JP7148061B2

JP7148061B2 - 直下型バックライトユニット

Info

Publication number: JP7148061B2
Application number: JP2018135462A
Authority: JP
Inventors: 達彦田村
Original assignee: NSC Co Ltd
Current assignee: NSC Co Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: JP2020013708A

Description

本発明は、液晶パネルの背面側に配置される直下型バックライトユニットに関し、特にガラス基板を利用した直下型バックライトユニットに関する。

近年、スマートフォン等の携帯用電子機器が普及しているが、これらの機器に使用されるディスプレイには、液晶パネルが使用されることが多い。液晶パネルを使用する機器では、液晶パネルだけでは画像を表示できないため、バックライトや光学部材等が一体となったバックライトユニットから光を照射することによってディスプレイに画像を表示するように構成される。

バックライトユニットは、エッジライト型バックライトと直下型バックライトに大別される。エッジライト型バックライトは、導光板の一つの端面より光源からの光を入射させることで、均一に光を拡散させるように構成される。一方、直下型バックライトは、拡散パネル等を介して液晶パネルの下部より光を照射するように構成される。

スマートフォン等の携帯用電子機器においては、光を拡散させるためのスペースを確保することが困難であるため、直下型バックライトは、ほとんど使用されておらず、エッジライト型が主に適用されていた。また、スマートフォン等の機器には、薄型化の要請もあるが、エッジライト方式は、直下型と比較して、薄型化にも有利であるとされていた。

しかし、近年、スマートフォンに対する狭額縁化の要請があり、エッジライト方式の光源を配置するスペースを確保することが困難になっていた。また、直下型バックライトは、部分的に光を照射することによる省電力性やコントラストの向上といった利点がある。このため、従来、エッジライト方式が使用されてきたスマートフォン等の機器において、直下型バックライトを採用するニーズが高まっていた。

そこで、直下型バックライトユニットに量子ドットを配置することにより、高輝度かつ発光効率を向上させたバックライトを備えた液晶表示装置があった（例えば、特許文献１参照）。直下型バックライトを使用することにより、コントラスト比の向上、省電力化および製品全体の薄型化を達成することが可能になるとされている。

特開２０１６-０７５８３８号

しかしながら、従来技術のようなバックライトユニットは、依然として構成部品が多くなってしまうという問題があった。直下型バックライトは、反射シート、拡散板または集光シートといった光学要素を積層することによって、光を均一に出射するように構成されるため、構成部品の数が多くなると、製品の薄型化を図ることが困難であった。

また、樹脂製の部品を使用したバックライトユニットは、光源部の発熱により、変形するおそれがあった。狭額縁化の要請のあるスマートフォンにおいては、バックライトユニットの熱膨張による製品の変形等のおそれがあると、十分に狭額縁化が図れないといった問題があり、デザイン面の制約になることがあった。

本発明の目的は、部品点数を削減しつつ、狭額縁化等のデザイン性向上を実現させることが可能なバックライトユニットを提供することである。

本発明に係るバックライトユニットは、液晶パネルの背面側に配置される直下型バックライトユニットである。バックライトユニットは、複数の光源を有する光源部およびガラス基板を備えている。ガラス基板は、光源部上に配置され、光源に対応する位置に光源を収容するための収容部を有している。さらに、ガラス基板は、光源部と反対側の主面に光拡散部を有している。

ガラス基板は、光源からの光を光拡散部で拡散させることにより、液晶パネルに対して均一に光を照射することが可能になる。また、収容部にて光源を保護することも可能なので、バックライトユニットの部品点数を削減することが可能である。さらに、ガラス基板は、光源からの熱影響を受けにくく、液晶パネルが搭載される製品の薄型化および狭額縁化を対応することが可能になる。

また、収容部は、ガラス基板の主面に形成された凹状部であり、凹状部の側面が底面方向に向かって先細りするように傾斜していることが好ましい。収容部の側面が傾斜していることで、収容部内にスパッタリングで機能膜を形成する際に、機能膜が付着しやすくなる。収容部をこのような形状に形成する場合は、エッチング処理を含む加工によって形成することが好ましい。

また、収容部の底面が曲面状に湾曲していることが好ましい。光源からの光が収容部の底面を通過する際に、湾曲領域において屈折することにより、光を広範囲に照射することが可能になる。なお、このような湾曲形状は、エッチング処理を含む加工によって形成することが可能である。

また、光拡散部が粗面部を含むことが好ましい。光源からの光が粗面部において散乱することにより、液晶パネルに均一に光を照射することが可能になる。さらに、ガラス基板のみで光を散乱させることができるので、バックライトユニットの薄型化を図ることができる。粗面部は、ブラスト処理、エッチング処理またはこれらを組み合わせた処理によって形成することが可能であり、所望の光学特性に応じて表面粗さ、ヘイズ等が決定される。

また、光拡散部は、光源に対応する位置に椀状凹部が形成されていることが好ましい。椀状凹部は、光源から出射された光を椀状凹部にて屈折させることにより、光をより広範囲に出射するように構成される。椀状凹部の湾曲面は、エッチング処理、機械研磨処理またはこれらの組み合わせによって形成することが可能である。

本発明によれば、部品点数を削減しつつ、狭額縁化等のデザイン性向上を実現させることが可能なバックライトユニットを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバックライトユニットおよび液晶パネルを示す図である。バックライトユニットの概略側面図である。他の実施形態に係るバックライトユニットを示す図である。バックライトユニットに使用されるガラス基板の製造方法を示す図である。

ここから、本発明に係るバックライトユニットの一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るスマートフォン等に使用される液晶ディスプレイ用のバックライトユニット１０の概略側面図である。バックライトユニット１０は、液晶パネル１００の表示面と反対側に配置されており、ＬＥＤモジュール１２、ガラス基板１４、拡散板１６、レンズシート１８を備えている。

液晶パネル１００は、公知の液晶パネルであり、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板によって液晶層を挟持するように構成される。

ＬＥＤモジュール１２は、複数のＬＥＤチップ２０が実装された回路基板である。また、ＬＥＤモジュール１２は、特許請求の範囲の光源部に相当し、ＬＥＤチップ２０が光源に相当する。ＬＥＤチップ２０は、ガラス基板１４と対向する面に配置されており、液晶パネル１００に均一に光を照射することが可能な程度の間隔で配置されている。ＬＥＤチップ２０は、ＬＥＤモジュール１２の実装面よりも突出した状態で複数配置されている。

ガラス基板１４は、ＬＥＤモジュール１２上に配置されるガラス部材である。ガラス基板１４に使用されるガラス基板の種類は、特に限定されず、無アルカリガラス、ソーダガラス、アルミノシリケートガラス等を使用することが可能である。ガラス基板１４は、０．１～０．３ｍｍ程度の厚みを有している。

ガラス基板１４は、図２（Ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２０と対向する主面に収容部３０を備えている。収容部３０は、ＬＥＤチップ２０に対応する位置に形成されており、ガラス基板１４をＬＥＤモジュール１２上に配置した際に、ＬＥＤチップ２０を収容するように構成される。収容部３０は、図２（Ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２０のサイズに応じて形成される。収容部３０の深さは、ＬＥＤチップ２０の先端部が、収容部３０の底面部３２に接触しないように形成される。

底面部３２は、曲面状に湾曲している。底面部３２の湾曲面は、光出射方向に対して凸状に湾曲する曲面形状を呈している。底面部３２が曲面形状を呈することによって、ＬＥＤチップ２０から出射した光が底面部３２において屈折することで、光を拡散させることが可能になる。底面部３２の湾曲形状は、所望の光学特性に応じて、適宜調整すれば良い。

収容部３０の側面部３４は、底面部３２に向かって先細りするように傾斜する形状を呈している。スパッタリングを用いて収容部３０内に光学膜やめっき膜等の機能膜を形成する際に、側面部３４が傾斜していることによって、収容部３０の内壁に膜形成を行うことが容易になる。側面部３４が垂直に近い場合、収容部３０の開口部側から行われるスパッタリングにおいて、底面部３２にしか膜形成ができないおそれがある。側面部３４の傾斜角θは、１００～１３０度にすることが好ましい（図２（Ａ）参照）。このような傾斜面は、後述のエッチング処理によって形成することが好ましい。

ＬＥＤチップ２０からの光が出射される側のガラス基板１４の主面は、微小な凹凸形状が形成された粗面部３６を備えている。粗面部３６は、ＬＥＤチップ２０からの出射光を散乱させるように構成される。粗面部３６は、例えば、ブラスト処理やエッチング処理を組み合わせることによって任意の表面粗さおよびヘイズに調整することが可能である。

ガラス基板１４の上部には、拡散板１６およびレンズシート１８が配置される。拡散板１６およびレンズシート１８は、ガラス基板１４の粗面部３６にて散乱された光をさらに均一に拡散するための光学要素であり、公知のものを使用することが可能である。なお、ガラス基板１４上に配置される光学要素は、本実施形態に例示したもの以外のものも使用することが可能であり、また、これらの光学要素を省略することも可能である。

本実施形態のようなガラス基板１４をＬＥＤモジュール１２上に配置することによって、バックライトモジュール１０の部品数を削減しつつ、ＬＥＤチップ２０からの光を均一に照射することが可能になる。また、ガラス基板１４は、ＬＥＤモジュール１２からの熱影響による変形が極めて小さいため、狭額縁化の要請の強いスマートフォン等の機器においても、バックライトユニット１０を配置することが可能になる。

本発明の他の実施形態として、図３に示すガラス基板１４２を使用することも可能である。ガラス基板１４２は、光出射面において、収容部３０に対応する位置に凹部４０を備えている。なお、凹部４０以外の構成については、ガラス基板１４とガラス基板１４２は実質的に同一であるため、説明を省略する。

凹部４０は、椀状凹部であり、ＬＥＤチップ２０から出射された光が凹部４０の表面において屈折するように構成される。凹部４０の湾曲率は、ガラス基板１４２の板厚や液晶パネル１００との距離に応じて適宜設定される。凹部４０は、機械研磨やエッチング処理によって形成することが可能である。

また、ガラス基板１４２の光出射面において、凹部４０が形成されていない領域は、粗面化処理が行われた粗面部３６である。液晶パネル１００等において反射された一部の光が再び粗面部３６にて反射されることによって、ＬＥＤチップ２０からの光を効率的に液晶パネル１００に反射させることが可能になる。

ここから、ガラス基板１４の製造方法について、図４（Ａ）～図４（Ｃ）を用いて説明する。まず、所定の寸法のガラス基板１４に対して、改質領域５０を形成する。改質領域５０は、レーザ装置５２からのビームによって形成され、ガラス基板１４の他の領域よりもエッチングされ易い性質を有する。本実施形態における改質領域５０は、レーザ装置５２によって形成された複数のボイドが垂直方向に一定間隔で形成された領域である。改質領域５０は、収容部３０に対応する位置において、ガラス基板１４の主面から板厚方向において一定の深さまで形成される。なお、改質領域５０の深さは、ガラス基板１４の他方の主面まで貫通しない範囲で収容部３０の寸法に応じて決定される。レーザ装置５２は、ガラス基板１４の厚さ方向に沿って改質領域を形成するために、厚さ方向に対して複数の焦点を形成することが可能なパルスレーザ装置である。

改質領域５０が形成されたガラス基板１４は、エッチング処理が行われる。エッチング処理は、少なくともフッ酸を含むエッチング液をガラス基板１４に接触させることによって行われる。エッチング方法としては、ガラス基板１４をエッチング液に浸漬したり、ガラス基板１４にエッチング液を噴射したりする方法が挙げられる。改質領域５０が形成された領域においては、エッチングが幅方向よりも深さ方向に対してより進んでいく（図４（Ｂ）参照）。さらに、図４（Ｃ）に示すように、少なくとも改質領域５０が形成された深さまでエッチング処理を進めると、収容部３０が形成される。なお、収容部３０の形成と同時にガラス基板１４の薄型化を同時に行い、ガラス基板１４の板厚を０．１～０．３ｍｍ程度に調整することも可能である。ガラス基板１４の薄型化を行わない場合は、耐エッチング性を有する保護部材でガラス基板１４の一方の主面を保護した状態でエッチング処理を行えば良い。

改質領域５０を形成した後に、エッチング処理を行うことによって、ガラス基板１４の深さ方向に対してアスペクト比の大きいエッチング処理を行うことが可能になる。このため、ＬＥＤチップ２０をより密に配置することができる。また、エッチング処理により形成される収容部３０の底面部３２は、湾曲形状を呈するので、ＬＥＤチップ２０から出射された光を屈折させることが可能になる。

ガラス基板１４に粗面部３６を形成する際は、収容部３０が形成された主面と反対側の主面に対して、ブラスト処理等による粗面化処理を行えば良い。粗面化処理は、複数の処理を組み合わせても良く、例えば、ブラスト処理をした後にエッチング処理を行っても良い。

ガラス基板１４に凹部４０を形成する場合も、収容部３０の形成と同様の方法で形成することが可能である。また、凹部４０については、スピンドル等による切削加工を用いて形成することも可能である。凹部４０は、所望の光学特性を達成するために必要な形状に形成される。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０‐バックライトユニット
１２‐ＬＥＤモジュール
１４‐ガラス基板
１６‐拡散板
１８‐レンズシート
２０‐ＬＥＤチップ
３０‐収容部
３２‐底面部
３４‐側面部
３６‐粗面部
４０‐凹部

Claims

液晶パネルの背面側に配置される直下型バックライトユニットであって、
複数の光源を有する光源部と、
前記光源部上に配置され、前記複数の光源のそれぞれに対応する位置に前記光源を収容する複数の収容部を有するガラス基板と、
を備え、
前記ガラス基板は、前記光源部と反対側の主面に光拡散部を有し、かつ、
前記ガラス基板のみで光を散乱させるために前記光拡散部が粗面部を含み、かつ、
前記光拡散部は、前記光源に対応する位置に椀状凹部が形成されており、かつ、
前記粗面部は、前記光源部と反対側の主面における前記椀状凹部が形成されていない領域に配置されることを特徴とする直下型バックライトユニット。
前記収容部は、前記ガラス基板の主面に形成された凹状部であり、前記凹状部の側面が底面方向に向かって先細りするように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の直下型バックライトユニット。
前記収容部の底面が曲面状を呈していることを特徴とする請求項２に記載の直下型バックライトユニット。