JP2004171948A

JP2004171948A - バックライト装置

Info

Publication number: JP2004171948A
Application number: JP2002336822A
Authority: JP
Inventors: Yuji Azuma; 祐二我妻; Shigeru Senzaki; 茂千崎; Yoji Kawasaki; 要二川崎
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】入光面の幅方向に沿って配置される複数の発光ダイオードの発光が良好に混光され、かつ、所要量の光が出光面から効率よく出光するとともに、導光板の構造が簡単で安価なサイドライト式のバックライト装置を提供する。
【解決手段】バックライト装置ＢＬは、出光面となる正面１ａ、その互いに対向する一対の側縁の一方から背方へ垂直に延在して入光面となる垂直な第１の側面１ｂ、正面１ａの他方の側縁から背方へ垂直より小さな内角で傾斜して延在して反射面となる第２の側面１ｃ、ならびに正面１ａから離間して第１および第２の側面１ｂ、１ｃの間に光学的に傾斜して形成されかつ第２の側面１ｃとの交点が９０°より大きな反射面となる背面１ｆを備えた導光板１と、第２の側面１ｃを透過した光を導光板１の内部へ反射させる側面反射手段２と、導光板１の第１の側面１ｂから発光を入射させるように配設された複数の発光ダイオード４と、を具備している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードを光源としたバックライト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶表示用に用いるバックライト装置は、主として小径の冷陰極形蛍光ランプを光源としている。この蛍光ランプは、３波長発光形の蛍光体を主体とする蛍光体層を備え、その管軸方向に色度の均一な白色発光を行うので、カラー表示用として好適である。また、この種のバックライト装置には、主として直下式とサイドライト式とがある。直下式は、高輝度が得られるが、装置の奥行きサイズが大きくなる。これに対して、サイドライト式は、輝度はそれほど大きくならないが、導光板の側面から発光を入射して導光板の前面から出射するので、装置の奥行きサイズを小さくすることができることから多用されている。従来のサイドライト式バックライト装置に用いられている導光板は、板厚が一定か、入光部から先へ行くにしたがい薄くなる楔状の構造であった。
【０００３】
ところが、冷陰極形蛍光ランプは、発光媒体として水銀をガラスバルブの内部に封入している。水銀は、環境負荷が大きく、健康に与える影響が極めて大きいため、蛍光ランプの場合、地球環境保全の立場から使用を控えていくことが検討されている。
【０００４】
また、冷陰極形蛍光ランプにおいても、水銀に代えてキセノンなどを放電媒体として用いることが知られているが、水銀に比較すると、発光量が少ないという問題があり、期待されるほど水銀に対する代替が進んでいない。
【０００５】
一方、発光ダイオードは、水銀などの環境負荷の大きな物質を含まない光源であり、蛍光ランプにおけるような温度依存特性が少なくて光立上り特性に優れ、しかも、寿命も長い、配線が比較的簡単である、ノイズレベルが改善されることなどで知られている。しかも、発光ダイオードの発光色については、最初に開発された赤色発光形に加えて、近年、青色および緑色発光形のものが実用化され、年ごとにこれら各色発光形の発光ダイオードの発光効率および発光量が向上していて、さらに近い将来の一層の向上がほぼ確実視されている。
【０００６】
また、青色発光形の発光ダイオードに青色と補色関係にある黄色を発光する蛍光体を組合せ、青色発光の一部を利用してこれを黄色発光に波長変換することにより、青色光と黄色光の混光により白色発光が得られるように構成したものもある。さらに、近紫外線を発光する発光ダイオードも開発されていて、近紫外線を３波長発光形蛍光体を用いて白色発光に波長変換することができるようになった。
【０００７】
図１３は、ＲＧＢの単光色を混光して白色光を出力するサイドライト式バックライト装置における構造と光路を説明する略図的側面図である。このバックライト装置は、発光ダイオード１０４を光源とするもので、米国ＬＵＭＩＬＥＤＳ社から発表されている。このバックライト装置は、図に示すように、導光板１０１が、断面逆楔状をなしている。すなわち、正面１０１ａの一対の側縁から第１および第２の側面１０１ｂ、１０１ｃが背方へ垂直に延在し、楔の先端側に位置する幅の狭い第１の側面１０１ｂが入光面とされ、楔の基端側に位置する幅が広く、第２の側面１０１ｃが第１の側面１０１ｂと平行で、しかも、図示のようなプリズム１０１ｃ１が形成されていて、反射面とされている。また、第１および第２の側面１０１ｂ、１０１ｃ間に位置する正面１０１ａが出光面となり、さらに出光面に対向する背面１０１ｆが正面に対して先端に行くにしたがって肉厚が大きくなるように傾斜している。
【０００８】
光源となる発光ダイオード１０４は、３個のＲＧＢ単光色の発光ダイオード素子を入光面の幅方向に配置して一組とし、その複数組からなる発光ダイオードアレイからなり、これを入光面の幅方向に配置している。
【０００９】
そうして、発光ダイオード１０４を光源とする上述のバックライト装置においては、３個のＲＧＢ単光色の発光ダイオード素子から放射されたＲＧＢの単光色の発光が第１の側面１０１ｂから入射して導光板１０１の正面１０１ａおよび背面１０１ｆ間の全反射を交互に繰り返しながら第２の側面１０１ｃのプリズム１０１ｃ１に到達し、そこで反射して、再び全反射をしながら折り返す過程で導光板１０１内部の入射角が臨界値を超えた位置で正面１０１ａの出光面から外部へ導出されるので、導光板１０１内における光の走行距離が大きくなるために、良好な混光が得られるとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した板厚が一定か、入光部から先端に向かって薄くなる楔状の導光板を用いている従来のサイドライト式バックライト装置にＲＧＢの単光色の発光ダイオードの発光を入光すると、導光板の正面に色むらが生じて、所望の白色光を得ることができないことが分かった。これはＲＧＢの単光色の光が十分に混光されないからである。
【００１１】
これに対して、ＲＧＢの単光色の混光により白色光を得るとして提案された図１３に示すバックライト装置も問題があることが分かった。すなわち、本発明者が図１３に示すＲＧＢの単光色を混光して白色光を出力するサイドライト式バックライト装置を製作して追試をした結果、出光面から得られる光量が少なくて、しかも、色むらがあるとともに輝度の均整度が甚だ低くかった。その原因を種々調査の結果、第２の側面１０１ｃにおける反射が適切に行われていないことが判明した。
【００１２】
本発明者は、さらに進んで研究を行った結果、第２の側面１０１ｃにおける反射を適切に行うための構造を見出すことに成功し、本発明をなすに至った。
【００１３】
本発明は、入光面の幅方向に沿って配置される複数の発光ダイオードの発光が良好に混光され、かつ、所要量の光が出光面から効率よく出光するとともに、導光板の構造が簡単で安価なサイドライト式のバックライト装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、加えて導光板の肉厚を一定にして薄形化されたサイドライト式のバックライト装置を提供することを他の目的とする。
【００１５】
【課題を達成するための手段】請求項１の発明のバックライト装置は、出光面となる正面、正面の互いに対向する一対の側縁の一方から背方へ垂直に延在して入光面となる第１の側面、正面の他方の側縁から背方へ垂直より小さな内角に傾斜して延在して反射面となる第２の側面、ならびに正面から離間して第１および第２の側面の間に光学的に傾斜して形成されかつ第２の側面との交点が９０°より大きな反射面となる背面を備えた導光板と；第２の側面に入射した光を導光板の内部へ反射させる反射手段と；導光板の第１の側面から発光を入射させるように配設された複数の発光ダイオードと；を具備していることを特徴としている。
【００１６】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１７】
＜導光板について＞導光板は、透明な光学材料例えばアクリル樹脂、ガラスなどの板状体からなり、少なくとも正面、第１および第２の側面、ならびに背面を含んでいる。
【００１８】
正面は、出光面となり、出光した光はバックライトとして利用される。したがって、正面は、所要の広がりの表示面を得るのに必要な大きさに設定することができる。
【００１９】
第１の側面は、入光面となり、正面の一方の側縁から背方へほぼ垂直に延在して形成されている。そして、第１の側面の正面に対して直角な方向すなわち奥行き寸法は、入光に必要な程度に相対的に狭く形成される。
【００２０】
第２の側面は、後述する反射手段と協働して反射面として作用し、正面の他方の側縁から背方へ垂直よりより小さな内角で傾斜して延在して形成されている。したがって、第２の側面は、その内面が正面に対向する方向へ傾斜している。
【００２１】
また、第２の側面には、所望により適度の拡散反射性を付与するために、サンドブラスト面を形成することができる。
【００２２】
背面は、主として内面で全反射する反射面として作用し、正面から離間して第１および第２の側面間に形成されている。そして、背面と第２の側面との交点が９０°より大きな内角を形成している。上記内角は、一般的には９０超〜１２０°の範囲内で設定することができる。しかし、正面の輝度分布を考慮した場合、好適には９５〜１１５°の範囲がよく、より一層好適には１０１〜１１１°の範囲内である。
【００２３】
また、背面の正面に対する傾斜は、光学的に傾斜していて、見かけ上正面と平行であってもよい。すなわち、「光学的に傾斜」しているとは、光学的な作用から見たときに傾斜面として作用することを意味する。したがって、見かけ上も傾斜している面でもよいし、見かけ上は傾斜していないが光学的には傾斜しているのと同様に作用する面でもよい。前者の場合、導光板の肉厚は、第１の側面から第２の側面に向かって順次増大する逆楔状になる。なお、この点については従来技術と同様である。後者としては、例えば入光面から見て左右の幅方向に直線的に延在するフレネルレンズ状の微小傾斜面を複数配列している構成などがある。
【００２４】
さらに、背面には、所望により適度の拡散反射性を付与するために、サンドブラスト面を形成することができる。
【００２５】
なお、導光板が有限の大きさの板状体の場合、第１および第２の側面とは交差する方向に第３および第４の側面（換言すれば、上面および下面）が形成される。
【００２６】
＜側面反射手段について＞側面反射手段は、第２の側面に入射した光をその入射角の如何にかかわらず、主として入射角に応じた反射角で、または拡散して導光板の内部へ反射させる手段であり、例えば鏡面反射シートや拡散反射シートが第２の側面に配設される。また、反射手段は、第２の側面の外面に金属被膜を蒸着、めっきなどにより直接被着させて形成してもよい。
【００２７】
導光板の内部を主として全反射を繰り返しながら第２の側面に入射した光の入射角が臨界角より小さければ第２の側面自体で全反射されるが、臨界角より大きな入射角であっても、第１の反射手段が確実にこれを第２の側面に入射して反射したように反射させて、再び導光板の内部へ戻すのに寄与する。
【００２８】
＜発光ダイオードについて＞発光ダイオードは、導光板に入光するための光源であり、所要の光色またはおよび所要量の光量を得るために、その複数が用いられる。複数の発光ダイオードは、適当なピッチで第１の側面の幅方向に配置される。複数の発光ダイオードを導光板の第１の側面に所定のピッチで配置するための好適な構成は、予め所要の配線路を形成した細長い配線基板に複数の発光ダイオードを実装した発光ダイオードアレイを用いることである。
【００２９】
また、発光ダイオードは、バックライト装置として所要の輝度を得るために、消費電力が例えば１Ｗ程度またはそれ以上に大きなパワー発光ダイオードを用いることができるが、このような場合には、使用する数が少なくなり、実装が容易になる。しかし、一般に発光ダイオードの使用数が少なくなると、導光板内における混光が困難になり、色むらを生じやすくなる。ところが、本発明においては、導光板内の光路長が大きいとともに、傾斜した第２の側面を備えているため、正面から均一に出光するので、発光ダイオードの使用数が少なくても良好な混光が得られる。
【００３０】
さらに、発光ダイオードは、作動中に熱損失を生じるので、温度上昇しやすい。そして、温度上昇により発光効率が低下するので、放熱を配慮した構成を採用するのがよい。
【００３１】
＜その他の構成について＞上述した本発明の必須構成要素ではないが、以下の構成を所望により選択的に付加することにより、バックライト装置の性能が向上したり、機能が追加されたりする。
１．背面反射手段背面反射手段は、導光板の背面に沿って配設される。これにより、導光板の反射面となる背面から不所望に漏れる光を反射して導光板内へ戻すことにより、出光面の輝度向上に寄与させることができる。特に背面反射手段のうち第２の側面近傍に位置する部分は、後述する正面反射手段を配設する場合、正面反射手段と協働して暗線部の解消に寄与する。背面反射手段は、鏡面反射および拡散反射のいずれであってもよい。
【００３２】
また、背面反射手段は、反射シートの貼着、金属被膜の蒸着やめっきなどにより直接背面に形成してもよい。さらに、背面反射手段は、均一な反射作用だけでなく、背面の位置に応じた所望に密度が分布したドットパターンを形成していて、不均一は反射特性を有していてもよい。
【００３３】
なお、要すれば、第３および第４の側面にも上記と同様な反射手段を配設することができ、この場合、これらの側面から不所望に漏れる光を導光板内に戻すので、背面反射手段に加えて配設することで、出光面における一層の輝度向上を実現することができる。
２．拡散シート拡散シートは、導光板の正面の出光面から出光した光がそこを通過するときに一旦拡散させてバックライト装置の輝度分布の均整度を良好にする手段である。
３．集光シート集光シートは、マイクロレンズやマイクロプリズムなどを備えていて、導光板の出光面から出光した光を拡散シートを経由させて、または直接入射させることにより、光の進行方向を屈折させて前方へ揃えるように作用するので、バックライトとして有用なバックライトの前方へ向かう光を多くする手段である。
４．正面反射手段正面反射手段は、導光板の正面の第２の側面に接近した位置に配設される。本発明においては、前述の構成によって第２の側面が傾斜しているため、第１の側面から入光する光を反射して再び入光面へ向けて折り返させ、入光面へ戻る途中で正面から出光するので、その間の光路長が長くなり、混光を良好にするのに効果的であるが、第２の側面に接近した位置に暗線部が生じやすいことが分かった。
【００３４】
このような場合に、第２の側面に隣接する帯状の領域に導光板正面反射手段を配設すると、正面反射手段に入射した光が反射されて背面反射手段によりさらに反射されて正面の暗線部発生位置から出光するようになるため、上記暗線部が良好に改善される。正面反射手段の大きさは、正面から垂直方向に第２の側面を見通したときのサイズの１／２以上の大きさであればよい。
【００３５】
正面反射手段としては、拡散反射手段および鏡面反射手段のいずれであってもよい。例えば、銀蒸着シートなどの反射シートの貼着や反射性金属被膜の蒸着、めっきなどによる直接形成などにより形成することができる。
５．放熱手段発光ダイオードの温度上昇による発光特性低下を抑制する手段として、放熱手段を配設すると効果的である。放熱手段としては、既知の各種放熱手段を採用することができる。例えば、ヒートシンク、ヒートパイプ、送風ファンまたはペルチエ素子などの放熱手段を配設することができる。
【００３６】
本発明においては、導光板の背面が正面に対して見かけ上傾斜している場合、背面の傾斜部に楔状の空所が生じるので、この空所を利用して放熱手段例えばヒートシンクを配設することができる。したがって、放熱手段の配設のために格別の空間を用意する必要がないので、空間利用率が向上するとともに、発光ダイオードを発光効率が高い状態で作動させることが可能になる。このため、バックライト装置の発光ダイオードの温度上昇による輝度低下を抑制しながら、同時にバックライト装置を小形化できる。
【００３７】
＜本発明に作用について＞本発明は、以上説明した構成であるから、第１の側面から導光板の内部へ入光した発光ダイオードからの発光が主として導光板の正面および背面の内面で全反射を交互に繰り返しながら第２の側面に到達し、第２の側面の内面で全反射をするか、第２の側面の外側に配設された側面反射手段で反射して再び導光板の内部に戻る。すなわち、光が折り返して進行し、正面および背面の内面で全反射を繰り返すが、第２の側面が傾斜しているので、帰路においては、正面および背面に対する入射光が第２の側面が傾斜している分大きくなりやすいため、発光ダイオードまで戻る以前に臨界角より大きくなって、導光板の正面から外部へ出光する。
【００３８】
これをさらに詳述すれば、発光ダイオードの放射光は配光が一般に狭いので、導光板の第１の側面に対する入射角が比較的小さい。一方、導光板は、第１および第２の側面を含み、かつ、正面に垂直な断面における肉厚が第１の側面から第２の側面へ向かって増大する逆楔状をなしているから、第１の側面から導光板の内部へ入光した光は、正面および背面の内面間を交互に全反射を繰り返しながら第２の側面へ向かって進行する。その間、正面および背面に対する入射角が順次大きくなって行きながら進行し、やがて第２の側面の位置まで到達して、第２の側面に入射する。その際の入射角が臨界角より小さければ、第２の側面の内面で全反射して折り返す。また、入射角が臨界角より大きければ、第２の側面から一旦出射し、側面反射手段により反射されて、再び導光板の内部へ入光する。いずれにしても、第２の側面に到達した光は、反射されて折り返し、再び全反射を繰り返して今度は逆方向へ進行する。
【００３９】
ところが、第２の側面が傾斜しているため、光の帰路においては、第２の側面の傾斜角だけ正面および背面に対する入射角が小さくなりやすい。これにより、光は、入光面へ戻る途中で正面の内面に対する入射角が臨界角を越えるようになり、その時点で正面から外部へ出光する。
【００４０】
以上の説明から理解できるように、第１の側面から導光板の内部に入射した光が第２の側面で反射して戻る過程で正面から出光するので、正面から出光するまでの光路長が長くなる。その結果、複数の発光ダイオードから放射した光色の異なる光がよく混光されて均一になった後に出光されることになり、出光面における色むらが現れにくくなる。
【００４１】
また、上記に伴い第２の側面が傾斜しているために、導光板の正面からの出光が正面全体に分散されやすくなるとともに、出光量が多くなる。そのため、バックライト装置としての輝度分布の均整度および輝度レベルも向上する。しかも、第２の側面は、平坦面からなるため、構造が簡単になり、導光板用成形型の製作も容易で、導光板を安価に得ることができる。
【００４２】
長い光路を光が全反射しながら進行する過程で良好な混光が行われる上述の光学作用は、ＲＧＢの単光色を発光する３種の発光ダイオードを用いて導光板内で混光して白色光を出光させる場合に極めて好都合である。しかし、本発明は、ＲＧＢの単光色を発光する３種の発光ダイオードばかりでなく、白色発光や同一色の単光色を発光する発光ダイオードを複数用いる場合においても有効である。すなわち、発光ダイオードは、一般に色度およびまたは発光量など発光特性の発光ダイオード間のばらつきが大きいので、導光板内の光路長が長いことにより、複数の発光ダイオードの発光が十分に混光されるので、出光面全体として均一な色度および輝度およびそれらの良好な均整度が得られる。
【００４３】
また、本発明によれば、導光板内の光路長が大きいとともに、傾斜した第２の側面を備えているため、正面から均一に出光するので、発光ダイオードの使用数が少なくても良好に混光した光が均整度よく得られる。
【００４４】
さらに、本発明によれば、導光板の背面にフレネルレンズ面などの光学手段を付加することで、見かけ上の肉厚を均一にしながら、光学的に傾斜させることにより、上述した作用、効果を有しながら、加えて従来の一定肉厚の導光板と同様な薄形のバックライト装置を得ることもできる。
【００４５】
さらにまた、本発明においては、ＲＧＢ単光色を発光する３種の発光ダイオードを発光色ごとの点灯時間をＰＷＭ制御などにより発光色別に制御しながら点灯することにより、所望の色度の白色光やその他の有色光を発生させることができるとともに、いわゆる調色を行ったり、輝度を変化して調光したりすることが可能になる。
【００４６】
なお、本発明のバックライト装置の光出力面に液晶表示ユニットなどの画像表示手段を載置することにより、画像表示装置を得ることができる。
【００４７】
請求項２の発明のバックライト装置は、請求項１記載のバックライト装置において、導光板は、その背面が、正面に対してほぼ平行な基準面にフレネルレンズ面が形成されていることにより、光学的に傾斜していることを特徴としている。
【００４８】
本発明は、背面を光学的に傾斜させるのに好適な構成を規定している。すなわち、複数のフレネルレンズ面を正面と平行な基準面に形成している。本発明において、「フレネルレンズ面」とは、見かけ上の傾斜面を有する背面をその傾斜面に沿って複数に分割した複数の微小レンズ素子を複数配列したものをいう。そして、各微小レンズ素子を見かけ上の傾斜面の位置から位置を正面に対して直角な方向にずらし圧縮して基準面に配置しているので、隣接するレンズ素子間には、基準面に対して垂直な段差が形成されている。なお、微小レンズ素子は、好ましくは第１および第２の側面の幅方向へ直線状に延在している。
【００４９】
そうして、本発明においては、導光板が見かけ上均一の肉厚なので、バックライト装置が薄形でありながら見かけ上傾斜している背面と光学的に同様な導光作用を行うため、発光ダイオードから導光板内に入射した光の正面から出射するまでの光路長が大きくなり、その間に良好な混光が行われる結果、色むらがなく、しかも、輝度分布の均整度と輝度が向上する。
【００５０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００５１】
図１ないし図３は、本発明のバックライト装置における第１の実施の形態を示し、図１は略図的側面図、図２は平面図、図３は導光板内の光路の一例を示す説明図である。各図において、ＩＤＤは画像表示装置、ＢＬはバックライト装置である。
【００５２】
画像表示装置ＩＤＤは、バックライト装置ＢＴおよび画像表示パネルＩＰからなる。バックライト装置ＢＴは、本実施の形態のものであり、後述する構成である。画像表示パネルＩＰは、液晶表示ユニットなどからなり、バックライト装置ＢＴの光出力面に背面から光照射されて、透過することにより、前面側に画像が表示されるように配置されている。
【００５３】
バックライト装置ＢＴは、導光板１、側面反射手段２、背面反射手段３、複数の発光ダイオード４、拡散シート５、第１および第２のプリズムシート６、７からなる。
【００５４】
導光板１は、無色透明のアクリル樹脂を成形してなり、正面１ａ、第１ないし第４の側面１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅおよび背面１ｆからなる異形六面体形状をなしている。すなわち、導光板１は、その正面１ａが表示面の大きさに対してほぼ同じ大きさである。第１の側面１ｂは、正面１ａの図１において左端の側縁から垂直に背方へ延在し、図１において高さは入光面として必要な程度に相対的に小さくなっている。第２の側面１ｃは、平坦状をなし、かつ、正面の図１において右端の側縁から９０°より小さい内角αを形成して背方、すなわち図１において下方へ延在し、その正面に直角な高さが第１の側面より大きくなっている。第３および第４の側面１ｄ、１ｅは、互いに平行で、図２に示すように、第１および第２の側面１ｂ、１ｃに対して直角をなして図２の紙面に対して裏面方向へ延在している。背面１ｆは、第１および第２の側面１ｂ、１ｃのそれぞれの下端の間を平面で画成して形成されている。そして、背面１ｆと第２の側面１ｃとの交点が９０°より大きい内角βを形成している。
【００５５】
側面反射手段２は、鏡面反射シートなどからなり、第２の側面１ｃの外面に貼着されていて、第２の側面を透過した光を鏡面反射して導光板１の内部へ戻す。なお、鏡面反射シートは、透明ポリエステルなどの合成樹脂薄膜基材の表面に銀蒸着膜を被着して形成されている。
【００５６】
背面反射手段３は、白色または鏡面性の反射面を備えており、導光板１の第３および第４の側面１ｅ、１ｆならびに背面１ｆの外面に配設されている。そして、これらの各面から外部へ漏れ出た不所望な光を再び導光板１の内部へ反射してなるべく多くの光が損失なく正面から出射するのに寄与する。
【００５７】
複数の発光ダイオード４は、複数の単光色発光形発光ダイオード４ａおよび配線基板４ｂからなる。複数の単光色発光形発光ダイオード４ａは、それぞれが基板４ａ１および発光ダイオード素子４ａ２からなる。基板４ａ１は、良導電性金属基板からなる一方のリードと、その表面に絶縁被膜を介して配置した他方のリードとからなる。発光ダイオード素子４ａ２は、基板４ａ１に支持されるとともに、上記一対のリードに接続している。また、複数の単光色発光形発光ダイオード４ａは、ＲＧＢの単光色の発光を行う３種の発光ダイオードからなる組を複数含んで構成されている。ＲＧＢの単光色の発光を行う３種の発光ダイオードとして、例えば赤色発光形の発光ダイオードが定格電流３５０ｍＡ、定格電圧３Ｖのパワー発光ダイオードを用いる。緑色発光形および青色発光形の発光ダイオードがそれぞれ定格電流３５０ｍＡ、定格電圧３．５Ｖのパワー発光ダイオードを用いる。
【００５８】
配線基板４ｂは、細長くて導光板１の第１の側面１ｂの外面に、その幅方向に沿って延在する。
【００５９】
そうして、複数の発光ダイオード４は、ＲＧＢの単光色の発光を行う３種の発光ダイオードからなる組を複数備えた発光ダイオードアレイとして構成されている。
【００６０】
拡散シート５は、導光板１の正面に重ねて配置されていて、導光板１の正面から出射した光を透過する際に拡散させる。
【００６１】
第１および第２のプリズムシート６、７は、拡散シート５に重ねて配置されていて、拡散光を集光してバックライト装置ＢＬの前方すなわち画像表示装置ＩＤＤの画像表示パネルＩＰの背面を照射する。
【００６２】
次に、図３を参照して、入光面である導光板１の第１の側面１ｂから入光した光が正面１ａから出光するまでのメカニズムを説明する。すなわち、発光ダイオード３から放射して導光板１の第１の側面１ｂから内部へ入光した光は、発光ダイオード３の比較的狭い配光特性のために、その殆どが導光板１の正面１ａまたは背面１ｆの内面に大きな入射角で入射する。例えば、図示の方向に第１の側面１ｂから入光した光は、正面１ａの内面に角度θ１で入射し、かつ、反射する。しかし、入射角θ１が臨界角より大きいため、入射した光は、全反射して背面１ｆ側へ向かう。ところが、導光板１は、その肉厚が第１の側面１ｂから第２の側面１ｃに向かって順次大きくなる逆楔状をなしているので、次には背面１ｆの内面に対して角度θ２で入射し、かつ、反射する。さらに、再び正面１ａの内面にはθ３で入射し、かつ、反射する。各角度は、θ１＜θ２＜θ３の関係となり、順次増大していく。そのため、第１の側面１ｂから入光した光は、殆ど確実に全反射して第２の側面１ｃへ到達する。
【００６３】
第２の側面１ｃの内面に入射した光は、その入射角に応じて内面で全反射するか、反射手段２で鏡面反射して再び導光板１の内部へ戻る。ところが、第２の側面１ｃまたは側面反射手段２における反射は、第２の側面１ｃが第１の側面１ｂに比較して傾斜している角度（９０−α）だけ入射角および反射角が小さくなる。そのため、帰路の正面１ａに対する図３において最初の入射角および反射角がθ３´、次がθ２´、さらにθ１´となり、往路の各角度に対して、θ３＜θ３´、θ２＜θ２´、θ１＜θ１´の関係になる。すなわち、光の帰路の入射角は、往路の入射角より大きくなる。そのため、光は、帰路の途中で正面から出光する。
【００６４】
以下、本発明のバックライト装置のその他の実施の形態について説明する。図において、図１ないし図３と同一部分について同一符号を付して説明は省略する。
【００６５】
図４は、本発明のバックライト装置における第２の実施の形態を示す略図的側面図である。本実施の形態は、導光板１の正面１ａの第２の側面１ｃに接近した領域に暗線部が生じる場合にこれを抑制するのに効果的な構成を具備している。
【００６６】
すなわち、導光板１の正面１ａに対して垂直な方向を見通したときの第２の側面１ｃの長さの１／２以上の大きさの正面反射手段８を導光板１の正面１ａに貼付している。正面反射手段８は、鏡面反射性および拡散反射性のいずれの反射特性を有していてもよい。正面反射手段７を配設することによって導光板１としての有効表示面積が削減されるけれど、予め削減される分を見込んで導光板１の面積を大きく設定すればよい。
【００６７】
本実施の形態においては、光が導光板１の第２の側面１ｃに接近した位置で正面１ａを透過して外部へ出たときに、正面反射手段８によって反射され、再び導光板１内に入射し、背面１ｆ側で反射して、暗線部が生じる位置から外部へ導出される確率が高くなる。その結果、暗線部が解消ないし低減する。
【００６８】
図５および図６は、本発明のバックライト装置における第３の実施の形態を示し、図５は略図的側面図、図６は導光板内の光路の一例を示す側面説明図である。本実施の形態は、背面を光学的に傾斜させることにより、導光板１を均一肉厚に構成している。
【００６９】
すなわち、正面１ａに平行な仮想の基準面に多数のフレネルレンズ部Ｆを配設して背面１ｆ´を形成している。フレネルレンズ部Ｆは、底面部分が斜面部ａと、垂直な段差部ｂとで構成されている。斜面部ａは、図１における背面１ｃの傾斜面と同じ傾斜面の一部を形成する。段差部ｂは、フレネルレンズ部Ｆの互いに隣接する境界部分を形成している。
【００７０】
そうして、本実施の形態においては、図８に示すように、発光ダイオード４から導光板１の第１の側面１ｂ内に入光した光線は、図３に基づいて説明したのと同様に全反射を繰り返して第２の側面１ｃに入射し、反射して戻る過程で正面１ａから外部へ透過する。以上の過程で、多数のフレネルレンズ部Ｆの斜面部ａが内面の全反射において図１のように一連の斜面部と同様に作用する。これに対し、段差部ｂは、光学的に殆ど無意味なので、上記の反射作用に対して影響しない。
【００７１】
図７は、本発明のバックライト装置の第４の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図である。図において、９はヒートシンクである。
【００７２】
ヒートシンク９は、熱伝導性金属例えばアルミニウムの板を折曲して形成されてなり、発光ダイオード４の配線基板４ｂの背面側に導熱的に配設されているとともに、導光板１の傾斜した背面１ｆにより形成された空所を利用して配置されている。すなわち、ヒートシンク９は、配線基板４ｂの背面に伝熱関係に接触して垂直に延在する背面９ａ、背面９ａの下端から導光板１の背面１ｆに沿って延在する傾斜面９ｂ、傾斜面９ｂの先端から背面９ａの方向へ折り返して導光板１の正面１ａに平行に延在する底面９ｃからなり、輪郭が楔状に構成されている。
【００７３】
図８は、本発明のバックライト装置の実施の形態における発光ダイオードの温度−輝度特性の一例を示すグラフである。図において、横軸は発光ダイオードの温度（℃）を、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）を、それぞれ示す。また、線Ａは中央輝度、線Ｂは平均輝度、をそれぞれ示す。上記温度−輝度特性は、発光ダイオードの駆動電流を一定にして、発光ダイオードの温度を変化させたときのバックライト装置の光出力面における輝度を測定して得たものである。
【００７４】
図から理解できるように、バックライト装置の輝度は、発光ダイオードの温度に反比例する。それゆえ、上記第４の実施の形態におけるように発光ダイオード４にヒートシンク９を配設すると、発光ダイオード４の温度が低下するので、発光量が増大して効果的である。
【００７５】
図９ないし図１２は、本発明のバックライト装置の第５ないし第８の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図である。これらの実施の形態においては、ヒートシンク９の構成が異なる。
【００７６】
すなわち、図９に示す第５の実施の形態において、ヒートシンク９は、配線基板４ｂの背面に伝熱的に接触する垂直な背面９ａ、背面９ａの下端から導光板１の正面１ａに平行に延在する底面９ｃ、および底面９ｃの先端から折り返して導光板１の背面１ｆに沿い、かつ、発光ダイオード４に向かって延在する傾斜面９ｂからなる外形が楔状に構成されている。
【００７７】
図１０に示す第６の実施の形態において、ヒートシンク９は、配線基板４ｂの背面、導光板１の背面１ｆおよび第２の側面１ｃの外面に伝熱的に接触して、バックライト装置の光出力面を除いて全体を包囲する形状の内面９ｄと、弁当箱形状をなした外面９ｅとの間が熱伝導性の金属が充満された構成であり、押出し成形または鋳造により形成されている。
【００７８】
図１１に示す第７の実施の形態において、ヒートシンク９は、輪郭が図１０に示す第６の実施の形態におけるのと同様楔状であるが、内部に図に垂直な方向に貫通した複数の空隙９ｆを備えた構成であり、押出し成形により形成されている。
【００７９】
図１２に示す第８の実施の形態において、ヒートシンク９は、背面９ａ、底面９ｃおよび傾斜面９ｂを有し、外形が図９に示す第５の実施の形態における外形と類似した楔状をなしているが、底面９ｃに多数のフィン９ｇが形成された構成であり、押出し成形により形成されている。
【００８０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、正面、垂直に延在する第１の側面、正面の他方の側縁から背方へ垂直より小さな内角に傾斜して延在する第２の側面、ならびに第１および第２の側面の間に光学的に傾斜して形成されかつ第２の側面との交点が９０°より大きな背面を備えた導光板と、第２の側面に入射した光を導光板の内部へ反射させる側面反射手段と、導光板の第１の側面から発光を入射させるように配設された複数の発光ダイオードとを具備していることにより、入光面の幅方向に沿って配置される複数の発光ダイオードの発光がたとえ発光ダイオードの数が少なくても良好に混光され、かつ、所要量の光が出光面から高効率で、しかも、均整度よく出光するとともに、導光板の構造が簡単で安価なサイドライト式のバックライト装置を提供することができる。
【００８１】
請求項２の発明によれば、導光板の背面が、正面に対してほぼ平行な基準面に複数のフレネルレンズ面が形成されて光学的に傾斜していることにより、導光板の肉厚を一定にして薄形化されたサイドライト式のバックライト装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバックライト装置における第１の実施の形態を示す略図的側面図
【図２】同じく平面図
【図３】同じく導光板内の光路の一例を示す説明図
【図４】本発明のバックライト装置における第２の実施の形態を示す略図的側面図
【図５】本発明のバックライト装置における第３の実施の形態を示し、図７は略図的側面図
【図６】同じく導光板内の光路の一例を示す側面説明図
【図７】本発明のバックライト装置の第４の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図
【図８】本発明のバックライト装置の実施の形態における発光ダイオードの温度−輝度特性の一例を示すグラフ
【図９】本発明のバックライト装置の第５の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図
【図１０】本発明のバックライト装置の第６の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図
【図１１】本発明のバックライト装置の第７の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図
【図１２】本発明のバックライト装置の第８の実施の形態における導光板、発光ダイオードおよびヒートシンクを示す一部断面側面図
【図１３】従来のバックライト装置における構造と光路を説明する略図的側面図
【符号の説明】
１…導光板、１ａ…正面、１ｂ…第１の側面、１ｃ…第２の側面、１ｆ…背面、２…側面反射手段、３…背面反射手段、４…複数の発光ダイオード、４ａ…複数の単光色発光形発光ダイオード、４ａ１…発光ダイオード素子、４ａ２…基板、４ｂ…配線基板、ＩＤＤ…画像表示装置ＩＤＤ、ＩＰ…画像表示パネル、ＩＤＤは画像表示装置、ＢＬはバックライト装置

Claims

出光面となる正面、正面の互いに対向する一対の側縁の一方から背方へ垂直に延在して入光面となる垂直な第１の側面、正面の他方の側縁から背方へ垂直より小さな内角で傾斜して延在して反射面となる第２の側面、ならびに正面から離間して第１および第２の側面の間に光学的に傾斜して形成されかつ第２の側面との交点が９０°より大きな反射面となる背面を備えた導光板と；
第２の側面を透過した光を導光板の内部へ反射させる側面反射手段と；
導光板の第１の側面から発光を入射させるように配設された複数の発光ダイオードと；
を具備していることを特徴とするバックライト装置。
導光板は、その背面が、正面に対してほぼ平行な基準面に複数のフレネルレンズ面が形成されていることにより、光学的に傾斜していることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。