JP4985154B2 - 光源装置、表示装置および光学部材 - Google Patents

Description

本発明は、発光部を有する光源装置およびそのような光源装置を備えた表示装置、ならびにこれらの装置に好適な光学部材に関する。

近年、液晶表示装置は、低消費電力や省スペース、低価格化等により、表示装置の主流であったブラウン管（ＣＲＴ；Cathode Ray Tube）に置き換わりつつある。

液晶表示装置は、画像を表示する際の照明方法で分類すると、いくつかのタイプが存在する。そのうち代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した光源（バックライト光源）を利用して画像表示を行う透過型の液晶表示装置が挙げられる（例えば、特許文献１）。

また、このような透過型の液晶表示装置におけるバックライト用の光源装置としては、一般的に冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）と呼ばれる冷陰極蛍光ランプが用いられている。また、近年では、環境を考慮して水銀レスの光源装置が望まれており、このＣＣＦＬに代わるものとして、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を用いた光源装置が有望視されている。

特開２００３−２７９９８８号公報

ここで、従来のバックライト用の光源装置では、バックライト光の輝度を向上させるため、ＣＣＦＬやＬＥＤなどの発光部と液晶表示パネルとの間に、拡散板や拡散シート、輝度向上フィルムなどの種々の光学シートが設けられている。

ところが、これらの光学シートの側面や周辺近傍には、反射率の低い（５０％程度）ミドルシャーシなどの部材が配置されているため、発光部による光の一部がこの部分から漏れて吸収されてしまい、光の利用効率が低下してしまっていた。よって、光源装置による全体的な発光輝度が低下すると共に、特に周辺部において発光輝度低下が著しいことから発光輝度の一様性が悪化してしまい（発光輝度のむらが生じてしまい）、表示画質も劣化しまっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光利用効率を高めて発光輝度を向上させることが可能な光源装置およびそのような光源装置を用いた表示装置、ならびにこれらの装置を構成可能とする光学部材を提供することにある。

本発明の光源装置は、発光部と、この発光部と表示パネルとの間に配置された光学シートと、表示パネルおよび光学シートの端部をそれぞれ支持する支持部と、光学部材とを備えたものである。ここで、この光学部材は、支持部と光学シートとの間の少なくとも一部分に配置されると共に、発光部からの射出光に対して上記支持部よりも高い反射率を有するようにしたものである。また、上記光学部材は、表示パネルの非表示領域に対応する領域において、光学シートにおける側面、発光部側の面および発光部とは反対側の面の各々を覆うように配置されている。

本発明の表示装置は、表示パネルと、この表示パネルの光源装置としての上記本発明の光源装置とを備えたものである。

本発明の光学部材は、上記光源装置に適用されるものであって、支持部と光学シートとの間の少なくとも一部分に配置されると共に、発光部からの射出光に対して上記支持部よりも高い反射率を有し、かつ、表示パネルの非表示領域に対応する領域において、光学シートにおける側面、発光部側の面および発光部とは反対側の面の各々を覆うように配置されているようにしたものである。

本発明の光源装置、表示装置および光学部材では、表示パネルおよび光学シートの端部をそれぞれ支持する支持部と光学シートとの間の少なくとも一部分に光学部材が設けられているため、発光部からの射出光が高い反射率で反射される。したがって、射出光が支持部において反射される場合と比べ、光学シートの端部における射出光の光損失が抑えられる。

本発明の光源装置、表示装置または光学部材によれば、表示パネルおよび光学シートの端部をそれぞれ支持する支持部と光学シートとの間の少なくとも一部分に光学部材を設けるようにしたので、発光部からの射出光を高い反射率で反射させ、これにより光学シートの端部における射出光の光損失を低減することができる。よって、光利用効率を高めて発光輝度を向上させることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る光源装置（光源装置３）を備えた表示装置（液晶表示装置５）全体のブロック構成を表すものである。この液晶表示装置５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Panel）パネル（液晶表示パネル）１、光学シート２および光源装置３と、入力映像信号Ｄinに対して各種信号処理を行う映像処理部４１と、ＬＣＤパネル１等を制御するＬＣＤ制御部４２と、映像信号を記憶する映像メモリ４３と、光源装置３の点灯動作を制御する光源点灯装置４４と、ＬＣＤパネル１を駆動するＹドライバ（ゲートドライバ）４５およびＸドライバ（データドライバ）４６とを備えている。

図２は、液晶表示装置５の要部（具体的には、ＬＣＤパネル１、光学シート２および光源装置３）の断面構造を表すものである。この液晶表示装置５はいわゆる直下型のバックライト構造を有するものであり（言い換えると、光源装置３が直下型の光源装置であり）、ＬＣＤパネル１および光学シート２の下方に複数のＬＥＤ３１が配置されている。

各ＬＥＤ３１は、発光光Ｌoutを射出する発光部であり、例えばガラスエポキシなどの材料により構成される基板３０上に略等間隔に並んで配置されている。これらＬＥＤ３１は、例えば、ガリウム砒素または窒化ガリウムなどを主成分とする半導体などの材料により構成されている。

光学シート２は、各ＬＥＤ３１からの発光光（射出光）Ｌoutに基づく光源装置３の発光輝度を向上させるためのものであり、ＬＥＤ３１側から順に、拡散板２１、拡散シート２２および輝度向上フィルム２３を積層させた多層膜となっている。

拡散板２１および拡散シート２２は、各ＬＥＤ３１からの射出光Ｌoutを拡散して輝度分布を均一化させるためのものである。拡散板２１は、例えばアクリルまたはポリカーボネートなどの材料により構成され、拡散シート２２は、例えばポリエステルなどの材料により構成されている。なお、拡散板２１の厚みは２ｍｍ程度であり、拡散シート２２の厚みは０．３ｍｍ程度である。

輝度向上フィルム２３は、拡散板２１および拡散シート２２により拡散された光の指向性を整えてＬＣＤパネル１の正面輝度を高めるためのものであり、例えばポリエステルフィルムとアクリルなどの材料により構成されている。なお、この輝度向上フィルム２３の厚みは１５０μｍ程度である。

ＬＣＤパネル１は、透過型液晶パネルとして構成されたものであり、一対のガラス基板（図示せず）間に液晶層（図示せず）が挟まれた構成となっている。これら一対のガラス基板の外側にはそれぞれ、偏光板（図示せず）が配置されている。光学シート２側のガラス基板の内側（液晶層側）には、複数の画素電極（図示せず）がマトリクス配置され、光学シート２とは反対側のガラス基板の内側には、共通の透明電極（対向電極；図示せず）が配置されている。また、この光学シート２とは反対側のガラス基板の内側には、各画素電極に対応する位置に、Ｂ（青），Ｇ（緑），Ｒ（赤）の各色に対応したカラーフィルタ（図示せず）が形成されている。なお、このＬＣＤパネル１は、入力映像信号Ｄinに基づく映像表示がなされる領域である表示領域（有効画素領域）１１と、その端部に配置され映像表示がなされない領域である非表示領域（非有効画素領域）１２とから構成されている。

光学シート２およびＬＣＤパネル１の端部はそれぞれ、ＬＣＤパネル１の非表示領域１２において、ミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４により支持・固定されている。また、ミドルシャーシ３３は、台座部３２により支持されている。ミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４の表面はそれぞれ、例えば鉄（Ｆｅ）などの反射率の低い材料（Ｆｅの場合、約５０％の反射率）により構成されている。なお、これらミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４が、本発明における「支持部」の一具体例に対応する。

ミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４と光学シート２との間には、ＬＣＤパネル１の非表示領域１２に対応する領域（ＬＣＤパネル１の周辺部の全ての領域）において、光学シート２の側面、ＬＥＤ３１側の面（下面）およびＬＥＤ３１とは反対側の面（上面）を覆うように、光学部材３５が配置されている。この光学部材３５における光学シート２側の表面は鏡面または拡散反射面となっており、これによりＬＥＤ３１からの射出光Ｌoutに対し、ミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４の場合よりも高い反射率を有するようになっている。なお、光学部材３５における光学シート２側の表面は、アルミニウム（Ａｌ；反射率＝９０％程度）または銀（Ａｇ；反射率＝９５％程度）を含む材料により構成されている。

次に、液晶表示装置５の作用について説明する。まず、図１および図２を参照して、この液晶表示装置５の基本動作について説明する。

図１に示したように、入力映像信号Ｄinが映像処理部４１へ入力されると、映像処理部４１では、この入力映像信号Ｄinが映像データ信号と同期信号とに分離され、Ｘ方向（水平走査方向）の映像データ信号が１走査ラインごとに映像メモリ４３へ転送されると共に、同期信号がＬＣＤ制御部４２へ供給される。そしてＬＣＤ制御部４２では、Ｙドライバ４５およびＸドライバ４６を制御する制御信号が生成され、これらＹドライバ４５およびＸドライバ４６へ供給されると共に、光源点灯装置４４を制御する制御信号が光源点灯装置４４へ供給される。

光源点灯装置４４では、ＬＣＤ制御部４２からの制御信号に基づき、光源装置３の点灯動作を制御する。光源装置３から発せられた光は、光学シート２によって、後述する光学的な処理が施され、ＬＣＤパネル１の裏面に投影される。ＬＣＤパネル１では、Ｙドライバ４５によって映像を表示する水平走査ラインが１ラインごとに選択され、Ｘドライバ４６によって、映像メモリ４３に記憶された値に応じて透過光の量が制御される。これにより、ＬＣＤパネル１には、入力映像信号Ｄinに含まれる同期信号に応じた位置に、入力映像信号Ｄinに応じた映像が表示される。

ここで光源装置３では、図２に示したように、各ＬＥＤ３１からの出射光Ｌoutは、白色光として光学シート２へ入射する。この白色光は、光学シート２を通過する間に輝度分布の均一化、正面指向性の付与およびｓｐ偏光変換等の作用を受け、ＬＣＤパネル１へ入射する。ＬＣＤパネル１では、図示しない映像処理回路から入力された映像信号に応じて、画素ごとに透過輝度変調が行われる。この際、ＬＣＤパネル１のＢ，Ｇ，Ｒの各色用カラーフィルタ（図示せず）によって、光学シート２から入射した白色光のうち、Ｂ色波長帯，Ｇ色波長帯，Ｒ色波長帯の光がそれぞれ選択透過し、これによりカラー映像表示が行われる。

次に、図２〜図４を参照して、本発明の特徴的部分の作用を、本実施の形態に係る実施例（図２の構成のもの）と、従来の液晶表示装置に係る比較例（図３の構成のもの）とについて、それらの輝度特性（図４に示したＬＣＤパネル１上の各位置の輝度特性）を比較しつつ説明する。なお、図４（Ａ）は、光学部材３５における光学シート２側の表面が拡散反射面の場合の輝度特性を、比較例での各位置での輝度値を１とした比で表しており、図４（Ｂ）は、光学部材３５における光学シート２側の表面が鏡面の場合の輝度特性を、比較例での輝度値を１とした比で表している。

まず、図３に示した比較例では、光源装置１０３において、図２に示した本実施の形態に係る光学部材３５が設けられておらず、その代わりにミドルシャーシ１３３が、光学シート２の側面、ＬＥＤ３１側の面（下面）およびＬＥＤ３１とは反対側の面（上面）をも覆うように配置されている。したがって、この比較例では、ＬＥＤ３１からの射出光Ｌoutの一部が、反射率の低い（約５０％程度）ミドルシャーシ１３３やトップシャーシ３４の部分から漏れて吸収されてしまい、射出光Ｌoutの利用効率が低下してしまう。よって、光源装置１０３による全体的な発光輝度が低下すると共に、特に周辺部において発光輝度低下が著しくなるため、発光輝度の一様性が悪化してしまい（発光輝度のむらが生じてしまい）、液晶表示装置の表示画質も劣化しまうことになる。

これに対して、図２に示した実施例では、ＬＣＤパネル１および光学シート２の端部をそれぞれ支持・固定するミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４と光学シート２との間に光学部材３５が設けられているため、ＬＥＤ３１からの射出光Ｌoutが、比較例の場合（ミドルシャーシ１３３およびトップシャーシ３４において反射される場合）よりも高い反射率で反射される。したがって、比較例と比べ、光学シート２の端部における射出光Ｌoutの光損失が抑えられる。

したがって、例えば図４（Ａ）（光学部材３５における光学シート２側の表面が拡散反射面の場合）および図４（Ｂ）（光学部材３５における光学シート２側の表面が鏡面の場合）に示したように、ＬＣＤパネル１上のほぼ全ての領域において、光源装置３の発光輝度が、比較例に係る光源装置１０３の発光輝度よりも向上する（図４（Ａ），図４（Ｂ）に示した輝度比が、ＬＣＤパネル１上のほぼ全ての領域において、１よりも大きい値となっている）ことと、周辺部においては中心部よりも高い値が得られていることとが分かる。比較例では、上記したように周辺部において特に発光輝度の低下が著しいことから、ＬＣＤパネル１の周辺部において、特に発光輝度の向上効果が大きいことが分かり、したがって輝度の一様性が向上していることになる。また、図４（Ａ）に示した輝度特性と図４（Ｂ）に示した輝度特性を比較すると、ほぼ同等であるため、拡散面も鏡面も発光輝度の向上効果および輝度一様性向上効果は同程度であることが分かる。

以上のように本実施の形態では、ＬＣＤパネル１および光学シート２の端部をそれぞれ支持・固定するミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４と光学シート２との間に光学部材３５を設けるようにしたので、この光学部材３５においてＬＥＤ３１からの射出光Ｌoutを高い反射率で反射させ、これにより光学シート２の端部における射出光Ｌoutの光損失を低減することができる。よって、この射出光Ｌout光利用効率を高め、発光輝度を向上させることが可能となる。

また、光学部材３５がＬＣＤパネル１の非表示領域１２に対応する領域において、光学シート２の側面およびＬＥＤ３１側の面（下面）に加え、ＬＥＤ３１とは反対側の面（上面）をも覆うようにしたので、後述する変形例（図５；光学部材が光学シート２の側面およびＬＥＤ３１側の面のみを覆うようにした場合）と比べ、光学シート２の端部における射出光Ｌoutの光損失をより低減することができる。よって、射出光Ｌout光利用効率をより高め、発光輝度をより向上させることが可能となる。

さらに、光学部材３５がＬＣＤパネル１の周辺部の全ての領域に配置されているようにしたので、後述する変形例（図６（Ｂ）；光学部材がＬＣＤパネル１の周辺部のうちの一部の領域のみに配置されている場合）と比べ、光学シート２の端部における射出光Ｌoutの光損失をより低減することができる。よって、射出光Ｌout光利用効率をより高め、発光輝度をより向上させることが可能となる。

以上、実施の形態等を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、光学部材３５が、ＬＣＤパネル１の非表示領域１２に対応する領域において、光学シート２の側面、ＬＥＤ３１側の面（下面）およびＬＥＤ３１とは反対側の面（上面）を覆うようになっている場合について説明したが、例えば図５に示した光源装置３Ａのように、光学部材３５Ａが光学シート２の側面およびＬＥＤ３１側の面のみを覆うようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、例えば図６（Ａ）に示した光学部材３５Ｂのように、光学部材がＬＣＤパネル１の周辺部の全ての領域に配置されている場合について説明したが、例えば図６（Ｂ）に示した光学部材３５Ｃ１〜３５Ｃ４のように、４つの光学部材が、ＬＣＤパネル１の周辺部のうちの四隅部分にそれぞれ配置されているようにしてもよい。このように構成した場合、上記したように、従来の光学部材が設けられていない構成ではＬＣＤパネル１の周辺部において特に発光輝度の低下が著しいことから、そのようなＬＣＤパネル１の周辺部における発光輝度を選択的に向上させることが可能となる。

また、上記実施の形態等では、ミドルシャーシ３３およびトップシャーシ３４と光学シート２との間に光学部材３５を設ける場合について説明したが、この光学部材を、ミドルシャーシ３３やトップシャーシ３４における光学シート２側の表面上に形成するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、図２に示したように、光源装置３がいわゆる直下型の場合の液晶表示装置について説明したが、いわゆるサイドエッジ型の光源装置によって液晶表示装置を構成してもよい。この場合、光源装置の具体的な構成としては、ＬＥＤ３１がＬＣＤパネル１および光学シート２の側面方向に配置されると共に、ＬＥＤ３１からの射出光Ｌoutを光学シート２側へ導く導光部（図示せず）を設けるようにすればよい。

また、上記実施の形態等では、射出光Ｌoutを発する発光部がＬＥＤにより構成されている場合について説明したが、そのような発光部を例えば冷陰極管（ＣＣＦＬ）により構成するようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態等では、ＬＣＤパネルおよびバックライト光源としての光源装置を有する液晶表示装置について説明したが、本発明は、ＬＣＤパネル以外の表示パネルおよびバックライト光源としての光源装置を有する他の表示装置にも適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る表示装置の全体構成を表すブロック図である。 図１に示した表示装置の要部構成を表す断面図である。 比較例に係る表示装置の要部構成を表す断面図である。 実施例および比較例の輝度特性について説明するための特性図である。 本発明の変形例に係る表示装置の要部構成を表す断面図である。 本発明の光学部材の配置構成例を表す平面模式図である。

符号の説明

１…ＬＣＤパネル、１１…表示領域、１２…非表示領域、２…光学シート、２１…拡散板、２２…拡散シート、２３…輝度向上フィルム、３，３Ａ…光源装置、３０…基板、３１…ＬＥＤ、３２…台座部、３３…ミドルシャーシ、３４…トップシャーシ、３５，３５Ａ…光学部材、４１…映像処理部、４２…ＬＣＤ制御部、４３…映像メモリ、４４…光源点灯装置、４５…Ｙドライバ、４６…Ｘドライバ、５…液晶表示装置、Ｄin…入力映像信号、Ｌout…発光光、Ｓ１…高反射率面。

Claims (13)

1. 表示パネルの光源装置であって、
   発光部と、
   前記発光部と前記表示パネルとの間に配置された光学シートと、
   前記表示パネルおよび前記光学シートの端部をそれぞれ支持する支持部と、
   前記支持部と前記光学シートとの間の少なくとも一部分に配置されると共に、前記発光部からの射出光に対して前記支持部よりも高い反射率を有する光学部材と
   を備え、
   前記光学部材が、前記表示パネルの非表示領域に対応する領域において、前記光学シートにおける側面、前記発光部側の面および前記発光部とは反対側の面の各々を覆うように配置されている
   光源装置。
2. 前記光学部材が、前記表示パネルの周辺部のうちの四隅部分にそれぞれ配置されている
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光学部材が、前記表示パネルの周辺部の全ての領域に配置されている
   請求項１に記載の光源装置。
4. 前記光学部材が、前記支持部における前記光学シート側の表面上に形成されている
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記光学部材における前記光学シート側の表面が、鏡面である
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記光学部材における前記光学シート側の表面が、拡散反射面である
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記光学部材における前記光学シート側の表面が、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）を含む材料により構成されている
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記発光部が前記表示パネルおよび前記光学シートの下方に配置されており、
   直下型の光源装置として構成されている
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 前記発光部が前記表示パネルおよび前記光学シートの側面方向に配置されており、
   前記発光部からの射出光を前記光学シート側へ導く導光部を備え、
   サイドエッジ型の光源装置として構成されている
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光源装置。
10. 前記発光部が、発光ダイオード（ＬＥＤ）により構成されている
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 前記発光部が、冷陰極管（ＣＣＦＬ）により構成されている
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光源装置。
12. 表示パネルと、
    前記表示パネルの光源装置と
    を備え、
    前記光源装置は、
    発光部と、
    前記発光部と前記表示パネルとの間に配置された光学シートと、
    前記表示パネルおよび前記光学シートの端部をそれぞれ支持する支持部と、
    前記支持部と前記光学シートとの間の少なくとも一部分に配置されると共に、前記発光部からの射出光に対して前記支持部よりも高い反射率を有する光学部材と
    を有し、
    前記光学部材が、前記表示パネルの非表示領域に対応する領域において、前記光学シートにおける側面、前記発光部側の面および前記発光部とは反対側の面の各々を覆うように配置されている
    表示装置。
13. 表示パネルの光源として機能すると共に、発光部と、この発光部と前記表示パネルとの間に配置された光学シートと、前記表示パネルおよび前記光学シートの端部をそれぞれ支持する支持部とを備えた光源装置に適用される光学部材であって、
    前記支持部と前記光学シートとの間の少なくとも一部分に配置されると共に、前記発光部からの射出光に対して前記支持部よりも高い反射率を有し、かつ、
    前記表示パネルの非表示領域に対応する領域において、前記光学シートにおける側面、前記発光部側の面および前記発光部とは反対側の面の各々を覆うように配置されている
    光学部材。

Images