JP2009117272A

JP2009117272A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2009117272A
Application number: JP2007291567A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Morifuji; 義博森藤
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】エッジライト方式の液晶表示装置において、点状光源の配列長さを必要最小限に抑えて狭額縁化を図り、同時に輝度ムラの解消を実現する。
【解決手段】導光板２の一辺に沿って点状光源であるＬＥＤ光源３が配列され、ＬＥＤ光源３の光が導光板２によって平面光に変換されて液晶表示パネル１に照射される液晶表示装置である。ＬＥＤ光源３のうち両側部分に位置するＬＥＤ光源３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、出光方向が配列方向と直交する方向に対して斜めになるように配置され、照射領域が拡大されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状光源の光を導光板により平面光に変換して液晶表示パネルに照射する液晶表示装置に関し、特に、輝度ムラを解消するための改良に関する。

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、ビデオカメラ、デジタルカメラ、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広く用いられている。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（平面光）を当てるための照明ユニット（面状光源装置）を内蔵した構成をとるものが多い。

ここで、照明ユニットは、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にＬＥＤ等の点状光源を配置する方式である。また、直下方式は、蛍光放電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の表示装置に適した方式と言うことができる。

ただし、前述のエッジライト方式の照明ユニットにおいては、狭額縁化や輝度ムラの解消が大きな課題となる。例えば、輝度均一性を考慮すると、導光板に沿って直線的に並べて配列されるＬＥＤ光源の配列長さを、液晶表示画面（表示領域）の長さよりも大きくする方が有利である。しかしながら、ＬＥＤ光源の配列長さを大きくする場合、ＬＥＤ光源を設置するために額縁領域を大きくする必要があり、狭額縁化の妨げになる。逆に、ＬＥＤ光源の配列長さを短くし、狭額縁化を図ろうとすると、輝度ムラが生ずる等の課題が残る。

このような状況から、導光板の入光面の形状を工夫することで前記輝度ムラを解消する試みもなされている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１記載の発明では、導光板の入光端面に凹型の半円と凸型の半円とが連続した波形形状のパターンを形成し、入射光を光源の配列方向に平行な方向に拡散し、輝度ムラを防ぐようにしている。
特開２００６−１６４５３０号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明のように、導光板の入光面に波形形状のパターンを形成する場合には、精度の高い加工が要求され、コストを上昇する原因となる。波形形状の精度が悪いと、却って輝度ムラの原因となるおそれがある。また、複数のＬＥＤが平行に並んでいない場合には、その並びに応じてＬＥＤの光の伝播方向に沿って夫々個別に対応する拡散パターンを形成する必要があり、拡散パターンの形成が複雑化する問題がある。

本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案されたものであり、点状光源の配列長さを必要最小限に抑えながら輝度ムラの解消を図ることが可能で、狭額縁化を実現することができ、輝度均一性に優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、導光板に対して精度の高い加工を施す必要がなく、製造コストの点でも有利な液晶表示装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、導光板の一辺に沿って点状光源が配列され、前記点状光源の光が前記導光板によって平面光に変換されて液晶表示パネルに照射される液晶表示装置であって、前記点状光源のうち両側部分に位置する少なくとも１つの点状光源は、出光方向が配列方向と直交する方向に対して外側方向に斜めになるように配置され、点状光源による照射領域が拡大されていることを特徴とする。

点状光源を配列して導光板に光照射して平面光に変換する場合、点状光源の配列長さを表示領域の対応する辺の長さよりも大きくし、輝度ムラを抑える必要がある。点状光源の配列長さが表示領域の辺の長さよりも短いと、特に表示領域の両側部分において輝度ムラが発生するおそれがある。

これに対し、本発明の液晶表示装置では、両側部分に位置する点状光源の出光方向を斜めに設定し、照射領域を拡大するようにしているので、配列長さを表示領域の対応する辺の長さよりも大きくすることなく、輝度ムラの発生が抑えられる。また、この時、導光板の入光面に精度の高い加工を施す必要もなく、製造コストの上昇も抑えられる。さらに、点光源の配列長さを大きくする必要がないので、その設置面積を削減することができ、狭額縁化が実現される。

本発明によれば、点状光源の配列長さを必要最小限に抑えながら輝度ムラの解消を図ることができ、液晶表示装置の狭額縁化を実現することが可能である。また、本発明によれば、導光板に対して精度の高い加工を施す必要がなく、製造コストの上昇も抑えることが可能である。

以下、本発明を適用した液晶表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、面光源装置であるバックライトユニット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１に示すように、液晶表示パネル１とバックライトユニット（導光板２及び点状光源であるＬＥＤ光源３）とを備え、これらの周囲を金属材料や樹脂材料等で形成されたフレーム４で保持するようにしている。

前記フレーム４は、前記液晶表示パネル１や導光板２の主面と略垂直な外枠部を有しており、この外枠部によって液晶表示パネル１や導光板２の外周を保持する。フレーム４は、外周を保持する機能を有していればよく、その構成材料は任意である。例えば、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、各種プラスチック等の樹脂材料であっても良いし、ステンレス、亜鉛めっき鋼、アルミニウム（合金や表面処理材等を含む。）、鉄、鋼等の金属材料であっても良い。あるいは、その他の材料でも構わない。この外枠部内面には、銀やアルミニウム、白色塗料等による反射部材（図示せず）を設けておくことも可能である。

液晶表示パネル１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、それぞれ偏光板を偏光軸が互いに直交するように貼り合わされている。

液晶表示パネル１には、駆動信号を供給するＬＳＩ１ａが実装されており、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１は多数の画素がマトリクス状に配列された表示領域を有することになる。

バックライトユニットは、前記液晶表示パネル１のバックライトとして組み込まれるものであり、光源であるＬＥＤ光源３からの光を前記液晶表示パネル１の背面に平面光として照射するための導光板２とを備える。また、導光板２の裏面側には、反射シート５が配されている。この反射シート５は、導光板２の光入射端面を除く３つの端面を覆うように、対応する３辺部分を直角に折り曲げたり、枠状に形成してフレーム４内に収容するように構成してもよい。

点状光源であるＬＥＤ光源３は、前記導光板２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、ＬＥＤ光源３が実装されたフレキシブル基板６が導光板２の短辺側に設置されている。なお、フレキシブル基板６が導光板２のどの辺に設けれられるかは、一般に液晶表示装置の全体設計と関わるため、短辺にこだわるものではなく、例えば長辺に設けられても良い。

図２は、前述の導光板２に対するＬＥＤ光源３の組み付け状態を示すものである。ＬＥＤ光源３は、その出光面が前記導光板２の１辺を構成する端面（入光面）と対向するように一列に配列されており、当該ＬＥＤ光源３から照射された光が前記入光面から導光板２へと導入され、所定の幅の平面光に変換される。

フレキシブル基板６は、前記導光板２の幅と略等しい長さを有する帯状のＬＥＤ光源実装部６ａと、当該実装部６ａから所定の方向（例えば直交方向）に引き出される引き出し配線部６ｂとから構成され、ＬＥＤ光源実装部６ａに前記ＬＥＤ光源３が所定の間隔（例えば等間隔）で配列された状態で実装されている。引き出し配線部６ｂは、例えばＬＥＤ光源３を駆動する電源部等に接続される。各ＬＥＤ光源３は、フレキシブル基板６上に形成された配線の端子部に電極がはんだ付けされており、フレキシブル基板６を介して外部駆動回路と電気的に接続されている。

前記ＬＥＤ光源３は、点状光源としての構成を有し、その出光面から導光板２の端面（入光面）に向けて光を照射する。したがって、前記導光板２及びＬＥＤ光源３により構成されるバックライトユニットは、いわゆるエッジライト方式の面状光源装置ということになる。

一方、前記導光板２と液晶表示パネル１の間には、複数枚の光学シート（ここでは３枚の光学シート７，８，９）が介在されており、これらが重ね合わされた状態でフレーム４に固定されている。なお、液晶表示パネル１の固定には、枠状の両面接着シート１０が用いられ、当該両面接着シート１０により液晶表示パネル１をフレーム４に接着固定することで、前記光学シート７，８，９や導光板２、ＬＥＤ光源３が実装されたフレキシブル基板６等が液晶表示パネル１とフレーム４の間に挟み込まれて固定される。

以上の構成により、ＬＥＤ光源３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２へ導かれ、導光板２のプリズム面により屈折されて液晶表示パネル１に照射される。液晶表示パネル１では照射された平面光が透過され、文字や映像等の画像が所定の明るさで表示されることになる。

前述の液晶表示装置においては、導光板２の１辺に沿ってＬＥＤ光源３が配列され、ＬＥＤ光源３から照射される光が導光板２で平面光に変換され、液晶表示パネル１に照射される。ここで、ＬＥＤ光源３は、図３に示す（ＬＥＤ光源３を導光板２の長辺側に配置した例として示す）ように、導光板２の表示領域Ｈの対向する辺の長さＬ１よりも配列長さＬ２が大きくなるように配列数、配列長さＬ２を調整するのが一般的であるが、この場合には、ＬＥＤ光源３の配列長さＬ２に応じて導光板２の対応する辺の長さＬ３を大きくする必要が生ずる。導光板２の１辺の長さＬ３がＬＥＤ光源３の配列長さＬ２よりも小さいと、両側のＬＥＤ光源３の光が導光板２に入射されず、光漏れ等の原因となる。

したがって、導光板２の寸法を拡大せざるを得ず、液晶表示装置の小型化の妨げとなる。また、ＬＥＤ光源３の設置面積も大きくなるので、額縁領域の狭小化の妨げにもなる。携帯機器等に用いられる液晶表示装置では、機器の小型化のために狭額縁化が要求されており、前記状況は大きな障害となる。

液晶表示装置の狭額縁化を実現するためには、ＬＥＤ光源３の配列長さＬ２を表示領域Ｈの辺の長さＬ１よりも小さくし、導光板２の辺の長さＬ３を小さくすればよいものと考えられる。しかしながら、ＬＥＤ光源３の配列長さＬ２を表示領域Ｈの辺の長さＬ１よりも小さくすると、表示領域Ｈの両側部分において輝度ムラが発生し、画像品位を大きく低下することになる。

そこで、本実施形態の液晶表示装置では、図４に示すように、配列されるＬＥＤ光源３のうち、両側部分に位置するそれぞれ少なくとも１つ（ここではそれぞれ２個のＬＥＤ光源３ａ，３ｂ及びＬＥＤ光源３ｃ，３ｄ）を斜めに配置し、ＬＥＤ光源３の配列長さＬ２を表示領域Ｈの１辺の長さＬ１とほぼ同じ長さとしている。

各ＬＥＤ光源３の出光方向は、基本的には前記導光板２の端面（入光面）に対して直交する方向である。言い換えると、ＬＥＤ光源３の出光方向は、ＬＥＤ光源３の配列方向（図中線ｘ）に対して直交する方向である。従って、導光板２の表示領域Ｈに対応する端面（入光面）を平坦面とし、この端面に沿ってＬＥＤ光源３の配列方向を設定すれば簡単に効率良く光を導入することができる。これに対して、両側に位置するＬＥＤ光源３ａ，３ｂ及びＬＥＤ光源３ｃ，３ｄの出光方向は、前記直交方向に対して斜めに設定されている。具体的には、図中左端に位置するＬＥＤ光源３ａ，３ｂは、左側に向かって斜めに出光するように出光方向が設定されている。逆に、図中右端に位置するＬＥＤ光源３ｃ、３ｄは、右側に向かって斜めに出光するように出光方向が設定されている。したがって、左右両側のＬＥＤ光源３ａ〜３ｄからの光は斜め方向から導光板２に入射されるので、表示領域Ｈの両側部分においても確実に光が入射され輝度ムラの発生を抑制することができる。この斜め入射の光は前記反射部材や反射シートによって導光板２内に反射されるので、配列されるＬＥＤ光源３全体では、照射領域が両側に向かって拡大された形になっている。この場合、両側部分に配置されているＬＥＤ光源３ａ〜３ｄのうち、内側のＬＥＤ光源３ｂ、３ｄの傾斜角度を、外側のＬＥＤ光源３ａ，３ｃよりも緩やかな傾斜角度に設定することで、配列方向に設定されている他のＬＥＤ光源３との出光方向を連続的に緩やかに変化させることができるので、輝度ムラをより抑制し得る。

前述のようにＬＥＤ光源３を配置した場合、ＬＥＤ光源３の配列長さＬ２を表示領域Ｈの１辺の長さＬ１とほぼ同じ長さとした場合にも、隅々にまで光が行き届き、輝度ムラが解消される。また、前記に伴って導光板２の１辺の長さＬ３も削減可能であり、ＬＥＤ光源３自体の設置面積の削減と相俟って、額縁領域の狭小化を進めることが可能である。

なお、図４に示す例では、両側部分に位置するＬＥＤ光源３ａ，３ｂ及びＬＥＤ光源３ｃ，３ｄの出光方向を斜めに設定し、導光板２のＬＥＤ光源３と対向する面（入光面）２ａは直線的な平面としているので、両側部分に位置するＬＥＤ光源３ａ，３ｂ及びＬＥＤ光源３ｃ，３ｄの出光面と前記入光面２ａは平行でない状態とされている。この場合、ＬＥＤ光源３ａ，３ｂ及びＬＥＤ光源３ｃ，３ｄから出光された光が前記入光面２ａで一部反射され、これが原因で損失が生じたり光漏れが発生する等、不都合が生ずるおそれがある。

このような不都合を回避するために、図５に示すように、ＬＥＤ光源３の出光面と入光面２ａとが略平行になるように、前記入光面２ａにＬＥＤ光源３の傾斜に合わせて斜めに形成した傾斜面を設けてもよい。図５に示す例では、両端に位置するＬＥＤ光源３ａ及びＬＥＤ光源３ｃの出光方向を斜めに設定し、これに対応して導光板２の両端に傾斜面２ｂ，２ｃを形成している。ＬＥＤ光源３ａの出光面と傾斜面２ｂが略平行であり、ＬＥＤ光源３ｃの出光面と傾斜面２ｃが略平行である。

前述のように、導光板２の入光面２ａにＬＥＤ光源３ａ，３ｃの傾斜に合わせて斜めに形成した傾斜面を設けることにより、全てのＬＥＤ光源３において出光方向と導光板２の入光面が直交することになり、ＬＥＤ光源３からの光がほとんど全て導光板２へと導かれ、ＬＥＤ光源３からの光の利用効率を向上することができる。

液晶表示装置の一例を示す分解斜視図である。導光板へのＬＥＤ光源の組み付け状態を示す要部概略斜視図である。ＬＥＤ光源の配列例を示す模式図であり、従来例に相当する配列を示す図である。本発明を適用した液晶表示装置におけるＬＥＤ光源の配列例を示す模式図である。本発明を適用した液晶表示装置におけるＬＥＤ光源の他の配列例及び導光板の形状例を示す模式図である。

符号の説明

１液晶表示パネル、２導光板、２ａ入光面、２ｂ，２ｃ傾斜面、３ＬＥＤ光源、４フレーム、５反射シート、６フレキシブル基板、７，８，９光学シート、１０両面接着シート

Claims

導光板の一辺に沿って点状光源が配列され、前記点状光源の光が前記導光板によって平面光に変換されて液晶表示パネルに照射される液晶表示装置であって、
前記点状光源のうち両側部分に位置する少なくとも１つの点状光源は、出光方向が配列方向と直交する方向に対して外側方向に斜めになるように配置され、点状光源による照射領域が拡大されていることを特徴とする液晶表示装置。
前記導光板の両側部分において、入光面の一部が前記斜めに配置された点状光源と略平行に対向するように傾斜面とされていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記液晶表示パネルの表示領域よりも前記導光板の長さが大きく形成され、前記斜めに配置された点状光源は、この大きく形成された前記導光板両側部分方向を指向していることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。