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LEDバックライティング技術    
LED Backlighting Technologies
[コードNo.2010T746]

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■監修/ カランタル・カリル(日本ライツ(株) 専務執行役員 R&Dセンター長)
■体裁/ B5判 306ページ
■発行/ 2010年 6月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 70,200円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0246-1

 
★液晶テレビの次世代バックライト、LEDダイナミックバックライト技術を集大成!
★バックライトユニット(BLU)のキーテクノロジー、ローカルディミング、導光(板)と光学設計を詳述!
★LEDバックライト、ダイナミックLEDバックライト、光整形技術、LED・有機EL光源、LED実装技術と放熱機構、
  LEDバックライト用光学フィルムと光学樹脂、LEDバックライトの市場の7編より構成!


刊行にあたって

 液晶ディスプレイ(LCD)は液晶パネルの背面に照明―バックライトがあって、はじめて情報が認識される。バックライト技術は、光の制御が重要な因子であり、その中心部材は光源や導光板、空気を利用するライトチェンバーである。
 一方、近年の発光ダイオード(LED)の進歩はめざましく、LEDを液晶ディスプレイのバックライト光源に応用する動きは急速に進んでいる。いまや、LEDを光源としたバックライトは単に点灯している「スタティック機能」から、画像に応じて輝度を制御する「ダイナミック機能」に進化した。
 バックライトが外光の強さに応じて輝度を調整(0-Dやグローバルディミング)し、見やすさと低消費電力化を図ることができる。また、連続的に点滅(1-Dディミング)させ、インパルス効果で動画特性を向上させる。さらに、画面の明暗に応じて輝度を調整(2-Dディミング)し、コントラスト向上と低消費電力を実現した。
 液晶ディスプレイの進展は平面の2次元画像が3次元に進化を遂げつつあり、その中でバックライトの役割もますます大きくなっている。今後も新しいコンセプトをバックライト開発に取り込むべきである。また、バックライトの高機能・高性能化、高効率化に向かって部材開発も欠かせない。
 そこで、本書はLEDバックライトユニットの技術に注目し、技術の現状とその光学部品の最新技術を集成することを目的に企画された。執筆陣は、各分野のエキスパートの方々にお願いした。
 本書が、LEDバックライトユニット分野ばかりでなく、液晶ディスプレイの開発、ユニットの構成部材であるLED光源や各種の光学フィルム、さらにはその素材の研究に従事する多くの技術者・研究者にご参照され、新しい扉を開こうとする方々にご活用いただき、バックライト技術のさらなる発展に貢献できればと願い、本書の一読をお勧めするしだいです。
2010年6月  日本ライツ(株) 専務執行役員 カランタル・カリル

執筆者一覧

カランタル・カリル日本ライツ(株) 専務執行役員 R&Dセンター長
島袋憲児前・日本ライツ(株) R&Dセンター 主任
西村秀樹NEC液晶テクノロジー(株) 開発本部 モジュール設計部 技術マネージャー
岡田真史日本ライツ(株) R&Dセンター 主任
木下順一ハリソン東芝ライティング(株) 開発技術統括部 主幹
伊藤靖ソニーケミカル&インフォメーションデバイス(株) アドバンストマテリアル事業本部 商品開発部 商品1課 統括係長
大嶋浩正大塚電子(株) 光校正研究室 室長
岸本匡史(財)21あおもり産業総合支援センター 液晶先端技術研究センター 主席研究員
関家一雄(財)21あおもり産業総合支援センター 液晶先端技術研究センター フェロー
若生一広(財)21あおもり産業総合支援センター 液晶先端技術研究センター 所長
宮下哲哉東北大学大学院 工学研究科 准教授
内田龍男東北大学大学院 工学研究科 教授
志賀智一電気通信大学 電子工学科 准教授
大島芳則日本ビクター(株) 技術本部
大田原一成日本ビクター(株) 技術本部
Han-Ping D.ShiehNational Chiao Tung University(台湾)国立交通大学、Dept.of Photonics and Display Institute,Professor
Yi-Pai HuangNational Chiao Tung University(台湾)国立交通大学、Dept.of Photonics and Display Institute
Guo-Zhen WangNational Chiao Tung University(台湾)国立交通大学、Dept.of Photonics and Display Institute
服部雅之早稲田大学 理工学術院総合研究所 客員研究員
庄野裕夫前・日本ライツ(株) 専務取締役
小松進一早稲田大学 先進理工学部 応用物理学科 教授
神山博幸(株)フィリップス エレクトロニクス ジャパン ルミレッズ ライティング シニア テクニカル サポート マネージャ
Winfried SchwedlerOSRAM Opto Semiconductors GmbH,Marketing Manager for LCD Backlighting&Consumer
赤星治東北デバイス(株) 取締役副社長&COO
石川典彦NEC液晶テクノロジー(株) 開発本部 モジュール設計部 主任
米村直己電気化学工業(株) 電子部材部 LEDクラスター開発室 技術担当部長
村上元(株)元天 代表取締役、半導体新技術研究会 会長
榛澤文久住友スリーエム(株) オプティカルシステム事業部 開発部 スペシャリスト
山下友義三菱レイヨン(株) 中央技術研究所 基礎解析センター 横浜グループ グループリーダー
倉地与志也三菱レイヨン(株) 横浜先端技術研究所 樹脂開発センター 横浜グループ グループリーダー
清水稔三菱レイヨン(株) 横浜先端技術研究所 樹脂開発センター 横浜グループ 副主任研究員
本吉正典三菱レイヨン(株) 横浜先端技術研究所 樹脂開発センター 横浜グループ 副主任研究員
小林敏幸(株)シーエムシー出版 編集部 部長

構成および内容

総論 ディスプレイ用バックライト(カランタル・カリル)
1はじめに
2液晶用バックライトの基本構造
3導光板
3.1微小光学素子一体型導光板
3.2微小光学素子一体型導光板を用いたバックライト
3.2.1集光プリズムシート対応タイプ
3.2.2TIRプリズムシート対応タイプ
3.2.3携帯情報端末用途バックライト
4導光板の製造
4.1射出成形方法
4.2モニター用途導光板の成形方法
5水銀レスLEDバックライト
5.1カーナビゲーション用7型バックライト
5.2大型15型、20型モニター、TV用バックライト
5.3キセノンガス平面光源
6おわりに

【第1編 液晶ディスプレイ用LEDバックライト】

1章バックライト光学(カランタル・カリル)
1はじめに
2バックライト
2.1エッジライト型バックライト
2.1.1導光板の種類
(1)印刷素子の導光板
(2)エッチング素子の導光板
(3)光学反射素子の導光板
(4)光学偏向素子の導光板
(5)光学偏光素子の導光板
2.1.2光整形素子
(1)導光板内の光整形-入光面微小光学系
(2)導光板内の光整形-インコヒーレント回折格子
2.1.3光学フィルム
(1)散乱光集光機能プリズム
(2)光学全反射機能プリズム
2.2直下型
2.2.1底面照明ライトチャンバー
2.2.2側面照明ライトチャンバー
3バックライト用光源
3.1冷陰極管CCFL
3.2熱陰極管HCFL
3.3擬似白色LED
3.4三原色LED
4ローカルディミング
5おわりに
2章白色LED光源カーナビ用バックライト(カランタル・カリル、島袋憲児)
1はじめに
2バックライト
2.1従来型バックライトの構造
2.2CCFL光源
2.3LED光源
2.4高機能導光板
3白色LED光源バックライトの作製と評価
4おわりに
3章産業用LEDバックライト(西村秀樹)
1はじめに
2各産業分野の市場動向
3LEDの種類とバックライトの構成
3.1LEDの種類
3.2LEDの特徴
3.2.1点光源としてのLED
3.2.2LEDの温度特性
3.2.3LEDの駆動
3.3バックライトの構成及び特徴
3.3.1エッジライト型
3.3.2直下型
4用途別によるLEDバックライトへの要求仕様と設計ポイント
4.1産業用LEDバックライト
4.2モバイル用LEDバックライト
4.3テレビ用LEDバックライト
4.4医療用、グラフィック用LEDバックライト
5まとめ
4章広域色再現性RGB-LEDバックライト(カランタル・カリル、岡田真史)
1はじめに
2色再現性
3RGB-LEDバックライト
3.1R、G、B LED素子
3.2熱設計
3.3制御
4RGB-LEDバックライトの性能
5おわりに
5章中空反射方式LEDバックライト(木下順一)
1はじめに
2BLU各方式の基本構造と特徴比較
3中空反射方式BLUの横方向の均一性
4中空反射方式BLUの厚さ方向の構造設計
5中空反射方式BLUの試作例
5.121" 型の中空BLUの試作例
5.232" 型の中空BLUの試作例
6おわりに
6章蛍光体シート方式LEDバックライト(伊藤靖)
1はじめに
2蛍光体シート方式LEDバックライト
3蛍光体シート方式LEDバックライトの優位性
3.1発光効率
3.2色むら(蛍光体層厚みむら)
4蛍光体シート構造の光学設計
4.1蛍光体シート方式バックライトに要求される光学特性
4.2測定系の構築とサンプル作製
4.3色度の視野角依存と青色光入射角依存
4.4考察
4.5拡散板の全光線透過率の影響
5おわりに
7章LEDバックライトの測光・測色の基礎(大嶋浩正)
1はじめに
2測光の難しさ
2.1波長的広がり
2.2空間的広がり
2.3時間的広がり
3分光分布から色度情報への変換
3.1色度座標
3.2相関色温度
3.3カラーフィルタとバックライトの組み合わせ
3.4色再現の評価(シミュレーション)

【第2編 液晶ディスプレイ用ダイナミックLEDバックライト】

1章ラインディミング(1-D)
1時間・空間分割型バックライト―直下15型LEDバックライト、フィールド・シーケンシャル・カラーLCD―(岸本匡史、関家一雄、若生一広)
1.1はじめに
1.2フィールド・シーケンシャル・カラー方式
1.3フィールド・シーケンシャル・カラー方式LCDの駆動方法
1.4スキャニング・バックライト方式の駆動方法
1.5分割スキャニング・バックライトにおけるLED点灯ダイアグラム設計
1.6直下型LEDバックライトの構造と光学設計
1.7直下型スキャニング・バックライトの15型FSC-LCDへの適用
1.8おわりに
2フィールドシーケンシャルカラーOCB液晶ディスプレイ用時空間走査型バックライト(カランタル・カリル、岸本匡史、関家一雄、宮下哲哉、内田龍男)
2.1はじめに
2.2FSC LCD用走査型バックライトに対する要求
2.3FSC LCD用走査型バックライトの実現
2.3.1バックライトの構造
2.3.2導光体間の光制御
2.4結果
2.5おわりに
2章ローカルディミング(2-D)
1ローカルディミング技術(志賀智一)
1.1はじめに
1.2液晶ディスプレイの表示方式と画像適応表示方式による高画質・低電力化
1.3アダプティブディミング方式
1.4アダプティブディミング方式における各種調光パラメータと消費電力低減効果
1.4.1調光制御方式依存性
1.4.2分割数依存性
1.4.3調光段階数依存性
1.4.4発光プロファイル依存性
1.4.5RGB独立制御
1.5アダプティブディミング方式による低輝度階調特性の向上
1.6おわりに
2ローカルディミング技術バックライティング(大島芳則、大田原一成)
2.1はじめに
2.2LED光源と液晶バックライト
2.3ローカルディミングを構成するためのバックライト光学構造
2.4ローカルディミング
2.4.1基本原理
2.4.2システム構成
(1)バックライト構成
(2)液晶セル
(3)LED特性と駆動方法
(4)LEDドライバ
2.4.3センサ
2.4.4映像信号処理
2.4.5バックライトスキャン
2.5まとめ
3High Dynamic Range(HDR)Spatial Modulated Liquid Crystal Displays(Han-Ping D.Shieh、Yi-Pai Huang、Guo-Zhen Wang)
3.1Introduction of High Dynamic Range LCDs
3.2Three Steps to Achieve High Quality HDR Images
3.2.1Step-1:Color Backlight Adjustment―Ex:Segment Color Control(SCC)
3.2.2Results of Color Backlight Adjustment
3.2.3Step-2:Real-time Image Compensation―Blur Mask Approach(BMA)
3.2.4Results of Real-time Image Compensation
3.2.5Step-3:Color Model Mapping―Color Optimization Model(COM)
3.2.6Results of Color Model Mapping
3.3Summary

【第3編 バックライト用光整形技術】

1章偏光バックライト(カランタル・カリル、服部雅之、庄野裕夫、小松進一)
1はじめに
2両面微小構造形成導光板を用いた高輝度バックライト
2.1バックライトの構成
2.2集光性高輝度導光板
2.3バックライトの光学特性
(1)導光板特性
(2)バックライト特性
3両面微小構造形成導光板を用いた高機能バックライト
3.1導光板の構成
3.2輝度分布のシミュレーション
3.3バックライトの光学特性
(1)導光板特性
(2)バックライト特性
4偏光性導光板を用いた高機能バックライト
4.1導光板の構成
4.2バックライトの光学特性
(1)導光板特性
(2)AFMを用いた導光板表面偏光構造の観察
(3)表面微細構造による高効率偏光導光板
5積層型偏光導光板
5.1導光板の構成
5.2透過P偏光の再利用方法
5.3解析結果
6まとめ
6.1高輝度導光板
6.2高機能導光板
6.3偏光導光板の試作
6.4新しい偏光現象の発見と導光板への応用
6.5積層偏光導光板
2章集光型導光板を用いたバックライト(カランタル・カリル)
1はじめに
2照明システム
2.1導光板
2.2ラインプリズムとその光学設計
2.3微小集光素子とその光学設計
2.4輝度分布の光学設計
3集光型導光板を用いたバックライトの設計と評価
3.1機能性LGPの設計
3.2機能性LGPの評価
4おわりに

【第4編 LED・EL光源】

1章LCDバックライト用LED(神山博幸)
1はじめに
2LEDパッケージの変遷
3最新のLEDの特性
4内部量子効率の改善
5光取り出し効率の改善
6電流密度と電位障壁の低減
7視感度効率の改善
8蛍光体の塗布技術と色度ばらつきの改善
9LEDの信頼性の現状
10おわりに
2章Evolution of LED Backlights for LCD TVs(Winfried Schwedler)
1Introduction
2Benefits of LED based backlights
3LED backlight principles
4LED Backlights-characteristics and features
4.1Mixing area
4.2Impact of efficiency on the LED count of BLUs
5LEDs for LCD backlights―specialties and novelties
5.1LED chip technology:Thinfilm and ThinGaN®
5.2Types of white LED
6Direct backlights
6.1Direct backlight system setup
6.2Direct backlighting with Golden DRAGON® ARGUS® RGB
6.3Example:46" TV with Golden DRAGON® ARGUS® RGB direct backlight
7Direct LCD TV backlighting with red,green and blue Advanced Power TOPLED® Plus
7.1Example:46" TV with RGB direct backlight with Advanced Power TOPLED® Plus RGB
8Direct LCD TV backlighting with white Advanced Power TOPLED® Plus
8.1Example: 46" TV with RGB direct backlight with white Advanced Power TOPLED® Plus
9LCD TV backlighting with edge lit light guides
9.1Two LED principles are possible
9.2Different LED surface types
9.2.1LEDs with flat outcoupling surface
9.2.2LEDs with shaped lens
9.3Various edge-backlighting solutions
9.3.1Example:46" setup for two side edge backlight
9.3.2Example:46" setup for one side edge backlight
10Conclusion and outlook
3章有機EL光源の現状と展望(赤星治)
1はじめに
2OLEDの製法と基本特性
3光源としてのOLEDの現状
4光源としてのOLED
5バックライティングの課題
6おわりに

【第5編 LED実装技術と放熱機構】

1章LEDバックライト用光源・部材(石川典彦)
1はじめに
2バックライトについて
2.1バックライトへの要求性能
2.2代表的なバックライトの構造
3光源(LED)
3.1発光方式
3.2パッケージ構造
3.3出力タイプ
4部材
4.1導光板
4.2拡散板
4.3光学シート
5おわりに
2章高放熱性基板(米村直己)
1はじめに
2高放熱性基板(メタルベース基板)
2.1メタルベース基板の基本構成
2.2アルミベース基板の特徴及び用途
3高出力系LEDパッケージ
3.1高放熱・高密度パッケージについて
3.2PLCC樹脂パッケージ代替
3.3COB用セラミックパッケージ代替
4おわりに
3章LEDパッケージの設計、構造、組立技術(村上元)
1はじめに
2LED素子の構造
3LEDデバイスの発光と駆動回路
4LEDパッケージの種類
5LEDパッケージ組立技術
5.1小電流LED用パッケージ基板(携帯電話などの小光源に使う構造)
5.2中電流LED用銅リードフレーム(LEDバックライトに使う構造)
5.3大電流LED用セラミック基板(自動車ヘッドライトなどに使う構造)
5.4素子複合化やCOC化
6LEDパッケージの信頼性確認
7LEDパッケージ構成材料と選択
8おわりに
4章基板へのLEDパッケージ実装技術(村上元)
1はじめに
2プリント基板への実装(フロー、リフロー)
3はんだ材料
4リフロー法の温度プロファイル
5チップLEDの最大応力点
6リード付きLEDデバイスのはんだ接合応力
7LEDデバイスの構成部品の伝導度比較
8LEDデバイスの線膨張係数比較
9LEDデバイス取り付け用メタル基板
10メタル基板へのLEDデバイス実装への注意点
11LEDデバイスの水分管理
12おわりに

【第6編 LEDバックライト用光学フィルムと光学用樹脂】

1章LEDバックライト用輝度向上フィルム(榛澤文久)
1はじめに
2市場要求
2.1高輝度化
2.2大型化
2.3薄型化
3解決手法と技術
4課題
5ノートブック用LCD向けLEDバックライト
6大型LCD用LEDバックライト向け光学フィルム
7おわりに
2章LEDバックライト用プリズムシート(山下友義)
1はじめに
2屈折型プリズムシートを用いたBLシステム
3全反射型プリズムシート(Total Reflection Prism Sheet:TRPS)を用いたBLシステム
4プリズムシートに対する要求性能
5高輝度全反射型プリズムシート(YタイプTRPS)
5.1高輝度TRPS
5.2超高輝度TRPS
6TRPSを用いたLED高輝度バックライト技術
6.1小型モバイル用TRPS
6.2TRPSを用いたモバイル用LED-BLの開発
6.3サーキュラー型TRPS-LEDバックライト
7おわりに
3章バックライト導光板用PMMA材料(倉地与志也、清水稔、本吉正典)
1はじめに
2導光板の形状
3導光板の材質及び製造方法
4導光板への要求性能
4.1透明性
4.2熱変形
5導光板用PMMA材料
5.1平板導光板用シート材料
5.2平板導光板用押出シート向け成形材料及び射出成形用材料

【第7編 LEDバックライトの市場】

LEDバックライトユニットの市場(小林敏幸)
1バックライトの構成
2導光板
3LED光源と白色LEDの市場
4LEDバックライトユニットの市場とローカルディミング技術
5バックライトユニットメーカーの動向



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