(57)【要約】  面状照明装置（１００）は、同一平面上に配置された複数の光源（２）と、光源（２）を個別に収容する複数の収容孔（５０）を有する導光板（５）と、導光板（５）の出射面（５ａ）と対向して配置された拡散板（６）と、を備えている。収容孔（５０）のそれぞれは、光源（２）の形状に応じて、前記平面と直交する方向から見たときの当該収容孔（５０）に収容される光源（２）の中心回りの角度方向における当該収容孔（５０）の内表面を透過した光の光束角密度が、導光板（５）における光源（２）を囲む単位領域の各頂点に向かって大きくなるような形状を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配置され、前記平面と平行な方向に放射状に光を放射する複数の光源と、
前記複数の光源を個別に収容する複数の収容孔を有し、前記複数の光源から放射され、前記複数の収容孔の内表面から内部に入射した光を、一方の主面である出射面から出射する導光板と、
前記導光板の前記出射面と対向して配置された拡散板と、を備え、
前記複数の収容孔のそれぞれは、前記複数の光源の形状に応じて、前記平面と直交する方向から見たときの当該収容孔に収容される光源の中心回りの角度方向における当該収容孔の内表面を透過した光の光束角密度が、前記導光板における前記光源を囲む単位領域の各頂点に向かって大きくなるような形状を有している、
面状照明装置。
ただし、上記単位領域とは、一の光源とこれに隣接する他の光源との距離が等しい点列からなる線分で囲まれる領域である。
【請求項２】
前記複数の収容孔のそれぞれは、前記単位領域の各辺の中央に向かって膨らんでいる、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記複数の光源は、異なる２方向に配列されている、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記複数の光源は、直交する２方向に配列されていて格子点状に配置されており、これにより前記単位領域が矩形状をなしており、
前記光束角密度は、前記単位領域の対角方向に相対的に大きく、前記光源の配列方向に相対的に小さい、
請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記複数の光源のそれぞれは、透明樹脂からなりＬＥＤ素子を封止する四角柱状の樹脂部を有しており、
前記樹脂部を取り囲む前記複数の収容孔のそれぞれの内表面は、前記樹脂部の４つの壁面に対向する部分で相対的に大きな曲率を有し、前記樹脂部の角に対応する部分で相対的に小さな曲率を有する、
請求項４に記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記導光板と前記拡散板との間には、前記平面と直交する方向から見たときの前記光源の最大幅の１／２以上の空隙が形成されている、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記導光板は、複数の導光片で構成されており、前記複数の導光片のそれぞれは、前記複数の収容孔のうちの少なくとも１つを有する、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記複数の光源のそれぞれは、基板と、前記基板上に実装されたＬＥＤ素子と、透明樹脂からなり前記ＬＥＤ素子を封止する樹脂部と、を含む、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記複数の光源のそれぞれは、前記樹脂部を挟んで前記基板と反対側に配置された反射部をさらに含む、
請求項８に記載の面状照明装置。
【請求項１０】
前記反射部は、前記ＬＥＤ素子からの光の大部分を反射するとともに残りの光を透過させる特性を備える、請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１１】
前記反射部は、前記樹脂部と接合されている、
請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１２】
前記反射部は、前記導光板の前記出射面に前記複数の収容孔のそれぞれを覆うように接合されていて、前記反射部と前記樹脂部との間には空気層が形成されている、
請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１３】
前記樹脂部における前記基板と反対側の面は、前記ＬＥＤ素子からの光の少なくとも一部を全反射する形状を有している、
請求項８に記載の面状照明装置。
【請求項１４】
前記導光板の他方の主面には、当該他方の主面に到達する光を反射して前記出射面を透過させる複数の出力部が設けられており、
前記複数の出力部は、前記光源の中心から遠ざかるにつれて全反射を逸脱させる単位面積あたりの能力である濃度が大きくなるように、かつ、前記濃度が等しい等高線が前記単位領域と相似するようにパターン化されている、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の面状照明装置と、
前記面状照明装置の光出射側に設けられ、前記面状照明装置からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する液晶パネルと、を備える、
液晶ディスプレイ装置。
【請求項１６】
映像信号に応じて、前記複数の光源のうちから選択した少なくとも１つの光源の発光強度を変化させる制御部をさらに備える、
請求項１５に記載の液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状照明装置および当該面状照明装置をバックライトとして用いた液晶ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイ装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。【０００３】
液晶ディスプレイ装置としては透過型液晶ディスプレイ装置が一般的に用いられている。透過型液晶ディスプレイ装置は、バックライトと呼ばれる面状照明装置を備え、面状照明装置からの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。【０００４】
バックライトの方式としては主として、導光板を用い、その端面に光源を配置して導光板の一方の主面から光を出射させるエッジ入力型（例えば、特許文献１）と、液晶パネルの直下に光源を配置して照明する直下型（例えば、特許文献２）とがある。【０００５】
いずれの場合も光源としては従来蛍光管がよく用いられていた。しかし、近年は、高効率化および低価格化の技術進展が著しいＬＥＤが用いられるようになってきている。【０００６】
エッジ入力型は、導光板の光を出射する出射面側に更にプリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムを配置してなり、薄型が可能で携帯電話など比較的小型の画面の液晶ディスプレイ装置に主として用いられる。【０００７】
また、直下型は、液晶パネルと光源との間に拡散板とプリズムシートや拡散フィルムなどの光学フィルムとを配置してなり、液晶テレビなどの大画面液晶ディスプレイ装置に主として用いられる。特に、光源として点光源であるＬＥＤを用いた場合には、これを格子点状（マトリクス状）に配置することにより、特定の領域のみを照明することが可能である。このことにより、映像信号と同期して場所ごとの照明強度を制御するローカルエリア制御が可能で、液晶テレビの明暗による高コントラストと省電力を実現できる照明方式として期待されている。【０００８】
しかしながら、導光板の端面に光源を配置するエッジ入力型では、大型の画面に対応できないという課題がある。具体的には、対角画面サイズに対して面積とともに二次関数的に増加する必要光量に対し、光源を配置可能な側面の長さは一次関数であり、大画面になるほど必要な光量線密度が増加して光源配置が困難になる。さらには、発熱密度が大きくなり放熱が困難になる。この課題故に、現在エッジ入力型で実用化されている対角画面サイズは２０インチ程度に留まる。この課題は光源の発光効率が向上すれば緩和されるが、エッジ入力型では前述したローカルエリア制御による高コントラストおよび省電力化が困難であるという課題が残る。【０００９】
一方、直下型の場合、画面面積に比例して光源配置面積も増加するので、大画面に対しても上述した光源配置および放熱の課題を生じない。また、ローカルエリア制御が可能であるという利点もある。しかし、離散的に配置された光源からの光で均一な照明を得るために光源と拡散板との間に一定の間隔が必要であり、それ故にディスプレイ装置の薄型化に限界がある。例えば光源としてＬＥＤを用い、これを３０ｍｍピッチで配列すると、ＬＥＤと拡散板との間隔はピッチと同程度、すなわち３０ｍｍ程度必要になる。この課題はＬＥＤの配列ピッチを小さくすれば緩和されるが、配列ピッチを小さくすると必要な光源数がピッチの２乗に逆比例して多くなる。例えば対角画面サイズが３７インチで３０ｍｍピッチの場合、必要なＬＥＤ数は縦１５×横２７の４０５個だが、１０ｍｍピッチの場合、必要なＬＥＤ数は縦４６×横８１の３７２６個と約９倍になる。この様に多数のＬＥＤを用いると光源コストおよび駆動回路のコストが増加し、装置が高価になるという課題を発生する。【００１０】
近年では、エッジ入力型と直下型を組み合わせたような、薄型化およびローカルエリア制御が可能な面状照明装置も提案されている。例えば、特許文献３には、図１４Ａおよび１４Ｂに示すような面状照明装置９が開示されている。この面状照明装置９は、複数の円形状の貫通孔９２ａが千鳥状に設けられた導光板９２と、貫通孔９２ａのそれぞれに嵌め込まれた平面視で円形状の光源９１とを備えている。光源９１は、周囲に放射状に光を放射するものであり、光源９１から放射された光は、貫通孔９２ａの内表面から導光板９２の内部に入射し、その後に導光板９２の一方の主面から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開１９９７−０３４３７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９９４２号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０１８６２７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１４Ａに示すように光源９１と貫通孔９２ａとが共に円形状になっていると、光源９１から周囲に一様に放射された光は貫通孔９２ａの内表面を殆ど方向を変えることなく透過して導光板９２の内部に入射するため、光源９１からの距離が遠い部分（例えば、３つの光源９１を頂点とする三角形の重心位置）で光の量が不足し、輝度ムラが生じることになる。【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、面内での輝度ムラを少なくすることが可能な面状照明装置およびこの面状照明装置をバックライトとして用いた液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の面状照明装置は、同一平面上に配置され、前記平面と平行な方向に放射状に光を放射する複数の光源と、前記複数の光源を個別に収容する複数の収容孔を有し、前記複数の光源から放射され、前記複数の収容孔の内表面から内部に入射した光を、一方の主面である出射面から出射する導光板と、前記導光板の前記出射面と対向して配置された拡散板と、を備え、前記複数の収容孔のそれぞれは、前記複数の光源の形状に応じて、前記平面と直交する方向から見たときの当該収容孔に収容される光源の中心回りの角度方向における当該収容孔の内表面を透過した光の光束角密度が、前記導光板における前記光源を囲む単位領域の各頂点に向かって大きくなるような形状を有していることを特徴とする。【００１５】
ただし、上記単位領域とは、一の光源とこれに隣接する他の光源との距離が等しい点列からなる線分で囲まれる領域である。【００１６】
また、本発明の液晶ディスプレイ装置は、上記の面状照明装置と、前記面状照明装置の光出射側に設けられ、前記面状照明装置からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する液晶パネルと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の面状照明装置によれば、光源の形状に応じた収容孔の形状により光源からの光が単位領域の各頂点に向かう方向に相対的に多く収束するため、面内での輝度ムラを少なくすることができる。また、この面状照明装置を用いた本発明の液晶ディスプレイ装置によれば、コントラストに優れた高品位な画像表示を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る面状照明装置の概略構成を示す斜視図
【図２】実施の形態１に係る面状照明装置の概略構成を示す部分的な断面図
【図３】実施の形態１における導光板の単位領域を示す平面図
【図４】図３の要部拡大図
【図５】図５Ａは出力部のパターンを示す図、図５Ｂは濃度の等しい等高線を示す図
【図６】図６Ａは、実施の形態１の光源および収容孔を示す平面図、図６Ｂは比較例の光源および収容孔を示す平面図、図６Ｃは別の実施形態の光源および収容孔を示す平面図
【図７】θとｄφ／ｄθとの関係およびθと（Ｌ（θ）／Ｌ0）2との関係を示すグラフ
【図８】別の面状照明装置の構成を示す部分的な断面図
【図９】別の光源の構成を示す断面図
【図１０】さらに別の面状照明装置の構成を示す斜視図
【図１１】変形例の収容孔を示す平面図
【図１２】光源が千鳥状に配置された場合の導光板の単位領域を示す平面図
【図１３】実施の形態２に係る液晶ディスプレイ装置の構成を示すブロック図
【図１４】図１４Ａは従来の面状照明装置を示す平面図、図１４Ｂは同面状照明装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る面状照明装置１００の概略構成を示す斜視図であり、図２は、面状照明装置１００の概略構成を示す部分的な断面図である。なお、図１では要部を見やすくするために、拡散板６の左側部分を切り欠いているとともに、図２に示す光学シート類７および実装基板１の図示を省略している。
【００２１】
面状照明装置１００は、実装基板１と、実装基板１の実装面１ａ上に半田バンプ３によって実装された複数の光源２と、実装基板１の実装面１ａを光源２を避けながら覆う反射シート４と、実装基板１とで反射シート４を挟む導光板５とを備えている。また、導光板５の一方の主面である出射面５ａと対向して拡散板６が配置されており、拡散板６の導光板５と反対側の主面には、光学シート類７が積層されている。
【００２２】
光源２は、同一平面（すなわち、実装基板１の実装面１ａ）上に配置され、実装面１ａと平行な方向に放射状に光を放射する。光源２は、異なる２方向に同一のピッチで配列されていることが好ましい。本実施形態では、光源２は、直交する２方向に配列されていて、格子点状に配置されている。
【００２３】
具体的に、光源２のそれぞれは、図２に示すように、基板２１と、基板２１上に実装されたＬＥＤ素子２２と、透明樹脂からなりＬＥＤ素子２２を封止する樹脂部２３と、樹脂部２３を挟んで基板２１と反対側に配置された反射部２４とを含む。本実施形態では、樹脂部２３が四角柱状をなしており、樹脂部２３の基板２１と反対側を向く頂き面に反射部２４が接合されている。
【００２４】
本実施形態のＬＥＤ素子２２は、青色の光を発光するものであり、樹脂部２３の内部には青色の光を黄色の光に変換する蛍光体が分散されている。そして、樹脂部２３は、ＬＥＤ素子２２からの青色の光の一部を透過させるとともに他を黄色に変換することにより、白色光を作り出す。
【００２５】
上記白色光のうち樹脂部２３の頂き面に到達した光は、反射部２４で反射される。最終的に、全ての白色光は、樹脂部２３の側面から全周に亘って横向きに放射され、後述するようにして導光板５に入射する。反射部２４としては、内部に多数の微細気泡を有する白色ＰＥＴシート、白色アルミナ基板、あるいは透明基板に白色顔料を印刷した白色板といった拡散反射基板や、透明基板の表面に銀やアルミの金属反射膜を形成した鏡面反射基板を用いることができる。
【００２６】
略平板形状の導光板５は、光源２を個別に収容する複数の収容孔５０を有している。収容孔５０の内表面は、光源２から放射された光を導光板５の内部に入射させる入射面５０ａを形成している。入射面５０ａから導光板５の内部に入射した光は、導光板５の対向する主面間を全反射を繰り返しながら伝播する。導光板５の出射面５ａと反対側を向く他方の主面には、当該他方の面に到達する光を反射して出射面５ａを透過させる複数の出力部５ｂ（図５Ａ参照）が部分的に設けられている。出力部５ｂは、例えば印刷により形成された白色ドットあるいは導光板５と一体的に形成された３次元ストラクチャである。導光板５内を伝播する光は、出力部５ｂに入射すると、出力部５ｂで反射されることにより全反射条件から逸脱して出射面５ａから出射する。出力部５ｂのサイズや密度を適正に設定（すなわち、パターン化）することにより、出射面５ａ全体からほぼ一様に光を出射させることができる。ただし、反射部２４の存在により、光源２の直上部からは光は出射しない。
【００２７】
導光板５の出射面５ａと対向する拡散板６は、アクリル、ポリカーボネートなどの透明樹脂材料を基材としてその内部に基材とは異なる屈折率の微粒子を分散した厚み１〜３ｍｍ程度の樹脂板である。導光板５の出射面５ａから出射した光は、拡散板６に入射する。拡散板６に入射した光は、その一部が拡散されながら拡散板６を透過するとともに、他の一部は反射されて導光板５側に戻る。拡散板６は比較的大きな厚みを有するので、拡散板６を透過する光は拡散板６の内部を横方向に伝播する成分を持つようになり、光源２の直上部に生じる暗部によるムラを緩和する。また、拡散板６で反射された光は、導光板５を透過した後反射シート４で反射され、再度導光板５を透過して再度拡散板６に入射する。この反射再入射成分は拡散板６をほぼ一様に照射し、ムラの改善に寄与する。
【００２８】
上述したような拡散板６の透過および反射特性は、分散する微粒子の屈折率（基材との屈折率差）、粒径および配合濃度で調整できる。拡散板６の反射率が高いほど１次出射光の割合が減って反射再入射成分が増加するためムラの低減には効果的だが、反射シート４の反射率は１００％では無いため光損失を生じ効率は低下する。また、反射率を余り高くすると前述した拡散板６内部での横伝播効果が抑制される。このような観点から、拡散板６の透過率は、４０％〜７０％程度が好ましい。
【００２９】
拡散板６の導光板５と反対側の主面に積層された光学シート類７は、拡散フィルム７１、プリズムシート７２、偏光反射フィルム７３からなる。拡散フィルム７１は、拡散板６の機能を補助するために設けられる。プリズムシート７２は、垂直方向に入射する光を拡散板６側へ反射するとともに、透過する光については指向性をもたせて正面輝度を高くする機能を有する。偏光反射シート７３は、液晶ディスプレイ装置を構成する場合に面状照明装置１００の光出射側に配置される液晶パネル（図示せず）の入射側偏光板を透過する偏光成分のみを透過して、それと直交する成分を反射する。反射された偏光板非透過成分は、拡散フィルム７１、拡散板６および反射シート４などで拡散反射され、無偏光化されて再び偏光反射シート７３に入射する。これを繰り返すことにより、液晶パネルを透過する偏光方向の揃った光を出射することができ、液晶ディスプレイ装置の効率を高めることができる。
【００３０】
従来のエッジ型バックライトの場合は、導光板の直上にプリズムシート、拡散シートなどを配置する。しかし、本実施形態の面状照明装置１００の様に導光板５の収容孔５０内に光源２を配置し、その光源設置部分からは直上に光が出射しない構成においては、導光板５の上に直接光学シートを配置すると光源対応部分に暗部を生じて均一な照明ができない。
【００３１】
本実施形態の面状照明装置１００では、拡散板６を介して光学シート類７を配置することにより、拡散板６の横伝播効果によって上述した暗部を解消あるいは緩和することができる。
【００３２】
本実施形態の面状照明装置１００の構成では、従来のエッジ入力型バックライトに比べ、拡散板６という部材が追加されるが、大画面用の照明の場合これは必ずしも装置の厚み増加、重量増加をもたらさない。従来のエッジ入力型バックライトで大画面を照明しようとすると、前述の理由により光量光を大きくするために大出力のＬＥＤを必要とし、必然的に大きくなるパッケージサイズに対応して厚みの大きな（例えば５ｍｍ程度の）導光板を必要とする。これに対し、本実施形態の構成では、光源２の厚みはチップサイズによらず０．１ｍｍ程度の厚みのＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）を封止する厚みが有ればよく、導光板５の厚みを２ｍｍ程度以下にするのは容易である。拡散板６の厚みを２ｍｍとしても導光板５との合計厚みは４ｍｍ程度以下が可能であり、エッジ入力型で必要な導光板厚みと同等以下にすることができる。
【００３３】
なお、光源２のサイズが比較的大きい（例えば、拡散板６の厚みの２倍以上）と、拡散板６の内部伝播機能のみでは上記暗部が解消されない場合がある。この場合は、導光板５と拡散板６との間に空隙ｄを設ける（図１および図２は空隙ｄがある場合を図示）。この空隙ｄは、実装基板１の実装面１ａと直交する方向から見たときの光源２の最大幅ｗの１／２以上、言い換えると、導光板５の出射面５ａの非光出射領域の最大幅の１／２以上であることが好ましい。ここで、実装面１ａと直交する方向から見たときの光源２の最大幅ｗとは、例えば光源２が正方形状である場合は一辺の長さ、長方形状である場合は長い方の辺の長さである。例えばｗ＝４ｍｍの場合、空隙ｄは２ｍｍ以上であればよい。導光板５と拡散板６は、互いに離間する状態で図略のフレームにより保持される。
【００３４】
この様に空隙ｄを設けた場合でも、その値は従来の直下型が光源と拡散板との間に必要とする間隔に比べ圧倒的に小さく、面状照明装置１００を大幅に薄型にすることができる。
【００３５】
次に、導光板５に設けられた収容孔５０の形状および出力部５ｂについて詳細に説明する。その前に、それらを規定するための導光板５の単位領域について説明する。「単位領域」とは、一の光源とこれに隣接する他の光源との距離が等しい点列からなる線分で囲まれる領域である。
【００３６】
前述したように、本実施形態では、光源２が直交する２方向に配列されていて格子点状に配置されている。このため、図３に示すように、導光板５は、光源２ごとに矩形状の単位領域８を有している。
【００３７】
収容孔５０のそれぞれは、光源２の形状に応じて、図４に示すように、実装基板１の実装面１ａと直交する方向から見たとき（以下、単に「平面視」ともいう。）の当該収容孔５０に収容される光源２の中心回りの角度θ方向における当該収容孔５０の内表面５０ａを透過した光の光束角密度ｄφ／ｄθが、導光板５における光源２を囲む単位領域８の各頂点に向かって大きくなるような形状を有している。すなわち、光束角密度ｄφ／ｄθは、単位領域８の対角方向に相対的に大きく、光源２の配列方向に相対的に小さい。なお、収容孔５０のそれぞれは、光束角密度ｄφ／ｄθが単位領域８の各頂点に向かって二次関数的に大きくなるような形状を有していることが好ましい。
【００３８】
ここで、光源２の中心からθ方向に延びる直線を単位領域８の輪郭（アウトライン）で切断としたときの線分の長さをＬ（θ）としたときに、収容孔５０のそれぞれの形状は、光束角密度ｄφ／ｄθがＬ（θ）の２乗に近似するように設計されていることが好ましい。なお、角度θの基準線（θ＝０°）は、光源２の中心からどの方向に向いていてもよい。
【００３９】
具体的に、収容孔５０のそれぞれは、単位領域８の各辺の中央に向かって膨らんでいる。本実施形態では、光源２が平面視で配列方向に垂直な辺を有する正方形状をなしているので、収容孔５０のそれぞれは、光源２よりも一回り大きな正方形であって角を丸めた正方形を４５度回転したような形状を有している。すなわち、光源２の四角柱状の樹脂部２３を取り囲む収容孔５０のそれぞれの内表面は、樹脂部２３の４つの壁面に対向する部分で相対的に大きな曲率（１／ｒ）を有し、樹脂部２３の角に対応する部分で相対的に小さな曲率を有する。
【００４０】
また、図５Ａおよび５Ｂに示すように、出力部５ｂは、光源２の中心から遠ざかるにつれて全反射を逸脱させる単位面積あたりの能力である濃度Ｄが大きくなるように、かつ、濃度Ｄが等しい等高線（図５Ｂで二点差線で示す線）が単位領域８と相似するようにパターン化されていることが好ましい。濃度Ｄは、角度θによらず、光源２の中心からの距離Ｘ（θ）をＬ（θ）で規格化した動径長（Ｘ（θ）／Ｌ（θ））で決まる。例えば、濃度Ｄは、導光板５の他方の主面における出力部５ｂの占有面積率である。
【００４１】
以上説明した本実施形態の面状照明装置１００によれば、光源２の形状に応じた収容孔５０の形状により光源２からの光が単位領域８の各頂点に向かう方向に相対的に多く収束するため、面内での輝度ムラを少なくすることができる。
【００４２】
ここで、本実施形態の面状照明装置１００の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を説明する。シミュレーションでは、図６Ａ乃至６Ｃに示す３つのモデルを用意し、これを正方形状の単位領域８の中央に配置した。図６Ａのモデルは本実施形態を示し、光源２が正方形で収容孔５０が角丸正方形である。図６Ｂのモデルは、円形の光源２が円形の収容孔５００に収容された比較例を示す。図６Ｃのモデルは、正方形の光源２が円形の収容孔５００に収容された別の実施形態を示す。角度θが０度の方向を光源２の中心から真上方向とし、シミュレーションにより得られたθが０度から９０度までの光束角密度ｄφ／ｄθを図７に示す。なお、図７では、光束角密度ｄφ／ｄθをθ＝０°のときの値で規格化している。θが９０度から３６０度までは、図７の繰り返しである。
【００４３】
θ方向に必要な光量は単位領域８のうちのｄθの面積に依存する。その面積はＬ（θ）の２乗に比例するため、これをθ＝０°のときの値（Ｌ0）で規格化した参照線（（Ｌ（θ）／Ｌ0）2）を図７中に実線で示す。面内での輝度ムラを少なくするには、この参照線が光束角密度ｄφ／ｄの目標となる。
【００４４】
図７に示すように、光源２が円形で収容孔５００が円形の比較例（図６Ｂ）では、どの角度θでも光束角密度ｄφ／ｄθが一定であるため、単位領域８の対角方向で光量が大きく不足する。これに対し、別の実施形態のように光源２が正方形状になれば（図６Ｃ）、それが改善されるため、面内での輝度ムラを少なくすることができる。ただし、この場合、光束角密度ｄφ／ｄθが滑らかな凸になり、参照線とは傾向が若干相違する。そこで、本実施形態のような構成であれば、光束角密度ｄφ／ｄθが参照線に近くなるため、単位領域８の対角方向にさらに十分な光量を確保することができる。
【００４５】
＜変形例＞
なお、前記実施の形態においては、光源２からの光の拡散板６への直接入射を防止することで導光板５に効率的に光を入射するための反射部２４を透明樹脂２３と密接して設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、反射部２４を樹脂部２３から分離して設けてもよい。すなわち、反射部２４が導光板５の出射面５ａに収容孔５０のそれぞれを覆うように接合されていて、反射部２４と樹脂部２３との間に空気層が形成されていてもよい。この場合、光源２と導光板５の入射面５０ａとの間の隙間から漏れる光を確実に防止して、均一性の高い照明が期待できる。
【００４６】
また、図９に示すように、樹脂部２３における基板２１と反対側の面を、ＬＥＤ素子２２からの光の少なくとも一部を全周に亘って径方向に全反射する形状を有する全反射面２３ａとしてもよい。こうすることにより、反射部２４で反射される際に吸収される光の成分を低減して効率を高めることが可能になる。この場合、反射部２４を省略することも可能であるが、反射部２４があれば、全反射面２３ａを透過する光をも反射して導光板５に入射させることができる。
【００４７】
さらに、前記実施の形態においては、青色光を発光するＬＥＤ素子２２を用い黄色蛍光体を樹脂部２３の内部に分散する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、青色光を発光するＬＥＤ素子２２の近傍に蛍光体層を設け、これを透明樹脂で封止してもよい。また、黄色蛍光体の代わりに青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体と青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体を混合して用いてもよいし、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ素子を１つの基板２１に実装して白色光を作ってもよい。
【００４８】
また、前記実施の形態において、導光板５は連続した１枚板であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、導光板５は、複数の導光片５１に分割されていて、これらの導光片５１で構成されていてもよい。導光片５１のそれぞれは、収容孔５０のうちの少なくとも１つを有していることが好ましい。そして、収容孔５０の内部には、光源２が位置している。ここで、導光片５１同士の境界となる側面に反射層を設ければ、１つの光源２で照明可能な単位エリアを明確に切り分けることが可能になる。このようにすれば、例えばローカルエリア制御などに好適である。また、量産時のトータルコストを極小化するという生産性の観点からサイズを選択することも可能である。
【００４９】
また、前記実施の形態において、光源２は格子点状に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、光源２は、６０度の角度をなす２方向に同一のピッチで配列されていて、千鳥状に配置されていてもよい。この場合、単位領域８は、正六角形状となる。
【００５０】
さらに、収容孔５０の形状は、角丸正方形状に限られず、光源２の形状および配置に応じて適切に設計すればよい。例えば、図１１に示すように、光源２の形状が平面視で円形状である場合には、収容孔５０の形状は、十字の星状であってもよい。あるいは、図１２に示すように、平面視で円形の光源２が千鳥状に配置されている場合には、収容孔５０の形状は、単位領域８を６０度回転させた向きの、角を丸めた六角形であってもよい。
【００５１】
また、前記実施の形態において、反射部２４は入射する光の全てを反射するものとしたが、反射部２４は、ＬＥＤ素子２２からの光の大部分を反射するとともに残りの光を透過させる特性を備えていてもよい。このようにすれば、導光板５における収容孔５０が設けられた部分からも拡散板６へ光を出射して、照明ムラを更に低減することも可能である。このように、光源２は、少なくとも実装面１ａと平行な方向に放射状に光を放射するものであればよく、実装面１ａと垂直な方向にも光を放射してもよい。
【００５２】
反射部２４の透過率は、光源２のサイズや上方へ向かう光の割合によって０．１％から２％程度の範囲で適切に設定することが好ましい。反射光と透過光の割合は、反射部２４を構成する白色ＰＥＴシートやアルミナ基板の厚み、あるいは白色顔料のインク濃度、塗布厚み、または金属膜の厚みを適切に設定することにより調整することが可能である。
【００５３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る液晶ディスプレイ装置１０の構成を示すブロック図である。
【００５４】
液晶ディスプレイ装置１０は、バックライト１００と、バックライト１００の光出射側に設けられた液晶パネル２００と、映像信号発生器３００と、液晶駆動回路４００と、光源駆動回路５００とを備えている。
【００５５】
図１３におけるバックライト１００は、実施の形態１に示した面状照明装置１００である。バックライト１００の構成要素である同一平面上に配置された複数の光源２の発光強度は、所定のエリア毎に制御部である光源駆動回路５００によって制御される。
【００５６】
液晶駆動回路４００は、映像信号発生器３００からの映像信号に応じて液晶パネル２００を制御して映像を発生させる。すなわち、液晶パネル２００は、バックライト１００からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する。
【００５７】
光源駆動回路５００は、映像信号発生器３００からの映像信号に応じて光源３の発光強度を制御エリア毎に制御して、明るい映像に対応する部分は明るく、暗い映像に対応する部分は暗く照明する。具体的に、光源駆動回路５００は、映像信号に応じて光源２のうちから選択した少なくとも１つの光源の発光強度を変化させる。すなわち、光源駆動回路５００は、本発明の制御部に相当する。
【００５８】
上記構成により映像のコントラストを向上して表示品位を高めるとともに、不要な部分の照明を抑えることにより照明に要する消費電力を低減することができる。
【００５９】
本実施形態の液晶ディスプレイ装置１０によれば、光源２を面状に配置してローカルエリア制御を実現しながら、従来の直下型バックライトを用いた場合に比べ装置を大幅に薄型にすることが可能になる。
【００６０】
なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記面状照明装置および液晶ディスプレイ装置の構成および使用時の動作についての説明は例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更および追加が可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の面状照明装置および液晶ディスプレイ装置は、大画面液晶テレビや液晶モニターなど液晶ディスプレイ装置の薄型軽量化、表示性能向上および省電力化に貢献できる。
【図１】
2010070885.tif 000003
【図２】
2010070885.tif 000004
【図３】
2010070885.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010070885.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月17日(2010.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状照明装置および当該面状照明装置をバックライトとして用いた液晶ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイ装置は、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。
【０００３】
液晶ディスプレイ装置としては透過型液晶ディスプレイ装置が一般的に用いられている。透過型液晶ディスプレイ装置は、バックライトと呼ばれる面状照明装置を備え、面状照明装置からの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。
【０００４】
バックライトの方式としては主として、導光板を用い、その端面に光源を配置して導光板の一方の主面から光を出射させるエッジ入力型（例えば、特許文献１）と、液晶パネルの直下に光源を配置して照明する直下型（例えば、特許文献２）とがある。
【０００５】
いずれの場合も光源としては従来蛍光管がよく用いられていた。しかし、近年は、高効率化および低価格化の技術進展が著しいＬＥＤが用いられるようになってきている。
【０００６】
エッジ入力型は、導光板の光を出射する出射面側に更にプリズムシート、拡散シートなどの光学フィルムを配置してなり、薄型が可能で携帯電話など比較的小型の画面の液晶ディスプレイ装置に主として用いられる。
【０００７】
また、直下型は、液晶パネルと光源との間に拡散板とプリズムシートや拡散フィルムなどの光学フィルムとを配置してなり、液晶テレビなどの大画面液晶ディスプレイ装置に主として用いられる。特に、光源として点光源であるＬＥＤを用いた場合には、これを格子点状（マトリクス状）に配置することにより、特定の領域のみを照明することが可能である。このことにより、映像信号と同期して場所ごとの照明強度を制御するローカルエリア制御が可能で、液晶テレビの明暗による高コントラストと省電力を実現できる照明方式として期待されている。
【０００８】
しかしながら、導光板の端面に光源を配置するエッジ入力型では、大型の画面に対応できないという課題がある。具体的には、対角画面サイズに対して面積とともに二次関数的に増加する必要光量に対し、光源を配置可能な側面の長さは一次関数であり、大画面になるほど必要な光量線密度が増加して光源配置が困難になる。さらには、発熱密度が大きくなり放熱が困難になる。この課題故に、現在エッジ入力型で実用化されている対角画面サイズは２０インチ程度に留まる。この課題は光源の発光効率が向上すれば緩和されるが、エッジ入力型では前述したローカルエリア制御による高コントラストおよび省電力化が困難であるという課題が残る。
【０００９】
一方、直下型の場合、画面面積に比例して光源配置面積も増加するので、大画面に対しても上述した光源配置および放熱の課題を生じない。また、ローカルエリア制御が可能であるという利点もある。しかし、離散的に配置された光源からの光で均一な照明を得るために光源と拡散板との間に一定の間隔が必要であり、それ故にディスプレイ装置の薄型化に限界がある。例えば光源としてＬＥＤを用い、これを３０ｍｍピッチで配列すると、ＬＥＤと拡散板との間隔はピッチと同程度、すなわち３０ｍｍ程度必要になる。この課題はＬＥＤの配列ピッチを小さくすれば緩和されるが、配列ピッチを小さくすると必要な光源数がピッチの２乗に逆比例して多くなる。例えば対角画面サイズが３７インチで３０ｍｍピッチの場合、必要なＬＥＤ数は縦１５×横２７の４０５個だが、１０ｍｍピッチの場合、必要なＬＥＤ数は縦４６×横８１の３７２６個と約９倍になる。この様に多数のＬＥＤを用いると光源コストおよび駆動回路のコストが増加し、装置が高価になるという課題を発生する。
【００１０】
近年では、エッジ入力型と直下型を組み合わせたような、薄型化およびローカルエリア制御が可能な面状照明装置も提案されている。例えば、特許文献３には、図１４Ａおよび１４Ｂに示すような面状照明装置９が開示されている。この面状照明装置９は、複数の円形状の貫通孔９２ａが千鳥状に設けられた導光板９２と、貫通孔９２ａのそれぞれに嵌め込まれた平面視で円形状の光源９１とを備えている。光源９１は、周囲に放射状に光を放射するものであり、光源９１から放射された光は、貫通孔９２ａの内表面から導光板９２の内部に入射し、その後に導光板９２の一方の主面から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開１９９７−０３４３７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９９４２号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／０１８６２７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１４Ａに示すように光源９１と貫通孔９２ａとが共に円形状になっていると、光源９１から周囲に一様に放射された光は貫通孔９２ａの内表面を殆ど方向を変えることなく透過して導光板９２の内部に入射するため、光源９１からの距離が遠い部分（例えば、３つの光源９１を頂点とする三角形の重心位置）で光の量が不足し、輝度ムラが生じることになる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、面内での輝度ムラを少なくすることが可能な面状照明装置およびこの面状照明装置をバックライトとして用いた液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の面状照明装置は、同一平面上に配置され、前記平面と平行な方向に放射状に光を放射する複数の光源と、前記複数の光源を個別に収容する複数の収容孔を有し、前記複数の光源から放射され、前記複数の収容孔の内表面から内部に入射した光を、一方の主面である出射面から出射する導光板と、前記導光板の前記出射面と対向して配置された拡散板と、を備え、前記複数の収容孔のそれぞれは、前記複数の光源の形状に応じて、前記平面と直交する方向から見たときの当該収容孔に収容される光源の中心回りの角度方向における当該収容孔の内表面を透過した光の光束角密度が、前記導光板における前記光源を囲む単位領域の各頂点に向かって大きくなるような形状を有していることを特徴とする。
【００１５】
ただし、上記単位領域とは、一の光源とこれに隣接する他の光源との距離が等しい点列からなる線分で囲まれる領域である。
【００１６】
また、本発明の液晶ディスプレイ装置は、上記の面状照明装置と、前記面状照明装置の光出射側に設けられ、前記面状照明装置からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する液晶パネルと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の面状照明装置によれば、光源の形状に応じた収容孔の形状により光源からの光が単位領域の各頂点に向かう方向に相対的に多く収束するため、面内での輝度ムラを少なくすることができる。また、この面状照明装置を用いた本発明の液晶ディスプレイ装置によれば、コントラストに優れた高品位な画像表示を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る面状照明装置の概略構成を示す斜視図
【図２】実施の形態１に係る面状照明装置の概略構成を示す部分的な断面図
【図３】実施の形態１における導光板の単位領域を示す平面図
【図４】図３の要部拡大図
【図５】図５Ａは出力部のパターンを示す図、図５Ｂは濃度の等しい等高線を示す図
【図６】図６Ａは、実施の形態１の光源および収容孔を示す平面図、図６Ｂは比較例の光源および収容孔を示す平面図、図６Ｃは別の実施形態の光源および収容孔を示す平面図
【図７】θとｄφ／ｄθとの関係およびθと（Ｌ（θ）／Ｌ0）2との関係を示すグラフ
【図８】別の面状照明装置の構成を示す部分的な断面図
【図９】別の光源の構成を示す断面図
【図１０】さらに別の面状照明装置の構成を示す斜視図
【図１１】変形例の収容孔を示す平面図
【図１２】光源が千鳥状に配置された場合の導光板の単位領域を示す平面図
【図１３】実施の形態２に係る液晶ディスプレイ装置の構成を示すブロック図
【図１４】図１４Ａは従来の面状照明装置を示す平面図、図１４Ｂは同面状照明装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る面状照明装置１００の概略構成を示す斜視図であり、図２は、面状照明装置１００の概略構成を示す部分的な断面図である。なお、図１では要部を見やすくするために、拡散板６の左側部分を切り欠いているとともに、図２に示す光学シート類７および実装基板１の図示を省略している。
【００２１】
面状照明装置１００は、実装基板１と、実装基板１の実装面１ａ上に半田バンプ３によって実装された複数の光源２と、実装基板１の実装面１ａを光源２を避けながら覆う反射シート４と、実装基板１とで反射シート４を挟む導光板５とを備えている。また、導光板５の一方の主面である出射面５ａと対向して拡散板６が配置されており、拡散板６の導光板５と反対側の主面には、光学シート類７が積層されている。
【００２２】
光源２は、同一平面（すなわち、実装基板１の実装面１ａ）上に配置され、実装面１ａと平行な方向に放射状に光を放射する。光源２は、異なる２方向に同一のピッチで配列されていることが好ましい。本実施形態では、光源２は、直交する２方向に配列されていて、格子点状に配置されている。
【００２３】
具体的に、光源２のそれぞれは、図２に示すように、基板２１と、基板２１上に実装されたＬＥＤ素子２２と、透明樹脂からなりＬＥＤ素子２２を封止する樹脂部２３と、樹脂部２３を挟んで基板２１と反対側に配置された反射部２４とを含む。本実施形態では、樹脂部２３が四角柱状をなしており、樹脂部２３の基板２１と反対側を向く頂き面に反射部２４が接合されている。
【００２４】
本実施形態のＬＥＤ素子２２は、青色の光を発光するものであり、樹脂部２３の内部には青色の光を黄色の光に変換する蛍光体が分散されている。そして、樹脂部２３は、ＬＥＤ素子２２からの青色の光の一部を透過させるとともに他を黄色に変換することにより、白色光を作り出す。
【００２５】
上記白色光のうち樹脂部２３の頂き面に到達した光は、反射部２４で反射される。最終的に、全ての白色光は、樹脂部２３の側面から全周に亘って横向きに放射され、後述するようにして導光板５に入射する。反射部２４としては、内部に多数の微細気泡を有する白色ＰＥＴシート、白色アルミナ基板、あるいは透明基板に白色顔料を印刷した白色板といった拡散反射基板や、透明基板の表面に銀やアルミの金属反射膜を形成した鏡面反射基板を用いることができる。
【００２６】
略平板形状の導光板５は、光源２を個別に収容する複数の収容孔５０を有している。収容孔５０の内表面は、光源２から放射された光を導光板５の内部に入射させる入射面５０ａを形成している。入射面５０ａから導光板５の内部に入射した光は、導光板５の対向する主面間を全反射を繰り返しながら伝播する。導光板５の出射面５ａと反対側を向く他方の主面には、当該他方の面に到達する光を反射して出射面５ａを透過させる複数の出力部５ｂ（図５Ａ参照）が部分的に設けられている。出力部５ｂは、例えば印刷により形成された白色ドットあるいは導光板５と一体的に形成された３次元ストラクチャである。導光板５内を伝播する光は、出力部５ｂに入射すると、出力部５ｂで反射されることにより全反射条件から逸脱して出射面５ａから出射する。出力部５ｂのサイズや密度を適正に設定（すなわち、パターン化）することにより、出射面５ａ全体からほぼ一様に光を出射させることができる。ただし、反射部２４の存在により、光源２の直上部からは光は出射しない。
【００２７】
導光板５の出射面５ａと対向する拡散板６は、アクリル、ポリカーボネートなどの透明樹脂材料を基材としてその内部に基材とは異なる屈折率の微粒子を分散した厚み１〜３ｍｍ程度の樹脂板である。導光板５の出射面５ａから出射した光は、拡散板６に入射する。拡散板６に入射した光は、その一部が拡散されながら拡散板６を透過するとともに、他の一部は反射されて導光板５側に戻る。拡散板６は比較的大きな厚みを有するので、拡散板６を透過する光は拡散板６の内部を横方向に伝播する成分を持つようになり、光源２の直上部に生じる暗部によるムラを緩和する。また、拡散板６で反射された光は、導光板５を透過した後反射シート４で反射され、再度導光板５を透過して再度拡散板６に入射する。この反射再入射成分は拡散板６をほぼ一様に照射し、ムラの改善に寄与する。
【００２８】
上述したような拡散板６の透過および反射特性は、分散する微粒子の屈折率（基材との屈折率差）、粒径および配合濃度で調整できる。拡散板６の反射率が高いほど１次出射光の割合が減って反射再入射成分が増加するためムラの低減には効果的だが、反射シート４の反射率は１００％では無いため光損失を生じ効率は低下する。また、反射率を余り高くすると前述した拡散板６内部での横伝播効果が抑制される。このような観点から、拡散板６の透過率は、４０％〜７０％程度が好ましい。
【００２９】
拡散板６の導光板５と反対側の主面に積層された光学シート類７は、拡散フィルム７１、プリズムシート７２、偏光反射フィルム７３からなる。拡散フィルム７１は、拡散板６の機能を補助するために設けられる。プリズムシート７２は、垂直方向に入射する光を拡散板６側へ反射するとともに、透過する光については指向性をもたせて正面輝度を高くする機能を有する。偏光反射シート７３は、液晶ディスプレイ装置を構成する場合に面状照明装置１００の光出射側に配置される液晶パネル（図示せず）の入射側偏光板を透過する偏光成分のみを透過して、それと直交する成分を反射する。反射された偏光板非透過成分は、拡散フィルム７１、拡散板６および反射シート４などで拡散反射され、無偏光化されて再び偏光反射シート７３に入射する。これを繰り返すことにより、液晶パネルを透過する偏光方向の揃った光を出射することができ、液晶ディスプレイ装置の効率を高めることができる。
【００３０】
従来のエッジ型バックライトの場合は、導光板の直上にプリズムシート、拡散シートなどを配置する。しかし、本実施形態の面状照明装置１００の様に導光板５の収容孔５０内に光源２を配置し、その光源設置部分からは直上に光が出射しない構成においては、導光板５の上に直接光学シートを配置すると光源対応部分に暗部を生じて均一な照明ができない。
【００３１】
本実施形態の面状照明装置１００では、拡散板６を介して光学シート類７を配置することにより、拡散板６の横伝播効果によって上述した暗部を解消あるいは緩和することができる。
【００３２】
本実施形態の面状照明装置１００の構成では、従来のエッジ入力型バックライトに比べ、拡散板６という部材が追加されるが、大画面用の照明の場合これは必ずしも装置の厚み増加、重量増加をもたらさない。従来のエッジ入力型バックライトで大画面を照明しようとすると、前述の理由により光量光を大きくするために大出力のＬＥＤを必要とし、必然的に大きくなるパッケージサイズに対応して厚みの大きな（例えば５ｍｍ程度の）導光板を必要とする。これに対し、本実施形態の構成では、光源２の厚みはチップサイズによらず０．１ｍｍ程度の厚みのＬＥＤチップ（ＬＥＤ素子）を封止する厚みが有ればよく、導光板５の厚みを２ｍｍ程度以下にするのは容易である。拡散板６の厚みを２ｍｍとしても導光板５との合計厚みは４ｍｍ程度以下が可能であり、エッジ入力型で必要な導光板厚みと同等以下にすることができる。
【００３３】
なお、光源２のサイズが比較的大きい（例えば、拡散板６の厚みの２倍以上）と、拡散板６の内部伝播機能のみでは上記暗部が解消されない場合がある。この場合は、導光板５と拡散板６との間に空隙ｄを設ける（図１および図２は空隙ｄがある場合を図示）。この空隙ｄは、実装基板１の実装面１ａと直交する方向から見たときの光源２の最大幅ｗの１／２以上、言い換えると、導光板５の出射面５ａの非光出射領域の最大幅の１／２以上であることが好ましい。ここで、実装面１ａと直交する方向から見たときの光源２の最大幅ｗとは、例えば光源２が正方形状である場合は一辺の長さ、長方形状である場合は長い方の辺の長さである。例えばｗ＝４ｍｍの場合、空隙ｄは２ｍｍ以上であればよい。導光板５と拡散板６は、互いに離間する状態で図略のフレームにより保持される。
【００３４】
この様に空隙ｄを設けた場合でも、その値は従来の直下型が光源と拡散板との間に必要とする間隔に比べ圧倒的に小さく、面状照明装置１００を大幅に薄型にすることができる。
【００３５】
次に、導光板５に設けられた収容孔５０の形状および出力部５ｂについて詳細に説明する。その前に、それらを規定するための導光板５の単位領域について説明する。「単位領域」とは、一の光源とこれに隣接する他の光源との距離が等しい点列からなる線分で囲まれる領域である。
【００３６】
前述したように、本実施形態では、光源２が直交する２方向に配列されていて格子点状に配置されている。このため、図３に示すように、導光板５は、光源２ごとに矩形状の単位領域８を有している。
【００３７】
収容孔５０のそれぞれは、光源２の形状に応じて、図４に示すように、実装基板１の実装面１ａと直交する方向から見たとき（以下、単に「平面視」ともいう。）の当該収容孔５０に収容される光源２の中心回りの角度θ方向における当該収容孔５０の内表面５０ａを透過した光の光束角密度ｄφ／ｄθが、導光板５における光源２を囲む単位領域８の各頂点に向かって大きくなるような形状を有している。すなわち、光束角密度ｄφ／ｄθは、単位領域８の対角方向に相対的に大きく、光源２の配列方向に相対的に小さい。なお、収容孔５０のそれぞれは、光束角密度ｄφ／ｄθが単位領域８の各頂点に向かって二次関数的に大きくなるような形状を有していることが好ましい。
【００３８】
ここで、光源２の中心からθ方向に延びる直線を単位領域８の輪郭（アウトライン）で切断としたときの線分の長さをＬ（θ）としたときに、収容孔５０のそれぞれの形状は、光束角密度ｄφ／ｄθがＬ（θ）の２乗に近似するように設計されていることが好ましい。なお、角度θの基準線（θ＝０°）は、光源２の中心からどの方向に向いていてもよい。
【００３９】
具体的に、収容孔５０のそれぞれは、単位領域８の各辺の中央に向かって膨らんでいる。本実施形態では、光源２が平面視で配列方向に垂直な辺を有する正方形状をなしているので、収容孔５０のそれぞれは、光源２よりも一回り大きな正方形であって角を丸めた正方形を４５度回転したような形状を有している。すなわち、光源２の四角柱状の樹脂部２３を取り囲む収容孔５０のそれぞれの内表面は、樹脂部２３の４つの壁面に対向する部分で相対的に大きな曲率（１／ｒ）を有し、樹脂部２３の角に対応する部分で相対的に小さな曲率を有する。
【００４０】
また、図５Ａおよび５Ｂに示すように、出力部５ｂは、光源２の中心から遠ざかるにつれて全反射を逸脱させる単位面積あたりの能力である濃度Ｄが大きくなるように、かつ、濃度Ｄが等しい等高線（図５Ｂで二点差線で示す線）が単位領域８と相似するようにパターン化されていることが好ましい。濃度Ｄは、角度θによらず、光源２の中心からの距離Ｘ（θ）をＬ（θ）で規格化した動径長（Ｘ（θ）／Ｌ（θ））で決まる。例えば、濃度Ｄは、導光板５の他方の主面における出力部５ｂの占有面積率である。
【００４１】
以上説明した本実施形態の面状照明装置１００によれば、光源２の形状に応じた収容孔５０の形状により光源２からの光が単位領域８の各頂点に向かう方向に相対的に多く収束するため、面内での輝度ムラを少なくすることができる。
【００４２】
ここで、本実施形態の面状照明装置１００の効果を確認するために行ったシミュレーション結果を説明する。シミュレーションでは、図６Ａ乃至６Ｃに示す３つのモデルを用意し、これを正方形状の単位領域８の中央に配置した。図６Ａのモデルは本実施形態を示し、光源２が正方形で収容孔５０が角丸正方形である。図６Ｂのモデルは、円形の光源２が円形の収容孔５００に収容された比較例を示す。図６Ｃのモデルは、正方形の光源２が円形の収容孔５００に収容された別の実施形態を示す。角度θが０度の方向を光源２の中心から真上方向とし、シミュレーションにより得られたθが０度から９０度までの光束角密度ｄφ／ｄθを図７に示す。なお、図７では、光束角密度ｄφ／ｄθをθ＝０°のときの値で規格化している。θが９０度から３６０度までは、図７の繰り返しである。
【００４３】
θ方向に必要な光量は単位領域８のうちのｄθの面積に依存する。その面積はＬ（θ）の２乗に比例するため、これをθ＝０°のときの値（Ｌ0）で規格化した参照線（（Ｌ（θ）／Ｌ0）2）を図７中に実線で示す。面内での輝度ムラを少なくするには、この参照線が光束角密度ｄφ／ｄの目標となる。
【００４４】
図７に示すように、光源２が円形で収容孔５００が円形の比較例（図６Ｂ）では、どの角度θでも光束角密度ｄφ／ｄθが一定であるため、単位領域８の対角方向で光量が大きく不足する。これに対し、別の実施形態のように光源２が正方形状になれば（図６Ｃ）、それが改善されるため、面内での輝度ムラを少なくすることができる。ただし、この場合、光束角密度ｄφ／ｄθが滑らかな凸になり、参照線とは傾向が若干相違する。そこで、本実施形態のような構成であれば、光束角密度ｄφ／ｄθが参照線に近くなるため、単位領域８の対角方向にさらに十分な光量を確保することができる。
【００４５】
＜変形例＞
なお、前記実施の形態においては、光源２からの光の拡散板６への直接入射を防止することで導光板５に効率的に光を入射するための反射部２４を透明樹脂２３と密接して設けたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、反射部２４を樹脂部２３から分離して設けてもよい。すなわち、反射部２４が導光板５の出射面５ａに収容孔５０のそれぞれを覆うように接合されていて、反射部２４と樹脂部２３との間に空気層が形成されていてもよい。この場合、光源２と導光板５の入射面５０ａとの間の隙間から漏れる光を確実に防止して、均一性の高い照明が期待できる。
【００４６】
また、図９に示すように、樹脂部２３における基板２１と反対側の面を、ＬＥＤ素子２２からの光の少なくとも一部を全周に亘って径方向に全反射する形状を有する全反射面２３ａとしてもよい。こうすることにより、反射部２４で反射される際に吸収される光の成分を低減して効率を高めることが可能になる。この場合、反射部２４を省略することも可能であるが、反射部２４があれば、全反射面２３ａを透過する光をも反射して導光板５に入射させることができる。
【００４７】
さらに、前記実施の形態においては、青色光を発光するＬＥＤ素子２２を用い黄色蛍光体を樹脂部２３の内部に分散する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、青色光を発光するＬＥＤ素子２２の近傍に蛍光体層を設け、これを透明樹脂で封止してもよい。また、黄色蛍光体の代わりに青色光を緑色光に変換する緑色蛍光体と青色光を赤色光に変換する赤色蛍光体を混合して用いてもよいし、ＲＧＢ３原色のＬＥＤ素子を１つの基板２１に実装して白色光を作ってもよい。
【００４８】
また、前記実施の形態において、導光板５は連続した１枚板であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、導光板５は、複数の導光片５１に分割されていて、これらの導光片５１で構成されていてもよい。導光片５１のそれぞれは、収容孔５０のうちの少なくとも１つを有していることが好ましい。そして、収容孔５０の内部には、光源２が位置している。ここで、導光片５１同士の境界となる側面に反射層を設ければ、１つの光源２で照明可能な単位エリアを明確に切り分けることが可能になる。このようにすれば、例えばローカルエリア制御などに好適である。また、量産時のトータルコストを極小化するという生産性の観点からサイズを選択することも可能である。
【００４９】
また、前記実施の形態において、光源２は格子点状に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、光源２は、６０度の角度をなす２方向に同一のピッチで配列されていて、千鳥状に配置されていてもよい。この場合、単位領域８は、正六角形状となる。
【００５０】
さらに、収容孔５０の形状は、角丸正方形状に限られず、光源２の形状および配置に応じて適切に設計すればよい。例えば、図１１に示すように、光源２の形状が平面視で円形状である場合には、収容孔５０の形状は、十字の星状であってもよい。あるいは、図１２に示すように、平面視で円形の光源２が千鳥状に配置されている場合には、収容孔５０の形状は、単位領域８を６０度回転させた向きの、角を丸めた六角形であってもよい。
【００５１】
また、前記実施の形態において、反射部２４は入射する光の全てを反射するものとしたが、反射部２４は、ＬＥＤ素子２２からの光の大部分を反射するとともに残りの光を透過させる特性を備えていてもよい。このようにすれば、導光板５における収容孔５０が設けられた部分からも拡散板６へ光を出射して、照明ムラを更に低減することも可能である。このように、光源２は、少なくとも実装面１ａと平行な方向に放射状に光を放射するものであればよく、実装面１ａと垂直な方向にも光を放射してもよい。
【００５２】
反射部２４の透過率は、光源２のサイズや上方へ向かう光の割合によって０．１％から２％程度の範囲で適切に設定することが好ましい。反射光と透過光の割合は、反射部２４を構成する白色ＰＥＴシートやアルミナ基板の厚み、あるいは白色顔料のインク濃度、塗布厚み、または金属膜の厚みを適切に設定することにより調整することが可能である。
【００５３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る液晶ディスプレイ装置１０の構成を示すブロック図である。
【００５４】
液晶ディスプレイ装置１０は、バックライト１００と、バックライト１００の光出射側に設けられた液晶パネル２００と、映像信号発生器３００と、液晶駆動回路４００と、光源駆動回路５００とを備えている。
【００５５】
図１３におけるバックライト１００は、実施の形態１に示した面状照明装置１００である。バックライト１００の構成要素である同一平面上に配置された複数の光源２の発光強度は、所定のエリア毎に制御部である光源駆動回路５００によって制御される。
【００５６】
液晶駆動回路４００は、映像信号発生器３００からの映像信号に応じて液晶パネル２００を制御して映像を発生させる。すなわち、液晶パネル２００は、バックライト１００からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する。
【００５７】
光源駆動回路５００は、映像信号発生器３００からの映像信号に応じて光源３の発光強度を制御エリア毎に制御して、明るい映像に対応する部分は明るく、暗い映像に対応する部分は暗く照明する。具体的に、光源駆動回路５００は、映像信号に応じて光源２のうちから選択した少なくとも１つの光源の発光強度を変化させる。すなわち、光源駆動回路５００は、本発明の制御部に相当する。
【００５８】
上記構成により映像のコントラストを向上して表示品位を高めるとともに、不要な部分の照明を抑えることにより照明に要する消費電力を低減することができる。
【００５９】
本実施形態の液晶ディスプレイ装置１０によれば、光源２を面状に配置してローカルエリア制御を実現しながら、従来の直下型バックライトを用いた場合に比べ装置を大幅に薄型にすることが可能になる。
【００６０】
なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記面状照明装置および液晶ディスプレイ装置の構成および使用時の動作についての説明は例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更および追加が可能であることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の面状照明装置および液晶ディスプレイ装置は、大画面液晶テレビや液晶モニターなど液晶ディスプレイ装置の薄型軽量化、表示性能向上および省電力化に貢献できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配置され、前記平面と平行な方向に放射状に光を放射する複数の光源と、
前記複数の光源を個別に収容する複数の収容孔を有し、前記複数の光源から放射され、前記複数の収容孔の内表面から内部に入射した光を、一方の主面である出射面から出射する導光板と、
前記導光板の前記出射面と対向して配置された拡散板と、を備え、
前記複数の収容孔のそれぞれは、前記複数の光源の形状に応じて、前記平面と直交する方向から見たときの当該収容孔に収容される光源の中心回りの角度方向における当該収容孔の内表面を透過した光の光束角密度が、前記導光板における前記光源を囲む単位領域の各頂点に向かって大きくなるような形状を有している、
面状照明装置。
ただし、上記単位領域とは、一の光源とこれに隣接する他の光源との距離が等しい点列からなる線分で囲まれる領域である。
【請求項２】
前記複数の収容孔のそれぞれは、前記単位領域の各辺の中央に向かって膨らんでいる、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記複数の光源は、異なる２方向に配列されている、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記複数の光源は、直交する２方向に配列されていて格子点状に配置されており、これにより前記単位領域が矩形状をなしており、
前記光束角密度は、前記単位領域の対角方向に相対的に大きく、前記光源の配列方向に相対的に小さい、
請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記複数の光源のそれぞれは、透明樹脂からなりＬＥＤ素子を封止する四角柱状の樹脂部を有しており、
前記樹脂部を取り囲む前記複数の収容孔のそれぞれの内表面は、前記樹脂部の４つの壁面に対向する部分で相対的に大きな曲率を有し、前記樹脂部の角に対応する部分で相対的に小さな曲率を有する、
請求項４に記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記導光板と前記拡散板との間には、前記平面と直交する方向から見たときの前記光源の最大幅の１／２以上の空隙が形成されている、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記導光板は、複数の導光片で構成されており、前記複数の導光片のそれぞれは、前記複数の収容孔のうちの少なくとも１つを有する、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記複数の光源のそれぞれは、基板と、前記基板上に実装されたＬＥＤ素子と、透明樹脂からなり前記ＬＥＤ素子を封止する樹脂部と、を含む、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記複数の光源のそれぞれは、前記樹脂部を挟んで前記基板と反対側に配置された反射部をさらに含む、
請求項８に記載の面状照明装置。
【請求項１０】
前記反射部は、前記ＬＥＤ素子からの光の大部分を反射するとともに残りの光を透過させる特性を備える、請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１１】
前記反射部は、前記樹脂部と接合されている、
請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１２】
前記反射部は、前記導光板の前記出射面に前記複数の収容孔のそれぞれを覆うように接合されていて、前記反射部と前記樹脂部との間には空気層が形成されている、
請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１３】
前記樹脂部における前記基板と反対側の面は、前記ＬＥＤ素子からの光の少なくとも一部を全反射する形状を有している、
請求項８に記載の面状照明装置。
【請求項１４】
前記導光板の他方の主面には、当該他方の主面に到達する光を反射して前記出射面を透過させる複数の出力部が設けられており、
前記複数の出力部は、前記光源の中心から遠ざかるにつれて全反射を逸脱させる単位面積あたりの能力である濃度が大きくなるように、かつ、前記濃度が等しい等高線が前記単位領域と相似するようにパターン化されている、
請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の面状照明装置と、
前記面状照明装置の光出射側に設けられ、前記面状照明装置からの光を映像信号に応じて空間変調して映像を表示する液晶パネルと、を備える、
液晶ディスプレイ装置。
【請求項１６】
映像信号に応じて、前記複数の光源のうちから選択した少なくとも１つの光源の発光強度を変化させる制御部をさらに備える、
請求項１５に記載の液晶ディスプレイ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2010070885.tif 000032
2010070885.tif 000033
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