JP2007250489A

JP2007250489A - 液晶表示装置用バックライト装置

Info

Publication number: JP2007250489A
Application number: JP2006075935A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Murakami; 忠史村上
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】管状光源と拡散透過板の間に光制御部材が配置された液晶表示装置用バックライト装置において、液晶表示装置に輝度むらが生じないようにする。
【解決手段】管状光源３を収納する筐体２と、筐体２の開口に設けられる拡散透過板５と、管状光源３から出射された光Ｌを制御する光制御部材６を備える液晶表示装置用バックライト装置１において、光制御部材６は、表面に多数の孔を有し上向きに凸の円弧形状に形成された板状部材である。光制御部材６の単位面積当たりの開口率は、光制御部材６の頂部Ｐにおいて最小であり、頂部Ｐから離れるに従って大きくなる。また、光制御部材６の上面６ｂが拡散反射板に構成される。管状光源３から出射された光Ｌは、光制御部材６によってほぼ均一に分散され、光制御部材６の上面６ｂによって反射される光は拡散して分散される。光制御部材６の端部を通過する光Ｌは、拡散透過板５までの距離が長いことによって分散される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置用バックライト装置に関し、特に管状光源が液晶表示装置の直下に設けられる直下型タイプの液晶表示装置用バックライト装置に関する。

液晶表示装置（液晶表示パネル）用のバックライト装置には、液晶表示装置の側方に設けられた管状光源からの光を導光板によって屈折させて液晶表示装置の裏面に導く導光板タイプと、液晶表示装置の直下に設けられた管状光源からの光を拡散透過板を介して拡散させて液晶表示装置の裏面に導く直下型タイプがある。

導光板タイプでは、管状光源が液晶表示装置の側方に配置されるので全体を薄型にすることが比較的容易であるが、充分な光量を得ることが難しく液晶表示装置の高輝度化への対応が困難であるという欠点がある。一方、直下型タイプでは、液晶表示装置の直下に拡散透過板を介して複数本の管状光源を配置することができるので、充分な輝度を得ることが比較的容易であるが、液晶表示装置に近接した位置に管状光源が配置されるので、輝度むらが生じやすいという欠点がある。

特に、管状光源が平行に複数本配置される場合に、拡散透過板の板面上において管状光源の直上の領域は高い輝度で照らされるが、管状光源同士の間の領域は充分な輝度で照らされないので、液晶表示装置の表面に管状光源の配置に倣う明と暗の縞状の輝度むらが生じ勝ちであるという問題がある。

また、直下型タイプでは、液晶表示装置、拡散透過板、及び管状光源が上下に重ねて配置されるので、バックライト装置全体の嵩が高くなり勝ちであり、全体の嵩を抑制するために管状光源と拡散透過板をより近接させて配置する場合には、上記輝度むらの程度がさらに大きくなるという問題もある。

そこで、従来から、直下型タイプのバックライト装置において、上記のような輝度むらを抑制するために、管状光源と拡散透過板との間に、管状光源から出射されて拡散透過板へ向かう光を制御するための光制御部材が配置されたバックライト装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このバックライト装置では、管状光源と拡散透過板との間に配置される光制御部材が、表面に多数の貫通孔を有する曲面形状に湾曲された部材であり、管状光源から出射された光がこの光制御部材によって分散されて輝度が均一にされる。

また、同じく直下型タイプのバックライト装置において、上記のような輝度むらを抑制するために、拡散透過板の下面側に管状光源から出射されて拡散透過板へ向かう光を制御するためのライティングカーテンが配置されて、このライティングカーテンに第１の遮光パターンが形成され、かつ拡散透過板の下面に第２の遮光パターンが形成されたバックライト装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

このバックライト装置では、第１の遮光パターンと第２の遮光パターンが共に、光源に対向する中央位置における遮光度が高く、中央位置から離れるに従って遮光度が低くなるように構成されている。
実用新案登録第３０９８２９７号公報特開２００２−２０２５０７号公報

上記特許文献１に記載のバックライト装置においては、管状光源から出射されて拡散透過板へ向かう光が光制御部材によって分散されるので、その分だけ拡散透過板の下面における輝度が均一化されるが、光制御部材自体の表面によって反射されて拡散透過板へ向かう光により生じる輝度むらについては何も考慮されていない。

また、特許文献２に記載のバックライト装置においては、ライティングカーテン（光制御部材）が拡散透過板の下面に密着して設けられるので、ライティングカーテン自体の表面による反射光の問題は生じないが、第１の遮光パターンが形成されたライティングカーテンが拡散透過板の下面に密着されること、及び第２の遮光パターンが拡散透過板の下面に直接形成されることによって、第１、第２の遮光パターンによる遮光影が拡散透過板に表れる虞がある。

そこで、本発明は、管状光源と拡散透過板の間に、管状光源から出射されて拡散透過板へ向かう光を制御する光制御部材が配置された液晶表示装置用バックライト装置において、光制御部材を通過する光がほぼ均一に分散されると共に、光制御部材自体の表面によって反射される光については、拡散して反射され、又は光が分散し易い方向に反射されて液晶表示装置に可能な限り輝度むらが生じない液晶表示装置用バックライト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、管状光源と、前記管状光源を収納し、該管状光源からの光が出射可能な開口を有する筐体と、前記筐体の開口に設けられる拡散透過板と、前記管状光源と前記拡散透過板との間に配置され、前記管状光源から出射されて前記拡散透過板へ向かう光を制御し、輝度むらを抑制する光制御部材とを備える液晶表示装置用バックライト装置において、前記光制御部材が、表面に多数の孔又はスリットを有する板状部材から構成され、前記孔又はスリットの単位面積当たりの開口率が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置において最も小さい値であり、かつ、前記光制御部材の前記拡散透過板に臨む面が拡散反射面であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光制御部材の孔又はスリットの単位面積当たりの開口率が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置から離れるに従って大きくなることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光制御部材と前記拡散透過板の間隔が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置において最も小さく、この位置から離れるに従って大きくなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光制御部材と前記拡散透過板の間隔が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置において最も大きく、この位置から離れるに従って小さくなることを特徴とする。

請求項１及び請求項２の発明によれば、管状光源から出射されて光制御部材を通過する光が、光制御部材に形成され場所に応じて開口率が変化するように構成された多数の孔又はスリットによって適正に分散され、さらに光制御部材の上面が拡散反射面に形成されているので光制御部材の上面によって反射されて拡散透過板に向かう光も適正に分散されて、液晶表示装置における輝度むらを抑制することができる。

請求項３の発明によれば、上記請求項１及び請求項２の発明の効果に加えて、管状光源から出射され光制御部材の端部を通って拡散透過板に向かう光の拡散透過板に到達するまでの距離が長くなるので、光制御部材による遮光影の端部がぼやけて輝度むらをさらに抑制することができる。

請求項４の発明によれば、上記請求項１及び請求項２の発明の効果に加えて、管状光源から出射され光制御部材の下面によって反射される光の大部分が、管状光源から離れた位置へ向けて反射されるので、その反射された光を管状光源同士の間に設けられた補助反射板に反射させること等によって効率良く管状光源同士の間の領域の拡散透過板へ到達させることができ、輝度むらをさらに抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置用バックライト装置について、図面を参照して説明する。本実施形態の液晶表示装置用バックライト装置１は、図１及び図２に示されるように、上部に開口２ａを有する浅い箱状の筐体２と、筐体２内において平行に収納された６本の管状光源（直管型蛍光灯）３と、管状光源３同士の中間に配置された５本の補助反射板４と、筐体２の開口２ａを覆うように設けられる拡散透過板５と、管状光源３の略上半部を覆うように設けられる光制御部材６とを備える。

拡散透過板５の上部には、３枚の拡散透過シート７を介して液晶表示装置（液晶表示パネル）８が設けられる。拡散透過板５、拡散透過シート７、及び液晶表示装置８は、図１及び図２において互いに離間して示されるが、製品として組立てられた段階では、互いに密着される。

筐体２は、金属板を折曲げて成形され、内面の光の反射率が高くなるように内部の表面２ｂに白色塗装が施されている。また、筐体２は、光の反射率が高い白色プラスチック材から構成されてもよい。補助反射板４は、同様に表面に白色塗装が施された金属板又は光の反射率が高い白色プラスチック材から構成され、断面が略直角三角形状に成型された長尺の部材である。

拡散透過板５は、拡散剤として白色顔料が混入されたアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂から構成され、光半透過性を有する。拡散透過シート７も同様に光半透過性を有する。

次に、光制御部材６について、図３を参照して詳細に説明する。本実施形態の光制御部材６は、表面に多数の丸孔９を有し、管状光源３と略同一曲率の円弧状に成形された金属板から構成され、表面に高反射率の白色塗装が施されている。

光制御部材６の下面６ａ（管状光源３に臨む面）には９５％程度の全反射率が得られる酸化チタン顔料等の白色塗装が施されており、光制御部材６の上面６ｂ（拡散透過板５に臨む面）は、さらにエンボス加工、サンドブラスト加工等によって拡散反射面に構成されている。

表面に形成された多数の丸孔９は全て同一径であり、光制御部材６の円弧状の頂部では比較的小密度に形成され、頂部から外れて両側になるほど大密度に形成されている。これによって、光制御部材６の表面における単位面積当たりの開口率が、光制御部材６の円弧状頂部は開口率が小、両側部になるほど開口率が大になるように構成されている。

これについて、図２を参照してさらに具体的に説明する。管状光源３の長手方向の中心軸Ｃを含み管状光源３と拡散透過板５とを最短距離で結ぶ法線面ｆが、図２において垂直方向の線分で表される。そして、この法線面ｆと光制御部材６の板状面とが交差する位置Ｐ（光制御部材６の頂部）において、丸孔９が形成される密度が最も小さく（単位面積当たりの開口率が最も小さく）、交差する位置Ｐ（光制御部材６の頂部）から離れる（光制御部材６の端部に近づく）に従って、丸孔９が形成される密度が大きく（単位面積当たりの開口率が大きく）なっている。

単位面積当たりの開口率が変化される構成としては、上記のように丸孔９の径が変わらずに丸孔９が形成される密度が光制御部材６の頂部を中心とする幅方向において変化される構成に代えて、丸孔９の径自体が光制御部材６の頂部を中心とする幅方向に沿って変化されるように構成してもよい。つまり、光制御部材６の円弧状の頂部Ｐ（法線面ｆと光制御部材６の板状面とが交差する位置）においては丸孔９の径が小、両側部になるほど丸孔９の径が大になるように構成してもよい。

また、本実施形態においては、光制御部材６が上向きに凸の円弧状に形成されるので、光制御部材６と拡散透過板５の間隔は、法線面ｆと光制御部材６の板状面とが交差する位置Ｐ（光制御部材６の頂部）において最も小さく、この位置から離れるに従って大きくなっている。つまり、光制御部材６の表面から拡散透過板５へ到達するまでの光路長が、光制御部材６の端部において最も長くなっている。

次に、管状光源３から出射される光が拡散透過板５へ到達するまでの態様について、図２を参照して説明する。管状光源３から出射される光Ｌのうち、上方略１／３の領域に出射される光Ｌは、光制御部材６によって制御される。光制御部材６の円弧状の頂部Ｐ付近に照射される光は、頂部Ｐ付近の開口率が小さいことによって多くが反射され、頂部Ｐから離れるに従って丸孔９を通過して直接拡散透過板５へ向かう光Ｌの割合が多くなる。これによって拡散透過板５に到達する光Ｌの量が、拡散透過板５の幅方向（図２におけるＸ方向）において分散され、輝度むらが抑制される。

また、拡散透過板５に到達した光Ｌのうち拡散透過板５の下面によって下向きに反射される光Ｌは、光制御部材６の上面６ｂが拡散反射面に構成されているので、光制御部材６の上面６ｂによって拡散して反射される。光制御部材６は、全体が上向きに凸の円弧形状に形成されているので、上面６ｂが拡散反射面に構成されていることと相俟って、上面６ｂによって反射される光Ｌは、充分に拡散される。これによってさらに輝度むらが抑制される。

なお、光制御部材６の下面６ａには、前述の通り９５％程度の全反射率が得られる酸化チタン顔料等の白色塗装が施されているので、光制御部材６自体に吸収される光エネルギーはごく僅かであり、光制御部材６が加熱されてそりや変形（垂下がり）を生じる虞が少ない。

例えば、いま、光制御部材６の全面における開口率が５０％である場合には、白色塗装による全反射率が９５％であるので、管状光源３から出射されて光制御部材６の下面６ａに到達する全光Ｌのうち５０％が光制御部材６を通過し、４７．５％が反射され、２．５％のみが損失（光制御部材６への吸収）となる。この損失率は極めて低い損失率である。

また、管状光源３から出射される光Ｌのうち、光制御部材６の端部を通って拡散透過板５へ向かう光Ｌは、拡散透過板５までの光路長が長いので、拡散透過板５に到達するまでの空気中で拡散（散乱）され、光制御部材６の端部の影は拡散透過板５にぼやけて投影され、輝度むらがさらに抑制される。

さらに、管状光源３から出射される光Ｌのうち略側方に出射される光Ｌの多くは、補助反射板４に反射されて進行方向を上方へ変更されて充分な光量を保ったまま拡散透過板５に到達する。管状光源３から出射される光Ｌのうち下方略１／３の領域に出射される光Ｌは、筐体２の内面２ｂに反射されて進行方向を上方へ変更され拡散透過板５に到達する。補助反射板４により反射される光Ｌと筐体２の内面２ｂにより反射される光Ｌの多くが、管状光源３同士の中間の輝度不足になり勝ちな領域の拡散透過板５に照射されるので輝度むらが抑制される。

以上のように、第１の実施形態のバックライト装置１においては、管状光源３から出射される光Ｌの大部分がほぼ均一に分散されて拡散透過板５の下面に到達するので、液晶表示装置８の輝度むらが抑制される。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置用バックライト装置について、図４を参照して説明する。第２の実施形態に係る液晶表示装置用バックライト装置２１は、第１の実施形態に係る液晶表示装置用バックライト装置１とほぼ同一の構造であり、光制御部材２６の構成のみが異なる。同一の構成部分については、同一の番号を付して説明を省略する。

第２の実施形態の液晶表示装置用バックライト装置２１における光制御部材２６は、第１の実施形態と同様に表面に多数の丸孔９を有し、管状光源３と略同一曲率の円弧状に成形された金属板から構成され、第１の実施形態とは逆に管状光源３の上方において下向きに凸になるように配置されている。

光制御部材２６の下面２６ａ（管状光源３に臨む面）には、第１の実施形態と同様に９５％程度の全反射率が得られる酸化チタン顔料等の白色塗装が施されており、光制御部材２６の上面２６ｂ（拡散透過板５に臨む面）は、さらにエンボス加工、サンドブラスト加工等によって拡散反射面に構成されている。

表面に形成された多数の丸孔９は、第１の実施形態と同様に全て同一径であり、光制御部材２６の円弧状の頂部付近は比較的小密度に形成され、頂部から外れて両側になるほど大密度に形成されている。これによって、光制御部材２６の表面における単位面積当たりの開口率が、光制御部材２６の円弧状頂部は開口率が小、両側部になるほど開口率が大になるように構成されている。

開口率が最も小さくなる光制御部材２６の円弧状頂部Ｐは、第１の実施形態と同様に次のようにして定められる。管状光源３の長手方向の中心軸Ｃを含み管状光源３と拡散透過板５とを最短距離で結ぶ法線面ｆが、図４において垂直方向の線分で表される。そして、この法線面ｆと光制御部材２６の板状面とが交差する位置Ｐ（光制御部材２６の頂部）において、丸孔９が形成される密度が最も小さく（単位面積当たりの開口率が最も小さく）、交差する位置Ｐ（光制御部材２６の頂部）から離れるに従って丸孔９が形成される密度が大きく（単位面積当たりの開口率が大きく）なっている。

また、第２の実施形態においては、光制御部材２６が下向きに凸の円弧状に形成されるので、光制御部材２６と拡散透過板５の間隔は、第１の実施形態とは逆に、法線面ｆと光制御部材２６の板状面とが交差する位置Ｐ（光制御部材２６の頂部）において最も大きく、この位置から離れるに従って小さくなっている。

次に、第２の実施形態における、管状光源３から出射される光が拡散透過板５へ到達するまでの態様について、図４を参照して説明する。管状光源３から出射される光Ｌのうち、上方略１／３の領域に出射される光Ｌは、光制御部材２６によって制御される。光制御部材２６の円弧状の頂部Ｐ付近に照射される光は、頂部Ｐ付近の開口率が小さいことによって多くが反射され、頂部Ｐから離れるに従って丸孔９を通過して直接拡散透過板５へ向かう光Ｌの割合が多くなる。これによって拡散透過板５に到達する光Ｌが、拡散透過板５の幅方向（図４におけるＸ方向）においてほぼ均一に分散され、輝度むらが抑制される。

また、拡散透過板５に到達した光Ｌのうち拡散透過板５の下面によって下向きに反射された光Ｌは、光制御部材２６の上面２６ｂが拡散反射面に構成されているので、光制御部材２６の上面２６ｂによって拡散して反射される。これによっても輝度むらが抑制される。

なお、光制御部材２６の下面２６ａには、第１の実施形態と同様に９５％程度の全反射率が得られる酸化チタン顔料等の白色塗装が施されているので、光制御部材２６自体に吸収される光エネルギーはごく僅かであり、光制御部材２６が加熱されてそりや変形（垂下がり）を生じる虞がない。

また、管状光源３から略側方へ出射される光Ｌの大部分は、直接補助反射板４に向かい、補助反射板４によって反射されて進行方向を上方へ変更され拡散透過板５に到達するが、管状光源３から斜め上方向きに出射される光Ｌは、光制御部材２６の下面２６ａによって反射されて補助反射板４に向けて照射される。

このとき、光制御部材２６の下面２６ａによって反射される光Ｌは、光制御部材２６の端部が上向きに反っているので、大部分の光Ｌが補助反射板４に向けて反射され、比較的短い光路を経て拡散透過板５に到達し、充分な光量を保ったまま管状光源３同士の中間の輝度不足になり勝ちな領域の拡散透過板５を照射するので、これによっても輝度むらが抑制される。

これについて、比較例を挙げて簡単に説明する。いま、光制御部材１０６が図５に示されるように水平な板状である場合（光制御部材１０６と拡散透過板５の間隔が一定）には、光制御部材１０６の下面によって反射される光Ｌの多くは、垂直に近い角度で下向きに反射され管状光源３に近い位置の筐体２の内面２ｂに向けて照射される。筐体２の内面２ｂによって反射された光Ｌは、同じく垂直に近い角度で上方へ反射され、一部は拡散透過板５に到達するが一部は再び光制御部材１０６に反射される。以上のように、光制御部材１０６が水平な板状の場合には、光制御部材１０６の下面によって反射される光Ｌは、比較的長い経路と比較的多くの反射を経て拡散透過板５に到達するので、光Ｌの光量が減少し勝ちである。

以上の説明で明らかなように、第２の実施形態における光制御部材２６の形状は、光制御部材２６と拡散透過板５の間隔が、法線面ｆと光制御部材２６の板状面とが交差する位置Ｐ（光制御部材２６の頂部）において最も大きく、この位置から離れるに従って小さくなるものであればよいので、下向きに凸の円弧状以外にも、例えば、Ｖ字状、Ｕ字状等の種々の変形が可能である。

また、光制御部材６、２６の表面に形成される光Ｌを透過させるための丸孔９は、丸孔以外の種々の形状の孔であってもよいし、図６に示されるような多数本のスリット１９であってもよい。

図６に示されるようにスリット１９が形成される場合も、光制御部材６の円弧状頂部の開口率が小、両側部になるほど開口率が大になるように、各スリット１９の幅は、光制御部材６の両側部になるほど開いた形状になっている。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置用バックライト装置の構造を示す分解斜視図。同液晶表示装置用バックライト装置の縦断面図。同液晶表示装置用バックライト装置における光制御部材の斜視図。本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置用バックライト装置の縦断面図。同第２の実施形態における光制御部材の作用を説明するための比較例としての液晶表示装置用バックライト装置の縦断面図。光制御部材の変形例を示す斜視図。

符号の説明

１液晶表示装置用バックライト装置
２筐体
２ａ開口
３管状光源
５拡散透過板
６光制御部材
６ｂ拡散透過板に臨む面
８液晶表示装置
９丸孔（孔）
１９スリット
２１液晶表示装置用バックライト装置
２６光制御部材
２６ｂ拡散透過板に臨む面
Ｃ長手方向の中心軸
ｆ法線面
Ｐ交差する位置
Ｌ光

Claims

管状光源と、
前記管状光源を収納し、該管状光源からの光が出射可能な開口を有する筐体と、
前記筐体の開口に設けられる拡散透過板と、
前記管状光源と前記拡散透過板との間に配置され、前記管状光源から出射されて前記拡散透過板へ向かう光を制御し、輝度むらを抑制する光制御部材とを備える液晶表示装置用バックライト装置において、
前記光制御部材が、表面に多数の孔又はスリットを有する板状部材から構成され、
前記孔又はスリットの単位面積当たりの開口率が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置において最も小さい値であり、かつ、
前記光制御部材の前記拡散透過板に臨む面が拡散反射面であることを特徴とする液晶表示装置用バックライト装置。
前記光制御部材の孔又はスリットの単位面積当たりの開口率が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置から離れるに従って大きくなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用バックライト装置。
前記光制御部材と前記拡散透過板の間隔が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置において最も小さく、この位置から離れるに従って大きくなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置用バックライト装置。
前記光制御部材と前記拡散透過板の間隔が、前記光制御部材の板状面と、前記管状光源の長手方向の中心軸を含み該管状光源と前記拡散透過板とを最短距離で結ぶ法線面とが交差する位置において最も大きく、この位置から離れるに従って小さくなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置用バックライト装置。