JP2006185628A

JP2006185628A - バックライト

Info

Publication number: JP2006185628A
Application number: JP2004374898A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kawasaki; 要二川崎; Yuji Azuma; 祐二我妻; Ryuji Tsuchiya; 竜二土屋; Hirokazu Nakamura; 浩積中村
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】輝度の低下を招くことなく、発光面から出光する光の輝度ムラを容易に調整することのできるバックライトを提供する。
【解決手段】導光板３１の反射面３１ｂ上に、ＬＥＤ１０からの入射光を発光面３１ａ側に反射する平坦面よりなる平坦傾斜面５０ａと、この平坦傾斜面５０ａに連設する部分円弧状の湾曲面よりなる湾曲傾斜面５０ｂとを有する発光面３１ａ側へ向けて先細の光反射凹部５０を配列する。各光反射凹部５０を、ＬＥＤ１０に対して離間する程相対的に大きく形成し、且つ、ＬＥＤ１０の導光路から外れたもの程相対的に大きく形成する。さらに、複数のＬＥＤ１０の導光路が重なる領域に位置する光反射凹部５０を、単一のＬＥＤ１０の導光路上のものよりも相対的に小さく形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の発光ダイオード等の発光素子を光源として用いたバックライトに関する。

近年、複数の発光ダイオード等の発光素子を、光源として導光板の入射面に配列したバックライトが提案されている。この種のバックライトでは、各発光素子が点発光する点光源であるため、光源に対して垂直な方向（すなわち、奥行き方向）のみならず、光源に対して水平な方向（すなわち、光源の配列方向）にも輝度ムラが発生し易い。

そこで、例えば特許文献１には、導光板の反射面上に、ドット印刷等によって導光板の反射面上に円形の光反射パターン或いは円錐形の光反射凹部（以下、これらを総称して光反射部と称す）を配列し、各光反射部の面積率を、各光源に対して垂直方向に離間する程大きく形成し、且つ、各光源に対して水平方向に離間する程大きく形成する技術が開示されている。
特開２００１−４３７１４公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術では、円形或いは円錐形とすることによって面積率の異なる光反射部を反射面上に容易に形成することが可能であるものの、これらの光反射部は光源からの光を拡散反射させるものであるため（すなわち、導光板の発光面側に全反射させるものではないため）、その反射光の制御が困難である。

しかも、上述のように光反射部で乱反射した光は、発光面から出光するまでの間に不要な反射を繰り返すため、光のエネルギーロスを生じやすく、発光面から出光する光の輝度を低下させる虞がある。

本発明は、輝度の低下を招くことなく、発光面から出光する光の輝度ムラを容易に調整することのできるバックライトを提供することを目的とする。

本発明は、発光面と反射面とが互いに対向する平面矩形形状の導光板の少なくとも一端面に設定した入射面に沿って、点発光する光源を複数配列したバックライトであって、前記導光板は、前記点光源からの入射光を前記発光面側に反射する平坦面よりなる平坦傾斜面と、当該平坦傾斜面に連設する部分円弧状の湾曲面よりなる湾曲傾斜面と、を有する前記発光面側へ向けて先細の光反射凹部を前記反射面上に複数具備し、前記各光反射凹部を前記光源に対して離間する程相対的に大きく形成し、且つ、前記光源の導光路から外れたもの程相対的に大きく形成したことを特徴とする。

本発明のバックライトによれば、輝度の低下を招くことなく、発光面から出光する光の輝度ムラを容易に調整することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はバックライトの分解斜視図、図２はバックライトの要部断面図、図３は導光板の反射面に配列される代表的な各光反射凹部を示す説明図、図４は導光板を図３のＹ１−Ｙ１線、Ｙｏ−Ｙｏ線、及び、Ｙｐ−Ｙｐ線に相当する各線に沿ってそれぞれ示す要部断面図、図５は光反射凹部の形成方法の一例を示す部分拡大図、図６は光反射凹部の拡大図である。

図１，２において符号１は液晶テレビ等に好適なバックライトを示し、このバックライト１は、上面が開口した扁平な略箱形形状のケース２を有する。ケース２は、例えば射出成型による樹脂成型品で構成され、背面板２ａの内側一側寄りには隔壁３が立設している。そして、この隔壁３は、ケース２の内部を、ＬＥＤ収容室５と、導光室６とに画成している。

ＬＥＤ収容室５は、例えば、点発光する複数（例えば、３個）の表面実装型の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）１０を光源として収容する。具体的には、ＬＥＤ収容室５の長手方向両端部には互いに対向する一対の基板保持溝５ａが凹設しており、これら基板保持溝５ａは、各ＬＥＤ１０をＬＥＤ基板１１上に等間隔毎に実装した光源ユニット２０をＬＥＤ収容室５内に保持する。そして、図１，２に示すように、ＬＥＤ収容室５内に収容保持された各ＬＥＤ１０は、隔壁３に凹設された連通溝７を介して、その発光面を導光室６に露呈する。

ここで、本実施形態において、各ＬＥＤ１０は、所定色温度の白色光を発光する白色ＬＥＤである。このようなＬＥＤ１０は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの発光体を１つのパッケージにして構成してもよく、また、例えば、単色のＬＥＤに蛍光物質を塗布して出射光を白色光に変換するよう構成してもよい。

導光室６は、例えば、一方の面に反射面３０ａを有する平面矩形形状の反射シート３０と、発光面３１ａと反射面３１ｂとが互いに平行に対向する平面矩形形状の導光板３１と、一方の面に拡散シート３３を貼着した平面矩形形状のレンズシート３２と、を背面板２ａ側から順に積層して収容する。さらに、導光室６は、一方の面に反射面３４ａを有する短冊状の反射シート３４を、各ＬＥＤ１０に対向する側面板２ｂに沿って収容する。

なお、図中符号３６は、ケース２に冠設するベゼルである。このベゼル３６には、レンズシート３２に貼着された拡散シート３３を外部に露呈するための矩形の開口部３６ａが開口しており、図２に示すように、ベゼル３６は、ケース２に冠設することにより、ＬＥＤ収容室５の上面開口部を閉塞し、さらに、レンズシート３２（及び、拡散シート３３）の縁辺部をケース２との間に挟持する。

図２〜４に示すように、各ＬＥＤ１０に対向する導光板３１の一端面は各ＬＥＤ１０からの出射光を入射する入射面３１ｃとして設定されており、この入射面３１ｃから入射した光を反射して発光面３１ａに導く反射面３１ｂ上には、複数の光反射凹部５０が凹設している。

図６に示すように、各光反射凹部５０は、発光面３１ａに向けて先細の半月状凹部（ムーンカット）であり、具体的には、各光反射凹部５０は、反射面３１ｂに対して所定角度（例えば、４５°）で傾斜する平坦面よりなる平坦傾斜面５０ａと、当該平坦傾斜面５０ａに連設し、反射面３１ｂに対して所定角度（例えば、４５°）で傾斜する部分円弧状の湾曲面よりなる湾曲傾斜面５０ｂとを有する。

ここで、光反射凹部５０は、例えば図５に示すように、円柱状のエンドミル５１等の工具を用いて容易に削成することが可能である。すなわち、各光反射凹部５０は、導光板３１の反射面３１ｂに対し、エンドミル５１を所定角度α（例えば、α＝４５°）傾斜させた状態で押し当て、その先端面の一部を接触させることなく反射面３１ｂを削ることにより、形成することができる。

各光反射凹部５０は、例えば図３に示すように、平坦傾斜面５０ａが入射面３１ｃにそれぞれ正対した状態で、反射面３１ｂ上にマトリクス状に配列している。

さらに、各光反射凹部５０は、発光面３１ａから均斉度の高い光を出射すべく、その大きさが反射面３１ｂ上での配設位置に応じて異なっている。具体的に説明すると、原則として、各光反射凹部５０は、ＬＥＤ１０に対して離間するもの程、相対的に大きく形成されている。ここで、ＬＥＤ１０に対しての離間とは、ＬＥＤ１０に対する垂直方向への離間、及び、ＬＥＤ１０に対する水平方向への離間を含む。また、各光反射凹部５０は、ＬＥＤ１０に対して等しく離間するものであっても、各ＬＥＤ１０から導光板３１に入射する光の導光路（図３中において一点鎖線で囲まれた領域）から外れたもの程、相対的に大きく形成されている。さらに、ＬＥＤ１０に対して等しく離間するものであっても、各光反射凹部５０は、各ＬＥＤ１０の導光路が重なる領域に位置するものが、単一のＬＥＤ１０の導光路上のものよりも相対的に小さく形成されている。

すなわち、例えば、図３に示すＸ−Ｙ座標系（但し、Ｘ１＜Ｘｌ＜Ｘｍ＜Ｘｎ，Ｙ１＜Ｙｏ＜Ｙｐ＝Ｙmax）において、反射面３１ｂ上の座標（Ｘ１，Ｙ１）に位置する光反射凹部５０は、最も小さく形成されている。

また、座標（Ｘ１，Ｙ１）に位置する光反射凹部５０よりも、座標（Ｘ１，Ｙｌ）に位置する光反射凹部５０が相対的に大きく形成され、さらに、座標（Ｘ１，Ｙｍ）に位置する光反射凹部５０が相対的に大きく形成され、さらに、座標（Ｘ１，Ｙｎ）に位置する光反射凹部５０が相対的に大きく形成されている。

また、ＬＥＤ１０の導光路から最も外れた座標（Ｘ１，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０は最も大きく形成されており、この光反射凹部５０よりも、座標（Ｘｌ，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０が相対的に小さく形成され、さらに、座標（Ｘｍ，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０が相対的に小さく形成されている。

また、２つのＬＥＤ１０の導光路が重なる領域の座標（Ｘｎ，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０は、ＬＥＤ１０から同等の距離だけ離間する光反射凹部５０よりも相対的に小さく形成されている。特に、この座標（Ｘｎ，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０は、座標（Ｘｍ，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０よりもＬＥＤ１０から離間するにも拘わらず、相対的に小さく形成されている。また、この座標（Ｘｎ，Ｙｐ）に位置する光反射凹部５０は、座標（Ｘｎ，Ｙｏ）に位置する光反射凹部５０よりもＬＥＤ１０から離間するにも拘わらず、相対的に小さく形成されている。

ここで、各光反射凹部５０の大きさは、同一径の円柱状のエンドミル５１を用いて、その削成深さｔ（図５参照）によって容易に規定することが可能である。なお、各光反射凹部５０の大きさは、上述の各原則に従ってそれぞれ設定されるものであるが、実験やシミュレーション等の結果に基づいて適宜補正してもよいことは勿論である。

次に、各光反射凹部５０のより具体的な一例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、例えば、直径０．８ｍｍのエンドミル５１を用いて削成深さｔ＝０．０８ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で形成した各光反射凹部５０が、反射面３１ｂ上において、ＬＥＤ１０の水平方向（図３のＸ軸方向）に１．５ｍｍピッチ、垂直方向（図３のＹ軸方向）に１ｍｍピッチでマトリクス状に配列された対角長が約８インチの導光板３１を示す。

図４（ａ）は、図３のＹ１−Ｙ１線に相当する位置での要部断面図であり、同図において、領域Ａ〜Ｃは何れも単一のＬＥＤ１０の導光路上の領域に相当する。従って、各光反射凹部５０は、入射面３１ｃに最近のものが最も小さく（深さｔ＝０．０８ｍｍ）、入射面３１ｃから離間するにつれて段階的に等比で大きくなっている。

図４（ｂ）は、図３のＹｏ−Ｙｏ線に相当する位置での要部断面図であり、同図において、領域ＡはＬＥＤ１０の導光部から外れた領域に相当し、領域Ｂ，Ｃは単一のＬＥＤ１０の導光路上の領域に相当する。従って、領域Ａにおいて、各光反射凹部５０は、入射面３１ｃから離間するにつれて段階的に等比で小さくなっている。また、領域Ｂにおいて、入射面３１ｃに最も近い光反射凹部５０は、入射面３１ｃから最も離間する領域Ａの光反射凹部５０よりも相対的に小さく、且つ、領域Ｂ，Ｃにおいて、各光反射凹部５０は、入射面３１ｃから離間するにつれて段階的に等比で大きくなっている。

図４（ｃ）は、図３のＹｐ−Ｙｐ線に相当する位置での要部断面図であり、同図において、領域Ａ，ＢはＬＥＤ１０の導光路から外れた領域に相当し、領域Ｃは２つのＬＥＤ１０の導光路が重なる領域に相当する。また、領域Ａにおいて、入射面３１ｃに最も近い光反射凹部５０は、ＬＥＤ１０の導光部から最も外れた遠方に位置する。従って、領域Ａ，Ｂにおいて、各光反射凹部５０は、入射面３１ｃに最近のものが最も大きく（深さｔ＝０．４ｍｍ）、入射面３１ｃから離間するにつれて段階的に等比で小さくなっている。また、領域Ｃにおいて、入射面３１ｃに最も近い光反射凹部５０は、入射面３１ｃから最も離間する領域Ｂの光反射凹部５０よりも相対的に小さく、各光反射凹部５０は、入射面３１ｃから離間するにつれて段階的に大きくなっている。

このような構成において、各ＬＥＤ１０から導光板３１に入射された光は、そのほとんどが各光反射凹部５０の平坦傾斜面５０ａによって発光面３１ａ側に全反射する（図４（ａ）〜（ｃ）参照）。また、平坦傾斜面５０ａで反射されずに反射シート３４に到達し、当該反射シート３４の反射面３４ａで反射した入射光の一部（戻り光）も、各光反射凹部５０の湾曲傾斜面５０ｂで発光面３１ａ側に無駄なく反射する。

このような実施形態によれば、導光板３１の反射面３１ｂに形成する各光反射凹部５０を、入射面３１ｃに正対する平坦面よりなる平坦傾斜面５０ａと、この平坦傾斜面５０ａに連設する部分円弧状の湾曲面よりなる湾曲傾斜面５０ｂとを有する発光面３１ａ側に先細の凹部で構成し、各ＬＥＤ１０から導光板３１への入射光のほとんどを平坦傾斜面５０ａによって発光面３１ａ側に全反射させることにより、導光板３１に入射した光が発光面３１ａから出光するまでの間に不要な反射を繰り返すことを低減することができる。従って、入射光のエネルギーロスを低減することができ、発光面３１ａから出光する光の輝度を格段に向上させることができる。

また、平坦傾斜面５０ａはＬＥＤ１０からの入射光を全反射させるものであるため、各平坦傾斜面５０ａの面積比の設定により反射面３１ｂ上の各部で発光面３１ａ側に反射させる光量を容易に制御することができ、発光面３１ａから出向する光の輝度ムラを容易に調整することができる。すなわち、各光反射凹部５０を、各ＬＥＤ１０に対して離間する程相対的に大きく形成し、且つ、各ＬＥＤ１０の導光路から外れたもの程相対的に大きく形成することにより、均斉度の高い光を発光面３１ａから出光させることができる。

さらに、導光板３１内において、各ＬＥＤ１０の導光路が重なる領域に位置する各光反射凹部５０を、単一のＬＥＤ１０の導光路上のものよりも相対的に小さく形成することにより、より均斉度の高い光を発光面３１ａから出光させることができる。

また、各光反射凹部５０を同一径の円柱状のエンドミル５１によって削成し、各光反射凹部５０の大きさをエンドミル５１による削成深さで規定することにより、平坦傾斜面５０ａの面積比を容易に制御することができる。特に、大きな平坦傾斜面５０ａを必要とする領域においては、エンドミル５１による削成深さが深く、平坦傾斜面５０ａを導光板３１内のより深い位置まで臨ませることができるので、入射光をより効果的に発光面３１ａ側に反射させることができる。

なお、上述の実施形態においては、反射面上に各光反射凹部を格子状に配列した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、反射面上に各光反射凹部を千鳥状に配列してもよい。

また、上述の実施形態においては、導光板の一端面に入射面を設定し、この単一の入射面に沿ってＬＥＤを配列した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板の複数の端面に入射面を設定し、各入射面に沿ってＬＥＤをそれぞれ配列してもよいことは勿論である。この場合、反射面上には、各入射面にそれぞれ対応した指向性を有する各光反射凹部（すなわち、各入射面毎にそれぞれ正対する各光反射凹部）が形成される。

また、上述の実施形態においては、円柱状のエンドミルを用いて反射面上に光反射凹部を直接的に削成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、予めエンドミルで光反射凹部を削成した導光板を用いて金型を作成し、当該金型を用いた射出成型等によって導光板を成型することで反射面上に光反射凹部を形成してもよい。勿論、このように金型を介して反射面上に光反射凹部を形成することも、エンドミルを用いて反射面上に光反射凹部を削成するという概念に含まれるものである。

また、上述の実施形態においては、光源としてＬＥＤを採用した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、点発光する他の発光素子を光源として用いてもよいことは勿論である。

バックライトの分解斜視図バックライトの要部断面図導光板の反射面に配列される代表的な各光反射凹部を示す説明図導光板を図３のＹ１−Ｙ１線、Ｙｏ−Ｙｏ線、及び、Ｙｐ−Ｙｐ線に相当する各線に沿ってそれぞれ示す要部断面図光反射凹部の形成方法の一例を示す部分拡大図光反射凹部の拡大図

符号の説明

１…バックライト、１０…発光ダイオード（光源）、３１…導光板、３１ａ…発光面、３１ｂ…反射面、３１ｃ…入射面、５０…光反射凹部、５０ａ…平坦傾斜面、５０ｂ…湾曲傾斜面、５１…エンドミル（工具）
代理人弁理士伊藤進

Claims

発光面と反射面とが互いに対向する平面矩形形状の導光板の少なくとも一端面に設定した入射面に沿って、点発光する光源を複数配列したバックライトであって、
前記導光板は、前記点光源からの入射光を前記発光面側に反射する平坦面よりなる平坦傾斜面と、当該平坦傾斜面に連設する部分円弧状の湾曲面よりなる湾曲傾斜面と、を有する前記発光面側へ向けて先細の光反射凹部を前記反射面上に複数具備し、
前記各光反射凹部を前記光源に対して離間する程相対的に大きく形成し、且つ、前記光源の導光路から外れたもの程相対的に大きく形成したことを特徴とするバックライト。
複数の前記光源の導光路が重なる領域に位置する前記各光反射凹部を、単一の前記光源の導光路上のものよりも相対的に小さく形成したことを特徴とする請求項１記載のバックライト。
前記各光反射凹部は、設定角度傾斜させた同一径の円柱状の工具によって前記反射面上に削成したものであって、
前記各光反射凹部の大きさを、前記エンドミルによる削成深さで規定したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のバックライト。