JP5624641B2 - 側面照射式バックライトモジュール - Google Patents

Description

本発明は表示装置のバックライトモジュールに関し、特に導光板構造を有せず、発光ダイオードの光源を光出射面に直接照射させることによって、光強度が均一に分布された光出射効果を形成できる側面照射式バックライトモジュールに関する。

液晶表示装置は自己発光できない受動式の表示装置であり、表示パネルの必要な表示光源を提供するため、バックライトモジュールを追設しなければならない。よって、バックライトモジュールが発生する面光源に充分かつ均一な輝度を有するか否かは、液晶表示装置の表示品質が直接に左右される。いまのところ、バックライトモジュールは側面照射式（Ｅｄｇｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）と直下式の２種類に分かれる。
そのうち、側面照射式は光源を側面から入射する設計である。軽量、フレームの狭体化、低電力消費などの特長を有し、１８”以下の中小型液晶表示装置に幅広く応用されている。

さらに、ＬＥＤは高発光効率、長寿命と低電力消費などの特性を持つことからバックライトモジュールに応用する光源のベストチョイズとなっている。公知の側面照射式バックライトモジュールはマトリックス配列方式により、複数のＬＥＤ光源を背板の対向両側に取付け、導光板を背板上方に被せて光路を案内および改変し、ＬＥＤ光源の出射光を均一に出射させることによって、高指向特性の問題を解決する。
しかし、導光板は光案内の媒体として働く一方、多くの光エネルギーを吸収されるため、発光効率に影響を与えてしまう。さらに、大型表示装置の需要に対応するために導光板面積が大型化するとともに、重量とコストが増加される。一方、薄型構造の導光板を適用した場合は生産工程の困難性から生産コストは高くなる。

このため、背板の構造設計を改良し、導光板を省きまたはこれに代わる設計条件において、平面上に均一な光出射効果を達成させることが本発明で改善すべき課題である。

公知技術の課題について、本発明は背板の光反射微構造を利用し、エネルギー強度が異なる光線をそれぞれのパスに導き、均一な光照射効果を形成する低生産コストの側面照射式バックライトモジュールの提供を目的とする。

本発明の目的に基づく、側面照射式バックライトモジュールは矩形の背板と、複数の発光ダイオードと、一つのパネルと、を備える。発光ダイオードは釣り合って背板の対向両側に配置され、パネルによって背板と発光ダイオードを被せて置く。また、各発光ダイオード出射光の光路と法線の夾角０°〜９０°は順を追って第１角度区域と、第２角度区域と、第３角度区域とを区分けることによって、発光ダイオードの出射光の直接照射および前記背板によって反射された後、パネルにて光強度が均一に分布された光出射効果を実現できる。
背板の中央場所は発光ダイオード両側向きの方向に順を追って第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部とを設けられ、第１角度区域と、第２角度区域と、第３角度区域の光線反射に備えて、第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部はそれぞれ傾斜状の平面または弧面に設置されている特徴を有する。

さらに、第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部はそれぞれ傾斜する平面を有し、順を追って第１傾斜率ｍ１と、第２傾斜率ｍ２と、第３傾斜率ｍ３とを有するとき、第１傾斜率ｍ１の絶対値が０．０１〜１．００の傾斜率を満足することによって第１角度区域の光線を反射し、第２傾斜率ｍ２の絶対値が０．０１〜０．５０の傾斜率を満足することによって第２角度区域の光線を反射し、第３傾斜率ｍ３の絶対値が０．０１〜１．２０の傾斜率を満足することによって第３角度区域の光線を反射する。

第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部がそれぞれ円弧面を形成していて、かつ順を追って第１半径ｒ１と、第２半径ｒ２と、第３半径ｒ３を有するとき、第１半径ｒ１が５〜７０ｍｍの傾斜率を満足することによって第１角度区域の光線を反射し、第２半径ｒ２が１０〜８０ｍｍの傾斜率を満足することによって第２角度区域の光線を反射し、第３半径ｒ３が２０〜１２５ｍｍの傾斜率を満足することによって第３角度区域の光線を反射する。

第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部がそれぞれ放物線の弧面を形成していて、かつ順を追って第１焦点ｃ１と、第２焦点ｃ２と、第３焦点ｃ３を有するとき、第１焦点ｃ１が３６９９〜１３０４ｍｍを満足することによって第１角度区域の光線を反射し、第２焦点ｃ２が３６９９〜１６３５ｍｍを満足することによって第２角度区域の光線を反射し、第３焦点ｃ３が３６９９〜８４７．５ｍｍを満足することによって第３角度区域の光線を反射する。

第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部が楕円形の弧面を形成していて、かつ順を追って第１主軸ａ１と第１短軸ｂ１と、第２主軸ａ２と第２短軸ｂ２と、第３主軸ａ３と第３短軸ｂ３とを有するとき、第１主軸ａ１が３．９ｍｍ、第１短軸ｂ１が０．１８〜１．２７ｍｍを満足することによって第１角度区域の光線を反射し、第２主軸ａ２が１０ｍｍ、第２短軸ｂ２が０．０１〜０．１８ｍｍを満足することによって、第２角度区域の光線を反射し、第３主軸ａ３が２０ｍｍ、第３短軸ｂ３が０．０１〜１０ｍｍを満足することによって、第３角度区域の光線を反射する。

そのうち、背板は中心線から半分に割って左右両側を見たとき、片側にある第１光反射部と第２光反射部が同じ傾斜方向であり、かつ第３光反射部と反対の傾斜方向である。パネルの対向両側はそれぞれ干渉板を覆い被せられ、干渉板は例えばプラスチック部材、黒色ペンキ、光吸収テープまたは金属部材からなり、干渉板は背板向きの方向に垂直して延在し遮蔽部を形成し、発光ダイオードからパネルに直接照射する光線を遮る。

背板には反射シートを貼り合わせていて、反射シートはポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ， ＰＥＴ）部材または金属部材で仕上げるか、または金属部材に蒸着加工し反射層を形成して、光反射部の反射効率を向上すると共に、発光ダイオードの出射光の反射を強化し、発光効率の大幅な改善効果を達成する。

本発明の側面照射式バックライトモジュールはパネルの下方に被せる導光フィルムをさらに有し、上面に複数の円柱微構造を設け、下面に複数の角錐微構造を設けて、発光ダイオード出射光の光路案内を確実にすることによって、光強度の分布をさらに均一化させる。導光フィルムは４枚の化学フィルムが層を重ねて構成し、係る光学フィルムは輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ， ＢＥＦ）と、拡散フィルム（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｆｉｌｍ）のいずれかまたはその組み合わせである。

以上により、発光ダイオードの出射光が直接照射および前記背板によって反射し、異なる強度の光線が異なる距離の光路を形成して、光出射面にて光強度が均一に分布された光出射効果を実現し、従来のバックライトモジュールまたは平面発光源に使用する導光板、輝度向上フィルムなど化学フィルム構造に取り代わることができ、生産コストを徹底的に軽減し、発光効率を有効に向上することができる。

本発明の好ましい実施例における発光ダイオードの放射線場図である。 本発明の好ましい実施例の第１実施態様による立体構造概略図である。 本発明の好ましい実施例の第２実施態様による断面構造概略図である。 本発明の好ましい実施例の第３実施態様による断面構造概略図である。 本発明の好ましい実施例の第４実施態様による断面構造概略図である。 本発明の好ましい実施例の第５実施態様による断面構造概略図である。 ＶＥＳＡ ＦＰＤＭ ２．０による照度測量図である。 本発明の好ましい実施例の第６実施態様による断面構造概略図である。

本案の内容のさらなる理解を図るため、以下、図面と組合せて説明する。

図１、２の、本発明の好ましい実施例における発光ダイオードの放射線場図と、立体構造概略図とを参照する。
図に示すように、側面照射式バックライトモジュール１は矩形のパネル１０と、背板１１と、複数の発光ダイオード１２と、複数のレンズ１３と、を備える。発光ダイオード１１は背板１１の対向両側に釣り合って設けられ、レンズ１３は発光ダイオード１２に対応して設け、パネル１０によって、背板１１と発光ダイオード１２を覆い被せる。背板１１は中央場所から発光ダイオード１２両側向きの方向に順を追って、第１光反射部１１０と、第２光反射部１１１と、第３光反射部１１２とを傾斜平面または弧面に設けることによって、発光ダイオード１２の出射光の直接照射および光反射構造の反射によって、パネル１０上に光強度が均一に分布された光出射効果を達成できる。
各発光ダイオード１２の出射光の光路とその中央場所の法線１２０が０°〜９０°の挟み角θを形成するため、０°から９０°に順を追って第１角度区域θｚｏｎｅ１と、第２角度区域θｚｏｎｅ２と、第３角度区域θｚｏｎｅ３とをそれぞれ区分けることができる。
さらに、発光ダイオード１１の高指向特性により、第１角度区域θ_zone1に出射される光線は比較的強いエネルギーを有し、第２角度区域θ_zone2に出射される光線はその次のエネルギー強さを有し、第３角度区域θ_zone3に出射される光線はそのまた次のエネルギー強さを有する。

背板１１の長さ、幅、高さ寸法が２２８ｍｍ×１５０ｍｍ×１．５ｍｍ、かつ両側に２４個の６０１５発光ダイオード１２が設置された側面照射式バックライトモジュール１の例において、第１光反射部１１０と、第２光反射部１１１と、第３光反射部１１２は図３に示すとおり、傾斜平面に設けており、第１傾斜率ｍ１と、第２傾斜率ｍ２と、第３傾斜率ｍ３とを有する。
背板１１は中心線から半分に割り左右両側を見たとき、第１光反射部１１０が連接していて、かつ傾斜方向が相反するとことによって曲点を形成し、各第２光反射部１１１と、各第１光反射部１１０との傾斜方向は同じだが、各第３光反射部１１２と反対する傾斜方向を形成する。
第１傾斜率ｍ１の絶対値が０．０１〜１．００傾斜率を満足し、発光ダイオード１２が第１角度区域θ_zone1に出射する光線の反射に提供し、第２傾斜率ｍ２の絶対値が０．０１〜０．５０傾斜率を満足し、第２角度区域θ_zone2に出射する光線の反射に提供し、第３傾斜率ｍ３の絶対値が０．０１〜１．２０傾斜率を満足し、第３角度区域θ_zone3に出射する光線の反射に提供する。
このように、様々な傾斜角を備えた光反射部１１０、１１１、１１２によって、高中低エネルギーを乗せた発光ダイオード１２の出射光をパネル１０の各部へ均一に投射させ、光出射面の光均一度を改善できるほか、発光ダイオード１２の発光パワーを引き上げることなく、予期された光強度を実現でき生産コストの軽減効果を達成できる。

引き続き、図４を参照する。第１光反射部１１０と、第２光反射部１１１と、第３光反射部１１２がそれぞれ円弧面を形成していて、かつ順を追って第１半径ｒ１と、第２半径ｒ２と、第３半径ｒ３を有するとき、第１半径ｒ１が５〜７０ｍｍの傾斜率を満足することによって第１角度区域θ_zone1の光線を反射し、第２半径ｒ２が１０〜８０ｍｍの傾斜率を満足することによって第２角度区域θ_zone2の光線を反射し、第３半径ｒ３が２０〜１２５ｍｍの傾斜率を満足することによって第３角度区域θ_zone3の光線を反射する。
あるいは第１光反射部１１０と、第２光反射部１１１と、第３光反射部１１２が図５に示すように、それぞれ放物線の弧面を形成していて、かつ順を追って第１焦点ｃ１と、第２焦点ｃ２と、第３焦点ｃ３を有するとき、第１焦点ｃ１が３６９９〜１３０４ｍｍを満足することによって第１角度区域θ_zone1の光線を反射し、第２焦点ｃ２が３６９９〜１６３５ｍｍを満足することによって第２角度区域θ_zone2の光線を反射し、第３焦点ｃ３が３６９９〜８４７．５ｍｍを満足することによって第３角度区域θ_zone3の光線を反射する。

引き続き、図６を参照する。第１光反射部１１０と、第２光反射部１１１と、第３光反射部１１２がそれぞれ楕円の弧面を形成していて、かつ順を追って第１主軸ａ１と第１短軸ｂ１と、第２主軸ａ２と第２短軸ｂ２と、第３主軸ａ３と第３短軸ｂ３を有するとき、第１主軸ａ１が３．９ｍｍ、第１短軸ｂ１が０．１８〜１．２７ｍｍを満足することによって第１角度区域θ_zone1の光線を反射し、第２主軸ａ２が１０ｍｍ、第２短軸ｂ２が０．０１〜０．１８ｍｍを満足することによって第２角度区域θ_zone2の光線を反射し、第３主軸ａ３が２０ｍｍ、第３短軸ｂ３が０．０１〜１０ｍｍを満足することによって第３角度区域θ_zone3の光線を反射する。

背板１１は例えば、ポリエチレンテレフタレートからなる反射シートを貼り合わせるか、または背板１１はアルミ金属部材を蒸着し反射層を形成して、発光ダイオード１２の出射光の反射を強化させ、発光効率をさらに向上させる。
さらに、側面照射式バックライトモジュール１に発光ダイオード１２を設ける両側が発光ダイオード１２出射光の直接照射光線が強すぎることを配慮し、パネル１０の対向両側にプラスチック部材、黒色ペンキ、光吸収テープまたは銀を帯びた金属部材からなる干渉板１５にそれぞれ覆い被せて置く。

アメリカビデオ電子装置規格化協会（ＶＥＳＡ）が制定したフラットパネルディスプレイ基準（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｔａｎｄａｒｄ，ＦＰＤＭ）２．０により照度測定を実施した。
測定は図７に示すとおり、パネル１０と測定器２との間に０．５ｍの距離を設けて、パネル１０上９箇所の位置を測定した上、１°立体角に照射される面積と、その中間部の輝度から照度の平均値（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を推算した。
測定の結果は、公知技術の最大輝度３００ニット（ｎｉｔ）、６０１５ ＬＥＤを３６個取付けたパワー２．３Ｗの１０インチバックライトモジュールが、第５の測量点２０において、輝度４，１００ｃｄ／ｍ²と光均一度６５％であったのに対して、本発明の側面照射式バックライトモジュール１は両側に２５ｍｍの金属製の干渉板１５を設けて、パワー７．１Ｗのとき、第５の測量点２０において、表１に示すとおり７，０００ｃｄ／ｍ²の輝度値を有し、かつ光均一度が６４％に達している。
側面照射式バックライトモジュール１の形成する光均一度は公知１０”のバックライトモジュールに同等を示すものの、輝度が実際の要求を大幅に上回っているほか、パワーを３．６Ｗに引き下げた後も公知品の輝度と光均一度測定値が得られる。よって、発光効率が確実に向上すると同時に消費パワーを軽減する効果を実現し、製品コストを軽減することができる。

注：１）Ｓ，Ｓｅｒｉｅｓ ｃｉｒｃｕｉｔ（直列回路）
２）Ｐ，Ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｉｒｃｕｉｔ（並列回路）

その上、発光ダイオード１２出射光の光路を確実に案内させるためにパネル１０の下方に例えば０．３ｍｍの導光フィルム１４を設けて、背板４１１を覆い被せると同時に、導光フィルム１４の上面に複数の円柱微構造を設け、下面に複数の角錐微構造を設けることができる。これにより、角錐微構造の全反射効果を利用し、すべての角度の光線を上方に反射した上、円柱微構造を介して均一に放射し、側面照射式バックライトモジュール１が第５の測量点２０において、４，５００ｃｄ／ｍ²の輝度値を形成すると共に、光均一度が７７％に達し均一に分布された光強度を大幅に向上できる。

さらに、導光フィルム１４と組み合わせ使用すると共に、パネル１０の光出射面積を出来るだけ大きく拡大し、干渉板１５を１２．５ｍｍに縮めたとき、側面照射式バックライトモジュール１が４，５００ｃｄ／ｍ²の輝度値および６８％光均一度を実現できる。
このことから、発光ダイオード１２がパネル１０に直接照射された光線はパネル１０の両側に比較的強い光線を映し出されるため、光出射面全体の光均一度に不利を与えていることが分かる。この問題を解決するため、図８に示すとおり、干渉板１５を背板１１の方向に垂直して延在し遮蔽部１５０を形成するか、またはレンズ１３の上半部に黒色ペンキを塗布するなどして発光ダイオード１２がレンズ１３の上半部を介してパネル１０に照射する光線を遮る。

特に説明することは、導光フィルム１４は例えば、４枚の光学フィルムに層を重ねて構成することができ、光学フィルムは輝度向上フィルムと拡散フィルムのいずれかまたはその組み合わせを使用する。さらに、中心部の照度が強すぎる現象を改善するため、導光フィルム１４の中心部は円柱微構造の設置を省き、かつ角錐微構造の高さを低くすれば良い。さらに、点光源の原理に基づき、小さい寸法の発光ダイオード１２を選択し、レンズ１３の角度を調整して、導光フィルム１４に投射する光エネルギーを増大して置けば、光均一度が向上すると共に、発光ダイオード１２の使用数を軽減できる。

１ 側面照射式バックライトモジュール
１０ パネル
１１ 背板
１１０ 第１光反射部
１１１ 第２光反射部
１１２ 第３光反射部
１２ 発光ダイオード
１２０ 法線
１３ レンズ
１４ 導光フィルム
１５ 干渉板
１５０ 遮蔽部
２ 測定器
２０ 第５の測量点

Claims (7)

1. 矩形に設ける背板と、複数の発光ダイオードと、一つのパネルと、を備え、
   前記複数の発光ダイオードは前記背板の対向両側に釣り合って配置され、前記パネルによって前記背板と前記発光ダイオードを覆い、各前記発光ダイオードから出射される光路と法線の夾角０°〜９０°を形成し順を追って第１角度区域、第２角度区域と、第３角度区域とを区分けることにより、前記発光ダイオードの出射光の直接照射および前記背板によって反射された後、前記パネルにて光強度が均一に分布された光出射効果を形成し、
   前記背板は中央場所から前記発光ダイオードを設けられた両側の方向に、順を追って第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部とを設けられ、前記第１光反射部と、前記第２光反射部と、前記第３光反射部がそれぞれ傾斜する平面または弧面に設置していて、それぞれ第１角度区域と、第２角度区域と、第３角度区域の光線を反射するよう構成し、
   前記第１光反射部と、前記第２光反射部と、前記第３光反射部がそれぞれ傾斜する平面を有し、順を追って第１傾斜率ｍ１と、第２傾斜率ｍ２と、第３傾斜率ｍ３を有するとき、
   前記第１傾斜率ｍ１の絶対値が０．０１〜１．００の傾斜率を満足することによって前記第１角度区域の光線を反射し、
   前記第２傾斜率ｍ２の絶対値が０．０１〜０．５０の傾斜率を満足することによって前記第２角度区域の光線を反射し、
   前記第３傾斜率ｍ３の絶対値が０．０１〜１．２０の傾斜率を満足することによって前記第３角度区域の光線を反射することを特徴とする、側面照射式バックライトモジュール。
2. 矩形に設ける背板と、複数の発光ダイオードと、一つのパネルと、を備え、
   前記複数の発光ダイオードは前記背板の対向両側に釣り合って配置され、前記パネルによって前記背板と前記発光ダイオードを覆い、各前記発光ダイオードから出射される光路と法線の夾角０°〜９０°を形成し順を追って第１角度区域、第２角度区域と、第３角度区域とを区分けることにより、前記発光ダイオードの出射光の直接照射および前記背板によって反射された後、前記パネルにて光強度が均一に分布された光出射効果を形成し、
   前記背板は中央場所から前記発光ダイオードを設けられた両側の方向に、順を追って第１光反射部と、第２光反射部と、第３光反射部とを設けられ、前記第１光反射部と、前記第２光反射部と、前記第３光反射部がそれぞれ傾斜する平面または弧面に設置していて、それぞれ第１角度区域と、第２角度区域と、第３角度区域の光線を反射する特徴を有し、
   前記第１光反射部と、前記第２光反射部と、前記第３光反射部がそれぞれ放物線の弧面を形成していて、かつ順を追って第１焦点ｃ１と、第２焦点ｃ２と、第３焦点ｃ３を有するとき、
   前記第１焦点ｃ１が３６９９〜１３０４ｍｍの傾斜率を満足することによって前記第１角度区域の光線を反射し、
   前記第２焦点ｃ２が３６９９〜１６３５ｍｍの傾斜率を満足することによって前記第２角度区域の光線を反射し、
   前記第３焦点ｃ３が３６９９〜８４７．５ｍｍの傾斜率を満足することによって前記第３角度区域の光線を反射することを特徴とする、側面照射式バックライトモジュール。
3. 前記背板は中心線から半分に割り左右両側を見たとき、片側にある前記第１光反射部と前記第２光反射部が同じ傾斜方向を形成していて、かつ前記第３光反射部と反対の傾斜方向を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の側面照射式バックライトモジュール。
4. 前記背板に反射シートを貼り合わせていて、かつ前記反射シートはポリエチレンテレフタレート部材または金属部材からなり、または金属部材を蒸着し反射層を形成して、発光ダイオードの出射光の反射を増強させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の側面照射式バックライトモジュール。
5. 前記パネルの対向両側はそれぞれ干渉板で覆われ、前記干渉板は例えば、プラスチック部材、黒色ペンキ、光吸収テープまたは金属部材からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の側面照射式バックライトモジュール。
6. 前記干渉板は前記背板方向向きに遮蔽部を垂直して延在し、前記発光ダイオードの出射光が前記パネルに直接照射するのを遮ることを特徴とする、請求項５に記載の側面照射式バックライトモジュール。
7. 前記背板を覆い被せて前記パネルの下方に取り付ける導光フィルムをさらに有し、前記発光ダイオードの出射光を確実に案内し光の分布をさらに均一化させ、前記導光フィルムの上面は複数の円柱微構造を設け、下面は複数の角錐微構造を設け、前記導光フィルムは層を重ねた４枚の光学フィルムからなり、前記光学フィルムは少なくとも一つの輝度向上フィルムまたは拡散フィルムもしくはその組み合わせであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の側面照射式バックライトモジュール。

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