JP2004117413A

JP2004117413A - 液晶表示パネルのバックライト装置

Info

Publication number: JP2004117413A
Application number: JP2002276442A
Authority: JP
Inventors: Muneo Kitamura; 北村　宗夫
Original assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Current assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】導光板を薄型化した場合においても、この導光板内に導光した光の拡散率を向上させることで、輝度ムラなく液晶表示パネル面を照明することのできるバックライト装置を提供することである。
【解決手段】ＬＥＤ２７と、導光本体部２８ａ及び受光部２８ｂを有する導光板２８と、前記導光本体部２８ａの上面に配設され、液晶表示パネル２２面に向けて光を拡散させる上拡散部材３６と、導光本体部２８ａの下面に配設され、この導光本体部２８ａ内に導光されてくる光を液晶表示パネル２２面に向けて反射させる反射部材３８とを備えた液晶表示パネルのバックライト装置２３において、前記導光本体部２８ａの下面と反射部材３８との間に、反射部材３８で反射した光を液晶表示パネル２２面に向けて拡散させる下拡散部材３７を配設した。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルを背面から照明するバックライト装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶セルを用いた表示装置は、時計、電話機、パソコン等のあらゆる電子機器に搭載されている。このような電子機器にあって、特に時計や携帯電話等は夜間や暗所においても使用されるため、前記液晶セルを照明するバックライト装置を備えたものが多い。
【０００３】
図４は、従来のバックライト装置３を備えた液晶表示装置１の断面構造を示したものである。この液晶表示装置１は、枠体４の下部に前記バックライト装置３を配設し、その上に液晶表示パネル２を配設している。前記液晶表示パネル２は、透明電極膜が形成された２枚のガラス基板の間に液晶物質を挟んだ構造の液晶セルと、この液晶セルの上面及び下面に配設される２枚の偏光板とで構成されている。バックライト装置３は、光源である発光素子（ＬＥＤ７）と、このＬＥＤ７で発した光を導く導光板８とを備えている。前記導光板８は、透明なアクリル材で形成され、前記液晶表示パネル２と略同一面積の導光本体部８ａと、その一端から突出した受光部８ｂとで一体形成されている。前記受光部８ｂは、前記導光本体部８ａの下面から平行に突出した受光面９と、前記導光本体部８ａの上面から略４５度の傾斜角を有する反射面１０とを備えている。ＬＥＤ７は各種のＩＣや電子部品が実装される回路基板６の先端部に実装され、発光面１３を前記受光面９に向けた状態で固定されている。
【０００４】
前記ＬＥＤ７の発光面１３から発せられる光は、図５に示すように、受光面９に入射したのち、所定の角度で傾斜形成された反射面１０によって反射され、前記導光本体部８ａ内に導光される。前記反射面１０で反射される光は、ＬＥＤ７に最も近いａ部では入射角が小さいので、導光板８のＬＥＤ７側に近い部分を照らし、入射角の大きなｂ部で反射された光はそれよりも遠くを照射する。このようにして、受光及び反射された光を導光板８全体に導光させることで、上方に配設される液晶表示パネル２を背面から照明している。また、前記導光板８の下面に光反射シート１１、上面に光拡散シート１２が設けられる。前記光反射シート１１は、導光板８内に導光した光を上方に向けて反射させて輝度を高め、前記光拡散シート１２は、下方の導光板８の表面から放射される光を適度に拡散させて輝度ムラを抑える働きをしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記液晶表示パネル２のビューエリアを広く確保しつつ、バックライト装置３の小型化を図ろうとする場合は、上記従来の液晶表示装置１のように、ＬＥＤ７からの光を液晶表示パネル２から突出させた受光部８ｂによって、導光本体部８ａ内に導光するといった構成を取らざるを得ない。しかしながら、前記構成のバックライト装置３にあっては、前記導光本体部８ａ内の端部にまで光を導光させるとなると、前記受光部８ｂに設けられている反射面１０の角度を４５度近辺にまで立ち上げなければならない。このため、薄型の導光板を採用した場合は、前記反射面１０の立ち上がり角が十分確保できなくなり、導光効率が低下してしまう。したがって、導光板８のＬＥＤ７に近い部分は明るく、逆にＬＥＤ７から遠ざかるにしたがって暗くなるといったような輝度ムラが顕著に現れることとなる。このようなことから、前記導光板８の薄型化が制限されていた。
【０００６】
これを改善するために、上記図４に示したように、導光板８の下面に光反射シート１１を設けたり、上面に光拡散シート１２を配設するなどしているが、これでもある一定の厚み以下になると、輝度ムラが無視できなくなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、薄型の導光板を使用した場合においても、前記導光板に導光した光の拡散率を向上させて、輝度ムラなく液晶表示パネル面を照明することのできる液晶表示パネルのバックライト装置を提供するものである。
【０００８】
【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に係る液晶表示パネルのバックライト装置は、光源と、この光源から発する光を受光する受光部及び受光した光を導く導光本体部を有する導光板と、前記導光本体部の上面に配設され、液晶表示パネル面に向けて光を拡散させる上拡散部材と、前記導光本体部の下面に配設され、この導光本体部内に導光されてくる光を前記液晶表示パネル面に向けて反射させる反射部材とを備えた液晶表示パネルのバックライト装置において、前記導光本体部の下面と反射部材との間に、前記反射部材で反射した光を液晶表示パネル面に向けて拡散させる下拡散部材を配設したことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記導光板の下面と反射部材との間に下拡散部材を配設したことで、前記導光板内に導光した光を上方向に拡散させて、液晶表示パネル面を均一に照明することができる。また、前記下拡散部材が反射部材に積層して設けられることで、導光板内の下面に向かって導光した光が前記反射部材に反射された後、下拡散部材を透過するため、高輝度での拡散効果が得られる。
【００１０】
前記下拡散材は、微細なビーズ等を透明なポリエステルフィルムの表面にコーティングしてなる凹凸部によって形成されるので、前記ビーズの粒径や分散する密度を設定することによって、様々な方向に光を放射する拡散効果を得ることができる。
【００１１】
前記下拡散部材の凹凸部の密度を導光板の受光面に近いところから遠いところにかけて低くして形成することによって、最も輝度の高い受光面近辺では光拡散率を高くして光量を分散させ、最も輝度の低い端部においては、光拡散率を低くして光量の分散を抑えることができる。このことによって、導光板の表面輝度が全面に亘って均一となって、上方に配設される液晶表示パネル面をムラなく照明することができる。
【００１２】
【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液晶表示パネルのバックライト装置を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明のバックライト装置２３を組み込んだ液晶表示装置２１の構造を示したものである。前記バックライト装置２３は、光源である発光素子（ＬＥＤ２７）と、このＬＥＤ２７が発する光を液晶表示パネル２２に導光する導光板２８を中心にして構成されている。前記ＬＥＤ２７は、上面に発光面３２、下面に電極部を備え、前記電極部が回路基板２６の先端部に実装配置される。
【００１４】
前記導光板２８は、透明なアクリル板で形成され、液晶表示パネル２２と略同面積で一定の厚みを有する導光本体部２８ａと、前記液晶表示パネル２２から突出して設けられる受光部２８ｂとで一体形成されている。前記受光部２８ｂは、ＬＥＤ２７から発する光を受光する受光面３４と、前記受光した光を導光本体部２８ａ内に向けて反射させる反射面３５を備えている。前記反射面３５は、導光本体部２８ａの端部まで光を導光させるために、所定の角度で傾斜形成されている。
【００１５】
前記導光本体部２８ａには、上面に上拡散部材３６が配設され、下面に反射部材３８が配設される。前記上拡散部材３６及び下拡散部材３７は共に、厚みが約１００μｍの透明なポリエステルフィルムの表面に微細な凹凸部が形成されたものである。この凹凸部は大小様々なビーズをコーティングして形成される。前記下拡散部材３７の下側に配設される反射部材３８は、高反射率を有する銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）等を蒸着したシート状のもので、前記導光本体部２８ａ内に導光された光を漏れなく有効に液晶表示パネル２２に向けて反射させるために設けられる。
【００１６】
前記上拡散部材３６は、導光本体部２８ａの上面から放射する光を拡散させて液晶表示パネル２２に照射するために設けられる。また、下拡散部材３７は、前記導光本体部２８ａ内を導光する光の中で前記反射部材３８によって上方向に反射された光を導光本体部２８ａ内で拡散する。このため、導光本体部２８ａ内に導光された光は、最初に、前記下拡散部材３７によって導光本体部２８ａ内の全域の輝度を均一にし、さらに、上拡散部材３６によって導光本体部２８ａの表面からの輝度を均一にするといったような二重の拡散処理が行われる。この二重の光拡散作用によって、液晶表示パネル２２を照明した際の輝度ムラを大幅に低減させることができる。
【００１７】
以上説明したように、上拡散部材３６及び下拡散部材３７の二重の効果によって、導光本体部２８ａの端部まで導光させるための反射角度が十分確保できない薄型の導光板２８における輝度ムラの改善効果が得られるが、前記上拡散部材３６及び下拡散部材３７の拡散率を部分的に調整することによって、さらに輝度ムラを低減させることが可能である。図２は、光拡散率が部分的に変化するように構成された拡散シート４１を導光本体部２８ａの下面に配設したときの拡散効果を示したものである。この拡散シート４１は、光拡散率の異なる４枚の拡散シート片４１ａ〜４１ｄを繋ぎ合せて形成されたもので、ＬＥＤ２７に近い方の拡散シート片４１ａの光拡散率が最も高く、前記ＬＥＤ２７から最も遠い拡散シート片４１ｄの光拡散率が低くなるように設定されている。このため、導光本体部２８ａの中でＬＥＤ２７に近い箇所では、前記拡散シート片４１ａによってＬＥＤ２７からの直射光や反射面３５からの強い光が分散される。一方、ＬＥＤ２７から遠い導光本体部２８ａの端部にいくにしたがって、この箇所での発光輝度の分散は抑えられる代わりに、前記光拡散率の高い拡散シート片４１ａ，４１ｂによって拡散された光が順次伝播されてくるので光量が補われて輝度の低下を防止する。このような拡散シート４１を使用することによって、ＬＥＤ２７に最も近い箇所から輝度の高い光を順次ＬＥＤ２７から離れた箇所に拡散しながら伝播されていくので、導光本体部２８ａの輝度が略全面に亘って均一となる。
【００１８】
次に示す表１は、上記構造のバックライト装置２３を備えた液晶表示装置における輝度及び輝度ムラと、従来の下拡散部材のない液晶表示装置における輝度及び輝度ムラの測定結果である。今回の測定では、導光本体部２８ａの下面に配設される下拡散部材として、光拡散率の異なる拡散シート片を組み合わせて構成された３個の液晶表示装置サンプルについて、液晶表示パネル面上の輝度及び輝度ムラを計測した。なお、前記下拡散部材以外の光源、導光板、液晶表示パネル、上拡散部材及び反射部材の材質やサイズ等は全て同一のものを使用した。また、測定ポイントは、液晶表示パネル面を均等に９分割（Ｐ１〜Ｐ９）し、それぞれの分割領域での輝度を測定して平均輝度及び平均輝度ムラを計算式に基づいて算出した。
【００１９】
輝度の測定は、図３（ａ）に示すように、周囲からの入射光が入らない暗室状態の中で予め正面から見て最適コントラストが得られるように駆動信号を設定した後、駆動信号装置によって全面白（全透過信号）を表示し、最大輝度（調光最大）にした状態で液晶表示パネル２２の中心部を距離Ｌ（５０ｃｍ）離れた箇所に設置された輝度計で測定する。また、輝度ムラは、液晶表示装置サンプルを前記同様の暗室状態におき、図３（ｂ）に示すように、最大輝度時の液晶表示パネル２２上の測定ポイント（Ｐ１〜Ｐ９）の各輝度を輝度計でそれぞれ測定し、次式によって計算される。
【００２０】
【数１】

【００２１】
なお、前記液晶表示装置サンプルの仕様及び測定に使用した機材は以下のとおりである。
液晶表示パネル：２４．４ｍｍ×２１．２ｍｍ
導光板：１９．７ｍｍ×２７．８ｍｍ、厚み０．５ｍｍのアクリル板
上拡散部材，下拡散部材：２４．４ｍｍ×１９．７ｍｍ、厚み１００μｍのポリエステルフィルム
反射部材：２７．６ｍｍ×１９．５ｍｍ、厚み６０μｍで表面に銀（Ａｇ）蒸着膜が形成されたシート
輝度計：ＨＩ−ＬＡＮＤ社製ＲＩＳＡ−ＣＤ
【００２２】
以下の表１から分かるように、従来の液晶表示装置では、輝度ムラが８２％以上であったものが、本発明の液晶表示装置では７０％台にまで改善された。特に、光拡散率の異なる拡散シート片の数や組み合わせによって改善の度合いも異なる。今回の測定では、前記拡散シート片を３種又は４種組み合わせたが、これは、導光板のサイズや厚みに応じて適宜調整することによって最良の効果が得られる。また、平均輝度に関しては前記輝度ムラほど顕著ではないものの若干の改善効果が得られた。
【００２３】
【表１】

【００２４】
前記バックライト装置２３は、枠体２４に上拡散部材３６、下拡散部材３７及び反射部材３８を装着した導光板２８と、ＬＥＤ２７が実装された回路基板２６とを所定の間隔を空けて組み込まれるが、前記ＬＥＤ２７の発光面３２を受光部２８ｂの受光面３４に対向させた状態で枠体２４に組み込まれる。この組み込みに際しては、前記ＬＥＤ２７の発光面３２が受光面３４に隙間なく近接させるほど受光効率が高まるが、振動等による衝突を防止するため、０．１〜０．２ｍｍ程度の隙間を設けた方が好ましい。前記回路基板２６には前記ＬＥＤ２７の他に、液晶表示パネル２２を駆動制御するためのＩＣや電子部品が実装される。また、これらのバックライト装置２３及び液晶表示パネル２２が組み込まれる枠体２４の内壁に白色系の塗料を塗布したり、枠体２４自体を白色系の顔料あるいは染料を混合した樹脂材で成形することによって、ＬＥＤ２７で発光した光を外部に漏らさずに受光及び反射させて導光本体部２８ａへの導光効率を高めることができる。また、導光板２８と枠体２４との間に銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）蒸着シート等の高反射率を有する反射シートを設けることによっても効果がある。
【００２５】
液晶表示パネル２２は、周知のように、相対して配設された上ガラス基板及び下ガラス基板の内側に上透明電極と下透明電極及び上配向膜と下配向膜が設けられ、封止部材で一定の間隔をおいて封止し、その中に液晶物質が封入された構造となっている。この液晶表示パネル２２は、下ガラス基板側を下にした状態で前記バックライト装置２３の上方に配設される。
【００２６】
なお、本実施形態では、導光本体部２８ａの下面に配設される下拡散部材３７に対して光拡散率の異なる拡散シート片を組み合わせることで輝度ムラの改善効果を向上させたが、上拡散部材３６についても同様の処理を施すことによって、さらなる改善効果が期待できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液晶表示パネルのバックライト装置によれば、液晶表示パネルが直接接する導光板の上面とは別に導光板の下面にも拡散部材を配設したことによって、導光板内で反射される光を拡散させることができる。このため、光源からの光が到達しにくかった導光板の端部においても、前記拡散効果によって光を導光させて輝度ムラの改善を図ることができると共に、バックライト装置の薄型化に対応して導光板を薄くした場合においても輝度の向上及び輝度ムラの改善効果が得られる。
【００２８】
また、前記拡散部材が光源に近い箇所は光拡散率を高くし、逆に光源から遠くなるにしたがって光拡散率を低く抑えるような構成にすることで、導光板全面に亘ってムラのない発光効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバックライト装置を組み込んだ液晶表示装置の断面図である。
【図２】上記バックライト装置における導光作用を示す説明図である。
【図３】上記液晶表示装置の輝度測定環境を示す説明図である。
【図４】従来のバックライト装置を組み込んだ液晶表示装置の断面図である。
【図５】上記従来のバックライト装置における導光作用を示す説明図である。
【符号の説明】
２１　液晶表示装置
２２　液晶表示パネル
２３　バックライト装置
２７　ＬＥＤ（光源）
２８　導光板
２８ａ　導光本体部
２８ｂ　受光部
３６　上拡散部材
３７　下拡散部材
３８　反射部材

Claims

光源と、この光源から発する光を受光する受光部及び受光した光を導く導光本体部を有する導光板と、前記導光本体部の上面に配設され、液晶表示パネル面に向けて光を拡散させる上拡散部材と、前記導光本体部の下面に配設され、この導光本体部内に導光されてくる光を前記液晶表示パネル面に向けて反射させる反射部材とを備えた液晶表示パネルのバックライト装置において、
前記導光本体部の下面と反射部材との間に、前記反射部材で反射した光を液晶表示パネル面に向けて拡散させる下拡散部材を配設したことを特徴とする液晶表示パネルのバックライト装置。
前記上拡散部材及び下拡散部材は、ポリエステルフィルムの表面に微細な凹凸部が形成されてなる請求項１記載の液晶表示パネルのバックライト装置。
前記凹凸部は、導光板の受光部に近い箇所は密集させて光拡散率を高く、遠ざかるにしたがって分散させて光拡散率を低く抑えた請求項２記載の液晶表示パネルのバックライト装置。
前記凹凸部は、微小なビーズをコーティングして形成される請求項２又は３記載の液晶表示パネルのバックライト装置。