JP5011151B2 - 液晶ディスプレイ機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ機器のバックライトシステムに係わり、特に発光ダイオードをバックライトとして、光を効率よく液晶ディスプレイに照射するとともに、薄型で、低コストに構成した液晶ディスプレイ機器に関する。

薄型液晶ＴＶにおける液晶ディスプレイのさらなる画質の向上や薄型化のために、バックライトとして従来の冷陰極蛍光管に代えて、発光素子（ＬＥＤ）を用いる場合がある。また、液晶ディスプレイの大型化に伴って、ＬＥＤによるバックライト方式は、画面の輝度の向上、及び均一化の観点においてサイドライト型（液晶ディスプレイの側面にＬＥＤを配置する方式）から、ＬＥＤの照射距離の短い直下ライト型（液晶ディスプレイの背面にＬＥＤを配置する方式）に移行する状況にある。

一方、ＬＥＤは、一般的に所定の指向性を有する点光源であるが、ＬＥＤから輻射される光を液晶ディスプレイに均一な面光源として照射する必要がある。

ここで、LEDによるバックライト方式における均一な輝度を得るための技術として、例えば、特許文献１乃至特許文献３が知られている。

さらには、大形化する液晶ディスプレイにおいて、機器の厚さを増加することなく輝度むらを低減するための技術として、例えば、特許文献３が知られている。

特許文献１は、液晶パネルの下に配置した導光板のサイドからＬＥＤ光源の光を入光させるサイドライト型方式であって、導光板に反射面としてのプリズムを入光面からの距離によってプリズム傾斜角を暫時異ならして形成することにより輝度を均一化する技術を開示している。

特許文献２は、液晶表示素子の背面から照明光を照射する直下型照明装置であって、光制御板にＬＥＤ光源の１つ１つに対して光の出射方向を制御する同心凹凸プリズム構造を形成して輝度分布を良くする技術を開示している。

また、特許文献３は、大形の液晶ディスプレイに対応するために直下型の面光源装置であって、ＬＥＤの最も輝度の高い光軸を導光板に対して傾斜するように光源を配置して、薄型で、輝度むらを低減する技術を開示している。

特開２００７−４２４０４号公報 特開２００６−３４４４０９号公報 特開２００７−１３４２２４号公報

特許文献１に記載されているバックライトシステムは、導光板の反射面のプリズム傾斜角によって、光の照射に指向性を有するＬＥＤにおける輝度むらを抑制するとしているが、光源を導光板の側方に配置する構造であるため、大形表示パネルになるにつれ、側方に配置される光源からの照射距離が拡大し、光源から離れるに従い光の輝度が低下するサイドライト型の課題に対しては何ら考慮されておらず、所定の輝度を得るための画面の大きさには、自ずとして限界を有するものである。

特許文献２に記載されている照明装置は、液晶表示素子の背面に複数のＬＥＤ光源を配置した直下型方式であり、光源の投射距離は比較的に短いため特許文献１の問題はないが、一般的に輻射指向性を有するＬＥＤ光源において、照射面積の拡大と輝度むらの抑制をはかるために、ＬＥＤ光源毎に対応させて同心円凹凸プリズムを形成した光制御板によって光源の出射光の照射方向を制御している。このため特許文献２では、光制御板は、ＬＥＤ光源に対応して同心円凹凸プリズムの形状円周ごとに変化させながら、かつ円凹凸プリズムをマトリックス状に形成する必要があり、成形型等の製作上での煩雑となる懸念がある。

特許文献３に記載の面光源装置は、ＬＥＤ光源による直下型バックライト方式でありながら、光源の最も輝度の高くなる光軸を導光板に対して傾斜するように配置して、ＬＥＤ光源と拡散板との距離を確保することにより輝度むらを低減しながら、バックライトシステムの薄型を図るとしている。しかしながら特許文献３は、ＬＥＤ光源の上記光軸方向に出射される高角度輻射光を利用することについて考慮されているかもしれないが、ＬＥＤ光源の低角度輻射光の有効利用については考慮されていない。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、バックライトとしてＬＥＤを用いた液晶ディスプレイ機器において、大面積の液晶ディスプレイを均一に高輝度に照射する構造を薄型で、低コストに提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成を特徴とするものである。

すなわち、本発明に係るディスプレイ機器は、液晶ディスプレイと、前記液晶ディスプレイの背面に配置される光源と、前記光源の光を前記液晶ディスプレイに照射するための導光部材と、を有する液晶ディスプレイ機器において、
前記光源は、複数の発光素子群であって、前記発光素子における最も輝度の高い光軸方向が前記液晶ディスプレイの平面に対して所定の傾斜角度を有して配置され、前記導光部材は、前記発光素子に対向する面側において、前記発光素子の前記光軸とほぼ直交する平面であって、前記発光素子からの光を入射する第１の平面と、前記光軸に対して所定の角度を有し、前記第１の平面と鋭角を以って接続される平面であって前記光を反射する第２の平面と、を有する楔形状の導光部が形成されており、前記発光素子の傾斜方向に対応して、複数の前記導光部を所定方向に平面的に配列して、一体的に構成されており、前記導光部材は、前記第１の平面の一部及び前記第２の平面の一部が、前記発光素子群を含む平面上に存在するように、前記発光素子を載置する基板側に近接して配置されていることを特徴とする。

上記の本発明の構成によれば、バックライトとしてＬＥＤを用いた液晶ディスプレイ機器において、大面積の液晶ディスプレイを薄型として構成でき、光源の数を減じながら、液晶ディスプレイを均一に高輝度に照射することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、液晶ディスプレイ機器の概略構成図である。図１の正面図においては、説明を解かり易くするために構成部品の一部である液晶ディスプレイ３、導光部材６、及び拡散部材７等を透視して示している。液晶ディスプレイ機器１の筐体２内には、情報を表示する液晶ディスプレイ３と、液晶ディスプレイ３の背面にバックライト装置として、複数個のＬＥＤ光源（以下、単に「ＬＥＤ」と称する）４と、ＬＥＤ４を縦横のマトリックス状に載置した基板５と、を配置している。基板５と液晶ディスプレイ３との間には、点光源のＬＥＤ４の光を面光源として、液晶ディスプレイ３を高輝度に照射するための導光部材６を有している。さらには、導光部材６から出射された光を液晶ディスプレイ３に均一に照射するための、板状もしくはシート状に構成された拡散部材７を設けている。ここで、拡散部材７の一部、あるいは全部は、導光部材６に一体的に構成してもよい。

つぎに、本発明に係るバックライト装置の実施例について、図２、及び図３を参照にして説明する。図２は、本発明におけるバックライト装置の実施例を概念的に示した構成斜視図である。図３は、本発明におけるバックライト装置の部分断面図である。図２では、バックライト装置の構成部品を解かり易く表示するためにＺ軸方向に離間させて示している。尚、図２、および図３は、説明を容易にするためにバックライト装置の一部を代表的に図示しているが、実際のバックライト装置は、複数のＬＥＤ４、及び導光部材６の各々において、前述のように縦横（Ｘ，Ｙ）平面でマトリックス状に一体的に配設されている。また、マトリック状に配設されるＬＥＤ４の間隔（ｄ１、ｄ２）は、ＬＥＤ４の光量と導光部材６の導光性能によって定められるものである。すなわち、１つのＬＥＤ４によって、液晶ディスプレイ３の所定の面積を所望の輝度で照射するように設定されることになる。

よって、本実施例において、複数個のＬＥＤ４を載置する基板５の表面積、各ＬＥＤ４に対応して設けられた導光部材６の投影面積、及び拡散部材７の平面積は、各々、液晶ディスプレイ３の表示平面籍に略等しい大きさである。

図２に示す実施例において、ＬＥＤ４は、基板５の液晶ディスプレイ３側の平面５１上に載置され、基板５の平面５１、あるいは対向平面５２に付設される配線（図示せず）にワイヤボンディング等によって電気的に接続され、通電される。また、ＬＥＤ４は、光輻射において所定の指向特性をもっている。さらには、ＬＥＤ４は、基板５に所定の角度(α)を傾斜させて載置されている。すなわち、ＬＥＤ４における最も輝度の高い光軸方向を液晶ディスプレイ３の平面に対して所定の傾斜角度(α)を有して配置されることになる。ＬＥＤ４から輻射された光は、ＬＥＤ４に対向配置される導光部材６に入射される。

ここで、導光部材６について説明する。導光部材６は、光透過性を有する例えば透明樹脂により形成されている。

導光部材６は、ＬＥＤ４の輻射光を入射する平面（第１の平面）６１と、入射された光を透過する導光部と、透過された光を反射する平面（第２の平面）６２と、入射され導光される光（Ａ）、及び反射されて導光される光（Ｂ）とを出射する平面（第３の平面）６３により構成されている。上記第1の平面６１と第２の平面６２は、図示されるように、液晶ディスプレイ３の平面と直交する断面において三角形状の導光部材を形成するように互いに接続もしくは結合されており、後述するように楔形の導光部材を形成する。

ＬＥＤ４の輻射光を入射する第１の平面６１は、ＬＥＤ４の低角度輻射光を有効に入射し、液晶ディスプレイ３を照射するために、ＬＥＤ４における最も輝度の高い光軸方向に対しほぼ直行する平面となるように配置され、ＬＥＤ４にできる限り近接して配置されている。すなわち、本実施例においては、第１の平面６１と第２の平面６２とによって形成される基板５側の稜線６４（第１の平面６１と第２の平面６２との基板5側の接続部）は、複数のＬＥＤ４を含む平面より基板５側に位置している。換言すれば、本実施例では、第１の平面６１及び第２の平面６２の一部が複数のＬＥＤ４を含む平面上に存在するようにしている。上記低角度輻射光をより有効利用するためには、上記稜線６４（接続部）が可能な限り基板５に近接、あるいは接触する位置まで伸延されていることが、より好ましい。

第１の平面６１（６１ａ）と第２の平面６２（６２ａ）との為す角度は、少なくとも直角以下で、鋭角（β≦９０度）をなして形成されている。すなわち、第１の平面６１と、第２の平面６２とは、二点鎖線で示される楔形を形成する導光部材の一部を構成しており、光を所定の範囲に導光するために反射面６２を所定の大きさで構成している。一方、第２の平面６２が、第１の平面６１、すなわちＬＥＤ４における最も輝度の高い光軸方向に対して直交する平面と鋭角を為すようにしているのは、第１の平面６１から入射された光を早期に反射させ、各々のＬＥＤ４の近傍における液晶ディスプレイ３の平面を高輝度に照射するためである。すなわち、本実施例は、ＬＥＤ４を導光部材６の側辺側に対向して配置するサイドライト型のバックライト方式としながら、傾斜配置することにより生じるＺ方向への大きさを抑制するために導光部材６の導光距離を縮小して形成した構成としている。

また、導光部材６の液晶ディスプレイ３と対向する側には、液晶ディスプレイ３への出射平面（第３の平面）６３を形成している。第１の平面６１に入射された光は、導光部材６の導光部を透過し、液晶ディスプレイ３と対向する第３の平面から直接出射（Ａ）されるか、導光部を透過して、第２の平面６２において反射され、導光部を透過して第３の平面６３から出射（Ｂ）される。その出射光は、第３の平面６３に付設された拡散パターン（図示せず）、あるいは、液晶ディスプレイ３と導光部材６の間に設けられた拡散部材７によって拡散され、液晶ディスプレイ３を均一に面照射している。

第３の平面からの出射光を拡散するためには、第３の平面６３に付設された拡散パターンまたは拡散部材７のいずれか一方を用いればよいが、両方を用いてもよいことは言うまでも無い。尚、図２では、第３の平面からの出射光の様子を見易くするために拡散部材７の図示を省略しているが、この実施例において拡散部材７が不用であることを示しているものではない。

図３は、液晶ディスプレイ３の平面に対するＬＥＤ４の光軸の傾斜角に応じたＬＥＤ４及び導光部材６の配置の一例を示している。図３（ａ）は、液晶ディスプレイ３の平面に対するＬＥＤ４の光軸の傾斜角度（α）が比較的小さい場合の配置例を示している。かかる例は、ＬＥＤ４の輻射光を入射する第１の平面６１が比較的広く確保できることから、ＬＥＤ３の輻射光の指向特性が比較的に高角輻射傾向（つまり、ＬＥＤ４の光軸方向への出射光の強度が比較的強く、出射光の指向性が強いもの）を有する場合に適している。図３（ｂ）は、液晶ディスプレイ３の平面に対するＬＥＤ４の光軸の傾斜角度（α）が比較的大きい場合の配置例を示している。かかる例は、第1の平面６１に入射された光を反射するための第２の平面６２を比較的広く確保できることから、ＬＥＤ４の輻射光の指向特性が比較的に低角輻射傾向（つまり、ＬＥＤ４の光軸方向への出射光の強度が比較的弱く、出射光の指向性が弱いもの）を有する場合に適している。いずれの例においても、第1の平面６１と、第２の平面６２とを含んで二点鎖線で示すような導光部材を構成している。

また、かかる構成において、ＬＥＤ４と導光部材６とを近接させれば、サイドライト型バックライト方式に適用することが可能となり、ＬＥＤ４からの低角輻射光を広範囲に出射可能なように導光することができる。また、ＬＥＤ４、及び導光部材６を傾斜角度（α）傾けて配置するために導光部材の導光距離を抑制することができ、これによって、バックライトの照射強度が導光部材によって低下することを軽減している。さらには、導光部材６の第１の平面６１及び第２の平面６２を広くすれば、ＬＥＤ４からの高角輻射光をより多く導光部材６に入射でき、ＬＥＤ４の光量の損失を抑制して、有効利用することができる。また、液晶ディスプレイ３の平面と直交する方向（Ｚ）において、導光部材６方がＬＥＤ４の下方に位置することから、ＬＥＤ４の底方における暗部を形成されることがない。

上記のように、本実施例に係るバックライト装置は、ＬＥＤ４の輻射光を高輝度でかつ均一に液晶ディスプレイ３に面照射できる。

また、本実施例では、上記のように導光部材６を構成しているので、ＬＥＤ４と液晶ディスプレイ３との距離を短くすることができる。従って本実施例によれば、液晶ディスプレイ３の平面と直交する方向、すなわち液晶ディスプレイ３の厚さ方向（Ｚ方向）の寸法を抑制し液晶ディスプレイ機器の薄型化を実現できる。

さらには、図３に示されるように、ハッチングを施した部分を第３の平面６３において凹部として形成することにより、かかる導光部材６をサイドバックライト型の導光部材として用いることも可能である。更に本実施例では、直下型のＬＥＤバックライトとしてかかる導光部材６用いる場合において、ＬＥＤ４の配置に対応してこの導光体部を各々形成させているので、導光部材による光の透過範囲を拡大させることが可能となる。従って、ＬＥＤ４の数を低減できるとともに、各々の導光部材６における透過距離も低減できるので、コスト上昇を抑制しつつＬＥＤ４からの光を高輝度に液晶ディスプレイに照射することができる。更にまた、本実施例に係る導光部材６は、各平面が入射光を反射して出射する構成とされているので、ＬＥＤ４ごとに付設される複雑な拡散パターンを形成する必要もない。

以上のように、本実施例によれば、液晶ディスプレイ機器を薄型化しながら、コストを抑制しつつ、光源（ＬＥＤ）からの光を均一に液晶ディスプレイへ照射することが可能となる。従って本実施例によれば、高輝度で、かつより薄型化された低コストな液晶ディスプレイ機器を提供できる。

液晶ディスプレイ機器の概略構成図である。 本発明におけるバックライト装置の実施例を概念的に示した構成斜視図である。 本発明におけるバックライト装置の部分断面図である。

符号の説明

１・・・液晶ディスプレイ機器、２・・・筐体、３・・・液晶ディスプレイ、
４・・・ＬＥＤ、５・・・基板、６・・・導光部材、７・・・拡散部材、

Claims (2)

1. 液晶ディスプレイと、前記液晶ディスプレイの背面に配置される光源と、前記光源の光を前記液晶ディスプレイに照射するための導光部材と、を有する液晶ディスプレイ機器にいて、
   前記光源は、複数の発光素子群であって、前記発光素子における最も輝度の高い光軸方向が前記液晶ディスプレイの平面に対して所定の傾斜角度を有して配置され、
   前記導光部材は、前記発光素子に対向する面側において、
   前記発光素子の前記光軸とほぼ直交する平面であって、前記発光素子からの光を入射する第１の平面と、
   前記光軸に対して所定の角度を有し、前記第１の平面と鋭角を以って接続する平面であって、前記光を反射する第２の平面と、
   を有する楔形状の導光部が形成されており、
   前記発光素子の傾斜方向に対応して、複数の前記導光部を所定方向に平面的に配列して、一体的に構成されており、
   前記導光部材は、前記第１の平面の一部及び前記第２の平面の一部が、前記発光素子群を含む平面上に存在するように、前記発光素子を載置する基板側に近接して配置されていることを特徴とする液晶ディスプレイ機器。
2. 請求項１に記載の液晶ディスプレイ機器において、
   前記導光部材は、前記液晶ディスプレイに対向する出射面側において、前記導光部材に入射された前記光源からの光を前記液晶ディスプレイに拡散して出射するための微細凹凸パターンが形成されていることを特徴とする液晶ディスプレイ機器。

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