JP5683917B2 - バックライトモジュール及びその光学パネル - Google Patents
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Description
本発明は、バックライトモジュール及び光学パネルに関し、特に液晶ディスプレイ用バックライトモジュール及びその光学パネルに関する。
図１は、従来の直下型バックライトモジュール１００の構造の例を示す。前記直下型バックライトモジュール１００は、枠１１と、前記枠１１の内部に設けられている複数の光源１２と、前記光源１２の上方に設けられている拡散板１３とを備える。
前記直下型バックライトモジュール１００を使用する場合、前記複数の光源１２からの光は、前記拡散板１３によって拡散される。しかし、前記光源１２からの光は、前記拡散板１３によって拡散された後に、光線の出射角度が乱雑になるので、特定の視角範囲の輝度が低くなることがある。しかも、前記光源１２の上方に向かって出射する光線が比較的に多いので、前記拡散板１３は、前記光源１２からの光線を均一に拡散し難く、前記拡散板１３から出射される光線は、輝度ムラを生じさせ易い（即ち、光強度が異なる領域が生じる）。
前記バックライトモジュール１００の特定の視角範囲の輝度を向上させると共に、暗影が生じることを防止して、且つ前記バックライトモジュール１００の出射光線の均一性を向上するために、一般的に前記拡散板１３の上方に光学パネル１０及び拡散シート１４をさらに設ける。図２に示したように、前記光学パネル１０は、透明基板１０１と前記透明基板１０１上に設けられているプリズム層１０３とを備える。前記プリズム層１０３は、複数の長尺状のＶ形の凸部１０５を備え、前記長尺状のＶ形の凸部１０５は、前記光源からの光線を適切に集光させるので、前記バックライトモジュール１００の特定の視角範囲の輝度を向上させることができる。前記拡散シート１４は、前記光学パネル１０から出射された光線をさらに拡散させる。
しかし、光線は、前記光学パネル１０及び前記拡散シート１４で伝搬される時、部分的に光線が吸収されて損失される。また、前記光学板１０と前記拡散シート１４との間に空気層があるので、光線の伝搬における界面損失が増加されて、出射光の輝度が低下する。
本発明の目的は、出射光の輝度が高いバックライトモジュール及びその光学パネルを提供することである。
本発明に係るバックライトモジュールは、枠と、前記枠の内部に設けられている光源と互いに対向する第一表面及び第二表面を含み且つ前記第二表面が前記光源に対向するように前記光源の上方に設けられている光学パネルとを備え、前記第一表面には、複数のマイクロ構造が形成されており、前記マイクロ構造の前記第一表面における輪郭は、略オリーブ状（olive-shaped）であり、前記輪郭の長軸及び短軸をそれぞれＸ軸及びＹ軸としたＸＹＺの３次元の直角座標軸において、前記マイクロ構造は、Ｚ軸に沿って延在し、前記輪郭の任意の一点のｙ座標値及びｘ座標値は、以下の式１を満たし、前記マイクロ構造のＸ−Ｚ平面における投影は、リッジ線及びＸ軸によって囲まれた閉曲面を成しており、前記リッジ線の任意の一点のｚ座標値及びｘ座標値は、以下の式２を満たし、前記第二表面は、平面であることを特徴とするバックライトモジュール。
（但し、式１及び式２において、Ｓ、ｙ０、Ａ、ｘｃ、ｗ１、ｗ２、ｗ３及びθは、定数であり、それらの範囲は、０．１＜Ｓ＜３、―１３．５４９＜ｙ０＜−９．５４９、６２．７５４＜Ａ＜７２．７５４、−１．０＜ｘｃ＜１．０、４５．７２＜ｗ１＜２８０．２、８．０１＜ｗ２＜５３．０３、８．０１＜ｗ３＜５３．０３、及び４５°＜θ＜１７５°である）
本発明に係る光学パネルは、互いに対向する第一表面及び第二表面を備え、前記第一表面には、複数のマイクロ構造が形成されており、前記マイクロ構造の前記第一表面における輪郭は、略オリーブ状であり、前記輪郭の長軸及び短軸をそれぞれＸ軸及びＹ軸としたＸＹＺの３次元の直角座標軸において、前記マイクロ構造は、Ｚ軸に沿って延在し、前記輪郭の任意の一点のｙ座標値及びｘ座標値は、以下の式３を満たし、前記マイクロ構造のＸ−Ｚ平面における投影は、リッジ線及びＸ軸によって囲まれた閉曲面を成しており、前記リッジ線の任意の一点のｚ座標値及びｘ座標値は、以下の式４を満たし、前記第二表面は、平面であることを特徴とする光学パネル。
（但し、式３及び式４において、Ｓ、ｙ０、Ａ、ｘｃ、ｗ１、ｗ２、ｗ３及びθは、定数であり、それらの範囲は０．１＜Ｓ＜３、−１３．５４９＜ｙ０＜−９．５４９、６２．７５４＜Ａ＜７２．７５４、−１．０＜ｘｃ＜１．０、４５．７２＜ｗ１＜２８０．２、８．０１＜ｗ２＜５３．０３、８．０１＜ｗ３＜５３．０３、４５°＜θ＜１７５°、である）
従来の技術に比べて、本発明に係る光学パネルは、その内部に入射された光線を屈折、反射及び回折させ、所望の拡散を発生させて、輝度が均一な出射面を形成することができる。光学パネルの第一表面のマイクロ構造は、光出射角度を収束して、輝度をさらに向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図３を参照すると、本発明に係る光学パネル２０は、互いに対向する第一表面２０１及び第二表面２０３を備える。前記第一表面２０１には、アレイ状に配列された複数のマイクロ構造２０１１が形成されている。本実施形態において、前記マイクロ構造２０１１は、前記第一表面２０１から外部へ延在する突起であり、前記第二表面２０３は、平面である。
前記光学パネル２０は、透明材料からなる。前記透明材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）及びスチレンとメタクリル酸メチルとの共重合体（ＭＳ）のいずれか一種或いは一種以上の混合物から成る。
図４乃至図７を参照すると、前記マイクロ構造２０１１は、底面２０１２及び２つの側面２０１３を備え、前記２つの側面２０１３は、前記マイクロ構造２０１１の頂部で交わてリッジ線２０１４を形成する。前記底面２０１２は、略オリーブ状を成しており、前記マイクロ構造２０１１の前記第一表面２０１における２つの輪郭２０１５によって囲まれて形成される。前記底面２０１２は、長軸２０１６及び短軸２０１７を備える。前記長軸２０１６をＸ軸として、前記短軸２０１７をＹ軸として、前記長軸２０１６と前記短軸２０１７との交点を原点とした３次元の直角座標軸において、前記３次元の直角座標軸のＺ軸は、前記底面２０１２に垂直しており、前記マイクロ構造２０１１の延在方向（即ち、前記マイクロ構造２０１１の突出）を指している。前記マイクロ構造２０１１は、Ｘ−Ｙ平面及びＹ−Ｚ平面に対して対称となっている。前記３次元の直角座標軸において、前記輪郭２０１５は、以下の式５を満たす。
その中で、ｙは、前記輪郭２０１５上の任意の一点の座標値であり、ｘは、前記点のＸ軸における座標値であり、他のものは、定数である。ｘ及び各定数の範囲が、―１３．５４９＜ｙ０＜−９．５４９、―２１３．５＜ｘ＜２１３．５、−１．０＜ｘｃ＜１．０、６２．７５４＜Ａ＜７２．７５４、４５．７２＜ｗ１＜２８０．２、８．０１＜ｗ２＜５３．０３、８．０１＜ｗ３＜５３．０３、０．１＜Ｓ＜３であることが好ましい。
前記マイクロ構造２０１１がＸ−Ｙ平面に対して対称しているので、前記リッジ線２０１４は、前記Ｘ−Ｙ平面内で延在し、且つＸ−Ｚ平面における投影はそれ自身である。前記マイクロ構造２０１１のＹ−Ｚ平面に平行する任意の平面における切断面は、三角形である（図５を参照）。前記三角形の頂角θと、前記マイクロ構造２０１１のリッジ線２０１４の任意の一点のＺ軸の座標値ｚと前記Ｙ軸の座標値ｙとは、以下の式６を満たす。
式６は、前記リッジ線２０１４の任意の一点のＺ軸の座標とＸ軸の座標との関係を表し、即ち、前記リッジ線２０１４の前記Ｘ−Ｚ平面における投影の曲線軌跡である（図６を参照）。その中で、ｘ及び各定数の範囲が、―１３．５４９＜ｙ０＜−９．５４９、―２１３．５＜ｘ＜２１３．５、−１．０＜ｘｃ＜１．０、６２．７５４＜Ａ＜７２．７５４、４５．７２＜ｗ１＜２８０．２、８．０１＜ｗ２＜５３．０３、８．０１＜ｗ３＜５３．０３、４５°＜θ＜１７５°、０．１＜Ｓ＜３であることが好ましい。
前記光学パネル２０の全体強度を向上させるために、前記マイクロ構造２０１１の頂面の少なくとも一部分を平面化し、或いは、弧面化する。前記リッジ線２０１４の前記Ｘ−Ｚ平面における投影は、前記リッジ線２０１４の曲線軌跡の方程式を満たす。
前記光学パネル２０のマイクロ構造２０１１は、透明材料を前記光学パネル２０の第一表面２０１に敷設することによって形成されることができ、又は前記光学パネル２０の第一表面２０１に対応した雌型に溝を設け、前記雌型に透明材料を射出することによって前記前記光学パネル２０と一体成型されることもできる。
前記光学パネル２０を使用する場合、光源に近接する前記光学パネル２０の第二表面２０３を光入射面とし、光源から離れている前記光学パネル２０の第一表面２１０を光出射面とする。光源からの光線は、前記第二表面に入射してから、前記マイクロ構造２０１１の内部で屈折、回折及び全反射して、光出射角度が収束されるので、前記光学パネル２０の出射光の輝度を向上させることができる。
他の実施形態において、前記マイクロ構造２０１１は、前記Ｙ−Ｚ平面に対して対称しないこともできる。
前記マイクロ構造２０１１は、突起構造に限定されることなく、同じ形状で、前記第一表面２０１から前記光学パネル２００の内部へ凹む溝であることもできる。前記マイクロ構造２０１１の第一表面２０１の輪郭は、マイクロ構造２０１１が突起である時の輪郭２０１５と同じであり、前記マイクロ構造２０１１のリッジ線２０１４は、前記第一表面の下方に位置され（即ち、前記光学パネル２００の内部に位置される）、前記第二表面２０３を向く。前記マイクロ構造が溝構造である場合、前記光学パネルの効果と前記マイクロ構造が突起構造である時の効果とは、同じである。図８を参照すると、本発明に係るバックライトモジュール２００は、枠２１と、前記枠２１の内部に設けられている光源２２と前記光源２２の上方に設けられている光学パネル２０とを備える。
前記枠２１は、高反射率の金属又はプラスチックからなり、或いは、表面に高反射率の塗布層が塗布されている金属又はプラスチックからなる。
前記光源２２は、複数の線光源或いは複数の点光源であることができる。本実施形態において、前記光源２２は、複数の線光源であり、前記複数の線光源は、複数の冷陰極蛍光ランプであることが好ましい。
前記バックライトモジュール２００の光学パネル２０において、前記光源２２に対向する第二表面２０３を光入射面とし、前記光源２２から離れている第一表面２０１を光出射面とする。前記複数の冷陰極蛍光ランプは、密に配列され、前記複数の冷陰極蛍光ランプからの光線は、前記光学パネル２０に入射してから、屈折、拡散、反射及び回折などの所定の光学作用を経て、前記光学パネル２０から出射される光線が適切に拡散されるので、輝度が均一な出射面が形成することができる。その中で、前記光学パネル２０の第一表面２０１のマイクロ構造２０１１は、光出射角度を収束して、特定の範囲における前記光学パネル２０の出射光の輝度を向上させることができる。それから見ると、前記バックライトモジュール２００は、出射光の均一性及び輝度を向上させることができる。なお、前記光源２２が複数の点光源である場合、前記複数の点光源を密に配列させると、複数の線光源と同様の効果を得ることもできる。前記複数の点光源は、複数の発光ダイオードであることが好ましい。
前記光学パネル２０の効果をさらに検証するために、同じ光源を採用する場合の従来のバックライトモジュール１００及び本発明に係るバックライトモジュール２００の出射面から９つのテスト点をそれぞれに選び取って、輝度比較テストを行った。テスト結果は、以下の表１と同じである。
上記の表によると、各テスト点で、本発明に係るバックライトモジュール２００の出射光の輝度は、従来のバックライトモジュール１００の出射光の輝度より高く、輝度が少なくとも１４％向上され、効果が著しい。
前記光源２２の間の距離が比較的に大きい場合、前記バックライトモジュール２００の光学パネル２０及び光源２２の間に拡散板をさらに設けることもでき、従って、光線はより均一に拡散され、バックライトモジュールの出射光の均一性をより向上させることができる。
２００ バックライトモジュール
２０ 光学パネル
２１ 枠
２２ 光源
２０１ 第一表面
２０３ 第二表面
２０１１ マイクロ構造
２０１２ 底面
２０１３ 側面
２０１４ リッジ線
２０１５ 輪郭
２０１６ 長軸
２０１７ 短軸
２０ 光学パネル
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２０１７ 短軸
Claims (4)
- 枠と、前記枠の内部に設けられている光源と、互いに対向する第一表面及び第二表面を含み且つ前記第二表面が前記光源に対向するように前記光源の上方に設けられている光学パネルとを備えるバックライトモジュールにおいて、
前記第一表面には、複数のマイクロ構造が形成されており、
前記マイクロ構造の前記第一表面における輪郭は、略オリーブ状であり、
前記輪郭の長軸及び短軸をそれぞれＸ軸及びＹ軸としたＸＹＺの３次元の直角座標軸において、前記マイクロ構造は、Ｚ軸に沿って延在し、
前記輪郭の任意の一点のｙ座標値及びｘ座標値は、以下の式１を満たし、
前記マイクロ構造のＸ−Ｚ平面における投影は、リッジ線及びＸ軸によって囲まれた閉曲面を成しており、
前記リッジ線の任意の一点のｚ座標値及びｘ座標値は、以下の式２を満たし、
前記第二表面は、平面であることを特徴とするバックライトモジュール。
- 前記マイクロ構造は、前記第一表面から外部へ延在する突起であり、前記マイクロ構造の前記第一表面における輪郭は、前記突起の底面であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 前記マイクロ構造は、前記第一表面から前記光学パネルの内部へ凹む溝であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトモジュール。
- 互いに対向する第一表面及び第二表面を備える光学パネルにおいて、
前記第一表面には、複数のマイクロ構造が形成されており、
前記マイクロ構造の前記第一表面における輪郭は、略オリーブ状であり、
前記輪郭の長軸及び短軸をそれぞれＸ軸及びＹ軸としたＸＹＺの３次元の直角座標軸において、前記マイクロ構造は、Ｚ軸に沿って延在し、
前記輪郭の任意の一点のｙ座標値及びｘ座標値は、以下の式３を満たし、
前記マイクロ構造のＸ−Ｚ平面における投影は、リッジ線及びＸ軸によって囲まれた閉曲面を成しており、
前記リッジ線の任意の一点のｚ座標値及びｘ座標値は、以下の式４を満たし、
前記第二表面は、平面であることを特徴とする光学パネル。
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