JP2008140698A - バックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の構造を大きく変更することなく可撓性（屈曲性）を持つバックライト装置、および該バックライト装置を備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】シリコーンゴムからなり可撓性を有する導光板５と、該導光板５の少なくとも一側面に沿って配置された光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇとを備え、可撓性を有するバックライト装置１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可撓性を有するバックライト装置及び該バックライト装置を備え屈曲可能な液晶表示装置に関するものである。

近年、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、モバイル機器、ノート型パーソナルコンピュータなどに代表される電子機器に用いられる表示装置としては、バックライト装置を兼ね備えた液晶表示装置が主に使われている。またそれらバックライト装置はこれまで冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）が用いられてきたが、最近では主に発光ダイオード素子を使用したものが主流となってきている。

ここで従来のバックライト装置に使用される光学部材は、図７に示すように光源９１からの光を導光する導光板９５、液晶パネル側へ効率良く光を導くための反射シート９７、導光板を伝播した光を効率よく拡散し液晶パネルへ入射させるための拡散シートなどの機能性光学シート９６があり、導光板の一方の辺、あるいは両方の辺に設置されたＣＣＦＬあるいは発光ダイオードなど光源９１の光を効率良く液晶パネルへ入射させ、観察される画面において発光輝度が画面全域で均一になるように制御される。

一方、従来のガラス基板をベースとした液晶表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイに代わる、あるいは新たな市場を生むと期待される表示装置として、可撓性（屈曲性）を有するフレキシブル表示装置が考えられており、そのフレキシブル表示装置への応用が期待される薄膜トランジスタアレイや有機ＥＬなどに代表される発光素子、あるいは電子ペーパーを用いた表示素子の提案がされている（例えば、非特許文献１，２参照。）。

現在、自発光の素子を用いた表示素子は、各素子の発光によって画像の生成が可能であるため光源となるバックライト装置が不要となるが、種々の技術検討の報告がされているものの課題は多く、一部の電子機器用の表示装置として製品化されているもののほとんどの電子機器には液晶表示装置が用いられている。液晶表示装置はその構成のため光源となるバックライト装置（あるいはフロントライト装置）が必要となるが、フレキシブルバックライト装置に関する報告はいくつかあるものの導光機能を持つ光学部材を使用した報告についてはほとんどない（例えば、非特許文献３，４参照）。

また、光源となる冷陰極管と導光板、導光板と各光学シートとの間に生じる空気層の介在をなくし、光の利用効率を上げる目的でゴム弾性体に透明物質の粒子を加えた導光板（特許文献１参照）や、液晶パネルなどの被照射体を均一に照明する目的で、光源となる冷陰極管から放射された光を効率よく導光する形状を有するゴム弾性体を用いた導光板が提案されている（特許文献２参照）。しかし、これらの導光板は冷陰極管と導光板の組み合わせによる光源と導光板、あるいは導光板と各光学シートの密着性を向上するためや冷陰極の光を導光板へ効率よく入射させるための形状に関するものであり、可撓性を持たせる目的のものではない。

Y. Fujisaki, H. Sato, H. Fujikake, Y. Inoue, S. Tokito and T. Kurita; "Flexible crystal display cells on plastic substrate driven by low-voltage organic thin-film transistor wit improved gate insulator and passivation layer", Jpn. J. Appl. Phys., Vol.44, No.6A, pp.3728-3732（2005） M. Suzuki, T. Suzuki, T. Tsuzuki, S. Tokito, T. Kurita, F. Sato; "Flexible Color OLED Display using White Light-Emitting Layer based on Phosphorescent Polymers", IDW’04 DIGEST, pp.1277−1280（2004） P. Slikkerveer, P. Bouten, P. Cirkel, J. de Goede, H. Jagt, N. Kooyman, G. Nisato, R. van Rijswijk and R. Duineveld; "A Fully Flexible Color Display", SID 04 DIGEST, pp.770-773（2004） A. Nagawasa and K. Fujisawa; "An Ultra Slim Backlight System using Optical-Patterned Film", SID 05 DIGEST, pp.570-573（2005） 特許第３６５７３０５号公報 特開平９−２１１２３２号公報

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、従来の構造を大きく変更することなく可撓性（屈曲性）を持つバックライト装置、および該バックライト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。

前記課題を解決するために提供する本発明は、シリコーン樹脂からなり可撓性を有する導光板と、該導光板の少なくとも一側面に配置された複数の発光素子とを備え、可撓性を有することを特徴とするバックライト装置である。

ここで、前記光源は、発光ダイオード素子または冷陰極管であることが好ましい。

また、前記導光板の屈折率が１．４以上であることが好ましく、前記導光板の表面に光拡散機能を示す凹凸が設けられているとよい。

また、前記発光素子は当該バックライト装置が撓む方向と平行となる前記導光板の側面に配置されていることが好適である。

また、前記発光素子から出射され前記導光板に導かれて出てくる光の光学特性を調整する光学シートを備えるとよい。

前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１〜６のいずれかに記載のバックライト装置と、可撓性を有する液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶表示装置である。

請求項１，２の発明によれば、シリコーン樹脂からなる導光板を用いることにより、可撓性を有するとともに、光源からの光を導光する機能、導光された光を効率良く出射する機能、および光を伝搬する機能に優れたバックライト装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、発光ダイオードの封止樹脂との屈折率差が小さいことにより、バックライト装置として光源からの光を効率的に利用することができる。
請求項４の発明によれば、光学シートのうち拡散シートを省略することができるので、バックライト装置の部品点数を低減でき、装置全体の厚さも薄くすることができる。
請求項５の発明によれば、バックライト装置を湾曲させても光源からの光のロスが少なくなり、高輝度の発光が得られる。
請求項６の発明によれば、装置から出射する光の光学特性を適正に調整できるので、均一で高輝度の発光が得られる。
請求項７の発明によれば、バックライト装置及び液晶パネルともに可撓性を有することにより、可撓性のあるフレキシブル液晶表示装置を提供することができる。

以下に、本発明に係るバックライト装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係るバックライト装置の構成を示す斜視図であり、図２はバックライト装置１０を撓めた際の斜視図である。
バックライト装置１０は、光源部２０と導光板５と備えてなるものである。詳しくは、導光板５のおもて面（光の出射面）側の光学シート６と、可撓性を有するシート状の導光板５と、導光板５の裏面側の反射シート７とが積層されており、導光板５の長辺側の側面のうち少なくとも一側面に沿って該一側面に光を入射する態様で各光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ（以下、これらをまとめて光源ユニット１）が配置され、導光板５の短辺側で光学シート６、導光板５、反射シート７の端面を覆う形でフレームが設けられた構成となっており、当該バックライト装置全体として少なくとも一方向（図中矢印方向）に可撓性を有することを特徴とするものである。

このバックライト装置１０の駆動時には、配線基板２を経由して各光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇに電力が供給され、各光源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇから導光板５の側面に対して白色光が出射され、ついで導光板５に入射した光は導光板５内を伝搬し、反射シート７で反射されつつ導光板５内に広がるように導光される。そして導光された光は導光板５の効率よく出射する機能により導光板５の主面から出射される。ついで、導光板５から出射された光は光学シート６により所定の光学特性に調整された上で、光出射面８から均一な光として放射されるようになっている。

ここで、光源ユニット１は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）または冷陰極管（ＣＣＦＬ）からなり、白色の光を出射するものである。光源ユニット１がＬＥＤからなる場合、白色ＬＥＤ、あるいは赤色ＬＥＤ・緑色ＬＥＤ・青色ＬＥＤからなりそれぞれのＬＥＤから出射される光を混合して外部に白色光を発するもののいずれの構成でもよい。また、図１のように複数のＬＥＤが導光板５の一側面（端面）に並んで配置されていることが好ましい。このとき、光源（ＬＥＤ）１は可撓性のある配線基板（フレキシブル配線基板）２上に電力供給されるように搭載されており、この配線基板２が導光板５の光入射面とする一側面に光源ユニット１が配置されるように導光板５の縁部に設置される。

導光板５は、シリコーンゴム樹脂が型成形により一体成形されたものであり可撓性を有する。ここで導光板５の材料として、高透過性、成形性、低吸水（吸湿）性、耐環境性、低複屈折性の点で従来使用されていた透明熱可塑性樹脂のポリカーボネート樹脂（ＰＣ）やアクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））と同等以上の性能を示しその成形品が可撓性を示すシリコーンゴム樹脂材料を用いるとよく、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルフェニルシロキサンなどが挙げられる。これにより、導光板５の透明性と屈折率が適正なものとなり、その結果光を導光する機能に優れたものとなる。とくに、構成材料をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とした場合が好適であり、導光板５は透明で屈折率が１．４以上のものとなり、光を導光する機能が従来の導光板より優れたものになる。

また、導光板５は、導光された光を効率よく出射する機能に優れる。これは導光板５の表面が所定のパターン化された形状になっていることによるものであり、表面形成時にそのような形状となるように制御されている。またその表面形状は光源ユニット１の配光特性などを基に光学設計されたものである。この表面形状は、最終的な液晶表示装置の大きさ、光源ユニット１を構成する光源の種類、数などによって最適化される必要がある。

図３に導光板５の導光された光を効率よく出射する機能のための表面形状例を示す。図３では、導光板５Ａの光出射面側の表面に一定ピッチで微細な凸部５ｂを設け（図３（ａ））、反射シート７側に可変ピッチの微細な凹部５ａを設ける（図３（ｂ））ことにより導光された光を効率よく出射する機能を付与している。

また、導光板５の光出射面側の表面に光拡散機能を示す凹凸を設けてもよい。図４にその例を示す。図４（ａ）は導光板５Ｂの斜視図であり、図４（ｂ）は導光板５Ｂを用いたバックライト装置の光出射面領域の断面図である。導光板５Ｂでは、光出射面８とは反対面側の表面に一定ピッチで微細な凹部５ｂを設け、光出射面側の表面に光拡散機能を示す凹凸５ｃを設けている。これにより、後述する光学シート６のうち、拡散シート６ｃを省略することが可能である。

導光板５を作製するに当って、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を構成材料とする場合、一般的に２液混合による重合反応を用いた硬化により成形を行う。例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製のＳＹＬＧＡＲＤ１８４を用いるとよいが、この材料は型となるマスター型を使用することにより簡便に所望の形状の導光板５を得ることが可能である。あるいは、従来のポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル樹脂ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）製の導光板の作製に用いる微細な金型を利用することも可能である。また、導光板５Ｂのように光出射面側の表面に光拡散機能を示す凹凸を設ける場合には、微細パターニングの一種としてのマイクロコンタクトプリンティング法などで使用される凸版の作製方法と同じようにフォトリソグラフィを用いて微細加工されたガラス基板をマスター型として使用するとよい。具体的には、基板上にフォトリソグラフィによってレジストの微細構造を形成し、スタンプ型をつくり、そのスタンプ型により導光板５表面に微細構造を転写させるものである（参考文献；A.Kumar, G.M.Whitesides; Appl. Phys. Lett., vol.63, pp.2002-2004（1993））。

光学シート６は、各光源ユニット１から出射され導光板５に導かれて出てくる光の光学特性を調整するものであり、入射光の出射方向を調整するプリズムシートと、光を散乱させる拡散シートを積層させて輝度分布が均一で正面輝度の高い表示を可能とするものである。図３にその例を示す。ここでは光学シート６は入射光の出射方向を調整するプリズムシート６ａ，６ｂと、光を散乱させる拡散シート６ｃとを積層させている。

なお、図１，図２には、光源部２０を導光板５のバックライト装置１０の撓む方向（屈曲方向、図中矢印方向）に対して平行となる側面に配置する構成を示しているが、これに限定されるものではなくバックライト装置１０の撓む方向（屈曲方向、図中矢印方向）に対して直角となる、あるいは導光板５の角に配置してもよい。光源に冷陰極管を用いる場合は、バックライト装置１０の撓む方向（屈曲方向、図中矢印方向）に対して直角となる側面に配置して、バックライト装置１０を撓ませた場合にも導光板５に入射する光が効率的に発光面８から出射されるようにするとよい。

また、光源ユニット１と導光板５は接するだけの状態でもよいが、光源ユニット１の光の活用効率を向上させるため両者を導光板５と同じ屈折率をもつ接着剤で接着してもよい。あるいは、光源ユニット１が導光板５の中に含まれるように導光板５と一体成形してもよい。その場合、シリコーンゴムを硬化させる前に所望の位置に光源ユニット１を設置したのにシリコーンゴムを硬化すればよい。また、導光板５の光源部２０と対抗する端面やとフレーム３、４の導光板５と接触する部分に反射膜や反射シートを付与すると光の利用効率が向上し好ましい。

つぎに、図５に、本発明の液晶表示装置の断面概念図を示す。
本発明の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置であり、前述したバックライト装置１０と、該バックライト装置１０の上に搭載される液晶パネル３０とを備える。ここで、液晶パネル３０は可撓性を有し、その湾曲可能な方向がバックライト装置１０の湾曲方向と揃えられており、液晶表示装置全体として湾曲可能となっている。
また、液晶パネル３０の液晶表示に関する基本的構成は従来公知のものと同じでよい。

本発明を実施した例を以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では、図１に示すバックライト装置１０を作製した。
導光板は図３（ａ）に示す導光板５Ａの構成とし、その作製に当っては、マスター型としてフォトリソグラフィ法により凹凸パターンを形成したガラス基板を用い、材料としてＰＤＭＳ（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製のＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を用いた。具体的には、ＳＹＬＧＡＲＤ１８４の母剤と重合開始剤を混合、攪拌した後、真空（減圧）脱泡処理を行って液剤中の気泡を除去して前記マスター型に流し込み、ついで６０℃で１２時間、恒温槽にて加熱重合を行った後にマスター型から硬化したものをはがして導光板５Ａを得た。なお、ＰＤＭＳの液剤を流し込む上下のマスター型の間にスペーサーを入れることで導光板５Ａの厚さを調整することが可能であり、ここでは０．５ｍｍとした。得られた導光板５Ａの屈折率は１．４１で可視光に対し透明であった。
また、本実施例では簡便な方法としてガラス板をマスター型として使用したが、所望の形状を得られる方法であれば、従来の導光板の製造方法である金属製の型などを用いても良いし、ナノインプリント法などの微細加工技術を応用しても良い。

つぎに、得られた導光板５Ａのサンプルを用いて、図１に示したバックライト装置１０を組み立てた。ここでは携帯表示装置への応用を踏まえ対角４インチの液晶表示装置用のバックライト装置とした。また、光源ユニット１の光源として白色ＬＥＤを用い、光学シート６は図３（ｂ）に示すプリズムシート６ａ，６ｂ、拡散シート６ｃからなるものとした。このとき、拡散シート６ｃ、反射シート７、プリズムシート６ａ，６ｂのそれぞれの厚さは従来品でも２００μｍ以下であり、可撓性をすでに有しているため市販されているものを流用した。以上の構成でバックライト装置１０を作製したところ、実用に耐える可撓性を有していることが確認された。また、バックライト装置１０を駆動させたところ、光出射面８全体に均一で高輝度の発光が得られた。
ちなみに、従来製品における導光板は通常ＰＣやＰＭＭＡなどの樹脂で作製されており、近年では厚さが１ｍｍ以下になっているが、材料自体が硬いために可撓性を持たせることは難しい。

（実施例２）
実施例１において、導光板の形態を導光板５Ａに代えて図４に示す導光板５Ｂとし、拡散シート６ｃを省略して、それ以外は実施例１と同様にして図４（ｂ）に示すバックライト装置を作製した。
導光板は図４（ａ）に示す構成とし、導光板５Ｂの光出射面８側の表面への光拡散機能５ｃの付与は当該面を粗面化することで付与することが可能である。その作製に当っては、前記マスター型のうち、液晶パネル側となるマスター型にあらかじめエッチングなどを用いて粗面を形成し、そこへ実施例１と同様にＰＤＭＳの液剤を流しこんで固める方法があるが、本実施例ではその面が平滑な導光板を作製した後に拡散機能を持たせる面に対して金属（例えばＡｌ）をスパッタリングしそれをエッチングする方法で形成した。ＰＤＭＳからなる導光板上にスパッタリング法などを用いて金属を成膜するとその表面は微細でランダムな凹凸形状となり、金属をエッチングによって除去することで幅数μｍ、深さ数十〜数百μｍの微細でランダム形状の凹凸を形成することが可能となる。本実施例で作製した導光板５Ｂの表面状態を図６に示す。また本実施例では平滑な表面を粗面化したが、この形成方法は平滑な導光板表面形状に限らず、光学的な機能を得ることのできる形状を付与した表面形状に対しても形成可能である。

以上の構成でバックライト装置１０を作製したところ、実用に耐える可撓性を有していることが確認された。また、バックライト装置１０を駆動させたところ、光出射面８全体に均一で高輝度の発光が得られた。また、導光板５Ｂのサンプルを用いることで、光源ユニット１からの光を導光する機能とプリズムシート６ａ，６ｂに入射する光を拡散する機能を持たせることができ、光学シート６のうち拡散フィルム６ｃを省略した構成となるため、バックライト装置１０の構成部材の部品点数と全体厚さを減らすことが可能となった。

本発明は上記の実施例に限定されることはなく、フレキシブル液晶表示装置の構成において種々の変更が可能である。例えば、光源ユニット１としてはバックライト装置が撓む方向と垂直となる導光板の側面であれば冷陰極管(ＣＣＦＬ)でも構わない。また、ＰＤＭＳで作製する導光板に関してはくさび型で構わない。さらに導光板に形成するパターンは光学的に導光の機能を有するものであれば今回の実施例のようなパターンでなくても構わない。また実施する液晶表示装置の大きさは、今回の実施例に限定されるものではなく種々の液晶表示パネルの大きさに準じて併せることが可能である。

本発明に係るバックライト装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係るバックライト装置を撓ませた状態を示す斜視図である。 本発明で用いる導光板及び該導光板を用いたバックライト装置の発光面領域における構成（１）を示す概略図である。 本発明で用いる導光板及び該導光板を用いたバックライト装置の発光面領域における構成（２）を示す概略図である。 本発明に係る液晶表示装置の構成を示す断面概略図である。 実施例２の導光板の表面状態を示す外観図である。 バックライト装置の従来の構成を示す断面図である。

符号の説明

１，９１・・・光源ユニット、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ・・・光源、２，９２・・・配線基板、３，４，９４・・・フレーム、５，５Ａ，５Ｂ，９５・・・導光板、６，９６・・・光学シート、６ａ，６ｂ・・・プリズムシート、６ｃ・・・拡散シート、７，９７・・・反射シート、８・・・発光面、１０，９０・・・バックライト装置、２０・・・光源部、３０・・・液晶パネル

Claims (7)

1. シリコーン樹脂からなり可撓性を有する導光板と、該導光板の少なくとも一側面に配置された光源とを備え、可撓性を有することを特徴とするバックライト装置。
2. 前記光源は、発光ダイオード素子または冷陰極管であることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
3. 前記導光板の屈折率が１．４以上であることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
4. 前記導光板の表面に光拡散機能を示す凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
5. 前記光源は当該バックライト装置が撓む方向と平行となる前記導光板の側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
6. 前記光源から出射され前記導光板に導かれて出てくる光の光学特性を調整する光学シートを備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のバックライト装置と、可撓性を有する液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
   

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