(57)【要約】【課題】光源を導光板の背面に配置する直下型のバックライト装置において、導光板の光取り出し効率を改善し、輝度低下を抑制ないしは改善することが可能なバックライト装置及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】光源２１が導光板３０の光出射面３０Ａに対向する背面３０Ｂに配置されて成るバックライト装置１０であって、導光板３０の少なくとも光出射面３０Ａ及び／又は背面３０Ｂに、光源から出射される光の反射角度を変化させる反射角度変化部３５、例えばサンドブラストによる凹凸構造部を設ける。臨界角以下の光の反射角度を変化させることによって、光出射面３０Ａからの光取り出し効率を向上する。【選択図】図３
2006318700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源が導光板の光出射面に対向する背面に配置されて成るバックライト装置であって、
上記導光板の少なくとも上記光出射面及び／又は上記背面に、光源から出射される光の反射角度を変化させる反射角度変化部が設けられて成る
ことを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
上記反射角度変化部が、凹凸構造部より成る
ことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項３】
上記反射角度変化部は、少なくとも上記光出射面及び／又は上記背面のほぼ全面にわたって設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項４】
上記反射角度変化部が、上記導光板の側面にも設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項５】
上記光源が、発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項６】
透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、
上記バックライト装置は、光源が導光板の光出射面に対向する背面に配置されて成り、
上記導光板の少なくとも上記光出射面及び／又は上記背面に、光源から出射される光の反射角度を変化させる反射角度変化部が設けられて成る
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に透過型の液晶表示装置のバックライト装置に適用して好適な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】
近年、テレビジョン受像機用の表示装置として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube、陰極線管）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）などの非常に薄型化された表示装置が提案され、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い普及が進み、技術的な研究開発が進められている。
【０００３】
このような液晶表示装置においては、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面側から面状に照明するバックライト装置により照明することにより、カラー画像を表示させるバックライト方式が主流となっている。
バックライト装置の光源としては、蛍光管を使った白色光を発光する冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が有望視されている（例えば特許文献１参照。）。
特に、青色発光ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることにより、液晶表示パネルを介した色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。更に、高出力の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを使用することによって、バックライト装置の輝度を大幅に向上させることができる。
【０００４】
このようにバックライト装置の光源にＬＥＤを用いる場合、直下型、すなわちＬＥＤを出射面の直下に配置すると、ＬＥＤが点光源であるため輝度ムラ、色ムラが発生してしまう。
この問題を解決する手段として、ＬＥＤと拡散板との距離を大きくすることが考えられるが、それではバックライトの厚みがＣＣＦＬを用いたバックライトに比べて非常に大きくなってしまう。液晶表示装置においては、更なる軽量、薄型化が必須となっており、バックライトにおいても更なる薄型化が望まれている。
そこで、厚みを少なくする方法として導光板を用いて、その一部に配置された光源からの光を多重反射させることで面光源とする構造が提案されている。
この構造は、導光板と導光板周囲の空気の屈折率差による臨界角を利用して臨界角より大きい光を導光板の中に閉じ込め光の均一化を行うものである。導光板の表面には通常反射膜或いは拡散反射シートなどを被着形成することにより光の利用効率を上げる対策がとられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３６９１７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６５６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、導光板の表面に、上述したような導光板材料とは異なる反射膜や拡散反射シートを設ける場合は、導光板とこれらの材料膜との間で屈折率差が生じてしまい、ここで界面反射が発生する。導光板が平行な平面により構成され、直方体とされる場合は、導光板内では光の反射角度が変化しないため、この界面反射により、光源から出射された光のうち一部の光が導光板より出射されない状態となってしまい、光の利用効率を低下させてしまうという問題がある。
【０００７】
光源を導光板の一側面に配置するいわゆるサイドライト型のバックライト装置においては、導光板の表面又は裏面の、光源から出射された光の暗部となる領域に光散乱構造を設ける工夫が行われている（例えば特許文献２参照。）。
しかしながら、上述したように光源を背面に配置する直下型のバックライト装置にこのような工夫を適用しても、光の取り出し効率を改善することはできない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みて、光源を導光板の背面に配置する直下型のバックライト装置において、導光板の光取り出し効率を改善し、輝度低下を抑制ないしは改善することが可能なバックライト装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、光源が導光板の光出射面に対向する背面に配置されて成るバックライト装置であって、導光板の少なくとも光出射面及び／又は背面に、光源から出射される光の反射角度を変化させる反射角度変化部を設ける構成とする。
また、本発明は、上述のバックライト装置において、反射角度変化部を、例えばサンドブラストや各種エッチング処理等により形成した凹凸構造部より構成する。
更に、本発明は、透過型の液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、上述の本発明構成のバックライト装置を用いる構成とする。
【００１０】
上述したように、本発明のバックライト装置においては、導光板の光出射面や背面に、光源から出射される光の反射角度を変化させる機能を有し、例えば凹凸構造部より成る反射角度変化部を設ける構成とすることから、この反射角度変化部において反射角度が変化させた光は、反射を繰り返すうちに臨界角以下の入射角度もって光出射面に到達することとなるため、光の取り出し効率を向上させることができる。これにより、バックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置において、輝度の低下を抑制、ないしは輝度の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置によれば、輝度の低下を抑制、ないしは改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
先ず、本発明によるバックライト装置を適用して好適な透過型の液晶表示装置の一例について図１の概略構成図を参照して説明する。
図１に示すように、この透過型の液晶表示装置２００は、透過型の液晶表示パネル１００と、その背面側に設けられたバックライト装置１０とより構成される。図示しないが、この液晶表示装置１１０は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、またこの音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。
この例は、アクティブマトリクス駆動方式による液晶表示装置の場合を示し、ガラス等より成る第１の基板１ａ上において、画素毎に各画素を選択する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）２ａと、ＴＦＴ２ａのドレイン領域に接続する画素電極２ｂが形成されており、各画素の境界部において、ＴＦＴ２ａのゲート電極に接続するゲートバスライン２ｃとＴＦＴ２ａのソース領域に接続するソースバスライン２ｄが各画素を接続するように格子状に形成されている。
【００１３】
一方、ガラス等から成る第２の基板１ｂ上には、赤（Ｒ：red）、緑（Ｇ：green）、青（Ｂ：blue）の３色のカラーフィルタ３が画素毎に交互に形成され、その上層に複数の画素に対して一体に形成された共通電極４が設けられている。図１においては、３画素×３画素の９画素分のみを示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するようにカラーフィルタ３が設けられる。画素電極２ｂと共通電極４が対向するように、第１の基板１ａと第２の基板１ｂが平行に所定の間隙をもって配置され、得られた画素電極２ｂと共通電極４の間のスペースに、不図示の液晶配向膜で挟まれるようにして液晶５が封入される。
さらに、第１の基板１ａの画素電極２ｂの形成面の裏面側に、偏光板６と白色光を発するバックライト装置１０が配置され、また、第２の基板１ｂの共通電極４の形成面の裏面側に、偏光板７が配置される。
【００１４】
図２は、液晶駆動電極とＴＦＴの配置を示す概略構成図である。図面上、４画素×４画素の１６画素分を示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するように配置される。上記のように第１の基板１ａの一方の面上において、画素毎にＴＦＴ２ａと画素電極２ｂが配置され、各画素の境界部において、ゲートバスライン２ｃとソースバスライン２ｄが格子状に形成されている。液晶画面の外枠部分などには、ＸドライバＸＤおよびＹドライバＹＤを含む液晶駆動用ドライバが配置されており、上記のゲートバスライン２ｃは、選択回路Ｇ１〜Ｇｎを介して、ＹドライバＹＤに接続され、一方、ソースバスライン２ｄは、選択回路Ｄ１〜Ｄｍを介して、ＸドライバＸＤに接続される。
ここで、アクティブ素子であるＴＦＴ２ａは、走査電極バスであるゲートバスライン２ｃの信号に従って、液晶５に電界を印加する各画素電極２ｂとデータ電極であるソースバスライン２ｄとを接続し、または切断する役目を果しており、各画素の液晶を選択的に駆動することができる。偏光板６を透過したバックライト装置１０からの光は、上述の選択回路により選択されて駆動された液晶部により透過率を制御された液晶５を透過し、さらに各色のカラーフィルタ３及び偏光板７を透過して、偏光板７側にカラー画像を形成する。これにより高コントラストで高速対応な高画質液晶ディスプレイが実現される。
なお、上述の例においては、アクティブマトリクス駆動方式による液晶表示装置の例を説明したが、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置は、その他単純マトリクス駆動方式など、種々の駆動方式や、構成による液晶表示装置に適用可能であることはいうまでもない。
【００１５】
図３は、本発明によるバックライト装置１０の一実施形態例における要部の概略断面構成図である。図３に示すように、本発明によるバックライト装置１０は、導光板３０の光出射面３０Ａとは反対側の背面３０Ｂに例えば発光ダイオードより成る光源２１が配置されて成る直下型のバックライト装置である。そして、その光出射面３０Ａ及び／又は背面３０Ｂ、図示の例では光出射面３０Ａに、光源２１から出射される光の反射角度を変化させる反射角度変化部３５を設ける構成とするものである。
【００１６】
導光板３０の材質としては、使用する波長帯域において光透過性を有する無色透明の樹脂、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。
この導光板３０には、光源２１、例えば発光ダイオードを内部に格納する例えば円筒形状の凹部３１が光出射面３０Ａとは反対側の背面３０Ｂに、例えば等間隔に列状に設けられ、これら凹部３１内に、例えば赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂが例えばこの順に配置され、導光板３０内に組み込まれる構成となっている。図３においては、各色発光ダイオード２１が並置された一断面を示しているが、例えば図３の紙面に対し垂直な方向に同様の発光ダイオード列が設けられて、全体として発光ダイオード２１が面状に配置されて面状の光源とされる。
そして、導光板３０の光出射面３０Ａを除く背面３０Ｂ及び側面３０Ｃには、反射シート等より成る反射膜３２及び３３がそれぞれ例えば粘着剤を介して貼り付けられて成る。
【００１７】
導光板３０の光出射面３０Ａの上部には、導光板３０から出射される光を拡散させる拡散板４１が図示の例では光出射面３０Ａに接して設けられる。なお、図示しないが、拡散板４１の上面または下面側に、バックライト装置１０から面発光された光を液晶表示パネル１００の照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために、例えば入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成される光学シート群を設けてもよい。光学シート群としては、例えば拡散シート、プリズムシート、偏光変換シート等がある。
また、拡散板４１は、図示の例においては導光板３０上に密着しているが、例えばこの間に空間を設けてもよい。
このような構成のバックライト装置１０において、導光板３０内で赤、緑及び青色の光がミキシングされた光は、更に拡散板４１の内部でこの光を拡散させることで、輝度が均一な白色面発光として矢印Ｌで示すように液晶表示パネル１００に入射される。
【００１８】
発光ダイオード２１から出射される出射光の放射角分布は、発光ダイオード２１のレンズにより調整することができる。特に、発光ダイオードの側面方向に光が出射されるサイドライト型の発光ダイオードを使用すると、導光板３０内の広い領域にわたって光線を導光させることができる。
このサイドライト型の発光ダイオード２１は、詳細を省略するがそれぞれ発光素子等の発光体を樹脂ホルダによって保持するとともに、樹脂ホルダから一対の端子が突出されてなる。各発光ダイオード２１には、光源から発せられた光を側面から放射させる光学部品を設けることによって、出射光の主成分を発光体の外周方向に出射する指向性を有する構成とされる。
【００１９】
図４は、従来のバックライト装置の要部の概略断面構成図を示す。図４において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。従来のバックライト装置１０においては、導光板３０は特に加工はされず、背面３０Ｂ及び側面３０Ｃに、反射膜や拡散反射シートなどが設けられて構成される。
ここで、光出射面３０Ａにおける全反射臨界角は、導光板３０をアクリル樹脂より構成する場合、約４２度程度である。
【００２０】
図４に示す従来構成のバックライト装置１０においては、発光ダイオード等の光源２１から出射された光線は、導光板３０内では反射角度が変化しないので、臨界角より大きい入射角度で外部との界面に入射する光は、これらの界面において正反射を繰り返す。例えば矢印Ｌ１１、Ｌ１２・・・、Ｌ２１、Ｌ２２、・・・Ｌ２６、Ｌ２７で示すように、導光板３０の光出射面３０Ａにおいて、導光板３０内に反射角度を保って反射され、また側面３０Ｃ及び背面３０Ｂにおいては、反射膜３２及び３３などによって反射を繰り返す。破線矢印Ｌ３１で示すように、光出射面３０Ａに対し臨界角以下の角度により入射する一部の光は、破線矢印Ｌ３２で示すように外部に取り出されて出射される。また、正反射を繰り返す光も、何らかの乱反射成分によってある程度の割合の光は外部に取り出される。
しかしながら、このような従来構成のバックライト装置１０においては、発光ダイオード等の光源２１より出射された光線のうちある割合の光線は、全反射臨界角より大きい角度での反射が続き、導光板３０から出射されない状態となってしまう。
【００２１】
そこで、本発明においては、導光板３０の一部の面、例えば光出射３０Ａに、反射角度変化部３５を設ける構成とする。この反射角度変化部３５としては、例えば８０メッシュ程度のサンドブラスト法で表面に微小な凹凸を設けることによって、いわばこの面を粗面化し、光源２１からこの面に入射する光線の反射角度を変化させる構造とすることができる。この様子を図５に示す。図５において、図３及び図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図５に示すように、光源２１から出射された光は、矢印Ｌａ１で示すように直接的に、もしくは矢印Ｌｂ１で示すように、一旦背面３０Ｂで反射してから矢印Ｌｂ２で示すように、この反射角度変化部３５に入射する。或いは、図示しないが隣接する他の光源２１の表面で反射された後、光出射面３０Ａの反射角度変化分３５に入射する。
そしてこの面において反射角度が変わることによって、Ｌａ３〜Ｌａ５、Ｌｂ２及びＬｂ３で示すように、前回光出射面３０Ａに入射した角度とは異なる角度をもって、光入斜面３０Ａに入射し、その角度が臨界角以下となる場合は、破線矢印Ｌａ６、Ｌｂ４で示すように、外部に出射されることとなる。したがって、本発明構成のバックライト装置１０においては、導光板３０内で界面反射を繰り返していた光線を効率よく外部に取り出すことができるようになる。
【００２２】
一例として、光出射面３０Ａ上に、サンドブラスト法により微小凹凸を設けて反射角度変化部３５を設け、背面３０Ｂ及び側面３０Ｃに正反射膜を設けて本発明構成のバックライト装置１０を作製した。この場合、凹凸構造より成る反射角度変化部３５は、光出射面３０Ａの全面にわたって形成した。すなわちこの場合、凹凸構造より成る反射角度変化部３５は、隙間なく形成され、その凹凸構造はほぼ光出射面３０Ａ内で一様な分布をもって形成した。このとき、光出射面３０Ａを平坦面とし、背面３０Ｂ及び側面３０Ｃに正反射膜を設ける従来構造としたバックライト装置に対して、光出射面３０Ａの全面における輝度を１０％程度向上させることができた。
【００２３】
なお、反射角度変化部３５は、上述したサンドブラスト法等による微小凹凸構造以外に、例えばプレス成型などにより形成する凹凸構造でもよい。また、その断面形状は、ランダムな形状であってばらつきがあっても良く、逆に規則的な構造であっても構わない。
光出射面３０Ａにおいてより均一に光の反射角度を変化させ、最終的に外部により多くの光を取り出すためには、この例えば凹凸構造より成る反射角度変化部３５を光出射面３０Ａの全面にわたって形成することが望ましい。しかしながら、例えば他の構造部に起因する問題によって、一部を平坦面とする必要がある場合はこの限りでなく、できるだけ広い面積にわたって形成されていれば、本発明構成とする効果を得ることができる。
また、例えば微小な凹凸構造を、離散的に形成してもよいが、その場合は可能な限り広い領域に、また輝度むらを抑えるために、できるだけ一様な分布をもって凹凸構造を設けることが望ましい。
【００２４】
また、反射角度変化部３５は、光出射面３０Ａのみでなく、例えば図６に示すように、背面３０Ｂにも設けてもよく、また、図示しないが、背面３０Ｂにのみ設けてもよい。
更に、図７に示すように、光出射面３０Ａ、背面３０Ｂに加えて側面３０Ｃにも反射角度変化部３５を設ける構成としても構わない。図６及び図７において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
このように、光出射面３０Ａの他の面にも反射角度変化部３５を設けることによって、更に光取り出し効率を上げることができ、輝度の一層の向上を図ることが可能である。
【００２５】
以上説明したように、光源２１を導光板３０の背面に設ける直下型のバックライト装置において、本発明を適用することにより、光利用効率を向上することができ、これによりバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置において、輝度の低下を抑制、もしくは輝度の向上を図ることができる。
特に、光源として発光ダイオードを用い、側面方向に光が出射されるサイドライト型の発光ダイオードを用いる場合に本発明を適用することによって、格段に効率よく光を外部に取り出すことが可能となり、輝度の向上を図ることができる。
また、本発明によれば、このような本発明構成のバックライト装置を用いることによって、従来に比して高い輝度の表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
特に、本発明によるバックライト装置を用いることによって、導光板の厚さを大とすることなく、光取り出し効率を改善することができるので、装置の薄型化を図ることができ、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光管）を用いたバックライト装置及び液晶表示装置と同等の厚さ及び明るさをもって、高輝度表示が可能な直下型のバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上述の各実施の形態例に限定されるものではなく、その他導光板の材料構成、また導光板周辺の光学部品の構成、更に発光ダイオードの種類や配置態様など、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施形態例の概略分解構成図である。
【図２】液晶表示装置の一実施形態例の要部の概略構成図である。
【図３】本発明によるバックライト装置の一実施形態例の要部の概略断面構成図である。
【図４】従来のバックライト装置の一例における光線の反射態様の説明図である。
【図５】本発明のバックライト装置の一実施形態例における光線の反射態様の説明図である。
【図６】本発明のバックライト装置の一実施形態例の要部の概略断面構成図である。
【図７】本発明のバックライト装置の一実施形態例の要部の概略断面構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ａ．第１の基板、１ｂ．第２の基板、２ａ．ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、２ｂ．画素電極、２ｃ．ゲートバスライン、２ｄ．ソースバスライン、３．カラーフィルタ、４．共通電極、５．液晶、６．偏光板、７．偏光板、１０．バックライト装置、３０．導光板、３０Ａ．光出射面、３０Ｂ．背面、３０Ｃ．側面、３１．凹部、３２．反射膜、３３．反射膜、３５．反射角度変化部、４１．拡散板、１００．液晶表示パネル、２００．液晶表示装置
【図１】
2006318700.tif 000003
【図２】
2006318700.tif 000004
【図３】
2006318700.tif 000005
【図４】
2006318700.tif 000006
【図５】
2006318700.tif 000007
【図６】
2006318700.tif 000008
【図７】
2006318700.tif 000009