JP2009158274A - Led光源装置、及びこのled光源装置を備える液晶表示装置 - Google Patents

Led光源装置、及びこのled光源装置を備える液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】大型化することなく、LEDチップが発光する光の、導光板への入射効率を高めるLED光源装置と、このLED光源装置を備える液晶表示装置を提供する。
【解決手段】基板123の部品実装面123aに、直線的に配設されるLEDチップ124aをシリンドリカルレンズである散乱レンズ124cで覆って構成するLED光源124(LED光源装置)とする。そして、散乱レンズ124cは、部品実装面123aに対して凸面になる湾曲面と、湾曲面の端部から部品実装面123aに向かって先細りとなるテーパ面と、を含んで形成する。
【選択図】図4

Description

本発明は、液晶パネルを照明する光源装置に使用されるLED光源装置、及びこのLED光源装置を備える液晶表示装置に関するものである。
近年、表示装置として、CRT(Cathode Ray Tube)に代わって、発光型のプラズマディスプレイパネルや非発光型の液晶表示装置の使用が多くなっている。
このうち、液晶表示装置は、透過型の光変調素子として液晶パネルを用い、その裏面に光源装置を備えて光を液晶パネルに照射する。そして、液晶パネルは光源装置から照射された光の透過率を制御することにより画像を形成する。
液晶表示装置はCRTに比べ、薄く構成できることが特徴の1つとなっているが、近年はさらに薄い液晶表示装置が望まれている。そこで、光源装置として、光源にLED(Light Emitting Diode)チップを使用したLED光源装置を使用し、さらにLED光源装置を液晶パネルのサイドに配置して、導光板を使用して液晶パネルの背面から光を照射する構成のサイドライト方式の液晶表示装置がある。
しかしながら、サイドライト方式の液晶表示装置に使用されるLED光源装置は、LEDチップが発光する光の、導光板への入射効率が悪く、LEDチップが発光する光の利用効率が悪いという問題がある。このような問題を解決するため、例えば特許文献1には、傾斜する結合手段を導光板の端部に備えてLEDチップと導光板を結合し、LEDチップが発光する光の、導光板への入射効率を高める技術が開示されている。
また、例えば特許文献2には、導光板の端部に錐体を設けて、錐体の先端にLEDチップを備えることで導光板とLEDチップを密着させて、LEDチップが発光する光の、導光板への入射効率を高める技術が開示されている。
さらに、例えば特許文献3には、LEDチップが発光する光が進行するに伴って厚くなる導光板を用いて、導光板から出射する光を均一化することで、LEDチップが発光する光の利用効率を高める技術が開示されている。
しかしながら、例えば特許文献1及び特許文献2に開示される技術によると、導光板とLEDチップの間に結合手段又は錐体が必要になることから、LED光源装置の大きさが大きくなるという問題がある。
また、例えば特許文献3に開示される技術によると、厚くなる導光板を含んで構成されるLED光源装置の厚みが厚くなるという問題がある。
特表2004−508587号公報(図1参照) 特開2004−95390号公報(図1参照) 特表2005−524194号公報(図1参照)
そこで本発明は、大型化することなく、LEDチップが発光する光の、導光板への入射効率を高めるLED光源装置と、このLED光源装置を備える液晶表示装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、LEDチップを覆うレンズにテーパ面を設けることを特徴とする。
本発明によると、大型化することなく、LEDチップが発光する光の、導光板への入射効率を高めるLED光源装置と、このLED光源装置を備える液晶表示装置を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図1は本実施形態に係る液晶表示装置の構成斜視図、図2は図1におけるX1−X1断面図、図3の(a)は、液晶パネルの配線と駆動回路の配置を示す図、(b)は、TFT(Thin Film Transistor)と画素電極の配置を示す図、図4の(a)は、LED光源と導光板の配置を示す図、(b)はLED光源の構造を示す図である。本実施形態では、図1に示すように、液晶パネル120の表示画面を基準として上下左右および前背面を定義した。
図1に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置1は、液晶パネル120、導光板121、背面カバー122、LED光源装置(以下、LED光源と称する)124、LED光源124が形成される基板123、ヒートシンク101を含んで構成される。さらに、液晶表示装置1は、第1のフレーム137、第1のゴムクッション131、第2のゴムクッション132、第2のフレーム138、光学シート134、第1の反射シート135、第2の反射シート136、第3のフレーム139を備える。
導光板121は、詳細は後記するが、液晶パネル120の背面に配置され、導光板121の左右側面にはLED光源124が形成される基板123が配置される。なお、導光板121のLED光源124が配置される側面を、入射面121aと称する。また、液晶パネル120側の表面を、出射面121bと称する。
また、図2に示すように、導光板121と背面カバー122の間には空間が設けられており、その空間にヒートシンク101が延伸している。そして、背面カバー122は、例えば樹脂からなり、液晶表示装置1の背面の保護カバーの役目をしている。
液晶パネル120は2枚のガラス基板間に液晶を挟持した構成を有し、液晶を構成する液晶分子の配向状態が制御されることにより導光板121から出射した光の透過/遮断を制御する光シャッタとしての機能を有する。
図3の(a)に示すように、液晶パネル120は、信号配線120cと走査配線120dとが格子状に配線され、信号配線120cを駆動するための信号配線駆動回路120aと走査配線120dを駆動するための走査配線駆動回路120bとが備わる。
また、図3の(b)に示すように、信号配線120cと走査配線120dとの格子点に液晶120fを駆動するTFT120eが接続される。TFT120eは、走査配線120dに正の電圧が印加されると、信号配線120cと画素電極120gの間を導通させる。このとき、信号配線120cから画像データに応じた電圧が画素電極120gに印加され、該画素電極120gと対向電極120hの間の電圧に応じて、液晶120fのシャッタが開閉する。液晶120fのシャッタが開くと、図1に示す導光板121の出射面121bから出射された発光を透過して明るい画素となる。液晶120fのシャッタが開いてない場合には暗い画素となる。
液晶120fのシャッタの開閉と液晶に印加される電圧(≒画素電極120gと対向電極120hの間の電圧)の関係は、所謂、液晶120fの表示モードに依存する。一般的なテレビ受像機向け液晶パネル120(図1参照)の表示モードの一例としては、液晶120fに印加される電圧の絶対値が大きいとき(5V程度)は明るい画素となり、小さいとき(0V程度)は暗い画素となる。この際、0Vと5Vの間の電圧では、非線形的ではあるが電圧の絶対値が大きくなるほど明るくなる。そして、0Vと5Vの間を適当に区切ることで階調表示を行なうことができる。言うまでもないが、本発明はこれら表示モードを限定しない。
また、TFT120eに接続されている走査配線120dに負の電圧が印加されている場合は、信号配線120cと画素電極120gの間は高抵抗の状態となり、液晶120fに印加される電圧は保持される。
このように、走査配線120dと信号配線120cへの電圧によって、液晶120fが制御される構成である。
走査配線駆動回路120bは、一定の周期で、例えば順次上から下に向かって、走査配線120dの1つに所定の電圧を印加するように走査する機能を有する。また、信号配線駆動回路120aは、走査配線駆動回路120bが所定の電圧を印加している走査配線120dに接続される各画素に対応する電圧を、各信号配線120cに印加する。
このような構成とすれば、電圧が印加されている走査配線120dで、明るい画素と暗い画素とが設定できる。そして、走査配線駆動回路120bの走査に伴って、信号配線駆動回路120aが各信号配線120cに印加する電圧を制御することで、全ての走査配線120dに明るい画素と暗い画素を設定することができ、液晶パネル120に映像を構成することができる。
なお、信号配線駆動回路120aと走査配線駆動回路120bは、例えば制御装置125a(図1参照)が制御する構成とすればよい。
例えば、制御装置125aは、液晶パネル120に表示する画像信号を、液晶120f(図3の(b)参照)ごとの明暗の情報として管理する機能を有する。そして、走査配線駆動回路120bを制御して順次上から下に向かって、走査配線120dの1つに所定の電圧を印加するように走査するとともに、所定の電圧を印加している走査配線120d上の信号配線120cの明暗の情報に対応して、各信号配線120cに所定の電圧が印加されるように信号配線駆動回路120aを制御する構成とすればよい。
図1に戻って、導光板121はアクリルなどの透明な樹脂からなり、LED光源124から出射した光線(点光源)を面光源に変換する機能を有する。そして、図2に示すように、導光板121は、液晶パネル120の背面に、第2のフレーム138、第2のゴムクッション132、光学シート134を介して配置され、LED光源124が発光した光線(点光源)を面光源に変換する機能を有する。そのため、導光板121の左右側面にはLED光源124を有する基板123が配置される。なお、前記のように、導光板121は、入射面121aと出射面121bとを有する。
そして、図4の(a)に示すように、導光板121の入射面121aに沿うようにLED光源124が備わり、LED光源124が発光する光線が、入射面121aを介して導光板121に入射される構造とする。なお、LED光源124は液晶パネル120(図1参照)が、映像を表示するための光を発する機能を有する。
LED光源124は、図4の(b)に示すように基板123の部品実装面123a上に複数のLEDチップ124a(例えばR(Red)、G(Green)、B(Blue)の3色が交互に配置される)が配設され、基板123上に形成される配線パターン124bと、ボンディング等によって電気的に接続される。さらに、発光面124a1からの発光を適度に散乱させるためのレンズ(以下、散乱レンズと称する)124cが、部品実装面123aに備わってLEDチップ124aを覆っている。
LED光源124のLEDチップ124aには、配線パターン124bを介して電流/電圧が供給されて、LEDチップ124aは発光することができる。基板123は、例えば低熱抵抗のセラミック基板を用いることができ、図4の(a)に示すようにヒートシンク101に接するように固定することで、LED光源124で発生した熱を効果的にヒートシンク101に伝導させることができる。
LED光源124が発光して、入射面121aから導光板121に入射した光線は、導光板121内での反射を繰り返して伝播し、導光板121の背面側に印刷された図示しない反射ドットにより散乱され導光板121の前面側にある出射面121bから出射される。さらに、図2に示すように、導光板121の背面には、第2の反射シート136が配置され、全反射条件から外れて導光板121の背面に出た光線を再度導光板121に戻すことで、効率よく液晶パネル120を照射する。
このように、本実施形態では、導光板121の出射面121bから出射された光線が液晶パネル120を背面から照射する構成とする。
再度図1に戻る。第1のフレーム137は、例えば樹脂からなり、液晶パネル120の前面に配置され、液晶表示装置1の前面カバーとしての機能を有する。また第1のフレーム137は液晶表示装置1の表示エリア部が開口された形状となっている。
液晶パネル120の前面には第1のゴムクッション131が配置され、第1のフレーム137と液晶パネル120の支持部材としての機能を有する。第2のゴムクッション132は液晶パネル120の背面に配置され、液晶パネル120と第2のフレーム138の緩衝材としての機能を有する。
第2のフレーム138は液晶パネル120の支持機能を有するとともに、ヒートシンク101と液晶パネル120の間に介在することでヒートシンク101からの熱を液晶パネル120に伝えないようにする断熱材の機能を有する。
光学シート134は第2のフレーム138の背面に配置され、導光板121から出射した光のさらなる面内均一化または正面方向の輝度を向上させる指向性付与機能を有する。なお、光学シート134の枚数は限定されるものではなく、本実施形態においては、図2に示すように3枚の光学シート134を配置した。また、第2のフレーム138と光学シート134との間には、ゴムなどの弾性部材からなる緩衝体133が配置され、例えば第1のフレーム137から入力される衝撃を吸収する。
第1の反射シート135は光学シート134の背面に配置される。第1の反射シート135はLED光源124から出射した光線のうち、導光板121に入射しない光線を反射して導光板121に入射させる機能、およびLED光源124近傍の導光板121の出射面121bから出た光線を再度、導光板121に戻すための機能を有する。LED光源124近傍ではRGBの出射光が不均一となっており、この部分を表示面にすることはできない。そこで、LED光源124近傍の光線を第1の反射シート135によって、導光板121に戻すことにより、光線のロスを減らすことができる。
第2の反射シート136は、導光板121の背面に配置される。第2の反射シート136は、LED光源124から出射した光線のうち、直接導光板121に入射しない光線を反射して導光板121に入射させることにより光線の利用効率を高める機能とともに、全反射条件から外れて導光板121の下面に出た光線を、再度導光板121に戻す機能を有する。
ヒートシンク101は熱伝導性の優れた、例えば銅、アルミなどの金属材料で形成され、LED光源124の発熱を効率よく放熱するための機能を有する。そして、ヒートシンク101は、前記したように基板123のLED光源124が搭載されない面に、例えば熱伝導接着部材を用いて接続され、LED光源124の発熱をヒートシンク101に伝導することで放熱する機能を有する。
さらに、ヒートシンク101は、ヒートシンク101に外接する仮想直方体領域の内部に液晶パネル120と導光板121を収容することで、液晶表示装置1に加重が掛かった際に液晶パネル120と導光板121を保護する役割も有する。
ここで、ヒートシンク101は上面視で略L字型を有する構造をとり、図2に示すように、ヒートシンク101の折り曲げられた部分は、導光板121と背面カバー122との間に配置する。
さらに、液晶表示装置1(図1参照)を制御する制御装置125aや、LED光源124等に電源電圧を供給するDC/DC電源125b等を備える駆動部125が備わる。制御装置125aは、液晶パネル120やLED光源124などを制御したり、液晶表示装置1に表示される画像を画像処理したりする装置であって、例えば図示しないCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などを備えるコンピュータおよびプログラム、周辺回路などを含んで構成され、ROMに記憶されるプログラムによって駆動される。
以上のように構成される液晶表示装置1(図1参照)に備わるLED光源124は、図4の(b)に示すように、長尺の基板123の部品実装面123aに、基板123の長手方向に沿って複数のLEDチップ124aが直線的に配設され、発光面124a1からの発光を適度に散乱させるための散乱レンズ124cが、LEDチップ124aを覆って形成される。本実施形態に係る、LED光源124の散乱レンズ124cは、LEDチップ124aが配設される方向に沿って形成されるシリンドリカルレンズである。
図5の(a)は、図4の(b)におけるX2−X2断面図である。本実施形態に係る散乱レンズ124cは、図5の(a)に示すように、部品実装面123aに対して凸面となる湾曲面124c2と部品実装面123aの間に、湾曲面124c2の端部から部品実装面123aに向かって先細りとなるテーパ面124c1を形成することを特徴とする。換言すると、部品実装面123aの側から広がるようにテーパ面124c1が形成される。
図5の(a)に示すように、LED光源124は、基板123の部品実装面123aにLEDチップ124aが実装され、部品実装面123aに形成される配線パターン124bと、例えばボンディングによって接続されて形成される。
そして、部品実装面123aには、LEDチップ124aを覆うように散乱レンズ124cが備わる。
本実施形態に係る散乱レンズ124cの、側面視における形状は、図5の(a)に示すように、部品実装面123aの法線に対して部品実装面123aの側から広がるように形成されるテーパ面124c1の端部に、部品実装面123aに対して凸面となる湾曲面124c2が接続されてなる。すなわち、湾曲面124c2の端部から部品実装面123aに向かって先細りとなるテーパ面124c1が形成される。
そして、図4の(b)に示すように、散乱レンズ124cは、LEDチップ124aが配設される方向に沿って形成されるシリンドリカルレンズであることから、図5の(a)に示すテーパ面124c1、及び湾曲面124c2は、LEDチップ124aが配設される方向に沿って形成される。
なお、湾曲面124c2の形状は特に限定するものではなく、例えばテーパ面124c1の広がった側の両端部を直径とする半円などが考えられる。
図5の(b)、(c)は、LEDチップが発光する光線の状態を示す模式図であって、(b)は、本実施形態に係るレンズの形状を示す図、(c)は、従来のレンズの形状を比較例として示す図である。図5の(b)、及び(c)に示すように、LED光源124は、散乱レンズ124cの湾曲面124c2が導光板121の入射面121aと対向するように構成される。そして、LEDチップ124aが発光する光線Lは、散乱レンズ124cを進行し、湾曲面124c2から導光板121の入射面121aに入射する。
LEDチップ124aが発光する光線Lは、LEDチップ124aを中心に略扇型に広がって進行して、散乱レンズ124cの表面(散乱レンズ124cと空気の境界)に到達し、散乱レンズ124cの表面で屈折して進行する。
図5の(c)に示すように、散乱レンズ124cが湾曲面124c2で形成されている、従来の形状の場合、側面視で略扇型に広がって進行する光線Lのうち、部品実装面123aの法線に対して大きな角度で進行する光線Lは、散乱レンズ124cの表面で屈折しても導光板121の入射面121aに入射しない。このように、導光板121の入射面121aに入射しない光線Lは漏れ光線となって、LEDチップ124aが発光する光線Lの、導光板121への入射効率を低下する原因となる。
これに対して、図5の(b)に示すように、湾曲面124c2から部品実装面123aに向かって先細りとなるテーパ面124c1を、散乱レンズ124cに備える場合、LEDチップ124aが発光して、側面視で部品実装面123aの法線に対して大きな角度で進行する光線Lは、テーパ面124c1に到達する。そして、テーパ面124c1に対して所定の入射角(臨界角)以上の入射角でテーパ面124c1に入射する光線Lは、テーパ面124c1で反射し、湾曲面124c2から導光板121の入射面121aに入射する。このように、LEDチップ124aが発光する光線Lをテーパ面124c1で反射して、導光板121の入射面121aに入射することで、LEDチップ124aが発光する光線Lの、導光板121への入射効率を高めることができる。
なお、所定の入射角(臨界角)は、散乱レンズ124cの素材の、空気に対する屈折率によって決定される値である。
図6は、テーパ面が部品実装面となす角度、光線が部品実装面となす角度、及びテーパ面への光線の入射角を示す側面図である。
なお、LEDチップ124aの光軸は、LEDチップ124aの発光面124a1(図4の(b)参照)に対して鉛直な方向の軸であって、基板123の部品実装面123aにLEDチップ124aが備わる場合、LEDチップ124aの光軸は部品実装面123aの法線と同じ方向の軸となる。
図6に示すように、散乱レンズ124cのテーパ面124c1が部品実装面123aとθ°の角度で形成され、LEDチップ124aから水平方向に対してθ°の角度で発光された光線Lが、テーパ面124c1に入射角θ°で入射する場合を考える。このとき、入射角θ°は、次式(1)で示される。
θ=90−θ+θ (1)
散乱レンズ124cを例えばアクリル樹脂(屈折率:約1.5)で形成する場合、臨界角は約42°と算出される。この場合に、例えば、部品実装面123aの法線に対して90°の方向にLEDチップ124aから発光される光線L(すなわち、図6においてθ=0°)を、テーパ面124c1で反射するためには、式(1)にθ=0、θ=42を代入して、θ=48°とすればよい。すなわち、テーパ面124c1を部品実装面123aに対して約48°の角度で形成すればよい。
また、例えばθ=80°とした場合、すなわち、テーパ面124c1を部品実装面123aに対して約80°の角度で形成した場合、式(1)よりθ=32°となる。このことは、LEDチップ124aから部品実装面123aの法線に対して約58°(=90−32°)以内に進行する光線Lをテーパ面124c1で反射できることを示す。
同様に、θ=60°とした場合、すなわち、テーパ面124c1を部品実装面123aに対して約60°の角度で形成した場合は、LEDチップ124aから部品実装面123aの法線に対して約78°以内に進行する光線Lをテーパ面124c1で反射できる。
このように、テーパ面124c1が部品実装面123aとなす角θを変更することによって、テーパ面124c1で反射する光線Lの量を変えることができる。前記のように、テーパ面124c1で反射した光線Lは、導光板121の入射面121a(図5の(b)参照)に入射することから、テーパ面124c1が部品実装面123aとなす角θを変更することによって、導光板121への入射効率を変更できる。すなわち、テーパ面124c1が部品実装面123aとなす角θを小さくすると、導光板121への入射効率が高くなる。
そこで、本実施形態においては、LEDチップ124aが発光する光線Lの、好適な導光板121への入射効率を得るため、テーパ面124c1が部品実装面123aとなす角θを80°より小さくする。さらに、より好適な入射効率を得るため、テーパ面124c1が部品実装面123aとなす角θを、60°より小さくすることが好ましい。
なお、テーパ面124c1が部品実装面123aとなす角θの値はこれらの値に限定されるものではなく、散乱レンズ124cがアクリル樹脂で形成されることも限定されない。
次に、本実施形態に係る散乱レンズ124cの大きさを考える。
図7の(a)は、散乱レンズと導光板の大きさを示す図、(b)は、レンズ径と導光板の厚みの比と導光板への入射効率の関係を示すグラフ、(c)は、LEDチップの大きさとレンズ径の比と導光板への入射効率の関係を示すグラフ、(d)は、散乱レンズ内の光線の進行を示す図である。
図7の(a)に示すように、テーパ面124c1の、部品実装面123aの法線の方向への長さ(以下、テーパ面124c1の高さと称する)をl、湾曲面124c2の、部品実装面123aの法線の方向への長さ(以下、湾曲面124c2の高さと称する)をlとする。さらに、湾曲面124c2の、導光板121の厚みl方向の長さ(シリンドリカルレンズのレンズ径とする)をlとする。また、LEDチップ124aの部品実装面123aに沿った大きさを、LEDチップ124aの大きさlとする。
図7の(b)に示すように、導光板121の厚みlと散乱レンズ124cのレンズ径lの比(l/l)が大きいほど、導光板121に対する入射効率が高くなる。換言すると、導光板121の厚みlに対する散乱レンズ124cのレンズ径lが小さいほど、導光板121に対する入射効率が高くなる。このことから、導光板121の厚みlに対する散乱レンズ124cのレンズ径lは小さいほうが好ましい。本実施形態においては、導光板121の厚みlと散乱レンズ124cのレンズ径lの比(l/l)は1以上が好適で、1.2以上がさらに好適である。
なお、導光板121の厚みlと散乱レンズ124cのレンズ径lの比の大きさは、特に限定する値ではなく、例えば要求される導光板121の入射効率に基づいて、適宜設定すればよい。
一方、図7の(c)に示すように、LEDチップ124aの大きさlと散乱レンズ124cのレンズ径lの比(l/l)が大きいほど、導光板121に対する入射効率が高くなる。換言すると、LEDチップ124aの大きさlに対する散乱レンズ124cのレンズ径lが大きいほど、導光板121に対する入射効率が高くなる。このことから、LEDチップ124aの大きさlに対して散乱レンズ124cのレンズ径lは大きいほうが好ましい。本実施形態においては、LEDチップ124aの大きさlと散乱レンズ124cのレンズ径lの比(l/l)は5以上が好適で、7以上がさらに好適である。
なお、LEDチップ124aの大きさlと散乱レンズ124cのレンズ径lの比の大きさは、特に限定する値ではなく、例えば要求される導光板121の入射効率に基づいて、適宜設定すればよい。
また、図7の(d)に示すように、LEDチップ124aから発光されて湾曲面124c2に向かって進行し、導光板121の入射面121aに入射する光線Lは、湾曲面124c2のレンズ効果によって、部品実装面123aの法線に略平行に、すなわち、導光板121に平行光線として入射する。
一方、LEDチップ124aから発光されてテーパ面124c1に向かって進行する光線Lは、テーパ面124c1で反射した後、湾曲面124c2に向かって進行し、湾曲面124c2から導光板121の入射面121aに入射する。このような光線Lは、部品実装面123aの法線に対して角度を持って進行し、導光板121に入射する光線Lは、平行光線にはならない。
そこで、本実施形態においては、図7の(a)に示すように、テーパ面124c1の高さlを、湾曲面124c2の高さlより低くした。
導光板121に入射する光線Lは、平行光線が多いほど入射効率が高いことから、テーパ面124c1の高さlを、湾曲面124c2の高さlより低くすることで、湾曲面124c2によるレンズ効果を高め、導光板121に入射する光線Lの入射効率を高めた。
なお、テーパ面124c1の高さlと湾曲面124c2の高さlの比は、特に限定する値ではなく、散乱レンズ124cの素材や要求される入射効率に基づいて、適宜決定すればよい。
次に、本実施形態に係る、テーパ面を有する散乱レンズの製造方法を説明する。図8は、散乱レンズの製造方法の一例を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は、図8の(a)におけるX3−X3断面図である。
サイドライト方式の液晶表示装置1(図1参照)に用いられるLED光源124は、図8の(a)に示すように、側面形状が略半円形のシリンドリカルレンズからなるチップレンズ124c3が、長尺の基板123の長手方向に沿って直線的に配設されるLEDチップ124aを覆うように備わって形成される。
そこで、チップレンズ124c3と同じ素材からなるカバーレンズ124c4を形成し、チップレンズ124c3の表面を覆うように装着することで、図5の(a)に示す散乱レンズ124cを形成できる。
そして、カバーレンズ124c4をチップレンズ124c3の表面に装着するとき、必要に応じ、例えば接着剤で固定する。
図8の(b)に示すように、カバーレンズ124c4は、側面視でチップレンズ124c3の表面と同形状の内周部124c5と、内周部124c5より大きな曲率半径の湾曲面124c2をテーパ面124c1で接続して形成され、チップレンズ124c3の表面がカバーレンズ124c4の内周部124c5に内接するように、カバーレンズ124c4をチップレンズ124c3に装着すればよい。
このようにカバーレンズ124c4をチップレンズ124c3に装着することで、部品実装面123aの法線に対して広がるように形成されるテーパ面124c1の端部に、部品実装面123aに対して凸面になる湾曲面124c2が接続されてなる散乱レンズ124cを形成できる。すなわち、湾曲面124c2の端部から部品実装面123aに向かって先細りとなるテーパ面124c1が形成される。
なお、接着剤によってカバーレンズ124c4をチップレンズ124c3に固定する場合、チップレンズ124c3の表面とカバーレンズ124c4の内周部124c5を、チップレンズ124c3と同一の屈折率を有する透明な接着剤で接着すれば、チップレンズ124c3とカバーレンズ124c4の境界で屈折が起きない。
以上のように形成される、本実施形態に係るLED光源124を使用して、図1に示す、サイドライト方式の液晶表示装置1を構成する。
前記したように、本実施形態に係るLED光源124は、図5の(a)に示すようにテーパ面124c1と湾曲面124c2からなる散乱レンズ124cによって、LED光源124が発光する光の導光板121(図1参照)への入射効率が高められることから、LED光源124の発光する光の量を抑えることができ、LED光源124の消費電力を抑制できる。結果として、液晶表示装置1の消費電力を抑制できるという優れた効果を奏する。
また、本実施形態は、例えばマルチレンズで形成されるLED光源にも適用できる。
図9の(a)は、マルチレンズで形成されるLED光源を示す斜視図、(b)は、図9の(a)におけるX4−X4断面図、(c)は、マルチレンズで形成されるLED光源に本実施形態を適用する状態を示す図である。
図9の(a)に示すように、マルチレンズ124dは、例えば、R(Red)、G(Green)、B(Blue)の3色のLEDチップ124aを一つのレンズで覆って、直線的に配設する構成である。
マルチレンズ124dの形状は特に限定するものではないが、例えば図9の(b)に示すように、LEDチップ124aが配設される方向の断面形状は、3つのLEDチップ124aを覆うような滑らかな円弧で形成される形状が考えられる。
そして、マルチレンズ124dの短辺方向の断面形状は、例えば半円などで形成される。
このように形成されるマルチレンズ124dに本実施形態を適用するため、図9の(c)に示すように、マルチレンズ124dと同じ素材からなるカバーレンズ124d1を形成し、マルチレンズ124dの表面を覆うようにカバーレンズ124d1を装着し、必要に応じて、例えば接着剤で固定する。
カバーレンズ124d1は、1つのマルチレンズ124dの表面と略同形状の凹部124d2の周囲に、外側に広がるように形成されるテーパ面124d3と、テーパ面124d3の凹部124d2と反対側の端部に形成される湾曲面124d4とからなる。そして、凹部124d2にマルチレンズ124dをはめ込むように、カバーレンズ124d1をマルチレンズ124dに装着する。そして、接着剤によってカバーレンズ124d1とマルチレンズ124dを固定する場合、マルチレンズ124dの表面とカバーレンズ124d1の凹部124d2を、マルチレンズ124dと同一の屈折率を有する透明な接着剤で接着すれば、マルチレンズ124dとカバーレンズ124d1の境界で屈折が起きない。
このように、マルチレンズ124dにおいても、部品実装面123aに対して凸面になる湾曲面124d4と、湾曲面124d4の端部から部品実装面123aに向かって先細りとなるテーパ面124d3を形成することができる。
以上のように、マルチレンズ124dで形成されるLED光源124に対しても本実施形態を適用できる。
なお、白色LEDを形成するマルチレンズ124dの場合、マルチレンズ124dには蛍光剤が含まるが、マルチレンズ124dに装着するカバーレンズ124d1には蛍光剤を含まないことが好ましい。
テーパ面と湾曲面からなるレンズを含んでなるLED光源を、サイドライト方式の液晶表示装置に適用した場合、LED光源のLEDチップが発光する光線は、テーパ面での反射によって効率よく導光板に入射し、導光板への入射効率を高めることができる。
このことによって、液晶表示装置の消費電力を抑制できるという優れた効果を奏する。
さらに、本実施形態に係るLED光源に備わるレンズは、従来のレンズに所定の形状の部材を装着することで形成できることから、例えば従来のレンズを含んで形成されるLED光源を改造することで、容易に本実施形態と同等の効果を得ることができるという優れた効果を奏する。
また、本実施形態に係るLED光源を例えば携帯電話などの携帯機器に適用した場合、携帯機器の消費電力を抑制でき、使用時間の延長を実現できるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置の構成斜視図である。 図1における、X1−X1断面図である。 (a)は、液晶パネルの配線と駆動回路の配置を示す図、(b)は、TFTと画素電極の配置を示す図である。 (a)は、LED光源と導光板の配置を示す図、(b)はLED光源の構造を示す図である。 (a)は、図4の(b)におけるX2−X2断面図、(b)は、本実施形態に係るレンズの形状を示す図、(c)は、従来のレンズの形状を比較例として示す図である。 テーパ面が部品実装面となす角度、光線が部品実装面となす角度、及びテーパ面への光線の入射角を示す側面図である。 (a)は、散乱レンズと導光板の大きさを示す図、(b)は、レンズ径と導光板の厚みの比と導光板への入射効率の関係を示すグラフ、(c)は、LEDチップの大きさとレンズ径の比と導光板への入射効率の関係を示すグラフ、(d)は、散乱レンズ内の光線の進行を示す図である。 散乱レンズの製造方法の一例を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は、図8の(a)におけるX3−X3断面図である。 (a)は、マルチレンズで形成されるLED光源を示す斜視図、(b)は、図9の(a)におけるX4−X4断面図、(c)は、マルチレンズで形成されるLED光源に本実施形態を適用する状態を示す図である。
符号の説明
1 液晶表示装置
120 液晶パネル
121 導光板
121a 入射面
121b 出射面
123 基板
123a 部品実装面
124 LED光源(LED光源装置)
124a LEDチップ
124c 散乱レンズ(レンズ)
124c1、124d3 テーパ面
124c2、124d4 湾曲面

Claims (3)

  1. 基板の部品実装面に配設されるLEDチップを覆うレンズが、前記部品実装面に備わって形成されるLED光源装置であって、
    前記レンズは、前記部品実装面に対して凸面となる湾曲面と、
    前記湾曲面の端部から前記部品実装面に向かって先細りとなるテーパ面と、を含んで形成されることを特徴とするLED光源装置。
  2. 前記LEDチップは、前記部品実装面に直線的に配設され、
    前記レンズは、前記LEDチップが配設される方向に沿って形成される前記湾曲面からなるシリンドリカルレンズであって、
    前記テーパ面は、前記LEDチップが配設される方向に沿って形成されることを特徴とする請求項1に記載のLED光源装置。
  3. 液晶パネルと、
    前記液晶パネルの背面に設けた導光板と、
    前記導光板の、左右両側の少なくとも一方の側面に形成される入射面から前記導光板に光線を入射するように配置した光源装置と、を備え、
    前記導光板は、前記入射面から入射する前記光線を導光し、前記液晶パネルに面した出射面から出射して、前記液晶パネルを前記背面から照明する液晶表示装置であって、
    前記光源装置は、請求項1または請求項2に記載のLED光源装置であることを特徴とする液晶表示装置。
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