(57)【要約】【課題】本発明はLED光源を有する直下型バックライト装置に関するものである。【解決手段】上記直下型バックライト装置は平坦な反射板;上記反射板上に設けられたLED光源; 上記LED光源上側に配置された透明板;上記透明板底面の上記LED光源に対応する位置に各々配置された散乱パターン;及び、下側から入射する光を上記透明板内に内部反射可能に案内するよう上記散乱パターン周囲に配置された透明物質の光案内部を含む。導光部材がLED光源の一部光を透明板内に閉じ込める角度で案内し散乱パターンが閉じ込められた光をLED光源の直上において散乱させ透明板から液晶パネル側へ送る。したがって、LED光源上部の暗部を透明板から除去し、それによって直下型バックライト装置の厚さを減らすことができる。【選択図】図４
2006228698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な反射板と、
上記反射板上に設けられたLED光源と、
上記LED光源上側に配置された透明板と、
上記透明板の底面の上記LED光源に対応する位置に各々配置された散乱パターンと、
下側から入射する光を上記透明板内に内部反射可能に案内するように上記散乱パターンの周囲に配置された透明物質の光案内部と
を備える直下型バックライト装置。
【請求項２】
上記光案内部は、上記透明板と同一な屈折率を有す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装置。
【請求項３】
上記光案内部と上記透明板との境界面は、互いに密着するように面接触す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装置。
【請求項４】
上記光案内部は、透明なガラス、アクリル、プラスチック、PMMA(Polymethylmethacrylate)、及びエポキシのうちいずれか一つで構成され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装置。
【請求項５】
上記光案内部は、逆プリズム状で底面が上記透明板の底面に付着され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装置。
【請求項６】
上記光案内部は、上記透明板に接着剤により結合され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装置。
【請求項７】
上記接着剤は、９９%以上の透過率を有することを特徴とする請求項６に記載の直下型バックライト装置。
【請求項８】
上記散乱パターンは、上記透明板内から入射する光を散乱させながら反射させるように構成され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装置。
【請求項９】
上記散乱パターンは、上記透明板の下部から入射する光を反射させるように構成されることを特徴とする請求項８に記載の直下型バックライト装置。
【請求項１０】
上記散乱パターンは、上記透明板の下部から入射する光を散乱させながら透過及び反射させるように構成されることを特徴とする請求項８に記載の直下型バックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、LEDを光源で使用する直下型バックライト装置に関する。具体的には、本発明の直下型バックライト装置は、LED光源の一部光を透明板内に閉じ込める角度で案内し、閉じ込められた光をLED光源の直上において散乱させて透明板から液晶パネル側へ送ることによりLED光源上部の暗部を透明板から除去し、よってバックライト装置の厚さを減らすことができる。
【背景技術】
【０００２】
LED(Light Emitting Diode)を光源で用いた液晶表示装置(LCD)のバックライト装置は、側面放出方式(edge emitting)と直下方式(direct illumination)とに区分される。側面放出方式は、光源から出る光を側方へ送ってから反射板や散乱パターンを利用して上側へ光の経路を変えることにより液晶パネルにバックライト照明を提供する。これと異なって、直下方式は、液晶パネルの下部に光源を設け、この光源から側方へ光を送ってから反射板を利用して上側へ光の経路を変えることにより液晶パネルにバックライト照明を提供するようになる。
【０００３】
図１は、通常の側面放出型バックライト装置を概略的に示す図である。図１に示したように、側面放出型バックライト装置(１０)は、散乱パターン(１４)が上面に形成された反射板(１２)、この反射板(１２)の上面に配置された導光板(１６)、及びこの導光板(１６)の両側に配置された棒状のLED光源(１８、２０)を備える。
【０００４】
LED光源(１８、２０)が光(L)を側方へ導光板(１６)内に放出すると、光(L)は導光板(１６)内を巡り回って散乱パターン(１４)にぶつかって上側へ散乱することにより導光板(１６)上部の液晶パネル(２２)にバックライトを提供するようになる。
【０００５】
かかる側面放出型バックライト装置(１０)は、その厚さが薄く構造が簡単であるといった利点がある。また、反射板(１２)の上面や導光板(１６)の下面に形成された反射パターン(１４)の設計を通して上側へ送る光の強さを均一に調節し得るといった利点がある。しかし、LED光源(１８、２０)から出た光を送り得る距離には限界があるので、この構造は大画面LCDのバックライトには適用することができない。
【０００６】
図２は、通常の直下型バックライト装置を概略的に示す図である。図２に示したように、直下型バックライト装置(３０)は、平坦な反射板(３２)、この反射板(３２)上に設けられた棒状のLED光源(３４)、上記LED光源(３４)上に配置された反射板または遮光板(３６)、及び上記遮光板(３６)から所定間隔(G１)を置いて配置された透明板(３８)を備え、上記透明板(３８)から所定間隔(G２)を置いて液晶パネル(４０)が配置される。
【０００７】
光源(３４)は、光(L１、L２)を主に平面方向に放出し、こうして放出された光(L１)は、反射板(３２)から反射されて上部の透明板(３８)を通過した後上部にある液晶パネル(４０)にバックライトを提供する。他方の光(L２)は、透明板(３８)の底面にぶつかってその一部(L２１)が透明板(３８)内に進入することによりその上部の液晶パネル(４０)にバックライトを提供する。一方、光(L２)の他方の一部(L２２)は、透明板(３８)から反射板(３２)へ反射した後この反射板(３２)から反射して、光(L１)と同様に透明板(３８)を通して液晶パネル(４０)にバックライトを提供する。
【０００８】
かかる構造のバックライト装置(３０)は、液晶パネル(４０)の下部に複数の棒状LED光源(３４)を設け得るので、大画面LCDに効果的にバックライトを提供し得といった利点がある。
【０００９】
しかし、LED光源(３４)と透明板(３８)との間に予め定められた間隔(G１)が必要であり、透明板(３８)と液晶パネル(４０)もやはり所定の間隔(G２)を維持しなければならないので、この構造のバックライト装置(３０)は厚さが増加してしまう欠点がある。
【００１０】
具体的に説明すると、LED光源(３４)から発生した光(L)は、主に遮光板(３６)の間から上側へ反射するので、遮光板(３６)により遮られた暗部(DA)を形成する。
かかる暗部(DA)及びそれによる輝線を除去するためには、光が透明板(３８)を通過して液晶パネル(４０)に入射するまで互いに混合されるように透明板(３８)と液晶パネル(４０)との間に一定値以上の間隔(G２)を充分に確保しなければならない。
【００１１】
このように、反射板(３２)から液晶パネル(４０)へ進む光を全体的に均一にするためには、上記のような間隔(G１、G２)を一定値以上に維持しなければならないので、直下型バックライト装置(３０)はその特性上厚さの増加を避け難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は先述した従来の技術の問題を解決するために案出されたもので、本発明の目的はLED光源の一部光を透明板内に閉じ込める角度で案内し、閉じ込められた光をLED光源の直上において散乱させ透明板から液晶パネル側へ送ることによりLED光源上部の暗部を透明板から除去し、それにより厚さを減らせる直下型バックライト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
先述した本発明の目的を成し遂げるために本発明は、平坦な反射板; 上記反射板上に設けられたLED光源; 上記LED光源上側に配置された透明板; 上記透明板底面の上記LED光源に対応する位置に各々配置された散乱パターン;及び、下側から入射する光を上記透明板内に内部反射可能に案内するよう上記散乱パターン周囲に配置された透明物質の光案内部を含む直下型バックライト装置を提供することを特徴とする。
【００１４】
上記バックライト装置において、上記光案内部は上記透明板と同一な屈折率を有することを特徴とする。
【００１５】
上記バックライト装置において、上記光案内部と上記透明板の境界面は互いに密着するよう面接触することを特徴とする。
【００１６】
上記バックライト装置において、上記光案内部は透明ガラス、アクリル、プラスチック、PMMA及びエポキシ中のいずれか一つで構成されることを特徴とする。
上記バックライト装置において、上記光案内部は逆プリズム状で底面が上記透明板の底面に付着したことを特徴とする。
【００１７】
上記バックライト装置において、上記光案内部は上記透明板に接着剤により結合されたことを特徴とする。
【００１８】
上記バックライト装置において、上記接着剤は９９%以上の透過率を有することを特徴とする。
【００１９】
上記バックライト装置において、上記散乱パターンは上記透明板の内から入射する光を散乱させながら反射させるよう構成されることを特徴とする。
【００２０】
上記バックライト装置において、上記散乱パターンは上記透明板の下部から入射する光を反射させるよう構成されることを特徴とする。
【００２１】
上記バックライト装置において、上記散乱パターンは上記透明板の下部から入射する光を散乱させながら透過及び反射させるよう構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
先述したような本発明の直下型バックライト装置によると、導光部材がLED光源の一部の光を透明板内に閉じ込める角度で案内し散乱パターンが閉じ込められた光をLED光源の直上において散乱させ透明板から液晶パネル側へ送るよう構成される。したがって、LED光源上部の暗部を透明板から除去しそれに応じて直下型バックライト装置の厚さを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましき実施例について添付の図を参照により詳しく説明する。
【００２４】
図３は本発明による直下型バックライト装置の概略的な断面図である。図３によると、本発明の直下型バックライト装置(１００)は、平坦な反射板(１０２)、この反射板(１０２)上に設けられた複数のLED光源(１０４)、これらLED光源(１０４)の上側に配置された透明板(１０６)、この透明板(１０６)の底面の上記発光ダイオード光源(１０４)に対応する位置に各々配置された複数の散乱パターン(１１０)、及びこれら散乱パターン(１１０)の周囲に夫々配置された複数の透明な導光部材(１０８)を含む。
【００２５】
反射板(１０２)は通常基板上に薄膜またはシート形態で配置され、好ましくはランバート表面(Labertian surface)を有する。LED光源(１０４)は夫々単色光を出すLEDであり、RGB LED光源(１０４)を組合せアレーが形態で設けることが好ましい。
【００２６】
透明板(１０６)は一定の厚さを有する平板部材であり、透明なアクリル、PMMA(Polymethylmethacrylate)、プラスチック、エポキシまたはガラスなどから成る。
散乱パターン(１１０)は上記LED光源(１０４)に相応する透明板(１０６)底面の所定位置に形成され、透明板(１０６)内側でぶつかる光を散乱させながら反射するよう構成される。各々の散乱パターン(１１０)は円形で、予め定められた半径(r)を有する。
【００２７】
この際、各々のLED光源(１０４)の中心または焦点(F)を通過する垂直軸線(A)が散乱パターン(１１０)の中心(C)を通過するよう配置される。
【００２８】
導光部材(１０８)は逆プリズム状を有する。導光部材(１０８)の底面は、透明板(１０６)の底面に好ましくは透明な接着剤により密着するよう付着される。接着剤は１%以下の不透明度、好ましくは０.１ないし０.８%の不透明度が要され、９０%以上、好ましくは９９%以上の透過率が要される。
【００２９】
一方、使用可能な接着剤の例としては３M社の「Optically  Clear  Laminating  Adhesive」８１４１、８１４２、８１６１及び９４８３が挙げられる。これらはLCD、PDP、タッチスクリーンなどのラミネーションに使用されるもので、１.４７４の反射率を有し、先述した不透明度及び透過率を満足させるものと知られている。
【００３０】
かかる接着剤を２５ないし１２５μｍの厚さで塗布し導光部材(１０８)を透明板(１０６)に付着する。
【００３１】
導光部材(１０８)は透明なアクリル、プラスチックPMMA(Polymethylmethacrylate)、エポキシまたはガラスから成る。また、光が導光部材(１０８)から透明板(１０６)内に進入する際屈折したり反射しないよう透明板(１０６)と同一な屈折率を有することが好ましい。さもなければ、少なくとも類似する屈折率を有するものを選択して反射または屈折を最小化させることが好ましい。
【００３２】
導光部材(１０８)の配置形態を詳しく見れば、導光部材(１０８)の下部頂点(P１)とLED光源(１０４)の焦点(F)とが成す線は垂直軸線(A)と第１角度(θ１)を有し、導光部材(１０８)の底面(P２)とLED焦点(F)とが成す線は垂直軸線(A)と第２角度(θ２)を有する。したがって、導光部材(１０８)は第１角度と第２角度とが成す角(included angle)(θ１-θ２)に該当する範囲で上記LED光源(１０４)から入射する光を受け入れるよう構成される。
【００３３】
図４は本発明による直下型バックライト装置の動作を説明する図である。図４を先の図３と共に参照すると、第１角度(θ１)と第２角度(θ２)との所定角度(α)で焦点(F)から進行する光(L１)は導光部材(１０８)に入射し、導光部材(１０８)はこれを進行方向のまま透明板(１０６)内に案内する。透明板(１０６)内に進行した光(L１)は透明板(１０６)の上面(１０６b)と下面(１０６a)との間で内部反射し巡り回る。したがって、透明板(１０６)は導光板(LGP: Light Guide Plate)の役目を果たすようになる。次いで、光(L１)は散乱パターン(１１０b)にぶつかると、それにより上側へ反射する。反射した光(L１)は透明板(１０６)の外部に放出され透明板(１０６)上側の液晶パネル(図２参照)にバックライトを提供する。
【００３４】
こうすると、LED光源(１０４)直上方の光源上部領域(BA)を通して液晶パネルにバックライト照明を提供することが可能になる。これを図２の従来の技術と比較すると、本発明の光源上部領域(BA)は従来の技術の暗部(DA)と同一な位置に存在する。したがって、本発明は導光部材(１０８)と散乱パターン(１１０)を通して従来の技術の暗部(DA)を除去することにより、従来の技術において必要であった透明板(３８)と液晶パネル(４０)との間隔(G２)を減らすことができる。こうして全体バックライト装置の厚さを減少させられるといった本発明の利点が得られる。
【００３５】
一方、第１角度(θ１)より大きい角度(β)で進行する光(L２)は導光部材(１０８)に入射せず透明板(１０６)の底面(１０６a)にぶつかって反射し下方の反射板(１０２)へ進む。反射板(１０２)は光(L２)を反射させ、反射した光(L２)は上方の透明板(１０６)を通過して液晶パネル(図２参照)にバックライトを提供する。
図５を参照により詳しく見ると、焦点(F)から発生した光(L０)は導光部材(１０８)の側面の所定入射点(P３)を通して導光部材(１０８)に進入する。この際、所定入射点(P３)が導光部材(１０８)側面の略中心に位置し光(L０)が垂直に入射するよう導光部材(１０８)と焦点(F)が配置されることが好ましい。
【００３６】
続いて、光(L０)は導光部材(１０８)と透明板(１０６)の境界面の所定入射点(P４)を通して透明板(１０６)内に進入する(以下、便宜上透明板(１０６)内の光はL１と区別し表示する)。この際、導光部材(１０８)が透明板(１０６)と同一な屈折率を有すると図示のように光(L１)は屈折せずに導光部材(１０８)から透明板(１０６)へ直進し続け、屈折率が異なるとその差によりやや屈折するであろう。したがって、導光部材(１０８)は透明板(１０６)と同一か少なくとも類似な屈折率を有することが好ましい。
【００３７】
かかる投光板(１０６)内に進入した光(L１)は透明板(１０６)の上面(１０６b)と下面(１０６a)の間において内部反射しては、先述したように散乱パターン(１１０)により反射し透明板(１０６)から出て行く。
【００３８】
それに比して、導光部材(１０８)の無い従来の技術の場合、光(L０)は導光部材(１０８)を経ずに透明板の底面(１０６a)の入射点(P４)を通して直接透明板(１０６)内に進入する。この際、透明板(１０６)と空気との屈折率差により光(L２)は屈折した経路に沿って進行し、そうして透明板上面(１０６b)において内部反射せず上面(１０６b)を通して上方へ放出される。
【００３９】
これを比較すると、導光部材(１０８)が透明板(１０６)に入射する光の経路を変えることにより、光を透明板(１０６)の内部に閉じ込め透明板(１０６)が導光板機能を行うようにすることが分かる。
【００４０】
一方、これを成し遂げるためには、導光部材(１０８)を通過する光が透明板(１０６)の上面(１０６b)に内部反射条件を有してぶつかるよう導光部材(１０８)と焦点(F)間の第１及び第２角度(θ１、θ２)を調節する。内部反射条件を決定する因子の一つは、透明板(１０６)の屈折率と透明板上側の媒質(通常空気)との屈折率差と光が透明板上面(１０６b)にぶつかる角度なので、導光部材(１０８)と焦点(F)との位置関係はこれを考慮して定める。
【００４１】
一方、図６（a）と（b）を参照に、本発明による散乱パターンの例を説明する。図６（a）に示した散乱パターン(１１０)は上部の散乱層(１１０a)と下部の鏡層(１１０b)を含む。したがって、散乱層(１１０a)は透明板(１０６)内で巡り回る光(L２)が散乱するよう反射させ透明板(１０６)の外部へ出て行くようにする。かかる散乱層(１１０a)は散乱性インク層または微小凹凸構造で成る。
【００４２】
それに比して、下部鏡層(１１０b)は焦点(F)から来た光(L１)を下方へ鏡反射する。この光(L１)は反射板(１０２)により上方へ反射し透明板(１０６)を通過して液晶パネル(図２参照)にバックライト照明を提供する。鏡層(１１０b)は高反射率金属または重合体で構成されることができる。
【００４３】
図６（b）に示した散乱パターン(１１０)は導光部材(１０８)により透明板(１０６)内に閉じ込められた光(L２)を上方へ散乱させ透明板(１０６)から出て行くようにする。また、散乱パターン(１１０)は焦点(F)から到達した光(L１)を散乱させながら通過/反射させるよう構成される。即ち、一部の光(L１１)は透明板(１０６)を通過する角度で通過させ、一部の光(L１２)は透明板(１０６)内に閉じ込める角度で通過させ、一部の光(L１３)は下方へ反射させる。この際、光(L１２)は光(L２)と同様に他の散乱パターン(１１０)にぶつかったり再びこの散乱パターン(１１０)にぶつかると上方へ散乱し透明板(１０６)から出て行き液晶パネル(図２参照)にバックライト照明を提供する。
【００４４】
かかる散乱パターン(１１０)は入射する光を反射/通過させる際、これらを散乱させるよう予め定められた範囲の反射率と透過率を有する材料から形成される。
散乱パターン(１１０)の例としては散乱性インクを利用したインク層を挙げられる。上記インク層は透明板(１０６)の底面(１０６a)に塗布されると入射する光が反射/通過する際これらを散乱させる。
【００４５】
一方、図６（a）と（b）の散乱パターンの他に、光を全くまたは殆ど通過させず反射させる散乱パターンを透明板(１０６)の底面(１０６a)に設けることもできる。例としては、上記散乱性インクを厚く塗布して透過率を下げ反射率を高めることを挙げられる。また、散乱性インク中例えばSiO２のような反射率の高い物質の比率を高くしてインク自体の反射率を高めることにより散乱パターンの散乱性反射機能を強化することもできる。
【００４６】
一方、散乱パターン(１１０)を印刷するための散乱性インクは散乱剤(または拡散剤)、バインダ及び溶媒を含む。散乱第または拡散剤としてはTiO２、SiO２などの無機酸化物を粉末形態、好ましくは微細粉末で使用する。この際、TiO２とSiO２は約数ｎｍから数μｍの粒子の大きさを有し均一に分散される。一方、バインダはこれら無機酸化物の粒子を固定させ、溶媒は粘度を調節する機能を果たす。
【００４７】
以下、図７（a）と（b）を参照に上記散乱性インクにおける光の散乱原理を説明する。図７（a）によると、散乱パターン(１１０)に入射した光(L１、L２)はSiO２粒子により散乱する。即ち、光(L１)はSiO２粒子により散乱し散乱パターン(１１０)から反射し、光(L２)は散乱パターン(１１０)を透過しながらSiO２粒子により散乱する。したがって、かかる散乱パターン(１１０)を透明板に適用すると、図６（b）を参照し先述したように透明板(１０６)の全体領域から光が均一に放出される。
【００４８】
一方、かかるSiO２粒子は透明なので、上記散乱パターン(１１０)は厚さの薄いノートブックモニタに使用すると有利である。
【００４９】
図７（b）によると、散乱パターン(１１０)に入射した光(L１、L２)はTiO２及びSiO２粒子により散乱する。また、たとえ図示はしないが、図６（b）におけるように、光は散乱パターン(１１０)を透過しながらTiO２及びSiO２粒子により散乱したりもする。
【００５０】
一方、TiO２粒子はSiO２粒子に比して光の拡散力が大きいので大光量を得られ、図７（b）の散乱パターン(１１０)はノートブックモニタに比して厚さの厚い平面モニタに使用すると有利である。
【００５１】
以下、図８と９を参照に導光部材と散乱パターンの平面形態を説明する。図８に示したように、散乱パターン(１１０)は円形でその周囲に導光部材(１０８)が配置され、導光部材(１０８)も散乱パターン(１１０)と共に円形で提供される。一方、導光部材(１０８)の下部頂点(P１)は一点鎖線で示した。
【００５２】
一方、散乱パターン(１１０)は図９に示した形態で設けられることができる。即ち、複数の散乱領域(１１０a、１１０b、…、１１０e)が一定の間隔(S)を有して配置される。
【００５３】
かかる構成によると、上記間隔(S)と散乱領域(１１８a-１１０e)の数及び各幅に応じて、透明板(１０６)に入射する光量と内部反射する光量などを調節することができる。即ち、散乱パターン(１１０)の間隔(S)は光を反射させずに透明板(１０６)内に通過させるので、必要に応じて間隔(S)を大きくすれば全体散乱パターン(１１０)を通して透明板(１０６)内に入射する光量を増加させられる。
もちろん、散乱パターンは先述した円形でなく多様な形態で設けられることができる。例えば、長方形、正方形、楕円形で設けられることができる。また、各々のLED光源に対応する散乱領域を相互連結した散乱パターンを設けることもできる。これはLED光源が隣接配置される場合に有利である。
【００５４】
さらに、導光部材は散乱パターンの周囲でなく散乱パターンを挟んで向き合う一対の部材の形態で設けることができる。
【００５５】
上記おいては本発明の好ましき実施例を参照に説明したが、該当技術分野において通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の技術の側面放出型バックライト装置の概略的な断面図である。
【図２】従来の技術の直下型バックライト装置の概略的な断面図である。
【図３】本発明による直下型バックライト装置の概略的な断面図である。
【図４】本発明による直下型バックライト装置の動作を説明する図である。
【図５】本発明による導光作用と従来の技術の光通過作用を比較する図である。
【図６】（a）と（b）は本発明による散乱パターンの例を示す断面図である。
【図７】（a）と（b）は散乱パターンにおける光の散乱を説明する断面図である。
【図８】本発明による散乱パターンの形態を示す底面図である。
【図９】本発明による散乱パターンの形態を示す底面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００  バックライト装置
１０２  反射板
１０４  LED光源
１０６  透明板
１０８  導光部材
１１０  散乱パターン
【図１】
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【図２】
2006228698.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006228698.tif 000006
【図５】
2006228698.tif 000007
【図６】
2006228698.tif 000008
【図７】
2006228698.tif 000009
【図８】
2006228698.tif 000010
【図９】
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