光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置
【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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ２３ａと、導光板１３と、ＬＥＤチップ２３ａからの光を導光板１３に導く光結合部材３０とからなる。光結合部材３０は、導光板１３側に光を入光させる頂部平坦面３１と、頂部平坦面３１部の両側に位置する２つの側面部と、ＬＥＤチップ２３ａの光を入光する入光面３３ａとを有している。２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光面３３ａからの光を曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１に導く反射面となっている一方、２つの側面部のうちの他方の側面部である他方側面部３６の表面は頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が反射面よりも粗面に形成されている。
【解決手段】ＬＥＤチップ２３ａと、導光板１３と、ＬＥＤチップ２３ａからの光を導光板１３に導く光結合部材３０とからなる。光結合部材３０は、導光板１３側に光を入光させる頂部平坦面３１と、頂部平坦面３１部の両側に位置する２つの側面部と、ＬＥＤチップ２３ａの光を入光する入光面３３ａとを有している。２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光面３３ａからの光を曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１に導く反射面となっている一方、２つの側面部のうちの他方の側面部である他方側面部３６の表面は頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が反射面よりも粗面に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置に関するものであり、光源モジュールは、例えば液晶表示装置のバックライト、又は室内若しくは屋外の照明等に適用される。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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（Light Emitting Diode：発光ダイオード）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。
【０００４】
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すると共に、特に、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、液晶表示装置が大型になればなるほど、すなわち導光板が大型になればなるほど伸縮量が大きくなるので、光源と導光板との隙間を大きくしなければならず、その結果、入射効率がさらに低下する。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、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、図１３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１０２が設けられている。
【０００６】
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２１０に導入される。この結果、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し得るものとなっている。
【０００７】
尚、特許文献１の表示装置用バックライト１００では導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になる欠点がある。また、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欠点がある。
【０００８】
ここで、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された光源モジュールでは、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるという問題点を有している。
【００１１】
また、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欠点がある。
【００１２】
さらに、製造ばらつきにより、光源と導光板との相対的位置がずれた場合には、輝度ムラが発生する。
【００１３】
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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光源モジュールは、上記課題を解決するために、光源と、導光板と、該光源からの光を導光板に導く光結合部材とからなる光源モジュールであって、上記光結合部材は、導光板側に光を入光させる頂部平坦部と、該頂部平坦部の両側に位置する２つの側面部と、光源の光を入光する入光部とを有していると共に、上記２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光部からの光を曲面にて反射して上記頂部平坦部に導く反射面となっている一方、上記２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
上記の発明によれば、導光板の下方の光源から出射された光は、入光部から光結合部材に入光し、光結合部材の曲面にて反射して頂部平坦部から導光板に入射される。導光板に入射された光は、該導光板の内部を全反射しながら一部の光は導光板の端部まで伝搬すると共に、その途中では適宜光路変換素子にて、全反射条件が破られ、導光板の上面から出射される。
【００１６】
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、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り、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。
【００１７】
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、導光板の下面の入射部から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済み、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と共に、製造コストも軽減される。
【００１８】
ところで、このような構造の光源モジュールにおいては、光結合部材と光源との位置関係が所定の位置よりもずれると、詳細には光源が光結合部材に対する所定の位置よりも脚体部側にずれると、曲面からなる反射面を反射した光の一部が光結合部材の頂部平坦部に結合せず、曲面からなる反射面とは反対側である２つの側面部のうちの他方の表面から出射する迷光となる。このような迷光は、光源が光結合部材に対する所定の位置よりも２つの側面部のうちの他方の表面側に大きくずれればずれる程迷光の発生量が多くなる。
【００１９】
そして、このような迷光が導光板に入射されると、導光板においては輝度ムラが発生する。
【００２０】
そこで、本発明では、光結合部材における２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されている。この結果、２つの側面部のうちの他方の表面の到達した光は、粗面にて乱反射を起こすので、導光板に入射しないことになる。
【００２１】
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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュールを提供することができる。
【００２２】
本発明の光源モジュールでは、前記光結合部材における２つの側面部のうちの他方の表面における前記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部は、表面粗さＲａ≧０．２となっているとすることができる。
【００２３】
これにより、２つの側面部のうちの他方の表面の到達した光が、粗面にて確実に乱反射を起こすので、導光板に入射しないことになる。
【００２４】
本発明の光源モジュールでは、前記光結合部材における２つの側面部のうちの一方の表面である反射面は、表面粗さＲａ＜０．２となっているとすることができる。
【００２５】
これにより、光結合部材における曲面からなる反射面では確実に全反射して、該光結合部材の頂部平坦部から導光板に入射されることになる。
【００２６】
本発明の光源モジュールでは、前記光結合部材は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっているとすることができる。
【００２７】
これにより、光結合部材の下方に位置する光源から入光部を介して入光した光の多くを曲面にて反射して上記頂部平坦部に導くことが可能となる。また、断面形状アーチ状又は半円状の光結合部材においては、外形表面形状が左右対称となるので、金型形成し易いメリットがある。
【００２８】
本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、上記記載の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュールを備えた液晶表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光源モジュールは、以上のように、光結合部材は、導光板側に光を入光させる頂部平坦部と、該頂部平坦部の両側に位置する２つの側面部と、光源の光を入光する入光部とを有していると共に、上記２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光部からの光を曲面にて反射して上記頂部平坦部に導く反射面となっている一方、上記２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されているものである。
【００３１】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、上記記載の光源モジュールをバックライトとして備えているものである。
【００３２】
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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における光源モジュールの実施の一形態を示すものであって、光源モジュールに備えられた光結合部材においてＬＥＤチップからの入射光が導光板に結合しない場合に脚体部の表面で散乱する光路を示す断面図である。
【図２】上記光源モジュールを備えた液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は上記液晶表示装置の全体構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す液晶表示装置における光源ユニットの構成を示す断面図である。
【図４】上記液晶表示装置における光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【図５】上記光源モジュールにおける光源ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図６】上記光源ユニットにおけるＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。
【図７】（ａ）はＬＥＤチップ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チップ近傍を示す要部断面図である。
【図８】上記導光板を取り除いた光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】図８において切断面Ｓで切断した断面図である。
【図１０】図９のＡ側の要部構成を拡大して示す断面図である。
【図１１】（ａ）は迷光の発生原理を説明するための光結合部材の光路を示す説明図であり、（ｂ）は導光板の輝度分布を示す平面図である。
【図１２】（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。
【図１３】従来の光源モジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の一実施形態について図１〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３５】
（液晶表示装置の全体構成）
本実施の形態の光源モジュールを備えた液晶表示装置の構成について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施の形態の液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【００３６】
本実施の形態の液晶表示装置１は、図２に示すように、光源モジュールとしてのバックライト１０、拡散板２Ａ、プリズムシート３、拡散シート２Ｂ、液晶パネル４及びベゼル５がこの順に重ねられて配置されている。液晶表示装置１においては、バックライト１０から出射された光が、拡散板２Ａ、プリズムシート３、及び拡散シート２Ｂを通過して液晶パネル４に入射する。そして、液晶パネル４において光透過率を部分的に変化させることにより、所望の画像が表示されることになる。尚、液晶パネル４は、矩形の平板状であり、拡散板２Ａ、プリズムシート３、及び拡散シート２Ｂも液晶パネル４と略同じ形状を有している。また、ここでは、液晶パネル４の長辺に平行な方向をＸ方向とし、液晶パネル４の短辺に平行な方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向の両方に垂直な方向をＺ方向とする。Ｘ方向は、長手方向ともいう。また、Ｚ方向は、液晶パネル４の法線方向ともいえる。
【００３７】
（バックライトの構成）
バックライト１０は、図２に示すように、下から順に、つまり液晶パネル４に対して遠い方から順に、光源ユニット２０、一筋の開口１１ａを有するシャーシ１１、シャーシ１１と同様に一筋の開口１２ａを有する反射シート１２、及び光学部材としての導光板１３にて構成されている。シャーシ１１は、例えば鉄等の材質により形成されており、バックライト１０の強度を高めるものである。シャーシ１１は、液晶パネル４と略同じサイズの矩形に形成されている。
【００３８】
上記光源ユニット２０は、凹部２１ａを有する光源ホルダー２１を備えている。凹部２１ａはＸ方向に伸びた長尺状つまり帯状の溝である。光源ホルダー２１は、液晶パネル４における長辺方向に沿って端部側に配置されている。
【００３９】
反射シート１２は、導光板１３から漏れ出た光を反射し、導光板１３に戻すために設けられている。反射シート１２は、光源ユニット２０内の後述する光学部材としての光結合部材３０が導光板１３に当接する部分で２つの区切られており、区切られた２つの反射シート間に一筋の開口１２ａが形成されている。すなわち、導光板１３における、光源ユニット２０側の下面には、光結合部材３０と当接する領域、及び反射シート１２が設けられた領域が存在する。そして、光は、導光板１３における、光結合部材３０と当接する領域を介して導光板１３へ入射することとなる。
【００４０】
導光板１３は、入射してくる光を液晶パネル４側へ導くためのものであり、平板状である。
【００４１】
（光源ユニットの構成）
次に、光源ユニット２０の構成について、図３（ａ）（ｂ）、図４〜図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図３（ａ）は、液晶表示装置１の全体構成を示す断面図であり、図３（ｂ）は、液晶表示装置１における光源ユニットの構成を示す断面図である。図４は、液晶表示装置１におけるバックライトの構成を示す斜視図である。図５は、バックライトにおける光源ユニットの構成を示す分解斜視図である。図６は、光源ユニットにおけるＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。図７（ａ）はＬＥＤチップ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、図７（ｂ）はＬＥＤチップ近傍を示す要部断面図である。
【００４２】
上記光源ユニット２０は、図３（ａ）（ｂ）〜図５に示すように、光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップを搭載した光源基板としてのＬＥＤ基板２４ａと、長尺状の光結合部材３０と、ヒートシンク２２とを備えている。光結合部材３０は、ＬＥＤチップから発せられた光を結合させ、導光板１３に対して所定の角度で入射させるための光学素子である。また、板状部材としてのヒートシンク２２には、ＬＥＤ基板２４ａ及び光結合部材３０が搭載されている。また、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤ基板２４ａ、及びヒートシンク２２は、この順に重ねて配設されている。尚、半導体のＬＥＤチップは非常に微細なサイズであるため、図３（ａ）（ｂ）〜図５では、図面の煩雑さを防ぐための記載を割愛する。
【００４３】
上記光結合部材３０は、図４にも示すように、Ｘ方向の断面が二股形状（アーチ状）である透光部材からなっている。そして、この二股形状の一方側がＬＥＤ基板２４ａ上に配置されている。また、光結合部材３０は、ＬＥＤ基板２４ａと反対側に頂部平坦面を有し、この頂部平坦面に導光板１３が固定されている。尚、光結合部材３０は、必ずしも断面形状アーチ状に限らず、断面形状半円状であってもよい。
【００４４】
ＬＥＤ基板２４ａ上のＬＥＤチップから発した光は、光結合部材３０における二股形状の一方の入光面から入光し、光結合部材３０内部を伝搬し、導光板１３との固定部分である頂部平坦面で、導光板１３と光結合する。つまり導光板１３に入射する。導光板１３に入射した光は、導光板１３内部を全反射しながらＹ方向に伝搬しつつ、その光の一部は、導光板１３の裏面に形成された光取り出し手段である光散乱体により全反射条件が破られ、導光板１３表面からＺ方向上方である矢印Ｌａに出射する。尚、上記光散乱体は、導光板１３裏面に印刷等で形成された微小パターンである。このように、光源ユニット２０は、ＬＥＤチップからの光を導光板１３の凡そ全面から出射することができるので、面発光装置として利用することができる。光源ユニット２０におけるＬＥＤチップから導光板１３までの光の詳細挙動については、後述する。
【００４５】
本実施の形態では、光源としてＬＥＤチップを用いているが、これは、半導体チップ状のＬＥＤは形状が小さくかつ狭い領域に配置できるためである。これにより、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を配置することによって照度も向上し、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。ただし、これに限るものではなく、例えば、パッケージに収納されたＬＥＤでもよく、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。
【００４６】
図５に示すように、ＬＥＤ基板２４ａの表面には、白色系樹脂からなるダム２６ａが形成されている。図６に示すように、ダム２６ａは、液晶表示装置１の幅方向（長手方向）に長尺に形成されている。また、ダム２６ａは、凹部状に形成されている（後述する図１０参照）。そして、ダム２６ａ内には、図６に示すように、ＬＥＤチップ２３ａが、ダム２６ａの長手方向に例えば数ｍｍの間隔をあけて列状に配置されている。ダム２６ａの外周には、光結合部材３０との位置調整のためのアライメントマーク２７ａが設けられている。アライメントマーク２７ａは、ＬＥＤチップ２３ａの実装位置を規定するために予めＬＥＤ基板２４ａに準備されたものである。また、ＬＥＤ基板２４ａは、いわゆるプリント配線基板であり、アルミナ、セラミック、ガラスエポキシ樹脂等の材料から構成される。ＬＥＤ基板２４ａの厚さは、例えば２ｍｍである。
【００４７】
また、図６では示されていないが、ダム２６ａ内には、複数のＬＥＤチップ２３ａを封止する透明樹脂が充填されている。そして、この透明樹脂には、蛍光体が含まれている。蛍光体は、個々のＬＥＤチップ２３ａに対し同一の種類のものが用いられている。
【００４８】
また、ＬＥＤ基板２４ａには、ボス用穴２８ａ・２８ａが形成されている。このボス用穴２８ａ・２８ａは、後述するボス３５ａ・３５ａ（後述する図８参照）を挿入するための穴である。
【００４９】
光結合部材３０は、図４及び図５に示すように、Ｘ方向に垂直な断面形状が略Ｕ字形状つまりトンネル状又はアーチ状であり、Ｘ方向に長尺な棒状体である。そして、導光板１３とＬＥＤチップ２３ａとの間に設けられている。
【００５０】
この結果、本実施の形態の液晶表示装置１は、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部材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ＬＥＤチップ２３ａとを備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤチップ２３ａがこの順に並んで配設された構成になっている。そして、液晶表示装置１におけるバックライト１０は、ＬＥＤチップ２３ａ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。そして、これらＬＥＤチップ２３ａは、出射光の光軸方向つまり入射光における最も輝度の高い方向が、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。
【００５１】
また、本実施の形態では、液晶表示装置１は、導光板の加工という技術思想を伴うことなく、光源としてのＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光結合効率を高め、光利用効率を向上し得る。以下、光結合部材３０の詳細構造及び光路について説明する。
【００５２】
光結合部材３０は、上述したように、導光板１３とＬＥＤチップ２３ａとの間に設けられた断面略Ｕ字形状の帯状体つまり棒状体からなっている。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。同じ材質であれば、屈折率を同じにすることができるので、光結合部材３０から導光板１３への光の入射が円滑に行われる。導光板１３の屈折率が光結合部材３０の屈折率より僅かに高い構成でも構わない。また樹脂に限るものではなく硝子等の材質でも構わない。
【００５３】
詳細には、図７（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部としての頂部平坦面３１と、曲面３２ａ・３２ｂとからなっている。曲面３２ａ・３２ｂは、頂部平坦面３１から両端側にそれぞれ導光板１３から遠ざかるように伸びて形成されている。上記曲面３２ａは、本発明における光結合部材３０の２つの側面部のうちの一方の表面の反射面としての機能を果たし、曲面３２ｂは本発明における光結合部材３０の２つの側面部のうちの他方の表面としての機能を果たしている。
【００５４】
曲面３２ａ・３２ｂは、例えば、図７（ａ）に示す断面放物線とすることができる。すなわち、曲面３２ａ・３２ｂは、液晶パネル４の長手方向（Ｘ方向）に垂直な光結合部材３０の断面形状において、放物線を構成する。ただし、必ずしもこれに限るものではなく、断面楕円、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。これにより、光結合部材３０が、光源から出射された光を、光結合部材内部で曲げながら伝搬し、平板状の導光板１３に対して斜めに入射させるように機能する。このため、光源からの光の殆どを導光板１３に結合させることができる。
【００５５】
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、２つの下端平坦面となっている。この２つの下端平坦面のうち１つがＬＥＤチップ２３ａからの光を入光する入光面３３ａとなっている。ＬＥＤチップ２３ａは、入光面３３ａの真下に配置されている。そして、入光面３３ａの一部に高さ０．５ｍｍ程度のスペーサ２５ａが形成され、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０との衝突によるＬＥＤチップ２３ａの破損を防いでいる。ＬＥＤチップ２３ａは、ＬＥＤ基板２４ａにボンディングされている。すなわち、ＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａ近傍に接着剤等を塗布することで、ＬＥＤ基板２４ａに接着固定される。
【００５６】
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。ただし、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しない断面かまぼこ状や断面半円状でもよい。すなわち、本実施の形態では、曲面３２ａ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、コスト削減を図ることができる。尚、凹部３４に図示しない反射シート等の反射手段を設けることも可能である。これにより、頂部平坦面３１近傍で発生した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。
【００５７】
光結合部材３０の入光面３３ａの下側には、ＬＥＤ基板２４ａにボンディングされたＬＥＤチップ２３ａが近接して設けられている。ＬＥＤチップ２３ａは、図７（ｂ）に示すように、例えば断面放物線からなる曲面３２ａ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、図７（ａ）に示すように、例えばＬＥＤチップ２３ａから出射された光は、光結合部材３０の入光面３３ａから入光し、断面放物線の曲面３２ａにて反射される。そして、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に斜めに入射する。導光板１３に入射した光は、図７（ａ）に示す導光板１３の右側の内部を全反射して進みつつ、導光板１３の裏面、つまり反射シート１２側の面に設けられている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る。そして、進む角度に応じて、全反射条件が破られた光と全反射条件を満たす光とになる。全反射条件が破られた光は、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２Ｂ及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。一方、全反射条件を満たす光は、導光板１３から出射せず、反射シート１２で反射し、導光板１３のさらに右側の内部（図４におけるＹ方向）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る。
【００５８】
すなわち、導光板１３に入射した光は、導光板１３内部を全反射し端部へ向かう光路中、導光板１３の裏面に設けられた光散乱体の作用により、導光板１３の液晶パネル４側表面に対する全反射条件が破れた光が生じ、この光が導光板１３から出射する。一方、全反射条件を満たす光は、導光板１３内部を全反射して端部へ向かい、この光路中、再び導光板１３の裏面に設けられた光散乱体の作用により、導光板１３から出射する光が生じる。このように、光源ユニット２０では、導光板１３内部において、入射光が全反射し端部へ向かう光路中に光散乱体を設けて入射光の進む角度を変えることにより、導光板１３外部へ光を出射させている。
【００５９】
このような光路は、断面楕円の曲面３２ａを有する光結合部材３０においても同様である。そして、断面楕円の光結合部材３０においても、ＬＥＤチップ２３ａは、例えば断面楕円からなる曲面３２ａの焦点位置Ｆよりも端部側に存在することが好ましい。
【００６０】
（ＬＥＤ基板と光結合部材との固定）
次に、本実施の形態のＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０との固定について、図８〜図１０に基づいて説明する。図８は、光源ユニット２０における導光板１３を取り除いた構成を示す斜視図である。図９は、図８の構成を切断面Ｓで切断したときの断面図を示す。図１０は、図９の構成におけるＡ側の要部構成を拡大して示した断面図である。
【００６１】
図８〜図１０に示すように、光結合部材３０は、Ｘ方向に長尺であり、Ｘ方向に垂直な断面が頂部平坦面３１を根元とした二股形状（断面略Ｕ字形状）の帯状体である。頂部平坦面３１からＡ側（一方の側）に延びる股部は、ＬＥＤ基板２４ａ上に配置されている。ＬＥＤ基板２４ａは、ビス３４ａによりヒートシンク２２に螺合されている。
【００６２】
光結合部材３０におけるＬＥＤ基板２４ａと対向する部分には、光結合部材３０とＬＥＤ基板２４ａとを固定するための２つのボス３５ａ・３５ａ’が設けられている。これらボス３５ａ・３５ａ’は、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａ・２８ａに挿入される。そして、これらボス３５ａ・３５ａ’は、ＬＥＤ基板２４ａに接着固定されたボス３５ａ、及びＬＥＤ基板２４ａに対し取り外し可能に取り付けられたボス３５ａ’に割当てられている。すなわち、ボス３５ａ・３５ａ’のうちボス３５ａのみが、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａに挿入されると共に、接着剤等で固定されている。一方、ボス３５ａ’は、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａに挿入されているだけである。
【００６３】
さらに、図９に示すように、ヒートシンク２２には、その上のＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａと連通する貫通穴２２ａが設けられている。この貫通穴２２ａは、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａを貫通するボス３５ａ・３５ａ’を収容するための穴であると共に、余分な接着剤が溜まる部分になっている。また、この貫通穴２２ａは、ヒートシンク２２を貫通しており、補修の際に利用される。
【００６４】
光結合部材３０における頂部平坦面３１に対しＢ側（他方の側）には、ＬＥＤ基板が配置されていない。頂部平坦面３１からＢ側に延びる股部には、ヒートシンク２２と対向する部分に、光結合部材３０とヒートシンク２２とを固定するための２つのボス３５ｂ・３５ｂ’が設けられている。図９に示すように、ヒートシンク２２には、これらボス３５ｂ・３５ｂ’を挿入するための貫通穴２２ｂ・２２ｂが設けられている。そして、これらボス３５ｂ・３５ｂ’は、ヒートシンク２２に接着固定されたボス３５ｂ、及びヒートシンク２２に対して取り外し可能に取り付けられたボス３５ｂ’に割当てられている。すなわち、ボス３５ｂ・３５ｂ’のうちボス３５ｂのみが、ヒートシンク２２の貫通穴２２ｂに挿入されると共に、接着剤で固定されている。ヒートシンク２２の貫通穴２２ｂは、補修の際に利用される。
【００６５】
また、光結合部材３０における導光板１３と対向する部分には、頂部平坦面３１が形成されている。導光板１３は、この頂部平坦面３１で接触固定されている。この頂部平坦面３１が、ＬＥＤ基板２４ａからの光を導光板１３へ光を結合する部分となっている。
【００６６】
また、図８に示すように、光結合部材３０における、頂部平坦面３１からＡ側に延びる股部には、スペーサ２５ａが設けられている。このスペーサ２５ａは、光結合部材３０の入光面３３ａとＬＥＤ基板２４ａとのクリアランスを保つために設けられている。また、頂部平坦面３１からＢ側に延びる股部には、ヒートシンク２２と当接するスペーサ２５ｂが設けられている。光結合部材３０の入光面３３ａとＬＥＤ基板２４ａとの平行度を保つ必要があるため、スペーサ２５ｂは、スペーサ２５ａよりも、ＬＥＤ基板２４ａの厚さ分だけ高さが大きくなっている。
【００６７】
また、図１０に示すように、ＬＥＤ基板２４ａ及び光結合部材３０の接合部分では、環状のダム２６ａの内側に複数のＬＥＤチップ２３ａが配置されている。このＬＥＤチップは、スペーサ２５ａよりも外側に配置されている。また、ＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａにより光結合部材３０と離間している。このスペーサ２５ａにより、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０との衝突によるＬＥＤチップ２３ａの破損を防いでいる。すなわち、このスペーサ２５ａの存在によって、ＬＥＤ基板２４ａと、光結合部材３０の入光面３３ａとの間にＬＥＤチップ２３ａを配置しかつＬＥＤチップ２３ａを破損させない隙間を設けることができる。
【００６８】
このように、ＬＥＤチップ２３ａは、ＬＥＤ基板２４ａ、スペーサ２５ａ及び接着剤を介して、光結合部材３０に固定されている。その結果、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０とは一体化する。
【００６９】
また、ＬＥＤチップ２３ａを封止する透明樹脂は、ダム２６ａにより堰き止められており、その硬化物は、発光部２３ｃを構成する。ＬＥＤチップ２３ａから発した光は、この透明樹脂の硬化物により波長変換される。このため、発光部２３ｃ全体が発光する。発光部２３ｃと光結合部材３０の入光面３３ａとの間のクリアランスは、例えば０．１ｍｍで設定される。そして、このクリアランスは、上述のスペーサ２５ａにより確保される。また、ＬＥＤチップ２３ａから出射した光は、入光面３３ａに入光し、光結合部材３０内部を伝搬して、曲面３２ａで全反射して頂部平坦面３１に到達し、導光板１３に入射する。図１０に示す矢印Ｌｂは、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３へ向かう代表的な光路の一例を示している。
【００７０】
また、ＬＥＤ基板２４ａ及び光結合部材３０における接合部分の寸法の一例として、次の寸法が挙げられる。すなわち、ダム２６ａのＹ方向の幅が１．５ｍｍ、ＬＥＤ基板２４ａの厚さが２ｍｍ、発光部２３ｃのＹ方向の幅が０．６５ｍｍ、発光部２３ｃと光結合部材３０の入光面３３ａとの間のクリアランスが０．１ｍｍである。
【００７１】
（光結合部材の曲面の表面粗さ）
本実施の形態では、光結合部材３０における頂部平坦面３１の両側に向かって垂れ下がる２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光面３３ａからの光を曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１に導く反射面となっている一方、２つの側面部のうちの他方の側面部である他方側面部３６の表面である曲面３２ｂは頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されている。この理由について、図１１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１１（ａ）は迷光の発生原理を説明するための光結合部材の光路を示す説明図であり、図１１（ｂ）は導光板の輝度分布を示す平面図である。
【００７２】
図１０に示すように、光結合部材３０の下側においてＬＥＤ基板２４ａに設けられた発光部２３ｃは、ＬＥＤチップ２３ａと、ＬＥＤチップ２３ａを封止する透明樹脂体から構成されることによって標準値で０．６５ｍｍの幅を持っている。この発光部２３ｃの幅は、製造上寸法がばらつく。また、ＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０との相対的な取り付け位置も製造上ばらつきが生じる。
【００７３】
ここで、図１１（ａ）に示すように、光結合部材３０とＬＥＤチップ２３ａとの位置関係が所定の位置よりもずれて取り付けられた場合、光結合部材３０に入光した光が頂部平坦面３１に到達せずに、迷光となる場合がある。特に、発光部２３ｃが光結合部材３０に対して相対的に内側（二股の内側）にずれて取り付けられた場合、図中矢印Ｌｃのようなパスを通り、頂部平坦面３１に達しないで、曲面３２ａに対向する曲面３２ｂ側から抜けてしまい、光漏れとなる。すなわち、光結合部材３０の他方側面部３６における曲面３２ｂは反射面としての機能を有していない。このため、ＬＥＤチップ２３ａの位置ずれが生じた場合に、曲面３２ａからなる反射面で反射された光の光が頂部平坦面３１からずれたときに、反射光の一部が反対側の側面である他方側面部３６の曲面３２ｂに当たるようになる。そして、その場所は、他方側面部３６の曲面３２ｂのうち頂部平坦面３１に近い境界部近傍となる。
【００７４】
このため、曲面３２ｂ側から抜けた光は、導光板１３の下側から導光板１３に入射し、迷光となる。より詳細には、導光板１３の下側には反射シート１２が設けられているが、この導光板１３と反射シート１２との隙間（例えば、反射シート１２の垂れ等により隙間が生じる）に該光線が導かれ、さらに反射シート１２によって反射された該光線が導光板１３を通り貫けて液晶パネル４へと導かれることによって光漏れが生じる。
【００７５】
このような挙動は、発光部２３ｃが光結合部材３０に対して相対的に内側（二股の内側）にずれて取り付けられた場合、顕著になる。
【００７６】
このようにして発生した迷光がある光源モジュールを液晶表示装置１のバックライト等に適用した場合、図１１（ｂ）に示すように、迷光による輝度ムラが液晶表示装置１表面に発生して問題となる。
【００７７】
そこで、本実施の形態のバックライト１０では、図１に示すように、曲面３２ｂ、つまり光結合部材３０の入光面側Ａとは反対側Ｂの曲面３２ｂを粗面に形成している。すなわち、光結合部材３０における入光面側Ａの曲面３２ａは、表面粗さＲａ＜０．２の鏡面となっている一方、光結合部材３０の曲面３２ａの対向面である光結合部材３０における他方側面部３６の曲面３２ｂは、表面粗さＲａ≧０．２の粗面となっている。したがって、他方側面部３６の曲面３２ｂの表面粗さは、曲面３２ａの表面粗さよりも粗いものとなっている。
【００７８】
尚、光の反射・拡散の点から、光結合部材３０における入光面側Ａの曲面３２ａは表面粗さＲａ＝０．０５程度の鏡面であるが好ましく、光結合部材３０における他方側面部３６の曲面３２ｂは表面粗さＲａ≧０．４の粗面であることが好ましい。
【００７９】
これにより、発光部２３ｃが光結合部材３０に対して相対的にずれて取り付けられた場合に生ずる矢印Ｌｃのようなパスの光を曲面３２ｂの粗面で散乱させ、曲面３２ｂから光結合部材３０の外側に抜ける光を減少させることができる。詳細には、導光板１３と反射シート１２との隙間に光が導かれる前に様々な方向に光線を散乱させる。これにより、光漏れの原因となる光の多くが導光板１３と反射シート１２との隙間に導かれることがない。このため、一か所に光が集中することがなく、光漏れを抑制することができる。
【００８０】
その結果、導光板１３における、光結合部材３０の頂部平坦面３１以外の下側から入る光を減少させ、バックライト１０の光漏れを目立たなくすることができる。このようなバックライト１０であれば、液晶表示装置１のバックライト等に適用した場合、迷光による輝度ムラが液晶表示装置１の表面に発生して問題となることはない。
【００８１】
尚、ＬＥＤチップ２３ａが、光結合部材３０の端部側（図１において左側）にずれた場合、光結合部材３０の端部から、該光結合部材３０の外側に出射される場合がある。しかし、その光の向かう方向には、導光板１３が存在せず、かつ図示しないフレームとなっている。したがって、光結合部材３０の端部から、該光結合部材３０の外側に出射される光が存在しても迷光による輝度ムラが液晶表示装置１の表面に発生して問題となることはない。
【００８２】
ここで、光結合部材３０は、樹脂を金型等にて成型して形成するため、金型内の樹脂の流れ等を考慮すると、左右対称等の成型し易い形状であることが好ましい。
【００８３】
曲面３２ａ側は、鏡面に仕上げることが必要であるため、その部分に対応する金型の部分の面精度も高いことが要求される。しかし、本実施の形態のバックライト１０の光結合部材３０を成型する金型の場合は、曲面３２ｂに対応する金型部分は、面精度を低く作成できるため、金型の鏡面加工箇所が少なくなる。その結果、金型が安価になるメリットがある。
【００８４】
（液晶表示装置への適用）
上述したように、本実施形態の光源ユニット２０は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、液晶表示装置１に適用することが可能である。この場合、図２に示す光源ユニット２０をＸ方向に並べて配置して使用する。そして、これにより、導光板１３も、Ｘ方向及びＹ方向の寸法が共に大きなものとして構成される。このような構成とすることにより、液晶表示装置の液晶パネル４の大面積化に対応して、導光板１３の面積を大きし、大画面の液晶表示装置１の実用に適したバックライトを実現することができる。
【００８５】
例えば、ヒートシンク２２として、長さ１１０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ２ｍｍのものを８枚使用し、８組のヒートシンク２２、光結合部材３０及びＬＥＤ基板２４ａのセットを配置し、その上に大型の導光板１３を固定する方式の光源モジュールを構成し、液晶パネル４を背面から照明するバックライト方式の液晶表示装置１を構成することが可能である。
【００８６】
尚、図１２（ａ）（ｂ）では、液晶パネル４の寸法が６０型である場合が例示されているが、例えば６０型以上のサイズである７０型等といった６０型と異なる寸法であってもよい。
【００８７】
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。
【００８８】
以上のように、本実施の形態のバックライト１０は、ＬＥＤチップ２３ａと、導光板１３と、ＬＥＤチップ２３ａからの光を導光板１３に導く光結合部材３０とからなっている。光結合部材３０は、導光板１３側に光を入光させる頂部平坦面３１と、該頂部平坦面３１の両側に位置する２つの側面部と、ＬＥＤチップ２３ａの光を入光する入光部としての入光面３３ａとを有している。２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光面３３ａからの光を曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１に導く反射面となっている。一方、２つの側面部のうちの他方である他方側面部３６の表面は頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が曲面３２ａからなる反射面よりも粗面に形成されている。
【００８９】
上記の構成によれば、導光板１３の下方のＬＥＤチップ２３ａから出射された光は、入光面３３ａから光結合部材３０に入光し、光結合部材３０の曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１から導光板１３に入射される。導光板１３に入射された光は、該導光板１３の内部を全反射しながら一部の光は導光板１３の端部まで伝搬すると共に、その途中では適宜光路変換素子にて、全反射条件が破られ、導光板１３の上面から出射される。
【００９０】
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、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り、ＬＥＤチップ２３ａ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。
【００９１】
また、本実施の形態では、導光板とは別体の光結合部材を設けることにより、導光板の下面の入射部から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済み、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と共に、製造コストも軽減される。
【００９２】
ところで、このような構造のバックライト１０においては、光結合部材３０とＬＥＤチップ２３ａとの位置関係が所定の位置よりもずれると、詳細にはＬＥＤチップ２３ａが光結合部材３０に対する所定の位置よりも他方側面部３６側にずれると、曲面３２ａからなる反射面を反射した光の一部が光結合部材３０の頂部平坦面３１に結合せず、曲面３２ａからなる反射面とは反対側である２つの側面部のうちの他方の他方側面部３６の表面から出射する迷光となる。このような迷光は、ＬＥＤチップ２３ａが光結合部材３０に対する所定の位置よりも他方側面部３６側に大きくずれればずれる程迷光の発生量が多くなる。そして、このような迷光が導光板１３に入射されると、導光板１３においては輝度ムラが発生する。
【００９３】
そこで、本実施の形態では、光結合部材３０における２つの側面部のうちの他方の表面である他方側面部３６の表面は、頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が曲面３２ａからなる反射面よりも粗面に形成されている。この結果、他方側面部３６の表面の到達した光は、粗面にて乱反射を起こすので、導光板１３に入射しないことになる。
【００９４】
したがって、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への結合効率を高め、導光板１３の輝度ムラを低減し得るバックライト１０を提供することができる。
【００９５】
尚、本実施の形態では、光結合部材３０は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっている。しかし、本発明においては、光結合部材３０の形状は、必ずしもこれに限らない。すなわち、他方側面部３６は反射面としての機能を有していないため、原理的には形状は自由に採れる。このため、他方側面部３６は下面まで延ばして、光結合部材３０の設置面に対する脚体部としての機能を持たせることが可能である。これにより、光結合部材３０を安定して設置面に配置することができる。
【００９６】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０における２つの側面部のうちの他方の表面における頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部は、すなわち、他方側面部３６の曲面３２ｂの表面は、表面粗さＲａ≧０．２となっている。これにより、他方側面部３６の表面の到達した光が、粗面にて確実に乱反射を起こすので、導光板１３に入射しないことになる。
【００９７】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０における２つの側面部のうちの一方の表面である反射面は、表面粗さＲａ＜０．２となっている。これにより、光結合部材３０における曲面３２ａでは確実に全反射して、光結合部材３０の頂部平坦面３１から導光板１３に入射されることになる。
【００９８】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっている。これにより、光結合部材３０の下方に位置するＬＥＤチップ２３ａから入光面３３ａを介して入光した光の多くを曲面にて反射して頂部平坦面３１に導くことが可能となる。また、断面形状アーチ状又は半円状の光結合部材３０においては、外形表面形状が左右対称となるので、金型形成し易いメリットがある。
【００９９】
また、本実施の形態の液晶表示装置１は、本実施の形態の光源モジュールをバックライトとして備えている。それゆえ、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への結合効率を高め、導光板１３の輝度ムラを低減し得るバックライト１０を備えた液晶表示装置１を提供することができる。
【０１００】
尚、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、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。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
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。また、そのバックライトは、大型平面光源として照明装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 液晶表示装置
１０ バックライト（光源モジュール）
１３ 導光板
２０ 光源ユニット
２３ａ ＬＥＤチップ（光源）
２４ａ ＬＥＤ基板（光源基板）
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦面（頂部平坦部）
３２ａ 曲面
３２ｂ 曲面
３３ａ 入光面（入光部）
３６ 他方側面部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置に関するものであり、光源モジュールは、例えば液晶表示装置のバックライト、又は室内若しくは屋外の照明等に適用される。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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（Light Emitting Diode：発光ダイオード）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。
【０００４】
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すると共に、特に、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、液晶表示装置が大型になればなるほど、すなわち導光板が大型になればなるほど伸縮量が大きくなるので、光源と導光板との隙間を大きくしなければならず、その結果、入射効率がさらに低下する。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、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、図１３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１０２が設けられている。
【０００６】
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２１０に導入される。この結果、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し得るものとなっている。
【０００７】
尚、特許文献１の表示装置用バックライト１００では導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になる欠点がある。また、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欠点がある。
【０００８】
ここで、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された光源モジュールでは、導光板に加工を施す必要があるので、単なる平板状の導光板よりもコスト高になるという問題点を有している。
【００１１】
また、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欠点がある。
【００１２】
さらに、製造ばらつきにより、光源と導光板との相対的位置がずれた場合には、輝度ムラが発生する。
【００１３】
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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光源モジュールは、上記課題を解決するために、光源と、導光板と、該光源からの光を導光板に導く光結合部材とからなる光源モジュールであって、上記光結合部材は、導光板側に光を入光させる頂部平坦部と、該頂部平坦部の両側に位置する２つの側面部と、光源の光を入光する入光部とを有していると共に、上記２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光部からの光を曲面にて反射して上記頂部平坦部に導く反射面となっている一方、上記２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
上記の発明によれば、導光板の下方の光源から出射された光は、入光部から光結合部材に入光し、光結合部材の曲面にて反射して頂部平坦部から導光板に入射される。導光板に入射された光は、該導光板の内部を全反射しながら一部の光は導光板の端部まで伝搬すると共に、その途中では適宜光路変換素子にて、全反射条件が破られ、導光板の上面から出射される。
【００１６】
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、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り、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。
【００１７】
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、導光板の下面の入射部から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済み、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と共に、製造コストも軽減される。
【００１８】
ところで、このような構造の光源モジュールにおいては、光結合部材と光源との位置関係が所定の位置よりもずれると、詳細には光源が光結合部材に対する所定の位置よりも脚体部側にずれると、曲面からなる反射面を反射した光の一部が光結合部材の頂部平坦部に結合せず、曲面からなる反射面とは反対側である２つの側面部のうちの他方の表面から出射する迷光となる。このような迷光は、光源が光結合部材に対する所定の位置よりも２つの側面部のうちの他方の表面側に大きくずれればずれる程迷光の発生量が多くなる。
【００１９】
そして、このような迷光が導光板に入射されると、導光板においては輝度ムラが発生する。
【００２０】
そこで、本発明では、光結合部材における２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されている。この結果、２つの側面部のうちの他方の表面の到達した光は、粗面にて乱反射を起こすので、導光板に入射しないことになる。
【００２１】
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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュールを提供することができる。
【００２２】
本発明の光源モジュールでは、前記光結合部材における２つの側面部のうちの他方の表面における前記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部は、表面粗さＲａ≧０．２となっているとすることができる。
【００２３】
これにより、２つの側面部のうちの他方の表面の到達した光が、粗面にて確実に乱反射を起こすので、導光板に入射しないことになる。
【００２４】
本発明の光源モジュールでは、前記光結合部材における２つの側面部のうちの一方の表面である反射面は、表面粗さＲａ＜０．２となっているとすることができる。
【００２５】
これにより、光結合部材における曲面からなる反射面では確実に全反射して、該光結合部材の頂部平坦部から導光板に入射されることになる。
【００２６】
本発明の光源モジュールでは、前記光結合部材は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっているとすることができる。
【００２７】
これにより、光結合部材の下方に位置する光源から入光部を介して入光した光の多くを曲面にて反射して上記頂部平坦部に導くことが可能となる。また、断面形状アーチ状又は半円状の光結合部材においては、外形表面形状が左右対称となるので、金型形成し易いメリットがある。
【００２８】
本発明の液晶表示装置は、上記課題を解決するために、上記記載の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴としている。
【００２９】
上記の発明によれば、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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュールを備えた液晶表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光源モジュールは、以上のように、光結合部材は、導光板側に光を入光させる頂部平坦部と、該頂部平坦部の両側に位置する２つの側面部と、光源の光を入光する入光部とを有していると共に、上記２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光部からの光を曲面にて反射して上記頂部平坦部に導く反射面となっている一方、上記２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されているものである。
【００３１】
本発明の液晶表示装置は、以上のように、上記記載の光源モジュールをバックライトとして備えているものである。
【００３２】
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、導光板の輝度ムラを低減し得る光源モジュール、及びそれを備えた液晶表示装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における光源モジュールの実施の一形態を示すものであって、光源モジュールに備えられた光結合部材においてＬＥＤチップからの入射光が導光板に結合しない場合に脚体部の表面で散乱する光路を示す断面図である。
【図２】上記光源モジュールを備えた液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は上記液晶表示装置の全体構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す液晶表示装置における光源ユニットの構成を示す断面図である。
【図４】上記液晶表示装置における光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【図５】上記光源モジュールにおける光源ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図６】上記光源ユニットにおけるＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。
【図７】（ａ）はＬＥＤチップ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チップ近傍を示す要部断面図である。
【図８】上記導光板を取り除いた光源モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】図８において切断面Ｓで切断した断面図である。
【図１０】図９のＡ側の要部構成を拡大して示す断面図である。
【図１１】（ａ）は迷光の発生原理を説明するための光結合部材の光路を示す説明図であり、（ｂ）は導光板の輝度分布を示す平面図である。
【図１２】（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。
【図１３】従来の光源モジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の一実施形態について図１〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３５】
（液晶表示装置の全体構成）
本実施の形態の光源モジュールを備えた液晶表示装置の構成について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施の形態の液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。
【００３６】
本実施の形態の液晶表示装置１は、図２に示すように、光源モジュールとしてのバックライト１０、拡散板２Ａ、プリズムシート３、拡散シート２Ｂ、液晶パネル４及びベゼル５がこの順に重ねられて配置されている。液晶表示装置１においては、バックライト１０から出射された光が、拡散板２Ａ、プリズムシート３、及び拡散シート２Ｂを通過して液晶パネル４に入射する。そして、液晶パネル４において光透過率を部分的に変化させることにより、所望の画像が表示されることになる。尚、液晶パネル４は、矩形の平板状であり、拡散板２Ａ、プリズムシート３、及び拡散シート２Ｂも液晶パネル４と略同じ形状を有している。また、ここでは、液晶パネル４の長辺に平行な方向をＸ方向とし、液晶パネル４の短辺に平行な方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向の両方に垂直な方向をＺ方向とする。Ｘ方向は、長手方向ともいう。また、Ｚ方向は、液晶パネル４の法線方向ともいえる。
【００３７】
（バックライトの構成）
バックライト１０は、図２に示すように、下から順に、つまり液晶パネル４に対して遠い方から順に、光源ユニット２０、一筋の開口１１ａを有するシャーシ１１、シャーシ１１と同様に一筋の開口１２ａを有する反射シート１２、及び光学部材としての導光板１３にて構成されている。シャーシ１１は、例えば鉄等の材質により形成されており、バックライト１０の強度を高めるものである。シャーシ１１は、液晶パネル４と略同じサイズの矩形に形成されている。
【００３８】
上記光源ユニット２０は、凹部２１ａを有する光源ホルダー２１を備えている。凹部２１ａはＸ方向に伸びた長尺状つまり帯状の溝である。光源ホルダー２１は、液晶パネル４における長辺方向に沿って端部側に配置されている。
【００３９】
反射シート１２は、導光板１３から漏れ出た光を反射し、導光板１３に戻すために設けられている。反射シート１２は、光源ユニット２０内の後述する光学部材としての光結合部材３０が導光板１３に当接する部分で２つの区切られており、区切られた２つの反射シート間に一筋の開口１２ａが形成されている。すなわち、導光板１３における、光源ユニット２０側の下面には、光結合部材３０と当接する領域、及び反射シート１２が設けられた領域が存在する。そして、光は、導光板１３における、光結合部材３０と当接する領域を介して導光板１３へ入射することとなる。
【００４０】
導光板１３は、入射してくる光を液晶パネル４側へ導くためのものであり、平板状である。
【００４１】
（光源ユニットの構成）
次に、光源ユニット２０の構成について、図３（ａ）（ｂ）、図４〜図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図３（ａ）は、液晶表示装置１の全体構成を示す断面図であり、図３（ｂ）は、液晶表示装置１における光源ユニットの構成を示す断面図である。図４は、液晶表示装置１におけるバックライトの構成を示す斜視図である。図５は、バックライトにおける光源ユニットの構成を示す分解斜視図である。図６は、光源ユニットにおけるＬＥＤ基板の構成を示す平面図である。図７（ａ）はＬＥＤチップ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、図７（ｂ）はＬＥＤチップ近傍を示す要部断面図である。
【００４２】
上記光源ユニット２０は、図３（ａ）（ｂ）〜図５に示すように、光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップを搭載した光源基板としてのＬＥＤ基板２４ａと、長尺状の光結合部材３０と、ヒートシンク２２とを備えている。光結合部材３０は、ＬＥＤチップから発せられた光を結合させ、導光板１３に対して所定の角度で入射させるための光学素子である。また、板状部材としてのヒートシンク２２には、ＬＥＤ基板２４ａ及び光結合部材３０が搭載されている。また、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤ基板２４ａ、及びヒートシンク２２は、この順に重ねて配設されている。尚、半導体のＬＥＤチップは非常に微細なサイズであるため、図３（ａ）（ｂ）〜図５では、図面の煩雑さを防ぐための記載を割愛する。
【００４３】
上記光結合部材３０は、図４にも示すように、Ｘ方向の断面が二股形状（アーチ状）である透光部材からなっている。そして、この二股形状の一方側がＬＥＤ基板２４ａ上に配置されている。また、光結合部材３０は、ＬＥＤ基板２４ａと反対側に頂部平坦面を有し、この頂部平坦面に導光板１３が固定されている。尚、光結合部材３０は、必ずしも断面形状アーチ状に限らず、断面形状半円状であってもよい。
【００４４】
ＬＥＤ基板２４ａ上のＬＥＤチップから発した光は、光結合部材３０における二股形状の一方の入光面から入光し、光結合部材３０内部を伝搬し、導光板１３との固定部分である頂部平坦面で、導光板１３と光結合する。つまり導光板１３に入射する。導光板１３に入射した光は、導光板１３内部を全反射しながらＹ方向に伝搬しつつ、その光の一部は、導光板１３の裏面に形成された光取り出し手段である光散乱体により全反射条件が破られ、導光板１３表面からＺ方向上方である矢印Ｌａに出射する。尚、上記光散乱体は、導光板１３裏面に印刷等で形成された微小パターンである。このように、光源ユニット２０は、ＬＥＤチップからの光を導光板１３の凡そ全面から出射することができるので、面発光装置として利用することができる。光源ユニット２０におけるＬＥＤチップから導光板１３までの光の詳細挙動については、後述する。
【００４５】
本実施の形態では、光源としてＬＥＤチップを用いているが、これは、半導体チップ状のＬＥＤは形状が小さくかつ狭い領域に配置できるためである。これにより、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を配置することによって照度も向上し、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。ただし、これに限るものではなく、例えば、パッケージに収納されたＬＥＤでもよく、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。
【００４６】
図５に示すように、ＬＥＤ基板２４ａの表面には、白色系樹脂からなるダム２６ａが形成されている。図６に示すように、ダム２６ａは、液晶表示装置１の幅方向（長手方向）に長尺に形成されている。また、ダム２６ａは、凹部状に形成されている（後述する図１０参照）。そして、ダム２６ａ内には、図６に示すように、ＬＥＤチップ２３ａが、ダム２６ａの長手方向に例えば数ｍｍの間隔をあけて列状に配置されている。ダム２６ａの外周には、光結合部材３０との位置調整のためのアライメントマーク２７ａが設けられている。アライメントマーク２７ａは、ＬＥＤチップ２３ａの実装位置を規定するために予めＬＥＤ基板２４ａに準備されたものである。また、ＬＥＤ基板２４ａは、いわゆるプリント配線基板であり、アルミナ、セラミック、ガラスエポキシ樹脂等の材料から構成される。ＬＥＤ基板２４ａの厚さは、例えば２ｍｍである。
【００４７】
また、図６では示されていないが、ダム２６ａ内には、複数のＬＥＤチップ２３ａを封止する透明樹脂が充填されている。そして、この透明樹脂には、蛍光体が含まれている。蛍光体は、個々のＬＥＤチップ２３ａに対し同一の種類のものが用いられている。
【００４８】
また、ＬＥＤ基板２４ａには、ボス用穴２８ａ・２８ａが形成されている。このボス用穴２８ａ・２８ａは、後述するボス３５ａ・３５ａ（後述する図８参照）を挿入するための穴である。
【００４９】
光結合部材３０は、図４及び図５に示すように、Ｘ方向に垂直な断面形状が略Ｕ字形状つまりトンネル状又はアーチ状であり、Ｘ方向に長尺な棒状体である。そして、導光板１３とＬＥＤチップ２３ａとの間に設けられている。
【００５０】
この結果、本実施の形態の液晶表示装置１は、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部材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ＬＥＤチップ２３ａとを備え、上記液晶パネル４、導光板１３、光結合部材３０、ＬＥＤチップ２３ａがこの順に並んで配設された構成になっている。そして、液晶表示装置１におけるバックライト１０は、ＬＥＤチップ２３ａ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。そして、これらＬＥＤチップ２３ａは、出射光の光軸方向つまり入射光における最も輝度の高い方向が、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。
【００５１】
また、本実施の形態では、液晶表示装置１は、導光板の加工という技術思想を伴うことなく、光源としてのＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への光結合効率を高め、光利用効率を向上し得る。以下、光結合部材３０の詳細構造及び光路について説明する。
【００５２】
光結合部材３０は、上述したように、導光板１３とＬＥＤチップ２３ａとの間に設けられた断面略Ｕ字形状の帯状体つまり棒状体からなっている。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。同じ材質であれば、屈折率を同じにすることができるので、光結合部材３０から導光板１３への光の入射が円滑に行われる。導光板１３の屈折率が光結合部材３０の屈折率より僅かに高い構成でも構わない。また樹脂に限るものではなく硝子等の材質でも構わない。
【００５３】
詳細には、図７（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部としての頂部平坦面３１と、曲面３２ａ・３２ｂとからなっている。曲面３２ａ・３２ｂは、頂部平坦面３１から両端側にそれぞれ導光板１３から遠ざかるように伸びて形成されている。上記曲面３２ａは、本発明における光結合部材３０の２つの側面部のうちの一方の表面の反射面としての機能を果たし、曲面３２ｂは本発明における光結合部材３０の２つの側面部のうちの他方の表面としての機能を果たしている。
【００５４】
曲面３２ａ・３２ｂは、例えば、図７（ａ）に示す断面放物線とすることができる。すなわち、曲面３２ａ・３２ｂは、液晶パネル４の長手方向（Ｘ方向）に垂直な光結合部材３０の断面形状において、放物線を構成する。ただし、必ずしもこれに限るものではなく、断面楕円、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。これにより、光結合部材３０が、光源から出射された光を、光結合部材内部で曲げながら伝搬し、平板状の導光板１３に対して斜めに入射させるように機能する。このため、光源からの光の殆どを導光板１３に結合させることができる。
【００５５】
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、２つの下端平坦面となっている。この２つの下端平坦面のうち１つがＬＥＤチップ２３ａからの光を入光する入光面３３ａとなっている。ＬＥＤチップ２３ａは、入光面３３ａの真下に配置されている。そして、入光面３３ａの一部に高さ０．５ｍｍ程度のスペーサ２５ａが形成され、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０との衝突によるＬＥＤチップ２３ａの破損を防いでいる。ＬＥＤチップ２３ａは、ＬＥＤ基板２４ａにボンディングされている。すなわち、ＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａ近傍に接着剤等を塗布することで、ＬＥＤ基板２４ａに接着固定される。
【００５６】
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。ただし、必ずしもこれに限らず、凹部３４が存在しない断面かまぼこ状や断面半円状でもよい。すなわち、本実施の形態では、曲面３２ａ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、コスト削減を図ることができる。尚、凹部３４に図示しない反射シート等の反射手段を設けることも可能である。これにより、頂部平坦面３１近傍で発生した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。
【００５７】
光結合部材３０の入光面３３ａの下側には、ＬＥＤ基板２４ａにボンディングされたＬＥＤチップ２３ａが近接して設けられている。ＬＥＤチップ２３ａは、図７（ｂ）に示すように、例えば断面放物線からなる曲面３２ａ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、図７（ａ）に示すように、例えばＬＥＤチップ２３ａから出射された光は、光結合部材３０の入光面３３ａから入光し、断面放物線の曲面３２ａにて反射される。そして、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に斜めに入射する。導光板１３に入射した光は、図７（ａ）に示す導光板１３の右側の内部を全反射して進みつつ、導光板１３の裏面、つまり反射シート１２側の面に設けられている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る。そして、進む角度に応じて、全反射条件が破られた光と全反射条件を満たす光とになる。全反射条件が破られた光は、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２Ｂ及びプリズムシート３を通して液晶パネル４に向かう。一方、全反射条件を満たす光は、導光板１３から出射せず、反射シート１２で反射し、導光板１３のさらに右側の内部（図４におけるＹ方向）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る。
【００５８】
すなわち、導光板１３に入射した光は、導光板１３内部を全反射し端部へ向かう光路中、導光板１３の裏面に設けられた光散乱体の作用により、導光板１３の液晶パネル４側表面に対する全反射条件が破れた光が生じ、この光が導光板１３から出射する。一方、全反射条件を満たす光は、導光板１３内部を全反射して端部へ向かい、この光路中、再び導光板１３の裏面に設けられた光散乱体の作用により、導光板１３から出射する光が生じる。このように、光源ユニット２０では、導光板１３内部において、入射光が全反射し端部へ向かう光路中に光散乱体を設けて入射光の進む角度を変えることにより、導光板１３外部へ光を出射させている。
【００５９】
このような光路は、断面楕円の曲面３２ａを有する光結合部材３０においても同様である。そして、断面楕円の光結合部材３０においても、ＬＥＤチップ２３ａは、例えば断面楕円からなる曲面３２ａの焦点位置Ｆよりも端部側に存在することが好ましい。
【００６０】
（ＬＥＤ基板と光結合部材との固定）
次に、本実施の形態のＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０との固定について、図８〜図１０に基づいて説明する。図８は、光源ユニット２０における導光板１３を取り除いた構成を示す斜視図である。図９は、図８の構成を切断面Ｓで切断したときの断面図を示す。図１０は、図９の構成におけるＡ側の要部構成を拡大して示した断面図である。
【００６１】
図８〜図１０に示すように、光結合部材３０は、Ｘ方向に長尺であり、Ｘ方向に垂直な断面が頂部平坦面３１を根元とした二股形状（断面略Ｕ字形状）の帯状体である。頂部平坦面３１からＡ側（一方の側）に延びる股部は、ＬＥＤ基板２４ａ上に配置されている。ＬＥＤ基板２４ａは、ビス３４ａによりヒートシンク２２に螺合されている。
【００６２】
光結合部材３０におけるＬＥＤ基板２４ａと対向する部分には、光結合部材３０とＬＥＤ基板２４ａとを固定するための２つのボス３５ａ・３５ａ’が設けられている。これらボス３５ａ・３５ａ’は、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａ・２８ａに挿入される。そして、これらボス３５ａ・３５ａ’は、ＬＥＤ基板２４ａに接着固定されたボス３５ａ、及びＬＥＤ基板２４ａに対し取り外し可能に取り付けられたボス３５ａ’に割当てられている。すなわち、ボス３５ａ・３５ａ’のうちボス３５ａのみが、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａに挿入されると共に、接着剤等で固定されている。一方、ボス３５ａ’は、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａに挿入されているだけである。
【００６３】
さらに、図９に示すように、ヒートシンク２２には、その上のＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａと連通する貫通穴２２ａが設けられている。この貫通穴２２ａは、ＬＥＤ基板２４ａのボス用穴２８ａを貫通するボス３５ａ・３５ａ’を収容するための穴であると共に、余分な接着剤が溜まる部分になっている。また、この貫通穴２２ａは、ヒートシンク２２を貫通しており、補修の際に利用される。
【００６４】
光結合部材３０における頂部平坦面３１に対しＢ側（他方の側）には、ＬＥＤ基板が配置されていない。頂部平坦面３１からＢ側に延びる股部には、ヒートシンク２２と対向する部分に、光結合部材３０とヒートシンク２２とを固定するための２つのボス３５ｂ・３５ｂ’が設けられている。図９に示すように、ヒートシンク２２には、これらボス３５ｂ・３５ｂ’を挿入するための貫通穴２２ｂ・２２ｂが設けられている。そして、これらボス３５ｂ・３５ｂ’は、ヒートシンク２２に接着固定されたボス３５ｂ、及びヒートシンク２２に対して取り外し可能に取り付けられたボス３５ｂ’に割当てられている。すなわち、ボス３５ｂ・３５ｂ’のうちボス３５ｂのみが、ヒートシンク２２の貫通穴２２ｂに挿入されると共に、接着剤で固定されている。ヒートシンク２２の貫通穴２２ｂは、補修の際に利用される。
【００６５】
また、光結合部材３０における導光板１３と対向する部分には、頂部平坦面３１が形成されている。導光板１３は、この頂部平坦面３１で接触固定されている。この頂部平坦面３１が、ＬＥＤ基板２４ａからの光を導光板１３へ光を結合する部分となっている。
【００６６】
また、図８に示すように、光結合部材３０における、頂部平坦面３１からＡ側に延びる股部には、スペーサ２５ａが設けられている。このスペーサ２５ａは、光結合部材３０の入光面３３ａとＬＥＤ基板２４ａとのクリアランスを保つために設けられている。また、頂部平坦面３１からＢ側に延びる股部には、ヒートシンク２２と当接するスペーサ２５ｂが設けられている。光結合部材３０の入光面３３ａとＬＥＤ基板２４ａとの平行度を保つ必要があるため、スペーサ２５ｂは、スペーサ２５ａよりも、ＬＥＤ基板２４ａの厚さ分だけ高さが大きくなっている。
【００６７】
また、図１０に示すように、ＬＥＤ基板２４ａ及び光結合部材３０の接合部分では、環状のダム２６ａの内側に複数のＬＥＤチップ２３ａが配置されている。このＬＥＤチップは、スペーサ２５ａよりも外側に配置されている。また、ＬＥＤチップ２３ａは、スペーサ２５ａにより光結合部材３０と離間している。このスペーサ２５ａにより、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０との衝突によるＬＥＤチップ２３ａの破損を防いでいる。すなわち、このスペーサ２５ａの存在によって、ＬＥＤ基板２４ａと、光結合部材３０の入光面３３ａとの間にＬＥＤチップ２３ａを配置しかつＬＥＤチップ２３ａを破損させない隙間を設けることができる。
【００６８】
このように、ＬＥＤチップ２３ａは、ＬＥＤ基板２４ａ、スペーサ２５ａ及び接着剤を介して、光結合部材３０に固定されている。その結果、ＬＥＤチップ２３ａと光結合部材３０とは一体化する。
【００６９】
また、ＬＥＤチップ２３ａを封止する透明樹脂は、ダム２６ａにより堰き止められており、その硬化物は、発光部２３ｃを構成する。ＬＥＤチップ２３ａから発した光は、この透明樹脂の硬化物により波長変換される。このため、発光部２３ｃ全体が発光する。発光部２３ｃと光結合部材３０の入光面３３ａとの間のクリアランスは、例えば０．１ｍｍで設定される。そして、このクリアランスは、上述のスペーサ２５ａにより確保される。また、ＬＥＤチップ２３ａから出射した光は、入光面３３ａに入光し、光結合部材３０内部を伝搬して、曲面３２ａで全反射して頂部平坦面３１に到達し、導光板１３に入射する。図１０に示す矢印Ｌｂは、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３へ向かう代表的な光路の一例を示している。
【００７０】
また、ＬＥＤ基板２４ａ及び光結合部材３０における接合部分の寸法の一例として、次の寸法が挙げられる。すなわち、ダム２６ａのＹ方向の幅が１．５ｍｍ、ＬＥＤ基板２４ａの厚さが２ｍｍ、発光部２３ｃのＹ方向の幅が０．６５ｍｍ、発光部２３ｃと光結合部材３０の入光面３３ａとの間のクリアランスが０．１ｍｍである。
【００７１】
（光結合部材の曲面の表面粗さ）
本実施の形態では、光結合部材３０における頂部平坦面３１の両側に向かって垂れ下がる２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光面３３ａからの光を曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１に導く反射面となっている一方、２つの側面部のうちの他方の側面部である他方側面部３６の表面である曲面３２ｂは頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されている。この理由について、図１１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１１（ａ）は迷光の発生原理を説明するための光結合部材の光路を示す説明図であり、図１１（ｂ）は導光板の輝度分布を示す平面図である。
【００７２】
図１０に示すように、光結合部材３０の下側においてＬＥＤ基板２４ａに設けられた発光部２３ｃは、ＬＥＤチップ２３ａと、ＬＥＤチップ２３ａを封止する透明樹脂体から構成されることによって標準値で０．６５ｍｍの幅を持っている。この発光部２３ｃの幅は、製造上寸法がばらつく。また、ＬＥＤ基板２４ａと光結合部材３０との相対的な取り付け位置も製造上ばらつきが生じる。
【００７３】
ここで、図１１（ａ）に示すように、光結合部材３０とＬＥＤチップ２３ａとの位置関係が所定の位置よりもずれて取り付けられた場合、光結合部材３０に入光した光が頂部平坦面３１に到達せずに、迷光となる場合がある。特に、発光部２３ｃが光結合部材３０に対して相対的に内側（二股の内側）にずれて取り付けられた場合、図中矢印Ｌｃのようなパスを通り、頂部平坦面３１に達しないで、曲面３２ａに対向する曲面３２ｂ側から抜けてしまい、光漏れとなる。すなわち、光結合部材３０の他方側面部３６における曲面３２ｂは反射面としての機能を有していない。このため、ＬＥＤチップ２３ａの位置ずれが生じた場合に、曲面３２ａからなる反射面で反射された光の光が頂部平坦面３１からずれたときに、反射光の一部が反対側の側面である他方側面部３６の曲面３２ｂに当たるようになる。そして、その場所は、他方側面部３６の曲面３２ｂのうち頂部平坦面３１に近い境界部近傍となる。
【００７４】
このため、曲面３２ｂ側から抜けた光は、導光板１３の下側から導光板１３に入射し、迷光となる。より詳細には、導光板１３の下側には反射シート１２が設けられているが、この導光板１３と反射シート１２との隙間（例えば、反射シート１２の垂れ等により隙間が生じる）に該光線が導かれ、さらに反射シート１２によって反射された該光線が導光板１３を通り貫けて液晶パネル４へと導かれることによって光漏れが生じる。
【００７５】
このような挙動は、発光部２３ｃが光結合部材３０に対して相対的に内側（二股の内側）にずれて取り付けられた場合、顕著になる。
【００７６】
このようにして発生した迷光がある光源モジュールを液晶表示装置１のバックライト等に適用した場合、図１１（ｂ）に示すように、迷光による輝度ムラが液晶表示装置１表面に発生して問題となる。
【００７７】
そこで、本実施の形態のバックライト１０では、図１に示すように、曲面３２ｂ、つまり光結合部材３０の入光面側Ａとは反対側Ｂの曲面３２ｂを粗面に形成している。すなわち、光結合部材３０における入光面側Ａの曲面３２ａは、表面粗さＲａ＜０．２の鏡面となっている一方、光結合部材３０の曲面３２ａの対向面である光結合部材３０における他方側面部３６の曲面３２ｂは、表面粗さＲａ≧０．２の粗面となっている。したがって、他方側面部３６の曲面３２ｂの表面粗さは、曲面３２ａの表面粗さよりも粗いものとなっている。
【００７８】
尚、光の反射・拡散の点から、光結合部材３０における入光面側Ａの曲面３２ａは表面粗さＲａ＝０．０５程度の鏡面であるが好ましく、光結合部材３０における他方側面部３６の曲面３２ｂは表面粗さＲａ≧０．４の粗面であることが好ましい。
【００７９】
これにより、発光部２３ｃが光結合部材３０に対して相対的にずれて取り付けられた場合に生ずる矢印Ｌｃのようなパスの光を曲面３２ｂの粗面で散乱させ、曲面３２ｂから光結合部材３０の外側に抜ける光を減少させることができる。詳細には、導光板１３と反射シート１２との隙間に光が導かれる前に様々な方向に光線を散乱させる。これにより、光漏れの原因となる光の多くが導光板１３と反射シート１２との隙間に導かれることがない。このため、一か所に光が集中することがなく、光漏れを抑制することができる。
【００８０】
その結果、導光板１３における、光結合部材３０の頂部平坦面３１以外の下側から入る光を減少させ、バックライト１０の光漏れを目立たなくすることができる。このようなバックライト１０であれば、液晶表示装置１のバックライト等に適用した場合、迷光による輝度ムラが液晶表示装置１の表面に発生して問題となることはない。
【００８１】
尚、ＬＥＤチップ２３ａが、光結合部材３０の端部側（図１において左側）にずれた場合、光結合部材３０の端部から、該光結合部材３０の外側に出射される場合がある。しかし、その光の向かう方向には、導光板１３が存在せず、かつ図示しないフレームとなっている。したがって、光結合部材３０の端部から、該光結合部材３０の外側に出射される光が存在しても迷光による輝度ムラが液晶表示装置１の表面に発生して問題となることはない。
【００８２】
ここで、光結合部材３０は、樹脂を金型等にて成型して形成するため、金型内の樹脂の流れ等を考慮すると、左右対称等の成型し易い形状であることが好ましい。
【００８３】
曲面３２ａ側は、鏡面に仕上げることが必要であるため、その部分に対応する金型の部分の面精度も高いことが要求される。しかし、本実施の形態のバックライト１０の光結合部材３０を成型する金型の場合は、曲面３２ｂに対応する金型部分は、面精度を低く作成できるため、金型の鏡面加工箇所が少なくなる。その結果、金型が安価になるメリットがある。
【００８４】
（液晶表示装置への適用）
上述したように、本実施形態の光源ユニット２０は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、液晶表示装置１に適用することが可能である。この場合、図２に示す光源ユニット２０をＸ方向に並べて配置して使用する。そして、これにより、導光板１３も、Ｘ方向及びＹ方向の寸法が共に大きなものとして構成される。このような構成とすることにより、液晶表示装置の液晶パネル４の大面積化に対応して、導光板１３の面積を大きし、大画面の液晶表示装置１の実用に適したバックライトを実現することができる。
【００８５】
例えば、ヒートシンク２２として、長さ１１０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ２ｍｍのものを８枚使用し、８組のヒートシンク２２、光結合部材３０及びＬＥＤ基板２４ａのセットを配置し、その上に大型の導光板１３を固定する方式の光源モジュールを構成し、液晶パネル４を背面から照明するバックライト方式の液晶表示装置１を構成することが可能である。
【００８６】
尚、図１２（ａ）（ｂ）では、液晶パネル４の寸法が６０型である場合が例示されているが、例えば６０型以上のサイズである７０型等といった６０型と異なる寸法であってもよい。
【００８７】
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。
【００８８】
以上のように、本実施の形態のバックライト１０は、ＬＥＤチップ２３ａと、導光板１３と、ＬＥＤチップ２３ａからの光を導光板１３に導く光結合部材３０とからなっている。光結合部材３０は、導光板１３側に光を入光させる頂部平坦面３１と、該頂部平坦面３１の両側に位置する２つの側面部と、ＬＥＤチップ２３ａの光を入光する入光部としての入光面３３ａとを有している。２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光面３３ａからの光を曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１に導く反射面となっている。一方、２つの側面部のうちの他方である他方側面部３６の表面は頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が曲面３２ａからなる反射面よりも粗面に形成されている。
【００８９】
上記の構成によれば、導光板１３の下方のＬＥＤチップ２３ａから出射された光は、入光面３３ａから光結合部材３０に入光し、光結合部材３０の曲面３２ａにて反射して頂部平坦面３１から導光板１３に入射される。導光板１３に入射された光は、該導光板１３の内部を全反射しながら一部の光は導光板１３の端部まで伝搬すると共に、その途中では適宜光路変換素子にて、全反射条件が破られ、導光板１３の上面から出射される。
【００９０】
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、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り、ＬＥＤチップ２３ａ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。
【００９１】
また、本実施の形態では、導光板とは別体の光結合部材を設けることにより、導光板の下面の入射部から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済み、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と共に、製造コストも軽減される。
【００９２】
ところで、このような構造のバックライト１０においては、光結合部材３０とＬＥＤチップ２３ａとの位置関係が所定の位置よりもずれると、詳細にはＬＥＤチップ２３ａが光結合部材３０に対する所定の位置よりも他方側面部３６側にずれると、曲面３２ａからなる反射面を反射した光の一部が光結合部材３０の頂部平坦面３１に結合せず、曲面３２ａからなる反射面とは反対側である２つの側面部のうちの他方の他方側面部３６の表面から出射する迷光となる。このような迷光は、ＬＥＤチップ２３ａが光結合部材３０に対する所定の位置よりも他方側面部３６側に大きくずれればずれる程迷光の発生量が多くなる。そして、このような迷光が導光板１３に入射されると、導光板１３においては輝度ムラが発生する。
【００９３】
そこで、本実施の形態では、光結合部材３０における２つの側面部のうちの他方の表面である他方側面部３６の表面は、頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部が曲面３２ａからなる反射面よりも粗面に形成されている。この結果、他方側面部３６の表面の到達した光は、粗面にて乱反射を起こすので、導光板１３に入射しないことになる。
【００９４】
したがって、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への結合効率を高め、導光板１３の輝度ムラを低減し得るバックライト１０を提供することができる。
【００９５】
尚、本実施の形態では、光結合部材３０は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっている。しかし、本発明においては、光結合部材３０の形状は、必ずしもこれに限らない。すなわち、他方側面部３６は反射面としての機能を有していないため、原理的には形状は自由に採れる。このため、他方側面部３６は下面まで延ばして、光結合部材３０の設置面に対する脚体部としての機能を持たせることが可能である。これにより、光結合部材３０を安定して設置面に配置することができる。
【００９６】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０における２つの側面部のうちの他方の表面における頂部平坦面３１との境界を含む少なくとも一部は、すなわち、他方側面部３６の曲面３２ｂの表面は、表面粗さＲａ≧０．２となっている。これにより、他方側面部３６の表面の到達した光が、粗面にて確実に乱反射を起こすので、導光板１３に入射しないことになる。
【００９７】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０における２つの側面部のうちの一方の表面である反射面は、表面粗さＲａ＜０．２となっている。これにより、光結合部材３０における曲面３２ａでは確実に全反射して、光結合部材３０の頂部平坦面３１から導光板１３に入射されることになる。
【００９８】
また、本実施の形態のバックライト１０では、光結合部材３０は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっている。これにより、光結合部材３０の下方に位置するＬＥＤチップ２３ａから入光面３３ａを介して入光した光の多くを曲面にて反射して頂部平坦面３１に導くことが可能となる。また、断面形状アーチ状又は半円状の光結合部材３０においては、外形表面形状が左右対称となるので、金型形成し易いメリットがある。
【００９９】
また、本実施の形態の液晶表示装置１は、本実施の形態の光源モジュールをバックライトとして備えている。それゆえ、導光板１３の加工を伴うことなく、ＬＥＤチップ２３ａから導光板１３への結合効率を高め、導光板１３の輝度ムラを低減し得るバックライト１０を備えた液晶表示装置１を提供することができる。
【０１００】
尚、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、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。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
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。また、そのバックライトは、大型平面光源として照明装置に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 液晶表示装置
１０ バックライト（光源モジュール）
１３ 導光板
２０ 光源ユニット
２３ａ ＬＥＤチップ（光源）
２４ａ ＬＥＤ基板（光源基板）
３０ 光結合部材
３１ 頂部平坦面（頂部平坦部）
３２ａ 曲面
３２ｂ 曲面
３３ａ 入光面（入光部）
３６ 他方側面部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、導光板と、該光源からの光を導光板に導く光結合部材とからなる光源モジュールであって、
上記光結合部材は、
導光板側に光を入光させる頂部平坦部と、該頂部平坦部の両側に位置する２つの側面部と、光源の光を入光する入光部とを有していると共に、
上記２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光部からの光を曲面にて反射して上記頂部平坦部に導く反射面となっている一方、上記２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記光結合部材における２つの側面部のうちの他方の表面における前記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部は、表面粗さＲａ≧０．２となっていることを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記光結合部材における２つの側面部のうちの一方の表面である反射面は、表面粗さＲａ＜０．２となっていることを特徴とする１又は２記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記光結合部材は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の光源モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
光源と、導光板と、該光源からの光を導光板に導く光結合部材とからなる光源モジュールであって、
上記光結合部材は、
導光板側に光を入光させる頂部平坦部と、該頂部平坦部の両側に位置する２つの側面部と、光源の光を入光する入光部とを有していると共に、
上記２つの側面部のうちの一方の表面はその下方に位置する入光部からの光を曲面にて反射して上記頂部平坦部に導く反射面となっている一方、上記２つの側面部のうちの他方の表面は上記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部が上記反射面よりも粗面に形成されていることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記光結合部材における２つの側面部のうちの他方の表面における前記頂部平坦部との境界を含む少なくとも一部は、表面粗さＲａ≧０．２となっていることを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記光結合部材における２つの側面部のうちの一方の表面である反射面は、表面粗さＲａ＜０．２となっていることを特徴とする１又は２記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記光結合部材は、断面形状アーチ状又は半円状にてなっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の光源モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源モジュールをバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５８３５３（Ｐ２０１３−５８３５３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５２７６（Ｐ２０１１−１９５２７６）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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