CN103339556A

CN103339556A - 液晶显示装置

Info

Publication number: CN103339556A
Application number: CN2011800656320A
Authority: CN
Inventors: 久保田秀直; 大内敏
Original assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-10-02
Also published as: JPWO2012101780A1; US20140028953A1; WO2012101780A1

Abstract

能够使液晶显示装置成为薄型，并且省电地进行画面的亮度的区域控制。液晶显示装置的背光源具有板状的导光板（20），在导光板（20）上形成有凹部（21），在凹部（21）中收容有LED（30）。LED（30）具有出射面（301）和背面。使LED（30）的背面与导光板的凹部（21）的内壁接触，积极地利用从LED（30）的背面漏出的光。在LED（30）与凹部（21）的内面之间配置有用于光耦合的树脂（25）。通过利用来自LED（30）的背面的光，能够减少要点亮的LED的数量，所以能够得到降低了电力消耗的液晶显示装置。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及用LED作为背光源的液晶显示装置，特别涉及具有具备用于通过导光板使来自LED的光成为面状光的结构的背光源的液晶显示装置。

背景技术

在液晶显示装置中，设置以矩阵状形成了像素电极和薄膜晶体管（TFT）等的TFT基板、与TFT基板相对地在与TFT基板的像素电极对应的地方形成有彩色滤光片等的相对基板，在TFT基板与相对基板之间夹持液晶。然后，通过按每个像素控制液晶分子的光的透过率而形成图像。

液晶显示装置因为能够薄型、轻量而在各种领域中使用。液晶自身不发光，所以在液晶显示面板的背面配置背光源。电视机等比较大画面的液晶显示装置中，以往使用荧光管作为背光源。但是，荧光管内部封入了水银蒸气，所以对地球环境的负担较大，特别是在欧洲等存在禁止使用的倾向。

于是，正在使用LED（发光二极管）代替荧光管作为背光源的光源，使用LED光源的液晶显示装置，在TV等大型显示装置中也在逐年增加。液晶显示装置的背光源必须是面光源，但LED是点光源。

从而，需要用作为点光源的LED形成面光源的光学系统。

“专利文献1”中，记载了在液晶显示面板的正下方形成导光板，在该导光板上以线状形成凹部，在该凹部中以线状配置LED的结构。即，“专利文献1”的结构中，记载了使用使来自LED的光从侧面放射的光学部件，在反射片部形成具有扩散反射作用的扩散反射区域41DR，和具有正反射作用的正反射区域41R，以规定的比例有意地使其扩散反射，提高光的利用效率，并且解决亮度不均的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-236701号公报

发明内容

发明要解决的课题

“专利文献1”中记载的技术，需要在反射片部形成具有扩散反射作用的扩散反射区域41DR，和具有正反射作用的正反射区域41R，需要复杂的光学设计。此外，“专利文献1”中记载的技术，使所有LED同时发光、同时使用导光板整体形成面光源，关于使用LED的一部分和导光板的一部分、仅使背光源照射画面的必要部分的所谓区域控制没有记载。

通过进行所谓区域控制，能够仅使背光源的光对必要的区域照射，无需点亮不用的部分的LED，所以能够减少消耗电力，并且能够提高画面的对比度。作为能够进行区域控制、并且能够使导光板变薄的结构，可以考虑如分解立体图的图18所示的结构。图18中，在搭载了作为光源的多个LED30的配线基板31上，存在楔状导光板50，在其上配置有由3片扩散片15构成的光学片组16。在光学片组16上，配置有由TFT基板11、相对基板12、上偏振板13、下偏振板14构成的液晶显示面板10。

图18所示的楔状导光板50由4个分割导光板53形成，分割导光板53进而由4个导光板块51形成。分割导光板53被槽52分为导光板块51。各导光板块51与规定数量的LED30对应，通过按每个导光板块51控制LED30能够进行区域控制。

图19是将图18的各部件组装后的图18的X-X截面图。图19中，在配线基板31上配置有LED30和截面为楔状的导光板块51。在导光板块51的下表面配置有反射片23。LED30与导光板块51的侧面相对应地配置。在导光板块51上配置有由3片扩散片15构成的光学片组，在其上配置有液晶显示面板10。图19中，液晶显示面板10简化记载。

图20是画面的一部分，用各虚线划分的区域表示画面单位100。各画面单位100与导光板块51对应。图20中，各导光板块51与3个LED30对应。从而，以3个LED30为一组进行亮度的区域控制。显示如图20所示的用圆表示的较亮的图案的情况下，如图21所示，需要点亮区域N1、N2、N3、N4、N5这5个区域的LED30。此处，LED30的箭头表示该LED30点亮。如果仅点亮区域N1的LED30，则如图22所示，仅有四边形的区域较亮地发光。

显示如图20所示的圆形的图案的情况下，区域N2-N5仅显示极少的区域，所以点亮4个区域N2-N5整体的LED30电力消耗的效率差。于是，能够使用提高图18或图19所示的各分割导光板53或导光板块51之间的光耦合、产生对邻接的导光板块51的漏光的技术。

但是，即使使用这样的技术，也因为如图19所示，在LED30的出射面301的相反方向的导光板20的下表面配置了反射片23，所以在LED30的出射面301的相反方向不能够利用漏光。即，在楔状导光板50中，即使能够提高导光板块51之间的耦合而利用漏光，也如图23所示，区域N4仍然较暗，不能够显示完整的圆。

本发明的课题在于，在液晶显示装置中，在同时控制规定数量的LED30的区域控制的方式中，能够有效地利用来自LED30的光。于是，本发明通过良好地进行从规定的画面单位100对周边的漏光，而通过点亮较少数量的LED30显示规定的画面，由此，能够降低液晶显示装置的消耗电力。

用于解决课题的方案

本发明克服上述问题，主要方案如下所述。即，是一种具有液晶显示面板和背光源的液晶显示装置，上述背光源包括导光板和LED，上述导光板具有在第一方向上以规定的节距排列的凹部的列，上述凹部的列在与上述第一方向成直角的第二方向上以规定的间隔排列，上述LED具有出射面、上表面和背面，上述LED收容于上述凹部，上述LED的背面与上述凹部的内壁接触。

即使在不使LED的背面与凹部的内壁接触的情况下，LED的背面与凹部的内壁距离d2也小于LED的出射面与凹部的内壁的距离d1。

此外，与LED的上表面相对的凹部的面，以在LED的背面方向较低的方式形成倾斜，由此能够将对LED的上方出射的光导向LED的背面方向。由此，能够使LED的背面方向的光的量变多。

发明效果

根据本发明，能够有效地利用来自LED的背面的光。因此，在进行区域控制的情况下，能够减少点亮的LED的数量，所以能够降低液晶显示装置中消耗的电力。

附图说明

图1是液晶显示装置的分解立体图。

图2是本发明的导光板的平面图。

图3是图2的A-A截面图。

图4是图2的B-B截面图。

图5是图2的C-C截面图。

图6是配置有LED的配线基板的平面图。

图7是图6的D-D截面图。

图8是图6的E-E截面图。

图9是导光板和配置有LED的配线基板的组装立体图。

图10是LED的立体图。

图11是表示实施例1中在导光板的凹部中收容有LED的状态的截面图。

图12是表示实施例1中在导光板的凹部中收容有LED的其他例子的截面图。

图13是表示本发明的效果的画面的示意图。

图14是表示实施例2中在导光板的凹部中收容有LED的状态的截面图。

图15是实施例3的导光板的平面图。

图16是表示实施例4的课题的导光板的平面图。

图17是实施例4的导光板的平面图。

图18是表示薄型液晶显示装置的现有例的分解立体图。

图19是图18的X-X截面图

图20是画面的显示图像的例子。

图21是表示用通常的区域控制显示图像的情况的点亮LED的例子。

图22是表示进行通常的区域控制、减少LED的点亮数的情况的问题点的例子。

图23是表示其他现有例中进行区域控制、减少LED的点亮数的情况的问题点的例子。

具体实施方式

以下用实施例详细说明本发明的内容。

实施例1

图1是本发明的液晶显示装置的分解立体图。图1分为液晶显示面板10和背光源。图1中，以矩阵状配置有TFT和像素电极的TFT基板11与形成有彩色滤光片等的相对基板12通过未图示的接合材料接合。在TFT基板11与相对基板12之间夹持有未图示的液晶。

在TFT基板11的下侧贴合了下偏振板14，在相对基板12的上侧贴合了上偏振板13。TFT基板11、相对基板12、下偏振板14、上偏振板13接合的状态下的部件称为液晶显示面板10。在液晶显示面板10的背面303配置有背光源。背光源由光源部和各种光学部件形成。

图1中，背光源以距离液晶显示面板10从近到远的顺序由光学片组16、导光板20、配置有LED30的配线基板31构成。图1中的光学片组16使用了3片扩散片15。光学片组16也可以包括所谓棱镜片。扩散片15可以是1片，也可以是2片。

光学片组16载置在导光板20上。导光板20具有使来自多个LED30的光作为均匀的面光源射向液晶显示面板10一侧的作用。导光板20的形状是较薄的平板状。在导光板20的下表面，在横方向上配置有多个凹部21，使其成3行在纵方向上排列。在导光板20的各凹部21中，插入在配线基板31上配置的LED30。

在导光板20下，配置配线基板31，在配线基板31上，LED30与导光板20的凹部21对应地在横方向上成3行直列状配置。以本实施例中的LED30是白色LED30为前提进行说明。但是，使用单色LED30的情况下，只要注意3色的颜色的混合，就能够应用以下说明的本发明。

将导光板20与配线基板31重合时，排成直列状配置的LED30成为嵌入在导光板20的下表面排成直列状配置的凹部21的形式。通过该结构，能够使液晶显示装置成为薄型。这样的LED30的配置与现有的边缘光型的背光源相比，能够减小液晶显示装置的显示区域周边的边框区域的面积。此外，通过这样的配置，能够进行画面中的亮度的区域控制。

图2是图1中使用的导光板20的平面图。图2中，在x方向上排成直列状配置的凹部21在y方向上成3行排列。在各凹部21中嵌入LED30。LED30被以3个为单位地控制，所以画面能够如图2的虚线所示地进行区域分割。但是，导光板20中，不存在与虚线对应的划分，所以即使点亮规定的区域的LED30，其光也会容易地漏向其他区域。

图3是图2的A-A截面图。图3中，在导光板20上在横方向上以规定的节距配置凹部21，凹部21与凹部21之间是棱22。光能够通过该棱22漏向其他区域。图4是图2的B-B截面图。图4中，在导光板20上形成有收容LED30的凹部21。图5是图2的C-C截面图。图3-图5中，在导光板20的下表面贴合了反射片23。这是为了使来自LED30的光有效率地射向液晶显示面板10方向。

返回图2，导光板20的凹部21与凹部21之间存在的棱22，具有用于在虚线表示的区域之间使光向y方向进入的作用。即，考虑作业性，在导光板20内收容LED30的情况下，与按每个LED30形成凹部21相比，使凹部21在x方向上连续而形成槽更好。但是，形成连续的槽时，难以发生y方向的干涉，所以按每个LED30在导光板20上形成凹部21，能够形成棱22。

从而，本实施例中，棱22的作用是重要的，棱22的宽度需要确保规定的值。图2中，凹部21的x方向的节距是p，凹部21的x方向的宽度是w1，棱22的宽度是w2，p=w1+w2。棱22的宽度取决于每个画面单位100的LED30的配置数量或LED30的节距，但只要设计上可能，就优选w2/p为1/3以上。

图6是搭载了LED30的配线基板31的平面图，图7是图6的D-D截面图，图8是图6的E-E截面图。图6中，排成直列状配置的LED30成3行排列。各LED30被插入导光板20的凹部21。图6中，LED30被以3个为单位地控制。图6的虚线表示用3个LED30控制的区域。

图9是表示将图2所示的导光板20与图6所示的配线基板31组合后的状态的立体图。图9中，配线基板31上的LED30被插入导光板20的凹部21。如图9所示，考虑配线基板31上的LED30的配置精度、导光板20的凹部21的位置精度、配线基板31与导光板20的组装精度，而使凹部21的大小形成为比LED30的大小更大。

图10是LED30的立体图。图10中，在LED30的内部配置有未图示的LED芯片。来自LED芯片的光，如空心箭头所示，主要从LED30的出射面301向外部射出。但是，因为LED芯片的光非常强，所以也从LED30的上表面302或者背面303射出若干。以往，从LED30的背面303射出的光如图18所示，被完全遮光，所以浪费。本实施例中，通过也利用该从LED30的背面303射出的光来实现消耗电力的降低。

图11是图9的F-F截面图，是表示本实施例的特征的图。图11中，在配线基板31上配置有LED30。在导光板20的下表面配置有反射片23。LED30收容在导光板20的凹部21中。为了吸收制造精度的误差，而使导光板20的凹部21形成为比LED30更大。本实施例的特征在于LED30的背面303与导光板20的凹部21的内壁接触。即，本实施例中，通过积极地利用来自LED30的背面303的光，能够提高画面的亮度，降低背光源的消耗电力。

来自LED30的背面303的光较弱，所以为了最大限度地利用它，而是LED30的背面303尽可能地接近导光板20的凹部21的壁。另一方面，在导光板20的凹部21内，通过填充与导光板20的折射率接近的树脂，来防止LED30的出射面301一侧的光的强度的降低。其中，如果树脂的折射率大于空气的折射率，则能够提高耦合的效果。但是，不是必须填充耦合树脂。

图12是本实施例的其他方式。难以使LED30的背面303与导光板20的凹部21的内壁接触的情况下，形成LED30的背面303与凹部21的内壁的间隔d2，但该情况下，d2小于LED30的出射面301与凹部21的内壁的距离d1。LED30的背面303与凹部21的内壁的距离和LED30的出射面301与凹部21的内壁的距离在面内不同。该情况下，d1、d2分别取最小值。此外，该情况下，导光板20的凹部21的内壁与LED30的背面303之间也优选填充用于光耦合的树脂。但是，耦合树脂不是必需的。

这样，通过也利用来自LED30的背面303的光，在区域控制中，对于以往不能够进行利用漏光的显示的区域也能够产生漏光。图13表示该状况。图13中，仅有区域N1的3个LED30点亮。区域N1的光能够容易地进入区域N2、N3、N5。这是因为在这些区域之间不存在任何隔绝的物体。

对于区域N4，以往来自N1的光不能够进入。但是，通过如图11和图12所示的本实施例，利用来自LED30的背面303的光，所以能够将区域N1中使用的LED30的光也利用于区域N4。结果，如图13所示，仅点亮用于区域N1的3个LED30，就能够对区域N2、N3、N4、N5的区域照射光，能够仅通过用于N1区域的3个LED30显示如图13所示的圆形图案。图13中，从LED30出发的小箭头表示来自LED30的背面303的光。

这样，根据本实施例，能够点亮较少数量的LED30显示相同图案，所以能够实现能量消耗较少的液晶显示装置。

实施例2

图14是表示本发明的第二实施例的截面图。图14是图9的F-F截面图，对应于实施例的图11和图12。图14中，配线基板31上配置的LED30收容在导光板20的凹部21中，这一点与实施例1相同。本实施例的特征在于使导光板20的凹部21的上表面成为倾斜面211。

通过使凹部21的上表面成为倾斜面211，而通过透镜作用使从LED30的上表面302出射的光射向LED30的背面303方向。当然，不能够使来自LED30的上表面302的光全部射向LED30的背面303，但仅使一部分射向该方向，也能够增加射向LED30的背面303方向的光的量。

本实施例中，利用空气与导光板20的折射率的差产生透镜作用，所以在LED30与导光板20的凹部21的壁面之间不需要填充用于光耦合的树脂。反之，根据本实施例，即使不使用耦合树脂25，也能够增加射向LED30的背面303方向的光的量，所以作业性优良。其中，该情况下，LED30的背面303也可以与导光部20的凹部21的内壁接触。此外，即使在LED30的背面303与导光板20的凹部21的内面不接触的情况下，也优选LED30的背面303与凹部21内壁的距离小于LED30的出射面301与凹部21的内壁的距离。

实施例3

本发明的目的在于在进行区域控制的情况下减少点亮的LED30的数量而得到同等的亮度。为此，在区域间积极地漏光是重要的。漏光特别难以在被凹部21的列划分的区域B1、B2、B3之间发生。即，难以在y方向上发生。

上述实施例中，为了积极地进行该y方向的光的干涉，如图2中所说明，在x方向上，在导光板20的凹部21与凹部21之间配置有棱22。进而，本实施例中，为了进一步提高该棱22的效果，如图15所示，使凹部21的x方向的配置在y方向上相邻的行之间相互错开。即，本实施例中，某一列的LED30与邻接的列的LED30，在x方向上以交错状排列。图15中的凹部21的错开量q在设凹部21的节距为p的情况下为q/p=1/2。

图15中，在上下相邻的行之间，使凹部21的配置在x方向上错开的情况下，在导光板20的端部，LED30的位置和到导光板20的端部的位置不同。显示器中，通常端部的亮度不重要，但在对于端部的亮度也要求均匀性的情况下，可能需要使上述q/p减小。该情况下，也优选确保q/p=1/3程度。

由此，能够进一步提高凹部21之间的棱22的效果，能够更多地产生y方向的干涉。从而，能够用更少数量的LED30的点亮显示大多图像图案。

实施例4

上述实施例积极地利用来自LED30的背面303的光，实现背光源的省电。然而，在导光板20的凹部21、即LED30的配置如图16的情况下，白色显示的情况下，来自LED30的光如箭头所示。此处，长箭头表示来自LED30的出射面301的光，短箭头表示来自LED30的背面303的光。图16中的B1所示的区域中仅有来自LED30的出射面301的光入射，与此相对，B2和B3所示的区域中，是来自LED30的出射面301的光和来自LED30的背面303的光的合计。这样，白色显示的情况下，可能有B1所示的区域的亮度比B2和B3所示的区域小的情况。

本实施例为了解决该问题，如图17所示，使区域B1的宽度L1小于区域B2和B3的宽度L2。即，L1<L2。B1与B2和B3的宽度的差由来自LED30的背面303的光的量相对于来自LED30的出射面301的光的量为何种程度而决定。通过这样的结构，能够用较少的LED30的数量进行区域控制，并且能够减轻白色显示的情况下的亮度不均。

符号说明

10…液晶显示面板，11…TFT基板，12…相对基板，13…上偏振板，14…下偏振板，15…扩散片，16…光学片组，20…导光板，21…凹部，22…棱，23…反射片，25…耦合树脂，30…LED，31…配线基板，50…楔状导光板，51…导光板块，52…槽，53…分割导光板，100…画面单位，211…凹部倾斜面，301…LED出射面，302…LED上表面，303…LED背面。

Claims

1.一种具有液晶显示面板和背光源的液晶显示装置，其特征在于：

所述背光源包括导光板和LED，

所述导光板具有在第一方向上以规定的周期排列的凹部的列，所述凹部的列在与所述第一方向成直角的第二方向上以规定的间隔排列，

所述LED具有出射面、上表面和背面，

所述LED收容于所述凹部，

所述LED的背面与所述凹部的内壁接触。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：

在所述凹部的相互之间设置有棱，设所述凹部的所述第一方向上的节距为p，所述凹部的所述第一方向上的宽度为w1，所述棱的宽度w2定义为w2=p-w1时，w2/p为1/3以上。

3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：

在所述凹部内配置有LED和树脂构成的光耦合器。

4.一种具有液晶显示面板和背光源的液晶显示装置，其特征在于：

所述背光源包括导光板和LED，

所述导光板具有在第一方向上以规定的节距排列的凹部的列，所述凹部的列在与所述第一方向成直角的第二方向上以规定的间隔排列，

所述LED具有出射面、上表面和背面，

所述LED收容于所述凹部，

设所述LED的出射面与所述凹部的内壁的间隔为d1，所述LED的背面与所述凹部的内壁的间隔为d2的情况下，d1>d2。

5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：

设所述凹部的所述第一方向上的节距为p，所述凹部的所述第一方向上的宽度为w1，棱的宽度w2定义为w2=p-w1时，w2/p为1/3以上。

6.如权利要求4所述的液晶显示装置，其特征在于：

在所述凹部内配置有LED和树脂构成的光耦合器。

7.一种具有液晶显示面板和背光源的液晶显示装置，其特征在于：

所述背光源包括导光板和LED，

所述LED具有出射面、上表面和背面，

所述LED收容于所述凹部，

所述凹部的与所述LED的上表面相对的面，具有向所述LED的所述背面方向去而变低的倾斜。

8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于：

所述倾斜的角度为2度以上。

9.一种具有液晶显示面板和背光源的液晶显示装置，其特征在于：

所述背光源包括导光板和LED，

所述导光板具有凹部在第一方向上以规定的节距排列的第一列和凹部在第一方向上以规定的节距排列的第二列，所述第一列和所述第二列形成为在与所述第一方向成直角的方向上离开，

所述第一列的凹部和所述第二列的凹部在所述第一方向上错开，

所述LED收容在所述凹部中。

10.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于：

所述第一列的凹部和所述第二列的凹部的在所述第一方向上的错开量为所述规定的节距的1/3以上。

11.如权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于：

所述第一列的凹部和所述第二列的凹部的在所述第一方向上的错开量为所述规定的节距的1/2。

12.一种具有液晶显示面板和背光源的液晶显示装置，其特征在于：

所述背光源包括导光板和LED，

所述导光板包括凹部在第一方向上以规定的节距排列的凹部的列，

所述凹部的列配置成在与所述第一方向成直角的方向的第二方向上具有间隔L2，

所述导光板包括具有所述凹部的列的边和不具有所述凹部的列的边，

所述导光板的不具有所述凹部的列的边，与距其最近的所述凹部的列的所述第二方向上的间隔为L1的情况下，L1<L2，

所述LED收容于所述凹部。