JP2008305642A - 発光装置、面光源装置及び画像表示装置 - Google Patents

発光装置、面光源装置及び画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 薄型化を図った上で輝度の均一化を図る。
【解決手段】 所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオード１３、１３、・・・と、各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面１２ａ、１２ａ、・・・を有する複数の封止樹脂１２、１２、・・・と、各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体１６とを設け、レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部１７、１７、・・・と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部１８、１８、・・・とによって構成し、レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・を形成した。
【選択図】 図５

Description

本発明は発光装置、面光源装置及び画像表示装置についての技術分野に関する。詳しくは、レンズ部と導光部を一体に形成したレンズ体を設けて薄型化を図った上で輝度の均一化を図る技術分野に関する。
光源として発光ダイオードを有する複数の発光装置を用いて照明を行う照明装置がある。
このような照明装置は、例えば、光源を直接照明として利用し照明機器として使用されたり、光源をバックライト照明として利用しテレビジョン受像器等の画像表示装置に使用される。
テレビジョン受像器等の画像表示装置には、表示パネルの側方に複数の発光装置が配置された所謂サイドエッジ型が存在する。
画像表示装置にあっては、発光装置から光が出射されたときに表示パネル全体の輝度の均一性を保つ必要があり、従来のサイドエッジ型の画像表示装置には、輝度の均一性を確保するために、導光板の外周側に複数の発光装置を配置し、発光装置から出射された光を導光板により必要な位置まで導いて表示パネルへ向けて出光させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２３６９５１号公報
ところが、サイドエッジ型の従来の画像表示装置においては、複数の発光装置が導光板の外周側に配置されているため、表示パネル上の発光装置から遠方に位置する部分において光量が不足するおそれがあり、その分、発光装置の数を増やしたり、出射強度の大きな発光装置を用いる必要があり、製造コストが高騰すると言う問題がある。
特に、近年、表示パネルが大型化の傾向にあり、光量の不足が生じ易いと言う不具合がある。
そこで、表示パネルの直下に複数の発光装置が配置された所謂バックライト型の画像表示装置を用いることにより、光量の不足を解消することが可能となる。
しかしながら、バックライト型の画像表示装置においては、表示パネルの直下に発光装置が配置されているため、表示パネルの発光装置に対応する部分の輝度が他の部分より高くなり輝度の均一性が低下するおそれがあるため、このような輝度の均一性の低下と言う不都合を生じないような手段を講じる必要がある。
また、画像表示装置にあっては、近年、薄型化の要望が高く、この薄型化を確保した上で輝度の均一性を確保する必要がある。
そこで、本発明発光装置、面光源装置及び画像表示装置は、上記した問題点を克服し、薄型化を図った上で輝度の均一化を図ることを課題とする。
本発明発光装置、面光源装置及び画像表示装置は、上記した課題を解決するために、所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと、各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂と、各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体とを設け、レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成したものである。
従って、本発明発光装置、面光源装置及び画像表示装置は、発光ダイオードから出射された光がレンズ部から出光されると共に導光部で内面反射された後に出光機能部によって出光される。
本発明発光装置は、所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと、各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂と、各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体とを備え、レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成したことを特徴とする。
従って、発光ダイオードから出射された光がレンズ部及び導光部から出光されるため、輝度の均一性を確保することができる。
また、レンズ部と導光部を有するレンズ体を略平板状に形成しているため、薄型化を図ることができる。
請求項２に記載した発明にあっては、レンズ体の出光機能部の形成密度をレンズ部から遠去かるに従って高くなるようにしたので、レンズ体から出光される光量が各部分において大差がなく、輝度の均一性を確保することができる。
本発明面光源装置は、所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと、各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂とを有する発光装置を備えた面光源装置であって、各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体を備え、レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成したことを特徴とする。
従って、発光ダイオードから出射された光がレンズ部及び導光部から出光されるため、輝度の均一性を確保することができる。
また、レンズ部と導光部を有するレンズ体を略平板状に形成しているため、薄型化を図ることができる。
本発明画像表示装置は、画像を表示する表示パネルと該表示パネルへ向けて光を照射する発光装置を有する面光源装置とを備え、発光装置が所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂とを有する画像表示装置であって、各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体を備え、レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成したことを特徴とする。
従って、発光ダイオードから出射された光がレンズ部及び導光部から出光されるため、輝度の均一性を確保することができる。
また、レンズ部と導光部を有するレンズ体を略平板状に形成しているため、薄型化を図ることができる。
以下に、本発明発光装置、面光源装置及び画像表示装置の最良の形態を添付図面に従って説明する。
以下に示した最良の形態は、本発明画像表示装置を、液晶パネルに画像を表示するテレビジョン受像器に適用したものであり、本発明面光源装置を、このテレビジョン受像器に用いられた面光源装置に適用し、本発明発光装置をこの面光源装置に用いられた発光装置に適用したものである。
尚、本発明の適用範囲は液晶パネルを有するテレビジョン受像器及びこれに用いられた面光源装置、発光装置に限られることはなく、他の各種のテレビジョン受像器、パーソナルコンピューターに用いられる画像表示装置等やこれらに用いられる各種の面光源装置、発光装置に広く適用することができる。
画像表示装置（テレビジョン受像器）１は外筐２の内部に所要の各部が配置されて成る（図１及び図２参照）。外筐２はフロントパネル２ａとリアパネル２ｂが前後で結合されて成る。
外筐２のフロントパネル２ａには前後に貫通された開口が形成され、該開口を内側から閉塞する位置に画像を表示する表示パネル３が配置されている。表示パネル３は、例えば、透過型のカラー液晶パネルを前後から２枚の偏光板で挟み込むことにより構成され、アクティブマトリックス方式で駆動することによりフルカラー映像を表示する。
外筐２の内部には面光源装置４が配置されている（図２参照）。面光源装置４は筐体５に所要の各部が配置されて成る。
筐体５は、熱伝導性の高い金属材料等により前後に扁平な前方に開口された箱状に形成され、前後方向を向く配置面部６と該配置面部６の外周縁から前方へ突出された周面部７とから成る。
筐体５の前端部には光学シート８と拡散板９が取り付けられている。
光学シート８は、例えば、後述する光源（発光ダイオード）から出射された光を屈折させて所定の方向へ導くプリズムシート、偏光方向を変換する偏光方向変換シート等の所定の光学機能を有する各種のシートが層状に配置されて構成されている。
光学シート８は拡散板９の前面に貼り付けられ、該拡散板９は光源に対向して配置されている。拡散板９は光源から出射された光を筐体５の内部で拡散し、表示パネル３における輝度バラツキの低減を図る機能を有する。
筐体５の配置面部６の一方の面、即ち、前面６ａには、回路基板１０が配置されている。回路基板１０には複数の発光装置１１、１１、・・・が上下左右に等間隔に位置された状態でマトリクス状に配置されている（図１乃至図３参照）。
発光装置１１は、例えば、白色の光を出射する装置である。尚、発光装置１１は白色の光を出射する装置に限られることはなく、赤色、青色、緑色の光を出射する装置であってもよい。例えば、一組の発光ユニットとして構成された赤色の光を出射する発光装置と青色の光を出射する発光装置と二つの緑色の光を出射する発光装置とがマトリクス状に複数配置されていてもよく、発光装置１１の数及び出射する光の色に関しては任意である。
発光装置１１は封止樹脂１２とバックライト光源として機能する発光ダイオード１３とを有している（図４参照）。
封止樹脂１２は略ブロック状に形成されている。封止樹脂１２の前面は配置面１２ａとして形成されている。封止樹脂１２の後面部には放熱板１４が取り付けられ、該放熱板１４は発光ダイオード１３の駆動時に発生する熱を放出する機能を有する。
発光ダイオード１３は封止樹脂１２に埋設された状態で配置されている。発光ダイオード１３には一対の接続端子１５、１５が接続され、該接続端子１５、１５の一部が封止樹脂１２から側方へ突出されている。
発光装置１１、１１、・・・の封止樹脂１２、１２、・・・における配置面１２ａ、１２ａ、・・・上にはレンズ体１６が跨った状態で配置されている（図５参照）。
レンズ体１６は、ポリカーボネート等の透明な樹脂材料によって略平板状に形成されている。レンズ体１６は、図４及び図５に示すように、発光ダイオード１３から出射される光の光軸方向で見て円形状に形成されたレンズ部１７、１７、・・・と、該レンズ部１７、１７、・・・間に設けられた導光部１８、１８、・・・とが一体に形成されて成る。レンズ体１６は、図４に示すように、レンズ部１７、１７、・・・がそれぞれ封止樹脂１２、１２、・・・の配置面１２ａ、１２ａ、・・・上に配置されている。
レンズ部１７の前面は前方へ凸の曲面状に形成され、この前面が出光面１７ａとして形成されている。出光面１７ａの中心部には、後方側に凹んだ凹部１７ｂが形成されている。レンズ部１７の後面は平面状に形成された被取付面１７ｃとされている。レンズ部１７の被取付面１７ｃ側には、後方に開口された半球状の凹状部１７ｄが形成されている。
導光部１８、１８、・・・はレンズ部１７、１７、・・・の側方に連続して設けられている。導光部１８は、前面１８ａが平面状に形成され、後面１８ｂに複数の出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・が形成されている（図６及び図７参照）。出光機能部１８ｃは発光ダイオード１３から出射された光を前面１８ａから出光させる機能を有する部分であり、出光機能部１８ｃとして、例えば、微細加工によって形成されたシボが用いられている。
出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・は、図６に示すように、レンズ部１７から遠去かるに従って形成密度が高くされており、例えば、導光部１８におけるレンズ部１７側の端部には形成されておらず、導光部１８におけるレンズ部１７から稍離隔した部分において形成密度が低く、導光部１８におけるレンズ部１７から離隔した部分において形成密度が最も高くされている。
レンズ体１６は被取付面１７ｃが封止樹脂１２の配置面１２ａに接した状態で配置される。レンズ体１６には、例えば、被取付面１７ｃから後方へ突出された図示しない複数の加締ピンが設けられ、これらの加締ピンが封止樹脂１２に挿通されて加締められることによりレンズ体１６が封止樹脂１２に固定される。
レンズ体１６が封止樹脂１２に固定された状態においては、レンズ部１７の凹状部１７ｄが閉空間とされ、この閉空間が空気層１９とされる。
上記のように構成された発光装置１１は、接続端子１５、１５の先端部がそれぞれ回路基板１０の図示しない回路パターンに接続される。このとき放熱板１４が回路基板１０の図示しない熱伝導部に接触されて配置される。
発光装置１１において、発光ダイオード１３から光が出射されると、図７に示すように、出射された光は所定の出射角でレンズ体１６におけるレンズ部１７の出光面１７ａ又は導光部１８の前面１８ａへ向かう。このとき出射角が０°以外の光は、封止樹脂１２と空気層１９の境界面で側方へ向かう方向へ屈折され、さらに空気層１９とレンズ部１７の境界面で側方へ向かう方向へ屈折されて出光面１７ａ又は前面１８ａに到達する。
レンズ部１７の出光面１７ａに到達した光は透過されて出光面１７ａから出光される。
一方、導光部１８の前面１８ａに到達した光は該導光部１８の前面１８ａ及び後面１８ｂで複数回内面反射される。内面反射された光は導光部１８内でレンズ部１７から離隔する方向へ導かれ、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・によって拡散されて前面１８ａから出光される。
このとき発光ダイオード１３から出射された光は遠方へ導かれるに従って減衰されるが、上記したように、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・がレンズ部１７から遠去かるに従って形成密度が高くされているため、前面１８ａから出光される光量は前面１８ａの各部分において大差がないようにされている。
上記したように発光装置１１にあっては、レンズ体１６と封止樹脂１２の間に、発光ダイオード１３から出射された光が透過される空気層１９を有しているため、封止樹脂１２と空気層１９の境界面及び空気層１９とレンズ体１６の境界面で光が側方へ向かう方向へ屈折されるため、側方への出光量を増加させることができる。
レンズ体１６の出光面１７ａ及び前面１８ａから出光された光は、拡散板９及び光学シート８を透過して表示パネル３に到達する。このように発光ダイオード１３から出射された光は出光面１７ａ又は前面１８ａから拡散板９へ向けて出光されるが、拡散板９に到達する光量は拡散板９の全体に亘って略一様となるようにされている。
図８は、発光装置１１について、出射角と出射強度との関係を示した図である。出射角はレンズ部１７から出射される光の光軸に対する角度である。図８において、出射角０°は光軸方向へ光が出射された場合の角度である。出射角が０°において出射強度が極小値を示し、出射角が±７５°の付近で最大値を示している。
図９は、図８に示す出射強度に設定された発光装置１１、１１、・・・において、発光ダイオードからの距離（光軸に直交する方向における距離）と光学シート上での輝度分布との関係を、図３における指示線に沿う位置で示す図である。実線は、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・を有するレンズ体１６上での輝度分布を示し、破線は出光機能部を有しないレンズ体上での輝度分布を示している。
図９に示す各極大値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ発光ダイオード１３、１３、１３の直上（光軸上）における輝度であり、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・を有する場合と出光機能部を有しない場合での輝度は略同じ値を示しているが、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・を有する場合においては、出光機能部を有しない場合と比較して、輝度の均一性が高くされている。
尚、図９に示すように、極大値Ｐ１、Ｐ３に対応する発光装置１１、１１の直上での輝度分布は、極大値Ｐ２に対応する発光装置１１の直上での輝度分布より低くされているが、これは極大値Ｐ２に対応する発光装置１１の直上での輝度分布が両隣の極大値Ｐ１、Ｐ３に対応する二つの発光装置１１、１１から出射される光の影響を大きく受けるのに対し、極大値Ｐ１、Ｐ３に対応する発光装置１１、１１の直上での輝度分布は極大値Ｐ２に対応する一つのみの発光装置１１、１１から出射される光の影響を大きく受けるためである。
また、図９に示すように、極大値Ｐ１、Ｐ３から極大値Ｐ２と反対側へ遠去かるに従って輝度分布が低下しているが、これは極大値Ｐ１、Ｐ３に対応する発光装置１１、１１の極大値Ｐ２に対応する発光装置１１と反対側の位置に発光装置１１が存在しないためである。
上記には、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・をレンズ体１６の後面１８ｂに形成した例を示したが、逆に、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・をレンズ体１６の前面１８ａに形成してもよく、また、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・をレンズ体１６の前面１８ａと後面１８ｂの双方に形成してもよい。
また、上記には、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・として微細加工により形成されたシボを用いた例を示したが、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・はシボに限られることはなく、例えば、図１０に示すように、レンズ体１６の後面１８ｂに同心円状に溝部２０、２０、・・・を形成し、該溝部２０、２０を出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・として用いることができる。
また、例えば、図１１に示すように、レンズ体１６の前面１８ａに同心円状に突部２１、２１、・・・を設け、該突部２１、２１を出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・として用いることができる。
さらに、例えば、印刷によってドットパターンを形成したり、ブラスト加工により金属材料等をレンズ体１６の後面１８ｂに吹き付けることにより、出光機能部１８ｃ、１８ｃ、・・・を形成することも可能である。
以上に記載した通り、画像表示装置１にあっては、レンズ体１６を設け発光ダイオード１３から出射された光をレンズ部１７、１７、・・・及び導光部１８、１８、・・・から表示パネル３へ向けて出光させるようにしているため、表示パネル３上における輝度の均一性を確保することができ、表示パネル３上での輝度ムラの発生を防止することができる。
また、レンズ部１７、１７、・・・と導光部１８、１８、・・・を有するレンズ体１６を略平板状に形成しているため、画像表示装置１の薄型化を図ることができる。
さらに、レンズ部１７、１７、・・・と導光部１８、１８、・・・を一体成形することによりレンズ体１６を形成しているため、部品点数の削減及び製造コストの低減を図ることができる。
尚、上記には、発光装置１１に境界面で光を屈折させるための空気層１９を形成した例を示したが、レンズ体１６に凹状部１７ｄを形成せず空気層１９が存在しないようにすることも可能である。発光装置に空気層を形成しない場合には、空気層１９が存在しない分、レンズ体が薄型化され、画像表示装置１の一層の薄型化を図ることができる。
上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
図２乃至図１１と共に本発明を実施するための最良の形態を示すものであり、本図は画像表示装置を示す概略斜視図である。 画像表示装置の概略縦断面図である。 レンズ体と発光装置の位置関係を示す正面図である。 レンズ体と発光装置を示す拡大断面図である。 レンズ体と複数の発光装置を示す断面図である。 レンズ体の背面図である。 発光ダイオードから出射される光の経路を示す概念図である。 発光装置について、出射角と出射強度との関係を比較して示すグラフ図である。 発光装置について、発光ダイオードからの距離と輝度分布との関係を比較して示すグラフ図である。 溝部を出光機能部とした例を示す断面図である。 突部を出光機能部とした例を示す断面図である。
符号の説明
１…画像表示装置、４…面光源装置、１１…発光装置、１２…封止樹脂、１２ａ…配置面、１３…発光ダイオード、１６…レンズ体、１７…レンズ部、１８…導光部、１８ｃ…出光機能部

Claims (4)

  1. 所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと、
    各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂と、
    各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体とを備え、
    レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、
    レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、
    封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、
    各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成した
    ことを特徴とする発光装置。
  2. レンズ体の出光機能部の形成密度をレンズ部から遠去かるに従って高くなるようにした
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと、各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂とを有する発光装置を備えた面光源装置であって、
    各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体を備え、
    レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、
    レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、
    封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、
    各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成した
    ことを特徴とする面光源装置。
  4. 画像を表示する表示パネルと該表示パネルへ向けて光を照射する発光装置を有する面光源装置とを備え、発光装置が所定の方向へ光を出射する複数の発光ダイオードと各発光ダイオードをそれぞれ封止し配置面を有する複数の封止樹脂とを有する画像表示装置であって、
    各封止樹脂の配置面上に跨った状態で配置され各発光ダイオードから出射される光を所定の方向へ導く略平板状に形成されたレンズ体を備え、
    レンズ体に、各発光ダイオードから出射された光を出光させる複数のレンズ部と、各発光ダイオードから出射された光を内面反射させる複数の導光部とによって構成し、
    レンズ体の複数のレンズ部と複数の導光部とを一体に形成し、
    封止樹脂の各配置面にそれぞれ各レンズ部を配置し、
    各導光部に内面反射された光を出光させる複数の出光機能部を形成した
    ことを特徴とする画像表示装置。
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