JP4377754B2

JP4377754B2 - 面光源装置及び液晶表示装置

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Publication number: JP4377754B2
Application number: JP2004176864A
Authority: JP
Inventors: 隆義塚本
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: US7293905B2; JP2006004651A; KR20060049596A; US20050276070A1; TW200609564A; KR100724647B1

Description

この発明は、液晶表示パネルを照明する面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置に関する。

面光源装置からの出射光を選択的に透過して画像を表示する液晶表示装置においては、高輝度化の要求に対応するべく、光源からの放射光の利用効率を改善するために、導光体の裏面側に反射シートを配置するケースが増えてきている。この反射シートは、例えば基材がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いて形成したフィルムである。このため、この反射シートには、撓みやうねりなどが生じやすい。

一方で、面光源装置の導光体は、その機能や目的を考慮し、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂などを用いて、製品仕様に応じて様々な形状に成型されている。このような導光体には、樹脂材料で形成されるが故に、熱による歪やうねり、または、成型による歪やうねりなどが少なからず存在している。

このような導光体の裏面に上述したような反射シートを直接配置した場合、反射シートの撓みやうねり、さらには、導光体の歪やうねりの影響により、反射シートが導光体の裏面に接触した部分（接触部）と、反射シートが導光体の裏面から離れた部分（非接触部）とが形成される。これら接触部と非接触部とでは、導光体の裏面から漏れ出た光を導光体側に向けて反射する際の反射角度が異なってしまう。このような接触部及び非接触部のそれぞれがある程度大きな面積を有して形成されると、導光体の出射面において輝度ムラを生ずる原因となる。このような面光源装置を備えた液晶表示装置では、輝度ムラとして視認されてしまい、表示品位の劣化を招くおそれがある。

このような課題に対し、導光体の裏面に凹凸形状を形成し、また、導光体の裏面側に配置される反射体の表面に突起物を形成し、接触部の面積を微小化し、輝度ムラを視認しにくくする方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１２５９１号公報

しかしながら、光源からの放射光の利用効率をさらに向上するために、導光体の裏面側に対向する面に鏡面加工を施した反射シートを採用した場合、鏡面が導光体の裏面の凹凸形状と接触して傷つきやすく、十分な高輝度化が達成できないといった課題がある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、輝度ムラの改善及び輝度の向上が可能な面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置を提供することにある。

この発明の第１の態様による面光源装置は、
光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、入射面から入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面及び第２主面を備えた導光体と、
前記導光体の第２主面側に配置され、第２主面と対向する側に鏡面を有した光学シートと、
前記導光体と前記光学シートとの間に配置され、光透過性を有し且つその表面に凹凸形状を有するフィルム体と、
を備え、前記光学シートは、鏡面側に前記フィルム体の凹凸形状とは異なるサイズの凹凸形状を有し、且つ、前記フィルム体の凹凸形状は、前記光学シートの凹凸形状よりも大きいことを特徴とする。

この発明の第２の態様による液晶表示装置は、
複数の表示画素が配置された有効表示部を備えた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、を備えた液晶表示装置であって、
前記面光源装置は、光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、入射面から入射した入射光を前記液晶表示パネルに向けて出射する第１主面及び第１主面と互いに対向した第２主面を備えた導光体と、
前記導光体の第２主面側に配置され、第２主面と対向する側に鏡面を有した光学シートと、
前記導光体と前記光学シートとの間に配置され、光透過性を有し且つその表面に凹凸形状を有するフィルム体と、
を備え、前記光学シートは、鏡面側に前記フィルム体の凹凸形状とは異なるサイズの凹凸形状を有し、且つ、前記フィルム体の凹凸形状は、前記光学シートの凹凸形状よりも大きいことを特徴とする。

この発明によれば、輝度ムラの改善及び輝度の向上が可能な面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置について図面を参照して説明する。

図１に示すように、液晶表示装置１は、略矩形平板状の透過型液晶表示パネル２を備えている。この液晶表示パネル２は、一対の基板すなわちアレイ基板３と対向基板４との間に光変調層として液晶層を挟持して構成されており、画像を表示させる表示領域に相当する矩形状の有効表示部８を有している。この有効表示部８は、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板３は、走査線Ｓｃと信号線Ｓｇとの交差部近傍において表示画素ＰＸ毎に配置された薄膜トランジスタなどのスイッチング素子ＳＷ、スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極ＰＥなどを備えている。対向基板４は、対向電極ＣＥなどを備えている。画素電極ＰＥ及び対向電極ＣＥは、ともに光透過性を有する導電材料によって形成されている。これらアレイ基板３及び対向基板４は、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとを対向させた状態で配設され、これらの間にギャップを形成する。液晶層ＬＱは、アレイ基板３と対向基板４とのギャップに封止された液晶組成物によって形成されている。

この液晶表示パネル２は、ベゼルカバー１１と面光源装置としてのバックライト１５との間に配置されている。すなわち、矩形枠状のベゼルカバー１１は、液晶表示パネル２の表面側に取り付けられている。このベゼルカバー１１は、液晶表示パネル２の有効表示部８を露出させる矩形状の窓部１２、及び、窓部１２を規定する矩形枠状の本体部１３を備えている。この本体部１３は、液晶表示パネル２を収容した際に、液晶表示パネル２の外縁部を覆う外周縁部１４を備えている。

液晶表示パネル２に駆動信号を供給する回路基板としての細長い矩形平板状のドライバ回路５は、フレキシブルな細長い矩形平板状の一対のプリント配線基板６及び７を介して液晶表示パネル２における一側縁に電気的に接続されている。このドライバ回路５は、バックライト１５の裏面側に向けてプリント配線基板６及び７を湾曲させることにより、バックライト１５の裏面側に配置される。このとき、ドライバ回路５とバックライト１５との間には、細長い矩形シート状の絶縁シート１６が介在されている。この絶縁シート１６は、これらドライバ回路５とバックライト１５との間の絶縁性を確保する。

矩形平板状のバックライト１５は、その表面を液晶表示パネル２の裏面に対向させた状態で、液晶表示パネル２とともにベゼルカバー１１に収容されており、液晶表示パネル２を裏面側から照明する。

このバックライト１５は、図２乃至図３に示すように、細長い円筒状の管状光源である冷陰極管２２を備えている。この冷陰極管２２は、その両端部に嵌合したランプホルダ２３に取り付けられている。このランプホルダ２３は、弾性を有するゴムなどにより形成されている。２本のケーブル２４の一端部は、それぞれ冷陰極管２２の両端部に接続されている。また、これらケーブル２４の他端部は、それぞれコネクタとしてのハウジング２５に取り付けられている。

また、バックライト１５は、冷陰極管２２から放射された放射光を面状光に変換して出射する矩形略平板状の導光体２６を備えている。この導光体２６は、互いに対向する第１主面２６ｂ及び第２主面２６ｄと、これら第１主面２６ｂと第２主面２６ｄとを接続する第１側面２６ａ及び第２側面２６ｅとを有している。導光体２６は、冷陰極管２２の外周面に対して第１側面２６ａを平行に対向した状態で、しかも、第１主面２６ｂを液晶表示パネル２の裏面に向けた状態で配置されている。つまり、第１側面２６ａは、冷陰極管２２からの放射光が入射する光入射面に相当する。また、第１主面２６ｂは、面状光を液晶表示パネル２に向けて出射する光出射面に相当する。

また、この導光体２６は、少なくとも一方の主面に集光機能を有するプリズムが形成されたプリズム導光体である。この実施の形態では、図４に示すように、導光体２６は、第１主面２６ｂにプリズム形状２６ｐを有している。このプリズム形状２６ｐは、第１側面２６ａの法線方向Ａに延びており、法線方向Ａに沿って頂角２６ｘを有している。この頂角２６ｘは、プリズム形状２６ｐを形成する２つの平面２６ｐ１及び２６ｐ２の交線に相当する。これらのプリズム形状２６ｐは、法線方向Ａに直交する方向Ｂに並んで配列されている。

この導光体２６は、線状光源を面状光源に変換する。すなわち、導光体２６は、第１側面２６ａを介して入射した冷陰極管２２からの線状の放射光を第１主面２６ｂに向けて屈折させて（または第２主面２６ｄで全反射させて）面状光に変換する。つまり、導光体２６は、第１主面２６ｂから液晶表示パネル２の裏面側に向けて面状光を出射する。

さらに、この導光体２６は、光透過性を有するアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂などにより形成されている。ここでは、導光体２６は、第１側面２６ａから第２側面（非光入射面）２６ｅに向かって厚さが徐々に薄くなるような楔形に形成されている。ここで、導光体２６の厚さとは、第１主面２６ｂの法線方向に沿った高さに相当する。このような形状により、導光体２６の第１側面２６ａから入射した光を第１主面２６ｂに向けて均等に反射させるとともに、導光体２６の第２側面２６ｅ側に位置する第２主面２６ｄ側にドライバ回路５などの収容スペースを確保する。

略矩形シート状の光学シート２７は、導光体２６の第１主面２６ｂを覆うように配置されている。この光学シート２７は、導光体２６の第１主面２６ｂから出射された面状光に対して所定の光学特性を付与するものであり、例えば、第１主面２６ｂからの出射光を集光する集光シート、及び、第１主面２６ｂからの出射光を拡散する拡散シートなどである。

略矩形シート状の光学シート２９は、導光体２６の第２主面２６ｄ側に配置されている。この光学シート２９は、導光体２６の内部から第２主面２６ｄを介して外部へ漏れ出た光を導光体２６の第１主面２６ｂ側に向けて反射する反射シートである。この光学シート２９は、導光体２６の第２主面２６ｄより大きなサイズの略矩形に形成されており、導光体２６の第１側面２６ａ側まで延在している。

バックライト１５は、さらに、冷陰極管２２から放射された放射光を導光体２６の第１側面２６ａに向けて反射する反射体としてのランプリフレクタ３１を備えている。このランプリフレクタ３１は、図３に示すように、断面が略Ｃ字状に湾曲した状態で、導光体２６の第１側面２６ａに対向して配設された冷陰極管２２の周囲を取り囲むように配置されている。

このランプリフレクタ３１は、冷陰極管２２からの放射光を取り出すための開口部３２を形成する。この開口部３２は、導光体２６の第１側面２６ａに対向している。この開口部３２は、ランプリフレクタ３１の先端部３７と先端部３９との間に形成される。これら先端部３７及び３９は、互いに対向し、導光体２６をその厚さ方向に挟持する。

ところで、光学シート２９は、図５に示すように、導光体２６の第２主面２６ｄと対向する側に鏡面２９Ｍを有している。すなわち、鏡面２９Ｍは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを用いて形成された基材２９Ａの一方の主面２９Ｂに銀（Ａｇ）などを蒸着するなどの鏡面加工が施された面である。

このような鏡面２９Ｍを有する光学シート２９と、導光体２６とを組み合わせた場合、鏡面２９Ｍと導光体２６の第２主面２６ｄとが接触した部分（接触部）と、鏡面２９Ｍが導光体２６の第２主面２６ｄから離れた部分（非接触部）とがそれぞれある程度の大きな面積を有して形成されることに起因した輝度ムラを生じやすく、また、鏡面２９Ｍが導光体２６に直接接触することで傷つきやすいといった課題がある。

そこで、この実施の形態では、図２、図３及び図５に示すように、導光体２６と光学シート２９との間に、光透過性を有し且つその表面に凹凸形状を有するフィルム体５０を配置している。すなわち、このフィルム体５０は、光透過性を有する樹脂材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを用いて形成された基材５０Ａのそれぞれの主面５０Ｂ及び５０Ｃに凹凸形状５０Ｄを有している。この凹凸形状５０Ｄは、例えば、光透過性を有する樹脂材料例えばアクリル系樹脂やシリコン系樹脂などを用いて形成された球状体５０Ｐをバインダ樹脂に分散させた状態で基材５０Ａのそれぞれの主面５０Ｂ及び５０Ｃに塗布することで形成可能である。

このようなフィルム体５０を配置したことにより、導光体２６と光学シート２９の鏡面２９Ｍとが直接接触することがない。また、フィルム体５０は、凹凸形状５０Ｄを有しているため、導光体２６及び光学シート２９との接触面積が極めて小さく且つ凹凸形状５０Ｄの分布に応じて分散される。つまり、導光体２６とフィルム体５０との間は、ほとんどが非接触部として形成され、また、光学シート２９とフィルム体５０との間も同様に、ほとんどが非接触部として形成される。さらに、フィルム体５０は、光透過性を有しているため、導光体２６の第２主面２６ｄから漏れ出た光をほとんどロスすることなく透過し、しかも、光学シート２９で反射された反射光をほとんどロスすることなく透過して導光体２６に導く。

したがって、導光体２６の第２主面２６ｄから漏れ出た光の大半は、非接触部を通過して光学シート２９により導光体側に向けて反射されるため、光学シート２９上での反射角度差が小さくなる。これにより、面光源装置からの照明光に輝度ムラが視認されにくくなる。

また、この実施の形態においては、光学シート２９の鏡面２９Ｍにおける表面は、球状体２９Ｃが分散した状態の凹凸形状２９Ｄを有している。この鏡面２９Ｍに接触するフィルム体５０の主面５０Ｃに形成された凹凸形状５０Ｄは、鏡面２９Ｍにおける凹凸形状２９Ｄよりも大きい。ここでは、鏡面２９Ｍにおける凹凸形状２９Ｄの大きさは、実質的に球状体２９Ｃの粒径Ｄ１に相当し、また、フィルム体主面５０Ｃにおける凹凸形状５０Ｄの大きさも同様に、実質的に球状体５０Ｐの粒径Ｄ２に相当するものとする。つまり、図５に示した例では、Ｄ１＜Ｄ２の関係にある。

しかも、光学シート２９の鏡面２９Ｍにおける硬度は、鉛筆硬度に換算して２Ｂ乃至３Ｂ程度であるのに対して、この鏡面２９Ｍに接触するフィルム体５０の表面硬度は鏡面２９Ｍと同等もしくはそれより小さい硬度である。

したがって、光学シート２９の鏡面２９Ｍとフィルム体５０とが互いに接触しても、鏡面２９Ｍが傷つきにくく、十分な反射性能を維持することができる。これにより、導光体２６の第２主面２６ｄから漏れ出た光を有効利用することができるため、光源からの放射光の利用効率を向上することができ、高輝度化が実現できる。

また、図６に示した例のように、光学シート２９の鏡面２９Ｍにおける表面は、樹脂材料を用いて形成した凹凸形状２９Ｄを有していても良い。また、フィルム体５０のそれぞれの主面５０Ｂ及び５０Ｃは、樹脂材料を用いて形成した凹凸形状５０Ｄを有していても良い。ここでは、鏡面２９Ｍにおける凹凸形状２９Ｄの大きさは、実質的に隣接する凸パターン２９Ｘの頂点間のピッチＰ１に相当し、また、フィルム体主面５０Ｃにおける凹凸形状５０Ｄの大きさも同様に、実質的に隣接する凸パターン５０Ｘの頂点間のピッチＰ２に相当するものとする。このような例であっても、鏡面２９Ｍに接触するフィルム体５０の主面５０Ｃに形成された凹凸形状５０Ｄが鏡面２９Ｍにおける凹凸形状２９Ｄよりも大きい、つまり、Ｐ１＜Ｐ２の関係を満たすように形成したことにより、上述した例と同様の効果が得られる。

次に、上述した面光源装置を備えた液晶表示装置の動作について説明する。

まず、ハウジング２５及びケーブル２４を介して冷陰極管２２に電気エネルギを供給して、冷陰極管２２を発光させる。この冷陰極管２２から放射された線状の放射光は、冷陰極管２２を覆うランプリフレクタ３１の内側面にて反射されて導光体２６の第１側面２６ａに向けて導出される。

導光体２６の第１側面２６ａから入射した入射光は、導光体２６の内部を伝搬して、導光体２６の第１主面２６ｂに向けて屈折または反射される。また、一部の入射光は、導光体２６の第２主面２６ｄから漏れ出てフィルム体５０を透過し、光学シート２９によって、導光体２６の第１主面２６ｂに向けて反射される。これにより、導光体２６の第１主面２６ｂから面状光が出射される。

導光体２６の第１主面２６ｂから出射された面状光は、プリズム形状２６ｐや光学シート２７を通過する際に適度に集光されたり、適度に拡散されたりするなどの所定の光学特性が付与される。これにより、導光体２６の第１主面２６ｂから出射される面状光の輝度が向上され、且つ、均一化される。

バックライト１５からの照明光、すなわち光学シート２７を透過した面状光は、液晶表示パネル２の裏面側に導出される。液晶表示パネル２に導出された照明光は、液晶表示パネル２の有効表示部８を選択的に透過する。これにより、液晶表示パネル２の有効表示部８に画像が表示される。

以上説明したように、この実施の形態に係る面光源装置によれば、部品の出来具合や装置の周辺環境により導光体や光学シートが変形しても、輝度を低下することなく輝度ムラの発生を抑制することが可能となる。また、この面光源装置を備えた液晶表示装置によれば、高輝度且つ高品位な画像を安定して表示することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る面光源装置を備えた液晶表示装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１に示した面光源装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。図３は、図１に示した面光源装置の構造を概略的に示す断面図である。図４は、図１に示した面光源装置に適用される導光体の構造を概略的に示す斜視図である。図５は、図１に示した面光源装置に適用可能な導光体と光学シートとの間に介在されるフィルム体の構造例を概略的に示す図である。図６は、図１に示した面光源装置に適用可能な導光体と光学シートとの間に介在されるフィルム体の他の構造例を概略的に示す図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…液晶表示パネル、１５…バックライト（面光源装置）、２２…冷陰極管（光源）、２６…導光体、２６ａ…第１側面、２６ｂ…第１主面、２６ｄ…第２主面、２６ｐ…プリズム形状、２９…光学シート（反射シート）、２９Ｄ…凹凸形状、２９Ｍ…鏡面、３１…ランプリフレクタ（反射体）、５０…フィルム体、５０Ｄ…凹凸形状

Claims

光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、入射面から入射した入射光が出射する互いに対向した第1主面及び第２主面を備えた導光体と、
前記導光体の第２主面側に配置され、第２主面と対向する側に鏡面を有した光学シートと、
前記導光体と前記光学シートとの間に配置され、光透過性を有し且つその表面に凹凸形状を有するフィルム体と、
を備え、前記光学シートは、鏡面側に前記フィルム体の凹凸形状とは異なるサイズの凹凸形状を有し、且つ、前記フィルム体の凹凸形状は、前記光学シートの凹凸形状よりも大きいことを特徴とする面光源装置。
前記フィルム体の凹凸形状は、アクリル系またはシリコン系の球状体によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
前記光学シートに接触する前記フィルム体の表面硬度は、前記光学シートの鏡面の硬度と同等以下であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
複数の表示画素が配置された有効表示部を備えた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、を備えた液晶表示装置であって、
前記面光源装置は、光源と、
前記光源から放射された放射光が入射する入射面、入射面から入射した入射光を前記液晶表示パネルに向けて出射する第１主面及び第１主面と互いに対向した第２主面を備えた導光体と、
前記導光体の第２主面側に配置され、第２主面と対向する側に鏡面を有した光学シートと、
前記導光体と前記光学シートとの間に配置され、光透過性を有し且つその表面に凹凸形状を有するフィルム体と、
を備え、前記光学シートは、鏡面側に前記フィルム体の凹凸形状とは異なるサイズの凹凸形状を有し、且つ、前記フィルム体の凹凸形状は、前記光学シートの凹凸形状よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
前記フィルム体の凹凸形状は、アクリル系またはシリコン系の球状体によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。