(57)【要約】【課題】直下型ＬＥＤバックライトや照明装置等における光源において、発光素子の配光特性を改善するために拡散レンズ等の光学部材を取り付ける場合、作業が煩雑であり、誤差が発生し易い。【解決手段】複数の配線基板がつながってなる基板シート５上に発光素子３を取り付け、次に、発光素子３の配光特性を変化させる光学部材４を基板シート５上に、望ましくは一括して取り付ける。その後、基板シート５を複数の配線基板２１に分割する。これらの基板同士を接続してＬＥＤ光源２とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配線基板がつながってなる基板シート上に発光素子を取り付ける発光素子取り付け工程と、
該発光素子取り付け工程の後に、該発光素子の配光特性を変化させる光学部材を該基板シート上に取り付ける光学部材取り付け工程、および
該光学部材取り付け工程の後に、該基板シートを複数の配線基板に分割する分割工程
を含むことを特徴とする光源の製造方法。
【請求項２】
上記光学部材取り付け工程では、熱的または化学的手段によって上記光学部材の一部を融解して該光学部材を上記基板シート上に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の光源の製造方法。
【請求項３】
上記配線基板の外形形状が、矩形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源の製造方法。
【請求項４】
上記配線基板の外形形状が、非矩形形状であり、かつ、平面を隙間無く敷き詰め得る形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源の製造方法。
【請求項５】
上記基板シートには、上記光学部材を取り付けるための位置決め穴が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
【請求項６】
上記光学部材の表面に、突出部または切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
【請求項７】
上記光学部材取り付け工程では、上記光学部材を、上記基板シートに対して、一部に空隙を有した状態で取り付けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
【請求項８】
上記光学部材取り付け工程では、複数の上記光学部材を配置した組立治具と、上記基板シートとを接触させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源の製造方法。
【請求項９】
上記組立治具は、上記光学部材の表面形状の少なくとも一部に沿った形状を有していることを特徴とする請求項８に記載の光源の製造方法。
【請求項１０】
非矩形形状であり、かつ、平面を隙間無く敷き詰め得る形状の配線基板と、
該配線基板上に取り付けられた発光素子と、
該配線基板上に取り付けられ、該発光素子の配光特性を変化させる光学部材と
を備えていることを特徴とする光源。
【請求項１１】
配線基板と、
該配線基板上に取り付けられた発光素子と、
該配線基板上に取り付けられ、該発光素子の配光特性を変化させる光学部材と
を備えており、
該配線基板には、該光学部材を取り付けるための位置決め穴が設けられていることを特徴とする光源。
【請求項１２】
上記光学部材の表面に、突出部または切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の光源。
【請求項１３】
上記光学部材は、上記配線基板に対して、一部に空隙を有した状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光源。
【請求項１４】
液晶表示素子を備えた映像表示装置であって、
該液晶表示素子のバックライトが、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の光源を複数備えていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１５】
面光源を備えた照明装置であって、
該面光源が、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の光源を複数備えていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源、映像表示装置、および照明装置、ならびにそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの高出力化および性能向上が進み、映像表示装置のバックライト、照明装置、広告表示装置など様々な用途において光源として用いられるようになってきている。このとき、ＬＥＤは点光源であるため、これを面光源として用いる場合には複数個のＬＥＤを２次元平面状に敷き詰める構成が採られることが多い。
【０００３】
しかし、通常のＬＥＤの配光特性は、面光源を構成する面の法線から測った角度をθとして、θ＝０［ｄｅｇ］、即ち真上が最も光度が高く、θが大きくなるにつれてｃｏｓθに比例してその光度が減少する、いわゆるランバート分布もしくはそれに近い分布形状を有している。そのため、所定の間隔で平面上に配置されたＬＥＤ群からの光をその直上で観察した場合、各ＬＥＤの真上は輝度が高くなる一方でＬＥＤとＬＥＤとの間の部分は輝度が低くなり、輝度の面内不均一、即ち輝度むらが発生することになる。
【０００４】
この輝度むらの強さはＬＥＤの配置間隔および拡散距離に依存する。すなわち、ＬＥＤの配置間隔を広げれば広げるほど、また面光源の厚みを薄くすればするほど、それぞれ輝度むらが目立つようになる。したがって、厚みの薄いＬＥＤ光源において一様な輝度を得るためには、ＬＥＤを２次元平面上に密に配置する必要があり、その結果ＬＥＤの使用個数が増えてＬＥＤ光源が高価となってしまうという問題が存在する。拡散板は、比較的小さい輝度むらを低減することができるが、輝度むらが大きい場合は拡散板を複数枚使用するなどしてもこれを除去することが困難である。
【０００５】
これに対し、特許文献１において、ＬＥＤと拡散レンズとを組合せたＬＥＤ光源が提案されている。特許文献１では、ＬＥＤ光源を構成する各ＬＥＤの直上に樹脂製の拡散レンズを配置し、ＬＥＤの配光特性を変化させている。この拡散レンズの外周部および内周部の曲面形状は、ＬＥＤの配光特性および外形形状に合わせて最適設計されている。ＬＥＤ単独では真上、即ちθ＝０［ｄｅｇ］の方向に多く出射していた光を、レンズを通過させることでその角度を変え、ＬＥＤ光源を構成する面に沿う方向に（即ち、上述のθが大きい方向に）広げてやることができる。これにより、ＬＥＤの使用個数が少なく、配置間隔が広い場合においても輝度むらの発生を抑え、輝度を均一化することができる。
【特許文献１】特開２００６−２９３２７４号公報（平成１８年１０月２６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の拡散レンズを用いたＬＥＤ光源を製造する場合、組立工程において各ＬＥＤに拡散レンズを個別に取り付ける必要がある。この工程フローの概略を図１２に示す。
【０００７】
まずＮ個のＬＥＤを基板にリフロー実装する（工程Ｓ１０）。その後拡散レンズを基板に設けた穴に取り付け、接着剤を塗布して硬化させる。この工程を基板に搭載しているＬＥＤの数と同じＮＰ回繰り返し、全てのＬＥＤに拡散レンズを取り付ける（工程Ｓ２１〜Ｓ２ＮＰ）。これらの拡散レンズ取り付け済み基板をＭＰ枚作製した後で、基板同士を接続し（工程Ｓ３０）、点灯確認等の検査を行う（工程Ｓ４０）。このように、拡散レンズの取り付けおよび接着固定作業をＮＰ×ＭＰ回、即ちＬＥＤ光源に使用するＬＥＤの個数に等しい回数だけ実行する必要がある。
【０００８】
拡散レンズを用いたＬＥＤ光源は、拡散レンズを用いない場合と比較してＬＥＤの個数は削減されているが、それでも光源のサイズによっては数百個のＬＥＤを使用するため、このように個別に取り付ける場合には非常に手間がかかってしまう。
【０００９】
また、多数の拡散レンズを個別に接着固定するため、取り付け位置および角度にばらつきが生じやすいという欠点が存在する。図１３に示すように、接着剤の塗布量および塗布位置のばらつきや異物の混入が発生すると、一部の拡散レンズ１０１がＬＥＤ基板１０２に対して傾いて固定されてしまうおそれがある。ＬＥＤ１０３はＬＥＤ基板１０２に対して水平となるように実装されているため、拡散レンズとＬＥＤとの間に傾きが発生することになり、これによって拡散レンズ通過後の光線方向が変化し、その結果面光源の輝度むらが発生してしまう。
【００１０】
本発明は、このようなＬＥＤ光源の製造上の問題を克服し、組立作業性を向上させかつ輝度均一性を高めたＬＥＤ光源の製造方法を示し、さらにその製造方法によって製造することができるＬＥＤ光源、映像表示装置および照明装置の最良の実施形態を開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光源の製造方法は、上記課題を解決するために、複数の配線基板がつながってなる基板シート上に発光素子を取り付ける発光素子取り付け工程と、該発光素子取り付け工程の後に、該発光素子の配光特性を変化させる光学部材を該基板シート上に取り付ける光学部材取り付け工程、および該光学部材取り付け工程の後に、該基板シートを複数の配線基板に分割する分割工程を含むことを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、複数の配線基板がつながってなる基板シートに対して、発光素子および光学部材の取り付け作業を行うことができる。これにより、個々の配線基板に対して、発光素子および光学部材の取り付け作業を行う場合に比べて、一括して、またはシーケンシャルに作業を行うことができるため、光源を容易に製造することができる。
【００１３】
本発明に係る光源の製造方法では、上記光学部材取り付け工程では、熱的または化学的手段によって上記光学部材の一部を融解して該光学部材を上記基板シート上に取り付けることが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、複数の光学部材を一括して容易に固定することが可能であるため、光源を容易に製造することができる。さらに、配線基板の変形が無いため、組立精度を向上することができる。
【００１５】
本発明に係る光源の製造方法では、上記配線基板の外形形状が、矩形形状であってもよい。
【００１６】
上記構成によれば、外形形状が矩形であるため基板シートからのＬＥＤ基板個片の取り出し効率が良くなる。即ち、１枚の基板シートからより多くのＬＥＤ基板を得ることができ、材料価格を低減して安価に製造することができるようになる。
【００１７】
本発明に係る光源の製造方法では、上記配線基板の外形形状が、非矩形形状であり、かつ、平面を隙間無く敷き詰め得る形状であってもよい。
【００１８】
上記構成によれば、複数の列に属するＬＥＤが１枚のＬＥＤ基板上に実装されるため、面光源を形成するとき、一つの配線基板によって、より多くの面積をカバーすることができるとともに、１枚の基板シートから多くのＬＥＤ基板を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る光源の製造方法では、上記基板シートには、上記光学部材を取り付けるための位置決め穴が設けられていることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、位置決め穴によって光学部材をＬＥＤ基板に精度良く取り付けることができる。
【００２１】
本発明に係る光源の製造方法では、上記光学部材の表面に、突出部または切欠き部が設けられていることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、光学部材の外周部の突出部または切り欠き部を治具に合わせて配置することで、位置決めのための突起部の光学部材外周に対する位置が一意に定まるため、組立時に容易に正しい位置に配置することができる。
【００２３】
本発明に係る光源の製造方法では、上記光学部材取り付け工程では、上記光学部材を、上記基板シートに対して、一部に空隙を有した状態で取り付けることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、光学部材の底面とＬＥＤ基板との間に隙間ができるため、光学部材の傾きを抑え、精度良く取り付けることができる。また光学部材の底面とＬＥＤ基板との間に隙間ができるため、ＬＥＤ点灯時の発熱に起因する変形を防止することができる。
【００２５】
本発明に係る光源の製造方法では、上記光学部材取り付け工程では、複数の上記光学部材を配置した組立治具と、上記基板シートとを接触させることが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、上記光学部材を上記基板シートに取り付ける際に、予め治具に配置された該光学部材と、該基板シートとを接触させるので、作業を一括して行うことができる。
【００２７】
本発明に係る光源の製造方法では、上記組立治具は、上記光学部材の表面形状の少なくとも一部に沿った形状を有していることが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、組立治具がレンズ形状の少なくとも一部に沿った形状を有しているため、組立時にレンズを並べることができ、作業性を向上させることができる上、位置および向きの精度を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係る光源の製造方法では、上記光学部材が、レンズ、フィルター素子、プリズム、ミラー、回折格子、位相差板、およびホログラム素子からなる群より選ばれる光学部材であってもよく、上記発光素子が、発光ダイオード、レーザダイオード、または有機ＥＬ素子であってもよい。製造する光源をこのような構成とすることにより、優れた光源を作成することができる。
【００３０】
本発明に係る映像表示装置の製造方法は、液晶表示素子を備えた映像表示装置の製造方法であって、本発明に係る光源の製造方法を用いて製造した光源を複数配置して、該液晶表示素子のバックライトを形成することを特徴としている。また、本発明に係る照明装置の製造方法は、面光源を備えた照明装置の製造方法であって、本発明に係る光源の製造方法を用いて製造した光源を複数配置して、該面光源を形成することを特徴としている。
【００３１】
上記構成によれば、組立作業性良く、輝度むらの少ないＬＥＤ光源を実現することができ、さらにそのＬＥＤ光源を用いて安価でかつ高性能な映像表示装置および照明装置を提供することができる。
【００３２】
本発明に係る光源は、非矩形形状であり、かつ、平面を隙間無く敷き詰め得る形状の配線基板と、該配線基板上に取り付けられた発光素子と、該配線基板上に取り付けられ、該発光素子の配光特性を変化させる光学部材とを備えていることを特徴としている。
【００３３】
上記構成によれば、複数の列に属するＬＥＤが１枚のＬＥＤ基板上に実装されるため、面光源を形成するとき、一つの配線基板によって、より多くの面積をカバーすることができるとともに、１枚の基板シートから多くのＬＥＤ基板を得ることができる。
【００３４】
本発明に係る光源は、配線基板と、該配線基板上に取り付けられた発光素子と、該配線基板上に取り付けられ、該発光素子の配光特性を変化させる光学部材とを備えており、該配線基板には、該光学部材を取り付けるための位置決め穴が設けられているものであってもよい。
【００３５】
上記構成によれば、位置決め穴によって光学部材をＬＥＤ基板に精度良く取り付けることができる。
【００３６】
本発明に係る光源は、上記光学部材の表面に、突出部または切欠き部が設けられていることが好ましい。
【００３７】
上記構成によれば、光学部材の外周部の突出部または切り欠き部を治具に合わせて配置することで、位置決めのための突起部の光学部材外周に対する位置が一意に定まるため、組立時に容易に正しい位置に配置することができる。
【００３８】
本発明に係る光源は、上記光学部材は、上記基板シートに対して、一部に空隙を有した状態で取り付けられていることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、光学部材の底面とＬＥＤ基板との間に隙間ができるため、光学部材の傾きを抑え、精度良く取り付けることができる。また光学部材の底面とＬＥＤ基板との間に隙間ができるため、ＬＥＤ点灯時の発熱に起因する変形を防止することができる。
【００４０】
本発明に係る映像表示装置は、液晶表示素子を備えた映像表示装置であって、該液晶表示素子のバックライトが、本発明に係る光源を複数備えていることを特徴としている。また、本発明に係る照明装置は、面光源を備えた照明装置であって、該面光源が、本発明に係る光源を複数備えていることを特徴としている。
【００４１】
上記構成によれば、組立作業性良く、輝度むらの少ないＬＥＤ光源を用いた安価でかつ高性能な映像表示装置および照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、配線基板に発光素子および該発光素子の配光特性を変化させる光学部材を取り付けて製造する光源の製造方法において、１枚の基板シートから複数の配線基板を得ることができるので、光源を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る映像表示装置１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、映像表示装置１は、ＬＥＤ光源（光源）２、反射シート１１、拡散板１２、液晶パネル１３、前キャビネット１４、シャーシ１５、スタンド１６、電源回路基板１７、映像回路基板１８およびハーネス１９・２２を備えている。スタンド１６によって支持されるシャーシ１５の片面に、ＬＥＤ光源２、反射シート１１、拡散板１２、および液晶パネル１３がこの順に配置されており、さらに前キャビネット１４がこれらを格納している。本実施形態では、電源回路基板１７および映像回路基板１８は、前キャビネット１４の外部に設けられているが、前キャビネット１４内に格納されている構成であってもよい。
【００４４】
本実施形態において、ＬＥＤ光源２は、複数のＬＥＤ（発光素子）３および拡散レンズ（光学部材）４が取り付けられた複数のＬＥＤ基板（配線基板）２１によって構成されている。ＬＥＤ基板２１には、ＬＥＤ３に電力を供給するための配線パターンが設けられている。また、ＬＥＤ基板２１同士は、ハーネス２２によって接続されている。これらの詳細については後述する。ＬＥＤ光源２は、液晶パネル１３の背面側、即ち表示面と反対の側に、液晶パネル１３に平行になるように配置されている。
【００４５】
映像表示装置１の動作は以下のとおりである。まず、外部からの電力が電源回路基板１７に供給される。電源回路基板１７上には図示しないＬＥＤドライバが搭載されており、上記電力が当該ＬＥＤドライバに供給される。上記ＬＥＤドライバは、定電流回路を形成しており、ハーネス１９を経由してＬＥＤ基板２１に接続されている。そして、ＬＥＤ基板２１上のＬＥＤ３は、ＬＥＤ基板２１の配線パターンおよびハーネス１９・２２によって、上記ＬＥＤドライバに互いに直列接続されている。これにより、上記ＬＥＤドライバによって各ＬＥＤ３に所定の電力が供給され、ＬＥＤ３が点灯する。ＬＥＤ３が発する光は、ＬＥＤ３の直上に取り付けられた拡散レンズ４および前方の拡散板１２を通過し、バックライト光として液晶パネル１３の背面側に照射される。
【００４６】
一方で、図示しないアンテナ等の外部機器から映像信号が映像回路基板１８に入力される。上記映像信号は、映像回路基板１８に搭載された図示しないデコーダおよび画像処理回路によって処理され、液晶パネル１３内部に実装された図示しないゲートドライバおよびソースドライバに入力される。
【００４７】
液晶パネル１３は縦横多数の画素構造を有しており、各画素にはトランジスタスイッチが設けられている。ゲートドライバおよびソースドライバは、入力された映像信号に応じて適切なタイミングでトランジスタスイッチのオンおよびオフを切り替える。液晶パネル１３内の１つの画素において、トランジスタスイッチがオンの場合は液晶素子に照射されたバックライト光が通過し白表示となり、オフの場合は遮断され黒表示となる。このように液晶パネルの各画素に入射したバックライト光の通過と遮断とを切り替える操作を画面内の全画素に対して行うことで、映像信号に対応する画像を液晶パネル１３の画面上に表示することができる。さらに、表示する画像を、例えば１／６０秒ごとに書き換えることにより動画を表示することも可能である。
【００４８】
反射シート１１は、白色のシートであり、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂材料からなる。反射シート１１は、ＬＥＤ３からの出射光のうち、前方の液晶パネル１３方向に入射しなかった成分を拡散反射して、液晶パネル１３に入射するように方向を変化させる。これにより、ＬＥＤ光源２の輝度を向上させることができる。
【００４９】
拡散板１２は、拡散性を有する平板であり、例えば、ＰＣ、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等の材料からなる。拡散板１２は、一方の面から入射した光を内部で拡散反射させて、対向する面より出射させる機能を有する。これにより、ＬＥＤ光源２自体に起因するバックライト光の輝度むらを低減することができる。
【００５０】
（ＬＥＤ光源２）
本実施形態において、ＬＥＤ基板２１の形状は細長い矩形形状である。ＬＥＤ基板２１は、その長手方向が、映像表示装置１の画面の横方向（即ち水平方向）となるように配置されている。また、ＬＥＤ基板２１は、ハーネス２２によって水平方向に複数個連結されている。このように複数個連結されたＬＥＤ基板２１からなるＬＥＤブロックが、さらに画面の縦方向即ち垂直方向に複数組配置されている。本実施形態にでは、水平方向に３枚、垂直方向に７枚の２１枚のＬＥＤ基板２１によりＬＥＤ光源２が構成されている。
【００５１】
ＬＥＤ基板２１は、例えば、ガラスエポキシ材によって形成され、両面に銅箔による配線パターンが形成されている。なお、銅箔に代えて、紙フェノール、紙エポキシ等の一般的なプリント配線板用材料を使用してもよい。
【００５２】
ＬＥＤ基板２１の表面の配線パターン上には、複数のＬＥＤ３を一列に配置することができる。本実施形態においては、１枚のＬＥＤ基板２１に搭載されるＬＥＤ３の個数は６個である。また、本実施形態において、ＬＥＤ３は表面実装タイプの白色ＬＥＤであり、青色のＬＥＤチップの上部に黄色の蛍光体が混合された樹脂を載せた状態で封止されている。このＬＥＤチップの青色光と、青色光が蛍光体に吸収されることによる発生する黄色光とを組み合わせることで白色光を得ている。なお、白色光を発するＬＥＤとしては、上述のＬＥＤの他に、青色ＬＥＤチップと赤色（Ｒ）・緑色（Ｇ蛍光体との組み合わせや、紫外色ＬＥＤと赤色（Ｒ）・緑色（Ｇ）・青色（Ｂ）蛍光体との組み合わせ、赤緑青（ＲＧＢ）別々のＬＥＤチップの混載など様々な構成が考えられるが、そのいずれを用いても構わない。
【００５３】
各ＬＥＤ３の上部には透明樹脂製の拡散レンズ４が取り付けられている。この拡散レンズ４の機能および取り付け方法については、後で詳しく述べる。
【００５４】
ＬＥＤ３はＬＥＤ基板２１上に横方向に等間隔配置され、ＬＥＤ基板２１同士も縦方向に等間隔配置されているため、ＬＥＤ３は縦横それぞれ等間隔の格子状に配置されることになる。なお、全てのＬＥＤ３を等間隔に配置する必要はなく、縦横で配置間隔を異ならせたり、中心部と周辺部とを異なる配置間隔にしたりするなどの形態も考えられる。また格子状ではなく六方配置にしても構わない。
【００５５】
一つのＬＥＤ基板２１に搭載された複数のＬＥＤ３は、ＬＥＤ基板２１上の配線パターンによって直列接続されている。さらに、複数のＬＥＤ基板２１同士が各ＬＥＤ基板２１の両端に実装されたコネクタおよびハーネス２２によって接続されることで、複数のＬＥＤ基板２１に搭載されたＬＥＤ３群が直列接続されて、前述の通り一つのＬＥＤブロックを形成している。ＬＥＤ光源２全体でこのＬＥＤブロックが数個から数十個存在し、それぞれのＬＥＤブロックが電源回路基板に実装されたＬＥＤドライバに電気的に接続されている。
【００５６】
なお、本実施形態では、発光素子としてＬＥＤ３を用いているが、特にこれに限るものではなく、例えば、レーザダイオード、有機ＥＬ等の発光素子を用いてもよい。
【００５７】
（拡散レンズ４）
図２は、本実施形態に係る拡散レンズ４の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、拡散レンズ４は、内側と外側とにそれぞれ曲面を有しており、この２つの曲面と、ＬＥＤ基板２１との接触面である底面とによって囲まれた形状を有している。拡散レンズ４は、上記内側の曲面の内部にＬＥＤ３の発光面が位置するように、各ＬＥＤ３を覆うようにしてＬＥＤ基板２１に取り付けられる。拡散レンズ４の材料はＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ（ポリスチレン）、ＳＡＮ（スチレンアクリロニトリル）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等の透明樹脂を用いることがき、射出成型等の成型技術によって製造することができる。
【００５８】
拡散レンズ４の上記底面には、ＬＥＤ基板２１に取り付けるための突起部４１が存在する。本実施形態において、突起部４１は、拡散レンズ４の底面に等間隔に３箇所設けられているが、特にこの配置には限定されない。図２に示すように、各突起部４１には、ＬＥＤ基板２１に埋め込まれる部分と、ＬＥＤ基板２１上に現れる部分との間に段差が設けられており、この段差がＬＥＤ基板取り付け時の基準面となるよう設計されている。
【００５９】
また、拡散レンズの外周部には位置決め用の突出部４２が設けられている。この突出部４２は、拡散レンズ４の回転角度を規定するために設けられるものであり、レンズ中心に対する突出部４２の向きが一意に定まることになる。一実施形態において、突出部４２は、図３（ａ）に示すように、射出成型に用いたゲート切断箇所を流用することもできる。また、上述したように、突出部４２は、拡散レンズ４の回転角度を規定するために設けられるものなので、図３（ｂ）のような切欠き部、または、図３（ｃ）のようにレンズ外周自体をＤカット形状としてもよい。
【００６０】
ＬＥＤ３から出射された光は、図４（ａ）に示すように拡散レンズ４の内側曲面からレンズ内部に入り、外側曲面から外部空気へと再出射される。このとき、内側曲面および外側曲面での計２回の屈折によってＬＥＤ３から出た光線の方向が変化する。この拡散レンズ４の内側および外側の曲面形状は、光源として用いるＬＥＤ３の配光特性および外形形状に合わせて最適設計されている。
【００６１】
通常、ＬＥＤ３単体の出射光の配光特性は、図４（ｂ）に示すように出射面の法線から測った角度をθとして、θ＝０［ｄｅｇ］、即ち真上が最も光度が高く、θが大きくなるにつれてｃｏｓθに比例してその光度が減少する、いわゆるランバート分布もしくはそれに近い分布形状を有している。このようなＬＥＤ３を所定の間隔で平面上に配置したＬＥＤ３群からの光をその直上で観察した場合、各ＬＥＤ３の真上は輝度が高くなる一方で、ＬＥＤ３とＬＥＤ３との間の部分は輝度が低くなり、輝度の面内不均一、即ち輝度むらが発生することになる。
【００６２】
これに対し、ＬＥＤ３単独では真上即ちθ＝０［ｄｅｇ］の方向に多く出射していた光を、拡散レンズ４を通過させることでその角度を変え、ＬＥＤ光源２を構成する面に沿う方向に（即ち、上述のθが大きい方向に）広げてやることができる。レンズ通過後の配光特性を図４（ｃ）に示す。図４（ｂ）と比較すると、θ＝０［ｄｅｇ］付近の光度が下がる一方で、θ＝±７０［ｄｅｇ］付近の光度が最も高くなっており、配光特性が変化していることが分かる。このように配光特性を変化させたＬＥＤ３を格子状に配置することで、少ないＬＥＤ３個数でむらのない均一な輝度の面光源を得ることができる。
【００６３】
（ＬＥＤ光源の製造フロー）
次に、この映像表示装置１に用いられるＬＥＤ光源２の製造方法について、図５から図８を用いて説明する。図５はＬＥＤ光源２の組立工程の概要を示すフローチャートである。
【００６４】
本実施形態に係るＬＥＤ光源２の製造方法では、まず、光源として用いる複数のＬＥＤ３を基板シート上に実装する（発光素子取り付け工程。工程Ｓ１）。
【００６５】
ここで、基板シート５について説明する。基板シート５は、図６に示すように矩形のシート状のプリント配線板であり、縦横の寸法はそれぞれ３００〜６００ｍｍ程度である。この寸法は基板製造時に使用する原材料である銅張積層板の原版サイズに合わせて設計されている。基板シート５上には、前述のＬＥＤ基板２１の配線パターンが複数個形成されている。本実施形態においては、１枚の基板シート５上に１０個のＬＥＤ基板２１のパターンが形成されている。各ＬＥＤ基板２１同士の境界にはＶカット加工またはミシン目加工が施され、機械的に容易に分割できるようになっている。また、それぞれのＬＥＤ基板２１には、後の工程で拡散レンズ４を取り付けるのに用いる複数の位置決め穴が設けられている。
【００６６】
ＬＥＤ３の実装は通常の表面実装部品の実装に用いられるリフロー法によって行われるが、必要に応じて他の実装方式、例えばフロー法や手半田付けを用いても構わない。また、この工程でＬＥＤ基板２１同士の接続に用いるコネクタやその他の回路部品もＬＥＤ３と共に実装される。
【００６７】
工程Ｓ１と並行して、拡散レンズ４を組立用の治具（組立治具）６１の上に配置する（工程Ｓ２）。治具は図７（ａ）に示すように複数の陥没部６２を有し、陥没部６２の表面形状はレンズの外側の突出部４２を含む表面形状に一致するようにしている。この治具の陥没部に、予め射出成型により形成した拡散レンズ４を、その外側表面が治具６１の陥没部６２に接するようにして搭載する。拡散レンズの突出部４２を基準に位置決めすることで、後でＬＥＤ基板２１を挿入する際に用いる拡散レンズ４の突起部４１の、レンズ中心に対する向きが一意に定まる。
【００６８】
なお、上記実施形態においては治具６１の表面形状を拡散レンズ４の表面形状に一致させて、拡散レンズ４を治具６１に沿わせて嵌め込むことで位置決めしたが、治具６１と拡散レンズ４との位置決め形態はこの例に限定されるものではない。例えば、拡散レンズ４の周辺部の一部だけが治具６１の表面と接触するような治具形状としても構わない。この場合、拡散レンズ４の中央付近の主要な部分は治具６１と接触しておらずフリーな状態であるため、拡散レンズ４と治具６１との間に異物が混入して拡散レンズ４が浮き上がり取り付け誤差が生じるというリスクを低減させることができる。
【００６９】
次に、拡散レンズ４を工程Ｓ１で作製した基板シート５に取り付ける（光学部材取り付け工程。工程Ｓ３）。治具６１の上方から基板シート５を近づけ、基板シート５上の位置決め穴に、対応する拡散レンズ４の突起部４１を挿入する。挿入後の状態を図７（ｂ）に示す。先程の工程Ｓ２で各拡散レンズ４の突起部４１を揃えて配置しているので、このようにして容易に基板シート５に突起部４１を挿入することができる。
【００７０】
ここで、基板シート５の取り付け穴は、２段構造になっている拡散レンズ４の突起部４１の根元側の１段目の径よりも小さく、先端側の２段目の径よりもわずかに大きい。従って、基板シート５の表面と拡散レンズ４の突起部４１の段差の部分とが接触することで拡散レンズ４が位置決めされることになる。
【００７１】
このように拡散レンズ４の段差部分で位置決めすることにより、ＬＥＤ３は拡散レンズ４の内側の曲面と基板シート５との間に密閉されることなく、隙間を設けた状態で取り付けられることになる。拡散レンズ４の底面を基板シート５に直接密着させて固定する場合と異なり、突起部４１近傍のごくわずかの領域を位置決めの基準として用いるため、異物等が入り込む余地が少なくなる。従って、この取り付け方法により、拡散レンズ４の基板シート５即ちＬＥＤ基板２１に対する傾きの発生を抑え、精度良く取り付けることができる。
【００７２】
また、拡散レンズ４の底面と基板シート５との間に隙間ができるため、ＬＥＤ３点灯時の発熱に起因する各部材の応力を逃がすことができる。そのため連続点灯時に発生しやすいＬＥＤ３周辺部材の熱による変形を防止することができる。
【００７３】
続いて、拡散レンズ４を基板シート５に一括して接合する（工程Ｓ４）。本実施形態においては、熱カシメ（ステーキング）手段を用いて両者の接合を行う。図７（ｃ）に示すように、先端に複数のヒータービット６４を有する熱カシメ工具６３を、治具６１の上方から拡散レンズ４に近づける。ヒータービット６４はその先端が拡散レンズ４の突起部４１に合うような位置に配置されており、予め内部のヒータにより所定の温度に加熱されている。この加熱温度は、拡散レンズ４の樹脂材料の融点よりも高く、基板シート５の構成材料であるガラスエポキシ材のガラス転移点よりも低い。このヒータービット６４の先端が拡散レンズ４の突起部４１に接触すると、突起部４１が溶解して接触した部分から外側に向かって塑性変形する。これにより突起部４１の径が広がり、基板シート５の位置決め穴よりも大きくなることで、拡散レンズ４とＬＥＤ基板２１の集合体である基板シート５とが所望の位置に固定接合されることになる。熱カシメ工具および治具６１を取り除いた後の状態を図７（ｄ）に示す。
【００７４】
本工程においては、複数のヒータービット６４を有する熱カシメ工具６３を用いて、各ヒータービット６４を同時に対応する突起部４１に接触させている。１つの拡散レンズ４に３個の突起部４１が存在し、１枚のＬＥＤ基板２１にＮ個のＬＥＤ３が実装され、このＬＥＤ基板２１がＭ枚集合した基板シート５を用いている場合、３×Ｎ×Ｍ個のヒータービット６４を有する熱カシメ工具を用いることで、基板シート５上の全ての拡散レンズ４を１回の作業で固定させることが可能となる。
【００７５】
なお、本実施形態における熱カシメによる接合は、拡散レンズ４のみを溶解させる点で通常の溶着接合と異なっている。溶着接合ではＬＥＤ基板２１と拡散レンズ４との双方を溶融させて接合するが、ＬＥＤ基板２１の位置決め穴が溶解により変形することにより、拡散レンズ４の取り付け位置に誤差が生じてしまう。これに対し本実施形態の熱カシメ方式では、拡散レンズ４のみを溶解させてＬＥＤ基板２１は溶解させないため取り付け位置誤差が生じにくい。従って溶着よりも取り付け精度の面で有利であると言える。
【００７６】
本実施形態においては熱カシメ工具のヒータービット６４による直接加熱を行ったが、この方法以外に、例えば超音波や高周波電流、レーザ等の手段によって突起部４１を加熱して熱カシメを行うことも可能である。また、拡散レンズ４の材料と選択的に反応する薬剤を突起部４１に塗布する等の方法により、化学的な手段で溶解させ接合を行うことも可能である。
【００７７】
以上のようにして拡散レンズ４を取り付け固定した後、基板シート５を個片に分割する（分割工程。工程Ｓ５）。図８の（ａ）には分離前の拡散レンズ４固定状態の基板シート５、図８（ｂ）には個片分割後のＬＥＤ基板２１を示す。基板シート５には、前述のとおりＬＥＤ基板２１同士の境界にミシン目加工やＶカット加工が施された状態で製造されているため、そのＶカットライン上に圧力を加えたり、ミシン眼部分をルーターや刃型等で切断したりする等の方法により、容易に個片に分離することができる。これにより、１枚の基板シート５から拡散レンズ４取り付け済みのＬＥＤ基板２１複数枚が得られることになる。
【００７８】
このように、１枚の基板シート５上に間隔を詰めて配置したＬＥＤ基板２１を後で個片に分割して配置することで、列と列との間のＬＥＤ３が実装されていない領域の基板が不要となる。ＬＥＤ光源２全体として必要な基板面積を削減することができるため、基板材料が有効活用され、ＬＥＤ光源２の価格コストを低減することができる。
【００７９】
その後、個片に分離したＬＥＤ基板２１同士を接続する（工程Ｓ６）。ＬＥＤ基板２１は両端に実装されたコネクタが実装されており、電線、ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）その他の手段によりＬＥＤ基板２１同士を接続することができる。相互接続が完了した状態を図８（ｃ）に示す。
【００８０】
接続が完了した後、組み立てたＬＥＤ光源２を試験装置に接続し、点灯確認等の性能検査を行う（工程Ｓ７）。これにより工程フローが完了し、ＬＥＤ光源２が完成する。完成したＬＥＤ光源２は、先述の図１に示した映像表示装置１の中に組み込まれ、バックライトとして使用に供される。
【００８１】
以上で述べたような工程により、ＬＥＤ光源２に用いる多数のＬＥＤ基板２１を一度に製造することができ、組立作業性が向上し、かつ輝度均一性の高いＬＥＤ光源２を実現することができる。
【００８２】
なお、一般に映像表示装置においては画面サイズが異なる複数の機種が存在するため、バックライトとして使用するＬＥＤ光源２についても、映像表示装置１の画面サイズに応じて複数種類のサイズに対応することが求められる。これに対し、本実施形態のＬＥＤ光源２は矩形形状のＬＥＤ基板２１を複数個接続して構成されているため、構成要素であるＬＥＤ基板２１の接続個数を変えることで容易にサイズの変化に対応することができる。例えば、元のＬＥＤ光源２１に対して縦横それぞれ２倍の個数のＬＥＤ基板２１を使用すると、元のＬＥＤ光源２の４倍の面積のＬＥＤ光源２を製造することができる。
【００８３】
また、実装されるＬＥＤ３の数が異なる複数種類のＬＥＤ基板２１を組み合わせて相互接続することで、さらに多様なサイズのＬＥＤ光源２を実現することができる。例えば、実装されるＬＥＤ３の個数がＮ１個およびＮ２個の２種類のＬＥＤ基板２１を用意した場合、横方向のＬＥＤ３の個数はＮ１とＮ２のそれぞれ整数倍の任意の組み合わせとすることができる。これらの方法により、映像表示装置１画面サイズに応じた多様なサイズのＬＥＤ光源２を実現することができる。
【００８４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態においては、第１の実施形態と異なり、ＬＥＤ基板２１の形状をジグザグ型とした点に新たな特徴を有する。前記第１の実施形態と同じ構成要素については図面上で同じ記号を付し、説明は省略する。
【００８５】
本実施形態における基板シート７の形状を図９に示す。基板シート７は矩形のシート状のプリント配線板であり、縦横の寸法はそれぞれ３００〜６００ｍｍ程度である。この寸法は基板製造時に使用する原材料である銅張積層板の原版サイズに合わせて設計されている。
【００８６】
基板シート７上には、前述のＬＥＤ基板７１の配線パターンが複数個形成されているが、第１の実施形態におけるＬＥＤ基板２１が矩形形状で、ＬＥＤ３が一直線状に配置されていたのに対し、本実施形態におけるＬＥＤ基板７１はジグザグ型をしており、ＬＥＤ３はそのジグザグ形状に沿って折れ線状に配置されている。このジグザグ形状の凸部と凹部とは、互いを近接して配置した場合に丁度嵌合する形状となっているため、複数のＬＥＤ基板７１を１枚の矩形状の基板シート７の中に隙間なく敷き詰めることが可能となっている。本実施形態においては、１枚の基板シート７上に６個のＬＥＤ基板７１のパターンが形成されている。各ＬＥＤ基板７１同士の境界にはミシン目加工が施され、機械的に容易に分割できるようになっている。また、それぞれのＬＥＤ基板７１には、後の工程で拡散レンズを取り付けるのに用いる複数の位置決め穴が設けられている。
【００８７】
本実施形態におけるＬＥＤ光源２の製造方法は第１の実施形態の図５で説明したものと同様であり、ＬＥＤ基板７１が多数個形成された基板シート７に拡散レンズ４を熱カシメにより取り付け、その後ＬＥＤ基板７１個片に分割する。これにより多数のＬＥＤ基板７１を一度に製造することができ、組立作業性が向上し、かつ輝度均一性の高いＬＥＤ光源２および照明装置を実現することができる。
【００８８】
製造工程のうち、拡散レンズ４取り付け後の分割および接続時のＬＥＤ基板７１の状態を図１０の（ａ）乃至（ｃ）に示す。ＬＥＤ基板７１は基板シート７上に間隔を詰めて配置されているが、組立時には個片に分割して所定の間隔を隔てて配置するため、ＬＥＤ３同士の縦方向の隙間の部分はＬＥＤ基板７１が不要となる。そのため、１枚の大面積のＬＥＤ基板７１で全画面面積を賄う場合と比較して部材の使用量を少なくでき、価格を低減することができる。
【００８９】
本実施形態においては、１枚のＬＥＤ基板上７１上にＬＥＤ３が折れ線状に配置されており、これを図１０（ｃ）に示すように縦横等間隔で並べて配置するため、全体としてのＬＥＤ３の配置は六方格子状となっている。また、本実施形態においては、図１０（ｃ）のように１枚のＬＥＤ基板７１に縦２列分のＬＥＤが実装されていることになる。従って、同じ個数のＬＥＤ３を用いる場合で比較すると、第１の実施形態に対して必要なＬＥＤ基板７１の枚数が少なくなり、ＬＥＤ基板７１同士の接続の手間を削減することができる。また接続用のコネクタおよびハーネスの部材数も低減できるという利点がある。但し、ジグザグ型とすることでＬＥＤ−ＬＥＤ間の基板の面積は余分に必要になるため、必要な基板の総面積は第１の実施形態に対してやや多くなる。
【００９０】
なお、本実施形態で述べたジグザグ型形状は、非矩形、非直線形状でありながら２次元平面状に隙間なく敷き詰めることが可能である点に特徴があるが、同様の特徴を有する形状としては他に波型形状、櫛歯型形状、渦巻き型形状、巴形形状などがある。これらのいずれの形状も本実施形態と同様にＬＥＤ光源２を構成するＬＥＤ基板の形状として用いることができ、本実施形態と同様の効果を有する。
【００９１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について述べる。本実施形態は、本発明の第１の実施形態で説明した製造方法によって製造したＬＥＤ光源２を、照明装置８へ適用したものである。図１１にこの照明装置８の分解斜視図を示す。
【００９２】
図１１に示すように、照明装置８は、ＬＥＤ光源９、反射シート８１、拡散板８２、フード８３、筐体８４および電源回路基板８５を備えている。このうち、ＬＥＤ光源９、反射シート８１、拡散板８２および電源回路基板８５は、第１の実施形態で説明したものと各々同様の役割を有する。但し、形状については本実施形態の照明装置８に適合させるために若干異なっている。フード８３および筐体８４は、上記の各部材を収納し保持する役割を有する。フード８３は透明または半透明材料で形成されており、ＬＥＤ光源９が発する光を透過して照明光として外部に放出する。
【００９３】
ＬＥＤ光源９は、ＬＥＤ基板９１およびハーネス９２からなり、ＬＥＤ基板９１上には複数のＬＥＤおよび拡散レンズ４が取り付けられている。ＬＥＤ基板は第１の実施形態で述べたものと同じ形状である。拡散レンズ４はＬＥＤ３から出射した光を面方向に広げてやることができる。
【００９４】
ＬＥＤ光源９の製造方法は第１の実施形態の図５で説明したものと同様であり、ＬＥＤ基板９１が多数個形成された図示しない基板シートに拡散レンズを熱カシメにより取り付け、その後ＬＥＤ基板個片に分割する。これにより多数のＬＥＤ基板９１を一度に製造することができ、組立作業性が向上し、かつ輝度均一性の高いＬＥＤ光源および照明装置を実現することができる。
【００９５】
なお、先に述べた映像表示装置１では、画面の縦横比が放送の規格により決まっているため、それに合わせてＬＥＤ光源２１の縦横比も一定値であった。これに対し、照明装置８にはそのような形状の制約がないため、正方形に近い形状から細長い矩形状まで縦横比を任意の値とすることができる。さらに必要に応じて三角形や円形などの異形形状とすることもできる。そのような場合においても、矩形形状やジグザグ形状などのＬＥＤ基板９１を一つの構成単位として、それらを適切に接続することで任意の光源形状に対応することが可能である。
【００９６】
（その他の実施形態）
上記で説明した第１乃至第３の実施形態においては、ＬＥＤ３に取り付ける光学部材４を樹脂製の拡散レンズであるものとして説明した。しかし、光学部材はこれに限定されるものではなく、ＬＥＤ３自体の発光素子としての特性をＬＥＤ光源として望ましい特性に変換するための光学部材であれば、どのような光学部材に対しても本発明で説明した製造方法を適用することができる。例えば、ＬＥＤの発光色を所望の色に変換するためのフィルター素子や、プリズム、ミラー、回折格子、位相差板、ホログラム素子、その他任意の光学部材や、それらのうちの複数の機能を統合した複合光学部材を用いる場合にも本発明は適用可能である。
【００９７】
また同様に、第１乃至第３の実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ３を用いた場合について説明した。しかし、発光素子はこれに限定されるものではなく、電力を供給することにより光を出射することができる素子、例えば、レーザダイオード、有機ＥＬ素子等を代わりに用いることも可能である。
【００９８】
また、本発明で述べたＬＥＤ光源は汎用性を有する面光源であり、上記実施形態で説明した映像表示装置や照明装置以外の他の装置にも応用できる。他の応用装置として、例えば、ＬＥＤディスプレイ、サインボード、メッセージボード、イルミネーション機器、交通信号機、道路標識などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９９】
本発明は上述した各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、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１００】
また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、映像表示装置、照明装置等、光源を必要とする装置の製造分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源を用いた映像表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源に用いられる拡散レンズの模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源に用いられる拡散レンズを説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源に用いられる拡散レンズの光学特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源の組立工程の順序を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源に用いられる基板シートの外形形状を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源の製造方法における、基板シートへの拡散レンズの取付方法を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ光源の製造方法における、拡散レンズ取付後の基板シートの分割および配線接続工程を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源に用いられる基板シートの外形形状を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ光源における、拡散レンズ取付後の基板シートの分割および配線接続工程を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤ光源を用いた照明装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】従来の拡散レンズを用いたＬＥＤ光源の、組立工程の順序を示すフローチャートである。
【図１３】従来の拡散レンズを用いたＬＥＤ光源の、拡散レンズ取り付け時に発生する取り付け誤差を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１          映像表示装置
１１、８１  反射シート
１２、８２  拡散板
１３        液晶パネル
１４        前キャビネット
１５、８４  シャーシ
１６        スタンド
１７、８５  電源回路基板
１８        映像表示回路基板
２          ＬＥＤ光源
２１        ＬＥＤ基板
２２        ハーネス
３          ＬＥＤ
４          拡散レンズ
４１        突起部
４２        突出部
５、７      基板シート
６１        治具
６２        陥没部
６３        熱カシメ工具
６４        ヒータービット
８          照明装置
８３        フード
【図１】
2010062456.tif 000003
【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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