JP2014122973A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトが熱膨張したときに、光学シート群が中フレームと導光板によって挟まれることによって、光学シート群に歪みが生ずることにより、画面に輝度むらが生ずることを防止する。
【解決手段】導光板の端部に突起が形成され、導光板の上に該突起を避けた形で光学シート群が載置されている。導光板の突起および光学シート群の端部を覆って中フレームが配置されている。導光板が膨張して、中フレームとの間隔が無くなっても、光学シート群の端部が中フレームと導光板の間に挟まれて光学シート群に歪が生ずることは無い。したがって、画面に輝度むらが生ずることも無い。導光板の突起と中フレームの間隔は小さく設定できるので、導光板が振動によって動くことによる異音も発生しない。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置にかかり、特に表示領域を大きくし、いわゆる額縁領域を狭くした車載用の小型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置は、薄型、軽量に出来ることからＴＶ、携帯電話等、色々な分野で用途が広がっている。最近では、車載用のディスプレイとしても広く使用されている。車載用の用途としては、振動等が加わるので、通常の液晶表示装置に比べて振動による問題を対策する必要がある。

また、車載用は、振動だけでなく、使用環境温度が−３０°〜＋８５°と広い。したがって、熱対策が必要である。特に光学シート類は、高温時に熱膨張によってうねりが発生すると低温になっても元に戻らないという問題がある。比較例として、例えば、医療用モニター用のディスプレイでは使用環境温度は０°〜＋６０°である。

さらに、車載では限られたスペースに液晶表示装置を配置する必要がある。液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。限られたスペースにバックライトを配置しようとすると、光源も小さなものとする必要があるので、光源としてはＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されている。ＬＥＤを導光板の側面に配置し、導光板の上に種々の光学シートを配置し、これらの光学部品をモールド内に収容することによってバックライトを構成している。

「特許文献１」には、ＬＥＤが配置される導光板のサイドの厚さを他の部分よりも大きくして、ＬＥＤからの光の入射量を多くするために、導光板の表面に傾斜部を形成した構成が記載されている。

特開２００８−４６４３０号公報

車載用の液晶表示装置においても、外形を一定に保ったまま、表示領域を大きくしたいという要求が強い。通常の液晶表示装置は、バックライトは、樹脂モールドの中に配置されるが、車載用の液晶表示装置では、外形を小さくするために、バックライトは、金属で形成された中フレームと下フレームの中に載置される。

また、車載用の液晶表示装置は、他の用途の液晶表示装置に比較して輝度を大きくする必要がある。そのためには、光源であるＬＥＤの消費電力が大きくなり、したがって、ＬＥＤからの発熱も大きくなる。このＬＥＤから発熱を効率よく放熱するためには、バックライトを金属内に配置するのがよい。

図８は車載用の液晶表示装置の平面図の例である。図８において、液晶表示装置の外形は、金属で形成された上フレーム２０によって覆われている。上フレーム２０の内側に液晶表示パネルの表示領域３００が形成されている。液晶表示パネルの背面には、図示しないバックライトが形成されている。図８において、表示領域の端部と上フレームの端部までの距離、いわゆる額縁は、短辺の方が長辺よりも大きい。このような構成の場合は、光源であるＬＥＤは短辺側に配置される。逆に、長辺側で額縁を大きくとれる場合は、長辺側に光源であるＬＥＤを配置する。

図９は、図８のＡ−Ａ断面図に対応する従来例における車載用液晶表示装置の断面図である。図９において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が図示しないシール材によって接着し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に図示しない液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００の下には下偏光板１０１が、対向基板２００の上には上偏光板２０１が貼り付けられている。ＴＦＴ基板１００、対向基板２００、下偏光板１０１、上偏光板２０１の組み合わせを液晶表示パネルと称する。

ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００が１枚となっている部分は、端子部となっている。端子部にはＩＣドライバ６０が搭載され、また、液晶表示パネルに、電力や信号を供給するためのフレキシブル配線基板８０が接続されている。液晶表示パネルの背面には、バックライトが配置している。バックライトは中フレーム３０と下フレーム４０の間に配置されている。バックライトの光源は図示していないが、複数のＬＥＤが導光板１０の側面に配置される。

図９において、下フレーム４０の底に反射シート１２が配置されており、反射シート１２の上に導光板１０が配置されている。反射シート１２と導光板１０によって、導光板１０のサイドから入射するＬＥＤからの光を液晶表示パネル側に向ける。導光板１０の上には、拡散シート、プリズムシート等の光学シート群が載置されている。光学シート群１８の役割は、光の利用効率を上げたり、バックライトの輝度むらを軽減したり、モアレを解消したりすることである。液晶表示パネルの端子部に接続されたフレキシブル配線基板８０は、下フレーム４０の背面に延在し、コネクタ８１を介して、プリント配線基板９０と接続している。プリント配線基板９０は、金属で形成された基板カバー５０によって保護されている。図９に示すような、液晶表示パネルとバックライトの組み合わせを液晶表示装置と呼ぶことにする。

図１０は図９に示す液晶表示装置において、導光板１０、光学シート群１８、中フレーム３０、下フレーム４０等を取り出した拡大断面図である。図１０において、下フレーム４０と反射シート１２の上に配置している導光板１０の上に載置されている光学シート群１８と、中フレーム３０との間には、隙間ｇ２が存在している。

しかし、液晶表示装置を動作させると、ＬＥＤからの熱、あるいは、車のエンジンの側からの熱等によって、バックライトの各部品が膨張する。熱膨張係数は、金属よりも樹脂のほうが大きい。例えば、中フレームはステンレスで、下フレームはＡｌで、導光板１０および光学シート群１８はポリカーボネートで形成されている。特に導光板が膨張し、図１０に示すギャップｇ２が無くなり、光学シート群１８が中フレーム３０と導光板１０との間に挟まれることになる。

一方、光学シート群１８は、平面方向にも熱膨張する。しかし、光学シート群１８の端部は、中フレーム３０と導光板１０との間で押さえられているので、平面方向に膨張することが出来ず、図１１に示すように、光学シート群１８に波打ちのような変形が生ずる。光学シート群１８にこのような変形が生ずると、この影響によって表示画面には輝度むらが生ずることになる。

図９における従来構造においても、図１０に示す光学シート群１８と中フレーム３０との間隔ｇ２を大きくすれば、熱膨張により、光学シート群１８が導光板１０と中フレーム３０によって挟まれる現象は回避することが出来る。しかし、図１０における間隔ｇ２を大きくすると、下フレーム４０内において、導光板１０が平面方向に動きやすくなり、液晶表示装置が自動車の走行中に振動すると、この振動によって、導光板１０が動き、振動音が生ずる。

本発明の課題は、振動による導光板１０の動きを防止し、同時に、光学シート群１８が中フレーム３０と導光板１０との間に挟まれることによる光学シート群１８の歪みを防止し、画面の輝度むらを防止することである。

本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、下フレーム内に導光板と前記導光板の上に載置された光学シート群と、前記光学シート群と前記導光板の端部を覆う中フレームを有し、前記導光板は、矩形であり、前記導光板の４隅には突起が形成され、前記導光板の突起の先端と前記中フレームの下面との距離ｇ１は、前記光学シート群の上面と前記中フレームの下面との距離ｇ２よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記光学シート群には、前記導光板の端部に形成された突起に対応する切り欠きが形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（３）前記導光板の突起の先端と前記中フレームの下面の距離は、０．０５乃至０．２ｍｍであることを特徴とする（２）に記載の液晶表示装置。

（４）前記液晶表示パネルは、クッションスペーサを介して前記中フレームに載置されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

本発明によれば、導光板の４隅に突起を設けることによって、光学シート群が、中フレームと導光板に挟まれて、歪むことを防止することが出来るので、画面の輝度むらを防止することが出来る。

また、本発明によれば、中フレームと導光板、あるいは、導光板の突起との距離を大きくする必要が無いので、振動による導光板の動き、あるいは、導光板の振動音を防止することが出来る。

本発明を示す液晶表示装置の断面図である。 スナップフィットの例を示す断面図である。 本発明による導光板の詳細図である。 図３の導光板に嵌合する光学シート群の例である。 光学シート群の斜視図である。 本発明の要部を示す断面図である。 熱膨張した状態における本発明の要部を示す断面図である。 本発明が適用される液晶表示装置の例の平面図である。 従来の液晶表示装置の断面図である。 従来例における中フレーム、導光板、光学シート群を示す断面図である。 従来例の問題点を示す断面図である。

以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。

図１は本発明を示す液晶表示装置の断面図である。図１は、図８に示す液晶表示装置のＡ−Ａ断面図である。図８については、すでに説明したので、説明を省略する。図１において、液晶表示パネルの背面に中フレーム３０と下フレーム４０内に配置されたバックライトが存在しており、全体が上フレーム２０によって覆われていることは図９において説明したのと同じである。また、ＴＦＴ基板１００の端子部には、ＩＣドライバ６０が配置され、フレキシブル配線基板８０が接続し、該フレキシブル配線基板８０は、下フレーム４０の背面に延在して、コネクタ８１を介して下フレーム４０の背面に存在するプリント配線基板９０と接続することも図９と同様である。

図１において、バックライトを収容している下フレーム４０はＡｌで形成されており、厚さは１ｍｍ程度と、厚く形成されている。下フレーム４０は、バックライトを収容すると同時に、ＬＥＤで発生する熱を放出する放熱板としての役割を有しているからである。図１における中フレーム３０と上フレーム２０は厚さが０．３ｍｍ程度のステンレスあるいは鉄によって形成されている。液晶表示装置を軽量に保つためである。

図１において、中フレーム３０と下フレーム４０は、図１には図示しないスナップフィットによって組み合わされている。図２はスナップフィット２５の断面図である、図２において、下フレー４０の側面に孔が形成されており、この孔に中フレーム３０の側面に切れ目を設け、一部を内側に折り曲げた部分が嵌合することによって、中フレーム３０と下フレーム４０を接合している。なお、中フレーム３０と上フレーム２０の組み合わせも図２と同様なスナップフィット２５によって組み合わされている。

図１と従来例である図８とが最も大きく異なる点は、導光板１０の形状である。図１において、導光板１０の端部には、突起１１が形成されている。導光板１０の突起１１の先端と中フレーム３０の内面との距離は、光学シート群１８の上面と中フレーム３０の内面との距離よりも小さい。つまり、導光板１０が熱膨張によって、中フレーム３０と接触しても、光学シート群１８が中フレーム３０と接触することはない。したがって、光学シート群１８が中フレーム３０によって端部を押さえられることによって、光学シート群１８が波うち状に変形することは回避することが出来る。したがって、光学シート群１８の変形による画面の輝度むらを抑えることが出来る。

導光板１０が熱膨張することによって、中フレーム３０のフランジ部が上に押し上げられても、液晶表示パネルと中フレーム３０との間には、クッションスペーサ７０が配置しており、クッションスペーサ７０は、柔軟につぶれるので、液晶表示パネルにストレスを生じさせることは無い。

図３は、本発明の特徴である、導光板１０の形状を示す例である。図３（Ａ）は導光板１０の平面図であり、図３（Ｂ）は導光板１０の長辺側の側面図であり、図３（Ｃ）は導光板１０の短辺側の側面図である。図３に示す導光板１０の特徴は、４隅に突起１１が形成されていることである。導光板１０に載置される光学シート群１８は導光板１０の４隅の突起１１を避けるような形状となっている。図４は、光学シート群１８の１部である、下拡散シート１３の平面図である。図４に示すように、下拡散シート１３は、導光板１０の４隅の突起１１に対応して、４隅が切り欠かれている。

図３に戻り、導光板１０の大きさが例えば、対角Ｄが４インチのとき、導光板１０の各ディメンジョンは、例えば、次のようである。図３（Ａ）に示すように、４隅の突起１１の平面は１辺の長さｐが０．５ｍｍ乃至１ｍｍの正方形であり、突起１１の高さｔ２は、図３（Ｂ）に示すように、１ｍｍ程度である。また、導光板１０の本体の厚さｔ２は３ｍｍ程度である。表示領域３００は突起１１よりも内側に形成され、導光板１０の端部と表示領域３００の端部の距離ｓは例えば２ｍｍである。

図５は、光学シート群１８の例を示す斜視図である。光学シート群１８は下から、下拡散シート１３、下プリズムシート１４、上プリズムシート１５、上拡散シート１６の順に導光板１０の上に載置される。図５において、一番下側が下拡散シート１３である。導光板１０から液晶表示パネル側に出射する光はＬＥＤの近くが比較的明るく、ＬＥＤから離れた部分、あるいは、ＬＥＤとＬＥＤの間が暗いというように、明るさむらを有しているが、下拡散シート１３はこのような明るさむらを緩和し、均一な輝度のバックライトを形成する。

下拡散シート１３の上には下プリズムシート１４が配置されている。下プリズムシート１４は例えば、図５のように、断面が３角のプリズムが横方向に延在し、縦方向に配列している。各プリズムのピッチは５０μｍ程度である。下プリズムシート１４は図５において、ａ方向に広がろうとする光を下プリズムシートの鉛直方向に向けて光の利用効率を上昇させる役割を有する。

下プリズムシート１４の上には上プリズムシート１５が配置されている。上プリズムシート１５は例えば、図６のように、断面が３角のプリズムが縦方向に延在し、横方向に配列している。各プリズムのピッチは５０μｍ程度である。上プリズムシート１５は図５において、ｂ方向に広がろうとする光を上プリズムシートの鉛直方向に向けて光の利用効率を上昇させる役割を有する。

図５において、上プリズムシート１５の上には、上拡散シート１６が配置されている。上拡散シート１６は液晶表示装置の画面におけるモアレの発生を抑制する働きを有する。すなわち、下プリズムシート１４あるいは上プリズムシート１５を出射した光は微視的にはプリズムピッチに対応して周期的に明るさが変化している。

一方、液晶表示パネルのＴＦＴ基板１００には、走査線が例えば、横方向に延在し、縦方向に配列している。したがって、走査線によって縦方向に、周期的に光を透過する部分と遮蔽する部分とが生ずる。また、液晶表示パネルのＴＦＴ基板１００には、映像信号線が縦方向に延在し、横方向に配列している。したがって、映像信号線によって横方向に周期的に光を透過する部分と遮蔽する部分とが生ずる。

そうると、下プリズムシート１４および上プリズムシート１５を通過した光と液晶表示パネルのＴＦＴ基板１００との間に光の干渉が生じ、モアレを発生する。上拡散シート１６はプリズムシートを透過してきた光の強弱を緩和することによって、ＴＦＴ基板１００に形成された走査線あるいは映像信号線との干渉を緩和し、モアレの発生を抑制する役割を有している。なお、上拡散シート１６は、モアレが問題にならない場合は、省略される。下拡散シート１３、上拡散シート１６の厚さは例えば１４０μｍ、下プリズムシート１４、上プリズムシート１５の厚さは１５５μｍである。

図５は光学シート群の例であり、このほかの例としては、上拡散シートのかわりに、ＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）が使用される場合もある。これは、下偏光板の透過方向と位相の異なる光を反射し、下方の光学部品で再び反射することにより位相が変化した光を通過させることによって、バックライトの光の利用効率を上げるものである。ＤＢＥＦの厚さは、例えば、２８０μｍ乃至４００μｍである。

車載用の液晶表示装置に使用される光学シート群の例としては、この他に、ディスプレイからの出射光に指向性を与えるためのいわゆるルーバーフィルムを使用する場合もある。

図６は、本発明の要部を示す導光板１０、光学シート群１８、中フレーム２０の関係を示す拡大断面図である。図６において、導光板１０に光学シート群１８が載置されている。光学シート群１８は、下拡散シート１３、下プリズムシート１４、上プリズムシート１５、上拡散シート１６の４枚である。導光板１０の端部には、突起１１が形成されており、突起１１の高さは、光学シート群１８の合計の厚さよりも大きい。なお、図６における光学シート群１８と導光板１０の突起１１の水平方向の距離ｄは、光学シート群１８の切り欠き部１７と導光板１０の突起１１の間の距離であり、光学シート群１８が導光板１０に容易に載置されるようにするための、余裕寸法である。

導光板１０の突起１１と中フレーム３０の下面との距離ｇ１は０．０５ｍｍ乃至０．２ｍｍ程度である。通常においても、この程度の間隔であれば振動によって導光板１０が下フレーム４０内でずれることは無い。一方、中フレーム３０の下面と光学シート群１８の上面との間隔ｇ２は０．２ｍｍ程度である。しかし、常に、ｇ２＞ｇ１である。つまり、光学シート群１８の上面は、常に、導光板１０の突起の先端よりも下側にある。

図７は、ＬＥＤ等によって、バックライトの各部品の温度が上昇して、導光板１０の突起１１と中フレーム３０とが接触した場合である。この場合でも、光学シート群１８の上面は、導光板１０の突起１１の先端よりも下側にあるので、従来のように、光学シート群１８が導光板１０と中フレーム３０によって挟まれることによって、光学シート群１８に波打ち変形が生じ、その結果画面の輝度にむらが生ずるという問題は回避することが出来る。

導光板１０の熱膨張が大きいと、中フレーム３０を白矢印のように上側に押し上げるが、中フレーム３０の上に存在しているクッションスペーサ７０は、スポンジ状のもので形成されており、圧縮力によって容易につぶれるので、クッションスペーサ７０の上に載置されている液晶表示パネルに応力が加わることは無い。

このように、本発明によれば、導光板１０の４隅に突起１１を形成することによって、ＬＥＤの発熱等によってバックライトの温度が上昇しても、中フレーム３０と導光板１０の間に光学シート群１８の端部が挟まれて光学シート群１８が変形することによる輝度むらの発生を防止することが出来る。また、中フレーム３０と導光板１０の突起１１の間隔を小さく抑えることが出来るので、振動による導光板１０の動きを防止することが出来、液晶表示装置に振動が加わっても、導光板１０が動くことによる異音の発生を防止することが出来る。

１０…導光板、 １１…導光板の突起、 １２…反射シート、 １３…下拡散シート、 １４…下プリズムシート、 １５…上プリズムシート、 １６…上拡散シート、 １７…光学シートの切り欠き、 ２０…上フレーム、 ２５…スナップフィット、 ３０…中フレーム、 ４０…下フレーム、 ５０…基板カバー、 ６０…ＩＣドライバ、 ７０…クッションスペーサ、 ８０…フレキシブル配線基板、 ８１…コネクタ、 ９０…プリント配線基板、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…下偏光板、 ２００…対向基板、 ２０１…上偏光板、 ３００…表示領域、

Claims (4)

1. 液晶表示パネルとバックライトを有する液晶表示装置であって、
   前記バックライトは、下フレーム内に導光板と前記導光板の上に載置された光学シート群と、前記光学シート群と前記導光板の端部を覆う中フレームを有し、
   前記導光板は、矩形であり、前記導光板の４隅には突起が形成され、
   前記導光板の突起の先端と前記中フレームの下面との距離ｇ１は、前記光学シート群の上面と前記中フレームの下面との距離ｇ２よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光学シート群には、前記導光板の端部に形成された突起に対応する切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記導光板の突起の先端と前記中フレームの下面の距離は、０．０５乃至０．２ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶表示パネルは、クッションスペーサを介して前記中フレームに載置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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