JP5773792B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

サイドライト方式のバックライトを備える表示装置では、導光板の端面に入射した光が、導光板の内部を進行し、裏面側の界面で反射して表面から出射するようになっている（特許文献１）。近年、表示パネルの表示領域を囲む領域（額縁）を小さくすることが要求されている。これに伴ってバックライトも狭額縁化が要求されるため、導光板の入光面近傍の輝度のむらを小さくする必要がある。そこで、導光板の端面には、凹凸又は溝を形成し、光を屈折して拡げることが行われている（特許文献２及び３）。

特開２００９−２７６５３１号公報 特開２００４−２０００７２号公報 米国特許出願公開第２００４／０１２０１３９号明細書

導光板の端面の凹凸又は溝の形状によって、光の進行角度は、０°（端面に直角方向）から９０°（端面に平行方向）に近い角度まで設定することができる。光の進行角度が小さいと光の拡散が足りないため、導光板の端部とＬＥＤの間に暗部が形成される。これに対して、光の進行角度を大きくすると、暗部がなくなる代わりに、その角度によっては明部が発生する。このように、バックライトを狭額縁化することで、輝度むらが生じるという問題があった。

本発明は、バックライトの輝度むらを低減して、面光源として利用可能な領域の面積を拡大することを目的とする。

（１）本発明に係る表示装置は、表示パネルと、前記表示パネルの面光源として使用されるバックライトと、を有し、前記バックライトは、前記面光源よりも狭い発光領域を有する光源と、前記光源の光を端面から入射して表面から出射する導光板と、を含み、前記導光板の前記端面は、平坦面と前記平坦面から突出する凸面又は窪んだ凹面とを有し、前記平坦面に垂直な方向に前記光源から進行する光は、前記凸面又は前記凹面での屈折により拡がって前記導光板に入射し、前記凸面又は前記凹面は、前記光が出射する前記表面に直交する複数の中心軸の周りにそれぞれ形成された複数の円筒面が一体化された形状をなし、前記複数の円筒面の配列方向で前記凸面又は前記凹面の両端部に位置する一対の前記円筒面は、それぞれ、前記平坦面に隣接し、隣同士の前記円筒面は、前記平坦面よりも前記凸面又は前記凹面の突出方向又は窪んだ方向にずれた位置で相互に接続し、前記光が出射する前記表面に平行な面で切った断面で、前記複数の円筒面によって複数の弧が表れ、前記平坦面によって直線が表れることを特徴とする。本発明によれば、平坦面に垂直な方向に進行して導光板に入射する光は、平坦面では直進し、円筒面の平坦面に隣接する領域では大きく屈折し、隣の円筒面に隣接する領域では小さく屈折する。これにより、配光のバランスを調整して、バックライトの輝度むらを低減し、面光源として利用可能な領域の面積を拡大することができる。

（２）（１）に記載された表示装置において、前記複数の弧は、互いに相似形状を有するように設計されていることを特徴としてもよい。

（３）（１）に記載された表示装置において、
前記複数の弧の相似比は、それぞれ、基準値±１５％以内であることを特徴としてもよい。

（４）本発明に係る表示装置は、前記複数の弧の最も突出した点または最も窪んだ点は、それぞれ、前記平坦面によって表れる前記直線に平行に一列に並ぶことを特徴とする。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された表示装置において、配列方向の両端のそれぞれに位置する１つの前記弧は、前記平坦面によって表れる前記直線と接続し、前記直線との接続点で前記１つの前記弧に接する第１接線と前記直線とのなす角度は、前記第１接線が接する前記１つの前記弧の側において７０°であり、隣同士の前記弧の接続点で前記隣同士の前記弧の一方に接する第２接線と前記直線とのなす角度は、前記第２接線が接する前記一方の前記弧の側において４０°であることを特徴としてもよい。

本発明の実施形態に係る表示装置の断面図である。 導光板及び光源の全体平面図である。 導光板及び光源の一部拡大平面図である。 導光板の凸面の形状を説明するための図である。 実施例及び比較例に係る導光板の配光特性を示すグラフである。 比較例１に係る導光板の形状を示す図である。 比較例１に係る導光板の暗部を示す図である。 比較例２に係る導光板の形状を示す図である。 比較例２に係る導光板の暗部及び輝部を示す図である。 比較例３に係る導光板の形状を示す図である。 比較例３に係る導光板の暗部を示す図である。 本発明の別の実施例の平坦面から突出する楕円筒面を示す図である。 本発明の別の実施例の平坦面から突出する２次曲線面を示す図である。 本発明の別の実施例の平坦面から窪んだ円筒面を示す図である。 本発明の別の実施例の平坦面から窪んだ楕円筒面を示す図である。 本発明の別の実施例の平坦面から窪んだ２次曲線面を示す図である。

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、本発明の実施形態に係る表示装置の断面図である。

表示装置は、表示パネル１０を有する。表示パネル１０は、光の通過及び遮断を制御して画像を表示する光シャッター方式のものである。図１に示す表示パネル１０は、液晶表示パネルであって、ガラス等からなる一対の基板１２とその間に挟まれた液晶層１４を含み、一対の基板１２の外側にそれぞれ偏光板１６を有する。下側（後述するバックライト２０側）の偏光板１６には、偏光を変換するフィルム１８が貼り付けられており、偏光板１６の光透過軸方向に振動する偏光を有する光の成分を増加させている。

表示装置は、表示パネル１０の面光源として使用されるバックライト２０を有する。バックライト２０は、光源２２を有する。光源２２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの点光源である。点光源は、面光源に比べて発光領域が狭い。

バックライト２０は、導光板２４を含む。導光板２４の端面２６に、光源２２から光が入射する。導光板２４の表面２８から、光が面状に出射する。導光板２４は、光源２２（点光源）の光を面光源に変換して表示パネル１０に照射するためのものである。

導光板２４の裏面３０には、複数の第１凸部３２（縦突出部）が形成されている。第１凸部３２は、光の進行方向に沿って稜線が続く。第１凸部３２を形成することで、裏面３０を界面として反射して内部に戻る光の拡がりを抑えている。

導光板２４の表面２８には、複数の第２凸部３４（横突出部）が形成されている。第２凸部３４は、光の進行方向に交差して稜線が続く。第２凸部３４を形成することで、裏面３０で反射した光が表面２８で戻らずに出射する。

導光板２４の上（表示パネル１０に近い側）に、光拡散シート３６が配置されている。光拡散シート３６は弱い光拡散作用を持つので、これを光が透過することで導光板からの光分布への影響が弱められる。光拡散シート３６の上（表示パネル１０に近い側）には、２枚のプリズムシート３８が配置されている。プリズムシート３８を光が透過することで、光を正面に集光させ、正面輝度を向上させることができる。また、導光板２４の下（表示パネル１０とは反対側）には反射シート４０が配置されている。表示装置は、フレーム４２を有し、フレーム４２の内側にバックライト２０が配置されている。

図２は、導光板２４及び光源２２の全体平面図である。図２に示すように、導光板２４に対向するように光源２２が配置されている。

図３は、導光板２４及び光源２２の一部拡大平面図である。図３に示すように、光源２２が対向する導光板２４の端面２６は、平坦面４８と平坦面４８から突出する凸面５０とを有する。平坦面４８に垂直な方向に光源２２から進行する光は、平坦面４８では直進するのに対して、凸面５０では屈折により拡がって導光板２４に入射する。

凸面５０は、複数の湾曲面として円筒面５２が一体化された形状をなしている。複数の円筒面５２の配列方向で凸面５０の両端部に位置する一対の円筒面５２は、それぞれ、平坦面４８に隣接している。複数の円筒面５２の配列方向での平坦面４８の幅Ｗ_１は、設計するバックライトの仕様によって決まる。隣同士の円筒面５２は、平坦面４８よりも凸面５０の突出方向にずれた位置で相互に接続する。

図４は、導光板２４の凸面５０の形状を説明するための図である。光が出射する表面２８に平行な面で切った断面で、複数の円筒面５２によって複数の弧５４が表れ、平坦面４８によって直線５６が表れる。複数の弧５４（複数の円筒面５２）は、それぞれ、光が出射する表面２８に直交する複数の中心軸５８の周りにそれぞれ形成されている。複数の弧５４は、半径が等しくなるように設計されている。あるいは、複数の弧５４の半径は、それぞれ、基準値±１５％以内の長さである。

複数の弧５４の中心点（中心軸５８）は、それぞれ、平坦面４８によって表れる直線５６に平行に一列に並ぶ。配列方向の両端のそれぞれに位置する１つの弧５４は、平坦面４８によって表れる直線５６と接続する。直線５６との接続点で１つの弧５４に接する第１接線６０と直線５６（又はその平行線）とのなす角度αは、第１接線６０が接する１つの弧５４の側において７０°である。隣同士の弧５４の接続点で隣同士の弧５４の一方に接する第２接線６２と直線５６（又はその平行線）とのなす角度βは、第２接線６２が接する弧５４の側において４０°である。

本実施形態によれば、平坦面４８に垂直な方向に進行して導光板２４に入射する光は、図３に示すように、平坦面４８では直進し、円筒面５２の平坦面４８に隣接する領域では大きく屈折し、隣の円筒面５２に隣接する領域では小さく屈折する。これにより、配光のバランスを調整して、バックライト２０の輝度むらを低減し、面光源２８として利用可能な領域の面積を拡大することができる。

図５は、実施例及び比較例に係る導光板の配光特性を示すグラフである。図６は、比較例１に係る導光板の形状を示す図である。図７は、比較例１に係る導光板の暗部を示す図である。

図６に示す導光板１２４の光が入射する端面１２６は、複数の円筒面１５２からなり、平坦面が無い。円筒面１５２は、弧１５４を描いており、隣同士の弧１５４の接続点が直線１５６に沿って並ぶようになっている。隣同士の弧１５４の接続点で隣同士の弧１５４の一方に接する接線１６０と直線１５６とのなす角度β_１は、接線１６０が接する弧１５４の側において４０°である。この例では、図５に示すように、光の拡がりが少ない。そのため、図７に示すように、導光板１２４の光が出射する表面１２８に、暗部１６４が形成される。

次に、図８は、比較例２に係る導光板の形状を示す図である。図９は、比較例２に係る導光板の暗部及び輝部を示す図である。

図８に示す導光板２２４の光が入射する端面２２６は、複数の円筒面２５２からなり、平坦面が無い。円筒面２５２は、弧２５４を描いており、隣同士の弧２５４の接続点が直線２５６に沿って並ぶようになっている。隣同士の弧２５４の接続点で隣同士の弧２５４の一方に接する接線２６０と直線２５６とのなす角度α_２は、接線２６０が接する弧２５４の側において７０°である。この例では、図５に示すように、光の拡がりが大きくなるため、図９に示すように、暗部２６４は小さくなるが、明るさが際立つ輝部２６６が形成される。輝部２６６は、発光効率の良い４５°付近の角度での光量が多いことに起因すると考えられる。

次に、図１０は、比較例３に係る導光板の形状を示す図である。図１１は、比較例３に係る導光板の暗部を示す図である。

図１０に示す導光板３２４の光が入射する端面３２６は、複数の円筒面３５２を含み、隣同士の円筒面３５２の間に平坦面３４８がある。円筒面３５２の形状は、図８に示すものと同じであり、接線３６０と直線３５６の角度α_３は７０°である。この例では、図５に示すように、４０〜４５°付近の光の光量が急激に減少する。そのため、図１１に示すように、比較例２の輝部２６６は無くなるが、比較例２と同様の暗部３６４の他に、さらに暗部３６６が形成される。

図５に示すように、本実施例は、比較例１と比べて光の拡がりが大きく、比較例２と比べて明らかなように４５°付近での光量が多すぎることがなく、比較例３と比べて急激に光量が減少する角度が存在しない。したがって、暗部が小さくなるとともに、明るすぎる部分も存在しない。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。例えば、図１２，図１３に示すように、円筒面を楕円筒面４００、又は２次曲面４０２の置き換えても本発明の効果は同様に現れる。あるいは、図１４，図１５，図１６に示したように、平坦面から突出する円筒面、楕円筒面、又は２次曲面の凸面を窪んだ円筒面４０４、楕円筒面４０６、又は２次曲面の凹面４０８に置き換えても同様な効果が得られる。

１０ 表示パネル、１２ 基板、１４ 液晶層、１６ 偏光板、１８ フィルム、２０ バックライト、２２ 光源、２４ 導光板、２６ 端面、２８ 表面、３０ 裏面、３２ 第１凸部、３４ 第２凸部、３６ 光拡散シート、３８ プリズムシート、４０ 反射シート、４２ フレーム、４８ 平坦面、５０ 凸面、５２ 円筒面、５４ 弧、５６ 直線、５８ 中心軸、６０ 第１接線、６２ 第２接線、１２４ 導光板、１２６ 端面、１５２ 円筒面、１５４ 弧、１５６ 直線、１６０ 接線、１６４ 暗部、２２４ 導光板、２２６ 端面、２５２ 円筒面、２５４ 弧、２５６ 直線、２６０ 接線、２６４ 暗部、２６６ 輝部、３２４ 導光板、３２６ 端面、３４８ 平坦面、３５２ 円筒面、３５６ 直線、３６０ 接線、３６４ 暗部、３６６ 暗部。

Claims (4)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルの面光源として使用されるバックライトと、
   を有し、
   前記バックライトは、前記面光源よりも狭い発光領域を有する光源と、前記光源の光を端面から入射して表面から出射する導光板と、を含み、
   前記導光板の前記端面は、平坦面と前記平坦面から突出する凸面又は窪んだ凹面とを有し、前記平坦面に垂直な方向に前記光源から進行する光は、前記凸面又は前記凹面での屈折により拡がって前記導光板に入射し、
   前記凸面又は前記凹面は、前記光が出射する前記表面に直交する複数の中心軸の周りにそれぞれ形成された複数の円筒面が一体化された形状をなし、
   前記複数の円筒面の配列方向で前記凸面又は前記凹面の両端部に位置する一対の前記円筒面は、それぞれ、前記平坦面に隣接し、
   隣同士の前記円筒面は、前記平坦面よりも前記凸面の突出方向又は前記凹面の窪んだ方向にずれた位置で相互に接続し、
   前記光が出射する前記表面に平行な面で切った断面で、前記複数の円筒面によって複数の弧が表れ、前記平坦面によって直線が表れ、
   前記複数の弧の最も突出した点または最も窪んだ点は、それぞれ、前記平坦面によって表れる前記直線に平行に一列に並ぶことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記複数の弧のそれぞれは、前記複数の中心軸を中心とする複数の円のうち対応する１つの円の一部であり、前記複数の弧をそれぞれ一部とする前記複数の円は、互いに相似形状を有するように設計されていることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記複数の弧のそれぞれは、前記複数の中心軸を中心とする複数の円のうち対応する１つの円の一部であり、前記複数の弧をそれぞれ一部とする前記複数の円の相似比は、それぞれ、基準値±１５％以内であることを特徴とする表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された表示装置において、
   配列方向の両端のそれぞれに位置する１つの前記弧は、前記平坦面によって表れる前記直線と接続し、
   前記直線との接続点で前記１つの前記弧に接する第１接線と前記直線とのなす角度は、前記第１接線が接する前記１つの前記弧の側において７０°であり、
   隣同士の前記弧の接続点で前記隣同士の前記弧の一方に接する第２接線と前記直線とのなす角度は、前記第２接線が接する前記一方の前記弧の側において４０°であることを特徴とする表示装置。

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