JP4278486B2 - バックライトユニット - Google Patents
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Description
縁発光型は光源として線光源と点光源とを使用できる。代表的な線光源としては両端部の電極が管内に設けられる冷陰極蛍光ランプCCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)があり、点光源としては発光ダイオードLED(Light Emitting Diode)がある。CCFLは強い白色光を放出でき、高輝度と高均一性とを得ることができ、大面積化設計が可能であるという長所があるが、高周波交流信号により作動され、作動温度範囲が狭いという短所がある。LEDは輝度と均一性の面でCCFLに比べて性能が劣るが、直流信号により作動され、寿命が長く、作動温度範囲が広い。又、薄型化が可能であるという長所を有する。
LED20から放出された光は縁11を通じて導光板10から入射されてホログラムパターン30に入射される。ホログラムパターン30は光軸21に直角方向に形成された回折格子構造であり、入射された光を面光(surface light)に変換させて導光板10の上面である出光面12に放出させる。ホログラムパターン30は、光がホログラムパターン30と90°の角度に入射される場合に最も高い効率で光を放出できる。又、ホログラムパターン30に入射される光の入射方位角分布が小さい程出光面12での均一な輝度を得ることができる。出光面12の輝度が均一でなければ画面がしましまに見える。約1cm程度の狭い範囲では0.9程度の輝度変化が縞と感知されるが、画面の中央部から先端部まで緩慢に輝度変化がある場合には、0.8程度であっても輝度変化の縞は感知されない。従って、0.8以上の輝度均一性が要求され、良質の画質を得るためには0.9以上の輝度均一性が要求される。
図5は図1に示された縁発光型バックライトユニットによる出光面12での輝度を示すグラフである。縦軸は輝度を表示し、横軸は出光面12での光射出角を半値角FWHM(full width half maximum)として表示したものである。三本の曲線C1,C2,C3は左側から各々入光部40、中央部50、対向部60の輝度を示すものである。図5に示したように入光部40の輝度が中央部50と対向部60の輝度よりさらに高いということが分かる。FWHM又入光部では20°/20°であるが、中央部50と対向部60では20°/35°とでより広く示される。20°/35°で先の20°と後の35°とは各々図4でX方向とY方向のFWHMを表示したものである。
こうした輝度の不均一性は導光板10に入射される光の方位角が広くなる程さらにはげしくなる。
一番目、導光板に入射される光の放射角を狭めることにより導光板全領域にかけてホログラムパターンに入射される光の入射方位角の分布を均一にできる。
従って、出光面に放出される光の強度分布が均一になって出光面の輝度均一性が向上される。
二番目、光源の光軸の付近の光は透光部を通過させることにより光軸付近の光がプリズムパターンにより全反射されて輝度が低下することを防止できる。
図6は本発明に係るバックライトユニットの第1実施例を示した概略的な斜視図であり、図7は図6の平面図である。
図6と図7に示したように、導光板110の縁111に点光源として3個のLED120が設けられ、導光板110とLED120との間にはプリズムアレイ200が設けられる。又、前記点光源120の光軸121が通過される近軸領域にはプリズムパターン201が形成されていない透光部202が設けられる。導光板110の底面にはホログラムパターン130が形成されている。
この際、光の強度の最大値Imaxの半分に該当する強度Imax/2の光が放出される角度を放射角とし、LEDの場合には普通放射角が約±45°程度になる。
本実施例では導光板110の縁111側に3個のLED120を設けられたが、LED120の個数は導光板110の大きさと要求される輝度とに依存するためさらに多いLED120を設けることもできる。
LED120は導光板110の他の縁にもさらに設けられうる。
プリズムアレイ200は導光板110のようにアクリル系透明樹脂やオレフィン系透明樹脂等を切削加工するか、又は射出成形することにより製作されうる。
このようになれば、導光板110に入射される光量が減少して出光面112の輝度が低下しうる。こうした輝度低下を防止するため、屈折部材は近軸領域の光を通過させる透光部202をさらに備えることができる。透光部202は図6に示されたようにプリズムアレイ200のプリズムパターン201を一部除去することにより、プリズムアレイ200と一体に形成されうる。図面に示されていないが、透光部202はプリズムアレイ200の一部分を所定の幅程切り出すことにより形成されもする。
図8は透光部の最適幅を求めるための実験装置の例である。図8に示したように、二本のプリズムアレイ210,220を距離d1程離隔させて配置して透光部230を形成し、プリズムアレイ210,220から左側に距離d2程離れた所にLED240を設ける。この際、LED240の光軸241がd/2位置を通過するようにする。この状態でLED240から光を照射してプリズムアレイ210,220の間の距離d1を変化させながらプリズムアレイ210,220と透光部230とを通過した光量を測定する。
プリズムアレイ200はこのように相異なる媒質に進む光の屈折現象を用いたものである。
LED120から放出された放射角A1である入射光L1がプリズムアレイ200の入光面206に入射される。光L1は屈折率が低い媒質から屈折率が高い媒質に進むため光L1は入光面206を通過しながら入光面206に垂直な線P1側に屈折されて放射角がA2である光L2になる。光L2は再び傾斜面203に入射される。この際には光L2は屈折率が高い媒質から屈折率が低い媒質に進むため光L2は傾斜面203を通過しながら傾斜面203に垂直な線P2から遠くなる側に屈折されて放射角A3である光L3になる。光L3は再び導光板110に入射される。この場合は、光L1と光L2の場合と同様に屈折されて放射角A4である光L4になる。
ここで放射角はA1>A2>A3>A4になる。従って、導光板110に入射される光L4の放射角A4はLED120から放出された光L1の放射角A1よりB1+B2+B3程小さくなる。場合によっては、透過光L2は光軸121に平行になることもある。
図12と図13とは図1に示された従来のバックライトユニットによる入光部と対向部での輝度測定結果を各々示したグラフであり、図14と図15とは図6に示された本発明に係るバックライトユニットの第1実施例による入光部と対向部とでの輝度測定結果を各々示したグラフである。図12と図13とに示したように、対向部の輝度分布が入光部の輝度分布より広く示されている。しかし、図14と図15とに示したように、入光部140と対向部150の輝度分布の差異がかなり小さくなることが分かる。これは、プリズムアレイ200を用いて導光板110に入射される光の方位角を狭めることにより、ホログラムパターン130に入射される光の入射方位角分布が入光部140と対向部150とで殆ど同一になったことを意味する。このようになれば、出光面112の輝度均一性が向上される。又、本実施例による透光部202はLED120の光軸付近の光を全反射なしでそのまま通過させて光透過率を高める。これにより、出光面112での輝度を向上させ得る。
図16は本発明に係るバックライトユニットの第2実施例を示したものである。
図16に示されたバックライトユニットはプリズムアレイ300であって棒状の透光体310にプリズムシート320を付着したものを使用する。透光体310は導光板110のような材質を使用して切削加工又は射出成形することにより製作されうる。プリズムシート320は光を透過させる透明シートにプリズム構造を形成したものであって、例えばPETフィルムをベースとしてその表面にアクリル系樹脂層をコーティングすることによりプリズム構造を形成できる。この際にも、前述した本発明に係るバックライトユニットの第1実施例でのように、透光部330はプリズムアレイ300のプリズムパターンを一部削除することにより、プリズムアレイ300と一体に形成されうる。図面に示されていないが、透光部330はプリズムアレイ300の一部分を所定の幅程切り出すことにより形成されもする。
示されたバックライトユニットはプリズムアレイ400を導光板500と一体に形成したものである。図17に示したように、導光板500の縁501から内側に所定間隔離隔された位置で導光板500を垂直に貫通する中空部410が形成される。中空部410の左側辺にはV字状のプリズムパターンが反復配列されたプリズムアレイ400が形成される。中空部410は導光板500やプリズムアレイ400より屈折率が低い媒質、例えば空気で充填される。プリズムアレイ400で光軸121の付近のプリズムパターンは省略することにより透光部420が形成されうる。このように、プリズムアレイ400と一体に形成された導光板500は切削加工や射出成形により製作されうる。また、第3実施例のバックライトユニットは、一体に形成されているので取り扱いが容易である。
本発明は前記に説明され、図面に例示されたことにより限定されることではなく、次に記載される特許請求の範囲内でより多い変形及び変容例が可能なことは勿論である。
111 縁
120 LED又は点光源
121 光軸
130 ホログラムパターン
200 プリズムアレイ
201 プリズムパターン
202 透光部
Claims (5)
- 導光板と、
前記導光板の縁に光を投射する少なくとも一つの点光源とを含み、
前記導光板には前記点光源から放出された光を光軸側に屈折させることにより前記導光板に入射される光の方位角を狭める屈折部材が一体に形成され、
前記屈折部材は、前記導光板の前記点光源と対面した縁から所定間隔離隔された位置で前記導光板を垂直に貫通する中空部を有しており、
前記中空部の前記点光源と対面した縁には、前記点光源の光軸の付近の光を透過する透光部と、頂点が内側を向くV字状のプリズムパターンが反復配列されたプリズムアレイと、が形成されており、
前記透光部の前記光軸と交差する方向の幅は、前記導光板に入射される光の半値角が最小になるときの前記透光部の幅と、単位立体角当たりの光束が最大になるときの前記透光部の幅と、の間で決定されることを特徴とするバックライトユニット。 - 前記透光部は前記プリズムアレイの前記点光源の光軸から所定角度範囲のプリズムパターンを省略することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載のバックライトユニット。
- 前記透光部は、前記点光源から放出された光の光軸から±12°範囲の光を通過させ得るように形成されることを特徴とする請求項1に記載のバックライトユニット。
- 前記プリズムの頂点角は80〜120°であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
- 前記導光板には回折格子構造を有するホログラムパターンが形成されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のバックライトユニット。
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