JP4076219B2

JP4076219B2 - バックライト及びそれを用いた液晶ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP4076219B2
Application number: JP2003082118A
Authority: JP
Inventors: 剛志森野; 佳典本宮; 昌孝白土; 方敏廣野; 政彦秋山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004288570A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミニコン、ラジカセ等のオーディオ機器、携帯電話等の通信機器、または自動車の運転機器等において機器の動作状態を表示するディスプレイ装置、あるいは駅や街頭等において広告やニュース等を表示するディスプレイ装置に用いられるバックライト及びそれを用いた液晶ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ミニコン、ラジカセ等のオーディオ機器、携帯電話等の通信機器、または自動車の速度、エンジン回転数等を操作・制御する運転機器等において、機器の多機能化、インテリジェント化に合わせて、操作する使用者にその機器の動作状態を効率よく表示するディスプレイ装置が注目されている。
【０００３】
また、駅や街頭等、多くの人が集まるところにある、文字表示板や広告表示板等のディスプレイ装置は、昔からある手書きの告知板、印刷ポスターから、ＬＥＤ、プラズマディスプレイ等による文字あるいはモザイクパターンの表示になり、静止状態から緩やかな動きにそして素早い動きのあるものに改良されてきている。
【０００４】
なかでも、液晶（ＬＣＤ）を用いた透過型表示装置は、省電力、薄型という利点があり、これまでの表示装置であった蛍光表示管、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ（いわゆる７セグメント等）から入れ替わりつつある。
【０００５】
その中でも、最近においては可撓性をもつ液晶パネルも存在し、土台の面形状を気にすることなくディスプレイを設置できるようになりつつある。
【０００６】
従来の技術として、湾曲した形状の表示装置を実現する照明装置としては、特開平１１−８６６２０号公報（特許文献１）に記載のようなものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−８６６２０号公報（第２−４頁、第1図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、被照射物の前面に配置する照明装置であり、透明体で成型された導光板のみで被照射物を照明しなければならないという制限がある。このため、導光板により照明光として取り出せる光量に限界がある。この照明装置を液晶ディスプレイ等のバックライトとして用いた場合においては、視認性を向上するために、ディスプレイ全体の明るさを確保しようとすると、十分に光量の大きい発光装置を用いなければならず、消費電力が大きくなってしまうという問題があった。また、照明の配光は導光板に形成した拡散形状に依存してしまうため、配光のコントロールが十分にできないという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、透明な部材からなる導光板と、前記導光板の背面に設置された反射シートと、前記導光板の前面に配置された配光制御シートと、前記導光板の少なくとも一端面に近接して配置された線状光源とを備えたバックライトにおいて、前記導光板は、少なくとも一部に湾曲部分をもち、該導光板の厚さDと該湾曲部分の曲率半径Rが、D／R＜０．５の条件を満たすことを特徴とするバックライトを提供する。
【００１０】
また、本発明では、バックライトと可撓性を備えた液晶パネルとを備えた液晶ディスプレイ装置であって、前記バックライトは、透明な部材からなる導光板と、前記導光板の背面に設置された反射シートと、前記導光板の前面に配置された配光制御シートと、前記導光板の少なくとも一端面に近接して配置された線状光源とを備え、前記導光板は、少なくとも一部に湾曲部分をもち、該導光板の厚さDと該湾曲部分の曲率半径Rが、D／R＜０．５の条件を満たすことを特徴とする液晶ディスプレイ装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳述する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る液晶ディスプレイ装置の斜視図である。図１に示した液晶ディスプレイ装置１０は、液晶パネル１１、湾曲バックライト１２を備えている。
【００１２】
液晶パネル１１は、薄く可撓性を備えたガラス基板と、そのガラス基板上に集積された液晶素子および駆動回路とを備えた液晶パネルである。液晶パネル１１そのものも可撓性を備えた液晶パネルとなっている。
【００１３】
次に、本発明の特徴をなす湾曲した形状のバックライト１２について述べる。図２はバックライト１２の分解した状態を示した斜視図である。バックライト１２は、線状光源２１、湾曲した導光板２２、反射シート２３、および配光制御シート２４を備えている。
【００１４】
線状光源２１は、例えば冷陰極管をリフレクターにより包囲した光源装置や、ＬＥＤなどの微小発光素子を直線状に多数配置したアレイ状光源装置を、所要に応じて用いればよい。
【００１５】
導光板２２は、透明な部材を成型することにより製作される導光板である。ここで透明な部材としては、例えばアクリルやアートンなどを用いればよい。導光板２２の構成の詳細は図３に断面図として示した。導光板２２は、光入射面３１、光出射面３２、散乱マーク３３から構成される。散乱マーク３３は、円形や角形のドット印刷等を施す手段や、導光体面を加工した凹凸や溝を設ける手段が考えられ、これらを所要に応じて用いればよい。
【００１６】
反射シート２３は、前面をＡｌ若しくはＡｇ等の金属蒸着によりミラー面にしたものや、光高反射特性を有する樹脂を一体成型にしたものであってよい。
【００１７】
配光制御シート２４は、光拡散化のための手段を透明な樹脂を材料とするシートに施したものである。ここで光拡散化のための手段としては、シート内部に光拡散性の物質を混入したり、屈折率の異なる微小体を混入したものでもよく、またシート表面を粗面化したり、光拡散性の物質の皮膜を形成したものでもよい。また配光制御シート２４としては、特定の方向に集光する機能を有するプリズムシート等を光拡散シートの代わりに適宜用いるか、または、プリズムシート等を光拡散シートとともに使用するようにしてもよい。
【００１８】
バックライト１２の機能について、図３を参照しながら説明する。線状光源２１より発せられた光は、光入射面３１より導光板内部に入射し、導光板内部で全反射を繰り返しながら伝搬する。その伝搬している間に散乱マーク３３に衝突した光は、光出射面３２の方向に拡散あるいは反射され、光出射面３２より出射される。
【００１９】
また散乱マーク３３に衝突し、拡散された光のなかには、光出射面３２から出射されるのではなく、導光板２２の裏面から漏れ出す光が存在する。そのような漏れ出し光は、反射シート２４によって反射され、導光板２２を通過し、光出射面３２から出射される。光出射面３２により出射した光は、配光制御シート２４により、拡散あるいは、特定の方向に偏向される。この光が液晶パネル１１を、裏面から照明することになる。
【００２０】
ここで、散乱マーク３３を線状光源２１に近い領域では、密度が疎になるようにし、線状光源２１から遠ざかるにつれて、密度が密になるように配置しておけば、湾曲したバックライト１２を一様な輝度を持つ光源装置にすることができる。
【００２１】
またバックライト１２に用いる導光板２２としては、図４に示したように導光体２２とは屈折率の異なる材料を用いた微小体３７を、その内部に混入させた構成にしてもよい。この場合、線状光源２１より発せられた光は、光入射面３１より導光板内部に入射し、導光板内部の側面ではで全反射をうけ、反射を繰り返しながら伝搬する。そして伝播している間に、微小体３７に１回または複数回衝突し、導光体２２の側面での全反射条件が崩れる光が発生する。その光の中で、光出射面３２より出射された光が、照明光となり対象物を照明する。導光体２２の内部における微小体３７の配列のさせ方は、ランダムに配置させてもよく、特定の配列をもって配置させてもよい。また、線状光源２１に近いところでは微小体の密度を低くし、線状光源２１から遠ざかるにつれて徐々に密度が高くなるような配置でもよい。これらの配置を所要に応じて選択し、また場合によっては組み合わせてもよい。
【００２２】
この微小体３７を混入させた導光板２２を用いる場合は、導光板の裏面から出射してしまう光の量が、散乱マーク３３を設置した導光板２２よりも多くなるため、反射シート２３はより有効な手段となる。
【００２３】
さらには、湾曲バックライト１２を光利用効率の良いバックライトとするために、導光板２２の厚さDと曲率半径Rの関係は、D／R＜０．５となるのが好ましい。これは一定の長さを持つ湾曲導光板において、伝搬率を０．８以上に保つための条件である。ここで伝搬率とは、光源から発生させた光量と、光源とは反対側の導光体端面から出射した光量の比により定義した値で、湾曲したことによる漏れ出し光の少なさを示す数値である。
【００２４】
また、より効率を良くするためには、D／R＜０．２とするのが好ましい。このようにすることで、湾曲した形状においても伝搬率を０．９５以上に保つことができる。これらの条件は、計算機を用いた光学シミュレーションにより導出したものである。
【００２５】
ここで用いた光学シミュレーションは、光線追跡とモンテカルロ法を用いたシミュレーションである。このシミュレーションの概要を、図３を参照しながら説明する。シミュレーションの光学系モデルは、図３に示した線状光源２１と導光板２２により構成されるバックライト１２とほぼ同様であるが、散乱マーク３３や微小体３７は存在しないというモデルである。線状光源装置のモデルは、完全拡散の円筒面光源とそれを囲い込むようなＵ字断面の筒型反射鏡である。この反射鏡の開口面が導光板２２の光入射面３１に密着するように、線状光源２１は導光板２２に設置されている。伝搬率の計算では、線状光源２１から光線を多数発生させ、導光板２２内部に光入射面３１から入射し、光入射面３１とは反対側の側面３６に到達する光線本数をカウントすることにより行う。もし導光板がほぼ直線に近い形状であれば、光入射面３１から入射した光線は、導光板内部の壁面に衝突しても全反射をうけながら導光体内部で伝搬し、側面３６に到達する。しかし、導光体を湾曲させ、その曲率半径Ｒを小さくしていくと、全反射をうけない光線が徐々に増加し、側面３６に到達しない光線が増えてくる。これはすなわち伝搬率が減少することを意味している。また側面３６に到達する光線本数は、導光板の厚さＤにも依存し変化する。
【００２６】
以上のような光学シミュレーションを、さまざまな条件のもとで繰り返し行うことにより、D／Rに対する伝搬率を計算した。この計算結果より求められたD／Rに対する伝搬率の変化をプロットしたグラフを図５に示す。図５によれば、湾曲導光板１２の厚さDと曲率半径Ｒの比Ｄ／Ｒが０．２以下であれば伝搬率が０．９５以上に保たれ、０．５以下であれば伝搬率が０．８以上に保たれることが分かる。Ｄ／Ｒが０．５以上では、Ｄ／Ｒが増加するとともに伝搬率が減少し、光利用効率が良く一様な輝度を持つバックライトを実現する導光板として機能しなくなってしまう。
（第２の実施の形態）
図６（ａ）は本発明に係るバックライトの断面図である。本実施形態では、バックライト１２は、線状光源２１、可撓性を持つ導光板２２、反射シート２３、および配光制御シート２４により構成される。導光板２２は可撓性を持つために、図６（ｂ）のようにバックライト１２を湾曲したバックライトとして用いることができる。
【００２７】
線状光源２１は、本実施形態においても例えば冷陰極管をリフレクターにより包囲した光源装置や、ＬＥＤなどの微小発光素子を直線状に多数配置したアレイ状光源装置を、所要に応じて用いればよい。
【００２８】
反射シート２３は、前面をＡｌ若しくはＡｇ等の金属蒸着によりミラー面にしたものや、光高反射特性を有する樹脂を一体成型にしたものであってよい。
【００２９】
配光制御シート２４は、光拡散化のための手段を透明な樹脂を材料とするシートに施したものである。ここで光拡散化のための手段としては、シート内部に光拡散性の物質を混入したり、屈折率の異なる微小体を混入したものでもよく、またシート表面を粗面化したり、光拡散性の物質の皮膜を形成したものでもよい。また配光制御シート２４としては、特定の方向に集光する機能を有するプリズムシート等を光拡散シートの代わりに適宜用いるか、または、プリズムシート等を光拡散シートとともに使用するようにしてもよい。
【００３０】
導光板２２は、透明性の高い材料、例えばアクリルやアートンなどにより形成されている。導光板２２は可撓性を持つようにするために、その厚さDを１ｍｍ以下、さらに望ましくは０．５ｍｍ以下とする。ここで例にあげた導光板２２に用いられる透明性の高い材料は、硬質の材料である。材料の硬さを示す値としてヤング率があるが、このヤング率は各材料に固有の値であり、材料によって異なった値となる。しかし、アクリルやアートンなど透明性の高い材料は、一般的にヤング率が高く、そのため硬質となり可撓性を持たせるのが困難である。しかし導光板４３の厚さDを１ｍｍ以下とすることで、可撓性を持たせることができる。
【００３１】
導光板２２は、上記した第１の実施の形態と同様に、光入射面３１、光出射面３２、散乱マーク３３から構成される。また、導光板２２とは屈折率の異なる材料を用いた微小体３７を、その内部に混入させた構成にしてもよい。
【００３２】
さらに、バックライト１２が光利用効率の良いバックライトとするために、導光板２２の厚さDと曲率半径Rの関係は、D／R＜０．５となるのが好ましい。これは一定の長さを持つ湾曲導光板において、伝搬率を０．８以上に保つための条件である。ここで伝搬率とは、第１の実施の形態における説明において示した定義と同様である。より効率を良くするためには、D／R＜０．２とするのが好ましい。このようにすることで、湾曲した形状においても伝搬率を０．９５以上に保つことができる。
【００３３】
この導光板２２を用いることにより、バックライト１２は湾曲の曲率を所定範囲内で自由に選択できるフレキシブルなバックライトとして用いることができる。また、バックライト１２と可撓性を持つ液晶パネルとを組み合わせることにより、湾曲の曲率を所定範囲内で自由に選択できるフレキシブルな液晶ディスプレイとして用いることができる。
（第３の実施の形態）
図７（ａ）は本発明に係るバックライトの断面図である。本実施形態では、バックライト１２は、線状光源２１と、可撓性を持つ導光板２２ａおよび導光体２２ｂにより構成される。導光板２２ａおよび導光板２２ｂは可撓性を持つために、図７（ｂ）のようにバックライト１２を湾曲したバックライトとして用いることができる。
【００３４】
導光板２２ａおよび導光板２２ｂの材料ならびに構成は、第２の実施の形態に用いた導光板と同様のものである。したがって、それぞれの導光板の厚さＤ₁とＤ₂はともに、１ｍｍ以下にする。しかし、厚さＤ₁とＤ₂が同じ値である必要はない。上側にある導光体２２ａの機能は、第２の実施の形態と同様である。光入射面３２ａから入射した光は、散乱マーク３３ａによって散乱され、光出射面３１ａから導光板外部へ出射する。
【００３５】
下側にある導光板２２ｂでも、光は同様の過程を経て光出射面３１ｂから導光体外部へ出射する。しかし上側に導光板２２ａがあるため、その出射した光は導光体２２ａが導光体２２ｂと接する接面３４ａから導光板２２ａの内部に入射する。そして導光体２２ａを横断する形で通過し、光出射面３１ａから導光板２２ａ外部に出射する。
【００３６】
この実施の形態においても、導光板２２ｂの裏面から漏れ出す光が存在する。そのような漏れ出し光は、反射シート２４によって反射され、導光板２２aおよび導光板２２ｂを通過し、光出射面３２ａから出射される。光出射面３２ａにより出射した光は、配光制御シート２４により、拡散あるいは、特定の方向に偏向される。この光が液晶パネル１１を、裏面から照明することになる。
【００３７】
このように導光板２２ａと導光板２２ｂを、重ね合わせて用いると、線状光源装置２１から発せられる光をより多く導光板内部に伝搬させることができるため、光の利用効率を向上させることができる。光の利用効率が高いために、より輝度の高いバックライト１２を実現することができる。
【００３８】
導光体２２ａと導光体２２ｂは重ね合わされているが、接着により張り合わせるような固定はしない。このように固定しないようにし、互いの接面が摺り合う摺動接面としておく。これによりバックライト１２全体としては可撓性が損なわれることはなく、フレキシブルなバックライトとして用いることができる。
【００３９】
線状光源２１は、本実施形態においても例えば冷陰極管をリフレクターにより包囲した光源装置や、ＬＥＤなどの微小発光素子を直線状に多数配置したアレイ状光源装置を、所要に応じて用いればよい。
【００４０】
反射シート２３は、前面をＡｌ若しくはＡｇ等の金属蒸着によりミラー面にしたものや、光高反射特性を有する樹脂を一体成型にしたものであってよい。
【００４１】
配光制御シート２４は、光拡散化のための手段を透明な樹脂を材料とするシートに施したものである。ここで光拡散化のための手段としては、シート内部に光拡散性の物質を混入したり、屈折率の異なる微小体を混入したものでもよく、またシート表面を粗面化したり、光拡散性の物質の皮膜を形成したものでもよい。また配光制御シート２４としては、特定の方向に集光する機能を有するプリズムシート等を光拡散シートの代わりに適宜用いるか、または、プリズムシート等を光拡散シートとともに使用するようにしてもよい。
【００４２】
本実施形態では、バックライト１２を図７（ａ）のように導光板を２枚用いる構成の説明をしたが、本発明は導光板の枚数によって制限されものでなく、３枚以上の構成にしてもよい。
【００４３】
本実施形態のようにバックライト１２を構成すれば、高い輝度をもち湾曲の曲率を所定範囲内で自由に選択できるフレキシブルなバックライトとして用いることができる。またバックライト１２と可撓性を持つ液晶パネルとを組み合わせることにより、高い輝度をもち湾曲の曲率を所定範囲内で自由に選択できるフレキシブルな液晶ディスプレイとして用いることができる。
【００４４】
以上、本発明を、実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００４５】
例えば、前記の例のように液晶パネルが凹面となるような湾曲ディスプレイ装置ではなく、逆に図８に示すように液晶パネルが凸面となるような液晶ディスプレイ装置でもよい。
【００４６】
また、図９のように湾曲した線状光源２５を用いて、その光源を導光板２２の湾曲に沿った側面に設置するような形態でもよい。
【００４７】
また、バックライト１２の全体が湾曲しているわけではなく、図１０に示したバックライト１２のように、その一部において湾曲部３５を持つ構成にしてもよい。この場合も、湾曲バックライト１２が光利用効率の良いバックライトとするためには、導光板２２の厚さＤと湾曲部３５における曲率半径Rの関係は、D／R＜０．５となるのが好ましい。さらに効率を良くするためには、D／R＜０．２とするのがより好ましい。
【００４８】
また上記した実施形態においては、線状光源装置を片側の側面に設置していたが、バックライト１２の輝度を向上させるため線状光源装置を複数の側面に取り付けてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円柱の側面などの湾曲した面に取り付けられるバックライトを得ることができる。このバックライトは、湾曲していても一様な輝度を保つことができ、また平面状のバックライトと同じ光利用効率を実現するものである。
【００５０】
また、このバックライトと可撓性を持つ液晶パネルを組み合わせることにより、円柱の側面などの湾曲した面に取り付けられる液晶ディスプレイ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶ディスプレイ装置の実施形態を示す斜視図。
【図２】本発明に係るバックライトの実施形態を示す斜視図。
【図３】第１の実施形態におけるバックライトを示す断面図。
【図４】第１の実施形態におけるバックライトを示す断面図。
【図５】導光板の伝搬率の変化を表すグラフ。
【図６】第２の実施形態におけるバックライトを示す断面図。
【図７】第２の実施形態におけるバックライトを示す断面図。
【図８】本発明に係る液晶ディスプレイ装置の変形例を示す斜視図。
【図９】本発明に係る液晶ディスプレイ装置の変形例を示す斜視図。
【図１０】本発明に係るバックライトの変形例を示す斜視図。
【符号の説明】
１０：液晶ディスプレイ装置
１１：液晶パネル
１２：バックライト
２１：線状光源
２２：導光板
２３：反射シート
２４：配光制御シート
３１：光出射面
３２：光入射面
３３：散乱マーク
３４：接面
３５：湾曲部
３６：側面
３７：微小体

Claims

透明な部材からなる導光板と、前記導光板の背面に設置された反射シートと、前記導光板の前面に配置された配光制御シートと、前記導光板の少なくとも一端面に近接して配置された線状光源とを備えたバックライトであって、
前記導光板は、少なくとも一部に湾曲部分をもち、該導光板の厚さDと該湾曲部分の曲率半径Rが、D／R＜０．５の条件を満たすことを特徴とするバックライト。
前記導光板は、該導光板の厚さ D と該湾曲部分の曲率半径 R が、 D ／ R ＜０．２の条件を満たすことを特徴とする請求項1記載のバックライト。
バックライトと可撓性を備えた液晶パネルとを備えた液晶ディスプレイ装置であって、
前記バックライトは、透明な部材からなる導光板と、前記導光板の背面に設置された反射シートと、前記導光板の前面に配置された配光制御シートと、前記導光板の少なくとも一端面に近接して配置された線状光源とを備え、
前記導光板は、少なくとも一部に湾曲部分をもち、該導光板の厚さDと該湾曲部分の曲率半径Rが、D／R＜０．５の条件を満たすことを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
前記導光板は、該導光板の厚さ D と該湾曲部分の曲率半径 R が、 D ／ R ＜０．２の条件を満たすことを特徴とする請求項３記載の液晶ディスプレイ装置。