JP2006236770A - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板を用いるバックライト装置において、導光板の周辺部における輝度低下の問題を改善し、輝度の均一化を図ったバックライト装置及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード２１を光源とし、この発光ダイオード２１が導光板３０に組み込まれて成るバックライト装置１０であって、導光板３０の光出射面３０Ａを除いた側面又はその周辺の少なくとも一部に、この光出射面３０Ａに対して平行又は垂直以外の角度をもつ斜面３５もしくは曲面を設ける構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に透過型の液晶表示装置のバックライト装置に適用して好適なバックライト装置及び液晶表示装置に関する。

近年、テレビジョン受像機用の表示装置として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube、陰極線管）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）などの非常に薄型化された表示装置が提案され、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い普及が進み、技術的な研究開発が進められている。

このような液晶表示装置においては、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面側から面状に照明するバックライト装置により照明することにより、カラー画像を表示させるバックライト方式が主流となっている。
バックライト装置の光源としては、蛍光管を使った白色光を発光する冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている（例えば特許文献１参照。）。
特に、青色発光ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることにより、液晶表示パネルを介した色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。更に、高出力の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを使用することによって、バックライト装置の輝度を大幅に向上させることができる。

このようにバックライト装置の光源にＬＥＤを用いる場合、直下型、すなわちＬＥＤを出射面の直下に配置すると、ＬＥＤが点光源であるため輝度ムラ、色ムラが発生してしまう。
この問題を解決する手段として、ＬＥＤと拡散板との距離を大きくすることが考えられるが、それではバックライトの厚みがＣＣＦＬを用いたバックライトに比べて非常に大きくなってしまう。液晶表示装置においては、更なる軽量、薄型化が必須となっており、バックライトにおいても更なる薄型化が望まれている。

そこで、厚みを少なくする方法として導光板を用いて、その一部に配置された光源からの光を多重反射させることで面光源とする構造が提案されている。導光板を用いる場合、薄型化を可能とし、輝度の均一性の改善が図られるという利点がある。
特開平８―１３６９１７号公報

ところで、上述したように導光板を用いるバックライト装置においては、導光板の中では全反射臨界角より大きい角度で入射する光線は反射を繰り返すだけで、導光板の外部に出ることができず、出射効率が低下することが問題となっている。
更に、導光板の光出射側とは反対側の背面や側面には、反射シート等を設けて反射構造を設けるが、使用する反射シートの種類やＬＥＤの放射角分布によっては、導光板表面における輝度がＬＥＤ位置から離れると低下する傾向にある。
このため、例えば導光板の周辺部において輝度が低下するという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みて、導光板を用いるバックライト装置において、導光板の周辺部における輝度低下を抑制ないしは改善し、輝度の均一化を図ったバックライト装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、発光ダイオードを光源とし、この発光ダイオードが導光板に組み込まれて成るバックライト装置であって、導光板の光出射面を除いた側面又はその周辺の少なくとも一部に、この光出射面に対して平行又は垂直以外の角度をもつ斜面もしくは曲面が設けられて成る構成とする。
また、本発明による液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、バックライト装置として、上記本発明構成のバックライト装置を設ける構成とする。

上述の本発明によるバックライト装置においては、導光板の光出射面を除いた側面又はその周辺の少なくとも一部、すなわち例えば導光板の側面の一部や、この側面と背面との縁部近傍の少なくとも一部に、導光板の光出射面に対して平行又は垂直以外の斜面、すなわち側面や背面に対し所定の角度を有する斜面、もしくは曲面を設けるものである。
このような構成とすることによって、発光ダイオードから出射された光がこのような斜面又は曲面において、従来の導光板における側面での反射とは異なる角度をもって反射されることとなり、その少なくとも一部が光出射面に対し全反射臨界角以下の角度をもって入射され、外部に出射されることとなる。したがって、このような本発明構成のバックライト装置によれば、導光板の周辺部における輝度の低下を抑制するか、もしくは従来に比して改善することができる。

本発明のバックライト装置によれば、導光板の周辺部における輝度の低下を抑制、ないしは改善することができる。
本発明の液晶表示装置によれば、本発明のバックライト装置を用いることによって、従来に比して周辺部の輝度の低下を抑え、輝度の均一化を図ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
先ず、本発明によるバックライト装置を適用して好適な透過型の液晶表示装置の一例について図１の概略構成図を参照して説明する。
図１に示すように、この透過型の液晶表示装置２００は、透過型の液晶表示パネル１００と、その背面側に設けられたバックライト装置１０とより構成される。図示しないが、この液晶表示装置１１０は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、またこの音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。
この例は、アクティブマトリクス駆動方式による液晶表示装置の場合を示し、ガラス等より成る第１の基板１ａ上において、画素毎に各画素を選択する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）２ａと、ＴＦＴ２ａのドレイン領域に接続する画素電極２ｂが形成されており、各画素の境界部において、ＴＦＴ２ａのゲート電極に接続するゲートバスライン２ｃとＴＦＴ２ａのソース領域に接続するソースバスライン２ｄが各画素を接続するように格子状に形成されている。

一方、ガラス等から成る第２の基板１ｂ上には、赤（Ｒ：red）、緑（Ｇ：green）、青（Ｂ：blue）の３色のカラーフィルタ３が画素毎に交互に形成され、その上層に複数の画素に対して一体に形成された共通電極４が設けられている。図１においては、３画素×３画素の９画素分のみを示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するようにカラーフィルタ３が設けられる。画素電極２ｂと共通電極４が対向するように、第１の基板１ａと第２の基板１ｂが平行に所定の間隙をもって配置され、得られた画素電極２ｂと共通電極４の間のスペースに、不図示の液晶配向膜で挟まれるようにして液晶５が封入される。
さらに、第１の基板１ａの画素電極２ｂの形成面の裏面側に、偏光板６と白色光を発するバックライト装置１０が配置され、また、第２の基板１ｂの共通電極４の形成面の裏面側に、偏光板７が配置される。

図２は、液晶駆動電極とＴＦＴの配置図である。図面上、４画素×４画素の１６画素分を示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するように配置される。上記のように第１の基板１ａの一方の面上において、画素毎にＴＦＴ２ａと画素電極２ｂが配置され、各画素の境界部において、ゲートバスライン２ｃとソースバスライン２ｄが格子状に形成されている。液晶画面の外枠部分などには、ＸドライバＸＤおよびＹドライバＹＤを含む液晶駆動用ドライバが配置されており、上記のゲートバスライン２ｃは、選択回路Ｇ１〜Ｇｎを介して、ＹドライバＹＤに接続され、一方、ソースバスライン２ｄは、選択回路Ｄ１〜Ｄｍを介して、ＸドライバＸＤに接続される。
ここで、アクティブ素子であるＴＦＴ２ａは、走査電極バスであるゲートバスライン２ｃの信号に従って、液晶５に電界を印加する各画素電極２ｂとデータ電極であるソースバスライン２ｄとを接続し、または切断する役目を果しており、各画素の液晶を選択的に駆動することができる。偏光板６を透過したバックライト装置１０からの光は、上述の選択回路により選択されて駆動された液晶部により透過率を制御されながら液晶５を透過し、さらに各色のカラーフィルタ３及び偏光板７を透過して、偏光板７側にカラー画像を形成する。これにより高コントラストで高速対応な高画質液晶ディスプレイが実現される。
なお、上述の例においては、アクティブマトリクス駆動方式による液晶表示装置の例を説明したが、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置は、その他単純マトリクス駆動方式など、種々の駆動方式や、構成による液晶表示装置に適用可能であることはいうまでもない。

図３は、本発明によるバックライト装置１０の一実施の形態例における要部の概略断面構成図である。図３に示すように、本発明によるバックライト装置１０は、導光板３０の光出射面３０Ａを除いた側面又はその周辺の少なくとも一部、この例においてはその側面を、光出射面３０Ａに対して平行又は垂直以外の角度をもつ斜面３５として構成した例を示す。
導光板３０の材質としては、使用する波長帯域において光透過性を有する無色透明の樹脂、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。
この導光板３０には、光源である発光ダイオード２１を内部に格納する例えば円筒形状の凹部３１が光出射面３０Ａとは反対側の背面３０Ｂに、例えば等間隔に列状に設けられ、これら凹部３１内に、例えば赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂが例えばこの順に配置され、導光板３０内に組み込まれる構成となっている。図３においては、各色発光ダイオード２１が並置された一断面を示しているが、例えば図３の紙面に対し垂直な方向に同様の発光ダイオード列が設けられて、全体として発光ダイオード２１が面状に配置されて面状の光源とされる。
そして、導光板３０の光出射面３０Ａを除く背面３０Ｂ及び側面、この例においては斜面３５には、反射シート等より成る反射構造部３２及び３３がそれぞれ例えば粘着剤を介して貼り付けられて成る。
導光板３０の光出射面３０Ａ上には、導光板３０から出射される光を拡散させる拡散板４１が設けられる。なお、図示しないが、拡散板４１の上面または下面側に、バックライト装置１０から面発光された光を液晶表示パネル１００の照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために、例えば入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成される光学シート群を設けてもよい。光学シート群としては、例えば拡散シート、プリズムシート、偏光変換シート等がある。
また、拡散板４１は、図示の例においては導光板３０上に密着しているが、例えばこの間に空間を設けてもよい。
このような構成のバックライト装置１０において、導光板３０内で赤、緑及び青色の光がミキシングされた光は、更に拡散板４１の内部でこの光を拡散させることで、輝度が均一な白色面発光として矢印Ｌで示すように液晶表示パネル１００に入射される。

発光ダイオード２１から出射される出射光の放射角分布は、発光ダイオード２１のレンズにより調整することができる。特に、発光ダイオードの側面方向に光が出射されるサイドライト型の発光ダイオードを使用すると、導光板３０内の広い領域にわたって光線を導光させることができる。
このサイドライト型の発光ダイオード２１は、詳細を省略するがそれぞれ発光素子等の発光体を樹脂ホルダによって保持するとともに、樹脂ホルダから一対の端子が突出されてなる。各発光ダイオード２１には、光源から発せられた光を側面から放射させる光学部品が設けられて、出射光の主成分を発光体の外周方向に出射する指向性を有する構成とされる。なお、サイドライト型発光ダイオードについては、例えば特開２００３−８０６８号公報や特開２００４−１３３３９１号公報などに開示されている。

図４は、従来のバックライト装置の要部の概略断面構成図を示す。従来のバックライト装置１０においては、導光板３０は断面長方形とされ、すなわちその側面３０Ｃは、光出射面３０Ａに対してほぼ直交する面として構成される。この場合、発光ダイオード２１から出射された光線は、例えば矢印Ｌ１及びＬ２で示すように、発光ダイオード２１の側面方向に出射され、導光板３０の光出射面３１Ａにおいて、全反射臨界角より大きい入射角度では、導光板３０内に反射され、また側面及び背面においては、反射構造部３２及び３３によって反射を繰り返す。図４において、発光ダイオード２１から出射された光線Ｌ１、Ｌ２の反射された光線をそれぞれＬ１ａ、Ｌ１ｂ、・・・、Ｌ１ｆ、Ｌ２ａとして示す。

ここで、光出射面３０Ａにおける全反射臨界角は、導光板３０をアクリル樹脂より構成する場合、約４２度程度である。
従来のバックライト装置１０においては、図４に示すように、導光板３０内での光線は角度が変化しない正反射を繰り返すので、発光ダイオード２１より出射された光線のうちある割合の光線は、全反射臨界角より大きい角度での反射が続き、導光板３０から出射されない状態となってしまう。図４において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

そこで、光線の角度を変化させるために、図５に示すように、背面３０Ｂ側に、反射構造部として正反射ではなく拡散反射する拡散反射シート３４を設けることが考えられる。図５において、図３及び図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、矢印Ｌ４、Ｌ５で示すように発光ダイオード２１の側面方向に出射された光の一部は、そのまま正反射を繰り返して例えば矢印Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ５ａ、Ｌ５ｂ、Ｌ５ｃで示すように導光板３０内の反射を繰り返すが、一部の光はこの拡散反射シート３４の表面で破線矢印Ｌ４ｓ、Ｌ５ｓで示すように拡散反射されて、光出射面３０Ａへの入射角度が小さくなり、拡散板４１を介して外部に出射される。
しかしながらこのように拡散反射シート３４を設ける場合は、発光ダイオード２１の近傍で角度の変化した破線矢印Ｌ４ｓ及びＬ５ｓで示す光線が、発光ダイオード２１付近の光出射面３０Ａから出射される状態となる。つまり、結果的に導光板３０の表面における輝度は、発光ダイオード２１の配置位置からの距離が大きくなると小さくなってしまうという問題は依然として残る。

また、図５において破線矢印Ｌ６で示すように、発光ダイオード２１の放射角分布によっては、導光板３０の光出射面３０Ａへの入射角度が全反射臨界角より小さい光線の割合が増えることと成る。この場合は、導光板３０の表面において、発光ダイオード２１の配置位置からの距離が大きくなるほど、輝度が小さくなってしまうという同様の問題がある。

そこでこの問題を解決するため、本発明では導光板の側面又はその周辺の角度を変化させることにより導光板周辺部で光線の角度を変化させ、周辺部から外部に出射する光量を増加させるというものである。
図６は、前述の図３に示す例において、導光板３０の周辺部において光線の角度が変化し、外部に出射される様子を示す。図６において、図５と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合、図６に示すように、矢印Ｌ４、Ｌ５で示すように発光ダイオード２１の側面方向に出射された光は、それぞれＬ４ａ、Ｌ５Ａ及びＬ５ｂで示すように、拡散反射シート３４における正反射、または光出射面３０Ａにおける全反射臨界角以上での反射を繰り返すが、斜面３５において、反射されることにより、光出射面３０Ａへの入射角度が全反射臨界角以下となり、これにより破線矢印Ｌ４ｂ´、Ｌ５ｃ´で示すように、拡散板４１を介して外部に出射される。したがって、導光板３０の周辺部での輝度の低下を抑制、ないしは改善することができる。

更にこの場合、発光ダイオード２１として、上述した側面方向に光が出射されるサイドライト型の発光ダイオードを用いることにより、前述の図５において破線矢印Ｌ６で示すように、発光ダイオード２１の配置位置近傍に出射される光を抑え、導光板３０の周辺部との輝度のばらつきをより低く抑えることができ、更に輝度の均一化を図ることが可能となる。

なお、本発明の導光板は、上述の例に限定されるものではなく、その他種々の角度、もしくは曲面を設けてもよく、また角度をつける方向は一方向でなく多方向でも構わない。
例えば図７に、本発明のバックライト装置に適用可能な導光板３０の一例の概略断面構成を示すように、側面３０Ｃが角度の異なる斜面３５Ａ〜３５Ｄにより構成されていてもよい。これら斜面３５Ａ〜３５Ｄの傾斜角度は、図７に示す例のように、断面が側面方向外側に凸となる三角形状でもよく、またその他側面に一部凹状となる斜面を設けてもよい。
更に、図８に他の例の概略断面構成を示すように、この斜面３５は、側面３０Ｃの少なくとも一部でもよく、側面３０Ｃの周辺、この場合背面３０Ｂとの縁部にまたがって設けてもよい。

また更に、図９に本発明のバックライト装置の他の例の概略断面構成を示すように、導光板３０の背面から側面にわたって曲面３６を設けてもよい。図９において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
このように、背面から側面にかけて曲面３６とする場合は、矢印Ｌ６〜Ｌ９で示すように発光ダイオード２１から出射された光線の反射角度が、それぞれその反射位置によって変化して、光出射面３０に対し、全反射臨界角以下の角度で入射させることができる。特に、この曲面３０の曲率を、発光ダイオード２１の放射角分布に対応させて最適に設計することによって、導光板３０の光出射面３０Ａの特に周辺部における輝度の低下を改善し、良好に輝度の均一化を図ることが可能である。
なお、図示の例においては、発光ダイオード２１を１つのみ示しているが、発光ダイオード２１を多数形成する断面においては、その両端の発光ダイオードの配置位置から外側にかけて曲面３６を設ければよい。また、この曲面２１の曲率は、発光ダイオード２１の配置態様によって、導光板３０の表面の例えば水平方向と垂直方向とで異ならせるなど、種々の構成とすることが可能である。
更に、前述の図６〜図８において示す斜面と、このような曲面とを組み合わせて設けることも可能である。

以上説明したように、本発明のバックライト装置によれば、導光板３０の周辺部における輝度の低下を抑制、ないしは改善することができる。
特に、発光ダイオードとして、側面方向に光が出射されるサイドライト型の発光ダイオードを用いることによって、周辺部の輝度の低下を改善し、輝度の均一化を図ることができる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、このような本発明構成のバックライト装置を用いることによって、表示パネルの周辺部の輝度の低下を抑制ないしは改善することができ、輝度の均一化を図った液晶表示装置を提供することができる。
特に、本発明によるバックライト装置を用いることによって、導光板の厚さを大とすることなく、周辺部の輝度の低下を改善することができるので、装置の薄型化を図ることができ、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管）を用いたバックライト装置及び液晶表示装置と同等の厚さ及び明るさをもって、輝度ムラ、色ムラの少ないＬＥＤ直下型のバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。

なお、本発明は、上述の各実施の形態例に限定されるものではなく、その他導光板の材料構成、また導光板周辺の光学部品の構成、更に発光ダイオードの種類や配置態様など、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の液晶表示装置の一実施の形態例の概略分解構成図である。 液晶表示装置の一実施の形態例の要部の概略構成図である。 本発明によるバックライト装置の一実施の形態例の要部の概略断面構成図である。 従来のバックライト装置の一例における光線の反射態様の説明図である。 従来のバックライト装置の一例における光線の反射態様の説明図である。 本発明のバックライト装置の一実施の形態例における光線の反射態様の説明図である。 本発明のバックライト装置の一実施の形態例の要部の概略断面構成図である。 本発明のバックライト装置の一実施の形態例の要部の概略断面構成図である。 本発明のバックライト装置の一実施の形態例の要部の概略断面構成図である。

符号の説明

１ａ．第１の基板、１ｂ．第２の基板、２ａ．ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、２ｂ．画素電極、２ｃ．ゲートバスライン、２ｄ．ソースバスライン、３．カラーフィルタ、４．共通電極、５．液晶、６．偏光板、７．偏光板、１０．バックライト装置、３０．導光板、３０Ａ．光出射面、３０Ｂ．背面、３０Ｃ．側面、３１．凹部、３２．反射構造部、３３．反射構造部、３４．拡散反射シート、３５．斜面、３６．曲面、４１．拡散板、１００．液晶表示パネル、２００．液晶表示装置

Claims (3)

1. 発光ダイオードを光源とし、上記発光ダイオードが導光板に組み込まれて成るバックライト装置であって、
   上記導光板の光出射面を除いた側面又はその周辺の少なくとも一部に、上記光出射面に対して平行又は垂直以外の角度をもつ斜面もしくは曲面が設けられて成る
   ことを特徴とするバックライト装置。
2. 上記発光ダイオードが、側面方向に光が出射されるサイドライト型の発光ダイオードとされた
   ことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
3. 透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルを背面側から白色光で照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、
   上記バックライト装置は、発光ダイオードを光源とし、上記発光ダイオードが導光板に組み込まれて成り、
   上記導光板の光出射面を除いた側面又はその周辺の少なくとも一部に、上記光出射面に対して平行又は垂直以外の角度を持つ斜面もしくは曲面が設けられて成る
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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