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JP2012119247A - バックライトユニット及びこれを用いた映像表示装置 - Google Patents

バックライトユニット及びこれを用いた映像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
バックライトユニットにおける導光板の光出射面が液晶パネルの有効表示領域より小さい場合において、有効表示領域端部の輝度低下を抑制し輝度むらを低減すること。
【解決手段】
本発明は、ＬＥＤ(2)と、該ＬＥＤ(2)からの光を液晶パネル(6)側に導く導光板とを備え、導光板(1)の液晶パネル(6)と対向する光出射面(1b)から液晶パネル(6)に向けて光を出射するように構成されたバックライトユニットに適用される。そして本発明は、導光板(6)の光出射面(1b)の面積が液晶パネル(6)の有効表示領域よりも小さく、かつ導光板(1)の光出射面(1b)と垂直な側面、及び／または光出射面の該側面近傍の端部に、光を拡散または散乱させるための所定形状(101)を形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting diode)を液晶パネルを照明するための光源として用いたバックライトユニット及びそれを用いた映像表示装置に関し、特に、ＬＥＤからの光を液晶パネル側に導くための導光板を有するバックライトユニット及びそれを用いた映像表示装置に関する。
近年の省電力規制に対応するため、液晶パネルを用いた映像表示装置に用いられるバックライトユニットにおいても消費電力の低減が求められている。そのため、バックライトユニットを複数のブロックに分割し、各ブロックに対応する映像の輝度に応じて当該ブロックから出射される光強度を制御するエリア制御（エリア調光、或いはローカルディミングとも呼ばれる）が実用化されてきている。
一方、バックライトユニットの一方式として知られているエッジライト型は、ＬＥＤ等の点状光を透明樹脂で構成された平板状の導光板により面状光にして液晶パネルへ照射する構成であるため、映像表示装置の薄型化（奥行き寸法の低減）に有利である。
エッジライト型のバックライトでエリア調光を行う従来技術としては、例えば下記特許文献１及び特許文献２に記載のものが知られている。これら特許文献には、ＬＥＤと導光板との組を一つのブロックとして複数個配列し、各ブロックに対応するＬＥＤの光強度を個別に制御することでエリア調光を行うことが開示されている。
特開２００７−２９３３３９号公報 特開２０１０−０２１１３１号公報
ところで、現在販売されている映像表示装置の表示サイズ（液晶パネルの有効表示領域と実質的に等しい）は、２２、３７、４０、４６、５２、６０インチと様々なサイズが存在する。以下では、映像表示装置の表示サイズ「インチサイズ」と呼ぶこととする。各インチサイズに対応して導光板を用意する場合の課題について以下に説明する。尚、以下では、ＬＥＤと導光板との組で構成されるブロックのうち導光板の部分を導光板ブロックと呼ぶこととし、１つのブロックはエリア調光における光強度が制御される最小単位とする。
まず、図８を用いて、インチサイズＡ用の導光板ブロックをインチサイズＢへ適用する場合の課題について説明する。尚、以下では導光板ブロックを複数組み合わせて１つのバックライトユニット全体の導光板としたものを、単に「導光板」と呼ぶこととする。また、あるインチサイズ用の導光板ブロックを他のインチサイズに適用することを「サイズ展開」と呼ぶ場合もある。
図８は導光板ブロックのサイズを変更した時の影響を示したものである。インチサイズ展開をする場合に導光板ブロックのサイズを変更した場合、図８で示されるようにＬＥＤのブロックサイズ内での光の分布も異なってくる。このため、インチサイズＡ用の導光板ブロックサイズの配光特性をインチサイズＢの配光特性に適用することはできない。従って、導光板ブロックの大きさを変更した場合、各々のインチサイズに対して最適な配光特性となるようにＬＥＤの光量の調整（各導光板ブロックに対応するＬＥＤ個数、ＬＥＤの配列間隔など含む）や、更にはエリア調光のための制御アルゴリズムの調整をする必要がある。インチサイズ毎に上記ＬＥＤ光量の調整、制御アルゴリズムの調整を行っていると、膨大な開発期間やコストがかかる。
次にブロックサイズを変更しない場合の課題について図９を用いて説明する。
図９は導光板ブロックのサイズを変更しない場合の影響を示したものである。例えば、インチサイズ３（例えば５２インチ）において液晶パネルの有効表示領域（５２インチ）と導光板のサイズ（５２インチ）を同一として導光板ブロックのサイズを決めた場合を例に説明する。インチサイズ３（５２インチ）用の導光板ブロックをそのサイズを変更せずにインチサイズ１（例えば４０インチ）、インチサイズ２（例えば４６インチ）にそのまま適用する場合、そのインチサイズ１及び２に対応する導光板は、インチサイズ１及び２の汎用的な液晶パネルの有効表示領域より小さくなる。従って、この場合は、液晶パネルの有効表示領域の端部に光が出射されないため、端部に輝度ムラ（すなわち輝度低下）が生じ、画質が劣化することとなる。すなわち、図９のようにあるインチサイズ用の導光板ブロックのサイズを変更せずに他のインチサイズに適用する場合、サイズ展開において開発期間やコストを大幅に削減できるが、有効表示領域の端部における輝度ムラを低減する必要がある。
本発明は上記課題を鑑みたものであって、液晶パネルの有効表示領域よりも小さい導光板を用いた場合の有効表示領域の端部における輝度ムラを低減し、高品位な映像を得ることが可能な技術を提供することにある。
本発明は、特許請求の範囲に記載された構成を特徴とするものである。具体的には、本発明は、光源と該光源からの光を液晶パネル側に導く導光板とを備え、前記導光板の前記液晶パネルと対向する光出射面から前記液晶パネルに向けて光を出射するように構成されたバックライトユニットであって、前記導光板の光出射面の面積が液晶パネルの有効表示領域よりも小さく、かつ前記導光板の光出射面と垂直な側面、及び／または該側面近傍の端面に少なくとも１箇所に、光を拡散または散乱させるための所定形状を形成することを特徴とする。
上記所定形状は、導光板の側面、または端面に形成される光学パターンであり、この光学パターンは、ブラスト処理、微細なプリズム形状、シリンドリカルレンズ形状であってもよい。また上記所定形状は、テーパ形状などであってもよい。
また前記導光板の側面と、導光板を背面側から支持するシャーシの側面との間に、前記導光板の側面から出射された光を液晶パネル側に反射させるための反射部材を設けてもよい。
さらに、ＬＥＤの出射方向を加味し、有効表示領域中心部と導光板中心部を相対的にずらすようにしてもよい。
本発明によれば、導光板のサイズが液晶パネルの有効表示領域より小さい場合でも、導光板の側面、または端面に形成された光学パターンによって、前記液晶パネルの有効表示領域の端部へ光を供給することができるため、有効表示領域の端部における輝度ムラ（輝度低下）を低減することができる。
本発明の第１実施例に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施例係る導光板１の形状を示す図である。 水平断面図で見た第１実施例の効果を表した図である。 本発明の第２実施例に係る導光板１の形状を示す図である。 本発明の第３実施例に係る導光板１の形状を示す図である。 本発明の第４実施例に係る導光板１の形状を示す図である。 本発明の第５実施例に係る液晶表示装置の構成を示す図である。 導光板のブロックサイズ変更時の影響を示した図である。 ブロックサイズを変更しない場合の影響を示した図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ番号を付し、重複した説明を省略するものとする。
図１は、第１実施例に係る液晶表示装置９の構成を示す図である。図１は液晶表示装置９の正面図、水平断面図、垂直断面図をそれぞれ示したものである。液晶表示装置９はバックライト部１０、液晶パネル６を有して構成される。バックライト部１０は、平板状の導光板１、光源としてのＬＥＤ２、ＬＥＤ基板３、反射シート４、光学シート５、液晶パネル支持部７、光学シート支持部８を有してから構成される。バックライト部１０を構成する要素は、図示しない例えば枡形の金属性シャーシに収納され固定されている。。ここで、導光板１の液晶パネル６と対向する面を光出射面１ｂ、その反対側の面（ＬＥＤ基板３が設けられる面）を背面とする。
導光板１の背面には、ＬＥＤ２を収納するための溝を設けてあり、その溝の、ＬＥＤ２の光放出面と対向する面は光入射面１ａとされている。ここでＬＥＤ２は、電極面と平行な方向には白色光を放出するサイドビュー型（側面発光型）のＬＥＤを用いており、本実施例では矢印の方向に光を放出するものとする。ＬＥＤ２から放出された光は光入射面１ａから導光板１の内部に進入し、導光板１の各面で反射、屈折或いは拡散されながら導光板１の内部を進行しつつ導光板１の光出射面１ｂから液晶パネル６の方向へ向けて出射される。光出射面１ｂからの出射された光は、例えば拡散板やプリズムシート、輝度向上シートを含む光学シート５を経由して液晶パネル６に照射される。液晶パネル６は映像信号が入力され、この映像信号に応じて各画素（液晶画素）の透過率を制御することにより、光学シート５からの光を空間的に画素毎に変調し映像を形成する。
光出射面１ｂ上には出射光を空間的に均一化するための例えば千鳥状の出射面光学パターンが形成されている。この出射面光学パターンは、例えば微細な凹凸形状でもよいし、白色インクなどによるドットパターン印刷でもよい。また、凹凸形状はレーザ加工で行ってもよいし、型で作成してもよい。
反射シート４は、光出射面１ｂと反対側の背面側に配置されており、導光板１の背面を透過して導光板１の外部に進行する光を反射して導光板１内に戻す機能を有しておいる。ＬＥＤ基板３上に実装されたＬＥＤ２は、反射シート４上の穴を通し導光板１の溝に収納され配置される。このとき、反射シート４はＬＥＤ基板３と導光板１によって挟み込まれることとなる。本例においては、ＬＥＤ基板３は反射シート４をサンドウィッチするように導光板１の背面に取り付けられる。反射シート４の穴はＬＥＤの寸法より大きければよい。
光学シート支持部８は、導光板１の上下左右４側面に配置され、その形状は背面から液晶パネル６側に向かって拡がるようなテーパが付けられている。このような構造をとることにより、光学シート支持部８は、光学シート５をその背面側から支持して光学シート５のたわみを抑制し、導光板１と光学シート５の距離を一定とする役割を担う。また、光学シート支持部８のテーパが付けられた部分は光学シート支持部８と一体或いは別体の反射要素８１が設けられており、導光板１の側面から出射した光を正面（液晶パネル６側）に反射する役割も有している。よって、光学シート支持部８のテーパ部分に局所的に反射率の高い材料を用いて反射要素８１を構成してもよく、。また、反射率を高めるためテーパ部分に反射シートを貼って反射要素８１を構成してもよい。勿論、光学シート支持部８全体が反射率の高い材料を用いて構成されてもよい。
上記光学シート５は、得たい効果によって拡散シートやプリズムシートなどの種類、枚数の変更が可能である。液晶パネル支持部７は、液晶パネル６側から光学シート５を支持し、光学シート支持部８とともに光学シート５を挟み込むよう配置される。また、光学シート支持部８と液晶パネル支持部７は一部で接しており、ネジ止めなどの方法で光学シート５とともに固定される。また、液晶パネル支持部７は、液晶パネル６を背面側から支持するとともに、液晶パネル６の側面と当接して液晶パネル６の位置決めをする役割も担う。図１における垂直断面図では説明の便宜上、光学シート５、液晶パネル支持部７、液晶パネル６を離して記載しているが、実際は水平方向断面図と同様光学シート支持部８に接する構成となる。
本実施例において、液晶パネル６の有効表示領域は例えば４６インチであり、導光板１は複数の導光板ブロックに分割されているものとし、かつ各導光板ブロックは５２インチサイズを基準にそのサイズを決定されているものとする。つまり、本実施例では４６インチと５２インチで同じサイズを持つ導光板ブロックを共通に使用して開発工数やコストを低減している。このため、導光板１（全光板ブロックを組み合わせた導光板）の光出射面１ｂの大きさ（面積）は、図９で説明したように液晶パネル６の有効表示領域よりも小さくなっている。
このような構成の装置に適用される本実施例に係る導光板１の形状を図２に示す。
導光板１の光出射面１ｂの大きさが液晶パネル６の有効表示領域よりも小さい場合、上述のように有効表示領域の端部にまで光を供給することが困難となり、有効表示領域端部の輝度が低下する。これを解消すべく、本実施例では、導光板１の側面、すなわち導光板１の光出射面１ｂ（或いは背面）と垂直な面に所定の光学パターンを設けたものである。この光学パターンは、本実施例では、、微小な凹凸がランダムに設けられた荒らし面（粗面）１０１である。この粗面１０１は、例えば導光板１の側面をブラスト処理やマット処理を施すことにより形成することができる。。導光板１または導光板ブロックを型で作製するのであれば、型の、導光板１の側面に対応する部分に荒れたパターンをつけてもよい。また、導光板１の側面の場所によって荒らし方を変更してもよい。例えば、導光板１側面のＬＥＤ２の近傍では、光の強度が強いため端面をあまり荒らさず（すなわち微小な凹凸の密度を低くし）、ＬＥＤ２から光の放出方向（図１の矢印の方向）に離れるに従って荒らし方を強める（すなわち微小な凹凸の密度を高くする）ようにしてもよい。このような荒し方により導光板１の側面から均一に光が出射される。
第１実施例の効果、すなわち導光板１の側面を粗面１０１にした効果を図３に示す。ＬＥＤ２から導光板１に入射した光は、導光板１の側面に形成された粗面１０１で乱反射し導光板１の側面から外部へ出射するようになる。出射した光は光学シート支持部８の斜面に設けられた反射要素８１で反射して液晶パネル６側へ向かう。このため、図３のように有効表示領域端における輝度低下を防止し、輝度ムラを低減することが可能となる。換言すれば、本実施例は、導光板１からの光の出射面積を広げることができるものである。
光学シート支持部８のテーパ角度は導光板１の面積や液晶パネル６の有効表示領域の面積、または導光板１の側面からその側面に対向する液晶パネル６の辺までの距離によって変更してもよいし、光の出射方向に応じて適宜変更してもよい。
このような本実施例の構成によれば、導光板１の側面に所定の光学パターン（粗面１０１）を形成したので、液晶パネル６の有効表示領域よりも小さい導光板１を用いても液晶パネル６の有効表示領域端部における輝度低下を防止することができる。従って、本実施例によれば、例えば、複数のインチサイズに共通な大きさを持つ導光板１を用いて開発工数やコストを低減しつつも、当該共通に用いることによる液晶パネル６の有効表示領域端部における輝度低下を防止し、高画質な映像を提供することができる。
上記の説明において、ＬＥＤ２は白色光を放出するとしたが、これに代えて、赤、青、緑の３色の光を放出するＬＥＤの組を用いてもよい。また、サイドビュー型でなく、トップビュー型を使用してもよい。
第２実施例は、上述した第１実施例の構成と導光板１の形状以外は変わらないため、以下では第２実施例の導光板形状のみについて説明する。
図４は第２実施例に係る導光板１の形状を示す図である。本実施例は、導光板１の側面に光学パターンとしてプリズム１０２を設けたことを特徴としている。このプリズム１０２は、第１実施例と同様、導光板１側面のＬＥＤ２近傍とＬＥＤ２から光の放出方向（図１の矢印の方向）に離れた部分で形状を変更し、集光の度合いを変更してもよい。例えばＬＥＤ２の近傍はプリズムの密度を低く（プリズム１０２相互間のピッチを長く）し、ＬＥＤから離れた部分はプリズムの密度を高く（プリズム１０２相互間のピッチを短く）してもよい。また、プリズム角を、導光板１側面のＬＥＤ２近傍とＬＥＤ２から光の放出方向に離れた部分とで異ならせる、すなわちＬＥＤ２の近傍はプリズム角を大きく、ＬＥＤ２から遠い部分はプリズム角を大きくしてもよい。
導光板１端面をこのようなプリズム１０２の形状にすることで、プリズム１０２により導光板１の側面から出射した光を集光して導光板１の側面から外側の部分に向けて広げることができる。従って、導光板１の内部を進行して側面に到達する光が弱い場合でも、プリズム１０２の形状によりその光を集光して好適に導光板１の側面の外部へ光を供給することができる。従って、本実施例によれば、導光板１の光出射面が液晶パネル６の有効表示領域より小さい場合における有効表示領域の端部の輝度低下を抑制して輝度ムラを低減することが可能となる。
この例ではプリズム形状としているが、これに限らず、例えば導光板１の外側に凸を向けた、導光板１の厚さ方向に平行な方向（すなわち光出射面１ｂと直交する方向）を長手方向としたシリンドリカルレンズを導光板１の側面に複数形成してもよい。
第３実施例は、上述した第１実施例の構成と導光板１の形状以外は変わらないため、以下では第３実施例の導光板形状のみについて説明する。
図５は第３実施例に係る導光板１の形状を示す図である。本実施例は、導光板１側面近傍の光出射面１ｂの端部に、所定の光学パターンとして、微小な凹凸がランダムに設けられた粗面１０３を形成したことを特徴としている。
導光板１側面近傍の光出射面１ｂの端部に粗面１０３を形成するとともに、導光板１の側面にも粗面１０３を形成してもよく、また端部にのみ粗面１０３を形成してもよい。粗面１０３は、例えば導光板１側面近傍の出射面１ｂにレンズを形成してもよいし、ブラスト処理やマット処理により形成してもよいし、また白色インクでドットパターン印刷により形成してもよい。実施例１や実施例２と同様の効果が得られる方法であればどのような方法で形成してもよい。
粗面１０３は、第１実施例、第２実施例と同様に、導光板１の出射面１ｂのＬＥＤ近傍とＬＥＤから離れた部分で形状を異ならせてもよい。例えば、ＬＥＤ近傍は光強度が強いため凹凸の密度を低くし、ＬＥＤから光の放出方向に離れた部分では凹凸の密度を高くしてもよい。
このように導光板１側面近傍の出射面１ｂの端面を荒らすことで、導光板１の側面から外側の部分に向けて光を広げることができる。従って、本実施例によれば、導光板１の光出射面が液晶パネル６の有効表示領域より小さい場合における液晶パネル６の有効表示領域の端部における輝度低下を抑制して輝度ムラを低減することができる。
第４実施例は、上述した第１実施例の構成と導光板１の形状以外は変わらないため、以下では第４実施例の導光板形状のみについて説明する。 図６は、図１の液晶表示装置９の水平断面図を示した図であって、第４実施例に係る導光板１の形状を示す図である。第４実施例に係る導光板１は、導光板１の端部にテーパを付けたことを特徴としている。このテーパは、反射シート４側から液晶パネル６側に向かって出射面１ｂの面積が狭くなる方向、すなわち光学シート指示部８のテーパの方向とは逆になっている。
このようなテーパを導光板１に付けることで、導光板１の側面から光が出射しやすくなり、導光板１の側面から外側の部分に向けて光を広げることができる。従って、本実施例によれば、導光板１の光出射面が液晶パネル６の有効表示領域より小さい場合における液晶パネル６の有効表示領域の端部における輝度低下を抑制して輝度ムラを低減することができる。
勿論、導光板１の端部にテーパを付けるとともに、導光板１の側面に第１実施例の粗面または第２実施例のプリズム或いはレンズを設けてもよいし、第３実施例にように導光板１側面近傍の光出射面１ｂの端部に粗面を形成してもよい。
本発明に係る第５実施例について図７を用いて説明する。図６は本実施例に係る液晶表示装置９の正面図と液晶表示装置９の垂直方向断面を示したものである。
液晶表示装置９は、図の矢印に示されるように、ＬＥＤ２の出射方向が導光板入射面１ａに入射する方向、つまり画面上側に光が出射するため、画面上側に光が出射しやすく画面下側に光が出射しにくい構成となっている。
そこで第５実施例では、導光板１の位置を画面中央ではなく下側にシフトした（偏らせた）構成としている。すなわち、導光板１の中央を、液晶パネル６の有効表示領域の中央よりも下側に位置するように導光板１を配置している。このように導光板１を下側にシフトすることで画面下側に出射する光が弱くても、当該下側の有効表示領域端部での輝度低下を低減することが可能となる。また、第１実施例から第４実施例と組合せることで、さらに輝度低下を抑制し輝度ムラを低減しやすくなることは言うまでもない。
例えば、画面上部の角はもっとも導光板１から距離が離れる箇所であるため、上部を均一に光らせるためには、導光板１の上部側面は、角（コーナ）から中央にかけて荒らし方を徐々に弱くする。もしくは導光板１の上部側面のコーナ近傍はプリズムピッチを短く、上部側面の中央は長く配置してもよい。このように導光板１の上部側面における光学パターンの形状をことならせることで、より好適に輝度ムラを低減することが可能となる。
１…導光板、１ａ…光入射面、１ｂ…光出射面、２…ＬＥＤ、３…ＬＥＤ基板、４…反射シート、５…光学シート、６…液晶パネル、７…液晶パネル支持部、８…光学シート支持部、９…液晶表示装置、１０…バックライトユニット、８１…反射要素、１０１、１０３…粗面、１０２…プリズム

Claims (13)

  1. 光源と、該光源からの光を液晶パネル側に導く導光板とを備え、前記導光板の前記液晶パネルと対向する光出射面から前記液晶パネルに向けて光を出射するように構成されたバックライトユニットであって、
    前記導光板の光出射面の面積が液晶パネルの有効表示領域よりも小さく、
    前記導光板の光出射面と垂直な側面、及び／または光出射面の該側面近傍の端部に、光を拡散または散乱させるための所定形状を形成したことを特徴とするバックライトユニット。
  2. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記所定形状は、光を拡散または散乱させるための光学パターンであることを特徴とするバックライトユニット。
  3. 請求項２に記載のバックライトユニットにおいて、前記光学パターンは、微小な凹凸を有する粗面であることを特徴とするバックライトユニット。
  4. 請求項３に記載のバックライトユニットにおいて、前記粗面の微小な凹凸の密度が、前記光源の近傍と、前記光源からその光の放出方向に離れた部分とで異なることを特徴とするバックライトユニット。
    ことを特徴とするバックライトユニット。
  5. 請求項２に記載のバックライトユニットにおいて、前記光学パターンは、複数のプリズムであることを特徴とするバックライトユニット。
  6. 請求項５に記載のバックライトユニットにおいて、前記プリズム相互間のピッチが、前記光源の近傍と、前記光源からその光の放出方向に離れた部分とで異なることを特徴とするバックライトユニット。
  7. 請求項５に記載のバックライトユニットにおいて、前記プリズムのプリズム角が、前記光源の近傍のプリズムと、前記光源からその光の放出方向に離れたプリズムとで異なることを特徴とするバックライトユニット。
  8. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記所定形状は、前記導光板の光出射面の側面近傍端部に形成されたテーパ形状であることを特徴とするバックライトユニット。
  9. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の中央位置が液晶パネルの中央位置と異なることを特徴とするバックライトユニット。
  10. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板の中央が前記液晶パネルの中央より画面下側に位置することを特徴とするバックライトユニット。
  11. 請求項１に記載のバックライトユニットにおいて、前記光源がＬＥＤであることを特徴とするバックライトユニット。
  12. 光源と、該光源からの光を液晶パネル側に導く導光板とを備え、前記導光板の前記液晶パネルと対向する光出射面から前記液晶パネルに向けて光を出射するように構成されたバックライトユニットであって、
    前記導光板の光出射面の面積が液晶パネルの有効表示領域よりも小さく、
    前記導光板の光出射面と垂直な側面、及び／または光出射面の該側面近傍の端部に、光を拡散または散乱させるための光学パターンが形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
  13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のバックライトユニットを供えたことを特徴とする映像表示装置。
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