JP2006134711A - 面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度化及び薄型軽量化が可能な面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 Ｌ字形状の冷陰極管２２と、冷陰極管２２から放射された放射光が入射する入射面２１ｃ及び２１ｅを備えた楔形状の導光体２１と、冷陰極管２２を取り囲むとともに入射面に対向する開口部２４を有し冷陰極管２２から放射された放射光を導光体２１に向けて反射するリフレクタ２３と、を備え、リフレクタ２３の開口部２４は、導光体２１の互いに隣接する２つの入射面の形状に対応した形状であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置に係り、特に、Ｌ字形状の光源と楔形状の導光体とを組み合わせた面光源装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータやテレビなどのＯＡ機器などの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器の表示装置としても利用されている。このような液晶表示装置は、例えば、液晶表示パネル及びこの液晶表示パネルを照明する面光源装置を備えている。

このような構成の液晶表示装置においては、面光源装置の高輝度化のためにＬ字形状の光源を採用するとともに、薄型軽量化のために楔形状の導光体を採用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１７８９４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、光源からの放射光を効率良く導光体に導くことが困難である。すなわち、楔形状の導光体を採用しているため、光源と対向する導光体の入射面は、楔形状の断面に対応した台形状であり、導光体の肉薄部に向かうにしたがって幅（高さ）が狭まる。このため、肉薄部では、光源から放射された放射光量に対する入射面から入射した入射光量の割合が著しく低く、充分な高輝度化を達成できない虞がある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高輝度化及び薄型軽量化が可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。

この発明の第１の様態による面光源装置は、
Ｌ字形状の光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、この入射面から入射した入射光が出射する出射面を備えた楔形状の導光体と、
前記出射面上に配置された光学シートと、
前記光源を取り囲むとともに前記入射面に対向する開口部を有し、前記光源から放射された放射光を前記導光体に向けて反射するリフレクタと、を備え、
前記リフレクタの開口部は、前記導光体の互いに隣接する２つの入射面の形状に対応した形状であることを特徴とする。

この発明の第２の様態による液晶表示装置は、
複数の表示画素が配置された有効表示部を備えた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、を備え、
前記面光源装置は、
Ｌ字形状の光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、この入射面から入射した入射光が出射する出射面を備えた楔形状の導光体と、
前記出射面上に配置された光学シートと、
前記光源を取り囲むとともに前記入射面に対向する開口部を有し、前記光源から放射された放射光を前記導光体に向けて反射するリフレクタと、を備え、
前記リフレクタの開口部は、前記導光体の互いに隣接する２つの入射面の形状に対応した形状であることを特徴とする。

この発明によれば、高輝度化及び薄型軽量化が可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置について図面を参照して説明する。ここでは、面光源装置たとえばバックライトユニットからのバックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過型液晶表示装置について説明する。

すなわち、図１に示すように、液晶表示装置１は、略矩形平板状の透過型の液晶表示パネル２と、この液晶表示パネル２を照明するバックライトユニット１５と、を備えている。この液晶表示パネル２は、一対の基板間に液晶層を保持することによって構成されている。すなわち、液晶表示パネル２は、矩形状のアレイ基板３及び対向基板４と、これらの一対の基板間にそれぞれ配向膜を介して封入された光変調層としての液晶層５と、を備えている。アレイ基板３と対向基板４とは、シール材を介して貼り合わせられている。この液晶表示パネル２は、画像を表示する表示領域に相当する矩形状の有効表示部６を備えている。この有効表示部６は、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板３は、有効表示部６において、複数の走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）と、複数の信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）と、表示画素ＰＸ毎に配置されたスイッチング素子７、各スイッチング素子７に接続された画素電極８などを備えている。

各走査線Ｙは、表示画素ＰＸの行方向と平行な方向に沿って延在している。各信号線Ｘは、各走査線Ｙに互いに交差するように、表示画素ＰＸの列方向と平行な方向に沿って延在している。各スイッチング素子７は、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部近傍に配置されている。

このスイッチング素子７は、例えば、アモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜によって形成された半導体層を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などで構成されている。このスイッチング素子７のゲート電極７Ｇは、対応する走査線Ｙに電気的に接続されている（あるいは走査線と一体に形成されている）。スイッチング素子７のソース電極７Ｓは、対応する信号線Ｘに電気的に接続されている（あるいは信号線と一体に形成されている）。スイッチング素子７のドレイン電極７Ｄは、対応する表示画素ＰＸの画素電極８に電気的に接続されている。

対向基板４は、有効表示部６において、全表示画素ＰＸに共通の対向電極９などを備えている。画素電極８及び対向電極９は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）やＩＺＯ（インジウム・ジンク・オキサイド）などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。これらアレイ基板３及び対向基板４は、画素電極８と対向電極９とを対向させた状態で配設され、これらの間にギャップを形成する。液晶層５は、アレイ基板３と対向基板４とのギャップに封止された液晶組成物によって形成されている。

また、液晶表示パネル２において、アレイ基板３の外面及び対向基板４の外面には、それぞれ液晶層５の特性に合わせて偏光方向を設定した一対の偏光板ＰＬ１及びＰＬ２が設けられている。

カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶表示パネル２は、複数種類の表示画素、例えば赤（Ｒ）を表示する赤色画素、緑（Ｇ）を表示する緑色画素、青（Ｂ）を表示する青色画素を有している。すなわち、赤色画素は、赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備えている。緑色画素は、緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備えている。青色画素は、青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板３または対向基板４の主面に配置される。

また、液晶表示装置は、矩形枠状のベゼルカバー１１を備えている。このベゼルカバー１１は、液晶表示パネル２の有効表示部６を露出させる矩形状の窓部１１Ａ、及び、窓部１１Ａを規定する矩形枠状の本体部１１Ｂを備えている。上述したような構成の液晶表示パネル２は、バックライトユニット１５とベゼルカバー１１との間に挟持されている。すなわち、バックライトユニット１５は、その表面を液晶表示パネル２の背面側（アレイ基板側）に対向させた状態で、液晶表示パネル２とともにベゼルカバー１１と一体化されており、液晶表示パネル２を背面側から照明する。

さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネル２に駆動信号を供給するドライバ回路１２を備えている。このドライバ回路１２は、細長い矩形平板状に形成され、フレキシブルなプリント配線基板１３を介して液晶表示パネル２における一側縁に電気的に接続されている。このドライバ回路１２は、プリント配線基板１３を湾曲させることにより、バックライトユニット１５の裏面側（後述する導光体２１の肉薄部に対応した位置）に配置可能となる。

図１乃至図４に示すように、バックライトユニット１５は、光源部２０、導光体２１などを備えている。なお、図２では、簡略化するために光源部２０及び導光体２１のみを図示している。図３は、図２におけるIII−III線で切断したときのバックライトユニット１５を含む液晶表示装置の断面図である。図４は、図２におけるIV−IV線で切断したときのバックライトユニット１５を含む液晶表示装置の断面図である。

光源部２０は、光源としてＬ字形状の冷陰極管２２、及び、この冷陰極管２２を取り囲むとともに冷陰極管２２から放射された放射光を導光体に向けて反射するリフレクタ２３を備えている。このリフレクタ２３は、ほぼコの字形状の断面を有しており、冷陰極管２２からの放射光を取り出す開口部２４を有している。

導光体２１は、冷陰極管２２から放射された線状の放射光を面状光に変換して出射する。すなわち、この導光体２１は、光透過性を有するアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂などの樹脂材料により形成されている。また、この導光体２１は、その一端に肉厚部を有するとともに肉厚部に対向する他端に肉薄部を有する楔形状の板状である。ここで、導光体２１の厚さとは、液晶表示パネル２側に面した第１主面２１ａの法線方向に沿った高さに相当する。

この導光体２１は、略矩形状の第１主面２１ａと、この第１主面２１ａに対向した略矩形状の第２主面２１ｂと、これら第１主面２１ａと第２主面２１ｂとを接続する略矩形状の第１側面２１ｃ及び第２側面２１ｄと、略台形状の第３側面２１ｅ及び第４側面２１ｆと、を有している。

第１側面２１ｃは、肉厚部に対応して形成され、その幅Ｗ１がほぼ一定である。第２側面２１ｄは、肉薄部に対応して形成され、その幅Ｗ２がほぼ一定である。つまり、第１側面２１ｃは、第２側面２１ｄより幅広に形成されている（Ｗ１＞Ｗ２）。第３側面２１ｅ及び第４側面２１ｆは、楔形状の断面と同一形状であり、一端（つまり肉厚部）から他端（つまり肉薄部）に向かって次第にその幅Ｗ３が減少する。ここで説明した第１乃至第４側面における幅Ｗ１乃至Ｗ３とは、第１主面２１ａの法線方向に沿った高さに相当する。

なお、この実施の形態では、第１側面２１ｃ及び第２側面２１ｄは、導光体２１の長辺２１Ｌに沿って延在するとともに、第３側面２１ｅ及び第４側面２１ｆは、導光体２１の短辺２１Ｓに沿って延在する。

光源部２０は、導光体２１の長辺２１Ｌ及び短辺２１Ｓに沿って配置されている。すなわち、冷陰極管２２は、導光体２１の長辺２１Ｌに沿った第１側面２１ｃのほぼ全体に対向するとともに、導光体２１の短辺２１Ｓに沿った第３側面２１ｅのほぼ全体に対向するように配置されている。つまり、導光体２１の第１側面２１ｃは、冷陰極管２２からの放射光が入射する第１入射面に相当する。また、導光体２１の第３側面２１ｅは、冷陰極管２２からの放射光が入射する第２入射面に相当する。

これに対応して、リフレクタ２３は、その開口部２４が導光体２１の互いに隣接する２つの入射面として機能する第１側面２１ｃ及び第３側面２１ｅに対向するように配置されている。すなわち、開口部２４は、第１入射面に相当する第１側面２１ｃに対向する第１開口部２４Ａと、第２入射面に相当する第３側面２１ｅに対向する第２開口部２４Ｂと、を含んでいる。

第１開口部２４Ａは、第１側面２１ｃに対応してその開口幅ＯＷ１がほぼ一定である。この第１開口部２４Ａの開口幅ＯＷ１は、第１側面２１ｃの幅Ｗ１とほぼ同等である。また、第１開口部２４Ｂは、第３側面２１ｅに対応して、その開口幅ＯＷ２が一端（つまり肉厚部）から他端（つまり肉薄部）に向かって次第に減少する。この第２開口部２４Ｂの開口幅ＯＷ２は、第３側面２１ｅの幅Ｗ３の変化とほぼ同等に変化する。ここで説明した第１及び第２開口部における開口幅ＯＷ１及びＯＷ２とは、第１主面２１ａの法線方向に沿った高さに相当する。つまり、開口部２４は、入射面の形状に対応した形状に形成されている。

これにより、導光体２１の各入射面は、冷陰極管２２と対向した状態でその周囲をリフレクタ２３によって囲まれることになり、冷陰極管２２から放射された放射光をロスすることなく導光体２１の入射面に導くことが可能となる。また、入射面に対して入射条件から外れた放射光であっても、リフレクタ２３による反射を繰り返すことによって入射面から入射可能となり、放射光の利用効率を改善することが可能となる。

また、リフレクタ２３は、その全体に亘って、冷陰極管２２を収容するためのほぼ一定のギャップＧを有している。つまり、リフレクタ２３は、導光体２１の長辺２１Ｌ側及び短辺２１Ｓ側の双方において、開口幅ＯＷ１及びＯＷ２は異なるものの、冷陰極管２２を収容するためのギャップＧはほぼ均一である。ここで説明したギャップＧも、第１主面２１ａの法線方向に沿った高さに相当する。

このような構成の導光体２１は、第１側面２１ｃ及び第３側面２１ｅを介して入射した冷陰極管２２からの線状の放射光を伝搬した後に、第１主面２１ａ及び第２主面２１ｂから出射可能である。つまり、導光体２１の第１主面２１ａ及び第２主面２１ｂは、導光体２１の内部に入射した入射光が出射する出射面に相当する。

また、バックライトユニット１５は、導光体２１の出射面上に配置された光学シートを備えている。

すなわち、バックライトユニット１５は、導光体２１の第２主面２１ｂ側に配置された反射シート２５を備えている。この反射シート２５は、導光体２１の内部から第２主面２１ｂを介して外部へ漏れ出た光を導光体２１の第１主面２１ａ側に向けて反射する機能を有している。この反射シート２５は、第２主面２１ｂと略同等のサイズを有する略矩形状に形成されている。

また、バックライトユニット１５は、導光体２１の第１主面２１ａ側に配置された光学シートを備えている。この実施の形態では、第１主面２１ａ側に配置された光学シートは、拡散シート２６及びレンズシート２７である。拡散シート２６は、導光体２１の内部から第１主面２１ａを介して出射した出射光を拡散する機能を有している。この拡散シート２６は、第１主面２１ｂと略同等のサイズを有する略矩形状に形成されている。レンズシート２７は、拡散シート２６を透過した拡散光を集光する機能を有している。このレンズシート２７は、拡散シート２６と対向する面またはこの面とは反対側の面にプリズム面を有しており、拡散シート２６と略同等のサイズを有する略矩形状に形成されている。

これらの光源部２０、導光体２１、反射シート２５、拡散シート２６、レンズシート２７などの光学要素は、略矩形枠状の保持フレーム３０に収容されて保持されている。保持フレーム３０は、樹脂などによって形成されている。この保持フレーム３０は、上述した光学要素を収容可能な凹所３０Ａを備えている。

上述したような構成の液晶表示装置は、以下のように動作する。すなわち、光源部２０の冷陰極管２２に電気エネルギを供給して、冷陰極管２２を発光させる。これらの冷陰極管２２から放射された主な放射光は、導光体２１の入射面（第１側面２１ｃ及び第３側面２１ｅ）に直接入射する。また、冷陰極管２２から放射された放射光のうち、導光体２１に直接入射しなかった放射光や導光体２１の入射面で反射された放射光は、リフレクタ２３によって反射され、入射面に導かれる。

入射面から入射した入射光は、導光体２１の内部を伝搬して、導光体２１の第１主面２１ａ及び第２主面２１ｂに向けて屈折または反射される。導光体２１の第２主面２１ｂから出射した出射光は、反射シート２５により再び導光体２１の内部に向けて反射され、再び導光体２１の内部に入射する。

導光体２１の内部を伝搬した光は、導光体２１の第１主面２１ａから出射される。導光体２１からの出射光は、拡散シート２６を通過する際に適度に拡散される。拡散シート２６を通過した拡散光は、レンズシート２７に入射する。この入射光は、レンズシート２７を通過する際に適度に集光される。これにより、導光体２１の第１主面２１ａから出射した出射光の輝度が向上され、しかも、均一化される。

バックライトユニット１５からの照明光、すなわちレンズシート２７を通過した光は、液晶表示パネル２の裏面側に導出される。液晶表示パネル２に導出された照明光は、液晶表示パネル２の有効表示部６を選択的に透過する。つまり、有効表示部６では、表示画素ＰＸ毎に導かれた照明光の透過・非透過が選択的に制御される。これにより、液晶表示パネル２の有効表示部６に画像が表示される。

上述したようなバックライトユニット１５においては、Ｌ字形状の光源と、楔形状の導光体とを備えている。光源は、導光体の隣接する２つの入射面と対向するように配置されており、２つの入射面の形状に対応した形状の開口部を有するリフレクタによってその周囲が取り囲まれている。つまり、導光体２１の各入射面は、冷陰極管２２と対向した状態でその周囲をリフレクタ２３によって囲まれることになり、冷陰極管２２から放射された放射光をロスすることなく導光体２１の入射面に導くことが可能となる。また、入射面に対して入射条件から外れた放射光であっても、リフレクタ２３によって反射されることによって入射面から入射可能となる。

したがって、Ｌ字形状の光源からの放射された放射光の利用効率を改善することが可能となり、高輝度化が可能となる。また、楔形状の導光体を採用したことにより、導光体の肉厚を薄くすることができ、軽量化が可能となるとともに、肉薄部に対応してドライバ回路を配置することが可能となり、薄型化が可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施の形態では、面光源装置として透過型の液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置を例に説明したが、この発明は面光源装置として反射型の液晶表示パネルを前面側から照明するフロントライト装置に適用しても良い。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した液晶表示装置に搭載されるバックライトユニットの光源部及び導光体の構造を概略的に示す分解斜視図である。 図３は、図２におけるIII−III線で切断したときのバックライトユニットを含む液晶表示装置の断面図である。 図４は、図２におけるIV−IV線で切断したときのバックライトユニットを含む液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…液晶表示パネル、１５…バックライトユニット（面光源装置）、２０…光源部、２１…導光体、２１ａ…第１主面、２１ｂ…第２主面、２１ｃ…第１側面、２１ｄ…第２側面、２１ｅ…第３側面、２１ｆ…第４側面、２２…冷陰極管（光源）、２３…リフレクタ、２４…開口部、２４Ａ…第１開口部、２４Ｂ…第２開口部、２５…反射シート、２６…拡散シート、２７…レンズシート、３０…保持フレーム

Claims (6)

1. Ｌ字形状の光源と、
   前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、この入射面から入射した入射光が出射する出射面を備えた楔形状の導光体と、
   前記出射面上に配置された光学シートと、
   前記光源を取り囲むとともに前記入射面に対向する開口部を有し、前記光源から放射された放射光を前記導光体に向けて反射するリフレクタと、を備え、
   前記リフレクタの開口部は、前記導光体の互いに隣接する２つの入射面の形状に対応した形状であることを特徴とする面光源装置。
2. 前記導光体の入射面は、幅がほぼ一定の第１入射面と、この第１入射面に隣接するとともに一端から他端に向かって幅が減少する第２入射面と、を含み、
   前記リフレクタの開口部は、前記第１入射面に対応して開口幅がほぼ一定の第１開口部と、前記第２入射面に対応して一端から他端に向かって開口幅が減少する第２開口部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記リフレクタは、前記光源を収容するほぼ一定のギャップを有することを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
4. 複数の表示画素が配置された有効表示部を備えた液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、を備え、
   前記面光源装置は、
   Ｌ字形状の光源と、
   前記光源から放射された放射光が入射する入射面、及び、この入射面から入射した入射光が出射する出射面を備えた楔形状の導光体と、
   前記出射面上に配置された光学シートと、
   前記光源を取り囲むとともに前記入射面に対向する開口部を有し、前記光源から放射された放射光を前記導光体に向けて反射するリフレクタと、を備え、
   前記リフレクタの開口部は、前記導光体の互いに隣接する２つの入射面の形状に対応した形状であることを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記導光体の入射面は、幅がほぼ一定の第１入射面と、この第１入射面に隣接するとともに一端から他端に向かって幅が減少する第２入射面と、を含み、
   前記リフレクタの開口部は、前記第１入射面に対応して開口幅がほぼ一定の第１開口部と、前記第２入射面に対応して一端から他端に向かって開口幅が減少する第２開口部と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記リフレクタは、前記光源を収容するほぼ一定のギャップを有することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。

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