JP2011029109A - 照明装置、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを光源として利用し、当該発光ダイオード上に形成される樹脂の形状及び混練材料の量を調整することにより色調及び配光特性を制御することが可能な照明装置を提供すること。
【解決手段】基板（１８６）上に設置された光源（１９２）と、前記光源（１９２）の上部を覆うように形成され、蛍光物質が混練された第１光学樹脂（１９４）と、前記第１光学樹脂（１９４）の上部を覆うように形成された第２光学樹脂（１９６）と、前記第２光学樹脂（１９６）の上部に形成され、光拡散物質が混練された第３光学樹脂（１９８）と、を備える、照明装置（１８４）が提供される。
【選択図】図５

Description

本発明は、照明装置、及び液晶表示装置に関する。特に、発光ダイオードを光源に用いた照明装置、及び液晶表示装置に関する。

近年、テレビジョン受像機、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）、携帯電話、携帯情報端末、携帯ゲーム機等に用いられる表示装置には、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）が広く利用されるようになってきている。通常、液晶表示装置には、カラーフィルタを有する透過型の液晶表示パネル、及びこの液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置が設けられている。液晶表示装置においては、バックライト装置から発せられた光が液晶表示パネルに照射され、液晶表示パネルにより選択的に透過された光が映像として出力される。バックライト装置の光源には、例えば、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。

特に、発光ダイオードは、消費電力が低く、かつ、色再現性が高いため、バックライト装置の光源に有用である。バックライト装置の光源に発光ダイオードを用いる場合、光の三原色である赤色、緑色、青色に対応する３種類の発光ダイオードが組み合わせて用いられる。つまり、３種類の発光ダイオードから発せられた赤色光、緑色光、青色光が混合されて生成される白色光が液晶表示パネルに照射される。発光ダイオードを用いると、色純度の高い白色光が得られるため、ＣＣＦＬを用いる場合に比べて出力光の色再現範囲を大きく広げることができる。また、発光ダイオードの出力は比較的高いため、高出力の発光ダイオードを用いることでバックライト装置の輝度を高めることができる。

しかしながら、個々の発光ダイオードは点光源であるため、液晶表示パネルを透過して出力される光には輝度むらや色むらが発生してしまうことがある。例えば、液晶表示パネルに対して発光ダイオードから発せられた光が垂直に入射されるように、発光ダイオードが液晶表示パネルの直下に配置されるような状況において輝度むらや色むらが発生する。このような輝度むらや色むらの発生を抑制するために、例えば、下記の特許文献１には、発光ダイオードの直上に発せられる光を拡散させるために、拡散材料が混入された光学樹脂により発光ダイオードの上面部を覆う構成が記載されている。

特開２００６−２８６９０６号公報

しかしながら、液晶表示装置の厚みが薄くなると、単純に直上方向への照明光を拡散するだけでは足りず、拡散光を直上周辺に均一に拡散させることが求められる。発光ダイオードが載置される基板と液晶表示パネルの対向面との間の距離を光学距離と定義すると、光学距離が十分に短くなるにつれ、同じ方向に発せられた光が液晶表示パネルに達するまで平均行程は短くなる。そのため、隣接する複数の発光ダイオードから発せられた光が混合される領域が狭くなる。つまり、高い色純度の白色光を効率良く取り出すには、上記の平均行程を延ばしつつ、三原色が混合される領域を絞り込むことが有用である。そこで、各色光の発光ダイオードから発せられる光の放射方向、及び拡散方向を制御し、輝度むらや色むらの発生を抑制しつつ、取り出し効率を高めることが求められている。

なお、光源の色調を調整する技術については、例えば、特開２０００−２０８８１５号公報に記載がある。同文献に記載の技術は、発光ダイオードの直上に蛍光体を含んだ樹脂を設け、それらを拡散材入りの樹脂で包含するというものである。このように、蛍光体を含んだ樹脂を設けることで、光源の色調を調整することが可能になる。しかしながら、同文献に記載の発光ダイオードパッケージは、発光ダイオードが持つ配光特性がそのまま反映されてしまう構造のため、樹脂側で配光特性を任意に制御することができない。また、特開平１１−３１８４５号公報には配光特性を改善するためのパッケージ構造が提案されているが、同文献に記載のパッケージ構造を適用しても、側方に十分な強度の光を配光することが難しい。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、光学距離が短い場合でも、輝度むらや色むらを抑え、均一な光を照射することが可能な、新規かつ改良された照明装置、及び液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板上に設置された光源と、前記光源の上部を覆うように形成され、蛍光物質が混練された第１光学樹脂と、前記第１光学樹脂の上部を覆うように形成された第２光学樹脂と、前記第２光学樹脂の上部に形成され、光拡散物質が混練された第３光学樹脂と、を備える、照明装置が提供される。

また、上記の照明装置は、基板面に水平な面で切断して得られる断面の外縁を結ぶ最大長さに関し、前記第２光学樹脂の最大長さよりも前記第３光学樹脂の最大長さの方が小さく、かつ、前記第３光学樹脂の最大長さが前記第１光学樹脂の最大長さ以下であるように構成されていてもよい。

また、前記第２光学樹脂は、前記光源及び前記第１光学樹脂を内包するように形成されていてもよい。

なお、上記の照明装置においては、所定の色調が得られるように前記第１光学樹脂に混練される前記蛍光物質の量が調整される。

また、上記の照明装置においては、所定の輝度分布が得られるように前記第３光学樹脂に混練される前記散乱物質の量又は前記第３光学樹脂の高さが調整される。

また、前記第１光学樹脂の屈折率は、前記第２光学樹脂の屈折率よりも大きい方が好ましい。さらに、前記第２光学樹脂の屈折率は、前記第３光学樹脂の屈折率よりも大きい方が好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、液晶表示パネル、及び前記液晶表示パネルを背面から照明するために複数の照明装置が設けられたバックライト装置を有し、前記各照明装置は、基板上に設置された光源と、前記光源の上部を覆うように形成され、蛍光物質が混練された第１光学樹脂と、前記第１光学樹脂の上部を覆うように形成された第２光学樹脂と、前記第２光学樹脂の上部に形成され、光拡散物質が混練された第３光学樹脂と、を備える、液晶表示装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、光学距離が短い場合でも、輝度むらや色むらを抑え、均一な光を照射することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示パネルの構造を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るバックライト装置の構造を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の断面構造を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の構造を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の構造を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の構造を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置に搭載される発光ダイオードの配光特性を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の配光特性を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置を形成するための樹脂材料に混入される蛍光体の調合比率と発光色との関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る発光ダイオード装置の配光特性、及び当該配光特性に現れるピーク値の樹脂高依存性を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る技術は、薄型の液晶表示装置に搭載されるバックライト光源に関し、特に、発光ダイオードをバックライト光源として用いる液晶表示装置に関する。また、本実施形態に係る技術は、光学距離が短い薄型の液晶表示装置においても、輝度むらや色むらを抑え、パネルに均一な光を照射するための技術に関するものである。以下、本実施形態に係る液晶表示装置１００について説明する。特に、液晶表示装置１００に搭載される発光ダイオード装置１８４等について、具体例を挙げながら、その構成及び形成方法等について順次説明していくことにする。

（説明項目）
１：液晶表示装置１００の構造について（図１〜図４）
２：発光ダイオード装置１８４の構造について（図５〜図７）
３：発光ダイオード装置１８４の配光特性について（図８〜図１１）
４：まとめ

［１：液晶表示装置１００の構造（図１〜図４）］
本実施形態に係る液晶表示装置１００の構造について説明する。まず、図１を参照しながら、液晶表示装置１００に搭載される液晶表示パネル１１０の構造について説明する。次いで、図２を参照しながら、液晶表示装置１００に搭載されるバックライト装置１５０の構造について説明する。次いで、図３を参照しながら、液晶表示パネル１１０、及びバックライト装置１５０を含む液晶表示装置１００の構造について説明する。次いで、図４を参照しながら、液晶表示装置１００に搭載される駆動回路の構成例について説明する。

上記の通り、液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１１０、及びバックライト装置１５０を有する。また、バックライト装置１５０は、液晶表示パネル１１０の背面側に設けられている。なお、液晶表示装置１００は、地上波放送の受信チューナや衛星波放送の受信チューナ等を搭載していてもよい。さらに、液晶表示装置１００は、これらの受信チューナで受信した映像信号や音声信号に対して所定の信号処理を施す信号処理部を搭載していてもよい。そして、液晶表示装置１００は、信号処理部から出力された音声信号を出力するための音声出力部を搭載していてもよい。

（液晶表示パネル１１０の構造について）
さて、図１に示すように、液晶表示パネル１１０は、ガラス等で形成された２枚の透明な基板（ＴＦＴ基板１１４、対向電極基板１１２）を有している。また、対向配置されたＴＦＴ基板１１４、及び対向電極基板１１２の間隙には、液晶層１１６が形成される。液晶層１１６には、例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶が封入される。

ＴＦＴ基板１１４には、複数の信号線１２４及び走査線１２６がマトリックス状に配列されている。信号線１２４と走査線１２６との交点には、画素電極１３０、及び薄膜トランジスタ１３２が形成されている。但し、図１においては、画素電極１３０、及び薄膜トランジスタ１３２の詳細な構成が明示されていない点に注意されたい。薄膜トランジスタ１３２は、個々の画素に対応するスイッチング素子である。薄膜トランジスタ１３２は、走査線１２６を流れる走査信号により選択される。走査信号により画素が選択されると、その画素に対応する薄膜トランジスタ１３２は、その画素に対応する画素電極１３０に対して信号線１２４から供給される映像信号を書き込む。

また、対向電極基板１１２には、ＴＦＴ基板１１４に対向する面に、対向電極１２８及びカラーフィルタ１２２が形成されている。カラーフィルタ１２２は、各画素に対応する複数のセグメントに分割されている。さらに、カラーフィルタ１２２は、三原色である赤色、緑色、青色に対応して赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧ、青色フィルタＢに分割されている。カラーフィルタ１２２の配列パターンとしては、例えば、ストライプ配列パターン、デルタ配列パターン、正方配列パターン等がある。

また、液晶表示パネル１１０は、２枚の偏光板１１８、１２０を有する。偏光板１１８、１２０は、対向電極基板１１２、液晶層１１６、ＴＦＴ基板１１４で形成される積層構造を挟み込むようにして配置される。そのため、後述するバックライト装置１５０により発せられた白色光は、偏光板１２０を通じてＴＦＴ基板１１４に入射され、液晶層１１６、対向電極基板１１２、及び偏光板１１８を順に通過する。このとき、液晶表示パネル１１０がアクティブマトリクス方式で駆動されることでフルカラー映像が表示される。

以上、図１を参照しながら、液晶表示パネル１１０の構造について簡単に説明した。次に、図２を参照しながら、バックライト装置１５０について説明する。

（バックライト装置１５０の構造について）
図２に示すように、バックライト装置１５０は、筐体部１５２と、拡散板１５４と、拡散シート１５６と、プリズムシート１５８と、偏光変換シート１６０とにより構成されている。但し、筐体部１５２の構造については後述する。また、拡散シート１５６、プリズムシート１５８、偏光変換シート１６０を纏めて光学機能シート群と呼ぶ場合がある。

上記の通り、バックライト装置１５０は、液晶表示パネル１１０を背面側から照明するものである。筐体部１５２は、内部に各色の光源を有する。また、拡散板１５４、拡散シート１５６、プリズムシート１５８、偏光変換シート１６０は、筐体部１５２の内部に設けられた各色の光源が発する光を混色させるために設けられている。なお、拡散シート１５６は、拡散板１５４に載置される。プリズムシート１５８は、拡散シート１５６に載置される。偏光変換シート１６０は、プリズムシート１５８に載置される。

拡散板１５４は、筐体部１５２から出射された光を内部で拡散させる。そのため、拡散板１５４が設けられることで、面発光における輝度の均一化が図られる。光学機能シート群は、例えば、入射光を２つの直交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等を備える。つまり、光学機能シート群は、筐体部１５２から発せられた光の光学特性を液晶表示パネル１１０の照明に適した光学特性に変換するものである。そのため、このような変換機能が実現されるのであれば、図２に示した光学機能シート群の構成に限定されない。

以上、図２を参照しながら、バックライト装置１５０の構造について簡単に説明した。ここで、筐体部１５２の構成について説明を補足する。

筐体部１５２の内部には、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する３種類の発光ダイオードが設けられている。例えば、赤色光の発光ダイオードから発光される光は、６４０ｎｍ程度の波長を有する。また、緑色光の発光ダイオードから発光される光は、５３０ｎｍ程度の波長を有する。そして、青色光の発光ダイオードから発光される光は、４５０ｎｍ程度の波長を有する。

但し、赤色光の発光ダイオードから発せられる光のピーク波長を長波長側へシフトさせたり、青色光の発光ダイオードから発せられる光のピーク波長を短波長側へシフトさせたりして色域を広げる調整が施されていてもよい。このような色域の調整を行うことにより、液晶表示パネル１１０に表示される画像の色再現範囲を拡大することができる。また、各発光ダイオードから発せられた光の利用効率を高めるため、筐体部１５２の内壁面には反射加工が施されていてもよい。

以上、筐体部１５２の構成について簡単に補足説明を行った。次に、図３を参照しながら、筐体部１５２の内部構造及び液晶表示装置１００の全体的な構造について説明する。

（液晶表示装置１００の構造について）
図３に示すように、液晶表示装置１００は、主に、図１に示した液晶表示パネル１１０、及び図２に示したバックライト装置１５０により構成される。また、液晶表示パネル１１０、及びバックライト装置１５０の一部は、ガイド部材１７２、外部フレーム１７４、内部フレーム１７６、内壁面１７８、ブラケット部材１８０を用いて固定されている。

外部フレーム１７４は、液晶表示装置１００の外部筐体を成すものである。外部フレーム１７４の内側には、内部フレーム１７６が設けられている。液晶表示パネル１１０は、外部フレーム１７４と内部フレーム１７６との間に挟み込まれる形で固定されている。また、液晶表示パネル１１０の偏光板１１８と外部フレーム１７４との間にはスペーサが挟み込まれている。そして、液晶表示パネル１１０の偏光板１２０と内部フレーム１７６との間にはスペーサが挟み込まれている。さらに、内部フレーム１７６、外部フレーム１７４、及び液晶表示パネル１１０で囲まれた空間には、ガイド部材１７２が設けられている。ガイド部材１７２は、液晶表示パネル１１０が外部フレーム１７４の方向（−Ｘ方向）にずれ込んでしまうのを防止するために設けられている。

一方、バックライト装置１５０を形成する光学機能シート群及び拡散板１５４は、内壁面１７８に設けられたブラケット部材１８０と内部フレーム１７６との間に挟み込まれる形で固定されている。また、光学機能シート群を形成する偏光変換シート１６０と内部フレーム１７６との間にはスペーサが挟み込まれている。そして、ブラケット部材１８０は、拡散板１５４の底面（−Ｚ方向の端面）を支持する形で拡散板１５４を固定している。筐体部１５２の枠に相当する内壁面１７８には、基板１８６が載置されている。また、基板１８６には、反射シート１８２、及び発光ダイオード装置１８４が載置されている。

反射シート１８２は、反射面が拡散板１５４の底面と対峙するように設置されている。また、反射シート１８２は、発光ダイオード装置１８４の発光部分よりも低い位置（−Ｚ方向寄り）に設置されている。このような構成にすることで、反射シート１８２は、発光ダイオード装置１８４から下向きに放射された光や内壁面１７８で反射された光を反射して拡散板１５４に入射させることができる。反射シート１８２には、例えば、シート基材上に銀反射膜、低屈折率膜、及び高屈折率膜を順に積層して形成される反射膜等が用いられる。なお、内壁面１７８についても反射シート１８２と同様、光を反射させるような鏡面加工が表面に施されていてもよい。

以上、図３を参照しながら、液晶表示装置１００の全体的な構造について簡単に説明した。上記の通り、液晶表示装置１００には、発光ダイオード装置１８４が設けられている。そして、発光ダイオード装置１８４により発せられた光は、拡散板１５４、及び光学機能シート群を通じて液晶表示パネル１１０に入射される。既に述べた通り、本実施形態は、発光ダイオード装置１８４の構成及び形成方法等に関するものである。本実施形態に係る発光ダイオード装置１８４の構成等については後段において詳述するが、その前に、図４を参照しながら、液晶表示装置１００に搭載される駆動回路の構成について説明する。

（駆動回路の構成について）
液晶表示装置１００には、例えば、図４に示すような駆動回路が搭載される。この駆動回路には、入力端子１０と、ＲＧＢプロセス処理部１２と、制御部１４と、ユーザインターフェース１６と、バックライト駆動部１８と、電源２０と、画像メモリ２２と、Ｘドライバ２４と、Ｙドライバ２６とが含まれる。

電源２０は、液晶表示パネル１１０やバックライト装置１５０に駆動電源を供給するものである。Ｘドライバ２４、Ｙドライバ２６は、液晶表示パネル１１０を駆動するものである。バックライト駆動部１８は、バックライト装置１５０を駆動制御するものである。入力端子１０には、外部から供給される映像信号や映像信号処理部（非図示）で処理された映像信号が入力される。入力端子１０から入力された映像信号は、ＲＧＢプロセス処理部１２に入力される。ＲＧＢプロセス処理部１２には、制御部１４、及び画像メモリ２２が接続されている。

ＲＧＢプロセス処理部１２は、入力された映像信号に対してクロマ処理等の信号処理を施す。さらに、ＲＧＢプロセス処理部１２は、コンポジット信号から液晶表示パネル１１０の駆動に適したＲＧＢセパレート信号に変換する。そして、ＲＧＢプロセス処理部１２から出力されたＲＧＢセパレート信号は、制御部１４に入力されると共に、画像メモリ２２を介してＸドライバ２４に入力される。制御部１４は、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２４及びＹドライバ２６を駆動する。このように、液晶表示パネル１１０は、Ｘドライバ２４及びＹドライバ２６により、ＲＧＢセパレート信号に基づいて駆動制御される。その結果、液晶表示パネル１１０には、ＲＧＢセパレート信号に相当する映像が出力される。

バックライト駆動部１８は、電源２０から電力の供給を受けてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する。そして、バックライト駆動部１８は、パルス幅変調信号に基づいてバックライト装置１５０の光源である個々の発光ダイオード装置１８４を発光させる。発光ダイオードの色温度は動作電流に依存する。そのため、所定以上の輝度を維持しながら忠実に色再現性を保つ（色温度を一定にする）には、パルス幅変調信号に基づいて発光ダイオード装置１８４に供給される電流量が制御される。このようにパルス幅変調信号を用いることで、色温度の変化を抑え、所望の輝度を維持しながら色再現性を保つことができる。

ユーザインターフェース１６は、映像信号の受信チャンネルを選択したり、音声出力量を調整したりするために用いられる操作入力手段である。また、ユーザインターフェース１６は、バックライト装置１５０の輝度調節やホワイトバランスの調節等を行うために用いられる。例えば、ユーザインターフェース１６を用いて輝度調節が行われると、制御部１４は、バックライト駆動部１８に対してユーザ操作に応じた輝度制御信号を入力する。さらに、バックライト駆動部１８は、入力された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色毎に調整して各色の発光ダイオード装置１８４を制御する。

以上、液晶表示装置１００に搭載された駆動回路の構成について簡単に説明した。以下では、本実施形態に係る発光ダイオード装置１８４について詳細に説明する。

［２：発光ダイオード装置１８４の構造について（図５〜図７）］
本実施形態に係る発光ダイオード装置１８４について説明する。まず、図５及び図６を参照しながら、発光ダイオード装置１８４の構造について説明する。

図５に示すように、発光ダイオード装置１８４は、発光ダイオード１９２と、第１光学樹脂１９４と、第２光学樹脂１９６と、第３光学樹脂１９８とにより構成される。

発光ダイオード１９２は、基板１８６の上に形成される。また、図中には明示しないが、発光ダイオード１９２は、基板１８６の上に形成されるバッファ層、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層、キャップ層等により構成される。これらの層は、例えば、結晶成長法により形成される。さらに、図中には明示しないが、発光ダイオード１９２の配線は、ワイヤボンディング等により電極に接続される。そして、発光ダイオード１９２は、接続された電極から供給される電力により駆動される。

発光ダイオード１９２の上には、少なくとも発光ダイオード１９２の天面（発光面）を覆うように第１光学樹脂１９４が形成されている。第１光学樹脂１９４には、色調を調整するための蛍光物質が混練されている。そのため、発光ダイオード１９２から発せられた所定波長の光が第１光学樹脂１９４に照射されると、第１光学樹脂１９４に含まれる蛍光物質が励起され、当該所定波長とは異なる波長の光が射出される。このとき、蛍光物質は、所定波長の光により高い励起状態に遷移し、その後、光の輻射を伴って低い励起状態又は基底状態に遷移する。つまり、状態間のエネルギー差を持つ光が射出される。

例えば、発光ダイオード１９２が青色光の光源であるとする。このとき、青色光の入射に対して緑色光及び赤色光を射出する蛍光物質を第１光学樹脂１９４に混練させておくと、発光ダイオード１９２から第１光学樹脂１９４に青色光を照射した場合、第１光学樹脂１９４から緑色光及び赤色光が混じり合った光が射出される。もちろん、発光ダイオード１９２から発せられた青色光も混じり合うため、適当な強度で各色光が混合されていれば、第１光学樹脂１９４から射出された光が人の目には白色の光となって感じられる。なお、蛍光物質の調合比率や混練する量を変えることで、任意に色調を調整することが可能である（図１０を参照）。なお、蛍光物質としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体等を用いることができる。

また、第１光学樹脂１９４は、発光ダイオード１９２を保護する役割も担っている。そのため、図５に示すように、第１光学樹脂１９４は、発光ダイオード１９２を覆うように形成されていることが好ましい。また、第１光学樹脂１９４は、第２光学樹脂１９６の内部に形成される。第２光学樹脂１９６は、発光ダイオード１９２から発せられ、第１光学樹脂１９４により色調が調整された光Ｌｉの取り出し効率を向上させるためのレンズを形成する。また、第２光学樹脂１９６は、発光ダイオード１９２及び第１光学樹脂１９４を保護する役割も担う。なお、第１光学樹脂１９４、第２光学樹脂１９６は、例えば、シリコーン等により形成される。

また、第２光学樹脂１９６の上には、第３光学樹脂１９８が形成されている。第３光学樹脂１９８の材質は、例えば、第２光学樹脂１９６と同じ材料の中に、重量比で約３０％〜約８０％の割合だけ拡散材粒子が混練されたものである。そのため、発光ダイオード１９２により発せられ、第１光学樹脂１９４、及び第２光学樹脂１９６を透過した光は、第３光学樹脂１９８に混練された拡散材粒子により散乱される。拡散材粒子は、直径が３μｍ〜１２μｍ程度の大きさであることが好ましい。さらに、拡散材粒子の形状は、略球状であることが好ましい。

図５に示すように、発光ダイオード装置１８４を形成する第１光学樹脂１９４は、発光ダイオード１９２の全体を覆うような略半球の形状を成している。また、発光ダイオード装置１８４を形成する第２光学樹脂１９６は、第１光学樹脂１９４の全体を覆うような略半球の形状を成している。つまり、第１光学樹脂１９４及び第２光学樹脂１９６は、Ｘ−Ｙ面上に形成され、Ｚ方向に盛り上がったドーム型である。さらに、第１光学樹脂１９４及び第２光学樹脂１９６は、その頭頂部と発光ダイオード１９２の発光中心とが同じ軸（中心軸Ｃ）上に並ぶように形成されている。

また、第２光学樹脂１９６のＺ方向に沿った高さはＬ１である。さらに、第３光学樹脂１９８は、第２光学樹脂１９６の上面に形成されている。そして、第３光学樹脂１９８は、Ｚ方向に沿った高さＬ２を有している。この高さＬ２は、第２光学樹脂１９６の高さＬ１との間に関係Ｌ１＝（０．５〜３．０）＊Ｌ２を有する。特に、高さＬ２は、高さＬ１よりも大きく高々３倍程度であることが好ましい。また、第３光学樹脂１９８は、第２光学樹脂１９６の上面（但し、頭頂部を含む。）を底面とするＺ方向に盛り上がったドーム型である。さらに、第３光学樹脂１９８は、その中心軸（又は頭頂部）が中心軸Ｃ上に位置するように形成されている。

第３光学樹脂１９８のＸ−Ｙ断面の最大直径は、第２光学樹脂１９６のＸ−Ｙ断面の最大直径よりも小さい。つまり、第３光学樹脂１９８は、中心軸Ｃを軸とするＸ−Ｙ平面内の回転に対して略対称な柱状であると言える。また、第３光学樹脂１９８の最大直径は、第１光学樹脂１９４の最大直径と同じか、それよりも大きいことが好ましい。

さて、発光ダイオード１９２から発せられた光Ｌｉは、第１光学樹脂１９４、第２光学樹脂１９６を通じて第３光学樹脂１９８に入射される。但し、第２光学樹脂１９６が設けられていることにより、発光ダイオード１９２から発せられた光は、全てが第３光学樹脂１９８に入射されるわけではない。つまり、発光ダイオード１９２から発せられた光の一部は、第２光学樹脂１９６の表面から直接的に筐体部１５２の内部空間に放射される。一方、第３光学樹脂１９８に入射された入射光Ｌｉは、第３光学樹脂１９８に混練された拡散材料により散乱され、散乱光Ｌｓとして第３光学樹脂１９８の表面から筐体部１５２の内部空間に放射される。

上記の通り、第３光学樹脂１９８には拡散材が混入されているため、入射光Ｌｉは、拡散材粒子により散乱され、Ｚ方向とは異なる角度に放射される。既に述べた通り、本実施形態においては、発光ダイオード１９２から第１光学樹脂１９４を経て放射された光の色調を任意に調整できるようにすることと、発光ダイオード１９２から放射された光が効率的かつ均一に混合されるようにすることが目的とされる。色調を任意に調整できるようにするという目的については、上記の通り、蛍光材料を混練した第１光学樹脂１９４を設け、その蛍光材料の調合比や混練する量を調整することにより実現される。

一方、第１光学樹脂１９４を経て放射された光を効率的かつ均一に混合させるという目的については、発光ダイオード１９２からＺ方向に放射された光の軌道をＺ方向から離れた方向（Ｚ方向との成す角が大きい方向）に向けて大きく変化させることが必要である。このように光の軌道を大きく変化させるためには、第３光学樹脂１９８の散乱断面積を大きくすればよい。そこで、本実施形態においては、第３光学樹脂１９８がＺ方向に伸びた形状にしている。このような形状にすることで、第３光学樹脂１９８の中をＺ方向に進行する光の行程が伸び、Ｚ方向に進行する光の散乱断面積が大きくなるのである。

但し、第３光学樹脂１９８は、Ｘ−Ｙ断面の直径（半径）が短くなるように形成されている。このような形状にすることで、第３光学樹脂１９８の内部で散乱された散乱光Ｌｓが第３光学樹脂１９８の表面に到達するまでの行程を短くすることが可能になる。そのため、Ｚ方向から離れた方向に散乱された散乱光Ｌｓは、比較的容易に筐体部１５２の内部空間に放射される。結果として、Ｚ方向に放射される光の輝度が相対的に小さく、Ｚ方向から離れた方向に放射される光の輝度が相対的に大きくなるのである。

また、第３光学樹脂１９８が第２光学樹脂１９６の上面全体を覆うのではなく、直上（Ｚ方向）近辺だけを覆うように形成されている。このような構造にすることにより、第２光学樹脂１９６の表面から直接的に光が取り出される分だけ、散乱による強度の損失が低減されている。このように、発光ダイオード１９２の直上（Ｚ方向）近辺に放射される光Ｌｉのみを効率的に散乱させることにより、十分な取り出し効率を維持しつつ、輝度むらを抑えることができる。

ここで、第１光学樹脂１９４、第２光学樹脂１９６、第３光学樹脂１９８の屈折率について述べる。上記の通り、発光ダイオード装置１８４には、基板１８６上に、発光ダイオード１９２、第１光学樹脂１９４、第２光学樹脂１９６、第３光学樹脂１９８が順に積層されている。このとき、発光ダイオード１９２により発せられた光の取り出し効率を向上させるには、発光ダイオード１９２から遠くなるにつれて屈折率が低くなるように設定することが好ましい。例えば、空気の屈折率１を基準に、第１光学樹脂１９４の屈折率をおよそ１．６〜１．８程度にし、第２光学樹脂１９６の屈折率をおよそ（１．６〜１．８＋１）／２程度にし、第３光学樹脂１０８の屈折率をおよそ１程度に設定することが好ましい。このような設定にすることで光の取り出し効率を向上させることができる。

次に、図６を参照しながら、発光ダイオード装置１８４のＸ−Ｙ断面形状について確認しておくことにする。特に、第１光学樹脂１９４、第２光学樹脂１９６、第３光学樹脂１９８の寸法に関する相互の関係を明示する。但し、図５に例示した構造的な特徴により得られる作用効果が実現されるのであれば、必ずしも図６に例示する断面形状でなくてもよい。図６の例では断面形状を円形にしているが、例えば、任意の略楕円形や略矩形等にしてもよい。

図６には、最大直径部分における第１光学樹脂１９４、第２光学樹脂１９６、及び第３光学樹脂１９８のＸ−Ｙ断面形状、及び、発光ダイオード１９２のＸ−Ｙ断面形状が模式的に示されている。なお、第１光学樹脂１９４の最大直径をｄ１、第２光学樹脂１９６の最大直径をｄ２、及び第３光学樹脂１９８の最大直径をｄ３と表記する。また、発光ダイオード１９２の対角長さをＫと表記する。

まず、第１光学樹脂１９４の最大直径ｄ１と発光ダイオード１９２の対角長さＫとの間の関係、及び、第１光学樹脂１９４の最大直径ｄ１と第２光学樹脂１９６の最大直径ｄ２及び第３光学樹脂１９８の最大直径ｄ３との間の関係について述べる。

上記の通り、第１光学樹脂１９４は、発光ダイオード１９２を覆うように形成される。そのため、第１光学樹脂１９４の最大直径ｄ１は、発光ダイオード１９２の対角長さＫとの間でｄ１＞Ｋの関係を有する。このような関係にすることで、第１光学樹脂１９４により発光ダイオード１９２を保護することができる。

また、第１光学樹脂１９４は、第２光学樹脂１９６の内部に形成される。そのため、第１光学樹脂１９４の最大直径ｄ１は、第２光学樹脂１９６の最大直径ｄ２との間でｄ２＞ｄ１の関係を有する。このような関係にすることで、第２光学樹脂１９６により第１光学樹脂１９４を保護することができる。

また、第１光学樹脂１９４の最大直径ｄ１は、第３光学樹脂１９８の最大直径ｄ３との間でｄ１≦ｄ３の関係を有する。このような関係にすることで、第１光学樹脂１９４により色調が調整された光が漏れなく第３光学樹脂１９８により拡散されるようになる。その結果、第１光学樹脂１９４で色調が調整された光が十分に混合され、発光ダイオード装置１８４から発せられる光の色調が更に均一化される。

次に、第２光学樹脂１９６の最大直径ｄ２と第３光学樹脂１９８の最大直径ｄ３との間の関係について述べる。なお、第３光学樹脂１９８の最大直径ｄ３は、発光ダイオード１９２の対角長さＫの約１〜４倍に設定される。

第２光学樹脂１９６の最大直径ｄ２は、第３光学樹脂１９８の最大直径ｄ３との間でｄ２＞ｄ３の関係を有する。このような構造にすることにより、Ｚ方向から離れた方向に放射された一部の光が第２光学樹脂１９６の表面から直接的に取り出される。このように、比較的大きな角度で放射された光を直接取り出すことで、その分だけ散乱による強度損失を回避することができる。つまり、発光ダイオード１９２の直上（Ｚ方向）近辺に放射される光のみを効率的に散乱させることにより、十分な取り出し効率を維持しつつ、輝度むらを抑えることができる。

以上、発光ダイオード装置１８４の構造について説明した。図５及び図６に模式的に示した発光ダイオード装置１８４を試作した際に撮影した写真を図７に示す。図７に示す発光ダイオード装置１８４には、上記説明の通り、発光ダイオード１９２の天面を少なくとも覆うように第１光学樹脂１９４が設けられ、第１光学樹脂１９４を覆うように第２光学樹脂１９６が設けられ、第２光学樹脂１９６の頭頂付近に第３光学樹脂１９８が設けられている。このような構造により、優れた配光特性を持ち、色調を任意に調整可能な発光ダイオード装置１８４（ＬＥＤパッケージ）が実現される。

［３：発光ダイオード装置１８４の配光特性について（図８〜図１１）］
次に、図８、図９を参照しながら、発光ダイオード装置１８４の配光特性について説明する。図８は、発光ダイオード１９２の配光特性を示す説明図である。図９は、発光ダイオード装置１８４の配光特性を示す説明図である。まず、図８を参照しながら、発光ダイオード１９２の配光特性について説明する。次いで、図８と図９とを対比しながら、発光ダイオード装置１８４の配光特性について説明する。

まず、図８を参照する。図８には、配光角度（図１１（Ｂ）を参照）が０°の位置で観測される輝度を基準とする輝度比の分布（配光特性）が示されている。但し、図８に例示した配光特性は、第３光学樹脂１９８を設けずに発光ダイオード１９２から発せられ、第１光学樹脂１９４を透過した光が全て第２光学樹脂１９６の表面から放射された場合のものである。図８に示す配光特性は、配光角度０°にピークを持ち、配光角度の絶対値が大きくなるにつれて輝度比が小さくなるような上に凸の曲線で表現される。図８には、異なる３つの条件下で観測された発光ダイオード１９２の配光特性が示されているが、いずれも同じ傾向を示している。

第２光学樹脂１９６のレンズ効果により、絶対値が大きな配光角度においても、ある程度の輝度が得られている。しかしながら、配光角度の絶対値が大きくなるに連れて輝度が低下してしまっている。上記の通り、Ｚ方向に輝度が集中してしまうと、複数の発光ダイオード１９２から発せられた光の混合確率が低下してしまうため、高純度の白色光が得られなくなる。また、個々の発光ダイオード１９２の色光が液晶表示パネル１１０に照射され、色むら等が発生してしまう。このような色むら等を抑えるためには、配光角度の小さい方向に照射される光を効率的に拡散させ、配光角度の大きい方向に照射される光量を増加させる必要がある。

本実施形態においては、光を効率的に拡散させる機構として、図５及び図６に示すような構造を持つ第３光学樹脂１９８の設置を提案している。第３光学樹脂１９８を設けることで、配光特性を示す輝度比のグラフは、図９に示すような形状に変化する。

図９には、第３光学樹脂１９８を設けた発光ダイオード装置１８４により得られる配光特性が示されている。但し、第２光学樹脂１９６のレンズ効果により配光角度が十分に大きい方向に屈折された光は、第３光学樹脂１９８を介さずに第２光学樹脂１９６の表面から射出される点に注意されたい。図９に示すように、第３光学樹脂１９８を設置した効果により、配光角度の大きな方向に放射される光の輝度比が増大する。

図９の例では、配光角度の絶対値が７０°近辺において輝度比のピークが現れている。また、輝度比のピーク値は２．５を越えている。つまり、発光ダイオード１９２の直上に放射される光の輝度に比べて２．５倍の輝度が観測されることになる。本実施形態に係る発光ダイオード装置１８４においては、第３光学樹脂１９８の寸法を変化させることで、輝度比のピークが現れる配光角度及びピーク値を調整することができる（図１１を参照）。なお、マイナス方向に放射された光は、発光ダイオード装置１８４の直下にある反射シート１８２等により反射され、プラス方向に放射された光と混合される。

以上、本実施形態に係る発光ダイオード装置１８４の構成、及び発光ダイオード装置１８４により得られる配光特性について説明した。図１０に示すように、第１光学樹脂１９４に混練させる蛍光材料の調合比率や混練する量を調整することで、発光ダイオード装置１８４から発せられる光の色調を任意に調整することが可能になる。また、図１１に示すように、第３光学樹脂１９８の寸法を変更することで、発光ダイオード装置１８４から発せられる光の配光特性を任意に調整することが可能になる。なお、第３光学樹脂１９８に混練される散乱材料の量を調整することで配光特性を調整することもできる。

このように、配光特性を任意に調整できるようになると、液晶表示装置１００に用いられるＬＥＤ直下方式のバックライト装置１５０を薄型化することが可能になる。また、好適な配光特性に調整されることで、液晶表示装置１００に用いられるＬＥＤ直下方式のバックライト装置１５０に設置すべきＬＥＤを削減することが可能になる。さらに、上記の発光ダイオード装置１８４をＬＥＤ照明に用いた場合、照明範囲を均一に照射することが可能になるため、通常は光源に設けられるレンズを省略することができる。

［４：まとめ］
以上説明した本実施形態の技術内容は、その特徴部分を抽出して次のように纏めることができる。

上記の発光ダイオード装置１８４は、次のような構成を有する照明装置の一例である。当該照明装置は、基板上に設置された光源と、前記光源の上部を覆うように形成され、蛍光物質が混練された第１光学樹脂と、前記第１光学樹脂の上部を覆うように形成された第２光学樹脂と、前記第２光学樹脂の上部に形成され、光拡散物質が混練された第３光学樹脂とを有する。このように、第１光学樹脂に蛍光物質が混練されていることで、第１光学樹脂を透過する光の色調が所定の色調に調整される。つまり、第１光学樹脂に混練される蛍光物質の調合量を調整することにより、透過光の色調を調整することができる。

また、第１光学樹脂を透過した光は、レンズとして機能する第２光学樹脂を透過後、第３光学樹脂に入射する。第３光学樹脂には、光散乱物質が混練されているため、入射光が第３光学樹脂の内部で散乱される。そのため、基板の垂直方向及びそれに近い角度方向に向けて光源から発せられた光が散乱され、基板の水平方向に近い角度に射出される。その結果、上記の液晶表示装置１００のバックライトとして上記の照明装置を用いた場合には色むらや輝度むら等の発生を抑制することが可能になり、一方で、ＬＥＤ照明として上記の照明装置を用いた場合には光を均一に照射させるためのレンズを設けずに済む。

また、上記の照明装置は、基板面に水平な面で切断して得られる断面の外縁を結ぶ最大長さに関し、前記第２光学樹脂の最大長さよりも前記第３光学樹脂の最大長さの方が小さく、かつ、前記第３光学樹脂の最大長さが前記第１光学樹脂の最大長さ以下となるように構成する方が好ましい。このように、第２光学樹脂の外形寸法が第３光学樹脂の外形寸法よりも大きくなるようにすることで、第２光学樹脂により基板の水平方向に近い角度に屈折された光を第３光学樹脂を通さずに射出することが可能になる。そのため、散乱による減衰の影響を受けずに射出される光の分だけ輝度が向上する。また、第３光学樹脂の外形寸法を第１光学樹脂の外形寸法よりも大きくすることで、色調が調整され、基板に垂直な方向に射出された光の大部分を漏れなく散乱させることが可能になる。

また、前記第１光学樹脂の屈折率は、前記第２光学樹脂の屈折率よりも大きい方が好ましい。また、前記第２光学樹脂の屈折率は、前記第３光学樹脂の屈折率よりも大きい方が好ましい。このように、光源からの距離が遠い位置に設けられた光学樹脂ほど屈折率が大きくなるように構成することで、光の取り出し効率を高めることが可能になる。

（備考）
上記の発光ダイオード１９２は、光源の一例である。上記の発光ダイオード装置１８４は、照明装置の一例である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ 入力端子
１２ ＲＧＢプロセス処理部
１４ 制御部
１６ ユーザインターフェース
１８ バックライト駆動部
２０ 電源
２２ 画像メモリ
２４ Ｘドライバ
２６ Ｙドライバ
１００ 液晶表示装置
１１０ 液晶表示パネル
１１２ 対向電極基板
１１４ ＴＦＴ基板
１１６ 液晶層
１１８、１２０ 偏光板
１２２ カラーフィルタ
１２４ 信号線
１２６ 走査線
１２８ 対向電極
１３０ 画素電極
１３２ 薄膜トランジスタ
１５０ バックライト装置
１５２ 筐体部
１５４ 拡散板
１５６ 拡散シート
１５８ プリズムシート
１６０ 偏光変換シート
１７２ ガイド部材
１７４ 外部フレーム
１７６ 内部フレーム
１７８ 内壁面
１８０ ブラケット部材
１８２ 反射シート
１８４ 発光ダイオード装置
１８６ 基板
１９２ 発光ダイオード
１９４ 第１光学樹脂
１９６ 第２光学樹脂
１９８ 第３光学樹脂

Claims (7)

1. 基板上に設置された光源と、
   前記光源の上部を覆うように形成され、蛍光物質が混練された第１光学樹脂と、
   前記第１光学樹脂の上部を覆うように形成された第２光学樹脂と、
   前記第２光学樹脂の上部に形成され、光拡散物質が混練された第３光学樹脂と、
   を備える、照明装置。
2. 基板面に水平な面で切断して得られる断面の外縁を結ぶ最大長さに関し、前記第２光学樹脂の最大長さよりも前記第３光学樹脂の最大長さの方が小さく、かつ、前記第３光学樹脂の最大長さが前記第１光学樹脂の最大長さ以下である、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２光学樹脂は、前記光源及び前記第１光学樹脂を内包するように形成される、請求項２に記載の照明装置。
4. 所定の色調が得られるように前記第１光学樹脂に混練される前記蛍光物質の量が調整される、請求項３に記載の照明装置。
5. 所定の輝度分布が得られるように前記第３光学樹脂に混練される前記光散乱物質の量又は前記第３光学樹脂の高さが調整される、請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第１光学樹脂の屈折率は、前記第２光学樹脂の屈折率よりも大きく、
   前記第２光学樹脂の屈折率は、前記第３光学樹脂の屈折率よりも大きい、請求項５に記載の照明装置。
7. 液晶表示パネル、及び前記液晶表示パネルを背面から照明するために複数の照明装置が設けられたバックライト装置を有し、
   前記各照明装置は、
   基板上に設置された光源と、
   前記光源の上部を覆うように形成され、蛍光物質が混練された第１光学樹脂と、
   前記第１光学樹脂の上部を覆うように形成された第２光学樹脂と、
   前記第２光学樹脂の上部に形成され、光拡散物質が混練された第３光学樹脂と、
   を備える、液晶表示装置。