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JP4535792B2 - バックライト及びそのバックライトを備えた液晶表示装置 - Google Patents
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JP4535792B2 - バックライト及びそのバックライトを備えた液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バックライト及びそのバックライトを備えた液晶表示装置に関し、特に発光ダイオードなどを光源として用いたバックライト及びそのバックライトを備えた液晶表示装置に関する。
透過型又は半透過型の液晶表示装置のためのバックライトとしては、光源として主に冷陰極管が使用されてきたが、冷陰極管には専用の点灯回路が必要になること、また高電圧を扱う必要があることから、冷陰極管の代わりに発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることが提案されている。
このＬＥＤを光源としたバックライトとしては、白色ＬＥＤを用いて白色光を得るタイプと、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの三種のＬＥＤを配列し、これらＬＥＤが出射する赤色光、緑色光及び青色光を混合させて白色光を得るタイプなどが知られている。白色ＬＥＤを用いて白色光を得るタイプでは、特に携帯電話やＰＤＡなどの小型用途に適している。ただし、この白色ＬＥＤでは、主に青色ＬＥＤにＹＡＧ蛍光体を塗布して擬似的な白色光を得ているため、色再現性、特に赤色の色再現性が青色や緑色に対して十分でなく、赤色の色再現範囲が狭いという傾向がある。
三色のＬＥＤの出射光を混合させて白色光を得るタイプでは、このような赤色の色再現性を改善できる。ＬＥＤは冷陰極管と比較して、光量が少ないこと、高価であることなど難点があったが、近年になってＬＥＤの発光効率の改善が進み、大電流で大光量の得られるＬＥＤが開発され、ＬＥＤを用いた比較的大型のバックライトの製品化の動きが活発となってきている。
このような、ＬＣＤを用いたバックライトは例えば特許文献１で提案されている。この特許文献１のバックライトについて概要を説明する。図７に示すように、導光板２０３の端面にＬＥＤ２１１を配置しＬＥＤ２１１から遠い導光板２０３の下面には導光板２０３の外へ光を出力させるための光出力手段２３１を設けたものを用意し、これを複数個組み合わせ、表側には散乱拡散体２５１を配置して、フレーム２０７に収容してバックライト２００が構成されている。
また、非特許文献１では、側面発光型のＬＥＤをアレイ状に配列した基板を、箱状の反射器内に複数配置し、面光源とすることが提案されている。
このようなバックライトでは、三種のＬＥＤを配列して、これらＬＥＤが出射する光を混合して白色光を得ているので、白色ＬＥＤのみを用いたものと比較して、色再現性を向上させることができる。
特表２００３−５３２２７３号公報（段落番号００３１、図１Ａ及び図１Ｂ） ＳＩＤ ０３ ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ．１２６２−１２６５
しかしながら、上述した特許文献１や非特許文献１のバックライトでは、次のような新たな課題が生じている。まず、特許文献１のバックライト２００では、光源のＬＥＤ２１１を導光板２０３の端面に配置して三色を混合しているため、バックライト２００の有効発光領域より外側の額縁領域を狭くすることができず、外形が大きくなってしまう。また、導光板２０３を複数個重ねて用いているため、バックライト２００の厚さも厚くなり、重量が重くなってしまうという課題があった。
また、非特許文献１のバックライトでは、光源のＬＥＤから出射された光をバックライトの有効発光領域に渡って効率よく混色させることができず、光源からの距離に依存して大きな色ムラが発生してしまうという課題があった。
したがって、本発明の目的は、光源となる発光素子からの光を効率よく混色でき、外形の小型化に適したバックライト及びこれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明では次のような新たな解決手段を採用する。
すなわち、本発明のバックライトでは、上面、下面及びその間の端面を有する導光板であって、上記下面には凹部が形成され、入射された光を混合し上記上面から照射光を出射する導光板と、アレイ基板に配列して搭載された複数の側面発光型発光素子であって、上記導光板の上記凹部に配置される複数の側面発光型発光素子とを備えることを特徴としている。
また、上記導光板の凹部は溝状凹部であり、上記溝状凹部に上記複数の側面発光型発光素子が配置されていることを特徴としている。
また、上記導光板の溝状凹部は上記導光板を貫通しており、上記溝状凹部に上記複数の側面発光型発光素子が配置されていることを特徴としている。
また、上記導光板の上記下面にはプリズム状の凹凸が形成されていることを特徴としている。
また、上記導光板の凹部は複数の穴状凹部であり、上記複数の穴状凹部に上記複数の側面発光型発光素子がそれぞれ配置されることを特徴としている。
また、上記複数の側面発光型発光素子は、側面発光型発光ダイオードであることを特徴としている。
また、上記複数の側面発光型発光素子は、側面発光型赤色ＬＥＤ、側面発光型緑色ＬＥＤ及び側面発光型青色ＬＥＤであることを特徴としている。
さらに、本発明の液晶表示装置では、上面、下面及びその間の端面を有する導光板であって、上記下面には凹部が形成され、入射された光を混合し上記上面から照射光を出射する導光板、及びアレイ基板に配列されて搭載された複数の側面発光型発光素子であって、上記導光板の上記凹部に配置される複数の側面発光型発光素子を備えるバックライトと、上記バックライトの照射光を受ける液晶パネルと、上記バックライト及び上記液晶パネルを収容するフレームとを有することを特徴としている。
また、上記バックライトが複数個併設して設けられ、これら複数個のバックライトからの照射光を上記液晶パネルが受けることを特徴としている。
また、上記複数個のバックライトは順次点灯されることを特徴としている。
（作用）
本発明のバックライトでは、側面発光型の発光素子が出射した光は、その周囲の導光板の凹部から導光板に入射し、導光板を伝播しながら各発光素子が出射した光の混合が生じる。すなわち、導光板の凹部が溝状凹部の場合には、側面発光型の発光素子の出射された光が発光素子の両側の導光板に入射して、光の混合が生じる。また、導光板の凹部が穴状凹部の場合には、側面発光型の発光素子の周囲の全方位へ出射された光が導光板に入射して、光の混合が生じる。
本発明の液晶表示装置では、側面発光型の発光素子が出射した光がその周囲の導光板の凹部から導光板に入射し、導光板を伝播しながら各発光素子が出射した光の混合が生じるバックライトを用いている。このようなバックライトからは、効率よく混合された照射光が液晶パネルへ供給され、液晶パネルを照射する。
本発明のバックライトによれば、複数の側面発光型発光素子は、導光板の下面に設けられた凹部にそれぞれ挿入されており、側面発光型発光素子から側面方向に出射された光は導光板に導入され、導光板内を伝播する間に、拡散、反射を繰り返して光の混色が起きるので、効率よく光を混合し光度を均一化することができ、有効発光領域に渡って色ムラが小さく優れた色再現性のバックライト光を得ることができる。しかも、側面発光型発光素子は、導光板の下面に設けられた凹部に挿入しているので、額縁領域を小さくすることができ、また厚さを薄くすることができる。
本発明の液晶表示装置によれば、効率よく光を混合し光度を均一化することができ、有効発光領域に渡って色ムラが小さく優れた色再現性のバックライト光が得られ、これを照射光として液晶パネルは液晶表示を行うので、液晶表示装置自体も薄型で狭額縁の外形となり、色再現性に優れた液晶表示が実現される。
次に、本発明の第一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の第一実施の形態のバックライトを説明するための斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。側面発光型発光素子としては、側面発光型ＬＥＤを用いた場合を説明する。図１（ａ）に示すように、側面発光型ＬＥＤ１は、Ｒ、Ｇ及びＢの各単色を発光するＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ及びＬＥＤ１Ｂであって、ＬＥＤアレイ基板２に配列して搭載されている。この側面発光型ＬＥＤ１は、発光強度の最大となる角度が、そのＬＥＤアレイ基板２と平行な方向の±２０度以内となる発光特性を有するものである。このような、側面発光型ＬＥＤとしては、ルミレッズ社のＬＥＤ「ルクシオン」シリーズのサイドエミッタタイプを用いることができる。（背景技術の非特許文献１を参照）
導光板３は、上面、下面及びその間の端面３２を有し、下面には凹部が形成され、入射された光を混合し上面から照射光として出射する。本実施の形態では導光板３の凹部は、溝状凹部３Ａとしている。導光板３の下面（溝状凹部３Ａが形成されている面）には、ドット、シボ等の拡散・反射手段３１が講じてあり、導光板３内に入射した光を拡散するとともに、導光板３の出射面側へと反射する。さらに、導光板３の下面には反射シート４を配置しており、導光板３の上面には拡散シート５を配置している。このような導光板３の溝状凹部３Ａに、ＬＥＤアレイ基板２に配列された側面発光型ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ及び１Ｂを配置している。また、必要に応じて、導光板３の側端面３２には、白色あるいは鏡面の反射シート４１を配置しても良く、更には、導光板３の側端面３２がその上面あるいは下面の方向に傾斜していても良い。
次に、このようなバックライト１００の混色作用を説明する。図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤアレイ基板２に配置された側面発光型赤色ＬＥＤ１Ｒ、側面発光型緑色ＬＥＤ１Ｇ及び側面発光型青色ＬＥＤ１Ｂより側面方向に出射された光は、導光板３へ溝状凹部３Ａの側面から導入され、導光板３を伝播し、三色の混色が起きる。導光板３の内部には光学的な界面が存在せず、光は導光板３の両方の端面３２で反射シート４１などの働きで反射され、また拡散・反射手段３１で拡散されるなどしながら、導光板３を伝播し、色の混色が進む。さらに、導光板３の下面に設けられた拡散・反射手段３１により上方へ反射され、拡散シート５を介して、バックライト光として外部へ出射される。より効率のよい混色作用を得るためには、側面発光型ＬＥＤ１の出射光の発光強度が最大となる角度範囲、導光板２の凹部から端面３２までの距離、や導光板３の厚さなどを、考慮して設計を行う。
本実施の形態のバックライト１００では、側面発光型ＬＥＤ１は、それぞれ導光板３に設けられた溝状凹部３Ａに挿入されており、側面発光型ＬＥＤ１から側面方向に出射された光はＬＥＤ１の両側の導光板３に導入され、光の混色が起きる。ＬＥＤ１から遠ざかるにつれて高い混色効果が得られる。距離を確保しにくい場合でも、導光板３の端面３２で光を反射させることで、十分な距離を確保できるからである。本実施の形態のバックライト１００では、比較的単純な形状の導光板３を用い低コストで効率よく三色を混色することができ、バックライトの有効発光領域に渡って色ムラが小さく優れた色再現性のバックライト光を得ることができる。しかも、側面発光型ＬＥＤ１は、導光板３に設けられた溝状凹部３Ａに挿入しているので、バックライト１００の額縁領域を小さくすることができ、またバックライト１００の厚さを薄くすることができる。
次に、本実施の形態の液晶表示装置を図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第一実施の形態のバックライトを用いた液晶表示装置の断面図である。この液晶表示装置は上述したバックライト１００を用いたものであり、バックライト１００と、バックライト１００の照射光を受ける液晶パネル１０１と、これらバックライト１００及び液晶パネル１０１を収容するフレーム１０２とを有している。
このような、液晶表示装置では、上述したバックライト１００を用いているので、低コストで効率よく三色を混色することができ、有効発光領域に渡って色ムラが小さく優れた色再現性のバックライト光が得られ、これを照射光として液晶パネルは液晶表示を行うので、液晶表示装置自体も薄型で狭額縁の外形となり、色再現性に優れた液晶表示が実現される。
次に、第一実施の形態のバックライトの変形例を説明する。図３は、本発明の第一実施の形態のバックライトの変形例１を説明するための断面図である。変形例１は、導光板３の下面の拡散・反射手段を、プリズム状の凹凸とした場合である。この変形例１では、図３に示すように、導光板３の下面には、傾斜が緩やかな緩傾斜面３３と傾斜が急な急傾斜面３４とが交互に設けられ、プリズム状の凹凸を形成している。プリズム状の凹凸の形状は、導光板３の溝状凹部３Ａを挟んで、図面上の左右で逆向きとなっている。側面発光型ＬＥＤ１から発せられてその両側の導光板３に入射した光は、導光板３下面の緩傾斜面３３と上面の平坦面で導光板３内を全反射によって伝播し、ＬＥＤ１が配置された面とは反対の端面３２で反射し、導光板３の下面の急傾斜面３４で上方に反射され上面の平坦面から出射させることができる。
これにより、光が導光板３内を伝播する間に十分な混色が行われ、さらにこの変形例２では全反射を利用しているため、光のロスが少なく、効率的な光の利用が可能となることが期待できる。
さらに、第一実施の形態のバックライトの他の変形例を説明する。図４は、本発明の第一実施の形態のバックライトの変形例２を説明するための断面図である。変形例２は、導光板３を薄くしたものであり、図４に示すように、側面発光型ＬＥＤ１の上方には導光板３は存在しない。すなわち、２枚の直方体状の導光板３をＬＥＤ１を介在して対向するように配置し、ＬＥＤ１と導光板３を覆うように、拡散シート５を配置している。導光板３の厚さは、ＬＥＤ１の高さとほぼ同一にすることができる。
また、側面発光型ＬＥＤといえども、現実には上面からも発光強度が微弱な光の出射が考えられるので、ＬＥＤ１に相対する拡散シート５上に、ＬＥＤ１の真上に出射する光を遮光、拡散、反射させるための光路変換手段５１を設けても良い。この光路変換手段５１の例としては、拡散シート５への白色、半透過などの印刷、テープ貼りや、拡散シート５そのものへの薬品による加工や熱的な処理によるものなどがある。この変形例によれば、上述した第一の実施形態や変形例１による主要な効果に加えて、さらに薄型化の効果が期待できる。
［発明の他の実施の形態］
次に、本発明の第二実施の形態について説明する。図５は、本発明の第二実施の形態のバックライトを説明するための斜視図である。図６は、図５のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
本実施の形態のバックライト１１０では、第一実施の形態のバックライト１１０と比較して、導光板３の構造が相違しており、また導光板３の周囲の構成が相違している。
すなわち、導光板３の下面に設けた凹部が複数の円筒型の穴状凹部３Ｂとなっており、ＬＥＤアレイ基板２に配列して搭載された複数の側面発光型ＬＥＤ１（赤色ＬＥＤ１Ｒ、緑色ＬＥＤ１Ｇ、青色ＬＥＤ１Ｂ）がこの複数の穴状凹部３Ｂにそれぞれ挿入されて構成されている。導光板３の下面には、ドット、シボ等の拡散・反射手段３１が講じてあり、導光板３内に入射した光を拡散するとともに、導光板３の出射面側へと反射する。さらに、導光板３の下面には反射シート４を配置しており、導光板３の上面には拡散シート５を配置している。
次に、このようなバックライト１１０の混色作用を説明する。ＬＥＤアレイ基板２に配置された側面発光型赤色ＬＥＤ１Ｒ、側面発光型緑色ＬＥＤ１Ｇ及び側面発光型青色ＬＥＤ１Ｂより側面方向に出射された光は、導光板３へ穴状凹部３Ｂの側面から導入され、導光板３を伝播し、三色の混色が起きる。導光板３の内部には光学的な界面が存在せず、光は導光板３の両方の端面３２で反射シート４１などの働きで反射され、また拡散・反射手段３１で拡散されるなどしながら、導光板３を伝播し、色の混色が進む。さらに、導光板３の下面に設けられた拡散・反射手段３１により上方へ反射され、拡散シート５を介して、バックライト光として外部へ出射される。
このような本実施の形態のバックライト１１０では、側面発光型ＬＥＤ１から側面方向に出射された光は、空気層が少ないことで、ＬＥＤ１の周囲の全方位に渡って効率よく導光板３に導入され、光の十分な混合が起きる。距離を確保しにくい場合でも、導光板３の端面３２で光を反射させることで、十分な距離を確保できるからである。したがって、本実施の形態のバックライト１１０では、第一実施の形態のバックライトと比較して効率よく三色を混色することができ、バックライトの有効発光領域に渡ってより色ムラの小さいバックライト光を得ることができる。しかも、側面発光型ＬＥＤ１は、導光板３に設けられた穴状凹部３Ｂに挿入しているので、バックライト１１０の額縁領域を小さくすることができ、またバックライト１１０の厚さを薄くすることができる。
この実施の形態のバックライト１１０でも、第一実施の形態の変形例２の図４のように導光板３を薄くして、凹部を貫通穴として側面発光型ＬＥＤ１の上方には導光板３が存在しないように構成してもよい。この場合には、第一実施の形態の変形例２と同様に、拡散シート５のＬＥＤ１に隣接する部分に、ＬＥＤ１が出射する光を遮光、拡散、反射させるための光路変換手段５１を設けても良い。また、必要に応じて、導光板３の側端面３２には、白色あるいは鏡面の反射シート４１を配置しても良く、更には、導光板３の側端面３２がその上面あるいは下面の方向に傾斜していても良い。
以上、好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更や追加が可能であろう。例えば、側面発光型発光素子としては、上述した発光ダイオード（ＬＥＤ）に限られるものではなく、側面方向に最大発光強度を有する光源であれば他の発光素子、例えばレーザダイオード（ＬＤ）などを用いることも可能であろう。
さらに、図２では、一つの液晶パネルに対して一つのバックライトを配置した液晶表示装置を示したが、一つの液晶パネルに対して画面分割するように複数個のバックライトを併設することも考えられる。このような複数個のバックライトを液晶パネルに対して併設し、液晶パネルの駆動に対応して順次点灯させることにより、液晶パネルで動画表示した時のボケの解消に有効であろう。
本発明のバックライトの活用例としては、液晶表示装置や各種表示物（広告パネルなど）のバックライト、あるいは一般の照明装置などが挙げられる。
（ａ）は本発明の第一実施の形態のバックライトを説明するための斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 本発明の第一実施の形態のバックライトを用いた液晶表示装置の断面図である。 本発明の第一実施の形態のバックライトの変形例１を説明するための断面図である。 本発明の第一実施の形態のバックライトの変形例２を説明するための断面図である。 本発明の第二実施の形態のバックライトを説明するための斜視図である。 図５のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。 背景技術のバックライトの断面図である。
符号の説明
１ 側面発光型ＬＥＤ
１Ｒ 側面発光型赤色ＬＥＤ
１Ｇ 側面発光型緑色ＬＥＤ
１Ｂ 側面発光型青色ＬＥＤ
２ ＬＥＤアレイ基板
３ 導光板
３１ 拡散・反射手段
３２ 端面
３３ 緩傾斜面
３４ 急傾斜面
３Ａ 溝状凹部
３Ｂ 穴状凹部
４ 反射シート
５ 拡散シート
１００、１１０ バックライト
１０１ 液晶パネル
１０２ フレーム

Claims (10)

  1. 上面、下面及びその間の端面を有する導光板であって、前記下面には凹部が形成され、前記凹部と前記端面との間の前記下面には傾斜が緩やかな緩傾斜面と傾斜が急な急傾斜面とが交互に設けられ、入射された光を混合し前記上面から照射光を出射する導光板と、アレイ基板に配列して搭載された複数の側面発光型発光素子であって、前記導光板の前記凹部に配置される複数の側面発光型発光素子とを備え、
    複数の側面発光型発光素子から前記導光板に入射された光は前記導光板の前記下面の前記緩傾斜面と前記導光板の前記上面とで前記導光板内を反射によって伝播し、前記導光板の前記端面で反射し、前記導光板の前記下面の前記急傾斜面で上方に反射され前記導光板の前記上面から前記照射光として出射されることを特徴とするバックライト。
  2. 前記導光板の凹部は溝状凹部であり、前記溝状凹部に前記複数の側面発光型発光素子が配置されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
  3. 前記導光板の溝状凹部は前記導光板を貫通しており、前記溝状凹部に前記複数の側面発光型発光素子が配置されていることを特徴とする請求項２記載のバックライト。
  4. 前記導光板の前記下面には前記凹部から前記導光板の両方の端面に向かって、それぞれ前記緩傾斜面と前記急傾斜面とが交互に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバックライト。
  5. 前記導光板の凹部は複数の穴状凹部であり、前記複数の穴状凹部に前記複数の側面発光型発光素子がそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
  6. 前記複数の側面発光型発光素子は、側面発光型発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のバックライト。
  7. 前記複数の側面発光型発光素子は、側面発光型赤色ＬＥＤ、側面発光型緑色ＬＥＤ及び側面発光型青色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のバックライト。
  8. 上面、下面及びその間の端面を有する導光板であって、前記下面には凹部が形成され、前記凹部と前記端面との間の前記下面には傾斜が緩やかな緩傾斜面と傾斜が急な急傾斜面とが交互に設けられ、入射された光を混合し前記上面から照射光を出射する導光板、及びアレイ基板に配列されて搭載された複数の側面発光型発光素子であって、前記導光板の前記凹部に配置される複数の側面発光型発光素子を備えるバックライトと、前記バックライトの照射光を受ける液晶パネルと、前記バックライト及び前記液晶パネルを収容するフレームとを有し、
    複数の側面発光型発光素子から前記バックライトの前記導光板に入射された光は前記導光板の前記下面の前記緩傾斜面と前記導光板の前記上面とで前記導光板内を反射によって伝播し、前記導光板の前記端面で反射し、前記導光板の前記下面の前記急傾斜面で上方に反射され前記導光板の前記上面から前記照射光として出射されることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 前記バックライトが複数個併設して設けられ、これら複数個のバックライトからの照射光を前記液晶パネルが受けることを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置。
  10. 前記複数個のバックライトは順次点灯されることを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置。
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