JP2009199866A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】射出成形工程内で圧縮工程を行う導光板の形成方法では、光学パターンの金型への張り付きが生じる。エジェクトピンによる離型では、局部的に応力が集中し、それによりそり、変形、むらが発生する。
【解決手段】薄型導光板を実現するため射出成形工程内で圧縮工程を入れる。この時、光学パターンへの導光板120の貼り付きが問題になるため、光学パターン部を圧縮し離型時に周辺部の形状352で張り付きを対策する。圧縮部を光学パターン部として、金型開閉、離型時にその周辺形状352により離型を行い、エジェクタピンによる局部的な応力発生を防ぐ。
【選択図】図11
【解決手段】薄型導光板を実現するため射出成形工程内で圧縮工程を入れる。この時、光学パターンへの導光板120の貼り付きが問題になるため、光学パターン部を圧縮し離型時に周辺部の形状352で張り付きを対策する。圧縮部を光学パターン部として、金型開閉、離型時にその周辺形状352により離型を行い、エジェクタピンによる局部的な応力発生を防ぐ。
【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。
LEDを発光素子として用いる場合に、LEDが導光板の厚さよりも厚くなるといった問題が生じる。そのため、例えば下記「特許文献1」などにより、光源からの入光面で導光板を厚くし、出光面で入光面よりも薄くして、入光面から出光面に傾斜面を設けることで、導光板の厚さを2段とする構成が開示されている。しかしながら、特許文献1ではさらに出光面が薄くなった場合の製造方法についての記載はない。
また、下記「特許文献2」には導光板を射出成型する際に樹脂を圧縮して形成する記載がある。しかしながら、「特許文献2」は導光板全体を圧縮するもので、入光部に限って圧縮するものではない、また量産性に適した導光板の取り出し方法について記載あるものでもない。
導光板をさらに薄型にすると射出成型では導光板を製造することが困難となる。特に量産に適した製造時間で樹脂を射出成型することは困難であり、安定した品質で薄い板を成型し、導光板を金型から取り出すことができないでいた。
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、前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、導光板の出光部と入光部とに樹脂を射出成型し、その後入光部を圧縮することで導光板を形成する。
金型には離型のために拘束部を形成し、導光板の周辺には拘束部によって生じた段差部が形成される。
導光板の出光部が薄くなったとしても、入光部に樹脂を射出・充填した後、入光部の樹脂を圧縮することで、薄い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。
金型から導光板を取り出す際に、拘束部によって導光板が押えられるため、導光板が容易に金型から離型可能である。
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。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。
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出射面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はアクリル樹脂やポリカーボネート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を設けて、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を経て出光面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。
薄型化のために、樹脂を板厚以上に成形して金型内で圧縮することで薄板成形を実現する手段が有効である。しかし、薄肉部の板厚が0.4mm以下になると樹脂の固化冷却が早いという問題が顕著になった。そのため金型内に樹脂を充填した後に圧縮しても希望の形状に成形されないため、入光部124の転写が安定しないのでこれを対策する必要が生じた。
他方、圧縮を用いないと、入光部124は細かな構成が設けられており、正確に金型の形状が転写される必要があるが、出光部129が薄くなると、射出成型の際に出光部129を通過して入光部124に到達する樹脂は、出光部129に対して入光部124が広いことから、樹脂を押す圧力が入光部124で減少し、金型に樹脂が充分に押圧されないという問題が生じていた。
そのため、出光部129と入光部124とに樹脂を射出・充填し、その後、入光部124を圧縮することで、入光部124に金型の形状を充分に転写こととした。
図6に金型の概略断面図を示す。金型300は第1の側面部311と上面部312と下面部331とからなる。これら第1の側面部311と上面部312と下面部331で囲まれる隙間に樹脂を射出し導光板を形成する。なお、図6から図8と図12は導光板120の長辺方向(図3のx方向)に対するの金型切断図を示している。
樹脂は湯口またはゲート400と呼ばれる開口部から矢印410に示す方向に射出される。外部から加えられる圧力により樹脂は金型300内に充填される。まずゲート400を出た樹脂は出光部形成空間322を満たし、その後、入光部形成空間324までに達する。
入光部形成空間324には、圧縮部351が形成されている。図7に示すように、入光部形成空間324に樹脂が充填された後、圧縮部351が矢印361に示す方向に降下し樹脂を圧縮する。圧縮部351で樹脂を圧縮することで、入光部124にレンズ123等の構成が正確に転写される。このとき、ゲート400には栓420が配置され、ゲート400から樹脂が漏れ出ないようにしている。
次に図8に、入光部124だけではなく出光部129も圧縮する場合を示す。出光部形成空間322には第2の圧縮部352が形成されており、樹脂の充填後に矢印362で示す方向に圧縮可能となっている。
第2の圧縮部352を取り囲むように第2の側面部313が形成されており、第2の圧縮部352は第2の側面部313と図9に示す第3の側面部332とに保持され移動可能となっている。
圧縮後、図9に示すように第2の圧縮部352は矢印363で示す方向に移動し、圧縮を終了する。このとき、出光部129に設けられた溝126が金型の下面部331に張り付き、導光板120の取り出しが困難であるという問題が発生した。なお、図9から図11と図13とは導光板120の短辺方向(図3のy方向)に対するの金型切断図を示している。
出光部129の厚さが0.4mm以下の場合では樹脂形成限界に近く安定して、導光板120を成型できないため、樹脂を希望の厚さ以上に金型300内に充填し、その後、圧縮して薄板の導光板120を実現した。しかしながら、溝126のような光学パターンに樹脂が張り付き金型300から、導光板120が取り出しにくくなった。
金型300から導光板120を取り出す際に無理に取り出すと、0.4mm以下の導光板120では変形や、ムラを発生させて生産効率を低下させることとなる。すなわち、0.4mm以下という薄い導光板120を形成するため圧縮する方法を取り入れたが、導光板120が薄いが故に圧縮する方法では、導光板120を取り出し難いといった不具合が発生した。
そのため、図10に示すように、溝126等の光学パターンの周囲に拘束部352を形成した。図10では拘束部352は第3の側面部332に形成されている。図11に示すように、拘束部352は金型の下面部331が矢印364で示す方向に移動する際に、導光板120が矢印364で示す方向に移動することを防止し、金型の下面部331が導光板120からはがれ易くしている。
次に図12と図13に導光板120の上側からは、圧縮部351で圧縮し、下側からは圧縮部353で圧縮する場合を示す。入光部形成空間324では、矢印361に示す方向に圧縮部351が移動して、入光部124を圧縮し、下側からも圧縮部353により導光板120が矢印365方向に圧縮される。
圧縮部353を設けることで、圧縮後に圧縮部353が図13における矢印364で示す方向に移動して、導光板120から圧縮部353がはがれるようになっている。図13でも拘束部352が第3の側面部332に形成されている。
図14に入光部124の拡大部分図を示す。第1の側面部311には、レンズ123や突出部220の形状を転写するために凹凸が形成されている。図14は圧縮部351で圧縮される前の入光部124近傍を示している。
圧縮前では、傾斜面128と上面121との間は段差無く接続している。次に図15に圧縮後の入光部124近傍を示す。圧縮後では、傾斜面128は圧縮部351で押圧され、上面121は押圧されないため、傾斜面128が上面121より押し下げられ段差353が発生している。この段差353は光学性能の損失を最小限にとどめるためには0.05mm程度に収めることが望ましい。
図16は入射面125側から見た入光部124の部分斜視図である。傾斜面128は圧縮により押し下げられており、傾斜面128と上面121との間に段差が形成されている。また、傾斜面128の入射面125側の端辺では、傾斜面128の上端354は押し下げられレンズ123や突出部220の上端と近接するように形成されるが、傾斜面128の上端354をレンズ123や突出部220の上端より上に位置するよう形成することで、レンズ123からの光漏れを防止している。
すなわち、傾斜面128の上端は入光面125の上端となることから、入光面125からレンズ123がはみだしていると、レンズ123から入光面125に入らない光が生じることとなる。そのため、傾斜面128の上端はレンズ123の上端よりも上に位置するよう形成される。
図17に導光板120の下面122側の斜視図を示す。下面122には拘束部352により押圧された跡が段差、傾斜等の形状で残っている。
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…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)
- 液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、発光素子と、前記発光素子からの光が入射する導光板とを有し、
前記導光板は、前記発光素子の出光面に対面し、発光素子からの光が入射する入光部と、前記入射した光が出射する出射部とを有し、
前記導光板は、前記入光部に樹脂を射出した後、樹脂を圧縮することによって形成されており、
前記導光板の周辺部には前記圧縮により生じた段差部が存在することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記発光素子の側面の厚さは前記導光板の前記出射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。
- 前記入光部には、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。
- 前記圧縮は前記入光部を圧縮することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、導光板と、前記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、
前記導光板は、前記発光ダイオードから光が入射するレンズが設けられた入射面と、前記レンズを間に挟んで前記導光板の側面から突出する突出部と、前記発光ダイオードよりも薄い厚さを有する出射部とを有し、前記出射部は出光面を有し、
前記入射面と前記突出部とを射出成型により形成して入光部とし、
前記導光板は、前記入光部に樹脂を射出した後、前記樹脂を圧縮することによって形成され、
前記導光板の周辺部には前記圧縮により生じた段差部が存在することを特徴とする液晶表示装置。 - 前記発光ダイオードの厚さは、前記導光板の前記出射部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。
- 前記入射面に設けられたレンズは、前記導光板の隣合う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。
- 前記入光部における前記入射面と直角な面から前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。
- 前記圧縮は前記入光部を圧縮することを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 液晶パネルと、前記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であって、
前記面状照明装置は出光面と前記出光面に対向する底面とを有する導光板を有し、
前記導光板は、複数のLEDが設置されて、前記LEDからの光を導光板に入射させる側面である入射面を有し、
前記導光板に入射した光は、前記導光板の前記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て前記出光面から出射し、
前記LEDの厚さは前記出光面と底面との間隔よりも大きく、
前記導光板は、前記入射面と直角な面と前記出光面との間に傾斜部を有し、
前記導光板は、前記傾斜部に樹脂を射出した後、樹脂を圧縮して形成されており、
前記導光板の周辺部には前記圧縮により生じた段差部が存在することを特徴とする液晶表示装置。 - 前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。
- 前記圧縮は前記傾斜部を圧縮する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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