JP3107016U - 発光均一度が高い直下式バックライトモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光均一度が高い直下式バックライトモジュールの提供。
【解決手段】複数の光源は冷陰極管（ＣＣＦＬ）とされる。光拡散板３０の材質はアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかとされる。且つ光拡散板３０は光拡散剤３２を具えている。光拡散板３０の入射光表面３２０に複数の柱状レンズ３２２が設けられて光線３４が柱状レンズ３２２を通過する時に発生する屈折或いは反射により光線前進経路を改変して光線散乱の効果を達成する。柱状レンズは光源に対応する中心位置に存在し、このエリアのランプの光線を散乱させ、光源から遠い位置ほど柱状レンズの曲げ率も大きくなり拡散の効果を低減して均一化の目的を達成する。
【選択図】図２

Description

本考案は一種の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールに係り、特に、光拡散度が高く、光透過率が高く、製造コストが低い光拡散板を具えた直下式バックライトモジュールに関する。

ＨＤＴＶ、ＤＶＤプレイヤーとデジタルテレビの普及に伴い、テレビ画像の品質は市場でますます重視されるようになり、加えて伝統的な映像管テレビは消耗電力が大きく、輻射が多く、ちらつきや重量が大きいという欠点を有するため、ここ数年のディスプレイの競争にあって、徐々に高解析度の新時代のディスプレイ装置に取って代わられている。新世代のディスプレイ中、液晶ディスプレイは高度に重視され、潜在力を有するディスプレイ技術である。日本、韓国、及び台湾の主要メーカーは積極的に研究開発を進め、大型化の生産設備を採用し、液晶ディスプレイの品質は不断に向上され、価格も不断に下がり、液晶ディスプレイの要求を促進し、さらに関係技術発展の要求もますます厳しくなっている。液晶ディスプレイは電場スイッチによりディスプレイのフレームを制御するが、液晶パネル自身は光線を発射できないためバックライトモジュールによりディスプレイ光源を提供する必要がある。一般には、液晶ディスプレイのバックライトには二種類の形式があり、則ちサイド発光式と直下式であり、サイド発光式バックライトはランプ数量及び光線伝送距離の影響により、大サイズの液晶ディスプレイに応用すると高輝度と均一な光源を提供できない。直下式バックライトはランプの増加と拡散手段の設計により大サイズの液晶ディスプレイの要求を達成できる。このほか、サイド発光式バックライトモジュールは光線を均一に分布させるために使用される導光板がサイズの増大につれて厚さが増し、計算によると、２１インチの平均輝度５０００ｃｄ／ｍ２の導光板は重量が２キログラム以上となる。現在、ディスプレイは軽量化に向けて発展しており、バックライトの重量はおろそかにできない問題となっており、光拡散板の使用により６０％〜８０％の重量を減らすことができ、大サイズのバックライトモジュールの応用上、明らかな優勢を有している。

直下式バックライトモジュールに使用される光拡散板はサイド発光式の導光板に代わり光線を均一に発散させる重要な部品である。光拡散板は、その名のとおり光線の拡散が最も主要な機能であり、既知の例、例えば広告ランプボックス、発光看板さらには病院のＸ線フィルム検査に使用されるランプボックスにはいずれも類似の光拡散板材が使用されて光線を均一に分布させ、光線拡散の効果上、相当に悪くない効果を有している。早期の拡散効率は要求に符合せず、光線の透過率及び均一度が不足し、ディスプレイへの応用の最も直接的な問題は輝度不足となることである。一般にこのような製品の全光域透過度は約３０〜５０％の間で、ディスプレイの高輝度化の傾向の下、使用要求に符合しない。近年、日本の板材メーカーはこのような欠点に対して改良を行い、添加する光拡散剤の種類を改変し、また、工程を厳格に制御し、光線透過の効率と均一度の向上に成功している。しかし光線の透過率はこのような改良により５０〜７０％向上するものの、製品に対する要求がますます高くなるにつれ、このような透過率も次第に顧客を満足させられなくなっている。また一方で、さらに薄いディスプレイ製品の設計を達成するため、バックライトモジュールも軽量化、薄型化に向けて発展しつつあり、このためさらに高い拡散度が要求される。しかし、光拡散板中に大量の光拡散剤を使用すると、透過率の低下がもたらされる。簡単に言うと、高い拡散度と高い透過率は現在の光拡散板の構造では兼ね備えることができず、光拡散板或いはバックライトモジュールの構造を改変しなければ、高い拡散度と高い透過率の要求をいずれも達成することはできない。現在液晶テレビ或いはバックライトモジュールのメーカーが採用している方法によると、比較的高い透過率の光拡散板を使用しているが、冷陰極管の痕跡は光拡散板により均一化できないため、光拡散板の出光面に１〜２片の拡散膜を配置して光線を一次放射して均一な効果を達成している。しかしこの方法は光線のほぼ５〜１０％のエネルギーを損失し、更に輝度増加膜を使用して光線を集中させて損失部分を補う必要がある。こうしてモジュールの軽量化、薄型化の目的を達成するが、却って製造コストは大幅にアップしテレビの可視角が縮小する欠点を形成する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、液晶パネル自身は発光不能であり、バックライトモジュールによりディスプレイ光源を提供する必要がある。光拡散板（Ｌｉｇｈｔ Ｄｆｆｕｓｅｒ）はバックライトモジュール中の光拡散作用を形成する重要な部品であり、その機能は冷陰極管（ＣＣＦＬ）の発生する光線を均一に分散させて液晶パネルに安定し且つ均一な光源を提供する。液晶ディスプレイの輝度及び品質、及び光源の性能は緊密な関係があり、並びに該光拡散板中には光拡散剤が添加されその光線の分散効果が増される。しかし、光拡散剤の価格は高い。

これにより、上述の問題に対して、一種の新規で高い発光均一度を有する直下式バックライトモジュールを提供し、伝統的な技術における、光拡散板中に大量の光拡散剤を使用しなければならない欠点を解決するとともに、光の拡散度と透過率を高めつつ製造コストを節約できるようにすることが必要である。

本考案の主要な目的は、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールを提供することにあり、それは光拡散板の構造を利用して光の拡散度、透過率を高めると共に、製造コストを減らせるようにし、該光拡散板の入射面表面に複数の柱状レンズを設け、且つ該複数の柱状レンズの二つの柱状レンズ間の距離は二つの光源間の距離の半分とし、且つ柱状レンズの位置は光源の中心位置に対応するよう設置し、これにより大角度の全反射を減らしたものとする。

本考案の次の目的は、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールを提供することにあり、それは光拡散板の柱状レンズを光源の中心に対応するよう設置し、該柱状レンズの曲げ率は光源から離れるほど増すものとし、ランプに接近する時の曲げ率を最少とし、光源より離れるほど柱状レンズの曲げ率を大きくすることにより、散乱の効果を減らして均一化の目的を達成するものとする。

本考案の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールは、光拡散板の柱状レンズの設計を提供するものである。本考案の柱状レンズは光源の中心位置に対応するよう存在し、このエリアのランプの光線を散乱させ、光源から遠い位置ほど柱状レンズの曲げ率も大きくなり拡散の効果を低減して均一化の目的を達成する。本考案の別の柱状レンズの設計はランプに対する位置と距離により決定され、組合せの方式で存在し、各組の柱状レンズが冷陰極管の位置に対応し、レンズ設計の効果に符合する。入射する光線は入射光面マイクロ構造表面の角度により屈折するが、距離が遠い位置ほど入射角度過大により全反射を発生してその部分の透過光線を減らして均一度に影響を与え得るため、これにより大角度の全反射を減らすことができる。柱状レンズのほか、光拡散板本体も適量の光拡散剤を含有し、光線を更に分散させ、均一化させる。

更に、両面柱状レンズが出光、入光部分に提供され、この時入光面と同方向の柱状レンズが製作され、光線を水平方向に展開し、これによりランプの輝痕を一部遮蔽或いは散乱する。

請求項１の考案は、反射片（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、
該反射片の上方に位置する複数の光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）と
該複数の光源の上方に位置し該複数の光源と隣接する入射光表面に複数の柱状レンズを具え、且つ該複数の光源の間の距離がＳとされると、該柱状レンズの間の距離がＳ／２とされる、光拡散板（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）と、
該光拡散板の上方に位置するプリズムシート（ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ）と、
該プリズムシートの上方に位置するパネル（ｐａｎｅｌ）と、
を具えたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項２の考案は、請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、複数の光源が冷陰極管（ＣＣＦＬ）とされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項３の考案は、請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が光拡散剤を含有することを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項４の考案は、請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板に出射光表面の構造が柱状レンズを設けた入射光表面と同じとされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項５の考案は、請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項６の考案は、反射片（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、
該反射片の上方に位置する複数の光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）と
該複数の光源の上方に位置し該複数の光源と隣接する入射光表面に複数の柱状レンズを具え、該複数の柱状レンズの曲げ率分布は第１光源に対応する位置の柱状レンズの曲げ率が最小値とされ、第１光源と第２光源の中間位置に対応する位置の柱状レンズの曲げ率が最大値となるよう漸増し、第２光源に対応する位置の柱状レンズの曲げ率が最小値となるよう漸減する、光拡散板（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）と、
該光拡散板の上方に位置するプリズムシート（ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ）と、
該プリズムシートの上方に位置するパネル（ｐａｎｅｌ）と、
を具えたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項７の考案は、請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、複数の光源が冷陰極管（ＣＣＦＬ）とされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項８の考案は、請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が光拡散剤を含有することを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項９の考案は、請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板に出射光表面の構造が柱状レンズを設けた入射光表面と同じとされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。
請求項１０の考案は、請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュールとしている。

本考案は光拡散板の光の入射面に柱状レンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）が増設され、各組の構造は光源の位置及び設計に対応し、光線がレンズを通過する時に発生する屈折或いは反射により光線前進の経路を改変することで、光線散乱の効果を達成する。並びに光学の設計によりマイクロ構造の形状と分布を改変し、入射光線の角度を分配することで、バックライトモジュールの必要とする組合せ要求に符合させる。伝統的な光拡散板の設計では光拡散板の光拡散度を高めつつ光源遮蔽面でも非常に良好な効果を達成することができるるものの、光拡散板の透過率は却って下がる。本考案ではランプに近い部分の拡散度を増して、透過率の損失を最低にまで減らし、輝度を高める目的を達成する。

光拡散剤の価格は効果であるため、新たに設計した柱状レンズにより光拡散度をまし、光拡散剤の添加量を減らすことで、光拡散剤の引き起こす吸収或いは反射を減らし透過率を高めるほか、製品原料のコストを減らすことができる。押出板材或いはモールド板材のいずれであっても、生産の複雑度を増すことがなく、生産しやすい特徴を有している。これにより、新たな光拡散板設計は光拡散板機能を高めてコストを減らす長所を有している。

このほか、光源に接近する光線量が多いエリアに柱状レンズの設計を設けて、光線を拡散させてこの部分の輝度を下げ、並びにそれを比較的暗いエリアに散乱させることで、拡散の均一度を高めまた柱状レンズにより引き起こされる透過率の低下を減らすことができる。

図１は本考案の好ましい実施例の直下式バックライトモジュールを示す。図示されるように、本考案の発光均一度が高い直下式バックライトモジュール１は、反射片（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１０、反射片１０の上方に位置する複数の光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）２０、複数の光源２０の上方に位置する光拡散板（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）３０、光拡散板３０の上方に位置するプリズムシート（ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ）４０、プリズムシート４０の上方に位置するパネル（ｐａｎｅｌ）５０を具えている。

そのうち、該複数の光源２０は冷陰極管（ＣＣＦＬ）とされる。該光拡散板３０の材質はアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかとされる。且つ該光拡散板３０は光拡散剤３２を具えている。図２に示されるように、本考案の技術の特徴は、該光拡散板３０の入射光表面３２０に複数の柱状レンズ３２２が設けられて光線３４が該柱状レンズ３２２を通過する時に発生する屈折或いは反射により光線前進経路を改変して光線散乱の効果を達成することにある。

更に、本考案の重点は、該柱状レンズ３２２の放置位置にある。図３の本考案の好ましい実施例の光拡散板の構造表示図に示されるように、本考案の光拡散板３０の、複数の光源２０に隣接する入射光表面には複数の柱状レンズ３２２が設けられ、且つ複数の光源の間の距離はＳとされ、柱状レンズ３２２の間の距離はＳ／２とされ、各柱状レンズの構造は光源の位置に対応するよう設計され、光線が柱状レンズを通過する時に発生する屈折と反射により光線前進の経路を改変し、光線散乱の効果を達成する。

また、図４は本考案のもう一つの好ましい実施例の光拡散板の構造表示図であり、この実施例では、光学の設計により光拡散板の柱状レンズの構造の形状及び分布を改変し、入射光線の角度を分配し、直下式バックライトモジュールが必要とする高輝度と均一な発光の要求に符合するものとしている。伝統的な光拡散板の設計では、光拡散板の光拡散度を高めつつ光源遮蔽面でも良好な効果を達成できるが、光拡散板の透過率は却って下がる。本考案ではランプに接近する部分の拡散度を増し、透過率の損失を最低まで減らし、輝度向上の目的を達成する。光拡散板３０の複数の光源２０と隣接する入射光表面には複数の柱状レンズ３２２が設けられ、該複数の柱状レンズの曲げ率分布は第１光源２２に対応する位置の曲げ率が最小値とされ第１光源から第２光源２４の中間部分に対応する位置の曲げ率が最大となるよう漸増し、その後、第２光源に対応する位置のものまで曲げ率が漸減する。ゆえに、第１柱状レンズ１００の曲げ率Ｒ１、第２柱状レンズ１１０の曲げ率Ｒ２、第３柱状レンズ１２０の曲げ率Ｒ３、第４柱状レンズ１３０の曲げ率Ｒ４、第５柱状レンズ１４０の曲げ率Ｒ５とすると、曲げ率の大きさは、Ｒ５＞Ｒ４＞Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１となる。

続いて、図５と図６を参照されたい。図５と図６において、図３と図４の柱状レンズが入射光表面３２０と出射光表面３４０に設けられている。

柱状レンズを具えた光拡散板の成形方式は以下の三種類に分けられる。
１．板材押出時に直接成形する。押出機の一号冷却ロール或いは二號冷却ロールの表面を加工して冷却ロール表面に柱状レンズの型を加工する。板材押出時に、冷却ロール表面の型により板材に柱状レンズの形状を転写する。
２．モールド型を使用して成形する。アクリルモノマーを使用し平板ガラス型間でブロック重合させ、アクリル板材の製品を得ることは周知の技術である。但し本考案では平板型の表面形態を改変し、柱状レンズを金属平板型に加工し、並びにアクリル板のモールディングを行ない、柱状レンズをアクリル板材製品に転写する。
３．透明の樹脂を使用して光拡散板上に成形する。柱状レンズを金属板上に成形して型となし、樹脂のこの型の上に均一に塗布し、更に光拡散板で一端より開始して均一に型を被覆させ、樹脂硬化後に型より取り出し製品を得る。樹脂はアクリル、エポキシ樹脂、ポリウレタン或いは透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかを使用する。

続いて一つの実施例について説明を行なう。
周知の平板形光拡散板に紫外線硬化型樹脂で柱状レンズを形成し、並びに周知の平板形光拡散板と比較する。柱状レンズ間隔周期は０．２ｍｍ、レンズの曲げ率半径は０．２ｍｍ、ランプ間距離は３０ｍｍ、柱状レンズと無柱状レンズのエリア面積は等しく、幅はいずれも１５ｍｍで交錯するよう存在し、これは図３に示されるとおりである。成形後に適当な形状に裁断して直下冷陰極管バックライトに取り付け、柱状レンズエリアの中心のランプにアライメントする位置を測定した。その結果は図７に示されるようである。横軸は距離で縦軸は光強度である。それによると、柱状レンズがない平板形光拡散板はモジュール上の光強度が不均一で、表面に柱状レンズを成形した光拡散板は良好な拡散効果と均一度を達成することが分かる。

本考案は、柱状レンズの曲げ率及び分布の改変により光拡散度を調整でき、伝統的な、光拡散板の添加量を調整する方式とは異なるものであり、新たな設計により製品の安定度上、伝統的な製品より優れている。このほか、光拡散板の拡散効果は方向性を具備せず、不規則散乱の効果を有し、柱状レンズにより拡散させた光線はある方向に向けて散乱するよう設計可能である。ディスプレイの設計上、本考案は設計者に更に多くの空間を提供し、異なる要求に対して設計できるようにし、光線の利用率を高めることができる。

総合すると、本考案は新規性、進歩性及び産業上の利用価値を有し、実用新案登録の要件を具備している。

なお、以上の実施例は本考案の範囲を限定するものではなく、本考案に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本考案の請求範囲に属するものとする。

本考案の好ましい実施例の直下式バックライトモジュールの構造表示図である。 本考案の好ましい実施例の光拡散板における光経路表示図である。 本考案の好ましい実施例の光拡散板の構造表示図である。 本考案のもう一つの好ましい実施例の光拡散板の構造表示図である。 本考案の更にもう一つの好ましい実施例の光拡散板の構造表示図である。 本考案のまた別の好ましい実施例の光拡散板の構造表示図である。 本考案の好ましい実施例の光拡散板の比較図である。

符号の説明

１ 直下式バックライトモジュール
１０ 反射片
２０ 複数の光源
２２ 第１光源
２４ 第２光源
３０ 光拡散板
３２ 光拡散剤
３２０ 入射光表面
３２２ 柱状レンズ
３４０ 出射光表面
３４ 光線
４０ プリズムシート
５０ パネル
１００ 第１柱状レンズ
１１０ 第２柱状レンズ
１２０ 第３柱状レンズ
１３０ 第４柱状レンズ
１４０ 第５柱状レンズ
Ｒ 曲げ率
Ｓ 距離

Claims (10)

1. 反射片（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、
   該反射片の上方に位置する複数の光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）と
   該複数の光源の上方に位置し該複数の光源と隣接する入射光表面に複数の柱状レンズを具え、且つ該複数の光源の間の距離がＳとされると、該柱状レンズの間の距離がＳ／２とされる、光拡散板（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）と、
   該光拡散板の上方に位置するプリズムシート（ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ）と、
   該プリズムシートの上方に位置するパネル（ｐａｎｅｌ）と、
   を具えたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
2. 請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、複数の光源が冷陰極管（ＣＣＦＬ）とされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
3. 請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が光拡散剤を含有することを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
4. 請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板に出射光表面の構造が柱状レンズを設けた入射光表面と同じとされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
5. 請求項１記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
6. 反射片（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）と、
   該反射片の上方に位置する複数の光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）と
   該複数の光源の上方に位置し該複数の光源と隣接する入射光表面に複数の柱状レンズを具え、該複数の柱状レンズの曲げ率分布は第１光源に対応する位置の柱状レンズの曲げ率が最小値とされ、第１光源と第２光源の中間位置に対応する位置の柱状レンズの曲げ率が最大値となるよう漸増し、第２光源に対応する位置の柱状レンズの曲げ率が最小値となるよう漸減する、光拡散板（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）と、
   該光拡散板の上方に位置するプリズムシート（ｐｒｉｓｍ ｓｈｅｅｔ）と、
   該プリズムシートの上方に位置するパネル（ｐａｎｅｌ）と、
   を具えたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
7. 請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、複数の光源が冷陰極管（ＣＣＦＬ）とされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
8. 請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が光拡散剤を含有することを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
9. 請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板に出射光表面の構造が柱状レンズを設けた入射光表面と同じとされたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
10. 請求項６記載の発光均一度が高い直下式バックライトモジュールにおいて、光拡散板が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、透明熱硬化型樹脂或いは紫外線硬化型樹脂のいずれかで形成されたことを特徴とする、発光均一度が高い直下式バックライトモジュール。
    

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