(57)【要約】【課題】導光板の裏面に配設した光源によって導光板全体を発光させて液晶等の表示部を照明する構造のバックライトユニットにおいて、光源から発せられる光の拡散を促進させることによって、光源の中心部とその周辺部とを輝度差を解消し、導光板全体に亘って均一に発光させることができるバックライトユニットを提供することである。【解決手段】互いに対向する光入射面２８ａと光出射面２８ｂとを有し、光拡散剤若しくは白色着色剤を混入した導光板２５と、前記光入射面２８ａの直下に発光面を上に向けて配設される少なくとも一以上のＬＥＤ２４とを備えたバックライトユニット２１において、前記導光板２５は、前記発光面と対向する光入射面２８ａに前記ＬＥＤ２４の光放射方向に向かってテーパ状に凹設した受光溝３１と、この受光溝３１を中心にして放射状に延びる複数の導光溝３２を設けた。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する光入射面と光出射面とを有し、光拡散剤若しくは白色着色剤を混入した導光板と、前記光入射面の直下に発光面を上に向けて配設される少なくとも一以上の光源とを備えたバックライトユニットにおいて、前記導光板は、前記発光面と対向する光入射面に前記光源の放射方向に沿ってテーパ状に凹設した受光溝と、この受光溝を中心にして放射状に延びる複数の導光溝を設けたことを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記受光溝及び導光溝は、断面が三角形状又は半円形状に形成される請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記導光溝は、導光板の角部方向に向かって延びる請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項４】
前記光源と対向する光入射面には、前記導光溝によって、発光面に対向する平面受光部とこの平面受光部の外周から上方にテーパ状に傾斜した傾斜受光部とからなる受光突部が形成される請求項１記載のバックライトユニット。
【請求項５】
前記平面受光部の外形形状は、前記光源より放射される必要な光射量に相当する放射角度の光が前記平面受光部に相当する位置に投影される投影形状の外形形状に等しいか、または小さく設定される請求項４記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記傾斜受光部の傾斜角は、前記光源より前記受光突部に向かう放射角度に等しいか、または大きな角度に設定される請求項４記載のバックライトユニット。
【請求項７】
前記平面受光部の表面に光拡散加工が施される請求項４又は５記載のバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルを備えた時計や携帯電話など小型の電子機器に組み込まれ、前記液晶表示パネル面を照明するバックライトユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型化及び薄型化する携帯電話機やパソコン等の電子機器の表示装置に液晶表示パネルが一般的に使用されている。また、前記携帯電話機のように夜間で使用する場合や、パソコンなどのように画面に現れる文字やグラフィック等を鮮明に表示させるために、前記液晶表示パネルの背後には光源を備えたバックライトユニットが設けられている。
【０００３】
前記光源は、一般的に放電管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の線状あるいは点状光源が使用されている。このような光源を前記液晶表示パネルの背後に直接配設すると、この光源の中心部が明るく、中心部から離れるにしたがって暗くなるといった輝度のバラツキが生じてしまう。このため、前記光源の上に光拡散作用を有する導光板を組み合わせたバックライトユニットが用いられている。
【０００４】
前記構造によるバックライトユニットの例として、例えば特許文献１又は特許文献２に記載のものが知られている。この例は、図１０に示すように、枠体２の上部に保持された液晶表示パネル３の下部にバックライトユニット１を設けた構造のもので、このバックライトユニット１は、光源であるＬＥＤ４と、このＬＥＤ４で発した光を液晶表示パネル３の裏面側に導くための導光板５と、この導光板５の上面に配置された拡散シート６とを備えたものである。前記導光板５は、透明なアクリル板によって形成されており、その下面には回路基板１１に実装されたＬＥＤ４の上方を覆う凹部１２が形成されている。
【０００５】
前記ＬＥＤ４から導光板５の下面に向かって放射された光は、導光板５内に入射したのち、そのまま水平方向に拡散されて上方の液晶表示パネル３を背面側から照射する。そして、導光板５内を光が進むときに前記導光板５の上面に配置された拡散シート６によって光の拡散や反射が繰り返され、導光板全体の輝度が高められると共に輝度ムラが抑えられるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１５４１９３号公報
【特許文献２】
特開平８−１３６９１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１０に示したような、導光板５の直下にＬＥＤ４を配設したような構造のバックライトユニット１にあっては、前記ＬＥＤ４から発せられる光を導光板５によって全体に拡散させることができるので、前記ＬＥＤ４から離れた液晶表示パネル３の端部における視認性を向上させることができる。しかしながら、前記導光板５を配設しても、ＬＥＤ４が配設された発光中心部が高輝度で、周辺部に行くにしたがって次第に輝度が低下するといった輝度バラツキが依然として存在する。このため、液晶表示パネル３に表れる表示物を最適な状態で表示させるために、ＬＥＤ４の発光光量を随時調整しながら全体の輝度を調整しなければならない。従来、このような輝度バラツキを改善する手段としては、液晶表示パネル３のサイズに応じてＬＥＤ４の配設個数を多くするか、導光板に混入させる光拡散剤や白色着色剤の量を調整するなどの方策がとられていたが、部品点数の増加や導光板を製造する作業工数の増加に伴って製品コストが高くなるといった問題が発生していた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、導光板の裏面に配設した光源によって導光板全体を発光させて液晶等の表示部を照明する構造のバックライトユニットにおいて、光源から発せられる光を効率よく導いて、導光板の隅々にまで光を行き渡らせることができると共に、輝度ムラを抑えたバックライトユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るバックライトユニットは、互いに対向する光入射面と光出射面とを有し、光拡散剤若しくは白色着色剤を混入した導光板と、前記光入射面の直下に発光面を上に向けて配設される少なくとも一以上の光源とを備えたバックライトユニットにおいて、前記導光板は、前記発光面と対向する光入射面に前記光源の放射方向に沿ってテーパ状に凹設した受光溝と、この受光溝を中心にして放射状に延びる複数の導光溝を設けたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、導光板の光入射面側に、前記光源の放射方向に沿ってテーパ状に凹設した受光溝を設け、さらに、この受光溝を中心にして放射状に延びる導光溝を複数設けているので、光源の中心部から発せられる強い光を前記受光溝に分散して入射させることができると同時に、この受光溝からは複数の導光溝を介して周囲に広く拡散させることができる。このため、導光板下の光源が配設された発光中心と、その周辺部及び端部に至るまでの輝度を略等しくさせることができ、前記導光板の光出射面上に配設される液晶表示パネル全面を均一且つ明るく照明させて視認性を高めることができる。また、前記受光溝及び導光溝は金型を使用して成型や切削加工することで、所定の深さ及び幅に容易に成形することができる。
【００１１】
また、前記受光溝及び導光溝は、その断面形状を三角形状や半円形状に形成することで、光源の発光特性や配設位置に適した受光及び導光効果を得ることができる。
【００１２】
また、前記導光溝を導光板の角部方向に延ばすことで、前記受光溝を中心にして入射させた強い光を放射状に導光板の端部にまで素早く導くことができる。また、前記導光溝内での光の導光作用に加えて、この導光溝の周囲にも光が拡散されるので、導光板全体に光を行き渡らせることができる。
【００１３】
また、受光溝を設けることによって、光源と対向する光入射面には、発光面に対向する平面受光部とこの平面受光部の外周から上方にテーパ状に傾斜した傾斜受光部とからなる受光突部が形成されるので、光源から発せられる光をその放射角に沿って効率よく導光板の上面に向けて拡散させることができる。
【００１４】
また、前記平面受光部は、受光突部を照射するために必要な光源からの最大放射範囲の内側に位置されることによって、光源の発光中心部から発せられる強い光を前記平面受光部ばかりでなく、傾斜受光部にも回り込ませて照射することができる。
【００１５】
また、前記傾斜受光部の傾斜角を前記光源の最大放射角と同じか、それ以上の角度に設定することによって、光源から照射される光の傾斜受光部に入射させる光量を多くすることができる。これによって、光源から外れた周辺部にまで光を効率よく導光させることができる。
【００１６】
また、前記平面受光部の表面に梨地処理若しくは波型状のような光拡散処理を施すことによって、この平面受光部への光の集中を抑え、周囲への光拡散効果を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係るバックライトユニットを詳細に説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態のバックライトユニット２１は、回路基板３０上に所定間隔ごとに実装される光源（ＬＥＤ２４）と、このＬＥＤ２４の上方に配設される導光板２５とで構成される。そして、このバックライトユニット２１は、内部が凹設された枠体２２に収容された後、前記導光板２５の上面に拡散シート２６を挟んで液晶表示パネル２３を配設することで、携帯電話や時計に組み込み可能な液晶表示装置が形成される。
【００１９】
前記導光板２５は、透光性を有するアクリル樹脂で所定厚みに形成され、上面が液晶パネル等の表示体に対向する光出射面２８ｂ、下面が光源から発せられる光を受ける光入射面２８ａとなっている。また、この導光板２５の内部には光の拡散効果を高めるための光拡散剤や白色着色剤が混入されている。この導光板２５は、図１に示されるように、回路基板３０上に実装されたそれぞれのＬＥＤ２４を中心とする３つの導光領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃを有している。そして、前記各導光領域には、図３に示すように、ＬＥＤ２４と対向する面に発光中心２４ａから発せられる光の放射方向に沿った円軌道状の受光溝３１と、この受光溝３１の外周部からそれぞれの導光領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃの端部に向けて放射状に延びる複数の導光溝３２が設けられる。なお、前記光入射面２８ａとＬＥＤ２４との間に一定の間隔をおいて支持するために、前記導光板２５の下面の外周部に一定の高さの縁部３３が設けられている。
【００２０】
前記受光溝３１は、導光板２５の下面をＬＥＤ２４から発せられる光放射角（ＬＥＤ２４の発光中心２４ａから上方に向けて放射状に広がる角度）に沿って切り込まれ、断面を三角形状に凹設して形成されたものである。図４は、前記受光溝３１によって形成された受光突部２７の断面形状を示したものである。この受光突部２７は、円錐台形状をしており、底面がＬＥＤ２４の発光面と対向する平面受光部３１ａで、この平面受光部３１ａの外周から上方にテーパ状に傾斜した側面が傾斜受光部３１ｂとなっている。前記平面受光部３１ａは、ＬＥＤ２４の発光面と略同じ広さの円形面に形成される。また、傾斜受光面３１ｂは、前記平面受光部３１ａの外周から放射状に広がりながら導光板２５の厚みの略半分の深さに形成される。
【００２１】
前記傾斜受光部３１ｂの開き角Ｐは、図５に示すように、前記受光突部２７を照射するのに十分な照射量が得られるＬＥＤ２４の放射角Ｑに等しいか、または、それ以上の開き角に設定するのが好ましい。図７に示したＬＥＤの指向特性図からわかるように、放射角が広がるにしたがって相対輝度は低下し、７０度で２０％となり、９０度ではゼロとなる。このことから、前記ＬＥＤ２４によって発光正面方向に対して有効な照射量が得られる放射角Ｑは、本実施形態では相対輝度が２０％以上確保可能な７０度とした。なお、前記図７に示した指向特性図は、０度（発光中心）から９０度までの相対輝度示したものであるため、本実施形態のＬＥＤ２４にあっては、放射角Ｑは２倍の１４０度となる。したがって、前記傾斜受光部３１ｂの開き角Ｐは、１４０度を越えた１４４度に設定した。
【００２２】
一方、前記平面受光部３１ａについては、図６に示すように、外径ｄを前記ＬＥＤ２４の放射角Ｑ内で投影される外径ｃに等しいか、または、それ以下に設定するのがＬＥＤ２４から放射される光の集中を避ける上で好ましい。本実施形態では、前記外径ｃが１．１ｍｍに対して、外径ｄを１．０ｍｍ程度に設定した。なお、本実施形態では、平面受光部３１ａを平坦面としたが、梨地または波形等の凹凸面に表面加工することによって、発光中心部での集光性を弱めて前記傾斜受光部３１ｂに沿った拡散効果を高めることができる。
【００２３】
次に、前記受光突部２７における受光及び導光作用について説明する。前記ＬＥＤ２４の発光正面に位置する平面受光部３１ａは、ＬＥＤ２４からの光放射量が最も多い。このため、前記平面受光部３１ａを集中的に照射するが、この平面受光部３１ａを前記ＬＥＤ２４の放射角Ｑ内に入るように小さくすることによって、前記傾斜受光部３１ｂに回り込む光量が増える。これによって、前記平面受光部３１ａへの照射光量が制限され、逆に傾斜受光部３１ｂでは照射量が増えることから、後述する導光溝３２に向けて反射あるいは拡散効果が高まり、導光板２５における輝度ムラを低減することができる。
【００２４】
また、前記受光突部２７を形成するために設けた受光溝３１からは、図１及び図３に示したような導光溝３２が形成される。この導光溝３２は、前記受光溝３１の外周部から前記縁部３３や各導光領域２５ａ，２５ｂ，２５ｃの角部に向かって放射状に延ばして形成され、導光板２５の下面を前記受光溝３１と同じように断面が三角形状に切り込み形成される。本実施形態では、前記受光溝３１及び導光溝３２を図８（ａ）に示すような断面を三角形状にして、ＬＥＤ２４から放射状に発せられる光の放射角に沿って受光させるようにした。これに対して、図８（ｂ）に示すような断面が半円形状に形成しても同様な効果が得られる。特に、前記受光溝３１及び導光溝３２の断面を半円形状にした場合は、ＬＥＤ２４から発せられる光の反射が抑えられることから、導光板２５内に効率よく光を取り込むことができる。なお、前記受光溝３１及び導光溝３２は、導光板２５の裏面側を切削することによって容易に成形することができる。
【００２５】
前記受光溝３１及び導光溝３２は、あまり深く且つ鋭角に設定しすぎると導光板２５の強度が弱くなるため、導光板２５の厚みの１／２程度までに設定するのが好ましい。本実施形態では、厚みが２．５５ｍｍの導光板２５に対して１．５５ｍｍ程度に設定した。なお、前記導光溝部３１の大きさや傾斜角は、搭載するＬＥＤが有する指向特性や導光板の厚み等に応じて適宜設定することができる。
【００２６】
本発明のバックライトユニット２１は、前述した受光溝３１及び導光溝３２を設けた導光板２５を備えることによって、ＬＥＤ２４の発光中心２４ａから上方へ発せられる光は、平面受光部３１ａと傾斜受光部３１ｂとに入射される。そして、前記平面受光部３１ａに入射された光は、そのまま導光板２５内を上方に向かいながら拡散していく。一方の傾斜受光部３１ｂに向けて入射された光は、その傾斜面に沿って導かれ受光溝３１近辺に拡散される。これによって、ＬＥＤ２４の発光中心部とその周辺部から導光板２５全体に徐々に光を拡散されていくことができる。また、前記受光溝３１を中心として放射状に広がる導光溝３２を設けているため、導光板２５の隅々にまで十分光を拡散させて全体を均一に発光させることができる。さらに、前記導光板２５は、図１及び図２に示したように、枠体２２内に嵌め込み形成されているため、ＬＥＤ２４から発せられて導光溝３２内を導光した光が枠体２２の壁面での反射を繰り返す。このような光の反射作用の繰り返しによって、導光板２５内をさらに明るく且つムラなく照明することができる。
【００２７】
前記第１実施形態のバックライトユニット２１では、導光溝３２が受光溝３１を中心とした一つの導光領域内で対角線上に形成したが、図９に示す第２実施形態のバックライトユニット４１は、前記対角線上に形成された導光溝３２の間に新たな導光溝３４を追加形成した。このように、前記ＬＥＤ２４から発せられる光を受けた受光溝３１を中心にして、前記導光溝３２，３４を多く形成することで、導光板４５の発光中心部とその周辺部の輝度差をさらに小さく抑えることができる。
【００２８】
なお、本実施形態のバックライトユニットでは、導光板２５をアクリル樹脂で形成したが、透光性や受光溝及び導光溝を形成するのに適した成形性を有するものであれば、上記アクリル樹脂以外にポリカーボネイト樹脂やポリスチレン樹脂等も用いることができる。
【００２９】
また、光源となるＬＥＤ２４の配設数も３個構成に限らず、導光板のサイズや必要とされる光量に応じて適宜設定することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るバックライトユニットによれば、導光板の光入射面に光源からの放射方向に沿って凹設した受光溝を設けると共に、この受光溝を中心にして導光板面を放射状に広がる導光溝を複数設けたので、光源の真上近辺を頂点とした輝度分布を平坦化させることができるようになった。これによって、従来の導光板の直下に光源を配設しただけの構造のバックライトユニットにおいて生じていた発光中心部とその周辺部との間の輝度差を解消することができるようになった。
【００３１】
また、前記受光溝及び導光溝は、成型あるいは切削によって容易且つ精度よく形成できるため、同一の光拡散特性を備えた導光板の量産化が可能である。
【００３２】
また、前記受光溝及び導光溝の断面形状を三角形状又は半円形状の断面に切削加工することで容易に形成可能である。このため、光源の指向特性に合わせた導光作用を持たせた導光板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のバックライトユニットを組み込んだ液晶表示装置の平面図である。
【図２】上記図１の液晶表示装置のＡ−Ａ断面図である。
【図３】上記バックライトユニットの組立斜視図である。
【図４】上記バックライトユニットを構成する導光板の受光突部の要部断面図である。
【図５】傾斜受光部の開き角とＬＥＤの光放射角との関係を示す図である。
【図６】平面受光部の外径サイズとＬＥＤの光放射角との関係を示す図である。
【図７】一般的なＬＥＤの指向特性を示す図である。
【図８】導光溝の形状例を示す断面図である。
【図９】第２実施形態のバックライトユニットの組立斜視図である。
【図１０】従来のバックライトユニットを組み込んだ液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
２１，４１  バックライトユニット
２４  ＬＥＤ（光源）
２５，４５  導光板
２７  受光突部
２８ａ  光入射面
２８ｂ  光出射面
３０  回路基板
３１  受光溝
３１ａ  平面受光部
３１ｂ  傾斜受光部
３２，３４  導光溝
【図１】
2005038643.tif 000003
【図２】
2005038643.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005038643.tif 000006
【図５】
2005038643.tif 000007
【図６】
2005038643.tif 000008
【図７】
2005038643.tif 000009
【図８】
2005038643.tif 000010
【図９】
2005038643.tif 000011
【図１０】
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