JP4111876B2 - 照明装置及びそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に関し、特に、線状に配列された複数の点状光源を有する照明装置及びそれを備えた液晶表示装置に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置(Liquid Crystal Display)は、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、パーソナルコンピュータ等のOA機器、携帯情報機器、及び液晶モニターを備えたカメラー体型VTR等に広く用いられている。
【0003】
このような液晶表示装置として、例えば、視認性に優れた透過型の液晶表示装置が知られている。透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子(液晶表示パネル)の背面側に設けられた照明装置(以降、バックライトとも称する)を備え、該バックライトの光を液晶表示素子で変調することにより、表示を行うようになっている。また、バックライトの光に加え、周囲の外光を利用して表示を行う透過反射両用型の液晶表示装置も一般に知られている。
【0004】
上記透過型の液晶表示装置や、透過反射両用型の液晶表示装置に適用されるバックライトは、液晶表示装置の薄型化及び軽量化に伴って、いわゆるエッジライト方式が主流になりつつある(例えば、特許文献1参照)。エッジライト方式のバックライトは、導光板と、この導光板の側面に設けられた線状光源とを備えている。そして、線状光源から導光板へ入射した光を、該導光板により均斉化して液晶表示素子に照射するようになっている。
【0005】
上記線状光源には、従来より冷陰極管を適用することが知られていたが、近年では、点状光源である複数の発光ダイオード(LED)が線状に配列して構成されたLEDアレイを適用することが多い。これは、LEDが、冷陰極管よりも低消費電力性に優れていることや、薄型化が可能であるという利点を有しているためである。このようなLEDアレイを線状光源として備えるバックライトは、例えば携帯電話や携帯型情報端末等の液晶表示装置に好適に用いられている。
【0006】
ここで、従来のエッジライト方式のバックライトについて、図5を参照して説明する。
【0007】
図5は、液晶表示装置501の概略構成を示す斜視図である。液晶表示装置501は、液晶表示素子510と、該液晶表示素子510の背面側(液晶表示素子510を介して観察者側と反対側)に設けられたバックライト500と、該バックライト500及び液晶表示素子510を収納するケーシング528とを備えている。
【0008】
バックライト500は、線状光源520と、該線状光源520の光が入射する導光板523と、線状光源520及び導光板523を保持する枠体524と、導光板523の背面側に設けられた反射シート526と、導光板523の前面側に設けられた光学シート525とにより構成されている。
【0009】
導光板523は、ポリカーボネートやポリメチルメタクリレート等の透明樹脂材料により構成されており、線状光源520からの光が入射する入射面523aと、該入射面523aから入射した光が液晶表示素子510へ向かって出射する出射面523bとを有している。
【0010】
線状光源520は、入射面523aに沿って所定の間隔で配列された複数のLED光源521と、該各LED光源521が実装された電源供給用のフレキシブル基板(可撓性を有する配線基板)522とを備えるLEDアレイにより構成されている。
【0011】
そして、各LED光源521の光は、入射面523aを介して導光板523へ入射した後、導光板523の背面側で反射シート526により反射されると共に、前面側の出射面523bから出射する。出射面523bから出射した光は、光学シート525により、光の進行方向が液晶表示素子510における表示面の法線方向に近付けられる。こうして、液晶表示素子510に入射して変調された照明光により、所望の表示が行われる。
【0012】
ところが、上記特許文献1に示される従来の照明装置では、線状光源520が、所定の間隔で配列された複数の点状光源であるLED光源521により構成されると共に、該各LED光源521の照射角度が所定の指向性を有している。すなわち、図6に拡大して示すように、導光板523への入光部付近において、LED光源521が設けられている位置Aでは照明光が比較的明るくなる一方、LED光源521が設けられていない位置Bでは照明光が比較的暗くなる。その結果、導光板523の入光部付近で明暗むらが生じるために、照明品位が劣化してしまう。そして、その明暗むらが生じる領域を有効照明領域として使用できないため、有効照明領域が狭くなると共に、該有効照明領域の周囲の額縁面積が大きくなってしまう。
【0013】
そこで、図7に示すように、LED光源521の光を、導光板523へ入射させる前に予め均斉化させるための第2の導光板530を設けることが知られている(例えば、特許文献2参照)。すなわち、第2の導光板530は、導光板523の入射面523aに設けられている。第2の導光板530の両側端部には、LED光源521がそれぞれ設けられている。そして、各LED光源521から第2の導光板530へ入射した光は、該第2の導光板530により均斉化された後に、導光板523へ入射する。このことにより、導光板523における有効照明面積を増大させることが可能となる。
【0014】
【特許文献1】
特開2002−75038号公報
【特許文献2】
特開平11−249579号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2に示される従来の照明装置では、LED光源521の光が第2の導光板530で減衰することが避けられず、LED光源521の数が一定の場合には、光を導光板523に直接に入射させる特許文献1の照明装置に比べて、照明の明るさが低下してしまう。
【0016】
そこで、充分な照明の光量を確保するために、第2の導光板530の両側端部に設けるLED光源521の数を増やす必要がある。ところが、この場合には、図7に示すように、第2の導光板530が比較的大きくなることが避けられない。
【0017】
すなわち、上記特許文献1の照明装置では、図6に示すように、照明に寄与しない不要領域の幅aは、導光板523の入光部における無効照明領域の幅と、1つのLED光源521の幅との合計のみである。これに対し、特許文献2の照明装置では、図7に示すように、不要領域の幅bは、第2の導光板530の幅であり、多数のLED光源521を設けるに連れて大きくなる。その結果、特許文献2のものでは、導光板523における有効照明領域が大きくなる反面、照明装置が全体として大型化してしまうという問題がある。
【0018】
そして、この特許文献2の照明装置を、比較的大型の表示部を有する液晶表示装置に適用する場合や、表示の高輝度化を実現しようとする場合には、より多くのLED光源521が必要となるため、上記問題は、特に顕著になる。
【0019】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、線状に配列された複数の点状光源と、導光体とを有する照明装置及びそれを備える液晶表示装置について、点状光源の光を効率よく導光体へ伝えながら、有効照明領域を増大させると共に、装置全体の小型化を図ることにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、点状光源の光が入射する各入射面の間に、補助光源により入射された補助光を集める集光面を設けるようにした。
【0021】
具体的に、本発明に係る照明装置は、所定の間隔で列状に並ぶ複数の点状光源と、上記点状光源の光が入射する導光体とを備える照明装置が対象である。そして、上記導光体は、上記点状光源の配列方向に延びる第1の側部と、点状光源の配列方向と交差する方向に延びる第2の側部とを備え、上記第2の側部には、補助光を上記導光体へ入射させる補助光源が設けられ、上記第1の側部は、上記各点状光源の光がそれぞれ入射する複数の入射面と、該各入射面の間に形成され、導光体に入射した補助光を集める集光面とを備えている。
【0022】
上記第2の側部は、第1の側部の両端に形成され、補助光源は、上記各第2の側部にそれぞれ設けられていてもよい。
【0023】
上記集光面は、点状光源の配列方向に直交する方向へ向かうに連れて、溝幅が狭くなる切り欠き溝を構成していることが好ましい。
【0024】
上記切り欠き溝は、該各切り欠き溝の位置が補助光源から導光体の内側へ移るに連れて、深くなっていくように形成されていることが望ましい。
【0025】
また、本発明に係る液晶表示装置は、上記照明装置と、該照明装置の光を変調する液晶表示素子とを備えている。
【0026】
以下、本発明の作用を説明する。
【0027】
各点状光源から出射された光は、導光体の第1の側部に設けられている各入射面へ入射する。入射面に入射した光は、入射面に直交する方向を軸とした所定の放射角度で、導光体の内部へ拡がっていく。点状光源の光は、導光体に直接に入射されることにより、効率よく導光体の内部へ伝えられるため、高輝度の照明を実現することが可能となる。ところが、隣接する入射面同士の間には所定の間隔が設けられているため、該入射面の間の領域には、該点状光源の光が進入しない。
【0028】
従来の照明装置では、特に、大きな照明領域を、より少ない点状光源で賄おうとした場合には、点状光源の放射角特性により、上記入射面の間の領域に比較的大きな暗部が現れてしまう。それを隠すためには、導光体における額縁領域を広げて、有効照明領域を小さくする必要がある。しかしながら、有効照明領域や装置の外形寸法は、所定の寸法に指定されている場合が多いため、結局は、照明の品位が低下するという状態に陥ってしまう。
【0029】
これに対し、本発明では、補助光源から出射された補助光は、導光体の第2の側部へ入射する。第2の側部へ入射した補助光は、第2の側部に直交する方向を軸とした所定の放射角度で、導光体の内部へ拡がっていく。導光体の内部へ進入した補助光は、上記各入射面の間に形成された集光面で屈折して集光されるため、該各入射面の間の領域における照明光は、明るくなる。
【0030】
また、集光面が構成する切り欠き溝の深さが、該切り欠き溝の位置が補助光源から導光体の内側へ移るに連れて、深くなっていくように形成されている場合には、補助光源から離れるに連れて弱くなる補助光を、比較的深い切り欠き溝により効率的に集光することが可能となる。
【0031】
その結果、導光体の第1の側部近傍において、照明光の明暗を均一化させることが可能となるため、導光体に入射された光は、該導光体の全体に亘って均斉化される。すなわち、導光体における有効照明領域が増大すると共に、点状光源の光を予め均斉化させるための第2の導光板等が不要となるため、装置全体の小型化が図られる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【0033】
図1及び図2は、本発明に係る照明装置及びそれを備える液晶表示装置の実施形態を示している。図1は、照明装置20及び液晶表示装置1を模式的に示す概略斜視図であり、図2は、照明装置20の要部を示す拡大平面図である。
【0034】
液晶表示装置1は、液晶表示パネルである液晶表示素子10と、該液晶表示素子10の背面側(すなわち、液晶表示素子10を介して観察者側と反対側である図1で上側)に設けられた照明装置20と、該照明装置20及び液晶表示素子10を収納するケーシング28とを備えている。
【0035】
上記液晶表示素子10は、公知の透過型の液晶表示素子であり、背面側から入射される照明装置20の光を変調することにより表示を行うためのものである。液晶表示素子10は、図示は省略するが、典型的には、TFT(薄膜トランジスタ)等のスイッチング素子を有するスイッチング素子基板と、該スイッチング素子基板に対向して設けられ、カラーフィルタ等を有する対向基板と、該対向基板とスイッチング素子基板との間に設けられた液晶層とを備えている。
【0036】
上記照明装置20は、いわゆるエッジライト方式のバックライト20である。バックライト20は、線状光源21と、該線状光源21の光が入射する導光体である導光板23と、線状光源21及び導光板23を保持する枠体24と、導光板23の背面側に設けられた反射シート26と、導光板23の前面側に設けられた光学シート25とにより構成されている。
【0037】
上記線状光源21は、LEDアレイにより構成されている。LEDアレイには、所定の間隔で列状に並ぶ複数の点状光源である発光ダイオード21a(以降、LED光源と称する)と、該各LED光源21aが実装された電源供給用のフレキシブル基板22(可撓性を有する配線基板)とが設けられている。フレキシブル基板22には、LED光源21の他に、ツェナーダイオードが半田を用いて実装されており、電力を供給するための端子が設けられている。
【0038】
上記導光板23は、ポリカーボネートやポリメチルメタクリレート等の透明樹脂材料により構成されており、LED光源21aの配列方向に延びる第1の側部31と、LED光源21aの配列方向と交差する方向に延びる第2の側部32と、光学シート25に対向する出射面33とを備えている。導光板23は、典型的には、図1で上方からみて長方形に形成され、第1の側部31と、第2の側部32とがなす角度は、直角になっている。第2の側部32は、第1の側部31の両端に形成されている。
【0039】
第1の側部31には、上記線状光源21が設けられる一方、第2の側部32には、補助光を導光板23へ入射させるための補助光源30が設けられている。補助光源30は、例えば、点状光源であるLED光源により構成されている。図2に拡大して示すように、上記各第2の側部32には、第1の側部31側の端部に、補助光源30の光が入射する補助入射面32aがそれぞれ形成されている。そして、各補助入射面32aには、上記補助光源30がそれぞれ1つずつ設けられている。尚、補助光源30は複数設けてもよく、その数を導光板23の大きさに応じて決定すればよい。
【0040】
また、導光板23の出射面33、又は、該出射面33に対向する対向面34には、ドットパターン、シボパターン、又はプリズム構造が形成されており、導光体23に入射した線状光源21及び補助光源30の光が、出射面33の略全面から出射するようになっている。
【0041】
上記枠体24は、導光板23の側部の周りに配置され、該導光板23及び線状光源21を内側で保持している。上記反射シート26は、導光板23の対向面34から背面側へ出射した光を、光学シート25へ向かって反射させ、表示のために有効に利用するように構成されている。また、上記光学シート25は、液晶表示パネル11に入射する光の特性を調整するためのプリズムシート等により構成されており、観察者が観察する光の輝度を向上させるようにしている。
【0042】
そして、上記第1の側部31は、図2に示すように、各LED光源21aの光がそれぞれ入射する複数の入射面31aと、該各入射面31aの間に形成され、導光板23に入射した補助光を集める集光面31bとを備えている。
【0043】
すなわち、入射面31aは、上記各LED光源21aに対応して1つずつ形成された平面であり、隣接する入射面31a同士の間には、所定の間隔が設けられている。こうして、各LED光源21aから照射された光が、対応する各入射面31aを透過して導光板23の内部へ入射するようになっている。
【0044】
集光面31bは、入射面31aの端部から、隣接する2つの入射面31aの間の中央内側へ向かって、連続して延びる2つの曲面により構成されている。すなわち、集光面31bは、LED光源21aの配列方向に直交する方向へ向かうに連れて、溝幅が狭くなる切り欠き溝31bを構成している。切り欠き溝31bは、該各切り欠き溝31bの位置が補助光源30から導光板23の内側へ移るに連れて、深くなっていくように形成されている。言い換えれば、集光面31bは、補助光源30から遠ざかるに連れて、該集光面31bの面積が大きくなるように構成されている。このことにより、補助光源30から離れるに連れて弱くなる補助光を、効果的に集光できるようにしている。
【0045】
−照明装置及び液晶表示装置の作動−
次に、本実施形態の照明装置(バックライト20)及び液晶表示装置1の作動について説明する。
【0046】
バックライト20は、線状光源21を構成する各LED光源21aと、補助光源30とが発光することにより点灯する。各LED光源21aから出射された光は、対応する各入射面31aへそれぞれ入射する。入射面31aに入射した光は、図3に符号Lで示すように、入射面31aに直交する方向を軸とした所定の放射角度で、該LED光源21aが設けられている領域Aから、導光板23の内部へ拡がっていく。このとき、隣接する入射面31a同士の間には所定の間隔が設けられているため、LED光源21aが設けられていない各入射面31aの間の領域Bには、LED光源21aの光が進入しない。
【0047】
一方、補助光源30から出射された補助光は、補助入射面32aへ入射する。補助入射面32aへ入射した補助光は、図3に符号Mで示すように、該補助入射面32aに直交する方向を軸とした所定の放射角度で、導光板23の内部へ拡がっていく。導光板23の内部へ進入した補助光は、上記各入射面31aの間の領域Bに形成された集光面で屈折して集光されるため、該領域Bにおける照明光は、明るくなる。
【0048】
その結果、上記領域Aにおける照明の明るさと、領域Bにおける照明の明るさとが同等となるため、導光板23における第1の側部31の近傍(導光板23の入光部)において、照明光の明暗が均一化される。つまり、導光板23に入射された光は、導光板23の全体に亘って均斉化される。
【0049】
その後、導光板23で均斉化された照明光の一部は、出射面33から直接に出射する一方、それ以外の照明光は、一旦、対向面34から出射し、反射シート26により反射された後に、出射面33から出射する。そして、出射面33から出射した照明光は、光学シート25を通過し、該光学シート25により光の進行方向が液晶表示素子10における表示面の法線方向に近付けられる。こうして、輝度が向上された照明光は、液晶表示素子10へ入射して変調される。以上のようにして、液晶表示装置1は、所望の表示を行う。
【0050】
−実施形態の効果−
したがって、この実施形態によると、LED光源21aの光が進入しない各入射面31aの間の領域Bに、集光面31bを設けるようにしたので、該領域Bにおいて、側方から進入する補助光を屈折させて集光することができる。その結果、上記LED光源21aのみでは暗部となってしまう領域Bを、入射面31aが設けられている領域Aと同様に明るくして、導光板23の第1の側部31近傍における照明光の明暗を均一化させることができるため、有効照明領域を増大させることができる。
【0051】
さらに、集光面31bにより構成される切り欠き溝31bの深さを、該切り欠き溝31bの位置が補助光源30から導光板23の内側へ移るに連れて、深くなっていくように形成したので、補助光源30から離れるに連れて弱くなる補助光を、比較的深い切り欠き溝31bにより効率的に集光することができる。
【0052】
そのことに加えて、LED光源21aの光を予め均斉化させるための第2の導光板等が不要となるため、装置全体の小型化を図ることができる。さらに、LED光源21aの光を、第2の導光板等を介さずに導光板23に直接に入射させるようにしたので、各LED光源21aの光を効率よく利用して高輝度の照明を実現することができる。したがって、比較的少ない数のLED光源21aにより照明を適切な照明を行うことができるため、消費電力やコストを低減させることができる。
【0053】
すなわち、表1に示すように、図6に示す従来例1(特許文献1)のものでは、線状光源が小さい反面、第1の側部近傍を有効照明領域として使用できないため、照明装置における有効照明領域として使用できない使用不可能領域は、比較的大きくなる。また、図7に示す従来例2(特許文献2)のものでは、第1の側部近傍を有効照明領域として使用できる反面、第2の導光板を設けるためのスペースが必要となるため、使用不可能領域は、特に大きくなってしまう。これに対し、本発明による実施例では、上述のように、第1の側部31近傍を有効照明領域として使用できると共に、第2の導光板等を設けないため、使用不可能領域を比較的小さくすることができる。
【0054】
また、照明の明るさ(照明輝度)については、従来例1のものでは、LED光源と導光板との間に介在されている第2の導光板により、LED光源の光が減衰するため、照明明るさは低下してしまう。これに対して、本発明による実施例では、従来例2と同様に、LED光源の光が減衰しないため、照明明るさを比較的明るくすることができる。
【0055】
言い換えれば、本実施形態によると、照明光を高輝度に維持したまま、装置全体に対する上記使用不可能領域を縮小して狭額縁化を図ることができる。
【0056】
尚、上記実施形態では、補助光源30を、導光板23における各第2の側部32にそれぞれ設けるようにしたが、請求項1に係る発明の他の実施形態としては、図4に示すように、一方の第2の側部32にのみ設けるようにしてもよい。このとき、切り欠き溝31bの深さを、補助光源30が設けられている第2の側部32から、他方の第2の側部32へ向かうに連れて(図4で左側から右側へ向かって)大きくなるように形成することが好ましい。このことにより、LED光源の数を低減してコストを抑えつつ、有効照明領域の拡大を図ることが可能となる。
【0057】
また、本実施形態では、透過型の液晶表示装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されず、透過反射両用型の液晶表示装置のバックライトやフロントライトにも好適に適用することができるし、反射型の液晶表示装置のフロントライトにも好適に適用することができる。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、補助光源から導光体の内部へ進入した補助光は、点状光源の光が入射する各入射面の間に形成された集光面で集光されるため、該各入射面の間の領域における照明光を明るくすることができる。その結果、導光体の第1の側部近傍において、照明光の明暗を均一化させることができるため、有効照明領域を増大させることができる。さらに、点状光源の光を予め均斉化させるための第2の導光板等が不要となるため、装置全体の小型化を図ることができる。そのことに加えて、点状光源の光を、導光体に直接に入射させて効率よく導光体の内部へ伝えるようにしたので、高輝度の照明を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の照明装置を有する液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
【図2】照明装置の要部を拡大して示す拡大平面図である。
【図3】本実施形態のLED光源及び補助光源による照明状態を示す説明図である。
【図4】他の実施形態の照明装置の要部を示す図2相当図である。
【図5】従来の照明装置を備える液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
【図6】従来の照明装置による照明状態を示す説明図である。
【図7】従来の第2の導光板を備える照明装置による照明状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置
10 液晶表示素子
20 バックライト(照明装置)
21a LED光源(点状光源)
23 導光板
30 補助光源
31 第1の側部
31a 入射面
31b 集光面(切り欠き溝)
32 第2の側部
Claims (5)
- 所定の間隔で列状に並ぶ複数の点状光源と、
上記点状光源の光が入射する導光体とを備える照明装置であって、
上記導光体は、上記点状光源の配列方向に延びる第1の側部と、点状光源の配列方向と交差する方向に延びる第2の側部とを備え、
上記第2の側部には、補助光を上記導光体へ入射させる補助光源が設けられ、
上記第1の側部は、上記各点状光源の光がそれぞれ入射する複数の入射面と、該各入射面の間に形成され、導光体に入射した補助光を集める集光面とを備えている
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項1において、
上記第2の側部は、第1の側部の両端に形成され、
補助光源は、上記各第2の側部にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項1において、
上記集光面は、点状光源の配列方向に直交する方向へ向かうに連れて、溝幅が狭くなる切り欠き溝を構成している
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項3において、
上記切り欠き溝は、該各切り欠き溝の位置が補助光源から導光体の内側へ移るに連れて、深くなっていくように形成されている
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜4の何れか1つの照明装置と、
上記照明装置の光を変調する液晶表示素子とを備えている
ことを特徴とする液晶表示装置。
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