(57)【要約】【課題】光源にＬＥＤを使用した直下型バックライトを有する液晶表示装置において、輝度むらを生ずることなく、ＬＥＤの数を減らす。【解決手段】シリンドリカルレンズ２０の下面で、中央よりも端部Ａ１側にＬＥＤ３０が配置されている。ＬＥＤ３０を出た光は端部拡散面２４にて拡散光となって上方に出射する。図４の点Ｍと点Ｎの間の領域は全反射面２１となっており、ＬＥＤ３０からの光を反射して、レンズの他の端部Ａ２側に光を送る。レンズ２０の上面に形成された上拡散面２３とレンズの下方に形成された下拡散面２２とで拡散光をレンズ上方に放射することによって、レンズ上面全体から均一な光を放射する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルと直下型バックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、基板上に複数のＬＥＤが配置され、前記複数のＬＥＤに対して個別に、或いは所定数のＬＥＤの組に対して個別に下面、上面、第１の端部および第２の端部を有するレンズが配置され、
前記レンズの上面には、前記ＬＥＤから直接入射する光に対して全反射する領域と、前記ＬＥＤから直接入射する光を拡散光に変換する領域とを有し、
前記レンズの下面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域とが形成され、
前記ＬＥＤは前記レンズの下面に配置され、前記ＬＥＤは前記レンズの中央よりも前記レンズの前記第１の端部に近く配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記レンズはシリンドリカルレンズであり、下面が直線で、上面は円である断面を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記レンズの上面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域が交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
液晶表示パネルと直下型バックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトには、基板上に複数のＬＥＤが配置され、前記複数のＬＥＤに対して複数のレンズが形成された一体型レンズが対応して配置され、前記複数のＬＥＤの各々或いは所定数のＬＥＤの組には、複数のレンズの各々が対応し、
前記レンズは下面、上面、第１の端部および第２の端部を有し、
前記レンズの上面には、前記ＬＥＤから直接入射する光に対して全反射する領域と、前記ＬＥＤから直接入射する光を拡散光に変換する領域とを有し、
前記レンズの下面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域とが形成され、
前記ＬＥＤは前記レンズの下面に配置され、前記ＬＥＤは前記レンズの中央よりも前記レンズの前記第１の端部に近く配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
液晶表示パネルと直下型バックライトを有する液晶表示装置であって、
前記バックライトは、基板上に複数のＬＥＤが配置され、前記複数のＬＥＤに対して複数のレンズが形成されたレンズシートが対応して配置され、前記複数のＬＥＤの各々には、複数のレンズの各々が対応し、
前記レンズは下面、上面、第１の端部および第２の端部を有し、
前記レンズの上面には、前記ＬＥＤから直接入射する光に対して全反射する領域と、前記ＬＥＤから直接入射する光を拡散光に変換する領域とを有し、
前記レンズの下面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域とが形成され、
前記ＬＥＤは前記レンズの下面に配置され、前記ＬＥＤは前記レンズの中央よりも前記レンズの前記第１の端部に近く配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記レンズシートはバックライト1個に対して1枚であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤをバックライトとした液晶表示装置に係り、特に、使用するＬＥＤの数を低減しつつ画面の輝度の均一性を保つことが出来るバックライトを有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００３】
液晶表示装置は、薄型、軽量に出来ることから色々な分野に使用されている。液晶は自身では発光しないので、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置している。テレビ等、比較的大画面の液晶表示装置には、バックライトとして冷陰極菅が使用されてきた。しかし、液晶表示装置をさらに薄型にしたい、あるいは、色の表示領域を広くしたい等の要請から、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が使用され始めている。
【０００４】
バックライトの光源の配置は、液晶表示パネルの直下に光源を配置する方式と、導光板のサイドに光源を配置するサイドライト型とがあるが、画面の明るさを向上させたい場合や、例えば映像に応じて画面の明るさを局所的に制御したい場合は直下型の光源を用いる場合が多い。ＬＥＤを直下型光源に用いる場合、光量を稼ぐためと、光を均一にするために、多数のＬＥＤを液晶表示パネルの背面に配置することになる。また、多数のＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤからの発熱が問題になる。また、ＬＥＤを多数用いることは、製造コストの増大につながる。
【０００５】
「特許文献１」には、ＬＥＤをマトリクス状に配置した光源に対し、光線方向を制御する断面が半円あるいは三角のプリズム状のシートである光制御部材を配置し、光制御部材の光線方向を制御する作用によって輝度の均一性を実現する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３５１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
「特許文献１」に記載の技術は、ＬＥＤを多数用いる必要があるので、バックライトにおける発熱の問題と、ＬＥＤを多数使用することによるコストの問題は解決できない。また、「特許文献１」では光制御部材は、ＬＥＤとは離れて配置されるので、光源であるＬＥＤアレイと光制御部材の位置合わせが難しい。
【０００８】
図１４は、ＬＥＤ３０を配線基板４０に配置した直下型バックライトの光源部の斜視図である。図１４において、配線基板４０上にＬＥＤ３０が４行８列に配列している。配線基板４０には、ＬＥＤ３０に電流を供給する配線が形成され、かつ、配線基板４０の表面は反射面となっている。
【０００９】
図１４において、ＬＥＤ３０の数が少ないと、ＬＥＤ３０とＬＥＤ３０の中間部に、ハッチングで示すような暗部４５が生ずる。この暗部４５は画面の輝度むらとなる。ところで、暗部４５が生ずるか否かは、ＬＥＤ３０とその上に配置される拡散板５０との距離に影響される。図１５はＬＥＤ３０が形成された配線基板４０と拡散板５０の位置関係を示す断面図である。
【００１０】
画面に輝度むらが生ずるか否かは、ＬＥＤ３０のピッチｐと、配線基板４０と拡散板５０の距離ｄとが関係する。すなわち、同じピッチであっても配線基板４０と拡散板５０の距離ｄが大きければ輝度むらが生ずることはなく、逆に配線基板４０と拡散板５０の距離ｄが小さければ輝度むらを生ずることになる。
【００１１】
例えば、図１５における距離ｄが１／２になると、画面の輝度むらを目立たないようにするためには、ＬＥＤ３０のピッチも１／２にしなければならない。ＬＥＤ３０のピッチが１／２になれば、ＬＥＤ３０の数は４倍になる。したがって、ＬＥＤ３０のコストは大幅に上昇し、多数のＬＥＤ３０からの発熱も重要な問題となる。
【００１２】
近年の液晶表示装置は薄型であることが要求されており、バックライトにおけるＬＥＤ３０の数の問題と画面の色むらの問題はより深刻化している。本発明の課題は、液晶表示装置を薄型としても、使用するＬＥＤ３０の数を低減しつつ、画面の輝度を均一に保つ液晶表示装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記問題を鑑みて為されたものであり、具体的な手段は次のとおりである。
【００１４】
（１）液晶表示パネルと直下型バックライトを有する液晶表示装置であって、前記バックライトは、基板上に複数のＬＥＤが配置され、前記複数のＬＥＤに対して個別に下面、上面、第１の端部および第２の端部を有するレンズが配置され、前記レンズの上面には、前記ＬＥＤから直接入射する光に対して全反射する領域と、前記ＬＥＤから直接入射する光を拡散光に変換する領域とを有し、前記レンズの下面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域とが形成され、前記ＬＥＤは前記レンズの下面に配置され、前記ＬＥＤは前記レンズの中央よりも前記レンズの前記第１の端部に近く配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【００１５】
（２）前記レンズはシリンドリカルレンズであり、下面が直線で、上面は円である断面を有することを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１６】
（３）前記レンズの上面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域が交互に形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００１７】
（４）液晶表示パネルと直下型バックライトを有する液晶表示装置であって、前記バックライトには、基板上に複数のＬＥＤが配置され、前記複数のＬＥＤに対して複数のレンズが形成された一体型レンズが対応して配置され、前記複数のＬＥＤの各々には、複数のレンズの各々が対応し、前記レンズは下面、上面、第１の端部および第２の端部を有し、前記レンズの上面には、前記ＬＥＤから直接入射する光に対して全反射する領域と、前記ＬＥＤから直接入射する光を拡散光に変換する領域とを有し、前記レンズの下面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域とが形成され、前記ＬＥＤは前記レンズの下面に配置され、前記ＬＥＤは前記レンズの中央よりも前記レンズの前記第１の端部に近く配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【００１８】
（５）液晶表示パネルと直下型バックライトを有する液晶表示装置であって、前記バックライトは、基板上に複数のＬＥＤが配置され、前記複数のＬＥＤに対して複数のレンズが形成されたレンズシートが対応して配置され、前記複数のＬＥＤの各々には、複数のレンズの各々が対応し、前記レンズは下面、上面、第１の端部および第２の端部を有し、前記レンズの上面には、前記ＬＥＤから直接入射する光に対して全反射する領域と、前記ＬＥＤから直接入射する光を拡散光に変換する領域とを有し、前記レンズの下面には、入射光を拡散光に変換する領域と、特定の光に対する全反射をおこさせる領域とが形成され、前記ＬＥＤは前記レンズの下面に配置され、前記ＬＥＤは前記レンズの中央よりも前記レンズの前記第１の端部に近く配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【００１９】
（６）前記レンズシートはバックライト1個に対して1枚であることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＬＥＤを光源に用いた直下型のバックライトにおいて、個々のＬＥＤ毎にレンズを配置し、レンズによってＬＥＤからの光を広範囲に、かつ、均一に液晶表示パネル側に放射するので、ＬＥＤの数が少なくとも均一な画面輝度を得ることが出来るとともに、ＬＥＤの数を減らすことによって製造コストを削減することが出来る。
【００２１】
本発明によれば、ＬＥＤからの光をレンズによって広範囲に均一に液晶表示パネル側に放射するので、少ない数のＬＥＤであっても、ＬＥＤとバックライトの拡散板の間隔を小さくすることが出来、薄型液晶表示装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】液晶表示装置の概観図である。
【図２】実施例１の分解断面図である。
【図３】バックライトの光源の斜視図である。
【図４】ＬＥＤ用レンズの詳細図である。
【図５】ＬＥＤ用レンズと拡散板の配置を示す断面図である。
【図６】ＬＥＤが配置された付近の光路を示す断面図である。
【図７】レンズの中心付近における光路を示す断面図である。
【図８】拡散板における輝度部分布を示すグラフとレンズ内の光路を示す断面図である。
【図９】実施例２における拡散面の形成方法を示す断面図である。
【図１０】実施例１の他の形態によるレンズの斜視図である。
【図１１】実施例１のさらに他の形態によるレンズの斜視図である。
【図１２】実施例１のさらになお他の形態によるレンズの斜視図である。
【図１３】実施例２のレンズを示す斜視図である。
【図１４】従来例における直下型ＬＥＤバックライトの例である。
【図１５】従来例におけるＬＥＤのピッチとＬＥＤと拡散板との距離の関係を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の内容を実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明による液晶表示装置が使用される例を示す液晶ＴＶである。図１において、表示枠２が表示画面１を残して液晶表示パネルの周辺を囲んでいる。液晶表示パネルの背面にはバックライト３が配置されている。図１に示すバックライト３は直下型のバックライトが使用されている。
【００２５】
図２は、図１に示す液晶表示装置において、表示枠等を取り除いた液晶表示パネル１０とバックライトの分解断面図である。図２において、ＴＦＴや画素電極がマトリクス状に配置された表示領域、走査線、映像信号線等が形成されたＴＦＴ基板１１とカラーフィルタ等が形成された対向基板１２とが図示しない接着材を介して接着している。ＴＦＴ基板１１と対向基板１２との間には図示しない液晶が挟持されている。
【００２６】
ＴＦＴ基板１１の下側には下偏光板１４が、対向基板１２の上側には上偏光板１３が貼り付けられている。ＴＦＴ基板１１、対向基板１２、下偏光板１４、上偏光板１３が接着された状態のものを液晶表示パネルと称する。液晶表示パネルの背面にはバックライトが配置されている。バックライトは光源部と種々の光学部品とから形成されている。
【００２７】
図２において、光源部には、配線基板４０にＬＥＤ３０が配置され、各ＬＥＤ３０を覆ってレンズ２０が配置されている。本実施例においては、ＬＥＤ３０およびレンズ２０は図２の横方向に３個配列されており、また、図２の紙面垂直方向にも複数配置されている。レンズ２０によって各ＬＥＤ３０からの光は広い範囲にわたって放射される。したがって、ＬＥＤ３０の数が少なくとも輝度むらのレベルを所定以下に抑えることが出来る。
【００２８】
図３は図２に示す光源部の斜視図である。図３と図４では、レンズ２０の向きが左右逆になっている。図３において、ＬＥＤ３０を内部に有するレンズ２０が３行３列に配置されている。画面の大きさに比べてＬＥＤ３０の数は少ないが、輝度は、レンズ２０が無い場合に比較してはるかに均一化されている。図３において、配線基板４０の大きさは例えば１００ｍｍ×１００ｍｍである。
【００２９】
図４は図３における各レンズ２０の形状を示す図である。図４のレンズ２０の向きは図３のレンズ２０の向きと左右逆転している。図４（ｂ）はレンズ２０の断面図、図４（ａ）はレンズ２０の上側平面図、図４（ｃ）はレンズ２０の下側平面図である。図４において、レンズ２０は、所定の曲率半径Ｒを有するシリンドリカルな形状となっている。したがって、図４（ｂ）において、レンズ２０の長さＬ１が決められれば、所定の曲率半径Ｒを得るためにレンズ２０の厚さＨを決めることになる。図４（ｂ）では、例えばレンズ２０の長さＬ１は３０ｍｍ、レンズ２０の厚さＨは２．５ｍｍ、曲率半径は４８ｍｍである。
【００３０】
図４（ｂ）において、レンズ２０の上側には、左から順に端部拡散面２４、全反射面２１、上拡散面２３、および全反射面２１が形成されている。また、レンズ２０の下側には、所定の範囲に下拡散面２２が形成されており、他の部分は全反射面２１となっている。図４（ｂ）において、レンズ２０の左下側の面すなわち全反射面２１の一部には、ＬＥＤ３０を収容する凹部２５が形成されている。
【００３１】
図４（ａ）において、レンズ２０の上面左側端部には端部拡散面２４が形成され、中央付近より左側には、上拡散面２３が形成されている。上拡散面２３より右側は全反射面２１となっている。図４（ｃ）において、レンズ２０の下面の左側にはＬＥＤ３０を収容する凹部２５が形成されている。また、レンズ２０の右端からＬ２の範囲にわたって、下拡散面２２が形成されている。
【００３２】
図４（ｂ）において、ＬＥＤ３０を出た光はレンズ２０の上面に形成された端部拡散面２４において拡散し、レンズ２０の上方に出射する。一方、ＬＥＤ３０から低い角度で出射した光は、レンズ２０の上面に形成された全反射面２１に入射し、全反射する。レンズ２０を形成するアクリルの屈折率は１．５であるから、全反射を生ずる臨界角は４１．８度である。図４（ｂ）の全反射面２１に４１．８度よりも大きい角度で入射する光は全反射を生ずるので、この範囲のレンズ２０の上面に全反射面２１が形成されている。
【００３３】
レンズ２０の上面の全反射面２１で反射した光は、レンズ２０の下面に形成された全反射面２１で再び全反射してレンズ２０の上面に達する。このように全反射を繰り返しながら光はＬＥＤ３０からレンズ２０内をレンズ２０の端面Ａ２側に送られる。この場合、全反射面２１だけであると、ＬＥＤ３０よりも遠い位置が、逆に明るくなるという現象を生ずる。したがって、レンズ２０の上面および下面に拡散面を形成し、レンズ２０を出射する光強度のバランスをとる。
【００３４】
すなわち、図４（ｂ）において、レンズ２０の上面およびレンズ２０の下面で全反射した光は、下拡散面２２あるいは上拡散面２３に到達し、この拡散面において、レンズ２０の上方に出射する。拡散面の位置および範囲によって、レンズ２０を出射する光の強度を制御することが出来る。図４（ｂ）において、レンズ２０の上面のＭとＮの間は全反射面２１となっている。上拡散面２３と全反射面２１との境界Ｎにおいて、全反射した光はレンズ２０の下面のＱ点に達する。
【００３５】
図４（ｂ）においては、レンズ２０の下面のＱ点よりも左側を全反射面２１、右側を拡散面としている。下面のＱ点よりも左側の全反射面２１を反射する光はレンズ２０の他の端部Ａ２の方向に向かう。したがって、レンズ２０の上面における上拡散面２３の左側位置Ｎによって全反射した光をどの程度、ＬＥＤ３０が配置されているレンズ２０のＡ１側から反対側のＡ２側に送るかが決まる。
【００３６】
図４（ｂ）において、レンズ２０の上面の上拡散面２３から右側は全反射面２１となっている。すなわち、この範囲では、ＬＥＤ３０から直接入射する光の入射角は臨界角である４１．８度を超えているので、この面に入射する光は全て全反射し、レンズ２０のＡ２側に送られる。しかし、レンズ２０の下面の下拡散面２２から拡散した光の多くは、上拡散面２３より右側の全反射面２１においては反射せず、レンズ２０の上面より放射される。したがって、レンズ２０の上面に形成された上拡散面２３よりもＡ２側の全反射面２１の領域をどの程度とするかによって、輝度の均一性を制御することが出来る。
【００３７】
図５は、図４に示すシリンドリカルなレンズ２０と拡散板５０の関係の寸法例を示す断面図である。図５に示される例において、レンズ２０と拡散板５０の間の距離は、例えば８ｍｍとされており、非常に小さい。このような構成のバックライトをＴＶ装置に使用すると、ＴＶ装置の奥行きを小さくすることができ、いわゆる超薄型のＴＶ装置を構成することができる。図５のレンズ２０の断面図において、例えば、レンズ２０の長さＬ１は３０ｍｍであり、レンズ２０の高さＨは２．５ｍｍであり、曲率半径Ｒは４８ｍｍである。
【００３８】
レンズ２０の上面において、左端Ａ１から距離Ｌ４にわたって端部拡散面２４が形成されている。この例では、Ｌ４は２．５ｍｍである。また、上面中央部付近より左側において、長さＬ３にわたって上拡散面２３が形成されている。この例では、Ｌ３は１０ｍｍである。
【００３９】
レンズ２０の下面において、右端Ａ２から２０ｍｍの範囲で下拡散面２２が形成されている。また、レンズ２０の下面の左側の全反射面２１には凹部２５が形成され、この凹部２５の中にＬＥＤ３０が収容されている。ＬＥＤ３０の大きさは１ｍｍ以下である。ＬＥＤ３０は実際には、配線基板４０に配置されているが、配線基板４０は図５では省略されている。
【００４０】
図６は、レンズ２０にＬＥＤ３０が配置された部分に対応する端部付近の断面図である。図６において、レンズ２０の下側端部には凹部２５が形成され、この部分にＬＥＤ３０が収容されている。ＬＥＤ３０はＬＥＤ基板３１を介して配線基板４０にあらかじめ取り付けられている。配線基板４０に取り付けられたＬＥＤ３０をレンズ２０の凹部２５が覆うようにレンズ２０が配置される。
【００４１】
レンズ２０の上面の端部拡散面２４にＬＥＤ３０からの光が到達するとこの部分、例えば領域Ａの部分には、拡散面が形成されているので、光は矢印のように拡散される。この端部拡散面２４に到達する光は、全反射する角度ではないので、拡散面２４が形成されていないと光が屈折してそのまま上側に配置された拡散板５０に到達し、輝度むらを生じさせる。したがって、この部分には拡散面を形成して、光を拡散させて輝度むらの発生を防いでいる。
【００４２】
一方、レンズ２０の上面の全反射面２１に到達する光は、レンズ２０の内面において、全反射をする角度で入射する。全反射した光は、通常の反射面よりも高い反射率によってレンズ２０の他方の端部Ａ２方向に向かい、レンズ２０のＬＥＤ３０側とは反対側の端部を明るくする。端部拡散面２４の範囲Ｌ４はレンズ２０を形成する樹脂材料の屈折率によって異なってくる。すなわち、屈折率との関係で、全反射がどの範囲の角度において生ずるかによって決まる。逆に言えば、ＬＥＤ３０からの直接光が全反射を生ずる条件の部分において全反射面２１を形成している。
【００４３】
図７は、レンズ２０において、端部拡散面２４よりも右側の部分において、光がどのように進行するかを描いた図である。図７において、楕円の点線で囲む部分にＬＥＤ３０から直接到達した光は、全反射光７０となってレンズ２０の他の端部Ａ２に向かって進行する。一方、ＬＥＤ３０から上拡散面２３に直接到達した光は、上拡散面２３において、矢印の拡散光８０となって、上方の図示しない拡散板５０に到達する。
【００４４】
また、レンズ２０内において、反射して下拡散面２２に到達した光は例えば、図７に示すように、拡散光８０となってレンズ２０の上面から図示しない拡散板５０の方向に出射する。また、レンズ２０の上面において全反射した光もレンズ２０の下面の下拡散面２２に入射して、この光は拡散光８０となってレンズ２０の上方に向かう。
【００４５】
図８は、このようなレンズ２０とＬＥＤ３０の配置において、ＬＥＤ３０からの光がどのように拡散板５０の方向に向かうかをさらに詳しく説明する図である。図８（ａ）は拡散板５０の下面における輝度分布を示す図である。図８（ｂ）はレンズ２０によってＬＥＤ３０からの光がどのように拡散板５０に向かって放射されるかを示す模式図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は説明のための図であり、拡散面の大きさ、位置等は図４等とは必ずしも一致していない。
【００４６】
図８（ｂ）において、レンズ２０の下面に形成された凹部２５に収容されたＬＥＤ３０からの光がレンズ２０の上面の拡散面に到達すると、端部拡散面２４から図５（ｂ）のように、拡散板５０に向かって拡散光８０が出射する。一方、ＬＥＤ３０からレンズ２０の上面の全反射面２１に到達した光は、この面において、全反射し、全反射光７０となって、レンズ２０の下部に形成された下拡散面２２に到達する。
【００４７】
下拡散面２２に到達した光は拡散光８０となるが、その一部は例えば、矢印で示すように、レンズ２０の上面の上拡散面２３に到達する。上拡散面２３に到達した光はさらに拡散されて、図８（ｂ）に示すように、拡散光８０となって拡散板５０に到達する。
【００４８】
図８において、例えば、ＬＥＤ３０から低い角度で出射した光は、端部拡散面２４、上部拡散面にも到達せずに、レンズ２０の他端Ａ２側の全反射面２１に到達する。ＬＥＤ３０から直接この部分に到達した光は、レンズ２０の上面において全て全反射され、レンズ２０下側の下拡散面２２に達し、この部分で拡散光８０となってレンズ２０の上側から拡散板５０に向かって放射される。
【００４９】
図８（ａ）は図８（ｂ）の構成において、拡散板５０の下面における輝度分布がどのようになっているかを示すグラフである。図８（ａ）の横軸は拡散板５０における位置であり、縦軸は拡散板５０における輝度分布である。図８（ａ）において、輝度のマイルドなピークが形成されているが、この位置はレンズ２０におけるＬＥＤ３０の位置にほぼ対応している。もしも、図８（ｂ）に示すようなレンズ２０が存在していなければ、図８（ａ）に示すような輝度のピークははるかに急峻になる。
【００５０】
図８（ａ）において、マイルドなピークを除いては輝度はほぼ一定となっている。すなわち、ＬＥＤ３０からの光がレンズ２０の上面の特定領域において全反射によって遠くへ送られるので、ＬＥＤ３０から離れた部分においても、拡散板５０に入射する光の量は所定の量だけ確保することが出来る。
【００５１】
光がＬＥＤ３０とは反対側のレンズ２０の端部に多く送られるとレンズ２０中央部付近の輝度が不足するので、この部分のレンズ２０の上面に上拡散面２３を形成し、レンズ２０中央部付近の輝度を上昇させている。また、レンズ２０の下面において、下拡散面２２をＬＥＤ３０近傍には形成しないことによって、ＬＥＤ３０近傍の輝度が極端に高くなることを抑え、図８（ａ）に示すように、輝度のピークをマイルドにしている。すなわち、拡散面の位置と全反射面２１の位置、および領域を調節することによって必要な輝度分布を得ることが出来る。
【００５２】
上記実施例では、ＬＥＤ３０は白色光を放出するＬＥＤであり、１つの白色ＬＥＤに対し１つのレンズ２０を設けるようにしている。しかしながら、ＬＥＤ３０として、例えばＲＧＢ３色の光をそれぞれ放出するＬＥＤを用いてもよい。この場合、ＲＧＢの光を放出する３個のＬＥＤを一組とし、この一組のＬＥＤに対して１つのレンズ２０を設けるようにしてもよい。この場合、レンズ２０の下面側に設けられる凹部２５は３つのＬＥＤが収容可能な大きさとし、これにＲＧＢ一組のＬＥＤを互いに近接させて当該凹部２５に収容してもよい。もしくは、レンズ２０の下面側に、互いに近接された３つの凹部２５を設け、各凹部２５にＲＧＢ各色のＬＥＤを収容するようにしてもよい。
【実施例２】
【００５３】
実施例１では、レンズ２０上の拡散面はレンズ２０表面に直接形成している。拡散面の形成は、これに限らず図９（ａ）に示すように、レンズ２０の面にレンズ用拡散シート９０を形成することでもよい。図９（ａ）はレンズ２０の上面にレンズ用拡散シート９０を配置した例である。図９（ａ）において、レンズ２０の上面は全反射面２１となっており、その上にレンズ用拡散シート９０が配置されている。レンズ用拡散シート９０は薄い透明樹脂膜で、部分的に拡散面が形成されている。
【００５４】
この部分のレンズ２０の上面に入射する光は、入射角度によって全反射光７０となったり、拡散光８０となったりする。図９（ａ）において、レンズ２０の上面に臨界角よりも大きな角度で入射した光は、全反射光７０となり、臨界角よりも小さな角度で入射した光はレンズ２０の上面を突き抜けてレンズ用拡散シート９０に達し、この拡散面において、拡散光８０となってレンズ２０の上方に配置される図示しない拡散板５０に入射する。
【００５５】
図９（ｂ）は、実施例１で説明したような、レンズ面に直接拡散面を形成する場合である。図９（ｂ）において、拡散面に入射する光は、入射角度によらず、拡散光８０となって、レンズ２０の上方に配置される図示しない拡散板５０に入射する。このように、図９（ａ）に示す本実施例の構成の場合は、ＬＥＤ３０からの光をレンズ２０内において、より遠くへ送ることが出来る。したがって、レンズ２０に必要とされる輝度分布に応じて図９（ａ）の構成と図９（ｂ）の構成を使い分ければよい。
【００５６】
なお、拡散面の形成方法は、レンズ２０の上面に直接形成する場合も、レンズ用拡散シート９０に形成する場合も、同じである。すなわち、白色のドットをインクジェット等で印刷してもよいし、細かいバイトによって表面を傷つけ、粗面に形成してもよい。
【実施例３】
【００５７】
実施例１は、レンズ２０を個々のＬＥＤ３０に対応して個別に配置した例である。ＬＥＤ３０のためのレンズ２０はこれに限らず、複数のＬＥＤ３０に対して一体型のレンズ２０を対応させることが出来る。個々のＬＥＤ３０に対して一体型レンズ２０を使用する場合にも、個々のＬＥＤに対するレンズ作用は、実施例１の場合と同様である。以下にレンズの他の形態を説明する。
【００５８】
図１０は他のレンズの例を示す第１の形態のレンズ２０である。図１０は、実施例１と同じ作用をする３個のレンズ２０を連続的に一体に形成している。この一体型レンズ２０は、３個のＬＥＤ３０について、各々個別に実施例１で説明したのと同様なレンズ作用を有する。図１０の例は、図３におけるレンズ２０をＸ方向に一体化したものである。
【００５９】
図１１はレンズの他の例を示す第２の形態のレンズ２０である。図１１は、実施例１と同じ作用をするレンズ２０であるが、図３において、Ｙ方向に一体に形成されている。またＹ方向に６個のＬＥＤ３０を配列している。すなわち、図１１の例では、１個のレンズ２０によって６個のＬＥＤ３０に対してレンズ作用を行なっている。個々のＬＥＤ３０に対しては実施例１で説明したのと同様な効果を持たせることが出来る。この例では１つのレンズ２０につきＬＥＤを６個配置したが、これよりも多い（例えば７〜１０個）のＬＥＤを用いてもよい。
【００６０】
図１２はレンズの他の例を示す第３の形態のレンズ２０である。図１２の例において、個々のＬＥＤ３０に対して１個のレンズ２０が対応していることは実施例１と同様である。実施例１で説明したレンズ２０は、シリンドリカルレンズ２０であるから、１方向にのみレンズ２０作用を有している。すなわち、レンズ作用の無い方向では、輝度ムラを生ずる危険がある。
【００６１】
図１２に示すレンズ２０は、シリンドリカルではなく、レンズ作用を２次元的に持たせるようにした構成となっている。すなわち、レンズ２０は、ほぼ球状となっている。このような球状のレンズ２０の場合であっても、図１２に示すように、全反射面と拡散面をレンズ２０の上面あるいはレンズ２０の下面に形成することによって、実施例１で説明したような作用を２次元的に持たせることが出来る。
【００６２】
実施例３でも、ＬＥＤ３０は白色光を放出するＬＥＤとしているが、実施例１と同様に、例えばＲＧＢ３色の光をそれぞれ放出するＬＥＤを用いてもよい。図１０、図１１の例では、個々の白色のＬＥＤ３０が配置されている部分に、ＲＧＢの光を放出する３個のＬＥＤを一組としたものを配置するようにしてもよい。
【実施例４】
【００６３】
実施例１では個別のＬＥＤ３０に対して個別のレンズ２０を配置する例であり、実施例３は複数のＬＥＤ３０に対して１個のレンズ２０を対応させる例である。いずれの例でも、バックライト１個に対して複数のレンズ２０を対応させる必要がある。したがって、部品点数、および、組み立てコストが問題となる。これに対して本実施例は複数のレンズ２０をシートに形成する例である。
【００６４】
図１３は、本実施例のバックライトの構成を示す分解斜視図である。図１３において、配線基板４０上に多数のＬＥＤ３０がマトリクス状に配置されている。配線基板４０の上方にＬＥＤ３０と対応した位置にレンズ２０が形成されたレンズシート１００が記載されている。レンズシート１００の個々のレンズ２０は実施例１で説明したのと同様なレンズ２０を用いることが出来る。この場合は、図４におけるレンズ２０の下面の凹部２５に、配線基板４０に形成されたＬＥＤ３０が収容されることになる。
【００６５】
すなわち、ＬＥＤ３０の数だけレンズ２０が形成されたレンズシート１００を配線基板４０に重ねることによって多数のＬＥＤ３０に対して１枚のレンズシート１００によってレンズ作用を行なわせることが出来る。図１３において、レンズシート１００の上方に拡散板５０が記載されている。拡散板５０はレンズシート１００と所定の距離をもって配置される。
【００６６】
このようなレンズシート１００の製造方法は、有機樹脂のシートに対して、プレスおこなうことによって多数のレンズ２０を形成する方法を用いることが出来る。あるいは、樹脂を射出整形することによって多数のレンズ２０を形成したレンズシート１００を形成することも出来る。
【００６７】
以上の例では、レンズシート１００はバックライト１個あたり１枚であるとして説明したが、大画面であるような場合は、複数のレンズシートを用いても良い。
【００６８】
以上のように、本実施形態によれば、１つ或いは一組のＬＥＤからの光を拡散面及び反射面を有するレンズにより均一化しつつ広範囲に広げることができる。従って、本実施形態によれば、直下型バックライトにおいて、例えば特許文献１に記載の技術に比べ、ＬＥＤの個数を約１／２〜１／３、あるいはこれ以下に低減することが可能となる。したがって、比較的少数のＬＥＤで、輝度むらを少なく（すなわち輝度を均一化）した高輝度の光を液晶表示パネルに照射することができる。その結果、液晶表示装置においては、薄型で輝度むらが少なくかつ明るい映像を、比較的少ないＬＥＤ及び低コストで表示することが可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１…表示画面、  ２…表示枠、  ３…バックライト、  １０…液晶表示パネル、  １１…ＴＦＴ基板、  １２…対向基板、  １３…上偏光板、  １４…下偏光板、  ２０…レンズ、  ２１…全反射面、  ２２…下拡散面、  ２３…上拡散面、  ２４…端部拡散面、  ２５…凹部、  ３０…ＬＥＤ、  ３１…ＬＥＤ基板、  ４０…配線基板、  ４５…暗部、  ５０…拡散板、  ５１…拡散シート、  ７０…全反射光、  ８０…拡散光、  ９０…レンズ用拡散シート、  １００…レンズシート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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