(57)【要約】【課題】厚さ方向に大型化させることなく、十分な色混合が可能であり、しかも、発光面で均一照度の光を得ることができるバックライトを提供する。【解決手段】導光路２０を筐体２の背面に沿って形成することにより、バックライト１を厚さ方向に大型化させることなく、光路長を十分に確保する。この導光路２０に、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの出射光を入射させることにより、各波長光を効率よく合成する。導光路２０の終端（出射面２２ｂ）からの出射光を反射面３０で反射して発光面９ａ方向に拡散させることにより、高い均斉度で発光面９ａを発光させる。加えて、導光路２０を第１，第２の導光板２１，２２で分割形成し、これらの出，入射面２１ｂ、２２ａを異なる仰角θ１〜θ３の面部が連なる多面体で構成することにより、導光路２０の中途にハーフミラーを形成し、色合成した光を導光路２０の中途からも分割出射する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面が開口された筐体と、
前記筐体の開口部に設定された発光面と、
発光色の異なる複数種類の光源と、
複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、
前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、
前記導光路は、導光方向に連設する複数の導光板を有し、
隣接する前記導光板の各端面は、前記導光方向に対して異なる傾斜角で傾斜する複数の面部が連なった多面体でそれぞれ構成され、前記導光板の連設部で互いに当接していることを特徴とするバックライト。
【請求項２】
前面が開口された筐体と、
前記筐体の開口部に設定された発光面と、
発光色の異なる複数種類の光源と、
複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、
前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、
前記導光路は、導光方向に連設する複数の導光板を有し、
隣接する前記導光板の各端面は、前記導光方向に湾曲する曲面でそれぞれ構成され、前記導光板の連設部で互いに当接していることを特徴とするバックライト。
【請求項３】
前記導光路上で隣接する前記導光板の各端面の形状は、前記導光路の中途で前記導光板の連設部から出射する光の光量と、前記導光路の終端から出射する光の光量とを等しくする形状に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライト。
【請求項４】
前記光源と、前記導光路と、前記反射面とを具備して構成した複数の前記光源モジュールを前記筐体に配列したバックライトであって、
前記各光源モジュールは、前記反射面及び前記導光板の連設部を前記筐体内で互いに等間隔毎に配置させる位置に配列されていることを特徴とする請求項３記載のバックライト。
【請求項５】
前記反射面は、前記導光路の導光方向に対して異なる傾斜角で傾斜する複数の面部が連なった多面体、或いは、前記導光路の導光方向に湾曲する曲面で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のバックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光色の異なる複数種類の発光ダイオード等の発光素子を光源として用いたバックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶装置等のバックライトにおいては、冷陰極蛍光ランプ等に代えて、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いたバックライトが数多く提案されている。ところで、一般に、ＬＥＤは発光色の個体差が大きいため、この種のバックライトでは、複数種類のＬＥＤから出射される光を混合することによって所望の色の光が生成される。
【０００３】
このような色混合によって所望の光を生成するための技術として、例えば、特許文献１には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤの周囲を反射性を持つ透光性円筒体で囲んだ導光体ブロックを光反射板上に配列し、各ＬＥＤからの出射光を透光性円筒体で内部反射させることにより白色混合させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−３３９８２２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術において、各ＬＥＤからの光線を十分に混合させるためには透光性円筒体の高さを高くする必要があるため、バックライトが厚さ方向に大型化する傾向にある。また、この種のバックライトは、各導光体ブロック間での光量が不足しがちな傾向にあり、発光面で均一な照度を得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、厚さ方向に大型化させることなく、十分な色混合が可能であり、しかも、発光面で均一照度の光を得ることができるバックライト及びバックライト用光源モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前面が開口された筐体と、前記筐体の開口部に設定された発光面と、発光色の異なる複数種類の光源と、複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、前記導光路は、導光方向に連設する複数の導光板を有し、隣接する前記導光板の各端面は、前記導光方向に対して異なる傾斜角で傾斜する複数の面部が連なった多面体でそれぞれ構成され、前記導光板の連設部で互いに当接していることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前面が開口された筐体と、前記筐体の開口部に設定された発光面と、発光色の異なる複数種類の光源と、複数種類の前記各光源からの光を入射して前記筐体の背面に沿った奥行き方向に導く導光路と、前記導光路の終端から出射された光を反射して前記発光面に導く反射面とを具備し、前記導光路は、導光方向に連設する複数の導光板を有し、隣接する前記導光板の各端面は、前記導光方向に湾曲する曲面でそれぞれ構成され、前記導光板の連設部で互いに当接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のバックライトによれば、厚さ方向に大型化させることなく、十分な色混合が可能であり、しかも、発光面で均一照度の光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は本発明の第１の実施形態に係わり、図１はバックライトの分解斜視図、図２はバックライトの要部断面図、図３は光源モジュールの分解斜視図、図４は光源モジュールの要部断面図、図５は光源モジュールにおける光の挙動を示す説明図、図６はバックライト表面の輝度分布を示す特性図、図７は導光板の端面形状を設計する際に行われる光量計測のシミュレーション方法を示す説明図、図８は光源モジュールの変形例を示す要部断面図である。
【００１０】
図１，２に示すバックライト１は、例えば、液晶テレビ等に好適なバックライトであり、このバックライト１は、前面が開口した扁平な略箱形形状の筐体２を有する。この筐体２は、例えば、矩形の背面板２ａと、当該背面板２ａの各辺に立設する側壁２ｂとが射出成形によって一体形成された樹脂成型品で構成されている。
【００１１】
筐体２の内部には、例えば、発光色の異なる複数種類の発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として白色光を生成する複数組（例えば、４組）の光源モジュール５が、筐体２の長手方向に沿って等間隔毎に配設されている。ここで、各光源モジュール５は、各々の導光路２０（後述する）の終端が筐体２の中心部に指向するよう、当該筐体２の中心部に対して対称位置に配列されている。
【００１２】
また、筐体２には、例えば、矩形の開口部６ａが開口するベゼル６が前面側から冠設されている。筐体２とベゼル６との間には、例えば、平面略矩形形状をなす拡散板７と、前面側に拡散シート９を貼着した平面略矩形形状のレンズシート８とが、背面側から順に重畳された状態で挟持されている。そして、ベゼル６の開口部６ａから外部に露呈する拡散シート９上の領域が、発光面９ａとして設定されている。また、筐体２内において、拡散板７と各光源モジュール５との間には、空気層１１が形成されている。
【００１３】
図３，４に示すように、光源モジュール５は、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが光源として実装された光源ユニット１５と、光源ユニット１５から供給される各色の光線を入射して筐体２の背面に沿った奥行き方向に導く導光路２０と、導光路２０の終端から出射された光を反射して発光面９ａに導く反射面３０とを備えて要部が構成されている。
【００１４】
本実施形態において、光源ユニット１５は、例えば、細長な短冊状のＬＥＤ基板１６上に、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色を１組とする２組の各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが実装されて要部が構成されている。
【００１５】
また、導光路２０は、光源ユニット１５に連設する第１の導光板２１と、この第１の導光板２１の出射側に連設する第２の導光板２２とを有する。第１の導光板２１の入射面２１ａは、光源ユニット１５の各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに当接されている。
【００１６】
また、第１の導光板２１の出射面２１ｂは、導光路２０の導光方向に対して異なる傾斜角で傾斜する複数の面部が連なった多面体で構成されている。さらに、第２の導光板２２の入射面２２ａは、第１の導光板２１の出射面２１ｂと同様に、導光路２０の導光方向に対して異なる傾斜角で傾斜する複数の面部が連なった多面体で構成され、出射面２１ｂに当接されている。
【００１７】
具体的には、本実施形態において、出射面２１ｂは、例えば、導光路２０の導光方向に対して異なる仰角θ１〜θ３でそれぞれ傾斜した面部２１ｂ１〜２１ｂ３が連なった多面体で構成されている。また、入射面２２ａは、例えば、導光路２０の導光方向に対して異なる仰角θ１〜θ３でそれぞれ傾斜した面部２２ａ１〜２２ａ３が連なった多面体で構成されている。そして、これら出射面２１ｂの各面部２１ｂ１〜２１ｂ３と出射面２２ａの各面部２２ａ１〜２２ａ３とがそれぞれ当接されている。
【００１８】
また、第１，第２の導光板２１，２２の両側には、キー溝２１ｃ，２２ｃが凹設されている。
【００１９】
このように、導光路２０は、その導光方向に沿って複数の導光板２１，２２が連設されて要部が構成されている。なお、第１の導光板２１の最小長さｄminは、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの入射光を色混合するに十分な光路長を確保できる長さである。
【００２０】
また、反射面３０は、光源ユニット１５及び導光路２０を収容するモジュール筐体３１に一体形成されている。具体的に説明すると、本実施形態において、モジュール筐体３１は、例えば、高い光反射性を有する白色系の樹脂材料を用いて成型された扁平且つ細長な略箱形形状をなすケースで構成され、内部に、光源ユニット１５及び導光路２０を一体的に収容する収容室３２を有する。このモジュール筐体３１の前面は開口されており、さらに、長手方向の両側壁３１ａの内面には、第１，第２の導光板２１，２２のキー溝２１ｃ，２２ｃに対応するキー３３ａ，３３ｂと、第２の導光板２２の出射面２２ｂに当接するキー３３ｃが突設されている。
【００２１】
そして、第２の導光板２２のキー溝２２ｃにキー３３ｂが嵌合されると共に第２の導光板２２の出射面２２ｂにキー３３ｃが当接されることによって、第２の導光板２２はモジュール筐体３１内で位置決め保持されている。また、第１の導光板２１のキー溝２１ｃにキー３３ａが嵌合されると共に、第２の導光板２２の入射面２２ａに出射面２１ｂが当接されることによって、第１の導光板２１はモジュール筐体３１内で位置決め保持されている。ここで、第１の導光板２１の入射面２１ａと、当該入射面２１ａに対向するモジュール筐体３１の側壁３１ｂとの間には所定の空隙が形成されており、この空隙に、光源ユニット１５が挟持されている。
【００２２】
また、第２の導光板２２の出射面２２ｂに対向するモジュール筐体３１の側壁３１ｃは、出射面２２ｂに対して離間されている。そして、この側壁３１ｃの内面は、出射面２２ｂからの出射光を反射して発光面９ａに導く反射面３０として設定されている。この反射面３０は、所定の仰角で傾斜する単一の平面で構成することも可能であるが、本実施形態において、反射面３０は、導光路２０の導光方向に対して異なる傾斜角で傾斜する複数の面部が連なった多面体で構成されている。具体的には、反射面３０は、例えば、導光路２０の導光方向に対して異なる仰角θ４〜θ６でそれぞれ傾斜した面部３０ａ１〜３０ａ３が連なった多面体で構成されている。
【００２３】
さらに、モジュール筐体３１には、当該モジュール筐体３１の前面開口部を閉塞するプリズムシート３５が配設されている。このプリズムシート３５は、複数の微細なプリズム３５ａが配列されたプリズム面を一方の面に有し、このプリズム面は、導光路２０及び反射面３０に対向されている。ここで、図１，２に示すように、本実施形態において、プリズムシート３５は、筐体２内に収容される４個の光源モジュール５の各モジュール筐体３１の前面開口部を一体的に閉塞する一枚のシートで構成されている。
【００２４】
このような構成において、図５に示すように、光源モジュール５の導光路２０では、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの出射光が第１の導光板２１の入射面２１ａに入射すると、その入射光は、第１，第２の導光板２１，２２内で全反射を繰り返しながら進行し、効率よく色混合される。
【００２５】
その過程において、入射光の一部は、第１の導光板２１の出射面２１ｂ或いは第２の導光板２２の入射面２２ａで反射されることによって導光路２０外に出射する。すなわち、導光路２０が第１，第２の導光板２１，２２で分割形成され、さらに、第１の導光板２１の出射面２１ｂ及び第２の導光板２２の入射面２２ａが仰角θ１〜θ３で傾斜する多面体で構成されているため、第１，第２の導光板２１，２２の連設部はハーフミラーとして機能し、この連設部において、入射光の一部が導光路２０外に出射する。また、導光路２０の終端である第２の導光板２２の出射面２２ｂに到達した光は、当該出射面２２ｂから出射する。
【００２６】
そして、第１，第２の導光板２１，２２の連設部で導光路２０外に出射した光は、プリズムシート３５に入射し、各プリズム３５ａの作用によって空気層１１に拡散される。また、出射面２２ｂから導光路２０外に出射した光は、反射面３０で反射された後、プリズムシート３５に入射し、各プリズム３５ａの作用によって空気層１１に拡散される（図２参照）。
【００２７】
ところで、本実施形態において、光源モジュール５の設計を行う際には、例えば、図７に示すシミュレーションが行われ、このシミュレーション結果に基づいて、出射面２１ｂ及び入射面２２ａの各面部の仰角θ１〜θ３が設定されると共に、反射面３０の各面部の仰角θ４〜θ６が設定される。このシミュレーションでは、例えば、光源モジュール５の前方に、第１，第２の導光板２１，２２の連設部からの出射光を受光する受光エリアＡ１と、第２の導光板２２の出射面２２ｂからの出射光を受光する受光エリアＡ２とがプリズムシート３５に沿って設定され、これら両受光エリアＡ１，Ａ２の光量（パワー）が計測される。そして、この計測結果に基づき、各仰角θ１〜θ３は、受光エリアＡ１，Ａ２の各トータル光量を等しくさせ、且つ、第１，第２の導光板２１，２２の連設部からの出射光を受光エリアＡ１に対して均一に分散させる角度に設定される。また、各仰角θ４〜θ６は、出射面２２ｂからの出射光を受光エリアＡ２に対して均一に分散させる角度に設定される。
【００２８】
そして、このように各仰角θ１〜θ６が設定された各光源モジュール５は、例えば、図２に示すように、第１，第２の導光板２１，２２の連設部及び反射面３０を、筐体２内で、互いに等間隔ｄ毎に配置させる位置に配列されている。
【００２９】
これにより、本実施形態のバックライト１では、例えば、４個の光源モジュール５を用いた簡単な構成で、それぞれパワーの等しい細長な８列の光源部を、筐体２の長手方向に沿う等間隔毎にそれぞれ配置したものと同等の効果を奏する。従って、発光面９ａでは、均斉度の高い白色光が得られる。ここで、図６にバックライト１の発光面９ａ上での輝度分布のシミュレーション結果を示す。この特性図からも明らかなように、本実施形態のバックライト１では、８０％以上の高い均斉度で発光面９ａを発光させることができる。
【００３０】
このような実施形態によれば、導光路２０を筐体２の背面に沿って形成することにより、バックライト１を厚さ方向に大型化させることなく、光路長を十分に確保することができる。そして、このように光路長が十分に確保された導光路２０に、各ＬＥＤ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの出射光を入射させることにより、各波長光を効率よく合成することができる。そして、導光路２０の終端（出射面２２ｂ）からの出射光を反射面３０で反射して発光面９ａ方向に拡散させることにより、導光路２０を筐体２の背面に沿って形成した場合にも、高い均斉度で発光面９ａを発光させることができる。加えて、第１，第２の導光板２１，２２を導光方向に連接して導光路２０を形成し、導光路２０で色合成した光を第１，第２の導光板２１，２２の連設部からも分割出射することにより、より高い均斉度で発光面９ａを発光させることができる。
【００３１】
この場合において、導光板２１の出射面２１ｂと導光板２２の入射面２２ａを異なる仰角θ１〜θ３の面部が連なる多面体で構成し、各仰角θ１〜θ３を適値に設定することにより、第１，第２の導光板２１，２２の連設部から出射する光の光量とその分布状態を容易にチューニングすることができる。また、反射面３０を異なる仰角θ４〜θ６の面部が連なる多面体で構成し、各仰角θ４〜θ６を適値に設定することにより、第２の導光板２２の出射面２２ｂから出射する光の分布状態を容易にチューニングすることができる。
【００３２】
さらに、導光路２０からの各出射光をプリズムシート３５によって拡散させることにより、より均斉度の高い光を発光面９ａで得ることができる。
【００３３】
ここで、上述の実施形態では、導光路２０を２つの導光板２１，２２で分割形成する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光路を３個以上の導光板で導光方向に分割してもよいことは勿論である。すなわち、例えば、図８に示すように、導光路２０を、第１〜第３の導光板２１〜２３で分割形成し、第１の導光板２１の出射面２１ｂと第２の導光板２２の入射面２２ａとの連設部に加え、第２の導光板２２の出射面２２ｂと第３の導光板２３の入射面２３ａとの連設部にハーフミラー構造を形成することも可能である。
【００３４】
なお、上述の実施形態では、互いに連設する導光板間の出，入射面及び反射面をそれぞれ３つの面部からなる多面体で構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、２つの面部、或いは４つ以上の面部からなる多面体で構成してもよいことは勿論である。
【００３５】
次に、図９，１０は本発明の第２の実施形態に係わり、図９は光源モジュールの要部断面図、図１０は光源モジュールにおける光の挙動を示す説明図である。なお、本実施形態は、導光路上で連設する導光板の各端面、及び反射面を、導光方向に湾曲する曲面でそれぞれ構成した点が、上述の第１の実施形態に対して主として異なる。その他、同様の点については、同符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図９，１０に示すように、本実施形態において、導光路第１の導光板２１の出射面２１ｂと第２の導光板２２の入射面２２ａは、それぞれ、導光路２０の導光方向に湾曲する半径ｒ１の曲面で構成されれている。この場合の半径ｒ１は、各導光板２１，２２の板厚をｔとするとｒ１≧ｔの範囲内で任意の値が設定可能であり、例えば、上述の第１の実施形態と同様のシミュレーションに基づき、受光エリアＡ１，Ａ２の各トータル光量を等しくさせ、且つ、第１，第２の導光板２１，２２の連設部からの出射光を受光エリアＡ１に対して均一に分散させる曲面の半径に設定される。
【００３７】
また、反射面３０は、例えば、導光路２０の導光方向に湾曲する半径ｒ２の曲面で構成されている。この場合の半径ｒ２は、例えば、上述の第２の実施形態と同様のシミュレーションに基づき、出射面２２ｂからの出射光を受光エリアＡ２に対して均一に分散させる角度に設定される。
【００３８】
このような実施形態によれば、上述の第１の実施形態で得られる効果に加え、互いに連設する導光板２１，２２間の出，入射面２１ｂ，２２ａをそれぞれ曲面で構成することにより、導光路２０の中途から出射する光を効率よく散乱させることができるという効果を奏する。さらに、反射面３０を曲面で構成することにより、導光板２２の出射面２２ｂから出射する光を効率よく散乱させることができるという効果を奏する。
【００３９】
尚、本発明は、上述の各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、適宜の手段を採用し得ることは云うまでもない。例えば、上述の第１の実施形態及び第２の実施形態の各構成を適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わり、バックライトの分解斜視図
【図２】同上、バックライトの要部断面図
【図３】同上、光源モジュールの分解斜視図
【図４】同上、光源モジュールの要部断面図
【図５】同上、光源モジュールにおける光の挙動を示す説明図
【図６】同上、バックライト表面の輝度分布を示す特性図
【図７】同上、導光板の端面形状を設計する際に行われる光量計測のシミュレーション方法を示す説明図
【図８】同上、光源モジュールの変形例を示す要部断面図
【図９】本発明の第２の実施形態に係わり、光源モジュールの要部断面図
【図１０】同上、光源モジュールにおける光の挙動を示す説明図
【符号の説明】
【００４１】
１…バックライト、２…筐体、５…光源モジュール、９ａ…発光面、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…発光ダイオード（光源）、１１…空気層、１５…光源ユニット、１６…ＬＥＤ基板、２０…導光路、２１…第１の導光板、２１ａ…入射面、２１ｂ…出射面、２１ｂ１〜２１ｂ３…面部、２２…第２の導光板、２２ａ…入射面、２２ａ１〜２２ａ３…面部、２２ｂ…出射面、３０…反射面、３０ａ１〜３０ａ３…面部、３１…モジュール筐体、３５…プリズムシート、３５ａ…プリズム
【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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