JP4126922B2 - 面状光源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルや表示灯などのバックライトとして使用可能な面状光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の面状光源装置の一例を示す断面図である。面状光源装置１は、光を発生する光源１０と、光源１０からの光を端面から表面側に導く導光部材２と、導光部材２の表面上に配置された拡散シート３と、拡散シート３の上に配置された２枚のプリズムシート４，５と、導光部材２の背面側に配置された光反射シート６と、これらの部品を収容する金属製のフレーム７などで構成される。
【０００３】
光源１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）ユニット１１と、ＬＥＤユニット１１を搭載した回路基板１４などで構成され、回路基板１４にはリード線１５が電気接続される。ＬＥＤユニット１１は、側方に開口した凹部を有するパッケージを有し、凹部にはＬＥＤチップ１２がダイボンド部材等で固定され、チップ固定後は透光性樹脂で封止される。ＬＥＤチップ１２は、扁平の直方体形状を成し、チップ上面から光を取り出す面発光タイプのものであり、リード電極１３に対してワイヤボンディング等で電気接続される。
【０００４】
導光部材２は、透明樹脂などで形成され、光入射端面側から光源反対側に向かって厚さが減少するテーパー断面形状を有する。導光部材２の光入射端面にはＬＥＤユニット１１が密着して配置され、光入射端面の厚さはＬＥＤユニット１１の高さにほぼ一致するように設定される。光源１０から出た光は、光入射端面から入射すると、導光部材２の内部を通過しながら反射や散乱を繰り返して、導光部材２の表面側から放射される。
【０００５】
拡散シート３は、導光部材２の表面側から放射された光の強度分布を均等にする機能を有する。
【０００６】
プリズムシート４，５は、表面に微小な三角プリズムが多数形成された透明樹脂などで形成され、背面からの入射光をシート面の法線方向に屈折させて集光する機能を有する。プリズムシート４，５は、光屈折方向が互いに直交するように配置される。
【０００７】
光反射シート６は、表面にＡｇ，Ａｌなどの反射コートが形成された合成樹脂などで形成され、光源１０や導光部材２からの漏れ光を導光部材２へ戻して、光利用効率を高める機能を有する。
【０００８】
フレーム７は、Ａｌやステンレス鋼などの板材を折曲げ加工によって箱状に形成したものであり、装置全体の剛性を確保するために一定の厚さを要する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
こうした面状光源装置を、携帯電話やデジタルカメラ、ビデオカメラ等の各種携帯機器に搭載する場合、小型軽量化、薄型化が要求される。
【００１０】
図５に示した面状光源装置１では、フレーム７の厚さを２００μｍ、光反射シート６の厚さを８５μｍ、導光部材２の最大厚さを０．８ｍｍ〜１ｍｍ、ＬＥＤユニット１１の高さを１．０ｍｍ、拡散シート３の厚さを１３０μｍ、プリズムシート４，５の各厚さを１４０μｍ、回路基板１４の厚さを２５０μｍにそれぞれ設計すると、装置の全体厚さＴＰは約１．５ｍｍ〜２．１ｍｍ程度になる。
【００１１】
しかしながら、携帯機器の小型軽量化がますます要求され、面状光源装置も更なる薄型化が要求されている。
【００１２】
本発明の目的は、製造が容易で、より薄型化を実現できる面状光源装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る面状光源装置は、光源と、光入射端面を有し、該光入射端面から入射される光源からの光を面状に放射する導光シート部材と、光源および導光部材を両面から挟持する表面側のフィルム部材と裏面側のフィルム部材とを備え、前記光源は、上面に導電パターンを有するマウント基板と、前記導電パターンと電気的に接続された複数のＬＥＤチップと、複数の切欠部を有しその切欠部によって前記ＬＥＤチップの搭載空間を確保しつつ前記フィルム部材の包装時に前記導電パターンおよびＬＥＤチップを保護するスペーサ基板と、を有してなり、前記マウント基板とほぼ平行方向に光を放射することを特徴とする。
【００１４】
フィルム部材を用いて光源および導光シート部材を両面から挟持することによって、光源および導光シート部材は一体的に保持可能になり、従来、装置全体の剛性を確保するために使用していた金属フレームを省くことができる。さらに、導光部材をテーパー形状からシート状に変更することによって、装置の全体厚さを従来よりも格段に低減化できる。
【００１５】
フィルム部材として、包装用シュリンクラップなどのような、熱融着性や熱接着性を有する熱可塑性樹脂を用いた場合、フィルム部材で光学部材を両面から覆った後、熱圧着することによって、強固に封止することができる。また、光学部材を両面から覆って吸引密着させた状態で、フィルム部材の周縁同士を接着剤等で接着しても構わない。
【００１６】
このように金属フレームの代わりにフィルム包装技術を適用することで、製造が容易になって低価格化が図られ、しかも装置の薄型化を達成できる。
【００１７】
また本発明において、光源は、複数の切欠部が長手方向に沿って形成された矩形状基板と、該切欠部の底部に設けられた発光素子とを有し、
該光源は、導光シート部材の端面に近接して配置されることが好ましい。
【００１８】
光源の構造に関して、矩形状基板の長手方向に沿って複数の切欠部を形成し、この切欠部の底部にＬＥＤチップ等の発光素子を配置している。このように発光素子を基板上に直接搭載することによって、従来のようにＬＥＤユニットのハウジング部材を省略できるため、装置の全体厚さを格段に低減化できる。また、チップの直接搭載によって、発光素子の配列ピッチを短くできるため、発光素子の集積度が向上し、照明強度ムラを抑制できる。
【００１９】
この場合、発光素子は、基板とほぼ平行に光を放射する横発光タイプのＬＥＤチップが好ましく、図５に示した面発光タイプのＬＥＤチップと比べて、光源全体を薄型化できる。
【００２０】
こうして得られた光源は、導光シート部材の端面に近接して配置することによって、発光素子から導光シート部材に入射する光量が増加して、光利用効率を向上できる。
【００２１】
また本発明において、少なくとも光放射面側に、導光シート部材からの光を拡散する光拡散部を備えることが好ましい。
【００２２】
光源から出た光の大部分は、導光シート部材を通過しながら反射や散乱を繰り返して、導光シート部材の表面側から放射される。このとき光放射面側に光拡散部を設けることによって、光放射面側に放射された光の強度分布を均等化できる。こうした光拡散部は、従来の拡散シートのように別個の専用部材として設けてもよいが、導光シート部材からフィルム部材までのいずれかの部材と兼用して一体形成することによって、拡散専用部材の使用を省略でき、より薄型化が図られる。
【００２３】
また本発明において、少なくとも光放射面側に、導光シート部材からの光を屈折させるプリズム部を備えることが好ましい。
【００２４】
光源から出た光の大部分は、導光シート部材を通過しながら反射や散乱を繰り返して、導光シート部材の表面側から放射される。このとき光放射面側にプリズム部を設けることによって、背面からの入射光を面法線方向に屈折させて集光することができる。こうしたプリズム部は、従来のプリズムシートのように別個の専用部材として設けてもよいが、導光シート部材からフィルム部材までのいずれかの部材と兼用して一体形成することによって、プリズム専用部材の使用を省略でき、より薄型化が図られる。
【００２５】
また本発明において、光放射面の反対側に、導光シート部材からの光を反射する光反射部を備えることが好ましい。
【００２６】
光源から出た光の大部分は、導光シート部材を通過しながら反射や散乱を繰り返して、導光シート部材の表面側から放射される。このとき光放射面の反対側に、光反射部を設けることによって、光源や導光シート部材からの漏れ光を導光シート部材へ戻し、光利用効率を高めることができる。こうした光反射部は、従来の光反射シートのように別個の専用部材として設けてもよいが、導光シート部材から裏面側のフィルム部材までのいずれかの部材と兼用して一体形成することによって、光反射専用部材の使用を省略でき、より薄型化が図られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
図１（ａ）および図１（ｂ）は本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示す分解斜視図であり、図２はその断面図である。面状光源装置３０は、光を発生する光源４０と、光源４０からの光を伝達して面光源に変換するシート積層体２１と、光源４０およびシート積層体２１を両面からサンドイッチ構造で挟持するためのフィルム部材３１，３２などで構成される。
【００２９】
シート積層体２１は、光源４０からの光を端面から表面側に導く導光シート部材２２と、導光シート部材２２の表面上に配置された拡散シート２３と、拡散シート２３の上に配置された２枚のプリズムシート２４，２５と、導光シート部材２２の背面側に配置された光反射シート２６などで構成され、下から光反射シート２６、導光シート部材２２、拡散シート２３、プリズムシート２４，２５の順で積層される。
【００３０】
光源４０は、端面側に発光する細長いバー状光源を成し、シート積層体２１の端面、特に導光シート部材２２の光入射端面に近接するように、光反射シート２６の上に配置される。光源４０の上面にも、光反射シート２７が設けられる。
【００３１】
導光シート部材２２は、可撓性のある透明樹脂などで形成され、ほぼ一定の厚さを有する。光源４０から出た光は、導光シート部材２２の光入射端面から入射すると、導光シート部材２２の内部を通過しながら反射や散乱を繰り返して、導光シート部材２２の表面側から放射される。
【００３２】
拡散シート２３は、拡散ビーズが含有された、可撓性のある透明樹脂などで形成され、導光シート部材２２の表面側から放射された光の強度分布を均等にする機能を有する。
【００３３】
プリズムシート２４，２５は、表面に微小な三角プリズムが多数形成された、可撓性のある透明樹脂などで形成され、背面からの入射光をシート面の法線方向に屈折させて集光する機能を有する。プリズムシート２４，２５は、光屈折方向が互いに直交するように配置される。
【００３４】
光反射シート２６は、表面にＡｇ，Ａｌなどの反射コートが形成された、可撓性のある合成樹脂などで形成され、光源４０や導光シート部材２２からの漏れ光を光放射面側へ戻して、光利用効率を高める機能を有する。光反射シート２７も、光源４０から出た光を反射して、光利用効率を高める機能を有する。
【００３５】
フィルム部材３１，３２は、シート積層体２１および光源４０を両面から覆った状態で接合部分を確保できるように、光反射シート２６の平面形状より大きな寸法を有する。
【００３６】
フィルム部材３１，３２として、可撓性のある合成樹脂などが使用でき、表面側のフィルム部材３２は透明樹脂であることが望ましいが、裏面側のフィルム部材３１は黒色などの有色樹脂や不透明樹脂でも構わない。
【００３７】
フィルム部材３１，３２として、例えば熱融着性や熱接着性を有する熱可塑性樹脂を用いた場合、シート積層体２１および光源４０を両面から覆った後、熱圧着することによって、強固に封止することができる。
【００３８】
またフィルム部材３１，３２として、例えば熱硬化性樹脂を用いた場合、シート積層体２１および光源４０を両面から覆って吸引密着させた状態で、フィルム部材の周縁同士を接着剤等で接着して強固に封止することができる。
【００３９】
こうしてシート積層体２１およびフィルム部材３１，３２を可撓性材料で形成することによって、全体として可撓性を示すため、落下や衝撃時のストレスを緩和して、高い信頼性を維持できる。
【００４０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、光源４０の一例を示す斜視図である。光源４０は、細長い矩形状のマウント基板４１と、複数の切欠部４２ａが長手方向に沿って形成されたスペーサ基板４２などで構成され、マウント基板４１の上にスペーサ基板４２を接着剤等で固定することで一体化される。
【００４１】
マウント基板４１は、ガラスエポキシ基板等の電気絶縁性材料で形成され、上面には導体パターン４１ａが設けられ、複数のＬＥＤチップ４３が所定ピッチで直接搭載され、ワイヤボンディング等でＬＥＤチップ４３と導体パターン４１ａが電気接続される。導体パターン４１ａの両端には、リード線４５がそれぞれ電気接続され、各ＬＥＤチップ４３は２本のリード線４５の間に直列的に接続される。
【００４２】
スペーサ基板４２は、加工性の良好な材料で形成され、切欠部４２ａによってＬＥＤチップ４３の搭載空間を確保しつつ、フィルム包装時にＬＥＤチップ４３や導体パターン４１ａを保護するものであり、光学的にはＬＥＤチップ４３からの光をシート積層体２１の方へ導く材料が望ましい。
【００４３】
ＬＥＤチップ４３は、マウント基板４１とほぼ平行に光を放射する横発光タイプのものが好ましく、面発光タイプのものと比べて光源全体を薄型化できる。また、液晶パネル等の白色バックライトとして使用する場合、青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップを混在したり、あるいはワンチップで白色発光する白色ＬＥＤチップを使用することが望ましい。
【００４４】
次に動作を説明する。図２を参照して、２本のリード線４５の間に外部から電力を供給すると、各ＬＥＤチップ４３は発光し、シート積層体２１に向かって光を放射する。導光シート部材２２の端面から入射した光は、導光シート部材２２の内部を通過しながら反射や散乱を繰り返して、導光シート部材２２の表面側から放射される。導光シート部材２２に直接入射しなかった光も、光反射シート２６，２７で反射して、導光シート部材２２に戻される。拡散シート２３やプリズムシート２４，２５に直接入射した光も、反射や散乱を繰り返した後、照明光として利用される。
【００４５】
導光シート部材２２の表面側から放射された光は、拡散シート２３によって拡散され、プリズムシート２４，２５によって面法線方向に向かって集光され、フィルム部材３２を通過して面状光源として利用される。
【００４６】
図２に示した面状光源装置３０において、フィルム部材３１，３２の厚さを１００μｍ、光反射シート２６，２７の厚さを４０μｍ、導光シート部材２２の厚さを２７０μｍ、拡散シート２３の厚さを６５μｍ、プリズムシート２４，２５の各厚さを６２μｍ、光源４０の高さを２５０μｍにそれぞれ設計すると、装置の全体厚さＴＡは約０．７ｍｍ程度になり、従来のものと比べて格段に薄型化できる。
【００４７】
図４は、本発明に係る面状光源装置の他の実施形態を示す断面図である。この面状光源装置３０ａは、図２の構成および動作とほぼ同様であるが、光反射シート２６を省いて、裏面側のフィルム部材３１が光反射機能を兼用している点が相違する。
【００４８】
面状光源装置３０ａは、光を発生する光源４０と、光源４０からの光を伝達して面光源に変換するシート積層体２１と、光源４０およびシート積層体２１を両面からサンドイッチ構造で挟持するためのフィルム部材３１，３２などで構成される。
【００４９】
シート積層体２１は、光源４０からの光を端面から表面側に導く導光シート部材２２と、導光シート部材２２の表面上に配置された拡散シート２３と、拡散シート２３の上に配置された２枚のプリズムシート２４，２５などで構成され、下から導光シート部材２２、拡散シート２３、プリズムシート２４，２５の順で積層される。
【００５０】
フィルム部材３１の内面には、Ａｇ，Ａｌなどの反射コートが形成され、光源４０や導光シート部材２２からの漏れ光を光放射面側へ戻して、光利用効率を高める機能を有する。
【００５１】
図４に示した面状光源装置３０ａにおいて、フィルム部材３２の厚さを１００μｍ、光反射シート機能を兼ね合わせたフィルム部材３１の厚さを４０μｍ、導光シート部材２２の厚さを２７０μｍ、拡散シート２３の厚さを６５μｍ、プリズムシート２４，２５の各厚さを６２μｍ、光源４０の高さを２５０μｍにそれぞれ設計すると、装置の全体厚さＴＢは約０．６ｍｍ程度になり、従来のものと比べて格段に薄型化できる。
【００５２】
なお図４では、裏面側のフィルム部材３１に光反射機能を付与した例を説明したが、表面側のフィルム部材３２に拡散シート２３と同様な光拡散機能を付与することによって、拡散シート２３を省略可能になり、より薄型化が可能になる。また、表面側のフィルム部材３２にプリズムシート２４，２５と同様なプリズム機能を付与することによって、プリズムシート２４，２５の一方または両方を省略可能になり、より薄型化が可能になる。
【００５３】
このように金属フレームの代わりにフィルム包装技術を適用することで、製造が容易になって低価格化が図られ、しかも装置の薄型化を達成できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳説したように、フィルム部材を用いて光源および導光シート部材を両面から挟持することによって、光源および導光シート部材は一体的に保持可能になり、従来、使用していた金属フレームを省くことができ、さらに導光部材をシート状にすることによって、装置全体を格段に薄型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）および図１（ｂ）は本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】 本発明に係る面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】 図３（ａ）および図３（ｂ）は、光源４０の一例を示す斜視図である。
【図４】 本発明に係る面状光源装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】 従来の面状光源装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ シート積層体
２２ 導光シート部材
２３ 拡散シート
２４，２５ プリズムシート
２６，２７ 光反射シート
３０，３０ａ 面状光源装置
３１，３２ フィルム部材
４０ 光源
４１ マウント基板
４１ａ 導体パターン
４２ スペーサ基板
４２ａ 切欠部
４３ ＬＥＤチップ
４５ リード線

Claims (5)

1. 光源と、
   光入射端面を有し、該光入射端面から入射される光源からの光を面状に放射する導光シート部材と、
   光源および導光部材を両面から挟持する表面側のフィルム部材と裏面側のフィルム部材とを備え、
   前記光源は、上面に導電パターンを有するマウント基板と、前記導電パターンと電気的に接続された複数のＬＥＤチップと、複数の切欠部を有しその切欠部によって前記ＬＥＤチップの搭載空間を確保しつつ前記フィルム部材の包装時に前記導電パターンおよびＬＥＤチップを保護するスペーサ基板と、を有してなり、前記マウント基板とほぼ平行方向に光を放射することを特徴とする面状光源装置。
2. 前記光源の上面に光反射シートが設けられている請求項１記載の面状光源装置。
3. 前記表面側のフィルム部材に前記導光部材からの光を拡散する光拡散機能が付与されている請求項１または２に記載の面状光源装置。
4. 前記表面側のフィルム部材に前記導光シート部材からの光を屈折させるプリズム機能を付与されている請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の面状光源装置。
5. 前記裏面側のフィルム部材に前記導光シート部材からの光を反射する光反射機能が付与されている請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の面状光源装置。

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