JP2014026198A

JP2014026198A - 表示装置

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Publication number: JP2014026198A
Application number: JP2012168119A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Watabe; 一史渡部; Masayuki Mifune; 雅之三船
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06
Also published as: US20140029297A1; CN103576383A; US9170360B2; CN103576383B

Abstract

【課題】複数の単色ＬＥＤを用いて白色表示が可能なサイドライト方式のバックライトを有する表示装置の表示領域の面積を大きくする。
【解決手段】
中央が緑ＬＥＤ２０Ｇで、そのサイドに赤ＬＥＤ２０Ｒまたは青ＬＥＤ２０Ｂが配置されたＬＥＤセット２０が導光板１０の凹部に収容され、導光板１０の緑ＬＥＤ２０Ｇに対向する部分には、円弧状の凸部を有する入光溝１５が形成され、赤ＬＥＤ２０Ｒ、青ＬＥＤ２０Ｂに対向する部分には、凹部が直角三角形状の異振溝１６が形成されている。この構成によって、導光板１０内において、赤ＬＥＤ２０Ｒおよび青ＬＥＤ２０Ｂの光の配光軸を中央側に向け、かつ配向角をそれぞれ調整し、3色の光のミキシングを効果的に行う。これによって、白色領域を広げることが出来、有効表示領域を広げることが出来る。
【選択図】図５

Description

本発明は表示装置に係り、特に、サイドライト型で、複数の単色ＬＥＤを用いた場合、色むらの生ずる領域を少なくでき、有効表示領域を大きく出来る表示装置に関する。

表示装置の内、例えば液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置は、薄型、軽量に出来ることから色々な分野に使用されている。液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。小型の液晶表示装置では、光源としてＬＥＤが使用されている。また、小型の液晶表示装置では、全体の厚さを小さくするために、導光板のサイドにＬＥＤを配置するいわゆるサイドライト型のバックライトが使用される。

ＬＥＤは点光源であるが、導光板を出射する光は、面光源である必要がある。しかし、ＬＥＤが配置された導光板の付近は光の強度むらが大きく、面光源として用いることは不適である。したがって、面光源として用いることが出来る領域は限られてくる。面光源として使用できる面積を大きくするために、「特許文献１」および「特許文献２」では、導光板のサイドに台形状の突起を形成し、この台形上の突起の上底部分に光源であるＬＥＤを配置して、導光板からの均一な出射光を得る構成が記載されている。「特許文献１」および「特許文献２」に記載のバックライトは光源として白色ＬＥＤを使用している。したがって、色むらの問題は生じない。

「特許文献３」には、いわゆる直下型のバックライトにおいて、赤発光ＬＥＤ（以後赤ＬＥＤ）、緑発光ＬＥＤ（以後緑ＬＥＤ）、青発光ＬＥＤ（以後青ＬＥＤ）のＬＥＤセットを多数使用して、白色の面光源を得る構成が記載されている。各ＬＥＤセットは、凸部を有し、断面がＴ字型で、凸部と対向部に凹部を有する導光部の凸部に３色のＬＥＤをデルタ型に配置し、導光部において、３色をミキシングする構成が記載されている。

特開２００２−１６９０３４号公報特開２００５−６３９１３号公報特開２００７−２００８７６号公報

液晶表示装置などの表示装置におけるカラー表示はカラーフィルタを用いて行うのが一般的である。この場合、バックライトは白色光である。カラーフィルタ方式では、たとえば、赤表示の場合、緑、青等の光はフィルタでブロックされ、バックライトの光のエネルギーの１/３しか使用できないので、エネルギー効率が悪い。緑表示、青表示等も同様である。

これに対して、いわゆるフィールドシーケンシャルによる駆動方法は、カラーフィルタを使用しないので、バックライトのエネルギー効率が優れている。図１２は、フィールドシーケンシャルの原理を示す模式図である。図１２において、赤、緑、青の色を持つ鉢に植えた花５００を表示するものとする。最初の一定時間は赤である花５０１のみを表示する。このときは赤ＬＥＤのみ点灯している。次の一定時間は緑である茎および葉５０２のみ表示する。このときは緑ＬＥＤのみ点灯している。さらに他の一定時間は青である鉢５０３のみ表示する。このときは青ＬＥＤのみ点灯している。人間の眼は残像を有しているので、人間の眼には、３色の合成された絵５００として認識される。

このように、フィールドシーケンシャルでは、カラーフィルタを用いないので、光源からの光を全量、表示に使用することができる。しかし、フィールドシーケンシャルにおいては、原理的に白色光は使用することができず、赤、緑、青の単色のＬＥＤを時間差で点灯させる必要がある。単色のＬＥＤを時間差で動作させても、人間の眼には、これらの光が重複して視認されるので、白表示する場合、３色のＬＥＤは表示領域においては十分にミキシングされていないと色むらとして認識される。

図１３は従来例におけるフィールドシーケンシャル方式のバックライトの一部の斜視図である。図１３において、導光板１0の側面に、ＬＥＤ用フレキシブル配線基板１２０に搭載された複数のＬＥＤセット２０が対向して配置されている。導光板１０の下面には反射シート３０が配置している。ＬＥＤセット２０とは、図１１に示すように、ＬＥＤパッケージに赤ＬＥＤ２０Ｒ、緑ＬＥＤ２０Ｇ、青ＬＥＤ２０Ｂが組み込まれたものである。

図１４は、導光板１０とＬＥＤセット２０の配置を示す平面図である。図１４は、導光板１０の端部の平面図を記載している。図１４において、ＬＥＤ用フレキシブル配線基板１２０は省略されている。図１４において、導光板１０に矩形状の凹部１２が形成され、この凹部１２の中にＬＥＤセット２０が配置されている。導光板１０の凹部１２において、ＬＥＤセット２０と対向する面には、ＬＥＤからの光を広げるための入光溝１３が形成されている。入光溝１３の従来構造については、後で説明する。

ＬＥＤセット２０において、導光板１０の入光溝１３に対向する部分には、赤ＬＥＤ２０Ｒ、緑ＬＥＤ２０Ｇ、青ＬＥＤ２０Ｂが配置している。各単色ＬＥＤから入光溝１３に入射した光は、入光溝１３によって広げられ、液晶表示パネルの表示領域４００に対応する部分に進む。表示領域４００においては、３色の光が十分にミキシングされ、白表示が可能となっている必要がある。しかし、図１４に示すように、ＬＥＤセット２０付近においては、単色領域あるいは２色領域が存在するので、この領域が存在する部分は表示領域４００として使用することができない。

図１４において、入光溝１３から出射する光のうち、Ｒは赤単色の領域であり、Ｇは緑単色の領域であり。Ｂは、青単色の領域である。また、Ｙは、赤と緑の混合した黄色の領域であり、Ｃは青と緑の混合したシアンの領域であり、Ｗは赤、緑、青の３色が混合した白の領域である。ところで、赤および黄色の領域は、導光板の端部で反射して表示領域に向かうが、反射後、赤の領域は緑と青の光と、黄色の領域は青の光とも混合するので、白色光となる。したがって、表示領域４００として使用できる領域は、図１４における点線の部分よりも上側の領域となる。一方、単色あるいは、２色混合の光が存在する領域は非表示領域４５０であり、表示領域としては使用できない。

図１５は、ＬＥＤセット２０側に対向する円弧状の凸部を有する入光溝１５である。円弧状入光溝を形成する目的は、光を左右に広げて３色のミキシング領域をできるだけ広げることである。しかし、円弧状の凸部を有する入光溝１５では、図１５に示すように、ＬＥＤセットからの配光軸２５はＬＥＤセットの出射面と垂直方向に直進する方向である。ここで、配光軸は、ＬＥＤから出た光が導光板１０に入射して伝播している方向の中心軸である。したがって、従来例では、３色の光の混合する領域は、ＬＥＤセットから比較的大きな距離が必要となる。

表示装置のスペース効率を上げるためには、非表示領域４５０を小さくする必要があるが、図１５に示す従来例における円弧状の凸部を有する入光溝では、非表示領域４５０を小さくするには限界があった。本発明の課題は、フィールドシーケンシャル方式等、赤ＬＥＤ、緑ＬＥＤ、青ＬＥＤの単色のＬＥＤを用いて表示する表示装置において、白色光となる領域をできるだけ大きくすることができるバックライトの構成を実現することである。なお、赤ＬＥＤ、緑ＬＥＤ、青ＬＥＤを用いる場合は例であって、たとえば、黄色のＬＥＤが加わったような場合においても、課題は同様である。

本発明は以上のような課題を解決するものであり、主な手段は次のとおりである。

（１）ＴＦＴ基板と対向基板を有する液晶表示パネルの背後にバックライトが配置された液晶表示装置であって、前記バックライトは、導光板と前記導光板のサイドに光源を配置したサイドライト型であり、前記光源は、中央が緑ＬＥＤで、そのサイドに赤ＬＥＤまたは青ＬＥＤが配置されたＬＥＤセットであり、前記導光板には前記ＬＥＤセットを収容する凹部が形成され、前記導光板の前記凹部において、前記緑ＬＥＤに対向する部分には、左右対称な形状の入光溝が形成され、前記赤ＬＥＤ、前記青ＬＥＤに対向する部分には、左右非対称な異振溝が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記緑ＬＥＤに対向する部分に形成された前記左右対称な入光溝は、円弧状の凸部を有する入光溝が形成されており、前記赤ＬＥＤ、前記青ＬＥＤに対向する部分に形成された、前記左右非対称な異振溝は、三角形状の凹部を有し、前記三角形状の凹部は、外側の辺が短く、内側の辺が長い三角形であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

本発明によれば、複数の単色のＬＥＤを用いて白色表示する液晶表示装置において、外形を同じにした場合の表示領域の面積を大きくすることが出来る。フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置においては、単色のＬＥＤを用いることが必須であるので、特に効果がある。

液晶表示装置の断面図である。導光板の凹部にＬＥＤセットが収容された状態を示す平面図である。ＬＥＤを載置したＬＥＤ用フレキシブル配線基板の平面図である。本発明における、導光板の凹部にＬＥＤセットが収容された状態を示す拡大平面図である。本発明による導光板における入光溝と光の配光軸および配向角を示す模式図である。本発明による導光板内における緑ＬＥＤ、赤ＬＥＤ、青ＬＥＤからの光の配光軸および配向角を示す模式図である。緑ＬＥＤに対応する部分に形成された、円弧状の凸部を有する入光溝を示す平面図である。異振溝の例である。異振溝の他の例である。異振溝のさらに他の例である。本発明による導光板における他の入光溝と光の配光軸および配向角を示す模式図である。フィールドシーケンシャルの原理を示す模式図である。サイドライト型バックライトの構成を示す斜視図である。従来例における、導光板内の光のミキシングの状態を示す模式図である。従来例における導光板内に形成された入光溝の平面図と各ＬＥＤからの光の配光軸と配向角を示す模式図である。

以下、本発明の内容を、実施例を用いて詳細に説明する。

図１は本発明が適用される表示装置の断面図である。本実施例では、表示装置の一例として液晶表示装置について説明する。図１において、液晶表示パネル３００（表示パネル）の背面にバックライトが配置されている。ＴＦＴと画素電極がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に図示しない液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００の下には下偏光板１０１が配置し、対向基板２００の上には上偏光板２０１が配置している。ＴＦＴ基板１００、対向基板２００、下偏光板１０１、上偏光板２０１で液晶表示パネル３００を構成している。ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１００が１枚となっている部分は端子部１５０となっている。端子部１５０には画像信号等を供給するためのフレキシブル配線基板１１０が接続されている。

バックライトは樹脂モールド８０内に配置されている。光源は赤ＬＥＤ２０Ｒ、緑ＬＥＤ２０Ｇ、青ＬＥＤ２０ＢがセットになったＬＥＤセット２０である。ＬＥＤセット２０は導光板１０の側面に形成された凹部内に配置している。ＬＥＤセット２０は、ＬＥＤ用フレキシブル配線基板１２０に載置されている。導光板１０のＬＥＤセット２０と対向する部分にはＬＥＤからの光を広げるための入光溝１３が形成されている。導光板１０の下面には反射シート３０が配置している。

導光板１０の上には光学シート群が配置している。図１においては、光学シート群は、下から、下拡散シート４０、下プリズムシート５０、上プリズムシート６０、上拡散シート７０である。下拡散シート４０は、導光板１０によって均一にしきれない点光源に起因する輝度むらを軽減する。下プリズムシート５０は、特定方向に広がろうとする光を液晶表示パネル３００の方向に向ける働きを有し、上プリズムシート６０は、特定方向と直角方向に広がろうとする光を液晶表示パネル３００の方向に向ける。上拡散シート７０は、液晶表示パネル３００の走査線あるいは映像信号線と、下プリズムシート５０あるいは上プリズムシート６０とによって発生するモアレを低減する。図１における光学シートは例であり、他の組み合わせも存在する。例えば、プリズムシートを使用せずに、複数の拡散シートを用いる場合もある。

図２は、導光板１０とＬＥＤセット２０が配置された平面図である。導光板１０の凹部１２内にＬＥＤセット２０が配置している。導光板１０の凹部１２内において、ＬＥＤセット２０と対向している部分にはＬＥＤセット２０からの光を広げるための入光溝１３が形成されている。本発明は、この入光溝１３の形状に特徴があり、ＬＥＤセット２０からの光を効果的に広げることが出来、３色がミキシングした表示領域を広げることが出来る。

図２において、複数のＬＥＤセット２０がＬＥＤ用フレキシブル配線基板１２０の上に配置している。図３は、複数のＬＥＤセット２０がＬＥＤ用フレキシブル配線基板１２０に配置している状態を示す平面図である。図３において、フレキシブル配線基板１２０の配線は省略してあるが、Ｔ字型のフレキシブル配線基板１２０には、６個のＬＥＤセット２０が配置している。

図４は、赤ＬＥＤ２０Ｒ、緑ＬＥＤ２０Ｇ、青ＬＥＤ２０Ｂが前面に配置された状態のＬＥＤセット２０が導光板１０の凹部１２に配置された状態を示す平面図である。図４において、光量が最も多い緑ＬＥＤ２０ＧをＬＥＤセット２０の中央に配置している。これによって、ミキシングバランスを最適化することができ、輝度効率を高めることが出来る。なお、従来例では、サイズが最も小さい青ＬＥＤ２０ＢをＬＥＤセット２０の中央に配置していた。図４において、赤ＬＥＤ２０Ｒ用入光溝１３Ｒ、緑ＬＥＤ２０Ｇ用入光溝１３Ｇ、青ＬＥＤ２０Ｂ用入光溝１３Ｂは分離して配置されているが、連続して配置されていてもよい。

図５は、本発明における入光溝１３の平面形状と、赤ＬＥＤ２０Ｒ、緑ＬＥＤ２０Ｇ、青ＬＥＤ２０Ｂから出射する光の方向を示す模式図である。図５において、緑ＬＥＤ２０Ｇに対応する入光溝は円弧状の凸部を有する入光溝１５である。赤ＬＥＤ２０Ｒおよび青ＬＥＤ２０Ｂに対応する入光溝は鋸歯状の異振溝１６となっている。異振溝１６は、赤ＬＥＤ２０Ｒからの光および青ＬＥＤ２０Ｂからの光を中心方向に向け、緑ＬＥＤ２０Ｇからの光とのミキシングをしやすくしている。

ＬＥＤチップから入光溝１３に入射し、入光溝１３から導光板１０内に広がる光の中心軸を配光軸と称し、各光の広がりを配向角とよぶ。赤ＬＥＤ２０Ｒと青ＬＥＤ２０Ｂから出射する光の配光軸は、異振溝１６によって、中央方向に向かう。緑ＬＥＤ２０Ｇからの光が円弧状の凸部を有する入光溝１５によって広げられる配向角φ１と、赤ＬＥＤ２０Ｒあるいは青ＬＥＤ２０Ｂからの光が異振溝１６によって広げられる配向角φ２は、本実施例実施例においてはほぼ同等としたが、それぞれ溝形状により配光角を調整することが可能である。なおφ１とφ２はいずれも最大で１２０度程度である。

したがって、図６に示すように、赤の光と青の光の配光軸が傾いた分、３色の光のミキシングに要する距離が小さくなる。これによって、導光板１０における白色の領域が大きくなり、表示領域を広げることが出来る。

図７は、緑ＬＥＤ２０Ｇからの光が入射する円弧状の凸部を有する入光溝１５の平面形状である。円弧状の凸部を有する入光溝１５による導光板１０内における光の広がりを示す配向角は、図７に示す接触角θｓによって制御することが出来る。接触角θｓは一般には、７０度〜９０度であるが、接触角θｓが大きいほど光を広げることが出来る。接触角θｓの最大は９０度であるが、この場合でも、配向角は１２０度程度である。

図８は、青ＬＥＤ２０Ｂからの光に対する異振溝１６の形状を示す平面図である。図８における異振溝１６の凹部は頂部が直角である直角三角形であり、直角三角形における最も小さい角度θｔは、図８においては３５度である。なお、頂部は正確に直角でなくともよい。最も小さい角度θｔと頂部の角度を制御することによって、入光溝１３からの配光軸および配向角を調整することが出来る。図８は青ＬＥＤ２０Ｂからの光が入射する異振溝１６の形状であるが、赤ＬＥＤ２０Ｒからの光が入射する異振溝１６の形状は、図８の形状とは対称の関係となっている。

図９は鋸歯状の異振溝１６の他の例を示す平面図である。図９において、直角三角形の凹部は連続しているのではなく、凹部と凹部の間に平坦な部分Ｆが存在している。つまり、直角三角形状の凹部は、平坦部を介して周期的に形成されている。この場合も、頂部は正確に直角でなくともよい。図８と同様、凹部の三角形の最も小さな角度θｔと頂部の角度によって、導光板１０内における光の配光軸、光の配向角を制御することが出来る。

図１０は、鋸歯状の異振溝１６のさらに他の例を示す平面図である。図１０において、異振溝１６の直角三角形の直角に対応する部分には、長さＴにわたって平坦部が形成されている。このような形状であっても、青ＬＥＤ２０Ｂからの導光板１０内における光の配光軸、配向角を制御することが出来る。図１０は青ＬＥＤ２０Ｂに対する異振溝１６の例であるが、赤ＬＥＤ２０Ｒに対する異振溝１６は、図１０に示す異振溝１６の対称形とすればよい。

以上のように、本実施例における入光溝１３は、中央の緑ＬＥＤ２０Ｇに対しては、左右対称な円弧状の凸部を有する入光溝１５であり、サイドの赤ＬＥＤ２０Ｒあるいは青ＬＥＤ２０Ｂに対しては、左右が異なる形状である異振溝１６が形成されている。この構成によって、３色がミキシングする白色領域を広く形成することが出来る。

図１１は、本発明の第２の実施例による入光溝１３の平面形状である。図１１が実施例１の図５と異なる点は、緑ＬＥＤ２０Ｇからの光に対応する入光溝１３が円弧状の凸部を有する入光溝１５ではなく、凹部が台形状の入光溝１７となっている。この場合も緑ＬＥＤ２０Ｇからの光の導光板１０内における配光軸および配向角を制御することが出来る。図１１では、台形である凹部が1個の場合を示しているが、台形である凹部は複数の場合であってもよい。

図１１において、赤ＬＥＤ２０Ｒからの光と青ＬＥＤ２０Ｂからの光が入射する部分の入光溝１３は、実施例１と同様に、鋸歯状の異振溝１６となっている。この場合の異振溝１６も図８に示すような、完全な鋸歯状である必要はなく、実施例１において説明したような、図９、図１０に示すような、異振溝１６によって赤ＬＥＤ２０Ｒからの光と青ＬＥＤ２０Ｂからの光の導光板１０内における配光軸および配向角を制御することが出来る。

以上のように、本実施例においても入光溝１３は、中央の緑ＬＥＤ２０Ｇに対しては、左右対称な台形状の凹部を有する入光溝１３であり、サイドの赤ＬＥＤ２０Ｒあるいは青ＬＥＤ２０Ｂに対しては、左右が異なる形状である異振溝１６が形成されている。この構成によって、３色がミキシングする白色領域を広く形成することが出来る。

実施例１および実施例２において説明したバックライトの光源は、３色のＬＥＤからの光を効果的にミキシングし、白色を形成できる領域を広くとることが出来るので、フィールドシーケンシャル方式の表示装置において特に効果がある。

１０…導光板、１２…導光板凹部、１３…入光溝、１３Ｒ…赤ＬＥＤに対する入光溝、１３Ｇ…緑ＬＥＤに対する入光溝、１３Ｂ…青ＬＥＤに対する入光溝、１５…円弧状の凸部を有する入光溝、１６…異振溝、１７…凹部が台形状の入光溝、２０…ＬＥＤセット、２０Ｒ…赤ＬＥＤ、２０Ｇ…緑ＬＥＤ、２０Ｂ…青ＬＥＤ、２５…配光軸、３０…反射シート、４０…下拡散シート、５０…下プリズムシート、６０…上プリズムシート、７０…上拡散シート、８０…モールド、１００…ＴＦＴ基板、１０１…下偏光板、１１０…フレキシブル配線基板、１２０…ＬＥＤ用フレキシブル配線基板、１５０…端子部、２００…対向基板、２０１…上偏光板、３００…液晶表示パネル、４００…表示領域、４５０…非表示領域

Claims

ＴＦＴ基板と対向基板を有する表示パネルの背後にバックライトが配置された表示装置であって、
前記バックライトは、導光板と前記導光板のサイドに光源を配置したサイドライト型であり、
前記光源は、中央が緑ＬＥＤで、そのサイドに赤ＬＥＤまたは青ＬＥＤが配置されたＬＥＤセットであり、
前記導光板には前記ＬＥＤセットを収容する凹部が形成され、
前記導光板の前記凹部において、前記緑ＬＥＤに対向する部分には、左右対称な形状の入光溝が形成され、前記赤ＬＥＤ、前記青ＬＥＤに対向する部分には、左右非対称な異振溝が形成されていることを特徴とする表示装置。
前記緑ＬＥＤに対向する部分に形成された前記左右対称な入光溝は、円弧状の凸部を有する入光溝が形成されており、前記赤ＬＥＤ、前記青ＬＥＤに対向する部分に形成された、前記左右非対称な異振溝は、三角形状の凹部を有し、前記三角形状の凹部は、外側の辺が短く、内側の辺が長い三角形であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記三角形状の凹部は、直角三角形であることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
前記直角三角形状の凹部は、平坦部を介して周期的に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
前記緑ＬＥＤに対向する部分に形成された前記左右対称な入光溝は、台形状の凹部を有する入光溝が形成されており、前記赤ＬＥＤ、前記青ＬＥＤに対向する部分に形成された、前記左右非対称な異振溝は、三角形状の凹部を有し、前記三角形状の凹部は、外側の辺が短く、内側の辺が長い三角形であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。