JP2009117183A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板の側面に発光ダイオードを配置するバックライトにおいて、導光板を球面状に形成する場合でも精度良く、短時間で導光板を製造する。
【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、導光板の出光部をシート状の樹脂を加圧加熱することで成型し球面状とする、入光部は樹脂を射出成型することで出光部に融着させて導光板を製造する。
【選択図】 図１１

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。

薄型のバックライトとして、側面に発光素子を備えるサイドライト型バックライトがある。サイドライト型バックライトには板状の導光板が備えられている。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わる光は液晶表示装置側に向けて出射する。

近年液晶表示パネルを球面状に形成する試みが行われており、例えば下記「特許文献１」などにより、球面を有する液晶表示パネルの開示がある。しかしながら、「特許文献１」には液晶表示パネルに用いられるバックライトを球状に形成することについては記載がない。

特開２０００−１００８３号公報

球面状の液晶表示パネルに合わせてバックライトも球面状に形成するには、導光板も球面状に形成する必要が生じる。しかしながら、樹脂を射出成型して製造する導光板を球面状に成型することは困難であった。

上記問題を解決するために、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、導光板側面に発光素子とを設け、導光板の出光部をシート状の樹脂で準備し、シート状の樹脂を加圧成型して曲面を有する出光部とし、入光部は射出成型して出光部に接着することで導光板を形成する。

導光板の出光部を薄いシート状の樹脂を加工し形成することで、曲面を有する導光板を短時間で安定した品質で製造することが可能となる。

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の側面に沿って複数の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する。導光板に入射した光は導光板底面に設けられた散乱部材によって出光面側に向けられ、出光面から出射する。導光板の入光面側から出光面側に向けて傾斜部を設ける。傾斜部は射出成型され出光面に融着される。出光面はシート状の樹脂を加圧と加熱し曲面とし、同時にシート状の樹脂に金型の形状を転写して導光板に成型する。

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、入射面１２５から入射した光は出光面１２１から出射する。入射面１２５と出光面１２１の間には傾斜部１２８が形成されており、入射面１２５から出光面１２１に光りを導いている。入射面１２５と傾斜面１２８とは入光部１２４を形成しており、ＬＥＤ１５０からの光を効率良く出光面に伝えている。なお、入光部１２４の詳細については後述する。また、入光部１２４に対して、導光板１２０の出光面１２１側を出光部１２９とも呼ぶ。

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には画素部８が設けられ、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で発光する。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。ＬＥＤ１５０の正面側には光が出射する光出射部１５７が形成されている。

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（出光面とも呼ぶ）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０．１ｍｍに形成されている。

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に向けて傾斜部１２８が形成されている。傾斜部１２８は導光板１２０の出光面１２１の厚さに対してＬＥＤ１５０の厚さが、厚い場合に有効である。

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（図示せず）が設けられており、フレキシブル基板１６０を導光板１２０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。

接着シートによるフレキシブル基板１６０と導光板１２０との接着面積を広くとる目的で、突出部２２０が設けられている。導光板１２０の入光面１２５側にはＬＥＤ１５０を挟むように突出部２２０が設けられており、この突出部２２０とフレキシブル基板１６０とを接着することで、導光板１２０に対するＬＥＤ１５０の位置を高精度で合わせることが可能である。

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。導光板１２０の屈折率は空気よりも大きいため、入射面１２５の垂線方向に対し特定の角度より大きい角度で入射面１２５に到達した光は反射され、小さい角度で到達した光は導光板１２０内部に侵入する。

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、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で全反射を繰り返して導光板１２０内部を進む。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から出射する。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が内側に凹の場合を示し、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に向けて反射する。反射面１２７で反射させることで、光の上面１２１に対する角度を、上面１２１から出光可能な角度とすることが可能である。すなわち、前述したように導光板１２０内では光は全反射を繰り返すが、反射面１２７により、光は出射可能な角度となり導光板１２０から出射する。

図４（ａ）に示すように、導光板１２０の上面１２１の上にはプリズムシート１１２と１１３とが設けられ、導光板１２０から出射した光の向きを制御している。なお、図４（ａ）ではプリズムシート１１２と１１３とは三角柱の稜線が交差するように配置されている。そのため、プリズムシート１１３は導光板１２０から出射した光の進行方向を横方向に屈折させ、内側（液晶パネル側）に向けることが可能である。また符号１１４は拡散板で、符号１１５は反射シートである。

次に、図４（ｂ）に非対称プリズムシートを１枚用いる場合を示す。反射面１２７で反射した光は、上面１２１の鉛直方向に対して鈍角となり、上面１２１から外側（図中右側）に広がるように出射している。導光板１２０の上には、非対称プリズムシート１１６が設けて、外側に向かう光を液晶パネル（図示せず）側に向かうように屈折させている。

図５に、導光板１２０の入光面１２５近傍の斜視図を示す。導光板１２０の入射面１２５にはレンズ１２３が設けられている。レンズ１２３は入光面１２５から入射する光を散乱させる働きをする。入光面１２５から入射した光は、傾斜部１２８経て出光面１２１に導かれる。隣合うレンズ１２３の間には入光面１２５から突出して突出部２２０が形成されている。これら突出部２２０、入光面１２５、レンズ１２３、傾斜面１２８等で入光部１２４が形成される。

導光板１２０を薄型化した場合に、上面１２１と下面１２２の間の厚さよりも、ＬＥＤ１５０の厚さが厚くなってしまう。そこで、入光面１２５での導光板１２０の厚さを厚くし、傾斜面１２８を設けることで上面１２１側に光を導いている。

上面１２１から光が液晶パネル側に出射するが、この導光板１２０から液晶パネルに向け光が出射する部分を出光部１２９と呼ぶ。出光部１２９での導光板１２０の厚さは、薄型化のために益々薄くなってきているが、上面１２１と下面１２２の間隔が１ｍｍ以下となると射出成型で製造することが困難になってきていた。

そのため、出光部１２９をシート状の樹脂を用いて製造することとした。図６は金型１４０にシート状の樹脂１７０を配置した様子を示している。シート状の樹脂１４０は金型により形成される前には、前述した溝１２６等の導光板１２０として必要な構成が形成されていない。

シート状の樹脂１４０としては、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＳＡＮ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の各種合成樹脂をシート状に形成したものが利用できる。

図７に示すように、金型下部１４２と金型上部１４１とでシート状の樹脂１４０を挟み込み、加圧・加熱することでシート状の樹脂１４０を成型することで導光板１２０に溝１２６等を形成する。

このとき、入光部１２４の位置には、シート状の樹脂１４０が配置されてない。前述したように入光部１２４には、突出部２２０、レンズ１２３、傾斜面１２８等の複雑な形状と、一定の厚さが必要な構成が有るために、入光部１２４は樹脂の射出成型によって形成される。

図８に樹脂を射出成型する様子を示す。導光板１２０の側面には入光部１２４に接するように湯口２２２が形成されている。湯口２２２から樹脂が入光部１２４に矢印で示す向きに注入される。樹脂は入光部１２４に設けられたレンズ１２３、突出部２２０に均一に充填される。

次に図９から図１１を用いて、出光部１２９が曲面で形成される導光板１２０の製造方法について説明する。図９に示すように、曲面を有する金型上部１４１と金型１４２とを準備し、金型上部１４１と金型１４２との間にシート状の樹脂１７０を配置する。

シート状の樹脂１７０が柔軟な場合は、矢印の方向に自重によってたわみ、図１０に示すように、シート状の樹脂１７０は金型下側１４２の曲面にそって曲がる。

次に図１１に示すように、金型上部１４１を金型下部１４２に押し付け、加圧・加熱することで、シート状の樹脂１７０を成型して導光板１２０に溝１２６等を形成する。また、シート状の樹脂１７０は金型の曲面にそって曲がった形状となる。

金型１４０を加圧・加熱して曲面を形成した後、入光部１２４を樹脂の射出成型によって形成する。この曲面を有する導光板１２０は、液晶パネルが曲面を有する場合にそのバックライトの導光板１２０として有効である。

次に図１２に入光部１２４をＳ字に曲げる場合に用いる金型１４０を示す。また、図１３にＳ字に曲がった入光部１２４を示す。図１２に示す金型１４０によって、図１３に示すように導光板１２０の入光部１２４をＳ字に曲げて形成することができる。この場合、シート状の樹脂１７０は入光部１２４にも配置され、入光部１２４から出光部１２９までシート状の樹脂１７０を用いて、一定の厚さで形成することが可能である。

図１３に示すように、導光板１２０の厚さをＬＥＤ１５０の光出射部１５７の縦方向の幅に揃えることで、ＬＥＤ１５０から出射する光を有効に導光板１２０に入射・伝播させることが可能となる。また、ＬＥＤ１５０の光出射部１５７の上下を導光板１２０の入光面１２５と重なるように形成し、ＬＥＤ１５０に導光板１２０を嵌め込むように形成することも可能である。

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の入光面近傍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成型する金型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成型する金型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に樹脂を射出成型する様子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導光板を成型する金型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成型する金型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成型する金型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成型する金型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の入光部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…遮光枠、１２０…導光板、１２１…上面、１２２…下面、１２５…入射面、１２６…溝、１２８…涙形レンズ、１２９…傾斜面、１３１…出射方向光線、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、２２０…導光板凸部。

Claims (12)

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基板とを有し、
   上記導光板は、
   上記発光素子の光出射面に対面し、発光素子からの光が入射する入光部と、
   上記入射した光が出射する出光部とを有し、
   上記出光部を曲面に形成し、上記入光部を上記出光部に融着させたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記発光素子の側面の厚さは上記導光板の出光部の厚さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上記入光部には、発光素子の光を拡散させて導光板に入射させるレンズを設けたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. シート状の上記出光部に溶融した樹脂を接合することで上記入光部を上記出光部に融着した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バックライトと、
   バックライトに設けられた導光板と、
   導光板の側面に沿って配置された複数の発光ダイオードとを有し、
   上記発光ダイオードから光が入射する入射面に設けられたレンズと、
   上記レンズを間に挟んで導光板の側面から突出する突出部と、
   上記発光ダイオードよりも薄い厚さを有する導光板の出光面とを有し、
   上記入射面と突出部とを射出成型により形成して入光部とし、
   上記出光面を曲面に形成し、
   上記入光部と上記出光面とを接着融合したことを特徴とする液晶表示装置。
6. 上記発光ダイオードの厚さは、上記導光板の出光面の厚さより厚いことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 上記入射面に設けられたレンズは、導光板の隣合う２つの突出部の間に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。
8. 上記入射面から上記出光面に向け傾斜面を設けたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
9. シート状の上記出光面に溶融した樹脂を接合することで上記入光部を上記出光面に接着融合したことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
10. 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、
    導光板には出光面および底面と交差する側面を設け、
    導光板の第１の側面に沿って複数の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、
    導光板に入射した光は導光板底面に設けられた散乱部材によって出光面側に向けられ出光面から出射し、
    上記ＬＥＤの厚さを上記出光面と底面との間隔よりも広くし、
    上記入射面と上記出光面との間に傾斜部を設け、
    上記出光面を曲面に形成して、
    上記傾斜部が上記出光面に接着したことをたことを特徴とする液晶表示装置。
11. 上記入射面に円柱状レンズを設けたことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. シート状の上記出光面に溶融した樹脂を接合することで上記傾斜部を上記出光面に接着したことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。

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