JP2011228028A - バックライトユニット及びそれを用いた映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、エリア制御に対応し、薄型で消費電力を低減しつつ、光利用効率が高くかつ輝度むらが少ないバックライトユニット及び映像表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明は、液晶パネルに光学シートを介して光を照射するためのバックライトユニットにおいて、少なくとも２つ以上の光源と、該光源からの光を入射して前記液晶パネルの方向へ導く導光板と、該導光板の背面から透過した光を導光板側へ反射する反射部とを含むバックライトブロックを複数備え、前記バックライトブロックがマトリクス状に配列されており、前記光源のピッチをｄ、前記導光板の光出射面から前記光学シートの入射面までの距離をｈとしたときに、次の条件を満足することを特徴とする。
０．４ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ
５ｍｍ≦ｄ≦４０ｍｍ
０．０８≦ｈ／ｄ≦２
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば液晶パネルの背面から光を照射するためのバックライトユニット及びそれを用いた映像表示装置に関する。

液晶パネルを表示パネルとして用いた映像表示装置（液晶表示装置）では、省スペースのため薄型化が進んでいる。液晶表示装置に用いられるバックライトユニットにおいては、長年蛍光管が光源として採用されてきたが、蛍光管を用いた直下型方式では光拡散距離の確保が必要であるため、輝度均一性を保ったまま薄型化することが困難であった。

そこで、例えば特許文献１のように、光源としてＬＥＤを使用したバックライトが提案されている。特許文献１には、ＬＥＤ光源をバックライトユニットの左右両端に配置して中央側に向けて光を出射し、このＬＥＤからの出射光線を導光板によって液晶パネル側に導くようにしたバックライトユニットを開示している。

特開2009-245732号公報

映像表示装置の薄型化に加え、近年の省電力規制に対応するため、バックライトユニットの消費電力の低減が求められている。バックライトユニットの消費電力の低減するためには、バックライトユニットを複数の領域に分割し領域毎に光源を調光する、いわゆるエリア調光（ローカルディミング）が有用である。これにより、暗い画像を表示する領域は光源の発光量を少なくし、明るい画像を表示する領域は発光量を多くすることでき、消費電力を低減しながら高コントラストな映像を提供することができる。

しかしながら、上述した特許文献１に記載のバックライトユニットは、バックライトユニットの左右両端にＬＥＤを配列した方式であるため、少なくとも水平方向（横方向）においてバックライトユニットを複数の領域に分割し、各領域を表示画像の明暗に合わせて光を制御することが困難である。

本発明は、バックライトユニットを薄型化しつつもエリア調光が可能であり、かつ光利用効率が高く、高画質な映像を表示可能な技術を提供するものである。

前記課題を解決するために、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成を特徴とするものである。

例えば本発明の一態様は、少なくとも２つ以上の光源、導光部及び反射部の組を複数個シャーシ上にマトリクス状に配置して構成され、かつ導光部の上方（導光部の光出射面側）に光拡散シートが設けられたバックライトユニットにおいて、前記光源のピッチをｄ、前記導光部の出射面から前記光学シートの入射面までの距離をｈとしたとき、以下の条件を満たすことを特徴とする。
０．４ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ
５ｍｍ≦ｄ≦４０ｍｍ
０．０８≦ｈ／ｄ≦２

本発明によれば、バックライトユニットを薄型化しつつもエリア調光が可能であり、かつ光利用効率が高く、高画質な映像を表示可能にすることができる。

映像表示装置の全体構成の概略を示す分解図 本実施例に係るバックライトユニットの一例を示す図 １つの導光板を複数のバックライトブロック用の導光板として用いた場合の例を示す図 本実施形態に係る導光板４に粘着層１１を取り付けた例を示す図 本実施形態に係る導光板４の先端にねじ穴を設けた例を示す図 本実施形態に係る導光板４の光入射面に入射拡散部９を形成した例を示す図 入射拡散部９の形状の例を示す図 ＬＥＤ７と導光板４の光入射面との距離Ｌに対する光利用効率の特性を示すグラフ 導光板４とＬＥＤ７を実装する際の位置ずれ方向を示す図。 導光板４をシャーシ５に固定する方法の一例を示す図 導光板４とＬＥＤ７との軸ずれ量に対する入射効率の特性を示す図 バックライトユニット３の水平方向の輝度分布を示す図 導光板４の光出射側の端面にブラスト加工を施した例を示す図 ＬＥＤ７からの光の広がりＬＥＤ７にレンズ７を設けた例を示す図 本実施形態に係るバックライトユニット３が適用される映像表示装置の一例を示す図 図２に示した本実施形態に係る導光板４の別の例を示す図

本発明の一実施形態に係るバックライトユニットまたは照明装置について、図１〜図１０を参照しながら、以下詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るバックライトユニットを映像表示装置に適用した全体構成の概略を説明する。尚、以下の実施形態の説明においては、光源としてＬＥＤ(Light Emitting Diode)を用いた例を説明するが、レーザダイオード（ＬＤ）などの点光源を用いてもよいし、ＨＣＦＬ(Hot Cathode Fluorescent Lamp)やＣＣＦＬ(Cold Cathode Fluorescent Lamp)、ＥＥＦＬ(External Electrode Fluorescent Lamp)などの蛍光管を用いてもよい。また、ＬＥＤは白色光を放出するの光源を用いてもよいし、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)に代表されるような、混色することで白色が得られる複数の色の光を放出する光源を用いてもよい。

またＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤの電極面に対して垂直方向に発光するトップビュータイプを用いてもよいし、電極面に対して水平方向に発光するサイドビュータイプを用いてもよい。図示はしないが、サイドビュータイプを使用すれば、基板にＬＥＤを冷却するためのフィンや伝熱部材などの冷却機構を設置した場合にもバックライトユニットの外枠部の幅を狭くすることができ、例えばベゼルの細い映像表示装置を実現できる。

図１は、本発明の実施形態に係るバックライトユニットを有する液晶テレビの全体構成の概略を示す分解図である。映像表示用のディスプレイとして普及している液晶パネルを用いた透過型の液晶ディスプレイは、液晶パネル１とバックライトユニット３とを備えており、更に本実施形態に係るバックライトユニット３は、液晶パネル１の背面側に設置された光学シート２を有している。

本実施形態に係るバックライトユニット３の一構成例について図２を参照して以下に説明する。

図２（ａ）は、本実施形態に係るバックライトユニット３の断面図、（ｂ）は上面側（光出射側）から見た図である。本実施形態に係るバックライトユニット３は、図示されるように、平板状のシャーシ５上に、複数のバックライトブロック２０がマトリクス状に配置されて構成されている。ここで、シャーシ５は、例えばアルミ、スチール、マグネシウム、チタン合金などで構成され、プレス、ダイキャスト、削り出しなどにより成形される。また、アクリル（ＰＭＭＡ）、ゼオノア、ＢＭＣ、ＯＺ、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコンなどの樹脂製で構成しても酔い。また、これらの２種類以上の材料を組み合わせて製造してもよい。

シャーシ５上に配列される複数のバックライトブロック２０は、それぞれ、光源である複数のＬＥＤ７と、このＬＥＤ７からの光が入射され、液晶パネル１側に導く導光板４と、この導光板４の背面（シャーシ５と対向する面）に沿って配置され、導光板４の背面を透過する光を反射して液晶パネル１側（紙面上方）へ導く反射部８とを備えている。このように、本実施形態に係るバックライトユニット３は、サイドライト方式のバックライトブロック２０を平面上に複数配置した構成を採用している。

ここで、導光板４は、例えばアクリル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート、ポリスチレン、ゼオノア、ＢＭＣ、ＯＺ、シリコン、ガラスなどの透光性を有する材料で構成される。ゼオノアやポリカーボネートは吸湿しずらく、また熱による反り等の変形が生じにくいので、導光板４の材料として好適であるが、当然これに限定されるものではない。また、上述の２種類以上の光学材料を組み合わせて製造してもよい。さらに導光板４は、拡散反射シートや拡散板、拡散シート、ミラーシート、プリズムシート、反射型偏光フィルムなどの光学部材とを複数組み合わせて構成してもよい。また、上記反射部８の透過率は２％以下とし、かつその表面に拡散パターンなどを施すことで、光を高効率で拡散反射させる効果を持たせている。

上記バックライトブロック２０の光源であるＬＥＤ７は光源基板６上に実装されており、この光源基板６はシャーシ５に固定されている。かかる光源基板６、導光板４及び/または及び反射部８をシャーシ５に位置決め或いは固定するために、シャーシ５には、に、ピン、穴、溝などが設けられている。これらピン、穴、溝などは、光源基板６、導光板４及び/または及び反射部８にも設けてもよい。

導光板４の光出射面（液晶パネル１または光学シート２と対向する面）から出射された光は、光学シート２に入射される。ここで、光学シート２は光を拡散しつつ液晶パネル１側へ向かう光の輝度を向上させる機能を備えており、１枚または複数枚のシート状部材から構成される。シート状部材は、例えば拡散板、拡散シート、プリズムシート、反射型偏光フィルム等が含まれる。拡散板の表面には２次元パターンが加工されていてもよい。また拡散板や拡散シートの表面に、拡散剤がグラデーション印刷されていてもよい。プリズムシートは、液晶パネル１の表示面の水平方向（横方向）に延びるプリズムが形成されているものと、垂直方向（縦方向）に延びるプリズムが形成されているものとの、どちらか１枚または両方を使用してもよい。このとき、水平方向に延びるプリズムが形成されているプリズムシートを液晶パネル１側に配置することによって、液晶パネル１の視野角を広くすることができる。一方、垂直方向に延びるプリズムが形成されているプリズムシートを液晶パネル１側に配置することによって、液晶ディスプレイの輝度をより高くすることができる。

かかる構成の光学シート２によって拡散され輝度が向上された光は、液晶パネル１に入射され、液晶パネル１に供給される映像信号により空間的に変調されて表示映像が形成される。ここで、本実施例に係るバックライトユニット３は、上述のように複数のバックライトブロック２０で構成されており、各バックライトブロック２０からの出射光の強度（すなわちＬＥＤ７の発光強度）を映像信号に応じて個別に（局所的に）制御することができる。例えば映像の暗い部分に対応するバックライトブロック２０の光強度を弱くし、映像の明るい部分に対応するバックライトブロック２０の光強度を強くすることが可能となる。かかる制御を行うことにより、消費電力を低減しつつコントラスト感を向上させた高画質な映像を液晶パネル１に表示することができる。このような制御は、各バックライトブロック２０に対応する液晶パネル１の領域に供給される映像信号の最大輝度又は平均輝度を検出することにより行われる。また、あるバックライトブロック２０の光強度を下げた場合には、画像の明るさを補償するために、当該バックライトブロック２０に対応する部分の映像信号の増幅度を、光強度の減少度に応じて増加させるようにする。

尚、図２では、図示の簡略化のために複数のバックライトブロック２０を１列（紙面左右方向）に配列した例を示しているが、実際は、上述のようにマトリクス状（二次元的）に配列されている。

ここで、導光板４の形状に説明する。導光板４は、図２（ｂ）に示されるように、液晶パネル１側から見て、略長方形または略正方形の形状を有しており、かつ断面は、図２（ａ）に示されるように、その厚さがＬＥＤ７からの光が入射される入射端部からそれに対向する先端部にかけて漸次減少するような楔形を為している。また、それぞれの導光板４の入射端部は、隣接する導光板４の先端部が載置されるための段部が形成されている。

導光板４の光出射面（液晶パネル１または光学シート２と対向する面）には、導光板４の光出射面からの光を均一化するため、もしくは輝度むらを目立たなくするための拡散パターン４１が形成されている。かかる拡散パターン４１は、例えばブラスト加工などにより形成された粗面、或いは微小な光学要素の集合体により構成してもよい。この微小光学要素は、例えば円錐、三角錐、四角錐、プリズム、半球、円錐台、三角錐台、四角錐台などであるが、これらに限られるものではなく、導光板４の表面において加工が可能であれば任意の形状でよい。また、導光板４の背面にも拡散パターンを形成してもよい。拡散パターン４１よる光の散乱は、上記微小光学要素の密度で制御され、単位面積当たりの微小光学要素の個数が多いほど光散乱効果が大きいため導光板４の表面から出射される光量が多くなる。逆に単位面積当たりの個数が少ないほど導光板４の表面から出射する光量が少なく、導光板４の内部で繰り返し反射する光が多くなる。上記微小光学要素の寸法は、通常１００μｍ以下で製造され、寸法が小さいほど光散乱効果が大きくなる。

このように導光板４を構成すれば、ＬＥＤ７から導光板４に入射した光は、導光板４の表面の拡散パターン４１と、反射部８における散乱・反射効果と、更に光学シートにおける反射、透過、散乱効果によって液晶パネル１に入射される。すなわち、ＬＥＤ７からからの光は、主として導光板４、反射部８及び光学シート２の３つの要素における反射、拡散、散乱効果によって、高輝度でかつ均一な輝度分布を以って液晶パネル１に照射される。

本実施形態では、導光板４は、各バックライトブロック２０に対してそれぞれ個別に設けるようにしているが、１枚の導光板を１列又は１行（紙面上下方向）に配列された複数のバックライトブロック２０用の導光板４として用いてもよく、また１枚の導光板を全バックライトブロック２０用の導光板４を用いてもよい。すなわち１枚の導光板で複数のバックライトブロック２０用を構成してもよい。

１枚の導光板を複数のバックライトブロック２０用の導光板４として用いる場合は、導光板の光出射面に、バックライトブロック２０の境界を示す溝を形成し、これによりバックライトブロック２０相互間において空気層を設けることとする。この溝の幅は、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとされる。以下、導光板の、溝により区分された各領域を単位導光板と呼ぶこととする。上記の構成により、１つのバックライトブロック２０に入射されるＬＥＤ７からの光を、当該バックライトブロック２０に対応する単位導光板の光出射面においてほぼ均一な輝度分布を得つつ、隣接したバックライトブロック２０の単位導光板に適切な量の光を漏らす効果がある。すなわち、ある単位導光板から隣接単位導光板へ光が殆ど漏れない場合は、上述のエリア調光した場合、例えばあるバックライトブロック２０を１００％の明るさで光を照射し、隣接するバックライトブロック２０を１０〜２０％の明るさで光を照射する場合、バックライトブロック２０間の輝度差が大きくなるために、表示映像（例えば暗い背景中に１つのバックライトブロック２０の光出射面よりも小さい白い物体が存在する映像）によっては単位導光板の形状と相似の輝度むらが目立ち易くなる。一方、単位導光板間の光の漏れ量が大きすぎる場合は、上述のエリア調光した場合の光の制御範囲が大きくなりすぎてしまう。例えばあるバックライトブロック２０を点灯し、隣接するバックライトブロック２０を消灯した場合、光漏れ量が大きすぎると、消灯している隣接バックライトブロック２０が過度に明るくなる減少が生じ、上述のエリア調光による効果が薄れてしまう。従って、本例においては、溝の幅を例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとすることで、隣接する単位導光板への光漏れ量を最適にし、高画質の映像を得ることができる。隣接単位導光板への光漏れ量は、例えば、ある単位導光板の中央部における光の３０〜５０％程度とされる。ここで、溝の幅を０．３ｍｍより大きくすると、当該溝によって生じる暗線または輝線が輝度むらとなって目立ち易くなり、かかる現象は本発明者らの実験によって確認されている。よって、溝の幅は０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。

図３に、複数のバックライトブロック２０用の導光板を１つの導光板で構成した例を示す。図３は、１つの導光板で表示画面水平方向（紙面左右方向）に配列した５個分のバックライトブロック２０用の導光板（以下、この導光板を「横長導光板」と呼ぶ）として用いた例であり、この横長導光板を画面水平方向に２つ、垂直方向に２以上（図３では図面の簡略化のために２つのみ示している）。並べて配置した例を示している。

ここで、単位導光板（ａ）に注目すると、単位導光板（ａ）の右側には別の単位導光板（ａ）が物理的に連結されていないために空気層が存在し、よって当該右側には光学的な切断面が生じることとなる。このとき、光学的な切断面における光の反射、透過、散乱、屈折性は光学的な接合面と異なるため、ＬＥＤ７からの光は単位導光板（ａ）の左側における光学的な接合面と同じようには導光されない。すなわち上記空気層に光が供給され辛くなる。これにより次の２つの弊害が予想される。

まず１つ目は、切断面での輝度が急激に低下する現象、すなわち暗線が生じることである。かかる暗線は、単位導光板（ａ）の右側端面の光出射面側（ハッチ部）に、例えばブラスト加工により粗面を形成して光を散乱させることにより目立ちにくくすることが可能である。これにより、単位導光板（ａ）の右側側面において上記粗面による乱反射が生じて液晶パネル１側へ向かう光の量が増大し、上述した暗線を緩和することが可能となる。但し、過度に粗面加工すると、当該部分での乱反射が過大となり逆に輝線が生じる（つまり空気層の部分が極度に光が強くなる）ため、注意が必要である。

２つ目の弊害は、上記空気層の存在により、単位導光板（ａ）の輝度分布が左右非対称となることである。この場合、例えば輝度むらが目立たない場合にも、エリア調光を行うときにと違和感を覚える画質となる場合がある。かかる第２の弊害については、単位導光板（ａ）の右側の側面および単位導光板（ｂ）の左側の側面に、それぞれ、例えばブラスト加工により粗面を形成し、各側面に入射する光を散乱することにより解消することができる。これにより、単位導光板（ａ）の右側側面および単位導光板（ｂ）の左側側面において上記粗面による乱反射が生じて液晶パネル１側へ向かう光の量が増大し、単位導光板（ａ）および単位導光板（ｂ）のそれぞれにおいて、左右がほぼ対称な輝度分布が得られる。これに代えて、上記空気層の部分に光学ジェルを充填して単位導光板（ａ）及び単位導光板（ｂ）を光学的に結合してもよい。この場合、単位導光板（ａ）から出射した光は、反射、透過、散乱、屈折などをあまり生じずに導光単位導光板（ｂ）に入射する（逆も同様）ため、左右の輝度分布を対称に近くすることができる。

上述した導光板４（単位導光板）或いは横長導光板は、光源を実装するための貫通穴４２を設けてもよいし、また図１６に示されるように、導光板４（単位導光板）或いは横長導光板の内部に光源が実装されるための凹部７２を設けてもよい。このようにすれば、ＬＥＤ７からの光の進行方向と逆方向（ＬＥＤ７の後ろ側）にも導光板４の一部が存在することとなるため、導光板４の入射端面で反射してＬＥＤ７側に戻る光やＬＥＤ７のパッケージで散乱されＬＥＤ７の後ろ側に回り込む光などを導光板４に取り込むことが可能となり、ＬＥＤ７からの光の利用効率を向上させることができる。

上述のように、導光板４の表面には拡散パターン４１を形成しているが、これ以外に、光の透過性、反射性、拡散性、偏光などを調整するための光学機能を設けてもよい。かかる光学機能は、例えば凹凸面で構成され、この凹凸面は例えばドット印刷で形成される。またどっと印刷以外にも、上記凹凸面を微細パターンや微小レンズなどの光学部品の集合体で構成してもよい。

一般的なバックライトユニットでは、光源（ＬＥＤ等）からの光は液晶パネル側に向かう光のみならず、シャーシ側に向かう光も存在する。シャーシ側に向かう光を高効率で液晶パネル側に向かわせるためには、シャーシに反射シートなどの反射部を取り付け、この反射部を用いて拡散反射させる方法が一般的である。従来の直下方式またはサイドライト方式では、シャーシの面上に１枚または複数枚の反射部を取り付け、その上に光源を配置していたため、バックライト内のどの位置においても、光源の下部近傍には必ず反射部が配置されていた。このため、光源からシャーシ側に向かう光は、全て反射部によって高効率で拡散反射され、直下方式の場合は光学シートに、サイドライト方式の場合は導光板に入射されていた。

一方、本実施形態では、図２や図１６に示すように、サイドライト方式のバックライトブロック２０を平面状に複数配置した構成となっており、また導光板４の上に隣の導光板４が重なるように配置しているために、導光板４の背面とシャーシ５との間には空間が形成される。そして、ＬＥＤ７から出射した光は導光板４の内部を導光した後に出射されるため、反射部８をシャーシ５に沿って配置すると、導光板４と反射部８が空間的に離れ、導光板４の背面から透過する光を反射部８により良好に反射することができず、輝度が低下してしまう。よって、反射部８は、ＬＥＤ７だけでなく、導光板にも近づけて保持する必要がある。また、ＬＥＤ７から導光板４に向かわずに直接的にシャーシ５に向かう光も効率よく反射して導光板４側に戻すことが高輝度化のためには好ましい。よって、ＬＥＤ７からの光の利用効率を向上させるためには、（１）ＬＥＤ７から直接的にシャーシ５に向かう光を有効利用すること、及び（２）反射部８を導光板４の背面に沿うように保持すること、の２点に留意することが重要となる。

まず上述した（１）について説明する。反射８の加工精度などの要因によって、反射部８の端面を、ＬＥＤ７の出射端面に隙間無く配置することは困難である。このため、ＬＥＤ７の出射端面と反射部８の端面の間に光源基板６が露出する。この露出した光源基板６に反射率８０％以上の白色塗装を施し、光を反射させることで、ＬＥＤ７と導光板４の入射端面の下部に反射８が無くても、ＬＥＤ７から導光板４に向かわずに直接的にシャーシ５に向かう光を光源基板６により効率よく反射して導光板４側に戻すことができる。

次に（２）について説明する。反射部８を導光板４の背面に沿うように保持するため、例えば図４に示されるように、導光板４の背面側端部の一部に透明な粘着層１１を設け、この粘着層１１により反射部８を固定する。これにより、導光部８の背面に対する反射部８のたわみ、歪み、しなりを防いで、安定した輝度均一性を得ることができる。ここで、導光８の光出射面から光学シート２の入射面までの距離（拡散距離）をｈとすると、ｈ≦８ｍｍのとき、粘着層１１の寸法（例えば粘着層１１の長手方向の寸法）を３ｍｍ以下とすれば、当該粘着層１１による輝度むらは目立たない。

また導光板４は、図５に示されるように、ＬＥＤ７からの光の入射端面と反対側の先端部にねじを取り付けるための穴１２を設けており、この穴１２を介してシャーシ５にねじ止めすることで導光板４をシャーシ５に固定することができる。ここで、穴１２の径はφ４ｍｍ以下とする。

次に本実施形態の特徴について説明する。図２（ａ）（ｂ）において、ＬＥＤ７の配列ピッチをｄ、導光板４の光出射面から光学シートの入射面までの距離（拡散距離）をｈとしたときに、本実施形態では、次の数１〜数３の条件を満足している。
（数１）０．４ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ
（数２）５ｍｍ≦ｄ≦４０ｍｍ
（数３）０．０８≦ｈ／ｄ≦２
ここで拡散距離ｈの値を１０ｍｍ以下とするのは、１０ｍｍを超えるとバックライトユニット３の薄型化に不利となり、例えば映像表示装置或いはバックライトユニット３の厚さ（奥行き方向の寸法）を２０ｍｍ以下のとすることが困難となる。また、光学シート２は熱や湿度などの要因により撓みや歪が生じるため、かかる撓みや歪を吸収するために、ｈの最小値は０．４ｍｍとする。またピッチｄを５ｍｍより小さくすると、ＬＥＤ７からの発熱が局所的に集中して高熱となり、厚さ２０ｍｍ以下のバックライトユニット３内部空間にＬＥＤ７からの熱がこもり、光学シート２の撓み等が発生する。このため、ｄの下限値を５ｍｍとする。ＬＥＤ７の配列ピッチｄを４０ｍｍより大きくすると、ＬＥＤ７の相互間の輝度が低くなり、ＬＥＤ７の光出射方向の輝度との差が大きくなって輝度むらが目立ち易くなる。このため、ＬＥＤ７の配列ピッチｄを４０ｍｍ以下とすれば、厚さ２０ｍｍ以下で輝度むらが視覚的に認識しづらくなることを本発明者らの実験等によって確認した。以上のｈとｄの上限値と下限値から、ｈとｄとの関係が０．０８≦ｈ／ｄ≦２を満たすとき、輝度むらの少ない薄型バックライトユニットが実現できる。

また、本実施形態においては、図６に示されるように、導光板４の光入射面には、入射拡散部９が形成されている。この入射拡散部９が形成されていない場合は、空気と導光板４との屈折率の違いにより、ＬＥＤ７からの光線はスネルの法則に従って屈折し、後は導光板４の拡散パターン４１等で散乱されるだけである。しかしながら、導光板４の光入射面に入射拡散部９を形成すれば、スネルの法則による屈折の他に、当該入射拡散部９によって短い距離で光を散乱して広げることができるため、導光板４の光出射面において輝度むらを少なくすることができる。また、色の異なる光を放出するＬＥＤを使用する場合には、これらＬＥＤからの異なる色の光を入射拡散部９によって短い距離で混色することが可能となる。

かかる入射拡散部８の構成について次に説明する。図６において、ＬＥＤ７の出射面から導光板４の光入射面までの距離をＬ、導光板の光入射面に形成された入射拡散部８の幅をａ、ＬＥＤ７の幅をｍ、ＬＥＤ７からの光の出射角をθとすると、本実施形態は次の数４〜数６の条件を満足している。
（数４）Ｌ≦５ｍｍ
（数５）０°≦θ≦４５°
（数６）２Ｌ・ｔａｎ０°＋ｍ≦ａ≦２Ｌ・ｔａｎ４５°＋ｍ
ＬＥＤ７と導光板４の加工精度および組立の際の実装精度がおよそ９５%、すなわち加工及び組立誤差が５％程度となる。つまり、通常にＬＥＤ７と導光板４を実装しても上記誤差により５％程度の光損失が生じることとなる。本実施形態は、上記のような条件を満足するように導光板４の光入射面に入射拡散部８を設けることにより、ＬＥＤ４から出射する最大光束量を１００%としたときに、上記加工及び組立誤差による５％の光損失以上の光も導光板４に取り込んで導光させることが可能となり、ＬＥＤ７からの光の利用効率を大きく向上させることができる。

上記入射拡散部８の形状は、例えば図７（ａ）〜（ｄ）に示されるように、半円柱、三角柱、台形柱などの１次元パターンでも良いし、図７（ｅ）のように２次元的なパターンでもよい。

図８に、導光板４とＬＥＤ７との距離Ｌを変化させたときの、バックライトユニットの光利用効率の実験結果を示す。図２に示したように、ＬＥＤ７の出射面から導光板４の光入射面までの距離をＬ導光板４の光出射面から光学シート２の入射面までの距離（拡散距離）をｈとしたとき、下記数７を満足すれば、Ｌ＝０としたときのバックライトユニットで得られる輝度の９０％%以上の輝度が得られ、高効率なバックライトユニットを提供できる。
（数７）１２≦ｈ／Ｌ≦６０
また、図９に示されるように、バックライトユニット３を組み立てる際には、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、θ軸、φ軸、γ軸の計6つの方向への実装ずれが生じる。この中でバックライトユニットの高効率化に影響を与える割合が最も大きいのはｚ方向の位置精度である。すなわち、高効率なバックライトユニットを実現するためには、ＬＥＤ７と導光板４との距離を一定の大きさに保持することが重要である。この保持の構成の一例を図１０に示す。導光板４の背面に突起形状１０（保持部）を設け、この保持部１０を光源基板６及びシャーシ５に貫通させてシャーシ５の背面に這わせた後、再度シャーシ５及び光源基板６に貫通させて、光源基板６の表面側で固定する。すなわち本例では、保持部１０で光源基板６とシャーシ５とを締め付けて密着させる構成としている。また、導光板４が熱膨張しても位置の変化無く保持できるように、保持部１０が挿入される光源基板６の穴は、ＬＥＤ７の配置方向またはＬＥＤ７の光出射方向の寸法が長い長穴としてもよい。

ＬＥＤ７の発光面と直交する光軸は、導光板４の光軸と一致していることが望ましい。図１１にＬＥＤ７と導光板４の光軸を互いにずらしたときの、導光板４への入射効率を示す。図１１から明らかなように、両者の光軸を一致させることで、ＬＥＤ７からの光を高効率で導光板４に取り込むことが可能となり、高輝度なバックライトユニットを実現できる。

本実施形態では、上述のように、バックライトブロック２０をシャーシ５の面上にマトリクス状に敷き詰めている。このときのバックライトユニット３の全体的な水平方向の輝度分布を図１２に示す。図１２の上方の図はバックライトユニット３の正面図が、下方の図はバックライトユニット３のＡ−Ａ’断面における輝度分布が示されている。この輝度分布に示されるように、各バックライトブロック２０（導光板４）の相互間の境界に暗線または輝線が見えることがある。このように境界に暗線が見える場合には、例えば図１３に示すように導光板４の出射面側の端部（特にＬＥＤ７の光軸と平行な辺）を少々ブラスト加工する（すなわち粗面を形成する）ことで光散乱効果が生まれ、暗線が目立たなくなる。一方で、境界に輝線が見える場合には、例えば導光板４の光出射部の端面に反射フィルムや反射膜を設けることで、輝線として現れていた光が導光板４の他の部位に散乱され、目立たなくなる。

また、例えば図１４（ａ）に示されるように、ＬＥＤ７からはランバート散乱に近い広がりを持った光が出射されるため、導光板４の光入射面に入射されない光が多く存在する。これに対し、図１４（ｂ）に示されるよう例のように、ＬＥＤ７の光出射面にレンズ１３を設けることによって、レンズ１３の持つ屈折作用により図示されるように光をＬＥＤ７の光軸方向に集めることができ、以って光の取り込み効率を向上させることが可能となる。

光源にＬＥＤを用いる場合、そのパッケージの材質は樹脂またはセラミックとする。樹脂パッケージでは発光効率が高く、セラミックパッケージでは長寿命という特徴がある。

また、導光板４を製造する際に、導光板４を金型から抜くため抜きテーパーは、±３度以内であることが好ましい。

図１５は、本実施形態に係るバックライトユニット３が適用される映像表示装置に一構成例を示している。バックライトユニット３の背面（シャーシ５）の背面には、液晶パネル１やバックライトユニット３へ電源を供給するための電源基板１４と、液晶パネル１を動作させるためのタイミングコントローラ１５と、液晶パネル１へ映像信号を供給するための映像処理回路や映像表示装置全体の制御を行うマイコンなどを含む信号基板１６が取り付けられる。

以上のように、本実施形態によれば、光利用効率を向上せしめた、明るくかつ輝度むらが低減された、薄型でかつ消費電力が少ないバックライトユニットとそれを用いた映像表示装置を提供することができる。

１ 液晶パネル
２ 光学シート
３ バックライトユニット
４ 導光板
５ シャーシ
６ 光源基板
７ ＬＥＤ
８ 反射部
９ 入社拡散部
１０ 保持部
１１ 粘着層
１２ ねじ取り付け穴
１３ レンズ
１４ 電源基板
１５ タイミングコントローラ
１６ 信号基板
２０ バックライトブロック
４１ 拡散パターン
４２ ＬＥＤ７が挿入される穴

Claims (10)

1. 液晶パネルに光学シートを介して光を照射するためのバックライトユニットにおいて、
   少なくとも２つ以上の光源と、該光源からの光を入射して前記液晶パネルの方向へ導く導光板と、該導光板の背面から透過した光を導光板側へ反射する反射部とを含むバックライトブロックを複数備え、
   前記バックライトブロックがマトリクス状に配列されており、
   前記光源のピッチをｄ、前記導光板の光出射面から前記光学シートの入射面までの距離をｈとしたときに、次の条件を満足することを特徴とするバックライトユニット。
   ０．４ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ
   ５ｍｍ≦ｄ≦４０ｍｍ
   ０．０８≦ｈ／ｄ≦２
2. 液晶パネルに光学シートを介して光を照射するためのバックライトユニットにおいて、
   少なくとも２つ以上の光源と、該光源からの光を入射して前記液晶パネルの方向へ導く導光板と、該導光板の背面から透過した光を導光板側へ反射する反射部とを含むバックライトブロックを複数備え、
   前記バックライトブロックがマトリクス状に配列されており、かつ前記導光板の光入射面に入射拡散部が形成されており、
   前記光源の出射面から前記導光板の光入射面までの距離をＬ、前記導光板の入射面に形成された入射拡散部の幅をａ、前記光源の幅をｍ、光源からの光の出射角をθとしたとき、次の条件を満足することを特徴とするバックライトユニット。
   Ｌ≦５ｍｍ
   ０°≦θ≦４５°
   ２Ｌ・ｔａｎ０°＋ｍ≦ａ≦２Ｌ・ｔａｎ４５°＋ｍ
3. 液晶パネルに光学シートを介して光を照射するためのバックライトユニットにおいて、
   少なくとも２つ以上の光源と、該光源からの光を入射して前記液晶パネルの方向へ導く導光板と、該導光板の背面から透過した光を導光板側へ反射する反射部とを含むバックライトブロックを複数備え、
   前記バックライトブロックがマトリクス状に配列されており、
   前記光源の出射面から前記導光板の光入射面までの距離をＬ、前記導光板の光出射面から前記光学シートの入射面までの距離をｈとしたときに、
   １２≦ｈ／Ｌ≦６０
   を満足することを特徴とするバックライトユニット。
4. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の一部に、前記反射部固定するための粘着層が設けられることを特徴とするバックライトユニット。
5. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の、前記光入射面と反対側の先端部に、前記導光板を固定するためのネジが挿入されるねじ穴を設けたことを特徴とするバックライトユニット。
6. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の光入射面に入射拡散部が形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
7. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の光出射側端面がブラスト加工されていることを特徴とするバックライトユニット。
8. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の光出射面に拡散パターンが形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
9. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記光源の光出射面にレンズが設けられていることを特徴とするバックライトユニット。
10. 液晶パネルと、該液晶パネルに光学シートを介して光を照射するためのバックライトユニットを備えた映像表示装置において、
    前記バックライトユニットは、複数のバックライトブロックをマトリクス状に配列して構成され、
    前記バックライトブロックは、少なくとも２つ以上の光源と、該光源からの光を入射して前記液晶パネルの方向へ導く導光板と、該導光板の背面から透過した光を導光板側へ反射する反射部とを含み、
    前記光源のピッチをｄ、前記導光板の光出射面から前記光学シートの入射面までの距離をｈとしたときに、次の条件を満足することを特徴とする映像表示装置。
    ０．４ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ
    ５ｍｍ≦ｄ≦４０ｍｍ
    ０．０８≦ｈ／ｄ≦２

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