バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置
【課題】光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】シャーシ上に複数のバックライトブロックを有し、各バックライトブロックは、バックライトブロックの底面側であってシャーシ上に設けられた反射部材と、反射部材と対向して設けられ、反射部材からバックライトの光照射面と直交する方向に所定間隔離して配置された板状の光学素子と、光学素子と反射部材との間の空間に配置された、バックライトの光照射面と平行な方向に光を放出する複数のLEDと、のLED間であって光照射面及び光を放出する方向とに平行な方向に空間を仕切る仕切り板とを備え、光源からの光を、光学素子と反射部材と間の空間内を繰り返し反射させて伝播させながら光学素子を透過させて、液晶パネル側へ導く。
【解決手段】シャーシ上に複数のバックライトブロックを有し、各バックライトブロックは、バックライトブロックの底面側であってシャーシ上に設けられた反射部材と、反射部材と対向して設けられ、反射部材からバックライトの光照射面と直交する方向に所定間隔離して配置された板状の光学素子と、光学素子と反射部材との間の空間に配置された、バックライトの光照射面と平行な方向に光を放出する複数のLEDと、のLED間であって光照射面及び光を放出する方向とに平行な方向に空間を仕切る仕切り板とを備え、光源からの光を、光学素子と反射部材と間の空間内を繰り返し反射させて伝播させながら光学素子を透過させて、液晶パネル側へ導く。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に係り、特に、サイドビュー型のLED(Light Emitting Diode)を光源としたバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置は、液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライト装置を配置している。テレビジョン表示装置等、比較的大画面の液晶表示装置に使用するバックライト装置では、光源として蛍光管が使用されてきた(特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1には、エッジライト型(サイドビュー型)のバックライト装置と、当該バックライト装置が液晶パネル10を有する液晶表示装置に応用された発明が開示されている。特許文献1のバックライト装置は、液晶パネルに向かって光を透過させるために、液晶パネルと重畳して配置された導光板と、導光板の側部に配置される光源としての蛍光管と、蛍光管の光を比較的に小さい角度範囲に集光して導光板に向かって入射させる集光器を有している。また、蛍光管は、内面反射層を有する断面がコの字型のリフレクタにより包まれている。
特許文献1の導光板は、アクリル樹脂等の透明な板からなり、一方の表面上(以後、液晶表示パネル側を上面と称する)には拡散シートが設けられ、下面には拡散反射層(反射シート)が設けられている。拡散反射層は、導光板の下面に所定のパターンで拡散ドットを設けたものである。この拡散ドットは導光板の光源からの距離に応じて異なった面積を有し、それによって公知のように導光板の全面で均一な輝度が得られるようにするものである。
【0004】
特許文献1では、導光板、集光器、リフレクタ等を使用しており、部品点数が多い。このため、バックライト装置及びそれを使った液晶表示装置では、部品コストが高くなる。また、蛍光管を使っているため、消費電力が大きい。
また、蛍光管は、内部に水銀の蒸気が封入されているので地球環境への負荷が大きい。従って、特にヨーロッパ等、一部の地域においては、使用が禁止される傾向にある。
【0005】
そこで、蛍光管の代替の光源として、LED(Light Emitting Diode)が使われるようになってきた。
LEDを光源として使用した液晶表示装置のバックライト装置においては、LEDから液晶表示装置全体を面光源とする光学系が必要である。また、大画面の液晶表示装置に使われるバックライト装置は、複数のバックライトブロックに分割された構造が一般的である。そして、それぞれのバックライトブロックにおけるLEDは、そのバックライトブロック内にて、均一に光が届くようにする必要がある。
【0006】
また、LEDの形状によって異なるが、一般的に、LEDは、横方向(X方向)の広がりが、高さ方向(Z方向)の広がりより大きい。
図11は、バックライトブロックの距離に対するサイドビュー型のLEDから照射された光の配光特性を示す図である。図11(a)は、上(液晶表示装置の表示面)から見た場合のLEDの表示面視野を示す模式図であり、図11(b)は、横(液晶表示装置の側面)から見た場合のLEDの表示面視野を示す模式図である。7は光源であるLED、6はLED7を実装したLED基板、115と116は配光特性を示す光源分布である。例えば、図11(a)及び図11(b)に示すように、横方向(X方向)の広がり∠Wは、約120°であり、高さ方向(Z方向)の広がり∠Hは、約90°である。また、LED7は、その前方(出射方向)に球状に広がる指向特性を持つ。
【0007】
LEDは、図11で説明したような配光特性を持つ。そして、光の輝度は、伝播する距離の2乗に反比例して減少する。従って、液晶パネルの表面上で輝度を測定すると、X方向とY方向のそれぞれについて輝度が異なる。このため画質が均一にならない。特に、Y方向では、LED7に一番遠い領域(バックライトブロックの最先端部)が暗い領域となる(後述する図12等の領域28参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平6−174929号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、上記のような問題に鑑み、LEDを使用することによる低消費電力化、及び、バックライトブロックの全面でほぼ均一に光を伝播させることにより、輝度が均質なバックライト装置及び液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明のバックライト装置は、液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置において、上記バックライト装置は、シャーシと、上記シャーシ上に複数のバックライトブロックを有し、各バックライトブロックは、該バックライトブロックの底面側であって上記シャーシ上に設けられたシート状の反射部材と、該反射部材と対向して設けられ、該反射部材から上記バックライトの光照射面と直交する方向に所定間隔離して配置された板状の光学素子と、該光学素子と反射部材との間の空間に配置された、上記バックライトの光照射面と平行な方向に光を放出する複数のLED(Light Emitting Diode)と、上記複数のLED間であって、上記光照射面及び上記光を放出する方向とに平行な方向に上記空間を仕切る仕切り板とを備え、上記光源からの光を、上記光学素子と反射部材と間の空間内を繰り返し反射させて伝播させながら光学素子を透過させて、上記液晶パネル側へ導く構成とすることを第1の特徴とする。
【0011】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記LEDは、サイドビュー型のLEDであることを第2の特徴とする。
【0012】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記光学部材及び/または反射シートに所定のパターンを形成したことを第3の特徴とする。
【0013】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記LEDの直上の上記光学素子に上記LEDの上方に放出される光を遮蔽する遮蔽板を設けたことを第4の特徴とする。
【0014】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板あって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間である上記空間を支持することを第5の特徴とする。
【0015】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板であって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間で、上記LEDが上記光学素子に接触しないように取付け、上記空間を支持することを第6の特徴とする。
【0016】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの光の出射口から上記光の出射方向に上記バックライトブロックの長さの1/2から1/3程度の距離まで配置し、上記バックライトブロックの最先端部側には仕切り板を設けないことを第7の特徴とする。
【0017】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記シャーシ及び上記反射部材を屈曲させて構成したことを第8の特徴とする。
【0018】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、上記本発明の第1乃至上記第8の特徴のバックライト装置のいずれかに記載のバックライト装置を用いたことを第9の特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係るバックライト装置を有する液晶表示装置の全体構成の概略を示す分解図である。
【図2】本発明の実施形態に係るバックライト装置の、光照射面と直交しかつLEDの光軸方向と平行な断面図である。
【図3】本発明の実施形態に関するバックライトブロックの内部構成とバックライトブロックを含む液晶ディスプレイの断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係るバックライトの概略立体図である。
【図5】本発明の実施例に係るバックライト装置及びその周辺部分の、LED7の光軸方向及びバックライト光照射面と直交する断面図である。
【図6】液晶ディスプレイからの輝度明暗分布をバックライトブロック内部で生じさせるためのパターンの形成例をバックライトブロック別に示す説明図である。
【図7】図6の部分拡大図である。
【図8】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図9】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図10】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図11】バックライトブロックの距離に対するサイドビュー型のLEDから照射された光の配光特性を示す図である。
【図12】本発明の実施形態に係るバックライト装置にLEDを配置した一実施例を示す図である。
【図13】本発明の実施形態に係るバックライト装置にLEDを配置した一例を示す図である。
【図14】本発明の実施形態に係るバックライト装置にLEDをバックライト装置に配置した一例を示す図である。
【図15】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図16】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図17】実施例1と実施例2の違いによる輝度評価結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に本発明の一実施形態を、図面等を用いて説明する。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
なお、本書では、既に説明した図11を含め、各図の説明において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、説明の重複をできるだけ避ける。
【実施例1】
【0022】
まず、本実施形態に係るバックライト装置を適用した映像表示装置の全体構成について、図1〜図7を参照しながらその概略を説明し、その後、本発明の課題を解決するための手段についての実施形態を説明する。
【0023】
図1は、本発明の実施形態に係るバックライト装置を有する液晶表示装置の全体構成の概略を示す分解図であり、図2は本実施形態に係るバックライト装置の、光照射面と直交しかつLEDの光軸方向と平行な断面図であり、図3は本実施形態に関するバックライトブロックの内部構成とバックライトブロックを含む液晶ディスプレイの断面図である。
【0024】
図1に示されるように、映像表示用のディスプレイとして普及している液晶パネル1を用いた透過型の液晶表示装置は、その全体構成として、液晶パネル1と、光学素子または拡散板、拡散シート、偏光板、偏向フィルム等を含む光学シート部2と、バックライト装置3と、を備えている。本実施形態に係るバックライト装置3は、例えば図2に示されるように、複数のバックライトブロック4を平面上(バックライト装置の光照射面方向)にマトリックス状に組み合わせて配置し形成されており、大型のバックライト装置3において均一の輝度を得るようにしている。液晶ディスプレイでは液晶パネル1の背面側から光を照射するためにバックライト装置3が必要であり、このバックライト装置3は、その構造によって、直下式、サイドライト(エッジライト)方式、及び直下式とサイドライト方式とを組み合わせたハイブリッド方式がある。このハイブリッド方式は、バックライトを複数のバックライトブロックに光学的に分割して個別に光強度をコントロール、すなわちエリア制御できる構造を指すものである。該ハイブリッド方式はスリムブロック方式とも呼ばれる。本発明の実施形態に係るバックライト装置3は、スリムブロック方式を対象とするものであり、特にサイドビュー型の光源を採用し、且つバックライトを複数のバックライトブロック4に分割された構造を対象とするものである。
【0025】
本実施形態に係るバックライト装置3は、図2に示されるように、液晶パネル1に光を照射するために液晶パネル1の背面側に配置されているものであって、少なくとも水平方向(液晶パネルの面またはバックライト装置の光照射面方向)と平行な光出射軸(光軸)を有するLED7、LED7からの光を反射する反射部材である反射シート19、および反射シート19と対向するように設けられ、かつ反射シート19から所定間隔離されて配置された、LED7及び反射シート19からの光を液晶パネル1側に導くための板状の光学素子20とを有している。ここでは、LED7は、電極面と平行な方向に光を放出するサイドビュー型のLEDであるものとする。また反射シート19は、バックライト装置3の底面側に位置するシャーシ(後述する)に設けられる。またLED7は光源基板であるLED基板6に実装されている。
【0026】
上記バックライト装置3は、図2に示されるように、例えば光照射面と直交しかつLED7の光軸と平行な方向において、1つのLED7(実際は紙面奥行き方向に複数のLED7が配列されている)と、LED7相互間の光学素子20、反射シート19及びその間の空間とを含む部分を、1つのバックライトブロック4としている。そして、各バックライトブロック4に対応するLED7をそれぞれ個別に制御することで、バックライトブロック4ごとに光量または光強度を制御することができる。すなわち、本実施例では上記のように構成することでエリア制御(ローカルディミング)を可能にするものである。
【0027】
光学素子20は、例えば拡散板、透明アクリル板、鏡面平板、微細パターン付の拡散板、光学シート、光学特性制御板、偏光選別板などが使用される。この光学素子20の裏面には、光学素子20の位置に応じて光学素子20への光供給量を制御或いは調整するためのシート状の光制御部材9が設けられている。図2の例では光学素子20の裏面に光制御部材9が設けられているが、光学素子20の表面または裏面及び表面の両方に設けてもよい。この光制御部材9は、所定の光制御機能を有するものであり、当該機能は、例えば所定量の光を二次元的に反射、透過、拡散、遮光、吸収、再発光、着色、波長変換、偏光する機能のうち、少なくとも2つの以上を有するものとする。
【0028】
これにより、光制御部材9は、入射した光の一部が透過され、その場で散乱光として光学素子20から出射される。また入射した光の一部は光制御部材9により反射されて、上記反射シート19による反射機能と協働して上記空間内をLED7の光軸方向に伝播し、LED7から遠くへ光を導く伝達させる。すなわち、光制御部材9は、LED7からの光及び反射シート19で反射された光の一部を透過しつつ一部を反射し、これを光軸方向に沿って繰り返し行うことによって、バックライトブロック4の先端部(LED7の位置と反対側の部分)にまで十分に光を供給する。これによりバックライトブロック4のサイズにかかわらず、均一な輝度分布、かつ光の利用効率を向上させることができる。光制御部材9は、上記光の透過、反射を実現するために、スリットやパターンが設けられている。
【0029】
光学素子20及び光制御部材9、特に光制御部材9は、LED7付近からLED7の光軸方向に離れるに従って、上記スリットやパターンの大きさまたは形状、或いは光の透過率、反射率、拡散率、取り込み度合い、伝播率、偏光透過率、色透過率、分光特性などの光学機能が変化している。このようにすることで、バックライトブロック4内の均一性が安易に実現可能となる。
【0030】
ここで、光学素子20と反射シート19との距離(すなわち上記空間の高さ)をh、LED7の高さをLhとしたとき、距離hと高さLhとの関係を、5Lh>h>1.2Lhとすることが好ましい。このようにすると、LED7の上面から漏れる光とLED7の光出射部近傍に生じるホットスポット(光が局所的に明るくなる部分)を距離hの空間において、COS4角度(4乗則)により拡大、拡散して、ムラとして見えづらくすることが可能となる。上記条件は、サイドビュー型のLED7と光制御部材9が近すぎて、LED7からダイレクトに光制御部材9を透過してくる光を減光させるために必要な距離と言うこともできる。
【0031】
図3は、本実施形態に係るバックライトの概略立体図である。LED7は、例えばアルミ等で構成された金属製のシャーシ11に液晶パネルの水平方向に(図示しない)基板とともに配列されている。LED7に対し所定の距離を設けて光学素子20を配置する。光学素子20は、例えばCCFLなどの蛍光管方式のバックライト装置で使われている、一般的な拡散板などの素材を用いることができる。これにより、安価にスリムブロック方式のバックライト装置3が実現できる。
【0032】
また光学素子20の上には、プリズムシートや輝度向上フィルム等の光学シート群18を配置し、バックライト照射面全体の輝度ムラを低減している。図3では光学シート群18は複数の光学シートを含んでいるが、一つのみとしてもよい。
【0033】
尚、図3において光学素子20に点線が描かれているが、これはバックライトブロック4を仮想的に区分するために描いたたものであり、実際にバックライトブロック4が物理的に分離されていたり、バックライトブロック4を区分するための溝等が設けられているわけではない。本実施例では、光学素子20は1つの板状部材(拡散板)で構成されているものとする。必要に応じて、光学素子20の表面(液晶パネル側)または裏面(シャーシ11側)にバックライトブロック4を区分するための溝等を設けてもよい。
【0034】
図4は本実施形態に係るバックライト装置の概略上面図と断面図を示している。図4の例において、光制御部材9もしくは光学素子20の表面または裏面或いはその両方には、所定形状のパターン101、102、103が設けられている。このパターン101〜103は、液晶パネル1側から見た場合を示している。尚、図4のWは、1つのバックライトブロックの幅(LED7の光軸方向と直交する方向の寸法)を示している。すなわち、この例では、バックライトブロックに6つのLED7が設けられている。当然、1バックライトブロック当たりのLED7の数は、これに限られるものではない。
【0035】
図示されるように、パターン101〜103の、LED7の光軸方向(紙面左右方向)のピッチ、密度または形状はLED7からの距離に従い変更している。一方、LED7の光軸と垂直方向(紙面上下方向)のパターン101〜103のピッチ、密度または形状は略同じとしている。より具体的には、パターン101〜103は、LED7の光出射方向(光軸方向)と反対側よりも、光軸方向に伸びて形成されている。また、パターン101〜103は、LED7からの光軸方向の距離に応じて変化しており、例えばパターン101のようにLED7からの光軸方向の距離が大きくなるほど先細りの形状としてもよいし、パターン102のようにLED7の光軸方向を長軸とする楕円と、光軸方向と直交する方向の楕円とを組み合わせた形状としてもよいし、またパターン103のように光源7からの光軸方向の距離が大きくなるほど広がる形状としてもよい。
【0036】
上記パターン101〜103は、基本的に光学素子20の裏面に設けるものとするが、光学素子20の表面に設けてもよい。また、パターン101〜103として、印刷シート、熱転写シート、穴あき反射/透過シート、パターン付反射シート、または光学シートにパターン印刷したものを、光学素子20の裏面または表面或いはその両方のLED7近傍に取り付けてパターン101〜103を構成してもよい。
【0037】
パターン101〜103としては、位置(LED7からの距離)に応じて射光作用、光の透過、反射、伝播率などを制御または調整できるものであれば、どのような形状、部材を採用することができる。例えば、LED7から光軸方向へ離れるに従い除々にパターン密度を減少させることで、LED7近辺は射光と反射を多くして透過する光を10%以下とする一方、LED7から離れたところでは透過光を多くする。これにより、LED7からの光軸方向に進む光のみならず、2次元的に(放射状に)伝播する光について透過量を増加させて、LED7からの距離に従い液晶パネル側へ光の出射量を上げることができる。そして、このような構成によれば、LED7の光軸方向の輝度むらを低減でき、かつ、バックライトブロック内、およびバックライト照射面前面での輝度均一性を向上させることができる。
【0038】
上記パターン101〜103パターンは、図4に示されるように微小なドットの集合体で構成することができ、このドット集合体の外形形状を、水玉、曲線、点線、放射状直線、放射状曲線など、様々な形状とするとができる。またドット集合体において、ドットの密度がLED7からの距離に徐々にグラデーションを掛けるようにドットの密度を変化させれば、LED7とパターンとの位置ずれによる誤差感度を向上させることができる。
【0039】
また、パターンを印刷で形成する場合は、インクの膜厚、インク色(青や黒の色を混ぜて、透過率をコントロールして、グラデーションをかける)、ドットサイズ、ドット形状、LED直上のパターン形状、印刷厚さを容易に調整することができ、上述したドット集合体の外形形状やグラデーションの形成をより良好に行うことができる。従って、パターンを印刷で形成する場合は、より輝度の均一性を向上できる。
【0040】
ここで、図4に示されるように、上記パターンの、LED7の光軸と垂直な方向であって、上記光学素子20の光出射面或いはその裏面と平行な方向(紙面上下方向)の大きさ(寸法)をa、LED7の発光面71の長手方向の大きさをc(図15参照)、LED7の配列ピッチをpとしたとき、p≧a≧cの条件を満たしている。また上記パターンのピッチをeとしたとき、p≧a≧0.5×eの条件を満たしている。更にまた、上記距離hと上記パターンの寸法aとの関係は、h≧aの条件を満たしている。更にまた、上記光学素子20の、隣接する2つの光源間と対応する位置に別のパターン104を設け、該別のパターンの透過率Tが、0.1%≦T<50%の条件を満たすようにしている。
【0041】
図5に本実施例に係るバックライト装置及びその周辺部分の、LED7の光軸方向及びバックライト光照射面と直交する断面図を示す。
【0042】
図示されるように、液晶表示装置の背面筐体であるバックカバー17とシャーシ11との間には、信号コントロール基板15、LED駆動回路16及び電源14が配置されている。信号コントロール基板15、LED駆動回路16及び電源14は、シャーシ11に取り付けられている。シャーシ11は、上述した反射シート19を貼り付けたものでもよい。またシャーシ11に反射シート19を貼り付けたものをプレス作業にて絞りを入れ、LED7の光軸方向に沿った曲面や傾斜面を形成することで、反射シート面19の光の反射角を光軸方向に沿って変化させることができる。これにより、LED7からの光をその光軸方向に伝播し易くし、バックライトブロック4の先端部(LED7の位置と反対側の部分)への光の供給量をより増やす効果がある。また、シャーシ11に絞りが追加されるので、シャーシ11の機械的強度も増す。
【0043】
反射シート19と光制御部材9との間の空間は円錐状のピンモールド38により保持され、所定の距離確保されている。これにより光がバックライトブロック4内を伝播しながら、光学制御部材9と光学素子20により除々に光を出射し、全体的に均一な光を各バックライトブロック単位で制御できる。
【0044】
再び図2を参照すると、本実施例に係るバックライト装置3は、基本的には、LED基板6に設置された光源としてのLED7と、LED7からの光を有効に液晶パネル1に導くための光学素子20と、光学素子20に光を供給するための反射シート19と、LED7の光軸方向に光を良好に伝搬させるための、光学素子20と反射シート19との間の空間とを備えている。当該空間の液晶パネル1側に設けられている光学素子20の裏面には光制御部材9が設けられ、これによりLED7の光軸方向に沿ってLED7からの光を除々に出射し、バックライトブロック4の均一な光分布を実現する。
【0045】
ここで図2に示す構成例において、バックライトブロック4は、バックライト装置3の光照射面側から見た形状が矩形状に形成されていて、その長手方向(図3で紙面の左から右)にLED7からの光が進んでいきバックライトブロック4の裏面(反射シート19側)で反射されて液晶パネル1に光が進む。LED7は、バックライトブロック4の短辺側(図3で紙面の鉛直方向)に複数個適宜の間隔で配列されている。LED7をバックライトブロック4の長辺側に配列してもよい。
【0046】
次に、本実施形態に係るバックライト装置におけるバックライトブロックの境界の輝度とバックライトブロック内部の輝度との輝度差を緩和し、境界からの明るさを目立たなくする技術について、図6及び図7を参照しながら説明する。ここでバックライトブロック4がLED7の光軸方向及び光軸方向と直交する方向に連結している空間のイメージを図6に示している。尚、ここでは、図示の簡略化のために、1行1列のみのバックライトブロック4を図示している。
【0047】
図6は本実施形態に係るバックライト装置からの輝度明暗分布を意図的に発生させるためのパターン形成例を複数のバックライトブロックに亘って説明する図であり、図7はバックライト装置からの輝度について、バックライトブロックの境界とバックライトブロック内部との間で輝度差が発生する状況を複数のバックライトブロックを配列して説明する図である。この実施例におけるパターンを「明暗パターン」と呼ぶこととする。図面において、明暗パターンは、輝度明部40、輝度暗部41、輝度中明暗部42を含んでいる。なお、ここでは、上記輝度差(輝度明暗差あるいは輝度むら)は、バックライト装置3から照射された光を、拡散板等を含む光学シート群18(図2参照)の光出射側から見たときの輝度差であるものとする。ここで、輝度明部40のパターンは、輝度暗部41、輝度中明暗部42よりも光を拡散させる作用が大きい(つまり粗し度(微細凹凸の密度)が高い)パターンであり、輝度中明暗部42のパターンは、輝度暗部41よりも光を拡散させる作用が大きいパターンである。
【0048】
上記のように、複数のバックライトブロック4を縦横に配列してバックライト装置3を構成する場合、バックライトブロック4の境界やLED7の直上から光が漏れて輝線やホットスポットが生じ、これに起因する輝度明部が発生する。また逆に、バックライトブロックの境界やLED7の背面側で光が不足して暗線になる場合もあり得る。
そこで、この例では、バックライトブロック4の内部では光源(LED7)から出射された光が一様に出射(図面の鉛直手前方向)するように、すなわち輝度が均一になるように光学素子20の裏面及び/または表面、あるいは裏面近傍に、図の40、41、42のような光学パターンが配置されている。図6は裏面に配置されたパターンを図示している。パターンの密度は、LED7の入光部から光軸方向に従って適切に調整され、これにより輝度分布が均一になるようにされている。図6の場合は、入光部の密度がやや高く、中央部がやや低く、先端部が最も密度が高いパターンが配置されている。図6の下方に示されたグラフは、光学素子20の位置に対応した明暗パターンの密度を示している。この明暗パターンは、拡散板やクリア板、光学フィルム貼り付け板材、偏光部材などで構成された光学素子20の裏面に、拡散凹凸面、凹マイクロレンズ、凸マイクロレンズ、プリズム、円錐台、円錐もしくは印刷パターンなどを付加して形成される。これに代えて、光の反射、遮光、透過、伝播などの機能を1以上有する光学機能フィルムに、切り欠き、スリット、円穴、楕円穴、所定の形状穴を設けるか、または、濃淡処理、微細加工、微細細工、印刷パターンなどを施して形成してもよい。これにより、光学素子20からの出射光の輝度分布を自在に制御できる。
【0049】
本実施例に係るバックライト装置では、そのバックライトブロック内部に意図的に輝度の明暗差を形成して、輝度むらが全体的に及ぶことによって、バックライトブロックの境界における線状或いは格子状の明るい(または暗い)輝度部分を緩和させること、すなわち視覚的に認識させづらくすることを特徴とするものである。図6に示す例では、バックライトブロック4の内部に、輝度暗部41と輝度中明暗部42(輝度明部40に比べるとやや暗いが輝度暗部41に比べると明るい部分)とを交互に配置した構成例である。すなわち、バックライトブロック4の内部に輝度の明暗差を設けて、バックライトブロック4の境界の輝度明部との輝度差を緩和している。
【0050】
なお、境界で暗線が生じる場合には、この暗線を目立たなくさせるために、バックライトブロック4における輝度明暗差を形成するようにバックライトブロックの一様な輝度面よりも暗く且つ上記の暗線よりも明るいパターンを設ければよい。
【0051】
また、この明暗パターンは、図7で示すように、矩形形状をしており、正方形を千鳥上に配置したものである。このとき、LED7からバックライトブロック4の先端部へは、矩形形状の明部の配列ピッチが除々に狭まって、密度が高くなる形状或いは配置になっている。すなわち、先端部分に行くに従い光をより効率よく出射させ、ブロック内の均一性を高めるている。これと同時に、LED7近傍や境界での輝線や暗線など、極端に輝度が変化する部分は異型のパターンを設けたり、円形や楕円のパターンのサイズを変えてもよい。このように最適化したサイズ及び形状のパターンにより、輝度均一性の向上機能と輝度差を目立たなくする機能とを両立させている。これにより、光制御部9は空間を伝搬する光を除々に選別し、光学素子20に取り込み、液晶パネル1側への出射光を制御できるのである。
【0052】
図6及び図7の構成によりバックライトブロック4の内部に輝度の明暗差を設けることによって、その境界を含めて輝度むらがバックライト3全体でぼやけるため、バックライトブロック4の境界の輝度明部が視認し難くなる。さらに、LED7と対応する位置に遮光シート、遮光印刷などで構成された遮光部材を光制御部材9とともに設置し、LED7の直接光を遮光し、その光を一部透過、反射、伝播させ、ホットスポットが生じることを防止する。このとき、反射シートの薄さにより、微少にLED7からの光の漏れが発生した場合も、上記千鳥パターンの明暗にて光が拡散され、目立たなくなる。
【0053】
なお、上述した輝度の明暗差は、上記光学素子20や光制御部材9に形成することに限らず、反射シート19、光学シート群18にパターンを形成することによっても実現することができる。
【0054】
また、図示しないが、バックライトブロック4の内部に、楕円形の輝度中明暗部を形成してもよい。この輝度中明暗部は、光学素子20の表面に細かい又は密な凹凸面のような、いわゆるざらざら面(粗面)によって形成される。この楕円形のざらざら面は、光学素子の、LED7の配列方向と平行な方向(本例では光学素子20の短手方向)に複数配列されて一つの輝度中明暗部領域を形成し、この領域をLED7の配列方向と直交する方向(本例では光学素子20の短長手方向)に2つ以上設けている。これによって、このざらざら面がこの周囲の面よりも前方に進む光量を多くする機能を果たして明るい輝度を生じさせる。
【0055】
バックライトブロック4の境界を含めたバックライト装置3全体をみると、輝度中明暗部の存在によって、このバックライト装置3から前方に発する輝度の明暗分布にばらつき又は不規則性が生じることとなり、輝度の明暗の度合いが視認し難くなる(境界の明るさが目立たなくなる)。楕円形状に限らず、円形状、長方形状、円形状であってもよく、また、隣り合う輝度中明暗部の個数(例で紙面縦方向の数)を2個と3個というように異ならせてもよい。要は、輝度暗部との間で輝度差の不規則性が生じるように、輝度中明暗部を形成すればよい。
【0056】
上記実施形態において、上記粗面(ざらざら面)、凹凸面、プリズム面、凹レンズまたは凸レンズ等、光学素子20(拡散板)の表面に明部を付与するための要素(以下、「明部付与要素」と称する)を拡散板の表面においてLED7の配列方向と平行な方向(本実施例では光学素子の短手方向)に延びるように形成されており、またこの明部付与要素がLEDの配列方向と直交する方向(本実施例では光学素子20の短手方向であって、LEDからの光の光学素子20内の進行方向)に2つ以上配列されている。このように構成すれば、光学素子20の表面において、バックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)の周期よりも短い周期の輝度差(輝度むら)を生成することができるので、バックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)視覚的に認識されづらくなる。
【0057】
2つ以上の明部付与要素における各輝度の極大点同士の間隔は、おおよそ0.5〜3cm程度が好ましく、更にまた、当該極大点同士の間隔は、拡散板の表面から光学シート群の入射面(拡散板に最も近い位置に配置されている拡散板の入射面)までの距離の2倍以上であることが好ましい。また、明部付与要素を通した光と拡散板表面の明部付与要素以外の部分から出射された光の輝度差が、バックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)と拡散板表面の明部付与要素以外の部分から出射された光の輝度差の50%以上とすることがより好ましい。これらの条件を満たすように明部付与要素を形成すれば、よりバックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)を目立たなくさせることができる。
【0058】
また、上記光を拡散するための要素を拡散板の表面においてLED7の配列方向と直交する方向に設ければ、LED7の配列方向と直交な方向(図2の紙面左右方向)に生じるバックライトブロック4の境界における輝度明部(または輝度暗部)が視覚的に認識されづらくなる。当然、上記光を拡散するための要素をLED7の配列方向と平行な方向と直交する方向の両方に設けてもよい。
【0059】
上記実施形態の構成によれば、バックライトブロック4の境界間における輝度明部または輝度暗部を目立たなくさせることが可能となるが、上記境界以外の、バックライトブロック4内に生じる輝度明部または輝度暗部も同様に目立たなくさせることも可能となる。
【0060】
しかし、上記図1〜図7の実施形態の場合であっても、LED7から出射される光は、図11で説明したような配光特性になっている。従って、バックライトブロック内のLEDに近い領域と遠い領域では、輝度の均質性が不十分な可能性がある。
【0061】
図8によって、本発明の実施例1についてさらに説明する。図8は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図8は、図11の配光特性のLED7を液晶表示装置に配置した一実施例を示す図である。図8(a)は、液晶表示装置を側面から見た断面図を示し、図8(b)は、液晶表示装置を表示面から見た場合のLEDの表示面視野を示す模式図である。ただし、図8(b)では、LED基板6を図示していない。
図8(a)に示すように、液晶表示装置は、その全体構成として、液晶パネル1と、拡散板、拡散シート、偏光板、偏向フィルム等を含む光学シート部2と、バックライト装置とを備えている。バックライト装置は、例えば、複数のバックライトブロック4を平面上(バックライト装置の光照射面方向)にマトリックス状に組み合わせて配置し形成されており、大型のバックライト装置において均一の輝度を得るようにしている。
図8では、1つのバックライトブロック4は、9個のLED7で構成される(図8では一部しか図示していない)。例えば、LED7の出射口からY方向のバックライトブロックの長さppは95mm、LED7のX方向の幅wは4.9mm、LED7間の距離dは28.0mmである。
【0062】
図8の液晶表示装置では、液晶パネル1の背面(図8のZ方向下)側から光を照射するためにバックライト装置が必要である。図8のバックライト装置は、その構造によって、ハイブリッド方式のバックライト装置である。このハイブリッド方式は、バックライト装置を複数のバックライトブロック4に光学的に分割して個別に光強度をコントロール、即ち、エリア制御できる構造を指すものである。当該ハイブリッド方式は、スリムブロック方式とも呼ばれる。本発明に係るバックライト装置は、スリムブロック方式を対象とするものであり、特にサイドビュー型のLEDを光源として採用し、かつバックライト装置を複数のバックライトブロックに分割された構造を対象とするものである。
【0063】
図8において、LED7は、矢印27の方向に拡散性の光を空気層24内に出射する。出射された光は、反射シート19及び拡散板(光学シート部2)間で反射を繰り返しながら、空気層24内を伝播する。伝播する光は、拡散板等の光学シート部2を通過して液晶パネル1の方向に出射する。
しかし、LED7は、図11で説明したような配光特性を持つ。そして、光の輝度は、伝播する距離の2乗に反比例して減少する。従って、液晶パネル1の表面上で輝度を測定するとA点、B点、及びC点では、輝度が異なる。このように、画質が均一にならない。特に光源であるLED7に一番遠い領域(バックライトブロックの最先端部)28が暗い領域となる。
そこで、次に述べる実施例2では、さらに、図9を用いて、光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得るバックライト装置及び液晶表示装置について説明する。
【実施例2】
【0064】
図9は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図9は、図8の実施形態に対して、LED7の出射方向27に平行に、仕切り板91を設けたものである。図11(a)で説明したように、LED7の出射光は、横(X)方向のも広がるが、仕切り板91によって反射し、LED7の出射方向27への伝播が促進される。その結果、LED7の出射光は図8の構成に比べて、最先端部28に到達可能な光量が増加する。このため、バックライトブロック4のX方向及びY方向全面でほぼ均一に光を伝播することができる。特に、Y方向の輝度が均一になる。従って、液晶パネル1からの出力光は、実施例1よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。ここで、仕切り板91は、例えば平坦で、反射シート19と同様に、光を全反射する表面構造を有する。
なお、図9の実施例2では、仕切り板91を、LED3個ごとに仕切っている。しかし、1個ずつ若しくは4個ずつ等、仕切り板を設けるLEDの数は任意である。また、バックライト装置の最外周には仕切り板を設けなくてもよい。
さらに、仕切り板91は、例えば、反射シート19とシャーシ11の要所に貫通孔を開け、ナイロン等の樹脂プッシュリベット等で固定する。
またさらに、仕切り板は、LED7の出射口からY方向のバックライトブロックの長さppの1/2から1/3程度の距離まで配置し、最先端部側には仕切り板を設けない。
【0065】
図17は、実施例1(仕切り板なし)と実施例2(仕切り板あり)の違いがある場合に、LED7の出力を同一として、A点、B点、C点において測定した輝度評価結果の一例を示す図である。
実施例1の仕切り板がない場合には、A点で140cd/m2、B点で70cd/m2、C点で65cd/m2であった。そして、実施例2のように仕切り板を設けた場合には、A点で140cd/m2、B点で88cd/m2、C点で83cd/m2であった。
このように、実施例1(仕切り板なし)に対して、実施例2(仕切り板あり)では、図17に示すように、A点、B点、C点において測定された輝度の差が小さいことが分かる。
【実施例3】
【0066】
図10によって、本発明の実施例3について説明する。図10は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図10は、図9の実施例2において、さらに、LED7の直上部分に光を遮断する遮光シート92を設けたものである(ただし、煩雑になるため、一部のLEDの上にしか図示していない。)。
この結果、液晶パネル1の出射光は、LED7の直上部近辺にて極端な輝度とならず、液晶パネル1からの光は、実施例2よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。
なお、遮光シート92は、光学シート部2上に印刷によって形成する。または、別に遮光シートを作成し、光学シート部2に両面テープ等で貼り付けてもよい。
さらに、遮光シート92の形状は、図10では、楕円形としたが、この形状に限らないことは自明である。また、LED毎に分割せず、連続したシートであってもよい。
【実施例4】
【0067】
図12によって、本発明の実施例4について説明する。実施例2〜実施例3では、仕切り板91は、板状であった。しかし、図12(a)に示すように、その断面が、液晶パネル1側を頂上とした2等辺三角形であってもよい。また、図12(b)に示すように、その断面が、1または複数の箇所で折れ曲がる直線若しくは曲線形状であってもよい。さらに、図12(c)に示すように、その断面が、液晶パネル1側を頂上として、反射シート19側に徐々に広がる曲線形状であってもよい。液晶パネル1からの光は、実施例2〜実施例3よりも均一な輝度となる。またさらに、図12(d)に示すように、図12(a)の形状において、LED7側またはバックライトブロックの最先端部の少なくとも一方が斜めになった形状であってもよい。また斜め線は直線であっても曲線であっても、鋸歯状であってもよい。
この結果、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。さらに、液晶パネル1から見て、仕切り板が線状になるため、視認不要な(液晶パネル1に表示される画像に邪魔な)仕切り板が視聴者に分かり難くなり、バックライト装置及び液晶表示装置に好適である。
【0068】
また仕切り板の形状は、図12の形状に加えて、図13に示すように、LED7側を斜めに削ったような形状とし、(図13(a)は図12(a)に対応し、図13(b)は図12(b)に、また、図13(c)は図12(c)に対応する。)LED7から出射した光が、LED7側に反射して戻らないようにして、すべての出射した光がバックライトブロックに投射されるようにしている。
この結果、液晶パネル1からの光は、実施例2〜実施例3よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。さらに、液晶パネル1から見て、仕切り板が線状になるため、視認不要な仕切り板が図12で示した実施例に増して視聴者に分かり難くなり、バックライト装置及び液晶表示装置に好適である。
【0069】
また仕切り板の形状は、図12若しくは図13の形状に加えて、図14(a)〜(f)に示すように、液晶パネル1側が1または複数の尖鋭な突起を有するようにしてもよい。突起の形状、間隔、及びそれらの組み合わせは任意である。
また、上記図14の突起は、好ましくは、それらの頂上が点となるように形成する。この結果、液晶パネル1から見て、仕切り板が点状になるため、視認不要な仕切り板が図13で示した実施例以上に視聴者に分かり難くなり、バックライト装置及び液晶表示装置に好適である。さらに、その視聴者の分かり難くさは、点の位置が不規則になればなるほど効果的である。このため、好ましくは、図14(e)、(f)のように、突起の配置を不規則にするようにしてもよい。
【実施例5】
【0070】
図15によって、本発明の実施例5について説明する。図15は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図15は、実施例2乃至実施例4と比較して、仕切り板を設けず、シャーシ11を屈曲させて、仕切り板の替わりとしたものである。
図15の実施例では、シャーシ11と共に反射シート19も屈曲させている。そのため、LED7から出射して、横(X)方向に向かった光は、屈曲して仕切りを形成している反射シート部分で全反射する。
この結果、実施例2乃至実施例4と同様に、LED7の出射方向(紙面上奥行方向)27への伝播が促進される。その結果、LED7の出射光は図8の構成に比べて、最先端部28に到達可能な光量が増加する。このため、バックライトブロック4のX方向及びY方向全面でほぼ均一に光を伝播することができる。特に、Y方向の輝度が均一になる。従って、液晶パネル1からの出力光は、実施例1よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。
【実施例6】
【0071】
図16によって、本発明の実施例6について説明する。図16は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図16は、図10の実施例3と比較して、仕切り板91’を光学シート部2の拡散板の裏面に接触するように設けたものである。この結果、図5に示した反射シート19と光制御部材9との間の空間を支持するための円錐状のピンモールド38等の支持部材が不要となる。
このように、仕切り板91’を設けることにより、実施例1〜実施例5において、反射シート19と光制御部材9との間の空間を支持するための支持部材が不要となり、部品コストの削減及び組み立てコストの削減ができる。
【0072】
上述の実施例1〜6によれば、LED光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0073】
1:液晶パネル、 2:光学シート部、 3:バックライト装置、 4:バックライトブロック、 6:LED基板、 7:LED、 9:光制御部材、 11:シャーシ、 14:電源、 15:信号コントロール基板、 16:LED駆動回路、 17;バックカバー、 18:光学シート群、 19:反射シート、 20:光学素子、 22:拡散板、 23:光学部材、 24:空気層、 27:出射方向、 28:最先端部、 38:ピンモールド、 40:輝度明部、 41:輝度暗部、 42:輝度中明暗部、 91、91’:仕切り板、 101、102、103、104:パターン、 115、116:光源分布。
【技術分野】
【0001】
本発明は、バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に係り、特に、サイドビュー型のLED(Light Emitting Diode)を光源としたバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置は、液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライト装置を配置している。テレビジョン表示装置等、比較的大画面の液晶表示装置に使用するバックライト装置では、光源として蛍光管が使用されてきた(特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1には、エッジライト型(サイドビュー型)のバックライト装置と、当該バックライト装置が液晶パネル10を有する液晶表示装置に応用された発明が開示されている。特許文献1のバックライト装置は、液晶パネルに向かって光を透過させるために、液晶パネルと重畳して配置された導光板と、導光板の側部に配置される光源としての蛍光管と、蛍光管の光を比較的に小さい角度範囲に集光して導光板に向かって入射させる集光器を有している。また、蛍光管は、内面反射層を有する断面がコの字型のリフレクタにより包まれている。
特許文献1の導光板は、アクリル樹脂等の透明な板からなり、一方の表面上(以後、液晶表示パネル側を上面と称する)には拡散シートが設けられ、下面には拡散反射層(反射シート)が設けられている。拡散反射層は、導光板の下面に所定のパターンで拡散ドットを設けたものである。この拡散ドットは導光板の光源からの距離に応じて異なった面積を有し、それによって公知のように導光板の全面で均一な輝度が得られるようにするものである。
【0004】
特許文献1では、導光板、集光器、リフレクタ等を使用しており、部品点数が多い。このため、バックライト装置及びそれを使った液晶表示装置では、部品コストが高くなる。また、蛍光管を使っているため、消費電力が大きい。
また、蛍光管は、内部に水銀の蒸気が封入されているので地球環境への負荷が大きい。従って、特にヨーロッパ等、一部の地域においては、使用が禁止される傾向にある。
【0005】
そこで、蛍光管の代替の光源として、LED(Light Emitting Diode)が使われるようになってきた。
LEDを光源として使用した液晶表示装置のバックライト装置においては、LEDから液晶表示装置全体を面光源とする光学系が必要である。また、大画面の液晶表示装置に使われるバックライト装置は、複数のバックライトブロックに分割された構造が一般的である。そして、それぞれのバックライトブロックにおけるLEDは、そのバックライトブロック内にて、均一に光が届くようにする必要がある。
【0006】
また、LEDの形状によって異なるが、一般的に、LEDは、横方向(X方向)の広がりが、高さ方向(Z方向)の広がりより大きい。
図11は、バックライトブロックの距離に対するサイドビュー型のLEDから照射された光の配光特性を示す図である。図11(a)は、上(液晶表示装置の表示面)から見た場合のLEDの表示面視野を示す模式図であり、図11(b)は、横(液晶表示装置の側面)から見た場合のLEDの表示面視野を示す模式図である。7は光源であるLED、6はLED7を実装したLED基板、115と116は配光特性を示す光源分布である。例えば、図11(a)及び図11(b)に示すように、横方向(X方向)の広がり∠Wは、約120°であり、高さ方向(Z方向)の広がり∠Hは、約90°である。また、LED7は、その前方(出射方向)に球状に広がる指向特性を持つ。
【0007】
LEDは、図11で説明したような配光特性を持つ。そして、光の輝度は、伝播する距離の2乗に反比例して減少する。従って、液晶パネルの表面上で輝度を測定すると、X方向とY方向のそれぞれについて輝度が異なる。このため画質が均一にならない。特に、Y方向では、LED7に一番遠い領域(バックライトブロックの最先端部)が暗い領域となる(後述する図12等の領域28参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平6−174929号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、上記のような問題に鑑み、LEDを使用することによる低消費電力化、及び、バックライトブロックの全面でほぼ均一に光を伝播させることにより、輝度が均質なバックライト装置及び液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明のバックライト装置は、液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置において、上記バックライト装置は、シャーシと、上記シャーシ上に複数のバックライトブロックを有し、各バックライトブロックは、該バックライトブロックの底面側であって上記シャーシ上に設けられたシート状の反射部材と、該反射部材と対向して設けられ、該反射部材から上記バックライトの光照射面と直交する方向に所定間隔離して配置された板状の光学素子と、該光学素子と反射部材との間の空間に配置された、上記バックライトの光照射面と平行な方向に光を放出する複数のLED(Light Emitting Diode)と、上記複数のLED間であって、上記光照射面及び上記光を放出する方向とに平行な方向に上記空間を仕切る仕切り板とを備え、上記光源からの光を、上記光学素子と反射部材と間の空間内を繰り返し反射させて伝播させながら光学素子を透過させて、上記液晶パネル側へ導く構成とすることを第1の特徴とする。
【0011】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記LEDは、サイドビュー型のLEDであることを第2の特徴とする。
【0012】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記光学部材及び/または反射シートに所定のパターンを形成したことを第3の特徴とする。
【0013】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記LEDの直上の上記光学素子に上記LEDの上方に放出される光を遮蔽する遮蔽板を設けたことを第4の特徴とする。
【0014】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板あって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間である上記空間を支持することを第5の特徴とする。
【0015】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板であって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間で、上記LEDが上記光学素子に接触しないように取付け、上記空間を支持することを第6の特徴とする。
【0016】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの光の出射口から上記光の出射方向に上記バックライトブロックの長さの1/2から1/3程度の距離まで配置し、上記バックライトブロックの最先端部側には仕切り板を設けないことを第7の特徴とする。
【0017】
上記本発明の第1の特徴のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記シャーシ及び上記反射部材を屈曲させて構成したことを第8の特徴とする。
【0018】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、上記本発明の第1乃至上記第8の特徴のバックライト装置のいずれかに記載のバックライト装置を用いたことを第9の特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係るバックライト装置を有する液晶表示装置の全体構成の概略を示す分解図である。
【図2】本発明の実施形態に係るバックライト装置の、光照射面と直交しかつLEDの光軸方向と平行な断面図である。
【図3】本発明の実施形態に関するバックライトブロックの内部構成とバックライトブロックを含む液晶ディスプレイの断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係るバックライトの概略立体図である。
【図5】本発明の実施例に係るバックライト装置及びその周辺部分の、LED7の光軸方向及びバックライト光照射面と直交する断面図である。
【図6】液晶ディスプレイからの輝度明暗分布をバックライトブロック内部で生じさせるためのパターンの形成例をバックライトブロック別に示す説明図である。
【図7】図6の部分拡大図である。
【図8】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図9】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図10】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図11】バックライトブロックの距離に対するサイドビュー型のLEDから照射された光の配光特性を示す図である。
【図12】本発明の実施形態に係るバックライト装置にLEDを配置した一実施例を示す図である。
【図13】本発明の実施形態に係るバックライト装置にLEDを配置した一例を示す図である。
【図14】本発明の実施形態に係るバックライト装置にLEDをバックライト装置に配置した一例を示す図である。
【図15】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図16】本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。
【図17】実施例1と実施例2の違いによる輝度評価結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に本発明の一実施形態を、図面等を用いて説明する。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
なお、本書では、既に説明した図11を含め、各図の説明において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、説明の重複をできるだけ避ける。
【実施例1】
【0022】
まず、本実施形態に係るバックライト装置を適用した映像表示装置の全体構成について、図1〜図7を参照しながらその概略を説明し、その後、本発明の課題を解決するための手段についての実施形態を説明する。
【0023】
図1は、本発明の実施形態に係るバックライト装置を有する液晶表示装置の全体構成の概略を示す分解図であり、図2は本実施形態に係るバックライト装置の、光照射面と直交しかつLEDの光軸方向と平行な断面図であり、図3は本実施形態に関するバックライトブロックの内部構成とバックライトブロックを含む液晶ディスプレイの断面図である。
【0024】
図1に示されるように、映像表示用のディスプレイとして普及している液晶パネル1を用いた透過型の液晶表示装置は、その全体構成として、液晶パネル1と、光学素子または拡散板、拡散シート、偏光板、偏向フィルム等を含む光学シート部2と、バックライト装置3と、を備えている。本実施形態に係るバックライト装置3は、例えば図2に示されるように、複数のバックライトブロック4を平面上(バックライト装置の光照射面方向)にマトリックス状に組み合わせて配置し形成されており、大型のバックライト装置3において均一の輝度を得るようにしている。液晶ディスプレイでは液晶パネル1の背面側から光を照射するためにバックライト装置3が必要であり、このバックライト装置3は、その構造によって、直下式、サイドライト(エッジライト)方式、及び直下式とサイドライト方式とを組み合わせたハイブリッド方式がある。このハイブリッド方式は、バックライトを複数のバックライトブロックに光学的に分割して個別に光強度をコントロール、すなわちエリア制御できる構造を指すものである。該ハイブリッド方式はスリムブロック方式とも呼ばれる。本発明の実施形態に係るバックライト装置3は、スリムブロック方式を対象とするものであり、特にサイドビュー型の光源を採用し、且つバックライトを複数のバックライトブロック4に分割された構造を対象とするものである。
【0025】
本実施形態に係るバックライト装置3は、図2に示されるように、液晶パネル1に光を照射するために液晶パネル1の背面側に配置されているものであって、少なくとも水平方向(液晶パネルの面またはバックライト装置の光照射面方向)と平行な光出射軸(光軸)を有するLED7、LED7からの光を反射する反射部材である反射シート19、および反射シート19と対向するように設けられ、かつ反射シート19から所定間隔離されて配置された、LED7及び反射シート19からの光を液晶パネル1側に導くための板状の光学素子20とを有している。ここでは、LED7は、電極面と平行な方向に光を放出するサイドビュー型のLEDであるものとする。また反射シート19は、バックライト装置3の底面側に位置するシャーシ(後述する)に設けられる。またLED7は光源基板であるLED基板6に実装されている。
【0026】
上記バックライト装置3は、図2に示されるように、例えば光照射面と直交しかつLED7の光軸と平行な方向において、1つのLED7(実際は紙面奥行き方向に複数のLED7が配列されている)と、LED7相互間の光学素子20、反射シート19及びその間の空間とを含む部分を、1つのバックライトブロック4としている。そして、各バックライトブロック4に対応するLED7をそれぞれ個別に制御することで、バックライトブロック4ごとに光量または光強度を制御することができる。すなわち、本実施例では上記のように構成することでエリア制御(ローカルディミング)を可能にするものである。
【0027】
光学素子20は、例えば拡散板、透明アクリル板、鏡面平板、微細パターン付の拡散板、光学シート、光学特性制御板、偏光選別板などが使用される。この光学素子20の裏面には、光学素子20の位置に応じて光学素子20への光供給量を制御或いは調整するためのシート状の光制御部材9が設けられている。図2の例では光学素子20の裏面に光制御部材9が設けられているが、光学素子20の表面または裏面及び表面の両方に設けてもよい。この光制御部材9は、所定の光制御機能を有するものであり、当該機能は、例えば所定量の光を二次元的に反射、透過、拡散、遮光、吸収、再発光、着色、波長変換、偏光する機能のうち、少なくとも2つの以上を有するものとする。
【0028】
これにより、光制御部材9は、入射した光の一部が透過され、その場で散乱光として光学素子20から出射される。また入射した光の一部は光制御部材9により反射されて、上記反射シート19による反射機能と協働して上記空間内をLED7の光軸方向に伝播し、LED7から遠くへ光を導く伝達させる。すなわち、光制御部材9は、LED7からの光及び反射シート19で反射された光の一部を透過しつつ一部を反射し、これを光軸方向に沿って繰り返し行うことによって、バックライトブロック4の先端部(LED7の位置と反対側の部分)にまで十分に光を供給する。これによりバックライトブロック4のサイズにかかわらず、均一な輝度分布、かつ光の利用効率を向上させることができる。光制御部材9は、上記光の透過、反射を実現するために、スリットやパターンが設けられている。
【0029】
光学素子20及び光制御部材9、特に光制御部材9は、LED7付近からLED7の光軸方向に離れるに従って、上記スリットやパターンの大きさまたは形状、或いは光の透過率、反射率、拡散率、取り込み度合い、伝播率、偏光透過率、色透過率、分光特性などの光学機能が変化している。このようにすることで、バックライトブロック4内の均一性が安易に実現可能となる。
【0030】
ここで、光学素子20と反射シート19との距離(すなわち上記空間の高さ)をh、LED7の高さをLhとしたとき、距離hと高さLhとの関係を、5Lh>h>1.2Lhとすることが好ましい。このようにすると、LED7の上面から漏れる光とLED7の光出射部近傍に生じるホットスポット(光が局所的に明るくなる部分)を距離hの空間において、COS4角度(4乗則)により拡大、拡散して、ムラとして見えづらくすることが可能となる。上記条件は、サイドビュー型のLED7と光制御部材9が近すぎて、LED7からダイレクトに光制御部材9を透過してくる光を減光させるために必要な距離と言うこともできる。
【0031】
図3は、本実施形態に係るバックライトの概略立体図である。LED7は、例えばアルミ等で構成された金属製のシャーシ11に液晶パネルの水平方向に(図示しない)基板とともに配列されている。LED7に対し所定の距離を設けて光学素子20を配置する。光学素子20は、例えばCCFLなどの蛍光管方式のバックライト装置で使われている、一般的な拡散板などの素材を用いることができる。これにより、安価にスリムブロック方式のバックライト装置3が実現できる。
【0032】
また光学素子20の上には、プリズムシートや輝度向上フィルム等の光学シート群18を配置し、バックライト照射面全体の輝度ムラを低減している。図3では光学シート群18は複数の光学シートを含んでいるが、一つのみとしてもよい。
【0033】
尚、図3において光学素子20に点線が描かれているが、これはバックライトブロック4を仮想的に区分するために描いたたものであり、実際にバックライトブロック4が物理的に分離されていたり、バックライトブロック4を区分するための溝等が設けられているわけではない。本実施例では、光学素子20は1つの板状部材(拡散板)で構成されているものとする。必要に応じて、光学素子20の表面(液晶パネル側)または裏面(シャーシ11側)にバックライトブロック4を区分するための溝等を設けてもよい。
【0034】
図4は本実施形態に係るバックライト装置の概略上面図と断面図を示している。図4の例において、光制御部材9もしくは光学素子20の表面または裏面或いはその両方には、所定形状のパターン101、102、103が設けられている。このパターン101〜103は、液晶パネル1側から見た場合を示している。尚、図4のWは、1つのバックライトブロックの幅(LED7の光軸方向と直交する方向の寸法)を示している。すなわち、この例では、バックライトブロックに6つのLED7が設けられている。当然、1バックライトブロック当たりのLED7の数は、これに限られるものではない。
【0035】
図示されるように、パターン101〜103の、LED7の光軸方向(紙面左右方向)のピッチ、密度または形状はLED7からの距離に従い変更している。一方、LED7の光軸と垂直方向(紙面上下方向)のパターン101〜103のピッチ、密度または形状は略同じとしている。より具体的には、パターン101〜103は、LED7の光出射方向(光軸方向)と反対側よりも、光軸方向に伸びて形成されている。また、パターン101〜103は、LED7からの光軸方向の距離に応じて変化しており、例えばパターン101のようにLED7からの光軸方向の距離が大きくなるほど先細りの形状としてもよいし、パターン102のようにLED7の光軸方向を長軸とする楕円と、光軸方向と直交する方向の楕円とを組み合わせた形状としてもよいし、またパターン103のように光源7からの光軸方向の距離が大きくなるほど広がる形状としてもよい。
【0036】
上記パターン101〜103は、基本的に光学素子20の裏面に設けるものとするが、光学素子20の表面に設けてもよい。また、パターン101〜103として、印刷シート、熱転写シート、穴あき反射/透過シート、パターン付反射シート、または光学シートにパターン印刷したものを、光学素子20の裏面または表面或いはその両方のLED7近傍に取り付けてパターン101〜103を構成してもよい。
【0037】
パターン101〜103としては、位置(LED7からの距離)に応じて射光作用、光の透過、反射、伝播率などを制御または調整できるものであれば、どのような形状、部材を採用することができる。例えば、LED7から光軸方向へ離れるに従い除々にパターン密度を減少させることで、LED7近辺は射光と反射を多くして透過する光を10%以下とする一方、LED7から離れたところでは透過光を多くする。これにより、LED7からの光軸方向に進む光のみならず、2次元的に(放射状に)伝播する光について透過量を増加させて、LED7からの距離に従い液晶パネル側へ光の出射量を上げることができる。そして、このような構成によれば、LED7の光軸方向の輝度むらを低減でき、かつ、バックライトブロック内、およびバックライト照射面前面での輝度均一性を向上させることができる。
【0038】
上記パターン101〜103パターンは、図4に示されるように微小なドットの集合体で構成することができ、このドット集合体の外形形状を、水玉、曲線、点線、放射状直線、放射状曲線など、様々な形状とするとができる。またドット集合体において、ドットの密度がLED7からの距離に徐々にグラデーションを掛けるようにドットの密度を変化させれば、LED7とパターンとの位置ずれによる誤差感度を向上させることができる。
【0039】
また、パターンを印刷で形成する場合は、インクの膜厚、インク色(青や黒の色を混ぜて、透過率をコントロールして、グラデーションをかける)、ドットサイズ、ドット形状、LED直上のパターン形状、印刷厚さを容易に調整することができ、上述したドット集合体の外形形状やグラデーションの形成をより良好に行うことができる。従って、パターンを印刷で形成する場合は、より輝度の均一性を向上できる。
【0040】
ここで、図4に示されるように、上記パターンの、LED7の光軸と垂直な方向であって、上記光学素子20の光出射面或いはその裏面と平行な方向(紙面上下方向)の大きさ(寸法)をa、LED7の発光面71の長手方向の大きさをc(図15参照)、LED7の配列ピッチをpとしたとき、p≧a≧cの条件を満たしている。また上記パターンのピッチをeとしたとき、p≧a≧0.5×eの条件を満たしている。更にまた、上記距離hと上記パターンの寸法aとの関係は、h≧aの条件を満たしている。更にまた、上記光学素子20の、隣接する2つの光源間と対応する位置に別のパターン104を設け、該別のパターンの透過率Tが、0.1%≦T<50%の条件を満たすようにしている。
【0041】
図5に本実施例に係るバックライト装置及びその周辺部分の、LED7の光軸方向及びバックライト光照射面と直交する断面図を示す。
【0042】
図示されるように、液晶表示装置の背面筐体であるバックカバー17とシャーシ11との間には、信号コントロール基板15、LED駆動回路16及び電源14が配置されている。信号コントロール基板15、LED駆動回路16及び電源14は、シャーシ11に取り付けられている。シャーシ11は、上述した反射シート19を貼り付けたものでもよい。またシャーシ11に反射シート19を貼り付けたものをプレス作業にて絞りを入れ、LED7の光軸方向に沿った曲面や傾斜面を形成することで、反射シート面19の光の反射角を光軸方向に沿って変化させることができる。これにより、LED7からの光をその光軸方向に伝播し易くし、バックライトブロック4の先端部(LED7の位置と反対側の部分)への光の供給量をより増やす効果がある。また、シャーシ11に絞りが追加されるので、シャーシ11の機械的強度も増す。
【0043】
反射シート19と光制御部材9との間の空間は円錐状のピンモールド38により保持され、所定の距離確保されている。これにより光がバックライトブロック4内を伝播しながら、光学制御部材9と光学素子20により除々に光を出射し、全体的に均一な光を各バックライトブロック単位で制御できる。
【0044】
再び図2を参照すると、本実施例に係るバックライト装置3は、基本的には、LED基板6に設置された光源としてのLED7と、LED7からの光を有効に液晶パネル1に導くための光学素子20と、光学素子20に光を供給するための反射シート19と、LED7の光軸方向に光を良好に伝搬させるための、光学素子20と反射シート19との間の空間とを備えている。当該空間の液晶パネル1側に設けられている光学素子20の裏面には光制御部材9が設けられ、これによりLED7の光軸方向に沿ってLED7からの光を除々に出射し、バックライトブロック4の均一な光分布を実現する。
【0045】
ここで図2に示す構成例において、バックライトブロック4は、バックライト装置3の光照射面側から見た形状が矩形状に形成されていて、その長手方向(図3で紙面の左から右)にLED7からの光が進んでいきバックライトブロック4の裏面(反射シート19側)で反射されて液晶パネル1に光が進む。LED7は、バックライトブロック4の短辺側(図3で紙面の鉛直方向)に複数個適宜の間隔で配列されている。LED7をバックライトブロック4の長辺側に配列してもよい。
【0046】
次に、本実施形態に係るバックライト装置におけるバックライトブロックの境界の輝度とバックライトブロック内部の輝度との輝度差を緩和し、境界からの明るさを目立たなくする技術について、図6及び図7を参照しながら説明する。ここでバックライトブロック4がLED7の光軸方向及び光軸方向と直交する方向に連結している空間のイメージを図6に示している。尚、ここでは、図示の簡略化のために、1行1列のみのバックライトブロック4を図示している。
【0047】
図6は本実施形態に係るバックライト装置からの輝度明暗分布を意図的に発生させるためのパターン形成例を複数のバックライトブロックに亘って説明する図であり、図7はバックライト装置からの輝度について、バックライトブロックの境界とバックライトブロック内部との間で輝度差が発生する状況を複数のバックライトブロックを配列して説明する図である。この実施例におけるパターンを「明暗パターン」と呼ぶこととする。図面において、明暗パターンは、輝度明部40、輝度暗部41、輝度中明暗部42を含んでいる。なお、ここでは、上記輝度差(輝度明暗差あるいは輝度むら)は、バックライト装置3から照射された光を、拡散板等を含む光学シート群18(図2参照)の光出射側から見たときの輝度差であるものとする。ここで、輝度明部40のパターンは、輝度暗部41、輝度中明暗部42よりも光を拡散させる作用が大きい(つまり粗し度(微細凹凸の密度)が高い)パターンであり、輝度中明暗部42のパターンは、輝度暗部41よりも光を拡散させる作用が大きいパターンである。
【0048】
上記のように、複数のバックライトブロック4を縦横に配列してバックライト装置3を構成する場合、バックライトブロック4の境界やLED7の直上から光が漏れて輝線やホットスポットが生じ、これに起因する輝度明部が発生する。また逆に、バックライトブロックの境界やLED7の背面側で光が不足して暗線になる場合もあり得る。
そこで、この例では、バックライトブロック4の内部では光源(LED7)から出射された光が一様に出射(図面の鉛直手前方向)するように、すなわち輝度が均一になるように光学素子20の裏面及び/または表面、あるいは裏面近傍に、図の40、41、42のような光学パターンが配置されている。図6は裏面に配置されたパターンを図示している。パターンの密度は、LED7の入光部から光軸方向に従って適切に調整され、これにより輝度分布が均一になるようにされている。図6の場合は、入光部の密度がやや高く、中央部がやや低く、先端部が最も密度が高いパターンが配置されている。図6の下方に示されたグラフは、光学素子20の位置に対応した明暗パターンの密度を示している。この明暗パターンは、拡散板やクリア板、光学フィルム貼り付け板材、偏光部材などで構成された光学素子20の裏面に、拡散凹凸面、凹マイクロレンズ、凸マイクロレンズ、プリズム、円錐台、円錐もしくは印刷パターンなどを付加して形成される。これに代えて、光の反射、遮光、透過、伝播などの機能を1以上有する光学機能フィルムに、切り欠き、スリット、円穴、楕円穴、所定の形状穴を設けるか、または、濃淡処理、微細加工、微細細工、印刷パターンなどを施して形成してもよい。これにより、光学素子20からの出射光の輝度分布を自在に制御できる。
【0049】
本実施例に係るバックライト装置では、そのバックライトブロック内部に意図的に輝度の明暗差を形成して、輝度むらが全体的に及ぶことによって、バックライトブロックの境界における線状或いは格子状の明るい(または暗い)輝度部分を緩和させること、すなわち視覚的に認識させづらくすることを特徴とするものである。図6に示す例では、バックライトブロック4の内部に、輝度暗部41と輝度中明暗部42(輝度明部40に比べるとやや暗いが輝度暗部41に比べると明るい部分)とを交互に配置した構成例である。すなわち、バックライトブロック4の内部に輝度の明暗差を設けて、バックライトブロック4の境界の輝度明部との輝度差を緩和している。
【0050】
なお、境界で暗線が生じる場合には、この暗線を目立たなくさせるために、バックライトブロック4における輝度明暗差を形成するようにバックライトブロックの一様な輝度面よりも暗く且つ上記の暗線よりも明るいパターンを設ければよい。
【0051】
また、この明暗パターンは、図7で示すように、矩形形状をしており、正方形を千鳥上に配置したものである。このとき、LED7からバックライトブロック4の先端部へは、矩形形状の明部の配列ピッチが除々に狭まって、密度が高くなる形状或いは配置になっている。すなわち、先端部分に行くに従い光をより効率よく出射させ、ブロック内の均一性を高めるている。これと同時に、LED7近傍や境界での輝線や暗線など、極端に輝度が変化する部分は異型のパターンを設けたり、円形や楕円のパターンのサイズを変えてもよい。このように最適化したサイズ及び形状のパターンにより、輝度均一性の向上機能と輝度差を目立たなくする機能とを両立させている。これにより、光制御部9は空間を伝搬する光を除々に選別し、光学素子20に取り込み、液晶パネル1側への出射光を制御できるのである。
【0052】
図6及び図7の構成によりバックライトブロック4の内部に輝度の明暗差を設けることによって、その境界を含めて輝度むらがバックライト3全体でぼやけるため、バックライトブロック4の境界の輝度明部が視認し難くなる。さらに、LED7と対応する位置に遮光シート、遮光印刷などで構成された遮光部材を光制御部材9とともに設置し、LED7の直接光を遮光し、その光を一部透過、反射、伝播させ、ホットスポットが生じることを防止する。このとき、反射シートの薄さにより、微少にLED7からの光の漏れが発生した場合も、上記千鳥パターンの明暗にて光が拡散され、目立たなくなる。
【0053】
なお、上述した輝度の明暗差は、上記光学素子20や光制御部材9に形成することに限らず、反射シート19、光学シート群18にパターンを形成することによっても実現することができる。
【0054】
また、図示しないが、バックライトブロック4の内部に、楕円形の輝度中明暗部を形成してもよい。この輝度中明暗部は、光学素子20の表面に細かい又は密な凹凸面のような、いわゆるざらざら面(粗面)によって形成される。この楕円形のざらざら面は、光学素子の、LED7の配列方向と平行な方向(本例では光学素子20の短手方向)に複数配列されて一つの輝度中明暗部領域を形成し、この領域をLED7の配列方向と直交する方向(本例では光学素子20の短長手方向)に2つ以上設けている。これによって、このざらざら面がこの周囲の面よりも前方に進む光量を多くする機能を果たして明るい輝度を生じさせる。
【0055】
バックライトブロック4の境界を含めたバックライト装置3全体をみると、輝度中明暗部の存在によって、このバックライト装置3から前方に発する輝度の明暗分布にばらつき又は不規則性が生じることとなり、輝度の明暗の度合いが視認し難くなる(境界の明るさが目立たなくなる)。楕円形状に限らず、円形状、長方形状、円形状であってもよく、また、隣り合う輝度中明暗部の個数(例で紙面縦方向の数)を2個と3個というように異ならせてもよい。要は、輝度暗部との間で輝度差の不規則性が生じるように、輝度中明暗部を形成すればよい。
【0056】
上記実施形態において、上記粗面(ざらざら面)、凹凸面、プリズム面、凹レンズまたは凸レンズ等、光学素子20(拡散板)の表面に明部を付与するための要素(以下、「明部付与要素」と称する)を拡散板の表面においてLED7の配列方向と平行な方向(本実施例では光学素子の短手方向)に延びるように形成されており、またこの明部付与要素がLEDの配列方向と直交する方向(本実施例では光学素子20の短手方向であって、LEDからの光の光学素子20内の進行方向)に2つ以上配列されている。このように構成すれば、光学素子20の表面において、バックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)の周期よりも短い周期の輝度差(輝度むら)を生成することができるので、バックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)視覚的に認識されづらくなる。
【0057】
2つ以上の明部付与要素における各輝度の極大点同士の間隔は、おおよそ0.5〜3cm程度が好ましく、更にまた、当該極大点同士の間隔は、拡散板の表面から光学シート群の入射面(拡散板に最も近い位置に配置されている拡散板の入射面)までの距離の2倍以上であることが好ましい。また、明部付与要素を通した光と拡散板表面の明部付与要素以外の部分から出射された光の輝度差が、バックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)と拡散板表面の明部付与要素以外の部分から出射された光の輝度差の50%以上とすることがより好ましい。これらの条件を満たすように明部付与要素を形成すれば、よりバックライトブロック4の境界部分における輝度明部(または輝度暗部)を目立たなくさせることができる。
【0058】
また、上記光を拡散するための要素を拡散板の表面においてLED7の配列方向と直交する方向に設ければ、LED7の配列方向と直交な方向(図2の紙面左右方向)に生じるバックライトブロック4の境界における輝度明部(または輝度暗部)が視覚的に認識されづらくなる。当然、上記光を拡散するための要素をLED7の配列方向と平行な方向と直交する方向の両方に設けてもよい。
【0059】
上記実施形態の構成によれば、バックライトブロック4の境界間における輝度明部または輝度暗部を目立たなくさせることが可能となるが、上記境界以外の、バックライトブロック4内に生じる輝度明部または輝度暗部も同様に目立たなくさせることも可能となる。
【0060】
しかし、上記図1〜図7の実施形態の場合であっても、LED7から出射される光は、図11で説明したような配光特性になっている。従って、バックライトブロック内のLEDに近い領域と遠い領域では、輝度の均質性が不十分な可能性がある。
【0061】
図8によって、本発明の実施例1についてさらに説明する。図8は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図8は、図11の配光特性のLED7を液晶表示装置に配置した一実施例を示す図である。図8(a)は、液晶表示装置を側面から見た断面図を示し、図8(b)は、液晶表示装置を表示面から見た場合のLEDの表示面視野を示す模式図である。ただし、図8(b)では、LED基板6を図示していない。
図8(a)に示すように、液晶表示装置は、その全体構成として、液晶パネル1と、拡散板、拡散シート、偏光板、偏向フィルム等を含む光学シート部2と、バックライト装置とを備えている。バックライト装置は、例えば、複数のバックライトブロック4を平面上(バックライト装置の光照射面方向)にマトリックス状に組み合わせて配置し形成されており、大型のバックライト装置において均一の輝度を得るようにしている。
図8では、1つのバックライトブロック4は、9個のLED7で構成される(図8では一部しか図示していない)。例えば、LED7の出射口からY方向のバックライトブロックの長さppは95mm、LED7のX方向の幅wは4.9mm、LED7間の距離dは28.0mmである。
【0062】
図8の液晶表示装置では、液晶パネル1の背面(図8のZ方向下)側から光を照射するためにバックライト装置が必要である。図8のバックライト装置は、その構造によって、ハイブリッド方式のバックライト装置である。このハイブリッド方式は、バックライト装置を複数のバックライトブロック4に光学的に分割して個別に光強度をコントロール、即ち、エリア制御できる構造を指すものである。当該ハイブリッド方式は、スリムブロック方式とも呼ばれる。本発明に係るバックライト装置は、スリムブロック方式を対象とするものであり、特にサイドビュー型のLEDを光源として採用し、かつバックライト装置を複数のバックライトブロックに分割された構造を対象とするものである。
【0063】
図8において、LED7は、矢印27の方向に拡散性の光を空気層24内に出射する。出射された光は、反射シート19及び拡散板(光学シート部2)間で反射を繰り返しながら、空気層24内を伝播する。伝播する光は、拡散板等の光学シート部2を通過して液晶パネル1の方向に出射する。
しかし、LED7は、図11で説明したような配光特性を持つ。そして、光の輝度は、伝播する距離の2乗に反比例して減少する。従って、液晶パネル1の表面上で輝度を測定するとA点、B点、及びC点では、輝度が異なる。このように、画質が均一にならない。特に光源であるLED7に一番遠い領域(バックライトブロックの最先端部)28が暗い領域となる。
そこで、次に述べる実施例2では、さらに、図9を用いて、光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得るバックライト装置及び液晶表示装置について説明する。
【実施例2】
【0064】
図9は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図9は、図8の実施形態に対して、LED7の出射方向27に平行に、仕切り板91を設けたものである。図11(a)で説明したように、LED7の出射光は、横(X)方向のも広がるが、仕切り板91によって反射し、LED7の出射方向27への伝播が促進される。その結果、LED7の出射光は図8の構成に比べて、最先端部28に到達可能な光量が増加する。このため、バックライトブロック4のX方向及びY方向全面でほぼ均一に光を伝播することができる。特に、Y方向の輝度が均一になる。従って、液晶パネル1からの出力光は、実施例1よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。ここで、仕切り板91は、例えば平坦で、反射シート19と同様に、光を全反射する表面構造を有する。
なお、図9の実施例2では、仕切り板91を、LED3個ごとに仕切っている。しかし、1個ずつ若しくは4個ずつ等、仕切り板を設けるLEDの数は任意である。また、バックライト装置の最外周には仕切り板を設けなくてもよい。
さらに、仕切り板91は、例えば、反射シート19とシャーシ11の要所に貫通孔を開け、ナイロン等の樹脂プッシュリベット等で固定する。
またさらに、仕切り板は、LED7の出射口からY方向のバックライトブロックの長さppの1/2から1/3程度の距離まで配置し、最先端部側には仕切り板を設けない。
【0065】
図17は、実施例1(仕切り板なし)と実施例2(仕切り板あり)の違いがある場合に、LED7の出力を同一として、A点、B点、C点において測定した輝度評価結果の一例を示す図である。
実施例1の仕切り板がない場合には、A点で140cd/m2、B点で70cd/m2、C点で65cd/m2であった。そして、実施例2のように仕切り板を設けた場合には、A点で140cd/m2、B点で88cd/m2、C点で83cd/m2であった。
このように、実施例1(仕切り板なし)に対して、実施例2(仕切り板あり)では、図17に示すように、A点、B点、C点において測定された輝度の差が小さいことが分かる。
【実施例3】
【0066】
図10によって、本発明の実施例3について説明する。図10は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図10は、図9の実施例2において、さらに、LED7の直上部分に光を遮断する遮光シート92を設けたものである(ただし、煩雑になるため、一部のLEDの上にしか図示していない。)。
この結果、液晶パネル1の出射光は、LED7の直上部近辺にて極端な輝度とならず、液晶パネル1からの光は、実施例2よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。
なお、遮光シート92は、光学シート部2上に印刷によって形成する。または、別に遮光シートを作成し、光学シート部2に両面テープ等で貼り付けてもよい。
さらに、遮光シート92の形状は、図10では、楕円形としたが、この形状に限らないことは自明である。また、LED毎に分割せず、連続したシートであってもよい。
【実施例4】
【0067】
図12によって、本発明の実施例4について説明する。実施例2〜実施例3では、仕切り板91は、板状であった。しかし、図12(a)に示すように、その断面が、液晶パネル1側を頂上とした2等辺三角形であってもよい。また、図12(b)に示すように、その断面が、1または複数の箇所で折れ曲がる直線若しくは曲線形状であってもよい。さらに、図12(c)に示すように、その断面が、液晶パネル1側を頂上として、反射シート19側に徐々に広がる曲線形状であってもよい。液晶パネル1からの光は、実施例2〜実施例3よりも均一な輝度となる。またさらに、図12(d)に示すように、図12(a)の形状において、LED7側またはバックライトブロックの最先端部の少なくとも一方が斜めになった形状であってもよい。また斜め線は直線であっても曲線であっても、鋸歯状であってもよい。
この結果、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。さらに、液晶パネル1から見て、仕切り板が線状になるため、視認不要な(液晶パネル1に表示される画像に邪魔な)仕切り板が視聴者に分かり難くなり、バックライト装置及び液晶表示装置に好適である。
【0068】
また仕切り板の形状は、図12の形状に加えて、図13に示すように、LED7側を斜めに削ったような形状とし、(図13(a)は図12(a)に対応し、図13(b)は図12(b)に、また、図13(c)は図12(c)に対応する。)LED7から出射した光が、LED7側に反射して戻らないようにして、すべての出射した光がバックライトブロックに投射されるようにしている。
この結果、液晶パネル1からの光は、実施例2〜実施例3よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。さらに、液晶パネル1から見て、仕切り板が線状になるため、視認不要な仕切り板が図12で示した実施例に増して視聴者に分かり難くなり、バックライト装置及び液晶表示装置に好適である。
【0069】
また仕切り板の形状は、図12若しくは図13の形状に加えて、図14(a)〜(f)に示すように、液晶パネル1側が1または複数の尖鋭な突起を有するようにしてもよい。突起の形状、間隔、及びそれらの組み合わせは任意である。
また、上記図14の突起は、好ましくは、それらの頂上が点となるように形成する。この結果、液晶パネル1から見て、仕切り板が点状になるため、視認不要な仕切り板が図13で示した実施例以上に視聴者に分かり難くなり、バックライト装置及び液晶表示装置に好適である。さらに、その視聴者の分かり難くさは、点の位置が不規則になればなるほど効果的である。このため、好ましくは、図14(e)、(f)のように、突起の配置を不規則にするようにしてもよい。
【実施例5】
【0070】
図15によって、本発明の実施例5について説明する。図15は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図15は、実施例2乃至実施例4と比較して、仕切り板を設けず、シャーシ11を屈曲させて、仕切り板の替わりとしたものである。
図15の実施例では、シャーシ11と共に反射シート19も屈曲させている。そのため、LED7から出射して、横(X)方向に向かった光は、屈曲して仕切りを形成している反射シート部分で全反射する。
この結果、実施例2乃至実施例4と同様に、LED7の出射方向(紙面上奥行方向)27への伝播が促進される。その結果、LED7の出射光は図8の構成に比べて、最先端部28に到達可能な光量が増加する。このため、バックライトブロック4のX方向及びY方向全面でほぼ均一に光を伝播することができる。特に、Y方向の輝度が均一になる。従って、液晶パネル1からの出力光は、実施例1よりも均一な輝度となる。このため、光源からの光の利用効率を向上させて高画質な映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を実現できる。
【実施例6】
【0071】
図16によって、本発明の実施例6について説明する。図16は、本発明の液晶表示装置の一実施例のLEDの配置を示す図である。図16は、図10の実施例3と比較して、仕切り板91’を光学シート部2の拡散板の裏面に接触するように設けたものである。この結果、図5に示した反射シート19と光制御部材9との間の空間を支持するための円錐状のピンモールド38等の支持部材が不要となる。
このように、仕切り板91’を設けることにより、実施例1〜実施例5において、反射シート19と光制御部材9との間の空間を支持するための支持部材が不要となり、部品コストの削減及び組み立てコストの削減ができる。
【0072】
上述の実施例1〜6によれば、LED光源からの光の利用効率を向上させて、高画質の映像を得ることが可能なバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【0073】
1:液晶パネル、 2:光学シート部、 3:バックライト装置、 4:バックライトブロック、 6:LED基板、 7:LED、 9:光制御部材、 11:シャーシ、 14:電源、 15:信号コントロール基板、 16:LED駆動回路、 17;バックカバー、 18:光学シート群、 19:反射シート、 20:光学素子、 22:拡散板、 23:光学部材、 24:空気層、 27:出射方向、 28:最先端部、 38:ピンモールド、 40:輝度明部、 41:輝度暗部、 42:輝度中明暗部、 91、91’:仕切り板、 101、102、103、104:パターン、 115、116:光源分布。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置において、
上記バックライト装置は、シャーシと、上記シャーシ上に複数のバックライトブロックを有し、
各バックライトブロックは、該バックライトブロックの底面側であって上記シャーシ上に設けられたシート状の反射部材と、該反射部材と対向して設けられ、該反射部材から上記バックライトの光照射面と直交する方向に所定間隔離して配置された板状の光学素子と、該光学素子と反射部材との間の空間に配置された、上記バックライトの光照射面と平行な方向に光を放出する複数のLED(Light Emitting Diode)と、上記複数のLED間であって、上記光照射面及び上記光を放出する方向とに平行な方向に上記空間を仕切る仕切り板とを備え、
上記光源からの光を、上記光学素子と反射部材と間の空間内を繰り返し反射させて伝播させながら光学素子を透過させて、上記液晶パネル側へ導く構成とすることを特徴とするバックライト装置。
【請求項2】
請求項1に記載のバックライト装置において、上記LEDは、サイドビュー型のLEDであることを特徴とするバックライト装置。
【請求項3】
請求項1に記載のバックライト装置において、上記光学部材及び/または反射シートに所定のパターンを形成したことを特徴とするバックライト装置。
【請求項4】
請求項1に記載のバックライト装置において、上記LEDの直上の上記光学素子に上記LEDの上方に放出される光を遮蔽する遮蔽板を設けたことを特徴とするバックライト装置。
【請求項5】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板あって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間である上記空間を支持することを特徴とするバックライト装置。
【請求項6】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板であって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間で、上記LEDが上記光学素子に接触しないように取付け、上記空間を支持することを特徴とするバックライト装置。
【請求項7】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの光の出射口から上記光の出射方向に上記バックライトブロックの長さの1/2から1/3程度の距離まで配置し、上記バックライトブロックの最先端部側には仕切り板を設けないことを特徴とするバックライト装置。
【請求項8】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記シャーシ及び上記反射部材を屈曲させて構成したことを特徴とするバックライト装置。
【請求項9】
液晶パネルと、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のバックライト装置を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項1】
液晶パネルに光を照射するためのバックライト装置において、
上記バックライト装置は、シャーシと、上記シャーシ上に複数のバックライトブロックを有し、
各バックライトブロックは、該バックライトブロックの底面側であって上記シャーシ上に設けられたシート状の反射部材と、該反射部材と対向して設けられ、該反射部材から上記バックライトの光照射面と直交する方向に所定間隔離して配置された板状の光学素子と、該光学素子と反射部材との間の空間に配置された、上記バックライトの光照射面と平行な方向に光を放出する複数のLED(Light Emitting Diode)と、上記複数のLED間であって、上記光照射面及び上記光を放出する方向とに平行な方向に上記空間を仕切る仕切り板とを備え、
上記光源からの光を、上記光学素子と反射部材と間の空間内を繰り返し反射させて伝播させながら光学素子を透過させて、上記液晶パネル側へ導く構成とすることを特徴とするバックライト装置。
【請求項2】
請求項1に記載のバックライト装置において、上記LEDは、サイドビュー型のLEDであることを特徴とするバックライト装置。
【請求項3】
請求項1に記載のバックライト装置において、上記光学部材及び/または反射シートに所定のパターンを形成したことを特徴とするバックライト装置。
【請求項4】
請求項1に記載のバックライト装置において、上記LEDの直上の上記光学素子に上記LEDの上方に放出される光を遮蔽する遮蔽板を設けたことを特徴とするバックライト装置。
【請求項5】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板あって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間である上記空間を支持することを特徴とするバックライト装置。
【請求項6】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの伝播を促進する仕切り板であって、かつ、上記シャーシと上記光学素子間で、上記LEDが上記光学素子に接触しないように取付け、上記空間を支持することを特徴とするバックライト装置。
【請求項7】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記LEDの光の出射口から上記光の出射方向に上記バックライトブロックの長さの1/2から1/3程度の距離まで配置し、上記バックライトブロックの最先端部側には仕切り板を設けないことを特徴とするバックライト装置。
【請求項8】
請求項1記載のバックライト装置において、上記仕切り板は、上記シャーシ及び上記反射部材を屈曲させて構成したことを特徴とするバックライト装置。
【請求項9】
液晶パネルと、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のバックライト装置を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2013−73874(P2013−73874A)
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−213996(P2011−213996)
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(509189444)日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年9月29日(2011.9.29)
【出願人】(509189444)日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 (998)
【Fターム(参考)】
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