光源モジュール及びそれを備えた電子機器
【課題】導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制し得る光源モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の光源モジュールは、平板状の導光板１３と、導光板１３の下方に配されたＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと、導光板１３とＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとの間に配された光結合部材３０とを備えている。光結合部材３０は、導光板１３と平行な面で当接する頂部平坦面３１と、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの光を反射し頂部平坦面３１へ導く垂下曲面３２とを有する。本発明の光源モジュールは、導光板１３に光結合せずに光結合部材３０に戻った光を、頂部平坦面３１に向けて反射する、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同一面に設けられたプリズム３５ａ・３５ｂをさらに備えている。
【解決手段】本発明の光源モジュールは、平板状の導光板１３と、導光板１３の下方に配されたＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと、導光板１３とＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとの間に配された光結合部材３０とを備えている。光結合部材３０は、導光板１３と平行な面で当接する頂部平坦面３１と、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの光を反射し頂部平坦面３１へ導く垂下曲面３２とを有する。本発明の光源モジュールは、導光板１３に光結合せずに光結合部材３０に戻った光を、頂部平坦面３１に向けて反射する、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同一面に設けられたプリズム３５ａ・３５ｂをさらに備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源モジュール及びそれを備えた電子機器に関する。
【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（「サイドライト」ともいう）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、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う問題点を有している。この問題は、導光板が大型になればなるほど、伸縮量が大きくなり、光源と導光板との隙間を大きくしなければならないので、入射効率がさらに低下する。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、例えば特許文献１及び２に開示された表示装置用バックライトが提案されている。
【０００６】
図１９に示すように、特許文献１のバックライト１００では、導光板１１０の下方に発光ダイオード１０１が設けられている。そして、導光板１１０の表面における発光ダイオード１０１の直上においては、発光ダイオード１０１からの光を導光板１０１の両端部側へ反射すべく、曲面からなる反射面１１１・１１１が形成されている。また、発光ダイオード１０１の下側には反射シート１０２が設けられている。
【０００７】
上記の構成により、導光板１１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、発光ダイオード１０１を導光板１０１に近接して配設することができる。また、発光ダイオード１０１の下側に設けられた反射シート１０２の存在とも相俟って、発光ダイオード１０１から出射された光の略全てが導光板１１０に導入されるので、サイドエッジ（「サイドライト」ともいう）型導光板よりも光の導光板１１０への結合効率及び光利用効率を向上できるものとなっている。
【０００８】
また、図２０に示すように、特許文献２のバックライト２００では、導光板２１０の一端に受光面２１１ａ及び反射面２１１ｂを有する受光反射部２１１が形成されている。また、光源であるＬＥＤ２０１は、導光板２１０における受光反射部２１１の真下に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）
【特許文献２】特開２００４−３１９１６４号公報（２００４年１１月１１日公開）
【特許文献３】特開２００８−２５７９２１号公報（２００８年１０月２３日公開）
【特許文献４】特開２００９−１９３６６９号公報（２００９年８月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２のバックライトには、以下の問題がある。
【００１１】
まず、特許文献１に開示された表示装置用バックライト１００では、導光板１１０に曲面からなる反射面１１１・１１１を形成しなければならない。したがって、導光板１１０を加工しなければならないので、コスト高になり、特に、大型導光板の加工は面積が大きく困難であるという問題点を有している。
【００１２】
また、反射面１１１・１１１で光が全反射するため、導光板１１０の表面における発光ダイオード１０１の直上は、光が全く透過せず暗部となり、輝度むらが発生する。また、反射面１１１・１１１について一部だけを反射させ残りの部分を透過させる構成とした場合であっても、反射率を極めて高精度で制御しないかぎり、暗部または明部が生じ輝度むらが発生する。
【００１３】
また、特許文献１の表示装置用バックライト１００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、コスト高になる欠点がある。また、発光ダイオード１０１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欠点がある。
【００１４】
また、特許文献２のバックライト２００では、導光板２１０の側部の一端のみに形成された受光反射部２１１から光を入射させる構成になっている。このため、導光板２１０の中央にＬＥＤ２０１を配置することができない。それゆえ、特に大型の導光板を必要とする大型ＴＶでは、導光板２１０における中央部の光強度が低下するという問題がある。
【００１５】
また、バックライト２００の製造方法に着目すると、受光反射部２１１の加工のため、コスト高となるという問題点がある。
【００１６】
まず、導光板２１０の一部の形状を加工し受光反射部２１１を形成する場合、導光板２１０の加工にコストがかかるという問題がある。また、受光反射部２１１の加工に耐え得る程度に導光板２１０の厚さを大きくする必要がある。
【００１７】
また、受光反射部２１１を導光板２１０と別部材で形成し導光板２１０に接着する場合、受光反射部２１１を厚さ数ｍｍの導光板２１０の側面に接着する必要があるので、接着が非常に困難である。それゆえ、導光板２１０の側面と受光反射部２１１との接着にコストがかかるという問題がある。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制し得る、低コスト化が達成された光源モジュール及びそれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の光源モジュールは、上記の課題を解決するために、平板状の導光板と、上記導光板の下方に配された光源と、上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有し、上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光を、上記頂部平坦面に向けて反射する、上記光源と同一面に設けられた第１反射部材をさらに備えていることを特徴としている。
【００２０】
本発明の光源モジュールでは、平板状の導光板の下方に光源を設けると共に、導光板と光源との間に光源から出射された光を導光板に結合させる光結合部材が設けられている。このため、導光板の下方の光源から出射された光は光結合部材を介して導光板に光結合する。
【００２１】
上記の構成によれば、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有するので、光源から出射された光は、光結合部材に入射し上記反射面にて反射する。そして、上記反射面にて反射された光は、上記頂部平坦面に導かれ、導光板の下面に対し斜め方向に入射する。導光板に対し斜め方向に入射した光は、導光板の内部を全反射しながら導光板の端部まで移動し、その途中で光路変換素子にて全反射条件が破れて外部に出射される。
【００２２】
それゆえ、上記の構成によれば、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、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光源と導光板との隙間が不要となる。したがって、上記の構成によれば、光源からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光源から導光板への結合効率を向上させることができる。
【００２３】
また、上記の構成では、導光板とは別体の光結合部材を設けることにより、平板状の導光板に対して斜めに光を入射させるので、導光板の内部では入射光が全反射しながら導光される。
【００２４】
この結果、導光板を加工しなくても光源からの光結合部材を介した入射光を導光板の内部にて導光させることができる。
【００２５】
したがって、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上し得る光源モジュールを提供することができる。
【００２６】
また、上記の構成によれば、上記第１反射部材は、上記光源と同一面において、上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光（迷光）を、上記頂部平坦面に向けて反射する。これにより、光源と光結合部材との位置ずれによって光路がずれた状態であっても、迷光を減少させ、かつ光結合率の低下を防ぐことができる。その結果、輝度ムラを抑制することができる。
【００２７】
なお、特許文献１〜４には、本願発明における第１反射部材を設けることが一切記載されていない。つまり、特許文献１〜４では、導光板に光結合せずに光結合部に戻った光を、再度導光板に光結合するように再反射させることはできない。
【００２８】
本発明の光源モジュールでは、上記第１反射部材は、再反射面を有し、上記再反射面によって反射され、かつ上記導光板に光結合する光が、上記光結合部材に戻らずに上記導光板に光結合する光と交差していることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、上記再反射面によって反射され、かつ上記導光板に光結合（入射）する光の方向が、上記導光板における縦又は横方向の中心線に対して、上記光結合部材に戻らずに上記導光板に光結合（入射）する光の方向と逆方向を向いている。これにより、上記導光板の広範囲に光を照射することができる。
【００３０】
本発明の光源モジュールでは、上記第１反射部材は、上記反射面にて上記導光板と反対方向へ反射された光を、さらに上記頂部平坦面に向けて反射することが好ましい。
【００３１】
上記の構成によれば、上記光結合部材を小型化して、上記導光板に光結合しない光が増加した場合、すなわち、迷光が増加した場合でも、当該光を上記頂部平坦面に向けて反射することによって、輝度ムラを抑制することができる。
【００３２】
本発明の光源モジュールでは、上記再反射面は、鏡面または金属膜が形成された面であってもよい。
【００３３】
上記再反射面は、全反射が可能な面であることが好ましい。ただし、迷光と上記再反射面との角度によって、鏡面、金属膜が形成された面等を使い分けることができる。
【００３４】
本発明の光源モジュールでは、上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっていることが好ましい。
【００３５】
光源は、所定の放射角度で光を放射する。このような放射角度で放射する光の一部が上記光結合部材の反射面で反射せずに導光板に入射した場合、導光板内部で反射せず光漏れが生じるおそれがある。上記の構成によれば、上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっているので、上記光漏れを回避することができ、光結合効率をより向上させることができる。
【００３６】
本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光するようになっていることが好ましい。
【００３７】
ここでいう「集光する」とは、光が絞られて（光束径が次第に小さくなりながら）上記頂部平坦面に導かれることを意味する。
【００３８】
上記の構成によれば、上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光して導光板に入射するので、光結合効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっていることが好ましい。
【００４０】
ここでいう「放物面」とは、特定方向においてその断面形状が同一の放物線となる面を意味する。例えば、上記光結合部材が上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられている場合、この中心線の方向に対して垂直な断面形状が該中心線の方向において同一の放物線となる面である。
【００４１】
上記の構成によれば、上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっている。すなわち、上記光源が上記放物面の焦点位置よりも端部側に存在するので、光源から放射される光を反射面で全反射することができ、効率よく頂部平坦面に光を到達させることが可能になる。その結果、光源から放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。
【００４２】
本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在することが好ましい。
【００４３】
ここでいう「楕円面」とは、特定方向においてその断面形状が同一の楕円の弧となる面を意味する。例えば、上記光結合部材が上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられている場合、この中心線の方向に対して垂直な断面形状が該中心線の方向において同一の楕円の弧となる面である。
【００４４】
上記の構成によれば、上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており（すなわち上記光源が上記楕円面の焦点位置よりも端部側に存在する）、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在する。これにより、光源から放射される光を反射面で全反射することができる。それゆえ、光源から放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。また、楕円面は、放物面よりも光を絞って導光板に光結合させることが可能である。
【００４５】
本発明の光源モジュールでは、上記光源は、複数のＬＥＤからなっており、上記反射面は、各ＬＥＤから放射された光を反射し上記頂部平坦面へ導くようになっていることが好ましい。
【００４６】
上記の構成によれば、ＬＥＤは形状が小さくかつ照度も大きいので、光源モジュールの光源として適切である。
【００４７】
本発明の光源モジュールでは、上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられていることが好ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられているので、導光板における縦又は横方向の中心線上の輝度が最も高くなる。例えば液晶パネルの縦又は横方向の中心線上の輝度を高くする方が見易い画面となる。この点で、例えば本発明の光源モジュールを液晶表示装置に組み込んだ場合、輝度分布において適切な液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００４９】
本発明の光源モジュールでは、上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。
【００５０】
上記の構成によれば、上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであるので、２列に並んだＬＥＤから放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。
【００５１】
本発明の光源モジュールでは、上記光結合部材は、上記反射面を２つ有し、この２つの反射面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線に沿って延びるＶ字面を構成するように形成されており、上記頂部平坦面は、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、その出射光が上記Ｖ字面で分岐するように１列に並んで設けられていることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、ＬＥＤから放射された光は、上記２つの反射面により構成されるＶ字面にて、光路が２つの方向に分岐する。そして、２つの方向の光路に分岐した光はそれぞれ、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように形成された２つの頂部平坦面に導かれ、導光板と光結合することになる。
【００５３】
それゆえ、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、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光源と導光板との隙間が不要となる。したがって、上記の構成によれば、光源からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光源から導光板への結合効率を向上させることができる。また、導光板を加工しなくても光源からの光結合部材を介した入射光を導光板の内部にて導光させることができる。
【００５４】
さらに、上記の構成によれば、１列に並んだＬＥＤからの出射光をＶ字面で２つの光路に分岐させているので、ＬＥＤの配列が単純になり、ＬＥＤの実装にかかる労力を削減できるという利点がある。
【００５５】
本発明の電子機器は、上記の課題を解決するために、上述の光源モジュールを備えたことを特徴としている。
【００５６】
これにより、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制し得る電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明の光源モジュールは、以上のように、平板状の導光板と、上記導光板の下方に配された光源と、上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有し、上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光を、上記頂部平坦面に向けて反射する、上記光源と同一面に設けられた第１反射部材をさらに備えている構成である。
【００５８】
また、本発明の電子機器は、以上のように、上記光源モジュールを備えた構成である。
【００５９】
それゆえ、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明における液晶表示装置の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】上記液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】上記液晶表示装置における光源モジュール本体の構成を示す斜視図である。
【図４】上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）はＬＥＤ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であり、（ｂ）はそのＬＥＤ近傍を示す要部断面図である。
【図６】（ａ）はＬＥＤ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であり、（ｂ）はそのＬＥＤ近傍を示す要部断面図であり、（ｂ）は頂部平坦面近傍を示す要部断面図である。
【図７】図６（ｂ）の構成におけるＬＥＤと垂下曲面の焦点との位置関係を示し、（ａ）は、ＬＥＤの発光点が焦点よりも端部側にある場合の光路を示した断面図であり、（ｂ）は、ＬＥＤの発光点が焦点と一致する場合の光路を示した断面図であり、（ｃ）は、ＬＥＤの発光点が焦点よりも中央部側にある場合の光路を示した断面図であり、（ｄ）は、ＬＥＤにおける中央部側の端部が焦点よりも端部側にある場合を示す断面図であり、（ｅ）は、ＬＥＤにおける中央部側の端部が焦点よりも中央部側にある場合を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、頂部平坦面の幅と導光板下面に照射される光線照射領域の幅との関係を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、頂部平坦面の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合を示し、（ｃ）は、頂部平坦面の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合を示す。
【図９】２つのＬＥＤから出射した光が放物面・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である。
【図１０】（ａ）は、液晶表示装置の構成の一例を示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図１１】（ａ）は、液晶表示装置の構成の他の例を示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図１２】（ａ）は液晶表示装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は導光板の高さ方向の輝度分布を示すグラフである。
【図１３】上記液晶表示装置の端部の構成を示す要部断面図である。
【図１４】上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。
【図１５】上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。
【図１６】ＬＥＤと光結合部材との位置ずれ量と、結合効率と、の関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一個のＬＥＤ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であり、（ｂ）は光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一個のＬＥＤ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である。
【図１８】光源モジュールのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【図１９】特許文献１の液晶表示装置のバックライトの構成を示す断面図である。
【図２０】特許文献２のバックライトの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の一実施形態について図１〜図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００６２】
本実施の形態の液晶表示装置（電子機器）１は、図２に示すように、下から順に、バックライト１０、拡散シート２、プリズムシート３、液晶パネル４及びベゼル５にて構成されている。
【００６３】
上記バックライト１０は、下から順に、光源モジュール２０、一筋の開口を有するシャーシ１１、反射シート１２（第２反射部材）及び導光板１３にて構成されている。シャーシ１１は、図示せぬ光結合部材が導光板１３に当接する部分で２つに区切られ１１ａ・１１ｂで構成される。反射シート１２も、シャーシ１１と同様に図示せぬ光結合部材が導光板１３に当接する部分で２つに区切られ、反射シート１２ａ・１２ｂで構成される。シャーシ１１ａ・１１ｂと反射シート１２ａ・１２ｂとの間にスリット１４が形成される。スリット１４は、光結合部材３０が導光板１３に当接する位置付近で複数に区切られて形成されている。また、光源モジュール２０には、図１及び図３に示すように、帯状に形成された光源ホルダー２１の上にシート状のヒートシンク２２が設けられていると共に、このヒートシンク２２の上には、
ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）基板２４ａ・２４ｂが設けられ、光源としてのＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ上に配置されている。ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ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目的で記載を割愛する。なお、本実施の形態では、光源としてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂを用いているが、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。なお、シャーシ１１と光源ホルダー２１が板状部材の成形等で一体に形成されていても構わない。
【００６４】
上記ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの上部には、上記光結合部材３０が設けられている。すなわち、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ上にＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂが配列され、その上部に光結合部材３０が配置される。ＬＥＤチップが破損するのを防止するために、スペーサ２３ａ・２３ｂを設けていることが好ましい。
【００６５】
すなわち、本実施の形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、液晶パネル４と、液晶パネル４に光を照射する導光板１３と、導光板１３に光を結合する光学素子としての光結合部材３０と、上記光結合部材３０に入射光を発するＬＥＤチップ（光源）２５ａ・２５ｂと、導光板１３に光結合せずに光結合部材３０に戻った光を頂部平坦面３１に向けて反射するプリズム３５ａ・３５ｂとを備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがこの順に並んで設けられたものからなっている。プリズム３５ａ・３５ｂは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと略同一面に設けられている。したがって、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０は、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂが導光板１３の下方に設けられた光源直下型のバックライト１０となっている。
【００６６】
図１に示すように、液晶表示装置の裏面側には、突出部として光源モジュール２０が設けられており、その内部に光結合部材３０とＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとが格納された構成となっている。また、光源モジュール２０は、液晶表示装置１の長手方向に帯状に形成されており、内部に格納されている光結合部材３０も液晶表示装置１の長手方向（図１の紙面奥行方向）に帯状に形成されている。つまり、「突出部」は後述する液晶パネルの光源モジュール２０を構成する部材の中の光結合部材及び光源及びそのカバー等で構成されると換言できる。
【００６７】
本実施の形態では、突出部（光源モジュール２０）がシャーシ１１の平坦面から突出した断面長方形状にて形成されているが、これに限定されるものではなく、断面が半円形、半楕円形、三角形等の四角形以外の多角形であっても構わない。つまり、本発明において、突出部とは、断面四角形の凸部形状のみを意図するものではなく、内部に光結合部材や光源等を格納できる機能を有する限り、種々の形状・大きさが許容される。
【００６８】
本明細書において、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ（光源）と同一面に設けられたプリズム３５ａ・３５ｂ（第１反射部材）」とは、プリズム３５ａ・３５ｂがＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同一面に設けられていることを意味し、プリズム３５ａ・３５ｂがＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの配置されている面の延長線上に設けられていることも含む。
【００６９】
ここで、本実施の形態では、光結合部材３０は、図４に示すように、導光板１３とＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからなる光源２５との間に設けられた断面略かまぼこ状の帯体からなっていると共に、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。詳細には、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垂下する垂下曲面（反射面）３２・３２（３２ａ・３２ｂ）とからなっている。なお、導光板１３と光結合部材３０とは、別部材であり、その間に空気が介在しないようになっている。具体的には、両部材は、接着剤やレーザ溶着により接合されている。
【００７０】
バックライト１０によれば、例えばＬＥＤチップ２５ａから出射された光が光結合部材３０の垂下曲面３２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に入射する。図５（ａ）に示すように、導光板１３の下面には、反射シート１２が設けられている。このため、導光板１３に入射された光は、図４、図５（ａ）等に示す導光板１３の右側の内部を全反射して進み、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、前記拡散シート２及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。なお、ＬＥＤチップ２５ｂから出射された光も図９に示すように、ＬＥＤチップ２５ａからの光とは対称に進む。
【００７１】
このようにバックライト１０によれば、光結合部材３０の厚さ方向の伸縮量は大きくないため、伸縮量を考慮して、ＬＥＤチップ２５と光結合部材３０との間にクリアランスを設ける必要がない。また、ＬＥＤチップ２５からの出射光は、光結合部材３０に入射すると、垂下曲面３２にて反射され、頂部平坦面３１を介して導光板１３に入射する。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ので、ＬＥＤチップ２５からの出射光は、光の損失なしに頂部平坦面３１を通過し導光板１３に入射する。それゆえ、ＬＥＤチップ２５からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光結合効率を向上させることができる。
【００７２】
また、バックライト１０によれば、導光板１３と光結合部材３０とは別部材であり、かつ通常使用されている平板状の導光板１３に光結合部材３０が接着された構造である。このため、特許文献１に開示されている技術思想である、導光板１３への加工が不要となり、コストダウンを実現することができる。
【００７３】
また、本実施の形態のバックライト１０では、ＬＥＤチップ２５からの出射光は、導光板１３に対して垂直方向に放射して、光結合部材３０に入射する。そして、光結合部材３０の側面の垂下曲面３２にて反射し、光路の方向が、（導光板１３に対して）垂直方向から（導光板１３に対して）斜め方向に変換されて、頂部平坦面３１を介して導光板１３に光結合する。
【００７４】
一方、光源からの光を光結合部材を介して導光板に対して斜め方向に導光板内部に導入し、導光板と光結合する技術として、上記特許文献３及び上記特許文献４に開示された技術が知られている。両公報に開示された技術では、光源（ＬＥＤ）は、導光板に対して斜めに配置されている。すなわち、光源からの光の出射方向が導光板に対して斜め方向である。上記特許文献４においては、光源を斜めに保持するための台座が開示されている。
【００７５】
しかし、特許文献３及び特許文献４に開示された技術のように導光板に対して斜め方向に入射するようにＬＥＤを斜めに配置することは、一般的に困難である。例えば、ＬＥＤを斜めに配置するために、シャーシにＬＥＤを斜めに保持するための台座（例えば特許文献４に開示された台座）を設置した上で、この台座にＬＥＤを斜め方向から実装する必要がある。このため、特許文献３及び特許文献４に開示された技術では、バックライトの組立が困難となり、実用に供し得ない。
【００７６】
これに対し、バックライト１０では、出射光が導光板１３に対して垂直方向に放射するようにＬＥＤチップ２５が配置されている。すなわち、特許文献３及び４に記載の技術のように、導光板に対して斜め方向に入射するようにＬＥＤを斜めに配置する必要がなく、ＬＥＤチップ２５を平板状のシャーシ１１に対し垂直にかつ真上から実装するのみである。それゆえ、本実施の形態のバックライト１０では、組立方法や構造が単純化することが可能である。このように、本実施の形態のバックライト１０は、特許文献３及び４の技術に対し、構造的な面で、ＬＥＤチップ２５を垂直に実装できるというメリットがある。
【００７７】
また、上記垂下曲面３２・３２の形状は、ＬＥＤチップ２５からの出射光を全反射する機能を有していればよい。例えば、図５（ａ）に示すように、垂下曲面３２・３２の形状は、断面放物線（帯状体である光結合部材３０の伸びる方向に垂直な断面において放物線となる形状）であってもよい。ただし、必ずしもこれに限らず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面楕円（帯状体である光結合部材３０の伸びる方向に垂直な断面において楕円の弧となる形状）とすることも可能である。また、光結合部材３０における導光板１３側とは反対側の表面、つまり光結合部材３０の下端は、下端平坦面３３となっている。また、光結合部材３０の下端側の中央部には凹部３４が形成されている。ただし、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しなくてもよい。すなわち、本実施の形態では、垂下曲面３２・３２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（光が通過しない部分）は凹部３４としてくり抜くことができる。これにより、コスト削減を図ることができる。尚、凹部３４に図示せぬ反射シート等の反射手段を設けることも可能である。これにより、頂部平坦面３１での導光板１３から液晶パネル４への照射を向上させることができる。
【００７８】
また、光結合部材３０の下端平坦面３３・３３の下側には、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがそれぞれ近接して設けられている。垂下曲面３２が断面放物線からなる場合、これらＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ（における中央部側（頂部平坦面３１側）の端部）は、図６（ｂ）に示すように、断面放物線からなる垂下曲面３２・３２の焦点ｆ１の位置よりも端部側に存在することが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を垂下曲面３２で全反射することができ、効率よく頂部平坦面３１に光を到達させることが可能になる。その結果、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができ、サイドエッジ型の構成よりも光結合効率を向上させることができる。
【００７９】
また、垂下曲面３２が断面楕円からなる場合、図６（ｂ）及び図７に示すように、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ（における中央部側（頂部平坦面３１側）の端部）は、断面楕円からなる垂下曲面３２・３２における一方の焦点ｆ２の位置よりも端部側に存在することが好ましい。さらに、この場合、図６（ｃ）に示すように、垂下曲面３２・３２における他方の焦点ｆ３は、導光板１３の下面に一致していることが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を垂下曲面３２で全反射することができる。それゆえ、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができる。断面楕円からなる垂下曲面３２は、断面放物線からなる垂下曲面３２よりも光を絞って導光板１３に光結合させることが可能である。それゆえ、光結合効率を向上させる観点から、垂下曲面３２は、断面楕円からなることがより好ましい。
【００８０】
ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ２との位置関係について、図７を参照して、さらに詳述する。図７は、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ２との位置関係を示し、図７（ａ）は、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも端部側にある場合の光路を示した断面図であり、図７（ｂ）は、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２と一致する場合の光路を示した断面図であり、図７（ｃ）は、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合の光路を示した断面図である。また、図７（ｄ）は、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側（頂部平坦面３１側）の端部が焦点ｆ２よりも端部側にある場合を示す断面図であり、図７（ｅ）は、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合を示す断面図である。
【００８１】
ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ２との位置関係は、図６（ｂ）に示すように、（ａ）ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、（ｂ）ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２と一致する場合、（ｃ）ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合が考えられる。
【００８２】
図７（ａ）から、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光は、全て頂部平坦面３１を通過し導光板１３と光結合することがわかる。また、図７（ｂ）から、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２と一致する場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光は、全て頂部平坦面３１（導光板１３の下面）上に存在する焦点ｆ３に集光する。一方、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合、図７（ｃ）からＬＥＤチップ２５ａから放射された光の大部分は、頂部平坦面３１を通過せず導光板１３と光結合しないことがわかる。
【００８３】
ここで、ＬＥＤチップ２５ａは、有限のサイズを有している。それゆえ、ＬＥＤチップ２５ａからの放射光は、光結合部材３０の下面（下端平坦面３３）に、少なくともＬＥＤチップ２５ａのサイズで入射する。このとき、図７（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された全ての光は、光結合部材３０の下面における焦点ｆ２または焦点ｆ２よりも端部側から出射するので、頂部平坦面３１を通過し導光板１３と光結合する。それゆえ、図７（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、光結合効率が向上することが可能になる。
【００８４】
一方、図７（ｅ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光の一部は、光結合部材３０の下面における焦点ｆ２よりも中央部側から出射することになり、導光板１３と光結合しない光となる。よって、図７（ｅ）のように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合、光結合効率が低くなるので、好ましくない。
【００８５】
また、帯状体である光結合部材３０の伸びる方向（以下、単に「伸長方向」とする）及び導光板１３の厚さ方向の両方に垂直な方向（以下、単に「幅方向」とする）において、頂部平坦面３１の幅Ｘは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂにより導光板１３の下面に照射される光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができる。図８（ａ）は、頂部平坦面３１の幅と導光板１３下面に照射される光線照射領域の幅との関係を模式的に示した断面図であり、図８（ｂ）は、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合を示し、図８（ｃ）は、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合を示す。なお、図８（ａ）〜（ｃ）では、図面の明確さの観点から、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光のみを示している。なお、図８（ａ）〜（ｃ）において、プリズム３５ａの記載を省略している。
【００８６】
実際には、ＬＥＤチップ２５ｂからも光が放射されている。図８（ａ）に示す構成においては、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光の光路は、ＬＥＤチップ２５ｂから放射された光の光路と、導光板１３下面で交差する。ここでいう「光線照射領域」とは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの放射光により照射された導光板１３下面の領域を意味する。
【００８７】
頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合（垂下曲面３２・３２’が形成され頂部平坦面３１の幅がＸ１である場合）、光結合効率が低下するため好ましくない。図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａから放射される光は、垂下曲面３２で反射して、その一部が点線で囲んだ部分に到達する。点線で囲んだ部分に到達した光は、光結合部材３０の外部に漏れるか、あるいは反射されて反対側のＬＥＤチップ２５ｂに到達し迷光Ｌ１となる。その結果、光結合効率が低下する。
【００８８】
また、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合（垂下曲面３２・３２’’が形成され頂部平坦面３１の幅がＸ２である場合）も、光結合効率が低下するため好ましくない。図８（ｃ）に示すように、頂部平坦面３１を通過し導光板１３に入射した光の一部Ｌ２が光結合部材３０内に再度反射してしまう。この結果、光結合効率が低下する。
【００８９】
このように伸長方向及び導光板１３の厚さ方向に垂直な方向において、頂部平坦面３１の幅は、光線照射領域の幅よりも大きくても小さくても、光結合効率が低下してしまう。したがって、頂部平坦面３１の幅は、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂにより導光板１３の下面に照射される光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。
【００９０】
また、光結合部材３０の高さは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射された光が垂下曲面３２・３２で少なくとも１回当たる高さであることが好ましい。ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂは、所定の放射角度で光を放射する。一般的に、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの放射角度は、８４°である。このような放射角度で放射する光の一部が垂下曲面３２・３２で反射せずに導光板１３に入射した場合、導光板１３内部で反射せず光漏れが生じるおそれがある。このような光漏れを回避するために、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの放射光の全てが垂下曲面３２・３２で少なくとも１回反射されるように、光結合部材３０の高さが設定されていることが好ましい。
【００９１】
この結果、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０では、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、液晶表示装置１の画面の中央部に横切って帯状の光源モジュール２０を設けることにより、図１２（ａ）（ｂ）に示す輝度分布を有する導光板１３からの出射光を得ることができる。そして、この画面の中央が明るいという輝度分布は、液晶表示装置１を適切に表示するための輝度分布に一致している。したがって、従来のサイドエッジ型のバックライトよりも、優れているといえる。なお、図１０（ａ）（ｂ）に示す中央直下型導光板方式の他に、図１１（ａ）（ｂ）に示す下辺直下型導光板方式で光源モジュール２０を設けることも可能である。
【００９２】
また、本実施の形態のバックライト１０では、従来のサイドエッジ型のバックライトとは異なり、図１３に示すように、液晶パネル４の端部に光源が存在しないので、液晶パネル４の端部に直接、フレーム６を設けることが可能である。その結果、額縁寸法を小さくすることが可能になる。
【００９３】
また、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０では、導光板１３の直下にＬＥＤチップ２５を備えた光源モジュール本体２０が配置されている。導光板１１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、導光板１３の伸縮量を考慮したクリアランスを設定する必要がない。それゆえ、光結合効率を向上させることができる。
【００９４】
表１は、本実施の形態のバックライト１０とサイドエッジ型バックライトとについて、光結合効率を比較した結果を示す。表１においては、光結合部材３０の垂下曲面３２が断面放物線からなる構成、光結合部材３０の垂下曲面３２が断面楕円からなる構成、及び比較例としてサイドエッジ型バックライトについて、光結合効率を算出した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
表１の結果から、光結合部材３０を備えたバックライト１０は、サイドエッジ型バックライトよりも光結合効率が大きくなっていることがわかる。
【００９７】
ところで、上述したように、本実施形態の光源モジュール２０は、図１５に示すように、液晶パネル４と、液晶パネル４に光を照射する導光板１３と、導光板１３に光を結合する光学素子としての光結合部材３０と、上記光結合部材３０に入射光を発するＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとを備え、導光板１３に光結合せずに光結合部材３０に戻った光を頂部平坦面３１に向けて反射するプリズム３５ａ・３５ｂをさらに備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがこの順に並んで設けられたものからなっている。なお、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとプリズム３５ａ・３５ｂとは略同一面上、好ましくは同一面上に並んで設けられている。また、ＬＥＤチップ２５（ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ）の一部分とプリズム３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）の一部分とが同一面に存在していれば、本実施形態に含まれる。例えば、ＬＥＤチップ２５（ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ）の上面とプリズム３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）の下面とが略同一面上、好ましくは同一面上に存在していれば、本実施形態に含まれる。
【００９８】
ここで、図１４のように、プリズム３５ａ・３５ｂを備えていない場合、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂを、光結合部材３０に対する所定の位置からずれた場所に配置すると、導光板１３に統合しない光が迷光Ｌ３となり、輝度ムラが発生するおそれがある。具体的には、図１４に示すように、導光板１３に統合しない一部の光が、ＬＥＤチップ２５ａと反対側の垂下曲面３２にて、ＬＥＤチップ２５ａからの出射方向（導光板１３に向かう方向）とは反対側に反射され、反射された光が迷光Ｌ３となる。さらに具体的には、光結合部材３０の位置ずれにより光路がずれた場合に、光結合部材３０以外の余分な個所にも光照射されて、当該余分な箇所により下方（導光板１３と反対の方向）に反射される光成分が迷光となる。また、位置ずれに強い光結合部材３０を設計すると、装置が大型になる。
【００９９】
これに対して、本実施形態では、図１５に示すように、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと略同一面上、好ましくは同一面上にプリズム（第１反射部材）３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）が設けられている。プリズム３５によって、迷光を再度、光結合部材３０に指向させることができる。これにより、光結合部材３０の位置がずれた状態であっても、迷光を低減し、かつ光結合率の低下を防ぐことができる。
【０１００】
要するに、プリズム３５ａ・３５ｂを備えていない場合、図１４に示すように、主として、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同じ側の垂下曲面３２にてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの出射方向（導光板１３に向かう方向）と同じ側に反射された光」が、頂部平坦面３１に入射する。これに対して、プリズム３５ａ・３５ｂを備えている場合、図１５に示すように、主として、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同じ側の垂下曲面３２にてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの出射方向（導光板１３に向かう方向）と同じ側に反射された光」、並びに、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同じ側の垂下曲面３２にてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの出射方向（導光板１３に向かう方向）と同じ側に反射され、かつＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと反対側の垂下曲面３２にて導光板１３と反対方向へ反射された光を、プリズム３５ａ・３５ｂにてさらに反射した光」が、頂部平坦面３１に入射する。
【０１０１】
また、本実施形態の光源モジュール２０は、（ｉ）製造上の公差が大きくなり、組み立てが容易になる、(ｉｉ）より大きな光源を用いることが可能となる、（ｉｉｉ）光結合部材（レンズ）を小型化することができる、（ｉｖ）より薄い導光板に結合させることが可能となる、という効果を奏する。
【０１０２】
プリズム３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）について、以下に詳しく説明する。
【０１０３】
プリズム３５の形成位置は、光結合部材３０の下面（導光板１３と反対側の面）で迷光成分が集光する箇所である。
【０１０４】
プリズム３５の形状は、特に限定されず、迷光成分が導光板１３に再結合するような形状である。具体的には、プリズム３５は、ＬＥＤチップ２５を配置している面との間の角度が、好ましくは３５°〜５０°、より好ましくは４０°〜４６°の範囲となるように、ＬＥＤチップ２５からの近位端を起点として起立して設けられている再反射面を有していることが好ましい。これにより、３５°〜５０°に設定しておけば、３０％以上の迷光成分を再結合させることができ、４０°〜４６°に設定しておけば、３０％以上の迷光成分を再結合させることができる。また、上記再反射面によって反射され、かつ導光板１３に入射する光が、光結合部材３０に戻らずに導光板１３に入射する光と交差する（逆方向になる）。
【０１０５】
プリズム３５の形成は、光結合部材３０の一部を上記形状にくり抜くこと、等によって行うことができる。
【０１０６】
プリズム３５の高さ（導光板１３の厚さ方向における距離）は、ＬＥＤチップ２５から放射される光の障害にならないような高さである。
【０１０７】
プリズム３５の反射面（上記再反射面）は、全反射が可能な面であることが好ましい。ただし、迷光と上記再反射面との角度によって、鏡面（ミラー面）、金属膜が形成された面等を使い分けることができる。なお、金属膜が形成された面は、金属等の蒸着膜を形成することなどによって製造することができる。
【０１０８】
本実施形態の光源モジュール２０における製造上の公差について、以下に詳しく説明する。
【０１０９】
図１６に、ＬＥＤチップと光結合部材（レンズ）との位置ずれ量と、結合効率と、の関係を、プリズムがある場合（図１６におけるＡのグラフ）とプリズムが無い場合（図１６におけるＢのグラフ）とで比較して示した。
【０１１０】
その結果、プリズムが無い場合には、０．２ｍｍの位置ずれによって１０％以上結合効率が低下する。一方、本実施形態におけるプリズムを有する場合には、０．２ｍｍの位置ずれが生じても結合効率は一定であることが分かる。また、１０％結合効率が低下するのは０．３ｍｍの位置ずれが生じた場合であり、プリズムを有する場合の公差は、プリズムが無い場合に対して１．５倍となる。
【０１１１】
言い換えれば、図１４に示すように、光結合部材を、シリンダ型の光結合部材と導光板とを接着する構造とし、シリンダ形状の曲面付近から光を入光させることにより、ＬＥＤチップから直接光が漏れることの抑制が可能となっている。しかしながら、ＬＥＤチップを所定の位置からずれた場所に配置すると、図１４に示すように、導光板に結合しない光が迷光となり、輝度ムラが発生する。迷光への対策として、図１５に示すように、シリンダ型の光結合部材の下部にプリズム形状を設けて、導光板に結合せず、かつＬＥＤチップと反対の曲面で反射された光を、プリズム形状で反射させることによって、導光板に再結合させる。これにより、光結合部材を小型化しつつ、位置ずれに強くすることができる。
【０１１２】
尚、本実施の形態においては光源モジュール本体２０には、２列のＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂが設けられていた。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、光結合部材４０の片側のみに１列のＬＥＤチップ２５が配された構成とすることも可能である。
【０１１３】
また、１列のＬＥＤチップ２５が配された構成としては、図１８に示すような構成であってもよい。以下、本実施形態のバックライト１０の変形例について、さらに詳述する。図１８は、バックライト１０の変形例を模式的に示した断面図である。
【０１１４】
図１８に示すように、光結合部材３０’は、２つの反射面３２’を有している。そして、この２つの反射面３２’は、導光板１３における縦又は横方向の中心線Ｌに沿って延びるＶ字面を構成するように形成されている。また、頂部平坦面３１は、２つの反射面３２’に連結し、かつ中心線Ｌに対して対称になるように２つ形成されている。
【０１１５】
また、図１８に示す構成では、ＬＥＤチップ２５は、１列に並んで配置されている。そして、ＬＥＤチップ２５から放射された光は、２つの反射面３２’により構成されたＶ字面で、２つの方向に分岐するようになっている。なお、Ｖ字面を構成する２つの反射面３２’は、ＬＥＤチップ２５からの出射光を全反射する面であればよく、例えば図５や図６に示された、断面放物線または断面楕円からなる垂下曲面３２であってもよい。
【０１１６】
図１８に示す構成であっても、ＬＥＤチップ２５からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光結合効率を向上させることができる。また、導光板１３と光結合部材３０とは別部材であり、かつ通常使用されている平板状の導光板１３に光結合部材３０が接着された構造である。このため、導光板１３への加工が不要となり、コストダウンを実現することができる。
【０１１７】
さらに、図１８に示された構成では、１列に並んだＬＥＤチップ２５からの出射光をＶ字面で２つの光路に分岐させて、光結合部材３０’の幅方向の両側から出射させている。それゆえ、ＬＥＤチップ２５の配列が単純になり、ＬＥＤチップ２５の実装にかかる労力を削減できるという利点がある。
【０１１８】
その一方で、図１８に示された構成では、ＬＥＤチップ２５からの出射光がＶ字面で２つの光路に分岐しているため、ＬＥＤチップ２５の真上にある導光板１３領域の輝度が低下するという課題が残されている。しかし、この課題は、光結合部材３０’を複列配置し、光結合部材３０’上の暗部（中心線Ｌの沿ったＶ字面近傍）に光を入射させることで解決することができる。それゆえ、図１８に示す構成では、光結合部材３０’は、複列配置されていることが好ましい。なお、導光板１３における中心線Ｌ近傍の輝度を向上させる観点では、図４に示すような、２列のＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂを備える構成が好ましい。
【０１１９】
また、図１８に示された構成では、ＬＥＤチップ２５が少しでもずれると、出射光の輝度が大きく変動するという課題が残されている。この課題に対しては、ＬＥＤチップ２５の位置決め精度を向上させることで解決することができる。
【０１２０】
具体的には、図１８に示すように、プリズム３５を備えることによって、上記課題を解決することができる。プリズム３５を備えていれば、迷光を低減し、かつ光結合率の低下を防ぐことができため、輝度ムラを抑制することが可能となる。
【０１２１】
なお、本発明は、照明装置として、以下のように表現することもできる。
【０１２２】
略平板状の導光板と、該導光板の下方に配置された光源および光再反射部材と、該導光板と該光源との間に配置された光結合部材と、を備え、該光結合部材の表面部は、該導光板と略平行な平面で該導光板に当接した光結合部と、頂部の該平面に対して傾斜した、平面または曲面からなる光反射部と、を備え、前記光源の光は、上記光結合部の一部と上記光反射部の一部とを少なくとも含む照射領域に導光板に垂直な方向から傾斜した方向に照射され、前記光源の光のうちで前記光反射部に照射された光成分は、前記光反射部で反射されたうえでさらに前記光再反射部材による再反射を経て前記光結合部に照射されることを特徴とする照明装置。
【０１２３】
本発明は上述した実施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、実施形態に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】
【０１２４】
本発明は、テレビ、モニター等の液晶表示装置のバックライトに用いることができ、特に、光源直下型のバックライトに適用可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１ 液晶表示装置
２ 拡散シート
３ プリズムシート
４ 液晶パネル
１０ バックライト（光源モジュール）
１１ シャーシ
１１ａ・１１ｂ シャーシ
１２ 反射シート（第２反射部材）
１３ 導光板
１４ スリット
２０ 光源モジュール本体
２３ スペーサ
２３ａ・２３ｂ スペーサ
２４ ＬＥＤ基板
２４ａ・２４ｂ ＬＥＤ基板
２５ ＬＥＤチップ（光源、ＬＥＤ）
２５ａ・２５ｂ ＬＥＤチップ（光源、ＬＥＤ）
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦面
３２ 垂下曲面（反射面）
３３ 下端平坦面
３４ 凹部
３５ プリズム（第１反射部材）
３５ａ・３５ｂ プリズム（第１反射部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源モジュール及びそれを備えた電子機器に関する。
【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（「サイドライト」ともいう）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、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う問題点を有している。この問題は、導光板が大型になればなるほど、伸縮量が大きくなり、光源と導光板との隙間を大きくしなければならないので、入射効率がさらに低下する。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、例えば特許文献１及び２に開示された表示装置用バックライトが提案されている。
【０００６】
図１９に示すように、特許文献１のバックライト１００では、導光板１１０の下方に発光ダイオード１０１が設けられている。そして、導光板１１０の表面における発光ダイオード１０１の直上においては、発光ダイオード１０１からの光を導光板１０１の両端部側へ反射すべく、曲面からなる反射面１１１・１１１が形成されている。また、発光ダイオード１０１の下側には反射シート１０２が設けられている。
【０００７】
上記の構成により、導光板１１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、発光ダイオード１０１を導光板１０１に近接して配設することができる。また、発光ダイオード１０１の下側に設けられた反射シート１０２の存在とも相俟って、発光ダイオード１０１から出射された光の略全てが導光板１１０に導入されるので、サイドエッジ（「サイドライト」ともいう）型導光板よりも光の導光板１１０への結合効率及び光利用効率を向上できるものとなっている。
【０００８】
また、図２０に示すように、特許文献２のバックライト２００では、導光板２１０の一端に受光面２１１ａ及び反射面２１１ｂを有する受光反射部２１１が形成されている。また、光源であるＬＥＤ２０１は、導光板２１０における受光反射部２１１の真下に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）
【特許文献２】特開２００４−３１９１６４号公報（２００４年１１月１１日公開）
【特許文献３】特開２００８−２５７９２１号公報（２００８年１０月２３日公開）
【特許文献４】特開２００９−１９３６６９号公報（２００９年８月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び２のバックライトには、以下の問題がある。
【００１１】
まず、特許文献１に開示された表示装置用バックライト１００では、導光板１１０に曲面からなる反射面１１１・１１１を形成しなければならない。したがって、導光板１１０を加工しなければならないので、コスト高になり、特に、大型導光板の加工は面積が大きく困難であるという問題点を有している。
【００１２】
また、反射面１１１・１１１で光が全反射するため、導光板１１０の表面における発光ダイオード１０１の直上は、光が全く透過せず暗部となり、輝度むらが発生する。また、反射面１１１・１１１について一部だけを反射させ残りの部分を透過させる構成とした場合であっても、反射率を極めて高精度で制御しないかぎり、暗部または明部が生じ輝度むらが発生する。
【００１３】
また、特許文献１の表示装置用バックライト１００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、コスト高になる欠点がある。また、発光ダイオード１０１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欠点がある。
【００１４】
また、特許文献２のバックライト２００では、導光板２１０の側部の一端のみに形成された受光反射部２１１から光を入射させる構成になっている。このため、導光板２１０の中央にＬＥＤ２０１を配置することができない。それゆえ、特に大型の導光板を必要とする大型ＴＶでは、導光板２１０における中央部の光強度が低下するという問題がある。
【００１５】
また、バックライト２００の製造方法に着目すると、受光反射部２１１の加工のため、コスト高となるという問題点がある。
【００１６】
まず、導光板２１０の一部の形状を加工し受光反射部２１１を形成する場合、導光板２１０の加工にコストがかかるという問題がある。また、受光反射部２１１の加工に耐え得る程度に導光板２１０の厚さを大きくする必要がある。
【００１７】
また、受光反射部２１１を導光板２１０と別部材で形成し導光板２１０に接着する場合、受光反射部２１１を厚さ数ｍｍの導光板２１０の側面に接着する必要があるので、接着が非常に困難である。それゆえ、導光板２１０の側面と受光反射部２１１との接着にコストがかかるという問題がある。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制し得る、低コスト化が達成された光源モジュール及びそれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の光源モジュールは、上記の課題を解決するために、平板状の導光板と、上記導光板の下方に配された光源と、上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有し、上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光を、上記頂部平坦面に向けて反射する、上記光源と同一面に設けられた第１反射部材をさらに備えていることを特徴としている。
【００２０】
本発明の光源モジュールでは、平板状の導光板の下方に光源を設けると共に、導光板と光源との間に光源から出射された光を導光板に結合させる光結合部材が設けられている。このため、導光板の下方の光源から出射された光は光結合部材を介して導光板に光結合する。
【００２１】
上記の構成によれば、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有するので、光源から出射された光は、光結合部材に入射し上記反射面にて反射する。そして、上記反射面にて反射された光は、上記頂部平坦面に導かれ、導光板の下面に対し斜め方向に入射する。導光板に対し斜め方向に入射した光は、導光板の内部を全反射しながら導光板の端部まで移動し、その途中で光路変換素子にて全反射条件が破れて外部に出射される。
【００２２】
それゆえ、上記の構成によれば、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、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光源と導光板との隙間が不要となる。したがって、上記の構成によれば、光源からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光源から導光板への結合効率を向上させることができる。
【００２３】
また、上記の構成では、導光板とは別体の光結合部材を設けることにより、平板状の導光板に対して斜めに光を入射させるので、導光板の内部では入射光が全反射しながら導光される。
【００２４】
この結果、導光板を加工しなくても光源からの光結合部材を介した入射光を導光板の内部にて導光させることができる。
【００２５】
したがって、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上し得る光源モジュールを提供することができる。
【００２６】
また、上記の構成によれば、上記第１反射部材は、上記光源と同一面において、上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光（迷光）を、上記頂部平坦面に向けて反射する。これにより、光源と光結合部材との位置ずれによって光路がずれた状態であっても、迷光を減少させ、かつ光結合率の低下を防ぐことができる。その結果、輝度ムラを抑制することができる。
【００２７】
なお、特許文献１〜４には、本願発明における第１反射部材を設けることが一切記載されていない。つまり、特許文献１〜４では、導光板に光結合せずに光結合部に戻った光を、再度導光板に光結合するように再反射させることはできない。
【００２８】
本発明の光源モジュールでは、上記第１反射部材は、再反射面を有し、上記再反射面によって反射され、かつ上記導光板に光結合する光が、上記光結合部材に戻らずに上記導光板に光結合する光と交差していることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、上記再反射面によって反射され、かつ上記導光板に光結合（入射）する光の方向が、上記導光板における縦又は横方向の中心線に対して、上記光結合部材に戻らずに上記導光板に光結合（入射）する光の方向と逆方向を向いている。これにより、上記導光板の広範囲に光を照射することができる。
【００３０】
本発明の光源モジュールでは、上記第１反射部材は、上記反射面にて上記導光板と反対方向へ反射された光を、さらに上記頂部平坦面に向けて反射することが好ましい。
【００３１】
上記の構成によれば、上記光結合部材を小型化して、上記導光板に光結合しない光が増加した場合、すなわち、迷光が増加した場合でも、当該光を上記頂部平坦面に向けて反射することによって、輝度ムラを抑制することができる。
【００３２】
本発明の光源モジュールでは、上記再反射面は、鏡面または金属膜が形成された面であってもよい。
【００３３】
上記再反射面は、全反射が可能な面であることが好ましい。ただし、迷光と上記再反射面との角度によって、鏡面、金属膜が形成された面等を使い分けることができる。
【００３４】
本発明の光源モジュールでは、上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっていることが好ましい。
【００３５】
光源は、所定の放射角度で光を放射する。このような放射角度で放射する光の一部が上記光結合部材の反射面で反射せずに導光板に入射した場合、導光板内部で反射せず光漏れが生じるおそれがある。上記の構成によれば、上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっているので、上記光漏れを回避することができ、光結合効率をより向上させることができる。
【００３６】
本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光するようになっていることが好ましい。
【００３７】
ここでいう「集光する」とは、光が絞られて（光束径が次第に小さくなりながら）上記頂部平坦面に導かれることを意味する。
【００３８】
上記の構成によれば、上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光して導光板に入射するので、光結合効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっていることが好ましい。
【００４０】
ここでいう「放物面」とは、特定方向においてその断面形状が同一の放物線となる面を意味する。例えば、上記光結合部材が上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられている場合、この中心線の方向に対して垂直な断面形状が該中心線の方向において同一の放物線となる面である。
【００４１】
上記の構成によれば、上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっている。すなわち、上記光源が上記放物面の焦点位置よりも端部側に存在するので、光源から放射される光を反射面で全反射することができ、効率よく頂部平坦面に光を到達させることが可能になる。その結果、光源から放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。
【００４２】
本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在することが好ましい。
【００４３】
ここでいう「楕円面」とは、特定方向においてその断面形状が同一の楕円の弧となる面を意味する。例えば、上記光結合部材が上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられている場合、この中心線の方向に対して垂直な断面形状が該中心線の方向において同一の楕円の弧となる面である。
【００４４】
上記の構成によれば、上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており（すなわち上記光源が上記楕円面の焦点位置よりも端部側に存在する）、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在する。これにより、光源から放射される光を反射面で全反射することができる。それゆえ、光源から放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。また、楕円面は、放物面よりも光を絞って導光板に光結合させることが可能である。
【００４５】
本発明の光源モジュールでは、上記光源は、複数のＬＥＤからなっており、上記反射面は、各ＬＥＤから放射された光を反射し上記頂部平坦面へ導くようになっていることが好ましい。
【００４６】
上記の構成によれば、ＬＥＤは形状が小さくかつ照度も大きいので、光源モジュールの光源として適切である。
【００４７】
本発明の光源モジュールでは、上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられていることが好ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられているので、導光板における縦又は横方向の中心線上の輝度が最も高くなる。例えば液晶パネルの縦又は横方向の中心線上の輝度を高くする方が見易い画面となる。この点で、例えば本発明の光源モジュールを液晶表示装置に組み込んだ場合、輝度分布において適切な液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００４９】
本発明の光源モジュールでは、上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。
【００５０】
上記の構成によれば、上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであるので、２列に並んだＬＥＤから放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。
【００５１】
本発明の光源モジュールでは、上記光結合部材は、上記反射面を２つ有し、この２つの反射面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線に沿って延びるＶ字面を構成するように形成されており、上記頂部平坦面は、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、その出射光が上記Ｖ字面で分岐するように１列に並んで設けられていることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、ＬＥＤから放射された光は、上記２つの反射面により構成されるＶ字面にて、光路が２つの方向に分岐する。そして、２つの方向の光路に分岐した光はそれぞれ、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように形成された２つの頂部平坦面に導かれ、導光板と光結合することになる。
【００５３】
それゆえ、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、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光源と導光板との隙間が不要となる。したがって、上記の構成によれば、光源からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光源から導光板への結合効率を向上させることができる。また、導光板を加工しなくても光源からの光結合部材を介した入射光を導光板の内部にて導光させることができる。
【００５４】
さらに、上記の構成によれば、１列に並んだＬＥＤからの出射光をＶ字面で２つの光路に分岐させているので、ＬＥＤの配列が単純になり、ＬＥＤの実装にかかる労力を削減できるという利点がある。
【００５５】
本発明の電子機器は、上記の課題を解決するために、上述の光源モジュールを備えたことを特徴としている。
【００５６】
これにより、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制し得る電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明の光源モジュールは、以上のように、平板状の導光板と、上記導光板の下方に配された光源と、上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有し、上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光を、上記頂部平坦面に向けて反射する、上記光源と同一面に設けられた第１反射部材をさらに備えている構成である。
【００５８】
また、本発明の電子機器は、以上のように、上記光源モジュールを備えた構成である。
【００５９】
それゆえ、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上させ、かつ輝度ムラを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明における液晶表示装置の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】上記液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】上記液晶表示装置における光源モジュール本体の構成を示す斜視図である。
【図４】上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）はＬＥＤ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であり、（ｂ）はそのＬＥＤ近傍を示す要部断面図である。
【図６】（ａ）はＬＥＤ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であり、（ｂ）はそのＬＥＤ近傍を示す要部断面図であり、（ｂ）は頂部平坦面近傍を示す要部断面図である。
【図７】図６（ｂ）の構成におけるＬＥＤと垂下曲面の焦点との位置関係を示し、（ａ）は、ＬＥＤの発光点が焦点よりも端部側にある場合の光路を示した断面図であり、（ｂ）は、ＬＥＤの発光点が焦点と一致する場合の光路を示した断面図であり、（ｃ）は、ＬＥＤの発光点が焦点よりも中央部側にある場合の光路を示した断面図であり、（ｄ）は、ＬＥＤにおける中央部側の端部が焦点よりも端部側にある場合を示す断面図であり、（ｅ）は、ＬＥＤにおける中央部側の端部が焦点よりも中央部側にある場合を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、頂部平坦面の幅と導光板下面に照射される光線照射領域の幅との関係を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、頂部平坦面の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合を示し、（ｃ）は、頂部平坦面の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合を示す。
【図９】２つのＬＥＤから出射した光が放物面・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である。
【図１０】（ａ）は、液晶表示装置の構成の一例を示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図１１】（ａ）は、液晶表示装置の構成の他の例を示す正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図１２】（ａ）は液晶表示装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は導光板の高さ方向の輝度分布を示すグラフである。
【図１３】上記液晶表示装置の端部の構成を示す要部断面図である。
【図１４】上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。
【図１５】上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。
【図１６】ＬＥＤと光結合部材との位置ずれ量と、結合効率と、の関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一個のＬＥＤ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であり、（ｂ）は光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一個のＬＥＤ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である。
【図１８】光源モジュールのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。
【図１９】特許文献１の液晶表示装置のバックライトの構成を示す断面図である。
【図２０】特許文献２のバックライトの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の一実施形態について図１〜図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００６２】
本実施の形態の液晶表示装置（電子機器）１は、図２に示すように、下から順に、バックライト１０、拡散シート２、プリズムシート３、液晶パネル４及びベゼル５にて構成されている。
【００６３】
上記バックライト１０は、下から順に、光源モジュール２０、一筋の開口を有するシャーシ１１、反射シート１２（第２反射部材）及び導光板１３にて構成されている。シャーシ１１は、図示せぬ光結合部材が導光板１３に当接する部分で２つに区切られ１１ａ・１１ｂで構成される。反射シート１２も、シャーシ１１と同様に図示せぬ光結合部材が導光板１３に当接する部分で２つに区切られ、反射シート１２ａ・１２ｂで構成される。シャーシ１１ａ・１１ｂと反射シート１２ａ・１２ｂとの間にスリット１４が形成される。スリット１４は、光結合部材３０が導光板１３に当接する位置付近で複数に区切られて形成されている。また、光源モジュール２０には、図１及び図３に示すように、帯状に形成された光源ホルダー２１の上にシート状のヒートシンク２２が設けられていると共に、このヒートシンク２２の上には、
ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）基板２４ａ・２４ｂが設けられ、光源としてのＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ上に配置されている。ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ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目的で記載を割愛する。なお、本実施の形態では、光源としてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂを用いているが、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。なお、シャーシ１１と光源ホルダー２１が板状部材の成形等で一体に形成されていても構わない。
【００６４】
上記ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの上部には、上記光結合部材３０が設けられている。すなわち、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ上にＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂが配列され、その上部に光結合部材３０が配置される。ＬＥＤチップが破損するのを防止するために、スペーサ２３ａ・２３ｂを設けていることが好ましい。
【００６５】
すなわち、本実施の形態の液晶表示装置１は、図１に示すように、液晶パネル４と、液晶パネル４に光を照射する導光板１３と、導光板１３に光を結合する光学素子としての光結合部材３０と、上記光結合部材３０に入射光を発するＬＥＤチップ（光源）２５ａ・２５ｂと、導光板１３に光結合せずに光結合部材３０に戻った光を頂部平坦面３１に向けて反射するプリズム３５ａ・３５ｂとを備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがこの順に並んで設けられたものからなっている。プリズム３５ａ・３５ｂは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと略同一面に設けられている。したがって、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０は、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂが導光板１３の下方に設けられた光源直下型のバックライト１０となっている。
【００６６】
図１に示すように、液晶表示装置の裏面側には、突出部として光源モジュール２０が設けられており、その内部に光結合部材３０とＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとが格納された構成となっている。また、光源モジュール２０は、液晶表示装置１の長手方向に帯状に形成されており、内部に格納されている光結合部材３０も液晶表示装置１の長手方向（図１の紙面奥行方向）に帯状に形成されている。つまり、「突出部」は後述する液晶パネルの光源モジュール２０を構成する部材の中の光結合部材及び光源及びそのカバー等で構成されると換言できる。
【００６７】
本実施の形態では、突出部（光源モジュール２０）がシャーシ１１の平坦面から突出した断面長方形状にて形成されているが、これに限定されるものではなく、断面が半円形、半楕円形、三角形等の四角形以外の多角形であっても構わない。つまり、本発明において、突出部とは、断面四角形の凸部形状のみを意図するものではなく、内部に光結合部材や光源等を格納できる機能を有する限り、種々の形状・大きさが許容される。
【００６８】
本明細書において、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ（光源）と同一面に設けられたプリズム３５ａ・３５ｂ（第１反射部材）」とは、プリズム３５ａ・３５ｂがＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同一面に設けられていることを意味し、プリズム３５ａ・３５ｂがＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの配置されている面の延長線上に設けられていることも含む。
【００６９】
ここで、本実施の形態では、光結合部材３０は、図４に示すように、導光板１３とＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからなる光源２５との間に設けられた断面略かまぼこ状の帯体からなっていると共に、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。詳細には、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垂下する垂下曲面（反射面）３２・３２（３２ａ・３２ｂ）とからなっている。なお、導光板１３と光結合部材３０とは、別部材であり、その間に空気が介在しないようになっている。具体的には、両部材は、接着剤やレーザ溶着により接合されている。
【００７０】
バックライト１０によれば、例えばＬＥＤチップ２５ａから出射された光が光結合部材３０の垂下曲面３２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に入射する。図５（ａ）に示すように、導光板１３の下面には、反射シート１２が設けられている。このため、導光板１３に入射された光は、図４、図５（ａ）等に示す導光板１３の右側の内部を全反射して進み、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、前記拡散シート２及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。なお、ＬＥＤチップ２５ｂから出射された光も図９に示すように、ＬＥＤチップ２５ａからの光とは対称に進む。
【００７１】
このようにバックライト１０によれば、光結合部材３０の厚さ方向の伸縮量は大きくないため、伸縮量を考慮して、ＬＥＤチップ２５と光結合部材３０との間にクリアランスを設ける必要がない。また、ＬＥＤチップ２５からの出射光は、光結合部材３０に入射すると、垂下曲面３２にて反射され、頂部平坦面３１を介して導光板１３に入射する。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ので、ＬＥＤチップ２５からの出射光は、光の損失なしに頂部平坦面３１を通過し導光板１３に入射する。それゆえ、ＬＥＤチップ２５からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光結合効率を向上させることができる。
【００７２】
また、バックライト１０によれば、導光板１３と光結合部材３０とは別部材であり、かつ通常使用されている平板状の導光板１３に光結合部材３０が接着された構造である。このため、特許文献１に開示されている技術思想である、導光板１３への加工が不要となり、コストダウンを実現することができる。
【００７３】
また、本実施の形態のバックライト１０では、ＬＥＤチップ２５からの出射光は、導光板１３に対して垂直方向に放射して、光結合部材３０に入射する。そして、光結合部材３０の側面の垂下曲面３２にて反射し、光路の方向が、（導光板１３に対して）垂直方向から（導光板１３に対して）斜め方向に変換されて、頂部平坦面３１を介して導光板１３に光結合する。
【００７４】
一方、光源からの光を光結合部材を介して導光板に対して斜め方向に導光板内部に導入し、導光板と光結合する技術として、上記特許文献３及び上記特許文献４に開示された技術が知られている。両公報に開示された技術では、光源（ＬＥＤ）は、導光板に対して斜めに配置されている。すなわち、光源からの光の出射方向が導光板に対して斜め方向である。上記特許文献４においては、光源を斜めに保持するための台座が開示されている。
【００７５】
しかし、特許文献３及び特許文献４に開示された技術のように導光板に対して斜め方向に入射するようにＬＥＤを斜めに配置することは、一般的に困難である。例えば、ＬＥＤを斜めに配置するために、シャーシにＬＥＤを斜めに保持するための台座（例えば特許文献４に開示された台座）を設置した上で、この台座にＬＥＤを斜め方向から実装する必要がある。このため、特許文献３及び特許文献４に開示された技術では、バックライトの組立が困難となり、実用に供し得ない。
【００７６】
これに対し、バックライト１０では、出射光が導光板１３に対して垂直方向に放射するようにＬＥＤチップ２５が配置されている。すなわち、特許文献３及び４に記載の技術のように、導光板に対して斜め方向に入射するようにＬＥＤを斜めに配置する必要がなく、ＬＥＤチップ２５を平板状のシャーシ１１に対し垂直にかつ真上から実装するのみである。それゆえ、本実施の形態のバックライト１０では、組立方法や構造が単純化することが可能である。このように、本実施の形態のバックライト１０は、特許文献３及び４の技術に対し、構造的な面で、ＬＥＤチップ２５を垂直に実装できるというメリットがある。
【００７７】
また、上記垂下曲面３２・３２の形状は、ＬＥＤチップ２５からの出射光を全反射する機能を有していればよい。例えば、図５（ａ）に示すように、垂下曲面３２・３２の形状は、断面放物線（帯状体である光結合部材３０の伸びる方向に垂直な断面において放物線となる形状）であってもよい。ただし、必ずしもこれに限らず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面楕円（帯状体である光結合部材３０の伸びる方向に垂直な断面において楕円の弧となる形状）とすることも可能である。また、光結合部材３０における導光板１３側とは反対側の表面、つまり光結合部材３０の下端は、下端平坦面３３となっている。また、光結合部材３０の下端側の中央部には凹部３４が形成されている。ただし、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しなくてもよい。すなわち、本実施の形態では、垂下曲面３２・３２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（光が通過しない部分）は凹部３４としてくり抜くことができる。これにより、コスト削減を図ることができる。尚、凹部３４に図示せぬ反射シート等の反射手段を設けることも可能である。これにより、頂部平坦面３１での導光板１３から液晶パネル４への照射を向上させることができる。
【００７８】
また、光結合部材３０の下端平坦面３３・３３の下側には、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがそれぞれ近接して設けられている。垂下曲面３２が断面放物線からなる場合、これらＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ（における中央部側（頂部平坦面３１側）の端部）は、図６（ｂ）に示すように、断面放物線からなる垂下曲面３２・３２の焦点ｆ１の位置よりも端部側に存在することが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を垂下曲面３２で全反射することができ、効率よく頂部平坦面３１に光を到達させることが可能になる。その結果、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができ、サイドエッジ型の構成よりも光結合効率を向上させることができる。
【００７９】
また、垂下曲面３２が断面楕円からなる場合、図６（ｂ）及び図７に示すように、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ（における中央部側（頂部平坦面３１側）の端部）は、断面楕円からなる垂下曲面３２・３２における一方の焦点ｆ２の位置よりも端部側に存在することが好ましい。さらに、この場合、図６（ｃ）に示すように、垂下曲面３２・３２における他方の焦点ｆ３は、導光板１３の下面に一致していることが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を垂下曲面３２で全反射することができる。それゆえ、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができる。断面楕円からなる垂下曲面３２は、断面放物線からなる垂下曲面３２よりも光を絞って導光板１３に光結合させることが可能である。それゆえ、光結合効率を向上させる観点から、垂下曲面３２は、断面楕円からなることがより好ましい。
【００８０】
ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ２との位置関係について、図７を参照して、さらに詳述する。図７は、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ２との位置関係を示し、図７（ａ）は、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも端部側にある場合の光路を示した断面図であり、図７（ｂ）は、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２と一致する場合の光路を示した断面図であり、図７（ｃ）は、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合の光路を示した断面図である。また、図７（ｄ）は、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側（頂部平坦面３１側）の端部が焦点ｆ２よりも端部側にある場合を示す断面図であり、図７（ｅ）は、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合を示す断面図である。
【００８１】
ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ２との位置関係は、図６（ｂ）に示すように、（ａ）ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、（ｂ）ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２と一致する場合、（ｃ）ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合が考えられる。
【００８２】
図７（ａ）から、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光は、全て頂部平坦面３１を通過し導光板１３と光結合することがわかる。また、図７（ｂ）から、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２と一致する場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光は、全て頂部平坦面３１（導光板１３の下面）上に存在する焦点ｆ３に集光する。一方、ＬＥＤチップ２５ａの発光点が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合、図７（ｃ）からＬＥＤチップ２５ａから放射された光の大部分は、頂部平坦面３１を通過せず導光板１３と光結合しないことがわかる。
【００８３】
ここで、ＬＥＤチップ２５ａは、有限のサイズを有している。それゆえ、ＬＥＤチップ２５ａからの放射光は、光結合部材３０の下面（下端平坦面３３）に、少なくともＬＥＤチップ２５ａのサイズで入射する。このとき、図７（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された全ての光は、光結合部材３０の下面における焦点ｆ２または焦点ｆ２よりも端部側から出射するので、頂部平坦面３１を通過し導光板１３と光結合する。それゆえ、図７（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも端部側にある場合、光結合効率が向上することが可能になる。
【００８４】
一方、図７（ｅ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光の一部は、光結合部材３０の下面における焦点ｆ２よりも中央部側から出射することになり、導光板１３と光結合しない光となる。よって、図７（ｅ）のように、ＬＥＤチップ２５ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ２よりも中央部側にある場合、光結合効率が低くなるので、好ましくない。
【００８５】
また、帯状体である光結合部材３０の伸びる方向（以下、単に「伸長方向」とする）及び導光板１３の厚さ方向の両方に垂直な方向（以下、単に「幅方向」とする）において、頂部平坦面３１の幅Ｘは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂにより導光板１３の下面に照射される光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができる。図８（ａ）は、頂部平坦面３１の幅と導光板１３下面に照射される光線照射領域の幅との関係を模式的に示した断面図であり、図８（ｂ）は、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合を示し、図８（ｃ）は、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合を示す。なお、図８（ａ）〜（ｃ）では、図面の明確さの観点から、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光のみを示している。なお、図８（ａ）〜（ｃ）において、プリズム３５ａの記載を省略している。
【００８６】
実際には、ＬＥＤチップ２５ｂからも光が放射されている。図８（ａ）に示す構成においては、ＬＥＤチップ２５ａから放射された光の光路は、ＬＥＤチップ２５ｂから放射された光の光路と、導光板１３下面で交差する。ここでいう「光線照射領域」とは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの放射光により照射された導光板１３下面の領域を意味する。
【００８７】
頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合（垂下曲面３２・３２’が形成され頂部平坦面３１の幅がＸ１である場合）、光結合効率が低下するため好ましくない。図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２５ａから放射される光は、垂下曲面３２で反射して、その一部が点線で囲んだ部分に到達する。点線で囲んだ部分に到達した光は、光結合部材３０の外部に漏れるか、あるいは反射されて反対側のＬＥＤチップ２５ｂに到達し迷光Ｌ１となる。その結果、光結合効率が低下する。
【００８８】
また、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合（垂下曲面３２・３２’’が形成され頂部平坦面３１の幅がＸ２である場合）も、光結合効率が低下するため好ましくない。図８（ｃ）に示すように、頂部平坦面３１を通過し導光板１３に入射した光の一部Ｌ２が光結合部材３０内に再度反射してしまう。この結果、光結合効率が低下する。
【００８９】
このように伸長方向及び導光板１３の厚さ方向に垂直な方向において、頂部平坦面３１の幅は、光線照射領域の幅よりも大きくても小さくても、光結合効率が低下してしまう。したがって、頂部平坦面３１の幅は、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂにより導光板１３の下面に照射される光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。
【００９０】
また、光結合部材３０の高さは、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂから放射された光が垂下曲面３２・３２で少なくとも１回当たる高さであることが好ましい。ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂは、所定の放射角度で光を放射する。一般的に、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂの放射角度は、８４°である。このような放射角度で放射する光の一部が垂下曲面３２・３２で反射せずに導光板１３に入射した場合、導光板１３内部で反射せず光漏れが生じるおそれがある。このような光漏れを回避するために、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの放射光の全てが垂下曲面３２・３２で少なくとも１回反射されるように、光結合部材３０の高さが設定されていることが好ましい。
【００９１】
この結果、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０では、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、液晶表示装置１の画面の中央部に横切って帯状の光源モジュール２０を設けることにより、図１２（ａ）（ｂ）に示す輝度分布を有する導光板１３からの出射光を得ることができる。そして、この画面の中央が明るいという輝度分布は、液晶表示装置１を適切に表示するための輝度分布に一致している。したがって、従来のサイドエッジ型のバックライトよりも、優れているといえる。なお、図１０（ａ）（ｂ）に示す中央直下型導光板方式の他に、図１１（ａ）（ｂ）に示す下辺直下型導光板方式で光源モジュール２０を設けることも可能である。
【００９２】
また、本実施の形態のバックライト１０では、従来のサイドエッジ型のバックライトとは異なり、図１３に示すように、液晶パネル４の端部に光源が存在しないので、液晶パネル４の端部に直接、フレーム６を設けることが可能である。その結果、額縁寸法を小さくすることが可能になる。
【００９３】
また、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０では、導光板１３の直下にＬＥＤチップ２５を備えた光源モジュール本体２０が配置されている。導光板１１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、導光板１３の伸縮量を考慮したクリアランスを設定する必要がない。それゆえ、光結合効率を向上させることができる。
【００９４】
表１は、本実施の形態のバックライト１０とサイドエッジ型バックライトとについて、光結合効率を比較した結果を示す。表１においては、光結合部材３０の垂下曲面３２が断面放物線からなる構成、光結合部材３０の垂下曲面３２が断面楕円からなる構成、及び比較例としてサイドエッジ型バックライトについて、光結合効率を算出した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
表１の結果から、光結合部材３０を備えたバックライト１０は、サイドエッジ型バックライトよりも光結合効率が大きくなっていることがわかる。
【００９７】
ところで、上述したように、本実施形態の光源モジュール２０は、図１５に示すように、液晶パネル４と、液晶パネル４に光を照射する導光板１３と、導光板１３に光を結合する光学素子としての光結合部材３０と、上記光結合部材３０に入射光を発するＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとを備え、導光板１３に光結合せずに光結合部材３０に戻った光を頂部平坦面３１に向けて反射するプリズム３５ａ・３５ｂをさらに備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂがこの順に並んで設けられたものからなっている。なお、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂとプリズム３５ａ・３５ｂとは略同一面上、好ましくは同一面上に並んで設けられている。また、ＬＥＤチップ２５（ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ）の一部分とプリズム３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）の一部分とが同一面に存在していれば、本実施形態に含まれる。例えば、ＬＥＤチップ２５（ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂ）の上面とプリズム３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）の下面とが略同一面上、好ましくは同一面上に存在していれば、本実施形態に含まれる。
【００９８】
ここで、図１４のように、プリズム３５ａ・３５ｂを備えていない場合、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂを、光結合部材３０に対する所定の位置からずれた場所に配置すると、導光板１３に統合しない光が迷光Ｌ３となり、輝度ムラが発生するおそれがある。具体的には、図１４に示すように、導光板１３に統合しない一部の光が、ＬＥＤチップ２５ａと反対側の垂下曲面３２にて、ＬＥＤチップ２５ａからの出射方向（導光板１３に向かう方向）とは反対側に反射され、反射された光が迷光Ｌ３となる。さらに具体的には、光結合部材３０の位置ずれにより光路がずれた場合に、光結合部材３０以外の余分な個所にも光照射されて、当該余分な箇所により下方（導光板１３と反対の方向）に反射される光成分が迷光となる。また、位置ずれに強い光結合部材３０を設計すると、装置が大型になる。
【００９９】
これに対して、本実施形態では、図１５に示すように、ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと略同一面上、好ましくは同一面上にプリズム（第１反射部材）３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）が設けられている。プリズム３５によって、迷光を再度、光結合部材３０に指向させることができる。これにより、光結合部材３０の位置がずれた状態であっても、迷光を低減し、かつ光結合率の低下を防ぐことができる。
【０１００】
要するに、プリズム３５ａ・３５ｂを備えていない場合、図１４に示すように、主として、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同じ側の垂下曲面３２にてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの出射方向（導光板１３に向かう方向）と同じ側に反射された光」が、頂部平坦面３１に入射する。これに対して、プリズム３５ａ・３５ｂを備えている場合、図１５に示すように、主として、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同じ側の垂下曲面３２にてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの出射方向（導光板１３に向かう方向）と同じ側に反射された光」、並びに、「ＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと同じ側の垂下曲面３２にてＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂからの出射方向（導光板１３に向かう方向）と同じ側に反射され、かつＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂと反対側の垂下曲面３２にて導光板１３と反対方向へ反射された光を、プリズム３５ａ・３５ｂにてさらに反射した光」が、頂部平坦面３１に入射する。
【０１０１】
また、本実施形態の光源モジュール２０は、（ｉ）製造上の公差が大きくなり、組み立てが容易になる、(ｉｉ）より大きな光源を用いることが可能となる、（ｉｉｉ）光結合部材（レンズ）を小型化することができる、（ｉｖ）より薄い導光板に結合させることが可能となる、という効果を奏する。
【０１０２】
プリズム３５（プリズム３５ａ・３５ｂ）について、以下に詳しく説明する。
【０１０３】
プリズム３５の形成位置は、光結合部材３０の下面（導光板１３と反対側の面）で迷光成分が集光する箇所である。
【０１０４】
プリズム３５の形状は、特に限定されず、迷光成分が導光板１３に再結合するような形状である。具体的には、プリズム３５は、ＬＥＤチップ２５を配置している面との間の角度が、好ましくは３５°〜５０°、より好ましくは４０°〜４６°の範囲となるように、ＬＥＤチップ２５からの近位端を起点として起立して設けられている再反射面を有していることが好ましい。これにより、３５°〜５０°に設定しておけば、３０％以上の迷光成分を再結合させることができ、４０°〜４６°に設定しておけば、３０％以上の迷光成分を再結合させることができる。また、上記再反射面によって反射され、かつ導光板１３に入射する光が、光結合部材３０に戻らずに導光板１３に入射する光と交差する（逆方向になる）。
【０１０５】
プリズム３５の形成は、光結合部材３０の一部を上記形状にくり抜くこと、等によって行うことができる。
【０１０６】
プリズム３５の高さ（導光板１３の厚さ方向における距離）は、ＬＥＤチップ２５から放射される光の障害にならないような高さである。
【０１０７】
プリズム３５の反射面（上記再反射面）は、全反射が可能な面であることが好ましい。ただし、迷光と上記再反射面との角度によって、鏡面（ミラー面）、金属膜が形成された面等を使い分けることができる。なお、金属膜が形成された面は、金属等の蒸着膜を形成することなどによって製造することができる。
【０１０８】
本実施形態の光源モジュール２０における製造上の公差について、以下に詳しく説明する。
【０１０９】
図１６に、ＬＥＤチップと光結合部材（レンズ）との位置ずれ量と、結合効率と、の関係を、プリズムがある場合（図１６におけるＡのグラフ）とプリズムが無い場合（図１６におけるＢのグラフ）とで比較して示した。
【０１１０】
その結果、プリズムが無い場合には、０．２ｍｍの位置ずれによって１０％以上結合効率が低下する。一方、本実施形態におけるプリズムを有する場合には、０．２ｍｍの位置ずれが生じても結合効率は一定であることが分かる。また、１０％結合効率が低下するのは０．３ｍｍの位置ずれが生じた場合であり、プリズムを有する場合の公差は、プリズムが無い場合に対して１．５倍となる。
【０１１１】
言い換えれば、図１４に示すように、光結合部材を、シリンダ型の光結合部材と導光板とを接着する構造とし、シリンダ形状の曲面付近から光を入光させることにより、ＬＥＤチップから直接光が漏れることの抑制が可能となっている。しかしながら、ＬＥＤチップを所定の位置からずれた場所に配置すると、図１４に示すように、導光板に結合しない光が迷光となり、輝度ムラが発生する。迷光への対策として、図１５に示すように、シリンダ型の光結合部材の下部にプリズム形状を設けて、導光板に結合せず、かつＬＥＤチップと反対の曲面で反射された光を、プリズム形状で反射させることによって、導光板に再結合させる。これにより、光結合部材を小型化しつつ、位置ずれに強くすることができる。
【０１１２】
尚、本実施の形態においては光源モジュール本体２０には、２列のＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂが設けられていた。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、光結合部材４０の片側のみに１列のＬＥＤチップ２５が配された構成とすることも可能である。
【０１１３】
また、１列のＬＥＤチップ２５が配された構成としては、図１８に示すような構成であってもよい。以下、本実施形態のバックライト１０の変形例について、さらに詳述する。図１８は、バックライト１０の変形例を模式的に示した断面図である。
【０１１４】
図１８に示すように、光結合部材３０’は、２つの反射面３２’を有している。そして、この２つの反射面３２’は、導光板１３における縦又は横方向の中心線Ｌに沿って延びるＶ字面を構成するように形成されている。また、頂部平坦面３１は、２つの反射面３２’に連結し、かつ中心線Ｌに対して対称になるように２つ形成されている。
【０１１５】
また、図１８に示す構成では、ＬＥＤチップ２５は、１列に並んで配置されている。そして、ＬＥＤチップ２５から放射された光は、２つの反射面３２’により構成されたＶ字面で、２つの方向に分岐するようになっている。なお、Ｖ字面を構成する２つの反射面３２’は、ＬＥＤチップ２５からの出射光を全反射する面であればよく、例えば図５や図６に示された、断面放物線または断面楕円からなる垂下曲面３２であってもよい。
【０１１６】
図１８に示す構成であっても、ＬＥＤチップ２５からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光結合効率を向上させることができる。また、導光板１３と光結合部材３０とは別部材であり、かつ通常使用されている平板状の導光板１３に光結合部材３０が接着された構造である。このため、導光板１３への加工が不要となり、コストダウンを実現することができる。
【０１１７】
さらに、図１８に示された構成では、１列に並んだＬＥＤチップ２５からの出射光をＶ字面で２つの光路に分岐させて、光結合部材３０’の幅方向の両側から出射させている。それゆえ、ＬＥＤチップ２５の配列が単純になり、ＬＥＤチップ２５の実装にかかる労力を削減できるという利点がある。
【０１１８】
その一方で、図１８に示された構成では、ＬＥＤチップ２５からの出射光がＶ字面で２つの光路に分岐しているため、ＬＥＤチップ２５の真上にある導光板１３領域の輝度が低下するという課題が残されている。しかし、この課題は、光結合部材３０’を複列配置し、光結合部材３０’上の暗部（中心線Ｌの沿ったＶ字面近傍）に光を入射させることで解決することができる。それゆえ、図１８に示す構成では、光結合部材３０’は、複列配置されていることが好ましい。なお、導光板１３における中心線Ｌ近傍の輝度を向上させる観点では、図４に示すような、２列のＬＥＤチップ２５ａ・２５ｂを備える構成が好ましい。
【０１１９】
また、図１８に示された構成では、ＬＥＤチップ２５が少しでもずれると、出射光の輝度が大きく変動するという課題が残されている。この課題に対しては、ＬＥＤチップ２５の位置決め精度を向上させることで解決することができる。
【０１２０】
具体的には、図１８に示すように、プリズム３５を備えることによって、上記課題を解決することができる。プリズム３５を備えていれば、迷光を低減し、かつ光結合率の低下を防ぐことができため、輝度ムラを抑制することが可能となる。
【０１２１】
なお、本発明は、照明装置として、以下のように表現することもできる。
【０１２２】
略平板状の導光板と、該導光板の下方に配置された光源および光再反射部材と、該導光板と該光源との間に配置された光結合部材と、を備え、該光結合部材の表面部は、該導光板と略平行な平面で該導光板に当接した光結合部と、頂部の該平面に対して傾斜した、平面または曲面からなる光反射部と、を備え、前記光源の光は、上記光結合部の一部と上記光反射部の一部とを少なくとも含む照射領域に導光板に垂直な方向から傾斜した方向に照射され、前記光源の光のうちで前記光反射部に照射された光成分は、前記光反射部で反射されたうえでさらに前記光再反射部材による再反射を経て前記光結合部に照射されることを特徴とする照明装置。
【０１２３】
本発明は上述した実施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、実施形態に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】
【０１２４】
本発明は、テレビ、モニター等の液晶表示装置のバックライトに用いることができ、特に、光源直下型のバックライトに適用可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１ 液晶表示装置
２ 拡散シート
３ プリズムシート
４ 液晶パネル
１０ バックライト（光源モジュール）
１１ シャーシ
１１ａ・１１ｂ シャーシ
１２ 反射シート（第２反射部材）
１３ 導光板
１４ スリット
２０ 光源モジュール本体
２３ スペーサ
２３ａ・２３ｂ スペーサ
２４ ＬＥＤ基板
２４ａ・２４ｂ ＬＥＤ基板
２５ ＬＥＤチップ（光源、ＬＥＤ）
２５ａ・２５ｂ ＬＥＤチップ（光源、ＬＥＤ）
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦面
３２ 垂下曲面（反射面）
３３ 下端平坦面
３４ 凹部
３５ プリズム（第１反射部材）
３５ａ・３５ｂ プリズム（第１反射部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の導光板と、
上記導光板の下方に配された光源と、
上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、
上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有し、
上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光を、上記頂部平坦面に向けて反射する、上記光源と同一面に設けられた第１反射部材をさらに備えていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
上記第１反射部材は、再反射面を有し、
上記再反射面によって反射され、かつ上記導光板に光結合する光が、上記光結合部材に戻らずに上記導光板に光結合する光と交差していることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
上記第１反射部材は、上記反射面にて上記導光板と反対方向へ反射された光を、さらに上記頂部平坦面に向けて反射することを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
上記再反射面は、鏡面または金属膜が形成された面であることを特徴とする請求項２または３に記載の光源モジュール。
【請求項５】
上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項６】
上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、
上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光するようになっていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項７】
上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、
上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項８】
上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、
上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項９】
上記光源は、複数のＬＥＤからなっており、
上記反射面は、各ＬＥＤから放射された光を反射し上記頂部平坦面へ導くようになっていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、
上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、
上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられていることを請求項９に記載の光源モジュール。
【請求項１１】
上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであることを特徴とする請求項１０に記載の光源モジュール。
【請求項１２】
上記光結合部材は、上記反射面を２つ有し、この２つの反射面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線に沿って延びるＶ字面を構成するように形成されており、
上記頂部平坦面は、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、
上記ＬＥＤは、その出射光が上記Ｖ字面で分岐するように１列に並んで設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光源モジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１項に記載の光源モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
平板状の導光板と、
上記導光板の下方に配された光源と、
上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、
上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有し、
上記導光板に光結合せずに上記光結合部材に戻った光を、上記頂部平坦面に向けて反射する、上記光源と同一面に設けられた第１反射部材をさらに備えていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
上記第１反射部材は、再反射面を有し、
上記再反射面によって反射され、かつ上記導光板に光結合する光が、上記光結合部材に戻らずに上記導光板に光結合する光と交差していることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
上記第１反射部材は、上記反射面にて上記導光板と反対方向へ反射された光を、さらに上記頂部平坦面に向けて反射することを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
上記再反射面は、鏡面または金属膜が形成された面であることを特徴とする請求項２または３に記載の光源モジュール。
【請求項５】
上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項６】
上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、
上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光するようになっていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項７】
上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、
上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項８】
上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、
上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項９】
上記光源は、複数のＬＥＤからなっており、
上記反射面は、各ＬＥＤから放射された光を反射し上記頂部平坦面へ導くようになっていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の光源モジュール。
【請求項１０】
上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、
上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、
上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられていることを請求項９に記載の光源モジュール。
【請求項１１】
上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであることを特徴とする請求項１０に記載の光源モジュール。
【請求項１２】
上記光結合部材は、上記反射面を２つ有し、この２つの反射面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線に沿って延びるＶ字面を構成するように形成されており、
上記頂部平坦面は、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、
上記ＬＥＤは、その出射光が上記Ｖ字面で分岐するように１列に並んで設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光源モジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか１項に記載の光源モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２１６４２８（Ｐ２０１２−２１６４２８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１１６７（Ｐ２０１１−８１１６７）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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