WO2011099330A1 - バックライト装置および液晶表示装置ならびにテレビジョン受像機 - Google Patents

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Definitions

  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the backlight device 2 according to the second embodiment of the present invention.
  • the convex portion 72 is provided on the lower surface of the light guide 7. Since other configurations may be the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the arrangement of the optical axis and the inclined surface is such that the light emitted from the light emitting surface 91 is incident (reflected) at an angle smaller than the critical angle ⁇ by a plurality of inclined surfaces 7b1 and 7b2 provided on the light reflecting surface 7b. Is set, the light incident on the light reflecting surface 7b is totally reflected. Therefore, the light incident on the light reflecting surface 7b is not lost through the light reflecting surface 7b, and all the light emitted from the light emitting diode 9 can be used. Brightness can be improved.

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Abstract

高輝度で光の利用効率が優れたサイドライト型のバックライト装置および液晶表示装置並びにテレビジョン受像機を提供する。本発明に係るバックライト装置は、導光体と、導光体の上面に設けられた光出射領域と、導光体の所定の側面に設けられた光反射面と、光出射領域と光反射面の間であり導光体の下面に凹部若しくは凸部が形成され、凹部若しくは凸部の側壁は光反射面と対向するように設けられた光入射面であり、側壁と対向するように複数の光源が配置され、光源から出射された光は、光入射面から導光体の内部に導かれて、光反射面で反射され、光出射領域から出射されることを特徴としている。

Description

バックライト装置および液晶表示装置ならびにテレビジョン受像機
　本発明は、光源と導光体とを備えたサイドライト型のバックライト装置および液晶表示装置ならびにテレビジョン受像機に関するものである。
　従来、液晶表示装置に用いるバックライト装置には、導光体の側面側に光源を配置したサイドライト型のバックライト装置や、液晶パネルの直下に光源を配置した直下型のバックライト装置などがある。サイドライト型のバックライト装置は、中小型の液晶表示装置や特に薄型を必要とする液晶表示装置に用いられている。これらのバックライト装置の光源としては、従来は冷陰極管（ＣＣＦＬ）が主流であったが、最近では環境問題が重要視されており、低消費電力で水銀レスであるＬＥＤに切り替わりつつある。
　例えば、特許文献１にＬＥＤを用いたサイドライト型のバックライト装置が開示されている。特許文献1は、図６に示すように、液晶パネルの裏面側に配置されるホルダケース３００内に、所定の辺が光入射面７ａとされた導光体７と、その光入射面７ａ側に配置されるチップ型ＬＥＤ９とが収納され、チップ型ＬＥＤ９から出射される光を導光体７を介して液晶パネルに照射する液晶パネル用バックライト装置である。特許文献1では、チップ型ＬＥＤ９がその発光面９１側を光入射面７ａに対して逆向きとなるように配置するとともに、ホルダケース３００の光入射面７ａと対向する特定の側面に光反射手段３２０を設けることにより、チップ型ＬＥＤ９の出射光が光反射手段３２０にて反射して導光体に入射するため、液晶パネルの表示部端縁にバックライト光源による輝点が現れないようになっている。
特開２００６－４７３３９号公報
　特許文献１のサイドライト型のバックライト装置では、ホルダーケース３００内に光反射手段３２０が設けられており、光反射手段３２０の部品代や製造コストが掛かるため、バックライト装置の価格が高くなってしまう問題があった。また、光反射手段３２０と光入射面７ａとの間隙部は空間（空気層）となっており、チップ型ＬＥＤ９から出射された光が光反射手段３２０で反射して導光体に入射されるまでの間に、上記空気層で散乱されたり、光の一部が光入射面７ａで反射されるなどして、チップ型ＬＥＤ９から出射される光の損失が発生して、バックライト装置の輝度が低下するという問題があった。
　また、光反射手段３２０にて反射した光が、チップ型ＬＥＤ９に遮られて光入射面７ａに入射されず部分的に影が生じて、表示部端部に輝度むらを生じさせる問題があった。光反射手段３２０の凹凸面を工夫したり、光入射面７ａにレンズ面を形成することにより、チップ影部分を少なくすることもできるが、バックライト装置の価格がさらに上昇する問題がある。
　本発明に係るバックライト装置は、導光体と、導光体の上面に設けられた光出射領域と、導光体の所定の側面に設けられた光反射面と、光出射領域と光反射面の間であり導光体の下面に凹部若しくは凸部が形成され、凹部若しくは凸部の側壁は光反射面と対向するように設けられた光入射面であり、側壁と対向するように複数の光源が配置され、光源から出射された光は、光入射面から導光体の内部に導かれて、光反射面で反射され、光出射領域から出射されることを特徴としている。
　本発明に係るバックライト装置によれば、発光ダイオードから出射される光の損失が防止され、バックライト装置の照射光の明るさが向上し、輝度むらの発生を防止することができる。
第１の実施例のバックライト装置及び液晶表示装置を説明する斜視図である。 第１の実施例のバックライト装置の要部構成を説明する平面図である。 第１の実施例のバックライト装置の要部構成を説明する断面図である。 第２の実施例のバックライト装置の要部構成を説明する断面図である。 第３の実施例のバックライト装置の要部構成を説明する断面図である。 従来のサイドライト型のバックライト装置の平面図である。
　以下、本発明のバックライト装置、及びこれを用いた液晶表示装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、透過型の液晶表示装置に本発明を適用した場合を例示して説明する。
（実施例１）
　図１は、本発明の第１の実施例におけるバックライト装置及び液晶表示装置を説明する斜視図である。図１に示すように、液晶表示装置１は、バックライト装置２と、バックライト装置２からの光が照射される液晶パネル３とが一体化された構成となっている。
　また、液晶表示装置１は、バックライト装置２と液晶パネル３との間に、例えば拡散シート４、プリズムシート５、及び偏光シート６が配置されており、これらの光学シートにより、バックライト装置２から照射される光の輝度が整えられて、液晶パネル３の表示性能を向上させるようになっている。
　バックライト装置２は、導光体７と、反射シート８と、複数の光源とから構成されている。導光体７は、例えば、透明なアクリル樹脂などの合成樹脂を材料として略直方体状に形成されたものである。導光体７の下面側には反射シート８が配置されている。また、導光体７の表示領域１０の外側には光源となる複数の発光ダイオード９が配置されている。
　図２は、本発明のバックライト装置２の一例を示す断面図である。図１および図２に示すように、導光体７の上面には、表示領域１０に光を出射するための光出射領域７ｃを備えており、導光体７の所定の側面には光反射面７ｂを備えている。また、導光体７の表示領域１０の外側であり下面には、光反射面７ｂの方向に溝状に形成された凹部７１が設けられており、光反射面７ｂと対向する凹部７１の側壁が光入射面７aとなっている。
　また、光反射面７ｂの外側には反射部材８ａが設けられている。反射部材８ａは、導光体７の下面に配置した反射シート８と同じ部材を利用することができる。例えば、反射シート８を導光体７の下面から光反射面７ｂまで延長して配置し、光入射面７aの部分だけ反射シート８を取り除くことにより設けてもよい。
　導光体７の凹部７１の内部には、複数の発光ダイオード９が、それぞれの発光面９１を光入射面７aに対向させて配列されている。また、発光ダイオード９から出射される光の主発光方向が、光入射面７aから光反射面７ｂに向って上向きに進行するように、発光ダイオード９は発光面９１を上向きに傾斜して設置されている。
　なお、図２では、発光ダイオード９から出射される光が、光入射面７aで不要に反射されてしまうことを防ぐため、さらに、光入射面７aも発光面９１と平行になるように傾斜させて、発光ダイオード９の出射光を光入射面７aへ垂直に入射させる構成を示している。
　図３は、本発明のバックライト装置２の平面図である。発光ダイオード９の発光面９１から出射される光は、光入射面７aから導光体７に導入され、内部を進行して光反射面７ｂに入射される。入射光は光反射面７ｂへの入射角度によって、光反射面７ｂあるいは外側の反射部材８ａで反射されて、導光体７の内部を進行して表示領域１０（光出射領域７ｃ）の方向に返される。
　図３の矢印で示すように、発光ダイオード９から出射される光が光入射面７aから光反射面７ｂを経由し表示領域１０に至るように、表示領域１０までの光路長を長くとって導くことにより、表示領域１０に到達した光は十分な幅に拡散された状態となっているので、発光ダイオード９と近接する表示領域端部１０ａに光むらとなる輝点の発生を防ぐことができる。さらに、発光ダイオード９からの光は、光入射面７aから表示領域１０まで導光体７の内部を進行するため、光が空気層により散乱される損失を防止することができる。
　さらに、光反射面７ｂの外側には反射部材８ａが設けられており、光が光反射面７ｂに臨界角θ以上の角度で入射した場合にも、光反射面７ｂを透過せずに外側の反射部材８で反射されるため、光反射面７ｂに入射した光は全反射されることになる。したがって、光反射面７ｂに入射した光は光反射面７ｂを透過して損失されることはなく、発光ダイオード９から出射される光を全て利用できるので、光の利用効率が高まりバックライト装置の輝度を向上させることができる。
　なお、本実施例では光反射面７ｂの外側に反射部材８ａを設けているが、入射光の入射角が臨界角θよりも小さく光反射面７ｂで全反射される場合には、光反射面７ｂの外側に反射部材８ａを設けなくてもよい。
　また、発光ダイオード９は光軸が上向きに傾斜して設置されており、発光面９１から出射された光は、光反射面７ｂに下方から入射して上方へ反射される。したがって、光反射面７ｂあるいは反射部材８ａで反射された光は、発光ダイオード９の上方の導光体７の内部（凹部７１の上部）を進んで表示領域１０に至るので、光反射面７ｂから返ってくる光が発光ダイオード９に遮られて影部分ができるという問題を解決することができる。
　上記のように、本発明に係るバックライト装置によれば、発光ダイオードの光の損失が防止されるのでバックライト装置の照射光の明るさが向上し、表示領域に輝度むらの発生を防止することができる。
（実施例２）
　図４は、本発明の第２の実施例におけるバックライト装置２の断面図である。実施例２は、導光体７の下面に凸部７２を設けたものである。他の構成は実施例１と同じであってよいので詳細な説明は省略する。
　導光体７は、光反射面７ｂが設けられる側面部を、導光体７の下面側に凸状に延長して形成した凸部７２が設けられており、光反射面７ｂと対向する凸部７２の側壁が光入射面７aとなっている。
　また、光反射面７ｂの外側に反射部材８ａが設けられている。反射部材８ａは、導光体７の下面に配置した反射シート８と同じ部材を利用することができ、反射シート８を導光体７の下面から光反射面７ｂまで延長して配置し、光入射面７aの部分だけ反射シート８を取り除くことにより設けてもよい。
　導光体７の凸部７２の光入射面７a側には、複数の発光ダイオード９が、それぞれの発光面９１を光入射面７aに対向させて配列されている。また、発光ダイオード９から出射される光の主発光方向が、光入射面７aから光反射面７ｂに向って上向きに進行するように、発光ダイオード９は発光面９１を上向きに傾斜して設置されている。
　なお、図４では、発光ダイオード９から出射される光が、光入射面７aで不要に反射されることを防ぐため、さらに、光入射面７aも発光面９１と平行になるように傾斜させて、発光ダイオード９の出射光を光入射面７aへ垂直に入射させる構成を示している。
　発光ダイオード９の発光面９１から出射された光は、光入射面７aから導光体７に導入され、内部を進行して光反射面７ｂで反射され、導光体７の内部を進行して表示領域１０の方向に返される。
　第１の実施例と同様に、発光ダイオード９から出射される光が光入射面７aから光反射面７ｂを経由し表示領域１０に至るように、表示領域１０までの光路長を長くとって導くことにより、表示領域１０に到達した光は十分な幅に拡散された状態となっているので、発光ダイオード９と近接する表示領域端部１０ａに光むらとなる輝点の発生を防ぐことができる。さらに、発光ダイオード９からの光は、光入射面７aから表示領域１０まで導光体７の内部を進行するため、光が空気層等により散乱される損失を防止することができる。
　さらに、光反射面７ｂの外側には反射部材８ａが設けられており、光が光反射面７ｂに臨界角θ以上の角度で入射した場合にも、光反射面７ｂを透過せずに外側の反射部材８ａで反射されるため、光反射面７ｂに入射した光は全反射されることになる。したがって、光反射面７ｂに入射した光は光反射面７ｂを透過して損失されることはなく、発光ダイオード９から出射される光を全て利用できるので、光の利用効率が高まりバックライト装置の輝度を向上させることができる。
　なお、本実施例では光反射面７ｂの外側に反射部材８ａを設けているが、入射光の入射角が臨界角θよりも小さく光反射面７ｂで全反射される場合には、光反射面７ｂの外側に反射部材８ａを設けなくてもよい。
　また、光反射面７ｂで全反射された光が、発光ダイオード９の上方の導光体７の内部を進行して光出射領域７ｃの方向に至るので、反射光が発光ダイオード９に遮られて影部分が生じることはなく、表示領域端部１０ａの輝度むらを防止することができる。特に実施例３では、凸部７２に光入射面７aを設けているため、発光ダイオード９の上方の導光体７の厚みを光出射領域７ｃと同等の厚みで確保できるので、光反射面７ｂで反射された光を有効に表示領域１０に導くことができる。
（実施例３）
　図５は、本発明の第３の実施例におけるバックライト装置２の断面図である。上記第１の実施例と異なるところは反射面７ｂの構成であり、他の構成は第１の実施例と同じであってよいので詳細な説明は省略する。
　導光体７の側面に設けられる反射面７ｂは複数の傾斜面（７ｂ１、７ｂ２）から構成されており、それぞれの傾斜面は発光ダイオード９から出射される光が臨界角θよりも小さい角度で傾斜面に入射（反射）されるように傾斜されている。
　臨界角θとは、屈折率が大きいところから小さいところに光が入る際に全反射が起きる最も小さな入射角のことであり、入射元の物質の屈折率をｎ１、入射先の物質の屈折率をｎ２としたとき、θ＝ａｒｃ・ｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）の式から求めることができる。例えば、導光体７に使われるアクリル（ｎ１＝１．４９）と空気（ｎ２＝１）の屈折率から臨界角を求めると、θ＝４２．２°となる。
　第１の傾斜面７ｂ１と発光ダイオード９の光軸との配置関係は、上記のように臨界角θを考慮して設定されるが、例えば、図５に示すように、発光ダイオード９の光軸は導光体７と平行にして、第１の傾斜面７ｂ１の角度で光の入射角が臨界角θ以下となるように設定するのが望ましい。傾斜面７ｂ１や７ｂ２は、導光体７を成型するときの金型を用いて導光体７と一体的に形成することができる。このため、各々の傾斜面での光の入射角を精度良く設定するためには、発光ダイオード９の光軸を傾斜させて調整するよりも、上記のように傾斜面の角度を調整する方が容易かつ精確に、光の入射角を臨界角θ以下となるように設定することができ、バックライト装置２の組立に要する作業時間を短縮させることができる。
　発光ダイオード９の発光面９１から出射された光は、光入射面７aから導光体７に導入され、内部を進行して光反射面７ｂのそれぞれの傾斜面７ｂ１、７ｂ２で順次反射され、発光ダイオード９の上方の導光体７の内部（凹部７１の上方）を進行して表示領域１０の方向に返される。
　第１の実施例と同様に、発光ダイオード９から出射される光が光入射面７aから光反射面７ｂを経由し表示領域１０に至るように、表示領域１０までの光路長を長くとって導くことにより、表示領域１０に到達した光は十分な幅に拡散された状態となっているので、発光ダイオード９と近接する表示領域端部１０ａに光むらとなる輝点の発生を防ぐことができる。さらに、発光ダイオード９からの光は、光入射面７aから表示領域１０まで導光体７の内部を進行するため、光が空気層等により散乱される損失を防止することができる。
　また、発光面９１から出射された光は、光反射面７ｂに設けられた複数の傾斜面７ｂ１、７ｂ２で、臨界角θより小さな角度で入射（反射）されるよう光軸と傾斜面の配置が設定されているため、光反射面７ｂに入射された光は全反射されることになる。したがって、光反射面７ｂに入射した光は光反射面７ｂを透過して損失されることはなく、発光ダイオード９から出射される光を全て利用できるので、光の利用効率が高まりバックライト装置の輝度を向上させることができる。
　また、光反射面７ｂで全反射された光が、発光ダイオード９の上方の導光体７の内部（凹部７１の上方）を進行して光出射領域７ｃ方向に至るので、反射光が発光ダイオード９に遮られて影部分が生じることはなく、表示領域端部１０ａの輝度むらを防止することができる。
　なお、図５では、光反射面７ｂを２つの傾斜面（７ｂ１、７ｂ２）により構成しているが、２つ以上の傾斜面で光反射面７ｂを構成してもよい。傾斜面を増やすことにより、各傾斜面では光の入射角を臨界角θに対してさらに小さくすることができ、各傾斜面で確実に光を全反射させることができる。
　また、光反射面７ｂを縦方向と横方向の曲率半径が異なる曲面（シリンドリカル面、トロイダル面）で構成してもよい。光反射面７ｂを曲面で構成することにより、光の反射方向をきめ細かく調整したり集光させたりすることができる。
　以上、第１から第３の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、実施例１や実施例２の構成で示した反射部材８ａを実施例３で示した構成に設けることも可能である。
１　液晶表示装置
２　バックライト装置
３　液晶パネル
５　プリズムシート
６　偏光シート
７　導光体
７ａ　光入射面
７ｂ　光反射面
７ｃ　光出射領域
８　反射シート
８ａ　反射部材
９　発光ダイオード
１０　表示領域
７１　凹部
７２　凸部
９１発光面
１３０　光拡散板
３２０　光反射手段
３２１　波形面
３２２　光反射層

Claims (8)

  1. 　導光体と、
    　前記導光体の上面に設けられた光出射領域と、
    　前記導光体の所定の側面に設けられた光反射面と、
    　前記光出射領域と前記光反射面の間であり前記導光体の下面に凹部若しくは凸部が形成され、
    　前記凹部若しくは凸部の側壁は前記光反射面と対向するように設けられた光入射面であり、
    　前記側壁と対向するように複数の光源が配置され、
    　前記光源から出射された光は、前記光入射面から前記導光体の内部に導かれて、前記光反射面で反射され、前記光出射領域から出射されることを特徴とするバックライト装置。
  2. 　前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
  3. 　前記発光ダイオードは、主発光方向が斜め上方に傾斜されて配置されていることを特徴とする請求項２に記載のバックライト装置。
  4. 　前記光反射面は、傾斜面を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のバックライト装置。
  5. 　前記発光ダイオードから出射された光を、前記光反射面に臨界角以下で入射させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のバックライト装置。
  6. 　前記光反射面は、反射部材を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のバックライト装置。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれかに記載のバックライト装置を用いた液晶表示装置。
  8. 　請求項７に記載の液晶表示装置と、テレビジョン放送を受信するチューナ部とを備えることを特徴とするテレビジョン受像機。
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