JP2008091053A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射対象の表示パネルに白線等の異常画像を表示させることなく輝度分布が均一で且つ充分な光量の面状照射光が得られる点光源を用いた面状照明装置を提供する。
【解決手段】矩形をなす導光板７１を収容したシールドケース７５の導光板端面を取り囲む側板７５２ａ〜７５２ｄのうちの、短手側板７５２ｂ、７５２ｄにおけるＬＥＤ７２が設置されている光源側の各端部に、近接側のＬＥＤ７２の光射出中心Ｏを通る導光板長手辺に平行な直線Ｌ1 と、この直線Ｌ1 を前記導光板７１の光が入射される端面の法線方向に射出中心角φで８°〜１２°回転させた直線Ｌ2 とで挟まれた範囲にわたり、導光板７１の対応する端面から出射した不要光を通過逸散させるための開口７５３がそれぞれ穿設されている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、点光源を用いる面状照明装置に関する。

従来、液晶表示素子用のバックライトとして、矩形状をなす導光板の一方の端面に光源を対向配置し、この光源から射出される光を導光板内に導き液晶表示素子に対向させた一方の主面の発光エリアから面状に出射させる、サイドライト方式の面状照明装置が用いられている。この場合の光源としては、バックライトを含めた液晶表示モジュールの小型薄型化を促進するため、特許文献１に示されるように、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)という）等の点光源が採用されることが多い。
特開平９−８０４５９号公報

点光源を用いる面状照明装置により輝度が充分に高く且つ均一な配向分布の面状照射光を得るには、点光源を多数個配置するか、或いは、広い放射角度にわたり充分な光量を射出できる点光源を用いる方法が有用である。

前者の方法は、部材コスト面及び実装作業性の面で不利である。これに対し、後者の方法は、点光源の設置個数を減らすことができるためにコスト面で有利であるが、照射対象の表示パネルに白線等の異常画像を表示させるという問題がある。

本発明の目的は、照射対象の表示パネルに白線等の異常画像を表示させることなく輝度分布が均一で且つ充分な光量の面状照射光が得られる点光源を用いた面状照明装置を提供することである。

本発明の面状照明装置は、光を放射状に射出する点光源と、矩形をなす実質的に透明な平板の少なくとも一つの端面に前記点光源が対向配置され、前記点光源からの射出光を前記端面から入射させ、この入射光を内面反射により導いて一方の主面から面状に出射させる導光板と、前記導光板及び前記光源を収容するための、前記導光板の周囲４端面に対応する４面の側板と、前記導光板の光を出射させる面とは反対側の面に対応する底板とにより形成され、前記側板のうち、前記導光板の前記点光源が対向配置される前記端面に隣接した互いに対向する一対の側端面に対応する一対の側板に、その長手方向に沿って予め定めた長さの光反射防止手段がそれぞれ設けられた、シールドケースとを有することを特徴とするものである。

本発明の面状照明装置によれば、導光板の光を入射させる端面に隣接した側端面に対応するシールドケース側面に所定範囲にわたって光反射防止手段を設けたから、前記側端面により反射された光を起因とする照射対象の表示パネルにおける白線等の異常画像の発生や輝度分布のばらつきが防止され、つねに安定して輝度分布が均一で且つ充分な光量の面状照射光を得ることができる。

図１は本発明の一実施形態としての面状照明装置が適用された液晶表示モジュールを示す模式的断面図で、図２はその面状照明装置の主要構成部材の配置構成を示す斜視図、図３はその平面図である。

図１に示されるように、本液晶表示モジュールの筐体は、外形が扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１に底板を除去した形状のカバーケース２が嵌合状態で被装されてなる。これら両ケース１、２は、共に金属板を加工して形成されている。カバーケース２の天板２１には、表示を観察するための表示窓２２が穿設されている。

上記筐体内には、フレームケース３が配置されている。本実施形態のフレームケース３は、弾性に富む樹脂材料を用いて例えばインジェクション法等により樹脂成形されてなり、内部には、表示の観察側を前側として、共に扁平な直方体をなす空間の前室３ａと後室３ｂとが２段重ねに形成されている。すなわち、フレームケース３の内部空間が仕切り板３１によって前室３ａと後室３ｂに仕切られ、この仕切り板３１には、前、後各室３ａ、３ｂを連通させる連通窓３１１が穿設されている。

前室３ａ内には、液晶表示パネル４が収容保持されている。液晶表示パネル４は、一対の矩形をなすガラス基板４１、４２を、枠状シール材４３により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材４３で囲まれたガラス基板４１、４２の各対向面（以下、内面という）間に液晶４４を封入して、構成されている。ガラス基板４１、４２の各外面には、一対の前、後偏光板４５、４６がそれぞれ貼着されている。本実施形態の液晶表示モジュールは単純マトリクス型液晶表示モジュールであり、したがって、ガラス基板４１、４２の対向させた各内面にはそれぞれ、互いに平行な複数の走査電極４７と、これらに直交する互いに平行な複数の表示電極４８とが配設されている。そして、両電極４７、４８の交差対向部に画素が形成され、これら画素間にはクロム等の金属からなるブラックマトリクス４９が配設されている。

ガラス基板４１、４２のうちの一方のガラス基板４２には、一方の短手縁辺をガラス基板４１の対応する端面よりも外側へ突出させて、突出縁部４２１が形成されている。この突出縁部４２１の表面（電極形成面の延長面）には、図示されていないが両基板４１、４２の各電極４７、４８に導通接続されているリード配線やそれらの各接続端子及び駆動信号入力用配線等が配設され、液晶駆動回路素子としてのドライバチップ５がＣＯＧ(Chip On Glass)方式により搭載されている。

上述の突出縁部４２１の駆動信号入力用配線の接続端子列には、駆動制御信号供給用のフレキシブル配線基板(以下、ＦＰＣ(Flexible Printed Circuit Board)という)６が導通接合されている。このＦＰＣ６は、フレームケース３外に引き出され、後室３ｂ側に折り返されている。

フレームケース３の後室３ｂ内には、バックライトユニット７が設置されている。本実施形態のバックライトユニット７は、サイドライト方式により面状照射光を出射する面状照明装置であり、照射対象の液晶表示パネル４に大略対応した矩形をなす透明な導光板７１の一方の端部に、点光源としてのＬＥＤ７２が複数個配置され、導光板７１の液晶表示パネル４に対向させる前面（光出射面）７１１には光学シート積層体７３が設置され、反対側の後面７１２には光反射シート７４が設置されている。そして、導光板７１とＬＥＤ７２及び光反射シート７４がシールドケース７５に収容され、このシールドケース７５をフレームケース後室３ｂ内の所定位置に嵌合装着することにより、バックライトユニット７全体が後室３ｂ内に所定の配置で収納保持されている。

ＬＥＤ７２は、発光部７２１が樹脂パッケージされていないタイプ（以下、ベアタイプという）のもので、ＦＰＣ７６上にＣＯＦ(Chip On Film)方式により直接搭載されている。このようなベアタイプＬＥＤ７２は、広い放射角度にわたり充分な光量の光を射出することができる。ベアタイプＬＥＤ７２がＣＯＦ搭載されたＦＰＣ（以下、光源用ＦＰＣという）７６は、導光板光出射面７１１の光入射側端部に光学シート積層体７３に隣接させて貼着されている。なお、この光源用ＦＰＣ７６は、前述の液晶表示パネル４に接合されたＦＰＣ６の所定部位に導通接続されている。

導光板７１の光出射面７１１には、調光部材としての光学シート積層体７３が設置されている。光学シート積層体７３は、下拡散シート７３１、プリズムシート７３２、及び上拡散シート７３３が、光出射面７１１上に順次積層されてなる。

導光板７１の後面７１２には、ＬＥＤ７２から射出され導光板７１に入射した光を光出射面７１１に向けて均一に反射させるための同心円状の凹凸パターン（不図示）が形成されている。そして、この後面７１２には白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート：polyethylene terephthalate）シートからなる光反射シート７４が対面設置されている。

図２及び図３は、導光板７１とＬＥＤ７２及びシールドケース７５の配置を上記光学シート積層体７３及び光源用ＦＰＣ７６を省略して示す斜視図とその平面図である。導光板７１の一方の長手端面における所定の２箇所に、半円柱状の凹部７１３がそれぞれ形成され、ベアタイプＬＥＤ７２がそれら凹部７１３内に半円柱形に形成された発光部７２１をそれぞれ収容させて設置されている。

上述のように２個のＬＥＤ７２が設置された導光板７１は、シールドケース７５に収容されている。シールドケース７５は、導光板７１の平面外形に対応した矩形の底板７５１と導光板７１の４端面を取り囲む４面の側板７５２ａ〜７５２ｄとからなり、本液晶表示モジュールの筐体を形成する収納ケース１等と同様に、ステンレス板等の金属板を加工して形成されている。各側板７５２ａ〜７５２ｄの内面は、導光板７１の対応する端面から出射される光を導光板７１に再入射させるための反射面となる。

そして、一対の短手側板７５２ｂ、７５２ｄのＬＥＤ７２が設置されている光源側の各端部には、光反射防止手段として、所定の大きさの開口７５３がそれぞれ穿設されている。すなわち、これら開口７５３により、対向する導光板７１の端面から出射される光を反射させずに通過させてシールドケース７５外に逸散させ、導光板７１内に再入射するのを防止する構成となっている。

ここで、開口７５３の長さＡは、図３に示されるように、近接側ＬＥＤ７２の光射出中心Ｏを通り導光板７１の長手端面に平行な直線Ｌ1 と、この直線Ｌ1 を前記導光板７１の光が入射される端面の法線方向に射出中心角φだけ回転させた直線Ｌ2 とで挟まれた範囲にわたる寸法に設定されている。上記射出中心角φは、
φ＝１０°±２°・・・（１）
に設定されることが好ましい。本実施形態では、短手側板７５２ｂ、７５２ｄの内面から近接側ＬＥＤ７２の光射出中心Ｏまでの距離Ｄが
Ｄ＝１４．１ｍｍ±０．５ｍｍ
に設定されており、したがって、開口７５３の長さＡの好適範囲は、
１．９ｍｍ≦Ａ≦３．１ｍｍ
となる。

また、開口７５３は導光板７１の対応する端面に対向させて設けられ、その幅（高さ）Ｂは、導光板７１の厚さが０．６ｍｍである本実施形態の場合、
Ｂ＝０．７±０．１ｍｍ
に設定されることが好ましい。

上述のように構成されたバックライトユニット７においては、ＬＥＤ７２から射出された光が、導光板７１内にその対向する端面から入射し、この入射光が後面７１２の同心円状凹凸パターンに入射すると、前面７１１に向けて全反射され、前面７１１から面状に出射される。出射された光は光学シート積層体７３を透過することにより、輝度分布が均一で正面輝度の高い面状照射光となって連通窓３２１を通り液晶表示パネル４に照射される。なお、同心円状凹凸パターンに入射した後に導光板７１外に出射する光も存在するが、これらの出射光は光反射シート７４により反射されて導光板７１内に再入射させられ、これにより、ＬＥＤ７２からの射出光の利用効率が格段に高められる。

ここで、ＬＥＤ７２のような点光源は放射状に光を射出するため、図３に示す射出中心角φが小さい方向、つまり導光板７１の光を入射させる側の長手端面に近接する方向にも相当量の光が射出される。この傾向は、本実施形態で用いられているベアタイプのＬＥＤ７２の場合により顕著である。このような光入射側長手端面の延在方向に近接する方向、つまり、射出中心角φが上記（１）式で示される角度範囲内の方向に射出される光の大部分は、対応する短手端面から出射する。したがって、短手側板７５２ｂ、７５２ｄに本発明に係わる開口７５３が設けられていない場合は、前記出射光が短手側板７５２ｂ、７５２ｄにより反射されて導光板７１内に再入射する。この再入射した光のうち、導光板７１内で内面反射され光射出面７１１の法線方法に大略沿った方向に出射されて正常な画像表示に寄与する光（以下、有用光という）の割合は少なく、大部分は光出射面７１１の法線方向から大きくずれた方向に出射されて正常な画像表示に寄与しない光（以下、不要光という）となる。このような不要光が液晶表示パネル４に入射し、金属からなるブラックマトリクス４９に反射されて表示面から出射されると、白線等の異常画像を発生させる。

本実施形態では、短手側板７５２ｂ、７５２ｄに前記開口７５３を設けてあるため、前記不要光を開口７５３を通してシールドケース７５外に逸散させることができ、不要光による白線等の異常画像の発生を確実に防止することができる。この場合、開口７５３を射出中心角φが１２°よりも大きい角度範囲にわたり穿設すると、ＬＥＤ７２の射出光をロスする割合が増え照射光の平均輝度が低下する。また、開口７５３の穿設範囲が、射出中心角φが８°よりも小さい角度範囲となると、白線等の異常画像の発生を防止することが難しい。

図１に戻って、シールドケース７６の後面には、ドライバチップ５に駆動制御信号を出力する駆動制御回路基板８が設置されている。この駆動制御回路基板８には、液晶表示パネル４に導通接合されて後室３ｂ側に折り返されたＦＰＣ６の端部が導通接合されている。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールは、ベアタイプのＬＥＤ７２を光源としたサイドライト型面状照明装置をバックライトとして用い、その矩形をなす導光板７１を収容するシールドケース７５の一対の短手側板７５２ｂ、７５２ｄにおける上記（１）式を満たす角度範囲にわたり光反射防止手段として開口７５３をそれぞれ穿設したから、開口７５３に対向する導光板７１の端面から出射する不要光を反射させずに開口７５３を通過させてシールドケース７５外に逸散させることができ、これにより、反射され導光板７１内に再入射した不要光により引き起こされる面状出射光の配向分布のばらつきや液晶表示パネル４内でブラックマトリクス４９等に反射されることにより表示される白線等の異常画像の発生が、確実に防止される。その結果、表示パネルに白線等の異常画像を表示させることなく輝度分布が均一で且つ充分な光量の面状光を照射できる面状照明装置が得られる。

また、上記開口７５３を穿設することにより、広い射出角度にわたり充分な光量を射出できる反面不要光も多く射出されるベアタイプのＬＥＤ７２を点光源として好適に用いることができるから、本実施形態のように２個程度の少ない設置個数でも輝度分布が均一で且つ充分な光量の面状照射光が得られ、部材コスト及び実装工数の面で有利となる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、シールドケース側板に設ける光反射防止手段は、上記実施形態における開口７５３のような光を通過逸散させる手段に限らず、図４に示す黒色テープ１０のような光を吸収する手段であってもよい。この場合の黒色テープ１０の貼着範囲は、前記開口７５３の穿設範囲と略同じでよい。また、光を吸収する手段として、黒色塗料を塗布してもよい。

また、本発明は、点光源として発光ダイオードを用いる面光源装置に限らず、微小電球等の他の種々の点光源を用いる面状照明装置にも有効に適用される。

加えて、本発明は、液晶表示モジュールに限らず、点光源を用いる面状照明装置を備えた他の種々のフラットパネル型表示モジュールに適用できることは、勿論である。

本発明の一実施形態としての面状照明装置が適用された液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態としての前記面状照明装置を一部を省略して示す斜視図である。 本発明の一実施形態としての前記面状照明装置を一部を省略して示した平面図ある。 本発明の一実施形態としての面状照明装置における光反射防止手段の変形例を示す部分拡大斜視図である。

符号の説明

１ 収納ケース
２ カバーケース
３ フレームケース
３ａ 前室
３ｂ 後室
４ 液晶表示パネル
５ ドライバチップ
６ フレキシブル配線基板(ＦＰＣ)
７ バックライトユニット
７１ 導光板
７２ ＬＥＤ
７３ 光学シート積層体
７４ 光反射シート
７５ シールドケース
７５２ａ〜７５２ｄ 側板
７５３ 開口
８ 駆動制御回路基板
１０ 黒色テープ

Claims (4)

1. 光を放射状に射出する点光源と、
   矩形をなす実質的に透明な平板の少なくとも一つの端面に前記点光源が対向配置され、前記点光源からの射出光を前記端面から入射させ、この入射光を内面反射により導いて一方の主面から面状に出射させる導光板と、
   前記導光板及び前記光源を収容するための、前記導光板の周囲４端面に対応する４面の側板と、前記導光板の光を出射させる面とは反対側の面に対応する底板とにより形成され、前記側板のうち、前記導光板の前記点光源が対向配置される前記端面に隣接した互いに対向する一対の側端面に対応する一対の側板に、その長手方向に沿って予め定めた長さの光反射防止手段がそれぞれ設けられた、シールドケースとを、有することを特徴とする面状照明装置。
2. 前記光反射防止手段は、穿設された開口であることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記光反射防止手段は、貼着された黒色テープであることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
4. 前記光反射防止手段は、最も近い前記点光源の実質的な光の射出中心を通り前記導光板の光が入射される端面に平行な第１の直線と、この第１の直線から前記導光板の光が入射される端面の法線方向に前記射出中心の回りに８°〜１２°回転させた第２の直線とで挟まれた角度範囲内にわたり設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかの請求項に記載の面状照明装置。

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