(57)【要約】【課題】本発明の課題は、発光ダイオードを光源とする光源モジュールの光取出し効率を向上させるとともに、高均一な輝度分布が可能である照明装置およびこの照明装置を用いた液晶表示装置を提供することにある。【解決手段】本発明に関わる照明装置は、回路基板１２３と、回路基板１２３上に搭載され回路基板１２３に形成される配線パターン１３ｐと接続される発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇと、発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇを封止するレンズ体１９とを有する照明装置Ｋであって、レンズ体１９は、上面視で広い幅をもつ広幅領域１９ａと狭い幅をもつ狭幅領域１９ｂとが周期的に繰り返された形状を有し、レンズ体１９の各広幅領域１９ａ内に、赤、緑、青の各色の発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｇ、１２４ｂを対として搭載している【選択図】図３
2008300172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、前記回路基板上に搭載され前記回路基板に形成される配線パターンと接続される発光ダイオードと、前記発光ダイオードを封止するレンズ体とを有する照明装置であって、
前記レンズ体は、上面視で広い幅をもつ広幅領域と狭い幅をもつ狭幅領域とが周期的に繰り返された形状を有し、
前記レンズ体の各広幅領域内に、赤、緑、青の各色の前記発光ダイオードを対として搭載した
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記広幅領域内の各赤、緑、青色の発光ダイオードの光の一部は、隣接の又は近傍の前記広幅領域に伝播して前記レンズ体から照射対象に向けて出射される
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記レンズ体における広幅領域は、前記狭幅領域より高い高さを有し、
かつ、前記広幅領域の上面と前記狭幅領域の上面とを繋いで高さを次第に変化させる傾斜上面を具える
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記発光ダイオードは、上面視で長方形の形状を有するとともに、その長手方向に沿って前記回路基板上に並んで搭載される
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記レンズ体の短手方向で切断した横断面は、前記回路基板上に立設する両側面と、該両側面に連続するとともに前記レンズ体の底面中心から前記レンズ体の頂部までの寸法より大きな曲率半径をもつ曲面の上面とを有する形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
前記発光ダイオードの側方に、該発光ダイオードに近づくに従い下方に傾斜し、前記発光ダイオードの光を照射すべき向きに反射する反射面を有する反射部材を具える
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
前記レンズ体の短手方向で切断した横断面は、前記回路基板上に立設する両側面と、該両側面に連続するとともに中央部方向に曲がる曲率を有し前記回路基板から離間するに従って該曲率が大きくなる両曲面と、該両曲面に連続するとともに前記発光ダイオードの照射すべき方向に垂直な上面とを具える形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記レンズ体の短手方向で切断した横断面は、前記回路基板上面に垂直に立設する両側面と、該両側面に連続するとともに中央部方向に曲がる曲率を有し前記回路基板から離間するに従って該曲率が大きくなる両曲面と、該両曲面に連続するとともに前記発光ダイオードの照射対象に向かって突出した態様の２つの平面をなす突出面とを具える形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記照明装置は、画像を表示する表示画面の側方から照射するサイドライト型のバックライト光源である
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置
【請求項１０】
回路基板と、前記回路基板上に搭載され前記回路基板に形成される配線パターンと接続される発光ダイオードと、前記発光ダイオードを封止するレンズ体とを有する照明装置であって、
前記発光ダイオードは、上面視で長方形状を有し、その長手方向に沿って赤、緑、青の各色の発光ダイオードが交互に搭載されており、
前記レンズ体は、前記発光ダイオードの搭載方向に沿った半円筒状の形状である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
前記請求項１から請求項１０のうちの何れか一項に記載の照明装置を備える
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを使用する光源およびこの光源をバックライトとして用いた照明装置およびこの照明装置を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、中小型液晶ディスプレイ装置だけでなく、大型液晶ディスプレイ装置に対しても、発光ダイオードがバックライト光源として適用されるようになっている。ところで、テレビ、パソコン等に広範に用いられる液晶表示装置は、従来の電子線を放出するブラウン管式の表示装置に比較し、フラットパネル・ディスプレイとして、奥行き寸法が短く薄型であることが大きな特徴となっている。この薄型の特徴をさらに生かすため、液晶表示装置は、従来の電圧制御する液晶部の後方から光を透過させるための光源を画面後方に配設するバックライト方式に対して、昨今、光源を表示画面の両側方に配置してこの両側方の光源の光を乱反射させ導光板を用いて液晶部の後方から面光源として光を導くサイドライト方式が採用されている。
【０００３】
そこで、中小型液晶ディスプレイでは、発光ダイオードがサイドライト光源として適用されており、薄型軽量化の光源モジュールが実現されている。大型液晶ディスプレイにおいても、サイドライト光源を駆使することにより、中小型同様に、薄型軽量化が期待されている。
従来、この光源モジュールでは、発光ダイオードが発する光を発光ダイオードが対向する導光板に集光するための光学系にシリンドリカルレンズを適用し、この発光ダイオードを透明な半円筒状の樹脂で封止して幅広い線光源とした照明装置の光源や液晶ディスプレイ装置のバックライト光源モジュールを構成することが示される。
【０００４】
公知技術の特許文献１、２では、液晶ディスプレイ光学系にシリンドリカルレンズを適用した例が示されている。例えば、特許文献１では、シリンドリカルレンズの構成を有する光学シートを適用して、明暗パターンやモアレ及び機械的損傷を低減する光学系を提供している。また、特許文献２では、レンズ部の非集光部に遮光パターンを設けることにより、遮光部から入射した光にレンズ作用を生じ、遮光パターンの形成箇所をシフトさせる構成としている。この構成により、多数の観察者に対する明るい表示映像を有する視角特性を示すことができることが記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１４８０９５号公報(段落番号００３４、００５１〜００６２、図３、図６参照)
【特許文献２】特開２００５−１４８４４０号公報(図３、図４等参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記公知例では、液晶ディスプレイ装置の光学系に、シリンドリカルレンズが適用され、明暗パターンやモアレが低減され、遮光部パターンを活用して、視覚特性を向上させることが記載されている。しかし、特許文献１、２においては、光学系に対する構成と光学的効果について記載されているが、発光ダイオードに対する具体的な構成については言及がない。
図９には、従来の光源搭載基板９２３上に実装された発光ダイオード９２４を半円筒状のシリンドリカルレンズ９８９で樹脂封止した光源モジュールＫ９を示している。なお、図９(ａ)は、従来の光源モジュールＫ９の発光ダイオードの配置を示す上面概略図であり、図９(ｂ)は、(ａ)図のＡ−Ａ線断面図である。また、図９(ｃ)は、光源モジュールＫに実装された発光ダイオード９２４の形状を示す図９(ａ)のＢ部拡大図であり、発光ダイオード９２４のみを示している。
【０００６】
光源モジュールＫ９は、図９(ａ)に示すように、光源搭載基板９２３上に複数の発光ダイオード９２４が搭載され、図９(ｂ)に示すように、光源搭載基板９２３上に形成された配線パターン９２３ｐにワイヤｗ９を用いてワイヤボンディングされ接続されている。そして、光源搭載基板９２３上に搭載された複数の発光ダイオード９２４が透明な樹脂を用いて樹脂封止されて半円筒状のシリンドリカルレンズ９８９が形成され、シリンドリカルレンズ９８９によって発光ダイオード９２４の光が集光されている。
発光ダイオード９２４は、図９(ｃ)に示すように、上面視で正方形の形状を呈しており、＋極９２４ａおよび−極９２４ｂの電極を有している。
【０００７】
図１０(ｃ)は、図１０(ｂ)に示す発光ダイオード９２４の下面中心Ｏ点に立てた垂線ｃを０度として、Ｏ点廻りの角度θの発光ダイオード９２４が発する光の強度を示している。なお、横軸に垂線ｃを０度とした角度をとり、縦軸にその角度の光の強度、例えばカンデラ／平方ｍ等の任意の単位をとっている。また、図１０(ａ)に示すように、正方形状の発光ダイオード９２４の横方向、すなわち、光源モジュールＫ９の光源搭載基板９２３の短辺方向(図９(ａ)参照)、および、発光ダイオード９２４の縦方向、すなわち、光源モジュールＫ９の光源搭載基板９２３の長辺方向(図９(ａ)参照)をそれぞれ規定する。
また、図１０(ｂ)は、発光ダイオード９２４が、光源搭載基板９２３上に形成された配線パターン９２３ｐにワイヤｗ９を用いてワイヤボンディングされた状態を示す図１０(ａ)のＤ方向矢視図である。
図１０(ｃ)によれば、正方形状の発光ダイオード９２４は、横方向、縦方向とも同様な光強度を示し、点光源としては理想的である。
【０００８】
図１１は、光源モジュールＫ９と導光板９２１との配置関係、および光源モジュールＫ９の発光ダイオード９２４から発した光の最終的な進行方向Ｌを矢印で示した図である。
図１１に示すように、光源モジュールＫ９の発光ダイオード９２４が対向する導光板９２１に向けた発光ダイオード９２４の横方向の光を挟む態様で、反射シート９２１ｈが配設されている。ここで、光源モジュールＫ９の発光ダイオード９２４からの横方向の光は、発光ダイオード９２４の中心Ｏ(図１０(ｂ)参照)廻りに放射状に発せられるが、導光板９２１に対する傾斜が大きい光は、反射シート９２１ｈに反射して進み、導光板９２１に入射する(図１１中の矢印で示す)。
ここで、発光ダイオード９２４からの光は、直接、導光板９２１に入るのが損失が少なく一番好ましい。しかし、光源モジュールＫ９の光は、発光ダイオード９２４の中心Ｏ(図１０(ｂ)参照)廻りに放射状に発せられるため、反射シート９２１ｈに反射して導光板９２１に入射する光が多く、多重反射によって損失が発生している。そのため、発光ダイオード９２４の光が、導光板９２１に直接、入射する方策が望まれる。
図１３(ｂ)は、光源モジュールＫ９におけるシリンドリカルレンズ９８９内の発光ダイオード９２４の光の縦方向、すなわち、光源モジュールＫ９の長手方向の光の進み方を矢印で示した図であり、図１３(ａ)のＤ−Ｄ線断面図である。なお、図１３(ａ)は、光源モジュールＫ９の上面図である。
【０００９】
図１３(ｂ)に示すように、シリンドリカルレンズ９８９の上面は、円筒面９８９ｃであることから、発光ダイオード９２４の光が、円筒面９８９ｃの垂線に対して９０度以上の屈折角をもつ場合、図１３(ｂ)の矢印のように全反射しており、光源モジュールＫ９の縦方向の光の光損失の起因となっている。従って、光源モジュールＫ９の発光ダイオード９２４の光の導光板９２１へのカップリング効率、すなわち結合効率が不十分であるという問題がある。
また、大型液晶テレビなどの大型画面の場合には、光源モジュールＫ９から遠距離にある導光板９２１の中心部にまで光を導くのが難しく、光の均一性を出すことが困難となっている。
本発明は上記実状に鑑み、発光ダイオードを光源とする光源モジュールの光取出し効率を向上させるとともに、均一な輝度分布が可能である照明装置およびこの照明装置を用いた液晶表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる照明装置は、回路基板と、回路基板上に搭載され回路基板に形成される配線パターンと接続される発光ダイオードと、発光ダイオードを封止するレンズ体とを有する照明装置であって、レンズ体は、上面視で広い幅をもつ広幅領域と狭い幅をもつ狭幅領域とが周期的に繰り返された形状を有し、レンズ体の各広幅領域内に、赤、緑、青の各色の前記発光ダイオードを対として搭載している。
第２の本発明に関わる照明装置は、回路基板と、回路基板上に搭載され回路基板に形成される配線パターンと接続される発光ダイオードと、発光ダイオードを封止するレンズ体とを有する照明装置であって、発光ダイオードは、上面視で長方形状を有し、その長手方向に沿って赤、緑、青の各色の発光ダイオードが交互に搭載されており、レンズ体は、発光ダイオードの搭載方向に沿った半円筒状の形状である。
第３の本発明に関わる液晶表示装置は、回路基板と、回路基板上に搭載され回路基板に形成される配線パターンと接続される発光ダイオードと、発光ダイオードを封止するレンズ体とを具え、レンズ体は、上面視で広い幅をもつ広幅領域と狭い幅をもつ狭幅領域とが周期的に繰り返された形状を有し、レンズ体の各広幅領域内に、赤、緑、青の各色の前記発光ダイオードを対として搭載する照明装置を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光ダイオードを光源とする光源モジュールの光取出し効率を向上させるとともに、高均一な輝度分布が可能である照明装置およびこの照明装置を用いた液晶表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明を適用した液晶テレビ(液晶表示装置)１は、その前面図の図１(ａ)に示すように、画像表示部１ｈを有しており、この画像表示部１ｈには、電圧をかけた液晶を後方から透過させた光をカラーフィルタの個々の画素に照射し、各画素の色を表示することで画像が表示される。なお、図１(ｂ)は、図１(ａ)のＡ−Ａ線断面概念図であり、図２(ａ)は、図１(ｂ)に示す画像表示部１ｈを分解した状態を示す斜め上方から見た斜視図である。
この画像表示部１ｈは、図１(ｂ) 、図２(ａ)に示すように、画像に応じた電圧が加えられる液晶およびカラーフィルタの後方から光を透過させ各画素を発色させ画像を表示する液晶パネル１２０と、液晶パネル１２０を透過させる光の光源となる発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌight  Ｅmitting  Ｄiode）１２４が実装され両側部に配設される光源搭載基板(回路基板)１２３と、両側方の発光ダイオード１２４からの光を取り入れ光を拡散させ矢印α１のように前方への光に導くための導光板１２１と、導光板１２１の裏面側(図１(ｂ)の下側)に配設され導光板１２１裏面側に逃げた光を乱反射させて前方向き(矢印α１)の光とするための反射シート１３６と、反射シート１３６で反射した光等の導光板１２１を透過した光を前方向き(矢印α１)の均一な光とする光学シート１３４とを備え構成されている。なお、図１(ｂ)においては、液晶パネル１２０の外側に配設される透明な前面パネルＰ(図２(ａ)参照)は省略して示している。
【００１３】
図２(ｂ)は、図２(ａ)に示す分解図における発光ダイオード１２４(１２４ｒ、１２４ｇ、１２４ｂ)が所定数実装された光源搭載基板１２３および導光板１２１を示した斜視図である。図２(ｂ)に示すように、発光ダイオード１２４が所定数実装された光源搭載基板１２３は、導光板１２１に対して左右対称にそれぞれ４つに分割され配設されている。なお、導光板１２１の左右の両側にそれぞれ配設された発光ダイオード１２４、１２４…およびその実装基板である光源搭載基板１２３、…を光源モジュール(照明装置)Ｋと称する。なお、図１(ｂ)に示す導光板１２１の左右両側それぞれには、適宜、任意の数の光源モジュールＫを配設することが可能である。
【００１４】
＜＜第１実施形態＞＞
図３(ａ)は、図２(ｂ)における導光板１２１側から見た光源モジュール(請求項１の照明装置)Ｋを示す上面図であり、図３(ｂ)は、図３(ａ)のＥ−Ｅ線断面図である。
図３(ａ)に示すように、光源モジュールＫを構成する光源搭載基板１２３上には、長方形状の赤色発光ダイオード１２４ｒ、青色発光ダイオード１２４ｂ、および緑色発光ダイオード１２４ｇが、一つの対をなして、画像表示部１ｈの画面の大きさに合わせて、任意の数、適宜選択され搭載されている。ここでは、３対の発光ダイオード１２４を光源搭載基板１２３上に搭載した場合を示している。これらの発光ダイオード１２４(１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇ)は、例えば、アクリル等の透明な樹脂のレンズ(レンズ体)１９によって樹脂封止されている。
図３(ａ)に示すように、光源搭載基板１２３に形成される透明樹脂のレンズ１９は、上面視で周期的に広い幅をもつ広幅領域１９ａと狭い幅をもつ狭幅領域１９ｂとを有し、幅を変調させた、言わば、ウォブリング形状を呈している。そして、広い幅の広幅領域１９ａ内には、光源搭載基板１２３上に搭載された各赤、青、緑色の発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇを対として樹脂封止している。
【００１５】
このウォブリング形状のレンズ１９を用いることにより、発光ダイオード１２４から発せられる導光板１２１への方向に対して傾斜角の大きな光を、全反射させることなく黒矢印ａで示す光として取り出すことが可能となる。
また、狭幅領域１９ｂを透過する白矢印ｂの光は、光の回析現象によって隣接する広幅領域１９ａの傾斜幅域１９a1から黒矢印ａで示す斜め向きの光として取り出すことができる。従って、上面視で周期的に幅を変調させたウォブリング形状のレンズ１９を用いることで、導光板１２１への集光性を高めることができる。
また、各広幅領域１９ａ内に赤、青、緑色の発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇを対として近接して配置されるので、各広幅領域１９ａ内で混色が行える。一方、各広幅領域１９ａ内の赤色の発光ダイオード１２４ｒと隣接する広幅領域１９ａ内の緑色の発光ダイオード１２４ｇとの距離が離れており、混色の度合いが低くなるが、広幅領域１９ａ間を接続する狭幅領域１９ｂを介して各広幅領域１９ａ内の光が行き来するので、混色が促進される。同様に、各広幅領域１９ａ内においても隣接の又は近傍の広幅領域１９ａ内の光が狭幅領域１９ｂを介して行き来するので、混色が促進される。従って、混色白色制御が可能である。
なお、図３(ｂ)に示すように、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３上の透明樹脂のレンズ１９の上面１９ｕは、光源搭載基板１２３に略平行な平面状または曲面状を呈している。
光源搭載基板１２３上に実装される発光ダイオード１２４(１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇ)は、図４(ａ)に示す長方形状のものであり、図４(ｂ)に示すように、発光ダイオード１２４の＋極１２４ｐと−極１２４ｍが光源搭載基板１２３上に形成された配線パターン１３ｐにワイヤｗ１を用いてワイヤボンディングされている。なお、図４(ｂ)は、図４(ａ)のＦ方向から見た発光ダイオード１２４が光源搭載基板１２３上の配線パターン１３ｐにワイヤボンディングされ実装された状態を示している。
【００１６】
図４(ｃ)は、発光ダイオード１２４の下面中心Ｏ点に立てた垂線ｃを、０度とし、図４(ｂ)に示すように、Ｏ点廻りの角度θの発光ダイオード１２４が発する光の強度を示している。なお、横軸に垂線ｃを０度とした角度をとり、縦軸にその角度の光の強度、例えばカンデラ／平方ｍ等の任意の単位をとっている。また、図４(ａ)に示すように、長方形状の発光ダイオード１２４の横方向とはその短手方向をいい、すなわち、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の短辺方向(図３(ａ)参照)を言う。また、発光ダイオード１２４の縦方向とはその長手方向をいい、すなわち、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の長辺方向(図３(ａ)参照)を言う。
図４(ｃ)によれば、発光ダイオード１２４の縦方向、すなわち、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の長辺方向(図３(ａ)参照)の光が、中心Ｏ点に立てた垂線ｃの０度を中心とする狭角で強い光強度を示している。
【００１７】
また、図４(ｃ)に示す長方形の発光ダイオード１２４の縦方向の光の強度と、図１０(ｃ)に示す正方形の発光ダイオード９２４の縦方向の光の強度とを比較すると、導光板１２１の照射能力に影響が大きいと考えられるプラス・マイナス４０度のピークを含む範囲で長方形の発光ダイオード１２４の光の強度が高い。従って、発光ダイオード１２４の縦方向、すなわち、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の長辺方向(図３(ａ)参照)の光に関しては、長方形の発光ダイオード１２４が正方形の発光ダイオードより望ましい。
一方、発光ダイオード１２４の横方向(図４(ａ)参照)の光に関しては、前記の図１２に示すように、発光ダイオード１２４の下面中心点に立てた垂線近傍の光が、反射することなく導光板９２４に直接届くので効率が良い。しかし、垂線からの角度が大きくなるほど反射シート９２１ｈに反射して導光板９２４への伝播することになり、反射による光の損失が生じ効率が悪くなる。
【００１８】
図５(ａ)は、図４ (a)に示す長方形の発光ダイオード１２４の横方向の光強度と、図１１(a)に示す正方形の発光ダイオード９２４の横方向の光強度(図１１(ｃ)参照)とを重ねて図示したものである。なお、横軸に発光ダイオード下面中心点の垂線ｃを０度とした角度をとり、縦軸にその角度の光の強度をとっている。なお、図５(ｂ)については、後に説明する。
図５(ａ)によれば、長方形の発光ダイオード１２４の横方向、すなわち、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の短辺方向(図３(ａ)参照)の光の強度は、図１１(a)に示す正方形の発光ダイオード９２４の横方向(図１０(ａ)参照)の光強度より、ほぼ全域の角度において高く、積分強度比で１．３４倍を示している。よって、発光ダイオード１２４の横方向、すなわち、光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の短辺方向(図３(ａ)参照)の光についても、長方形の発光ダイオード１２４が正方形の発光ダイオード９２４より望ましい。
【００１９】
これらの結果より、長方形の発光ダイオード１２４は、正方形の発光ダイオード９２４に比べ、縦方向、すなわち光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の長辺方向(図３(ａ)参照)、および横方向、すなわち光源モジュールＫの光源搭載基板１２３の短辺方向(図３(ａ)参照)、何れの方向に関しても有利であることから、長方形の発光ダイオード１２４を採用したものである。なお、実証に用いた長方形の発光ダイオード１２４と正方形の発光ダイオード９２４との上面視(図４(ａ)、図１１(ａ)参照)の面積は、同一のものである。
ここで、長方形の発光ダイオード１２４は、その長さで輝度をかせぐことができるが、長方形の発光ダイオード１２４の短辺と長辺との比が、１：３を超えて大きくなると、光が吸収され光強度が低下し、光を強く取り出せる短辺と長辺との最適比は、１：２〜３である。
【００２０】
図６(ａ)は、従来、使用された正方形の発光ダイオード９２４の上面図であり、また、図６(ｂ)は、図６(ａ)のＧ方向から見た正方形の発光ダイオード９２４を従来のシリンドリカルレンズ９８９で樹脂封止した状態を示す図(図１０(ａ)のＡ−Ａ線断面図)である。また、図６(ｃ)は、本実施形態で使用される長方形の発光ダイオード１２４の上面図であり、また、図６(ｄ)は、図６(ｃ)のＨ方向から見た長方形の発光ダイオード１２４を透明な樹脂１９で封止した状態を示す図(図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面図)であり、また、図６(ｅ)は、図６(ｃ)のＨ方向から見た長方形の発光ダイオード１２４を透明な樹脂１９'で封止した変形例を示す図である。
図６(ａ)に示す従来、使用された正方形の発光ダイオード９２４を、図６(ｂ)に示す半円筒状のレンズ９８９で樹脂封止した場合、発光ダイオード９２４が対向する１８０度の全角度に対する点光源としては理想的である。しかし、図２(ｂ)に示すように、発光ダイオード１２４が対向する狭領域の導光板１２１を照射するには、光が広角度に広がり過ぎ、効率が良くない。
【００２１】
そこで、本実施形態では、図６(ｃ)に示す長方形の発光ダイオード１２４を、図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面図の図６(ｄ)に示すように、光源搭載基板１２３上に搭載した長方形の発光ダイオード１２４を、光源搭載基板１２３上に垂直に立設する両側面(請求項５の側面)１９ｓ、１９ｓと、この両側面１９ｓ、１９ｓに連続し、発光ダイオード１２４の下面中心からレンズ１９頂部までの寸法より大きな曲率半径の円筒面または該曲率半径が一様でない非円筒面である曲面の上面(請求項５の上面)１９ｕとを有する形状のレンズ１９で樹脂封止している。なお、図６(ｄ)に示す構成は、発光ダイオード１２４が対向する狭領域の導光板１２１に対して、矢印間により多くの光を集光することができる。
【００２２】
図６(e)は、図６(ｄ)に示す構成の変形例である。図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面図の図６(ｅ)に示すように、光源搭載基板１２３上に搭載した長方形の発光ダイオード１２４の光を導光板１２１に向けて、さらに良好に集光するために、発光ダイオード１２４の側方に発光ダイオード１２４に近づくに従い下方に傾斜する反射面(請求項６の反射面)Ｈ１、Ｈ１をもつ反射部材(請求項６の反射部材)Ｈを、光源搭載基板１２３上に形成している。なお、反射部材Ｈは、セラミック、樹脂等を用いて形成される。そして、この反射部材Ｈ上に反射部材Ｈ上に垂直に立設する両側面１９ｓ'、１９ｓ'と、両側面１９ｓ'、１９ｓ'に連続し発光ダイオード１２４の下面中心からレンズ１９'頂部までの寸法より大きな曲率半径の円筒面または該曲率半径が一様でない非円筒面である曲面の上面１９ｕ'とを有する透明なレンズ１９'を形成し、発光ダイオード１２４を樹脂封止している。
図６(e)の変形例の構成によれば、発光ダイオード１２４の両側面１２４ｓ、１２４ｓの外方に向かって出る光が反射面Ｈ１、Ｈ１で反射され、透明なレンズ１９'を透過し導光板１２１に向けて集光され、図６(ｄ)に示す構成に比べ、光の取り出し効率の向上が図れる。
なお、光源搭載基板１２３は、金属基板、セラミック基板、プリント配線基板等が用いられるが、反射率ではセラミック基板が有利であり、放熱性からは、金属基板、セラミック基板が好適である。
【００２３】
＜＜第２実施形態＞＞
次に、長方形の発光ダイオード１２４の光の横方向(図４(ａ)、図３(ａ)参照)の強度の向上を図った第２実施形態、第３実施形態について説明する。
図７は、長方形の発光ダイオード１２４を封止するレンズの形状により、発光ダイオード１２４の光の横方向の強度の向上を図った第２実施形態、第３実施形態の光の進み方を、従来例の光の進み方と比較して示している。
図７(a)は、図１０(ａ)のＡ−Ａ線断面図の従来のシリンドリカルレンズ９８９で樹脂封止された正方形の発光ダイオード９２４の横方向の光の進み方を矢印で示した図である。また、図７(ｂ)は、図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面で示す第２実施形態のレンズ２９で樹脂封止された長方形の発光ダイオード１２４の横方向の光の進み方を矢印で示した図である。また、図７(ｃ)は、図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面で示す第３実施形態のレンズ３９で樹脂封止された長方形の発光ダイオード１２４の横方向の光の進み方を矢印で示した図である。
【００２４】
図７(a)に示すように、従来の光源搭載基板９２３上の正方形の発光ダイオード９２４を円筒状のシリンドリカルレンズ９８９で樹脂封止した場合、素子単体として長方形の発光ダイオード１２４より横方向の光の強度が低い(図５(ａ)参照)とともに、横方向の光は矢印に示すように、発光ダイオード９２４を中心に全角度に対して均一に光を放射する。
これに対して、図７(ｂ)に示すように、第２実施形態の光源搭載基板１２３上の長方形の発光ダイオード１２４は、素子単体として正方形の発光ダイオード９２４より光の強度が高い(図５(ａ)参照)。また 、長方形の発光ダイオード１２４を樹脂封止するレンズ２９は、光源搭載基板１２３上面に垂直に立設される両側面(請求項７の側面)２９ｓ、２９ｓと、この両側面２９ｓに連続して形成され中央部方向に曲がる曲率を有し光源搭載基板１２３から離間するに従って該曲率が大きくなる両曲面(請求項７の曲面)２９ｋ、２９ｋと、この両曲面２９ｋ、２９ｋに連続して形成され発光ダイオード１２４の導光板１２１に向けた照射方向に垂直の上面(請求項７の上面)２９ｈとを有して形成されている。
【００２５】
ここで、図５(ｂ)は、長方形の発光ダイオード１２４の横方向(図４(ａ)参照)の光強度に対応する完全拡散分布を一点鎖線で示し、また、正方形の発光ダイオード９２４の横方向(図１１(ａ)参照)の光強度に対応する完全拡散分布を破線で示したものである。なお、横軸に発光ダイオード下面中心の垂線ｃを０度とした角度をとり、縦軸にその角度の光の強度、例えばカンデラ／平方ｍ等の任意の単位をとっている。また、完全拡散分布とは、光が遠距離にまで飛んだ場合にも均一な拡散性を保てる光の分布をいう。
この図７(ｂ)に示す第２実施形態のレンズ２９を有する光源モジュール(請求項７の照明装置)Ｋ２の横方向の光は、図５(ｂ)に示すように、樹脂封止されていない長方形の発光ダイオード１２４の横方向の光強度に対して、ほぼ＋４０度〜−４０度の光の強度を強くして完全拡散分布に近い光強度分布とすることができる。
ここで、図８は、第２実施形態のレンズ２９を有する光源モジュールＫ２で導光板１２１を照射する光を矢印で示した拡大概念図である。図１２に示した従来のシリンドリカルレンズ９８９を有する光源モジュールＫ９の光(矢印で示す)に比べ、第２実施形態のレンズ２９を有する光源モジュールＫ２は、発光ダイオード１２４の光をより集光して導光板１２１に導くことができる。
【００２６】
＜＜第３実施形態＞＞
図７(ｃ)に示すように、第３実施形態の光源搭載基板１２３上に搭載した長方形の発光ダイオード１２４は、素子単体として正方形の発光ダイオード９２４より光の強度が高い(図５(ａ)参照)。また 、長方形の発光ダイオード１２４を樹脂封止する第３実施形態のレンズ３９は、光源搭載基板１２３上面に垂直に立設される両側面(請求項８の側面)３９ｓ、３９ｓと、この側面３９ｓに連続して形成され中央部方向に曲がる曲率を有し光源搭載基板１２３から離間するに従って該曲率が大きくなる両曲面(請求項８の曲面)３９ｋ、３９ｋと、この両曲面３９ｋ、３９ｋに連続して形成され導光板１２１向かって突出した態様の２つの平面状の両突出面(請求項８の突出面)３９ｔ、３９ｔとを有して形成されている。
第３実施形態のレンズ３９をもつ光源モジュール(請求項８の照明装置)Ｋ３の横方向の光は、図５(ｂ)に示すように、第２実施形態のレンズ２９を有する光源モジュールＫ２の横方向の光より、更に光強度を強化した完全拡散分布に近い光強度分布を得ることができる。
従って、第３実施形態の長方形の発光ダイオード１２４を用いたレンズ３９をもつ光源モジュールＫ３が、横方向の光に関して、第１実施形態、第２実施形態に比較して、最も効率良く光強度を向上させ得る。
【００２７】
＜＜第４実施形態＞＞
次に、図３を用いて、光源モジュールＫの縦方向(図３(ａ)参照)の光の効率向上について説明する。
図３(ａ)のＥ−Ｅ線断面図である図３(ｂ)に示すように、第１実施形態の光源モジュールＫの光源搭載基板１２３上の透明樹脂のレンズ１９の上面１９ｕは、光源搭載基板１２３に略平行な平面状または曲面状を呈している。ところが、この場合、発光ダイオード１２４の傾きの大きな光ｃ１は、屈折角が大きいため、レンズ１９の上面１９ｕで全反射し反射光ｃ２となり、光損失の起因となる。
そこで、図３(ａ)のＥ−Ｅ線断面図の図３(ｃ)に示すように、第４実施形態の光源モジュール(請求項３の照明装置)Ｋ４のレンズ４９は、幅の広い広幅領域面(請求項３の広幅領域)４９ａの上面の高さを高くした高上面(請求項３の広幅領域の上面)４９u1と幅の狭い狭幅領域(請求項３の狭幅領域)４９ｂの上面の高さを低くした低上面(請求項３の狭幅領域の上面)４９u2とを形成するとともに、高上面４９u1と低上面４９u2との間に高上面４９u1の高さから低上面４９u2の高さへと次第に変化する傾斜上面(請求項３の傾斜上面)４９u3を形成している。この第４実施形態の構成によれば、図３(ｂ)に示すような傾斜の大きなレンズ１９の上面１９ｕで全反射する光ｃ1を、傾斜上面４９u3から光ｃ3として取り出すことが可能となり、反射による光の損失を防止できる。なお、光ｃ1、ｃ3は屈折率の影響を受けて進行する。
【００２８】
＜＜第５実施形態＞＞
次に、図９を用いて、第５実施形態の光源モジュール(照明装置)Ｋ５について説明する。なお、図９ (ａ)は、光源モジュールＫ５の上面図であり、図９(ｂ)は、図９(ａ)のＬ−Ｌ線断面図であり、図９(ｃ)は、図９(ａ)のＪ−Ｊ線断面図である。
図９(ａ)に示すように、光源モジュールＫ５の光源搭載基板１２３上には、長方形状の赤色発光ダイオード１２４ｒ、青色発光ダイオード１２４ｂ、および緑色発光ダイオード１２４ｇが、その長手方向に沿って交互に多数、実装されている。この光源搭載基板１２３上に実装された発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇは、図９(ｂ)、図９(ｃ)に示すように、その実装方向に沿った半円筒状の形状を有する透明なアクリル等の樹脂のレンズ(レンズ体)５９によって樹脂封止されている。
第５実施形態によれば、前述したように、光強度の高い長方形状の発光ダイオード１２４ｒ、１２４ｂ、１２４ｇが実装されるので、光源モジュールＫ５の高輝度化が可能である。また、赤色発光ダイオード１２４ｒ、青色発光ダイオード１２４ｂ、および緑色発光ダイオード１２４ｇが交互に実装されるので、混色が行え混色白色制御が可能であり、導光板１２１内での輝度色度均一性の向上が図れる。
なお、第1実施形態から第５実施形態の構成は必要に応じて、適宜、組み合わせて構成することが可能である。
以上、第1実施形態から第５実施形態より、発光ダイオードを光源とする光源モジュールの光取出し効率を向上させることができることから、高均一な輝度分布が可能である照明装置およびこの照明装置を用いた液晶表示装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の活用例として、液晶テレビ以外に、カーナビゲーション用、携帯電話用、パーソナルコンピュータ用の中小型液晶ディスプレイ用等、広汎に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】(ａ)および(ｂ)は、本発明の実施形態に関わる液晶テレビを示す前面図、および(ａ)図のＡ−Ａ線断面概念図。
【図２】(ａ)および(ｂ)は、図１(ｂ)に示す画像表示部１ｈを分解した状態を斜め上方から見た斜視図、および(ａ)図に示す画像表示部の分解した状態における発光ダイオードが実装された光源搭載基板および導光板を示した斜視図。
【図３】(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)は、光源モジュールを示す上面図、(ａ)図のＥ−Ｅ線断面図、第４実施形態の光源モジュールを示す(ａ)図のＥ−Ｅ線断面図。
【図４】(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)は、長方形状の発光ダイオードを示す上面図、(ａ)図のＦ方向から見た発光ダイオードを光源搭載基板上に形成された配線パターンにワイヤボンディングして実装された状態を示す図、および(ａ)図の長方形状の発光ダイオードの横方向および縦方向における発光ダイオードの下面中心点に立てた垂線を０度として中心点廻りの角度の光の強度を示した図。
【図５】(ａ)および(ｂ)は、正方形の発光ダイオードの横方向の光強度と長方形の発光ダイオードの横方向の光強度を示す図、および正方形の発光ダイオードの横方向の光強度に対応する完全拡散分布を破線で示し、また、長方形の発光ダイオードの横方向の光強度に対応する完全拡散分布を一点鎖線で示し、また実施形態の樹脂封止した長方形の発光ダイオードの横方向の光強度を示した図。
【図６】(ａ)は正方形の発光ダイオードを示す上面図、(ｂ)は(ａ)図においてＧ方向から見た正方形の発光ダイオードを従来のシリンドリカルレンズで樹脂封止した状態を示す図、(ｃ)は長方形の発光ダイオードを示す上面図、(ｄ)は(ｃ)図においてＨ方向から見た実施形態の長方形の発光ダイオードを透明な樹脂で封止した状態を示す図、および(ｅ)は(ｃ)図においてＨ方向から見た長方形の発光ダイオードを透明な樹脂で封止した変形例を示す図。
【図７】(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)は、図１０(ａ)のＡ−Ａ線断面図の従来のシリンドリカルレンズで樹脂封止された正方形の発光ダイオードの横方向の光の進み具合を矢印で示した図、図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面で示す第２実施形態のレンズで樹脂封止された長方形の発光ダイオードの横方向の光の進み具合を矢印で示した図、および図３(ａ)のＩ−Ｉ線断面で示す第３実施形態のレンズで樹脂封止された長方形の発光ダイオードの横方向の光の進み具合を矢印で示した図。
【図８】第２実施形態のレンズを有する光源モジュールで導光板を照射する光を矢印で示した拡大概念図。
【図９】(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)は、第５実施形態の光源モジュールの上面図、(ａ)図のＬ−Ｌ線断面図、および(ａ)図のＪ−Ｊ線断面図。
【図１０】(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)は、従来の光源モジュールの発光ダイオードの配置を示す上面概略図、(ａ)図のＡ−Ａ線断面図、および(ａ)図の光源モジュールに実装された発光ダイオードの形状を示すＢ部拡大図。
【図１１】(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)は、従来の正方形の発光ダイオードを示す上面図、図１１(ａ)の従来の正方形の発光ダイオードが光源搭載基板上に形成された配線パターンにワイヤを用いてワイヤボンディングされた状態を示す図１１(ａ)のＤ方向矢視図、および、従来の正方形の発光ダイオードの横方向および縦方向における発光ダイオードの下面中心点に立てた垂線を０度として中心点廻りの角度の光の強度を示した図。
【図１２】従来の光源モジュールと導光板との配置関係および光源モジュールの発光ダイオードから発した光の最終的な進行方向Ｌを矢印で示した図。
【図１３】(ａ)および(ｂ)は、従来の光源モジュールを示す上面図、および(ａ)図のＤ−Ｄ線断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１…液晶テレビ(液晶表示装置)、
１２３…光源搭載基板(回路基板)、
１２４ｒ…赤色発光ダイオード、
１２４ｂ…青色発光ダイオード、
１２４ｇ…緑色発光ダイオード、
１２４…発光ダイオード、
１９、５９…レンズ(レンズ体)、
１９ａ…広幅領域、
１９ｂ…狭幅領域、
１３ｐ…配線パターン、
４９ａ…広幅領域面(請求項３の広幅領域)、
４９ｂ…狭幅領域(請求項３の狭幅領域)、
４９u1…高上面(請求項３の広幅領域の上面)、
４９u2…低上面(請求項３の狭幅領域の上面)、
４９u3…傾斜上面(請求項３の傾斜上面)、
１９ｓ…側面(請求項５の側面)、
１９ｕ…上面(請求項５の上面)、
２９ｓ…側面(請求項７の側面)、
２９ｋ…曲面(請求項７の曲面)、
２９ｈ…上面(請求項７の上面)、
３９ｓ…側面(請求項８の側面)、
３９ｋ…曲面(請求項８の曲面)、
３９ｔ…突出面(請求項８の突出面)
Ｋ(Ｋ1、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５)…光源モジュール(照明装置)
【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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