JP2006302762A - エッジ入力型バックライト及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤアレイモジュールを用いたときのＬＥＤチップの温度上昇を抑える放熱を妨げない、安価で組み立て性の良い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 エッジ入力型バックライトにおいて、鏡面反射層（６５１）はＬＥＤアレイモジュール（６２０）の発光素子（６２１）から照射される光を導光板（６１０）に導き、樹脂フレーム（６８０）は鏡面反射層（６５１）を導光板（６１１）の射出面に対して傾斜させて保持して発光素子から照射される光を導光板（６１０）に向けて反射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置、特に液晶パネルをその背面から照明するバックライトに関する。

薄型軽量で画像表示が可能な液晶表示装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。液晶表示装置としては、透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、当該バックライトから発せられる照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成して表示する。バックライトとしては、略線状光源である冷陰極管を用いて、薄板状の導光板の側面より入射する方式のものが良く用いられている。

図４を参照して、上述の冷陰極線管を用いたバックライトについて説明する。図４（ａ）は、バックライトＢＬｃを出射面側から見た状態を示している。そして、図４（ｂ）は、図４（ａ）における直線Ｂ−Ｂに関するバックライトＢＬｃの断面を示している。図４（ａ）に示すように、バックライトＢＬｃは、導光板１１０および冷陰極線管１２０を含む。

図４（ｂ）に示すように、冷陰極線管１２０は、概ねコの字状の断面を有するリフレクタ１３０にて覆われている。なお、リフレクタ１３０の開放端は、導光板１１０の一端に接続されている。なお、図４（ａ）には、視認性の都合上、リフレクタ１３０は表示されていない。

冷陰極線管１２０から照射された光は、導光板１１０の入射面１１１から導光板１１０の内部に入射する。そして、光は、導光板１１０の対向する主面間で全反射を繰り返しながら伝播する。出射面１１２の対向面となる反射面１１３の表面には、伝播する光の一部を出射させるように、特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸が形成されている。

拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、および大きさの分布などを適度に設定することにより、液晶パネルの全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。導光板１１０の反射面１１３の側に、反射シート１４０を設けることにより、反射面１１３から導光板１１０の外部に漏れる一部の光を導光板１１０の方に反射して光の損失を防止する。

また、バックライトＢＬｃから出射する光の指向性を制御して所望の配光特性で液晶パネルを照明するために、一般的に、導光板１１０の出射面１１２の側に拡散フィルムやプリズムシートなどの光学フィルム１５０が設置される。なお、冷陰極線管１２０を囲み導光板１１０の入射面１１１に向かって開口するリフレクタ１３０が設けられる。これにより、冷陰極線管の発光する光を余すところ無く導光板に導くことが出来る。

さらに、最近、発光効率の高い発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称す）が開発され、これを液晶バックライト用の光源に用いることが提案されている。点光源であるＬＥＤから、バックライトとして使用可能な面状の発光を得る為の方法としては、多数のＬＥＤを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法が一般的である。

図５を参照して、上述の複数のＬＥＤにより面状の発光を得る方法の１つであるサイドエミッタ型のＬＥＤ発光素子を用いた方式について説明する。サイドエミッタ型においては、発光素子自身に箱状の反射部材が備えられる。なお、図５（ａ）は、光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図５（ｂ）は光源部を導光板２１０の入射面１１１から観察した状態を示している。

素子基板２２２上にＬＥＤチップ２２１をボンディングし、その周囲に反射部材２２３を設け、さらに透明な樹脂製の封止樹脂部２２４で封止される。そして、接続電極２２５が設けられて、サイドエミッタ型のＬＥＤ素子２２０が構成される。複数のＬＥＤ素子２２０がフレキシブル基板２７０上に配列して接続されて、光源部が構成される。

そして、光源部は、複数のサイドエミッタ型ＬＥＤ素子２２０の開口部それぞれが導光板２１０の入射面と近接して対向するように、樹脂フレーム２６０上に固定する。なお、図５（ｂ）においては、図５（ａ）に示されている透明な封止樹脂部２２４が割愛されている。このように構成することにより、光源部を導光板２１０と対向する所定の位置に安定に保持して出射した光を導光板２１０に導くことが出来る。

図６を参照して、上述の複数のＬＥＤにより面状の発光を得る別の方法について説明する。本方法においては、図５に示した方式と異なり多数の高出力のＬＥＤを導光板の端面に配置して直接光を入力する方式が採用されている。なお、図６（ａ）は光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図６（ｂ）は光源部を導光板５１０の入射面５１１から観察した状態を示している。

ＬＥＤ素子５２０は、素子基板５２２とＬＥＤチップ５２１と集光レンズ５２４を含む。ＬＥＤ素子５２０は、配線基板５７０の上に、直線状に多数配置される。反射部材５２３は断面がコの字状で、集光レンズ５２４が挿入できるだけの穴がＬＥＤ素子５２０の数だけ開いている。多数直線状に並んだＬＥＤ素子５２０と対向するように導光板５１０が配置される。このように構成することで、ＬＥＤ素子５２０からの光を導光板５１０に導くことができる。

図７を参照して、上述の複数のＬＥＤにより面状の発光を得るさらなる方法について説明する。本方法においては、図５および図６に示した方式と異なり複数のＬＥＤチップが１つの基板上に直線状に配列された状態で封止されているＬＥＤアレイモジュールとして構成される（例えば特許文献１参照）なお、図７（ａ）は光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図７（ｂ）は光源部を導光板３１０の入射面３１１から観察した状態を示している。

ＬＥＤアレイモジュール３２０は、複数のＬＥＤチップ３２１をアレイモジュール基板３２２上に直線状に配列して透明樹脂製の封止樹脂部３２４で封止されて構成される。このように、アレイモジュール３２０は１つの大きなアレイモジュール基板上（３２２）にマトリクス状にＬＥＤチップ３２１を配置して封止した後に、これを切断することによって効率よく作成できる。また、アレイモジュール基板３２２として配線基板を用いることにより、ＬＥＤアレイモジュール３２０内の複数のＬＥＤチップ３２１を内部で接続できき、接続点数が削減できる。

上述の如く構成されたＬＥＤアレイモジュール３２０の封止樹脂部３２４はその断面が矩形状となる。結果、封止樹脂部３２４は、アレイモジュール基板３２２と対向する面のみならずそれと隣接する側面部からも光が出射可能な光出射部になる。そして、封止樹脂部３２４およびアレイモジュール基板３２２の側面部に反射フィルム３３０を設けられる。これにより、ＬＥＤアレイモジュール３２０の側面部から導光板３１０の入射面３１１以外の部分に光が漏れることを防止して光を有効利用することが可能になる。

このＬＥＤアレイモジュール３２０を用いると、ＬＥＤチップを個々に封止したＬＥＤ光源素子を用いる場合に比べ、製造コストを低減でき、配線を簡略化出来る等大きな効果が期待できる。
特開２００４−２３５１３９号公報

上述のＬＥＤアレイモジュールは、液晶バックライトは光源部、導光板、導光板の前後にあるシート類、および液晶パネルを含めて、樹脂フレームで一体化されて構成される。そして、ＬＥＤアレイモジュール３２０を外装に入れて液晶表示装置として完成する。樹脂フレームは、導光板や液晶パネルやシート類の位置決めと固定の機能を有する。また反射板と一体となった陰冷極管も樹脂フレームに固定される。反射板は陰冷極管の光を導光板に導く機能とともに陰冷極管を樹脂フレームに固定する部材として機能する。

なお、光源として、ＬＥＤアレイモジュールを使用した場合でも、ＬＥＤアレイモジュールを配線基板上に実装したＬＥＤ光源ブロックを樹脂フレームに固定することが必要である。しかしながら、導光板とＬＥＤアレイモジュールは正確に位置決めできないと、明るさの低下や、明るさムラを招くため、樹脂フレームに導光板とＬＥＤ光源ブロックを正確な位置に固定することは性能確保のために重要である。

ＬＥＤアレイモジュールの側面から射出する光線を導光板に導くため、反射板は重要な構成部材である。しかしながら、冷陰極管で用いられるようなコの字状の反射板の中にＬＥＤ光源ブロックを入れるような構成適当ではない。なぜならば、陰冷極管と違ってＬＥＤ光源ブロックは充分冷却しながら使用しなければ、ＬＥＤチップの温度上昇によってＬＥＤチップ自身の温度が上昇して発光効率が低下してしまうが、上述の構成ではそのような冷却が非常に困難であるからである。

なお、ＬＥＤ光源ブロックの発熱量は、ＬＥＤチップの数とほぼ比例関係にある。つまり、液晶表示装置の表示画面のサイズが大きくなればなるほど、ＬＥＤ光源ブロックの発熱量も大きくなり、冷却の可否／要否がいっそう重要である。それ故に、１０インチから２０インチといった比較的大きな画面サイズを持った液晶表示装置の光源としての液晶バックライトを、その光源としてＬＥＤアレイモジュールで実現するためには、簡単な構成で反射板とＬＥＤ光源ブロックを導光板に対して位置決めできる構造を見出すことが重要である。

本発明は、上記の問題を考慮し、ＬＥＤアレイモジュールを用いたときのＬＥＤチップの温度上昇を抑える放熱を妨げず、簡単な構成でＬＥＤ光源ブロックと反射板を導光板に対して位置決め固定できる構造を実現し、安価で組み立て性の良いＬＥＤアレイモジュールを光源として用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明に係るエッジ入力型バックライトは、
略平板状で、側面部入射面から導入された光を対向する２つの主面の一方の出射面から出射させて面状の照明をする導光板と、
複数の発光素子を細長い基板の上にその長手方向に沿って配列し透明材料により封止して光出射部を形成した発光素子アレイモジュールと、
前記発光素子から照射される光を前記導光板に導く鏡面反射層と、
前記導光板と前記発光素子アレイモジュールと鏡面反射層とを所定の位置関係で保持する樹脂フレームとを備え、
前記鏡面反射層を樹脂フレームに固定したとき、鏡面反射層は前記導光板の前記射出面に対して傾斜していることを特徴とする。

本発明のエッジ入力型バックライトは、樹脂フレームに反射板を取り付けるベースが樹脂フレームと一体で成型されており、反射板は樹脂フレームに成型されたベースに取り付けられ、ＬＥＤアレイモジュールが複数配置されたＬＥＤ光源ブロックは前記樹脂フレームに固定され、反射シート、導光板、拡散シート、プリズムシートは、樹脂フレームで位置決め、固定されるので、ＬＥＤアレイモジュールと導光板の位置決めができ、反射板を所定の位置に固定でき、ＬＥＤアレイモジュールからの放熱を妨げない構造を提供できる。

以下に、図１、図２、および図３を参照して、本発明の実施の形態に係るエッジ入力型バックライトについて説明する。なお、図１はエッジ入力型バックライトにおける光源部と導光部と結合部材である樹脂フレームの構成を示し、図２は光源部のＬＥＤアレイモジュールの構成を示し、図３は光源部を結合部材である樹脂フレームに取り付ける様子を示す。

図１に示すように、本例に係るエッジ入力型バックライトにおける樹脂フレーム６８０は反射シート６５０、導光板６１０、プリズムシート６６０、および拡散シート６７０を保持するように構造されている。なお、図１には光源部と導光板６１０の結合部のみが表示されている。樹脂フレーム６８０は、導光板６１０の下面を保持する部分から光源部６２０に接するように延在する。なお、光源部６２０は、アレイモジュール基板６２２に配置された複数のＬＥＤチップ６２１が封止樹脂部６２４によって封止されたＬＥＤアレイモジュールである。以降、光源部６２０をＬＥＤアレイモジュール６２０と呼ぶ。

導光板６１０からＬＥＤアレイモジュール６２０に至る樹脂フレーム６８０の延在面上に鏡面反射層６５１が形成されている。導光板６１０からＬＥＤアレイモジュール６２０に至る樹脂フレーム６８０の延在面は導光板の延長線に対して近接するように傾斜していることが好ましい。傾斜していることによってＬＥＤアレイモジュール６２０から導光板６１０に至る光の利用効率が向上し、バックライトの明るさが向上する。ＬＥＤアレイモジュール６２０は、樹脂フレーム６８０によって、ＬＥＤアレイモジュール６２０が導光板６１０の入射面６１１に対して光学的に正しく位置決めされ固定される。

図２に導光板６１０から見たＬＥＤアレイモジュール６２０の上面を示す。本例では、３つのＬＥＤチップ６２１が細長い矩形状のモジュール基板６２２の上に配列され、接続され、そして透明樹脂製の封止樹脂部６２４で封止されて、１つのＬＥＤアレイモジュール６２０が形成される。

配線Ｐ板６３０には、複数のＬＥＤアレイモジュール６２０がほぼ直線状に位置するように実装される。そして、ＬＥＤアレイモジュール６２０の配線と、ＬＥＤチップ６２１を発光させるためのドライバー回路が配線Ｐ板６３０に実装される。

図３を参照して、図２に示したＬＥＤアレイモジュール６２０を、図１に示したように構成して、エッジ入力型バックライトを構成する方法について説明する。反射シート６５０（図１）、導光板６１０、プリズムシート６６０（図１）及び拡散シート１７０（図示せず）が重ねられて、ディスプレイフレーム８８０に挿入される。そして、複数のＬＥＤアレイモジュール８２０で構成されたＬＥＤアレイモジュール６２０の両端が、ビス８８１でディスプレイフレーム８８０に固定される。上述のようにバックライトを構成することで、光源としてＬＥＤアレイモジュールを導入できる。

本発明は、ＬＥＤアレイモジュールを光源として用いながら、コンパクトな構成でＬＥＤチップの温度上昇を抑えるという効果を有し、液晶テレビや特に小型、軽量が要求されるノート型パーソナルコンピュータに代表される映像表部として用いられるエッジ入力型バックライトおよび液晶表示装置等に利用できる。

本発明の実施の形態に係るエッジ入力型バックライトにおける光源部と導光部と結合部材である樹脂フレームの構成図 図１に示した光源部のＬＥＤアレイモジュールの構成図 本発明の実施の形態に係るエッジ入力型バックライトにおいて、光源部を結合部材である樹脂フレームに取り付ける様子を示す斜視図 従来の冷陰極線管を用いたバックライトの構成を示す図 サイドエミッタ型ＬＥＤ光源素子を用いた従来のエッジ入力型バックライトの構成を示す図 高出力型ＬＥＤ光源素子を用いた従来のエッジ入力型バックライトの構成を示す図 ＬＥＤアレイモジュールを用いた従来のエッジ入力型バックライトの構成を示す図

符号の説明

１１０、２１０、３１０、５１０、６１０ 導光板
１１１、２１１、３１１、５１１、６１１ 入射面
１１２ 出射面
１１３ 反射面
１２０ 冷陰極線管
１３０ リフレクタ
１４０、２４０、３４０、５４０、６５０ 反射シート
１５０、２５０、３５０、５５０ 光学フィルム
２２０、５２０ ＬＥＤ素子
２２１、３２１、５２１、６２１、ＬＥＤチップ
２２２、５２２ 素子基板
２２３、５２３ 反射部材
５２４ 集光レンズ
２６０、６８０、樹脂フレーム
２７０ フレキシブル基板２７０
５７０ 配線基板
３２０、６２０、８２０ ＬＥＤアレイモジュール
３２２、６２２、モジュール基板
２２４、３２４、６２４、封止樹脂部
２２５ 接続端子
６３０ 配線Ｐ板
８８１ ビス
６５１ 鏡面反射層
６６０ プリズムシート
６７０ 拡散シート
８８０ ディスプレイフレーム

Claims (3)

1. 略平板状で、側面部入射面から導入された光を対向する２つの主面の一方の出射面から出射させて面状の照明をする導光板と、
   複数の発光素子を細長い基板の上にその長手方向に沿って配列し透明材料により封止して光出射部を形成した発光素子アレイモジュールと、
   前記発光素子から照射される光を前記導光板に導く鏡面反射層と、
   前記導光板と前記発光素子アレイモジュールと鏡面反射層とを所定の位置関係で保持する樹脂フレームとを備え、
   前記鏡面反射層を樹脂フレームに固定したとき、鏡面反射層は前記導光板の前記射出面に対して傾斜していることを特徴とするエッジ入力型バックライト。
2. 前記鏡面反射層を樹脂フレームに固定したとき、鏡面反射層は前記導光板の前記射出面の対抗する他の主面から前記発光素子アレイモジュールの発光素子に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のエッジ入力型バックライト。
3. 請求項１に記載のバックライトを備える液晶表示装置。
   
   

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