JP3860753B2 - バックライト装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶ディスプレイに使用されるバックライト装置に係わり、特にバックライトの管ムラを少なくし、高輝度用のバックライト装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロコンピュータ、テレビジョン受像機等の電子機器の表示装置として利用されているLCD(液晶ディスプレイ)は非発光性のため、バックライト装置の様な外部照射用の光源を必要としている。
【0003】
この様なバックライト装置としては円筒光源に冷陰極管又は熱陰極管等の細径の蛍光管を用いるのが一般的であり、構造としては導光板の側面に蛍光管を配設したエッジライト方式と、筐体内部に反射体(以下反射板と記す)及び蛍光管を収納し、筐体開口に配設した光透過拡散板に蛍光管からの直接光及び蛍光管からの光を反射板で反射させた光を光透過拡散板で入射拡散させて均一な面状光を出光させる様にした直下方式が知られている。
【0004】
上述の直下方式或はエッジライト方式はLCDの要求性能に応じて選択されるが直下方式は蛍光管の直接光を利用するためエッジライト方式に比較して光の利用効率が高く、モニタ用、テレビジョン受像機用等の高輝度を必要とする用途に適している。
【0005】
図10(A)は従来の直下方式のバックライト装置を示す平面図であり、図10(B)は図10(A)のA−A′断面矢視図、図11(A),(B)は図10(A)のB−B′断面矢視図を、図11(B)は光透過拡散板上の光量分布を示している。
【0006】
バックライトのランプハウスとなる筐体1は上面に開口部1aを有する断面が台形状の箱状と成され、白色高反射グレード成型樹脂で一体成型するか、金属板或は金属板と成型樹脂を組み合わせて作製する。
【0007】
筐体1内には高反射塗料を塗布するか、高反射フィルム材等を貼着させて反射面としての反射板2を形成する。
【0008】
蛍光管等の円筒光源3は筐体1の底面から1〜2mm程度離間した位置に保持されるように端部を高反射グレード樹脂の射出成型で得た円筒光源支持台5(図10(A),(B)〜図11(A),(B)では筐体1の側板と一体化されている)に固定しており、配置する本数は要求される輝度によって決定する。
【0009】
上記した各部品を組み立て、上面に乳白色アクリル材等を用いた光透過拡散板4を開口部1aを覆う様に配置させることでバックライト装置6が構成され、円筒光源3から放射状に発した光は直接或は筐体1内の反射板2で反射されて光透過拡散板4に到達し、光透過拡散板4で面発光に変換される。
【0010】
又、光透過拡散板4の表面には少なくとも1枚以上の集光シート9が配設されて照光面の法線方向に光を集光させている。
【0011】
LCDの表示品位の優劣を表す重要な要素にバックライト装置6の照射面の輝度均一性がある。この輝度均一性を表す要素の1つに管ムラがある。管ムラは図11(B)に示す様に光透過拡散板4或は集光シート9から出射する照光面上の光を円筒光源3上部の輝度8aと隣接する円筒光源3間の輝度8bで比較した場合の輝度変化率で表され、隣接する円筒光源値の(最大輝度−最小輝度)/最大輝度×100%で定義している。
【0012】
バックライト装置の拡散板4或は集光シート9の照光面上で輝度変化がある場合、その箇所は視覚的に管ムラと認識されてしまう。
【0013】
そのため、円筒光源3の固定位置、筐体1の形状等の構造設計で可能な限り管ムラを小さくする設計を行う必要があり、実用レベルの管ムラ値は0.5%以下である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上述構成のバックライト装置6では円筒光源3から発光された光は放射線状に広がり、光透過拡散板4或は集光シート9上から出射される光量は図12(A)に示すように円筒光源3から全方向で離れるに従って低下する単一峰曲線7となる。図12(A)に於いて、単一峰曲線7nは反射板2と光透過拡散板4或は集光シート9までの距離がT1 の場合であり、この距離がT1 >T2 の様に反射板2と光拡散板4或は集光シート9間の距離T2 が小さくなると円筒光源3直下の光量は単一峰曲線7の様に大きくなる。
【0015】
また、複数の円筒光源3を一定の間隔を離して並べた条件で、円筒光源3或は反射板2と光透過拡散板4或は集光シート9の距離T1 ,T2 が違う場合には各円筒光源3からの光量が積算され光透過拡散板4或は集光シート9上から出射される光量は図14に示すようになり、上記と同様円筒光源3直上の光量は距離T1 〜T2 の様に小さくなると図15の複数峰特性曲線8の様に大きくなることが分かる。
【0016】
図12(B)で円筒光源3a及び3bの夫々の単一峰曲線7a及び7bに於いて、複数峰曲線8の頂部c点の光量はa点の光量とb点の光量を加算したものであり、複数峰曲線8の谷e点での光量はd点の光量を2倍した光量となっている。
【0017】
図13は筐体1内に12本の円筒光源(蛍光管)3a,3b‥‥3lを並設した場合の夫々の単一峰曲線7a〜7lを合成した複数峰曲線8の輝度分布を示すもので複数峰曲線8の山谷の差が管ムラとして表れて来るものである。
【0018】
上記したように円筒光源3或は反射板2と、光透過拡散板4或は集光シート9の距離T1 ,T2 が小さくなる(厚みが薄くなる)に従って円筒光源3直上の輝度が高くなるため照光面には必ず光量の高い箇所と低い箇所が存在してしまう。
【0019】
直下方式のバックライト装置6では光透過拡散板4をコストダウン等の為に取り除いたものも提案されている。然し、この様なバックライト装置はLCD表示装置の画面の口径寸法が10.4インチ以下のものであり、これより画面口径寸法の大きい集光シート9のみでは図15の様に撓みが生じ、円筒光源3或は反射板2と、集光シート9間の距離周辺の距離T1 は中心部分ではT1 は厚みが薄くなることにより照光面上に視覚的に明るいところと暗いところが発生して管ムラとなる問題がある。
【0020】
図16はLCD表示装置の画面の口径寸法(画面サイズ:画面の対角線間のインチ寸法)を横軸にとり、縦軸に画面中心位置での集光シート9の最大撓み量をプロットしたものである。
【0021】
この画面の口径寸法(サイズ)と集光シート9の撓み量との関係をみると、画面サイズが10.4インチ以下では撓み量は零であり、筐体1の開口部1a上に直接集光シート9を配設する様にしても、特に問題は生じないことが解る。然し、LCD装置の画面サイズ(筐体1の開口部1aの画面サイズと略同一であるので以後、筐体1の開口部1aの口径サイズとして説明する)が16インチを越えた場合の撓み量は5mmにもなり、叙上の様に管ムラが大幅に増大する問題が発生する。
【0022】
本発明は叙上の課題を解消するためになされたもので、画面サイズの大きい開口部1aを有するバックライト装置6に於いて光透過拡散板4を取り去ることによる集光シート9の撓みを解消するためになされたもので輝度が均一なバックライト装置6を得ようとするものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバックライト装置は、開口部を有する扁平な筐体内に1本以上の円筒光源を配置するとともに前記開口部にシートを配設し、前記円筒光源からの光を前記シートで面状の光に変換して平面光源を構成するバックライト装置において、前記筐体の対向する側部に固定されて前記シートの下に架張された透明な糸を有する撓み防止手段を設け、前記撓み防止手段で前記シートの撓みを防止したことを特徴とする。
【0024】
本発明の他の形態は、前記糸が前記円筒光源の管軸に沿って配置されていることを特徴とする。
【0025】
本発明の他の形態は、前記側部の前記シートに対向する上面に前記糸が埋まる大きさの溝が形成されており、前記溝に前記糸が前記上面から突出しないように配置されていることを特徴とする。
【0026】
本発明の他の形態は、前記糸が前記溝に接着剤で固定されていることを特徴とする。
【0027】
本発明の他の形態は、前記シートが樹脂からなり、表面にビーズがコーティングされたビーズコート層を有することを特徴とする。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバックライト装置の1形態例を図1乃至図9によって詳記する。
図1(A)は本発明の1形態例を示すバックライト装置の平面図、図1(B)は図1(A)のA−A′断面矢視図、図1(C)は図1(B)のA部拡大図である。
【0034】
図1(A)〜図1(C)に於いて、バックライト装置6のランプハウスとなる筐体1は筐体1内に貼着した反射板2を反射シート又は反射部材を塗布した光の反射体或は筐体1自体を白色高反射グレード成型樹脂で一体成型されている。この筐体1は上部に開口部1aを設けて箱型に成形される。
【0035】
筐体1の左右及び前後側部は図1(A)のA−A′断面矢視図の図1(B)に示す様に断面が台形と成され、左右側部には図示しないが高反射グレード樹脂で成型した円筒光源支持台5が固定されて、少なくとも1本以上の冷陰極管や熱陰極管等で構成された円筒光源3が筐体1の底面の反射板2の表面から1〜2mm程度離間した位置に取り付けられている。
【0036】
上述の筐体1の開口部1aを覆う様にポリエステル樹脂等を用いた集光シート9を配設することで、円筒光源3から発せられる光を直接に或は円筒光源3から下側の反射板2で反射した光と共に集光シート9に入射させることで集光シート9で面状の光に変換させて平面光源を構成させている。
【0037】
開口部1a上には少なくとも1枚以上の図1(C)に示す集光シート9が配設されて照光面の法線方向に光を集光及び拡散させ輝度を高めている。
【0038】
1枚の集光シート9は図1(C)に示す様に100μm程度のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂等のシート9の表面に小径のビーズをコーティングしたビーズコート層9bと裏面にアクリル樹脂等の貼り付き防止用のステッキング防止コート層9cで構成されているが、本発明ではこのステッキング防止コート層9cを省略することもできる。
【0039】
集光シート9の上面にはガラス基板間に配設したLC、偏光板、カラーフィルタ等を一体化したLCDパネル部となるLCDハウジングが取り付けられて液晶表示装置が構成される。
【0040】
本例のバックライト装置では従来の図10(A)(B)の様に筐体1の開口部1a上の光透過拡散板4上に集光シート9を載置するのではなく、筐体1の開口部1a上に直接集光シート9を配設しているので集光シート9の厚みが100μm前後、最大でも約250μm程度のため、開口部1a上に平置きすると、図15及び図16で説明した様に画面サイズの大きい開口部1aでは筐体1の中心部分で図1(B)の一点鎖線で示す様に谷状に下方へ撓んでしまい、特に大型サイズのLCD表示装置に於いて顕著であり、集光シート9の照光面上で円筒光源3の直上が明るくなり管ムラが発生する問題を生ずる。
【0041】
上述の如き撓みを防止するための本発明の撓み防止手段は筐体1の底面から集光シート9のステッキング防止コート層9cに対接する様に筐体1の高さと略同一のピン16を筐体1の底面に立設させる。
【0042】
このピン16は撓みが生ずる部分に図1(A)に示す様に少なくとも1本以上を適宜位置に設けることが出来る。
【0043】
図2(A)は本発明の他の形態例を示すピン16の組立状態を示す斜視図であり、図2(A)で集光シート9はビーズコート層9bを上側にして3枚が重ねられて、筐体1の開口部1a上に載置される。
【0044】
反射板2は筐体1の開口部1aを介して底板1bに固定される。ピン16は円盤状の基部16aに立設され、ピン16の形状は略円錐形状で集光シート9の裏面との対接点20は点接触する様に先端が1mm2 程度のチップ状と成され、高さは筐体1の高さと略同一の高さのポリカーボネート製と成されている。
【0045】
反射板2にはピン16の立設位置に対応して図2(A)では3本のピン16の基部16aが貫通可能な透孔2aが穿たれている。この透孔2aにピン16の基部16aを挿入し、基部16aの底面に塗布した接着剤を介して筐体1の底部1bに貼着して固定している。
【0046】
図2(B)はバックライト装置6の筐体1の平面図を示すものであり、図2(C)は図2(B)のA−A断面矢視図である。
【0047】
図2(B)の場合は筐体1の略中央位置に1本のピン16を立設させた場合を示し、本例では図1(C)の様に筐体1の底板1bと一体に円錐状のピン16を立設させたものである。
【0048】
図3(A)は本発明のバックライト装置6の他の形態例を示す組立状態の斜視図を示すものであり、本例の場合の撓み防止手段は筐体1の左右の側板或は円筒光源支持台5L,5R間の略中央位置に1本の透明な糸を架張して、集光シート9の撓みを防止する様に成したもので円筒光源3の管軸方向に沿って配設されている。
【0049】
糸17は例えば直径が0.205mmのテグスの様な透明な糸で図3(A)のA部拡大図に示す様に左右の円筒光源支持台の略中央位置に糸17が埋まる様な溝21を形成し、所定の引張り力を与えながら接着剤等で固定する。これらの固定方法は他の適宜固定方法をとることが出来る。要するに、糸17の両端部が左右の円筒光源支持台5L,5Rの上面より突出しない様に固定すればよい。
【0050】
図3(B)及び図3(C)は筐体1の平面図であり、図3(B)の場合は画面サイズ18インチの場合に上下側板1U,1Dから50mm位置に2本の糸を左右の側板或は円筒光源支持台2L,2R間に架張した場合であり、図3(C)は中央部にも糸17を架張して3本とした場合を示す。
【0051】
図4(A)は本発明のバックライト装置6の更に他の形態例を示す組立状態の斜視図を示すものであり、図4(B)は集光シートに合成樹脂成形体から成る挟着体を挟着させた状態の平面図、図4(C)は図4(D)の斜視図で示す他の構成の合成樹脂成形の挟着体を挟着させた状態の平面図である。
【0052】
図4(A)及び図4(B)に於ける本例の撓み防止手段は、円筒光源3及び反射板2が収納された筐体1の円筒光源支持台5L,5R或は左右側板及び上下の側板1U,1Dで囲まれた開口部1aを覆う。略矩形状の集光シート9の上下左右の四つの辺に合成樹脂成形の挟着体18L,18R,18U,18Dを挟着させて図4(B)の如く構成させたものである。この挟着体は図4(A)に示す様に紙、金属、合成樹脂等で略矩形状に形成され、その長手方向と直交する断面を略U字状と成し、集光シート9の四辺の上下長辺及び左右短辺の隅部を残して、四辺周縁を挟着体18U,18D,18L,18Rで補強する様にし、集光シート9を上下左右方向に引張る引張力を付与する様に成して、筐体1の開口部1aを覆う様に配設することで集光シート9の中心部分の撓みを防止している。
【0053】
図4(C)及び図4(D)に示す挟着体18cは集光シート9の四隅のコーナに平面形状が略L字状でそのL字片の長手方向と直交する例えば図4(D)のA−A′断面が略U字状に紙、金属、合成樹脂等で形成したものであり、集光シート9の対角線方向に一対の挟着体18c,18cで引っ張って、所定のテンションを与えて集光シート9の中心部の撓み(だれ)を防止する様にして筐体1の開口部1a上に載置する。この様に処理した集光シート9上にはガラス基板間に配設したLC(液晶)、偏光板、カラーフィルター等を一体化したLCDパネル部となるLCDハウジングが取り付けられてLCD表示装置が構成されている。
【0054】
上述の各構成でのバックライト装置の管ムラ改善の効果を図5乃至図9によって説明する。
【0055】
図5は図10(A)(B)の様に筐体1の開口部1a上に比較的厚手(2mm程度)の光透過拡散板4上に集光シート9を配設することなく、筐体1の開口部1aを覆う様に3枚の集光シート9を配設した場合の光量分布特性図を示している。
【0056】
然し、筐体1の開口部1a上に集光シート9を平置きすると、集光シートの中心部分で撓みにより輝度差が目立ちこの場合の管ムラは1.0%程度であった。
【0057】
そこで、図1及び図2の如く筐体1の底部1bからピン16を立設した場合の輝度分布図を図6に示す。
【0058】
図6はLCDの画面サイズに18インチを使用し、円筒光源3としては外径3mm、内径2.4mmの冷陰極管を用い、この複数の円筒光源3間の距離を23.5mmとし、筐体1上の反射板2の上面までの距離を2mm、この反射板2から複数(9本)のピンを立設し、ピンの先端の断面積を1mm2 として筐体1の高さと略同一の高さ位置に図1(C)で説明した3枚の集光シート9を開口部1aを覆う様に配置した場合を示している。
【0059】
図6の光量分布特性図によればY軸方向の管ムラは中心部での山谷(8a及び8b)の差はほとんどなく管ムラは0%に近い値を示し、集光シート9の照光面上の濃度パターン差もほとんど生じないものが得られている。
【0060】
図7(A)乃至図7(C)は図3(A)乃至図3(C)に示した集光シート9の撓み防止に透明な糸17を筐体1の開口部1a上に架張した場合の輝度分布図を示すものであり、バックライト装置6としては図6で説明したと同一の18インチの画面サイズを用い、円筒光源3や反射板2、集光シート9の取付位置等も同一に選択し、図7(A)の場合は図3(A)に示す。糸17を1本で架張した場合の光量分布特性図、図7(B)は図3(B)に示す糸17を2本で架張した場合の光量分布特性図を、図7(C)は同様に図3(C)の糸17を3本で架張した場合の同様の光量分布特性図を示している。
【0061】
図7(A)では透明なテグスとして直径0.205mmの糸を管軸方向のX軸に沿って、集光シート9の照光面の中央に来る様に架張した場合であり、図7(B)は筐体1の上下側板1U,1Dの内側から50mm位置に2本の透明な糸17を架張した場合であり、図7(C)は図7(B)と同様に両サイド50mm位置及び中央に計3本の透明な糸17を架張した場合を示している。これらの光量分布特性図での管ムラはY軸方向の特性曲線で明らかな様に管ムラのほとんど無い特性が得られている。
【0062】
図8(A)及び図8(B)は図4(A)(B)で詳記した直線状の挟着体18U,18D,18L,18Rを集光シート9の四辺に挟着させた場合の光量分布曲線図である。
【0063】
図8(A)は図8(B)の様に図6説明時と同一形態のバックライト装置6の集光シート9の四辺に挟着する長方形状の挟着体18U,18Dの長さ(L)を33cm×幅(W)3cmの合成樹脂の成形体として挟着体18L,18Rを27cmL×3cmWとし、集光シート9の四辺の中央に設定した場合の光量分布特性図である。
【0064】
図8(C)は図8(D)に示す様に集光シート9の上下に挟着する挟着体18U,18Dを27cmL×3cmWとし、左右に挟着する挟着体18L,18Rを15cmL×3cmWと図8(B)に比べて長さを短くした場合を示している。
【0065】
これら図8(A)(B)及び図8(C)(D)を比較した場合、挟着片18U,18D,18L,18RのLの長い方が管ムラ及び視覚上の輝度パターン差は良好であった。
【0066】
図9(A)は図4(C)及び図4(D)で説明したL字状の挟着体18Cのサイズを図9(B)の様に3cmW×10cmL1 (短辺の長さ)×15cmL2 (長辺の長さ)として集光シート9のコーナに挟着片18cを挟着させたもので、この場合も図9(A)の様に均一な高輝度で管ムラのほとんど無いバックライト装置が得られている。
【0067】
【発明の効果】
本発明のバックライト装置によれば、シートの撓みによる照光面の輝度の不均一性を簡単な糸で防止して、輝度を均一にすることが可能なバックライト装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバックライト装置の1形態例を示す平面図、図1(A)のA−A′断面矢視図及び図1(B)のA部拡大図である。
【図2】本発明のバックライト装置の他の形態例を示す組立斜視図と平面図及び図2(B)のA−A′断面矢視図である。
【図3】本発明のバックライト装置の更に他の形態例(I)を示す組立斜視図と他の構成を示す平面図である。
【図4】本発明のバックライト装置の更に他の形態例(II)を示す組立斜視図と平面図及び他の構成の平面図及び斜視図である。
【図5】本発明のバックライト装置による光量分布特性図である。
【図6】本発明の他のバックライト装置の光量分布特性図である。
【図7】本発明の更に他のバックライト装置(I)の光量分布特性図である。
【図8】本発明の更に他のバックライト装置(II)の光量分布特性図及び集光シートと挟着体を示す平面図である。
【図9】本発明の更に他のバックライト装置(III)の光量分布特性図及び集光シートと挟着体を示す平面図である。
【図10】従来のバックライト装置の平面図及び側断面図である。
【図11】従来のバックライト装置の側断面図及び管ムラ説明図である。
【図12】従来の1つ及び複数の光源からの射出光の光量説明図である。
【図13】従来の複数の光源からの光量分布曲線図である。
【図14】従来の光拡散板を有する集光シート上の光量分布曲線図である。
【図15】従来の集光シートの撓みによる光量分布曲線の説明図である。
【図16】集光シートの画面サイズに対する撓み量を示す特性図である。
【符号の説明】
1‥‥筐体、2‥‥反射板、3‥‥円筒光源(冷陰極管)、6‥‥バックライト装置、9‥‥集光シート、16(16a,16b,16c)‥‥ピン、17‥‥糸、18U,18D,18L,18R,18C‥‥挟着体

Claims (5)

  1. 開口部を有する扁平な筐体内に1本以上の円筒光源を配置するとともに前記開口部にシートを配設し、前記円筒光源からの光を前記シートで面状の光に変換して平面光源を構成するバックライト装置において、前記筐体の対向する側部に固定されて前記シートの下に架張された透明な糸を有する撓み防止手段を設け、前記撓み防止手段で前記シートの撓みを防止したことを特徴とするバックライト装置。
  2. 前記糸が前記円筒光源の管軸に沿って配置されていることを特徴とする請求項1のバックライト装置。
  3. 前記側部の前記シートに対向する上面に前記糸が埋まる大きさの溝が形成されており、前記溝に前記糸が前記上面から突出しないように配置されていることを特徴とする請求項1又は2のバックライト装置。
  4. 前記糸が前記溝に接着剤で固定されていることを特徴とする請求項3のバックライト装置。
  5. 前記シートが樹脂からなり、表面にビーズがコーティングされたビーズコート層を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかのバックライト装置。
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