JP5072823B2 - バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源機能を有するバックライトユニットに関するものであり、特に、導光板の支持構造の改良に関する。さらに、本発明は、前記バックライトユニットを組み込んだ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バックライトユニット（面光源装置）を内蔵した構成を採るものが多い。

ここで、面光源装置として用いられるバックライトユニットは、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（端部）に向けて光を出射する点光源（ＬＥＤ等）や管状光源（蛍光管等）等の発光部を配置する方式である。また、直下方式は、蛍光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やノート型のパーソナルコンピュータの表示装置に適した方式と言うことができる。

エッジライト方式のバックライトユニットでは、導光板や発光部をフレームで保持する必要があり、例えばフレームとバックカバーの間に導光板を挟み込む構造や、フレームに導光板を両面テープで貼り付ける構造等が提案されている。これらの中で、前者においては両面テープ等の余分な部材が不要であり、組み立ても容易であることから、好ましい構造と言える。

ただし、この場合には、導光板を発光部に出来る限り近づけるように設置する必要がある。導光板を発光部に近づけることで、発光部からの光を効率良く導光板に導入することができ、輝度ムラも発生し難くなる。

このような状況から、例えばフレーム自体に導光板を押圧支持する構造を付与することが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１には、導光板と発光素子を収容保持する略枠状のモールドケースを備えた液晶表示装置において、モールドケースの発光素子を収容する辺の対辺自体に導光板を発光素子側に押圧する弾性保持構造（いわゆる樹脂バネ）を付与することが開示されている。
特開２００３−２１５５４６号公報

しかしながら、例えば特許文献１に記載される構造を採用した場合、外部環境に左右され易く、広範な使用条件下において確実に導光板を発光部側に押圧支持することが難しいという問題がある。前記樹脂バネが形成されるモールドケースは、通常は樹脂材料で形成されており、温度による影響が大きく、温度変化によって大きく伸縮したり変形する等の影響を受ける。モールドケースが伸縮あるいは変形すると、前記樹脂バネの押圧支持機能が損なわれる可能性がある。例えば、通常の使用温度で前記樹脂バネによって導光板が発光素子側に押圧支持されていても、温度の上昇に伴って前記樹脂バネが変形して元に戻らなくなり、導光板を押圧支持することができなくなって導光板がモールドケース内でガタつく等の問題が生ずる。前記導光板のガタつきは、商品価値を大きく損なうばかりか、輝度ムラが生ずる等、表示品位にも悪影響を与え、高温環境になり易い自動車内に設置されるナビゲーションシステムの表示装置に使用する場合、大きな問題となる。

また、特許文献１記載の発明のように樹脂バネにより導光板を押圧支持する構造では、安定な支持状態を得るために、モールドケースの上下左右に樹脂バネを設ける必要があるが、モールドケースの上下左右に樹脂バネを設けると、導光板が組み込み難くなるという問題もある。これを解消するために樹脂バネを上下のみ、あるいは左右のみとすると、導光板の位置が定まらず、液晶表示装置に使用した場合、画像品位が安定しないという問題が生ずる。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、外部環境に左右されることなく導光板を確実に発光部側に押圧支持することが可能で、輝度ムラ等が生ずることがなく、組み立ても容易で信頼性の高いバックライトユニットを提供することを目的とし、さらには、画像品位に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係るバックライトユニットは、導光板と、当該導光板の端部に向けて光を出射する光源が設置された発光部とを有し、前記光源から出射された光が導光板の光出射面から平面光として出射されるバックライトユニットであって、前記導光板の外周に対応して枠状に成形された樹脂フレームを備え、前記樹脂フレームの少なくとも発光部と対向する辺の両端位置に円筒状のゴム製部材が設置され、当該ゴム製部材によって前記導光板が発光部に向けて押圧支持されていることを特徴とする。また、本発明の液晶表示装置は、前述のバックライトユニットを備えることを特徴とする。

本発明のバックライトユニットにおいては、導光板は円筒状のゴム製部材によって発光部側に押圧支持されることになる。ゴム製部材は、例えば常温時には導光板を発光部側に押し付ける働きをし、安定な支持状態が得られる。また、高温時にも、ゴム製部材が樹脂フレームの膨張を吸収し、前記安定な支持状態が保たれるとともに、ゴム製部材が変形しても温度が低下することにより速やかに元の状態に回復する。さらに、導光板を組み込む際には、ゴム製部材を樹脂フレームに取り付けてから導光板を押し込むことで簡単に組み込むことができ、組み込み性も良好なものとなる。

本発明のバックライトユニットにおいては、ゴム製部材によって導光板を押圧支持する構造を採用しているので、外部環境に左右されることなく導光板を確実に発光部側に押圧支持することが可能で、輝度ムラ等が生ずることがなく、組み立ても容易で信頼性の高いバックライトユニットを提供することが可能である。したがって、本発明のバックライトユニットを組み込むことで、画像品位に優れた信頼性の高い液晶表示装置を実現することが可能である。

以下、本発明に係るバックライトユニット及び液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したバックライトユニット１の基本構成を分解して示すものである。本実施形態のバックライトユニット１は、図１に示すように、発光部である発光ダイオード２が実装されたフレキシブル配線基板３と平板状の導光板４、反射シート５、さらには光学シート６を備えており、発光部である発光ダイオード２から出射された光が、前記導光板４によって平面光に変換され、その光出射面から平面光として出射される。

発光部である発光ダイオード２は、前記導光板４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、発光ダイオード２が実装されたフレキシブル配線基板３が導光板４の長辺側に設置されている。導光板４の下面には反射シート５が配されるとともに、上面には光学シート６が配され、発光ダイオード２から出射された光は、直接又は反射シート５により反射されて導光板４の端面から入光し、導光板４を通過した後、光学シート６を透過して例えば液晶表示パネルに照射される。したがって、本実施形態のバックライトユニット１は、エッジライト方式の照明ユニットということになる。

前述の各構成要素（発光ダイオード２が実装されたフレキシブル配線基板３や導光板４等）は、筐体内に組み込まれてバックライトユニット１として組み立てられる。本実施形態のバックライトユニット１の場合、前記筐体が金属製の金属フレーム７とプラスチック製の樹脂フレーム８とを組み合わせることにより構成されており、例えば導光板４や反射シート５、光学シート６は、これら金属フレーム７と樹脂フレーム８によって周囲が保持される形で収容されている。

前記金属フレーム７は例えばステンレス等の金属材料により形成され、樹脂フレーム８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７及び樹脂フレーム８は、それぞれ前記導光板４の主面と略垂直な外枠７１，８１を有しており、これら外枠７１，８１によって導光板４や反射シート５、光学シート６の外周を保持する。また、前記金属フレーム７の底部には、内方に張り出した底板部７２を有しており、この底板部７２によって前記導光板４の底面の外周部分を支持するように構成されている。なお、前記金属フレーム７と樹脂フレーム８は、図示は省略するが、それぞれ爪部や孔部を有し、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、前記導光板４等を保持するように構成されている。

以上がバックライトユニットの基本構造であるが、前記金属フレーム７及び樹脂フレーム８によって外周が支持される導光板４は、発光部である発光ダイオード２になるべく近接した状態で支持することが好ましく、発光ダイオード２側に向かって押圧支持する必要がある。そこで、本実施形態のバックライトユニット１では、ゴム製部材（ゴムばね）を使用して導光板４を発光ダイオード２側に向かって押圧支持するようにしている。

図２は、前記樹脂フレーム８のみを取り出して示す図である。樹脂フレーム８は、本実施形態の場合、導光板４の３辺の外周を支持する外枠８１を有しており、長辺に相当する外枠部８１ａが、発光部である発光ダイオード２と対向する辺ということになる。本実施形態のバックライトユニット１では、この発光ダイオード２と対向する辺を構成する外枠部８１ａの両端部にゴムばね９が設置されており、これらゴムばね９によって導光板４を発光ダイオード２側に向かって押圧支持する構造とされている。

したがって、樹脂フレーム８の外枠部８１ａの両端部には、図３に示すように、ゴムばね９を装着するための挿入ピン８２が下方に向かって突出する形で形成されており、ここに円筒形状のゴムばね９を挿入するように構成されている。この外枠部８１ａとこれと直交する外枠部８１ｂ，８１ｃとの連接コーナー部分では、挿入ピン８２が位置する周辺の外枠部８１ａ及び外枠部８１ｂ，８１ｃが一部切除され、また、挿入ピン８２の背面側は、外枠部８１が高さ方向において前記の切除部分よりも幅狭となるように一部切り欠かれており、外枠部８１より一段低い段差面８３とされている。従って、挿入ピン８２は段差面８３に植設された形状として形成され、この段差面８３を介して外枠部８１ａと外枠部８１ｂ，８１ｃが連結されて一体形成されていることになる。

一方、ゴムばね９は、シリコンゴム等のゴム系材料により形成されるもので、例えば図４及び図５に示すように、外枠部８１ａ〜８１ｃの内外側面よりも突出する直径を有する大きさの円筒形状とされた押圧部９ａを有するとともに、円筒の一部が高さ方向に拡大され外枠部８１ａ〜８１ｃに形成された切り欠き部分に配置される突出部９ｂを有している。押圧部９ａは、前記の通り円筒形状とされており、その中央に孔部９ｃが形成され、ここに前記挿入ピン８２が挿入され、樹脂フレーム８に取り付けられる。取り付けられたゴムばね９は、円筒形状を有する押圧部９ａの外周面が外枠部８１ａ〜８１ｃ面よりも内方に突出しているために導光板４に当接して、これを押圧支持する。

また、突出部９ｂの先端側には、内側に向かって膨出形成された係止部９ｄが形成されており、その下面が係止面９ｅとされている。この係止部９ｄは、ゴムばね９の押圧部９ａを挿入ピン８２に挿入した際に、樹脂フレーム８に係止することで、ゴムばね９が挿入ピン８２から脱落するのを防止する機能を有している。ゴムばね９の押圧部９ａを挿入ピン８２に挿入すると、係止部９ｄの係止面９ｅが挿入ピン８２の背面（段差面８３）に当接し、下方に向かう挿入ピン８２からゴムばね９の押圧部９ａが重力により脱落するのを防止する。また、この突出部９ｂと係止部９ｄとで、ゴムばね９が挿入ピン８２の周りで回転することを防止することができる。ゴムばね９の押圧部９ａは、前述の通りシリコンゴム等により形成されているため、挿入ピン８２に挿入した際には摩擦力によりある程度は脱落が抑えられるが、前記係止部９ｄを挿入ピン８２の背面側に係止することで、より確実にゴムばね９の脱落を防止することができる。

図５は、前記ゴムばね９の挿入ピン８２への取り付け状態を底面側から見た図であり、図６は金属フレーム７を装着した状態の平面図、図７は一部破断して示す斜視図、図８は概略斜視図である。

前述の通り、前記ゴムばね９は、押圧部９ａの孔部９ｃを前記挿入ピン８２に挿入することで樹脂フレーム８に取り付けられる。ここで、前記挿入ピン８２は、その断面形状が半円形とされており、したがって、前記ゴムばね９の孔部９ｃに挿入した際に、押圧部９ａとの間に空間Ｓが形成されることになる。この空間Ｓは、前記押圧部９ａの弾性力を調整する機能を有し、例えば挿入ピン８２を半円形とすることで、押圧部９ａの弾性力を適正に抑えることができる。例えば大きな弾性力が必要な場合には、前記挿入ピン８２を断面円形とし、前記空間が形成されないようにゴムばね９自体の弾性力によって保持することも可能である。

また、前記ゴムばね９は、樹脂フレーム８への取り付け状態では、図７に示すように、係止部９ｄが樹脂フレーム８に係止した状態となり、樹脂フレーム８から不用意に脱落することが防止されている。ゴムばね９は微細な部品であり、樹脂フレーム８への取り付け後に不用意に脱落すると、これを探し出して再度取り付ける作業が繁雑なものとなる。ゴムばね９の係止部９ｄを樹脂フレーム８に係止することにより、このような事態を回避することが可能となる。さらに、この係止部９ｄによってゴムばね９の取付け位置の規制が行われ、ゴムばね９の不要な回転動作や位置変動も抑制されており、導光板４との当接が確実になるようになされている。

ゴムばね９を樹脂フレーム８に取り付けるには、突出部９ｂを若干外側に変形させながら、押圧部９ａの孔部９ｃを挿入ピン８２に挿入する。挿入後には、突出部９ｂが弾性力により元に戻り、前記係止状態が実現される。ゴムばね９を樹脂フレーム８に取り付けた後、導光板４を組み付けるが、導光板４の組み付けは、樹脂フレーム８のゴムばね９側の辺を先に金属フレーム７内に入れ、導光板４でゴムばね９を押しながら樹脂フレーム８内の空間に押し込むだけで良い。導光板４を押し込むと、前記ゴムばね９の弾性力により押圧支持される形になり、樹脂フレーム８内に安定に組み込まれる。

樹脂フレーム８に取り付けられたゴムばね９は、図６に示すように、導光板４を組み込んだ際に、その導光板４の角部に当接し、弾性力によって矢印方向に導光板４を押圧支持する。その結果、導光板４は、発光部である発光ダイオード２側に安定して押圧支持されることになる。なお、この時、導光板４の角部は、斜めに面取りされたＣ面であることが好ましく、これによりゴムばね９の押圧部９ａの接触面積が拡大され、押圧支持の安定性が増す。勿論、これに限らず、導光板４の角部を円弧状のＲ面とすることも可能である。

また、樹脂フレーム８に取り付けたゴムばね９は、押圧部９ａの導光板４と当接する側とは反対側の面が金属フレーム７の内周面にも当接することになる。これにより、樹脂フレーム８と金属フレーム７間のガタつきも防止することが可能である。

前記ゴムばね９は、前述のように樹脂フレーム８の発光部と対向する辺の両端部に設置することで、導光板４を両側から斜めに押圧支持する形になり、発光部側へ押し付けられるとともに、樹脂フレーム８内での位置決めも行われるが、これに限定されるものではない。例えば、前記ゴムばね９を樹脂フレーム８の発光部と対向する辺の中間位置や、樹脂フレーム８の左右の辺（発光部と対向する辺に対して直交する辺）に取り付けることも可能であり、さらにこれらを組み合わせて構成することも可能で、より効果的に押圧動作や位置決め機能を発揮させることができる。

以上の構成を有するバックライトユニット１は、液晶表示装置において、面光源装置として組み込まれる。そこで次に、前述のバックライトユニット１を組み込んだ液晶表示装置について説明する。

図９は、面光源装置であるバックライトユニット１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９に示すように、液晶表示パネル２１と前述のバックライトユニット１とを備え、これらを金属材料や樹脂材料等で形成された外筐２２で保持するようにしている。

液晶表示パネル２１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、それぞれ偏光板が偏光軸を互いに直交させて貼り合わされている。

液晶表示パネル２１の額縁領域には、薄膜トランジスタ等の駆動トランジスタを備え駆動信号を供給する駆動回路部が形成されており、外部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２１は多数の画素が配列された表示領域を有する。

前記バックライトユニット１は、前記液晶表示パネル２１の光源として組み込まれるものであり、発光ダイオード２から出射された光は、導光板４へ導かれ、導光板４を通過した後、平面光として液晶表示パネル２１に照射される。液晶表示パネル２１では照射された光が透過もしくは遮断され、文字や映像等の画像が所定の明るさで表示される。

この時、バックライトユニット１において、ゴムばね９の働きにより導光板４が発光部である発光ダイオード２に近接するように押圧支持されているので、輝度ムラ（いわゆる目玉ムラ）が発生し難い。図１０は、導光板４と発光ダイオード２の位置関係による出光の違いを示すものである。図１０（ａ）に示すように、導光板４の押圧支持が不十分で、導光板４と発光ダイオード２との間の距離Ｌ１が大きい場合、光学シート６に直接光が入光し易く、発光ダイオード２から遠い所で反射し出光する。その結果、前記輝度ムラが見え易くなる。これに対して、前記ゴムばね９で導光板４を押圧支持した場合には、図１０（ｂ）に示すように、導光板４と発光ダイオード２との間の距離Ｌ２が小さくなり、発光ダイオード２から出射された光の大部分が直接導光板４に入光し、また、光学シート６に入光した光も発光ダイオードの近い所で反射し出光することから、前記輝度ムラが見え難くなる。

本発明を適用したバックライトユニットの分解斜視図である。 樹脂フレームの概略斜視図である。 樹脂フレームの支持ピン形成部分を拡大して示す要部概略斜視図である。 ゴムばね（ゴム製部材）の概略斜視図である。 ゴムばねの支持ピンへの取り付け状態を底面側から見た図である。 ゴムばねの支持ピンへの取り付け状態を示す要部概略平面図である。 ゴムばねの支持ピンへの取り付け状態を一部破断して示す要部概略斜視図である。 ゴムばねの支持ピンへの取り付け状態を示す要部概略斜視図である。 液晶表示装置の一例を示す分解斜視図である。 導光板と発光ダイオードの位置関係による出光の違いを示す要部概略断面図であり、（ａ）は導光板と発光ダイオード間の距離が大きい場合、（ｂ）は導光板と発光ダイオード間の距離が小さい場合である。

符号の説明

１ バックライトユニット、２ 発光ダイオード、３ フレキシブル配線基板、４ 導光板、５ 反射シート、６ 光学シート、７ 金属フレーム、８ 樹脂フレーム、８１ 外枠、８２ 支持ピン、９ ゴムばね（ゴム製部材）、９ａ 押圧部、９ｂ 突出部、９ｃ 孔部、９ｄ 係止部、９ｅ 係止面、

Claims (5)

1. 導光板と、当該導光板の端部に向けて光を出射する光源が設置された発光部とを有し、前記光源から出射された光が導光板の光出射面から平面光として出射されるバックライトユニットであって、
   前記導光板の外周に対応して枠状に成形された樹脂フレームを備え、前記樹脂フレームの少なくとも発光部と対向する辺の両端位置に円筒状のゴム製部材が設置され、当該ゴム製部材によって前記導光板が発光部に向けて押圧支持されていることを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記樹脂フレームに挿入ピンが設けられ、前記円筒状のゴム製部材が前記挿入ピンに挿入されていることを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
3. 前記挿入ピンの断面が略半円形状とされ、前記ゴム製部材が挿入された際に、前記押圧する方向において挿入ピンとゴム製部材の間に空間が形成されることを特徴とする請求項２記載のバックライトユニット。
4. 前記ゴム製部材は、前記樹脂フレームに係止される係止部を有することを特徴とする請求項２または３記載のバックライトユニット。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載のバックライトユニットを備えることを特徴とする液晶表示装置。

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