JP4807609B2 - 直下型バックライトモジュールと液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、点光源を利用するバックライトモジュールに関する。特に、液晶表示装置に用いることができる直下型バックライトモジュールに関する。

図１は、従来の液晶表示装置の構造を示している。この液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶材料が充填されている液晶パネル１０と、その液晶パネル１０の背面側に配置されているバックライトモジュール２０と、ケース１１、１２等を備えている。バックライトモジュール２０は、液晶パネル１０の全面に亘って均一に光を照射することが求められる。バックライトモジュール２０には複数の種類があり、例えば直下型バックライトモジュールやエッジライト型バックライトモジュール等が挙げられる。

図２は、直下型バックライトモジュール２１を、図１に示す２−２線の位置で切断したときの断面構造を示している。図２に示すように、直下型バックライトモジュール２１は、ハウジング７０と、ハウジング７０の底面に配置されている反射シート６０と、ハウジング７０の下方部に配置されている蛍光管等による光源５０と、ハウジング７０の上面に配置されている拡散層４０と、拡散層４０上に配置されているプリズムシート３０を備えている。
図３は、エッジライト型バックライトモジュール２２を、図１に示す２−２線の位置で切断したときの断面構造を示している。図３に示すように、エッジライト型バックライトモジュール２２は、導光板８０と、導光板８０の少なくとも一つの側面に配置されている光源５０と、光源５０を取り囲んでいるＵ字形状の反射器６１を備えている。反射器６１のＵ字形状の開口部は導光板８０の側面側に位置している。反射シート６０は、導光板８０の下方に配置されている。拡散層４０は、導光板６０の上方に配置されている。プリズムシート３０は、拡散層４０上に配置されている。光源５０が導光板８０の側面側に配置されているので、液晶表示装置の厚みを比較的に薄くすることができる。

直下型バックライトモジュールでは、光源が発した光が直接的に表示パネルの表示範囲に入射される。一方、エッジライト型バックライトモジュールでは、光源が発した光が導光板を伝播する際に減衰されてしまう。そのことから、直下型バックライトモジュールの方が高い輝度を実現しやすい構造といえる。また、直下型バックライトモジュールは導光板が不要なことから、製造コストを抑えやすい構造ともいえる。しかしながら、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を利用する従来の直下型バックライトモジュールは、以下に列記する欠点を持っている。
（１）色彩度が乏しい：冷陰極蛍光管の発光スペクトルは広い範囲に亘っていることから、現在のカラーフィルタでは純粋な着色光を抽出することができない。図４に、冷陰極蛍光管の光をカラーフィルタで抽出したときのスペクトル分布ＢＬＵを示す。図４には、赤色フィルタが透過する波長帯域ＲＣＦと、緑色フィルタが透過する波長帯域ＧＣＦと、青色フィルタが透過する波長帯域ＢＣＦを併せて示す。図４に示すように、カラーフィルタを用いても、スペクトル分布ＢＬＵに不必要な部分が含まれてしまう。その彩度はＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）標準で定義されているカラーガンマのおよそ７２パーセントに留まってしまう。
（２）応答性が低い：応答時間は光源の発光原理に依存し、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）の応答時間は数ミリ秒を超えてしまうレベルである。
（３）環境温度に影響を受けやすい。冷陰極蛍光管の発光効率は環境温度に強く影響されてしまい、特定の温度条件下に限って高い発光効率を発揮することができる。
（４）駆動電圧が高い：冷陰極蛍光管の駆動電圧は１０００ボルト以上である。
（５）環境保護の観点から問題がある：冷陰極蛍光管は水銀を含んでいる。

上述した問題を解決するために、発光ダイオードを利用する直下型バックライトモジュールが開発されている。冷陰極蛍光管を利用する直下型バックライトモジュールと比較すると、発光ダイオードを利用する直下型バックライトモジュールは以下に列記する利点を持っている。
（１）色彩度に優れる：図５に示すように、発光ダイオードの発光スペクトル（図中のＬＥＤ）は、赤色帯域（略６４５ｎｍ）や緑色帯域（略５２５ｎｍ）や青色帯域（略４５５ｎｍ）に集中しているので、現在のカラーフィルタで容易に純粋な色を抽出することができる（図５中のＢＬＵ）。その彩度はＮＴＳＣ標準で定義されているカラーガンマのおよそ１００パーセントを達成する。
（２）応答が速い：応答時間は数ナノ秒レベルである。
（３）環境温度に影響を受けにくい：
（４）駆動電圧が低い。例えば赤色発光ダイオードの駆動電圧はおよそ２〜３ボルトである。また青色発光ダイオードや緑色発光ダイオードの駆動電圧はおよそ３〜５ボルトである。
（５）環境保護の観点から優れている：発光ダイオードは水銀を含有していない。
以上のことから、液晶表示装置の分野では、発光ダイオードを利用する直下型バックライトモジュールが主流となりつつある。

冷陰極蛍光管は線光源であることから、冷陰極蛍光管に換えて発光ダイオード等の点光源を利用するためには、点光源に適した直下型バックライトモジュールの構造を開発する必要がある。
本発明は、点光源に適した直下型バックライトモジュールの構造を提供することを目的とする。

本発明は、点光源を利用する直下型バックライトモジュールに具現化される。この直下型バックライトモジュールは、複数の点光源と、その複数の点光源の光を受光する拡散層と、拡散層で反射された点光源の光を拡散層に向けて再反射する反射器とを備えている。その反射器は、複数の点光源と拡散層との間に配置されているとともに、複数の点光源の位置に対応して複数の開口部が形成されている。その拡散層の表面では、複数の微小反射部が光を反射する材料で形成されているとともに、点光源に近接する中心部から径方向に向けて微小反射部群の面積占有率が低下していることを特徴とする。

点光源が発した光は、反射器の開口部を通過して、拡散層に到達する。拡散層に到達した光は、一部が拡散層を伝播して外部へ照射され、一部が拡散層の微小反射部によって反射される。拡散層の微小反射部で反射された光は反射器へと向かい、反射器によって反射されて、再び拡散層に到達する。点光源が発した光は、微小反射部と反射器による反射を繰り返すことで拡散していく。
拡散層では、微小反射部の面積占有率が、点光源に近い位置では大きく、点光源に遠い位置では小さくなっている。即ち、点光源が強く照射する位置では反射される光の割合が高くなり、点光源が弱く照射する位置では外部に照射される光の割合が高くなる。それにより、拡散層から均一な光を照射することができ、液晶パネル等の表示エリアを均一に照明することができる。

点光源には、発光ダイオードや水銀ランプやハロゲンランプ等を用いることができる。
拡散層では、点光源に近接する中心部から径方向に向けて、微小反射部群の間隔が広くなっていることが好ましい。あるいは、点光源に近接する中心部から径方向に向けて、各微小反射部が小さくなっていることが好ましい。
拡散層の少なくとも一部では、０．１〜１．２ｍｍ平方の正方形範囲に複数の微小反射部が存在する微小反射部グループを形成してもよい。微小反射部グループは、主微小反射部と、その主微小反射部の周囲に配置されている複数の副微小反射部で構成することが好ましい。
微小反射部は、拡散層の点光源側表面に形成してもよいし、反点光源側表面に形成してもよい。あるいは、微小反射部群の一部を点光源側表面に形成し、その残部を反点光源側表面に形成してもよい。
微小反射部は、拡散層の表面に突設してもよりし、拡散層の表面や内部に埋設してもよい。あるいは、微小反射部群の一部を突設するとともに、その残部を拡散層の表面や内部に埋設してもよい。
拡散層は、ガラスやアクリル樹脂やポリメタクリル酸メチルやポリカーボネートやアートン（登録商標）樹脂やポリエチレンテレフタレート等で形成することが好ましい。
微小反射部は、チタン化合物やシリコン化合物や硫酸バリウム等で形成することが好ましい。

上記のバックライトモジュールを、液晶表示パネルの背面に配置することによって、表示エリアの明るさが均一な液晶表示装置を具現化することができる。

本発明はまた、点光源を利用する直下型バックライトモジュールの製造方法にも具現化される。この方法は、複数の点光源を形成する工程と、その複数の点光源の光を受光する拡散層を形成する工程と、拡散層で反射された点光源の光を拡散層に向けて再反射する反射器を形成する工程とを備えている。反射器の形成工程では、反射器を複数の点光源と拡散層との間に形成するとともに、複数の点光源の位置に対応して反射器に複数の開口部を形成する。拡散層の形成工程では、拡散層の表面に複数の微小反射部を点在させるとともに、点光源に近接する中心部から径方向に向けて、微小反射部群の面積占有率を低下させることを特徴とする。
この製造方法によると、液晶パネル等の表示エリアを均一に照明することができるバックライトモジュールを具現化することができる。

拡散層の形成工程では、光を反射する材料を拡散層上にスクリーン印刷することによって、微小反射部を形成することを好ましい。あるいは、拡散層表面に微小反射部の配置パターンを刻設し、次いで拡散層の表面に光を反射する材料を塗布することによって、微小反射部を形成することが好ましい。

本発明の目的、特徴、利点等をより明確して理解しやすくするために、以下に本発明を好適に実施する実施例を挙げるとともに、添付の図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
図６は、実施例１のバックライトモジュールを備える液晶表示装置１００の要部構成を示す模式図である。液晶表示装置１００は、液晶パネル１１０とバックライトモジュール１２０を備えている。液晶パネル１１０は、一対の基板１１２、１１４と、その一対の基板１１２、１１４の間に充填されている液晶材料１１６を備えている。
バックライトモジュール１２０は、点光源を利用する直下型バックライトモジュールである。バックライトモジュール１２０は、液晶パネル１１０の表示エリアを照明するものであって、液晶パネル１１０の表示エリアを均一に照明することが求められる。バックライトモジュール１２０は、複数の点光源１５０と、反射器１６０と、拡散層１８０と、複数のプリズムシートを備えている。

反射器１６０には、複数の開口部１６２が形成されている。各開口部１６２は、各点光源１５０の位置に対応して形成されている。それにより、各点光源１５０の発する光の多くが、反射器１６０の各開口部１６２を通過し、拡散層１８０に達することができる。なお、点光源１５０の形態に応じて、反射器１６０を配置する位置は、点光源１５０よりも下方に設定したり、点光源１５０よりも上方に設定したり、点光源１５０と同じ高さに設定することができる。それにより、点光源１５０の形態に関わらず、点光源１５０が発する光の多くを、反射器１６０の開口部１６２を通過させて拡散層１８０に到達させることができる。なお、複数の点光源１５０毎に、一つの開口部１６２を形成してもよい。
拡散層１８０の表面には、複数の微小反射部１８２が点在している。微小反射部１８２は、光を反射する反射材料で形成されている。点光源１５０群の光が拡散層１８０に達すると、一部は微小反射部１８２で反射され、一部は拡散層１８０を伝播していく。微小反射部１８２で反射された光は、反射器１６０に向けて進み、反射器１６０で反射されて再び拡散層１８０に達する。点光源１５０群が発した光は、上記の反射を繰り返すことによって拡散された後に、拡散層内１８０へと伝播していく。バックライトモジュール１２０は、拡散層１８０から面方向に均一な光を照射して、液晶パネル１１０の表示エリアを均一に照明することが可能となる。

（実施例２）
図７は、実施例２のバックライトモジュール２２０の構成を示す模式図である。本実施例２のバックライトモジュール２２０は、複数の点光源２５０と、反射器２６０と、拡散層２８０を備えている。反射器２６０には、複数の開口部２６２が形成されている。拡散層２８０の表面には、複数の微小反射部２８２が点在している。拡散層２８０では、点光源２５０に近接している位置（以下、中心部ということがある）２９０から径方向に向けて、微小反射部２８２群の面積占有率（微小反射部２８２群の面積／拡散層の面積）が低下している。具体的には、中心部２９０の位置から径方向に向けて、微小反射部２８２群の間隔が広くなっている。また、中心部２９０の位置から径方向に向けて、各微小反射部２８２が小さくなっている。即ち、拡散層２８０の表面では、各点光源２５０から近い位置ほど入射光のより多くが反射され、各点光源２５０から遠い位置ほど入射光のより多くが拡散層内に伝播する。

点光源２５０が拡散層２８０に照射する光の強さは、点光源２５０から距離が近い中心部２９０の近傍ほどを強く、中心部２９０から径方向に向けて弱くなる。点光源２５０群が拡散層２８０を照射する光の強さは、拡散層２８０の表面に亘って均一とはならない。このとき、本実施例の拡散層２８０では、中心部２９０の近傍ほど入射光をより多く反射し、中心部２９０から径方向に離れるほど入射光のより多くを拡散層２８０内に伝播する。それにより、拡散層２８０内に伝播する光量は、拡散層２８０の表面に亘って均一となる。即ち、拡散層２８０から外部へと照射される光の強さは、拡散層２８０の表面方向に亘って均一となり、液晶パネル等の表示エリアを均一に照明することができる。
微小反射部２８２群の配置パターンや、各微小反射部２８２の大きさを調節することによって、拡散層２８０の表面における光反射率の分布を調節することができる。
上記のバックライトモジュール２２０では、１つの中心部２９０に対して１つの点光源２５０が配置されている。それに対して、図８に示すように、１つの中心部２９０に対して複数の点光源２５０を配置する構成としてもよい。

バックライトモジュール２２０では、複数の点光源２５０に、発光ダイオード、水銀ランプ、ハロゲンランプ等を用いることができる。
微小反射部２８２は、拡散層２８０の点光源側表面に形成してもよいし、反点光源側表面に形成してもよい。微小反射部２８２群の一部を光源側表面に形成し、その残部を反点光源側表面に形成してもよい。
微小反射部２８２は、拡散層２８０の表面に突設してもよいし、あるいは埋設してもよい。微小反射部２８２群の一部を突設し、その残部を埋設してもよい。また、拡散層２８０の内部に形成することもできる。
拡散層２８０は、ガラス、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アートン（登録商標）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明もしくは半透明の材料で形成することができる。
微小反射部２８２は、チタン（Ｔｉ）化合物、シリコン（Ｓｉ）化合物、ＢａＳＯ４等の反射材料を用いて形成することができる。

図９（ａ）〜図９（ｆ）は、微小反射部２８２の形成例を示している。図９（ａ）に示すように、既定の単位面積（例えば０．１〜１．２ｍｍ四方）２９２に、微小反射部２８２を１つだけ形成してもよい。また、図９（ｂ）と９（ｆ）に示すように、単位面積２９２内に２つの微小反射部２８２が形成してもよい。単位面積２９２内に複数の微小反射部２８２を形成した微小反射部グループを構成する場合には、図９（ｂ）に示すように２つの微小反射部２８２を互いに接触させて形成してもよいし、図９（ｆ）に示すように２つの微小反射部２８２を互いに離反させて形成してもよい。あるいは、図９（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、単位面積２９２内に、主微小反射部２８２ａとその周囲に配置されている複数の副微小反射部２８２を形成してもよい。

図１０ａと図１０ｂに、微小反射部１８２、２８２の配置パターンを例示する。図１０ａに例示する配置パターンでは、中心部１９０から径方向に向けて、微小反射部１８２群の間隔が広くなっているとともに、各微小反射部１８２が小さくなっている。各微小反射部１８２のそれぞれは独立しており、単位面積１９２内には一つの微小反射部１８２が形成されている。
図１０ｂの例では、単位面積２９２内に複数の微小反射部２８２が形成されており、複数の微小反射部グループが構成されている。この場合、中心部２９０から外方に向けて、微小反射部グループ群の間隔が広くなっているとともに、各微小反射部グループの最大微小反射部（主微小反射部）は小さくなっている。

拡散層２８０に微小反射部２８２を形成するには、例えば拡散層２８０の表面上に光を反射する材料をスクリーン印刷することによって形成することができる。あるいは、拡散層２８０の表面に微小反射部２８２群の配置パターンを刻設（エッチング等により）し、次いで拡散層２８０の表面に光を反射する材料を塗布することで形成することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

従来の液晶表示装置の構成を示す図。 従来の直下型バックライトモジュールの断面図である。 従来のエッジライト型バックライトモジュールの断面図である。 冷陰極蛍光管を利用する直下型バックライトモジュールの発光スペクトルを示すグラフ。 発光ダイオードを利用する直下型バックライトモジュールの発光スペクトルを示すグラフ。 実施例の液晶表示装置の構成を示す図。 実施例１のバックライトモジュールの構成を示す図。 実施例２のバックライトモジュールの構成を示す図。 微小反射部の例示する図。 各微小反射部が独立している放射状配置パターンを示す図。 各微小反射部がグループを構成している放射状配置パターンを示す図。

符号の説明

１０・・液晶パネル
１１・・ケース
１２・・ケース
２０・・バックライトモジュール
２１・・直下型バックライトモジュール
２２・・エッジライト型バックライトモジュール
３０・・プリズムシート
４０・・散乱層
５０・・ランプ
６０、６１・・反射器
７０・・ハウジング
８０・・導光板
１００・・液晶表示装置
１１０・・液晶表示パネル
１１２、１１４・・基板
１１６・・液晶材料
１２０、２２０・・バックライトモジュール
１５０、２５０・・点光源
１６０、２６０・・反射器
１６２、２６２・・開口
１８０、２８０・・拡散層
１８２、２８２、２８２ａ・・微小反射部
１９０、２９０・・中心部
１９２、２９２・・単位面積

Claims (21)

1. 複数の点光源と、
   その複数の点光源の光を受光する拡散層と、
   拡散層で反射された点光源の光を拡散層に向けて再反射する反射器とを備え、
   前記拡散層の表面では、複数の微小反射部が点在しているとともに、点光源に近接する中心部から径方向に向けて、微小反射部群の面積占有率が低下しており、
   前記反射器は、前記複数の点光源と前記拡散層との間に配置されているとともに、前記複数の点光源の位置に対応して複数の開口部が形成されていることを特徴とする直下型バックライトモジュール。
2. 前記点光源は、発光ダイオードと水銀ランプとハロゲンランプのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の直下型バックライトモジュール。
3. 前記拡散層では、前記中心部から径方向に向けて、微小反射部群の間隔が広くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直下型バックライトモジュール。
4. 前記拡散層では、前記中心部から径方向に向けて、各微小反射部が小さくなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュール。
5. 前記拡散層の少なくとも一部では、０．１〜１．２ｍｍ平方の正方形範囲に複数の微小反射部が存在する微小反射部グループが形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュール。
6. 前記微小反射部グループは、主微小反射部と、その主微小反射部の周囲に配置されている複数の副微小反射部で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の直下型バックライトモジュール。
7. 前記微小反射部は、拡散層の点光源側表面および／または反点光源側表面に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュール。
8. 前記微小反射部は、拡散層表面に突設および／または埋設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュール。
9. 前記拡散層は、ガラスとアクリル樹脂とポリメタクリル酸メチルとポリカーボネートとアートン（登録商標）樹脂とポリエチレンテレフタレートのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュール。
10. 前記微小反射部は、チタン化合物とシリコン化合物と硫酸バリウムのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュール。
11. 点光源を利用する直下型バックライトモジュールを製造する方法であって、
    複数の点光源を形成する工程と、
    その複数の点光源の光を受光する拡散層を形成する工程と、
    拡散層で反射された点光源の光を拡散層に向けて再反射する反射器を形成する工程とを備えており、
    前記拡散層の形成工程では、拡散層の表面に複数の微小反射部を点在させるとともに、点光源に近接する中心部から径方向に向けて、微小反射部群の面積占有率を低下させ、
    前記反射器の形成工程では、前記反射器を前記複数の点光源と前記拡散層との間に形成するとともに、前記複数の点光源の位置に対応して反射器に複数の開口部を形成することを特徴とする直下型バックライトモジュールの製造方法。
12. 前記点光源には、発光ダイオードと水銀ランプとハロゲンランプのいずれかを用いることを特徴とする請求項１１に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
13. 前記拡散層の形成工程では、前記中心部から径方向に向けて、微小反射部群の間隔を広くすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
14. 前記拡散層の形成工程では、前記中心部から径方向に向けて、各微小反射部の直径を小さくすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
15. 前記拡散層の形成工程では、拡散層の少なくとも一部に、０．１〜１．２ｍｍ平方の正方形範囲に複数の微小反射部が存在する微小反射部グループを形成することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
16. 前記微小反射部グループは、主微小反射部と、その主微小反射部の周囲に配置されている複数の副微小反射部で構成されることを特徴とする請求項１５に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
17. 前記微小反射部は、拡散層の点光源側表面および／または反点光源側表面に形成することを特徴とする請求項１１から１６のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
18. 前記拡散層は、ガラスとアクリル樹脂とポリメタクリル酸メチルとポリカーボネートとアートン（登録商標）樹脂とポリエチレンテレフタレートのいずれかで形成することを特徴とする請求項１１から１７のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
19. 前記微小反射部は、チタン合金、シリコン合成物、硫酸バリウムのいずれかで形成することを特徴とする請求項１１から１８のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
20. 前記拡散層の形成工程では、光を反射する材料を拡散層上にスクリーン印刷することによって、微小反射部を形成することを特徴とする請求項１１から１９のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。
21. 前記拡散層の形成工程では、拡散層表面に微小反射部の配置パターンを刻設する工程と、拡散層の表面に光を反射する材料を塗布する工程を実施することによって、微小反射部を形成することを特徴とする請求項１１から１９のいずれか一項に記載の直下型バックライトモジュールの製造方法。

Images