(57)【要約】【課題】サイズや重量の増加を抑え、簡単な構造で色ムラの少ない光を生成することができる照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置の提供。【解決手段】液晶表示パネル２０２の光源としてＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源２０１を用いる照明装置において、ＬＥＤ光源２０１から発する光を混色するためのミキシング導光板２０３及びメイン導光板２０４の内部に、導光板の基材とは屈折率や反射率などの光学的特性の異なる材料からなる拡散材を分散させ、この拡散材によりＬＥＤ光源２０１から発する光を分散させて液晶表示パネル２０２を照明する。これにより、混色に必要となるＬＥＤ光源２０１から液晶表示パネル２０２までの導光板の距離を短くすることができ、導光板の寸法を縮小しつつ、表示エリアの色ムラを低減することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から発する光を混合して表示パネルに導く導光手段とを少なくとも備える照明装置において、
前記導光手段の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
表示パネルの下面に配置される第１の導光板と、前記第１の導光板の下面に配置される第２の導光板と、前記第１の導光板及び前記第２の導光板の一方の側面に配置され、前記第１の導光板と前記第２の導光板とを連結する反射手段と、前記第２の導光板の他方の側面に配置され、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、を少なくとも備える照明装置であって、
前記第１の導光板及び前記第２の導光板の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
表示パネルの下面に配置される第１の導光板と、前記第１の導光板の下面に配置される第２の導光板と、前記第１の導光板及び前記第２の導光板の一方の側面に配置され、前記第１の導光板と前記第２の導光板とを連結する導光部材と、前記第２の導光板の他方の側面に配置され、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、を少なくとも備える照明装置であって、
前記第１の導光板、前記第２の導光板及び前記導光部材の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
表示パネルの下面に配置される第１の導光部と、前記第１の導光部の下面に配置される第２の導光部と、前記第１の導光部及び前記第２の導光部の一方の側面に配置され、前記第１の導光部と前記第２の導光部とを連結する第３の導光部とが一体的に形成された導光板と、前記第２の導光部の他方の側面に配置され、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、を少なくとも備える照明装置であって、
前記導光板の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記第２の導光板又は前記第２の導光部の前記側面以外の少なくとも１つの面に、反射膜が形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の前記照明装置と、前記表示パネルと、を少なくとも備え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】
本発明は照明装置に関し、特に、液晶表示装置のバックライトユニットとして用いる照明装置における導光板の構造及び該照明装置を備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力という特徴から、ＯＡ機器、ＡＶ機器、携帯端末機器等の広い分野で利用されている。この液晶表示装置は液晶表示パネルの側面や背面側にバックライト光源を備えており、バックライト光源から出る光の透過量を液晶で制御することにより表示を行っている。このバックライト光源として、従来は蛍光管が用いられていたが、蛍光管を点灯させるためにはインバータ回路などの周辺回路が必要であり、また、インバータ回路からノイズが発生することから、近年ではＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤが用いられている。
【０００３】
このＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤを光源に用いた従来の液晶表示装置は、図８に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光を発光するＬＥＤ光源４０１と、画像を表示する液晶表示パネル４０２と、ＬＥＤ光源４０１から発する光を液晶表示パネル４０２まで導く１枚または複数の導光板４０３と、液晶表示パネル４０２に透過される光の損失を軽減する反射板４０５と、液晶表示パネル４０２への透過光を均一にする光学シート４０６などによって構成されている。
【０００４】
ここで、ＬＥＤは点光源として発光しこのＬＥＤチップを覆うレンズによって、外部に光を放射する角度とそれに呼応した光度を発する指向特性を有している。このため、ＬＥＤ光源４０１付近では、ＬＥＤが有する指向特性の影響を受けやすくなり、ＬＥＤを配列することによって光の強弱が生じる。特に、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源４０１によって白色を実現する場合、この光の強弱が色ムラとなって表示されてしまうという問題が生じる。
【０００５】
そこで従来は、ＬＥＤ光源４０１から液晶表示パネル４０２までの導光板４０３の寸法を長くすることによって、異なった色の光源間での混色によって生じる色ムラを軽減する手法が用いられていた。例えば、下記特許文献１には、複数のＬＥＤからなる点光源群と、点光源群からの出射光を液晶表示パネルに導く導光板とから構成される照明装置において、隣接するＬＥＤの間隔とＬＥＤと導光板端面との距離とが所定の関係を満たすように、点光源群を導光板端面から離して配置する方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３６２０９号公報（第３〜４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、異なる色を発光する複数種類のＬＥＤを光源とする場合、各々の色の光を均一に混合することが重要であり、そのためにＬＥＤ光源４０１から液晶表示パネル４０２までの導光板４０３の寸法を長くしているが、この方法ではＬＥＤ光源４０１から表示エリアまで混色に必要な距離を確保しなければならず、導光板４０３の寸法の拡大が必要であり、液晶表示装置全体のサイズが大きくなり、また、重量が増加するなどの構造設計上の制約要件が発生していた。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、サイズや重量の増加を抑え、簡単な構造で色ムラの少ない光を生成することができる照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源から発する光を混合して表示パネルに導く導光手段とを少なくとも備える照明装置において、前記導光手段の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されるものである。
【００１０】
また、本発明の照明装置は、表示パネルの下面に配置される第１の導光板と、前記第１の導光板の下面に配置される第２の導光板と、前記第１の導光板及び前記第２の導光板の一方の側面に配置され、前記第１の導光板と前記第２の導光板とを連結する反射手段と、前記第２の導光板の他方の側面に配置され、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、を少なくとも備える照明装置であって、前記第１の導光板及び前記第２の導光板の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されるものである。
【００１１】
また、本発明の照明装置は、表示パネルの下面に配置される第１の導光板と、前記第１の導光板の下面に配置される第２の導光板と、前記第１の導光板及び前記第２の導光板の一方の側面に配置され、前記第１の導光板と前記第２の導光板とを連結する導光部材と、前記第２の導光板の他方の側面に配置され、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、を少なくとも備える照明装置であって、前記第１の導光板、前記第２の導光板及び前記導光部材の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されるものである。
【００１２】
また、本発明の照明装置は、表示パネルの下面に配置される第１の導光部と、前記第１の導光部の下面に配置される第２の導光部と、前記第１の導光部及び前記第２の導光部の一方の側面に配置され、前記第１の導光部と前記第２の導光部とを連結する第３の導光部とが一体的に形成された導光板と、前記第２の導光部の他方の側面に配置され、複数の色の光を発光するＬＥＤ光源と、を少なくとも備える照明装置であって、前記導光板の少なくとも一部は、透光性を有する基材中に、前記基材と異なる光学特性を有する拡散材を分散して形成されるものである。
【００１３】
本発明においては、前記第２の導光板又は前記第２の導光部の前記側面以外の少なくとも１つの面に、反射膜が形成されている構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示装置は、上記いずれか一に記載の前記照明装置と、前記表示パネルと、を少なくとも備えるものである。
【００１５】
このように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤを光源に用いた液晶表示装置において、ＬＥＤ光源の光を液晶表示パネルに導くための導光手段に、入射する光を導光手段内部で拡散させるための拡散材を分散させることによって、混色に必要な導光手段の寸法を縮小して重量の増加を抑え、かつ液晶表示パネルの表示エリアの色ムラを低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置によれば、サイズの縮小及び軽量化を図り、簡単な構造で色ムラの少ない光を生成することができる。
【００１７】
その理由は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源を混色するための導光手段内部に、導光手段の基材とは屈折率などの光学特性の異なる材料からなる拡散材を分散させ、この拡散材で入射光を分散させているため、混色に必要となる光源からの距離を短くすることができ、これにより導光手段の寸法を縮小しつつ、表示エリアの色ムラを低減することが可能となるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
従来技術で示したように、ＲＧＢの各色のＬＥＤを光源として用いる照明装置では、各色のＬＥＤの光を十分に混合することが重要であるが、ＬＥＤは指向特性を有しているため、ＬＥＤ光源付近では指向特性の影響を受けやすくなり、ＬＥＤを配列することによって光の強弱が生じ、この光の強弱が色ムラとなって表示されてしまうという問題が生じる。この問題を解決する方法として、ＬＥＤ光源から液晶表示パネルまでの導光板の寸法を長くする方法があるが、この方法では導光板の寸法が拡大し、液晶表示装置のサイズや重量が増加してしまうという問題があった。
【００１９】
そこで、本発明では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤを光源に用いた液晶表示装置において、３色を混色するための導光手段に、導光手段の基材とは屈折率などの光学特性の異なる材料からなる拡散材を分散させ、入射する光を導光手段内部で拡散させる手法を用いる。以下、その具体的構成について図１乃至図７を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
まず、本発明の第１の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本実施例の液晶表示装置の構造を模式的に示す斜視図であり、図２は、その側断面図である。また、図３及び図４は、導光板の構造の他の例を示す側断面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施例に係る照明装置を備える液晶表示装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色ＬＥＤ光源１０１と、この光源の明るさをコントロールする制御手段１０７と、画像を表示する液晶表示パネル１０２と、ＬＥＤ光源１０１から発する光を液晶表示パネル１０２まで導く導光板１０３と、ＬＥＤ光源１０１から発する光を導光板１０３へ入射させるリフレクタ１１０と、液晶表示パネル１０２に透過される光の損失を軽減する金属板などからなる反射板１０５と、液晶表示パネル１０２への透過光を均一にする拡散シートなどからなる光学シート１０６と、を主な構成要素としている。また、導光板１０３の内部には、導光板１０３の基材とは光学特性の異なる拡散材１０８が分散されており、導光板１０３の反射板１０５を配した方の面に反射パターン１０９が配設されている。
【００２２】
なお、拡散材１０８は導光板１０３の基材と光学特性が異なる材料であればよく、例えば、基材とは屈折率が異なる１種類以上の拡散材１０８を基材中に分散させてもよいし、基材中に反射率の大きい１種類以上の金属粒などを分散させてもよいし、これらを混ぜ合わせて分散させてもよい。また、導光板１０３の製造方法も特に限定されず、例えば、透光性を有する樹脂からなる基材を溶融し、拡散材１０８を混入して攪拌した後、固化させるなどの方法を用いて製造することができる。
【００２３】
また、拡散材１０８は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色ＬＥＤ光源１０１の光を屈折又は反射可能な大きさであればよく、その具体的なサイズは特に限定されず、サイズの異なる複数種類の拡散材１０８を分散させてもよい。また、図２では、導光板１０３の基材中に拡散材１０８を均一に分散させているが、拡散材１０８の分布も任意であり、例えば、図３に示すように、導光板１０３のＬＥＤ光源１０１側端部から液晶表示パネル１０２近傍までの領域で拡散材１０８の比率を大きくして、その長さを短くしたり、図４に示すように、導光板１０３の厚み方向の拡散材１０８の分布を変化させるなど、意識的に不均一に分散させてもよい。
【００２４】
次に、上記構成の照明装置を備える液晶表示装置の動作について説明する。本実施例の液晶表示装置では、制御手段１０７によってＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源１０１が各々の色毎に任意に設定された明るさに点灯する。このＬＥＤ光源１０１から発せられた光は、直接あるいはリフレクタ１１０に反射し、導光板１０３へと導かれる。
【００２５】
ここで、従来の照明装置では、図９に示すように、導光板４０３に入射された光は導光板４０３端面での反射および反射板４０５による反射を繰り返しながら直進し、表示エリアの導光板１０３に付した反射パターン１０９の作用により、その反射角が変化することによって液晶表示パネル４０２へと透過される。そのため、表示エリア、特にＬＥＤ光源４０１側の表示エリアでの色ムラを軽減するために、ＬＥＤ光源４０１から液晶表示パネル４０２までの導光板４０３の寸法を長くしなければならず、その結果、導光板４０３の寸法が拡大し、液晶表示装置のサイズや重量が増加するという問題があった。
【００２６】
しかしながら、本実施例の照明装置では、図２に示すように、導光板１０３に入射された光は、導光板１０３内部に含有された基材とは異なる光学特性（例えば、屈折率）を有する拡散材１０８の作用により屈折、拡散される。この拡散によって、直進する光の強度が分散されるため、ＬＥＤの指向特性による光の強度差が小さくなり、３色のＬＥＤ光源１０１の混色に必要となる光源からの距離も小さくすることができる。これにより、サイズや重量の増加を抑え、色ムラの少ない光を生成することができる照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置を実現することができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、本発明の第２の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について、図５を参照して説明する。図５は、本実施例の液晶表示装置の構造を模式的に示す斜視図である。前記した第１の実施例では、１つの板状の導光板１０３を用い、この導光板１０３によってＲ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源１０１の光を混合させたが、本実施例では、更に液晶表示装置のサイズを縮小するために導光板を２つに分割する。
【００２８】
具体的には、図５に示すように、液晶表示パネル２０２の光入射面側に、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のＬＥＤ光源２０１および拡散材を分散させたミキシング導光板２０３を背面に配置し、ミキシング導光板２０３で混合された光を、金属板などを加工して形成したリフレクタ２１０によってメイン導光板２０４へ導くようにする。
【００２９】
なお、メイン導光板２０４とミキシング導光板２０３とは同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。また、各々の導光板の厚みも任意であり、メイン導光板２０１をミキシング導光板２０３よりも厚くするなどの変更も可能である。また、第１の実施例と同様に、拡散材１０８は導光板１０３の基材と光学特性が異なる材料であればよく、その材料や大きさ、分布などは任意に設定することができる。
【００３０】
このように、導光板をメイン導光板２０４とミキシング導光板２０３の２つに分離し、裏面側に配置されたＬＥＤ光源２０１からの光を、メイン導光板２０４とミキシング導光板２０３で拡散する構造によっても、液晶表示装置の寸法を更に縮小し、混色による色ムラを軽減した液晶表示装置を実現することができる。
【実施例３】
【００３１】
次に、本発明の第３の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について、図６を参照して説明する。図６は、本実施例の液晶表示装置の構造を模式的に示す斜視図である。前記した第２の実施例では、ミキシング導光板２０３で混合された光をリフレクタ２１０でメイン導光板２０４に導くようにしたが、本実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源から発する光を更に効率的に混合するために、ミキシング導光板２０３からメイン導光板２０４に光をガイドする部分でも光を混合できるようにする。
【００３２】
具体的には、図６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源２０１と拡散材を含有したミキシング導光板２１３とを液晶パネル２０２の背面に配置し、ミキシング導光板２０３からメイン導光板２０４へ光をガイドする部分に、拡散材を含有した導光部材２２０を配置する。なお、メイン導光板２０４とミキシング導光板２０３と導光部材２２０とは同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。また、第１の実施例と同様に、拡散材は基材と光学特性が異なる材料であればよく、その材料や大きさ、分布などは任意に設定することができる。
【００３３】
このように、メイン導光板２０４とミキシング導光板２０３と導光部材２２０に拡散材を分布することによって、表示装置の寸法を縮小すると共に、混色による色ムラを更に軽減した液晶表示装置を実現することができる。
【実施例４】
【００３４】
次に、本発明の第４の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について、図７を参照して説明する。図７は、本実施例の液晶表示装置の構造を模式的に示す斜視図である。前記した第３の実施例では、ミキシング導光板２０３とメイン導光板２０４と導光部材２２０の各々で光を混合したが、本実施例では、この３つの構成部材間の光入出時の損失を抑制できるように、これらを一体化して形成する。
【００３５】
具体的には、図７に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤ光源２０１を液晶表示パネル２０２の背面に配置し、光源近傍に拡散材を含有したミキシング導光板とメイン導光板とそれらを繋ぐ導光手段とを一体成型した導光板２３０を使用する。なお、第１の実施例と同様に、拡散材は基材と光学特性が異なる材料であればよく、その材料や大きさ、分布などは任意に設定することができる。また、導光板２３０の製造方法も任意であり、例えば、基材に拡散材を分散させた材料を型に流し込んで形成することもできるし、基材に拡散材を分散した板状の部材を形成し、この部材を加熱しながら折り返して形成することもできる。
【００３６】
このように、メイン導光板２０４とミキシング導光板２０３と導光部材２２０とを一体化した導光板を設けることによって、２種類の導光板間の光入出時の損失を軽減し、輝度効率を向上し、かつ、表示装置の寸法を縮小し、混色による色ムラを軽減した液晶表示装置を実現することができる。
【実施例５】
【００３７】
次に、本発明の第５の実施例に係る照明装置及び該照明装置を備える液晶表示装置について説明する。前記した第１乃至第４の実施例では、導光板１０３やミキシング導光板２０３、メイン導光板２０４、導光部材２２０、導光板２３０に拡散材を分散させる構成について述べたが、本発明では、この拡散材によってＬＥＤ光源からの光が様々な方向に拡散するため、これらの部材の表裏面から光が漏洩する可能性が高くなる。
【００３８】
そこで、図１乃至図５に示す導光板の任意の単数もしくは複数面に、反射率の高いシートを貼り付けたり、蒸着などの手段によって反射率の高い金属膜を形成する構成とすることもできる。
【００３９】
このような構成にすることによって、拡散によって側面に当たり吸収されるなどの作用により損失する光を軽減し、輝度効率を向上し、かつ、混色による色ムラを軽減した液晶表示装置を実現することができる。
【００４０】
なお、上記各実施例では、全ての導光板（導光板１０３、ミキシング導光板２０３、メイン導光板２０４、導光板２３０）や導光部材２２０に拡散材１０８を分散させたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、これらの導光板や導光部材の少なくとも一部に拡散材１０８が分散されていればよい。
【００４１】
また、上記各実施例では、３色のＬＥＤを用いたが、混合することによって白色光となる光を発光する複数種類のＬＥＤで構成されていればよく、例えば、２色を混合して白色光を生成できる場合は２種類のＬＥＤで構成してもよいし、４色以上を混合して白色光を生成できる場合は４種類以上のＬＥＤで構成してもよい。
【００４２】
また、上記各実施例では白色光を生成したが、白色以外の所望の色の光を生成する場合についても同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は異なる色を発生する複数種類のＬＥＤを備える任意の照明装置、及び、この照明装置を用いて表示パネルを照明する任意の表示装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の構造を示す側断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の他の構造を示す側断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の他の構造を示す側断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】従来の液晶表示装置の構造示す側断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１、２０１、４０１  ＬＥＤ光源
１０２、２０２、４０２  液晶表示パネル
１０３  導光板
１０５、２０５、４０５  反射板
１０６、２０６、４０６  光学シート
１０７、２０７、４０７  制御手段
１０８  拡散材
１０９、４０９  反射パターン
１１０、２１０、４１０  リフレクタ
２２０  導光部材
２３０  導光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007024915.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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