JP2007305534A - バックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の厚さを薄くしたときでも、光源の光利用効率が低下するのを防ぐことができるバックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】導光板１１の入光面１１ａの発光ダイオード（光源）９側に、当該発光ダイオード９からの光を集光点Ｓに集光する両凸レンズ（集光レンズ部）１５、１６を設ける。また、集光点Ｓを経て導光板１１の内部に入光した光が外部と発光面１１ｂまたは対向面１１ｃとの界面に最初に到達したときに、その光が界面で全反射するように、当該光の光路を調整する両凸レンズ（光路調整部）１７を設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、例えば液晶表示装置は、在来のブラウン管に比べて薄型、軽量などの特長を有するフラットパネルディスプレイとして、液晶テレビ、モニター、携帯電話などに幅広く利用されている。このような液晶表示装置には、光を発光するバックライト装置と、バックライト装置に設けられた光源からの光に対しシャッターの役割を果たすことで所望画像を表示する液晶パネルとが含まれている。

また、上記バックライト装置では、液晶パネルに対する光源の配置の仕方により直下型とエッジライト型に大別されるが、例えば携帯電話やノート型ＰＣ、ＰＤＡなどのモバイル機器に用いられる液晶表示装置では、直下型に比べ薄型化を図り易いエッジライト型が一般的に使用されている。すなわち、エッジライト型のバックライト装置では、光源を液晶パネルの側方に配置することにて薄型化が図られており、液晶パネルの非表示面に対向配置される発光面を備えた導光板を用いて光源からの光を当該液晶パネルに与えるようになっている。

ところで、液晶表示装置では、さらなる薄型化が要求されている。具体的には、例えば上記のようなモバイル機器では、多岐多様な用途に対応すべくさらに薄型化することが要望されており、モバイル機器内部に組み込まれる液晶表示装置やバックライト装置に対してもその薄型化が求められている。そこで、従来のバックライト装置には、例えば下記特許文献１に記載されているように、導光板の厚さを薄くすることにより、バックライト装置、ひいては液晶表示装置の薄型化を図ることが提案されている。
特開２００３−１５７７１１号公報

ところで、上記のような従来のバックライト装置では、薄い導光板に対し、蛍光管（光源）からの光をレンズにより集光して導光板の内部に入光させていた。また、従来のバックライト装置では、導光板の発光面に偏光選択反射板を設置するとともに、発光面に対向する対向面に反射板を設置していた。そして、この従来のバックライト装置では、導光板の内部に入光する、光源からの光の入光角に係わらず、偏光選択反射板と反射板との間で光を交互に反射させることにより、当該導光板にて光源からの光を所定の導光方向に導いて平面状の照明光として液晶パネルに照射していた。

ところが、上記のような従来のバックライト装置では、上記導光方向に導いている光を導光板から液晶パネル側に適宜出光させるために、導光板内に偏光変換層を設ける必要があった。このため、この従来のバックライト装置では、導光板の厚さを薄くしたときに、光源からの光が偏光変換層にて吸収されて、光利用効率が低下するという問題点があった。

上記の課題を鑑み、本発明は、導光板の厚さを薄くしたときでも、光源の光利用効率が低下するのを防ぐことができるバックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にかかるバックライト装置は、光源と、
前記光源からの光を入光する入光面、前記入光面から入光された前記光源の光を外部に向かって発光する発光面、及び前記発光面に対向する対向面を有する導光板と、
前記光源からの光を集光するとともに、当該光の集光点が前記導光板の入光面よりも前記光源側に設定された集光レンズ部と、
前記集光点の前記導光板側に設けられ、かつ前記集光点を経て前記導光板の内部に入光した前記光源からの光が外部と前記発光面または前記対向面との界面に最初に到達したときに、その光源からの光が前記界面で全反射するように、当該光の光路を調整する光路調整部とを備えたことを特徴とするものである。

上記のように構成されたバックライト装置では、集光レンズ部が導光板の入光面よりも光源側に設定された集光点に対し光源からの光を集光している。また、光路調整部が、上記集光点を経て導光板の内部に入光された光源の光が上記界面に最初に到達したときに、その界面で全反射するように、当該光の光路を調整している。これにより、上記従来例と異なり、導光板の厚さを薄くしたときでも、導光板の内部で光源からの光が吸収されるのを極力防止することが可能となり、光利用効率が低下するのを防ぐことができる。

また、上記バックライト装置において、前記光路調整部には、レンズ部材が用いられてもよい。

この場合、導光板の厚さを薄くしたときでも、レンズ部材が光源からの光の光路を適切に調整して、光源からの光利用効率の低下を防止することができる。

また、上記バックライト装置において、前記光路調整部には、所定のレンズ形状にした前記入光面が用いられていることが好ましい。

この場合、導光板の厚さを薄くしたときでも、レンズ形状の入光面が光源からの光の光路を適切に調整して、光源からの光利用効率の低下を防止することができる。また、光路調整部に入光面が用いられているので、部品点数の増加を抑えることが可能となる。

また、上記バックライト装置において、前記光源には、発光ダイオードが使用されていることが好ましい。

この場合、冷陰極管などの放電管を光源に使用する場合に比べて、薄型化を簡単に図ることができ、コンパクトなバックライト装置を容易に構成することが可能となる。

また、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、
前記液晶パネルに対して、上記いずれかのバックライト装置からの光を入射させることを特徴とするものである。

上記のように構成された液晶表示装置では、薄型化が図られた光源の光利用効率の高いバックライト装置からの光を液晶パネルに入射させているので、コンパクトで表示性能に優れた液晶表示装置を容易に構成することができる。

本発明によれば、導光板の厚さを薄くしたときでも、光源の光利用効率が低下するのを防ぐことができるバックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置を提供することが可能となる。

以下、本発明のバックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、透過型の液晶表示装置に本発明を適用した場合を例示して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるバックライト装置及び液晶表示装置の要部構成を示す断面図である。図１において、本実施形態の液晶表示装置１は、図の上側が視認側（表示面側）として設置される液晶パネル２と、液晶パネル２の非表示面側（図の下側）に配置され、当該液晶パネル２を照明する照明光を発生する本発明のバックライト装置３とが設けられている。

液晶パネル２は、図示を省略した液晶層を狭持する一対の透明基板４、５と、透明基板４、５の各外側表面上にそれぞれ設けられた偏光板６、７とを備えている。また、液晶パネル２では、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）８に接続されたドライバが設けられており（図示せず）、上記液晶層を画素単位に駆動可能に構成されている。そして、液晶パネル２では、液晶層によって偏光板７を介して入射された上記照明光の偏光状態が変調され、かつ、偏光板６を通過する光量が制御されることにより、所望画像が表示面に表示される。

バックライト装置３は、光源としての発光ダイオード（以下、“ＬＥＤ”にて略称する。）９と、ＬＥＤ ９の出光側に設けられたレンズユニット１０と、ＬＥＤ ９及びレンズユニット１０に対し直線上に設けられた導光板１１とを備えている。また、バックライト装置３では、断面Ｌ字状のベゼル１２により、導光板１１の上方に液晶パネル２が設置された状態で、ＬＥＤ ９、レンズユニット１０、及び導光板１１が狭持されている。これにより、バックライト装置３は、液晶パネル２に組み付けられて、当該バックライト装置３からの照明光が液晶パネル２に入射される透過型の液晶表示装置１として一体化されている。

導光板１１には、例えば透明なアクリル樹脂などの合成樹脂が用いられており、レンズユニット１０を介してＬＥＤ ９からの光が入光される。導光板１１の液晶パネル２と反対側（対向面側）には、反射シート１２が設置されている。また、導光板１１の液晶パネル２側（発光面側）には、レンズシートや拡散シート等の光学シート１４が設けられており、導光板１１の内部を所定の導光方向（図１の左側から右側への方向）に導かれたＬＥＤ ９からの光が均一な輝度をもつ平面状の上記照明光に変えられて液晶パネル２に与えられる。

また、導光板１１は、射出成形法などの公知の製造方法にて製造されており、ＬＥＤ ９の厚さ方向（図１の上下方向）の寸法よりも小さいものが使用されている。これにより、バックライト装置３では、その薄型化を容易に行うことができ、さらにはコンパクトな液晶表示装置１を容易に構成できる。また、導光板１１では、レンズユニット１０を介在させてＬＥＤ ９からの光を入光させることにより、当該ＬＥＤ ９の光利用効率が低下するのを極力防げるようになっている（詳細は後述。）。

なお、上記の説明以外に、導光板１１の表面にレンズやドットパターンなどを設けて、上記平面状の照明光の輝度均一性や光利用効率の向上などを図ることもできる。また、０．３ｍｍよりも薄い導光板１１を使用する場合には、例えばナノインプリントにより、上記ドットパターンなどを当該導光板１１に形成することができる。

ＬＥＤ ９には、白色の発光色のものが使用されており、液晶パネル２の大きさや当該液晶パネル２で要求される輝度などに応じて、複数のＬＥＤ ９が図１の紙面に垂直な垂直方向で配列されている。また、ＬＥＤ ９は、取付部材１９ａによってベゼル１２に取り付けられて、バックライト装置３に組み込まれている。

レンズユニット１０は、図２も参照して、ＬＥＤ ９側に設けられるとともに、互いに平行に配置された第１及び第２の両凸レンズ１５、１６と、導光板１１側に配置された第３の両凸レンズ１７とを備えている。また、レンズユニット１０には、両凸レンズ１５〜１７を収納した筐体１８が設けられている。また、筐体１８では、その内面が導光板１１の上記発光面１１ｂ及び対向面１１ｃに接した状態で、導光板１１の入光面１１ａ側の先端部分も収納するようになっている。そして、レンズユニット１０では、筐体１８が取付部材１９ｂを介在させてベゼル１２に取り付けられることで、レンズユニット１０は、バックライト装置３に組み込まれている。

第１及び第２の両凸レンズ１５、１６は、同一のレンズ部材であり、ＬＥＤ ９からの光を、導光板１１の入光面１１ａよりもＬＥＤ ９側に設定された集光点（焦点）Ｓに集光する集光レンズ部を構成している。

一方、第３の両凸レンズ１７は、集光点Ｓの導光板１１の入光面１１ａ側に設けられており、当該導光板１１の内部に入光されるＬＥＤ ９からの光の光路を調整する光路調整部を構成している。詳細には、両凸レンズ１７は、図２に矢印にて示すように、集光点Ｓを経て導光板１１の内部に入光したＬＥＤ ９からの光が筐体１８の内面と発光面１１ｂとの界面Ｐ１または前記内面と対向面１１ｃとの界面Ｐ２に最初に到達したときに、そのＬＥＤ ９からの光が対応する界面Ｐ１またはＰ２で全反射するように、入光面１１ａに入光される光の入光角を変更して、その光の光路を調整している。

筐体１８は、合成樹脂や金属を用いて構成されており、射出成形法やプレス加工などによって高精度に形成されている。また、筐体１８の内面は、好ましくは白色や銀色などの光反射率の高い色に着色されており、ＬＥＤ ９の光利用効率を極力向上できるようになっている。

以上のように構成された本実施形態では、第１及び第２の両凸レンズ１５、１６（集光レンズ部）がＬＥＤ（光源）９からの光を、導光板１１の入光面１１ａよりもＬＥＤ ９側に設定された集光点Ｓに集光している。また、第３の両凸レンズ（光路調整部）１７が、導光板１１の内部に入光されたＬＥＤ ９の光が上記界面Ｐ１またはＰ２に最初に到達したときに、その界面Ｐ１またはＰ２で全反射するように、当該光の光路を調整している。このように、本実施形態では、導光板の内部に偏光変換層を設けていた上記従来例と異なり、導光板１１の厚さを薄くしたときでも、導光板１１の内部でＬＥＤ ９からの光が吸収されるのを極力防止することが可能となる。この結果、本実施形態では、導光板１１の厚さを薄くしたときでも、ＬＥＤ ９の光利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、液晶表示装置１では、ＬＥＤ ９の光利用効率が高く、薄型化が図られたバックライト装置３からの光が液晶パネル２に入射させているので、コンパクトで表示性能に優れた液晶表示装置を容易に構成することができる。

尚、本願の発明者等に検証試験では、上記厚さ方向での寸法が０．５ｍｍ程度のＬＥＤ ９からの光を、０．０７５ｍｍ程度にまで薄くした導光板１１に入光させたときでも、ＬＥＤ ９の光利用効率に優れたバックライト装置３及び液晶表示装置１を構成できることが確かめられている。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態にかかるレンズユニットを示す拡大断面図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、第３の両凸レンズに代えて、導光板の入光面を所定のレンズ形状にすることにより、当該入光面を光路調整部に用いた点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付してその重複した説明を省略する。

すなわち、図３に示すように、本実施形態では、レンズユニット２０は互いに平行に配置された第１及び第２のフレネルレンズ２２、２３と、これらのフレネルレンズ２２、２３を収納した筐体２４とを備えている。第１及び第２のフレネルレンズ２２、２３は、同一のレンズ部材であり、上記第１及び第２の両凸レンズ１５、１６と同様に、導光板１１の入光面１１ａよりもＬＥＤ ９側に設定された集光点ＳにＬＥＤ ９からの光を集光する集光レンズ部を構成している。

筐体２４は、筐体１８と同様に、合成樹脂や金属を用いて構成されており、射出成形法やプレス加工などによって高精度に形成されている。また、筐体２４の内面は、好ましくは白色や銀色などの光反射率の高い色に着色されており、ＬＥＤ ９の光利用効率を極力向上できるようになっている。さらに、筐体２４では、その内面が導光板２１の発光面２１ｂ及び対向面２１ｃに接した状態で、導光板２１の入光面２１ａ側の先端部分も収納するようになっている。

また、本実施形態では、導光板２１の入光面２１ａが集光点Ｓ側に突出した凸レンズ形状に加工されており、当該入光面２１ａが上記光路調整部としても機能するように構成されている。すなわち、入光面２１ａは、図３に矢印にて示すように、集光点Ｓを経て導光板２１の内部に入光したＬＥＤ ９からの光が筐体２４の内面と発光面２１ｂとの界面Ｐ１または前記内面と対向面２１ｃとの界面Ｐ２に最初に到達したときに、そのＬＥＤ ９からの光が対応する界面Ｐ１またはＰ２で全反射するように、入光面２１ａに入光される光の入光角を変更して、その光の光路を調整している。

以上の構成により、本実施形態では、第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができ、導光板２１の厚さを薄くしたときでも、ＬＥＤ ９の光利用効率が低下するのを防いでコンパクトで表示性能に優れた液晶表示装置を容易に構成することができる。

尚、上記の実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記の説明では、本発明を透過型の液晶表示装置に適用した場合について説明したが、本発明のバックライト装置はこれに限定されるのもではなく、反射型あるいは半透過型等の透過型以外の各種液晶表示装置に適用することができる。

また、上記の説明以外に、レントゲン写真に光を照射するシャウカステンあるいは写真ネガ等に光を照射して視認をし易くするためのライトボックスなどの液晶パネル以外の電気機器に本発明のバックライト装置を適用してもよい。

また、上記の説明では、光源に発光ダイオードを用いた場合について説明したが、冷陰極管や熱陰極管などの放電管を使用することもできる。但し、上記各実施形態のように、発光ダイオードを使用する場合の方が、バックライト装置の薄型化及びコンパクト化を容易に行える点で好ましい。

また、上記の説明では、集光レンズ部と光路調整部とを筐体に収納して、レンズユニットとして一体化した構成を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、集光レンズ部と光路調整部とを別々にバックライト装置に組み付けることもできる。但し、上記のように、レンズユニットとして一体化する場合の方が、集光レンズ部及び光路調整部のバックライト装置への組み付け作業を簡単化することができ、バックライト装置及び液晶表示装置の製造工程を簡略化してコスト安価に製造できる点で好ましい。さらには、上記のように、光反射率の高い色の内面で構成された筐体の内部に集光レンズ部と光路調整部と収納する場合の方が、光源の光利用効率を容易に高めることができる点で好ましい。

また、上記の説明では、筐体の内面が導光板の発光面及び対向面に接した状態で、筐体が導光板の入光面側の先端部分を収納する構成ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記先端部分を筐体の内部に収納することなく、筐体と導光板とを離した状態で入光面の光源側に筐体を設置することもできる。

また、上記第１及び第２の実施形態の説明では、それぞれ一対の両凸レンズ及び一対のフレネルレンズを集光レンズ部に用いた場合について説明したが、本発明の集光レンズ部は、導光板の入光面よりも光源側に集光点が設定されて、光源からの光を当該集光点に集光可能なものであればよく、例えば１つの平凸レンズを用いることもできる。

また、上記第１及び第２の実施形態の説明では、それぞれ両凸レンズ及び凸レンズ形状に加工した入光面を光路調整部に用いた場合について説明したが、本発明の光路調整部は、集光点を経て導光板の内部に入光した光源からの光が外部と当該導光板の発光面または対向面との界面に最初に到達したときに、その光源光が界面で全反射するように当該光源光の光路を調整可能に構成されたものであればよい。例えば、導光板の入光面を凹レンズ形状に加工するとともに、この入光面の光源側に配置した平凸レンズとによって光路調整部を構成することもできる。但し、第２の実施形態のように、導光板の入光面を所定のレンズ形状に加工し光路調整部に用いる場合の方が、バックライト装置の部品点数を削減できる点で好ましい。

本発明の第１の実施形態にかかるバックライト装置及び液晶表示装置の要部構成を示す断面図である。 図１に示したレンズユニットを示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかるレンズユニットを示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２ 液晶パネル
３ バックライト装置
９ 発光ダイオード（光源）
１０、２０ レンズユニット
１１、２１ 導光板
１１ａ 入光面
２１ａ 入光面（光路調整部）
１１ｂ、２１ｂ 発光面
１１ｃ、２１ｃ 対向面
１５、１６ 両凸レンズ（集光レンズ部）
１７ 両凸レンズ（レンズ部材、光路調整部）
２２、２３ フレネルレンズ（集光レンズ部）
Ｓ 集光点

Claims (5)

1. 光源と、
   前記光源からの光を入光する入光面、前記入光面から入光された前記光源の光を外部に向かって発光する発光面、及び前記発光面に対向する対向面を有する導光板と、
   前記光源からの光を集光するとともに、当該光の集光点が前記導光板の入光面よりも前記光源側に設定された集光レンズ部と、
   前記集光点の前記導光板側に設けられ、かつ前記集光点を経て前記導光板の内部に入光した前記光源からの光が外部と前記発光面または前記対向面との界面に最初に到達したときに、その光源からの光が前記界面で全反射するように、当該光の光路を調整する光路調整部と
   を備えたことを特徴とするバックライト装置。
2. 前記光路調整部には、レンズ部材が用いられている請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記光路調整部には、所定のレンズ形状にした前記入光面が用いられている請求項１または２に記載のバックライト装置。
4. 前記光源には、発光ダイオードが使用されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライト装置。
5. 液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、
   前記液晶パネルに対して、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライト装置からの光を入射させることを特徴とする液晶表示装置。
   
   

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