JP2008204908A - 車載用液晶表示装置のためのバックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車の運転席及び助手席から見た場合の輝度が高く、輝度が均一となる車載用液晶表示装置用バックライト装置を提供する。
【解決手段】光源１、導光板２、反射シート５及びプリズムシート４を含む、バックライト装置であって、前記プリズムシート４は、第一の面において、一つの方向に配列した複数のプリズム素子を有し、第二の面において、プリズム素子を有しない平滑な面を有し、前記プリズム素子の各々が多角形状の断面又は該多角形状の頂点を通過して引かれた曲線形状の断面を有し、前記多角形状は少なくとも４つの斜辺を有し、各斜辺は前記プリズムシートの水平面に対して５０〜８０°のいずれかの角度を有し、前記プリズムシート４の第一の面は表示側に対向しており、前記プリズムシートの第二の面は前記導光板の第一の面と対向しており、前記プリズム素子は輝度制御方向に対して垂直方向に配列されている。
【選択図】図１

Description

本発明は車載用液晶表示装置に使用されるバックライト装置に関する。

液晶表示装置は、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、カーナビゲーションシステム、携帯電話、その他電子機器に広く使用されている。このような液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト部としては、液晶表示素子部の直下に光源を配置した直下型のものや導光体の側端面に対向するように線状光源を配置したエッジライト方式のものがあり、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式が多用されている。このエッジライト方式では、板状の導光体の側端面に対向するように線状光源を配置して、導光体の表面全体を照光させている。

液晶表示装置は、見る角度によりその輝度が変化するという性質がある、特に、車載用液晶表示装置は、車の運転席及び助手席から見た場合の輝度が高く、かつ、輝度が均一になるような液晶表示装置であることが望まれている。たとえば、特許文献１（特開２００５−４４６４２号公報は、導光板、２種類のプリズム列を有するレンズシートＡ、Ｂ、及び、光源を少なくとも備えた車載用液晶表示装置に使用するバックライトユニットであって、前記導光板の上にレンズシートＡがそのプリズム面が導光板と接する面に配され、レンズシートＡの頂角が１５５〜１７２度である、バックライトユニットを開示している。

しかし、レンズシートＡは導光板に接しており、プリズム素子先端が導光板を傷つけることや、その逆に導光板がプリズム素子先端を傷つけることがある。また、導光板から入射した光はレンズシートＡで再帰反射を起こさずに、そのまま屈折して出射する傾向がある。このため、表示面の明るさのむらや視野角依存のむらを生じるなど、不自然な光を放出することになる。さらに、レンズシートＡとレンズシートＢとが、互いにプリズム列を有しない平滑面どうしで接触しているので、光学モアレ縞やレンズシート同士の密着が生じることがある。これを防止するために、レンズシートの平滑面にマット処理などを行うと、輝度の低下やシートコストの増大を招くことになる。

特開２００５−４４６４２号公報

そこで、本発明の目的は、車の運転席及び助手席から見た場合の輝度が高く、輝度が均一となる液晶表示装置を得ることを可能にする、車載用液晶表示装置用バックライト装置を提供することである。

本発明は以下のとおりの態様を提供する。
（１）光源、導光板、反射シート及びプリズムシートを含む、車載用液晶表示装置のためのバックライト装置であって、前記プリズムシートは、第一の面において、一つの方向に配列した複数のプリズム素子を有し、第二の面において、プリズム素子を有しない平滑な面を有し、前記プリズム素子の各々が多角形状の断面又は該多角形状の頂点を通過して引かれた曲線形状の断面を有し、前記多角形状は少なくとも４つの斜辺を有し、各斜辺は前記プリズムシートの水平面に対して５０〜８０°のいずれかの角度を有し、前記プリズムシートの第一の面は表示側に対向しており、前記プリズムシートの第二の面は前記導光板の第一の面と対向しており、前記プリズム素子は輝度制御方向に対して垂直方向に配列されており、該導光板の第二の面は反射シートと対向している、バックライト装置。

（２）前記多角形状の斜辺のうち、少なくとも１つの斜辺は前記プリズムシートの水平面に対して少なくとも６５°の角度を有する、上記（１）記載のバックライト装置。

前記光源は線状光源であり、前記プリズム素子は該線状光源の方向に対して垂直方向に配列されている、上記（１）又は（２）記載のバックライト装置。

前記プリズム素子の高さ／前記プリズム素子の基底部の幅の比であるアスペクト比は２．５以下である、上記（１）〜（３）のいずれか１項記載のバックライト装置。

前記多角形状の頂点を通過して引かれた曲線形状はスプライン形状である、上記（１）〜（４）のいずれか１項記載のバックライト装置。

前記プリズムシートのプリズム素子の配列方向と垂直方向に配列された複数のプリズム素子を有する第二のプリズムシートをさらに含む、上記（１）〜（５）のいずれか１項記載のバックライト装置。

前記プリズムシートのプリズム素子は１０〜２００μｍのピッチで配設されている、上記（１）〜（６）のいずれか１項記載のバックライト装置。

表示面の法線方向から輝度制御方向に沿った角度で±１５°〜４５°における表示輝度が高くなる、上記（１）〜（７）のいずれか１項記載のバックライト装置。

本発明のバックライト装置を搭載している車載用液晶表示装置は、車の運転席及び助手席から見た場合の輝度が高く、輝度が均一である。また、プリズム素子が表示面側を向いているので、導光板を傷つけることがないという製造上の利点もある。

以下において、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明するが、本発明はその具体的に限定されることはないことが理解されるべきである。
本発明のバックライト装置は、特に限定されず、直下型バックライト装置であっても、又は、エッジライト型バックライト装置であってもよい。図１はエッジライト型の本発明のバックライト装置の１態様の斜視図を示す。図中、バックライト装置１０はその両縁に線状光源１を有し、導光板２に向けて照光している。線状光源１は線状蛍光管であってよく、又は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を線状に配列したものであってもよい。光源１の背面側は光損失を防止して導光板２への照射効率を向上させるために反射材料（リフレクター）３が配置されている。リフレクター３は、通常、放物線状の形状をなし、その焦点位置に光源１が配置される。導光板２の上側（すなわち、「表示面側」、以下において、表示装置の表示面側を「上側」と呼ぶことにする）には、プリズムシート４（以下、「第一のプリズムシート」とも呼ぶ）が配置されている。プリズムシート４は、第一の面（上側、すなわち、表示面側）において、一つの方向に配列した複数のプリズム素子を有し、第二の面（下側）において、プリズム素子を有しない平滑な面を有する。したがって、この第二の面は導光板２の第一の面と対向している。このように、プリズム素子を有しない平滑な面が導光板２に対向しているので、導光板２を損傷することがなく、また、導光板２がプリズム素子の先端を傷つけることもない。導光板２の第二の面（下側）には反射板５が配置されている。反射板５は、光源１からの光を反射し、また、プリズムシート４で反射して下方に向けて進行している光を反射して、表示面側へ光を送ることで表示輝度を向上させる機能を有する。

プリズムシート４の第一の面（上側）には複数のプリズム素子が配列されている。プリズム素子は、図１に示すように、輝度を制御したい方向ｌに対して垂直方向に配列されている。図２は、車載用液晶表示装置の制御の概略図を示す。車載用液晶表示装置２０は、車の運転席（Ｄ）及び助手席（Ｐ）から見た場合の輝度が高い。この輝度制御方向ｌに対して運転席と助手席はほぼ平行方向に並んで位置することになる。エッジライト型バックライト装置の場合、線状光源は、好ましくは、図１に示すようにプリズム素子の配列に対し垂直方向に配列されている。通常、車載用液晶標示装置では、車の運転席及び助手席から見て水平方向、つまり輝度制御方向ｌが図１に示すように長辺になっているため、長辺に沿って線状光源を配置する方が、短辺に配置するより光源を配置できる面積が増え、輝度を高くすることができるからである。バックライト装置１０は、必須ではないが、プリズムシート４のプリズム素子の配列方向と垂直方向に配列された複数のプリズム素子を有する第二のプリズムシート６をさらに含むこともできる。このような第二のプリズムシート６は一定の角度範囲の輝度を高めるように機能する。第二のプリズムシート６は、プリズムシート４の上側（表示面側）に配置されても、又は、下側（背面側）に配置されてもよい。また、図示していないが、バックライト装置１０の上側に、液晶表示装置が配置される。

プリズムシートに配されるプリズム素子はその各々が多角形の断面を有するか、又は該多角形状の頂点を通過して引かれた曲線形状の断面を有する。また、多角形の形状は少なくとも４つの斜辺を有する。ここで、「斜辺の数」はプリズムシートに結合する基底部を構成する底辺を除いた露出した部分における辺の数を意味する。斜辺の数が２つであると、プリズム素子の断面形状は三角形になり、プリズム素子の頂点が鋭角になる。結果として、プリズム素子の頂点が隣接する部材を損傷したり、また、プリズム素子自体が破損することがある。図３は、多角形の断面を有するプリズム素子の断面の態様を示している。多角形の各斜辺はプリズムシートの水平面に対するプリズム素子の断面の交線に対して５０〜８０°のいずれかの角度θを有している。この態様において、多角形の各斜辺はプリズム素子の基底部（Ｂ）の付近であるほど、プリズムシートの表面に対してなす角度が大きく、プリズム素子の頂点（Ｔ)に近づくにしたがって、プリズムシートの表面に対してなす角度が小さくなっている。基底部（Ｂ）付近では７０〜８０°程度の角度を確保できる。このような角度であると、バックライト装置の法線方向、すなわち、表示面の法線方向から輝度制御方向ｌに沿った角度α（図１参照）が±１５°〜４５°において出射する光が強くなり、表示輝度が高くなる。

プリズム素子の各斜辺とプリズムシートの水平面とがなす角度（斜面角）θと、角度αにおける表示輝度との関係は、断面が二等辺三角形状のプリズムシートの斜面角を変えて光学シミュレーションを行った結果から判断することができる。すなわち、左右対称の４つの斜辺を有するプリズム素子の場合には、２組の左右対称の斜面角からなる二等辺三角形を合成したものと考えることができるからである。図４に示すとおり、斜面角５０°（Ａとして表示）〜８０°（Ｂとして表示）（頂角としては８０°〜２０°）で光学シミュレーションを行った。結果を図５に示す。図示されるように、斜面角が６５°〜８０°、特に、７０°〜８０°の角度であると、角度αが±１５°〜４５°の表示輝度が高くなっている。光学シミュレーションとしては、図１のバックライト装置をモデルとし、光源、導光板、反射板、リフレクターおよびプリズムシートの屈折率、反射率、反射特性を以下の様に設定して、バックライト装置の光線追跡の計算をすることで行った。また、シミュレーションにおいて、
−導光板、プリズムシート等の透明光学部材の屈折率を1.5とした。
−反射板の反射率は90%で、反射特性は完全拡散とした。
−光源の反射率は0％で、発光特性は完全拡散とした。
−リフレクタ−の反射率は90%、反射特性は正反射とした。
二等辺三角形状のプリズムの斜面角を５０°〜６５°にすると、角度αが０°付近に表示輝度のピークが現れるが、角度αが±１５°〜４５°である範囲にも表示輝度のピーク（角度αにおいて隣接±10°程度で最も表示輝度が高い点）がある。

本発明のプリズム素子の断面を構成する多角形の各斜辺は、上述した二等辺三角形状のプリズムの斜面を構成する斜辺を組み合わせたものであるため、角度αが±１５°〜４５°の表示輝度を高くすることができる。また、プリズム素子の頂点（Ｔ）付近ではθを５０〜６０°程度の角度とすることができ、頂点（Ｔ）を形成する頂角を６０〜８０°程度とすることができる。このような形状であると、プリズムシートの頂点付近でのプリズム素子の機械強度が高められ、素子の破損を防止することができる。また、頂点（Ｔ）の鋭さがないので、他の部材に対する接触による部材の損傷を防止することができる。

上述の結果及び考察から、プリズム素子の多角形状では、少なくとも１つの斜辺がプリズムシートの水平面に対してなす角度（斜面角）は少なくとも６５°の角度を有することが好ましい。このような場合には、±１５°〜４５°（角度α）の表示輝度が高くなるからである。また、プリズム素子の高さ／前記プリズム素子の基底部の幅の比であるアスペクト比を低く抑えることができ、たとえば、アスペクト比は２．５以下とすることができる。このような形態であれば、プリズム素子の機械的強度を高めることができ、素子の破損を防止することができる。

図６はプリズム素子の別の態様の拡大断面図を示している。この態様では、左右対称形状の多角形の頂点を通過して引かれた曲線形状の断面を有する。点線は多角形の各辺を示し、実線は多角形の頂点を通過して引かれた曲線である。この曲線は好ましくはスプライン形状である。用語「スプライン形状」とは、複数個の点を結ぶ滑らかな曲線で、各点と点の間を関数で表現し、点での接続が滑らかになるようにした曲線の形状を意味する。スプライン形状を示す曲線としては、２次スプライン曲線、３次スプライン曲線などがある。

図７は別の態様のプリズム素子の断面図を示す。各プリズム素子の基底部（Ｂ）の接合部は、図示のとおりに、滑らかな曲線として接合されていてもよい。このような場合には、プリズムシートのプリズム素子接合部での破損を防止し、シートの強度を高めることができる。

必要に応じて使用される第二のプリズムシートは、通常の二等辺三角形の断面を有するプリズム素子であってもよい。第二のプリズムシートは、そのプリズム素子を、第一のプリズムシートのプリズム素子の配列方向と垂直方向に配列しているため、輝度制御方向ｌに対し垂直方向の輝度を主に制御する。車載用液晶表示装置では、通常、輝度制御方向ｌに垂直な方向では、表示面の法線方向に集光すると運転席、助手席から見えやすいため、第二のプリズムシートの二等辺三角形の頂角は７０°〜１１０°であることが好ましい。

第一のプリズムシート及び第二のプリズムシートに使用されるプリズム素子のピッチは、特に限定するわけではないが、通常、１０〜２００μｍのピッチで配設されている。上述のピッチであると、プリズム素子のピッチが視認されないほど細かく、また、その他のピッチを持つ構造物（導光板に設けられているパターン、他のプリズムシート、液晶マトリックス等）とのモアレを回避しやすいという利点がある。

上述のとおり、本発明のバックライト装置は、エッジライト型でなく、直下型であることができる。図８は本発明の直下型のバックライト装置の態様の斜視図を示す。光源１はプリズムシート４の下側（背面側）にあり、その両側に導光板２が配されている。また、光源１と導光板２の下側には反射板５がある。

本発明のバックライト装置では、上述のとおりの構成とすることで、表示面の法線方向から垂直又は水平方向に±１５°〜４５°における表示輝度が高くなるといった効果がある。好ましくは、本発明のバックライト装置は、第一のプリズムシートのプリズム素子の列を表示装置の垂直方向に配向するように配列することで、水平方向に±１５°〜４５°における表示輝度が高くなる。このようなバックライト装置をカーナビゲーションシステムの表示画面用のバックライトとして使用する場合、運転席及び助手席にいる観察者に対して高い輝度を実現することができる。図９は車中の表示外面と運転席及び助手席にいる観察者の上面図を示す。運転手（Ｄ）及び助手席乗員（Ｐ）は表示画面２０の画像を高い明度をもって視認することができる。

実施例１
１６辺で構成され、各辺と底辺との角度が６５〜８０°であり、底辺から徐々に斜辺角度が鈍化しているプリズム素子を有するプリズムシート（図１０参照）を用いてバックライト装置の輝度性能をシミュレートした。プリズムのピッチは50μm、高さは79μmで、プリズムを構成する各辺の長さは全て等しく、各辺とプリズムシートの水平面とがなす角度θは表１で表される。

光学シミュレーションとしては、図１のバックライト装置をモデルとし、光源、導光板、反射板、リフレクターおよびプリズムシートの屈折率、反射率、反射特性を以下の様に設定して、バックライト装置の光線追跡の計算をすることで行った。
−導光板、プリズムシート等の透明光学部材の屈折率を1.5とした。
−反射板の反射率は90%で、反射特性は完全拡散とした。
−光源の反射率は0％で、発光特性は完全拡散とした。
−リフレクタ−の反射率は90%、反射特性は正反射とした。

結果を図１１に示す。実施例１では、運転席及び助手席において輝度のピークが見られるようなグラフとなった。

エッジライト型の本発明のバックライト装置の１態様の斜視図を示す。 車載用液晶表示装置の制御の概略図を示す。 多角形の断面を有するプリズム素子の断面図を示す。 光学シミュレーションに用いた二等辺三角形の例を示す。 シミュレーション結果に基づく表示画面の輝度の角度依存性グラフを示す。 プリズム素子の別の態様の拡大断面図を示す。 プリズム素子のさらに別の態様の断面図を示す。 本発明の直下型のバックライト装置の態様の斜視図を示す。 車中の表示外面と運転席及び助手席にいる観察者の上面図を示す。 実施例１のプリズム素子の形状の断面図を示す。 本発明のバックライト装置を用いた場合の表示画面の輝度の角度依存性グラフを示す。

符号の説明

１０ バックライト装置
２０ 車載用液晶表示装置
１ 線状光源
２ 導光板
３ 反射材料（リフレクター）
４ プリズムシート（第一のプリズムシート）
５ 反射板
６ 第二のプリズムシート

Claims (8)

1. 光源、導光板、反射シート及びプリズムシートを含む、車載用液晶表示装置のためのバックライト装置であって、前記プリズムシートは、第一の面において、一つの方向に配列した複数のプリズム素子を有し、第二の面において、プリズム素子を有しない平滑な面を有し、前記プリズム素子の各々が多角形状の断面又は該多角形状の頂点を通過して引かれた曲線形状の断面を有し、前記多角形状は少なくとも４つの斜辺を有し、各斜辺は前記プリズムシートの水平面に対するプリズム素子の断面の交線に対して５０〜８０°のいずれかの角度を有し、前記プリズムシートの第一の面は表示側に対向しており、前記プリズムシートの第二の面は前記導光板の第一の面と対向しており、前記プリズム素子は輝度制御方向に対して垂直方向に配列されており、該導光板の第二の面は反射シートと対向している、バックライト装置。
2. 前記多角形状の斜辺のうち、少なくとも１つの斜辺は前記プリズムシートの水平面に対するプリズム素子の断面の交線に対して少なくとも６５°の角度を有する、請求項１記載のバックライト装置。
3. 前記光源は線状光源であり、前記プリズム素子は該線状光源の方向に対して垂直方向に配列されている、請求項１又は２記載のバックライト装置。
4. 前記プリズム素子の高さ／前記プリズム素子の基底部の幅の比であるアスペクト比は２．５以下である、請求項１〜３のいずれか１項記載のバックライト装置。
5. 前記多角形状の頂点を通過して引かれた曲線形状はスプライン形状である、請求項１〜４のいずれか１項記載のバックライト装置。
6. 前記プリズムシートのプリズム素子の配列方向と垂直方向に配列された複数のプリズム素子を有する第二のプリズムシートをさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項記載のバックライト装置。
7. 前記プリズムシートのプリズム素子は１０〜２００μｍのピッチで配設されている、請求項１〜６のいずれか１項記載のバックライト装置。
8. 表示面の法線方向から輝度制御方向に沿った角度で±１５°〜４５°における表示輝度が高くなる、請求項１〜７のいずれか１項記載のバックライト装置。

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