JP2011119188A - バックライト装置、液晶モジュール、及び液晶ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源3から射出した照明光は、一面に突条プリズム13が所定の間隔で形成されたプリズム付拡散板11で集光及び散乱される。次に、照明光は、一面にプリズム15が形成されたプリズム付き集光シート12で集光され射出する。ここで、突条プリズム13及びプリズム15は、照明光の射出方向に形成され、突条プリズム13の底角が50度以上70度以下の範囲である。
【選択図】図2
Description
表示画面内の輝度むら発生の主原因は、液晶ディスプレイを構成する液晶表示パネルを照明するバックライト装置の照明光の輝度分布が挙げられる。
このような大画面で薄型の液晶ディスプレイの輝度むらを低減することができるバックライト装置が、特許文献1に記載されている。
特許文献1に記載のバックライト装置は、光源と、光源から射出した光の光路上に配設された光学シート部からなり、光学シートは、拡散板と、第1のマイクロレンズシートと、プリズムシートと、第2のマイクロレンズシートとがこの順で順次配設されている。
更に、バックライト装置の光学シート部上には液晶パネルが配設されている。
しかしながら、特許文献1記載の従来の構成で拡散板距離Dを短くした場合、特許文献1に記載のとおり、光源の真上部分とそれ以外の部分で輝度差が大きくなり、バックライト装置から射出される照明光が液晶パネルの面内で周期的な輝度むらを生じてしまう。
更に、光源の中心から拡散板までの距離を短くし、液晶ディスプレイをより薄型にした場合においても、輝度を低下することなく、輝度むらを低減することができるバックライト装置、液晶モジュール及び液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
2)上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、一面に略球形の拡散材あるいは略半球形のマイクロレンズ27が形成され、前記集光手段12を射出した前記照明光を散乱又は集光する第2の散乱集光手段21,25,26と、を更に備え、前記第1のプリズム13の底角が45度以上70度以下の範囲であることを特徴とする1)記載のバックライト装置1bである。
3)上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、前記第2の散乱集光手段21,25,26を射出した前記照明光が入射し、入射した前記照明光のうち第1の偏光を透過し、第2の偏光を反射する偏光分離手段31を有することを特徴とする1)記載または2)記載のバックライト装置1dである。
4)上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、1)乃至3)いずれか1項に記載のバックライト装置と、前記光源を挟んで前記反射板と対向する位置に配設される液晶パネルを有することを特徴とする液晶モジュール41である。
5)上記の目的を達成するための本発明の一実施形態は、4)記載の液晶モジュール41と、前記液晶モジュール41を駆動する液晶駆動回路61と、を有することを特徴とする液晶ディスプレイ51である。
更に、光源の中心から拡散板までの距離を短くし、液晶ディスプレイをより薄型にした場合においても、輝度を低下することなく、輝度むらを低減することができる。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
更に、断面図,概略図等は模式図であり、寸法等の比率は誇張して表現している場合がある。
図1は、本発明に係るバックライト装置の一実施例を示す断面図である。
図1に示すように、第1の形態のバックライト装置1は、液晶表示パネル2に照明光を照射するものであり、光源3と、光源3から射出した照明光のうち液晶表示パネル2と反対方向に射出した光を反射して液晶表示パネル2側に戻す反射板4と、光源3と液晶表示パネル2との間に配設され液晶表示パネル2の表示特性を向上する役割を持つ複数の板状又はシート状の光学部材からなる光学シート部5aを有する。
図2に示すように、光学シート部5aは、光源3と図示しない液晶表示パネルとの間に光源3の中心部から所定の拡散板距離を隔てて配設されており、光源3側から一方の面にプリズムが形成されたプリズム付き拡散板11(散乱集光手段)と、集光機能を持つ一方の面にプリズムが形成されたプリズム付き集光シート12(集光手段)とがこの順に配設されている。
また、反射板4と光学シート部5aとの間は、光学空間距離Tだけ離れている。
図3に示すように、プリズム付き拡散板11は、シート状の基材における照明光の射出面にプリズムを一体成形した構造になっている。
プリズム付き拡散板11は、透明樹脂に光拡散剤を分散させた材料又は、混合しにくい2種以上の樹脂の混合物を材料として成形される。
光拡散剤の分散量又は樹脂の混合比率変化させることによって容易に透過率とヘーズの調整が可能である。
これによってプリズム付き拡散板11は、光源3からの射出光および反射板4による反射光を散乱させて輝度を均一化することができる。
プリズム付き拡散板11のプリズム部13は、プリズム付き拡散板11を長手方向に垂直な方向に切断した断面(A−A)において三角形、或は台形が連なっており、各三角形或は各台形の断面間は、各三角形或は各台形の底角がつながってV字型の溝を形成している。
プリズム付き拡散板11は、入射した光線を透過する必要があるため、透過率が高い材料から形成される。
図4に示すように、プリズム付き集光シート12は、シート状の基材14の光の射出面上に平行かつ所定の間隔で複数の突条のプリズム15を備えており、プリズム15の断面は三角形の鋸歯状の形状を有している。
プリズム付き集光シート12に入射した光は、プリズム15により、その射出光の方向がプリズム付き集光シート12に直交する方向に近づくよう屈折し集光する。
更に、シート状の基材14及びプリズム15を同一材料から形成し、界面での屈折率差による反射を無くすことが望ましい。
また、光源3には、冷陰極管 (Cold Cathode Fluorescent Lamp) が一般的に用いられるが、例えば熱陰極蛍光灯(Hot Cathode Fluorescent Lamp)や、点光源である発光ダイオード (Light Emitting Diode)であってもよい。
光源3から射出した照明光は、プリズム付き拡散板11に入射し、プリズム付き拡散板11の内部で散乱されプリズム部13に進む。プリズム部13では、所定の角度を有する照明光については、プリズム付き拡散板11に対して直交する方向に近づくように屈折しプリズム部13から集光して射出される。それ以外の角度でプリズム部13に進んだ照明光については、プリズム部13で複数回反射しプリズム付き拡散板11内部で再度散乱され光源3方向に射出する。
輝度むらは、2つの方法を用いて測定することができる。
一つ目の方法は、面輝度測定システム16を用いてバックライト装置1aの面内の輝度を測定するものである。この方法は、図5に示すように、バックライト装置1aの光射出面の中心位置に正対するよう、中心位置から直交する位置に面輝度測定システム16を設置し、その位置でバックライト装置1aの光射出面の全面の輝度を測定するものである。得られた各位置における輝度から輝度むらを数値化するものである。本実施の形態では、面輝度測定システム16としてRadiant Imaging社製 ProMetric1400を使用した。
二つ目の方法は、バックライト装置1aの光射出面に正対する位置から目視で観察し、輝度むらを官能的に検査するものである。
このとき、各光源3間の距離を光源ピッチLとし、光源3の中心位置とプリズム付き拡散板11の光入射面との距離を拡散板距離Dとし、反射板4とプリズム付き拡散板11の光入射面との距離を光学空間距離Tとする。
図7には、プリズム部13における2個のプリズムについて示している。
図7に示すように、プリズムは断面が三角形、或いは略台形の形状である。その底角をプリズム底角θ、プリズムが略台形の場合の仮想三角形までの高さを頂角までのプリズム高さhとする。また、実際のプリズムの高さをプリズム高さHとし、プリズム間の距離をプリズムピッチPとする。
図8には、拡散板距離Dが5mmの場合と7mmの場合を示す。また、図8には、光源3の位置を合わせて示してある。図8に示すように、光源3の位置に対応する位置の輝度が高く、光源3と光源3との間の位置では輝度が低くなっている。
拡散板距離Dが大きくなるということは、液晶ディスプレイの厚さ(光射出方向の厚み)が厚くなるということであり、現在要求されている液晶ディスプレイの薄型化とは逆の方向である。
図10には、プリズム底角θを変化させた際のバックライト装置1aのプリズム付き拡散板11上での輝度の分布を示す。また、表2には、図10の輝度分布から求めた輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を、プリズム底角θが40°から70°に変化させた場合について表す。更に、図11には、プリズム底角θと輝度振幅との関係を示す。
輝度振幅の算出方法と、目視での輝度むらの評価については前述の方法で行う。
図13は、光源ピッチLを24mm、プリズム高さHを27、プリズムピッチPを70μm、プリズム底角θ40°とした場合のプリズム付き集光シート12の光射出面の各位置における輝度を、輝度の最大値を100として規格化したグラフである。図13には、拡散板距離Dが5mmの場合と7mmの場合を示す。また、図13には、光源3の位置を合わせて示してある。
拡散板距離Dが7mm以上にすることにより輝度振幅が10%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
表2には、プリズム底角Pが40°から70°に変化させた場合についての輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表す。更に、図11には、プリズム底角Pと輝度振幅との関係を点線で示す。
更に、プリズム底角Pを70°にすることにより、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。
更に、光学シート部5aをプリズム付き拡散板11とプリズム付き集光シート12の2枚の光学シートから構成し、プリズム底角θを70°以上にすることにより、輝度振幅が5%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となり、拡散板距離Dを5mm(光学空間距離Tが8mm)の状態で、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置1aを得ることができる。
次に、液晶ディスプレイの輝度むらを第1の形態のバックライト装置1a以上に低減するために、第1の形態のバックライト装置1aに、拡散シート21(第2の散乱集光手段)を追加した第2の形態のバックライト装置1bについて説明する。
第2の形態のバックライト装置1bの形態について図14を用いて説明する。第2の形態のバックライト装置1bは、第1の形態のバックライト装置1aのプリズム付き集光シート12の光射出面上に拡散シート21を配置した構成である。つまり、第2の形態のバックライト装置1bの光学シート部5bは、プリズム付き拡散板11と、プリズム付き集光シート12と、拡散シート21とから構成される。
拡散シート21は、光入射面から入射した照明光を内部で散乱させ、照明光を散乱させることにより、拡散シート21の光射出面から射出する照明光の輝度むらを低減するものである。
図16には、拡散板距離Dが5mmの場合と7mmの場合を示す。また、図16には、光源3の位置を合わせて示してある。
更に、表1に拡散板距離Dを5mmから7mmに変化させた際の輝度振幅と、目視での輝度むらの評価結果の示し、図9には拡散板距離Dと輝度振幅の関係を一点鎖線で示す。
更に、拡散板距離Dを7mm以上にすることにより、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。
更に、光学シート部5bをプリズム付き拡散板11とプリズム付き集光シート12と拡散シート21の3枚の光学シートから構成し、拡散板距離Dを7mm以上にすることにより、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置1bを得ることができる。
表2には、プリズム底角Pが40°から70°に変化させた場合についての輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表す。更に、図11には、プリズム底角θと輝度振幅との関係を一点鎖線で示す。
更に、プリズム底角θを50°にすることにより、輝度振幅が5%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。
更に、光学シート部5bをプリズム付き拡散板11とプリズム付き集光シート12と拡散シート21の3枚の光学シートから構成し、プリズム底角θを50°以上にすることにより、拡散板距離Dを5mm(光学空間距離Tが8mm)の状態で、テレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるバックライト装置1bを得ることができる。
光源ピッチLを24mm、拡散板距離Dを5mm、プリズムピッチPを70μm、プリズム底角θ60°、仮想三角形までの高さ(頂角までのプリズム高さ)hを61μmとした場合のプリズム付き拡散板11の光射出面の各位置における輝度を、輝度の最大値を100として規格化したグラフを図17に示す。
これにより、プリズム付き拡散板11の精度を下げることができると共に、プリズム付き拡散板11のコストを低減できるという効果を得ることができる。
次に、液晶ディスプレイの一層の薄型化のため、拡散板距離Dを5mm以下にすることができる第3の形態のバックライト装置1cについて以下に説明する。
光源ピッチLを24mmとし、拡散板距離Dを2mmから5mmまで変化させ、プリズムピッチPを70μmとし、プリズム底角θを60°から70°に変化させた場合の、輝度振幅と目視での輝度むらの評価結果を表4に示す。また、プリズム底角θと拡散板距離Dとを変化させた際の、輝度振幅を図19に示す。
表4には、プリズム付き拡散板11上,プリズム付き集光シート12上及び拡散シート21上でのそれぞれの輝度分布から求めた輝度振幅を示すと共に、プリズム付き拡散板11上,プリズム付き集光シート12上及び拡散シート21上でのそれぞれの目視での輝度むらの評価結果も合わせて示す。
更に、図19には、拡散シート21上でのそれぞれの輝度分布から求めた輝度振幅と、プリズム底角θと、拡散板距離Dとの関係を示す。
表4示すように、光学シート部1cをプリズム付き拡散板11及びプリズム付き集光シート12で構成し、拡散板距離Dを3mmにした場合、プリズム底角θが65°以上にすることにより輝度振幅が10%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
表4示すように、光学シート部1cをプリズム付き拡散板11及びプリズム付き集光シート12で構成し、拡散板距離Dを2mmにした場合、プリズム底角θが70°以上にすることにより輝度振幅が10%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も○となり一般的な液晶ディスプレイ用途として実用に耐えうるレベルになる。
更に、プリズム底角θを65°以上にすることにより輝度振幅が5%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。
更に、プリズム底角θを70°以上にすることにより輝度振幅が5%と以下となり、目視での輝度むらの評価結果も◎となりテレビ用など輝度むらに対する要求が厳しい高品質の液晶ディスプレイ用途としても利用可能とすることができる。
図20に示すように、シリンドリカルレンズ22は、シート状の基材23の光の射出面上に平行かつ所定の間隔で複数の突条のシリンドリカルレンズ部24を備えており、シリンドリカルレンズ部24の断面は略半球状の形状を有している。
シリンドリカルレンズ22に入射した光は、シリンドリカルレンズ部24により、その射出光の方向がシリンドリカルレンズ22に直交する方向に近づくよう屈折し集光する。
更に、シート状の基材23及びシリンドリカルレンズ部24を同一材料から形成し、界面での屈折率差による反射を無くすことが望ましい。
図21及び図22に示すように、マイクロレンズ付き光学シート25,26は、シート状の基材27上の光が射出する側に、多数のマイクロレンズ28が2次元配列されている。
マイクロレンズ25,26の形状は、略半球体或いは略半楕円体状の突起となっている。シート状の基材27及びマイクロレンズ28は、どちらも入射した光線を透過する必要があるため透過率の高い材料から形成されている。更に、配光性を制御するため、必要に応じて拡散剤を添加する場合がある。
更に、シート状の基材27及びマイクロレンズ25を同一材料から形成し、界面での屈折率差による反射を無くすことができる材料を用いることが望ましい。
マイクロレンズ28は、シート状の基材27の表面に緻密に配列されている。マイクロレンズ28による集光及び拡散の効果を最大限活用するためには、マイクロレンズ28をシート状の基材27上に隙間無く配列することが望まれる。
好適な例としては、図21に示すように、光の射出側から見た場合のマイクロレンズ28の基材27と接する面における直径を各マイクロレンズ28で変化させるような配列がある。
更に、第3の形態のバックライト装置1cの光射出面(拡散シート21)上に偏光分離シート31(偏光分離部)を設置した第4の形態のバックライト装置1dを図23に示す。
偏光分離シート31は、光の干渉の特性を利用して入射する照明光のうち液晶表示パネル2における光源側に位置する偏光フィルムで吸収されてしまう偏光成分を、選択的に反射し再利用することで見る角度に依存せず輝度を向上するものである。
光源3方向に反射された光は、散乱及び反射板4での反射で偏光方向が乱れた後に、再度偏光分離シート31に入射し、P偏光成分の光が液晶表示パネル2に供給される。
このように、反射された光を再度利用することにより、光の利用率が向上する。
偏光分離シート31を射出した照明光はP偏光成分であり、ほぼ全ての光が液晶表示パネル2で利用可能となっているため、液晶表示パネル2の表示領域での輝度が向上する。
図24は、第2の光学シート部5bを用いたバックライト装置1bの部分断面図である。
また、各光源3の間隔Lは、24mmとし、光源3中心から光学シート部5dの最も光源に近い面までの距離である拡散板距離Dを5mmとした。
更に、反射板4は、表面が白色であり、光源3に対向する面は平面であり板金42と固定されている。反射板4の側面は、光源3から側面方向に射出した光を光学シート部5d方向へ導くため、光学シート部5d側が広がるように傾斜して設置されている。
また、プリズム付き拡散板11は、プリズムの長手方向が線状光源3の長手方向と並行となるように配設される。
図25に示すように、液晶モジュール41は、光源3,反射板4及び板金42上に形成された光学シート部5dと、光学シート部5dを固定するパネルシャーシ43と、液晶表示パネル2と、液晶表示パネル2を固定するベゼル44を有し、これらを順次組立てることにより形成される。
液晶ディスプレイ51は、液晶モジュール41に液晶パネル2の駆動回路等の電気回路及び入出力端子を取付け、筐体に組み込んだものである。
図27に示すように、駆動回路61は、映像信号処理回路62,液晶駆動回路63,電源供給回路64,バックライト駆動回路65とから構成される。
外部から入力した映像信号は、映像信号処理回路62に入力しさまざまな信号補正が施され、液晶駆動回路63に供給される。液晶駆動回路63では、入力した映像信号に基づき液晶を駆動する駆動信号を発生し液晶パネル2に供給する。
また、電源供給回路64からは、駆動回路61、映像信号処理回路62,バックライト駆動回路65にそれぞれ所定の電圧が供給され駆動状態とされている。
バックライト装置1は、バックライト駆動信号に基づいて駆動され、バックライト装置1から射出した照明光は液晶パネル2に供給される。液晶パネル2は、駆動信号に基づいて駆動され、映像を液晶パネル2の表示面に表示する。
また、線状光源3と光学シート部5との距離を5mmの状態で光学シートの枚数を削減することができる。液晶ディスプレイ51を薄型化した場合においても、線状光源3の数を増加させること無く、輝度の低下を抑制すると共に、輝度ムラを低減することができた。
また、線状光源3の数を増加させないので、駆動部のインバータ基板回路の部品増加が無く、コストの上昇や消費電力の増加を極力抑えることができる。
Claims (5)
- 入射した光を反射する反射板と、
前記反射板から離隔して配置され、照明光を射出する光源と、
一面に凸状の第1のプリズムが所定の間隔で形成され、前記光源を挟んで前記反射板と対向する位置に前記光源と離隔して配置され、前記光源から射出した前記照明光を散乱させると共に、前記第1のプリズムにおいて前記照明光を集光する第1の散乱集光手段と、
一面に凸状の第2のプリズムが形成され、前記散乱集光手段から射出した照明光を集光する集光手段と、
を順次配置し、
前記散乱集光手段の前記第1のプリズムの断面は略三角形または等脚台形状で、前記第1のプリズムの底角が50度以上70度以下の範囲であり、前記各一面は、前記照明光の射出側であることを特徴とするバックライト装置。 - 一面に略球形の拡散材あるいは略半球形のマイクロレンズが形成され、前記集光手段を射出した前記照明光を散乱又は集光する第2の散乱集光手段と、
を更に備え、前記第1のプリズムの底角が45度以上70度以下の範囲であることを特徴とする請求項1記載のバックライト装置。 - 前記第2の散乱集光手段を射出した前記照明光が入射し、入射した前記照明光のうち第1の偏光を透過し、第2の偏光を反射する偏光分離手段を有することを特徴とする請求項1記載または請求項2記載のバックライト装置。
- 請求項1乃至請求項3いずれか1項に記載のバックライト装置と、
前記光源を挟んで前記反射板と対向する位置に配設される液晶パネルを有することを特徴とする液晶モジュール。 - 請求項4記載の液晶モジュールと、
前記液晶モジュールを駆動する液晶駆動回路と、
を有することを特徴とする液晶ディスプレイ。
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