WO2012063758A1 - 照明装置および表示装置 - Google Patents

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張 志芳
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シャープ株式会社
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336Illuminating devices
    • G02F1/133602Direct backlight
    • G02F1/133603Direct backlight with LEDs

Definitions

  • the present invention relates to an illuminating device and a display device, and more particularly to an illuminating device and a display device including a light source and a lens member that increases a spread angle of light emitted from the light source.
  • an illumination device including a plurality of light sources is known (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses a direct-type planar light source device (illumination device) including a plurality of light emitting elements (light sources) and a diffusion plate (optical member) having a function of diffusing light from the light emitting elements.
  • a lens lens that increases the spread angle of the light emitted from the light emitting element is provided on the light emitting side (upper side) of the light emitting element.
  • the lens is formed integrally with the light emitting element, and the light emitting element assembly is configured by the light emitting element and the lens.
  • the spread angle of the light emitted from the light emitting element (light source) is increased by the lens, and the light emitting element and the diffusion plate (optical member) By ensuring a sufficient distance between them, the light uniformly reaches the diffuser plate and the display panel (illuminated member) disposed above the diffuser plate, and luminance unevenness of the display panel is suppressed.
  • planar light source device (illumination device) as described in Patent Document 1 has a problem that when the planar light source device is thinned, uneven luminance occurs on the display panel.
  • light emitted obliquely upward (obliquely forward) from the light emitting element has a widening angle by the lens, and light emitted from a plurality of light emitting elements is mixed.
  • the light emitted obliquely upward from the light emitting element reaches the diffusion plate and the display panel in a uniform state.
  • the light emitted from the light emitting element in the upward direction is hardly spread by the lens.
  • a sufficient distance between the light emitting element and the diffusion plate cannot be secured, so the light emitted from the light emitting element directly above is an optical path (distance from the light emitting element to the diffusion plate). Becomes shorter and is not sufficiently uniformized. For this reason, the light emitted directly upward from the light emitting element reaches the diffusion plate and the display panel in a state where the light is not sufficiently uniformized.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an illuminating device and a display device capable of suppressing occurrence of luminance unevenness in an illuminated member. It is to be.
  • an illumination device is disposed between a light source, an optical member having a function of diffusing light from the light source, the light source and the optical member, and is emitted from the light source.
  • the lens member for increasing the spread angle of the light is provided, and a traveling direction changing section for diffusing or reflecting the light and changing the traveling direction of the light from the light source is provided in a portion of the lens member directly above the light source. It has been.
  • the light emitted from the plurality of light sources is mixed by providing the lens member that increases the spread angle of the light emitted from the light sources.
  • the lens member that increases the spread angle of the light emitted from the light sources.
  • the traveling direction changing unit that diffuses or reflects light to the portion of the lens member directly above the light source and changes the traveling direction of the light from the light source.
  • the traveling direction of the light emitted from the light source directly above can be changed to a direction other than directly above, the light emitted from the light source directly above is used as the light source of the optical member and the illuminated member. It is possible to reach parts other than just above. That is, it is possible to suppress the light emitted right above from the light source from reaching the optical member and the illuminated member in a state where the light is not sufficiently uniformized.
  • it is possible to suppress the luminance of the portion of the illuminated member immediately above the light source from being increased it is possible to suppress the occurrence of luminance unevenness in the illuminated member.
  • the lighting device preferably further includes a mounting substrate to which a light source is attached, and the lens member is attached to the mounting substrate or the light source. If comprised in this way, after attaching a lens member to a mounting board
  • the advancing direction changing portion includes a concavo-convex shape portion that is formed on the surface of the lens member and diffuses light. If comprised in this way, since the advancing direction of the light radiate
  • the traveling direction changing unit includes a reflective layer that is provided on the surface of the lens member and reflects light. If comprised in this way, since the light radiate
  • the reflective layer is preferably formed of a resin. If comprised in this way, the advancing direction change part can be easily provided in a lens member.
  • the surface on the illuminated member side of the lens member may be formed in a substantially convex shape, and the central portion of the surface on the illuminated member side may be formed in a concave shape.
  • the light source includes a light emitting diode. If comprised in this way, a light source and an illuminating device can be reduced in thickness, weight, and power consumption easily.
  • a display device includes the illumination device configured as described above and a display panel illuminated by the illumination device. If comprised in this way, the display apparatus which can suppress that a brightness nonuniformity generate
  • the present invention it is possible to easily obtain an illuminating device and a display device capable of suppressing occurrence of luminance unevenness in a member to be illuminated.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention. It is the expanded sectional view which showed the structure of LED periphery of FIG. It is an expanded sectional view for demonstrating the advancing direction of the light radiate
  • the liquid crystal display device 1 constitutes, for example, a liquid crystal television receiver (not shown). As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device 1 includes a liquid crystal display panel 2 and a backlight device 3 that is disposed on the lower side (back side) of the liquid crystal display panel 2 and illuminates the liquid crystal display panel 2.
  • the liquid crystal display device 1 is an example of the “display device” in the present invention
  • the liquid crystal display panel 2 is an example of the “illuminated member” and the “display panel” in the present invention.
  • the backlight device 3 is an example of the “illumination device” in the present invention.
  • the liquid crystal display panel 2 includes two glass substrates that sandwich a liquid crystal layer (not shown).
  • the liquid crystal display panel 2 functions as a display panel when illuminated by the backlight device 3.
  • the backlight device 3 is a direct type backlight device, and covers a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes) 4, a mounting substrate 5 to which the LEDs 4 are attached, and a light emitting side (upper side) of the LEDs 4.
  • a plurality of lens members 6 arranged, a reflecting member 7 arranged on the mounting substrate 5, an optical member group 8 arranged between the LED 4 and the liquid crystal display panel 2, the LED 4 and the reflecting member 7, and the like are accommodated.
  • the backlight chassis 9 is used.
  • the LED 4 is an example of the “light source” and “light emitting diode” in the present invention.
  • the plurality of LEDs 4 are arranged in the longitudinal direction (A direction) and the short direction (perpendicular to the paper surface) of the liquid crystal display panel 2. Further, the light emitted from the LED 4 is emitted at a predetermined spread angle as will be described later. Further, the plurality of LEDs 4 are arranged so that light emitted from adjacent LEDs 4 is mixed.
  • the LED 4 is attached to the mounting substrate 5 using a solder layer (not shown) or the like.
  • LED4 may be comprised by the sealing resin etc. which seal a light emitting element part (not shown) and a light emitting element part.
  • the lens member 6 is disposed between the LED 4 and the optical member group 8 (see FIG. 1). As will be described later, the lens member 6 has a function of increasing the spread angle of the light emitted from the LED 4.
  • the lens member 6 is formed of a material (for example, resin or glass) that transmits light emitted from the LED 4.
  • the lens member 6 includes a lens portion 6a and a plurality of (for example, three) leg portions 6b.
  • the lens portion 6a includes a light emitting surface (upper surface) 6c and a lower surface 6d formed on the side opposite to the light emitting surface 6c.
  • the light emitting surface 6c is an example of the “surface” and “surface of the lens member on the illuminated member side” in the present invention.
  • the light exit surface 6c is formed in a substantially convex shape, and is formed so that light emitted from the lens member 6 has a desired light distribution pattern.
  • the central portion of the light emitting surface 6c (the portion directly above the LED 4) is formed in a concave shape.
  • the center part of the light-projection surface 6c does not need to be formed in concave shape.
  • a concavo-convex shape portion 6e formed with a plurality of fine concavo-convex portions is formed in the central portion of the light emitting surface 6c.
  • the light that passes through (passes through) the central portion (uneven shape portion 6e) of the light emitting surface 6c is diffused and the traveling direction is changed.
  • corrugated shaped part 6e is an example of the "advancing direction change part" of this invention.
  • the uneven portion 6e is formed by, for example, sandblasting.
  • corrugated shaped part 6e may be formed not by physical processing like sandblasting but by chemical processing such as frost processing.
  • a recess 6f is formed in the central portion of the lower surface 6d (the portion directly above the LED 4). As a result, as will be described later, the traveling direction of the light emitted obliquely upward (obliquely forward) from the LED 4 is further changed to the outside, and the light spreading angle is increased.
  • the leg portion 6b is attached to a predetermined position of the mounting substrate 5 using, for example, an adhesive (not shown).
  • the light P1 emitted obliquely upward (obliquely forward) from the LED 4 is refracted outward by the recess 6f and further refracted outward by the light exit surface 6c. That is, the spread angle of the light P1 emitted obliquely upward from the LED 4 is further increased by the lens member 6.
  • the light P2 emitted from the LED 4 substantially directly upward is diffused by the concavo-convex shape portion 6e, and the traveling direction is changed. That is, the light P2 that is transmitted (passed) through the center portion (uneven shape portion 6e) of the lens member 6 is diffused (uniformized) and is applied to a portion of the optical member group 8 (see FIG. 1) other than directly above the LED 4. Also reach.
  • the lens member 6 functions as a lens for lowering (widening) the directivity of the light emitted from the LED 4.
  • the light distribution pattern (directional characteristic) of the light emitted from the lens member 6 is as shown in FIG. Specifically, the luminous intensity of the light emitted from the lens member 6 is the highest in the direction inclined about 65 ⁇ 15 degrees with respect to the upward direction. Further, the relative luminous intensity of the light emitted from the lens member 6 directly upward is, for example, about 0.09. That is, the light in the direction inclined by about 65 ⁇ 15 degrees with respect to the upward direction is the principal ray.
  • the angle (0 ° to 90 °) in FIG. 4 and FIG. 5 to be described later indicates the light emission angle with respect to the upward direction.
  • the luminous intensity of the principal ray (light in a direction inclined by about 65 ⁇ 15 degrees with respect to the directly upward direction) is higher than the luminous intensity of light in other directions (for example, light emitted in the upward direction), Since the principal ray can sufficiently secure the optical path (distance from the LED 4 to the optical member group 8), it sufficiently spreads (is made uniform) before reaching the optical member group 8. For this reason, the chief rays reach the optical member group 8 and the liquid crystal display panel 2 in a uniform state. That is, the luminance of the portion of the liquid crystal display panel 2 on the extension line of the principal ray does not become higher than other portions (the luminance unevenness occurs in the liquid crystal display panel 2).
  • the luminous intensity of the light emitted from the lens member is as shown in FIG. Specifically, the relative luminous intensity of the light emitted directly upward from the lens member is, for example, about 0.23. For this reason, the brightness of the portion of the liquid crystal display panel 2 directly above the LED 4 is increased, and uneven brightness occurs in the liquid crystal display panel 2.
  • the chief ray is obtained when the uneven portion 6 e is formed (in the case of FIG. 4) and when the uneven portion 6 e is not formed (in the case of FIG. 5).
  • the luminous intensity (light in a direction inclined by approximately 65 ⁇ 15 degrees with respect to the upward direction) does not change. That is, the concavo-convex shape portion 6e is formed in a region of the lens member 6e that does not affect the progress of the principal ray.
  • the mounting substrate 5 is formed in an elongated shape extending in the A direction, and a plurality of mounting substrates 5 are arranged in a direction perpendicular to the paper surface.
  • the mounting substrate 5 may be formed so as to spread in the direction A and in a direction perpendicular to the paper surface, or all the LEDs 4 may be attached to one mounting substrate 5.
  • the mounting substrate 5 may be fixed to the backlight chassis 9 using a fixing member (not shown) or the like (not shown).
  • the reflection member 7 has a function of reflecting light from the lens member 6 (LED 4) and light emitted from the lens member 6 (LED 4) and reflected by the optical member group 8 to the upper side (the liquid crystal display panel 2 side).
  • an opening 7a is formed in a portion of the reflecting member 7 corresponding to the lens member 6.
  • the opening 7 a has an inner shape (inner diameter) that is slightly larger than or equal to the outer shape (diameter) of the lens member 6.
  • the optical member group 8 includes a diffusion sheet (or diffusion plate) 8a having a function of diffusing light from the lens member 6 (LED 4), and a prism sheet 8b for condensing the light in the forward direction. It is constituted by.
  • the diffusion sheet 8a is an example of the “optical member” in the present invention.
  • the backlight chassis 9 is made of, for example, a metal plate.
  • the lens member 6 that increases the spread angle of the light P1 emitted from the LEDs 4
  • the light P1 emitted from the plurality of LEDs 4 is mixed. Therefore, it can suppress that the brightness
  • the light is diffused to the central portion of the light emitting surface 6c of the lens member 6 (the portion directly above the LED 4), and the traveling direction of the light P2 from the LED 4 is changed.
  • An uneven shape portion 6e is provided.
  • the lens member 6 is attached to the mounting substrate 5 as described above. Thereby, it is not necessary to align the LED 4 and the lens member 6 (uneven shape portion 6e) after the lens member 6 is attached to the mounting substrate 5, so that the assembly process of the backlight device 3 becomes complicated. Can be suppressed. Moreover, it can suppress that position shift generate
  • the light source (LED 4) and the backlight device 3 can be easily reduced in thickness, weight, and power consumption. .
  • the lens member 106 includes a lens portion 106a and a plurality of (for example, three) leg portions 6b.
  • the lens portion 106a includes a light emitting surface (upper surface) 106c and a lower surface 6d.
  • the light emitting surface 106c is an example of the “surface” and “surface of the lens member on the illuminated member side” in the present invention.
  • the light exit surface 106c is not formed with fine unevenness (unevenness-shaped portion 6e).
  • the reflective layer 110 is formed on the central portion (the portion directly above the LED 4) of the light emitting surface 106c.
  • the light P ⁇ b> 102 emitted from the LED 4 substantially directly upward and reaching the reflective layer 110 (the central portion of the light emitting surface 106 c) is reflected by the reflective layer 110. That is, the traveling direction of the light P102 is changed from the upper direction to the lower direction.
  • the reflective layer 110 is an example of the “traveling direction changing unit” in the present invention.
  • the light P102 reflected by the reflective layer 110 is reflected or refracted on the surface of the mounting substrate 5 or the surface of the lens member 106, and reaches the optical member group 8 and the liquid crystal display panel 2 in a uniform state. .
  • the reflective layer 110 is formed, for example, by applying a white resin (white paint or the like) to the surface (light emitting surface 106c) of the lens member 106 and curing it.
  • a white resin white paint or the like
  • the reflective layer 110 may be formed of a metal plating layer, a metal plate, or the like.
  • the remaining structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the reflection is made to reflect the light to the central portion of the light emitting surface 106c of the lens member 106 (the portion directly above the LED 4) and change the traveling direction of the light P102 from the LED 4.
  • Layer 110 is provided. Thereby, since the light P102 emitted from the LED 4 can be reflected by the reflective layer 110, it is possible to easily suppress the luminance of the portion of the liquid crystal display panel 2 just above the LED 4 from increasing. As a result, the occurrence of luminance unevenness in the liquid crystal display panel 2 can be suppressed.
  • the reflective layer 110 can be easily provided on the lens member 106 by forming the reflective layer 110 from a resin.
  • the reflective layer 210 is provided on the central portion of the light emitting surface 106c of the lens member 206. Instead, it is provided on the bottom surface of the recess 6f (the surface of the recess 6f directly above the LED 4).
  • the reflective layer 210 is an example of the “traveling direction changing unit” in the present invention.
  • the display device is applied to a liquid crystal display device.
  • the present invention is not limited thereto, and may be applied to a display device other than the liquid crystal display device.
  • the backlight device has been described as an example of the lighting device.
  • the present invention is not limited to this and can be applied to lighting devices other than the backlight device.
  • an LED is used as a light source.
  • the present invention is not limited to this, and a light source other than a semiconductor light emitting element may be used.
  • corrugated shaped part was shown about the example which formed in the light-projection surface of a lens member, this invention is not limited to this,
  • corrugated shaped part is formed in the bottom face of the recessed part of a lens member. May be. Moreover, you may form an uneven
  • the lens member 306 may be attached to the mounting substrate 305 without using an adhesive or the like.
  • the engaging portion 306 c is formed in the leg portion 306 b of the lens member 306, and the engaging hole 305 a is formed in the portion of the mounting substrate 305 corresponding to the leg portion 306 b of the lens member 306.
  • the lens member 306 may be attached to the mounting substrate 305 by inserting the leg portion 306b into the engagement hole 305a and engaging the engagement portion 306c of the leg portion 306b with the engagement hole 305a.
  • the lens member 406 is provided integrally with the LED 404, and the lens member 406 is provided with an uneven portion 406a (or a reflective layer). May be.
  • the concavo-convex shape portion 406a may be formed in a portion of the lens member 406 directly above the LED element portion (light emitting element portion) 404a.
  • corrugated shaped part 406a is an example of the "advancing direction change part" of this invention
  • the LED element part 404a is an example of the "light source” and "light emitting diode” of this invention.
  • Liquid crystal display device display device
  • Liquid crystal display panel illuminationted member, display panel
  • Backlight device lighting device
  • LED light source, light emitting diode
  • Mounting substrate 6 106, 206, 306, 406 Lens member 6c, 106c
  • Light exit surface surface, surface of the lens member on the illuminated member side
  • 406a Uneven shape part (travel direction changing part) 8a
  • Diffusion sheet optical member
  • Reflection layer (travel direction changing part)
  • LED element light source, light emitting diode

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Abstract

 被照明部材に輝度ムラが発生するのを抑制することが可能な照明装置を提供する。このバックライト装置(照明装置)(3)は、LED(4)と、LEDからの光を拡散させる機能を有する拡散シート(8a)と、LEDおよび拡散シートの間に配置され、LEDから出射した光の広がり角を大きくするレンズ部材(6)とを備える。レンズ部材の、光出射面(6c)の中央部(LEDの真上の部分)には、光を拡散させ、LEDからの光の進行方向を変更する凹凸形状部(6e)が設けられている。

Description

照明装置および表示装置
 この発明は、照明装置および表示装置に関し、特に、光源と光源から出射した光の広がり角を大きくするレンズ部材とを備えた照明装置および表示装置に関する。
 従来、複数の光源を備えた照明装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 上記特許文献1には、複数の発光素子(光源)と、発光素子からの光を拡散させる機能を有する拡散板(光学部材)とを備えた直下型の面状光源装置(照明装置)が開示されている。発光素子の光出射側(上側)には、発光素子から出射した光の広がり角を大きくするレンズ(レンズ部材)が設けられている。このレンズは、発光素子と一体的に形成されており、発光素子およびレンズなどにより、発光素子組立体が構成されている。
特開2010-86892号公報
 ところで、上記特許文献1のような面状光源装置(照明装置)では、発光素子(光源)から出射した光の広がり角をレンズにより大きくし、かつ、発光素子と拡散板(光学部材)との間の距離を十分に確保することによって、拡散板およびその上側に配置される表示パネル(被照明部材)に光を均一に到達させ、表示パネルの輝度ムラを抑制していた。
 しかしながら、上記特許文献1のような面状光源装置(照明装置)では、面状光源装置を薄型化した場合、表示パネルに輝度ムラが発生するという問題点がある。
 具体的には、発光素子から斜め上方(斜め前方)に出射した光は、レンズにより広がり角が大きくなり、複数の発光素子から出射した光が混ざり合う。そして、発光素子から斜め上方に出射した光は、均一化された状態で、拡散板および表示パネルに到達する。
 その一方、発光素子から真上方向に出射する光は、レンズにより広がり角が大きくされにくい。また、面状光源装置を薄型化した場合、発光素子と拡散板との距離が十分に確保できないので、発光素子から真上方向に出射する光は、光路(発光素子から拡散板までの距離)が短くなり、十分に均一化されなくなる。このため、発光素子から真上方向に出射する光は、十分に均一化されない状態で、拡散板および表示パネルに到達する。
 その結果、面状光源装置を薄型化した場合、表示パネルの、発光素子の真上の部分の輝度が高くなり、表示パネルに輝度ムラが発生するという問題点がある。
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、被照明部材に輝度ムラが発生するのを抑制することが可能な照明装置および表示装置を提供することである。
 上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による照明装置は、光源と、光源からの光を拡散させる機能を有する光学部材と、光源および光学部材の間に配置され、光源から出射した光の広がり角を大きくするレンズ部材とを備え、レンズ部材の、光源の真上の部分には、光を拡散または反射させ、光源からの光の進行方向を変更する進行方向変更部が設けられている。
 この第1の局面による照明装置では、上記のように、光源から出射した光の広がり角を大きくするレンズ部材を設けることによって、複数の光源から出射した光が混ざり合う。これにより、被照明部材の、光源の真上以外の部分(隣接する光源同士の間の真上の部分)の輝度が低くなるのを抑制することができる。
 また、第1の局面による照明装置では、上記のように、レンズ部材の、光源の真上の部分に、光を拡散または反射させ、光源からの光の進行方向を変更する進行方向変更部を設ける。これにより、光源から真上方向に出射した光の進行方向を、真上以外の方向に変更することができるので、光源から真上方向に出射した光を、光学部材および被照明部材の、光源の真上以外の部分にも、到達させることができる。すなわち、光源から真上方向に出射した光が、十分に均一化されない状態で、光学部材および被照明部材に到達するのを抑制することができる。その結果、被照明部材の、光源の真上の部分の輝度が高くなるのを抑制することができるので、被照明部材に輝度ムラが発生するのを抑制することができる。
 上記第1の局面による照明装置において、好ましくは、光源が取り付けられる実装基板をさらに備え、レンズ部材は、実装基板または光源に取り付けられている。このように構成すれば、レンズ部材を実装基板または光源に取り付けた後に、光源とレンズ部材(進行方向変更部)との位置合わせを行う必要がないので、照明装置の組立工程が煩雑になるのを抑制することができる。また、光源とレンズ部材との間で位置ずれが発生するのを、抑制することができる。
 上記第1の局面による照明装置において、好ましくは、進行方向変更部は、レンズ部材の表面に形成され、光を拡散させる凹凸形状部を含む。このように構成すれば、光源から出射しレンズ部材を透過する光の進行方向を、真上以外の方向に、容易に変更することができるので、被照明部材の、光源の真上の部分の輝度が高くなるのを、容易に抑制することができる。これにより、被照明部材に輝度ムラが発生するのを、容易に抑制することができる。
 上記第1の局面による照明装置において、好ましくは、進行方向変更部は、レンズ部材の表面に設けられ、光を反射させる反射層を含む。このように構成すれば、光源から出射した光を、反射層により反射させることができるので、被照明部材の、光源の真上の部分の輝度が高くなるのを、容易に抑制することができる。これにより、被照明部材に輝度ムラが発生するのを、容易に抑制することができる。
 上記進行方向変更部が反射層を含む照明装置において、好ましくは、反射層は、樹脂により形成されている。このように構成すれば、進行方向変更部を、レンズ部材に容易に設けることができる。
 上記第1の局面による照明装置において、レンズ部材の被照明部材側の面は、略凸形状に形成されており、被照明部材側の面の中央部は、凹形状に形成されていてもよい。
 上記第1の局面による照明装置において、好ましくは、光源は、発光ダイオードを含む。このように構成すれば、光源および照明装置を、容易に、薄型化、軽量化および低消費電力化することができる。
 この発明の第2の局面による表示装置は、上記の構成の照明装置と、照明装置に照明される表示パネルとを備える。このように構成すれば、表示パネル(被照明部材)に輝度ムラが発生するのを抑制することが可能な表示装置を得ることができる。
 以上のように、本発明によれば、被照明部材に輝度ムラが発生するのを抑制することが可能な照明装置および表示装置を容易に得ることができる。
本発明の第1実施形態による液晶表示装置の構造を示した断面図である。 図1のLED周辺の構造を示した拡大断面図である。 図1のLEDから出射した光の進行方向を説明するための拡大断面図である。 図1のレンズ部材から出射する光の配光パターン(指向特性)を示した図である。 凹凸形状部が形成されていないレンズ部材から出射する光の配光パターン(指向特性)を示した図である。 本発明の第2実施形態による液晶表示装置のLED周辺の構造を示した拡大断面図である。 図6のLEDから出射した光の進行方向を説明するための拡大断面図である。 本発明の第3実施形態による液晶表示装置のLED周辺の構造を示した拡大断面図である。 本発明の第1変形例による液晶表示装置のLED周辺の構造を示した拡大断面図である。 本発明の第2変形例による液晶表示装置のLEDの構造を示した拡大図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解を容易にするために、断面図であってもハッチングを施さない場合がある。
(第1実施形態)
 図1~図5を参照して、本発明の第1実施形態による液晶表示装置1の構造について説明する。
 本発明の第1実施形態による液晶表示装置1は、例えば液晶テレビジョン受像機(図示せず)などを構成するものである。また、液晶表示装置1は、図1に示すように、液晶表示パネル2と、液晶表示パネル2の下側(背面側)に配置され、液晶表示パネル2を照明するバックライト装置3とによって構成されている。なお、液晶表示装置1は、本発明の「表示装置」の一例であり、液晶表示パネル2は、本発明の「被照明部材」および「表示パネル」の一例である。また、バックライト装置3は、本発明の「照明装置」の一例である。
 液晶表示パネル2は、図示しない液晶層を挟み込む2つのガラス基板からなる。また、液晶表示パネル2は、バックライト装置3に照明されることにより、表示パネルとして機能する。
 バックライト装置3は、直下型のバックライト装置であり、複数のLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)4と、LED4が取り付けられる実装基板5と、LED4の光出射側(上側)を覆うように配置された複数のレンズ部材6と、実装基板5上に配置された反射部材7と、LED4および液晶表示パネル2の間に配置された光学部材群8と、LED4および反射部材7などを収納するバックライトシャーシ9とによって、構成されている。なお、LED4は、本発明の「光源」および「発光ダイオード」の一例である。
 複数のLED4は、液晶表示パネル2の長手方向(A方向)および短手方向(紙面に対して垂直方向)に配列されている。また、LED4から出射する光は、後述するように、所定の広がり角で出射される。また、複数のLED4は、隣接するLED4から出射される光同士が混ざり合うように配置されている。
 また、LED4は、図2に示すように、半田層(図示せず)などを用いて、実装基板5に取り付けられている。
 なお、LED4は、発光素子部(図示せず)、および、発光素子部を封止する封止樹脂などにより構成されていてもよい。
 レンズ部材6は、LED4と光学部材群8(図1参照)との間に配置されている。このレンズ部材6は、後述するように、LED4から出射した光の広がり角を大きくする機能を有する。
 また、レンズ部材6は、LED4から出射した光を透過する材料(例えば、樹脂やガラス)により形成されている。また、レンズ部材6は、レンズ部6aと、複数(例えば3つ)の脚部6bとを含んでいる。レンズ部6aは、光出射面(上面)6cと、光出射面6cとは反対側に形成された下面6dとを含んでいる。なお、光出射面6cは、本発明の「表面」および「レンズ部材の被照明部材側の面」の一例である。
 光出射面6cは、略凸形状に形成されているとともに、レンズ部材6から出射する光が所望の配光パターンとなるように形成されている。
 また、光出射面6cの中央部(LED4の真上の部分)は、凹形状に形成されている。なお、光出射面6cの中央部は、凹形状に形成されていなくてもよい。
 ここで、第1実施形態では、光出射面6cの中央部には、微細な凹凸が複数形成された凹凸形状部6eが形成されている。これにより、後述するように、光出射面6cの中央部(凹凸形状部6e)を透過(通過)する光は、拡散され、進行方向が変更される。なお、凹凸形状部6eは、本発明の「進行方向変更部」の一例である。
 また、凹凸形状部6eは、例えば、サンドブラスト加工により形成されている。なお、凹凸形状部6eは、サンドブラスト加工のような物理的加工ではなく、フロスト加工のような化学的加工により形成されていてもよい。
 下面6dの中央部(LED4の真上の部分)には、凹部6fが形成されている。これにより、後述するように、LED4から斜め上方(斜め前方)に出射した光の進行方向がさらに外側に変更され、光の広がり角が大きくなる。
 脚部6bは、実装基板5の所定の位置に、例えば接着材(図示せず)などを用いて、取り付けられている。
 ここで、LED4およびレンズ部材6から出射する光について説明する。
 図3に示すように、LED4から斜め上方(斜め前方)に出射した光P1は、凹部6fにより外側に屈折され、光出射面6cによりさらに外側に屈折される。すなわち、LED4から斜め上方に出射した光P1の広がり角は、レンズ部材6により、さらに大きくなる。
 一方、LED4から略真上方向に出射した光P2は、凹凸形状部6eにより拡散され、進行方向が変更される。すなわち、レンズ部材6の中央部(凹凸形状部6e)を透過(通過)する光P2は、拡散(均一化)され、光学部材群8(図1参照)の、LED4の真上以外の部分にも到達する。
 このように、レンズ部材6は、LED4から出射した光の指向性を低く(広く)するためのレンズとして機能する。
 また、レンズ部材6から出射される光の配光パターン(指向特性)は、図4に示すようになる。具体的には、レンズ部材6から出射される光の光度は、真上方向に対して約65±15度傾斜した方向の光度が最も高い。また、レンズ部材6から真上方向に出射される光の相対光度は、例えば0.09程度になる。すなわち、真上方向に対して約65±15度傾斜した方向の光が、主光線である。図4および後述する図5の角度(0°~90°)は、真上方向に対する光の出射角度を示している。
 なお、主光線(真上方向に対して約65±15度傾斜した方向の光)の光度は、他の方向の光(例えば、真上方向に出射した光)の光度に比べて高いが、主光線は、光路(LED4から光学部材群8までの距離)を十分に確保できるので、光学部材群8に到達されるまでに十分に広がる(均一化される)。このため、主光線は、均一化された状態で、光学部材群8および液晶表示パネル2に到達する。すなわち、液晶表示パネル2の、主光線の延長線上の部分の輝度が他の部分に比べて高くなる(液晶表示パネル2に輝度ムラが発生する)ことはない。
 その一方、レンズ部材6の中央部に凹凸形状部6eを形成しなかった場合、レンズ部材から出射される光の光度は、図5に示すようになる。具体的には、レンズ部材から真上方向に出射される光の相対光度は、例えば0.23程度になる。このため、液晶表示パネル2の、LED4の真上の部分の輝度が高くなり、液晶表示パネル2に輝度ムラが発生する。
 なお、図4と図5とを比較すると明らかなように、凹凸形状部6eを形成した場合(図4の場合)と凹凸形状部6eを形成しない場合(図5の場合)とで、主光線(真上方向に対して約65±15度傾斜した方向の光)の光度は、変化しない。すなわち、凹凸形状部6eは、レンズ部材6eの、主光線の進行に影響を与えない領域に、形成されている。
 実装基板5は、図1に示すように、A方向に延びる細長形状に形成されており、紙面に対して垂直方向に複数配置されている。なお、実装基板5は、A方向および紙面に対して垂直方向に広がるように形成されていてもよく、1つの実装基板5に全てのLED4が取り付けられていてもよい。
 また、実装基板5は、図示しない固定部材(例えばビス)などを用いて、バックライトシャーシ9に固定されていてもよい。
 反射部材7は、レンズ部材6(LED4)からの光、および、レンズ部材6(LED4)から出射し光学部材群8で反射された光を、上側(液晶表示パネル2側)に反射する機能を有する。
 また、図2に示すように、反射部材7の、レンズ部材6に対応する部分には、開口部7aが形成されている。この開口部7aは、レンズ部材6の外形(直径)よりも少し大きい、または、同じ大きさの内形(内径)を有している。これにより、LED4およびレンズ部材6が取り付けられた実装基板5上に、容易に反射部材7を配置することが可能である。
 図1に示すように、光学部材群8は、レンズ部材6(LED4)からの光を拡散させる機能を有する拡散シート(または拡散板)8a、および、光を前方向へ集光させるプリズムシート8bによって構成されている。なお、拡散シート8aは、本発明の「光学部材」の一例である。
 バックライトシャーシ9は、例えば金属板によって形成されている。
 第1実施形態では、上記のように、LED4から出射した光P1の広がり角を大きくするレンズ部材6を設けることによって、複数のLED4から出射した光P1が混ざり合う。これにより、液晶表示パネル2の、LED4の真上以外の部分(隣接するLED4同士の間の真上の部分)の輝度が低くなるのを抑制することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、レンズ部材6の、光出射面6cの中央部(LED4の真上の部分)に、光を拡散させ、LED4からの光P2の進行方向を変更する凹凸形状部6eを設ける。これにより、LED4から略真上方向に出射した光P2の進行方向を、真上以外の方向に変更することができるので、LED4から略真上方向に出射した光P2を、拡散シート8aおよび液晶表示パネル2の、LED4の真上以外の部分にも、到達させることができる。すなわち、LED4から略真上方向に出射した光P2が、十分に均一化されない状態で、拡散シート8aおよび液晶表示パネル2に到達するのを抑制することができる。その結果、液晶表示パネル2の、LED4の真上の部分の輝度が高くなるのを抑制することができるので、液晶表示パネル2に輝度ムラが発生するのを抑制することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、レンズ部材6を、実装基板5に取り付ける。これにより、レンズ部材6を実装基板5に取り付けた後に、LED4とレンズ部材6(凹凸形状部6e)との位置合わせを行う必要がないので、バックライト装置3の組立工程が煩雑になるのを抑制することができる。また、LED4とレンズ部材6との間で位置ずれが発生するのを、抑制することができる。
 また、第1実施形態では、上記のように、光源として、LED4を用いることによって、光源(LED4)およびバックライト装置3を、容易に、薄型化、軽量化および低消費電力化することができる。
(第2実施形態)
 この第2実施形態では、図6および図7を参照して、上記第1実施形態と異なり、レンズ部材106に反射層110が設けられている場合について説明する。
 本発明の第2実施形態による液晶表示装置では、図6に示すように、レンズ部材106は、レンズ部106aと、複数(例えば3つ)の脚部6bとを含んでいる。レンズ部106aは、光出射面(上面)106cと、下面6dとを含んでいる。なお、光出射面106cは、本発明の「表面」および「レンズ部材の被照明部材側の面」の一例である。
 ここで、第2実施形態では、光出射面106cには、微細な凹凸(凹凸形状部6e)は形成されていない。
 また、第2実施形態では、光出射面106cの中央部(LED4の真上の部分)上には、反射層110が形成されている。これにより、図7に示すように、LED4から略真上方向に出射し反射層110(光出射面106cの中央部)に到達した光P102は、反射層110により反射される。すなわち、光P102の進行方向は、上方向から下方向に変更される。なお、反射層110は、本発明の「進行方向変更部」の一例である。
 そして、反射層110により反射された光P102は、実装基板5の表面やレンズ部材106の表面などにおいて反射または屈折され、均一化された状態で、光学部材群8および液晶表示パネル2に到達する。
 また、反射層110は、例えば、白色の樹脂(白色塗料など)を、レンズ部材106の表面(光出射面106c)に塗布し硬化させることにより、形成されている。なお、反射層110は、金属メッキ層や金属板などにより形成されていてもよい。
 なお、第2実施形態のその他の構造は、上記第1実施形態と同様である。
 第2実施形態では、上記のように、レンズ部材106の、光出射面106cの中央部(LED4の真上の部分)に、光を反射させ、LED4からの光P102の進行方向を変更する反射層110を設ける。これにより、LED4から出射した光P102を、反射層110により反射させることができるので、液晶表示パネル2の、LED4の真上の部分の輝度が高くなるのを、容易に抑制することができる。その結果、液晶表示パネル2に輝度ムラが発生するのを抑制することができる。
 また、第2実施形態では、上記のように、反射層110を、樹脂により形成することによって、反射層110を、レンズ部材106上に容易に設けることができる。
 なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
(第3実施形態)
 本発明の第3実施形態による液晶表示装置では、図8に示すように、上記第2実施形態と異なり、反射層210は、レンズ部材206の光出射面106cの中央部上には設けられておらず、凹部6fの底面(凹部6fの、LED4の真上の部分の表面)上に設けられている。なお、反射層210は、本発明の「進行方向変更部」の一例である。
 第3実施形態のその他の構造および効果は、上記第2実施形態と同様である。
 なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
 例えば、上記実施形態では、表示装置を、液晶表示装置に適用した例について示したが、本発明はこれに限らず、液晶表示装置以外の表示装置に適用してもよい。
 また、上記実施形態では、照明装置の一例として、バックライト装置について説明したが、本発明はこれに限らず、バックライト装置以外の照明装置にも適用可能である。
 また、上記実施形態では、光源として、LEDを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体発光素子以外の光源を用いてもよい。
 また、上記第1実施形態では、凹凸形状部を、レンズ部材の光出射面に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、凹凸形状部を、レンズ部材の凹部の底面に形成してもよい。また、凹凸形状部を、レンズ部材の光出射面と凹部の底面との両方に形成してもよい。
 また、上記実施形態では、レンズ部材を、実装基板に接着材などを用いて取り付ける例について示したが、本発明はこれに限らず、例えば図9に示した本発明の第1変形例による液晶表示装置のように、接着材などを用いずに、レンズ部材306を実装基板305に取り付けてもよい。具体的には、レンズ部材306の脚部306bに係合部306cを形成し、実装基板305の、レンズ部材306の脚部306bに対応する部分に係合穴305aを形成する。そして、脚部306bを係合穴305aに挿入し、脚部306bの係合部306cを係合穴305aに係合させることによって、レンズ部材306を実装基板305に取り付けてもよい。
 また、上記実施形態では、レンズ部材を実装基板に取り付けた例について示したが、本発明はこれに限らず、レンズ部材をLEDに取り付けてもよい。また、例えば図10に示した本発明の第2変形例による液晶表示装置のように、レンズ部材406をLED404に一体的に設け、そのレンズ部材406に凹凸形状部406a(または反射層)を設けてもよい。この場合、レンズ部材406の、LED素子部(発光素子部)404aの真上の部分に、凹凸形状部406aを形成してもよい。なお、凹凸形状部406aは、本発明の「進行方向変更部」の一例であり、LED素子部404aは、本発明の「光源」および「発光ダイオード」の一例である。
 1 液晶表示装置(表示装置)
 2 液晶表示パネル(被照明部材、表示パネル)
 3 バックライト装置(照明装置)
 4 LED(光源、発光ダイオード)
 5、305 実装基板
 6、106、206、306、406 レンズ部材
 6c、106c 光出射面(表面、レンズ部材の被照明部材側の面)
 6e、406a 凹凸形状部(進行方向変更部)
 8a 拡散シート(光学部材)
 110、210 反射層(進行方向変更部)
 404a LED素子部(光源、発光ダイオード)

Claims (8)

  1.  光源と、
     前記光源からの光を拡散させる機能を有する光学部材と、
     前記光源および前記光学部材の間に配置され、前記光源から出射した光の広がり角を大きくするレンズ部材とを備え、
     前記レンズ部材の、前記光源の真上の部分には、光を拡散または反射させ、前記光源からの光の進行方向を変更する進行方向変更部が設けられていることを特徴とする照明装置。
  2.  前記光源が取り付けられる実装基板をさらに備え、
     前記レンズ部材は、前記実装基板または前記光源に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3.  前記進行方向変更部は、前記レンズ部材の表面に形成され、光を拡散させる凹凸形状部を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
  4.  前記進行方向変更部は、前記レンズ部材の表面に設けられ、光を反射させる反射層を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
  5.  前記反射層は、樹脂により形成されていることを特徴とする請求項4に記載の照明装置。
  6.  前記レンズ部材の被照明部材側の面は、略凸形状に形成されており、
     前記被照明部材側の面の中央部は、凹形状に形成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の照明装置。
  7.  前記光源は、発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の照明装置。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の照明装置と、
     前記照明装置に照明される表示パネルとを備えることを特徴とする表示装置。
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