JP2007041471A - バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子アレイモジュールで構成された光源を使用したバックライトの高信頼性化、高輝度化を図る。
【解決手段】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力部を形成する発光素子アレイモジュールを配線基板上に実装した光源部において、発光素子アレイモジュールの光出力部と導光板の入射面との間の空間を囲む様に２つの形状変形可能な反射面部材を配置し、かつ光源部は導光板を支持するフレームとは別の熱伝導の良い外装ケースに直接固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられ、液晶パネル等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ディスプレイは、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、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。

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。その基本構成を図５に示す。図５（ａ）は従来の冷陰極線管を用いたバックライトを出射面側から観察した正面図であり、図５（ｂ）はその断面図である。

冷陰極線管１２０から導光板１１０の側面１１１へ入射された光は、対向する主面間を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を形成して伝播する光の一部を出射させる様に構成する。この拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶パネル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。

また、導光板１１０の反射面１１３側に反射シート１４０を設けることにより、反射面から導光板外部に漏れる一部の光を導光板側に反射して光の損失を防止する。また、バックライト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（図示せず）を照明するために、導光板１１０の出射面１１２側に拡散フィルム、プリズムシートなどの光学フィルム１５０を設置するのが一般的である。

このとき、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を設ける。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。

更に最近、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。その一例を図６に示す。

図６は発光素子自身に箱状の反射部材を備えたサイドエミッタ型と呼ばれるＬＥＤ発光素子を用いた方式の構成を示す図であり、図６（ａ）は光源部を中心とした要部を示す部分断面図、図６（ｂ）は光源部を導光板から見た正面図である。なお図６（ｂ）では透明な封止樹脂部を割愛して表示している。

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を設け透明な封止樹脂２２４で封止し、接続電極２２５を設けて構成したサイドエミッタ型のＬＥＤ光源素子２２０を配線基板２７０上に配列して接続する。

この光源部を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２１１と近接して対向するように、フレーム２６０上に固定する。

このように構成することにより、光源部を導光板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に導くことが出来る。

更に、複数の発光素子を１つの基板上に直線状に配列して封止した発光素子アレイモジュールを用いる方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。その模様を図７に示す。図７は発光素子アレイモジュールを用いた方式の構成を示す図であり、図７（ａ）は光源部を中心とした要部を示す断面図、図７（ｂ）は光源部を導光板方向から見た正面図である。なお図７（ｂ）では透明な封止樹脂部を割愛して表示している。

発光素子アレイモジュール３２０は、複数の発光素子３２１をモジュール基板３２２上に直線状に配列して透明な封止樹脂３２４によって封止した構成である。このようなアレイモジュールは１つの大きな基板上にマトリクス状に発光素子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することが可能である。一般にはこの発光素子アレイモジュールを配線基板３７０に密着固定し、また配線基板は導光板を保持しているフレーム３６０に固定することにより、導光板の入射面３１１と発光素子アレイモジュールの位置決めを容易にしている。

前述のような方法で作成された発光素子アレイモジュール３２０の樹脂封止部３２４はその断面が矩形状となり、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。その側面部に反射部材３３０を設ける。これにより、発光素子アレイモジュール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することが可能になる。

このように発光素子アレイモジュールを用いると、発光素子を個々に封止したＬＥＤ光源素子など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

最近のバックライトはより明るいものが要望されており、そのため発光素子を高輝度で駆動するため、発光素子での発熱も大きい。しかしながら図７に示す従来の構造では必ずしも発光素子で発生する熱を効率良く放熱出来ていない。

一般に発光素子の封止には透明で耐熱性、耐候性に優れたエポキシが用いられるが、熱伝導性は悪く発光素子の発熱による放熱効果は十分ではない。よって発光素子の放熱は、主にアレイモジュール基板から配線基板を伝わって行われるのが好ましい。

しかしながら配線基板は、一般に導光板を保持する樹脂材で構成されたフレームに固定されているため、配線基板の熱はフレームに十分に伝わらない。例えモジュール基板、配線基板が熱伝導性の良い素材で構成されていても配線基板から先は熱伝導性が悪く、結局は発光素子を高輝度で駆動すれば、発光素子が高温になり発光効率や信頼性が低下するという問題が有った。

本発明は、上記の問題を考慮し、発光素子を高輝度で駆動しながら光利用効率の高いバックライトを提供することを目的とする。

上述した目的は、以下のバックライトにより達成される。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を配線基板上に実装した光源部において、前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の前記入射面との間の空間を囲む様に２つの形状変形可能な反射部材を配置し、かつ光源部は導光板を支持するフレームとは別の外装ケースに直接固定設置されていることを特徴とするバックライト。

本発明によれば、発光素子アレイモジュールが、密着した配線基板を介して熱伝導性の良い外装ケースに密着固定されるため、発光素子で発生する熱を効率よく外部に放熱出来る。このため発光素子を高輝度で駆動しても発光素子の温度上昇を低く抑えることが出来、高輝度で信頼性の高い光源が提供できる。また発光素子アレイモジュールは、導光板を保持するフレームとは別の外装ケースに固定する構造のため、導光板入射面と発光素子アレイモジュールの光出力部の相対位置決めの精度が低下する可能性があるが、両者の空間を囲む様に２つの形状変形可能な反射部材を配置することにより、相対位置決めの精度が多少低下しても発光素子アレイモジュールからの光を外に漏れることなく導光板入射面に効率良く伝えることが出来る。

（実施の形態１）
本発明のバックライトの第１の実施の形態を図１に、その光源部および発光素子アレイモジュールの構成を図２に示す。図２（ａ）は光源部を導光板の入射面側から見た正面図であり、図２（ｂ）はそのＸ−Ｘ’での断面図である。

光源部４８０の発光素子アレイモジュール４２０は、図２（ａ）に示されるように複数の発光素子４２１を細長い矩形状のモジュール基板４２２上に配列、接続してあり、かつ発光素子は図２（ｂ）に示されているように透明な封止樹脂４２４で封止された構成になっている。

光源部４８０は、この発光素子アレイモジュール４２０を配線基板４７０上に密着固定しかつ発光素子アレイモジュール４２０の近傍に押え部材４７５を配置したものである。

以下、本実施の形態に係るバックライトの構成および作用を説明する。

発光素子アレイモジュール４２０の光出射部と導光板４１０の光入射面４１１とをある間隔を有して対向するように配置する。フレーム４６０上に反射シート４４０、導光板４１０、プリズムシート４５０、拡散シート４５５の順に積層されている。

反射シート４４０は白色のＰＥＴシートである。プリズムシート４５０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、そのプリズム面が反導光板側になるように設置することにより、導光板からの光を正面方向に導き正面方向を明るくする効果がある。

さらに発光素子アレイモジュール４２０から出射された光が外に漏れないように、発光素子アレイモジュール４２０と導光板４１０とで出来る空間を囲むように反射部材４３０を設置する。

従来のバックライトにおいては、光源部は、図７（ａ）に示すように導光板を支えているフレームに固定されているのが一般的である。光源部からの光を効率よく導光板の入射面に入射させるには両者の相対的な位置決めが必要であり、このためには同一フレームに固定させる構造が相対的な位置決めに適しているためである。フレームは一般的に最終製品の重量やコストの面で樹脂材の場合が多い。この場合、光源部の発光素子で発生する熱は、モジュール基板、配線基板に伝わるが、樹脂製のフレームは熱伝導性が良くないので、放熱性の良くない構成となっている。このため光源の高輝度化には、適していない。

本実施の形態においては、図１に示す様に、光源部４８０は外装ケースに密着して固定される。そのため、発光素子４２１で発生する熱は、モジュール基板４２２、配線基板４７０、さらに外装ケース４９０に伝わり効率よくこのシステム外に放熱され、より高輝度化、高信頼性化が可能である。ここで外装ケース４９０は、熱伝導性の良い金属材が好適である。

さらに本実施の形態の特徴は、前記反射部材４３０が形状変形可能な部材で構成されていることである。すでに述べた様に、本実施の形態では、導光板４１０の支持構造体と光源部４８０を固定する構造体は、別であるため、両者の相対的な位置決めには、ずれが生じやすい。この多少のずれが生じても光源部発光素子モジュールからの光を効率よく導光板入射面に導くために変形可能な反射部材４３０を設置している。例えば、樹脂に銀を蒸着した反射シートなどが好適である。本発明によれば、高輝度で高信頼性のバックライトが実現できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明のバックライトの第２の実施の形態における光源部の発光素子アレイモジュールの図である。本実施の形態は、発光素子４２１から出射する光の内、導光板入射面の長手方向に逸れて、バックライトの照明に寄与しない光を効率よく導光板に取り込みバックライトの輝度を均一化するための発明である。

図３（ａ）は、本発明の発光素子アレイモジュールを導光板の入射面より見た正面図であり、図３（ｂ）は側面図である。発光素子と発光素子の間および発光素子アレイモジュールの両端に、反射ミラー４２６を配置して発光素子から出射された光の内、導光板の長手方向に逸れる光を反射ミラー４２６で反射させ導光板に取り込む様にしている。この構造により光の損失の少ないバックライトが実現できる。

（実施の形態３）
図４は本発明のバックライトの第３の実施の形態における光源部の図である。前記発光素子アレイモジュールを変更することなく多数配線基板に配列することにより、容易により大画面対応のバックライト用光源が実現出来る。図４にその一例として、配線基板に３個の発光素子アレイモジュールを横一列に配列した光源部である。本発明によれば、小サイズから大サイズまでのバックライトが容易に実現できる。

本発明のバックライト、及び液晶表示装置は、光源の信頼性を保ちながら高輝度化が可能であり、かつコンパクトに構成できるという効果を有し、かつ小サイズから大サイズのバックライトにも容易に対応出来るため、小型軽量が要求される携帯型情報端末やノート型パーソナルコンピュータなどの映像表部等に有用である。

本発明のバックライトの実施の形態１の構成図 （ａ）本発明のバックライトの実施の形態１の光源部を導光板の入射面側から見た正面図、（ｂ）その断面図 （ａ）本発明のバックライトの実施の形態２の光源部の発光素子アレイモジュールを導光板の入射面側からみた正面図、（ｂ）その側面図 本発明のバックライトの実施の形態３の光源部を導光板の入射面側から見た正面図 （ａ）従来の冷陰極管を用いたバックライトを示す正面図、（ｂ）その断面図 （ａ）サイドエミッタ型ＬＥＤ光源素子を用いた従来のバックライトの要部を示す部分断面図、（ｂ）その光源部を導光板側からみた正面図 （ａ）ＬＥＤアレイモジュールを用いた従来のバックライトを示す要部断面図、（ｂ）その光源部を導光板側からみた正面図

符号の説明

４１０ 導光板
４１１ 入射面
４２０ 発光素子アレイモジュール
４２１ 発光素子
４２２ モジュール基板
４２４ 封止樹脂
４２５ 光出射部
４３０ 反射部材
４４０ 反射シート
４５０ プリズムシート
４５５ 拡散シート
４６０ フレーム
４７０ 配線基板
４７５ 押え部材
４８０ 光源部
４９０ 外装ケース

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を配線基板上に実装した光源部において、前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の前記入射面との間の空間を囲む様に２つの形状変形可能な反射部材を配置し、かつ光源部は導光板を支持するフレームとは別の外装ケースに直接固定設置されていることを特徴とするバックライト。
2. 発光素子アレイモジュールは、発光素子の両端に、かつ各発光素子と交互に位置するように反射ミラーが配設されてなることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
3. 配線基板上に、前記発光素子アレイモジュールを複数個互いにほぼ接する様に長手方向に配列したことを特徴とする請求項１に記載のバックライト。

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