JP2012216435A - 光源モジュールおよびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上することのできる光源モジュールおよびそれを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】本発明に係る光源モジュールは、導光板１３と、導光板１３の下方に設けられた光源（ＬＥＤ２３ａ、ＬＥＤ２３ｂ）と、光源（ＬＥＤ２３ａ、ＬＥＤ２３ｂ）と導光板１３との間に設けられ、光源からの光が導光板内部を導光するように光を結合する光結合部材３０と、光源（ＬＥＤ２３ａ、ＬＥＤ２３ｂ）の下方に設けられた弾性体からなる弾性部材２５ａ・２５ｂと、弾性部材２５ａ・２５ｂの下方に設けられた光源保持部材２１と、を備え、上記光結合部材３０は導光板１３の下面に平面で当接するための頂部平坦面３１を有しており、導光板１３の下面と頂部平坦面３１との対向方向にかかる弾性部材２５ａ・２５ｂからの応力を受けて、導光板１３の下面と頂部平坦面３１とが当接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光板の下方に光源が設けられた直下型の光源モジュール、および、それを備えた電子機器に関する。より詳細には、バックライトとして好適な光源モジュール、および、それを備えた液晶表示装置等の電子機器に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量に出来ることから色々な分野に使用されている。液晶テレビをはじめとする液晶表示装置においては、光源からの光を導光板によって面状に出射させる導光板を備えたバックライトが多用されている。また、バックライトの光源として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）が使用されている。

バックライトの光源の配置には、直下型と、サイドエッジ型（「サイドライト型」ともいう）とがある。一般的な直下型は、液晶パネルの下に、ＬＥＤをマトリックス状に配列させて液晶パネルを均一に照射する方式である。また、直下型には、ＬＥＤと拡散レンズ（光を拡散させるレンズ）を用いてＬＥＤから出射される光を広げて液晶パネルを均一に照射する方式もある。拡散レンズを用いた場合は、光を拡散させてパネルに照射するため、少ない光源数で均一にパネルを照射することができる。

しかし、一般的な直下型のバックライトにおいては、光を拡散させて均一に照射するために、光源とパネルまでの距離をある程度とらなければならない。そこで、導光板を利用した直下型のバックライトが検討されている。直下型では、導光板の直下（液晶表示パネルの直下）に光源が配置され、導光板の下方から光を、導光板に入射させる。

一方、サイドエッジ型では、導光板の長手方向の両端面に光源が配置され、各端面から光を導光板に入射させる。

しかし、サイドエッジ型のバックライトにおいては、熱膨張により導光板が伸縮する。特に、導光板の長手方向の伸縮量が大きい。このため、導光板の端部においては、光源を導光板に密着させることはできず、熱膨張による伸縮量を見越した隙間を有する構造となっている。この結果、隙間の存在により光源からの光の導光板への入射効率が悪くなるという問題点を有している。導光板が大型化になればなるほど、導光板の伸縮量は大きくなり、この問題も顕著になる。従って、大型の導光板の場合、光源と導光板との隙間を大きくしなければならず、入射効率がさらに低下しやすい。

これに対し、直下型のバックライトの場合、導光板の厚さ方向の伸縮量は大きくないので、ＬＥＤを導光板に近接して配設することができる。このため、サイドエッジ型のバックライトのような問題は生じない。従って、直下型のバックライトは、サイドエッジ型のバックライトよりも導光板への光の結合効率及び光利用効率を向上できるものとなっている。

直下型のバックライトとしては、例えば特許文献１に開示されたバックライトが知られている。表示装置用バックライト１００では、図１４に示すように、導光板１１０の下方に発光ダイオード１０１が、その光軸が導光板１１０に直交するようにして設けられている。そして、導光板１１０の表面における発光ダイオード１０１の直上においては、発光ダイオード１０１からの光を導光板１１０の両端部側へ反射すべく、曲面からなる反射面１１１・１１１が形成されている。また、発光ダイオード１０１の下側には反射シート１
０２が設けられている。上記の構成により、導光板１１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、発光ダイオード１０１を導光板１１０に近接して配設することができる。また、発光ダイオード１０１の下側に設けられた反射シート１０２の存在とも相俟って、発光ダイオード１０１から出射された光の略全てが導光板１１０に導入される。この結果、サイドエッジ型導光板よりも光の導光板１１０への結合効率及び光利用効率を向上できるものとなっている。

他方、特許文献２には導光板への結合効率を高めることを目的とした、バックライトが開示されている。具体的には、特許文献２のバックライトは、光源からの光を、導光板の内部に導入するために、多角柱状の光結合部を備えている。この光結合部は、導光板の表面に接している。また、光源は、導光板における光結合部との接触面に対して、斜めに配置されている。これにより、光源からの光は、光結合部材を介して導光板に対して斜め方向に導光板内部に導入し、導光板に光結合される。

特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開） 特開２００８−２５７９２１号公報（２００８年１０月２３日公開）

しかしながら、特許文献１に開示された表示装置用バックライト１００では、導光板１１０に曲面からなる反射面１１１・１１１を形成しなければならない。したがって、導光板１１０を加工しなければならないので、コスト高になり、特に、大型導光板の加工は面積が大きく困難であるという問題点を有している。

また特許文献２に開示されたバックライトでは、光源を平板状の導光板に対して傾けて配置する必要があるため技術的に困難であり、実用的でない。さらに、特許文献２のバックライトでは、導光板の出射面で反射した光、および、導光板と光結合部との界面で反射した光は、利用されない。このため、特許文献２のバックライトの結合効率は高いとは言い難い。つまり、特許文献２のバックライトも、依然として光源から導光板への結合効率が低く、光利用効率が悪いという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上し得る液晶表示装置を提供することにある。

本発明の光源モジュールは、上記課題を解決するために、
導光板と、
導光板の下方に設けられた光源と、
光源と導光板との間に設けられ、光源からの光が導光板内部を導光するように光を結合する光結合部材と、
光源の下方に設けられた弾性体からなる弾性部材と、
弾性部材の下方に設けられた光源保持部材と、を備え、
上記光結合部材は導光板の下面に平面で当接するための頂部平坦面を有しており、
導光板の下面と頂部平坦面との対向方向にかかる弾性部材からの応力を受けて、導光板の下面と頂部平坦面とが当接していることを特徴としている。

本発明の光源モジュールは、光源が、導光板の下方に設けられた、直下型の光源モジュ
ールである。この光源モジュールは、光結合部材の下面に配置された光源から出射される光が、導光板内部を導光するように（すなわち、導光板に対して斜めに入射するように）、光を結合する光結合部材を備えている。

また、本発明では、導光板とは別体の光結合部材を設けることにより、平板状の導光板に対して斜めに光を入射させるので、導光板の内部では入射光が全反射しながら導光される。この結果、導光板を加工しなくても、光結合部材を介して、光源からの入射光を導光板の内部にて導光させることができる。また、光源の配置を平板状の導光板に対して斜めにする必要がないので、光源の配置も容易であり、構造が単純である。

さらに本発明では、上記光結合部材は導光板の下面に平面で当接するための頂部平坦面を有しており、導光板の下面と頂部平坦面との対向方向にかかる弾性部材からの応力を受けて、導光板の下面と頂部平坦面とが当接している。本発明の光源モジュールでは、弾性部材からの応力を受けて導光板の下面と頂部平坦面とがより密接に当接する。また光結合部材の製造において生じえる公差による、導光板の下面と頂部平坦面との間に隙間が生じるという不具合を弾性部材により防止することができる。このため、光源から導光板への導入ロスが少なくなり（光の導入効率が高くなり）、より光の利用効率が高い光源モジュールを実現することができる。なお、「導光板の下面と頂部平坦面との対向方向にかかる弾性部材からの応力を受けて導光板の下面と頂部平坦面とが当接している」とは、上記応力のみによって当接している場合のみならず、当該応力によって導光板の下面と頂部平坦面とを当接させた後に、光源モジュールの製造において通常行い得る接着剤による接着や、レーザ溶着が施されて接着している場合も含まれる意味である。

したがって、本発明によれば、特許文献１に開示されている技術思想である導光板の加工を伴うことなく、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上し得る光源モジュールを提供することができる。

また本発明は、上記光結合部材を複数ユニット備えている光源モジュールにおいてより好ましく適用され得る。光結合部材を複数ユニット備えている場合に、光結合部材の部材ごとに公差が生じる場合が有り、導光板の下面と光結合部材の頂部平坦面との間に隙間が生じ易くなる。そして上記隙間によって、光源からの光の導光板への導入効率が低下してしまう場合がある。本発明においては、上記弾性部材が光結合部材等の部材ごとの公差を埋める役割を担うために、複数ユニット備えられた光結合部材の頂部平坦面と、導光板とが隙間なく当接させることができる。このため、本発明は、光結合部材を複数ユニット備えている光源モジュールにおいてより好ましく適用され得るといえる。

また本発明は、上記光源保持部材の幅方向の長さは上記導光板の幅方向の長さよりも短く、上記光源保持部材の幅方向の断面が凹型形状である光源モジュールにおいてより好ましく適用され得る。上記形状の光源保持部材を備える光源モジュールによれば、光源モジュール本体のサイズを必要最小限にすることができ、当該光源モジュールを搭載した電子機器（例えば液晶表示装置）の、薄型化、小型化、及び軽量化に寄与することができる。しかし、上記形状の光源保持部材は、部材ごとに公差が生じる場合がある。特に、側面（光源保持部材の光源からの光の出射方向に平行な面）の高さに公差が生じた場合に、導光板の下面と光結合部材の頂部平坦面との間に隙間が生じ易くなる。また上述のごとく光結合部材ごとにも公差が生じ得るために、結果として導光板の下面と光結合部材の頂部平坦面との間に隙間が生じ易くなる。そして上記隙間によって、光源からの光の導光板への導入効率が低下してしまう場合がある。本発明においては、上記弾性部材が光源保持部材や光結合部材の部材ごとの公差を埋める緩衝材となるために、上記形状の光学保持部材を用いた場合であっても、光結合部材の頂部平坦面と、導光板とが隙間なく当接させることができる。このため、本発明は、上記形状の光学保持部材を備えている光源モジュールにお
いてより好ましく適用され得るといえる。

本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、前記いずれかの光源モジュールを備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上することのできる光源モジュールを備えた電子機器を提供することができる。

本発明の光源モジュールおよび電子機器は、以上のように、導光板と、導光板の下方に設けられた光源と、光源と導光板との間に設けられ、光源からの光が導光板内部を導光するように光を結合する光結合部材と、光源の下方に設けられた弾性体からなる弾性部材と、弾性部材の下方に設けられた光源保持部材と、を備え、上記光結合部材は導光板の下面に平面で当接するための頂部平坦面を有しており、導光板の下面と頂部平坦面との対向方向にかかる弾性部材からの応力を受けて、導光板の下面と頂部平坦面とが当接している構成である。

それゆえ、光源から導光板への結合効率を高め、光利用効率を向上することのできる光源モジュールおよびそれを備えた電子機器という効果を奏する。

本発明の光源モジュールの構成を示す断面図である。 本発明における液晶表示装置の実施の一形態の構成を示す分解斜視図である。 本発明における液晶表示装置の実施の一形態における光源モジュール本体の構成を示す斜視図である。 本発明における液晶表示装置の実施の一形態の構成を示す断面図である。 （ａ）はＬＥＤから出射した光が放物面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図であり、（ｂ）はＬＥＤ近傍を示す要部断面図である。 （ａ）はＬＥＤから出射した光が楕円面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図であり、（ｂ）はＬＥＤ近傍を示す要部断面図である。 ２つのＬＥＤから出射した光が放物面・楕円面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図である。 （ａ）は液晶表示装置の構成を示す正面図であり、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は液晶表示装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は導光板の高さ方向の輝度分布を示すグラフである。 本発明における液晶表示装置の実施の一形態の端部の構成を示す要部断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、シャーシの導光板保持面よりも下方に位置している光結合部材及び光源を示す断面図である。 （ａ）は光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一個のＬＥＤから出射した光が放物面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図であり、（ｂ）は光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一個のＬＥＤから出射した光が楕円面を有する光結合部材を介して導光板に入射するときの光路を示す断面図である。 光源モジュールの変形例の構成を示すものであって、一列のＬＥＤを有する複列の光結合部材から導光板に光を入射させるときの入射方向を示す平面図である。 従来の液晶表示装置のバックライトの構成を示す断面である。 （ａ）は光源モジュールにおいて、導光板の下面と光結合部材の頂部平坦面との間に隙間が生じた様子を示す断面図であり、（ｂ）はＬＥＤ基板の下面と光源ホルダーの上面との間に隙間が生じた様子を示す断面図である。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお本明細書において、光源（ＬＥＤ等）からの光が出射する方向を上方向とする。換言すれば光源（ＬＥＤ等）から導光板に向かう方向を上方向と称する。また本明細書において、「垂直」および「平行」とは、完全な垂直、または、完全な平行であることのみを示すのではなく、実質的に同様の作用効果が得られる範囲であればよい。つまり、「垂直」および「平行」は、「略垂直」および「略平行」を包含する意味である。また各部材の長手方向、および各部材を液晶表示装置等の電子機器に搭載した場合の光源からの光の出射方向の両者に対して垂直な方向を幅方向という場合がある。

本発明の一実施形態について図１〜図１３、図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図２は、本発明の光源モジュールを備えた液晶表示装置（電子機器）の構成を示す分解斜視図である。

本実施の形態の液晶表示装置１は、図２に示すように、下（背面側）から順に、バックライト（光源モジュール）１０、拡散シート２、プリズムシート３、液晶パネル４及びベゼル５にて構成されている。なお、本明細書において「光源モジュール」は、光モジュール本体と導光板とから構成されているものとする。そして「光源モジュール」を液晶表示装置のバックライトとして利用すれば、「光源モジュール＝バックライト」となる。

そして、バックライト１０は、下から順に、光源モジュール本体２０、シャーシ１１、反射シート１２及び導光板１３にて構成されている。シャーシ１１は、光源モジュール本体２０内の図示せぬ光結合部材３０が導光板１３に当接する部分で２つに区切られ１１ａ、１１ｂで構成される。反射シート１２も、シャーシ１１と同様に光源モジュール本体２０内の図示せぬ光結合部材３０が導光板１３に当接する部分で２つに区切られ、反射シート１２ａ、１２ｂで構成される。シャーシ１１ａ、１１ｂと反射シート１２ａ、１２ｂとの間にスリット１４が形成される。

また、光源モジュール本体２０には、図３に示すように、帯状に形成された光源ホルダー（光源保持部材）２１の上にシート状のヒートシンク２２が設けられていると共に、このヒートシンク２２の上には、弾性部材２５ａ・２５ｂを介して光源としての例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）２３ａ・２３ｂを搭載したＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂが設けられている（図３ではＬＥＤ２３ａ・２３ｂを省略する。）。図３に示す光源モジュール本体２０のＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ上には、光結合部材１３を固定するための、スペーサー２６ａ・２６ｂが形成されている。なお、本実施の形態では、光源としてパッケージに格納されたＬＥＤ２３ａ・２３ｂを用いているが、必ずしもこれに限らず、例えば、半導体チップ状のＬＥＤ、有機ＥＬ発光素子又は無機ＥＬ発光素子を用いることも可能である。半導体チップ状のＬＥＤは、形状がさらに小さくかつ狭い領域に配置できるので、安価な低出力のＬＥＤチップを用いた場合にも、間隔を詰めて多くのＬＥＤを配置することで照度も向上し、高機能の、バックライトの光源として利用できる点で好ましいためである。

上記ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂは、２列に並んで互いに平行に複数個設けられていると共に、それら複数のＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂの上側には、前記光結合部材３０が設けられている。ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂは、光結合部材３０の下面に配置されている。また
、光結合部材３０の下端中央部には、空洞の凹部３４が形成されている。凹部３４は、光結合部材３０の長手方向に延びている。さらに、光結合部材３０は、ＬＥＤ基板２４ａ，２４ｂの配列方向に対して垂直方向の断面（すなわち、光結合部材３０の長手方向に対して垂直方向（光結合部材３０の幅方向ともいう）の断面）が、２列に並んだＬＥＤ基板２４ａ，２４ｂを結ぶような弓状または円弧状となっている。つまり、光結合部材３０は、ドーム形状となっている。また光結合部材３０は、光源モジュール本体２０上に一体型で設けられていてもよいが、図３に示されるごとく複数ユニット備えられていてもよい。図３における光結合部材３０は、スリット３０ｃを境に光結合部材Ａ ３０ａと光学結合部材Ｂ ３０ｂとから構成されている。換言すれば「光結合部材が複数ユニット備えられている」とは、光学結合部材を長手方向に直交する方向に複数分断したように光結合部材が光源モジュール本体上に設置されているともいえる。なお、本発明にかかる光源モジュールにおける光結合部材は、１ユニット以上備えていればよく、そのユニット数は特に限定されない。

本実施の形態の液晶表示装置１は、図４に示すように、液晶パネル４と、液晶パネル４に光を照射する導光板１３と、導光板１３に光を結合する光学素子としての光結合部材３０と、上記光結合部材３０に入射光を発するＬＥＤ２３ａ・２３ｂとを備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂ、弾性部材２５ａ・２５ｂ、光源ホルダー２１がこの順に並んで配設されたものからなっている。したがって、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０は、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂが導光板１３の下方に設けられた光源直下型のバックライト１０となっている。なお、本実施の形態の液晶表示装置１においては、放熱性を向上すべく、弾性部材２５ａ・２５ｂと光源ホルダー２１との間にヒートシンク２２が備えられている。ただし本発明においてヒートシンク２２は、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂと弾性部材２５ａ・２５ｂとの間に設けられていてもよい。

ここで、本実施の形態では、光結合部材３０は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、導光板１３とＬＥＤ２３との間に設けられた断面略かまぼこ状、つまり断面略半円状（断面略Ｕ字形状（図５ではトンネル状））の帯状体つまり棒状体からなっていると共に、光結合部材３０の材質は導光板１３の材質と同じ樹脂からなっている。詳細には、図５（ａ）に示すように、光結合部材３０における導光板１３側の表面は、平板状の導光板１３に当接する頂部平坦面（光結合部）３１と、この頂部平坦面３１から両端側にそれぞれ曲面３２・３２とからなっている。なお、導光板１３と光結合部材３０とは、別部材であり、その間に空気が介在しないようになっている。具体的には、両部材は、接着剤やレーザ溶着により接合されている。

上記曲面３２・３２は、例えば、図５（ａ）に示す断面放物線とすることができる。ただし、必ずしもこれに限らず、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、断面楕円とすることも可能である。なお、本発明においては、断面放物線又は断面楕円に限らず、頂部平坦面３１を有する弓型等の湾曲形状、又は頂部平坦面３１から斜めに傾斜する平面であっても、導光板に光を有効に結合できる形状であれば構わない。光結合部材３０における導光板１３側とは反対側の表面、つまり光結合部材３０の下端は、下端平坦面３３となっている。なお、図５及び図６においてＬＥＤ２３ａ・２３ｂは光結合部材３０の下端平坦面３３と密接しているように記載されているが、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂと下端平坦面３３との間にＬＥＤ２３ａ・２３ｂに隙間が設けられている。これによりＬＥＤ２３ａ・２３ｂの光結合部材３０との接触による破損を防止することができる。しかし、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂは損傷を与えない範囲であれば、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂが光結合部材３０と密着していても構わない。

さらに、光結合部材３０の下端側の中央部には凹部３４が形成されている。凹部３４領
域は、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しない断面が略半円状の詰った構成でも構わない。

本実施の形態では、曲面３２・３２にて反射する光の導光板１３への光路が確保できればよいので、光路とならない部分は凹部３４としてくり抜くことができる。これにより、原料コスト削減や重量削減を図ることができる。尚、凹部３４に反射シートを設けることも可能である。これにより、頂部平坦面３１での導光板１３から液晶パネル等の反射手段４への照射を向上させることができる。これにより、頂部平坦面３１近傍で迷光が発生する場合があっても迷光の一部を導光板１３側に反射させ液晶パネル４への照射を向上させることができる。

上記光結合部材３０の下端平坦面３３・３３の下側には、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂがそれぞれ近接して設けられている。これらＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、断面放物線又は断面楕円からなる曲面３２・３２の焦点位置Ｆよりも端部側に存在することが好ましい。これにより、例えば、図５（ａ）に示すように、例えばＬＥＤ２３ａから出射された光が光結合部材３０の断面放物線の曲面３２にて反射され、その反射光が光結合部材３０の頂部平坦面３１に到達し、到達方向を維持して導光板１３に入射する。そして、導光板１３に入射された光は、図５（ａ）に示す導光板１３の右側の内部を全反射して進み、導光板１３の下面もしくは上面に形成された図示しない光路変換部である光散乱体と衝突することにより導光板１３中を進む角度が変わり、全反射条件が破られ、導光板１３から出射し、反射シート１２で反射し、更に導光板１３内を通過し、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、上記拡散シート２及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。なお、ＬＥＤ２３ｂから出射された光も図５（ａ）、（ｂ）では示していないが、図７に示すように、ＬＥＤ２３ａからの光とは対称に進む。左右のＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの光が光結合素子３０を通過し、導光板１３に入射し、その内部を全反射伝搬する様子を模式的に示したものが図７である。

このような光路は、図６（ａ）及び（ｂ）に示す断面楕円の光結合部材３０においても同様である。具体的には、図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ２３ｂから出射された光は光結合部材３０の断面楕円の曲面３２にて反射され、その反射光が光結合部材３０の頂部平坦面３１に到達し、到達方向を維持して導光板１３に入射する。そして、導光板１３に入射された光は、図６（ａ）に示す導光板１３の内部を全反射して進みつつ、図示しない光路変換部である光散乱体と衝突することにより導光板１３中を進む角度が変わり、全反射条件が破られ、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、前記拡散シート２及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。なお、ＬＥＤ２３ｂから出射された光も図７に示すように、ＬＥＤ２３ａからの光とは対称に進む。

このように、光結合部材３０における曲面３２ａ・３２ｂの形状を断面放物線又は断面楕円とすることによって、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの出射光を、断面放物線又は断面楕円の曲面３２ａ・３２ｂにて反射させて効率よく結合して頂部平坦面３１から導光板１３に入射させることができる。なお、断面放物線と断面楕円との対比においては、断面楕円の方が光を絞って導光板１３に入射するよう結合できるので、結合効率を高くすることができる。

この結果、本実施の形態の液晶表示装置１におけるバックライト１０では、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、液晶表示装置１の画面の中央部に横切って帯状の光源モジュール本体２０を設けることにより、図９（ａ）及び（ｂ）に示す輝度分布を有する導光板１３からの出射光を得ることができる。そして、この画面の中央が明るいという輝度分布は、液晶表示装置１を適切に表示するための輝度分布に一致している。したがって、従来のサイドエッジ型のバックライトよりも、優れているといえる。

また、本実施の形態のバックライト１０では、導光板１３の下方からＬＥＤ２３ａ・２３ｂの光を導入させる。したがって、表１に示すように、従来のサイドエッジ型のバックライトの光利用効率が７５％であるのに対して、本実施の形態のバックライト１０の光利用効率は８８％であるので、光利用効率においても優れている。

また、本実施の形態のバックライト１０では、従来のサイドエッジ型のバックライトとは異なり、図１０に示すように、液晶パネル４の端部に光源が存在しないので、液晶パネル４の端部に直接、フレーム６を設けることが可能である。この結果、表１に示すように、額縁寸法も６ｍｍ以下にすることが可能となり、狭額縁化を図ることができる。

このように、本実施の形態の液晶表示装置１における光源モジュールは、光結合部材３０の下面に配置されたＬＥＤ２３ａ・２３ｂから出射される光が、導光板１３内部を導光するように（すなわち、導光板に対して斜めに入射するように）、光を結合する光結合部材３０を備えている。このため、導光板１３の下方のＬＥＤ２３ａ・２３ｂから出射された光は光結合部材３０を介して導光板１３に結合して斜めに入射され、導光板１３の内部を全反射しながら導光板１３の端部まで移動しつつ、その途中で図示しない光路変換素子にて全反射条件が破られ、導光板１３から出射し、反射シート１２で反射し、更に導光板１３内を通過し、導光板１３の液晶パネル４側表面から出射し、上記拡散シート２及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。

この結果、従来のサイドエッジ型導光板とは異なり、導光板直下型のバックライトとなっているので、額縁寸法を小さくすることができる。また、サイドエッジ型導光板においては必要であった熱膨張を回避するためのＬＥＤ２３ａ・２３ｂと導光板１３との隙間が不要となるので、隙間から光が漏れることがない。すなわち、本実施の形態では、導光板１３の下方に光結合部材３０及びＬＥＤ２３ａ・２３ｂを配設するので、導光板の厚さ方向は長手あるいは短手の平面方向より熱膨張が小さいので、導光板の伸縮が小さく、光結合部材３０とＬＥＤ２３ａ・２３ｂとを近接できる。例えばそれらの隙間を例えば０．５ｍｍ以下にすることができる。このため、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから導光板１３への結合効率を高め、光利用効率を向上することができる。

ここで、本実施の形態にかかる液晶表示装置１おいては、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの光を、光結合部材３０を介して導光板１３へ導光し、液晶パネル全体から光を出射させている。このため、光の結合効率および光利用効率を可能な限り向上するためには、導光板１３の下面と光結合部材３０の頂部平坦面３１とが隙間なく当接していることが好ましいといえる。

しかし、光結合部材３０を大量生産する場合、光結合部材３０の頂部平坦面３１が完全に平面ではなく凹凸が生じたり、光結合部材３０ごとに公差が生じてしまったりする場合
がある。また光結合部材３０以外の部材（例えばＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ、導光板１３、光源ホルダー２１）にも公差が生じてしまう場合もある。さらには、液晶表示装置の長期使用による各部材の寸法変化が生じる場合もある。このため、図１５（ａ）に示すごとく、導光板１３の下面と光結合部材３０の頂部平坦面３１との間に部分的または全体的に隙間が生じてしまう恐れが考えられる。この場合ＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの光が導光板へ導入される割合が低下し、光の結合効率や光利用効率が低下してしまうことになる。

上記光の結合効率や光利用効率の低下は、液晶表示装置の製造工程として光源ホルダー２１上にＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂおよび光結合部材３０を設けた後、導光板１３と光結合部材３０とを接合させる場合に想定される不具合であるが、光結合部材３０の頂部平坦面３１と導光板１３とをまず当接させた後に光源ホルダー２１を設ける場合には、光結合部材３０等の公差によって、図１５（ｂ）に示すごとく、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂの下面が光源ホルダー２１の上面とが当接しない場合が生じ得る。この場合、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ等を液晶表示装置への安定的に固定することができなくなり、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ等が液晶表示装置から脱落してしまう恐れがある。また、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの熱を光源ホルダー２１へ伝えることができず、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの温度が上昇することによる出力効率の低下、及び半田の劣化を引き起こす恐れもある。

なお上記のような不具合は、液晶表示装置に一体型の光結合部材３０として備える場合よりも、図３に示すように光結合部材を複数ユニット備えている場合に起こり易いことが予想される。各光結合部材ユニット間で公差が生じ得るからである。

ここで光の結合効率および光利用効率の低下等の問題点を防止するためには、光結合部材の製造精度の向上や、各部材の寸法微調整等の後加工を行うことが考えられるが、工業生産規模において部材の製造精度を上げることや、各部材の後加工を行うことは、生産効率の低下につながるとともに、コストアップの原因ともなる。

そこで、本実施の形態の光源モジュールにおいては、図１に示すごとく、ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂと光源ホルダー２１との間に弾性体からなる弾性部材２５ａ・２５ｂを設けている。本実施の形態の光源モジュールが弾性部材２５ａ・２５ｂを備えることによって、弾性部材２５ａ・２５ｂが光結合部材３０等の部材の寸法の公差によって生じ得る隙間を埋め、導光板１３の下面と頂部平坦面３１とが隙間なく当接（密接）することになる。また弾性部材２５ａ・２５ｂは外部からの衝撃に対する緩衝材としての役割も担う。光結合部材３０と導光板１３とを当接させようとする際に、導光板の下面と頂部平坦面との対向方向に印加される圧力に対する弾性部材２５ａ・２５ｂの応力（図１中矢印で示す）によって、導光板１３の下面と頂部平坦面３１との当接面に押圧力がかかるために、導光板１３の下面と頂部平坦面３１とがより確実に当接することとなる。これにより、光の結合効率および光利用効率の低下等の問題や、ＬＥＤ基板の固定不良の問題点を防止することができる。

本実施の形態の光源モジュールにおける弾性部材２５ａ・２５ｂは、光結合部材３０と導光板１３とを当接させようとする際に、導光板１３の下面と頂部平坦面３１との対向方向に圧力を印加した時に、同方向に応力が発生することができる弾性体であれば、公知のいかなる弾性体よりなるものであってもよい。本実施の形態の光源モジュールに適用され得る弾性体としては特に限定されるものではないが、光結合部材３０等の部材の寸法の公差を考慮すれば、４０μｍ以上圧縮可能な弾性体であることが好ましい。

また、本実施の形態の光源モジュールに適用され得る弾性体としては特に限定されるものではないが、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂ（ＬＥＤ基板２４ａ・２４ｂ）からの放熱性を考慮して、熱伝導率が比較的高いものが好ましい。弾性体の好ましい熱伝導率としては、１Ｗ
/ｍ・Ｋ以上が好ましく、２Ｗ/ｍ・Ｋ以上がさらに好ましい。例えば、λゲル（登録商標、タイカ株式会社製）、柔軟性シリコンシート（電気化学工業株式会社製）が好ましく利用可能である。特に、λゲル（登録商標、タイカ株式会社製）COH-4000、COH-4000LVC、COH-4065LVC等は、熱伝導率が熱伝導率２．１Ｗ/ｍ・Ｋであるために、本実施の形態にお
いて好ましく利用可能である。とりわけ、λゲル（登録商標、タイカ株式会社製）COH-4000LVCが好ましい。熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ ２６１６に記載された方法により測定され
得る。

弾性部材の厚みは、特に限定されるものではないが、あまり厚すぎると光源モジュール及び液晶表示装置の薄型化を阻害するために好ましくなく、またあまりに薄すぎると所望の効果が得られないために好ましくない。よって上記の観点から弾性部材の厚みは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ程度が特に好ましい。

本実施の形態の光源モジュールにおいては、光源保持部材の幅方向の長さは導光板の幅方向の長さと同じまたは略同じであってもよいが、より液晶表示装置の、薄型化、小型化、及び軽量化の観点から、光源保持部材の幅方向の長さは導光板の幅方向の長さよりも短いことが好ましい。この場合、本実施の形態の光モジュールの光源保持部材の幅方向の断面は、図４の光源ホルダー（光源保持部材）２１に示されるごとく凹型形状（「コの字形状」とも表現できる）となり得る。図４ではヒートシンク２２と当接している光源ホルダー（光源保持部材）２１の平面（「底面」という）と、これに対して垂直な（または略垂直な）平面（「側面」という）によって凹型形状が形成されている。但し、本発明は光源ホルダー（光源保持部材）２１の底面と側面との関係が垂直（または略垂直）になっていなくてもよい。また光源ホルダー（光源保持部材）２１の側面の上端部にシャーシ１１と接合するための接合部が設けられていてもよい。図４における光源ホルダー（光源保持部材）２１には当該接合部が設けられており、接合部の平面とシャーシ１１の一部の平面とが当接している様子が図４に示されている。

しかし、上記形状の光源ホルダー（光源保持部材）２１は、部材ごとに公差が生じる場合がある。特に、側面（光源保持部材の光源からの光の出射方向に平行な面）の高さに公差が生じた場合に、導光板の下面と光結合部材の頂部平坦面との間に隙間が生じ易くなる。また上述のごとく光結合部材ごとにも公差が生じ得るために、導光板の下面と光結合部材の頂部平坦面との間に隙間が生じ易くなる。そして上記隙間によって、光源からの光の導光板への導入効率が低下してしまう場合がある。本発明においては、上記弾性部材２５ａ・２５ｂが光源ホルダー（光源保持部材）２１の部材ごとの公差を埋める緩衝材となるために、上記形状の光源ホルダー（光学保持部材）２１を用いた場合であっても、光結合部材３０の頂部平坦面３１と、導光板１３とが隙間なく当接させることができる。このため、本発明は、上記形状の光源ホルダー（光学保持部材）２１を備えている光源モジュールにおいてより好ましく適用され得るといえる。

また、本実施の形態の液晶表示装置１では、導光板１３とは別体の光結合部材３０を設けることにより、平板状の導光板１３に対して斜めに光を入射させることができる。このため、導光板１３の内部では入射光が全反射しながら導光される。より具体的には、本実施の形態の液晶表示装置１では、光結合部材３０は、頂部が導光板１３に当接する断面半円状になっている。

この結果、特許文献１のように導光板１３を加工しなくてもＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの光結合部材３０を介した入射光を導光板１３の内部にて導光させることができる。このため、導光板１３自体は、単純な平板で足りるので、大型の導光板１３に対する加工が不要となる。導光板１３を加工するのは困難であるが、光結合部材３０の加工はそれに比べて容易である。よって、本実施の形態によれば、製造コストを削減することができる。

さらに、本実施の形態では、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、光結合部材３０への入射光における最も輝度の高い光軸方向が平板状の導光板１３に対して直交するように配置されている。このため、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの配置を平板状の導光板１３に対して斜めにする必要がないので、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの配置も容易であり、構造や組立方法が単純である。

したがって、特許文献１に開示されている技術思想である導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから導光板１３板への結合効率を高め、光利用効率を向上し得る液晶表示装置１を提供することができる。

また、本実施の形態では、導光板１３を加工せずに済み、かつ下方から光入射するので、導光板１３の液晶表示装置１の薄型化を図ることができる。具体的には、導光板１３の加工にはある程度の厚さが必要である。この場合、従来のサイドエッジ型のバックライト方式では光源の幅よりも導光板を薄くすると光結合率が低下するため薄型化に限界がある。この点、本実施の形態では、導光板１３を薄型化すれば、テレビの薄型化と軽量化に繋がる。また、導光板１３の材料を節約できるので、加工が不要な点からも低コスト化を図ることができる。また、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂを上向きに実装すればよいので、ＬＥＤチップ２３ａ・２３ｂを含め、図２に示す液晶表示装置を構成する各部材群の組立において、組立方向が１方向の組込み方向で済み、組み立ての製造装置構成や、組立作業が簡単になる。これに比して、従来のサイドエッジ型のバックライトの場合は、側面から光源を取り付ける必要があるので、製造がやや困難となる。

また、本実施の形態の液晶表示装置１では、光結合部材３０は、帯状に設けられている。さらに、この帯状に設けられた光結合部材３０は、方形平板状の導光板１３における長手方向に平行に設けられている。

これにより、光結合部材３０とＬＥＤ２３ａ・２３ｂとの関係を１：１にする必要がなくなり、複数のＬＥＤ２３ａ・２３ｂを１つの光学部材にて覆うので、光学系の構造を単純化することができる。また、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂも光結合部材３０に沿って設けることができるので、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの配線が容易となる。

尚、光結合部材３０が帯状に設けられている構成においては、光結合部材３０が複列であってもよい。この場合、特に、複列の光結合部材３０の輝度分布が対称になるように、導光板１３の縦又は横の中心線に対称に配置することが好ましい。また、光結合部材３０が複列の場合は、液晶パネル４の画面における中央の輝度が画面端の輝度よりも高くなるように配置することが望ましい。

また、本実施の形態の液晶表示装置１では、光結合部材３０は、平板状の導光板１３における縦又は横方向の中心線上に設けられていることが好ましい。

すなわち、本実施の形態の液晶表示装置１では、液晶パネル４の縦又は横方向の中心線上の輝度を高くする方が見易い画面となる。この点、本実施の形態では、光結合部材３０は、平板状の導光板１３における縦又は横方向の中心線上に設けられているので、導光板１３における縦又は横方向の中心線上の輝度が最も高くなる。したがって、輝度分布において適切な液晶表示装置１を提供することが可能となる。

また、本実施の形態の液晶表示装置１では、導光板１３の下側には、導光板１３を平面で保持する平板状のシャーシ１１が設けられていると共に、シャーシ１１の導光板保持面は、光結合部材３０が導光板１３に当接する位置付近で複数に区切られ、スリット１４が
形成されており、光結合部材３０及びＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、シャーシ１１の導光板保持面１６よりも下方に位置している。すなわち、本実施の形態では、図１１（ａ）に示すように、スリット１４が形成されたシャーシ１１に別体の光源ホルダー２１が接合されており、これにより、光結合部材３０及びＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、シャーシ１１の導光板保持面１６よりも下方に位置している。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１１（ｂ）に示すように、シャーシ１１に凹部を設けてその凹部にＬＥＤ２３ａ・２３ｂ及び光結合部材３０を搭載することも可能である。この場合においても、光結合部材３０及びＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、シャーシ１１の導光板保持面１６よりも下方に位置している。なお、この場合、シャーシ１１は光源保持部材となる。

図１１（ｂ）に示す構成とすることによって、導光板１３の背面側においては、光結合部材３０及びＬＥＤ２３ａ・２３ｂのみが突出していることになる。したがって、光結合部材３０及びＬＥＤ２３ａ・２３ｂ以外の部分を薄型化することが可能となる。このため、全体として薄型化を図ることができる。さらに、このような構成とすることによって、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの放熱の面でも優れたものとなる。また、光源モジュール本体２０をシャーシ１１と接続しておくことによって、シャーシ１１が放熱板として機能するので、高い放熱性能を得ることができる。この結果、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの発光効率も向上する。

また、本実施の形態の液晶表示装置１では、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、光結合部材３０の長手方向に沿って２列に設けられている。具体的には、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、断面半円状の光結合部材３０における下端弦の両端部の直下に中心線に沿って平行に２列に設けられている。

これにより、導光板１３に入射させるときに、２列のＬＥＤ２３ａ・２３ｂをそれぞれ反対方向に光出射させることによって、２列間の中点を通る線を軸対称として光結合部材３０の両側つまり導光板１３の両端側にそれぞれ導光させることができる。尚、上記２列間の中点を通る線が導光板１３の中心線に一致する場合には、導光板１３の中心線を軸対称として導光板の両端側にそれぞれ導光させて該導光板１３の中心線に軸対称となる輝度分布を得ることができる。したがって、単純な構造にて、導光板１３において輝度分布の均一化を図ることができる。すなわち、ＬＥＤ２３ａが単独の場合は、ＬＥＤ２３ａの直上が光透過せずに暗部となる虞がある。それを他のＬＥＤ２３ｂからの光にて補うことが可能となる。

尚、特許文献１に開示された表示装置用バックライト１００では、発光ダイオード１０１の直上の輝度が周囲より明るくなり、輝線が発生するので、均一な輝度分布を作ることができないという問題があったが、本実施の形態では、その問題を解消することができる。

また、本実施の形態の液晶表示装置１では、光源は、複数のＬＥＤ２３ａ・２３ｂからなっている。これにより、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂは形状が小さくかつ照度も大きいので、バックライト１０の光源として適切である。

尚、本実施の形態においては光源モジュール本体２０には、２列のＬＥＤ２３ａ・２３ｂが設けられていた。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、断面放物線又は断面楕円の前記曲面３２ａを有する片側のみの光結合部材４０とすることも可能である。この結果、ＬＥＤ２３ａは、光結合部材４０の長手方向に沿って１列に設けられているとすることができる。

これにより、例えば、光結合部材４０を導光板１３における縦又は横方向の中心線上に
設けない場合には、ＬＥＤ２３ａからの光を導光板１３の端部にて入射させることになるので、導光板１３において一方向に向けて導光させることで足りる。また、仮に、光結合部材４０を導光板１３における縦又は横方向の中心線上に設けた場合であっても、例えば、中心線の右側に導光した光の戻り光が中心線の左側に導光するので、液晶パネル４への照射は可能である。

尚、このような光結合部材４０の長手方向に沿ってＬＥＤ２３ａを１列に設ける構成として、例えば、図１３に示すように、１列のＬＥＤ２３ａを有する光結合部材４０ａと、１列のＬＥＤ２３ｂを有する光結合部材４０ｂとを複列にして、互いのＬＥＤ２３ａ・ＬＥＤｂの出射方向を対向させることが可能である。このような構成とすれば、導光板１３の両側に光出射でき、かつ互いの反射部上の輝度むらを消すことが可能である。逆を返せば、前述した１つの光結合部材３０に２列のＬＥＤ２３ａ・２３ｂを設ける構成は、図１３に示す構成を１つの光結合部材４０にて満たす構成であるともいえる。

また、本実施の形態では、バックライト１０を液晶表示装置１に適用していた。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、バックライト１０を照明装置に適用することが可能である。すなわち、本実施の形態のバックライト１０は、そのまま大型平面光源への適用が可能である。また、導光板１３の周辺に部材が不要であることから、シームレスに並べることにより、さらに、大きな平面光源への適用が可能である。

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、テレビ、モニター等の液晶表示装置のバックライトに用いることができ、特に、光源直下型のバックライトに適用可能である。

１ 液晶表示装置（電子機器）
２ 拡散シート
３ プリズムシート
４ 液晶パネル
１０ バックライト（光源モジュール）
１１ａ・１１ｂ シャーシ
１２ａ・１２ｂ 反射シート
１３ 導光板
１４ スリット
１６ 導光板保持面
２０ 光源モジュール本体
２１ 光源ホルダー（光源保持部材）
２３ ＬＥＤ（光源）
２３ａ・２３ｂ ＬＥＤ（光源）
２４ａ・２４ｂ ＬＥＤ基板
２５ａ・２５ｂ 弾性部材
２６ａ・２６ｂ スペーサー
３０ 光結合部材
３０ａ 光結合部材Ａ
３０ｂ 光結合部材Ｂ
３１ 頂部平坦面
３２ 曲面
３３ 下端平坦面
３４ 凹部
４０ 光結合部材

Claims (4)

1. 導光板と、
   導光板の下方に設けられた光源と、
   光源と導光板との間に設けられ、光源からの光が導光板内部を導光するように光を結合する光結合部材と、
   光源の下方に設けられた弾性体からなる弾性部材と、
   弾性部材の下方に設けられた光源保持部材と、を備え、
   上記光結合部材は導光板の下面に平面で当接するための頂部平坦面を有しており、
   導光板の下面と頂部平坦面との対向方向にかかる弾性部材からの応力を受けて、導光板の下面と頂部平坦面とが当接していることを特徴とする光源モジュール。
2. 上記光結合部材を複数ユニット備えている、請求項１に記載の光源モジュール。
3. 上記光源保持部材の幅方向の長さは上記導光板の幅方向の長さよりも短く、
   上記光源保持部材の幅方向の断面が凹型形状である、請求項１または２に記載の光源モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源モジュールを備えた電子機器。

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