発光装置および表示装置
【課題】
被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる発光装置および表示装置を提供する。
【解決手段】
バックライトユニット１に、プリント基板１２と、基台１１１ｂ、ＬＥＤチップ１１１ａ、およびレンズ１１２を有する複数の発光部１１１と、発光部１１１を取り囲む反射部材１１３とを設け、さらに、レンズ１１２から出射される光の量を調整する光量調整部１１７を設ける。
被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる発光装置および表示装置を提供する。
【解決手段】
バックライトユニット１に、プリント基板１２と、基台１１１ｂ、ＬＥＤチップ１１１ａ、およびレンズ１１２を有する複数の発光部１１１と、発光部１１１を取り囲む反射部材１１３とを設け、さらに、レンズ１１２から出射される光の量を調整する光量調整部１１７を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、表示パネルを有する。表示パネルは、２枚の透明基板の間に液晶が封入され、電圧が印加されることにより液晶分子の向きが変えられて光透過率が変化し、予め定められた映像等を光学的に表示する。液晶自体は発光体ではないので、表示装置には、たとえば透過型の表示パネルの背面側に、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などを光源とし、表示パネルに光を照射する照明装置であるバックライトユニットが備えられる。
【０００３】
バックライトユニットには、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を底面に並べて光を出す直下型と、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を導光板と呼ばれる透明な板のエッジ部に配して、導光板エッジから光を通して背面に設けられたドット印刷やパターン形状によって前面に光を出すエッジライト型とがある。
【０００４】
ＬＥＤは、低消費電力、長寿命、水銀を使わないことによる環境負荷低減などの優れた特性を有するけれども、価格的に高価であることと、青色発光ＬＥＤが発明されるまでは白色発光ＬＥＤは無かったことと、更に、強い指向性を有していることから、バックライトユニットの光源としての利用が遅れていた。しかしながら近年、照明用途での高演色高輝度白色ＬＥＤの急速な普及しており、それに伴ってＬＥＤが安価になってきているので、バックライトユニットの光源としては、冷陰極管からＬＥＤへの移行が進んでいる。
【０００５】
ＬＥＤは強い指向性を有するので、表示パネルの表面の輝度がその面方向において均一となるように光を照射するという観点では、直下型よりもエッジライト型が有効である。しかしながら、エッジライト型のバックライトユニットは、導光板のエッジ部に集中して光源が配置されることにより光源によって生じた熱が集中するという問題とともに、表示パネルのベゼル部が大きくなるという問題が生じる。さらに、エッジライト型のバックライトユニットは、表示画像の高品質化および省電力化が可能な制御方法として注目されている部分的な調光制御（ローカルディミング）についても制約が大きく、表示画像の高品質化および省電力化が達成可能な小分割領域の制御ができないという問題がある。
【０００６】
そこで、部分的な調光制御に有利な直下型のバックライトユニットにおいて、強い指向性を有するＬＥＤを光源として用いた場合であっても、輝度が均一となるように、光を表示パネルに照射することが可能な方法の検討が進められている。光の強度を均一化するためには、ＬＥＤから出射される光を、表示パネルの面方向、すなわち、ＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡げる必要がある。
【０００７】
ＬＥＤから出射される光を、ＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡げるものとして、たとえば、特許文献１には、ＬＥＤと、このＬＥＤを被覆する、透明樹脂からなるレンズとを備える発光装置が記載されている。特許文献１に記載のレンズは、その軸線方向が、ＬＥＤの光軸方向に一致し、その側面が、円柱側面状やＬＥＤに近づくにつれて径が大きくなる円錐台の側面状となっている。特許文献１に記載の発光装置では、ＬＥＤから出射された光は、レンズの上面で反射した後、レンズの側面を透過するので、レンズによって、ＬＥＤから出射される光をＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１４０３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に、特許文献１に記載のような、円柱側面状の側面２０２ａを有するレンズ２０２を含む発光装置２０１を備えるバックライトユニット２００を、模式的に示す。図６に示すように、ＬＥＤ２０３から出射された光Ｂ１は、レンズ２０２の上面２０２ｂで反射され、反射光Ｂ２はレンズ２０２の側面２０２ａを透過し、透過光Ｂ３は反射板２０４に到達する。透過光Ｂ３が反射板２０４に到達すると、反射板２０４の表面で拡散反射が生じ、拡散光Ｂ４が被照射体２０５に照射される。このように、ＬＥＤ２０３から出射される光Ｂ１を被照射体２０５の面方向に拡げるレンズ２０２を用いることで、被照射体２０５の広い範囲に、ＬＥＤ２０３から出射された光を照射することができる。
【００１０】
しかしながら、図６に示すように、レンズ２０２の側面２０２ａが円柱側面状であると、側面２０２ａに対する反射光Ｂ２の入射角度θ１が大きくなるので、透過光Ｂ３だけではなく、レンズ２０２内部での反射光Ｂ５も生じる。反射光Ｂ５は、レンズ２０２の内部に向かう光となり、レンズ２０２の外側には拡がり難いので、ＬＥＤ２０３から出射された光の一部が有効に活用されていないことになり、その結果、被照射体２０５においてレンズ２０２から遠い箇所での照射光量が少なくなってしまい、被照射体２０５の面方向における照射光の強度を均一化することが難しくなる。
【００１１】
このような問題を解決する方法として、たとえば、図７に示すように、レンズ３０２の側面３０２ａを、ＬＥＤ３０３に近づくにつれて径が小さくなるような円錐台の側面状とすることが考えられる。図７に示すバックライトユニット３００における発光装置３０１では、ＬＥＤ３０３から出射された光Ｃ１は、レンズ３０２の上面３０２ｂで反射され、反射光Ｃ２はレンズ３０２の側面３０２ａに向かう。レンズ３０２の側面３０２ａは、ＬＥＤ３０３に近づくにつれて径が小さくなるような円錐台側面状であるので、レンズ３０２の上面３０２ｂからＬＥＤ３０３に向かって傾斜している。したがって、レンズ３０２の側面３０２ａに対する反射光Ｃ２の入射角度θ２は小さくなり、側面３０２ａでの反射が起こり難くなり、反射光Ｃ２のほとんどが透過光Ｃ３として透過する。これにより、光量の多い透過光Ｃ３が反射板３０４によって拡散され、拡散光Ｃ４が生じるので、被照射体３０５においてレンズ３０２から遠い箇所での照射光量を増加させることができる。
【００１２】
ただし、このように、被照射体３０５においてレンズ３０２から遠い箇所での照射光量を増加させても、被照射体３０５の面方向における照射光の強度を均一化することはやはり難しい。なぜならば、レンズ３０２のように、側面３０２ａが上面３０２ｂからＬＥＤ３０３に向かって傾斜している場合、被照射体３０５に輝度の高い環状の箇所（以下、「環状輝点」と称する）が形成されるからである。すなわち、図７に示すように、ＬＥＤ３０３から出射されてレンズ３０２の上面３０２ｂの中央付近に向かう光Ｃ５が上面３０２ｂで反射されると、反射光Ｃ６は、レンズ３０２の側面３０２ａではなく底面３０２ｃに向かう。そして、レンズ３０２の底面３０２ｃにおいてさらに反射した光Ｃ７は、レンズ３０２の側面３０２ａが上面３０２ｂからＬＥＤ３０３に向かって傾斜していることに起因して、側面３０２ａに対して臨界角度を超える大きな入射角度θ３で入射し、その結果、レンズ３０２の側面３０２ａで全反射が生じ、全反射した光はレンズ３０２の上面３０２ｂの外周縁部を透過し、透過光Ｃ８によって被照射体３０５上に環状輝点が形成され、被照射体３０５の面方向における照射光の強度が不均一となってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、このような課題を解決することであり、被照射体に対して、輝度がその面方向において均一となるように、光を照射することができる発光装置および表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、被照射体に光を照射するための発光装置であって、
光を出射する発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子から出射された光を複数の方向に反射または屈折させる光学部材であって、前記発光素子の光軸方向において前記光学部材の上面の外周縁端部から離れるにつれて、前記光軸方向に垂直な方向において前記発光素子に近づくように、前記光軸方向に対して傾斜して形成される側面を有する光学部材と、
前記外周縁端部に設けられ、前記光学部材から出射される光の量を調整する光量調整部とを備えることを特徴とする発光装置である。
【００１５】
また本発明は、前記光学部材は、前記上面において前記外周縁端部よりも内方に、前記発光素子から出射された光を全反射する全反射領域が形成されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記光量調整部は、光を拡散する拡散部材であることを特徴とする。
また本発明は、前記光学部材は、前記外周縁端部が粗面化処理されており、
前記拡散部材は、粗面化処理された前記外周縁端部であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記光量調整部は、光の透過を少なくする光減衰部材であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、表示パネルと、
前記表示パネルに背面側から光を照射するための、前記発光装置を備える照明装置とを含むことを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学部材の側面が傾斜しているので、発光素子から出射された光がその側面で反射され難く、それにより、被照射体において、発光素子から出射された光によって照射される範囲を、より拡げることができる。そして、光学部材の上面の外周縁端部に設けられる光量調整部によって、光学部材から出射される光の量が調整されるので、環状輝点の発生を抑えることもできる。したがって、被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。
【００２０】
また本発明によれば、上面に形成される全反射領域によって、光学部材の側面に向かう光の光量を増加させることができ、それにより、被照射体において、発光素子から出射された光によって照射される範囲を、より拡げることができ、その結果、被照射体に対して、その面方向において強度がより均一化された光を照射することができる。
【００２１】
また本発明によれば、光量調整部は、光を拡散させることにより、環状輝点の発生を抑えることができる。
また本発明によれば、光量調整部である拡散部材を、別部材とはせずに、光学部材の一部とすることができる。
【００２２】
また本発明によれば、光量調整部は、光を吸収することにより、環状輝点の発生を抑えることができる。
【００２３】
また本発明によれば、前記発光装置を備える照明装置によって表示パネルに光を照射することができるので、高画質の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１における切断面線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の断面の一部を模式的に示す図である。
【図３−１】基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２との位置関係を示す図である。
【図３−２】基台１１１とＬＥＤチップ１１１ａとを示す図である。
【図３−３】プリント基板１２に実装されたＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１を示す図である。
【図４】ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の光路を説明するための図である。
【図５】反射部材１１３およびレンズ１１２の斜視図である。
【図６】バックライトユニット２００を模式的に示す図である。
【図７】バックライトユニット３００を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１における切断面線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の断面の一部を模式的に示す図である。本発明に係る表示装置である液晶表示装置１００は、テレビジョンまたはパーソナルコンピュータなどにおいて、画像情報を出力することによって画像を表示画面に表示する装置である。表示画面は、液晶素子を有する透過型の表示パネルである液晶パネル２によって形成され、液晶パネル２は、矩形平板状に形成される。液晶パネル２において、厚み方向の２つの面を、前面２１および背面２２とする。液晶表示装置１００は、画像を、前面２１から背面２２に向かう方向に見て視認可能に表示する。
【００２６】
液晶表示装置１００は、液晶パネル２と、バックライトユニット１とを備える。液晶パネル２は、バックライトユニット１が備えるフレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａと平行に、側壁部１３２により支持される。液晶パネル２は、２枚の基板を含み、厚み方向から見て長方形の板状に形成される。液晶パネル２は、ＴＦＴ（thin film transistor）等のスイッチング素子を含み、２枚の基板の隙間には液晶が注入されている。液晶パネル２は、背面２２側に配置されるバックライトユニット１からの光がバックライトとして照射されることによって、表示機能を発揮する。前記２枚の基板には、液晶パネル２における画素の駆動制御用のドライバ（ソースドライバ）、種々の素子および配線が設けられている。
【００２７】
また、液晶表示装置１００において、液晶パネル２とバックライトユニット１との間には、拡散板３が、その両面が液晶パネル２の拡散板３に臨む面に平行になるように、配置される。なお、液晶パネル２と拡散板３との間に、プリズムシートを配置してもよい。
【００２８】
拡散板３は、バックライトユニット１から照射される光を、面方向に拡散することによって、輝度が局所的に偏ることを防止する。プリズムシートは、拡散板３を介して背面２２側から到達した光の進行の向きを、前面２１側に向ける。拡散板３では、輝度が面方向に偏ることを防ぐために、光の進行方向は、ベクトル成分として、面方向の成分を多く含む。これに対しプリズムシートは、面方向のベクトル成分を多く含む光の進行方向を、厚み方向の成分を多く含む光の進行方向に変換する。具体的には、プリズムシートは、レンズまたはプリズム状に形成される部分が面方向に多数並んで形成され、これによって、厚み方向に進行する光の拡散度を小さくする。したがって、液晶表示装置１００による表示において、輝度を上昇させることができる。
【００２９】
バックライトユニット１は、液晶パネル２に背面２２側から光を照射する直下型のバックライト装置である。バックライトユニット１は、液晶パネル２に光を照射する複数の発光装置１１と、複数のプリント基板１２と、フレーム部材１３とを含む。
【００３０】
フレーム部材１３は、バックライトユニット１の基本構造体であり、液晶パネル２と予め定められた間隔をあけて対向する平板状の底部１３１と、底部１３１に連なり底部１３１から立ち上がる側壁部１３２とからなる。底部１３１は、厚み方向から見て長方形に形成され、その大きさは液晶パネル２よりも少し大き目である。側壁部１３２は、底部１３１のうち短辺を成す２つの端部と、長辺を成す２つの端部とから液晶パネル２の前面２１側に立ち上がって形成される。これによって、平板状の側壁部１３２が底部１３１の周囲に４つ、形成される。
【００３１】
プリント基板１２は、フレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａに固定される。このプリント基板１２の実装面１２ａには、後述する複数の発光部１１１が設けられる。プリント基板１２は、長手形状の部材であり、長手方向に直交する、幅方向の長さがたとえば１０ｍｍ、厚み方向の長さがたとえば０．８ｍｍに設定される。複数のプリント基板１２は、幅方向に並列して、たとえば３０ｍｍ離間して設けられる。プリント基板１２は、たとえば、導電層が両面に形成されたガラスエポキシからなる基板である。
【００３２】
プリント基板１２は、その長手方向において、フレーム部材１３の側壁部１３２まで延びて設けられる。この側壁部１３２には、プリント基板１２に電力を供給するためのコネクタが設けられており、プリント基板１２はこのコネクタに接続され、プリント基板１２上の導電層を介して各発光装置１１に電力が供給される。
【００３３】
複数の発光装置１１は、液晶パネル２に光を照射するための装置である。本実施形態では、複数の発光装置１１を１つの群として、拡散板３を介して液晶パネル２の背面２２の全体にわたって対向するように、複数の発光装置１１が設けられたプリント基板１２が複数並列して設けられることで、発光装置１１がマトリクス状に設けられる。各発光装置１１は、フレーム部材１３の底部１３１に垂直なＸ方向に平面視したときに正方形状に形成され、各発光装置１１によって画される被照射体（拡散板３）上の照射領域における輝度が６０００ｃｄ／ｍ２となるように設けられ、正方形状の一辺の長さは、たとえば４０ｍｍである。
【００３４】
複数の発光装置１１は、それぞれ、発光部１１１と、発光部１１１の周囲に設けられる反射部材１１３とを備える。発光部１１１は、発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１１１ａと、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１ｂと、光学部材であるレンズ１１２と、レンズ１１２に設けられる光量調整部１１７とを含む。
【００３５】
反射部材１１３は、フレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａ上に、底面１３１ａに平行に設けられる基部１１４と、基部１１４を取り囲み、発光部１１１から遠ざかるにつれてプリント基板１２から遠ざかるように傾斜して設けられる傾斜部１１５とを有する。
【００３６】
図３−１は、基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２との位置関係を示す図である。また、図３−２は、基台１１１ｂとＬＥＤチップ１１１ａとを示す図である。図３−２（ａ）は平面図であり、図３−２（ｂ）は正面図であり、図３−２（ｃ）は底面図である。
【００３７】
基台１１１ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持するための部材であり、樹脂からなる。この基台１１１ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する支持面が、Ｘ方向に平面視したときに正方形に形成され、正方形の一辺の長さＬ１は、たとえば３ｍｍである。また、基台１１１ｂの高さは、たとえば１ｍｍである。
【００３８】
図３−２に示すように、基台１１１ｂは、セラミックスからなる基台本体１１１ｇと、基台本体１１１ｇに設けられる２つの電極１１１ｃとを含んでおり、ＬＥＤチップ１１１ａは、基台１１１ｂの支持面となる基台本体１１１ｇの上面中央部に、接着部材１１１ｆで固定されている。２つの電極１１１ｃは、互いに離間しており、それぞれ、基台本体１１１ｇの上面、側面、および底面にわたって設けられる。ＬＥＤチップ１１１ａの図示しない２つの端子と、２つの電極１１１ｃとは、２つのボンディングワイヤ１１１ｄによってそれぞれ接続されている。そして、ＬＥＤチップ１１１ａおよびボンディングワイヤ１１１ｄは、シリコン樹脂などの透明樹脂１１１ｅによって封止されている。
【００３９】
図３−３は、プリント基板１２に実装されたＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂを示す図である。ＬＥＤチップ１１１ａは、基台１１１ｂを介してプリント基板１２に実装され、プリント基板１２から離れる方向に光を出射する。ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓの方向は、Ｘ方向に一致する。ＬＥＤチップ１１１ａは、発光装置１１をＸ方向に平面視したときに、基台１１１ｂの中央部に位置する。複数の発光装置１１において、それぞれのＬＥＤチップ１１１ａによる光の出射の制御は、互いに独立して制御可能である。これによって、バックライトユニット１は、部分的な調光制御（ローカルディミング）が可能である。
【００４０】
図３−１に示すように、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａおよびＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１ｂを覆うように、基台１１１ｂに、インサート成形により、または、アウトサートにより、当接して設けられ、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光を、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する複数の方向に反射または屈折させる。レンズ１１２は、透明なレンズであり、たとえばシリコン樹脂やアクリル樹脂などからなる。
【００４１】
レンズ１１２において、液晶パネル２に対向する面である上面１１２ａは、中央部に凹みを有して湾曲している。また、側面１１２ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓの方向を軸線方向とし、ＬＥＤチップ１１１ａに近づくにつれて径が小さくなる円錐台の側面状に形成される。したがって、レンズ１１２の側面１１２ｂは、上面１１２ａからＬＥＤチップ１１１ａに向かって傾斜して形成される。
【００４２】
レンズ１１２は、光軸Ｓ回りに回転対称に形成される。レンズ１１２において、光軸Ｓに直交する断面の直径の最大値Ｌ２は、たとえば５ｍｍ〜１５ｍｍであり、直径の最小値Ｌ４は、たとえば４ｍｍ〜１２ｍｍである。レンズ１１２の傾斜角度θ４は、たとえば３０°〜８０°である。レンズ１１２は、基台１１１ｂに対して外方に延出するとともに、基台１１１ｂの各側面の少なくとも一部まで覆うように接触して設けられている。すなわち、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する方向に関して基台１１１ｂよりも大きい（レンズ１１２の直径の最大値Ｌ２および最小値Ｌ４は、基台１１１ｂの支持面の一辺の長さＬ１よりも大きい）。このように、レンズ１１２が基台１１１ｂに対して外方に延出して設けられることによって、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光をレンズ１１２により広範囲に拡散させることができる。また、レンズ１１２の高さＨ１は、たとえば１ｍｍ〜４ｍｍであり、直径の最大値Ｌ２よりも小さい。すなわち、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する方向の最大長さが、高さＨ１よりも大きい。
【００４３】
レンズ１１２の上面１１２ａは、ＬＥＤチップ１１１ａに対向し、拡散板３の面に平行な中央部分１１２１と、中央部分１１２１を取り囲む第１湾曲部分１１２２と、第１湾曲部分を取り囲む第２湾曲部分１１２３とを含む。レンズ１１２の表面において、上面１１２ａの中央部分１１２１および第２湾曲部分１１２３ならびに側面１１２ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａから出射され、レンズ１１２の内部を通って到達した光を透過する透過領域となる。また、上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射され、レンズ１１２の内部を通って到達した光を側面１１２ｂに向けて全反射する反射領域となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、レンズ１１２は、その底面が、反射部材１１３の基部１１４に当接しており、底面から光が出射しないように構成されている。本発明の他の実施形態としては、レンズ１１２の底面に、光を鏡面反射する鏡面反射シートを設けてもよい。鏡面反射シートが設けられることで、レンズ１１２の内部で反射されてレンズの底面に到達した光を、レンズの底面と鏡面反射シートとの境界面で鏡面反射させることができる。レンズの底面と鏡面反射シートとの境界面で鏡面反射された光は、レンズ１１２の内部を進行する。このようにしてレンズ１１２の内部を進行する光は、鏡面反射シートで鏡面反射されたものであるので、たとえば、拡散反射されてレンズ１１２の内部を進行する光と比較して、光路が精度よく制御されたものとなる。光が拡散部材へ入射すると光は拡散するが、必ずしも設計どおりの出射はしない。一方、鏡面反射シートへ入射した光は鏡面反射するので、ほぼ設計どおりの出射となる。これによって、光学設計する上でほぼ設計どおりに光を進行させることができ、光路が精度よく制御されたものとなる。
【００４５】
上面１１２ａの中央部分１１２１は、液晶パネル２に対向する上面１１２ａの中央部に形成され、中央部分１１２１の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置する。上面１１２ａの中央部分１１２１は、ＬＥＤチップ１１１ａの発光面に平行な円形状に形成され、その直径Ｌ３は、たとえば１ｍｍ〜４ｍｍである。
【００４６】
なお、本発明の他の実施形態としては、中央部分１１２１の形状を、上記円形状の代わりに、上記円形状を仮想的な底面とし、この底面からＬＥＤチップ１１１ａに向かって突出する円錐の側面形状にしてもよい。
【００４７】
中央部分１１２１は、被照射体である拡散板３において、中央部分１１２１に対向する領域に光を照射するために形成されている。ただし、中央部分１１２１はＬＥＤチップ１１１ａに対向する部分であるので、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される光の大半が中央部分１１２１に到達し、その大半の光がそのまま透過した場合、中央部分１１２１に対向する領域の照度が際立って大きくなる。そこで、中央部分１１２１の形状を、上記円錐の側面形状とすることが好ましい。上記円錐の側面形状とした場合、大半の光が中央部分１１２１で反射され、中央部分１１２１を透過する光は少なくなるので、中央部分１１２１に対向する領域の照度を抑えることができる。
【００４８】
上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、中央部分１１２１の外周縁端部に連なり、光軸Ｓを中心として外方（光軸Ｓから垂直に離れる方向）に向かうにつれてＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向の一方（液晶パネル２に向かう方向）に延び、光軸Ｓを中心として内方（光軸Ｓに垂直に近づく方向）および光軸Ｓ方向の一方（液晶パネル２に向かう方向）に凸となるように湾曲した環状の曲面である。ここで、中央部分１１２１の外周縁端部とは、中央部分１１２１の外周縁部における、周方向全周の領域のことをいう。上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、反射領域とするために、曲面の形状が、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光が全反射するように設計される。
【００４９】
より詳細には、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光のうち、第１湾曲部分１１２２に到達した光は、第１湾曲部分１１２２で全反射した後、レンズ１１２の側面１１２ｂを透過し、反射部材１１３へ向かう。反射部材１１３に到達した光は、反射部材１１３で拡散され、被照射体である拡散板３において、ＬＥＤチップ１１１ａに対向していない領域に照射される。これにより、ＬＥＤチップ１１１ａに対向していない領域への照射光量を増加させることができる。
【００５０】
第１湾曲部分１１２２は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を全反射するために、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の入射角度が、臨界角φ以上となるように形成される。たとえば、レンズ１１２の材質をアクリル樹脂とするとき、アクリル樹脂の屈折率は「１．４９」であり、空気の屈折率は「１」であるので、sinφ＝１／１．４９となる。この式から、臨界角φは４２．１°となり、第１湾曲部分１１２２は、入射角度が４２．１°以上となる形状に形成される。また、たとえば、レンズ１１２の材質をシリコン樹脂とするとき、シリコン樹脂の屈折率は「１．４３」であり、空気の屈折率は「１」であるので、sinφ＝１／１．４３となる。この式から、臨界角φは４４．４°となり、第１湾曲部分１１２２は、入射角度が４４．４°以上となる形状に形成される。
【００５１】
上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３は、第１湾曲部分１１２２の外周縁端部に連なり、外方に向かうにつれてＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向の他方（液晶パネル２から離反する方向）に延び、外方および光軸Ｓ方向の一方に凸となるように湾曲した環状の曲面である。
【００５２】
ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光のうち、第２湾曲部分１１２３に到達した光は、第２湾曲部分１１２３を透過するときに、屈折して、拡散板３および反射部材１１３に向かう。反射部材１１３に到達した光は、拡散して拡散板３に向かう。このように第２湾曲部分１１２３により拡散板３へ向かう光は、拡散板３において、中央部分１１２１および第１湾曲部分１１２２により光が照射される領域とは異なる領域に主に照射され、これによって光量の補完が行われる。なお、第２湾曲部分１１２３は、光を透過する必要があるので、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を全反射しないように、入射角度が４２．１°未満となる形状に形成される。
【００５３】
このように、レンズ１１２は、中央部分１１２１の外周縁端部に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光をレンズ１１２の側面１１２ｂへ向けて全反射させる第１湾曲部分１１２２が形成され、その第１湾曲部分１１２２の外周縁端部に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を屈折させる第２湾曲部分１１２３が形成されている。
【００５４】
ＬＥＤチップ１１１ａは一般的に指向性が強く、光軸Ｓ付近の光量が極めて大きく、光軸Ｓに対する光の出射角度が大きくなればなるほど光量が小さくなる。したがって、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ（すなわち、レンズ１１２の光軸）から比較的遠い領域への照射光量を大きくするためには、光軸Ｓに対する出射角度が大きな光を、この領域へ向けるのではなく、出射角度が小さな光を、この領域へ向ける必要がある。
【００５５】
本実施形態では、上記のように、光軸Ｓが通る中央部分１１２１の周囲に、上記領域へ向けて光を全反射させる第１湾曲部分１１２２が隣接して形成されるので、この領域への照射光量を大きくすることができる。
【００５６】
これに対して、仮に、中央部分１１２１の周囲に、第２湾曲部分１１２３を隣接させて形成し、その第２湾曲部分１１２３の周囲に、第１湾曲部分１１２２を隣接して形成した場合、第１湾曲部分１１２２へ向かう光の光軸Ｓに対する出射角度が大きくなり、その結果、第１湾曲部分１１２２で全反射されて上記領域に照射される光の量は少なくなってしまう。この結果、拡散板３における輝度は不均一になる。
【００５７】
本発明は、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部上に、環状の光量調整部１１７が設けられることを特徴とする。ここで、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部とは、第２湾曲部分１１２３の外周縁部における、周方向全周の領域のことをいい、レンズ１１２の外周縁端部に相当する。本実施形態では、第２湾曲部分１１２３の外周端から幅が１ｍｍ〜５ｍｍの領域が、この外周縁端部である。本実施形態では、光量調整部１１７は、光を拡散する拡散部材である。この拡散部材は、シート状に形成される透明樹脂中に、この透明樹脂とは屈折率が異なる他の透明樹脂ビーズを分散させてなる環状のシートである。シート状の透明樹脂としては、屈折率がたとえば１．４〜１．６程度のポリエチレンテレフタレート樹脂を用いることができ、透明樹脂ビーズとしては、屈折率がたとえば１．３〜１．５程度のアクリル樹脂を用いることができる。透明樹脂ビーズは、５μｍ〜１００μｍ程度の粒径であり、シート状の透明樹脂中に、１０個／ｍｍ３〜２００個／ｍｍ３程度の密度で分散される。なお、シート状の透明樹脂中には、透明樹脂ビーズの代わりに、同程度の粒径・密度で、気泡を形成してもよい。
【００５８】
拡散部材を構成する上記のシートの厚みＬ５は、たとえば０．２ｍｍ〜２ｍｍであり、シートの幅Ｌ６は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍである。なお、拡散部材は、このようなシートをレンズ１１２に取り付ける代わりに、レンズ１１２の一部であってもよく、たとえば、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部の表面に粗面化処理を施すことによって拡散部材が形成されてもよい。
【００５９】
粗面化処理は、レンズ１１２を成形するための金型の、レンズ１１２の外周縁端部の表面に対応する部分を、エッチング、サンドブラストの吹き付けなどによって粗面化し、成形されるレンズ１１２の外周縁端部の表面を粗面化する方法や、レンズ１１２の成形後、レンズ１１２の外周縁端部の表面にサンドブラストの吹き付けなどを行って粗面化する方法などで行うことができる。
【００６０】
図４は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の光路を説明するための図である。ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光は、レンズ１１２に入射し、このレンズ１１２で反射または屈折される。具体的には、レンズ１１２に入射した光のうち、被照射体である拡散板３に対向する上面１１２ａにおいて中央部分１１２１に到達した光は、拡散板３に向けて矢符Ａ１方向などに出射される。中央部分１１２１を透過した光は、拡散板３に直接照射されることになる。
【００６１】
また、図４に示すように、第１湾曲部分１１２２に到達した光は、第１湾曲部分１１２２で全反射して側面１１２ｂに向かい、側面１１２ｂから矢符Ａ２方向などに出射される。矢符Ａ２方向などに出射された光は、レンズ１１２の周囲に設けられる反射部材１１３に到達し、反射部材１１３によって反射されて、被照射体である拡散板３に照射される。第２湾曲部分１１２３に到達した光は、外方（ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかる方向）に屈折して拡散板３に向けて矢符Ａ３方向などに出射される。
【００６２】
また、図４に示すように、第１湾曲部分１１２２のうち、中央部分１１２１に臨む内周縁部に到達した光は、内周縁部で全反射して底面１１２ｃに向かい、底面１１２ｃでさらに反射して側面１１２ｂに向かう。ここで、底面１１２ｃでの反射には、レンズ１１２の底面での全反射と、レンズ１１２の底面に接する反射部材１１３の表面での反射とが含まれる。また、第１湾曲部分１１２２の内周縁部とは、第２湾曲部分１１２２の内周縁部における、周方向全周の領域のことをいう。側面１１２ｂに向かった光は、側面１１２ｂで全反射して、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部を透過し、光量調整部１１７に到達する。光量調整部１１７に到達した光は、光量調整部１１７によって複数の方向に拡散されて、被照射体である拡散板３に向けて出射される。
【００６３】
本実施形態では、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とは、レンズ１１２の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）がＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置し、レンズ１１２がＬＥＤチップ１１１ａに当接するように、予め高精度に位置合わせされて形成されている。このように、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とを、予め位置合わせして形成する方法としては、インサート成形、所定の形状に成形されたレンズ１１２に、基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａを嵌合させる方法などを挙げることができる。本実施形態では、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とは、インサート成形により、予め位置合わせされて形成されている。なお、他の実施形態としては、レンズ１１２の底面に、基台１１１ｂを圧入可能な角穴を設け、基台１１１ｂに対し、アウトサート、すなわち圧入してもよい。
【００６４】
インサート成形する際には、大きく分けて、上面金型と下面金型とを使用する。上面金型と下面金型とを合わせた際に形成される空間に、ＬＥＤチップ１１１ａを保持した状態で、レンズ１１２の原料となる樹脂を樹脂流入口から注入することにより成形する。なお、上面金型と下面金型とを合わせた際に形成される空間に、基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａを保持した状態で、レンズ１１２の原料となる樹脂を樹脂注入口から注入することにより成形するようにしてもよい。このように、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とをインサート成形により形成することによって、レンズ１１２がＬＥＤチップ１１１ａに当接するように、高精度に位置合わせすることができる。これによって、バックライトユニット１は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光を、ＬＥＤチップ１１１ａに当接したレンズ１１２により、精度よく反射および屈折させることができるので、拡散板３からプリント基板１２までの距離が小さい薄型化された液晶表示装置１００においても、輝度がその面方向において均一となるように、光を液晶パネル２に照射することができる。
【００６５】
次に、図２および図５を用いて反射部材１１３について説明する。図５は、反射部材１１３およびレンズ１１２の斜視図であり、レンズ１１２に被覆されるＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂは省略している。反射部材１１３は、Ｘ方向に平面視したときの外形状が多角形状、たとえば正方形状である。反射部材１１３は、中心に開口部が設けられた、１辺の長さが３８．８ｍｍの正方形平板状の基部１１４と、基部１１４を取り囲み、ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかるにつれてプリント基板１２から遠ざかるように傾斜して形成される傾斜部１１５とを有する。基部１１４と傾斜部１１５とによって構成される反射部材１１３は、レンズ１１２を中心とした逆ドーム状に設けられる。
【００６６】
本実施形態では、反射部材１１３は、Ｘ方向に平面視したときの外形状が正方形状であり、その正方形状の対角線について線対称に構成される。また、正方形状の中心点について９０°回転対称に構成される。
【００６７】
基部１１４は、Ｘ方向に平面視したときの正方形状の各辺が、マトリクス状に配置される複数のＬＥＤチップ１１１ａの行方向または列方向と平行になるように形成される。また、基部１１４は、プリント基板１２に沿って形成され、Ｘ方向に平面視したときに、中央部に正方形状の開口部が設けられる。この正方形状の開口部の１辺の長さは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１ｂの１辺の長さＬ１と同程度であり、この開口部に基台１１１ｂが挿通される。
【００６８】
傾斜部１１５は、主面が等脚台形状の４つの等脚台形状平板１１６の総称である。ここで、ある部材について、主面とは、その部材において最も広い面を意味し、平板のように最も広い面が表面と裏面とで２つある部材の場合は、一方の主面および他方の主面と称して区別する場合がある。各等脚台形状平板１１６において、互いに平行な対向する２つの辺部のうちの短い方の辺部１１６ａは、正方形状である基部１１４の各辺部にそれぞれ連なり、長い方の辺部１１６ｂは、Ｘ方向において、基部１１４よりもプリント基板１２から離間した位置に設けられる。隣接する等脚台形状平板１１６同士は、互いに非平行な対向する２つの辺部１１６ｃ同士が連なり、これによって、傾斜部１１５は枠状になる。
【００６９】
図２に示す、傾斜部１１５とプリント基板１２との間の傾斜角度θ５は、たとえば８０°である。また、図２に示す、Ｘ方向における傾斜部１１５の高さＨ２は、たとえば５ｍｍである。また、図２に示すＸ方向における拡散板３とプリント基板１２との距離Ｈ３は、たとえば６ｍｍである。なお、本発明の他の実施形態としては、傾斜角度θ５は４５°〜９０°の範囲内のいずれの角度であってもよく、反射部材１１３は傾斜部１１５を備えなくてもよい。
【００７０】
基部１１４および傾斜部１１５は、高輝性ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）、アルミニウムなどからなる。高輝性ＰＥＴとは、蛍光剤を含有した発泡性ＰＥＴであり、たとえば、東レ株式会社製のＥ６０Ｖ（商品名）などを挙げることができる。基部１１４および傾斜部１１５の厚みは、たとえば０．１〜０．５ｍｍである。
【００７１】
本実施形態では、基部１１４および傾斜部１１５の、発光部１１１に臨む面の全反射率は、９４％である。基部１１４および傾斜部１１５の全反射率は、９０％以上であり、好ましくは１００％である。全反射率は、ＪＩＳ Ｈ ０２０１：１９９８で規定されているように、鏡面反射率と拡散反射率との和であり、ＪＩＳ Ｋ ７３７５に準拠して測定することができる。
【００７２】
反射部材１１３を構成する基部１１４および傾斜部１１５は一体的に成形されることが好ましく、さらに、複数の発光装置１１にそれぞれ備えられる各反射部材１１３は、互いに一体的に成形されることが好ましい。複数の反射部材１１３を一体成形する方法としては、反射部材１１３が発泡性ＰＥＴにより構成されている場合には押出し成型加工を挙げることができ、反射部材１１３がアルミニウムにより構成されている場合にはプレス加工を挙げることができる。このように、複数の発光装置１１にそれぞれ備えられる反射部材１１３を一体成形することによって、複数の発光装置１１のプリント基板１２に対する配置位置の精度を向上することができるとともに、バックライトユニット１の組立作業時に、反射部材１１３を取り付ける作業数を低減することができるので、組立作業の効率を向上することができる。
【００７３】
以上のように構成されるバックライトユニット１の効果について、図４を用いて説明したように、ＬＥＤチップ１１１ａから出射され、レンズ１１２に入射した光のうち、被照射体である拡散板３に対向する上面１１２ａの中央部分１１２１に到達した光は、この中央部分１１２１を透過し、透過光は拡散板３に直接照射される。また、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３に対向する上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３に到達した光は、この第２湾曲部分１１２３を透過する。そして、透過光は、拡散板３に直接照射されるか、または、反射部材１１３の傾斜部１１５で反射されて拡散板３に照射される。
【００７４】
さらに、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３に対向する上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２の内周縁部以外の部分に到達した光は、この部分で全反射してレンズ１１２内を側面１１２ｂに向かって進み、側面１１２ｂに到達する。本発明では、レンズ１１２の側面１１２ｂは、上面１１２ａからＬＥＤチップに向かって傾斜しているので、上記のようにして側面１１２ｂに向かって進む光の、側面１１２ｂに対する入射角度は小さくなる。よって、この光は、側面１１２ｂでほとんど反射されずに、側面１１２ｂを透過する。そして、透過光は、反射部材１１３の基部１１４に到達して、基部１１４で拡散され、拡散光は、被照射体である拡散板３の、レンズ１１２から比較的遠い箇所に照射される。したがって、レンズ１１２により、被照射体である拡散板３において広い範囲に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を照射することができる。
【００７５】
また、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３に対向する上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２の内周縁部に到達した光は、この部分で全反射してレンズ１１２内を底面１１２ｃに向かって進み、底面１１２ｃに到達する。底面１１２ｃに光が到達すると、底面１１２ｃにおいて反射が生じ、反射光が側面１１２ｂに向かう。本発明では、レンズ１１２の側面１１２ｂは、上面１１２ａからＬＥＤチップに向かって傾斜しているので、上記のようにして側面１１２ｂに向かう反射光の、側面１１２ｂに対する入射角度は大きく、臨界角度を超える。よって、この反射光は、側面１１２ｂで全反射され、上面１１２ａに向かう。上面１１２ａに向かった光は、上面１１２ａの外周縁端部を透過して光量調整部１１７に到達する。本実施形態では、光量調整部１１７に到達した光は、光量調整部１１７によって複数の方向に拡散され、拡散光が被照射体である拡散板３に照射される。
【００７６】
仮に、光量調整部１１７が設けられない場合、上記のようにレンズ１１２の側面１１２ｂで全反射して上面１１２ａの外周縁端部を透過した光は、１つの方向に集中するので、被照射体である拡散板３に、環状輝点が生じてしまう。しかしながら、本実施形態では、上面１１２ａの外周縁端部に光を拡散する光量調整部１１７が設けられるので、光が１つの方向に集中することがなく、その結果、環状輝点の発生を抑えることができる。
【００７７】
以上のように、バックライトユニット１に設けられる発光装置１１によれば、被照射体において広い範囲に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を照射することができ、環状輝点の発生を抑えることもできるので、被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、光量調整部１１７は光を拡散する拡散部材であるけれども、本発明の他の実施形態では、光量調整部１１７は、光の透過を少なくする光減衰部材であってもよい。この光減衰部材は、透光性バインダー樹脂中に可視光を吸収する黒色粒子を分散させて、レンズ１１２の上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３の外周縁端部上に層状に塗布し、乾燥させることで形成される。層の厚みや幅は、シート状の拡散部材の厚みや幅と同程度とすることができる。
【００７９】
層状の光減衰部材である光量調整部１１７に到達した光の一部は、光減衰部材を透過するときに、黒色粒子に入射し、黒色粒子に吸収される。黒色粒子は、光減衰部材の透過率がたとえば６０％〜８０％となるように、層中に均一に分散される。
【００８０】
このような光の透過を少なくする光量調整部１１７が設けられる発光装置１１によれば、レンズ１１２の上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３の外周縁端部を透過して被照射体である拡散板３に向かう光の光量が、光量調整部１１７によって抑えられるので、環状輝点の発生を抑えることができる。したがって、この他の実施形態でも、被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。
【００８１】
以上に説明したようなバックライトユニット１を備える液晶表示装置１００によれば、バックライトユニット１によって、被照射体である拡散板３に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができるので、拡散板３に平行に設けられる液晶パネル２に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。これにより、液晶表示装置１００は、高画質の画像を表示することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ バックライトユニット
２ 液晶パネル
１２ プリント基板
１２ａ 実装面
１００ 液晶表示装置
１１１ａ ＬＥＤチップ
１１１ｂ 基台
１１２ レンズ
１１２ａ 上面
１１２ｂ 側面
１１２ｃ 底面
１１３ 反射部材
１１４ 基部
１１５ 傾斜部
１１７ 光量調整部
１１２１ 中央部分
１１２２ 第１湾曲部分
１１２３ 第２湾曲部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、表示パネルを有する。表示パネルは、２枚の透明基板の間に液晶が封入され、電圧が印加されることにより液晶分子の向きが変えられて光透過率が変化し、予め定められた映像等を光学的に表示する。液晶自体は発光体ではないので、表示装置には、たとえば透過型の表示パネルの背面側に、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などを光源とし、表示パネルに光を照射する照明装置であるバックライトユニットが備えられる。
【０００３】
バックライトユニットには、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を底面に並べて光を出す直下型と、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を導光板と呼ばれる透明な板のエッジ部に配して、導光板エッジから光を通して背面に設けられたドット印刷やパターン形状によって前面に光を出すエッジライト型とがある。
【０００４】
ＬＥＤは、低消費電力、長寿命、水銀を使わないことによる環境負荷低減などの優れた特性を有するけれども、価格的に高価であることと、青色発光ＬＥＤが発明されるまでは白色発光ＬＥＤは無かったことと、更に、強い指向性を有していることから、バックライトユニットの光源としての利用が遅れていた。しかしながら近年、照明用途での高演色高輝度白色ＬＥＤの急速な普及しており、それに伴ってＬＥＤが安価になってきているので、バックライトユニットの光源としては、冷陰極管からＬＥＤへの移行が進んでいる。
【０００５】
ＬＥＤは強い指向性を有するので、表示パネルの表面の輝度がその面方向において均一となるように光を照射するという観点では、直下型よりもエッジライト型が有効である。しかしながら、エッジライト型のバックライトユニットは、導光板のエッジ部に集中して光源が配置されることにより光源によって生じた熱が集中するという問題とともに、表示パネルのベゼル部が大きくなるという問題が生じる。さらに、エッジライト型のバックライトユニットは、表示画像の高品質化および省電力化が可能な制御方法として注目されている部分的な調光制御（ローカルディミング）についても制約が大きく、表示画像の高品質化および省電力化が達成可能な小分割領域の制御ができないという問題がある。
【０００６】
そこで、部分的な調光制御に有利な直下型のバックライトユニットにおいて、強い指向性を有するＬＥＤを光源として用いた場合であっても、輝度が均一となるように、光を表示パネルに照射することが可能な方法の検討が進められている。光の強度を均一化するためには、ＬＥＤから出射される光を、表示パネルの面方向、すなわち、ＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡げる必要がある。
【０００７】
ＬＥＤから出射される光を、ＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡げるものとして、たとえば、特許文献１には、ＬＥＤと、このＬＥＤを被覆する、透明樹脂からなるレンズとを備える発光装置が記載されている。特許文献１に記載のレンズは、その軸線方向が、ＬＥＤの光軸方向に一致し、その側面が、円柱側面状やＬＥＤに近づくにつれて径が大きくなる円錐台の側面状となっている。特許文献１に記載の発光装置では、ＬＥＤから出射された光は、レンズの上面で反射した後、レンズの側面を透過するので、レンズによって、ＬＥＤから出射される光をＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１４０３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６に、特許文献１に記載のような、円柱側面状の側面２０２ａを有するレンズ２０２を含む発光装置２０１を備えるバックライトユニット２００を、模式的に示す。図６に示すように、ＬＥＤ２０３から出射された光Ｂ１は、レンズ２０２の上面２０２ｂで反射され、反射光Ｂ２はレンズ２０２の側面２０２ａを透過し、透過光Ｂ３は反射板２０４に到達する。透過光Ｂ３が反射板２０４に到達すると、反射板２０４の表面で拡散反射が生じ、拡散光Ｂ４が被照射体２０５に照射される。このように、ＬＥＤ２０３から出射される光Ｂ１を被照射体２０５の面方向に拡げるレンズ２０２を用いることで、被照射体２０５の広い範囲に、ＬＥＤ２０３から出射された光を照射することができる。
【００１０】
しかしながら、図６に示すように、レンズ２０２の側面２０２ａが円柱側面状であると、側面２０２ａに対する反射光Ｂ２の入射角度θ１が大きくなるので、透過光Ｂ３だけではなく、レンズ２０２内部での反射光Ｂ５も生じる。反射光Ｂ５は、レンズ２０２の内部に向かう光となり、レンズ２０２の外側には拡がり難いので、ＬＥＤ２０３から出射された光の一部が有効に活用されていないことになり、その結果、被照射体２０５においてレンズ２０２から遠い箇所での照射光量が少なくなってしまい、被照射体２０５の面方向における照射光の強度を均一化することが難しくなる。
【００１１】
このような問題を解決する方法として、たとえば、図７に示すように、レンズ３０２の側面３０２ａを、ＬＥＤ３０３に近づくにつれて径が小さくなるような円錐台の側面状とすることが考えられる。図７に示すバックライトユニット３００における発光装置３０１では、ＬＥＤ３０３から出射された光Ｃ１は、レンズ３０２の上面３０２ｂで反射され、反射光Ｃ２はレンズ３０２の側面３０２ａに向かう。レンズ３０２の側面３０２ａは、ＬＥＤ３０３に近づくにつれて径が小さくなるような円錐台側面状であるので、レンズ３０２の上面３０２ｂからＬＥＤ３０３に向かって傾斜している。したがって、レンズ３０２の側面３０２ａに対する反射光Ｃ２の入射角度θ２は小さくなり、側面３０２ａでの反射が起こり難くなり、反射光Ｃ２のほとんどが透過光Ｃ３として透過する。これにより、光量の多い透過光Ｃ３が反射板３０４によって拡散され、拡散光Ｃ４が生じるので、被照射体３０５においてレンズ３０２から遠い箇所での照射光量を増加させることができる。
【００１２】
ただし、このように、被照射体３０５においてレンズ３０２から遠い箇所での照射光量を増加させても、被照射体３０５の面方向における照射光の強度を均一化することはやはり難しい。なぜならば、レンズ３０２のように、側面３０２ａが上面３０２ｂからＬＥＤ３０３に向かって傾斜している場合、被照射体３０５に輝度の高い環状の箇所（以下、「環状輝点」と称する）が形成されるからである。すなわち、図７に示すように、ＬＥＤ３０３から出射されてレンズ３０２の上面３０２ｂの中央付近に向かう光Ｃ５が上面３０２ｂで反射されると、反射光Ｃ６は、レンズ３０２の側面３０２ａではなく底面３０２ｃに向かう。そして、レンズ３０２の底面３０２ｃにおいてさらに反射した光Ｃ７は、レンズ３０２の側面３０２ａが上面３０２ｂからＬＥＤ３０３に向かって傾斜していることに起因して、側面３０２ａに対して臨界角度を超える大きな入射角度θ３で入射し、その結果、レンズ３０２の側面３０２ａで全反射が生じ、全反射した光はレンズ３０２の上面３０２ｂの外周縁部を透過し、透過光Ｃ８によって被照射体３０５上に環状輝点が形成され、被照射体３０５の面方向における照射光の強度が不均一となってしまう。
【００１３】
本発明の目的は、このような課題を解決することであり、被照射体に対して、輝度がその面方向において均一となるように、光を照射することができる発光装置および表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、被照射体に光を照射するための発光装置であって、
光を出射する発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子から出射された光を複数の方向に反射または屈折させる光学部材であって、前記発光素子の光軸方向において前記光学部材の上面の外周縁端部から離れるにつれて、前記光軸方向に垂直な方向において前記発光素子に近づくように、前記光軸方向に対して傾斜して形成される側面を有する光学部材と、
前記外周縁端部に設けられ、前記光学部材から出射される光の量を調整する光量調整部とを備えることを特徴とする発光装置である。
【００１５】
また本発明は、前記光学部材は、前記上面において前記外周縁端部よりも内方に、前記発光素子から出射された光を全反射する全反射領域が形成されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記光量調整部は、光を拡散する拡散部材であることを特徴とする。
また本発明は、前記光学部材は、前記外周縁端部が粗面化処理されており、
前記拡散部材は、粗面化処理された前記外周縁端部であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記光量調整部は、光の透過を少なくする光減衰部材であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、表示パネルと、
前記表示パネルに背面側から光を照射するための、前記発光装置を備える照明装置とを含むことを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学部材の側面が傾斜しているので、発光素子から出射された光がその側面で反射され難く、それにより、被照射体において、発光素子から出射された光によって照射される範囲を、より拡げることができる。そして、光学部材の上面の外周縁端部に設けられる光量調整部によって、光学部材から出射される光の量が調整されるので、環状輝点の発生を抑えることもできる。したがって、被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。
【００２０】
また本発明によれば、上面に形成される全反射領域によって、光学部材の側面に向かう光の光量を増加させることができ、それにより、被照射体において、発光素子から出射された光によって照射される範囲を、より拡げることができ、その結果、被照射体に対して、その面方向において強度がより均一化された光を照射することができる。
【００２１】
また本発明によれば、光量調整部は、光を拡散させることにより、環状輝点の発生を抑えることができる。
また本発明によれば、光量調整部である拡散部材を、別部材とはせずに、光学部材の一部とすることができる。
【００２２】
また本発明によれば、光量調整部は、光を吸収することにより、環状輝点の発生を抑えることができる。
【００２３】
また本発明によれば、前記発光装置を備える照明装置によって表示パネルに光を照射することができるので、高画質の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１における切断面線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の断面の一部を模式的に示す図である。
【図３−１】基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２との位置関係を示す図である。
【図３−２】基台１１１とＬＥＤチップ１１１ａとを示す図である。
【図３−３】プリント基板１２に実装されたＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１を示す図である。
【図４】ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の光路を説明するための図である。
【図５】反射部材１１３およびレンズ１１２の斜視図である。
【図６】バックライトユニット２００を模式的に示す図である。
【図７】バックライトユニット３００を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１における切断面線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の断面の一部を模式的に示す図である。本発明に係る表示装置である液晶表示装置１００は、テレビジョンまたはパーソナルコンピュータなどにおいて、画像情報を出力することによって画像を表示画面に表示する装置である。表示画面は、液晶素子を有する透過型の表示パネルである液晶パネル２によって形成され、液晶パネル２は、矩形平板状に形成される。液晶パネル２において、厚み方向の２つの面を、前面２１および背面２２とする。液晶表示装置１００は、画像を、前面２１から背面２２に向かう方向に見て視認可能に表示する。
【００２６】
液晶表示装置１００は、液晶パネル２と、バックライトユニット１とを備える。液晶パネル２は、バックライトユニット１が備えるフレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａと平行に、側壁部１３２により支持される。液晶パネル２は、２枚の基板を含み、厚み方向から見て長方形の板状に形成される。液晶パネル２は、ＴＦＴ（thin film transistor）等のスイッチング素子を含み、２枚の基板の隙間には液晶が注入されている。液晶パネル２は、背面２２側に配置されるバックライトユニット１からの光がバックライトとして照射されることによって、表示機能を発揮する。前記２枚の基板には、液晶パネル２における画素の駆動制御用のドライバ（ソースドライバ）、種々の素子および配線が設けられている。
【００２７】
また、液晶表示装置１００において、液晶パネル２とバックライトユニット１との間には、拡散板３が、その両面が液晶パネル２の拡散板３に臨む面に平行になるように、配置される。なお、液晶パネル２と拡散板３との間に、プリズムシートを配置してもよい。
【００２８】
拡散板３は、バックライトユニット１から照射される光を、面方向に拡散することによって、輝度が局所的に偏ることを防止する。プリズムシートは、拡散板３を介して背面２２側から到達した光の進行の向きを、前面２１側に向ける。拡散板３では、輝度が面方向に偏ることを防ぐために、光の進行方向は、ベクトル成分として、面方向の成分を多く含む。これに対しプリズムシートは、面方向のベクトル成分を多く含む光の進行方向を、厚み方向の成分を多く含む光の進行方向に変換する。具体的には、プリズムシートは、レンズまたはプリズム状に形成される部分が面方向に多数並んで形成され、これによって、厚み方向に進行する光の拡散度を小さくする。したがって、液晶表示装置１００による表示において、輝度を上昇させることができる。
【００２９】
バックライトユニット１は、液晶パネル２に背面２２側から光を照射する直下型のバックライト装置である。バックライトユニット１は、液晶パネル２に光を照射する複数の発光装置１１と、複数のプリント基板１２と、フレーム部材１３とを含む。
【００３０】
フレーム部材１３は、バックライトユニット１の基本構造体であり、液晶パネル２と予め定められた間隔をあけて対向する平板状の底部１３１と、底部１３１に連なり底部１３１から立ち上がる側壁部１３２とからなる。底部１３１は、厚み方向から見て長方形に形成され、その大きさは液晶パネル２よりも少し大き目である。側壁部１３２は、底部１３１のうち短辺を成す２つの端部と、長辺を成す２つの端部とから液晶パネル２の前面２１側に立ち上がって形成される。これによって、平板状の側壁部１３２が底部１３１の周囲に４つ、形成される。
【００３１】
プリント基板１２は、フレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａに固定される。このプリント基板１２の実装面１２ａには、後述する複数の発光部１１１が設けられる。プリント基板１２は、長手形状の部材であり、長手方向に直交する、幅方向の長さがたとえば１０ｍｍ、厚み方向の長さがたとえば０．８ｍｍに設定される。複数のプリント基板１２は、幅方向に並列して、たとえば３０ｍｍ離間して設けられる。プリント基板１２は、たとえば、導電層が両面に形成されたガラスエポキシからなる基板である。
【００３２】
プリント基板１２は、その長手方向において、フレーム部材１３の側壁部１３２まで延びて設けられる。この側壁部１３２には、プリント基板１２に電力を供給するためのコネクタが設けられており、プリント基板１２はこのコネクタに接続され、プリント基板１２上の導電層を介して各発光装置１１に電力が供給される。
【００３３】
複数の発光装置１１は、液晶パネル２に光を照射するための装置である。本実施形態では、複数の発光装置１１を１つの群として、拡散板３を介して液晶パネル２の背面２２の全体にわたって対向するように、複数の発光装置１１が設けられたプリント基板１２が複数並列して設けられることで、発光装置１１がマトリクス状に設けられる。各発光装置１１は、フレーム部材１３の底部１３１に垂直なＸ方向に平面視したときに正方形状に形成され、各発光装置１１によって画される被照射体（拡散板３）上の照射領域における輝度が６０００ｃｄ／ｍ２となるように設けられ、正方形状の一辺の長さは、たとえば４０ｍｍである。
【００３４】
複数の発光装置１１は、それぞれ、発光部１１１と、発光部１１１の周囲に設けられる反射部材１１３とを備える。発光部１１１は、発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１１１ａと、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１ｂと、光学部材であるレンズ１１２と、レンズ１１２に設けられる光量調整部１１７とを含む。
【００３５】
反射部材１１３は、フレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａ上に、底面１３１ａに平行に設けられる基部１１４と、基部１１４を取り囲み、発光部１１１から遠ざかるにつれてプリント基板１２から遠ざかるように傾斜して設けられる傾斜部１１５とを有する。
【００３６】
図３−１は、基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２との位置関係を示す図である。また、図３−２は、基台１１１ｂとＬＥＤチップ１１１ａとを示す図である。図３−２（ａ）は平面図であり、図３−２（ｂ）は正面図であり、図３−２（ｃ）は底面図である。
【００３７】
基台１１１ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持するための部材であり、樹脂からなる。この基台１１１ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する支持面が、Ｘ方向に平面視したときに正方形に形成され、正方形の一辺の長さＬ１は、たとえば３ｍｍである。また、基台１１１ｂの高さは、たとえば１ｍｍである。
【００３８】
図３−２に示すように、基台１１１ｂは、セラミックスからなる基台本体１１１ｇと、基台本体１１１ｇに設けられる２つの電極１１１ｃとを含んでおり、ＬＥＤチップ１１１ａは、基台１１１ｂの支持面となる基台本体１１１ｇの上面中央部に、接着部材１１１ｆで固定されている。２つの電極１１１ｃは、互いに離間しており、それぞれ、基台本体１１１ｇの上面、側面、および底面にわたって設けられる。ＬＥＤチップ１１１ａの図示しない２つの端子と、２つの電極１１１ｃとは、２つのボンディングワイヤ１１１ｄによってそれぞれ接続されている。そして、ＬＥＤチップ１１１ａおよびボンディングワイヤ１１１ｄは、シリコン樹脂などの透明樹脂１１１ｅによって封止されている。
【００３９】
図３−３は、プリント基板１２に実装されたＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂを示す図である。ＬＥＤチップ１１１ａは、基台１１１ｂを介してプリント基板１２に実装され、プリント基板１２から離れる方向に光を出射する。ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓの方向は、Ｘ方向に一致する。ＬＥＤチップ１１１ａは、発光装置１１をＸ方向に平面視したときに、基台１１１ｂの中央部に位置する。複数の発光装置１１において、それぞれのＬＥＤチップ１１１ａによる光の出射の制御は、互いに独立して制御可能である。これによって、バックライトユニット１は、部分的な調光制御（ローカルディミング）が可能である。
【００４０】
図３−１に示すように、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａおよびＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１ｂを覆うように、基台１１１ｂに、インサート成形により、または、アウトサートにより、当接して設けられ、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光を、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する複数の方向に反射または屈折させる。レンズ１１２は、透明なレンズであり、たとえばシリコン樹脂やアクリル樹脂などからなる。
【００４１】
レンズ１１２において、液晶パネル２に対向する面である上面１１２ａは、中央部に凹みを有して湾曲している。また、側面１１２ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓの方向を軸線方向とし、ＬＥＤチップ１１１ａに近づくにつれて径が小さくなる円錐台の側面状に形成される。したがって、レンズ１１２の側面１１２ｂは、上面１１２ａからＬＥＤチップ１１１ａに向かって傾斜して形成される。
【００４２】
レンズ１１２は、光軸Ｓ回りに回転対称に形成される。レンズ１１２において、光軸Ｓに直交する断面の直径の最大値Ｌ２は、たとえば５ｍｍ〜１５ｍｍであり、直径の最小値Ｌ４は、たとえば４ｍｍ〜１２ｍｍである。レンズ１１２の傾斜角度θ４は、たとえば３０°〜８０°である。レンズ１１２は、基台１１１ｂに対して外方に延出するとともに、基台１１１ｂの各側面の少なくとも一部まで覆うように接触して設けられている。すなわち、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する方向に関して基台１１１ｂよりも大きい（レンズ１１２の直径の最大値Ｌ２および最小値Ｌ４は、基台１１１ｂの支持面の一辺の長さＬ１よりも大きい）。このように、レンズ１１２が基台１１１ｂに対して外方に延出して設けられることによって、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光をレンズ１１２により広範囲に拡散させることができる。また、レンズ１１２の高さＨ１は、たとえば１ｍｍ〜４ｍｍであり、直径の最大値Ｌ２よりも小さい。すなわち、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する方向の最大長さが、高さＨ１よりも大きい。
【００４３】
レンズ１１２の上面１１２ａは、ＬＥＤチップ１１１ａに対向し、拡散板３の面に平行な中央部分１１２１と、中央部分１１２１を取り囲む第１湾曲部分１１２２と、第１湾曲部分を取り囲む第２湾曲部分１１２３とを含む。レンズ１１２の表面において、上面１１２ａの中央部分１１２１および第２湾曲部分１１２３ならびに側面１１２ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａから出射され、レンズ１１２の内部を通って到達した光を透過する透過領域となる。また、上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射され、レンズ１１２の内部を通って到達した光を側面１１２ｂに向けて全反射する反射領域となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、レンズ１１２は、その底面が、反射部材１１３の基部１１４に当接しており、底面から光が出射しないように構成されている。本発明の他の実施形態としては、レンズ１１２の底面に、光を鏡面反射する鏡面反射シートを設けてもよい。鏡面反射シートが設けられることで、レンズ１１２の内部で反射されてレンズの底面に到達した光を、レンズの底面と鏡面反射シートとの境界面で鏡面反射させることができる。レンズの底面と鏡面反射シートとの境界面で鏡面反射された光は、レンズ１１２の内部を進行する。このようにしてレンズ１１２の内部を進行する光は、鏡面反射シートで鏡面反射されたものであるので、たとえば、拡散反射されてレンズ１１２の内部を進行する光と比較して、光路が精度よく制御されたものとなる。光が拡散部材へ入射すると光は拡散するが、必ずしも設計どおりの出射はしない。一方、鏡面反射シートへ入射した光は鏡面反射するので、ほぼ設計どおりの出射となる。これによって、光学設計する上でほぼ設計どおりに光を進行させることができ、光路が精度よく制御されたものとなる。
【００４５】
上面１１２ａの中央部分１１２１は、液晶パネル２に対向する上面１１２ａの中央部に形成され、中央部分１１２１の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置する。上面１１２ａの中央部分１１２１は、ＬＥＤチップ１１１ａの発光面に平行な円形状に形成され、その直径Ｌ３は、たとえば１ｍｍ〜４ｍｍである。
【００４６】
なお、本発明の他の実施形態としては、中央部分１１２１の形状を、上記円形状の代わりに、上記円形状を仮想的な底面とし、この底面からＬＥＤチップ１１１ａに向かって突出する円錐の側面形状にしてもよい。
【００４７】
中央部分１１２１は、被照射体である拡散板３において、中央部分１１２１に対向する領域に光を照射するために形成されている。ただし、中央部分１１２１はＬＥＤチップ１１１ａに対向する部分であるので、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される光の大半が中央部分１１２１に到達し、その大半の光がそのまま透過した場合、中央部分１１２１に対向する領域の照度が際立って大きくなる。そこで、中央部分１１２１の形状を、上記円錐の側面形状とすることが好ましい。上記円錐の側面形状とした場合、大半の光が中央部分１１２１で反射され、中央部分１１２１を透過する光は少なくなるので、中央部分１１２１に対向する領域の照度を抑えることができる。
【００４８】
上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、中央部分１１２１の外周縁端部に連なり、光軸Ｓを中心として外方（光軸Ｓから垂直に離れる方向）に向かうにつれてＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向の一方（液晶パネル２に向かう方向）に延び、光軸Ｓを中心として内方（光軸Ｓに垂直に近づく方向）および光軸Ｓ方向の一方（液晶パネル２に向かう方向）に凸となるように湾曲した環状の曲面である。ここで、中央部分１１２１の外周縁端部とは、中央部分１１２１の外周縁部における、周方向全周の領域のことをいう。上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、反射領域とするために、曲面の形状が、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光が全反射するように設計される。
【００４９】
より詳細には、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光のうち、第１湾曲部分１１２２に到達した光は、第１湾曲部分１１２２で全反射した後、レンズ１１２の側面１１２ｂを透過し、反射部材１１３へ向かう。反射部材１１３に到達した光は、反射部材１１３で拡散され、被照射体である拡散板３において、ＬＥＤチップ１１１ａに対向していない領域に照射される。これにより、ＬＥＤチップ１１１ａに対向していない領域への照射光量を増加させることができる。
【００５０】
第１湾曲部分１１２２は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を全反射するために、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の入射角度が、臨界角φ以上となるように形成される。たとえば、レンズ１１２の材質をアクリル樹脂とするとき、アクリル樹脂の屈折率は「１．４９」であり、空気の屈折率は「１」であるので、sinφ＝１／１．４９となる。この式から、臨界角φは４２．１°となり、第１湾曲部分１１２２は、入射角度が４２．１°以上となる形状に形成される。また、たとえば、レンズ１１２の材質をシリコン樹脂とするとき、シリコン樹脂の屈折率は「１．４３」であり、空気の屈折率は「１」であるので、sinφ＝１／１．４３となる。この式から、臨界角φは４４．４°となり、第１湾曲部分１１２２は、入射角度が４４．４°以上となる形状に形成される。
【００５１】
上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３は、第１湾曲部分１１２２の外周縁端部に連なり、外方に向かうにつれてＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向の他方（液晶パネル２から離反する方向）に延び、外方および光軸Ｓ方向の一方に凸となるように湾曲した環状の曲面である。
【００５２】
ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光のうち、第２湾曲部分１１２３に到達した光は、第２湾曲部分１１２３を透過するときに、屈折して、拡散板３および反射部材１１３に向かう。反射部材１１３に到達した光は、拡散して拡散板３に向かう。このように第２湾曲部分１１２３により拡散板３へ向かう光は、拡散板３において、中央部分１１２１および第１湾曲部分１１２２により光が照射される領域とは異なる領域に主に照射され、これによって光量の補完が行われる。なお、第２湾曲部分１１２３は、光を透過する必要があるので、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を全反射しないように、入射角度が４２．１°未満となる形状に形成される。
【００５３】
このように、レンズ１１２は、中央部分１１２１の外周縁端部に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光をレンズ１１２の側面１１２ｂへ向けて全反射させる第１湾曲部分１１２２が形成され、その第１湾曲部分１１２２の外周縁端部に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を屈折させる第２湾曲部分１１２３が形成されている。
【００５４】
ＬＥＤチップ１１１ａは一般的に指向性が強く、光軸Ｓ付近の光量が極めて大きく、光軸Ｓに対する光の出射角度が大きくなればなるほど光量が小さくなる。したがって、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ（すなわち、レンズ１１２の光軸）から比較的遠い領域への照射光量を大きくするためには、光軸Ｓに対する出射角度が大きな光を、この領域へ向けるのではなく、出射角度が小さな光を、この領域へ向ける必要がある。
【００５５】
本実施形態では、上記のように、光軸Ｓが通る中央部分１１２１の周囲に、上記領域へ向けて光を全反射させる第１湾曲部分１１２２が隣接して形成されるので、この領域への照射光量を大きくすることができる。
【００５６】
これに対して、仮に、中央部分１１２１の周囲に、第２湾曲部分１１２３を隣接させて形成し、その第２湾曲部分１１２３の周囲に、第１湾曲部分１１２２を隣接して形成した場合、第１湾曲部分１１２２へ向かう光の光軸Ｓに対する出射角度が大きくなり、その結果、第１湾曲部分１１２２で全反射されて上記領域に照射される光の量は少なくなってしまう。この結果、拡散板３における輝度は不均一になる。
【００５７】
本発明は、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部上に、環状の光量調整部１１７が設けられることを特徴とする。ここで、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部とは、第２湾曲部分１１２３の外周縁部における、周方向全周の領域のことをいい、レンズ１１２の外周縁端部に相当する。本実施形態では、第２湾曲部分１１２３の外周端から幅が１ｍｍ〜５ｍｍの領域が、この外周縁端部である。本実施形態では、光量調整部１１７は、光を拡散する拡散部材である。この拡散部材は、シート状に形成される透明樹脂中に、この透明樹脂とは屈折率が異なる他の透明樹脂ビーズを分散させてなる環状のシートである。シート状の透明樹脂としては、屈折率がたとえば１．４〜１．６程度のポリエチレンテレフタレート樹脂を用いることができ、透明樹脂ビーズとしては、屈折率がたとえば１．３〜１．５程度のアクリル樹脂を用いることができる。透明樹脂ビーズは、５μｍ〜１００μｍ程度の粒径であり、シート状の透明樹脂中に、１０個／ｍｍ３〜２００個／ｍｍ３程度の密度で分散される。なお、シート状の透明樹脂中には、透明樹脂ビーズの代わりに、同程度の粒径・密度で、気泡を形成してもよい。
【００５８】
拡散部材を構成する上記のシートの厚みＬ５は、たとえば０．２ｍｍ〜２ｍｍであり、シートの幅Ｌ６は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍである。なお、拡散部材は、このようなシートをレンズ１１２に取り付ける代わりに、レンズ１１２の一部であってもよく、たとえば、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部の表面に粗面化処理を施すことによって拡散部材が形成されてもよい。
【００５９】
粗面化処理は、レンズ１１２を成形するための金型の、レンズ１１２の外周縁端部の表面に対応する部分を、エッチング、サンドブラストの吹き付けなどによって粗面化し、成形されるレンズ１１２の外周縁端部の表面を粗面化する方法や、レンズ１１２の成形後、レンズ１１２の外周縁端部の表面にサンドブラストの吹き付けなどを行って粗面化する方法などで行うことができる。
【００６０】
図４は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の光路を説明するための図である。ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光は、レンズ１１２に入射し、このレンズ１１２で反射または屈折される。具体的には、レンズ１１２に入射した光のうち、被照射体である拡散板３に対向する上面１１２ａにおいて中央部分１１２１に到達した光は、拡散板３に向けて矢符Ａ１方向などに出射される。中央部分１１２１を透過した光は、拡散板３に直接照射されることになる。
【００６１】
また、図４に示すように、第１湾曲部分１１２２に到達した光は、第１湾曲部分１１２２で全反射して側面１１２ｂに向かい、側面１１２ｂから矢符Ａ２方向などに出射される。矢符Ａ２方向などに出射された光は、レンズ１１２の周囲に設けられる反射部材１１３に到達し、反射部材１１３によって反射されて、被照射体である拡散板３に照射される。第２湾曲部分１１２３に到達した光は、外方（ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかる方向）に屈折して拡散板３に向けて矢符Ａ３方向などに出射される。
【００６２】
また、図４に示すように、第１湾曲部分１１２２のうち、中央部分１１２１に臨む内周縁部に到達した光は、内周縁部で全反射して底面１１２ｃに向かい、底面１１２ｃでさらに反射して側面１１２ｂに向かう。ここで、底面１１２ｃでの反射には、レンズ１１２の底面での全反射と、レンズ１１２の底面に接する反射部材１１３の表面での反射とが含まれる。また、第１湾曲部分１１２２の内周縁部とは、第２湾曲部分１１２２の内周縁部における、周方向全周の領域のことをいう。側面１１２ｂに向かった光は、側面１１２ｂで全反射して、第２湾曲部分１１２３の外周縁端部を透過し、光量調整部１１７に到達する。光量調整部１１７に到達した光は、光量調整部１１７によって複数の方向に拡散されて、被照射体である拡散板３に向けて出射される。
【００６３】
本実施形態では、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とは、レンズ１１２の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）がＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置し、レンズ１１２がＬＥＤチップ１１１ａに当接するように、予め高精度に位置合わせされて形成されている。このように、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とを、予め位置合わせして形成する方法としては、インサート成形、所定の形状に成形されたレンズ１１２に、基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａを嵌合させる方法などを挙げることができる。本実施形態では、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とは、インサート成形により、予め位置合わせされて形成されている。なお、他の実施形態としては、レンズ１１２の底面に、基台１１１ｂを圧入可能な角穴を設け、基台１１１ｂに対し、アウトサート、すなわち圧入してもよい。
【００６４】
インサート成形する際には、大きく分けて、上面金型と下面金型とを使用する。上面金型と下面金型とを合わせた際に形成される空間に、ＬＥＤチップ１１１ａを保持した状態で、レンズ１１２の原料となる樹脂を樹脂流入口から注入することにより成形する。なお、上面金型と下面金型とを合わせた際に形成される空間に、基台１１１ｂに支持されたＬＥＤチップ１１１ａを保持した状態で、レンズ１１２の原料となる樹脂を樹脂注入口から注入することにより成形するようにしてもよい。このように、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とをインサート成形により形成することによって、レンズ１１２がＬＥＤチップ１１１ａに当接するように、高精度に位置合わせすることができる。これによって、バックライトユニット１は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光を、ＬＥＤチップ１１１ａに当接したレンズ１１２により、精度よく反射および屈折させることができるので、拡散板３からプリント基板１２までの距離が小さい薄型化された液晶表示装置１００においても、輝度がその面方向において均一となるように、光を液晶パネル２に照射することができる。
【００６５】
次に、図２および図５を用いて反射部材１１３について説明する。図５は、反射部材１１３およびレンズ１１２の斜視図であり、レンズ１１２に被覆されるＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂは省略している。反射部材１１３は、Ｘ方向に平面視したときの外形状が多角形状、たとえば正方形状である。反射部材１１３は、中心に開口部が設けられた、１辺の長さが３８．８ｍｍの正方形平板状の基部１１４と、基部１１４を取り囲み、ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかるにつれてプリント基板１２から遠ざかるように傾斜して形成される傾斜部１１５とを有する。基部１１４と傾斜部１１５とによって構成される反射部材１１３は、レンズ１１２を中心とした逆ドーム状に設けられる。
【００６６】
本実施形態では、反射部材１１３は、Ｘ方向に平面視したときの外形状が正方形状であり、その正方形状の対角線について線対称に構成される。また、正方形状の中心点について９０°回転対称に構成される。
【００６７】
基部１１４は、Ｘ方向に平面視したときの正方形状の各辺が、マトリクス状に配置される複数のＬＥＤチップ１１１ａの行方向または列方向と平行になるように形成される。また、基部１１４は、プリント基板１２に沿って形成され、Ｘ方向に平面視したときに、中央部に正方形状の開口部が設けられる。この正方形状の開口部の１辺の長さは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１ｂの１辺の長さＬ１と同程度であり、この開口部に基台１１１ｂが挿通される。
【００６８】
傾斜部１１５は、主面が等脚台形状の４つの等脚台形状平板１１６の総称である。ここで、ある部材について、主面とは、その部材において最も広い面を意味し、平板のように最も広い面が表面と裏面とで２つある部材の場合は、一方の主面および他方の主面と称して区別する場合がある。各等脚台形状平板１１６において、互いに平行な対向する２つの辺部のうちの短い方の辺部１１６ａは、正方形状である基部１１４の各辺部にそれぞれ連なり、長い方の辺部１１６ｂは、Ｘ方向において、基部１１４よりもプリント基板１２から離間した位置に設けられる。隣接する等脚台形状平板１１６同士は、互いに非平行な対向する２つの辺部１１６ｃ同士が連なり、これによって、傾斜部１１５は枠状になる。
【００６９】
図２に示す、傾斜部１１５とプリント基板１２との間の傾斜角度θ５は、たとえば８０°である。また、図２に示す、Ｘ方向における傾斜部１１５の高さＨ２は、たとえば５ｍｍである。また、図２に示すＸ方向における拡散板３とプリント基板１２との距離Ｈ３は、たとえば６ｍｍである。なお、本発明の他の実施形態としては、傾斜角度θ５は４５°〜９０°の範囲内のいずれの角度であってもよく、反射部材１１３は傾斜部１１５を備えなくてもよい。
【００７０】
基部１１４および傾斜部１１５は、高輝性ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）、アルミニウムなどからなる。高輝性ＰＥＴとは、蛍光剤を含有した発泡性ＰＥＴであり、たとえば、東レ株式会社製のＥ６０Ｖ（商品名）などを挙げることができる。基部１１４および傾斜部１１５の厚みは、たとえば０．１〜０．５ｍｍである。
【００７１】
本実施形態では、基部１１４および傾斜部１１５の、発光部１１１に臨む面の全反射率は、９４％である。基部１１４および傾斜部１１５の全反射率は、９０％以上であり、好ましくは１００％である。全反射率は、ＪＩＳ Ｈ ０２０１：１９９８で規定されているように、鏡面反射率と拡散反射率との和であり、ＪＩＳ Ｋ ７３７５に準拠して測定することができる。
【００７２】
反射部材１１３を構成する基部１１４および傾斜部１１５は一体的に成形されることが好ましく、さらに、複数の発光装置１１にそれぞれ備えられる各反射部材１１３は、互いに一体的に成形されることが好ましい。複数の反射部材１１３を一体成形する方法としては、反射部材１１３が発泡性ＰＥＴにより構成されている場合には押出し成型加工を挙げることができ、反射部材１１３がアルミニウムにより構成されている場合にはプレス加工を挙げることができる。このように、複数の発光装置１１にそれぞれ備えられる反射部材１１３を一体成形することによって、複数の発光装置１１のプリント基板１２に対する配置位置の精度を向上することができるとともに、バックライトユニット１の組立作業時に、反射部材１１３を取り付ける作業数を低減することができるので、組立作業の効率を向上することができる。
【００７３】
以上のように構成されるバックライトユニット１の効果について、図４を用いて説明したように、ＬＥＤチップ１１１ａから出射され、レンズ１１２に入射した光のうち、被照射体である拡散板３に対向する上面１１２ａの中央部分１１２１に到達した光は、この中央部分１１２１を透過し、透過光は拡散板３に直接照射される。また、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３に対向する上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３に到達した光は、この第２湾曲部分１１２３を透過する。そして、透過光は、拡散板３に直接照射されるか、または、反射部材１１３の傾斜部１１５で反射されて拡散板３に照射される。
【００７４】
さらに、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３に対向する上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２の内周縁部以外の部分に到達した光は、この部分で全反射してレンズ１１２内を側面１１２ｂに向かって進み、側面１１２ｂに到達する。本発明では、レンズ１１２の側面１１２ｂは、上面１１２ａからＬＥＤチップに向かって傾斜しているので、上記のようにして側面１１２ｂに向かって進む光の、側面１１２ｂに対する入射角度は小さくなる。よって、この光は、側面１１２ｂでほとんど反射されずに、側面１１２ｂを透過する。そして、透過光は、反射部材１１３の基部１１４に到達して、基部１１４で拡散され、拡散光は、被照射体である拡散板３の、レンズ１１２から比較的遠い箇所に照射される。したがって、レンズ１１２により、被照射体である拡散板３において広い範囲に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を照射することができる。
【００７５】
また、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３に対向する上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２の内周縁部に到達した光は、この部分で全反射してレンズ１１２内を底面１１２ｃに向かって進み、底面１１２ｃに到達する。底面１１２ｃに光が到達すると、底面１１２ｃにおいて反射が生じ、反射光が側面１１２ｂに向かう。本発明では、レンズ１１２の側面１１２ｂは、上面１１２ａからＬＥＤチップに向かって傾斜しているので、上記のようにして側面１１２ｂに向かう反射光の、側面１１２ｂに対する入射角度は大きく、臨界角度を超える。よって、この反射光は、側面１１２ｂで全反射され、上面１１２ａに向かう。上面１１２ａに向かった光は、上面１１２ａの外周縁端部を透過して光量調整部１１７に到達する。本実施形態では、光量調整部１１７に到達した光は、光量調整部１１７によって複数の方向に拡散され、拡散光が被照射体である拡散板３に照射される。
【００７６】
仮に、光量調整部１１７が設けられない場合、上記のようにレンズ１１２の側面１１２ｂで全反射して上面１１２ａの外周縁端部を透過した光は、１つの方向に集中するので、被照射体である拡散板３に、環状輝点が生じてしまう。しかしながら、本実施形態では、上面１１２ａの外周縁端部に光を拡散する光量調整部１１７が設けられるので、光が１つの方向に集中することがなく、その結果、環状輝点の発生を抑えることができる。
【００７７】
以上のように、バックライトユニット１に設けられる発光装置１１によれば、被照射体において広い範囲に、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光を照射することができ、環状輝点の発生を抑えることもできるので、被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、光量調整部１１７は光を拡散する拡散部材であるけれども、本発明の他の実施形態では、光量調整部１１７は、光の透過を少なくする光減衰部材であってもよい。この光減衰部材は、透光性バインダー樹脂中に可視光を吸収する黒色粒子を分散させて、レンズ１１２の上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３の外周縁端部上に層状に塗布し、乾燥させることで形成される。層の厚みや幅は、シート状の拡散部材の厚みや幅と同程度とすることができる。
【００７９】
層状の光減衰部材である光量調整部１１７に到達した光の一部は、光減衰部材を透過するときに、黒色粒子に入射し、黒色粒子に吸収される。黒色粒子は、光減衰部材の透過率がたとえば６０％〜８０％となるように、層中に均一に分散される。
【００８０】
このような光の透過を少なくする光量調整部１１７が設けられる発光装置１１によれば、レンズ１１２の上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３の外周縁端部を透過して被照射体である拡散板３に向かう光の光量が、光量調整部１１７によって抑えられるので、環状輝点の発生を抑えることができる。したがって、この他の実施形態でも、被照射体に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。
【００８１】
以上に説明したようなバックライトユニット１を備える液晶表示装置１００によれば、バックライトユニット１によって、被照射体である拡散板３に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができるので、拡散板３に平行に設けられる液晶パネル２に対して、その面方向において強度が均一化された光を照射することができる。これにより、液晶表示装置１００は、高画質の画像を表示することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ バックライトユニット
２ 液晶パネル
１２ プリント基板
１２ａ 実装面
１００ 液晶表示装置
１１１ａ ＬＥＤチップ
１１１ｂ 基台
１１２ レンズ
１１２ａ 上面
１１２ｂ 側面
１１２ｃ 底面
１１３ 反射部材
１１４ 基部
１１５ 傾斜部
１１７ 光量調整部
１１２１ 中央部分
１１２２ 第１湾曲部分
１１２３ 第２湾曲部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に光を照射するための発光装置であって、
光を出射する発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子から出射された光を複数の方向に反射または屈折させる光学部材であって、前記発光素子の光軸方向において前記光学部材の上面の外周縁端部から離れるにつれて、前記光軸方向に垂直な方向において前記発光素子に近づくように、前記光軸方向に対して傾斜して形成される側面を有する光学部材と、
前記外周縁端部に設けられ、前記光学部材から出射される光の量を調整する光量調整部とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光学部材は、前記上面において前記外周縁端部よりも内方に、前記発光素子から出射された光を全反射する全反射領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光量調整部は、光を拡散する拡散部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光学部材は、前記外周縁端部が粗面化処理されており、
前記拡散部材は、粗面化処理された前記外周縁端部であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光量調整部は、光の透過を少なくする光減衰部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項６】
表示パネルと、
前記表示パネルに背面側から光を照射するための、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置を備える照明装置とを含むことを特徴とする表示装置。
【請求項１】
被照射体に光を照射するための発光装置であって、
光を出射する発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子から出射された光を複数の方向に反射または屈折させる光学部材であって、前記発光素子の光軸方向において前記光学部材の上面の外周縁端部から離れるにつれて、前記光軸方向に垂直な方向において前記発光素子に近づくように、前記光軸方向に対して傾斜して形成される側面を有する光学部材と、
前記外周縁端部に設けられ、前記光学部材から出射される光の量を調整する光量調整部とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光学部材は、前記上面において前記外周縁端部よりも内方に、前記発光素子から出射された光を全反射する全反射領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光量調整部は、光を拡散する拡散部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光学部材は、前記外周縁端部が粗面化処理されており、
前記拡散部材は、粗面化処理された前記外周縁端部であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光量調整部は、光の透過を少なくする光減衰部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項６】
表示パネルと、
前記表示パネルに背面側から光を照射するための、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置を備える照明装置とを含むことを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３８１３６（Ｐ２０１３−３８１３６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１２８８（Ｐ２０１１−１７１２８８）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【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２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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