JP2009272096A - 面状光源及び液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 面状光源及び液晶表示装置において、複数の導光板を並べて実装しても、各光源の光軸に対して高精度に導光板を実装可能であると共に部品の交換作業も容易にすること。
【解決手段】 LED光源2と、該LED光源2を基端側端面3aに配しLED光源2から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板3と、該導光板3をLED光源2と共に載置して固定するベゼル4と、を備えたライトユニット7を、複数並べて構成されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、液晶表示パネルなどを照明する面状光源及びこれを備えた液晶表示装置に関する。
薄型テレビジョン装置や薄型モニター等の大型ディスプレイには、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。この液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射して表示画面の輝度を高めるバックライトユニットが用いられている。
上記バックライトユニットでは、導光板と、該導光板の側端面に配置させたLED等の光源と、を備え、光源からの光を導光して主面全体から液晶表示パネルに向けて出射させている。
近年、液晶テレビジョン装置の大型化に伴って、その軽量化や薄型化がさらに要望されているが、バックライト方式では混色性や輝度ムラが厚みと反比例の関係となり、薄型化が困難であった。また、サイドエッジ面に光源を配した導光板を用いたバックライトユニットであって、大型の導光板を作製する方法として射出成形方式を採用した場合、大面積でかつ薄型のものを作製する際に、形状全体に樹脂が転写、充填され難いという限界があった。また、樹脂を十分に充填するためには、成型機を大型化し、射出圧力を上げることで解決される場合もあるが、大型の成型機は設備費用の多大なコストがかかるため、製品コスト的に採用が難しい。また、押出し成形方式を採用した場合には、導光板を大面積かつ薄型化することは問題ないが、導光板への微細形状等の成形が十分にできない等の問題があった。
このため、従来、例えば特許文献1には、配列された複数の楔板形状の導光ブロックにそれぞれ光源として蛍光ランプを設けたタンデム型面光源装置が提案されている。この面光源装置では、大型の導光板を使わず、複数の導光ブロックをフレーム内に配列することで、広い発光エリアを得ている。
また、特許文献2には、複数の発光光源及び導光体を2次元に配列して面状の照明を構成する照明装置が提案されている。この照明装置では、大型の実装基板上に多数の光源及び導光体を実装して、面状照明を可能にしている。
特開平11−288611号公報 特開平9−186825号公報
しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献1及び2に記載の技術のように、フレーム内や基板上に複数の光源及び導光板を直接並べて実装する場合、各光源の光軸に対して対応する各導光板をそれぞれ正確に位置合わせして実装することが難しいという不都合があった。また、輝度ムラ等が生じた場合、発生箇所の導光板だけを取り外すことが困難又は不可能な場合があり、部品の交換作業が難しいという不都合があった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、複数の導光板を並べて実装しても、各光源の光軸に対して高精度に導光板を実装可能であると共に部品の交換作業も容易な大型の面状光源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、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の面状光源は、光源と、該光源を基端側端面に配し前記光源から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板と、該導光板と前記光源とを固定する支持部材と、を備えたライトユニットを、複数並べて構成されていることを特徴とする。
この面状光源では、導光板と光源とを固定する支持部材を備えたライトユニットを、複数並べて構成されているので、予め支持部材によって光源の光軸と導光板の入射面とを位置合わせしたライトユニットを並べることで、大型の基板上に直接実装する場合に比べて高い位置精度を得ることができる。また、輝度ムラ等が発生した場合、そのライトユニット毎交換することができ、交換作業が容易である。さらに、支持部材が放熱部材として機能することで、高い放熱特性を得ることができる。
また、本発明の面状光源は、前記支持部材が、前記導光板の両側面を挟んで支持する複数の導光板用フックを備え、前記導光板の両側面に、前記導光板用フックの上方に突出した突出部が形成されていることを特徴とする。従来、複数の導光板をフレームで固定する場合、フレームで導光板の周囲を囲い込むようにして支持するため、フレーム部分が光を通さない暗部となってしまっていた。これに対して、本発明の面状光源では、導光板の両側面に、導光板用フックの上方に突出した突出部が形成されているので、導光板の主面側からの平面視で導光板用フックが突出部に隠れて光の暗部とならず、均一なバックライトの照明を得ることができる。
また、本発明の面状光源は、前記突出部の上面に、導光する光を上方に出射させる微細光学形状が施されていることを特徴とする。すなわち、この面状光源では、突出部の上面に、導光する光を上方に出射させるドット状やプリズム状の微細光学形状が施されているので、突出部下部に導光板用フックを配したことによる輝度の低下を補正することができる。
また、本発明の面状光源は、前記導光板が、前記主面と反対側の面から突出した位置決めピンを備えていることを特徴とする。すなわち、この面状光源では、導光板が、前記主面と反対側の面から突出した位置決めピンを備えているので、ライトユニットを並べて取り付ける基板等の取付対象の取り付け穴に位置決めピンを差し込むだけで、導光板を含むライトユニットを高精度に位置決めして設置することが可能になる。
また、本発明の面状光源は、前記ライトユニットが、基板上に複数並べられていることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの裏面側に配された上記本発明の面状光源と、を備えていることを特徴とする。すなわち、この液晶表示装置では、上記本発明の面状光源を備えているので、部品交換が容易でかつ高精度に実装された複数の光源と導光板とにより、輝度均一性が高くかつ見栄えが良好な大面積の画像表示が得られる。
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る面状光源によれば、導光板と光源とを固定する支持部材を備えたライトユニットを、複数並べて構成されているので、ライトユニット毎に高い位置精度で光源と導光板とを実装可能であると共にライトユニット毎に交換可能で交換作業が容易である。したがって、大型成型機や金型加工が不要で、簡単かつ低コストに作製可能な小型サイズの導光板を複数設置することで、大型サイズを実現できると共に、部品交換が容易でかつ高精度に実装された複数の光源と導光板とにより、見栄えの良好な面状光源を得ることができる。また、この面状光源を備えた液晶表示装置によれば、輝度均一性が高くかつ見栄えの良好な大面積の画像表示を得ることができる。
以下、本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の第1実施形態を、図1から図7に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
第1実施形態における面状光源1は、液晶表示装置のバックライトユニットであって、図1及び図2に示すように、複数のLED光源(光源)2と、これらLED光源2の光出射面を対向状態にしてLED光源2を基端側端面3aに並べて配しLED光源2から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板3と、該導光板3をLED光源2と共に載置して固定する枠体として機能するベゼル(支持部材)4と、該ベゼル4と導光板3との間に設置された反射シート5と、上記各LED光源2に先端部が接続されたフレキシブルプリント基板6と、を備えた複数のライトユニット7が、互いに導光板3を隣接状態にして並べられて構成されている。
複数の上記ライトユニット7は、図2に示すように、縦列及び横列が同数でマトリクス状に配列されている。また、導光板3は、長方形状であって、その長辺に対する短辺の比率が、0.5〜0.6に設定されている。なお、本実施形態では、縦横6列にライトユニット7が並べられている。
上記導光板3は、例えば透明なポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等で形成されている。
互いに隣接する導光板3のうち一方の先端側端面3bには、他方の導光板3の基端側端面3aに配されたLED光源2の上方に突出する先端側ひさし部3cが形成され、互いに隣接する導光板3のうち他方の基端側端面3aには、該基端側端面3aに配されたLED光源2の上方に突出して先端側ひさし部3cに突き合わされる基端側ひさし部3dが形成されている。
この導光板3の基端側端面3aにおけるLED光源2に対向した領域には、図3及び図4に示すように、厚さ方向に延在し入射される光を基端側端面3aの延在方向に広げる断面V字状の入光プリズム3eが複数形成されている。また、導光板3の主面である光出射面3fには、例えば白色ドットパターン(図示略)が形成されている。なお、光出射面3f又はその対向面に、例えばプリズム状やレンチキュラーレンズ状の微細光学形状等の他の光学形状を施しても構わない。例えば、プリズム状の微細光学形状を施した場合、LED光源2から遠いほど、プリズムの頂角が大きく設定される。また、断面不等辺三角形状のプリズムとし、頂角が大きくなるに従い、プリズム形状の深さが深く設定される、又はプリズムピッチが狭く設定される。
導光板3の左右両側面には、図3から図5に示すように、断面先細形状とされ上面が傾斜面とされた突出部3gが形成されている。なお、突出部3gの傾斜面は、光出射面3fに対して45°傾いて形成されている。この突出部3gの上面に傾斜面を形成することで、該傾斜面から出射される光を上方に屈折させ、導光板3において輝度が不足しやすい隣接部分近傍の輝度を補正することができる。
また、突出部3gの先端部には、光出射面と平行な面とされイジェクトピンが当接可能なピン当接部3lが形成されている。
また、突出部3gの下部には、ベゼル4の左右側端部に複数立設された鈎状の導光板用フック4aの先端が嵌って係止される断面V字溝状のベゼルフック係止部3hが形成されている。
なお、導光板用フック4aは、ベゼルフック係止部3hに嵌った状態で、導光板3の主面である光出射面3f側からの平面視で突出部3gの下部に隠れるように設計されている。また、導光板用フック4aは、ベゼル4の左右側端部で非対称に設けられている。さらに、突出部3gの上面であってベゼルフック係止部3h及び導光板用フック4aの直上領域(ピン当接部3l上面及びその近傍)には、プリズム状、シボ状又はドット状等の微細光学形状(図示略)が形成されている。この微細光学形状により、突出部3gの下部にベゼルフック係止部3hを設けたと共に導光板用フック4aが配されたことによる輝度の低下を補正することが可能である。
上記LED光源2は、基端側端面3aに光出射面である先端面を対向させて設置された白色LEDである。この白色LEDは、例えば基板上の半導体発光素子を樹脂材で封止したものであり、半導体発光素子として、例えば青色(波長λ:470〜490nm)LED素子又は紫外光(波長λ:470nm未満)LED素子であって、例えばサファイア基板などの絶縁性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体(例えばInGaN系化合物半導体)の複数の半導体層が積層されて形成されたものである。
また、この半導体発光素子を封止する樹脂材は、シリコーン樹脂を主剤とし、例えばYAG蛍光体が添加されている。このYAG蛍光体は、半導体発光素子からの青色光又は紫外光を黄色光に変換させて混色効果により白色光を生じさせるものである。なお、LED光源2は、先端面からのみ光が出射されるように先端面以外の樹脂材側面には、反射枠が形成されている。また、白色LEDとしては、上記以外でも種々のものが採用可能である。
上記反射シート5は、光反射機能を有する金属板、フィルム、箔等であって、本実施形態では銀蒸着膜を設けたフィルムが採用されている。なお、上記銀蒸着膜の代わりに、アルミ金属蒸着膜などを採用しても構わない。この反射シート5は、両面テープ8によってベゼル4上に貼られている。
上記ベゼル4は、図6に示すように、実装される装置のリジッド基板(基板)9上に設置される。すなわち、ベゼル4の先端側端部、基端側端部及び中央部等に、それぞれ下方に突出した基板用フック4iが複数設けられ、これら基板用フック4iが、リジッド基板9の対応位置に形成された各フック用孔9aにそれぞれ挿通されてベゼル4が固定されている。
また、ベゼル4の基端側端部には、上方に立設状態に折り曲げられたLED支持部4jが設けられている。該LED支持部4jには、放熱シート10を介してフレキシブルプリント基板6と共にLED光源2が支持されている。
上記放熱シート10としては、例えば銅薄板等の金属板、熱伝導性カプトンフィルム、信越シリコーン社製のPCS(フェイズチェンジ)シリーズPCS−TC−20等が採用可能である。
上記LED光源2、フレキシブルプリント基板6、放熱シート10及びLED支持部4jは、隣接した導光板3同士の隙間に配置されている。すなわち、これらLED光源2等は、互いに突き合わされた基端側ひさし部3dと先端側ひさし部3cとの下方に形成された空間に設置されている。
なお、先端部がLED光源2に接続されたフレキシブルプリント基板6の基端部は、ベゼル4に形成されたFPC用孔4kを通してベゼル4の下面まで延ばされ、リジッド基板9に設置された基板側FPC11に接続される。
また、本実施形態の液晶表示装置15は、例えば大型液晶テレビジョン装置等の液晶ディスプレイに適用される表示装置であって、図7に示すように、液晶表示パネル13と、液晶表示パネル13の裏面側に配された上記面状光源1と、を備えている。
すなわち、この液晶表示装置15は、リジッド基板9上に並べられた複数のライトユニット7を備えた面状光源1と、並べられた複数の導光板3上に配され導光板3からの光を拡散させて面内の光強度を均一にする拡散板12Aと、該拡散板12A上に配された拡散シート12Bと、拡散シート12B上に配され拡散シート12Bからの光を液晶表示パネル13に向けた上方向への照射光として出射するプリズムシート14と、該プリズムシート14上に配された上記液晶表示パネル13と、導光板3の下面に配された反射シート5と、を備えている。
なお、本実施形態では、液晶表示パネル13の画面側及び面状光源1の光出射面側を表面側又は上面側として記載している。
上記拡散板12A及び拡散シート12Bは、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの透明樹脂にシリカ粒子などを分散させた板及びシートである。
上記プリズムシート14は、拡散シート12Bからの光を上面側に集光するための透明シート状の部材であり、平行な複数の稜線を有するプリズム部を上面側に有している。また、プリズムシート14は、LED光源2の光軸に対して、プリズム部の稜線がねじれの位置に設定され、特に、上方への高い指向性が得られる方向として、LED光源2の光軸に直交する方向と平行に設定される。
上記液晶表示パネル13は、透過型又は半透過型の液晶表示パネルが採用される。例えば、透過型の液晶表示パネル13の場合、透明電極、配向膜及び偏光板をそれぞれ有する上基板と下基板との間隙にTN液晶やSTN液晶等の液晶をシール材で封止したパネル本体と、を備えたものである。
このように第1実施形態の面状光源1では、導光板3をLED光源2と共に載置して固定するベゼル4を備えたライトユニット7を、リジッド基板9上に複数並べて構成されているので、予めベゼル4上においてLED光源2の光軸と導光板3の入射面(基端側端面3a)とを位置合わせしたライトユニット7を並べることで、大型のリジッド基板9上に直接実装する場合に比べて高い位置精度を得ることができる。また、輝度ムラ等が発生していた場合、そのライトユニット7毎交換することができ、交換作業が容易である。さらに、ベゼル4とリジッド基板9とが放熱部材として機能することで、高い放熱特性を得ることができる。特に、ベゼル4が金属製であるので、より高い放熱効果が得られる。
また、導光板3の両側面に、導光板用フック4aの上方に突出した突出部3gが形成されているので、導光板3の主面側からの平面視で導光板用フック4aが突出部3gに隠れて光の暗部とならず、均一なバックライトの照明を得ることができる。
さらに、突出部3gの上面に、導光する光を上方に出射させる微細光学形状が施されているので、突出部3g下部に導光板用フック4aを配したことによる輝度の低下を補正することができる。
また、導光板3が、長辺に対する短辺の比率を0.5〜0.6に設定した長方形状であるので、縦列及び横列が同数で導光板3をマトリクス状に配列することで、大型サイズのバックライトで主流の縦横比である16:9を守りながら、大型化することが可能である。
したがって、この面状光源1をバックライトユニットとして採用した液晶表示装置15では、部品交換が容易でかつ高精度に実装された複数のLED光源と導光板とにより、輝度均一性が高くかつ見栄えが良好な大面積の画像表示が得られる。
次に、本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の第2実施形態について、図8を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、ベゼル4上に導光板3を載置してベゼル4をリジッド基板9上に取り付けているのに対し、第2実施形態の面状光源20では、図8に示すように、導光板23が、主面である光出射面3fと反対側の面から突出した位置決めピン9bを複数備え、ベゼル24を介さずにリジッド基板9上に直接設置している点である。
すなわち、第2実施形態の面状光源20では、ベゼル24がLED支持部だけの基端側端面3a側に配された金属フレームであって、導光板23の下部に配されていない。また、導光板23の下部に突出した位置決めピン23aが、リジッド基板9の所定位置に複数形成された取り付け穴9bに差し込まれている。なお、位置決めピン23aは、その先端部が拡径部とされ、取り付け穴9bに押し込まれた際に取り付け穴9b内に嵌め込まれるようになっている。
また、導光板23の基端側端面3aには、両端部に面に対して垂直に突出した取り付けピン23bが一対形成されている。さらに、これら取り付けピン23bに対応した挿通孔26a,24aが、フレキシブルプリント基板26及びベゼル24の両端部に一対形成されている。すなわち、一対の取り付けピン23bをフレキシブルプリント基板26及びベゼル24の挿通孔26a,24aを挿通させることで、導光板23にフレキシブルプリント基板26及びベゼル24がLED光源2と共に位置決め固定される。
なお、位置決めピン23a及び取り付けピン23bは、射出成形により導光板23と一体に成形されている。
このように第2実施形態の面状光源20では、導光板23が、光出射面3fと反対側の面から突出した位置決めピン23aを複数備えているので、ライトユニットを並べて取り付けるリジッド基板9の取り付け穴9bに位置決めピン23aを差し込むだけで、導光板23を含むライトユニットを高精度に位置決めして設置することが可能になる。
なお、上記位置決めピン23aは、輝度ムラが発生し難い突出部3gの下部に設けることが好ましいが、導光板23の下面(光出射面3fの反対面)であればどの位置に配しても構わない。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、LED光源としてRGB−LEDを用いて、あらゆる色の光を出射させることも可能である。例えば、RGB−LEDとして、一つのパッケージに赤色LED素子(R)、緑色LED素子(G)及び青色LED素子(B)を実装したLEDを光源とする場合や、一つの導光板に互いに発光色の異なるLED光源をそれぞれ配置しても構わない。これらの場合、各LEDにおいて印加電流を制御することで、面状光源全体又はライトユニット毎に、様々な色の光で照明することが可能になる。
また、上記各実施形態のバックライトユニットでは、拡散板及び拡散シートを各1枚用いているが、いずれか一方を省略したり、少なくとも一方を複数枚使用したバックライトユニットとしても構わない。さらに、拡散板又は拡散シートを、プリズムシートと液晶表示パネルとの間に配置したバックライトユニットとしても構わない。すなわち、これら拡散板及び拡散シートは、輝度ムラ調整のため、その枚数やヘイズを考慮して適宜、設置位置及び枚数等が設定される。
また、1枚のプリズムシートを用いているが、2枚のプリズムシートを採用したバックライトユニットとしても構わない。
なお、上記各実施形態では、液晶表示パネルの大きさに対応した大きさの拡散板、拡散シート及びプリズムシートを採用しているが、これらを導光板のように複数に分割したものを並べて配置する構成を採用しても構わない。
また、上記各実施形態では、光源としてLED光源を採用しているが、蛍光管等の他の光源を用いても構わない。
また、上記各実施形態では、リジッド基板上にライトユニットを並べて面状光源を構成しているが、例えば支持部材であるベゼルに、隣接する他のライトユニットのベゼルと連結固定可能な連結部位を設けることで、リジッド基板等の基板上でなくてもライトユニットを並べて面状光源を構成することも可能である。
また、第2実施形態では、位置決めピンをリジッド基板に差し込むことで導光板を位置決め固定しているが、第1実施形態においても導光板に位置決めピンを設けると共に、ベゼル及びリジッド基板のそれぞれに取り付け穴を設けて位置決めピンをこれらに差し込むことで、位置決めピンでベゼル及びリジッド基板の両方に対して導光板をより高精度に位置決め固定することも可能である。
本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の第1実施形態において、隣接する2つのライトユニットを示す断面図である。 第1実施形態において、面状光源を示す平面図である。 第1実施形態において、導光板を示す基端側端面側から見た要部の斜視図である。 第1実施形態において、導光板を示す要部の拡大正面図及び拡大背面図である。 第1実施形態において、導光板を示す平面図、正面図及び背面図である。 第1実施形態において、リジッド基板及びベゼルを示す分解斜視図である。 第1実施形態において、ベゼル及びリジッド基板を除く面状光源及び面状ライトユニットを示す要部の拡大縦断面図である。 本発明に係る面状光源及び液晶表示装置の第2実施形態において、リジッド基板、1つのベゼル及びライトユニットを示す分解斜視図である。
符号の説明
1,20…面状光源、2…LED光源(光源)、3,23…導光板、3a…導光板の基端側端面、3b…導光板の先端側端面、3c…先端側ひさし部、3d…基端側ひさし部、3f…導光板の光出射面(主面)、3g…突出部、3h…ベゼルフック係止部、4,24…ベゼル(支持部材)、4a…導光板用フック、7…ライトユニット、9…リジッド基板(基板)、13…液晶表示パネル、23a…位置決めピン

Claims (6)

  1. 光源と、
    該光源を基端側端面に配し前記光源から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板と、
    該導光板と前記光源とを固定する支持部材と、を備えたライトユニットを、複数並べて構成されていることを特徴とする面状光源。
  2. 請求項1に記載の面状光源において、
    前記支持部材が、前記導光板の両側面を挟んで支持する複数の導光板用フックを備え、
    前記導光板の両側面に、前記導光板用フックの上方に突出した突出部が形成されていることを特徴とする面状光源。
  3. 請求項1又は2に記載の面状光源において、
    前記突出部の上面に、導光する光を上方に出射させる微細光学形状が施されていることを特徴とする面状光源。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の面状光源において、
    前記導光板が、前記主面と反対側の面から突出した位置決めピンを備えていることを特徴とする面状光源。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の面状光源において、
    前記ライトユニットが、基板上に複数並べられていることを特徴とする面状光源。
  6. 液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルの裏面側に配された請求項1から5のいずれか一項に記載の面状光源と、を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
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