JP2010079105A - 面発光装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 面発光装置及び表示装置において、光源や導光板の特殊な成型又は加工が不要で、さらなる高輝度化を図ること。
【解決手段】 発光素子３と該発光素子３を実装面に実装するパッケージ基板４と発光素子３を封止して前記実装面に形成された透明樹脂部５とを備えた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の前面に側端面７ａが対向状態で設置された導光板７と、導光板７の下面の側端部から透明樹脂部５の下面直下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１０ａ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１０ｂとを有する反射シート部材１０と、導光板７の上面に配された拡散シート８と、を備え、該拡散シート８が、対向反射シート部１０ｂにまで延在してその端部が対向反射シート部１０ｂに当接している。
【選択図】 図１

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、発光素子と該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、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直下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、前記導光板の上面に配された拡散シートと、を備え、該拡散シートが、前記対向反射シート部にまで延在してその端部が前記対向反射シート部に当接していることを特徴とする。

すなわち、この面発光装置では、下反射シート部と対向反射シート部とを備えているので、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、この面発光装置では、導光板の上面に配された拡散シートを備え、該拡散シートが、対向反射シート部にまで延在してその端部が対向反射シート部に当接して支持しているので、対向反射シート部が倒れ込んで傾斜してしまうことを防止することができる。これにより、組み込み時に対向反射シート部による光の反射方向を容易にかつ適正に設定することが可能になる。
なお、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、前記拡散シートの下面に、前記導光板の上面の側端部から前記透明樹脂部の上面直上にわたって反射面が形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、拡散シートの下面に、導光板の上面の側端部から透明樹脂部の上面直上にわたって反射面が形成されているので、下反射シート部及び対向反射シート部だけでなく、透明樹脂部の上方に出射された光も拡散シートの反射面で導光板の入光面（側端面）へ反射させることで、さらに入光効率を向上させることができる。
さらに、拡散シートが、透明樹脂部の上方を覆うため、発光素子パッケージからの光が拡散シート上方に配されるプリズムシート等に直接入光して入光付近で輝線や目玉線等が発生することを防いで、見栄えの悪化を防止することができる。

また、本発明の面発光装置は、前記発光素子パッケージが、前記導光板の両端の側端面にそれぞれ対向状態に設置され、 前記導光板の下面全体にわたって設けられた前記下反射シート部と、前記下反射シート部の両端にそれぞれ前記導光板の側端面に対向して設けられた一対の前記対向反射シート部と、が一体化され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、導光板の下面全体にわたって設けられた下反射シート部と、下反射シート部の両端にそれぞれ導光板の側端面に対向して設けられた一対の対向反射シート部と、を一体化し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と拡散シートの端部とに挟持されて確実に位置決め固定することができる。

本発明の表示装置は、画像表示パネルと、該画像表示パネルの表面側又は裏面側に配された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、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、下反射シート部と、対向反射シート部と、拡散シートと、を備え、該拡散シートが、対向反射シート部にまで延在してその端部が対向反射シート部に当接しているので、透明樹脂部の左右方向に反射又は拡散された光を対向反射シート部により導光板の入光面（側端面）へ反射させて入光効率をさらに向上させると共に、拡散シートの端部により対向反射シート部の倒れ込みを防止することができる。
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一実施形態を、図１から図４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。

本実施形態の表示装置は、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。

本実施形態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と該発光素子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上に配され該導光板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の下面直下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が表面に実装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、少なくとも導光板７の下面全体から透明樹脂部５の下面直下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１０ａと、パッケージ基板４の周囲に配され導光板７の両方の側端面７ａにそれぞれ対向した反射面を有する一対の対向反射シート部１０ｂと、を備えている。

すなわち、反射シート部材１０は、図２に示すように、下反射シート部１０ａと両側の一対の対向反射シート部１０ｂ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。

上記対向反射シート部１０ｂ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１０ｃが複数形成され、これら光源配置孔１０ｃ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。
両側の対向反射シート部１０ｂは、図１及び図４に示すように、それぞれ拡散シート８の端部が当接して位置決め支持されている。すなわち、拡散シート８が、両側の対向反射シート部１０ｂにまで延在してその端部が対向反射シート部１０ｂに当接している。
なお、対向反射シート部１０ｂを、フレキシブルプリント基板１１の表面にさらに両面テープで接着しても構わない。

上記下反射シート部１０ａ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の下面直下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１０ａは、導光板用の反射シート部分と透明樹脂部下面用の反射シート部分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１０ａ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１０ａ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。
この拡散シート８の下面には、導光板７の上面の側端部から透明樹脂部５の上面直上にわたって白色印刷が施されて反射面８ａが形成されている。

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、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液晶材料をシール材で封止したＴＦＴ液晶方式、ＳＴＮ液晶方式やＴＮ液晶方式等のパネル本体を備えている。

このように本実施形態のバックライトユニット２では、下反射シート部１０ａと対向反射シート部１０ｂとを備えているので、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１０ｂ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、導光板７の上面に配された拡散シート８を備え、該拡散シート８が、対向反射シート部１０ｂにまで延在してその端部が対向反射シート部１０ｂに当接して支持しているので、対向反射シート部１０ｂが倒れ込んで傾斜してしまうことを防止することができる。すなわち、対向反射シート部１０ｂを、下反射シート部１０ａに対して精度良く垂直に配することができる。これにより、組み込み時に対向反射シート部１０ｂによる光の反射方向を容易にかつ適正に設定することが可能になる。

また、拡散シート８の下面に、導光板７の上面の側端部から透明樹脂部５の上面直上にわたって反射面８ａが形成されているので、下反射シート部１０ａ及び対向反射シート部１０ｂだけでなく、透明樹脂部５の上方に出射された光も拡散シート８の反射面８ａで導光板７の入光面（側端面７ａ）へ反射させることで、さらに入光効率を向上させることができる。
さらに、拡散シート８が、透明樹脂部５の上方を覆うため、発光素子パッケージ６からの光が拡散シート８の上方に配される第１及び第２プリズムシート９Ａ、９Ｂ等に直接入光して入光付近で輝線や目玉線等が発生することを防いで、見栄えの悪化を防止することができる。

なお、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を採用しているので、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。
また、導光板７の下面全体にわたって設けられた下反射シート部１０ａと、下反射シート部１０ａの両端にそれぞれ導光板７の側端面７ａに対向して設けられた一対の対向反射シート部１０ｂと、を一体化した反射シート部材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１０ｂの光源配置孔１０ｃ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１０ｂ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１０ｂがフレキシブルプリント基板１１と拡散シート８の端部とに挟持されて確実に位置決め固定することができる。

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、反射枠の無い発光素子パッケージ６と反射シート部材１０における下反射シート部１０ａ及び対向反射シート部１０ｂのリフレクター構造とによって、輝度が約７％向上することが確認された。さらに、拡散シート８の反射面８ａによって輝度が約６％向上することが確認された。すなわち、これら効果によって輝度がトータルで約１３％向上した。
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。

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。

例えば、上述したように、反射枠を設けずに透明樹脂部の外周面を露出させた発光素子パッケージを採用することが好ましいが、透明樹脂部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、透明樹脂部と導光板との隙間から周囲に漏れた光を拡散シートの反射面、下反射シート部及び対向反射シート部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。

上記実施形態では、対向反射シート部が平面状に形成されているが、導光板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。例えば、延在方向断面がＶ字凸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としても構わない。
また、上述したように、下反射シート部及び対向反射シート部を一体にした反射シート部材を用いることが好ましいが、下反射シート部及び対向反射シート部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。
さらに、上記実施形態では、導光板の両方の側端面に対向して発光素子パッケージを配列しているが、一方の側端面側にのみ発光素子パッケージを配列し、これに対応して一方にのみ対向反射シート部を設けても構わない。

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。この場合、本発明の面発光装置であるライトユニットは、フロントライトユニットとして電子ペーパーの表面側に配置され、下反射シート部のうち、導光板の下面直下に配される部分は除かれる。
また、上記実施形態では、フレキシブルプリント基板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。

さらに、上記実施形態では、導光板の両方の側端面に対向して配される発光素子パッケージは互いに同一光軸上で対向状態に配列しているが、互いに異なる光軸上で向かい合わせに配列しても構わない。
また、拡散シートの反射面を白色印刷を施して形成しているが、発光素子パッケージからの光を効率的に反射可能であれば、他の手段による反射面でも構わない。例えば、拡散シートの下面における所定領域に、金属箔を形成して反射面としても構わない。

本発明に係る面発光装置及び表示装置の一実施形態において、表示装置を示す概略的な要部縦断面図である。 本実施形態において、反射シート部材を示す斜視図である。 本実施形態において、発光素子パッケージ周囲の要部横断面図である。 本実施形態において、発光素子パッケージ周囲の要部縦断面図である。

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、ライトユニット）、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、８…拡散シート、８ａ…拡散シートの反射面、１０…反射シート部材、１０ａ…下反射シート部、１０ｂ…対向反射シート部、１０ｃ…光源配置孔、１１…フレキシブルプリント基板（実装基板）

Claims (7)

1. 発光素子と該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、
   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直下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、
   前記導光板の上面に配された拡散シートと、を備え、
   該拡散シートが、前記対向反射シート部にまで延在してその端部が前記対向反射シート部に当接していることを特徴とする面発光装置。
2. 請求項１に記載の面発光装置において、
   前記拡散シートの下面に、前記導光板の上面の側端部から前記透明樹脂部の上面直上にわたって反射面が形成されていることを特徴とする面発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の面発光装置において、
   前記発光素子パッケージが、前記導光板の両端の側端面にそれぞれ対向状態に設置され、
   前記導光板の下面全体にわたって設けられた前記下反射シート部と、前記下反射シート部の両端にそれぞれ前記導光板の側端面に対向して設けられた一対の前記対向反射シート部と、が一体化され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。
4. 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。
5. 請求項１から４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。
6. 画像表示パネルと、
   該画像表示パネルの表面側又は裏面側に配されたライトユニットとして請求項１から５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。
7. 請求項６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。

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