| 【発明の名称】 |
バックライト構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】井上 登美男
【氏名】堀内 俊郎
【氏名】十川 三臣
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| 【要約】 |
【課題】一様な高輝度の面発光が得られると同時に組み込む機器の小型化及び薄型化にも貢献できるバックライト構造を提供すること。
【解決手段】配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置２と、この半導体発光装置２の発光素子２ａからの光を取り入れて液晶表示パネル３等の裏面に向け面発光する光透過性の導光板１とを備え、導光板１の発光面と反対側の面のほぼ中央に半導体発光装置２を組み入れ、発光素子２ａと導光板１の発光面との間に、発光素子２ａからの光を導光板１の全面にほぼ一様に均等化するための光分散手段を備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置からの光を取り入れて照明対象側に向け面発光する光透過性の導光板とからなるバックライト構造であって、前記導光板の発光面と反対側の面のほぼ中央に前記半導体発光装置を組み入れ、前記半導体発光装置と前記発光面との間に、前記半導体発光装置からの光を前記導光板の全面にほぼ一様に均等化するための光分散手段を備えたことを特徴とするバックライト構造。
【請求項２】 前記光分散手段は、前記導光板の発光面側であって前記半導体発光装置と対峙する位置に形成され、光分散材を混入した光分散樹脂層であることを特徴とする請求項１記載のバックライト構造。
【請求項３】 前記光分散手段は、前記半導体発光装置と前記発光面との間に組み込まれた光分散シートであることを特徴とする請求項１記載のバックライト構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば携帯電話等の液晶表示部等の光源として利用される面発光のバックライト構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話等の表示部には小型で消費電力も小さい液晶ディスプレイが広く利用されている。この液晶ディスプレイは、液晶パネルを表示面側に向けた姿勢として配置されるもので、暗い場所でも文字や画像等が見えるようにバックライトを備えるものが多い。
【０００３】携帯電話の液晶表示部は単色に光らせる液晶としたものが一般的であり、表示面の面輝度を高くすることよりもむしろ表示面の全体に明暗の差がないように一様に発光させることが必要である。このことから、従来の携帯電話の分野では、光源としてチップＬＥＤを複数個備えるとともに液晶パネルに一様に光を配光させるための導光板が組み込まれる。
【０００４】図６は導光板を備えるバックライト構造の典型的な例の概略図であり、（ａ）は要部の縦断面図、（ｂ）は同図（ａ）の右側面図である。
【０００５】図６において、従来のバックライト構造は、プリント配線基板５１の上方に透明のアクリル板を利用した導光板５２を配置するとともに、この導光板５２の上に液晶を封入した液晶表示パネル５３を備え、プリント配線基板５１に搭載したチップ型の発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す）５４を光源として備えるというものである。導光板５２はＬＥＤ５４を配置した側の辺をほぼ４５°のエッジ面５２ａとしＬＥＤ５４からの光を全反射させて入射させたり、このエッジ面５２ａに沿ってミラー５２ｂを配置してこのミラー５２ｂからの反射光を入射させる。そして、導光板５２が液晶表示パネル５３を向く面には微小な凹凸のパターン５２ｃを形成しておき、導光板５２に入射したＬＥＤ５４からの光をこの凹凸パターン５２ｃによって拡散させて液晶表示パネル５３の全体が一様な明るさとなるように照射する。なお、ＬＥＤ５４は図示の例のように導光板５２の右辺に沿って２個配置したり、高輝度化のためにそれ以上の個数としたものが一般的である。
【０００６】このようなバックライト用の光源として用いられるＬＥＤ５４は、旧来ではＧａＰを利用した緑色発光のものが主であったが、最近ではＧａＮ系化合物半導体を利用して高輝度化を達成した青色や緑色の発光のものに代わる傾向にある。このような高輝度のＬＥＤ５４を用いれば、ＬＥＤ５４自身の個数も減らすことができるほか、液晶表示パネル５３の画面も明るくなり表示が観やすい製品の製造が期待される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来構造のバックライトは、要するに、ＬＥＤ５４は液晶表示パネル５３の全体からみれば一つの小さな発光点でしかないので、このような点発光を液晶表示パネル５３の全体に拡散させるために導光板５２を備えるというものである。すなわち、ＬＥＤ５４からの光を導光板５２で拡散させることで、ＬＥＤ５４に近い位置だけが高輝度とならずに、液晶表示パネル５３の全体の明るさを一様化しようとしたのである。
【０００８】しかしながら、ＬＥＤ５４からの光はエッジ面５２ａまたはミラー５２ｂで反射されてから導光板５２の側面から入射するので、間接光成分が多くなる。すなわち、ＬＥＤ５４から導光板５２に取り入れられる光の量には上限があり、ＬＥＤ５４の発光の利用効率は高く維持できない。したがって、ＬＥＤ５４を２個またはそれ以上に増やして液晶表示パネル５３の輝度を保つ必要があり、コスト面だけでなく小型化が急速に進む携帯電話やその他の小型機器への対応ができない。
【０００９】また、プリント配線基板５１の上にＬＥＤ５４を搭載してその上に導光板５２を配置するので、液晶表示パネル５３までの全体はプリント配線基板５１の表面と導光板５２の底面との間のスペースを含めて合計４層構造となる。このため、厚さにも制約を受けることになり、薄型化への展開も乏しい。
【００１０】このように、従来のバックライト構造では、ＬＥＤからの光を導光板に通してから液晶表示パネルに照射するので少ない個数のＬＥＤでは十分な表示輝度が得られず、小型化や薄型化にも限界がある。
【００１１】本発明において解決すべき課題は、一様な高輝度の面発光が得られると同時に組み込む機器の小型化及び薄型化にも貢献できるバックライト構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置からの光を取り入れて照明対象側に向け面発光する光透過性の導光板とからなるバックライト構造であって、前記導光板の発光面と反対側の面のほぼ中央に前記半導体発光装置を組み入れ、前記半導体発光装置と前記発光面との間に、前記半導体発光装置からの光を前記導光板の全面にほぼ一様に均等化するための光分散手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、配線基板等の導通材に導通させた半導体発光装置と、前記半導体発光装置からの光を取り入れて照明対象側に向け面発光する光透過性の導光板とからなるバックライト構造であって、前記導光板の発光面と反対側の面のほぼ中央に前記半導体発光装置を組み入れ、前記半導体発光装置と前記発光面との間に、前記半導体発光装置からの光を前記導光板の全面にほぼ一様に均等化するための光分散手段を備えたことを特徴とするバックライト構造であり、導光板の中央部分に半導体発光装置を組み入れても、導光板の発光面との間の光分散手段によって光が分散され、半導体発光装置に相当する部分だけが局部的に高輝度となることなく均一な発光が得られる。
【００１４】請求項２に記載の発明は、前記光分散手段は、前記導光板の発光面側であって前記半導体発光装置と対峙する位置に形成され、光分散材を混入した光分散樹脂層であることを特徴とする請求項１記載のバックライト構造であり、光分散材の混入量を調整することで導光板の全体からの一様な発光を更に最適化できる。
【００１５】請求項３に記載の発明は、前記光分散手段は、前記半導体発光装置と前記発光面との間に組み込まれた光分散シートであることを特徴とする請求項１記載のバックライト構造であり、光分散シートを薄くしても光分散機能が十分なものであれば、導光板を従来のものと同じ程度の厚さのものが利用できる。
【００１６】以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】図１は本発明のバックライト構造の概略であって、（ａ）は要部の切欠側面図、（ｂ）は透視平面図、図２は液晶表示パネルの下側に配置した組立て状態を示す切欠側面図である。
【００１８】図１に示すように、本発明のバックライト構造は、平面形状を長方形とした導光板１とその中央部の底面に組み込んだ半導体発光装置２とから構成されたものである。そして、図２に示すように、内部に液晶を封入した液晶表示パネル３の下面に沿わせて導光板１を配置し、半導体発光装置２からの光を導光板１を通して液晶表示パネル３の全体に均一に光を照射可能としたものである。
【００１９】導光板１は、たとえば透明のアクリル樹脂を素材とし、液晶表示パネル３に臨む上面側にはその中央部を除いて光散乱用の微小な凹凸パターン１ａを形成し、中央部には外郭の平面形状が円形であって緩やかな円弧状に凹ませた断面を持つ窪み１ｂを形成している。また、導光板１の底面は、窪み１ｂに対応する部分の肉厚が大きく縁部に向かうにつれて薄肉となるように４面のテーパ面１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆをそれぞれ形成している。
【００２０】なお、導光板１，半導体発光装置２及び液晶表示パネル３のアセンブリは、図２に示すようにプリント配線基板４の上に搭載され、半導体発光装置２をこのプリント配線基板４の配線パターンに導通させる。そして、本実施の形態では、プリント配線基板４と各テーパ面１ｃ〜１ｆの間に楔状のスペーサ４ａを配置している。このスペーサ４ａは絶縁性の樹脂に光反射性のフィラー剤を混入したもので、テーパ面１ｃ〜１ｆを抜ける光を液晶表示パネル３方向に反射させる反射面として機能する。
【００２１】図３は半導体発光装置２の組込み部分及び窪み１ｂの形成部分を示す拡大図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図である。
【００２２】図示のように、導光板１の底面であって窪み１ｂの中央に対応する位置には半導体発光装置２を差し込むための収納部１ｇを凹ませて設ける。この収納部１ｇは矩形断面を持つように形成され、その中に半導体発光装置２が差し込まれてエポキシ樹脂で封止される。これにより、半導体発光装置２から放出される光のほぼ全てを導光板１に入射させることができる。そして、収納部１ｇの周りにはプリント配線基板４の配線パターンに導通する２枚の電極５ａ，５ｂを配置し、一方の電極５ａの上に半導体発光装置２を導通搭載している。
【００２３】半導体発光装置２は、ＬＥＤの発光素子２ａを静電気保護用のツェナーダイオードを利用したサブマウント素子２ｂに導通搭載したものである。発光素子２ａはたとえば光透過性のサファイアを基板としてＧａＮ系化合物半導体を積層した緑色または青色発光のもので、基板を上に向けて主光取出し面とするとともに底面側のｐ，ｎの電極をサブマウント素子２ｂに導通させている。サブマウント素子２ｂはたとえばｎ型のシリコンを基板としてその一部をｐ型半導層とし、このｐ型半導体層に形成したｐ側電極と電極５ｂとの間をワイヤ５ｃでボンディングしたものである。そして、サブマウント素子２ｂの底面に設けたｎ側電極を他方の電極５ａに導通搭載し、発光素子２ａをサブマウント素子２ｂに対して逆極性として導通させることで、発光素子２ａの静電気保護を図ることができる。
【００２４】導光板１の上面に設けた窪み１ｂには、発光素子２ａからの光が液晶表示パネル３の中央に集中しないようにするため、光分散剤を混入した樹脂を充填して光分散樹脂層６とする。この光分散樹脂層６に使用する樹脂としては、エポキシ樹脂等が好ましく、光分散剤としては酸化チタンの微粉末等が利用できる。このような光分散剤であれば、光の強弱の差を小さくし、滑らかな面分布にする働きがあるので、発光素子２ａからの光が透過していくとき散乱させて液晶表示パネル３の中央部だけが局部的に高輝度化されてしまうことが抑えられる。
【００２５】ここで、発光素子２ａからはその上面の主光取出し面と四方の側面から光が放出され、上面からの光の殆どは光分散樹脂層６に入射し、側面からの光は導光板１内を拡散していく。導光板１内を拡散した光の成分は凹凸パターン１ａによって更に拡散されて液晶表示パネル３の底面を照射するとともに、テーパ面１ｃ〜１ｆでの全反射またはスペーサ４ａの表面からの反射光の成分も液晶表示パネル３への照射光量として加わる。したがって、発光素子２ａに近い光分散樹脂層６の領域以外では、導光板１の中に放出された光の成分が導光板１のほぼ全体に一様に分布するようになり、しかも導光板１の表面の凹凸パターン１ａによって拡散するので、導光板１の表面の全体から液晶表示パネル３側に向けてほぼ一様な輝度の光の照射が得られる。
【００２６】一方、発光素子２ａから光分散樹脂層６への光の入射光量は大きいが、混入した光分散剤によって光は液晶表示パネル３側にそのまま進むものと、窪み１ｂの境界面を越えて導光板１の中に入射するものとに成分が分かれる。したがって、光分散樹脂層６からの照射光量と、発光素子２ａから直に導光板１に入射したものと光分散樹脂層６からの分散光として入射したものとの合成の照射光量とがほぼ同じになるように調整すれば、導光板１の全体をほぼ一様な輝度に設定できる。このような照射光量の調整は、導光板１の厚さや平面形状の大きさ，窪み１ｂの大きさや深さ，窪み１ｂに充填する光分散樹脂層６中の光分散剤の密度等を因子として決めればよい。
【００２７】以上の構成において、プリント配線基板４を通じて半導体発光装置２に通電されると発光素子２ａが点灯し、先に説明したように、発光素子２ａの上面の主光取出し面からの光の殆どが窪み１ｂに充填した光分散樹脂層６に入射し、発光素子２ａの四方の側面からの光は導光板１に直に入射する。そして、導光板１に入射した光はテーパ面１ｃ〜１ｆによる全反射及びスペーサ４ａ表面からの反射光が合成されて全体が一様に発光する。また、光分散樹脂層６に入射した光は、そのまま液晶表示パネル３側に抜けるものと導光板１内に拡散される。そして、この光分散樹脂層６からの光の分散によって、発光素子２ａが真下に位置している光分散樹脂層６部分だけが高輝度となることなく、導光板１の全体をほぼ一様な輝度で発光させることができる。
【００２８】このように、発光素子２ａを導光板１の中央であってしかもその底面に凹ませて形成した収納部１ｇの中に収めていても、導光板１の中央部分だけが明るくなることはない。したがって、導光板１に臨んでいる液晶表示パネル３の全体も一様な輝度で照明され、輝度むらのない液晶画像の表示が可能となる。
【００２９】また、導光板１の中央に発光素子２ａを配置するので、液晶表示パネル３の表示画面の中央部を核とする光源となり、従来のように導光板１の縁に沿ってＬＥＤを配置する場合に比べると表示画面の明暗の差も小さくなる。すなわち、従来のように導光板１の縁にＬＥＤを配置する構造では、ＬＥＤに近い部分の輝度は高いが離れた縁部側では次第に輝度が低下していく。これに対し、本発明では導光板１の中央部に発光素子２ａを位置させ、光分散樹脂層６による光の分散によって全体を一様に設定できるので、輝度差のない表示が可能となる。
【００３０】また、発光素子２ａが導光板１の中に組み込まれた構造なので、導光板１の外に配置する場合に比べると発光素子２ａから導光板１に入る光量も格段に多くなる。したがって、１個の発光素子２ａを光源としていても導光板１からは高輝度の発光が得られる。
【００３１】更に、導光板１の中に発光素子２ａを没入させて配置できるので、導光板１とプリント配線基板４との間に隙間等を設ける必要がなく、従来構造に比べると装置の薄型化が図られる。
【００３２】図４は本発明の別の実施の形態によるバックライト構造の要部を示す縦断面図である。
【００３３】図４において、図２に示した例と同様にプリント配線基板１１と液晶表示パネル１２との間に導光板に相当する樹脂層１５が組み込まれている。樹脂層１５は先の例と異なり透明のエポキシなどの液状樹脂を素材とし、逆円錐台または逆四角錐台状に形成され、その下端の中央にプリント配線基板１１の配線パターンに導通する２枚の電極１１ａ，１１ｂをスペーサ１３の底面から貫通させて取り付けている。そして、凹部１３ａの中央には、先の例と同様の半導体発光装置１４を配置している。この半導体発光装置１４は、ＧａＮ系化合物半導体による青色または緑色発光の発光素子１４ａとこれを導通搭載した静電気保護用のサブマウント素子１４ｂとの組合せであり、サブマウント素子１４ｂのｐ側電極をワイヤ１４ｃによって電極１１ｂにボンディングする等の導通構造は図３の（ａ）に示したものと同様である。
【００３４】凹部１３ａの中は、液状樹脂を注入して硬化させた樹脂層１５によって充填し、この樹脂層１５の中にあった半導体発光装置１４の真上を占める領域に光分散シート１６を配置する。図５にこのような樹脂層１５の充填及び光分散シート１６を組み込むための製造工程の概略を示す。
【００３５】まず、図５の（ａ）のように半導体発光装置１４を実装したスペーサ１３に対して、導光板を形成する液状樹脂１５ａを光分散シート１６の設置面となる高さまで充填する。次いで、図５の（ｂ）のように光分散シート１６を液状樹脂１５ａの表面であって半導体発光装置１４の真上で展開するように載せる。そして、液状樹脂１５ａが少し硬化して光分散シート１６が安定した後、同図（ｃ）のように液状樹脂１５ｂを更に注入して硬化させる。以上の工程により、図４のように光分散シート１６が半導体発光装置１４の真上に浮いた状態で樹脂層１５の中に封止される。
【００３６】ここで、樹脂層１５に使用する液状樹脂としては、エポキシ樹脂等が使用できる。また、光分散シート１６としては、ポリエステルベースのフィルムの両面に表面光拡散層及びパッキングコート層を形成したもの等が使用でき、その光透過率は４０％〜６０％程度とすることが好ましい。
【００３７】図４の構成において、発光素子１４ａから側方に放出される光は、樹脂層１５内を拡散していく成分と逆円錐台または逆四角錐台の凹部１３ａの表面で全反射された成分との合成によって液晶表示パネル１２側へ放出される。また、発光素子１４ａから上に放出される光は、光分散シート１６に当たりそのまま液晶表示パネル１２に向かう成分と拡散されて樹脂層１５内に向かう成分とに分かれる。したがって、先の例と同様に導光板に相当する樹脂層１５の全体から液晶表示パネル１２に対して一様な輝度の光が放射されるように光分散シート１６の分散度を調節すれば、発光素子１４ａに近い部分だけが高輝度となることのない照明が得られる。
【００３８】
【発明の効果】本発明では、半導体発光装置からの光を、導光板の発光面の全体がほぼ均一な明るさとなるように光分散手段によって輝度分布を調整でき、高輝度の発光素子を１個だけ導光板の中央部に配置しても、発光素子に近い部分だけが突出して高輝度となることがない。また、半導体発光装置からの光を直接光として導光板に取り入れるので、利用効率が上がり、面輝度も向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８４３
【氏名又は名称】松下電子工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月１８日（１９９９．６．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６４１６（Ｐ２００１−６４１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１７２０７５ |
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