(57)【要約】【課題】領域に１個のＬＥＤを用いて領域全体へ光の拡散を可能としたことで、輝度の均一化の確保とユニットの薄型化を実現する。【解決手段】液晶パネルを複数の分割領域に分割し、分割した領域毎に制御する液晶パネルに使用するバックライトユニット１００において、分割した領域には、発光面が真上になるように表示面の直下にＬＥＤ１２が配置され、ＬＥＤ１２の発光面直上に頂点を下向きとする逆円錐体をした反射体１４を配置し、反射体１４のＬＥＤ１２の反対側の対向位置には、散乱特性をもつ拡散板１６を配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底部を有する矩形状の枠体に施された拡散手段と、
前記有底部の中央に、発光面が真上になるように取り付けられたＬＥＤと、
前記発光面上に、基部中央に凹部が形成された逆円錐形状の先端に形成した平面部を対向配置した光透過性の材料で形成され、前記平面部を残した円錐部分に形成された第１の反射面および前記凹部に形成された第２の反射面を有する導光反射体と、
前記導光反射体の基部に配置された第１の拡散板と、
前記有底部と対向する前記枠体の開放部分に配置した第２の拡散板と、を具備し、
前記ＬＥＤで発光された光は、前記導光反射体の前記平面部から前記第１および第２の反射面を介して導光させて前記第１の拡散板で拡散させ、さらに前記第２の拡散板で拡散させて照射させるとともに、前記拡散手段を介して前記第２の拡散板を介して照射させたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
有底部を有する矩形状の枠体に施された拡散手段と、
前記有底部の中央に、発光面が真上になるように取り付けられたＬＥＤと、
前記発光面と対向する面に凸状の反射球面が、該反射球面の反対面を平面とした平凸反射板と、
前記発光面の中央部を横断させるとともに前記枠体に取着された拡散壁と、
前記有底部と対向する前記枠体の開放部分に配置した拡散板と、を具備し、
前記ＬＥＤで発光された光は、直接あるいは前記反射球面で反射させたのち、前記拡散手段、前記拡散壁で拡散させて前記拡散板を介して照射されたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項３】
前記拡散手段は、拡散シートを貼り付けたものであることを特徴とする請求項１または２記載のバックライトユニット。
【請求項４】
前記拡散手段は、塗装により形成したものであることを特徴とする請求項１または２記載のバックライトユニット。
【請求項５】
前記拡散手段は、形成面を粗く形成したものであることを特徴とする請求項１または２記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記平凸反射板の前記拡散板と対向する平面部には、拡散特性を有する反射面としたことを特徴とする請求項２記載のバックライトユニット。
【請求項７】
前記拡散壁の前記平凸反射板と対向する位置において、前記平凸反射板の中央部にかけて漸次高さを低くしたテーパー形状としたことを特徴する請求項２記載のバックライトユニット。
【請求項８】
前記拡散壁の高さｈは、前記有底部からの枠体の高さＨに対してｈ＜Ｈの関係としたことを特徴とする請求項２記載のバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いたバックライトユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバックライトユニットは、ＬＥＤから発せられる光を効率よく入射させる受光凹部（プリズム）を中心として四方に拡散させながら導光させるための導光溝部を、導光板の裏面に形成させ、ムラのない照明が図られている。（例えば、特許文献１）
また、部分駆動する光源領域の間に隔壁を設けることにより、バックライトユニット上面の光分布を各光学領域別に制御することによって、バックライトユニットを液晶パネルと効果的にマッチングさせている。（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４―３１９３４０公報
【特許文献２】特開２００７―２８６６２７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１の技術は、直下にＬＥＤを単純に配置しているため、表示面の輝度の均一化を向上させるには、内部空間厚を厚くする必要があることから、薄型化は困難となる。また、１領域のサイズが大きくなる場合は、ＬＥＤの数量を増やす必要があり、高コスト化となる。
【０００５】
また、特許文献２の技術は、単純に液晶パネルの直下にＬＥＤが配置されているため、表示面の輝度分布の均一化を図るには、内部空間厚を厚くする必要がある。このため、バックライトの薄型化、延いては液晶パネルの薄型化の障壁となるばかりか、１領域のサイズが大きくなる場合は、１領域のＬＥＤの数を増やす必要が生じコスト高になる、という問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、１領域に１個のＬＥＤで領域全体へ光の拡散させたことで、輝度の均一化とユニットの薄型化に寄与することが可能なバックライトユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、この発明のバックライトユニットは、有底部を有する矩形状の枠体に施された拡散手段と、前記有底部の中央に、発光面が真上になるように取り付けられたＬＥＤと、前記発光面上に、基部中央に凹部が形成された逆円錐形状の先端に形成した平面部を対向配置した光透過性の材料で形成され、前記平面部を残した円錐部分に形成された第１の反射面および前記凹部に形成された第２の反射面を有する導光反射体と、前記導光反射体の基部に配置された第１の拡散板と、前記有底部と対向する前記枠体の開放部分に配置した第２の拡散板と、を具備し、前記ＬＥＤで発光された光は、前記導光反射体の前記平面部から前記第１および第２の反射面を介して導光させて前記第１の拡散板で拡散させ、さらに前記第２の拡散板で拡散させて照射させるとともに、前記拡散手段を介して前記第２の拡散板を介して照射させたことを特徴とする。
【０００８】
また、この発明のバックライトユニットは、有底部を有する矩形状の枠体に施された拡散手段と、前記有底部の中央に、発光面が真上になるように取り付けられたＬＥＤと、前記発光面と対向する面に凸状の反射球面が、該反射球面の反対面を平面とした平凸反射板と、前記発光面の中央部を横断させるとともに前記枠体に取着された拡散壁と、前記有底部と対向する前記枠体の開放部分に配置した拡散板と、を具備し、前記ＬＥＤで発光された光は、直接あるいは前記反射球面で反射させたのち、前記拡散手段、前記拡散壁で拡散させて前記拡散板を介して照射されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、１領域に１個のＬＥＤから発光される光を領域全体へ拡散されたことで、輝度の均一化とユニットの薄型化を実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明のバックライトユニットに関する一実施形態について説明するための概念的な分解斜視図である。
【図２】図１要部の正面図である。
【図３】図１の１領域部分の斜視図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】図３のＩａ−Ｉｂ線切断面図である。
【図６】図５の要部を拡大して示す断面図である。
【図７】この発明の１領域における輝度分布について説明するための説明図である。
【図８】この発明のシステム全体における輝度分布について説明するための説明図である。
【図９】この発明のバックライトユニットに関する他の実施形態について説明するための概念的な分解斜視図である。
【図１０】図９の１領域部の斜視図である。
【図１１】図１０要部の正面図である。
【図１２】図１０のＩＩａ−ＩＩｂ線切断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１〜図６は、この発明のバックライトユニットに関する一実施形態について説明するための、図１は概念的な分解斜視図、図２は図１要部の正面図、図３は図１要部の単品の斜視図、図４は図３の正面図、図５は図３のＩａ−Ｉｂ線切断面図、図６は図５の要部を拡大して示す断面図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、この発明のバックライトユニット１００は、例えば縦３個、横３個の光源ユニット１１を密着した状態で貼り合わせて構成される。光源ユニット１１は、例えば白色で樹脂製の有底部１１１を有し、有底部１１１と対向する位置が開放させた矩形状枠体１１２の有底部１１１の中央に、発光面１２１を上向きにしてＬＥＤ１２が絶縁基板１３上に固着されるとともに、図３、図４に示すように発光面１２１の中央と対向する直上に、頂点を下向きとする逆円錐体で、断面がＶ字状の形状をした導光反射体１４が配置される。枠体１１２の内面は、例えば反射率が９５％程度の拡散シート１１３が貼着される。
【００１４】
図５、図６に示すように、導光反射体１４は、光透過性の良好な例えばアクリル樹脂で形成され、その頂部には平面部１４１を形成し、基部１４２の逆円錐状の凹部１４３が形成されている。導光反射体１４の平面部１４１を残した逆円錐体の表面には第１の反射面１４４が、凹部１４３に反射面１４５が、例えばアルミ蒸着によりそれぞれ形成される。
【００１５】
導光反射体１４の基部１４２には、拡散板１５が配置され、導光反射体１４から出射される光を拡散させて出射させる。拡散板１５とは間隔を置き、光源ユニット１１の開放部を塞ぐように拡散板１６が配置される。
【００１６】
導光反射体１４の外周は、支持体１７を介して絶縁基板１３に取着されている。支持体１７は、ＬＥＤ１２から発光された光が外部に出光されるように例えば４本の柱状をなすとともに、極力光が遮光されない程度の太さと位置関係に設計されている。
【００１７】
導光反射体１４の平面部１４１は、ＬＥＤ１２の発光面１２１と対向する部分との関係が、導光反射体１４を介して出射される光と導光反射体１４の反射面１４４および直接出射される光が拡散板１６で合成された場合における輝度分布が均一になるような関係に設計される。
【００１８】
１個の光源ユニット１１は、１領域を構成し、これらが上記したように３×３の領域を組み合わせて１画面に対するバックライトユニット１００を構成するものである。拡散板１６は、３×３の各光源ユニット１１を兼用している。各光源ユニット１１の外側に位置する枠体１１２の高さを高くし、図５に示すように内側に位置する枠体１１２に対しては拡散板１６との間に間隔をあけ、各光源ユニット１１との間で干渉させ合うことで、各光源ユニット１１の接合間の明るさを均一化している。
【００１９】
図６に示すように、ＬＥＤ１２の発光面１２から発光された光のうち、平面部１４１に照射された光は、導光反射体１４内部を反射面１４４，１４５で反射しながら基部１４２に到達する。ここまできた光は、拡散板１５で拡散されて放射する。拡散板１５から放射された光は、拡散板１６に到達し、ここでさらに拡散されて照射する。
【００２０】
また、ＬＥＤ１２の発光面１２から発光された光のうち平面部１４１に以外に照射された光は、導光反射体１４の反射面１４４で反射された分と直接照射された分の光は、有底部１１１と枠体１１２に形成された拡散シート１１３で拡散されながら拡散板１６に到達し、ここでさらに拡散されて照射する。
【００２１】
拡散シート１１３で拡散されながら拡散板１６に達した光と、拡散板１５を介して拡散板１６に達した光は合成されて光源ユニット１１の照射光、換言すればバックライトユニット１００のバックライトとして照射する。この場合、ＬＥＤ１２と拡散板１６の距離が近い場合でも、ＬＥＤ１２の光は拡散されていることから、拡散板１６における輝度分布の均一化を図ることができる。
【００２２】
図７、図８は、この発明と従来の輝度分布の比較について説明するためのもので、図７は１個の光源ユニット１１の中央を横断した場合におげる輝度分布を、図８はバックライトユニット１００の横３個の光源ユニット１１の中央を横断した場合における輝度分布を示している。
【００２３】
図７、図８に示すように、ＬＥＤと対向する位置での輝度が高くその周辺では低い、破線で示した従来に比して、実線で示したこの発明では、ＬＥＤと対向する位置とその周辺での輝度の差が少なくバックライトユニット全体の輝度分布の均一化を図れることがわかった。
【００２４】
このように、表示領域が分割されていることから、個々の領域に対応するＬＥＤを、液晶パネルと同期するように、調光や調色制御を行うことが可能となり、映像の高コントラスト化と省電力化させることができる。
【００２５】
この実施形態では、ＬＥＤ１２と拡散板１６の距離が近い場合でも、拡散板１６に照射されるＬＥＤ１２からの光は拡散されていることから、拡散板１６における輝度分布の均一化を図ることができ、バックライトユニット１００の薄型化、延いてはバックライト式の液晶パネルの薄型化に寄与することができる。さらに、個々の領域に対応するＬＥＤを、液晶パネルと同期させ調光や調色制御を行うことができ、映像の高コントラスト化と省電力化が可能となる。
【００２６】
なお、反射体１３は、逆円錐体形状のものを例に挙げたが、逆四角柱もしくは回転多面体の形状をしたものであっても構わない。
【００２７】
図９〜図１２は、この発明のバックライトユニットに関する他の実施形態について説明するための、図９は概念的な分解斜視図、図１０は図９要部の単品の斜視図、図１１は図１０の正面図、図１２は図１０のＩＩａ−ＩＩｂ線切断面図である。なお、上記した実施形態と同一の機能の部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分について説明する。
【００２８】
この実施形態は、ＬＥＤ１２の発光面１２１と対向する面に凸状の反射球面９１１とし、裏面側を平面とした平凸反射板９１を配置させるとともに、光源ユニット１１の枠体１１２内に十字状の耐熱性で樹脂製の例えば反射率が９５％程度の拡散壁９２を配置させた。拡散壁９２は、枠体１１２を４分割する格好となる。
【００２９】
拡散壁９２の少なくとも縦の面には、拡散拡散シート１１３が形成される。拡散壁９２は一体形成されている。十字状の拡散壁９２の交わる部分は、枠体１１２の中間部なるような配置とし、交わる部分にかけては拡散板１６から漸次離れるテーパー９２１が形成される。図１２に示すように、拡散壁９２の高さｈと枠体１１２の有底部１１１から高さＨは、ｈ＜Ｈの関係とする。
【００３０】
ＬＥＤ１２の発光面１２から発光された光のうち、平凸反射板９１の反射球面９１１で反射させた光は、有底部１１１で拡散され、さらに枠体１１２や拡散壁９２で拡散されて拡散板１６に達し、ここで拡散されて光源ユニット１１外に照射される。
【００３１】
ところで、反射板９１の平凸反射板９１の反対面に対向する部分は、拡散壁９２にテーパー９２１が形成されている。有底部１１１、枠体１１２、拡散壁９２により拡散された光は、テーパー９２１をクロスオーバーする形で拡散板１６に達して拡散板１６から照射される。
【００３２】
また、拡散壁９２の高さｈと枠体１１２の高さＨがｈ＜Ｈの関係であることから、枠体１１２の下側と有底部１１１との間の隙間を介して相互に拡散された光がクロスオーバーする形で拡散板１６に達して拡散板１６から照射される。
【００３３】
このように、平凸反射板９１の反対面に対向する拡散板１６およびこれ以外の拡散板１６には、あらゆる方向からの拡散された光が満遍なく照射されることから、拡散板１６全体の輝度分布の均一化を図ることができる。
【００３４】
これはＬＥＤ１２と拡散板１６の位置関係が近接していた場合におけるＬＥＤ１２の直下の拡散板１６面と他の面との輝度分布の均一化が図れ、バックライトユニット１００の薄型化、延いてはバックライト式の液晶パネルの薄型化に寄与することができる。
【００３５】
この実施形態でも、図８と同じように、ＬＥＤと対向する位置とその周辺での輝度の差が少なくバックライトユニット全体の輝度分布の均一化を図れることがわかった。
【００３６】
この実施形態では、１領域の中心部に発光面を上向きにした１個のＬＥＤの真上に、上面は平面で下面は平凸反射板を配置したことにより広範囲にＬＥＤで発生させた光を拡散させることができ、しかも１領域を複数に分割させた拡散壁を配置したことにより、領域の周辺部までも均一な輝度分布を実現させることが可能となる。
【００３７】
この場合も、表示領域が分割されていることから、個々の領域に対応するＬＥＤを、液晶パネルと同期させる調光や調色制御を行うことが可能となり、映像の高コントラスト化と省電力化させることができる。
【００３８】
なお、この実施形態では、十字状の拡散壁９２で１個の光源ユニット１１を４分割としたが、直線上の拡散壁９２とし、１個の光源ユニット１１を２分割としも構わないし、必要に応じて拡散壁９２の本数を増やし分割数を増やすことも考えられる。この場合でも平凸反射板９１背面の拡散板１６と対向する部分にはテーパー９２１を形成させるとともに、拡散壁９２は平凸反射板９１の中央部を横断するような配置とする。
【００３９】
さらに、拡散板１６と対向する平凸反射板９１の反射球面９１１の反対側に平面にも拡散シートや拡散塗装などの高反射率で散乱特性を有する手段を施すようにすることにより、輝度分布の均一化の向上を図ることができる。
【００４０】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、有底部１１１と枠体１１２に貼着された拡散シート１１３は、塗装によるものであっても構わない。また、有底部１１１と枠体１１２の形成面を粗く形成することにより拡散させても構わない。要は高反射率で散乱特性を持つ拡散手段の構成であればよい。
【００４１】
さらに、光源ユニット１１は３×３の９個の場合を例としたが、これに限らずこれ以上であっても以下であってもよい。光源ユニット１１の縦横サイズも液晶パネルの縦横比に基づいたものにすることで、バックライト１００と液晶パネルとの相性も良好なものとなる。
【符号の説明】
【００４２】
１００  バックライトユニット
１１  光源ユニット
１１１  有底部
１１２  枠体
１１３  拡散シート
１２  ＬＥＤ
１２１  発光面
１４  導光反射体
１４１  平面部
１４２  基部
１４３  凹部
１４４，１４５  反射面
１５，１６  拡散板
１７  支持体
９１  平凸反射板
９１１  反射球面
９２  拡散壁
９２１  テーパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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