JP2007087782A

JP2007087782A - 面状光源装置

Info

Publication number: JP2007087782A
Application number: JP2005275224A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirabayashi; 健平林
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】輝度品位を向上したバックライトを提供する。
【解決手段】発光ダイオード３から導光板５へと照射した光の漏れを防止する漏れ防止部材25を配設する。発光ダイオード３から導光板５へと照射した光を、漏れ防止部材25により反射、あるいは遮光して、発光ダイオード３から導光板５へと照射した光の拡散を防止する。発光ダイオード３からの光を有効に利用して充分な輝度を確保できるとともに、輝度むらを抑制できるなど、バックライト１の輝度品位を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードから導光体へと光を照射する面状光源装置に関する。

従来、液晶表示素子(ＬＣＤ)などの背面に取り付けられるディスプレイ用・照明用の面状光源装置としての補助光源であるバックライトは、小型な面光源である光源と、この光源からの光を面状に屈折させて面状光源に変換する四角形平板状の導光体である導光板とを有し、この導光板の表裏面には、導光板へと入射した光を透過あるいは反射させる各種の光学シートが貼着されている。

特に、このバックライトが携帯電話などの用途に使用される場合には、光源として複数の発光ダイオード(ＬＥＤ)を使用する傾向にあり、これら発光ダイオードは、例えばフレキシブルプリント基板に実装され、導光板の一辺に沿ってそれぞれ配置されている。

そして、このようなバックライトに用いられる発光ダイオードとしては、基板上に実装したＬＥＤチップの全体を、蛍光物質を含有する合成樹脂により覆ったものが知られている(例えば、特許文献１参照。)。

これに対して、近年、輝度を向上するために、ＬＥＤチップにレンズ機能を付加した発光ダイオードが登場してきている。このような発光ダイオードは、従来の発光ダイオードよりも導光板への接続効率がよく、また、合成樹脂でＬＥＤチップを覆わないため、薄型化が可能であるなどの利点を有している。

しかしながら、このような発光ダイオードでは、レンズ機能を付加したことにより、レンズ形状の一部から光が漏れてしまったり、レンズ形状による光の反射でバックライトの一部に光が集中し、見栄えが良好でなかったりするという問題がある。

また、バックライトにおいては、発光ダイオードと導光板との間には、隙間があり、導光板と空気との屈折率の差などにより、発光ダイオードの光の出射端面、あるいは導光板の入射端面において光が反射して、入射光が少なくなるという問題もある。

さらには、発光ダイオードと導光板との位置がずれてしまうと、バックライトの輝度の低下や輝度むらとなるおそれがある。
特開２００４−１７２５８６号公報

このように、上述した従来のバックライトでは、輝度が充分でなく、また、輝度むらが発生するおそれがあるなど、輝度品位を向上することが容易でないという問題点を有している。一方で、近年、バックライトの高輝度化の要求は高まってきている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、輝度品位を向上した面状光源装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源と、この光源から光が照射される導光体と、前記光源から前記導光体へと照射される光の前記導光体以外への拡散を防止する拡散防止手段とを具備したものである。

そして、光源から導光体へと照射された光の拡散を、拡散防止手段により防止する。

本発明によれば、光源から照射された光を有効に利用でき、充分な輝度を確保できるとともに、輝度むらを抑制できるなど、輝度品位を向上できる。

以下、本発明の第１の実施の形態の面状光源装置の構成を図１ないし図６を参照して説明する。

図１および図２において、１は面状光源装置としてのバックライトを示し、このバックライト１は、例えば携帯電話などの透過型の液晶表示装置に用いられる、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:ＴＦＴ)型である透過型の液晶表示素子の背面すなわち下面に対向して配設され、この液晶表示素子の表示領域の裏面側に光を照射させて透過させる補助光源である。

そして、このバックライト１は、四角形枠状のフレーム２と、光源としての複数、例えば４つの発光ダイオード(ＬＥＤ)３が上面に実装された基板としてのフレキシブルプリント基板(以下、ＦＰＣ)４と、フレーム２に収容される導光体としての四角形平板状の導光板５と、この導光板５の一主面である表面すなわち上面側に位置する複数、例えば３枚の光学シート６と、導光板５の他主面である裏面すなわち下面側に位置する光学シートとしての反射シート７と、導光板５および光学シート６をフレーム２とともに挟持する四角形枠状のカバーシート８とを備えている。

フレーム２は、図示しないベゼルとともに導光板５、光学シート６、カバーシート８および液晶表示素子の上下を挟持するもので、平面視で四角形状の底面部11と、この底面部11の幅方向両側部から立ち上がる側壁12，13と、底面部11の長手方向両端部から立ち上がる端壁14，15とを備えている。

底面部11には、導光板５の下面に対向する四角形状の開口17が形成され、この開口17の周囲が、導光板５の下面を支持する額縁状に形成されている。また、この底面部11には、端壁14側にて、発光ダイオード３の個数、本実施の形態では４つに対応した複数の切欠部18が、幅方向に略等間隔に離間されてそれぞれ形成されている。これら切欠部18は、フレーム２に収容された導光板５の下側にＦＰＣ４を取り付けた状態で発光ダイオード３のそれぞれが嵌合するように形成されている。

側壁12，13および端壁14，15は、フレーム２の側壁をなすもので、底面部11の外周縁部全体を囲むように連続形成されている。また、これら側壁12，13および端壁14，15は、それぞれ最大の高さが、導光板５および光学シート６を重ね合わせた状態での厚みよりも大きく形成されている。

発光ダイオード３は、図６に示すように、略直方体状のダイオード本体部であるＬＥＤチップ21と、このＬＥＤチップ21の前面に一体的に設けられたレンズ部22と、ＬＥＤチップ21の背面に設けられた端子23，24とを備えている。そして、これら発光ダイオード３は、本実施の形態では、例えば４つ、導光板５の一辺に沿って直線状に配設され、互いに略等間隔に離間されている。そして、これら発光ダイオード３の上部には、図１などに示すように、これら発光ダイオード３のレンズ部22からの光漏れを防止するための拡散防止手段としての漏れ防止部材25が配設されている。

図６に戻って、ＬＥＤチップ21は、所定の回路により通電されることで発光する部分であり、横長に形成され、背面の両側部に、端子23，24のそれぞれが嵌合する凹部26，27がそれぞれ切り欠き形成されている。

レンズ部22は、ＬＥＤチップ21からの発光を拡散させるもので、ＬＥＤチップ21の長手方向寸法と略等しい横長形状に形成され、この長手方向の中央部に、前側へと円弧状に突出した発光部29が一体に設けられ、この発光部29の前面が発光面29aとなっている。

端子23，24は、ＦＰＣ４に実装される部分であり、一方がカソード、他方がアノードで、ＦＰＣ４上の所定の回路に電気的に接続されている。そして、これら端子23，24はクランク状に屈曲され、凹部26，27に沿ってＬＥＤチップ21に密着している。

また、図１ないし図４に示すように、漏れ防止部材25は、例えば反射性材料である高反射材料、あるいは反射防止性材料である低反射材料などで導光板５の幅方向に長手状の細長四角形状に形成したシートであり、各発光ダイオード３のレンズ部22から光が漏れやすい部分、具体的には各発光ダイオード３の上面全体を覆うように配設され、この漏れ光を反射、あるいは遮光することで発光ダイオード３から照射された光の拡散を防止し、導光板５へと導くものである。この漏れ防止部材25は、切欠部18全体の上側を覆ってフレーム２の底面部11の上側に取り付けられている。

なお、この漏れ防止部材25は、本実施の形態において、全ての発光ダイオード３の上部を一度に覆う形状としたが、発光ダイオード３のそれぞれに配設する構成も可能である。また、この漏れ防止部材25は、シート状としたが、例えば高反射材料、あるいは低反射材料を塗布するなどの構成も可能である。

ＦＰＣ４は、発光ダイオード３のそれぞれに電気エネルギを供給してこれら発光ダイオード３を駆動させて発光させるもので、表面に各発光ダイオード３が実装される細長四角形平板状の本体部31と、この本体部31から発光ダイオード３の発光方向である導光板５側と反対側に突設され各発光ダイオード３へと供給される電気エネルギを導通させる接続片部32とを備え、この接続片部32は、フレーム２の端壁14に開口された横長スリット状の挿通口33に挿通され、図示しない外部の回路、あるいは電源などに電気的に接続されている。そして、このＦＰＣ４は、両面テープ35により、導光板５の下部に貼着されている。

ここで、この両面テープ35は、ＦＰＣ４の形状に沿って長手状に形成され、かつ、導光板５側の縁部に、発光ダイオード３のそれぞれが嵌合する切欠嵌合部37が、これら発光ダイオード３の個数に対応して複数切り欠き形成されている。

導光板５は、反射シート７を介して、発光ダイオード３から一端側に照射された光を表面である上面側へと屈折させて面発光させるもので、例えばポリカーボネイト、アクリル、あるいはシクロオレフィンポリマなどの耐熱透明樹脂にて成形された樹脂成形材である。

また、この導光板５は、発光ダイオード３のそれぞれに対向する位置、本実施の形態では、フレーム２の端壁14側に幅方向に沿って長手状の入光部41が形成され、この入光部41の端面41aが入光面となっている。さらに、この端面41aには、図１、図２および図５に示すように、各発光ダイオード３のレンズ部22の発光部29がそれぞれ嵌合する切欠凹部42が、これら発光ダイオード３の個数に対応して複数切り欠き形成されている。したがって、これら切欠凹部42は、発光部29の発光面29aの湾曲形状に沿って略円弧凹面状に形成された入光面42aを有している。

さらに、この導光板５は、幅方向両側部および入光部41の端面41a側に、フレーム２との位置合わせ用の凸部43，43，43，43，43，43がそれぞれ突設されている。これら凸部43は、それぞれフレーム２の底面部11にて開口17の縁部に形成された凹状の嵌合段部44に嵌合することで導光板５をフレーム２に対して位置決め可能となっている。

また、各光学シート６は、導光板５にて屈折された光を透過させてバックライト１による発光を安定させるもので、互いに重ね合わされた状態で導光板５の表面に貼着されている。

反射シート７は、細長四角形状の両面テープ45により、両側部がフレーム２の下部にそれぞれ貼着され、導光板５の裏面に対向している。

カバーシート８は、導光板５の上面に対向する四角形状の上側開口48が形成され、この上側開口48の周囲が、導光板５の上面を挟持する額縁状に形成されている。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。

接続片部32を介して所定の電力がＦＰＣ４に供給されると、各発光ダイオード３のＬＥＤチップ21が発光し、レンズ部22を通じてその光が導光板５の入光部41の各切欠凹部42の入光面42aから導光板５へと入射する。

このとき、レンズ部22から発光ダイオード３の上側へと漏れる漏れ光は、漏れ防止部材25により反射、あるいは遮光される。

導光板５へと入射された光は、反射シート７により上側へと反射されて面状光源となる。

上述したように、上記第１の実施の形態によれば、発光ダイオード３のレンズ部22の光が漏れやすい部分に対応して、高反射材料あるいは低反射材料などの漏れ防止部材25を配設することにより、発光ダイオード３から照射された光を導光板５の入光面42aへと確実に導いて、発光ダイオード３から導光板５へと照射された光の拡散を防止し、発光ダイオード３からの光を有効に利用して充分な輝度を確保でき、また、レンズ部22のレンズ形状により光が反射してバックライト１の一部に集中することを防止できて輝度むらを抑制でき、より高輝度で見やすい輝度品位を向上したバックライト１とすることができる。

さらに、レンズ部22を有する発光ダイオード３を光源として用いることで、例えば合成樹脂でＬＥＤチップを覆う従来の発光ダイオードなどと比較して、より薄型のバックライト１とすることができる。

そして、導光板５に突設した凸部43のフレーム２に設けた嵌合段部44への嵌合により導光板５をフレーム２に対して位置決めすることで、発光ダイオード３と導光板５との位置ずれを抑制し、発光ダイオード３から照射された光を導光板５へと確実に入射させることができるので、バックライト１の輝度品位をより向上できる。

なお、上記第１の実施の形態において、漏れ防止部材25は、発光ダイオード３のレンズ部22からの光が漏れやすい部分に配設すれば、その配設位置を問わず、例えば、ＦＰＣ４側に配設することも可能である。この場合にも、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

次に、第２の実施の形態を図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態の漏れ防止部材25に代えて、拡散防止手段としての屈折率整合部材51を、各発光ダイオード３のレンズ部22の発光面29aと導光板５の切欠凹部42の入光面42aとの隙間に配設するものである。

この屈折率整合部材51は、光源の材料あるいは導光板５の材料に応じて、導光板５と空気との屈折率差よりも屈折率差が小さくなるように屈折率が最適化されており、レンズ部22の発光部29と導光板５の切欠凹部42との隙間を埋めて例えば接着などにより固定されている。

すなわち、屈折率整合部材51は、発光ダイオード３側の面が、レンズ部22の発光面29aに沿って凹状に湾曲形成された凹状接触面51aとなっており、導光板５側の面が、切欠凹部42の入光面42aに沿って凸状に湾曲された凸状接触面51bとなっている。

そして、発光ダイオード３の発光面29aと導光板５の入光面42aとの隙間を屈折率整合部材51で埋めることで、導光板５と空気との屈折率の差により発生する発光面29aや入光面42aでの反射を抑制でき、これら反射により発光ダイオード３から照射される光の導光板５への入射量が低下してしまうことを防止できる。

この結果、発光ダイオード３から照射された光の多くが、導光板５へと確実に入射するので、輝度品位を向上した明るいバックライトを得ることができる。

次に、第３の実施の形態を図８ないし図１０を参照して説明する。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３の実施の形態は、上記第２の実施の形態のレンズ部22を有する発光ダイオード３に代えて、レンズ部を有さない光源としての発光ダイオード55を用いるものである。

この発光ダイオード55は、図９に示すように、略直方体状の例えば合成樹脂製などのダイオード本体部56を有し、このダイオード本体部56の内部には図示しないＬＥＤチップが収容されている。また、このダイオード本体部56の平面状の発光面56aには、ＬＥＤチップからの光が出射する発光窓56bが形成され、この発光窓56bは、発光面56aに対して凹状に窪んで形成されている。

さらに、ダイオード本体部56の両側部には、端子57，58が下部であるＦＰＣ４との間に亘って形成されている。これら端子57，58は、ＦＰＣ４に実装される部分であり、一方がカソード、他方がアノードで、ＦＰＣ４上の所定の回路に電気的に接続されている。

また、導光板５は、上記第２の実施の形態の切欠凹部42が入光部41に形成されておらず、この入光部41の端面41aが発光ダイオード55から照射された光の入光面となっている。

さらに、屈折率整合部材51は、発光ダイオード55の発光窓56bと導光板５の入光部41の端面41aとの間の隙間に配設されてこの隙間を充填している。したがって、屈曲率整合部材51は、平板状に形成されている。

そして、上記のように、発光ダイオード55の発光窓56bと導光板５の入光面となる端面41aとの隙間を屈折率整合部材51で埋めることで、上記第３の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

次に、第４の実施の形態を図１１を参照して説明する。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態の漏れ防止部材25、上記第２の実施の形態および第３の実施の形態の屈折率整合部材51に代えて、拡散防止手段61を備えているものである。

この拡散防止手段61は、フレーム２の底面部11の端壁14側の下部の両側にそれぞれ下方に向けて突設された位置合わせ突部としてのボス63，63と、これらボス63，63に対応してＦＰＣ４の長手方向両端部近傍に穿設された位置合わせ孔部としての孔部64，64とにより構成されている。

各ボス63は、ＦＰＣ４の厚みよりも若干突出量が大きい略円筒状に形成されている。

各孔部64は、ボス63のそれぞれが挿入可能となるように、例えば丸孔状に形成されている。

また、両面テープ35には、長手方向の両端部近傍に位置した切欠嵌合部37に、ボス63，63および孔部64，64の位置に対応して切欠開口65，65が切り欠き形成されている。

そして、バックライト１を組み立てる際には、発光ダイオード３を所定位置に予め実装したＦＰＣ４の孔部64，64に、導光板５を所定位置に支持するフレーム２のボス63，63をそれぞれ挿通して両面テープ35で固定することで、発光ダイオード３と導光板５との相対的な位置決めを容易にできる。

この結果、発光ダイオード３と導光板５との相対的な位置ずれによって発光ダイオード３から照射された光が導光板５に確実に入射せずにバックライト１の輝度が低下したり、輝度むらが発生したりすることを防止でき、バックライト１の輝度品位を向上できる。

しかも、発光ダイオード３と導光板５との位置決めに、従来のように時間を要することがなく、バックライト１の組み立て性が向上し、製造コストなどをも抑制できる。

なお、上記第４の実施の形態において、フレーム２の底面部11の下部にボス63，63を突設する構成に代えて、図１２に示すように、導光板５の下面の端壁14側の角部から端壁14側へと突設した突出角部67，67のそれぞれの下部にボス63，63を突設し、孔部64，64に挿入可能とする構成としても、上記第４の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能である。

また、発光ダイオード３に代えて、発光ダイオード55を用いた場合でも対応させて構成できる。

さらに、上記各実施の形態において、光源としては、発光ダイオード３，55に限らず、他の様々なものを使用することが可能である。

そして、上記バックライト１の構成の細部は、上記に限定されるものではなく、例えば照明用などに用いる場合には、適宜対応させることが可能である。

本発明の第１の実施の形態の面状光源装置を上側から示す分解斜視図である。同上面状光源装置を下側から示す分解斜視図である。同上面状光源装置を示す斜視図である。同上面状光源装置を示す平面図である。同上面状光源装置の拡散防止手段を除いた状態を示す平面図である。同上面状光源装置の光源としての発光ダイオードを示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態の面状光源装置の要部を拡大して示す平面図である。本発明の第３の実施の形態の面状光源装置の要部を拡大して示す平面図である。同上面状光源装置の光源としての発光ダイオードを示す斜視図である。同上面状光源装置を示す平面図である。本発明の第４の実施の形態の面状光源装置を下側から示す分解斜視図である。同上面状光源装置の他の実施の形態を下側から示す分解斜視図である。

符号の説明

１面状光源装置としてのバックライト
３，55 光源としての発光ダイオード
４基板としてのフレキシブルプリント基板
５導光体としての導光板
22 レンズ部
25 拡散防止手段としての漏れ防止部材
51 拡散防止手段としての屈折率整合部材
61 拡散防止手段

Claims

光源と、
この光源から光が照射される導光体と、
前記光源から前記導光体へと照射される光の前記導光体以外への拡散を防止する拡散防止手段と
を具備したことを特徴とした面状光源装置。
光源は、発光用のレンズ部を有する発光ダイオードであり、
拡散防止手段は、前記発光ダイオードのレンズ部からの漏れ光を導光体へと導く漏れ防止部材である
ことを特徴とした面状光源装置。
漏れ防止部材は、発光ダイオードに配設されている
ことを特徴とした請求項２記載の面状光源装置。
発光ダイオードが実装された基板を具備し、
漏れ防止部材は、前記基板に配設されている
ことを特徴とした請求項２記載の面状光源装置。