JP2005268021A - 液晶表示装置のバックライト構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型にできる液晶表示装置のバックライト構造を提供する。
【解決手段】 液晶表示装置２の下面側に拡散シー２９と導光板２８と、該導光板２８の側面に光源２７とを備えた液晶表示装置のバックライト構造において、光源２７の発光面２７ｃを導光板２８の上面２８ｃ側に向けて０〜３３°の傾斜角αを持たせて傾斜させ、導光板２８の上面２８ｃを鏡面に形成すると共に、光源２７を配設する側で、液晶表示装置２の表示領域Ｍの外に該当する導光板の上面の領域と、光源２７の上部領域に反射手段（反射板３１）を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置のバックライト取付け構造に関する。

近年、液晶セルを用いた表示装置、時計、電話機、パソコンなどのあらゆる電子機器に搭載されている。このような電子機器にあって、特に時計や携帯電話などは夜間や暗所においても使用されるため、液晶表示装置を照明するバックライトを備えたものが多い。

図３は従来のバックライト付の液晶表示装置の一般的な構造を示したものである。このバックライト付液晶表示装置１は、液晶表示装置２とバックライト部３とを備え、これらが同一ケーシング４内に積層した状態で収納されている。液晶表示装置２は、透明電極膜が形成された上ガラス基板５ａと下ガラス基板５ｂの間に液晶物質を封入し、上下のガラス基板５ａ、５ｂの上下面に偏光板６ａ、６ｂを設けた構成になっている。

バックライト部３は、光源となるＬＥＤ７と、このＬＥＤ７で発した光を導く導光板８とを備えている。前記導光板８は、透明なアクリル材料で形成され、その一側面８ｂに入射した光を内部に導くと共に、その下面に形成した複数の略半球状の凹部８aを設けた底面で光を上面側に反射させ、上方に配設した光拡散シート９を通して液晶表示装置２を均一に照明するために設けられている。前記ＬＥＤ７は、白色などの単一発光素子７ａを備えたものや、赤、青、緑の３原色の発光素子を備えたものなど、用途に応じて適宜選択して使用される。また、これらのＬＥＤ７を実装する回路基板１０もケーシング４内に組み込まれる。また、液晶表示装置２や導光板８、ＬＥＤ７を収納するケーシング４は、その内面に反射機能を持たせるために白色のプラスチック材で形成し、内面側は光沢のある面に仕上げてある。このような構造のバックライト付液晶表示装置１にあっては、ＬＥＤ７の発光素子７ａで発した光を導光板８内に有効に取り込むために、導光板８の側面８ｂの略中心部がＬＥＤ７の発光素子７ａの発光面と略同じ高さになるようにケーシング４等の厚みを調整して配設されている。

また、導光板８の底面に形成した複数の略半球状の凹部８ａは、光入射側の側辺８ｂの側は凹部の大きさが小さく、且つ、粗になっており、奥の方にいくに従って大きく、且つ、密になっている。なお、上記のごとく略半球状の凹部８ａを設けて光を上面側に反射させるもの、プリズムレンズ形状の三角形状の溝を設けて上面側に光を反射させるもの、など色々な手法が選択されている。また、導光板８の奥（光入射側の側面と反対側の側面）に行くに従って厚みを薄くし、底面に傾斜を設けた導光板を用いることも行われている。

上記の構成を取るバックライト付液晶表示装置１は、発光素子７ａの発光した光が導光板８の側面８ｂから導光板８内に入射する。入射した光の一部は導光板８の底面に設けた凹部８ａに反射され、その反射光が導光板８の上面から放射され、拡散シート９によって拡散されて液晶表示装置２に入射する。また、導光板８内に入射した光の一部は、反射機能を持つケーシング４の内面で反射され、その反射光が導光板８内を透過して上面から放射される。このようにして、発光素子７ａから発光した光が無駄なく液晶表示装置２を照射するような構造になっている。そして、導光板８の底面に設けた凹部８ａの大きさや、粗密の調整によって導光板８の上面から放射される光量がどの場所も均一になるようにしている。また更に、光の拡散シート９を介して全面的に均一な光量が液晶表示装置２に照射するようにしている。

最近の携帯電話などは色々な機能が付加されてきている。そして、バックライト構造を薄型に、且つ、小型にすることなどが求められてきている。このような中にあって、上記構造のバックライト部３を小さくするには、ＬＥＤ７の発光素子７ａを導光板８の側面８ｂに少しでも近づけて発光素子７ａと側面８ｂとの距離Ｌを小さくし、ケーシング４を小さくする必要がある。しかしながら、発光素子７ａを側面８ｂに近づけると図４に示すような問題が生じる。図４は、図３におけるバックライト構造において、導光板８にＬＥＤ７を近づけて発光させ、液晶表示装置２の上面側から見たときの照明の明るさを説明する説明図を示している。図４に示すように、液晶表示装置２のＡ部の所が極端に明るく、Ａ部以外の所は均一な明るさが示される。これは、発光素子７ａの一番近いところの導光板８の上記Ａ部に相当する所に特に光が多く集まり（以降、光溜まりと表現することにする）、強い反射光が液晶表示装置２のＡ部の所に入射することによるものと推量される。即ち、発光素子７ａからの直接光が、発光素子７ａから近いところの導光板８の底面に設けた半球状の凹部８ａ近傍の特定の部分に光溜まりが生じ、余り散乱することなく液晶表示装置２側に放射されるから、特にＡ部の所が極端に明るくなると推量される。発光素子７ａを導光板８の側面８ｂから徐々に遠ざけていくと、極端に明るくなったＡ部が液晶セル２の図中右端の方に移動し、最後に液晶表示装置から消え去るのが確認される。

以上の現象が起きることから、どうしても導光板８とＬＥＤ７（または、発光素子７ａ）とに一定の距離が必要となっていた。そして、これが原因でケーシング４を小さくするのに限度があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、上記のような現象の発生を防止すると共に、バックライト部を小型にし、更に、均一な明るさの照明が得られるバックライト構造を見いだすことを目的としたものである。

上記の課題を解決するための手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、液晶表示装置の下面側に拡散シートと導光板と、該導光板の側面に光源とを備えた液晶表示装置のバックライト構造において、前記光源の発光面を前記導光板の上面側に向けて傾斜させて配設したことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記導光板の上面は鏡面をなしていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の発明は、前記光源の発光面の傾斜角が０〜３３°であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の発明は、前記光源を支持する枠体の光源の取付面が０〜３３°傾斜していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の発明は、前記光源を配設する側で、前記液晶表示装置の表示領域外に該当する前記導光板の上面の領域と、前記光源の上部領域に反射手段を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の発明は、前記光源がＬＥＤであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載の発明は、前記拡散シートには前記液晶表示装置の照明の明るさを均一にする手段を設けていることを特徴とするものである。

本発明の効果として、本発明では、光源の発光面を導光板の上面側に向けて傾けている。光源からの導光板に入射した光が導光板の上面側に向かって進むようにしている。そして、請求項２に記載の如く導光板の上面を鏡面にし、更に、請求項３に記載の如く傾斜角を０〜３３°に設定することによって、導光板に入射した光の多くは、上面側に向かって進み、そして、鏡面からなる上面、即ち、上面での境界面で全反射を起こし、導光板の底面側や側面側に反射される。これらの反射光は、導光板の底面に設けた拡散・反射手段や、導光板と光源を支持する枠体の内面の反射手段などによって再び導光板の上面側に反射されて導光板から放射され、そして、拡散シートによって更に拡散されて液晶表示装置に放射される。光源からの直接光が導光板の上面で全反射することにより、光源の直接光が集中的に集まる所がなくなる。即ち、光溜まりする所がなくなる。このことより、液晶表示装置に従来発生した部分的に極端に明るくなる場所はなくなり、明るさが均一になる。更に、光溜まりを無くせることにより、光源を導光板に近接して配設できるのでバックライト部分の大きさを小さくすることができる。

本発明は、光源を０〜３３°傾けるものであるが、この傾斜角の付勢は光源を支持する枠体の光源取付面を０〜３３°傾けることによって容易に可能となる。枠体は白色顔料などを配合したプラスチック材を用い射出成形で形成する。角度形成が容易にできる。

また、本発明の請求項５に記載の発明の下では、液晶表示装置の表示領域外の部分から光が液晶表示装置に回り込むことがなくなる。光源に広い指向角を持ったＬＥＤなどを使用すると、必ずしも全ての光が全反射されるものではなく、一部発光面の端の方の放射光は導光板を透過して液晶表示装置側に放射される。液晶表示装置の表示領域外に当たる領域の導光板の上面や光源の上部領域に反射手段を設けると、これらの光は反射されるので、液晶表示装置に入射する光は導光板の底面や側面から反射光のみとなり、明るさの均一化が図れる。この反射手段としては、反射率の高い反射板など公知のものを使用すれば良い。

また、本発明では、光源にチップ型のＬＥＤを使用する。非常に小型のものであることからバックライト構造を小型にできる効果がある。

また、本発明の請求項７に記載の発明の下では、更に一層照明の明るさの均一化が図れる。明るさを均一にする手段としては、例えば、拡散シートに凹凸の模様が形成したものを用い、部分的に凹凸の大きさや粗密を調整して拡散度合いを調整する方法、拡散剤を配合したインクでシート上に印刷したものを用い、部分的に拡散剤の配合量などを調整して拡散度合いを調整する方法など、公知の方法が利用できる。

以下、本発明の最良の実施形態を図１、図２を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係るバックライト付液晶表示のバックライト構造を示した要部断面図を示しており、図２は図１のバックライト構造における作用・効果を説明する説明図を示している。なお、背景技術の従来例と同一構成部品は同一符合を付して説明する。本発明のバックライト付液晶表示装置２０は、液晶表示装置２とバックライト部２３とを備え、これらを支持する枠体２４の中に積層した状態で収納されている。液晶表示装置２は、従来例と同じ仕様のものを使用しているのでここでの説明は省略する。

本発明のバックライト部２３は、ＬＥＤからなる光源２７と、この光源２７で発した光を導く導光板２８と、導光板２８から放射された光を透過・拡散して液晶表示装置２に放射させる拡散シート２９と、光源２７の上部と導光板２８の端部上面にまで連設して設けた反射板３１とを備えている。導光板２８は透明なアクリル材料で形成され、その上面２８ｃは光沢のある鏡面仕上げがなされており、底面には複数の略半球状の凹部２８aを形成している。この導光板２８は、その一側面２８ｂから光源２７の光を内部に導くと共に、その底面に設けた凹部２８ａなどで光を上面側に反射させ、上方に配設した光拡散シート２９に光を放射する働きをなす。本実施形態の導光板２８は、その底面に略半球状の凹部２８aを形成してあるが、これは、この凹部２８ａに入射した光を導光板２８の上面２８ｃ側に拡散・反射させる働きをなす。拡散・反射させる形状としてはプリズムレンズ形状のような三角溝なども効果的であり、特に略半球状の凹部２８a形状に限定するものではない。光源２７はＬＥＤを使用しているが、この光源２７はＦＰＣからなる回路基板３０に取付けて、導光板２８の側面２８ｂに近接して設けている。更にまた、この光源２７の発光面２７ｃは導光板２８の上面２８ｃ側を向いて傾斜しており、枠体２４の回路基板３０の取付面２４ｂ、即ち、回路基板３０を介して光源２７を取り付ける取付面２４ｂを傾斜さすことによって発光面２７ｃの傾斜が得られている。この光源２７の発光面２７ｃの傾斜（これは、光源２７の傾斜でもあるが）は、発光面２７ｃから発光した光を導光板２８の上面２８ｃ側に向かって放射させるために設けていて、その傾斜角αは０〜３３°の範囲に設定している。本実施形態の拡散シート２９は、透明な樹脂シートの表面に無数の凹凸
を設けた凹凸面を有したものからなり、導光板２８の側面２８ｂから入射した光を透過させると共に、凹凸面で光を拡散（散乱）させて液晶表示装置２に放射させる働きをなしている。拡散シート２９は、凹凸面を設けた樹脂シート以外に、散乱剤を分散した樹脂シートなども使用可能で、特に凹凸面を設けた樹脂シートに限定するものではない。

反射板３１は、光源２７の発光面２７ｃから放射された光の一部を導光板２８内に導くために設けるものであるが、本発明の反射板３１は、光源２７の上部のみならず光源２７を配設した側の導光板２８の上面の一部の領域まで及んで連設した反射板になっている。図１中、２本の一点鎖線で示した線ｍ１、ｍ２は液晶表示装置２の表示領域の境界線を示しており、Ｍはその表示領域幅を指している。表示領域の境界線ｍ１は光源２７が配設された側の境界線を示しているが、導光板２８の上面の一部の領域まで及んで設けられる反射板３１はこの境界線ｍ１の所にまで及んで設けられている。これによって、光源２７の配設される側においては、液晶表示装置２の表示領域外に向かって放射される光はこの反射板３１で反射される。従って、表示領域外にある導光板２８から光源２７の発光した直接光が透過して液晶表示装置２側に回り込むことがなくなる。反射板３１は反射率の高い表面を有したものであれば良い。例えば、薄いアルミ金属板、薄い金属板に高反射率のメッキを施したもの、フィルム上にアルミ箔を貼付けたもの、フィルム上に銀，アルミなどの金属蒸着膜を設け、透明コートで保護したもの、白色塗料を塗布したフィルムや薄い金属板、など色々なものが選択できる。この反射板３１を導光板２８及び枠体２４に接着剤を介して接着固定して用いる。なお、反射板３１は、本実施形態においては、導光板２８の上面２８ｃの一部と光源２７を覆う連設した反射板を用いたが、導光板２８の上面２８ｃの一部を覆う反射板と光源２７を覆う反射板とに別々に分けたものを使用しても構わない。

上記に述べた光源２７、導光板２８、拡散シート２９、反射板３１を枠体２４に取付け、液晶表示装置２を積層することによって本発明のバックライト構造が得られる。枠体２４は、その内面に反射機能を持たせるために、白色顔料などが入ったプラスチック材を用い、射出成形で形成している。そして、内面側は光沢のある面に仕上げ、回路基板３０の取付面２４ｂは０〜３３°の傾斜角を持たせて形成する。枠体２４の内側の光沢面は金型を鏡面仕上げすることによって成形時に金型から転写されて得られる。また、傾斜角は金型の形状を角度を持たせた形状にすることによって得られる。

次に、図２を用いて上記のバックライト構造の作用・効果を説明する。図２は本発明のバックライト構造における作用・効果を説明する説明図を示している。光源２７の発光面２７ｃはα度傾斜角を持って、導光板２８の上面２８ｃ側に向けて配設してある。この発光面２７ｃの傾斜角は光源２７の傾斜角にもなっており、光源２７をα度傾斜させることによって発光面２７ｃの傾斜が得られる。この発光面２７ｃの傾斜角αは０〜３３°に設定する。今、発光面２７ｃの中心点から直角に放射した光線をＢ２とすると、このＢ２の光線が導光板２８に入射し、導光板２８内を透過し、上面２８ｃでの境界面に入射する。この境界面の入射点をＰ２とすると、入射点Ｐ２の入射角βは９０°−α（傾斜角）になる。ここで、傾斜角αを０〜３３°に設定すると、入射角βは５７°〜９０°の範囲となる。表面が鏡面なるプラスチック材は、光の入射角が５３°〜５６°（ブルスター角とも云う）で全反射を起こす。これは、プラスチック材の材質によって５３°〜５６°の範囲内で変わる。また、ガラスは入射角５７°（ブルースター角）で全反射を起きす。従って、入射角が５７°〜９０°の範囲内になるように発光面の傾斜角を設定するとことによって、導光板２８の上面２８ｃでの境界面で全反射が起き、その反射光が導光板２８の底面側や側面側に反射される。なお、図２中においては、発光面２７ｃから放射された光線は導光板２８の側面２８ｂに入射するときに一旦屈折を起こすが、その屈折は省略して描いてある。

ここで、発光面２７ｃの傾斜角αを上限値（３３°）に近い角度に傾ける時は、Ｂ２の光線（発光面２７ｃの中心点から直角に放射した光線）の境界面に入射する入射点Ｐ２の位置を、液晶表示装置２の表示境界線ｍ１の位置にくるように設定するのが好ましい。このようにすると、図中において、Ｂ２の光線より上側に放射される光線Ｂ１は、導光板２８の境界面に入射する入射点Ｐ１における入射角は全反射領域の入射角より小さくなる。がしかし、全て反射板３１によって反射されて、Ｂ１’の反射光となって導光板２８の底面側に反射される。また、Ｂ２の光線より下側に放射される光線Ｂ３は、導光板２８の境界面に入射する入射点Ｐ３における入射角は全反射領域の入射角を持つため、境界面で反射されて、Ｂ３’の反射光となって導光板２８の底面側に反射される。しかるに、発光面２７ｃから放射された光の多くは導光板２８の上面２８ｃと反射板３１に反射されることになる。Ｂ２の光線（発光面２７ｃの中心点から直角に放射した光線）の境界面に入射する入射点Ｐ２の位置を、液晶表示装置２の表示境界線ｍ１の位置にくるように設定するのは発光面２７ｃの高さを調整することによって得られる。

一方、発光面２７ｃの傾斜角αを下限値に近い方に設定すると、発光面２７ｃから放射される光の殆どは、導光板２８の上面２８ｃでの境界面に入射する入射角が全反射領域の角度になるから、境界面で反射されるようになる。

以上のことから、光源２７の発光面２７ｃから放射される光の多くは、導光板２８の上面２８ｃや反射板３１に反射され、この反射光が再び導光板２８の底面に設けた凹部や枠体の反射内面に反射され、光の拡散を繰り広げて導光板２８の上面２８ｃから拡散シート２８に放射される。従って、発光面２７ｃからの直接光が導光板２８の底面のＬＥＤ近傍に設けた凹部に直接入射する光量が少なくなり、従来のバックライト構造で発生したような光溜まりなどが薄くなり、結果殆どなくなる。そして液晶表示装置２の均一な明るさの照明が得られる。

更に、本発明では拡散シート２９に照明の明るさを均一に調整する手段を施してある。
また、拡散シート２９に散乱剤を分散した拡散シートを用いて照明の明るさを均一にすることができる。散乱剤の分散量を部分的に少なくしたり、多くしたりして調整することが可能である。明るすぎる部分には拡散剤が多い条件のシートを用い、暗すぎる部分には拡散剤が少ない条件のシートを用いることで調整する。また、厚みなどを変化させても調整することができる。
尚、このような手段は明るささが最初から均一であれば特に用いる必要はない。

また、本発明においては、光源２７としてチップ型ＬＥＤを用いている。チップ型ＬＥＤは非常に小型なものもあり、バックライト部２３を小さくする上で非常に効果的に利用できる。ＬＥＤは放射する光に指向性を有する。液晶表示装置２の大きさによって、ＬＥＤの指向性の影響を受けて照明明るさが不均一になることも生じるが、しかしながら、本発明のバックライト構造は、拡散シート２９に照明の明るさを均一に調整する手段を施してあることから、このような問題は生じない。

以上説明したことにより、本発明のバックライト構造は、光源２７を導光板２８の側面２８ｂに近接して設けることができる。したがって、導光板２８と光源２７との配設距離を小さく押さえることができるので、バックライト部２３の大きさを従来の構造のものよりかなり小型にできる。そして、液晶表示装置２の照明明るさも均一にできる。

本発明の実施形態に係るバックライト付液晶表示のバックライト構造を示した要部断面図である。 図１のバックライト構造における作用・効果を説明する説明図である。 従来のバックライト付の液晶表示装置の一般的な構造を示した要部断面図である。 図３におけるバックライト構造において、導光板８にＬＥＤ７を近づけて発光させ、液晶表示装置２の上面側から見たときの照明の明るさを説明する説明図である。

符号の説明

２ 液晶表示装置
２０ バックライト付液晶表示装置
２３ バックライト部
２４ 枠体
２４ｂ 取付面
２７ 光源
２７ｃ 発光面
２８ 導光板
２８ａ 凹部
２８ｂ 側面
２８ｃ 上面
２９ 拡散シート
３０ 回路基板
３１ 反射板
Ｍ 表示領域
ｍ１、ｍ２ 表示領域の境界線

Claims (7)

1. 液晶表示装置の下面側に拡散シートと導光板と、該導光板の側面に光源とを備えた液晶表示装置のバックライト構造において、前記光源の発光面を前記導光板の上面側に向けて傾斜させて配設したことを特徴とする液晶表示装置のバックライト構造。
2. 前記導光板の上面は鏡面をな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のバックライト構造。
3. 前記光源の発光面の傾斜角は０〜３３°であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置のバックライト構造。
4. 前記光源を支持する枠体の光源の取付面が０〜３３°傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置のバックライト構造。
5. 前記光源を配設する側で、前記液晶表示装置の表示領域外に該当する前記導光板の上面の領域と、前記光源の上部領域に反射手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置のバックライト構造。
6. 前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置のバックライト構造。
7. 前記拡散シートには前記液晶表示装置の照明の明るさを均一にする手段を設け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のバックライト構造。

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