JP2007220464A - バックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの発光色や光度のバラツキを抑え、光の利用効率を向上させ、厚みの増加を抑えることができるバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置の提供。
【解決手段】ＬＥＤ１０１と第１のリフレクタ１０８とを一対の導光板１０２、１０３で挟み込む構造とすると共に、導光板１０２、１０３の両外側に一対の第２のリフレクタ１０４、１０５を配置し、導光板１０２、１０３の上部かつ第２のリフレクタ１０４、１０５の間に導光板を配置し、この導光板を一対のクサビ導光板１１２、１１３を組み合わせた構造にする。これにより、導光板１０２、１０３、クサビ導光板１１２、１１３でＬＥＤ１０１の光を十分に混色することができ、第１のリフレクタ１０８及びクサビ導光板１１２、１１３の端面での光のロスを防ぎ、かつ、ＬＥＤ１０１及び第１のリフレクタ１０８の突出を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置に関する。

液晶表示装置のバックライト用光源として従来より冷陰極管が使用されているが、冷陰極管は専用の点灯回路が必要なこと、高電圧を扱う必要があることから、特に携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の小型用途では、バックライト用光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用される。

このＬＥＤとして、青色ＬＥＤにＹＡＧ蛍光体を塗布した構造が知られているが、この構造で得られる擬似白色光は色再現性（特に赤系）に難があり、その構成上、単体での改善は難しく、別の赤色ＬＥＤで補うか、ＲＧＢ単色のＬＥＤを使用するしかない。また、ＬＥＤでは光量が少ないこと、冷陰極管に比して高価であること等から、モニターやＴＶ用途としては利用される機会が少なかった。

しかしながら、近年になってこのＬＥＤの効率が改善されつつあると共に、大電流を流せるＬＥＤが開発され、環境問題、色再現性の拡大実現とも絡め、ＬＥＤを使用した比較的大型のバックライトの製品化を目指す動きが活発となってきている。

このようなバックライトの例として、特許文献１の図１Ａに記載されているように、導光板の端面にＬＥＤを配置したものを複数個組み合わせて使用したり、非特許文献１の図１及び図２に記載されているように、サイド発光型のＬＥＤをアレイ状に配列した基板を箱状の反射器内に複数配置し、面光源とするものが提案されている。

特表２００３−５３２２７３号公報（第６頁、図１Ａ） ＳＩＤ２００３ ＤＩＧＥＳＴ ｐ．１２５９−１２６１

前述の擬似白色光を発生させるＬＥＤを使用する場合は、色むらについてはあまり気を使う必要は無いが、ＲＧＢ単色のＬＥＤを組み合わせて使用する場合は、これらのＬＥＤからの発光を効率良く混色することが重要である。この色むらの改善の点では、上記特許文献１及び非特許文献１記載の例は効果があるが、一方で光の利用効率が低下したり、外形（特に厚み）が大きくなると言った問題がある。以下、具体的に説明する。

図５は従来のバックライト（非特許文献１の構造）の一例の断面図であり、ＬＥＤ２０１は、ＲＧＢ単色を発光するものとし、適当な配列で並べられている。ＬＥＤ２０１から発した光は、第１のリフレクタ２０５でその進行方向が略９０゜変換され、導光板２０２に入射する。入射した光は、導光板２０２内で全反射を繰り返しながら、導光板２０２の反対側に到達し出射する。この導光板２０２内を伝播する間に混色が行われる。出射した光は、第２のリフレクタ２０４でその進行方向が略１８０゜変換され、導光板２０３に入射する。そして導光板２０３に入射した光は、その裏面に設けられた散乱・反射パターン（反射シート２０９）により、導光板２０３面上に均一に出射する。

この方式では、ＬＥＤ２０１の光を導光板２０２に導く為にリフレクタ２０５を設け、リフレクタ２０５でその進行方向が略９０゜変換されるが、この変換、すなわちリフレクタ２０５で光が反射する際に光のロスが発生してしまう。また、導光板２０３を平板で構成し一方の端面から光を入射すると、入射した光が全反射を繰り返し、あるいは直進して、入射した端面とは反対側の端面から漏れ出てしまい、仮にその端面に反射手段を設けたとしても、その時に光のロスが発生してしまう。更に、この方法ではＬＥＤ２０１は導光板２０３の厚み方向に突出しているため、バックライト全体の厚みが大きくなってしまう。

また、特許文献１記載の方法の場合、該特許文献１の図１Ａに示されているように、投射領域１９は光源１６から出る光がパネル１１内を伝搬してサブ面１８で反射することによって照明されるが、投射領域９は光源６から出る光がパネル１内を伝搬してサブ面８で反射し、パネル１１を通過することによって照明されるため、投射領域１９と投射領域９とでＬＥＤの発光色や光度のバラツキが生じてしまう。また、パネル１１を通過する際に光源６の光の一部はパネル１１で反射されるために光のロスが発生してしまう。また、この方法でも光源６、１６から出た光はパネル１、１１の反対側の端面から漏れ出てしまうため、光のロスが発生してしまう。更に、この方法では、２枚のパネル１、１１は間隔を空けて配置されているため、バックライト全体の厚みが大きくなってしまうという問題もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、ＬＥＤの発光色や光度のバラツキを抑えることができるバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、光の利用効率を向上させることができるバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、厚みの増加を抑えることができるバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のバックライトは、一方の端面が互いに対向するように配置される平板状の一対の第１の導光板と、前記一対の導光板の間に配置される光源と、前記一対の導光板の間かつ前記光源の上部に配置される第１のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の前記一方の端面に対向する端面側に配置される一対の第２のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の上部かつ前記一対の第２のリフレクタの間に配置される第２の導光板と、を少なくとも備え、前記第２の導光板は、各々の傾斜面が当接して略平板状となる一対のクサビ状の導光板で構成されるものである。

本発明においては、前記クサビ状の導光板は、前記一対の第１の導光板の法線方向及び配列方向を含む面の断面が、前記第１の導光板の平面に略並行な主面と、該平面に対して傾斜する前記傾斜面と、前記一対の第２のリフレクタの少なくとも一方に面する端面と、を含む構成とすることができる。

また、本発明のバックライトは、一方の端面が互いに対向するように配置される平板状の一対の第１の導光板と、前記一対の導光板の間に配置される光源と、前記一対の導光板の間かつ前記光源の上部に配置される第１のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の前記一方の端面に対向する端面側に配置される一対の第２のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の上部かつ前記一対の第２のリフレクタの間に配置される第２の導光板と、を少なくとも備え、前記第２の導光板は、前記一対の第１の導光板側の面に窪みを有するものである。

本発明においては、前記窪みは、前記一対の第１の導光板の法線方向及び配列方向を含む面の断面が、前記第２の導光板の中心部に向かって徐々に深くなる形状とすることができる。

また、本発明においては、前記第１のリフレクタは、円錐状、角錐状又は半球状とすることができる。

また、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルの裏面側に、上記いずれか一に記載された前記バックライトを備えるものである。

このように、本発明では、第１のリフレクタで反射された光が、一対の第１の導光板の各々で混色され、また、第２の導光板を一対のクサビ状の導光板で構成する場合には、各々の第１の導光板で混色された光が更に一対のクサビ状の導光板で混色されるため、光源の発光色や光度のバラツキを抑えることができる。また、光源の光は第１のリフレクタで効率的に一対の第１の導光板に反射され、かつ、第２の導光板の両端面には一対の第２のリフレクタが配置されているため、光のロスを抑制して光の利用効率を高めることができる。また、光源及び第１のリフレクタは一対の第１の導光板で挟まれた領域内に配置されるため、従来の構造に比べてバックライト全体の厚みを抑えることができる。

本発明のバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置によれば、下記記載の効果を奏する。

本発明の第１の効果は、各ＬＥＤの発光色や光度のバラツキを抑えることが容易にできるということである。その理由は、ＬＥＤ及び第１のリフレクタの両側に一対の導光板を配置しているため、第１のリフレクタで反射された光が一対の導光板の各々で混色されるからである。また、出射面側に配置される導光板を一対のクサビ導光板で構成する場合には、各々の第１の導光板で混色された光が更に一対のクサビ導光板で混色されるからである。

また、本発明の第２の効果は、光の利用効率を向上させることができるということである。その理由は、ＬＥＤを一対の導光板で挟まれた中央に配置し、第１のリフレクタをＬＥＤの上部に配置することにより、ＬＥＤの光を効率よく一対の導光板に導くことができ、また、出射面側に配置する導光板を一対の第２のリフレクタで挟み込むことにより、導光板の端面からの光も漏れをなくすことができるからである。

また、本発明の第３の効果は、バックライトの厚みを抑えることができるということである。その理由は、ＬＥＤ及び第１のリフレクタを一対の導光板で挟まれる領域内に配設しているからである。

本発明のバックライトは、その好ましい一実施の形態において、ＬＥＤ１０１とＬＥＤ１０１の光を反射する第１のリフレクタ１０８とを一対の導光板１０２、１０３で挟み込む構造とすると共に、一対の導光板１０２、１０３の両外側に一対の第２のリフレクタ１０４、１０５を配置し、一対の導光板１０２、１０３の上部かつ一対の第２のリフレクタ１０４、１０５の間に導光板を配置し、この導光板を、一対のクサビ導光板１１２、１１３を組み合わせた構造、又は、導光板１０２、１０３側の面に窪みを設けた構造にする。これにより、各ＬＥＤの発光色、光度のバラツキを抑えることが容易にできると共に、光の利用効率の向上を図ることができ、更に、バックライトの厚みの増加を抑えることができる。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係るバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施例に係るバックライトの構造を模式的に示す断面図であり、図２は、バックライトの他の構造を模式的に示す断面図である。

図１に示すように、本実施例のバックライト１は、一方の端面が対向するように配置される一対の導光板１０２及び１０３と、導光板１０２及び１０３の間に配置されるＬＥＤ１０１と、導光板１０２及び１０３の間かつＬＥＤ１０１の上部に配置される第１のリフレクタ１０８と、導光板１０２及び１０３の裏面に配置される反射シート１０９及び１１０と、導光板１０２及び１０３の他方の端面に配置される第２のリフレクタ１０４及び１０５と、導光板１０２及び１０３の上部かつ第２のリフレクタ１０４及び１０５の間に配置されるクサビ導光板１１２及び１１３と、導光板１０２及び１０３とクサビ導光板１１２及び１１３との間に配置される隔離板１１１と、クサビ導光板１１２及び１１３の表面側に配置される光学シート１０７と、を備えている。そして、このバックライト１が液晶パネル（図示せず）の裏面側に配置されて液晶表示装置が構成される。

ＬＥＤ１０１は、ドーム型又は側面発光型（例えば、Ｌｕｍｉｌｅｄｓ社製Ｌｕｘｅｏｎ Ｓｉｄｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）等とすることが好ましいが、その形状は特に限定されない。また、ＬＥＤ１０１の発光面は平面、曲面、又はこれらの組合せ等、どのような形状でも良い。また、ＬＥＤ１０１はＲＧＢの単色光を発するＬＥＤの組合せとする場合には、複数のＬＥＤ１０１が図の奥行き方向に配列されているものとする。

ＬＥＤ１０１の上部（図の上側）には、角錐状、円錐状、半球状などの平面、曲面又はこれらの組み合わせで構成される第１のリフレクタ１０８がＬＥＤ１０１側に突出するように配置され、第１のリフレクタ１０８は、ＬＥＤ１０１から発した光の進行方向を略９０゜変換して導光板１０２及び１０３に出射する機能を有する。この第１のリフレクタ１０８は、金属板などを用いて作成することができ、その表面は、鏡面等の光学的な損失が極力少ない構造にすることが望ましい。

このＬＥＤ１０１及び第１のリフレクタ１０８を中心として、その両外側の対向する位置に、光を全反射しながら伝搬する導光板１０２及び１０３が配置されると共に、導光板１０２及び１０３の裏面側に金属箔などで構成される反射シート１０９、１１０が配置される。この導光板１０２及び１０３は、光を伝播するだけで良いので、その内面には散乱・拡散パターンは基本的に不要であるが、散乱・拡散パターンを設けても構わない。

導光板１０２及び１０３の各々の外側（ＬＥＤ１０１及び第１のリフレクタ１０８と反対側）には、それぞれ第２のリフレクタ１０４、１０５が配置される。この第２のリフレクタ１０４、１０５は、上記導光板１０２、１０３と後述するクサビ導光板１１２、１１３とを包含するように配置される。また、この第２のリフレクタ１０４、１０５は金属板などを用いて作成することができ、その表面は、鏡面等の光学的な損失が極力少ない構造にすることが望ましい。

導光板１０２，１０３の上面には、反射シートを兼用した隔離板１１１が配置され、さらにその上面にはクサビ導光板１１２、１１３が配置される。このクサビ導光板１１２，１１３は、それぞれ、第２のリフレクタ側の面を除く少なくとも一つの平面部に散乱・反射手段を有し、２つのクサビ導光板１１２、１１３の傾斜面を対向させて当接させると、平板形状となるように形成されている。また、クサビ導光板１１２及び１１３が当接する面には、反射シート類を配置しない。これは、クサビ導光板１１３から出射された光がクサビ導光板１１２を透過する必要があるためである。

なお、図１では、導光板１０２，１０３の法線方向（図の上下方向）及び配列方向（図の左右方向）を含む面の断面において、クサビ導光板１１２、１１３を、導光板１０２，１０３の平面に略並行な面と、該平面に対して傾斜する傾斜面と、第２のリフレクタ１０４、１０５の双方に面する端面とを備える形状としているが、例えば、図２に示すように、導光板１０２，１０３の平面に略並行な２つの面と、該平面に対して傾斜する傾斜面と、第２のリフレクタ１０４、１０５の一方に面する端面とを備える形状としてもよい。

そして、クサビ導光板１１２，１１３の上面には、更に均一性の向上、透過角度制御等を目的として、拡散シートや偏光シートなどの光学シート１０７が配置される。

次に、上記構成のバックライト１の動作について説明する。

まず、ＬＥＤ１０１から発した光は、直接又は第１のリフレクタ１０８で反射されて導光板１０２，１０３に入射し、導光板１０２，１０３内で全反射を繰り返しながら、導光板１０２，１０３の出光面側（第２のリフレクタ１０４，１０５側）へ進行すると共に、この間に十分な混色が行われる。なお、本実施例のバックライト１では、ＬＥＤ１０１及び第１のリフレクタ１０８が導光板１０２、１０３で挟まれる領域内に配置されているため、この部分での光のロスを抑えて光の利用効率を高めることができ、また、非特許文献のようにＬＥＤを導光板の外側に配置する構造に比べて、バックライト１の厚みの増加を抑えることができる。

次に、導光板１０２，１０３から出射した光は、第２のリフレクタ１０４，１０５で反射されると共に、その進行方向が略１８０゜変換され、それぞれクサビ導光板１１２，１１３へと導かれる。

次に、クサビ導光板１１２，１１３に入射した光は、その側面を除く平面部に形成された散乱・反射手段等により、光の進行方向を変え、順次、クサビ導光板１１２，１１３から表面側（図の上方）に出射される。なお、本実施例のバックライトでは、クサビ導光板１１２、１１３の両端部に第２のリフレクタ１０４，１０５が配置されているため、特許文献１及び非特許文献１のような導光板の端面での光のロスをなくすことができ、光の利用効率を高めることができる。

このように、本実施例では、ＬＥＤ１０１の上部に第１のリフレクタ１０８を配置し、ＬＥＤ１０１及び第１のリフレクタ１０８を挟み込むように導光板１０２、１０３及び第２のリフレクタ１０４、１０５を配置し、導光板１０２、１０３の上部かつ第２のリフレクタ１０４、１０５の間にクサビ導光板１１２、１１３を配置することにより、導光板１０２、１０３及びクサビ導光板１１２、１１３でＬＥＤ１０１の光を確実に混色することができる。また、第１のリフレクタ１０８やクサビ導光板１１２、１１３の端面での光のロスを抑えることができ、更に、バックライト１の厚みの増加を抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施例に係るバックライト及び該バックライトを備える液晶表示装置について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、本実施例に係るバックライトの構造を模式的に示す断面図であり、図４は、バックライトの他の構造を模式的に示す断面図である。

前記した第１の実施例では複数のクサビ導光板１１２、１１３を重ね合わせたものを使用したが、本実施例ではクサビ導光板１１４を一体型（一枚板）のクサビ形状とすることを特徴としている。

具体的には、図３に示すように、本実施例のバックライト１は、一方の端面が対向するように配置される一対の導光板１０２及び１０３と、導光板１０２及び１０３の間に配置されるＬＥＤ１０１と、導光板１０２及び１０３の間かつＬＥＤ１０１の上部に配置される第１のリフレクタ１０８と、導光板１０２及び１０３の裏面に配置される反射シート１０９及び１１０と、導光板１０２及び１０３の他方の端面に配置される第２のリフレクタ１０４及び１０５と、導光板１０２及び１０３の上部かつ第２のリフレクタ１０４及び１０５の間に配置される一枚板の導光板１１４と、導光板１０２及び１０３と導光板１１４との間に配置される隔離板１１１と、導光板１１４の表面側に配置される光学シート１０７と、を備えている。そして、このバックライト１が液晶パネル（図示せず）の裏面側に配置されて液晶表示装置が構成される。

上記導光板１１４は、導光板１０２及び１０３側の面の略中央部に、平面、曲面又はこれらの組み合わせで構成される窪みを有し、導光板１０２，１０３の法線方向及び配列方向を含む面の断面において、窪みが対称、かつ、その深さが中央に向かって徐々に大きくなるような形状とする。これにより、第２のリフレクタ１０４，１０５には、導光板１１４の入光端面のみが配置されることになり、また、導光板１１４を一枚板とすることで、第２のリフレクタ１０４，１０５から入射した光を、導光板１１４を略二分した領域で使いきる（出し切る）ことが出来るようになり、より光の利用効率を高めることが可能となる。

また、第１の実施例ではクサビ導光板１１２、１１３を重ね合わせた場合、その形状は略直方体となるのに対し、本実施例では中央部が窪んだ形状とすることで、導光板そのもの、ひいては液晶表示装置の軽量化が可能となる。

なお、図３では、導光板１１４の窪みの傾斜面が第２のリフレクタ１０４、１０５まで達する形状（すなわち、導光板１１４の全面が窪んでいる形状）としたが、例えば、図４に示すように、窪みが導光板１１４の中心部分のみに形成され、第２のリフレクタ１０４、１０５近傍で導光板１０２及び１０３の平面に略並行な面を有する形状としてもよい。

このように、本実施例では、ＬＥＤ１０１の上部に第１のリフレクタ１０８を配置し、ＬＥＤ１０１及び第１のリフレクタ１０８を挟み込むように導光板１０２、１０３及び第２のリフレクタ１０４、１０５を配置し、導光板１０２、１０３の上部かつ第２のリフレクタ１０４、１０５の間に一枚板のクサビ導光板１１４を配置することにより、導光板１０２、１０３及びクサビ導光板１１４でＬＥＤ１０１の光を確実に混色することができる。また、第１のリフレクタ１０８やクサビ導光板１１４の端面での光のロスを抑えることができ、バックライト１の厚みの増加を抑えることができる。更に、クサビ導光板１１４の裏面側に窪みを設けることにより、第１の実施例の構成よりもバックライト１の軽量化を図ることができる。

なお、上記各実施例では、光源としてＬＥＤを用いる場合を示したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、任意の光源に対して適用することができる。また、本発明はバックライトの構造に特徴を有するものであり、液晶表示装置を構成する他の部材の構造や配置などは任意であり、例えば、液晶表示装置の駆動方式や液晶パネルの構造（例えば、スイッチング素子の種類や構造など）、光学部材の配置などは適宜設定することができる。

本発明は、テレビやモニター等に用いる液晶表示装置、看板、広告媒体等に用いられるバックライトが挙げられる。

本発明の第１の実施例に係るバックライトの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第１の実施例に係るバックライトの他の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施例に係るバックライトの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施例に係るバックライトの他の構造を模式的に示す断面図である。 従来のバックライトの構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１、１ａ、２ バックライト
１０１ ＬＥＤ
１０２、１０３ 導光板
１０４、１０５ 第２のリフレクタ
１０７ 光学シート
１０８ 第１のリフレクタ
１０９、１１０ 反射シート
１１１ 隔離板
１１２、１１３ クサビ導光板
１１４ 導光板
２０１ ＬＥＤ
２０２、２０３ 導光板
２０４、２０５ リフレクタ
２０９ 反射シート

Claims (6)

1. 一方の端面が互いに対向するように配置される平板状の一対の第１の導光板と、前記一対の導光板の間に配置される光源と、前記一対の導光板の間かつ前記光源の上部に配置される第１のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の前記一方の端面に対向する端面側に配置される一対の第２のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の上部かつ前記一対の第２のリフレクタの間に配置される第２の導光板と、を少なくとも備え、
   前記第２の導光板は、各々の傾斜面が当接して略平板状となる一対のクサビ状の導光板で構成されることを特徴とするバックライト。
2. 前記クサビ状の導光板は、前記一対の第１の導光板の法線方向及び配列方向を含む面の断面が、前記第１の導光板の平面に略並行な主面と、該平面に対して傾斜する前記傾斜面と、前記一対の第２のリフレクタの少なくとも一方に面する端面と、を含むことを特徴とする請求項１記載のバックライト。
3. 一方の端面が互いに対向するように配置される平板状の一対の第１の導光板と、前記一対の導光板の間に配置される光源と、前記一対の導光板の間かつ前記光源の上部に配置される第１のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の前記一方の端面に対向する端面側に配置される一対の第２のリフレクタと、前記一対の第１の導光板の上部かつ前記一対の第２のリフレクタの間に配置される第２の導光板と、を少なくとも備え、
   前記第２の導光板は、前記一対の第１の導光板側の面に窪みを有することを特徴とするバックライト。
4. 前記窪みは、前記一対の第１の導光板の法線方向及び配列方向を含む面の断面が、前記第２の導光板の中心部に向かって徐々に深くなる形状であることを特徴とする請求項３記載のバックライト。
5. 前記第１のリフレクタは、円錐状、角錐状又は半球状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のバックライト。
6. 一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネルの裏面側に、請求項１乃至５のいずれか一に記載された前記バックライトを備えることを特徴とする液晶表示装置。

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