JP5184296B2 - 導光板ユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、直下型のバックライトユニットでは、光量分布を均一にするために、液晶表示パネルに対して垂直方向の厚みが30mm程度必要であり、これ以上の薄型化が困難である。
また、光入射面とは反対側の端部に反射部材を配置し、入射した光を多重反射させて光射出面から射出させる方法もあるが、大型化するためには導光板を厚くする必要があり、重くなり、コストも高くなる。また、光源の写り込みが生じ、輝度むら及び/または照度むらとなるという問題もある。
しかしながら、従来、このような点に関しては全く考慮だにされていなかった。
また、本発明の他の目的は、上述のようにこの導光板を用いる液晶表示装置の画面内における照度パターンを所望の形に調整するとともに、画面の正面方向に向けての指向性を高めることが可能な導光板ユニットを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、上記導光板ユニットを用いることで、大画面の薄型液晶テレビ等において要求される種々の照度パターンを設定可能とした液晶表示装置、並びに画面の正面方向に向けての指向性を高めることが可能な液晶表示装置を提供することにある。
また、前記プリズムシートが上向き90°プリズムシートであり、このプリズムシートの上下層に前記拡散シートが配置されていることが好ましい。
また、前記導光板の前記光射出面の中央部における輝度と、前記光射出面内における最小輝度との比率(明るさ比)が、
0.35<(最小輝度)/(中央部の輝度)<0.75
であることが好ましい。
また、本発明に係る液晶表示装置は、上記各項に記載の導光板ユニットのいずれかと、液晶表示パネルとを有することを特徴とする。
また、本発明によれば、上述のようにこの導光板を用いる液晶表示装置の画面内における照度パターンを所望の形に調整するとともに、画面の正面方向に向けての指向性を高めることが可能な導光板ユニットを提供することができる。
またさらに、本発明によれば、上記導光板ユニットを用いることで、大画面の薄型液晶テレビ等において要求される種々の照度パターンを設定可能とした液晶表示装置、並びに画面の正面方向に向けての指向性を高めることが可能な液晶表示装置を提供することができる。
図1は、本発明に係る導光板ユニットを用いる面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図2は、図1に示した液晶表示装置のII−II線断面図である。
また、図3(A)は、図2に示した面状照明装置(以下「バックライトユニット」ともいう。)のIII−III線矢視図であり、図3(B)は、(A)のB−B線断面図である。
駆動ユニット14は、液晶表示パネル12内の透明電極に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル12を透過する光の透過率を制御する。
以下、バックライトユニット20を構成する各構成部品について説明する。
図4(A)は、図1及び図2に示す面状照明装置20の光源28の概略構成を示す概略斜視図であり、図4(B)は、図4(A)に示す光源28の断面図であり、図4(C)は、図4(A)に示す光源28の1つのLEDチップのみを拡大して示す概略斜視図である。
図4(A)に示すように、光源28は、複数の発光ダイオードのチップ(以下「LEDチップ」という。)50と、光源支持部52とを有する。
つまり、LEDチップ50の発光ダイオードの表面から射出された青色光が蛍光物質を透過すると、蛍光物質が蛍光する。これにより、LEDチップ50から射出された青色光が透過すると、発光ダイオードから射出された青色光と蛍光物質が蛍光することで射出される光とで白色光を生成され、射出される。
ここで、LEDチップ50としては、GaN系発光ダイオード、InGaN系発光ダイオード等の表面にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を塗布したチップが例示される。
ここで、本実施形態のアレイ基板54は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成されており、LEDチップ50から発生する熱を吸収し、外部に放散させるヒートシンクとしての機能も有する。
光源支持部52に、フィン56を複数設けることで表面積を広くすることができ、かつ、放熱効果を高くすることができる。これにより、LEDチップ50の冷却効率を高めることができる。
また、ヒートシンクは、空冷方式に限定されず、水冷方式も用いることができる。
なお、本実施形態では、光源支持部52のアレイ基板54をヒートシンクとして用いたが、LEDチップの冷却が必要ない場合は、ヒートシンクに代えて放熱機能を備えない板状部材をアレイ基板として用いてもよい。
LEDチップ50を長方形形状とすることにより、大光量の出力を維持しつつ、薄型な光源とすることができる。光源を薄型化することにより、面状照明装置を薄型にすることができる。また、LEDチップの配置個数を少なくすることができる。
図5は、導光板30の形状を示す概略斜視図である。
導光板30は、図2、図3及び図5に示すように、略矩形形状の平坦な光射出面30aと、この光射出面30aの両端に、光射出面30aに対してほぼ垂直に形成された2つの光入射面(第1光入射面30dと第2光入射面30e)と、光射出面30aの反対側、つまり、導光板の背面側に位置し、第1光入射面30dおよび第2光入射面30eに平行で、光射出面30aを2等分する2等分線α(図1、図3参照)を中心軸として互いに対称で、光射出面30aに対して所定の角度で傾斜する2つの傾斜面(第1傾斜面30bと第2傾斜面30c)とを有している。
つまり、導光板30は、両端部、すなわち第1光入射面30dと第2光入射面30eで厚みが最も薄くなり、中央部、すなわち第1傾斜面30bと第2傾斜面30cが交差する2等分線αに対応する位置で厚さが最大となる。言い換えれば、導光板30は、第1光入射面30dまたは第2光入射面30eから離れるに従って導光板の光射出面30aに垂直な方向の厚みが厚くなる形状である。なお、光射出面30aに対する第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cの傾斜角度は特に限定されない。
このように面状照明装置20は、2つの光源28が、導光板30をはさみこむように配置されている。つまり、所定間隔離間して、向い合って配置された2つの光源28の間に導光板30が配置されている。
ここで、導光板30は、境界面64で第1層60と第2層62と分けているが、第1層60と第2層62とは、粒子濃度が異なるのみで、同じ透明樹脂に同じ散乱粒子を分散させた構成であり、構造上は一体となっている。つまり、導光板30は、境界面64を基準として分けた場合、夫々の領域の粒子濃度は異なるが、境界面64は、仮想的な線であり、第1層60と第2層62は一体となっている。
この第1層60の散乱粒子の粒子濃度をNpoとし、第2層62の散乱粒子の粒子濃度をNprとすると、NpoとNprとの関係は、Npo<Nprとなる。つまり、導光板30は、第1層60よりも第2層62の方が散乱粒子の粒子濃度が高い。
導光板30の内部の領域毎に異なる粒子濃度で散乱粒子を含有させることによって、中高で輝度むら及び照度むらの少ない照明光を光出射面から出射することができる。このような導光板30は、2層押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。
ここで、本発明の導光板においては、輝度分布と照度分布、輝度むらと照度むらは、基本的に同様の傾向となる。つまり、輝度むらが発生している部分には同様の照度むらが生じ、輝度分布と照度分布は同様の傾向となる。
さらに、導光板30内の粒子濃度を第1層60と第2層62とで2つに分け、光射出面側の第1層60の粒子濃度を第2層62の粒子濃度より低濃度とすることで、1種類の濃度の導光板(つまり、全体の濃度を均一な導光板)の場合に比べ、より中高にできる。
つまり、第1層60の散乱粒子の粒子濃度Npoと、第2層62の散乱粒子の粒子濃度Nprとの関係は、本実施形態のようにNpo<Nprとすることで、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
また、光の利用効率も、一種類の濃度の導光板の場合と略同じまたはより高くすることできる。つまり、本発明によれば、一種類の濃度の導光板と同程度の高い光利用効率を維持した状態で、一種類の濃度の導光板よりも輝度分布及び照度分布をより中高にすることができる。
導光板30の第1層60と第2層62とが上記関係を満たすことで、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
導光板30の第1層60と第2層62とが上記関係を満たすことでも、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
このように光射出面側に配置された粒子濃度の低い第1層の厚みを上記範囲とすることで、LEDチップから射出された光を有効に導光板の奥(つまり光軸方向において光入射面から離れた位置)まで伝播させることができる。
光学部材ユニット32は、導光板30の光射出面30aから射出された照明光をより輝度むら及び照度むらのない光にして、照明装置本体24の光出面24aからより輝度むらのない照明光を射出するためのもので、図2に示すように、導光板30の光射出面30aから射出する照明光を拡散して輝度むら及び照度むらを低減する拡散シート32aと、光入射面と光射出面との接線と平行な、上に凸の頂角90°のマイクロプリズム列が形成されたプリズムシート32bと、プリズムシート32bから射出する照明光を拡散して輝度むら及び照度むらを低減する拡散シート32cとを有する。
具体的には、対称プリズムシートとして、頂角が60°や90°のものが好適に用い得る他、いわゆる非対称プリズムシート等も適用することができる。
例えば、光学部材として、上述の拡散シート及びプリズムシートに、加えてまたは代えて、拡散反射体からなる多数の透過率調整体を輝度むら及び照度むらに応じて配置した透過率調整部材も用いることもできる。また、光学部材ユニットを、プリズムシートおよび拡散シートを各1枚ずつ用いるか、あるいは、拡散シートのみを2枚用いて、2層構成としてもよい。
反射板34は、導光板30の第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cから漏洩する光を反射して、再び導光板30に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板34は、導光板30の第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cに対応した形状で、第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cを覆うように形成される。本実施形態では、図2では、導光板30の第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cが断面三角形状に形成されているので、反射板34もこれに補形する形状に形成されている。
このように、上部誘導反射板36を配置することで、光源12から射出された光が導光板30に入射することなく、光射出面30側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源12のLEDチップ50から射出された光を効率よく導光板30の第1光入射面30d及び第2光入射面30eに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
ここで、上部誘導反射板36及び下部誘導反射板38としては、上述した反射板34に用いる各種材料を用いることができる。
下部誘導反射板38を設けることで、光源12から射出された光が導光板30に入射することなく、導光板30の第1傾斜面30b及び第2傾斜面30c側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源12のLEDチップ50から射出された光を効率よく導光板30の第1光入射面30d及び第2光入射面30eに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、反射板34と下部誘導反射板38と連結させたが、これに限定されず、それぞれを別々の部材としてもよい。
また、本実施形態では、上部誘導反射板36を導光板30と拡散シート32aとの間に配置したが、上部誘導反射板36の配置位置はこれに限定されず、光学部材ユニット32を構成するシート状部材の間に配置してもよく、光学部材ユニット32と上部筐体44との間に配置してもよい。
図2に示すように、筐体26は、照明装置本体24を収納して支持し、かつその光出射面24a側と導光板30の第1傾斜面30b及び第2傾斜面30c側とから挟み込み、固定するものであり、下部筐体42と上部筐体44と折返部材46と支持部材48とを有する。
上部筐体44は、図2に示すように、面状照明装置本体24及び下部筐体42の上方(光射出面側)から、照明装置本体24およびこれが収納された下部筐体42をその4方の側面部22bも覆うように被せられて配置されている。
折返部材46は、図2に示すように、下部筐体42の側面と上部筐体44の側面との間に嵌挿され、U字形状の一方の平行部の外側面が下部筐体42の側面部22bと連結され、他方の平行部の外側面が上部筐体44の側面と連結されている。
ここで、下部筐体42と折返部材46との接合方法、折返部材46と上部筐体44との接合方法としては、ボルトおよびナット等を用いる方法、接着剤を用いる方法等種々の公知の方法を用いることができる。
なお、筐体の上部筐体、下部筐体及び折返部材には、金属、樹脂等の種々の材料を用いることができる。なお、材料としては、軽量で高強度の材料を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、折返部材を別部材としたが、上部筐体または下部筐体と一体にして形成してもよい。また、折返部材を設けない構成としてもよい。
支持部材48は、図2に示すように、反射板34と下部筐体42との間、より具体的には、導光板30の第1傾斜面30bの第1光入射面30d側の端部に対応する位置の反射板34と下部筐体42との間に配置され、導光板30及び反射板34を下部筐体42に固定し、支持する。
支持部材48により反射板34を支持することで、導光板30と反射板34とを密着させることができる。さらに、導光板30及び反射板34を、下部筐体42の所定位置に固定することができる。
また、配置位置も特に限定されず、反射板と下部筐体との間の任意の位置に配置することができるが、導光板を安定して保持するために、導光板の端部側、つまり、本実施形態では、第1光入射面30d近傍、第2光入射面30e近傍に配置することが好ましい。
また、支持部材を反射板と下部筐体とで形成される空間の全域を埋める形状とし、つまり、反射板側の面を反射板に沿った形状とし、下部筐体側の面を下部筐体に沿った形状としてもよい。このように、支持部材により反射板の全面を支持する場合は、導光板と反射板とが離れることを確実に防止することができ、反射板を反射した光により輝度むら及び照度むらが生じることを防止することができる。
面状照明装置20は、導光板30の両端にそれぞれ配置された光源28から射出された光が導光板30の光入射面(第1光入射面30d及び第2光入射面30e)に入射する。それぞれの面から入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cで反射した後、光射出面30aから出射する。このとき、第1傾斜面30b及び第2傾斜面30cから漏出した一部の光は、反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。
このようにして、導光板30の光射出面30aから射出された光は、光学部材32を透過し、照明装置本体24の光出面24aから射出され、液晶表示パネル12を照明する。
液晶表示パネル12は、駆動ユニット14により、位置に応じて光の透過率を制御することで、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
本実施例では、導光板30として、第1光入射面30bから第2光入射面30cまでの長さを545mmとし、2等分線αにおける光射出面30aから背面までの長さ、つまり、厚さの最も厚い部分の厚みDを3.6mmとし、第1光入射面30d及び第2光入射面30eの厚み、つまり厚さの最も薄い部分の厚みを2.0mmとし、第1層60と第2層との境界面64を第1光入射面30dの第1傾斜面30b側の端部と第2光入射面30eの第2傾斜面30c側の端部とを結んだ面とした導光板を用いた。
ここで、明るさ比とは、光射出面から射出される光の最小輝度を最大輝度で割った値、つまり最小輝度/最大輝度である。また、本発明においては、最小輝度/最大輝度が小さい場合、つまり最小輝度と最大輝度との差が大きい場合を中高率が高いとする。なお、入射部近傍で測定される輝度が急激に上がっている領域は、実際の利用時はカバー反射部材が配置され、面状照明装置の光射出面からは射出されないため輝度むらとして認識されず、また、光射出面から射出される光としては認識されないため無視した。
測定した光の利用効率及び明るさ比の結果を下記表1に示し、相対照度分布(一部)を図6に示す。ここで、図6では、縦軸を、比較例(1)=曲線Aの平均照度を100として、実施例(1),(4)=曲線B,Cの平均照度を規格化した規格化照度とし、横軸を導光板中心からの距離[mm]とした。
例えば、輝度は、分光放射輝度計(トプコン(株)製SR−3)、照度は照度計(コニカミノルタ(株)製T−10)によって計測される。
明るさは、明確に測光量として定義されていないため、輝度および照度のどちらによっても、評価される。
この場合の計測方法としては、面状照明装置が回転する場合と、ロボットアームなどで計測器が回転する場合を挙げることができる。
ここでは、一例として、光散乱粒子の粒径7μmのシリコーン粒子(ND=1.44、比重1.32)を使用している。
なお、表1、表2中の実施例(4)は、同一の実験に係るものである。
以上より、本発明の効果は明らかである。
図7は、本発明の他の実施例に係る導光板ユニットの概要を示す側断面図であり、図2に示した実施例に用いられている構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付すことでその詳細な説明を省略する。
なお、図7に示す実施例に係る導光板ユニットと、図2に示した実施例に係る導光板ユニットとの相違点は、光学部材32の構成にある。
図8(A)は、前述の上に凸の頂角90°のマイクロプリズムを用いる導光板の要部を示す模式図であり、図8(B)は、この構成中の各位置における光の輝度分布パターンを示すものである。
すなわち、2枚の拡散シートと1枚のプリズムシートとの組み合わせという比較的簡単な構成でありながら、前述のような2層構成の導光板の2層の散乱微粒子の濃度を調整するという操作で、導光板からの光の射出特性を大きく変更することが可能になる。
この場合には、導光板(LG)から射出した光は、一般的には図9(B)に▲印をつなぐ線で示すような大きく広がった形状(主に60°方向に出射)をしているが、これが上記プリズム(下60)により、◆印をつなぐ線で示すような形状に変化(拡散作用あり)する。その後、拡散シート(DF)を通過することにより、最終的に、ここでは■印をつなぐ線で示すような半値角46°の形状にまで変化する。
なお、ここでは、プリズムとして対称プリズムを前提として説明したが、本発明はこれに限定はされず、非対称プリズムを用いてもよいことはいうまでもない。
ここで、傾斜面は、光入射面から導光板の中心(もしくは、導光板の厚みの最も厚い位置)に向かうに従って、光射出面に対する傾斜面の傾斜角が緩やかになる形状とすることが好ましい。傾斜面の傾斜角を徐々に緩やかにすることで、光射出面からより輝度むらのない光を射出させることができる。
このように、透明材料と可塑剤とを混合した材料で導光板を作製することで、導光板をフレキシブルにすること、つまり、柔軟性のある導光板とすることができ、導光板を種々の形状に変形させることが可能となる。従って、導光板の表面を種々の曲面に形成することができる。
12 液晶表示パネル
14 駆動ユニット
20 面状照明装置
24 照明装置本体
24a 光出面
26 筐体
28 主光源
30 導光板
30a 光射出面
30b 第1傾斜面
30c 第2傾斜面
30d 第1光入射面
30e 第2光入射面
32 光学部材ユニット
32a、32c 拡散シート
32b、32d プリズムシート
34 反射板
36 上側誘導反射板
38 下側誘導反射板
42 下部筐体
44 上部筐体
46 折返部材
48 支持部材
49 電源収納部
50 LEDチップ
52 光源支持部
54 アレイ基板
56 フィン
58 発光面
LG 導光板
DF 拡散シート
上90,下60 プリズムシート
Claims (3)
- 矩形状の光射出面と、前記光射出面の一辺を含む光入射面と、前記光射出面とは反対側の面である背面とを有し、内部に散乱粒子が分散された2層構成の導光板と、
前記導光板の前記光射出面側に配置される、拡散シートとプリズムシートとからなる照度分布調整手段とを有し、
前記導光板は、前記光射出面の対向する2つの辺側に形成される2つの光入射面を有し、前記背面が、2つの前記光入射面からそれぞれ離れるに従って前記光射出面から離れる方向に傾斜した2つの傾斜背面とこれらの傾斜背面を接合する湾曲部を有し、
かつ、前記光射出面側の第1層と、前記第1層とは粒子濃度が異なる前記背面側の第2層とで構成され、前記第1層と前記第2層との境界面が前記光射出面に平行な平面であり、
前記第1層の散乱粒子の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の散乱粒子の粒子濃度をNprとすると、前記Npoと前記Nprとの関係が、Npo<Nprを満たすとともに、
前記照度分布調整手段は、上向き90°プリズムシート、および、このプリズムシートの上下層にそれぞれ配置される2つの拡散シートで構成されており、
前記導光板の前記光射出面の中央部における輝度と、前記光射出面内における最小輝度との比率(明るさ比)が、
0.35<(最小輝度)/(中央部の輝度)<0.75
であることを特徴とする導光板ユニット。 - 矩形状の光射出面と、前記光射出面の一辺を含む光入射面と、前記光射出面とは反対側の面である背面とを有し、内部に散乱粒子が分散された2層構成の導光板と、
前記導光板の前記光射出面側に配置される、拡散シートとプリズムシートとからなる照度分布調整手段とを有し、
前記導光板は、前記光出射面の対向する2つの辺側に形成される2つの光入射面を有し、前記背面が、2つの前記光入射面からそれぞれ離れるに従って前記光射出面から離れる方向に傾斜した2つの傾斜背面とこれらの傾斜背面を接合する湾曲部を有し、
かつ、前記光射出面側の第1層と、前記第1層とは粒子濃度が異なる前記背面側の第2層とで構成され、前記第1層と前記第2層との境界面が前記光射出面に平行な平面であり、
前記第1層の散乱粒子の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の散乱粒子の粒子濃度をNprとすると、前記Npoと前記Nprとの関係が、Npo<Nprを満たすとともに、
前記照度分布調整手段は、下向き60°プリズムシート、および、このプリズムシートの上層に配置される拡散シートで構成されており、
前記導光板の前記光射出面の中央部における輝度と、前記光射出面内における最小輝度との比率(明るさ比)が、
0.35<(最小輝度)/(中央部の輝度)<0.75
であることを特徴とする導光板ユニット。 - 請求項1または2に記載の導光板ユニットと、液晶表示パネルとを有することを特徴とする液晶表示装置。
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