JP2007018943A - ランプユニット及びバックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色ムラがない均一な白色光を得ることができるランプユニット及びバックライト装置の提供を目的としている。
【解決手段】本発明のランプユニット１０は、バックライト光源の一部を形成する導光板２０の結像面２０ｃと対向して配置され、赤、緑、青色の光をそれぞれ発する少なくとも１つの発光手段１１，１２，１３と、発光手段１１，１２，１３から発せられる光を所定の屈折率をもって導光板２０の結像面２０ｃに結像させるレンズ部１８とを備え、レンズ部１８は、赤、緑、青色の各光をそれぞれ結像面２０ｃ上における同一の結像領域Ｒ全体にわたって略均一に拡散させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、透過型画像装置のバックライト光源を形成する為のランプユニット及びバックライト装置に関する。

近年、携帯電話、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラの表示画面、パソコン用の液晶ディスプレイ、液晶テレビなどとして、カラー液晶パネルが広く使用されるようになっている（例えば特許文献１参照）。液晶パネルは、自発光せず、バックライトの透過光量を画素毎に変えることにより画像を出しており、その色再現性の良否は、バックライトがどの程度広い色度数をもっているかによって決定される。特に、赤（Ｒ)、緑（Ｇ)、青（Ｂ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）の３色混合を用いたカラー液晶パネルにおいては、良好な色再現性を得ることができる。

図５に示されるように、ＬＥＤの３色混合を用いたバックライトは、基本的に、図示しない液晶表示部の大きさを有する矩形板状の導光板１００と、ＬＥＤから成る光源装置（発光手段）１０２とを有している。所謂サイドライト方式の場合、光源装置１０２の赤色ＬＥＤ１０２ａ、緑色ＬＥＤ１０２ｂ、青色ＬＥＤ１０２ｃは、導光板１００の側端面１００ａに沿ってそれぞれ配置される。各ＬＥＤ１０２ａ〜１０２ｃから出射された光は、結像面を形成する導光板１００の側端面１００ａから入射して導光板１００内で反射によりその進行方向を変えて導光板１００の主面１００ｂから出射されるようになっている。 導光板１００の主面１００ｂと反対側の背面には反射板１０４が配置されており、この反射板１０４により、導光板１００の主面１００ｂから背面側に出射された光を反射して、主面１００ｂ側に光を向けることができる。また、導光板１００の前方側、すなわち、導光板１００の主面１００ｂと図示しない前記液晶表示部との間には、レンズシート１０６と、導光板１００から出射される光を拡散する為の拡散板１０８とが介挿されている。

特開２００５−１２９２４２号公報

ところで、ＲＧＢ−ＬＥＤの３色混合において最も重要な課題の１つは、３色を均一に混ぜることである。図５からも明らかなように、光源装置１０２の赤色ＬＥＤ１０２ａ、緑色ＬＥＤ１０２ｂ、青色ＬＥＤ１０２ｃはそれぞれ発光位置が異なる（図中には、各ＬＥＤからの出射光が破線で示されている）ため、混合して仮に中心部分を白色化することができても、周囲は、僅かに赤が多くなったり、青が多くなったりして、３色混合後は、やや赤味がかった白色、やや青味がかった白色になる。

すなわち、従来のＲＧＢ−ＬＥＤの３色混合においては、発光位置が互いに異なる各ＬＥＤ１０２ａ〜１０２ｃからの光がそれぞれ、その発光点を中心に略等しい放射角で出射され、その対向する導光板１００の結像面領域に対してのみ照射される為、色ムラが発生し、結像面１００ａの全体にわたって均一な白色光を得ることができない。したがって、表示画像の品質を劣化させる虞がある。

更に、従来技術では、拡散板１０８を設けて光白化を図っているが、光が拡散板で減衰され、光の出射効率が低下するという問題がある。同様に、光源装置において各色ＬＥＤ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに被せた樹脂材中にシリカ等の拡散材を分散して光を拡散しようとするものがあるが、この場合にも各ＬＥＤから発した光が減衰するので、光の出射効率が低下するという問題がある。

本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、色ムラが無い均一な白色光を得ることができるランプユニット及びバックライト装置を提供することにある。

請求項１に記載された発明は、透過型画像装置のバックライト光源を形成するためのランプユニットであって、前記バックライト光源の一部を形成する導光板の結像面と対向して配置され、赤、緑、青色の光をそれぞれ発する発光手段と、前記発光手段から発せられる光を所定の屈折率をもって前記導光板の結像面に結像させるレンズ部とを備え、前記レンズ部は、赤、緑、青色の各光をそれぞれ前記結像面上における同一の結像領域全体にわたって略均一に拡散させることを特徴とする。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記レンズ部および前記発光手段が透明樹脂中にモールド成形されることによりユニット化されていることを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、前記レンズ部がフレネルレンズから成ることを特徴とする。

請求項４に記載され他発明は、請求項３に記載された発明において、フレネルレンズを構成する複数の凸部は一つの色の光源に対応する領域では、全て同じ高さであることを特徴とする。

請求項５に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記レンズ部が前記透明樹脂によって形成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のランプユニットと、ランプユニットの発光手段から発せられる光を受けて透過型画像装置のためのバックライト光を出射する導光板とを備えることを特徴とする。

請求項１に記載されたランプユニットは、赤、緑、青色の各光をそれぞれ前記結像面上における同一の結像領域全体にわたって略均一に拡散させるレンズ部を備えている為、色ムラを無くし、導光板の結像面上で３色を均一に混合して均一な白色光を形成することができる。また、前記レンズ部の存在により、従来のような拡散板が不要となるため、減衰を少なくして出射効率を上げることができる。そのため、色ムラを無くす際に従来から課題となっていた拡散材による減衰と大きさの問題を解決することができる。

請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、レンズ部及び発光手段が透明樹脂中にモールド成形されることによりユニット化されている為、組み立て及び取り扱いが容易となる。

請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、前記レンズ部がフレネルレンズから成る為、赤、緑、青色の各光をそれぞれ前記結像面上における同一の結像領域全体にわたって略均一に拡散させる前記レンズ部の特有の機能を簡単且つ効果的に実現することができる。また、フレネルレンズは、通常のレンズと同じ機能をもちながら薄くて軽い為、小型化及び軽量化を図ることもできる。

請求項４に記載された発明によれば、請求項３に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、複数の各凸部の高さを同じにして凸部の傾斜角度や肉厚を変えて屈折率を調整することにより、フレネルレンズを成形する為の金型の構造を簡易にでき製造しやすく且つ設計や調整も容易である。

請求項５に記載された発明によれば、請求項２に記載された発明と同様の作用効果が得られるとともに、レンズ部と発光手段とを一体化させる透明樹脂を用いて前記レンズ部が形成されているため、製造工程および部品点数を少なくして製造コストを抑えることが可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明と同様の作用効果を奏することができるバックライト装置を提供できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。図１〜図３には、本発明の一実施形態に係るランプユニット１が示されている。このランプユニット１は、対向して位置する導光板２０とともに、透過型画像装置の為のバックライト装置１０を構成している。

導光板２０は、透過型画像装置における液晶表示部の大きさを有する矩形板状を成しており、バックライト光を出射する主面２０ａと、主面２０ａと反対側の背面２０ｂと、ランプユニット１と対向し且つランプユニット１から出射される３色（赤、緑、青）光が混ざり合って結像する側端面である混色結像面２０ｃとを有している。

図４に示すように、バックライド装置１０は、ランプユニット１と導光板２０とを備えており、導光板２０の主面２０ｂと反対側の背面には反射板５１が配置されており、この反射板５１により、導光板２０の主面２０ｂから背面側に出射された光を反射して、主面２０ｂ側に光を導き、導光板２０の主面２０ｂ側には液晶表示部（図示せず）との間に、レンズシート５３が設けてある。

尚、導光板２０の材料としては、アクリル系樹脂などの透光性材料を用いることができる。また、導光板２０の背面２０ｂ側には図示しない反射板が配置されている。

ランプユニット１は、導光板２０の結像面２０ｃと対向して配置され且つ赤、緑、青色の光をそれぞれ発する発光手段Ａと、発光手段Ａから発せられる光を所定の屈折率をもって導光板２０の結像面２０ｃに結像させるレンズ部Ｂとを透明樹脂１５（例えば酸無水物系エポキシ；屈折率約１．４）中にモールド成形することにより形成されている。尚、樹脂１５の側壁はＣｒメッキで光を閉じ込めるようにしている。

発光手段Ａは、所謂サイドライト方式であり、ドライバＬＳＩ３０上に搭載され且つ導光板２０の結像面２０ｃに沿って一列に配置された赤色ＬＥＤチップ１１、緑色ＬＥＤチップ１２、青色ＬＥＤチップ１３を有している。なお、ドライバＬＳＩ３０は、配線１９を介して例えばＡｇメッキ（１〜２μｍ）されたＣｕ製のステム３２、３３に対して電気的に接続されている。これらのステム３２、３３も樹脂１５中に埋め込まれている。

また、レンズ部Ｂは、樹脂１５を所定のレンズ形状にパターン形成して成るマイクロレンズ部１８として構成されている。マイクロレンズ部１８は、赤色ＬＥＤチップ１１と対向して位置する第１のフレネルレンズ部１８ａと、緑色ＬＥＤチップ１２と対向して位置する第２のフレネルレンズ部１８ｂと、青色ＬＥＤチップ１３と対向して位置する第３のフレネルレンズ部１８ｃとを有している。

図１及び図３に示されるように、各フレネルレンズ部１８ａ〜１８ｃは、一般的には通常のレンズの曲面を環状に切り出して輪帯とし１枚の薄いプレート上に高さをそろえて並べた構造（球面や非球面レンズの表面を同心円状の細かい幅に分割し、その傾斜角だけを平面上にプリズムとして置き換えたもの）であり、中心に位置する球面部４０と、その外側に同心的に位置する略楔型環状の第１凸部４２と、第１凸部４２の外側に同心的に位置する略楔型環状の第２凸部４４とから成る。

レンズ部Ｂを構成する各フレネルレンズは、図３に一点鎖線で抜き出して示すように、一つの光源に対するフレネルレンズ部においては、各凸部４０、４２、４４は、高さＨ（構造深度）は全て同じにしてあり、間隔や傾斜を変えてある。即ち高さが「１」「０」の２値の回析構造を有しており、各凸部４０、４２、４４の間隔は分散率や角度補正率等を勘案して連続的に変化する構造を取っている。尚、異なる光源にのフレネルレンズ部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ間では、高さＨは波長や光の強度に応じて異なる値になっている。

このように、フレネルレンズを構成することにより、レンズ部の厚みを均一にできるから、レンズ部Ｂを成形する為の金型の構造を簡易にでき製造しやすく且つ設計や調整も容易である。

そして、各フレネルレンズ部１８ａ〜１８ｃは、対向するそれぞれのＬＥＤチップ１１、１２、１３からの赤、緑、青色の各光をそれぞれ導光板２０の結像面２０ｃ上における同一の結像領域Ｒ全体にわたって略均一に拡散させるように（図２参照：赤色ＬＥＤチップ１１からフレネルレンズ部１８ａを介して拡散される光が破線で示され、緑色ＬＥＤチップ１２からフレネルレンズ部１８ｂを介して拡散される光が一点鎖線で示され、青色ＬＥＤチップ１３からフレネルレンズ部１８ｃを介して拡散される光が実線で示されている）、その形状および寸法並びに各ＬＥＤチップ１１、１２、１３および導光板２０との間の離間距離が設定されている。これに関連して、本実施形態の場合、例えば、各ＬＥＤチップ１１、１２、１３の上端とマイクロレンズ部１８の下端との間の距離Ｙが１．００ｍｍに設定され、マイクロレンズ部１８の下端と結像面２０ｃとの間の距離Ｘが２．００ｍｍに設定されている。また、ランプユニット１の幅Ｗが約０．８ｍｍに設定され、ランプユニット１の長さＬが約７ｍｍに設定され、ドライバＬＳＩ３０の長さｌが２．７９ｍｍに設定されている。

以上説明したように、本実施形態のランプユニット１は、赤、緑、青色の各光をそれぞれ導光板２０の結像面２０ｃ上における同一の結像領域Ｒ全体にわたって略均一に拡散させるマイクロレンズ部１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）を備えている為、色ムラを無くし、導光板２０の結像面２０ｃ上で３色を均一に混合して均一な白色光を形成することができる。また、マイクロレンズ部１８の存在により、従来のような拡散板１０８（図５参照）が不要となるため、減衰を少なくして出射効率を上げることができる。そのため、色ムラを無くす際に従来から課題となっていた拡散材による減衰と大きさの問題との間のトレードオフを解決することができる。

また、本実施形態のランプユニット１は、レンズ部としてのマイクロレンズ部１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）及び発光手段としてのＬＥＤ１１、１２、１３が透明樹脂１５中にモールド成形されることによりユニット化されている為、組み立て及び取り扱いが容易となる。

また、本実施形態のランプユニット１は、前記レンズ部がフレネルレンズ１８ａ、１８ｂ、１８ｃから成る為、赤、緑、青色の各光をそれぞれ結像面２０ｃ上における同一の結像領域Ｒ全体にわたって略均一に拡散させるマイクロレンズ部１８の特有の機能を簡単且つ効果的に実現することができる。また、フレネルレンズは、通常のレンズと同じ機能をもちながら薄くて軽い為、小型化及び軽量化を図ることもできる。

また、本実施形態のランプユニット１では、マイクロレンズ部１８とＬＥＤ１１、１２、１３とを一体化させる透明樹脂１５を用いてマイクロレンズ部１８が形成されているため、製造工程および部品点数を少なくして製造コストを抑えることが可能になる。

尚、本発明は、前述した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形して実施できることは言うまでもない。例えば、前述した実施形態では、ＬＥＤ１１、１２、１３が導光板２０の側端部に沿って対向して配列されるサイドライト方式が採用されているが、本発明においては、導光板の直下にＬＥＤが配置される直下型の照明形態を採用することもできる。

また、前述した実施形態では、３色のＬＥＤ１１、１２、１３の組が１つしか設けられていないが、用途に応じてＬＥＤの組を複数設けても構わない。また、前述した実施形態では、各ＬＥＤ１１、１２、１３が一列に配列されているが、ＬＥＤの配列形態は任意であり、例えばＬＥＤをマトリクス状に配置しても良い。

ランプユニット１０は、赤、緑、青の各ＬＥＤ１１、１２、１３は１個ずつ設けることに限らず、例えば、赤色ＬＥＤを２つ、緑２つ、青１つを設けるように、任意の色のＬＥＤを複数設けてもよい。

更に、ランプユニット１０は、赤、緑、青の３色のＬＥＤ１１、１２、１３に加えて、各色の中間の波長スペクトルを有する色（中間色）、例えば、オレンジ色等を有するものであってもよい。

本発明の一実施形態に係るバックライト装置の概略斜視図であり。 図１のバックライト装置の照明態様を概略的に示す図である。 フレネルレンズ部の形状を具体的に示す図である。 本実施の形態に係るバックライト装置の構成を概略的に示す斜視図である。 従来のバックライト装置の構成を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

１ ランプユニット
１０ バックライト装置
１１、１２、１３ ＬＥＤチップ（発光手段）
１５ 樹脂
１８ マイクロレンズ部（レンズ部）
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ フレネルレンズ部
２０ 導光板
２０ｃ 結像面

Claims (6)

1. 透過型画像装置のバックライト光源を形成するためのランプユニットであって、前記バックライト光源の一部を形成する導光板の結像面と対向して配置され、赤、緑、青色の光をそれぞれ発する発光手段と、前記発光手段から発せられる光を所定の屈折率をもって前記導光板の結像面に結像させるレンズ部とを備え、前記レンズ部は、赤、緑、青色の各光をそれぞれ前記結像面上における同一の結像領域全体にわたって略均一に拡散させることを特徴とするランプユニット。
2. 前記レンズ部および前記発光手段が透明樹脂中にモールド成形されることによりユニット化されていることを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
3. 前記レンズ部がフレネルレンズから成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のランプユニット。
4. フレネルレンズを構成する複数の凸部は一つの色の光源に対応する領域では、全て同じ高さであることを特徴とする請求項３に記載のランプユニット。
5. 前記レンズ部が前記透明樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のランプユニット。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のランプユニットと、ランプユニットの発光手段から発せられる光を受けて透過型画像装置のためのバックライト光を出射する導光板とを備えることを特徴とするバックライト装置。
   
   

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