JP2001006416A - バックライト構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一様な高輝度の面発光が得られると同時に組
み込む機器の小型化及び薄型化にも貢献できるバックラ
イト構造を提供すること。 【解決手段】 配線基板等の導通材に導通させた半導体
発光装置２と、この半導体発光装置２の発光素子２ａか
らの光を取り入れて液晶表示パネル３等の裏面に向け面
発光する光透過性の導光板１とを備え、導光板１の発光
面と反対側の面のほぼ中央に半導体発光装置２を組み入
れ、発光素子２ａと導光板１の発光面との間に、発光素
子２ａからの光を導光板１の全面にほぼ一様に均等化す
るための光分散手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば携帯電話
等の液晶表示部等の光源として利用される面発光のバッ
クライト構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等の表示部には小型で消費電力
も小さい液晶ディスプレイが広く利用されている。この
液晶ディスプレイは、液晶パネルを表示面側に向けた姿
勢として配置されるもので、暗い場所でも文字や画像等
が見えるようにバックライトを備えるものが多い。

【０００３】携帯電話の液晶表示部は単色に光らせる液
晶としたものが一般的であり、表示面の面輝度を高くす
ることよりもむしろ表示面の全体に明暗の差がないよう
に一様に発光させることが必要である。このことから、
従来の携帯電話の分野では、光源としてチップＬＥＤを
複数個備えるとともに液晶パネルに一様に光を配光させ
るための導光板が組み込まれる。

【０００４】図６は導光板を備えるバックライト構造の
典型的な例の概略図であり、（ａ）は要部の縦断面図、
（ｂ）は同図（ａ）の右側面図である。

【０００５】図６において、従来のバックライト構造
は、プリント配線基板５１の上方に透明のアクリル板を
利用した導光板５２を配置するとともに、この導光板５
２の上に液晶を封入した液晶表示パネル５３を備え、プ
リント配線基板５１に搭載したチップ型の発光ダイオー
ド（以下、「ＬＥＤ」と記す）５４を光源として備える
というものである。導光板５２はＬＥＤ５４を配置した
側の辺をほぼ４５°のエッジ面５２ａとしＬＥＤ５４か
らの光を全反射させて入射させたり、このエッジ面５２
ａに沿ってミラー５２ｂを配置してこのミラー５２ｂか
らの反射光を入射させる。そして、導光板５２が液晶表
示パネル５３を向く面には微小な凹凸のパターン５２ｃ
を形成しておき、導光板５２に入射したＬＥＤ５４から
の光をこの凹凸パターン５２ｃによって拡散させて液晶
表示パネル５３の全体が一様な明るさとなるように照射
する。なお、ＬＥＤ５４は図示の例のように導光板５２
の右辺に沿って２個配置したり、高輝度化のためにそれ
以上の個数としたものが一般的である。

【０００６】このようなバックライト用の光源として用
いられるＬＥＤ５４は、旧来ではＧａＰを利用した緑色
発光のものが主であったが、最近ではＧａＮ系化合物半
導体を利用して高輝度化を達成した青色や緑色の発光の
ものに代わる傾向にある。このような高輝度のＬＥＤ５
４を用いれば、ＬＥＤ５４自身の個数も減らすことがで
きるほか、液晶表示パネル５３の画面も明るくなり表示
が観やすい製品の製造が期待される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来構造のバックライ
トは、要するに、ＬＥＤ５４は液晶表示パネル５３の全
体からみれば一つの小さな発光点でしかないので、この
ような点発光を液晶表示パネル５３の全体に拡散させる
ために導光板５２を備えるというものである。すなわ
ち、ＬＥＤ５４からの光を導光板５２で拡散させること
で、ＬＥＤ５４に近い位置だけが高輝度とならずに、液
晶表示パネル５３の全体の明るさを一様化しようとした
のである。

【０００８】しかしながら、ＬＥＤ５４からの光はエッ
ジ面５２ａまたはミラー５２ｂで反射されてから導光板
５２の側面から入射するので、間接光成分が多くなる。
すなわち、ＬＥＤ５４から導光板５２に取り入れられる
光の量には上限があり、ＬＥＤ５４の発光の利用効率は
高く維持できない。したがって、ＬＥＤ５４を２個また
はそれ以上に増やして液晶表示パネル５３の輝度を保つ
必要があり、コスト面だけでなく小型化が急速に進む携
帯電話やその他の小型機器への対応ができない。

【０００９】また、プリント配線基板５１の上にＬＥＤ
５４を搭載してその上に導光板５２を配置するので、液
晶表示パネル５３までの全体はプリント配線基板５１の
表面と導光板５２の底面との間のスペースを含めて合計
４層構造となる。このため、厚さにも制約を受けること
になり、薄型化への展開も乏しい。

【００１０】このように、従来のバックライト構造で
は、ＬＥＤからの光を導光板に通してから液晶表示パネ
ルに照射するので少ない個数のＬＥＤでは十分な表示輝
度が得られず、小型化や薄型化にも限界がある。

【００１１】本発明において解決すべき課題は、一様な
高輝度の面発光が得られると同時に組み込む機器の小型
化及び薄型化にも貢献できるバックライト構造を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、配線基板等の
導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光
装置からの光を取り入れて照明対象側に向け面発光する
光透過性の導光板とからなるバックライト構造であっ
て、前記導光板の発光面と反対側の面のほぼ中央に前記
半導体発光装置を組み入れ、前記半導体発光装置と前記
発光面との間に、前記半導体発光装置からの光を前記導
光板の全面にほぼ一様に均等化するための光分散手段を
備えたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、配線基板
等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体
発光装置からの光を取り入れて照明対象側に向け面発光
する光透過性の導光板とからなるバックライト構造であ
って、前記導光板の発光面と反対側の面のほぼ中央に前
記半導体発光装置を組み入れ、前記半導体発光装置と前
記発光面との間に、前記半導体発光装置からの光を前記
導光板の全面にほぼ一様に均等化するための光分散手段
を備えたことを特徴とするバックライト構造であり、導
光板の中央部分に半導体発光装置を組み入れても、導光
板の発光面との間の光分散手段によって光が分散され、
半導体発光装置に相当する部分だけが局部的に高輝度と
なることなく均一な発光が得られる。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記光分散手段
は、前記導光板の発光面側であって前記半導体発光装置
と対峙する位置に形成され、光分散材を混入した光分散
樹脂層であることを特徴とする請求項１記載のバックラ
イト構造であり、光分散材の混入量を調整することで導
光板の全体からの一様な発光を更に最適化できる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、前記光分散手段
は、前記半導体発光装置と前記発光面との間に組み込ま
れた光分散シートであることを特徴とする請求項１記載
のバックライト構造であり、光分散シートを薄くしても
光分散機能が十分なものであれば、導光板を従来のもの
と同じ程度の厚さのものが利用できる。

【００１６】以下に、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１７】図１は本発明のバックライト構造の概略で
あって、（ａ）は要部の切欠側面図、（ｂ）は透視平面
図、図２は液晶表示パネルの下側に配置した組立て状態
を示す切欠側面図である。

【００１８】図１に示すように、本発明のバックライト
構造は、平面形状を長方形とした導光板１とその中央部
の底面に組み込んだ半導体発光装置２とから構成された
ものである。そして、図２に示すように、内部に液晶を
封入した液晶表示パネル３の下面に沿わせて導光板１を
配置し、半導体発光装置２からの光を導光板１を通して
液晶表示パネル３の全体に均一に光を照射可能としたも
のである。

【００１９】導光板１は、たとえば透明のアクリル樹脂
を素材とし、液晶表示パネル３に臨む上面側にはその中
央部を除いて光散乱用の微小な凹凸パターン１ａを形成
し、中央部には外郭の平面形状が円形であって緩やかな
円弧状に凹ませた断面を持つ窪み１ｂを形成している。
また、導光板１の底面は、窪み１ｂに対応する部分の肉
厚が大きく縁部に向かうにつれて薄肉となるように４面
のテーパ面１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆをそれぞれ形成して
いる。

【００２０】なお、導光板１，半導体発光装置２及び液
晶表示パネル３のアセンブリは、図２に示すようにプリ
ント配線基板４の上に搭載され、半導体発光装置２をこ
のプリント配線基板４の配線パターンに導通させる。そ
して、本実施の形態では、プリント配線基板４と各テー
パ面１ｃ〜１ｆの間に楔状のスペーサ４ａを配置してい
る。このスペーサ４ａは絶縁性の樹脂に光反射性のフィ
ラー剤を混入したもので、テーパ面１ｃ〜１ｆを抜ける
光を液晶表示パネル３方向に反射させる反射面として機
能する。

【００２１】図３は半導体発光装置２の組込み部分及び
窪み１ｂの形成部分を示す拡大図であって、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は底面図である。

【００２２】図示のように、導光板１の底面であって窪
み１ｂの中央に対応する位置には半導体発光装置２を差
し込むための収納部１ｇを凹ませて設ける。この収納部
１ｇは矩形断面を持つように形成され、その中に半導体
発光装置２が差し込まれてエポキシ樹脂で封止される。
これにより、半導体発光装置２から放出される光のほぼ
全てを導光板１に入射させることができる。そして、収
納部１ｇの周りにはプリント配線基板４の配線パターン
に導通する２枚の電極５ａ，５ｂを配置し、一方の電極
５ａの上に半導体発光装置２を導通搭載している。

【００２３】半導体発光装置２は、ＬＥＤの発光素子２
ａを静電気保護用のツェナーダイオードを利用したサブ
マウント素子２ｂに導通搭載したものである。発光素子
２ａはたとえば光透過性のサファイアを基板としてＧａ
Ｎ系化合物半導体を積層した緑色または青色発光のもの
で、基板を上に向けて主光取出し面とするとともに底面
側のｐ，ｎの電極をサブマウント素子２ｂに導通させて
いる。サブマウント素子２ｂはたとえばｎ型のシリコン
を基板としてその一部をｐ型半導層とし、このｐ型半導
体層に形成したｐ側電極と電極５ｂとの間をワイヤ５ｃ
でボンディングしたものである。そして、サブマウント
素子２ｂの底面に設けたｎ側電極を他方の電極５ａに導
通搭載し、発光素子２ａをサブマウント素子２ｂに対し
て逆極性として導通させることで、発光素子２ａの静電
気保護を図ることができる。

【００２４】導光板１の上面に設けた窪み１ｂには、発
光素子２ａからの光が液晶表示パネル３の中央に集中し
ないようにするため、光分散剤を混入した樹脂を充填し
て光分散樹脂層６とする。この光分散樹脂層６に使用す
る樹脂としては、エポキシ樹脂等が好ましく、光分散剤
としては酸化チタンの微粉末等が利用できる。このよう
な光分散剤であれば、光の強弱の差を小さくし、滑らか
な面分布にする働きがあるので、発光素子２ａからの光
が透過していくとき散乱させて液晶表示パネル３の中央
部だけが局部的に高輝度化されてしまうことが抑えられ
る。

【００２５】ここで、発光素子２ａからはその上面の主
光取出し面と四方の側面から光が放出され、上面からの
光の殆どは光分散樹脂層６に入射し、側面からの光は導
光板１内を拡散していく。導光板１内を拡散した光の成
分は凹凸パターン１ａによって更に拡散されて液晶表示
パネル３の底面を照射するとともに、テーパ面１ｃ〜１
ｆでの全反射またはスペーサ４ａの表面からの反射光の
成分も液晶表示パネル３への照射光量として加わる。し
たがって、発光素子２ａに近い光分散樹脂層６の領域以
外では、導光板１の中に放出された光の成分が導光板１
のほぼ全体に一様に分布するようになり、しかも導光板
１の表面の凹凸パターン１ａによって拡散するので、導
光板１の表面の全体から液晶表示パネル３側に向けてほ
ぼ一様な輝度の光の照射が得られる。

【００２６】一方、発光素子２ａから光分散樹脂層６へ
の光の入射光量は大きいが、混入した光分散剤によって
光は液晶表示パネル３側にそのまま進むものと、窪み１
ｂの境界面を越えて導光板１の中に入射するものとに成
分が分かれる。したがって、光分散樹脂層６からの照射
光量と、発光素子２ａから直に導光板１に入射したもの
と光分散樹脂層６からの分散光として入射したものとの
合成の照射光量とがほぼ同じになるように調整すれば、
導光板１の全体をほぼ一様な輝度に設定できる。このよ
うな照射光量の調整は、導光板１の厚さや平面形状の大
きさ，窪み１ｂの大きさや深さ，窪み１ｂに充填する光
分散樹脂層６中の光分散剤の密度等を因子として決めれ
ばよい。

【００２７】以上の構成において、プリント配線基板４
を通じて半導体発光装置２に通電されると発光素子２ａ
が点灯し、先に説明したように、発光素子２ａの上面の
主光取出し面からの光の殆どが窪み１ｂに充填した光分
散樹脂層６に入射し、発光素子２ａの四方の側面からの
光は導光板１に直に入射する。そして、導光板１に入射
した光はテーパ面１ｃ〜１ｆによる全反射及びスペーサ
４ａ表面からの反射光が合成されて全体が一様に発光す
る。また、光分散樹脂層６に入射した光は、そのまま液
晶表示パネル３側に抜けるものと導光板１内に拡散され
る。そして、この光分散樹脂層６からの光の分散によっ
て、発光素子２ａが真下に位置している光分散樹脂層６
部分だけが高輝度となることなく、導光板１の全体をほ
ぼ一様な輝度で発光させることができる。

【００２８】このように、発光素子２ａを導光板１の中
央であってしかもその底面に凹ませて形成した収納部１
ｇの中に収めていても、導光板１の中央部分だけが明る
くなることはない。したがって、導光板１に臨んでいる
液晶表示パネル３の全体も一様な輝度で照明され、輝度
むらのない液晶画像の表示が可能となる。

【００２９】また、導光板１の中央に発光素子２ａを配
置するので、液晶表示パネル３の表示画面の中央部を核
とする光源となり、従来のように導光板１の縁に沿って
ＬＥＤを配置する場合に比べると表示画面の明暗の差も
小さくなる。すなわち、従来のように導光板１の縁にＬ
ＥＤを配置する構造では、ＬＥＤに近い部分の輝度は高
いが離れた縁部側では次第に輝度が低下していく。これ
に対し、本発明では導光板１の中央部に発光素子２ａを
位置させ、光分散樹脂層６による光の分散によって全体
を一様に設定できるので、輝度差のない表示が可能とな
る。

【００３０】また、発光素子２ａが導光板１の中に組み
込まれた構造なので、導光板１の外に配置する場合に比
べると発光素子２ａから導光板１に入る光量も格段に多
くなる。したがって、１個の発光素子２ａを光源として
いても導光板１からは高輝度の発光が得られる。

【００３１】更に、導光板１の中に発光素子２ａを没入
させて配置できるので、導光板１とプリント配線基板４
との間に隙間等を設ける必要がなく、従来構造に比べる
と装置の薄型化が図られる。

【００３２】図４は本発明の別の実施の形態によるバッ
クライト構造の要部を示す縦断面図である。

【００３３】図４において、図２に示した例と同様にプ
リント配線基板１１と液晶表示パネル１２との間に導光
板に相当する樹脂層１５が組み込まれている。樹脂層１
５は先の例と異なり透明のエポキシなどの液状樹脂を素
材とし、逆円錐台または逆四角錐台状に形成され、その
下端の中央にプリント配線基板１１の配線パターンに導
通する２枚の電極１１ａ，１１ｂをスペーサ１３の底面
から貫通させて取り付けている。そして、凹部１３ａの
中央には、先の例と同様の半導体発光装置１４を配置し
ている。この半導体発光装置１４は、ＧａＮ系化合物半
導体による青色または緑色発光の発光素子１４ａとこれ
を導通搭載した静電気保護用のサブマウント素子１４ｂ
との組合せであり、サブマウント素子１４ｂのｐ側電極
をワイヤ１４ｃによって電極１１ｂにボンディングする
等の導通構造は図３の（ａ）に示したものと同様であ
る。

【００３４】凹部１３ａの中は、液状樹脂を注入して硬
化させた樹脂層１５によって充填し、この樹脂層１５の
中にあった半導体発光装置１４の真上を占める領域に光
分散シート１６を配置する。図５にこのような樹脂層１
５の充填及び光分散シート１６を組み込むための製造工
程の概略を示す。

【００３５】まず、図５の（ａ）のように半導体発光装
置１４を実装したスペーサ１３に対して、導光板を形成
する液状樹脂１５ａを光分散シート１６の設置面となる
高さまで充填する。次いで、図５の（ｂ）のように光分
散シート１６を液状樹脂１５ａの表面であって半導体発
光装置１４の真上で展開するように載せる。そして、液
状樹脂１５ａが少し硬化して光分散シート１６が安定し
た後、同図（ｃ）のように液状樹脂１５ｂを更に注入し
て硬化させる。以上の工程により、図４のように光分散
シート１６が半導体発光装置１４の真上に浮いた状態で
樹脂層１５の中に封止される。

【００３６】ここで、樹脂層１５に使用する液状樹脂と
しては、エポキシ樹脂等が使用できる。また、光分散シ
ート１６としては、ポリエステルベースのフィルムの両
面に表面光拡散層及びパッキングコート層を形成したも
の等が使用でき、その光透過率は４０％〜６０％程度と
することが好ましい。

【００３７】図４の構成において、発光素子１４ａから
側方に放出される光は、樹脂層１５内を拡散していく成
分と逆円錐台または逆四角錐台の凹部１３ａの表面で全
反射された成分との合成によって液晶表示パネル１２側
へ放出される。また、発光素子１４ａから上に放出され
る光は、光分散シート１６に当たりそのまま液晶表示パ
ネル１２に向かう成分と拡散されて樹脂層１５内に向か
う成分とに分かれる。したがって、先の例と同様に導光
板に相当する樹脂層１５の全体から液晶表示パネル１２
に対して一様な輝度の光が放射されるように光分散シー
ト１６の分散度を調節すれば、発光素子１４ａに近い部
分だけが高輝度となることのない照明が得られる。

【００３８】

【発明の効果】本発明では、半導体発光装置からの光
を、導光板の発光面の全体がほぼ均一な明るさとなるよ
うに光分散手段によって輝度分布を調整でき、高輝度の
発光素子を１個だけ導光板の中央部に配置しても、発光
素子に近い部分だけが突出して高輝度となることがな
い。また、半導体発光装置からの光を直接光として導光
板に取り入れるので、利用効率が上がり、面輝度も向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバックライト構造の概略であって、
（ａ）は要部の切欠側面図 （ｂ）は透視平面図

【図２】液晶表示パネルの下側に配置した組立て状態を
示す切欠側面図

【図３】（ａ）は導光板に備える光分散樹脂層及び半導
体発光装置の組込み部分の拡大縦断面図 （ｂ）は（ａ）の底面図

【図４】本発明の別の実施の形態であって、スペーサの
凹部の中に導光板に相当する樹脂層と光分散シートを配
置する例の概略縦断面図

【図５】図４の樹脂層及び光分散シートの配置のための
製造工程の概略であって、（ａ）は液状樹脂をスペーサ
の凹部に注入する工程図 （ｂ）は注入した液状樹脂の表面に光分散シートを載せ
る工程図 （ｃ）は液状樹脂を更に注入して樹脂層の全体を形成す
る工程をそれぞれ示す概略縦断面図

【図６】導光板を備えるバックライト構造の典型的な例
の概略図であり、（ａ）は要部の縦断面図 （ｂ）は同図（ａ）の右側面図

【符号の説明】

１ 導光板 １ａ 凹凸パターン １ｂ 窪み １ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ テーパ面 １ｇ 収納部 ２ 半導体発光装置 ２ａ 発光素子 ２ｂ サブマウント素子 ３ 液晶表示パネル ４ プリント配線基板 ４ａ スペーサ ５ａ，５ｂ 電極 ５ｃ ワイヤ ６ 光分散樹脂層 １１ プリント配線基板 １１ａ，１１ｂ 電極 １２ 液晶表示パネル １３ スペーサ １３ａ 凹部 １４ 半導体発光装置 １４ａ 発光素子 １４ｂ サブマウント素子 １５ 樹脂層 １５ａ，１５ｂ 液状樹脂 １６ 光分散シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 十川 三臣 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 5F041 DA20 DA44 EE23 EE25 FF16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板等の導通材に導通させた半導体
   発光装置と、前記半導体発光装置からの光を取り入れて
   照明対象側に向け面発光する光透過性の導光板とからな
   るバックライト構造であって、前記導光板の発光面と反
   対側の面のほぼ中央に前記半導体発光装置を組み入れ、
   前記半導体発光装置と前記発光面との間に、前記半導体
   発光装置からの光を前記導光板の全面にほぼ一様に均等
   化するための光分散手段を備えたことを特徴とするバッ
   クライト構造。
2. 【請求項２】 前記光分散手段は、前記導光板の発光面
   側であって前記半導体発光装置と対峙する位置に形成さ
   れ、光分散材を混入した光分散樹脂層であることを特徴
   とする請求項１記載のバックライト構造。
3. 【請求項３】 前記光分散手段は、前記半導体発光装置
   と前記発光面との間に組み込まれた光分散シートである
   ことを特徴とする請求項１記載のバックライト構造。