(57)【要約】【課題】ＬＥＤに起因する色及び光度のばらつきがなく、薄型かつ軽量で、高効率のバックライト及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】端面同士が相互に対向するように配置された導光板２及び３の対向する端面間に、複数個のＬＥＤ１を１列に配列する。また、導光板２及び３の下面に夫々反射シート６及び７を配置し、導光板２及び３の上面及びこれらの間の間隙を覆うように隔離板９を配置する。そして、隔離板９の下面における各ＬＥＤ１の直上域に、ＬＥＤ１から上方に出射した光を導光板２へ導く反射体８を配置する。更に、隔離板９の上方に一定間隔をあけて拡散板１１を配置し、この拡散板１１と隔離板９との間に中空部１２を形成する。更にまた、導光板２及び３のＬＥＤ１と反対の端面側に、夫々、導光板２及び３から出射された光を中空部１２に入射させるリフレクタ４及び５を配置する。【選択図】図１
2006351522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板と、前記第１及び第２の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に配置され、内部が中空で、前記第１の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第２の導光板内を伝播した前記光源からの光を外部に出射させる出射部と、を有することを特徴とするバックライト。
【請求項２】
端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板と、前記第１及び第２の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に間隔をあけて配置された拡散板と、前記第１の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第２の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第１及び第２の導光板と前記拡散板との間に形成される中空部へと入射させる第１及び第２のリフレクタと、を有し、前記中空部に入射した光は、前記中空部と前記第１及び第２の導光板との界面で反射し、前記拡散板を介して出射することを特徴とするバックライト。
【請求項３】
前記第１及び第２の導光板の上面並びに前記第１及び第２の導光板間の間隙を覆うように配置され、前記中空部と前記第１及び第２の導光板並びに前記光源とを光学的に分離する隔離板を更に有することを特徴とする請求項２に記載のバックライト。
【請求項４】
端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板と、前記第１及び第２の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に配置された第３の導光板と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源と前記第３の導光板との間に配置され、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源と前記第３の導光板とを光学的に分離する隔離板と、前記第１の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第２の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第３の導光板に入射させる第１及び第２のリフレクタと、を有し、前記第３の導光板に入射した光は、前記隔離板の上面で反射し、前記第３の導光板における前記隔離板の反対側の面から出射することを特徴とするバックライト。
【請求項５】
更に、前記第３の導光板の隔離板側の面に散乱・反射部材が設けられており、前記第３の導光板に入射した光は、前記散乱・反射部材で反射し、前記第３の導光板における前記隔離板の反対側の面から出射することを特徴とする請求項４に記載のバックライト。
【請求項６】
前記光源は、１又は複数個の発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライト。
【請求項７】
前記光源は、赤色の光を発する第１の光源と、緑色の光を発する第２の光源と、青色の光を発する第３の光源と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバックライト。
【請求項８】
前記光源は、光を出射する上面が２次元的に湾曲していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のバックライト。
【請求項９】
前記光源の上方に配置され、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第１の導光板又は前記第２の導光板に向けて反射する第１の反射部材を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のバックライト。
【請求項１０】
前記光源の上方に配置され、前記光源の長手方向に平行に延び、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第１の導光板又は前記第２の導光板に向けて反射する第１の反射部材を有することを特徴とする請求項８に記載のバックライト。
【請求項１１】
前記第１の反射部材は、その横断面が逆三角形の形状を有することを特徴とする請求項１０に記載のバックライト。
【請求項１２】
前記第１の反射部材は、その横断面が、中央部が前記光源に向けて突出し、中央部から両側部に向けて傾斜しており、前記第１の反射部材の両傾斜面は、上に凸になるように２次元的に湾曲していて前記傾斜面が凹面になっていることを特徴とする請求項１０に記載のバックライト。
【請求項１３】
前記中空部内に入射した光の前記拡散板への入射角を変える第２の反射部材を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のバックライト。
【請求項１４】
前記第１の反射部材の傾斜面が曲率半径Ｒで湾曲し、前記光源はその上面の湾曲面が直径Ｄのレンズを有し、前記第１及び第２導光板の板厚をＴとすると、Ｒ／Ｄが１乃至２であり、板厚Ｔは、Ｄ−２ｍｍ以上、Ｄ＋２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載のバックライト。
【請求項１５】
液晶パネルと、前記液晶パネルの後方に配置されこの液晶パネルに光を供給するバックライトと、を有し、前記バックライトは請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のバックライトであることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード等を光源として使用し、表示装置等に使用されるバックライト及びこのバックライトを備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置のバックライト用光源としては、主に冷陰極管が使用されているが、冷陰極管には専用の点灯回路が必要であり、また高電圧を扱う必要があることから、特に携帯電話及びＰＤＡ（Personal Digital Assistance：携帯型情報端末）等の小型用途では、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が使用されている。しかしながら、このＬＥＤの発光は、主に青色ＬＥＤにＹＡＧ蛍光体を塗布することにより得られる擬似白色光であり、色再現性、特に赤系の再現性に難があり、その構成上、単体での改善は不可能であるため、別の赤色ＬＥＤで補うか、又は赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）若しくは青色（Ｂ）の単色光を発するＬＥＤを使用しなければならない。また、この疑似白色ＬＥＤは、色再現性に難があること以外にも、光量が少なく、冷陰極管に比べて高価である等の理由から、モニター及びＴＶ用途には利用される機会が少なかった。
【０００３】
一方、近時、ＬＥＤの効率が改善されつつあると共に、大電流を流すことができるＬＥＤが開発され、環境問題とも絡め、ＬＥＤを使用した比較的大型のバックライトの製品化を目指す動きが活発となってきている。そのＬＥＤを使用したバックライトの例としては、複数の導光板を備え、各導光板の端面に光源としてＬＥＤを配置したもの（特許文献１の第１Ａ図参照）、及びサイド発光型のＬＥＤがアレイ状に配列された複数の基板を箱状の反射器内に配置して面光源とするもの等がある。
【０００４】
図１３は非特許文献１に記載の従来のバックライトの構造を模式的に示す断面図である。図１３に示すように、非特許文献１に記載の従来のバックライト１００は、夫々赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の単色光を発光する複数個のＬＥＤ１０１が適当な配列で並べられている。このＬＥＤ１０１から発した光は、第１のリフレクタ１０５でその進行方向を略９０゜変えられ、導光板１０２に入射する。そして、導光板１０２に入射したＲＧＢの各単色光は、全反射を繰り返しながら導光板１０２内を伝播し、その間に混色が行われて、入射面と反対側の面から出射する。導光板１０２から出射した光は、第２のリフレクタ１０４でその進行方向が１８０゜変えられ、導光板１０３に入射する。導光板１０３に入射した光は、その裏面（反射シート１０６側の面）に設けられた散乱・反射パターンにより、導光板１０３面上に均一に出射する。
【０００５】
このような従来のバックライトでは、光源に前述の白色ＬＥＤを使用する場合は、輝度むらの対策に重点を置き、色むらについてはあまり気を使う必要は無いが、ＲＧＢ単色のＬＥＤを使用する場合は、これらＬＥＤからの発光を如何に効率良く混色できるかによって、バックライトとしての価値が決まると言っても過言ではない。そこで、従来、輝度むら及び色度むらの発生を防止するため、ポリメチルメタクリレート及びポリカーボネート等の空気よりも屈折率が高い透明体と、その外面に配置された反射板とにより第２のリフレクタ１０４を構成したバックライトも提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５３２２７３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８３３６号公報
【非特許文献１】Yourii Martynov、外４名，「High-efficiency Slim LED Backlight System with Mixing Light Guide」，SID 03 DIGEST，２００３年，ｐ．１２５９−１２６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、図１３に示す非特許文献１に記載のバックライト１００の場合、照光面を覆うための導光板１０３及びＲＧＢの単色のＬＥＤ光を混色するための導光板１０２が必要であるため、冷陰極管等を使用し、その光を直接導光板に入射させる通常のエッジライト型バックライトに比べて導光板の質量が数倍以上となり、全体の重さが増加するという問題点がある。また、バックライト１００は、導光板１０２の入射面及び出射面、並びに導光板１０３の入射面等、空気と物体との界面が多く、その界面で光学的ロスが発生し、光の利用効率が低いという問題点もある。
【０００８】
また、特許文献２に記載のバックライトは、輝度むら及び色むらの改善については効果があるが、その一方で、部材点数が多くなったり、外形、特に厚みが大きくなったりするという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ＬＥＤに起因する色及び光度のばらつきがなく、薄型及び軽量で、高効率のバックライト及び液晶表示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】
【００１０】
本願第１発明に係るバックライトは、端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板と、前記第１及び第２の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に配置され、内部が中空で、前記第１の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第２の導光板内を伝播した前記光源からの光を外部に出射させる出射部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本願第２発明に係るバックライトは、端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板と、前記第１及び第２の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に間隔をあけて配置された拡散板と、前記第１の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第２の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第１及び第２の導光板と前記拡散板との間に形成される中空部へと入射させる第１及び第２のリフレクタと、を有し、前記中空部に入射した光は、前記中空部と前記第１及び第２の導光板との界面で反射し、前記拡散板を介して出射することを特徴とする。
【００１２】
本願第３発明に係るバックライトは、前記第３の発明において、更に、前記第１及び第２の導光板の上面並びに前記第１及び第２の導光板間の間隙を覆うように配置され、前記中空部と前記第１及び第２の導光板並びに前記光源とを光学的に分離する隔離板を更に有することを特徴とする。
【００１３】
本願第１乃至第３発明においては、光源の両側に混色用の導光板を配置しているため、この導光板を伝播している間に発光色及び光度のばらつきを解消することができる。また、バックライトの中央部分に光源を配置することにより導光板が占める領域を少なくすると共に、出射部を構成する拡散板と導光板との間に導光板を設けず、この部分を中空部としているため、バックライトの構造を薄型化及び軽量化することができる。更に、従来のバックライトに比べて界面が少ないため、光学的損失を減少させ、光の利用効率を向上させることができる。
【００１４】
更に、このバックライトは、前記光源の上方に配置され、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第１の導光板又は前記第２の導光板に向けて反射する第１の反射部材を有することができる。これにより、光の利用効率を向上させ、出射光量を増加させることができる。更にまた、前記中空部内に入射した光の前記拡散板への入射角を変える第２の反射部材を有していてもよい。これにより、中空部内に導入された光を均一にすることができる。
【００１５】
本願第４発明に係るバックライトは、端面同士が所定の間隔をもって相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板と、前記第１及び第２の導光板の相互に対向する端面間に配置された光源と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に配置された第３の導光板と、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源と前記第３の導光板との間に配置され、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源と前記第３の導光板とを光学的に分離する隔離板と、前記第１の導光板内を伝播した前記光源からの光及び前記第２の導光板内を伝播した前記光源からの光を夫々前記第３の導光板に入射させる第１及び第２のリフレクタと、を有し、前記第３の導光板に入射した光は、その一部が前記隔離板の上面で反射した後、前記第３の導光板を通過し、残部の光と共に、前記第３の導光板における前記隔離板の反対側の面から出射することを特徴とする。
【００１６】
更に、この第４発明において、前記第３の導光板の隔離板側の面に散乱・反射部材を設けることができ、この場合は、前記第３の導光板に入射した光は、その一部が前記散乱・反射部材で反射して前記第３の導光板を通過し、残部の光と共に、前記第３の導光板における前記隔離板の反対側の面から出射する。
【００１７】
本願第４発明においては、前記第１及び第２の導光板並びに前記光源の上方に第３の導光板を配置し、前記第１乃至第３発明の中空部の代わりに、第３の導光板を配置した構成を有している。このように第３の導光板を設けているので、第１及び第２の導光板内を伝搬して混色が行われた光は、第３の導光板に入射し、この第３の導光板から面状に出射する。このため、第２発明及び第３発明のように、バックライト出射面に拡散板を設ける必要がない。また、本発明においても、第１乃至第３発明と同様に、光源からの光は、第１及び第２の導光板内で、混色を受けるので、発光色及び光度のばらつきを解消することができ、また、バックライトの中央部分に光源を配置することにより導光板が占める領域を少なくすることができる。
【００１８】
また、前記光源として、光を出射する上面が２次元的に湾曲しているものを使用することができ、この場合に、前記光源に対応して、前記光源の長手方向（湾曲中心軸）に平行に延び、前記光源から上方に向かって出射した光を前記第１の導光板又は前記第２の導光板に向けて反射する第１の反射部材を設けることができる。
【００１９】
この第１の反射部材は、その横断面が逆三角形の形状を有するものでもよいが、その横断面が、中央部が前記光源に向けて突出し、中央部から両側部に向けて傾斜しており、この傾斜面が、上に凸になるように２次元的に湾曲していて前記傾斜面が凹面になっているものを使用することが好ましい。光源として、光を出射する上面が２次元的に湾曲しているものを使用すると、その光の方向は放射状に広がるが、それを受ける第１の反射部材の傾斜面が上に凸になるように湾曲していると、効率的に光を入射することができる。
【００２０】
このとき、前記第１の反射部材の傾斜面が曲率半径Ｒで湾曲し、前記光源はその上面の湾曲面が直径Ｄのレンズを有し、前記第１及び第２導光板の板厚をＴとすると、Ｒ／Ｄが１乃至２であり、板厚Ｔは、Ｄ−２ｍｍ以上、Ｄ＋２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
前記光源は、例えば、発光ダイオードである。また、前記光源は、赤色の光を発する第１の光源と、緑色の光を発する第２の光源と、青色の光を発する第３の光源と、を有していてもよい。これにより、小型の表示装置用のバックライトが得られる。
【００２２】
本願第５発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルの後方に配置されこの液晶パネルに光を供給するバックライトと、を有し、前記バックライトは前述した本願第１乃至第４発明のバックライトであることを特徴とする。
【００２３】
本発明においては、前述のバックライトを使用しているため、液晶パネルに対して、輝度むら及び色むらがなく、均一な光を供給することができるため、高品質な画像を表示することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光源の両側に混色用の第１及び第２の導光板を配置しているため、発光色及び光度のばらつきがなく、薄型化及び軽量化が可能で、光の利用効率が高いバックライトが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係るバックライトについて説明する。図１は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のバックライト１０は、その中央部に光源として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）又は青色（Ｂ）の単色光を発する複数個のＬＥＤ１が１列に配列されている。このＬＥＤ１の両側には、夫々、第１及び第２の導光板２及び３が複数個ずつ配置されている。即ち、端面同士が相互に対向するように配置された第１及び第２の導光板２及び３の対向する端面間に、ＬＥＤ１が配置されている。
【００２６】
また、第１及び第２の導光板２及び３の下面には夫々第１及び第２の反射シート６及び７が配置されており、ＬＥＤ１の上方域、即ち、第１の導光板２と第２の導光板３との間の間隙並びに第１及び第２の導光板２及び３の上面を覆うように隔離板９が配置されている。そして、この隔離板９の下面上における各ＬＥＤ１の直上域には、例えば断面が略三角形で、ＬＥＤ１から上方に出射した光を第１の導光板２又は第２の導光板３に向けて反射する反射体８が取り付けられている。また、隔離板９の上方には、一定間隔をあけて拡散板１１が配置されており、この拡散板１１と隔離板９との間は中空部１２となっている。更に、第１及び第２の導光板２及び３のＬＥＤ１と反対の端面側には、夫々、第１の導光板２又は第２の導光板３から出射した光の進行方向を１８０゜転換し、これらの光を中空部に入射させる導入部材である第１及び第２のリフレクタ４及び５が配置されている。
【００２７】
本実施形態のバックライト１０におけるＬＥＤ１は、基板１３上に１又は複数個ずつ実装されており、この基板１３の表面と略平行な方向に最大の発光強度を示す側面発光型ＬＥＤである。このようなＬＥＤとしては、例えばLumileds社製Luxeon Side Emitter等を使用することができる。しかしながら、ＬＥＤ１が側面発光型であっても上方へ出射する光は存在するため、本実施形態のバックライト１０においては、ＬＥＤ１の直上域に、上方に出射した光を第１の導光板２又は第２の導光板３に導く反射体８を配置している。この反射体８の表面は、鏡面等のように光学的な損失が極めて少ないことが望ましい。
【００２８】
本実施形態のバックライト１０における第１及び第２の導光板２及び３は、いずれも光を伝播するだけでよいため、従来のバックライトで使用されている導光板のように、表面に散乱・拡散パターンを設ける必要はない。また、本実施形態のバックライト１０における第１及び第２のリフレクタ４及び５は、半円柱状とすることができる。その場合、第１及び第２のリフレクタ４及び５の内側半径を、第１及び第２の導光板２及び３の下面から隔離板９の上面までの厚さ以上、即ち、反射シート、導光板及び隔離板の総厚以上とすることが望ましい。更に、バックライト１０における中空部１２は、隔離板９によって第１及び第２の導光板２及び３と光学的に分離されており、基本的には中空部１２を形成するための壁及び支柱以外は構造物が配置されていない空気層とする。
【００２９】
本実施形態のバックライト１０における隔離板９は、前述のように中空部１２と第１及び第２の導光板２及び３とを光学的に分離するものであるため、第１の導光板２及び第２の導光板３側の面は、鏡面等のように光学的損失が少なく、正反射となる特性であることが望ましい。一方、隔離板９における中空部１２側の面は、ＬＥＤ１から発せられ、第１の導光板２及び第１のリフレクタ４又は第２の導光板３及び第２のリフレクタ５を介して入射してきた光を、隔離板９の中央部分へと導くと共に、拡散板１１へと反射させる機能をもつものとする。具体的には、隔離板９における中空部１２側の面は、例えば中央部分を白色等の散乱反射が起こる部材とし、第１及び第２のリフレクタ４及び５側の部分を鏡面とすることができる。
【００３０】
なお、本実施形態のバックライト１０においては、必要に応じて、拡散板１１の上面に拡散シート及びレンズ（プリズム）シート等の光学シート１４を積層することができる。
【００３１】
次に、上述の如く構成されたバックライト１０の動作について説明する。図２は本実施形態のバックライト１０の動作を示す図である。図２に示すように、本実施形態のバックライト１０においては、ＬＥＤ１から発せられ、第１の導光板２に入射したＲＧＢの各単色光は、第１の導光板２の内部において全反射を繰り返しながら、第１の導光板２の出光面、即ち、第１のリフレクタ４側の端面に向かって進行する。その際、ＲＧＢの各単色光は十分に混色される。その後、第１の導光板２から出射した光は、第１のリフレクタ４で反射されると共にその光路を１８０゜転換され、隔離板９と拡散板１１との間に形成された中空部１２へと導かれる。そして、中空部１２内に導かれた光は、拡散板１１によって散乱され、光学シート１４を介して外部に出射する。同様に、第２の導光板３側に出射した光も、第２の導光板３の内部において混色され、中空部１２に導かれた後、拡散板１１によって散乱され、光学シート１４を介して外部に出射する。
【００３２】
本実施形態のバックライト１０においては、ＬＥＤ１から出射したＲＧＢの各単色光が第１及び第２の導光板２及び３の内部を伝播する間に混ざり合い、第１及び第２の導光板２及び３から出射する時点で十分な混色が行われているため、各ＬＥＤ１の発光色及び光度のばらつきを容易に解消することができる。
【００３３】
また、本実施形態のバックライト１０においては、第１の導光板２及び第２の導光板３との間にＬＥＤ１を配置し、バックライト１０における第１及び第２の導光板２及び３が占める領域を減少させると共に、隔離板９と拡散板１１との間に形成される導光・散乱部を中空部１２としているため、導光・散乱部として導光板が設けられているバックライトに比べて、薄型化及び軽量化することができる。
【００３４】
更に、本実施形態のバックライト１０における第１及び第２の導光板２及び３は、ＬＥＤ１から出射した光の混色を行っているだけなので、その内部で光が全反射を繰り返すことができればよく、従来のバックライトの導光板のように、散乱・拡散パターンを設ける必要がない。このため、導光板に散乱・拡散パターンとして、印刷によりドットを形成したり又はスタンパーにより凹凸形状を形成したりする工程が不要になるため、その工程分の費用を削減することができる。
【００３５】
なお、前述の第１の実施形態のバックライト１０においては、光源として、側面発光型ＬＥＤを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上方に発光のピークをもつＬＥＤを使用してもよい。その場合、ＬＥＤから上方に出射した光は、反射体８で反射し、第１及び第２の導光板２及び３に入射する。また、ＬＥＤ１はＲＧＢの単色光を発するものに限定させるものではなく、白色発光のＬＥＤを使用することもできる。その場合も、ＲＧＢ単色発光のＬＥＤを使用した場合と同様に、白色ＬＥＤに起因する光度及び色味のばらつきを抑えたバックライトを実現することができる。更に、光源はＬＥＤ以外でもよく、側面側に最大発光強度をもつものであれば使用することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態に係るバックライトについて説明する。図３は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図３においては、図１に示す第１の実施形態のバックライト１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図３に示すように、本実施形態のバックライト２０においては、側面発光型ＬＥＤの代わりに、横方向に光を出射するサイドビュータイプのＬＥＤ２１及び２２を使用している。これにより、反射体を使用せずに、ＬＥＤから出射した光を第１及び第２の導光板２及び３に直接入射することができる。
【００３７】
また、本実施形態のバックライト２０においては、ＬＥＤを複数列配置している。具体的には、基板２３上に、第１の導光板２に対応する複数のＬＥＤ２１と、第２の導光板３に対応する複数のＬＥＤ２２とが夫々１列ずつ搭載されている。そして、ＬＥＤ２１から出射した光は第１の導光板２に入射し、ＬＥＤ２２から出射した光は第２の導光板３に入射する。これにより、更なる高輝度化が可能となる。なお、本実施形態のバックライト２０における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態のバックライト１０と同様である。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施形態のバックライトについて説明する。図４は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図４においては、図１に示す第１の実施形態のバックライト１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図４に示すように、本実施形態のバックライト３０は、隔離板９の両端部上に、第１及び第２のリフレクタ４及び５で反射され、その進行方向が１８０゜転換された光を中空部１２の中央部に導く中空部反射体３１が配置されている。この中空部反射体３１は、例えば三角柱状であり、その長手方向が第１及び第２のリフレクタ４及び５の長手方向と平行になるように配置されている。また、中空部反射体３１における中空部１２側の面は、例えば曲面で且つ鏡面とする。
【００３９】
本実施形態のバックライト３０においては、ＬＥＤ１から発せられ、第１及び第２の導光板２及び３で混色された光は、第１及び第２のリフレクタ４及び５によりその進行方向が１８０゜転換され、更に、中空部反射体３１の曲面部で反射されて、その中空部１２内における反射角度、即ち、拡散板１１への入射角度が変えられた後、中空部１２の中心部に導入される。これにより、中空部反射体３１がなく、隔離板９のみで光を中心部に導く第１の実施形態のバックライト１０に比べて、光を中空部１２に均一に広げることができる。なお、本実施形態のバックライト３０における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態のバックライト１０と同様である。また、本実施形態のバックライト３０においては、中空部反射体３１における中空部１２側の面を曲面で且つ鏡面としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平面又はしぼ、梨地及び階段状段差の連続面等の微細な凹凸面とすることもできる。
【００４０】
次に、本発明の第４の実施形態のバックライトについて説明する。図５は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図５においては、図１に示す第１の実施形態のバックライト１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図５に示すように、本実施形態のバックライト４０は、隔離板９の中央部上に、中空部１２に到達した光を均一に広げる山形状の突起（山形反射体４１）が配置されている。この山形反射体４１は、中空部１２における光の反射角度を変えるものであり、その形状は例えば三角柱又は半円柱状であり、また中空部１２側の面は、鏡面又は乱反射面である。
【００４１】
本実施形態のバックライト４０においては、隔離板９の中央部上に山形反射体４１を配置しているため、図４に示す中空部反射体３１を配置した場合と同様に、中空部１２内における光の反射角度、即ち、拡散板１１への入射角度を変えることができるため、光を中空部１２に均一に広げることができる。なお、本実施形態のバックライト４０における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態のバックライト１０と同様である。また、本実施形態のバックライト４０は、前述の第１の実施形態のバックライト１０の隔離板９の中央部上に山形反射体４１を配置したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述の第２及び第３の実施形態のバックライトに適用することもでき、これらのバックライトの隔離板９の中央部上に山形反射体４１を配置した場合も本実施形態のバックライト４０と同様に、光を中空部１２に均一に広げることができる。
【００４２】
次に、本発明の第５の実施形態のバックライトについて説明する。図６は本実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。なお、図６においては、図１に示す第１の実施形態のバックライト１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態が、図１に示す第１実施形態と異なる点は、中空部１２に第３の導光板１５を配置したこと、光源として、横断面が半円状の複数個のＬＥＤ５１をその長手方向に複数個１列に配列したこと、このＬＥＤ５１の上方に断面が逆三角形の反射体５２を設置したこと、及び拡散板１１を設けていないことにある。ＬＥＤ５１はその光を出射する上面が２次元的に湾曲しており（ドーム型をなしている）、図６に示す例は、横断面が半円状をなしている。このような複数個のＬＥＤ５１はその湾曲中心軸（長手方向）がいずれも一致するように、１列に配列されている。このＬＥＤ５１はＲＧＢ単色を発光するものであり、例えば、Lumileds社製Luxeon Emitter Lambertian等を使用することができる。ＬＥＤ５１の上方には、ＬＥＤ５１の長手方向に延びる棒状の反射体５２が配置されており、この反射体５２はその横断面が逆三角形をなしている。第３の導光板１５と、第１及び第２の導光板２，３並びにＬＥＤ５１との間には、隔離板９が設けられていて、両者を光学的に分離している。
【００４３】
次に、本実施形態の動作について説明する。ＬＥＤ５１から出射された光は、一部は第１及び第２の導光板２，３に直接入射し、一部は反射体５２で反射してその進行方向を変換され、その後第１及び第２の導光板２，３に入射する。第１及び第２の導光板２，３に入射した光は、第１及び第２の導光板２，３内を全反射を繰り返しながら、第１及び第２の導光板２，３の出射端面に到達し、出射する。ＬＥＤ５１からの光は、第１及び第２の導光板２，３内を伝搬する間に、混色が行われる。第１及び第２の導光板２，３から出射した光は、第１及び第２のリフレクタ４，５でほぼ１８０°進行方向を変更し、第３の導光板１５に入射する。この第３の導光板１５の両端面から入射した光は、第３の第３の導光板１５の裏面（隔離板９側の面）に設けられた散乱・反射パターンにより、導光板１５の上面から均一に出射する。これにより、導光板１５の上面から均一な平面光としてのバックライト光源が得られる。この場合に、図１の実施形態のように、拡散板１１を設けなくても、第３の導光板１５から均一な平面光が得られる。
【００４４】
次に、本発明の第６実施形態のバックライトについて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は本第６実施形態のバックライト６０を示す断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は光源近傍の一部断面図である。本実施形態が図６に示す実施形態と異なる点は、反射体６２が、その横断面が逆三角形に類似の形状であるが、その両斜面が、曲率半径Ｒで上方に湾曲している点である。光源としてのＬＥＤ６１は、図６のＬＥＤ５１と同様に、横断面が半円形をなしているドーム型のものであり、その湾曲中心軸を一致させて複数個１列に配列されている。反射体６２は、その横断面において、中央部がＬＥＤ６１に向けて突出し（逆三角形類似）、中央部から両側部に向けて傾斜しており、この傾斜面が上に凸になるように２次元的に湾曲している。本実施形態においては、この湾曲面は一定の曲率半径Ｒで湾曲したものであるが、これに限るものではない。また、第３の導光板１５の上には、レンズ（プリズム）シート等の光学シート１４が所望の特性に応じて重ねあわされている。これにより、出射光の均一性のより一層の向上を図ることができると共に、透過角度の制御等も可能になる。
【００４５】
次に、本第６実施形態の動作について、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。ドーム型をなし湾曲したレンズ面を有するＬＥＤ６１においては、出射された光は、ほぼ放射状に広がる。これに対し、図６の第５実施形態のように、反射体５２の反射面が平面（横断面が逆三角形）の場合は、反射した光は放射状に広がったまま、第１及び第２の導光板２，３に入射する。このため、第１及び第２の導光板２，３に入射するときのロスが存在し、バックライト５０の輝度を低下させてしまう。
【００４６】
これに対し、本第６実施形態においては、図８（ｂ）に示すように、反射体６２の反射面が凹んだ曲面をなしているので、ＬＥＤ６１から放射状に進行した光は、反射体６２の凹湾曲した反射面で反射して収束し、第１及び第２の導光板２，３に高効率で入射する。つまり、反射体６２で反射した後、導光板２，３に入射しない光の量が著しく低減される。また、第１及び第２の導光板２、３に対し、光が第１及び第２の導光板２，３の端面にほぼ垂直に入射するようになる。このため、本実施形態により、高輝度のバックライトが得られる。そして、光の利用効率が向上した結果、同数のＬＥＤを使用した場合、同等の光学特性を得るためには、少ない電力ですむようになり、又は同等の光学特性を得る場合には、ＬＥＤの使用数量を削減でき、これにより製造コストを低減することができる。
【００４７】
図７（ｂ）に示すように、反射体６２の傾斜した反射面が曲率半径Ｒで湾曲し、ＬＥＤ６１の湾曲したレンズ面の直径がＤであるとし、第１及び第２導光板２、３の板厚をＴとすると、Ｒ／Ｄが１乃至２であり、板厚Ｔは、Ｄ−２ｍｍ以上、Ｄ＋２ｍｍ以下であることが好ましい。
【実施例】
【００４８】
上記第６の実施形態のバックライト６０において、各パラメータ、レンズ直径Ｄ、導光板板厚Ｔ、導光板間距離Ｌ、曲面半径Ｒ、Ｒ／Ｄ、Ｄ−２及びＤ＋２を下記表１に示すように設定して、シミュレーション計算を実施した。そして、下記表２に、そのパラメータにおける全ＬＥＤから出射された全ての光束に対し、第１及び第２の導光板２及び３のリフレクタ側端面から出射する光束の割合、及び第３の導光板１５のリフレクタ側端面から入射する光束の割合をシミュレーションで検証した結果を示す。但し、参考例２のバックライトにおいて、反射体の断面形状は頂点が下、底辺が上になる形の三角形であり、その三角形の頂点からの各２辺の長さを３ｍｍとした。また、その他の構成要素は上記第６の実施形態と同じである。なお、Ｒ／Ｄが１乃至２であり、板厚Ｔは、Ｄ−２ｍｍ以上、Ｄ＋２ｍｍ以下であるものを実施例とし、この数値範囲から外れるものを参考例とした。
【００４９】
【表１】
2006351522.tif 000003
【００５０】
【表２】
2006351522.tif 000004
【００５１】
本発明の実施例１及び２のバックライトのシミュレーション結果は、第１及び第２の導光板２及び３の出射効率及び第３の導光板１５の入射光率のいずれも高いものであった。これに対し、参考例１は導光板の板厚ＴがＤ−２乃至Ｄ＋２の範囲を満たしておらず、光の利用効率が低い。参考例２は反射体の断面形状が頂点が下、底辺が上になる形の三角形（図６）であり、実施例１，２よりは第１及び第２の導光板２及び３の出射効率及び第３の導光板１５の入射光率が低いが、参考例１よりは高いものとなっている。
【００５２】
なお、本実施形態のバックライト６０は、反射体６２の反射面が一定の曲率半径Ｒで湾曲したものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示すように、反射体６２の反射面の湾曲を楕円状としたり、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、平坦面（Ａ）７１、平坦面（Ｂ）７２、平坦面（Ｃ）７３、平坦面（Ｄ）７４の複数の平坦面を連ねて上に凸の凹面を構成するようにしてもよい。図９の場合には、前述の好ましい数値範囲は、楕円状の長軸長及び短軸長を４で割ったものの和を曲率半径Ｒとし、図１０の場合は、近似した円の半径又は楕円の長軸長及び短軸長を４で割ったものの和を曲率半径Ｒとすればよい。
【００５３】
また、上記第５及び第６実施形態において、ＬＥＤ５１，６１はドーム型のレンズを備えたものを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１に示すようにレンズのないＬＥＤ６３又は第１，第３及び第４実施形態のように、基板１３の表面と略平行な方向に最大の発光強度を示す側面発光型ＬＥＤ６１とすることもできる。
【００５４】
図１２に示すように、第３の導光板１５の隔離板９側の面に散乱・反射部材５３を設けることができ、この場合は、第３の導光板１５に入射した光は、散乱・反射部材５３で反射し、第３の導光板１５における隔離板９の反対側の面から出射する。
【００５５】
また、第５及び第６実施形態の変形例として、第３の導光板１５を設置する代わりに、第１乃至第４の実施形態と同様に中空部１２としてもよい。この場合に、反射体６２は前述のように、反射面の湾曲を楕円状としたり、複数の平坦面を連ねたものとしてもよい。また、中空部１２には、中空部反射体３１又は山形反射体４１を設けてもよい。
【００５６】
なお、前述の第１乃至第６の実施形態のバックライトは、例えば広告パネル等の各種表示物及び液晶表示装置等の表示装置のバックライト、又は一般の照明装置等に使用することができる。また、実際の製品においては、上述の導光板及び光源等を保持し、バックライトとして、又は液晶表示装置として構成するためには、金属製又は樹脂製等のフレーム、シャーシ等の構造部材が必要であるが、本願の説明には不要なため、図示及び説明は省略した。
【００５７】
次に、本発明の液晶表示装置について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、外部から画像信号が入力されて画像を形成する液晶パネルの後方に、この液晶パネルに対して光を供給するバックライトが設けられている。この液晶表示装置におけるバックライトとしては、前述の第１乃至第６の実施形態のバックライトを使用することができる。これにより、液晶パネルに対して、輝度むら及び色むらがなく、均一な光を供給することができるため、高品質な画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のバックライトの動作を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態のバックライトの構造を示す断面図である。
【図８】本第６の実施形態のバックライトの動作を示す図であり、（ａ）はバックライトの全体図、（ｂ）は光源近傍の一部拡大断面図である。
【図９】反射体の反射面の曲面形状が楕円状の場合の変形例を示す断面図である。
【図１０】反射体の反射面の曲面形状が複数の平面により構成された場合の変形例を示す断面図である。
【図１１】ＬＥＤ６３がレンズを持たない場合の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１３】非特許文献１に記載の従来のバックライトの構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２１、２２、５１、６１、１０１；ＬＥＤ
２、３、１５、１０２、１０３；導光板
４、５、１０４、１０５；リフレクタ
６、７、１０６；反射シート
８、３１、４１、５２、６２；反射体
９；隔離板
１０、２０、３０、４０、５０、６０、１００；バックライト
１１；拡散板
１２；中空部
１３、２３；基板
１４；光学シート
７１；平坦面Ａ
７２；平坦面Ｂ
７３；平坦面Ｃ
７４；平坦面Ｄ
【図１】
2006351522.tif 000005
【図２】
2006351522.tif 000006
【図３】
2006351522.tif 000007
【図４】
2006351522.tif 000008
【図５】
2006351522.tif 000009
【図６】
2006351522.tif 000010
【図７】
2006351522.tif 000011
【図８】
2006351522.tif 000012
【図９】
2006351522.tif 000013
【図１０】
2006351522.tif 000014
【図１１】
2006351522.tif 000015
【図１２】
2006351522.tif 000016
【図１３】
2006351522.tif 000017