JP2013157255A

JP2013157255A - 照明装置及び表示装置

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Publication number: JP2013157255A
Application number: JP2012018013A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Fukai; 弘樹深井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-15

Abstract

【課題】構造上の強度の低下や生産性の低下を防止しながら、輝度むらを低減させて照明することが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置であるバックライトユニット２０は、基板３１の一面に配置した複数の光源であるＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２が照射した光を拡散させるためにＬＥＤ３２の光の照射側に配置した拡散板２２と、を備える。複数のＬＥＤ３２は、所定の輝度で点灯する複数の主ＬＥＤ３２ａと、２個の主ＬＥＤ３２ａの間に配置した主ＬＥＤ３２ａの輝度より低い輝度で点灯する複数の補正ＬＥＤ３２ｂと、を含む。これにより、２個の主ＬＥＤ３２ａの間に生じる虞がある低輝度な領域で補正ＬＥＤ３２ｂが点灯する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば液晶表示パネルなどの被照射体に向かって光を照射する照明装置に関する。また、この照明装置を備えた表示装置に関する。

代表的な表示装置である液晶表示装置は一般的に映像を映し出す液晶表示パネル自体が発光しないので、液晶表示パネルの表示面の反対側、すなわち裏側に照明装置を必要としている。この照明装置が被照射体である液晶表示パネルに向かって光を照射することにより、液晶表示装置はその画面上に映像を映し出すことが可能になっている。このように液晶表示パネルの表示面の裏側に配置される照明装置を、例えばバックライトユニットと呼んでいる。

バックライトユニットの照明方式としては直下型方式が広く知られている。直下型のバックライトユニットは液晶表示パネルの直下、すなわち液晶表示パネルの表示面の反対側である裏面と対向する領域に光源を配置したものである。光源からの光をむらなく効果的に液晶表示パネルに照射するため、直下型バックライトユニットは光源から照射される光を拡散させる拡散板を備えているものがある。

直下型バックライトユニットの光源として用いられることがある例えばＬＥＤ（発光ダイオード）は比較的狭い範囲において高い輝度で点灯するという特性を有する。これにより、ＬＥＤのような光源を等間隔に配置すると、隣り合う光源の間に低輝度な領域が生じて輝度むらが発生する虞がある。光源の数を増やしてこの低輝度な領域の少なくすれば輝度むらは改善するが、消費電力や発熱量が増加するという課題がある。そこで、このような課題を解決すべく提案された直下型バックライトユニットの一例である従来の照明装置が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載された照明装置は複数の光源と、光源からの光を拡散させて面発光させる導光板とを備えている。導光板の出射面には出射面に近づくにつれ徐々に広がる形状をなす複数の凹部が形成されている。これにより、照明装置の発光面における輝度の均一性の向上を図っている。

特開２００９−２８９７０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の照明装置は導光板の凹部の箇所において応力集中が発生し易くなる虞がある。これにより、導光板にひびや割れが生じる可能性があるといった課題があった。また、上記従来の照明装置はその大型化に伴って導光板の凹部の加工の困難さが増すといった課題もあった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、構造上の強度の低下や生産性の低下を防止しながら、輝度むらを低減させて照明することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備えた表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の照明装置は、基板の一面に配置した複数の光源と、前記光源が照射した光を拡散させるために前記光源の光の照射側に配置した拡散板と、を備え、前記複数の光源が、所定の輝度で点灯する複数の主光源と、２個の前記主光源の間に配置した前記主光源の輝度より低い輝度で点灯する複数の補正光源と、を含むことを特徴としている。

この構成によれば、２個の主光源の間に生じる虞がある低輝度な領域で補正光源が点灯する。これにより、光源の被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線が緩やかな曲線となり、輝度むらが低減する。そして、構造上の強度の低下や生産性の低下といった不都合が生じることもない。

また、上記構成の照明装置において、線状をなすように配列した前記複数の主光源と、線状をなすように配列した前記複数の補正光源と、を一方向に交互に並べて前記基板に配置したことを特徴としている。

この構成によれば、複数の主光源及び複数の補正光源を線状に配置するので、照明装置の組み立てが容易になる。なお、主光源及び補正光源として、例えば線状に並べたＬＥＤのほか、例えば棒状のランプを利用することにしても良い。

また、上記構成の照明装置において、前記主光源と、前記補正光源と、を縦横に交互に並べて前記基板に配置したことを特徴としている。

また、上記構成の照明装置において、ハニカム形状をなすように配列した前記複数の主光源と、前記ハニカム形状の六角形の中心に配置した前記補正光源と、を備えることを特徴としている。

また、上記構成の照明装置において、ハニカム形状をなすように配列した前記複数の補正光源と、前記ハニカム形状の六角形の中心に配置した前記主光源と、を備えることを特徴としている。

これらの構成によれば、光源の配置面全体としてバランス良く輝度むらが低減する。したがって、照明装置の輝度の均一性が向上する。

また本発明では、表示装置が上記照明装置を備えることを特徴としている。これにより、表示装置の表示面において、輝度の高低を表す分布曲線が緩やかな曲線となり、輝度むらが低減する。

本発明の構成によれば、構造上の強度の低下や生産性の低下を防止しながら、輝度むらを低減させて照明することが可能な照明装置を提供することができる。また、このような照明装置を備えた輝度むらが低減されて映像等を好適に表示することが可能な表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るバックライトユニット（照明装置）を備えた液晶表示装置（表示装置）の分解斜視図である。第１の実施形態に係るバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。第１の実施形態に係るバックライトユニットの発光モジュールの被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線の説明図である。比較例１に係るバックライトユニットの発光モジュールの被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線の説明図である。比較例２に係るバックライトユニットの発光モジュールの被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線の説明図である。本発明の第２の実施形態に係るバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。本発明の第３の実施形態に係るバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。本発明の第４の実施形態に係るバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づき説明する。なおここでは、本発明の照明装置の一例としてのバックライトユニットを備えた本発明の表示装置の一例として液晶表示装置を掲げて説明するものとする。

最初に、本発明の第１の実施形態に係るバックライトユニットを備えた液晶表示装置について、図１を用いてその構造を説明する。図１はバックライトユニットを備えた液晶表示装置の分解斜視図である。なお、図１の上側が後述する液晶表示パネルの表示面側である。

液晶表示装置１は映像の表示に液晶を用いた表示装置であって、左右方向に長く延びる平面視略矩形（長方形状）をなしている。液晶表示装置１は、図１に示すように液晶表示パネル１０と、バックライトユニット２０とを備えている。

液晶表示パネル１０はアクティブマトリクス基板１１、カラーフィルタ基板１２及び偏向板１３を備えている。カラーフィルタ基板１２は単に対向基板と呼ばれることもある。

アクティブマトリクス基板１１は液晶表示パネル１０の表示面側に配置されたカラーフィルタ基板１２と対向させて配置されている。アクティブマトリクス基板１１はその所定面上に図示しないＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）からなるスイッチング素子、画素電極及び共通電極を備えている。画素電極及び共通電極は対をなす櫛歯型電極で構成されている。

さらに、アクティブマトリクス基板１１及びカラーフィルタ基板１２は各々の所定面が液晶を特定方向に配向させることが可能な図示しない配向膜によって覆われている。

そして、アクティブマトリクス基板１１及びカラーフィルタ基板１２は互いの所定面が向き合うように図示しないシール材を介して貼り合わせられている。さらに、液晶がアクティブマトリクス基板１１とカラーフィルタ基板１２との間に挟持され、シール材で囲まれた空間内に封入されている。

偏向板１３はアクティブマトリクス基板１１及びカラーフィルタ基板１２の液晶を封入した互いの所定面と反対側の面各々に貼付されている。偏向板１３は特定の振動方向の光波だけを透過させるシートであって、２枚の偏向板１３の透過軸方向を互いに約９０°ずらした状態で各々貼付されている。

このような構成の液晶表示パネル１０は映像信号に基づきアクティブマトリクス基板１１の画素電極と共通電極との間に発生させた電界により液晶の配向を調整し、液晶の層を透過する光の透過率を変更する。なお、液晶表示パネル１０は、例えば上記のような横電界方式を採用しており、アクティブマトリクス基板１１の主面に対して平行に電界を発生させることにより液晶分子を基板主面と平行な面内で回転させる。

バックライトユニット２０は液晶表示パネル１０に対するバックライト光の生成するためのモジュールであって、照明方式として例えば直下型を採用した照明装置である。バックライトユニット２０は液晶表示パネル１０の裏面側（図１では下方）に配置されている。バックライトユニット２０はバックライトシャーシ２１、発光モジュール３０、拡散板２２、プリズムシート２３及びレンズシート２４を備えている。

バックライトシャーシ２１は液晶表示パネル１０側を開口した平面視略矩形をなす箱型に形成されている。バックライトシャーシ２１はその内部、すなわち内底面２１ａ側に発光モジュール３０を収容する。

発光モジュール３０はバックライト光の生成するための光を照射するモジュールであって、バックライトシャーシ２１の内部に収容されて液晶表示パネル１０の下方に配置されている。発光モジュール３０は平面視略矩形をなす板状の基板３１と、光源としての複数のＬＥＤ３２とを備えている。

ＬＥＤ３２は例えば白色に発光する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成され、複数のＬＥＤ３２が基板３１の配置面３１ａ一面に略格子状の列をなす形に並べて配置されている。本実施形態では、例えば７２個のＬＥＤ３２が基板３１の配置面３１ａに配置されている。複数のＬＥＤ３２各々の間隔は、例えば４０ｍｍ或いはそれ以上に設定されている。なお、光源はＬＥＤに限定されるわけではなく、ＬＥＤ自体も白色発光するものに限定されるわけでない。また、ＬＥＤ３２の数や配置方法も先の記載内容や図１の形に限定されるわけではない。

拡散板２２、プリズムシート２３及びレンズシート２４はバックライトシャーシ２１の開口を塞ぐように配置され、液晶表示パネル１０側からバックライトシャーシ２１の内部に収容された発光モジュール３０を覆っている。

これらの拡散板２２、プリズムシート２３及びレンズシート２４のうち拡散板２２は発光モジュール３０に最も近接して配置され、発光モジュール３０から照射される光を直接受ける。拡散板２２は発光モジュール３０から照射される光の被照射面が基板３１のＬＥＤ３２の配置面３１ａと略平行をなすように配置されている。ＬＥＤ３２から拡散板２２までの距離は、例えば５ｍｍ〜２０ｍｍに設定されている。拡散板２２はＬＥＤ３２から照射される光を拡散させ、液晶表示パネル１０の全域に光を行き渡らせる。

プリズムシート２３は拡散板２２の液晶表示パネル１０側に重ねて設けられている。プリズムシート２３は一方向に線状に延びる例えば三角プリズムがシート面内にて一方向に交差する方向に並べられている。プリズムシート２３は拡散板２２からの光の放射特性を偏向させる。

レンズシート２４はプリズムシート２３の液晶表示パネル１０側に重ねて設けられている。レンズシート２４は光を屈折散乱させる微粒子が内部に分散されている。レンズシート２４はプリズムシート２３からの局所的に集光させることなく光量むらとなる明暗差を抑制する。

このような構成のバックライトユニット２０はむらが抑制されたほぼ均一なバックライト光を面状に照射して液晶表示パネル１０の裏面を照明する。液晶表示パネル１０が映像信号に基づき液晶を透過するバックライト光の透過率を変更するので、液晶表示パネル１０の表示画面に所望の映像が表示される。

続いて、発光モジュール３０の詳細な構成について、図１に加えて図２〜図５を用いて説明する。図２は発光モジュール３０の平面図、図３は第１の実施形態に係る発光モジュール３０の被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線の説明図、図４は比較例１に係るバックライトユニットの発光モジュールの被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線の説明図、図５は比較例２に係るバックライトユニットの発光モジュールの被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線の説明図である。なお、図３〜図５は発光モジュールの垂直断面に相当する図である。

基板３１の配置面３１ａに並べて配置された複数のＬＥＤ３２は、図２及び図３に示すように主光源としての複数の主ＬＥＤ３２ａと、補正光源としての複数の補正ＬＥＤ３２ｂとを含んでいる。主ＬＥＤ３２ａ及び補正ＬＥＤ３２ｂは各々、図２における縦方向に等間隔に並べて線状をなすように配列されている。なお、図２では、周囲に網掛け部を描画したＬＥＤ３２が補正ＬＥＤ３２ｂであり、周囲に網掛け部を描画していないＬＥＤ３２が主ＬＥＤ３２ａである。

そして、線状に配列した主ＬＥＤ３２ａと、線状に配列した補正ＬＥＤ３２ｂとを一方向、すなわち図２における横方向に交互に並べて基板３１に配置している。これにより、補正ＬＥＤ３２ｂは横方向に関して２個の主ＬＥＤ３２ａの間に配置されていることになる。

主ＬＥＤ３２ａは液晶表示パネル１０の表示画面に所望の映像を表示するに十分な所定の輝度で点灯する。一方、補正ＬＥＤ３２ｂは主ＬＥＤ３２ａの隣に配置され、主ＬＥＤ３２ａの輝度より低い輝度で点灯する。これにより、本実施形態の発光モジュール３０の被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線Ｌ０は図３のようになる。そして、図３より、高輝度な領域と低輝度な領域との高低差Ｄ０が確認できる。

ここで、上記実施形態に対する比較例１のバックライトユニットの発光モジュール１３０の輝度について説明する。図４に示すように、比較例１の発光モジュール１３０は基板１３１の配置面１３１ａ一面に配置された複数のＬＥＤ１３２を備えている。そして、比較例１の発光モジュール１３０は上記実施形態の発光モジュール３０（図３参照）に対して主ＬＥＤ１３２ａが主ＬＥＤ３２ａと同じ輝度で点灯し、補正ＬＥＤ３２ｂに相当するＬＥＤが設けられていない形態をなしている。

図４より、比較例１の発光モジュール１３０の被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線Ｌ１、及び高輝度な領域と低輝度な領域との高低差Ｄ１が確認できる。そして、上記実施形態の発光モジュール３０の輝度の高低差Ｄ０は比較例１の発光モジュール１３０の輝度の高低差Ｄ１より小さいことが分かる。

次に、上記実施形態に対する比較例２のバックライトユニットの発光モジュール２３０の輝度について説明する。図５に示すように、比較例２の発光モジュール２３０は基板２３１の配置面２３１ａ一面に配置された複数のＬＥＤ２３２を備えている。そして、比較例２の発光モジュール２３０は上記実施形態の発光モジュール３０（図３参照）に対して主ＬＥＤ２３２ａが主ＬＥＤ３２ａと同じ輝度で点灯し、補正ＬＥＤ３２ｂに対応する箇所にも主ＬＥＤ２３２ａが設けられている形態をなしている。

図５より、比較例２の発光モジュール２３０の被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線Ｌ２、及び高輝度な領域と低輝度な領域との高低差Ｄ２が確認できる。そして、上記実施形態の発光モジュール３０の輝度の高低差Ｄ０は比較例２の発光モジュール２３０の輝度の高低差Ｄ２より小さいことが分かる。

すなわち、比較例１の発光モジュール１３０及び比較例２の発光モジュール２３０と比較して、本実施形態の発光モジュール３０はその被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線Ｌ０が緩やかな曲線となり、輝度むらが低減していることが分かる。

上記のように、バックライトユニット２０は複数の光源であるＬＥＤ３２が、所定の輝度で点灯する主ＬＥＤ３２ａと、２個の主ＬＥＤ３２ａの間に配置した主ＬＥＤ３２ａの輝度より低い輝度で点灯する補正ＬＥＤ３２ｂと、を含んでいるので、２個の主ＬＥＤ３２ａの間に生じる虞がある低輝度な領域で補正ＬＥＤ３２ｂが点灯する。これにより、発光モジュール３０の被照射側で生じる輝度の高低を表す分布曲線Ｌ０を緩やかな曲線にさせて、輝度むらを低減させることができる。そして、バックライトユニット２０は構造上の強度の低下や生産性の低下といった不都合が生じることもない。

また、バックライトユニット２０は線状に配列した主ＬＥＤ３２ａと、線状に配列した補正ＬＥＤ３２ｂとを一方向に交互に並べて基板３１に配置しているので、その組み立てが容易になる。なお、主光源及び補正光源として、線状に配列したＬＥＤのほか、例えば棒状のランプを利用することにしても良い。また、線状に配列した主光源及び線状に配列した補助光源は図２における縦方向に延びる線状のほか、横方向に延びる線状や斜め方向に延びる線状に形成しても良い。

さらに、液晶表示装置１が上記バックライトユニット２０を備えているので、液晶表示パネル１０の表示面において輝度の高低を表す分布曲線を緩やかな曲線にさせて、輝度むらを低減させることができる。

そして、本発明の上記実施形態の構成によれば、構造上の強度の低下や生産性の低下を防止しながら、輝度むらを低減させて照明することが可能な照明装置であるバックライトユニット２０を提供することができる。また、このようなバックライトユニット２０を備えた輝度むらが低減されて映像等を好適に表示することが可能な液晶表示装置１を提供することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るバックライトユニットについて、図６を用いて説明する。図６はバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１〜図５を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第２の実施形態に係るバックライトユニット２０において発光モジュール３０は、図６に示すように基板３１の配置面３１ａに並べて配置された主ＬＥＤ３２ａと、補正ＬＥＤ３２ｂとを備えている。主ＬＥＤ３２ａと、補正ＬＥＤ３２ｂとが縦横に交互に並べて基板３１の配置面３１ａに配置されている。なお、図６では、周囲に網掛け部を描画したＬＥＤ３２が補正ＬＥＤ３２ｂであり、周囲に網掛け部を描画していないＬＥＤ３２が主ＬＥＤ３２ａである。

この構成によれば、ＬＥＤ３２の配置面３１ａ全体としてバランス良く輝度むらを低減させることができる。したがって、バックライトユニット２０の輝度の均一性を向上させることが可能になる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るバックライトユニットについて、図７を用いて説明する。図７はバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１〜図５を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第３の実施形態に係るバックライトユニット２０において発光モジュール３０は、図７に示すように基板３１の配置面３１ａに並べて配置された主ＬＥＤ３２ａと、補正ＬＥＤ３２ｂとを備えている。主ＬＥＤ３２ａは配置面３１ａにハニカム形状をなすように配列され、主ＬＥＤ３２ａが正六角形の６個の角部に配置されている。補正ＬＥＤ３２ｂは主ＬＥＤ３２ａが配列されたハニカム形状の正六角形の中心に配置されている。なお、図７では、周囲に網掛け部を描画したＬＥＤ３２が補正ＬＥＤ３２ｂであり、周囲に網掛け部を描画していないＬＥＤ３２が主ＬＥＤ３２ａである。

次に、本発明の第４の実施形態に係るバックライトユニットについて、図８を用いて説明する。図８はバックライトユニットの発光モジュールの平面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１〜図５を用いて説明した前記第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。

第４の実施形態に係るバックライトユニット２０において発光モジュール３０は、図８に示すように基板３１の配置面３１ａに並べて配置された主ＬＥＤ３２ａと、補正ＬＥＤ３２ｂとを備えている。補正ＬＥＤ３２ｂは配置面３１ａにハニカム形状をなすように配列され、補正ＬＥＤ３２ｂが正六角形の６個の角部に配置されている。主ＬＥＤ３２ａは補正ＬＥＤ３２ｂが配列されたハニカム形状の正六角形の中心に配置されている。なお、図８では、周囲に網掛け部を描画したＬＥＤ３２が補正ＬＥＤ３２ｂであり、周囲に網掛け部を描画していないＬＥＤ３２が主ＬＥＤ３２ａである。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、第３及び第４の実施形態ではハニカム形状、すなわち正六角形の角部及び中心に主ＬＥＤ３２ａまたは補正ＬＥＤ３２ｂを配置することとしたが、三角形、四角形などといった他の多角形を用いてその角部及び中心に主ＬＥＤ３２ａまたは補正ＬＥＤ３２ｂを配置しても良い。また、例えば五角形と六角形との組み合わせなど、異なる形状を組み合わせて、それらの角部及び中心に主ＬＥＤ３２ａまたは補正ＬＥＤ３２ｂを配置しても良い。

本発明は、被照射体に向かって光を照射する照明装置において利用可能である。

１液晶表示装置（表示装置）
１０液晶パネル
２０バックライトユニット（照明装置）
２２拡散板
３０発光モジュール
３１基板
３１ａ配置面
３２ＬＥＤ（光源）
３２ａ主ＬＥＤ（主光源）
３２ｂ補正ＬＥＤ（補正光源）

Claims

基板の一面に配置した複数の光源と、
前記光源が照射した光を拡散させるために前記光源の光の照射側に配置した拡散板と、
を備え、
前記複数の光源が、所定の輝度で点灯する複数の主光源と、２個の前記主光源の間に配置した前記主光源の輝度より低い輝度で点灯する複数の補正光源と、を含むことを特徴とする照明装置。
線状をなすように配列した前記複数の主光源と、線状をなすように配列した前記複数の補正光源と、を一方向に交互に並べて前記基板に配置したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記主光源と、前記補正光源と、を縦横に交互に並べて前記基板に配置したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
ハニカム形状をなすように配列した前記複数の主光源と、前記ハニカム形状の六角形の中心に配置した前記補正光源と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
ハニカム形状をなすように配列した前記複数の補正光源と、前記ハニカム形状の六角形の中心に配置した前記主光源と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の照明装置を備えたことを特徴とする表示装置。