JP6772866B2

JP6772866B2 - 面状光源装置および表示装置

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Publication number: JP6772866B2
Application number: JP2017015384A
Authority: JP
Inventors: 成幸松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: US20180217321A1; JP2018125123A

Description

本発明は、面状光源装置をおよび面状光源装置を備えた表示装置に関する

近年、液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）などの表示装置は、その軽量性、薄型性などの利点により、各種用途に広く使用されている。液晶表示装置に搭載される液晶表示パネルは、配線および電極が形成されたガラス基板と、対向基板が平行に配置され、両基板間に液晶が挟持されている。両基板の表面には偏光板がそれぞれ貼り付けられている。液晶表示パネルの表示領域は多数の画素から構成され、各画素に表示画像に応じた信号が印加され、画像が表示される。表示画像は液晶表示パネルの背面に設置された面状光源装置により光が照射されることにより、観察者に視認される。

このように、液晶表示装置は、画素ごとに光の透過率が制御される液晶表示パネルと当該液晶表示パネルを照射する面状光源装置により構成される、いわゆる受光型の表示装置であり、この特性を利用した種々の用途に使用されている。例えば、パソコン用のディスプレイ、産業用途に使用される装置類、車載の表示装置として使用されており、特に、車載用途、建設機械用途においては広い温度範囲下と強い振動条件下で表示可能な表示装置が求められている。

面状光源装置は、光を出射する光源および光源からの光を面状に伝搬させる導光板、光源および導光板を収納するフレームで構成されている。従来の面状光源装置においては、導光板の温度伸縮を吸収するため、導光板とフレームとの間に隙間（以下、クリアランスと称する）を設ける必要があるが、振動や衝撃が加わった際に導光板がフレーム内で移動し、導光板と周辺部材とががたつくことにより生じるラトルノイズを生じる原因となっていた。

一般的な面状光源装置の導光板は、導光板の側面に複数個の突起部（以下、導光板耳部と称する）を設け、その導光板耳部をフレーム等に挟み込むことで導光板を保持していた。また、粘着テープ等を用いて固定する構造、弾性体部品を導光板とフレームの間に設け一方向に導光板を押圧保持して導光板をフレームに固定する構造なども用いられている。

特許文献１には、バックライトユニットの導光板の側端面に凸状または凹状のリブ部が設けられており、凸状または凹状のリブ部に対向するフレームに弾性変形可能な押圧部材を設けて導光板を保持する技術が開示されている。このような構造により、導光板が動くことに起因する光源破損、導光板の磨耗、振動が激しい環境下で導光板と周辺部材とが、がたつくことにより生じるラトルノイズ、輝度変化等が生じることを抑制している。

また、特許文献２〜４には、導光板耳部を設けずに導光板の外形で導光板を保持する技術が開示されている。導光板の２つの角部に光源保持用の弾性部材を挟んで導光板を保持する技術、導光板の２つの側面に金属バネまたは樹脂製の弾性部材を設けて導光板を保持する技術、および反射シートを折り曲げて弾性部材とすることで導光板をフレームの片方に押圧し保持する技術が開示されている。

特許文献５は、導光板耳部に配置されるフレームに突起部を設け、突起部の先端に傾斜面を形成し、導光板の凹み部と固定する構造が開示されている。このような構造により、表示装置に強い衝撃が加わった時に、導光板の移動を抑制するとともに固定部の破損を防止する構造が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、導光板耳部を設ける必要があり、液晶表示装置の狭額縁化が難しい問題があった。

特許文献２、３に記載の技術では、振動や衝撃の力が激しく加わる環境下で、弾性部材が配置されていない辺で、導光板がフレーム内でばたついて生じるラトルノイズが生じることを抑制できず、高次の共振周波数振動を引き起こすという問題があった。

特許文献４に記載の技術では、経時変化によって、導光板の保持力が次第に低下していくため、長期的にラトルノイズを抑制する効果が得られ難い問題があった。

特許文献５に記載の技術では、固定部の破損を防止する構造である一方、導光板に振動や衝撃が常に加わるような使用環境下においては、導光板とフレームとががたつくことにより生じるラトルノイズが生じることを抑制することが難い問題があった。

なお、導光板を粘着テープ等により、フレームに接着し固定する方法も開示されているが、組立作業性や分解性が悪くなり、部材の再利用が難しい問題があった。車載向け、船舶向け、建設機械向け用途など使用温度範囲が広く、振動や衝撃力が常に加わる環境下で使用する場合は、粘着材の物性が大きく変化することに加えて、周辺部材の膨張や収縮の影響を受けて粘着材の固定力が低下したり、粘着テープが剥がれる問題があった。

特開２００８−７８０１０号公報特開２００９−７６３５７号公報特開２００８−２７７３６号公報特開２００９−１５８２３３号公報特開２０１５−１３３１８９号公報

そこで、本発明は、広い温度範囲での使用環境と振動、衝撃力が常に加わる使用環境でも、導光板と周辺部材とが、がたつくことにより生じるラトルノイズを抑制することを目的とする。

本発明の面状光源装置および表示装置は、光源と、光源からの光を出射面から出射させ、出射面と反対の面である反出射面とを接続する少なくとも２つの連続する側面とを備えた導光板と、底面および底面と連続する側面を備え、光源および導光板を内部に収納するフレームと、を備え、フレームは側面を少なくとも２つ備え、当該２つの側面は導光板の２つの連続する側面と対向して配置され、フレームの２つの側面のうち一方の側面に光源が配置され、かつ、フレームの２つの側面で形成される角部近傍に底面より内部に向かって突出する突起部を１つ備え、導光板は、フレームの底面と対向する反出射面であって、突起部が配置される位置に突起部と係合する凹み部が１つ形成され、フレームの突起部および当該突起部に係合する導光板の凹み部は角部近傍に１箇所のみ設けられており、フレームの光源が配置されている一方の側面および他方の側面に対し、導光板の側面が当接または近接配置されていることを特徴とする。

本発明は、広い温度範囲での使用環境と振動、衝撃力が常に加わる使用環境でも、導光板と周辺部材とが、がたつくことにより生じるラトルノイズを抑制する。

本発明に係る表示装置の分解斜視図である。本発明に係る面状光源装置の分解斜視図である。本発明に係る表示装置の正面図および断面図である。本発明に係る面状光源装置の正面図、要部拡大図である。本発明に係るリアフレームの要部拡大図である本発明に係る導光板の要部拡大図である。

実施の形態
＜表示装置の構成＞
以下、本発明の面状光源装置および表示装置の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の符号を用いたものは同一または実質的に同一の構成要素を示すものである。したがって、それらの詳細な説明は省略する場合がある。また、本実施の形態で示す各構成要素の寸法、材質、形状、配置位置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、限定されるものではない。

図１は、本発明の表示装置の概略構成を示す分解斜視図、図２は本発明の面状光源装置の分解斜視図である。

図１または図２において、本発明の表示装置２００は、表示パネル１と面状光源装置１００より構成される。表示パネル１は、液晶表示パネル等が用いられる。液晶表示パネルは、配線および電極が形成されたガラス基板と対向基板が平行に配置され、両基板間に液晶が挟持され、両基板の表面には偏光板がそれぞれ貼り付けられる（図示せず）。また、液晶表示パネル１の表示領域は多数の画素から構成され、この各画素に表示画像に応じた信号が駆動ＩＣ１１、回路基板１２より印加され、画像が表示される。

面状光源装置１００は光を面状に導き、出射面２１から出射する導光板２を備えており、開口部６１を有するリアフレーム６に導光板２を配置している。導光板２は開口部６１の方向に光を出射しており、その方向を出射方向とする。導光板２は光を出射する出射面２１、導光板２の出射面２１と反対の面である反出射面２２、導光板２の出射面２１と反出射面２２に略垂直で、出射面２１と反出射面２２とを接続する側面２３、２４、２５、２６を備える。なお、本実施の形態で使用する導光板２は、平面視矩形状の平板状をなすものであり、互いに対峙する一対の第１の側面２３、２５と第２の側面２４、２６を設けている。また、光を出射する点光源５１が、光源基板５２に実装された光源ユニット５を構成し、当該光源ユニット５が導光板２の第１の側面２３に対向して配置されている。導光板２の出射面２１側には、レンズシートおよび光を拡散する拡散シート等の光学シート類３を配置する。また、導光板２の反出射面２２には反射シート４を配置する。リアフレーム６とそれに対向する中間フレーム７により、導光板２および光学シート類３、反射シート４、光源ユニット５を挟持して保持される。

本発明における表示装置２００は、液晶パネルなどの表示パネル１が中間フレーム７により保持され、フロントフレーム８と面状光源装置１００によって挟持される。

＜導光板＞
導光板２は、本発明においては、平面視で略矩形状であって、厚みが一定である平板状のものを用いたが、楔形状の導光板２を用いてもよい。また、例えば多角形など略矩形以外の形状であってもよい。材料は、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等の材料より構成されている。また、導光板２の反出射面２２側には、光の伝播方向を乱して、導光板２の出射面２１より光を出射する方向へと導くための光散乱部（図示せず）が形成されている。光散乱部は光を導光板２内部に向かって反射する手段として機能する。反射する手段としては、反出射面２２にドット印刷をする方法、反出射面２２を粗面化してシボ面を形成する方法または微小な球面や凸凹を形成する方法などがある。

＜光学シート＞
光学シート類３は、レンズシート、拡散シート等を組合せて配置することができる。また、レンズシートを拡散シートで挟み込んだ構造のものを用いてもよい。また、輝度向上のためにプリズムの方向を最適に組み合わせた複数枚のレンズシートを用いてもよい。さらに、拡散シートの拡散性を向上させる場合に２枚以上の拡散シートを用いてもよい。また、拡散シートは、１枚のみ用いる場合や用いない場合があってよい。さらに、光学シート類３には、保護シート、視野角制御シート、偏光反射シートを用いてもよい。すなわち、光学シート類３は求められる輝度、配光特性に応じて組み合わされる。

＜反射シート＞
反射シート４は、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）又はポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）に硫酸バリウム又は酸化チタンを混ぜ合わせた材料や、樹脂に微細な気泡を形成した材料、金属板に銀を蒸着した材料、金属板に酸化チタンを含む塗料を塗布した材料を用いる。なお、反射シート４の反射率は、反射面での反射ロスを抑えるために９０％以上であることが望ましく、鏡面反射をする材料を用いてもよい。反射シート４を配置することで、導光板２から出射した光を再度導光板２に向かわせて、導光板２に入射させることができるため、光の利用効率を向上させることができる。

＜光源ユニット＞
光源ユニット５は、光を出射する点光源５１を実装した光源基板５２とで構成されている。光源ユニット５の背面には、金属材料で構成されたフレームを備えてもよい。また、光学ユニット５をリアフレーム６の側面に固定して配置してもよい。

＜リアフレーム、中間フレーム＞
リアフレーム６は、材料にアルミニウム等の金属材料または金属を含む材料を用いると点光源５１の放熱性を高めることができ、光の損失を抑制し、面状光源装置１００の光利用効率を向上させることができる。本実施の形態ではリアフレーム６に金属材料を用いる。リアフレーム６は、底面６２と対向して開口部６１を備え、底面６２に連続して形成される側面６３、６４、６５、６６を備える略箱型形状のフレームであり、内部に光学部材を保持している。中間フレーム７は樹脂または金属材料からなり、リアフレーム６と係合して、上記の光学部材を挟持している。

＜フロントフレーム＞
フロントフレーム８は表示パネル１を外部より視認するための開口部を備えている。フロントフレーム８は例えばＳＵＳやアルミなどの金属材料を使用することにより、表示装置２００の剛性が向上する。

＜導光板、面状光源装置＞
図３は本発明の表示装置の正面図および断面図であって、図３（ａ）は本発明の表示装置の正面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の正面図のＡ−Ａ線方向から見た断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の正面図のＢ−Ｂ線方向から見た断面図である。また、図４（ａ）は面状光源装置の正面図および図４（ａ）のＣ部の要部拡大図、図５は、図４（ａ）のＣ部に配置されるリアフレームの要部拡大図、図６は、図４(ａ)のＣ部に配置される導光板の要部拡大図である。

図３、図４に示すように、面状光源装置１００の１つの角部１０１の近傍にはリアフレーム６と導光板２との係合構造が形成されている。なお、図３において、紙面左右方向をＸ方向、紙面上下方向をＹ方向として、説明を行う。

図５、６に示すように、リアフレーム６は、リアフレーム６の連続する２側面であって、側面６３および側面６４により角部６７が形成されている。角部６７近傍に底面６２よりリアフレーム６の内部に向かって突出する突起部６ａが形成される。また、導光板２は、連続する２側面であって、側面２３および側面２４により形成された角部２７を備え、リアフレーム６の突起部６ａが形成される位置に対応して、導光板２の凹み部２ａが形成されている。また、図４に示すように、導光板２の反出射面には、反射シート４が配置されており、反射シート４の突起部６ａと対応する位置に突起部６ａを貫通させるための孔部４ａが形成されている。

図３〜図６により、リアフレーム６、導光板２および反射シート４との係合構造を説明する。リアフレーム６に形成された突起部６ａには、反射シート４に形成された孔部４ａが配置されて反射シート４が保持される。また、導光板２は、リアフレーム６に形成された突起部６ａに凹み部２ａが係合され導光板２が固定される。なお、リアフレーム６の突起部６ａと導光板２の凹み部２ａのクリアランスは、温度変化のない状態において、０．０５ｍｍで設計される。

また、リアフレーム６の突起部６ａおよび導光板２の凹み部２ａは面状光源装置１００の角部１０１近傍に１箇所設けられている。角部１０１と対向するリアフレーム６の角部６７は、導光板２の角部２７に対応して配置される。さらに、側面６３および側面６４に対応して、導光板２の側面２３および側面２４が配置されている。なお、側面６３と側面２３とのクリアランスをＤ１、側面６４と側面２４とのクリアランスをＤ２で示す。また、側面６５と側面２５とのクリアランスをＤ３、側面６６と側面２６とのクリアランスをＤ４で示す。

本係合構造を構成するリアフレーム６の突起部６ａ、導光板２の凹み部２ａおよび反射シート４の孔部４ａは、面状光源装置１００の角部１０１近傍に対応して、１箇所形成されている。導光板２と反射シート４をリアフレーム６の突起部６ａに位置決めされ、組み込まれると、突起部６ａに近接するリアフレーム６の側面６３、６４に対応して形成された導光板２の側面２３、２４が対向して配置されることで、リアフレーム６の側面６３、６４と導光板２の側面２３、２４が最小限のクリアランスＤ１またはＤ２で位置決めされ、近接して固定される。クリアランスＤ１またはＤ２には、他の光学部材（例えば反射シート４）が配置されていてもよい。なお、クリアランスＤ１またはＤ２は０としてもよい。すなわち導光板２とリアフレーム６の側面同士が当接していてもよい。このように、導光板２の側面２３はリアフレーム６の側面６３に近接または当接して配置される。同様に、導光板２の側面２４はリアフレーム６の側面６４に近接または当接して配置される。なお、クリアランスＤ１と反対側のクリアランスＤ３およびクリアランスＤ２と反対側に形成した、導光板２とリアフレーム６の側面同士のクリアランスＤ４は、導光板２や光学シート３の温度変化で生じる膨張量を対応した距離を確保している。なお、突起部６ａと凹み部２ａとのクリアランスをｄとすると、Ｄ１、Ｄ２のクリアランスはｄ〜２ｄ、Ｄ３、Ｄ４のクリアランスは、６ｄ〜２０ｄで設定するのが好ましい。

本発明の面状光源装置１００は、上記のように導光板２およびリアフレーム６との係合構造を備えている。リアフレーム６に突起部６ａおよび導光板２の凹み部２ａが係合する際、リアフレーム６の突起部６ａが配置された角部６７を形成する連続した２側面すなわち、側面６３および側面６４が対応する導光板２の側面２３および側面２４と対向して当接または近接して配置される。本構造により、広い温度範囲での使用環境と振動、衝撃力が常に加わる使用環境でも、導光板２に形成された凹み部２ａがリアフレーム６の突起部６ａと係合し、凹み部２ａ近傍の側面２３と突起部６ａ近傍の側面６３および凹み部２ａ近傍の側面２４と突起部６ａ近傍の側面６４とが近接または当接して配置されていることにより、導光板２がＸ方向におよびＹ方向に移動することを防止できる。

また、本発明の係合構造は、面状光源装置１００の角部１０１に形成されており、導光板２の側面２３とリアフレーム６の側面６３とが対向配置されるため、導光板２に回転方向に移動する力が加わった時、導光板２が側面２３と対向するリアフレーム６の側面６３とが近接配置されている場合、側面２３が移動した場合であっても、側面２３は側面６３に当接して移動が防止される。また、導光板２が側面２３と対向するリアフレーム６の側面６３と当接している場合、導光板２の移動が防止される。また、同様に、導光板２が側面２４と対向するリアフレーム６の側面６４と近接配置されている場合、側面２４が移動した場合であっても、側面２４は側面６４に当接して移動が防止される。また、導光板２が側面２４と対向するリアフレーム６の側面６４と当接している場合、導光板２の移動が防止される。よって、本発明の面状光源装置１００は、導光板２のＸ方向、Ｙ方向、回転方向の動きを防止することができる。

上記説明した通り、本発明の面状光源装置１００は、広い温度範囲での使用環境と振動、衝撃力が常に加わる使用環境でも、導光板２のＸ方向、Ｙ方向および回転方向の動きを防止することができる。このため、広い温度範囲での使用環境と振動、衝撃力が常に加わる使用環境でも、導光板と周辺部材とががたつくことにより生じるラトルノイズを抑制することができる。

また、両面粘着テープやクッション粘着テープによる固定のように、剥がれたりすることがないため、導光板２の安定的な保持固定が長期間可能である。

また、両面粘着テープやクッション粘着テープによる固定のように、固定のための領域が不要であるため、表示装置２００の額縁サイズを短縮することができる。

また、両面粘着テープやクッション粘着テープ等による固定方法と異なり導光板２の分解組立性が向上し、部材の再利用が可能である。

なお、導光板２に保持のための耳部などの構造を設ける必要がなく、リアフレーム６の突起部６ａは表示パネル１の駆動ＩＣ１１の実装される側または光源ユニット５を配置する側に設けることで、表示装置２００を狭額縁で構成することが可能となる。

また、リアフレーム６の絞り加工、又はダボ出し（突出形成）加工等によって突起部６ａを形成しており導光板２を所定の位置に物理的に位置決めしているため、光源ユニット５と導光板２の距離が変化することで生じる輝度変化を抑制することが可能であり、面状光源装置１００としても輝度変化が少なくすることが可能である。

また、本発明においては、上記の各実施形態の構成に限定されるものでなく、本発明を逸脱しない範囲において、種々の変更、組み合わせが可能である。また、点光源および導光板の種類や配置位置なども適宜選択することができる。

１表示パネル、１１駆動ＩＣ、１２回路基板、
２導光板、２ａ凹み部、２１出射面、２２反出射面、
２３、２４、２５、２６側面、２７角部、
３光学シート、
４反射シート、４ａ反射シートの孔部、
５光学ユニット、５１点光源、５２光源基板、
６リアフレーム、６ａ突起部、
６１開口部、６２底部、６３、６４、６５、６６側面、６７角部、
７中間フレーム、８フロントフレーム、
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４クリアランス、
１００面状光源装置、１０１角部、
２００表示装置。

Claims

光源と、
前記光源からの光を出射面より出射させ、前記出射面と反対の面である反出射面とを接続する少なくとも２つの連続する側面とを備えた導光板と、
底面および前記底面と連続する側面を備え、前記光源および前記導光板を内部に収納するフレームと、を備えた面状光源装置であって、
前記フレームは、前記側面を少なくとも２つ備え、当該２つの側面は前記導光板の前記２つの連続する側面と対向して配置され、前記フレームの２つの側面のうち一方の側面に前記光源が配置され、かつ、前記フレームの２つの側面で形成される角部近傍に前記底面より内部に向かって突出する突起部を１つ備え、
前記導光板は、前記フレームの底面と対向する前記反出射面であって、前記突起部が配置される位置に前記突起部と係合する凹み部が１つ形成され、
前記フレームの前記突起部および当該突起部に係合する前記導光板の前記凹み部は前記角部近傍に１箇所のみ設けられており、
前記フレームの前記光源が配置されている前記一方の側面および他方の側面に対し、前記導光板の側面が当接または近接配置されていることを特徴とする面状光源装置。
平面視において、前記フレームに形成された前記突起部と前記導光板に形成される前記凹み部とのクリアランスは、温度変化のない状態で０．０５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
平面視において、前記フレームに形成された前記突起部と前記導光板に形成される前記凹み部とのクリアランスをｄとすると、前記角部近傍に配置される前記フレームの前記側面と対向配置される前記導光板の前記側面とが近接配置される場合、前記フレームの前記側面と前記導光板の前記側面とのクリアランスはｄ〜２ｄであることを特徴とする請求項１または２に記載の面状光源装置。
前記導光板の前記反出射面に光を反射する反射シートをさらに備え、
前記反射シートは、前記フレームの突起部が形成された位置に対応する孔部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状光源装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状光源装置と対向して、画像を表示する表示パネルを備えた表示装置。