JP4838355B2 - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトなどとして利用される照明装置、および、この照明装置を備える液晶表示装置に関するものである。

近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わり急速に普及している液晶表示装置は、省エネ型、薄型、軽量型等の特長を活かし液晶テレビ、モニター、携帯電話等に幅広く利用されている。これらの特長をさらに活かす方法として液晶表示装置の背後に配置される照明装置（いわゆるバックライト）の改良が挙げられる。

照明装置は、主にサイドライト型（エッジライト型ともいう）と直下型とに大別される。サイドライト型は、液晶表示パネルの背後に導光体が設けられ、導光体の横端部に光源が設けられた構成を有している。光源から出射した光は、導光体で反射して間接的に液晶表示パネルを均一照射する。この構造により、輝度は低いが、薄型化することができるとともに、輝度均一性に優れた照明装置が実現できる。そのため、サイドライト型の照明装置は、携帯電話、ノートパソコン等のような中小型液晶ディスプレイに主に採用されている。

サイドライト型の照明装置の一例としては、特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１には、発光面からの均一な発光が可能なように導光板の反射面に複数のドットを形成した面発光装置について記載されている。この面発光装置では、反射面の隅部が光源の指向性によって光が伝達されず暗くなるため、当該隅部のドットの密度を他の部分と比較して高くしている。

また、直下型の照明装置は、液晶表示パネルの背後に光源を複数個配列し、液晶表示パネルを直接照射する。したがって、大画面でも高輝度が得やすく、２０インチ以上の大型液晶ディスプレイで主に採用されている。しかし、現在の直下型の照明装置は、厚みが約２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度もあり、ディスプレイの更なる薄型化には障害となる。

大型液晶ディスプレイで更なる薄型化を目指すには、光源と液晶表示パネルとの距離を近づけることで解決可能だが、その場合光源の数を多くしなければ、照明装置の輝度均一性を得る事はできない。その一方で、光源の数を増やすとコストが高くなる。そのため、光源の数を増やすことなく、薄型で輝度均一性に優れた照明装置の開発が望まれている。

従来、これらの問題を解決するため、サイドライト型の照明装置を複数個並べることで、大型液晶ディスプレイを薄型化するという試みがなされている。

例えば、特許文献２には、板状の導光ブロックを部分的に重ねてタンデム配列し、各導光ブロックに一次光をそれぞれ供給する一次光源を備えた面光源装置が開示されている。このような構造によれば、コンパクトな構造で広発光エリアを確保できるため、大型の液晶ディスプレイに好適に利用できる。

また、特許文献３には、多角形状の発光モジュールを複数個並べて配置して構成された照明装置が開示されている。この発光モジュールは、ＬＥＤなどの光源を発光体の端部に配置した構造となっている。

上記のように、光源と導光体とを組み合わせて構成される導光体ユニットを複数個並べて構成された照明装置は、タンデム型の照明装置と呼ばれる。
日本国公開特許公報「特開２００３−４３２６６号公報（公開日：２００３年２月１３日） 日本国公開特許公報「特開平１１−２８８６１１号公報（公開日：１９９９年１０月１９日） 日本国公表特許公報「特表２００６−５２２４３６号公報（公表日：２００６年９月２８日） 日本国公開特許公報「特開２００１−３１２９１６号公報（公開日：２００１年１１月９日）

しかしながら、上記のようなタンデム型の照明装置においては、発光面が各導光板に分割されているために、導光板単位で輝線や影が発生することになり、輝度ムラの原因となってしまう。

特許文献４には、このような問題を解決するために、各導光板が別体に構成されたいわゆるタンデム型の面光源装置において、導光板の先端面が垂直ではなく、上端が前方に倒れるように傾斜した形状とすることが記載されている（特許文献４の図１０および図１２参照）。

しかしながら、上記のように導光板の先端面を傾斜させた場合であっても、該先端面が乗り上げる他の導光板側では、発光面の傾斜度が急激に変化する部分が存在する。このように傾斜度が急激に変化する部分が存在すると、発光面では依然として輝度の均一性が損なわれるという問題が発生する。

これについて、図５を参照して説明する。図５には、従来の照明装置に備えられた導光体ユニット３１の部分構成を示す。この導光体ユニット３１は、導光体３７および光源３５を備えている。

図５に示す導光体３７は、発光面３７ａを有する発光部３７ｂと、該発光部３７ｂへ光源３５からの光を導く導光部３７ｃとから構成されている。そして、発光部３７ｂに形成された発光面３７ａは、照射対象である液晶パネルなどに対して水平な水平面３７ｄと、該水平面３７ｄと導光部３７ｃの表面との間をつなぐ傾斜面３７ｅとで構成されている。図５には、この傾斜面３７ｅと水平面３７ｄとの境界およびその近傍の領域Ａの光路を、矢印を付した一点鎖線で示している。

この図に示されるように、上記の領域Ａでは、表面の傾斜度が急激に変化していることに起因して、光路が急激に変化する２種類の光が発生してしまう。このように光路が急激に変化する箇所では、ある方向から発光面を見た場合、輝度が異なって認識される。光路が滑らかに変化すれば、輝度の変化も滑らかであるが、光路が急激に変化する場合は、輝度の変化も急峻になり、輝度ムラが発生してしまう。そのため、上記の領域Ａの発光面３７ａでは、輝度ムラが発生し、輝度の均一性が損なわれることになる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、光源からの光をより均一に出射することのできる照明装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる照明装置は、上記の課題を解決するために、光源と、該光源からの光を拡散させて面発光させる導光体との組み合わせを複数個備え、各導光体は、発光面を有する発光部と、該発光部へ上記光源からの光を導く導光部とを有し、一方の導光体の導光部に、該一方の導光体に隣り合う他方の導光体の発光部が乗り上げるように配置された照明装置であって、上記発光面は、照射対象に対して水平な水平面と、該水平面と上記導光部との間に設けられ、上記照射対象に対して傾斜した傾斜面とから構成されており、上記傾斜面は、上記水平面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記水平面に連続させる曲面となっていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記水平面と上記導光部との間に傾斜面が形成されていることによって、発光面における輝度ムラの発生を抑えることができる。さらに、上記傾斜面が、上記水平面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記水平面に連続させる曲面となっていることで、傾斜面からの出射光と水平面からの出射光との間の急激な光路の変化を防ぐことができる。これにより、発光面全体における輝度ムラの発生をさらに抑え、輝度均一性をより向上させた照明装置を実現することができる。

本発明の照明装置では、上記水平面と上記傾斜面との境界は、上記発光面からの光の出射角が滑らかに変化するような形状となっていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記水平面と上記傾斜面との境界が、上記発光面からの光の出射角が滑らかに変化するような形状となっていることで、発光面における輝度ムラの発生をさらに抑えることができる。

つまり、上記水平面と上記傾斜面との境界が上記のような形状となっていることで、傾斜面と水平面との間で表面の傾斜度が急激に変化する部分がなくなるために、導光体内から出射する光の経路が大きく変化することを防ぐことができる。そのため、発光面全体における輝度ムラの発生をさらに抑え、輝度均一性をより向上させた照明装置を実現することができる。

本発明の照明装置では、さらに、上記傾斜面と上記導光部の表面との境界が、当該導光部の表面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記導光部の表面に連続させる曲面となっていることが好ましい。

上記の構成によれば、導光部との境界付近から出射される光についてもその出射角を滑らかに変化させることができるため、照明装置の輝度均一性をさらに向上させることができる。実使用上で、公差などが発生した場合、導光部からも光が出射する可能性があるため、導光部の表面と傾斜面との境界が、上記のような曲面となっていることがより好ましい。

本発明の液晶表示装置は、上記の何れかの照明装置をバックライトとして備えていることを特徴としている。

本発明の液晶表示装置は、本発明の照明装置をバックライトとして備えていることで、液晶表示パネルに対してより均一な光を照射することができるため、表示品位を向上させることができる。

本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。

図２に示す液晶表示装置に備えられたバックライトを構成している導光体ユニットの部分構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図２に示す液晶表示装置に備えられたバックライトを構成している導光体ユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の液晶表示装置に備えられたバックライトを構成する導光体ユニットの他の構成例を示す部分断面図である。 従来のバックライトを構成している導光体ユニットの構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２ バックライト（照明装置）
３ 液晶表示パネル
５ 光源
６ 反射シート
７ 導光体
７ａ 発光面
７ｂ 発光部
７ｃ 導光部
７ｄ 水平面
７ｅ 傾斜面
８ 光学シート
１１ 導光体ユニット
５１ 導光体ユニット

本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施の形態では、液晶表示装置のバックライトとして使用される照明装置について説明する。

図１は、本実施の形態にかかる液晶表示装置１の概略構成を示す断面図である。液晶表示装置１は、バックライト２（照明装置）と、バックライト２に対向配置される液晶表示パネル３とを備えている。

液晶表示パネル３は、従来の液晶表示装置に使用される一般的な液晶表示パネルと同様であり、図示はしないが、例えば、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が形成されたアクティブマトリクス基板と、それに対向するＣＦ基板とを備え、これらの基板の間に液晶層がシール材により封入された構成を有している。

次に、液晶表示装置１に備えられたバックライト２の構成について説明する。

図２に示すように、バックライト２は、液晶表示パネル３の背後（表示面とは反対の側）に配置されており、光源５と導光体７とを組み合わせて構成される導光体ユニット１１を複数個有している。

ここで、導光体ユニット１１の構造について、図１および図３を参照して説明する。１つの導光体ユニット１１には、光源５、光源５からの光を拡散させて面発光させる導光体７、光源５を配置している基板４、反射シート６などが備えられている。

光源５は、例えば、サイド発光タイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）、または冷陰極管（ＣＣＦＬ）等である。本実施の形態では、光源５として、ＬＥＤを例に挙げて説明する。光源５として、Ｒ、Ｇ、Ｂのチップが１つのパッケージにモールドされているサイド発光タイプのＬＥＤを用いることによって、色再現範囲の広い照明装置を得ることが可能となる。なお、光源５は、基板４上に配置されている。

導光体７は、光源５から出射された光を発光面（光出射面とも呼ぶ）７ａから面発光させるものである。発光面７ａは、照射対象に対して光を照射するための面である。本実施の形態では、導光体７は、図２に示すように、タンデム構造になっている。すなわち、導光体７は、発光面７ａを有する発光部７ｂと、該発光部７ｂへ光源５からの光を導く導光部７ｃとを有し、各導光体７の導光部７ｃに他の導光体７の発光部７ｂが乗り上げるように配置されている。このような配置の仕方は、タンデム配置と呼ばれる。

図２は、図１に示す液晶表示装置に備えられた導光体ユニット１１の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、光源５から出射された光は、導光体７の導光部７ｃに入射し、導光部７ｃ内を伝播して発光部７ｂに到達する。図示はしていないが、導光体７の発光部７ｂの表面（発光面７ａ）、若しくは裏面には、導光してきた光を前面に出射させるための加工や処理が施されており、光は、導光体７の発光面７ａから液晶表示パネル３側へ出射される。導光体７の発光部７ｂに施される具体的な加工方法や処理方法は、例えば、プリズム加工、シボ加工、印刷処理などが挙げられるが、特に限定されず、適宜公知の方法が用いられる。

また、導光体７は、主に、ＰＭＭＡやポリカーボネート等の透明樹脂によって構成されているが、特に限定されず、光の透過率が高い材質であることが好ましい。

また、導光体７は、例えば射出成型や押出成型、熱プレス成型、切削加工等によって成形することができる。ただし、これら成形方法には限定されず、同様の特性が発揮される加工方法であればよい。

反射シート６は、各導光体７の裏面（発光面７ａとの対向面）と接するように設けられている。反射シート６は、光を反射し、発光面７ａからより多くの光を出射させるものである。

なお、基板４の背面（光源５が実装されている面の反対側の面）側には、図示はしていないが、光源５を構成する各ＬＥＤを点灯制御するためのドライバが実装されている。すなわち、ドライバは、ＬＥＤとともに同一の基板４に実装されている。同一基板実装をすることにより、基板の数を削減できるとともに、基板間を繋ぐコネクタ等が削減できるため、装置のコストダウンを図ることができる。また、基板の数が少ないため、バックライト２の薄型化を図ることもできる。

上記のようにして、複数個の導光体ユニット１１をタンデム配置した構造の上部には、図２に示すように、光学シート８が配置されている。光学シート８は、液晶表示パネル３へ均一な光を照射するための拡散板、光を集光しつつ散乱させる拡散シート、光を集光し正面方向の輝度を向上させるレンズシート、および、光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過することによって液晶表示装置１の輝度を向上させる偏光反射シートなどの何れか、または、これらを適宜組み合わせて構成されている。光学シート８の構成は、液晶表示装置１の価格や性能によって決定すればよい。

上記の構成により、点状の光源５から出射された光は、散乱作用と反射作用を受けながら導光体７内を進み、発光面７ａから出射する。図２、図３では、光の進行方向を矢印で示している。

そして、発光面７ａから出射された光は、導光体７の前面に配置されている光学シート８によって拡散されることにより、均一化されるとともに集光され、液晶表示パネル３に照射されることとなる。

ここで、本発明にかかるバックライト２に備えられた導光体ユニット１１のより具体的な構造について、従来の導光体ユニット３１の構造と比較しながら説明する。

図５には、従来の導光体ユニット３１の部分断面の構成を示す。上述したように、発光部３７ｂに形成された発光面３７ａは、照射対象である液晶パネルなどに対して水平な水平面３７ｄと、該水平面３７ｄと導光部３７ｃの表面との間をつなぐ傾斜面３７ｅとで構成されている。

本実施の形態の導光体ユニット１１においても、導光体ユニット３１と同様に、発光部７ｂに形成された発光面７ａは、照射対象である液晶表示パネル３に対して水平な水平面７ｄと、該水平面７ｄと導光部７ｃの表面との間をつなぐ傾斜面７ｅとで構成されている。導光部７ｃと発光部７ｂとの間が水平面に対して垂直な面でつながれているのではなく、上記のような傾斜面７ｅでつながれていることによって、導光部７ｃとの境界付近の発光面７ａにおいて、光源からの光が到達せず影となる部分（すなわち、暗線）が形成されることがなくなるため、各導光体７を配列して形成されたバックライト２の発光面全体における輝度ムラの発生を抑えることができる。

しかしながら、上記のような傾斜面を設けた場合であっても、従来の導光体ユニット３１では、依然として面内の輝度の均一化を妨げる問題点を有している。それは、傾斜面３７ｅと水平面３７ｄとの間で、面の傾斜度が急激に変わっているという点である。

図５では、傾斜面３７ｅと水平面３７ｄとの境界およびその近傍の領域Ａにおける光源５からの光路を、矢印を付した一点鎖線で示している。この図に示されるように、上記の領域Ａでは、表面の傾斜度が急激に変化している（すなわち、傾斜面３７ｅと水平面３７ｄとが不連続な面となっている）ことに起因して、光路が急激に変化する２種類の光が発生してしまう。これにより、上記の領域Ａの発光面３７ａでは、輝度ムラが発生し、輝度の均一性が損なわれることになる。

一方、本発明においては、導光体ユニット１１に形成された傾斜面７ｅが、水平面７ｄに対する該傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、傾斜面７ｅを水平面７ｄに連続させる曲面となっている。

つまり、導光体ユニット１１における発光部７ｂの後端（導光部７ｃ側）は、導光部７ｃの表面から、発光部７ｂの水平面７ｄにかけて、滑らかにつながっている。なお、ここでいう「滑らか」とは、不連続な箇所がないことをいう。

傾斜面７ｅが、上記のような曲面となっていることで、傾斜面７ｅからの出射光と水平面７ｄからの出射光との間の急激な光路の変化を防ぐことができる。これにより、発光面７ａ全体における輝度ムラの発生をさらに抑え、輝度均一性をより向上させたバックライト２を実現することができる。

なお、より具体的には、上記曲面の形状は、水平面７ｄと傾斜面７ｅとの境界において、発光面７ａからの光の出射角が滑らかに変化するような形状である。ここで、「導光体からの光の出射角が滑らかに変化する」とは、導光体の内部から上記水平面及び上記傾斜面へ向かう光の方向が同じである場合に、該水平面及び該傾斜面からの出射光の水平面に対する角度が少なくとも３種類存在することを意味する。

上記の構成によれば、傾斜面と水平面との間で表面の傾斜度が急激に変化する部分がなくなるために、導光体内から出射する光の経路が大きく変化することを防ぐことができる。そのため、発光面全体における輝度ムラの発生をさらに抑え、輝度均一性をより向上させたバックライトを実現することができる。

図１では、傾斜面７ｅと水平面７ｄとの境界およびその近傍の領域Ａにおける光源５からの光路を、矢印を付した一点鎖線で示している。図１に示すように、本実施の形態の導光体ユニット１１では、領域Ａにおいて導光体７内から出射する光の水平面に対する角度は、傾斜面７ｅから水平面７ｄにわたって徐々に変化している。

このように、本実施の形態の導光体ユニット１１では、出射された光の輝度変化が不連続になることなくなるため、発光面７ａから均一に光を出射することができる。

さらに、本実施の形態の導光体ユニット１１では、傾斜面７ｅと導光部７ｃの表面との境界およびその近傍（図１に示す領域Ｂ）についても、領域Ａと同様の曲面となっている。つまり、傾斜面７ｅと導光部７ｃの表面との境界は、当該導光部７ｃの表面に対する傾斜面７ｅの傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面７ｅを上記導光部７ｃの表面に連続させる曲面となっている。これによれば、導光部との境界付近から出射される光についてもその出射角を滑らかに変化させることができるため、バックライト２の輝度均一性をさらに向上させることができる。

但し、本発明は、必ずしも上記のような構造の導光体ユニットには限定されない。図４には、本発明にかかる導光体ユニットの他の構造の例を示す。なお、図４に示す導光体ユニット５１において、上述した導光体ユニット１１と同様の機能を有する部材については、同じ部材番号を付すとともに、その説明を省略する。

図４に示すように、導光体ユニット５１では、水平面７ｄと傾斜面７ｅとの境界およびその近傍（図４に示す領域Ａ）においては、傾斜面７ｅが、水平面７ｄに対する該傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、傾斜面７ｅを水平面７ｄに連続させる曲面となっている。

一方、傾斜面７ｅと導光部７ｃの表面との境界（図４に示す領域Ｂ）においては、上記のような曲面にはなっておらず、不連続な面同士がつながった形状となっている。このように、領域Ｂについては、他の導光体ユニットが乗り上げることで表面には露出せず、当該領域Ｂが曲面形状になっていなくても面内輝度の均一化に対して大きな妨げとはならないため、必ずしも曲面形状になっていなくてもよい。

しかし、バックライトの輝度均一性をより一層向上させるためには、図１に示す導光体ユニット１１のように、領域Ａおよび領域Ｂがともに曲面形状となっていることが好ましい。また、導光部７ｃの表面と傾斜面７ｅとの境界にかかわらず、発光面７ａ全体において矩形などの特異点があると、光の進行方向が変わってしまう。そのため、このような特異点を有する面から光が出射すると、輝度の急峻な変化の要因となる。そこで、発光面７ａ全体にわたって、その表面が滑らかであることがより好ましい。

以上のように、本実施の形態の液晶表示装置１は、上述したようなバックライト２を備えていることで、液晶表示パネル３に対してより均一な光を照射することができるため、表示品位を向上させることができる。

なお、上記の実施形態では、光源５としてＬＥＤを使用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、他の光源を使用してもよい。ＬＥＤ以外の光源としては、例えば、冷陰極管（ＣＣＦＬ）などが挙げられる。

以上のように、本発明にかかる照明装置は、水平面と導光部との間に傾斜面が形成されていることによって、発光面における輝度ムラの発生を抑えることができる。さらに、上記傾斜面が、上記水平面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記水平面に連続させる曲面となっていることで、傾斜面からの出射光と水平面からの出射光との間の急激な光路の変化を防ぐことができる。これにより、発光面全体における輝度ムラの発生をさらに抑え、輝度均一性をより向上させた照明装置を実現することができる。

本発明の照明装置は、発光面積が大きくなった場合にも輝度均一性に優れているため、特に大画面を有する液晶表示装置のバックライトとして使用することが好ましいが、これに限定はされず、あらゆる液晶表示装置のバックライトとして使用することができる。

本発明にかかる照明装置は、以上のように、上記発光面は、照射対象に対して水平な水平面と、該水平面と上記導光部との間に設けられ、上記照射対象に対して傾斜した傾斜面とから構成されており、上記傾斜面は、上記水平面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記水平面に連続させる曲面となっていることを特徴としている。

上記の構成によれば、発光面全体における輝度ムラの発生をさらに抑え、輝度均一性をより向上させた照明装置を実現することができるという効果を奏する。

また、本発明の液晶表示装置は、以上のように、本発明の照明装置をバックライトとして備えている構成である。

上記の構成によれば、液晶表示パネルに対してより均一な光を照射することができるため、表示品位を向上させることができるという効果を奏する。

発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内において、いろいろと変更して実施することができるものである。

本発明によれば、光源からの光をより均一に出射することのできる照明装置を提供できる。本発明の照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして利用することができる。

Claims (4)

1. 光源と、該光源からの光を拡散させて面発光させる導光体との組み合わせを複数個備え、各導光体は、発光面を有する発光部と、該発光部へ上記光源からの光を導く導光部とを有し、一方の導光体の導光部に、該一方の導光体に隣り合う他方の導光体の発光部が乗り上げるように配置された照明装置であって、
   上記発光面は、照射対象に対して水平な水平面と、該水平面と上記導光部との間に設けられ、上記照射対象に対して傾斜した傾斜面とから構成されており、
   上記傾斜面は、上記水平面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記水平面に連続させる曲面となっていることを特徴とする照明装置。
2. 上記水平面と上記傾斜面との境界は、上記発光面からの光の出射角が滑らかに変化するような形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. さらに、上記傾斜面と上記導光部の表面との境界が、当該導光部の表面に対する傾斜面の傾きを連続的に変化させることによって、該傾斜面を上記導光部の表面に連続させる曲面となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の照明装置をバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。

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