JP2008210527A - 導光板、面光源および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源を高密度に実装して、輝度の向上や輝度むらの改善を図る。
【解決手段】 導光板８は、光出射面と、光出射面の周縁に設けられた光入射面とを有しており、前記光入射面から入射された光を光出射面から出射させる。前記光入射面は、複数の第１端面８１と、平面視において第１端面８１よりも外方向に突出する複数の第２端面８２とを有する。第１端面８１と第２端面８２とが光出射面の周縁に沿って交互に配置されている。
【選択図】 図４

Description

本発明はサイドライト式光源用の導光板、この導光板を備えた面光源、この面光源を備えた液晶表示装置に関する。

図９は従来のサイドライト式光源を模式的に示す平面図である。図９（ａ）に示すように、導光板１０８の端面に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１０６が配置されている。面光源の輝度むらを低減し、輝度向上を図る方法として、ＬＥＤ１０６を高密度に実装する方法が挙げられる。具体的には、隣接するＬＥＤ１０６の実装間隔を図９（ａ）に示す実装間隔Ｂから図９（ｂ）に示す実装間隔Ｃへと短くすることにより、ＬＥＤ１０６の実装個数を増加させる。なお、実装間隔は、導光板の周縁方向における、隣接する光源間の距離と定義することができる。

しかし、実装間隔Ｃの短縮化は、ＬＥＤ１０６の形状や実装用の機械に固有の制約を受ける。また、実装間隔Ｃが短い場合には、隣接するＬＥＤ１０６は互いの発熱により発光効率が低下する。一般に、温度上昇によるＬＥＤ１０６の熱破壊を防ぐために、ＬＥＤ１０６を点灯駆動させるときの最大電流が制約される。隣接するＬＥＤ１０６の発熱干渉を受ける場合には、最大電流がより厳しく制約されるので、少ない電流しかＬＥＤ１０６に流せなくなり、ＬＥＤ１０６を明るく点灯させることが困難である。

特許文献１には、対向する２個のエッジに設けた光入射面に、光軸が重ならないようにＬＥＤ素子を配置することが記載されている。また、特許文献２には、複数の光入射面に、光の入射方向が互いに異なるように複数の光源を設けることが記載されている。
特開2004-79488号公報（特に図４を参照） 特開2003-109421 号公報（特に図１を参照）

特許文献１では、対向する２個のエッジにＬＥＤ素子が配置されるので、液晶表示装置の額縁領域が大きくなるという課題がある。また、特許文献２では、導光板の背面に光源が配置されるので、バックライトユニットの厚みが大きくなるという課題がある。

本発明の目的の１つは、光源を高密度に実装して、輝度の向上や輝度むらの改善を図ることである。本発明の他の目的は、光源同士の発熱干渉を軽減することである。本発明のさらに他の目的は、面光源の薄型化や小型化を図ることである。

本発明は光入射面から入射された光を光出射面から出射させる導光板を提供する。前記光入射面は、少なくとも１つの第１端面と、平面視において前記第１端面よりも外方向に突出する少なくとも１つの第２端面とを含む複数の端面を有する。前記第１端面と前記第２端面とが前記光出射面の前記周縁に沿って交互に配置されている。

本発明は本発明の導光板を備えた面光源をも提供する。本発明の面光源は、本発明の導光板と、前記複数の端面に光をそれぞれ入射させる複数の光源とを備える。前記複数の光源は前記光出射面の前記周縁に沿って一直線状に配置されていない。

導光板は、光入射面から入射された光を光学的に内部で伝播させて光出射面から出射させる面状光源として機能し得る。導光板の内部の光伝播機能は特に限定されない。導光板は、典型的には、ポリカーボネートやポリメチルメタアクリレート等の透明樹脂材料を用いて形成される。典型的な導光板は平板状や楔状の形状を有する。

導光板は、光出射面に対向する対向面に反射手段を有していても良い。この反射手段は、高反射率を有する銀シートや白色樹脂シートを貼着して形成することもできるし、導光体の対向面に白色顔料などを塗布することにより形成することもできる。また、導光板の対向面に、高反射率を有する反射シートを配置してもよい。さらに、導光板の対向面に複数の凹凸を設けるプリズムカット加工またはドット加工、導光板の対向面を研磨して微細な凹凸を設ける粗面加工などを採用しても良い。

光源は、導光板の光入射面に対向する面側が発光し、反対側が発光しないもの、すなわち指向性を有するものが好ましい。光源の形状は線状であってもよいし点状であってもよい。典型的な光源はＬＥＤである。例えば、白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤからなる群から選ばれる少なくとも一色のＬＥＤを用いることかできる。なお、白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤからの青色光の一部を蛍光体で黄色光に変換し、二色を混合して疑似白色光とするタイプのものが主流である。光源は、典型的には、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）やＰＣＢ（プリント回路基板）などの基板上に搭載される。

本発明の面光源は、各種製品の色彩検査、キズ等の外観検査、宝飾類の鑑定検査などに用いられる平面照明装置として、あるいは液晶表示装置や電飾看板の面状光源として利用することができる。電飾看板は、透光性を有する平板状の表示部と、表示部の背面側に設けられた面光源とを備える。表示部は、透光性樹脂基板やガラス基板などに文字や図柄を印刷したものである。

液晶表示装置は、面光源と、前記面光源の光出射面側に配置された液晶表示パネルとを備える。本発明の面光源は、液晶表示パネルの背面側に設けられるバックライトとして、あるいは液晶表示パネルの観察者側に設けられるフロントライトとして利用することができる。バックライトは透過型や透過反射両用型の液晶表示パネルと組み合わせて用いられ、フロントライトは反射型の液晶表示パネルと組み合わせて用いられる。なお、フロントライトとして利用される面光源は、典型的には、導光板の対向面にプリズムが形成される。透過反射両用型の液晶表示パネルは、各画素が透過領域と反射領域を有する。

本発明の液晶表示装置は、テレビなどのモニタ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯情報端末、携帯電話、デジタルカメラ、アミューズメント機器などに利用することができる。

本発明の導光板によれば、光源を高密度に実装しつつ、隣接する光源同士の発熱干渉を軽減することができる。また、本発明の導光板を備えた面光源によれば、薄型化や小型化が可能となる。

図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、サイドライト式バックライトを備えた透過型の液晶表示装置について説明する。なお、同族的な構成要素を総括的に表すために、参照符号の英字を省略して、参照符号の数字のみを表記することがある。例えば、第１ＬＥＤ６ａおよび第２ＬＥＤ６ｂを総括的にＬＥＤ６と表記することがある。

（実施形態１）
図１は本実施形態の液晶表示装置を模式的に示す斜視図、図２はその分解斜視図、図３は部分断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１の背面側に設けられた面光源２と、液晶表示パネル１および面光源２を収容するフレーム３とを有する。また、フレーム３内には、ＬＥＤ６が搭載されたフレキシブル基板７が収容されている。

液晶表示パネル１は、液晶材料が封入された液晶パネル１２と、液晶パネル１２の上面（観察者側）に設けられた上偏光板１１と、液晶パネル１２の下面（面光源２側）に設けられた下偏光板１３とを有する。液晶パネル１２は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイ基板とカラーフィルタ基板と両基板に挟まれた液晶層とを有する。

面光源２は、導光板８と、導光板８の液晶表示パネル１側に設けられた光制御素子５と、導光板８の背面側に設けられた反射シート９と、導光板８の端面に設けられたＬＥＤ６とを有する。光制御素子５は、上屈折型プリズムシート５１と、下屈折型プリズムシート５２と、拡散シート５３とを有する。

図４は導光板８を模式的に示す平面図である。導光板８は、光出射面８０と、光出射面８０に対向する対向面８４（図３を参照）と、光出射面８０および対向面８４の周縁に設けられた４つの端面を有する。本実施形態では４つの端面のうち１つの端面が光入射面を構成する。光入射面は複数の端面を有しており、複数の端面は、複数の第１端面８１と、複数の第２端面８２とを含む。第２端面８２は、平面視において第１端面８１よりも外方向に突出している。第１端面８１と第２端面８２とを接続する斜面８３は、第１端面８１および第２端面８２に対してそれぞれ鋭角をなしている。言い換えれば、導光板８の端面に蟻溝が形成されている。第１端面８１と第２端面８２は、光出射面８０の周縁に沿って交互に配置されている。第１端面８１と第２端面８２は略平行であり、両端面８１，８２間の距離はＬＥＤ６の奥行き寸法程度あるいはそれ以上の長さを有することが好ましい。

図５は、本実施形態の導光板８の端面を部分的に示す平面図であり、ＬＥＤ６の配置を併せて示している。複数の第１端面８１には光を入射する複数の第１ＬＥＤ６ａが設けられ、複数の第２端面８２には複数の第２ＬＥＤ６ｂが設けられている。複数の第１端面８１および複数の第２端面８２のそれぞれにＬＥＤ６を配置することにより、複数のＬＥＤ６が平面視において千鳥状に配置される。言い換えれば、導光板８の端面に２列のＬＥＤ６が配置される。具体的には、第１ＬＥＤ６ａの列と、第１ＬＥＤ６ａの列よりも平面視において外方向に位置する第２ＬＥＤ６ｂの列とが、光出射面８０の周縁に配置されている。第１ＬＥＤ６ａの光軸と第２ＬＥＤ６ｂの光軸は略平行である。

このように、複数のＬＥＤ６を光出射面８０の周縁に一直線状に配置しないことにより、異なる列の間で隣接するＬＥＤ６の実装間隔、すなわち第１ＬＥＤ６ａと第２ＬＥＤ６ｂとの実装間隔Ａを図９（ｂ）に示す実装間隔Ｃよりも狭めることができる。したがって、ＬＥＤ６を高密度に実装することができるので、面光源の輝度むらを改善し、輝度向上を図ることができる。また、第１ＬＥＤ６ａと第２ＬＥＤ６ｂとの間の距離が実装間隔Ａより長いので、ＬＥＤ６同士の発熱干渉を軽減することができる。

一方、同じ列で互いに隣接するＬＥＤ６の実装間隔、すなわち第１ＬＥＤ６ａと第１ＬＥＤ６ａとの間隔および第２ＬＥＤ６ｂと第２ＬＥＤ６ｂとの間隔を十分に確保することができる（実装間隔Ａの約２倍）。したがって、ＬＥＤ６の形状や実装用の機械に固有の制約を受けずに、ＬＥＤ６を実装することができる。

なお、必要に応じて、フレキシブル基板７に搭載されたＬＥＤ６は、金属製のフレームに熱伝導体を介して、あるいは直接接触することにより放熱させても良い。例えば特開2004-186004 号公報に記載された手段を採用しても良い。

本実施形態の面光源は、導光板８に含まれる４つの端面のうち１つの端面にＬＥＤ６が配置されているので、互いに対向する両端面にＬＥＤ素子がそれぞれ配置された特許文献１のバックライトユニットよりも液晶表示装置の額縁領域を小さくすることができる。すなわち、特許文献１のバックライトユニットよりも小型化が可能となる。また、本実施形態の面光源は、導光板の背面にＬＥＤ６を配置する必要がないので、薄型化が可能となる。

本実施形態では、第１端面８１および第２端面８２の数がそれぞれ複数であるが、第１端面８１および第２端面８２のうち少なくとも一方の端面の数が１つであっても良い。例えば、導光板の端面に１つの蟻溝が設けられることによって、１つの第１端面８１と２つの第２端面８２を有する光入射面が形成されても良い。また、導光板の端面に１つの突出部が設けられることによって、２つの第１端面８１と１つの第２端面８２を有する光入射面が形成されても良い。

（実施形態２）
図３に示す導光板８の形状は光出射面８０と対向面８４とが略平行な平行平板状であるが、本発明の導光板の形状はこれに限定されない。本実施形態では、導光板の形状が楔状である場合について説明する。図６は本実施形態の面光源を模式的に示す断面図である。なお、実施形態１と同一の構成要素については同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図６に示す導光板１８は、光入射面８１，８２から遠ざかるにつれて光出射面８０と対向面８４との間隔が狭くなる楔型の形状を有する。導光板１８の形状が楔状であることにより、ＬＥＤ６の発光強度の分布がより均一となり、輝度むらをさらに改善することができる。

（実施形態３）
実施形態１では導光板の端面に蟻溝が形成されることによって光入射面が形成されているが、光入射面の形状はこれに限定されない。本実施形態では、光入射面の形状の第１変形例を説明する。図７は、本実施形態の導光板２８の端面を部分的に示す平面図であり、ＬＥＤ６の配置を併せて示している。

本実施形態の導光板２８は、実施形態１の導光板８と同様に、光入射面が複数の第１端面８１と複数の第２端面８２を含む。第１端面８１と第２端面８２とを接続する斜面８５は、第１端面８１および第２端面８２に対してそれぞれ鈍角をなしている。言い換えれば、本実施形態の導光板２８の端面に、平面視において台形状の溝が形成されている。

本実施形態では、第１ＬＥＤ６ａと第２ＬＥＤ６ｂとの実装間隔が実施形態１の場合よりも広くなる。しかし、第１ＬＥＤ６ａと第２ＬＥＤ６ｂとの間の距離が実施形態１の場合よりも長いので、ＬＥＤ６同士の発熱干渉をさらに軽減することができる。また、溝の開口が溝の底面（第１端面８１）よりも広いので、第１ＬＥＤ６ａによる発熱が溝内にこもり難い。したがって、第１ＬＥＤ６ａ自体の温度上昇による発光効率の低下が抑えられ、第１ＬＥＤ６ａに通電する最大電流の制約が緩和される。

（実施形態４）
本実施形態では、光入射面の形状の第２変形例を説明する。図８は、本実施形態の導光板３８の端面を部分的に示す平面図であり、ＬＥＤ６の配置を併せて示している。

本実施形態の光入射面は、複数の第１端面８１と、平面視において第１端面８１よりも外方向に突出する複数の第２端面８２と、第２端面８２よりも外方向に突出する複数の第３端面８６とを有する。第１端面８１、第２端面８２および第３端面８６は、光出射面の周縁に沿って昇順および降順を繰り返して配置されている。各端面８１，８２，８６を接続する斜面８５は、斜面８５に接続された端面８１，８２，８６に対してそれぞれ鈍角をなしている。各端面８１，８２，８６は互いに略平行であり、各端面８１，８２，８６に配置される各ＬＥＤ６ａ，６ｂ，６ｃの光軸も互いに略平行である。

本実施形態では、導光板８の端面に３列のＬＥＤ６が配置される。具体的には、第１ＬＥＤ６ａの列と、第１ＬＥＤ６ａの列よりも平面視において外方向に位置する第２ＬＥＤ６ｂの列と、第２ＬＥＤ６ｂの列よりも平面視において外方向に位置する第３ＬＥＤ６ｃの列とが、光出射面８０の周縁に配置されている。なお、本実施形態では第３端面８６の数が複数であるが、１つであっても良い。

本発明の面光源は、実施形態１および本実施形態で示すように、複数の光源が光出射面の周縁に沿って、一直線状に（一列に）配置されておらず、平面視において複数の列に分かれて配置されている。また光出射面の周縁方向に隣接する光源は、互いに異なる列に属する。言い換えれば、複数の光源が光出射面の周縁に沿って波状に配列されている。したがって、本発明の面光源によれば、光源の実装間隔を狭めるとともに、隣接する光源間の距離を十分に確保することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上記実施形態では、光出射面が１つの導光板について説明したが、導光板の両面が光出射面であっても良い。言い換えれば、両面発光型照明装置用の導光板であっても良い。なお、両面発光型照明装置用の導光板は、例えば特開平7-120623号公報、特開2001-67049号公報、特開2002-132189 号公報、特開2003-177406 号公報に開示されている。

また、上記実施形態では、導光板の４つの端面のうち１つの端面が光入射面を構成する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、導光板の４つの端面のうち互いに対向する２つの端面がそれぞれ光入射面を構成しても良いし、導光板の４つの端面全てが光入射面を構成しても良い。言い換えれば、導光板の４つの端面のうち少なくとも１つの端面が光入射面を構成する。互いに対向する２つの端面が光入射面を構成する場合、一方端面側に配置された光源の光軸と他方端面側に配置された光源の光軸とが重なっていても良く、あるいは擦れていても良い。

実施形態１の液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態１の液晶表示装置の分解斜視図である。 実施形態１の液晶表示装置の部分断面図である。 実施形態１の導光板８を模式的に示す平面図である。 実施形態１の導光板８の端面を部分的に示す平面図である。 実施形態２の面光源を模式的に示す断面図である。 実施形態３の導光板２８の端面を部分的に示す平面図である。 実施形態４の導光板３８の端面を部分的に示す平面図である。 従来のサイドライト式光源を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１ 液晶表示パネル
２ 面光源
３ フレーム
５ 光制御素子
６ ＬＥＤ
６ａ 第１ＬＥＤ
６ｂ 第２ＬＥＤ
６ｃ 第３ＬＥＤ
７ フレキシブル基板
８，１８，２８，３８ 導光板
９ 反射シート
１１ 上偏光板
１２ 液晶パネル
１３ 下偏光板
５１ 上屈折型プリズムシート
５２ 下屈折型プリズムシート
５３ 拡散シート
６１ 第２ＬＥＤ６ｂの光出射面
８０ 光出射面
８１ 第１端面
８２ 第２端面
８３ 斜面
８４ 対向面
８５ 斜面
８６ 第３端面

Claims (6)

1. 光出射面と、前記光出射面の周縁に設けられた光入射面とを有しており、前記光入射面から入射された光を前記光出射面から出射させる導光板であって、
   前記光入射面は、少なくとも１つの第１端面と、平面視において前記第１端面よりも外方向に突出する少なくとも１つの第２端面とを含む複数の端面を有しており、前記第１端面と前記第２端面とが前記光出射面の前記周縁に沿って交互に配置されている導光板。
2. 前記光入射面は、平面視において前記第２端面よりも外方向に突出する少なくとも１つの第３端面をさらに有する請求項１に記載の導光板。
3. 形状が平板状または楔状である請求項１に記載の導光板。
4. 請求項１に記載の導光板と、前記複数の端面に光をそれぞれ入射させる複数の光源とを備え、前記複数の光源は前記光出射面の前記周縁に沿って一直線状に配置されていない面光源。
5. 前記光源は、白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤからなる群から選ばれる少なくとも一色のＬＥＤである請求項４に記載の面光源。
6. 請求項４に記載の面光源と、前記面光源の前記光出射面側に配置された液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置。
   

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