JP4619979B2 - 面光源装置及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶表示装置に用いられる面光源装置及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の情報機器の表示装置、テレビ、ビデオムービー、カーナビゲーションシステム等の映像機器の表示装置として、軽量、薄型、低消費電力という特長を持つ液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示装置においては、明るい表示画面を実現するために、液晶表示パネルの背後から照明光を当てるための照明ユニット（面光源装置）を内蔵した構成をとるものが多い。

ここで、照明ユニットは、光源の配置箇所によってエッジライト方式と直下方式とに分類される。例えばエッジライト方式は、液晶表示パネルに対向する導光板のエッジに光源を配置する方式である。また、直下方式は、蛍光放電管等の直管状の光源を液晶表示パネルの裏面に複数配置し、液晶表示パネルと光源との間に拡散板を配置する方式である。これら方式のうち、エッジライト方式は、薄型化の点で有利であり、例えば携帯用電子機器の表示装置に適した方式と言うことができる。

ところで、前記エッジライト方式の面光源装置を例えば液晶表示装置に組み込む場合、液晶表示パネルの背面側に前記導光板を備えた面光源装置を配置する必要がある。そこで従来、例えば管状光源やＬＥＤ光源等を使用したエッジライト方式の薄型液晶表示装置において、導光板とシート類を保持する構造として、反射シート裏面に配置された金属フレームと導光板の外周部分を支持するプラスチックフレームとを嵌合させて面光源装置の形状保持を行う構造が採用されている（例えば、特許文献１等を参照）。

特許文献１には、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを保持した金属製のベゼルおよび樹脂製のフレームと、面光源装置を備えた液晶表示装置が開示されており、ベゼルの側壁に複数の開口を形成し、フレームの側壁に突設された複数の突起をそれぞれ開口に係合させることによりフレームとベゼルとを接合するという嵌合構造が開示されている。すなわち、前記特許文献１記載の液晶表示装置では、前記嵌合構造として、表示装置の側面に回し込んだ金属フレーム（ベゼル）に嵌合用の穴（開口）を設け、この穴にプラスチックフレームの突起を嵌合させるという構造を採用している。
特開２０００−２９４０２４号公報

しかしながら、金属フレームとプラスチックフレームの嵌合構造の場合、側面での嵌合のみでは、例えば金属フレームとプラスチックフレームの出来上がり寸法の違いやプラスチックフレームの組み立てバラツキ等により、前記嵌合が簡単に外れてしまうという問題がある。このような嵌合外れが生じた場合、表示装置の寸法安定性が悪くなるという問題や、表示装置を組み立てるに際してプラスチックフレームの位置を頻繁に修正しながら組み立てる必要が生ずる等、工数の増加や工程の煩雑化を招くという問題がある。

本発明は、前述の技術課題に鑑みて提案されたものであり、金属フレームとプラスチックフレームとを嵌合外れ等が生ずることなく安定に組み付けることが可能で、寸法安定性に優れ、工数の増加や工程の煩雑化による製造コストの増加を招くこともなく、しかも薄型化に適した構造を有する面光源装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明に係る面光源装置は、光源からの光を導出する導光板を備えた光源パネルを保持する底板部及びこの底板部に連接され前記底板部と直交する方向に形成された外枠部を有する金属フレームと、前記金属フレームとの嵌合構造により保持され前記導光板の周縁の少なくとも一部を支持する支持板部及びこの支持板部に連接され前記金属フレームの外枠部と対向する外枠部を有するプラスチックフレームとを備え、前記金属フレームの底板部に一体に形成され外枠部と並設される固定手段が設けられ、この固定手段と前記金属フレームの外枠部とによって前記プラスチックフレームの外枠部が挟持されていることを特徴とするものである。また、本発明に係る液晶表示装置は、複数の表示画素が配列された表示領域を備えた液晶表示パネルと、前記面光源装置を備えたことを特徴とするものである。

本発明においても、金属フレームとプラスチックフレームの組み付けには、例えば金属フレームに形成された嵌合孔にプラスチックフレームに形成された係止爪を係止する嵌合構造が採用されている。この場合、例えば金属とプラスチックの熱膨張の差等を考慮して金属フレームとプラスチックフレームの間にクリアランスを設けると、前述の通り前記嵌合孔と係止爪の嵌合が簡単に外れてしまう。

そこで本発明においては、金属フレームに形成した固定手段によってプラスチックフレームの内周面側を支持し、前記嵌合外れを回避するようにしている。具体的には、固定手段として金属フレームに折り曲げ片を形成し、前記折り曲げ片をプラスチックフレームの内周面に面接触させることにより、あるいは固定手段として絞り加工によって形成された固定部の端面をプラスチックフレームの内周面側に当接させることにより、プラスチックフレームの内周面側を支持する。これにより、金属フレームとプラスチックフレーム間のクリアランスがほぼゼロの状態（プラスチックフレームの外周面が金属フレームの内周面に接する状態）でプラスチックフレームが位置決めされ、嵌合外れが起こり難くなる。

前記嵌合外れを起こり難くする方法しては、光源パネルの裏面の金属フレームにも嵌合孔を設け、ここにプラスチックフレームの突起を嵌め込む構造も考えられるが、金属フレームの厚さが薄いと効果が少なく、プラスチックフレームにたとえ僅かでも浮きが発生すると前記嵌め込み構造に外れが生じ、側面だけの嵌合構造の場合と同様、嵌合外れが生ずることがある。また、前記突起の嵌め込み構造の嵌合を強化する手段として、プラスチックフレームの突起高さを大きくすることも考えられるが、この場合には金属フレームからプラスチックフレームの突起が飛び出す形となり、面光源装置全体、あるいは液晶表示装置全体の厚さを増加させることになる。

本発明では、光源パネルの裏面の金属フレームにプラスチックフレームの突起を嵌め込む構造を採用する必要がなく、前記構造を採用しなくともプラスチックフレームの嵌合外れが確実に解消される。また、プラスチックフレームの突起を大きくする必要もなく、金属フレームからプラスチックフレームの突起が飛び出すこともないので、面光源装置あるいは液晶表示装置の厚さが増加することもない。

本発明によれば、金属フレームとプラスチックフレームとを嵌合外れ等が生ずることなく安定に組み付けることが可能であり、寸法安定性に優れ、安価で薄型化に適した構造を有する面光源装置及び液晶表示装置を提供することが可能である。

以下、本発明に係る面光源装置及び液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、面光源装置が組み込まれた液晶表示装置を分解して示すものである。本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、液晶表示パネル１と光源パネル２とを備え、これらを金属フレーム３とプラスチックフレーム４の組み合わせにより保持するようにしている。

液晶表示パネル１は、例えばアレイ基板と対向基板の間に液晶材料を封入することにより構成され、アレイ基板には表示画素に対応して画素電極及びスイッチング素子（薄膜トランジスタ）がマトリクス状に形成されている。また、アレイ基板には、画素電極に電気信号を送るための信号線と、スイッチング素子である薄膜トランジスタにスイッチング信号を供給するためのゲート線とが互いに直交して配線されている。一方、対向基板には、対向電極が透明電極材料（例えばＩＴＯ等）によりほぼ全面に形成されており、各画素に対応してカラーフィルタ層が形成されている。さらに、前記アレイ基板と対向基板の外表面には、それぞれ偏光板を偏光軸が互いに直交するように貼り合わされている。

前記構成を有する液晶表示パネル１には、当該液晶表示パネル１に駆動信号を供給する回路基板が電気的に接続されており、回路基板からの駆動信号に基づいて前記スイッチング素子が駆動されることで画像表示が行われる。この画像表示が行われる領域が表示領域であり、前記液晶表示パネル１は複数の表示画素が配列された表示領域を有することになる。

前記光源パネル２は、前記液晶表示パネル１のバックライトとして組み込まれるものであり、光源からの光を前記液晶表示パネル１の背面に光照射するための導光板２１と、この導光板２１の裏面側に配される反射シート２２とを備えている。光源は、前記導光板２１の少なくとも一辺に沿って設けられており、本実施形態の場合、ＬＥＤ光源２３が実装された光源回路基板２４が導光板２１の長辺に設置されている。ＬＥＤ光源２３から出射された光は、直接又は反射シート２２により反射されて導光板２１へ導かれ、導光板２１を通過した後、液晶表示パネル１に照射される。液晶表示パネル１では照射された光が透過され、文字や映像等の画像が所定の明るさで表示されることになる。

金属フレーム３は例えばステンレス等の金属材料により形成され、プラスチックフレーム４は各種プラスチック材料により形成されるものである。これら金属フレーム３及びプラスチックフレーム４は、それぞれ前記液晶表示パネル１や光源パネル２の主面と略垂直な外枠部３１，４１を有しており、これら外枠部３１，４１によって液晶表示パネル１や光源パネル２の外周を保持する。また、前記金属フレーム３の底部には、内方に張り出した底板部３２を有しており、この底板部３２によって前記光源パネル２の底面の外周部分を支持するように構成されている。同様に、プラスチックフレーム４には、その高さ方向の中間位置に内方に張り出した支持板部４２を有しており、この支持板部４２の下面によって光源パネル２の外周縁を上から支持し、前記金属フレーム３の底板部３２と前記支持板部４２の間に光源パネル２を挟み込む形でこれを支持する。また、前記プラスチックフレーム４の前記支持板部４２は、前記液晶表示パネル１の底面の外周部分を支持する役割も果たす。

前記金属フレーム３とプラスチックフレーム４とは、いわゆる嵌合構造を構成することで互いに組み付けられ、前記光源パネル２を保持する。そこで次に、前記金属フレーム３とプラスチックフレーム４の嵌合構造について説明する。

本実施形態においては、金属フレーム３とプラスチックフレーム４とを組み付けるための嵌合構造として、嵌合孔と係止爪を利用した嵌合構造を採用している。具体的には、前記金属フレーム３の外枠部３１に嵌合孔３３を形成するとともに、前記プラスチックフレーム４の外枠部４１の外周面に係止爪４３を形成し、前記嵌合孔３３に前記係止爪４３を係止することにより金属フレーム３とプラスチックフレーム４とを固定する。

ここで特徴的なのは、前記金属フレーム３に嵌合孔３３を形成するとともに、嵌合孔３３の内方に固定手段として構成される折り曲げ片３４を立ち上がり形成したことである。通常、金属フレーム３に嵌合孔３３を形成する場合、単に金属フレーム３を切り欠いて、嵌合孔３３のみを形成する。これに対して、本実施形態では、前記嵌合孔３３を形成する際に形成される切り欠き片を折り曲げ片３４として利用している。すなわち、嵌合孔３３形成の際に、切り欠き片を嵌合孔３３から切り離さず、一辺が金属フレーム３と連結された状態で残すようにする。そして、この切り欠き片を前記金属フレーム３の外枠部３１とほぼ平行に立ち上げる（折り曲げる）ことで、前記折り曲げ片３４とする。なお、図２に示すように、この折り曲げ片３４と前記外枠部３１の間隔ｄは、前記プラスチックフレーム４の外枠部４１の底辺部分の厚さとほぼ等しく、もしくは若干狭くなるように設定する。

一方、プラスチックフレーム４に形成される係止爪４３は、前記嵌合孔３３に係止し得る突起（爪）として形成されており、金属フレーム３に設けられた嵌合孔３３に対応した位置に形成されている。本実施形態の場合、金属フレーム３の外枠部３１の３辺にそれぞれ２箇所ずつ嵌合孔３３及び折り曲げ片３４が形成されており、これに対応して、プラスチックフレーム４の外枠部４１の３辺にそれぞれ２箇所ずつ係止爪４３が外方に向かって突出する形で形成されている。

以上の構成を有する金属フレーム３に対してプラスチックフレーム４を組み付ける場合、金属フレーム３やプラスチックフレーム４を僅かに変形させながら金属フレーム３に形成された嵌合孔３３にプラスチックフレーム４に形成された係止爪４３を押し込めばよい。これにより金属フレーム３に対してプラスチックフレーム４が組み付けられる。プラスチックフレーム４の金属フレーム３に対する組み付け状態を図３に示す。

組み付け状態では金属フレーム３に形成された嵌合孔３３にプラスチックフレーム４に形成された係止爪４３が係止され、嵌合構造が構成される。前記嵌合構造においては、光源パネル２の裏面（反射シート２２の裏面）が金属フレーム３の底板部３２の上面３２ａによって支持されるとともに、表面の外周縁部がプラスチックフレーム４の支持板部４２の下面４２ａで支持される。すなわち、前記光源パネル２は、外周部分が前記金属フレーム３とプラスチックフレーム４とで挟み込まれて固定される。なお、光源パネル２の導光板２１の表面には、光拡散シート２５やプリズムシート２６等の光学シートが貼り付けられている。一方、液晶表示パネル１は、前記プラスチックフレーム４の支持板部４２の上面４２ｂによって背面側外周縁部が支持されている。なお、前述の通り、液晶表示パネル１は、アレイ基板１１と対向基板１２によって構成されており、その外表面にはそれぞれ偏光板１３，１４を偏光軸が互いに直交するように貼り合わされている。この液晶表示パネル１は、プラスチックフレーム４もしくは金属フレーム３に黒色遮光テープ（図示せず）にて直接固定させたベゼルレス形態、あるいは別途用意される金属ベゼルを利用してプラスチックフレーム４間で挟持させる形態等によって固定されている。

前記嵌合構造においては、前述の通り、金属フレーム３に形成された嵌合孔３３にプラスチックフレーム４に形成された係止爪４３が係止されることで金属フレーム３に対してプラスチックフレーム４が固定される。ここで、本実施形態においては、固定されたプラスチックフレーム４の内周面を前記折り曲げ片３４の一側面３４ａが支持し、プラスチックフレーム４の外周面が金属フレーム３の内周面に接するようしている。換言すれば、プラスチックフレーム４は金属フレーム３の外枠部３１の内壁面と折り曲げ片３４の一側面３４a間で弾性的に挟持されることになる。その結果、金属フレーム３とプラスチックフレーム４間のクリアランスがほぼゼロとなり、強固な嵌合構造が実現されている。

例えば、図４（ａ）に示すように、前記折り曲げ片３４が形成されていない場合、プラスチックフレーム４が図中矢印方向に簡単に動いてしまい、前記嵌合孔３３と係止爪４３の嵌合が容易に解除されてしまうおそれがある。嵌合孔３３と係止爪４３の嵌合が解除されると、プラスチックフレーム４が金属フレーム３から外れてしまい、光源パネル２の保持状態を初期の設定状態に保つことができない。このため液晶表示パネル１と光源パネル２との相対位置が変動し、液晶表示パネル１に輝度ムラや暗部が発生する虞があった。

前記問題を解消するために、図４（ｂ）に示すように、金属フレーム３の嵌合孔３３を裏面に至る大きさで形成するとともに、プラスチックフレーム４の底辺部に突起４４を設け、前記嵌合孔３３に前記係止爪４３及び突起４４を嵌め込むことも考えられる。この場合には、プラスチックフレーム４の内周面側が金属フレーム３の底板部３２の端部３２ｂ（嵌合孔３３の端部）によって支持される形になるので、嵌合状態が安定化することが期待される。しかしながら、金属フレーム３の厚さが薄いと、前記突起４４の嵌合寸法が僅かなものとなり、やはりプラスチックフレーム４が図中矢印方向に簡単に動いてしまい、前記嵌合孔３３と係止爪４３の嵌合が容易に解除されてしまうおそれがある。

さらに、図４（ｃ）に示すように、前記突起４４の高さを高くして突起４４の嵌合寸法を大きくすることも考えられる。突起４４の嵌合寸法を大きくすれば、図４（ｂ）に示すプラスチックフレーム４の矢印方向の動きが規制され、嵌合状態が安定化する。しかしながら、この場合には突起４４の先端が金属フレーム３から突出した形になり、その突出量ｔだけ面光源装置全体、さらには液晶表示装置全体の厚さが増加することになる。

これに対して、本実施形態の嵌合構造では、プラスチックフレーム４の内周面側が金属フレーム３に設けられた折り曲げ片３４によって支持されているので、図４（ａ）に示す構造のようにプラスチックフレーム４が簡単に動くことがなく、強固な嵌合構造が実現される。また、図４（ｂ）に示す構造と異なり、金属フレーム３の厚さによって嵌合強度が左右されることもない。近年、液晶表示装置等においては、薄型軽量化に伴い各構成部品についても薄型軽量化が求められている。前記金属フレーム３も例外ではなく、より薄型に形成されているが、金属フレーム３が薄くなってもプラスチックフレーム４の係止を確実にする必要がある。前記構造を採用することで、このような場合にも十分に対応可能となる。例えば、金属フレーム３の厚さが０．４ｍｍ程度であれば図４（ｂ）に示す構造であってもある程度嵌合状態が安定化するが、金属フレーム３の厚さが０．３ｍｍ以下になると図４（ｂ）に示す構造では嵌合状態の安定化は難しい。したがって、本実施形態の構造は、金属フレーム３の厚さが０．３ｍｍ以下である場合に特に有効と言える。さらに、図４（ｃ）に示す構造と比較した場合、薄型化の点で有利である。本発明の嵌合構造では、プラスチックフレーム４に突起４４を設けたり、突起４４の先端を金属フレーム３から突出させる必要がなく、面光源装置や液晶表示装置の厚さを増加させることもない。

前述のように、本実施形態の面光源装置、液晶表示装置においては、前記折り曲げ片３４の働きで強固な嵌合構造を実現することができる。ここで、前記折り曲げ片３４の形態としては、図２や図３に示すものに限られず、適宜変更することが可能である。例えば図５は、前記折り曲げ片３４の先端部分３４ｂを外枠部３１との間隔を拡大するように内方に折り曲げた例を示すものである。プラスチックフレーム４を金属フレーム３に組み付ける場合、プラスチックフレーム４の底辺部分を金属フレーム３の外枠部３１と前記折り曲げ片３４の間に挿入する形になる。このとき、本例のように折り曲げ片３４の先端部分３４ｂを内側に折り曲げておけば、円滑な挿入が可能になる。さらに、この際に、折り曲げ片３４と外枠部３１との間隙ｄがプラスチックフレーム４の外枠部４１の板厚よりも若干狭くなるように折り曲げ片３４を外方向に傾斜させ、折り曲げ片３４の先端部分３４ｂと外枠部３１との間隙を、この間隙ｄよりも広く形成しておくことにより、挿入方法を変更することなく折り曲げ片３４の弾性力を利用して、挿入し易く、且つ、より強固に弾性保持させることが可能となる。

一方、図６は、前記底板部３２をいわゆる絞り加工により底板部３２から盛り上がるように固定手段を構成する固定部３５を形成した例を示すものである。この場合には、固定部３５の先端３５aによってプラスチックフレーム４を支持する形になるが、先の図３に示す実施形態の場合と同様、強固な嵌合構造を実現することが可能である。また、本例の場合、固定部３５の傾斜面部３５ｂによって光源パネル２の導光板２１や反射シート２２の外周を当接するように設計すれば、前記固定部３５を光源パネル２の位置決め手段として利用することも可能である。

なお、嵌合構造が前記いずれの形態の場合においても、その形成位置や形成数は任意である。例えば図１に示す例では、嵌合孔３３や係止爪４３を３辺に２箇所ずつ形成しているが、４辺の全てに形成してもよいし、２辺にのみ形成するようにしてもよい。形成数も各辺２箇所に限らず、３箇所以上形成することも可能である。ただし、形成位置については、角部からある程度離間した位置とすることが好ましい。金属フレーム３やプラスチックフレーム４においては、寸法公差や熱膨張に伴う応力が一番加わる部分が角部となる。したがって、前記角部についてはこれら公差や応力を吸収するためにフリーな状態とし、この吸収作用にあまり影響を与えない位置に前記嵌合孔３３や係止爪４３、あるいは固定手段を構成する折り曲げ片３４や固定部３５を形成することが好ましい。具体的には、例えば金属フレーム３においては、図７に示すように、角部から嵌合孔３３、あるいは固定手段までの距離Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ１５ｍｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは２０ｍｍ以上である。前記距離Ｄ１，Ｄ２が小さくなると、逃げ（クリアランス）が不十分となって寸法公差や熱膨張を吸収しきれなくなる場合もあり、歪み等の原因となる。また、プラスチックフレーム４の係止爪４３を前記嵌合孔３３に入れ難くなるという不都合もある。また、折り曲げ片３４を嵌合孔３３の形成時に一体に形成するように対応させて説明してきたが、折り曲げ片３４は必ずしも嵌合孔３３と対向して設ける必要はなく、嵌合孔３３とは別の位置に折り曲げ片３４や固定部３５を別個に形成しても同等の効果を達成し得る。この場合には、折り曲げ片３４や固定部３５の形成位置を自由に設定することが可能となり、また、その個数や形状も自由に設定し得るので、設計の自由度が向上する。

本発明を適用した液晶表示装置の一例を示す分解斜視図である。 金属フレームに形成された嵌合孔及び折り曲げ片を拡大して示す要部概略断面図である。 金属フレームとプラスチックフレームの組み付け状態を示す要部概略断面図である。 （ａ）は折り曲げ片を形成しない場合の嵌合構造の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は突起の嵌め込みを併用した嵌合構造の一例を示す概略断面図、（ｃ）は突起を突出させた嵌合構造の一例を示す概略断面図である。 折り曲げ片の他の例を示す要部概略断面図である。 折り曲げ片のさらに他の例を示す要部概略断面図である。 金属フレームにおける嵌合孔形成位置を示す概略平面図である。

符号の説明

１ 液晶表示パネル、２ 光源パネル、３ 金属フレーム、４ プラスチックフレーム、２１ 導光板、２２ 反射シート、２３ ＬＥＤ光源、３１ 外枠部、３２ 底板部、３３ 嵌合孔、３４ 折り曲げ片（固定手段）、３５ 固定部（固定手段）、４１ 外枠部、４２ 支持板部、４３ 係止爪

Claims (5)

1. 光源からの光を導出する導光板を備えた光源パネルを保持する底板部及びこの底板部に連接され前記底板部と直交する方向に形成された外枠部を有する金属フレームと、前記金属フレームとの嵌合構造により保持され前記導光板の周縁の少なくとも一部を支持する支持板部及びこの支持板部に連接され前記金属フレームの外枠部と対向する外枠部を有するプラスチックフレームとを備え、
   前記金属フレームの底板部に一体に形成され外枠部と並設される固定手段が設けられ、この固定手段と前記金属フレームの外枠部とによって前記プラスチックフレームの外枠部が挟持されていることを特徴とする面光源装置。
2. 前記固定手段は前記金属フレームを切り欠くことにより前記金属フレームの底板部に形成した折り曲げ片からなり、当該折り曲げ片により前記プラスチックフレームの外枠部内周面側が支持されていることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
3. 前記固定手段は前記金属フレームの底板部に絞り加工によって形成した固定部からなり、当該固定部により前記プラスチックフレームの外枠部内周面側が支持されていることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
4. 前記固定手段が金属フレームの角部から１５ｍｍ以上離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の面光源装置。
5. 複数の表示画素が配列された表示領域を備えた液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの前記表示領域を照射する請求項１から４のいずれか１項記載の面光源装置を備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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