JP4970177B2

JP4970177B2 - 面発光装置及び表示装置

Info

Publication number: JP4970177B2
Application number: JP2007188883A
Authority: JP
Inventors: 崇渡邊
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP2009026614A

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイに用いられ、高輝度化が可能な面発光装置及び表示装置に関する。

一般に、カーナビゲーションシステム、携帯電話機、ＰＤＡ等のディスプレイには、文字又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。このバックライトユニットでは、例えば特許文献１に、ＬＥＤと、該ＬＥＤから投射される光を端面から受光して内部で拡散させ上面から投射する導光板と、該導光板の下面に配されて漏洩する光を反射して導光板に戻す反射シートと、を備えたバックライトが記載されている。

このようなバックライトに用いられる光源としては、例えば特許文献２に、ＬＥＤチップを覆う反射枠（ランプハウス）を備えたＬＥＤ光源がよく用いられている。この光源は、反射枠の内面で光を反射させて前方への光の指向性を高めたものである。
また、特許文献３には、ＬＥＤチップを封止する透明樹脂が光出射方向前方へと突出する突出部を有するＬＥＤ部材と、突出部と対向する側端面に前記突出部の外形に倣った切り欠き部を有する導光板と、突出部が切り欠き部に嵌合された状態で突出部の上下面に配された反射板と、を備えた面状照明装置が提案されている。

特開２００４−１１７６０６号公報特開２００２−２１７４５９号公報特開２００６−２２８５８８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。
特許文献２の技術のように、光源がＬＥＤチップの回りに反射枠を備えた構造であると、前方への指向性が向上して導光板への入光効率が上がるが、反射枠がない場合に比べて全体として外部に出射される光量が低下してしまい、バックライトの高輝度化が難しいという不都合がある。また、特許文献３の技術では、反射枠を設けない代わりに上下面に反射板を配置すると共に、透明樹脂に突出部を設け、これに嵌合する切り欠き部を導光板に設けているが、これら特殊な形状を付加する成型又は加工が必要になると共にこれらを高精度に嵌合させた状態で組み立てる必要がある。すなわち、ＬＥＤチップの実装ずれによるＬＥＤ位置ばらつきや組み立て時のずれ等の影響により、突出部と切り欠き部との位置ずれが生じ易く、バックライト輝度の低下や輝度均一性の低下等が発生するおそれがある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、光源や導光板の特殊な成型又は加工が不要で、さらなる高輝度化が可能な面発光装置及び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、本発明の面発光装置は、発光素子と前記発光素子を実装面に実装するパッケージ基板と前記発光素子を封止して前記実装面に形成された透明樹脂部とを備えた複数の発光素子パッケージと、前記実装面に対向する前記透明樹脂部の前面に入光面となる側端面が対向状態で設置された導光板と、前記導光板の上面の側端部から前記透明樹脂部の上面にわたって設けられ下面が反射面である上反射シート部と、少なくとも前記導光板の下面の側端部から前記透明樹脂部の下面にわたって設けられ上面が反射面である下反射シート部と、前記パッケージ基板の周囲に配され前記導光板の側端面に対向した反射面を有する対向反射シート部と、を備え、前記発光素子パッケージの間の前記対向反射シート部が、前記導光板側に光を反射可能な傾斜反射面で構成されていることを特徴とする。

すなわち、この面発光装置では、上反射シート部及び下反射シート部（以下、上下反射シート部とも称す）だけでなく、パッケージ基板の周囲に配され導光板の側端面に対向した反射面を有する対向反射シート部も備えているので、透明樹脂部の上下方向への光を上下反射シート部で反射するだけでなく、透明樹脂部の後方に反射又は拡散された光、特に左右方向へ出射された光を対向反射シート部によって前方の導光板の入光面（側端面）へ反射させて入光効率をさらに向上させることができる。また、特殊な形状の透明樹脂部や導光板の入光面を設ける必要が無いため、組み立てが容易であると共に組み立て時の位置ずれによる光学特性への影響が小さい。さらに、透明樹脂部に反射枠を設けない発光素子パッケージを採用すれば、透明樹脂部の側周面から出射される光を効率的に反射させて導光板に入光させることができ、さらなる高輝度化を図ることができる。

また、本発明の面発光装置は、前記上反射シート部と前記下反射シート部と前記対向反射シート部とが一体となった反射シート部材を備えていることを特徴とする。すなわち、この面発光装置では、上反射シート部と下反射シート部と対向反射シート部とが一体となった反射シート部材を備えているので、各シート部を別部材として用意し個別に組み立てる必要が無く、部材コスト及び組立コストを低減することができる。

また、本発明の面発光装置は、前記対向反射シート部に前記発光素子パッケージの外形に対応した光源配置孔が形成され、前記光源配置孔に前記発光素子パッケージが配されていることを特徴とする。すなわち、この面発光装置は、対向反射シート部の光源配置孔に発光素子パッケージが挿入されて配されるので、両者を容易に位置決めすることができる。

また、本発明の面発光装置は、前記導光板の側端面に対向配置され前記発光素子パッケージが表面に実装された実装基板を備え、前記対向反射シート部が、前記実装基板の表面に設置されていることを特徴とする。すなわち、この面発光装置では、対向反射シート部が、実装基板の表面に設置されているので、対向反射シート部が実装基板に支持されて容易に位置決めすることができる。

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裏面側に配されたバックライトユニットとして上記本発明の面発光装置と、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、バックライトユニットとして高輝度化された上記本発明の面発光装置を採用しているので、高輝度な表示が得られる。

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、薄型化が可能であると共に軽量化及び低コスト化を行うことができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る面発光装置及び表示装置によれば、一対の上下反射シート部だけでなく、パッケージ基板の周囲に配され導光板の側端面に対向した反射面を有する対向反射シート部も備えているので、特殊形状の透明樹脂部や導光板の入光面を設ける必要が無く、上下反射シート部と対向反射シート部とによって上下方向だけでなく左右方向への光も入光面へ反射して入光効率をさらに向上させることができる。したがって、本発明の面発光装置及びこれを採用した表示装置は、高輝度が要望されるカーナビゲーションシステム、携帯電話機又はＰＤＡ等の液晶ディスプレイなどに特に好適である。

以下、本発明に係る面発光装置及び表示装置の前提技術を、図１から図３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、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本前提技術の表示装置は、図１に示すように、例えばカーナビゲーションシステム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（画像表示パネル）１と、液晶表示パネル１の裏面側に配されたバックライトユニット（面発光装置）２とを備えている。
なお、本実施形態では、液晶表示パネル１の画面側及びバックライトユニット２の光出射面側を表面側又は上面側として記載している。

本前提技術における上記バックライトユニット２は、例えば白色光を主面である上面から出射するものであって、図１に示すように、発光素子３と発光素子３を長方形状の実装面に実装する略直方体形状のパッケージ基板４と発光素子３を封止して前記実装面に形成された略直方体形状の透明樹脂部５とを備えた複数の発光素子パッケージ６と、前記実装面に対向する透明樹脂部５の前面に入光面となる側端面７ａが対向状態で設置された状態で設置された導光板７と、導光板７上に配され導光板７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８と、拡散シート８上に配され拡散シート８からの光を液晶表示パネル１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９Ａ及び第２プリズムシート９Ｂと、導光板７の下面全体から透明樹脂部５の下面にわたって設けられ内側（導光板側）が反射面である反射シート部材１０と、パッケージ基板４の上面に接続されたフレキシブルプリント基板（実装基板）１１と、各シート類を支持して収納する枠部材として機能する上ホルダー１２及び下ホルダー１３と、を備えている。

上記発光素子３は、パッケージ基板４の実装面に実装された表面実装型ＬＥＤの半導体発光素子である。この半導体発光素子は、例えば青色（波長λ：４７０〜４９０ｎｍ）ＬＥＤ素子又は紫外光（波長λ：４７０ｎｍ未満）ＬＥＤ素子であって、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。

また、この発光素子３を封止する透明樹脂部５は、例えば蛍光体を含有した透明な樹脂であって、シリコーン樹脂等を主剤とし、ＹＡＧ蛍光体等が添加されている。このＹＡＧ蛍光体は、発光素子３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。したがって、この発光素子３及び透明樹脂部５によって白色ＬＥＤを構成している。なお、発光素子３及び透明樹脂部５による白色ＬＥＤとしては、上記以外でも種々のものが採用可能である。また、上記透明樹脂部５の外周面には、内面が反射面とされる反射枠は設けられていない。

上記パッケージ基板４は、例えばガラスエポキシ樹脂等で形成され、長方形状の側面が発光素子３の実装面とされている。
上記導光板７は、例えば透明なポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等で形成されている。

上記フレキシブルプリント基板１１は、下ホルダー１３の内側面に支持されていると共に導光板７の側端面７ａに対向配置され、発光素子パッケージ６が表面に実装されている。この構成をとることにより、発光素子パッケージ６の光軸を導光板７の側端面７ａに対して垂直に位置決めすることができる。これにより、光量の多い光軸の光を導光板７に効率的に入射させることができ、明るいバックライトを得ることができる。

上記反射シート部材１０は、図１から図３に示すように、導光板７の上面の側端部から透明樹脂部５の上面にわたって設けられ下面が反射面である上反射シート部１０ａと、少なくとも導光板７の下面全体から透明樹脂部５の下面にわたって設けられ上面が反射面である下反射シート部１０ｂと、パッケージ基板４の周囲に配され導光板７の側端面７ａに対向した反射面を有する対向反射シート部１０ｃと、を備えている。

すなわち、反射シート部材１０は、上反射シート部１０ａと下反射シート部１０ｂと対向反射シート部１０ｃとが一体となった３つの反射面を有する部材である。この反射シート部材１０は、光反射機能を有する樹脂フィルム、金属板、箔等であって、例えば表面に微細な凹凸加工を施した白色の樹脂シート部材や高反射率（例えば９８％以上）の多層誘電体膜で形成されたシート部材などである。

上記上反射シート部１０ａは、図１又は図２に示すように、対向反射シート部１０ｃから透明樹脂部５側に９０°に折り曲げられて配され、導光板７の側端部の全長にわたって設けられている。
なお、この上反射シート部１０ａは、上述したように、対向反射シート部１０ｃに対して９０°の角度に設定されているが、光の反射角度を考慮して導光板７側に内面を向けて傾斜させても構わない。

上記対向反射シート部１０ｃは、フレキシブルプリント基板１１の表面に両面テープや支持部材等を用いて設置されている。
また、対向反射シート部１０ｃには、発光素子パッケージ６の外形に対応した矩形状の光源配置孔１０ｄが複数形成され、これら光源配置孔１０ｄに発光素子パッケージ６がそれぞれ挿入されて配されている。

上記下反射シート部１０ｂは、導光板７の下面全体を覆って配されて導光板用反射シートとして機能すると共に、透明樹脂部５の下面にまで延在された延長部により透明樹脂部下面用反射シートとして機能する。すなわち、下反射シート部１０ｂは、導光板用反射シートと透明樹脂部下面用反射シートとを一体化した構造であるため、組み立て及び位置決めが容易であると共に部材点数を削減して低コスト化を図ることができる。
なお、下反射シート部１０ｂは、下ホルダー１３に載せて設置されている。なお、下反射シート部１０ｂは、下ホルダー１３に貼り付けて固定しても構わない。

上記拡散シート８は、例えばアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等の透明な樹脂にシリカ粒子等を分散したもので構成されている。

上記第１プリズムシート９Ａ及び第２プリズムシート９Ｂは、拡散シート８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９Ａは、発光素子パッケージ６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、発光素子パッケージ６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９Ｂは、発光素子パッケージ６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９Ａ及び第２プリズムシート９Ｂ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。

上記液晶表示パネル１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、半透過型の液晶表示パネル１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、その下面側に光透過性と光反射性の両機能を持った半透過反射板と、を備えたものである。

このように本前提技術のバックライトユニット２では、上反射シート部１０ａ及び下反射シート部１０ｂだけでなく、パッケージ基板４の周囲に配され導光板７の側端面７ａに対向した反射面を有する対向反射シート部１０ｃも備えているので、透明樹脂部５の上下方向への光を上反射シート部１０ａ及び下反射シート部１０ｂで反射するだけでなく、透明樹脂部５の後方に反射又は拡散された光、特に左右方向へ出射された光を対向反射シート部１０ｃによって前方の導光板７の入光面（側端面７ａ）へ反射させて入光効率をさらに向上させることができる。

また、特殊な形状の透明樹脂部や導光板の入光面を設ける必要が無いため、組み立てが容易であると共に組み立て時の位置ずれによる光学特性への影響が小さい。さらに、透明樹脂部５に反射枠を設けない発光素子パッケージ６を採用することで、透明樹脂部５の側周面から出射される光を効率的に反射させて導光板７に入光させることができ、さらなる高輝度化を図ることができる。

さらに、上反射シート部１０ａと下反射シート部１０ｂと対向反射シート部１０ｃとが一体となった反射シート部材１０を備えているので、各シート部を別部材として用意し個別に組み立てる必要が無く、部材コスト及び組立コストを低減することができる。
また、対向反射シート部１０ｃの光源配置孔１０ｄに発光素子パッケージ６が挿入されて配されるので、両者を容易に位置決めすることができる。さらに、対向反射シート部１０ｃが、フレキシブルプリント基板１１の表面に設置されているので、対向反射シート部１０ｃがフレキシブルプリント基板１１に支持されて容易に位置決めすることができる。

このように構成した本実施形態のバックライトユニット２では、反射枠を有する発光素子パッケージを採用すると共に上記反射シート部材１０を有さない従来のバックライトユニットに対して、輝度が約１３％も向上することが確認された。
したがって、このバックライトユニット２を備えた表示装置では、カーナビゲーションシステムの液晶ディスプレイ等として組み立てが容易かつ低コストであると共に高い輝度を得ることができる。

例えば、上述したように、反射枠を設けずに透明樹脂部５の外周面を露出させた発光素子パッケージ６を採用することが好ましいが、透明樹脂部５の外周面に反射枠を設けた発光素子パッケージを採用しても構わない。この場合でも、本発明を採用すれば、透明樹脂部５と導光板７との隙間から周囲に漏れた光を上反射シート部１０ａ、下反射シート部１０ｂ及び対向反射シート部１０ｃで反射して入光率を向上させる効果を得ることができる。

上記前提技術では、対向反射シート部１０ｃが平面状に形成されているが、導光板７側に光を反射又は拡散可能な複数の凸部を設けたり、凸状の反射面を設けても構わない。すなわち、本発明の実施形態では、例えば、図４に示すように、断面Ｖ字状となる一対の傾斜反射面で構成された対向反射シート部２０ｃとしても構わない。
また、上述したように、上反射シート部１０ａ、下反射シート部１０ｂ及び対向反射シート部１０ｃを一体にした反射シート部材１０を用いることが好ましいが、上反射シート部１０ａ、下反射シート部１０ｂ及び対向反射シート部１０ｃをそれぞれ個別のシート部材で構成して設けたものでも構わない。
なお、本発明は上記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。

また、上記実施形態では、拡散シート８を用いているが、拡散シート８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、上記実施形態では、画像表示パネルとして液晶表示パネル１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。
また、上記実施形態では、フレキシブルプリント基板１１を実装基板として採用しているが、他の基板（例えば、ガラスエポキシ基板）を用いても構わない。

本発明に係る面発光装置及び表示装置の前提技術において、表示装置を示す概略的な要部縦断面図である。本前提技術において、反射シート部材を示す斜視図である。本前提技術において、発光素子パッケージ周囲の要部横断面図である。本実施形態を示す発光素子パッケージ周囲の要部横断面図である。

符号の説明

１…液晶表示パネル（画像表示パネル）、２…バックライトユニット（面発光装置）、３…発光素子、４…パッケージ基板、５…透明樹脂部、６…発光素子パッケージ、７…導光板、７ａ…導光板の側端面、１０…反射シート部材、１０ａ…上反射シート部、１０ｂ…下反射シート部、１０ｃ、２０ｃ…対向反射シート部、１１…フレキシブルプリント基板（実装基板）

Claims

発光素子と前記発光素子を実装面に実装するパッケージ基板と前記発光素子を封止して前記実装面に形成された透明樹脂部とを備えた複数の発光素子パッケージと、
前記実装面に対向する前記透明樹脂部の前面に入光面となる側端面が対向状態で設置された導光板と、
前記導光板の上面の側端部から前記透明樹脂部の上面にわたって設けられ下面が反射面である上反射シート部と、
少なくとも前記導光板の下面の側端部から前記透明樹脂部の下面にわたって設けられ上面が反射面である下反射シート部と、
前記パッケージ基板の周囲に配され前記導光板の側端面に対向した反射面を有する対向反射シート部と、を備え、
前記発光素子パッケージの間の前記対向反射シート部が、前記導光板側に光を反射可能な傾斜反射面で構成されていることを特徴とする面発光装置。
請求項１に記載の面発光装置において、
前記上反射シート部と前記下反射シート部と前記対向反射シート部とが一体となった反射シート部材を備えていることを特徴とする面発光装置。
請求項１又は２に記載の面発光装置において、
前記対向反射シート部に前記発光素子パッケージの外形に対応した光源配置孔が形成され、
前記光源配置孔に前記発光素子パッケージが配されていることを特徴とする面発光装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の面発光装置において、
前記導光板の側端面に対向配置され前記発光素子パッケージが表面に実装された実装基板を備え、
前記対向反射シート部が、前記実装基板の表面に設置されていることを特徴とする面発光装置。
画像表示パネルと、
前記画像表示パネルの裏面側に配されたバックライトユニットとして請求項１から４のいずれか一項に記載の面発光装置と、を備えていることを特徴とする表示装置。
請求項５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。