JP6846944B2

JP6846944B2 - 面状光源装置および表示装置

Info

Publication number: JP6846944B2
Application number: JP2017028662A
Authority: JP
Inventors: 祐輔牧; 誠司境
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-02-20
Also published as: US10509160B2; US20180239081A1; JP2018137044A

Description

本発明は、面状光源装置およびそれを用いた表示装置に関するものである。

例えば液晶表示装置など、表示パネル自体が発光しない表示装置は、一般的に表示パネルに光を照射する面状光源装置を備えている。従来の表示装置では、暗い画像を表示するときでも、明るい画像を表示するときと同様の光を面状光源装置から出射させていた。しかし近年では、表示装置の画面を複数の区画（セル）に分け、それぞれのセルに表示する画像の明るさに合わせて、面状光源装置の明るさを部分的に調整する「ローカルディミング」と呼ばれる技術が実用化されている。ローカルディミング技術によれば、面状光源装置が必要以上に光を出射することが抑制されるため、表示装置の消費電力を低減できる。

下記の特許文献１には、導光板に形成した溝によって当該導光板を複数のセル（導光ブロック）に分け、その溝内に光源を収納した構成の面状光源装置が開示されている。また、下記の特許文献２には、格子状の隔壁で区画された各領域に、光源、導光体および反射手段を備えた面照明光源装置を配置した構成が開示されている。

特開２０１１−０２３３３１号公報特開２００８−２７８８６号公報

特許文献１では、導光板の表面にドットパターンまたはプリズムパターンを形成することで、各セルへ入射した光の直進性を高め、各セルからその隣のセルへと光が出射されるのを防止しており、それによって、各セルの境界部に輝線または暗線のようなムラが発生することを抑制している。そのため、光源の制御は必ずセル毎に行う必要がある。また、特許文献２では、各セルに配設された面状光源装置の出射光を均一にすることを目的としたものであり、セルの境界部での輝度のムラを防止するものではない。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、ローカルディミング方式の面状光源装置において、消費電力の低減を図りつつ、セルの境界部での輝度のムラを低減することを目的とする。

本発明に係る面状光源装置は、互いに独立して駆動可能な複数の光源が配設された光源基板と、前記光源基板上に設けられ、前記複数の光源から入射した光を特定の出射面から出射させる導光板と、前記導光板を複数のセルに分割する隔壁を有する区画フレームと、を備え、前記区画フレームの前記隔壁は、部分的に切り欠きを有しており、前記導光板は、前記隔壁の切り欠きを通して隣接するセルの間で繋がっており、前記導光板は、前記切り欠きが形成された部分を除く前記隔壁が嵌合する孔を備えている。

本発明の面状光源装置によれば、隔壁によって導光板が複数のセルに分割されているため、導光板から出射される光の輝度を局所的に（セル毎に）調整できる。また、隔壁に切り欠きが設けられているため、セルの境界部での輝度が低下することが抑制され、セルの境界部で輝度のムラが抑制される。また、各セルの光源から出射された光の一部が、切り欠きを通して隣接するセルに入射するため、例えば高輝度の発光が要求されるセルと、低輝度の発光が要求されるセルとが隣接している場合などに、低輝度のセルの光源を点灯させる必要がなくなる。そのため、点灯させる光源の個数を減らすことが可能になり、消費電力を抑制できる。

実施の形態１に係る面状光源装置を有する表示装置の分解斜視図である。光源基板の斜視図である。区画フレームの斜視図である。リアフレームに収納された導光板および区画フレームを示す斜視図である。実施の形態１に係る面状光源装置の構成を模式的に示す平面図である。実施の形態１に係る面状光源装置の要部の断面図である。実施の形態１に係る面状光源装置の要部の断面図である。実施の形態１に係る面状光源装置の要部の平面図である。実施の形態１に係る面状光源装置が奏する効果を説明するための図である。光源の配置の変形例を示す図である。区画フレームの構成の変形例を示す図である。導光板の構成の変形例を示す図である。導光板の構成の変形例を示す図である。導光板の構成の変形例を示す図である。実施の形態２に係る面状光源装置の構成を示す図である。実施の形態３に係る面状光源装置の構成を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１係る表示装置の分解斜視図である。図１に示すように、当該表示装置は、表示パネル１０および面状光源装置２０を、フロントフレーム３０、中間フレーム３１およびリアフレーム３２からなる筐体に収納した構成となっている。以下の説明では、表示装置の各構成要素から見て、フロントフレーム３０側を「前面側」、リアフレーム３２側を「背面側」と称す。

本実施の形態において、表示パネル１０は液晶表示パネルである。すなわち、表示パネル１０は、第１の基板１０１と、第２の基板１０２と、その間に挟持された液晶とを含んでいる。図示は省略するが、第１の基板１０１は、ガラスなどの絶縁性基板上に、カラーフィルタ、遮光層としてのブラックマトリクス、対向電極などを設けた構成となっている。また、第２の基板１０２は、ガラスなどの絶縁性基板上に、画素電極や、画素電極に画像信号を供給するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）などを設けた構成となっている。第１の基板１０１と第２の基板１０２との間には、その間隔を保持するスペーサ、第１の基板１０１と第２の基板１０２とを貼り合わせるとともに液晶を封止するシール材、液晶を配光させる配向膜などが設けられる。また、表示パネル１０の外側の表面には偏光板が設けられる。

表示パネル１０の第２の基板１０２の外周部上には、駆動用ＩＣ１１が実装されている。また、表示パネル１０には、駆動用ＩＣ１１を制御するための回路基板１２が接続されている。駆動用ＩＣ１１は、第２の基板１０２の外周部に接続されたテープ状の配線基板（例えばＴＣＰ（Tape Carrier Package）、ＣＯＦ（Chip on Film）等）上に配置される場合もある。さらに、表示パネル１０の前面側に、ユーザによるタッチ操作を検出するタッチパネルおよび当該タッチパネルを保護する透明の保護部材が設置されることもある。また、回路基板１２を保護するカバーが、リアフレーム３２の背面側に設けられることもある。

面状光源装置２０は、表示パネル１０の背面側に配置され、表示パネル１０に光を照射する。図１に示すように、実施の形態１に係る面状光源装置２０は、光源基板２１、導光板２２、区画フレーム２３、反射シート２４および光学シート２５から構成されている。

図２は、光源基板２１の斜視図である。同図のように、光源基板２１には、光を放射する複数の光源２１１が実装されている。光源基板２１は、ローカルディミング方式の駆動が可能なように構成されている。すなわち、光源基板２１には、複数の光源２１１を１個単位または数個単位で独立して駆動できるように配線が設けられている。

図１のように、光源基板２１の前面側には、導光板２２、区画フレーム２３および反射シート２４が配設される。図３は、区画フレーム２３の斜視図であり、図４は、導光板２２、区画フレーム２３および反射シート２４を光源基板２１上に配置して、それらをリアフレーム３２内に収納した状態を示す斜視図である（図４では光源基板２１および反射シート２４は見えない位置にある）。

区画フレーム２３は、白色の樹脂、あるいは金属などから形成され、図３のように、格子状の隔壁２３１を備えている。区画フレーム２３の隔壁２３１は、面状光源装置２０を複数のセルに区画する役割を果たす。

導光板２２は、図４のように、区画フレーム２３の隔壁２３１が嵌合する孔２２１を備えている。よって、導光板２２は、区画フレーム２３の隔壁２３１によって複数のセルに分割されることになる。ただし、隔壁２３１には、部分的に切り欠き２３２，２３３が形成されており、導光板２２の孔２２１は、切り欠き２３２，２３３が形成された部分を除く隔壁２３１のみが嵌合される形状となっている。よって、各セルの導光板２２は、切り欠き２３２，２３３を通して互いに繋がった構造となる。すなわち、導光板２２はセル間で完全には分断されておらず、隣接するセル間で導光板２２は部分的に繋がっている。そのため、導光板２２は、複数のセルに渡って一体的な構成となる。

区画フレーム２３の隔壁２３１に形成された切り欠き２３２は、隔壁２３１を完全に分断している。一方、切り欠き２３３は、隔壁２３１の上部に形成されており、切り欠き２３３の下で隔壁２３１は繋がっている。つまり、切り欠き２３２の深さは隔壁２３１全体の高さよりも小さい。切り欠き２３３が隔壁２３１を分断しないことにより、区画フレーム２３は一体的な構成となる。

このように、導光板２２および区画フレーム２３がそれぞれ一体的な構成であることは、面状光源装置２０の組み立て容易性の向上、ならびに、製造コストの低減に寄与することができる。

反射シート２４は、光源基板２１と導光板２２との間に配設される。反射シート２４には、光源２１１に対応する位置に孔２４１が形成されている。それにより、光源２１１が出射する光は、反射シート２４によって遮られずに導光板２２へ入射する。

図１のように、導光板２２および区画フレーム２３の前面側には、複数の光学シート２５が配設される。これらの光学シート２５は、導光板２２から出射された光の強度分布や出射角を調整するように機能する。

光源基板２１、導光板２２、区画フレーム２３、反射シート２４および光学シート２５から成る面状光源装置２０は、リアフレーム３２内に収納される。リアフレーム３２に収納された面状光源装置２０の前面側に、中間フレーム３１を介して表示パネル１０が配設される。さらに、表示パネル１０の前面側に中間フレーム３１が配設されることで、表示パネル１０および面状光源装置２０がフロントフレーム３０、中間フレーム３１およびリアフレーム３２からなる筐体に収納され、液晶表示装置が構成される。なお、中間フレーム３１には、面状光源装置２０から出射した光を表示パネル１０に入射させるための開口が設けられており、フロントフレーム３０には、表示パネル１０の表示領域を露出する開口が設けられている。

次に、実施の形態１に係る面状光源装置２０の構成について、より詳細に説明する。図５は、リアフレーム３２に収納された面状光源装置２０を前面側から見た構成を模式的に示す平面図である（図５では、光学シート２５の図示を省略している）。図４を用いて説明したように、導光板２２の孔２２１には、切り欠き２３２，２３３が形成された部分を除く区画フレーム２３の隔壁２３１が嵌合されている。また、区画フレーム２３の隔壁２３１は、平面視で格子状となっている。

また、図６および図７は、面状光源装置２０の要部の断面図であり、図６は図５のＡ１−Ａ２線に沿った断面に対応し、図７は図５のＢ１−Ｂ２線に沿った断面に対応する。さらに、図８は、面状光源装置２０の要部の平面図であり、図５に示す領域Ｃに対応する。領域Ｃには、区画フレーム２３によって区画された４つのセルが含まれている。

図６に示すように、導光板２２は、前面側の主表面２２２と、背面側の主表面２２３とを有している。また、導光板２２の背面側の主表面２２３には、光源基板２１の光源２１１を収納する凹部２２４が形成されている。また、導光板２２の凹部２２４には、切り欠き２３３の下の隔壁２３１も収納される。

光源２１１から出射された光は、導光板２２の凹部２２４の側面２２５から導光板２２内に入射する。導光板２２は、凹部２２４の側面２２５から入射した光を、前面側の主表面２２２から表示パネル１０へ向けて出射する。以下の説明では、導光板２２の凹部２２４の側面２２５を「入射面」、前面側の主表面２２２を「出射面」、背面側の主表面２２３を「反出射面」と称すこととする。

反射シート２４は、導光板２２の反出射面２２３側に配置されており、反出射面２２３から出射した光を反射して、導光板２２内に再び入射させる働きをする。先に述べたように、反射シート２４は、光源基板２１と導光板２２との間に配置されるが、光源２１１に対応する位置に孔２４１を有しているため、光源２１１が出射した光は反射シート２４に遮られることなく導光板２２に入射する。また、各光源２１１は、その出射部が導光板２２の入射面２２５に対向するように向きが設定されている。

図７に示すように、区画フレーム２３の切り欠き２３２，２３３が形成された部分を除く隔壁２３１は、導光板２２の孔２２１を貫通している。すなわち、隔壁２３１の高さは、導光板２２の厚さよりも大きい。よって、光学シート２５は、導光板２２の孔から突出した隔壁２３１の上端部によって支持されており、導光板２２の出射面２２２と光学シート２５との間には空間が形成されている。この空間の存在によって、導光板２２の出射面２２２から出射した光が拡散しやすくなり、面状光源装置２０の輝度の均一性が向上する。

また、図５からも分かるように、導光板２２の孔２２１は導光板２２の全体にわたって複数設けられており、その各々から区画フレーム２３の隔壁２３１が突出する。よって、光学シート２５は、導光板２２の孔２２１に対応する複数の箇所で隔壁２３１に支持されることになり、例えば光学シート２５が薄い場合でも、光学シート２５をたわませることなく、導光板２２上に配置できる。

なお、区画フレーム２３の隔壁２３１に光学シート２５が接触することによるごみの発生を防止するため、隔壁２３１の上端部を曲面状に加工してもよい。あるいは、光学シート２５と接触する隔壁２３１の上端部にクッション材を設けてもよい。

図８に示すように、面状光源装置２０は、区画フレーム２３の隔壁２３１によって複数のセルに区画される。隔壁２３１の切り欠き２３２，２３３は、セル間の境界に位置しており、各セルの導光板２２は、切り欠き２３２，２３３を通して互いに繋がっている。また、光源基板２１上の複数の光源２１１は、各セル内に少なくとも１つの光源２１１が配置されるようにレイアウトされる。

本実施の形態では、区画フレーム２３の隔壁２３１は平面視で格子状であるため、それによって区画される複数のセルはマトリクス状に配置され、個々のセルは矩形状となる。また、光源２１１は、各セルに２つずつ設けられる。具体的には、矩形状のセルの対向する２辺（切り欠き２３３が設けられた２辺）の近傍に１つずつの光源２１１が配置される。よって、各セルは、セルの中央部を挟んで互いに対峙する一対の光源２１１を備えている。複数の光源２１１は、セル単位すなわち２個単位で独立して駆動され、それによってローカルディミング方式の駆動が実現される。

また、導光板２２の凹部２２４は、各セルの光源２１１が配置される２辺に設けられる。ここでは、図６および図８に示すように、凹部２２４は、隣接する２つのセルの境界（切り欠き２３３により規定される境界）に跨がるように配置され、２つのセルのそれぞれに属する２つの光源２１１を収納する。

本実施の形態の面状光源装置２０では、導光板２２が格子状の隔壁２３１によって複数のセルに分割されているため、導光板２２の出射面２２２の明るさを局所的に（セル毎に）調整することが可能である。また、隔壁２３１に切り欠き２３２，２３３が設けられていることにより、セルの境界部での輝度が低下することが抑制される。よって、セルの境界部で輝度のムラが発生することが防止されるという効果が得られる。

さらに、隔壁２３１に切り欠き２３２，２３３が設けられていることにより、セルの間で光が遮断されない。つまり、セルの間を光が通過することができる。よって、図９に示すように、光源２１１から出射された光の一部は、その光源２１１が属するセルだけでなく、それに隣接するセルにも入射する。図９において、光線Ｌ１は、光源２１１から出射して切り欠き２３２を通って隣のセルへ直接入射する光を示しており、光線Ｌ２は、光源２１１から出射して隔壁２３１で反射した後に切り欠き２３２を通って隣のセルへ入射する光を示している。また、光線Ｌ３は、光源２１１から出射して切り欠き２３３を通って隣のセルへ直接入射する光を示しており、光線Ｌ４は、光源２１１から出射して隔壁２３１で反射した後に切り欠き２３３を通って隣のセルへ入射する光を示している。

このように、各セルの光源２１１から出射された光の一部が、切り欠き２３２，２３３を通して隣接する他のセルに入射するため、高輝度で発光するセルの隣のセルは、そのセル内の光源２１１が点灯していなくても、低輝度で発光することになる。例えば、面状光源装置２０をローカルディミング方式で駆動する際に、高輝度の発光が要求される第１のセルと、低輝度の発光が要求される第２のセルとが隣接していれば、第２のセルの光源２１１を点灯させず、第１のセルの光源２１１を点灯させるだけで、第２のセルを低輝度で発光させることができる。これを利用すれば、点灯させる光源２１１の個数を減らすことが可能になり、消費電力を抑制できるという効果が得られる。

以上の各図に示した光源２１１の配置、導光板２２および区画フレーム２３の構成などは一例に過ぎず、適宜変更してもよい。例えば、図８では１つのセル内に配置される２つの光源２１１が互いに対峙するように配置されていたが、図１０のように、２つの光源２１１が対峙しないように互いの位置をずらしてもよい。

また、図１１に示すように、区画フレーム２３の隔壁２３１の側面（導光板２２に対向する面）に、反射部材４０を設けてもよい。これにより、導光板２２の側面から出射した光が再び導光板２２に入射されるようになり、光の利用効率を高めることができる。隔壁２３１に設ける反射部材４０は、反射材を隔壁２３１に塗布形成したものであってもよいし、隔壁２３１の形状に合わせて加工した反射シートを隔壁２３１に貼りつけたものでもよい。

さらに、図１２のように、導光板２２は、光源２１１と対向する面に反射調整部４５を備えていてもよい。図１２では、光源２１１が収納される導光板２２の凹部２２４の内面に、反射調整部４５が設けられている。光源２１１に対向するように反射調整部４５が設けられることで、光源２１１上で輝度が局所的に高くなるホットスポットの発生を防止することができる。なお、反射調整部４５は導光板２２の出射面２２２に設けても良い。また、反射調整部４５として、導光板２２の凹部２２４の内側および光源２１１上部の出射面２２２にプリズムのようなパターンを形成してホットスポットを抑制することもできる。

また、区画フレーム２３の隔壁２３１に形成する切り欠き２３２，２３３の深さ、ならびに、セル境界部の導光板２２の厚さ（凹部２２４の深さ）を調整することで、隣接するセルへ抜ける光の量を調整することができる。例えば、図１３のようにセル境界部の導光板２２を厚くすると、隣接するセルへ抜ける光の量を増やすことができ、図１４のようにセル境界部の導光板２２を薄くすると、隣接するセルへ抜ける光の量を減らすことができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、区画フレーム２３の隔壁２３１は平面視で格子状であったが、実施の形態２では、隔壁２３１が平面視で曲線状の部分を有するようにする。図１５は、隔壁２３１の一部を曲線状にした例であり、曲線状の隔壁２３１によって円形のセルが構成されている。

例えば、自動車のインストルメントパネルに配備される表示装置では、円形のメーターの画像を表示させることが想定される。図１５に示した円形のセルを備える面状光源装置２０は、そのような表示装置に有効である。また、セルの形状は矩形や円形に限られず、任意の形状でよく、表示パネル１０の形状あるいはそれに表示される画像の形状に応じて適宜設計すればよい。

実施の形態２によれば、円形など、矩形以外の画像表示領域が想定される場合でも、画像表示領域に対応した出射領域（セル）を面状光源装置２０に設けることができ、その場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

＜実施の形態３＞
図１６は、実施の形態３に係る面状光源装置２０の構成を示す図であり、図４と同様に、光源基板２１上に導光板２２、区画フレーム２３および反射シート２４を配置して、それらをリアフレーム３２に収納した状態を示している。図１６のように、実施の形態３では、区画フレーム２３が、光源２１１の上方を覆う突起２３４を備えている。区画フレーム２３の突起２３４が、光源２１１から上方に漏れる光を遮るため、光源２１１の上部にホットスポットが発生することを防止できる。

なお、図１６の例では、光源２１１は導光板２２で覆われておらず、導光板２２には光源２１１を収納する凹部２２４は形成されていない。また、区画フレーム２３においては、各セルの突起２３４が形成された辺には切り欠きが設けられていない。よってその部分では隣接するセル間が隔壁２３１で完全に分断されている。しかし、本実施の形態でも、光源２１１は導光板２２に覆われるように配置されてもよい。また、突起２３４が形成された辺にも、部分的（例えば突起２３４の両脇）に切り欠きを設け、その切り欠きを通して隣接するセルの導光板２２が繋がるようにしてもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０表示パネル、１０１第１の基板、１０２第２の基板、１１駆動用ＩＣ、１２回路基板、２０面状光源装置、２１光源基板、２１１光源、２２導光板、２２１孔、２２２出射面、２２３反出射面、２２４凹部、２２５入射面、２３区画フレーム、２３１隔壁、２３２，２３３切り欠き、２３４突起、２４反射シート、２４１孔、２５光学シート、３０フロントフレーム、３１中間フレーム、３２リアフレーム、４０反射部材、４５反射調整部。

Claims

互いに独立して駆動可能な複数の光源が配設された光源基板と、
前記光源基板上に設けられ、前記複数の光源から入射した光を特定の出射面から出射させる導光板と、
前記導光板を複数のセルに分割する隔壁を有する区画フレームと、
を備え、
前記区画フレームの前記隔壁は、部分的に切り欠きを有しており、
前記導光板は、前記隔壁の切り欠きを通して隣接するセルの間で繋がっており、
前記導光板は、前記切り欠きが形成された部分を除く前記隔壁が嵌合する孔を備えている、
面状光源装置。
互いに独立して駆動可能な複数の光源が配設された光源基板と、
前記光源基板上に設けられ、前記複数の光源から入射した光を特定の出射面から出射させる導光板と、
前記導光板を複数のセルに分割する隔壁を有する区画フレームと、
を備え、
前記区画フレームの前記隔壁は、部分的に切り欠きを有しており、
前記導光板は、前記隔壁の切り欠きを通して隣接するセルの間で繋がっており、
前記区画フレームの前記隔壁は、前記光源の上方を覆うように突出した突起を有する、
面状光源装置。
前記導光板は、前記光源基板側の面に前記複数の光源を収納する凹部を備えている、
請求項１または請求項２に記載の面状光源装置。
前記導光板の前記出射面上に光学シートをさらに備え、
前記区画フレームの前記隔壁の高さは、前記導光板の厚さよりも大きく、
前記光学シートは、前記導光板の前記孔から突出した前記隔壁によって支持されている、
請求項１に記載の面状光源装置。
前記区画フレームの前記隔壁は、前記光学シートに当接する上端部が曲面状である、
請求項４に記載の面状光源装置。
前記区画フレームの前記隔壁は、前記光学シートに当接する上端部にクッション材を備える、
請求項４に記載の面状光源装置。
前記区画フレームの前記隔壁は、平面視で格子状である、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の面状光源装置。
前記区画フレームの前記隔壁は、平面視で曲線状の部分を有する、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の面状光源装置。
前記区画フレームの前記隔壁は、前記光源の上方を覆うように突出した突起を有する、
請求項１に記載の面状光源装置。
前記導光板は、前記複数のセルに渡って一体的に形成されている、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の面状光源装置。
前記区画フレームは、前記隔壁の側面に反射部材を備える、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の面状光源装置。
前記導光板は、前記光源と対向する面または出射面上に反射調整部を備える、
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の面状光源装置。
前記光源基板と前記導光板との間に、前記複数の光源に対応する位置に孔を有する反射シートをさらに備える、
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の面状光源装置。
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の面状光源装置と、
前記面状光源装置に対向する位置に配置された表示パネルと、を備える、
表示装置。