表示装置用導光板
【課題】従来の方法は、光源の配列方向と直交する方向については２分割のローカルエリア点灯しか出来ず、ローカルエリア制御による高コントラスト、省電力効果が小さい。
【解決手段】四角柱状の表示装置用導光板であって、複数の光源が配置される平面である光源平面と、前記光源平面と直交する２つの平面のうち何れかの平面であって、前記導光板内部において前記光源からの照射光を前記光源平面の略法線方向に伝播させる伝播部が形成された放射平面とを備え、前記放射平面は、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍から放射された後減少する第１放射領域と、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍では実質的に光が放射されず、その後増加する第２放射領域と、を備え、前記第１放射領域と前記第２放射領域が前記放射平面の短手方向に交互に形成される。
【解決手段】四角柱状の表示装置用導光板であって、複数の光源が配置される平面である光源平面と、前記光源平面と直交する２つの平面のうち何れかの平面であって、前記導光板内部において前記光源からの照射光を前記光源平面の略法線方向に伝播させる伝播部が形成された放射平面とを備え、前記放射平面は、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍から放射された後減少する第１放射領域と、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍では実質的に光が放射されず、その後増加する第２放射領域と、を備え、前記第１放射領域と前記第２放射領域が前記放射平面の短手方向に交互に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に利用する導光板に関し、特に両端に配置された光源からの照射光を領域毎に放射する導光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置としては透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。
【０００４】
例えば、バックライトの構成として、液晶パネルの直下に光源を配置して照明する直下型がある。また別のバックライトの構成として、導光板を用いその端面に光源を配置して一方の主面から光を出射させるエッジ入力型が有る。
【０００５】
いずれの場合も光源としては従来蛍光管が良く用いられていた。しかし、近年高効率化、低価格化の技術進展が著しいＬＥＤが良く用いられるようになっている。
【０００６】
直下型は液晶パネルと光源との間に拡散板およびプリズムシート、拡散フィルムなどの光学フィルムを配置してなる。特に、光源として点光源であるＬＥＤをマトリクス状に配置したものは、特定の領域のみを照射できる。これにより、映像信号と同期して場所ごとの照明強度を制御するローカルエリア制御を実施できる。このように構成することにより、高いコントラストと省電力を実現できる。しかし、離散的に配置した点光源からの照明を均一化するために、拡散板と光源との間に一定以上の距離が必要になり装置の薄型化には限界でてくる。
【０００７】
一方、エッジ入力型は導光板の光出射側に更にプリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムを配置してなり薄型が可能である。
【０００８】
エッジ入力型でローカルエリア制御する場合、導光板の側面に配列した光源の配列方向を選択的に点灯する手段としては、複数の導光板を用いて光源の配列方向に並べる方法（例えば特許文献１）、導光板に光源の配列方向を配列方向とするプリズムアレイを設けてそのトラップ効果により帯状に照明する方法（例えば特許文献２）などが提案されている。
【０００９】
一方、光源の配列方向と直交する方向を選択的に照明する手段としては、導光板の左右端（上下端）に光源を配置して、左側（上側）の光源を点灯した場合には主として画面の左側（上側）半分を、右側（下側）の光源を点灯した場合には主として画面の右側（下側）半分を照明することが提案されている。
【００１０】
この様な手段によれば、薄型でローカルエリア制御が可能なバックライトを構成することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２１０１２２号公報
【特許文献２】特開２００９−２８３３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記方法では光源の配列方向には光源の配列数あるいは導光板分割数と等しい分割数のローカルエリア点灯が可能になるものの、光源の配列方向と直交する方向については２分割のローカルエリア点灯しか出来ず、ローカルエリア制御による高コントラスト、省電力効果が小さいという問題が有る。
【００１３】
本発明は、上記の問題を考慮し、光源の配列方に直交した方向にローカルエリア点灯を可能にする表示装置用導光板と、薄型で映像信号に応じたローカルエリア制御により高コントラスト、省電力を実現する液晶表示装置と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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の表示装置用導光板は、四角柱状の表示装置用導光板であって、複数の光源が配置される平面である光源平面と、前記光源平面と直交する２つの平面のうち何れかの平面であって、前記導光板内部において前記光源からの照射光を前記光源平面の略法線方向に伝播させる伝播部が形成された放射平面とを備え、前記放射平面は、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍から放射された後減少する第１放射領域と、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍では実質的に光が放射されず、その後増加する第２放射領域と、を備え、前記第１放射領域と前記第２放射領域が前記放射平面の短手方向に交互に形成される。
【００１５】
また好ましくは、前記光源平面は、前記複数の光源の一部の光源が配置される第１光源平面と、残りの光源が配置される第２光源平面とを備え、前記放射平面は、短手方向に前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ａと、短手方向に前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ｂとを有し、前記領域Ａと、前記領域Ｂとは長手方向に隣接して配置される。
【００１６】
また好ましくは、前記領域Ａおよび前記領域Ｂにおける前記第１放射領域と前記第２放射領域との配列は同じである。
【発明の効果】
【００１７】
上記の構成によれば、１枚の導光板を用いた簡単な構成で照明領域の一部を従来の構成より大きな分割数で選択的に照明することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態の構成を示す斜視図（ｂ）および断面図
【図２】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態における導光状態を示す図
【図３】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態におけるプリズム状構造体の作用を示す断面図
【図４】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態の導光板の光取り出し要素の密度分布を示す図
【図５】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態における照明強度分布を示す図
【図６】本実施形態の映像表示装置の実施の形態の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態においては、表示装置用導光板を備える液晶表示装置を例に説明を行う。
【００２１】
図１（ａ）は表示装置用導光板を示す斜視図である。さらに、図１（ｂ）は図１（ａ）をＸ−Ｘ’で切った断面図である。
【００２２】
本実施形態における表示装置用導光板は、光出射面となる一方の主面にプリズムアレイ２１を有する導光板２を備える。さらに、導光板２が備える２つの短辺の側面部には光源１が配列される。また、導光板２の平坦面に対抗して反射シ-ト３が配置される。さらに、導光板２のプリズム面の側には、導光板２から近い順に拡散板４、拡散シート５、プリズムシート６、偏光反射シート７が配置される。
【００２３】
拡散板４は透明材料を基材として、その内部に基材とは屈折率の異なる微粒子を分散して形成してなる板状部材であり、分散する微粒子の粒径、屈折率、配合濃度、厚みを調整して透過率５０％から７０％程度に設定する。
【００２４】
拡散板４は入射した光の一部を拡散透過するとともに、他の成分を反射する。反射した光は導光板を透過した後反射シートで反射されて有効利用されるが、その際に光が面方向に広がることによりムラを低減する効果が有る。更に厚みを有することで透過拡散の際に内部で光を面方向に広げてムラを低減する効果を発揮するため一般に１ｍｍ以上の厚みを有する。本実施例では厚み１．５ｍｍの拡散板を用いている。
【００２５】
拡散シート５は表面に微細な凹凸を設けたフィルム状部材であり、厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度が用いられる。拡散板と異なり厚みが薄いため、内部で面方向に光を広げる効果は小さいが表面の凹凸で光を更に拡散するとともに光の指向性を調整する機能も有する。
【００２６】
プリズムシート６は透明フィルムの一方の面に無数の微細なプリズムアレイを設けたものであり、一部の光を反射するとともに、透過した光については面の法線方向に相対的に強い指向性を付与することにより、少ない光量で有効方向を明るく照明する。
【００２７】
偏光反射シート７は液晶パネル用バックライトに固有の部材であり、液晶パネルが透過する偏光方向成分の光を透過しそれ以外の成分を反射する。反射された光は他の光学部材類や導光板裏面に設けられた反射シートで反射される際に無偏光となって再入射し、透過偏光成分が透過する。これを繰り返すことで液晶パネルで有効に利用される偏光成分に統一して液晶パネル側に出射する。
【００２８】
以下、光源１が照射した光の伝搬に関して図面を参照しながら説明する。
【００２９】
光源１は、導光板２の側面部に対して光を照射する。導光板２の側面部から入射した光は、全反射を繰り返しながら導光板内を伝播する。その際、光出射面側に設けたプリズム２１の作用により、光源１の配列方向には殆ど広がらず帯状に伝播する。１つの光源のみを点灯させた場合の伝播状態を図２に示す。この様に帯状の領域に光が伝播するメカニズムを図３を用いて説明する。
【００３０】
図３は導光板１の一部を拡大表示した断面図であり、導光板２内部を伝播する光線の典型的軌跡を矢印で表示している。
【００３１】
プリズム状構造体２１の頂角は約９０度に設定されており、プリズム面の一方の面に断面内で平坦面との角度θで入射した光は全反射されて対抗するプリズム面に入射、全反射して断面内角度φで平坦面に入射する。この時頂角を９０度に設定しているのでφ＝θである。
【００３２】
図３ではプリズム面で全反射しないかのような角度で表示されているが、これは断面に投射した軌跡で示したためであり、実際には図の奥行き方向に角度を有しており、平坦面で全反射した光は全てプリズム面でも全反射条件を満たす。
【００３３】
その結果、光線は図２の左右方向には殆ど広がることなく図の奥行き方向に伝播する。
【００３４】
平坦面、プリズム面の全てが鏡面で構成されていると光線は全反射を繰り返しながら入射面となる端面と対抗する他方の端面から出射する。
【００３５】
面状照明を得るために、平坦面にドット状の白色反射面や微細な凹凸構造体などの光取り出し要素を形成して全反射条件から外れる光線を発生させて光を導光板から出射させる。
【００３６】
この光取り出し要素の形状、密度を調整することにより、光を出射させる領域およびその強度分布を調整する。
【００３７】
図４は本実施例における光源１の配置と導光板２の光取り出し要素の密度設定状態を模式的に示す図である。
【００３８】
なお、図では導光板左右にそれぞれ１８個と少ない光源を配置しているが、これは説明のための便宜的なものであり、４０型程度の液晶ＴＶなどでは２００〜５００個程度の光源を配置するのが一般的である。従って、実際には図面上下方向には遥かに密である。
【００３９】
導光板２の図面左側面部には複数の光源１が直線状に配置されている。その上から奇数番の光源よりなる列を光源列１ａ、偶数番目の光源よりなる列を光源列１ｂとする。同様に導光板２の図面右側側面部に配置された光源について、上から奇数番目の光源からなる列を光源列１ｃ、偶数番目の光源よりなる列を光源列１ｄとする。
【００４０】
導光板２の面を図面左右方向に均等に４分割した領域を左から領域Ａ、領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄとする。
【００４１】
領域Ａの光源列１ａに対抗する部分には光取り出し要素が形成されており、光源列ｂに対抗する部分には光取り出し要素が形成されていない。一方領域Ｂでは、光源列ｂに対応する部分に光取り出し要素が形成されている。
【００４２】
ここで、領域Ａ、領域Ｂそれぞれの光取り出し要素は、取り出される光強度がその領域内図面左右方向でほぼ均一になるように、光強度の強い光源近傍では相対的に密度が低く、光源からから遠ざかるほどその密度が高くなるように設定する。
【００４３】
図面右半分の領域Ｃ，領域Ｄについても面全体で左右対称となるように同様に光取り出し要素を形成する。
【００４４】
以上のように構成は左右対称なので、以下、左半分の領域についてその動作を説明する。
【００４５】
光源１ａを点灯すると、領域Ａに設けられた光取り出し要素によって順次光が取り出される。このとき、領域Ａ内で光のほぼ全てが取り出され、領域Ｂに伝播する光が殆ど無い様に光取り出し要素の密度を設定する。
【００４６】
更に、導光板２の他方の面に設けたプリズムの作用により、光は図面上下方向には広がらずに伝播するので光源列ｂに対抗する部分には殆ど漏れることがなく、１ａ列から入射した光の大半は領域Ａから取り出される。
【００４７】
一方、光源１ｂを点灯すると、導光板２の側面から入射した光は前述のプリズムによるトラップ効果により図面上下方向にはほとんど広がらずに図面左方向から右方向へ伝播する。
【００４８】
このとき、領域Ａには光取り出し要素が形成されていないので領域Ａでは光が取り出されず、領域Ｂに到達する。領域Ｂに到達した光は領域Ｂに設けられた光取り出し要素によって導光板外部へ取り出される。このとき、領域Ｂ内で光のほぼ全てが取り出され、領域Ｃに伝播する光が殆ど無い様に光取り出し要素の密度を設定する。これにより、１ｂ列から入射した光の大半は領域Ｂから取り出される。
【００４９】
この様に例えば領域Ａでは、光取り出し要素が設けられていない光源列ｂに対応する部分からは殆ど光が取り出されないため、導光板２からの光取り出し段階では図４に示すＹ−Ｙ’方向に大きな光強度分布を有する。しかし、導光板２の光出射側に設けた拡散板４、拡散シート５、プリズムシート６、偏光反射シート７の光学シート類と裏側に設けた反射シート３の作用により、バックライトとしては図面上下方向に拡散されて出射されるのでムラとして視認されない。
【００５０】
導光板から取り出された光のうち、光学シート類で反射されずに直接出射する成分は１０〜４０％程度（光学シート類の構成、特性に依存する）であり、大半は光学シート類および反射シートでの反射を１回または複数回経た後に照明光として出射する。
【００５１】
導光板に設けたプリズムが図面上下方向への広がりを防止するトラップ効果を発揮するのは導光板内を伝播する光に対してのみであり、上下面から入射する光に対しては作用しない為、上記往復反射の仮定で取り出された光は図面上下方向に広がって出射する。
【００５２】
以下、Ｙ−Ｙ’方向の照明強度を図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図５は図４のＹ−Ｙ’方向の照明強度を模式的に示す図である。なお、破線は光源列１ａの光源をそれぞれの照明強度分布を示し、実線は全てを点灯した場合の照明強度分布である。図のように、それぞれの光源１つのみを点灯した場合は、対応する領域を強く照明してローカルエリア制御を可能とする一方、全てを点灯した場合は均一な照明を実現している。
【００５４】
この様な図面上下方向の分布は領域Ｂでも同様であり、それぞれの光源１つのみを点灯した場合は、対応する領域を強く照明してローカルエリア制御を可能とする一方、全てを点灯した場合は均一な照明を実現している。
【００５５】
また、前述のように構成要素の配置は左右対称であり、領域Ｃ，領域Ｄでも動作は同様である。
【００５６】
上記構成によれば、照明領域の一部を選択的に照明することが出来、例えば駅の構内表示ディスプレイなどで必要なときに必要な部分をハイライトして表示することが可能になる。また、後述のように、液晶のバックライトに用いて映像信号に応じて各部の明るさを制御することにより、高いコントラストと省電力を実現することが可能になる。
【００５７】
なお、本実施の形態では導光板のプリズム面を光出射側に設け、光取り出し要素を反射シート側に設けたが本発明はこれに限定されるものではなく、逆に設置しても同様の効果を期待できる。
【００５８】
また、本実施の形態では導光板に設けたプリズムによって導光板内を帯状に伝播させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、光源の配列方向に細い短冊状の導光板を多数配列してその側面部に光源を配置した構成でも、短冊状導光板に形成する光取り出し要素を交互に異なる分布に形成しても良い。
【００５９】
また、本実施例ではエッジ型バックライトでは通常用いない拡散板を用いているが、これは光源配列方向に発生するムラを防止する為のものであり、光源を多数用い充分密に配列し、他の光学シート類での拡散効果でムラ低減可能な場合は割愛可能である。また、本実施例では厚み１．５ｍｍの拡散板を１枚用いているが、逆に光源数が少なく配列が疎になる場合は、より厚みの厚い拡散を用いたり、拡散板を２枚用いることが有効である。
（その他の実施形態）
本発明の液晶表示装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００６０】
液晶パネルの背面に実施の形態１に示した表示装置用導光板を配置して液晶モジュールを構成する。
【００６１】
液晶駆動回路は映像信号処理回路からの信号を受けて液晶パネルの透過率を画素毎に制御して表示装置用導光板からの光を空間変調して映像を表示する。
【００６２】
ＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤアレイ基板上に設けた各ＬＥＤに発光するための電力を供給するものであり、映像信号処理回路からの信号に応じ、明るく表示される部分の領域を明るく、暗く表示される部分の領域を暗く表示するように各ＬＥＤへ供給電力を制御する。
【００６３】
これにより、一様に照明する場合に比べ、暗い部分をより暗く表示することが可能になり映像のコントラストが向上し、より高品位な映像表示が可能になるとともに、暗い部分を照明するＬＥＤへの供給電力を低減することにより、より低い消費電力での映像表示が可能になる。
【００６４】
以上のように、本発明の構成によれば、エッジ型バックライトを用いながら光源配列方向と垂直方向についても分割数の大きなローカルエリア制御を可能とし、薄型で表示品位の高く、省電力な液晶表示装置を実現することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、本発明によれば、導光板を用いた薄型構造でローカルエリア制御による高いコントラストの映像表示を実現することが出来、液晶テレビや液晶モニターなど、映像表示装置の薄型軽量化、省電力化および表示性能向上に貢献できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 光源
２ 導光板
２１ プリズム状構造体
３ 反射シート
４ 拡散板
５ 拡散シート
６ プリズムシート
７ 偏光反射シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に利用する導光板に関し、特に両端に配置された光源からの照射光を領域毎に放射する導光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置としては透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。
【０００４】
例えば、バックライトの構成として、液晶パネルの直下に光源を配置して照明する直下型がある。また別のバックライトの構成として、導光板を用いその端面に光源を配置して一方の主面から光を出射させるエッジ入力型が有る。
【０００５】
いずれの場合も光源としては従来蛍光管が良く用いられていた。しかし、近年高効率化、低価格化の技術進展が著しいＬＥＤが良く用いられるようになっている。
【０００６】
直下型は液晶パネルと光源との間に拡散板およびプリズムシート、拡散フィルムなどの光学フィルムを配置してなる。特に、光源として点光源であるＬＥＤをマトリクス状に配置したものは、特定の領域のみを照射できる。これにより、映像信号と同期して場所ごとの照明強度を制御するローカルエリア制御を実施できる。このように構成することにより、高いコントラストと省電力を実現できる。しかし、離散的に配置した点光源からの照明を均一化するために、拡散板と光源との間に一定以上の距離が必要になり装置の薄型化には限界でてくる。
【０００７】
一方、エッジ入力型は導光板の光出射側に更にプリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムを配置してなり薄型が可能である。
【０００８】
エッジ入力型でローカルエリア制御する場合、導光板の側面に配列した光源の配列方向を選択的に点灯する手段としては、複数の導光板を用いて光源の配列方向に並べる方法（例えば特許文献１）、導光板に光源の配列方向を配列方向とするプリズムアレイを設けてそのトラップ効果により帯状に照明する方法（例えば特許文献２）などが提案されている。
【０００９】
一方、光源の配列方向と直交する方向を選択的に照明する手段としては、導光板の左右端（上下端）に光源を配置して、左側（上側）の光源を点灯した場合には主として画面の左側（上側）半分を、右側（下側）の光源を点灯した場合には主として画面の右側（下側）半分を照明することが提案されている。
【００１０】
この様な手段によれば、薄型でローカルエリア制御が可能なバックライトを構成することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２１０１２２号公報
【特許文献２】特開２００９−２８３３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記方法では光源の配列方向には光源の配列数あるいは導光板分割数と等しい分割数のローカルエリア点灯が可能になるものの、光源の配列方向と直交する方向については２分割のローカルエリア点灯しか出来ず、ローカルエリア制御による高コントラスト、省電力効果が小さいという問題が有る。
【００１３】
本発明は、上記の問題を考慮し、光源の配列方に直交した方向にローカルエリア点灯を可能にする表示装置用導光板と、薄型で映像信号に応じたローカルエリア制御により高コントラスト、省電力を実現する液晶表示装置と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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の表示装置用導光板は、四角柱状の表示装置用導光板であって、複数の光源が配置される平面である光源平面と、前記光源平面と直交する２つの平面のうち何れかの平面であって、前記導光板内部において前記光源からの照射光を前記光源平面の略法線方向に伝播させる伝播部が形成された放射平面とを備え、前記放射平面は、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍から放射された後減少する第１放射領域と、前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍では実質的に光が放射されず、その後増加する第２放射領域と、を備え、前記第１放射領域と前記第２放射領域が前記放射平面の短手方向に交互に形成される。
【００１５】
また好ましくは、前記光源平面は、前記複数の光源の一部の光源が配置される第１光源平面と、残りの光源が配置される第２光源平面とを備え、前記放射平面は、短手方向に前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ａと、短手方向に前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ｂとを有し、前記領域Ａと、前記領域Ｂとは長手方向に隣接して配置される。
【００１６】
また好ましくは、前記領域Ａおよび前記領域Ｂにおける前記第１放射領域と前記第２放射領域との配列は同じである。
【発明の効果】
【００１７】
上記の構成によれば、１枚の導光板を用いた簡単な構成で照明領域の一部を従来の構成より大きな分割数で選択的に照明することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態の構成を示す斜視図（ｂ）および断面図
【図２】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態における導光状態を示す図
【図３】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態におけるプリズム状構造体の作用を示す断面図
【図４】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態の導光板の光取り出し要素の密度分布を示す図
【図５】本実施形態の表示装置用導光板の実施の形態における照明強度分布を示す図
【図６】本実施形態の映像表示装置の実施の形態の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態においては、表示装置用導光板を備える液晶表示装置を例に説明を行う。
【００２１】
図１（ａ）は表示装置用導光板を示す斜視図である。さらに、図１（ｂ）は図１（ａ）をＸ−Ｘ’で切った断面図である。
【００２２】
本実施形態における表示装置用導光板は、光出射面となる一方の主面にプリズムアレイ２１を有する導光板２を備える。さらに、導光板２が備える２つの短辺の側面部には光源１が配列される。また、導光板２の平坦面に対抗して反射シ-ト３が配置される。さらに、導光板２のプリズム面の側には、導光板２から近い順に拡散板４、拡散シート５、プリズムシート６、偏光反射シート７が配置される。
【００２３】
拡散板４は透明材料を基材として、その内部に基材とは屈折率の異なる微粒子を分散して形成してなる板状部材であり、分散する微粒子の粒径、屈折率、配合濃度、厚みを調整して透過率５０％から７０％程度に設定する。
【００２４】
拡散板４は入射した光の一部を拡散透過するとともに、他の成分を反射する。反射した光は導光板を透過した後反射シートで反射されて有効利用されるが、その際に光が面方向に広がることによりムラを低減する効果が有る。更に厚みを有することで透過拡散の際に内部で光を面方向に広げてムラを低減する効果を発揮するため一般に１ｍｍ以上の厚みを有する。本実施例では厚み１．５ｍｍの拡散板を用いている。
【００２５】
拡散シート５は表面に微細な凹凸を設けたフィルム状部材であり、厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度が用いられる。拡散板と異なり厚みが薄いため、内部で面方向に光を広げる効果は小さいが表面の凹凸で光を更に拡散するとともに光の指向性を調整する機能も有する。
【００２６】
プリズムシート６は透明フィルムの一方の面に無数の微細なプリズムアレイを設けたものであり、一部の光を反射するとともに、透過した光については面の法線方向に相対的に強い指向性を付与することにより、少ない光量で有効方向を明るく照明する。
【００２７】
偏光反射シート７は液晶パネル用バックライトに固有の部材であり、液晶パネルが透過する偏光方向成分の光を透過しそれ以外の成分を反射する。反射された光は他の光学部材類や導光板裏面に設けられた反射シートで反射される際に無偏光となって再入射し、透過偏光成分が透過する。これを繰り返すことで液晶パネルで有効に利用される偏光成分に統一して液晶パネル側に出射する。
【００２８】
以下、光源１が照射した光の伝搬に関して図面を参照しながら説明する。
【００２９】
光源１は、導光板２の側面部に対して光を照射する。導光板２の側面部から入射した光は、全反射を繰り返しながら導光板内を伝播する。その際、光出射面側に設けたプリズム２１の作用により、光源１の配列方向には殆ど広がらず帯状に伝播する。１つの光源のみを点灯させた場合の伝播状態を図２に示す。この様に帯状の領域に光が伝播するメカニズムを図３を用いて説明する。
【００３０】
図３は導光板１の一部を拡大表示した断面図であり、導光板２内部を伝播する光線の典型的軌跡を矢印で表示している。
【００３１】
プリズム状構造体２１の頂角は約９０度に設定されており、プリズム面の一方の面に断面内で平坦面との角度θで入射した光は全反射されて対抗するプリズム面に入射、全反射して断面内角度φで平坦面に入射する。この時頂角を９０度に設定しているのでφ＝θである。
【００３２】
図３ではプリズム面で全反射しないかのような角度で表示されているが、これは断面に投射した軌跡で示したためであり、実際には図の奥行き方向に角度を有しており、平坦面で全反射した光は全てプリズム面でも全反射条件を満たす。
【００３３】
その結果、光線は図２の左右方向には殆ど広がることなく図の奥行き方向に伝播する。
【００３４】
平坦面、プリズム面の全てが鏡面で構成されていると光線は全反射を繰り返しながら入射面となる端面と対抗する他方の端面から出射する。
【００３５】
面状照明を得るために、平坦面にドット状の白色反射面や微細な凹凸構造体などの光取り出し要素を形成して全反射条件から外れる光線を発生させて光を導光板から出射させる。
【００３６】
この光取り出し要素の形状、密度を調整することにより、光を出射させる領域およびその強度分布を調整する。
【００３７】
図４は本実施例における光源１の配置と導光板２の光取り出し要素の密度設定状態を模式的に示す図である。
【００３８】
なお、図では導光板左右にそれぞれ１８個と少ない光源を配置しているが、これは説明のための便宜的なものであり、４０型程度の液晶ＴＶなどでは２００〜５００個程度の光源を配置するのが一般的である。従って、実際には図面上下方向には遥かに密である。
【００３９】
導光板２の図面左側面部には複数の光源１が直線状に配置されている。その上から奇数番の光源よりなる列を光源列１ａ、偶数番目の光源よりなる列を光源列１ｂとする。同様に導光板２の図面右側側面部に配置された光源について、上から奇数番目の光源からなる列を光源列１ｃ、偶数番目の光源よりなる列を光源列１ｄとする。
【００４０】
導光板２の面を図面左右方向に均等に４分割した領域を左から領域Ａ、領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄとする。
【００４１】
領域Ａの光源列１ａに対抗する部分には光取り出し要素が形成されており、光源列ｂに対抗する部分には光取り出し要素が形成されていない。一方領域Ｂでは、光源列ｂに対応する部分に光取り出し要素が形成されている。
【００４２】
ここで、領域Ａ、領域Ｂそれぞれの光取り出し要素は、取り出される光強度がその領域内図面左右方向でほぼ均一になるように、光強度の強い光源近傍では相対的に密度が低く、光源からから遠ざかるほどその密度が高くなるように設定する。
【００４３】
図面右半分の領域Ｃ，領域Ｄについても面全体で左右対称となるように同様に光取り出し要素を形成する。
【００４４】
以上のように構成は左右対称なので、以下、左半分の領域についてその動作を説明する。
【００４５】
光源１ａを点灯すると、領域Ａに設けられた光取り出し要素によって順次光が取り出される。このとき、領域Ａ内で光のほぼ全てが取り出され、領域Ｂに伝播する光が殆ど無い様に光取り出し要素の密度を設定する。
【００４６】
更に、導光板２の他方の面に設けたプリズムの作用により、光は図面上下方向には広がらずに伝播するので光源列ｂに対抗する部分には殆ど漏れることがなく、１ａ列から入射した光の大半は領域Ａから取り出される。
【００４７】
一方、光源１ｂを点灯すると、導光板２の側面から入射した光は前述のプリズムによるトラップ効果により図面上下方向にはほとんど広がらずに図面左方向から右方向へ伝播する。
【００４８】
このとき、領域Ａには光取り出し要素が形成されていないので領域Ａでは光が取り出されず、領域Ｂに到達する。領域Ｂに到達した光は領域Ｂに設けられた光取り出し要素によって導光板外部へ取り出される。このとき、領域Ｂ内で光のほぼ全てが取り出され、領域Ｃに伝播する光が殆ど無い様に光取り出し要素の密度を設定する。これにより、１ｂ列から入射した光の大半は領域Ｂから取り出される。
【００４９】
この様に例えば領域Ａでは、光取り出し要素が設けられていない光源列ｂに対応する部分からは殆ど光が取り出されないため、導光板２からの光取り出し段階では図４に示すＹ−Ｙ’方向に大きな光強度分布を有する。しかし、導光板２の光出射側に設けた拡散板４、拡散シート５、プリズムシート６、偏光反射シート７の光学シート類と裏側に設けた反射シート３の作用により、バックライトとしては図面上下方向に拡散されて出射されるのでムラとして視認されない。
【００５０】
導光板から取り出された光のうち、光学シート類で反射されずに直接出射する成分は１０〜４０％程度（光学シート類の構成、特性に依存する）であり、大半は光学シート類および反射シートでの反射を１回または複数回経た後に照明光として出射する。
【００５１】
導光板に設けたプリズムが図面上下方向への広がりを防止するトラップ効果を発揮するのは導光板内を伝播する光に対してのみであり、上下面から入射する光に対しては作用しない為、上記往復反射の仮定で取り出された光は図面上下方向に広がって出射する。
【００５２】
以下、Ｙ−Ｙ’方向の照明強度を図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図５は図４のＹ−Ｙ’方向の照明強度を模式的に示す図である。なお、破線は光源列１ａの光源をそれぞれの照明強度分布を示し、実線は全てを点灯した場合の照明強度分布である。図のように、それぞれの光源１つのみを点灯した場合は、対応する領域を強く照明してローカルエリア制御を可能とする一方、全てを点灯した場合は均一な照明を実現している。
【００５４】
この様な図面上下方向の分布は領域Ｂでも同様であり、それぞれの光源１つのみを点灯した場合は、対応する領域を強く照明してローカルエリア制御を可能とする一方、全てを点灯した場合は均一な照明を実現している。
【００５５】
また、前述のように構成要素の配置は左右対称であり、領域Ｃ，領域Ｄでも動作は同様である。
【００５６】
上記構成によれば、照明領域の一部を選択的に照明することが出来、例えば駅の構内表示ディスプレイなどで必要なときに必要な部分をハイライトして表示することが可能になる。また、後述のように、液晶のバックライトに用いて映像信号に応じて各部の明るさを制御することにより、高いコントラストと省電力を実現することが可能になる。
【００５７】
なお、本実施の形態では導光板のプリズム面を光出射側に設け、光取り出し要素を反射シート側に設けたが本発明はこれに限定されるものではなく、逆に設置しても同様の効果を期待できる。
【００５８】
また、本実施の形態では導光板に設けたプリズムによって導光板内を帯状に伝播させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、光源の配列方向に細い短冊状の導光板を多数配列してその側面部に光源を配置した構成でも、短冊状導光板に形成する光取り出し要素を交互に異なる分布に形成しても良い。
【００５９】
また、本実施例ではエッジ型バックライトでは通常用いない拡散板を用いているが、これは光源配列方向に発生するムラを防止する為のものであり、光源を多数用い充分密に配列し、他の光学シート類での拡散効果でムラ低減可能な場合は割愛可能である。また、本実施例では厚み１．５ｍｍの拡散板を１枚用いているが、逆に光源数が少なく配列が疎になる場合は、より厚みの厚い拡散を用いたり、拡散板を２枚用いることが有効である。
（その他の実施形態）
本発明の液晶表示装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００６０】
液晶パネルの背面に実施の形態１に示した表示装置用導光板を配置して液晶モジュールを構成する。
【００６１】
液晶駆動回路は映像信号処理回路からの信号を受けて液晶パネルの透過率を画素毎に制御して表示装置用導光板からの光を空間変調して映像を表示する。
【００６２】
ＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤアレイ基板上に設けた各ＬＥＤに発光するための電力を供給するものであり、映像信号処理回路からの信号に応じ、明るく表示される部分の領域を明るく、暗く表示される部分の領域を暗く表示するように各ＬＥＤへ供給電力を制御する。
【００６３】
これにより、一様に照明する場合に比べ、暗い部分をより暗く表示することが可能になり映像のコントラストが向上し、より高品位な映像表示が可能になるとともに、暗い部分を照明するＬＥＤへの供給電力を低減することにより、より低い消費電力での映像表示が可能になる。
【００６４】
以上のように、本発明の構成によれば、エッジ型バックライトを用いながら光源配列方向と垂直方向についても分割数の大きなローカルエリア制御を可能とし、薄型で表示品位の高く、省電力な液晶表示装置を実現することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、本発明によれば、導光板を用いた薄型構造でローカルエリア制御による高いコントラストの映像表示を実現することが出来、液晶テレビや液晶モニターなど、映像表示装置の薄型軽量化、省電力化および表示性能向上に貢献できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 光源
２ 導光板
２１ プリズム状構造体
３ 反射シート
４ 拡散板
５ 拡散シート
６ プリズムシート
７ 偏光反射シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角柱状の表示装置用導光板であって、
複数の光源が配置される平面である光源平面と、
前記光源平面と直交する２つの平面のうち何れかの平面であって、前記導光板内部において前記光源からの照射光を前記光源平面の略法線方向に伝播させる伝播部が形成された放射平面とを備え、
前記放射平面は、
前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍から放射された後減少する第１放射領域と、
前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍では実質的に光が放射されず、その後増加する第２放射領域と、を備え、
前記第１放射領域と前記第２放射領域が前記放射平面の短手方向に交互に形成される表示装置用導光板。
【請求項２】
前記光源平面は、前記複数の光源の一部の光源が配置される第１光源平面と、残りの光源が配置される第２光源平面とを備え、
前記放射平面は、短手方向に前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ａと、短手方向に前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ｂとを有し、
前記領域Ａと、前記領域Ｂとは長手方向に隣接して配置される請求項1に記載の表示装置用導光板。
【請求項３】
前記領域Ａおよび前記領域Ｂにおける前記第１放射領域と前記第２放射領域との配列は同じである請求項2に記載の表示用導光板。
【請求項１】
四角柱状の表示装置用導光板であって、
複数の光源が配置される平面である光源平面と、
前記光源平面と直交する２つの平面のうち何れかの平面であって、前記導光板内部において前記光源からの照射光を前記光源平面の略法線方向に伝播させる伝播部が形成された放射平面とを備え、
前記放射平面は、
前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍から放射された後減少する第１放射領域と、
前記導光板内部を伝搬する照射光が、光源近傍では実質的に光が放射されず、その後増加する第２放射領域と、を備え、
前記第１放射領域と前記第２放射領域が前記放射平面の短手方向に交互に形成される表示装置用導光板。
【請求項２】
前記光源平面は、前記複数の光源の一部の光源が配置される第１光源平面と、残りの光源が配置される第２光源平面とを備え、
前記放射平面は、短手方向に前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第１光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ａと、短手方向に前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第１放射領域と、前記第２光源平面に配置される光源からの照射光を放射する前記第２放射領域とが交互に形成される領域Ｂとを有し、
前記領域Ａと、前記領域Ｂとは長手方向に隣接して配置される請求項1に記載の表示装置用導光板。
【請求項３】
前記領域Ａおよび前記領域Ｂにおける前記第１放射領域と前記第２放射領域との配列は同じである請求項2に記載の表示用導光板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９７９５１（Ｐ２０１３−９７９５１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８３６６（Ｐ２０１１−２３８３６６）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
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