JP2006133583A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤとリフレクタの隙間からの光漏れを防止したＲ，Ｇ，Ｂ単色光を発光するＬＥＤを光源とする面状光源装置（バックライト）を内蔵する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置の面状光源装置は、光源のと、ＬＥＤ１を覆うように配置され、ＬＥＤ１から出射された光を反射させるリフレクタ３を備える。リフレクタ３とＬＥＤ１の間には弾力性の樹脂等から構成されるスペーサ１３を設けた。このスペーサ１３によってＬＥＤ１とリフレクタ３の隙間からの光漏れが効果的に防止できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特にＲ，Ｇ，Ｂ単色のＬＥＤを光源とするバックライトを内蔵する液晶表示装置に関するものである。

パーソナルコンピューターや携帯電話に用いられている液晶表示装置は、液晶層が狭持された２枚の基板からなるＬＣＤパネルと、その裏面側に設けられた面状光源装置を備えている。面状光源装置の光源としては、従来は線状の冷陰極管が用いられていたが、寿命の長さ及び発光の良さから発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）を光源として用いるものが増加している。

ＬＥＤを用いた表示装置を中型、大型の光源として用いようとした場合、必要な輝度を取るために、多数のＬＥＤが必要である。さらに白色光を発光させるために、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応する波長を発光するＬＥＤが用いられる。Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤは各色それぞれ必要な輝度を取るため、それぞれ異なる数のＬＥＤが設けられることもある。この３色のＬＥＤを用いる場合、それぞれの色を混色して、色むらなく表示面側に出射させる必要がある。そのため、通常の導光板の他に混色用導光板が必要となる。

このようなＬＥＤを光源として用いた液晶表示装置の例が、特許文献１や特許文献２に開示されている。

図９は、この種の液晶表示装置の構成を示す断面図である。図中、１はＬＥＤ、２はＬＥＤ搭載用の基板、３は、リフレクタ、４は、混色用導光板である。５は導光板、６はリフレクタ、７は光学シート、８はＬＣＤパネルである。９は、反射シート、１０はリアーカバー、１１はシャーシ、１２はフロントカバーである。図９のように、混色用導光板４が導光板５の下部に略平行に設けられている。混色用導光板４及び導光板５はアクリル樹脂やガラス等の透明体によって形成される。それらの屈折率は１．５程度である。混色用導光板４の大きさは導光板２の半分程度の大きさである。導光板５の中央付近の下部であって混色用導光板４の入射面の近傍にはＬＥＤ１とリフレクタ３が設けられている。ＬＥＤ１としては、光源として赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応する波長を発光する３種類のＬＥＤが用いられる。リフレクタ３は、ＬＥＤ１から発生する光を反射させ、混色用導光板４に導く。混色用導光板４の出射面側には半円筒型のリフレクタ６が設けられている。リフレクタ３とリフレクタ６は表面が鏡面となっており、光を効率よく反射することができる。リフレクタ６は導光板５に光を反射させるため混色用導光板４の出射面と導光板５の１側面を囲むように設けられている。導光板５の表示面側（前面側）には光学シート７とＬＣＤパネル８が設けられている。導光板５の表示面側と反対側（背面側）には反射シート９が設けられている。

光学シート７は拡散シート、保護シート、プリズムシート等から構成され、入射した光を拡散あるいは集光してＬＣＤパネル８の方向に出射する。ＬＣＤパネル８は既存のＬＣＤパネルと同等のものを用いることができるので説明は省略する。

図９を参照して、液晶表示装置における光の伝播について説明する。ＬＥＤ１からの光は直接又はリフレクタ３によって反射され混色用導光板４の入射面に入射する。混色用導光板４の入射面に入射した光は、混色用導光板４内を伝播し混色される。十分に混色され白色光となった光は混色用導光板４の出射面から出射し、リフレクタ６に入射する。リフレクタ６は混色用導光板４から出射された光を導光板５の方向に反射する。

導光板５に入射した光は面全体に均一に広がり、光学シート７、ＬＣＤパネル８が設けられた出射面に出射される。反射シート９は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリカーボネイト等のシートやテープに銀等を蒸着したものや、白色シート、白色テープ等が用いられる。反射シート９は導光板５の下面から出射された光を反射して再度導光板５に入射させている。これにより、光の利用効率の向上を図っている。

特開２００４−１９９９６７号公報（図２等） 特開２００４−１１８２０５号公報（図１等）

図９に示したような液晶表示装置では、次のような問題点があった。
（１）ＬＥＤ１とリフレクタ３がＬＥＤ実装基板２およびリフレクタ３の寸法や固定位置のばらつきまたは反りなどにより密着を保てないためＬＥＤ１とリフレクタ３との間に隙間が生じて光が漏れ輝度効率が低下する。
（２）金属製のリフレクタ３とＬＥＤ１が近接しているため振動や衝撃により金属製のリフレクタ３からＬＥＤ１へ大きなストレスがかかり、ＬＥＤ１が破損しやすい。

本発明の目的は、このような従来の液晶表示装置の問題を解決し、ＬＥＤとリフレクタの隙間からの光漏れを防止したＲ，Ｇ，Ｂ単色光を発光するＬＥＤを光源とするバックライトを内蔵する液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置の第1の構成は、面状光源装置かなるバックライトと、その上に配置されたＬＣＤパネルと、を備える。この面状光源装置は、光源と、この光源を覆うように配置され、光源から出射された光を反射させるリフレクタを備える。そして、リフレクタと光源の間にスペーサが設けられることを特徴とする。このスペーサは、板状または箱型の形状とすることができる。このスペーサはリフレクタに固定して設けてもよい。上記の面状光源装置は、光源から発射し、リフレクタで反射した光を導光する導光板をさらに備えることができる。そして、上記の面状光源装置の導光板上には、さらに光学シートを備えることができる。

本発明の液晶表示装置の第２の構成は、面状光源装置かなるバックライトと、その上に配置されたＬＣＤパネルと、を備える。この面状光源装置は、第１のリフレクタで反射した前記光を入射面から入射させ、出射面に導く第１の導光板と、第１の導光板から出射した光を反射させる第２のリフレクタとを備える。この面状光源装置は、さらに、第１の導光板上部に配置され、第２のリフレクタで反射された光を入射させ、面全体に導く第２の導光板と、を備える。そして、第１のリフレクタと光源の間にはスペーサが設けられる。

上記の本発明の第２の構成の液晶表示装置は、第１の導光板と第２の導光板の間の第２の導光板の背面に、第２の導光板の背面から出射した光を反射させ、第２の導光板に入射させる反射手段を備えることができる。さらに、面状光源装置の第２の導光板上には、光学シートを備えることができる。

上記の本発明の第１および第２の構成の液晶表示装置のスペーサの材料は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびシリコン樹脂から選択された弾力性の樹脂材料から構成される。

上記の本発明の第１および第２の構成の液晶表示装置の光源としては、絶縁基板上に実装されたそれぞれ赤色、青色、緑色の単色光を発光する複数のＬＥＤから構成することができる。

本発明は、ＬＥＤを光源とするバックライトを内蔵する液晶表示装置において、ＬＥＤ光源と該光源上に配置されるリフレクタとを弾力性のあるスペーサを介して密着配置するか、リフレクタのＬＥＤ光源と接触する箇所に弾力性のあるスペーサを固定して設けた。このために部材寸法や組立のばらつきによりＬＥＤ光源とリフレクタの距離が変動してもスペーサが隙間を埋めるためリフレクタ外への光漏れを抑制し、バックライトの輝度効率を上昇させることができる。また、本発明では、スペーサをＬＥＤ光源とリフレクタが接触しないように設けたことによってリフレクタの振動や衝撃によるストレスをスペーサで吸収することができる。この結果、リフレクタによってＬＥＤ光源が損傷することが抑制できる。

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態を示す構成図、図２は図１の液晶表示装置の点線矩形で示した要部の断面図である。

図１および図２を参照すると、本発明の液晶表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光色のＬＥＤ１が実装された基板２を備えている。図３（ａ）に、基板２にＬＥＤ１が実装された状態を示す平面図を、図３（ｂ）に、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。基板２としてはエポキシ樹脂基板等の絶縁配線基板が使用される。そして、本発明の液晶表示装置は、ＬＥＤ１上には、ＬＥＤ１を覆うように、ＬＥＤ１から発生する光を反射させるリフレクタ３を備えている。図５（ａ）にリフレクタ３の平面図を、図５（ｂ）に図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。図５中、符号１５は、リフレクタ３の底面に設けられた開孔を示す。リフレクタ３はアルミニウム、ステンレス、真鍮などの金属板に反射率の高いフィルムを貼り合わせた複合材料が使用される。反射率の高いフィルムとしては、透明樹脂にＡｇやＡｌを蒸着したものや白色の樹脂などが使用できる。

リフレクタ３とＬＥＤ１の間には、スペーサ１３が設けられている。スペーサ１３は、ＬＥＤ１から出射する光がＬＥＤ１とリフレクタ３間の隙間から漏れるのを防止する。スペーサ１３は、板状で弾力性のある樹脂材料から構成されている。この弾力性のある樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂やシリコン樹脂等を使用することができる。

スペーサ１３は、振動や衝撃によるリフレクタ３のＬＥＤ１へのストレスを吸収し、ＬＥＤ１の破損を防止する。スペーサ１３を構成するシリコン樹脂は白色のものが使用されるが、表面にＡｌやＡｇ等の光の反射率が大きな金属膜が付着したものも使用できる。図４（ａ）にスペーサ１３の平面図を、図４（ｂ）に図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。図４中、符号１４はスペーサ１３に設けられた開孔を示す。この開孔１４の直径は、ＬＥＤ１の発光体の外径よりも大きく、リフレクタ３の開孔１５よりも小さく設定される。

リフレクタ３のＬＥＤ１と反対側の端部は、混色用導光板４の端部に該端部を挟むように固定されている。図６に示すように、混色用導光板４に固定されたリフレクタ３を、スペーサ１３を介してＬＥＤ１の実装された基板２上に載置するように組み立てられている。混色用導光板４は、リフレクタ３で反射した光を導入し混色する。

混色用導光板４のリフレクタ３と反対の端部側には、混色用導光板４から出射した混色された光を反射するリフレクタ６が配置されている。リフレクタ６はリフレクタ３と同様に、アルミニウム、ステンレス、真鍮などの金属板に反射率の高いフィルム（透明樹脂にＡｇやＡｌを蒸着したものや白色の樹脂など）を貼り合わせた複合材料が使用される。なお、図２では、リフレクタ６の反射面は、曲面であるが、曲面に限定されない。例えば、所定の角度で交わる２つの平面状の反射面であってもよい。

混色用導光板４上には反射シート９を介して照光用の導光板５が配置されている。導光板５には、混色用導光板４から出射し、リフレクタ６によって反射した光が入射する。リフレクタ６は混色用導光板４と導光板５の端部側面を囲むように設けられる。混色用導光板４及び導光板５はアクリルやガラス等の透明体によって形成される。反射シート９は、リフレクタ６から反射し、導光板５に入射した光をＬＣＤパネル側に反射させる。反射シート９は、ポリエチレン等のプラスチックシートにＡｌ，Ａｇ等の金属膜を蒸着させたものが使用される。

照光用の導光板５の照光面には、光学フィルム７が配置されている。光学フィルム７は、拡散シート、保護シート、プリズムシート等から構成され、入射した光を拡散あるいは集光してＬＣＤパネル８の方向に出射する。ＬＣＤパネル８は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたＴＦＴアレイ基板、対向基板及びこれらの２枚の基板に狭持される液晶を備えている。このＬＣＤパネル８は既存のＬＣＤパネルと同等のものを用いることができるので説明を省略する。なお、図1及び図２中、符号１０は、リアーカバー、符号１１は、シャーシ、符号１２は、フロントカバーを示す。

本実施の形態の液晶表示装置では、ＬＥＤ１とリフレクタ３は弾力性のあるスペーサ１３を介して密着している。このために部材寸法や組立のばらつきによりＬＥＤ１とリフレクタ３の距離が変動してもスペーサ１３が隙間を埋めるためリフレクタ３外への光漏れを抑制できる。また、スペーサ１３の開口部をリフレクタの開口部よりも小さくすることによりＬＥＤが金属に接触することがなく、振動や衝撃によるＬＥＤへのストレスが軽減できる。

次に、図２を参照して、本発明の液晶表示装置における光の伝播について説明する。ＬＥＤ１からの光は直接またはリフレクタ３によって反射され混色用導光板４の入射面４ａに入射する。ＬＥＤ１とリフレクタ３の間には、弾力性のあるスペーサ１３が設けられているために、ＬＥＤ１とリフレクタ３間から光が漏れることが防止される。そして、混色用導光板４の入射面に入射した光は、混色用導光板４内を伝播し混色される。十分に混色され白色光となった光は混色用導光板４の出射面４ｂから出射し、リフレクタ６に入射する。リフレクタ６に入射した光は、反射し、導光板５の入射面５ａから導光板５に入射する。

導光板５に入射した光は反射シート９によって反射して導光板５の面全体に均一に広がり、光学シート７、ＬＣＤパネル８が設けられた出射面（表示していない）に出射される。

次に、本発明の液晶表示装置の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、スペーサ１３の形状を変更した。スペーサ１３以外の構成は、上記の本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態と同じである。

上記の本発明の実施の形態では、スペーサ１３の形状は平板状であったが、本実施の形態では、箱型とした。スペーサ１３の材料は、上記の第１の実施の形態と同様に弾力性のある樹脂（エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂等）が使用される。図７は、本発明の液晶表示装置の第２の実施の形態の箱型のスペーサ１３を用いた場合のＬＥＤ搭載基板とその近傍の断面図である。図７においては、スペーサ１３は、ＬＥＤ１を覆い、ＬＥＤ基板２と底面が接触する箱型形状である。このような箱型の形状のスペーサ１３を用いることによって、上記の第１の実施の形態よりもスペーサ１３をＬＥＤ基板２上に位置合せが容易になる。本実施の形態の液晶表示装置における光の伝播は、上記の第１の実施の形態の液晶表示装置と同様であるので、説明は省略する。

次に、本発明の液晶表示装置の第３の実施の形態について説明する。上記の本発明の第１および第２の実施の形態では、スペーサ１３は、平板状または箱型であり、リフレクタ３とＬＥＤ１で挟んで固定される。本実施の形態は、スペーサ１３をリフレクタ３のＬＥＤ１と接触する箇所に固定して設けた場合である。

図８は、本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置のＬＥＤ搭載基板とその近傍の断面図である。図８のように、本実施の形態の液晶表示装置では、スペーサ１３がリフレクタ３の底部の開孔１５の側壁とその近傍に固定されるように設けられている。本実施の形態のスペーサ１３は、リフレクタ３の底部の開孔１５の側壁とその近傍に弾力性のある樹脂を塗布することで形成できる。弾力性のある樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂等を使用できるが、これらの樹脂は、光の反射率を大きくするために白色に着色したものが好ましい。スペーサ１３をリフレクタに固定して設けるその他の方法として、成形されたシリコン樹脂からなるリング状のスペーサ１３を用いることができる。リング状のスペーサ１３の材料としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂等を使用できるが、これらの樹脂は、光の反射率を大きくするために白色に着色したものが好ましい。このリング状のスペーサ１３は内径がリフレクタ３の底部の開孔１５の直径よりも小さく、外径がリフレクタ３の底部の開孔１５の直径より大きい。リング状のスペーサ１３の外側の側壁にリフレクタ３の開孔１５の側壁端部が挿入できる凹部を有している。この凹部にリフレクタ３の開孔１５の側壁端部が挿入することによってスペーサ１３をリフレクタ３に固定できる。本実施の形態の液晶表示装置では、このようなスペーサ１３を使用することによって、ＬＥＤ１とリフレクタ３の隙間の変動を吸収することができる。また、このスペーサ１３によりＬＥＤ１がリフレクタ３に接触することがなく、振動や衝撃によるＬＥＤへのストレスが軽減できる。

また、本実施の形態のスペーサ１３を用いることによって、上記の本発明の第１および第２の実施の形態の液晶表示装置よりも、ＬＥＤ基板２上へのリフレクタ３の配置がしやすくなる。本実施の形態の液晶表示装置における光の伝播は、上記の第１の実施の形態の液晶表示装置と同様であるので、説明は省略する。

本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置を示す構成図である。 図１の液晶表示装置の点線矩形で示した要部の断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の基板にＬＥＤが実装された状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置のスペーサを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置のＬＥＤ搭載基板上に配置されるリフレクタを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の混色用導光板に固定されたリフレクタを、スペーサを介してＬＥＤ搭載基板上に載置する方法を説明する断面図である。 本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置のＬＥＤ搭載基板とその近傍の断面図である。 本発明の第３の実施の形態の液晶表示装置のＬＥＤ搭載基板とその近傍の断面図である。 従来のＲ、Ｇ、Ｂ３色のＬＥＤ光源を備えた液晶表示装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ 基板
３ リフレクタ
４ 混色用導光板
５ 導光板
６ リフレクタ
７ 光学フィルム
８ ＬＣＤパネル
９ 反射シート
１０ リアーカバー
１１ シャーシ
１２ フロントカバー
１３ スペーサ
１４，１５ 開孔

Claims (18)

1. 面状光源装置からなるバックライトと、その上に配置されたＬＣＤパネルと、を備えた液晶表示装置であって、前記面状光源装置は、光源と、前記光源を覆うように配置され、前記光源から出射された光を反射させるリフレクタと、を備え、前記リフレクタと前記光源の間にスペーサが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記スペーサは、板状であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
3. 前記スペーサは、前記リフレクタに固定されて設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
4. 前記スペーサは、箱型であり、箱の底部に設けられた開孔から前記光源の発光部を突出させて、前記光源に被せるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
5. 前記面状光源装置は、前記光源から発射し、前記リフレクタで反射した光を導光する導光板をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記面状光源装置の前記導光板上には、さらに光学シートを備えることを特徴とする請求項1または2記載の液晶表示装置。
7. 面状光源装置からなるバックライトと、その上に配置されたＬＣＤパネルと、を備えた液晶表示装置であって、前記面状光源装置は、光源と、前記光源を覆うように配置され、前記光源から出射された光を反射させる第１のリフレクタと、前記第１のリフレクタで反射した前記光を入射面から入射させ、出射面に導く第１の導光板と、前記第１の導光板から出射した前記光を反射させる第２のリフレクタと、前記第１の導光板の上部に配置され、第２のリフレクタで反射された前記光を入射させ、面全体に導く第２の導光板と、を備え、前記第１のリフレクタと前記光源の間にはスペーサが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記第１の導光板と前記第２の導光板の間の前記第２の導光板の背面には前記第２の導光板の背面から出射した前記光を反射させ、前記第２の導光板に入射させる反射手段を備えることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
9. 前記面状光源装置の前記第２の導光板上には、さらに光学シートを備えることを特徴とする請求項７または８記載の液晶表示装置。
10. 前記スペーサは、板状であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
11. 前記スペーサは、前記第１のリフレクタに固定されて設けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
12. 前記スペーサは、箱型であり、箱の底部に設けられた開孔から前記光源の発光部を突出させて、前記光源に被せるように配置されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
13. 前記スペーサは、弾力性の樹脂材料から構成されることを特徴とする請求項1〜１２のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
14. 前記弾力性の樹脂材料は白色に着色されていることを特徴とする請求項１３記載の液晶表示装置。
15. 前記弾力性の樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂およびシリコン樹脂から選択された一つであることを特徴とする請求項１３または１４記載の液晶表示装置。
16. 前記光源は絶縁基板上に実装されたそれぞれ赤色、青色、緑色の光を発光する複数のＬＥＤから構成されることを特徴とする請求項1〜１５のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
17. 前記第１のリフレクタおよび前記第２のリフレクタは、アルミニウム、ステンレス、真鍮から選択された一つの金属板に銀蒸着した透明樹脂を貼り合わせた複合材料からなることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
18. 前記第１のリフレクタおよび前記第２のリフレクタは、アルミニウム、ステンレス、真鍮から選択された一つの金属板に白色樹脂を貼り合わせた複合材料からなることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかの一項に記載の液晶表示装置。
    

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