JP2009128647A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板の側面に発光ダイオードを配置するバックライトにおいて、反射シートからの光漏れを防止し、バックライトからの出射光のムラを低減する。
【解決手段】 液晶パネルに光を照射するバックライトを有する液晶表示装置において、バックライトに設けられた導光板に、発光素子としてＬＥＤを設け、導光板の底面に多層膜からなる反射シートを設け、ＬＥＤ近傍の導光板の底面にサンドブラスト法により突起を設け、反射シートと導光板との密着を防止する。ＬＥＤ近傍では光ムラ対策のため反射溝が設けられてなく鏡面であるが、突起を設けることで密着が防止できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、非自発光型の表示装置の光源に関し、特に導光板を備え、ＬＥＤを発光素子として用いたバックライトを有する液晶表示装置に関する。

近年、表示装置として液晶表示装置が多用されている。特に液晶表示装置は、薄型、軽量、省電力であることから携帯用機器の表示部に用いられている。

しかしながら液晶表示装置は、自発光型でないために照明手段を必要とする。一般に液晶表示装置で用いられる照明装置には、バックライトと呼ばれる面状照明装置が普及している。従来バックライトの発光素子（光源とも呼ぶ）には冷陰極蛍光管が用いられているが、近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）も発光素子として用いられている。

バックライトには板状の導光板が設けられている。導光板の材質は透光性の樹脂等であり、発光素子から導光板に入射した光は導光板中を伝播する。導光板には溝、突起または印刷物等の反射・散乱部材が設けられている。この反射・散乱部材により導光板中を伝わる光は液晶パネル側に向けて出射する。

反射・散乱部材により進行方向が変化した光の内、一部の光は導光板底面から導光板外に出射する。導光板の底面側には反射シートが形成されており、底面から出射した光は反射シートで導光板側に反射され液晶パネル側に向かう。

下記「特許文献１」には、屈折率の異なる複数の誘電体層を積層した反射フィルムの記載がある。しかしながら、「特許文献１」には反射フィルムの光抜けについて記載がない。また、下記「特許文献２」には反射シートをサンドブラスト加工により粗面化した記載がある。しかしながら、「特許文献２」にはサンドブラスト加工により反射シートの光抜けを防止する記載はない。さらに、下記「特許文献３」にはサンドブラスト加工により導光板を粗面化する記載がある。しかしながら、「特許文献３」にもサンドブラスト加工により反射シートの光抜けを防止する記載はない。

特開平１１−３２９０３４号公報 特開平０９−１９７４０２号公報 特開平１１−２８１９７６号公報

液晶表示装置は、液晶パネルに光を照射するバックライトを有するが、サイドライトタイプのバックライトは発光素子と導光板と、導光板の底面側に設けられた反射シートとを有している。

高輝度化の目的で積層膜タイプの反射シートを用いる場合がある。積層膜タイプの反射シートは屈折率の異なる複数の膜を表面に積層して形成されている。

導光板の底面には光散乱用の溝が形成されているが、光ムラの対策のため発光素子近傍の底面に溝を設けない導光板がある。この溝が設けられていない部分で、反射シートと導光板の底面とが密着するという問題が見出された。

積層膜タイプの反射シートは屈折率が異なる複数の層を積層することで光を反射する構造をしている。そのため、反射シートの表面が空気層と接しないで直接導光板と接触すると、空気層以外から光が反射シートに入射することになる。空気層と異なる屈折率の物質から反射シートに入射する光は、反射シートで反射されずに透過してしまう。このため、反射シートと導光板の底面とが密着すると所謂光抜けが発生した。

液晶表示装置に、液晶パネルと、液晶パネルに光を照射するバックライトと、バックライトに設けられた発光素子と、発光素子からの光が入射する導光板と、導光板の側面に発光素子を配置する。

また、導光板の底面側には多層膜を有する反射シートを形成する。導光板の底面には散乱部材として溝が設けられ、溝は発光素子から一定の間隔を空けて設けられる。溝と発光素子との間の導光板の底面にはサンドブラスト加工により粗面または突起を設ける。

反射シートと導光板が密着することをサンドブラスト加工により防止する。サンドブラスト加工により、導光板に粗面または突起を設けることで、溝が設けられない部分での反射シートと導光板との密着を防止する。また、導光板と反射シートとの間に密着防止の粗面または突起を形成することで、反射シートと導光板との間に空気層を設ける。反射シートと導光板との間に空気層を設けることで、空気層を介して光が多層膜に入射するようにして、反射シートで反射されずに透過する光を防止する。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明による液晶表示装置１００を示す平面図である。液晶表示装置１００は液晶パネル１とバックライト１１０と制御回路８０とで構成される。制御回路８０からは液晶表示装置１００の表示に必要な信号及び、電源電圧が供給される。制御回路８０はフレキシブル基板７０に搭載されており、配線７１、端子７５を介して信号が液晶パネル１に伝達される。

バックライト１１０は、導光板１２０とＬＥＤ１５０と収納ケース１８０とから構成されている。バックライト１１０は液晶パネル１に光を照射する目的で設けられる。液晶パネル１ではバックライト１１０から照射された光の透過量または反射量を制御して表示を行う。なお、バックライト１１０は観察者に対して液晶パネル１の裏面側または前面側に重ねて設けられるが、図１では解り易くするために、液晶パネル１と並べて示している。

導光板１２０は、ほぼ矩形の形状をしており、側面にはＬＥＤ１５０が設けられる。符号１６０は、複数のＬＥＤ１５０の間を電気的に接続するフレキシブル基板である。フレキシブル基板１６０と制御回路８０との間は配線１６１で電気的に接続されている。ＬＥＤ１５０から出射した光は導光板１２０の入光面１２５から導光板１２０内に入射し導光板１２０内を伝播する。導光板１２０内を進行する光の一部は、導光板１２０内で液晶パネル１側に進行方向を変えられ液晶パネル１に照射される。

次に液晶パネル１について説明する。液晶パネル１はＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板３の２枚の基板を有し、重ねた２枚の基板の間には、液晶組成物が挟さまれている。ＴＦＴ基板２の画素部８には画素電極１２が設けられている。なお、液晶パネル１は多数の画素部８をマトリクス状に備えているが、図が煩雑になることを避けて、図１では画素部８を１つだけ図示している。マトリクス状に配置された画素部８は表示領域９を形成し、各画素部８が表示画像の画素の役割をはたし、表示領域９に画像を表示する。

図１においては、図中ｘ方向に延在しｙ方向に並設されるゲート信号線（走査線とも呼ぶ）２１と、ｙ方向に延在しｘ方向に並設されるドレイン信号線（映像信号線とも呼ぶ）２２とが設けられており、ゲート信号線２１とドレイン信号線２２とは交差している。また、画素部８はゲート信号線２１とドレイン信号線２２とで囲まれる領域に形成されている。

画素部８にはスイッチング素子１０が設けられている。ゲート信号線２１からは制御信号が供給され、スイッチング素子１０のオン・オフが制御される。スイッチング素子１０がオン状態となることで、ドレイン信号線２２を介して伝送された映像信号が画素電極１２に供給される。

ドレイン信号線２２は駆動回路５に接続されており、駆動回路５から映像信号が出力する。ゲート信号線２１は駆動回路６に接続されており、駆動回路６からは制御信号が出力する。なお、ゲート信号線２１、ドレイン信号線２２及び、駆動回路５及び駆動回路６とは同じＴＦＴ基板２上に形成されている。また、駆動回路５と駆動回路６、さらに制御回路８０とを１つの半導体チップ上に形成することも可能である。

次に図２に発光素子であるＬＥＤ１５０の概略図を示す。図２（ａ）は概略断面図、図２（ｂ）は光出射側正面図を示す。

ＬＥＤ１５０は発光部であるＬＥＤチップ１５１がチップ基板１５４に搭載された構造をしている。ＬＥＤチップ１５１はｐｎ接合を有し、ｐｎ接合に電圧を印加すると特定の波長で発光する。ｐｎ接合を形成するｐ型半導体層にはｐ電極（アノード）１５８と、ｎ型半導体層にはｎ電極（カソード）１５９とがそれぞれ設けられる。

ｐ電極１５８と、ｎ電極１５９にはワイヤ１５２が接続されている。ワイヤ１５２はＬＥＤ１５０を外部と接続するために設けられたチップ端子１５３とｐ電極１５８及びｎ電極１５９とを電気的に接続する。

ＬＥＤチップ１５１の出射面側には、蛍光発光部１５６が設けられる場合もある。蛍光発光部１５６はＬＥＤチップ１５１から発光する光の波長を変換する機能を有している。符号１５５は反射部で光を前方に反射させる。

次に、図３（ａ）に導光板１２０の概略平面図と、図３（ｂ）に概略側面図とを示す。導光板１２０は図３（ａ）に示すように略矩形をしており、図３（ｂ）に示すように上面（出光面とも呼ぶ）１２１と下面（底面とも呼ぶ）１２２とを有している。導光板１２０はアクリル樹脂やポリカーボネート等の光を透過する材質からなり、板状で、厚さが１．０ｍｍから０．２ｍｍに形成されている。

図３（ｂ）では、導光板１２０の断面は略矩形であるが、入射面１２５から出光面１２１に向けて傾斜面１２９が形成されている。この傾斜面１２９は出光面１２１の厚さに対してＬＥＤ１５０の厚さが、厚い場合に有効であり、傾斜面１２９は出光面１２１より厚い入光面１２５から入射した光を出光面１２１に向けて導いている。

図３では、導光板１２０、ＬＥＤ１５０、フレキシブル基板１６０の位置関係が示されている。導光板１２０の少なくとも一辺には入射面１２５が設けられており、入射面１２５の近傍には、複数のＬＥＤ１５０が設けられている。ＬＥＤ１５０はフレキシブル基板１６０の下側に入射面１２５に沿って並べられている。

フレキシブル基板１６０の導光板１２０側には接着シート１９０（図示せず）が設けられており、フレキシブル基板１６０を導光板１２０に接着、固定することで、入射面１２５に対してＬＥＤ１５０の位置を合せている。

次に図３（ｂ）を用いてＬＥＤ１５０から出光する光１３１について説明する。ＬＥＤ１５０から出射した光１３１は、入射面１２５より導光板１２０に入射する。導光板１２０の屈折率は空気よりも大きいため、入射面１２５の垂線方向に対し特定の角度より大きい角度で入射面１２５に到達した光は反射され、小さい角度で到達した光は導光板１２０内部に侵入する。

導光板１２０の上面１２１と下面１２２とは入射面１２５に対して略直交しており、導光板１２０内部に入射した光は、導光板１２０の上面１２１と下面１２２で全反射を繰り返して導光板１２０内部を進む。下面１２２には反射部としてＶ字型の溝１２６が設けられている。導光板１２０を進む光の一部は、下面１２２に設けられた溝１２６で上面１２１側に向け反射され、上面１２１から出射する。なお、反射部としてＶ字型の溝１２６を１例として説明したが、導光板を進む光を上面１２１側に向けるものであれば良く、印刷等で設けられた白色ドットを用いることも可能である。

次に図４を用いて溝１２６で反射する光について説明する。図４（ａ）は溝１２６が内側に凸の場合を示し、図４（ｂ）は溝１２６が外側に凸の場合を示している。溝１２６は反射面（傾斜面とも呼ぶ）１２７を有し、反射面１２７は下面１２２に対して１度から３５度の角度を有している。反射面１２７で反射した光は導光板１２０の上面１２１に向けて反射する。反射面１２７で反射させることで、光の上面１２１に対する角度を、上面１２１から出光可能な角度とすることが可能である。すなわち、前述したように導光板１２０内では光は全反射を繰り返すが、反射面１２７により、光は出射可能な角度となり導光板１２０から出射する。

図４（ａ）に示すように、導光板１２０の上面１２１の上にはプリズムシート１１２と１１３とが設けられ、導光板１２０から出射した光の向きを制御している。なお、図４（ａ）ではプリズムシート１１２と１１３とは三角柱の稜線が交差するように配置されている。そのため、プリズムシート１１３は導光板１２０から出射した光の進行方向を横方向に屈折させ、内側（液晶パネル側）に向けることが可能である。また符号１１４は拡散板で、符号１１５は反射シートである。

次に、図４（ｂ）に非対称プリズムシートを１枚用いる場合を示す。反射面１２７で反射した光は、上面１２１の鉛直方向に対して鈍角となり、上面１２１から外側（図中右側）に広がるように出射している。導光板１２０の上には、非対称プリズムシート１１６が設けられていて、外側に向かう光を液晶パネル（図示せず）側に向かうように屈折させている。

導光板１２０の下側には反射シート１１５が設けられている。反射シート１１５は反射面１２７を通過して導光板１２０の底面側に出射した光を液晶パネル側に戻す役割を持っている。

この反射シート１１５は、合成樹脂性の基材に異なる屈折率を有する複数の薄膜を積層したもので、薄膜の厚さを制御することで、特定の波長の光を反射するものである。

次に，図５を用いて、導光板１２０のＬＥＤ１５０近傍の入光部１２４の構造について説明する。図５は導光板１２０の入光部１２４の概略斜視図である。

導光板１２０の側面を入光面１２５とし、入光面１２５からＬＥＤ１５０の光を導光板１２０内に入射させる。入光面１２５にはレンズ１２３が形成されており、レンズ１２３はＬＥＤ１５０から入射する光を導光板１２０内に散乱させる役割を果す。

光源として従来用いられている冷陰極蛍光管が線光源であるのに対して、ＬＥＤ１５０は点光源に近く、離散して配置されるという問題点を有している。従って、特にＬＥＤ１５０に対向する入光面１２５近傍では光が強く、ＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０の間では光が弱いという、所謂光ムラがＬＥＤ１５０近傍で顕著となる。

この光ムラ対策のため、レンズ１２３等を用いて入射した光を隣接するＬＥＤ１５０の方向へ散乱させている。また、入光部１２４では溝１２６の高さや入光面１２５から溝１２６までの距離を微調整して光ムラを抑えている。

さらに、入光部１２４には傾斜面１２９が設けられている。この傾斜面１２９は導光板１２０の出光面１２１での厚さが、ＬＥＤ１５０の厚さよりも薄い場合に有効である。傾斜面１２９を用いて入光面１２５から出光面１２１に向かって光を導いている。なお、傾斜面１２９からは光が出射しないように、傾斜面１２９に対応する底面１２２には溝１２６が形成されていない部分が生じる。

隣合う２つの入光面１２５の間には突出部２２０が設けられる場合もある。突出部２２０は傾斜面１２９にＦＰＣ１６０を貼り付けることが困難なために設けられている。すなわち突出部２２０の上面にＬＥＤ１５０を搭載したＦＰＣ１６０が貼り付けられる。

このように入光部１２４では、傾斜面１２９に対向する底面や突出部２２０の底面に、溝１２６が設けられていない部分を備えている。そのために、入光部１２４の底面１２２は鏡面となっており反射シート１１５が密着する問題が生じる。

図６（ａ）に底面１２２が鏡面で反射シート１１５が導光板１２０に密着する様子を示し。図６（ｂ）に反射シート１１５が導光板１２０に密着しないように、突起１４０を設けた様子を示す。溝１２６によって反射シート１１５は導光板１２０との間隔を保っているが、溝１２６が設けられていない部分では反射シート１１５は導光板１２０と容易に密着している。

そのため、図６（ｂ）では、突起１４０をサンドブラスト法等により形成し、導光板１２０に反射シート１１５が密着することを防止している。溝１２６の高さは４〜５μｍであるが、突起１４０は溝１２６と同じ高さかそれ以下でも導光板１２０と反射シート１１５との間の密着を防止できる。なお、突起１４０は導光板１２０を射出成型する金型にサンドブラスト法等により、凹みを形成し、凹みに樹脂が充填されて突起を形成する方法で形成可能である。

また、図６（ａ）に示すように、反射シート１１５が導光板１２０と密着すると、導光板１２０の底面１２２で光が反射せずに、反射シート１１５側に透過される問題も発生する。すなわち、反射シート１１５と導光板１２０とが密着すると、導光板１２０が空気層よりも屈折率の低い層と接触することとなり、光は底面１２２で全反射せずに出射する。そのため、導光板１２０から出射した光が漏れるだけではなく、光が出射しては問題となる場所で反射シート１１５を透過して光が出射するという問題も発生する。

次に図７を用いて溝１２６と突起１４０との位置関係を示す。ＬＥＤ１５０と溝１２６の間に突起１４０が分散するように配置されており、突起１４０の高さと密度とを調整することで、導光板１２０に反射シート１１５が密着することを防ぐことが可能である。

また、溝１２６−２は溝１２６−１に比較して溝の高さを変化させている。溝１２６−２ではＬＥＤ１５０から遠い位置では溝１２６−２の高さを高くして溝１２６−２で反射する光の量を増加させている。図７では溝１２６−２の高さに従って溝１２６−２の幅が広くなっている様子を示している。

次に図８では、ＦＰＣ１６０を突出部２２０に貼り付ける様子を示している。ＦＰＣ１６０の裏側には粘着シート１９０が設けられており、ＦＰＣ１６０を突出部２２０に固定している。導光板１２０の入光面１２５とＬＥＤ１５０との距離が変化すると導光板１２０に入射する光の量が著しく変化するため、粘着シート１９０でＦＰＣ１６０を導光板１２０に固定する。ＦＰＣ１６０を突出部２２０に固定することで、入光面１２５とＬＥＤ１５０との距離が容易に変化しないようにすることが可能である。なお、符号１６５はＬＥＤ１５０をＦＰＣ１６０に固定し電気的に接続するハンダパッドである。

本発明の実施の形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の発光ダイオードを示す概略図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の導光板を示す概略図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の導光板を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の導光板の入光部を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の入光部付近を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の導光板を示す概略平面図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置の導光板の入光部を示す概略斜視図である。

符号の説明

１…液晶パネル、２…ＴＦＴ基板、５…駆動回路、６…駆動回路、８…画素部、９…表示領域、１０…スイッチング素子、１２…画素電極、２１…ゲート配線（走査信号線）、２２…映像信号線、７０…ＦＰＣ、７１…配線、７５…端子、８０…制御回路、１１０…バックライト、１１２…プリズムシート、１１３…プリズムシート、１１４…拡散板、１１５…反射シート、１２０…導光板、１２１…上面、１２２…下面、１２５…入射面、１２６…溝、１２９…傾斜面、１５０…ＬＥＤ、１５１…ＬＥＤチップ、１５２…ワイヤ、１５３…チップ端子、１５６…蛍光発光部、１５８…アノード電極、１５９…カソード電極、１６０…フレキシブル基板。

Claims (12)

1. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するバックライトと、
   バックライトに設けられた発光素子と導光板と、
   上記導光板に設けられた出光面と、該出光面に対向する底面と、
   上記導光板の底面側に設けられた反射シートとを有し、
   上記反射シートは多層膜が表面に形成され、
   上記導光板の底面には光散乱用の溝が形成され、
   上記溝と上記発光素子との間の上記底面にサンドブラスト加工を施したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記導光板の上記発光素子と対面する側面を光入射面とし、該光入射面にレンズを設け、上記レンズ近傍の底面にサンドブラスト加工を施したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上記導光板の上記発光素子と対面する側面を光入射面とし、該光入射面から上記出光面に向かって傾斜面を有し、上記傾斜面に対向する上記底面にサンドブラスト加工を施したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 上記導光板の上記発光素子と対面する側面を光入射面とし、該光入射面から上記出光面とは逆方向に向かって突出する突出部を設け、上記突出部の底面にサンドブラスト加工を施したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するバックライトと、
   バックライトに設けられた導光板と、
   上記導光板の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを有し、
   上記導光板は光が出射する出光面と該出光面に対向する底面とを有し、
   上記導光板の底面には導光板から光が出射するよう設けられた溝が設けられ、
   上記導光板の底面に沿って反射シートが配置され、
   上記反射シートは多層膜を有し、
   上記導光板の発光ダイオードの近傍に上記導光板と上記反射シートの密着を防止する突起を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
6. 上記導光板の上記発光ダイオードと対面する側面を光入射面とし、該光入射面にレンズを設け、上記レンズ近傍の底面に上記突起を設けたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 上記導光板の上記発光ダイオードと対面する側面を光入射面とし、該光入射面から上記出光面に向かって傾斜面を有し、上記傾斜面に対向する上記底面に上記突起を設けたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 上記導光板の上記発光ダイオードと対面する側面を光入射面とし、該光入射面から上記出光面とは逆方向に向かって突出する突出部を設け、上記突出部の底面に上記突起を設けたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
9. 上記導光板の上記発光ダイオードと対面する側面を光入射面とし、該光入射面から上記出光面とは逆方向に向かって突出する突出部を設け、上記突出部の底面に上記突起を設け、上記突出部の上面に上記発光ダイオードが搭載された基板を貼り付けたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
10. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射する面状照明装置とを有する液晶表示装置において、
    面状照明装置には出光面と該出光面に対向する底面とを有する導光板を設け、
    導光板には出光面または底面と交差する側面を設け、
    導光板の第１の側面に沿って複数のＬＥＤを設け、
    第１の側面からＬＥＤの光を入射させて、第１の側面を導光板の入射面とし、
    上記導光板に入射した光は導光板底面に設けられた散乱部材によって出光面側に向けられ出光面から出射し、
    上記導光板の底面側には多層膜を有する反射シートを設け、
    上記反射シートと上記導光板との間に間隔保持部材を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
11. 上記第１の側面にレンズを設け、上記レンズ近傍の底面に上記間隔保持部材を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 上記第１の側面から上記出光面に向かって傾斜面を有し、上記傾斜面に対向する上記底面に上記間隔保持部材を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。

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