JP2009192915A - レンズ、光源ユニット、バックライト装置及び表示装置 - Google Patents

レンズ、光源ユニット、バックライト装置及び表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光源からの光を効率良く混色させ、輝度ムラまたは色ムラを低減することができるレンズ、光源ユニット、バックライト装置及び表示装置を提供すること。
【解決手段】レンズ１は、凹状の入射側面１ａと、入射側面１ａから入射された光が通る導光部１ｂと、光を出射させる出射側面１ｃとを有する。入射側面１ａ、導光部１ｂ及び出射側面１ｃは、レンズ１の長さ方向で実質的に一定の形状で設けられている。入射側面１ａは、ＬＥＤ７のブロックに対向する平面部１ｄを有する。平面部１ｄには、ＬＥＤブロック３からの光を散乱させ、または拡散させる光学的な機能を有する部位が設けられている。これにより、ＬＥＤブロック３から垂直方向（ｚ軸方向）またはそれに近い方向に進む光が散乱、または拡散される。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば表示装置に用いられるバックライト装置、そのバックライト装置に用いられるレンズ、光源ユニット、そのバックライト装置を搭載した表示装置に関する。
現在、液晶パネルに用いられる高色域のバックライトでは、ＲＧＢ（Red, Green, Blue）でそれぞれ独立したＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられることで、１００％以上のＮＴＳＣ（National Television System Committee）比が達成されている。したがって、ＰＣ（Personal Computer）やアミューズメント用の機器、車載用の機器、さらにはＴＶに至るまでの商品化が期待されている。
例えば１０インチ以上の中型または大型バックライトを考える場合、十分な輝度と薄型化の両立が求められる。したがって、中型または大型バックライトで採用されていた直下型のＬＥＤバックライトの新規な設計が必要とされている。直下型のＬＥＤバックライトとは、液晶パネルの平面と平行に２次元的に、光源となる複数のＬＥＤが配置されるタイプのバックライトである。
直下型のＬＥＤバックライトの場合、光量の関係から、パワー型ＬＥＤを用いるか、通常のＬＥＤを用いるかによって、そのＬＥＤの搭載される個数が変わってくる。パワー型ＬＥＤが用いられる場合は、その個数、大きさ、熱的な問題から、ＲＧＢでそれぞれ独立したＬＥＤ素子の近接化が難しい。つまり、各ＬＥＤ素子間の距離が大きくなるため、限られたスペース内でのＲＧＢの光混色には不利となる。また、この場合、十分な光学距離（厚さ）を確保できるのであれば問題は少ないが、薄型化が注目されている現在では、やはりＬＥＤ素子の近接化が困難であるので、色ムラが発生する。
液晶パネルの薄型化を目的として、従来のサイドエミッティングタイプのパワーＬＥＤが用いられる場合がある。しかし、この場合も色ムラの観点から限界がある。
一方、通常の低パワーＬＥＤが用いられれば、ＲＧＢ素子間の距離を小さくすることができる。しかし、いかにその距離が小さくなったとしても、ＬＥＤ素子がそのまま用いられるだけでは、薄型化を前提としたバックライトでは、ＬＥＤの直上の色ムラの発生が避けられない。また、ＬＥＤ素子のそれぞれのＲＧＢの配光特性が大きく異なってしまうと、色ムラが促進されることが大きな問題となる。
このような色ムラの問題を解決するため、例えば１次元的に並べて配置された複数の点光源と、その複数の点光源上に設けられた、その１次元の方向に長い形状のシリンドリカルレンズとを有するデバイスがある（例えば、特許文献１参照。）。このデバイスに用いられるシリンドリカルレンズは、点光源を保持する基板に垂直方向（ｙ方向）に凹レンズ機能（５２）を有する。また、このシリンドリカルレンズは、水平方向の一部の方向（ｘ方向）に凸レンズ機能（５４）を有する。このような構成により、導光板がなくても、点光源からの光が面状に広がり、色ムラが防止されることが記載されている。
特開２００６−２８６６０８号公報（段落[０００７]、[０００９]、図５）
上記特許文献１におけるシリンドリカルレンズは、凹レンズ機能（５２）により、点光源からの光が拡散される。しかし、表示パネルの薄型化を実現し、輝度ムラまたは色ムラを低減するためには、さらなる工夫が必要である。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、光源からの光を効率良く混色させ、輝度ムラまたは色ムラを低減することができるレンズ、光源ユニット、バックライト装置及び表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係るレンズは、光源から出射された光を拡散させるレンズであって、前記光源に対向する平面部と、前記平面部に設けられ、前記光を散乱させ、または拡散させる光学機能部とを有し、前記光源から出射された前記光が入射される凹状の入射側面と、前記入射側面から入射された前記光が通る導光部と、前記導光部を通る前記光を出射させる出射側面とを具備する。
例えば、本発明に係るレンズがない場合、光源から、一般的な導光板や拡散シート等の光学シートに入射される光は、光源の直上位置で輝度が高い部分が発生する。つまり、輝度ムラまたは色ムラが発生する。本発明では、入射側面の平面部に設けられた光学機能部により、その平面部に入射される光が散乱され、または拡散される。したがって、輝度ムラまたは色ムラを低減することができる。また、光学機能部が平面部に設けられることにより、レンズの製造時において、そのような散乱、または拡散のための、レンズに施される処理、加工が容易になる。
光源は、１つまたは複数設けられる。光源としては、ＥＬ（Electro Luminescence）現象により発光する素子、陰極管、あるいはその他の発光素子が用いられる。ＥＬ現象により発光する素子としては、分散型ＥＬ素子であるＬＥＤ、または真性ＥＬ素子がある。
１つの光源は、１つまたは複数の発光素子を含む。１つの光源が持つ発光素子が１つの場合、その発光素子の光の色は何でもよい。１つの光源が持つ発光素子が複数ある場合、それらの色は単色であってもよいし、複数の色（色の組合せは適宜変更可能である）であってもよい。例えば、発光素子がＬＥＤの場合、複数のＬＥＤが１パッケージで実現される場合もある。この場合、１つの光源が、１または複数パッケージ分に相当する場合があり得る。
本発明の場合、１つの光源が単色の場合、輝度ムラが低減され、１つの光源が２色以上の場合、輝度ムラ及び色ムラが低減される。以下、輝度ムラ及び色ムラのうち少なくとも一方を単に光ムラという。
光学機能部による光の「散乱」の度合いが強くなるほど、つまり、散乱されてその平面部に垂直方向に進む光線が少なくなるほど、光の反射（または吸収）の率が大きくなり得る。
例えば、光源は、所定の方向に並べられた、ＥＬ現象により発光する複数の発光素子であり、前記レンズは、前記所定の方向に長い形状を有する。この場合、前記レンズは、前記複数の発光素子が配置される面内で、前記所定の方向に直交する方向に、実質的に同一な配光特性を有していてもよい。
前記光学機能部は、印刷処理、または粗し処理された部位である。これにより、光が散乱され、または拡散される。また、印刷処理によって、平面部を通る光量を調整することが可能となる。
「粗し処理」には、その平面部がプリズム形状に形成されるか、ドット処理、またはブラスト処理等が含まれる。
「印刷処理」は、ミクロ的には光を散乱させる作用があるので、「印刷処理」は、「粗し処理」された部位の概念に含まれ得る。
前記出射側面は、前記平面部に対向する、印刷処理された部位を有する。平面部及びその平面部に対向する面の両方に印刷処理されているので、光を散乱させる効果が促進され、光ムラが低減される。あるいは、前記出射側面は、前記平面部に対向する、粗し処理された部位を有する。
例えば、前記出射側面は、シリンドリカル面またはトロイダル面である。
レンズは、底面と、前記底面に設けられた印刷処理部または粗し処理部とをさらに具備していてもよい。あるいは、レンズの底面に、反射材、反射膜等が形成されていればよい。これにより導光部での光線を増やすことができ、高輝度を実現することができる。「反射」は、光の１００％を反射する場合に限られず、光の一部が底面を透過する場合も含む。
導光部は、拡散材を含んでいてもよい。これにより、光源からの光を効率良く拡散することができる。
レンズは、前記入射側面から前記出射側面にかけて設けられ、前記光源から発せられる熱を放出する熱流路をさらに具備する。これにより、光源から発せられる熱をレンズの外部へ放出させることができる。
熱流路は、平面部から出射側面まで設けられていてもよいし、平面部以外の部分から出射側面まで設けられていてもよい。
熱流路は、レンズに形成された貫通孔であってもよいし、あるいは、レンズの主要な材料より熱伝導性の高い材料で構成されていてもよい。
本発明に係る光源ユニットは、光源と、前記光源から出射された前記光を拡散させるレンズとを具備する。レンズは、上記したレンズが用いられればよい。
光源ユニットは、前記光源上に搭載された、前記光を散乱または拡散させる光学部材をさらに具備する。これにより、光ムラが低減される。例えば、光源として、例えば単色または複数色の発光素子が用いられる場合には、特定の色の配光特性を向上させることができる。つまり、光源からの特定色の光を所望の方向へ向かわせて、レンズの入射側面に入射させることができる。
光学部材は、例えばシート材を含む。シート材としては、プリズムシート、拡散シート等が用いられる。あるいは、表面がドット処理またはブラスト処理されたシート材が用いられればよい。
光源は、ＥＬ現象により発光する発光素子を有し、前記光学部材は、前記発光素子を封止する封止材を有する。封止材が、光源からの光を散乱または拡散させる機能を兼ねるので、光ムラを低減することができ、また、光源ユニットの薄型化に寄与する。
前記封止材は、拡散材を含んでいてもよい。
光源ユニットは、共通基板をさらに具備し、前記光源は、前記共通基板上に並べられて搭載された複数の前記発光素子を有し、前記封止材は、前記複数の発光素子をそれぞれ封止する。つまり、光源ユニットは、いわゆるポッティング（potting）型の光源ブロックを有する。
本発明に係るバックライト装置は、上記光源ユニットと、前記光源ユニットを支持する支持部材とを具備する。
本発明に係る表示装置は、上記バックライト装置と、複数の画素を有し、前記バックライト装置から出射された前記光の透過率を前記画素ごとに可変に制御する光透過率制御パネルとを具備する。光透過率制御パネルとしては、典型的には液晶パネルが挙げられる。しかし、画素ごとにバックライトの光透過率を制御するパネルであれば、何でもよい。
以上のように、本発明によれば、光源からの光を効率良く混色させ、輝度ムラまたは色ムラを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るバックライト装置を示す図である。
バックライト装置１０は、複数の光源ユニット５と、これらの光源ユニット５を支持する支持部材２とを備える。このバックライト装置１０は、図示しない光透過率制御パネルを用いた表示装置に適用される。光透過率制御パネルとしては、典型的には液晶パネルが挙げられる。しかし、画素ごとにバックライトの光透過率を可変に制御するパネルであれば、何でもよい。
バックライト装置１０が、上記表示装置に適用される場合、バックライト装置１０と光透過率制御パネルとの間には、図示しない拡散シート、プリズムシート等の光学シートが配置される場合がある。
支持部材２は、基板状、フレーム状のものが挙げられ、あるいは、２つ以上の部材が組み合わされたアセンブリであってもよい。支持部材２の材質は、樹脂、金属等でなるが、これらに限られない。支持部材２は、光源ユニット５からの発せられる熱を拡散させるために、銅、アルミニウム、カーボン等の熱伝導性の高い材料が用いられてもよい。
光源ユニット５は、一方向、例えば図１中の横方向（ｘ軸方向）に複数並べられて配置されることで、１行分のライン状光源１５が構成される。ライン状光源１５が、縦方向（ｙ軸方向）に複数並べられて配置されることにより、面状に複数の光源ユニット５が配置されることになる。図１の例では、１ライン分のライン状光源１５が、１２個の光源ユニット５を含み、１つのバックライト装置１０が、６ライン分のライン状光源１５を含む。これら光源ユニット５、ライン状光源１５の、数、配置、大きさ等は、適宜変更可能である。
図１に示すように、１つの光源ユニット５は、ベース材４上に搭載された複数（図１の例では６個）のＬＥＤブロック３と、これらＬＥＤブロック３からの光を拡散させるレンズ１とを備える。１つのＬＥＤブロック３は、複数のＬＥＤ７がパッケージングされて構成されている。１つのＬＥＤブロック３は、１つまたは複数のＬＥＤ７（図３参照）を含む。しかしながら、１つの光源ユニット５が、１つのＬＥＤブロック３を含む構成であってもよい。各ＬＥＤブロック３のピッチは、数ｍｍ〜数十ｍｍであるが、この範囲に限られない。
図２は、ライン状光源１５の一部を示す斜視図である。このように、ライン状光源１５は、複数の光源ユニット５が並べられて構成される。図２の例では、各光源ユニット５の間はあいていないが、各光源ユニット５間に所定距離の間隔があいていてもよい。なお、ライン状光源１５の各ベース材４の裏面側には、電源供給用のリード線６が接続されている。
１つのＬＥＤブロック３が１つのＬＥＤ７を含む場合、その１つのＬＥＤ７が発する光の色は、単色（白、赤、緑、青、あるいはこれら以外の色）である。これら複数色のそれぞれのＬＥＤ７が順に並べられる。
図３は、本実施の形態に係るＬＥＤブロック３を示す平面図である。このように、ＬＥＤブロック３は、ＲＧＢの３色のＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ及び７Ｂと、これらを支持する基板やリフレクタ８等の部材とを有する。各ＬＥＤ７Ｒ、７Ｇ及び７Ｂは、ｘ軸方向に並ぶように設けられている。
リフレクタ８は凹部８ａを有し、その凹部８ａ内にＬＥＤ７が配置されている。リフレクタ８は、正反射（すなわち０次回折）の反射率が高い、例えば窒化アルミニウム等の材料でなる。しかし、リフレクタ８は、アルミニウム、銅、鉄、ステンレスであってもよく、あるいは、これら以外の材料であってもよい。あるいはリフレクタ８は、カーボン樹脂、上記以外の金属等、高熱伝導の材料が用いられてもよい。これにより、ＬＥＤブロック３への熱の蓄積を少なくして、ＬＥＤ７に大電流を加えることが可能となる。
図４は、１つの光源ユニット５の断面図（図１におけるＡ−Ａ線断面図）である。図５は、レンズ１の底面側から見た斜視図である。
レンズ１は、１つの光源ユニット５におけるＬＥＤブロック３数に合わせて、所定の方向、例えばｘ軸方向に長い形状を有する。そのＬＥＤブロック３が１つである場合、レンズ１は、ｙ軸方向に長い形状を有する場合もあり得る。レンズ１のｘ軸方向の長さは、数十ｍｍ程度であるが、これに限られず適宜変更可能である。レンズ１のｙ軸方向の長さは、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度であるが、これに限られず適宜変更可能である。
レンズ１は、ｘ軸方向に長い形状を有し、複数のＬＥＤ７が配置される面内で、そのｘ軸方向に直交するｙ軸方向に、実質的に同一な配光特性を有する。
例えば、レンズ１は、凹状の入射側面１ａと、入射側面１ａから入射された光が通る導光部１ｂと、光を出射させる出射側面１ｃとを有する。入射側面１ａ、導光部１ｂ及び出射側面１ｃは、レンズ１の長さ方向で実質的に一定の形状で設けられている。この入射側面１ａで形成される凹部内に向けて各ＬＥＤ７が光を発するように、複数のＬＥＤブロック３が、そのレンズ１の長さ方向に沿って並べられている。レンズ１の出射側面１ｃは、例えばシリンドリカル面（つまり、図４におけるｘ−ｚ面で見て球面の一部）を含む。出射側面１ｃは、そのほか、トロイダル面であってもよいし、シリンドリカル面と平面との組合せ、トロイダル面と平面との組合せ、その他の非球面で構成されていてもよい。トロイダル面を有するレンズの場合、複数のＬＥＤ７のチップサイズごとに設定された半径、コニック係数、あるいは、非球面係数を有するレンズが用いられてもよい。
入射側面１ａは、ＬＥＤ７のブロックに対向する平面部１ｄを有する。平面部１ｄには、ＬＥＤブロック３からの光を散乱させ、または拡散させる光学的な機能を有する部位が設けられている。例えば図５に示すように、本実施の形態では、その平面部１ｄには印刷処理が施された印刷処理部１２が設けられている。この印刷処理時においては、例えば平面部１ｄが白色または白色に近い色で印刷され、その印刷状態に応じて、平面部１ｄを透過する光量を調整することも可能である。印刷処理の色は、白色または白色に近い色に限られず、光を少なくとも散乱させることができれば、他の色であってもかまわない。
なお、平面部１ｄでの光の「散乱」の度合いが強くなるほど、つまり、散乱されてその平面部１ｄに垂直方向（ｚ軸方向）に進む光線が少なくなるほど、光の反射（または吸収）の率が大きくなり得る。
レンズ１の材料としては、ガラス、ポリカーボネート、オレフィン、あるいはその他の樹脂が用いられる。
以上のように構成された光源ユニット５の作用を説明する。
各ＬＥＤブロック３から出射された光は、入射側面１ａに入射される。その入射側面１ａが凹状であるため、図４に示すように、入射側面１ａから入射された光は拡散して導光部１ｂを通る。導光部１ｂを通った光は、出射側面１ｃから出射する。出射側面１ｃが凸状であるため、出射側面１ｃから出射した光はさらに拡散する。
図６は、レンズ１を通る複数の光線を示すシミュレーションの図である。図６から分かるように、このレンズ１の特有の形状により、ＬＥＤブロック３から出射された光が拡散されてレンズ１から出射されている。図７は、レンズ１のｚ軸方向から見た、レンズ１を通る光線を示すシミュレーションの図である。図７から分かるように、導光部１ｂでは、レンズ１の長さ方向またはそれに近い方向にも光が進む。導光部１ｂを通る光のうち、出射側面１ｃで反射した光は底面１ｅに向かって進む。例えば、後述するように底面１ｅに反射材または反射膜が形成されている場合、底面１ｅでその光が反射される。
また、本実施の形態に係るレンズ１では、ＬＥＤブロック３の直上に設けられた印刷処理部１２により、ＬＥＤブロック３から垂直方向（ｚ軸方向）またはそれに近い方向に進む光が散乱、または拡散される。これにより、レンズ１の導光部１ｂにおける中央部（平面部１ｄからそれに対向する出射側面の部位までの間）において、各色の効果的に混ぜられ、輝度ムラ及び色ムラが低減される。
図８は、本実施の形態に係るレンズ１がない場合の、ＬＥＤブロック３からの光線を示すシミュレーションの図である。図６に示したレンズ１の場合、図８の場合と比較すると、レンズ１の出射側面１ｃから垂直方向またはそれに近い方向に出射する光線が少ないことが分かる。
また、レンズ１のサイズは小さいが、平面形状の部位が設けられることで、その平面部１ｄへの印刷処理が容易になる。
本実施の形態では、ｘ軸方向にライン状にＬＥＤブロック３が配置され、ｘ軸方向に長いレンズ１が設けられることにより、１つのバックライト装置１０に搭載されるレンズ１の数を減らすことができる。したがって、バックライト装置１０の製造時において、レンズ１の実装工程（光源ユニット５の実装工程）数も減らすことができ、コスト削減につながる。
本実施の形態では、ダイクロイックミラー等の高価な光学部材を用いる必要がないので、安価なバックライト装置１０及び表示装置を実現することができる。
一般的には、輝度ムラを低減するために、拡散シートや、輝度ムラ低減用のシートが使用される。その場合、光の利用効率が悪化するために、ＬＥＤ７の数が多く設けられることにより、全体として高輝度が保たれていた。しかし、本実施の形態では、そのような輝度ムラの低減用のシートを使う必要がないので、ＬＥＤ７の数を減らしても所望の輝度が得られる。
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれレンズ１がない場合及びある場合における、ＬＥＤブロック３から拡散板１３までの光線を示すシミュレーションの図である。これらの図は、ｘ軸方向から見た図である。図１０は、図９（Ｂ）に示した、レンズ１がある場合の光線を示すシミュレーションの図であって、拡散板１３の上から見た斜視図である。図９（Ｂ）に示すように、レンズ１から出射される光線のうち斜め方向へ進む光線が、図９（Ａ）の場合と比較して多いことが分かる。すなわち、レンズ１がある場合の方が、レンズ１がない場合に比べ、拡散板１３上での輝度ムラ及び色ムラが少なくなる。
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ図９（Ａ）及び図９（Ｂ）におけるレンズのＴＦ（Transfer Function)を示す図である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）中、実線で表れされるグラフが、レンズのｙ軸方向（図４参照）のＴＦを示す。一点鎖線で表れされるグラフが、レンズのｘ軸方向のＴＦを示す。特に、実線で表されるｙ軸方向のＴＦに着目すると、レンズ１がない場合、図１１（Ａ）に示すように、ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）は５０ｍｍ以下であった。レンズ１がある場合、図１１（Ｂ）に示すように、ＦＷＨＭは約９０ｍｍであった。
上記レンズ１の変形例として、図１２に示すように、レンズ２１の底面２１ｅにも印刷処理が施された印刷処理部１２ｂが設けられていてもよい。図１３は、図１２に示すレンズ２１の底面２１ｅの一部を拡大した図である。レンズ２１では、印刷処理部がレンズ２１の底面２１ｅにも設けられている点がレンズ１と異なる。
印刷処理部１２ｂは、主に、導光部１ｂを通る光のうち、底面２１ｅに向かう光を散乱または反射させる機能を有していればよい。したがって、印刷処理部１２ｂでの光の透過率と、平面部２１ｄでの印刷処理部１２ａでの光の透過率とが異なっていてもよい。あるいは両者は同じであってもよい。例えば、底面２１ｅの印刷処理部１２ｂでの光の透過率が、平面部２１ｄでの印刷処理部１２ａでのそれより低く設定されてもよい。
あるいは、レンズ１、２１の底面１ｅ、２１ｅには、印刷処理以外の反射材や反射膜が形成されていてもよい。例えばアルミニウム等の金属の反射膜がその底面１ｅ、２１ｅに形成されていてもよい。
図１４は、本発明の他の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。これ以降の説明では、図１〜図５等に示した実施の形態に係る光源ユニット５及びレンズ１の構造、機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
図１４は、図４に示した場合と同様に、ｘ軸方向で見た断面図である。本実施の形態に係るレンズ３１は、拡散材３２を含む。レンズ３１に拡散材３２が含まれることにより、光を効率良く拡散することができ、輝度ムラ及び色ムラを低減することができる。特に、レンズ３１の中央部３１ｆ、つまり、平面部３１ｄからその平面部３１ｄに対向する、出射側面３１ｃの部位までの間を通る光を均一にしてぼかす効果が得られる。
拡散材３２は、必ずしもレンズ３１の全体に含まれていなくてもよい。少なくとも、その中央部３１ｆに含まれていてもよい。
拡散材３２の例として、次のような材料が挙げられる。
架橋アクリル粉体、アクリル超微粉体、架橋ポリスチレン粒子、メチルシリコーンパウダー、架橋スチレン粒子、単分散架橋アクリル粒子、架橋シロキサン系、銀粉末、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ガラス、ホワイトカーボン、タルク、マイカ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等である。
図１５は、本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。このレンズ４１の入射側面４１ａの中央部（平面部４１ｄ）には、粗し処理された粗し処理部４４が設けられている。また、レンズ４１の出射側面４１ｃにも同様の粗し処理部４６が設けられている。粗し処理部４４及び４６は、例えばプリズム状に形成された部位であってもよいし、ドット処理、またはブラスト処理された部位であってもよい。粗し処理部４４及び４６がそれぞれ異なる処理（プリズム、ドット、ブラスト、その他）で形成されてもよい。
図１６は、本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。このレンズ５１の入射側面５１ａの中央部（平面部５１ｄ）と、その平面部５１ｄに対向する、出射側面の部位５１ｇと、底面５１ｅとに粗し処理部５４、５６、５２がそれぞれ設けられている。粗し処理部５４、５６、５２は、図１５における実施形態で説明したものと同様である。
図１７は、本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。このレンズ６１の入射側面６１ａの中央部（平面部６１ｄ）と、その平面部６１ｄに対向する、出射側面の部位６１ｇとには、印刷処理部６４、６６がそれぞれ設けられている。印刷処理部６４、６６は、図１〜図５で示した実施の形態における印刷処理部１２と同様のものである。
図１８は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ユニットを示す断面図である。この光源ユニット２５のＬＥＤブロック３上に、ＬＥＤブロックからの光を散乱または拡散させる光学部材２６が搭載されている。この光学部材２６の表面（ＬＥＤ７からの光が出射される面）は、例えば上記した、プリズム加工処理、ドット処理、ブラスト処理等の粗し処理が施されている。
この光学部材２６は、例えばＬＥＤ７を封止する封止材（例えばリフレクタ８の凹部８ａを封止する部材）として用いられてもよい。これにより、封止材が、ＬＥＤ７からの光を散乱または拡散させる機能を兼ねるので、輝度ムラ及び色ムラを低減することができ、かつ、光源ユニット２５の薄型化に寄与する。例えば、光学部材２６としてプリズム加工処理が施されたものが用いられることにより、ＲＧＢ及び／またはその他の色のうち特定の色が、垂直方向またはそれに近い方向へ進むことを防止できる。これにより配光特性を向上させることができる。
光学部材２６の材料としては、例えばシリコーン透明樹脂、オレフィン系樹脂、その他の樹脂、ガラスが用いられる。光学部材２６は、上述した種々の拡散材を含んでいてもよい。
そのほか、ＬＥＤブロック３のリフレクタ８の表面（例えば凹部８ａの表面）が、上記粗し処理されていてもよい。
以上説明した、図１（及び図２〜図５）、図１２〜図１８に示した各レンズ１、２１、３１、４１、５１、６１及び光源ユニット２５の特徴部分のうち少なくとも２つが適宜組み合わされて構成されたレンズも実現可能である。図１９は、例えばその組合せの実施形態のうちの一実施形態に係る光源ユニットを示す図である。この光源ユニット３５では、レンズ７１の平面部７１ｄ及び底面部７１ｅに印刷処理部７４及び７２がそれぞれ設けられている。また、レンズ７１は拡散材３２を含み、ＬＥＤブロック３上には光学部材２６（例えばプリズムシート）が搭載されている。
レンズ７１の出射側面７１ｃのうち、平面部７１ｄに対向する部位７１ｇが平面に形成されていてもよい。
図２０は、図１９に示した光源ユニット３５であって、例えばＬＥＤブロック３が６つ設けられた１つの光源ユニット３５から発せられた光が拡散板で拡散される様子を示した写真である。この例では、拡散板上のＴＦについてＦＷＨＭが９５ｍｍが得られた。本発明者は、レンズがない光源ユニットで、これと同様の実験をしたところ、ＦＷＨＭが４２ｍｍであった。
図２１は、さらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。このレンズ８１の中央部には、入射側面８１ａから出射側面８１ｃにかけて設けられた、ＬＥＤブロック３から発せられる熱を放出する熱流路８１ｈが設けられている。これにより、ＬＥＤブロック３から発せられる熱をレンズの外部へ放出させることができる。
熱流路８１ｈは、典型的には、レンズ８１を貫通する貫通孔である。しかし、熱流路８１ｈは、レンズ８１の主要な材料より熱伝導性の高い、例えば金属、カーボン等の材料で構成されていてもよい。熱流路８１ｈの数、大きさ、形状、配置等は、適宜変更可能である。
なお、図２１に示したレンズ８１は、平面部８１ｄに印刷処理部８４が設けられたレンズである。しかし、上記各実施の形態に示したレンズ２１、３１、４１、５１、６１、７１に熱流路８１ｈが設けられていてもよい。
図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）は、他の実施の形態に係るＬＥＤブロックをそれぞれ示す図である。
図２２（Ａ）に示すＬＥＤブロック２３は、ＬＥＤ７Ｒ、２つのＬＥＤ７Ｇ、ＬＥＤ７Ｂを備えている。４つのＬＥＤ７のうち、例えば両端に配置された２つのＬＥＤ７Ｇが緑色の光を発する。このＬＥＤブロック２３を備える光源ユニットでは、典型的には、これらのＬＥＤ７が並ぶ方向（ｘ軸方向）に並べられた複数のＬＥＤブロック２３を備え、そのｘ軸方向に長い形状のレンズを有する。
図２２（Ｂ）に示すＬＥＤブロック３３の３つのＬＥＤ７のうち、中央に配置されたＬＥＤ７Ｇが他より大きい。すなわち、ＬＥＤは他より発光面積が大きくなっている。リフレクタ１８の凹部１８ａは長円状を有しているが、もちろんこれは円形状であってもよい。
図２２（Ｃ）に示すＬＥＤブロック４３は、４つのＬＥＤ７のそれぞれにリフレクタ２８の凹部２８ａが設けられている。４つのＬＥＤ７のうち、例えば両端のＬＥＤ７Ｇが緑色の光を発する。
図２２（Ｄ）に示すＬＥＤブロック５３は、四角形（例えば長方形、正方形等）の凹部３８ａを有するリフレクタ３８を備える。
図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）で示したＬＥＤブロック２３、３３、４３、５３を搭載する光源ユニットのレンズは、上記各実施の形態で示したレンズ１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、あるいは、それらのレンズの特徴部分のうち少なくとも２つが組み合わされたレンズが採用されればよい。
図２３は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ユニットを示す断面図である。
光源ユニット４５のＬＥＤブロック６３は、ポッティング型のＬＥＤブロックである。図２４（Ａ）は、そのＬＥＤブロック６３を示す斜視図であり、図２４（Ｂ）は、その平面図である。ポッティング型のＬＥＤブロック６３は、共通基板６８上に一列に並べられて搭載された複数のＬＥＤ７がそれぞれ封止されて構成される。
封止材３６は、透明樹脂、ガラス等でなり、例えば球の一部の形状を有する、つまりレンズの機能を有する。球の一部の形状とは、典型的には半球形状であるが、これに限られない。また、球でなくとも、トロイダル面、２次以上の多次曲面であってもよい。封止材３６は、上記光学部材２６の材料と同じものであってもよいし、異なっていてもよい。各ＬＥＤ７としては、典型的には両端にそれぞれＬＥＤ７Ｇが配置され、中央に２つのＬＥＤ７Ｒ及びＬＥＤ７Ｂが配置されている。各ＬＥＤ７の配色、配置、数等は適宜変更可能である。
図２５は、このように構成された複数のＬＥＤブロック６３がレンズ１００の入射側面１００ａの内部に配列された状態を示す平面図である。図２５に示すように、１つの光源ユニット４５は、典型的には、複数のＬＥＤブロック６３と、１つのレンズ１００とを含む。１つの光源ユニット４５が含むＬＥＤブロック６３の数は、適宜変更可能である。
レンズ１００は、上記各実施の形態で示したレンズ１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、あるいは、それらのレンズの特徴部分のうち少なくとも２つが組み合わされたレンズが採用されればよい。
図２４（Ｂ）及び図２５に示したサイズａ、ｂ、ｃは、それぞれ、ａ＝２〜４mm、ｂ＝９〜１２mm、ｃ＝９〜１５mmである。しかし、もちろんａ、ｂ、ｃはこれらのサイズに限られない。
このようなポッティング型のＬＥＤブロック６３が用いられることにより、図２３に示すように、例えば赤（Ｒ）、及び緑（Ｇ）（青（Ｂ））の光の配光がほぼ同じになり、拡散板に対して混色が促進される。これにより、色ムラが低減される。図２６は、ＬＥＤブロック６３によるＲＧＢ各色の配光特性を示す図である。図２６に示すように、ＲＧＢ各色がLambertian（均等拡散）に近い配光が実現される。
特に、ＬＥＤブロック６３の封止材３６が球の一部の形状であることから、全反射による多重反射が少なく、光の高い取り出し効率を実現することができる。また、封止材３６がその球の一部の形状であるので、１つのＬＥＤがマクロで見ると点光源に近くなり、レンズの機能を最大限に発揮することができる。
図２７（Ａ）は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ブロックを示す斜視図である。図２７（Ｂ）は、その平面図である。
ＬＥＤブロック７３は、近接して並べられた複数のＬＥＤ７と、各ＬＥＤ７をパッケージングするためのケース９９と、各ＬＥＤ７を封止するための封止材４７とを含む。図２７（Ａ）及び（Ｂ）において、左側から、ＬＥＤ７Ｇ、７Ｒ、７Ｂ、７Ｇが配置されている。各ＬＥＤ７の配色、配置、数等は適宜変更可能である。封止材４７は、透明樹脂、ガラス等でなり、上面は平面とされ、レンズの機能はない。しかし、封止材４７がレンズの機能を有するように、その形状が設計されていてもよい。
図２７（Ｂ）に示すように、ケース９９の横のサイズｄは、ｄ＝６〜９mmであるが、この範囲に限られない。
図２８は、図２５に示した光源ユニットと同様の趣旨で、複数のＬＥＤブロック７３がレンズ１００の入射側面１００ａの内部に配列された状態を示す光源ユニットの平面図である。
なお、図２９は、図２４に示したＬＥＤブロック６３と、図２７に示したＬＥＤブロック７３との比較した表である。
本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
上記各実施の形態に係る光源ユニットあるいはバックライト装置１０は、表示装置に用いられる場合を説明した。しかし、表示装置に限られず、それら光源ユニット、バックライト装置１０は、商業用、公告用の看板等にも適用することができる。
図１及び図２に示したように、上記実施形態では、ＬＥＤブロック３、２３、３３、４３、５３がベース材に搭載され、そのベース材４が支持部材２に取り付けられていた。しかし、ＬＥＤブロック３、２３、３３、４３、５３（または各ＬＥＤ７）が直接支持部材２に取り付けられていてもよい。
図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）では、ＬＥＤブロック２３、３３、４３、５３は、ＲＧＢの色を発するＬＥＤ７をそれぞれ搭載するものを例に挙げた。しかし、もちろん白色ＬＥＤを搭載するＬＥＤブロック２３、３３、４３、５３が適用されてもよい。
本発明の一実施の形態に係るバックライト装置を示す図である。 ライン状光源の一部を示す斜視図である。 本実施の形態に係るＬＥＤブロックを示す平面図である。 １つの光源ユニットの断面図（図１におけるＡ−Ａ線断面図）である。 レンズの底面側から見た斜視図である。 レンズを通る複数の光線を示すシミュレーションの図である。 レンズのｚ軸方向から見た、レンズを通る光線を示すシミュレーションの図である。 本実施の形態に係るレンズがない場合の、ＬＥＤブロックからの光線を示すシミュレーションの図である。 レンズがない場合及びある場合における、ＬＥＤブロックから拡散板までの光線を示すシミュレーションの図である。 図９（Ｂ）に示した、レンズがある場合の光線を示すシミュレーションの図であって、拡散板の上から見た斜視図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）における拡散板上のＴＦをそれぞれ示す図である。 図４及び図５に示したレンズの変形例を示す図である。 図１２に示すレンズの底面の一部を拡大した図である。 本発明の他の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ユニットを示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ユニットを示す断面図である。 図１９に示した光源ユニットであって、１つの光源ユニットから発せられた光が拡散板で拡散される様子を示した写真である。 本発明のさらに別の実施の形態に係るレンズを示す断面図である。 他の実施の形態に係るＬＥＤブロックをそれぞれ示す図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ユニットを示す断面図である。 （Ａ）は、そのＬＥＤブロック６３を示す斜視図であり、（Ｂ）は、その平面図である。 複数のＬＥＤブロックがレンズの入射側面の内部に配列された状態を示す光源ユニットの平面図である。 ＬＥＤブロックによるＲＧＢ各色の配光特性を示す図である。 （Ａ）は、本発明のさらに別の実施の形態に係る光源ブロックを示す斜視図である。（Ｂ）は、その平面図である。 図２７に示した複数のＬＥＤブロックがレンズの入射側面の内部に配列された状態を示す光源ユニットの平面図である。 図２４に示したＬＥＤブロックと、図２７に示したＬＥＤブロックとの比較した表である。
符号の説明
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、１００…レンズ
１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ、８１ａ、１００ａ…入射側面
１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、６１ｂ、７１ｂ、８１ｂ…導光部
１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ、５１ｃ、６１ｃ、７１ｃ、８１ｃ…出射側面
１ｄ、２１ｄ、３１ｄ、４１ｄ、５１ｄ、６１ｄ、７１ｄ、８１ｄ…平面部
１ｅ、２１ｅ、３１ｅ、４１ｅ、５１ｅ、６１ｅ、７１ｅ、８１ｅ…底面
３、２３、３３、４３、５３、６３、７３…ＬＥＤブロック
５、２５、３５、４５…光源ユニット
７、７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ…ＬＥＤ
８、１８、２８、…リフレクタ
１０…バックライト装置
１２、１２ｂ、１２ａ、６４、６６、７４、８４…印刷処理部
２６…光学部材
４４、４６、５４、５６…粗し処理部
８１ｈ…熱流路
９８…共通基板

Claims (19)

  1. 光源から出射された光を拡散させるレンズであって、
    前記光源に対向する平面部と、前記平面部に設けられ、前記光を散乱させ、または拡散させる光学機能部とを有し、前記光源から出射された前記光が入射される凹状の入射側面と、
    前記入射側面から入射された前記光が通る導光部と、
    前記導光部を通る前記光を出射させる出射側面と
    を具備するレンズ。
  2. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記光学機能部は、印刷処理された部位であるレンズ。
  3. 請求項２に記載のレンズであって、
    前記出射側面は、前記平面部に対向する、印刷処理された部位を有するレンズ。
  4. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記光学機能部は、粗し処理された部位であるレンズ。
  5. 請求項４に記載のレンズであって、
    前記出射側面は、前記平面部に対向する、粗し処理された部位を有するレンズ。
  6. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記出射側面は、前記平面部に対向する、粗し処理された部位を有するレンズ。
  7. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記出射側面は、シリンドリカル面またはトロイダル面であるレンズ。
  8. 請求項１に記載のレンズであって、
    底面と、
    前記底面に設けられた印刷処理部または粗し処理部と
    をさらに具備するレンズ。
  9. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記導光部は、前記光の拡散材を含むレンズ。
  10. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記入射側面から前記出射側面にかけて設けられ、前記光源から発せられる熱を放出する熱流路をさらに具備するレンズ。
  11. 請求項１に記載のレンズであって、
    前記光源は、所定の方向に並べられた、ＥＬ現象により発光する複数の発光素子であり、
    前記レンズは、前記所定の方向に長い形状を有するレンズ。
  12. 請求項１１に記載のレンズであって、
    前記レンズは、前記複数の発光素子が配置される面内で、前記所定の方向に直交する方向に、実質的に同一な配光特性を有するレンズ。
  13. 光源と、
    前記光源に対向する平面部と、前記平面部に設けられ、前記光を散乱させ、または拡散させる光学機能部とを有し、前記光源から出射された前記光が入射される凹状の入射側面と、前記入射側面から入射された前記光が通る導光部と、前記導光部を通る前記光を出射させる出射側面とを含み、前記光源から出射された前記光を拡散させるレンズと
    を具備する光源ユニット。
  14. 請求項１３に記載の光源ユニットであって、
    前記光源上に搭載され、前記光を散乱または拡散させる光学部材をさらに具備する光源ユニット。
  15. 請求項１４に記載の光源ユニットであって、
    光源は、ＥＬ現象により発光する発光素子を有し、
    前記光学部材は、前記発光素子を封止する封止材を有する光源ユニット。
  16. 請求項１５に記載の光源ユニットであって、
    前記光学部材は、拡散材を含む光源ユニット。
  17. 請求項１５に記載の光源ユニットであって、
    共通基板をさらに具備し、
    前記光源は、前記共通基板上に並べられて搭載された複数の前記発光素子を有し、
    前記封止材は、前記複数の発光素子をそれぞれ封止する光源ユニット。
  18. 光源と、前記光源から出射された前記光を拡散させるレンズであって、前記光源に対向する平面部と、前記平面部に設けられ、前記光を散乱させ、または拡散させる光学機能部とを有し、前記光源から出射された前記光が入射される凹状の入射側面と、前記入射側面から入射された前記光が通る導光部と、前記導光部を通る前記光を出射させる出射側面とを含むレンズとを有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットを支持する支持部材と
    を具備するバックライト装置。
  19. 光源と、前記光源から出射された前記光を拡散させるレンズであって、前記光源に対向する平面部と、前記平面部に設けられ、前記光を散乱させ、または拡散させる光学機能部とを有し、前記光源から出射された前記光が入射される凹状の入射側面と、前記入射側面から入射された前記光が通る導光部と、前記導光部を通る前記光を出射させる出射側面とを含むレンズとを有する光源ユニットと、
    前記光源ユニットを支持する支持部材と、
    複数の画素を有し、前記レンズから出射された前記光の透過率を前記画素ごとに制御する光透過率制御パネルと
    を具備する表示装置。
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