(57)【要約】【課題】  エネルギーを大幅に損失せずに、被照射体の面方向における輝度が均一となるように、被照射体に光を照射することができる発光装置、照明装置、および表示装置を提供する。【解決手段】  光を出射するＬＥＤチップ１１１ａを覆い、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の少なくとも一部を屈折させるレンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１に、入射してきた光の量を小さく調整する光量調整部材１１６を設け、その光量調整部材１１６の上に、ＬＥＤチップ１１１ａ側から入射してきた光をＬＥＤチップ１１１ａ側へ反射することで遮光する遮光部材１１７を設ける。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に光を照射する発光装置であって、
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の少なくとも一部を屈折させる光学部材と、
前記光学部材の上部における、前記発光素子の光軸が通る一部分に設けられる光量調整部材であって、入射してきた光の量を小さく調整する光量調整部材と、
前記光量調整部材の上に設けられる遮光部材であって、前記発光素子側から入射してきた光を前記発光素子側へ反射することで遮光する遮光部材とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光学部材の上部は、中央部分が前記発光素子側に凹むように湾曲して形成され、
前記光量調整部材が設けられる、前記光学部材の上部の一部分は、前記中央部分であ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】
前記光学部材は、底部に、前記発光素子から出射される光を反射する反射部が設けられ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】
前記光量調整部材の色は、前記発光素子が出射する光の色の補色であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項５】
前記光量調整部材の色は、前記反射部によって反射される光の色と同じ色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６】
前記光量調整部材と前記遮光部材とが一体化されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置を複数備え、複数の前記発光装置が整列配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
表示パネルと、
前記表示パネルに光を照射する、請求項７に記載の照明装置とを備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、照明装置、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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光透過率を変化させることで予め定められた映像等が光学的に表示される。この表示パネルには、液晶自体が発光体ではないので、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）などを光源とした光を照射す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が、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、照明用途で高演色高輝度白色ＬＥＤが急速に普及しており、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。輝度を均一化するためには、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構成として、たとえば、特許文献１には、ＬＥＤと、このＬＥＤを被覆する光学部材（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に記載の発光装置によれば、ＬＥＤから出射された光は、レンズを透過するときに屈折し、ＬＥＤの光軸方向に垂直な方向に拡がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１８１７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＬＥＤは指向性が強く、ＬＥＤの光軸およびその近傍に光量が集中する。特許文献１に記載の発光装置は、レンズによってＬＥＤから出射される光を屈折させる構成となっているが、ＬＥＤの光軸およびその近傍の光はほとんど屈折せずに被照射体に照射されるように構成されている。したがって、特許文献１に記載の発光装置では、被照射体においてＬＥＤの光軸近傍の領域に光量が集中し、その部分が極めて明るい点（輝点）となってしまう。
【００１０】
このような輝点の発生を防ぐためには、レンズ上面におけるＬＥＤの光軸近傍の部分に遮光部材を設ける必要がある。遮光部材としては、ＬＥＤから出射された光を吸収して遮断するものや、ＬＥＤから出射された光をＬＥＤ側に反射して遮断するものが考えられる。しかしながら、光を吸収する遮光部材の場合、遮光部材によって光軸近傍の光の大部分が吸収されることになるので、エネルギーの損失が大きいという問題がある。また、光を反射する遮光部材の場合、遮光部材によって反射された光が、被照射体においてＬＥＤの光軸から遠い領域に照射されることになり、光軸近傍の領域と比べて明るくなってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するものであり、エネルギーを大幅に損失せずに、被照射体の面方向における輝度が均一となるように、被照射体に光を照射することができる発光装置、照明装置、および表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、被照射体に光を照射する発光装置であって、
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の少なくとも一部を屈折させる光学部材と、
前記光学部材の上部における、前記発光素子の光軸が通る一部分に設けられる光量調整部材であって、入射してきた光の量を小さく調整する光量調整部材と、
前記光量調整部材の上に設けられる遮光部材であって、前記発光素子側から入射してきた光を前記発光素子側へ反射することで遮光する遮光部材とを備えることを特徴とする発光装置である。
【００１３】
また本発明は、前記光学部材の上部は、中央部分が前記発光素子側に凹むように湾曲して形成され、
前記光量調整部材が設けられる、前記光学部材の上部の一部分は、前記中央部分であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記光学部材は、底部に、前記発光素子から出射される光を反射する反射部が設けられることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記光量調整部材の色は、前記発光素子が出射する光の色の補色であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記光量調整部材の色は、前記反射部によって反射される光の色と同じ色であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記光量調整部材と前記遮光部材とが一体化されていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記発光装置を複数備え、複数の前記発光装置が整列配置されていることを特徴とする照明装置である。
【００１９】
また本発明は、表示パネルと、
前記表示パネルに光を照射する、前記照明装置とを備えることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、遮光部材によって被照射体における、発光素子の光軸近傍の領域に照射される光の量を少なくするとともに、遮光部材で反射された光を、光量調整部材によって小さくしつつ、被照射体における、発光素子の光軸から遠い領域に照射させることができる。よって、エネルギーを大幅に損失せずに、被照射体の面方向における輝度が均一となるように、被照射体に光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】液晶表示装置１００を分解して示す図である。
【図２】液晶パネル２側から拡散板３およびバックライトユニット１を平面視したときの様子を示す図である。
【図３】４つの反射部材１１８の平面図である。
【図４】１つの反射部材１１８の斜視図である。
【図５】図２に示す線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の端面図である。
【図６】発光部１１１を示す図である。
【図７】基台１１１ｂとＬＥＤチップ１１１ａとを示す図である。
【図８】プリント基板１２に実装されるＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態であるバックライトユニット１を備える液晶表示装置１００について説明する。図１は、液晶表示装置１００を分解して示す図である。液晶表示装置１００は、バックライトユニット１と、液晶パネル２と、拡散板３とを備える。
【００２３】
液晶パネル２は、２枚の基板を含み、矩形平板状に構成される。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と液晶パネル２の主面とが略平行になるように、フレーム部材１３の側壁部１３２によって支持される。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。また、この２枚の基板には、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。このように構成される液晶パネル２は、バックライトユニット１から光が照射されることによって、主面の１つである表示画面２ａに画像を表示する。
【００２４】
拡散板３は、矩形平板状の部材である。拡散板３は、液晶パネル２とバックライトユニット１との間において、液晶パネル２の主面と拡散板３の主面とが平行になるように、フレーム部材１３の側壁部１３２によって支持される。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、拡散板３の面方向に拡散することによって、表示画面２ａの輝度が局所的に偏ることを防止する。
【００２５】
本発明の他の実施形態としては、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。プリズムシートは、拡散板３を介して到達した光の進行方向を、液晶パネル２の厚み方向に変換し、表示画面２ａの輝度を向上させる。
【００２６】
図２に、液晶パネル２側から拡散板３およびバックライトユニット１を平面視したときの様子を示す。バックライトユニット１は、液晶パネル２に対して、表示画面２ａとは反対側の主面である背面側から光を照射する直下型の照明装置である。バックライトユニット１は、発光部１１１および反射部材１１８をそれぞれ有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。
【００２７】
フレーム部材１３は、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４つの側壁部１３２とからなる。底部１３１は、厚み方向に見たときの形状が矩形状であり、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、厚み方向に見たときに矩形の短辺をなす２つの端部と、長辺をなす２つの端部とから、液晶パネル２に向かって、それぞれ立ち上がって形成される。フレーム部材１３の厚みは、たとえば０．８ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【００２８】
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。プリント基板１２上には、複数の発光部１１１が設けられる。プリント基板１２は、略長方形板状の部材であり、幅方向長さ（幅）がたとえば１０ｍｍであり、厚み方向長さ（厚み）がたとえば０．８ｍｍである。複数のプリント基板１２は、幅方向に並列し、たとえば３０ｍｍ離間して設けられる。
【００２９】
プリント基板１２は、たとえば、導電パターンが両面に印刷されたガラスエポキシからなる基板である。プリント基板１２は、フレーム部材１３の側壁部１３２まで延びて設けられ、側壁部１３２に設けられる、プリント基板１２に電力を供給するためのコネクタ１３２ａと、プリント基板１２の導電パターンとが接続される。プリント基板１２上の各発光部１１１は、コネクタ１３２ａおよび導電パターンを介して電力が供給される。
【００３０】
図２に示すように、複数の発光装置１１は、マトリクス状に整列配置される。各発光装置１１は、フレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａに垂直な方向（Ｘ方向）に平面視したときに正方形状に形成され、この正方形の一辺の長さは、たとえば５５ｍｍである。各発光装置１１は、液晶パネル２における、この正方形に対向する領域の光量が、たとえば６０００ｃｄ／ｍ２となるように設計される。
【００３１】
発光装置１１は、液晶パネル２に向けて光を出射する発光部１１１と、発光部１１１の周囲に設けられ、発光部１１１から出射された光を液晶パネル２に向けて反射する反射部材１１８とを含む。発光部１１１は、後述する図６に示すように、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、レンズ１１２と、光量調整部材１１６と、遮光部材１１７、反射部１１９とを含む。
【００３２】
まず、反射部材１１８について説明する。図３は、４つの反射部材１１８の平面図である。図４は、１つの反射部材１１８の斜視図である。図５は、図２に示す線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の端面図である。
【００３３】
反射部材１１８は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される光に対して高い反射率、理想的には１００％の反射率を有する部材である。本実施形態では、反射部材１１８は白色であり、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される光に対して９５％〜９８％の全反射率を有する。反射部材１１８を構成する材料の反射率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７３７５に準拠して測定することができる。
【００３４】
反射部材１１８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。反射部材１１８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り、この正方形の１辺の長さを５５ｍｍとするとき、隣接する反射部材１１８の中心間の間隔は、たとえば５５ｍｍ〜５８ｍｍである。
【００３５】
反射部材１１８は、Ｘ方向に垂直な方向に延在し、Ｘ方向に見たときの外形状が多角形状の平板である主反射部１１８１と、主反射部１１８１に連なり、主反射部１１８１の主面に対して傾斜して延在する主面を有する平板である副反射部１１８２とを含む。
【００３６】
主反射部１１８１は、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの平板状部材であり、Ｘ方向に平面視したときの外形状は多角形状、たとえば正方形状である。主反射部１１８１は、プリント基板１２上において、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに垂直な方向に延在して設けられ、Ｘ方向に平面視したときの正方形状の各辺が、複数のＬＥＤチップ１１１ａの配列方向（マトリクス状の配列における行方向または列方向）と平行になるように形成される。
【００３７】
主反射部１１８１は、Ｘ方向に平面視したときに、中央部に円形状の開口部が設けられる。この円形状の開口部の直径の長さは、後述する図６に示す、ＬＥＤチップ１１１ａを被覆するレンズ１１２の直径の長さＬ２と同程度の１０ｍｍ〜１３ｍｍであり、プリント基板１２にレンズ１１２を含む発光部１１１が実装された後、反射部材１１８をプリント基板１２上に設置する際、この開口部に発光部１１１が挿通される。
【００３８】
副反射部１１８２は、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの台形平板状部材であり、正方形状の主反射部１１８１の４つの辺部分にそれぞれ連なって設けられる。４つの副反射部１１８２は、隣接する副反射部１１８２同士が連なることで、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓのまわりを１周し、ＬＥＤチップ１１１ａに臨む内周面を形成する。この内周面は、光軸Ｓ方向（Ｘ方向）を軸線方向とする四角錐台の側面状である。
【００３９】
上記内周面を形成する各副反射部１１８２の主面は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向に垂直な方向において主反射部１１８１から離れるにつれて光軸Ｓ方向においてプリント基板１２から遠ざかり、拡散板３へ向かうように、傾斜して延びて形成される。各副反射部１１８２は、主反射部１１８１のそれぞれ異なる辺部分に設けられるので、各副反射部１１８２は、それぞれ異なる方向に傾斜することになる。ただし、主反射部１１８１に対する各副反射部１１８２の傾斜角度はすべて等しいことが好ましく、たとえば、図５に示す傾斜角度θは、１０°である。なお、傾斜角度θは、１０°には限られず、０°を超え９０°未満の範囲内で適宜設定することができる。
【００４０】
図５に示す、反射部材１１８の高さＨ１は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍであり、本実施形態では、３．５ｍｍである。ここで、高さＨ１は、副反射部１１８２の、Ｘ方向において主反射部１１８１の表面から最も離間した部分と、主反射部１１８１の表面との、Ｘ方向における距離である。なお、図５における、拡散板３からプリント基板１２までの距離Ｈ２は、たとえば６ｍｍである。
【００４１】
上記のように構成され、複数の発光装置１１にそれぞれ備えられる反射部材１１８は、互いに一体的に成形されるのが好ましい。複数の反射部材１１８を一体成形する方法としては、反射部材１１８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１１８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１１８を一体成形することによって、各発光部１１１の、各反射部材１１８に対する配置位置の精度を向上することができ、その結果、反射部材１１８によって、被照射体の輝度が面方向においてより均一となるように光を反射することができる。また、反射部材１１８を一体成形することにより、バックライトユニット１の組立作業時に、反射部材１１８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。
【００４２】
次に、発光部１１１について説明する。図６は、発光部１１１を示す図である。上述したように、発光部１１１は、ＬＥＤチップ１１１ａと、基台１１１ｂと、レンズ１１２と、光量調整部材１１６と、遮光部材１１７と、反射部１１９とを含む。基台１１１ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持するための部材である。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状に形成され、この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Ｘ方向長さは、たとえば１ｍｍである。
【００４３】
図７は、基台１１１ｂとＬＥＤチップ１１１ａとを示す図であり、図７（ａ）が平面図であり、図７（ｂ）が正面図であり、図７（ｃ）が底面図である。基台１１１ｂは、セラミックス、樹脂などからなる基台本体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の上面の中央部に、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。
【００４４】
２つの電極１１１ｃと、ＬＥＤチップ１１１ａの図示しない２つの端子とが、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によって封止される。
【００４５】
図８に、プリント基板１２に実装されるＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂを示す。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から液晶パネル２へ向かう方向に光を出射する。ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓの延びる方向は、Ｘ方向である。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。
【００４６】
プリント基板１２へＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂを実装するときは、まず、プリント基板１２が備える導電パターンの２つの接続端子部１２１の上に、それぞれ、はんだを付け、そのはんだに、基台本体１１１ｇの底面に設けられる２つの電極１１１ｃがそれぞれ合致するように、たとえば図示しない自動機によって、プリント基板１２に、基台１１１ｂおよび基台１１１ｂに固定されているＬＥＤチップ１１１ａを載せる。基台１１１ｂおよび基台１１１ｂに固定されているＬＥＤチップ１１１ａを載せたプリント基板１２は、赤外線を照射するリフロー槽に送られ、はんだは約２６０℃に熱せられ、基台１１１ｂとプリント基板１２とがはんだ付けされる。
【００４７】
図６に示すレンズ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に当接して設けられ、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の少なくとも一部を、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに交差する複数の方向に反射または屈折させる。レンズ１１２は、無色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。
【００４８】
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形成される。また、側面１１２ｂは、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向を軸線方向とする円柱の側面状に形成される。
【００４９】
レンズ１１２は、光軸Ｓまわ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Ｌ２は、たとえば１０ｍｍである。レンズ１１２は、基台１１１ｂに対して外方に延出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に垂直な方向に関して基台１１１ｂよりも大きい（レンズ１１２の直径Ｌ２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から出射された光をレンズ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Ｈ３は、たとえば２ｍｍであり、直径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に垂直な方向の最大長さが、高さＨ３よりも大きい。
【００５０】
上記のように、直径Ｌ２を高さＨ３よりも大きくするのは、バックライトユニット１の薄型化および液晶パネル２への光の均一照射のためである。バックライトユニット１を薄型化するためには、レンズ１１２の高さＨ３を小さく、すなわち、レンズ１１２を極力薄くする必要がある。しかしながら、レンズ１１２を薄くすると、液晶パネル２の背面に照度むらが発生し易くなり、その結果、液晶パネル２の表示画面２ａに輝度むらが発生し易くなる。特に、隣接するＬＥＤチップ１１１ａの間の距離が長い場合、液晶パネル２の背面の、隣接するＬＥＤチップ１１１ａの間となる部分は、２つのＬＥＤチップ１１１ａから遠く離れており、照射光量が少なくなるので、その部分とＬＥＤチップ１１１ａに対向する部分との間で、照度むら（輝度むら）が生じ易くなる。ＬＥＤチップ１１１ａから照射された光を、レンズ１１２を介して、ＬＥＤチップ１１１ａから遠く離れた領域に照射させるには、レンズ１１２の直径Ｌ２をある程度大きくする必要があり、本実施形態では、レンズ１１２の直径Ｌ２を、高さＨ３よりも大きくすることで、バックライトユニット１の薄型化と液晶パネル２への光の均一照射とを可能にしている。
【００５１】
なお、仮に、レンズ１１２の高さＨ３よりも、レンズ１１２の直径Ｌ２を小さくした場合、バックライトユニット１の薄型化および均一照射が困難になるばかりでなく、ＬＥＤチップ１１１ａに合わせてレンズ１１２を成形するインサート成形において、バランスが悪くなり易いという課題が生じる。また、ＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１ｂと、インサート成形されたレンズ１１２とからなる発光部１１１をプリント基板１２にはんだ付けする際に、バランスを崩し易く、組立上にも課題が生じる。
【００５２】
レンズ１１２の上面１１２ａは、ＬＥＤチップ１１１ａに対向し、かつ、拡散板３の主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に向けて反射する反射領域となる。
【００５３】
レンズ１１２は、その底面全体に、光を反射する反射部１１９が形成される。反射部１１９は、銀、アルミニウムなどの金属材料や、反射部材１１８と同様の白色の樹脂材料からなるシートを張り付けたり、アルミ蒸着を行ったりすることで形成することができる。反射部１１９の厚みは、たとえば、５０μｍであり、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される可視光に対する反射率（全反射率）が、９８％以上である。なお、アルミ蒸着は、真空にした容器の中でアルミニウムを加熱させて、蒸着対象物であるレンズ１１２の底面に付着させて行われる。
【００５４】
レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１は、上面１１２ａの中央において、中央部分１１２１の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）が、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置するように形成される。上面１１２ａの中央部分１１２１は、ＬＥＤチップ１１１ａの発光面に平行であり、円形状に形成され、その円形状の直径Ｌ３は、たとえば１ｍｍである。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、上記円形状の底面を有し、ＬＥＤチップ１１１ａに向かって突出する仮想的な円錐の側面状にしてもよい。
【００５５】
レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１は、拡散板３の、中央部分１１２１に対向する領域およびその近傍の領域に光を照射するために形成されている。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に対向する領域およびその近傍の照度が際立って大きくなる。そこで、本発明では、この中央部分１１２１の上に光量調整部材１１６および遮光部材１１７が設けられる。光量調整部材１１６および遮光部材１１７については後述する。
【００５６】
レンズ１１２の上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２は、中央部分１１２１の外周縁端部を取り巻き、その外周縁端部に連なる環状の曲面であり、この曲面は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓを中心として外方に向かうにつれて光軸Ｓ方向の一方（液晶パネル２に向かう方向）に延び、内方および光軸Ｓ方向の一方に凸となるように湾曲している。ここで、外周縁端部とは、光軸Ｓ方向に平面視したときに、光軸Ｓを中心として最外方となる部分であり、光軸Ｓのまわりを１周する部分である。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。
【００５７】
より詳細には、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光のうち、レンズ１１２の上面１１２ａの第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、レンズの側面１１２ｂを透過し、反射部材１１８の主反射部１１８１へ向かう。主反射部１１８１に到達した光は、主反射部１１８１で拡散され、拡散光の一部は、拡散板３において、主反射部１１８１に対向する領域に照射される。また、拡散光の他の一部は、反射部材１１８の副反射部１１８２に向かい、副反射部１１８２で拡散され、拡散光は、拡散板３において、副反射部１１８２に対向する領域に照射される。このようにして、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。
【００５８】
レンズ１１２の上面１１２ａの第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。
【００５９】
レンズ１１２の上面１１２ａの第２湾曲部分１１２３は、第１湾曲部分１１２２の外周縁端部を取り巻き、その外周縁端部に連なる環状の曲面であり、この曲面は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓを中心として外方に向かうにつれて光軸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ている。
【００６０】
ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光のうち、レンズ１１２の上面１１２ａの第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１１８に向かう。反射部材１１８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、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１および第１湾曲部分１１２２によって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、たとえば入射角度が４２．１°未満となる形状に形成される。
【００６１】
このように、レンズ１１２は、上面１１２ａの中央部分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。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。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、上記の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、上記の領域への照射光量を大きくすることができる。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の領域に照射される光の量は、少なくなってしまう。
【００６２】
本実施形態のレンズ１１２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、インサート成形や、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。
【００６３】
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から出射された光を、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Ｈ２が小さい薄型化された液晶表示装置１００においても、面方向において輝度が均一になるように、液晶パネル２に光を照射することができる。
【００６４】
次に、図６を用いて、光量調整部材１１６および遮光部材１１７について説明する。光量調整部材１１６は、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１上に設けられる。光量調整部材１１６は、円形板状部材であり、その円形の直径の長さは、中央部分１１２１の直径の長さＬ３に等しいか、またはわずかに小さい。
【００６５】
光量調整部材１１６は、入射してきた光の一部を吸収し、光量を小さくする機能を有する。たとえば、光量調整部材１１６は、無色透明の結着樹脂中に可視光を吸収する黒色着色剤を分散させたものを、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１上に塗布し、固化させることで形成される。上記黒色着色剤は、従来公知の顔料や染料を用いることができ、光量調整部材１１６の透過率がたとえば５０％以上９０％以下となるように、上記結着樹脂中に均一に分散される。上記結着樹脂は、ＰＥＴ、シリコン樹脂、アクリル樹脂などの様々な樹脂を用いることができるが、レンズ１１２と光量調整部材１１６との境界面において光が外方に屈折して光量調整部材１１６の側面を透過し、その結果、遮光部材１１７に到達する光の量が少なくなるということが起こらないようにするために、レンズ１１２よりも屈折率が大きい材質であることが好ましい。たとえば、本実施形態では、レンズ１１２がアクリル樹脂から形成されるのに対して、光量調整部材１１６は屈折率が大きいＰＥＴから形成される。
【００６６】
遮光部材１１７は、光量調整部材１１６上に設けられる。遮光部材１１７は、円形板状部材であり、その円形の直径の長さは、光量調整部材１１６の直径の長さに等しい。
【００６７】
遮光部材１１７は、ＬＥＤチップ１１１ａ側から入射してきた光の大部分をＬＥＤチップ１１１ａ側へ反射するとともに、光の一部分を被照射体である拡散板３へ向けて透過させる機能を有する。たとえば、遮光部材１１７は、無色透明の結着樹脂中に可視光を反射する白色着色剤を分散させたものを、光量調整部材１１６上に塗布し、固化させることで形成される。上記白色着色剤は、従来公知の顔料や染料を用いることができ、遮光部材１１７の透過率がたとえば０％を超え１５％以下となるように、上記結着樹脂中に均一に分散される。上記結着樹脂は、ＰＥＴ、シリコン樹脂、アクリル樹脂などの様々な樹脂を用いることができるが、遮光部材１１７中の白色着色剤によって反射されて光量調整部材１１６へ向かって進む光が光量調整部材１１６と遮光部材１１７との境界面において外方に屈折して光量調整部材１１６の側面を透過するということが起こらないようにするために、光量調整部材１１６よりも屈折率が小さい材質であることが好ましい。たとえば、本実施形態では、光量調整部材１１６がＰＥＴから形成されるのに対して、遮光部材１１７は屈折率が小さいシリコン樹脂から形成される。なお、光量調整部材１１６よりも遮光部材１１７の屈折率を小さくすることで、遮光部材１１７を透過する光が、より外方へ向かい易いという効果も得られる。
【００６８】
光量調整部材１１６および遮光部材１１７の厚みは、遮光部材１１７の上面がレンズ１１２の上面１１２ａの第１湾曲部分１１２２よりも、被照射体である拡散板３側に突出しないように設定される。これにより、レンズ１１２と拡散板３との距離を設定するときに、光量調整部材１１６および遮光部材１１７の厚みを考慮する必要がなくなるので、バックライトユニット１の薄型化が容易になる。
【００６９】
このような光量調整部材１１６および遮光部材１１７の効果について説明する。上述したように、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される光の大半は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓが通る、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１に到達する。したがって、仮に、光量調整部材１１６および遮光部材１１７が設けられない場合、中央部分１１２１に到達した光がそのまま進むと、被照射体である拡散板３において、光軸Ｓ近傍の領域の照度が際立って大きくなり、輝点が生じてしまう。
【００７０】
また、仮に、輝点の発生を防ぐために、遮光部材１１７のみを設けた場合、たとえば、中央部分１１２１に到達した光の５％をそのまま進行させればよいとすると、中央部分１１２１に到達した光の９５％が反射部１１９に向かい、再度反射されて、被照射体である拡散板３において、光軸Ｓから遠い領域へ向かうことになり、その結果、光軸Ｓから遠い領域の照度が光軸Ｓ近傍の領域の照度よりも逆に大きくなってしまう。
【００７１】
また、仮に、輝点の発生を防ぐために、光量調整部材１１６のみを設けた場合、たとえば、中央部分１１２１に到達した光の５％をそのまま進行させればよいとすると、中央部分１１２１に到達した光の９５％が光量調整部材１１６に吸収されることになり、その結果、発光装置１１のエネルギー効率が大幅に低下してしまう。
【００７２】
本実施形態は、光量調整部材１１６および遮光部材１１７により、このような問題を解決することができる。たとえば、ＬＥＤチップ１１１ａから出射されて中央部分１１２１に到達した光の１０％をそのまま進行させて、被照射体である拡散板３の光軸Ｓ近傍の領域に照射させ、かつ、ＬＥＤチップ１１１ａから出射されて中央部分１１２１に到達した光の７０％を光軸Ｓから遠い領域に照射させればよいとする。このようなとき、光量調整部材１１６の透過率は約８９％に設定され、遮光部材１１７の透過率は約１１％に設定される。これにより、中央部分１１２１に到達した光の１１％が光量調整部材１１６に吸収されて、残りの８９％の光が遮光部材１１７へ向かい、８９％の光のうちの１１％が遮光部材１１７を透過して、拡散板３における光軸Ｓの近傍の領域へ照射されることになる。すなわち、中央部分１１２１に到達した光の８９％×１１％≒１０％の光が、拡散板３における光軸Ｓの近傍の領域へ照射されることになる。また、８９％の光のうちの８９％は遮光部材１１７によって反射されて光量調整部材１１６へ戻り、そのうちの１１％が光量調整部材１１６に吸収されてレンズ１１２へ戻る。すなわち、中央部分１１２１に到達した光の８９％×８９％×８９％≒７０％の光がレンズ１１２内へ戻る。レンズ１１２内へ戻った光は、反射部１１９で反射されて、拡散板３における光軸Ｓから遠い領域へ照射されることになる。そして、以上から、中央部分１１２１に到達した光の１０％＋７０％＝８０％の光のエネルギーが利用されることになる。
【００７３】
このように、本実施形態によれば、遮光部材１１７によって被照射体における光軸Ｓの近傍の領域に照射される光の量を少なくするとともに、遮光部材で反射された光を、光量調整部材によって小さくしつつ、被照射体における光軸Ｓから遠い領域に照射させることができる。よって、本実施形態によれば、被照射体の面方向における輝度が均一となるように、被照射体に光を照射することができる。
【００７４】
なお、光量調整部材１１６を、ＬＥＤチップ１１１ａが出射する光の色の補色となる色の部材としてもよい。たとえば、光量調整部材１１６を、ＬＥＤチップ１１１ａが出射する光の色の補色となる色の部材とする場合において、ＬＥＤチップ１１１ａが青色の光を出射するように構成されるとともに、ＬＥＤチップ１１１ａを封止する透明樹脂１１１ｅに黄色蛍光体が分散されて構成されている、擬似的に白色の光を出射する発光装置１１であるとき、光量調整部材１１６に分散される黒色着色剤を、青色の光を吸収する黄色着色剤として、光量調整部材１１６を、黄色の部材とする。この発光装置１１において光量調整部材１１６および遮光部材１１７が設けられない場合、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ近傍に青色の輝点が生じるが、黄色着色剤が分散された光量調整部材１１６と遮光部材１１７とによって、青色の輝点が生じないようにすることができる。さらに、この発光装置１１の演色性を高めるために、黄色蛍光体が分散されている透明樹脂１１１ｅに、さらに赤色蛍光体や緑色蛍光体を分散させたときに、これらの蛍光体の励起光は光量調整部材１１６の黄色着色剤に吸収されないので、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された青い光のみを吸収させることができる。
【００７５】
また、光量調整部材１１６を、反射部１１９によって反射される光の色と同じ色の部材としてもよい。たとえば、反射部１１９が黄色の光を特に強く反射する分光特性の部材である場合、周辺の色が黄色になるので、光量調整部材１１６を周囲の色と同じ黄色の部材としてもよい。これにより、レンズ１１２の直上の色分布も黄色が強くなるので、周囲の色と、レンズ１１２の直上の色とを合わせることができる。このように、反射部１１１９の分光特性と同じ特性を有する光量調整部材１１６を用いてもよい。
【００７６】
本実施形態では、光量調整部材１１６および遮光部材１１７は２層構造であるが、これらを一体化させてもよい。すなわち、入射してきた光の一部を吸収して光量を小さくする機能と、ＬＥＤチップ１１１ａ側から入射してきた光の大部分をＬＥＤチップ１１１ａ側へ反射するとともに、光の一部分を被照射体である拡散板３へ向けて透過させる機能とを兼ね備えた部材を、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１上に設けてもよい。たとえば、板状の無色透明の結着樹脂の一表面上に、黒色着色剤またはＬＥＤチップ１１１ａから出射される光の色の補色となる色の着色剤と、白色着色剤とを、１：１〜１：９の体積割合で、その一表面の８５％〜９５％の領域に分散させることで、これらの機能を兼ね備えた部材とすることができる。
【００７７】
本実施形態では、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１の形状は円形状であるが、上述したように、この円形状の底面を有し、ＬＥＤチップ１１１ａに向かって突出する仮想的な円錐の側面状としてもよい。円錐の側面状とする場合、光量調整部材１１６を、中央部分１１２１に沿う円錐の側面状とし、遮光部材１１７を、光量調整部材１１６に沿う円錐の側面状とする。
【符号の説明】
【００７８】
１  バックライトユニット
２  液晶パネル
３  拡散板
１１  発光装置
１２  プリント基板
１３  フレーム部材
１００  液晶表示装置
１１１  発光部
１１２  レンズ
１１６  光量調整部材
１１７  遮光部材
１１８  反射部材
１１９  反射部
１１８１  主反射部
１１８２  副反射部
【図１】
2013247092.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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