JP6810556B2 - バックライト装置、表示装置、およびテレビジョン受像機 - Google Patents

Description

本発明は、バックライト装置に関する。また、バックライト装置を備えた表示装置またはテレビジョン受像機に関する。

従来、放射面から光を放射するバックライト装置が存在する。バックライト装置は、例えば、液晶表示装置に使用される。バックライト装置の中には、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）を、光源として備えたものが存在する。放射面が大きい場合、光源として多数のＬＥＤが必要となる。放射面内において輝度の均一性を確保しつつ、バックライト装置のＬＥＤの数を削減するために、拡散部材が使用される場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献２には、蛍光体により、ＬＥＤから出射された光を吸収して、吸収した光の波長とは異なる波長の光を放射するバックライト装置が記載されている。

特開２０１２−６４４７６号公報（２０１２年３月２９日公開） 特開２０１１−４９１７６号公報（２０１１年３月１０日公開）

発明者は、ＬＥＤ数を削減すること、または当該装置をコンパクト化することを目的として、ＬＥＤから出射された光を拡散して放射する表示装置を製作することを検討している。

図８は、出願人が上記の目的を達成するために検討した、本発明の参考例に係る表示装置９０の構成を示す断面図である。表示装置９０は、具体的には液晶テレビである。図８に示すように、表示装置９０のシャーシ９１４内に、光源としてＬＥＤ９１７が配置されている。ＬＥＤ９１７から光が出射される方向（図８の上側またはＺ方向）に、拡散部材９１９が固定されている。拡散部材９１９には、複数の開口部９２２が設けられている、開口部９２２は、ＬＥＤ９１７と対面する位置（図８におけるＬＥＤ９１７の直上）には設けられておらず、ＬＥＤ９１７の直上から離れるほど、大きくかつ多くの開口部９２２が設けられている。光が開口部９２２を透過するので、拡散部材９１９は、ＬＥＤ９１７から離れるほど、反射率が低くなる。換言すれば、拡散部材９１９は、ＬＥＤ９１７の直上において、最も透過率が低く、ＬＥＤ９１７から離れるほど、透過率が高くなる。

拡散部材９１９は、ＬＥＤ９１７から出射された光の一部を、表示装置９０の液晶パネル９１１側に透過させるとともに、残りの光を表示装置９０のシャーシ９１４側に反射する。表示装置９０の液晶パネル９１１側に透過した光は、図８のＺ方向に伝播してゆく。一方、表示装置９０のシャーシ１４側に反射された光は、シャーシ９１４上に配置された反射シート９２０によって、拡散部材９１９の方向へ反射される。光は、拡散部材９１９と反射シート９２０との間で反射を繰り返しながら、表示装置９０内で拡散する。これにより、表示装置９０は、輝度ムラの少ない映像を表示することができる。

しかしながら、表示装置９０の幅（図８のＹ方向の長さ）が、ＬＥＤ９１７が配置された面から液晶パネル９１１（放射面）に向かうにつれて広がっているため、拡散部材のみでは、ＬＥＤから出射された光を、液晶パネル９１１の全体に十分に拡散させることができない。その結果、表示装置が表示する映像には輝度のムラが生じる。すなわち、映像の中心は相対的に輝度が高くなり、映像の周縁は相対的に輝度が低くなる。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックライト装置から放射される光の均一性を向上させることにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るバックライト装置は、発光面から光を出射する発光素子と、上記発光素子の上記発光面と対向する対向面を有し、上記対向面に入射した光を拡散させる拡散部と、上記拡散部に対して上記発光素子とは反対側に配置された放射部と、を備え、上記放射部は、上記拡散部が拡散した光を吸収して、波長を変化させた光を放射する。

本発明の一態様によれば、バックライト装置から放射される光の均一性を向上させることができる。

実施形態１に係る表示装置が備えたバックライト装置を透視した平面図である。 実施形態１に係る表示装置の分解図である。 実施形態１に係るバックライト装置の断面図であり、図１に矢印Ａで示す方向に表示装置の断面を見た図である。 図３に示す断面図の要部を拡大した図である。 実施形態１に係るバックライト装置の断面図であり、図１に矢印Ｂで示す方向に表示装置の断面を見た図である。 実施形態２に係る表示装置の構成を示す断面図である。 実施形態３に係る表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の参考例に係る表示装置の構成を示す断面図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて詳細に説明する。

（表示装置１０の構成）
図２を用いて、本実施形態に係る表示装置１０の構成を説明する。本実施形態において、表示装置１０は、テレビジョン受像機であり、具体的には液晶テレビである。図２は、表示装置１０の構成を示す分解図である。図２に示すように、表示装置１０は、液晶パネル１１、バックライト装置１２、光学部材１５、および拡散部材１９（拡散部）を備えている。さらに、表示装置１０は、上記の部材を一体的に保持するベゼル１３を備えている。液晶パネル１１は、平面視をした場合に長方形を有する。液晶パネル１１の長手は、図２のＸ軸方向に延伸しており、液晶パネル１１の短手は、図２のＹ軸方向に延伸している。また、表示装置１０の厚さ方向は、図２のＺ軸と平行である。液晶パネル１１内では、一対のガラス基板が、所定のギャップを隔てた状態で貼り合せられており、両ガラス基板間には、電圧を印加されることによって光学特性を変化させる液晶分子を含んだ液晶層が封入されている。

液晶パネル１１の一方のガラス基板（例えば、アレイ基板、アクティブマトリクス基板）には、互いに直交するソース配線とゲート配線とに接続されたスイッチング素子（例えば、ＴＦＴ）が設けられている。スイッチング素子には、画素電極が接続されている。画素電極は、ソース配線とゲート配線とに囲まれた領域内に配置されている。他方のガラス基板（対向基板、ＣＦ基板）上には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各カラーフィルタが、所定の配列順序で、マトリクス状に配置されている。また、各カラーフィルタの間には、遮光層が設けられている。他のガラス基板には、上記画素電極と対向する対向電極、および配光膜が設けられている。一方のガラス基板は、他のガラス基板と対向する側と反対側に、偏光板を備えている。他のガラス基板も、同様に、上記一方のガラス基板と対向する側と反対側に、偏光板を備えている。

図２に示すように、バックライト装置１２は、１つの側（図２では上側）が開口した箱型を有するシャーシ１４を備えている。シャーシ１４は、例えば、合成樹脂材料によって形成されていてよい。光学部材１５が、シャーシ１４の開口を覆っている。シャーシ１４の開口は、バックライト装置１２の放射面に対応する。ＬＥＤ１７が配置された面（以下では、底面１４ａと呼ぶ）は、平面視をした場合に長方形を有する。シャーシ１４の底面１４ａの長手は、図２のＸ軸方向に延伸しており、短手は、図２のＹ軸方向に延伸している。シャーシ１４の側面１４ｂは、底面１４ａとは反対側に傾斜している。そのため、シャーシ１４を平面視した場合のシャーシ１４の開口の広さは、シャーシ１４の底面１４ａに向かうにつれて、徐々に狭くなっている。なお、側面１４ｂの裏側のスペースには、ＴＶ基板等の回路基板が配置されてよい。これにより、表示装置１０をコンパクト化することができる。

図２に示すように、シャーシ１４内には、複数のＬＥＤ１７（発光素子）と、ＬＥＤ１７と光学部材１５との間に配置された拡散部材１９と、シャーシ１４の底面１４ａ上に配置された反射シート２０（反射部）と、光学部材１５および拡散部材１９を支持する複数の支持部材２１（支持部）とが、それぞれ配置されている。光学部材１５は、光を透過しつつ拡散する拡散板１５ａと、光に等方性集光作用を付与するマイクロレンズシート１５ｂ１と、光に異方性集光作用を付与する光学シート１５ｂ２と、光を偏光させつつ反射する反射型偏光シート１５ｂ３と、光学部材１５を構成する他の部材の外周縁部に取り付けられるフレーム１５ｄと、を備えている。ＬＥＤ１７は、後述するＱＤシート１８（放射部）に含まれる量子ドットによって効率的に吸収される波長の光を出射する。拡散部材１９は、光の反射率が高い高反射部１９ａと、光の反射率が低い低反射部１９ｂとを含む。低反射部１９ｂには、複数の開口部２２が設けられている。拡散部材１９は、フラッタと呼ばれる場合がある。反射シート２０は、可視光（ＬＥＤ１７から出射される光を含む）を反射する材料で形成されている。拡散部材１９も、反射シート２０と同じ材料で形成されていてよい。支持部材２１は、シャーシ１４の底面１４ａに固定されるベース部２１ａと、シャーシ１４の底面１４ａに対して垂直方向に延伸するテーパー部２１ｃとを備えている。また、支持部材２１は、後述するアンカー部２１ｂおよびストッパー部２１ｄ（保持部）（図４参照）をさらに備えている。
（バックライト装置１２の構成）
図１を用いて、表示装置１０が備えたバックライト装置１２の詳細な構成を説明する。図１は、表示装置１０のバックライト装置１２を透視した平面図である。図１に示すように、バックライト装置１２では、シャーシ１４の底面１４ａ（図２参照）上に、３つのＬＥＤ１７、および６つの支持部材２１が、それぞれ配置されている。３つのＬＥＤ１７は、底面１４ａの長手方向（図１ではＸ方向）に、一列に配置されている。６つの支持部材２１のうち、４つの支持部材２１は、３つのＬＥＤ１７が並んだ列から、シャーシ１４の短手方向（図１ではＹ方向）に外れた位置に配置されている。残りの２つの支持部材２１は、ＬＥＤ１７の間にそれぞれ配置されている。また、ＬＥＤ１７から離れた位置には、拡散部材１９が、支持部材２１によって支持されている。ＬＥＤ１７が並んだ列から外れた位置にある４つの支持部材２１のテーパー部２１ｃは、拡散部材１９の四つの角を支持している。また、ＬＥＤ１７の間に配置された２つの支持部材２１のテーパー部２１ｃは、拡散部材１９の中央部を支持している。

図１に示すように、シャーシ１４を平面視した場合、拡散部材１９の高反射部１９ａは、ＬＥＤ１７と重なる位置に設けられている。つまり、図２におけるＬＥＤ１７の直上には、高反射部１９ａが存在する。また、ＬＥＤ１７から離れた位置には、拡散部材１９の低反射部１９ｂが存在する。図１に示すように、高反射部１９ａには、開口部２２が設けられていないので、ＬＥＤ１７から直上方向に出射された光は、高反射部１９ａによってほとんど反射される。一方、低反射部１９ｂには、多数の開口部２２が設けられているので、光は開口部２２を通過する。開口部２２は、高反射部１９ａから離れるほど、大きくかつ多くなる。そのため、低反射部１９ｂは、高反射部１９ａから近い領域では、反射率が比較的高く、高反射部１９ａから遠い領域では、反射率が比較的低くなる。

（表示装置１０内における光の伝播）
図３〜図５を用いて、表示装置１０内において、ＬＥＤ１７から出射された光が、どのように伝播するのかを説明する。図３は、表示装置１０の長手方向の断面図であり、図１に矢印Ａで示す方向に表示装置１０の断面を見た図である。図４は、図３に示す表示装置１０の要部を拡大した図である。図５は、表示装置１０の短手方向の断面図であり、図１に矢印Ｂで示す方向に表示装置１０の断面を見た図である。図３および図５中の矢印は、光の伝播方向を示す。

図３および図５に示すように、各ＬＥＤ１７から出射された光は、ＬＥＤ１７から離れた位置にある拡散部材１９に入射する。ＬＥＤ１７から拡散部材１９の高反射部１９ａに直接に入射した光は、ほとんど反射される。

図４に示すように、拡散部材１９上には、ＱＤ（Quantum Dot）シート１８が積層されている。ＱＤシート１８は、ＬＥＤ１７から出射される光が入射した場合、入射した光の波長を変化させる。より詳細には、ＱＤシート１８は、ＱＤシート１８に入射した光を吸収して、入射した光とは異なる波長（色）の光を、あらゆる方向または複数の方向に放射する。例えば、ＱＤシート１８は、ＬＥＤ１７から出射される青色（シアン）または黄色の光を吸収して、黄色または赤色（マゼンタ）の光を放射してもよい。さらに、ＱＤシート１８は、バックライト装置１２が放射する光の色域（波長帯）を拡げる役割も持つ。ＱＤシート１８は、光子によって励起されて、狭い範囲のスペクトルを放射する材料を含んでいる。ＱＤシート１８は、例えば、カドミウム（Ｃｄ）系またはインジウム（Ｉｎ）系の材料を含んでいてよい。一変形例では、バックライト装置１２は、ＱＤシート１８の代わりに、硫化物系の材料を含んだシートを備えていてもよい。硫化物系の材料を含んだシートも、ＬＥＤ１７から出射される光を吸収して、吸収した光とは異なる波長の光をあらゆる方向または複数の方向に放射する。

図４に示すように、支持部材２１のテーパー部２１ｃは、ＱＤシート１８および拡散部材１９を貫通している。また、支持部材２１のストッパー部２１ｄが、拡散部材１９の裏面すなわちＬＥＤ１７と対向する面と接触することにより、ＱＤシート１８および拡散部材１９を支持している。支持部材２１のベース部２１ａは、シャーシ１４の底面１４ａを貫通するアンカー部２１ｂによって、シャーシ１４に固定されている。

前述したように、ＱＤシート１８は、あらゆる方向または複数の方向に光を放射するので、ＱＤシート１８から放射される光は、ＱＤシート１８の拡散部材１９側および放射面側の両方から出射される。ＱＤシート１８の拡散部材１９側に出射された光は、拡散部材１９によって反射されて、ＱＤシート１８に再び入射するか、あるいは、拡散部材１９を透過して、シャーシ１４の底面１４ａに向かって進行する。一方、反対側（すなわち表示装置１０の表示面側）に出射された光は、表示装置１０の光学部材１５を通った後、液晶パネル１１に入射する。

図３および図５に示すように、拡散部材１９によって反射された光は、シャーシ１４の底面１４ａ上に配置された反射シート２０によって反射される。反射シート２０によって反射された光は、拡散部材１９に再び入射する。拡散部材１９に入射した光の一部は拡散部材１９を透過し、残りは拡散部材１９によって再び反射される。光は、拡散部材１９または反射シート２０によって反射されるたびに、シャーシ１４の側面１４ｂに向かって拡散してゆく。また、前述したように、拡散部材１９において、ＬＥＤ１７の直上から離れた位置には、低反射部１９ｂが設けられている。低反射部１９ｂは、ＬＥＤ１７の直上から離れるにしたがって、反射率が低くなる（透過率が高くなる）ので、光は、ＬＥＤ１７の直上から離れるにしたがって、低反射部１９ｂを透過しやすくなる。拡散部材１９を透過した光は、拡散部材１９の上に配置されたＱＤシート１８（図４参照）に入射する。

図３および図５に示すように、ＱＤシート１８および拡散部材１９は、ＬＥＤ１７が配置されているシャーシ１４の底面１４ａの全体を覆っており、さらに、シャーシ１４の側面１４ｂの上方まで延伸している。表示装置１０では、ＯＤ（光学距離）が長いので、ＬＥＤ１７から出射された光は、シャーシ１４の側面１４ｂに向かって拡散していく途中で、少なくとも一度は、拡散部材１９を透過して、ＱＤシート１８に入射する。したがって、光は、ほぼ確実に、ＱＤシート１８によって、光の波長を変化させられる。また、ＱＤシート１８は、あらゆる方向または複数の方向に光を放射するので、ＱＤシート１８から放射された光は、表示装置１０の光学部材１５および液晶パネル１１の全面に、ほぼ均一に入射する。したがって、表示装置１０は、映像を輝度ムラなく表示することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（表示装置３０の構成）
図６は、本実施形態に係る表示装置３０の断面図である。図６に示す表示装置３０は、図５に示す前記実施形態１に係る表示装置１０と比較すると、ＱＤシート１８および拡散部材１９が、側面１４ｂに当たらないように屈曲して、側面１４ｂに沿ってさらに延伸している。図６において、ＱＤシート１８および拡散部材１９の延長部分を、符号３１９（３１８）で示す。延長部分３１９（３１８）は、シャーシ１４の側面１４ｂ上に配置された支持部材３２１のテーパー部３２１ｃによって支持されている。支持部材３２１のベース部３２１ａは、シャーシ１４の側面１４ｂ上に固定されている。

本実施形態の構成によれば、ＱＤシート１８および拡散部材１９の延長部分３１９（３１８）が、シャーシ１４の側面１４ｂに沿って延伸しているので、光が、拡散部材１９によってより拡散し易い。そのため、表示装置１０は、映像をより輝度ムラなく表示することができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

（表示装置５０の構成）
図７は、本実施形態に係る表示装置５０の断面図である。図７に示す表示装置５０は、図５に示す前記実施形態１に係る表示装置１０と比較して、ＱＤシート１８および拡散部材１９の端部が屈曲して、シャーシ１４の側面１４ｂまで延伸している。図７において、ＱＤシート１８および拡散部材１９の延長部分を、符号５１９（５１８）で示す。延長部分５１９（５１８）の端部は、シャーシ１４の側面１４ｂに固定されている。図示しないが、延長部分５１８（５１９）は、ＬＥＤ１７の出射面の周囲を全体的に囲んでいてよい。

本実施形態の構成によれば、ＬＥＤ１７から出射された光が、必ずＱＤシート１８またはその延長部分５１８に入射する。そのため、表示装置１０のＱＤシート１８またはその延長部分５１８によって、ＬＥＤ１７から出射された光の波長が確実に変化させられる。換言すれば、ＬＥＤ１７から出射された光が、波長を変化させることなしに、表示装置５０の液晶パネル１１に入射することを防止することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るバックライト装置（１２）は、発光面から光を出射する発光素子（ＬＥＤ１７）と、上記発光素子の上記発光面と対向する対向面を有し、上記対向面に入射した光を拡散させる拡散部（拡散部材１９）と、上記拡散部に対して上記発光素子とは反対側に配置された放射部（ＱＤシート１８）と、を備え、上記放射部は、上記拡散部が拡散した光を吸収して、波長を変化させた光を放射する放射面から光を外部に出射する。

上記の構成によれば、発光素子から出射された光は、拡散部によって拡散される。さらに、放射部は、拡散された光を吸収して、波長が変化した光を放射する。ここでの「放射」は、例えば、「方向性を持たない出射」であってよい。このように、光の拡散および放射が生じるので、光がバックライト装置内において隈なく広がる。したがって、バックライト装置の放射面から放射される光の均一性を向上させることができる。

本発明の態様２に係るバックライト装置は、上記態様１において、上記放射部は、量子ドットを含んだシートであってもよい。

上記の構成によれば、量子ドットによって、発光素子が週射した光を吸収するとともに、波長を変化させた光を放射することができる。

本発明の態様３に係るバックライト装置は、上記態様１または２において、上記拡散部は、上記対向面に入射した光を反射する材料で形成されたシートに、複数の開口が設けられた構造を有していてもよい。

上記の構成によれば、光の一部を反射するとともに、開口から一部の光を透過させることで、光を拡散させることができる。

本発明の態様４に係るバックライト装置は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記発光素子が配置されたシャーシ（１４）をさらに備え、上記拡散部は、上記発光素子が配置された上記シャーシの面に沿って延伸する部分と、上記発光素子が配置された面と隣接する上記シャーシの他の面に沿って延伸する部分と、を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、光をより広い領域に拡散することができる。

本発明の態様５に係るバックライト装置は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記発光素子が配置されたシャーシをさらに備え、上記拡散部は、上記発光素子が配置された上記シャーシの面に沿って延伸する部分と、上記シャーシの他の面と接触して、上記発光素子の上記発光面を囲む部分とを含んでいてもよい。

上記の構成によれば、発光素子から出射された光を、拡散部によって必ず拡散させることができる。

本発明の態様６に係るバックライト装置は、上記態様４または５において、支持部材（２１）をさらに備え、上記支持部材は、上記シャーシ上に設置されたベース部（２１ａ）と、上記ベース部から突出して、上記シャーシから離れた位置で上記拡散部および上記放射部を保持する保持部（テーパー部２１ｃ）と、を含んでいてもよい。

上記の構成によれば、支持部材によって、拡散部を発光素子から離れた位置で支持することができる。

本発明の態様７に係るバックライト装置は、上記態様３〜６のいずれかにおいて、上記シャーシ上に、光を反射する反射部をさらに備えていてもよい。

シャーシに入射する光を反射して、拡散部および放射部に向かわせることができる。

本発明の態様８に係る表示装置は、上記態様１〜７のいずれかのバックライト装置を備えていてもよい。

上記の構成によれば、上記態様１〜７のいずれかのバックライト装置と同じ効果を奏することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０ 表示装置（テレビジョン受像機）
１２ バックライト装置
１４ シャーシ
１７ ＬＥＤ（発光素子）
１８ ＱＤシート（放射部）
１９ 拡散部材（拡散部）
２０ 反射シート（反射部）
２１ 支持部材（支持部）
２１ａ ベース部
２１ｃ テーパー部（保持部）

Claims (6)

1. 発光面から光を出射する発光素子と、
   上記発光素子の上記発光面と対向する対向面を有し、上記対向面に入射した光を拡散させる拡散部と、
   上記拡散部を貫通し、当該拡散部の裏面と接触するストッパー部を備える保持部と、
   上記拡散部に対して上記発光素子とは反対側に配置された放射部と、
   上記発光素子が配置されたシャーシと、
   支持部材と、を備え、
   上記放射部は、上記拡散部が拡散した光を吸収して、波長を変化させた光を放射し、
   上記拡散部は、
   上記発光素子が配置された上記シャーシの面に沿って延伸する部分と、
   上記発光素子が配置された面と隣接する上記シャーシの他の面に沿って延伸する部分と、を含み、
   上記支持部材は、
   上記シャーシ上に設置されたベース部と、
   上記ベース部から突出して、上記シャーシから離れた位置で上記拡散部および上記放射部を保持する保持部と、を含み、
   上記ベース部は、上記シャーシの上記面及び上記シャーシの上記他の面に沿って延伸する部分に設置されていることを特徴とするバックライト装置。
2. 上記放射部は、量子ドットを含んだシートであることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
3. 上記拡散部は、上記対向面に入射した光を反射する材料で形成されたシートに、複数の開口が設けられた構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のバックライト装置。
4. 上記シャーシ上に、光を反射する反射部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライト装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライト装置を備えた表示装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライト装置を備えたテレビジョン受像機。

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