JP2015198054A - バックライト装置および液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LED11と、LED11が発する光を面内において所定の強度分布の光束として発する光整形ロッド12と、焦点距離f1のレンズ系13、および焦点距離f1より大きい焦点距離f2のミラー系15とから形成される両側テレセントリック光学系とを備え、レンズ系13をミラー系15に対してLED11および光整形ロッド12の側に設け、レンズ系13からミラー系15に進行した光束が、ミラー系15によって反射されて反射型プリズムシート14により光束の光路が変更されつつ平行光束として出射され、平行光束が板状の液晶パネル16の一面を、一面に略直角に照射する。
【選択図】図1
Description
まず、本発明の第1の実施形態として、本発明に係るバックライト装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。図1および図2はそれぞれ、この第1の実施形態による液晶ディスプレイの構成を示すX方向から見た側面図、およびY方向から見た平面図である。なお、図1および図2においてXY平面に対して直角の方向をZ方向とする。
2.6mm<Lx0<3.6mm ……(1)
1.0mm<Ly0<2.4mm ……(2)
Ly0≦Lx0 ……(3)
2.6mm<Lx1<3.6mm ……(4)
1.0mm<Ly1<2.4mm ……(5)
なお、第1ロッド12aが略直方体形状であり、入射光束の整形をずれなく行うためには、以下の(6)式および(7)式が成立するのが好ましいが、必ずしも限定されるものではない。また、第1ロッド12aのZ方向に沿った長さL0は、たとえば60mmである。
Lx0=Lx1 ……(6)
Ly0=Ly1 ……(7)
Ly1≦Lx1 ……(8)
12.0mm<Lx2<13.2mm ……(9)
1.0mm<Ly2<2.4mm ……(10)
3Lx1≦Lx2≦5Lx1 ……(11)
Ly1≦Ly2 ……(12)
1.1<Lx0/Ly0<3.6 …(13)
1.1<Lx1/Ly1<3.6 …(14)
5.0<Lx2/Ly2<13.2 …(15)
f1+f2=Dlm ……(16)
ここで、具体的には、レンズ系13の焦点距離f1がたとえば21.17mm、レンズ系15A(ミラー系15に相当)の焦点距離f2がたとえば600mmである場合、レンズ系13の後方主点とレンズ系15A(ミラー系15に相当)との間隔Dlmは、(600+21.17=)621.17mmとするのが好ましい。なお、図8Aおよび図8Bに示す光学系において、ロッド先端面12cとレンズ系13のレンズ13aとの距離dを変化させると、レンズ系15A(ミラー系15に相当)の近軸焦点位置がZ方向に沿って変化する。
次に、本発明の第2の実施形態によるバックライト装置について説明する。この第2の実施形態においては、光整形ロッド12の第1ロッド12aにおいて、その入射側端部および出射側端部のX方向寸法Lx0,Lx1をそれぞれたとえば3mm、Y方向寸法Ly0,Ly1をそれぞれたとえば1mmとする。また、第2ロッド12bのロッド先端面12cにおけるX方向寸法Lx2をたとえば12mm、Y方向寸法Ly2をたとえば2mmとして、第2ロッド12bの形状をいわゆるラッパ形状とする。その上で、LED11の寸法を、X方向寸法が3mm、およびY方向寸法が1mm(3mm×1mm)になるようにする。なお、その他の構成は第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。そして、本発明者が、光強度を計測するセンサーピッチを750×1000として発光エネルギー効率を計算したところ、LED11からの発光エネルギー利用効率が、約68.8%にまで向上することが確認された。すなわち、光整形ロッド12の形状をラッパ形状とすることによって、光整形ロッド12の出射側とレンズ系13の入射側とにおいて幾何光学的に光エネルギーの損失を低減できることが確認された。
次に、本発明の第3の実施形態によるバックライト装置について説明する。この第3の実施形態においては、光整形ロッド12の形状は第2の実施形態と同様である。その上で、LED11におけるチップカバー内に設けられたLEDチップ(図示せず)を、チップカバーに対してさらに近づけた構成とする。具体的には、LED11におけるダイオードのチップとチップカバー(いずれも図示せず)との間隔を、第1の実施形態における0.28mmより小さくして、たとえば0.2mm程度にする。また、LED11の光整形ロッド12に密着させる部分の寸法も、第2の実施形態と同様の3×1mmとする。本発明者が、このようなLED11を用いた場合の発光エネルギー効率を確認したところ、LED11からの発光に対して発光エネルギー利用効率が、約75.5%にまで向上できることを確認した。
次に、本発明の第4の実施形態によるバックライト装置について説明する。この第4の実施形態においては、光整形ロッド12の形状は第2および第3の実施形態と同様である。その上で、LED11におけるチップカバー内に設けられたLEDチップ(図示せず)を、チップカバーに対してさらに近づけた構成とする。具体的には、LED11におけるダイオードのチップとチップカバー(いずれも図示せず)との間隔を、第3の実施形態における0.2mmより小さくして、たとえば0.1mm程度にする。また、LED11の光整形ロッド12に密着させる部分の寸法も、第2の実施形態と同様の3×1mmとする。本発明者が、このようなLED11を用いた場合の発光エネルギー効率を確認したところ、LED11からの発光に対して発光エネルギー利用効率が、約84.4%にまで向上できることを確認した。
次に、本発明の第5の実施形態によるバックライト装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。図18は、この第5の実施形態による液晶ディスプレイをX方向から見た側面図である。
10,20 バックライト装置
11、21 発光ダイオード(LED)
12,22 光整形ロッド
12a 第1ロッド
12b 第2ロッド
12c ロッド先端面
13,23 レンズ系
13a,13b,13c,13d,13e レンズ
14,24 反射型プリズムシート
14a 反射凸部
15,25 ミラー系
16 液晶パネル
17,18 遮断板
17a,18a 開口
19 遮蔽板
24a 反射部材
26 樹脂体
26a 凹部
L 光束
LR 平行光束
Lr 反射平行光束
Claims (16)
- 面内において所定の光強度分布を有する2次元光源と、
焦点距離f1の第1集光光学系、および前記焦点距離f1より大きい焦点距離f2の第2集光光学系とから形成される両側テレセントリック光学系とを備え、
前記第1集光光学系が前記第2集光光学系に対して前記2次元光源の側に設けられ、
前記2次元光源から出射されて前記第1集光光学系を通過して前記第2集光光学系に進行した光束が、前記第2集光光学系から光束として出射され、前記第2集光光学系から出射した光束を外部に出射するように構成されている
ことを特徴とするバックライト装置。 - 前記第2集光光学系から出射した光束が入射されるとともに、前記第2集光光学系から出射した光束の光路を変更する光路変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のバックライト装置。
- 前記光路変更手段が、前記第2集光光学系から出射した光束を反射可能に構成された反射部材を備え、前記反射部材の反射面が前記第2集光光学系から出射した光束の光軸に対して所定角度で傾斜していることを特徴とする請求項2に記載のバックライト装置。
- 前記第2集光光学系から出射する光束の出射方向が、前記第1集光光学系を通過した光束の光軸に対して、所定角度で傾斜していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記第2集光光学系が少なくとも1枚の反射鏡を有するミラー系から構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記2次元光源から出射されて前記第1集光光学系を通過して進行した光束を、前記第2集光光学系によって、前記第2集光光学系の焦点位置に、前記2次元光源から出射された光束の光軸に直角な断面の面積に対して略(f2/f1)2倍の面積で結像させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記第1集光光学系と前記第2集光光学系との互いに対向する主点の間隔が、前記第1集光光学系の焦点距離f1および前記第2集光光学系の焦点距離f2との合計に略等しいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記第1集光光学系が、少なくとも4枚のレンズを有して構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記第1集光光学系に、前記2次元光源から出射された光束の一部を遮断する少なくとも1つの遮断部材が設けられ、前記遮断部材が前記2次元光源から出射された光束のうちの有効光束を通過させる開口を少なくとも1つ有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記2次元光源が、光を発光する発光源と前記発光源から出射された光を整形して前記光束として出射させる光整形手段とを有し、前記光整形手段の前記発光源から出射された光が入射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積より小さいことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であるとともに、前記光整形手段の光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項10に記載のバックライト装置。
- 前記光整形手段の前記光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積に対して、3倍以上5倍以下であることを特徴とする請求項10または11に記載のバックライト装置。
- 前記光整形手段が、互いに連結された複数のロッド、または互いに一体成形されたロッドから構成されていることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 前記発光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載のバックライト装置。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載のバックライト装置と、
複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、
前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの一面に対して略垂直に入射させる
ことを特徴とする液晶ディスプレイ。 - 請求項3、または請求項3を引用する請求項4〜14のいずれか1項に記載のバックライト装置を備え、前記第2集光光学系から出射した光束を前記反射部材によって反射させることにより、前記バックライト装置から光束を出射させることを特徴とする請求項15に記載の液晶ディスプレイ。
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