JP2008170739A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板に傾斜面を有するバックライトにおいて、導光板から不要に出射する光を導光板に向けて反射させ、傾斜面から漏れる光を導光板に戻し、さらに、光学シート、導光板およびフレキシブル基板との接着性を高める。
【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、導光板の傾斜面の近傍の光学シートに反射部材を形成して、傾斜面から出射する光を導光板に向けて反射させる。複数の発光素子の間に、導光板の突出部を形成し、突出部と光学シートとを接着する接着部材を設け、導光板と光学シートの接着性を高める。
【選択図】 図７

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を光源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）には冷陰極放電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おり、この反射・散乱部材により導光板中を伝播する光は液晶表示装置側に向けて出射する。

ＬＥＤを発光素子として用いる場合に、ＬＥＤに電力を供給するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）が必要となる。バックライトの額縁の幅（発光しない領域の幅）を小さくするためには、導光板にＦＰＣの一部を重ねる必要がある。ＦＰＣが導光板に重なるとＦＰＣの色が画面上に映りこむという問題点が生じる。このＦＰＣの色が画面上に映りこむという問題点を解決するために、ＦＰＣに遮光材を設けたものが、例えば下記「特許文献１」などに開示されている。

特開２００５−２５１６８７号

バックライトの額縁の幅（発光しない領域の幅）を小さくするためには、導光板にＦＰＣの一部を重ねて配置する必要がある。そのため、ＬＥＤまたは導光板から出射した光が、ＦＰＣに吸収されてバックライトの輝度が低下するという問題が生じていた。

液晶表示装置に、表示パネルと、該表示パネルに光を照射するバックライトと、上記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、発光素子が搭載される回路基板とを設け、導光板の上に光学シートを配置し、光学シートの一部に反射部材によって形成された着色領域を設け、着色領域を導光板と回路基板との間に配置する。

発光素子が搭載される回路基板と光学シートの間は接着剤により固定され、光学シートに対して発光素子の位置決めが行われる。

導光板の上に光学シートを配置し、光学シートの一部に反射部材によって形成された着色領域を設け、着色領域を導光板と発光素子が搭載される回路基板との間に設けることで、回路基板で吸収されていた光を導光板側に導くことが可能になる。

液晶パネルと、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る。また、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、さらにＬＥＤを回路基板に搭載する。

導光板の出光面側には光学シートを配置し、光学シートの一部に着色領域を設け、着色領域を導光板と光学シートの間に設ける。

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と並べて表示している。

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が配置された側面１２５を入射面または入光面と呼び、入射面１２５から光が導光板１２０に入射する。また、２つの隣合うＬＥＤ１５０と間には凸部（突出部とも呼ぶ）２２０が設けられている。この凸部２２０の詳細については後述する。

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からは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の光が出射する。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１２１と下面１２２とを有している。導光板１２０はアクリル樹脂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。なお、図３（ａ）は解りやすくするために、導光板１２０の下面から見た平面図を示してある。

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は導光板の出光面部分の厚さに対してＬＥＤ１５０の厚さが、厚い場合に有効であり、傾斜面１２９は出光面部分１２１より厚い入光面１２５から入射した光を出光面部分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が設けられており、フレキシブル基板１６０を導光板１２０の凸部２２０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。

ただし、入光面１２５に近接して傾斜面１２９が設けられており、また、フレキシブル基板１６０は柔軟性を有するが、傾斜面１２９に重なる部分が短いため、フレキシブル基板１６０を折り曲げて、傾斜面１２９に接着シート１９０で固定することは困難である。また、折り曲げによる応力のために、ＬＥＤ１５０の位置が実装後に移動するおそれもある。そのため、導光板１２０にはＬＥＤ１５０の側面に沿って凸部２２０が形成されており、凸部２２０とフレキシブル基板１６０との間に接着シート１９０を設けている。

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。

また、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、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内部に入射した光は、導光板１２０の上面１２１と下面１２２に対して全反射を繰り返して導光板１２０内部を進む。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から出射される。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に向けて反射し、上面１２１に対する角度は、上面１２１から出光可能な角度を有している。

また、図４（ｂ）に示すように、反射面１２７で反射した光は導光板１２０の上面１２１の鉛直方向に対して大きい角度（上面１２１に対して鈍角）で、外側に広がるように出射する場合がある。そのため、導光板１２０の上には、プリズムシート１１３と１１２とが設けられて、外側に向かう光を液晶パネル（図示せず）側に向かうように反射させている。なお、符号１１４は拡散板で、符号１１５は反射シートである。

次に図５を用いて、ＬＥＤ１５０を搭載したフレキシブル基板１６０を導光板１２０と組合せる工程を示す。図５では、フレキシブル基板１６０と導光板１２０の位置関係を示すために、導光板１２０の上に配置される光学シートについては省略している。

まず、ＬＥＤ１５０は半田等を用いて、フレキシブル基板１６０に形成された接続パッド１６５に接続され、フレキシブル基板１６０に搭載される。なお、フレキシブル基板１６０には各ＬＥＤ１５０に電力を供給する配線が形成されているが、図５では省略してある。

ＬＥＤ１５０が搭載されたフレキシブル基板１６０には接着シート１９０が設けられ、フレキシブル基板１６０は接着シート１９０により導光板１２０の凸部２２０に付着される。導光板１２０の入射面１２５に対して、ＬＥＤ１５０の位置が振動等により容易に動いたのでは、導光板１２０に入射する光の輝度が変動することになり、表示性能が安定しないことになる。そのため、接着シート１９０等により、フレキシブル基板１６０が導光板１２０の凸部２２０に固定される。

接着シート１９０は樹脂製の基材に粘着性の部材が設けられた多層構造になっており、基材に塗料や銀相当の部材で反射部を設けることも可能である。

接着シート１９０により、導光板１２０とフレキシブル基板１６０とが一体となった部品を形成することで、導光板１２０の入射面１２５に対してＬＥＤ１５０を正しい位置に配置できているか確認が可能となる。すなわち、工程上バックライト１１０にフレキシブル基板１６０と導光板１２０を別々に実装し、その後、入射面１２５に対してＬＥＤ１５０の位置を確認しようとしても、他の部品によりＬＥＤ１５０および入射面１２５が隠れてしまうため、確認が困難である。

次に図６を用いて、導光板１２０とフレキシブル基板１６０とが一体となった部品をモールド１８０に実装する工程を示す。モールド１８０はバックライト１１０の収納部の機能を有する。モールド１８０内に導光板１２０やフレキシブル基板１６０が収納、保持される。

また、モールド１８０は光漏れを防止する機能も有し、導光板１２０の周囲を覆っている。ただし、液晶パネル側には開口を有しており、バックライト１１０から光が出射して液晶パネルを照射するようになっている。

モールド１８０には、まず反射シート１１５が配置され、反射シート１１５の上に導光板１２０とフレキシブル基板１６０とが配置される。なお、図６に示すように、モールド１８０の底面に開口を開け、開口の外側に反射シート１１５を接着剤で固定する構造をとることも可能である。

モールド１８０の開口の外側に反射シート１１５を設けると、ＬＥＤ１５０と反射シートの間にスペースを形成することが可能となり、ＬＥＤ１５０の熱膨張による変形で、ＬＥＤ１５０と反射シート１１５とが接触する問題を低減することが可能となる。

図７に導光板１２０の上に、拡散シート１１４と下側プリズムシート１１３、上側プリズムシート１１２等の光学シートを設ける様子を示す。これら光学シートは、導光板１２０から出射した光を効率良く液晶パネルに照射するためのもので、導光板１２０の出光面に順番に重ねられて実装される。

光学シートは出光面の光に合せて配置されるため、各光学シートの大きさは、略導光板１２０の出光面と同じ形状、同じ大きさを有している。すなわち、製品の価格を低くするために、使用する光学シートの面積を、できる限り小さくすることが、求められており光学的な目的を達成するためには、光学シートは導光板１２０の出光面と略同じ大きさで十分である。

ただし、光学シートのうちの１枚（本実施例では上側プリズムシート１１２）をＬＥＤ１５０の近傍までのばし、導光板１２０側に白色インクで着色領域２１１を形成している。着色領域２１１は導光板１２０から出射した光を反射させて、導光板１２０側に戻す機能を有する。

図８は、導光板１２０の上に、拡散シート１１４と下側プリズムシート１１３、上側プリズムシート１１２等の光学シートを設け、その上にフレキシブル基板１６０を重ねた様子を示す。

光学シート（上側プリズムシート１１２）に形成された着色領域２１１は導光板１２０とフレキシブル基板１６０との間に配置されている。導光板１２０から出射した光は着色領域２１１で反射され、フレキシブル基板１６０で吸収されることなく、導光板１２０側に向けて反射される。

次に図９にモールド１８０に導光板１２０等を実装し、その上に液晶パネル１を搭載した断面図を示す。液晶パネル１はＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板３とを重ね合せた構造をしており、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板３との外側には上偏光板２３１と下偏光板２３２が設けられている。

光学シート（上側プリズムシート１１２）には着色領域２１１が設けられている。着色領域２１１は導光板１２０の傾斜面１２９に対向しており、この傾斜面１２９から出射する光を導光板１２０側に反射させるよう形成されている。

次に図１０を用いて、傾斜面１２９から出射する光について説明する。なお説明を解り易くするために、図１０では導光板１２０の屈折率を１．５９として説明する。よって導光板１２０の上面１２１と下面１２２の法線方向に対する臨界角は３８．９７度である。

入射面１２５から導光板１２０に入射した光１３０は、上面１２１と下面１２２の各法線方向に対して、角度が５１．０３度以上であり、臨界角以上の角度であるので、全反射を繰り返すことになる。

しかしながら、上面１２１には傾斜面１２９が設けられており、傾斜面１２９と上面１２１とのなす角度１３４が、５１．０３度−３８．９７度＝１２．０６度以上の場合では、傾斜面１２９で全反射することなく、導光板１２０外へ出射することとなる。

そのため、特に上面１２１には傾斜面１２９とのなす角度１３４が１２．０６度以上の場合には、傾斜面１２９から出射した光を再度導光板１２０側に反射させる着色領域２１１が有効となる。すなわち、傾斜面１２９と上面１２１とがなす角度１３４が（（９０度−臨界角）−臨界角）以上の場合には、着色領域２１１が有効となる。

なお、傾斜面１２９は導光板１２０の厚さがＬＥＤ１５０の厚さより薄い場合に、入射面１２５から上面１２１までの間に導光板１２０の厚さを減少するように設けられたもので、より薄い導光板１２０を用いる目的で形成される。

次に図１１を用いて、光学シート（上側プリズムシート１１２）を導光板１２０の突出部２２０上まで延長して、上側プリズムシート１１２と突出部２２０とを接着部材１９０で接着したものを示す。

図１１では、光学シートの着色部材２１１の反対側に接着層を設けて、フレキシブル基板１６０と上側プリズムシート１１２とを接着させることも可能である。すなわち、光学シートの導光板１２０側は白色塗料等により光反射部とし、フレキシブル基板１６０側は接着層の多層構造とすることで、フレキシブル基板１６０との位置合わせを容易にすることが可能となる。なお、突出部２２０には導光板１２０と上側プリズムシート１１２とを接着する接着部材１９０が設けられている。

次に図１２と図１３を用いて、光学シート１１７に着色領域２１１を形成する方法について説明する。図１２ではシート状のベースフィルム（光学シートの基材）１１６に印刷、塗布等の方法により着色領域２１１を形成し、次に着色領域２１１を形成したベースフィルム１１６を光学シート１１７の形状に打ち抜く。図１２の方法では１枚のベースフィルム１１６から多数の光学シート１１７を作成することが可能である。

次に図１３ではロール上のベースフィルム１１８にあらかじめ着色領域２１１を形成し、または打ち抜く工程と同じ工程中に着色領域２１１を形成し、この着色領域２１１が形成されたベースフィルム１１８を巻き取りながら光学シート１１７を打ち抜くものを示す。

ロール状にベースフィルム１１８を形成することで、ベースフィルム１１８の保管が容易になり、また工程中も連続して光学シーと１１７の打ち抜きが可能なため、作業効率が向上する。

次に図１４に樹脂製のベースフィルム１１６に樹脂粒子１１８を塗布して形成した拡散シート１１４に着色領域２１１を設けたものを示す。図１４に示した拡散シート１１４には樹脂粒子１１８が形成されている。この樹脂粒子１１８により光を屈折させて進行方向を拡散させる。なお、樹脂粒子１１８はベースフィルム１１６と同様な屈折率の樹脂からなる。拡散用の樹脂粒子１１８の設けられる面の反対側には、密着を防止するための樹脂粒子１１９が設けられ、同じ面には着色領域２１１が設けられている。

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伝わる光線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と発光ダイオードの位置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の実装方法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の実装方法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バックライト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バックライト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伝わる光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バックライト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光学シート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光学シート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光学シートを示す概略断面図である。

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、１１６…ベースフィルム、１１７…光学シート、１２０…導光板、１２１…上面、１２２…下面、１２５…入射面、１２６…溝、１２９…傾斜面、１３０…光線、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、１８０…モールド、１９０…接着シート、２１１…着色領域、２２０…導光板凸部。

Claims (8)

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、
   上記バックライトに設けられた発光素子と、
   上記発光素子からの光が入射する導光板と、
   上記発光素子が搭載されるフレキシブル基板とを有し、
   上記導光板は、光が出光する主面と、該主面に交差する入光面とを有し、
   上記主面には光学シートが配置され、
   上記光学シートの一部には着色領域が形成され、該着色領域と上記フレキシブル基板とが重なり合うことを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記発光素子はＬＥＤ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. 上記光学シートの着色領域には反射部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 上記着色領域には接着材が設けられる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面状照明装置とを有し、
   上記面状照明装置は、
   発光素子と、
   上記発光素子を搭載する回路基板と、
   上記発光素子からの光を上記液晶パネルに照射する導光板とを有し、
   上記導光板に、上記液晶パネルに対向するよう形成された上面と、該上面に交差する側面とを形成し、
   上記上面には一部着色領域が形成された光学シートが配置され、
   上記着色領域は上記回路基板と重なり合って形成されることを特徴とする液晶表示装置。
6. 上記導光板の側面から上記上面に向かい傾斜面を設け、該傾斜面には上記着色領域が配置されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 上記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 上記着色領域と上記回路基板との間には接着材が設けられることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。

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