(57)【要約】【課題】面状の光の均一性が向上し、製造時のロバスト性が向上する面光源装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る面光源装置は、保持基板の主面に列をなして離散的に配置され、複数の系統にグループ化されて駆動が制御される複数の光源と、複数の光源を覆って保持基板の主面側に配置され、各光源から出射する光線の配光を制御する配光制御素子と、複数の光源に駆動信号を出力し、複数の光源の駆動を制御する駆動制御部とを備える。その駆動制御部は、複数の系統に対応して設けられ、各々が各系統にグループ化された複数の光源に駆動信号を出力する複数の光源駆動部と、各光源駆動部が出力する駆動信号を補正して、各系統にグループ化された複数の光源から出射する光量を制御する光量制御部とを含む。【選択図】図４
2018152210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持基板の主面に列をなして離散的に配置され、複数の系統にグループ化されて駆動が制御される複数の光源と、
前記複数の光源を覆って前記保持基板の前記主面側に配置され、前記複数の光源から出射する光線の配光を制御する配光制御素子と、
前記複数の光源の前記駆動を制御する駆動制御部とを備え、
前記駆動制御部は、
前記複数の系統に対応して設けられ、各々が各前記系統にグループ化された前記複数の光源に駆動信号を出力して、前記複数の光源の前記駆動を制御する複数の光源駆動部と、
各前記光源駆動部が出力する前記駆動信号を補正して、各前記系統にグループ化された前記複数の光源から出射する光量を制御する光量制御部とを含む面光源装置。
【請求項２】
各前記系統は、各前記系統にグループ化される前記複数の光源のうち少なくとも１つの前記光源からなる複数のブロックからなり、
前記複数の光源は、互いに異なる各前記系統をなす前記複数のブロックが周期的に配置されて列をなす請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
各前記光源駆動部から出力される前記駆動信号は、パルス信号であり、
前記光量制御部は、前記複数の系統に対応する前記複数の光源駆動部の各々から出力される前記パルス信号の出力タイミングを補正する請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記複数の系統は、複数の第１系統と、少なくとも１つの第２系統とを含み、
各前記第１系統に対応する各前記光源駆動部から出力される前記駆動信号は、パルス信号であり、
前記第２系統に対応する前記光源駆動部から出力される前記駆動信号は、連続信号であり、
前記光量制御部は、前記複数の第１系統に対応する前記複数の光源駆動部の各々から出力される前記パルス信号の出力タイミングを補正する請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記光量制御部は、前記駆動信号を補正する補正値を記憶する記憶部と、前記記憶部に外部から前記補正値を入力する入力部とを含み、各前記光源駆動部から出力される前記駆動信号を前記補正値により補正する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から出射する面状の光を画像光に変換する液晶パネルとを備える液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置およびこの面光源装置を用いて液晶パネルを照明する液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置が備える液晶パネルは、自ら発光しない。そのため、液晶表示装置は、液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの裏面側にバックライト装置すなわち面光源装置を備えている。バックライト装置の構成の１つとして、複数の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）を並べた直下型のバックライト装置がある。近年では、小型の高効率で高出力のＬＥＤが開発されている。そのため、バックライト装置に使用されるＬＥＤの設置個数、または複数のＬＥＤが列状に配置された光源であるＬＥＤＢＡＲの設置個数を減らしても、計算上ではこれまでと同様の明るさを得ることができる。特許文献１または特許文献２には、シリンドリカルレンズによってＬＥＤから出射する光線を拡げ、面状の照明光に変換するバックライト装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８６６０８号公報
【特許文献２】特開２０１４―３８６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１または特許文献２に記載のバックライト装置においては、光がシリンドリカルレンズから空気中へと光が透過する際に、シリンドリカルレンズと空気との境界面にて一部の光が反射する。照明光の均一性向上には、その境界面を透過する直接光と、境界面で反射する反射光との両方を、照明光として利用する必要がある。しかし、その反射光は、光源から出射する光の発散角、つまりは境界面に対する光線の入射角が大きくなるほど増加する。このため、照射領域の周辺での光量の低下を抑えることは難しく、均一性の制御が困難である。
【０００５】
また、光源の小型化、高効率化に伴い、ＬＥＤとそのＬＥＤから出射する光線を拡げる光学部品との配置に関する要求精度および光学部材に求められる形状精度が高くなっている。例えば、ＬＥＤから出射する光の配光を制御する配光制御素子の取り付け位置精度が悪い場合、バックライト装置の出射面に輝度ムラが生じる。しかし、バックライト装置の製造性およびコスト面を考慮すると、バックライト装置はそれら部品を簡易な保持構造で保持する構成を有することが望ましい。そのためには、バックライト装置は、それら部品の配置精度および形状精度に対する輝度分布を制御できることが望ましい。
【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、面状の光の均一性を制御し、かつ、製造時のロバスト性が向上する面光源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る面光源装置は、保持基板の主面に列をなして離散的に配置され、複数の系統にグループ化されて駆動が制御される複数の光源と、複数の光源を覆って保持基板の主面側に配置され、各光源から出射する光線の配光を制御する配光制御素子と、複数の光源の駆動を制御する駆動制御部とを備える。その駆動制御部は、複数の系統に対応して設けられ、各々が各系統にグループ化された複数の光源に駆動信号を出力する複数の光源駆動部と、各光源駆動部が出力する駆動信号を補正して、各系統にグループ化された複数の光源から出射する光量を制御する光量制御部とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、面状の光の均一性を制御でき、かつ、製造時のロバスト性が向上する面光源装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１における面光源装置が含む光源周辺の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１における面光源装置の構成を示す正面図である。
【図４】実施の形態１における面光源装置のブロック図である。
【図５】実施の形態１における面光源装置が含む信号処理回路の一例を示す図である。
【図６】前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図７】前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図８】前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図９】前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図１０】前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図１１】実施の形態１における駆動信号の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】実施の形態１の変形例における光源の配置を示す図である。
【図１３】実施の形態２における光源の配置を示す図である。
【図１４】実施の形態２における面光源装置のブロック図である。
【図１５】実施の形態２における駆動信号の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る面光源装置および液晶表示装置の実施の形態を説明する。
【００１１】
＜実施の形態１＞
以下の各図に示される液晶表示装置および面光源装置は、ｘｙｚ直交座標に基づいて図示される。ｘ軸およびｙ軸を含むｘ−ｙ平面に対し垂直な方向がｚ軸方向である。
【００１２】
図１は、実施の形態１における液晶表示装置１００の構成を概略的に示す断面図である。液晶表示装置１００が備える液晶パネル１は矩形を有し、その液晶パネル１の長辺方向がｘ軸方向であり、短辺方向がｙ軸方向である。図１において、液晶パネル１の長辺方向は紙面に垂直な方向であり、短辺方向は紙面の左右方向である。
【００１３】
また、液晶表示装置１００の長辺方向つまり液晶パネル１の長辺方向が水平に、その短辺方向が垂直方向に位置するよう液晶表示装置１００が設置された場合、ｘ軸方向が水平方向であり、ｙ軸方向が垂直方向である。
【００１４】
液晶表示装置１００の上側がｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）であり、下側がｙ軸の負方向（−ｙ軸方向）である。また、液晶表示装置１００が映像を表示する方向がｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）であり、その反対方向がｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）である。また、＋ｚ軸方向を表示面側という。−ｚ軸方向を裏面側という。
【００１５】
そして、液晶表示装置１００の表示面側から見て、右側がｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）であり、左側がｘ軸の負方向（−ｘ軸方向）である。「表示面側から見て」とは、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向を見ることである。
【００１６】
なお、本明細書において、正負の符号を付さずに軸方向を記載した場合、正の方向と負の方向との両方を含む。例えば、ｙ軸方向と記載した場合、その記載は＋ｙ軸方向と−ｙ軸方向とを含む。これらの方向は、実施の形態１に限らず他の実施の形態においても同様である。
【００１７】
図１は、実施の形態１における面光源装置２００の構成およびその面光源装置２００を含む液晶表示装置１００の構成を概略的に示す断面図である。液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１および面光源装置２００を備える。また、液晶表示装置１００は、液晶パネル１と面光源装置２００との間に、光学シート２と光学シート３とをさらに備える。また、拡散板４が、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、面光源装置２００の開口部５３に設けられる。＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて、液晶パネル１、光学シート２、光学シート３、拡散板４、面光源装置２００が順に配置される。液晶パネル１は、光学シート２および光学シート３を介して面光源装置２００と対向する裏面１ｂを有する。また、液晶パネル１は、裏面１ｂの反対側に表示面１ａを有する。裏面１ｂは、液晶パネル１の−ｚ軸方向側の面であり、表示面１ａは、その＋ｚ軸方向側の面である。表示面１ａは、平面状の矩形形状を有する。つまり、表示面１ａはｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる平面を有する。また、その平面を構成するｘ軸方向の長辺とｙ軸方向の短辺とは直交する。なお、上記の表示面１ａの形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、液晶パネル１は液晶層を含み、その液晶層はｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる面状の構造を有する。
【００１８】
面光源装置２００は、拡散板４から面状の光を出射し、光学シート３および光学シート２を通して、液晶パネル１の裏面１ｂを照明する。光学シート３は、拡散板４から放射された光の進行方向を、液晶パネル１の表示面１ａに対し、法線方向に向ける機能を有する。光学シート２は、細かな照明光のむらなどを低減し光学的な悪影響を抑制する。液晶パネル１は、裏面１ｂから入射した照明光を画像光に変換する。「画像光」とは画像情報を有する光のことである。
【００１９】
面光源装置２００は、複数の光源７、保持基板８、配光制御素子６および反射部５を備える。なお、複数の光源７はｘ軸方向に離散的に配置されており、図１には、そのうちの１つの光源７が図示されている。反射部５は複数の光源７と配光制御素子６とを収容可能に容器形状に形成される。その反射部５は、底面５１、側面５２、反射面５４および開口部５３を含む。また、面光源装置２００は筐体１０をさらに備える。筐体１０は反射部５および保持基板８を保持して収納する部材である。反射部５は筐体１０の内壁に沿って配置される。筐体１０は、反射部５の形状を反映して、上部つまり液晶パネル１が配置される方向に開口を含む容器形状を有する。筐体１０を構成する材料は、例えば、樹脂または金属板である。
【００２０】
図２は、面光源装置２００の１つの光源７の周辺を拡大した断面図である。
【００２１】
保持基板８は、液晶パネル１の長手方向つまりｘ軸方向に長く、平面視においては、矩形状の形状を有する。また、保持基板８は板形状を有する。保持基板８の主面８１は実装面であり、主面８１に光源７と配光制御素子６とが実装される。その主面８１は、例えば、白色のレジスト層あるいはレジスト層の上に白色のシルク層を含み、反射面の機能を有する。複数の光源７と配光制御素子６とが配置される保持基板８は、筐体１０の底面１０ａに保持される。筐体１０の底面１０ａに保持される保持基板８の面は、主面８１とは反対側の裏面８２である。その裏面８２とは保持基板８の−ｚ軸方向の面である。裏面８２は、光源７にて発生した熱を、主面８１を介して筐体１０に伝えて放熱する。また、面光源装置２００は、例えば、保持基板８と筐体１０との間に放熱シートを設けて、その放熱効果を高めても良い。
【００２２】
各光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。各光源７の−ｚ軸方向の面である裏面７２は保持基板８の主面８１に接している。それにより、各光源７は保持基板８に保持される。各光源７は、例えば、固体光源である。その固体光源は、例えば、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ素子という）である。または、例えば、各光源７は、有機エレクトロルミネッセンス光源又は平面上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光する光源等を含む。なお、本実施の形態１では、各光源７はＬＥＤ素子である。
【００２３】
各光源７は裏面７２を介して給電される。各光源７は保持基板８に電気的に接続する。また、本実施の形態１では、裏面７２とは異なる他の面は発光面である。例えば、各光源７の裏面７２と対向する表面７１は発光面である。または、例えば、各光源７が直方体形状である場合には、裏面７２とは異なる５面が発光面である。各光源７の光軸は、ｚ軸に平行である。
【００２４】
図３は、面光源装置２００の平面図であり、図１に示す液晶パネル１の表示面１ａから観察した図である。なお、拡散板４の図示は省略している。複数の光源７は保持基板８の主面８１に、所定の間隔を設けて列をなして離散的に配置される。その配置方向は、液晶パネル１の長手方向つまりｘ軸方向である。それら複数の光源７は、複数の光源７Ａと複数の光源７Ｂとにグループ化されている。各光源７Ａと各光源７Ｂとは、交互に配置されて列をなしている。
【００２５】
図４は、面光源装置２００のブロック図である。複数の光源７は、複数の系統９０にグループ化されて駆動が制御される。本実施の形態１においては、複数の光源７Ａは系統９０Ａにグループ化されて駆動が制御され、複数の光源７Ｂは系統９０Ｂにグループ化されて制御される。面光源装置２００は電源３０から電源電圧が供給される駆動制御部２０を含む。駆動制御部２０は、複数の系統９０つまり系統９０Ａと系統９０Ｂとに対応して複数の光源駆動部２１つまり光源駆動部２１Ａおよび光源駆動部２１Ｂを含む。光源駆動部２１Ａは、電源３０より供給される電源電圧から駆動信号を生成し、それら駆動信号を複数の光源７Ａに出力する。つまり、光源７Ａ（１）から光源７Ａ（ｎ）までの複数の光源７Ａは、光源駆動部２１Ａにて駆動が制御される。また、光源駆動部２１Ｂは、電源３０より供給される電源電圧から駆動信号を生成し、それら駆動信号を複数の光源７Ｂに出力する。つまり、光源７Ｂ（１）から光源７Ｂ（ｍ）までの複数の光源７Ｂは、光源駆動部２１Ｂにて駆動が制御される。このように面光源装置２００は系統９０Ａおよび系統９０Ｂを個別に制御する。
【００２６】
さらに、駆動制御部２０は光量制御部２２を含む。光量制御部２２は、光源駆動部２１Ａおよび光源駆動部２１Ｂが出力するそれぞれの駆動信号を補正して、複数の光源７Ａおよび複数の光源７Ｂから出射するそれぞれの光量を制御する。つまり、本実施の形態１においては、保持基板８上に隣り合って配置される各光源７Ａおよび各光源７Ｂは、それぞれ個別に各光量が光量制御部２２によって制御されるよう配線されている。
【００２７】
さらに、光量制御部２２は、図示は省略するが、駆動信号を補正する補正値を記憶する記憶部と、記憶部に外部から補正値を入力する入力部とを含んでもよい。この場合、光量制御部２２は、各光源駆動部２１から出力される駆動信号を記憶部に記憶される補正値により補正することができる。
【００２８】
図５は面光源装置が備える信号処理回路の一例を示す。信号処理回路は光源駆動部２１Ａおよび光源駆動部２１Ｂならびに光量制御部２２の各機能を実現する。すなわち、信号処理回路は、電源３０から供給される電源電圧から複数の系統９０にグループ化された複数の光源７に出力する複数の駆動信号を生成する。信号処理回路は、各駆動信号を補正して各系統９０にグループ化された複数の光源７Ａまたは複数の光源７Ｂに出力し、各光源７から出射する光量を制御する。信号処理回路は、互いが接続されたプロセッサーとメモリ２６とを含む。一例として、ここでは、プロセッサーはＣＰＵ２５である。光源駆動部２１Ａおよび２１Ｂならびに光量制御部２２の各機能はプログラムとして記述され、そのプログラムはメモリ２６に格納される。ＣＰＵ２５が、メモリ２６に格納されたそのプログラムを読み出して実行する。これにより、上記の光源駆動部２１Ａおよび光源駆動部２１Ｂならびに光量制御部２２の各機能が実現される。また、上述した光量制御部２２の記憶部の機能はメモリ２６により実現される。なお、光源駆動部２１および光量制御部２２がそれぞれ個別の信号処理回路を含む光源駆動回路および光量制御回路であってもよい。その場合、各系統９０にグループ化された複数の光源７Ａまたは複数の光源７Ｂに出力される駆動信号を補正し、各光源７Ａまたは各光源７Ｂから出射する光量を制御する光量制御部２２の機能が、光量制御回路のＣＰＵにより実現される。
【００２９】
図２に示すように、配光制御素子６は、保持基板８の主面８１側に光源７を覆って配置される。つまり、配光制御素子６は、光源７の＋ｚ軸方向側に、光源７を囲うように配置される。配光制御素子６は、複数の光源７が配列される方向に沿って長手を有する光学素子である。例えば、配光制御素子６は、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面を待ったレンズである。シリンドリカルレンズは、第１の方向に曲率を有し、その第１の方向に垂直な第２の方向に曲率を有さない。シリンドリカルレンズから出射する光は、一方向だけに集光または発散される。例えば凸型のシリンドリカルレンズに平行光を入射させると線状に集光する。この集光された線を焦線という。本実施の形態１では、第１の方向は、光源７が配列される方向とは直交する方向、つまりｙ軸方向である。第２の方向は、光源７が配列される方向に平行な方向、つまりｘ軸方向である。
【００３０】
配光制御素子６の光入射面６１は、光源７を覆いかつ光源７の配列方向に延在する凹状の曲面または平面で構成される。その凹状の曲面は、例えば非球面またはシリンドリカル面である。光入射面６１には、光源７から出射する光が入射する。配光制御素子６の光出射面６２は、光入射面６１に対して光源７とは反対側に位置する。すなわち、光出射面６２は、配光制御素子６の＋ｚ軸方向側の面であり、光入射面６１から入射した光は光出射面６２から配光制御素子６の外部へ出射する。その光出射面６２は、光源７の配列方向とは直交する方向つまりｙ軸方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む。配光制御素子６の光軸Ｃは、ｚ軸に平行である。「光軸」とは、レンズ又は球面鏡などの、中心と焦点とを通る直線である。光学素子がシリンドリカル面を有する場合には、曲率を有するその断面形状で定められる。本実施の形態１では、光軸Ｃは、光源７が配列される方向に対し垂直な平面、つまりｘ軸方向に垂直なｙ−ｚ平面における光出射面６２の形状で定められる。
【００３１】
また、配光制御素子６は棒状の形状を有する。よって、面光源装置２００は、列状に並べられた複数の光源７の個数よりも少ない数の配光制御素子６を備えることができる。例えば、面光源装置２００には、複数の光源７を覆う１つの配光制御素子６が設置される。このように、配光制御素子６が棒状の形状を有する場合、面光源装置２００は配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を固定するだけでよく、接着等の固定作業が容易である。なお、配光制御素子６は、棒形状の光学素子に限られない。面光源装置２００は、１つの光源に１つの配光制御素子を取り付けてもよい。
【００３２】
棒状の配光制御素子６は、押出し成形によって製造することができる。押出し成形による製造方法は、配光制御素子６の長さを自由に変えることができる。例えば、液晶表示装置１００の大きさが異なる場合でも、同じ金型を用いて、長さだけを変更した配光制御素子６の製造が可能である。光源７の数の増減に対して、配光制御素子６の金型の変更が不要であるため、配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。このため、面光源装置２００の製造コストを低減することが可能である。また、面光源装置２００は、光源７の数を変えるだけで、その輝度の調整が可能である。このため、最適な光源７の個数と配置とを有する面光源装置２００の作製が可能である。
【００３３】
配光制御素子６の一部は透明材料で形成されており、例えば、その透明材料はアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等である。
【００３４】
配光制御素子６は、光源７から出射した光の配光を変更する機能を有する。「配光」とは、空間に対する光源の光度分布をいう。つまり、光源から出射する光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を、その微小立体角で割ったものである。つまり、光度とは、光源からどのくらい強い光が出ているかを表す物理量である。配光制御素子６は、上記の構成を備えることにより、光源７から出射する光をｙ−ｚ平面上において集光するまたは発散させる。
【００３５】
図１に示すように、面光源装置２００は反射部５を備える。反射部５は、保持基板８に保持された光源７と配光制御素子６とを収容可能に容器形状を有する。反射部５は、図１および図３に示すように、ｘ−ｙ平面に平行な１つの底面５１及びその底面５１に接続する４つの側面５２（側面５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）を含む。つまり反射部５は５つの面を備える。図１に示すように、反射部５の側面５２はその底面５１と対向する開口部５３の外周を囲う。反射部５の底面５１は拡散板４の矩形形状よりも小さい矩形形状を有する。また、反射部５の底面５１は拡散板４に平行つまり面光源装置２００の光出射面に平行に配置される。さらに、反射部５の側面５２は、その底面５１の外周と拡散板４の外周とを接続する。つまり、４つの側面５２は反射部５の底面５１の外周から拡散板４の外周に向けて傾斜している。このように、反射部５及び拡散板４は、中空の容器形状を構成する。
【００３６】
以下に反射部５の形状をｘｙｚ座標軸により説明する。図３に示す４つの側面５２のうち、底面５１のｘ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ａおよび側面５２ｂは、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、＋ｙ軸方向の側面５２ａは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、−ｙ軸方向の側面５２ｂは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。また、４つの側面５２のうち、底面５１のｙ方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ｃおよび側面５２ｄも、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、−ｘ軸方向の側面５２ｃは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、＋ｘ軸方向側の側面５２ｄは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。反射部５の底面５１に対向する＋ｚ軸方向には、開口部５３が形成されている。
【００３７】
図１および図３に示すように反射部５の内側は反射面５４である。つまり、反射部５の内側は光を反射する部材である。反射部５は、例えばシート状の部材である反射シートである。反射部５の反射面５４は、例えば、拡散反射面であってもよい。反射部５は、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート又は基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等である。
【００３８】
図１に示すように、拡散板４は、反射部５の底面５１に対面し、開口部５３を覆うように配置される。拡散板４は、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、反射部５に対し＋ｚ軸方向に配置される。拡散板４は、例えば、薄板形状を有する。または、例えば、拡散板４はシート状である。または、拡散板４は透明基板とその透明基板上に形成された拡散膜を含む構成であっても良い。
【００３９】
拡散板４は、透過する光を拡散させる。「拡散」とは、拡がり散ることである。つまり、光が散乱することである。なお、以下の説明において、例えば、「光線は拡散板４に到達する」などの説明をしている。上述したように、拡散板４は反射部５の開口部５３に配置されている。よって、「光線は拡散板４に到達する」という表現は、「光線は開口部５３に到達する」に言い換えることができる。また、開口部５３または拡散板４は、面光源装置２００の光出射面として機能している。このため、「光線は拡散板４に到達する」という表現は、「光線は面光源装置２００の光出射面に到達する」に言い換えることができる。
【００４０】
（前提技術）
本実施の形態１における面光源装置２００の作用および効果を説明する前に、本発明の前提技術を説明する。図６は、前提技術に係る面光源装置３００の光源７の周辺の断面図である。図６は、光源７から＋ｚ軸方向に出射し、ｙ−ｚ平面のみに拡がる光線の一部である光線７３ａの図示を含む。光線７３ａは、光軸Ｃに対して狭い角度で光源７から出射する光線である。光源７から出射した光線７３ａは、光入射面６１にて屈折し、配光制御素子６の内部へ入射する。スネルの法則により、屈折率の小さな媒質から屈折率の大きな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも小さくなる。また、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも大きくなる。配光制御素子６がアクリル樹脂製である場合、光線７３ａは、光入射面６１で−ｙ軸方向に屈折する。光線７３ａは配光制御素子６の内部を進行し、光出射面６２に達する。光線７３ａは、凸面形状を有する光出射面６２によって、光軸Ｃに対する角度がさらに大きくなる方向つまり−ｙ軸方向側に屈折する。
【００４１】
図７は、面光源装置３００の光源７の周辺を示す平面図であり、＋ｚ軸方向からｘ−ｙ平面を観察した図である。図７は光源７から出射する一部の光線７３ｂの図示を含む。光線７３ｂは、光源７から出射し、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線のうち、光軸Ｃに対する角度が光線７３ａよりも広い光線である。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図７において上下方向のみに拡がる光線を意味する。
【００４２】
図８は、面光源装置３００の光源７の周辺の側面を示す図であり、−ｙ軸方向からｚ−ｘ平面を観察した図である。図８は光源７から出射する一部の光線７３ｃの図示を含む。光線７３ｃは、光源７から出射し、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線のうち、光軸Ｃに対する角度が光線７３ａよりも広い光線である。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図７において上下方向のみに拡がる光線のことである。
【００４３】
図６から図８に示すように、配光制御素子６は、光源７から出射する光を発散させる。配光制御素子６から出射した光線７３ａ、７３ｂまたは７３ｃは拡散板４へ到達する。各光線の図示は省略するが、図１に示す拡散板４に到達した光線の一部は反射して、反射部５の容器状の空間内を進行する。その光線は、反射部５の底面５１又は側面５２で反射されて、再び拡散板４に到達する。拡散板４に到達した光線は、拡散板４を透過しながら拡散される。そして、拡散板４を透過した光は、均一性を有する面状の照明光となる。この照明光は、光学シート３及び光学シート２を介して、液晶パネル１の裏面１ｂに照射される。
【００４４】
図９は、面光源装置３００の光源７の周辺の断面図であり、光源７から出射する一部の光線７３ｄの図示を含む。光線７３ｄは、図６に示した光線７３ａとは異なり、ｘ軸方向に拡がる角度成分、つまりｘ軸方向のベクトル成分も有する。また、図１０は、面光源装置３００の光源７の周辺を示す平面図であり、＋ｚ軸方向からｘ−ｙ平面を観察した図である。図１０は、光源７から出射する一部の光線７３ｆの図示を含む。光線７３ｆは、＋ｘ軸方向のベクトル成分を有する。なお、ｘ軸方向に拡がる角度成分を有する光線とは、図１０において、斜め方向あるいはｘ軸と平行に拡がる光線を意味する。図９に示す光線７３ｄや図１０に示す光線７３ｆは、図６に示したｙ−ｚ平面上のみを伝搬する光線７３ａよりも光出射面６２に対する入射角が大きくなる。これは、光出射面６２に対する入射角にｘ軸方向のベクトル成分が合成されるためである。そのためｘ軸方向のベクトル成分が大きな光線は光出射面６２で全反射条件を満たしやすい。
【００４５】
図９に示す光線７３ｅは、光源７から出射した光線７３ｄのうち光出射面６２に対する入射角度が大きく、反射された光線を示す。光出射面６２にて反射された光線７３ｅは−ｚ軸方向へ進み、その一部は配光制御素子６の底面あるいは側面の一部にて屈折して反射部５に達する。図示は省略するが、反射部５に到達した光線は、拡散反射され、一部の光線は再度、配光制御素子６の内部へ入射し、その他の光線は、拡散板４へ到達する。配光制御素子６の内部へ入射した光線は、光出射面６２で屈折され出射する。光出射面６２から出射した光線は拡散板４へ到達する。また、光出射面６２で全反射された光線の一部は、保持基板８の主面８１へ達する。その光線は、主面８１で反射され、再度、配光制御素子６の内部へ入射する。そして、その光線は、配光制御素子６の光出射面６２にて屈折し、拡散板４に到達する。
【００４６】
以上に述べた光源７から出射し拡散板４に到達する光線は、２つの成分、つまり直接光成分と反射光成分とに分けることができる。直接光成分とは、光源７から出射した光線のうち、配光制御素子６で屈折した後、直接、拡散板４に到達する光線である。反射光成分とは、配光制御素子６の内部で反射した後、反射部５で拡散反射してから、拡散板４に到達する光線である。反射光成分は、反射部５による拡散反射の影響を含むため、配光制御素子６によってその空間的な輝度分布を制御することが難しい。光源７から出射する光を効率良く利用するためには、面光源装置は反射光成分を含めて配光を制御する必要がある。また、その面光源装置の光出射面で均一な輝度分布を有する照明光を得るためには、面光源装置は直接光成分および反射光成分のバランスを配光制御素子６で制御することが好ましい。例えば、配光制御素子６が反射光成分の分布に合わせて直接光成分の分布をあえて不均一にする等の制御が必要となる。
【００４７】
さらに、上述したように、光源７の小型化または高効率化に伴い、光源７と配光制御素子６との配置精度には従来よりも高い精度が要求されている。また、配光制御素子６の形状精度にも従来よりも高い精度が要求され、配光制御素子６の製造難易度が高くなっている。配光制御素子６が押出し成形で製造される場合、その製造工程において管理可能な形状精度が、その要求精度を満たすことができない可能性がある。
【００４８】
配光制御素子６の保持基板８への取り付け位置精度が悪化した場合、または、配光制御素子６の形状精度が悪化した場合、配光制御素子６の長手方向に伸びるスジ状の輝度ムラが視認される。そのスジ状の輝度ムラは、以下の理由により生じる。配光制御素子６はｘ軸方向に長手を有するので、その配光制御素子６の取り付け位置の精度が悪くなっても、面光源装置２００の出射面内におけるｘ軸方向の輝度成分は均一である。一方で、ｙ軸方向には配光のムラが生じる。その配光のムラが、面光源装置の出射面内の同じ位置にて揃い、横スジ状の輝線が生じる。
【００４９】
（光量制御動作）
図４に示す面光源装置２００の光量制御部２２は、隣接する各光源７Ａおよび各光源７Ｂの光量をそれぞれ独立に制御する。例えば、各光源７Ａから出射する光量が各光源７Ｂから出射する光量よりも明るくなるように、もしくは、暗くなるように、光量制御部２２は光源駆動部２１Ａまたは２１Ｂから出力される各駆動信号を補正する。各光源駆動部２１から出力される各駆動信号は、光量制御部２２の補正に基づき、例えばＰＷＭ制御または電流制御される。その光量制御部２２の補正により、ｘ軸方向に交互に配置される各光源７Ａおよび各光源７Ｂから出射するそれぞれの光量のバランスが変化する。その光量バランスの変化により、面光源装置２００は、ｘ軸方向に現れるスジ状の輝度ムラを、実用上、問題ないレベルに低減することが可能である。
【００５０】
明るい光源とそれよりも暗い光源とが交互に配列されて保持基板に実装された面光源装置は、各光源の輝度バラツキによる輝度ムラを低減できる可能性は有するものの、製造段階で発生する各光学部品の組立精度または形状精度に起因した輝度ムラを抑制することは不可能である。組立誤差はバラツキを有し、製造後の面光源装置ごとに輝度ムラの程度が異なるためである。つまり、その輝度ムラを補正する最適な補正量は面光源装置ごとに異なる。
【００５１】
本実施の形態１における面光源装置２００の光量制御部２２は、記憶部と入力部とが設けられている。光量制御部２２は、駆動信号を補正する複数の補正値を、入力部から入力して記憶部に記憶する。光量制御部２２は、面光源装置ごとの輝度ムラに応じて、記憶部に記憶された複数の補正値から最適な補正値を選択して駆動信号を補正する。その選択機能の実現は、例えば、図５に示す信号処理回路のＣＰＵ２５により行われる。光量制御部２２は、面光源装置２００の組み立て後に、複数の系統にグループ化された複数の光源から出射する光量バランスを調整し、面光源装置２００ごとの輝度ムラを低減することが可能である。
【００５２】
隣接する各光源７から出射する光量の差が大きい場合、各光学部品の組立精度または形状精度に起因するスジ状の輝度ムラよりも、それら光量の差による輝度ムラが大きくなる。この場合、光量制御部２２は、系統９０Ａの各光源７Ａの駆動と、系統９０Ｂの各光源７Ｂの駆動とを時間的に制御して輝度ムラを改善する。図１１は、系統９０Ａおよび系統９０Ｂにそれぞれ出力される駆動信号のタイミングチャートである。各光源駆動部２１から出力される駆動信号はパルス信号である。光量制御部２２は、光源駆動部２１Ａから出力される駆動信号と光源駆動部２１Ｂから出力される駆動信号とが規則的に交互に出力されるようそれらの出力タイミングを制御する。ただし、光量制御部２２は複数の光源７Ａから出射する単位時間当たりの光量と複数の光源７Ｂから出射する単位時間当たりの光量とが一定なるように、各光源駆動部２１から出力される駆動信号を補正する。出力タイミングの制御は、図１１に示すような規則的な制御に限られず、時間的にランダムな制御であってもよい。面光源装置２００は、入射光量を積分して明るさを認識する人間の目の特性を利用して面光源装置２００の出射面内の明るさを均一に保つと同時に、ｘ軸方向の横スジ状の輝度ムラを改善できる。
【００５３】
以上に記載した面光源装置２００の複数の光源７は、系統９０Ａおよび系統９０Ｂの２系統にグループ化されて駆動が制御される例を示したが、３系統以上にグループ化される複数の光源７であっても同様の効果を奏する。さらに、系統９０Ａにグループ化される複数の光源７Ａの個数と系統９０Ｂにグループ化される複数の光源７Ｂの個数は同じである必要なく、最適な数量が選択され得る。
【００５４】
（実施の形態１の変形例）
上記の面光源装置２００においては、系統９０Ａにグループ化される各光源７Ａと、系統９０Ｂにグループ化される各光源７Ｂとは、図３に示すように、１個ずつ交互に配置されて列をなす。それら複数の光源７の配置は、必ずしも１個ずつ交互に配置される必要ない。隣り合う各光源７Ａと各光源７Ｂとの配置間隔が近い場合には、横スジ状の輝線ムラの抑制効果が低くなる可能性がある。
【００５５】
図１２は、実施の形態１の変形例１における複数の光源７の配置を示す図である。図１２に示す複数の光源７は、それぞれ２個ずつの光源７Ａと光源７Ｂとが交互に配置されている。つまり、系統９０Ａは、複数の光源７Ａのうち２個の光源７Ａからなる複数のブロック９Ａからなり、系統９０Ｂは、複数の光源７Ｂのうち２個の光源７Ｂからなる複数のブロック９Ｂからなる。そして、複数の光源７は、各ブロック９Ａと各グロック９Ｂとが一列状に周期的に配置される。各ブロック９をなす光源７の個数は、少なくとも１つであればよく、それぞれ３個ずつの光源７Ａと光源７Ｂとが交互に配置される構成であってもよい。２個以上の光源７からなる複数のブロック９が交互に配置された構成を有する面光源装置は、各光源の配置間隔が狭い場合にも、横スジ状の輝線ムラを抑制する。
【００５６】
以上をまとめると、本実施の形態１における面光源装置２００は、保持基板８の主面８１に列をなして離散的に配置され、複数の系統９０にグループ化されて駆動が制御される複数の光源７と、複数の光源７を覆って保持基板８の主面８１側に配置され、各光源７から出射する光線の配光を制御する配光制御素子６と、複数の光源７の駆動を制御する駆動制御部２０とを備える。駆動制御部２０は、複数の系統９０に対応して設けられ、各々が各系統９０にグループ化された複数の光源７に駆動信号を出力して、複数の光源７の駆動を制御する複数の光源駆動部２１と、各光源駆動部２１が出力する駆動信号を補正して、各系統９０にグループ化された複数の光源７から出射する光量を制御する光量制御部２２とを含む。
【００５７】
以上のような構成により、面光源装置２００は、光源７の配置方向に現れるスジ状の輝度ムラを、実用上、問題ないレベルに低減する。面光源装置２００は、配光制御素子６の光出射面６２を透過した光線と、光出射面６２にて反射した光線の両方を用いて面状の光の均一性を向上させることができ、かつ製造時のロバスト性も向上させることができる。ゆえに、面光源装置２００は、液晶表示装置１００のバックライト以外に、例えば、部屋の照明等で用いられる照明装置としても利用できる。また、面光源装置２００は、例えば、写真などを裏面側から照明する広告表示装置などにも利用できる。
【００５８】
また、面光源装置２００の各系統９０は、各系統９０にグループ化される複数の光源７のうち少なくとも１つの光源７からなる複数のブロック９からなり、複数の光源７は、互いに異なる各系統をなす複数のブロック９が周期的に配置されて列をなす。
【００５９】
このような構成により、面光源装置２００は、複数の光源７の配置間隔に依らず横スジ状の輝線ムラを抑制する。
【００６０】
また、面光源装置２００の各光源駆動部２１から出力される駆動信号は、パルス信号であり、光量制御部２２は、複数の系統９０に対応する複数の光源駆動部２１の各々から出力されるパルス信号の出力タイミングを補正する。
【００６１】
このような構成により、面光源装置２００は、面光源装置２００の出射面内の明るさを均一に保つと同時に、ｘ軸方向の横スジ状の輝度ムラを改善できる。
【００６２】
また、面光源装置２００が含む光量制御部２２は、駆動信号を補正する補正値を記憶する記憶部と、記憶部に外部から補正値を入力する入力部とを含み、各光源駆動部２１から出力される駆動信号を補正値により補正する。
【００６３】
このような構成により、面光源装置２００は、面光源装置２００ごとの輝度ムラに応じて、記憶部に記憶された複数の補正値から最適な補正値を選択して駆動信号を補正する。光量制御部２２は、面光源装置２００の組み立て後に、各光源７の光量を調整し、面光源装置２００ごとの輝度ムラを低減することが可能である。
【００６４】
また、液晶表示装置１００は、面光源装置２００と、面光源装置２００から出射する面状の光を画像光に変換する液晶パネル１とを備える。このような構成により、液晶表示装置１００は、均一性が従来よりも向上した面光源装置２００によって液晶パネル１を照明することができる。その結果、液晶表示装置１００は、従来よりも高い映像品質を実現することができる。
【００６５】
＜実施の形態２＞
実施の形態２における面光源装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。実施の形態１において図１１に示すような駆動信号の時間的な出力タイミングの制御を行う場合、制御周波数によっては、ちらつきすなわちフリッカーが視認される場合がある。本実施の形態２における面光源装置２００は、そのフリッカーを低減する。
【００６６】
図１３は実施の形態２における面光源装置２００が含む複数の光源７の配置を示す図である。複数の光源７は、保持基板８の両端側において、それぞれ２個ずつの光源７Ａと光源７Ｂとが交互に配置されている。保持基板８の中央寄りには、複数の光源７Ｃが配置されている。
【００６７】
図１４は実施の形態２における面光源装置２００のブロック図である。複数の光源７は、２つの第１系統９１Ａおよび第１系統９１Ｂと、１つの第２系統９２Ｃとにグループ化される。
【００６８】
駆動制御部２０は、第１系統９１Ａ、９１Ｂおよび第２系統９２Ｃにそれぞれ対応して光源駆動部２１Ａ、２１Ｂおよび２１Ｃを含む。光源駆動部２１Ａは、電源３０より供給される電源電圧から駆動信号を生成して複数の光源７Ａに出力する。つまり、光源７Ａ（１）から光源７Ａ（ｎ）までの複数の光源７Ａは、光源駆動部２１Ａにて駆動が制御される。また、光源駆動部２１Ｂは、同様に駆動信号を生成して複数の光源７Ｂに出力する。つまり、光源７Ｂ（１）から光源７Ｂ（ｍ）までの複数の光源７Ｂは、光源駆動部２１Ｂにて駆動が制御される。光源駆動部２１Ｃは、電源３０より供給される電源電圧から駆動信号を生成して複数の光源７Ｃに出力する。つまり、光源７Ｃ（１）から光源７Ｃ（ｋ）までの複数の光源７Ｃは、光源駆動部２１Ｃにて駆動が制御される。
【００６９】
図１５は第１系統９１Ａ、第１系統９１Ｂおよび第２系統９２Ｃに出力される駆動信号の一例を示すタイミングチャートである。第１系統９１Ａに光源駆動部２１Ａから出力される駆動信号および第１系統９１Ｂに光源駆動部２１Ｂから出力される駆動信号はパルス信号である。光量制御部２２は、第１系統９１Ａのパルス信号と第１系統９１Ｂのパルス信号とが規則的に交互に出力されるよう、それらの出力タイミングを補正する。一方で、第２系統９２Ｃに光源駆動部２１Ｃから出力される駆動信号は連続信号である。複数の光源７Ｃが配置された液晶パネル１の中央付近では、駆動信号の時間制御が行われない。面光源装置２００は、保持基板８の両端すなわち液晶パネル１の両端付近において、時間的な駆動信号の制御により調光する。このように、面光源装置２００は、液晶パネル１の表示面１ａの面内において、時間制御するエリアと時間制御しないエリアとを含む。面光源装置２００は、制御周波数によるフリッカーを低減することができる。
【００７０】
以上をまとめると、本実施の形態２における面光源装置２００が複数の光源７をグループ化して駆動を制御する複数の系統は、複数の第１系統と、少なくとも１つの第２系統とを含む。本実施の形態２においては、複数の第１系統は、第１系統９１Ａおよび第１系統９１Ｂである。また、第２系統は、１つの第２系統９２Ｃである。各第１系統に対応する光源駆動部２１Ａおよび光源駆動部２１Ｂから出力される駆動信号は、パルス信号である。第２系統９２Ｃに対応する光源駆動部２１Ｃから出力される駆動信号は、連続信号である。光量制御部２２は、複数の第１系統に対応する光源駆動部２１Ａおよび２１Ｂの各々から出力されるパルス信号の出力タイミングを補正する。
【００７１】
このような構成により、面光源装置２００は、面光源装置２００の出射面内の明るさを均一に保つと同時に、ｘ軸方向の横スジ状の輝度ムラを改善し、さらに、駆動信号の制御周波数によるフリッカーを低減することができる。なお、本実施の形態２の面光源装置２００は、２つの第１系統と１つの第２系統とを含むが、３以上の第１系統または２以上の第２系統を含んでも同様の効果を奏する。
【００７２】
上述の各実施の形態においては、部品間の位置関係もしくは部品の形状を示すために、「平行」や「垂直」などの用語を用いている。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含む。このため、請求の範囲内の部品間の位置関係もしくは部品の形状の記載は、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含む。
【００７３】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００７４】
１  液晶パネル、６  配光制御素子、７  光源、７Ａ  光源、７Ｂ  光源、７Ｃ  光源、８  保持基板、８１  主面、９Ａ  ブロック、９Ｂ  ブロック、２０  駆動制御部、２１Ａ  光源駆動部、２１Ｂ  光源駆動部、２１Ｃ  光源駆動部、２２  光量制御部、９０Ａ  系統、９０Ｂ  系統、９１Ａ  第１系統、９１Ｂ  第１系統、９２Ｃ  第２系統、１００  液晶表示装置、２００  面光源装置、３００  面光源装置。
【図１】
2018152210.tif 000003
【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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【図１５】
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