JP2015210853A - 照明装置及び照明装置を備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源が導光板の側面に対向配置され、導光板の出射面側に複数の光学シートが配置された照明装置及びこの照明装置を備えた液晶表示装置において、より一層の高輝度化を図り、高輝度が要求されるような広告媒体用等として最適な照明装置及び照明装置を用いた液晶表示装置を提供する。【解決手段】導光板２３と、導光板の側面に対向配置されたＬＥＤ光源２４と、導光板の出射面２３ｃ上に形成されたＬＥＤ光源からの出射光と平行な方向に伸びるレンチキュラーレンズ２３ｄと、導光板の上方に配置されるプリズムシート２５ａと、プリズムシート２５ａの上方に配置されるプリズムシート２５ｂと、を備えた照明装置であって、プリズムシート２５ａのプリズム方向が、レンチキュラーレンズの方向と平行になるように配置し、プリズムシート２５ｂのプリズム方向が、レンチキュラーレンズの方向と直交するように配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、照明装置及び照明装置を備えた液晶表示装置に関する。

主に室内で使用されている液晶表示装置等からなるテレビでは、３００〜４００ｃｄ／ｍ^２程度の輝度で十分である。

ところで、主に半屋外、屋外に設置される看板等の広告媒体は、従来から用いられている紙の他に、最近では表示装置を用いたものが普及してきている。半屋外での使用が前提となるこのような広告媒体用の表示装置の場合、テレビで要求される３００〜４００ｃｄ／ｍ^２程度の輝度では全く不十分であり、最低でも１０００ｃｄ／ｍ^２以上の輝度が必要となる。また、晴天下での視認性等を考慮すると、その表示装置には２０００ｃｄ／ｍ^２以上の超高輝度が要求される。

このような広告媒体用の表示装置としては、大型化が容易な液晶表示装置が多用されている。液晶表示装置は、Plasma Display Panel（ＰＤＰ）等の自発光型表示装置とは異なり、表示を行うためにはバックライトと呼ばれる照明装置が必要となる。

このバックライトの光源としては、従来主流であった冷陰極管（ＣＣＦＬ）から、最近では発光ダイオード（ＬＥＤ）が主流となってきている。このＬＥＤ光源を用いたバックライトとしては、例えば特許文献１に記載されている直下型バックライトが知られている。

また、特許文献１の直下型バックライトの他に、液晶表示装置の薄型化に適したエッジライト型バックライトもよく知られている。このエッジライト型バックライトは、導光板の側面にＬＥＤ光源を複数配置することで線状光源化し、この線状光源を導光板の前面から出射して面状光源へと変換するものである。

このようなエッジライト型バックライトは、導光板の出射面に様々な光学シートが配置され輝度の均一化、高輝度化等を図っている。このような光学シートとして特許文献２のような光学シート等、様々なものが知られている。

特開２０１０−１６４７７４号公報 特開２００９−０２５７７４号公報

通常、光学シートは複数用いられることが多い。複数の光学シートを用いる場合、同じ種類の光学シートを用いたとしても、この光学シートの配置順序がバックライトの出射面からの輝度に影響を与える。

光学シートの配置順序による影響が僅か数％である場合、例えば、テレビ程度の輝度であればその影響も僅かである。しかしながら、２０００ｃｄ／ｍ^２というような超高輝度が要求されるような広告媒体用の表示装置の場合には、僅か数％であったとしても、輝度へ与える影響が大きくなる。したがって、高輝度化を図る上で、光学シートの配置順序は
極めて重要な要素となる。

そこで、本発明は、ＬＥＤ光源が導光板の側面に対向配置され、導光板の出射面側に複数の光学シートが配置された照明装置及びこの照明装置を備えた液晶表示装置において、より一層の高輝度化を図り、高輝度が要求されるような広告媒体用等として最適な照明装置及び照明装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、導光板と、前記導光板の側面に対向配置されたＬＥＤ光源と、前記導光板の出射面上に設けられ、前記ＬＥＤ光源の光の出射方向と平行な方向に伸びるレンチキュラーレンズと、前記レンチキュラーレンズの上方に配置される第１プリズムシートと、前記第１プリズムシートの上方に配置される第２プリズムシートと、を備え、前記第１プリズムシートのプリズムの長手方向が前記レンチキュラーレンズの伸びる方向と平行になるように前記第１プリズムシートが配置され、前記第２プリズムシートのプリズム方向が前記レンチキュラーレンズの方向と直交するように前記第２プリズムシートが配置されていることを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、照明装置から出射される出射光の輝度を高めることができる。とくに、本発明の照明装置は、１０００〜２０００ｃｄ／ｍ^２というような非常に高い輝度が要求される液晶表示装置用の照明装置として適している。

また、本発明の照明装置は、前記第１プリズムシートと、前記第２プリズムシートのプリズムピッチが、６４〜７５μｍであることを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、照明装置から出射される出射光の輝度を高めることができる。とくに、本発明の照明装置は、１０００〜２０００ｃｄ／ｍ^２というような非常に高い輝度が要求される大型の液晶表示装置用の照明装置として適している。

また、本発明の液晶表示装置は、前記照明装置と、前記照明装置の前方に配置される液晶パネルと、を備えることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示装置の輝度を高めることができる。とくに１０００〜２０００ｃｄ／ｍ^２というような非常に高い輝度が要求される液晶表示装置として適している。

実施形態の液晶表示装置の正面図である。 実施形態の液晶表示装置の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 実施形態のバックライトにおける導光板と、第１、第２プリズムシートの関係を示した概念図である。 実施形態のプリズムシートの断面拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための一例を示すものであり、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態にも適応できるものである。

図１は本発明の実施形態に係る液晶表示装置１の正面図である。また、図２は液晶表示
装置１の分解斜視図である。また、図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。図１〜図３には、互いに直交するＸＹＺ軸が併記されている。図４及び図５にも同様にＸＹＺ軸が併記されている。液晶表示装置１を正面から見たとき、Ｘ軸方向は前後方向、Ｙ軸方向は左右方向、Ｚ軸方向は上下方向である。液晶表示装置１の長辺と短辺はそれぞれＺ軸とＹ軸に平行である。

液晶表示装置１は、液晶パネル１０と、照明装置の一例であるバックライト２０とを備え、液晶パネル１０の前面側に位置する額縁状の前面枠１１によって一体に固定されている。

液晶パネル１０は、一対の透明な矩形状のガラス基板が所定のギャップを保持して貼り合わせられているとともに、基板間に液晶材料が注入されている。また、一対のガラス基板は、一方が薄膜トランジスタのアレイ基板であり、他方がカラーフィルタと透明導電膜が形成された基板である。

また、液晶パネル１０には、駆動用ＩＣや制御用ＩＣ等が実装された実装基板１２がガラス基板の端部にフィルム配線１３を介して接続されている。なお、図示していないが、液晶パネル１０の前面側と後面側には、それぞれ偏光フィルムが貼り付けられている。また、本実施形態においては、液晶パネル１０のサイズが４７インチであり、縦の長さが約６０ｃｍ、横の長さが約１０４ｃｍの液晶パネル１０を用いた。

前面枠１１は、金属製の部材であり、図３に示すように断面が逆Ｌ字状となっている。前面枠１１の開口部１４から液晶パネル１０の表示領域が露出する。

バックライト２０は、箱状のシャーシ２１と、シャーシ２１の内側に収納された反射シート２２と、導光板２３と、ＬＥＤ光源２４と、光学シート２５と、シャーシ２１の前部に位置する額縁状の中枠２６と、によって構成されている。

シャーシ２１は、コスト面から鉄等の金属からなる箱状の
部材である。また、シャーシ２１は、液晶パネル１０よりも若干大きな矩形状の部材である。このシャーシ２１は、底面２１ａと、底面２１ａの４辺からそれぞれ立ち上がった側壁２１ｂとで構成されている。

反射シート２２は、シャーシ２１の底面２１ａの内側と略同じ大きさであり、その上に導光板２３が配置される。反射シート２２は、ポリエステルフィルム等からなり、導光板２３側の表面で光が鏡面反射や拡散反射するような加工が施されている。

導光板２３は、矩形状の板状部材であり、可視領域で無色透明な樹脂等で形成されている。導光板２３は、側面（入射面２３ａ）側に配置されたＬＥＤ光源２４からの光が、導光板２３内部を全反射しながら進んでいくうちに導光板２３の裏面２３ｂ側に加工された反射ドットによって向きを変え、全反射角より小さくなった成分の光が導光板２３の表面（出射面２３ｃ）から出射してくことを利用して、面状光源を形成するものである。この反射ドットは、導光板２３にスクリーン印刷やインクジェット印刷によって形成されたり、導光板２３とともに一体成型により形成されたりする。

また、導光板２３の出射面２３ｃには、導光板２３の短辺と直交する方向（ＬＥＤチップ３２の出射光と平行な方向）に伸びる半円錐形状のレンチキュラーレンズ加工が施されている。バックライト２０は、導光板２３の出射面２３ｃにレンチキュラーレンズ加工を施すことで、光の指向性と利用効率を高め、輝度の向上を図っている。

ＬＥＤ光源２４は、導光板２３の短辺両側に配置されており、金属ベース板３１と、金属ベース板３１の表面に半田付けされた複数のＬＥＤチップ３２を備えている。ＬＥＤ光源２４は、出射方向が導光板２３の長手方向に平行となるように配置されている。

ＬＥＤ光源２４を構成する金属ベース板３１は、放熱性に優れた部材が最適であり、例えば、銅やアルミニウムを主成分とする金属板からなり、０．５〜１．５ｍｍの板厚からなる。なお、金属ベース板３１は、熱伝導性のよい接着剤を用いてシャーシ２１へ固定している。金属ベース板３１をネジ止めによりシャーシ２１へ固定しても構わないが、接着剤で固定することにより、ネジ等によるＬＥＤチップ３２からの出射光への影響を防ぐことができる。

金属ベース板３１の表面には、絶縁層が形成され、絶縁層の上には銅箔からなる金属箔層がＬＥＤチップ３２へ給電するための配線形状をなして形成されている。そして、ＬＥＤチップ３２が金属箔層の所定位置に半田付けされている。図２に示すようにＬＥＤチップ３２が側壁２１ｂに沿って複数配置されることによって、側壁２１ｂの横に線状光源化されたＬＥＤ光源２４が形成される。なお、ＬＥＤチップ３２から照射された光を効率良く反射するために、ＬＥＤチップ３２が半田付けされる個所を除き、金属箔層３４の表面や絶縁層３３の表面には白色絶縁膜（図示せず）が形成されている。

なお、バックライト２０から出射された光が白色光となるものであれば、ＬＥＤチップ３２は、既知の様々なものを用いることができる。例えば、ＬＥＤチップ３２は、青色発光素子に、黄色の蛍光体を塗布し、補色効果により疑似白色発光するものでもよい。また、色再現性を大きくするために、ＬＥＤチップ３２は、赤色、緑色、青色の発光素子をそれぞれ用いて白色光とするものでもよい。

光学シート２５は、導光板２３の出射面２３ｃから出射した光を、効率良く液晶パネル１０に照射するためのシート状部材である。本実施形態では、光学シート２５は、３枚のシートからなり、導光板２３の出射面２３ｃ上に第１プリズムシートであるプリズムシート２５ａを配置し、プリズムシート２５ａの上に第２プリズムシートであるプリズムシート２５ｂを配置し、プリズムシート２５ｂの上に、反射型偏光シート２５ｃを配置している。なお、プリズムシート２５ａ、２５ｂについては、詳細を後述する。

反射型偏光シート２５ｃは、例えば住友スリーエム社のＤＢＥＦ（登録商標）等があり、液晶パネル１０の後面側に貼り付けられた偏光板を通過しない成分の光を反射してリサイクルすることによって、偏光板を通過する光へと変換するものである。この反射型偏光シート２５ｃを用いることで、バックライト２０から出射される光の利用効率が上がり、輝度が向上する。

中枠２６は、金属製や樹脂製の額縁状の部材である。中枠２６は、図示しない係合手段によって、シャーシ２１の側壁２１ｂと係合する。そして、中枠２６は、シャーシ２１の側壁２１ｂと係合することによって、シャーシ２１内に収納された光学シート２５等をシャーシ２１内で固定する。また、中枠２６の前方側には液晶パネル１０が載置される。液晶パネル１０は、前面枠１１と中枠２６とが図示しない係合手段によって係合することによって、前面枠１１と中枠２６との間で強固に固定される。

このような構成の液晶表示装置１を広告媒体用の表示装置として用いる場合、晴天下での視認性を良好にするためには、２０００ｃｄ／ｍ^２以上という非常に高い輝度が必要となる。このような超高輝度を実現する方法として、ＬＥＤチップ３２へ流す電流量を増やす方法がある。一方で、ＬＥＤチップ３２へ流す電流量を増やすと、ＬＥＤチップ３２からの熱が増加するため放熱の問題が生じる。したがって、バックライト２０の高輝度化を
図るには、単にＬＥＤチップ３２へ流す電流量を増やすだけでなく、他の方法も必要となる。

そこで、本実施形態においては、プリズムシート２５ａ、２５ｂのレンズピッチ及び配置順によって、輝度の改善を図っている。この点について図を用いて詳細を説明する。

まず、プリズムシート２５ａ、２５ｂは、熱可塑性樹脂シートに頂角９０°のプリズム形状を高圧力で転写して形成したものである。このプリズム形状はシート短辺と直交する方向に伸びるもの（プリズム方向Ｈ）と、シート短辺と平行な方向に伸びるもの（プリズム方向Ｖ）があり、プリズムシート２５ａと、プリズムシート２５ｂには、どちらか一方のプリズム形状が形成されている。そして、プリズムシート２５ａ、２５ｂを重ねて用いることで、プリズム形状が直交することになり、プリズムシート２５ａ、２５ｂを通過した光がシートの法線方向へ集光され、輝度が向上する。

このような頂角９０°のプリズムシート２５ａ、２５ｂと、半円錐形状のレンチキュラーレンズ加工が施された導光板２３と、を備えたバックライト２０における、プリズムシート２５ａ、２５ｂのプリズム方向について説明する。図４は、バックライト２０における導光板２３と、プリズムシート２５ａ、２５ｂの関係を示した概念図である。なお、導光板２３のＢ−Ｂ線断面図を導光板２３の右横に、プリズムシート２５ａのＣ−Ｃ線断面図をプリズムシート２５ａの右横に、プリズムシート２５ｂのＤ−Ｄ線断面図をプリズムシート２５ｂの上方にそれぞれ記している。

上記のように、導光板２３は、導光板２３の出射面２３ｃに、導光板２３の短辺と直交する方向（ＬＥＤチップ３２の出射光と平行な方向）に伸びる半円錐形状のレンチキュラーレンズ２３ｄが形成されている。

導光板２３の上方に配置されるプリズムシート２５ａは、プリズム形状がシート短辺と直交する方向に伸びるプリズム方向Ｈのシートとなっている。したがって、導光板２３のレンチキュラーレンズの方向と、プリズムシート２５ａのプリズム方向Ｈとは平行になっている。

プリズムシート２５ａの上方に配置されるプリズムシート２５ｂは、プリズム形状がシート短辺と平行な方向に伸びるプリズム方向Ｖのシートとなっている。したがって、導光板２３のレンチキュラーレンズの方向と、プリズムシート２５ｂのプリズム方向Ｈとは直交している。

このような実施形態のバックライト２０と、比較用バックライトの輝度の比較を行った。比較用バックライトは、バックライト２０のプリズムシート２５ａ、２５ｂのプリズム方向とプリズム方向が逆になっているものである。つまり、比較用バンクライトは、導光板２３の上方に配置されるプリズムシート２５ａは、プリズム形状がシート短辺と平行な方向に伸びるプリズム方向Ｖのシートとなっている。したがって、導光板２３のレンチキュラーレンズの方向と、プリズムシート２５ａのプリズム方向Ｈとは直交している。また、プリズムシート２５ａの上方に配置されるプリズムシート２５ｂは、プリズム形状がシート短辺と直交する方向に伸びるプリズム方向Ｈのシートとなっている。したがって、導光板２３のレンチキュラーレンズの方向と、プリズムシート２５ｂのプリズム方向Ｈとは平行になっている。

以上のようなバックライト２０と、比較用バックライトとのバックライトから出射した出射光について比較したところ、比較用バックライトの輝度を１．０とすると、バックライト２０の輝度は１．０２となった。つまり、バックライト２０の輝度が２％向上した。
このような数％の輝度の向上は、テレビ用の表示装置で要求される程度の輝度（４００ｃｄ／ｍ^２）であれば僅かである。しかしながら、２０００ｃｄ／ｍ^２というような超高輝度が要求されるような広告媒体用の表示装置では、非常に大きな輝度の向上となる。

したがって、半円錐形状のレンチキュラーレンズが形成された導光板２３と、導光板２３の上方に配置される頂角９０°のプリズムシート２５ａと、プリズムシート２５ａの上方に配置される頂角９０°のプリズムシート２５ｂと、を備えたバックライト２０において、プリズムシート２５ａのプリズム方向が、レンチキュラーレンズの方向と平行になるように配置し、プリズムシート２５ｂのプリズム方向が、レンチキュラーレンズの方向と直交するように配置することによって、輝度の向上を図ることができる。

また、プリズムシート２５ａ、２５ｂのレンズピッチについて図を用いて説明する。図５は、プリズムシート２５ａの断面拡大図である。なお、プリズムシート２５ｂもプリズムシート２５ａと同様の構造となっているためその説明は省略する。

プリズムシート２５ａの各プリズムにおけるＦ値は、焦点距離ｆ、有効開口（プリズムピッチ）Ｄとすると、
Ｆ＝ｆ／Ｄ ・・・式（１）
となる。

また、プリズムシート２５ａの各プリズムにおける像の照度（液晶パネル１０に入射する光量）Ｌは、レンズを透過する光量ｔ、物体の輝度Ｂとすると、
Ｌ＝ｔＢπ／４Ｆ^２・・・式（２）
となる。

式（１）を式（２）に代入すると、
Ｌ＝ｔｂπＤ^２／４ｆ^２・・・式（３）
となる。

式（３）から、液晶パネル１０に入射する光量Ｌを増加させるためには、プリズムシートのプリズムピッチＤを大きくすればよい。一方、プリズムの頂角９０°のまま、プリズムピッチＤを大きくすると、プリズムシートのシート厚が増えてしまう。シート厚が増加すると、液晶表示装置１の厚みが増してしまうため、とくに中小型の液晶表示装置にとっては好ましくない。一般的なプリズムシートではシート厚も考慮されているため、通常プリズムピッチＤは、５０μｍとなっている。

一方、広告媒体用の表示装置は、大型の表示装置であるため、中小型の液晶表示装置のような、装置の厚みはそれほど問題にならない。そこで、本実施形態のバックライト２０は、プリズムピッチＤが５０μｍよりも大きなプリズムシート２５ａ、２５Ｂを用いた。具体的には、プリズムシート２５ａ、２５ＢのプリズムピッチＤが、６４〜７５μｍのシートを用いた。このようなプリズムシート２５ａ、２５ｂを用いることにで、プリズムピッチＤが５０μｍのシートに比べ、シート面での輝度に関しては、２００〜１０００ｃｄ／ｍ^２の輝度の上昇がみられた。一方、プリズムピッチＤがあまり大きくなり過ぎると、シート面でモアレが発生してしまった。

以上のように、半円錐形状のレンチキュラーレンズが形成された導光板２３と、導光板２３の上方に配置される頂角９０°のプリズムシート２５ａと、プリズムシート２５ａの上方に配置される頂角９０°のプリズムシート２５ｂと、を備えたバックライト２０において、プリズムシート２５ａのプリズム方向が、レンチキュラーレンズの方向と平行になるように配置し、プリズムシート２５ｂのプリズム方向が、レンチキュラーレンズの方向
と直交するように配置し、プリズムシート２５ａ、２５ｂのプリズムピッチを６４〜７５μｍにすることによって、輝度の向上を図ることができ、超高輝度が要求されるような大型の液晶表示装置１のバックライト２０として適したものとなる。

なお、本実施形態においては、導光板２３の出射面２３ｃに形成されたレンチキュラーレンズ２３ｄは、ＬＥＤ光源２４が配置された導光板２３の短辺と直交する方向に伸びている。一方、ＬＥＤ光源２４が導光板２３の長辺側に配置されている場合、バックライト２０は、ＬＥＤ光源２４が配置された導光板２３の長辺と直交する方向に伸びるレンチキュラーレンズ２３ｄが形成された導光板２３を用いる。この場合、プリズムシート２５ａのプリズム方向は、レンチキュラーレンズの方向と平行になるように配置するため、プリズムシート２５ａはプリズム形状がシート短辺と平行に伸びるプリズム方向Ｖのシートとなる。また、プリズムシート２５ｂのプリズム方向は、レンチキュラーレンズの方向と直交するように配置するため、プリズムシート２５ｂは、プリズム形状がシート短辺と直交して伸びるプリズム方向Ｈのシートとなる。

また、本実施形態において、バックライト２０は、レンチキュラーレンズ２３ｄが導光板２３の出射面２３ｃに直接形成されているが、レンチキュラーレンズ２３ｄが形成されたシートを用い、このシートを導光板２３の出射面２３ｃ上に配置する構成でも構わない。

１…液晶表示装置
１０…液晶パネル
１１…前面枠
１２…実装基板
１３…フィルム配線
１４…開口部
２０…バックライト
２１…シャーシ
２１ａ…底面
２１ｂ…側壁
２２…反射シート
２３…導光板
２３ａ…入射面
２３ｂ…裏面
２３ｃ…出射面
２３ｄ…レンチキュラーレンズ
２４…ＬＥＤ光源
２５…光学シート
２５ａ、２５ｂ…プリズムシート
２５ｃ…反射型偏光シート
２６…中枠
３１…金属ベース板
３２…ＬＥＤチップ

Claims (3)

1. 導光板と、
   前記導光板の側面に対向配置されたＬＥＤ光源と、
   前記導光板の出射面上に設けられ、前記ＬＥＤ光源の光の出射方向と平行な方向に伸びるレンチキュラーレンズと、
   前記レンチキュラーレンズの上方に配置される第１プリズムシートと、
   前記第１プリズムシートの上方に配置される第２プリズムシートと、を備え、
   前記第１プリズムシートのプリズムの長手方向が前記レンチキュラーレンズの伸びる方向と平行になるように前記第１プリズムシートが配置され、
   前記第２プリズムシートのプリズムの長手方向が前記レンチキュラーレンズの伸びる方向と直交するように前記第２プリズムシートが配置されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記第１プリズムシートと、前記第２プリズムシートのプリズムピッチが、６４〜７５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記１または２に記載の照明装置と、
   前記照明装置の前方に配置される液晶パネルと、を備えることを特徴とする液晶表示装置。

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