来は単にメーカー名や製品番号等を印刷するために用いていた白シルク印刷を全面に施すとともに、単に白シルク印刷を行うのみでは均等に全反射してしまい、必ずしも光源斑を消去することはできないので、光源斑を無くすために濃淡を付け、或いは特定のデザインで反射率を変えるようにするものである。このときの黒色は黒シルク印刷によって形成することができるが、他の手法によって塗装しても良い。

即ち例えば図１（ａ）に示すように、砲弾型の照射特性を備えたＬＥＤ１〜３が実装される回路基板４の表面５における、各ＬＥＤの間の表面部分に、その中心部では白シルク印刷の色をそのまま残して反射率を高くし、その周辺になるほど暗くして反射率を低くする反射特性変更用塗装Ｍの模様を印刷する。なお図１において、回路基板４の表面５は紙面の上方を向いており、前記図３に示すように導光板の端面に向けて、各ＬＥＤからの光線は紙面に直角に出射することとなるが、各ＬＥＤの照射特性を紙面上に示して前記反射用の模様との関係を明示するため、各ＬＥＤの側方に出射特性の図を示している。

図１（ａ）に示す例においては上記のような反射特性変更用の模様を印刷することにより、特に何も対処しないときには各ＬＥＤの間の部分において暗くなる特性があるのに対して、その部分の回路基板４の表面５からの反射光により明るくなり、全体として均一な光を導光板に導入することが可能となり、光源斑を無くすことができる。

回路基板に印刷する前記のような反射特性変更用の模様は、ＬＥＤの明るさと配置関係により異なるが、例えば図４に示すような光学シミュレーションの手法によって、ＬＥＤの実装状態に合わせて適切な反射特性変更用の模様を設定することができる。図４に示す例においては、図中下方に等間隔で配置したＬＥＤ１〜３から照射した光線Ｂの状態を示し、光源の所定位置下方に配置した反射面からの反射光を考慮し、その反射特性を前記のような反射特性変更用模様により、白シルクのみの部分を１００％反射、黒シルク部分を０％（全吸収）として反射率を調整し、シミュレーションした結果を示している。この手法により光源斑の発生を減少するように、反射特性変更用模様の形状及び濃淡等を決定する。

図１（ａ）の例においてはＬＥＤが砲弾型照射特性の場合の例を示したが、同図（ｂ）のようなハート型照射特性のＬＥＤの場合は、前記（ａ）の場合とは逆に、隣接するＬＥＤ間において両方のＬＥＤの照射光が重なり、この部分が他よりも明るくなってしまうことがある。そのため同図（ｂ）に示すように、隣接するＬＥＤ間の回路基板の表面５に、中間部分では暗くして反射率を低下させ、周辺ほど明るくして白シルク印刷をそのまま残す反射特性変更用塗装Ｍの模様を印刷する。それにより全体として均一な光を導光板に導くことができ、光源斑を無くすことが可能となる。

前記実施例においては反射特性を変更する模様として所定の濃淡の印刷を施すことにより調節した例を示したが、そのほか図２（ａ）（ｂ）に示すように模様のパターンによって調節しても良い。即ち図２（ａ）においては前記図１（ａ）と同様に砲弾型照射特性のＬＥＤを用いた例を示しており、ＬＥＤ間の回路基板の表面５には白黒の濃淡は付けず、白と黒の２値の印刷のみにより特定の反射特性変更用塗装Ｍの模様を印刷する。その特定のパターンとしては同図に示すように、両ＬＥＤ間の中間部分においてその中心部分は多くの反射を行うように白色を多くし、各ＬＥＤに近づくほど黒色の割合が多くなるパターンとする。このときのパターンの設定に際しても、前記図４に示すようなシミュレーションによって設定することができる。

図２（ｂ）は前記図１（ｂ）と同様にハート型照射特性のＬＥＤを用いた例を示しており、白と黒の２値の印刷部分によって特定のパターンを印刷するものであり、同図に示すように両ＬＥＤ間の中間部分においてはその中心部分は光を吸収するように黒色部分を多くし、各ＬＥＤに近づくほど白色の割合が多くなる、前記同図（ａ）とは逆のパターンになる反射特性変更用塗装Ｍを形成した例を示している。

本発明において前記のような処理を行った結果、例えば図５に示すように、従来の通常の回路基板にＬＥＤを固定したときは、同図（ａ）の図中下方に光源斑が明瞭に見えるのに対して、本発明による処理を行った結果は同図（ｂ）のようになり、光源斑が見える程度を充分に減少させることができる。

なお前記実施例においては導光板を用いてＬＥＤの照射光を導光板に均一に入射するときの例を示したが、そのほか液晶パネルの裏面に直接ＬＥＤを配置する時も同様の手法により光源斑の減少を図ることができる。また、前記実施例においては回路基板上に通常用いているシルク印刷により白色を形成した例を示したが、それ以外に各種の分野で用いている塗装手法を用いることができ、黒色の着色塗装においても同様に各種の塗装手法を用いることができる。

本発明の実施例を示す図であり、（ａ）は砲弾型照射特性ＬＥＤ使用時の回路基板表面に濃淡印刷を行う例を示し、（ｂ）はハート型照射特性ＬＥＤ使用時の回路基板表面に濃淡印刷を行う例を示す図である。本発明の実施例を示す図であり、（ａ）は砲弾型照射特性ＬＥＤ使用時の回路基板表面に白黒パターン印刷を行う例を示し、（ｂ）はハート型照射特性ＬＥＤ使用時の回路基板表面に白黒パターン印刷を行う例を示す図である。ＬＥＤ照射光線の模式図であり、（ａ）は回路基板表面で光線を吸収するときの態様であり、（ｂ）は回路基板表面で光線を反射するときの態様を示す図である。ＬＥＤ照射光線のシミュレーション例を示す図である。ＬＥＤ光源による光源斑の状態を示す図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の対策を行ったときの例を示す図である。液晶のバックライトの態様を示す図であり、（ａ）は冷陰極管を用いたとき、（ｂ）は複数のＬＥＤを用いたときの例を示す図である。前記複数のＬＥＤを用いたときに生じる光源斑を模式的に示す図である。ＬＥＤの照射特性を示す図であり、（ａ）は砲弾型照射特性であり、（ｂ）はハート型照射特性を示す。従来のＬＥＤによる光源斑の状態を示す図であり、（ａ）は砲弾型照射特性のＬＥＤを用いたとき、（ｂ）はハート型照射特性のＬＥＤを用いたときの光源斑の状態を示し、（ｃ）はその時の視線方向を示す図である。

符号の説明

４回路基板
５表面
Ｍ反射特性変更用塗装

Claims

液晶パネルのバックライトとして用いる複数の所定の照射特性を有するＬＥＤを固定する回路基板表面において、隣接するＬＥＤの回路基板表面に、前記所定の照射特性を有するＬＥＤに対応して隣接するＬＥＤの中間位置での反射率を変化させる反射特性変更用パターンを形成し、
前記反射特性変更用塗装はシルク印刷であり、白シルク印刷塗装面に黒シルク印刷を行うことにより反射特性を変更したことを特徴とする液晶パネルバックライト装置。
前記所定の照射特性が砲弾型であり、前記反射特性変更パターンは、隣接するＬＥＤの回路基板表面において、中間位置で最も反射率が高くなる特性のパターンであることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルバックライト装置。
前記所定の照射特性がハート型照射特性のＬＥＤであり、前記反射特性変更用パターンは、隣接するＬＥＤの回路基板表面において、中間位置で最も反射率が低くなる特性のパターンであることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルバックライト装置