JP2004247145A

JP2004247145A - 照明装置および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004247145A
Application number: JP2003035208A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Owada; 幸大和田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】光のロスを防止して照度を高く保つことが可能な導光板と発光素子とを備えた照明装置およびこの照明装置を備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】貫通穴２０は前述したとおり発光素子１５近傍に形成されており、貫通穴２０を回路基板１３の裏面１３ｂ側から覗くと、発光素子１５の発光面１５ａの縁部１５ｂと、導光材１４の入射面１４ｃの縁部１４ｄが観察できる。
回路基板１３の裏面１３ｂ側から貫通穴２０を観察しつつ、発光素子１５が導光材１４の入射面１４ｃにできる限り接近するように導光材１４を調整する。回路基板１３に形成された貫通穴２０によって、発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間隔ｔを最大限狭められるように、回路基板１３と導光材１４とを位置決めすることが可能になる。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板と発光素子とを備えた照明装置およびこの照明装置を備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、表面に小さなＬＥＤ素子などの発光素子が実装された基板と、凹凸面が形成された導光材とを組み合わせて、液晶表示パネルを照明するようにした照明装置が知られている。従来、こうした照明装置の光量を高める手法として、導光材の形状を工夫したものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２６２２０６号公報
【０００４】
しかし、このような小型の照明装置は、電源などの制約や実装できるＬＥＤ素子などの発光素子のサイズ等から、光源となる発光素子の光量自体が限られており、導光材の改良だけでなく、発光素子から照射された光をできる限り効率的に利用して出射される光の光量を高める必要がある。様々な検証から、こうした光の効率的な利用に関して発光素子と導光材の入射面との隙間が大きく関わっていることが判明している。即ち、発光素子と導光材の入射面との隙間が僅かでも広がると、導光材の出射面（凹凸面）から出射される光の光量は急激に減少する。
このため、照明装置の光量を高めるには、発光素子が実装された基板と導光材との接合時の位置合わせが極めて重要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、照明装置が実装された液晶表示装置の組み立て段階では、発光素子及び導光材を覆うように液晶表示パネルが取り付けられるため、発光素子と導光材の入射面との位置合わせを目視で正確に行うことは困難であった。位置決め突起等で合わせることも考えられるが、小さな発光素子及び小型の導光材との組み合わせにおいては、このような位置決め突起などは大まかな位置決めには使用できても、発光素子と導光材の入射面との隙間を正確に狭めるように調整することは極めて難しい。
【０００６】
また、小さな発光素子、例えば発光面が２ｍｍ角程度で外形が３×２ｍｍ程度の大きさの発光素子、及び小型の導光材、例えば入射面の高さが１ｍｍ以下で幅が４〜５ｍｍ程度の大きさの導光材に、位置決めに有効な構造、例えば突起等を形成すること自体が極めて困難であり、事実上、簡単な構造物にすることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、光のロスを防止して照度を高く保つことが可能な導光板と発光素子とを備えた照明装置およびこの照明装置を備えた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光を内部に導入する入射面と、前記光を出射および反射させる凹凸面を有する導光材、および前記入射面に向けて光を照射する発光素子が表面に実装された回路基板とを備えた照明装置であって、前記導光材の入射面の縁部と、前記発光素子の縁部とが前記回路基板の裏面から観察可能な貫通穴を前記回路基板に形成したことを特徴とする照明装置が提供される。
【０００９】
このような照明装置によれば、回路基板に導光材を位置決め固定するにあたって、貫通穴から導光材の入射面の縁部と発光素子の縁部とを観察しながら接近させることで、導光材の入射面と発光素子との隙間を最大限小さくした状態で回路基板に導光材を固定することが可能になる。これによって、発光素子から照射された光が導光材の入射面に入射する前に大幅にロスしてしまうことを効果的に防止する。よって、照明装置の照明光の輝度を高く保ち、輝度ムラも低減することができる。
【００１０】
前記入射面と前記発光素子との間には前記導光材の屈折率に近似した屈折率を持つカップリング材層を形成してもよい。このカップリング材層を構成するカップリング材は、前記貫通穴から注入することができる。このような導光材の屈折率に近似した屈折率を持つカップリング材層を形成することで、発光素子から照射された光を一層効率的に導光材の入射面に入射させることが可能になり、照明装置の照明光の輝度は一層高く保つことができる。このようなカップリング材層を形成するにあたって、貫通穴はカップリング材の注入を容易にすることができる。
【００１１】
前記発光素子は前記回路基板の一端側に実装されるとともに、前記導光材の裏面側（反射板側）へ成型もしくは印刷等によって微細な多数の突起を構成し、スリットに前記発光素子が挿入される。前記照明装置に液晶表示パネルを覆い被せることで前記照明装置は前記液晶表示パネルのバックライトとして用いることができる。
【００１２】
上述したような照明装置を液晶表示パネルを備えた液晶表示装置に適用することで、液晶表示パネルの照明輝度は高く保たれ、液晶表示装置の視認性を大いを高めることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の照明装置を備えた液晶表示装置の一実施形態の分解斜視図であり、例えば、携帯電話機の表示部分に好適に用いられる。また、図２は図１に示す液晶表示装置の組み立て状態における側面断面図である。液晶表示装置１１は、大別して液晶表示パネル１２と回路基板１３と導光材１４とを備えている。これらは、組み立て状態においては、図２の如く互いに対面した液晶表示パネル１２および回路基板１３の間に導光材１４が挟まれた形態を成す。
【００１４】
回路基板１３の表面１３ａには、液晶表示パネル１２の制御回路を構成する電子部品（図示略）と、例えばＬＥＤ素子に代表される発光素子１５とが実装されている。発光素子１５は、導光材１４にムラなく光を入射させるために、例えば一直線上に３つ配置されれば良い。回路基板１３に実装された発光素子１５は、例えば青色発光素子および蛍光体、反射壁などから構成される、１パッケージで白色光を照射するＬＥＤ素子であればよい。回路基板１３の３つの発光素子１５が実装された部分には、後ほどその作用を詳述する貫通穴２０がそれぞれ形成されている。また、回路基板１３の両側寄りの発光素子１５の側端側には、位置合わせ穴１９が突設されている。こうした発光素子１５を実装した回路基板１３および導光材１４とで照明装置１０を構成する。
【００１５】
液晶表示パネル１２と回路基板１３との間は電気的に接続されている。また、回路基板１３には、電力供給源である電池や他の入出力装置の電気的接続のされている。液晶表示パネル１２は、例えば半透過型液晶表示パネルであり、表示エリア１２ａの裏面側から光を照射することで、文字や図形等を鮮明に表示することができる。
【００１６】
導光材１４は、図中上面が出射面１４ａとされている。また、図中下面は凹凸面１４ｂとされ、微小な略円筒形の凸部１８が反射面に多数配列形成されている。こうした凸部１８は、入射面１４ｃから遠ざかるにつれて、段階的に略円筒形の直径が大きくなるように形成されれば良い。これにより、入射面１４ｃに近い位置と遠い位置とで光量を均一にすることができる。
【００１７】
導光材１４の凹凸面１４ｂ側には、反射板４１が設けられる。また、導光材１４の出射面１４ａ側には、下から順に拡散板４２、２枚の集光レンズシート４３，４４が形成される。これら導光材１４、反射板４１、拡散板４２、２枚の集光レンズシート４３，４４によって、導光拡散部４５が構成される。このような構成によって、３つの発光素子１５から照射された光は導光材１４の凸部１８と反射板４１との間で反射を繰り返しつつ導光材１４内を伝搬し、出射１４ａから出射される。そして、拡散板４２、および２枚の集光レンズシート４３，４４によってムラのない均一な輝度の平行光にされ、液晶表示パネル１２を裏面側から照らし出す。
【００１８】
導光材１４の図中下面には、位置合わせ穴２１が形成されている。この位置合わせ穴２１は、液晶表示装置１１の組み立て過程において、回路基板１３の表面１３ａに形成された位置合わせ穴１９と係合させることで、回路基板１３に対する導光材１４の大まかな取り付け位置の位置決めを行う。
【００１９】
導光材１４の一端寄りには、矩形穴２２が形成される。この矩形穴２２は、回路基板１３の上に導光材１４を取り付けると３つの発光素子１５がこの矩形穴２２内に挿入される。
【００２０】
図３および図４に示すように、矩形穴（スリット）２２を構成する４方の壁面のうちの一方の面は入射面１４ｃとされている。矩形穴２２に入り込む３つの発光素子１５のそれぞれの発光面１５ａは、入射面１４ｃに対面する。矩形穴２２と発光素子１５との間の空間には、カップリング材層２３が形成されている。このカップリング材層２３は、導光材１４の屈折率と同じか、近似している材料を用いるのが好ましく、例えばアクリル系ＵＶ硬化樹脂ＴＦ−３３４８（日立化成）が一例として挙げられる。このようなカップリング材層２３は、発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間の空気層をなくして、発光素子１５から照射された光のロスを防止しつつ導光材１４の入射面１４ｃに向けて伝搬する役割を果たす。
【００２１】
図３から明らかなように、矩形穴２２の幅Ｄは組み立ての容易性や部品の寸法誤差等を勘案して発光素子１５の幅ｄよりも大きく形成されている。例えば、矩形穴２２の幅Ｄは発光素子１５の幅ｄよりも０．５ｍｍ程度大きく形成されている。このため、回路基板１３の上に導光材１４を取り付ける際に、発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの隙間ｔが大きく離れていたり、発光面１５ａと入射面１５ｃとが相互に傾いていたりすると、発光素子１５の光が導光材１４の入射面１４ｃに入射するまでに大きく光をロスする。回路基板１３に導光材１４を取り付ける工程では、発光素子１５を導光材１４の入射面１４ｃにできるかぎり近づけ、且つ両方の面を極力平行に固定することが肝要である。
【００２２】
回路基板１３の発光素子１５近傍に形成された貫通穴２０は、上述した回路基板１３に導光材１４を取り付ける工程において、発光素子１５を導光材１４の入射面１４ｃにできるかぎり近づけて固定することを極めて容易に可能にする。以下、この貫通穴２０の作用について詳述する。
【００２３】
液晶表示装置１１の組み立てにあたっては、図１の矢印Ｓ１のように、回路基板１３の表面に１３ａに導光拡散部４５を重ね合わせ、さらに矢印Ｓ２のように、液晶表示パネル１２を１８０度反転させて導光材１４の出射面１４ａに覆い被せて全体を固定する。なお、これら回路基板１３および導光材１４と、導光材１４および液晶表示パネル１２との間は例えば粘着テープ等で固定されればよい。
【００２４】
この液晶表示装置１１の組み立て時において、位置合わせ穴２１と位置合わせ穴１９とを合わせて導光材１４を回路基板１３に対して大まかに位置決めした後、図５に示すように、組立作業者は回路基板１３の裏面１３ｂから貫通穴２０を観察する。貫通穴２０は前述したとおり発光素子１５近傍、すなわち、発光素子１５の縁部１５ｂが貫通穴２０の中心付近に位置するように形成されており、貫通穴２０を回路基板１３の裏面１３ｂ側から覗くと、発光素子１５の発光面１５ａの縁部１５ｂと、導光材１４の入射面１４ｃの縁部１４ｄが観察できる。
【００２５】
組立作業者は、回路基板１３の裏面１３ｂ側から貫通穴２０を観察しつつ、図５中の矢印Ｐのように発光素子１５が導光材１４の入射面１４ｃにできる限り接近するように導光材１４を調整する。このように、組立作業者は回路基板１３に形成された貫通穴２０によって、発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間隔ｔを最大限狭められるように、回路基板１３と導光材１４とを位置決めすることが可能になる。
【００２６】
発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間隔ｔが最大限狭められるように位置決めしたら、液晶表示パネル１２と回路基板１３とを強く押圧して、粘着テープ等によって導光材１４を挟み込んだ状態で固定すれば、容易に、発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間隔ｔを最大限狭めた液晶表示装置１１を得ることが可能になる。発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間隔ｔが狭められれば、発光素子１５から照射された光が導光材１４の入射面１４に入射する前に大きくロスしてしまうことを防止できる。その結果、発光素子１５から照射された光はロスすることなく効率よく導光材１４の出射面１４ａから出射され、液晶表示パネル１２の輝度を高めて視認性を大いに向上させることができる。
【００２７】
導光材１４と回路基板１３および液晶表示パネル１２とを位置決め固定した後、更にこの回路基板１３に形成された貫通穴２０からカップリング材を注入して矩形穴２２の空間を埋めるのが好ましい。カップリング材層２３の形成にあたっては、回路基板１３の裏面１３ｂ側から貫通穴２０に注入針等を用いて、例えばＵＶ（紫外線）硬化性のカップリング材を流し込み、矩形穴２２の空間にカップリング材を充填した後、ＵＶ（紫外線）を照射して注入したカップリング材を固化させて、矩形穴２２内にカップリング材層２３を形成すれば良い。
【００２８】
このようなカップリング材層２３は、回路基板１３に形成された貫通穴２０によって最大限狭められた発光素子１５の発光面１５ａと導光材１４の入射面１４ｃとの間の僅かな隙間を埋め、発光素子１５の発光面１５ａから照射された光を更に効率よく導光材１４の入射面１４ｃに導く。貫通穴２０はこのようなカップリング材層２３の形成を容易にすることができる。
【００２９】
【実施例】
本出願人は本発明の照明装置の効果を検証した。検証にあたって、図６に示す測定サンプルを準備した。測定サンプルは、上述した実施形態の如き一面に凹凸面４１ｂが形成されたアクリル製の導光材４１と、この導光材４１の入射面４１ａに対面して設置された２つの発光素子４２ａ，４２ｂとから構成される。このような測定サンプルを用いて、発光素子４２ａ，４２ｂの発光面と導光材４１の入射面４１ａとの距離ｔを０ｍｍ，０．１ｍｍ，０．３ｍｍ，０．５ｍｍ，０．６ｍｍにそれぞれ変化させて、導光材４１の凹凸面４１ｂから出射される照明光の輝度を測定した。測定点は凹凸面４１ｂの９箇所（ｐ１〜ｐ９）に設定した。
照度の測定にはＣＡ−１５００（ミノルタ製）を用いた。光源である発光素子４２ａ，４２ｂは１５ｍＡの電流で発光させた。
【００３０】
以下、測定サンプルの距離ｔをそれぞれ０ｍｍ，０．１ｍｍ，０．３ｍｍ，０．５ｍｍ，０．６ｍｍに設定した時の９つの測定点の平均照度、中心の測定点（ｐ５）の照度（中心照度）、距離ｔが０ｍｍの場合と比較した輝度の低下率、および最高照度を表１〜表５にそれぞれ示す。また、表６に測定サンプルの距離ｔを０ｍｍにした場合を基準にして、距離ｔを０．１ｍｍ，０．３ｍｍ，０．５ｍｍ，０．６ｍｍに設定した時の輝度比と輝度ムラ比を示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
【表４】

【００３５】
【表５】

【００３６】
【表６】

【００３７】
以上のような測定結果から、発光素子の発光面と導光材の入射面との距離ｔが離れるに従って、導光材の凹凸面から出射される照明光の最高輝度および平均輝度は大幅に低下していくことが判明した。また、距離ｔが離れるに従って、凹凸面の面内での出射光の輝度ムラも大きくなることが判明した。上記各表から明らかなように、発光素子の発光面と導光材の入射面との距離が０．１ｍｍ開くだけで輝度は約３％低下し、０．５ｍｍ離れると輝度は約４０％も低下してしまう。
また、発光素子の発光面と導光材の入射面との距離が０．１ｍｍ開くだけで輝度ムラは約３％悪化し、０．５ｍｍ離れると輝度ムラは約１５％も悪化してしまう。このことから、カップリング層を設けない場合、輝度の低下率を２０％以下に抑えるためには、発光素子の発光面と導光材の入射面との距離ｔを０．３ｍｍ以下に抑える必要があることが判明した。
【００３８】
このような検証結果から、本発明の照明装置を構成する回路基板に形成された貫通穴によって、回路基板に導光材を固定する際に発光素子の発光面と導光材の入射面との距離ｔを接近させれば、導光材の凹凸面から出射される照明光の輝度を明るく保つことができ、また、輝度ムラも抑えられることが検証された。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の照明装置および液晶表示装置によれば、回路基板に導光材を位置決め固定するにあたって、貫通穴から導光材の入射面の縁部と発光素子の縁部とを観察しながら接近させることで、導光材の入射面と発光素子との隙間を最大限小さくした状態で回路基板に導光材を固定することが可能になる。これによって、発光素子から照射された光が導光材の入射面に入射する前に大幅にロスしてしまうことを効果的に防止する。よって、照明装置の照明光の輝度を高く保ち、輝度ムラも低減することができる。
【００４０】
また、前記入射面と前記発光素子との間には前記導光材の屈折率に近似した屈折率を持つカップリング材層を形成すれば、発光素子から照射された光を一層効率的に導光材の入射面に入射させることが可能になり、照明装置の照明光の輝度は一層高く保つことができる。このようなカップリング材層を形成するにあたって、貫通穴はカップリング材の注入を容易にすることができる。
【００４１】
上述したような照明装置を液晶表示パネルを備えた液晶表示装置に適用することで、液晶表示パネルの照明輝度は高く保たれ、液晶表示装置の視認性を大いを高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の照明装置を備えた液晶表示装置の一実施形態の分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す液晶表示装置の組み立て状態における側面断面図である。
【図３】図３は、図２に示す液晶表示装置の入射面と発光素子付近の拡大断面図である。
【図４】図４は、図２に示す液晶表示装置の貫通穴付近の拡大斜視図である。
【図５】図５は、貫通穴の作用を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例としての検証に用いた測定サンプルを示す説明図である。
【符号の説明】
１０照明装置
１１液晶表示装置
１３回路基板
１４導光材
１４ａ出射面
１４ｂ凹凸面
１４ｃ入射面
１５発光素子
１５ａ発光面
１８凸部
２０貫通穴
２２矩形穴（スリット）
２３カップリング材層

Claims

光を内部に導入する入射面と、前記光を出射および反射させる凹凸面を有する導光材、および前記入射面に向けて光を照射する発光素子が表面に実装された回路基板とを備えた照明装置であって、
前記導光材の入射面の縁部と、前記発光素子の縁部とが前記回路基板の裏面から観察可能な貫通穴を前記回路基板に形成したことを特徴とする照明装置。
前記入射面と前記発光素子との間には前記導光材の屈折率に近似した屈折率を持つカップリング材層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記カップリング材層を構成するカップリング材は、前記貫通穴から注入されたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記発光素子は前記回路基板の一端側に実装されるとともに、前記導光材の一端側にスリットが形成され、前記スリットの一内面が前記入射面を構成し、前記スリットに前記発光素子が挿入されて、前記発光素子の発光面が前記入射面に対面することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記照明装置に液晶表示パネルを覆い被せることで前記照明装置は前記液晶表示パネルのバックライトとして機能することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置と、液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。