JP4669799B2 - エッジ入力型バックライト - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置、特に液晶パネルをその背面から照明するバックライトに関する。

薄型軽量で画像表示が可能な液晶表示装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。液晶表示装置としては、透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、当該バックライトから発せられる照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成して表示する。バックライトとしては、ほぼ線状光源である冷陰極管を用いて、薄板状の導光板の側面より入射する方式のものが良く用いられている。

図１０を参照して、上述の冷陰極線管を用いたバックライトについて説明する。図１０（ａ）は、バックライトＢＬｃを出射面側から見た状態を示している。そして、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における直線ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂに関するバックライトＢＬｃの断面を示している。バックライトＢＬｃは、導光板１１０および冷陰極線管１２０を含む。

図１０（ｂ）に示すように、冷陰極線管１２０は、概ねコの字状の断面を有するリフレクタ１３０にて覆われている。なお、リフレクタ１３０の開放端は、導光板１１０の一端に接続されている。なお、図１０（ａ）には、視認性の都合上、リフレクタ１３０は表示されていない。

冷陰極線管１２０から照射された光は、導光板１１０の入射面１１１から導光板１１０の内部に入射する。そして、光は、導光板１１０の対向する主面間で全反射を繰り返しながら伝播する。出射面１１２の対向面となる反射面１１３の表面には、伝播する光の一部を出射させるように、特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸が形成されている。

拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、および大きさの分布などを適度に設定することにより、液晶パネルの全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。導光板１１０の反射面１１３の側に、反射シート１４０を設けることにより、反射面１１３から導光板１１０の外部に漏れる一部の光を導光板１１０の方に反射して光の損失を防止する。

また、バックライトＢＬｃから出射する光の指向性を制御して所望の配光特性で液晶パネルを照明するために、一般的に、導光板１１０の出射面１１２の側に拡散フィルムやプリズムシートなどの光学フィルム１５０が設置される。なお、冷陰極線管１２０を囲み導光板１１０の入射面１１１に向かって開口するリフレクタ１３０が設けられる。これにより、冷陰極線管の発光する光を余すところなく導光板に導くことができる。

さらに、最近、発光効率の高い発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称す）が開発され、これを液晶バックライト用の光源に用いることが提案されている。点光源であるＬＥＤから、バックライトとして使用可能な面状の発光を得るための方法としては、多数のＬＥＤを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法が一般的である。

図１１を参照して、上述の複数のＬＥＤにより面状の発光を得る方法の１つであるサイドエミッタ型のＬＥＤ発光素子を用いた方式について説明する。サイドエミッタ型においては、発光素子自身に箱状の反射部材が備えられる。なお、図１１（ａ）は、光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図１１（ｂ）は光源部を導光板２１０の入射面２１１から観察した状態を示している。

素子基板２２２上にＬＥＤチップ２２１をボンディングし、その周囲に反射部材２２３を設け、さらに透明な樹脂製の封止樹脂部２２４で封止される。そして、接続電極２２５が設けられて、サイドエミッタ型のＬＥＤ素子２２０が構成される。複数のＬＥＤ素子２２０がフレキシブル基板２７０上に配列して接続されて、光源部が構成される。

そして、光源部は、複数のサイドエミッタ型ＬＥＤ素子２２０の開口部それぞれが導光板２１０の入射面に近接して対向するように、樹脂フレーム２６０上に固定する。なお、図１１（ｂ）においては、図１１（ａ）に示されている透明な封止樹脂部２２４が割愛されている。このように構成することにより、光源部を導光板２１０と対向する所定の位置に安定に保持して出射した光を導光板２１０に導くことができる。

さらに、複数のＬＥＤチップを１つの基板上に直線状に配列して封止したＬＥＤアレイモジュールを用いて面状の発光を得る方法も提案されている（例えば特許文献１）。図１２を参照して、そのような方法について説明する。本方法においては、図１０および図１１に示した方式と異なり複数のＬＥＤチップが１つの基板上に直線状に配列された状態で封止されているＬＥＤアレイモジュールとして構成される（例えば特許文献１参照）なお、図１２（ａ）は光源部を中心とした要部の部分断面を示し、図１２（ｂ）は光源部を導光板３１０の入射面３１１から観察した状態を示している。

ＬＥＤアレイモジュール３２０は、複数のＬＥＤチップ３２１をアレイモジュール基板３２２上に直線状に配列して透明樹脂製の封止樹脂部３２４で封止されて構成される。このように、ＬＥＤアレイモジュール３２０は１つの大きなアレイモジュール基板上（３２２）にマトリクス状にＬＥＤチップ３２１を配置して封止した後に、これを切断することによって効率よく作成できる。また、アレイモジュール基板３２２として配線基板を用いることにより、ＬＥＤアレイモジュール３２０内の複数のＬＥＤチップ３２１を内部で接続でき、接続点数が削減できる。

上述の如く構成されたＬＥＤアレイモジュール３２０の封止樹脂部３２４はその断面が矩形状となる。結果、封止樹脂部３２４は、アレイモジュール基板３２２と対向する面のみならずそれと隣接する側面部からも光が出射可能な光出射部になる。そして、封止樹脂部３２４およびアレイモジュール基板３２２の側面部に反射フィルム３３０を設けられる。これにより、ＬＥＤアレイモジュール３２０の側面部から導光板３１０の入射面３１１以外の部分に光が漏れることを防止して光を有効利用することが可能になる。

このＬＥＤアレイモジュール３２０を用いると、ＬＥＤチップを個々に封止したＬＥＤ発光素子を用いる場合に比べ、製造コストを低減でき、配線を簡略化できる等大きな効果が期待できる。
特開２００４−２３５１３９号公報

図１２を参照して説明した従来の複数のＬＥＤチップを１つの基板上に直線状に配列して封止したＬＥＤアレイモジュールを用いて面状の発光を得る構造では、光を有効利用できないことを、本発明の発明者らは見出した。図１３を参照して、当該従来の構造においては、光を有効利用できない理由について説明する。

先ず、図１３は、図１２と同様にＬＥＤアレイモジュール３２０の断面を示しているが、ただしＬＥＤアレイモジュール３２０の側面から漏れる光を反射フィルム３３０によって封止樹脂部３２４の内部に戻される光Ｌの軌跡を破線が表されている。ＬＥＤアレイモジュール３２０の側面から外部に漏れた光は、反射フィルム３３０によって反射されて封止樹脂部３２４に再入射した後に、モジュール基板３２２に対向する封止樹脂部３２４の面Ｐｏ（以降、「モジュール基板対抗面」と称す）に達する。そして、光は当該面で全反射されために、導光板３１０の入射面３１１に向かって外部に出射できない。

一般にＬＥＤの封止には透明で耐熱性および対候性に優れたエポキシやシリコンなどが用いられるがその屈折率は１．５程度である。この場合、空気と封止部材の界面（モジュール基板対抗面Ｐｏ）での臨界角は約４２°であり、互いに直交する面の一方に空気側から入射した光は他方の面で必ず全反射する。空気側からの入射光は封止部材内でその入射面法線方向から４２°以上にはなり得ない。それ故に、界面の法線から４８°以下の角度で入射し得ないことは、平行平板の側面から入射した光は全反射を繰り返しながら伝播するという導光板のメカニズムからも明らかである。

封止樹脂部３２４のモジュール基板対抗面Ｐｏで全反射された光Ｌは破線に示したような軌跡でＬＥＤチップ３２１またはモジュール基板３２２に戻る。モジュール基板３２２に到達した光Ｌはその一部が反射されてモジュール基板対抗面Ｐｏの方向に向かうものの、電極材料やレジスト材料などに吸収され損失となる成分が発生する。

このように、単純にＬＥＤアレイモジュール３２０の側面部に反射フィルム３３０を配置する方法では、照明無効部分からの光の出射を完全に防止できる。しかしながら、反射フィルム３３０で反射された光は必ずしも有効にモジュール基板の対向面から出射されない。

さらに、図１２に示すように発光体であるＬＥＤチップ３２１が点在して設けられるために、導光板３１０の入射面３１１の近傍で、ＬＥＤチップ３２１に対向する部分が明るく、その中間部が暗いという明暗分布が生じ易く、明暗の顕著な部分は有効面として使用できない。
本発明は、上記の問題を考慮し、点光源であるＬＥＤを複数個用いながら導光板内の照明無効領域の発生を極力抑制して光利用効率の高いバックライトを実現し、コンパクトで明るい液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の発光素子をアレイモジュール基板上に配列するとともに前記発光素子を透明材料により封止して光出射部を形成した発光素子アレイモジュールと、前記発光素子アレイモジュールが複数個配列して配置される配線基板と、前記配線基板上の前記発光素子アレイモジュールの側面方向に前記発光素子アレイモジュールの光出射部に近接させて設けた押さえ部材と、前記発光素子アレイモジュールの光出射部からの光が入射する入射面を側面部に有し前記入射面から導入された光を対向する２つの主面の一方の出射面から出射させて面状の照明を行う導光板と、前記導光板の出射面と対向する反出射面に面して当該反出射面から漏れる光を前記出射面方向に反射する反射シートと、前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の入射面との間の空間を囲むように設けた少なくとも２つの反射面とを備え、前記発光素子アレイモジュールの光出射部の配列方向と直交する方向の幅は、前記導光板の入射面の幅よりも小さく構成するとともに、前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の入射面との間に設けた反射面は、前記発光素子アレイモジュールから前記導光板に向かって間隔が大きくなるように構成し、かつ前記反射シートは、一端が前記導光板の入射面より前記発光素子アレイモジュール側に突出するように形成するとともに、前記突出部が前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記押さえ部材の間に存在するように配置したことを特徴とする。

本発明においては、発光素子アレイモジュールの側面から出射する光も有効に利用でき、かつ、光の利用効率を損なうことなく導光板の入射面近傍から均一性が高い無効領域の小さな光利用効率の高いバックライトを実現できる。

（第１の実施の形態）
図１、図２、図３、図４、図５、図６および図７を参照して、以下に本発明の第１の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトについて説明する。なお、図１はエッジ入力型バックライトにおける光源部の構成を示し、図２は導光部Ｐｏｇの要部を示し、図３は光源部Ｐｏｓと導光部Ｐｏｇとが組み合わせて構成された様子を示している。

図１（ａ）に、本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトに用いられる光源部Ｐｏｓ１を導光板側から見た上面図を表し、図１（ｂ）に図１（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ断面を示す。図１（ａ）に示すように、複数のＬＥＤチップ４２１が細長い矩形状のアレイモジュール基板４２２上に配列されるように接続配置され、透明な封止樹脂部４２４で封止することにより、ＬＥＤアレイモジュール４２０が形成される。そして、複数のＬＥＤアレイモジュール４２０がほぼ直線状になるように配線基板４３０上に配列されている。そして、配線基板４３０上の前記ＬＥＤアレイモジュール４２０の側面方向（ＬＥＤアレイモジュール４２０を配列した方向と平行）には、ＬＥＤアレイモジュール４２０の光出射部に近接して押さえ部材４４０が設けられている。

図２、図３に示すように、導光部Ｐｏｇにおいては、フレーム４８０の上に反射シート４５０、導光板４１０、プリズムシート４６０、および拡散シート４７０が順番に積層されている。反射シート４５０は、白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂シートにより構成され、その一端が導光板４１０の入射面４１１からＬＥＤアレイモジュール４２０側に突出するように形成するとともに、その突出部ＰｅｘｂがＬＥＤアレイモジュール４２０の光出射部と押さえ部材４４０の間に存在するように配置されている。また、反射シート４５０の突出部Ｐｅｘｂにおいて、導光板４１０の面する表面には銀を蒸着した鏡面反射シート４５１が張り合わされて鏡面反射層４６１ｂが形成されている。

プリズムシート４６０は透明ＰＥＴシートを基材としてその一方の面に紫外線硬化樹脂などで微細なプリズムアレイを形成されている。そして、プリズム面が導光板４１０と反対側に位置するように、プリズムシート４６０を設置することにより、導光板４１０の側面から外部に散乱状に漏れ出す光を正面方向に集光して正面方向を明るくする効果を得ている。

プリズムシート４６０は、一方の辺が反射シート４５０と同様に導光板４１０の入射面４１１からＬＥＤアレイモジュール４２０側に突出するように形成するとともに、前記突出部Ｐｅｘｔが前記ＬＥＤアレイモジュール４２０の光出射部と前記押さえ部材４４０の間に存在するように配置されている。そして、突出部Ｐｅｘｔの導光板４１０に面する表面、つまりプリズムが形成されていない方の表面に鏡面反射シート４５１が張り合わせされて鏡面反射層４６１ｔが形成されている。なお、鏡面反射シート４５１は、銀蒸着フィルムであっても良い。

図３に示すように、図１に示した光源部Ｐｏｓ１と図２に示した導光部Ｐｏｇを組み合わせて、エッジ入力型バックライトが構成される。具体的には、導光部Ｐｏｇの反射シート４５０およびプリズムシート４６０の突出部ＰｅｘｂおよびＰｅｘｔをＬＥＤアレイモジュール４２０と押さえ部材４４０との間に挿入して、配線基板４３０をフレーム４８０に固定する。

なお、ＬＥＤアレイモジュール４２０を導光板４１０の入射面４１１に密着させると、ＬＥＤチップ４２１に対応する部分が明るく、その中間部が暗いという明暗が生じて導光板４１０の入射面４１１近傍を有効領域として使用できないことが考えられる。そのような自体を防止するあるいは低減するために、本発明においては両者の間には適切な空隙ｄが保たれるように設定する。空隙ｄを導光板４１０の入射面４１１と、ＬＥＤアレイモジュール４２０の封止樹脂部４２４の出射面との間隔とすると、適切な空隙ｄはＬＥＤチップの配列間隔ｐに依存し、配列間隔の０．２倍から０．８倍程度が望ましい。

導光板４１０の厚みは、ＬＥＤアレイモジュール４２０の幅より大きく設定してあり、導光板４１０の入射面４１１とＬＥＤアレイモジュール４２０とを囲む鏡面反射層４６１ｂおよび４６１ｔとの間隔はＬＥＤアレイモジュール４２０側から導光板４１０の入射面４１１に向かって次第に大きくなるように設定する。

以下に、上述の空隙ｄを設ける理由と、鏡面反射層４６１ｂおよび４６１ｔを鏡面反射層とするとともに間隔を導光板４１０側に向かって開くように設定する理由について説明する。ＬＥＤアレイモジュール４２０と導光板４１０の入射面４１１との間に空隙ｄを設ける理由は、ＬＥＤチップ４２１が点在することに起因して生じる導光板４１０の入射面４１１での照明斑の発生を緩和するためである。

図４を参照して、ＬＥＤアレイモジュール４２０と導光板４１０の入射面４１１との間に空隙ｄを設けることが有効であること、および、どの程度の空隙ｄを設ければ効果的かについて具体的に説明する。図４は、所定の間隔ｐに配置されたそれぞれ等しい光度を有する４つの点状光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、およびＫ４による単純な照明モデルを示している。なお、点状光源Ｋ１〜Ｋ４を点状光源Ｋと総称する。

点状光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、およびＫ４を結ぶ直線ｌ１から距離ｄだけ離れた位置に導光板入射面を仮想した直線ｌ２を設定し、直線ｌ２上の点Ｍにおける照度を算出する。上述のように、距離ｄを空隙を代表するパラメータとして用いている。実際の光源配列では４個より多数の光源を用いるのが一般的だが、比較的ｄ／ｐが小さな場合を仮定しているので、算出ポイントから遠い光源の点Ｍにおける影響は小さく、これを無視しても定量的な見通しを得るには十分である。

点Ｍが、第２の点状光源Ｋ２に対抗するポイント（より厳密には点状光源Ｋ２を通り直線ｌ１に垂直な直線Ｌｒと直線ｌ２との交点Ｃ２）からｘの距離の位置にあるものとしてその照度をｘの関数として表示する。点Ｍの照度Ｓは、点状光源Ｋ１〜Ｋ４それぞれの点Ｍにおける照度の合計として計算される。点状光源Ｋ１〜Ｋ４の点Ｍにおける照度は、点状光源Ｋ１〜Ｋ４のそれぞれが光跡が成す点Ｍとの距離と、点Ｍにおける線ｌ２に対する法線と成す角度θに依存する。なお、この角度θを点状光源Ｋ１〜Ｋ４のそれぞれから点Ｍを見た望み角という。

一般に点状光源によって照らされる面の照度は点状光源からの距離の２乗に反比例して小さくなる。しかし、この場合は、図３に示すように反射シート４５０によって一方向の伝播を拘束された状態を前提にしているので距離の１乗に反比例する。その距離は上記角度θによってｄ／Ｃｏｓ（θ）と表すことができる。従って、距離のファクターについてはＣｏｓ（θ）／ｄに比例する。この関係は照明光が垂直入射する面について適用される。

なお、直線ｌ２に沿った面は角度θの傾きで照明されるので、その照度は垂直入射の場合の照度のＣｏｓ（θ）倍になる（照明光量が一定で照明面積が１／ｃｏｓ（θ）倍になる）。結果として望み角θの点状光源からの照度はｃｏｓ（θ）＾２／ｄに比例する。
その距離は上記θによってｄ／Ｃｏｓ（θ）と表すことができる。従って、距離のファクターに関しても照度はｃｏｓ（θ）に比例し、結局照度はＣｏｓ（θ）の２乗に比例する。

よって、点状光源Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、およびＫ４による点Ｍにおける照度をそれぞれ照度Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４は、角光源からの望み角をθ１〜θ４、比例乗数をＡとすると次式（１）、（２）、（３）、および（４）によって表現される。
Ｓ１ ＝ Ａ・Ｃｏｓ（θ１）＾２／ｄ ・・・・（１）
Ｓ２ ＝ Ａ・Ｃｏｓ（θ２）＾２／ｄ ・・・・（２）
Ｓ３ ＝ Ａ・Ｃｏｓ（θ３）＾２／ｄ ・・・・（３）
Ｓ４ ＝ Ａ・Ｃｏｓ（θ４）＾２／ｄ ・・・・（４）

そして、点状光源Ｋ１〜Ｋ４からの望み角θ１〜θ４は、それぞれ、次式（５）、（６）、（７）、および（８）によって表現される。
θ１ ＝ ａｔａｎ｛（ｐ＋ｘ）／ｄ｝ ・・・・（５）
θ２ ＝ ａｔａｎ（ｘ／ｄ） ・・・・（６）
θ３ ＝ ａｔａｎ｛（ｐ−ｘ）／ｄ｝ ・・・・（７）
θ４ ＝ ａｔａｎ｛（２ｐ−ｘ）／ｄ｝ ・・・・（８）

距離ｘおよび間隔ｐの値に基づいて上式（５）〜（６）を用いて望み角θ１〜θ４を算出し、算出したθ１〜θ４の値に基づいて上式（１）〜（４）を用いて照度Ｓ１〜Ｓ４を求め、その和をとればポイントＭにおける照度が得られる。

図５に、間隔ｄを点状光源Ｋの間隔ｐの０．１倍から１倍の範囲で変化させ、それぞれの状態で算出点Ｍをｘ＝０からｘ＝ｐに変化させて算出した照度分布を示す。図５において、横軸は先に定義した距離ｘを間隔ｐで除した値であり照度算出位置を示す、縦軸は空隙ｄの各設定時の最大照度を基準に規格化した相対照度であり、照明斑の状態が照度分布として示されている。

図５から、点状光源Ｋと対抗しているｘ／ｐ＝０およびｘ／ｐ＝１のポイントで最大照度を示し、その中間部であるｘ／ｐ＝０．５で最小照度を示すことが見て取れる。その傾向は（当然ながら）点状光源Ｋの配列間隔ｐに比して点状光源Ｋと入射面との距離ｄが小さいほど（ｄ／ｐが小さいほど）大きく、距離ｄが間隔ｐに比して相対的に大きくなるほど緩和され、距離ｄが間隔ｄと等しくなると（ｄ／ｐ＝１）ほぼ完全に均一になる。

図６に、照度比をｄ／ｐの関数で表示したグラフを示す。図６において横軸は点状光源Ｋの成す直線ｌ１と設定面との距離ｄを点状光源Ｋの配列間隔ｐで除した値を示している。そして、縦軸は光源設定における照度比＝最大照度／最小照度であり照明斑の大きさを表す。 ｄ／ｐが０．１の場合、照度比は約１２倍ときわめて大きい。しかし、ｄ／ｐ＝０．２では３．５倍、０．３では２倍とｄ／ｐが増加するとともに照度比は急激に低下する。

実際のＬＥＤ光源および導光板を用いて、目視による評価も併せて実行した。結果は、照度比が３．５倍以下となるｄ／ｐが０．２より大きい状態で顕著な効果を確認し、照度比が０．３より大きいと明暗パターンとしてほとんど認識できないレベルになることが確認できた。

上述の計算結果と目視評価結果に基づいて、照明斑を低減するためにｄ／ｐを０．２以上に設定するのが有効であることが分かる。また、ｄ／ｐが０．８で照度比はほぼ１になり照明斑は解消されるのでそれ以上の値に、距離ｄを大きく設定しても効果はなく、徒に無効な空間を作ることになる。従ってｄ／ｐは０．８以下が望ましい。

次に、図７を参照して、導光板４１０の入射面４１１とＬＥＤアレイモジュール４２０とを囲む鏡面反射層４６１ｂおよび４６１ｔを鏡面反射層とするとともに、その間隔を導光板４１０に向かって開くように設定する理由を説明する。１ｍｍ×３０ｍｍの細長いモジュール基板４２２の上に、０．３ｍｍ角のＬＥＤチップ４２１を１０ｍｍ間隔で３個配列、透明樹脂４２４で封止して形成したＬＥＤアレイモジュール４２０を用いて実験を行った。

具体的には、ＬＥＤアレイモジュール４２０を厚さ２ｍｍの導光板４１０の入射面４１１から距離ｄの位置に設置して、ＬＥＤアレイモジュール４２０と導光板４１０の入射面４１１の間の空間を２枚の鏡面反射シート４５１で囲んで構成した。その状態で、ＬＥＤアレイモジュール４２０に通電してＬＥＤチップ４２１を発光させ、導光板４１０の出射面４１１から出射する光束の総量を計測した。

導光板４１０から出射する総光束をＬＥＤアレイモジュール４２０が発生する光の総光束で除した値がこの導光状態に置ける光結合効率であると考えられるが、ＬＥＤアレイモジュール４２０の駆動条件は一定にしており、ＬＥＤアレイモジュール４２０から発生する光の総光束量は一定である。よって、導光板４１０から出射する総光束は光結合効率に比例する。

そして、反射シートには拡散的な反射特性を有する白色ＰＥＴシートと鏡面反射特性を有する銀蒸着シートの２種類を準備した。また、図７の右上に示すように２枚の反射シートをＬＥＤアレイモジュール４２０の側面部に沿うように平行に設定した場合と、図７の右下に示したように、２枚の反射シートを幅１ｍｍのＬＥＤアレイモジュールから厚み２ｍｍの導光板入射面に向かって次第にその間隔が大きくなるように設定した場合とを比較した。

総光束を測定すると同時に導光板入射端近傍から出射する光の明暗斑を観察した。その結果、明暗斑の発生状況は上記反射シートの材質の差異や設定方法の差異にはほとんど依存せず、距離ｄに大きく影響され、いずれの場合も導光板４１０とＬＥＤアレイモジュール４２０を密接させると顕著な明暗斑を生じ、距離ｄがＬＥＤチップ４２１の配列間隔Ｐ＝１０ｍｍの０．２倍となる２ｍｍ以上で顕著に緩和され３ｍｍ以上でほぼ解消された。

図７の左側のグラフに、各条件で出射総光束を測定した結果を示す。同グラフにおいて、横軸はＬＥＤアレイモジュール４２０と導光板４１０の入射面４１１との距離ｄ、縦軸は各条件における測定出射総光束を、銀蒸着シート（鏡面反射シート４５１）をＬＥＤアレイモジュール４２０の側面に沿うように設定し、アレイモジュールの面と導光板４１０の入射面４１１とを密着状態（ｄ＝０）での出射総光束で割った値であり密着状態を１とした場合の相対的な結合効率を表す。

導光板４１０の反射シート４５０と同様な白色のＰＥＴシートを反射シートとして２枚用い、それらが互いに平行になるように設定した状態で距離ｄを変化させると、距離ｄの増加に伴って急激に結合効率が低下した。具体的には、距離ｄが３ｍｍでは結合効率は密着状態の０．６倍程度になった（グラフ中菱形マークの点線）。この原因は、ＬＥＤアレイモジュール４２０で発光した光が反射シートで反射される際に、導光板側へ向かわず入光源側に戻る成分が発生したことに因ると推定される。

反射シートに鏡面反射性の銀蒸着シートを用いると、距離ｄを大きくしても結合効率の低下は軽微である。例えば、明暗斑をほぼ解消するように距離ｄを３ｍｍに設定しても９０％以上の相対光強度を維持することができる（グラフ中三角マークの破線）。この原因は、鏡面反射にすることによって上述の戻り光の成分が減少したためと考えられる。

さらに、鏡面反射性の銀蒸着シートを用い、図７の右下に示すように、ＬＥＤアレイモジュール４２０の側から導光板４１０の入射面４１１の側に向かって反射シートの間隔が次第に大きくなるように設定した場合には、側面に沿って銀蒸着シートを配置した場合に比べ密接状態（ｄ＝０）における結合効率が４％程度向上した。この原因は、図１３に示した側面出射成分の回帰吸収現象が緩和されたためと考えられる。

また、このように導光板４１０に向かって開くように反射シートを設置することにより距離ｄに対する結合効率の低下はさらに軽微になり、明暗斑をほぼ解消するように距離を３ｍｍに設定しても単純設置の密着状態と同等の結合効率を維持できるが確認できた。この原因は、ＬＥＤアレイモジュール４２０から導光板に向かって次第に開くような２つの鏡面反射層で囲んでいるので、ＬＥＤアレイモジュール４２０から出射されて反射層で反射される光は反射のたびに導光板４１０の入射面４１１の法線方向に近づくような角度になるので、導光板４１０とＬＥＤアレイモジュール４２０の間隔を大きくしても、戻り光を発生することなく効率よく導光板に入射させることができるからと考えられる。

上述の如く、本実施の形態においては、導光板４１０の入射面４１１とＬＥＤアレイモジュール４２０との間に適切な間隔を設けているので導光板入射端近傍から均一な発光が可能であり、かつ、導光板４１０の入射面とＬＥＤアレイモジュール４２０とを囲む反射層を鏡面反射層とするとともにその間隔を導光板４１０側で開くように設定しているので高い結合効率を維持することができる。

なお、導光板裏面に設置する反射シートとしては鏡面反射性の銀蒸着シートより価格が低く拡散反射により斑の低減が期待できる拡散反射性の白色ＰＥＴシートなどが多く用いられており、本実施の形態においても白色ＰＥＴシートを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく鏡面反射性の反射シートを用いても良い。この場合、反射シートに改めて鏡面反射層を形成する必要はなく反射シートを単純に延長すればよい。

なお、上述の第１の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトＢＬＥ１においては、導光板４１０の入射面４１１とＬＥＤアレイモジュール４２０とを囲む反射層（鏡面反射シート４５１）の間隔を導光板４１０に近づくにつれて開くように設定している。そのために、導光板４１０側での２つの鏡面反射シート４５１の間隔は、導光板４１０側から延伸した部材に反射層を設けることにより導光板４１０自身の厚みで規制するとともに、ＬＥＤアレイモジュール４２０側では配線基板上に設けた押さえ部材４４０とＬＥＤアレイモジュール４２０の側面部との間に反射シート（鏡面反射シート４５１）を挿入している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図８に示すような構成でも良い。

以下に、図８を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトについて説明する。図８（ａ）は上述の図１（ａ）と同様に、本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトに用いられる光源部Ｐｏｓ２を導光板側から見た上面図を表している。そして、図８（ｂ）に上述の図１（ｂ）におけるＶＢ−ＶＢ断面を示している。

光源部Ｐｏｓ２の配線基板５３０のＬＥＤアレイモジュール５２０の側面部近傍にスリット５９０が設けられている。一方、導光部Ｐｏｇ２は図７と同様に導光板５１０から反射シート５５０およびプリズムシート５６０を突出させ、その突出部に鏡面反射層５６１ｂおよび５６１ｔを設けるとともに、それぞれの最先端部に前記光源部Ｐｏｓ２のスリット５９０と対応する凸部ＰｈｂおよびＰｈｔを形成する。

このように構成すれば、２つの鏡面反射層５６１ｂおよび５６１ｔによって、ＬＥＤアレイモジュール５２０の光出射部となる封止樹脂部５２４を完全に囲み、かつ、光源Ｐｏｓ２側から導光板Ｐｏｇ２側に向かって次第にその間隔が広くなるような状態を安定に保つことができる。

上述の本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトにおいては、光学シートを延長してこれに鏡面反射層を形成している。これは光源部から導光板への導光のために新たな部材を必要とせず、しかも反射層で囲む導光部の開口を導光板入射面と完全にかつ自動的に一致させることができるという利点があるが本発明はこれに限定されるものではない。例えば図９に示すように、鏡面反射層を有する反射シートを光源部の配線基板の裏面から延伸するように設けても良い。

次に、図９を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトについて説明する。本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトは、図３に示したエッジ入力型バックライトにおいて、導光板４１０の発光面側に位置する押さえ部材４４０を、配線基板４３０の裏面から延伸する鏡面反射プレート６７０により共用したものである。なお、鏡面反射プレート６７０のＬＥＤチップ４２１に面する表面には鏡面反射面６７１が設けられている。

本実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトにおいては、ＬＥＤチップ４２１を密接して配置するとともに導光板４１０の入射面４１１とＬＥＤアレイモジュール４２０との間に適切な間隔を設けることができ、導光板４１０の入射端近傍から均一な発光が可能になる。また、導光板４１０の入射面４１１とＬＥＤアレイモジュール４２０とを囲む反射層を鏡面反射層４６１ｂおよび４６１ｔとするとともに、その間隔を導光板４１０側で開くように設定しているので、ＬＥＤアレイモジュール４２０と導光板４１０の入射面４１１との間に間隔を設けても高い結合効率を維持できる。

本発明にかかるエッジ入力型バックライトおよび液晶表示装置は、複数の点光源を用いながら入射面となる側面部直近から均一な発光が可能である装置をコンパクトに構成することができるので、特に小型、軽量が要求される携帯型情報端末やノート型パーソナルコンピュータなどの映像表示部等に有用である。

本発明の第１の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトにおける光源部と導光部の構成図 図１に示した導光部の要部断面図 図１の光源部と図２の導光部との組み合わせ状態を示す要部断面図 照度分布算出モデルの説明図 算出照度分布を示すグラフ 算出明暗比を示すグラフ 結合効率の実験結果を示すグラフ 本発明の第２の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトにおける光源部と導光部の構成図 本発明の第３の実施の形態にかかるエッジ入力型バックライトを示す要部断面図 従来の冷陰極線管を用いたバックライトの構成を示す図 サイドエミッタ型ＬＥＤ発光素子を用いた従来のエッジ入力型バックライトの構成を示す図 ＬＥＤアレイモジュールを用いた従来のエッジ入力型バックライトの構成を示す図 ＬＥＤアレイのジュールの側面から出射する光線の軌跡の説明図

１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 導光板
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１ 入射面
１１２ 出射面
１１３ 反射面
１２０ 冷陰極線管
１３０、２３０ リフレクタ
２２０ ＬＥＤ発光素子
２２１、３２１、４２１、５２１ ＬＥＤチップ
２２２ 素子基板
２２３ 反射部材
２２４、３２４、４２４ 封止樹脂
１４０、２４０、３４０ 反射シート
１５０、２５０、３５０ 光学フィルム
２６０、３６０ フレーム
２７０、３７０ 配線基板
３２０、４２０、５２０ ＬＥＤアレイモジュール
３２２、４２２ モジュール基板
４３０、５３０ 配線基板
４４０ 押さえ部材
４５０、５５０ 反射シート
４５１、５５１ 鏡面反射シート
４６０、５６０ プリズムシート
４６１ｂ、４６１ｔ、５６１ｂ、５６１ｔ 鏡面反射層
５６１ 鏡面反射層
４７０、５７０ 拡散シート
４８０、５８０ フレーム
５９０ スリット
６７０ 鏡面反射プレート
Ｐｅｘ、Ｐｅｘｂ、Ｐｅｘｔ 突出部

Claims (4)

1. 複数の発光素子をアレイモジュール基板上に配列するとともに前記発光素子を透明材料により封止して光出射部を形成した発光素子アレイモジュールと、
   前記発光素子アレイモジュールが複数個配列して配置される配線基板と、
   前記配線基板上の前記発光素子アレイモジュールの側面方向に前記発光素子アレイモジュールの光出射部に近接させて設けた押さえ部材と、
   前記発光素子アレイモジュールの光出射部からの光が入射する入射面を側面部に有し前記入射面から導入された光を対向する２つの主面の一方の出射面から出射させて面状の照明を行う導光板と、
   前記導光板の出射面と対向する反出射面に面して当該反出射面から漏れる光を前記出射面方向に反射する反射シートと、
   前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の入射面との間の空間を囲むように設けた少なくとも２つの反射面とを備え、
   前記発光素子アレイモジュールの光出射部の配列方向と直交する方向の幅は、前記導光板の入射面の幅よりも小さく構成するとともに、前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記導光板の入射面との間に設けた反射面は、前記発光素子アレイモジュールから前記導光板に向かって間隔が大きくなるように構成し、かつ前記反射シートは、一端が前記導光板の入射面より前記発光素子アレイモジュール側に突出するように形成するとともに、前記突出部が前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記押さえ部材の間に存在するように配置したことを特徴とする、エッジ入力型バックライト。
2. 前記反射シートは拡散反射性を有し、前記一方の反射面は前記反射シートの拡散反射面上に鏡面反射層を形成することにより形成したことを特徴とする、請求項１に記載のエッジ入力型バックライト。
3. 前記導光板の前記出射面側に、出射光の指向性を制御するプリズムシートを配置し、前記プリズムシートは、その一方の辺が前記導光板の入射面より前記発光素子アレイモジュール側に突出するように形成するとともに、前記突出部が前記発光素子アレイモジュールの光出射部と前記押さえ部材の間に存在するように配置し、前記突出部に一方の反射面を形成したことを特徴とする、請求項１に記載のエッジ入力型バックライト。
4. 前記一方の反射面は、前記プリズムシート上の前記突出部に鏡面反射層を形成することにより形成したことを特徴とする、請求項３に記載のエッジ入力型バックライト。

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