JP2009259653A - 線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置において、点光源からの入光効率を向上させて線状導光体から出射される光の光強度を高めると共に、より輝度均一性を向上させて輝度ムラを改善すること。
【解決手段】 長尺形状とされ側面のうち光の入光面２ａ及び出射面２ｂに光を屈折させる光学形状が施された線状導光体２と、該線状導光体２の側面のうち光の入光面２ａ側に複数並べられた点光源３と、を備え、複数の点光源３と線状導光体２とが、光透過性の材料で形成された透明接着剤４で固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示パネルなどを照明する線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置に関する。

ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）、カーナビゲーション装置、モバイルタイプＰＣ、携帯電話機、ＰＤＡ、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）等のディスプレイには、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。この液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射して表示画面の輝度を高めるバックライトユニットが用いられている。

上記バックライトユニットでは、導光板と、該導光板の側端面に配置させたＬＥＤ等の光源と、を備え、光源からの光を導光して主面全体から液晶表示パネルに向けて出射させている。このバックライトユニットでは、光の出射面において高い輝度均一性であることが要望されるが、点光源である複数のＬＥＤを導光板の側端面に配置した場合、導光板においてＬＥＤの光が広がらず、ＬＥＤ間はＬＥＤ正面部分よりも輝度が低いという問題があった。このため、バックライトユニットのアクティブエリアは、例えばＬＥＤから約６ｍｍ離す必要があった。

この対策として、従来、例えば特許文献１には、導光板と、点光源と、導光板と点光源との間に設けられた屈折部材と、を備えたバックライトユニットが提案されている。このバックライトユニットでは、屈折部材で点光源から入力された光を広げて出射面から放出される光の強度分布を均一化し、出射面の輝度均一性を向上させている。

特開２００４−１５８４５２号公報

しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、ＬＥＤからの光を屈折部材のような線状導光体を介して広げ、導光板に入光させているが、ＬＥＤと線状導光体との間に空気が介在するために、ＬＥＤ側及び線状導光体側の表面で反射が生じて入光効率が低下してしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、点光源からの入光効率を向上させて線状導光体から出射される光の光強度を高めると共に、より輝度均一性を向上させて輝度ムラを改善することができる線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の線状光源は、長尺形状とされ側面のうち光の入光面及び出射面の少なくとも一方に光を屈折させる光学形状が施された線状導光体と、該線状導光体の側面のうち光の入光面側に複数並べられた点光源と、を備え、前記複数の点光源と前記線状導光体とが、光透過性の材料で形成された透明接着剤で固定されていることを特徴とする。

この線状光源では、複数の点光源と線状導光体とが、光透過性の材料で形成された透明接着剤で固定されているので、空気より屈折率の高い透明接着剤を介して点光源の光が線状導光体に入射されることで、空気を介した場合に比べて界面での光の臨界角が大きくなり、界面で全反射する光の割合が少なくなって高い入光効率で線状導光体に入射させることができる。したがって、入光される光のロスが少なくなって、線状導光体の出射面で従来よりも高い光強度が得られる。

また、本発明の線状光源は、前記点光源が、基板と、該基板上に実装された半導体発光素子と、前記基板上に前記半導体発光素子を封止して設けられた封止樹脂と、を備え、前記封止樹脂の屈折率をｎ１と、前記透明接着剤の屈折率をｎ２とし、さらに前記線状導光体の屈折率をｎ３としたとき、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係に設定されていることを特徴とする。すなわち、この線状光源では、封止樹脂、透明接着剤及び線状導光体の屈折率がｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係に設定されているので、屈折角が入射角より小さくなって封止樹脂と透明接着剤との界面及び透明接着剤と線状導光体との界面でそれぞれ光の臨界角を大きくでき、さらに高い入光効率を得ることができる。

また、本発明の線状光源は、前記線状導光体の前記入光面に、入射した光を長尺方向に屈折させる断面Ｖ字状のプリズム状の光学形状が形成されていると共に、前記出射面に、出射される光を長尺方向に対する法線方向に屈折させるフレネルレンズ状の光学形状が形成されていることを特徴とする。すなわち、この線状光源では、線状導光体の入光面に、入射した光を長尺方向に屈折させる断面Ｖ字状のプリズム状の光学形状が形成されているので、点光源からの光が線状導光体の入光面でプリズム状の光学形状によって直進方向成分と長尺方向に広げる成分とに分けられると共に、出射面ではフレネルレンズ状の光学形状によって出射される光が線状導光体の長尺方向に対する法線方向に屈折されて整形された状態で出射される。したがって、線状導光体の長尺方向において均一な強度で、かつ出射方向が整形された光を出射可能である。

また、本発明の線状光源は、前記複数の点光源と電気的に接続される配線を有した配線基板と、前記複数の点光源及び前記配線基板を支持する金属製枠体と、を備え、前記配線基板に、実装用孔部又は実装用切り欠き部が形成され、前記複数の点光源が、それぞれ前記実装用孔部内又は実装用切り欠き部内に配されていると共に前記金属製枠体に直接接着されて実装されていることを特徴とする。すなわち、この線状光源では、複数の点光源が、それぞれ実装用孔部内又は実装用切り欠き部内に配されていると共に金属製枠体に直接接着されて実装されているので、点光源の熱が熱伝導性の高い金属製枠体に直接放熱され、高い放熱性能を得ることができると共に、全体的な厚みを薄く設定することが可能になる。

本発明の面状ライトユニットは、上記本発明の線状光源と、該線状光源を側端面に配し該線状光源から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板と、を備えていることを特徴とする。すなわち、この面状ライトユニットでは、光源として高い光強度で均一な面発光が可能な上記本発明の線状光源を採用しているので、導光板の主面である光出射面で高い輝度が得られると共に輝度ムラが低減された面状光源を得ることができる。

本発明の表示装置は、画像表示パネルと、前記画像表示パネルの表面側又は裏面側に配された上記本発明の面状ライトユニットと、を備えていることを特徴とする。すなわち、この表示装置では、上記本発明の面状ライトユニットを備えているので、高輝度かつ輝度均一性の優れた画像表示が得られる。

また、本発明の表示装置は、前記画像表示パネルが、液晶表示パネルであることを特徴とする。すなわち、この表示装置では、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置であるので、薄型軽量化及び低コスト化ができると共に、輝度均一性の優れた液晶表示が得られる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る線状光源によれば、複数の点光源と線状導光体とが、光透過性の材料で形成された透明接着剤で固定されているので、透明接着剤を介して点光源の光が線状導光体に入射されることで、界面で全反射する光の割合が少なくなり、線状導光体の出射面で従来よりも高い光強度が得られる。したがって、この線状光源を備えた面状ライトユニット及び表示装置によれば、高輝度かつ輝度均一性の優れた画像表示を得ることができる。

以下、本発明に係る線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置の第１実施形態を、図１から図５に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態における線状光源１は、図１に示すように、長尺の直方体形状とされ側面のうち光の入光面２ａ及び出射面２ｂに光を屈折させる光学形状が施された線状導光体２と、該線状導光体２の側面のうち光の入光面２ａ側に複数並べられた点光源３と、を備えている。
さらに、複数の点光源３と線状導光体２とは、光透過性の材料で形成された透明接着剤４で固定されている。

上記線状導光体２は、ガラス又は透明樹脂で成形され、点光源３からの光を入光面２ａから取り入れて長尺方向に広げると共に、出射面２ｂから均一に出射して面発光する機能を有している。
この線状導光体２の出射面２ｂには、図２の（ａ）に示すように、出射される光を長尺方向に対する法線方向に屈折させるフレネルレンズ状光学形状２ｃが点光源３の正面を中心として形成されていると共に、入光面２ａには、図２の（ｂ）に示すように、入射した光を長尺方向に屈折させる断面Ｖ字状のプリズム状光学形状２ｄが所定間隔を空けて複数形成されている

上記点光源３は、図３に示すように、基板５と、該基板５上に実装された半導体発光素子Ｌと、基板５上に半導体発光素子Ｌを封止して設けられた封止樹脂６と、を備えている。上記基板５には、半導体発光素子Ｌの電極にワイヤーボンディング等で電気的に接続された少なくとも一対の電極部（図示略）が設けられ、これら電極部が基板５の実装面まで延在されている。

上記半導体発光素子Ｌは、近紫外光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）チップ又はＬＤ（半導体レーザ）チップであって、例えばサファイア基板などの絶縁性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体）の複数の半導体層が積層されて形成されたものである。

上記封止樹脂６は、透光性樹脂であって、シリコーン樹脂を主剤とし、例えばＹＡＧ蛍光体が添加されている。このＹＡＧ蛍光体は、半導体発光素子Ｌからの青色光又は紫外光を黄色光に変換させて混色効果により白色光を生じさせるものである。
上記透明接着剤４は、例えばシリコーン系の樹脂接着剤で形成されており、線状導光体２の入光面２ａ全体に均一な厚さで層状に設けられ、その表面に封止樹脂６における光の出射面が接着されている。

なお、封止樹脂６の光の出射面を除く外面には、内部の光を内側に反射する反射枠（図示略）が形成されている。この反射枠は、例えば酸化チタン粉末や白色顔料が混入されたシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等の光反射性樹脂で形成されている。
上記半導体発光素子Ｌからの光の経路に介在する各媒質の屈折率については、封止樹脂６の屈折率をｎ１と、透明接着剤４の屈折率をｎ２とし、さらに線状導光体２の屈折率をｎ３としたとき、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係に設定されている。

また、この線状光源１は、図３及び図４に示すように、複数の点光源３と電気的に接続される配線（図示略）を有した配線基板８と、複数の点光源３及び配線基板８を支持する金属製のベゼル（金属製枠体）７と、を備えている。
上記ベゼル７は、線状導光体２に沿った長尺状で線状導光体２側に開口した断面コ字状に形成されており、例えば熱伝導性の高いステンレス（ＳＵＳ）板等で形成されている。

上記配線基板８は、例えばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）やリジッド基板等のプリント配線板（ＰＷＢ）である。この配線基板８上に、複数の点光源３がそれぞれ所定間隔を空けて半田材等により接着されて実装されている。なお、配線基板８上の配線と半導体発光素子Ｌとは、基板５の電極を介して電気的に接続され、半導体発光素子Ｌに通電可能とされている。

また、本実施形態のバックライトユニット（面状ライトユニット）１０は、図３から図５に示すように、上記線状光源１を側端面に配し該線状光源１から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板１１と、該導光板１１上に配され導光板１１からの光を拡散させて面内の光強度を均一にする拡散シート１２と、拡散シート１２上に配され拡散シート１２からの光を液晶表示パネル（画像表示パネル）１３に向けた上方向への照射光として出射する第１プリズムシート１４Ａ及び第２プリズムシート１４Ｂと、導光板１１の下面に配された反射シート１５と、を備えている。
なお、本実施形態では、液晶表示パネル１３の画面側及びバックライトユニット１０の光出射面側を表面側又は上面側として記載している。

上記導光板１１は、他の各シート部材を支持するホルダー（図示略）により固定されている。なお、導光板１１を、両面テープ等で固定しても構わない。
上記拡散シート１２は、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの透明樹脂にシリカ粒子などを分散させたシートである。

上記第１プリズムシート１４Ａは、拡散シート１２上に配され、上記第２プリズムシート１４Ｂは、第１プリズムシート１４Ａ上に配されている。第１プリズムシート１４Ａ及び第２プリズムシート１４Ｂは、拡散シート１２からの光を上面側に集光するための透明シート状の部材であり、平行な複数の稜線を有するプリズム部を上面側に有している。また、第１プリズムシート１４Ａは、点光源３の光軸に対して、プリズム部の稜線がねじれの位置に設定され、特に、上方への高い指向性が得られる方向として、点光源３の光軸に直交する方向と平行に設定される。また、第２プリズムシート１４Ｂは、点光源３の光軸に対して、プリズム部の稜線が平行に設定されている。すなわち、第１プリズムシート１４Ａと第２プリズムシート１４Ｂとは、互いのプリズム部の稜線がねじれの位置に配され、平面視で互いに稜線が直交している。

上記反射シート１５は、光反射機能を有する金属板、フィルム、箔等であって、本実施形態では銀蒸着膜を設けたフィルムが採用されている。なお、上記銀蒸着膜の代わりに、アルミ金属蒸着膜などを採用しても構わない。また、この反射シート１５は、バックライトユニット１０の各シートを収納する図示しないホルダー等に貼り付けられている。

本実施形態の表示装置１７は、例えばノートＰＣ、カーナビゲーション装置、モバイルタイプＰＣ、携帯電話機、ＰＤＡ、ＡＴＭ等の液晶ディスプレイに適用される液晶表示装置であって、液晶表示パネル１３と、液晶表示パネル１３の裏面側に配された上記バックライトユニット１０と、を備えている。

上記液晶表示パネル１３は、透過型又は半透過型の液晶表示パネルが採用される。例えば、透過型の液晶表示パネル１３の場合、透明電極、配向膜及び偏光板をそれぞれ有する上基板と下基板との間隙にＴＮ液晶やＳＴＮ液晶等の液晶をシール材で封止したパネル本体と、を備えたものである。

本実施形態の線状光源１では、複数の点光源３と線状導光体２とが、光透過性の材料で形成された透明接着剤４で固定されているので、空気より屈折率の高い透明接着剤４を介して点光源３の光が線状導光体２に入射されることで、空気を介した場合に比べて界面での光の臨界角が大きくなり、界面で全反射する光の割合が少なくなって高い入光効率で線状導光体２に入射させることができる。したがって、入光される光のロスが少なくなって、線状導光体２の出射面で従来よりも高い光強度が得られる。

また、封止樹脂６、透明接着剤４及び線状導光体２の屈折率がｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係に設定されているので、屈折角が入射角より小さくなって封止樹脂６と透明接着剤４との界面及び透明接着剤４と線状導光体２との界面でそれぞれ光の臨界角を大きくでき、さらに高い入光効率を得ることができる。

さらに、線状導光体２の入光面に、入射した光を長尺方向に屈折させる断面Ｖ字状のプリズム状光学形状２ｄが形成されているので、点光源３からの光が線状導光体２の入光面でプリズム状光学形状２ｄによって直進方向成分と長尺方向に広げる成分とに分けられると共に、出射面２ｂではフレネルレンズ状光学形状２ｃによって出射される光が線状導光体２の長尺方向に対する法線方向に屈折されて整形された状態で出射される。特に、プリズム状光学形状２ｄの屈折効果によって点光源３間の明暗が緩和され、点光源３からアクティブエリアまでの距離を短くすることが可能になる。すなわち、線状導光体２の長尺方向において均一な強度で、かつ出射方向が整形された光を出射可能である。

したがって、バックライトユニット１０及び表示装置１７では、光源として高い光強度で均一な面発光が可能な線状光源１を採用しているので、高輝度かつ輝度均一性の優れた画像表示を得ることができる。

次に、本発明に係る線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置の第２及び第３実施形態について、図６から図８を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、透明接着剤４が線状導光体２の入光面２ａ全面に均一な厚さで層状に形成されているのに対し、第２実施形態での線状光源２１では、図６に示すように、線状導光体２の入光面２ａにおいて、点光源３を接着する領域にそれぞれ点光源３よりも若干広く、複数の透明接着剤２４が形成され、これら透明接着剤２４によって点光源３と線状導光体２とが接着し、固定されている点である。なお、各点光源３における透明接着剤２４の厚さは一定に設定されている。

この第２実施形態の線状光源２１では、各点光源３が透明接着剤２４で個別に線状導光体２の入光面２ａに接着されているので、第１実施形態と同様に、線状導光体２の出射面で従来よりも高い光強度が得られる。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、各点光源３が配線基板８上に接着されて実装されているのに対し、図７及び図８に示すように、第３実施形態の線状光源３１及びバックライトユニット３０では、配線基板３８に、複数の矩形状の実装用切り欠き部３８ａが形成され、複数の点光源３３が、それぞれ実装用切り欠き部３８ａ内に配されていると共にベゼル７に直接接着されて実装されている点である。

この第３実施形態の線状光源３１及びバックライトユニット３０では、点光源３３の基板３５が配線基板３８の長尺方向両側に封止樹脂６よりも突出した幅広な長方形状とされ、突出した部分に配線基板３８の裏面の配線と接続可能な電極配線（図示略）が設けられている。すなわち、点光源３３の封止樹脂６の部分を配線基板３８の裏面（背面）側から実装用切り欠き部３８ａに挿通させると共に、基板５の突出した部分を半田材等で配線基板３８に接着し、固定することで、点光源３３と配線基板３８とを電気的に接続し、裏面実装することができる。

上述した第１実施形態では、点光源３が主に樹脂材等で形成されたプリント基板の配線基板８上に実装されているため、配線基板８の熱抵抗分だけ放熱性能が低下してしまうが、第３実施形態の線状光源３１では、複数の点光源３３が、それぞれ実装用切り欠き部３８ａ内に配されていると共に金属製のベゼル７に直接接着されて実装されているので、点光源３３の熱が熱伝導性の高いベゼル７に直接放熱され、高い放熱性能を得ることができると共に、全体的な厚みを薄く設定することが可能になる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記第２実施形態の他の例として、配線基板に、実装用切り欠き部ではなく、例えば矩形状の実装用孔部を形成し、複数の点光源を、それぞれ実装用孔部内に配してベゼルに直接接着して実装しても構わない。

また、上記各実施形態のバックライトユニットでは、拡散シートを用いているが、拡散シートを省略したバックライトユニットとしても構わない。また、２枚のプリズムシートを用いているが、１枚のプリズムシートを採用したバックライトユニットとしても構わない。
上記各実施形態の表示装置では、画像表示パネルとして液晶表示パネルを採用しているが、他の画像表示パネルを用いても構わない。例えば、電子ペーパーなどの画像表示パネルを採用しても良い。この場合、電子ペーパー本体の表面側にフロントライトユニットとして本発明の面状ライトユニットが設置される。

本発明に係る線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置の第１実施形態において、ベゼル及び配線基板を除いた線状光源を示す要部の拡大横断面図である。 第１実施形態において、線状導光体のフレネルレンズ状光学形状及びプリズム状光学形状を示す要部の拡大横断面図である。 第１実施形態において、線状光源及び面状ライトユニットを示す要部の拡大縦断面図である。 第１実施形態において、ベゼルを除く線状光源及び面状ライトユニットを示す要部の拡大平面図である。 第１実施形態において、ベゼル及び配線基板を除いた液晶表示装置を示す縦断面図である。 本発明に係る線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置の第２実施形態において、ベゼル及び配線基板を除いた線状光源を示す要部の拡大横断面図である。 本発明に係る線状光源及び面状ライトユニット並びに表示装置の第３実施形態において、線状光源及び面状ライトユニットを示す要部の拡大縦断面図である。 第３実施形態において、点光源が実装された配線基板を示す裏面側から見た要部の斜視図である。

符号の説明

１，２１，３１…線状光源、２…線状導光体、２ａ…線状導光体の入光面、２ｂ…線状導光体の出射面、２ｃ…フレネルレンズ状光学形状、２ｄ…プリズム状光学形状、３，３３…点光源、４，２４…透明接着剤、５，３５…基板、６…封止樹脂、７…ベゼル（金属製枠体）、８，３８…配線基板、１０，３０…バックライトユニット（面状ライトユニット）、１１…導光板、１３…液晶表示パネル（画像表示パネル）、１７…表示装置、３８ａ…実装用切り欠き部、Ｌ…半導体発光素子

Claims (7)

1. 長尺形状とされ側面のうち光の入光面及び出射面の少なくとも一方に光を屈折させる光学形状が施された線状導光体と、
   該線状導光体の側面のうち光の入光面側に複数並べられた点光源と、を備え、
   前記複数の点光源と前記線状導光体とが、光透過性の材料で形成された透明接着剤で固定されていることを特徴とする線状光源。
2. 請求項１に記載の線状光源において、
   前記点光源が、基板と、該基板上に実装された半導体発光素子と、前記基板上に前記半導体発光素子を封止して設けられた封止樹脂と、を備え、
   前記封止樹脂の屈折率をｎ１と、前記透明接着剤の屈折率をｎ２とし、さらに前記線状導光体の屈折率をｎ３としたとき、
   ｎ１＜ｎ２＜ｎ３の関係に設定されていることを特徴とする線状光源。
3. 請求項１又は２に記載の線状光源において、
   前記線状導光体の前記入光面に、入射した光を長尺方向に屈折させる断面Ｖ字状のプリズム状の光学形状が形成されていると共に、前記出射面に、出射される光を長尺方向に対する法線方向に屈折させるフレネルレンズ状の光学形状が形成されていることを特徴とする線状光源。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の線状光源において、
   前記複数の点光源と電気的に接続される配線を有した配線基板と、
   前記複数の点光源及び前記配線基板を支持する金属製枠体と、を備え、
   前記配線基板に、実装用孔部又は実装用切り欠き部が形成され、
   前記複数の点光源が、それぞれ前記実装用孔部内又は実装用切り欠き部内に配されていると共に前記金属製枠体に直接接着されて実装されていることを特徴とする線状光源。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の線状光源と、
   該線状光源を側端面に配し該線状光源から入射され導光した光を光路変換して主面側から面状に出射する導光板と、を備えていることを特徴とする面状ライトユニット。
6. 画像表示パネルと、
   前記画像表示パネルの表面側又は裏面側に配された請求項５に記載の面状ライトユニットと、を備えていることを特徴とする表示装置。
7. 請求項６に記載の表示装置において、
   前記画像表示パネルが、液晶表示パネルであることを特徴とする表示装置。

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