光源モジュール及びそれを備えた液晶表示装置
【課題】導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への光の結合効率を高め、光の利用効率を向上させる。
【解決手段】光源２３ａと、上面の出射領域から光を出射する導光板１３と、光源２３ａと導光板１３の端部下面との間に配置され、光源２３ａから出射された光を導光板１３の端部下面に形成された入射部から反対側の端部に向けた第１の方向に入射させるように光を結合する光結合部材３０と、光結合部材３０に対向して配置された反射部材３５とを備え、光源２３ａから光結合部材３０に入射された光の一部が、反射部材３５で反射された後、導光板１３の入射部から第１の方向と反対方向に入射される構成としている。
【解決手段】光源２３ａと、上面の出射領域から光を出射する導光板１３と、光源２３ａと導光板１３の端部下面との間に配置され、光源２３ａから出射された光を導光板１３の端部下面に形成された入射部から反対側の端部に向けた第１の方向に入射させるように光を結合する光結合部材３０と、光結合部材３０に対向して配置された反射部材３５とを備え、光源２３ａから光結合部材３０に入射された光の一部が、反射部材３５で反射された後、導光板１３の入射部から第１の方向と反対方向に入射される構成としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を導光板によって面状に出射させるバックライト等の光源モジュール及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置においては、薄型化を図るために、光源からの光を導光板によって面状に出射させるサイドエッジ型導光板を備えたバックライトが多用されている。
【０００３】
このようなサイドエッジ型導光板では、導光板の長手方向の例えば両端部にＬＥＤ等の光源を配置し、導光板の長手方向の各端面から、光を入射させ、導光板の内部中央へその光を全反射させながら導光板内を光が伝達し、導光板の光出射部で光の一部が全反射条件を破って導光板の表面に光を出射するようになっている。
【０００４】
しかしながら、サイドエッジ型導光板においては、熱膨張により導光板が伸縮し、特に、導光板の長手方向においては伸縮量が大きい。このため、導光板の端部においては、光源を導光板に密着させることはできず、熱膨張による伸縮量を見越した隙間を有する構造となっている。この結果、隙間の存在により光源の導光板への入射効率が悪くなるといった問題を有していた。この問題は、液晶表示装置が大型になればなるほど、すなわち導光板が大型になればなるほど伸縮量が大きくなるので、光源と導光板との隙間を大きくしなければならず、その結果、入射効率がさらに低下する。また、導光板の光出射部の外側（外周側）に光源を配置する必要があるため、液晶表示装置の額縁が広くなるといった問題も有していた。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、例えば特許文献１に開示されたバックライトユニット１００では、図１１に示すように、光源であるＬＥＤ１０１と、このＬＥＤ１０１から発した光を導く導光板１１０とを備え、この導光板１１０の一端に、受光面１１１ａ及び反射面１１１ｂを有する受光反射部１１１が形成されている。また、反射面１１１ｂは、導光板１１０の上端から受光反射部１１１の端部に向かって延びる楕円面に形成されている。これにより、導光板１１０を薄型化した場合においても、光源から発せられる光を効率よく受光及び反射させて導光板内の隅々までムラなく光を導き、液晶表示パネル等の表示部を明るく照明することのできるバックライトユニットを提供するものとなっている。
【０００６】
また、例えば特許文献２に開示された表示装置用バックライト２００では、図１２に示すように、導光板２１０の下方に発光ダイオード２０１が、その光軸が導光板２１０に直交するようにして設けられている。そして、導光板２１０の表面における発光ダイオード２０１の直上においては、発光ダイオード２０１からの光を導光板２１０の両端部側へ反射すべく、曲面からなる反射面２１１，２１１が形成されている。また、発光ダイオード２０１の下側には反射シート２０２が設けられている。
【０００７】
上記構成によれば、導光板２１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、発光ダイオード２０１を導光板２１０に近接して配設することができる。また、発光ダイオード２０１の下側に設けられた反射シート２０２の存在とも相俟って、発光ダイオード２０１から出射された光の略全てが導光板２１０に導入される。この結果、サイドエッジ型導光板よりも、導光板２１０への光の結合効率、及び光の利用効率を向上できるものとなっている。
【０００８】
なお、特許文献１の表示装置用バックライト２００では、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるといった問題がある。特に、大型の液晶表示装置では導光板も大型となるため、一般的に加工が困難である。さらに、液晶表示装置の組み立て時に導光板の加工位置に光源の位置を正確に合わせて固定する必要があり、組立も困難となる。
【０００９】
ここで、一般的な直下型は、液晶パネルの下に、ＬＥＤをマトリックス状に配列させて液晶パネルを均一に照射する方式である。また、直下型には、ＬＥＤと拡散レンズ（光を拡散させるレンズ）を用いてＬＥＤから出射される光を広げて液晶パネルを均一に照射する方式もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３１９１６４号公報（２００４年１１月１１日公開）
【特許文献２】特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたバックライトでは、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるといった問題を有している。また、導光板の光出射部の外側に受光面１１１ａ及び反射面１１１ｂを設け、光源も光出射部の外側の導光板下面に配置する必要があるため、従来のエッジライト型と同様に、液晶表示装置の額縁が広くなるといった問題があった。
【００１２】
また、特許文献２に開示されたバックライトでは、光源を導光板の光出射部の下面に配置できるため、液晶表示装置の額縁を狭くすることができるが、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるといった問題があった。
【００１３】
また、上記特許文献１，２に開示されたバックライトは、光源と導光板との間に別の光結合部材を配置することについては全く想定しておらず、あくまで導光板に加工を施すことに着目している。
【００１４】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、別途、光結合部材を設けることで、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への光の結合効率を高め、光の利用効率を向上し得る光源モジュール及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の光源モジュールは、上面の出射領域から光を出射する導光板と、前記導光板の下方に配置された光源と、前記光源と前記導光板の端部下面との間に配置され、前記光源から出射された光を前記導光板の前記端部下面に形成された入射部から反対側の端部に向けた第１の方向に入射させるように光を結合する光結合部材と、を備えた光源モジュールであって、前記光結合部材に対向して反射部材が配置され、前記光源から前記光結合部材に入射された光の一部が、前記反射部材で反射された後、前記導光板の前記入射部から前記第１の方向と反対方向に入射されることを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、損失光となる光を再び導光板に入射することができるため、光源からの光の利用効率を向上させることができる。この場合、その入射方向は、第１の方向とは逆の方向に入射されるため、導光板において輝度分布の均一化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明では、前記光結合部材は、前記導光板の前記出射領域内の端部下面に配置されている。このように、光結合部材を光出射領域の端部に配置して導光板の第１の方向に光を入射させると、入射方向の反対側には光が入射せず暗部となるが、反射部材で反射された光が第１の方向とは逆の方向に入射されるため、暗部を無くすことができる。また、光結合部材を光出射領域の端部に配置することで、従来のサイドエッジ型バックライトとは異なり、導光板直下型のバックライトとなっているので、液晶表示装置の額縁部分にサイドエッジにくらべて余分な部品を配置する必要が無くなり、額縁寸法を小さくすることが可能である。また、サイドエッジ導光板においては必要であった熱膨張を回避するための光源と導光板の隙間が不要になるので、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上することが可能である。また、本発明では、従来のように導光板を加工する必要がないため、製造コストも軽減される。
【００１８】
また、本発明では、光結合部材は導光板の端部下面に設けられている。この結果、光源からの光を導光板の端部にて入射させることになるので、導光板において一方向に向けて導光させ、導光板全面から光を取り出し、液晶パネル全面を照射することが可能である。
【００１９】
また、本発明では、前記光結合部材は、前記導光板に接する頂部平坦面と、前記光源及び前記反射部材に対向配置される下部平坦面とを有する断面逆Ｕ字型に形成された構成としている。このように構成することで、光源からの光を効率よく導光板に入射させることができる。
【００２０】
また、本発明では、前記光結合部材の前記一方の下部平坦面に前記光源が対向配置され、前記他方の下部平坦面に前記反射部材が対向配置されている。このような配置構成とすることで、頂部平坦面を通らずに他方の下部平坦面に達した光源からの出射光を、反射部材で確実に反射して、頂部平坦面に導くことができる。
【００２１】
また、本発明の液晶表示装置は、上記構成の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴としている。
【００２２】
本発明の液晶表示装置によれば、額縁部分に余分な部品を配置する必要が無いため、額縁寸法を小さくすることができる。また、サイドエッジ導光板においては必要であった熱膨張を回避するための光源と導光板との隙間が不要になるので、光源から導光板への光の結合効率及び利用効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光源モジュールによれば、損失光となる光を再び導光板に入射することができるため、光源からの光の結合効率及び利用効率を向上させることができる。また、光結合部材を光出射領域の端部に配置して導光板の第１の方向に光を入射させると、入射方向の反対側には光が入射せず暗部となるが、反射部材で反射された光が第１の方向とは逆の方向に入射されるため、暗部を無くすことができる。つまり、導光板において輝度分布の均一化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示装置の額縁部分に余分な部品を配置する必要が無いため、額縁寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光源モジュールを備えた電子機器の一つである液晶表示装置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】液晶表示装置における光源ユニットの構成を示す斜視図である。
【図４】光源ユニットにおけるＬＥＤ基板及び光結合部材の接合部分を拡大して示す断面図である。
【図５】光源ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図６】光源ユニットにおけるＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、ＬＥＤチップから出射した光が放物面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図、（ｂ）は、ＬＥＤチップ近傍を示す要部断面図である。
【図８】（ａ）は、ＬＥＤチップから出射した光が楕円面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図、（ｂ）は、ＬＥＤチップ近傍を示す要部断面図である。
【図９】ＬＥＤチップから出射した光の一部が導光板１３に入射せず、他方の下部平坦面に設けられた反射部材にて反射されて導光板に入射するときの光路を示す断面図であ。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、シャーシの導光板保持面よりも下方に位置している光結合部材及び光源を示す断面図である。
【図１１】従来の液晶表示装置におけるバックライトの一構成例を示す斜視図である。
【図１２】従来の液晶表示装置におけるバックライトの他の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
実施の形態では、本発明の光源モジュールを備えた電子機器の一つである液晶表示装置の構成について説明する。
【００２８】
図１は、液晶表示装置の要部の構成を示す断面図、図２は、液晶表示装置の構成を示す分解斜視図、図３は、光源ユニットの構成を示す斜視図、図４は、光源ユニットにおけるＬＥＤ基板及び光結合部材の接合部分を拡大して示す断面図、図５は、光源ユニットの構成を示す分解斜視図、図６は、ＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。
【００２９】
本実施の形態の液晶表示装置１は、図１及び図２に示すように、下から順に、光源モジュールとしてのバックライト１０、プリズムシート２、拡散シート３、液晶パネル４及びベゼル５にて構成されている。
【００３０】
バックライト１０は、下から順に、光源ユニット２０、一筋の開口１１ａを有するシャーシ１１、シャーシ１１と同様に一筋の開口を有する反射シート１２、及び導光板１３にて構成されている。
【００３１】
光源ユニット２０は、図３に示すように、帯状に形成された光源ホルダ２１に光源としての半導体の後述するＬＥＤチップ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）２３ａ、及び光結合部材３０を備えて構成されている。なお、半導体のＬＥＤチップは非常に微細なサイズであるため、図３では、図面の煩雑さを防ぐために記載を割愛している。
【００３２】
光源ユニット２０には、図３及び図４に示すように、長手方向（図３中、矢符Ｙ方向）に直交する両側部分にシャーシ１１への取付部２１ａが形成された板状の光源ホルダ２１を備えている。そして、この光源ホルダ２１の上に、板状のヒートシンク２２が設けられ、このヒートシンク２２の上に、光源基板としてのＬＥＤ基板２４ａと光を反射する反射部材３５とが所定の間隔を存して長手方向Ｙに沿って平行に設けられている。ＬＥＤ基板２４ａ上には、ＬＥＤチップ２３ａが光源ユニット２０の長手方向Ｙに沿って配置されている。
【００３３】
また、ＬＥＤ基板２４ａ上には、ＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０との間に隙間を設けるためのスペーサ２５ａが形成されている。このスペーサ２５ａは、図４に示すように、光結合部材３０の下部平坦面３３の一部を下方に突出させて形成されており、接着剤によりＬＥＤ基板２４ａに固定されている。
【００３４】
複数のＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａよりも外側に配置されており、スペーサ２５ａにより光結合部材３０の下部平坦面３３と隙間を有して離間されている。この隙間により、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０との衝突によるＬＥＤチップ２３ａの破損を防いでいる。すなわち、このスペーサ２５ａの存在により、ＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０の下部平坦面３３との間にＬＥＤチップ２３ａを配置し、かつＬＥＤチップ２３ａを破損させない隙間を設けることができる。ただし、これに限られず、ＬＥＤチップ２３ａに損傷を与えない範囲であれば、ＬＥＤチップ２３ａが光結合部材３０と密着していても構わない。
【００３５】
次に、光源ユニット２０の詳細構造について、図５及び図６を参照して説明する。図５は光源ユニット２０の構成を示す分解斜視図、図６はＬＥＤ基板２４ａの構成を示す平面図である。
【００３６】
図５に示すように、ＬＥＤ基板２４ａの表面には、ダム２６ａが液晶表示装置１の長手方向（図５及び図６中、矢符Ｙ方向）に沿って長尺状に形成されている。ダム２６ａは、図４にも示すように、断面略方形状であって中央部にスリットを形成したものである。ダム２６ａのスリットの内部には、図６にも示すように、複数のＬＥＤチップ２３ａが、ダム２６ａの長手方向に例えば数ｍｍの間隔を有して配置されている。また、ダム２６ａの外側には、光結合部材３０との位置調整のためのアライメントマーク２７ａ（図６参照）が複数個設けられている。
【００３７】
さらに、図４に示すように、ダム２６ａのスリット内には、複数のＬＥＤチップ２３ａを封止する樹脂２８が充填されている。この樹脂２８には、蛍光体が含まれている。蛍光体は、個々のＬＥＤチップ２３ａに対して同一の種類のものが用いられている。
【００３８】
本実施の形態では、光源としてＬＥＤチップ２３ａを用いている。その理由は、半導体チップ状のＬＥＤは、形状が小さくかつ狭い領域に配置できるので、安価な低出力のＬＥＤチップ２３ａを用いた場合にも、間隔を詰めて多くのＬＥＤを配置することによって照度も向上し、高機能のバックライトの光源として利用できる点で好ましいためである。ただし、これに限るものではなく、例えば、パッケージに収納されたＬＥＤでもよく、有機ＥＬ発光素子又は無機ＥＬ発光素子を用いることも可能である。
【００３９】
本実施の形態のＬＥＤチップ２３ａは、ＬＥＤ基板２４ａ上に例えば１列に並んで複数個設けられており、それら複数個のＬＥＤチップ２３ａの上側と、これに平行に配置されている長尺の薄板形状に形成された反射部材３５の上側とに、光結合部材３０が跨がるようにして設けられた構成となっている。
【００４０】
次に、光結合部材３０の詳細構造及び光路について説明する。
【００４１】
図１に示すように、光結合部材３０は、導光板１３の発光エリア（出射領域）Ｄ内の端部下面に配置されている。
【００４２】
この光結合部材３０は、図３及び図５に示すように、長手方向Ｙに長い棒状に形成されており、その断面形状は、図７（ａ）にも示すように、略逆Ｕ字型に形成されている。そして、ＬＥＤチップ２３ａに対向配置される一方の下部平坦面３３に、０．５ｍｍ程度の高さのスペーサ２５ａが突出形成されている。一方、光結合部材３０の他方の下部平坦面３３にも、同じようにしてスペーサ２５ｂが突出形成されており、その横に、スペーサ２５ｂとほぼ同じ厚みの反射部材３５が下部平坦面３３に対向配置されている。
【００４３】
ここで、光結合部材３０の材質は、導光板１３の材質と同じ樹脂からなっている。すなわち、同じ材質であれば、屈折率を同じにすることができるので、光結合部材３０から導光板１３への光の入射が円滑に行われる。導光板１３の屈折率が光結合部材３０の屈折率より僅かに高い構成でも構わない。また樹脂に限るものではなく硝子等の材質でも構わない。
【００４４】
光結合部材３０を断面略逆Ｕ字型に形成することにより、光結合部材３０は、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光を、光結合部材３０の内部の反射面にて反射させて曲げながら伝搬させ、平板状の導光板１３に対して斜めに入射させるように機能する。このため、ＬＥＤチップ２３ａからの光の殆どを導光板１３に結合させることができる。
【００４５】
さらに詳しく説明すると、光結合部材３０における導光板１３側の表面は、平板状の導光板１３に当接する入射部としての頂部平坦面３１と、この頂部平坦面３１から両端側にそれぞれ反射面としての曲面３２ａ，３２ｂを有する形状となっている。
【００４６】
曲面３２ａ，３２ｂの形状は、例えば、図７（ａ）に示すように、断面放物線状とすることができる。ただし、必ずしもこれに限るものではなく、断面楕円状、弓型状等の湾曲形状、または頂部平坦面３１から斜めに傾斜する平坦な傾斜面であってもよい。要するに、導光板１３に光を有効に結合できる形状であればどのような形状でも構わない。
【００４７】
また、光結合部材３０の下端側の中央部（すなわち、両下部平坦面３３の間）には、凹部３４が形成されている。本実施の形態では、曲面３２ａ，３２ｂにて反射する光の導光板１３への光路が確保できればよいので、光路とならない部分は凹部３４としてくり抜くことができる。これにより、コスト削減及び軽量化を図ることができる。ただし、凹部３４領域は、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しない断面が略半円状の内部が詰った構成でも構わない。
【００４８】
なお、凹部３４に図示しない光学結合部材に近接する反射シート等の反射手段を設けることが可能である。これにより、頂部平坦面３１近傍で迷光が発生する場合があっても、迷光の一部をこの反射手段で導光板１３側に反射させることで、液晶パネル４への照射を向上させることができる。
【００４９】
光結合部材３０の一方の下部平坦面３３の下側には、ＬＥＤ基板２４ａにボンディングされたＬＥＤチップ２３ａが下部平坦面３３に近接して設けられている。すなわち、ＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａの近傍に接着剤等を塗布し、ＬＥＤ基板２４ａと接着固定されている。
【００５０】
ＬＥＤチップ２３ａは、図７（ｂ）に示すように、断面放物線からなる曲面３２ａの焦点位置Ｆよりも端部側に配置されていることが好ましい。これにより、図７（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光が光結合部材３０の断面放物線状の曲面３２ａにて反射され、その反射光が光結合部材３０の頂部平坦面３１に到達し、到達方向を維持して導光板１３に斜めに入射する。そして、導光板１３に入射された光は、図７（ａ）に示す導光板１３の右側の内部を全反射して第１の方向Ｘ１に進みつつ、図示しない光路変換部である光散乱体と衝突することにより導光板１３中を進む角度が変わり、全反射条件が破られ、導光板１３から出射し、反射シート１２で反射し、さらに導光板１３内を通過し、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、プリズムシート２及び拡散シート３を通して液晶パネル４に向かう。
【００５１】
このような光路は、図８（ａ）に示す曲面３２ａ，３２ｂが断面楕円状の光結合部材３０においても同様である。そして、図８（ｂ）に示すように、断面楕円の光結合部材３０においても、ＬＥＤチップ２３ａは、断面楕円状からなる曲面３２ａ，３２ｂの焦点位置Ｆよりも端部側に配置されていることが好ましい。
【００５２】
この結果、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光は光結合部材３０の曲面３２ａにて反射され、その反射光が光結合部材３０の頂部平坦面３１に到達し、到達方向を維持して導光板１３に斜めに入射する。そして、導光板１３に入射された光は、導光板１３の内部を全反射して第１の方向Ｘ１に進みつつ、図示しない光路変換部である光散乱体と衝突することにより導光板１３中を進む角度が変わり、全反射条件が破られ、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、プリズムシート２及び拡散シート３を通して液晶パネル４に向かう。
【００５３】
このように、光結合部材３０における曲面３２ａの形状を例えば断面放物線状または断面楕円状とすることによって、ＬＥＤチップ２３ａからの出射光を、断面放物線状または断面楕円状の曲面３２ａにて反射させて効率よく結合して、頂部平坦面３１から導光板１３に入射させることができる。なお、断面放物線状と断面楕円状との対比においては、断面楕円状の方が光を絞って導光板１３に入射するよう結合できるので、光の結合効率を高くすることができる。
【００５４】
上記したように、ＬＥＤ光源２３ａから出射し光結合部材３０に入射した光は、ほとんどは導光成分となり発光エリア（出射領域）Ｄ内の導光板１３内を導光する。
【００５５】
しかし、図９に示すように、一部の光（光線）ｒ１は導光板１３に入射せずに、他方の（図９中右側の）下部平坦面３３に向かう。本実施の形態においては、他方の下部平坦面３３の下に、高い反射特性を有する反射部材３５を対向配置している。これにより、本来損失となる光線ｒ１を反射させ、曲面３２ｂで全反射されて、ＬＥＤチップ２３ａの本来の導光方向とは逆側（第２の方向Ｘ２）に光線ｒ１を導光させることが可能になる。
【００５６】
反射部材３５を配置せず、吸収部材を配置した場合には、入光成分を１００とした場合、逆方向（第２の方向Ｘ２）への導光成分は０．３１であり、逆方向へほとんど導光せず逆側での導光板１３からの出射光は低い。一方、本実施の形態のように反射部材３５を配置した場合は、逆方向への導光成分は１．９９となり、逆方向領域からの出射光を十分に確保することが可能である。
【００５７】
すなわち、本実施の形態によれば、損失光となる光線ｒ１を再び導光成分として出射光とすることができるため、ＬＥＤチップ２３ａから出射される光の利用効率を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、液晶表示装置１は、特許文献１及び特許文献２に開示されている導光板の加工という技術思想を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａからなる光源から導光板１３への光の結合効率を高め、光の利用効率を向上し得る液晶表示装置を提供することが可能である。
【００５９】
この結果、従来のサイドエッジ型導光板とは異なり、導光板直下型のバックライトとなっているので、額縁寸法を小さくすることができ、意匠効果も向上することができる。また、サイドエッジ型導光板においては必要であった熱膨張を回避するためのＬＥＤチップ２３ａと導光板１３との隙間が不要となるので、隙間から光が漏れることがない。すなわち、本実施の形態では、導光板１３の下方に光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａを配設するので、導光板１３の厚さ方向は長手または短手の平面方向よりも熱膨張が小さいので、導光板１３の伸縮が小さく、光結合部材３０とＬＥＤチップ２３ａとを近接配置し、それらの隙間を例えば０．５ｍｍ以下にすることができる。なお、光結合部材３０は導光板１３に当接しているので、隙間はない。このため、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光の結合効率及び利用効率を高めることができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、導光板１３とは別体の光結合部材３０を設けることにより、平板状の導光板１３に対して斜めに光を入射させるので、導光板１３の内部では入射光が全反射しながら導光される。
【００６１】
すなわち、本実施の形態では、光結合部材３０は、頂部平坦面３１が導光板１３に当接する断面が略逆Ｕ字型の帯状体つまり棒状体にてなっている。
【００６２】
この結果、特許文献１及び特許文献２のような導光板の加工をしなくても、ＬＥＤチップ２３ａからの光結合部材３０を介した入射光を導光板１３の内部にて導光させることができる。このため、導光板１３自体は、単純な平板で足りるので、大型の導光板１３に対する加工が不要となる。また、導光板１３を加工するのは困難であるが、光結合部材３０の加工はそれに比べて容易であり、製造コストを削減することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、光結合部材３０は、導光板１３の端部に設けられている。この結果、ＬＥＤチップ２３ａからの光を導光板１３の端部にて入射させることになるので、導光板１３において一方向に向けて導光させ、導光板１３の全面から光を取り出して、液晶パネル４の全面を照射することが可能となる。
【００６４】
従って、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光の結合効率及び利用効率を向上し得るバックライト１０及び液晶表示装置１を提供することができる。
【００６５】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、導光板１３に対して斜めに光を入射させる。これにより、導光板１３の内部では入射光が全反射しながら導光される。この結果、特許文献１及び特許文献２のような導光板の加工をしなくても済み、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光の結合効率及び利用効率を向上し得ると共に、特許文献１及び特許文献２の方式に対し、製造コストも軽減される。
【００６６】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、反射面である曲面３２ａ，３２ｂを有し、ＬＥＤチップ２３ａからの入射光を曲面３２ａにて反射させて導光板１３に対して光を入射させる。これにより、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光は、光結合部材３０に入射し、曲面３２ａにて反射する。そして、曲面３２ａにて反射された光は、導光板１３の下面の頂部平坦面３１から導光板１３に入射するように結合されるが、一部の光は光結合部材３０のもう一つの反対端面である他方の下部平坦面３３側に到達する。到達光は端面から出射されるが、配置している反射部材３５により再度光結合部材３０に入射し、光結合部材３０の曲面３２ｂに反射されて導光板１３に結合する。なおこの光線の向きは、上記したように、曲面３２ａで反射し結合した光線とは逆向きであり、本来導光成分が存在しない領域に光線を導光させ、その先に光路変換部を配置することで、光の取り出しを行うことが可能である。
【００６７】
また、導光板１３に入射させるときに、ＬＥＤチップ２３ａの反対方向（第２の方向Ｘ２）に光を出射させることによって、ＬＥＤチップ２３ａと反射部材３５との中間点を通る線を軸対称として光結合部材３０の両側、つまり導光板１３の両端側にそれぞれ導光させることができる。従って、単純な構造にて、導光板１３において輝度分布の均一化を図ることができる。
【００６８】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、導光板１３内で全反射させるように導光板１３に光を入射させる。これにより、光の利用効率を向上し得るバックライト１０を提供することができる。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、ＬＥＤチップ２３ａは、光結合部材３０への入射光における光軸方向が平板状の導光板１３に対して直交するように配置されている。このため、ＬＥＤチップ２３ａの配置を平板状の導光板１３に対して斜めにする必要がないので、ＬＥＤチップ２３ａの配置も容易であり、構造や組み立て方法が単純である。
【００７０】
従って、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３板への光の結合効率及び利用効率を向上し得るバックライト１０及び液晶表示装置１を提供することができる。
【００７１】
なお、特許文献２に開示された表示装置用バックライト２００では、発光ダイオード２０１の直上の輝度が周囲より明るくなり、輝線が発生するので、均一な輝度分布を作ることができないという問題があったが、本実施の形態では、その問題を解消することができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、導光板１３を加工せずに済み、かつ下方から光入射するので、導光板１３の液晶表示装置１の薄型化を図ることができる。具体的には、導光板１３の加工にはある程度の厚さが必要である。この場合、従来のエッジライト方式は光源の幅よりも導光板を薄くすると光の結合率が低下するため薄型化に限界がある。この点、本実施の形態では、導光板１３を薄型化すれば、テレビの薄型化及び軽量化に繋がる。また、導光板１３の材料を節約できるので、加工が不要な点からも低コスト化を図ることができる。また、ＬＥＤチップ２３ａを上向きに実装すればよいので、ＬＥＤチップ２３ａを含め、図２に示す液晶表示装置１を構成する各部材群の組み立てにおいて、組み立て方向が１方向の組み込み方向で済み、組み立ての製造装置構成や、組み立て作業が簡単になる。すなわち、従来のエッジライトの場合は、側面から光源を取り付ける必要があるので、液晶表示装置１全体として１方向の組込み方向で済まず、製造がやや困難となる。
【００７３】
また、本実施の形態の液晶表示装置１では、光結合部材３０は、帯状に設けられている。さらに、この帯状に設けられた光結合部材３０は、方形平板状の導光板１３における長手方向に平行に設けられている。
【００７４】
また、光結合部材３０は、方形平板状の導光板１３における縦または横方向つまり長手方向か短手方向に対し、一本の直線状の部材で構成されてもよく、また、いくつかに区切られた光結合部材の小片を帯状に連ね一直線上に配置しても構わない。
【００７５】
これにより、１つの光源に対し１の光学素子を設ける必要がなくなり、複数の光源を１つの光学部材にて覆うので、光学系の構造を単純化することができる。また、光源はパッケージに収納されたタイプのものでも良いが、半導体チップ状のものも適用できる。光源は、光結合部材に沿って配置され、光源の配線も容易となる。
【００７６】
ところで、本実施の形態のバックライト１０では、図２に示すように、導光板１３の下側には、導光板１３を平面で保持する平板状のシャーシ１１が設けられていると共に、シャーシ１１の導光板保持面は、光結合部材３０が導光板１３に当接する位置付近で開口１１ａを有し、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａは、シャーシ１１の導光板保持面よりも下方に位置している。すなわち、本実施の形態では、図１０（ａ）に示すように、開口１１ａを有するシャーシ１１に別体の光源ホルダ２１が接合されており、これにより、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａは、シャーシ１１の導光板保持面１１ｂよりも下方に位置している。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１０（ｂ）に示すように、シャーシ１１に凹部を設けてその凹部にＬＥＤチップ２３ａ及び光結合部材３０を搭載することも可能である。この場合においても、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａは、シャーシ１１の導光板保持面１１ｂよりも下方に位置している。
【００７７】
このような構成とすることによって、導光板１３の背面側においては、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａのみが突出していることになる。したがって、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａ以外の部分を薄型化することが可能となる。このため、全体として薄型化を図ることができる。さらに、このような構成とすることによって、ＬＥＤチップ２３ａの放熱の面でも優れたものとなる。また、光源ユニット２０をシャーシ１１と接続しておくことによって、シャーシ１１が放熱板として機能するので、高い放熱性能を得ることができる。この結果、ＬＥＤチップ２３ａの発光効率も向上する。
【００７８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、光源ユニット２０は、断面略逆Ｕ字型の光結合部材３０を有していると共に、ＬＥＤチップ２３ａは、光結合部材３０における一方の下部平坦面３３の端部の直下に長手方向に沿って設けられている。
【００７９】
本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、光源からの光を線状に出射する光源ユニットを備えて導光板によって面状に出射させるバックライト等の光源モジュール、並びにこの光源モジュールを備えたテレビ、モニター等の液晶表示装置等の電子機器に適用可能である。また、その光源モジュールは、大型平面光源として照明装置等の電子機器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 液晶表示装置
２ プリズムシート
３ 拡散シート
４ 液晶パネル
５ ベゼル
１０ バックライト（光源モジュール）
１１ シャーシ
１１ａ シャーシ開口部
１１ｂ 導光板保持面
１２，１２ａ，１２ｂ 反射シート
１３ 導光板
２０ 光源ユニット
２１ 光源ホルダ
２２ ヒートシンク
２３ａ ＬＥＤ
２４ａ ＬＥＤ基板
２５ａ，２５ｂ スペーサ
２６ａ ダム
２７ａ アライメントマーク
２８ 樹脂
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦部（入射部）
３２ａ，３２ｂ 曲面（反射面）
３３ 下部平坦面
３４ 凹部
３５ 反射部材
１００ バックライトユニット
１０１ ＬＥＤ
１１０ 導光板
１１１ａ 受光面
１１１ｂ 反射面
１１１ 受光反射部
２００ 表示装置用バックライト
２０１ 発光ダイオード
２０２ 反射シート
２１０ 導光板
２１１ 反射面
Ｄ 発光エリア（出射領域）
ｒ１ 光（光線）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を導光板によって面状に出射させるバックライト等の光源モジュール及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置においては、薄型化を図るために、光源からの光を導光板によって面状に出射させるサイドエッジ型導光板を備えたバックライトが多用されている。
【０００３】
このようなサイドエッジ型導光板では、導光板の長手方向の例えば両端部にＬＥＤ等の光源を配置し、導光板の長手方向の各端面から、光を入射させ、導光板の内部中央へその光を全反射させながら導光板内を光が伝達し、導光板の光出射部で光の一部が全反射条件を破って導光板の表面に光を出射するようになっている。
【０００４】
しかしながら、サイドエッジ型導光板においては、熱膨張により導光板が伸縮し、特に、導光板の長手方向においては伸縮量が大きい。このため、導光板の端部においては、光源を導光板に密着させることはできず、熱膨張による伸縮量を見越した隙間を有する構造となっている。この結果、隙間の存在により光源の導光板への入射効率が悪くなるといった問題を有していた。この問題は、液晶表示装置が大型になればなるほど、すなわち導光板が大型になればなるほど伸縮量が大きくなるので、光源と導光板との隙間を大きくしなければならず、その結果、入射効率がさらに低下する。また、導光板の光出射部の外側（外周側）に光源を配置する必要があるため、液晶表示装置の額縁が広くなるといった問題も有していた。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、例えば特許文献１に開示されたバックライトユニット１００では、図１１に示すように、光源であるＬＥＤ１０１と、このＬＥＤ１０１から発した光を導く導光板１１０とを備え、この導光板１１０の一端に、受光面１１１ａ及び反射面１１１ｂを有する受光反射部１１１が形成されている。また、反射面１１１ｂは、導光板１１０の上端から受光反射部１１１の端部に向かって延びる楕円面に形成されている。これにより、導光板１１０を薄型化した場合においても、光源から発せられる光を効率よく受光及び反射させて導光板内の隅々までムラなく光を導き、液晶表示パネル等の表示部を明るく照明することのできるバックライトユニットを提供するものとなっている。
【０００６】
また、例えば特許文献２に開示された表示装置用バックライト２００では、図１２に示すように、導光板２１０の下方に発光ダイオード２０１が、その光軸が導光板２１０に直交するようにして設けられている。そして、導光板２１０の表面における発光ダイオード２０１の直上においては、発光ダイオード２０１からの光を導光板２１０の両端部側へ反射すべく、曲面からなる反射面２１１，２１１が形成されている。また、発光ダイオード２０１の下側には反射シート２０２が設けられている。
【０００７】
上記構成によれば、導光板２１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、発光ダイオード２０１を導光板２１０に近接して配設することができる。また、発光ダイオード２０１の下側に設けられた反射シート２０２の存在とも相俟って、発光ダイオード２０１から出射された光の略全てが導光板２１０に導入される。この結果、サイドエッジ型導光板よりも、導光板２１０への光の結合効率、及び光の利用効率を向上できるものとなっている。
【０００８】
なお、特許文献１の表示装置用バックライト２００では、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるといった問題がある。特に、大型の液晶表示装置では導光板も大型となるため、一般的に加工が困難である。さらに、液晶表示装置の組み立て時に導光板の加工位置に光源の位置を正確に合わせて固定する必要があり、組立も困難となる。
【０００９】
ここで、一般的な直下型は、液晶パネルの下に、ＬＥＤをマトリックス状に配列させて液晶パネルを均一に照射する方式である。また、直下型には、ＬＥＤと拡散レンズ（光を拡散させるレンズ）を用いてＬＥＤから出射される光を広げて液晶パネルを均一に照射する方式もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３１９１６４号公報（２００４年１１月１１日公開）
【特許文献２】特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたバックライトでは、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるといった問題を有している。また、導光板の光出射部の外側に受光面１１１ａ及び反射面１１１ｂを設け、光源も光出射部の外側の導光板下面に配置する必要があるため、従来のエッジライト型と同様に、液晶表示装置の額縁が広くなるといった問題があった。
【００１２】
また、特許文献２に開示されたバックライトでは、光源を導光板の光出射部の下面に配置できるため、液晶表示装置の額縁を狭くすることができるが、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるといった問題があった。
【００１３】
また、上記特許文献１，２に開示されたバックライトは、光源と導光板との間に別の光結合部材を配置することについては全く想定しておらず、あくまで導光板に加工を施すことに着目している。
【００１４】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、別途、光結合部材を設けることで、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への光の結合効率を高め、光の利用効率を向上し得る光源モジュール及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の光源モジュールは、上面の出射領域から光を出射する導光板と、前記導光板の下方に配置された光源と、前記光源と前記導光板の端部下面との間に配置され、前記光源から出射された光を前記導光板の前記端部下面に形成された入射部から反対側の端部に向けた第１の方向に入射させるように光を結合する光結合部材と、を備えた光源モジュールであって、前記光結合部材に対向して反射部材が配置され、前記光源から前記光結合部材に入射された光の一部が、前記反射部材で反射された後、前記導光板の前記入射部から前記第１の方向と反対方向に入射されることを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、損失光となる光を再び導光板に入射することができるため、光源からの光の利用効率を向上させることができる。この場合、その入射方向は、第１の方向とは逆の方向に入射されるため、導光板において輝度分布の均一化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明では、前記光結合部材は、前記導光板の前記出射領域内の端部下面に配置されている。このように、光結合部材を光出射領域の端部に配置して導光板の第１の方向に光を入射させると、入射方向の反対側には光が入射せず暗部となるが、反射部材で反射された光が第１の方向とは逆の方向に入射されるため、暗部を無くすことができる。また、光結合部材を光出射領域の端部に配置することで、従来のサイドエッジ型バックライトとは異なり、導光板直下型のバックライトとなっているので、液晶表示装置の額縁部分にサイドエッジにくらべて余分な部品を配置する必要が無くなり、額縁寸法を小さくすることが可能である。また、サイドエッジ導光板においては必要であった熱膨張を回避するための光源と導光板の隙間が不要になるので、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上することが可能である。また、本発明では、従来のように導光板を加工する必要がないため、製造コストも軽減される。
【００１８】
また、本発明では、光結合部材は導光板の端部下面に設けられている。この結果、光源からの光を導光板の端部にて入射させることになるので、導光板において一方向に向けて導光させ、導光板全面から光を取り出し、液晶パネル全面を照射することが可能である。
【００１９】
また、本発明では、前記光結合部材は、前記導光板に接する頂部平坦面と、前記光源及び前記反射部材に対向配置される下部平坦面とを有する断面逆Ｕ字型に形成された構成としている。このように構成することで、光源からの光を効率よく導光板に入射させることができる。
【００２０】
また、本発明では、前記光結合部材の前記一方の下部平坦面に前記光源が対向配置され、前記他方の下部平坦面に前記反射部材が対向配置されている。このような配置構成とすることで、頂部平坦面を通らずに他方の下部平坦面に達した光源からの出射光を、反射部材で確実に反射して、頂部平坦面に導くことができる。
【００２１】
また、本発明の液晶表示装置は、上記構成の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴としている。
【００２２】
本発明の液晶表示装置によれば、額縁部分に余分な部品を配置する必要が無いため、額縁寸法を小さくすることができる。また、サイドエッジ導光板においては必要であった熱膨張を回避するための光源と導光板との隙間が不要になるので、光源から導光板への光の結合効率及び利用効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光源モジュールによれば、損失光となる光を再び導光板に入射することができるため、光源からの光の結合効率及び利用効率を向上させることができる。また、光結合部材を光出射領域の端部に配置して導光板の第１の方向に光を入射させると、入射方向の反対側には光が入射せず暗部となるが、反射部材で反射された光が第１の方向とは逆の方向に入射されるため、暗部を無くすことができる。つまり、導光板において輝度分布の均一化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示装置の額縁部分に余分な部品を配置する必要が無いため、額縁寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光源モジュールを備えた電子機器の一つである液晶表示装置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】液晶表示装置における光源ユニットの構成を示す斜視図である。
【図４】光源ユニットにおけるＬＥＤ基板及び光結合部材の接合部分を拡大して示す断面図である。
【図５】光源ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図６】光源ユニットにおけるＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。
【図７】（ａ）は、ＬＥＤチップから出射した光が放物面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図、（ｂ）は、ＬＥＤチップ近傍を示す要部断面図である。
【図８】（ａ）は、ＬＥＤチップから出射した光が楕円面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図、（ｂ）は、ＬＥＤチップ近傍を示す要部断面図である。
【図９】ＬＥＤチップから出射した光の一部が導光板１３に入射せず、他方の下部平坦面に設けられた反射部材にて反射されて導光板に入射するときの光路を示す断面図であ。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、シャーシの導光板保持面よりも下方に位置している光結合部材及び光源を示す断面図である。
【図１１】従来の液晶表示装置におけるバックライトの一構成例を示す斜視図である。
【図１２】従来の液晶表示装置におけるバックライトの他の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
実施の形態では、本発明の光源モジュールを備えた電子機器の一つである液晶表示装置の構成について説明する。
【００２８】
図１は、液晶表示装置の要部の構成を示す断面図、図２は、液晶表示装置の構成を示す分解斜視図、図３は、光源ユニットの構成を示す斜視図、図４は、光源ユニットにおけるＬＥＤ基板及び光結合部材の接合部分を拡大して示す断面図、図５は、光源ユニットの構成を示す分解斜視図、図６は、ＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。
【００２９】
本実施の形態の液晶表示装置１は、図１及び図２に示すように、下から順に、光源モジュールとしてのバックライト１０、プリズムシート２、拡散シート３、液晶パネル４及びベゼル５にて構成されている。
【００３０】
バックライト１０は、下から順に、光源ユニット２０、一筋の開口１１ａを有するシャーシ１１、シャーシ１１と同様に一筋の開口を有する反射シート１２、及び導光板１３にて構成されている。
【００３１】
光源ユニット２０は、図３に示すように、帯状に形成された光源ホルダ２１に光源としての半導体の後述するＬＥＤチップ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）２３ａ、及び光結合部材３０を備えて構成されている。なお、半導体のＬＥＤチップは非常に微細なサイズであるため、図３では、図面の煩雑さを防ぐために記載を割愛している。
【００３２】
光源ユニット２０には、図３及び図４に示すように、長手方向（図３中、矢符Ｙ方向）に直交する両側部分にシャーシ１１への取付部２１ａが形成された板状の光源ホルダ２１を備えている。そして、この光源ホルダ２１の上に、板状のヒートシンク２２が設けられ、このヒートシンク２２の上に、光源基板としてのＬＥＤ基板２４ａと光を反射する反射部材３５とが所定の間隔を存して長手方向Ｙに沿って平行に設けられている。ＬＥＤ基板２４ａ上には、ＬＥＤチップ２３ａが光源ユニット２０の長手方向Ｙに沿って配置されている。
【００３３】
また、ＬＥＤ基板２４ａ上には、ＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０との間に隙間を設けるためのスペーサ２５ａが形成されている。このスペーサ２５ａは、図４に示すように、光結合部材３０の下部平坦面３３の一部を下方に突出させて形成されており、接着剤によりＬＥＤ基板２４ａに固定されている。
【００３４】
複数のＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａよりも外側に配置されており、スペーサ２５ａにより光結合部材３０の下部平坦面３３と隙間を有して離間されている。この隙間により、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０との衝突によるＬＥＤチップ２３ａの破損を防いでいる。すなわち、このスペーサ２５ａの存在により、ＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０の下部平坦面３３との間にＬＥＤチップ２３ａを配置し、かつＬＥＤチップ２３ａを破損させない隙間を設けることができる。ただし、これに限られず、ＬＥＤチップ２３ａに損傷を与えない範囲であれば、ＬＥＤチップ２３ａが光結合部材３０と密着していても構わない。
【００３５】
次に、光源ユニット２０の詳細構造について、図５及び図６を参照して説明する。図５は光源ユニット２０の構成を示す分解斜視図、図６はＬＥＤ基板２４ａの構成を示す平面図である。
【００３６】
図５に示すように、ＬＥＤ基板２４ａの表面には、ダム２６ａが液晶表示装置１の長手方向（図５及び図６中、矢符Ｙ方向）に沿って長尺状に形成されている。ダム２６ａは、図４にも示すように、断面略方形状であって中央部にスリットを形成したものである。ダム２６ａのスリットの内部には、図６にも示すように、複数のＬＥＤチップ２３ａが、ダム２６ａの長手方向に例えば数ｍｍの間隔を有して配置されている。また、ダム２６ａの外側には、光結合部材３０との位置調整のためのアライメントマーク２７ａ（図６参照）が複数個設けられている。
【００３７】
さらに、図４に示すように、ダム２６ａのスリット内には、複数のＬＥＤチップ２３ａを封止する樹脂２８が充填されている。この樹脂２８には、蛍光体が含まれている。蛍光体は、個々のＬＥＤチップ２３ａに対して同一の種類のものが用いられている。
【００３８】
本実施の形態では、光源としてＬＥＤチップ２３ａを用いている。その理由は、半導体チップ状のＬＥＤは、形状が小さくかつ狭い領域に配置できるので、安価な低出力のＬＥＤチップ２３ａを用いた場合にも、間隔を詰めて多くのＬＥＤを配置することによって照度も向上し、高機能のバックライトの光源として利用できる点で好ましいためである。ただし、これに限るものではなく、例えば、パッケージに収納されたＬＥＤでもよく、有機ＥＬ発光素子又は無機ＥＬ発光素子を用いることも可能である。
【００３９】
本実施の形態のＬＥＤチップ２３ａは、ＬＥＤ基板２４ａ上に例えば１列に並んで複数個設けられており、それら複数個のＬＥＤチップ２３ａの上側と、これに平行に配置されている長尺の薄板形状に形成された反射部材３５の上側とに、光結合部材３０が跨がるようにして設けられた構成となっている。
【００４０】
次に、光結合部材３０の詳細構造及び光路について説明する。
【００４１】
図１に示すように、光結合部材３０は、導光板１３の発光エリア（出射領域）Ｄ内の端部下面に配置されている。
【００４２】
この光結合部材３０は、図３及び図５に示すように、長手方向Ｙに長い棒状に形成されており、その断面形状は、図７（ａ）にも示すように、略逆Ｕ字型に形成されている。そして、ＬＥＤチップ２３ａに対向配置される一方の下部平坦面３３に、０．５ｍｍ程度の高さのスペーサ２５ａが突出形成されている。一方、光結合部材３０の他方の下部平坦面３３にも、同じようにしてスペーサ２５ｂが突出形成されており、その横に、スペーサ２５ｂとほぼ同じ厚みの反射部材３５が下部平坦面３３に対向配置されている。
【００４３】
ここで、光結合部材３０の材質は、導光板１３の材質と同じ樹脂からなっている。すなわち、同じ材質であれば、屈折率を同じにすることができるので、光結合部材３０から導光板１３への光の入射が円滑に行われる。導光板１３の屈折率が光結合部材３０の屈折率より僅かに高い構成でも構わない。また樹脂に限るものではなく硝子等の材質でも構わない。
【００４４】
光結合部材３０を断面略逆Ｕ字型に形成することにより、光結合部材３０は、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光を、光結合部材３０の内部の反射面にて反射させて曲げながら伝搬させ、平板状の導光板１３に対して斜めに入射させるように機能する。このため、ＬＥＤチップ２３ａからの光の殆どを導光板１３に結合させることができる。
【００４５】
さらに詳しく説明すると、光結合部材３０における導光板１３側の表面は、平板状の導光板１３に当接する入射部としての頂部平坦面３１と、この頂部平坦面３１から両端側にそれぞれ反射面としての曲面３２ａ，３２ｂを有する形状となっている。
【００４６】
曲面３２ａ，３２ｂの形状は、例えば、図７（ａ）に示すように、断面放物線状とすることができる。ただし、必ずしもこれに限るものではなく、断面楕円状、弓型状等の湾曲形状、または頂部平坦面３１から斜めに傾斜する平坦な傾斜面であってもよい。要するに、導光板１３に光を有効に結合できる形状であればどのような形状でも構わない。
【００４７】
また、光結合部材３０の下端側の中央部（すなわち、両下部平坦面３３の間）には、凹部３４が形成されている。本実施の形態では、曲面３２ａ，３２ｂにて反射する光の導光板１３への光路が確保できればよいので、光路とならない部分は凹部３４としてくり抜くことができる。これにより、コスト削減及び軽量化を図ることができる。ただし、凹部３４領域は、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しない断面が略半円状の内部が詰った構成でも構わない。
【００４８】
なお、凹部３４に図示しない光学結合部材に近接する反射シート等の反射手段を設けることが可能である。これにより、頂部平坦面３１近傍で迷光が発生する場合があっても、迷光の一部をこの反射手段で導光板１３側に反射させることで、液晶パネル４への照射を向上させることができる。
【００４９】
光結合部材３０の一方の下部平坦面３３の下側には、ＬＥＤ基板２４ａにボンディングされたＬＥＤチップ２３ａが下部平坦面３３に近接して設けられている。すなわち、ＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａの近傍に接着剤等を塗布し、ＬＥＤ基板２４ａと接着固定されている。
【００５０】
ＬＥＤチップ２３ａは、図７（ｂ）に示すように、断面放物線からなる曲面３２ａの焦点位置Ｆよりも端部側に配置されていることが好ましい。これにより、図７（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光が光結合部材３０の断面放物線状の曲面３２ａにて反射され、その反射光が光結合部材３０の頂部平坦面３１に到達し、到達方向を維持して導光板１３に斜めに入射する。そして、導光板１３に入射された光は、図７（ａ）に示す導光板１３の右側の内部を全反射して第１の方向Ｘ１に進みつつ、図示しない光路変換部である光散乱体と衝突することにより導光板１３中を進む角度が変わり、全反射条件が破られ、導光板１３から出射し、反射シート１２で反射し、さらに導光板１３内を通過し、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、プリズムシート２及び拡散シート３を通して液晶パネル４に向かう。
【００５１】
このような光路は、図８（ａ）に示す曲面３２ａ，３２ｂが断面楕円状の光結合部材３０においても同様である。そして、図８（ｂ）に示すように、断面楕円の光結合部材３０においても、ＬＥＤチップ２３ａは、断面楕円状からなる曲面３２ａ，３２ｂの焦点位置Ｆよりも端部側に配置されていることが好ましい。
【００５２】
この結果、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光は光結合部材３０の曲面３２ａにて反射され、その反射光が光結合部材３０の頂部平坦面３１に到達し、到達方向を維持して導光板１３に斜めに入射する。そして、導光板１３に入射された光は、導光板１３の内部を全反射して第１の方向Ｘ１に進みつつ、図示しない光路変換部である光散乱体と衝突することにより導光板１３中を進む角度が変わり、全反射条件が破られ、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、プリズムシート２及び拡散シート３を通して液晶パネル４に向かう。
【００５３】
このように、光結合部材３０における曲面３２ａの形状を例えば断面放物線状または断面楕円状とすることによって、ＬＥＤチップ２３ａからの出射光を、断面放物線状または断面楕円状の曲面３２ａにて反射させて効率よく結合して、頂部平坦面３１から導光板１３に入射させることができる。なお、断面放物線状と断面楕円状との対比においては、断面楕円状の方が光を絞って導光板１３に入射するよう結合できるので、光の結合効率を高くすることができる。
【００５４】
上記したように、ＬＥＤ光源２３ａから出射し光結合部材３０に入射した光は、ほとんどは導光成分となり発光エリア（出射領域）Ｄ内の導光板１３内を導光する。
【００５５】
しかし、図９に示すように、一部の光（光線）ｒ１は導光板１３に入射せずに、他方の（図９中右側の）下部平坦面３３に向かう。本実施の形態においては、他方の下部平坦面３３の下に、高い反射特性を有する反射部材３５を対向配置している。これにより、本来損失となる光線ｒ１を反射させ、曲面３２ｂで全反射されて、ＬＥＤチップ２３ａの本来の導光方向とは逆側（第２の方向Ｘ２）に光線ｒ１を導光させることが可能になる。
【００５６】
反射部材３５を配置せず、吸収部材を配置した場合には、入光成分を１００とした場合、逆方向（第２の方向Ｘ２）への導光成分は０．３１であり、逆方向へほとんど導光せず逆側での導光板１３からの出射光は低い。一方、本実施の形態のように反射部材３５を配置した場合は、逆方向への導光成分は１．９９となり、逆方向領域からの出射光を十分に確保することが可能である。
【００５７】
すなわち、本実施の形態によれば、損失光となる光線ｒ１を再び導光成分として出射光とすることができるため、ＬＥＤチップ２３ａから出射される光の利用効率を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、液晶表示装置１は、特許文献１及び特許文献２に開示されている導光板の加工という技術思想を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａからなる光源から導光板１３への光の結合効率を高め、光の利用効率を向上し得る液晶表示装置を提供することが可能である。
【００５９】
この結果、従来のサイドエッジ型導光板とは異なり、導光板直下型のバックライトとなっているので、額縁寸法を小さくすることができ、意匠効果も向上することができる。また、サイドエッジ型導光板においては必要であった熱膨張を回避するためのＬＥＤチップ２３ａと導光板１３との隙間が不要となるので、隙間から光が漏れることがない。すなわち、本実施の形態では、導光板１３の下方に光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａを配設するので、導光板１３の厚さ方向は長手または短手の平面方向よりも熱膨張が小さいので、導光板１３の伸縮が小さく、光結合部材３０とＬＥＤチップ２３ａとを近接配置し、それらの隙間を例えば０．５ｍｍ以下にすることができる。なお、光結合部材３０は導光板１３に当接しているので、隙間はない。このため、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光の結合効率及び利用効率を高めることができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、導光板１３とは別体の光結合部材３０を設けることにより、平板状の導光板１３に対して斜めに光を入射させるので、導光板１３の内部では入射光が全反射しながら導光される。
【００６１】
すなわち、本実施の形態では、光結合部材３０は、頂部平坦面３１が導光板１３に当接する断面が略逆Ｕ字型の帯状体つまり棒状体にてなっている。
【００６２】
この結果、特許文献１及び特許文献２のような導光板の加工をしなくても、ＬＥＤチップ２３ａからの光結合部材３０を介した入射光を導光板１３の内部にて導光させることができる。このため、導光板１３自体は、単純な平板で足りるので、大型の導光板１３に対する加工が不要となる。また、導光板１３を加工するのは困難であるが、光結合部材３０の加工はそれに比べて容易であり、製造コストを削減することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、光結合部材３０は、導光板１３の端部に設けられている。この結果、ＬＥＤチップ２３ａからの光を導光板１３の端部にて入射させることになるので、導光板１３において一方向に向けて導光させ、導光板１３の全面から光を取り出して、液晶パネル４の全面を照射することが可能となる。
【００６４】
従って、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光の結合効率及び利用効率を向上し得るバックライト１０及び液晶表示装置１を提供することができる。
【００６５】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、導光板１３に対して斜めに光を入射させる。これにより、導光板１３の内部では入射光が全反射しながら導光される。この結果、特許文献１及び特許文献２のような導光板の加工をしなくても済み、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光の結合効率及び利用効率を向上し得ると共に、特許文献１及び特許文献２の方式に対し、製造コストも軽減される。
【００６６】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、反射面である曲面３２ａ，３２ｂを有し、ＬＥＤチップ２３ａからの入射光を曲面３２ａにて反射させて導光板１３に対して光を入射させる。これにより、ＬＥＤチップ２３ａから出射された光は、光結合部材３０に入射し、曲面３２ａにて反射する。そして、曲面３２ａにて反射された光は、導光板１３の下面の頂部平坦面３１から導光板１３に入射するように結合されるが、一部の光は光結合部材３０のもう一つの反対端面である他方の下部平坦面３３側に到達する。到達光は端面から出射されるが、配置している反射部材３５により再度光結合部材３０に入射し、光結合部材３０の曲面３２ｂに反射されて導光板１３に結合する。なおこの光線の向きは、上記したように、曲面３２ａで反射し結合した光線とは逆向きであり、本来導光成分が存在しない領域に光線を導光させ、その先に光路変換部を配置することで、光の取り出しを行うことが可能である。
【００６７】
また、導光板１３に入射させるときに、ＬＥＤチップ２３ａの反対方向（第２の方向Ｘ２）に光を出射させることによって、ＬＥＤチップ２３ａと反射部材３５との中間点を通る線を軸対称として光結合部材３０の両側、つまり導光板１３の両端側にそれぞれ導光させることができる。従って、単純な構造にて、導光板１３において輝度分布の均一化を図ることができる。
【００６８】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、導光板１３内で全反射させるように導光板１３に光を入射させる。これにより、光の利用効率を向上し得るバックライト１０を提供することができる。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、ＬＥＤチップ２３ａは、光結合部材３０への入射光における光軸方向が平板状の導光板１３に対して直交するように配置されている。このため、ＬＥＤチップ２３ａの配置を平板状の導光板１３に対して斜めにする必要がないので、ＬＥＤチップ２３ａの配置も容易であり、構造や組み立て方法が単純である。
【００７０】
従って、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３板への光の結合効率及び利用効率を向上し得るバックライト１０及び液晶表示装置１を提供することができる。
【００７１】
なお、特許文献２に開示された表示装置用バックライト２００では、発光ダイオード２０１の直上の輝度が周囲より明るくなり、輝線が発生するので、均一な輝度分布を作ることができないという問題があったが、本実施の形態では、その問題を解消することができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、導光板１３を加工せずに済み、かつ下方から光入射するので、導光板１３の液晶表示装置１の薄型化を図ることができる。具体的には、導光板１３の加工にはある程度の厚さが必要である。この場合、従来のエッジライト方式は光源の幅よりも導光板を薄くすると光の結合率が低下するため薄型化に限界がある。この点、本実施の形態では、導光板１３を薄型化すれば、テレビの薄型化及び軽量化に繋がる。また、導光板１３の材料を節約できるので、加工が不要な点からも低コスト化を図ることができる。また、ＬＥＤチップ２３ａを上向きに実装すればよいので、ＬＥＤチップ２３ａを含め、図２に示す液晶表示装置１を構成する各部材群の組み立てにおいて、組み立て方向が１方向の組み込み方向で済み、組み立ての製造装置構成や、組み立て作業が簡単になる。すなわち、従来のエッジライトの場合は、側面から光源を取り付ける必要があるので、液晶表示装置１全体として１方向の組込み方向で済まず、製造がやや困難となる。
【００７３】
また、本実施の形態の液晶表示装置１では、光結合部材３０は、帯状に設けられている。さらに、この帯状に設けられた光結合部材３０は、方形平板状の導光板１３における長手方向に平行に設けられている。
【００７４】
また、光結合部材３０は、方形平板状の導光板１３における縦または横方向つまり長手方向か短手方向に対し、一本の直線状の部材で構成されてもよく、また、いくつかに区切られた光結合部材の小片を帯状に連ね一直線上に配置しても構わない。
【００７５】
これにより、１つの光源に対し１の光学素子を設ける必要がなくなり、複数の光源を１つの光学部材にて覆うので、光学系の構造を単純化することができる。また、光源はパッケージに収納されたタイプのものでも良いが、半導体チップ状のものも適用できる。光源は、光結合部材に沿って配置され、光源の配線も容易となる。
【００７６】
ところで、本実施の形態のバックライト１０では、図２に示すように、導光板１３の下側には、導光板１３を平面で保持する平板状のシャーシ１１が設けられていると共に、シャーシ１１の導光板保持面は、光結合部材３０が導光板１３に当接する位置付近で開口１１ａを有し、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａは、シャーシ１１の導光板保持面よりも下方に位置している。すなわち、本実施の形態では、図１０（ａ）に示すように、開口１１ａを有するシャーシ１１に別体の光源ホルダ２１が接合されており、これにより、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａは、シャーシ１１の導光板保持面１１ｂよりも下方に位置している。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１０（ｂ）に示すように、シャーシ１１に凹部を設けてその凹部にＬＥＤチップ２３ａ及び光結合部材３０を搭載することも可能である。この場合においても、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａは、シャーシ１１の導光板保持面１１ｂよりも下方に位置している。
【００７７】
このような構成とすることによって、導光板１３の背面側においては、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａのみが突出していることになる。したがって、光結合部材３０及びＬＥＤチップ２３ａ以外の部分を薄型化することが可能となる。このため、全体として薄型化を図ることができる。さらに、このような構成とすることによって、ＬＥＤチップ２３ａの放熱の面でも優れたものとなる。また、光源ユニット２０をシャーシ１１と接続しておくことによって、シャーシ１１が放熱板として機能するので、高い放熱性能を得ることができる。この結果、ＬＥＤチップ２３ａの発光効率も向上する。
【００７８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、光源ユニット２０は、断面略逆Ｕ字型の光結合部材３０を有していると共に、ＬＥＤチップ２３ａは、光結合部材３０における一方の下部平坦面３３の端部の直下に長手方向に沿って設けられている。
【００７９】
本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、光源からの光を線状に出射する光源ユニットを備えて導光板によって面状に出射させるバックライト等の光源モジュール、並びにこの光源モジュールを備えたテレビ、モニター等の液晶表示装置等の電子機器に適用可能である。また、その光源モジュールは、大型平面光源として照明装置等の電子機器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 液晶表示装置
２ プリズムシート
３ 拡散シート
４ 液晶パネル
５ ベゼル
１０ バックライト（光源モジュール）
１１ シャーシ
１１ａ シャーシ開口部
１１ｂ 導光板保持面
１２，１２ａ，１２ｂ 反射シート
１３ 導光板
２０ 光源ユニット
２１ 光源ホルダ
２２ ヒートシンク
２３ａ ＬＥＤ
２４ａ ＬＥＤ基板
２５ａ，２５ｂ スペーサ
２６ａ ダム
２７ａ アライメントマーク
２８ 樹脂
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦部（入射部）
３２ａ，３２ｂ 曲面（反射面）
３３ 下部平坦面
３４ 凹部
３５ 反射部材
１００ バックライトユニット
１０１ ＬＥＤ
１１０ 導光板
１１１ａ 受光面
１１１ｂ 反射面
１１１ 受光反射部
２００ 表示装置用バックライト
２０１ 発光ダイオード
２０２ 反射シート
２１０ 導光板
２１１ 反射面
Ｄ 発光エリア（出射領域）
ｒ１ 光（光線）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の出射領域から光を出射する導光板と、
前記導光板の下方に配置された光源と、
前記光源と前記導光板の端部下面との間に配置され、前記光源から出射された光を前記導光板の前記端部下面に形成された入射部から反対側の端部に向けた第１の方向に入射させるように光を結合する光結合部材と、
を備えた光源モジュールであって、
前記光結合部材に対向して反射部材が配置され、
前記光源から前記光結合部材に入射された光の一部が、前記反射部材で反射された後、前記導光板の前記入射部から前記第１の方向と反対方向に入射されることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光源モジュールであって、
前記光結合部材は、前記導光板の前記出射領域内の端部下面に配置されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源モジュールであって、
前記光結合部材は、前記導光板に接する頂部平坦面と、前記光源及び前記反射部材に対向配置される下部平坦面とを有する断面逆Ｕ字型に形成されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光源モジュールであって、
前記光結合部材の前記一方の下部平坦面に前記光源が対向配置され、前記他方の下部平坦面に前記反射部材が対向配置されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
上面の出射領域から光を出射する導光板と、
前記導光板の下方に配置された光源と、
前記光源と前記導光板の端部下面との間に配置され、前記光源から出射された光を前記導光板の前記端部下面に形成された入射部から反対側の端部に向けた第１の方向に入射させるように光を結合する光結合部材と、
を備えた光源モジュールであって、
前記光結合部材に対向して反射部材が配置され、
前記光源から前記光結合部材に入射された光の一部が、前記反射部材で反射された後、前記導光板の前記入射部から前記第１の方向と反対方向に入射されることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光源モジュールであって、
前記光結合部材は、前記導光板の前記出射領域内の端部下面に配置されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源モジュールであって、
前記光結合部材は、前記導光板に接する頂部平坦面と、前記光源及び前記反射部材に対向配置される下部平坦面とを有する断面逆Ｕ字型に形成されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光源モジュールであって、
前記光結合部材の前記一方の下部平坦面に前記光源が対向配置され、前記他方の下部平坦面に前記反射部材が対向配置されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１１００２０（Ｐ２０１３−１１００２０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５２２２（Ｐ２０１１−２５５２２２）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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