WO2012176676A1 - バックライト装置および該バックライト装置を備える液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

　切り欠き部によって生じる輝度ムラの影響を抑制することができるバックライト装置を提供する。本発明によって提供される液晶表示パネル１０に光を照射するバックライト装置５０は、光源３５と、光源３５が発した光を液晶表示パネル１０に照射させる導光板３０と、導光板３０を位置決めするピン４４とを備える。導光板３０には、ピン４４を収納する切り欠き部３２が形成され、切り欠き部３２には、ピン４４を覆うように、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する充填材料３８が充填されている。

Description

バックライト装置および該バックライト装置を備える液晶表示装置

　本発明は、液晶表示パネルを照射する光源を備えたバックライト装置および該バックライト装置を備える液晶表示装置に関し、より詳しくは、導光板を備えるエッジライト型のバックライト装置に関する。
　なお、本出願は２０１１年６月２１日に出願された日本国特許出願２０１１－１３７４０７号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。

　近年、テレビ、パソコン等の画像表示装置（ディスプレイ）として用いられている液晶表示装置の薄型化が進んでいる。かかる薄型化を実現するべく、例えば、液晶表示パネルの背面側に導光板を配置して、導光板の端部（即ち液晶表示パネルの縁）に光源（例えば発光ダイオード素子）を配置するエッジライト型のバックライト装置が採用されている（例えば、特許文献１など）。

　図６は、エッジライト型のバックライト装置１０００の構成を示している。図６に示したバックライト装置１０００は、導光板１３０と、導光板１３０の一側面（端面）に対向して配置される複数のＬＥＤ光源１３５とから構成されている。ＬＥＤ光源１３５は、ＬＥＤ基板（実装基板）１３７に実装されている。そして、ＬＥＤ１３５が実装されたＬＥＤ基板および導光板１３０は、バックライトシャーシ１４０に収納されている。

特開２００３－２３４００８号公報 特開２００７－３１７６２１号公報 特開２００４－２７３１８５号公報

　図６に示したバックライト装置１０００では、導光板１３０をバックライトシャーシ１４０の所定位置に固定するために、導光板１３０に切り欠きが形成される。そして、バックライトシャーシ１４０にピンを複数本設けて、そのピンを切り欠き内に配置することによって導光板１３０を固定して位置決めすることができる。

　図７（ａ）および（ｂ）は、導光板１３０に切り欠き部１３２が形成された構成を示している。図７（ａ）では、導光板１３０の長辺側に切り欠き部１３２が形成された様子を示す部分拡大図である。図７（ａ）では、導光板１３０の一側面に対向して、ＬＥＤ基板１３７に実装されたＬＥＤ素子１３５が配置されている。また、図７（ｂ）では、導光板１３０の短辺側に切り欠き部１３２が形成された様子を示す部分拡大図である。

　本願発明者が、導光板１３０の切り欠き部１３２による影響を検討した結果、次のようなことがわかった。

　まず、図７（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源１３５が近接している切り欠き部１３２では、切り欠き部１３２およびその中に位置するピン１４４の影響によって、切り欠きムラが生じてしまう。すなわち、ＬＥＤ光源１３５からの出射光の一部が、切り欠き部１３２内のピン１４４によって遮られて、その結果、切り欠き部１３２に近接した領域１５５ａにおいて、明るい部分と暗い部分が発生し、それによって、輝度ムラ（切り欠きムラ）が生じる。

　さらに、図７（ｂ）に示すように、導光板１３０の短辺側に形成された切り欠き部１３２においても輝度ムラが生じる可能性がある。ＬＥＤ光源１３５から出射されて導光板１３０内を伝播する光（１５５ｂ）が、切り欠き部１３２を規定する側面（端面）で全反射すると、切り欠き部１３２に近接した領域１５５ｃに光が集まってしまい（光漏れ）、それによって、輝度ムラ（切り欠きムラ）が生じる。

　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、切り欠き部によって生じる輝度ムラの影響を抑制することができるバックライト装置を提供することにある。

　上記目的を実現するべく、本発明により、以下の構成のバックライト装置が提供される。即ち、本発明のバックライト装置は、液晶表示パネルに光を照射するバックライト装置であり、光源と、前記光源が発した光を前記液晶表示パネルに照射させる導光板と、前記導光板を位置決めするピンとを備えている。前記導光板には、前記ピンを収納する切り欠き部が形成されており、前記切り欠き部には、前記ピンを覆うように、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する充填材料が充填されている。
　かかる構成によると、導光板に形成された切り欠き部において、ピンを覆うように、空気よりも高い屈折率を有する充填材料が充填されている。したがって、切り欠き部内におけるピンの周囲が空気で覆われていた従来の構成と比較して、導光板の屈折率と切り欠き部の内部（充填材料）の屈折率との差を小さくすることができる。その結果、ピンが収納された切り欠き部に起因して生じる輝度ムラ（切り欠きムラ）を抑制することが可能となる。

　ここで開示されるバックライト装置の好適な一態様では、前記充填材料は、ゲル状ポリスチレン樹脂またはゲル状シリコーン樹脂である。

　ここで開示されるバックライト装置の好適な一態様では、前記充填材料は、粘性を有する材料である。

　ここで開示されるバックライト装置の好適な一態様では、前記充填材料の屈折率は、前記導光板を構成する材料の屈折率と略同一である。

　ここで開示されるバックライト装置の好適な一態様では、前記導光板は、四辺を有する矩形形状を有しており、前記切り欠き部は、四辺のそれぞれに少なくとも一つずつ形成されている。

　ここで開示されるバックライト装置の好適な一態様では、前記導光板は、四辺を有する矩形形状を有しており、前記光源は、前記矩形形状の四辺のうちの一辺に対向して配置されており、前記切り欠き部は、前記四辺のうち、前記光源が対向して配置される一辺を除く辺に形成されている。

　ここで開示されるバックライト装置の好適な一態様では、さらに、前記導光板を収納するシャーシを備え、前記ピンは、前記シャーシに配置されており、前記光源は、発光ダイオード素子である。

　本発明に係る液晶表示装置は、上記バックライト装置を備えている液晶表示装置である。

本発明の一実施形態に係るバックライト装置５０を含む液晶表示装置１００の構成を模式的に示す分解斜視図である。 導光板３０の切り欠き部３２とピン４４との対応関係を説明する分解図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る導光板３０の切り欠き部３２の周辺の様子を説明するための上面図である。 本発明の実施形態に係る導光板３０の改変例を説明する分解図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る導光板３０の改変例の切り欠き部３２の周辺の様子を説明するための上面図である。 バックライト装置１０００の構造を模式的に示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、バックライト装置１０００における課題を説明するための部分拡大平面図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、液晶表示パネルの構成や構築方法、表示装置に装備される光源の構成等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書及び図面によって開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

　以下、図１から図３を参照しながら、本発明の好ましい一実施形態について、液晶表示パネル１０を備えたアクティブマトリックス方式（ＴＦＴ型）の液晶表示装置１００を例に挙げて説明する。

　なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を正確に反映するものではない。また、以下の説明において、「前面」又は「表側」とは液晶表示装置１００における観視者（視聴者）に面する側（すなわち液晶表示パネル１０側）をいい、「背面」又は「裏側」とは液晶表示装置１００における観視者に面しない側（すなわちバックライト装置５０側）を言うこととする。

　まず、液晶表示装置１００の全体構成について説明する。図１に示すように、液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０と該液晶表示パネル１０の背面側に配置された外部光源であるバックライト装置５０とを備えている。液晶表示パネル１０とバックライト装置５０とは、ベゼル（枠体）７０等により組み付けられることで一体的に保持されている。

　図１に示すように、液晶表示パネル１０は、概して、全体として矩形の形状を有しており、その中央に画素が形成されている領域であって画像を表示する表示領域（図示せず）を有している。なお、本実施形態の液晶表示パネル１０は、例えば、２０インチから１１０インチ（典型的には、３２インチから６０インチ）のサイズを有しているが、それらのサイズに限定されるものではない。

　また、液晶表示パネル１０は、互いに対向する一対の透明性のガラス基板１１，１２と、その間に封入される液晶層とから構成されるサンドイッチ構造を有している。上記一対の基板１１，１２のうち、表側がカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）１２であり、裏側がアレイ基板１１である。かかるＣＦ基板１２及びアレイ基板１１の周縁部には、上述した表示領域の周囲を囲むようにシール材（図示せず）が設けられており、上記液晶層を封止している。

　液晶層は、液晶分子を含む液晶材料から構成される。かかる液晶材料は、アレイ基板１１とＣＦ基板１２との間の電界印加に伴って液晶分子の配向が操作され光学特性が変化する。両基板１１，１２における互いに対向する側（内側）の面には、それぞれ液晶分子の配向方向を決定する配向膜（図示せず）が形成されており、対向しない側（外側）の面には、それぞれに偏光板１３が貼り付けられている。

　次に、上記液晶表示パネル１０の背面側（裏側）に配置される本実施形態のバックライト装置５０は、液晶表示パネル１０に光を照射する光源ユニットである。図１に示した例のバックライト装置５０は、エッジライト型のバックライトユニットであり、具体的には、光源（複数の発光素子）３５と、光源３５が発した光を平面光に変換して液晶表示パネル１０に照射させる導光板３０とを含んでいる。

　本実施形態の光源（発光素子）３５は、ＬＥＤ素子（点状光源）であり、図１に示した構成例では、複数のＬＥＤ素子３５が配線基板（ＬＥＤ基板）３７の上に載置されている。発光素子３５は、導光板３０の側面の一つ（入射面）３６に対向して配置されており、発光素子３５から出射された光は、導光板３０の入射面３６から導光板３０内に入射する。なお、発光素子３５は、上記のように導光板３０の一つの入射面３６の近傍に配置したが、それに限られない。たとえば、図示した導光板３０の一つの入射面３６に加えて、それに対向する面、及び／または、それに直交する面の近傍に発光素子３５を配置してもよい。

　導光板３０は、液晶表示パネル１０の表示領域を覆う大きさの長方形の平板状に射出成形等によって形成されており、入射面３６に入射した光を、発光面（主面）３０ａから面状に照射する光学部材である。導光板３０を構成する材料は、透光性を有し成形性に優れる材料であれば特に制限されない。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。導光板３０の底面３０ｃには、光を散乱させて光の利用効率を高めるドットパターン（図示せず）が形成されている。かかるドットパターンは、反射パターン又は拡散パターンを形成するインクなどを用いて印刷によって形成されている。

　本実施形態の導光板３０には、導光板３０を位置決めするための切り欠き部３２が形成されている。図示した導光板３０は、四辺を有する矩形形状を有しており、図示した例では、切り欠き部３２は、四辺のそれぞれに少なくとも一つずつ形成されている。導光板３０の矩形形状は、幾何学的な長方形に限らず、角が丸くなっていたり、短辺と長辺が厳密に直角でないものも含まれ、その意味においては、実質的に長方形（正方形を含む）の形状であればよい。

　図示した切り欠き部３２は、導光板３０の長辺に３箇所、短辺に１箇所設けられているが、それに限るものではなく、導光板３０の寸法・位置決め精度条件などによって適宜好適なものを採用したらよい。本実施形態の切り欠き部３２は、略Ｕ字型の形状を有する凹部（溝部）であり、導光板３０を切り欠き加工することによって作製されている。なお、切り欠き部３２は、Ｕ字型の形状に限らず、矩形の形状であっても構わない。

　本実施形態の構成では、切り欠き部３２内にはピン４４が配置され、そのピン４４によって導光板３０は位置決めされて固定されている。言い換えると、導光板３０には、ピン４４を収納する切り欠き部３２が形成されており、切り欠き部３２とピン４４との組み合わせによって導光板３０は固定されている。切り欠き部３２とピン４４との対応関係は、図２に示す通りである。また、本実施形態のピン４４は、導光板３０を位置決めすることができる強度を有していれば、材料などに制限はないが、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄など）、樹脂などから構成されている。

　なお、図１に示した分解斜視図では、ピン４４は、切り欠き部３２との対応関係がわかるように表示されているが、本実施形態の構成では、ピン４４は、導光板３０を収納するシャーシ（バックライトシャーシ）４０に配置されている。図示した例では、ピン４４の断面形状は、Ｕ字型の切り欠き部３２に対応させて、長円形状または略楕円形状にしているが、これに限らない。例えば、ピン４４の断面形状を円形にすることも可能であるし、多角形形状（例えば、正六角形、正八角形など）にしても構わない。

　本実施形態のピン４４は、導光板３０の切り欠き部３２内を貫通するようにシャーシ４０の底面に固定されている。本実施形態のシャーシ４０は、方形状（典型的には長方形状）の底面部と、該底面部を囲うように形成された枠状の側壁部とから構成されており、前面側に向けて開口した箱型形状をしている。また、シャーシ４０は、金属材料（例えば、アルミニウム、鉄など）から構成されており、液晶表示装置１００の裏面全体を覆う板金部材である。なお、シャーシ４０と導光板３０との間には、反射シート（図示せず）を配置してもよい。

　図１に示した例では、本実施形態のバックライト装置５０には、導光板３０の表側に、複数のシート状の光学シート２１（２１ａから２１ｃ）が積層されてシャーシ４０の開口部を覆うように配置されている。光学シート２１の構成としては、例えば、液晶表示パネル１０側からシャーシ４０側に向かって順に、レンズシート２１ａ、プリズムシート２１ｂ、拡散板２１ｃで構成されているが、この組合せおよび順序に限定されない。

　本実施形態のバックライト装置５０においては、導光板３０の切り欠き部３２に充填材料３８が充填されている。充填材料３８は、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する材料から構成されている。また、充填材料３８は、ピンを覆うように切り欠き部３２内に充填されている。

　図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の導光板３０の長辺側および短辺側に形成された切り欠き部３２の周囲を示す部分拡大図である。図３（ａ）では、導光板３０の一側面３６に対向して配置されたＬＥＤ素子３５を示している。

　本実施形態の構成では、切り欠き部３２には、ピン４４を覆うように充填材料３８が充填されている。本実施形態の充填材料３８の一例は、ゲル状ポリスチレン樹脂、ゲル状シリコーン樹脂などである。この例では、充填材料３８として、ゲル状ポリスチレン樹脂を使用している。また、充填材料３８として、紫外線硬化樹脂を用いると、紫外線を照射することによって、切り欠き部３２に充填した樹脂の硬化を実行するので便利である。

　この例の充填材料３８の屈折率は、例えば１．３３以上であり、さらには、導光板３０を構成する材料の屈折率（１．５付近）と略同一であることが好ましい。

　本実施形態の構成によれば、切り欠き部３２においてピン４４を覆うように充填材料３８が配置されているので、切り欠き部３２内のピン４４の周囲が空気であった構成と比較して、切り欠き部３２およびピン４４による輝度ムラの影響を抑制することができる。すなわち、本実施形態の切り欠き部３２内は、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する充填材料３８で埋め尽くしているので、切り欠き部３２の界面での反射などを抑えることができる。したがって、図７（ａ）に示した構成における領域１５５ａでの輝度ムラ（切り欠きムラ）と比較して、図３（ａ）に示した切り欠き部３２に近接した領域５５ａでの輝度ムラ（切り欠きムラ）は大幅に緩和することができる。そして、充填材料３８の屈折率を、導光板３０の屈折率と略同一にすると、より一層、輝度ムラの問題を解消することができる。

　加えて、図３（ｂ）に示した切り欠き部３２においても、輝度ムラの問題を解消することができる。さらに説明すると、ＬＥＤ光源３５から出射されて導光板３０内を伝播する光（５５ｂ）が、切り欠き部３２を規定する側面（端面）に当たっても、切り欠き部３２内は充填材料３８で埋められているので、切り欠き部３２の界面で全反射が起こることが実質的に防止される。したがって、図７（ｂ）に示した構成における領域１５５ｃに生じた光が集まって生じる輝度ムラ（光漏れ）が生じることを、図３（ｂ）に示した構成では緩和することができる。そして、充填材料３８の屈折率を、導光板３０の屈折率と略同一にすると、より一層、その輝度ムラ（光漏れ）の問題を解消することができる。

　なお、上述した実施形態では、切り欠き部３２を、導光板３０の四辺のいずれにも形成したが、それに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、ＬＥＤ素子３５が対向する入射面３６となる辺には切り欠き部３２は設けずに、残りの３辺のいずれか又は全てに切り欠き部３２を設けるようにしても構わない。特に、ＬＥＤ素子３５の出射光が入射する部位の近くでは、輝度ムラ（切り欠きムラ）が発生する可能性が高くなるので、導光板３０を適切に位置決めできるのであれば、その辺（入射面３６）には切り欠き部３２を形成しないことも好適な構成の一つであり得る。

　また、図５（ａ）および（ｂ）に示した例では、充填材料３９は、粘性を有する材料である。なお、図５（ａ）および（ｂ）は、図３（ａ）および（ｂ）に対応した図である。粘性を有する充填材料３９で切り欠き部３２を充填した場合、輝度ムラを抑制できる効果に加えて、導光板３０とシャーシ４０との保持力を向上させることができ、その結果、振動および／または落下に強いバックライト装置５０を構築することが可能である。

　なお、本発明の実施形態のバックライト装置５０では、導光板３０を位置決めするピン４４を貫通させる切り欠き部３２内に充填材料３８（３９）を充填させた構造を説明したが、これとは技術的思想は本質的に異なるものの、導光板の凹部状の切欠部にＬＥＤ素子を配置する技術がある（例えば、特許文献２）。この技術は、凹部状の切欠部にＬＥＤ素子を配置してそれを接着剤で固定するものであり、本発明の実施形態に係る切り欠き部３２内におけるピン４４の周囲を充填材で覆うものとは顕著に異なる。すなわち、本発明の実施形態の構成では切り欠き部３２内にＬＥＤ素子３５は配置されていない。なお、ＬＥＤ素子を切り欠き部内に配置して接着剤で固定したとすれば、導光板とＬＥＤ素子との間に設計マージンを持たせることができなくなり、その結果、導光板の熱膨張などによってＬＥＤ素子の破損が生じる可能性がでてくる。

　また、上記の実施形態では、光源（発光素子）としてＬＥＤ素子３５を使用した例を示したが、切り欠き部３２内に光源３５が配置されずに、切り欠き部３２内にピン４４が配置される構成であれば、光源としては、他のもの（例えば、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ））を使用しても構わない。その場合でも、ピン４４の周囲の位置する屈折率の高い充填材３８（３９）によって、輝度ムラの問題を緩和させることができる。さらに、ピン４４の周囲を完全に充填材料３８（３９）で覆う他、位置合わせの公差によってピン４４の一部が切り欠き部３２の壁面に接触し、それ以外の領域を充填材料３８（３９）で覆う場合でも、従来の切り欠き部３２内が空気で覆われていた構成と比較すれば、輝度ムラの解消の効果が得られるものである。

　以上、本発明の具体例について図面を参照しつつ詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

　本発明によると、切り欠き部によって生じる輝度ムラの影響を抑制することができるバックライト装置を提供することができる。

１０   液晶表示パネル
１１   アレイ基板
１２   カラーフィルタ基板
１３   偏光板
２１   光学シート
３０   導光板
３２   切り欠き部
３５   光源（ＬＥＤ素子）
３６   入射面
３８   充填材料
３９   充填材料
４０   シャーシ
４４   ピン
５０   バックライト装置
１００ 液晶表示装置

Claims (8)

1. 　液晶表示パネルに光を照射するバックライト装置であって、
   　光源と、
   　前記光源が発した光を前記液晶表示パネルに照射させる導光板と、
   　前記導光板を位置決めするピンと
   　を備え、
   　前記導光板には、前記ピンを収納する切り欠き部が形成されており、
   　前記切り欠き部には、前記ピンを覆うように、空気の屈折率よりも高い屈折率を有する充填材料が充填されていることを特徴とする、バックライト装置。
2. 　前記充填材料は、ゲル状ポリスチレン樹脂またはゲル状シリコーン樹脂である、請求項１に記載のバックライト装置。
3. 　前記充填材料は、粘性を有する材料である、請求項１に記載のバックライト装置。
4. 　前記充填材料の屈折率は、前記導光板を構成する材料の屈折率と略同一である、請求項１から３のいずれか一項に記載のバックライト装置。
5. 　前記導光板は、四辺を有する矩形形状を有しており、
   　前記切り欠き部は、四辺のそれぞれに少なくとも一つずつ形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のバックライト装置。
6. 　前記導光板は、四辺を有する矩形形状を有しており、
   　前記光源は、前記矩形形状の四辺のうちの一辺に対向して配置されており、
   　前記切り欠き部は、前記四辺のうち、前記光源が対向して配置される一辺を除く辺に形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のバックライト装置。
7. 　さらに、前記導光板を収納するシャーシを備え、
   　前記ピンは、前記シャーシに配置されており、
   　前記光源は、発光ダイオード素子である、請求項１から６のいずれか一項に記載のバックライト装置。
8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載のバックライト装置を備えていることを特徴とする、液晶表示装置。

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