JP4655605B2 - 面光源装置及び面光源装置の組み立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源から出射された光を導光板を介して面状に出射し、液晶表示素子や液晶表示装置などを背面から照明する面光源装置及び面光源装置の組み立て方法に関する。

従来、携帯電話機等の液晶表示装置を照明するため、光源から出射された光を液晶表示装置に導く導光板及びこの導光板を備え液晶表示装置を背面から照明する面光源装置が提供されている。

図１０は、従来の面光源装置１００の外観を示す図である。面光源装置１００は、複数の光源１１０〜１１２と、導光板１２０とからなる。光源１１０〜１１２としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）などが用いられる。

導光板１２０は、例えばＰＭＭＡ又はポリカーボネートのような透明な材料からなり、略板状の平坦な形状を有している。前記複数の光源１１０〜１１２が近接される一つの側面を入射面１２１、上面及び下面をそれぞれ出射面１２２及び反射面１２３としている。反射面１２３には、入射面１２１から入射された光源１１０〜１１２からの光を出射面１２２に向けて反射するために複数の偏向パターン素子による偏向パターンが形成されている。このように、側面にある入射面１２１から入射された光を主面にある出射面１２２から出射する導光板１２０をサイドエッジ方式と称し、携帯電話機等において広く使用されている。

図１１は、従来の面光源装置１００の上面図である。光源１１０〜１１２は、プリント基板１３０に実装された状態で導光板１２０の入射面１２１に近接されている。図１１に示した状態は、光源１１０〜１１２が導光板１２０の入射面１２１に均一に配置された状態を示す。つまり、３つの光源１１０〜１１２から入射面１２１までの距離が等しい。よって各光源１１０〜１１２が同じ強度の光を出力しているのであれば、導光板１２０に入射した光の輝度は等しく、均斉度も等しい。

しかし、図１１に示した状態は、あくまでも理想的な光源の配置状態であり、実際には、光源１１０〜１１２の出射面が平面ではなかったり、あるいは取り付けの誤差により、光源配置時に傾きや位置がばらついてしまったりする。すると、図１２に示すように、例えば光源１１２と導光板１２０との間に空隙１４０が生じてしまう。図１２では光源１１２と導光板１２０との間だけに空隙１４０が生じているように図示したが、これは光源１１２の空隙１４０が他の空隙よりも著しく大きいことを示している。もちろん、光源配置時にあって、光源１１０又は１１１と導光板１２０との空隙が著しく大きくなることもある。

また、図１３は、入射面１２１に対する光源１１２の空隙を伴った配置例を示す。（ａ）空隙がある場合、（ｂ）空隙が大きい場合、（ｃ）光源が斜めに配置されてしまう場合、（ｄ）光源の出射面側の封止剤の不均一が原因で生じる空隙がある場合を示している。いずれの場合も、光源配置時に傾きや位置がばらついてしまい、空隙が生じてしまっているのを示している。

このため、図１４に示すように、光源１１２から導光板１２０に入射する光は、光源１１２の出射面１１２ａ、空隙１４０、入射面１２１を介して導光板１２０に入射することになる。光源１１０〜１１２は、ある広がり角で光を出射しているため、光源１１２から出射した光のうち入射面１２１に達する光量は、空隙１４０がないまたは少ない場合に比べて少なくなってしまう。よって、光源１１０、１１１から入射する光に比較し、光源１１２から導光体１２０に入射する光の光量が少なくなる。つまり、光源１１２から導光板１２０に入射した光の輝度は、光源１１０又は１１１から入射した他の光の輝度よりも小さくなり、均斉度も低くなってしまう。

そこで、下記特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４では、前記空隙を埋めるための技術が開示されてきた。特許文献１は、液晶表示装置のバックライト構造に関する技術であり、空隙を埋めるために、光源を導光板の入射面に接着する発明である。特許文献２もバックライト用光源に関する技術であり、特許文献１と同様に、空隙を埋めるために、光源を導光板の入射面に接着する発明である。特許文献３は、面状照明装置及びこれを備えた表示装置に関する技術であり、空隙を埋めるために、光源を導光板に押し当てる機構に関する発明である。特許文献４は、照明装置を用いた液晶表示装置に関する技術であり、空隙を埋めるため、光源装置を導光板に埋め込んで成形するという発明である。

特開２００４−７７５６１号公報 特開２００３−２８１９１２号公報 特開２００４−５５４５４号公報 特開平９−１６００３２号公報

ところで、前記特許文献１及び２にて開示された接着剤を用いて光源を導光板の入射面に接着する技術では、接着剤が硬化した後は、時間の経過に伴ってひび割れが生じてしまうおそれがあった。例えば、接着剤が硬化した後に、光源等に外力が加わってしまったりすると、ひび割れはもちろん破壊にまで至ってしまうおそれがあった。また、製造ラインに液状である接着剤を配置するのは製造上のデメリットである。また、光源又は導光板に一度接着剤を塗ってしまうと、やり直しが効かなくなってしまう。

また、前記特許文献３及び４のように、光源を導光板に押し当てたり、光源を導光板に埋め込んだりしたりする技術は、製造作業工程や、ラインを複雑化してしまうおそれがある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、光源の配置ばらつきが生じ、光源と導光板の間に空隙が生じたり、また、光源の向きが導光板に対して斜めになっても、輝度が低下したり均斉度が低下するのを防ぐことができる面光源装置の提供を目的とする。また、本発明は、光源や導光板の破損時にリワークしやすく、光源を導光板に押し当てるための特別な機構を必要としない等、ほとんどの構成と作業を現行のままで行うことができる、面光源装置及び面光源装置の組み立て方法の提供を目的とする。

本発明に係る面光源装置は、光を入射する入射面及び光を出射する出射面を有する導光板と、前記導光板の入射面に光を入射する光源と、前記導光板と前記光源を位置決めして保持する保持部材と、前記光源と前記導光板の入射面の間に配置される透明な弾性部材とを少なくとも有し、前記弾性部材を介して前記光源を前記導光板の入射面に押し当ててなる。

本発明に係る面光源装置は、光を入射する入射面、入射した光を出射する出射面、及び出射面と対向し、入射した光を出射面に反射するために光の進行方向を制御するためのパターンを有する反射面とを有する導光板と、前記導光板の入射面に光を入射する一つ以上の光源と、前記導光板の反射面に対向し、前記反射面から漏れた光を反射して前記導光板に再度入射させる反射部材と、前記導光板と前記光源と前記反射部材を位置決めして保持する保持部材と、前記光源と前記導光板の入射面の間に配置する透明な弾性部材とを少なくとも有し、前記透明な弾性部材を介して前記光源を前記導光板の入射面に押し当ててなることが好ましい。

前記弾性部材の弾性率が使用環境温度下で0.01MPa以上10MPa以下であることが好ましい。

前記弾性部材の屈折率が1.3〜1.7の範囲であることが好ましい。

前記弾性部材の屈折率は、空気の屈折率よりも高く、かつ前記範囲内にあって前記導光板の屈折率よりも小さいことが好ましい。

前記弾性部材の厚みが10μｍ〜1ｍｍの範囲であることが好ましい。

前記導光板の前記入射面は厚み方向に伸びる凹凸パターンを有し、前記出射面は異方拡散パターンを有することが好ましい。

本発明に係る面光源装置の組み立て方法は、光を入射する入射面及び光を出射する出射面を有する導光板と、前記導光板の入射面に光を入射する光源と、前記導光板と前記光源を位置決めして保持する保持部材と、前記光源と前記導光板の入射面の間に配置する透明な弾性部材とを少なくとも有し、前記弾性部材を介して前記光源を前記導光板の入射面に押し当てた面光源装置の組み立て方法であって、前記保持部材に光源を搭載する前あるいは搭載した後に、光源を搭載する側が低くなるような傾斜面を有する台座に前記保持部材を傾けて乗せる工程と、前記保持部材を傾けて台座に乗せる工程により保持部材を台座に乗せた状態で、弾性部材及び導光板を搭載する工程とを有する。

本発明に係る面光源装置によれば、光源の配置ばらつきが生じ、光源と導光板の間に空隙が生じたり、また光源の向きが導光板に対して斜めになった場合にも、輝度が低下したり均斉度が低下することを抑制する効果がある。

また、本発明は、光源や導光板の破損時にリワークしやすく、光源を導光板に押し当てるための特別な機構を必要としない等、ほとんどの構成と作業が現行のままで行うことができる。このため、産業上極めて有効な発明である。

以下、本発明を実施するためのいくつかの最良の形態を説明する。まず、第１の実施の形態は、携帯電話機等の液晶表示装置を背面から照明する面光源装置である。図１は、面光源装置１の外観を示す図である。また、図２は、面光源装置１の側面図である。

図１及び図２にあって、面光源装置１は、光を入射する入射面２１及び光を出射する出射面２２、さらに光を反射する反射面２３を有する導光板２０と、導光板２０の入射面２１に光を入射する複数の光源１０，１１，１２と、導光板２０と光源１０〜１２、さらに後述する反射部材２５の片側を覆うとともに位置決めする保持部材３０と、光源１０〜１２と導光板２０の入射面２１の間に配置する透明な弾性部材２とを少なくとも有し、弾性部材２を介して光源１０〜１２を導光板２０の入射面２１に押し当てている。また、面光源装置１は、導光板２０の反射面２３に対向するように設けられて反射面２３から漏れた光を反射して導光板２０に再度入射させる反射部材２５を備えている。

光源１０〜１２は、出力特性が略等しい発光ダイオードである。発光ダイオードのほか、冷陰極管も利用できるが、発光面の一辺が短い発光ダイオードが望ましい。

導光板２０は、例えばＰＭＭＡ、ポリオレフィン又はポリカーボネートのような一定の屈折率を有する透明な材料からなり、略板状の平坦な形状を有している。そして、前述したように、前記複数の光源１０〜１２が近接される一つの側面を入射面２１、上面及び下面をそれぞれ出射面２２及び反射面２３としている。反射面２３には、入射面２１から入射された光源１０〜１２からの光を出射面２２に向けて反射するために、反射溝２４が形成されている。

入射面２１は、反射面２３及び出射面２２と略直交している。入射面２１に対向して略等間隔で直線状に配置された複数の光源１０〜１２から出射した光は、弾性部材２を介して入射面２１から導光板２０に入射される。

出射面２２は、異方拡散パターンを有してもよい。異方拡散パターンを有することにより、出射面２２は光を液晶表示部に拡散し、面状に出射することができる。

透明な弾性部材２は、光源１０〜１２と導光板２０の間に配置されるので、光源１０〜１２と導光板２０との間に生じてしまう空隙を埋めることができる。透明な弾性部材２は、使用環境温度下、例えば室温１０〜４０℃で、弾性率0.01MPa以上10MPa以下であることが好ましい。0.02MPa以上1MPa以下がより好ましく、0.05MPa以上0.1MPa以下がさらに好ましい。

また、透明な弾性部材２の屈折率は、導光板２０との境界での反射を低下させるため、導光板２０の屈折率と同程度であることが好ましい。導光板に使用されている材料としてはポリカーボネート、ＰＭＭＡなどがあるので、透明な弾性部材の屈折率は同様の屈折率1.30〜1.70であるのが好ましい。1.40〜1.60がより好ましく、1.45〜1.55がさらにより好ましい。特に、弾性部材の屈折率は、空気の屈折率よりも高く、かつ前記範囲内にあって前記導光板２０の屈折率に近いものが望ましい。また、導光板２０の屈折率に近く、かつ小さいものでもよい。

透明な弾性部材２の高さと幅は入射面２１と同等かやや小さめが望ましい。弾性部材２の厚みはいくらでもよいが、面光源装置１の小型化及び光線透過による光量の減衰について考えた場合は薄いほうがよく、本発明の効果を得るためには10μｍ〜1ｍｍの範囲が好ましく、200μｍ〜500μｍの範囲がより好ましい。透明な弾性部材２としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。

反射部材２５は、銀やアルミニウムなどの高反射材料の膜をフィルム上に蒸着やスパッタなどで形成したものが使用できる。反射部材２５は平面のほか、凹凸があってもよく、光源の光出射方向を稜線とする断面略三角形あるいは台形のプリズムが複数形成されていてもよく、このような反射部材２５を用いることで入射面付近の輝度明暗ムラを少なくすることに効果がある。

図３は、面光源装置１の上面図である。図中、保持部材３０は省略している。光源１０〜１２は、プリント基板５０に実装された状態で導光板２０の入射面２１に近接されている。

本実施の形態では、透明な弾性部材２を光源１０〜１２と導光板２０の入射面２１との間に入れている。この透明な弾性部材２は、前述したように、使用環境温度下、例えば室温１０〜４０℃で、弾性率0.01MPa以上10MPa以下である。また、屈折率は、導光板２０の屈折率と同程度、すなわち、屈折率1.30〜1.70である。よって、光源１０〜１２と導光板２０は、接着剤のように硬化して接続されることがなく、常に前記弾性率を保った上で接続される。また、透明な弾性部材２と導光板２０の屈折率は、ほぼ等しいので、光源１０、１１から入射する光量に比較し、光源１２からの光量が少なくなることはなく、等しいものとなる。

図４は、入射面２１と光源１２と間の空隙に透明の弾性部材を配置した例を示す。本実施の形態の面光源装置１では、前記弾性率と前記屈折率を有する透明な弾性部材２を、光源１２と入射面２１との間に入れているので、光源１２と導光板２０の間に空隙が生じたり、また光源１２の向きが導光板２０に対して斜めになった場合にも、図５に示すように光は光源１２，透明な弾性部材２及び導光板２０へと損失なく進むことができるので、光量の低下が見られず、よって輝度が低下したり、均斉度が低下することを抑制することができる。

なお、面光源装置１の導光板２０は、前述したように反射面２３に反射溝２４を形成している。反射溝２４は、入射した光を出射面２２に反射するために光の進行方向を制御するためのパターンの具体例である。

図６は、反射溝２４を説明するための導光板２０の図である。

導光板２０の反射面２３に形成された反射溝２４は、入射面２１に略平行な方向に形成され、入射面２１からこの入射面２１と対向する面側２６に連続して複数形成される。隣接する溝同士の間隔は一定でもよいし、変化してもよい。各々の反射溝２４の入射面２１からの距離は、関数で表記してもよい。隣接する溝同士の間隔を調整することによって、導光板２０の反射効率などの特性を微調整することができる。

本実施の形態のような反射溝２４を形成した反射面２３は、反射溝２４の大部分が光の反射に使用されるため、入射された光を出射面２２方向に反射する効率が高く、導光板２０の光利用効率を高める。

図７は、第２の実施の形態の外観を示す図である。この第２の実施の形態も、携帯電話機等の液晶表示装置を背面から照明する面光源装置６０である。

この面光源装置６０が、前記第１の実施の形態の面光源装置１と異なるのは、導光板７０の入射面７１に、導光板７０の厚み方向に伸びる凹凸パターンを有するプリズムが形成されている点である。出射面７２、反射面７３及び反射溝７４、反射部材７５、保持部材８０については説明を省略する。

図８は、導光板７０の厚み方向に伸びるプリズムを形成した入射面７１の断面図である。プリズム形状は、例えば（ａ）断面が略三角形、（ｂ）略半楕円形、（ｃ）なめらかな波型形状である。さらに、プリズムの表面に微細な凹凸形状を形成してもよい。前記形状のプリズム等の凹凸パターンにより、入射面は入射した光を導光板７０内に拡散することができる。

この第２の実施の形態の面光源装置６０にあっても、前記弾性率と前記屈折率の透明な弾性部材２を、光源１２と入射面７１との間に入れているので、光源１２と導光板２０の間に空隙が生じたり、また光源１２の向きが導光板２０に対して斜めになった場合にも、図５に示すように光は光源１２，透明な弾性部材２及び導光板７０と損失なく進むことができるので、光量の低下が見られず、よって輝度が低下したり、均斉度が低下することを抑制することができる。さらに、入射面７１には、プリズムを形成しているので、光を導光板７０内にて拡散することができ、よって反射溝７４の形成された反射面７３にて出射面７２方向に光を効率良く反射することができる。

図９は、本発明の面光源装置の組み立て方法を説明するための図である。本発明の面光源装置の組み立て方法は、保持部材３０に光源１０〜１２を搭載する前あるいは搭載した後に、光源を搭載する側が低くなるように保持部材３０，８０を支持する傾斜面９１，９２を有する台座９０を用いる。すなわち、この台座９０の前記傾斜面９１，９２上に保持部材３０，８０を傾けて乗せる工程と、保持部材３０，８０を傾けて台座９０に乗せた状態で、弾性部材２及び導光板２，７０を搭載する工程とを有してなる。

以下、面光源装置の組み立て方法の詳細について説明する。光源１０〜１２に電力を供給するために、光源の電極はプリント基板（図３に示したプリント基板５０等）にはんだ接合などしてある。そのプリント基板を保持部材３０，８０に搭載する際、保持部材３０，８０に光源１０〜１２を固定するために、プリント基板端部に穴をあけ、その穴に対応するように保持部材３０，８０に突起を形成する等の方法がある。保持部材３０，８０に光源１０〜１２及びプリント基板を搭載し、光源側１２が下になるように保持部材３０，８０を傾け、光源１２の出射面に接するように透明の弾性部材２を搭載し、その後、導光板２０，７０を搭載する。このような組み立て方法によって、組み立て中における弾性部材２の位置ずれを防止しつつ簡便に面光源装置１０，６０を組み立てることができる。このとき、導光板２０，７０を搭載する際は、まず導光板２０，７０の入射面２１，７１を弾性部材２に押し当て、その後導光板２０，７０の入射面２１，７１とは対向する面を保持部材３０，８０内にはめ込むように組み立てることで、より組みたて時の配置ばらつきが減少し、高輝度かつ高均斉度の面光源装置１０，６０を得ることができる。

本発明に係る面光源装置は、携帯電話機やゲーム機器、電子手帳、小型情報端末機、パーソナルコンピュータのモニタ、カーナビゲーション装置などの液晶表示装置等を照明する面光源装置として利用可能である。

第１の実施の形態の面光源装置の外観を示す図である。 面光源装置の側面図である。 面光源装置の上面図である。 入射面と光源と間の空隙に透明の弾性部材を配置した例を示す図である。 光源からの光が，透明な弾性部材及び導光板へと損失なく進む状態を示す図である。 導光板の反射面に形成された反射溝を示す図である。 第２の実施の形態の面光源装置の外観を示す図である。 導光板の厚み方向に伸びるプリズムを形成した入射面の断面図である。 本発明の面光源装置の組み立て方法を説明するための図である。 従来の面光源装置の外観を示す図である。 従来の面光源装置の上面図である。 光源と導光板との間に生じた空隙を示す図である。 入射面に対する光源の空隙を伴った配置例を示す図である。 光源から導光板に入射する光の状態を示す図である。

符号の説明

１ 面光源装置、２ 透明な弾性部材、１０，１１，１２ 光源、２０ 導光板、２１ 入射面、２２ 出射面、２３ 反射面、２４ 反射溝、２５ 反射部材、３０ 保持部材

Claims (8)

1. 光を入射する入射面及び光を出射する出射面を有する導光板と、
   前記導光板の入射面に光を入射する光源と、
   前記導光板と前記光源を位置決めして保持する保持部材と、
   前記光源と前記導光板の入射面の間に配置される、接着性を有さず、前記入射面とほぼ同等の高さと幅を有する透明な弾性部材とを少なくとも有し、
   前記保持部材に前記光源及び前記弾性部材を搭載した後、前記導光板の前記入射面を前記弾性部材に押し当て、前記入射面とは対向する面を当該保持部材にはめ込むように組み立て、前記弾性部材を介して前記光源を前記導光板の入射面に押し当ててなることを特徴とする面光源装置。
2. 光を入射する入射面、入射した光を出射する出射面、及び出射面と対向し、入射した光を出射面に反射するために光の進行方向を制御するためのパターンを有する反射面とを有する導光板と、
   前記導光板の入射面に光を入射する一つ以上の光源と、
   前記導光板の反射面に対向し、前記反射面から漏れた光を反射して前記導光板に再度入射させる反射部材と、
   前記導光板と前記光源と前記反射部材を位置決めして保持する保持部材と、
   前記光源と前記導光板の入射面の間に配置される、接着性を有さず、前記入射面とほぼ同等の高さと幅を有する透明な弾性部材とを少なくとも有し、
   前記保持部材に前記光源及び前記弾性部材を搭載した後、前記導光板の前記入射面を前記弾性部材に押し当て、前記入射面とは対向する面を当該保持部材にはめ込むように組み立て、前記弾性部材を介して前記光源を前記導光板の入射面に押し当ててなることを特徴とする面光源装置。
3. 前記弾性部材の弾性率が使用環境温度下で0.01MPa以上10MPa以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記弾性部材の屈折率が1.3〜1.7の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面光源装置。
5. 前記弾性部材の屈折率は、空気の屈折率よりも高く、かつ前記範囲内にあって前記導光板の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項４記載の面光源装置。
6. 前記弾性部材の厚みが10μｍ〜1ｍｍの範囲である請求項１乃至５のいずれかに記載の面光源装置。
7. 前記導光板の前記入射面は厚み方向に伸びる凹凸パターンを有し、前記出射面は異方拡散パターンを有することを特徴とする請求項２記載の面光源装置。
8. 光を入射する入射面及び光を出射する出射面を有する導光板と、前記導光板の入射面に光を入射する光源と、前記導光板と前記光源を位置決めして保持する保持部材と、前記光源と前記導光板の入射面の間に配置する透明な弾性部材とを少なくとも有し、前記弾性部材を介して前記光源を前記導光板の入射面に押し当てた面光源装置の組み立て方法であって、
   前記保持部材に光源を搭載する前あるいは搭載した後に、光源を搭載する側が低くなるような傾斜面を有する台座に前記保持部材を傾けて乗せる工程と、
   前記保持部材を傾けて台座に乗せる工程により保持部材を台座に乗せた状態で、弾性部材及び導光板を搭載する工程とを有することを特徴とする面光源装置の組み立て方法。
   

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