JP2008108622A

JP2008108622A - 面状照明装置

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Publication number: JP2008108622A
Application number: JP2006291477A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kitamura; 厚北村; Shigeyuki Adachi; 重之足立
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: EP1918768A3; US20080101068A1; EP1918768A2; JP4735849B2

Abstract

【課題】複合分割パネルバックライト形式の面状照明装置において、消費電力の増大を避けつつ、迷光の影響を受けることなく輝度の均一性を確保する。
【解決手段】光源１４と導光板１６とを含む照明ユニット１２を二次元状に複数配列してなる、発光面積の広い複合分割パネルバックライト２２が構成される。導光板１６の先端面１６ｂには、導光板１６と一体に突設片２４が設けられており、各照明ユニット１２は、１つの照明ユニット（１２−１）の光源（１４−１）の発光面１６ｃ側が、隣接する別の照明ユニット（１２−２）の突設片（２４−２）に覆われるように配列されるとともに、各照明ユニット１２の突設片２４の発光面１６ｃ側には、光拡散手段２５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトユニットとして好適に用いられる面状照明装置に関するものである。

液晶表示装置は、電子機器等の表示装置として広範に使用されており、近年、パーソナルコンピュータやテレビ受像機の表示デバイスに代表されるような比較的大型の表示装置においても、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）から液晶表示装置への代替が進んでいる。

従来、このような大型の液晶表示装置のバックライトとしては、光源である複数の冷陰極管（以下、ＣＣＦＬともいう）を液晶パネル直下に備え、光学シート類や拡散板で集光および光強度の均整化を行うＣＣＦＬ直下方式のバックライトが主流である（例えば、特許文献１参照）。

さらに、近年、液晶表示装置において、その画質改善や高機能化のために、以下に述べるような様々な試みがなされており、それに伴って、バックライトにも従来とは異なる特性が求められるようになってきている。

例えば、液晶パネルにおける動画表示の視認性の問題を解決する１つの手段として、画像表示の各フレーム期間中に強制的に黒表示期間を挿入することによって、液晶パネルの画素輝度の応答をインパルス応答に近付けた、いわゆる擬似インパルス駆動方式が知られている。

擬似インパルス駆動において黒表示期間を生成する手段としては、その期間中バックライトを消灯することが提案されており、この場合、バックライトには、高速に点滅可能であることが求められる。同様に、黒表示期間を生成する手段として、画像信号に１フレーム期間毎に黒書き込み信号を挿入することも提案されているが、有効な擬似インパルス駆動を実現するためには、この場合でも、黒書き込み信号に同期して、バックライトを高速に点滅させることが望ましい。

特に、応答速度の速い液晶パネルの場合には、画像信号に、走査ライン毎に所定のタイミングで黒書き込み信号を挿入することにより、画面中の連続する複数の走査ラインからなる部分に黒領域を表示すると共に、表示される黒領域の位置を、画像の走査に同期してシフトさせる方式（以下、黒挿入駆動方式という）が提案されており、この場合、バックライトの全発光領域のうち、黒領域の直下に存在する部分領域のみを、黒領域のシフトに同期させつつ選択的に消灯することが求められるものである。

また、画像のコントラストの向上および消費電力の削減等を目的としてバックライトの発光状態を部分的に制御する技術として、いわゆるエリア・コントロール方式が提案されおり、この方式では、画像中に、その表示階調上、照明の不要な黒領域が存在するときに、その領域の直下に存在する部分領域を選択的に消灯するように、バックライトを駆動するものである。

画像の表示階調としての黒領域は、上述した動画表示性能の改善のために強制的に挿入される黒領域とは異なり、画面上に出現するときの形状および大きさが不定であるため、有効なエリア・コントロールを実現するには、バックライトの発光領域を構成する独立に点滅可能な各部分領域を、十分に精細なものとする必要がある。

特許第３６５３２７４号

しかしながら、従来のバックライトによって、上述したような液晶表示装置の高画質化および高機能化に対応するには、次のような問題点があった。

まず、ＣＣＦＬ直下方式のバックライトでは、ＣＣＦＬの応答速度の低さ、および、バックライトに通常搭載されるＣＣＦＬの本数の制約等の点から、擬似インパルス駆動（特に、上記黒挿入駆動方式）に対応するバックライトを実現することは、一般には、困難なものであった。

同様に、ＣＣＦＬ直下方式のバックライトでは、その構造上、バックライトの発光領域をＣＣＦＬの管長方向と直交する方向に分割して部分領域を構成することは不可能であり、したがって、エリア・コントロールにおける制御可能な部分領域の大きさ及び形状が著しく不十分なものとならざるを得ない。

一方、近年、液晶パネルの直下に備える光源を、ＣＣＦＬではなく、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および、青色（Ｂ）に発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）とし、これらのＬＥＤを液晶パネルの直下に多数敷き詰め、それらの光を混色して白色光を得るタイプのバックライトが提案されており、このようなバックライトの場合には、擬似インパルス駆動やエリア・コントロールへの適用に際して、上述したような問題は回避される。

しかしながら、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および、青色ＬＥＤからの光を混色して白色光を得る方法は、光電変換効率が低く、適切な輝度の白色光を得るために必要な消費電力、及び、光源からの発熱量、および、コスト等の点で問題がある。そこで、本発明者らは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）微粒子が混入された発光層に青色発光ＬＥＤの光を透光させることで、擬似的に白色光を得るＬＥＤを用いるとともに、かかる擬似白色ＬＥＤを、一主面を発光面とする導光板の一側端面に配置してなる、いわゆるエッジライト方式のバックライトを１つの照明ユニットとし、複数の照明ユニットを二次元状に配列してなる複合分割パネルバックライトを発案した。このような複合分割パネルバックライトは、適切な輝度の白色光を得るために必要な消費電力、及び、光源からの発熱量、および、コスト等の問題を解決しつつ、液晶表示装置における擬似インパルス駆動等の高画質化および高機能化に寄与するものである。

ところが、エッジライト方式の照明ユニット特有の問題として、ＬＥＤのパッケージからホットスポットと呼ばれる目玉状の漏れ光が発生し、その漏れ光がいわゆる「迷光」となって、バックライトの発光面側から視認されることによって、バックライト光の質感を低下させるという更に別の問題が生じることとなった。

一般に、かかる迷光対策として、携帯電話用ＬＣＤパネル等、比較的表示領域の狭いＬＣＤパネルに対しては、迷光の目立つ範囲を非有効領域としてＬＣＤの表示領域の外側に置くことで、ＬＣＤの表示領域における輝度の均一性を確保することが可能である。しかしながら、大型ＬＣＤパネルのバックライトとして、ＬＣＤパネルの画面サイズに合わせて複数の照明ユニットを二次元状に配列してなる複合分割パネルバックライトを適用する場合には、各照明ユニットの非有効領域をＬＣＤの表示領域の外側に置いて隠してしまうことはできない。

そこで、従来の複合分割パネルバックライト１０は、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、各照明ユニット１２のＬＥＤ１４上部や、導光板１６の入光端近傍（側端面）を被うように、短冊状の目隠しフィルム（遮光フィルム又は光反射フィルム）１８を被せて、迷光の影響を可能な限り排除する手法を採用している。図５中、符号２０で示される部分は、複合分割パネルバックライト１０の全体に渡って広がる光反射フィルムである。

しかしながら、目隠しフィルム１８に遮光フィルムを用いる手法は、遮光フィルムが光エネルギーを吸収することによって迷光輝度を低下させることを企図したものであるため、複合分割パネルバックライト１０全体としての輝度が低下してしまう。よって、複合分割パネルバックライト１０に必要な輝度を与えるためには、ＬＥＤの輝度を増大させる必要があり、消費電力の増大を来たすものである。又、目隠しフィルム１８に光反射フィルムを用いる手法は、反射光を一旦導光板１６に戻してバックライト光として有効利用することを目的としているが、その利用効率は低く、複合分割パネルバックライト１０に必要な輝度を与えるためには、ＬＥＤの輝度を増大させる必要があり、消費電力の増大は避けられない。また、短冊状の目隠しフィルム１８として遮光フィルム又は光反射フィルムのいずれを用いた場合であっても、それらは光を透過させないことから、目隠しフィルム１８の存在自体が暗部の発生要因となり、輝度の均一性を悪化させることになる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複合分割パネルバックライト形式の面状照明装置において、消費電力の増大を避けつつ、迷光の影響を受けることなく輝度の均一性を確保することにある。

上記課題を解決するために、本発明の面状照明装置は、一主面を発光面とする導光板と、該導光板の一側端面（入光面）に配置された光源とを含む照明ユニットを二次元状に配列してなる面状照明装置である。そして、前記導光板の前記入光面とは反対側の側端面（先端面）に、前記導光板と一体に突設片が設けられており、前記照明ユニットは、１つの前記照明ユニットの前記光源の発光面側が、隣接する別の前記照明ユニットの前記突設片に覆われるように配列されるとともに、前記突設片の前記発光面側には、光拡散手段が設けられていることで、迷光を有効利用して、バックライトユニット形式の面状照明装置の消費電力を低減させつつ、輝度の均一性を確保するものである。
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）光源と導光板とを含む照明ユニットを二次元状に配列してなる面状照明装置において、前記導光板は、前記光源が配置される側端面である入光面と、該入光面とは反対側の側端面である先端面と、前記照明ユニットの発光面である主面とを有し、前記導光板の前記先端面には、前記導光板と一体に突設片が設けられており、前記照明ユニットは、１つの前記照明ユニットの前記光源の前記発光面側が、隣接する別の前記照明ユニットの前記突設片に覆われるように配列されるとともに、前記突設片の前記発光面側には、光拡散手段が設けられている面状照明装置（請求項１）。
本項に記載の面状照明装置は、一主面を発光面とする導光板と、導光板の入光面に配置された光源とを含む照明ユニットが、二次元状に配列されることによって、大型ＬＣＤパネルのバックライトとして最適な、発光面積の広い複合分割パネルバックライトが構成されるものである。
しかも、前記導光板の前記先端面には、前記導光板と一体に突設片が設けられており、前記照明ユニットは、１つの前記照明ユニットの前記光源の前記発光面側が、隣接する別の前記照明ユニットの前記突設片に覆われるように配列されるとともに、前記突設片の前記発光面側には、光拡散手段が設けられていることによって、複合分割パネルバックライト全体としての輝度を均等に高めるものである。

前記突設片は、従来の迷光対策のために用いられる目隠しフィルムと異なり、遮光性や光反射性が求められるものではなく、光を拡散しつつ直接発光面側に出射するものであることから、光源からの迷光を均整化して効率的に利用し、光源の消費電力を増大させることなく、複合分割パネルバックライト全体としての輝度およびその均一性を確保することができる。

（２）前記導光板の前記先端面には、凸部又は凹部が設けられ、前記導光板の前記入光面には、前記凸部又は凹部と相補的な凹部又は凸部が設けられており、前記照明ユニットの配列時に、それぞれの前記導光板の前記入光面と前記先端面とを対向させて隣接する前記照明ユニット同士は、互いの前記導光板に設けられた前記凸部と凹部とを嵌合させて一体化される面状照明装置（請求項２）。
本項に記載の面状照明装置に係る導光板には、前記先端面に凸部又は凹部が設けられ、前記入光面に前記凸部又は凹部と相補的な凹部又は凸部が設けられており、前記照明ユニットの配列時に、それぞれの前記導光板の前記入光面と前記先端面とを対向させて隣接する前記照明ユニット同士が、互いの前記導光板に設けられた前記凸部と凹部とを嵌合させて一体化されることによって、各照明ユニットを互いに強固に密着させるものである。

本発明はこのように構成したので、複合分割パネルバックライト形式の面状照明装置において、消費電力を低減させつつ、迷光を照明光として有効に利用して、輝度の向上及び均一性の確保を達成することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る面状照明装置は、図１に示されるように、光源１４と導光板１６とを含む照明ユニット１２を二次元状に複数配列してなる、複合分割パネルバックライト２２である。
本実施形態において、導光板１６は、光源１４が配置される側端面である入光面１６aと、入光面１６ａとは反対側の側端面である先端面１６ｂとを有し、その一主面１６ｃを照明ユニット１２の発光面とするものであり、導光板１６の先端面１６ｂには、導光板１６と一体に突設片２４が設けられている。そして、各照明ユニット１２は、１つの照明ユニット（例えば、１２−１）の光源（例えば、１４−１）の発光面１６ｃ側が、隣接する別の照明ユニット（例えば、１２−２）の突設片（例えば、２４−２）に覆われるように配列されている。そして、各照明ユニットの突設片２４の発光面１６ｃ側には、光拡散手段（図１には、ハッチング部２５で示す）が設けられている。

上記構成をなす、本発明の実施の形態にかかる面状照明装置によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。
すなわち、複合分割パネルバックライト２２は、一主面１６ｃを発光面とする導光板１６と、導光板１６の入光面１６ａに配置された光源１４とを含む照明ユニットが、二次元状に配列されることによって、大型ＬＣＤパネルのバックライトとして最適な、発光面積の広い複合分割パネルバックライトが構成されるものである。
しかも、導光板１６の先端面１６ｂには、導光板１６と一体に突設片２４が設けられており、光源１４の発光面１６ｃ側は、導光板１６に設けられた突設片２４によって覆われているとともに、突設片２４の発光面側１６ｃには、光拡散手段２５が設けられていることによって、複合分割パネルバックライト２２全体としての輝度を均等に高めるものである。

本実施形態における突設片２４は、従来の迷光対策のために用いられる目隠しフィルム１８（図５）と異なり、遮光性や光反射性が求められるものではなく、光を拡散しつつ直接発光面１６ｃ側に出射するものであることから、光源１４からの迷光を均整化して効率的に利用することで、光源１４における消費電力の増大を避けつつ、複合分割パネルバックライト２２全体としての輝度及びその均一性を確保することができる。

本発明は、光拡散手段２５の具体的態様に限定されるものではないが、例えば、導光板１６の発光面１６ｃの所定の領域に微小な凹凸加工を直接施すものであってもよく、または、適切な特性を有する別体の拡散板等を発光面１６ｃ上の所定の領域に固着するものであってもよい。

尚、互いに隣接する導光板１６同士の突き当て部分は、図２（ａ）に示すように、導光板１６の入光面１６ａ付近の発光面１６ｃにも、光拡散手段２５と同様の光拡散手段２６を備えるものであってもよい。あるいは、図２（ｂ）に示すように、導光板１６の入光面１６ａ付近に、突設片２４を受け入れる凹部２７を設け、光拡散手段２５が設けられた突設片２４を、導光板１６の入光面１６ａ付近に重畳させるものであってもよい。このような構成は、入光面１６ｃ付近の輝線を拡散、均整化するために有利なものである。

図３（ａ）には、本発明の実施の形態に係る複合分割パネルバックライト２２の、照明ユニット１２の光源１４の配置箇所を横切る配列方向（図１の矢印Ａ方向）における輝度分布が示されている。図中、高輝度はＨ、低輝度はＬと表されている。このように、本発明の実施の形態に係る複合分割パネルバックライト２２は、全体に渡り輝度が一定となる。一方、図３（ｂ）には、比較のために、従来の複合分割パネルバックライト１０（図５）における、図３（ａ）と同様の輝度分布（図５（ａ）の矢印Ａ方向）が示されている。図３（ｂ）において、輝度の変化が現れている部分は、各照明ユニット１２のＬＥＤ１４上部や、導光板１６の入光端近傍を被うように、短冊状の目隠しフィルム１８を被せた部分であり、迷光および短冊状の目隠しフィルム１８による遮光の影響が現れている。更に、参考として、図３（ｃ）には、迷光対策を行っていない、すなわち、従来の複合分割パネルバックライト１０から短冊状の目隠しフィルム１８を取り外した場合の、図３（ａ）と同様の輝度分布（図５（ａ）の矢印Ａ方向）が示されている。図３（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、従来の短冊状の目隠しフィルム１８を用いた複合分割パネルバックライト１０は、迷光に起因する輝度の変化を抑えることは可能であるが、若干その影響が残り、輝度分布を一定にするには至っていないことがわかる。

さらに、本発明の実施の形態において、図４に示すように、導光板１６の先端面１６ｂに凸部又は凹部（図４の例では、ピン状の凸部３１）を設け、導光板１６の入光面１６ａには、凸部又は凹部と相補的な凹部又は凸部（図４の例では、凸部３１を収容する凹部３２）を設け、各照明ユニット１２の配列時に、それぞれの導光板１６、１６の入光面１６ａと先端面１６ｂとを対向させて隣接する照明ユニット１２同士を、互いの導光板１６、１６に設けられた凸部３１と凹部３２とを嵌合させて一体化するものであってもよい。これによって、各照明ユニット１２を互いに強固に密着させることができる。

なお、図４に示した例では、導光板１６の先端面１６ｂおよび入光面１６ｃの両端に凸部または凹部が設けられているが、光源として点状光源（ＬＥＤ）を用いた場合には、隣接する点状光源の間に凸部または凹部を設けることが可能となり、より強固に各照明ユニット１２を密着固定させることができる。その結果、より一層高いレベルでの安定した輝度および輝度の均一性を達成することができる。

本発明の実施の形態に係る面状照明装置を示す斜視図である。（ａ）および（ｂ）は、図１の面状照明装置における導光板同士の突き当て部分の様々な態様を示す側面図である。面状照明装置全体の輝度分布を示すものであり、（ａ）は本発明の実施の形態に係る複合分割パネルバックライトにかかる輝度分布図、（ｂ）は従来の複合分割パネルバックライトにかかる輝度分布図、（ｃ）は従来の複合分割パネルバックライトから、迷光対策である目隠しフィルムを除去した場合の輝度分布図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る面状照明装置において、導光板同士の接合の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部をＦ方向から見た斜視図である。（ａ）は、従来の面状照明装置を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、従来の面状照明装置の分解図である。

符号の説明

２２：面状照明装置（複合分割パネルバックライト）、１２：照明ユニット、１４：光源（ＬＥＤ）、１６：導光板、１６ａ：入光面、１６ｂ：先端面、１６ｃ：発光面、２４：突設片、２５、２６：光拡散手段

Claims

光源と導光板とを含む照明ユニットを二次元状に配列してなる面状照明装置において、
前記導光板は、前記光源が配置される側端面である入光面と、該入光面とは反対側の側端面である先端面と、前記照明ユニットの発光面である主面とを有し、
前記導光板の前記先端面には、前記導光板と一体に突設片が設けられており、前記照明ユニットは、１つの前記照明ユニットの前記光源の前記発光面側が、隣接する別の前記照明ユニットの前記突設片に覆われるように配列されるとともに、前記突設片の前記発光面側には、光拡散手段が設けられていることを特徴とする面状照明装置。
前記導光板の前記先端面には、凸部又は凹部が設けられ、前記導光板の前記入光面には、前記凸部又は凹部と相補的な凹部又は凸部が設けられており、前記照明ユニットの配列時に、それぞれの前記導光板の前記入光面と前記先端面とを対向させて隣接する前記照明ユニット同士は、互いの前記導光板に設けられた前記凸部と凹部とを嵌合させて一体化されることを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。