JP7275428B2 - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置及び当該バックライト装置を備える液晶表示装置に関する。
近年、液晶表示装置の利用機会が増え、より高効率、より高性能な液晶表示装置が考案されている。例えば、特許文献1には、集光性の高い幾何学構造体と、拡散性の高い略半球状レンズとを適宜配置することにより、輝度ムラを低減し、液晶表示装置の画面全体の輝度分布を均一に制御できる光学シートが開示されている。
特開2012-242649号公報
ところで、液晶表示装置の性能指標において向上が求められる最たるものの一つとして、ユーザによる視認性の高さが挙げられる。しかしながら、特許文献1に開示された光学シートでは、輝度ムラを十分に低減できるとは言えない。また、従来の液晶表示装置では、高効率化のために用いられる光源が限られるなどの制限があり、高い視認性を有する液晶表示装置の実現は困難である。
本発明は上記に鑑みてなされ、その目的は、視認性の高い液晶表示装置、及びこれを実現するためのバックライト装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るバックライト装置は、液晶表示装置における液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置であって、複数の光源と、前記複数の光源が表面に実装された基板と、前記基板の前記表面に対向して配置され、前記複数の光源が発した光の一部を透過させる板状の光学部材と、を備え、前記光学部材は、前記複数の光源のうちの一の光源に対応する第1領域と、前記第1領域とは異なり、前記複数の光源のうち第1方向に互いに隣接する2以上の光源を組み合わせて形成される配置概形を有する、2以上の第2領域と、を有し、前記第1領域では、前記一の光源の実装位置から離れるにしたがって光の透過率が大きくなり、前記2以上の第2領域のうちの一の第2領域では、第1方向とは異なる第2方向に隣接する他の第2領域と接する箇所において前記第2方向と交差する所定方向における前記光学部材の中央部から外周部に近づくにしたがって光の透過率が大きくなる。
これによれば、光学部材のうち、光源の光が直接光として入射される第1領域においては、光源からの距離に基づく透過率を設定でき、多重反射により略均一化された光が入射される第2領域においては、設定される第2領域の概形に基づいて透過率を設定できる。したがって、光学部材を透過した光は、光源の直上及び近傍においては均一な光となる。また、光源から離れた領域では、光学部材の外周部においては高輝度な光となり、他の中央部等では均一な光となる。すなわち、外周部における吸収を加味した均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部(つまり端部)まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
例えば、前記複数の光源の各々は、光源ごとに一体的に駆動される複数の発光素子から構成され、前記光源または前記発光素子からの距離が同等である箇所では、前記第2領域における光の透過率よりも、前記第1領域内で隣接する発光素子どうしの間に対応する第3領域における光の透過率の方が小さいと規定されても良い。
これによれば、分割駆動によりバックライト装置の省電力化を実現しながらも、外周部における吸収を加味した均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記複数の光源及び前記基板を収容し、前記基板の前記表面が対向する箇所に開口部を有するハウジングをさらに備え、前記ハウジングの前記開口部には、前記光学部材の前記外周部が取り付けられる段差部が設けられ、前記段差部の表面の少なくとも一部には、前記光を反射する反射面が形成されていても良い。
これによれば、光学部材をハウジングに取り付けるために設けられた段差部において吸収される光を低減することができ、外周部における吸収を低下させることによる均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記ハウジングに接し、前記光学部材の前記外周部を前記段差部に固定するための枠状の固定部材をさらに備え、前記固定部材の前記光学部材を固定する表面の少なくとも一部には、前記光を反射する反射面が形成されていても良い。
これによれば、光学部材を固定するための固定部材において吸収される光を低減することができ、外周部における吸収を低下させることによる均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、さらに、前記光学部材を透過した光を拡散する拡散板を備え、前記拡散板は、当該拡散板の外周部の少なくとも一部には、前記拡散板の前記光学部材から光が入射する入射面側から、前記入射面側とは反対側の出射面側に向けて拡径する傾斜面が形成されていても良い。
これによれば、拡散板の外周部において吸収される光を、出射面に向けて反射させることができ、外周部における輝度を高めることによる均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記傾斜面は、凸面で形成されていても良い。
これによれば、拡散板の外周部において吸収される光を、出射面に向けて集光して反射させることができ、外周部における輝度を高めることによる均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記拡散板の前記傾斜面に沿って傾斜した反射面を有する反射部材をさらに備えても良い。
これによれば、拡散板の外周部において吸収される光を、出射面に向けて効率的に反射させることができ、外周部における輝度を高めることによる均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記光学部材及び前記拡散板を含む光学ユニットは、平面視において、前記光学ユニットの各角の少なくとも一部が切欠状構造に形成された多角形状であり、前記段差部は、前記光学ユニットの各角の少なくとも一部に形成された切欠状構造に対応する突出構造を有しても良い。
これによれば、顕著に光の減衰が生じる角部において吸収される光を低減することができ、外周部における吸収を低下させることによる均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記光学部材の前記第1領域及び前記第2領域には、前記光が透過する透過部が複数形成され、各々の前記透過部の面積が大きいほど、光の透過率が大きくなっても良い。
これによれば、上記の透過率の分布を、光を透過する透過部によって実現でき、さらに当該透過部の面積を中央部から外周部にかけて変化させることで、外周部における吸収を加味した均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、前記透過部は、前記光学部材の主面に対する鉛直方向に前記光学部材を貫通する貫通孔であっても良い。
これによれば、透過部として、反射性の板面に貫通孔を設ければよく、さらに貫通孔の平面視における面積(つまり孔の大きさ)を中央部から外周部にかけて変化させるだけで良い。簡易かつ高い信頼度の均一な輝度のバックライト装置を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置により、視認性の高い液晶表示装置が実現できる。
また、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、前記液晶パネルと、前記液晶パネルの背面に光を照射するための上記いずれかに記載のバックライト装置と、を備える。
これによれば、外周部まで均一な輝度が保たれた光が液晶パネルの背面に照射される。よって、外周部まで均一な表示が可能となり、視認性の高い液晶表示装置を実現することができる。
本発明によると、視認性の高い液晶表示装置、及びこれを実現するためのバックライト装置が提供される。
図1は、実施の形態1に係る液晶表示装置の使用例を説明する図である。 図2は、実施の形態1に係るバックライト装置の断面図である。 図3は、従来のバックライト装置における光学部材の構成を説明する図である。 図4は、実施の形態1に係るバックライト装置の光学部材の構成を説明する図である。 図5は、実施の形態2に係るバックライト装置の光学部材の構成を説明する図である。 図6は、実施の形態3に係るバックライト装置の光学部材の構成を説明する図である。 図7は、実施の形態4に係るバックライト装置の断面図である。 図8は、実施の形態5に係るバックライト装置の断面図である。 図9は、実施の形態6に係るバックライト装置を説明する図である。 図10は、バックライト装置の輝度分布を説明する概念図である。 図11は、比較例及び実施例に係るバックライト装置の輝度分布を説明する図である。 図12は、図11に示すxi-xi線における輝度分布を二次元面上にプロットした図である。
(発明に至った経緯)
液晶表示装置においてユーザによる視認性の高さを向上するために、様々な対策がとられている。中でも液晶パネルに裏面から光を照射するバックライト装置における対策として輝度均一性の向上が試みられている。
しかしながら、厳密に画面全体にわたって輝度均一性を保つことは難しい。したがって、既存の液晶テレビ等においては、画面中央から端部(外周部)に向かって緩やかに変化する輝度低下が、表示品位を著しく損なわない範囲で容認されている。
一方で、自動車等の移動体の電装化が進み、クラスターに液晶モニターが搭載される事例が多くなっている。クラスターに搭載される液晶モニターには、移動体の運転に必要な情報が映し出される為、画面全体を確実に視認できなければならない。よって、角部を含む端部での輝度低下は、好ましくない。つまり、バックライト装置においては、厳密に画面全体にわたる輝度均一性が求められる。
さらに、自動車等の移動体においては、限られたスペースに液晶表示装置を配置しなければならず、表示画面に対して必要最小限の筐体サイズに収めなければならない。つまり、輝度を均一化するための他の装置を新たに内蔵することは困難である。
本発明は、上記に鑑みてなされ、より均一な輝度の光を照射可能な照射バックライト装置、及びこれにより実現される、より視認性の高い液晶表示装置を提供することを目的とする。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は、必ずしも各寸法または各寸法比等を厳密に図示したものではない。
また、各図において、それぞれ互いに直交するX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向を適宜用いて説明する。特にZ軸方向のプラス側を上側、マイナス側を下側として説明する場合がある。
(実施の形態1)
はじめに、図1を用いて、実施の形態1における液晶表示装置について説明する。図1は、実施の形態1に係る液晶表示装置の使用例を説明する図である。図1では、液晶表示装置101が移動体の計器盤に用いられる例を示す図である。図1に示すように、液晶表示装置101は、一例として車両等の移動体のクラスターに用いられ、速度、油温、燃料残量、及び走行距離等の移動体に関する情報を表示面に表示する。
なお、液晶表示装置101は、この他に、テレビ、コンピュータ、スマートホン、タブレット端末等の液晶ディスプレイとして用いられても良い。液晶表示装置101は、移動体の運転者からの視認性が高い必要がある。また、液晶表示装置101に表示される情報量が増大しつつあるため、液晶表示装置101は、表示面の端部まで利用可能な表示性能が求められる。液晶表示装置101を表示面の端部まで利用するためには、表示面の中央部と同等程度の輝度が端部においても保たれる必要がある。
液晶表示装置101の輝度は、液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置によって決まる。バックライト装置による液晶表示装置101の輝度について、本実施の形態におけるバックライト装置の構成とともに図2を用いて説明する。
図2は、実施の形態1に係るバックライト装置の断面図である。図2には、液晶パネル19に沿って、当該液晶パネル19の背面側に配置されることにより液晶表示装置101を構成するバックライト装置100を示している。なお、図2の断面は、液晶パネル19の表示面と直交する面でバックライト装置100を切断した断面である。図2では、液晶パネル19は、当該液晶パネル19が配置され得る位置に破線の矩形として示している。
図2に示すように、バックライト装置100は、複数の光源45、ハウジング11、光学ユニット20、及び固定部材17を備える。
光源45は、液晶パネル19の背面に対して光を発するための発光装置である。光源45は、板状の基板51の表面上に二次元状に実装される。つまり、基板51の表面に行方向、列方向それぞれに離間して複数実装される。本実施の形態においては、各々の光源45は、単一の発光素子13によって構成される。
発光素子13は、基板51上に実装されたチップLED(Light Emitted Diode)によって実現される。発光素子13は、基板51の表面に対して所定の配向角をもつ光を出射する。また、発光素子13は、基板51上にプリントされた配線パターンによって外部と電気的に接続さている。発光素子13は、例えば、基板51から外部へと延びるフラットケーブルによって制御装置に接続され、当該制御装置によって光源45単位で駆動される。
発光素子13が実装された基板51としては、ガラス及びエポキシを主成分とする基板51等の任意の材料で構成されるプリント基板が用いられる。なお、基板51は、複数に分割されても良い。例えば、基板51は、行方向が長手方向となる短冊状の単位基板を列方向に並べて構成した基板ユニットにより実現しても良い。
また、基板51の表面のうち複数の光源45が実装されていない領域は、反射性シート15によって覆われている。反射性シートによって覆われることにより、当該領域には、反射面が形成される。反射性シート15は、例えば、発泡ポリエチレンテレフタル酸等の拡散反射シートが用いられる。反射性シート15には、複数の光源45をそれぞれ露出させるための複数の孔が形成されている。なお、反射性シート15としては、これに限らず、例えば樹脂製のフィルムにアルミが蒸着されたアルミ蒸着フィルム等の正反射フィルムであっても良い。
このように、表面に光源45としての発光素子13が実装され、かつ反射性シート15によって当該表面が覆われた基板51が、ハウジング11に収容される。ハウジング11は、光源45及び基板51を収容する筐体である。また、ハウジング11は、基板51の表面が対向する箇所に開口部を有し、光源45から発せられた光が当該開口部から出射される。
ここで、ハウジング11は、基板51が収容される底部41と、開口部に設けられた段差部43とを有する。ハウジング11の底部41は、基板51の形状と略同等の形状である。これにより、基板51が収容された際に、ハウジング11の底部41の略全域にわたって基板51が配置される。つまり、ハウジング11の開口部の略全域を光源45によって照射することができる。
このような構造により、ハウジング11は、底部41に基板51を収容し、かつ、段差部43に光学ユニット20の外周部を取り付けることができる。よって、ハウジング11の開口部は、底部41に対応する形状、及び大きさに規定される。ハウジング11の底部41と段差部43とを接続する壁部49には、前述した反射性シート15が配置される。
ハウジング11の底部41の外周部から開口部に向けて立ち上がった壁部49に配置された反射性シート15は、基板51の表面を覆う反射性シート15と接続された一体構造である。このようにして、ハウジング11の内部には、光学ユニット20と反射性シート15とで囲まれた空間が形成される。詳細は後述するが、光学ユニット20は、光源45が発した光の一部を透過し、他の一部を反射する。したがって、光学ユニット20によって反射された光は空間内で反射を繰り返しながら伝搬していく。反射性シート15が一体構造であることにより、このような反射光の漏れが少なく、光の利用効率が高まる。
光学ユニット20は、光学部材29、拡散板27、プリズムシート25、偏光シート23、及びルーバシート21がこの順に積層された板状の構造体である。
なお、板状とは、比較的厚みの大きい形状だけでなく、比較的厚みの小さいシート状の形状も含む概念である。また、透過とは、光が、ある部材の一方面から他方面に到達することであり、透明の部材内部を光が導光されることだけでなく、孔を通過して光が一方面から他方面に到達することも含む概念である。
ルーバシート21は、いわゆるのぞき見防止シートである。したがって、ルーバシート21は、液晶パネル19の背面に対して所定の角度を超える広角側への光の照射を抑制する。これにより、不必要な方向にノイズ光となる光が出射されることを抑制できる。
偏光シート23は、光源45が発した光のうち、所定の方向の偏光のみを透過し、他の方向の偏光を反射する偏光フィルタである。
偏光板が液晶パネル19に備えられるが、この偏光板は、上記所定の方向の偏光以外を吸収する構成であり、吸収される分だけ光の利用効率が低下する。このため、バックライト装置100側に偏光シート23として反射性の偏光フィルタを備え、前記液晶パネル19に備えられる偏光板の吸収軸方向の偏光成分を一旦ハウジング11側に戻してリサイクルする事により、光の利用効率を向上することが可能である。
プリズムシート25は、光源45が発した光の配向角を狭くすることで、輝度を向上させる集光部材である。プリズムシート25を備えることにより、光源45が発する光の量を増加させることなく、バックライト装置100から出射する光の輝度を向上することができる。
拡散板27は、光源45が発した光を拡散させることにより、略均一化された光(均一に近くなっている光)を出射する。拡散板27は、一例として微粒子が分散された樹脂等により構成される。拡散板27は、光を略均一化することで、バックライト装置100から出射される光を、出射面のあらゆる箇所において略均一な輝度に調整する。
光学部材29は、光源45が発した光の一部を透過させ、他の一部を反射する板状の構造体である。本実施の形態において、複数の光源45はそれぞれが離間して二次元状に配置されている。つまり、光源45の直上及びその近傍においては輝度が比較的高い箇所(高輝度領域)が形成される一方、隣接する2つの光源45の間、及び光源45とハウジング11の壁部49との間においては、輝度が低下する箇所(低輝度領域)が形成される。即ち輝度ムラが生じる。
光学部材29は、高輝度領域に対応する領域では透過率が低く、低輝度領域に対応する領域では透過率が高くなるように構成されている。これにより、光学部材29は、このような輝度ムラのある光が入射されると、高輝度領域に対応する領域では、光の多くを反射する一方で、低輝度領域に対応する領域では、光の多くを透過する。光学部材29は、このように板面上の箇所ごとに光の透過率が異なっている。このような、透過率の差により、光学部材29は、光源45の配置による輝度ムラを略均一化する。つまり、光学部材29は、いわゆる輝度均一化部材である。光学部材29については、後述でさらに詳しく説明する。
固定部材17は、ハウジング11の開口端に接し、光学部材29の外周部を段差部43に固定するための部材である。固定部材17は、光学部材29の外周部、及びハウジング11の開口部に沿うため、当該外周部及び開口部に対応する枠状の形状に形成されている。固定部材17は、ハウジング11に固定されることで、光学ユニット20の外周部を下方向に押圧し、かつ、光学部材29の外周部を段差部43に固定する。
以下では、光学部材29について、図3を用いてさらに詳述する。図3は、従来のバックライト装置における光学部材の構成を説明する図である。
図3の(a)は、従来の光学部材29aの板面を平面視した図である。また、図3の(b)は、光学部材29aを図3の(a)に示すiii-iii断面において切断した断面図を示している。なお、図3の(b)には、光学部材29aとともに光源45と、反射性シート15によって覆われた基板51とを併せて図示している。
図3に示すように、光学部材29aは、板面を上下方向に貫通する貫通孔31によって光を透過する透過部が形成されている。また、光の透過率は、当該貫通孔31の孔径(つまり、面積)によって規定される。つまり、孔径が大きいほど多くの光を透過することができ、透過率が高い。一方で、孔径が小さいほど透過できる光は少なく、透過率が低い。従来の光学部材29aにおいては、光源45に最も近い位置(つまり、光源45の直上)の貫通孔31が最も孔径が小さく、光源45から離れるにしたがって貫通孔31の孔径が大きくなる。バックライト装置100には複数の光源45が実装されている。最も透過率が高くなる(つまり光源45の発した光が最も少なく入射する)箇所は、各光源45からの距離が等しい位置である。また同様に、光学部材29aの外周部も各光源45からの位置が遠いため、透過率が高い箇所となっている。このように、最も透過率の高い箇所が光学部材29a上に均一に並び、光学部材29aを透過した光は、均一な輝度に調整される。
ここで、光学部材29aを含む光学ユニット20は、外周部が、前述した段差部43に固定される。このような構成において、光学ユニット20内では、光源45が発した光が透過され、出射面から出射される。しかしながら、光学ユニット20を構成する各部材は、透過性と反射性とを有するため、光学ユニット20内では光が面内方向に広がる。このような面内方向に広がる光は、外周部に達した際に、ハウジング11に向けて照射される。ハウジング11は、反射性を有しないため、光学ユニット20の外周部では、吸収による光の減衰が生じる。このような減衰により、光学ユニット20の外周部(角部を含む)において、顕著に輝度の低下が起こる。
このような光の減衰に対処するためには、光学部材29を透過した際に、外周部における輝度を中央部に対して高く設定する必要がある。
図4は、実施の形態1に係るバックライト装置の光学部材の構成を説明する図である。図4は、本実施の形態における光学部材29について、図3と同一の視点で示した図である。図4の(a)は、本実施の形態の光学部材29の板面を平面視した図である。また、図4の(b)は、光学部材29を図4の(a)に示すiv-iv断面において切断した断面図を示している。なお、図4の(b)には、光学部材29とともに光源45と、反射性シート15によって覆われた基板51とを併せて図示している。図4に示すように本実施の形態においては、光学部材29の外周部における貫通孔31の孔径が中央部に比べて大きくなっており、角部における貫通孔31の孔径が最も大きくなっている。つまり、吸収による光の減衰が顕著な位置の順に透過率が高くなるように設定されている。
ここで、各光源45に対応する第1領域A11においては、光源45が発した光が直接光として多く入射されるため、光源45の実装位置から離れるにしたがって透過率が大きくなると規定される。これは、従来の光学部材29aにおける第1領域A11aについても略同様と考えて良い。一方、本実施の形態では、第1領域A11以外の領域である第2領域A21に入射される光は、光源45が発した光が光学ユニット20、及び反射性シート15によって反射を繰り返し、輝度が均一に近くなっている光である。
このため、第2領域A21において入射される光は、外周部においてハウジング11に吸収される光の分の補正を行う必要がある。一例として、図4の(a)に示すように、複数の光源45のうちY軸方向(第1方向)に互いに隣接する3つの光源45を組み合わせて形成される第2領域A21の光源45の配置概形を考える。光源45の配置により、第2領域A21は、Y軸方向に長尺の矩形の概形を形成する。この矩形は、光学部材29のY軸方向の全域にわたり、X軸方向の一部にわたる領域に対応している。また、光学部材29の全域にわたって複数の第2領域A21が隣接して配列されている。具体的には、図4に示すように、3つの光源45を組み合わせて形成される第2領域A21がX軸方向(第2方向)に沿って4つ隣接して配置されている。
ここで、略均一化された光は、複数の第2領域A21のうちの一の第2領域A21についてみたときに、図中に矢印で示す、隣接する他の第2領域A21と接する箇所において、第2方向と交差するY軸方向(所定方向)における光学部材29の中央部から外周部に近づくにしたがって、光学部材29を透過した後にハウジング11の吸収による光の減衰で輝度が低下していく。つまり、一の第2領域A21では、隣接する他の第2領域A21と接する箇所では、Y軸方向における光学部材29の中央部から外周部に近づくにしたがって、光学部材29における光の透過率が大きくなるよう規定する。言い換えると、一の第2領域A21では、隣接する他の第2領域A21と接する箇所において、光学部材29の外周部以上の透過率を示す箇所は、中央部から外周部にかけての他の箇所に存在しない。なお、中央部から外周部に近づくにしたがって大きくなる、上記の透過率の変化は、平均的な傾向であり、局所的な透過率の大小があっても良い。外周部における透過率が最大、かつ、外周部と同等以上の透過率を示す箇所が他に存在しなければ良い。
これにより、光源45からの直接光が支配的な第1領域A11においては、光源45から伝搬する光量にしたがって、透過する光が均一化される。一方で、光源45から多重反射を介して伝搬する略均一化された光が支配的な第2領域A21においては、配置概形にしたがって、中央部に比べ、外周部においてより多くの光が透過される。外周部において透過される光の量は、外周部においてハウジング11によって吸収される光の量に対応する。
よって、外周部における吸収を加味した均一な輝度のバックライト装置100を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置100により、視認性の高い液晶表示装置101が実現できる。
図4の(a)では、第2領域A21は、光学部材29のY軸方向における全域が含まれている。このため、図中に矢印で示すY軸方向(所定方向の一例)における貫通孔31の孔径の分布を、光学部材29の中央部から外周部に近づくにしたがって孔径が大きくなるようにすれば良い。
一方で図3の(a)では、図中に矢印で示す、一の第2領域A21aと隣接する他の第2領域A21aとが接する箇所において、外周部における透過率が最大であるものの、同等の透過率を示す箇所が複数存在する。具体的には、複数の光源45からの距離が最も遠くなり、光源45から届く直接光が最も少ない複数の箇所において透過率が最大となっている。このような構成では、光学部材29aを透過した光は、略均一となった後、外周部においてハウジング11によって一部の光が吸収される。つまり、バックライト装置から出射された際に外周部において輝度の低下が生じる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2について、図4及び図5を用いて説明する。図5は、実施の形態2に係るバックライト装置の光学部材の構成を説明する図である。図5は、本実施の形態における光学部材29bについて、図4と同一の視点で示した図である。図5の(a)は、本実施の形態の光学部材29bの板面を平面視した図である。また、図5の(b)は、光学部材29bを図5の(a)に示すv-v断面において切断した断面図を示している。
本実施の形態では、光源45の構成が前述した実施の形態1と異なっている。より具体的には、各光源45の各々は、光源45ごとに一体的に駆動される複数の発光素子13から構成される。本実施の形態では、一例として、一つの光源45が、2つの発光素子13から構成される例について説明する。本実施の形態におけるバックライト装置100は、例えば、分割駆動(ローカルディミング)を行うことができる液晶表示装置101に用いられる。分割駆動を行うことにより、個々の光源45を個別にON/OFF制御することができる。つまり、必要な箇所の光源45のみを点灯させ、他の光源45を消灯させる制御を行う。これによれば、必要な箇所の光源45のみが点灯されるため、エネルギー効率が良い。
図5に示すように、光源45の2つの発光素子13どうしは、X軸方向に近接して配置される。つまり、全体としてみたときに発光素子13の配置は均一ではない。このような不均一な発光素子13の配置が行われる場合においては、貫通孔31による光学部材29bの透過率分布も不均一になる。よって、本実施の形態においては、光源45が少なくとも均一に配置されたY軸方向(所定方向の一例)を用いる。
図5に示す複数の光源45のうちY軸方向に互いに隣接する3つの光源45を組み合わせて形成される第2領域A23の光源45の配置概形を考える。光源45の配置により、第2領域A23は、Y軸方向に長尺の矩形の概形を形成する。この矩形は、光学部材29bのY軸方向における全域にわたる領域に対応している。また、光学部材29bの全域にわたって複数の第2領域A23が隣接して配列されている。具体的には、図5に示すように、各々が2つの発光素子13を含む3つの光源45を組み合わせて形成された第2領域A23がX軸方向(第2方向)に沿って2つ隣接して配置されている。
光学部材29bは、一の第2領域A23では、隣接する他の第2領域A23と接する箇所において、少なくとも図中に矢印で示すY軸方向(所定方向の一例)における中央部から外周部に近づくにしたがって、光学部材29bにおける光の透過率が大きくなるよう規定する。これにより、第2領域A23においては、配置概形にしたがって、中央部に比べ、外周部においてより多くの光が透過される。
また、ここで、光源45に対応する第1領域A13内で隣接する発光素子13どうしは、離間されている。光学部材29bの当該離間に対応する領域にも、貫通孔31が設けられている。離間に対応する光学部材29b上の領域を第3領域A33とする。第2領域A23または第3領域A33において、光源45または発光素子13からの距離が同等である箇所では、第2領域A23における透過率よりも、第3領域A33における透過率の方が小さく規定する。これにより、近接して隣り合う光源45の間と、その他の領域とで、光学部材29bを透過した光の輝度を均一に調整することができる。
以上の構成とすることで、本実施の形態におけるバックライト装置100は、不均一に発光素子が配置される場合においても外周部における吸収を加味した均一な輝度のバックライト装置100を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置100により、視認性の高い液晶表示装置101が実現できる。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3について、図4及び図6を用いて説明する。図6は、実施の形態3に係るバックライト装置の光学部材の構成を説明する図である。図6は、本実施の形態における光学部材29cについて、図4と同一の視点で示した図である。図6の(a)は、本実施の形態の光学部材29cの板面を平面視した図である。また、図6の(b)は、光学部材29cを図6の(a)に示すvi-vi断面において切断した断面図を示している。
本実施の形態では、光学部材29cの形状が前述した実施の形態1と異なっている。より具体的には、実施の形態1では、バックライト装置100が単純な矩形である例を説明した。これに対して本実施の形態では、バックライト装置100が面内方向に窪むような、複雑な形状である場合について説明する。例えば、車両等の計器盤に液晶表示装置101を搭載する場合、デザイン性の観点から、当該液晶表示装置101は柔軟な形状適合性を有することが望ましい。
各光源45に対応する第1領域A15においては、実施の形態1と同様に、光源45が発した光が直接光として多く入射されるため、光源45の実装位置から離れるにしたがって透過率が大きくなると規定される。
一方で、図6に示すように、本実施の形態における光学部材29cは、バックライト装置100の形状により、光源45が均一に配置される領域(図6の(a)中のY軸方向マイナス側の2つ×X軸方向の4つ=8つ)と、不均一(不連続)な領域とが存在する。よって、本実施の形態においては、光源45が少なくとも均一に配置されたY軸方向(所定方向の一例)を用いる。
図6に示す複数の光源45のうちY軸方向に互いに隣接する3つの光源45を組み合わせて形成される第2領域A25の光源45の配置概形を考える。光源45の配置により、第2領域A25は、Y軸方向に長尺の矩形の概形を形成する。この矩形は、光学部材29cのY軸方向における全域にわたる領域を示している。また、光学部材29cの全域にわたって複数の第2領域A25およびA25aが隣接して配列されている。具体的には、図6に示すように、3つの光源45を組み合わせて形成される第2領域A25と、2つの光源45を組み合わせて形成される第2領域A25aとがX軸方向(第2方向)に沿ってそれぞれ2つ隣接して配置されている。より詳細には、第2領域A25、第2領域A25a、第2領域A25a、第2領域A25がこの順に隣接して配置されている。
光学部材29cは、Y軸方向マイナス側の2つの光源45のみが均一な光源45の配置領域であった。つまり、光学部材29cは、一の第2領域A25では、隣接する他の第2領域A25aと接する箇所において、均一な光源45の配置領域に対応する、図中に矢印で示すY軸方向(所定方向の一例)の一部における中央部から外周部に近づくにしたがって、光学部材29cにおける光の透過率が大きくなるよう規定する。これにより、第2領域A25においては、配置概形にしたがって、中央部に比べ、外周部においてより多くの光が透過される。
なお、図中の矢印をY軸方向プラス側の不均一な光源45の配置領域まで延長した場合においても、外周部のうち角部が最も透過率が高くなる必要があるため、中央部から外周部に近づくにしたがって、光学部材29cにおける光の透過率が大きくなる。つまり、一の第2領域A25において、隣接する他の第2領域A25aと接していない箇所も含め、Y軸方向における中央部から外周部に近づくにしたがって、光学部材29cにおける光の透過率が大きくなる。ただし、光学部材29cにおける光の透過率は、均一な光源45の配置領域と、不均一な光源45の配置領域との境界において急激に変化する。
以上の構成とすることで、本実施の形態におけるバックライト装置100は、バックライト装置100が複雑な形状の場合においても外周部における吸収を加味した均一な輝度のバックライト装置100を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置100により、視認性の高い液晶表示装置101が実現できる。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4について、図7を用いて説明する。図7は、実施の形態4に係るバックライト装置の断面図である。図7は、本実施の形態におけるバックライト装置100を、図2と同様の断面で切断した断面図を示している。前述した実施の形態1(図2参照)に比べて、本実施の形態におけるバックライト装置100は、反射性シート15の構成が異なる。よって以降では、反射性シート15を中心に説明し、既述の構成と実質的に同一の構成については省略または簡略化して説明する。
本実施の形態におけるバックライト装置100は、光学部材29だけでは外周部における光の減衰が顕著であり、輝度を略均一化しきれないような場合に対処できる。本実施の形態におけるバックライト装置100は、段差部43のZ軸マイナス側の表面、及びX軸方向の表面(つまり光学ユニット20の側端が対向する面)において反射性シート15を備える。また、固定部材17のうち、光学ユニット20に接する表面にも同様に反射性シート15を備える。
これにより、光学ユニット20の外周部は反射性シート15によって覆われるため、外周部における光の減衰を大幅に抑制することができる。したがって、外周部における吸収が抑制され、均一な輝度のバックライト装置100を実現することができる。よって、外周部まで均一な輝度のバックライト装置100により、視認性の高い液晶表示装置101が実現できる。
なお、光源45の配置特性等により、外周部の一部のみで光の減衰が生じる場合には、このような一部の箇所に対応する段差部43及び/または固定部材17の表面にのみに反射性シート15を備えても良い。なお、このような反射性シート15は、一体的に形成されてもよく、個別のシートを張り合わせて略一体化しても良い。これは、基板51及び壁部49を覆う反射性シート15についても同様である。
(実施の形態5)
次に、実施の形態5について、図8を用いて説明する。図8は、実施の形態5に係るバックライト装置の断面図である。図8には、図7と同様の断面を示しており、X軸方向マイナス側の図示を省略している。図8の(a)は、実施の形態5の第1例を示している。また、図8の(b)は、実施の形態5の第2例を示している。また、図8の(c)は、実施の形態5の第3例を示している。また、図8の(d)は、実施の形態5の第4例を示している。
本実施の形態では、実施の形態4において説明したバックライト装置100に加えて、光学ユニット20の構成が異なっている。より具体的には、光学ユニット20のうち、拡散板27について、外周部における構成が異なっている。
例えば、拡散板27内をX軸方向に進む光は、実施の形態4で説明したような反射性シート15を備えたとしても、X軸方向に反射されるのみで出射面からは出射されない。これに対して、本実施の形態における拡散板27a及び27bは、拡散板27内をX軸方向に進む光は、外周部において反射され、出射面の外周部に向かう。
図8の(a)に示すように本実施の形態の第1例では、拡散板27aの外周部の少なくとも一部には、拡散板27aの光学部材29から光が入射する入射面側から、入射面側とは反対側の出射面側に向けて拡径する傾斜面が形成されている。また、当該傾斜面は、凸面で形成されている。これにより、傾斜面で反射された光は、出射面の外周部に照射される。
また、図8の(b)に示すように本実施の形態の第2例では、第1例に示した拡散板27aの構成に加えて、傾斜面に沿う形状の反射面を有する。これは、当該反射面を有する反射部材によって構成される。例えば、反射部材は、傾斜面貼り付けられた反射シートを、樹脂等の充填によって支持する構成である。なお、反射の様式は拡散反射であってもよく、正反射であっても良い。このような反射部材により、第1例に比べてより効率的に光を出射面の外周部に導くことができる。
また、図8の(c)に示すように本実施の形態の第3例では、拡散板27bの外周部の少なくとも一部には、拡散板27bの光学部材29から光が入射する入射面側から、入射面側とは反対側の出射面側に向けて拡径する傾斜面が形成されている。また、当該傾斜面は、平面で形成されている。これにより、傾斜面で反射された光は、出射面の外周部近傍に照射される。
また、図8の(d)に示すように本実施の形態の第4例では、第3例に示した拡散板27bの構成に加えて、傾斜面に沿う形状の反射面を有する。これは、当該反射面を有する反射部材によって構成される。例えば、反射部材は、傾斜面貼り付けられた反射シートを、樹脂等の充填によって支持する構成である。なお、反射の様式は拡散反射であってもよく、正反射であっても良い。このような反射部材により、第3例に比べてより効率的に光を出射面の外周部に導くことができる。
以上の構成によって、実施の形態5におけるバックライト装置100は、出射面の外周部近辺を任意に照射し、外周部における輝度の低下を抑制することができる。
(実施の形態6)
次に、実施の形態6について、図9を用いて説明する。図9は、実施の形態6に係るバックライト装置を説明する図である。図9の(a)は、本実施の形態におけるバックライト装置100の角部を示す斜視図である。また図9の(b)は、図9の(a)に示すb-b線においてバックライト装置100を切断した断面図である。また、図9の(c)は、図9の(a)に示すc-c線においてバックライト装置100を切断した断面図である。
なお、図9の(a)では、光学ユニット20dを簡略化し、透過して見える光源45及び反射性シート15等を示している。
本実施の形態におけるバックライト装置100は、角部における段差部43を最小にする構成である。つまり、本実施の形態では、角部において光学ユニット20dが段差部43に接する面積が小さく、光の吸収も少ないため、光が減衰されにくい。
より具体的には、光学部材29及び拡散板27を含む光学ユニット20dは、平面視において、光学ユニット20dの角部の少なくとも一部が切欠状構造に形成された多角形状である。また、段差部43は、光学ユニット20dの角部に形成された切欠状構造に対応する突出構造11aを有する。角部を除く外周部は、既述の実施の形態と同様の構成であるため、光学ユニット20dはハウジング11に固定され、かつ、角部ではハウジング11及び図示しないが固定部材17に接する面積が少なくなる。よって、吸収による光の減衰が特に顕著である角部において、吸収が抑えられる。これにより、角部における吸収を抑制した均一な輝度のバックライト装置100を実現することができる。よって、角部まで均一な輝度のバックライト装置100により、視認性の高い液晶表示装置101が実現できる。
(実施例)
以下ではさらに、実施例について、図10~図12を用いて説明する。図10は、バックライト装置の輝度分布を説明する概念図である。また、図11は、比較例及び実施例に係るバックライト装置の輝度分布を説明する図である。また、図12は、図11に示すxi-xi線における輝度分布を二次元面上にプロットした図である。
図10に示すように、バックライト装置100の出射面から出射される光を、撮像装置により撮像すると、中央部から外周部にかけて高輝度部分、中輝度部分、低輝度部分のように輝度分布が形成される。バックライト装置100ではハウジング11が存在することや、外周部よりも外側に光源を配置できないこと等により、外周部に向かって輝度が低下していく分布図がみられる。
図11の(a)は、比較例に係るバックライト装置の実際の輝度分布である。図11の(b)は、実施例に係るバックライト装置の実際の輝度分布である。図11の(a)に示すように比較例におけるバックライト装置では、光の照射がないハウジング11部分は黒くなり、さらに内側に出射面がみられる。輝度の低い白い箇所が図中で比較的内側まで及んでいることがわかる。一方で、図11の(b)に示すように実施例におけるバックライト装置100では、光の照射がないハウジング11部分は黒くなり、さらに内側に出射面がみられる。輝度の低い白い箇所が図中で外周部のごく一部にとどまることがわかる。
図12に示すように、実際に輝度を数値化して比較した際、比較例におけるバックライト装置では、中央部が高輝度となり、外周部に向かうにつれて輝度が低下していく様子がわかる。一方で、実施例におけるバックライト装置100では、中央部では比較例よりも輝度が低かった。しかしながら、比較例におけるバックライト装置で輝度が顕著に低下する外周部において実施例におけるバックライト装置100の輝度の方が高くなる位置が現れる。実施例におけるバックライト装置100は、図12に示すように、中央部から外周部にかけて均一な輝度を保つ理想的なバックライト装置100であることがわかる。
(その他の実施の形態)
以上、本発明の実施の形態に係るバックライト装置及び液晶表示装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
例えば、実施の形態1では、所定方向としてY軸方向を例示した。これは、光学部材を複数の第2領域に分けたときの形状による。つまり、第2領域としてX軸方向(第1方向)に沿って互いに隣接する2以上の光源を組み合わせた場合、X軸方向とは異なるY軸方向(第2方向)に対して、交差する所定方向が例えばX軸方向となる。このような第2領域の設定は、液晶表示装置の設計、及び用途等に応じて適宜選択すれば良い。
また、第1領域は、実施の形態1~3においては光源の直上、及びその近傍として説明したが、第1領域は、光源の出力光、及び光源と光学部材との距離等に応じて適宜設定される。多重反射による略均一化された光に対して、直接光が十分無視できる光学部材上の位置を界面として、内側を第1領域、外側を第2領域とすれば良い。
また、貫通孔は、透過部の一例であるが、例えば、透過部に替えて、反射部を逆の密度プロットで形成し、結果的に同様の透過率分布を示す光学部材を用いる構成であっても良い。
また、ハウジングに段差部を設けて光学ユニットを固定する構成を説明した。例えば、ハウジングの底部から立ち上がるピンによって光学ユニットを下方から支持する構成であってもよく、この場合段差部43は形成されていなくても良い。また、その際に、光学ユニットの側面が接する壁部に反射性シートを配置し、光の減衰を大幅に低減しても良い。
さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしても良い。
本発明のバックライト装置及び液晶表示装置は、例えば、端部まで均一な輝度を有する液晶ディスプレイ等として適用することができる。
11 ハウジング
11a 突出構造
13 発光素子
15 反射性シート
17 固定部材
19 液晶パネル
20、20d 光学ユニット
21 ルーバシート
23 偏光シート
25 プリズムシート
27、27a、27b 拡散板
29、29a、29b、29c 光学部材
31 貫通孔
41 底部
43 段差部
45 光源
49 壁部
51 基板
100 バックライト装置
101 液晶表示装置
A11、A11a、A13、A15 第1領域
A21、A21a、A23、A25、A25a 第2領域
A33 第3領域

Claims (11)

  1. 液晶表示装置における液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置であって、
    複数の光源と、
    前記複数の光源が表面に実装された基板と、
    前記基板の前記表面に対向して配置され、前記複数の光源が発した光の一部を透過させる板状の光学部材と、を備え、
    前記光学部材は、
    前記複数の光源のうちの一の光源に対応する第1領域と、
    前記第1領域とは異なり、前記複数の光源のうち第1方向に互いに隣接する2以上の光源を組み合わせて形成される配置概形を有する、2以上の第2領域と、を有し、
    前記第1領域では、前記一の光源の実装位置から離れるにしたがって光の透過率が大きくなり、
    前記2以上の第2領域のうちの一の第2領域では、第1方向とは異なる第2方向に隣接する他の第2領域と接する箇所において前記第2方向と交差する所定方向における前記光学部材の外周部を含む一部分であって、前記光学部材の中央部から外周部に近づくにしたがって光の透過率が大きくなる一部分と、前記光学部材の中央部を含む他部分であって、前記光学部材の中央部から外周部に近づくにしたがう透過率の変化が前記一部分とは異なる他部分とを含む
    バックライト装置。
  2. 液晶表示装置における液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置であって、
    複数の光源と、
    前記複数の光源が表面に実装された基板と、
    前記基板の前記表面に対向して配置され、前記複数の光源が発した光の一部を透過させる板状の光学部材と、を備え、
    前記光学部材は、
    前記複数の光源のうちの一の光源に対応する第1領域と、
    前記第1領域とは異なり、前記複数の光源のうち第1方向に互いに隣接する2以上の光源を組み合わせて形成される配置概形を有する、2以上の第2領域と、を有し、
    前記第1領域では、前記一の光源の実装位置から離れるにしたがって光の透過率が大きくなり、
    前記2以上の第2領域のうちの一の第2領域では、第1方向とは異なる第2方向に隣接する他の第2領域と接する箇所において前記第2方向と交差する所定方向における前記光学部材の中央部から外周部に近づくにしたがって光の透過率が大きくなり、
    前記複数の光源の各々は、光源ごとに一体的に駆動される複数の発光素子から構成され、
    前記光源または前記発光素子からの距離が同等である箇所では、前記第2領域における光の透過率よりも、前記第1領域内で隣接する発光素子どうしの間に対応する第3領域における光の透過率の方が小さいと規定される
    バックライト装置
  3. 液晶表示装置における液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置であって、
    複数の光源と、
    前記複数の光源が表面に実装された基板と、
    前記基板の前記表面に対向して配置され、前記複数の光源が発した光の一部を透過させる板状の光学部材と、を備え、
    前記光学部材は、
    前記複数の光源のうちの一の光源に対応する第1領域と、
    前記第1領域とは異なり、前記複数の光源のうち第1方向に互いに隣接する2以上の光源を組み合わせて形成される配置概形を有する、2以上の第2領域と、を有し、
    前記第1領域では、前記一の光源の実装位置から離れるにしたがって光の透過率が大きくなり、
    前記2以上の第2領域のうちの一の第2領域では、第1方向とは異なる第2方向に隣接する他の第2領域と接する箇所において前記第2方向と交差する所定方向における前記光学部材の中央部から外周部に近づくにしたがって光の透過率が大きくなり、
    前記複数の光源及び前記基板を収容し、前記基板の前記表面が対向する箇所に開口部を有するハウジングをさらに備え、
    前記ハウジングの前記開口部には、前記光学部材の前記外周部が取り付けられる段差部が設けられ、
    前記段差部の表面の少なくとも一部には、前記光を反射する反射面が形成されている
    バックライト装置
  4. 前記ハウジングに接し、前記光学部材の前記外周部を前記段差部に固定するための枠状の固定部材をさらに備え、
    前記固定部材の前記光学部材を固定する表面の少なくとも一部には、前記光を反射する反射面が形成されている
    請求項3に記載のバックライト装置。
  5. 液晶表示装置における液晶パネルの背面に光を照射するためのバックライト装置であって、
    複数の光源と、
    前記複数の光源が表面に実装された基板と、
    前記基板の前記表面に対向して配置され、前記複数の光源が発した光の一部を透過させる板状の光学部材と、を備え、
    前記光学部材は、
    前記複数の光源のうちの一の光源に対応する第1領域と、
    前記第1領域とは異なり、前記複数の光源のうち第1方向に互いに隣接する2以上の光源を組み合わせて形成される配置概形を有する、2以上の第2領域と、を有し、
    前記第1領域では、前記一の光源の実装位置から離れるにしたがって光の透過率が大きくなり、
    前記2以上の第2領域のうちの一の第2領域では、第1方向とは異なる第2方向に隣接する他の第2領域と接する箇所において前記第2方向と交差する所定方向における前記光学部材の中央部から外周部に近づくにしたがって光の透過率が大きくなり、
    さらに、前記光学部材を透過した光を拡散する拡散板を備え、
    前記拡散板は、当該拡散板の外周部の少なくとも一部には、前記拡散板の前記光学部材から光が入射する入射面側から、前記入射面側とは反対側の出射面側に向けて拡径する傾斜面が形成されている
    バックライト装置
  6. 前記傾斜面は、凸面で形成されている
    請求項5に記載のバックライト装置。
  7. 前記拡散板の前記傾斜面に沿って傾斜した反射面を有する反射部材をさらに備える
    請求項5または6に記載のバックライト装置。
  8. 前記複数の光源及び前記基板を収容し、前記基板の前記表面が対向する箇所に開口部を有するハウジングをさらに備え、
    前記ハウジングの前記開口部には、前記光学部材の前記外周部が取り付けられる段差部が設けられ、
    前記段差部の表面の少なくとも一部には、前記光を反射する反射面が形成されており、
    前記光学部材及び前記拡散板を含む光学ユニットは、平面視において、前記光学ユニットの各角の少なくとも一部が切欠状構造に形成された多角形状であり、
    前記段差部は、前記光学ユニットの各角の少なくとも一部に形成された切欠状構造に対応する突出構造を有する
    請求項5に記載のバックライト装置
  9. 前記光学部材の前記第1領域及び前記第2領域には、前記光が透過する透過部が複数形成され、
    各々の前記透過部の面積が大きいほど、光の透過率が大きくなる
    請求項1~8のいずれか一項に記載のバックライト装置。
  10. 前記透過部は、前記光学部材の主面に対する鉛直方向に前記光学部材を貫通する貫通孔である
    請求項9に記載のバックライト装置。
  11. 前記液晶パネルと、
    前記液晶パネルの背面に光を照射するための請求項1~10のいずれか一項に記載のバックライト装置と、を備える
    液晶表示装置。
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