説明

導光板、バックライト装置及び液晶表示装置

【課題】サイドライトタイプの点光源を有するバックライト装置及びその導光板において、点光源と液晶表示面との距離を小さくした場合においても、液晶表示面の全面を照らすことができる導光板及びその導光板を用いたバックライト装置を提供する。
【解決手段】導光板100に入射した光の一部は、反射面131で反射し、入光面110に戻され、切欠部115を形成する面やその他の入光面110で更に反射し、湾曲したシリンドリカルレンズ123に入る方向に進む。湾曲したシリンドリカルレンズ123に入った光は、入光面に垂直方向になるように曲げられながら進行する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導光板、バックライト装置及び液晶表示装置に係り、より詳しくは、点光源を光源とする液晶表示装置に用いられる導光板、及びその導光板を用いたバックライト装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
コンピュータ等の情報通信端末やテレビ受像機の表示デバイスとして、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、液晶分子の配向を変えることにより、光の透過度合いを変化させて、表示させる画像を制御する装置であり、液晶自体は発光しないことから、液晶表示面をその裏面側から照らすために、太陽光や室内の光を反射させて利用する反射型のものや、バックライトと呼ばれる照明装置を使用するものがある。バックライト式の照明の方式としては、主に、液晶表示面の裏側に光源を有する直下ライト式と、側方から照らした光を反射させて液晶表示面を照らすサイドライト式とが知られている。また、このバックライトの光源としては、一般に冷陰極蛍光管が用いられているが、近年の携帯電話等の移動通信端末装置やカーナビゲーション装置に用いられる液晶表示装置では、小型化・省電力化が求められることから、LED(発光ダイオード)を光源として用いるようになってきている(特許文献1参照)。
【0003】
図16は、従来のサイドライト式のバックライト装置の代表的な例における、横方向の断面を概略的に示した図である。この図に示されるように、このバックライト装置600は、LEDを用いた光源601と、透光性の樹脂等により板状に形成されている導光板602と、導光板602の下面から出射した光を反射させて、導光板602内にもどす反射シート603と、導光板602の上面から出射した光を拡散させる拡散シート604と、拡散シートにより拡散された光の向きを液晶表示面に垂直方向に屈折させる、2つのプリズムシート605及び606と、により構成されている。また、導光板の下面には、一般的に、光を反射させるための溝、突起または印刷物等の反射・散乱部材が設けられるが、この図では、V字型の溝607が形成されている。
【0004】
光源601から出た光は、例えば、図の矢印に示されるように、導光板602に入光し、導光板602の下面及び上面での全反射を繰り返し、V字型の溝607で反射することにより、導光板602の上面から出射される。導光板602から出射された光は、拡散シート604により拡散され、プリズムシート605及び606により光の向きを整えられた後、更に上方の液晶表示面へ向かう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−184225号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のようなバックライト装置は、液晶表示面の全面を照らすものとして普及している。ここで、図17の光源から導光板602内に光の広がる様子を模式的に表した上面部分図に示されるように、LEDのような点光源を用いた場合には、光は光源から離れるにつれて徐々に広がるため、図中の距離Lよりも光源に近い領域では、光源と光源の間に斜線に示されるような暗い部分が現れ、明るさが一様とならない。したがって、液晶表示画面の照明として用いる場合には、点光源から、導光板から光を出射させる出光領域610までの距離をこの距離Lよりも大きくする必要があり、バックライト装置の小型化を困難なものにしていた。
【0007】
本発明は上述の事情を鑑みてされたものであり、サイドライトタイプの点光源を有するバックライト装置及びその導光板において、点光源と出光領域との距離を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の導光板は、点光源を光源とする液晶表示装置に用いられる導光板であって、表示に用いられる光を出射させる出光領域を有する出光面と、前記出光面に対しての一側面であり、前記点光源が配置される光源配置領域を有する入光面と、前記入光面から入光した光の一部を、前記出光領域の内側に入る前に、前記入光面側に反射させる反射面と、を備える導光板である。
【0009】
ここで、点光源とは、LED光源等を意味する。また、出光領域とは、液晶表示画面に向かう光を出射する領域を意味する。また、出光面は、導光板の液晶表示面に面する面を意味するものであり、特に平面に限られない。入光面は、出光面の一側面であるとは、サイドライトタイプであることを意味する。
【0010】
また、本発明の導光板は、前記反射面は、出光面に向けて開口した非貫通孔により形成されている、とすることができる。
【0011】
また、本発明の導光板は、前記非貫通孔において、出光面に平行な面の断面形状は矩形である、とすることができる。
【0012】
また、本発明の導光板は、前記非貫通孔において、出光面に平行な面の断面形状の一部は円弧により形成されている、とすることができる。
【0013】
また、本発明の導光板は、前記非貫通孔は、出光面に向けて広がるテーパがつけられている、とすることができる。
【0014】
また、本発明の導光板は、前記反射面は、出光面において、入光面と平行に伸びる溝により形成されている、とすることができる。
【0015】
また、本発明の導光板は、前記入光面は、前記光源配置領域とは異なる部分に、前記出光面と垂直な面により形成された、反射用の切欠を有する、とすることができる。更に、この導光板は、前記反射用の切欠は、複数連続して形成されている、とすることができる。また、更に、前記反射面は、前記切欠と前記光源配置領域との間から、入光面に垂直方向に延びる領域に形成されている、とすることができる。
【0016】
また、本発明の導光板は、前記入光面には、前記光源配置領域とは異なる部分に、前記出光面に垂直方向に伸びる、シリンドリカルレンズが複数連続して形成されている、とすることができる。
【0017】
また、本発明の導光板は、前記出光面は、前記反射面の位置と前記出光領域との間の位置から、前記出光領域を覆うように、前記入光面に対して垂直方向に延びる、複数のシリンドリカルレンズにより形成され、前記複数のシリンドリカルレンズのうち、いずれかのシリンドリカルレンズは、前記入光面の前記点光源が配置される光源配置面に向かう方向に湾曲している、とすることができる。
【0018】
また、本発明の導光板は、前記出光面は、前記反射面の位置と前記出光領域との間の位置から、前記出光領域を覆うように、前記入光面に対して垂直方向に延びる、複数のシリンドリカルレンズにより形成され、前記複数のシリンドリカルレンズのうち、いずれかのシリンドリカルレンズの円弧の中心角は、前記入光面の近傍において、他のシリンドリカルレンズの円弧の中心角より大きくなっている、とすることができる。
【0019】
また、本発明のバックライト装置は、上述した本発明の導光板のいずれかの導光板を備えるバックライト装置である。ここで、このバックライト装置は、前記導光板の周囲で、前記点光源が配置される光源配置領域を有する入光面以外を覆うと共に、前記光源配置領域以外の前記入光面を覆うための凸部を有するモールドを更に備える、とすることができる。
【0020】
また、本発明の液晶表示装置は、上述した本発明の導光板のいずれかの導光板を備える液晶表示装置である。ここで、この液晶表示装置は、前記導光板の周囲で、前記点光源が配置される光源配置領域を有する入光面以外を覆うと共に、前記光源配置領域以外の前記入光面を覆うための凸部を有するモールドを更に備える、とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の第一の実施形態に係る導光板の全体斜視図である。
【図2】図1の導光板の部分上面図である。
【図3】図2の線AAでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。
【図4】図2の線BBでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。
【図5】モールドの斜視図である。
【図6A】本発明の第一の実施形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。
【図6B】本発明の第一の実施形態に係る液晶表示装置の横方向断面を示す図である。
【図7】第一の実施形態の第一変形例に係る導光板の部分上面図である。
【図8】第一の実施形態の第二変形例に係る導光板の部分断面図である。
【図9】本発明の第二の実施形態に係る導光板の部分上面図である。
【図10】第二の実施形態の第一変形例に係る導光板の部分上面図である。
【図11】第二の実施形態の第二変形例に係る導光板の部分上面図である。
【図12】図11の線CCでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。
【図13】本発明の第三の実施形態に係る導光板の部分上面図である。
【図14】本発明の第四の実施形態に係る導光板の部分上面図である。
【図15】図14の線DDでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。
【図16】従来のサイドライト式のバックライト装置の横方向断面を概略的に示す図である。
【図17】光源から導光板内に光の広がる様子を模式的に表した上面部分図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の第一乃至第四の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0023】
本発明の第一の実施形態に係る導光板及びその導光板を用いたバックライト装置及び液晶表示装置について、図1〜図6Bを参照しつつ説明する。図1には、本発明の第一の実施形態に係る導光板100の全体斜視図が示されている。この導光板100は、板状で、厚さは0.2〜1.0mmであり、アクリルやポリカーボネート等の光透過性部材により一体的に形成されている。この図に示されるように、LED光源からの光が入光する面である入光面110は、3つのLED光源を設置するための3カ所のLED光源設置領域111と、後述の矩形孔130の反射面131で反射した光を、更に反射するための2カ所の切欠部115と、を有している。
【0024】
光が出射される出光面120である上面は、入光面110から入射された光を導光板100内で更に奥に導くと共に、出光の際に光を屈折させるシリンドリカルレンズ部121と、入射した光の一部を反射して、切欠部115等の入射面側に戻す反射面131を有する矩形孔130と、高さをLED光源の高さに合わせ、LED光源から入射した光を導光板100内で、シリンドリカルレンズ部121へ導く傾斜面122と、を有している。また、図示していないが、下面には、下面で反射した光を上面から出射できる角度で反射させるための、印刷により設けられた反射ドットを備えている。
【0025】
図2には、図1に示された導光板100の部分上面図が示されている。この図では、LED光源設置領域111に設置されたLED光源60が二点鎖線で示されている。図に示されるように、切欠部115の向かい側付近のシリンドリカルレンズ123は、入光面110の近傍において、左右のLED光源60に向かう方向に湾曲している。これは、矩形孔130の反射面131で反射した光が、入光面110で反射して戻された際にシリンドリカルレンズ123に入りやすくすると共に、光を入光面110に対し垂直方向に進ませる役割を果たしている。
【0026】
ここで、LED光源60から出射された光の進行方向について説明すると、図の矢印にあるように、導光板100に入射した光の一部は、反射面131で反射し、入光面110に戻され、切欠部115を形成する面やその他の入光面110で更に反射し、湾曲したシリンドリカルレンズ123に入る方向に進む。湾曲したシリンドリカルレンズ123に入った光は、入光面に垂直方向になるように曲げられながら進行する。したがって、2つのLED光源60の間における、入光面110近傍に、光を導くことができ、これにより、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0027】
図3は、図2の線AAでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。図に示されるように、矩形孔130は非貫通孔であり、深さは板厚をDとすると、その8割である0.8Dとしている。これは、残りの0.2Dの厚さ部分では、光を通過させることにより、矩形孔130の裏側部分が暗くなるのを防ぐためである。
【0028】
図4は、図2の線BBでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。図に示されるように、シリンドリカルレンズ部121の断面は、上面が上に凸の円弧形状であるシリンドリカルレンズが、複数ならべられた形状となっている。
【0029】
図5には、導光板100をバックライト装置に組み込む際に、側面を囲うように覆うモールド150の形状が示されている。このモールドの材料には、白いポリカーボネート等の樹脂が用いられる。導光板100の側面から出射した光は、このモールドにより反射され、導光板100に戻される。このモールド150は、導光板100の入光面110に接触する部分において、LED光源60が配置されない部分に凸部151を備え、矩形孔130の反射面131で反射された光で、入光面110から出射する光を更に導光板100に戻す役割を果たしている。
【0030】
図6Aは、本発明の第一の実施形態に係る液晶表示装置900の構成を概略的に示す図である。この図に示されるように、液晶表示装置900は、液晶パネル800と、バックライト装置180と、制御回路842とにより構成されている。ここで、制御回路842は、フレキシブル基板840に実装されており、制御線854を介して液晶パネル800の表示を制御すると共に、制御線855を介してLED光源60を制御する。
【0031】
一方、液晶パネル800は、TFT基板830とカラーフィルタ基板820の2枚の基板を有し、これらの基板の間には液晶組成物が封止されている。TFT基板830には、駆動回路832により制御されるゲート信号線837及び駆動回路833により制御されるドレイン信号線835が張り巡らされ、これらの信号線は、液晶表示装置の一画素として機能するセル810を形成している。
【0032】
ここで、図6Aの二点鎖線で囲まれた領域は表示領域815を示している。なお、液晶パネル800は、その表示の解像度に対応する数のセル810を有するが、図6Aでは簡略化して示している。また、この液晶パネル800は、TFT基板830にのみに電極が設けられたIPS(In Plane Switching)方式、並びに、TFT基板830及びカラーフィルタ基板820の両方に電極が設けられたTN(Twisted Nematic)方式及びVA(Vertical Alignment)方式のうちのいずれの方式であってもよい。
【0033】
また、バックライト装置180は、図1の導光板100と、図5のモールド150と、LED光源60と、LED光源60が取り付けられたフレキシブル基板845とを有している。バックライト装置180をこのような構成とすることにより、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0034】
図6Bは、本発明の第一の実施形態に係る液晶表示装置900の横方向断面を示す図である。この図に示されるように、液晶表示装置900は、図6Aで示した構成の他に、導光板100から出射された光を一様に拡散する拡散シート904と、拡散された光の向きを整えるプリズムシート905及び906と、一方向の成分のみの光を通過させる偏光板908及び909と、を備えている。液晶表示装置900をこのような構成とすることにより、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0035】
図7は、上述の第一の実施形態の第一変形例に係る導光板200の部分上面図である。この図に示されるように、導光板200のシリンドリカルレンズ部125は、切欠部115の向かい側付近だけでなく、矩形孔130の裏側付近も湾曲したシリンドリカルレンズ127を有している。このような構成においても、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0036】
図8は、上述の第一の実施形態の第二変形例に係る導光板250の部分断面図である。この部分断面図は、図3と同じ視野によるものである。この図に示されるように、導光板250は、導光板100の矩形孔130に替えて、傾斜面122に設けられた反射面136を備える矩形孔135を備えている。このような構成においても、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0037】
図9は、本発明の第二の実施形態に係る導光板310の部分上面図が示されている。この図に示されるように、導光板310は、導光板100の切欠部115に替えて、複数の細かい切り欠きを有する刻み面312を備えると共に、導光板100の傾斜面122に替えて、LED光源設置領域111の表示領域側にのみ設けられた傾斜面315を備えている。また、湾曲したシリンドリカルレンズ123を有さないシリンドリカルレンズ部317を備えている。その他の構成は、導光板100と同様の構成となっている。
【0038】
このような構成においても、図の矢印に示されるように、矩形孔130の反射面131で反射した光を、刻み面312で反射させて、導光板内に戻すため、2つのLED光源60の間における、入光面110近傍に、光を導くことができる。したがって、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0039】
図10は、上述の第二の実施形態の第一変形例に係る導光板320の部分上面図である。図に示されるように、導光板320は、導光板310の矩形孔130に替えて、入光面110に平行な反射面322を有する溝321を備えている。このような構成においても、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0040】
図11は、上述の第二の実施形態の第二変形例に係る導光板330の部分上面図である。図に示されるように、導光板330のシリンドリカルレンズ部331は、刻み面312の向かい側付近に、シリンドリカルレンズの円弧の中心角が、周囲のシリンドリカルレンズの中心角より大きい部分である角度付レンズ部332を有している。
【0041】
図12は、図11の線CCでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。図に示されるように、角度付レンズ部332の出光平面との角度である接触角R2は、周囲のシリンドリカルレンズの接触角R1よりも、大きくなっている。すなわち、これは、角度付レンズ部332のシリンドリカルレンズの円弧の中心角が、他のシリンドリカルレンズの円弧の中心角より大きいことを意味している。ここで、この変形例では、R1を45°とし、R2を70°としている。これにより、角度付レンズ部332から光が出射する際に、入射面に平行な成分(図面横方向成分)を小さくすることができる。
【0042】
図13には、本発明の第三の実施形態に係る導光板400の部分上面図が示されている。図に示されるように、導光板400は、導光板310の刻み面312に替えて、シリンドリカルレンズ反射部405を備えている。このような構成においても、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0043】
図14には、本発明の第四の実施形態に係る導光板500の部分上面図が示されている。図に示されるように、導光板500は、矩形孔130に替えて、反射面501を有する略半円形の孔である半円形孔502を備えている。このようにすることにより、孔の厚さが大きくなるため、導光板製造の際に使用する金型の孔形成部分の強度を上げることができる。また、製造された導光板500においても、孔の厚さが大きくなるため、孔の側方から当たる光の量が増加するが、略半円形とすることにより、側方から当たる光を最小限にすることができる。
【0044】
図15は、図14の線DDでの断面のうち、一部の断面を示す部分断面図である。この図に示されるように、半円形孔502は、出光面に向けて広がるテーパがつけられている。これにより、導光板製造の際に使用する金型の孔形成部分を容易に金型から抜くことができる。この導光板500のような構成においても、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0045】
以上、説明したように、上述のいずれの実施形態においても、サイドライトタイプの点光源を有するバックライト装置及びその導光板において、LED光源60と出光領域140との距離を小さくすることができる。
【0046】
なお、上述の複数の実施形態においては、矩形孔・半円形孔、切欠部・刻み面・シリンドリカルレンズ反射部、及び湾曲したシリンドリカルレンズ・角度付レンズ部等について、いくつかの組み合わせを示したが、これらはどのように組み合わせられてもよい。
【0047】
また、上述の複数の実施形態においては、LED光源を3つ、切欠部を2カ所、矩形孔の数を4カ所等とし、具体的な数での例を示したが、これらの数は増減したとしても、本発明の技術的思想を変更するものではない。
【0048】
また、上述の複数の実施形態においては、点光源をLEDとしたが、LEDではないその他の点光源であっても、本発明を適用することができる。
【0049】
また、上述の複数の実施形態においては、反射面を有する孔は、深さを板厚の8割としたが、孔や溝の深さはこれ以外の任意の深さでもよく、また、出光面の反対側の下面側に開口する穴や溝であってもよいし、貫通孔であってもよい。
【符号の説明】
【0050】
60 LED光源、100,200,250,310,320,330,400,500 導光板、110 入光面、111 LED光源設置領域、115 切欠部、120 出光面、121,125,317,331 シリンドリカルレンズ部、123,127 湾曲したシリンドリカルレンズ、122,315 傾斜面、130,135 矩形孔、131,136,322,501 反射面、140 出光領域、150 モールド、151 凸部、180 バックライト装置、312 刻み面、321 溝、332 角度付レンズ部、405 シリンドリカルレンズ反射部、502 半円形孔、800 液晶パネル、810 セル、815 表示領域、820 カラーフィルタ基板、830 TFT基板、840,845 フレキシブル基板、832,833 駆動回路、835 ドレイン信号線、837 ゲート信号線、842 制御回路、854,855 制御線、900 液晶表示装置、904 拡散シート、905,906 プリズムシート、908,909 偏光板。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
点光源を光源とする液晶表示装置に用いられる導光板であって、
表示に用いられる光を出射させる出光領域を有する出光面と、
前記出光面に対しての一側面であり、前記点光源が配置される光源配置領域を有する入光面と、
前記入光面から入光した光の一部を、前記出光領域の内側に入る前に、前記入光面側に反射させる反射面と、を備える導光板。
【請求項2】
前記反射面は、出光面に向けて開口した非貫通孔により形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
【請求項3】
前記非貫通孔において、出光面に平行な面の断面形状は矩形である、ことを特徴とする請求項2に記載の導光板。
【請求項4】
前記非貫通孔において、出光面に平行な面の断面形状の一部は円弧により形成されている、ことを特徴とする請求項2に記載の導光板。
【請求項5】
前記非貫通孔は、出光面に向けて広がるテーパがつけられている、ことを特徴とする請求項2に記載の導光板。
【請求項6】
前記反射面は、出光面において、入光面と平行に伸びる溝により形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
【請求項7】
前記入光面は、前記光源配置領域とは異なる部分に、前記出光面と垂直な面により形成された、反射用の切欠を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
【請求項8】
前記反射用の切欠は、複数連続して形成されている、ことを特徴とする請求項7に記載の導光板。
【請求項9】
前記反射面は、前記切欠と前記光源配置領域との間から、入光面に垂直方向に延びる領域に形成されている、ことを特徴とする請求項7に記載の導光板。
【請求項10】
前記入光面には、前記光源配置領域とは異なる部分に、前記出光面に垂直方向に伸びる、シリンドリカルレンズが複数連続して形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
【請求項11】
前記出光面は、前記反射面の位置と前記出光領域との間の位置から、前記出光領域を覆うように、前記入光面に対して垂直方向に延びる、複数のシリンドリカルレンズにより形成され、
前記複数のシリンドリカルレンズのうち、いずれかのシリンドリカルレンズは、前記入光面の前記点光源が配置される光源配置面に向かう方向に湾曲している、ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
【請求項12】
前記出光面は、前記反射面の位置と前記出光領域との間の位置から、前記出光領域を覆うように、前記入光面に対して垂直方向に延びる、複数のシリンドリカルレンズにより形成され、
前記複数のシリンドリカルレンズのうち、いずれかのシリンドリカルレンズの円弧の中心角は、前記入光面の近傍において、他のシリンドリカルレンズの円弧の中心角より大きくなっている、ことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
【請求項13】
請求項1〜12のいずれか一項に記載の導光板を備えるバックライト装置。
【請求項14】
前記導光板の周囲で、前記点光源が配置される光源配置領域を有する入光面以外を覆うと共に、前記光源配置領域以外の前記入光面を覆うための凸部を有するモールドを更に備えることを特徴とする請求項13に記載のバックライト装置。
【請求項15】
請求項1〜12のいずれか一項に記載の導光板を備える液晶表示装置。
【請求項16】
前記導光板の周囲で、前記点光源が配置される光源配置領域を有する入光面以外を覆うと共に、前記光源配置領域以外の前記入光面を覆うための凸部を有するモールドを更に備えることを特徴とする請求項15に記載の液晶表示装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6A】
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【図6B】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【公開番号】特開2010−205613(P2010−205613A)
【公開日】平成22年9月16日(2010.9.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−51038(P2009−51038)
【出願日】平成21年3月4日(2009.3.4)
【出願人】(502356528)株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【出願人】(503273790)株式会社日立ディスプレイデバイシズ (97)
【Fターム(参考)】