JP2008243808A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置等に使用される平面型の照明装置を薄型軽量に、かつ、低コストで構成することができるようにする。
【解決手段】 導光部３と前記導光部３の端部に設置された光源部４とが一体的に構成された面発光板２が、平面状に複数配列された照明装置１において、前記面発光板２の光源部４と、隣接する他の面発光板２の導光部３とが平面的に重なり合うように構成し、面発光板２の上方に均一な輝度の光を照射可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置等を背面から照明するために用いられる平面型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。

液晶表示装置が広く普及している。液晶表示装置は、液晶表示パネルとその背面に設けた平面型バックライトから構成されている。近年、液晶表示パネルの大型化に伴い、平面型バックライトも大型化が進んでいる。大型の平面型バックライトに求められる機能は、高輝度でありかつ発光面全域で輝度が均一であること、薄型でありかつ軽量であること、製造コストの上昇を抑えること、などを挙げることができる。特に、構成部材の大型化に伴い組み立てラインが大型化し、設備投資が増大すると共に、不良品の発生は製造コスト上昇の大きな要因となる。

従来の液晶表示装置１００の断面を図６に模式的に示す。液晶表示パネル１０５の下部にはバックライト１０７が設置されている。バックライト１０７は、外装ケース１０６、外装ケース１０６の中に収納されている２つの光源１０１ａ、１０１ｂ、２分割された導光体１０４ａ、１０４ｂ、光源１０１ａ、１０１ｂの外周及び導光体１０４ａ、１０４ｂの下部に設置された反射板１０２、導光体１０４ａ、１０４ｂから出射される光を所定の方向に拡散させる拡散板１０３から構成されている。本例の場合は、バックライトの大型化に対応するために、光源１０１ａ、１０１ｂを左右に配置し、導光体を中心部で分割して左側の導光体１０４ａには左側の光源１０１ａから光を導光し、右側の導光体１０４ｂには右側の光源１０１ｂから導光している（例えば、特許文献１を参照）。

図７は、従来から知られている面光源装置１１０の分解斜視図である。面光源装置１１０は、２枚の拡散板１１２、１１５の間に、分割された光学フィルムが挟まれている。即ち、４分割されたサブ選択反射型フィルム１１３及び４分割されたサブ反射型偏光フィルム１１４である。拡散板１１２の下部にはフレーム１１６に収納された光源１１１が複数本並べられている。ここでは、サブ選択反射型フィルム１１３やサブ反射型偏光フィルム１１４を分割することにより、面光源装置１１０の大型化に対応しようとしている（例えば、特許文献２を参照）。
特開平５−１５８０３５号公報 特開２００６−１２０５８４号公報

しかしながら、図６に示すバックライト１０７では、外装ケース１０６の側面部に光源１０１を配置して、導光体１０４の端部から光を導入する。そのために、バックライト１０７が大型化するにつれて、光量が不足してくる、という課題があった。また、導光体１０４の大型化に伴って導光体１０４を物理的には２分割以上に分割することができるが、分割した導光体の境界で光が反射され、均一な輝度の光を出射させることが難しい、という課題があった。また、境界での反射を防止して各導光板を接着することもできるが、キズや汚れ等の不良が発見された場合に、接着された導光板全体を交換しなければならず、導光板を分割した利点を生かすことができない、という課題があった。

また、図７に示す面光源装置１１０においては、複数の複数の光源１１１がフレーム１１６に取り付けられて拡散板１１２の下部に設置されている。大型面発光源のこの種の光源１１１としては冷陰極蛍光ランプ（以下ＣＣＦＬという）が使用されている。拡散フィルム１１５から出射する光の高輝度化、全面に渡る輝度の均一化のために、多数のＣＣＦＬが使用されている。そのために、ＣＣＦＬを収納するフレーム１１６は厚くなり、重量が重くなる、という課題があった。また、発光面の大きさに応じたＣＣＦＬを作成しなければならず、構成部材の共通化が図り難い、という課題があった。

また、近年、大型液晶表示装置には、発光源の輝度を領域ごとに調整可能とするエリアコントロール方式が採用される場合がある。この方式では、液晶表示装置の表示画面に応じてバックライトの光量をバックライトのエリアごとに調光する。図６の液晶表示装置１００では、高々左右の領域の輝度が制御できる程度であり、図７の面光源装置では、縦又は横の一方向の領域の輝度が制御できる程度であり、調光可能エリアが少ない、という課題があった。また、光源としてＣＣＦＬを使用する場合には、各ＣＣＦＬにインバータ回路を設けて調光する必要があることから、構成部品が増加して重量及び体積が増加する、という課題があった。

そこで、本発明の照明装置は、導光部と導光部の端部に設置された光源部が一体的に構成された面発光板が、平面状に複数配列された照明装置において、面発光板の光源部と、隣接する他の面発光板の導光部とが平面的に重なり合って配列されることとした。

また、導光部の断面を楔形形状とし、面発光板の光源部をこの楔形の肉厚部に設置し、隣接する他の面発光板の導光部は、楔形の肉薄部を面発光板の光源部に重ねて配列することとした。

また、面発光板と隣接する他の面発光板が平面的に重なり合う領域において、面発光板の上面に段差部を形成し、この段差部に隣接する他の面発光板の端部を設置し、隣接する他の面発光板から面発光板へ光が導入されるようにした。

また、導光部の表面をプリズム面で構成した。また、プリズム面は、導光部の表面に形成した多数のＶ溝と台形溝からなる表面であることとした。また、Ｖ溝と台形溝は、導光部の表面とＶ溝及び台形溝の傾斜面との間の角度が２０°〜４５°であり、Ｖ溝及び台形溝のピッチを０．０５ｍｍ〜０．０７５ｍｍとした。

また、本発明の表示装置は、非自発光型の表示素子とこれを照明する照明装置を備えており、照明装置は、導光部と導光部の端部に設置された光源部が一体的に構成された面発光板が、平面状に複数配列されており、面発光板の光源部と隣接する他の面発光板の導光部が平面的に重なり合って配列されている。

また、本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示素子に画像データを出力する画像データ出力回路と、照明装置を駆動するための照明駆動回路とを備え、照明駆動回路は、画像データを入力して照明装置を構成する複数の面発光板のそれぞれの光源部を画像データに応じて制御することとした。

本発明によれば、導光体と光源部とを一体的に構成した面発光板が平面状に複数配列しており、隣接する面発光板は光源部と導光部とが重なるように配列されているので、一つの面発光板が不良になる場合でも、当該不良の面発光板のみを交換すればよく、導光部全体を交換する必要がないので、製造コスト低減に大きく寄与することができる、という利点を有する。

本発明の照明装置は、導光部と光源部が一体的に構成された面発光板が、平面状に複数配列された照明装置であって、導光部は光源からの光を出射する発光面とこの発光面に対向する側に設けられた下面を有し、第一の面発光板の光源部と、第一の面発光板と隣接する第二の面発光板の導光部が平面的に重なり合って配列されている。

ここで、導光部は断面が楔形の形状を有しており、第一の面発光板の光源部の上面に、第二の面発光板の導光部が重ねて配列されている。

さらに、導光部の発光面を拡散面とした。すなわち、発光面に、多数のＶ溝と台形溝を交互に形成することとした。このとき、Ｖ溝または台形溝を構成する斜面と発光面のなす角度を２０°〜４５°とし、Ｖ溝と台形溝のピッチを０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとした。

また、光源部に設置された光源の発光表面と、導光部の底面のなす角度が９０°〜９５°となるようにした。

あるいは、光源部からの光を発光面に反射するために、導光部の下面にプリズムを形成した。プリズムを構成する反射面は、光源部からの光の入射方向と、反射面と導光部の下面の交線が直交するように形成されている。さらに、導光部の下面とプリズムの反射面のなす角度は、光源部に近いほど大きくなっている。または、プリズムの大きさが、光源部から遠ざかるにつれて小さくなるようにした。または、プリズム間のピッチが、光源部に近いほど大きくなるようにした。

また、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置の発光面側に、非自発光型の表示素子を配置する構成とした。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
本実施例の照明装置を図１に基づいて説明する。図１（ａ）は、４枚の面発光板から構成される照明装置の断面図であり、図１（ｂ）は、面発光板を分離した状態を示す斜視図であり、図１（ｃ）は、接続した４枚の面発光板の断面図である。図１（ａ）に示すように、照明装置１は平面状に配列する４枚の面発光板２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにより構成されている。図１（ｂ）に示すように、面発光板２ａ〜２ｄは分離可能に配置されている。面発光板２ａ〜２ｄは基本的に同一の形状及び構成を有している。図１（ｃ）に示すように、面発光板２ａは、導光部３ａと光源部４ａから一体的に形成されている。光源部４ａで発光した光は導光部３ａの発光面６ａと下面７ａの間を伝達し、導光部３ａ全面に渡って拡散する。このときに、導光される光のうち発光面６ａから出射する光が照明光として利用できる。面発光板２ｂも同様である。

図示するように、導光部３ａ（３ｂ）は楔形の形状をしている。面発光板２ａの光源部底面５ａと導光部３ａの下面７ａがなす角γは１°〜２°が好ましい。角度γが１°より小さいと導光板２ａと導光板３ｂが重なり合う部分が干渉し、２°より大きいと面発光板２ａの発光面６ａと面発光板２ｂの発光面６ｂ段差が生じるためである。面発光板２ｂも同様の形状をしている。

ここで、面発光板２ａの光源部４ａと面発光板２ｂの導光部３ｂの先端部が重なり合って配置されている。すなわち、面発光板２ａと面発光板２ｂとは傾斜面８ａと下面７ｂの先端部において当接している。このとき、面発光板２ａと面発光板２ｂを重ね合わせた状態で、面発光板２ａの発光面と面発光板２ｂの発光面がフラットになるように、傾斜面８ａと下面７ｂが形成されている。そのために、面発光板２ｂの導光部３ｂを伝達してきた光は、面発光板２ａの傾斜面８ａから入射することができる。その結果、面発光板２ａの光源部４ａの上部近傍と面発光板２ｂの導光部３ｂ先端部との輝度むらを低減させることができる。

また、導光部３ａ、３ｂの下面７ａ、７ｂに光散乱面やプリズム面を形成することができる。あるいは、光源部底面５ａ、５ｂの下部に光散乱板を設置して光を上方に散乱させることができる。

なお、光源部４に埋め込む、あるいは導光部３に取り付ける光源として、発光ダイオード、ＥＬ、その他の小型発光源を使用することができる。導光部３として、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂若しくはゼオノアフィルム（登録商標）などの透明合成樹脂やガラス等の無機材料を用いることができる。導光部３は、透明合成樹脂の射出成形により形成することができる。また、面発光板２ａの傾斜面８ａと面発光板２ｂの光源部底面５ｂとの間に、所定の屈折率を有する粘着性の連結材を充填することができる。これにより、光が導光部３ｂから導光部３ａへ入射する光の反射ロスが低減し、境界領域で発生しやすい輝度むらを抑制することができる。

このように、面発光板の光源部と隣接する面発光板の導光部とを重ねて配置することにより、輝度むらや光の隙間を無くした照明装置を構成することができる。また、照明の必要な装置の大きさに合わせて面発光板を配列すればよいので、部材等の設計や製造工程を削減することができる。また、一部の面発光板にキズや汚れが付着して交換が必要なときに、そのキズや汚れが付着した面発光板のみを交換すればよい。これにより、製造歩留りを向上させ、低コストで製造及び修理を行うことができる。
＜実施例２＞
本実施例の照射装置を図２に示す。図２（ａ）は面発光板の入光部側からみた断面図であり、図２（ｂ）はその部分拡大図である。図２（ａ）に示すように、面発光板２の発光面６に光散乱処理が施されている。光散乱処理はサンドブラスト等により粗面処理を施してもよいし、エッチングや印刷により表面に凹凸を形成してもよい。また、導光部３を射出成形により形成する際に、同時に光散乱面やプリズム面を形成してもよい。なお、光散乱面は、光源部底面５に形成してもよい。

図２（ｂ）は、面発光板２の発光面６の部分拡大断面図であり、発光面６にＶ溝１１と台形溝１２を形成した様子を表している。Ｖ溝１１と台形溝１２は交互に連続的に形成されている。Ｖ溝１１と台形溝１２は光の入射方向に対して平行する方向に形成している。即ち、Ｖ溝と台形溝は紙面に垂直方向に形成されている。このとき、Ｖ溝と台形溝のピッチＰは１００μｍ〜２００μｍとするのが好ましい。台形溝の底部の幅Ｌは５０μｍ〜７５μｍとするのが好ましい。また、Ｖ溝と台形溝の傾斜面とＶ溝と台形溝の底辺１１とがなす角度φを２０°〜４５°とするのが好ましい。ピッチＰが１００μｍ以下では拡散効率が低下し、２００μｍを超えるとＶ溝と台形溝を人間の目が識別できるようになるためである。また、角度φが２０°より小さくすると光の上方への散乱効率が低下し、φが４５°以上では光源部４に近い領域と光源部４から遠い領域との間で光の散乱強度差が大きくなり、輝度むらが発生するからである。

また、Ｖ溝は導光部３の下面７にも形成することができる。この場合、下面７に形成するＶ溝は発光面６に形成したＶ溝の方向と直交する方向とする。下面７と発光面６に形成したＶ溝によるモアレ縞等の不具合の発生を防止するためである。なお、下面７及び発光面６の両面にＶ溝を形成した場合、Ｖ溝方向が互いに直交するように形成すればよく、入射光の方向は問わない。
＜実施例３＞
本実施例の照射装置の断面構成を図３に模式的に示す。前述の実施例と同一の部分又は同一の機能を表す部分は同一の符号を付している。図３に示すように、面発光板２の光源９はＦＰＣ１０に実装されており、面発光板２の発光面６への映りこみを防ぐため角度を付けて配置されている。光源部底面５と光源９の表面のなす角度θを８５°〜９０°とするのが好ましい。角度θが８５°以下では光源部４に近い領域の発光面からのみ出光してしまい、θが９０°以上では光源部４から遠い領域の発光面からのみ出光してしまうこととなり、輝度むらが発生するからである。
＜実施例４＞
本発明の照明装置の断面構造を図４に模式的に示す。前述の実施例と同一の部分又は同一の機能を表す部分は同一の符号を付している。図４に示すように、面発光板２の下面７に光反射処理が施されている。反射処理として、反射方向を制限するためのプリズムが形成されている。プリズムは光源部側に反射面１３をそなえている。反射面は光の入射方向に対して垂直になる方向に形成している。すなわち、反射面１３と下面７の交線が入射光の下面７への投影方向と直交している。

また、面発光板２の下面７とプリズムの反射面１３がなす角度αは、光源９に近いプリズムほど大きくすることが望ましい。連続的に大きくしても段階的に大きくしてもよい。具体的には、最も光源に近いプリズムの角度αを３０°として、最も光源に遠いプリズムの角度αが１５°になるように、変化させていくのが好ましい。角度αが一定であると光源９に近い領域よりも光源９に遠い領域の方が見かけの角度が大きくなるため反射方向差が大きくなり輝度ムラが発生するからである。

また、プリズムと次のプリズムのピッチＳを光源９に近いほど大きくし、光源９から離れるほど小さくする。光源に最も近いプリズム間のピッチを３ｍｍとし、最も遠いプリズム間のピッチを０．２ｍｍと連続的に変化させていくのが好ましい。ピッチＳが一定であると光源９に近い領域と光源９に遠い領域で反射方向差が大きくなり輝度ムラが発生するからである。さらに、光源９に近い位置にあるプリズムほど大きくなるようする。すなわち、図４に示すように、プリズムの反射面１３を下面７へ投影した時の大きさをプリズム底部の幅とすると、プリズム底部の幅Ｍは光源９にほど大きく、遠ざかるにつれて小さくなるようにする。光源に近い側のプリズムの幅Ｍを０．１２ｍｍとし、遠い側のプリズムを０．０９ｍｍと連続的に変化させていくのが好ましい。幅Ｍが一定であると、反射面１３での反射強度が、光源９に近い領域よりも光源９に遠い領域の方が大きくなり、輝度ムラが生じるためである。

＜実施例５＞
本実施例の液晶表示装置の断面構成を図５に模式的に示す。同一の部分又は同一の機能を表す部分は同一の符号を付している。図示するように、液晶表示装置３０は、バックライトをなす照明装置１と、その上に載置した液晶表示素子２８を備えている。照明装置１は、複数の面発光板２ａ〜２ｃと、その下部に設置した反射板１９と、その下部に設置したフレーム１８と、複数の面発光板２ａ〜２ｃの上に設置した拡散板２０と、これらを一体的に係合している枠２２から構成されている。照明装置１の上部には、偏光板２５、液晶パネル２６及び偏光板２７から構成されている液晶表示素子２８が設けられている。

液晶表示素子２８と照明装置１は図示しない表示制御回路により駆動される。照明装置１を構成する面発光板２ａ〜２ｃは、個別に調光が可能である。従って、液晶制御回路が液晶表示データを解析して、液晶表示データに応じた輝度に個々の面発光板２ａ〜２ｃを調光することができる。

本発明に係る照明装置の説明図である。 本発明に係る照明装置の断面図である。 本発明の照明装置の断面構成を模式的に示す部分拡大図である。 本発明の照明装置の断面構成を模式的に示す部分拡大図である。 本発明の表示装置の断面図である。 従来公知の液晶表示装置の断面図である。 従来公知の面発光装置の分解斜視図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 面発光板
３ａ、３ｂ 導光部
４ａ、４ｂ 光源部
５ａ、５ｂ 光源部底面
６ａ、６ｂ 発光面
７ａ、７ｂ 下面
８ａ、８ｂ 傾斜面
９ 光源
１０ ＦＰＣ
１１ Ｖ溝
１２ 台形溝

Claims (12)

1. 導光部と光源部が一体的に構成された面発光板が、平面状に複数配列された照明装置において、
   前記導光部は、前記光源からの光を出射する発光面と、該発光面に対向する側に設けられた下面を有し、
   第一の面発光板の光源部と、前記第一の面発光板と隣接する第二の面発光板の導光部とが平面的に重なり合って配列されたことを特徴とする照明装置。
2. 前記導光部は断面が楔形の形状を有しており、
   前記第一の面発光板の光源部の上面に、前記第二の面発光板の導光部が重ねて配列されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記発光面は光を拡散する拡散面であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記発光面に、多数のＶ溝と台形溝が交互に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記Ｖ溝または前記台形溝を構成する斜面と前記発光面のなす角度が２０°〜４５°であり、前記Ｖ溝と前記台形溝のピッチが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記光源部に設置された光源の発光表面と、前記導光部の底面のなす角度が９０°〜９５°であることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記光源部からの光を前記発光面に反射するために、前記導光部の下面にプリズムが形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記プリズムの反射面は、前記光源部からの光の入射方向と、前記反射面と前記導光部の下面の交線とが直交するように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記導光部の下面と前記プリズムの反射面のなす角度が、前記光源部に近いほど大きいことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
10. 前記プリズムの大きさが、前記光源部から遠ざかるにつれて小さくなることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
11. 前記プリズム間のピッチが、前記光源部に近いほど大きいことを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載された照明装置と、前記照明装置の照射面側に設置された非自発光型の表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。

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