KR20130135970A - 발광 장치, 조명 장치 및 표시 장치 - Google Patents

발광 장치, 조명 장치 및 표시 장치 Download PDF

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KR20130135970A
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야스히로 오노
마코토 마스다
다카스미 와다
겐조 오쿠보
노부히로 시라이
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 휘도가 균일화된 광을 표시 패널에 조사할 수 있고, 박형화가 가능한 발광 장치이다. 발광 장치(11)는, LED 칩(111a)과, LED 칩(111a)을 지지하는 베이스(111b)와, LED 칩(111a) 및 베이스(111b)를 덮도록 LED 칩(111a)에 접촉하여 설치되는 렌즈(112)를 구비한다. 이 렌즈(112)는, 상면(112a)에 있어서 도달한 광을 반사시켜 측면(112b)으로부터 출사시키는 제1 만곡부(1122)와, 도달한 광을 외측으로 굴절시켜 상면(112a)으로부터 출사시키는 제2 만곡부(1123)를 갖는다.

Description

발광 장치, 조명 장치 및 표시 장치 {LIGHT-EMITTING DEVICE, LIGHTING DEVICE, AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 패널에 배면측으로부터 광을 조사하는 백라이트 유닛에 설치되는 발광 장치, 이 발광 장치를 구비하는 조명 장치 및 표시 장치에 관한 것이다.
표시 패널은, 2매의 투명 기판의 사이에 액정이 봉입되고, 전압이 인가됨으로써 액정 분자의 방향이 바뀌어져 광투과율을 변화시킴으로써 미리 정해진 영상 등이 광학적으로 표시된다. 이 표시 패널에는 액정 자체가 발광체가 아니므로, 예를 들어 투과형 액정 패널의 배면측에 냉음극관(CCFL), 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등을 광원으로 한 광을 조사하는 백라이트 유닛이 구비된다.
백라이트 유닛에는, 냉음극관이나 LED 등의 광원을 저면에 배열하여 광을 출사하는 직하형과, 냉음극관이나 LED 등의 광원을 도광판이라고 불리는 투명한 판의 에지부에 배치하여, 도광판 에지로부터 광을 통과시켜 배면에 설치된 도트 인쇄나 패턴 형상에 의해 전방면에 광을 출사하는 에지 라이트형이 있다.
LED는 저소비 전력, 장수명, 수은을 사용하지 않는 것에 의한 환경 부하 저감 등의 우수한 특성을 갖지만, 가격적으로 고가인 점과, 청색 발광 LED가 발명될 때까지 백색 발광 LED는 없었던 점과, 또한 강한 지향성을 갖고 있는 점에서, 백라이트 유닛의 광원으로서의 이용이 지연되고 있었다. 그러나, 최근, 조명 용도의 고연색 고휘도 백색 LED가 급속하게 보급되고 있고, 그에 수반하여 LED가 저렴해졌기 때문에, 백라이트 유닛의 광원으로서는 냉음극관으로부터 LED에의 이행이 진행되고 있다.
LED는 강한 지향성을 가지므로, 표시 패널의 표면 휘도가 그 면 방향에 있어서 균일해지도록 광을 조사한다고 하는 관점에서는, 직하형보다도 에지 라이트형이 유효하다. 그러나, 에지 라이트형 백라이트 유닛은, 도광판의 에지부에 집중하여 광원이 배치됨으로써 광원에 의해 발생한 열이 집중된다고 하는 문제와 함께, 표시 패널의 베젤부가 커진다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 에지 라이트형 백라이트 유닛은, 표시 화상의 고품질화 및 전력 절약화가 가능한 제어 방법으로서 주목받고 있는 부분적인 조광 제어(로컬 디밍)에 대해서도 제약이 커서, 표시 화상의 고품질화 및 전력 절약화가 달성 가능한 소분할 영역의 제어가 불가능하다고 하는 문제가 있다.
따라서, 부분적인 조광 제어에 유리한 직하형 백라이트 유닛에 있어서, 강한 지향성을 갖는 LED를 광원으로서 사용한 경우라도, 휘도가 균일해지도록, 면 방향에 있어서 강도가 균일화된 광을 표시 패널에 조사하는 것이 가능한 방법의 검토가 진행되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 발광 소자와, 그 발광 소자를 덮도록 설치된 역원추 형상의 오목부를 갖는 수지 렌즈와, 수지 렌즈의 주위에 경사져 설치된 반사판을 구비하는 역원추형 발광 소자 램프가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 발광 소자와, 그 발광 소자를 덮도록 설치되어, 입사된 광을 측면 방향으로 확산시키는 광투과성 재료를 구비하는 발광 다이오드가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 발광 소자와, 그 발광 소자를 덮도록 설치된 중앙이 오목한 원추 형상 곡면을 갖는 투명 수지를 포함하여 이루어지는 몰딩부를 구비하는 측면 발광형 LED 패키지가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는, 발광 소자와, 발광 소자로부터 출사된 광을 광축과 직교하는 방향으로 반사시키면서 도광하는 도광 반사체와, 발광 소자를 둘러싸고 피조사체에 대하여 수직으로 연장되는 반사 부재를 구비하는 광원 유닛이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 5에는, 발광 소자와, 발광 소자를 둘러싸는 대략 원호 형상의 반사판을 구비한 조명 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 소61-127186호 공보 일본 특허 공개 제2003-158302호 공보 일본 특허 공개 제2006-339650호 공보 일본 특허 공개 제2010-238420호 공보 미국 특허 제7,172,325 B2호 명세서
특허문헌 1 내지 5에 개시되는 기술에서는, 발광 소자로부터 출사된 강한 지향성을 갖는 광을 발광 소자의 광축과 교차하는 방향으로 확산시켜, 면 방향에 있어서 광을 표시 패널에 조사할 수 있다.
최근, 표시 장치의 박형화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 이러한 박형화된 표시 장치에 구비되는 직하형 발광 장치에 있어서는, 발광 소자로부터 출사된 광을 발광 소자의 광축과 교차하는 방향으로 고정밀도로 확산시키는 것이 요구된다. 그러나, 특허문헌 1 내지 5에 개시되는 기술에서는, 상기 요구를 충분히 만족할 수 없다.
예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 발광 소자로부터 출사된 광은, 수지 렌즈에 의해, 경사져 설치된 반사판에 조사되고, 반사판에서 반사되어 피조사체로 향한다. 따라서, 이 장치에서는 반사판과 수지 렌즈 사이의 영역에 있어서 광의 반사가 발생하지 않아, 그 결과 피조사체에 있어서 이 영역에 대향하는 부분에 조사되는 광의 양이 적어지게 된다.
또한, 예를 들어 특허문헌 2에 기재된 장치는, 발광 다이오드를 구비한 LED 라이트이며, 특허문헌 2의 도 2에 도시한 바와 같이, 발광 영역이 원 형상이므로 로컬 디밍에 적합하지 않다.
또한, 예를 들어 특허문헌 3에 기재된 장치는, 측면 발광형 LED 패키지를 갖고 있으므로, 피조사체에 있어서 발광 소자에 대향하는 부분에는 광을 거의 조사할 수 없어, 이 부분에 조사되는 광의 양이 적어져 버린다.
또한, 예를 들어 특허문헌 4에 기재된 장치에서는, 반사 부재가 피조사체에 대하여 수직으로 연장되어 있기 때문에, 발광 소자로부터 수평하게 출사한 광은, 반사 부재에 의해 발광 소자로 복귀되도록 반사되므로, 반사 부재의 상부 광량이 적어져, 피조사체의 면 방향에 있어서 조사광이 불균일하게 되어 버린다.
또한, 예를 들어 특허문헌 5에 기재된 장치에서는, 반사판은, 발광 소자로부터 출사된 광을 피조사체에 균일하게 조사하도록 대략 원호 형상으로 형성되고, 발광 소자로부터 출사된 광의 입사 각도가 조절되어 있다. 따라서, 반사판 두께의 치수가 작으면, 입사 각도의 조절이 어려워지므로, 특허문헌 5에 기재된 장치는 대형화되어 버려 박형화하면서 조사광량의 균일화를 도모하는 것은 곤란하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 표시 패널을 구비하는 표시 장치의 백라이트 유닛에 사용되는 발광 장치에 있어서, 피조사체의 면 방향에 있어서 휘도가 균일해지도록 광을 피조사체에 조사할 수 있고, 박형화가 가능한 발광 장치, 및 이 발광 장치를 구비하는 조명 장치 및 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 피조사체에 광을 조사하는 발광 장치이며,
광을 출사하는 발광 소자와,
상기 발광 소자를 지지하는 베이스와,
상기 발광 소자의 발광면측에 설치되어, 상기 발광 소자로부터 출사된 광을 복수의 방향으로 반사 또는 굴절시키는 기둥 형상의 광학 부재이며, 상기 피조사체에 대향하는 측의 상면이 중앙부에 오목부를 갖고 형성되는 광학 부재를 포함하며,
상기 광학 부재의 상기 상면은, 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 광학 부재의 내부를 진행하는 광을 반사시켜, 상기 광학 부재의 측면으로부터 상기 광학 부재의 외부로 출사시키는 제1 영역과, 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 광학 부재의 내부를 진행하는 광을 굴절시켜 상기 상면으로부터 출사시키는 제2 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 발광 장치에서는, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다도 상기 발광 소자에 가까운 측에 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 광학 부재의 상기 상면에서의 중앙부의 오목한 부분에는, 입사하는 광의 광량을 감쇠시키는 광량 감쇠부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 발광 장치는, 상기 광학 부재와 상기 피조사체의 사이에 있어서, 상기 발광 소자의 광축 상에, 상기 광학 부재의 상기 상면에 고정하여 설치되어, 상기 광학 부재로부터의 광을 조정하는 광량 조정 부재를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 광량 조정 부재는, 상기 광학 부재의 상기 상면에서의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계선을 상기 제2 영역측에 초과한 위치까지 연장하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 발광 장치에 있어서, 상기 광학 부재는, 그 저면에, 광을 반사하는 반사부가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 발광 장치는, 상기 광학 부재로부터 출사된 광을 반사하는 반사 부재를 더 포함하며,
상기 반사 부재는,
상기 광학 부재의 주위 위치에 있어서, 상기 광학 부재의 광축에 직교하는 방향으로 평면 형상으로 연장되는 기초부와,
상기 기초부에 대하여 경사져 상기 광학 부재를 둘러싸는 경사부이며, 상기 광학 부재에 면하는 면이 평면 형상으로 연장되는 경사부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 발광 장치를 복수 구비하며, 복수의 발광 장치가 정렬 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치이다.
또한, 본 발명의 조명 장치에서는, 상기 복수의 발광 장치가 구비하는 복수의 반사 부재는, 인접하는 발광 장치간에서 연속되도록 상기 경사부에 있어서 일체적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 표시 패널과,
상기 표시 패널의 배면에 광을 조사하는, 상기 발광 장치를 포함하는 조명 장치, 또는 상기 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치이다.
본 발명에 따르면, 발광 장치는, 광을 출사하는 발광 소자와, 발광 소자를 지지하는 베이스와, 발광 소자의 발광면측에, 그 발광 소자를 덮도록 발광 소자에 접촉하여 설치되어, 광을 복수의 방향으로 반사 또는 굴절시키는 기둥 형상의 광학 부재를 구비한다. 그리고, 광학 부재는 피조사체에 대향하는 상면이 중앙부에 오목부를 갖고 형성된다. 이 광학 부재의 상면은, 발광 소자로부터 출사되어 내부를 진행하는 광을 반사시켜, 측면으로부터 광학 부재의 외부로 출사시키는 제1 영역과, 내부를 진행하는 광을 굴절시켜 상면으로부터 출사시키는 제2 영역을 갖고 있으므로, 광학 부재에 입사한 광을 확산시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 장치에 있어서, 광학 부재는 발광 소자에 접촉하여 설치되어 있기 때문에, 광학 부재와 발광 소자는 고정밀도로 위치 정렬되게 된다. 이에 의해, 발광 장치는 발광 소자로부터 출사한 광을 발광 소자에 접촉한 광학 부재에 의해 고정밀도로 반사 및 굴절시킬 수 있으므로, 박형화된 표시 장치에 사용된 경우에 있어서도, 면 방향에 있어서 휘도가 균일화된 광을 피조사체에 조사할 수 있다.
또한, 발광 소자로부터는 광축을 중심으로 하여 광이 방사상으로 출사된다. 이와 같이 발광 소자로부터 방사상으로 광이 출사되는 것에 대하여, 피조사체의 면 방향에 있어서 휘도가 균일해지도록, 광학 부재는 제1 영역이 광을 반사시키는 기능을 갖고, 제2 영역이 광을 굴절시키는 기능을 갖도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 영역은 제2 영역보다도 발광 소자에 가까운 측에 설정된다. 이에 의해, 광학 부재에 입사한 광을 효율적으로 확산시킬 수 있다.
통상, 광을 출사하는 발광 소자인 LED 광의 강도는, 광축 부분이 가장 강하고, 광축으로부터 외측을 향하는 주위가 될수록 약하게 되어 있다. 따라서, 발광 소자로부터 이격된 장소를 효율적으로 조사하기 위해서는, 보다 강도가 강한 광을 사용하여 조사를 행할 필요가 있으므로, 광축 부분의 광으로 먼 곳을 조사하고, 강도를 그다지 필요로 하지 않는 근방은 광축으로부터 이격된 약한 광을 사용함으로써, 전체로서의 광의 강도를 균등화하고 있다.
본 발명에 있어서는, 발광 소자의 광축 부분의 광으로 먼 곳을 조사하기 위하여, 광학 부재는, 상기 광축의 근방에 대응하여 제1 영역을 갖고, 그 제1 영역의 외측 주위에 제2 영역을 갖고 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광학 부재의 상면에서의 중앙부의 오목한 부분에는, 입사하는 광의 광량을 감쇠시키는 광량 감쇠부가 형성되어 있다. 이에 의해, 강도가 큰 광이 도달하는 발광 소자의 바로 위에 대응하는, 광학 부재의 상면에서의 중앙부의 오목한 부분으로부터 출사되는 광의 광량을 광량 감쇠부에 의해 작게 할 수 있다. 따라서, 발광 장치는 피조사체의 면 방향에 있어서 휘도가 국소적으로 치우치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광 장치는 광량 조정 부재를 더 구비한다. 이 광량 조정 부재는, 광학 부재와 피조사체의 사이에 있어서, 발광 소자의 광축 상에, 광학 부재의 상면에 고정하여 설치되어 광학 부재로부터의 광을 조정한다. 이에 의해, 발광 장치는 면 방향에 있어서 강도가 균일하게 된 광을 피조사체에 조사할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광량 조정 부재는, 광학 부재의 상면에서의 제1 영역과 제2 영역의 경계선을 제2 영역측에 초과한 위치까지 연장하여 형성된다. 이에 의해, 광학 부재의 상면에서의 제1 영역과 제2 영역의 경계선에 있어서, 그 경계선에 대응하는 피조사체에, 그 양측(경계선의 양측)보다도 휘도가 높은 링 형상의 선이 조사되는 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 상술한 휘도가 높은 링 형상의 광이나 오목부로부터의 광을, 제1 영역에 대향하는 피조사체를 향하여 광량 조정 부재로 확산시켜 조사하므로, 제1 영역이 광을 반사함으로써 부족한 광량을 보충할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광학 부재는, 그 저면에, 광을 반사하는 반사부가 설치된다. 이에 의해, 광학 부재의 내부를 진행하여, 그 저면에 도달한 광을 반사부에서 반사시킬 수 있으므로, 광의 손실을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광 장치는 광학 부재로부터 출사된 광을 반사하는 반사 부재를 더 포함한다. 이 반사 부재는 기초부와 경사부를 갖는다. 기초부는, 광학 부재의 주위 위치에 있어서, 광학 부재의 광축에 직교하는 방향으로 평면 형상으로 연장되어 형성되고, 경사부는, 기초부에 대하여 경사져 광학 부재를 둘러싸고, 광학 부재에 면하는 면이 평면 형상으로 연장되어 형성된다.
이러한 반사 부재를 구비하는 발광 장치에서는, 광학 부재로부터 출사된 광의 적어도 일부는, 광학 부재의 주위에 설치되는 반사 부재의 기초부에 도달한다. 기초부에 도달한 광의 일부는, 평면 형상의 기초부에 의해 반사되어 피조사체에 조사된다. 기초부에서 반사된 광은 확산되어 진행하므로, 피조사체에 있어서 광학 부재에 대향하는 영역뿐만 아니라, 그 주변 영역에 충분한 양의 광을 조사할 수 있다.
또한, 기초부에 도달한 광의 다른 일부는, 기초부에 의해 반사되어, 경사부를 향하여 평면 형상의 경사부에서 반사됨으로써 피조사체에 조사된다. 따라서, 피조사체에 있어서, 광학 부재 및 기초부에 대향하는 영역뿐만 아니라, 그 영역의 주변 영역인, 경사부에 대향하는 영역에도 충분한 양의 광을 조사할 수 있다. 따라서, 면 방향에 있어서 휘도가 균일화되도록 광을 피조사체에 조사할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 발광 장치를 복수 설치하여 정렬 배치시킴으로써 조명 장치를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조명 장치에 있어서, 복수의 반사 부재가 일체적으로 성형됨으로써, 각 광학 부재의 각 반사 부재에 대한 배치 위치의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 그 결과, 반사 부재에 의해 피조사체의 휘도가 면 방향에 있어서 보다 균일해지도록 광을 반사할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 표시 장치는 상기 발광 장치를 포함하는 조명 장치에 의해 표시 패널의 배면에 광을 조사하므로, 보다 고화질의 화상을 표시 패널에 표시할 수 있다.
본 발명의 목적, 특색 및 이점은, 하기의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(100)의 구성을 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 절단면선 A-A로 절단한 액정 표시 장치(100)의 단면도이다.
도 3은 복수의 발광 장치(11)가 정렬 배치되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)과 렌즈(112)의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 5a는 베이스(111b)와 LED 칩(111a)을 도시하는 도면이다.
도 5b는 베이스(111b)와 LED 칩(111a)을 도시하는 도면이다.
도 5c는 베이스(111b)와 LED 칩(111a)을 도시하는 도면이다.
도 6은 프린트 기판(12)에 실장된 LED 칩(111a) 및 베이스(111b)를 도시하는 도면이다.
도 7은 LED 칩(111a)으로부터 출사된 광의 광로를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 발광점이 1개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 발광점이 1개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8c는 발광점이 1개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8d는 발광점이 1개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 발광점이 2개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 발광점이 2개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9c는 발광점이 2개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9d는 발광점이 2개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a는 발광점이 3개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10b는 발광점이 3개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10c는 발광점이 3개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10d는 발광점이 3개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는 발광점이 4개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11b는 발광점이 4개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11c는 발광점이 4개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11d는 발광점이 4개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 인서트 성형기(400)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 13a는 인서트 성형기(400)를 분해하여 도시하는 도면이다.
도 13b는 인서트 성형기(400)를 분해하여 도시하는 도면이다.
도 14는 인서트 성형기(400)의 주요부를 확대하여 도시하는 도면이다.
도 15는 반사 부재(118) 및 발광부(111)의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 16은 반사 부재(118)의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 17은 발광부(111)로부터 출사되는 광의 광로를 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(200)의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(300)의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 20은 액정 표시 장치(300)의 주요부를 확대하여 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(100)의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에서의 절단면선 A-A로 절단한 액정 표시 장치(100)의 단면도이다. 도 3은 복수의 발광 장치(11)가 정렬 배치되는 모습을 도시하는 도면이다. 본 발명의 표시 장치인 액정 표시 장치(100)는, 텔레비전 또는 퍼스널 컴퓨터 등에 있어서, 화상 정보를 출력함으로써 화상을 표시 화면에 표시하는 장치이다. 표시 화면은 액정 소자를 갖는 투과형 표시 패널인 액정 패널(2)에 의해 형성되며, 액정 패널(2)은 직사각형 평판 형상으로 형성된다. 액정 패널(2)에 있어서, 두께 방향의 2개의 방향을 전방면(21)측 및 배면(22)측으로 한다. 액정 표시 장치(100)는 화상을 전방면(21)측으로부터 보아 시인 가능하게 표시한다.
액정 표시 장치(100)는, 액정 패널(2)과, 본 발명에 관한 발광 장치를 포함하는 조명 장치인 백라이트 유닛(1)을 구비한다. 액정 패널(2)은, 백라이트 유닛(1)이 구비하는 프레임 부재(13)의 저부(131)와 평행하게 측벽부(132)에 의해 지지된다. 액정 패널(2)은 2매의 기판을 포함하며, 두께 방향으로부터 보아 직사각형의 판 형상으로 형성된다. 액정 패널(2)은 TFT(thin film transistor) 등의 스위칭 소자를 포함하며, 2매의 기판의 간극에는 액정이 주입되어 있다. 액정 패널(2)은, 배면(22)측에 배치되는 백라이트 유닛(1)으로부터의 광이 백라이트로서 조사됨으로써 표시 기능을 발휘한다. 상기 2매의 기판에는, 액정 패널(2)에서의 화소의 구동 제어용 드라이버(소스 드라이버), 다양한 소자 및 배선이 설치되어 있다.
또한, 액정 표시 장치(100)에 있어서, 액정 패널(2)과 백라이트 유닛(1)의 사이에는 확산판(3)이 액정 패널(2)에 평행하게 배치된다. 또한, 액정 패널(2)과 확산판(3)의 사이에 프리즘 시트를 배치하여도 된다.
확산판(3)은, 백라이트 유닛(1)으로부터 조사되는 광을 면 방향으로 확산함으로써, 휘도가 국소적으로 치우치는 것을 방지한다. 프리즘 시트는, 확산판(3)을 통하여 배면(22)측으로부터 도달한 광의 진행 방향을 전방면(21)측으로 향하게 한다. 확산판(3)에서는, 휘도가 면 방향으로 치우치는 것을 방지하기 위하여, 광의 진행 방향은 벡터 성분으로서 면 방향의 성분을 많이 포함한다. 이에 반하여 프리즘 시트는, 면 방향의 벡터 성분을 많이 포함하는 광의 진행 방향을, 두께 방향의 성분을 많이 포함하는 광의 진행 방향으로 변환한다. 구체적으로는, 프리즘 시트는, 렌즈 또는 프리즘 형상으로 형성되는 부분이 면 방향으로 다수 배열하여 형성되고, 이에 의해 두께 방향으로 진행되는 광의 확산도를 작게 한다. 따라서, 액정 표시 장치(100)에 의한 표시에 있어서 휘도를 상승시킬 수 있다.
백라이트 유닛(1)은, 액정 패널(2)에 배면(22)측으로부터 광을 조사하는 직하형 백라이트 장치이다. 백라이트 유닛(1)은, 액정 패널(2)에 광을 조사하는 복수의 발광 장치(11)와, 복수의 프린트 기판(12)과, 프레임 부재(13)를 포함한다.
프레임 부재(13)는 백라이트 유닛(1)의 기본 구조체이며, 액정 패널(2)과 미리 정해진 간격을 두고 대향하는 평판 형상의 저부(131)와, 저부(131)에 연결되어 저부(131)로부터 세워 설치되는 측벽부(132)를 포함하여 이루어진다. 저부(131)는 두께 방향으로부터 보아 직사각형으로 형성되며, 그 크기는 액정 패널(2)보다도 조금 크다. 측벽부(132)는, 저부(131) 중 짧은 변을 이루는 2개의 단부와, 긴 변을 이루는 2개의 단부로부터 액정 패널(2)의 전방면(21)측에 세워 형성된다. 이에 의해, 평판 형상의 측벽부(132)가 저부(131)의 주위에 4개 형성된다.
프린트 기판(12)은 프레임 부재(13)의 저부(131)에 고정된다. 이 프린트 기판(12) 상에는 복수의 발광 장치(11)가 설치된다. 프린트 기판(12)은, 예를 들어 도전층이 양면에 형성된 유리 에폭시를 포함하여 이루어지는 기판이다.
복수의 발광 장치(11)는 액정 패널(2)에 광을 조사하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 복수의 발광 장치(11)를 하나의 군으로 하여, 확산판(3)을 개재하여 액정 패널(2)의 배면(22) 전체에 걸쳐 대향하도록, 복수의 발광 장치(11)가 설치된 프린트 기판(12)을 복수 병렬로 배열함으로써, 발광 장치(11)가 매트릭스 형상으로 설치된다. 즉, 도 1의 일부를 확대한 도면인 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 발광 장치(11)는 정렬 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 복수의 발광 장치(11)는 매트릭스 형상으로 정렬 배치되어 있지만, 매트릭스 형상이 아니어도 된다. 각 발광 장치(11)는 프레임 부재(13)의 저부(131)에 수직인 X 방향으로 평면에서 보았을 때 정사각형으로 형성되며, 확산판(3)의 액정 패널(2)측의 면에 있어서 광량이 6000cd/m2가 되도록 규정되고, 한 변의 길이는 예를 들어 55mm이다.
복수의 발광 장치(11)는, 각각, 발광부(111)와, 프린트 기판(12) 상에 있어서 발광부(111)의 주위에 설치되는 반사 부재(118)를 구비한다. 발광부(111)는, 발광 소자인 발광 다이오드(LED) 칩(111a)과, LED 칩(111a)을 지지하는 베이스(111b)와, 광학 부재인 렌즈(112)를 포함한다.
도 4는 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)과 렌즈(112)의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
베이스(111b)는 LED 칩(111a)을 지지하기 위한 부재이다. 이 베이스(111b)는, LED 칩(111a)을 지지하는 지지면이 X 방향으로 평면에서 보았을 때 정사각형으로 형성되며, 정사각형의 한 변의 길이 L1은, 예를 들어 3mm이다. 또한, 베이스(111b)의 높이는, 예를 들어 1mm이다.
도 5a 내지 도 5c는 베이스(111b)와 LED 칩(111a)을 도시하는 도면이며, 도 5a가 평면도, 도 5b가 정면도, 도 5c가 저면도이다. 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 베이스(111b)는 세라믹스, 수지 등을 포함하여 이루어지는 베이스 본체(111g)와, 베이스 본체(111g)에 설치되는 2개의 전극(111c)을 포함하고 있으며, LED 칩(111a)은 베이스(111b)의 지지면이 되는 베이스 본체(111g)의 상면 중앙부에 접착 부재(111f)로 고정되어 있다. 2개의 전극(111c)은 서로 이격되어 있으며, 각각 베이스 본체(111g)의 상면, 측면 및 저면에 걸쳐 설치된다.
LED 칩(111a)의 도시하지 않은 2개의 단자와, 2개의 전극(111c)은, 2개의 본딩 와이어(111d)에 의해 각각 접속되어 있다. 그리고, LED 칩(111a) 및 본딩 와이어(111d)는, 실리콘 수지 등의 투명 수지(111e)에 의해 밀봉되어 있다.
도 6에 프린트 기판(12)에 실장되는 LED 칩(111a) 및 베이스(111b)를 도시한다. LED 칩(111a)은 베이스(111b)를 개재하여 프린트 기판(12)에 실장되며, 프린트 기판(12)으로부터 이격되는 방향으로 광을 출사한다. LED 칩(111a)은, 발광 장치(11)를 X 방향으로 평면에서 보았을 때, 베이스(111b)의 중앙부에 위치한다. 복수의 발광 장치(11)에 있어서, 각각의 LED 칩(111a)에 의한 광 출사의 제어는 서로 독립적으로 제어 가능하다. 이에 의해, 백라이트 유닛(1)은 부분적인 조광 제어(로컬 디밍)가 가능하다.
프린트 기판(12)에 LED 칩(111a) 및 베이스(111b)를 실장할 때에는, 우선, 프린트 기판(12)이 구비하는 도전층 패턴의 2개의 접속 단자부(121) 상에 각각 납땜을 하고, 그 땜납에, 베이스 본체(111g)의 저면에 설치되는 2개의 전극(111c)이 각각 합치하도록, 예를 들어 도시하지 않은 자동기에 의해 프린트 기판(12)에 베이스(111b) 및 베이스(111b)에 고정되어 있는 LED 칩(111a)을 싣는다. 베이스(111b) 및 베이스(111b)에 고정되어 있는 LED 칩(111a)을 실은 프린트 기판(12)은, 적외선을 조사하는 리플로우 조에 보내지고, 땜납은 약 260℃로 뜨거워져 베이스(111b)와 프린트 기판(12)이 납땜된다.
렌즈(112)는 LED 칩(111a)의 발광면측에 LED 칩(111a)을 지지하는 베이스(111b)를 덮도록, 인서트 성형에 의해 LED 칩(111a)에 접촉하여 설치되며, LED 칩(111a)으로부터 출사한 광을 복수의 방향으로 반사 또는 굴절시킨다. 즉, 광을 확산시킨다. 렌즈(112)는 투명한 렌즈이며, 예를 들어 실리콘 수지나 아크릴 수지 등을 포함하여 이루어진다.
렌즈(112)는 액정 패널(2)에 대향하는 면인 상면(112a)이 중앙부에 오목부를 갖고 만곡되며, 측면(112b)이 LED 칩(111a)의 광축(S)과 평행한 대략 원기둥 형상으로 형성되고, 광축(S)에 직교하는 단면에서의 직경 L2가 예를 들어 10mm이고, 베이스(111b)에 대하여 외측으로 연장됨과 함께, 베이스(111b)의 각 측면의 적어도 일부까지 접촉시켜 설치되어 있다. 즉, 렌즈(112)는 LED 칩(111a)의 광축(S)에 직교하는 방향에 관하여 베이스(111b)보다도 크다(렌즈(112)의 직경 L2는 베이스(111b)의 지지면의 한 변의 길이 L1보다도 큼). 이와 같이 렌즈(112)가 베이스(111b)에 대하여 외측으로 연장됨과 함께, 베이스(111b)의 각 측면의 적어도 일부까지 접촉시켜 설치됨으로써, LED 칩(111a)으로부터 출사한 광을 렌즈(112)에 의해 광범위하게 확산시킬 수 있다.
또한, 렌즈(112)의 높이 H1은, 예를 들어 4.5mm이며, 직경 L2보다도 작다. 바꾸어 말하면, 렌즈(112)는 LED 칩(111a)의 광축(S)에 직교하는 방향의 길이(직경 L2)가 높이 H1보다도 크다. 이 렌즈(112)에 입사한 광은, 렌즈(112)의 내부에 있어서 광축(S)에 교차하는 방향으로 확산된다.
상기한 바와 같이, 직경 L2를 높이 H1보다도 크게 설정하는 것은, 백라이트 유닛(1)의 박형화와 액정 패널(2)에의 광의 균일 조사를 위해서이다. 백라이트 유닛(1)을 박형화하기 위해서는, 렌즈(112)의 높이 H1을 작게, 즉 렌즈(112)를 최대한 얇게 할 필요가 있다. 그러나, 렌즈(112)를 얇게 하면, 액정 패널(2)의 배면(22)에 조도 불균일이 발생하기 쉬워져, 그 결과 액정 패널(2)의 전방면(21)에 휘도 불균일이 발생하기 쉬워진다. 특히, 인접하는 LED 칩(111a) 사이의 거리가 긴 경우, 액정 패널(2)의 배면(22)에 있어서 인접하는 LED 칩(111a) 사이의 영역은 LED 칩(111a)으로부터 멀리 이격되어 있어 조사광량이 적어지므로, 그 영역과 LED 칩(111a)에 근접하는 영역 사이에서 조도 불균일(휘도 불균일)이 발생하기 쉬워진다. LED 칩(111a)으로부터 조사된 광을, 렌즈(112)를 통하여 LED 칩(111a)으로부터 멀리 이격된 영역에 조사시키기 위해서는, 렌즈(112)의 직경 L2를 어느 정도 크게 할 필요가 있으며, 본 실시 형태에서는 렌즈(112)의 직경 L2를 높이 H1보다도 크게 함으로써, 백라이트 유닛(1)의 박형화와 액정 패널(2)에의 광의 균일 조사를 가능하게 하고 있다.
또한, 가령, 렌즈(112)의 높이 H1보다도 렌즈(112)의 직경 L2를 작게 한 경우, 백라이트 유닛(1)의 박형화 및 균일 조사가 곤란해질 뿐만 아니라, LED 칩(111a)에 맞추어 렌즈(112)를 성형하는 인서트 성형에 있어서, 밸런스가 나빠지기 쉽다고 하는 과제가 발생한다. 또한, LED 칩(111a) 및 베이스(111b)와, 인서트 성형된 렌즈(112)를 포함하여 이루어지는 발광부(111)를 프린트 기판(12)에 납땜할 때, 밸런스를 무너뜨리기 쉬워 조립 상에도 과제가 발생한다.
렌즈(112)의 상면은 오목부(1121), 제1 만곡부(1122), 제2 만곡부(1123)를 포함하여 구성된다. 렌즈(112)에 있어서, 중앙부에 오목부를 갖고 만곡된 상면(112a)은, 도달한 광을 전반사시켜 측면(112b)으로부터 출사시키는 제1 영역과, 도달한 광을 외측으로 굴절시켜 상면(112a)으로부터 출사시키는 제2 영역을 갖는다. 제1 영역은 제1 만곡부(1122)에 형성되고, 제2 영역은 제2 만곡부(1123)에 형성된다.
렌즈(112)의 상면(112a)에 오목부(1121), 제1 만곡부(1122)(제1 영역), 제2 만곡부(1123)(제2 영역)를 설치하는 이유를 설명한다. 우선, 제1 만곡부(1122)(제1 영역)는, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광이 제1 만곡부(1122)에 도달하면 전반사시켜 측면(112b)으로부터 출사시킨다. 그 출사된 광은 반사 부재(118)에서 확산됨과 함께, LED 칩(111a)으로부터 이격되는 방향으로 멀리 광을 조사시키는 역할을 한다. 이에 의해 외측(LED 칩(111a)으로부터 이격되는 방향)의 광량을 증가시킬 수 있다. 이어서, 제2 만곡부(1123)(제2 영역)는, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광이 제2 만곡부(1122)에 도달하면 외측으로 굴절시켜 확산판(3)을 향하여 조사된다. 그 출사된 광은, 상기 제1 만곡부(1122)(제1 영역)로부터의 확산판(3)에의 조사로 보충할 수 없는 확산판(3)에의 조사 영역을 조사시키는 역할을 한다.
오목부(1121)는 액정 패널(2)에 대향하는 상면(112a)측의 중앙부에 형성되고, 오목부(1121)의 중심(즉, 렌즈(112)의 광축)은 LED 칩(111a)의 광축(S) 상에 위치한다. 오목부(1121)의 저면은 LED 칩(111a)의 발광면에 평행한 원 형상으로 형성되고, 그 직경 L3은 예를 들어 1mm이다. 또한, 본 발명의 다른 실시 형태로서는, 오목부(1121)의 저면의 형상을, 상기 원 형상 대신에, 오목부(1121)를, 상기 원 형상을 가상적인 저면으로 하고, 이 저면으로부터 LED 칩(111a)을 향하여 돌출하는 원추의 측면 형상으로 하여도 된다.
오목부(1121)는, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서, 오목부(1121)에 대향하는 영역에 광을 조사하기 위하여 형성되어 있다. 단, 오목부(1121)는 LED 칩(111a)에 대향하는 부분이므로, LED 칩(111a)으로부터 출사되는 광의 대부분이 오목부(1121)에 도달하고, 그 대부분의 광이 그대로 투과한 경우, 오목부(1121)에 대향하는 영역의 조도가 두드러지게 커진다. 따라서, 오목부(1121)의 형상을 상기 원추의 측면 형상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 원추의 측면 형상으로 한 경우, 대부분의 광이 오목부(1121)에서 반사되어, 오목부(1121)를 투과하는 광은 적어지므로 오목부(1121)에 대향하는 영역의 조도를 억제할 수 있다.
제1 만곡부(1122)는 오목부(1121)의 외주연 단부에 이어지는 환상의 곡면이며, 이 곡면은 LED 칩(111a)의 광축(S)을 중심으로 하여 외측을 향함에 따라 광축(S) 방향의 한쪽(액정 패널(2)을 향하는 방향)으로 연장되고, 내측 및 광축(S) 방향의 한쪽으로 볼록해지도록 만곡되어 있다. 여기서, 외주연 단부란, 광축(S) 방향으로 평면에서 보았을 때, 광축(S)을 중심으로 하여 최외측이 되는 부분이며, 광축(S)의 주위를 1주하는 부분이다. 이 곡면의 형상은 LED 칩(111a)으로부터 출사된 광이 전반사되도록 설계된다.
보다 상세하게는, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광 중, 제1 만곡부(1122)에 도달한 광은 제1 만곡부(1122)에서 전반사된 후, 렌즈의 측면(112b)을 투과하고, 반사 부재(118)의 후술하는 제1 반사 부분(1181)을 향한다. 제1 반사 부분(1181)에 도달한 광은, 이 제1 반사 부분(1181)에서 확산되고, 확산광의 일부는, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서, LED 칩(111a)에 대향하지 않고, 제1 반사 부분(1181)에 대향하는 영역에 조사된다. 또한, 확산광의 다른 일부는, 반사 부재(118)의 후술하는 제2 반사 부분(1182)을 향하며, 이 제2 반사 부분(1182)에서 확산되고, 확산광은, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서, LED 칩(111a)에 대향하지 않고, 제2 반사 부분(1182)에 대향하는 영역에 조사된다. 이와 같이 하여 LED 칩(111a)에 대향하지 않는 영역에의 조사광량을 증가시킬 수 있다.
제1 만곡부(1122)는, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광을 전반사하기 위하여, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광의 입사 각도가 임계각 φ 이상이 되도록 형성된다. 예를 들어, 렌즈(112)의 재질을 아크릴 수지로 할 때, 아크릴 수지의 굴절률은 「1.49」이고, 공기의 굴절률은 「1」이므로, sinφ=1/1.49가 된다. 이 식으로부터 임계각 φ는 42.1°가 되고, 제1 만곡부(1122)는 입사 각도가 42.1°이상이 되는 형상으로 형성된다. 또한, 예를 들어 렌즈(112)의 재질을 실리콘 수지로 할 때, 실리콘 수지의 굴절률은 「1.43」이고, 공기의 굴절률은 「1」이므로, sinφ=1/1.43이 된다. 이 식으로부터 임계각 φ는 44.4°가 되고, 제1 만곡 부분(1122)은 입사 각도가 44.4°이상이 되는 형상으로 형성된다.
제2 만곡부(1123)는, 제1 만곡부(1122)의 외주연 단부에 이어지며, LED 칩(111a)의 광축(S)을 중심으로 하여 외측을 향함에 따라 광축(S) 방향의 다른쪽(액정 패널(2)로부터 이반되는 방향)으로 연장되고, 외측 및 광축(S) 방향의 한쪽으로 볼록해지도록 만곡된 환상의 곡면이다.
본 실시 형태에서는, 렌즈(112)는 그 저면 전체에 광을 반사하는 반사부(119)가 설치된다. 이에 의해, 렌즈(112)의 내부를 진행하여, 그 저면에 도달한 광을 반사부(119)에서 반사시킬 수 있으므로, 광의 손실을 저감할 수 있다. 반사부(119)는 은이나 알루미늄의 시트를 붙이거나, 알루미늄 증착을 행하거나 함으로써 형성할 수 있다. 반사부(119)의 두께는, 예를 들어 50㎛이며, LED 칩(111a)으로부터 출사되는 가시광에 대한 반사율(전반사율)이 98％ 이상이다. 또한, 알루미늄 증착은, 진공으로 한 용기 중에서 알루미늄을 가열시켜 증착 대상물인 렌즈(112)의 저면에 부착시켜 행해진다.
LED 칩(111a)으로부터 출사된 광 중 제2 만곡부(1123)에 도달한 광은, 제2 만곡부(1123)를 투과할 때, 발광부(111)를 향하는 방향(X 방향)으로 굴절되어 확산판(3) 및 반사 부재(118)를 향한다. 반사 부재(118)에 도달한 광은 확산하여 확산판(3)을 향한다. 이렇게 제2 만곡부(1123)에 의해 확산판(3)을 향하는 광은, 확산판(3)에 있어서, 오목부(1121) 및 제1 만곡부(1122)에 의해 광이 조사되는 영역과는 상이한 영역에 주로 조사되며, 이에 의해 광량의 보완이 행해진다. 또한, 제2 만곡부(1123)는 광을 투과할 필요가 있으므로, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광을 전반사하지 않도록 입사 각도가 42.1°미만이 되는 형상으로 형성된다.
이와 같이, 렌즈(112)는, 오목부(1121)의 외주연 단부에, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광을 렌즈(112)의 측면(112b)을 향하여 전반사시키는 제1 만곡부(1122)가 형성되고, 그 제1 만곡부(1122)의 외주연 단부에, LED 칩(111a)으로부터 출사된 광을 굴절시키는 제2 만곡부(1123)가 형성되어 있다. LED 칩(111a)은 일반적으로 지향성이 강하여, 광축(S) 부근의 광량이 매우 크고, 광축(S)에 대한 광의 출사 각도가 커지면 커질수록 광량이 작아진다. 따라서, LED 칩(111a)의 광축(S)(즉, 렌즈(112)의 광축)으로부터 비교적 먼 영역에의 조사광량을 크게 하기 위해서는, 광축(S)에 대한 출사 각도가 큰 광을 이 영역에 보내는 것이 아니라, 출사 각도가 작은 광을 이 영역에 보낼 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이, 광축(S)이 통과하는 오목부(1121)의 주위에, 상기 영역을 향하여 광을 전반사시키는 제1 만곡부(1122)가 인접하여 형성되므로, 이 영역에의 조사광량을 크게 할 수 있다. 이에 반하여, 가령, 오목부(1121)의 주위에 제2 만곡부(1123)를 인접시켜 형성하고, 그 제2 만곡부(1123)의 주위에 제1 만곡부(1122)를 인접하여 형성한 경우, 제1 만곡부(1122)를 향하는 광의 광축(S)에 대한 출사 각도가 커져, 그 결과, 제1 만곡부(1122)에서 전반사되어 상기 영역에 조사되는 광의 양은 적어지게 된다.
도 7은 LED 칩(111a)으로부터 출사된 광의 광로를 설명하기 위한 도면이다. LED 칩(111a)으로부터 출사한 광은 렌즈(112)에 입사되며, 이 렌즈(112)에서 확산된다. 구체적으로는, 렌즈(112)에 입사한 광 중, 액정 패널(2)에 대향하는 상면(112a)에 있어서 오목부(1121)에 도달한 광은 액정 패널(2)을 향하여 화살표(A1) 방향으로 출사되고, 제1 만곡부(1122)에 도달한 광은 반사되어 측면(112b)으로부터 화살표(A2) 방향으로 출사되고, 제2 만곡부(1123)에 도달한 광은 외측(LED 칩(111a)으로부터 이격되는 방향)으로 굴절되어 액정 패널(2)을 향하여 화살표(A3) 방향으로 출사된다.
또한, 본 실시 형태에서는 LED 칩(111a)과 렌즈(112)는, 렌즈(112)의 중심(즉, 렌즈(112)의 광축)이 LED 칩(111a)의 광축(S) 상에 위치하고, 렌즈(112)가 LED 칩(111a)에 접촉하도록 미리 고정밀도로 위치 정렬되어 형성되어 있다.
여기서, 렌즈(112)의 광축이란, 렌즈(112)를 통과하는 광속의 대표가 되는 가상적인 광선을 가리키며, 렌즈(112)는 1개의 축(광축) 주위로 회전 대칭인 면으로 형성된다.
도 8a 내지 도 8d는 발광점이 1개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 내지 도 8d에서는, 이해가 쉬워지도록, 렌즈(112)와, 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 이격시켜 도시하고 있다. 또한, 도 8a 내지 도 8d에서는 베이스(111b) 상에 1개의 LED 칩(111a)이 지지되어 있으며, 이 경우에는 발광점은 1개이다. 도 8a는 렌즈(112)의 광축(S1) 방향의 상방으로부터 본 렌즈(112)를 도시하고, 도 8b는 광축(S1)에 직교하는 방향으로부터 본 렌즈(112)의 단면도를 도시하고, 도 8c는 LED 칩(111a)의 광축(S) 방향의 상방으로부터 본 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 도시하고, 도 8d는 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)의 사시도를 도시한다. 렌즈(112)의 광축(S1)은, 렌즈(112)의 중심을 통과하여 오목부(1121)의 저면에 직교하는 직선이다. 한편, LED 칩(111a)의 광축(S)은, 1개의 LED 칩(111a)의 발광점을 통과하여 발광면에 직교하는 직선이다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 정해진 렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)이 실질적으로 일치하고 있다.
본 발명에 있어서, 「렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)이 실질적으로 일치하고 있다」란, 광축(S1)과 광축(S)이 어긋나지 않고 완전히 일치하고 있는 것만을 의미하는 것이 아니라, 광축(S1)과 광축(S)의 수평 방향의 이격 거리인 어긋남량(이하, 「광축 어긋남량」이라고 함)이 소정의 허용 범위 내이면, 광축(S1)과 광축(S)이 일치한다고 간주하는 것을 의미한다.
광축 어긋남량의 허용 범위는, 확산판(3)의 액정 패널(2)측의 면에서의 충분한 휘도 균일성(휘도 불균일이 8％ 이내)을 확보할 수 있도록, 렌즈(112)의 형상(두께, 외경 등) 등을 고려하여 설정되며, 본 실시 형태에서는 광축 어긋남량이 70㎛ 이하이면 허용 범위 내로 한다. 또한, 광축 어긋남량을 70㎛ 이하의 허용 범위 내로 하기 위한 상세 방법에 대해서는 후술한다.
도 9a 내지 도 9d는 발광점이 2개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 9a 내지 도 9d에서는, 이해가 쉬워지도록, 렌즈(112)와, 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 이격시켜 도시하고 있다. 또한, 도 9a 내지 도 9d에서는 베이스(111b) 상에 2개의 LED 칩(111a)이 지지되어 있으며, 이 경우에는 발광점은 2개이다. 도 9a는 렌즈(112)의 광축(S1) 방향의 상방으로부터 본 렌즈(112)를 도시하고, 도 9b는 광축(S1)에 직교하는 방향으로부터 본 렌즈(112)의 단면도를 도시하고, 도 9c는 LED 칩(111a)의 광축(S) 방향의 상방으로부터 본 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 도시하고, 도 9d는 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)의 사시도를 도시한다. 렌즈(112)의 광축(S1)은, 렌즈(112)의 중심을 통과하여 오목부(1121)의 저면에 직교하는 직선이다. 한편, LED 칩(111a)의 광축(S)은, 2개의 LED 칩(111a) 각각에 대응한 2개의 발광점을 연결한 선분의 중심을 통과하여 발광면에 직교하는 직선이다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 정해진 렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)이 실질적으로 일치하고 있다.
도 10a 내지 도 10d는 발광점이 3개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 10a 내지 도 10d에서는, 이해가 쉬워지도록, 렌즈(112)와, 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 이격시켜 도시하고 있다. 또한, 도 10a 내지 도 10d에서는 베이스(111b) 상에 3개의 LED 칩(111a)이 지지되어 있으며, 이 경우에는 발광점은 3개이다. 도 10a는 렌즈(112)의 광축(S1) 방향의 상방으로부터 본 렌즈(112)를 도시하고, 도 10b는 광축(S1)에 직교하는 방향으로부터 본 렌즈(112)의 단면도를 도시하고, 도 10c는 LED 칩(111a)의 광축(S) 방향의 상방으로부터 본 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 도시하고, 도 10d는 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)의 사시도를 도시한다. 렌즈(112)의 광축(S1)은, 렌즈(112)의 중심을 통과하여 오목부(1121)의 저면에 직교하는 직선이다. 한편, LED 칩(111a)의 광축(S)은, 3개의 LED 칩(111a) 각각에 대응한 3개의 발광점을 정점으로 하는 삼각형의 중심을 통과하여 발광면에 직교하는 직선이다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 정해진 렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)이 실질적으로 일치하고 있다.
도 11a 내지 도 11d는 발광점이 4개인 경우에 있어서의 렌즈(112)의 광축과 LED 칩(111a)의 광축이 실질적으로 일치하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 11a 내지 도 11d에서는, 이해가 쉬워지도록, 렌즈(112)와, 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 이격시켜 도시하고 있다. 또한, 도 11a 내지 도 11d에서는 베이스(111b) 상에 4개의 LED 칩(111a)이 지지되어 있으며, 이 경우에는 발광점은 4개이다. 도 11a는 렌즈(112)의 광축(S1) 방향의 상방으로부터 본 렌즈(112)를 도시하고, 도 11b는 광축(S1)에 직교하는 방향으로부터 본 렌즈(112)의 단면도를 도시하고, 도 11c는 LED 칩(111a)의 광축(S) 방향의 상방으로부터 본 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 도시하고, 도 11d는 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)의 사시도를 도시한다. 렌즈(112)의 광축(S1)은, 렌즈(112)의 중심을 통과하여 오목부(1121)의 저면에 직교하는 직선이다. 한편, LED 칩(111a)의 광축(S)은, 4개의 LED 칩(111a) 각각에 대응한 4개의 발광점을 정점으로 하는 사각형의 중심을 통과하여 발광면에 직교하는 직선이다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 정해진 렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)이 실질적으로 일치하고 있다.
LED 칩(111a)과 렌즈(112)를 미리 위치 정렬하여 형성하는 방법으로서는, 인서트 성형, 소정의 형상으로 성형된 렌즈(112)에 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 끼워 맞추게 하는 방법 등을 들 수 있다. 본 실시 형태에서는 LED 칩(111a)과 렌즈(112)는 인서트 성형에 의해 미리 위치 정렬되어 형성되어 있다.
인서트 성형할 때에는 크게 나누어 상면 금형과 하면 금형을 사용한다. 상면 금형과 하면 금형을 맞추었을 때 형성되는 공간에, LED 칩(111a)을 유지한 상태로, 렌즈(112)의 원료가 되는 수지를 수지 유입구로부터 주입함으로써 성형한다. 또한, 상면 금형과 하면 금형을 맞추었을 때 형성되는 공간에, 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 유지한 상태로, 렌즈(112)의 원료가 되는 수지를 수지 주입구로부터 주입함으로써 성형하도록 하여도 된다. 이와 같이 LED 칩(111a)과 렌즈(112)를 인서트 성형에 의해 형성함으로써, 렌즈(112)가 LED 칩(111a)에 접촉하도록 고정밀도로 위치 정렬할 수 있다. 이에 의해, 백라이트 유닛(1)은, LED 칩(111a)으로부터 출사한 광을 LED 칩(111a)에 접촉한 렌즈(112)에 의해 고정밀도로 반사 및 굴절시킬 수 있으므로, 확산판(3)부터 프린트 기판(12)까지의 거리 H3(H3은, 예를 들어 6mm)이 작은 박형화된 액정 표시 장치(100)에 있어서도, 면 방향에 있어서 강도가 균일화된 광을 액정 패널(2)에 조사할 수 있다.
베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)을 유지한 상태로, 렌즈(112)의 원료가 되는 수지를 수지 주입구로부터 주입하는 인서트 성형에 대하여, 이하에 설명한다. 도 12는 인서트 성형기(400)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 12는 고정판(401)과 가동판(402)이 밀착된 상태를 도시한다. 도 13a 및 도 13b는 인서트 성형기(400)를 분해하여 도시하는 도면이다. 도 13a 및 도 13b는 가동판(402)이 고정판(401)에 대하여 이반된 상태를 도시하며, 인서트 성형품을 취출하는 상태를 도시한다. 도 14는 인서트 성형기(400)의 주요부를 확대하여 도시하는 도면이다.
인서트 성형기(400)는, 고정측 설치판(4012)에 설치된 고정측 형판(4011)을 갖는 고정판(401)과, 가동측 설치판(4022)에 설치된 가동측 형판(4021)을 갖는 가동판(402)을 포함하여 구성되는 2 플레이트 금형 방식의 성형기이다. 가동판(402)은 고정판(401)에 대하여 근접 또는 이반되도록 이동 가능하다. 이 인서트 형성기(400)는, 스풀 러너(405)와, 가이드 핀(406)과, EJ 핀(408)과, 리턴 스풀링(409b)이 설치된 이젝터 플레이트(409a)를 더 구비한다. 이젝터 플레이트(409a)에는, 리턴 스풀링(409b)을 삽입 관통한 핀(409c)이 설치되어 있다.
고정판(401)의 고정측 형판(4011)에는, 성형 부품인 렌즈(112)에 대응한 형상의 공간을 형성하는 렌즈 형상 오목부(4031)를 갖는 상면 금형(403)이 설치되어 있다. 또한, 가동판(402)의 가동측 형판(4021)에는, LED 형상 오목부(4041)와 수지 유입 오목부(4042)를 갖는 하면 금형(404)이 설치되어 있다. LED 형상 오목부(4041)는, 인서트 부품인, 베이스(111b)에 지지된 LED 칩(111a)(이하, 「LED(500)」라고 함)에 대응한 사각 기둥 형상의 공간을 형성한다. 수지 유입 오목부(4042)는, 렌즈(112)의 성형시에 렌즈(112)의 저면에 형성되는 가설치 보스부(501)(이 가설치 보스부(501)는 성형 후에 절제되는 불필요 부분)에 대응한 형상의 공간을 형성한다. 인서트 성형시에는, 스풀 러너(405)로부터 유출된 용융 수지가 수지 유입 오목부(4042)를 통하여 렌즈 형상 오목부(4031)에 유입되도록 되어 있다.
또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 상면 금형(403)과 하면 금형(404)의 사이에는 내재적 중첩 금형(4032)이 설치되며, 이 내재적 중첩 금형(4032)과 상면 금형(403)은 수평 방향으로 소정의 간극(G1)(0.2mm)을 두고 설치되어 있다. 하면 금형(404)에 대한 내재적 중첩 금형(4032)의 위치 조정은, 내재적 중첩 금형(4032)의 상방에 배치되는 조정 볼트(4033)에 의해 행해진다.
스풀 러너(405)는, 도시하지 않은 노즐로부터 사출된 용융 수지(렌즈(112)를 구성하는 수지이며, 예를 들어 실리콘 수지)를 렌즈 형상 오목부(4031)에 유입시키기 위한 부재이며, 수지 유입 오목부(4042)에 접속되는 게이트(4051)(서브머린 게이트 방식의 게이트)를 통하여 렌즈 형상 오목부(4031)에 용융 수지를 유입시킨다.
가이드 핀(406)은 가동측 설치판(4022)에 고정되는 핀이다. 가동판(402)이 고정판(401)에 근접하도록 소정의 위치로 이동하며, 인서트 성형이 행해질 때에는, 가이드 핀(406)은 고정측 형판(4011)에 형성되는 삽입 관통 구멍(407)에 삽입 관통되도록 되어 있으며, 이에 의해 고정판(401)에 대한 가동판(402)의 위치 정렬이 가능하게 된다.
EJ 핀(408)은 이젝터 플레이트(409a)에 고정되는 핀이며, LED 대응 핀(408a)과 렌즈 대응 핀(408b)을 갖는다. LED 대응 핀(408a)은, 인서트 성형 종료 후에, 가동판(402)이 고정판(401)으로부터 이반되도록 이동하면, LED 형상 오목부(4041)에 삽입된 LED(500)의 베이스(111b)의 저면을 연직 방향 하방으로부터 상방을 향하여 밀어올려, 인서트 성형품을 LED 형상 오목부(4041)로부터 분리하도록 기능한다. 또한, 렌즈 대응 핀(408b)은, 인서트 성형 종료 후에, 가동판(402)이 고정판(401)으로부터 이반되도록 이동하면, LED(500)에 고정된 렌즈(112)의 저면을 연직 방향 하방으로부터 상방을 향하여 밀어올려, 인서트 성형품을 LED 형상 오목부(4041)로부터 분리하도록 기능한다.
이어서, 인서트 성형기(400)를 사용하여, LED(500)에 렌즈(112)가 고정된 인서트 성형품을 성형하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도 13b에 도시한 바와 같이, 하면 금형(404)의 LED 형상 오목부(4041)에 인서트 부품인 LED(500)를 삽입한다. LED(500)의 LED 형상 오목부(4041)에의 삽입 방법은, 작업자의 손에 의한 수동이어도 되고, 로봇 아암을 사용하는 방법이어도 된다. 또한, LED 형상 오목부(4041)의 크기는, LED(500)의 삽입성을 고려하여 LED(500)의 베이스(111b)의 크기에 기초하여 설정된다. 구체적으로는, LED 형상 오목부(4041)에 있어서, 정사각 형상의 개구에서의 한 변의 길이 L4는, 베이스(111b)의 한 변의 길이 L1이 3mm인 것에 대하여 3.03mm(3mm+30㎛)로 설정되고, 오목부 높이 H5는 베이스(111b)의 높이 H4가 1mm인 것에 대하여 0.5mm로 설정된다.
베이스(111b)는, 제조 로트의 차이에 의해, 그 한 변의 길이 L1이 10㎛의 변동 폭을 갖는다. 이 한 변의 길이 L1의 변동 폭(10㎛)과, LED 형상 오목부(4041)에 대한 LED(500)의 삽입 클리어런스(L4-L1=30㎛)를 합산한 「40㎛」가, LED 형상 오목부(4041)에 대하여 LED(500)를 삽입할 때의 수평 방향(X 방향에 대하여 직교하는 방향)에 관한 삽입 변동 폭이 된다.
이어서, 가동판(402)을 고정판(401)에 근접시키는 방향(연직 방향 상방)으로 이동시켜, 가동판(402)과 고정판(401)을 밀착시킨다. 이와 같이 가동판(402)과 고정판(401)을 밀착시킴으로써 상면 금형(403)과 하면 금형(404)이 밀착되고, 이에 의해, 상면 금형(403)의 렌즈 형상 오목부(4031)에 의해 형성되는 공간이 밀폐 공간이 된다.
LED 칩(111a)의 광축(S)은, 제조 로트의 차이에 따라 베이스(111b)에 대한 수평 방향의 위치가 상이하다(제조 로트의 차이에 의한 LED 칩(111a)의 광축(S)의 베이스(111b)에 대한 위치 변동 폭: 20㎛ 이하). 조정 볼트(4033)에 의해, 하면 금형(404)에 대한 내재적 중첩 금형(4032)의 수평 방향의 위치 조정을 제조 로트마다 행함으로써, 이 변동을 흡수하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 가동판(402)과 고정판(401)이 밀착된 상태로, 스풀 러너(405)의 게이트(4051)로부터 수지 유입 오목부(4042)를 통하여 렌즈 형상 오목부(4031)에 용융 수지를 유입시켜 렌즈(112)를 성형함과 함께, 렌즈 형상 오목부(4031)에 대향하는 LED 형상 오목부(4041)에 삽입된 LED(500)에 렌즈(112)를 고정시킨다. 이때, 렌즈(112)는, 성형 조건 등의 변동에 의해 발생하는, 그 광축(S1)의 수평 방향의 위치 어긋남 폭이 10㎛ 이하인 것을 허용 범위로 하여 성형된다. 또한, 성형된 렌즈(112)의 저면에는, 수지 유입 오목부(4042)에 대응한 형상의 가설치 보스부(501)가 형성되어 있다.
이와 같이 하여 LED(500)에 렌즈(112)가 고정되면, 이어서 가동판(402)을 고정판(401)로부터 이반하는 방향(연직 방향 하방)으로 이동시킨다. 이에 의해, 성형된 렌즈(112)가 렌즈 형상 오목부(4031)로부터 이형되고, LED(500)와 렌즈(112)가 일체 성형된 인서트 성형품이 LED 형상 오목부(4041) 내에 남는다.
가동판(402)이 고정판(401)으로부터 이반되는 방향으로 이동하면, EJ 핀(408)이 연직 방향 하방으로부터 상방을 향하여 이동된다. EJ 핀(408)의 LED 대응 핀(408a)은, LED 형상 오목부(4041)에 삽입된 LED(500)의 베이스(111b)의 저면을 연직 방향 하방으로부터 상방을 향하여 밀어올리고, 그것과 동시에, 렌즈 대응 핀(408b)은, LED(500)에 고정된 렌즈(112)의 저면을 연직 방향 하방으로부터 상방을 향하여 밀어올린다. 이에 의해, LED(500)와 렌즈(112)가 일체 성형된 인서트 성형품을 LED 형상 오목부(4041)로부터 분리할 수 있다.
인서트 성형품을 LED 형상 오목부(4041)로부터 분리할 때, EJ 핀(408)에 의해 렌즈(112)의 저면만을 밀어올리도록 한 경우에는, LED(500)와 렌즈(112)가 분리되어 버릴 우려가 있다. 또한, EJ 핀(408)에 의해 베이스(111b)의 저면만을 밀어올리도록 한 경우에는, 렌즈(112)의 저면에 형성된 가설치 보스부(501)가 수지 유입 오목부(4042)로부터 이형될 때 이상 부하가 발생하여, LED 칩(111a)의 광축(S)과 렌즈(112)의 광축(S1)의 광축 어긋남의 원인으로 이어질 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, LED 대응 핀(408a)에 의해 베이스(111b)의 저면을 밀어올리고, 그것과 동시에, 이젝터 플레이트(409a)에 고정된 렌즈 대응 핀(408b)에 의해 렌즈(112)의 저면을 밀어올림으로써, LED 형상 오목부(4041)로부터 인서트 성형품을 분리하도록 하고 있으므로, 상기와 같은 문제는 발생하지 않는다.
이와 같이 하여 LED 형상 오목부(4041)로부터 분리된 인서트 성형품에는, 렌즈(112)의 저면에 가설치 보스부(501)가 형성되어 있으므로, 이 가설치 보스부(501)를 절제하여 인서트 성형을 종료한다.
이상과 같이, 인서트 성형기(400)를 사용함으로써, 전술한 바와 같이, 이하의 조건을 만족하여 LED(500)에 렌즈(112)가 고정된 인서트 성형품을 성형할 수 있다.
(1) LED 형상 오목부(4041)에 대하여 LED(500)를 삽입할 때의 수평 방향에 관한 삽입 변동 폭이 「40㎛」이다.
(2) 렌즈(112)는, 그 광축(S1)의 수평 방향의 위치 어긋남 폭이 「10㎛ 이하」인 것을 허용 범위로 하여 성형된다.
즉, 인서트 성형기(400)를 사용한 인서트 성형에 의해, 렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)의 광축 어긋남량을, 상기 「40㎛」와, 상기 「10㎛ 이하」라고 하는 합의 최대값인 「50㎛」이하로 할 수 있다. 또한, 상기 이외의 어긋남의 마진으로서 20㎛를 확보하는 것이 바람직하다. 따라서, 인서트 형성기(400)를 사용함으로써, 확산판(3)의 액정 패널(2)측의 면에서의 충분한 휘도 균일성(휘도 불균일이 8％ 이내)을 확보할 수 있도록 광축 어긋남량을 70㎛ 이하의 허용 범위 내로 할 수 있어, 렌즈(112)의 광축(S1)과 LED 칩(111a)의 광축(S)이 실질적으로 일치한 인서트 형성품을 성형할 수 있다.
도 15 및 도 16을 사용하여 반사 부재(118)에 대하여 설명한다. 도 15는 반사 부재(118) 및 발광부(111)의 사시도이고, 도 16은 반사 부재(118)의 사시도이다. 또한, 도 17은 발광부(111)로부터 출사되는 광의 광로를 도시하는 도면이다.
반사 부재(118)는 입사하는 광을 반사하는 부재이다. 반사 부재(118)는, LED 칩(111a)으로부터 조사되는 광에 대하여 높은 반사율, 이상적으로는 100％의 반사율을 갖는다. 여기서, 반사 부재(118)를 구성하는 재료 자체의 반사율은, JIS K 7375에 준거하여 측정할 수 있다.
반사 부재(118)는 고휘성 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), 알루미늄 등을 포함하여 이루어진다. 고휘성 PET란, 형광제를 함유한 발포성 PET이며, 예를 들어 도레이 가부시끼가이샤제의 E60V(상품명) 등을 들 수 있다. 반사 부재(118)의 두께는, 예를 들어 0.1 내지 0.5mm이다. 또한, 인접하는 발광 장치(11) 사이에서의 반사 부재(118)의 중앙점의 간격은, 정사각 형상의 발광 장치(11)의 한 변의 길이가 55mm일 때, 예를 들어 55mm 내지 58mm이다.
반사 부재(118)는, X 방향으로 평면에서 보았을 때의 외형상이 다각 형상, 예를 들어 정사각 형상이다. 반사 부재(118)는, 본 발명에 관한 「기초부」인 제1 반사 부분(1181)과, 본 발명에 관한 「경사부」인 제2 반사 부분(1182)을 갖는다. 제1 반사 부분(1181)은, X 방향으로 평면에서 보았을 때의 외형상이 정사각 형상이며, 프린트 기판(12) 상에 있어서, LED 칩(111a)의 광축(S)에 수직인 방향으로 연장되어 있다. 제2 반사 부분(1182)은, 제1 반사 부분(1181)을 둘러싸며, X 방향에 수직인 방향에 있어서 LED 칩(111a)으로부터 이격됨에 따라, LED 칩(111a)의 광축(S) 방향에 있어서 프린트 기판(12)으로부터 이격되고 확산판(3)을 향하도록 경사져 연장되어 있다. 따라서, 제1 반사 부분(1181)과 제2 반사 부분(1182)에 의해 구성되는 반사 부재(118)는, LED 칩(111a)을 중심으로 한 역 돔 형상으로 형성된다.
제1 반사 부분(1181)은, X 방향으로 평면에서 보았을 때의 정사각 형상의 각 변이, 매트릭스 형상으로 배치되는 복수의 LED 칩(111a)의 행방향 또는 열방향과 평행해지도록 형성된다. 또한, 제1 반사 부분(1181)은, 프린트 기판(12)을 따라 형성되며, X 방향으로 평면에서 보았을 때, 중앙부에 원 형상의 개구부가 설치된다. 이 원 형상의 개구부의 직경의 길이는, LED 칩(111a)을 피복하는 렌즈(112)의 직경의 길이 L2와 동일 정도인 10mm 내지 13mm이며, 프린트 기판(12)에 렌즈(112)를 포함하는 발광부(111)가 실장된 후, 반사 부재(118)를 프린트 기판(12) 상에 설치할 때, 이 개구부에 발광부(111)가 삽입 관통된다.
제2 반사 부분(1182)은, 주면이 등변사다리꼴 형상 평면으로 되는 4개의 사다리꼴 형상 평판(1182a)에 의해 구성된다. 따라서, 제2 반사 부분(1182)에 대하여, 발광부(111)에 면하는 면은 4개의 평면으로 구성된다.
각 사다리꼴 형상 평판(1182a)에 있어서, 등변사다리꼴 형상의 대향하는 평행한 2변 중 짧은 쪽의 변, 즉 짧은 쪽의 저변(1182aa)은 정사각 형상인 제1 반사 부분(1181)의 각 변에 각각 이어진다. 각 사다리꼴 형상 평판(1182a)에 있어서, 등변사다리꼴 형상의 대향하는 평행한 2변 중 긴 쪽의 변, 즉 긴 쪽의 저변(1182ab)은 X 방향에 있어서 제1 반사 부분(1181)보다도 프린트 기판(12)으로부터 이격된 위치, 즉 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 보다 가까운 위치에 설치된다. 인접하는 사다리꼴 형상 평판(1182a)끼리는 등변사다리꼴 형상의 대향하는 비평행한 2변의 각 변, 즉 측변(1182ac)끼리 이어진다.
사다리꼴 형상 평판(1182a)과 프린트 기판(12)의 사이의 경사 각도 θ1은, 예를 들어 45°내지 85°이며, 본 실시 형태에서는 80°이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반사 부재(118)의 높이 H2는, 예를 들어 2.5 내지 5mm이다. 여기서, 높이 H2는, 제2 반사 부분(1182)의 X 방향에 있어서 제1 반사 부분(1181)의 표면으로부터 가장 이격된 부분과, 제1 반사 부분(1181)의 표면과의 X 방향에서의 거리이다.
4개의 사다리꼴 형상 평판(1182a)의, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에의 투영 면적의 합계값은, 정사각 형상의 중심에 원 형상의 개구가 형성된 형상의 제1 반사 부분(1181)의, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에의 투영 면적보다도 작다. 즉, 제1 반사 부분(1181)의 피조사체에의 투영 면적은, 제2 반사 부분(1182)의 피조사체에의 투영 면적보다도 크다.
본 실시 형태에서는 정사각 형상의 발광 장치(11)의 한 변의 길이는 55mm이며, 경사 각도 θ1은 80°이다. 따라서, 반사 부재(118)의 높이 H2를 5mm로 하면, 제2 반사 부분(1182)을 구성하는 1개의 사다리꼴 형상 평판(1182a)의, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에의 투영 면적은 {55+(55-2×5/tanθ1)}×(5/tanθ1)×1/2≒47.7[mm2]이다. 따라서, 제2 반사 부분(1182)의, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에의 투영 면적은 47.7×4=190.8[mm2]이다. 이에 반하여, 제1 반사 부분(1181)의, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에의 투영 면적은, 제1 반사 부분(1181)에 형성되는 원 형상의 개구부의 직경을 10mm로 하면, (55-2×5/tanθ1)×(55-2×5/tanθ1)-5×5×3.14≒2755.6[mm2]이다. 따라서, 제1 반사 부분(1181)의 피조사체에의 투영 면적은, 제2 반사 부분(1182)의 피조사체에의 투영 면적보다도 10배 이상 크게 된다.
상기와 같이 구성되고, 복수의 발광 장치(11)에 각각 구비되는 반사 부재(118)는 서로 일체적으로 성형되는 것이 바람직하다. 복수의 반사 부재(118)를 일체 성형하는 방법으로서는, 반사 부재(118)가 발포성 PET에 의해 구성되어 있는 경우에는 진공 성형 가공을 들 수 있고, 반사 부재(118)가 알루미늄에 의해 구성되어 있는 경우에는 프레스 성형 가공(금형을 사용하여 금속 재료를 프레스하여 성형하는 가공)을 들 수 있다.
예를 들어, 발포성 PET를 포함하여 이루어지는 복수의 반사 부재(118)를 진공 성형 가공에 의해 일체 성형하는 경우에는, 다음과 같이 하여 성형한다. 우선, 발포성 PET에 의해 제작된 시트를 가열 연화시킨 후, 미리 진공 흡인을 위한 작은 구멍(진공 구멍)을 다수 뚫은 틀의 상부에 고정한다. 이어서, 틀 또는 시트를 이동시켜 시트와 틀의 사이를 공기가 누설되지 않도록 밀폐한 후, 진공 구멍을 통하여 내부 공기를 급속하게 배제한다. 시트는 내부가 감압으로 되기 때문에 대기압에 의해 틀 면 위에 압박되어, 틀의 형상을 충실히 재현한다. 이와 같이 하여 성형된 것을 냉각 후에 틀로부터 취출하고, 일체 성형된 반사 부재(118)를 제조할 수 있다.
이와 같이 복수의 발광 장치(11)에 각각 구비되는 반사 부재(118)를 일체 성형함으로써, 각 발광부(111)의 각 반사 부재(118)에 대한 배치 위치의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 반사 부재(118)에 의해, 피조사체의 휘도가 면 방향에 있어서 보다 균일해지도록 광을 반사할 수 있다. 또한, 반사 부재(118)를 일체 성형함으로써, 백라이트 유닛(1)의 조립 작업시, 반사 부재(118)를 설치하는 작업수를 저감할 수 있으므로, 조립 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 구성되는 발광 장치(11)를 구비하는 백라이트 유닛(1)에 따르면, 렌즈(112)로부터 출사한 광 중, 렌즈(112)의 측면(112b)으로부터 출사한 광의 일부는, 반사 부재(118)의 제1 반사 부분(1181)에 입사하여 확산된다. 제1 반사 부분(1181)은, 프린트 기판(12)을 따라 렌즈(112)의 광축(S1)에 수직으로 연장되어 있으므로, 제1 반사 부분(1181)에서 확산된 광의 일부는, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서, X 방향으로 평면에서 보았을 때 제1 반사 부분(1181)이 투영되는 부분에 조사된다. 즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 발광부(111)의 렌즈(112)의 측면(112b)으로부터 출사되는 광의 일부 광로는, 제1 반사 부분(1181)에 입사하여 반사한 후, 피조사체를 향하는 광로가 된다.
제1 반사 부분(1181)에서 확산된 광의 다른 일부는, 제1 반사 부분(1181)의 외주연 단부를 둘러싸는 제2 반사 부분(1182)에 입사한다. 여기서, 제1 반사 부분(1181)의 외주연 단부란, 광축(S) 방향으로 제1 반사 부분(1181)을 평면에서 보았을 때, 광축(S)을 중심으로 하여 최외측이 되는 부분이며, 즉 제1 반사 부분(1181)과 제2 반사 부분(1182)의 경계 부분이다. 제2 반사 부분(1182)은, 외측(LED 칩(111a)으로부터 이격되는 방향)으로 됨에 따라 프린트 기판(12)으로부터 이반하여 연장되며, 발광부(111)에 면하는 면이 복수의 평면으로 구성되므로, 제2 반사 부분(1182)에 입사한 광을 프린트 기판(12)에 평행한 액정 패널(2)측에 반사하고, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서, X 방향으로 평면에서 보았을 때 제2 반사 부분(1182)이 투영되는 부분에 입사시킬 수 있다. 즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 발광부(111)의 렌즈(112)의 측면(112b)으로부터 출사되는 광의 일부 광로는, 제1 반사 부분(1181)에 입사하여 반사되고, 다음에 제2 반사 부분(1182)에 입사하여 반사된 후, 피조사체를 향하는 광로가 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는 제2 반사 부분(1182)을 대략 원호 형상으로 형성하지 않고, 평면 형상으로 형성하여도, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서, X 방향으로 평면에서 보았을 때 제1 반사 부분(1181)이 투영되는 영역 및 제2 반사 부분(1182)이 투영되는 영역의 각각에 충분한 양의 광을 조사할 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛(1)은, 면 방향에 있어서 휘도가 균일화된 광을 피조사체에 조사할 수 있으며, 또한 박형화가 가능하게 된다. 즉, 본 실시 형태에 따르면, 평면 형상의 제1 반사 부분(1181)에서의 반사에 의해, 발광부(111)로부터 출사된 광을 면 방향에 있어서 가능한 한 발광부(111)로부터 멀리 비산시킬 수 있으며, 광이 비산한 곳에서 평면 형상의 제2 반사 부분(1182)에 의한 반사가 발생하고, 피조사체인 확산판(3)(또는 액정 패널(2))에 있어서 광량이 작아지는 경향이 있는 발광부(111)로부터 먼 영역에 광이 공급되어, 그 결과, 박형화된 백라이트 유닛(1)에 있어서도 면 방향에 있어서 휘도를 충분히 균일화할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 반사 부분(1181)의 피조사체에의 투영 면적이 제2 반사 부분(1182)의 피조사체에의 투영 면적보다도 크다. 제1 반사 부분(1181)의 투영 면적이 클수록 렌즈(112)로부터 출사되는 광의 제1 반사 부분(1181)에의 조사 면적이 커지므로, 제1 반사 부분(1181)에서의 반사에 의한 피조사체에의 조사광이 많아짐과 함께, 제1 반사 부분(1181)에서의 반사에 의한 제2 반사 부분(1182)에의 조사광이 많아지고, 반사 부재(118)의 주변에서의 광량이 많아져, 피조사체의 면 방향에 있어서 휘도를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(200)의 구성을 도시하는 단면도이다. 본 실시 형태의 액정 표시 장치(200)는, 전술한 제1 실시 형태의 액정 표시 장치(100)와 유사하며, 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략한다.
액정 표시 장치(200)는, 백라이트 유닛(201)의 발광 장치(211)의 구성이, 전술한 백라이트 유닛(1)의 발광 장치(11)의 구성과 상이한 것 이외에는, 액정 표시 장치(100)와 마찬가지이다.
백라이트 유닛(201)의 발광 장치(211)에 있어서, 렌즈(112)의 중앙부에 위치하는 오목부(1121)의 저면에는, 입사하는 광의 광량을 감쇠시키는 광량 감쇠부(212)가 형성되어 있다. 광량 감쇠부(212)는, 렌즈(112)의 오목부(1121)로부터 출사된 광을 산란시키고, 투과광을 적게 하거나 또는 반사시킴으로써, 렌즈(112)로부터 출사하는 광의 광량을 감쇠시킨다. 본 실시 형태에서는, 오목부(1121) 및 광량 감쇠부(212)의 중심은, LED 칩(111a)의 광축(S) 상에 위치한다. 광량 감쇠부(212)의 광량 감쇠 구조는, 블라스트 처리, 성형시의 패턴 부여 처리, 실리카, 산화마그네슘, 백색 안료 등의 미분말의 부착 처리, 알루미늄 등을 포함하여 이루어지는 반사재를 증착, 도포, 부착 등의 방법으로 형성함으로써 실현할 수 있다.
본 실시 형태의 백라이트 유닛(201)에서는, LED 칩(111a)의 바로 위에 위치하는 오목부(1121)의 중앙부에, 입사하는 광의 광량을 감쇠시키는 광량 감쇠부(212)가 형성되어 있으므로, 광량이 큰 광이 도달하는 LED 칩(111a)의 바로 위에 대응하여, 오목부(1121)로부터 출사되는 광의 광량을 작게 할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태의 백라이트 유닛(201)은, 광이 출사되는 LED 칩(111a)을 광원으로서 사용한 직하형 백라이트 장치에 있어서, 각 발광 장치(211)에서 면 방향에서의 휘도가 균일화된 광을 액정 패널(2)에 조사할 수 있다. 이에 의해, 액정 표시 장치(200)에서는, 액정 패널(2)의 면 방향에 있어서 휘도가 국소적으로 치우치는 것이 방지되어, 휘도 불균일의 발생이 억제된 고품질의 화상을 표시할 수 있다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 액정 표시 장치(300)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 20은 액정 표시 장치(300)의 주요부를 확대하여 도시하는 도면이다. 본 실시 형태의 액정 표시 장치(300)는, 전술한 제1 실시 형태의 액정 표시 장치(100)와 유사하며, 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략한다.
액정 표시 장치(300)는, 백라이트 유닛(301)의 발광 장치(311)의 구성이, 전술한 백라이트 유닛(1)의 발광 장치(11)의 구성과 상이한 것 이외에는, 액정 표시 장치(100)와 마찬가지이다.
백라이트 유닛(301)의 발광 장치(311)에는, 렌즈(112)와 액정 패널(2)의 사이에 있어서, 렌즈(112)의 상면(112a)에, 광량 조정 부재(312)가 프린트 기판(12)에 대하여 평행하게 설치되어 있다. 이 광량 조정 부재(312)는 원형 판 형상으로 형성된 부재이며, 예를 들어 아크릴 수지를 포함하여 이루어진다.
광량 조정 부재(312)는 렌즈(112)로부터의 광을 조정한다. 이 광량 조정 부재(312)는, 액정 패널(2)에 대향하는 상면이 광을 확산하는 확산면이 되고, 렌즈(112)에 대향하는 하면에 있어서 적어도 오목부(1121)에 대향하는 영역이 광을 반사하도록 구성되어 있다.
이러한 광량 조정 부재(312)가 구비되는 백라이트 유닛(301)에서는, 렌즈(112)의 오목부(1121)로부터 출사된 강도가 큰 광은, 광량 조정 부재(312)의 하면에 형성된 반사 영역에서 반사되어 렌즈(112)에 재입사하고, 렌즈(112) 내에서 확산된다. 또한, 광량 조정 부재(312)에 입사하여 상면(확산면)에 도달한 광은, 이 면에서 확산되어 액정 패널(2)을 향하여 출사된다.
광량 조정 부재(312)는, 강도가 큰 광을 반사에 의해 약화시킴과 함께, 일부 투과한 광을 확산시킨다. 이러한 기능을 갖는 광량 조정 부재(312)는, 도 20에 도시한 바와 같이, 렌즈(112)에서의 제1 만곡부(1122)와 제2 만곡부(1123)의 경계선(B1)을 제2 만곡부(1123)측에 초과한 위치까지 연장하여 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 만곡부(1122)에 대향하는 피조사체를 향하여 광량 조정 부재(312)에서 확산된 광이 조사되므로, 제1 만곡부(1122)가 광을 반사함으로써 부족한 광량을 보충할 수 있다.
또한, 렌즈(112)에서의 제1 만곡부(1122)와 제2 만곡부(1123)의 경계선(B1)에 있어서, 그 경계선(B1)에 대응하는 피조사체에 그 양측(경계선(B1)의 양측)보다도 휘도가 높은 링 형상의 선이 조사되는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이에 반하여, 광량 조정 부재(312)가, 제1 만곡부(1122)와 제2 만곡부(1123)의 경계선(B1)을 제2 만곡부(1123)측에 초과한 위치까지 연장하여 형성됨으로써, 경계선(B1)에 대응하는 피조사체에 그 양측(경계선(B1)의 양측)보다도 휘도가 높은 링 형상의 선이 조사되는 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 광량 조정 부재(312)는, 제2 만곡부(1123)의 전체 영역을 덮도록 설치되는 것이 아니며, 광량 조정 부재(312)의 경계선(B1)으로부터 제2 만곡부(1123)측에 초과하여 연장되는 길이는, 피조사체에 있어서 휘도가 높은 상기 링 형상의 선이 조사되는 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있도록 설정하면 된다.
제1 만곡부(1122)와 제2 만곡부(1123)의 경계선(B1)을 제2 만곡부(1123)측에 초과한 위치까지 연장하여 형성된 광량 조정 부재(312)는, 예를 들어 양면 테이프 등을 사용하여 상기 경계선(B1)의 근방 영역에 부착하여 고정할 수 있다. 또한, 광량 조정 부재(312)를 양면 테이프에 의해 고정하는 경우에는, 양면 테이프 자체가 난반사면으로 될 수 있으므로, 양면 테이프가 제2 만곡부(1123)를 덮는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다.
광량 조정 부재(312)는, 상술한 바와 같이, 강도가 큰 광을 반사에 의해 약화시키는 것 이외에도, 확산판(3)에서의 제1 영역인 제1 만곡부(1122)에 대응한 개소의 광량 부족을 보충하는 역할을 하고 있기 때문에, 확산판(3)에서의 제1 만곡부(1122)에 대응하는 부분이 어두워지지 않을 정도의 광을 투과시켜, 그 후 확산시킨다. 나머지 광은 반사시킴으로써 광의 재이용을 행한다.
따라서, 본 실시 형태의 백라이트 유닛(301)은, 면 방향에 있어서 강도가 균일하게 된 광을 액정 패널(2)에 조사할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(301)에서는, 전술한 백라이트 유닛(201)과 마찬가지로, 렌즈(112)의 오목부(1121)의 저면에 광량 감쇠부(212)를 설치하도록 하여도 된다. 이에 의해, 광량 조정 부재(312)에는 광량 감쇠부(212)에서 광량이 감쇠된 광이 입사하게 된다. 따라서, 면 방향으로 휘도가 균일하게 된 광을 효율적으로 액정 패널(2)에 조사할 수 있다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다른 다양한 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 전술한 실시 형태는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 범위는 청구범위에 나타낸 것으로, 명세서 본문에는 전혀 구속되지 않는다. 또한, 청구범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
1, 201, 301: 백라이트 유닛
2: 액정 패널
3: 확산판
11, 211, 311: 발광 장치
12: 프린트 기판
13: 프레임 부재
100, 200, 300: 액정 표시 장치
111a: LED 칩
111b: 베이스
112: 렌즈
118: 반사 부재
400: 인서트 성형기

Claims (10)

  1. 피조사체에 광을 조사하는 발광 장치이며,
    광을 출사하는 발광 소자와,
    상기 발광 소자를 지지하는 베이스와,
    상기 발광 소자의 발광면측에 설치되어, 상기 발광 소자로부터 출사된 광을 복수의 방향으로 반사 또는 굴절시키는 기둥 형상의 광학 부재이며, 상기 피조사체에 대향하는 측의 상면이 중앙부에 오목부를 갖고 형성되는 광학 부재를 포함하며,
    상기 광학 부재의 상기 상면은, 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 광학 부재의 내부를 진행하는 광을 반사시켜 상기 광학 부재의 측면으로부터 상기 광학 부재의 외부로 출사시키는 제1 영역과, 상기 발광 소자로부터 출사되어 상기 광학 부재의 내부를 진행하는 광을 굴절시켜 상기 상면으로부터 출사시키는 제2 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다도 상기 발광 소자에 가까운 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 부재의 상기 상면에서의 중앙부의 오목한 부분에는, 입사하는 광의 광량을 감쇠시키는 광량 감쇠부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부재와 상기 피조사체의 사이에 있어서, 상기 발광 소자의 광축 상에, 상기 광학 부재의 상기 상면에 고정하여 설치되어, 상기 광학 부재로부터의 광을 조정하는 광량 조정 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광량 조정 부재는, 상기 광학 부재의 상기 상면에서의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계선을 상기 제2 영역측에 초과한 위치까지 연장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부재는, 그 저면에, 광을 반사하는 반사부가 설치되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 부재로부터 출사된 광을 반사하는 반사 부재를 더 포함하며,
    상기 반사 부재는,
    상기 광학 부재의 주위 위치에 있어서, 상기 광학 부재의 광축에 직교하는 방향으로 평면 형상으로 연장되는 기초부와,
    상기 기초부에 대하여 경사져 상기 광학 부재를 둘러싸는 경사부이며, 상기 광학 부재에 면하는 면이 평면 형상으로 연장되는 경사부를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 제7항에 기재된 발광 장치를 복수 구비하며, 복수의 발광 장치가 정렬 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 발광 장치가 구비하는 복수의 반사 부재는, 인접하는 발광 장치간에서 연속되도록 상기 경사부에 있어서 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 표시 패널과,
    상기 표시 패널의 배면에 광을 조사하는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 발광 장치를 포함하는 조명 장치, 또는 제8항 또는 제9항에 기재된 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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