JP5142495B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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。

バックライトには板状の導光板が設けられている。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播す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が点光源であることから導光板からの光を均一に出射させることが困難であ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、ＬＥＤ近傍の光を均一に拡散させる技術が提案され、導光板の入射面に切り欠きを設ける構成が開示されている。

特開２００２−１６９０３４号

発光素子としてＬＥＤを使用し、高輝度化する目的で、複数のＬＥＤを用いるバックライトでは、ＬＥＤは離散して回路基板上に配置される。また、液晶表示装置が搭載される携帯用機器では、回路素子を搭載する面積が制限されている。

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、発光素子が
搭載されるフレキシブル回路基板とを設け、導光板の入射面には凹部を形成し、該凹部に回路素子を配置し、フレキシブル回路基板の発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域に回路素子に接続する配線を形成し、上記配線は、発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域で上記回路素子と接続され、上記フレキシブル回路基板の上記配線が形成され導光板と重なる領域に反射部材を設ける。

ＬＥＤとＬＥＤとの間に回路素子を配置することで、回路基板の面積を減少することが可能となり、より小型の携帯用機器を実現することができる。すなわち、携帯用機器からＬＥＤを搭載する回路基板まで配線を形成し、携帯用機器に必要な回路素子をバックライトに搭載された回路基板に配置することで、携帯用機器に用いられる回路素子の実装面積を減少させ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し、さらにＬＥＤを回路基板に搭載する。第１の側面には凹部を設け、該凹部に回路素子が配置されるように回路基板上に回路素子を搭載する。

液晶パネルを駆動する回路、または、液晶パネルを搭載する携帯機器の回路で用いる回路素子をＬＥＤを搭載する回路基板に搭載して、回路素子を実装する領域を減少させる。

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からは液晶パネル１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と並べて表示している。

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。なお、フレキシブル基板１６０には回路素子１６２が搭載されている。この回路素子１６２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を有し、ＴＦＴ基板２の画素部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。

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の光が出射する。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。

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）に示すように矩形をしており、図３（ｂ）に示すように上面１２１と下面１２２とを有している。導光板１２０はアクリル樹脂、ポリカーボネート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０．２ｍｍに形成されている。なお、図３（ｂ）では断面を矩形で記載したが、入射面１２５側から板厚が減少した楔型としても良い。

図３では導光板１２０とＬＥＤ１５０の位置関係を示している。導光板１２０の少なくとも一辺に設けられた入射面１２５の近傍に、複数のＬＥＤ１５０が設けられる。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。

ＬＥＤ１５０から出射した光１３１は、入射面１２５に入射するようになっている。前述したように、導光板１２０の屈折率は空気よりも大きいため、入射面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。

また、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、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内部に入射した光は、導光板１２０の上面１２１と下面１２２に対して全反射を繰り返して導光板１２０内部を進む。導光板１２０を進む光は、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から出射される。

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が外側に凸の場合を示し、図４（ｂ）は溝１２６が内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２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の鉛直方向に対して大きい角度（上面１２１に対して鈍角）で、外側に広がるように出射している。そのため、導光板１２０の上には、プリズムシート１１３と１１２とが設けられて、外側に向かう光を液晶パネル（図示せず）側に向かうように反射させている。なお、符号１１４は拡散板で、符号１１５は反射シートである。

次に図５を用いて、ＬＥＤ１５０近傍の光について説明する。ＬＥＤ１５０は導光板１２０の入射面１２５に対して正対するよう配置される。ＬＥＤ１５０から出射する光の多くは入射面１２５に略直交する方向（図中Ｙ方向）に分布しており、ＬＥＤ１５０から出射した光の多くはＬＥＤ１５０の近傍から導光板１２０に入射する。

また、前述したように入射面１２５の鉛直方向に対して一定の角度よりも大きい角度の光は、入射面１２５で反射されるため、入射面１２５に対して一定の角度以上の領域に到達する光は極端に少なく、暗領域２１０として視認される。

他方、フレキシブル基板１６０には、ＬＥＤ１５０と抵抗やコンデンサからなる回路素子１６２が設けられている。この回路素子１６２は一部がＬＥＤ１５０の点灯に使用されるが、他の大部分は図１に示した駆動回路５、駆動回路６、制御回路８０とフレキシブル基板１６０に形成された配線を介して電気的に接続され各回路の動作に使用されている。

図５に示すように、ＬＥＤ１５０を離散して配置すると、暗領域２１０が発生して表示品質を落としてしまうという問題点があるが、隣接する２つのＬＥＤ１５０の間に回路素子１６２を配置することが可能となり、液晶表示装置において部品を実装する領域を減少することが可能となる。

図中符号１２３は遮光枠を示しており、図を解りやすくするために、遮光枠の内側の境界を点線で示している。遮光枠１２３は拡散板１１４等に印刷等で透過率の低い領域を形成したもので、点線より外側に枠状に光を透過しにくい領域が形成される。

暗領域２１０の一部は遮光枠１２３で覆われているが、ＬＥＤ１５０から遮光枠１２３の境界までの距離が短いため、遮光枠１２３で暗領域２１０の全てを覆い隠していない。

次に図６を用いてフレキシブル基板１６０に形成される配線について説明する。フレキシブル基板１６０の主目的はＬＥＤ１５０に電力を供給することであり、そのためにフレキシブル基板１６０にはＬＥＤ１５０に接続される電源配線１６６が形成されている。

ＬＥＤ１５０で生じる電位差は２Ｖ〜４Ｖであることから、配線数を少なくする理由からも３個〜５個程度のＬＥＤ１５０を直列に接続し、電源電圧として９Ｖ〜１６Ｖを供給する。

フレキシブル基板１６０にはＬＥＤ１５０以外に、回路素子としてチップ抵抗１６２−１やチップコンデンサ１６２−２が搭載されている。これらの回路素子１６２はＬＥＤ１５０の電源電圧の調整等にも使用されるが、主にバックライト１１０以外の駆動回路５、駆動回路６、制御回路８０に接続されて、これら回路の一部として使用されるものである。配線１６７はフレキシブル基板１６０に設けられ、回路素子１６２と、バックライト１１０以外の駆動回路５、駆動回路６、制御回路８０とを電気的に接続している。

駆動回路５と駆動回路６を液晶パネル１に搭載する場合であっても、回路素子１６２までをも液晶パネル１に搭載すると工程が煩雑にしてしまう。そのため、回路素子１６２をフレキシブル基板１６０に搭載することで工程の簡略化が可能となる。

また、制御回路８０はフレキシブル基板７０に搭載されているが、フレキシブル基板７０を極力小さい面積とする要求がある。そのため、フレキシブル基板７０に制御回路６０を搭載し、制御回路６０に接続される回路素子１６２の一部をフレキシブル基板１６０に搭載することで、フレキシブル基板７０の面積を減少させることが可能となる。

ただし、フレキシブル基板１６０の空いている部分に回路素子１６２を搭載することになるが、フレキシブル基板１６０の面積についても削減することが要求されている。そのため、回路素子１６２の増加に伴い、フレキシブル基板１６０においても回路素子１６２を搭載する領域の確保が困難となる。

次に図７に導光板１２０の暗領域２１０を切り欠いて凹部２２０を形成したものを説明する。凹部２２０を形成することで、フレキシブル基板１６０に搭載した回路素子１６２を凹部２２０に配置することが可能となる。

また、フレキシブル基板１６０上に障害となる回路素子１６２があっても、凹部２２０により避けることができ、ＬＥＤ１５０よりも導光板１２０側に回路素子１６２を設けることが可能となる。

導光板１２０と重なったフレキシブル基板１６０の領域には配線を形成することができ、ＬＥＤ１５０よりも導光板１２０側で配線を回路素子１６２とを接続することで、導光板１２０とフレキシブル基板１６０とが重なる領域を有効利用することが可能となる。

また、ＬＥＤ１５０の位置を遮光枠１２３の境界より遠ざけることができ、暗領域２１０が遮光枠１２３に覆われる面積を増加させることが可能となる。すなわち、配線等をＬＥＤ１５０よりも遮光枠１２３の境界線側に形成することで、ＬＥＤ１５０と遮光枠１２３の境界線との距離を長くすることが可能となる。

また、遮光枠１２３の内側は、導光板１２０から出た光が液晶パネル１に照射される照光面を形成しているが、ＬＥＤ１５０から照光面までの距離が伸びることで、暗領域が照光面に現れることなく、光が均等に広がるスペースを確保することもできる。よって入光面１２５の近傍で発生する輝度ムラを減少させることが可能となる。

次に図８（ａ）にＬＥＤ１５０の搭載位置よりも導光板１２０側に配線を形成したフレキシブル基板１６０を示す。図８（ａ）では図面上側に導光板１２０が形成される。

導光板１２０に凹部２２０を設けることで、ＬＥＤ１５０を図中下側に形成することができ、ＬＥＤ１５０を接続する配線１６６よりも導光板側に回路素子１６２に接続する配線１６７を形成することが可能となっている。

図８（ｂ）には、ＬＥＤ１５０の光が出射する方向に、反射部材１６８を設けたフレキシブル基板１６０を示す。ＬＥＤ１５０から出射した光でフレキシブル基板１６０に到達するものを反射部材１６８で導光板１２０側に反射させる。なお、反射部材１６８は白色塗料を印刷することでも、反射シートを貼り付けることでも形成可能である。

次に図９に導光板１２０の裏面から見た斜視図を示す。導光板１２０に凹部２２０を設け、フレキシブル基板１６０に搭載した回路素子１６２が凹部２２０に収まるように配置している。

図１０に矩形に切り欠いた凹部２２０を、図１１に半円形に切り欠いた凹部２２０を、図１２に三角形に切り欠いた凹部２２０を示す。各フレキシブル基板１６０には図８同様に配線１６７や反射部材１６８が設けられている。

図１３にフレキシブル基板１６０に回路素子１６２を形成する際の問題点を示す。フレキシブル基板１６０は収納ケース１８０に収められているが、この収納ケース１８０が金属性である場合に、フレキシブル基板１６０が変形して回路素子１６２と金属性の収納ケース１８０とが接触して短絡が発生するという問題が生じる。

図１４に回路素子１６２と金属性の収納ケース１８０との短絡を防止するため、絶縁シート等を貼り付けることで、収納ケース１８０に絶縁部材１１６を設けたものを示す。

図１５は反射シート１１５を回路素子１６２の接近して形成したものを示す。反射シート１１５がポリエステル等の絶縁性の場合は、反射シート１１５が絶縁部材の役目を果たして回路素子１６２と収納ケース１８０との短絡を防止する。

図１６は反射シート１１５が導電性の場合で、反射シート１１５の表面に絶縁部材１１６を設け、反射シート１１５と回路素子１６２との短絡を防止するとともに、反射シート１１５により回路素子１６２と収納ケース１８０との短絡をも防止可能となっている。

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。 従来例の導光板と本発明の実施の形態である液晶表示装置の導光板との光線の差異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複数の発光素子を用いた際の問題点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フレキシブル基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バックライト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フレキシブル基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バックライトを示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態である液晶表示装置のバックライト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バックライト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バックライト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バックライトの問題点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バックライト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バックライト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バックライトを示す概略図である。

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、１２０…導光板、１２１…上面、１２２…下面、１２５…入射面、１２６…溝、１２７…反射面（傾斜面）、１２９…曲面、１３１…出射方向光線、１５０…ＬＥＤ、１５１…ＬＥＤチップ、１５２…ワイヤ、１５３…チップ端子、１５５…反射部、１５６…透明樹脂部、１５８…Ｐ電極、１５９…ｎ電極、１６０…フレキシブル基板、１８０…収納ケース。

Claims (8)

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フレキシブル回路基板とを有し、
   上記発光素子は導光板の入光面に対向して配置され、
   ２つの隣合う発光素子の間の導光板を切り欠いて凹部を形成し、
   上記凹部と重なるフレキシブル回路基板の導光板の入光面側には上記発光素子よりも導光板に近接して回路素子が搭載され、
   上記フレキシブル回路基板の発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域に回路素子に接続する配線を形成し、
   上記配線は、発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域で上記回路素子と接続され、
   上記フレキシブル回路基板の上記配線が形成され導光板と重なる領域に反射部材を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記発光素子はＬＥＤ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. 上記回路素子は抵抗素子または容量素子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。
4. 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し、
   上記面状照明装置は、
   複数の発光素子と、
   上記発光素子からの光を上記液晶パネルに照射する導光板と、
   上記発光素子を搭載するフレキシブル回路基板とを有し、
   上記導光板は、上記液晶パネルに対向するよう形成された上面と、該上面に交差する側面とを有するとともに、
   上記発光素子に隣接した側面に凹部が形成されており、
   上記凹部に回路素子を配置し、
   上記フレキシブル回路基板の発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域に回路素子に接続する配線を形成し、
   上記配線は、発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域で上記回路素子と接続され、
   上記フレキシブル回路基板の上記配線が形成され導光板と重なる領域に反射部材を設けたことを特徴とする液晶表示装置。
5. 上記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 上記回路素子は抵抗素子または容量素子であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表
   示装置。
7. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射する導光板と、
   上記導光板に向けて光を出射する複数の発光素子と、
   上記複数の発光素子と抵抗素子と容量素子とが搭載されたフレキシブル回路基板と、を有し、
   上記導光板は上記発光素子に隣接する側面が入射面となっており、
   上記発光素子は上記回路基板に上記側面に沿う方向に並べられ、
   ２つの隣合う上記発光素子の間では、上記側面は上記発光素子から遠ざかるような凹部を
   有し、
   上記凹部に上記抵抗素子または容量素子が設けられ、
   上記フレキシブル回路基板の発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域に上記抵抗素子または容量素子に接続する配線を形成し、
   上記配線は、発光素子の搭載位置よりも導光板側の領域で上記抵抗素子または容量素子と接続し、
   上記フレキシブル回路基板の上記配線が形成され導光板と重なる領域に反射部材を設けることを特徴とする液晶表示装置。
8. 上記発光素子はＬＥＤであることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
   

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