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ソリューション
モノクロLCD向けバックライトモジュールの設計ソリューション
June 28,2022
イントロダクション
バックライトモジュール（Backlight Module：BLM）は、モノクロLCDを構成する重要な部品の一つです。液晶ディスプレイ自体は発光しないため、表示にはバックライトによる光源が必要です。一般的なモノクロLCD用バックライトモジュールは、主にLED光源、導光パターンを形成した導光板（Light Guide Plate：LGP）、拡散シートなどで構成されています。
導光板は、LED光源からの光を適切な方向へ導き、表示輝度と輝度均一性を向上させる役割を担います。材料には、ポリカーボネート（PC）や光学グレードのポリメタクリル酸メチル（PMMA）が一般的に使用され、射出成形によって製造されます。導光パターンは金型の入れ子（スタンパー）に形成することで、射出成形時に導光板と導光パターンを一体で成形することができます。
拡散シートは光を均一に拡散させる役割を持ち、反射シートは導光板の底面方向へ進む光を導光板側へ反射させることで、光の利用効率を高めるとともに光漏れを抑えます。モノクロLCD用バックライトでは、一般的にエッジライト方式が採用されています。LED光源を導光板の側面に配置し、端面から入射した光を導光板内部で導光・拡散することで、表示エリア全体に光を均一に分布させます。
図1：エッジライト方式バックライトモジュールの構造
エッジライト方式のバックライトモジュールを設計する際は、機構設計と求められる表示性能の両方を考慮する必要があります。製品の機構設計や用途に応じて、導光板には単一材料・単一金型による射出成形（図2A）、または2種類の材料・2つの金型による射出成形（図2B）を採用できます。
バックライトモジュールの構造
図2A：単一材料・単一金型による射出成形
図2B：2種類の材料・2つの金型による射出成形
導光板に導光機能と機構上の位置決め機能の両方を持たせる場合は、単一材料・単一金型による射出成形構造を採用できます。位置決め用のボスや壁などの機構部を導光板と一体成形するため、これらの部分も導光する構造となります。
メリット：必要な金型が1つで済むため、金型費および材料費を抑えることができます。
デメリット：
(a) LCDの表示領域（Viewing Area：VA）外で光漏れが発生する場合があります。例えば、導光板の壁や位置決め用ボスが発光して見えることがあります。
(b) 同じバックライトサイズの場合、輝度はやや低くなります。
(c) 複雑な位置決め構造は、単一金型では対応できない場合があります。
推奨用途：コストを重視する用途に適しています。この構造を採用する場合は、VA外の光が直接見えないように製品側の機構で遮光することで、光漏れがユーザーから見えにくい設計とすることができます。
光漏れの低減と組み立てやすい機構設計が求められる場合は、2種類の材料・2つの金型による射出成形構造を採用できます。導光板と樹脂フレームをそれぞれ別の金型で成形します。
メリット：
(a) VA外に光が見えにくく、導光板の壁や位置決め用ボスが発光して見えることを防ぐことができます。
(b) 同じバックライトサイズの場合、単一材料・単一金型による射出成形構造と比較して、輝度はやや高くなります。
(c) より複雑な位置決め構造にも対応できます。
デメリット：2つの金型が必要となるため、金型費および材料費が高くなります。
推奨用途：VA外に光が見えることが許容されない用途や、より高いバックライト輝度が求められる用途に適しています。単一材料・単一金型と2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板の構造上の違いを以下に示します。
単一材料・単一金型と2種類の材料・2つの金型による導光板の比較
単一材料・単一金型による射出成形導光板
位置決め用ボスは透明で、バックライト底面には反射シートを配置します。
2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板
位置決め用ボスは不透明です。樹脂フレームが遮光するため、バックライト底面に反射シートを配置する必要はありません。
単一材料・単一金型による射出成形導光板
側面に反射テープを貼付します。
2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板
側面に反射テープを貼付する必要はありません。
単一材料・単一金型による射出成形導光板
導光板と位置決め用ボスは一体成形されています。
2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板
導光板と樹脂フレームは、それぞれ独立した部品です。
単一材料・単一金型による射出成形導光板
位置決め用ボスや壁にも光が回り、発光して見えます。
2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板
位置決め用ボスや壁は発光して見えません。
単一材料・単一金型による射出成形導光板
側面に反射テープを貼付しても、光漏れが発生する場合があります。
2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板
側面からの光漏れはありません。
単一材料・単一金型による射出成形導光板
底面に反射シートを配置しても、わずかに光が透過する場合があります。
2種類の材料・2つの金型による射出成形導光板
底面は不透明な樹脂フレームのため、光の透過を防ぐことができます。
光漏れの低減、機構への組み込みやすさ、LCDの保護が求められる用途では、2種類の材料・2つの金型による射出成形構造を採用できます。樹脂フレームには、LCDの四辺を囲む壁を設けることができます（図5）。製品内部のスペースが限られている場合は、二辺のみに壁を設けることも可能です（図6）。フレームに壁を設ける主なメリットは以下のとおりです。
- LCDの周囲を保護できます。
- バックライトの壁をLCD表面より高くすることで、組み立て後にガラスへ直接圧力がかかることを防ぎ、ガラス破損のリスクを低減できます。
- バックライトとLCDの位置合わせが容易になり、機構上の位置決め精度を高めることができます。
- 輸送時の振動によるガラスとバックライトの分離や、LCDとバックライトの位置ずれを防止できます。
図5：四辺に壁を設けた導光板設計
図6：二辺に壁を設けた導光板設計
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