JP5005823B1 - 光源モジュール及びそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】本発明の光源モジュールは、平板状の導光板１３と、導光板１３の下方に配されたＬＥＤ２３ａ・２３ｂと、導光板１３とＬＥＤ２３ａ・２３ｂとの間に配された光結合部材３０とを備えている。光結合部材３０は、導光板１３と平行な面で当接する頂部平坦面３１と、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの光を反射し頂部平坦面３１へ導く垂下曲面３２とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源モジュール及びそれを備えた電子機器に関する。

近年、液晶表示装置においては、薄型化を図るために、光源からの光を導光板によって面状に出射させるサイドエッジ（サイドライトともいう）型導光板を備えたバックライトが多用されている。

このようなサイドエッジ型導光板では、導光板の長手方向の例えば両端部にＬＥＤ等の光源を配置し、導光板の長手方向の各端面から、光を入射させ、導光板の内部中央へその光を全反射させながら、導光板の表面に光を出射するようになっている。

しかしながら、サイドエッジ型導光板においては、熱膨張により導光板が伸縮し、導光板の長手方向においては伸縮量が大きい。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。この問題は、導光板が大型になればなるほど、伸縮量が大きくなり、光源と導光板との隙間を大きくしなければならないので、入射効率がさらに低下する。

そこで、この問題を解決するために、例えば特許文献１及び２に開示された表示装置用バックライトが提案されている。

特許文献１のバックライト１００では、図１２に示すように、導光板１１０の下方に発光ダイオード１０１が設けられている。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１０１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１０２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１０１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に導入されるので、サイドエッジ（サイドライトともいう）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。

また、図１３に示すように、特許文献２のバックライト２００では、導光板２１０の一端に受光面２１１ａ及び反射面２１１ｂを有する受光反射部２１１が形成されている。また、光源であるＬＥＤ２０１は、導光板２１０における受光反射部２１１の真下に配置されている。

特開２００６− ４９３２４号公報（２００６年 ２月１６日公開） 特開２００４−３１９１６４号公報（２００４年１１月１１日公開） 特開２００８−２５７９２１号公報（２００８年１０月２３日公開） 特開２００９−１９３６６９号公報（２００９年 ８月２７日公開）

しかしながら、特許文献１及び２のバックライトには、以下の問題がある。

まず、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、反射面１１１・１１１で光が全反射するため、導光板１１０の表面における発光ダイオード１０１の直上は、光が全く透過せず暗部となり、輝度むらが発生する。また、反射面１１１・１１１について一部だけを反射させ残りの部分を透過させる構成とした場合であっても、反射率を極めて高精度で制御しないかぎり、暗部または明部が生じ輝度むらが発生する。

また、特許文献２のバックライト２００では、導光板２１０の側部の一端のみに形成された受光反射部２１１から光を入射させる構成になっている。このため、導光板２１０の中央にＬＥＤ２０１を配置することができない。それゆえ、特に大型の導光板を必要とする大型ＴＶでは、導光板２１０における中央部の光強度が低下するという問題がある。

また、バックライト２００の製造方法に着目すると、受光反射部２１１の加工のため、コスト高となるという問題点がある。

まず、導光板２１０の一部の形状を加工し受光反射部２１１を形成する場合、導光板２１０の加工にコストがかかるという問題がある。また、受光反射部２１１の加工に耐え得る程度に導光板２１０の厚さを大きくする必要がある。

また、受光反射部２１１を導光板２１０と別部材で形成し導光板２１０に接着する場合、受光反射部２１１を厚さ数ｍｍの導光板２１０の側面に接着する必要があるので、接着が非常に困難である。それゆえ、導光板２１０の側面と受光反射部２１１との接着にコストがかかるという問題がある。

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光源モジュール及びそれを備えた電子機器を提供することにある。

本発明の光源モジュールは、上記の課題を解決するために、平板状の導光板と、上記導光板の下方に配された光源と、上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有することを特徴としている。

本発明の光源モジュールでは、平板状の導光板の下方に光源を設けると共に、導光板と光源との間に光源から出射された光を導光板に結合させる光結合部材が設けられている。このため、導光板の下方の光源から出射された光は光結合部材を介して導光板に光結合する。

上記の構成によれば、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有するので、光源から出射された光は、光結合部材に入射し上記反射面にて反射する。そして、上記反射面にて反射された光は、上記頂部平坦面に導かれ、導光板の下面に対し斜め方向に入射する。導光板に対し斜め方向に入射した光は、導光板の内部を全反射しながら導光板の端部まで移動し、その途中で光路変換素子にて全反射条件が破れて外部に出射される。

それゆえ、上記の構成によれば、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、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光源と導光板との隙間が不要となる。したがって、上記の構成によれば、光源からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光源から導光板への結合効率を向上させることができる。

また、上記の構成では、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源からの光結合部材を介した入射光を導光板の内部にて導光させることができる。

したがって、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。

本発明の光源モジュールでは、上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっていることが好ましい。

光源は、所定の放射角度で光を放射する。このような放射角度で放射する光の一部が上記光結合部材の反射面で反射せずに導光板に入射した場合、導光板内部で反射せず光漏れが生じるおそれがある。上記の構成によれば、上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっているので、上記光漏れを回避することができ、光結合効率をより向上させることができる。

本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光するようになっていることが好ましい。

ここでいう「集光する」とは、光が絞られて（光束径が次第に小さくなりながら）上記頂部平坦面に導かれることを意味する。

上記の構成によれば、上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光して導光板に入射するので、光結合効率をさらに向上させることができる。

本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっていることが好ましい。

ここでいう「放物面」とは、特定方向においてその断面形状が同一の放物線となる面を意味する。例えば、上記光結合部材が上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられている場合、この中心線の方向に対して垂直な断面形状が該中心線の方向において同一の放物線となる面である。

上記の構成によれば、上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっている。すなわち、上記光源が上記放物面の焦点位置よりも端部側に存在するので、光源から放射される光を反射面で全反射することができ、効率よく頂部平坦面に光を到達させることが可能になる。その結果、光源から放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。

本発明の光源モジュールでは、上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在することが好ましい。

ここでいう「楕円面」とは、特定方向においてその断面形状が同一の楕円の弧となる面を意味する。例えば、上記光結合部材が上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられている場合、この中心線の方向に対して垂直な断面形状が該中心線の方向において同一の楕円の弧となる面である。

上記の構成によれば、上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており（すなわち上記光源が上記楕円面の焦点位置よりも端部側に存在する）、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在する。これにより、光源から放射される光を反射面で全反射することができる。それゆえ、光源から放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。また、楕円面は、放物面よりも光を絞って導光板に光結合させることが可能である。

本発明の光源モジュールでは、上記光源は、複数のＬＥＤからなっており、上記反射面は、各ＬＥＤから放射された光を反射し上記頂部平坦面へ導くようになっていることが好ましい。

上記の構成によれば、ＬＥＤは形状が小さくかつ照度も大きいので、光源モジュールの光源として適切である。

本発明の光源モジュールでは、上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられているので、導光板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。例えば液晶パネル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。この点で、例えば本発明の光源モジュールを液晶表示装置に組み込んだ場合、輝度分布において適切な液晶表示装置を提供することが可能となる。

本発明の光源モジュールでは、上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。

上記の構成によれば、上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであるので、２列に並んだＬＥＤから放射される光を効率的に導光板に光結合させることができる。

本発明の光源モジュールでは、上記光結合部材は、上記反射面を２つ有し、この２つの反射面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線に沿って延びるＶ字面を構成するように形成されており、上記頂部平坦面は、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、上記ＬＥＤは、その出射光が上記Ｖ字面で分岐するように１列に並んで設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、ＬＥＤから放射された光は、上記２つの反射面により構成されるＶ字面にて、光路が２つの方向に分岐する。そして、２つの方向の光路に分岐した光はそれぞれ、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように形成された２つの頂部平坦面に導かれ、導光板と光結合することになる。

それゆえ、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、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光源と導光板との隙間が不要となる。したがって、上記の構成によれば、光源からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光源から導光板への結合効率を向上させることができる。また、導光板を加工しなくても光源からの光結合部材を介した入射光を導光板の内部にて導光させることができる。

さらに、上記の構成によれば、１列に並んだＬＥＤからの出射光をＶ字面で２つの光路に分岐させてているので、ＬＥＤの配列が単純になり、ＬＥＤの実装にかかる労力を削減できるという利点がある。

本発明の電子機器は、上記の課題を解決するために、上述の光源モジュールを備えたことを特徴としている。

これにより、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は、以上のように、平板状の導光板と、上記導光板の下方に配された光源と、上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有する構成である。

また、本発明の電子機器は、以上のように、上記光源モジュールを備えた構成である。

それゆえ、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、光利用効率を向上することができるという効果を奏する。

本発明における液晶表示装置の実施の一形態を示す断面図である。 上記液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 上記液晶表示装置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。 上記液晶表示装置におけるバックライトの構成を示す斜視図である。 （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）はその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）はそのＬＥＤ近傍を示す要部断面図であり、（ｂ）は頂部平坦面近傍を示す要部断面図である。 図６（ｂ）の構成におけるＬＥＤと垂下曲面の焦点との位置関係を示し、（ａ）は、ＬＥＤの発光点が焦点よりも端部側にある場合の光路を示した断面図であり、（ｂ）は、ＬＥＤの発光点が焦点と一致する場合の光路を示した断面図であり、（ｃ）は、ＬＥＤの発光点が焦点よりも中央部側にある場合の光路を示した断面図であり、（ｄ）は、ＬＥＤにおける中央部側の端部が焦点よりも端部側にある場合を示す断面図であり、（ｅ）は、ＬＥＤにおける中央部側の端部が焦点よりも中央部側にある場合を示す断面図である。 （ａ）は、頂部平坦面の幅と導光板下面に照射される光線照射領域の幅との関係を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、頂部平坦面の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合を示し、（ｃ）は、頂部平坦面の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合を示す。 （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。 （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。 光源モジュールのさらに他の変形例の構成を示す断面図である。 特許文献１の液晶表示装置のバックライトの構成を示す断面図である。 特許文献２のバックライトの構成を示す斜視図である。

本発明の一実施形態について図１〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施の形態の液晶表示装置（電子機器）１は、図２に示すように、下から順に、バックライト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。

上記バックライト１０は、下から順に、光源モジュール２０、一筋の開口１１ａを有するシャーシ１１、反射シート１２及び導光板１３にて構成されている。また、光源モジュール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、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。尚、本実施の形態では、光源としてＬＥＤ２３ａ・２３ｂを用いているが、必ずしもこれに限らず、例えば、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。

上記ＬＥＤ２３ａ・２３ｂ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ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの上側には、光結合部材３０が設けられている。

すなわち、本実施の形態の液晶表示装置１は、図１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がこの順に並んで設けら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。

ここで、本実施の形態では、光結合部材３０は、図４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の帯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、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３１と、この頂部平坦面３１から両端側にそれぞれ垂下する垂下曲面（反射面）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。

バックライト１０によれば、例えばＬＥＤ２３ａから出射された光が光結合部材３０の垂下曲面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４に示す導光板１３の右側の内部を全反射して進み、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。

このようにバックライト１０によれば、光結合部材３０の厚さ方向の伸縮量は大きくないため、伸縮量を考慮して、ＬＥＤ２３と光結合部材３０との間にクリアランスを設ける必要がない。また、ＬＥＤ２３からの出射光は、光結合部材３０に入射すると、垂下曲面３２にて反射され、頂部平坦面３１を介して導光板１３に入射する。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ので、ＬＥＤ２３からの出射光は、光の損失なしに頂部平坦面３１を通過し導光板１３に入射する。それゆえ、ＬＥＤ２３からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光結合効率を向上させることができる。

また、バックライト１０によれば、導光板１３と光結合部材３０とは別部材であり、かつ通常使用されている平板状の導光板１３に光結合部材３０が接着された構造である。このため、導光板１３への加工が不要となり、コストダウンを実現することができる。

また、本実施の形態のバックライト１０では、ＬＥＤ２３からの出射光は、導光板１３に対して垂直方向に放射して、光結合部材３０に入射する。そして、光結合部材３０の側面の垂下曲面３２にて反射し、光路の方向が、（導光板１３に対して）垂直方向から（導光板１３に対して）斜め方向に変換されて、頂部平坦面３１を介して導光板１３に光結合する。

一方、光源からの光を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、導光板と光結合する技術として、上記特許文献３及び上記特許文献４に開示された技術が知られている。両公報に開示された技術では、光源（ＬＥＤ）は、導光板に対して斜めに配置されている。すなわち、光源からの光の出射方向が導光板に対して斜め方向である。上記特許文献４においては、光源を斜めに保持するための台座が開示されている。

しかし、特許文献３及び特許文献４に開示された技術のように導光板に対して斜め方向に入射するようにＬＥＤを斜めに配置することは、一般的に困難である。例えば、ＬＥＤを斜めに配置するために、シャーシにＬＥＤを斜めに保持するための台座（例えば特許文献４に開示された台座）を設置した上で、この台座にＬＥＤを斜め方向から実装する必要がある。このため、特許文献３及び特許文献４に開示された技術では、バックライトの組立が困難となり、実用に供し得ない。

これに対し、バックライト１０では、出射光が導光板１３に対して垂直方向に放射するようにＬＥＤ２３が配置されている。すなわち、特許文献３及び４に記載の技術のように、導光板に対して斜め方向に入射するようにＬＥＤを斜めに配置する必要がなく、ＬＥＤ２３を平板状のシャーシ１１に対し垂直にかつ真上から実装するのみである。それゆえ、本実施の形態のバックライト１０では、組み立て方法や構造が単純化することが可能である。このように、本実施の形態のバックライト１０は、特許文献３及び４の技術に対し、構造的な面で、ＬＥＤ２３を垂直に実装できるというメリットがある。

また、上記垂下曲面３２・３２の形状は、ＬＥＤ２３からの出射光を全反射する機能を有していればよい。例えば、図５（ａ）に示すように、垂下曲面３２・３２の形状は、断面放物線（帯状体である光結合部材３０の伸びる方向に垂直な断面において放物線となる形状）であってもよい。ただし、必ずしもこれに限らず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、断面楕円（帯状体である光結合部材３０の伸びる方向に垂直な断面において楕円の弧となる形状）とすることも可能である。また、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。また、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。ただし、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しなくてもよい。すなわち、本実施の形態では、垂下曲面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（光が通過しない部分）は凹部３４としてくり抜くことができる。これにより、コスト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４への照射を向上させることができる。

また、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。垂下曲面３２が断面放物線からなる場合、これらＬＥＤ２３ａ・２３ｂ（における中央部側（頂部平坦面３１側）の端部）は、図６（ｂ）に示すように、断面放物線からなる垂下曲面３２・３２の焦点ｆ_１の位置よりも端部側に存在することが好ましい。これにより、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから放射される光を垂下曲面３２で全反射することができ、効率よく頂部平坦面３１に光を到達させることが可能になる。その結果、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができ、サイドエッジ型の構成よりも光結合効率を向上させることができる。

また、垂下曲面３２が断面楕円からなる場合、図６（ｂ）及び図７に示すように、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂ（における中央部側（頂部平坦面３１側）の端部）は、断面楕円からなる垂下曲面３２・３２における一方の焦点ｆ_２の位置よりも端部側に存在することが好ましい。さらに、この場合、図６（ｃ）に示すように、垂下曲面３２・３２における他方の焦点ｆ_３は、導光板１３の下面に一致していることが好ましい。これにより、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから放射される光を垂下曲面３２で全反射することができる。それゆえ、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができる。断面楕円からなる垂下曲面３２は、断面放物線からなる垂下曲面３２よりも光を絞って導光板１３に光結合させることが可能である。それゆえ、光結合効率を向上させる観点から、垂下曲面３２は、断面楕円からなることがより好ましい。

ＬＥＤ２３ａ・２３ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ_２との位置関係について、図７を参照して、さらに詳述する。図７は、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ_２との位置関係を示し、図７（ａ）は、ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２よりも端部側にある場合の光路を示した断面図であり、図７（ｂ）は、ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２と一致する場合の光路を示した断面図であり、図７（ｃ）は、ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合の光路を示した断面図である。また、図７（ｄ）は、ＬＥＤ２３ａにおける中央部側（頂部平坦面３１側）の端部が焦点ｆ_２よりも端部側にある場合を示す断面図であり、図７（ｅ）は、ＬＥＤ２３ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合を示す断面図である。

ＬＥＤ２３ａ・２３ｂと垂下曲面３２の焦点ｆ_２との位置関係は、図６（ｂ）に示すように、（ａ）ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２よりも端部側にある場合、（ｂ）ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２と一致する場合、（ｃ）ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合が考えられる。

図７（ａ）から、ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２よりも端部側にある場合、ＬＥＤ２３ａから放射された光は、全て頂部平坦面３１を通過し導光板１３と光結合することがわかる。また、図７（ｂ）から、ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２と一致する場合、ＬＥＤ２３ａから放射された光は、全て頂部平坦面３１（導光板１３の下面）上に存在する焦点ｆ_３に集光する。一方、ＬＥＤ２３ａの発光点が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合、図７（ｃ）からＬＥＤ２３ａから放射された光の大部分は、頂部平坦面３１を通過せず導光板１３と光結合しないことがわかる。

ここで、ＬＥＤ２３ａは、有限のサイズを有している。それゆえ、ＬＥＤ２３ａからの放射光は、光結合部材３０の下面（下端平坦面３３）に、少なくともＬＥＤ２３ａのサイズで入射する。このとき、図７（ｄ）に示すように、ＬＥＤ２３ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合、ＬＥＤ２３ａから放射された全ての光は、光結合部材３０の下面における焦点ｆ_２または焦点ｆ_２よりも端部側から出射するので、頂部平坦面３１を通過し導光板１３と光結合する。それゆえ、図７（ｄ）に示すように、ＬＥＤ２３ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合、光結合効率が向上することが可能になる。

一方、図７（ｅ）に示すように、ＬＥＤ２３ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合、ＬＥＤ２３ａから放射された光の一部は、光結合部材３０の下面における焦点ｆ_２よりも中央部側から出射することになり、導光板１３と光結合しない光となる。よって、図７（ｅ）のように、ＬＥＤ２３ａにおける中央部側の端部が焦点ｆ_２よりも中央部側にある場合、光結合効率が低くくなるので、好ましくない。

また、帯状体である光結合部材３０の伸びる方向（以下、単に伸長方向とする）及び導光板１３の厚さ方向の両方に垂直な方向（以下、単に幅方向とする）において、頂部平坦面３１の幅Ｘは、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂにより導光板１３の下面に照射される光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。これにより、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから放射される光を効率的に導光板１３に光結合させることができる。図８（ａ）は、頂部平坦面３１の幅と導光板１３下面に照射される光線照射領域の幅との関係を模式的に示した断面図であり、図８（ｂ）は、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合を示し、図８（ｃ）は、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合を示す。なお、図８（ａ）〜（ｃ）では、図面の明確さの観点から、ＬＥＤ２３ａから放射された光のみを示している。

実際には、ＬＥＤ２３ｂからも光が放射されている。図８（ａ）に示す構成においては、ＬＥＤ２３ｂから放射された光の光路は、ＬＥＤ２３ａから放射された光の光路と、導光板１３下面で交差する。ここでいう「光線照射領域」とは、ＬＥＤ２３ａ及び２３ｂの放射光により照射された導光板１３下面の領域を意味する。

頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも小さい場合（垂下曲面３２・３２’が形成され頂部平坦面３１の幅がＸ１である場合）、光結合効率が低下するため好ましくない。図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ２３ａから放射される光は、垂下曲面３２で反射して、その一部が点線で囲んだ部分に到達する。点線で囲んだ部分に到達した光は、光結合部材３０の外部に漏れるか、あるいは反射されて反対側のＬＥＤ２３ｂに到達し迷光となる。その結果、光結合効率が低下する。

また、頂部平坦面３１の幅が光線照射領域の幅よりも大きい場合（垂下曲面３２・３２’’が形成され頂部平坦面３１の幅がＸ２である場合）も、光結合効率が低下するため好ましくない。図８（ｃ）に示すように、頂部平坦面３１を通過し導光板１３に入射した光の一部Ｌ１が光結合部材３０内に再度反射してしまう。この結果、光結合効率が低下する。

このように伸長方向及び導光板１３の厚さ方向に垂直な方向において、頂部平坦面３１の幅は、光線照射領域の幅よりも大きくても小さくても、光結合効率が低下してしまう。したがって、頂部平坦面３１の幅は、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂにより導光板１３の下面に照射される光線照射領域の幅と同じであることが好ましい。

また、光結合部材３０の高さは、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂから放射された光が垂下曲面３２・３２で少なくとも１回当たる高さであることが好ましい。ＬＥＤ２３ａ・２３ｂは、所定の放射角度で光を放射する。一般的に、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂの放射角度は、８４°である。このような放射角度で放射する光の一部が垂下曲面３２・３２で反射せずに導光板１３に入射した場合、導光板１３内部で反射せず光漏れが生じるおそれがある。このような光漏れを回避するために、ＬＥＤ２３ａ・２３ｂからの放射光の全てが垂下曲面３２・３２で少なくとも１回反射されるように、光結合部材３０の高さが設定されていることが好ましい。

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、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２０を設けることにより、図９（ａ）（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、従来のサイドエッジ型のバックライトとは異なり、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。その結果、額縁寸法を小さくすることが可能になる。

また、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、導光板１３の直下にＬＥＤ２３を備えた光源モジュール本体２０が配置されている。導光板１１０の厚み方向の伸縮量は大きくないので、導光板１３の伸縮量を考慮したクリアランスを設定する必要がない。それゆえ、光結合効率を向上させることができる。

表１は、本実施の形態のバックライト１０とサイドエッジ型バックライトとについて、光結合効率を比較した結果を示す。表１においては、光結合部材３０の垂下曲面３２が断面放物線からなる構成、光結合部材３０の垂下曲面３２が断面楕円からなる構成、及び比較例としてサイドエッジ型バックライトについて、光結合効率を算出した。

表１の結果から、光結合部材３０を備えたバックライト１０は、サイドエッジ型バックライトよりも光結合効率が大きくなっていることがわかる。

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１０（ａ）（ｂ）に示すように、光結合部材４０の片側のみに１列のＬＥＤ２３が配された構成とすることも可能である。

また、１列のＬＥＤ２３が配された構成としては、図１１に示すような構成であってもよい。以下、本実施形態のバックライト１０の変形例について、さらに詳述する。図１１は、バックライト１０の変形例を模式的に示した断面図である。

図１１に示すように、光結合部材３０’は、２つの反射面３２’を有している。そして、この２つの反射面３２’は、導光板１３における縦又は横方向の中心線Ｌに沿って延びるＶ字面を構成するように形成されている。また、頂部平坦面３１は、２つの反射面３２’に連結し、かつ中心線Ｌに対して対称になるように２つ形成されている。

また、図１１に示す構成では、ＬＥＤ２３は、１列に並んで配置されている。そして、ＬＥＤ２３から放射された光は、２つの反射面３２’により構成されたＶ字面で、２つの方向に分岐するようになっている。なお、Ｖ字面を構成する２つの反射面３２’は、ＬＥＤ２３からの出射光を全反射する面であればよく、例えば図５や図６に示された、断面放物線または断面楕円からなる垂下曲面３２であってもよい。

図１１に示す構成であっても、ＬＥＤ２３からの出射光が外部に直接漏れることを防止することができ、光結合効率を向上させることができる。また、導光板１３と光結合部材３０とは別部材であり、かつ通常使用されている平板状の導光板１３に光結合部材３０が接着された構造である。このため、導光板１３への加工が不要となり、コストダウンを実現することができる。

さらに、図１１に示された構成では、１列に並んだＬＥＤ２３からの出射光をＶ字面で２つの光路に分岐させて、光結合部材３０’の幅方向の両側から出射させている。それゆえ、ＬＥＤ２３の配列が単純になり、ＬＥＤ２３の実装にかかる労力を削減できるという利点がある。

その一方で、図１１に示された構成では、ＬＥＤ２３からの出射光がＶ字面で２つの光路に分岐しているため、ＬＥＤ２３の真上にある導光板１３領域の輝度が低下するという課題が残されている。しかし、この課題は、光結合部材３０’を複列配置し、光結合部材３０’上の暗部（中心線Ｌの沿ったＶ字面近傍）に光を入射させることで解決することができる。それゆえ、図１１に示す構成では、光結合部材３０’は、複列配置されていることが好ましい。なお、導光板１３における中心線Ｌ近傍の輝度を向上させる観点では、図４に示すような、２列のＬＥＤ２３ａ・２３ｂを備える構成が好ましい。

また、図１１に示された構成では、ＬＥＤ２３が少しでもずれると、出射光の輝度が大きく変動するという課題が残されている。この課題に対しては、ＬＥＤ２３の位置決め精度を向上させることで解決することができる。

なお、本発明は、照明装置として、以下の（１）〜（５）のように表現することができる。

（１）略平板状の導光板と、該導光板の下方に配置された光源と、該導光板と該光源の間に配置された光結合部材を備え、該光結合部材の表面部は、該導光板と略平行な平面で該導光板に当接した光結合部と、該頂部の平面に対して傾斜した平面または曲面からなる光反射部を備え、該光源は、光出射方向が前記光結合部材の光反射部に指向するように配置されることを特徴とする照明装置。

（２）上記光源の光出射方向は、上記導光板に対して略垂直方向であり、かつ上記光反射部に対して傾斜した方向に指向し、前記光源からの出射光は、光路方向に対して傾斜した前記光反射部により光路方向を上記導光板に対して略垂直方向から傾斜した方向に変換されたうえで、前記光結合部より該導光板に入射することを特徴とする（１）記載の照明装置。

（３）上記光結合部材１個あたりには、それぞれ上記光反射部が異なる部位に指向した少なくとも２個以上の上記光源が配置され、上記導光板中の個々の該光源が指向する光反射部の上部に位置する領域は、少なくとも１個の光反射部が異なる他の光源の出射光が入射することを特徴とする（２）記載の照明装置。

（４）上記光結合部材の光反射部は、上記導光板に対して垂直な方向の断面が円弧状または弓状である特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の照明装置。

（５）上記光結合部材の光反射部は、上記導光板の平面部に対して垂直な面に対して対称な形状であり、上記光源は、前記光結合部材の前記対称面に対して対称となる位置に該光結合部材１個あたりに少なくとも２個以上配置されることを特徴とする（４）記載の照明装置。

本発明は上述した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、実施形態に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
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）
１１ シャーシ
１１ａ 開口
１２ 反射シート
１３ 導光板
２０ 光源モジュール本体
２３ ＬＥＤ
２３ａ・２３ｂ ＬＥＤ
２４ａ・２４ｂ ＬＥＤ基板
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦面
３２ 垂下曲面
３３ 下端平坦面
３４ 凹部

Claims (10)

1. 平板状の導光板と、
   上記導光板の下方に配された光源と、
   上記導光板と上記光源との間に配された光結合部材とを備え、
   上記光結合部材は、上記導光板と平行な面で当接する頂部平坦面と、光源からの光を反射し上記頂部平坦面へ導く反射面とを有することを特徴とする光源モジュール。
2. 上記光源から放射された光の全部が少なくとも１回上記反射面に当たるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
3. 上記反射面は、上記頂部平坦面から垂れ下がって形成された曲面であって、
   上記光源から放射された光が上記頂部平坦面で集光するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
4. 上記反射面は、断面が放物線からなる放物面であり、
   上記放物面の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光源モジュール。
5. 上記反射面は、断面が楕円からなる楕円面であり、
   上記楕円面の一方の焦点位置は、上記光源よりも上記光結合部材の中央部に近くなっており、他方の焦点位置は、上記導光板の下面上に存在することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光源モジュール。
6. 上記光源は、複数のＬＥＤからなっており、
   上記反射面は、各ＬＥＤから放射された光を反射し上記頂部平坦面へ導くようになっていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光源モジュール。
7. 上記光結合部材における上記頂部平坦面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線上に設けられており、
   上記反射面は、上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、
   上記ＬＥＤは、上記反射面に対応するように２列に並んで設けられていることを請求項６に記載の光源モジュール。
8. 上記導光板における上記中心線の方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向において、上記頂部平坦面の幅は、上記ＬＥＤからの光により照射される上記導光板下面の光線照射領域の幅と同じであることを特徴とする請求項７に記載の光源モジュール。
9. 上記光結合部材は、上記反射面を２つ有し、この２つの反射面は、上記導光板における縦又は横方向の中心線に沿って延びるＶ字面を構成するように形成されており、
   上記頂部平坦面は、２つの反射面に連結し、かつ上記中心線に対して対称になるように２つ形成されており、
   上記ＬＥＤは、その出射光が上記Ｖ字面で分岐するように１列に並んで設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光源モジュール。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の光源モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。
    

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