JP2008251298A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源素子の光射出面と導光板の光入射面との密着状態を安定して維持でき、光を効率良く利用すると共に小型薄型化に有利な面状照明装置を提供する。
【解決手段】透明な樹脂板材からなる導光板５１の光を入射させる端面５１３に、一対のＬＥＤ５２、５２をそれぞれ収容設置する一対の凹部５１３１、５１３１が形成され、各凹部５１３１の入口部には、一対の係合突起５１４、５１４が各頭部を対向させて樹脂成形により一体に立設されている。各係合突起５１４には、稜線５１４１を挟んで前斜面５１４２と後斜面５１４３が形成されており、各ＬＥＤ５２はその背面の両エッジに弾接される後斜面５１４３、５１４３の斜面効果により、光射出面５２１を凹部奥壁面５１３３に密着させた状態に挟圧支持されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）という）等の光源素子を光源とする面状照明装置に関する。

従来、液晶表示素子用のバックライトとして、導光板の一方の端面に光源を対向配置し、この光源から射出される光を導光板内に導き液晶表示素子に対向させた一方の主面の発光エリアから面状に出射させる、サイドライト方式の面発光バックライトが用いられている。この場合の光源としては、バックライトを含めた液晶表示モジュールを小型薄型化するために、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）等の光源素子が採用されている。（例えば特許文献１参照）

上述の光源素子を用いた面発光バックライトに対しては、冷陰極管等の線発光光源に比べて射出される絶対光量が少ないため、射出光の利用効率を高めることが要求される。光源素子からの射出光を可及的に有効利用するには、まず、光源素子の光射出面を導光板の光入射面とする端面に密着させる必要がある。
特開平８−３１３９０２号公報

しかるに、上述の光源素子を用いた面発光バックライトにおいては、環境温度の変化や照明装置自体のオン・オフによる加熱と冷却の繰り返しによるバックライトの構成部材と両面テープ等の接着材との熱膨張率や収縮率の違い、或いは外力の作用等が原因となり、光源素子の設置位置や設置状態にズレが発生して光源素子の光射出面と導光板の光入射端面との間に隙間が生じ、ここから光が漏れて光の利用効率が低下する。

本発明の目的は、光源素子の光を効率良く利用すると共に小型薄型化に有利な面状照明装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載の面状照明装置は、光射出面を備える点光源素子と、実質的に透明な樹脂板材で形成され、端面に前記光射出面を密着させた状態で前記点光源素子を弾性支持する係合突起が一体に立設され、前記光射出面から射出された光を前記端面から入射させ一対の主面のうちの一方の主面で内面反射させ他方の主面から面状に出射させる導光板と、前記点光源素子に駆動電流を供給する配線基板とを、有することを特徴とするものである。

請求項２に記載の面状照明装置は、請求項１に記載の面状照明装置において、前記配線基板が前記点光源素子がＣＯＦ方式により直接搭載されているフレキシブル配線基板であり、該フレキシブル配線基板が前記導光板の光を出射させる主面の光入射側端部に設置されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の面状照明装置は、請求項１に記載の面状照明装置において、前記導光板が矩形をなす透明樹脂板であり、前記点光源素子は外形が略直方体をなし光射出面が平面の発光ダイオードであり、前記導光板の端面に前記光出射面を密着させて一対の前記係合突起により対応する両側部を弾性挟持されていることを特徴とするものである。

本発明の面状照明装置によれば、光を効率良く利用でき、適用機器の省エネルギーと小型薄型化を促進することが可能となる。

図１は本発明の一実施形態としての面発光バックライトが適用された液晶表示モジュールを示す斜視図で、図２（ａ）、（ｂ）はその要部構成を示す分解斜視図と部分拡大斜視図である。

本実施形態の液晶表示モジュールは、大きさの異なる２個の収納空間が２段重ねに形成された片面開放型のフレームケース１を備えている。２個の収納空間は、開口された表示の観察側を前側として、扁平な直方体をなす空間の前室１ａと、これよりも仕切り棚１１の面積分だけ平面積が縮小された同じく扁平な直方体をなす空間の後室１ｂとからなる。このフレームケース１は、樹脂材料を用いて例えばインジェクション法等により成形されている。

フレームケース１の前室１ａ内には、液晶表示パネル２が収納されている。液晶表示パネル２は、一方の主面に電極（不図示）がそれぞれ形成された一対の矩形をなすガラス基板２１、２２を、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材で囲まれたガラス基板２１、２２間に液晶（不図示）を封入してなる。

ガラス基板２１、２２のうちの後側ガラス基板２２には、一方の短手縁辺を前側ガラス基板２１の対応する端面よりも外側へ突出させて、突出縁部２２１が形成されている。この突出縁部２２１の表面（電極形成面の延長面）には、液晶の駆動回路素子としてのドライバチップ３がＣＯＧ（Chip On Glass）方式により搭載されている。また、突出縁部２２１の端部には、両基板２１、２２の各電極に接続されている引回し配線の各接続端子（不図示）が並設されている。そして、突出縁部２２１の接続端子列には、駆動制御信号供給用のフレキシブル配線基板（以下、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit Board）という）４が導通接合されている。このＦＰＣ４の入力側端部は、ケース側壁１２に形成されている切欠き部１２１からフレームケース１外に引き出されている。

液晶表示パネル２の表示の観察側とは反対側の背面側つまり後室１ｂ内には、面発光バックライトユニット５が収納設置されている。面発光バックライトユニット５は、図２（ａ）にも示されるように、実質的に透明な矩形板からなる導光板５１と、導光板５１の一端面（光入射端面）に設置された光源素子としてのＬＥＤ（Light-Emitting Diode）５２、ＬＥＤ５２に対する給電配線回路が形成されたＦＰＣ５３、及び導光板５１の光出射面（液晶表示パネル２に対向させる前面）５１１に積層配置された光学シート積層体５４、及び導光板３１の後面５１２に配置されている光反射シート５５等で構成されている。

導光板５１は、ポリカーボネイト等の樹脂材料を用いて実質的に透明な矩形板に型成形されてなる。図２（ａ）に示されるように、この導光板５１のＬＥＤ５２が配置される側の端面５１３には、ＬＥＤ５２を収容するための凹部５１３１が形成されている。本実施形態では２個のＬＥＤ５２、５２が、それぞれ、導光板５１の光源側の端面５１３に均等に形成された２個の凹部５１３１、５１３１内に収容された状態で設置されている。

図２（ｂ）に示すように、各凹部５１３１には、それぞれ、収容するＬＥＤ５２を保持するための一対の係合突起５１４、５１４が立設されている。一対の係合突起５１４、５１４は、それぞれ、凹部５１３１の両側壁５１３２、５１３２における入口側縁辺に、各々の頭部を対向させて立設されている。そして、各係合突起５１４の頭部には、稜線５１４１を挟んで前斜面５１４２と後斜面５１４３が形成されている。

図３（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ、凹部５１３１内にＬＥＤ５２を圧入装着する際の動作を示す説明図である。図３（ａ）に示されるように、頭部を対向させる一対の係合突起５１４、５１４の各稜線５１４１、５１４１間の距離Ｄ1 と、各前斜面５１４２、５１４２間の最大距離Ｄ2 は、保持すべきＬＥＤ５２の幅寸法をＡとした場合、
Ｄ1 ＜Ａ＜Ｄ2 ・・・（１）
に設定されている。また、図３（ｃ）に示されるように、各係合突起５１４のフック先端面５１４４から凹部５１３１の奥壁面５１３３までの距離Ｄ3 と、稜線５１４１から奥壁壁面５１３３までの距離Ｄ4 は、ＬＥＤ５２の奥行き寸法をＢとした場合、
Ｄ3 ＜Ｂ＜Ｄ4 ・・・（２）
に設定されている。

上述した寸法形状を備える係合突起５１４は、導光板５１を樹脂成形する際にそれと一体に同じ材料で樹脂成形される。これにより、必要で充分な弾性を備えた堅牢な係合突起５１４を設けることができる。

図１に示すように、２個のＬＥＤ５２はＦＰＣ５３にＣＯＦ（Chip On Film）方式により直接搭載され、このＦＰＣ（以下、光源用ＦＰＣという）５３は、導光板光出射面５１１の光源側端部に光学シート積層体５４に隣接させて貼着されている。この光源用ＦＰＣ５３には、図示されていないが、給電配線パターンと遮光膜としてのダミーパターンがフォトリソグラフィーにより形成されている。ダミーパターンは、照射光の輝度分布の均一化を促進するために設けられ、ＬＥＤ５２から射出されＦＰＣ５３に入射した光の透過を遮断する。なお、この光源用ＦＰＣ５３は、フレームケース１の側壁１２に形成されている切欠き部（不図示）からフレームケース１外に引き出されている。

光学シート積層体５４は、光拡散シート５４１と光の出射方向を揃える２枚のプリズムシート５４２、５４３とが導光板５１の光出射面５１１上に順次積層配置されてなる。この場合、光源用ＦＰＣ５３の浮き上がりを防止するため、２枚のプリズムシート５４２、５４３の各光源側端部を延出させ、光源用ＦＰＣ５３に重畳させてある。

導光板５１の後面５１２には、前記凹部５１３が形成された端部を除いた区域にわたり、導光板５１に入射した光を内面反射させるための微細な凹凸パターン（不図示）が形成されている。本実施形態の凹凸パターンは、微細な突起が多数立設された梨地模様をなし、突起の立設密度はＬＥＤ設置側の光入射端面５１３端面から遠ざかるに従い高くなるように設定されている。このように凹凸パターンを形成することにより、均一な光量分布の面状光が光出射面５１１から出射される。

そして、導光板５１の後面５１２に対面させて、光反射シート５５が設置されている。本実施形態の光反射シート５５は、ポリエステルからなる金属成分を含まない多層膜フィルムで、反射率が可視光範囲の全波長光に対し９０％以上と高く、厚さが６５μｍ程度と極めて薄い。

上述のように構成された面発光バックライトユニット５においては、ＬＥＤ５２から射出された光が、導光板５１内に光入射端面５１３から入射し、この入射光が後面５１２の微細凹凸パターン（不図示）に入射すると、大部分は前面５１１に向けて内面反射され、前面５１１から面状に出射される。出射された光は光学シート積層体５４を透過することにより、輝度分布が均一で正面輝度の高い面状照射光となって液晶表示パネル２に照射される。内面反射されずに導光板５１外に出射した光は、光反射シート５５により反射されて導光板５１内に再入射し、面状照射光に供せられる。

ここで、本実施形態の面発光バックライトユニット５の組立て手順とその動作について、図３（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。

光源用ＦＰＣ５２にＣＯＦ搭載された一対のＬＥＤ５２、５２を、図３（ａ）に示すように、対応する凹部５１３の入口に位置させる。このとき、各ＬＥＤ５２の光射出面５２１の両側エッジ５２２、５２２が各係合突起５１４の対応する前斜面５１４２、５１４２にそれぞれ当接するように位置させる。

上述のように位置させたＬＥＤ５２を白抜き矢印で示す方向に押圧すると、各エッジ５２２が対応する前斜面５１４２上を摺動し、その斜面効果により各係合突起５１４が徐々に曲げられ、エッジ５２２が稜線５１４１を超えた後は、図３（ｂ）に示すようにＬＥＤ５２の各側面５２３が各稜線５１４１に当接した状態のまま摺動し、ＬＥＤ５２が凹部５１３内に進入する。

やがて、光射出面５２１が凹部奥壁面５１３３に近接し、ＬＥＤ５２の背面両側エッジ５２４、５２４が対応する稜線５１４１を越えた後は、各係合突起５１４が自体の弾性復元力により後斜面５１４３を各エッジ５２４に圧接させＬＥＤ５２を押圧する。そして、一対の係合突起５１４、５１４により両側から弾性支持されたＬＥＤ５２は、各後斜面５１４３の斜面効果で生じた光射出面５２１に直角な分力によって、その射出面５２１を奥壁面５１３３に密着させた状態に保持される。なお、このときの一対の係合突起５１４、５１４の各弾性復元力は略等しいから、ＬＥＤ５２を両側から挟持する側面５２３に直角な方向の分力も略等しく作用して打ち消しあい、その結果、ＬＥＤ５２が凹部５１３の幅方向中央位置に正確に保持される。

上述のようにして一対の係合突起５１４、５１４により挟圧支持されたＬＥＤ５２は、光源用ＦＰＣ５３にＣＯＦ方式により直接搭載されており、その光源用ＦＰＣ５３は導光板５１の光出射面５１１における光源側端部に設置され、且つ、その上に２枚のプリズムシート５４２、５４３の各端部が重畳されているから、導光板５１の厚さ方向においても所定位置に安定的に保持される。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、面発光バックライトユニット５の点光源素子としてのＬＥＤ５２を、両面テープ等の接着部材を用いずに導光板５１に一体成形した一対の係合突起５１４、５１４の弾性復元力を利用して挟圧支持するから、温度条件の変化等に影響されることなくＬＥＤ５２をその光射出面５２１を導光板５１の光入射端面５１３における所定位置に密着させた状態で長期にわたり安定して保持することができる。その結果、射出光をロスすることなく効率良く利用して液晶表示パネル２に対し常に光量分布が均一な所望の照射光を安定して出射することができる。

また、ＬＥＤ５２を接着部材等を用いずに押圧するだけで所定位置に装着できるから、面発光バックライトユニット５の組立て作業が簡単となり、液晶表示モジュールの製造工数が低減される。

次に、本発明の他の実施形態について、図４の模式的断面図及び図５（ａ）、（ｂ）の要部構成部材を示す平面図とその部分拡大図に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一または対応する構成要素についてはそれぞれ同一または対応する符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態においては、２個のＬＥＤ６２をＣＯＦ搭載した光源用ＦＰＣ６３が、導光板６１の後面６１２に対面設置されている光反射シート６５に隣接させて設置されている。この光源用ＦＰＣ６３の入力側端部は、液晶表示パネル２のガラス基板突出縁部２２１に形成されているＬＥＤ給電用配線パターンに導通接合されている。突出縁部２２１には、液晶表示パネル２の駆動制御信号入力用の配線と共にＬＥＤ６２の駆動電流供給用の配線が併設されたＦＰＣ７が導通接合されている。すなわち、ＬＥＤ６２の駆動電流は、ＦＰＣ７からガラス基板突出部２２１の給電配線パターンを経由し光源用ＦＰＣ６３の給電用配線を通じて供給される。

そして、図５（ａ）に示すように、面発光バックライトユニット６の導光板６１の光を入射させる端面６１３に、２個のＬＥＤ６２、６２を挟圧支持するための２対の係合突起６１４、６１４が、凹部を設けずに一体成形により直に立設されている。

各係合突起６１４は、図５（ｂ）に示されるように、上記実施形態の係合突起５１４と同様に、頭部に稜線６１４１を挟んで前斜面６１４２と後斜面６１４３が形成され、対を成す係合突起６１４、６１４の各斜面６１４２、６１４３を対向させて立設されている。そして、ＬＥＤ６２の幅、奥行きの各寸法Ａ、Ｂ、対をなす係合突起６１４、６１４の稜線６１４１間距離Ｄ1 、前斜面６１４２、６１４２間の最大距離Ｄ2 、後斜面６１４３と光入射端面６１３間の最小距離Ｄ3 、及び稜線６１４１と光入射端面６１３間の距離Ｄ4 が、上記（１）式と（２）式を満たす寸法に設定されている。

本実施形態の場合も、上記導光板６１にＬＥＤ６２を設置する際は、光射出面６２１の両側エッジを対応する一対の係合突起６１４、６１４の各前斜面６１４２に当接させ、光入射端面６１３に向けて直角方向に押し込むだけでよい。

これにより、上記実施形態の場合と同様に、前斜面６１４２の斜面効果により各係合突起６１４が弾性変形されてＬＥＤ６２が円滑に進入し、稜線６１４１を越した後は両側の係合突起６１４、６１４の各後斜面６１４３を介して作用する弾性復元力によりＬＥＤ６２がその光射出面６２１を光入射端面６１３に密着させた状態に挟圧支持される。この挟圧支持されたＬＥＤ６２は、図４に示されるように、フレームケース１の底面に載置された光源用ＦＰＣ６３にＣＯＦ搭載されて支持されているため、導光板６１の厚さ方向に対してもずれることはなく、所定位置に安定的に保持される。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、導光板６１の光入射端面６１３をＬＥＤ６２を収容するための凹部を設けない平坦面とし、その平坦な光入射端面６１３に一体成形により立設した一対の係合突起６１４、６１４の弾性復元力を利用してＬＥＤ６２を挟圧支持する構成としたから、光入射端面６１３が平坦であってもＬＥＤ６２を精緻な位置合わせを行うことなく一対の係合突起６１４、６１４間に押し込むだけの簡単な作業で所定位置に正確に設置でき、且つ、その光射出面６２１を光入射端面６１３に密着させた所期の装着状態を長期にわたり安定して保持することができる。その結果、本実施形態の液晶表示モジュールによれば、ＬＥＤ６２の射出光の利用効率が高められると共に光量分布が均一な面状光が液晶表示パネル２に安定して照射されることにより、小型薄型化と省エネルギー化が促進されると共に良好な表示品質を長期にわたり安定して得ることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態においては、直方体のＬＥＤを一対の係合突起で挟圧支持する構成としたが、これに限らず、図６に示すように、ＬＥＤ８がその光射出面８１が湾曲したもので、導光板９の光入射端面９１には壁面が前記光射出面８１と同じ湾曲面をなす凹部９１１が形成され、２対の係合突起９２、９２及び９３、９３で挟圧支持する構成としてもよい。この場合も、ＬＥＤ８は導光板９の後面側に配置された光源用ＦＰＣ１０にＣＯＦ搭載されている。

また、点光源素子としては、ＬＥＤに限らず、光を放射状に射出する他の種々の光源素子を用いることができる。

本発明の一実施形態としての液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。 （ａ）は上記液晶表示モジュールの要部構成を示す分解斜視図で、（ｂ）はその主要部を拡大して示した部分拡大斜視図である （ａ）〜（ｃ）は夫々上記液晶表示モジュールにおけるＬＥＤの装着動作を段階別に示す各段階毎説明図である。 本発明の他の実施形態としての液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。 （ａ）は上記他の実施形態としての液晶表示モジュールにおける要部構成を示す平面図で、（ｂ）はその主要部を示す部分拡大平面図である。 本発明の更に他の実施形態としての液晶表示モジュールにおける光源装着部を示す平面図で、（ｂ）はその正面図である。

符号の説明

１ フレームケース
１１ 仕切り棚
２ 液晶表示パネル
２１、２２ ガラス基板
２３、２４ 偏光板
３ ドライバチップ
４ ＦＰＣ（表示駆動信号供給用）
５、６ 面発光バックライトユニット
５１、６１、９ 導光板
５１３、６１３、９１ 光入射端面
５１３１、９１１ 凹部
５１４、６１４、９２、９３ 係合突起
５２、６２、８ ＬＥＤ
５２１、６２１、８１ 光射出面
５３、６３、１０ 光源用ＦＰＣ
５４、６４ 光学シート積層体
５５、６５ 光反射シート

Claims (3)

1. 光射出面を備える光源素子と、
   実質的に透明な樹脂板材で形成され、端面に前記光源素子の前記光射出面を密着させた状態で前記光源素子を弾性支持する係合突起が一体に立設され、前記光射出面から射出された光を前記端面から入射させ、一対の主面のうちの一方の主面で内面反射させ他方の主面から面状に出射させる導光板と、
   前記光源素子に駆動電流を供給する配線基板とを、有することを特徴とする面状照明装置。
2. 前記配線基板は前記光源素子がＣＯＦ方式により直接搭載されているフレキシブル配線基板であり、該フレキシブル配線基板が前記導光板の光を出射させる主面の光入射側端部に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記導光板は矩形をなす透明樹脂板であり、前記光源素子は外形が略直方体をなし光射出面が平面の発光ダイオードであり、前記導光板の端面に前記光出射面を密着させて一対の前記係合突起により対応する両側部を弾性挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。

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