JP5217447B2 - 光源ユニット、バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
また、このように背面傾斜部に直接的に反射板を取り付けた場合には、光の利用効率こそ高くすることができるもの、導光体ユニットの出射面から面発光される光には多少の輝度ムラが生じてしまい、未だ改善の余地があった。さらに、バックライトユニットにおいては正面輝度をより向上させることが望まれている。
即ち、本発明に係る光源ユニットは、光の出射面と、該出射面の中央部近傍に形成された厚肉部と、前記出射面に対向する背面の前記厚肉部に形成された収容凹部と、前記出射面の端部に位置する薄肉端部と、前記背面において前記厚肉部から前記薄肉端部に向けて次第に肉厚が薄くなるように傾斜した傾斜背面とを備えた導光体を、前記出射面に沿って複数配列されてなる導光体ユニットと、前記導光体ユニットにおける各導光体の収容凹部に収容される光源と、前記導光体ユニットの背面に対向配置される略板状の拡散反射板とを備え、前記傾斜背面と前記拡散反射板との間に空気層が区画形成されており、かつ、前記光源は点光源であり、前記導光体は収容凹部の点光源の軸を含み出射面に対して垂直な中心軸に対して点対称であり、かつ、前記導光体における前記傾斜背面が略円錐面を形成しており、前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが19°≦θ≦29°、31°≦θ≦39°、56°≦θ≦72°の範囲内に設定されていることを特徴とする。
また、拡散反射板と導光体の傾斜背面との間に空気層が形成されることにより、該空気層における拡散効果の寄与を受けることができる他、該空気層と導光体との屈折率差を利用して導光体に入射する光を効果的に屈折させて正面方向に立ち上げることが可能となる。
さらに、点光源の場合、各前記導光体における前記傾斜背面が略円錐面を形成しているものであってもよい。この場合、点光源と傾斜背面との距離が等しくなるため、輝度分布をより均一化することが可能となる。
また、角度θの範囲を設定することにより、略円錐面をなす傾斜背面から漏洩した後に導光体に再入射する光を最適な範囲に絞ることができ、輝度分布及び正面輝度の最適化を図ることが可能となる。
前記導光体ユニットの背面に対向配置される略板状の拡散反射板とを備え、前記傾斜背面と前記拡散反射板との間に空気層が区画形成されており、かつ、前記光源は点光源であり、前記導光体は収容凹部の点光源の軸を含み出射面に対して垂直な中心軸に対して点対称であり、かつ、各前記導光体における前記傾斜背面が略四角錐面を形成しており、前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが28°≦θ≦38°、56°≦θ≦73°の範囲内に設定されていることを特徴とする。
また、点光源であって傾斜面が略四角錐面の場合及び棒状光源の場合には、前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが28°≦θ≦38°、56°≦θ≦73°の範囲内に設定されていることにより、平面上をなす傾斜背面から漏洩した後に導光体に再入射する光を最適な範囲に絞ることができ、輝度分布及び正面輝度の最適化を図ることが可能となる。
これにより、導光体ユニットの端部に配設された導光体の薄肉端部から漏洩する光を導光体内に反射することができるため、光の利用効率を向上させることができる。
このようなバックライトユニットによれば、導光体ユニットの背面側に拡散反射板を配置するのみで、各導光体の傾斜背面から出射される光を導光体に再入射させることができるため光の利用効率を高く維持しながら容易に光源ユニットを構成することができるとともに、空気層における拡散効果の寄与を受けることができる他、該空気層と導光体との屈折率差を利用して導光体に入射する光を効果的に屈折させて正面方向に立ち上げて正面輝度を向上させることができる。
これにより、各光源から導光体ユニットの各導光体毎に出射面から出射する光を光制御ユニットによってほぼ均一な照度または輝度として透過させて照度または輝度のバランスのよい光を出射させることができる。
なお、光制御シートを設けずに、拡散板によって導光体からの光を散乱させてプリズムレンズシートやレンチキュラーレンズシートを介してほぼ均一な光を画像表示部に向けて出射させてもよい。
これによっても上記と同様に、光源の光が各導光体ユニットの連結部の隙間から直接的に漏れた場合であっても、導光体側から光学シートに入射する光の輝度ムラを低減させることができる
このようなディスプレイ装置によれば、前述した光源ユニットやバックライトユニットと同様の効果を奏する。
さらに、空気層が形成されたことによって、該空気層における拡散効果の寄与を受けて輝度分布の均一化を測ることができる他、該空気層と導光体との屈折率差を利用して導光体に入射する光を効果的に屈折させて正面方向に立ち上げることで正面輝度を向上させることが可能となる
図1から図5は本発明の第一実施形態を示すものであり、図1はディスプレイ装置の要部縦断面図、図3(a)、(b)は点光源を用いた導光体の斜視図、図4は導光体ユニットにおける各導光体の配列を示す模式図、図5は光源ユニットにおける光の進行方向を示す図である。
なお、本実施形態に係る光源ユニット、バックライトユニットについては、それを用いたディスプレイ装置とともに説明する。
なお、ディスプレイ装置1は、液晶表示素子3を備える液晶表示装置であるとしているが、少なくともバックライトユニット2を含んで構成されていれば、投射スクリーン装置、プラズマディスプレイ、ELディスプレイ等でもよく、バックライトユニット2からの光を表示光又は投射光として投射して画像表示を行う画像表示部の種類は問わない。
また、導光体ユニット12の背面側及び側方に配置される拡散反射板17が設けられており、この拡散反射板17と光源7と導光体ユニット12とで光源ユニット30が構成されている。
なお、点光源である光源7としては、上述したものに限らず、例えばモバイル機器に設けられるもののように、一つの単色発光素子に他の少なくとも1種類以上の蛍光体を搭載したものであってもよい。具体的に、光源7は、例えば図2に示すように、基板7Aに搭載された青色発光素子7Bを、内側に黄色発光蛍光体7Cを形成したLED用レンズ7Dにより覆って構成されてもよい。
また、光源7は、点光源であればLEDに限らず、例えば通常の蛍光ランプ、ハロゲンランプ、半導体レーザー等であってもよい。さらに、点光源は上述のものに限らず、一つの単色LED素子に少なくとも1種類以上の蛍光体で覆ったものであってもよい。
そして、この導光体8は、例えば、加熱した原料樹脂を押出し成形や射出成形によって成形する方法、型中でモノマー、オリゴマー等を重合させて成形する注形重合法等を用いて作製することができる。
また、導光体8,8の薄肉端部8a,8a同士を、プラズマ溶接トーチを用いてプラズマ等によって溶接してもよい。また、超音波やエキシマレーザ等で溶接することもできる。
導光体ユニット12の背面側の拡散反射板17aは、導光体ユニット12とほぼ同一寸法を有する略板状をなし、各導光体8の出射面8aと平行に、かつ各導光体8の収容凹部11の開口縁部を塞ぐようにして配設されている。
一方、導光体ユニット12の側方の拡散反射板17bは、上記同様略板状をなし、導光体ユニット12における面方向外周部に位置する導光体8の外側の薄肉端部に当接するようにして、各導光体8の出射面8aと直交するように配設されている。
なお、該拡散反射板17は、シート状に形成され厚みが極薄いものであってもよい。
また、拡散反射板17は、上述のものに限らず、導光体からの光を拡散反射することができるのであれば、どのような材料で形成してもよい。例えばPETやPP(ポリプロピレン)等にフィラーや空気を混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シートでもよい。
即ち、各導光体8における略四角錐面もしくは略円錐面を形成する傾斜背面8dは、拡散反射板17aと上記角度をなすように傾斜されている。
そして、このように構成された導光体8において、その出射面8aにおける光源7からの光の輝度分布が、出射面8aの中央部分において輝度が最も高くなり、出射面8aの端部に向かうにしたがって輝度が低くなる。すなわち、出射面8aのうち光源7と導光体8の厚さ方向に重なる領域が、光源7からの光の輝度が最も高くなる照度または輝度ピーク領域となる。
また、光学シート10に向けて光を出射する拡散板9の出射面9aは、導光体8の出射面8aと同様に平坦に形成されている。
すると、一部の光は凹部11の上部を透過して出射面8aに至り、他の一部の光は傾斜背面8dで反射して出射面8a方向に向かう。さらに、一部の光は収納凹部11の開口縁部を塞ぐ拡散反射板17aで反射した後に出射面8aに向かう。
さらに、このような光は、図5に示すように、拡散反射板17によって反射されながら一定の範囲に拡散させられた後に、傾斜背面8dで再び屈折されて角度φの範囲に絞られながら導光体8に再入射して出射面8aに向かう。
以下に、本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した第一の実施形態による光源ユニット30、バックライトユニット2及びディスプレイ装置1と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明する。
また、例えば図6(b)〜(f)のように凹部11の上面を先細り形状に形成してもよく、この場合には、出射面8aにおいて光源7の直上領域の輝度を比較的低くすることができる。なお、先細り形状の場合には、図6(b)のようにV字状、図6(c)のように凹部11の内側に膨らむ曲面形状、図6(d)のように凹部11の外側に膨らむ曲面形状としてもよい。
さらに、光制御シート41の光出射側に拡散板9と光学シート10を設けているから、光源7から液晶表示素子3に入射する光の輝度ムラや照度ムラを更に低減させることができる。
以上を踏まえて、図10から図15を見ると、θ<19°、29°<θ<31°、39<θ<56°では、出射角度によっては相対光強度の値が1.5を超えている。この場合は、観察角度において輝度ムラとして視認されるため好ましくない。
したがって、傾斜背面8dが円錐面をなす導光体8においては、傾斜背面8dと拡散反射板17とのなす角θを、19°≦θ≦29°、31°≦θ≦39°、56°≦θ≦72°の範囲内に設定することによって輝度ムラを抑制することができる。
これらをみると、θ<28°、38°<θ<56°では、出射角度によっては相対光強度の値が1.5を超えている。この場合は、観察角度において輝度ムラとして視認されるため好ましくない。
また、73°<θでは、半値角が25°よりも小さいため、正面方向の明るさが大きくなり、斜め方向での明るさが小さくなってしまう。このような場合も輝度ムラとして観察されることが経験上知られている。
したがって、傾斜背面8dが四角錐面をなす導光体8においては、傾斜背面8dと拡散反射板17とのなす角θを、28°≦θ≦38°、56°≦θ≦73°の範囲内に設定することによって輝度ムラを抑制することができる。
さらに、本シミュレーションでは点光源の場合を行ったが、棒状光源の場合も、図3(a)に示す導光体と同様に傾斜背面の角度を設定することで輝度ムラの低減及び正面輝度の向上を図ることができる。
2 バックライトユニット
3 液晶表示素子(画像表示部)
7、24 光源
8、25 導光体
8a、25a 出射面
8c、25c 厚肉部
8e、5e 薄肉端部
9 拡散板
10 光学シート
11、26 収納凹部
12 導光体ユニット
17 拡散反射板
41 光制御シート
43 光反射層
44 光反射部
45 開口部
Claims (12)
- 光の出射面と、該出射面の中央部近傍に形成された厚肉部と、前記出射面に対向する背面の前記厚肉部に形成された収容凹部と、前記出射面の端部に位置する薄肉端部と、前記背面において前記厚肉部から前記薄肉端部に向けて次第に肉厚が薄くなるように傾斜した傾斜背面とを備えた導光体を、前記出射面に沿って複数配列されてなる導光体ユニットと、
前記導光体ユニットにおける各導光体の収容凹部に収容される光源と、
前記導光体ユニットの背面に対向配置される略板状の拡散反射板とを備え、
前記傾斜背面と前記拡散反射板との間に空気層が区画形成されており、かつ、
前記光源は点光源であり、前記導光体は収容凹部の点光源の軸を含み出射面に対して垂直な中心軸に対して点対称であり、かつ、
前記導光体における前記傾斜背面が略円錐面を形成しており、
前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが19°≦θ≦29°、31°≦θ≦39°、56°≦θ≦72°の範囲内に設定されていることを特徴とする光源ユニット。 - 前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが19°≦θ≦29°、31°≦θ≦39°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1記載の光源ユニット。
- 光の出射面と、該出射面の中央部近傍に形成された厚肉部と、前記出射面に対向する背面の前記厚肉部に形成された収容凹部と、前記出射面の端部に位置する薄肉端部と、前記背面において前記厚肉部から前記薄肉端部に向けて次第に肉厚が薄くなるように傾斜した傾斜背面とを備えた導光体を、前記出射面に沿って複数配列されてなる導光体ユニットと、
前記導光体ユニットにおける各導光体の収容凹部に収容される光源と、
前記導光体ユニットの背面に対向配置される略板状の拡散反射板とを備え、
前記傾斜背面と前記拡散反射板との間に空気層が区画形成されており、かつ、
前記光源は点光源であり、前記導光体は収容凹部の点光源の軸を含み出射面に対して垂直な中心軸に対して点対称であり、かつ、
各前記導光体における前記傾斜背面が略四角錐面を形成しており、
前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが28°≦θ≦38°、56°≦θ≦73°の範囲内に設定されていることを特徴とする光源ユニット。 - 前記傾斜背面と前記拡散反射板とのなす角度θが28°≦θ≦38°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項3記載の光源ユニット。
- 前記収容凹部の出射面側の上面が先細り形状であ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光源ユニット。
- 前記収容凹部の出射面側の上面の先細り形状が、V字状、凹部の内側に膨らむ曲面形状、又は凹部の外側に膨らむ曲面形状のいずれか一つの形状から選択されることを特徴とする請求項5に記載の光源ユニット。
- 前記導光体ユニットの面方向端部を取り囲むようにして拡散反射板が設けられた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光源ユニット。
- 導光体ユニットが一体成形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光源ユニット。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の光源ユニットと、
前記導光体ユニットの出射面に対向配置されて、該出射面から出射された光を制御する光学シートとを備えたことを特徴とするバックライトユニット。 - 前記光源ユニットと前記光学シートとの間には、光拡散粒子を混入した光拡散板が設けられていることを特徴とする請求項9に記載のバックライトユニット。
- 前記光源ユニットと前記光拡散板との間に、
透光性基材と該透光性基材の入射面側に配設された光反射層とを有していて、該光反射層は光を透過する開口部及び光を反射させる光反射部を備えた光制御シートとを備え、
前記導光体の出射面を透過する光の照度または輝度の高い領域では前記光制御シートの開口部の面積を小さくし、照度または輝度の低い領域では前記開口部の面積を大きく設定したことを特徴とする請求項10に記載のバックライトユニット。 - 請求項9から11のいずれか一項に記載のバックライトユニットと、前記光学シートの出射面側に配置されて、前記バックライトユニットからの光を表示光として画像表示を行う画像表示部とからなることを特徴とするディスプレイ装置。
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