JP2010123345A - 面状照明装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で薄型化を図れるとともに、領域毎調光制御が可能な面状照明装置を実現する。
【解決手段】本発明に係るバックライトモジュール1は、複数の光源3a〜3dと、該光源3a〜3dからの光が側面10c〜13cから入射し、下面10b〜13bに形成された反射面によって反射した光を上面10a〜13aの光取出し面から照射する導光板10〜13とを有する。前記導光板10〜13は、上面10a〜13aと垂直な方向に互いに積層され、各導光板10〜13の反射面は、光取出し面と対向する方向から見て、少なくとも一部が互いに重ならない位置に形成されている。
【選択図】図7
【解決手段】本発明に係るバックライトモジュール1は、複数の光源3a〜3dと、該光源3a〜3dからの光が側面10c〜13cから入射し、下面10b〜13bに形成された反射面によって反射した光を上面10a〜13aの光取出し面から照射する導光板10〜13とを有する。前記導光板10〜13は、上面10a〜13aと垂直な方向に互いに積層され、各導光板10〜13の反射面は、光取出し面と対向する方向から見て、少なくとも一部が互いに重ならない位置に形成されている。
【選択図】図7
Description
本発明は、例えば液晶表示装置のバックライトに関するものである。特に、複数領域毎の調光制御(ローカルディミング制御、エリアアクティブ制御等)が可能な面状照明装置に関するものである。
近年、デジタル家電や情報・通信機器は我が国の電子機器産業の成長において、大きな牽引力になっている。デジタル家電の中心は薄型TVに代表される映像機器である。
これらの映像機器が備える表示装置には、自ら光を発するプラズマディスプレイ(PDP)および有機EL等と、自らは光を発生せず光源(LED、冷陰極管)を必要とする液晶ディスプレイ(LCD)とがある。
液晶ディスプレイは、薄く軽量化できることから薄型TVのほか、ノートパソコン、携帯電話、ゲーム機、カーナビ等に広く使用されている。
しかし、液晶ディスプレイは、自発光型ではないため、面状光源となるバックライトが必要であり、映像機器自体の更なる薄型化のためには、バックライトの薄型化が要求される。このため、バックライトの薄型化に対応するためのさまざまな工夫がなされるようになっている。
従来より、液晶表示装置等の光源装置として用いられるバックライトは、大別して直下型とエッジライト型とがある。
直下型バックライトは、液晶パネルの直下に配する構成であり、図23は、代表的な直下型バックライト301を示す断面図である。バックライト301では、拡散板302の下部に設けられたLED基板303上に光源となるLED304を配置し、LED(発光ダイオード)304からの光を拡散板302によって拡散して外部に放出する。LED304は、冷陰極蛍光管のような光源ではなく点状光源のため、液晶表示装置の表示画像の各領域の明暗と同期してバックライト各領域の明暗を調整する、いわゆる領域毎調光制御(ローカルディミング制御、エリアアクティブ制御等)が実現でき、これにより液晶表示装置の大幅なコントラスト向上、および低消費電力化を図ることが可能となる。エリアアクティブ制御も技術内容は同じであり、表現が異なるだけである。
しかしながら、バックライト301では、光源部の発光ムラ抑制のためLED基板303と拡散板302との距離T1を長くする必要があり、薄型化が困難である。
従って、液晶テレビや液晶モニター等の大型液晶表示装置の更なる薄型化が進んでいる現状においては、大型画面サイズで主流の光源は、直下型バックライトから、より薄型化に適したエッジライト型バックライトへ転換されつつある。
エッジライト型バックライトは、光源を表示装置額縁近辺に配し、アクリル樹脂等の透光性樹脂(導光板)に光源光を入射させて均一面発光を得る構成である。図24は、LED光源を用いた代表的なエッジライト型バックライト401を示す断面図である。バックライト401では、導光板402の側部に設けられたLED基板403上に光源となるLED404を配置し、LED404からの光を導光板402によって上部に放出する。導光板402の厚さT2を厚くしなくてもLED404からの光を上部に放出できるので、液晶表示装置の薄型化が容易である。
しかしながら、導光板402では、画面全体での発光しかできないため、ローカルディミング制御等の領域毎調光制御が不可能である。
そこで、液晶表示装置の薄型化と領域毎調光制御との両方を実現するため、様々なバックライトの構成が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。
図25(a)〜(d)は、それぞれ特許文献1に記載のタンデム型面光源装置501、511、521、531を示している。面光源装置501、511、521、531はそれぞれ、光源からの距離が離れるほどに厚さが減ぜられる複数の導光板502、512、532を複数個、もしくは一体型の導光板522を有しており、それぞれの段差に光源503が配置されている。各光源の光度を調節することにより、複数の導光板毎の調光が可能となり、液晶表示装置の薄型、且つ大型化を容易にしている。
しかしながら、図26に示すように、特許文献1に記載の構成では、光源付近に輝線が発生する。
これに対して、特許文献2では、輝線の発生を抑制するために、段差に設けられる光源の導光板入光部を延長した構成を開示している。
図27(a)〜(i)は、それぞれ特許文献2に記載の面光源装置601、611、621、631、641、651、661、671、681を示している。面光源装置601、611、621、631、641、651、661、671、681はそれぞれ、光源からの距離が離れるほどに厚さが減ぜられる複数の導光板602、612、622、632、642、652、662、672、682を有しており、それぞれの段差に光源603が配置されている。例えば、図27(a)に示すように、導光板602には、段差に設けられる光源603の手前に延長部602aが設けられており、導光板612、622、632、642、652、662、672、682においても、同様の延長部が設けられている。これにより、液晶表示装置の大型/薄型化と領域毎調光制御とを図るとともに、図25に示すタンデム型面光源装置における光源付近の輝線の発生を抑制している。
図28(a)および(b)は、特許文献3に記載のバックライト701を示している。バックライト701は、複数の導光板702を有しており、各導光板702間に光源703が配置されている。導光板702の発光面側長手両サイドには突出縁部704が設けられている。これにより、液晶表示装置の大型/薄型化と領域毎調光制御とを図ることが可能となっている。
さらに、特許文献4は、面内輝度の均一度を上げるために、導光板に傾斜面を設け、傾斜角度を最適化する構成を開示している。図29(a)および(b)は、特許文献4に記載の照明装置801を示しており、図29(c)は、特許文献4に記載の照明装置811を示している。照明装置801は、複数の導光板802を有しており、導光板802間に光源803が配置されている。これにより、図29(b)に示すように、複数の表示領域毎の調光が可能となっている。
また、導光板802に傾斜面を設け、傾斜角度を最適化することにより、面内輝度の均一化を図っている。また、照明装置811は、照明装置801において導光板802の代わりに2枚の楔型の断面形状を有する導光板812aおよび導光板812bを積層配置した構成である。導光板812a・812bの断面形状を最適化することにより、面内輝度の均一化を図ることができる。
また、特許文献5には、エッジライト型のバックライトモジュールを光源段差部にて接合する構成が開示されている。図30(a)および(b)は、それぞれ特許文献5に記載のバックライト901、911を示す断面図である。バックライト901、911はそれぞれ、複数の導光板902、912および光源903を備える発射部904、914を有しており、導光板902および発射部904並びに導光板912および発射部914が、接続された段差構造として形成されている。これにより、大サイズのバックライト構造が形成可能となっているとともに、各光源903の光度を調節することで、領域毎調光制御も可能となっている。
さらに、特許文献6には、エッジライト型と直下型とを組み合わせた照明装置の構成が開示されている。図31(a)〜(d)は、それぞれ特許文献6に記載のバックライト1001、1011、1021、1031を示す断面図である。バックライト1001、1011、1021、1031は、複数の導光板1002、1012、1022、1032、1042を有しており、導光板1002、1012、1022、1032、1042の間には、光射出面より背面側に光源1003、1013、1023、1033、1043、1053が配置されている。このため、例えば、光源1023の光量が低下した場合でも、周囲の光源1013、1033等からの射出光が、導光板1002、1012、1022、1032、1042内を導光して光源1023側に到達するので、光源1023の光量不足を補うことができる。これにより、一部の光源の明るさが低下した場合でも、発光品位および発光均一度への影響を少なくすることができ、従来の直下方式バックライト構造に比して輝度むらの発生を抑制することができる。
特開平11−288611号公報(1999年10月19日公開)
特開2001−312916号公報(2001年11月9日公開)
特開2001−42327号公報(2001年2月16日公開)
特開2002−75036号公報(2002年3月15日公開)
特開2007−115695号公報(2007年5月10日公開)
特開2008−166294号公報(2008年7月17日公開)
近年、環境負荷等の観点から、バックライトに用いられる光源は、現状多用されている冷陰極蛍光管からLED(発光ダイオード)への置き換えが進みつつある。
しかしながら、上記従来の発明では、エッジライト方式による薄型化と、光源のLED化とを同時に実施した場合、導光板の全面発光のため、LEDの特徴であるローカルディミング制御等の領域毎調光制御が不可能である。
また、光源としてLEDを用いる場合、上記従来の構成では、構造が複雑になるという問題を生じる。
具体的には、特許文献1〜4に記載の構成において光源としてLEDを用いると、LEDを搭載する基板(光源部)を離れた位置に分割して複数設ける必要があるため、部材コストの上昇を招く。さらに、各基板間の接続箇所が増え、構造が複雑になるため、組立作業性の難易度が高いという問題がある。
また、導光板が分割されている場合(例えば、図25(a)、図27(c)、図28〜図30、図31)、上記に加え、各々の導光板を保持するための構造が必要となるため、更に構造が複雑になる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構造で薄型化を図れるとともに、領域毎調光制御が可能な面状照明装置を実現することにある。
本発明の面状照明装置は、上記課題を解決するために、複数の光源と、該光源からの光が一側面から入射し、この一側面を光入射面とし、下面に形成された光反射面によって反射した光を上面の光取出し面から照射する複数の導光板とを有する面状照明装置において、前記導光板は、前記光取出し面と垂直な方向に互いに積層され、各導光板の光反射面は、前記光取出し面と対向する方向から見て、少なくとも一部が互いに重ならない位置に形成されていることを特徴としている。
上記の発明によれば、導光板の一側面から入射した光源からの光を下面に形成された光反射面によって反射させ、上面の光取出し面から照射するエッジライト方式の構成である。このため、直下型方式に比べて薄型化を図ることができる。
また、光源は、導光板の一方の側面付近にのみ配置すればいいので、光源を配置するための構成の単純化を図ることができる。
さらに、複数の光源の輝度を制御して、各導光板に入射する光の強弱を制御することにより、光取出し面から出射される光の強弱を制御することができる。ここで、光取出し面と垂直な方向に互いに積層されている各導光板の光反射面は、前記光取出し面と対向する方向から見て、少なくとも一部が互いに重ならない位置に形成されている。このため、各光反射面によって区切られる領域毎の調光制御が可能となる。
従って、簡単な構造で薄型化を図れるとともに、領域毎調光制御が可能な面状照明装置および表示装置を実現できるという効果を奏する。
本発明の面状照明装置は、以上のように、前記導光板は、前記光取出し面と垂直な方向に互いに積層され、各導光板の光反射面は、前記光取出し面と対向する方向から見て、少なくとも一部が互いに重ならない位置に形成されている。これにより、簡単な構造で薄型化を図れるとともに、領域毎調光制御が可能な面状照明装置および表示装置を実現できるという効果を奏する。
〔実施形態1〕
本発明の一実施形態について図1乃至図12に基づいて説明すると以下の通りである。
本発明の一実施形態について図1乃至図12に基づいて説明すると以下の通りである。
図1は、本実施形態1に係るバックライトモジュール1の構成を示す分解斜視図である。バックライトモジュール1は、4つの導光板10、11、12、13と、反射シート6と、LED3と、LED基板7とを備えており、これらは、筐体5に納められて保持されている。導光板は面積の広い2面が上面及び下面であり、上面と下面とを繋ぐ4つの側面を有する角柱形状とされている。
LED3は、導光板10、11、12、13の一側面に沿って複数配置されており、これらのLED3は1つのLED基板7上に搭載されている。
4つ導光板10、11、12、13は、LED基板7に対して平行な方向の長さが互いに等しく、その一方端の側面は、LED3と対向するように互いに揃えられて積層されている。一方、導光板10、11、12、13は、LED3に対向する側面に対して垂直な方向の幅が互いに異なっており、導光板10、11、12、13の順に幅が短くなっている。導光板10、11、12、13は、この順に図1の下から積層されている。また、導光板10、11、12、13は、アクリル樹脂や、ポリカーボネート樹脂等の可視光を透過する材料から形成することができる。
反射シート6は、LED3からの光を効率的に利用するためのものであり、拡散反射タイプの白色ポリエステルフィルムや超白色ポリエステルフィルム、又は拡散防止タイプのポリプロピレンをベースとした単層構造のフィルム等を用いることができる。バックライトモジュール1では、反射シート6は、積層された導光板10、11、12、13と、筐体5との間に配置されている。
筐体5は、上面に開口部が設けられており、この開口部は導光板10の上面が露出するように形成されている。筐体5の形状は、積層された導光板10、11、12、13の形状に応じて適宜変更するものとする。これにより、バックライトモジュール1の薄型化を図ることができる。筐体5の材料は特に限定されず、遮光性のプラスチック、金属等から形成することができる。
バックライトモジュール1においては、導光板10、11、12、13を4つ積層して構成であるが、これに限定されない。導光板10、11、12、13の積層数は、調光制御する領域数に応じて適宜変更できる。
なお、LED3は、バックライトモジュール1のように一つのLED基板7上に設けられていることが好ましい。これにより、LED基板同士の接続が不要となる。また、LED基板7が1つだけで済むため、従来のタンデム型面光源装置と比較して、LED基板の総面積の縮小、および導光板やLED基板等の取付け構造の簡略化を図ることができる。これにより、従来のタンデム型面光源装置と比較して、製造コストを抑えることができる。
また、バックライトモジュール1はエッジライト方式であり、LED基板7が細長く形成されるため、LED3の配置面積を小さくすることができる。バックライトモジュール1は、特に光源としてLEDを採用する直下型バックライトと比較すると、LEDを搭載するLED基板の面積を削減でき、大幅な厚みの低減を図ることができる。
なお、LED基板7の裏面には、LED3が発生する熱を筐体5の金属シャーシ等に放熱するため、放熱シリコーンシート(図示せず)等が設けられていてもよい。上述のように、LED基板7の面積が小さくできるため、放熱シリコーンシート等の量も少なくて済み、更なるコストダウンを図ることができる。
図2は、バックライトモジュール1の組立て後の構成を示す斜視図である。バックライトモジュール1では、図2に示すように、最上層の導光板10のみが露出しており、導光板11、12、13と、反射シート6とは、導光板10に覆われる構成となっている。
また、導光板10は、7つの導光ブロック10Aに分割されており、これらの導光ブロック10Aは、LED基板7の長手方向に並べられている。また、導光ブロック10AのLED基板7の長手方向の長さは、互いに等しい。同様に、図2には図示されていないが、他の導光板11、12、13も、それぞれ7つの導光ブロック11A、12A、13Aに分割されている。なお、分割数は特に限定されず、調光制御する領域数に応じて適宜変更できる。
図3は、バックライトモジュール1の構成を示す斜視図であり、導光ブロック10A、11A、12Aを1つずつ取り外した状態を示している。
導光ブロック10A、11A、12A、13Aは、図3に示すように、一方の端の側面がLED3と対向するように揃えて配され、最も小さい導光ブロック13Aから導光ブロック12A、導光ブロック11Aの順に積層されて、最も大きい導光ブロック10Aが導光ブロック11A、12A、13Aを覆うように設けられる。
図4は、図2に示すバックライトモジュール1のA−A断面図である。各導光板10、11、12、13は、それぞれ上面10a、11a、12a、13a、下面10b、11b、12b、13b、および側面10c、11c、12c、13cを有している。図4に示すように、最上層の導光板10の上面10aのみ露出しており、他の導光板11、12、13の上面11a、12a、13aは、それぞれ導光板10、11、12の下面10b、11b、12bの下側に位置している。また、側面10c、11c、12c、13cは、1つの仮想的な平面に含まれるように配置され、LED3と近接して対向している。
図5は、バックライトモジュール1の部分拡大図であり、図4の一点鎖線枠内を示している。便宜上、導光板10の側面10cと対向するLED3をLED3a、導光板11の側面11cと対向するLED3をLED3b、導光板12の側面12cと対向するLED3をLED3c、および導光板13の側面13cと対向するLED3をLED3dとする。
各LED3a、3b、3c、3dは、側面10c、11c、12c、13cにそれぞれ近接して配置されている。例えば、LED3aからの出射光は、側面10cに入射し、他の側面11c、12c、13cには殆ど入射しない。同様に、LED3b、3c、3dからの出射光は、それぞれ側面11c、12c、13cにほぼ入射するように構成されている。
また、図4に示すように、各導光板10、11、12、13の下面10b、11b、12b、13bでは、各下面10b、11b、12b、13bのLED3と対向する端部からの所定範囲が上面10a、11a、12a、13aに対して傾斜している。また、本実施形態1では、後述するように、各下面10b、11b、12b、13bのLED3と対向する端部からの所定距離の範囲、すなわち、下面10b、11b、12bのうち下層の導光板11、12、13の上面11a、12a、13aと対向している導光板においては下層の導光板と対向していない範囲、下層に導光板が無い導光板においては下面13bの全面に、光を上面10a、11a、12a、13aに反射させる反射処理が施されている。これにより、当該反射処理が施されている部分は、光反射面として機能する。また、下面10b、11b、12b、13bの光反射面に沿って反射シート6が配置されている。
なお、各下面10b、11b、12b、13bの傾斜部分以外の面は、それぞれ上面10a、11a、12a、13aと平行である。また、各下面10b、11b、12b、13bの傾斜部分の上面10a、11a、12a、13aに対する傾斜角度は、互いに等しい。
図6は、バックライトモジュール1の部分拡大図であり、図4の破線枠内を示している。図6(a)に示すように、導光板10、11、12、13の下面10b、11b、12b、13bの光反射面には、酸化チタン8等の白色顔料を印刷することにより、反射処理が施されていることが好ましい。
また、酸化チタン8等の白色顔料を印刷する代わりに、図6(b)に示すように、光反射面を導光板と同材料の透光性樹脂9にて一体成形してもよく、反射処理の種類/方法等に関しては特に限定されるものではない。
続いて、LED3a、3b、3c、3dから出射される光の経路について、図7〜9に基づいて具体的に説明する。
図7は、バックライトモジュール1における光の経路を示す断面図である。
また、図8は、図7に示すバックライトモジュール1の一点鎖線枠内の部分拡大図である。図8に示すように、LED3aが発する光Laは、導光板10の側面10cに入射し、LED3bが発する光Lbは、導光板11の側面11cに入射し、LED3cが発する光Lcは、導光板12の側面12cに入射し、LED3dが発する光Ldは、導光板13の側面13cに入射する。このように、側面10c、11c、12c、13cは、光入射面として機能する。
導光板10、11、12、13の側面10c、11c、12c、13cから入射した光La、Lb、Lc、Ldは、図7に示すように、光反射面に達するまではそれぞれ導光板10、11、12、13の内部を光ファイバの内部における伝播と同様に伝播する。
図9は、図7に示すバックライトモジュールの破線枠内の部分拡大図である。光La、Lb、Lc、Ldは、図9に示すように、導光板10、11、12、13の下面10b、11b、12b、13bの反射処理が施された光反射面によって、それぞれ上面10a、11a、12a、13aの方向に屈折/散乱する。これにより、下面10b、11b、12b、13bの光反射面によって反射された光La、Lb、Lc、Ldは、上面10a、11a、12a、13aの光取出し面から出射される。上面10a、11a、12a、13aの光取出し面は、それぞれ上面10aと垂直な方向から見て下面10b、11b、12b、13bの光反射面と対向している。光取出し面から出射された光は、導光拡散シート(図示せず)、プリズムシート(図示せず)を通って液晶パネル(図示せず)から外部に放出される。
ここで、各導光板10、11、12、13の光反射面は、上面10a、11a、12a、13aの光取出し面と対向する方向から見て、互いに隣接する位置に形成されている。図7に示すように、各下面10b、11b、12b、13bの光反射面を基準に上面10aと垂直な方向にバックライトモジュール1を区切った領域をそれぞれ領域Ra、Rb、Rc、Rdとすると、上面10aの光取出し面は領域Raに対応し、上面11aの光取出し面は領域Rbに対応し、上面12aの光取出し面は領域Rcに対応し、上面13aの光取出し面は領域Rdに対応している。
これにより、各上面10a、11a、12a、13aの光取出し面から出射された光La、Lb、Lc、Ldを、導光板10の上面10aにおける領域Ra、Rb、Rc、Rdから、それぞれ出射させることができる。
さらに、バックライトモジュール1では、LED3a〜3dの輝度を制御することにより、領域Ra、Rb、Rc、Rd毎の調光制御が可能となる。具体的には、LED3a、3b、3c、3dに流す電流を調節して、光La、Lb、Lc、Ldそれぞれの光度を制御できるようになっている。このため、各上面10a、11a、12a、13aの光取出し面から出射される光La、Lb、Lc、Ldの光度を所望の光度に制御できる。これにより、導光板10の上面10aにおける所望の領域Ra、Rb、Rc、Rdから所望の光度の光を出射できる。
また、バックライトモジュール1では、図2および図3に示すように、導光板10、11、12、13は、LED基板7の長手方向に、複数の導光ブロック10A、11A、12A、13Aに分割されている。これにより、各導光ブロックに対向するLED3毎の輝度を制御することにより、各導光ブロック10A、11A、12A、13A間の領域毎の調光制御が可能となる。
図10は、バックライトモジュール1において、領域毎の調光制御を行っている状態を示す斜視図である。バックライトモジュール1は、図10に示すように、7×4=28の領域毎の調光制御が可能となっている。
以上のように、バックライトモジュール1では、LED3a、3b、3c、3dの発光のON/OFFを切り替えることにより所望の面を発光/消灯させることが可能となる。さらに、液晶表示映像の領域毎の明暗と同期して、バックライトモジュール1側の明暗も領域毎に調整するローカルディミング制御も可能となる。これにより、液晶表示装置の高コントラスト化/低消費電力化を図りつつ、且つ薄型の液晶表示装置を提供することが可能となる。
なお、バックライトモジュール1では、各導光板10、11、12、13の光反射面の面積を互いに等しくすることで、図10に示す調光制御可能な単位領域を互いに等しくすることができる。さらに、上面10a、11a、12a、13aの光取出し面が、面積の等しい正方形となるように形成することにより、調光制御可能な単位領域を正方形とすることができる。
なお、バックライトモジュール1では、各導光板10、11、12、13の光反射面は、上面10a、11a、12a、13aの光取出し面と対向する方向から見て、一部が多少重なる位置に形成されていてもよい。
また、通常の使用においては問題とならないが、隣り合う導光ブロック10Aと導光ブロック10Aとの間、導光ブロック11Aと導光ブロック11Aとの間、導光ブロック12Aと導光ブロック12Aとの間、および導光ブロック13Aと導光ブロック13Aとの間において、多少の光漏れが発生する場合がある。そのため、さらなる高コントラスト化を図るために、隣り合う導光ブロック10A間、導光ブロック11A間、導光ブロック12A間、および導光ブロック13A間に、反射シート6を設けてもよい。
さらに、LED3a、3b、3c、3dからの光La、Lb、Lc、Ldが、それぞれ導光板10の上面10aにおける調光制御領域に達するまでの距離は、La>Lb>Lc>Ldの関係にある。従って、発光輝度を画面全体で均一にするために、光La、Lb、Lc、Ldの光度は、La>Lb>Lc>Ldとなるように調節されることが好ましい。
続いて、バックライトモジュールの変形例について、図11〜図13に基づいて説明する。
図11は、本実施形態の変形例に係るバックライトモジュール20の構成を示す斜視図である。バックライトモジュール20は、導光板30、31、32、33を2組有しており、それらが筐体25に収められた構成である。導光板31、32、33は、図示されていないが、図1に示す導光板11、12、13と同様、導光板30に覆われて互いに積層されている。各導光板30、31、32、33は、それぞれ14個の導光ブロックに分割されている。
図2に示すバックライトモジュール1では、光源としてのLED3は筐体5の一方の長辺側のみに設けられていたが、バックライトモジュール20では、LED3が筐体25の両方の長辺側に設けられている。さらに、2つの導光板30、31、32、33はLED3が設けられていない他方の端同士が向かい合うように線対称に組み合わされている。これにより、液晶表示装置の更なる大型化に対応したバックライトモジュール20を実現することができる。
各導光ブロックでは、図7に示す構成と同様に、4つの領域毎の調光制御が可能となっている。これにより、図11に示すバックライトモジュール20全体では、14×4×2=112の領域毎の調光制御が可能となる。
なお、バックライトモジュール20は、2組の導光板30、31、32、33を組み合わせた構成であったが、3組以上の導光板を組み合わせてもよい。これにより、バックライトモジュールの更なる大型化を図ることができる。
図12(a)は、本実施形態の変形例に係るバックライトモジュール40の概略構成を示す断面図である。図4に示すバックライトモジュール1では、下面10b、11b、12b、13bの傾斜部分が同一平面上になるように形成されている。一方、図12(a)に示すバックライトモジュール40では、各導光板50、51、52、53の下面50b、51b、52b、53bの傾斜部分が異なる平面上になるように形成されており、光反射面の一部が、光取出し面50a、51a、52a、53aに対して平行になっている。
また、図12(b)は、本実施形態の変形例に係るバックライトモジュール60の概略構成を示す断面図である。バックライトモジュール60では、各導光板70、71、72、73の下面70b、71b、72b、73bに傾斜面が設けられていない。この場合でも、各下面70b、71b、72bの上面71a、72a、73aと重ねられていない部分、および下面73bの全面または一部に反射処理を施すことにより、領域毎の調光制御が可能となる。
なお、図4に示すように、各導光板10、11、12、13の下面10b、11b、12b、13bの傾斜部分が、それぞれ上面10a、11a、12a、13aに対して同一の角度をなすように構成すると、導光板10、11、12、13全体の体積を最小化することができので、バックライトモジュールの軽量化に有利である。
本実施形態では、光源としてLEDを用いたが、現状多用されている冷陰極蛍光管等を用いることもできる。この場合でも、導光ブロック毎の調光制御はできないが、積層された各導光板の光反射面によって区分される領域毎の調光制御は可能である。なお、光源としてLEDを用いた場合のほうが、導光ブロック毎の調光制御も可能となるため、調光制御できる領域をより細分化できる。また、大幅なコントラスト向上、および低消費電力化を図ることが可能となる。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について図13乃至図22に基づいて説明すれば、以下の通りである。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について図13乃至図22に基づいて説明すれば、以下の通りである。
なお、説明の便宜上、前記の実施形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
前記実施形態1のバックライトモジュール1では、LED3に対向する側面に対して垂直な方向の幅が短い導光板からバックライトモジュール1の光照射方向に向かって順に積層されているのに対して、本実施形態のバックライトモジュール101は、当該幅の長い導光板から順に積層されている点が異なる。即ち、バックライトモジュール1では、最上層の導光板の上面のみが露出しているが、バックライトモジュール101では、各導光板の上面が露出している構成である。
図13は、本実施形態2に係るバックライトモジュール101の構成を示す分解斜視図である。バックライトモジュール101は、4つの導光板110、111、112、113と、LED3と、反射シート106a〜106dと、LED基板7とを備えており、これらは、筐体5に納められて保持されている。すなわち、バックライトモジュール101は、図1に示すバックライトモジュール1において、導光板10、11、12、13を導光板110、111、112、113に置き換え、それぞれの導光板に対し反射シート6に代えて、反射シート106a〜106dを設けた構成である。
4つ導光板110、111、112、113は、LED基板7に対して平行な方向の長さが互いに等しく、その一方の端の側面は、LED3と対向するように互いに揃えられて積層されている。一方、導光板110、111、112、113は、LED3に対向する側面に対して垂直な方向の幅が互いに異なっており、導光板113、112、111、110の順に幅が短くなっている。導光板113、112、111、110は、この順に図13の下から積層されている。
また、導光板110と導光板111との間、導光板111と導光板112との間、および導光板112と導光板113との間には、それぞれ反射シート106a、106b、106cが設けられ、導光板113と筐体5の内面との間には、反射シート106dが設けられている。反射シート106a、106b、106c、106dの面積は、それぞれ導光板110、111、112、113の下面の面積と等しい。
なお、LED3、LED基板7、および筐体5の構成は、前記実施形態1におけるものと略同様である。
図14は、バックライトモジュール101の組立て後の構成を示す斜視図である。図2に示すバックライトモジュール1では、最上層の導光板10の上面のみが露出していたが、バックライトモジュール101では、導光板110の上面の全部、および導光板111、112、113の上面の一部が露出している。これらの露出部分が、光取出し面として機能する。また、各導光板110、111、112、113の光取出し面は、1つの仮想的な平面に含まれている。
さらに、各導光板110、111、112、113は、実施形態1に記載の導光板10、11、12、13と同様に、幅の等しい導光ブロック110A、111A、112A、113Aに分割されている。これにより、領域毎調光制御が可能な領域を細分化することができるため、大幅なコントラスト向上、および低消費電力化を図ることが可能となる。分割する数は特に限定されず、調光制御する領域数に応じて適宜変更できる。
図15は、バックライトモジュール101の構成を示す斜視図であり、導光ブロック110Aを2つ取り外した状態を示している。
図16は、図14に示すバックライトモジュール101のB−B断面図である。各導光板110、111、112、113は、それぞれ上面110a、111a、112a、113a、下面110b、111b、112b、113b、および側面110c、111c、112c、113cを有している。
導光板110の上面110aは全て露出しているのに対し、導光板111、112、113の上面111a、112a、113aの一部は、それぞれ導光板111、112、113の下面110b、111b、112bの下側に位置している。上面110aおよび上面111a、112a、113aの露出部分は、同一の平面に含まれる。
一方、各導光板110、111、112、113の下面110b、111b、112b、113bは、それぞれ上面110a、111a、112a、113aの露出部分に対して傾斜しており、その傾斜角度は互いに等しい。
図17は、バックライトモジュール101の部分拡大図であり、図16の一点鎖線枠内を示している。便宜上、導光板110の側面110cと対向するLED3をLED3a、導光板111の側面111cと対向するLED3をLED3b、導光板112の側面112cと対向するLED3をLED3c、および導光板113の側面113cと対向するLED3をLED3dとする。
各LED3a〜3dは、側面110c〜113cにそれぞれ近接して配置されている。例えば、LED3aからの出射光は、側面110cに入射し、他の側面111c〜113cには殆ど入射しない。同様に、LED3b、3c、3dからの出射光は、それぞれ側面111c、112c、113cにほぼ入射するように構成されている。
図18は、バックライトモジュール101の部分拡大図であり、図16の破線枠内を示している。図18(a)に示すように、導光板110、111、112、113の下面110b、111b、112b、113bの光反射面には、酸化チタン8等の白色顔料を印刷することにより、反射処理が施されていることが好ましい。
また、酸化チタン8等の白色顔料を印刷する代わりに、図18(b)に示すように、光反射面を透光性樹脂9にて一体成形してもよく、反射処理の種類/方法等に関しては特に限定されるものではないことは、実施形態1に係るバックライトモジュール1と同様である。
続いて、LED3から出射される光の経路について、図19〜図21に基づいて具体的に説明する。
図19は、バックライトモジュール101における光の経路を示す断面図である。
また、図20は、図19に示すバックライトモジュール101の一点鎖線枠内の部分拡大図である。図20に示すように、LED3aが発する光Laは、導光板110の側面110cに入射し、LED3bが発する光Lbは、導光板111の側面111cに入射し、LED3cが発する光Lcは、導光板112の側面112cに入射し、LED3dが発する光Ldは、導光板113の側面113cに入射する。このように、側面110c、111c、112c、113cは、光入射面として機能する。
導光板110、111、112、113の内部に入射した光La、Lb、Lc、Ldは、図19に示すように、光反射面に達するまではそれぞれ導光板110、111、112、113の内部を光ファイバの内部における伝播と同様に伝播する。
図21は、図19に示すバックライトモジュール101の破線枠内の部分拡大図である。下面110b、111b、112b、113bの光反射面に到達した光La、Lb、Lc、Ldは、導光板110、111、112、113の下面110b、111b、112b、113bの反射処理が施された光反射面において、それぞれ上面110a、111a、112a、113aの方向に屈折/散乱する。これにより、下面110b、111b、112b、113bの光反射面により反射された光La、Lb、Lc、Ldは、上面110a、111a、112a、113aの光取出し面から出射される。
これにより、LED3a、3b、3c、3dの輝度を制御することにより、光取出し面毎の出射光の強度を制御することができる。バックライトモジュール101では、実施形態1に係るバックライトモジュール1とは異なり、上面110a、111a、112a、113aの光取出し面が露出している。それゆえ、光取出し面110a、111a、112a、113aの光取出し面によって区分される領域Ra、Rb、Rc、Rdが、調光制御可能領域となる。また、LED3a、3b、3c、3dから出射された光La、Lb、Lc、Ldは、他の導光板110、111、112、113を透過することなく光取出し面から出射されるので、バックライトモジュール1と比較して高効率な面発光を得ることができる。
また、バックライトモジュール101では、LED基板7の長手方向に、複数の導光ブロック110A、111A、112A、113Aに分割されている。これにより、各導光ブロックに対向するLED3毎の輝度を制御することにより、各導光ブロック110A、111A、112A、113A間の領域毎の調光制御が可能となる。このように、各7つの導光ブロック110A、111A、112A、113Aで区分される領域毎の明るさも調節できるので、図10に示すバックライトモジュール1と同様に、7×4=28の領域毎の調光制御が可能となっている。
以上のように、バックライトモジュール101では、実施形態1に係るバックライトモジュール1と同様に、各LED3a、3b、3c、3dの発光のON/OFFを切り替えることにより所望の面を発光/消灯させることが可能となる。さらに、液晶表示映像の各領域毎の明暗と同期して、バックライトモジュール101側の明暗も各領域毎に調整するローカルディミング制御も可能となる。これにより、液晶表示装置の高コントラスト化/低消費電力化を図りつつ、且つ薄型の液晶表示装置を提供することが可能となる。
また、バックライトモジュール101では、上面110a、111a、112a、113aの光取出し面が、面積の等しい正方形となるように形成することにより、調光制御可能な単位領域を正方形とすることができる。
なお、LED3a、3b、3c、3dからの光La、Lb、Lc、Ldが、それぞれの調光制御領域である各上面113a、113b、113c、113dの光取出し面に達するまでの距離は、La<Lb<Lc<Ldの関係にある。このため、発光輝度を画面全体で均一にするために、光La、Lb、Lc、Ldの光度は、La<Lb<Lc<Ldとなるように調節されることが好ましい。
続いて、バックライトモジュールの変形例について、図22に基づいて説明する。
図22は、本実施形態の変形例に係るバックライトモジュール120の構成を示す斜視図である。バックライトモジュール120は、導光板130、131、132、133を2組有しており、それらが筐体25に収められた構成である。各導光板130、131、132、133は、それぞれ14個の導光ブロックに分割されている。また、バックライトモジュール120では、LED3が筐体25の両方の長辺側に設けられている。さらに、2つの導光板130、131、132、133はLED3が設けられていない他方の端同士が向かい合うように線対称に組み合わされている。これにより、図11に示すバックライトモジュール20と同様に、バックライトモジュール120においても、14×4×2=112の領域毎の調光制御が可能となる。
なお、バックライトモジュール120は、2組の導光板130、131、132、133を組み合わせた構成であったが、3組以上の導光板130、131、132、133を組み合わせてもよい。これにより、バックライトモジュールの更なる大型化を図ることができる。
上述したように、実施形態1および2のバックライトモジュール1および101を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、簡単な構造で薄型化を図れるとともに、領域毎調光制御が可能な液晶表示装置を実現することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の面状照明装置は、液晶テレビ、液晶モニター等の液晶表示装置全般、および照明用途関連、例えば、内照式看板の光源などにおいても利用可能である。
1 バックライトモジュール(面状照明装置)
3a〜3d LED(光源)
6 反射シート
106a〜106d 反射シート
10〜13 導光板
10A〜13A 導光ブロック
10a〜13a 上面
10b〜13b 下面
10c〜13c 側面
101 バックライトモジュール(面状照明装置)
110〜113 導光板
110a〜113a 上面
110b〜113b 下面
110c〜111c 側面
3a〜3d LED(光源)
6 反射シート
106a〜106d 反射シート
10〜13 導光板
10A〜13A 導光ブロック
10a〜13a 上面
10b〜13b 下面
10c〜13c 側面
101 バックライトモジュール(面状照明装置)
110〜113 導光板
110a〜113a 上面
110b〜113b 下面
110c〜111c 側面
Claims (11)
- 複数の光源と、
該光源からの光が一側面から入射し、この一側面を光入射面とし、下面に形成された光反射面によって反射した光を上面の光取出し面から照射する複数の導光板とを有する面状照明装置において、
前記導光板は、前記光取出し面と垂直な方向に互いに積層され、
各導光板の光反射面は、前記光取出し面と対向する方向から見て、少なくとも一部が互いに重ならない位置に形成されていることを特徴とする面状照明装置。 - 各導光板の光反射面は、前記光取出し面と対向する方向から見て、互いに隣接する位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。
- 各導光板は、前記光入射面と垂直な方向の幅が互いに異なり、
前記面状照明装置の光照射方向に向かって、前記幅の短い導光板から順に積層され、
各導光板の下面は、前記光源側の辺と対向する辺から前記光源に向かって一部または全部が前記光反射面となっていることを特徴とする請求項1または2に記載の面状照明装置。 - 前記光源からの光が入射する前記一側面を光入射面とすると、
各導光板は、前記光入射面と垂直な方向の幅が互いに異なり、
前記面状照明装置の光照射方向に向かって、前記幅の長い導光板から順に積層され、
各導光板の下面は、前記光源側の辺と対向する辺から前記光源に向かって所定距離の範囲が前記光反射面となっており、
各導光板の光取出し面は、1つの仮想的な平面に含まれることを特徴とする請求項1または2に記載の面状照明装置。 - 前記光反射面は、前記光取出し面に対して傾斜しており、
各導光板の前記光反射面と前記光取出し面との角度が、互いに等しいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の面状照明装置。 - 前記光反射面に沿って光反射板を設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 各導光板の光反射面の面積は、互いに等しいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 各導光板の光入射面は、1つの仮想的な平面に含まれることを特徴とする請求項3〜7のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光入射面と垂直な方向を縦方向として、
前記導光板が横方向に複数の導光ブロックに等間隔に分割されていることを特徴とする請求項3〜8のいずれか1項に記載の面状照明装置。 - 上記複数の光源は、同一の基板上に設けられていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の面状照明装置を備えた液晶表示装置。
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JP2012252835A (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Canon Inc | バックライト装置 |
-
2008
- 2008-11-18 JP JP2008294753A patent/JP2010123345A/ja active Pending
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