JP2007234375A - 面発光照明モジュール及びそれを用いる画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を用いて輝度分布が均一で且つ充分な正面輝度を備えた面状出射光を長期にわたり安定して照射できる面発光照明モジュールとこれを用いた画像表示装置を提供する。
【解決手段】導光板１３に穿設された装着孔１３３の光入射面１３３１とは反対側の壁面には、係合突起１３３２が先端部を斜めに突出させて設け、この装着孔１３３にフック部１４２１が形成されたＬＥＤ１４が導光板後面１３２側から圧入され、フック部斜面１４２１ｂ上を係合突起１３３２が撓みながら摺動し、フック部係合面１４２１ａと係合突起先端面１３３２ａが係合し合う配置となる。この配置で、ＬＥＤ１４は搭載されているフレキシブル配線基板１１と係合突起１３３２の弾発力により光射出面１４１を光入射面１３３１に密接させた適正位置に弾性保持される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、点光源を用いたサイドライト方式の面発光照明モジュールとそれを用いた画像表示装置に関する。

従来、液晶表示素子用のバックライトとして、矩形状をなす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液晶表示素子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、サイドライト方式の面発光照明モジュール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液晶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という）等の発光素子が採用されることが多い。（例えば特許文献１参照）

上述の発光素子を用いた面発光照明モジュールにおいては、発光素子を導光板に対して所定の位置に正確且つ確実に設置することが求められる。何故なら、発光素子は、光を放射状に射出する点光源であるため、陰極管等の光を線状に射出する線光源に比べ、導光板の光射出面に設定された発光エリア全域にわたって輝度が均一な面状照射光を得ることが難しく、輝度分布が均一な照射光を得るための種々の光学的な構成が採用されているからである。

そのような光学的構成例としては、例えば、導光板の後面（光出射面とは反対側の主面）に点光源の設置位置を中心とした同心円状の溝を形成し、或いは導光板の前面（光出射面）側に同じく同心円状の溝を形成したプリズムシートを配置した例がある。
特開平８−３１３９０２号公報

しかるに、上述の点光源を用いた面発光照明モジュールにおいては、環境温度の変化や照明装置自体のオン・オフによる加熱と冷却の繰り返し等により、照明装置を構成する部材や接着材等の間の熱膨張率や収縮率の違い等が原因となって、点光源の設置位置や設置状態にズレが発生し始め、これが面状照射光における輝度分布のバラツキや輝度低下を引き起こす原因となっていた。照射光における輝度分布のバラツキは、この面発光照明モジュールをバックライトとする液晶表示素子等の画像表示装置において、表示むら等の表示不良を発生させる虞がある。

本発明の目的は、小型薄型化が促進されるとともに発光素子を用いて輝度分布が均一で且つ充分な正面輝度を備えた面状出射光を長期にわたり安定して照射できる面発光照明モジュールと、これを用いることにより表示むら等の表示不良の無い高度な表示品質を長期にわたって得られる小型薄型化が促進された画像表示装置を提供することである。

本発明の面発光照明モジュールは、光を射出させる光射出面、フック部が凸設され、前記光射出面とは反対側の背面、及び端子電極が凸設された底面を備える発光素子と、前記発光素子の少なくとも光射出面及びフック部が収容されるとともに、前記光射出面が密接可能な光入射面及び前記フック部に係合可能な鉤部を備える装着孔が穿設され、前記発光素子から射出された光を前記光入射面から入射させるとともに一方の主面から面状に出射させる導光板と、前記発光素子の底面に導通接合され、前記端子電極を介して通電するフレキシブル配線基板とを有する面発光照明モジュールであって、前記フレキシブル配線基板は湾曲させて前記発光素子の底面に前記端子電極を介し導通接合され、前記発光素子は湾曲した前記フレキシブル配線基板の弾性付勢力により前記フック部を前記鉤部に係合させると共に前記光射出面を前記光入射面に密接させた状態に保持されていることを特徴とするものである。

また、本発明の画像表示装置は、光を射出させる光射出面、フック部が凸設され、前記光射出面とは反対側の背面、及び端子電極が凸設された底面を備える発光素子と、前記発光素子の少なくとも光射出面及びフック部が収容されるとともに、前記光射出面が密接可能な光入射面及び前記フック部に係合可能な鉤部を備える装着孔が穿設され、前記発光素子から射出された光を前記光入射面から入射させるとともに一方の主面から面状に出射させる導光板と、前記導光板の光出射側に配設され、出射された光の透過を入力画像情報に応じて制御することにより画像を表示する画像表示パネルと、前記画像表示パネルに導通接合されるとともに前記発光素子の底面に導通接合され、前記画像表示パネルに画像情報信号を入力するとともに前記端子電極を介して前記発光素子に駆動電流を入力するフレキシブル配線基板とを有する画像表示モジュールであって、前記フレキシブル配線基板は湾曲させて前記発光素子の底面に前記端子電極を介し導通接合され、前記発光素子は湾曲した前記フレキシブル配線基板の弾性付勢力により前記フック部を前記鉤部に係合させると共に前記光射出面を前記光入射面に密接させた状態に保持されていることを特徴とするものである。

本発明の面発光照明モジュールによれば、導光板に発光素子の装着孔を穿設し、フレキシブル配線基板に導通設置された発光素子を前記装着孔内に嵌合挿入すると共に前記フレキシブル配線基板の弾性付勢力により保持する構成としたから、発光素子を所定位置に正確且つ確実に保持でき、輝度分布が均一で充分な正面輝度を備えた面状出射光を長期にわたり安定して照射することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置によれば、上述した本発明の面発光照明モジュールをバックライトとして用い、且つ画像表示パネルと発光素子にそれぞれ導通接合されるフレキシブル配線基板を共用化したから、小型薄型化がさらに促進されるともに、表示むら等の表示不良の無い高度な表示品質を長期にわたり安定して得ることができる。

本発明の面発光照明モジュールでは、発光素子が平坦な光出射面を備えた発光ダイオードであることが好ましく、これにより、発光素子を所定位置に正確に装着することが容易となり、且つ、面発光照明モジュールの小型薄型化が一層促進される。

また、本発明の画像表示装置は、画像表示パネルが液晶表示パネルである液晶表示モジュールに適用されることが好ましく、これにより、小型薄型化が促進されると共に明るくムラの無い良好な表示品質を安定して得ることができる液晶表示モジュールが得られる。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態としての液晶表示モジュールを示す模式的断面図で、図２と図３はそれぞれ前記液晶表示モジュールの本発明に係わる主要構成部材を示した平面図と斜視図、図４の（ａ）は図２の要部を拡大して示した平面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１に示されるように、本液晶表示モジュールの筐体は、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、底板を除去した同形状のカバーケース２が、嵌装されてなる。これら両ケース１、２は、共に金属板を加工して形成されている。カバーケース２の天板２０１には、表示を観察するための表示窓２０２が穿設されている。

上記筐体内には、フレーム３が配置されている。本実施形態のフレーム３は、共に空間外形が扁平な直方体をなす前室３ａと後室３ｂとが２段に重設されてなる。すなわち、直方体の空間を囲む枠体をなす側板３０１の所定高さ位置に、その内面全周にわたって仕切り棚３０２が突設され、この仕切り棚３０２を境界として、前室３ａと後室３ｂとが２段に重設され、これら前室３ａと後室３ｂは、仕切り棚３０２で囲まれた空間３ｃにより連通されている。

フレーム３の前室３ａには、液晶表示パネル４が収納されている。液晶表示パネル４は、電極（不図示）が形成された一対のガラス基板５、６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５、６間に液晶（不図示）を封入して、構成されている。ガラス基板５、６の液晶封入側とは反対側の各外面には、一対の前、後偏光板７、８がそれぞれ貼着されている。

本例の液晶表示パネル４における一対のガラス基板５、６の面積は、表示面側となる前側ガラス基板５よりも後側ガラス基板６の方が大きく、これら大きさの異なるガラス基板５、６は後側ガラス基板６の一縁辺が前側ガラス基板５の対応する縁辺から突出する配置で接合されている。後側ガラス基板６の突出縁辺６０１には、各電極から引き出された配線とその各端部の接続端子（不図示）が配設されて駆動回路部が形成されており、これら駆動回路部には駆動回路素子としてのドライバＬＳＩ９がＣＯＧ（Chip On Glass）搭載されている。そして、この駆動回路部の入力端子エリアには、フレキシブル配線基板１１（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）が導通接合されている。

フレーム３の後室３ｂ内には、サイドライト型の面発光照明パネル１２が収容されている。本実施形態のサイドライト型面発光照明パネル１２では、照射対象の液晶表示パネル４に大略対応した矩形をなす透明な導光板１３の一方の長手側の端部に、点光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）という）１４が設置され、導光板１３の液晶表示パネル４に対向させる前面１３１とは反対側の後面１３２には光反射シート１５が設置されている。導光板１３の光反射シート１５が設置された後面１３２には、ＬＥＤ１４から射出され導光板１３内に入射した光を前面１３１に向けて均一に反射させるための同心円状の凹凸パターン（不図示）が形成されている。

ここで、ＬＥＤ１４は、図２に示すように、大略、直方体をなし、光が射出される平坦な表面１４１には光射出エリア１４１１が区画設定され、その背面１４２には、フック部１４２１が凸設されている。フック部１４２１は、断面が直角三角形をなし、背面１４２の幅の全長にわたり延在形成されており、背面１４２に直角な係合面１４２１ａと斜面１４２１ｂを備えている。そして、斜面１４２１ｂの表面１４１との距離が短い方をＬＥＤ１４の上面とし、その反対側のＬＥＤの底面１４３には、一対の通電用端子電極１４４が凸設されている。本実施形態では、このように形成されたＬＥＤ１４が、導光板１３の長手側端部に２個設置されている。

一方、導光板１３には、図３に示されるように、ＬＥＤ１４が設置される一対の装着孔１３３、１３３が、一方の長手側端部の所定位置に穿設されている。各々の装着孔１３３は、それぞれ、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、大略、直方体状をなし、ＬＥＤ１４の光射出面１４１を密接させる平坦な光入射面１３３１を備えている。この光入射面１３３１の長さＬは、挿着されるＬＥＤ１４の幅Ｗ（図２参照）と略同じかそれよりも若干大きい寸法に設定されている。そして、光入射面１３３１とは反対側の壁面には、係合突起１３３２が凸設されている。係合突起１３３２は、導光板１３の前面１３１に向けて斜めに凸設されており、その先端面１３３２ａは光入射面１３３１に直角な面に形成されている。

上述のような一対の装着孔１３３、１３３を備えた導光板１３は、例えば、ポリカーボネイト等の透明樹脂材料を用い、インジェクション成形法等で一括成形することにより、容易に製造することができる。この場合、係合突起１３３２は、透明樹脂材料で一体成形されているから、樹脂材料の弾性を備えた弾性係合突起である。

ＬＥＤ１４を対応する装着孔１３３に挿着するには、ＬＥＤ１４の頭部を装着孔１３３内に導光板後面１３２側から圧入するだけでよい。このとき、まず、ＬＥＤ１４頭部のフック部斜面１４２１ｂに係合突起１３３２の先端エッジが当接し、ＬＥＤ１４の挿入と共にその斜面１４２１ｂが当接する係合突起１３３２を斜面効果により撓ませつつその先端エッジを相対的に円滑に摺動させ、さらなる挿入により、先端エッジが斜面１４２１ｂから外れると同時に係合突起１３３２が元の形状に略復帰する。この復帰状態において、係合突起１３３２が二点鎖線で示されるように先端エッジをＬＥＤ背面１４２に当接させて若干湾曲変形したままの形状となるように、ＬＥＤ１４の奥行き寸法Ｄと係合突起１３３２の突出寸法Ｒとがそれぞれ設定されている。これにより、ＬＥＤ１４が係合突起１３３２の弾発力Ｆ1によりその光射出面１４１を光入射面１３３１に密接させた状態で弾性支持される。

図１に示されるように、導光板１３の前面１３１には、光拡散シート１６とプリズムシート１７の２枚の光学シートが、その順序で重畳設置されている。光拡散シート１６は導光板１２から面状に出射される照射光の輝度分布を均一化するために、プリズムシート１７は照射光の出射方向を正面方向に揃えるために、それぞれ設置されている。

そして、２枚の光学シート１６、１７が重畳設置された面発光照明パネル１２は、後室３ｂ内の所定位置に、背面パネル１８に支持された状態で収納されている。背面パネル１８は、フレーム後室３ｂの底面を閉じる配置で、フレーム３に嵌合装着されている。

背面パネル１８の後面側で収納ケース１における底板１０１の内面には、駆動制御回路基板１９が設置されている。この駆動制御回路基板１９は、本液晶表示モジュール全体の駆動を制御するものであり、前述した液晶表示パネル４のガラス基板６端部に導通接合されているフレキシブル配線基板１１が、コネクタ２１を介して電気接続されている。この電気接続においては、フレキシブル配線基板１１がフレーム後室３ｂ側に折り返され、その折り返した先端部がコネクタ２１に挿着されている。

そして、折り返されたフレキシブル配線基板１１には、前述したＬＥＤ１４がＣＯＦ方式により直接搭載されている。この場合、背面パネル１８に貫通孔１８１が穿設され、この貫通孔１８１に導光板１３の装着孔１３３に挿着されたＬＥＤ１４の足部を挿通させ、ＬＥＤ底面１４３に凸設されている端子電極１４４（図２参照）がフレキシブル配線基板１１上に形成されているＬＥＤ通電用端子パッド（不図示）に半田接続されている。

ここで、フレキシブル配線基板１１はベースシートとしてポリイミド樹脂シート等の弾性を備えるシート材が用いられているため、それが後室３ｂ内に折り返されることにより元の形状に復帰しようとする弾性復元力が発生する。この弾性復元力に基づき、フレキシブル配線基板１１に搭載され導光板１３の装着孔１３３に挿着されているＬＥＤ１４に対して装着孔１３３から脱装させる方向（ＬＥＤ足部を引っ張る方向）に弾性付勢力Ｆ1が作用し、図４（ｂ）に示すようにＬＥＤフック部１４２１の係合面１４２１ａが導光板側係合突起１３３２の先端面１３３２ａに係合する。

その結果、ＬＥＤ１４は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように導光板１３の互いに直交する長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向とすると、そのＸ方向に対しては係合突起１３３２により、Ｚ方向に対してはフレキシブル配線基板１１により、それぞれ弾性付勢され、その光射出面１４１を装着孔１３３の光入射面１３３１に密接させると共にフック部係合面１４２１ａを係合突起先端面１３３２ａに係合させた状態で弾性保持されている。また、Ｙ方向においては、図４（ａ）に示されるように、装着孔１３３の両側壁１３３４、１３３５によって位置決め規制されている。従って、ＬＥＤ１４は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向において位置決め規制され、所定位置にずれなく正確且つ確実に保持されている。

次に、上述した液晶表示モジュールの製造方法について説明する。
まず、液晶表示パネル４と面発光照明パネル１２をそれぞれ所定の工程に沿って製作する。そして、面発光照明パネル１２をフレーム３の後室３ｂ内に収納し背面パネル１９を嵌装して所定位置に保持する。

次いで、液晶表示パネル４にＬＥＤ１４や他の電子部品が搭載されたフレキシブル配線基板１１を導通接合する。なお、ＬＥＤ１４や他の電子部品はフレキシブル配線基板１１に半田リフロー工程を通してＣＯＦ搭載されている。

次に、液晶表示パネル４をフレーム３の前室３ａ内に収納し、これに導通接合されているＬＥＤ１４等が半田接合されたフレキシブル配線基板１１をフレーム３外に引き出し、フレーム３の側板３０１の外面に沿って引き回した後、後室３ｂ内に折り返す。この折り返したフレキシブル配線基板１１には、一対のＬＥＤ１４がＣＯＦ搭載されているから、これらＬＥＤ１４の頭部を背面パネル１８に穿設されている対応する貫通孔１８１を通して導光板１３の装着孔１３３内に圧入する。

ＬＥＤ１４の頭部を装着孔１３３内に圧入すると、前述したように、そのフック部斜面１４２１ｂの斜面効果により当接する装着孔１３３側の係合突起１３３２を撓ませつつ進入し、やがて係合突起１３３２はその先端エッジが斜面１４２１ｂから外れると同時に元の形状に略復帰する。これにより、ＬＥＤ１４は、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、その両側面１４５、１４６を装着孔１３３の両側壁１３３４、１３３５に位置規制されると共に、係合突起１３３２により背面１４２を弾性支持されて光射出面１４１を光入射面１３３１に密接させ、折り曲げられたフレキシブル配線基板１１の弾性復元力により底面側に弾性付勢されてフック部係合面１４２１ａを係合突起先端面１３３２ａに係合させた所定位置に保持される。このようにして弾性保持されたＬＥＤ１４の位置は、その射出光を導光板１３内に最も効率良く入射させることができる最適設置位置である。

この後は、フレキシブル配線基板１１を駆動制御回路基板１９にコネクタ２１により電気接続し、液晶表示パネル４と面発光照明パネル１２がそれぞれ前、後室３ａ、３ｂの所定位置に収納保持されたフレーム３を収納ケース１内に収納し、これにカバーケース２を被装して液晶表示モジュールが完成する。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールでは、弾性材料からなるフレキシブル配線基板１１と導光板１３の係合突起１３３２の弾発力を利用して、ＬＥＤ１４をその光射出面１４１が光入射面１３３１に密接した適正設置位置に接着材等を用いず柔軟に弾性保持する構成としたから、部材の経年変化や環境の変動に起因するＬＥＤ１４の位置ずれが防止され、輝度分布が均一で且つ充分な正面輝度を備えた面状照射光により表示むらの無い良好な表示品質を長期にわたり安定して得ることができる。

また、ＬＥＤ１４を駆動制御するための専用の配線部材を用いず、液晶表示パネル４を駆動制御するためのフレキシブル配線基板１１にＬＥＤ１４をＣＯＦ搭載し、フレキシブル配線基板１１をＬＥＤ駆動制御用に兼用する構成としたから、実装構造が簡素化され、その結果、液晶表示モジュールの小型薄型化が促進されるともに、製品コストも低減される。

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、発光素子としては、光射出面が平坦なＬＥＤに限らず、光射出面が湾曲したＬＥＤや他の種々の点光源型発光素子を好適に用いることができる

また、図５に示すように、ＬＥＤ３１が搭載される専用のフレキシブル配線基板３２を導光板３３の前面（光出射面）３３１側に設け、これを導光板３３の後面３３２側に折り返して液晶表示パネルの駆動制御回路基板（不図示）に電気接続する構成としてもよい。この場合、導光板３３の係合突起３３３とＬＥＤ３１が、図４（ｂ）に示した上記実施形態の配置を上下に逆転させた配置となるが、上記実施形態と同様に、ＬＥＤ３１が所期の適正位置に正確且つ柔軟に弾性保持される。

加えて、本発明は、液晶表示モジュールに限らず、面発光照明装置を必要とする他の種々の表示モジュールに広く適用できることは、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。 前記液晶表示モジュールに用いられているＬＥＤを示した斜視図である。 前記液晶表示モジュールに用いられている導光板を示した平面図である。 （ａ）は前記液晶表示モジュールにおけるＬＥＤの装着孔を示す部分拡大平面図で、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。 上記実施形態の変形例を示した図４（ｂ）に対応する部分断面図である。

符号の説明

１ 収納ケース
２ カバーケース
３ フレーム
４ 液晶表示パネル
５、６ ガラス基板
７、８ 偏光板
９ ドライバＬＳＩ
１１、３２ フレキシブル配線基板
１２ 面発光照明パネル
１３、３３ 導光板
１３４ 装着孔
１３４２、３３１ 係合突起
１４、３１ ＬＥＤ
１４２１ フック部
１５ 光反射シート
１６ 光拡散シート
１７ プリズムシート
１８ 背面パネル
１９ 駆動制御回路基板
２１ コネクタ

Claims (4)

1. 光を射出させる光射出面、フック部が凸設され、前記光射出面とは反対側の背面、及び端子電極が凸設された底面を備える発光素子と、
   前記発光素子の少なくとも光射出面及びフック部が収容されるとともに、前記光射出面が密接可能な光入射面及び前記フック部に係合可能な鉤部を備える装着孔が穿設され、前記発光素子から射出された光を前記光入射面から入射させるとともに一方の主面から面状に出射させる導光板と、
   前記発光素子の底面に導通接合され、前記端子電極を介して通電するフレキシブル配線基板とを有する面発光照明モジュールであって、
   前記フレキシブル配線基板は湾曲させて前記発光素子の底面に前記端子電極を介し導通接合され、
   前記発光素子は湾曲した前記フレキシブル配線基板の弾性付勢力により前記フック部を前記鉤部に係合させると共に前記光射出面を前記光入射面に密接させた状態に保持されていることを特徴とする面発光照明モジュール。
2. 前記発光素子は平坦な光射出面を備えた発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の面発光照明モジュール。
3. 光を射出させる光射出面、フック部が凸設され、前記光射出面とは反対側の背面、及び端子電極が凸設された底面を備える発光素子と、
   前記発光素子の少なくとも光射出面及びフック部が収容されるとともに、前記光射出面が密接可能な光入射面及び前記フック部に係合可能な鉤部を備える装着孔が穿設され、前記発光素子から射出された光を前記光入射面から入射させるとともに一方の主面から面状に出射させる導光板と、
   前記導光板の光出射側に配設され、出射された光の透過を入力画像情報に応じて制御することにより画像を表示する画像表示パネルと、
   前記画像表示パネルに導通接合されるとともに前記発光素子の底面に導通接合され、前記画像表示パネルに画像情報信号を入力するとともに前記端子電極を介して前記発光素子に駆動電流を入力するフレキシブル配線基板とを有する画像表示モジュールであって、
   前記フレキシブル配線基板は湾曲させて前記発光素子の底面に前記端子電極を介し導通接合され、
   前記発光素子は湾曲した前記フレキシブル配線基板の弾性付勢力により前記フック部を前記鉤部に係合させると共に前記光射出面を前記光入射面に密接させた状態に保持されていることを特徴とする画像表示装置。
4. 前記画像表示パネルは一対の基板間に液晶を封入してなる液晶表示パネルであることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。

Images