(57)【要約】      （修正有）【課題】  発光ダイオードを光源として用いる液晶表示装置において、複数の発光素子を設ける場合にも導光板に形成した傾斜面を用いて、液晶パネル方向に集光する。【解決手段】  液晶パネルに光を照射するバックライトを有する液晶表示装置において、バックライトに設けられた導光板１２０に、発光素子としてＬＥＤを設け、導光板の複数の角部にそれぞれＬＥＤを配置し、導光板の底面に第１の傾斜面と第２の傾斜面１８２とを有する４角錐を形成する。４角錐の第１の傾斜面と第２の傾斜面は異なる方向から来るＬＥＤからの光を導光板の出光面に向かうように反射させる。【選択図】    図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
上記発光素子からの光が入射する導光板と、
上記導光板の周囲に形成されたモールドとを有し、
該モールドは上記発光素子からの光を導光板に向かって反射することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項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。
【請求項３】
上記発光素子は出射部にレンズを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
表示パネルと、該表示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、
上記導光板の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、
上記導光板の周囲に形成されたモールドとを有し、
上記発光素子に隣接して上記側面を形成し、
上記発光素子は上記側面に沿う方向に並べられ、
上記発光素子から出射する光の一部は隣合う発光素子に向けて進み、
上記モールドに上記側面に対して傾斜する面を設けて、上記発光素子から出射した光を導光板に向けて反射させることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項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。
【請求項６】
上記発光素子は出射部にレンズを有することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
表示パネルと、該表示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が搭載された回路基板と、
上記導光板の周囲に形成されたモールドとを有し、
上記導光板は上記発光素子に隣接して入射面を有し、
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、
上記発光素子から出射する光の一部は隣合う発光素子に向けて進み、
上記回路基板とモールドとは上記発光素子から隣接する発光素子に向けて出射した光を導光板に向かけて反射させることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項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。
【請求項９】
上記発光素子は出射部にレンズを有することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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ている。
【０００６】
また、ＬＥＤから均一に光を出射させるために、ＬＥＤの出光部にレンズを設けたものも知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−０９２８８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、発光点が離散して配置されることから、導光板の入射面側では、光を均一に出射させることが困難となる。特に、ＬＥＤから出射する光の広がりを考慮して、ＬＥＤの出光部にレンズを配置した場合でも、ＬＥＤとＬＥＤとの間に生じる暗部を解決することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、導光板の周囲に形成されたモールドとを設け、該モールドには導光板の入射面に対して傾斜する傾斜面を設け、発光素子から導光板の入射面に沿う向きにも光を出射させ、該入射面に沿って出射した光を、前記傾斜面で反射させて導光板の入射面に向かうようにする。
【発明の効果】
【００１０】
ＬＥＤとＬＥＤとの間から導光板に光線を導くことが可能となり、ＬＥＤとＬＥＤとの間に生じる暗部を減少させることが可能となる。すなわち、ＬＥＤから導光板の入射面に対して平行に光を出射させ、モールドに設けた傾斜面を用いて、傾斜面の前方に光を向かわせることで、傾斜面の前方の導光板に光を導く事が可能である。そのため、ＬＥＤとＬＥＤの間であっても導光板の入射面に対して直交する方向から入射する光を増加させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、さらに導光板とＬＥＤとの周囲にモールドを形成する。モールドには導光板の入光面に向かい傾斜した傾斜面を形成する。
【００１２】
ＬＥＤから出射する光の一部を、導光板の入光面に沿って出射させ、傾斜面によりＬＥＤから導光板の入光面に沿って進む光を、導光板の入光面に向けて反射させる。
【００１３】
上記構成とすることで、隣合う２つのＬＥＤの間から導光板に入射する光を増加させることが可能となる。
【実施例１】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、図を解り易くするため、導光板１２０とＬＥＤ１５０との周囲に形成されるモールドを省略している。モールド及びバックライト１１０の詳細については後述する。
【００１７】
次に液晶パネル１について説明する。液晶パネル１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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
ＬＥＤチップ１５１の出射面側には、蛍光発光部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１５７はレンズ部で出射する光を拡散させる。また符合１５５は透明樹脂部でＬＥＤチップ１５１から発光した光が透過して前面および側面に出射可能となっている。
【００２５】
次に図３を用いてＬＥＤ１５０から出射する光について説明する。図３（ａ）は出射光を説明する概略斜視図で、図３（ｂ）は概略断面図である。
【００２６】
主にＬＥＤチップ１５１からは、矢印１３１に示す方向に光が出射する。矢印１３１はＬＥＤチップ１５１の発光面に鉛直で前面に向かっている。この矢印１３１の示す方向を主出射方向と呼ぶ。
【００２７】
対して本実施例では主出射方向１３１に対して交差する方向にも光が出射するようにした。この主出射方向１３１に対して交差し、チップ基板１５４に沿う方向を矢印１３２で示す。以後矢印１３２の示す方向を側面方向とも呼ぶ。
【００２８】
特に図３に示すＬＥＤ１５０はレンズ部１５７を備えており、光をレンズ部１５７により主出射方向１３１に対して均一に拡散するよう構成している。レンズ部１５７は出射面が出射する光に対して直交するように形成されており、出射面での反射、屈折を極力減少させている。
【００２９】
対して導光板１２０の入射面では、導光板１２０の屈折率により特定の角度以上の光は導光板と空気との境で反射される。そのため、側面方向１３２に出射する光は導光板１２０の入射面に対して平行に近い光であるため、導光板１２０に入射しないか、または導光板１２０で反射される方向に出射していることになる。
【００３０】
本実施例では、導光板１２０の入射面に沿う方向にもＬＥＤ１５０から光を出射させて、後述するモールドで導光板１２０に向けて反射させることで、ＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０との間から入射する光の量を増加させている。
【００３１】
次に、図４（ａ）に導光板１２０の概略平面図と、図４（ｂ）に概略側面図とを示す。導光板１２０は図４（ａ）に示すように矩形をしており、図４（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４（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。
【００３２】
図４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の上に入射面１２５に沿って並べられている。
【００３３】
ＬＥＤ１５０から出光した光は、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。
【００３４】
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。
【００３５】
次に図５を用いて溝１２６で反射する光について説明する。図5（ａ）は溝１２６が外側に凸の場合を示し、図５（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。
【００３６】
次に図６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の主出射方向１３１（図中Ｙ方向）は入射面１２５に略直交しており、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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に図７に暗領域２１０を減少させるために、入射面１２５にＬＥＤ１５０のレンズ部１５７と同様の曲面１２９を形成したものを示す。入射面１２５にレンズ部１５７に対向するように曲面１２９を形成する。レンズ部１５７から出射した光は曲面１２９に対して直交するように入射するため、導光板１２０に光が効率よく入射する。
【００３９】
特に曲面１２９は図中Ｘ方向に対して略直交する面を有しているため、導光板１２０に対してＸ方向に沿うように進む光も入射可能となる。そのためＬＥＤ１５０の間に生じる暗領域２１０を減少させることができる。
【００４０】
図７では、レンズ部１５７と曲面１２９との距離を小さくして、光の利用効率を向上させている。そのため、ＬＥＤ１５０を搭載するフレキシブル基板１６０の一部１６１が導光板１２０と重なっている。
【００４１】
すなわち、ＬＥＤ１５０のレンズ部１５７が曲面１２９により生じる凹部に入り込んでいるため、ＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０とを結ぶ直線上に位置するフレキシブル基板１６０の一部１６１は導光板１２０と重なることになる。
【００４２】
図８にフレキシブル基板１６０に白色または反射率の高い表面２１１を設けたものを示す。フレキシブル基板１６０で光を反射させて導光板１２０に向かわせることで、光の利用効率が向上する。
【００４３】
また、図８では暗領域２１０に対応して白色または反射率の高い表面２１１を形成し、さらに、ＬＥＤ１５０の入射面１２５側には光を吸収する部材２１２を設けた。光を吸収する部材２１２は、黒色または灰色の大きさの異なるドットを交互に配置することで、ＬＥＤ１５０近傍で反射する光の量を調整することが可能である。
【００４４】
次に図９を用いて、導光板１２０を収納するモールド１８０について説明する。モールド１８０は導光板１２０の周囲を取り囲むような形状をしており、図では解りやすくするため離して記載しているが、導光板１２０の入射面１２５以外の側面では、導光板１２０とモールド１８０は近接して設けられている。導光板１２０とモールド１８０を近接させることで、隙間から漏れる光を減少させることができる。また、側面から出射した光を反射させて再度導光板１２０に入射させることが可能となる。
【００４５】
図９では下側に記載した入射面１２５では、ＬＥＤ１５０がモールド１８０と入射面１２５との間に存在するため、ＬＥＤ１５０の背面に隣接するモールド１８０の一部は入射面１２５から離間して形成される。ただし、ＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０の間に形成されるモールド１８０の一部は入射面１２５に近接して突出部１８１を形成する。
【００４６】
ＬＥＤ１５０からは入射面１２５に沿う向き（側面方向１３２）にも光が出射しているため、突出部１８１と入射面１２５との間には隙間が形成される。突出部１８１によりＬＥＤ１５０から側面方向１３２に出射する光を反射させて導光板１２０側に向かわせることも可能であり、入射面１２５からモールド１８０側に出射する光を反射させて再度導光板１２０側に向かわせること可能である。
【００４７】
なお、フレキシブル基板１６０には図示していないが、図８に示す光を反射する部材２１１と、光を吸収する部材２１２を設けることも可能である。同様に本実施例に示す他のフレキシブル基板にも必要に応じて光を反射する部材２１１と、光を吸収する部材２１２を設けることが可能である。
【００４８】
次に、図１０に突出部１８１に傾斜面１８２を設けたものを示す。ＬＥＤ１５０からは、入射面１２５に沿う側面方向１３２に向かって光が出射しており、傾斜面１８２で反射されて入射面１２５に向かう光１３３となる。
【００４９】
傾斜面１８２で反射された光１３３はＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０の間から導光板１２０に入射しており、暗領域２１０を大幅に減少させることが可能となる。傾斜面１８２の角度を調節することで、傾斜面１８２で反射された光１３３は導光板１２０の入射面１２５に対して略垂直に入射することが可能である。
【００５０】
すなわち、傾斜面１８２を設けることで、ＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０との間に位置する入射面１２５から光を入射させることが可能になる。そのため、点光源であるＬＥＤ１５０を用いる場合でも、入射面１２５に沿って均一に光が略垂直に入射することが可能となる。
【００５１】
次に、図１１に導光板１２０を突出部１８１に近接して設けた場合を示す。導光板１２０にはＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０との間を埋めるように突出部１２８を設ける。導光板１２０の突出部１２８とモールド１８０の突出部１８１とで、空洞部１８２が形成される。空洞部１８２内にはＬＥＤ１５０が収納される。
【００５２】
導光板１２０の突出部１２８には傾斜面１８４が設けられ、入射面１２５に沿う方向に進む光１３２を反射して導光板１２０内部へ向かう光１３３としている。傾斜面１８４によりＬＥＤ１５０とＬＥＤ１５０との間で、入射面１２５に鉛直方向から入射する光の量を増加させている。
【００５３】
また、空洞部１８２内面ではＬＥＤ１５０から出射した光が反射される。空洞部１８２の内面で反射された光で、入射面１２５に入射可能な角度で到達した光は導光板１２０内部に入射されることから、光の利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】本発明の実施の形態である液晶表示装置の傾斜面を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態である液晶表示装置の反射部材を示す概略図である。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【符号の説明】
【００５５】
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…主出射方向光線、１３２…側面方向光線、１５０…ＬＥＤ、１５１…ＬＥＤチップ、１５２…ワイヤ、１５３…チップ端子、１５５…透明樹脂部、１５７…レンズ部、１５８…Ｐ電極、１５９…ｎ電極、１６０…フレキシブル基板、１８０…バックライト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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