WO2006018996A1 - バックライト装置及び透過型液晶表示装置 - Google Patents

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WO2006018996A1
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light
display
liquid crystal
light source
plate
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PCT/JP2005/014441
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Kazutoshi Mahama
Masato Hatanaka
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Sony Corporation
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    • G02F1/133611Direct backlight including means for improving the brightness uniformity

Definitions

  • the present invention relates to a backlight device for supplying display light emitted from a large number of light emitting diodes to a transmissive display panel such as a transmissive liquid crystal display (LCD) and the backlight device
  • a transmissive display panel such as a transmissive liquid crystal display (LCD)
  • LCD transmissive liquid crystal display
  • the present invention relates to a transmission type liquid crystal display device using the above.
  • a liquid crystal display device has a large display screen, lighter weight, thinner thickness, lower power consumption, and the like compared with a cathode ray tube (CRT).
  • CRT cathode ray tube
  • PDP Plasma Display Panel
  • a liquid crystal display device liquid crystal is sealed between two transparent substrates of various sizes, and a voltage is applied between the transparent substrates to change the direction of the liquid crystal molecules and change the light transmittance to display a predetermined image or the like. Display optically.
  • a knock light unit that functions as a light source is provided on the back surface of the liquid crystal panel.
  • the knock light unit includes, for example, a primary light source, a light guide plate, a reflective film, a lens sheet, or a diffusion plate, and supplies display light over the entire surface of the liquid crystal panel.
  • the knocklight unit uses a cold cathode fluorescent lamp (CCLF: Cold Cathode Fluorescent Lamp) in which mercury or xenon is enclosed in a fluorescent tube as the primary light source.
  • CCLF Cold Cathode Fluorescent Lamp
  • the luminous intensity of the cold cathode fluorescent lamp is low! Life is short! Alternatively, it is necessary to solve problems such as a low luminance region on the cathode side and poor uniformity, etc.
  • an area light type backlight (Area Litconfiguration Backlight) device that supplies a display light to a liquid crystal panel by arranging a plurality of long cold cathode fluorescent lamps on the back of a diffusion plate.
  • Such area Even in the light-type backlight device, it is necessary to solve the problems caused by the cold cathode fluorescent lamp described above, and particularly when applied to a large-sized television receiver exceeding 40 inches, high brightness and high uniformity. Increasing problems are becoming more prominent.
  • LED Light The LED area light type backlight that obtains white light by arranging the Emitting Diodes
  • Powerful LED backlight device is L
  • Cost reduction is achieved with the low cost of ED, and high brightness display is performed on a large liquid crystal panel with low power consumption.
  • an optical function sheet block that diffuses and equalizes the function of display light emitted from a light source between a light source unit and a transmissive liquid crystal panel, and a diffusion light guide plate and a light diffusion plate.
  • various optical members such as reflective sheets are arranged
  • a light diffusing plate used in a knocklight device is generally formed of a transparent acrylic resin or the like, and transmits a part of incident display light to a position facing a light source and reflects a part thereof.
  • a dimming pattern having a function is formed.
  • An example of the light diffusing plate is described in JP-A-6-301034.
  • the light diffusing plate described in this publication is provided with a strip-shaped dimming pattern composed of a number of reflective dots in a region facing the fluorescent tube. In this light diffusion plate, the reflective dots are formed so that the area decreases as the distance from the axis of the fluorescent tube increases, so that the light transmittance increases as the fluorescent tube force increases, and the light diffusion plate becomes uniform as a whole. It functions to emit illumination light.
  • a light diffusing plate is arranged between a transmissive liquid crystal panel and a light source unit in which a light source block on which a large number of LEDs are mounted is arrayed, and each LED is connected to the light diffusing plate. It is conceivable to form a large number of dimming patterns so as to face each other. Each dimming pattern controls the transmission and reflection operation of the display light emitted from the opposing LED, so that the display light is supplied to the liquid crystal panel with a uniform amount of light on the entire surface of the light diffusion plate. And high uniformity.
  • a large volume generated from a large number of LEDs is arranged between a transmissive liquid crystal panel and a light source unit in which a light source block on which a large number of LEDs are mounted is arrayed, and each LED is connected to the light diffusing plate.
  • LED backlight device In the LED backlight device, it was extremely difficult to precisely position the LED and the dimming pattern because of the various factors described above. In the LED backlight device, it was difficult to reduce costs because it was necessary to manufacture components with high precision and to perform precise assembly. In LED backlight devices, with the increase in size and brightness of liquid crystal display devices, the positional deviation between the LEDs and the dimming pattern has increased, and problems such as color unevenness and lamp images have become prominent on the liquid crystal panel. It becomes.
  • the light source unit is configured as an area light type by arranging a plurality of light source blocks mounted with a plurality of LEDs at a predetermined interval from each other.
  • a phenomenon occurs in which the display light emitted in the direction is concentrated on both sides between the rows of each light source block, resulting in a portion with high brightness.
  • a high-brightness area with horizontal stripes occurs in the area facing each row of each light source block of the light diffusion plate, and color irregularities of the horizontal stripes appear on the liquid crystal panel. was there.
  • the LED backlight device for example, it is conceivable to form a dimming pattern with a large area on the light diffusion plate and to form it with milky white synthetic resin, but the display light is blocked and lighted. Since the transmittance is greatly reduced, the brightness of the liquid crystal panel is lowered. In LED backlight devices, for example, when using a larger number of LEDs to increase brightness, it is extremely difficult to respond to greater heat generation rather than force if the cost increases or power consumption increases. It becomes difficult.
  • the object of the present invention is to solve the technical problems proposed or considered in the past. To solve the above problems and to provide a backlight device and a transmissive liquid crystal display device that are provided with a large number of light emitting diodes to increase the brightness of the transmissive liquid crystal panel and prevent uneven color and horizontal stripes. is there.
  • a backlight device to which the present invention is applied is arranged between a transmissive display panel and a light source unit in which a plurality of light source blocks mounted with a plurality of light emitting diodes are arranged at predetermined intervals, and each light emitting unit is arranged.
  • a light diffusing plate is provided that transmits a part of the display light emitted from the diode and reflects the part of the display light to the transmissive display panel in a uniform state from the entire surface.
  • the light diffusing plate is formed of a light-transmitting resin material, and reflects display light formed by printing light-reflective ink on each area facing each light-emitting diode on the surface facing the light source block.
  • a light control pattern is formed.
  • Each dimming pattern formed on the light diffusing plate is a size including the outer shape of the light emitting diode and having a longitudinal axis in the direction perpendicular to the lateral width of each light source block as the major axis. Is formed.
  • the light diffusing plate has a dimming pattern formed opposite to each light emitting diode to reflect the display light, thereby reducing the occurrence of a partial high brightness region, and the display light is uniform from the entire surface of the light diffusing plate. It is made to supply to the display panel in an integrated state.
  • the backlight device to which the present invention is applied has a transmission / reflection function by a dimming pattern larger than the light emitting diode even if there is a slight misalignment between the light emitting diode and the dimming pattern facing each other in the assembled state. Is maintained and the entire surface force of the light diffusing plate is supplied to the display panel in a uniform state.
  • Each dimming pattern formed in a vertically long shape suppresses the light transmittance of the display light in the direction between the columns of the light source block with respect to the display light emitted from each light emitting diode.
  • the transmissive display panel realizes high-accuracy display that prevents the occurrence of uneven color, lamp images, or horizontal stripes.
  • a transmissive liquid crystal display device to which the present invention is applied includes a liquid crystal panel, a light source unit, an optical functional sheet laminate, a diffusion light guide plate, a light diffusion plate, and a reflection sheet.
  • a liquid crystal panel a liquid crystal panel
  • a light source unit a plurality of light source blocks on which a large number of light emitting diodes are mounted are arranged with a predetermined distance from each other, and the display light emitted from each light emitting diode on the back side is supplied to the liquid crystal panel.
  • the optical function sheet laminated body optically converts display light appropriately by each functional optical sheet and supplies it to the liquid crystal panel.
  • the diffusion light guide plate diffuses the display light incident on one surface force inside, and emits the light from the other surface to supply it to the optical function sheet laminate.
  • the light diffusing plate is disposed with a predetermined facing distance from the diffusing light guide plate, and transmits a part of the display light and reflects a part of the display light to be supplied to the diffusing light guide plate in a uniform state from the entire surface.
  • the light diffusing plate is formed of a light-transmitting resin material, and is formed by printing light-reflective ink on each region facing each light-emitting diode on the surface facing the light source block to reflect display light. A dimming pattern is formed.
  • the light diffusing plate is formed in a shape in which each dimming pattern has a size including the outer shape of the light emitting diode and has a longitudinal axis in a direction orthogonal to a lateral width in the length direction of each light source block as a major axis.
  • the reflection sheet is disposed opposite to the light diffusion plate at a predetermined interval on the back side of the light source unit, and diffuses display light emitted from each light emitting diode in the outer peripheral direction and display light reflected by the light diffusion plate. Reflect on the plate side.
  • the transmissive liquid crystal display device to which the present invention is applied is configured such that display light emitted from each light emitting diode of the light source block is supplied to the liquid crystal panel through the light diffusion plate, so Realize high brightness display.
  • a backlight device to which the present invention is applied and a transmissive liquid crystal display device using the backlight device realize high-luminance display by using a large number of light-emitting diodes as light sources, and heat generated from each light-emitting diode.
  • the dimensional change of each component due to the influence of each element, the dimensional accuracy of each component, or the variation of the assembly accuracy and the printing accuracy of the dimming pattern, etc. By maintaining the brightness and reducing the occurrence of partial high brightness areas in the light diffusion plate, it is possible to increase the brightness of the display panel and reduce the occurrence of uneven color.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part showing a transmissive liquid crystal display device to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part of the liquid crystal display device shown in FIG.
  • FIG. 3A and FIG. 3B show a light diffusing plate
  • FIG. 3A is a plan view of the main part thereof
  • FIG. 3B is a longitudinal sectional view of the main part.
  • FIG. 4A and FIG. 4B show the configuration of the light control pattern
  • FIG. 4A is a plan view of the main part thereof
  • FIG. 4B is a longitudinal sectional view of the main part.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing measurement results of luminance in a light diffusion plate on which light control patterns having different shapes are formed.
  • FIG. 6 is a graph showing the measurement results of luminance.
  • FIG. 7 is a plan view of a principal part showing a light source unit.
  • FIG. 8 is a perspective view of a main part showing a light source block.
  • the liquid crystal display device 1 is used for a display panel such as a television receiver or a display monitor having a large display screen of 40 inches or more, for example, and as shown in FIGS. 1 and 2, a liquid crystal panel unit 2 and
  • the liquid crystal panel unit 2 includes a backlight unit 3 that is combined with the back side to supply display light.
  • the liquid crystal panel unit 2 includes a frame-shaped front frame member 4, a liquid crystal panel 5, and a spacer 2a. 2b guide member 2c between the outer peripheral edge of the liquid crystal panel 5 and the front frame member 4. And a frame-like back frame member 6 that is sandwiched and held.
  • the liquid crystal panel 5 is maintained at a distance between the facings by spacer beads or the like.
  • the transparent common electrode is the same as the first glass substrate on which a transparent segment electrode is formed.
  • the liquid crystal is sealed between the second glass substrate on which the electrodes are formed, and the light transmittance is changed by changing the direction of the liquid crystal molecules by applying a voltage between the electrodes formed on each glass substrate.
  • a striped transparent electrode, an insulating film, and an alignment film are formed on the inner surface of the first glass substrate.
  • three primary color filters, an overcoat layer, a striped transparent electrode, and an alignment film are formed on the inner surface of the second glass substrate.
  • the deflection film and the retardation film are bonded to the surfaces of the first glass substrate and the second glass substrate.
  • the knock light unit 3 includes a light source unit 7 that is arranged on the back side of the liquid crystal panel unit 2 and supplies display light, a heat radiating unit 8 that radiates heat generated in the light source unit 7, and these light sources.
  • a back panel 9 is provided that holds the unit 7 and the heat radiating unit 8 and constitutes a mounting member for a housing (not shown) in combination with the front frame member 4 and the rear frame member 6.
  • the knock light unit 3 has a size facing the entire back surface of the liquid crystal panel unit 2 and is optically sealed in a facing space formed between the liquid crystal panel 2 and the knock light unit 3. Combined.
  • the light source unit 7 constituting the knock light unit 3 includes an optical sheet block 10 and a light source block 11.
  • the light source block 11 has a plurality of light source element arrays l la to lld in which a large number of light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) 12 are arranged in a line. la to l Id are arranged in parallel at a predetermined interval.
  • the knock panel 9 is made of a material having a relatively light weight and a high heat conductivity, for example, aluminum, and is formed in a horizontally long rectangular shape having a size substantially equal to the outer shape of the liquid crystal panel 5.
  • the knock panel 9 itself has thermal conductivity, and has a function of radiating heat generated by the LED 12 and the circuit component.
  • the outer peripheral wall 9a combined with the front frame member 6 is bent and formed on the outer peripheral edge side of the back panel 9.
  • a large number of mounting portions 9b for mounting the optical stud member 17, mounting holes for fixing the heat radiating plate 24, drawer openings for drawing out lead wires, and the like are formed.
  • the heat dissipating unit 8, the light source unit 7, and the liquid crystal panel 5 are assembled to the back panel 9 so as to overlap each other, and further assembled to the mounting portion of the casing.
  • the optical sheet block 10 constituting the light source unit 7 is installed facing the back side of the liquid crystal panel 5, and is an optical functional sheet laminate 13 formed by laminating various optical functional sheets.
  • the diffusion light guide plate 14 or the light diffusion plate 15 or the reflection sheet 16 is also configured.
  • an optical functional sheet laminate 13 is disposed on the back side of the liquid crystal panel 5 so as to face the liquid crystal panel 5 at a predetermined interval, and the optical functional sheet laminate 13 is further diffused and guided to the back of the optical functional sheet laminate 13. Plate 14 is stacked.
  • the optical function sheet laminate 13 constituting the optical sheet block 10 appropriately converts display light emitted from the light source block 11 and incident on the liquid crystal panel 5 into display light having predetermined optical characteristics.
  • This optical functional sheet laminate 13 is, for example, a functional sheet that decomposes into orthogonal polarization components, a functional sheet that compensates for the phase difference of light waves to achieve a wide-angle viewing angle and prevent coloring, or a functional sheet that diffuses display light.
  • a plurality of optical function sheets having various optical functions are laminated.
  • the optical functional sheet laminate 13 is not limited to the one using the above-described optical functional sheet. For example, a luminance improving film, a retardation film, or two diffusion sheets sandwiching a prism sheet between the upper and lower sides, etc. It may be configured using.
  • a diffusion light guide plate 14 is laminated on the back side of the optical function sheet laminate 13 opposite to the surface facing the liquid crystal panel 5 as shown in FIG.
  • the diffusion light guide plate 14 also has a slightly thick plate strength formed of a milky white synthetic resin material having a light guide property, such as acrylic resin or polycarbonate resin.
  • the diffusion light guide plate 14 guides the display light having one surface force incident on the other surface side while appropriately refracting and reflecting the light in the inside to diffuse it, and the optical function sheet laminate from the other surface side. Incident 13
  • the diffusion light guide plate 14 is attached to the outer peripheral wall portion 9a of the back panel 9 through the bracket member 29 together with the optical function sheet laminate 13. As shown in FIG.
  • optical stud member 17 is supported by the optical stud member 17 and attached to the back panel 9 through the optical stud member 17.
  • the light diffusion plate 15 is a plate material formed of a transparent synthetic resin material, for example, acrylic resin, and the display light supplied from the light source block 11 is incident thereon. As shown in FIGS. 3A and 3B, the light diffusion plate 15 has a large number of light control patterns 18 formed in a matrix. Although not described in detail, the light diffusing plate 15 is formed with fitting holes 15a to which the optical stud members 17 are respectively attached at appropriate positions.
  • each dimming pattern 18 is formed on the light diffusion plate 15 so as to correspond to each of the plurality of LEDs 12 constituting the light source block 11 and to face each LED 12. Specifically, each dimming pattern 18 is formed on the light diffusion plate 15 in a matrix so as to face each LED 12 of the light source element arrays lla to lId arranged as shown in FIG. .
  • each dimming pattern 18 is formed by printing light reflective ink, for example, by a screen printing method in a pattern forming region 20 having a shape slightly larger than the outer shape D of the LED 12.
  • Each light control pattern 18 is formed of a light reflecting ink prepared by mixing various ink materials including a light reflecting ink force, a light blocking agent, and a diffusing agent at a predetermined ratio.
  • light-reflective inks for example, titanium oxide, barium sulfide, calcium carbonate, silicon oxide, acid alumina, zinc oxide, nickel oxide, hydroxy carbonate, lithium sulfide as a light shielding agent.
  • each dimming pattern 18 has a horizontal axis length in the direction of the arrangement of the respective LEDs 12 in each light source element array 11a to id, and W If the length of the vertical axis in the direction perpendicular to the arrangement direction of 12 is W,
  • Each dimming pattern 18 configured as described above reflects and blocks the display light emitted from the opposing LED 12 and traveling straight to the light diffusion plate 15. Therefore, the light diffusing plate 15 shields the display light in the pattern formation region 20 in which each light control pattern 18 is formed, and transmits the display light in the region where the light control pattern 18 is not formed.
  • the light diffusing plate 15 adjusts the transmission amount of the display light directly incident from the opposing LED 12 by forming the dimming pattern 18 so that the generation of the partial high brightness region is reduced. It functions to make the entire surface uniform and supply it to the diffusion light guide plate 14.
  • the dimming patterns 18 are formed in the pattern forming region 20 having a shape larger than the outer shape of the opposing LEDs 12. Therefore, the light diffusing plate 15 has its dimensional precision, printing accuracy of each light control pattern 18, dimensional change of expansion and contraction due to heat generated from a large number of LEDs 12, and dimensions of the constituent members of the liquid crystal display device 1. Even if there is a slight misalignment between the light control patterns 18 and the LEDs 12 due to accuracy, assembly accuracy, etc., the above-described display light transmission control can be reliably performed.
  • the light diffusing plate 15 can provide a margin for the processing error and assembly accuracy of each constituent member, and can be easily manufactured and the manufacturing cost can be reduced.
  • the light diffusion plate 15 also has a function of reflecting on the surface when a part of the display light emitted from each LED 12 is incident beyond the critical angle.
  • the light diffusion plate 15 has a function of appropriately adjusting the transmission amount of the display light emitted by the LED 12 according to the shape of the light control pattern 18 described above.
  • 5 and 6 show the results of measuring the luminance of each part on the main surface on the emission side of the display light for the light diffusing plate 15 formed with two types of elliptical light control patterns 18 having a round shape and a different size.
  • the brightness was measured in the first row of light source element arrays 11a arranged in a row. It is configured between the position immediately above each LED 12, the light source element array 11a in the first column, and the light source element array l ib in the second column arranged in parallel to the light source element array 11a. Arranged at the center position P of the first non-pattern forming region 30a and the light source element array l ib in the second row
  • the second non-pattern forming region 30b configured between the light source array 11c of the third row arranged in parallel with the ray l ib and the light source element array 11c of the third row are arranged at the center position P of the second non-pattern forming region 30b.
  • the surface brightness was measured.
  • the light diffusing plate 15 has a circular first dimming pattern 18A with a diameter of 7 mm, a first vertical elliptical second dimming pattern 18B with a horizontal axis of 7 mm and a vertical axis of 9.5 mm, and a horizontal axis of 7 mm.
  • a second light-elliptical third dimming pattern 18C with a vertical axis of 11 mm was formed on the surface facing the LED 12 using the same light reflecting ink.
  • the light diffusion plate 15 includes an interval between the light source element array 1 la in the first row and the light source element array 1 lb in the second row, and the light source element array 1 lb in the second row and the light source in the third row.
  • the distance between the element array 11c and the element array 11c is 80 mm to 90 mm which is equal to each other.
  • the light diffusion plate 15 A on which the circular first dimming pattern 18 A is formed is the first at the positions P, P, and P immediately above each LED 12, as is apparent from the brightness measurement results shown in FIGS. 5B and 6.
  • the luminance is 6300 cdZmm 2 or more at the light source array central positions P 1 and P 2 facing the non-pattern forming regions 30a and 30b.
  • the light diffusion plate 15A In the light diffusion plate 15A,
  • the average brightness is about 6200cdZmm 2
  • high brightness can be achieved, but a brightness difference of about 400cd / mm 2 occurs between the low brightness area and the high brightness area.
  • the light diffusion plate 15A the light is emitted from the LED 12 in the outer peripheral direction at the central positions P and P of the light source element arrays 11a, l ib and 11c.
  • the concentrated display light creates a high-luminance region parallel to the LED array, resulting in horizontal stripes. Further, in the light diffusion plate 15A, color unevenness occurs due to the positional deviation between the LED 12 and the first dimming pattern 18A.
  • the brightness decreases due to the light blocking effect of the display light by the first dimming pattern 18A .
  • the second dimming pattern 18B having an elliptical shape averages the direction perpendicular to the LED columns, and the non-pattern forming regions 30a and 30b have a slightly high luminance but a low luminance. luminance difference between the luminance region and the high luminance region is approximately 180cdZmm 2.
  • the generation of horizontal stripes is reduced by suppressing the generation of a high luminance region parallel to the LED rows.
  • the overall average luminance is slightly lower than about 6100 cdZmm 2 and slightly lower than the above-described light diffusion plate 15A, but practically sufficient luminance is ensured.
  • a high luminance region may occur in the arrangement direction of the LEDs 12 due to the positional deviation between the LED 12 and the second dimming pattern 18B, and color unevenness may occur.
  • the light diffusion plate 15C on which the second vertically elongated elliptical third light control pattern 18C is formed as apparent from the luminance measurement results shown in FIGS. 5 and 6, the light diffusion plate 15B described above is used. Further, the luminance can be made uniform. In the light diffusing plate 15C, the occurrence of horizontal stripes is reliably prevented by greatly suppressing the generation of a high-luminance region parallel to the LED array. In the light diffusion plate 15C, the average brightness of the whole exceeds about 610 OcdZmm 2 , so that practical high brightness can be achieved.
  • the large third dimming pattern 18C maintains the facing state to eliminate the occurrence of a high luminance region. Therefore, the occurrence of uneven color can be reliably prevented.
  • the light diffusing plate 15 is formed so that the dimming pattern 18 is formed in a long oval shape in the large pattern forming region 20 including the outer shape of the LED 12 facing each other as described above. It is not limited to a strong elliptical shape.
  • the dimming pattern 18 may be formed in an appropriate shape such as a vertically long rectangular or polygonal pattern or a vertically long oval pattern.
  • the light diffusion plate 15 may be configured by, for example, a large number of dot patterns formed as a solid coating pattern in which the light control pattern 18 is uniformly applied to the entire surface of the pattern formation region 20.
  • the light diffusing plate 15 may be configured as a so-called gradation pattern in which the light control pattern 18 having a strong dot pattern force has a dot density in the central portion larger than a dot density in the peripheral portion.
  • the dimming pattern 18 is not limited to the above-described dimension value. It is appropriately selected according to the specifications of the display device 1.
  • the reflection sheet 16 constituting the optical sheet block 10 is formed from the display light reflected from the area where the light adjustment pattern 18 of the light diffusion plate 15 or the light adjustment pattern 18 of the light diffusion plate 15 is not formed, or from the LED 12.
  • the display light emitted in the outer peripheral direction is reflected and re-enters the light diffusion plate 15.
  • the reflection sheet 16 is formed of, for example, foamable PET (polyethylene terephthalate) containing a fluorescent agent. Reflective sheet 16 has high reflectivity characteristics of about 95% and a characteristic that the scratches on the reflective surface are not noticeable with a color tone different from the metallic luster color. Reflects efficiently.
  • the reflection sheet 16 also has a function of improving the reflectance by the reflection enhancement principle by repeatedly reflecting the display light to and from the light diffusion plate 15.
  • the reflection sheet 16 may be formed of, for example, silver, aluminum, or stainless steel having a mirror surface.
  • the reflection sheet 16 may be configured, for example, by sticking the above-described foamable PET to an aluminum plate.
  • the optical sheet block 10 is provided with a large number of optical stud members 17, and the optical stud members 17 provide a space between the opposing surfaces of the light diffusion plate 15 and the reflection sheet 16.
  • the parallelism is accurately maintained over the entire surface, and the parallelism between the opposing surfaces of the diffusion light guide plate 14 and the light diffusion plate 15 is accurately maintained over the entire surface.
  • the optical stud member 17 is integrally formed of a milky white synthetic resin material having light guiding properties and mechanical rigidity such as polycarbonate resin, and having a certain degree of elasticity.
  • the optical stud member 17 is attached to a substantially trapezoidal convex attaching portion 9b integrally formed on the inner surface of the back panel 9, respectively. In the back panel 9, as shown in FIG.
  • the upper surface of the mounting portion 9b constitutes the mounting surface of the reflection sheet 16, and a plurality of mounting holes 9c are formed therethrough.
  • the light diffusion plate 15 and the reflection sheet 16 are positioned on the bottom surface 9 d with respect to the back panel 9 through the optical stud members 17 and combined.
  • the light diffusion plate 15 and the reflection sheet 16 are formed with a large number of fitting holes 15a and 16a corresponding to the mounting holes 9c provided in the mounting portions 9b on the knock panel 9 side.
  • Each optical stud member 17 has a shaft-like base portion 17a and a base end portion of the shaft-like base portion 17a.
  • a flange-shaped second receiving plate portion 17d integrally formed around the circumference of the shaft-shaped base portion 17a with a predetermined interval.
  • Each optical stud member 17 has a shaft-like base portion 17a formed with an axial length that defines the facing distance between the mounting portion 9b of the back panel 9 and the diffusion light guide plate 14, and a predetermined height position from the second receiving plate portion 17d.
  • a stepped portion 17e is formed on the surface.
  • Each optical stud member 17 has a long base conical shape in which the shaft-like base portion 17a has a stepped portion 17e larger in diameter than the fitting hole 15a of the light diffusion plate 15 and gradually becomes smaller in diameter toward the tip portion. Is formed.
  • Each optical stud member 17 is formed with an axial stealing hole 17f in the axial base portion 17a located slightly above the stepped portion 17e.
  • the meat stealing hole 17f is formed in the shaft base 17a in a range of a part having an outer diameter larger than that of the fitting hole 15a of the light diffusion plate 15, and imparts convergence to this part.
  • Each optical stud member 17 is formed with an interval at which the first receiving plate portion 17c and the second receiving plate portion 17d maintain the facing distance between the light diffusion plate 15 and the reflection sheet 16.
  • Each optical stud member 17 has a shaft-like base portion 17a formed with the first receiving plate portion 17c and the second receiving plate portion 17d at substantially the same diameter as the fitting hole 15a of the light diffusion plate 15.
  • the fitting portion 17b has an outer diameter of the tip portion substantially equal to the outer diameter of the mounting hole 9c on the back panel 9 side, and gradually becomes larger in diameter in the axial direction than the mounting hole 9c.
  • the cross section has a substantially truncated cone shape.
  • Each optical stud member 17 is given converging habits when the fitting portion 17b forms a slit 17g with a large-diameter region force toward the tip side.
  • Each optical stud member 17 has a shaft-shaped base portion 17a formed so that the distance between the fitting portion 17b and the first receiving plate portion 17c is substantially equal to the thickness of the back panel 9 and the thickness of the light diffusion plate 15. .
  • the first receiving plate portion 17c has a larger diameter than the fitting hole 15a of the light diffusion plate 15, and the second receiving plate portion 17d has a larger diameter than the fitting hole 16a of the reflection sheet 16. Also formed as a large diameter! Speak.
  • the reflection sheet 16 is combined on the attachment portion 9b of the knock panel 9 with the attachment hole 9c and the fitting hole 16a facing each other. Then, the fitting portion 17 b of each optical stud member 17 is pushed into the fitting hole 16 a of the reflection sheet 16 from the bottom surface 9 d side cover of the back panel 9.
  • Each optical star The lid member 17 is prevented from coming off by the fitting portion 17b having a diameter reduced by the action of the slit 17g provided in the fitting portion 17b and elastically returning after passing through the mounting hole 9c on the back panel 9 side. It is shown and assembled vertically on the mounting portion 9b.
  • Each optical stud member 17 sandwiches the attachment portion 9b and the reflection sheet 16 in the thickness direction between the fitting portion 17b and the first receiving plate portion 17c, thereby reflecting the reflection sheet with respect to the knock panel 9. Hold 16 in a positioned state.
  • Each optical stud member 17 is vertically mounted on the mounting portion 9b of the knock panel 9 with the upper portion protruding from the reflecting sheet 16 from the first receiving plate portion 17c of the axial base portion 17a.
  • the light diffusion plate 15 is combined with the optical stud member 17 by inserting the plurality of fitting holes 15a into the tip portions 17h of the optical stud members 17 facing each other.
  • the light diffusing plate 15 is tightly fitted to the large diameter portion of each optical stud member 17 by elastically returning after the thin portion 17f provided at the large diameter portion of each optical stud member 17 is deformed so as to reduce the diameter.
  • the light diffusing plate 15 gets over the stepped portion 17e provided on each optical stud member 17 and hits the second receiving plate portion 17d, and is sandwiched between the stepped portion 17e and the second receiving plate portion 17d.
  • each optical stud member 17 from the second receiving plate portion 17d protrudes from the light diffusion plate 15 as shown in FIG. Then, the diffusion light guide plate 14 on which the optical function sheet laminate 13 is superimposed is supported at the front end portion 17h of each optical stud member 17 with its bottom face abutted against it.
  • the optical sheet block 10 configured as described above has a large number of optical stud members 17 each assembled on the bottom surface 9d of the back panel 9 by a simple method of pushing the fitting portion 17b into the mounting hole 9c.
  • the optical sheet block 10 includes a plurality of optical stud members 17, thereby eliminating the need for complicated positioning structures and spacing structures and simplifying the assembly process.
  • Each optical stud member 17 can be used interchangeably with liquid crystal panels 5 of various sizes, and the parts can be shared.
  • the optical stud member 17 is not limited to the structure described above. The specific structure of the part is appropriately selected depending on the configuration of the optical sheet block 10.
  • the optical stud member 17 can be attached only by performing a pushing operation on the attachment hole 9c of the back panel 9 by forming a slit 17g in the fitting portion 17b and making it elastically deformable. It is also possible to form a retaining protrusion integrally on the outer peripheral portion and rotate it to prevent it from coming off after fitting into the mounting hole 9c having a key groove on the inner peripheral portion!
  • the optical sheet block 10 has a light guide space portion formed between the diffused light guide plate 14 and the reflective sheet 16 by positioning each optical member with high accuracy. Since operations such as light guide, diffusion and reflection are performed in a state where the display light is stable in H, the occurrence of color unevenness in the liquid crystal panel 5 is suppressed. Further, each optical stud member 17 provided in the light guide space H is made of milky white light guide synthetic resin material, diffuses the display light incident on the outer peripheral surface force, and the tip 17h By preventing the light from being partially illuminated, the display light can be uniformly incident on the diffusion light guide plate 14 from the light guide space H.
  • the light source unit 7 constituting the knock light unit 3 includes the optical sheet block 10, so that the display light emitted from the LEDs 12 of the light source block 11 through the optical sheet block 10 is transmitted to the liquid crystal panel unit 2. On the other hand, it is efficiently incident in a stable state.
  • the light source block 11 constituting the light source unit 7 has four rows of light source element arrays 11a to 1 Id on the bottom surface 9d of the knock panel 9 along the longitudinal direction of the backlight 9. They are arranged in parallel to each other.
  • Each light source element array 11a to id may be constituted by a series of optical array elements in which several LEDs are arranged in series.
  • each of the light source element arrays 11a to 11 id constituting the light source block 11 includes a plurality of red LEDs, green LEDs and blue LEDs (hereinafter collectively referred to as LEDs 12), and these LEDs.
  • a horizontally long rectangular wiring board 22 in which 12 are mounted in a predetermined order in the length direction on the main surface 22a, and a lead wire bundle with a connector (not shown) are configured.
  • the number of LEDs arranged in accordance with the size of the display screen, the light emission capability of each LED 12, and the number of LEDs 12 mounted on each LED 12 are determined as appropriate.
  • Each wiring board 22 is formed with the same specifications, and is located near one side of the main surface 22a in the width direction and on both sides in the longitudinal direction, and is connected to the first connector 23a on the signal output side and the signal input side.
  • the second connector 23b and are mounted.
  • the light source element array 11a in the first column and the light source element array l ib in the second column and the light source element array 11c in the third column and the light source element array id in the fourth column make a pair
  • the light source blocks 11 are configured by arranging the wiring boards 22 in parallel along the longitudinal direction with the side edges on which the connectors 23 are mounted facing each other.
  • the adjacent wiring boards 22 of the respective light source element arrays 11a to 11d are arranged so that the first connector 23A and the second connector 23B are adjacent to each other.
  • the wiring boards 2 2 of the light source element arrays 1 la to 1 Id are connected with the shortest wiring.
  • the light source block 11 includes a light source element array 11a in the first column and a light source element array 11b in the second column, a light source element array 11c in the third column, and a light source element array id in the fourth column.
  • Lead wire bundles for signal output are pulled out from the wiring board 22 of each light source element array 1 la to 1 Id so as to be positioned between them, and bundled by a clamper to be pulled out to the back side of the back panel 9 through the lead opening. I have to.
  • the light source block 11 can hold the signal input / output lead wire bundle using the space between the light source element arrays 11a to 11d and provide a guide structure, so that the efficiency of the space and the wiring process can be simplified. ing.
  • Each of the light source element arrays 11a to 11d is prevented from being mistaken in the assembly of the wiring boards 22 depending on the positions of the first connector 20a and the second connector 20b, and the wiring structure between the wiring boards 22 and the wiring process. Simplification or common use of signal input / output lead wire bundles is attempted.
  • Each light source element array 11a to id is composed of a plurality of red LED, green LED, and blue LED arranged in this order that emits three primary colors of red, green, and blue. Are arranged so as to be located on the same axis. Although the details of each LED 12 are omitted, the light emitting element is held by the resin holder and the connection lead terminal is drawn out from the resin holder. Each LED 12 emits display light and Heat is also generated during the process.
  • the light source unit 7 forms the light guide space portion H whose periphery is sealed by combining the light source block 11 on the back side of the optical sheet block 10, so that the heat generated from each of the plurality of LEDs 12 is generated. A large amount of heat is generated, and the light guide space H is stuck.
  • the knock light unit 3 efficiently radiates the heat trapped in the light guide space H by the heat radiating unit 8, changes the characteristics of each optical sheet body of the optical sheet block 10, and the lighting state of each LED 12. Instability of the LCD panel, uneven color of the LCD panel 5, and instability of the operation of the electronic components making up the circuit section are suppressed.
  • the heat radiating unit 8 includes a plurality of heat radiating plates 24 that also serve as mounting members provided for each of the light source element arrays lla to l Id described above, and each of the heat radiating plates 24.
  • the heat pipe 25 includes a large number of attached heat pipes 25, a heat sink (not shown) to which both ends of the heat pipe 25 are connected, a cooling fan that promotes a cooling function of the heat sink, and the like.
  • the heat radiating unit 8 integrally forms a heat pipe 25 on each heat radiating plate 24 to form an efficient heat conduction path for the heat sink.
  • Each heat radiating plate 24 is formed of aluminum having excellent thermal conductivity, good workability, light weight, and low cost, and is approximately equal to the length and width of each light source element array l la to l Id described above by extrusion. It is formed in a long rectangular plate shape. Since each heat radiating plate 24 also serves as a mounting member for the light source block 21, it is formed with a predetermined thickness having mechanical rigidity. Each of the heat radiating plates 24 is not limited to aluminum, and may be formed of, for example, an aluminum alloy, a magnesium alloy, a silver alloy, or copper having a good thermal conductivity. When each heat radiating plate 24 is relatively small, it is formed, for example, by pressing or cutting, and the wiring board 22 is fixed on the main surface 24a with mounting screws.
  • Each heat dissipating plate 24 is formed with a heat pipe fitting portion 24b having a substantially arch-shaped cross-section with a concave groove force on the back side.
  • the heat pipe fitting portion 24b has an opening width substantially equal to the outer diameter of the heat pipe 25 and is formed to a slightly smaller depth. As a result, the heat pipe 25 is formed in an opening shape that can be temporarily held without a holding member or the like.
  • Each heat dissipating plate 24 is arranged at a position closer to the LED mounting region where the temperature of the wiring board 22 is highest by the heat pipe fitting portion 24b.
  • the heat pipe 25 is a member generally used for conducting heat conduction to the heat radiating means even when the power source part is heated at various electronic devices, etc., and is a metal pipe such as copper having excellent heat conductivity. It is constructed by enclosing a conductive medium such as water that is vaporized at a predetermined temperature while the material is exhausted, and has a highly efficient heat conduction capability. As described above, the heat pipe 25 is integrally assembled with each heat radiating plate 24, and both ends thereof are connected to the heat sink together with each heat radiating plate 24. In this heat pipe 25, the conduction medium enclosed inside receives heat conduction from the heat radiation plate 24 on the high temperature side, and vaporizes from liquid to gas.
  • the vaporized conduction medium flows through the pipe to the connection portion with the heat sink 26 on the low temperature side and is cooled, thereby releasing condensation heat and liquefying.
  • the liquefied conductive medium moves to the heat radiation plate 24 side by capillary action in the lengthwise grooves and porous layer formed on the inner wall of the metal pipe and circulates in the pipe.
  • the heat dissipating unit 8 has the heat pipe 25 integrated with the heat dissipating plate 24, which has a high efficiency of heat conduction, so that the heat pipe 25 is directly below the arrangement region of each LED 12 of the heat source. It becomes the structure extended near.
  • a wiring board 22 on which each LED 12 is mounted, a heat radiating plate 24 that holds the wiring board 22, and a heat pipe 25 are superposed in close contact with each other to constitute a heat conductor to the heat sink.
  • the heat dissipating unit 8 achieves space efficiency and conducts heat generated from each LED 12 to the heat sink very efficiently to dissipate the heat.
  • the backlight unit 3 supplies the display light to the liquid crystal panel 5 with stable operation.
  • the liquid crystal display device 1 to which the present invention configured as described above is applied is configured by combining a plurality of light source element arrays 11a to 11d, and includes a light source block 11 in which a large number of LEDs 12 are arranged in a matrix.
  • a light source unit 7 used as a light source high-capacity display light emitted from each LED 12 is supplied to the liquid crystal panel unit 2 via the optical sheet block 10 .
  • This liquid crystal display device 1 efficiently dissipates the heat generated from each LED 12 by the heat dissipation unit 8, and the light diffusion plate 15 constituting the optical sheet block 10 is emitted from each LED 12 by the dimming pattern 18.
  • the incidence of direct component of the displayed light is regulated.
  • the liquid crystal display device 1 to which the present invention is applied improves the light efficiency by reflecting the display light reflected by the light diffusion plate 15 by the reflection plate 16 and entering the light diffusion plate 15, Further, the entire surface force of the light diffusing plate 15 emits uniform display light by removing a partial high luminance component and supplies it to the diffusing light guide plate 14.
  • the liquid crystal display device 1 to which the present invention is applied further uniformizes the display light by appropriately reflecting and refracting the display light inside the diffused light guide plate 14 and supplies the display light to the optical function sheet laminate 13. Then, the optical function sheet laminate 13 performs an operation of converting to display light having predetermined optical characteristics, and the display light is supplied from the optical function sheet laminate 13 to the liquid crystal panel 5.
  • each light control pattern 18 is formed on the light diffusion plate 15, display is performed by each light control pattern 18.
  • the direct component of light can be reflected, and the occurrence of high brightness areas can be reduced.
  • Each dimming pattern 18 is formed in an elliptical shape that is slightly larger than the outer shape of the LED 12 and is vertically elongated, so that the display light emitted from each LED 12 in the outer peripheral direction is emitted between each light source element array 11a to: L id
  • the liquid crystal display device 1 to which the present invention is applied can reduce the occurrence of each dimming pattern even with respect to dimensional changes caused by thermal changes, component accuracy, or assembly accuracy. It is possible to absorb the misalignment between 18 and each LED 12.
  • the liquid crystal display device 1 to which the present invention is applied is a display light that is efficiently guided to the high-capacity display light power liquid crystal panel 5 emitted from each LED 12 and uniformized from the light diffusion plate 15 over the entire surface.
  • the liquid crystal panel 5 can display with high brightness and high accuracy while preventing the occurrence of uneven color, ramp images, or horizontal stripes.

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Abstract

 本発明は、多数個の発光ダイオードから発光された表示光を透過型表示パネルに供給するバックライト装置を用いた透過型液晶表示装置であり、液晶パネル(5)と多数個のLED(12)を有する光源ユニット(7)との間に光学シートブロック(10)を設け、各LED(12)から発光された表示光の入射を制御する光透過性を有する樹脂製の光拡散プレート(15)を備える。光拡散プレート(15)には、各LED12と対向してその外形含む大きさで縦長形状の調光パターン18を光反射性インクにより形成し、LED(12)から発光された光の均一化を図り、色むらや横筋を抑制した高輝度の画像表示を実現する。

Description

バックライト装置及び透過型液晶表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、多数個の発光ダイオードから発光された表示光を例えば透過型の液晶 表示装置(LCD : Liquid Crystal Display)等の透過型表示パネルに供給するバックラ イト装置及びこのバックライト装置を用いた透過型液晶表示装置に関する。
本出願は、日本国において 2004年 8月 18日に出願された日本特許出願番号 200 4— 238786を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することによ り、本出願に援用される。
背景技術
[0002] 液晶表示装置は、陰極線管(CRT: Cathode-Ray Tube)と比較して大型表示画面 ィ匕、軽量化、薄型化、低電力消費化等が図られることから、例えば自発光型の PDP ( Plasma Display Panel)等とともにテレビジョン受像機や各種のディスプレイ用の表示 装置に用いられている。液晶表示装置は、各種サイズの 2枚の透明基板の間に液晶 を封入し、透明基板間に電圧を印加することにより液晶分子の向きを変えて光透過 率を変化させて所定の画像等を光学的に表示する。
液晶表示装置は、液晶自体が発光体ではないために、例えば液晶パネルの背面 部に光源として機能するノ ックライトユニットが設けられている。ノ ックライトユニットは 、例えば一次光源、導光板、反射フィルム、レンズシート或いは拡散プレート等を備 え、液晶パネルに対して全面に亘つて表示光を供給する。ノックライトユニットには、 従来一次光源として水銀やキセノンを蛍光管内に封入した冷陰極蛍光ランプ (CCLF : Cold Cathode Fluorescent Lamp)が用いられている力 冷陰極蛍光ランプが有する 発光輝度が低!ヽ、寿命が短!、或いは陰極側に低輝度領域が存在して均斉度等が悪 V、等の問題を解決する必要がある。
ところで、大型サイズの液晶表示装置においては、一般に拡散板の背面に複数本 の長尺な冷陰極蛍光ランプを配置して表示光を液晶パネルに供給するエリアライト 型バックライト(Area Litconfiguration Backlight)装置が設けられている。かかるエリア ライト型バックライト装置においても、上述した冷陰極蛍光ランプに起因する問題を解 決する必要があり、特に 40インチを超えるような大型テレビジョン受像機に適用した 場合には、高輝度化や高均斉度化の問題がより顕著となっている。
一方、エリアライト型バックライト装置においては、上述した冷陰極蛍光ランプに代 えて、拡散フィルムの背面側に多数個の光 3原色の赤色と緑色と青色の発光ダイォ ード(以下、 LED (Light Emitting Diode)という。)を 2次元に配列して白色光を得る L EDエリアライト型のバックライトが注目されている。力かる LEDバックライト装置は、 L
EDの低コストィ匕に伴ってコスト低減が図られるとともに低消費電力で大型の液晶パ ネルに高輝度の表示が行われるようにする。
各種のバックライト装置には、光源ユニットと透過型液晶パネルとの間に、光源から 発光された表示光の機能変換を行うとともに均一化する光学機能シートブロックゃ拡 散導光プレート及び光拡散プレートや反射シート等の種々の光学部材が配置される
。ノ ックライト装置に用いられる光拡散プレートは、一般に透明なアクリル榭脂等によ つて形成され、光源と対向する位置に、入射される表示光の一部を透過させるととも に一部を反射させる機能を有する調光パターンが形成されて ヽる。光拡散プレートと して、特開平 6— 301034号公報に記載されたものがある。この公報に記載される光 拡散プレートは、蛍光管と対向する領域に、多数の反射ドットによって構成された帯 状調光パターンを設けている。この光拡散プレートは、反射ドットを蛍光管の軸線から 遠ざ力るにしたがって面積が小さくなるように形成することにより、蛍光管力 遠ざか るにしたがって光透過率が高くなつて全体として均一化した照明光が放出されるよう に機能する。
ところで、 LEDバックライト装置においても、透過型液晶パネルと多数個の LEDを 実装した光源ブロックをアレイ配列してなる光源ユニットとの間に光拡散プレートを配 置し、光拡散プレートに各 LEDとそれぞれ対向するようにして多数個の調光パターン を形成することが考えられる。各調光パターンは、相対する LEDから発光される表示 光の透過及び反射動作を制御することにより、光拡散プレートの全面力 均一な光 量で表示光が液晶パネルに供給するようにして高輝度化や高均斉度化が図られる。 し力しながら、 LEDバックライト装置においては、多数個の LEDから発生する大容 量の熱がアクリル榭脂等で形成された光拡散プレートに作用することによって、この 光拡散プレートに大きな寸法変化を生じさせて相対する LEDと調光パターンとに位 置ズレを発生させることがある。また、 LEDバックライト装置においては、液晶パネル や光源ユニット或いは光拡散プレートの寸法精度や組立精度さらに調光パターンの 印刷精度等のバラツキによって、相対する LEDと調光パターンとの位置ズレが発生 することがある。
LEDバックライト装置においては、上述した様々な要因が関わることから LEDと調 光パターンとを精密に位置決めすることが極めて困難であった。 LEDバックライト装 置においては、構成部材を高精度に製作するとともに、精密な組立を行わなければ ならず、コスト低減が困難であった。 LEDバックライト装置においては、液晶表示装置 の大型化や高輝度化に伴い、 LEDと調光パターンとの位置ズレもより大きくなり、液 晶パネルに色むらやランプイメージの発生等の問題が顕著となる。
また、 LEDバックライト装置において、光源ユニットは、多数個の LEDを実装した複 数の光源ブロックを互いに所定の間隔を隔て配列することによりエリアライト型を構成 することから、各 LEDカゝら外周方向に放射された表示光が各光源ブロックの列間に おいて両側力 集中して輝度の大きな部位が発生する現象が生じる。 LEDバックラ イト装置においては、このために光拡散プレートの各光源ブロックの各列間に対向し た領域に横筋状態の高輝度領域が生じ、液晶パネルに横筋の色むらが生じると 、つ た問題があった。
LEDバックライト装置においては、上述した問題に対して、例えば光拡散プレート に大きな面積で調光パターンを形成するとともに、乳白色の合成樹脂で形成すること が考えられるが、表示光が遮光されて光透過率が大幅に低減することから液晶パネ ルの輝度が低下する。 LEDバックライト装置においては、例えばより多くの LEDを用 いることによって高輝度化の対応を図る場合に、コストの増大や消費電力が大きくな つてしまうば力りでなくより大きな発熱の対応が極めて困難となる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
本発明の目的は、上述したような従来提案され或いは考えられている技術の問題 点を解決し、さらに、多数個の発光ダイオードを設け透過型液晶パネルの高輝度化 を図るとともに、色むらや横筋の発生を防止したバックライト装置及び透過型液晶表 示装置を提供することにある。
本発明が適用されたバックライト装置は、透過型表示パネルと多数個の発光ダイォ ードを実装した複数の光源ブロックを所定の間隔で配列してなる光源ユニットとの間 に配置され、各発光ダイオードから発光された表示光の一部を透過するとともに一部 を反射させることによって全面から均一化した状態で透過型表示パネルに供給する 光拡散プレートを備える。光拡散プレートは、光透過性を有する榭脂材によって形成 され、光源ブロックと対向する面の各発光ダイオードと対向する各領域に、光反射性 インクを印刷して形成された表示光を反射させる調光パターンを形成してなる。光拡 散プレートに形成される各調光パターンは、発光ダイオードの外形を含む大きさであ つて各光源ブロックの長さ方向の横幅に対して直交する方向の縦幅を長軸とした形 状に形成されている。
本発明が適用されたバックライト装置は、光源ブロックの各発光ダイオードから発光 された表示光が光拡散プレートを介して表示パネルに供給されることにより、この表 示パネルにおいて高輝度の表示が行われる。すなわち、光拡散プレートは、各発光 ダイオードと相対して形成された調光パターンが表示光を反射させることで部分的な 高輝度領域の発生を低減し、表示光が光拡散プレートの全面から均一化された状態 で表示パネルに供給するようになす。
本発明が適用されたバックライト装置は、組立状態で相対向する発光ダイオードと 調光パターンとに多少の位置ズレが生じても、発光ダイオードよりも大型の調光バタ ーンによる透過、反射機能が保持されて光拡散プレートの全面力 表示光を均一化 された状態で表示パネルに供給する。そして、縦長に形成された各調光パターンは 、各発光ダイオードから発光された表示光について光源ブロックの各列間方向の表 示光の光透過率を抑制する。また、透過型表示パネルは、色むら、ランプイメージ或 いは横筋の発生を防止した高精度の表示を実現する。
また、本発明が適用された透過型液晶表示装置は、液晶パネルと、光源ユニットと 、光学機能シート積層体と、拡散導光プレートと、光拡散プレートと、反射シートとを 備える。光源ユニットは、多数個の発光ダイオードを実装した複数の光源ブロックが 互いに所定の間隔を以て配列してなり、液晶パネルに対して背面側力 各発光ダイ オードから発光された表示光を供給する。光学機能シート積層体は、各機能光学シ ートにより表示光を光学的に適宜に機能変換して液晶パネルに供給する。拡散導光 プレートは、一方の面力 入射された表示光を内部で拡散して、他方の面から出射し て光学機能シート積層体に供給する。光拡散プレートは、拡散導光プレートと所定の 対向間隔を以て配置され、表示光の一部を透過するとともに一部を反射させて全面 から均一化した状態で拡散導光プレートに供給する。光拡散プレートは、光透過性を 有する榭脂材によって形成され、光源ブロックと対向する面の各発光ダイオードと対 向する各領域に光反射性インクを印刷して形成され、表示光を反射させる調光バタ ーンが形成されている。光拡散プレートは、各調光パターンが、発光ダイオードの外 形を含む大きさであって各光源ブロックの長さ方向の横幅に対して直交する方向の 縦幅を長軸とした形状に形成される。反射シートは、光源ユニットの背面側に光拡散 プレートと所定の間隔を隔てて対向配置され、各発光ダイオードから外周方向に出 射された表示光及び光拡散プレートで反射された表示光を光拡散プレート側に反射 させる。
本発明が適用された透過型液晶表示装置は、光源ブロックの各発光ダイオードか ら発光された表示光が光拡散プレートを介して液晶パネルに供給されることにより、こ の液晶パネルにぉ 、て高輝度の表示を実現する。
本発明が適用されたバックライト装置及びこのバックライト装置を用いた透過型液晶 表示装置は、多数個の発光ダイオードを光源とすることにより高輝度の表示を実現し 、各発光ダイオードから発生する熱の影響による構成各部材の寸法変化や構成各部 材の寸法精度或 、は組立精度さらに調光パターンの印刷精度等のバラツキに対し ても、各調光パターンと相対する各発光ダイオードとの対向状態が保持されて光拡 散プレートにおいて部分的な高輝度領域の発生を低減することで、表示パネルの高 輝度化とともに色むら発生の低減が実現できる。
また、本発明においては、各光源ブロックの列間に生じる光拡散プレートにおける 部分的な高輝度領域の発生も低減されることで、表示パネルに横筋が発生すること が防止される。
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において 図面を参照して説明される実施に形態力 一層明らかにされるであろう。
図面の簡単な説明
[0004] [図 1]図 1は、本発明を適用した透過型液晶表示装置を示す要部分解斜視図である
[図 2]図 2は、図 1に示す液晶表示装置の要部縦断面図である。
[図 3]図 3A、図 3Bは光拡散プレートを示し、図 3Aはその要部平面図であり、図 3Bは 要部縦断面図である。
[図 4]図 4A、図 4Bは調光パターンの構成を示し、図 4Aはその要部平面図であり、図 4Bは要部縦断面図である。
[図 5]図 5A、図 5Bは、形状を異にする調光パターンを形成した光拡散プレートにお ける輝度の測定結果を示した図である。
[図 6]図 6は、輝度の測定結果を示すグラフである。
[図 7]図 7は、光源ユニットを示す要部平面図である。
[図 8]図 8は、光源ブロックを示す要部斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
[0005] 以下、本発明を適用した透過型液晶カラー液晶表示装置 (以下、単に液晶表示装 置という。)の一実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明に係る液晶表示装置 1は、例えば 40インチ以上の大型表示画面を有するテ レビジョン受像機或いは表示モニタ等の表示パネルに用いられ、図 1及び図 2に示す ように、液晶パネルユニット 2と、この液晶パネルユニット 2の背面側に組み合わされて 表示光を供給するバックライトユニット 3とを備えている。液晶パネルユニット 2は、枠 状の前面フレーム部材 4と、液晶パネル 5と、この液晶パネル 5の外周縁部を前面フ レーム部材 4との間にスぺーサ 2a. 2bガイド部材 2c等を介して挟み込んで保持する 枠状の背面フレーム部材 6とから構成される。
液晶パネル 5は、詳細を省略するが、スぺーサビーズ等によって対向間隔を保持さ れ、例えば透明なセグメント電極が形成された第 1ガラス基板と同じく透明な共通電 極が形成された第 2ガラス基板との間に液晶を封入し、各ガラス基板に形成した電極 間に電圧を印加することによって液晶分子の向きを変化することで光透過率を変化さ せる。この液晶パネル 5には、第 1ガラス基板の内面に、ストライプ状の透明電極と、 絶縁膜と、配向膜とが形成されている。液晶パネル 5は、第 2ガラス基板の内面に、 3 原色のカラーフィルタと、オーバコート層と、ストライプ状の透明電極と、配向膜とが形 成される。液晶パネル 5は、第 1ガラス基板と第 2ガラス基板の表面に偏向フィルムと 位相差フィルムとが接合される。
液晶パネル 5は、ポリイミドからなる配向膜が液晶分子を界面に水平方向に配列し 、偏向フィルムと位相差フィルムとが表示光の波長特性を無彩色化、白色化してカラ 一フィルタによるフルカラー化を図って受信画像等をカラー表示する。
なお、ここで用いる液晶パネル 5は、力かる構造に限定されるものではなぐ従来提 供されて!、る種々の構成のものを用いることができる。
ノ ックライトユニット 3は、上述した液晶パネルユニット 2の背面側に配置されて表示 光を供給する光源ユニット 7と、この光源ユニット 7内に発生した熱を放熱する放熱ュ ニット 8と、これら光源ユニット 7と放熱ユニット 8とを保持するとともに前面フレーム部 材 4や背面フレーム部材 6と組み合わされて図示しない筐体に対する取付部材を構 成するバックパネル 9とを備える。ノ ックライトユニット 3は、液晶パネルユニット 2の背 面側の全面に亘つて対向する大きさを有し、液晶パネル 2との間に構成される対向空 間部を光学的に密閉した状態で組み合わされる。
ところで、ノ ックライトユニット 3を構成する光源ユニット 7は、光学シートブロック 10と 光源ブロック 11とを備える。光源ブロック 11は、図 7に示すように、多数個の発光ダイ オード (以下、 LEDと称する。) 12を一列に配列した複数の光源素子アレイ l la〜l l dを有し、これら光源素子アレイ 1 la〜l Idを所定間隔を隔て並列して配置して 、る。 ノックパネル 9は、例えば比較的軽量で有し、し力も熱伝導性の高い材料、例えば アルミニウムによって形成され、液晶パネル 5の外形とほぼ等しい大きさを有する横長 矩形状に形成されている。このノックパネル 9は、自らも熱伝導性を有することで、 LE D 12や回路部品等力も発生する熱を放熱する作用を有している。バックパネル 9の 外周縁側には、前面フレーム部材 6と組み合わされる外周壁部 9aが折り曲げ形成さ れるとともに、後述するように光学スタッド部材 17を取り付けるための多数個の取付部 9bや、放熱プレート 24を固定するための取付孔或いはリード線を引き出すための引 出し開口等が形成されている。このバックパネル 9には、図 2に示すように、その前面 側に放熱ユニット 8と光源ユニット 7と液晶パネル 5とが重ね合わされて組み付けられ 、さらに筐体の取付部に組み付けられる。
そして、光源ユニット 7を構成する光学シートブロック 10は、図 2に示すように、液晶 パネル 5の背面側に対向して設置され、各種の光学機能シートを積層してなる光学 機能シート積層体 13や、拡散導光プレート 14或いは光拡散プレート 15や反射シー ト 16等力も構成される。光学シートブロック 10は、液晶パネル 5の背面側にこの液晶 パネル 5に対し所定の間隔を隔て光学機能シート積層体 13が対向配置され、この光 学機能シート積層体 13のさらに背面に拡散導光プレート 14が積層さる。
この光学シートブロック 10を構成する光学機能シート積層体 13は、光源ブロック 11 から発光され液晶パネル 5に入射する表示光を、所定の光学特性を有する表示光に 適宜変換等する。この光学機能シート積層体 13は、例えば直交する偏光成分に分 解する機能シート、光波の位相差を補償して広角視野角化や着色防止を図る機能 シート或いは表示光を拡散する機能シート等の種々の光学機能を奏する複数の光 学機能シートが積層されて構成される。なお、光学機能シート積層体 13は、上述した 光学機能シートを用いたものに限定されるものではなぐ例えば輝度向上を図る輝度 向上フィルムや位相差フィルム或いはプリズムシートを挟む上下 2枚の拡散シート等 を用いて構成したものであってもよ 、。
そして、光学機能シート積層体 13の液晶パネル 5と対向する面とは反対側の背面 側には、図 2に示すように、拡散導光プレート 14が積層されている。この拡散導光プ レート 14は、導光性を有する乳白色の合成樹脂材、例えばアクリル榭脂ゃポリカー ボネート榭脂等によって形成されたやや厚みのあるプレート体力もなる。拡散導光プ レート 14は、一方の面力も入射された表示光を内部で適宜屈折や反射させて拡散し ながら他方の面側へと導光し、この他方の面側から光学機能シート積層体 13へ入射 する。そして、拡散導光プレート 14は、光学機能シート積層体 13とともにブラケット部 材 29を介してバックパネル 9の外周壁部 9aに取り付けられる。 光学シートブロック 10を構成する拡散導光プレート 14と光拡散プレート 15、及び光 拡散プレート 15と反射シート 16とは、図 2に示すように、互いに一定の対向間隔を維 持するように多数個の光学スタッド部材 17によって支持され、これら光学スタッド部材 17を介してバックパネル 9に取り付けられて 、る。
ここで、光拡散プレート 15は、透明な合成樹脂材料、例えばアクリル榭脂等によつ て形成されたプレート材であり、光源ブロック 11から供給された表示光が入射される 。この光拡散プレート 15には、図 3A及び図 3Bに示すように、多数個の調光パターン 18がマトリックス状に形成されている。なお、光拡散プレート 15には、詳細を省略す るが適宜の位置に、光学スタッド部材 17がそれぞれ取り付けられる嵌合孔 15aが形 成されている。
各調光パターン 18は、図 2に示すように、光源ブロック 11を構成する複数の LED 1 2にそれぞれ対応し、各 LED12に対向するように光拡散プレート 15に形成されてい る。具体的には、各調光パターン 18は、図 7に示すように配列された光源素子アレイ l la〜l Idの各 LED12に対向するようにマトリックス状に光拡散プレート 15に形成さ れている。
そして、各調光パターン 18は、図 4に示すように、それぞれ LED12の外形 Dよりも やや大きな形状のパターン形成領域 20内に光反射性インクを例えばスクリーン印刷 法によって印刷して形成される。各調光パターン 18は、光反射性インク力 遮光剤と 拡散剤とを含む各種のインク材料を所定の割合で調合した光反射インクにより形成さ れている。光反射性インクには、遮光剤として、例えば酸ィ匕チタン、硫化バリウム、炭 酸カルシウム、酸化ケィ素、酸ィ匕アルミナ、酸化亜鉛、酸ィ匕ニッケル、水酸ィ匕カルシゥ ム、硫化リチウム、四三酸化鉄、メタタリル榭脂粉末、雲母 (セリサイト)、陶土粉末、力 ォリン、ベントナイト、金粉末或いはパルプ繊維等が含有されている。また、光反射性 インクには、拡散剤として、例えば酸ィ匕ケィ素、ガラスビーズ、ガラス微粉末、ガラス繊 維、液体シリコン、水晶粉末、金めつき榭脂ビーズ、コレステリック液晶液或いは再結 晶アクリル榭脂粉末等が含有されて!ヽる。
ここで、各調光パターン 18は、図 4に示すように、各光源素子アレイ 11a乃至 l id内 においてそれぞれの LED 12の配列方向に亘る方向の横軸の長さを Wとし、各 LED 12の配列方向と直交する方向の縦軸の長さを Wとすると、 W >Wとした縦長の楕
2 2 1
円形に形成されている。各調光パターン 18は、図 4Bに示すように、その表面と各 LE D12の頂点部との間隔 Hが約 1. 5mm〜2. 5mmに設定されている。各調光パター ン 18は、図 4Aに示すように、直径 Dの LED12に対して、横軸の長さ W力 7mm〜8 mm (D+ l〜2mm)、縦軸の長さがW力 S9mm〜12mm(W +W〜4mm)の外开
2 1 2
寸法を以て形成される。
以上のように構成された各調光パターン 18は、相対する LED12から発光されて光 拡散プレート 15に直進する表示光を反射して遮光する。したがって、光拡散プレート 15は、表示光について、各調光パターン 18が形成されたパターン形成領域 20にお いて遮光するとともに、調光パターン 18の非形成領域で透過させる。光拡散プレート 15は、調光パターン 18を形成することによって相対する LED12から直接入射される 表示光の透過量を調整して部分的な高輝度領域の発生が低減されるようにし、表示 光を全面力 均一化して拡散導光プレート 14へと供給するように機能する。
光拡散プレート 15は、上述したように各調光パターン 18が、相対向する各 LED12 の外形よりも大きな形状のパターン形成領域 20に形成されている。したがって、光拡 散プレート 15は、その寸法精や各調光パターン 18の印刷精度、或いは多数個の LE D12からの発生熱による膨張、収縮の寸法変化さらに液晶表示装置 1の構成各部材 の寸法精度や組立精度等に起因する各調光パターン 18と LED12とに多少の位置 ズレが生じて!/ヽても上述した表示光の透過制御を確実に行うことができる。光拡散プ レート 15は、構成各部材の加工誤差や組立精度の条件に余裕を持たせることができ 、製造が容易となり製造コストの低減を図ることができる。なお、光拡散プレート 15は 、各 LED12から発光される表示光の一部が臨海角を超えて入射されると、表面で反 射させる機能も有している。
ところで、光拡散プレート 15は、上述した調光パターン 18の形状によって LED12 力 発光された表示光の透過量を適宜調整する機能を有している。図 5及び図 6は、 丸形及び寸法を変えた 2種類の楕円形の調光パターン 18を形成した光拡散プレート 15について、表示光の出射側主面における各部の輝度を測定した結果を示す。輝 度の測定は、図 5Aに示すように第 1列目の光源素子アレイ 11aに一列に配置された 各 LED12の直上の位置 と、第 1列目の光源素子アレイ 11aと、この光源素子ァレ ィ 11aに並列して配置された第 2列目の光源素子アレイ l ibとの間に構成される第 1 非パターン形成領域 30aの中央位置 Pと、第 2列目の光源素子アレイ l ibに配列さ
2
れた LED12の直上の位置 Pと、第 2列目の光源素子アレイ l ibと、この光源素子ァ
3
レイ l ibに並列して配置された第 3列目の光源アレイ 11cとの間に構成される第 2非 パターン形成領域 30bの中央位置 Pと、第 3列目の光源素子アレイ 11cに配列され
4
た LED12の直上の位置 Pの 5箇所として、それぞれ輝度計により光拡散プレート 15
5
の表面輝度の測定を行った。
光拡散プレート 15は、直径 7mmの円形の第 1調光パターン 18Aと、横軸が 7mm で縦軸が 9. 5mmの第 1縦長楕円形の第 2調光パターン 18Bと、横軸が 7mmで縦軸 が 11mmの第 2縦長楕円形の第 3調光パターン 18Cとを、 LED12と対向する面に同 一の光反射インクを用いて形成した。光拡散プレート 15は、第 1列目の光源素子ァレ ィ 1 laと第 2列目の光源素子アレイ 1 lbとの間隔及び第 2列目の光源素子アレイ 1 lb と第 3列目の光源素子アレイ 11cとの間隔が互いに等しぐ 80mm〜90mmとする。 円形の第 1調光パターン 18 Aを形成した光拡散プレート 15 Aは、図 5B及び図 6に 示す輝度の測定結果から明らかなように、各 LED12の直上の位置 P、 P、 Pで第 1
1 3 4 調光パターン 18Aによる表示光の遮光作用によって輝度が低下する。光拡散プレー ト 15Aにおいては、非パターン形成領域 30a、 30bに対向する光源アレイ中央位置 P 、 Pで輝度が 6300cdZmm2以上となる。光拡散プレート 15Aにおいては、全体の
2 4
平均輝度が約 6200cdZmm2と、高輝度化が図られるが、低輝度領域と高輝度領域 とで約 400cd/mm2の輝度差が生じる。光拡散プレート 15Aにおいては、光源素子 アレイ 11a, l ib, 11cの中央位置 P、Pにおいて LED12から外周方向に放射され
2 4
た表示光が集中することで、 LED列と平行な高輝度領域が生じて横筋が発生してし まう。また、光拡散プレート 15Aにおいては、 LED12と第 1調光パターン 18Aとの位 置ズレにより、色むらが発生する。
第 1縦長楕円形の第 2調光パターン 18Bを形成した光拡散プレート 15Bにおいて は、図 5及び図 6に示した輝度の測定結果から明らかなように、 LED12の直上位置 P
、 P、 Pで第 1調光パターン 18Aによる表示光の遮光作用によって輝度が低下する 。光拡散プレート 15Bにおいては、楕円形状の第 2調光パターン 18Bによって LED 列と直交する方向の平均化が図られるようになり、非パターン形成領域 30a、 30bに おいて多少高輝度となるが低輝度領域と高輝度領域との輝度差が約 180cdZmm2 程度である。光拡散プレート 15Bにおいては、 LED列と平行な高輝度領域の発生が 抑制されることで横筋の発生が低減される。また、光拡散プレート 15Bにおいては、 全体の平均輝度が約 6100cdZmm2をやや下回る程度であり上述した光拡散プレ ート 15Aよりもやや低下するが、実用的に充分な輝度が確保される。しかしながら、 光拡散プレート 15Bにお!/、ては、 LED 12と第 2調光パターン 18Bとの位置ズレにより 、LED12の配列方向に高輝度領域が発生して色むらが発生することがある。
第 2縦長楕円形の第 3調光パターン 18Cを形成した光拡散プレート 15Cにおいて は、図 5及び図 6に示した輝度の測定結果から明らかなように、上述した光拡散プレ ート 15Bよりもさらに輝度の均一化が図られるようになる。光拡散プレート 15Cにおい ては、 LED列と平行な高輝度領域の発生が大幅に抑制されることにより、横筋の発 生が確実に防止される。光拡散プレート 15Cにおいては、全体の平均輝度も約 610 OcdZmm2を超えることから、実用的な高輝度化が図られる。光拡散プレート 15Cに おいては、 LED12と第 2調光パターン 18Bとに位置ズレが生じても、大型の第 3調光 パターン 18Cによってそれらの対向状態を保持して高輝度領域の発生をなくして色 むらの発生が確実に防止することができる。
なお、光拡散プレート 15は、調光パターン 18を上述したように相対向する LED12 の外形を含む大きな領域のパターン形成領域 20に縦長の楕円形状で形成するよう にしたが、調光パターン 18が、力かる楕円形状に限定されるものではない。調光バタ ーン 18は、縦長の長方形や多角形のパターン、縦長の小判形パターン等の適宜の 形状で形成するようにしてもよい。また、光拡散プレート 15は、調光パターン 18をパ ターン形成領域 20の全面に均一に塗布したベタ塗りパターンとして形成した力 例 えば多数個のドットパターンによって構成するようにしてもよい。さらに、光拡散プレー ト 15は、力かるドットパターン力もなる調光パターン 18が中央部のドット密度を周辺部 のドット密度よりも大きくしたいわゆるグラデーションパターンとして構成するようにして もよい。また、調光パターン 18は、上述した寸法値に限定されるものではなぐ液晶 表示装置 1の仕様に応じて適宜選択される。
そして、光学シートブロック 10を構成する反射シート 16は、光拡散プレート 15の調 光パターン 18や光拡散プレート 15の調光パターン 18が形成されていない領域で反 射された表示光や、 LED12から外周方向に出射された表示光を反射させて光拡散 プレート 15へと再び入射させる。反射シート 16は、例えば蛍光剤を含有した発泡性 PET (polyethylene terephthalate)によって形成される。反射シート 16は、発泡性 PE Tが、約 95%程度の高反射率特性を有するとともに金属光沢色と異なる色調で反射 面の傷が目立たないといった特徴を有していることから、表示光を効率よく反射する。 反射シート 16は、光拡散プレート 15との間で表示光を反復反射させて増反射原理 による反射率の向上を図る機能も有している。なお、反射シート 16については、例え ば鏡面を有する銀、アルミニウム或 、はステンレス等によって形成するようにしてもよ い。また、反射シート 16は、例えばアルミニウム板に上述した発泡性 PETを貼り付け て構成してもよい。
そして、光学シートブロック 10には、図 2に示すように、多数個の光学スタッド部材 1 7が設けられ、これら光学スタッド部材 17によって光拡散プレート 15と反射シート 16と の相対向する面間の平行度を全面に亘つて精度よく維持するとともに、拡散導光プ レート 14と光拡散プレート 15との相対向する面間の平行度を全面に亘つて精度よく 維持するように構成されている。光学スタッド部材 17は、例えばポリカーボ榭脂等の 導光性と機械的剛性を有し、さらにある程度の弾性を有する乳白色の合成樹脂材に よって一体に形成されている。光学スタッド部材 17は、図 2に示すようにバックパネル 9の内面に一体に形成した略台形凸部の取付部 9bにそれぞれ取り付けられる。 バックパネル 9は、図 2に示すように、取付部 9bの上面が反射シート 16の載置面を 構成し、複数の取付孔 9cが貫通して形成されている。光学シートブロック 10は、光拡 散プレート 15と反射シート 16とが、各光学スタッド部材 17を介してバックパネル 9に 対して底面 9d上に位置決めされてそれぞれ組み合わされる。光拡散プレート 15と反 射シート 16には、ノ ックパネル 9側の各取付部 9bに設けられた取付孔 9cに対応して それぞれ多数個の嵌合孔 15a, 16aが形成されている。
各光学スタッド部材 17は、それぞれ軸状基部 17aと、この軸状基部 17aの基端部に 形成された嵌合部 17bと、この嵌合部 17bから所定の間隔を以て軸状基部 17aの周 回りに一体に形成されたフランジ状の第 1受け板部 17cと、この第 1受け板部 17cから 所定の間隔を以て軸状基部 17aの周回りに一体に形成されたフランジ状の第 2受け 板部 17dとから構成される。各光学スタッド部材 17は、軸状基部 17aがバックパネル 9の取付部 9bと拡散導光プレート 14との対向間隔を規定する軸長を以て形成され、 第 2受け板部 17dから所定の高さ位置に段部 17eが形成されて 、る。
各光学スタッド部材 17は、軸状基部 17aが、段部 17eを光拡散プレート 15の嵌合 孔 15aよりも大径とされるとともに先端部に向力つて次第に小径とした長軸な円錐形 状に形成されている。各光学スタッド部材 17には、軸状基部 17aに、段部 17eのや や上方に位置して軸方向の肉盗み孔 17fが形成されている。肉盗み孔 17fは、軸状 基部 17aに、その外径が光拡散プレート 15の嵌合孔 15aよりも大径とされた部位の 範囲で形成されており、この部位に収斂習性を付与する。
各光学スタッド部材 17は、第 1受け板部 17cと第 2受け板部 17dとが光拡散プレー ト 15と反射シート 16との対向間隔を保持する間隔を以て形成されている。各光学ス タッド部材 17は、軸状基部 17aが、第 1受け板部 17cと第 2受け板部 17dとの部位を 光拡散プレート 15の嵌合孔 15aとほぼ同径に形成される。各光学スタッド部材 17は 、嵌合部 17bが、先端部の外径をバックパネル 9側の取付孔 9cとほぼ等しい外径とさ れるとともに軸方向に次第に取付孔 9cよりも大径とされた断面が略円錐台の形状を 呈している。各光学スタッド部材 17は、嵌合部 17bが、大径部位力も先端側に向かつ てすり割り 17gを形成することによって収斂習性を付与される。
各光学スタッド部材 17は、軸状基部 17aが、嵌合部 17bと第 1受け板部 17cとの間 隔をバックパネル 9の厚み及び光拡散プレート 15の厚みとほぼ等しくして形成されて いる。各光学スタッド部材 17は、第 1受け板部 17cが、光拡散プレート 15の嵌合孔 1 5aよりも大径とされるとともに、第 2受け板部 17dが反射シート 16の嵌合孔 16aよりも 大径とされて形成されて!ヽる。
そして、反射シート 16は、ノ ックパネル 9の取付部 9b上に取付孔 9cと嵌合孔 16aと を相対向させて組み合わされる。そして、各光学スタッド部材 17の嵌合部 17bが、バ ックパネル 9の底面 9d側カゝら反射シート 16の嵌合孔 16aに押し込まれる。各光学スタ ッド部材 17は、嵌合部 17bがこの嵌合部 17bに設けたすり割り 17gの作用によって縮 径してバックパネル 9側の取付孔 9cを貫通した後に弾性復帰することで、抜け止めが 図られて取付部 9b上に垂直に組み付けられる。
そして、各光学スタッド部材 17が嵌合部 17bと第 1受け板部 17cとの間で取付部 9b と反射シート 16とを厚み方向に挟持することによって、ノックパネル 9に対して反射シ ート 16を位置決めした状態で保持する。また、各光学スタッド部材 17は、それぞれ軸 状基部 17aの第 1受け板部 17cから上方部分を反射シート 16から突出させて、ノ ック パネル 9の取付部 9b上に垂直に取り付けられる。
さらに、光拡散プレート 15は、複数の嵌合孔 15aをそれぞれ相対向する光学スタツ ド部材 17の先端部 17hに嵌挿することにより光学スタッド部材 17に組み合わされる。 そして、光拡散プレート 15は、各光学スタッド部材 17の大径部に設けた肉薄部 17f が縮径するように変形した後弾性復帰することにより各光学スタッド部材 17の大径部 に密嵌される。光拡散プレート 15は、各光学スタッド部材 17に設けた段部 17eを乗り 越えて第 2受け板部 17dに突き当たり、これら段部 17eと第 2受け板部 17dとの間で 挟持される。このとき、各光学スタッド部材 17の軸状基部 17aの第 2受け板部 17dか ら上方側が、図 2に示すように、光拡散プレート 15から突出する。そして、各光学スタ ッド部材 17の先端部 17hには、光学機能シート積層体 13を重ね合わせた拡散導光 プレート 14がその底面側を突き当てて支持されて 、る。
以上のように構成された光学シートブロック 10は、嵌合部 17bを取付孔 9cに押し込 む簡易な方法によってバックパネル 9の底面 9d上にそれぞれ組み付けられる多数個 の光学スタッド部材 17が、光拡散プレート 15と反射シート 16とを位置決めするととも に、これら光拡散プレート 15と反射シート 16及び拡散導光プレート 14と光学機能シ 一ト積層体 13との対向間隔を高精度に維持する。そして、光学シートブロック 10は、 複数個の光学スタッド部材 17を備えることによって、複雑な位置決め構造や間隔保 持構造が不要となるとともに組立工程の簡易化が図られるようになる。各光学スタッド 部材 17は、各種サイズの液晶パネル 5に対しても互換使用が可能であり、部品の共 用化が図られるようになる。
なお、光学スタッド部材 17については、上述した構造に限定されるものではなぐ各 部の具体的な構造は光学シートブロック 10の構成によって適宜選択される。光学ス タッド部材 17は、例えば嵌合部 17bにすり割 17gを形成して弾性変形可能とすること によりバックパネル 9の取付孔 9cに対し押し込み操作を行うのみで取り付けられるよう にしたが、例えば外周部に抜止め突部を一体に形成して、内周部にキー溝を形成し た取付孔 9c内に嵌合した後に回転して抜け止めされるようにしてもよ!、。
光学シートブロック 10は、各光学部材が互いに高精度に位置決めされることによつ て、図 2に示すように、拡散導光プレート 14と反射シート 16との間に構成される導光 空間部 H内において表示光が安定した状態で導光、拡散、反射等の動作を行うこと から、液晶パネル 5に色むら等の発生を抑制する。また、導光空間部 H内に設けられ る各光学スタッド部材 17が乳白色の導光性を有する合成樹脂材料によって形成され 、その外周面力 内部に入射する表示光を拡散し、先端部 17hが部分的に光輝され ないようにすることで、導光空間部 Hから拡散導光プレート 14に対して表示光を均一 に入射することが可能となる。
ところで、ノ ックライトユニット 3を構成する光源ユニット 7は、光学シートブロック 10を 備えることによって、この光学シートブロック 10を介して光源ブロック 11の各 LED12 力も発光された表示光が液晶パネルユニット 2に対して安定した状態で効率よく入射 させる。
この光源ユニット 7を構成する光源ブロック 11は、図 7に示すように、ノックパネル 9 の底面 9d上に、このバックライト 9の長手方向に沿って 4列の光源素子アレイ 11a乃 至 1 Idを互いに平行に配列して構成されて 、る。
なお、各光源素子アレイ 11a乃至 l idは、いくつかの LEDを直列に配列した光学 アレイ素子を一連に連続することによって構成するようにしてもょ 、。
光源ブロック 11を構成する各光源素子アレイ 11a乃至 l idは、図 2及び図 8に示す ように、複数個の赤色 LEDと緑色 LEDと青色 LED (以下、 LED12と総称する。)と、 これら LED 12を主面 22a上に長さ方向に所定の順序に並べて実装する横長矩形の 配線基板 22及び図示しないコネクタ付きリード線束等カゝら構成される。光源素子ァレ ィ 11a乃至 l idは、表示画面の大きさや各 LED12の発光能力等によって配列する 個数やそれぞれに実装する LED12の個数が適宜決定される。 そして、配線基板 22の主面 22aには、各 LED 12を並列に接続する配線パターン や各 LED 12の端子を接続するランド等が形成されている。各配線基板 22は、全て 同一仕様で形成されており、主面 22aの幅方向の一側部の近傍でかつ長手方向の 両側に位置されて信号出力側の第 1コネクタ 23aと信号入力側の第 2コネクタ 23bと が実装されている。
また、第 1列目の光源素子アレイ 11aと第 2列目の光源素子アレイ l ib及び第 3列 目の光源素子アレイ 11cと第 4列目の光源素子アレイ l idとはそれぞれ対をなし、各 配線基板 22が、図 7に示すように、コネクタ 23を実装した側縁側を互いに対向させて 長手方向に沿って並列されることにより、光源ブロック 11を構成する。ここで、光源ブ ロック 11は、各光源素子アレイ 11a乃至 l idの隣り合う配線基板 22が第 1コネクタ 23 Aと第 2コネクタ 23Bとを隣り合うようにして配置され、これらを図示しな 、コネクタ付き リード線束によって接続することにより、各光源素子アレイ 1 la乃至 1 Idの配線基板 2 2が最短の配線で接続される。
光源ブロック 11は、第 1列目の光源素子アレイ 11aと第 2列目の光源素子アレイ 11 bとの間及び第 3列目の光源素子アレイ 11cと第 4列目の光源素子アレイ l idとの間 に位置するようにして、各光源素子アレイ 1 la乃至 1 Idの配線基板 22から信号出力 用リード線束を引き出し、クランパで束ねて引出し開口を介してバックパネル 9の背面 側へと引き出すようにしている。光源ブロック 11は、各光源素子アレイ 11a乃至 l id の間のスペースを利用した信号入出力用リード線束の保持、ガイド構造を設けること により、スペースの効率ィ匕ゃ配線工程の簡易化が図られている。そして、各光源素子 アレイ 11a乃至 l idは、第 1コネクタ 20aと第 2コネクタ 20bとの位置によって、各配線 基板 22の組み間違えが防止されるとともに、配線基板 22間の配線構造や配線工程 の簡易化或いは信号入出力用リード線束の共通化が図られている。
各光源素子アレイ 11a乃至 l idは、赤、緑、青の光の 3原色をそれぞれ発光する赤 色 LEDと緑色 LEDと青色 LEDをこの順序で配列したものを複数組み配線基板 22の 主面 22aに同一軸線上に位置するように配列して実装している。各 LED12は、詳細 を省略するがそれぞれ発光素子が榭脂ホルダに保持されるとともに榭脂ホルダから 接続用リード端子が引き出されている。各 LED12は、表示光を発光するとともに、そ の際に熱も発生する。
光源ユニット 7は、上述したように光源ブロック 11を光学シートブロック 10の背面側 に組み合わせることにより周囲が密閉された導光空間部 Hを構成することから、多数 個の LED12からそれぞれ発生する熱が大きな熱量となって導光空間部 H内にこもつ た状態となる。
そこで、ノ ックライトユニット 3は、放熱ユニット 8によって導光空間部 Hに籠もる熱を 効率よく放熱して、光学シートブロック 10の上述した各光学シート体の特性変化、各 LED12の点灯状態の不安定化、液晶パネル 5の色むら、回路部を構成する電子部 品等の動作の不安定化を抑制する。
放熱ユニット 8は、図 8に示すように、上述した各光源素子アレイ l la〜l Id毎に設 けられた取付部材を兼用する複数の放熱プレート 24と、これら放熱プレート 24にそ れぞれ取り付けられた多数本のヒートパイプ 25と、これらヒートパイプ 25の両端部が 接続される図示しないヒートシンクや、ヒートシンクの冷却機能を促進する冷却ファン 等によって構成される。放熱ユニット 8は、詳細を後述するように各放熱プレート 24に ヒートパイプ 25を一体に組み付けてヒートシンクに対する効率的な熱伝導路を構成 する。
各放熱プレート 24は、熱伝導率に優れ、加工性がよくかつ軽量で廉価なアルミ-ゥ ムにより形成され、押出加工によって上述した各光源素子アレイ l la〜l Idの長さと 幅にほぼ等しい長尺な矩形板状に形成されている。各放熱プレート 24は、光源プロ ック体 21の取付部材を兼ねることから機械的剛性を有する所定の厚さで形成されて いる。なお、各放熱プレート 24は、アルミニウムに限定されず、熱伝導率が良好な、 例えばアルミニウム合金、マグネシウム合金或いは銀合金や銅等によって形成するよ うにしてもよい。各放熱プレート 24は、比較的小型の場合に、例えばプレス加工や切 出し加工等によって形成され、主面 24a上に配線基板 22を取付ねじによって固定す る。
各放熱プレート 24には、背面側にヒートパイプ 25を嵌合する断面が略アーチ型形 状の凹溝力もなるヒートパイプ嵌合部 24bが形成されている。ヒートパイプ嵌合部 24b は、ヒートパイプ 25の外径とほぼ等しい開口幅を有するとともにやや小さな深さに形 成されることにより、ヒートパイプ 25を保持部材等を介さずに仮保持することが可能な 開口形状に形成されている。各放熱プレート 24は、ヒートパイプ嵌合部 24bによって 、ヒートパイプ 25を配線基板 22の最も温度が高くなる LED実装領域により近 、位置 に配置する。
ヒートパイプ 25は、各種の電子機器等において高温となる電源部等力も放熱手段 へと熱伝導を行うために一般的に採用される部材であり、熱伝導率に優れた銅等の 金属製パイプ材内を排気した状態で所定の温度で気化する水等の伝導媒体を封入 して構成され、高能率の熱伝導能力を有している。ヒートパイプ 25は、上述したように 各放熱プレート 24に一体的に組み付けられ、各放熱プレート 24とともに両端部がヒ ートシンクと接続される。このヒートパイプ 25において、高温側の放熱プレート 24から の熱伝導を受けて内部に封入された伝導媒体が液体から気体へと気化する。この気 化した伝導媒体は、パイプ内を低温側のヒートシンク 26との接続部へと流れて冷却さ れることで凝縮熱を放出して液化する。液化した伝導媒体は、金属パイプの内壁に 形成した長さ方向の多数条の溝や多孔質層内を毛細管現象によって放熱プレート 2 4側へと移動してパイプ内の循環が行われることで、高能率の熱伝導作用を奏する。 上述したように、放熱ユニット 8は、放熱プレート 24に高能率の熱伝導能力を有する ヒートパイプ 25を一体化して取り付けることにより、このヒートパイプ 25を発熱源の各 L ED 12の配列領域の真下に近接して延在させた構成となる。この放熱ユニット 8は、 各 LED12を実装した配線基板 22と、この配線基板 22を保持する放熱プレート 24と ヒートパイプ 25とが互いに密着した状態で重ね合わされてヒートシンクへの熱伝導体 を構成する。カゝかる構成を有することにより、放熱ユニット 8は、スペース効率を図って 各 LED12からの発生熱を極めて効率よくヒートシンクへと伝導して放熱することで、 導光空間部 Hの高温ィ匕を低減してバックライトユニット 3が安定した動作で液晶パネ ル 5に対して表示光を供給するようにする。
以上のように構成された本発明が適用された液晶表示装置 1は、複数の光源素子 アレイ 11a乃至 l idを組み合わせて構成され、多数個の LED12がマトリックス状に配 列された光源ブロック 11を用いた光源ユニット 7を光源とし、各 LED12から発光され た高容量の表示光を光学シートブロック 10を介して液晶パネルユニット 2に供給する 。この液晶表示装置 1は、放熱ユニット 8によって各 LED12から発生した熱を効率よ く放熱し、さらに、光学シートブロック 10を構成する光拡散プレート 15が調光パター ン 18によって各 LED 12から発光された表示光の直射成分の入射を規制する。 また、本発明が適用された液晶表示装置 1は、光拡散プレート 15により反射した表 示光を、反射プレート 16によって反射して光拡散プレート 15に入射することで光効 率の向上を図り、さらに、光拡散プレート 15の全面力 部分的な高輝度成分を除去 して均一化した表示光を発光して拡散導光プレート 14に供給する。
さらにまた、本発明が適用された液晶表示装置 1は、拡散導光プレート 14の内部で 表示光を適宜反射、屈折させることでさらに均一化し、この表示光を光学機能シート 積層体 13に供給し、光学機能シート積層体 13において所定の光学特性を有する表 示光に変換する動作を行い、この光学機能シート積層体 13から液晶パネル 5に対し て表示光の供給を行う。
さらにまた、本発明が適用された液晶表示装置 1は、各 LED12にそれぞれ対向す る直上に位置して各調光パターン 18を光拡散プレート 15に形成してるので、各調光 パターン 18によって表示光の直射成分を反射させることでき高輝度領域の発生を低 減することができる。各調光パターン 18は、 LED12の外形よりもやや大型でかつ縦 長の楕円形に形成されることにより、各 LED12から外周方向に出射された表示光を 各光源素子アレイ 11a〜: L id間に集光する横筋状の高輝度領域の発生を低減する そして、本発明を適用した液晶表示装置 1は、熱変化や部品精度或いは組立精度 に起因する寸法変化に対しても、各調光パターン 18と各 LED 12との位置ズレが吸 収可能とである。
本発明が適用された液晶表示装置 1は、各 LED12から発光された高容量の表示 光力 液晶パネル 5に対して効率よく導光され、光拡散プレート 15から全面に亘つて 均一化した表示光が出射されることで、液晶パネル 5において、色むら、ランプィメー ジ或 、は横筋の発生を防止した高輝度かつ高精度の表示が行われるようになる。 なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく 、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなぐ様々な変更、置換又はその 同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである c

Claims

請求の範囲
[1] 1.透過型表示パネルと多数個の発光ダイオードを実装した複数の光源ブロックを所 定の間隔を以て配列してなる光源ユニットとの間に配置され、上記各発光ダイオード 力 発光された表示光の一部を透過するとともに一部を反射させることによって全面 から均一化した状態で上記透過型表示パネルに供給する光拡散プレートを備え、 上記光拡散プレートは、光透過性を有する榭脂材によって形成され、上記光源プロ ックと対向する面の上記各発光ダイオードと対向する各領域に光反射性インクを被着 して形成されて上記表示光を反射させる調光パターンが形成されてなり、
上記各調光パターンは、上記発光ダイオードの外形を含む大きさであって上記各 光源ブロックの長さ方向の横幅に対して直交する方向の縦幅を長軸とした形状に形 成されている
ことを特徴するバックライト装置。
[2] 2.上記各調光パターンは、多数個の調光ドットによって構成するとともに、これら調 光ドットが表示光の光透過率を中央領域力 周辺領域に向力つて次第に大きくする ように形成されたグラデーションパターンであることを特徴とする請求の範囲第 1項記 載のノ ックライト装置。
[3] 3.透過型液晶パネルと、
多数個の発光ダイオードを実装した複数の光源ブロックが互いに所定の間隔を隔 て配列され、上記液晶パネルの背面側から上記各発光ダイオードから発光された表 示光を供給する光源ユニットと、
複数の機能光学シートを積層してなり、上記表示光を適宜変換して上記透過型表 示パネルに導光する光学機能シート積層体と、
一方の面側力 入射された上記表示光を内部で拡散して、他方の面側から上記光 学機能シート積層体に供給する拡散導光プレートと、
上記拡散導光プレートに対し所定の間隔を隔てて対向配置され、上記表示光の一 部を透過するとともに一部を反射させて全面力 均一化した状態で上記拡散導光プ レートに供給する光拡散プレートと、
上記光源ユニットの背面側に上記光拡散プレートに対し所定の間隔を隔てて対向 配置され、上記各発光ダイオードから外周方向に出射された上記表示光及び上記 光拡散プレートで反射された上記表示光を上記光拡散プレート側に反射させる反射 シートとを備え、
上記光拡散プレートは、光透過性を有する榭脂材によって形成され、上記光源プロ ックと対向する面の上記各発光ダイオードと対向する各領域に光反射性インクを被着 して形成されて上記表示光を反射させる調光パターンが形成されてなり、
上記各調光パターンは、上記発光ダイオードの外形を含む大きさであって上記各 光源ブロックの長さ方向の横幅に対して直交する方向の縦幅を長軸とした形状に形 成されている
ことを特徴する透過型液晶表示装置。
4.上記各調光パターンは、多数個の調光ドットによって構成するとともに、これら調 光ドットが表示光の光透過率を中央領域力 周辺領域に向力つて次第に大きくする ように形成されたグラデーションパターンであることを特徴とする請求の範囲第 3項記 載の透過型液晶表示装置。
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