JP2011008925A - 面状照明装置および液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】光源と光学部材の間隔を安定に保ちながら、所望のエリアを適切な強度分布で照明可能な面状照明装置および液晶ディスプレイを提供すること。
【解決手段】面状照明装置内部に井桁状の隔壁を設けてその端面で拡散板と当接することにより光源と拡散板との距離を一定に保つ。また、その隔壁を透明部と反射部とからなる異種構造とし、拡散板近傍に透明部を、光源側に反射部を配置する。そして、隔壁で囲む領域ごとの光源の発光強度を選択的に調整することにより、隔壁で囲む部分に対応した領域を効果的に照明することを可能にする。また、上記面状照明装置を用い、隔壁で囲まれた領域ごとに光源の発光強度を映像信号と同期して制御することにより、表示品位に優れ消費電力の少なく、信頼性の高い液晶ディスプレイを実現することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライトとして用いられる面状照明装置、および面状光源装置を用いた液晶ディスプレイに関する。

薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。

液晶ディスプレイとしては透過型液晶ディスプレイが一般的に用いられている。透過型液晶ディスプレイは、バックライトと呼ばれる面状照明装置（面状光源）を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。

バックライトの方式としては主として、導光板を用いその端面に光源を配置して一方の主面から光を出射させるエッジ入力型と、液晶パネルの直下に光源を配置して照明する直下型が有る。いずれの場合も光源としては、従来、蛍光管が良く用いられていた。しかし、近年、高効率化や低価格化の技術進展が著しいＬＥＤが用いられるようになってきている。

エッジ入力型は、導光板の光出射面側に更にプリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムを配置してなり、薄型が可能で携帯電話など比較的小型の画面の液晶ディスプレイに主として用いられる。また、直下型は、液晶パネルと光源との間に拡散板およびプリズムシート、拡散フィルムなどの光学フィルムを配置してなり、液晶テレビなどの大画面液晶ディスプレイに主として用いられる。特に、光源として点光源であるＬＥＤを用いてマトリクス状に配置することにより、特定の領域のみを照明することが可能である。このことにより、映像信号と同期して場所ごとの照明強度を制御するローカルエリア制御が可能で、液晶テレビの光コントラストと省電力を実現できる照明方式として期待されている。

直下型では離散的に配置される光源からの光を用いてほぼ均一な面光源を実現する必要が有る。従って、光源としては指向性の少ない広配光な配光特性のものを用いるとともに、光源と拡散板など光学部材の間に一定の距離を保つ様に構成される。

このとき、液晶テレビのような大画面のディスプレイに対応するバックライトでは、光学部材を周辺部で固定するのみでは撓みにより光源と光学部材の間隔を一定に保つことが困難になる。その為、光源の実装面と光学部材との間にスペーサーとなる部材を複数配置するのが一般的である。このスペーサー部材が光学部材と接する部分からは、光学部材に光が入射しない。そこで、均一な照明を阻害しないように、スペーサー部材を細い針状の形状として先端部の極小さな面積で支えている。

また、直下型ではこの様に配光の広い光源を用い、光源と光学部材の間に距離を与えている為、一部の光源のみを点灯してもその直上領域以外からも光が出射される。その広がりが大きいとローカルエリア制御によるコントラスト向上効果が薄れる。そこで、制御エリアごとにバックライト内部の領域を区切る隔壁を設けて、必要領域外への出射を抑制して上記広がりを低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、必要な領域を効果的に照明することが可能になり、ローカルエリア制御によるコントラスト向上効果を高めることが期待できる。

特開２００７−２８６６２７号公報

上述の隔壁を高く設定し過ぎると制御エリアごとの照明強度に対応して明確な矩形状の明暗ムラが発生し映像表示品位を著しく損なう。そこで、隔壁を用いる方法ではコントラスト向上効果が発揮されながら上記不具合の生じない様に、適切な隔壁高さを設定することになる。そのため、隔壁の光学部材側端部と光学部材の間には一定の空間を必要とし、光源と光学部材の距離を適切に保つためのスペーサーを別途配置する必要が有る。

しかしながら、隔壁を形成しながら別途スペーサーを配置すると、構造が複雑になり、製造が困難になるとともに価格が上昇するという課題が有った。また、上述のように、スペーサーは均一な照明を阻害しないように、先端を細く針状に形成する必要が有り、振動などで先端が破損して不良を生じやすいという課題が有った。

本発明は、上記の課題を考慮し、光源と光学部材の間隔を安定に保ちながら、所望のエリアを適切な強度分布で照明可能な面状照明装置を提供することを目的とする。また、当該面状照明装置をバックライトとして用いることで、信頼性が高く、ローカルエリア制御によって高コントラスト、省電力を実現する液晶ディスプレイを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の面状照明装置は、
実装面上に配置された複数の光源と、
前記実装面と対向して配置された拡散板と、
前記実装面と前記拡散板との間の空間を複数の領域に分割するとともに前記実装面と前記拡散板との間隔を規制する隔壁と、を備え、
前記複数の領域のそれぞれには前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源が配置され、
前記隔壁は、
前記実装面側に形成され、入射する光を反射する反射面を有する反射部と、
前記拡散板側に形成され、入射した光を透過する透過部と、を有する構成を採る。

また、本発明の液晶ディスプレイは、
前記面状照明装置と、
前記面状照明装置からの光を背面から入射し、映像信号に応じて空間変調して映像を表示する液晶パネルと、を備えた構成を採る。

本発明の面状照明装置によれば、光源と光学部材の間隔を安定に保ちながら、所望のエリアを適切な強度分布で照明可能な面状照明装置を提供することができる。また、当該面状照明装置をバックライトとして用いることで、信頼性が高く、ローカルエリア制御によって高コントラスト、省電力を実現する液晶ディスプレイを提供することができる。

実施の形態１に係る面状照明装置の要部を示す分解斜視図 実施の形態１に係る面状照明装置の部分断面図 実施の形態２に係る液晶ディスプレイの要部を示す分解斜視図 実施の形態２に係る液晶ディスプレイのブロック図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る面状照明装置の要部を示す分解斜視図であり、図２は、ｘ−ｙ平面での部分断面図である。なお、図１および図２では本実施の形態の特徴的な構成のみを示しており、その他の部分については記載を一部省略している。ここで、ｘ軸の方向を「横方向」又は「左右方向」、面状照明装置１の光の出射方向であるｙ軸の正の方向を「正面方向」又は「前方向」、ｙ軸の負の方向を「背面方向」又は「後方向」、ｚ軸の正の方向を「上方向」、ｚ軸の負の方向を「下方向」と呼ぶ。また、各構成要件における正面方向側の面を「正面」又は「前面」と呼ぶ場合がある。

面状照明装置１は、複数の光源１０と、実装基板２０と、反射シート３０と、隔壁４０と、拡散板５０と、光学シート類６０と、を備えている。

光源１０は、それぞれが白色の光を発光する光源である。光源１０は、図示しない青色を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、青色の光によって励起され黄色の光を発する蛍光体とを備え、青色と黄色が混色することで白色の光を発する。なお、白色を発光させる構成はこれに限られない。また、それぞれが白色を発光せずとも、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のＬＥＤ光源を用いるような構成であってもよい。光源１０は、光を広配光させるレンズを備えていることが好ましい。

実装基板２０は、その実装面上に複数の光源１０を格子状に配置している。また、実装基板２０は、前記複数の光源１０に対応する開口部を有する反射シート３０を実装面上に配置している。

反射シート３０は、白色の拡散反射面を有している。そして、反射シート３０は、その拡散反射面に入射する光を拡散して正面方向側に反射する。

拡散板５０は、実装基板２０と対向して配置される。拡散板５０は、背面から入射する光を拡散させる。そして、一部の光を透過して前面から出射し、一部の光は反射して背面方向側へ戻る。

隔壁４０は、実装基板２０の実装面（又は、反射シート３０）と拡散板５０との間の空間を複数の領域７０に分割するように井桁状に形成される。隔壁４０は、反射シート３０と拡散板５０の両方に当接するように形成されている。各領域７０には、複数個の光源１０が含まれている（本実施の形態では３×３の９個）。また、隔壁４０は、反射シート３０と拡散板５０との距離を規制し、一定の距離を保つ。隔壁４０は、ＰＥＴあるいはＰＭＭＡなどの透明材料からなる板状基材を有する。そして、隔壁４０は、その板状基材の一部に白色印刷などで反射層が形成された反射部４１と、反射層が形成されていない透明部４２とを構成している。隔壁４０は、反射部４１が反射シート３０側に、透明部４２が拡散板５０側になるように配置する。

拡散板５０の前面側には拡散シート６１、プリズムシート６２、偏光反射シート６３などの光学シート類６０を配置して面状照明装置１を構成する。

上記構成で、隔壁４０で囲まれた１つの選択領域の光源１０を点灯すると、一部の光は、隔壁４０に入射せず拡散板５０の上記選択領域部分に直接入射する。また、隔壁４０の反射部４１に入射した光は、反射されて拡散板５０の上記選択領域部分に入射する。一方、隔壁４０の透明部４２に入射した光は、透過して拡散板５０の上記選択領域部分以外の隣接する領域に入射する。

拡散板５０に入射した光の一部は拡散板５０で反射され、拡散板５０を透過した光の一部が光学シート類６０を透過して照明光として出射する。また、出射されない他の光は各シートで反射されて背面側へ戻る。戻った光は反射シート３０側によって反射される。この反射光もまた、透明部４２に入射した光は透過し、反射部４１に入射した光は反射される。

上記を繰り返すことにより、光源１０を離散的に配置したことによるミクロなムラを低減することができる。また、反射部４１および透明部４２の比率に応じてマクロな強度分布が制御された照明光となる。すなわち、反射部４１および透明部４２の比率に応じて、必要な領域を効果的に照明するとともに、例えば隔壁４０を全て反射部４１で構成したような場合に比べて、鮮明な矩形状の輪郭を生じることの無い適度な強度分布の照明を実現することが可能になる。

また、井桁状に形成した隔壁４０の端面全体で拡散板５０と当接するので、針状のスペーサーを用いた場合のように先端部の破損による不良を発生することが無く、安定して光源１０と拡散板５０との間隔を保ち、落下や振動に対して変形や破損をすることが少ない。従って、強度に優れた面状光源装置を実現することが出来る。

なお、本実施の形態において、隔壁４０を構成する透明基材の材料としてＰＥＴあるいはＰＭＭＡを用いたが、透明な材料であれば他のものであってもよい。例えばポリカーボネート、ポリスチレンなどでも良い。

また、本実施の形態において、隔壁４０は反射シート３０の前面に当接して形成されているが、実装基板２０の実装面に形成されていてもよい。要するに、実装基板の実装面と拡散板との間隔を規制する構成であればよい。

また、本実施の形態において、反射部４１の反射層を形成するために白色印刷を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、透明基材の必要部分の内部に多数の微細気泡を有する白色ＰＥＴなどの反射シートを貼り合わせてもよい。更には、透明基材の一部を選択的に発泡させたり、その一部に反射粒子を分散したりして反射部を形成してもよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る液晶ディスプレイ２の要部を示す分解斜視図であり、図４は本発明の実施の形態２に係る液晶ディスプレイ２のブロック図である。

液晶ディスプレイ２は、バックライトとしての面状照明装置１と、液晶パネル８０と、映像信号発生器３００と、液晶駆動回路４００と、光源駆動回路５００とで構成される。

面状照明装置１において、面状に配置された複数の光源１０の発光強度は、所定のエリア毎に制御部である光源駆動回路５００によって制御される。

液晶駆動回路４００は、映像信号発生器３００からの映像信号に応じて液晶パネル８０を制御して映像を発生させる。

光源駆動回路５００は、映像信号発生器３００からの映像信号に応じて光源１０の発光強度を制御領域７０毎に制御する。このことによって、明るい映像に対応する部分は明るく、暗い映像に対応する部分は暗く照明する。

上記構成により映像のコントラストを向上して表示品位を高めるとともに、不要な部分の照明を抑えることにより照明に要する消費電力を低減することが出来る。

また、本実施の形態に係る液晶ディスプレイ２によれば、適切な強度分布による部分的照明でローカルエリア制御をすることで、コントラストが高く品位の高い画像表示を実現することができる。また、落下や振動に対して不良の発生することの少ない、信頼性の高い液晶ディスプレイを実現することが出来る。

以上、実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記面状照明装置及び液晶ディスプレイの構成及び使用時の動作についての説明は例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更及び追加が可能であることは明らかである。

本発明の面状照明装置及び液晶ディスプレイは、ローカルエリア制御に対応した適切な照明分布の面状照明を信頼性高く実現することが出来、大画面液晶テレビや液晶モニターなど液晶ディスプレイの表示性能向上および省電力化に貢献できる。

１ 面状照明装置
２ 液晶ディスプレイ
１０ 光源
２０ 実装基板
３０ 反射シート
４０ 隔壁
４１ 反射部
４２ 透明部
５０ 拡散板
６０ 光学シート類
７０ 領域
８０ 液晶パネル
３００ 映像信号発生器
４００ 液晶駆動回路
５００ 光源駆動回路

Claims (4)

1. 実装面上に配置された複数の光源と、
   前記実装面と対向して配置された拡散板と、
   前記実装面と前記拡散板との間の空間を複数の領域に分割するとともに前記実装面と前記拡散板との間隔を規制する隔壁と、を備え、
   前記複数の領域のそれぞれには前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源が配置され、
   前記隔壁は、
   前記実装面側に形成され、入射する光を反射する反射面を有する反射部と、
   前記拡散板側に形成され、入射した光を透過する透過部と、を有する、
   面状照明装置。
2. 前記隔壁は、
   光透過性を有する板状基材に対し一部表面に反射層が形成されてなり、前記反射層が形成された部分が前記反射部を、前記反射層が形成されていない部分が前記透過部を、それぞれ形成する、
   請求項１記載の面状照明装置。
3. 請求項１の面状照明装置と、
   前記面状照明装置からの光を背面から入射し、映像信号に応じて空間変調して映像を表示する液晶パネルと、を備えた、
   液晶ディスプレイ。
4. 前記映像信号に応じて前記複数の光源の発光強度を前記複数の領域ごとに選択的に制御する、
   請求項３に記載の液晶ディスプレイ。

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