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JP2010210891A - 液晶表示装置 - Google Patents

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JP2010210891A
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Tadashi Baba
匡史 馬場
Ikuko Imashiro
育子 今城
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Hitachi Displays Ltd
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Abstract

【課題】光源にLEDを使用した直下型バックライトを有する液晶表示装置において、輝度むらを生ずることなく、バックライトの厚さを小さくする。
【解決手段】液晶表示パネル10の背面に、LED50を有する光源部と光学部品を有する直下型バックライトが配置されている。複数のLEDを搭載した複数のPCB基板40が下フレーム30の内側に配置されている。各PCB基板40には孔41が形成されており、この孔に下フレーム30に形成された突起31が挿入される。PCB基板40の孔41と下フレーム30の突起31によってPCB基板40と下フレーム30とが位置合わせされるので、正確な位置決めが可能となるとともに、反射シート35による反射特性に影響を及ぼさないので、輝度むらを低減することが出来る。
【選択図】図2

Description

本発明は表示装置に係り、画面の輝度、色むらを改善し、かつ、全体の厚さを薄くした、LEDを光源としたバックライトを有する液晶表示装置に関する。
従来の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。テレビ等、比較的大画面の液晶表示装置には、バックライトとして冷陰極菅が使用されてきた。しかし、液晶表示装置をさらに薄型にしたい、あるいは、色の表示領域を広くしたい等の要請から、LED(Light Emitting Diode)が使用され始めている。
バックライトの光源の配置は、液晶表示パネルの直下に光源を配置する方式と、導光板のサイドに光源を配置するサイドライト型とがあるが、比較的大画面の液晶表示装置では、画面の明るさを稼ぐために直下型の光源を用いる場合が多い。LEDを直下型光源に用いる場合、光量を稼ぐためと、光を均一にするために、多数のLEDを液晶表示パネルの背面に配置することになる。また、多数のLEDを用いる場合、LEDからの発熱が問題になる。
単一の基板に多数のLEDを配置することは、製造の効率から得策ではない。「特許文献1」には、バックライトの光源として、複数の基板を用い、各基板に複数のLEDを配置する構成が記載されている。そして、各基板毎にLEDからの光利用効率を向上させるための反射シートを配置し、また、各基板毎にLEDで発生する熱を放散するための放熱板を配置する構成が記載されている。
一方、LEDの発光強度は個々にばらつく。したがって、光源を複数のLEDを配置した複数の基板によって構成する場合、各基板毎に発光強度が異なる恐れが生ずる。この問題を解決するために、「特許文献2」には、複数のLEDが配置された個々の基板毎に光センサとメモリを搭載しておき、メモリには、光センサの出力値に対する情報が記憶されており、基板をバックライトに組み込んだとき、光センサの出力とメモリの情報から、基板毎の輝度を均一とする構成が記載されている。
特開2006−49098号公報 特開2007−294385号公報
複数のLEDを直下型バックライトとして使用する場合、複数のLEDの中心と画面の中心が一致しないと、画面の明るさが1方向が明るくなり、他の方向が暗くなるといる現象を生ずる。バックライトに複数のLEDが搭載された複数の基板を用いる場合も同様である。なお、複数のLEDが搭載された基板には、LEDのみでなく、種々のプリント配線が形成されているので、以後複数のLEDが搭載された基板をPCB基板(Printed Circuit Board)と称する。
図6はバックライトから、下フレーム30と複数のLED50が搭載されたPCB基板40と反射シート35のみを取り出した断面模式図である。図6において、PCB基板40は下フレーム30の内側に配置され、PCB基板40の上には、LED50の部分を除いて反射シート35が配置されている。そして、複数のPCB基板40によって光源が形成されている。
PCB基板40と下フレーム30とは、ねじ70によって固定されている。なお、ねじ70は反射シート35も固定しており、ねじ70の頭は反射シート35の上側に出ている。従来のバックライトでは、バックライト部分だけの厚さは30mm〜40mm程度あったので、反射シート35上の一部に反射シート35とは異なる部品が存在していても、輝度ムラには影響しなかった、しかし、液晶表示装置の薄型化の要請から、バックライトの厚さとして20mm以下のものも要求されている。
このように、バックライトの厚さ、すなわち、光源から液晶表示パネルまでの距離が小さくなると、反射シート35に異なる反射率を有する部品が存在すると、これによって液晶表示パネルに色むらが生ずることになる。図5に示すようなねじ70は、金属で形成されてはいるが、一般には高反射白色PET(Polyethylene terephthalate)などで形成される高い反射率を有する反射シート35と比較すると、反射率が小さい。したがって、ねじ70の存在が輝度むらに影響を生ずることになる。
図7は、PCB基板40を下フレーム30に固定する他の構成である。図7において、PCB基板40は下フレーム30にピンモールド80によって固定されている。ピンモールド80は弾性に富んだシリコン樹脂等で形成されている。ピンモールド80は傘状のストッパー81、ベース82、スペーサ83で構成されている。PCB基板40と下フレーム30とは、ピンモールド80のストッパー81とベース82によって挟持されて固定されている。
ピンモールド80はPCB基板40の側から傘状のストッパー81を挿入し、ストッパー81の傘状部分によって下フレーム30を抑える。傘状のストッパー81を挿入するために、PCB基板40および下フレーム30に形成されたピンモールド用孔90はピンモールド80の軸よりも大きく形成されている。
したがって、ピンモールド80を挿入固定した後は、PCB基板40と下フレーム30とは、垂直方向には、ピンモールド80のストッパー81によって動きが抑えられる。しかし、PCB基板40と下フレーム30とは、水平方向には、ピンモールド80の軸の太さと、PCB基板40あるいは下フレーム30に形成されたピンモールド用孔90の径の差の分、動くことが可能となる。すなわち、図7の構造では、PCB基板40と下フレーム30とは水平方向には正確に固定することは難しい。
本発明の課題は、PCB基板40と下フレーム30との水平方向の位置ずれを生じさせることなく、また、輝度むらを生じさせることなく、LED50を光源とした厚さの小さいバックライトを実現することである。
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
(1)液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載したPCB基板と反射シートを有し、前記下フレームは突起を有し、前記PCB基板は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記PCB基板の前記孔に挿入されていることを特徴とする液晶表示装置。
(2)前記PCB基板には複数の孔が形成され、前記下フレームには複数の突起が形成され、前記複数の下フレームの前記突起は、前記PCB基板に形成された前記複数の前記孔に挿入されていることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
(3)前記下フレームに形成された前記突起の先端は、前記PCB基板の表面と面一か、前記PCB基板の表面よりも下方に存在していることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
(4)前記PCB基板と前記下フレームは両面粘着テープによって接着していることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
(5)液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載した複数のPCB基板と反射シートを有し、前記下フレームは突起を有し、前記複数のPCB基板の各々は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記複数のPCB基板の前記孔に挿入されていることを特徴とする液晶表示装置。
(6)前記複数のPCB基板の各々は複数の孔を有し、前記複数の孔の各々に対し、前記下フレームに形成された前記突起が挿入されていることを特徴とする(5)に記載の液晶表示装置。
(7)液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載したPCB基板と反射シートを有し、前記下フレームは突起を有し、前記PCB基板は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記PCB基板の前記孔に挿入され、樹脂で形成されたピンモールドが前記PCB基板と前記下フレームに形成されたピンモールド用の孔に挿入されていることを特徴とする液晶表示装置。
(8)液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載したPCB基板と反射シートを有する光源部と、拡散板と拡散シートと有する光学部品とで構成され、前記下フレームは突起を有し、前記PCB基板は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記PCB基板の孔に挿入され、樹脂で形成され、スペーサを有するピンモールドが前記PCB基板と前記下フレームに形成されたピンモールド用の孔に挿入されており、前記拡散板と前記PCB基板との間隔が、前記ピンモールドの前記スペーサによって規定されていることを特徴とする液晶表示装置。
本発明によれば、光源に複数のLEDを用い、直下型のバックライトを有する液晶表示装置において、複数のLEDを搭載したPCB基板と光源を収容する下フレームとの位置を正確に固定することが出来る。したがって、液晶表示パネルと光源との距離が小さい場合でも、反射むら等に起因する輝度むらを防止することが出来る。
また、本発明の他の実施例によれば、下フレームとPCB基板との水平方向の位置ずれを、下フレームに形成された突起とPCB基板に形成された孔とを嵌合させることによって防止し、また、下フレームとPCB基板の上下方向の位置ずれを、スペーサを有するピンモールドによって規定し、また、ピンモールドに形成されたスペーサによってPCB基板と拡散板との距離を規定するので、輝度むらの小さい液晶表示装置を実現することが出来る。
液晶表示装置の概観図である。 実施例1の分解断面図である。 PCB基板の斜視図である。 実施例1におけるPCB基板と下フレームの固定方法の断面図である。 実施例2におけるPCB基板と下フレームの固定方法の断面図である。 従来例におけるPCB基板と下フレームの固定方法の断面図である。 他の従来例におけるPCB基板と下フレームの固定方法の断面図である。
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は本発明による液晶表示装置が使用される例を示す液晶TVである。図1において、表示枠2が表示画面1を残して液晶表示パネル10の周辺を囲んでいる。液晶表示パネル10の背面にはバックライト3が配置されている。図1に示すバックライト3は直下型のバックライトが使用されている。
図2は、図1に示す液晶表示装置において、表示枠等を取り除いた液晶表示パネル10とバックライトの要部の分解断面図である。図2において、TFTや画素電極がマトリクス状に配置された表示領域、走査線、映像信号線等が形成されたTFT基板11とカラーフィルタ等が形成された対向基板12とが図示しない接着材を介して接着している。TFT基板11と対向基板12との間には図示しない液晶が挟持されている。
TFT基板11の下側には下偏光板14が、対向基板12の上側には上偏光板13が貼り付けられている。TFT基板11、対向基板12、下偏光板14、上偏光板13が接着された状態のものを液晶表示パネル10と称する。液晶表示パネル10の背面にはバックライトが配置されている。バックライトは光源部と種々の光学部品とから形成されている。
図2において、光源部は、下フレーム30、複数のLED50を搭載した複数のPCB基板40、および、反射シート35とから形成されている。バックライトの上には、拡散板60が配置されている。拡散板60は、光源であるLED50からの光を均一にする役割を有する。すなわち、複数のLED50は平面で見れば離散的に配置され、LED50が存在する部分のみが明るくなる。拡散板60はLED50からの光を拡散して、このような輝度むらを緩和する役割を有する。
拡散板60の上には3枚の拡散シート61が配置されている。拡散シート61は約60μm程度の薄いシートであって、光源からの光を拡散して、LED50からの光の輝度むらをさらに緩和する。拡散シート61の上面には、細かい凹凸が形成されており、この凹凸によって光を拡散させる。さらに拡散シート61の表面のこのような凹凸は、一種のプリズムの役割を有し、光源からの光を液晶表示パネル10の方向に向ける役割を有する。
拡散シート61は3枚使用されている。拡散シート61を3枚使用することによって、光の拡散の程度を大きくするとともに、各シートに形成された凹凸によるプリズム効果を上げることが出来る。すなわち、同じ量の拡散効果を有する拡散シート61を1枚使用するよりは、3枚使用したほうが、表面の凹凸によるプリズム効果をより大きくすることが出来るので、輝度向上には有利である。
図2においては、光学シート類は、3枚の拡散シート61から構成されているが、別な構成をとってもよい。例えば、1枚、あるいは2枚のプリズムシートを下拡散シート61と上拡散シート61によって挟持した構成をとることも出来る。プリズムシートは、1方向に伸びるプリズムが50μm程度のピッチで細かく形成されているもので、光源からの、x方向あるいはy方向に広がろうとする光を液晶表示パネル10の方向に集束する。したがって、画面の輝度が向上する。
プリズムの向きが90度異なる2枚のプリズムシートを使用することによって、光源からの、x方向およびy方向へ広がろうとする光を液晶表示パネル10の方向に集束するので、液晶表示装置の輝度はさらに向上する。しかし、光源からの光を集束したことによって、画面から出射する光は指向性を有することになるので、視野角に影響を与える。したがって、プリズムシートを用いるか否かは、プリズムシートの値段に加え、明るさと視野角を勘案して決めることになる。
図2の光源部において、下フレーム30の底部にLED50が複数配置されたPCB基板40が複数配置されている。図3は、図2に示すPCB基板40の斜視図である。PCB基板40には、実際には、多くの配線と、LED50以外の電子部品が配置されているが、図3では省略されている。図3において、LED50がPCB基板40に8個配列している。図2に示すように、本実施例では、図2に示すようなPCB基板40が4個使用されているので、本液晶表示装置では、32個のLED50が使用されている。
図3において、PCB基板40には、3個の孔41が形成されている。この孔41には、図2に示す下フレーム30に形成された突起31が挿入される。図2に示すように、下フレーム30に形成された突起31は、PCB基板40に形成された孔41に嵌合して挿入されるので、突起31がPCB基板40に挿入された後は、PCB基板40は、下フレーム30に対して水平方向には完全に固定される。なお、PCB基板40に形成された孔41および対応する下フレーム30の突起31は、PCB基板40の位置を安定化するためには、複数形成されているのがよい。
図4は、PCB基板40の孔41に下フレーム30の突起31が嵌合している詳細図である。図4に示すように、下フレーム30の突起31は、PCB基板40の孔41に嵌合しているので、PCB基板40は上下方向にも動きにくいが、本実施例では、念のために、PCB基板40の上下方向の動きを抑えるための両面粘着テープ45が下フレーム30とPCB基板40との間に設置されている。
図2および図4に示すように、下フレーム30に形成された突起31の先端は、PCB基板40の表面に対して面一か下側に形成されている。つまり、図4におけるdは0以上である。したがって、PCB基板40に形成された孔41の上を反射シート35によって覆うことが出来る。このように、本実施例では、従来例の図7の場合のように、ねじ70によって、反射シート35による反射の均一性が乱されることはなく、これによる輝度むらを生ずることは無い。
さらに、本実施例によれば、PCB基板40と下フレーム30との固定を、ねじ70等の追加の部品あるいは、ねじ70を取り付ける等の追加の作業を必要とすることなく、PCBと下フレームの間に粘着テープを設置するだけで行うことが出来るので、液晶表示装置の製造コストを低減することが出来るという利点も存在する。
なお、下フレーム30の突起31は下フレーム30を形成する際のプレス時に同時に形成すればよいので、下フレーム30の部品コストの上昇は無い。また、PCB基板40に形成する孔41もPCB基板40の外形を打ち抜くときに同時に形成することが出来るのでPCB基板40の部品コストの上昇も無い。
液晶表示装置の画面が大きくなると、拡散板60等の光学部品の外形も大きくなる。拡散板60が大きくなると、拡散板60の端部を下フレーム30によって支持するだけでは、中央付近において、拡散板60が撓み、光源であるLED50と拡散板60との距離が中央と周辺で異なることになる。拡散シート61等は、拡散板60の上に載置されるので、拡散シート61等と液晶表示パネル10の間隔も画面周辺と画面中央で異なることになる。これは、画面における輝度の不均一をもたらす。
これを防止するために、本実施例では、PCB基板40に形成した孔41に下フレーム30に形成した突起31を挿入してPCB基板40と下フレーム30とを固定する方法に加えて、PCB基板40と下フレーム30にピンモールド80用の孔90を形成してピンモールド80を挿入し、ピンモールド80によってPCB基板40と下フレーム30との間の上下方向の動きを抑える構成をとる。したがって、本実施例においては、PCB基板40と下フレーム30との上下方向の移動を防止するための、粘着テープは必要としない。
本実施例におけるピンモールド80はスペーサ83を有しており、スペーサ83によってPCB基板40と導光板の距離を規定している。したがって、本実施例によれば、PCB基板40と導光板の距離は、表示画面のいずれの部分においても一定とすることが出来る。また、拡散シート61と液晶表示パネル10の間隔も一定となる。したがって、本実施例では、画面の中央と周辺とで、PCB基板40と拡散板60の距離の差に起因する輝度むらは生じない。
図5に示すように、PCB基板40と下フレーム30に形成されたピンモールド孔90はピンモールド80の軸の径よりもかなり大きく形成されている。これは、ピンモールド80の傘状のストッパー81をピンモールド孔90を通過させる必要があるからである。したがって、ピンモールド80だけでは、PCB基板40と下フレーム30との横方向の動きを抑えることが出来ない。
しかし、PCB基板40と下フレーム30間の横方向の動きはPCB基板40に形成された孔41と下フレーム30に形成された突起31を嵌合させた構成によって抑えることが出来る。したがって、ピンモールド80は、PCB基板40と下フレーム30との上下方向の動きを抑える働きをすればよい。このように、本実施例では、PCB基板40と下フレーム30に対し、PCB基板40の孔41と下フレーム30の突起31によって横方向の動きを、ピンモールド80によって上下方向の動きを抑えている。
図5において、反射シート35は省略されている。反射シート35は、PCB基板40に密着させて配置させれば、ピンモールド80によって反射シート35の上下方向の動きを抑えることが出来る。反射シート35は均一なので、反射シート35が水平方向に動いても輝度むらには影響は無い。
本実施例においては、ピンモールド80の存在による反射率の変化が問題になる可能性がある。これに対しては、拡散板60の撓みによる輝度むらの発生と、ピンモールド80の存在による輝度むらの発生の程度を勘案してピンモールド80の個数、場所等を決めることになる。
なお、以上の説明における実施例2では、ピンモールド80はスペーサ83を有しているとして説明したが、スペーサ83を有しないピンモールド80を使用してもよい。この場合も、PCB基板40と下フレーム30に対し、PCB基板40の孔41と下フレーム30の突起31によって横方向の動きを、ピンモールド80によって上下方向の動きを抑えるという効果は以上で説明したのと同様である。また、この構成であれば、実施例1で説明した両面テープは不要である。
また、以上の説明では、下フレーム30の内側には複数のLED50を搭載した複数のPCB基板40が配置されているとして説明したが、本発明は、複数のLED50を搭載した1個のPCB基板40が下フレーム30の内側に配置されている場合に対しても適用することが出来る。
1…表示画面、 2…表示枠、 3…バックライト、 10…液晶表示パネル、 11…TFT基板、 12…対向基板、 13…上偏光板、 14…下偏光板、 30…下フレーム、 31…突起、 35…反射シート、 40…PCB、 41…孔、 45…両面粘着テープ、 50…LED、 60…拡散板、 61…拡散シート、 70…ねじ、 80…ピンモールド、 81…ストッパー、 82…ベース、 83…スペーサ、 90…ピンモールド用孔。

Claims (8)

  1. 液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
    前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載したPCB基板と反射シートを有し、
    前記下フレームは突起を有し、前記PCB基板は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記PCB基板の前記孔に挿入されていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記PCB基板には複数の孔が形成され、前記下フレームには複数の突起が形成され、前記複数の下フレームの前記突起は、前記PCB基板に形成された前記複数の前記孔に挿入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。
  3. 前記下フレームに形成された前記突起の先端は、前記PCB基板の表面と面一か、前記PCB基板の表面よりも下方に存在し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PCB基板と前記下フレームは両面粘着テープによって接着し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. 液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
    前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載した複数のPCB基板と反射シートを有し、
    前記下フレームは突起を有し、前記複数のPCB基板の各々は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記複数のPCB基板の前記孔に挿入されていることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 前記複数のPCB基板の各々は複数の孔を有し、前記複数の孔の各々に対し、前記下フレームに形成された前記突起が挿入されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
    前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載したPCB基板と反射シートを有し、
    前記下フレームは突起を有し、前記PCB基板は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記PCB基板の前記孔に挿入され、
    樹脂で形成されたピンモールドが前記PCB基板と前記下フレームに形成されたピンモールド用の孔に挿入されていることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
    前記バックライトは、下フレームと複数のLEDを搭載したPCB基板と反射シートを有する光源部と、拡散板と拡散シートと有する光学部品とで構成され、
    前記下フレームは突起を有し、前記PCB基板は孔を有し、前記フレームの前記突起は前記PCB基板の孔に挿入され、
    樹脂で形成され、スペーサを有するピンモールドが前記PCB基板と前記下フレームに形成されたピンモールド用の孔に挿入されており、
    前記拡散板と前記PCB基板との間隔が、前記ピンモールドの前記スペーサによって規定されていることを特徴とする液晶表示装置。
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