JP2006286907A - 発光ダイオード、バックライト装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の放射効率が高く、量産性に優れた発光ダイオードを提供できるようにする。
【解決手段】 発光ダイオードは、発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えた構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子の発光軸と略垂直な２次元方向へ光を放射する発光ダイオード、この発光ダイオードを用いたバックライト装置及び画像表示装置に関する。

光源として発光ダイオードを用いた場合には、白熱電球のようにフィルターロスがなく、ＣＣＦＬ(Cold Cathode Fluorescent Lamp)のように水銀を使用する必要がない。また、発熱はあるものの高温になる箇所はなく、駆動回路も比較的単純にすることができる。従って、透過型の液晶パネルを用いる画像表示装置や、画像表示装置に用いるバックライト装置の光源として発光ダイオードを用いることができる。
また、発光素子であるＬＥＤ(Light Emitting Diode)チップから放射される光を、発光素子の発光軸と略垂直な２次元方向へ放射する発光ダイオードが知られている。
例えば、発光素子から上方へ放射された光を、発光ダイオードのレンズの上面に設けた反射面で全反射させて２次元方向へ放射させ、発光素子から放射されたその他の光は、レンズの側面に設けた鋸歯状部によって水平方向へ放射させる発光ダイオードが知られている。

また、発光ダイオードを製造する際の量産性を考慮して、反射面を含めたレンズと本体部のレンズというようにレンズを分けて、それぞれについて別々に製造し、後から光学接合剤によって物理的、光学的にレンズを接合させて製造する発光ダイオードが知られている。さらに、図９（ａ）に示すように、レンズ６３の側面６３ａを半球面で形成し、射出成型でレンズを製造する際の量産性を向上させた発光ダイオード６０が知られている。

しかし、発光ダイオードのレンズを２つに分けて製造し、後から光学接合剤によって物理的、光学的に接合させて製造した発光ダイオードの場合には、光学接合剤で接合した部分を光が通過する際に光学的なロスが発生する。また、各々のレンズは非常に小さい部品であるため、それらのレンズを接合する作業には高度の精度が要求され、レンズの取り付け位置の狂いにより光学的なロスが発生するおそれがある。

また、図９（ａ）に示したレンズの側面を半球面で形成した発光ダイオード６０では、図９（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ６１から放射された光のうちレンズの外周面６３ａのＰ点に入射した光Ａは、透過光Ｂと反射光Ｃとに分かれる。つぎに、透過光Ｂは略水平方向に屈折して２次元方向に外部放射され、反射光Ｃは発光ダイオードの下方へ反射される。従って、反射光Ｃは、発光ダイオードの下側で発光ダイオードを保持しているベース部材７０等によって吸収されてしまうため、発光ダイオード６０から放射される光の光量が低下してしまい、発光ダイオードの６０の放射効率が低くなるという問題が生じる。

本発明は、上述の点を考慮し、放射効率が高く、量産性に優れた発光ダイオード、これを用いたバックライト装置及び画像表示装置を提供するものである。

本発明に係る発光ダイオードは、発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えた構成とする。

好ましくは、発光ダイオードの第１のレンズ構造と前記第２のレンズ構造は、共通の中心軸を有する回転対称形状であって、第１のレンズ構造の反射面と第２のレンズ構造の反射面は、中心軸に対して鋭角の角度を有する線状部を備え、この線状部が中心軸の周りを移動した際に形成される面によって形成されることが適当である。
好ましくは、第１のレンズ構造の外周面が、円柱面であることが適当である。
さらに好ましくは、第２のレンズ構造の外周面が、球面状であることが適当である。

本発明に係るバックライト装置は、配線基板に多数個の発光ダイオードを実装してなる発光ユニットを備え、発光ダイオードは、発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えている構成とする。

本発明に係る画像表示装置は、透過型表示パネルと、配線基板に多数個の発光ダイオードを実装してなる発光ユニットを備え、発光ダイオードは、発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えている構成とする。

本発明に係る発光ダイオードによれば、発光素子から放射される光を有効に利用するので、発光ダイオードの放射効率を高くすることができる。また、発光ダイオードを製造する際に複雑な形状の金型が必要ないため、作業工程が簡単となり量産性が向上する。

本発明に係るバックライト装置によれば、放射効率の高いダイオードを用いるので、輝度の高い照明光を提供することができる。

本発明に係る画像表示装置によれば、放射効率の高いダイオードを用いるので、高輝度な画像を表示することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。

まず、本発明の発光ダイオードの実施の形態について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図であり、図１（ｂ）は、その一部を拡大したものである。

まず、本実施の形態の発光ダイオード２１の構造について、図１（ａ）を参照して説明する。
図１（ａ）に示されるように、発光ダイオード２１は、第１のレンズ構造である上部レンズ構造２と、ＬＥＤチップからなる発光素子１を有する第２のレンズ構造である下部レンズ構造３とからなる。例えば、発光ダイオード２１は、発光素子１としてサファイヤ基板上に成長した窒化ガリウム系半導体チップを使用し、発光素子１には図示しないリード線が接続され、透明エポキシ樹脂等によって、下部レンズ構造３に樹脂封止されている。
なお、レンズを発光素子１に取り付ける際には、発光素子１から出射される光が、水平よりも上方へ放出されるように、レンズと発光素子１とを組み付けるようにする。また、下部レンズ構造３の下方には、発光ダイオード２１を保持するためのベース部材２０が設けられている。

上部レンズ構造２と下部レンズ構造３は、発光素子１の略中心を通る垂線であるＺ軸を中心に回転対称となるような形状を有しており、下部レンズ構造３の中心軸付近の上方に上部レンズ構造２が一体に設けられている。ここでの一体とは、上部レンズ構造２と下部レンズ構造３が、別々の部品で組み立てられているような態様を除くことを意味する。

上部レンズ構造２には、発光素子１から放射された光を全反射する反射面２ａが形成されている。反射面２ａは、Ｚ軸に対しての角度θ１が鋭角になるような線状部２ｃを備え、この線状部２ｃをＺ軸の周りに回転移動させた際にできる面によって形成される。すなわち、反射面２ａは、反射面２ａに入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなるように形成されている。発光素子１から上方に放出された光のうち反射面２ａに入射した光は、反射面２ａで略水平方向に反射されて、３６０度二次元方向に放射される。

下部レンズ構造３にも、発光素子１から放射された光を全反射する反射面３ａが形成されている。反射面３ａは、Ｚ軸に対しての角度θ２がθ２＞θ１になるような線状部３ｃを備え、この線状部３ｃのうち上部レンズ構造２と一体に連続している箇所を除いた部分を、Ｚ軸の周りに回転移動させる際にできる面によって形成される。すなわち、反射面３ａは、発光素子１から放射された光のうち反射面３ａに入射する光の入射角が臨界角よりも大きくなるように形成されている。

なお、反射面２ａ、３ａを形成する際の線状部２ｃ、３ｃは、発光素子１から入射した光が反射面２ａ，３ａで全反射する面を形成できるものであればよく、直線に限らず、双曲線、楕円や放物線、あるいはこれらの近似曲線であってもよい。また、線状部とは、図１及び図２に示すように、レンズ構造を切断した際にできる仮想的な線部を意味する。

また、反射面２ａで全反射する光の反射角度の自由度を増すために、反射面２ａに反射膜をコーティングするようにしてもよい。反射膜としては、金属反射膜や、誘電体多層膜による高反射膜を用いることができる。

また、下部レンズ構造３の外周面、すなわち全反射面３ａを除いた外周面３ｂは、球面状に形成されている。なお、外周面３ｂの形状は、反射面３ａで反射された光が外周面３ｂに入射した際に生じる透過光Ｂと反射光Ｃを、図１（ｂ）に示すように２次元水平方向に放射させるように制御できるものであれば、球面状に限るものではない。

発光素子１から上方に放出された光のうち、上部レンズ構造２と下部レンズ構造３とが連続している部分を通過する光は、上部レンズ２の反射面２ａで略水平方向に反射されて、３６０度二次元方向に放射される。その他の残りの光は、下部レンズ３の反射面３ａに入射して全反射された後、外周面部３ｂに入射する。そして、外周面部３ｂに入射した光のうち、透過光Ｂは、略水平方向に屈折し２次元水平方向に外部放射される。また、外周面部３ｂに入射した光のうち、反射光Ｃは、略水平方向に反射して２次元水平方向に内部放射される。

このように、本実施の形態の発光ダイオード２１は、発光素子１から放射される光の大部分を２次元方向に放射することで、放射光の有効利用することができ、発光ダイオードの放射効率を高くすることができる。

次に、本発明の発光ダイオードの他の実施の形態について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の他の実施の形態にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。図２に示されるように、本実施の形態の発光ダイオード３１の下部レンズ構造３は、先に述べた実施の形態と同様である。

第１のレンズ部である上部レンズ構造３２は、下部レンズ構造３の中心軸Ｄ付近に設けられた円柱形のレンズ構造であり、その円柱構造の上部に発光素子１から放射された光を全反射する凹状の反射面３２ａが形成されている。反射面３２ａは、双曲線をＺ軸の周りに回転移動させる際にできる面によって形成されている。また、上部レンズ構造３２の外周面３２ｂは、円柱面となるように形成されている。なお、反射面３２ａは、発光素子１から反射面３２ａに入射した光が全反射し、２次元方向に放射される形状であればよく、双曲線に限らず、楕円や放物線、あるいはこれらの近似曲線をＤ線の周りに回転させて形成されるものであってもよい。

発光素子１から上方に放出された光のうち、上部レンズ構造３２の反射面３２ａに入射する光は２次元水平方向に反射される。また、発光素子１から上方に放出された光のうち、下部レンズ構造３２の反射面３ａに入射する光は、反射面３ａで全反射された後、外周面部３ｂに入射し、上述した実施の形態の場合と同様に、透過光は略水平方向に屈折し２次元方向に外部放射され、反射光は、略水平方向に反射して２次元方向に内部放射される。

本実施の形態の発光ダイオード３１は、発光素子１から放射される光の大部分を２次元水平方向に放射して、放射効率を高くすることができるとともに、上部レンズ構造３２の外周面３２ｂを円柱面としているので、レンズを射出成型する際の金型構造として上下２分割構造を用いることができ、例えば２分割されたガラスモールドにより成型することができるので離型性がよく、量産性が向上する。

ここで、発光ダイオードに用いられる一般的なＬＥＤチップの形状について、図１０を参照して説明する。図１０（ａ）は、一般的な発光ダイオードの下部構造の平面図であり、図１０（ｂ）は、縦断面図である。

図１０（ａ）に示されるように、発光素子であるＬＥＤチップ４１の形状は正方形であるのに対してレンズ４３の平面形状は球形であり、通常の発光ダイオード４０では、ＬＥＤチップとレンズの平面形状は非相似となっている。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示したｘ軸を兼ねるｘ線、ｄ線で切断した際のＬＥＤチップ４１の縦断面形状４１ｄ、４１ｘを示す。点線で示した断面形状４１ｄは、ｄ線で切断した際のＬＥＤチップ４１の形状を示し、実線で示した断面形状４１ｘは、ｘ線で切断した際のＬＥＤチップ４１の形状を示す。

図１０（ｂ）から明らかなように、ｘ軸方向におけるＬＥＤチップ４１ｄの外周位置とレンズ４３の内周径の位置４３ａとの間の距離と、ＬＥＤチップ４１ｘの外周位置とレンズ４３の内周径の位置４３ａとの間の距離とが異なる関係となっている。同様に、レンズ４３の外周径の位置４３ｂとの関係においても、距離が異なる関係となっている。ＬＥＤチップ４１から放射された光がレンズ４３に入射するまでの距離が、ｘ線断面部とｄ線断面部とで異なるため、同一のＬＥＤチップ４１を用いた場合であっても放射される光の光線分布が異なる発光ダイオードとなる。

ここで、ＬＥＤチップが小さい場合には、ＬＥＤチップの外周位置とレンズ４３の内周径の位置４３ａ及び外周径の位置４３ｂとの距離が大きくなるため、ＬＥＤチップを点光源とみなすことができるので、ＬＥＤチップ４１の形状とレンズ４３の形状とが非相似形となっていても特に問題は生じない。しかし、近年、発光ダイオードの小型化と発光量の増加の要請から、レンズの小型化とＬＥＤチップの大型化が同時に求められているため、ＬＥＤチップの外周位置とレンズの内周径の位置及び外周径の位置が接近し、ＬＥＤチップの発光を点光源とみなせなくなっているという問題が生じている。

図３（ａ）は、本実施の形態に係る発光ダイオードの下部構造を示す平面図であり、図３（ｂ）はその断面図である。
図３（ａ）に示されるように、発光ダイオード５０は、内周径５３ａと外周径５３ｂを有しているレンズ５３と、レンズ５３の中心に正方形状を有する発光素子としてのＬＥＤチップ５１を有している。なお、ＬＥＤチップ５１とレンズ５３との間の空間４４には、透明エポキシ樹脂が充填されている。ＬＥＤチップ５１の外周の形状は正方形状を有しており、その正方形状に沿うようにレンズ５３の内周径５３ａの形状が略正方形の形状で形成されている。

具体的には、レンズ５３の内周径５３ａ及び外周径５３ｂの形状のうち、ＬＥＤチップ５１の正方形形状の辺に対応する部分は直線状に形成されており、ＬＥＤチップ５１の正方形状の頂点に対応する部分はＲ状に形成されている。即ち、ＬＥＤチップ５１の外周形状とレンズ５３の外周径５３ｂの形状は、略相似の関係になっている。また、レンズの内周径５３ａの形状も、ＬＥＤチップ５１の形状若しくはレンズの外周径５３ｂの形状に沿うように形成されている。なお、レンズ５３の外周径・内周径の形状を正確にＬＥＤチップ５１の形状と一致させる必要はなく、例えば、図３（ａ）に示すように、レンズの内周径５３ａの形状のうち、ＬＥＤチップ５１の正方形の頂点部に対応する部分でのＲ形状は小さく、レンズの外周径５３ｂの形状のうち、ＬＥＤチップ５１の正方形の頂点部に対応する部分でのＲ形状は大きくとるようにしてもよい。また、レンズの内周径５３ａの形状については、レンズを加工する際の作業の効率性を考慮して、比較的加工作業が容易な球面形状を採用してもよい。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の発光ダイオード５０をｘ軸を兼ねるｘ線、ｄ線で切断した際のＬＥＤチップ５１の縦断面形状５１ｄ、５１ｘ及びレンズ５３の断面形状５３ｄ、５３ｘを示す。点線で表した断面形状５１ｄは、ｄ線で切断した際のＬＥＤチップ５１の形状を示し、実線で表した断面形状５１ｘは、ｘ線で切断した際のＬＥＤチップ５１の形状を示す。また、点線で表した断面形状５３ｄは、ｄ線で切断した際のレンズ５３の形状を示し、実線で表した断面形状５３ｘは、ｘ線で切断した際のレンズ５３の形状を示す。

図３（ｂ）から明らかなように、ｘ軸方向におけるＬＥＤチップ５１ｄの外周位置と点線で表したｄ線で切断された際のレンズの内周径の５３ａとの間の距離と、ＬＥＤチップ５１ｘの外周位置と実線で表したｘ線で切断されたレンズの内周径の５３ａとの間の距離とが等しい関係となっている。同様に、レンズ５３の外周径の位置５３ｂとの関係においても、距離が等しい関係となっている。すなわち、ＬＥＤチップ５１から放射された光がレンズ５３に入射するまでの距離が、ｘ線断面部とｄ線断面部とで等しくなるため、ＬＥＤチップ５１から放射される光の光線分布が等しくなる。

このような実施の形態の発光ダイオード５０によれば、発光量を大きくしつつ小型化された発光ダイオードとなる。また、このような実施の形態の発光ダイオード５０によれば、ＬＥＤチップ５１の形状とレンズ５３の内周径の形状５３ａ及び外周径の形状５３ｂを略相似とすることで、ＬＥＤチップから放射される光の光線分布を等しくすることができ、ＬＥＤチップ５１から放出される非回転対称な放出光をレンズ５３を通して回転対称な放出光に変換することができる。

なお、上記の各実施の形態においては、レンズ構造の素材としてアクリル樹脂を用いているが、レンズ内で同等の屈折率を有するものであれば、どのような素材を用いても構わない。また、発光ダイオードのその他の部分の構成、形状、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。

つぎに、本発明に係るバックライト装置及び画像表示装置を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
本発明は、画像表示装置として、例えば図４に示すような構成の透過型のカラー液晶表示装置１００に適用することができる。この透過型カラー液晶表示装置１００は、透過型のカラー液晶表示パネル１１０と、このカラー液晶表示パネル１１０の背面側に設けられたバックライト装置１４０とからなる。また、図示しないが、この透過型カラー液晶表示装置１００は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。

透過型のカラー液晶表示パネル１１０は、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１１、対向電極基板１１２）を互いに対向配列させ、その間隙に、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶を封入した液晶層１１３を設けた構成となっている。ＴＦＴ基板１１１には、マトリックス状に配列された信号線１１４と、走査線１１５と、この信号線１１４、走査線１１５の交点に配列されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１１６と、画素電極１１７とが形成されている。薄膜トランジスタ１１６は、走査線１１５により、順次選択されると共に、信号線１１４から供給される映像信号を、対応する画素電極１１７に書き込む。一方、対向電極基板１１２の内表面には、対向電極１１８及びカラーフィルタ１１９が形成されている。

カラーフィルタ１１９は、各画素に対応した複数のセグメントに分割されている。例えば、図５に示すように、３原色である赤色フィルタＣＦＲ、緑色フィルタＣＦＧ、青色フィルタＣＦＢの３つのセグメントに分割されている。カラーフィルタ１１９の配列パターンは、図５に示すようなストライプ配列の他に、図示しないが、デルタ配列、正方配列などがある。

再び、図４を用いて、透過型カラー液晶表示装置１００の構成について説明をする。透過型カラー液晶表示装置１００は、このような構成の透過型のカラー液晶表示パネル１１０を２枚の偏光板１３１，１３２で挟み、バックライト装置１４０により背面側から白色光を照射した状態で、アクティブマトリックス方式で駆動することによって、所望のフルカラー映像を表示させることができる。

バックライト装置１４０は、上記カラー液晶表示パネル１１０を背面側から照明する。図４に示すように、バックライト装置１４０は、ここでは図示していない光源や、光源から出射された光を白色光へと混色するためにバックライト筐体部１２０内に、拡散板１４１、拡散板１４１上に重ねて配列される拡散シート１４２、プリズムシート１４３、偏光変換シート１４４といった光学機能シート群１４５などを備えた構成となっている。

拡散板１４１は、バックライト筐体部１２０から出射された光を内部拡散させることで、面発光における輝度の均一化を行う。
一般に、光学機能シート群は、例えば、入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野角化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成されており、バックライト装置１４０から面発光された光をカラー液晶表示パネル１１０の照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために設けられている。したがって、光学機能シート群１４５の構成は、上述した拡散シート１４２、プリズムシート１４３、偏光変換シート１４４に限定されるものではなく、様々な光学機能シートを用いることができる。

図６に、バックライト筐体部１２０内の概略構成図を示す。この図６に示すように、バックライト筐体部１２０は、赤色光を発光する赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色光を発光する緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色光を発光する青色発光ダイオード２１Ｂを光源として用いている。例えば、赤色発光ダイオード２１Ｒで発光される赤色光、緑色発光ダイオード２１Ｇで発光される緑色光、青色発光ダイオード２１Ｂで発光される青色光のピーク波長は、それぞれ６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、４５０ｎｍ程度とされる。赤色発光ダイオード２１Ｒ、青色発光ダイオード２１Ｂで発光される赤色光、青色光のピーク波長は、それぞれ６４０ｎｍから長波長側へ、４５０ｎｍから短波長側へシフトしてもよい。このようにピーク波長を、長波長側、短波長側へシフトさせると、色域を広げることができるため、カラー液晶表示パネルに表示させる画像の色再現範囲を拡大することができる。
なお、以下の説明において、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを総称する場合は、単に発光ダイオード２１と呼ぶ。

発光ダイオード２１は、上述した図１に示すような放射指向特性となるＬＥＤチップ１を用い、樹脂で形成されたレンズ構造２，３もこの放射指向特性を反映する程度の機能を備えた構成とされる安価なものが使用される。
この発光ダイオード２１を、図６に示すように、基板２２上に所望の順番で列状に複数配列させることで、発光ダイオードユニット２１ｎ（ｎは、自然数。）が形成される。
発光ダイオードユニット２１ｎを形成するために、基板２２上に発光ダイオード２１を配列する順番は、図６に示すような、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを繰り返し単位とする最も基本的な配列の仕方や、図示しないが、例えば、緑色発光ダイオード２１Ｇを等間隔で配列させ、隣り合う緑色発光ダイオード２１Ｇの間に、赤色発光ダイオード２１Ｒ、青色発光ダイオード２１Ｂを交互に配列させるような順番など様々な配列の仕方がある。

バックライト筐体部１２０内への発光ダイオードユニット２１ｎの配列の仕方は、図６に示すように、発光ダイオードユニット２１ｎの長手方向が、水平方向となるように配列してもよいし、図示しないが、発光ダイオードユニット２１ｎの長手方向が垂直方向となるように配列してもよいし、両者を組み合わせても良い。
なお、発光ダイオードユニット２１ｎの長手方向を、水平方向或いは垂直方向とするように配列する手法は、従来までのバックライト装置の光源として利用していたＣＣＦＬの配列の仕方と同じになるため、蓄積された設計ノウハウを利用することができ、コストの削減や、製造までに要する時間を短縮することができる。
バックライト筐体部１２０の内壁面１２０ａは、発光ダイオード２１から発光された光の利用効率を高めるために反射加工がなされた反射面となっている。

図７に、透過型カラー液晶表示装置１００を組み上げた際に、図４に示す透過型カラー液晶表示装置１００に付したＸＸ線で切断した際の断面図を一部示す。図７に示すように、液晶表示装置１００を構成するカラー液晶表示パネル１１０は、透過型カラー液晶表示装置１００の外部筐体となる外部フレーム１０１と、内部フレーム１０２とによって、スペーサ１０３ａ，１０３ｂを介して挟み込むように保持される。また、外部フレーム１０１と、内部フレーム１０２との間には、ガイド部材１０４が設けられており、外部フレーム１０１と、内部フレーム１０２によって挟まれたカラー液晶表示パネル１１０が長手方向へずれてしまうことを抑制している。

一方、透過型カラー液晶表示装置１００を構成するバックライト装置１４０は、上述した図１に示す放射指向特性を有する発光ダイオード２１を備えている。また、バックライト装置１４０は、上述したように光学機能シート群１４５が積層された拡散板１４１を備えている。また、拡散板１４１と、バックライト筐体部１２０との間には、反射シート１２６が配されている。

反射シート１２６は、その反射面が、拡散板１４１の光入射面１４１ａと対向するように、且つ発光ダイオード２１の発光方向よりもバックライト筐体部１２０側となるように配されている。反射シート１２６は、例えば、シート基材上に銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜を順に積層することで形成された銀増反射膜などを用いることができる。またこの反射シート１２６は、主に発光ダイオード２１から発光され、その放射角度分布によって下向きに放射された光や、バックライト筐体部１２０の反射加工を施されて反射面とされた内壁面１２０ａにて反射された光などを反射する。従って、発光ダイオード２１から放出された光はベース部材等で吸収されることなく、２次元水平方向に放射されるので、発光ダイオード２１から放射される光の量を落とすことなく、他の発光ダイオードから同様に放出された光と混ざり合うことができる。
拡散板１４１は、バックライト筐体部１２０に設けられたブラケット部材１０８で保持される。

このような構成の透過型カラー液晶表示装置１００は、例えば、図８に示すような駆動回路２００により駆動される。駆動回路２００は、カラー液晶表示パネル１１０や、バックライト装置１４０の駆動電源を供給する電源２１０、カラー液晶表示パネル１１０を駆動するＸドライバ回路２２０及びＹドライバ回路２３０を備えている。さらに駆動回路２００は、外部から供給される映像信号や、当該透過型カラー液晶表示装置１００が備える図示しない受信部で受信され、映像信号処理部で処理された映像信号が、入力端子２４０を介して供給されるＲＧＢプロセス処理部２５０、このＲＧＢプロセス処理部２５０に接続された画像メモリ２６０及び制御部２７０、バックライト装置１４０を駆動制御するバックライト駆動制御部２８０などを備えている。

この駆動回路２００において、入力端子２４０を介して入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部２５０により、クロマ処理などの信号処理がなされる、さらに、信号処理された映像信号は、コンポジット信号からカラー液晶表示パネル１１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換されて、制御部２７０に供給されるとともに、画像メモリ２６０を介してＸドライバ２２０に供給される。

また、制御部２７０は、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた所定のタイミングで、Ｘドライバ回路２２０及びＹドライバ回路２３０を制御して、上記画像メモリ２６０からの映像信号とともにＸドライバ回路２２０に供給されるＲＧＢセパレート信号で、カラー液晶表示パネル１１０を駆動することにより、上記ＲＧＢセパレート信号に応じた映像を表示する。

バックライト駆動制御部２８０は、電源２１０から供給される電圧から、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、バックライト装置１４０の光源である各発光ダイオード２１を駆動する。一般に発光ダイオードの色温度は、動作電流に依存するという特性がある。したがって、所望の輝度を得ながら、忠実に色再現させる（色温度を一定とする）には、パルス幅変調信号を使って発光ダイオード２１を駆動し、色の変化を抑える必要がある。
ユーザインターフェース３００は、上述した図示しない受信部で受信するチャンネルを選択したり、同じく図示しない音声出力部で出力させる音声出力量を調整したり、カラー液晶表示パネル１１０を照明するバックライト装置１４０からの白色光の輝度調節、ホワイトバランス調節などを実行するためのインターフェースである。
例えば、ユーザインターフェース３００から、ユーザが輝度調節をした場合には、駆動回路２００の制御部２７０を介してバックライト駆動制御部２８０に輝度制御信号が伝わる。バックライト駆動制御部２８０は、この輝度制御信号に応じて、パルス幅変調信号のデューティ比を、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂ毎に変えて、赤色発光ダイオード２１Ｒ、緑色発光ダイオード２１Ｇ、青色発光ダイオード２１Ｂを駆動制御することになる。

本発明に係るバックライト装置によれば、放射効率の高い発光ダイオードを用いるので、輝度の低下をおさえ、輝度の高い照明を行うことができる。また、本発明に係る画像表示装置であるカラー液晶表示装置によれば、放射効率の高い発光ダイオードを用いるので、高輝度な画像を表示することができる。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術思想に基づく各種の変形が可能である。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図、（ｂ）は、その一部を拡大したものである。 図２は、本発明の他の実施の形態に係る発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。 図３（ａ）は、実施の形態に係る発光ダイオードの下部構造を示す平面図、（ｂ）は、縦断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る透過型カラー液晶表示装置の概略分解構成図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る透過型カラー液晶表示装置のカラー液晶パネルが備えるカラーフィルタの一例を示した図である。 図６は、本発明の実施の形態に係るバックライト装置の要部斜視図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る透過型カラー液晶表示装置を図４に示したＸＸ線で切断した際の要部断面図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る透過型カラー液晶表示装置を駆動する駆動回路について説明するためのブロック図である。 図９（ａ）は、従来の発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図、（ｂ）は、その一部を拡大したものである。 図１０（ａ）は、一般的な発光ダイオードの下部構造を示す平面図、（ｂ）は、縦断面図である。

符号の説明

１・・発光素子、２，３・・レンズ構造、２ａ、３ａ、３２ａ・・反射面、２ｃ、３ｃ・・線状部、３ｂ、３２ｂ・・外周面、２１、３１、５０・・発光ダイオード、１００・・カラー液晶表示装置、１４０・・バックライト装置、Ｄ・・中心軸

Claims (6)

1. 発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、
   前記第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えたこと
   を特徴とする発光ダイオード。
2. 前記第１のレンズ構造と前記第２のレンズ構造は、共通の中心軸を有する回転対称形状であって、前記第１のレンズ構造の反射面と前記第２のレンズ構造の反射面は、前記中心軸に対して鋭角の角度を有する線状部を備え、この線状部が前記中心軸の周りを移動した際に形成される面によって形成されること
   を特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
3. 前記第１のレンズ構造の外周面が、円柱面であること
   を特徴とする請求項２記載の発光ダイオード。
4. 前記第２のレンズ構造の外周面が、球面状であること
   を特徴とする請求項２記載の発光ダイオード。
5. 透過型表示パネルと組み合わされて、この表示パネルの背面側から表示光を供給するバックライト装置において、
   配線基板に多数個の発光ダイオードを実装してなる発光ユニットを備え、
   前記発光ダイオードは、発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、
   前記第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えていること
   を特徴とするバックライト装置。
6. 透過型表示パネルと、
   配線基板に多数個の発光ダイオードを実装してなる発光ユニットを備え、
   前記発光ダイオードは、発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第１のレンズ構造と、
   前記第１のレンズ構造の下方に前記発光素子から放射された光を全反射する反射面を有する第２のレンズ構造とを一体に備えていること
   を特徴とする画像表示装置。

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