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【発明の名称】 面光源装置及びこれを備えた液晶表示装置
【発明者】 【氏名】橋本 健

【要約】 【課題】輝度の低下を防止できるとともに装置全体の薄型化及び軽量化を実現することが可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。

【解決手段】指向性を有する光を発生する管状光源420と、肉厚部410a及び肉薄部410bを備えた楔状の断面を有するとともに、肉厚部に設けられた入射面410dから入射した光を出射する出射面410cを有する導光体410と、管状光源から発生された光が導光体の入射面に対して略垂直な方向から入射するように管状光源を位置決めする位置決め手段424及び460と、管状光源を囲むように配置されたリフレクタ430と、を備えたことを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】指向性を有する光を発生する光源と、肉厚部及び肉薄部を備えた楔状の断面を有するとともに、肉厚部に設けられた入射面から入射した光を出射する出射面を有する導光体と、前記光源から発生された指向性を有する光が前記導光体の入射面に対して略垂直な方向から入射するように前記光源を位置決めする位置決め手段と、前記光源を囲むように配置されたリフレクタと、を備えたことを特徴とする面光源装置。
【請求項2】前記光源は、前記位置決め手段によって位置決めされた際に、前記導光体の入射面に向かう光を取り出すための領域以外に蛍光体を備えた構造、及び、前記導光体の入射面に向けて光を反射する反射膜を備えた構造の少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項3】前記位置決め手段は、前記光源の端部に形成された位置決め形状と、この位置決め形状に嵌合して前記光源を位置決めした状態で保持する保持部とによって構成されることを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項4】前記位置決め手段は、前記光源の端部から引き出された引出し線に形成された位置決め形状と、この位置決め形状に嵌合して前記光源を位置決めした状態で保持する保持部とによって構成されることを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項5】前記位置決め形状は、平面、凸面、及び凹面の少なくとも1つを組み合わせることによって形成されたことを特徴とする請求項3または4に記載の面光源装置。
【請求項6】前記面光源装置は、さらに、前記導光体の出射面に対向する面側に設けられ、前記導光体の内部を伝わる光を出射面に向けて反射する反射シートと、前記導光体の出射面に設けられ、出射面から出射された光に所定の光学特性を与える光学シートと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項7】一対の基板間に液晶層を挟持する透過型の液晶表示パネルと、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において、前記面光源装置は、指向性を有する光を発生する光源と、肉厚部及び肉薄部を備えた楔状の断面を有するとともに、肉厚部に設けられた入射面から入射した光を出射する出射面を有する導光体と、前記光源から発生された指向性を有する光が前記導光体の入射面に対して略垂直な方向から入射するように前記光源を位置決めする位置決め手段と、前記光源を囲むように配置されたリフレクタと、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、面光源装置及び液晶表示装置に係り、特に、高輝度化を達成できる面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルを背面から照明する面光源装置を備えている。この面光源装置は、楔状の断面を有する導光体、導光体の肉厚部の端面に沿って配置された管状の光源、光源を囲むリフレクタ、導光体の内部を伝わる光を導光体の出射面に向けて反射する反射シート、出射面から出射された光に光学特性を与えて輝度ムラの均一化及び輝度の向上を目的とする光学シートなどによって構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したような構成の面光源装置を備えた液晶表示装置では、近年、より一層の薄型化及び軽量化が望まれている。面光源装置の厚さの大部分を占める導光体を薄くすることで、装置全体の薄型化及び軽量化を実現することができる。しかしながら、導光体の厚さを薄くすることにより、肉厚部の厚さが薄くなり、光源から発生された光が入射する入射面の面積が小さくなる。したがって、液晶表示装置の輝度の低下といった不具合を生じる。
【0004】この不具合を解消するために、光源の輝度を向上した場合、装置の消費電力が増大してしまい、光源の寿命が短くなるなどランニングコストの増大を招くといった問題が生じる。
【0005】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、輝度の低下を防止できるとともに装置全体の薄型化及び軽量化を実現することが可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を達成するために、請求項1に記載の面光源装置は、指向性を有する光を発生する光源と、肉厚部及び肉薄部を備えた楔状の断面を有するとともに、肉厚部に設けられた入射面から入射した光を出射する出射面を有する導光体と、前記光源から発生された指向性を有する光が前記導光体の入射面に対して略垂直な方向から入射するように前記光源を位置決めする位置決め手段と、前記光源を囲むように配置されたリフレクタと、を備えたことを特徴とする。
【0007】請求項7に記載の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を挟持する透過型の液晶表示パネルと、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において、前記面光源装置は、指向性を有する光を発生する光源と、肉厚部及び肉薄部を備えた楔状の断面を有するとともに、肉厚部に設けられた入射面から入射した光を出射する出射面を有する導光体と、前記光源から発生された指向性を有する光が前記導光体の入射面に対して略垂直な方向から入射するように前記光源を位置決めする位置決め手段と、前記光源を囲むように配置されたリフレクタと、を備えたことを特徴とする。
【0008】この発明の面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置によれば、光源から出射された出射光に指向性を持たせ、この出射光を精度良く導光体に入射させることができるように光源を導光体に対して正確に位置決めすることにより、導光体の厚さを薄くしても面光源装置として十分な輝度を確保することが可能となり、装置全体のより一層の薄型化、及び軽量化を実現することが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【0010】図1に示すように、液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネル10、この液晶表示パネル10を裏面から照明するエッジライト型の面光源装置すなわちバックライトユニット12、および矩形枠状のベゼルカバー14を積層して構成されている。
【0011】液晶表示パネル10は、矩形状のアレイ基板100および対向基板200、これらの基板の間にそれぞれ配向膜を介して封入されたツイストネマティック型の液晶層300、液晶表示パネル10を制御する制御回路基板510及び520、液晶表示パネル10と制御回路基板510及び520を電気的に接続して液晶表示パネル10に駆動信号を供給する駆動集積回路600などを備えている。アレイ基板100は、シール材331を介して対向基板200に貼り合わせられている。各基板100及び200の外表面は、それぞれその偏光軸が互いに直交するように配置された偏向板によって覆われている。
【0012】アレイ基板100は、例えば1024×3本の信号線115と、各信号線115に互いに直交するように配置された768本の走査線113とを備えている。各信号線115と各走査線113との交点近傍には、チャネル領域に非晶質シリコン膜が用いられた薄膜トランジスタすなわちTFT117が配置されている。このTFT117のゲート電極は、走査線113に電気的に接続されている。TFT117のドレイン電極は、信号線115に電気的に接続されている。TFT117のソース電極は、透明導電性部材、例えばITO(インジウム−ティン−オキサイド)によって形成された画素電極119に電気的に接続されている。
【0013】アレイ基板100と制御回路基板510とを電気的に接続する駆動集積回路600は、信号線115に電気的に接続される信号線駆動集積回路610を備えている。また、アレイ基板100と制御回路基板520とを電気的に接続する駆動集積回路600は、走査線113に電気的に接続される走査線駆動集積回路620を備えている。
【0014】信号線駆動集積回路610は、外部から入力されるディジタル画像信号を、制御信号に基づいて所望のアナログ信号電圧に変換して出力するように、シフトレジスタ、ディジタル−アナログ変換回路、及びバッファ回路などによって構成されている。また、走査線駆動集積回路620は、外部から入力される制御信号に基づいて走査パルスを順次転送出力するように、シフトレジスタ、バッファ回路などによって構成されている。
【0015】対向基板200は、画素領域毎に配置されたカラーフィルタ層、透明導電性部材、例えばITOによって形成された対向電極117を備えている。カラーフィルタ層は、例えば赤、緑、青にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。
【0016】次に、この液晶表示装置に適用される面光源装置、すなわちバックライトユニットの構造について説明する。
【0017】図1及び図2に示すように、バックライトユニット12は、矩形板状の保持フレーム24、導光体410、複数のシート部材、例えば、3枚の光学シート440a、440b、450、光源としての細長い管状光源420、リフレクタ430等を備えている。
【0018】保持フレーム24は、例えば合成樹脂によって形成されている。
【0019】光学シート450は、例えば乳白色のポリエチレンテレフタレート樹脂などからなる反射シートである。この反射シート450は、保持フレーム24の少なくとも隣接する2辺に接着されるか、導光体410の裏面側に接着されることによって固定されている。
【0020】導光体410は、例えば、PMMAなどの樹脂を射出成形することによって形成され、保持フレーム24とほぼ等しい寸法の矩形状に形成されている。この導光体410は、その一辺に肉厚部410aを有するとともに、肉厚部410aに対向する辺に肉薄部410bを有し、楔状の断面を有している。肉厚部410aの厚さは、例えば2.5mmであり、肉薄部410bの厚さは、例えば1.0mmである。
【0021】導光体410における肉厚部410aの端面410dは、後述するように、冷陰極線管420から出射された光が入射する入射端面となる。導光体410の非出射面、すなわち裏面側には、上述した反射シート450が設けられている。入射端面410dから入射した光は、反射シート450によって反射される。導光体410の表面、すなわち反射シート450が設けられた面に対向する主平面410cは、反射シート450によって反射された光が出射する出射面となる。
【0022】リフレクタ430は、厚さ約0.1mmのステンレスに銀スパッタリング層を設けた材料によって形成され、ほぼコの字形の断面を有している。このリフレクタ430は、管状光源420の周囲のうち導光体410と対向する周面以外の周面を囲むように配置される。
【0023】光学シート440aは、拡散シートであって、導光体410の出射面410cとほぼ等しい寸法の矩形状に形成されている。この光学シート440aは、導光体410の出射面410c上に積層される。また、光学シート440bは、プリズムシートであって、導光体410の出射面410cとほぼ等しい寸法の矩形状に形成されている。この光学シート440bは、拡散シート440aの上に積層される。
【0024】管状光源420は、例えば、冷陰極線管によって形成されている。この管状光源420は、指向性を有する光を発生する。すなわち、図2及び図3に示すように、この管状光源420は、管軸方向に伸びる少なくとも1本のスリット421を有している。スリット421は、例えば、管状光源420の内面に塗布された蛍光体層433に、蛍光体層433上にフォーカスしたレーザ光を照射し、管軸方向に走査することによって形成される。スリット421は、管状光源420の外形が2mmである場合、図3に示すような断面図において、管の中心角θ1にして約30度の角度にわたって開口されている。
【0025】また、この管状光源420は、スリット421に対向する内面に管軸方向に延びる反射膜422を有している。この反射膜422は、例えば、金属酸化物によって形成される。反射膜422は、管状光源420を形成する際に、ガラス管434に蛍光体層433を塗布する前に、管軸方向に沿って成膜される。反射膜422は、管状光源420の外形が2mmである場合、図3に示すような断面図において、管の中心角θ2にして約90度の角度にわたって成膜されている。
【0026】管状光源420に形成されたスリット421は、反射膜422に対向する面に形成される。これにより、管状光源420内部で発生した光を、積極的にスリット421から指向性を有する光として取り出すことが可能となる。
【0027】なお、指向性を有する光を発生する光源として、上述した実施の形態では、スリットと反射膜とを組み合わせたが、いずれか一方のみでも指向性を有する光を発生することができる。また、反射膜は、上述した実施の形態では、ガラス管の内面に形成されたが、外面に形成しても良い。
【0028】この管軸光源420は、指向性を有する光を導光体410の入射面410dにほぼ垂直な方向から入射するように位置決めして保持されている。管状光源420を位置決めする位置決め手段としては、管状光源420の両端に形成された位置決め形状を有する位置決め部424と、この位置決め部424に嵌合するとともに所定位置で管状光源420を保持する一対の保持部材460とによって構成される。
【0029】この実施の形態では、管状光源420の両端に形成された位置決め部424は、ガラス管自体に形成された平面423である。保持部材460は、例えばシリコン樹脂によって形成され、位置決め部424の位置決め形状にほぼ一致する形状の開口部461を有している。
【0030】管状光源420は、その両端の位置決め部424を保持部材460の開口部461に嵌合した状態でリフレクタ430とともに一体に保持された際に、導光体410の入射面410dとほぼ平行に、かつ、スリット421が導光体410の入射面410dに対向するように配置される。これにより、管状光源420から発生された光は、スリット421及び反射膜422により、指向性を持って出射される。
【0031】また、反射膜は、管状光源420の内部において、スリット421に対向するガラス管内面に形成されている。このため、管状光源420から出射される光は、さらに指向性を強めることができる。管状光源420から出射された指向性を有する光は、導光体410の入射面410dに対してほぼ垂直な方向から入射する。したがって、導光体410の入射面410dに効率良く光を入射することができる。
【0032】一対の保持部材460からは、管状光源420に電圧を供給する接続ケーブル425がそれぞれ導出されている。一方の接続ケーブル425は、保持部材460から保持フレーム24内を通って他方の保持部材460側まで引き回され、他方の接続ケーブル425とともに外部に引き出されている。引き出された2本の接続ケーブル425は、図1に示すように、ランプ駆動回路46に接続されている。
【0033】この実施の形態では、液晶表示パネル10、バックライトユニット12、制御回路基板510及び520、駆動集積回路600、ベゼルカバー14、及び、保持フレーム24は、次のようにして保持され、配置される。
【0034】すなわち、図1に示すように、バックライトユニット12は、保持フレーム24によって保持されている。液晶表示パネル10は、光学シート440a及び440bを介して、バックライトユニット12に積層して配置されている。ベゼルカバー14は、矩形状に形成され、液晶表示パネル10の周縁部に重ねた状態で保持フレーム24と嵌合している。そして、ねじ止め等によってベゼルカバー14を保持フレーム24へ固定することにより、液晶表示パネル10は、ベゼルカバー14に挟持された状態で保持フレーム24に固定されている。
【0035】このとき、液晶表示パネル10と制御回路基板510及び520とに電気的に接続された駆動集積回路600は、可とう性を有しており、折り曲げられて制御回路基板510及び520を導光体410の裏面側に配置して、保持フレーム24に保持されている。これにより、液晶表示装置をより狭額縁化することができる。
【0036】次に、上述したような液晶表示装置の動作について説明する。
【0037】管状光源420の管内で発生した光は、反射膜422によって反射され、スリット421から指向性を持って出射される。指向性を有する光は、導光体410の入射面410dから導光体410の内部に直接入射する。また、反射膜422によって反射されること無く出射された光は、リフレクタ430によって反射された後、入射面410dから導光体410の内部に入射する。入射した光は、導光体410の内部を全体にわたって伝播し、導光体410の出射面410cから出射する。
【0038】導光体410から反射シート450側に漏れた光は、反射シート450によって反射され、導光体410に再び入射する。導光体410の出射面410cから出射された光は、拡散シート440aによって拡散し、プリズムシート440bによって液晶表示パネル10の全面に導かれる。
【0039】液晶表示パネル10では、各画素毎に導かれた光の透過・非透過が選択的に制御され、画像が表示される。
【0040】次に、上述したようなバックライトユニットにおいて、管状光源から出射された出射光を効率良く導光体の入射面に入射させるための最適なスリット幅について検討する。
【0041】図4は、管状光源に形成されるスリットの幅に対応した管の中心角θ1に対する、バックライトユニットから出射される出射光の相対輝度の測定結果を示す図である。なお、この測定に使用した管状光源の管の直径は、約2mmであり、管状光源に形成されたスリットは、導光体の入射面に対向して配置されているものとする。この測定結果は、管の中心角θ1=0°の場合、すなわちスリットが形成されていない場合の輝度を100としたときの、各スリット幅の相対輝度を測定したものである。
【0042】図4の測定結果に示すように、スリットを設けた場合、スリットを設けなかった場合と比較してバックライトユニットの相対輝度は、向上する。すなわち、管状光源から出射された光は、スリットにより指向性が与えられ、効率良く導光体の入射面に入射することがわかる。さらに、管状光源に設けるスリット幅が管の中心角θ1にして30°〜60°のときに相対輝度が高い、すなわち、管状光源からの出射光の導光体への入射効率が高い。
【0043】上述した実施の形態では、この測定結果に基づいて、管状光源に設けたスリットの幅は、中心角θ1にして約30°に設定されている。
【0044】次に、上述したようなバックライトユニットにおいて、管状光源から出射された出射光を効率良く導光体の入射面に入射させるための最適な反射膜の幅について検討する。
【0045】図5は、管状光源に形成される反射膜の幅に対応した管の中心角θ2に対する、バックライトユニットから出射される出射光の相対輝度の測定結果を示す図である。なお、この測定では、中心角30°の幅を有するスリットを形成した管状光源を使用し、管状光源の管の直径は、約2mmとし、さらに、管状光源に形成されたスリットは、導光体の入射面に対向して配置されているものとする。この測定結果は、管の中心角θ2=0°の場合、すなわち反射膜が形成されていない場合の輝度を100としたときの、各反射膜の幅の相対輝度を測定したものである。
【0046】図5の測定結果に示すように、反射膜を設けた場合、反射膜を設けなかった場合と比較して、概ねバックライトユニットの相対輝度は、向上する。しかしながら、反射膜の幅が広すぎた場合、管内からの出射光を取り出す管状光源の出射面積が低下し過ぎるため、反射膜を設けなかった場合より、相対輝度が低下する。
【0047】適当な幅の反射膜が設けられた場合、管状光源から出射された光は、反射膜により指向性が与えられ、効率良く導光体の入射面に入射することがわかる。さらに、管状光源に設ける反射膜が管の中心角θ2にして50°〜200°、より好ましくは90°〜130°のときに相対輝度が高い、すなわち、管状光源からの出射光の導光体への入射効率が高い。
【0048】上述した実施の形態では、この測定結果に基づいて、管状光源に設けた反射膜の幅は、中心角θ2にして約90°に設定されている。
【0049】次に、導光体と管状光源との位置決めする位置決め手段について、より詳細に説明する。
【0050】既に、図2を用いて説明したように、上述した実施の形態では、位置決め手段として、管状光源420の両端に形成した位置決め部424は、ガラス管434自体の一部を変形させることによって形成された位置決め形状を有している。この位置決め形状は、図2のaの方向から見たときに、例えば、図6の(a)に示すような2つの平面423を有するように形成されても良いし、図6の(b)に示すような1つの平面423を有するように形成されても良いし、図6の(c)に示すような複数の平面423により多角形状に形成されても良い。
【0051】また、この位置決め形状は、図7の(a)に示すような平面423と凸面423aとを組み合わせて形成されても良いし、図7の(b)に示すような平面423と凹面423bとを組み合わせて形成されても良いし、図7の(c)に示すような平面423、凸面423a、及び凹面423bを組み合わせて形成されてもよい。
【0052】位置決め部424を保持する位置決め手段としての保持部材460は、これらの位置決め形状を有する位置決め部424に嵌合するように、位置決め形状に対応する形状の開口部461を有している。
【0053】ガラス管434自体を上述したような形状に変形させることによって形成された位置決め部424は、非対称な形状とすることにより、より正確にスリット421を導光体410の入射面410dに対向して配置することができる。すなわち、上述した実施の形態では、管状光源420は、約2mmの直径を有し、この管状光源420に対して中心角にして約30°の幅のスリット421が形成されている。
【0054】このため、製造過程において、係員は、スリット421の位置を視認することが困難である。したがって、位置決め形状を非対称な形状とすることにより、位置決め部424は、保持部材460に対して一義的な方向に嵌合され、管状光源420は、スリット421を導光体410の入射面410dに向けて保持固定することが可能となる。
【0055】また、上述した実施の形態では、管状光源420の両端に形成する位置決め部424は、ガラス管434自体を変形させることによって形成したが、図8の(a)に示すように、ガラス管434から引き出された接続ケーブル425の径を太くして、この接続ケーブル425に位置決め部424を形成しても良い。すなわち、接続ケーブル425を変形することによって形成された位置決め部424は、平面423からなる位置決め形状を有している。
【0056】このように、接続ケーブル425に位置決め部424を形成した場合、保持部材460に形成された接続ケーブル引き出し用の開口部462を、位置決め部424の位置決め形状に対応するような形状に形成することにより、接続ケーブル425と嵌合し、管状光源を保持固定することが可能となる。
【0057】なお、この接続ケーブル425に形成される位置決め部424は、上述した実施の形態と同様に、平面、凸面、及び、凹面の少なくとも1つを組み合わせた位置決め形状に形成すれば良い。また、この位置決め部424の形状を非対称な形状とすることにより、位置決め部424を保持部材460に対して一義的な方向に嵌合し、管状光源420のスリット421を導光体410の入射面410dに向けて保持固定することが可能となる。
【0058】さらに、図8の(b)に示すように、ガラス管自体の両端に位置決め形状を有する位置決め部424を形成するとともに、接続ケーブル425自体に位置決め形状を有する位置決め部を同時に形成しても良い。
【0059】以上説明したように、この発明の面光源装置、すなわちバックライトユニットによれば、導光体の肉厚部側に配置される管状光源は、ガラス管の管軸方向に延びるスリット及び反射膜の少なくとも一方を設けることにより、指向性を有する光を出射する。この管状光源は、その両端に位置決め部を備えている。この位置決め部は、保持部材に嵌合した時に、管状光源から出射された光を導光体の肉厚部側の入射面に対してほぼ垂直な方向から入射させることができるような向きで保持固定される。
【0060】このため、管状光源から出射された光を、効率よく導光体に入射させることが可能となる。したがって、導光体の厚さを薄くしても、光源の輝度を向上することなく、導光体から出射される光の輝度を十分に確保することが可能となる。
【0061】また、導光体の厚さを薄くすることが可能となるため、装置の薄型化、及び、軽量化を実現することが可能となる。導光体の肉厚部の厚さを1.9mmに薄型化したとき、十分な装置の薄型化及び軽量化を図ることができ、なおかつ、輝度の高い液晶表示装置を製造することができた。このとき、装置全体の厚さは、5.0mmであり、重量は、400gであり、液晶表示装置からの出射光の輝度は、150cd/mであった。
【0062】上述した実施の形態では、液晶表示パネルとしてTN型の液晶層を有する例について説明したが、他の光透過型の液晶表示パネルにも適用できることは言うまでもない。
【0063】また、この発明は、薄膜トランジスタ、信号線駆動集積回路及び走査線駆動集積回路を、活性層に多結晶シリコン膜が用いられた半導体素子でアレイ基板側に一体的に形成した構成に適用しても良い。
【0064】さらに、この発明は、信号線駆動集積回路及び走査線駆動集積回路の一部あるいは全部の駆動ICチップを基板上に直接搭載したチップ・オン・グラス(COG)技術に適用しても良い。
【0065】これらの場合、駆動回路を基板上に配置することで、液晶表示パネルと外部との電気的な接続数を軽減することができ、また、外部回路を小型に構成することができるので、一層の装置の小型化を達成する上で有効である。
【0066】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、輝度の低下を防止できるとともに装置全体の薄型化及び軽量化を実現することが可能な面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することができる。
【出願人】 【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成12年2月29日(2000.2.29)
【代理人】 【識別番号】100058479
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 (外6名)
【公開番号】 特開2001−243824(P2001−243824A)
【公開日】 平成13年9月7日(2001.9.7)
【出願番号】 特願2000−53813(P2000−53813)