JP2009158254A - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジライト型の照明装置に関し、大画面化しても輝度ムラの小さな照明装置及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】照明装置(40)において、縁端に設けられている光源(60)の発光を内部に伝播させるとともに正面を照光させる導光板(90)と、この導光板(90)の裏面に設けられるとともに伝播する前記発光及び前記反射光を凹凸状のパターン(93)により散乱させる散乱膜(92)とを、備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エッジライト型の照明装置に関し、この照明装置の製造方法、この照明装置を用いた液晶表示装置に関する。

液晶方式を採用した画像表示装置（以下、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）という）は、ブラウン管方式と対比して、大型から小型のものまで任意の画面サイズに対し薄型化することができ、省電力性にも優れている。そして、近年、液晶表示装置からなる大画面テレビは、低価格化の進行に伴い一般ユーザ向けの市場が拡大している。

液晶表示装置は、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ液晶パネルと、この液晶パネルに画像を表示させる透過光を照光するバックライトユニット（照明装置）とを、備えている。そして、この照明装置としては、液晶パネルの直下に光源が配置されている直下型のほか、液晶パネルの直下に配置されている導光板の縁端に光源を設け正面を照光させるエッジライト型がある。

このエッジライト型の照明装置は、導光板の照光面（正面）とは反対側の裏面に微細な凹凸状のパターンが設けられ、光源の発光が導光板の内部を伝播する過程においてこのパターンで散乱し、照光面の輝度分布が均一になるようになっている。
そして、従来、このような凹凸状のパターンは、無垢の透明板である導光板の片面に印刷することにより形成したり、射出成形により導光板と一体成形したりすることによって設けられている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−２５８６３４号公報

しかしながら、前記した従来の導光板の裏面の凹凸パターンの製造方法にあっては、次のような問題が指摘されている。
つまり、液晶表示装置が大画面化すると、これに伴い導光板も大型化し導光板の裏面の平坦性が低下することになる。すると、そのような裏面に凹凸状のパターンを印刷する場合、インク厚にムラが生じパターンの精度が低下する問題がある。
また、射出成形により導光板と凹凸状のパターンとを一体成形する場合であっても、大きな型締め力を有する射出成形装置が必要となり、その大型化には限界がある。

本発明は、このような問題を解決することを課題とし、導光板の裏面に凹凸状のパターンを高精度で設けることにより、大画面化しても輝度ムラの小さな照明装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記した課題を解決するために、照明装置において、縁端に設けられている光源の発光を内部に伝播させるとともに正面を照光させる導光板と、前記正面とは反対側の前記導光板の裏面に向かって当接するとともにこの裏面から照射する光を前記正面に向かう反射光として反射させる反射板と、前記裏面に設けられるとともに伝播する前記発光及び前記反射光を凹凸状のパターンにより散乱させる散乱膜とを、備えることを特徴とする。

本発明によれば、大画面化しても、凹凸状のパターンを高精度で導光板の裏面に設けることができるために、輝度ムラの小さな照明装置及び液晶表示装置が提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１の分解斜視図に示すように（適宜、図２の縦断面図も参照）、液晶表示装置１０は、表示手段２０と、照明装置４０と、制御手段７０と、背面フレーム８０とが、Ｚ軸方向に積層した構成になっている。
ここで、図面において、液晶表示装置１０は、家庭で使用される一般的なテレビを想定し、画像の表示面２２ａの長手方向をＸ軸、短手方向をＹ軸として示している。
このように、液晶表示装置１０が構成されることにより、図示しない視聴者に対向する表示面２２ａに、静止画や動画の像が表示される。

表示手段２０は、正面フレーム２１と、表示面２２ａを有する液晶パネル２２と、係止溝２３ａを有する係止部材２３とから構成されている。
このように構成されることにより、液晶パネル２２は、正面フレーム２１に固定されて外力による変形が防止されるとともに、照明装置４０との位置関係が固定され、表示面２２ａの全体が一様に照明される。

正面フレーム２１は、剛性の高い鉄やアルミなどの金属からなり、液晶パネル２２の表示面２２ａが露出する矩形の開口２１ａを有している。そして図２に示すように、この開口２１ａに略一致する開口を有する係止部材２３が、その係止溝２３ａに液晶パネル２２の外周を係合させた状態で、正面フレーム２１の内側面に嵌合している。これにより、液晶パネル２２が、開口２１ａから露出した状態で正面フレーム２１に固定されることになる。

図１に戻って説明を続ける。
液晶パネル２２は、一対の透明電極に挟持される液晶層が、像を構成する画素単位で照明装置４０からの照光（バックライト）の透過率を変化させることにより、静止画又は動画の像を表示面２２ａに形成するものである。
量販品で現在主流となっているＴＦＴ（Thin Film Transistor）方式を採用するものでは、透明基板（ガラス板）に格子状に均等配列する電極素子が、電場を制御して液晶の分子配向を変化させ、バックライトを各画素毎に透過／遮断する構成になっている。また三原色のカラーフィルタを各画素毎に配置してバックライトをさらに通過させることで画像に色彩を付与している。

制御手段７０は、電源基板７１と、信号基板７２とから構成されている。
信号基板７２は、液晶パネル２２の素子を制御する映像信号を出力する。
電源基板７１は、商用交流電力（ＡＣ１００Ｖ〜ＡＣ２４０Ｖ）を入力し、表示手段２０、照明装置４０及びその他（スピーカなどのオーディオ機器（図示せず））を駆動させるのに必要な直流電力を出力する。

背面フレーム８０は、深絞形状を有し、図２に示すように表示手段２０の背面側の開口を塞ぐとともに、制御手段７０及び照明装置４０を内側に収納させるものである。
また、表示手段２０及び背面フレーム８０の側面には、それぞれ図１に示すような通気孔２１ｂ，８１が連通するように設けられ、内部で昇温した空気と外気とを入れ替えることができるようになっている。

照明装置４０は、光学シート４３と、スペーサ４１と、導光板９０と、反射板４２と、中間フレーム４４と、支持部材４５と、光源モジュール５０とから構成されている。
このように構成される照明装置４０は、図３に示すように、導光板９０の縁端に設けられている光源モジュール５０が発光すると、正面がＺ軸方向に向けて照光するものである。

図１（適宜図２参照）に戻って説明を続ける。
光学シート４３は、導光板９０からの照光の輝度ムラを解消してから液晶パネル２２に向かわせるものである。これにより、表示面２２ａに輝度ムラの少ない画像が表示されることになる。
そして、図２に示すように複数の光学シート４３が積層して構成されることにより、照明装置４０からの照光が、拡散／反射を繰り返して液晶パネル２２に入射する。これにより、照射光の輝度の面内分布が均一化されるとともに、正面のＺ軸方向に向かう照射光の指向性が付与される。

スペーサ４１は、外周部分と内周部分とが段差する構造を有し、図２に示すように、この外周部分が正面フレーム２１、係止部材２３及び支持部材４５と共締めされて固定されるとともに、導光板９０と光学シート４３との間に後記する空気層の隙間を設ける。
さらに、スペーサ４１は、その内周部分が導光板９０の縁端に接し、光源モジュール５０の出射光が漏れなく入射面９０ａに導かれるようにする。

反射板４２は、反らないよう高剛性の中間フレーム４４により支えられて、導光板９０の裏面に向かって当接するとともにこの裏面から照射する光を正面（Ｚ軸方向）に向かう反射光として反射させるものである。
つまり反射板４２は、一旦入射面９０ａに入射した後に、全反射条件から外れて裏面から照射した光を再び導光板９０に戻し、入射光の利用効率を向上させるものである。

支持部材４５は、図２に示すように、略Ｌ字型を有する構造を有し、Ｌ字の上下の端面に表示手段２０及び背面フレーム８０に連結し、水平面において中間フレーム４４を支持し、垂直内側面において光源モジュール５０を支持している。
このように支持部材４５は、各構成要素を連結させて液晶表示装置１０の構造の一体性を担うものである。
さらに支持部材４５は、熱伝導性に優れる例えば銅、アルミなどの金属材料で形成され、光源モジュール５０の発熱を放熱フィン４５ａに伝導させ効率よく放熱する機能も有している。そして、放熱フィン４５ａからの放熱を受けた隙間の空気は昇温して自然対流により通気孔２１ｂ，８１（図１参照）から放出される。

光源モジュール５０は、図３に示すように導光板９０の両端の入射面９０ａ，９０ａを望むように、互いに対向して配置される。そして、基板５１の表面に、複数の光源６０（発光ダイオード（ＬＥＤ））が直線状（一次元的）に実装されている。

基板５１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた基板や、セラミック基板からなり、支持部材４５の垂直内側面において支持されるものである。
この基板５１には、外部（制御手段７０（図１参照））から電力を入力する図示しない入力端子が設けられ、この入力した電力を光源６０に導く配線が設けられている。

光源６０（ＬＥＤ）は、図示しない発光体を透明レンズにより封止した構造をとり、この発光体の発光をレンズにより広角に放射して導光板９０の入射面９０ａに発光を均一に入射させることができる。
さらに、一つの光源６０が、それぞれＲ(Red)、Ｇ(Green)、Ｂ(Blue)を発色する３つの発光体を具備するものであれば、これら三原色をレンズの機能により混色して多彩色光を発現するとともに、三原色の発光体の輝度をそれぞれ独立に変化させることにより、色彩を経時的に変化させることもできる。
なお、光源モジュール５０の説明において、光源としてＬＥＤを使用したものを例示したが、ＣＣＦＬ型（Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光管を採用することもできる。

導光板９０は、透明基板９１と、散乱膜９２とから構成され、縁端に設けられている光源モジュール５０（光源６０）の発光を面方向（Ｘ−Ｙ平面内）に内部伝播させるとともに正面をＺ軸方向に向かって照光させるものである。つまり、導光板９０は、光源モジュール５０の線光源をＸ−Ｙ平面を均等に照光する面光源に変換するものである。

透明基板９１は、アクリルなどの透明な樹脂からなり、図２に示すようにその表示手段２０側の界面は、スペーサ４１により光学シート４３との間に設けられた前記した空気層に接し全反射条件を確保している。そして、透明基板９１の背面フレーム８０側の界面は、散乱膜９２を介して反射板４２に当接し全反射条件を確保している。
これにより、透明基板９１の端面（入射面９０ａ）から光が入射すると、この光は、これら対向する界面に全反射することを繰り返してＸ−Ｙ平面内を伝播する。

散乱膜９２は、透明基板９１の裏面に設けられるとともに、平面視において図４（ａ）に示すように、その表面に規則的な凹凸状のパターン９３が設けられている。このように散乱膜９２が構成されることにより、図２に示すように、導光板９０の内部を伝播する光源６０の発光及び反射板４２からの反射光を、このパターン９３において散乱させることができる。

図４に戻って説明を続ける。
これら凹凸状のパターン９３は、その大きさや配置密度によって入射する光の散乱量を調節することができる。またパターン９３は、光源６０（図３参照）に近い側を小さく又は低密度に配置して小さく散乱させ、この光源６０から離れるに従って大きく又は高密度で配置して大きく散乱させる。このようにして散乱した光は、全反射条件から外れて進路を表示手段２０の方向に向け、導光板９０の正面を均一に照光する。
この散乱膜９２は、透明基板９１と同系統の材料から構成されることが望ましい。また散乱膜９２を透明基板９１の裏面に密着して設ける方法については特に限定はなく、後記するように例えば粘着層９２ａ（図５（ｅ）参照）を介して貼付したり、高分子液体Ｌ（図６参照）を塗布したりする方法が挙げられる。

このパターン９３は、図４（ｂ）に示すように凹状のパターン９３ａであったり、図４（ｃ）に示すように凸状のパターン９３ｂであったりする。
また平面視において、パターン９３の形状は、図示するような円形に限定されるものでなく任意の形状（多角形等）も取り得、同心状である場合も取り得、縦方向に長手方向を沿わせた線状である場合も取り得る。
また断面視において、パターン９３の形状は、図示するような矩形に限定されるものでなく任意の形状（三角形等）も取り得、曲面を有する場合も取り得る。
さらにパターン９３の分布についても、限定はなく、図示されるよりもさらに微細なパターン９３が高密度で配置される場合もある。

なお、導光板９０は図示されるような正面と裏面とが互いに平行に形成されている場合に限定されるものでなく、正面が表示手段２０の表示面２２ａ（図２参照）に対して傾斜しているような、断面楔形の導光板（図示略）も採用することができる。
このように断面楔形の導光板を採用した場合、光源モジュール５０は、導光板の肉厚な方の一方の縁端のみに配置されることとなり、パターン９３は、この光源モジュール５０から離れる程、大きく又は高密度で配置されることになる。

次に、図５の工程図を参照して導光板の製造方法の説明を行う。
まず、図５（ａ）に示すように、最終的に散乱膜９２（図５（ｅ）参照）に加工される無地の熱可塑性の樹脂フィルム１を巻回した無地ロール１ａから、この樹脂フィルム１を引き出して走行ロール３により長手方向にテープ走行させる。
そして、この樹脂フィルム１の走行速度と一致した周速度で回転するとともに、パターン９３（図４参照）が反転した反転パターンｐを周面に備える回転スタンパ２Ａが、この周面を樹脂フィルム１の片面に当接している。

この回転スタンパ２Ａは樹脂フィルム１に接する反転パターンｐの部分において、温度が樹脂フィルム１の軟化温度に調節されている。このために、樹脂フィルム１は、回転スタンパ２Ａを通過すると、片面にパターン９３（図４参照）が連続して転写された樹脂フィルム１となって、下流で巻き取られてパターン付きロール４となる。
なお、回転スタンパ２Ａに代えて、樹脂フィルム１の厚さ方向に往復変位する往復スタンパ２Ｂを使用して、同様に樹脂フィルム１の片面にパターン９３を転写してもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、パターン付きロール４とマウント粘着剤ロール５とをセットする。このマウント粘着剤ロール５とは、支持体を用いない粘着層９２ａが離型紙９２ｂの片面に塗布されて巻回して成るものである。
そしてパターン付きロール４及びマウント粘着剤ロール５からそれぞれテープ走行させて、合体ロール６で、樹脂フィルム１のパターン転写がされていない反対面と粘着層９２ａとを合わせて一体化する。さらに、連続しているパターン９３の境目にカッター７を入れて切断する。

次に、図５（ｃ）に示すように、離型紙９２ｂを剥がしてから、図５（ｄ）に示すように、透明基板９１の片面に粘着層９２ａを介して散乱膜９２を貼付して、導光板９０（図５（ｅ））を作製する。そして、この導光板９０の散乱膜９２に、図１に示す反射板４２を当接するように配置して、その他の構成部品を順不同で組み付けて照明装置４０が製造されることになる。

次に、図６の工程図を参照して導光板の他の製造方法の説明を行う。
まず、図６（ａ）に示すように、載置台９の上に載置した透明基板９１の片面に、散乱膜９２を構成する高分子材料を溶媒に溶解させた低粘度の高分子液体Ｌを塗布する。
そして、図６（ｂ）に示すように、載置台９を軸回転して、この高分子液体Ｌを透明基板９１の片面に均一の厚さとなるようにスピンコートして高分子液体Ｌの膜面を形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、回転スタンパ２Ａ又は往復スタンパ２Ｂを使用して、高分子液体Ｌの膜面に反転パターンｐを転写する。その後、図６（ｄ）に示すように、熱処理をして高分子液体Ｌから溶媒を揮発させ反転パターンｐが転写された膜面を固化させてパターン９３を有する散乱膜９２及び導光板９０を得る。そして、この導光板９０の散乱膜９２に、図１に示す反射板４２を当接するように配置して、その他の構成部品を順不同で組み付けて照明装置４０が製造されることになる。
なお、本実施形態において、高分子液体Ｌは溶媒系ものを例示したが、反応硬化系のものを用いて膜面を固化させることもできる。

このような製造方法により照明装置４０が製造されることにより、導光板９０の裏面にパターン９３を高精度に設けることができるので、大画面化しても輝度ムラの小さな照明装置４０及び液晶表示装置１０を得ることができる。
なお、照明装置４０は、液晶表示装置１０のバックライトモジュールとして適用されるものを例示したが、これに限定されるものでなく、均一な輝度で発光する平面体として適宜採用することができ、例えば看板や室内や野外の照明装置４０として採用することができる。

本発明に係る液晶表示装置の実施形態を示す分解斜視図である。 本実施形態おける液晶表示装置の縦断面図である。 本実施形態おける照明装置の斜視図である。 （ａ）は本実施形態で適用される導光板の裏面を示す平面図であり、（ｂ）はその断面図であり、（ｃ）は他の実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は照明装置における導光板の製造方法の実施形態を示す工程図である。 （ａ）〜（ｄ）は照明装置における導光板の製造方法の他の実施形態を示す工程図である。

符号の説明

２Ａ 回転スタンパ
２Ｂ 往復スタンパ
１０ 液晶表示装置
２０ 表示手段
２２ 液晶パネル
２２ａ 表示面
４０ 照明装置
４２ 反射板
５０ 光源モジュール
６０ 光源
８０ 背面フレーム
９０ 導光板
９０ａ 入射面
９１ 透明基板
９２ 散乱膜
９２ａ 粘着層
９２ｂ 離型紙
９３，９３ａ，９３ｂ パターン
ｐ 反転パターン
Ｌ 高分子液体

Claims (5)

1. 縁端に設けられている光源の発光を内部に伝播させるとともに正面を照光させる導光板と、
   前記正面とは反対側の前記導光板の裏面に向かって当接するとともにこの裏面から照射する光を前記正面に向かう反射光として反射させる反射板と、
   前記裏面に設けられるとともに伝播する前記発光及び前記反射光を凹凸状のパターンにより散乱させる散乱膜とを、備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記散乱膜は、粘着層を介して貼付され前記裏面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の照明装置の前記照光を透過して表示面に画像を表示する液晶パネルを備えることを特徴とする液晶表示装置。
4. 縁端に設けられている光源の発光を内部に伝播させるとともに正面を照光させる導光板の裏面に凹凸状のパターンを有する散乱膜を貼付する工程と、
   前記散乱膜から照射する光を前記正面に向かって反射させる反射板を前記散乱膜に当接させる工程と、を含むことを特徴とする照明装置の製造方法。
5. 縁端に設けられている光源の発光を内部に伝播させるとともに正面を照光させる導光板の裏面に高分子液体を塗布する工程と、
   前記裏面に塗布された前記高分子液体の膜面に凹凸状のパターンを転写する工程と、
   前記パターンが転写された高分子液体の膜面を固化させて散乱膜とする工程と、
   前記散乱膜から照射する光を前記正面に向かって反射させる反射板を前記散乱膜に当接させる工程と、を含むことを特徴とする照明装置の製造方法。

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