JP6223066B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源装置に関するものである。

液晶表示装置は、表示パネルの背面に配置されて光を照射する光源装置としてバックライト（以下、ＢＬとも記す）装置を備える。テレビ装置や業務用表示装置に使用される直下型ＢＬ装置の光源は、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）に代わ
って発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が主流となりつつある。これは、装置の長寿命化や廃棄リサイクル処理の容易化のためである。光源の光をさらに効率的に利用するため、光透過率の向上が課題となっている。光透過率は、光源からの光のうち表示パネルを透過する光の割合を示す。光透過率の向上は、液晶配向技術やカラーフィルタ構造の改善等により、達成され得る。近年の液晶表示装置に用いる液晶パネルの光透過率は、その駆動方式によっても異なるが概ね５−１０％程度であり、水平画素数４，０００×垂直画素数２，０００以上の高精細な液晶パネルでは約２−４％程度に過ぎない。

図７のＢＬ装置７００において、複数のＬＥＤ光源７０２ａ（ＢＬ光源）が実装された光源基板７０２はＢＬケース７０１の底面部に配置され、ＬＥＤ光源７０２ａは反射拡散シート７０３に形成した貫通穴部７０３ａから拡散板７０４に向けて光を照射する。光利用効率を高めるため、表示パネルとＢＬ装置７００との間には、以下の光学部材が光源側から順に配置される。
・光源からの光を拡散させる拡散板７０４と拡散シート７０５。
・表示面の正面から見た輝度値やコントラスト値を向上させるプリズムシート７０６。
・光源の光がパネル下面の偏光板に吸収されないようにして再利用を図り、光利用効率を高める偏光反射シート７０７。

これらの光学シート群７０８と、略箱形状のＢＬケース７０１内に配置されるＢＬ光源７０２ａとの空間距離は、表示面内の輝度均一化のため、点光源であるＬＥＤ光源７０２ａ同士の実装間隔とほぼ同等か、又はそれ以上の距離を有する。ＬＥＤ光源７０２ａの光を前記空間距離にて充分に反射拡散させるための反射拡散シート７０３はＢＬ装置７００のケース内壁に沿って設置される。ＢＬ装置７００の厚みは、表示装置本体の厚みに直接影響する。表示装置の薄型化のためには前記空間距離を短くすることが有効である。そのためには、ＬＥＤ光源７０２ａの数を増やして光源同士の実装間隔を狭めればよい。しかし、コスト削減の観点からは、ＬＥＤ光源７０２ａの数は少ない方が有利である。これは光源がＣＣＦＬの場合も同様であり、ＣＣＦＬ光源の数が少ない方がコスト削減の観点から有利である。

特許文献１では、照明装置を薄型化してもＣＣＦＬ光源の輝度ムラを抑制し良好な画像を表示可能とすることを図った液晶表示装置に関する技術が開示されている。

特開２０１０−３３０５８号公報

図６は、従来のＢＬ装置の周縁部の断面図を示している。光源基板６０３上に実装された光源６０３ａから照射された光は、光源６０３ａが挿入される貫通穴６０４ａが設けら
れた反射拡散シート６０４と光学シート群６０５との間の空間である光拡散空間を通って光学シート群６０５に入射する。ここで光学シート群６０５の周縁部に着目すると、光学シート群６０５は、厚み方向又は面方向にわずかなクリアランスを持って光学シート押さえ部材６０６によって保持されている。この理由は、光源６０３ａや表示パネル６００の駆動素子等から発生する熱による材料伸縮による光学シート群６０５のたわみを抑制するためである。さらに光学シート群６０５の周縁部における光源６０３ａからの光は、光学シート群６０５によって反射、拡散、透過を複数回繰り返すが、その光の一部は破線Ｂのように、液晶パネル６００に入射しないため、表示面内の周縁部の輝度低下の要因となる。ここで液晶パネル６００に入射しない光は、樹脂製の光学シート押さえ部材６０６に入射し、熱エネルギー等に変換されて光損失となっていた。

このように、従来のＢＬ装置ではＬＥＤ等の光源の光が効率よく利用されていなかった。特に、光源装置周縁部における光損失により、ＢＬ装置の表示面内輝度が周縁部は中央部に比べて低下するという課題があった。これに対し、面内輝度の均一性を実現するために、周縁部と対向する位置に配置されたＬＥＤ光源を面内中央部のＬＥＤ光源に比べて明るくすることが考案されているが、発熱量の増加によるＬＥＤ光源の劣化の問題があった。

そこで本発明の目的は、光源装置の周縁部における光損失を抑制することである。

本発明は、光を発する複数の光源が配置された基板部と、
前記基板部の前面側に所定の距離離れて配置され、前記複数の光源から発せられた光を透過するための光学部材と、
前記光学部材の周縁部を前面側から支持する第１支持部材と、
前記光学部材の端面から漏れる光を反射するための第１反射部と、
前記光学部材の周縁部の背面側から漏れる光を反射するための第２反射部と、
前記第１支持部材と、前記光学部材の前記周縁部の前面側との間に配置された、光を反射する第３反射部と、
を備え、
前記第３反射部は、前記第１支持部材と前記光学部材の前記周縁部の前面側との間で、折返し部を有することを特徴とする光源装置である。

本発明によれば、光源装置の周縁部における光損失を抑制することができる。

本発明の実施例１に係るＢＬ装置の断面構成を例示する図である。 本発明の実施例１に係る反射拡散シート平面展開図を例示する図である。 ＢＬ面内輝度分布の従来例と実施例１との比較を例示する図である。 本発明の実施例２に係るＢＬ装置の断面構成を例示する図である。 図１のＡ部拡大断面図である。 従来のＢＬ装置の周縁部の断面構成を例示する図である。 従来例の液晶表示装置の分解斜視図を例示する図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施例によって限定されるわけではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に
必須とは限らない。

（実施例１）
図１、図２、及び図３を用いて本発明の光源装置の実施例１を説明する。本実施例は、光源装置として、画像信号に応じて入射する光の透過率を変更することにより画像を表示する表示パネルを照射するバックライト装置に本発明を適用した例である。本実施例は、表示パネルとバックライト装置からなる表示装置である。

図１は実施例１に係る光源装置である直下型ＢＬ装置の周縁部の部分断面図である。図２は、実施例１に係る反射拡散シート１０４の平面展開図である。図３は、表示パネル１００を正面視した際の面内輝度分布を示す図である。

図１において光源基板１０３は、箱形状のバックライトケース（以下ＢＬケース）１０１の底面部に放熱板１０２を介して配置され、複数の発光部材であるＬＥＤ光源１０３ａが光源基板１０３上に格子状に実装されている。反射拡散シート１０４は、ＬＥＤ光源１０３ａの実装面側に各々のＬＥＤ光源１０３ａが挿入される貫通穴１０４ａを有し、光源基板１０３と共に放熱板１０２にねじ留め（図示せず）又は樹脂製のリベット（図示せず）等で締結される反射部材である。光学シート群１０５は、発光部材（ＬＥＤ光源）からの光を拡散し透過する平面状の光学部材である。また反射拡散シート１０４と光学シート群１０５との間の空間は、ＬＥＤ光源１０３ａの光を反射及び拡散する反射拡散空間となっている。反射拡散シート１０４の材質は、数μｍサイズの微細発泡系又は延伸材のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂等から成る。反射拡散シート１０４は、可視光波長である約４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長において、拡散反射成分を主として全反射率約９５％以上を有する。反射拡散シート１０４は任意の角度に折り曲げ可能であり、以下の各部を一体に形成する。すなわち、
・光源基板１０３と接する底面部１０４ｈ、
・底面部１０４ｈの４辺から略垂直に立ち上がり、前記反射拡散空間を囲む壁面部であるＢＬケース１０１の内側の側壁面１０１ｂと略平行に近接して配置される側壁部１０４ｂ、
・光学シート群１０５と、底面部から所定の距離をおいて光学シート群１０５の周縁部を背面側から支持する第１の支持部材であるＢＬケース１０１と、の間の部位に配置される積載部１０４ｃ、
・光学シート群１０５と、光学シート群１０５の端辺を外側から支持する第３の支持部材である光学シート群押さえ部材１０６と、の間の部位において、光学シート群１０５の端面と略平行に近接して配置される第１折返し部１０４ｄ、
・光学シート群１０５と、光学シート群１０５の周縁部を前面側（表示パネル面側）から支持する第２の支持部材である光学シート群押さえ部材１０６と、の間の部位において、光学シート群１０５と略平行に近接する第２折返し部１０４ｅ
である。

ＬＥＤ光源１０３ａからの光は、拡散空間を通って光学シート群１０５に入射し、光学シート群１０５内部で拡散、透過、反射を繰り返す。そしてその光のうち光学シート群１０５の周縁部に入射した光は、破線Ｂで示すように、反射拡散シート１０４の積載部１０４ｃ、第１折返し部１０４ｄ、第２折返し部１０４ｅによって反射される。そのため、この光はＢＬケース１０１や光学シート群押さえ部材１０６において熱に変換されることが抑制され、表示パネル１００に入射する光として再利用され、面内周縁部の輝度低下が抑制される。

図２において、反射拡散シート１０４の詳細を説明する。反射拡散シート１０４は略長方形状のシート状の部材を抜き加工することで得られ、その厚さは０．２〜１．０（ｍｍ
）程度である。

次に、反射拡散シート１０４の長辺側の一辺を例にとって、各部の寸法を説明する。ＬＥＤ光源１０３ａが挿入される貫通穴１０４ａの配置間隔ｐ、側壁部１０４ｂの寸法ｂ、積載部１０４ｃの寸法ｃ、第１折曲げ部１０４ｄの寸法ｄ、第２折曲げ部１０４ｅの寸法ｅとする。各部の寸法は、表示装置の大きさにも依るがその一例として、側壁部寸法ｂは面内輝度均一化のために発光部材同士（ＬＥＤ光源同士）の配置間隔ｐと同程度かそれ以上の値が設定される。また積載部寸法ｃは、光学シート群１０５の物理的な保持のために５〜１０（ｍｍ）程度、第１折曲げ部寸法ｄは、光学シート群１０５の総厚を収容可能な２〜３（ｍｍ）程度で設定される。

表示パネル１００の有効表示エリア端の位置をＤとし、表示パネル面の位置Ｄにおける法線を基準として、図１において上方に見上げる角度を仰角θ、仰角θを表す仮想線を直線Ｃとし、第２折返し部寸法ｅは、直線Ｃを超えない範囲とする。仰角θは光学シート群押さえ部材１０６の構造や表示パネル１００の特性等によって決まる。

反射拡散シート１０４の短辺側の各部寸法は長辺側の各部寸法と同様である。折り曲げて略箱形状を形成した際の長辺と短辺の側壁部稜線からの光漏れを低減させる目的で、短辺側壁部１０４ｆの両端部に耳部１０４ｇが、長辺の側壁部１０４ｂの外側に位置するよう設けられる。以上のような構成によって、面内周縁部における光損失が抑制され、光源からの光を効率的に利用可能となり、面内輝度の均一化が実現できる。以下、図３を用いてその効果例を具体的に説明する。

図３において、従来構造と実施例１の構造による表示パネル１００の面内輝度分布を比較しながら説明する。図３（Ａ）において、中心線Ｓより左側の破線３０１で示される範囲は、光学シート周縁部を図６で示される従来構造とし、右側の実線３０２で示される範囲は、光学シート周縁部を実施例１の図１で示される構造とした。面内輝度分布値は、図３（Ａ）のＡ〜Ｅ行、１〜５列の５行５列の２５領域の各領域の平均輝度値によって比較する。図３（Ｂ）は図３（Ａ）の各領域の平均輝度値の相対値を示し、最も平均輝度値が高い中央部のＣ行３列の位置での値を１００とした場合のＡ行１列〜Ｅ行５列の各領域の平均輝度値の相対値を示す。図３（Ｂ）において、例えばＡ行１列での値８０．３と左右対称な位置関係にあるＡ行５列での値９２．４とを比較すると、Ａ行５列の方が１２．１％平均輝度値が向上していることが分かる。図３（Ｃ）は、同様な方法で平均輝度値を比較して得られた平均輝度値の上昇率を示し、実施例１の構造とした場合の面内輝度分布では、従来と比較して約２〜１２（％）の輝度向上の効果が得られた。さらにその効果は、Ｃ行３列近傍の輝度上昇率約２〜３（％）に比べ、周縁部及び隅部における平均輝度上昇値約４〜１２（％）と、周縁部のより効果的な輝度上昇が実現されている。

（実施例２）
次に図４、図５を用いて本発明の光源装置の実施例２を説明する。実施例２では、光学シート群１０５と光学シート群押さえ部材１０６の厚さ方向又は面方向のクリアランスを反射拡散シート４０４の曲げ反力を用いて埋めることにより、さらなる周縁部の輝度上昇及び面内輝度均一化を図った構成を例示する。以下、実施例１と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。

図１のＡ部拡大図である図５において、反射拡散シート１０４の第１の折曲げ部１０４ｄと第２折曲げ部１０４ｅとの接続部である曲げ部１０４ｉの角度は、反射拡散シート１０４の曲げ反力によって必ずしも直角にならず鈍角となる場合がある。第２折曲げ部１０４ｅと光学シート群１０５のなす角度をφ、第２折曲げ部１０４ｅの長さＬ、第２折曲げ
部１０４ｅと光学シート群１０５とのクリアランスｄとする。これらの値の一例として、Ｌ＝５（ｍｍ）、ｄ＝０．５（ｍｍ）とすると、φ≒５．７°となる。

よって第２折曲げ部１０４ｅと光学シート群１０５の間にくさび状の空気層の空間が生じ、反射拡散シート１０４、空気層、光学シート群１０５の界面において、破線矢印Ａで示すように光源からの光の一部の損失が生じる場合がある。

実施例２では、図４（Ａ）に示すように、反射拡散シート４０４の第２折り曲げ部４０４ｂから延伸する折返し部４０４ａが光学シート群押さえ部材４０６より受ける厚さ方向の反力によって、光学シート群１０５を厚み方向に押さえる力が働く。これにより、第２折り曲げ部４０４ｂと光学シート群１０５を密着させることができる。この結果、反射拡散シート４０４と光学シート群１０５との間における隙間及び光損失を抑制することができ、光学シート群１０５の周縁部の面内輝度向上に好適な構造である。また反射拡散シート４０４の曲げ反力によって、光学シート群１０５が厚み方向に支持されているので振動によるガタつきや光学シート押さえ部材４０６との擦れ、傷付きを抑制することも可能である。

実施例２の別の構成では、図４（Ｂ）に示すように、反射拡散シート４０５の第１折り曲げ部４０４ｄから延伸する折返し部４０４ｃが光学シート群押さえ部材４０６より受ける面方向の反力によって、光学シート群１０５を面方向に押さえる力が働く。これにより、第１折り曲げ部４０４ｄと光学シート群１０５を密着させることができる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）いずれの場合においても反射拡散シート４０４、４０５の曲げ反力で光学シート群１０５を押さえるにすぎず、熱伸縮によるたわみの要因となるものではない。この結果、反射拡散シート４０４と光学シート群１０５端面との間における隙間及び光損失を抑制することができ、光学シート群１０５の周縁部の面内輝度向上に好適な構造である。なお、折返し部４０４ａや折返し部４０４ｃは１回の折り返しにより形成される二つ折り構造を例示したが、２回以上の折り返しにより形成しても良い。また、実施例２では、折り返し部が、光学シート群１０５の周縁部の前面側と光学シート群押さえ部材４０６との間（図４（Ａ））、又は光学シート群１０５の端辺と光学シート群押さえ部材４０６との間（図４（Ｂ））のいずれかに形成される構成を例示した。しかし、折り返し部が、光学シート群１０５の周縁部の前面側と光学シート群押さえ部材４０６との間（図４（Ａ））、及び又は光学シート群１０５の端辺と光学シート群押さえ部材４０６との間（図４（Ｂ））の両方に形成される構成でも良い。

上記各実施例では発光部材として点光源であるＬＥＤを用いる構成を例示したが、発光部材は線状光源であってもよい。また発光部材はＬＥＤに限らず、例えばＣＣＦＬでも良い。また、上記各実施例では液晶表示装置のバックライトに本発明の光源装置を適用した例を説明したが、表示装置はバックライトを用いる構造のものであれば液晶表示装置に限らず、また光源装置の用途は表示装置に限らず面状照明等にも適用可能である。

１０１：ＢＬケース、１０３：光源基板、１０３ａ：ＬＥＤ光源、１０４：反射拡散シート、１０４ｂ：側壁部、１０４ｃ：積載部、１０４ｄ：第１折曲げ部、１０４ｅ：第２折曲げ部、１０４ｆ：側壁部、１０５：光学シート群、１０６：光学シート群押さえ部材

Claims (9)

1. 光を発する複数の光源が配置された基板部と、
   前記基板部の前面側に所定の距離離れて配置され、前記複数の光源から発せられた光を透過するための光学部材と、
   前記光学部材の周縁部を前面側から支持する第１支持部材と、
   前記光学部材の端面から漏れる光を反射するための第１反射部と、
   前記光学部材の周縁部の背面側から漏れる光を反射するための第２反射部と、
   前記第１支持部材と、前記光学部材の前記周縁部の前面側との間に配置された、光を反射する第３反射部と、
   を備え、
   前記第３反射部は、前記第１支持部材と前記光学部材の前記周縁部の前面側との間で、折返し部を有することを特徴とする光源装置。
2. 前記第１反射部と、前記第２反射部とは、同一の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記光学部材の周縁部を背面側から支持する第２支持部材と、
   を備え、
   前記第２反射部は、前記第２支持部材と前記光学部材の周縁部の背面と挟まれて配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記基板部を収容する筺体をさらに備え、
   前記筺体は、前記第２支持部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記第１反射部と前記第３反射部とは、同一の部材からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記第１反射部、前記第２反射部、および前記第３反射部は、同一のシート状の部材であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. 前記基板部の上面に配置され、前記複数の光源が露出するように開口が設けられた第４反射部と、
   前記基板部と前記第４反射部とを収容し、前面に開口を有する筺体と、
   をさらに備え、
   前記第４反射部は、前記第１反射部および前記第２反射部と同一のシート状の部材であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置の前記光学部材の前面側に配置され、前記光学部材から透過された光を入力画像に応じて透過して画像を表示する表示手段と、
   を備える表示装置。
9. 前記第１支持部材は、前記表示手段の周縁部の背面側を支持することを特徴とする請求項８に記載の表示装置。

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