JP4305735B2

JP4305735B2 - バックライトユニット

Info

Publication number: JP4305735B2
Application number: JP2003149862A
Authority: JP
Inventors: 哲山中; 和喜袴田; 新一蛭田
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: JP2004354533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型の液晶パネルの背面に配置して照光を行うバックライトユニットに関するもので、より具体的には、反射板と光透過性の拡散板とを平行に対向させた狭間に、直管型の蛍光ランプを複数配列する構成において、反射板側での反射特性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、透過型の液晶パネルは背面に強力な光源を配置する必要があり、背面光源には、薄平形状で面発光が得られるバックライトユニットを配置することが行われている。
【０００３】
この種のバックライトユニットは、光源に細長い直管型の蛍光ランプを用いるものが多く、構造的には発光面に関してその周縁部に蛍光ランプを配置するサイドライト型や、薄平形状の本体内に蛍光ランプを複数配列して拡散光を得る直下型などがある。
【０００４】
直下型のバックライトユニットは、図４に示す本発明に係る代表的な構成例を援用して説明するが、本体１は周縁を立ち上げた浅い皿形状とし、内部に蛍光ランプ２を複数配列して、その開口部分には光透過性の拡散板３を取り付けている。そして、図１に示すように本体１の内面は乱反射が主になる反射板５（本発明の実施の形態における拡散反射部１１と同様の材質）になっていて、蛍光ランプ２の光を拡散板３で拡散して面発光を得る。この直下型はサイドライト型に比べて光の利用効率が高く、高輝度表示に有利性があって好まれている。
【０００５】
また近年は、液晶パネルによる表示装置は大画面化が進められており、このためバックライトユニットには、そうした搭載装置側の要求から画面サイズは大きく求められ、そして省スペースのために薄型化が求められている。
【０００６】
しかし、直下型のバックライトユニットでは、薄型化すると蛍光ランプ２と拡散板３とが接近するため、配光が不均一になり拡散板３上での輝度にムラができる問題がある。これは図２に示すように、拡散板３での光は、蛍光ランプ２からの直接光と反射板５からの反射光とがあり、これらの合成が配光になる。反射板５での反射はいわゆる散乱反射になるので、反射光はランバートの余弦則に従う。すなわち、反射板５上の適宜な位置Ａからの反射光は反射面の法線となす角度θの余弦に比例してなだらかに変化し、これは拡散板３での光の強度分布を拡散，平均化する作用がある。しかし、蛍光ランプ２と正対する位置では直接光が集中し、その結果、蛍光ランプ２の配列ピッチＰの中間点Ｂで配光が落ち込み、輝度の分布にムラができてしまう。
【０００７】
例えば、図３は図１の従来例について輝度の分布を示すグラフであり、この輝度の分布特性はシミュレーションによるもので、横軸は図１に示す蛍光ランプ２の並び列に対応し、右端がバックライトユニットの中央位置、左端がバックライトユニットの一方の側端に対応している。そして、縦軸は拡散板３上での輝度［ｃｄ／ｍ^２］であり、計算モデル（演算条件）は以下のようにした。
【０００８】
蛍光ランプ２は、直径２．６ｍｍで輝度が２７５００［ｃｄ／ｍ^２］のものとし、これを反射板５との間隔Ｈを４．０ｍｍの位置に配列ピッチＰは２３．２ｍｍで１２本配列している。そして、拡散板３はサイズを幅４０ｃｍ×高さ３０ｃｍとし、反射板５との間隔Ｔは２ｃｍにしている。
【０００９】
また、蛍光ランプ２の発光は表面の全域から拡散性の配光特性でもって発光し、反射板５は全反射率が９７％で、そのうちの拡散反射成分は９６％のものとし、拡散板３は光の透過率が６０％で、そのうちの拡散率は９０％のものとする。
【００１０】
そして、輝度の演算は拡散板３での光を成分別とし、つまり蛍光ランプ２からの直接光による輝度成分Ｌ２と、反射板５からの反射光による輝度成分Ｌ１とを求めて、これらを合成することにより輝度分布Ｌ０を得ている。
【００１１】
図３から明らかなように、輝度の分布特性を見ると直接光による輝度成分Ｌ２は蛍光ランプ２と正対する位置にそれぞれピークを持ち、反射光による輝度成分Ｌ１は並び列の全域で均一化している。このため、輝度分布Ｌ０は蛍光ランプ２の配列ピッチＰの中間点で落ち込みが生じ、輝度にムラができている。
【００１２】
係る輝度のムラの発生を抑制するため、従来各種の改良・提案がなされている。一例を示すと、特許文献１から特許文献６に示す各公報に開示された発明がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−２５８６３９
【特許文献２】
特開平１０−３９８０８
【特許文献３】
特開２００１−２９７６１３
【特許文献４】
特開２００２−１６９４７９
【特許文献５】
特開平７−２７０７８５
【特許文献６】
実開平７−３２６３６
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば特許文献１に開示された発明は、この輝度の分布は、蛍光ランプ２の並び列に対する反射板５，拡散板３の位置関係を適正に設定することにより均一化し得るようにしたものである。しかしその技術提案によると、蛍光ランプを狭いピッチで配列することになり、薄厚，大画面化することでは、多数の蛍光ランプを配列する必要があって電力消費，重量が増し、コスト面で不利があって現実的ではない。
【００１５】
また、輝度分布を均一化するための技術に、ライティングカーテンと呼ばれる遮蔽パターンを拡散板の下面に印刷する、プリズムシートを拡散板の上部に設置する等がある。しかし、ライティングカーテンは輝度が最低になる部位に合わせて他の場所の輝度を落としてしまうため、発光効率が著しく低減し、またプリズムシートはコストが高く、シート自身の損失のために発光効率がやはり低減してしまう。
【００１６】
一方、反射板の形状，性状を工夫して反射特性を改善する考えもある。例えば特許文献２に記載の発明は蛍光ランプに沿って凸状に鏡面反射部を設ける構造を採り、特許文献３に記載の発明は蛍光ランプに対して多面の湾曲形状に反射板をそれぞれ設ける構造を採る。しかしながら、これらの場合、形状が複雑化する割には反射特性を所望に得ることが難しく、形状構造が複雑化するのでコストが高くなる。
【００１７】
また、特許文献４，特許文献５，特許文献６などに開示された発明のように、反射板に鏡面反射部を設けて反射特性を改善する考えもある。しかし、鏡面反射部での反射は集光性が強いので、反射板に鏡面反射部を単に設けるだけの構成では輝度分布を均一に得ることが困難であり、その点を考慮した光学設計が必要になる。
【００１８】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、比較的にシンプルな構成を採り、発光面での輝度の分布をムラなく均一に得ることができ、発光効率も良好に保持し得るバックライトユニットを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るバックライトユニットでは、直管型の蛍光ランプを光源とし、反射板と光透過性の拡散板とを平行に対向させた狭間に前記蛍光ランプを複数配列するバックライトユニットであって、前記反射板は、前記蛍光ランプと正対しないズレ位置に正反射が主になる帯状の鏡面反射部を有し、当該鏡面反射部を除く他の部分が乱反射が主になる拡散反射部となり、前記鏡面反射部は、前記反射板と前記拡散板との狭間の間隔Ｔと、前記反射板と前記蛍光ランプ中心との間隔Ｈと、前記蛍光ランプの配列ピッチＰに関して、前記蛍光ランプとの正対位置から（Ｐ×Ｈ）／２（Ｔ＋Ｈ）となる位置をとり、（Ｐ／４）以下の幅に設けるようにした。
【００２０】
また、前記反射板の反射特性は、前記鏡面反射部では全反射率における正反射成分が８０％以上であり、前記拡散反射部では全反射率における乱反射成分が８０％以上とするのが好ましい。そして、より好ましい範囲は９５％以上とすることである。
【００２２】
本発明では、蛍光ランプに対するズレ位置に鏡面反射部を設けるので、当該鏡面反射部では正反射する反射光を特定位置に集光させることができる。鏡面反射部での反射光は、輝度の低下ポイントである配列ピッチＰの中間点に強力に集光し、当該位置における輝度の低下分を補填するとともに、鏡面反射部の位置，幅を適正に調整し、反射板における鏡面反射と拡散反射とを最適にバランスし、これにより輝度の分布の均一化を行う。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態におけるバックライトユニットでは、本体１は、周縁を立ち上げた浅い皿形状とし、内部に蛍光ランプ２を複数配列して、その開口部分には光透過性の拡散板３を取り付ける。これらは前述した図１の従来のものと同様である。また、本体１の内面は反射板１０になるが、本発明では、図５に示すように、反射板１０は特性が違う２つの反射部１１，１２からなり、蛍光ランプ２の光を拡散板３で拡散して面発光を得る。
【００２４】
つまり反射板１０は、蛍光ランプ２と正対しないズレ位置に正反射が主になる帯状の鏡面反射部１２を有し、当該鏡面反射部１２を除く他の部分が乱反射が主になる拡散反射部１１となる構成になっている。
【００２５】
鏡面反射部１２は図６に示すように、反射板１０と拡散板３との狭間の間隔Ｔと、反射板１０と蛍光ランプ２の中心との間隔Ｈと、蛍光ランプ２の配列ピッチＰに関して、蛍光ランプ２との正対位置から（Ｐ×Ｈ）／２（Ｔ＋Ｈ）となる初期位置をとり、（Ｐ／４）以下の幅Ｄ２に設ける。この鏡面反射部１２は銀を蒸着したり、銀箔テープを貼る等により形成できる。
【００２６】
鏡面反射部１２では正反射が主になるので、図７に示すように、特定位置に対して集光することができ、本発明では輝度の低下ポイントである配列ピッチＰの中間点Ｂに強力に集光し、当該位置における輝度の低下分を補填する。つまり、この鏡面反射部１２は、基本的には配列ピッチＰの中間点Ｂに反射光が集光し得る位置に設けるが、これは幾何学的に定まる正反射点Ｓでは最適解が得られず、正反射点Ｓを初期位置として最適化が必要になる。
【００２７】
鏡面反射部１２の初期位置は、図６に示す正反射点Ｓなので当該正反射点Ｓでは入射角と反射角が同値θになり、図６に示す光路はそのような入射角θ（反射角θ）の光路である。そして、反射板１０と拡散板３との狭間の間隔Ｔ，反射板１０と蛍光ランプ２の中心との間隔Ｈ，蛍光ランプ２の配列ピッチＰ，蛍光ランプ２との正対位置から正反射点Ｓまでの距離（蛍光ランプ２に対するズレ位置）Ｄ１であるとき、反射光，拡散板３，法線による直角三角形によって、
ｔａｎθ＝（Ｐ／２−Ｄ１）／Ｔ
が求まる。同様に、正反射点Ｓに向かう光，法線，法線から蛍光ランプ２に向かう垂線による直角三角形によって
ｔａｎθ＝Ｄ１／Ｈ
が求まり、両式からｔａｎθを消去して
Ｄ１＝（Ｐ×Ｈ）／２（Ｔ＋Ｈ）
の関係を得る。
【００２８】
このように、蛍光ランプ２に対する鏡面反射部１２のズレ位置は幾何学的な正反射点Ｓが初期位置（Ｄ１）となり、次に最適化を行う。これには試作品を用いた実験あるいはシミュレーションにより拡散板３上の輝度分布を求めて、そのズレ位置Ｄ１およびその幅Ｄ２とをパラメータとして順次に変更することにより、ピーク値が得られる最適解を決定する。
【００２９】
例えば鏡面反射部１２は銀箔シートとし、これをズレ位置Ｄ１に貼り付けた反射板１０を試作して実験により拡散板３上の輝度分布を求める。ここで、中間点Ｂにおける輝度が不足するならば鏡面反射部１２の幅Ｄ２を広くし、逆に輝度が過剰であれば幅Ｄ２を狭くして調整を行う。この調整により拡散板３上の全体的な輝度分布を平均化し、さらに輝度のムラが認められる場合は鏡面反射部１２のズレ位置Ｄ１を変更する調整を行う。
【００３０】
鏡面反射部１２のズレ位置Ｄ１およびその幅Ｄ２をパラメータとして輝度の均一性を測定したところ、図８，図９に示す特性を確認した。こられのグラフから明らかなように、ズレ位置Ｄ１，幅Ｄ２にはともにピーク値があり、上記したような最適化により最適解を決定できる。そして、ズレ位置Ｄ１，幅Ｄ２を適正に調整することにより拡散反射と鏡面反射とをバランスでき、全体的に均一化した配光が行える。
【００３１】
図１０は、図４に示すバックライトユニットにおける輝度の分布特性を示すグラフである。この輝度の分布特性も前述した図３の従来例と同様なシミュレーションによるもので、横軸は図１１に示す蛍光ランプ２の並び列に対応し、右端がバックライトユニットの中央位置、左端がバックライトユニットの一方の側端に対応している。そして、縦軸は拡散板３上での輝度［ｃｄ／ｍ^２］であり、計算モデル（演算条件）は以下のようにした。
【００３２】
蛍光ランプ２は、直径２．６ｍｍで輝度が２７５００［ｃｄ／ｍ^２］のものとし、これを反射板１０との間隔Ｈを４．０ｍｍの位置に配列ピッチＰは２３．２ｍｍで１２本配列している。そして、拡散板３はサイズを幅４０ｃｍ×高さ３０ｃｍとし、反射板１０との間隔Ｔは２ｃｍにしている。
そして、鏡面反射部１２は平面シート形状であり、蛍光ランプ２に対するズレ位置Ｄ１を３ｍｍとし、幅Ｄ２は２ｍｍにしている。
【００３３】
反射板１０の拡散反射部１１は全反射率が９７％で、そのうちの拡散反射成分は９６％のものとし、鏡面反射部１２は全反射率が９５％で、そのうちの鏡面反射成分が９６％のものとする。
【００３４】
また、蛍光ランプ２の発光は表面の全域から拡散性の配光特性でもって発光し、拡散板３は光の透過率が６０％で、そのうちの拡散率は９０％のものとする。
【００３５】
そして、輝度の演算は拡散板３での光を成分別とし、つまり蛍光ランプ２からの直接光による輝度成分Ｌ２と、反射板１０からの反射光による輝度成分Ｌ１とを求めて、これらを合成することにより輝度分布Ｌ０を得ている。
【００３６】
図１０から明らかなように、輝度の分布特性を見ると反射光による輝度成分Ｌ１は所定ピッチにピークが出現し、これは直接光による輝度成分Ｌ２のアンダーピークに同期している。その結果、輝度分布Ｌ０は平坦な分布になっていることがわかる。
【００３７】
このように、帯状の鏡面反射部１２を蛍光ランプ２に対するズレ位置Ｄ１に設け、鏡面反射部１２での反射光は、輝度の落ち込みがある位置（前述した配列ピッチＰの中間点Ｂ）に集光するので、これは不足する輝度を補うような補填になり、このため発光効率を良好に保持できる。そして、発光面での輝度の分布をムラなく均一に得ることができる。
【００３８】
また、反射板１０は特性が違う２つの反射部１１，１２からなり、本発明は鏡面反射部１２の配置を適正化するものなので構成自体は比較的にシンプルであり、遮蔽パターンやプリズムシートは必要ないためにコスト面に有利性がある。
【００３９】
なお、鏡面反射部１２は平面シート形状のものには限定されない。例えば凸状に湾曲させたものでもよく、適宜に変更することができる。また、鏡面反射による反射光にあっては、虹色の色目が出現することがあるが、ここでは鏡面反射部１２の幅Ｄ２が十分に狭くなるので色目は出現しない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るバックライトユニットでは、蛍光ランプに対するズレ位置に鏡面反射部を設けるので、当該鏡面反射部では正反射する反射光を特定位置に集光させることができる。そして、輝度の低下ポイントである配列ピッチＰの中間点に強力に集光し、反射板における鏡面反射と拡散反射とを最適にバランスするので、発光面での輝度の分布をムラなく均一に得ることができ、発光効率も良好に保持し得る。
【００４１】
また、反射板は特性が違う２つ（拡散反射部，鏡面反射部）からなり、本発明は鏡面反射部の配置を適正化するものなので構成自体は比較的にシンプルであり、コスト面に有利性がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】直下型のバックライトユニットの従来例を示す断面図である。
【図２】拡散反射板での光の反射を示す断面図である。
【図３】図１の従来例における輝度の分布特性を示すグラフである。
【図４】第１の実施の形態を示すバックライトユニットの斜視図である。
【図５】本発明に係る反射板を説明する断面図である。
【図６】鏡面反射部の位置を説明する断面図である。
【図７】鏡面反射部での光の反射を示す断面図である。
【図８】鏡面反射部のズレ位置Ｄ１をパラメータにした輝度の均一性を示すグラフである。
【図９】鏡面反射部の幅Ｄ２をパラメータにした輝度の均一性を示すグラフである。
【図１０】図４に示すバックライトユニットにおける輝度の分布特性を示すグラフである。
【図１１】図４に示すバックライトユニットの断面図である。
【符号の説明】
１本体
２蛍光ランプ
３拡散板
５反射板
１０反射板
１１拡散反射部
１２鏡面反射部

Claims

直管型の蛍光ランプを光源とし、反射板と光透過性の拡散板とを平行に対向させた狭間に前記蛍光ランプを複数配列するバックライトユニットであって、
前記反射板は、前記蛍光ランプと正対しないズレ位置に正反射が主になる帯状の鏡面反射部を有し、当該鏡面反射部を除く他の部分が乱反射が主になる拡散反射部であり、
前記鏡面反射部は、前記反射板と前記拡散板との狭間の間隔Ｔと、前記反射板と前記蛍光ランプ中心との間隔Ｈと、前記蛍光ランプの配列ピッチＰに関して、前記蛍光ランプとの正対位置から（Ｐ×Ｈ）／２（Ｔ＋Ｈ）となる位置をとり、（Ｐ／４）以下の幅に設けることを特徴とするバックライトユニット。
前記反射板の反射特性は、前記鏡面反射部では全反射率における正反射成分が８０％以上であり、前記拡散反射部では全反射率における乱反射成分が８０％以上であ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。