JP4664757B2 - 液晶表示装置およびその照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置およびその照明装置に関し、液晶表示パネルの照明光源として発光ダイオード等の固体発光素子からなる点光源を導光板の側面に配置した照明装置を具備する液晶表示装置に好適なものである。
携帯電話機やPDAなどの小型情報端末では、その表示デバイスとして省電力かつ小型軽量である液晶表示装置が多く採用されている。液晶表示装置には、液晶表示パネルに形成した電子潜像を可視化するための照明手段として外光を利用したもの、液晶表示パネルの背面あるいは前面に補助的な照明装置を設置したものがある。液晶表示パネルの背面に設置する補助的な照明装置はバックライトとも称し、前面に設置する照明装置はフロントライトと称するのが一般的である。
携帯電話機等の小型情報端末のバックライトとしては、表示画面サイズが比較的大きなノートパソコンなどのように冷陰極蛍光ランプを側面(サイドエッジ、入光面)に配置した導光体を有するものもあるが、冷陰極蛍光ランプに代えて消費電力が少ない発光ダイオードに代表される固体発光素子である点光源を1又は複数個用いるものが適している。ここでは、固体発光素子として発光ダイオードを例として説明する。
複数の発光ダイオード(以下、LEDとも称する)を光源とし、このLEDが発光する光を導光板の側面(入光面)に入射し、導光板の上面である照光面から面光源として出射する形式のバックライトでは、導光板内におけるLEDの前方LEDの間では輝度差が大きい。複数の発光ダイオードを用いた場合のLED間の輝度差を小さくするために、様々な工夫がなされているが、まだ完全には対策されていない。
この種のバックライトに関しては、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4などに、導光板に設ける溝の形状で輝度むらを解消する試みが提案されている。
特開2004−200072号公報 特開2004−6187号公報 特開2004−227956号公報 特開平7-72815号公報
光源としてLEDを用いるバックライトにおいてもコストダウンの要求がある。このための有効な手段の一つとしては、LEDの数を削減することが考えられる。しかし、LEDの数を削減すれば、導光板の入光面に対向して配置されたLEDの間隔が広くなってしまい、この影響で導光板の入光面におけるLED間での輝度が低下して暗くなり、照光面内で輝度ムラが発生する。その結果、表示品質の劣化を招く。
例えば、特許文献4に開示された従来技術では、導光板の入光面となる側辺に複数個の、所謂砲弾型LEDを配置し、中央に配置したLEDに比べて端部に配置したLEDの出射光軸を傾けて配置した構成について記載されている。なお、この砲弾型のLEDはホルダに保持した状態で導光板の入光面に埋め込む形式で保持されている。
しかし、近年では、従来の砲弾型のLEDに替えて、所謂表面実装型のLEDが使用されるようになっている。表面実装型のLEDを使用した場合の最適な保持構造等は従来技術では考慮されていない。
本発明は、導光板の入光面に最小限のLEDを配置した場合の当該LEDの間での輝度低下による照光面での面内輝度むらを抑制して表示品質の劣化を防止した液晶表示装置を提供することにある。すなわち、本発明は、表面実装型のLEDを使用したバックライト装置のコストダウンを行うためにLEDの個数を少なくしても、LED間の輝度が低下して照光面が局所的に暗くなったり、輝度ムラが発生したりしないようなバックライト装置(照明装置)とこの照明装置を具備した液晶表示装置を提供することにある。
本発明は、大略次の構成とした。(1)導光板の入光面に対向して複数個のLEDを配置した場合、両端に配置したLEDを照光面領域(液晶表示パネルに対向する面)の中心軸に降ろした垂線に対して傾斜配置する。(2)導光板の少なくとも1箇所に位置決めピンを設け、LEDを搭載するためのFPCにこの位置決めピンに勘合するFPC穴を設ける。(3)拡散シートやプリズムシートなどの光学保障シート類の一部にも上記位置決めピンに係合するシート位置決め穴を設ける。(4)導光板の上記照光面領域と反対側の面に反射溝を設ける。本発明の代表的構成例を記述すれば以下の通りである。
本発明の液晶表示装置とその照明装置の特徴は、液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの背面に設置した照明装置(バックライト)とから構成される。照明装置は、液晶表示パネルと対向する面を照光面とする透明薄板で形成された導光板と、フレキシブルプリント基板に搭載されて導光板の側面に設置された点光源と、液晶パネルとの間に介在された光学シート類とからなる。
導光板の点光源が設置される側面は、照光面領域から見て山形の傾斜面を形成しており、該山形の傾斜面のそれぞれを入光面として点光源として、例えばLEDが設置される。
導光板の山形の傾斜面が形成された側辺の照光面領域と平行な面方向に突出して形成された少なくとも一つの位置決めピンを有する。
フレキシブルプリント基板は、導光板に形成された位置決めピンに係合するフレキシブルプリント基板位置決め穴を有する。
フレキシブルプリント基板の前記フレキシブルプリント基板位置決め穴を導光板の位置決めピンに係合することで、導光板の入光面となる山形の傾斜面に対して点光源が所定の位置に位置決めされる。
導光板の照光面と反対側に反射溝を有する。この反射溝は、(1)入光面の一方の傾斜面に平行に形成するか、または(2)入光面の各傾斜面にそれぞれ平行に形成するか、あるいは(3)入光面を形成する短辺とは反対側の短辺に平行に形成される。
光学シート類は上下の拡散シートで挟持された2枚のプリズムシートで構成され、光学シート類の幾つかは、導光板の位置決めピンに係合するシート位置決め穴を有する。そして、導光板の照光面と反対側に反射溝を有する。
本発明により、導光板の入光面に最小限のLEDを配置した場合の当該LEDの間での輝度低下による照光面での面内輝度むらが抑制され、表示品質の劣化が防止される。本発明により、表面実装型のLEDを使用したバックライト装置のコストダウンが実現され、LEDの個数を少なくしても、LED間の輝度が低下して照光面が局所的に暗くなったり、輝度ムラが発生したりしない。
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の液晶表示装置の実施例1を説明するための全体構成を示す展開斜視図である。この液晶表示装置は、樹脂若しくは金属で形成された下フレーム11上に、反射シート12及び導光板13を配置し、さらに導光板13上に下拡散シート141、下プリズムシート142、上プリズムシート143、上拡散シート144等の複数の部材からなる光学シート類14が配置されている。さらに、この複数の光学シート類14の上には遮光両面テープ15及び液晶表示パネル(LCDパネルとも称する)16が配置されて液晶表示装置を構成している。なお、これらの部材を下フレーム11と共に一体化するための上フレ−ムは図示していない
本実施例においては、導光板13には入光面131と132を有し、光学シート類14と対向する面を照光面領域として、この照光面領域が液晶表示パネル16を背面から照明する面光源となる。そして、導光板13に光源からの光を導入する入光面131と132は、照光面領域から見て一つの頂部をもつ山形の斜面を形成しており、該山形の斜面のそれぞれに点光源であるLEDが各1個設置される。2個のLEDをそれぞれバックライトの照光面領域130の図3で後述する中心軸(導光板の長辺に平行)の法線に対して所定の角度θだけ外側に傾けて配置されることになる。
そして、導光板13の上記山形の斜面が形成された側辺の照光面と並行な面方向に突出して形成された位置決めピン133を有している。この位置決めピン133にはLEDを搭載したフレキシブルプリント基板(FPC)17の位置決め穴(FPC位置決め穴)171が係合することで入光面131と132にLEDが正しく配置される。そして、さらに、この位置決めピン133には上プリズムシート143と上拡散シート144に設けたシート位置決め穴134が係合して光学シート類14を所定の位置に保持する。
図2は、本発明の液晶表示装置の実施例1を説明するためのLEDを実装するフレキシブルプリント基板の構成を説明する平面図である。本実施例では、LEDを導光板13の照光面領域の長辺に平行な中心軸の法線に対して傾けて配置する構成のため、FPC17のLED実装部173におけるFPCの開口(LED開口)174もLEDの実装形態に付随し、導光板13の照光面領域の長辺に平行な中心軸の法線に対して傾いた位置に配置されている。
LEDはこのLED開口174の形状に規制されて配置され、結果として導光板13の照光面領域の長辺に平行な中心軸の法線に対して所定の角度θだけ外側に膨出する如く傾いた構成となっている。なお、FPC17には、LEDを駆動するための配線パターン172が形成されているが、この配線パターン172の端子部分もLED開口174の中に幅広に形成されている。配線パターン172はFPC位置決め穴171の両側に引き回され、LED開口174に搭載される2つのLEDがFPC位置決め穴171に関して対称配置を維持できるようにされている。
図1に戻り、本実施例では、上記のようにLEDを導光板13の照光面領域の長辺に平行な中心軸の法線に対して所定の角度だけ傾けて配置している構成で、しかも導光板13の入光面131、132をこの傾けたLEDに正対するように形成してある。
図3は、本発明の液晶表示装置の実施例1における照明装置を構成する導光板の説明図であり、図3(a)は液晶表示パネル側から見た平面図、図3(b)は側面図である。図3により、本実施例の導光板13及びLEDの配置の関係について説明する。導光板13はアクリル板を好適とする透明薄板で形成され、その平面外形は大略矩形状である。液晶表示パネルと反対側の面(裏面)には反射処理135が施されている。
液晶表示パネルに対向する面には照光面領域130を有する。この照光面領域130は液晶表示パネルの表示領域の形状に対応している。導光板13の入光面131、132は照光面領域130の長辺と平行な中心軸C上で照光面領域130よりも外側において突き合って衝合角を形成し、導光板13が全体として五角形となる平面を形成している。この衝合角の部分には、導光板13の前記山形の斜面が形成された側辺である入光面131、132の前記照光面領域130と並行な面方向に突出して位置決めピン133が形成されている。
導光板13の入光面131、132は、照光面領域130の長辺と平行な中心軸Cの法線に対して傾きθの角度で当該照光領域130の中心軸Cに対して対称に傾いて構成されている。この入光面131、132のそれぞれに点光源としてのLED151(第1のLED)、152(第2のLED)が配置される。
本実施例では、導光板13のサイズを32mm×38mm、入光面131、132の傾き角θ=10°としたとき、第1のLED151と第2のLED152の配置位置を、導光板13の照光面領域130の端部からの距離をdとしたとき、d=6〜10mmの範囲で配置してある。これは、(1)LED151−LED152間における輝度低下を防止し、(2)入光面131、13の近傍における照光面領域のコーナ部の輝度低下を防止する、という理由からである。
なお、図3に示すように、第1のLED151と第2のLED152の設置中心位置からそれぞれ入光面131、132に降ろした法線を延ばした場合、両方の法線の延長線L1、L2が照光面領域130の中心軸C上の交点位置Oで交わるように配置されている。この交点位置Oは、照光面中心Sよりも矢印Aで示したように入光面131、132とは反対側にあるように設定する。これは、(1)照光面領域130内における良質な面光源の確保し、(2)導入された光の利用効率のを向上する、という理由からである。
本実施例では、導光板13上で入射面131、132側の照光面領域130の中心軸C上に位置決めピン133を配置した点も特徴の一つである。以下、この構成について説明する。
本実施例の構成としたことにより、LEDの配置及び導光板の形状を考慮した場合、LEDを実装したFPC17及び光学シート類14の位置決めを行う際に有利な構造を提供することができる。本実施例では導光板13、LED151、152を搭載したFPC17、及び光学シート類14を図1に示すようなに位置決めした構成とする。即ち、導光板13と、LED151、152を搭載するFPC17と光学シート類14を図1に示すように位置決めするため、導光板自体に位置決めピン133を形成した。
この位置決めピン133は、例えば導光板13を射出成形する際に、同時に位置決めピン133を突起状に形成して構成しても良いし、別途、導光板13と別部材若しくは同じ部材で形成した位置決めピンを配置して形成しても良い。この位置決めピン133は、図示した形状に限るものではなく、円柱状でも楕円柱状でも、あるいは三角柱、四角柱、その他の幾何学形状で良い。
本実施例では、図3に示したように、導光板13に2つの傾いた入光面131、132を有する一つ山形の形状を付与するため、この位置決めピン133は一ヶ所形成すればよく、しかも導光板自体若しくは導光板上に形成できる点が特徴となる。
従来は、FPCの位置決めピンを導光板上のLED−LED間、最外LEDより外側の両端または下フレ−ムであるモールドフレームに2〜3箇所設置していたが、導光板の入光面が照光面領域に平行で、LEDはこの入光面に設置されるため、入光面に沿う方向のLEDの位置ズレが照光面領域での面内輝度むらの原因となっていた。
また、導光板やモールドフレームの位置決めピンは金型成形により形成されるものであり、一方FPCの位置決め穴は抜き型による打ち抜きである為、双方の製作精度が異なり、高精度の位置決めには限界があった。本実施例では、導光板のLED設置部分である入光面が互いに向かい合う合掌形で傾斜させているため、この入光面に設置されるLEDには、中心軸に対する位置ズレは無くなる。また、位置決めピンを1箇所に設けるのみで照光面領域に直交する直方向へのズレも抑制できる。
図1に示したように、導光板13上に配置された位置決めピン133は、LED151、152を搭載したFPC17に形成されたFPC位置決め穴171及び光学シート類14のうち、上プリズムシート143及び上拡散シート144に配置されたシート位置決め穴134を貫通させるように構成されている。
なお、光学シート類14の中で、上プリズムシート143及び上拡散シート144にのみ位置決め穴を形成して、下拡散シート141及び下プリズムシート142には位置決め穴を形成していないのは、FPC17の厚みが下拡散シート141と下プリズムシート142の総厚とほぼ同等であり、これら2枚のシートに位置決め用の貫通穴を設けた場合、シート2枚がFPC17に乗り上がる形で実装されるため、照光面領域との間に段差が発生し、遮光両面テープ15及び液晶表示パネル16との密着(接着)が不足するという理由である。遮光両面テープ15は、光学シート類14の上方で照光面領域の周囲を覆って光漏れを防止すると共に、当該光学シート類14と液晶表示パネル16を固定する機能をもつ。
図4は、本発明の実施例1における導光板の位置決めピンとFPCおよび光学シート類の関係を示す照光面中心線に沿った要部断面図である。図4に示すように、導光板13に形成された突起状の位置決めピン133によりFPC17、上拡散シート144、及び上プリズムシート143を所定の位置に保持している。下拡散シート141、及び下プリズムシート142は端縁をFPC17に衝合させることで所定の位置に保持される次に、本発明の導光板13の溝形状について説明する。
図5は、導光板の反射面に形成される反射溝の第1例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。この第1例では、導光板13の反射溝を入光面131に平行に形成したパターンRGLとした。入光面131は第1のLED151を設置する側面、入光面132は第2のLED152を設置する側面である。なお、本実施例では、導光板133の上面(液晶表示パネルと対向する面、位置決めピン133が形成されている面)を出光面すなわち照光面領域とし、その反対の面を反射面として、この反射面に形成した溝を反射溝と称する。
照光面領域側の面には、反射溝に直交する溝を形成しても良いし、溝を何も形成しなくても良い。また、本実施例では反射溝を導光板13の下面(裏面、反射シート12が配置されている側の面)に形成しているが、導光板13の上面に反射溝を形成しても良い。
図6は、導光板の反射面に形成される反射溝の第2例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。この第2例では、導光板133の反射溝を入光面131に平行に形成したパターンRGRとしている。
図5、6に示したように、導光板13の反射溝をどちらかの入光面に平行に配置することで、一方のLEDからの光は反射溝により液晶表示パネル側に効率的に指向して取り出され、もう一方のLEDからの光は反射溝に沿って広がる為、バックライトの輝度ムラが改善される。
図7は、導光板の反射面に形成される反射溝の第3例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。この第3例では、導光板13の反射溝RGLRを入光面131に平行に形成し、さらに入光面132にも平行に形成した交差パターン(クロスパターン)RGLRとしている。この構成の場合、2つのLEDからの光が液晶表示パネル側に最も効率的に取り出されるため、バックライトの高輝度化に有効である。
図8は、導光板の反射面に形成される反射溝の第4例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。この第4例では、導光板13の反射溝を照光面の内側に傾いた各々の入光部面にドーム状に向いた曲線的に補正する曲線パターンRGCにより形成されている構成を示している。この構成の場合、図7に示すLED傾きに対応した補正パターンは交差(クロス)パターンRGLRとなっており、この交差したパターンを機能的に合成すると図8に示す曲線溝と等価のパターンとなる。
図9は、導光板の反射面に形成される反射溝の第5例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。この第5例では、導光板13の反射溝を入光面131、132を形成する短辺と反対側の短辺に平行に形成したパターンRGHで構成したものである。この構成によれば、反射溝のパターンRGHは各LEDの入光軸方向に正対していないため、光利用効率の点で若干劣る反面、反射溝の加工性・再現性の点で他に勝っており、量産性という点で最も優れる。
図10は、本発明の液晶表示装置の適用例を説明する携帯電話機の概略構成図である。図10(a)は表示部の表面ケースを取り除いた正面図、図10(b)は表示部の要部を透視して示す側面図である。この携帯電話機は本体部21と表示部22を蝶番23で折り畳み自在に接続したものである。
本体部21の内部にはCPUを含むデータ処理回路等が収納され、表面には操作キー211、機能制御ボタン212が設けられている。表示部22には液晶表示装置が実装されている。この液晶表示装置は下ケース11に配置された導光板や光学補償シート、液晶表示パネル221、および駆動回路部222などで構成される。この導光板には前記した実施例の構成を有する。
なお、本発明は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、導光板の入光面を2つで無く、3つ中段に角を有する山形、あるいはそれ以上の山形(2つ山等)とすることも可能である。そして、それぞれの入光面に対し、前記した反射溝を施すことで照光面領域での輝度むらを解消した液晶表示装置を提供できる。
本発明の液晶表示装置の実施例1を説明するための全体構成を示す展開斜視図である。 本発明の液晶表示装置の実施例1を説明するためのLEDを実装するフレキシブルプリント基板の構成を説明する平面図である。 本発明の液晶表示装置の実施例1における照明装置を構成する導光板の説明図である。 、本発明の実施例1における導光板の位置決めピンとFPCおよび光学シート類の関係を示す照光面中心線に沿った要部断面図である。 導光板の反射面に形成される反射溝の第1例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。 導光板の反射面に形成される反射溝の第2例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。 導光板の反射面に形成される反射溝の第3例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。 導光板の反射面に形成される反射溝の第4例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。 導光板の反射面に形成される反射溝の第5例を説明する液晶表示パネルと反対側の平面図である。 本発明の液晶表示装置の適用例を説明する携帯電話機の概略構成図である。
符号の説明
11・・・下フレーム、12・・・反射シート、13・・・導光板、14・・・光学シート類、141・・・下拡散シート、142・・・下プリズムシート、143・・・上プリズムシート、144・・・上拡散シート、15・・・遮光両面テープ、16・・・液晶表示パネル。

Claims (10)

  1. 液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの背面に照明装置を配置した液晶表示装置であって、
    前記照明装置は、前記液晶表示パネルと対向する面を照光面領域とする透明薄板で形成された導光板と、フレキシブルプリント基板に搭載されて前記導光板の側面に設置された点光源と、前記液晶表示パネルとの間に介在された光学シート類とからなり、
    前記導光板の前記点光源が設置される側面は前記照光面から見て山形の傾斜面を形成しており、該山形の傾斜面のそれぞれを入光面として前記点光源が設置され、
    前記導光板の前記山形の傾斜面が形成された側辺の前記照光面領域と平行な面方向に突出して、前記山形の頂部に一個形成された位置決めピンを有し、
    前記フレキシブルプリント基板は、前記導光板に形成された前記位置決めピンに係合するフレキシブルプリント基板位置決め穴を有し、
    前記フレキシブルプリント基板の前記フレキシブルプリント基板位置決め穴が前記導光板の前記位置決めピンに係合されることで、前記導光板の入光面となる前記山形の傾斜面に対して前記点光源が所定の位置に位置決めされていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記山形の頂部が1であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記光学シート類は上下の拡散シートで挟持された2枚のプリズムシートで構成され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。
  4. 前記光学シート類の幾つかは、前記導光板の位置決めピンに係合するシート位置決め穴を有することを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記導光板の前記照光面と反対側に反射溝を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記反射溝は、入光面の一方の傾斜面に平行に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記反射溝は、入光面の各傾斜面にそれぞれ平行に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  8. 前記反射溝は、導光板の入光面を形成する短辺とは反対側の短辺に平行に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  9. 画像を表示することができる液晶表示パネルに用いる照明装置であって、
    前記照明装置は、前記液晶表示パネルと対向する面を照光面領域とする透明薄板で形成された導光板と、フレキシブルプリント基板に搭載されて前記導光板の側面に設置された点光源と、前記液晶表示パネルとの間に介在された光学シート類とからなり、
    前記導光板の前記点光源が設置される側面は前記照光面から見て山形の傾斜面を形成しており、該山形の傾斜面のそれぞれを入光面として前記点光源が設置され、
    前記導光板の前記山形の傾斜面が形成された側辺の前記照光面領域と平行な面方向に突出して、前記山形の頂部に一個形成された位置決めピンを有し、
    前記フレキシブルプリント基板は、前記導光板に形成された前記位置決めピンに係合するフレキシブルプリント基板位置決め穴を有し、
    前記フレキシブルプリント基板の前記フレキシブルプリント基板位置決め穴が前記導光板の前記位置決めピンに係合されることで、前記導光板の入光面となる前記山形の傾斜面に対して前記点光源が所定の位置に位置決めされていることを特徴とする照明装置。
  10. 前記山形の頂部が1であることを特徴とする請求項9に記載の照明装置。


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