JP2009158274A

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

Info

Publication number: JP2009158274A
Application number: JP2007334723A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hiyama; 郁夫桧山; Tetsutoyo Konno; 哲豊紺野; Kiyomi Nakamura; 清美中村; Yutaka Akiba; 豊秋庭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-07-16

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_１°の角度で形成され、ＬＥＤチップ１２４ａから水平方向に対してθ_２°の角度で発光された光線Ｌが、テーパ面１２４ｃ１に入射角θ_３°で入射する場合を考える。このとき、入射角θ_３°は、次式（１）で示される。
θ_３＝９０−θ_１＋θ_２（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_２＝０°）を、テーパ面１２４ｃ１で反射するためには、式（１）にθ_２＝０、θ_３＝４２を代入して、θ_１＝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_１＝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_２＝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_１＝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_１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_１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_１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_１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_１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_１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_１、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_２とする。さらに、湾曲面１２４ｃ２の、導光板１２１の厚みｌ_４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_３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_５とする。

図７の（ｂ）に示すように、導光板１２１の厚みｌ_４と散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３の比（ｌ_４／ｌ_３）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_４に対する散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３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_４に対する散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３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_４と散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３の比（ｌ_４／ｌ_３）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_４と散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３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_５と散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３の比（ｌ_３／ｌ_５）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_５に対する散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３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_５に対して散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３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_５と散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３の比（ｌ_３／ｌ_５）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_５と散乱レンズ１２４ｃのレンズ径ｌ_３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_１を、湾曲面１２４ｃ２の高さｌ_２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_１を、湾曲面１２４ｃ２の高さｌ_２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_１と湾曲面１２４ｃ２の高さｌ_２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
１２４ＬＥＤ光源（ＬＥＤ光源装置）
１２４ａＬＥＤチップ
１２４ｃ散乱レンズ（レンズ）
１２４ｃ１、１２４ｄ３テーパ面
１２４ｃ２、１２４ｄ４湾曲面

Claims

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。
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。
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。