(57)【要約】【課題】薄型で、光源からの光の利用効率がよく、かつ、輝度むらの小さい、ＬＥＤを光源とするサイドライト型バックライトユニットを実現する。【解決手段】基板２にＬＥＤ１が出射面１ｂを上側に傾けて配置されている。導光板３の上には、光学シート６が配置され、下側には反射シート５が配置されている。導光板３の側面に形成された入光面３ａは、下側に傾いていて、ＬＥＤ１の出射面１ｂと対向している。ＬＥＤ１と導光板３との対向面積が増加することによってＬＥＤ１からの光の利用効率が増大する。また、ＬＥＤ１の出射面１ｂが上側に傾いていることによって、迷光が反射シート５と導光板３の下面３ｃとの間に入りこんで輝度むらを発生させることを防止する。これによって、輝度の大きい、かつ、輝度むらの小さいバックライトユニットを実現することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、基板との接合面と出射面を有するＬＥＤと、
主面である出光面と、裏面と、側面に形成された入光面を有する導光板とを有するバックライトユニットであって、
前記ＬＥＤの前記出射面は、前記導光板の前記出光面の側に傾斜して配置され、
前記導光板の前記入光面は、前記導光板の前記出光面と逆の方向に傾斜しており、
前記ＬＥＤの前記出射面と前記導光板の前記入光面とは対向していることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記ＬＥＤの前記出射面と前記導光板の前記入光面とは平行であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項３】
前記ＬＥＤの前記導光板の前記出光面の主面に対する傾斜角は、５度から３０度であり、
前記導光板の前記入光面の前記導光板の前記出光面の主面に対する傾斜角は、５度から３０度であることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項４】
前記ＬＥＤの出射面は、前記ＬＥＤの前記接合面に対して直角方向であるとことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項５】
前記ＬＥＤの出射面は、前記ＬＥＤの前記接合面と平行であるとことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記ＬＥＤの前記基板との接合部において、前記導光板に近い側には、金属コアボールまたは樹脂コアボールが配置されることによって、前記ＬＥＤの出射面の傾斜角が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
【請求項７】
基板に配置され、接合面と出射面とを有し、前記接合面と前記出射面とが直角方向であるＬＥＤと、主面である出光面と、裏面と、側面に形成された入光面を有する導光板を有し、前記ＬＥＤの出射面と前記導光板の前記入光面とが対向しているバックライトの製造法方法であって、
基板にはんだを形成する工程と
前記はんだのうち、前記バックライトに近い側のはんだに金属コバボールまたは樹脂コアボールを配置する工程と、
前記基板の前記はんだの上に前記ＬＥＤの前記接合面を配置する工程と、
前記はんだをリフローすることにより、前記ＬＥＤを前記基板に接合することによって、前記ＬＥＤの前記出射面を前記導光板の前記出光面の側に傾けて配置する工程とを有することを特徴とするバックライトユニットの製造方法。
【請求項８】
基板に配置され、接合面と出射面とを有し、前記接合面と前記出射面とが平行であるＬＥＤと、主面である出光面と、裏面と、側面に形成された入光面を有する導光板と、前記基板を搭載するシャーシとを有し、前記ＬＥＤの出射面と前記導光板の前記入光面とが対向しているバックライトの製造法方法であって、
基板の接合面にはんだを形成する工程と
前記はんだのうち、前記バックライトに近い側のはんだに金属コバボールまたは樹脂コアボールを配置する工程と、
前記基板の前記はんだの上に前記ＬＥＤの前記接合面を配置する工程と、
前記はんだをリフローすることにより、前記ＬＥＤを前記基板に接合する工程と、
前記基板の前記接合面を前記シャーシに対して直角に配置することによって、前記ＬＥＤの前記出射面を前記導光板の前記出光面の側に傾けて配置する工程とを有することを特徴とするバックライトユニットの製造方法。
【請求項９】
液晶表示パネルとバックライトユニットを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のバックライトユニットであることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルを背方から照明するバックライトユニットや照明装置に使用するＬＥＤ光源モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネルを背方から照明するために採用されているサイドライト型のバックラ
イトユニットは、導光板を用いてその導光板の端面に対して冷陰極蛍光ランプや複数個の
ＬＥＤを線光源として配置し、この光源からの光を導光板の端面から導入し、導光板の表
面又は裏面の一方の反射面にてその光を反射拡散させ、表面又は裏面の他方の出光面から
出光させる構成である。
【０００３】
図７は従来のサイドライト型バックライトユニットの構成を示している。図７において、１はサイドビュータイプのＬＥＤであり、１ａはＬＥＤ１の発光部、１ｂはＬＥＤの出射面である。２ はこのＬＥＤを複数個列設する基板である。
【０００４】
図７において、導光板３の表面側は出光面３ｂであり、この導光板３はＬＥＤ１の発光部１ａからの光を端面の入光面３ａから板内に導入し、反射面３ｃにて反射拡散させ、出光面３ｂからその全面に渡り均一に出光させる働きをする。そして導光板３の反射面３ｃ側に反射シート５を設置し、導光板３の出光面３ｂ側に輝度を均一化するための光学シート６を設置している。
【０００５】
従来のサイドライト型バックライトユニットでは複数個のＬＥＤを線状に配設し、線状光源として用いるために、ＬＥＤ素子をパッケージングすることで出光方向を制御でき、導光板の入光用の端面を向く方向にだけ発光させることができる。そのため、導光板の厚さはＬＥＤの厚さにほぼ等しくすることが可能である。反面、光源が薄くなり、導光板もそれに対応して薄くすると、図８に示すように、前記ＬＥＤ１の発光面１ｂから照射される光を導光板３の入射面３ａから逃してしまう、光漏れ１５が生じ、入射効率が悪くなるといった問題があった。
これを解決する技術として、たとえは、「特許文献１」には導光板の入射面を傾斜させ、ＬＥＤはその発光面が、導光板入射面と平行となるように配置する技術が開示されている。
【０００６】
この技術は、図９に示すように前記導光板３の入射面３ａは、導光板３の裏面３ｃに対して傾斜した斜面に形成されている。そして前記ＬＥＤ１が基板２に前記入射面３ａと近接させて組み込まれる際に、前記ＬＥＤ１ の発光面１ｂが前記入射面３ａに対して平行となるように、前記ＬＥＤ１を配置する。このように入射面３ａが傾斜して形成された導光板３は、その厚さ寸法よりも入射面３ａの実効径を大きくすることが出来る。
【０００７】
そして、図９においては、前記基板２は、前記ＬＥＤ１が配設される凹部の底壁部分が、その上面を、前記凹部内の導光板３の配設側へ向いた斜面として形成されており、この所定位置に配設された前記ＬＥＤ１は、その発光面１ａを導光板３の入射面３ａと平行となるように傾斜させた状態で配設されている。
【０００８】
しかしながら、バックライトの薄型化や大型化に対応して、導光板３の厚さが薄くなり、大面積化していくと、導光板の反りやゆがみが大きくなり、導光板裏面３ｃと反射シート５の間に空間ができてしまう。その場合に、ＬＥＤ１bからの出射光のうち基板２方向に向かった光が、導光板裏面３ｃと反射シート５の間へ入ってしまい、導光板３a面に入ることができない光漏れが大きくなる課題は図９の構造では解決できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２４２２４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、サイドライト型バッ
クライトユニットやＬＥＤ照明装置のようなＬＥＤモジュールにおいて、そのいっそうの
導光板への入射効率の向上が図れ、かつ、ＬＥＤのモジュールの省電力化も図れるＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するため、本発明のバックライトユニットは、ＬＥＤの発光面から照射された光を、表面および裏面を備えた導光板の側面に設けられた入射面から前記導光板の内部へ入射させ、前記導光板の内部において多重反射させて、液晶表示パネルと対向する前記導光板の前記表面から平面光として出射するように構成されたバックライトユニットであって、前記LEDは電気配線を備えた基板上に設置されており、基板底面に対してLEDの出射面が斜め上向きとなるようにＬＥＤの実装面が傾斜して配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、前記導光板の入射面は、ＬＥＤの出射面と平行となることを特徴とする。また、前記LEDの実装面内においては、導光板に近い側に金属コアボールまたは樹脂コアボールを置くことにより、ＬＥＤの発光面を基板に対して傾斜を持たせることを特徴とする。また、本発明の液晶表示装置は、上記構成のバックライトユニットを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、電源からの光の利用効率が高く、かつ、輝度むらの少ないバックライトを実現することが出来る。また、本発明の製造方法によって、このようなバックライトを効率よく製造することが出来る。また、本発明のバックライトを用いることによって、明るい、かつ、輝度むらの小さい液晶表示装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１のバックライトの断面図である。
【図２】実施例２のバックライトの断面図である。
【図３】実施例３のバックライトの断面図である。
【図４】本発明のバックライトの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の分解斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】従来のバックライトユニットの説明図である。
【図８】従来のバックライトユニットの解決すべき課題を示す説明図である。
【図９】従来のバックライトユニットの解決すべき課題を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明のＬＥＤ モジュールの最良の実施の形態としてのサイドライト型バックライトユニットを示している。図１において、図７に示した従来例のバックライトユニットの構成要素と共通するものには同一の符号を付して示してある。すなわち、１は出射面１ｂを含む面が２ｍｍx３ｍｍで、奥行きが１ｍｍ程度のサイズのサイドビュータイプの白色発光ＬＥＤであり、１ａはＬＥＤ１の発光部であり、ＬＥＤチップを示す。２はこのＬＥＤを複数個列設する基板である。ＬＥＤ１は、ＬＥＤ１の接合面１ｃと基板２上に設けられた配線８との間に接合部材７を介して結合され、固定されている。
【００１７】
図１において、ＬＥＤ１の接合面１ｃと出射面１ｂが直角になっている。このタイプのＬＥＤ１をサイドビュータイプのＬＥＤと称する。なお、後で述べるトップビュータイプのＬＥＤは、接合面１ｃと出射面１ｂが平行になっている。図１において、接合部材７は、ＬＥＤ１の接合面１ｃと出射面１ｂが基板２とに５〜３０°の接合角度１０を保つように結合されている。接合角度をこのような範囲に設定する理由は次のとおりである。
【００１８】
すなわち、ＬＥＤからの光が導光板と反射シートとの間に入り込まないようにするため、あるいは、ＬＥＤからの光の利用効率を向上させるためには、５°以上必要である。一方、接合角度を３０°よりも大きくすると、導光板３の加工精度が問題になるのと、ＬＥＤ１の導光板の下方への出っ張りが大きくなるので、バックライト全体としての厚さが大きくなるという問題があるからである。
【００１９】
導光板３は、空気層９を介して、前記ＬＥＤ１の前記出射面１ｂと平行に向き合う入光面３aを持っている。空気層は0.03〜１ｍｍの空間である。導光板３の表面側は出光面３ｂであり、３ｂ表面には、面内を均一な輝度とするために光学設計された形状の白色インクの印刷パターンまたは、マイクロレンズの凹凸形成パターンが施されている。この導光板３はＬＥＤ１の発光部１ａからの光を端面の入光面３ａから板内に導入し、反射面３ｃにて反射拡散させ、出光面３ｂからその全面に渡り均一に出光させる働きをする。そして導光板３の反射面３ｃ側に反射シート５を設置し、導光板３の出光面３ｂ側に輝度を均一化するための光学シート６を設置している。
【００２０】
ここでは、ＬＥＤ１を白色発光ＬＥＤとしているが、赤青緑の有色発光のＬＥＤであってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。ＬＥＤ基板２にはガラスエポキシ基板を用いるのが好ましいが、フレキシブル基板やメタルベースのものを使用することもできる。ＬＥＤの使用個数は対象となるバックライトユニットのサイズによる。導光板３は、一般に、アクリル、ポリカーボネートなどの樹脂を射出成型することにより製造される。接合部材７は、導電性樹脂、はんだなどの電気的接続とＬＥＤの保持ができる部材である。
【００２１】
ＬＥＤ発光部１aにて発生した光は、出射面１ｂから広がり、指向性を持って空気層９に出射される。ＬＥＤ１の接合面が基板２と接合角度１０を保つように結合されているために、基板２方向に向かって出射された光で、従来構造においては、導光板裏面３ｃや反射シート５に到達していたはずの図１に示した直接光１３が、導光板３ｂに直接導入されることから、導光板裏面３ｃと反射シート５の間に隙間があった場合でも光漏れを起こすことがない。
【００２２】
さらには、ＬＥＤ１の出射中心１ｄと導光板３の入光面３aの中心軸３ｄを一致させることで光漏れを起こさず、導光板の厚さを最小限に抑えることが可能となる。また、出射面１ｂから出射された直接光１３は、基板2の表面に反射することなく導光板の入射面３aに導入することができるため入射効率を向上させることができる。
【００２３】
さらには、導光板の入光面３aはＬＥＤの出射面１ｂと平行に設置しているために、ＬＥＤ１aからの光を効率よく導光板内に取り入れることが可能となる。これらの効果により、ＬＥＤ１からの取り込み光総量が増加するために、バックライトユニットとしての発光効率が向上する。よって、標準輝度を得るための消費電力の低下が可能となる。なお、導光板の入射面３ａとＬＥＤ１の出射面１ｂとが完全に平行でなくとも、ＬＥＤ１の出射面が上向きとなることによって、迷光が導光板３と反射シート５との間に入り込むことを防止することが出来るので、輝度むらを防止する効果を得ることが出来る。
【００２４】
本発明の特徴は、ＬＥＤ１からの迷光が導光板３と反射シート５の間に入り込まないようにすることが出来るので、迷光による輝度むらを防止することが出来ることである。また、ＬＥＤ１からの迷光が反射シート５と回路基板２との間に入り込まないようにすることが出来るので、輝度の低下を防止することが出来る。さらに、ＬＥＤ１の出射面１ｂと導光板３の入光面３ａとの対向面の面積を大きくすることが出来るので、ＬＥＤ１からの光の利用効率を上げることが出来る。これは、各実施例に共通の効果である。
【実施例２】
【００２５】
図２は本発明のＬＥＤモジュールの第２の実施の形態としてのサイドライト型バックライトユニットを示している。本実施の形態の特徴は、図１に示した第１ の実施の形態に対して、ＬＥＤ１の接合面１ｃと出射面１ｂが基板２と接合角度１０を安定的に保つ方法を示したものである。
【００２６】
接合部材７は、はんだ、または、導電性ペーストである。基板２上に設置された配線４のＬＥＤの出射面１ｂに近い位置には、樹脂コアボールまたは金属コアボール１１を配置する。樹脂コアボールはボール状の樹脂のコアの周りにはんだがコーティングされているものであり、金属コアボール１１はボール状の金属のコアの周りにはんだがコーティングされているものである。
【００２７】
金属コアボール１１のコアの高さは一定であるので、ＬＥＤ１の出射面１ｂは、ＬＥＤ１の接合面１ｃと出射面１ｂが基板２と接合角度１０を安定的に保つことができる。さらに、金属コアボール１１のコアボール径を変化させることで、接合角度は自由に変えることができる。樹脂コアボールを用いた場合も同様である。
実施例では樹脂コアボール１１または金属コアボール１１を例に説明したが、形に制限はなく三角形、四角形の部材にて代用しても良い。
【実施例３】
【００２８】
図３は本発明のＬＥＤモジュールの第３の実施の形態としてのサイドライト型バックライトユニットを示している。本実施の形態の特徴は、図１に示した第１の実施の形態に対して、ＬＥＤ１がトップビュータイプであり、基板２が導光板３の裏面３ｃに対して垂直方向に設置されていることを特徴とする。図３におけるＬＥＤ１は出射面１ｂを含む面が２ｍｍx３ｍｍで奥行きが１ｍｍ程度のサイズのトップサイドビュータイプの白色発光ＬＥＤである。
【００２９】
ＬＥＤ１の出射面１ｂと接合面１ｃが平行であるために基板２の配線ランド８は導光板３の裏面３ｃに垂直に取り付けられている。基板２と導光板３はＬＥＤの出射面１ｂと導光板の入光面３aが平行となるように位置決めが行なわれ、シャーシ１２に固定されている。ＬＥＤ１に対して傾き角度１０を形成する方法として、実施例２と同様に、樹脂コアボールあるいは、金属コアボールを使用することが出来る。
【実施例４】
【００３０】
図４に図２または図３に示したＬＥＤ光源モジュールについてＬＥＤ１の実装プロセスを示す。まず、サイドビューＬＥＤについて説明する。第１工程として基板２に設けられたはんだランド８上にクリームはんだ７を通常の印刷工程によって塗布する。第２工程では、はんだランド８上に置かれたクリームはんだ７のその上に金属コアボール１１を供給する。ここで金属コアボールの供給は、ＬＥＤ１の出射面側に偏在させる。
【００３１】
第３工程において、ＬＥＤ１をはんだランド上に置く。第４工程では通常のはんだリフロー工程によりＬＥＤ１をはんだ固定する。この工程では、ＬＥＤ1および金属コアボール１１がはんだのセルフアライメント効果によりにより所定の位置に正確に固定される。また、はんだ溶解時には、ＬＥＤ１は自重からはんだランド８と密着する。
【００３２】
金属コアボール１１を設置した部分は、ＬＥＤ１と金属コアボール１１の自重により、金属コアボール１１は、はんだ７内に沈み込む。従ってＬＥＤ１は金属コアボール１１の直径の高さだけ高くなった状態で固定される。これにより、ＬＥＤ1の出射面１ｂが、基板２に対して上向きの傾斜をもったＬＥＤ光源を作製することができる。以上の説明では、金属コアボールを使用した場合について説明したが、樹脂コアボールの場合も同様にして製造することが出来る。
【００３３】
以上はサイドビュータイプのＬＥＤを使用する場合について説明したが、トップビュータイプのＬＥＤを使用する場合のプロセスも基本的には同様である。但し、トップビュータイプの場合はＬＥＤが直立した基板２に配置されているので、まず、基板２を水平に向けた状態で、トップビュータイプのＬＥＤを出射面３ｂが上になった状態として、上記説明した図４における第１工程から第４工程によって基板２とＬＥＤ１を接合する。その後、基板２を立てた状態にして基板２をシャーシ１２に配置する。これによって、トップビュータイプのＬＥＤ１の出射面１ｂが水平より所定の傾き角１０をもって若干上向きに設定されることになる。なお、所定の傾き１０を樹脂コアボールまたは金属コアボールを用いて形成することはサイドビュータイプのＬＥＤを使用した場合と同様である。
【００３４】
上記の作製プロセスによれば、従来のはんだリフロー装置を使うことで製造ができる上に、従来のはんだリフロー工程に上記の第２工程を加えるだけであるため、従来の製造プロセスを大きく変更することなくＬＥＤ光源を作製することが可能である。
【実施例５】
【００３５】
図５は、実施例１〜３で説明したバックライトユニットを液晶表示装置に使用した場合の液晶表示装置の分解斜視図である。図５において、ＴＦＴや画素電極がマトリクス状に配置された表示領域、走査線、映像信号線等が形成されたＴＦＴ基板２１とカラーフィルタ等が形成された対向基板２２とが図示しない接着材を介して接着している。ＴＦＴ基板２１と対向基板２２との間には図示しない液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板２１には端子等が形成されるので、対向電極２２よりも大きく作られている。ＴＦＴ基板２１の下側には下偏光板２４が、対向基板２２の上側には上偏光板２３が貼り付けられている。
【００３６】
ＴＦＴ基板２１、対向基板２２、下偏光板２４、上偏光板２３が接着された状態のものを液晶表示パネルと称する。液晶表示パネルの背面には実施例１〜３で説明したようなバックライトユニットが配置されている。バックライトユニットは基板に配置されたＬＥＤ１、導光板３、光学シート６から形成されている。図５においては、反射シートは図示を省略している。
【００３７】
また、図５において、導光板３は楔型のものが使用されているが、導光板３は楔型タイプに限る必要は無い。導光板３と回路基板２を組み合わせると、導光板３の側面に複数のＬＥＤ１が対向して配置される。光学シート６として３枚の拡散シートが配置されている。拡散シート６は導光板３から出光してきた光の輝度を均一にする役割を有する。
【００３８】
図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。図６において、液晶表示パネル３０の背面に光学シート６、導光板３、反射シート５、ＬＥＤ１およびこれを搭載する基板２が配置されている。図６において、導光板３と反射シート５とは、密着して描かれているが、実際にはわずかな隙間が出来てしまう場合が多い。ＬＥＤ１は出射面１ｂが上向きになるように、傾き角度をもって配置されている。導光板３の側面は、傾斜面となって、ＬＥＤ１の出射面１ｂと対向している。
【００３９】
図６のような配置とすることによって、ＬＥＤ１からの光が導光板３と反射シート５の間に迷光となって入射することが無いので、液晶表示画面の輝度むらを防止することが出来る。さらに、また、導光板３の側面におけるＬＥＤ１からの出射光を入射する面積を大きくすることが出来るので、ＬＥＤ１からの光の利用効率を上げることが出来、明るい画面の液晶表示装置を実現することが出来る。
【符号の説明】
【００４０】
１  サイドビューＬＥＤ
１ａ  発光部
１ｂ  ＬＥＤ出射面
１ｃ  ＬＥＤ接合面
１ｄ  ＬＥＤ出射中心
２  基板
３  導光板
３ａ 導光板入光面  
３ｂ 導光板の出光面
３ｃ 導光板の裏面
５  反射シート
６  光学シート
７  接合部材
８  はんだランド
９  空気層
１０  傾き角度
１１  金属コアボール
１２  シャーシ
１３  取り込み可能な光
１５  光漏れ
２１  ＴＦＴ基板
２２  対向基板
２３  上偏光板
２４  下偏光板
３０  液晶表示パネル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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