| 【発明の名称】 |
面発光装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】帖佐 佳彦
【氏名】竹迫 幸一
【氏名】山中 孝史
【氏名】堀内 俊郎
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| 【要約】 |
【課題】発光素子の光の利用効率を高く維持して導光板の全体を一様な輝度で発光させしかも全体の薄型化にも対応できる面発光装置の提供。
【解決手段】導光板１の縁部に偏せた位置に凹部１ａを設け、フレキシブル基板３に搭載した発光素子２をその主光取出し面が導光板１の発光面と同じ向きとなるようにして凹部１ａに収納し、凹部１ａには発光素子２周りを封止する封止樹脂層６を設け、発光素子２から側方に放出される光の成分の一部を導光板１の内部側に反射させる反射シート４を導光板１の発光面の縁部に配置し、発光素子２からの光及び反射シート４からの反射光を凹部１ａの形成面と同じ面に設けた散乱反射層１ｂにより拡散させ、導光板１の発光面から一様な輝度の発光を可能とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 配線基板等の導通材に導通接続させた発光素子と、前記発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板に前記発光素子を収納する凹部を設けるとともに少なくとも前記凹部を除く領域に凹または凸パターンの散乱反射層を形成し、前記発光素子を前記凹部に没入させるとともに光透過性の樹脂を前記凹部に充填して前記発光素子と前記導光板とを一体化したことを特徴とする面発光装置。
【請求項２】 前記導光板の縁部に偏らせて前記凹部を形成し、前記発光素子を前記凹部に没入させるとともに前記発光素子の少なくとも発光面を含んで前記樹脂を前記凹部に充填したことを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
【請求項３】 前記導光板の前記発光面と反対側の面であって且つ前記導光板の縁部に偏らせて前記凹部を形成し、前記発光素子をその主光取り出し面が前記発光面側に向く姿勢として前記凹部に没入させるとともに前記発光素子の少なくとも発光面を含んで前記樹脂を前記凹部に充填したことを特徴とする請求項２記載の面発光装置。
【請求項４】 前記導光板の発光面であって前記凹部を形成した側の前記導光板の縁部に沿って、少なくとも前記凹部を含む幅員を持ち且つ前記発光面側の面を反射面とする反射層を形成したことを特徴とする請求項３記載の面発光装置。
【請求項５】 前記導通材はフレキシブル基板であって、前記導光板の前記凹部形成部分には前記フレキシブル基板を前記導光板の板厚中にほぼ含ませる切欠部を形成し、前記フレキシブル基板を前記切欠部の中に接合したことを特徴とする請求項２から４記載の面発光装置。
【請求項６】 前記発光素子は面実装タイプの発光素子であることを特徴とする請求項１から５記載の面発光装置。
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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用のバックライトとして利用できる面発光装置に関する。
【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た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、光源として面実装型のチップ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。図４に導光板を備えるバックライト構造の概略を示す。
【０００４】図４の（ａ）に示すように、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やポリカーボネイト板を利用した導光板５２を配置するとともにそ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に搭載した面実装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。このようなアセンブリでは、ＬＥＤ５４は導光板５２の外であって且つ下に位置しているので、ＬＥＤ５４からの光を白色のハウジング５５の内面で反射させるようにし、導光板５２の側面から光が取り入れられる。そして、取り入れられた光は導光板５２の全体に拡散し、液晶表示パネル５３に対するバックライトの機能を果たす。なお、ＬＥＤ５４は図４の（ｂ）に示すように導光板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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＬＥＤ５４からの光は直に導光板５２に入射するのではなくハウジング５５の内面からの反射光として間接的に取り込まれるので、ハウジング５５を白色として反射率を高くしていても、効率よく導光板５２に光を入射することは不可能でありＬＥＤ５４の光の利用効率は低い。このため、図示の例のように、ＬＥＤ５４を２個またはそれ以上の個数として導光板５２への入射光量を増やすことで導光板５２の面輝度を確保することが必要になる。
【０００６】これに対し、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純青色や純緑色の発光素子が開発され、これをＬＥＤ５４として用いれば、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】しかしながら、ＬＥＤ５４の輝度が高くなるほど、ＬＥＤ５４に近い部分だけが鮮やかに発光するため、液晶表示パネル５３の画面は図４の（ｂ）に示す破線の領域がその他の部分よりも明るくなりやすい。このため、単色に光らせた発光の液晶表示の重要な条件としての液晶表示パネル５３の画面全体の均一な明るさ（輝度）が得られず、鮮明な表示もできなくなる。また、高輝度を実現したＧａＮ系化合物半導体によるＬＥＤはかなり高価であり、コスト高となる。
【０００８】更に、ＬＥＤ５４からの光をハウジング５５の内面で反射させて導光板５２に光を入射させる構成では、間接光として導光板５２に取り込まれるので、図４の（ｂ）で示したような輝度むらを或る程度抑えるのには有効である。しかしながら、ＬＥＤ５４からの光を間接光として導光板５２の側面から入射させて全面に拡散させるためには、図４の（ａ）のようにＬＥＤ５４を導光板５２とを段違いの構造とするしかない。したがって、プリント配線基板５１から液晶表示パネル５３までの薄型化に制限を受け、携帯電話等の機器の小型化にも対応できない。
【０００９】このように従来の面発光装置では、ハウジング５５から反射された間接光として導光板５２に入射させるので、効率よく導光板５２に光を入射することは不可能でＬＥＤ５４の光の利用効率が低くなるほか全体の薄型化が図れない。また、高輝度のＬＥＤ５４を使って利用効率を補おうとすると、コスト面での障害があるほか、導光板５２の輝度むらの発生が避けられない。
【００１０】本発明は、発光素子を導光板の凹部に収納して導光板と一体化するので全体の薄型化が可能となるとともに、ＬＥＤの光の利用効率を高く維持して導光板の全体を一様な輝度で発光することができる小型で発光輝度の高い面発光装置であり、また、ＬＥＤの光の利用効率を上げることができるので、発光素子を削減することが可能となり、低コスト化も実現することができる面発光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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接続させた発光素子と、前記発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板に前記発光素子を収納する凹部を設けるとともに少なくとも前記凹部を除く領域に凹または凸パターンの散乱反射層を形成し、前記発光素子を前記凹部に没入させるとともに光透過性の樹脂を前記凹部に充填して前記発光素子と前記導光板とを一体化したことを特徴とする。
【００１２】
【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接続させた発光素子と、前記発光素子からの光を取り入れてほぼ全面を発光面とする導光板とを含む面発光装置であって、前記導光板に前記発光素子を収納する凹部を設けるとともに少なくとも前記凹部を除く領域に凹または凸パターンの散乱反射層を形成し、前記発光素子を前記凹部に没入させるとともに光透過性の樹脂を前記凹部に充填して前記発光素子と前記導光板とを一体化したことを特徴とする面発光装置であり、発光素子を導光板の凹部の中に収納して一体化するので全体を小型・薄型化でき、凹部から導光板への光路中には空気層が含まれないので、導光板への光取り込み効率を上げることができるという作用を有する。
【００１３】請求項２記載の発明は、前記導光板の縁部に偏らせて前記凹部を形成し、前記発光素子を前記凹部に没入させるとともに前記発光素子の少なくとも発光面を含んで前記樹脂を前記凹部に充填したことを特徴とする請求項１記載の面発光装置であり、凹部を導光板の縁部に偏らせていても、空気層を介さないことによる導光板への光の取り込み効率の向上と散乱反射層による光の拡散とによって、導光板の全体を輝度むらのない発光面が得られるという作用を有する。
【００１４】請求項３記載の発明は、前記導光板の前記発光面と反対側の面であって且つ前記導光板の縁部に偏らせて前記凹部を形成し、前記発光素子をその主光取出し面が前記発光面側に向く姿勢として前記凹部に没入させるとともに前記発光素子の少なくとも発光面を含んで前記樹脂を前記凹部に充填したことを特徴とする請求項２記載の面発光装置であり、凹部を導光板の縁部に偏らせていても、空気層を介さないことによる導光板への光の取出し効率の向上と散乱反射層による光の拡散とによって、導光板の全体を輝度むらのない発光面とすることができるという作用を有する。
【００１５】請求項４に記載の発明は、前記導光板の発光面であって前記凹部を形成した側の前記導光板の縁部に沿って、少なくとも前記凹部を含む幅員を持ち且つ前記発光面側の面を反射面とする反射層を形成したことを特徴とする請求項３記載の面発光装置であり、１個の発光素子であっても導光板の縁部に沿う方向の反射層の中間位置にこの発光素子を配置しておけば、発光素子から側方に放出される光を反射層で導光板に戻すことができ、導光板の縁部のほぼ全体を帯状の光源域して活用できるという作用を有する。
【００１６】請求項５に記載の発明は、前記導通材はフレキシブル基板であって、前記導光板の前記凹部形成部分には前記フレキシブル基板を前記導光板の板厚中にほぼ含ませる切欠部を形成し、前記フレキシブル基板を前記切欠部の中に接合したことを特徴とする請求項２から４記載の面発光装置であり、フレキシブル基板の緩衝機能によって発光素子及び導光板へのダメージを抑えるとともに、フレキシブル基板を導光板の板厚中にほぼ含ませるので、より一層全体を薄型化できるという作用を有する。
【００１７】請求項６に記載の発明は、前記発光素子は面実装タイプの発光素子であることを特徴とする請求項１から５に記載の面発光装置であり、面実装タイプの発光素子は樹脂モールドされているので取り扱いが容易であり、組立工数を削減することができるという作用を有する。
【００１８】以下、本発明の面発光装置を液晶表示パネルの裏面に配置してバックライトとして利用できる実施の形態として図面に基づき説明する。
【００１９】図１は本発明の面発光装置の一実施の形態を示す概略平面図、図２は一部切欠側面図である。
【００２０】図１及び図２に示すように、本発明の面発光装置は、導光板１とその下端側の中央に配置した半導体の発光素子２との組合せであり、発光素子２を導通搭載するフレキシブル基板３からの通電によって発光素子２を発光させる。
【００２１】導光板１は、たとえばアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂によって一様な肉厚として形成された透明の板であり、図２に概略して示す液晶表示パネル２０の裏面に沿って配置される。すなわち、携帯電話等の表示部に設ける液晶表示パネル２０の組み込み部分にフレキシブル基板３を一体とした導光板１が配置され、導光板１からの発光を液晶表示パネル２０のバックライト用の光源とする。そして、液晶表示パネル２０の裏面に一様に光を入射させるため、導光板１は液晶表示パネル２０の平面形状とほぼ等しいか少し大きな長方形として形成されている。
【００２２】導光板１の長手方向の一端側であって短辺の中央部の下面に凹部１ａが形成され、この凹部１ａの中に発光素子２が収納されている。そして、導光板１の下面であって液晶表示パネル２０の大きさに対応する領域を、微小な凹凸模様による散乱反射層１ｂとしている。更に、導光板１の短辺側の縁部に沿う上面には、凹部１ａの全体の幅を持つ反射シート４を貼り付けている。この反射シート４は、たとえば銀を蒸着した鏡面状のテープ、または白色等光反射率の高いテープ状のもので、発光素子２から上に向かう光を反射させて導光板１の中に戻す役目を果たす。
【００２３】発光素子２を実装搭載したフレキシブル基板３は樹脂フィルムにプリント配線パターンを形成した従来周知のもので、図１において右端部に形成された入力端子３ａを携帯電話等の機器側の回路に接続して導通させる。そして、図３の拡大図に示すように、フレキシブル基板３は発光素子２を凹部１ａの中に差し込める位置関係として導光板１の下面に突き当てられ、導光板１に一体化される補強板５によって固定されている。
【００２４】発光素子２はたとえばＧａＮ系化合物半導体を利用した緑色発光のもので、透明のサファイア基板に積層したｎ型層及びｐ型層のそれぞれの表面にｎ型電極及びｐ型電極を形成したもので、ワイヤ２ａによってフレキシブル基板３のプリント配線パターンにボンディングしている。そして、発光素子２を収納した凹部１ａの内部にはたとえばエポキシ等の透明の樹脂が注入充填され、凹部１ａから空気層を排除した樹脂封止層６が形成されている。
【００２５】また、図３から明らかなように、凹部１ａを形成した部分には、フレキシブル基板３及び補強板５を導光板１の底面からできるだけ下に突き出ないように嵌め込むための切欠部１ｃが形成されている。この切欠部１ｃは、図１において導光板１の右端部の上下方向の全長に設けるかまたはフレキシブル基板３と補強板５を嵌め込める程度の幅を持つように形成したものであればよい。このような切欠部１ｃを備えることによって、フレキシブル基板３を導光板１に連結したときでも、全体の厚さはほぼ導光板１とその上面に貼り付けた僅かな厚さの反射シート４とによる嵩だけとなり、薄型化が実現できる。
【００２６】以上の構成において、フレキシブル基板のプリント配線パターンを介して発光素子２に通電されると、この発光素子２の半導体層の中の活性層から光が放たれる。活性層からの光は、普通の発光素子の場合と同様にワイヤ２ａをボンディングする電極を形成した上面を主光取出し面として放出されるほか、側方へ向けても放出される。そして、凹部１ａの中には透明の樹脂封止層６が凹部１ａの内面及び発光素子２の表面との間に空気層が含まれないように充填されているので、凹部１ａから導光板１の中に入射するまでの光の屈折率の変化は小さく、導光板１への光の取り込み効率が高くなる。すなわち、発光強度が減衰することなく高効率で発光素子２からの発光を導光板１に入射させることができる。
【００２７】ここで、図１において発光素子２の一つの側面から矢印Ａ方向に向かう光は、凹部１ａから導光板１の中を左側にそのまま進み、発光素子２の互いに平行な二つの側面から矢印Ｂ，Ｃ方向へ向かう光は、反射シート４で覆われた部分の導光板１の中に進む。また、発光素子２の主光取出し面である上面からは凹部１ａの上端から導光板１の中を突っ切って反射シート４の反射面に向かう。このような光の放出において、矢印Ｂ，Ｃ方向へ向かう光の一部は導光板１の上面の反射シート４側へ拡散するので、この拡散した光の成分は反射シート４の反射によって導光板１の中に戻される。したがって、矢印Ｂ，Ｃ方向への光は、導光板１の縁部から全てが放出されるのではなく反射シート４で覆われた部分の導光板１を発光させる成分となる。
【００２８】すなわち、図１において導光板１の上下方向の中間の位置に局所的に１個の発光素子２を配置していても、反射シート４で覆われている部分の導光板１が発光源のように高輝度となる。また、発光素子２の主光取出し面からの光の全ては反射シート４によって反射されて導光板１へ戻されるので、反射シート４で覆われている部分の導光板１は最大輝度の明るさとなる。
【００２９】このように、液晶表示パネル２０に対応している導光板１の領域に対しては、発光素子２及びその周りの樹脂封止層６の部分が高輝度の光源となり、発光素子２から離れていても反射シート４で覆われた部分も発光源となり得る。したがって、導光板４は図１において右側の１辺の長さのほぼ全体が発光源域として活用できることになる。
【００３０】液晶表示パネル２０に対応している領域の導光板１に対しては、図１の矢印Ａ方向への光の成分が最も高強度であるが、導光板１の底面に形成された散乱反射層１ｂによってこの矢印Ａ方向の光は導光板１の全体に拡散させられる。これにより、発光素子２に近い部分だけが突出した高輝度の発光とはならず、導光板１の全体の発光輝度が一様化される。また、発光素子２周りからの発光だけでなく、反射シート４で覆われた部分であって導光板１の縁部に偏っている帯状の発光源域からの発光成分も液晶表示パネル２０に対応する領域への発光に加わる。この発光も散乱反射層１ｂにより光散乱を受け、導光板１の全体へ拡散して一様化される。
【００３１】このように１個の発光素子２だけでも、図１において矢印Ｂ，Ｃ方向へ向かう光の成分を導光板１にあたかも封じ込めたような帯状の光源域とすることができる。したがって、発光素子２に近い部分だけが突出した高輝度となることはなく、帯状の光源域からの発光成分と散乱反射層１ｂによる光散乱の相乗効果によって、導光板１の全体を一様な輝度で発光させることが可能となる。これにより、液晶表示パネル２０も輝度むらのない表示画面として照明され、表示される画像をより鮮明化することができる。
【００３２】また、本発明の面発光装置においては、導光板１の凹部１ａの中に発光素子２を収納し、フレキシブル基板３は導光板１の底面からできるだけ突き出ない構成としている。すなわち、発光素子２も携帯電話等の機器側との電気的導通のためのフレキシブル基板３も１枚の導光板１の板厚の中に含まれているので、図４の従来例の構成に比べると格段に薄型化できる。したがって、携帯電話やその他の電子機器の小型薄型化へのアセンブリにも十分に対応できる。
【００３３】更に、導光板１の一端側の底面をフレキシブル基板３に重ね合わせた状態でこれらの導光板１とフレキシブル基板３とを連結しているので、外部からの衝撃や振動に対してフレキシブル基板３が緩衝材として機能する。このため、発光素子２を一体に備えた導光板１のダメージが抑えられ、機械強度的な耐久性も向上する。
【００３４】また、本実施例においては発光素子にベアタイプを用いたが、面実装型の発光素子を用いても無論前述同様のことが実現可能であり、面実装タイプの発光素子は予め樹脂モールドされているので取り扱いが容易となり、組立工数を削減することができる。
【００３５】また、本実施例においては、導光板の長手方向の一端側であって短辺の中央部の下面に凹部が形成され、この凹部の中に発光素子が収納された例を示したが、他に、導光板の長手方向の一端側であって単辺の中央部の上面に凹部を形成し、この凹部の中に発光素子を収納したり、また、導光板の長手方向の一端側であって単辺の中央部の導光板長手方向に凹部を形成しても、同様の効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】請求項１の発明では、発光素子を導光板の凹部に収納して導光板と一体化するので全体の薄型化が可能となるとともに、光透過性の樹脂によって空気層の介在を無くすので発光素子から導光板への光取り込み効率を上げることができ、小型で発光輝度の高い面発光装置が得られる。また、発光素子から導光板への光取り込み効率を上げることができるので、発光素子を削減することが可能となり、面発光装置の低コスト化が実現できる。
【００３７】請求項２と３の発明では、発光素子を導光板の縁部に設けた凹部に収納しても導光板の散乱反射層によって導光板の全体を一様な輝度で発光させることができ、発光素子などを導光板に干渉しない位置に配置しなければならない製品にも対応でき、たとえば液晶表示パネル等のバックライトとして最適に利用できる。
【００３８】請求項４の発明では、発光素子から側方に放出される光の成分は反射層によって導光板の中に戻されて反射層が形成されている部分を帯状の光源域とすることができ、１個の発光素子だけでもその近傍だけが突出して高輝度となることがなく、発光面の一様輝度化がより一層促される。
【００３９】請求項５の発明では、発光素子を搭載したフレキシブル基板を導光板に連結するので、フレキシブル基板の緩衝によって発光素子及び導光板へのダメージを抑えることができ、フレキシブル基板を導光板の切欠部の内部に接合して導光板の板厚の中に含ませるので、全体を更に一層薄型化できる。
【００４０】請求項６の発明では、発光素子に面実装型の発光素子を用いるので、取り扱いが容易となり、組立工数を削減することができる。
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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８月２５日（１９９９．８．２５） |
| 【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２００１−６７９１７（Ｐ２００１−６７９１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３８０５２ |
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