WO2010146894A1 - 発光モジュール、照明装置、表示装置、及びテレビジョン受像器 - Google Patents

Abstract

　液晶表示パネル（５９）を有する表示装置（６９）のバックライトユニット（４９）は、シャーシ（４１）及びそれに支持される拡散板（４３）と、拡散板（４３）に光を照射する光源を備える。光源は、ＬＥＤ（２２）とそれを覆う拡散レンズ（２４）と、実装基板（２１）と拡散レンズとの間に配置される内蔵反射シート（１１）を含む発光モジュール（ＭＪ）を複数個、拡散板を支持するシャーシ上にマトリックス状に配置したものである。内蔵反射シートは実装基板よりも光の反射率が高い。

Description

発光モジュール、照明装置、表示装置、及びテレビジョン受像器

　本発明は、発光モジュール、前記発光モジュールからの光を利用する照明装置、前記照明装置を含む表示装置、及び前記表示装置を備えるテレビジョン受像器に関する。

　自らは発光しない表示パネル、例えば液晶表示パネルを使用する表示装置には、通常、表示パネルを背後から照らす照明装置が組み合わせられる。この種の照明装置の光源には、冷陰極管や発光素子など、様々な種類のものが用いられる。発光素子の代表的なものは発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と称する）である。特許文献１に記載された照明装置の光源もＬＥＤである。

　特許文献１記載の照明装置では、図６に示すように、実装基板１２１にＬＥＤ１２２が実装され、さらに、ＬＥＤ１２２を覆うレンズ１２４が実装基板１２１に取り付けられている。実装基板１２１、ＬＥＤ１２２、及びレンズ１２４が発光モジュールｍｊを構成する。レンズ１２４は肉厚が均等な半球ドームの形をしており、ＬＥＤ１２２が発する光をあまり屈折させることなく透過させる。従って、図６のようにＬＥＤ１２２が上向きになっていると、鉛直に近い方向に進む光の割合が多くなる。

特開２００８－４１５４６

　特許文献１に記載された照明装置は、ＬＥＤの個数の多さで必要な光量を得るという設計思想が基本となっている。より少ない個数のＬＥＤで必要な光量を得るには、レンズから出射する光の量を増やす必要があるが、これを、個々のＬＥＤの発光光量の増大にたよることなく実現できれば理想的である。

　本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、発光素子の発光光量の増大という手段によらなくてもレンズから出射する光の量を増やすことができる発光モジュールを提供することを目的とする。

　本発明の好ましい実施形態によれば、実装基板と、前記実装基板に実装される発光素子と、前記発光素子を覆うレンズとを含む発光モジュールにおいて、前記実装基板と前記レンズとの間に、当該実装基板よりも光の反射率が高い内蔵反射シートが配置される。

　この構成によると、レンズとそれを包む空気との界面で反射して実装基板の方向にはね返る光を光の反射率が高い内蔵反射シートで効率よく再反射し、レンズからの出射光に加えることができるので、レンズから出射する光の量を増やすことができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の発光モジュールにおいて、前記内蔵反射シートの反射率は９５％以上である。

　この構成によると、レンズとそれを包む空気との界面で反射して実装基板の方向に戻る光を効率よく再反射することができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の発光モジュールにおいて、前記内蔵反射シートが、内部の気泡の界面反射で光を反射する発泡樹脂シートにより形成されている。

　この構成によると、反射率９８％といった高い反射率を得ることができる。また、塗料などと違い、経年劣化の要素が少ないので、高い反射率を長期間維持できる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の発光モジュールにおいて、前記レンズが拡散レンズである。

　この構成によると、発光素子から出射する光の広がりが大きくなり、広い面積を比較的少数の発光素子でカバーすることができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の発光モジュールにおいて、発光素子がＬＥＤである。

　この構成によると、近年高輝度化がめざましいＬＥＤを用いて、明るい発光モジュールを得ることができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の発光モジュールからの光を利用する照明装置が構成される。

　この構成によると、発光素子が放つ光を効率的に利用する照明装置とすることができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の照明装置において、マトリックス状に配置した複数個の前記発光モジュールからの光で拡散板を照射する。

　この構成によると、個々の発光モジュールから出射する光の量が多いので、拡散板の輝度を高めることができる。レンズが拡散レンズである場合には、マトリックスを構成する発光モジュールを高密度に配置しなくても、拡散板の輝度ムラを少なくすることができる。また、発光モジュールの数が少なくて済むことから、照明装置のコストを低減することができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の照明装置と、前記照明装置からの光を受ける表示パネルと、を含む表示装置が構成される。

　この構成によると、輝度ムラが少なく、照明装置部分のコストが安くて済む表示装置を得ることができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の表示装置において、前記表示パネルが液晶表示パネルである。

　この構成によると、輝度ムラが少なく、照明装置部分のコストが安くて済む液晶表示装置を得ることができる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の表示装置を備えるテレビジョン受像器が構成される。

　この構成によると、輝度ムラが少なく、表示装置部分のコストが安くて済むテレビジョン受像器を得ることができる。

　本発明によると、レンズとそれを包む空気との界面で反射して実装基板の方向にはね返る光が内蔵反射シートで再反射してレンズからの出射光に加えられるから、発光素子の発光光量の増大という手段によることなく、レンズから出射する光の量を増やし、それだけ明るい照明を得ることができる。

本発明の好ましい実施形態に係る発光モジュールを備えた表示装置の分解斜視図である。 図１の表示装置の照明装置部分の部分断面図である。 発光モジュールの配置構成を示す部分拡大平面図である。 実装基板同士の接続部を示す部分拡大平面図である。 テレビジョン受像器の分解斜視図である。 従来の照明装置の分解斜視図である。 ＬＥＤの照射方向による照度の異なり方を示すグラフである。 複数のＬＥＤの輝度の集合イメージを示す図である。

　本発明の好ましい実施形態に係る発光モジュールを備えた表示装置の実施形態の構造を図１から図４に基づき説明する。図１において表示装置６９は、表示面が上向きになるように水平に置かれた状態で描かれている。

　表示装置６９は、表示パネルとして液晶表示パネル５９を用いている。液晶表示パネル５９と、それを背後から照らすバックライトユニット４９は、１個のハウジング内に収容されている。ハウジングは表ハウジング部材ＨＧ１と裏ハウジング部材ＨＧ２を合わせて構成される。

　液晶表示パネル５９は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子を含むアクティブマトリックス基板５１と、アクティブマトリックス基板５１に対向する対向基板５２を図示しないシール材を介在させて貼り合わせ、アクティブマトリックス基板５１と対向基板５２の間に液晶を注入して構成される。

　アクティブマトリックス基板５１の受光面側と、対向基板５２の出射側には、それぞれ偏光フィルム５３が貼り付けられる。液晶表示パネル５９は液晶分子の傾きに起因する光透過率の変化を利用して画像を形成する。

　本発明に係る照明装置が具体的な形をとったものであるバックライトユニット４９は、次の構成を備える。すなわちバックライトユニット４９は、発光モジュールＭＪ、シャーシ４１、大判の反射シート４２、拡散板４３、プリズムシート４４、及びマイクロレンズシート４５を含む。

　発光モジュールＭＪは、実装基板２１、ＬＥＤ２２、拡散レンズ２４、及び内蔵反射シート１１を含む。ＬＥＤは発光素子の代表的なものであるが、その他、有機エレクトロルミネセンス素子、無機エレクトロルミネセンス素子などの発光素子もある。

　ここで拡散レンズ２４の意義について説明する。例えば特許文献１記載の照明装置を考えた場合、図６の照明装置は、レンズ１２４が組み合わせられているとは言え、個々のＬＥＤ１２２の光の広がりが小さいので、輝度のムラをなくそうと思えば発光モジュールｍｊを高密度で多数配置する必要がある。このため部品コストや実装コストがかさみ、全体として高価なものとなる。

　最近ではＬＥＤの高輝度化が進み、比較的少ない個数のＬＥＤで全画面分の光量をまかなうことが可能になっている。但し、高輝度のＬＥＤを疎らに配置したのでは輝度にムラが生じることを避けられないので、個々のＬＥＤに光の拡散性能の高いレンズ（このようなレンズを本明細書では「拡散レンズ」と称する）を組み合わせて用いることが好ましい。

　図７は、単体のＬＥＤと拡散レンズ付きＬＥＤの、照射方向による照度（単位Ｌｕｘ）の異なり方を示すグラフである。単体のＬＥＤの場合、光軸の角度である９０°をピークとし、そこから離れるにつれ急激に照度が落ちて行く。これに対し拡散レンズ付きＬＥＤの場合、一定以上の照度を確保できる領域を広げ、光軸と異なる角度に照度のピークを設定することが可能である。なお、図の照度パターンは拡散レンズの設計によってどのようにでも変化させられることは言うまでもない。

　複数のＬＥＤの輝度の集合イメージを図８に示す。図中、実線の波形は拡散レンズ付きＬＥＤの輝度、点線の波形は単体のＬＥＤの輝度を表している。波形の中の水平線は、ピーク値の半分の輝度における波形の幅（半値幅）を示す。拡散レンズ付きＬＥＤの場合は、個々の波形を幅広にできるので、全体の集合としての輝度を、図の上方に実線で示すようにフラットな形にするのが容易である。しかしながら、単体のＬＥＤの場合、個々の波形は、高さがある一方、幅は狭く、それらを集合した輝度に波が生じることを避けられない。このように輝度にムラがある画像は好ましくないので、拡散レンズ付きＬＥＤの採用はほぼ必然となる。

　上記の点に鑑み、発光モジュールＭＪは拡散レンズ２４を含むこととされている。

　実装基板２１は細長い矩形であり、その上面の実装面２１Ｕには、長手方向に所定間隔で複数の電極（図示せず）が形成されており、この電極にＬＥＤ２２が実装されている。実装基板２１は複数のＬＥＤ２２に対する共通の基板となる。すなわち、ＬＥＤ２２、拡散レンズ２４、及び内蔵反射シート１１の組み合わせが複数組、図１に示す通り実装基板２１の長手方向に沿って所定間隔で配置される。

　拡散レンズ２４は平面形状円形で、下面に複数の脚部２４ａを有し、脚部２４ａの先端を接着剤で実装基板２１の実装面２１Ｕに接着することにより実装基板２１に取り付けられている。脚部２４ａの存在により、実装基板２１と拡散レンズ２４の間に隙間が生じる。この隙間を通って流れる空気流により、ＬＥＤ２２は冷却される。なお、放熱の問題を解決できれば、拡散レンズの中にＬＥＤを埋め込んだ一体モールド形式の発光モジュールを用いることも可能である。

　様々なタイプのＬＥＤをＬＥＤ２２として用いることができる。例えば、青色発光のＬＥＤチップに、そのＬＥＤチップからの光を受けて黄色光を蛍光発光する蛍光体を組み合わせ、それらが発する青色光と黄色光のとり合わせで白色光を生成するタイプのＬＥＤを用いることができる。青色発光のＬＥＤチップに、そのＬＥＤチップからの光を受けて緑色光を蛍光発光する蛍光体と赤色光を蛍光発光する蛍光体を組み合わせ、それらが発する青色光・緑色光・赤色光のとり合わせで白色光を生成するタイプのＬＥＤを用いることもできる。

　赤色発光のＬＥＤチップと、青色発光のＬＥＤチップと、青色発光のＬＥＤチップからの青色光で緑色光を蛍光発光する蛍光体を組み合わせ、それらが発する赤色光・青色光・緑色光のとり合わせで白色光を生成するタイプのＬＥＤを用いることもできる。

　赤色発光のＬＥＤチップと、緑色発光のＬＥＤチップと、青色発光のＬＥＤチップを組み合わせ、それらが発する赤色光・緑色光・青色光のとり合わせで白色光を生成するタイプのＬＥＤを用いることもできる。

　図１では、１枚当たり５個の発光モジュールＭＪを並べた実装基板２１と、１枚当たり８個の発光モジュールＭＪを並べた実装基板２１を組み合わせて用いている。５個の発光モジュールＭＪを有する実装基板２１と８個の発光モジュールＭＪを有する実装基板２１は、それぞれ長手方向の一端の縁に装着されているコネクタ２５同士（雄と雌の別があることは言うまでもない）を接続して連結されている。

　５個の発光モジュールＭＪを有する実装基板２１と８個の発光モジュールＭＪを有する実装基板２１の組み合わせを複数組、互いに平行する形でシャーシ４１上に並べる。実装基板２１における発光モジュールＭＪの並びはシャーシ４１の長辺方向、すなわち図１のＸ矢印の方向であり、２枚の実装基板２１の組み合わせが並ぶ方向はシャーシ４１の短辺方向、すなわち図１のＹ矢印の方向であるところから、発光モジュールＭＪはマトリックス状に並ぶことになる。図３にはマトリックスの格子の目を仮想線で示す。図３の格子の目の形状は正方形であるが、矩形にすることも可能である。実装基板２１は、カシメ、接着、ネジ止め、リベット止めなどの適宜手段でシャーシ４１に固定される。

　実装基板２１と拡散レンズ２４の間に内蔵反射シート１１が配置される。内蔵反射シート１１は実装面２１Ｕの拡散レンズ２４の下面に向き合う位置に固定される。内蔵反射シート１１は実装基板２１よりも光の反射率が高い。内蔵反射シート１１も平面形状円形であり、拡散レンズ２４と同心円をなす。直径は内蔵反射シート１１の方が大きい。

　内蔵反射シート１１は内部に多数の微細な気泡を有する発泡樹脂シートであって、気泡の界面反射を積極的に活用して光を反射するものであり、光の反射率が高い。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を材料とする、反射率９８％以上のシートが存在するので、そのようなシートを採用することが望ましい。内蔵反射シート１１には拡散レンズ２４の脚部２４ａを通す貫通穴が形成されている。

　シャーシ４１には、それと相似の平面形状を有する反射シート４２が重ねられる。反射シート４２も内蔵反射シート１１と同様の発泡樹脂シートである。反射シート４２には、発光モジュールＭＪの位置に合わせて、拡散レンズ２４は通り抜けられるが内蔵反射シート１１は通り抜けられない大きさの円形の通過開孔４２Ｈ１が形成されている。また反射シート４２には、コネクタ２５の位置に合わせて、コネクタ２５を突き出させる矩形の通過開孔４２Ｈ２が形成されている。

　発光モジュールＭＪが点灯すると、ＬＥＤ２２から光が出射する。その光は拡散レンズ２４で所定方向に向けられる。多数の発光モジュールＭＪが一斉に光を放つことにより、拡散板４３にはほぼ均一に光が当たり、輝度ムラの少ない照明が得られることになる。

　ＬＥＤ２２から出射される光の殆どは、方向は変えられるものの拡散レンズ２４からそのまま出射されるが、一部は拡散レンズ２４とそれを包む空気との界面で反射して実装基板２１の方向に戻る。戻ってくる光を待ち受けるのが実装基板２１であれば、その表面のレジストに白色レジストを採用するなど、反射率を高める措置を施していたとしても、それほど高い反射率は望めない。しかしながら本発明では、実装基板２１よりも光の反射率が高い内蔵反射シート１１を配置したので、戻ってきた光を効率よく再反射し、拡散レンズ２４からの出射光に加えることができる。そのため、拡散レンズ２４から出射する光の量が多くなる。

　内蔵反射シート１１は、内部の気泡の界面反射で光を反射する発泡樹脂シートにより形成されているので、反射率９５％以上といった、内蔵反射シート１１にとって望ましい条件をクリアできる上、反射率９８％といった高い反射率を得ることもできる。また、塗料などと違い、経年劣化の要素が少ないので、高い反射率を長期間維持できる。

　図５に、表示装置６９を組み込むテレビジョン受像器の構成例を示す。テレビジョン受像器８９は、前部キャビネット９０と後部キャビネット９１を合わせて構成されるキャビネット内に表示装置６９と制御基板群９２を収納し、そのキャビネットをスタンド９３で支える構成となっている。

　以上、本発明の好ましい実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、上述実施形態では発光素子に拡散レンズを組み合わせたが、拡散レンズでなく通常のレンズであったとしても本発明の作用効果を得ることは可能である。

　本発明は、発光素子及びそれを覆うレンズを含む発光モジュールと、その発光モジュールからの光を利用する照明装置に広く利用可能である。また、前記照明装置を含む表示装置、及び前記表示装置を備えるテレビジョン受像器に利用可能である。

　　　４９　バックライトユニット
　　　４１　シャーシ
　　　４２　反射シート
　　　４３　拡散板
　　　ＭＪ　発光モジュール
　　　１１　内蔵反射シート
　　　２１　実装基板
　　　２２　ＬＥＤ
　　　２４　拡散レンズ
　　　５９　液晶表示パネル
　　　６９　表示装置
　　　８９　テレビジョン受像器

Claims (10)

1. 発光モジュールであって、以下を特徴とするもの：
   　当該発光モジュールは、実装基板と、前記実装基板に実装される発光素子と、前記発光素子を覆うレンズとを含むものであり、
   　前記実装基板と前記レンズとの間に、当該実装基板よりも光の反射率が高い内蔵反射シートが配置されている。
2. 請求項１の発光モジュールであって、以下を特徴とするもの：
   　前記内蔵反射シートの反射率は９５％以上である。
3. 請求項１の発光モジュールであって、以下を特徴とするもの：
   　前記内蔵反射シートが、内部の気泡の界面反射で光を反射する発泡樹脂シートにより形成されている。
4. 請求項１の発光モジュールであって、以下を特徴とするもの：
   　前記レンズが拡散レンズである。
5. 請求項１の発光モジュールであって、以下を特徴とするもの：
   　前記発光素子がＬＥＤである。
6. 照明装置であって、以下を特徴とするもの：
   　請求項１から５のいずれかの発光モジュールからの光を利用する。
7. 請求項６の照明装置であって、以下を特徴とするもの：
   　マトリックス状に配置した複数個の前記発光モジュールからの光で拡散板を照射する。
8. 表示装置であって、以下を特徴とするもの：
   　請求項７の照明装置と、前記照明装置からの光を受ける表示パネルと、を含む。
9. 請求項８の表示装置であって、以下を特徴とするもの：
   　前記表示パネルが液晶表示パネルである。
10. テレビジョン受像機であって、以下を特徴とするもの：
    　請求項８の表示装置を備える。

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