JP2006310221A - 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、発光素子アレイモジュール（４２０）は複数の発光素子（４２１）を細長い基板（４２２）上にその長手方向に沿って配列し透明材料（４２３）により封止されて光出射部を形成し、金属Ｐ板（４３０）は金属の板金（４３３）の上に絶縁層（４３２）が形成され、当該絶縁層（２３２）の上に配線パターン（４３１）がプリントされて、立体的に折り曲げられた構成され、導光板（４１０）の入射面（４１１）は金属Ｐ板（４３０）によって光学的に封止される。
【選択図】 図２

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ＩＶＢ−ＩＶＢ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の入射面に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、ＬＥＤ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

液晶バックライトとして必要な光量を確保するためには、多数のＬＥＤチップをＬＥＤアレイモジュール上に狭いピッチで配置する必要がある。このような構成にした場合、充分な放熱対策を講じておかなければＬＥＤチップの温度は大きく上昇する。このような光源の温度上昇は、冷陰極線管の場合は大きな問題とはならない。しかしながら、ＬＥＤの発光効率はその温度上昇と共に低下するので、ＬＥＤチップが多数配置されたＬＥＤアレイモジュールを光源として用いられる液晶バックライトの照度が減少する。

また、多数のＬＥＤチップが配列されるために、ＬＥＤチップの個々で温度上昇が違えば、それに応じて、ＬＥＤチップの個々の明るさも異なる。結果として、液晶バックライトの画面の部分ごとに明るさが異なる。すなわち、液晶バックライトの明るさムラが発生する。

また、液晶ディスプレイの光源として液晶バックライトを使うためには、液晶ディスプレイの特徴であるセットの厚みが薄いという特徴を損なわないため、液晶バックライトの厚みを薄くする必要がある。そのために、液晶バックライトにおいて、ＬＥＤチップの温度上昇を防止するに充分な放熱構造を確保する空間を確保することは難しい。

さらに、液晶ディスプレイの画面サイズが大きいほど、使用されるＬＥＤチップの数も増えので、当然発熱量も多くなる。言い換えれば、より大きな放熱能力を有する放熱構造が必要とされる。現時点では、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の液晶ディスプレイの光源としての液晶バックライトをＬＥＤアレイモジュールで実現するためには、充分な放熱構造を薄いサイズで構成できるようにすることが大きな課題である。

ＬＥＤアレイモジュールの放熱は、ＬＥＤチップから光を取り出すことを阻害することなく実現されなければならない。そのために、ＬＥＤチップ（ＬＥＤアレイモジュール）の熱を吸収して外部に放熱させる熱伝達特性の良い放熱部材（例えば金属）は、ＬＥＤチップあるいはＬＤＥアレイモジュールの前面や側面に配置できない。つまり、放熱部材の配置場所は、ＬＥＤチップの背面に限定される。

なお、背面にはＬＥＤアレイモジュールに電力を供給する配線も必要であるので、放熱および配線の役割を満たす部材として、金属の板金の上に絶縁層と配線の銅箔をプリントした金属Ｐ板が知られている。そして、ＬＥＤアレイモジュールを金属Ｐ板の上に実装することで、効果的に放熱できる。放熱の観点からは、金属Ｐ板の面積を大きくすることが必要であるが、液晶バックライトを薄くするために金属Ｐ板の面積は大きくできない。その理由は、金属Ｐ板は液晶パネルと直交する方向に配置する必要があるからである。

具体的には、液晶バックライトでは導光板と光源の間に、光が効率よく導光板に入射できるように反射板が配置される。冷陰極線管を用いた液晶バックライトでは、冷陰極線管を囲むようにコの字に折り曲げた１枚の板金で反射板が構成される。１個のＬＥＤチップをそれぞれ封止樹脂でパッケージし、集光用のレンズを配置したＬＥＤ光源を多数個直線状に並べて、液晶バックライトに使用するときには、集光レンズの外径分は離してＬＥＤチップを配置する必要がある。つまり、仮に、各ＬＥＤチップを配置するピッチを小さくしても、隣接するＬＥＤチップからの光線は線上に位置するのではなく離散的に位置する。

このＬＥＤ光源を用いたときの反射板の形状は、冷陰極線管で用いられている反射板に、１個のＬＥＤ光源だけが挿入できる穴が、ＬＥＤ光源の個数分開いている。ＬＥＤアレイモジュールでは、ＬＥＤチップを直線上に配置した長手方向には、集光レンズのような集光手段は無く、ＬＥＤアレイモジュール前面からは連続した光線が射出するように設計されており、ＬＥＤ光源で用いているような多数の穴の開いた反射板は使用できない。

冷陰極線管を用いる光源においては用いられているような、冷陰極線管を囲むようにコの字に折り曲げた１枚の板金の反射板で、ＬＥＤアレイモジュールを囲むように反射板を構成することは、ＬＥＤチップの放熱の要求を満たすことができない。よって、このような反射板を採用することはできない。つまり、反射板は放熱を妨げず、ＬＥＤアレイモジュール前面を遮らない形状に構成する必要がある。

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構造と液晶バックライトの導光板との間に配置する反射板が放熱を妨げないように配置できることを実現し、コンパクトで明るい液晶表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明にかか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、
金属の板金の上に絶縁層を形成し、当該絶縁層の上に配線パターンをプリントし立体的に折り曲げられた金属Ｐ板と、
前記金属Ｐ板の立体的に折り曲げられた部分に配置される反射板とを備える。

本発明に係るエッジ入力型バックライトは、金属の板金の上に絶縁層を配置し、絶縁層の上に配線パターンをプリントした金属Ｐ板にＬＥＤアレイモジュールを実装し、金属の板金は立体的に折り曲げられ、反射板は立体的に折り曲げられた金属の板金の上に配置されるので、充分大きな放熱面積を薄い空間内で確保できるので、ＬＥＤチップの温度上昇を少なくでき、温度上昇によるバックライトの明るさ低下と明るさムラを低下できるとともに、反射板を取り付けるスペースを確保できることから、バックライトの明るさを明るくすることができ、ＬＥＤアレイモジュールの配線も兼ねることができるので、コストダウンを可能とする。

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の構成を示し、図２は光源部と導光部と結合部材である金属Ｐ板の構成を示し、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（ａ）に、本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトに用いられる光源部を導光板側から見た上面図を表し、図１（ｂ）に図１（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ断面を示す。図１（ａ）に示すように、複数のＬＥＤチップ４２１が細長い矩形状のアレイモジュール基板４２２上に配列され、接続され、透明な封止樹脂部４２３で封止されて、ＬＥＤアレイモジュール４２０が形成される。

図１（ｂ）に示すように、金属Ｐ板４３０は、金属板金４３３の上に絶縁層４３２が形成され、絶縁層４３２の上に配線プリント層４３１が形成されて構成されている。なお、金属Ｐ板４３０は、図１（ｂ）に示すように、４辺形の断面形成するように立体的に折り曲げられ成形されている。具体的には、金属Ｐ板４３０ｐは、互いに対応する側壁Ｗｓ１およびＷｓ２、当該側壁Ｗｓ１およびＷｓ２を接続する低壁Ｗｓｂ、側壁Ｗｓ２から離反する方向に延在する支持壁Ｗｓを有している。

複数個のＬＥＤアレイモジュール４２０が、ほぼ直線状になるように金属Ｐ板４３０の低壁Ｗｓｂ上に配列される。鏡面反射シート４５１および４６１はＬＥＤアレイモジュール４２０の側面に対向するように金属Ｐ板４３０に貼り付けられる。

図２に示すように、フレーム４８０上に反射シート４５０、導光板４１０、プリズムシート４６０、および拡散シート４７０の順番に積層されている。反射シート４５０、は白色のＰＥＴシートである。なお、反射シート４５０、導光板４１０、プリズムシート４６０、および反射シート４５０は、フレーム４８０の端部より所定の長さだけはみ出している。

上述のように構成された、反射シート４５０の下に、支持壁Ｗｓがその端部がフレーム４８０と端部と概ね当接するように、金属Ｐ板４３０がセットされる。なお、セットされた時点で、反射シート４５０は、支持壁Ｗｓの上面で保持されると共に、プリズムシート４６０の自由端は、金属Ｐ板４３０の支持壁Ｗｓ１の自由端に当接して保持される。結果、ＬＥＤアレイモジュール４２０から導光板４１０の入射面４１１に向かって照射される光は、鏡面反射シート４５１および鏡面反射シート４６１によって込められて、入射面４１１内に導かれる。

なお、プリズムシート４６０は、透明ＰＥＴシートを基材としてその一方の面に紫外線硬化樹脂などで微細なプリズムアレイを形成したものであり、プリズム面が反導光板側になるように設置することのより、導光板４１０からの光を正面方向に集光して正面方向を明るくする効果を有する。

図３を参照して、図２に示したＬＥＤアレイモジュール４２０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。フレーム４８０状に、反射シート４５０、導光板４１０、プリズムシート４６０、および反射シート４５０が重ねられて、ディスプレイフレーム４８０に挿入される。そして、金属Ｐ板４３０はフレーム４８０にビス止めされる。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示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金属Ｐ板４の構成図 図１に示した、光源部と金属Ｐ板と導光部との構成図 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金属Ｐ板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、４１０、５１０、５１１ 導光板
１１１、２１１、３１１、４１１ 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、４５０ 反射シート
２２０ ＬＥＤ光源素子
２２１、３２１、４２１、５２１ ＬＥＤチップ
２２２ 素子基板
２２３ 反射部材
２２４、３２４、４２３ 封止樹脂部
２２５ 接続電極
２５０、３５０ 光学フィルム
２６０、３６０、４８０ フレーム
２７０ 配線基板
３２０、４２０ ＬＥＤアレイモジュール
３２２、４２２ アレイモジュール基板
２７０、３７０、４３０、５３０、５７０ 配線基板
３３０ 反射フィルム
３７０、５７０ 配線基板
４３０ 金属Ｐ板
４３１ 配線プリント層
４３２ 絶縁層
４４０ 押え部材
４３３ 金属板金
４５１ 鏡面反射シート
４６０ プリズムシート
４６０ プリズムシート
４６０ プリズムシート
４７０ 拡散シート
４６１ 鏡面反射シート
５２０ ＬＥＤ素子
５２１ ＬＥＤチップ
５２２ 素子基板
５２３ 反射部材
５２４ 集光レンズ
５５０ 光学フィルム
Ｗｓ１、Ｗｓ２ 支持壁
Ｗｓｂ 低壁
Ｗｓ 支持壁

Claims (5)

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、
   金属の板金の上に絶縁層を形成し、当該絶縁層の上に配線パターンをプリントし立体的に折り曲げられた金属Ｐ板と、
   前記金属Ｐ板の立体的に折り曲げられた部分に配置される反射板とを備えるエッジ入力型バックライト。
2. 前記金属Ｐ板は、互いに対抗する第１および第２の側壁と、
   前記第１の側壁と第２の側壁とを接続する底壁と、
   前記第２の側壁から前記側壁に対して離反するように延在する支持壁とで立体的に構成され、
   前記発光素子アレイモジュールは、前記底部に配され、前記反射板は、前記第１および第２の側壁に配置され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. 前記導光板を前記金属Ｐ板に固定したとき、当該導光板の入射面は、前記第１および第２の即弊で光学的に封止されることを特徴とする、請求項２に記載のエッジ入力型バックライト。
4. 前記導光板と前記支持壁との間に、反射シートが設けられることを特徴とする、請求項３に記載のエッジ入力型バックライト。
5. 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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