JP5037699B2 - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は照明装置、特に導光板を備えた照明装置に関する。また、本発明は、このような照明装置を備えた表示装置に関する。
近年、液晶表示装置は、従来のブラウン管に比べて薄型、軽量などの特長を有するため、テレビ、モニター、携帯電話などに幅広く利用されている。このような液晶表示装置は、照明光を出射する照明装置(バックライト装置)と、照明装置からの照明光に対してシャッターとしての役割を果たすことで所望画像を表示する液晶パネルとを備える。
上記照明装置は、液晶パネルに対する光源の配置の仕方により直下型とエッジライト型に大別される。エッジライト型は、直下型に比べ薄型化を図り易いことから、例えば携帯電話やノート型PC、PDAなどのモバイル機器に一般的に用いられている。
図8Aは従来のエッジライト型照明装置100の概略構成を示した部分拡大断面図である。図8Aにおいて上から順に、樹脂フレーム102、拡散シート及びレンズシート等を含む複数の光学シート103、導光板104、反射シート105、金属プレート106がこの順に積層されている。図示しない光源は、導光板104の端面に対向して配置されている。この照明装置100は、樹脂フレーム102に形成された開口102bを介して照明光を上方に向かって出射する。照明装置100の上面に液晶パネルを配置することで液晶表示装置が構成される。
一般に、導光板104はアクリル系材料からなり、樹脂フレーム102はポリカーボネート系材料からなる。アクリル系材料はポリカーボネート系材料に比べて熱膨張率及び湿度膨張率が大きいので、温度及び湿度が上昇すると導光板104は樹脂フレーム102に比べてより大きく伸長する。導光板104と樹脂フレーム102との伸び量の違いは、導光板104の主面と平行な方向(図8Aの紙面の左右方向)で特に顕著である。ところが、導光板104の端面104aに対向して樹脂フレーム102に内周壁102aが設けられているので、導光板104が樹脂フレーム102に比べて相対的に大きく伸長すると、導光板104の端面104aが樹脂フレーム102の内周壁102aに当接してしまう。その結果、図8Bに示すように導光板104が波状に変形し、これにより照明装置においては輝度分布が不均一となり、液晶表示装置では表示ムラを生じ表示品位を低下させるという問題があった。この問題は、画面サイズが大きくなるほど顕著である。
この問題を解決するためには、導光板104の端面104aと樹脂フレーム102の内周壁102aとの間に、導光板104と樹脂フレーム102との伸び量の違いを吸収できるだけの隙間を設けておけばよい。ところが、隙間が大きすぎると、照明装置を移動する際などに加えられる加速度によって導光板104が樹脂フレーム102内で移動して、端面104aと内周壁102aとが衝突することによりカタカタと衝突音が発生する。
特許文献1には、導光板が伸長可能なように導光板の端面と樹脂フレームの内周壁との間に隙間を設けた上で、導光板の主面の周縁部と樹脂フレームとを弾性乃至柔軟性を有する両面接着テープで接着する方法が記載されている。
特開平6−342603号公報
しかしながら、特許文献1の方法は、両面接着テープの接着力が熱や湿度によって又は時間の経過とともに低下して、両面接着テープが導光板又は樹脂フレームから剥がれてしまうという問題がある。
本発明は、上記の従来の問題を解決し、温度や湿度の変化による導光板の相対的な伸長によって生じる導光板の変形を長期にわたって防止することを目的とする。また、本発明は、このような導光板の変形に起因する表示装置の表示品位の低下を防止することを目的とする。
本発明の照明装置は、光源と、前記光源からの光が入射する入射面、及び前記入射面から入射した光が出射する出射面を有する導光板と、前記導光板の前記出射面側に配置され、前記出射面から出射した光を通過させる開口が形成された樹脂フレームと、前記導光板と前記樹脂フレームとの間に配置された少なくとも一枚の光学シートとを備える。前記導光板の前記出射面に隣り合う端面に対向する突起が、前記樹脂フレームと一体に成形され且つ前記樹脂フレームに立設されており、前記突起は、前記導光板とは反対側に弾性変形可能であることを特徴とする。
また、本発明の表示装置は、上記の本発明の照明装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、突起が弾性変形することで導光板の相対的な伸び量を吸収する。従って、温度や湿度の変化による導光板の伸長により導光板が波状に変形するという従来の課題を解決することができる。また、導光板の変形に起因する表示装置の表示品位の低下を防止することができる。
突起が樹脂フレームに立設されているので、導光板が伸長しても、光学シートは導光板と樹脂フレームとの間で自由に移動することができる。従って、光学シートの伸長による光学シートの平面性の悪化を防止でき、温度及び湿度の変化に関わらず照明光の輝度が常に均一な照明装置を実現できる。
更に、突起を弾性範囲内において変形させることにより、その特性の変化はほとんどない。従って、上記の効果が長期にわたって安定して得られる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置の概略構成を示した分解斜視図である。 図2は、図1に示した樹脂フレームの部分IIの拡大斜視図である。 図3は、本発明の実施の形態1に係る照明装置の背面側から見た斜視図である。 図4は、図3のIV−IV線を含み厚さ方向と平行な面に沿った、本発明の実施の形態1に係る照明装置の部分拡大断面図である。 図5は、本発明の実施の形態1に係る照明装置において、導光板が樹脂フレームに比べて相対的に伸長したときの樹脂フレームに立設された突起の作用を説明する部分拡大断面図である。 図6は、本発明の実施の形態1と異なりバックプレートに突起を立設した場合の、当該突起の作用を説明する部分拡大断面図である。 図7は、厚さ方向と平行な面に沿った、本発明の実施の形態2に係る照明装置の部分拡大断面図である。 図8Aは従来のエッジライト型照明装置の概略構成を示した部分拡大断面図、図8Bは図8Aに示した照明装置において温度及び湿度の変化によって導光板が変形する様子を示した部分拡大拡大断面図である。
上記の本発明の照明装置において、前記突起は、前記樹脂フレームと一体に成形されている。これにより、突起を設けたことによって照明装置の構成部材数や組立工数が増加しない。従って、照明装置のコストの上昇はほとんどない。
前記突起は、前記導光板の前記出射面の法線方向と平行に立設されていることが好ましい。これにより、突起を樹脂フレームと一体に成形する場合に使用される成形用金型の設計が容易になる。
前記突起の高さをH、前記弾性変形する方向における前記突起の根元部の最大厚さをTとしたとき、T/H≦0.3を満足することが好ましい。これにより、突起の曲げ変形に対するバネ係数が小さくなるので、導光板が伸長したときの導光板自身の変形を一層低減することができる。
前記突起に対して前記導光板とは反対側に、前記突起の変形量を制限する支持壁が形成されていることが好ましい。これにより、導光板が破損するのを防止することができる。
前記突起が対向する前記導光板の端面の部分に、前記導光板の厚さ方向に前記出射面に近づくにしたがって後退するように傾斜した傾斜面が形成されていることが好ましい。これにより、導光板が伸長したときに、光学シートが導光板と樹脂フレームとで挟持される可能性を一層低減することができるので、光学シートの伸長による平面性の悪化を一層低減することができる。
以下、本発明の照明装置及び表示装置を好ましい実施の形態を用いて説明する。以下の説明では、本発明を透過型の液晶表示装置に適用した場合を例示的に説明する。図面は発明を容易に理解できるように概念的に描かれており、図面に描かれた各部の寸法及び寸法比は実際のものと一致していない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置1の概略構成を示した分解斜視図である。以下の説明の便宜のため、液晶表示装置1の厚さ方向(図1の紙面上下方向)と平行な軸をZ軸とする。Z軸の矢印の向きは、液晶表示装置1の視認側を示している。
この液晶表示装置1は、表示部としての透過型の液晶パネル8と、液晶パネル8の背面側に配置されて液晶パネル8を照明するエッジライト型の照明装置10とを備える。
照明装置10は、液晶パネル8の側から、樹脂フレーム2、少なくとも一枚の光学シート3、導光板4、反射シート5、バックプレート6を、Z軸に沿ってこの順に備える。照明装置10は、更に、光源7を備える。
光源7は、液晶パネル8を照明するための照明光を発生する。例えば、放電蛍光管(冷陰極蛍光管、熱陰極蛍光管、キセノン蛍光管など)、LED、EL素子等の発光源と、発光源からの光を所定の方向に出射させるリフレクタとで構成することができる。
導光板4は、透明なアクリル樹脂(例えばPMMA)などの合成樹脂からなる略矩形の板状体である。導光板4の表裏の主面を繋ぐ、導光板4の周囲の面を端面と呼ぶ。導光板4の端面のうち、導光板4の長辺に沿った端面を長辺側端面41a,41b、短辺に沿った端面を短辺側端面42a,42bと呼ぶ。短辺側端面42aは、光源7が対向して配置され、光源7からの光が入射する入射面である。入射面42aから入射した光は、導光板4内を全反射しながら伝播することで拡散され、液晶パネル8側の主面である出射面43から出射する。導光板4の4つのコーナー部のうち、長辺側端面41aと短辺側端面42aとで挟まれたコーナー部には、面取りされることで端面に当接面45が形成されている。当接面45は、Z軸とほぼ平行である。
反射シート5は、導光板4の出射面43とは反対側の主面に対向し、導光板4から漏れ出た光を導光板4に再入射させて光の有効利用を図る。
光学シート3は、導光板4の出射面43から出射した光を均一な輝度の照明光とするためのものであり、レンズシートや拡散シートなどの少なくとも一枚のシートからなる。
樹脂フレーム2は、その中央に導光板4の出射面43から出射した光が通過する開口23が形成された矩形枠状体である。樹脂フレーム2は、保持面24、一対の長辺側内周壁21a,21b、及び一対の短辺側内周壁22a,22bを備える。保持面24は、開口23を取り囲む略「ロ」字状の領域であり、Z軸に略垂直である。一対の長辺側内周壁21a,21b及び一対の短辺側内周壁22a,22bは、保持面24の外周端縁に沿って形成されており、Z軸と略平行である。照明装置10を組み立てたとき(後述する図3参照)、保持面24に導光板4の出射面43が対向し、長辺側内周壁21a,21bに導光板4の長辺側端面41a,41bがそれぞれ対向し、短辺側内周壁22a,22bに導光板4の短辺側端面42a,42bがそれぞれ対向する。長辺側内周壁21a,21b間の内寸法は、導光板4の長辺側端面41a,41b間の外寸法よりも大きい。また、短辺側内周壁22a,22b間の内寸法は、導光板4の短辺側端面42a,42b間の外寸法よりも大きい。このような樹脂フレーム2は、例えばポリカーボネートなどの合成樹脂材料を、射出成形法などにより一体成形して製造することができる。
バックプレート6は、例えば金属板を折り曲げ成形して製造することができる。
液晶パネル8は、多数の画素を有し、照明装置10からの照明光の通過を画素単位で制御する。液晶パネル8の構成は、特に限定はなく、公知の液晶パネルを適宜選択又は変更して用いることができる。液晶パネル8は、矩形枠状のディスプレイフレーム9を用いて照明装置10に固定される。
樹脂フレーム2の4つのコーナー部のうち、導光板4の当接面45が対応するコーナー部を含む部分IIの拡大斜視図を図2に示す。図2に示すように、樹脂フレーム2の保持面24には、Z軸とほぼ平行な衝立状の突起25が立設されている。更に、突起25に対して、導光板4が配される側とは反対側に、突起25とほぼ平行な支持壁26が形成されている。
図1に示すように、樹脂フレーム2の保持面24上に、光学シート3、導光板4、及び反射シート5を順に積層し、光源7を樹脂フレーム2の短辺側内周壁22aと導光板4の短辺側端面(入射面)42aとの間に挿入し、次いで樹脂フレーム2とバックプレート6とを嵌合させることにより、図3に示す照明装置10が得られる。
図4は、図3のIV−IV線(対向するコーナー部を結ぶ対角線に平行な線)を含みZ軸と平行な面に沿った照明装置10の矢印方向に沿って見た拡大断面図である。図4では、従来の照明装置を示した図8A及び図8Bと比較しやすいように、照明光を出射する側を上側にして描いている。樹脂フレーム2の保持面24上にバックプレート6に向かって立設された片持ち支持構造の突起25が、導光板4の当接面45に対向している。樹脂フレーム2の保持面24とバックプレート6との間で、光学シート3及び導光板4はZ軸と垂直な方向に移動可能である。これを実現するため、図4のようにバックプレート6を載置したとき、樹脂フレーム2の保持面24と光学シート3との間に僅かな隙間11が形成されることが好ましい。
以上のように構成された本実施の形態1に係る照明装置10の作用を以下に説明する。
照明装置10が使用される環境により、温度及び湿度は種々に変化する。樹脂フレーム2の材料及び導光板4の材料の熱膨張率及び湿度膨張率の相違により、温度及び湿度の条件によっては樹脂フレーム2に比べて導光板4が相対的に伸長する場合がある。導光板4が相対的に伸長した場合の、突起25及びその周辺部分の拡大断面図を図5に示す。導光板4の当接面45が突起25に当接し、突起25が支持壁26の側に弾性変形していることが分かる。即ち、図4の状態から樹脂フレーム2に比べて導光板4が相対的に伸長すると、導光板4の長辺側端面41b及び短辺側端面42bが樹脂フレーム2の長辺側内周壁21b及び短辺側内周壁22bにそれぞれ当接し(図1参照)、且つ、導光板4の当接面45が樹脂フレーム2の突起25と当接する。更に導光板4が相対的に伸長すると、図5に示すように、突起25は、導光板4の当接面45により力Fで押圧されて弾性変形して導光板4の相対的な伸び量を吸収する。従って、導光板4が伸長しても、図8Bに示した導光板104のように導光板4が波状に変形することはない。よって、照明装置10の輝度分布が不均一になるのが防止される。また、照明装置10を備える液晶表示装置1において、導光板4の伸長による表示品位の低下が防止される。
突起25は、弾性変形して導光板4の伸び量を吸収するので、突起25の機械的特性はほとんど変化しない。従って、上記の効果は長期にわたって安定して得られる。
導光板4の伸び量を吸収する突起25を設けたことにより、導光板4の相対的な伸び量が最小となる温度及び湿度条件において導光板4の長辺側端面41b及び短辺側端面42bを樹脂フレーム2の長辺側内周壁21b及び短辺側内周壁22bにそれぞれ当接させたときの、導光板4の当接面45と樹脂フレーム2の突起25との間の間隔をゼロ又はゼロ近傍に設定することができる。従って、照明装置10に加速度が加えられても導光板4は出射面43と平行な方向に樹脂フレーム2に対してほとんど移動することができないので、両者の衝突による衝突音の発生を防止することができる。
突起25が、略矩形状の導光板4の1つのコーナー部に設けられた当接面45に対向しているので、1つの突起25のみで、導光板4の長辺方向及び短辺方向の両方の伸び量を吸収することができる。
次に、突起25が樹脂フレーム2の保持面24に立設されていることの効果を説明する。
図5に示すように、突起25が導光板4の当接面45から力Fを受けて傾斜しているとき、導光板4の当接面45が傾斜した突起25から受ける反力のZ軸と平行な成分F1の向きはバックプレート6に向いている。この反力成分F1は、導光板4をバックプレート6に押し付けるように作用するので、樹脂フレーム2の保持面24と光学シート3との間の隙間11は確保される。従って、光学シート3が温度及び湿度の変化によりZ軸と直交する方向に伸長したとしても、光学シート3の周辺部は樹脂フレーム2の保持面24と導光板4との間で自由に移動することができる。
比較のために、バックプレート6に、突起25と同様に弾性変形可能な突起125を立設した場合の各部の挙動を図5と同様に示した部分拡大断面図を図6に示す。樹脂フレーム2に比べて導光板4が相対的に伸長すると、突起125が、導光板4の当接面45により力Fで押圧されて弾性変形して導光板4の伸び量を吸収する点は、図5と同様である。図6が図5と異なるのは、力Fを受けて傾斜した突起125から導光板4の当接面45が受ける反力のZ軸と平行な成分F2の向きが樹脂フレーム2の保持面24に向いている点である。この反力成分F2は導光板4を樹脂フレーム2の保持面24に近づくように変位させるので、光学シート3の周辺部は導光板4と保持面24とで挟持される。従って、温度及び湿度が変化することで光学シート3がZ軸と直交する方向に伸長すると、光学シート3は図6に示すように波状に盛り上がり、その平面性が悪化する。従って、照明装置の照明光の輝度が不均一となる。
このように、導光板4の伸び量を吸収する突起25を樹脂フレーム2の保持面24に立設することにより、導光板4が伸長しても光学シート3の周辺部は自由に移動することができるので、光学シート3の寸法変化による平面性の悪化を防止することができる。従って、温度及び湿度の変化に関わらず、照明光の輝度が常に均一な照明装置を実現することが可能となる。これにより、液晶表示装置1の表示品位の低下を防止できる。
導光板4が伸長しても図8Bに示した導光板104のように導光板4が波状に変形することがないように、突起25の機械的強度が設定される。突起25は、このような条件を満足するように任意に設計することができるが、図4に示すように、突起25の保持面24からの高さをH、突起25の根元部の弾性変形する方向における最大厚さをTとしたとき、T/H≦0.3、更にはT/H≦0.25を満足することが好ましい。突起25の「根元部」の厚さに着目するのは、図5から明らかなように、導光板4が伸長したときに突起25は主としてその根元部で弾性変形するからである。また、突起25の弾性変形する方向における「最大厚さ」に着目するのは、例えば突起25の厚さが図4の紙面の垂直方向において一定でない場合等を考慮したものである。
突起25を樹脂フレーム2に立設させることにより、突起25を含む樹脂フレーム2を一部品として取り扱うことができる。従って、照明装置10を構成する部品点数や照明装置10の組立工数は実質的に増加しない。よって、照明装置10のコストの上昇はほとんどない。
突起25は、樹脂フレーム2とは別個の部品として製作した後、樹脂フレーム2に組み付けることもできる。しかしながら、突起25を含めて樹脂フレーム2全体を射出成形などにより一体に成形すると、製作が容易でコスト上昇を更に低減することができる。
図4に示した突起25は、Z軸と平行に立設されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、突起25の先端(自由端)に近づくにしたがって導光板4に近づくように突起25が傾斜していても良く、この場合には、突起25の変形範囲を大きくすることができるので、導光板4のより大きな寸法変化に対応することが可能となる。逆に、突起25の先端(自由端)に近づくにしたがって導光板4から離れるように突起25が傾斜していても良く、この場合には、図5に示した反力成分F1が大きくなるので、光学シート3の寸法変化による平面性の悪化を更に低減することが可能となる。突起25をZ軸(透光板4の出射面43の法線方向)と平行に立設すると、突起25を樹脂フレーム2と一体成形する際に、成形用金型の設計が容易になる。
突起25の背面に設けられた支持壁26は、導光板4の相対的な伸び量が大きい場合や、照明装置10に大きな加速度が加えられた場合などに、変形した突起25を当接させることで、突起25の変形量を制限して、突起25が破損してしまうのを防止する。突起25と支持壁26との間の間隔は、突起25の変形許容範囲を考慮して設定することができる。もちろん、支持壁26を省略することも可能である。
(実施の形態2)
図7は、厚さ方向と平行な面に沿った、本発明の実施の形態2に係る照明装置10aの部分拡大断面図である。本実施の形態2では、導光板4の突起25と対向する当接面45に傾斜面45aが形成されている。これ以外は実施の形態1と同じであり、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
傾斜面45aは、導光板4の厚さ方向(Z軸方向)に出射面43に近づくにしたがって後退するように(すなわち、突起25から遠ざかるように)傾斜している。傾斜面45aは、出射面43と隣り合っている。当接面45にこのような傾斜面45aを形成することにより、導光板4の伸長により突起25が導光板4から力Fを受けて傾斜しているときに、導光板4が傾斜した突起25から受ける反力成分F1(図5参照)の大きさが大きくなる。従って、導光板4が伸長したときの光学シート3の周辺部の移動の自由度は実施の形態1に比べてより向上する。よって、温度及び湿度の変化による光学シート3の平面性の悪化をより一層防止することができる。
図7では、傾斜面45aは、Z軸方向において当接面45の一部の領域のみに形成されているが、当接面45の全領域に形成されていても良い。
また、傾斜面45aは、平面である必要はなく、円筒面や球面などの各種曲面、平面と曲面との組み合わせ面などであってもよい。
上記の実施の形態1,2は、本発明を例示的に示したものであり、本発明はこれらに限定されず、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態1,2では、導光板4の相対的な伸長を吸収することができる突起25が略矩形状の樹脂フレーム2の1つのコーナー部に設けられていたが、突起の配置はこれに限定されない。例えば、樹脂フレーム2の4つのコーナー部のうちの2つ以上に突起25をそれぞれ設置してもよい。この場合、突起の設置位置に対応する導光板4のコーナー部に当接面45を設けることが好ましい。あるいは、導光板4の長辺方向の伸長を吸収するために、1又は複数の突起を導光板4の短辺側端面42a,42bのそれぞれに又は一方のみに対向するように設けても良い。これに加えて、またはこれに代えて、導光板4の短辺方向の伸長を吸収するために、1又は複数の突起を導光板4の長辺側端面41a,41bのそれぞれに又は一方のみに対向するように設けても良い。
突起25の形状は、上記の実施の形態1,2で示した板状である必要はなく、例えば棒状など任意の形状を選択することができる。また、表面は平面である必要はなく、凹凸形状など任意の形状が表面に設けられていてもよい。
上記の実施の形態1,2では、光源7を導光板4の短辺側端面に対向して配置したが、導光板の長辺側端面に対向して光源を配置しても良く、あるいは、導光板の対向する2辺に沿った端面にそれぞれを光源を配置しても良い。
本発明の照明装置は、上記の実施の形態1,2で示したような透過型の液晶表示装置のバックライト装置以外の用途に使用することもできる。例えば、レントゲン写真に光を照射するシャウカステン、写真ネガ等に光を照射して視認をし易くするライトボックス、屋内又は屋外に設置される各種看板、広告、案内標識などの照明装置にも適用することができる。照明装置の用途に応じて照明装置の各部の構成を適宜変更することができる。
本発明の表示装置は、本発明の照明装置を備えていれば良く、液晶パネルを備えていない表示装置であってもよい。表示装置は、動画・静止画のいずれを表示するものであっても良い。
本発明の利用分野は特に制限はないが、特に大面積の導光板が必要とされる用途、例えば大画面の液晶表示装置に好ましく利用することができる。
1 液晶表示装置
2 樹脂フレーム
21a,21b 長辺側内周壁
22a,22b 短辺側内周壁
23 開口
24 保持面
25 突起
26 支持壁
3 光学シート
4 導光板
41a,41b 長辺側端面
42a,42b 短辺側端面
45 当接面
45a 傾斜面
5 反射シート
6 バックプレート
7 光源
8 液晶パネル
9 ディスプレイフレーム
10,10a 照明装置
11 隙間

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源からの光が入射する入射面、及び前記入射面から入射した光が出射する出射面を有する導光板と、
    前記導光板の前記出射面側に配置され、前記出射面から出射した光を通過させる開口が形成された樹脂フレームと、
    前記導光板と前記樹脂フレームとの間に配置された少なくとも一枚の光学シートと
    を備えた照明装置であって、
    前記導光板の前記出射面に隣り合う端面に対向する突起が、前記樹脂フレームと一体に成形され且つ前記樹脂フレームに立設されており、
    前記突起は、前記導光板とは反対側に弾性変形可能であることを特徴とする照明装置。
  2. 前記突起は、前記導光板の前記出射面の法線方向と平行に立設されている請求項に記載の照明装置。
  3. 前記突起の高さをH、前記弾性変形する方向における前記突起の根元部の最大厚さをTとしたとき、T/H≦0.3を満足する請求項1又は2に記載の照明装置。
  4. 前記突起に対して前記導光板とは反対側に、前記突起の変形量を制限する支持壁が形成されている請求項1〜のいずれかに記載の照明装置。
  5. 前記突起が対向する前記導光板の端面の部分に、前記導光板の厚さ方向に前記出射面に近づくにしたがって後退するように傾斜した傾斜面が形成されている請求項1〜のいずれかに記載の照明装置。
  6. 請求項1〜のいずれかに記載の照明装置を備える表示装置。
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