(57)【要約】【課題】  出光面の輝度が均一なバックライトユニットの提供。【解決手段】  光を放射する点光源１２０と、点光源１２０を中心とする同心円状に形成されたホログラムパターン１３０を備える導光板１１０と、を含む。ホログラムパターン１３０は、点光源１２０を中心とする同心円に内接する多角形に形成されることもある。このような構成によれば、ホログラムパターン１３０に入射される光の入射方位角を一定にできて導光板１１０の出光面１１２に放出される出射光の効率を上げられ、出光面１１２で均一な輝度を得られる。【選択図】      図６
2004214207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する点光源と、
前記点光源を中心とする同心円状に形成されたホログラムパターンを備える導光板と、
を含むバックライトユニット。
【請求項２】
前記ホログラムパターンは、前記導光板の底面またはそれと対向する上面のうち少なくとも何れか一面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記点光源は、前記導光板の角部に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項４】
前記角部は、面取り処理されていることを特徴とする、請求項３に記載のバックライトユニット。
【請求項５】
前記点光源は、前記導光板のエッジに設置されていることを特徴とする、請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記点光源と前記導光板との間には、前記点光源から放射された光を拡散させる拡散部材がさらに設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のバックライトユニット。
【請求項７】
光を放射する点光源と、
前記点光源を中心とする同心円に内接する多角形の回折格子を備える導光板と、
を含むバックライトユニット。
【請求項８】
前記回折格子は各辺の中心角が１０°以下の多角形であることを特徴とする、請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項９】
前記回折格子は正多角形であることを特徴とする、請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項１０】
前記回折格子は、前記導光板の底面またはそれと対向する上面のうち少なくとも何れか一面に形成されることを特徴とする、請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項１１】
前記点光源は、前記導光板の角部に設置されていることを特徴とする、請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項１２】
前記角部は面取り処理されていることを特徴とする、請求項１１に記載のバックライトユニット。
【請求項１３】
前記点光源は前記導光板のエッジに設置されていることを特徴とする、請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項１４】
前記点光源と前記導光板との間には、前記点光源から放射された光を拡散させる拡散部材がさらに設けられていることを特徴とする、請求項１３に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】
本発明はバックライトユニットに関し、特に導光板（ＬＧＰ：Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ Ｐａｎｅｌ）を使用するエッジ発光型バックライトユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のような受光型平板表示素子は、それ自体が発光して画像を形成できず、外部から光が入射されて画像を形成するので、暗い所では画像を観察できない。したがって、受光型平板表示素子の背面には、光を照射するバックライトユニットが設置されている。
バックライトユニットは、光源の配置形態によって、直下発光型と、エッジ発光型とに分類される。エッジ発光型は、光源として線光源と点光源とを使用できる。代表的な線光源としては、両端部の電極が管内に設置される冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）がある。代表的な点光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）がある。ＣＣＦＬは、強い白色光を放出でき、高輝度と高均一度とが得られ、大面積化設計が可能であるという長所があるが、高周波交流信号によって作動し、作動温度範囲が狭いという短所がある。ＬＥＤは、輝度及び均一度の側面でＣＣＦＬに比べて性能が落ちるが、直流信号によって作動し、寿命が長くて作動温度範囲が広く、薄形化が可能であるという長所を有する。
【０００３】
図１は、点光源を使用する従来のエッジ発光型バックライトユニットの概略的な斜視図であり、図２は、図１に示すエッジ発光型バックライトユニットの断面図である。図１を見れば、導光板１０のエッジ１１に点光源として３つのＬＥＤ２０が設置される。導光板１０の底面にはＬＥＤ２０から入射された光を出光面１２に放出させるためのホログラムパターン３０が形成されている。導光板１０の図中上方には、出光面１２から出てくる光を拡散させる拡散板（図示せず）と、拡散されて出てくる光の出光面１２に垂直な法線方向の輝度を向上させるためのプリズム板（図示せず）と、がさらに備わる。
【０００４】
ＬＥＤ２０は、図３に示すように±９０°範囲に光を放射する。ＬＥＤ２０から放出された光は、エッジ１１を通じて導光板１０に入射されてホログラムパターン３０に入射される。ホログラムパターン３０は、光軸２１に直角方向に形成された回折格子構造として入射された光を面光に変換させて導光板１０の上面である出光面１２に放出させる。ホログラムパターン３０は、光がホログラムパターン３０と９０°角度に入射される場合に最高の効率で光を放出できる。また、ホログラムパターン３０に入射される光の入射方位角の分布が小さいほど出光面１２での均一な輝度を得られる。出光面１２の輝度が均一でなければ画面がにムラが見える。約１ｃｍ程度の狭い範囲では０.９程度の輝度変化がムラと感知されるが、画面の中央部から先端部まで緩慢に輝度変化がある場合には０.８程度であってもムラつきは感知されない。したがって、０.８以上の輝度均一度が要求され、良質の画質を得るためには０．９以上の輝度均一度が要求される。
【０００５】
図４は、図１に示す従来のバックライトユニットによる出光分布を示す図面であって、導光板１０をＬＥＤ２０が設置されたエッジ１１から順に入光部４０、中央部５０、対光部６０の３領域に分けて出光面１２に放出される光の出光分布が示されている。図４を見れば、入光部４０に比べて中央部５０と対光部６０で広い出光分布を有する。
図５は、図１に示すエッジ発光型バックライトユニットによる出光面１２での輝度を示すグラフである。縦軸は、輝度を示し、横軸は出光面１２での光出射角を半値角（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）として示したものである。３つの曲線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、左側から各々入光部４０、中央部５０、対光部６０の輝度を示すものである。図５を見れば、入光部４０の輝度が中央部５０と対光部６０との輝度よりさらに高いということが分かる。半値角も、入光部４０では２０°／２０°であるが、中央部５０と対光部６０とでは２０°／３５°でさらに広く表れる。２０°／３５°で前の２０°と後の３５°とは、各々図４でＸ方向とＹ方向との半値角を示したものである。
【０００６】
このように輝度が不均一なのは、ホログラムパターン３０に入射される光の入射方位角の分布が入光部４０、中央部５０、対光部６０で各々異なって、ホログラムパターン３０による光放出効率と出射光の出射方位角の分布とが３領域で各々異なるためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題点を解決するために創出されたものであって、導光板の内部からホログラムパターンに入射される光の入射方位角の分布を減らせるように改善されたバックライトユニットを提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明のバックライトユニットは、光を放射する点光源と、前記点光源を中心とする同心円状に形成されたホログラムパターンを備える導光板と、を含む。このホログラムパターンにより光が出光面に垂直な方向に放出されるので、プリズム板を設ける必要がなくなり、光効率を高めることができる。
前記ホログラムパターンは、前記導光板の底面またはそれと対向する上面のうち少なくとも何れか一面に形成されることが望ましい。
【０００９】
前記点光源は、前記導光板の角部に設置されることがあり、前記導光板のエッジに設置されることもある。導光板の角部に点光源を設ける場合には、その角部を面取りしておくと好ましい。入光面を形成でき、導光板から出射される光の輝度を均一化しやすくなる。さらに、エッジに設置する点光源と導光板との間には、点光源からの光を拡散させる拡散部材を設けるとよい。エッジの全域に光を入射し、出光面で均一な輝度分布を得られやすい。
【００１０】
また、本発明の他の特徴によるバックライトユニットは、光を放射する点光源と、
前記点光源を中心にする同心円に内接する多角形の回折格子を備える導光板と、を含む。回折格子の各辺の中心角が１０°以下が好ましく、中心角が小さいほど回折格子が同心円状に近づく。同心円状に近づくほど、回折光の光損失が少なくなり、出光面での輝度分布が均一化する。
【００１１】
前記回折格子は、前記導光板の底面またはそれと対向する上面のうち少なくとも何れか一面に形成されることが望ましい。
前記点光源は、前記導光板の角部に隣接するように設置されることがあり、前記導光板のエッジに隣接するように設置されることもある。導光板の角部に点光源を設ける場合には、その角部を面取りしておくと好ましい。入光面を形成でき、導光板から出射される光の輝度を均一化しやすくなる。さらに、エッジに設置する点光源と導光板との間には、点光源からの光を拡散させる拡散部材を設けるとよい。エッジの全域に光を入射し、出光面で均一な輝度分布を得られやすい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるバックライトユニットによれば、ホログラムパターンに入射される光の入射方位角を一定にできて出光面に放出される出射光の効率を上げられ、出射光の出射方位角の分布を均一にできて出光面で均一な輝度を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しつつ本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図６は、本発明によるバックライトユニットの一実施例を示す平面図である。
図６を見れば、導光板１１０の角部に点光源としてＬＥＤ１２０が設置される。
導光板１１０は、光を透過させうる透光性材料で製作されるが、一般的には屈折率が１.４９、比重が１.１９程度であるアクリル系透明樹脂（ＰＭＭＡ）が使用され、軽量化のために比重が１.０であるオレフィン系透明性樹脂が使用されることもある。導光板１１０の厚さは、通常２〜３ｍｍ程度であり、重量を減らすために光が入射されるエッジから遠ざかるほど厚さが徐々に薄くなる楔型を使用することもある。導光板１１０のサイズは、出光面１１２側に設置される画像表示装置（図示せず）、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のサイズに左右される。
【００１４】
ＬＥＤ１２０は、点光源の一例であって、図３に示すように光軸を中心に±９０°範囲に光を放出する。この時、光の強度の最大値（Ｉｍａｘ）の半分に該当する強度（Ｉｍａｘ／２）の光が放出される角度を半値角とすると、ＬＥＤの場合には通常半値角が約±４５°程度となる。ＬＥＤ１２０は、例えば、１チップ２ＬＥＤタイプまたは２チップ１ＬＥＤタイプを使用でき、要求される照度によって適切なＬＥＤを使用できる。
【００１５】
ＬＥＤ１２０は、導光板１１０の角部に設置される。この時、角部は図６に示すように面取りし、ＬＥＤ１２０は面取りによって形成された入光面１１１に光を入射できるように設置されることが望ましい。
導光板１１０には、ホログラムパターン１３０が形成される。ホログラムパターン１３０は、ＬＥＤ１２０から放射されて導光板１１０に入射された光を回折させて出光面１１２に放出させる回折格子であって、ＬＥＤ１２０を中心にする同心円をなしつつ導光板１１０の底面に形成される。ホログラムパターン１３０の下側にはホログラムパターン１３０によって回折された光を上方に反射させる反射板（図示せず）がさらに備わる。回折格子は、周期が２μｍ以下であることが望ましく、例えば、周期０.４μｍ、深さ０.２μｍ程度に形成されうる。周期は、同心円間の間隔である。回折格子の周期と深さとは、前述した値に限定されず、出光面１１２での出光分布を均一にするために適切に調節されうる。ホログラムパターン１３０は、底面と対向する上面に形成されることもある。
【００１６】
図７は、本発明によるバックライトユニットの他の実施例１を示す平面図である。図７を見れば、ＬＥＤ１２０が導光板１１０の左側エッジ１１３に設置されている。ＬＥＤ１２０は、導光板１１０の他のエッジに設置されることもある。ホログラムパターン１３０は、前述したように回折格子であって、ＬＥＤ１２０を中心にする同心円をなしつつ導光板１１０の底面及び／または底面と対向する上面に形成される。ＬＥＤ１２０と導光板１１０との間には、ＬＥＤ１２０から放射された光を拡散させる拡散部材１５０がさらに備わりうる。拡散部材１５０は、例えば、凹レンズを使用でき、ＬＥＤ１２０から放射された光を拡散させて最大限導光板１１０のエッジ１１３の全域に光を入射させる。
【００１７】
さて、前述した実施例による作用効果を説明する。
ＬＥＤ１２０から放射された光は、入光面１１１を通じて導光板１１０に入射されて放射形に進む。導光板１１０内で光はホログラムパターン１３０のために回折され、再び反射板（図示せず）によって反射されて出光面１１２に放出される。導光板１１０の上方には、出光面１１２から出てくる光が均一な強度に放出されるように拡散させる拡散板（図示せず）がさらに備わり、拡散板を通過した光はその上方に位置する、例えば、液晶表示装置（図示せず）のような平板表示装置に入射される。
【００１８】
ホログラムパターン１３０は、光がホログラムパターン１３０と９０°の角度をなしつつ入射される時に最高の効率に回折させて放出する。前述した実施例で、ホログラムパターン１３０は、ＬＥＤ１２０を中心に同心円形状に形成されており、導光板１１０内の任意の点でホログラムパターン１３０に入射される光の入射方位角Ａは、約９０°と一定である。したがって、ホログラムパターン１３０は、最大の効率に光を回折させて出光面１１２に放出できる。また、出光面１１２に放出される光の出射方位角も出光面１１２に対して８０°以上、望ましくは、約９０°をなして一定になるので、出射される光の強度を容易に調節でき、出光面１１２での輝度を均一にできる。
【００１９】
図１に示す従来のバックライトユニットは、出光面１２から放出された光を拡散させる拡散板（図示せず）と、拡散されて出てくる光の法線方向の輝度、すなわち、出光面１１２に対して９０°方向の輝度を向上させるためのプリズム板（図示せず）と、をさらに備えることが通常である。プリズム板は、通常２枚が使用され、各プリズム板のプリズムパターンは、互いに直交されるように形成されている。しかし、前述した実施例によれば、出光面１１２に放出される光が出光面１１２に対して９０°に近い角度に放出されるので、プリズム板を備える必要がない。したがって、光がＬＥＤ１２０から放射されて平板表示装置まで到達する過程で通過される媒質の数を減らせる。それにより、各媒質に吸収される光量が減って光利用の効率を上げられる。
【００２０】
図８は、本発明によるバックライトユニットのさらに他の実施例２を示す斜視図である。
図８を見れば、導光板２１０の角部に点光源としてＬＥＤ２２０が設置され、導光板２１０の底面にはホログラムパターン２３０が形成される。ホログラムパターン２３０は、底面と対向する上面に形成されることもある。ホログラムパターン２３０の下側には光を反射させる反射板（図示せず）がさらに備わりうる。
【００２１】
導光板２１０は、例えば、図６に示す導光板１１０のようにアクリル系透明樹脂（ＰＭＭＡ）やオレフィン系透明樹脂のように光を透過させる透光性材料で製作されうる。角部は、図８に示すように面取りし、ＬＥＤ２２０は、これにより形成された入光面２１１に光を入射できるように設置されることが望ましい。
ホログラムパターン２３０は、ＬＥＤ２２０から放射されて導光板２１０に入射された光を回折させて変換して出光面２１２に放出させるものであって、回折格子がＬＥＤ２２０を中心にする同心円に内接する多角形に形成されたものである。回折格子は、全ての辺の中心角が同じ正多角形に形成されうる。また、回折格子は、各辺の中心角が相異なる多角形に形成されることもある。
【００２２】
本実施例の回折格子は、各辺の中心角Ｂが１０°である正多角形である。この場合には、導光板２１０の内部の全領域でホログラムパターン２３０に入射される光の入射方位角の分布は、ホログラムパターン２３０に対して９０°±５°の範囲を有する。中心角Ｂが小さいほどホログラムパターン２３０に入射される光の入射方位角の分布も小さくなって図６に示すようなＬＥＤ１２０を中心にする同心円形状に近づく。
【００２３】
回折格子の形状を正多角形にするか否かと中心角をいくらにするかということは、出光面２１２で要求される輝度均一度と光利用の効率とを考慮して適切に決定されうる。
多角形の回折格子の場合にも、図９に示す他の実施例３のように、ＬＥＤ２２０を導光板２１０のエッジ方向に設置することもあり、ＬＥＤ２２０と導光板２１０間には光を拡散させる凹レンズのような拡散部材２５０がさらに備わりうる。
【００２４】
図１０ないし１２は、図８に示す実施例で導光板を３領域２１０Ａ,２１０Ｂ,２１０Ｃに分けて各領域の出光面での輝度分布を測定したグラフである。図１０ないし図１２は、拡散板（図示せず）を通過させる前の輝度分布である。図１０ないし図１２を見れば、輝度分布が各グラフの中央部に集中されており、領域によって差がほとんどないことが分かる。これはホログラムパターン２３０に入射される光の入射方位角が出射光の方位角がほぼ９０°に集中されていることを意味する。したがって、出光面２１２に拡散板を設置すれば、出光面２１２の全領域でほとんど均一な輝度分布を得られる。
【００２５】
本発明は、前記に説明され、かつ図面に例示すことによって限定されず、特許請求の範囲内でさらに多くの変形及び変容例が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は受光型平板表示装置を照明するためのバックライト装置、特にエッジ発光型バックライト装置に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】点光源を使用する従来のエッジ発光型バックライトユニットの概略的な斜視図である。
【図２】図１に示すエッジ発光型バックライトユニットの断面図である。
【図３】ＬＥＤから放出された光の方位角を示すグラフである。
【図４】図１に示す従来のバックライトユニットによる出光分布を示す図面である。
【図５】図１に示す従来のバックライトユニットによる出光面での輝度を示すグラフである。
【図６】本発明によるバックライトユニットの一実施例を示す斜視図である。
【図７】本発明によるバックライトユニットの他の実施例１を示す平面図である。
【図８】本発明によるバックライトユニットの他の実施例２を示す斜視図である。
【図９】本発明によるバックライトユニットの他の実施例３を示す平面図である。
【図１０】図８に示す実施例で導光板を３領域に分け、領域２１０Ａの出光面での輝度分布を測定したグラフである。
【図１１】図８に示す実施例で導光板を３領域に分け、領域２１０Ｂの出光面での輝度分布を測定したグラフである。
【図１２】図８に示す実施例で導光板を３領域に分け、領域２１０Ｃの出光面での輝度分布を測定したグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１１０  導光板
１１１  入光面
１１２  出光面
１２０  ＬＥＤ
１３０  ホログラムパターン
【図１】
2004214207.tif 000003
【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】
2004214207.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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