JP2009301753A - 発光素子モジュール、面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子チップの位置精度や個数に依らず、発光素子チップの放射角特性を最適に制御することができる発光素子モジュール、これを備えた面光源装置および液晶表示装置を提供する。
【解決手段】発光素子チップ５０の発光面５０Ａの近傍にマイクロレンズアレイ６０を配置する。マイクロレンズアレイ６０の凸レンズ６１が形成された第２面６０Ｂを発光素子チップ５０に対向させ、凸レンズ６１のレンズ高さをｈ、レンズ幅をｗとしたときｈ／ｗを、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあるようにする。発光素子チップ５０の位置精度や個数に依らず、放射角特性をバックライトに最適に制御することが可能となる。発光素子モジュール１０間の間隔を小さくすることなく、発光素子モジュール１０と拡散板との距離を小さくすることが可能となり、バックライトの薄型化に有利となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子モジュールおよびこれを備えた面光源装置に関する。また、本発明は、この面光源装置を備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置のバックライトの光源には、冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp ；ＣＣＦＬ）や発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）が用いられている。大型の表示装置では大きな光量が必要なため、液晶パネルの背面に複数の光源を配置する直下型の構成が用いられる。ＬＥＤを光源に用いる場合、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて１個の素子で白色光が得られる白色ＬＥＤ、または、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを組み合わせたものが用いられる。白色ＬＥＤは小型・安価で発光効率も高い反面、広色域のカラー表示ができないため、広色域が求められる液晶表示装置には、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの組み合わせからなる光源が用いられる。

いずれの構成であっても、ＬＥＤは点光源に近いため、均一な白色発光面を得るには、ＬＥＤと拡散板との距離をある程度大きくしなければならない。この距離は配置するＬＥＤの間隔により決まり、この間隔が大きいほど光源と拡散板との距離を大きくする必要がある。従って、薄型の液晶表示装置を実現するには、ＬＥＤの間隔を小さくするのが望ましいが、ＬＥＤの間隔を小さくすると必要なＬＥＤの数が増えてコストアップになる。

このような問題を解決するために、樹脂レンズを用いてＬＥＤの放射角特性を調整することで、ＬＥＤ間の間隔を小さくすることなく、光源と拡散板との距離をより小さくする方法が提案されている（例えば、後述する特許文献４参照。）。しかし、この方法では、レンズの形状やＬＥＤチップの位置、発光素子の実装姿勢を高い精度で制御しなければならないという欠点がある。

そのような課題を解決するために、例えば、特許文献１に記載されたように、樹脂レンズを搭載した発光デバイスユニット１０から放射された光を、鋸歯状の反射・屈折パターンからなる光学プレート１３０を用いて均一化させ、これを光源として上部にある透過拡散板に均一な白色光を照射する方法が提案されている。また、特許文献２には、樹脂レンズを搭載したＬＥＤランプ５１から放射された光を、光散乱板５３を用いて均一化する同様の手法が提案されている。更に、特許文献３は、特許文献２と同様の構造であるが、発光ダイオードチップ１の上部に、空間を隔てて、粗面化されたカバープレート７を配置することで光取り出し効率を向上させている。加えて、特許文献４では、発光ダイオード１１０と透明樹脂１４０と光伝送手段１５０とからなる構造が提案されている。この光伝送手段１５０は、表面で全反射されないようにする第一手段と光を拡散させる第二手段とから成る。
特開２００６−１３４８８１号公報 特開２００６−２４４９９０号公報 特表２００６−５１９４８１号公報 特開２００６−３３９１５１号公報

しかしながら、これらの従来技術のいずれにも、光学プレート１３０、光散乱板５３、カバープレート７、光伝送手段１５０といった光線制御手段の詳細は記載されておらず、実際にどのような構造を用いれば効果があるかという技術の詳細は開示されていなかった。このような粗面構造を利用した光線制御手段は、粗面構造に対する効果の大きさに非常に幅があり、どのような形状であっても効果が得られるわけではなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、発光素子チップの位置精度や個数に依らず、発光素子チップの放射角特性を最適に制御することができる発光素子モジュール、この発光素子モジュールを備えた面光源装置、およびこの面光源装置を備えた液晶表示装置を提供することにある。

本発明による発光素子モジュールは、配線基板と、配線基板上に設置され、配線基板と平行な発光面を持つ発光素子チップと、発光素子チップの発光面の近傍に配置され、発光素子から放射される光に対して透明なマイクロレンズアレイとを備え、マイクロレンズアレイは、平坦な第１面と、第１面の反対側に、同一形状の複数の凸レンズが形成された第２面とを有し、第２面は前記発光素子チップの発光面に対向しており、凸レンズの凸面の最小高さをｈ、凸面の最小底部幅をｗとしたときｈ／ｗは、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあるものである。

本発明による面光源装置は、平面上に配置された複数の発光素子モジュールと、発光素子モジュールから距離を隔てて置かれた拡散板とを備え、発光素子モジュールは、上記本発明の発光素子モジュールにより構成されたものである。

本発明による液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面に配置された面光源装置とを備え、面光源装置は、上記本発明の面光源装置により構成されたものである。

本発明による発光素子モジュールでは、発光素子チップの発光面の近傍にマイクロレンズアレイが配置されていると共に、このマイクロレンズアレイの凸レンズが形成された第２面が発光素子チップに対向しており、凸レンズの凸面の最小高さをｈ、凸面の最小底部幅をｗとしたときｈ／ｗが、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあるので、発光素子チップの位置精度や個数に依らず、発光素子チップの放射角特性が、液晶表示装置のバックライトに最適に制御される。

本発明による面光源装置では、上記本発明の発光素子モジュールを備えているので、発光素子モジュール内の発光素子チップの放射角特性が、液晶表示装置のバックライトに最適に制御されている。よって、発光素子モジュール間の間隔を小さくすることなく、発光素子モジュールと拡散板との距離を小さくすることが可能となり、バックライトの薄型化に有利となる。従って、この面光源装置を直下型のバックライトとして液晶表示装置を構成すれば、液晶表示装置全体の薄型化を実現することができ、特に大きな光量を必要とする大型の液晶表示装置に極めて好適である。

本発明の発光素子モジュールによれば、発光素子チップの発光面の近傍にマイクロレンズアレイを配置すると共に、このマイクロレンズアレイの凸レンズが形成された第２面を発光素子チップに対向させ、凸レンズの凸面の最小高さをｈ、凸面の最小底部幅をｗとしたときｈ／ｗを、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあるようにしたので、発光素子チップの位置精度や個数に依らず、発光素子チップの放射角特性を、液晶表示装置のバックライトに最適に制御することができる。

本発明による面光源装置によれば、上記本発明の発光素子モジュールを備えるようにしたので、発光素子モジュール内の発光素子チップの放射角特性を、液晶表示装置のバックライトに最適に制御することができる。よって、発光素子モジュール間の間隔を小さくすることなく、発光素子モジュールと拡散板との距離を小さくすることが可能となり、バックライトの薄型化に有利となる。従って、この面光源装置を直下型のバックライトとして液晶表示装置を構成すれば、液晶表示装置全体の薄型化を実現することができ、特に大きな光量を必要とする大型の液晶表示装置に極めて好適である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を表したものである。この液晶表示装置は、液晶テレビジョン装置などとして用いられるものであり、液晶パネル１と、バックライト装置（面光源装置）２とを有する透過型カラー液晶表示装置である。

液晶パネル１は、一対の透明基板の間に液晶層を挟んだ透過型液晶表示パネルである。透明基板の内面には透明電極膜、配向膜、カラーフィルタ等が設けられている。透明基板の外面には、それぞれ偏光板が設けられている。なお、必要に応じて、透明基板と偏光板との間には、位相差板等の光学補償シートが配置されていてもよい。

バックライト装置２は、光源として白色ＬＥＤよりなる複数の発光素子モジュール１０と、拡散板２０とを有している。発光素子モジュール１０は、バックライト配線基板３０の平面上に、所定の間隔Ｌ（以下、「光源間距離Ｌ」ともいう。）で、図２に示したようなｎ行×ｍ列のマトリクス状に配置されている。バックライト配線基板３０の上面には、光利用効率を高めるための反射板３１が設けられている。発光素子モジュール１０，拡散板２０およびバックライト配線基板３０は、バックライト筐体４０に収容されている。

拡散板２０は、光学機能シート２１と適宜組み合わせられてスクリーンを構成するものであり、第１面２０Ａに発光素子モジュール１０からの光が照射され、第１面２０Ａの反対側の第２面２０Ｂから、光が再放射されるようになっている。拡散板２０は、発光素子モジュール１０から距離ｄ（以下、「光源−スクリーン間距離ｄ」ともいう。）を隔てて置かれている。発光素子モジュール１０から放射された光は、拡散板２０および光学機能シート２１よりなるスクリーンと、発光素子モジュール１０との間の空間で混合されることで、拡散板２０に入射される光が均一化されるようになっている。

図３は、発光素子モジュール１０の断面構成を表したものである。発光素子モジュール１０は、発光素子チップ５０と、マイクロレンズアレイ６０とを有している。

発光素子チップ５０は、バックライト配線基板３０を介して外部と電気的に接続された配線基板５１上に設置されている。発光素子チップ５０の発光面５０Ａは、配線基板５１と平行（または概略平行）である。また、発光素子チップ５０は、発光素子筐体５２に収容されており、発光素子筐体５２内には、透明または蛍光体を含む樹脂よりなる充填樹脂５３が設けられている。配線基板５１の幅は例えば５ｍｍ、発光素子チップ５０の幅は例えば０．５ｍｍ、発光素子筐体５２の高さは例えば１ｍｍである。

発光素子チップ５０は、広色域を求められる液晶表示装置の場合、例えば、少なくとも赤色光、緑色光、青色光の３色の放射光を発する複数の発光素子チップよりなる白色ＬＥＤにより構成されていることが好ましい。なお、発光素子チップ５０を青色ＬＥＤにより構成し、黄色蛍光体を含む透明の充填樹脂５３とを組み合わせた白色ＬＥＤとすることも可能である。

マイクロレンズアレイ６０は、発光素子チップ５０から放射される光に対して透明であり、発光素子チップ５０の発光面５０Ａの近傍、すなわち、発光面５０Ａの大きさに対して例えば１／１０未満など、十分な近距離に配置されている。マイクロレンズ６０は、例えばプラスチック（屈折率１．４〜１．５程度）により構成され、複数の発光素子モジュール１０にわたって共通のシート状（マイクロレンズアレイシート）に形成されており、接着剤（図示せず）により発光素子筐体５２に固定されている。

マイクロレンズアレイ６０は、第１面６０Ａが平坦（または概略平坦）である一方、この第１面６０Ａの反対側の第２面６０Ｂには、同一形状（または概略同一形状）の複数の凸レンズ６１が、等間隔（または概略等間隔）に形成されている。凸レンズ６１の中心軸６１Ａは、例えば図４（Ａ）に示したような三角格子、または正方格子の格子点に配置されていることが好ましい。

また、凸レンズ６１は、その傾斜面が、境界線６１Ｂで互いに接している、すなわち、凸レンズ６１間に隙間がないことが好ましい。凸レンズ６１間に隙間（平坦面）があると、発光素子チップ５０から放射された光の一部が正面方向に漏れるため、マイクロレンズアレイ６０を搭載した発光素子モジュール１０の放射角特性は３峰型になる。その場合、スクリーンの照射された発光パターンには、ホットスポットと呼ばれる輝点が生じ、結果的に輝度ムラが大きくなる。したがって凸レンズ６１間には隙間がないほうが望ましい。なお、この場合の凸レンズ６１のレンズ幅（凸面の最小底部幅）ｗとレンズ間距離は等しくなる。

凸レンズ６１のレンズ幅ｗは、発光素子チップ５０の発光面５０Ａの幅よりも十分小さく、発光素子チップ５０から放射される光の波長よりも十分大きいことが好ましく、例えば１０μｍ程度とすることができる。

また、凸レンズ６１と、充填樹脂５３との間の隙間Ｇは、凸レンズ６１の構成材料よりも屈折率の低い材料（例えば、空気）で満たされていることが好ましい。なお、この隙間Ｇは真空であってもよい。また、充填樹脂５３を設けない場合には、凸レンズ６１と発光面５０Ａとの間の隙間が、凸レンズ６１の構成材料よりも屈折率の低い材料で満たされているか、あるいは真空であればよい。

更に、このマイクロレンズアレイ６０は、第２面６０Ｂが発光素子チップ５０の発光面５０Ａに対向しており、凸レンズ６１のレンズ高さ（凸面の最小高さ）をｈ、レンズ幅（凸面の最小底部幅）をｗとしたとき、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗは、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にある。これにより、この発光素子モジュール１０では、発光素子チップ５０の位置精度や個数に依らず、発光素子チップ５０の放射角特性を最適に制御することができるようになっている。

図５は、マイクロレンズアレイ６０を搭載した１個の発光素子モジュール１０での放射角特性を、いろいろな縦横比ｈ／ｗ（ｈはレンズ高さ、ｗはレンズ幅）に対して測定した結果を表したものである。図５（Ａ）は、マイクロレンズアレイ６０の第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａに対向している場合、図５（Ｂ）は、図６に示したように、第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａと反対側に位置している場合である。ここで、発光素子チップ５０は白色ＬＥＤであり、マイクロレンズアレイ６０がない場合の放射角特性は、放射光強度が出射角θの余弦（cos θ）に比例するようなＬａｍｂｅｒｔｉａｎタイプである。

図５（Ａ）に示したように、マイクロレンズアレイ６０の第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａに対向している場合、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗを変えると放射角特性は大きく変化することが分かる。ｈ／ｗが０．４未満での放射角特性は正面（出射角ゼロ）が最大となる単峰特性を示すが、ｈ／ｗが０．４を越えると、側面方向に光強度が最大となる双峰的な放射角特性に変化していく。更に、ｈ／ｗが０．７より大きくなると、正面方向にもピークを持つ三峰特性に変化する。ｈ／ｗが０．８を超えると、正面方向の光強度が最大となるが、ｈ／ｗが０．９以上では放射角特性は大きく変化しない。放射角（正面方向での光強度の半分となる角度幅）はｈ／ｗが０．４６から０．７５の間で最大となる。

このことから、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗが、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあれば、放射角を最大にすることができることが分かる。更に、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗが、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．６８の範囲にあれば、より好ましい。放射角特性を双峰的なものとすることができるからである。

一方、図５（Ｂ）に示したように、マイクロレンズアレイ６０の第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａと反対側に位置している場合でも、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗを変えると放射角特性は変化するが、第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａに対向している場合に比べて変化は小さい。ｈ／ｗを大きくするに従って放射角は小さくなっていくが、第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０Ａの発光面５０Ａに対向している場合のように三峰的な放射角特性になることはない。マイクロレンズアレイ６０がない場合の放射角は１２０度であるが、第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａと反対側にある場合の放射角は１２０度より小さい。

図７は、図５（Ａ）に示した発光素子モジュール１０（マイクロレンズアレイ６０の第２面６０Ｂ（凸レンズ６１側）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａに対向している場合）を使ったバックライト装置の輝度ムラを表したものである。これは、発光素子モジュール１０間の間隔をＬ、発光素子モジュール１０と拡散板２０の第１面２０Ａとの間の距離をｄとして、ｄ／Ｌを変えた場合の輝度ムラ（拡散板２０の第２面２０Ｂでの輝度の最小値と最大値の差を平均輝度で割った輝度偏差Ｅ（（拡散板２０の第２面２０Ｂ全体の最大輝度−拡散板２０の第２面２０Ｂ全体の最小輝度）／拡散板２０の第２面２０Ｂ全体の平均輝度））の測定結果であり、発光素子モジュール１０の数は横方向がｍ＝２３、縦方向がｎ＝１３で、Ｌ＝３２ｍｍである。

図７（Ａ）は凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗが０．４より小さい場合、図７（Ｂ）は凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗが０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にある場合、図７（Ｃ）は凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗが０．８より大きい場合を示している。破線はマイクロレンズアレイ６０を搭載しない場合の特性を示している。ｄ／Ｌを大きくするに従って（間隔Ｌは固定なので、距離ｄを大きくするに従って）、輝度ムラは低下していくが、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗが０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にある場合には、マイクロレンズアレイ６０を搭載しない場合よりも、同じｄ／Ｌでの輝度ムラが小さくなっている。凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗがこの範囲外の場合は、マイクロレンズアレイ６０を搭載しない場合よりも輝度ムラが大きくなっている。

よって、凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗを０．４５≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲とすると共に、距離ｄおよび間隔Ｌを、ｄ／Ｌが、ｄ／Ｌに対するＥの極小点近傍の値であるように設定することが好ましい。具体的には、ｄ／Ｌは０．５＜ｄ／Ｌ＜０．７の範囲にあれば、より好ましい。輝度ムラを最小にすると共に距離ｄを小さくすることができ、バックライト装置２を薄型化することができるからである

なお、図５（Ｂ）および図６に示した発光素子モジュール（マイクロレンズアレイ６０の第２面６０Ｂ（凸レンズ６１）が発光素子チップ５０の発光面５０Ａと反対側にある）を使ったバックライト装置の輝度ムラは、マイクロレンズアレイ６０を搭載しない場合よりも常に悪く、マイクロレンズアレイ６０の効果は全く得られなかった。

以上より、マイクロレンズアレイ６０を使うことで、マイクロレンズアレイ６０を使わない場合より小さい光源−スクリーン間距離ｄでも、均一な輝度分布が得られるようになることが分かる。その場合、マイクロレンズアレイ６０を構成する凸レンズ６１の縦横比ｈ／ｗがどのような値であっても効果があるわけではなく、ｈ／ｗが０．４６以上０．７５以下の範囲にあるときに最も効果があり、マイクロレンズアレイ６０を使わない場合に比べて、光源−スクリーン間距離ｄを最大で３５％程度縮めることができる。

この液晶表示装置は、例えば次のようにして製造することができる。

まず、配線基板５１に発光素子チップ５０を実装して発光素子筐体５２に収容し、発光素子筐体５２内に充填樹脂５３を設けることにより、発光素子モジュール１０を形成する。

次いで、反射板３１を設けたバックライト配線基板３０に、発光素子モジュール１０を図２に示した間隔Ｌで配置し、マイクロレンズアレイ６０を接着剤により各発光素子モジュール１０の発光素子筐体５２に固定する。

また、拡散板２０に光学機能シート２１を適宜組み合わせてスクリーンを構成し、この拡散板２０を、発光素子モジュール１０から距離ｄを隔てて配置する。

続いて、発光素子モジュール１０，拡散板２０およびバックライト配線基板３０をバックライト筐体４０に収容してバックライト装置２を形成し、このバックライト装置２を液晶パネル１の背面に設置する。以上により、図１に示した液晶表示装置が完成する。

この液晶表示装置では、バックライト装置２において、発光素子モジュール１０から放射された光は、拡散板２０および光学機能シートよりなるスクリーンと、発光素子モジュール１０との間の空間で混合され均一化されたのち、拡散板２０の第１面２０Ａに照射され、反対側の第２面２０Ｂから再放射される。この光は、液晶パネル１の液晶層により変調され、液晶パネル１において画像表示が行われる。ここでは、発光素子モジュール１０の発光素子チップ５０の発光面５０Ａの近傍にマイクロレンズアレイ６０が配置されていると共に、このマイクロレンズアレイ６０の凸レンズ６１が形成された第２面６０Ｂが発光素子チップ５０に対向しており、凸レンズ６１のレンズ高さをｈ、レンズ幅をｗとしたときｈ／ｗが、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあるので、発光素子チップ５０の位置精度や個数に依らず、放射される光の放射角特性が、液晶表示装置のバックライトに最適な特性に制御されている。よって、発光素子モジュール１０間の間隔Ｌを小さくすることなく、発光素子モジュール１０と拡散板２０との距離ｄを小さくすることが可能となり、バックライト装置２の薄型化に有利となる。

このように本実施の形態の発光素子モジュール１０によれば、発光素子チップ５０の発光面５０Ａの近傍にマイクロレンズアレイ６０を配置すると共に、このマイクロレンズアレイ６０の凸レンズ６１が形成された第２面６０Ｂを発光素子チップ５０に対向させ、凸レンズ６１のレンズ高さをｈ、レンズ幅をｗとしたときｈ／ｗを、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にあるようにしたので、発光素子チップ５０の位置精度や個数に依らず、放射角特性を液晶表示装置のバックライト装置２に最適に制御することができる。また、樹脂レンズを用いた側面発光型の発光素子チップを用いる必要はなくなるので、樹脂レンズの形状や発光素子チップ５０の位置、発光素子チップ５０の実装精度などを高い精度で制御する必要もなくすことができる。

本実施の形態のバックライト装置２によれば、上記発光素子モジュール１０を備えるようにしたので、発光素子モジュール１０内の発光素子チップ５０の放射角特性を、液晶表示装置のバックライトに最適に制御することができる。よって、発光素子モジュール１０間の間隔Ｌを小さくすることなく、発光素子モジュール１０と拡散板２０との距離ｄを小さくすることが可能となり、バックライト装置２の薄型化およびコスト削減に有利となる。従って、このバックライト装置２を直下型のバックライトとして液晶表示装置を構成すれば、液晶表示装置全体の薄型化を実現することができ、特に大きな光量を必要とする大型の液晶表示装置に極めて好適である。

なお、上記実施の形態では、図３に示したように複数の発光素子モジュール１０が単一のマイクロレンズアレイ６０によって覆われている場合について説明したが、発光素子モジュール１０の間にあるマイクロレンズアレイ６０は、発光素子チップ５０から放射された光の放射角特性を制御する機能を有しないため、図８に示したように、マイクロレンズアレイ６０を個々の発光素子チップ５０の発光面５０Ａ上にだけ配置した構成としてもよい。このようにマイクロレンズアレイ６０を個々の発光素子モジュール１０に内蔵させることで、大面積のマイクロレンズアレイ６０を不要とすることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各構成要素の材料、形状および寸法、または形成方法および形成条件などは限定されるものではなく、他の材料、形状および寸法としてもよく、または他の形成方法および形成条件としてもよい。

例えば、図５および図７に示した特性は、マイクロレンズアレイ６０を構成する凸レンズ６１が三角格子状に配置されたものであるが、正方格子状の配列であっても、凸レンズ６１の傾斜面が互いに接している限り、放射角特性には大きな変化はない。

また、図５および図７に示した特性は、マイクロレンズアレイ６０を構成する凸レンズ６１のレンズ幅ｗが１０μｍでの結果であるが、これが２μｍから１００μｍの間であれば、放射角特性には大きな変化はない。更に、放射角特性は、マイクロレンズアレイ６０と発光面５０Ａとの距離にも大きく依存せず、樹脂レンズを用いた側面発光型の発光素子の場合のような精密な位置合わせは不要である。

更に、図５および図７に示した特性は、マイクロレンズアレイ６０の屈折率が１．４〜１．５での結果であるが、マイクロレンズアレイ６０の構成材料であるプラスチック材料は、一般的に屈折率１．４〜１．５を有するので、異なるプラスチック材料を用いてマイクロレンズアレイ６０を構成した場合にも、放射角特性には大きな変化はない。

更にまた、上記実施の形態では、発光素子モジュール１０の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、光利用効率を高めるため、図９に示したように、発光素子筐体５２の内面に反射膜５４を設けたり、図１０に示したように、マイクロレンズアレイ６０の第１面６０Ａに反射防止膜（無反射コーティング）６２を設けるようにしてもよい。

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を表す側断面図である。 図１に示した発光素子モジュールの配置を表す平面図である。 図１に示した発光素子モジュールを拡大して表す断面図である。 図４（Ａ）は、図３に示したマイクロレンズアレイを凸レンズの側から見た構成を表す平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面図である。 マイクロレンズアレイ６０を搭載した１個の発光素子モジュールでの放射角特性の測定結果を表した図であり、図５（Ａ）は、マイクロレンズアレイの第２面が発光素子チップに対向している場合、図５（Ｂ）は、マイクロレンズアレイの第２面が発光素子チップと反対側に位置している場合である。 図５（Ｂ）に示した放射角特性を調べた発光素子モジュールの構成を表す断面図である。 図５（Ａ）に示した放射角特性を調べた発光素子モジュールを備えたバックライト装置の輝度ムラの測定結果を表す図である。 図３に示した発光素子モジュールの変形例を表す断面図である。 図３に示した発光素子モジュールの他の変形例を表す断面図である。 図３に示した発光素子モジュールの他の変形例を表す断面図である。

符号の説明

１…液晶パネル、２…バックライト装置、１０…発光素子モジュール、２０…拡散板、２１…光学機能シート、３０…バックライト配線基板、３１…反射板、４０…バックライト筐体、５０…発光素子チップ、５０Ａ…発光面、５１…配線基板、５２…発光素子筐体、５３…充填樹脂、５４…反射膜、６０…マイクロレンズアレイ、６１…凸レンズ、５２…反射防止膜

Claims (13)

1. 配線基板と、
   前記配線基板上に設置され、前記配線基板と平行な発光面を持つ発光素子チップと、
   前記発光素子チップの発光面の近傍に配置され、前記発光素子から放射される光に対して透明なマイクロレンズアレイと
   を備え、
   前記マイクロレンズアレイは、
   平坦な第１面と、前記第１面の反対側に、同一形状の複数の凸レンズが形成された第２面とを有し、
   前記第２面は前記発光素子チップの発光面に対向しており、
   前記凸レンズの凸面の最小高さをｈ、凸面の最小底部幅をｗとしたときｈ／ｗは、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にある
   発光素子モジュール。
2. 前記凸レンズと前記発光面との間の少なくとも一部に隙間が設けられており、前記隙間は前記凸レンズの構成材料よりも屈折率の低い材料で満たされている
   請求項１記載の発光素子モジュール。
3. 前記凸レンズの傾斜面は互いに接している
   請求項１または２記載の発光素子モジュール。
4. 前記凸レンズの中心軸は、三角格子または正方格子の格子点に配置されている
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子モジュール。
5. 少なくとも赤色光、緑色光、青色光の３色の放射光を発する複数の発光素子チップを備えた
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光素子モジュール
6. 平面上に配置された複数の発光素子モジュールと、
   前記発光素子モジュールから距離を隔てて置かれた拡散板と
   を備え、
   前記発光素子モジュールは、
   配線基板と、
   前記配線基板上に設置され、前記配線基板と平行な発光面を持つ発光素子チップと、
   前記発光素子チップの発光面の近傍に配置され、前記発光素子から放射される光に対して透明なマイクロレンズアレイと
   を備え、
   前記マイクロレンズアレイは、
   平坦な第１面と、前記第１面の反対側に、同一形状の複数の凸レンズが形成された第２面とを有し、
   前記第２面は前記発光素子チップの発光面に対向しており、
   前記凸レンズの凸面の最小高さをｈ、凸面の最小底部幅をｗとしたときｈ／ｗは、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にある
   面光源装置。
7. 前記拡散板は、前記発光素子モジュールからの光が照射される第１面と、前記第１面の反対側に、光が再放射される第２面とを有しており、
   前記マイクロレンズアレイと前記拡散板の第１面との間の距離をｄ、前記発光素子モジュール間の間隔をＬ、前記拡散板の第２面での輝度の最小値と最大値の差を平均輝度で割った輝度偏差をＥとしたとき、ｄ／Ｌは、ｄ／Ｌに対するＥの極小点近傍の値である
   請求項６記載の面光源装置。
8. 前記マイクロレンズアレイと前記拡散板の第１面との間の距離をｄ、前記発光素子モジュール間の間隔をＬとしたとき、ｄ／Ｌは０．５＜ｄ／Ｌ＜０．７の範囲にある
   請求項７記載の面光源装置。
9. 前記凸レンズと前記発光面との間の少なくとも一部に隙間が設けられており、前記隙間は前記凸レンズの構成材料よりも屈折率の低い材料で満たされている
   請求項６ないし８のいずれか１項に記載の面光源装置。
10. 前記凸レンズの傾斜面は互いに接している
    請求項６ないし９のいずれか１項に記載の面光源装置。
11. 前記凸レンズの中心軸は、三角格子または正方格子の格子点に配置されている
    請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の面光源装置。
12. 前記発光素子モジュールは、少なくとも赤色光、緑色光、青色光の３色の放射光を発する複数の発光素子チップを備えた
    請求項６ないし１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
13. 液晶パネルと、前記液晶パネルの背面に配置された面光源装置とを備え、
    前記面光源装置は、
    平面上に配置された複数の発光素子モジュールと、
    前記発光素子モジュールから距離を隔てて置かれた拡散板と
    を備え、
    前記発光素子モジュールは、
    配線基板と、
    前記配線基板上に設置され、前記配線基板と平行な発光面を持つ発光素子チップと、
    前記発光素子チップの発光面の近傍に配置され、前記発光素子から放射される光に対して透明なマイクロレンズアレイと
    を備え、
    前記マイクロレンズアレイは、
    平坦な第１面と、前記第１面の反対側に、同一形状の複数の凸レンズが形成された第２面とを有し、
    前記第２面は前記発光素子チップの発光面に対向しており、
    前記凸レンズの凸面の最小高さをｈ、凸面の最小底部幅をｗとしたときｈ／ｗは、０．４６≦ｈ／ｗ≦０．７５の範囲にある
    液晶表示装置。

Images