JP4701926B2

JP4701926B2 - 面光源装置

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Publication number: JP4701926B2
Application number: JP2005251825A
Authority: JP
Inventors: 豊上田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JP2007066719A

Description

この発明は、点光源を用いるサイドライト方式の面光源装置に関する。

従来、液晶表示モジュール等のフラットパネル型表示モジュール用のバックライトとして、矩形状導光板の一方の端面に光源を対向配置し、この光源から射出される光を導光板内に導き表示パネルの背面に対向させた一方の主面の発光エリアから面状に出射させる、所謂サイドライト方式の面光源装置が多く用いられている。この場合の光源としては、バックライトを含めた表示モジュールの小型薄型化を促進するために、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）という）等の点光源が採用されることが多い。

近年、上述の点光源を用いるサイドライト型面光源装置をバックライトとした液晶表示モジュールは携帯電話機等のモバイル機器のディスプレイとして多用されているが、モバイル機器のディスプレイには小型薄型化が厳しく要求される。液晶表示モジュールの格段の小型薄型化を促進するのに極めて有利な面光源装置として、ＬＥＤをフレキシブル配線基板上（以下、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit Board）という）に直接搭載した特許文献１に示されるようなサイドライト型面光源装置が知られている。
特開２００５−１７９６４号公報

上述のＬＥＤをＦＰＣ上に直接搭載した面光源装置においては、ＬＥＤがフレキシブルなＦＰＣに支持された状態であるため、複数のＬＥＤを導光板の光入射端面に対して所定位置に正確且つ確実に位置させることが難しい。

複数のＬＥＤのそれぞれの導光板に対する位置がずれると、輝度分布が均一な面状照射光を出射することができなくなり、液晶表示パネルの表示に輝度ムラ等の表示不良を発生させる原因となる。

本発明の目的は、複数の点光源が導光板に対し所定位置に正確且つ長期にわたり確実に支持され、輝度分布が均一な照射光を安定して出射できる小型薄型化に好都合な面光源装置を提供することである。

本発明の面光源装置は、発光素子が搭載される帯状部を有し、該帯状部の２つの長辺のうちの一方の長辺に向かって開口したスリットが前記帯状部に複数穿設されたフレキシブル配線基板と、前記スリットにより区画された所定の搭載区画のそれぞれに、前記一方の長辺との間に所定の距離を設けて光出射面が前記２つの長辺のうちの前記一方の長辺側に向くように、１つずつ搭載された複数の発光素子と、第１の主面と第２主面とを有した板状に形成され、前記光出射面から出射される光が側面から入射される導光板と、を備え、前記フレキシブル配線基板は、前記搭載区画に搭載された前記発光素子の前記光出射面が前記導光板の前記側面に密着するようにして、前記２つの長辺のうちの前記一方の長辺側における前記帯状部の端部が前記搭載区画毎に前記第１の主面に接着されるとともに、前記２つの長辺のうちの他方の長辺側における前記帯状部の端部が前記第２主面に接着されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の点光源が導光板に対し所定位置に正確且つ長期にわたり確実に支持され、輝度分布が均一な照射光を安定して出射できる小型薄型化に好都合な面光源装置を得られる。

図１は本発明の一実施形態としての面光源装置を用いた液晶表示モジュールを示す模式的断面図である。

本液晶表示モジュールの筐体は、外形が扁平な直方体をなす箱の天板を除去した形状の収納ケース１に、同じ外形で底板が除去された形状のカバーケース２が嵌合状態で被装されてなる。収納ケース１は、樹脂材料を用いて例えば射出成形法等により２段収納スペースを備えた構造に形成されている。すなわち、底板１ａの周縁に立設された側壁１ｂの所定高さ位置にその全周にわたって形成された段差１ｃを境界として、下部スペースとこれより段差１ｃの面積分だけ広い上部スペースの２個の収納スペースが、２段に形成されている。カバーケース２には表示窓２ａが穿設されている。

収納ケース１の上部スペースには、液晶表示パネル３が収納されている。液晶表示パネル３は、電極（不図示）が形成された一対のガラス基板４、５を、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材で囲まれたガラス基板４、５間に液晶を封入して、構成されている。そして、ガラス基板４、５の各外面には、一対の前、後偏光板６、７がそれぞれ貼着されている。本実施形態の液晶表示パネル３はアクティブマトリックス方式の液晶表示パネルであり、一対のガラス基板４、５のうちの一方の例えばガラス基板５の内面には複数の画素電極（不図示）がマトリックス配設され、これに対向する他方のガラス基板４の内面には、一枚膜状の対向電極（不図示）が設置されている。

ガラス基板４、５のうちの一方のガラス基板５には、縁部を他方のガラス基板４の対応する端面よりも外側へ延出させて、延出部５ａが形成されている。この延出部５ａの表面（電極形成面の延長面）には、両基板４、５の各電極に接続されている配線が引回し配設され、それら各配線の各接続端子（不図示）が並設されている。

上述の引き回し配線及び接続端子列が形成された延出部５ａには、液晶を駆動する駆動回路素子８がＣＯＧ（Chip On Glass）方式により直接搭載されている。そして、この延出部５ａの縁部には、外部に設けられた本液晶表示モジュール全体の駆動を制御する駆動制御回路基板（不図示）と駆動回路素子８とを電気接続するフレキシブル配線基板９が導通接合されている。

収納ケース１の下部スペースには、バックライトユニット１０が収納されている。本実施形態のバックライトユニット１０は、大略、導光板１１と、複数の点光源としてのＬＥＤ１２とこれらを搭載したＦＰＣ１３、光の漏れを防止する光反射シート１４、及び照射光調整用の光学シート積層体１５からなる。

導光板１１は、アクリル樹脂等の透明樹脂材料を用いて略矩形板状に形成され、４辺の端面のうちの一端面を光が入射する入射端面１１ａとし、この入射端面１１ａに対して直角に延在する一対の主面のうちの一方の主面１１ｂを光が出射する光出射面（前面）とし、この光出射面１１ｂの反対側の主面（後面）１１ｃには、複数の微細溝１１ｄが形成されている。微細溝１１ｄは、各ＬＥＤ１２をそれぞれ中心とする３個の同心円が交錯した模様に形成されている。この同心円模様に形成された微細溝１１ｄに導光板１１内を伝播する光が入射すると、この入射光は光出射面となる前面１１ｂ側へ内面反射され、前面１１ｂから照射対象である液晶表示パネル３の背面に向けて出射される。

導光板１１の入射端面１１ａには、本実施形態では３個のＬＥＤ１２が各光射出面１２１を密着させて等間隔に設置されている。これらＬＥＤ１２は、通電用の配線等がパターン形成されているＦＰＣ１３にＣＯＦ（Chip On Film）方式で直接搭載され、このＦＰＣ１３の一部が収納ケース１の外に延出され、前記駆動制御回路基板に電気接続されている。

図２（ａ）〜（ｃ）は３個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃがＣＯＦ搭載されたＦＰＣ１３を示すもので、（ａ）はその展開図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は設置状態を示す側面図である。また、図３は、３個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃのうちのＬＥＤ１２ｃの設置状態を示す部分斜視図である。

図２（ａ）の展開図に示されるように、本実施形態のＦＰＣ１３は、帯状のＬＥＤ搭載部１３１とその一方の端部を直角に延出させたリード配線部１３２からなる。ＬＥＤ搭載部１３１には、３個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃが等間隔に配設されている。このＬＥＤ搭載部１３１の互いに隣り合うＬＥＤ１２ａ、１２ｂ間及びＬＥＤ１２ｂ、１２ｃ間にはスリット１３ａ、１３ｂが、リード配線部１３２とこれに隣接するＬＥＤ１２ｃ間にはスリット１３ｃが、それぞれ穿設されている。これらスリット１３ａ〜１３ｃは、同一形状に穿設され、（ｂ）に示されるようにその長さＬはＬＥＤ搭載部１３１の幅Ｗの３／４〜４／５に設定されている。そして、これらスリット１３ａ〜１３ｃの穿設位置は、これらスリット１３ａ〜１３ｃで区切られる各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの搭載区画１３１ａ〜１３１ｃの形が同一で、且つ、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃが各搭載区画１３１ａ〜１３１ｃの先端部中央に配置されるように、設定されている。なお、リード配線部１３２の先端部には、絶縁保護膜を被着せずに配線先端部を露出させて接続端子部１３３が形成されている。

ここで、寸法ｅつまり各スリット１３ａ〜１３ｃの根元から各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの光射出面１２１までの距離は、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの奥行き、横幅、高さをそれぞれａ、ｂ、ｃ、導光板１１の厚さをｔとした場合
ｅ＞２ａ＋ｔ・・・（１）
に設定されている。

そして、上述のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃが搭載されたＦＰＣ１３は、図２（ｃ）及び図３に示されるように、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃ搭載表面が内側となるように湾曲させ、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの光射出面１２１全体を導光板の光入射端面１１ａに密接させた状態で、導光板１１の光入射側端部に設置されている。この場合、ＦＰＣ１３のＬＥＤ搭載部１３１におけるスリット１３ａ〜１３ｃが穿設されていない端部１３１ｄは導光板後面１１ｃの光入射側端部に図示しない両面粘着シート等の接着部材により接着され、そして各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃ搭載側端部１３１ｅは導光板前面１１ｂの光入射側端部に、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの光射出面１２１全体を導光板の光入射端面１１ａに密接させるように図示しない両面粘着シート等の接着部材により接着されている。

複数のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃを導光板１１に対して上述のように設置することにより、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃはそれぞれ湾曲されたＦＰＣ１３自体の弾性（復元力）により各光射出面１２１全体を導光板１１の光入射端面１１ａに適度な圧力で密接させた状態（以下、適正圧接状態という）で安定的に支持される。ここで、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃのうちの何れかの搭載位置が正規の位置から多少ずれていても、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃはスリット１３ａ〜１３ｃによりそれぞれ独立して変形可能な各搭載区画１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃに取り付けられ、且つ上記（１）式のように各寸法が設定されているから、各搭載区画１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃの変形、及び端部１３１ｄの貼り付け位置の調整によって、前記ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃそれぞれの位置ずれが容易に修正される。

例えば、図４（ａ）に示すようにＬＥＤ１２ｂの搭載位置がΔｄ1 だけスリット根元側へずれた場合、そのずれ量Δｄ1 が
Δｄ1 ＜ｅ−（２ａ＋ｔ）
ならば、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１２ｂ搭載区画１３１ｂのＦＰＣが自らの弾性で湾曲率が小さく（曲率半径が大きく）なるように変形し、上記適正圧接状態が得られる。このとき、ＬＥＤ１２ｂの搭載区画１３１ｂが両側のスリット１３ａ、１３ｂにより隣り合うＬＥＤ１２ａ、１２ｃの各搭載区画１３１ａ、１３１ｃと切り離されているから、上述の弾性変形による自己修正が容易に行われる。なお、ずれ量Δｄ1 が
Δｄ1 ≧ｅ−（２ａ＋ｔ）
と大きい場合は、図４（ｃ）に示すように、ＦＰＣ１３の導光板後面１１ｃへの接着幅を図３（ｃ）に示される正常搭載の場合よりも若干量Δｐだけ少なくする。つまり、ＦＰＣ端部１３１ｄを光入射端面１１ａからΔｐだけ突き出す。この突き出し量Δｐは、上記適正圧接状態が得られようにずれ量Δｄ1 に応じて設定される。

一方、図５（ａ）に示すようにＬＥＤ１２ｂの搭載位置がΔｄ2 だけ逆に搭載区画１３１ｂの先端側へずれた場合は、図５（ｂ）に示されるように、その搭載区画１３１ｂのＦＰＣが、正規位置に配設された場合（隣りのＬＥＤ配設区画１３１ａ参照）よりも曲率が大きい（曲率半径が小さい）湾曲形状に、両隣のＬＥＤ搭載区画１３１ａ、１３１ｃから切り離されて柔軟に弾性変形し、上記適正圧接状態が得られる。この場合も、ずれ量Δｄ2 が大きい場合は、ＦＰＣ１３の導光板後面１１ｃへの接着幅を増やすことにより対処できるが、収納ケース１内における湾曲ＦＰＣ１３の収納スペース（図１参照）に余裕があれば、上記接着幅を変更しなくてもよい。

このように、ＦＰＣ１３における３個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃの各搭載区画１３１ａ〜１３１ｃをスリット１３ａ〜１３ｃにより切り離すことにより、３個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃ全てをＦＰＣ１３への搭載位置にかかわらずつねに上記適正圧接状態に設置することができる。その結果、導光板１１の光出射面１１ｂから輝度分布が均一な照射光が安定して出射される。

図１に戻って、導光板１１の後面１１ｃには、光反射フィルム１４が被設されている。この光反射フィルム１４は、導光板１１内を伝播する光で後面１１ｃの微細溝１１ｄで内面反射されずに外部に出射した光を反射し導光板１１内に再入射させるために設けられている。本例の光反射フィルム１４はＰＥＴ（Poly-Ethylene Terephthalate）フィルムに銀を蒸着して形成されたもので、高い光反射率を備えている。

導光板１１の前面１１ｂには、光学シート積層体１５が設置されている。光学シート積層体１５は、導光板１１側から順に拡散シート１６と２枚のプリズムシート１７、１８が積層されてなる。

拡散シート１６は、光出射面１１ｂから出射される光を拡散透過させて面状出射光の輝度分布を均一化するために設けられており、ＰＥＴ等の透明なベースシートの光出射側とする表面に光拡散層を積層してなる。

プリズムシート１７、１８は、拡散シート１６で拡散された導光板１１からの出射光を照射対象の液晶表示パネル３の法線方向に向けて集光するために設けられている。本例のプリズムシート１７、１８は、一方の主面に複数の突条（不図示）が平行に形成されたプリズムシートであり、それぞれの突条の延在方向を直交させて設置されている。

上述のように構成されたバックライトユニット１０においては、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃから射出された光が、導光板１１内に光入射端面１１ａから均等に入射し、導光板１１内を伝播するうちに後面１１ｃの微細溝１１ｄに入射し、前面１１ｂ側に向けて内面反射されるか、導光板１１外に出射される。導光板１１外に出射された光は、光反射フィルム１４により反射され、導光板１１内に再入射して前面１１ｂ側に向かう。

導光板前面１１ｂから出射される光は、微細溝１１ｄが各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃを中心とする同心円状に形成されているために、前面１１ｂの法線方向に大略揃えられて出射する。また、３個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃが光入射端面１１ａに均等に且つ適正圧接状態で配置されているため、前面１１ｂから出射する光の分布が均一化される。さらに、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃはＦＰＣ１３に覆われているから、各ＬＥＤ１２ａ〜１２ｃから射出されても導光板１１内に入射しなかった漏れ光が散乱して迷光となる不具合が防止される。その結果、導光板１１の前面１１ｂから出射し光学積層体１５を透過した輝度分布が均一で且つ正面輝度の高い面状光が、液晶表示パネル３に向けて照射される。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、複数のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃがスリット１３ａ〜１３ｃにより個々に切り離されてＦＰＣ１３上に搭載されているから、それぞれの搭載位置がずれても、個々の搭載区画のＦＰＣがその湾曲率を材料自体の弾性により切り離された他のＬＥＤ搭載区画に影響されることなく柔軟に自己修正し、つねに全てのＬＥＤ１２ａ〜１２ｃが各光射出面１２１を導光板光入射端面１１ａに密着圧接させた状態に保持される。従って、点光源のＬＥＤ１２ａ〜１２ｃをその配線回路を備えるＦＰＣ１３上に直接搭載することにより面光源装置の小型薄型化が促進されると共に、全てのＬＥＤ１２ａ〜１２ｃをＦＰＣ１３への搭載位置に拘わらず導光板光入射端面１１ａに対してつねに正確な位置に適正な圧接状態で容易に設置できる。その結果、輝度分布が均一で正面輝度の高い面状照射光を出射でき、且つ、小型薄型化が促進されると共に製造が容易であり、モバイル機器のディスプレイ等に好適な面光源装置が得られる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の例えば３個のＬＥＤ２１ａ〜２１ｃが搭載されたフレキシブル配線基板２２を、上記実施形態のように湾曲反転させずストレートに延在させた状態で、ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃの各光射出面２１１を導光板光入射端面１１ａに密着圧接させる構成としてもよい。この場合、各ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃの搭載位置のずれは、個々のＬＥＤ搭載区画のＦＰＣ２２を二点鎖線で示されるように褶曲させることによって吸収され、全てのＬＥＤ２１ａ〜２１ｃの各光射出面２１１を導光板光入射端面１１ａに密着圧接させることができる。ここでも、各ＬＥＤ搭載区画はスリット２２ａ、２２ｂにより隣接部と切り離されているから個々に柔軟に褶曲し、上述したＦＰＣ２２自体の褶曲による弾性を利用した各ＬＥＤ２１ａ〜２１ｃ毎の搭載位置ずれ吸収効果が円滑に奏される。

また、点光源を導光板の光入射端面に圧接させずに所定距離隔てた位置に専用のホルダーにより保持する場合にも、本発明は有効に適用される。

更に、本発明は、点光源として発光ダイオードを用いる面光源装置に限らず、微小電球等の他の種々の点光源を用いる面光源装置にも有効に適用される。

加えて、本発明は、液晶表示モジュールに限らず、点光源を用いる面光源装置を備えた他の種々のフラットパネル型表示モジュールに適用できることは、勿論である。

本発明の一実施形態としての面光源装置が適用された液晶表示モジュールの全体構成を示す模式的断面図である。（ａ）は図１に示す液晶表示モジュールの主要部材であるＬＥＤが搭載されたＦＰＣを展開して示す平面図で、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）はその設置状態を示す側面図である。上記ＦＰＣの設置状態を拡大して示す部分斜視図である。上記ＦＰＣによるＬＥＤ搭載位置ずれ修正作用を示す説明図で、（ａ）は設置前の状態、（ｂ）は搭載位置ずれが小さい場合の設置後の状態、（ｃ）は搭載位置ずれが大きい場合の設置後の状態を、それぞれ示している。上記ＦＰＣによる他のＬＥＤ搭載位置ずれ修正作用を示す説明図で、（ａ）は設置前の状態を示し、（ｂ）は設置後の状態を示している。上記実施形態の一変形例におけるＬＥＤ搭載位置ずれ修正作用を示す説明図で、（ａ）は設置前の状態を示し、（ｂ）は設置後の状態を示している。

符号の説明

１収納ケース
２カバーケース
３液晶表示パネル
４、５ガラス基板
６、７偏光板
１０面光源装置
１１導光板
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃＬＥＤ（発光ダイオード）
１３、２２ＦＰＣ（フレキシブル配線基板）
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ
２２ａ、２２ｂスリット
１４光反射シート
１５光学シート積層体
１６拡散シート
１７、１８プリズムシート

Claims

発光素子が搭載される帯状部を有し、該帯状部の２つの長辺のうちの一方の長辺に向かって開口したスリットが前記帯状部に複数穿設されたフレキシブル配線基板と、
前記スリットにより区画された所定の搭載区画のそれぞれに、前記一方の長辺との間に所定の距離を設けて光出射面が前記２つの長辺のうちの前記一方の長辺側に向くように、１つずつ搭載された複数の発光素子と、
第１の主面と第２主面とを有した板状に形成され、前記光出射面から出射される光が側面から入射される導光板と、
を備え、
前記フレキシブル配線基板は、前記搭載区画に搭載された前記発光素子の前記光出射面が前記導光板の前記側面に密着するようにして、前記２つの長辺のうちの前記一方の長辺側における前記帯状部の端部が前記搭載区画毎に前記第１の主面に接着されるとともに、前記２つの長辺のうちの他方の長辺側における前記帯状部の端部が前記第２主面に接着されていることを特徴とする面光源装置。
前記帯状部は、前記発光素子を包み込むようにして湾曲状に折り返されていることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
前記導光板は、前記第１の主面が該導光板に入射された前記発光素子からの光の出射面として形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
前記スリットは、前記一方の長辺から前記他方の長辺に向けて前記第２主面への接着領域に至る長さに穿設されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の面光源装置。