(57)【要約】【課題】  高輝度、出射角度分布均一性、輝度分布均一性、輝度分布制御性に優れた薄型の液晶表示装置を提供する。【解決手段】  液晶表示素子と複数の発光部との間に配置した拡散板及び又はプリズムシートを有する液晶表示装置において、各発光部７が、支持体１３に形成された光反射面５と、この反射面に密着した光反射面５と光透過面６とを有する導光体１０と、支持体と一体化された１以上の発光素子１１とから構成され、光反射面５が散乱反射面であり、光反射面５と光透過面６のなす角の平均が、７〜２３゜の間とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光部と液晶表示素子とを有する液晶表示装置において、
前記発光部が、光反射面と光透過面を有する導光体と、前記導光体と一体化された１以上の光源とから構成され、
前記光反射面が散乱反射面であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示素子と前記発光部の間で、かつ前記発光部の光出射方向に配置した光学シートを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記光反射面と前記光透過面のなす角の平均が７〜２３゜の間であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部における光源の高さが、発光部の厚さの２０％以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光透過面の面積をＳ１、前記発光部の数をＮ、液晶表示装置の有効表示面積をＳ２とした時、Ｓ２×０．３＜Ｓ１×Ｎであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさの値が０．５以上３．０以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光反射面が四角錐又はＲ付き四角錐であり、光源が四角錐中心頂点近傍に配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光反射面が六角錐又はＲ付き六角錐であり、光源が六角錐中心頂点近傍に配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光反射面が球面の一部であり、前記光反射面の光軸近傍に光源が配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光透過面が凸形状であり、かつその凸部の高さが発光部の厚さの２０％以下とであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光透過面と隣接する発光部の光透過面との間の領域であって、光透過面とほぼ同一の高さで、光透過面と平行かつ光透過面の存在しない領域に、散乱反射板を形成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光源がＲＧＢ三原色からなる３以上の発光素子であり、前記発光部に発光素子が３以上配置されており、各発光素子の輝度制御により色調制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部の光源がＲＧＢ三原色からなる３以上の発光素子であり、前記発光部に発光素子が３以上配置されており、前記発光部の光透過面の面積をＳ１、各発光素子間の距離をＬ２とした時、Ｌ２＜SQRT(Ｓ１)×0.06であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示素子と前記発光部との間に拡散板を配置し、前記拡散板の透過率を、発光部の光軸軸線上において、拡散板の全体平均より小さくさせ、光出射角度分布の均一性を向上させることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示素子と前記発光部との間に拡散板を配置し、前記拡散板の透過率を、発光部の光軸軸線上において、拡散板の全体平均より大きくさせ、輝度を向上させることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記液晶表示素子に入力された画像に応じて、発光部の発光量を発光部毎に制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部若しくは発光部近傍又は発光部光透過面近傍に配置された検出装置からの出力信号に応じて、発光部の光源発光量を発光部光源毎に制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光部若しくは発光部近傍又は発光部光透過面近傍に配置された検出装置からの出力信号と液晶表示素子に入力された画像に応じて、発光部の発光量を発光部毎に制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１９】
請求項１６ないし１８に記載の液晶表示装置において、前記発光部を複数まとめた発光ユニエットを複数配置し、液晶表示素子に入力された画像に応じて、発光ユニエット毎に発光量を制御す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、直下型バックライトを備えた高輝度、出射角度分布均一性、輝度分布均一性、輝度分布制御性に優れた薄型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶テレビ(ＴＶ)受像機等の大画面型液晶表示装置の低価格化が進み、その結果として、これらの機器が広く普及するようになった。これらの液晶表示装置は、パソコン(ＰＣ)用液晶表示装置と比較して高輝度である必要がある。このため、主に冷陰極管を光源に用いた直下型バックライトを光源とする液晶表示装置が用いられている。
【０００３】
直下型バックライトの構造は、下記特許文献１の図６に記載の如く、ケース、発光面となる拡散板、ケース内部の光源、拡散板表面に重ね置きされた光学シート等からなる。光源から出た光は、ケース内で反射を繰り返し、拡散板と光源の配置などの最適化により、ほぼ均一な分布で拡散板表面から出射される。また、下記特許文献２には、直下型バックライトとして、マイクロレンズアレイを用いたコリメート光の平面光源が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２３４０１２号公報
【特許文献２】特開２００２−４９３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶ＴＶ用バックライトに求められる性能は、液晶パネルに照射される光の照射量が大きく、しかも液晶パネル全面に対して均一の輝度、均一の出射角度分布に照射する必要がある。さらに、壁掛けＴＶ等の用途を想定した場合、可能な限り液晶表示装置の厚さを薄くする必要がある。一般的に、液晶パネルの厚さは数mmしかないので、液晶表示装置の厚さを決めているのはバックライトの厚さである。したがって、液晶表示装置の薄型化には、バックライトの薄型化が必要不可欠となる。
【０００５】
輝度に関しては、ノートＰＣ用のバックライトに比較して、液晶ＴＶ用バックライトは、通常５倍以上の輝度が必要であることから、直下型バックライトを用いるのが一般的である。光の照射量を向上させることは、光源の光照射量を増加させることで容易に実現するが、その反面、消費電力の増大を伴うため、現実的な方法とはいえない。
【０００６】
液晶パネル全面に対して、均一の輝度、均一の出射角度分布を得ることは、図３９(A)に示すように、拡散板１の透過率を下げることや、バックライトの厚さを増加させ、光源４と拡散板１の距離を増加させることで実現できる。しかし、透過率の低下は、バックライトの光取り出し効率の大幅な低下による大きな輝度の減少、光源４と拡散板１の距離を増加は、光取り出し効率の低下による輝度の減少と液晶表示装置の厚さの増加を伴うので使えない。
【０００７】
このような状況下で、光源輝度を上げずにバックライトの輝度を上げるためには、図３９(B)に示すように、光源４と液晶表示素子３の間に配置された拡散板１の透過率を上げること、また、光源４と拡散板１の距離を短縮することが効果的である。
【０００８】
光源４と拡散板１の距離を短縮は、バックライトの薄型化にも効果が有り有効な手段である。拡散板１の透過率を上げれば、光源４から出た光が、反射板８と拡散板１の間で反射する回数が減少し反射板８による反射損失が少なくなり輝度が向上する。
【０００９】
また、光源４と拡散板１の距離を短縮することによって、図３９(A)に示すように、光源４と拡散板１との距離が大の場合と、同図(B)に示すように、光源４と拡散板１との距離が小場合との比較から分るように、ケース端部側面５０における反射損失が少なくなり輝度が向上する。
【００１０】
しかしながら、光源４の表面輝度とバックライト表面の必要輝度が大きく異なるため、バックライトの輝度を上げるために、拡散板１の透過率を上げ、光源４と拡散板１の距離を短縮した場合、以下のような問題点（１）（２）（３）が生じる。
【００１１】
（１）  拡散板１の透過率を上げた場合、光源４からの直接光が拡散板１を通過して目に入りやすくなり、光源見えが発生し、液晶表示装置の表示品位を著しく損なう。
【００１２】
（２）  図３９(B)に示すように、光源４と拡散板１の距離を短縮した場合、拡散板１の場所（光源の直上のＡ点と光源の間のＢ点）によって、拡散板１に入射する光の入射角度分布が場所により大きく異なる。
【００１３】
この異なる理由を説明する。図４０は、全光線透過率５０％、６０％、７０％、８０％の拡散板における各入射角における出射光の出射角度分布を示した図である。図図に示したように、全光線透過率が５０％〜６０％未満の拡散板の出射光の出射角度は、入射光の入射角の影響を殆ど受けないのに対して、全光線透過率６０％以上の拡散板の出射光の出射角度分布は、入射光の入射角度分布を受けやすい。特に、７０％以上は、入射角と同じ出射角に大きなピークを持つ。
【００１４】
したがって、図３９(B)に示したように、光源４と拡散板１の距離を短縮し、拡散板の全光線透過率が６０％以上した場合、拡散板の場所によって出射角度分布が異なってしまう。すなわち、正面方向の輝度斑を生じないように設計を行っても、液晶表示装置を見る時の角度によっは、輝度斑が発生することとなり液晶表示装置の表示品位を著しく損なう。
【００１５】
（３）  冷陰極管は、横に長いので、部分的な輝度分布制御ができない。通常プラス側が明るくなるので左右方向で輝度斑が生じる原因となる。
【００１６】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたもので、光源の光量を増加させることなく、液晶パネル全面に対して均一の輝度、均一の出射角度分布を得ることを可能とした薄型の液晶表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明では、請求項１ないし３に記載したように、また、図１ないし図４及び図１３ないし図１６に示すように、複数の発光部と、液晶表示素子と、前記液晶表示素子と前記発光部の間で、かつ前記発光部の光出射方向に配置した光学シートを有する液晶表示装置において、前記発光部が、光反射面及び前記光反射面以外に形成された光透過面を有する導光体及び前記導光体と一体化された１個以上の発光素子から構成され、前記光反射面が、散乱反射面であり、前記光反射面と前記光透過面のなす角の平均が、７〜２３゜の間とする。光学シートとしては、通常拡散板やプリズムシートや両者の組み合わせを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
請求項４に記載したように、また、図１８に示すように、発光部における光源の高さが、発光部の厚さの２０％以下とする。
【００１９】
請求項５に記載したように、また、図１９に示すように、発光部の光透過面の面積をＳ１、前記発光部の数をＮ、液晶表示装置の有効表示面積をＳ２とした時、Ｓ２×０．５＜Ｓ１×Ｎとする。
【００２０】
請求項６に記載したように、また、図９に示すように、発光部の光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさの値が０．５以上３．０以下とする。
【００２１】
請求項７ないし９に記載したように、また、図２０ないし図３１に示すように、発光部の光反射面を、四角錐若しくは変形四角錐（底面を長方形として縦横比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一とした形状）、又は、四角錐若しくは変形四角錐の底面の角及び又は稜線にＲを持たせた形状、六角錐若しくは変形六角錐（底面の縦横比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一とした形状）、又は、六角錐若しくは変形六角錐の底面の角及び又は稜線にＲを持たせた形状とし、光源を中心頂点近傍に配置するか、前記発光部の光反射面を球面若しくは楕円球面（長軸と単軸の比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一とした形状）、又はその一部とし球面の光軸近傍の光反射面近傍に光源を配置する。
【００２２】
さらに、発光部の光反射面を正面から見た形状を正方形、長方形（縦横比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一）、六角形、変形六角形（底辺の縦横比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一）とする。
【００２３】
請求項１０に記載したように、また、図３３に示すように、発光部の光透過面が凸形状であり、かつその凸部の高さが発光部の厚さの２０％以下とする。
【００２４】
請求項１１に記載したように、発光部の光透過面と隣接する発光部の光透過面との間の領域において、光透過面とほぼ同一の高さに、光透過面と平行かつ光透過面の存在しない領域に散乱反射板１４を形成する。
【００２５】
請求項１２に記載したように、発光部の光源をＲＧＢ三原色からなる３ヶ以上の発光素子とし、発光部に発光素子を３ヶ以上配置して、各発光素子の輝度制御により色調制御を可能とする。
【００２６】
請求項１３に記載したように、また、図３５に示すように、発光部の光源がＲＧＢ三原色からなる３ヶ以上の発光素子である場合、発光部の光透過面の面積をＳ１、各発光素子間の距離をＬ２とした時、SQRT(Ｓ１)×0.02＜Ｌ２＜SQRT(Ｓ１)×0.06とする。
【００２７】
請求項１４に記載したように、光拡散板の透過率を、発光部の光軸軸線上において、拡散板の全体平均より小さくさせ、光出射角度分布の均一性を向上させる。
【００２８】
請求項１５に記載したように、光拡散板の透過率を、発光部の光軸軸線上において、拡散板の全体平均より大きくさせ、輝度を向上させる。
【００２９】
請求項１６に記載したように、また、図３７に示すように、液晶表示素子に入力された画像に応じて、発光部の発光量を発光部毎に制御する。
【００３０】
請求項１７に記載したように、また、図３８に示すように、発光部若しくは発光部近傍又は発光部光透過面近傍に配置された検出装置からの出力信号に応じて、発光部の光源発光量を発光部光源毎に制御する。
【００３１】
請求項１８に記載したように、また、図３８に示すように、発光部若しくは発光部近傍又は発光部光透過面近傍に配置された検出装置からの出力信号と液晶表示素子に入力された画像に応じて、発光部の発光量を発光部毎に制御する。
【００３２】
請求項１９に記載したように、また、図３６に示すように、発光部を複数まとめた発光ユニエットを複数配置し、液晶表示素子に入力された画像に応じて、発光ユニエット毎に発光量を制御する。
【発明の効果】
【００３３】
以上、本発明によって、高輝度、出射角度分布均一性、輝度分布均一性、輝度分布制御性に優れ薄型の液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明に係る液晶表示装置の全体斜視図である。図２は、図１に示す液晶表示装置における光源を含む発光部の部分斜視図である。図３は、図１に示す液晶表示装置の断面図である。図４は、図２に示す光源を含む発光部の断面図である。
【００３６】
本実施例は、図１、３に示すように、複数の発光部７と、液晶表示素子３と、液晶表示素子３と発光部７の間で、かつ発光部７の光出射方向に配置した光学シート１，２と、それらを支えるケース９からなる。光学シートとしては、拡散板１、プリズムシート２、拡散性プリズムシートなどが使用できる。拡散板１が１枚以上とプリズムシート２が１枚又は２枚の組み合わせが適当であるが、これらに限定されるものではない。本実施例では、拡散板１とプリズムシート２から構成されている。
【００３７】
発光部７は、図２、４示すように、光反射面５と光反射面５以外に形成された光透過面６とを有する導光体１０、導光体１０と一体化された１個以上の発光素子１１、発光素子１１に電力を供給する電極１２、導光体１０を支える支持体１３、光透過面６と実質的に同一の面に形成された反射部１４から構成される。電極１２は、発光素子１１を駆動するのに十分な数の領域に分割されているが、この領域は図２、４では、特に図示していない。
【００３８】
発光素子１１は、導光体１０に埋設され、導光体１０自体又は実質的に同一屈折率を有する樹脂により、導光体１０と物理的光学的に結合される。これにより、発光素子１１から発生した光が効率よく導光体１０に入射する。光反射面５と光透過面６は、図４に示すように、相対するように配置される。
【００３９】
光反射面５の形成手段は、種々方法が考えられるが、支持体１３を高反射率の白色樹脂で作成し、発光素子１１を設置した後、透明樹脂でモールドし、支持体１３の表面により光反射面５を形成するのが効率的であるがこれに限定されるものではない。
【００４０】
光反射面５と光透過面６の断面形状に関しては、図４に示すように、光透過面６が平面で光反射面５を凹形状とする以外に、図５(A)〜(B)に示すように、光反射面５としては、平面(同図(A)(B))又は凹形状(同図(C)(D))、光透過面６としては、平面(同図(A))又は凸形状(同図(B)(C))又は凹形状(同図(D))が使用できる。
【００４１】
なお、本実施例では、図２に示すようにＲＧＢ三原色からなる４ヶの発光素子を内包し、光反射面５は、球面で光透過面６は平面であるが、これに限定されるものではない。また、発光素子が３ヶでないのは、発光素子がＲＧＢ毎に効率が異なるため最も効率の低い一色を２ヶ使用することにより液晶表示装置の最大輝度を大きくするためである。
【００４２】
光反射面５は、散乱反射面である必要がある。これは、図６に示すように、光反射面５を鏡面にすると、光透過面６から出射される光に著しい指向性が発生する。この場合、光反射面５の形状を適切に設計して拡散板１に到達する光の強度分布を均一化できた場合でも、発光素子近傍の光１５と発光素子間の光１６に、拡散板１の場所によって、拡散板１に対する光１５，１６の入射角度分布が著しく異なることとなる。
【００４３】
この場合、図４０から分るように、全光線透過率６０％以上の拡散板１を用いた場合、拡散板１からの出射光１７，１８の出射角度分布が、発光素子１１近傍の出射光１７と発光素子１１間の出射光１８のように、拡散板１と発光部７の位置関係で、大きく異なる結果を生じる。
【００４４】
これにより、液晶表示装置を見る角度によって異なる輝度分布となるため、正面から観察した時に、輝度斑が生じないように反射面の形状を工夫しても、斜めから観察した際には、輝度斑が生じることとなり、画像表示品位を著しく低下させる原因となる。
【００４５】
以下、液晶表示装置を見る角度(液晶表示装置から見た出射角度)によって、異なる分布の輝度斑が発生する現象を、出射角度別輝度斑という。また、特定方位輝度斑は、液晶表示装置を見る角度により異なるので、複数の出射角度で輝度斑を評価しなければならない。拡散板の全光線透過率を著しく小さくにすれば、この問題をある程度防ぐことができるが、図４０に示すように、全光線透過率６０％以上の拡散板では、透過光の出射角度分布に入射角度依存性があり、上記の問題を解決することは極めて困難である。また、全光線透過率を低下させることは、バックライトの光取り出し効率を低下させ、バックライトの輝度低下原因となり好ましくない。
【００４６】
ここで、光反射面５を散乱反射とすれば、図７に示すように、発光素子１１から出た光は、光透過面６では反射し、光反射面５で散乱反射１９するため、光透過面６から出射する光は、散乱反射による散乱光となる。したがって、光透過面６から出射する光の出射角度分布は、光透過面６の場所による影響を鏡面反射に比べて圧倒的に低減できる。これにより、拡散板１に対する入射光の角度分布は、拡散板１の場所によらず、ほぼ同一となり、出射角度別輝度斑の発生を低減できる。
【００４７】
次に、光透過面６と拡散板１の距離の適正範囲を説明する。発光部７の光透過面６と拡散板１までの距離を大きくすると、特定方位輝度斑を低減できるが、液晶表示装置の薄型化が困難となり好ましくない。
【００４８】
また、発光部７の光透過面６と拡散板１までの距離を大きくすると、図８(A)に示すように、光透過面と拡散板までの距離が大の場合と、同図(B)に示すように、光透過面と拡散板までの距離が小の場合とを比較してみると、同図(A)の場合には、１発光部当たりの照明エリアが大きくなってしまう。この場合、後で説明するように、発光部の発光量を個々に制御した場合、隣接する発光部の発光量制御が困難となり好ましくない。
【００４９】
さらに、発光部７の光透過面６と拡散板１までの距離を大きくすると、液晶表示装置の中心部に光が集まりやすくなる結果、液晶表示装置の端部の輝度が低下して輝度分布均一性が低下し好ましくない。
【００５０】
図９は、(発光部の光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさ)と液晶表示装置中心部と端部の輝度比を示したもので、(発光部の光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさ)を３．０以下(好ましくは２．０以下)にすることにより、端部での輝度低下を押さえることができる。なお、発光部大きさは、発光部の光透過面の大きさ(円で有れば直径、多角形の場合外接円と内接円の直径の平均)である。
【００５１】
発光部の光透過面と拡散板までの距離の下限に関しては、小さすぎると光透過面における光量斑の影響が大となるので、液晶表示装置端部の輝度低下のが起きない範囲でなるべく大とすべきであることから、０．５以上(好ましくは、１．０以上)が望ましい。
【００５２】
次に、光透過面６と光反射面５の関係について述べる。(発光部の光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさ)を０．５以上３．０以下とした場合、発光部の光反射面５と光透過面６のなす角の平均（以下「平均なす角」という。）が、７〜２５゜の間である必要がある。平均なす角は、以下の方法で計算する。
【００５３】
図１０に示すように、光透過面６を微小区画３０に分割して、微小区画３０を通過する液晶表示素子３に垂直な直線３１と光透過面６との交点をＰ１とし、この交点Ｐ１における光透過面６の法線と微小区画３０を通過する液晶表示素子に垂直な直線３１のなす角度をθ１とする。また、微小区画３０を通過する液晶表示素子３に垂直な直線３１と光反射面５との交点をＰ２とし、この交点Ｐ２における光反射面５の法線と微小区画３０を通過する液晶表示素子３に垂直な直線３１のなす角度をθ２として、なす角度θ１とθ２を計算する。平均なす角は、θ１とθ２の差の値を、微小区画の面積を考慮して、全光透過面に対して加重平均を取った値である。
【００５４】
ここで、平均なす角を７〜２３゜の間とするのは、以下の理由による。平均なす角が、小である場合、図１１(A)に示すように、光反射面５で等方散乱した光２０は、光透過面６からほほ等方散乱に近い形の出射光２１となる。これに対して、平均なす角が、大である場合、図１１(B)に示すように、光反射面５で等方散乱した光２０は、光透過面６から光反射面５に垂直な方向にピークを持つ形の出射光２２となる。
【００５５】
したがって、平均なす角が大である場合、図１２に示すように、発光部光軸近傍と発光部光軸間の領域で、拡散板１からの発光部光軸近傍の出射光２３と、発光部光軸間の出射光２３’との出射角度分布が異なることになり、出射角度別輝度斑が発生してしまう。
【００５６】
図１３〜１６は、(光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさ)を１．５、全光線透過率５０％、６０％、７０％、８０％の拡散板を用いて、出射角０°における特定方位輝度斑が最小(輝度斑２０％以下目標)となるように反射面形状を最適化した場合の、平均なす角と特定方位輝度斑の発生状況を評価した結果である。なお、輝度斑＝(最大輝度−最小輝度)÷平均輝度である。
【００５７】
特定方位輝度斑の評価に用いた出射角度は、４５゜とした。これは、液晶ＴＶやＰＣ用モニタで用いる時は、この程度の出射角まで正面と同等の輝度斑に押さえる必要があるためである。
【００５８】
輝度斑の許容範囲としては、２０％以下が許容範囲である。２０％以下であれば、肉眼では、斑として観測されなかった。すなわち、特定方位輝度斑輝度斑(０゜)と特定方位輝度斑輝度斑(４５゜)が両方とも２０％以下である必要がある。
【００５９】
以上から、平均なす角の適正範囲は、全光線透過率５０％の拡散板の場合図１３に示すように平均なす角は７〜２５゜、全光線透過率６０％の拡散板の場合図１４に示すように平均なす角は１０〜２３゜、全光線透過率７０％の拡散板の場合図１５に示すように平均なす角は１０〜１９゜、全光線透過率８０％の拡散板の場合図１６に示すように平均なす角は１０〜１８゜が好ましい。
【００６０】
発光部７における発光素子１１の位置に関しては、発光部７における発光素子１１の高さが、発光部７の厚さの２０％以下とするのが望ましい。
【００６１】
発光素子１１の高さは、図１７に示すように、点２５と点２６との間の距離である。なお、点２５は、発光素子１１を通り液晶表示素子に垂直な直線２４と光反射面（実際には、電極１２が存在するので光反射面を延長して得られる仮想反射面）との交点である。また、点２６は、発光素子１１と直線２４の交点である。
【００６２】
発光部７の厚さは、図１７に示すように、点２５と点２７（光透過面６と直線２４との交点）との間の距離である。発光部７における発光素子１１の位置を前記範囲に指定するのは、光源である発光素子１１からの光取り出し効率を最大化するためである。
【００６３】
図１８は、光源高さ／発光部厚さと発光部からの光取り出し効率の関係を示したもので、光源高さ／発光部厚さを０．２以下にすることにより取り出し効率を上げることができる。
【００６４】
発光部７の光透過面面積Ｓ１と液晶表示装置の有効表示面積Ｓ２の割合に関しては、発光部の数をＮとした時、Ｓ２×０．３＜Ｓ１×Ｎであることが望ましい。
【００６５】
図１９は、Ｓ１×Ｎ／Ｓ２と正面輝度斑の関係を示したもので、上記範囲以外は、正面輝度斑が視認限界の２０％以上となり好ましくない。これは、Ｓ２×０．３＞Ｓ１×Ｎの場合、光源が点光源状になり、発光部と拡散板の位置関係の影響が出やすくなるためである。
【００６６】
なお、特定方位輝度斑を考慮すると、正面輝度斑は、可能な限り少ない方が好ましく、図１３〜１６に示すように、特定方位輝度斑(４５゜)は、正面輝度斑に比較して１０％程度高くなることを考えると、正面輝度斑が１０％以下となるＳ２×０．５＜Ｓ１×Ｎ＜Ｓ２×０．８とするとなおよい。
【００６７】
光反射面５の立体形状と光源となる発光素子１１の位置関係は、図２０に示すように、光反射面５を球面の一部として、球面の光軸近傍の光反射面近傍に発光素子１１を配置するのが望ましい。
【００６８】
このような配置にすることにより、発光素子の光出射面からの出射光の出射角度分布の異方性（左右方向と上下方向の出射角度分布の違い）を少なくすることができるため全方位における液晶表示装置の視野角特性を均一化し視認性を向上させることができる。
【００６９】
また、図２１に示すように、光反射面５を発光部の内接円より大としてもよい。この形状は、光透過面６の液晶表示装置有効表示面積に対する割合を増加させることが可能であり、正面輝度や輝度斑減少に効果がある。
【００７０】
また、図２２に示すように、発光部の正面形状を六角形としてもよい。この場合、光透過面６の面積を大きくできるので、図２１に示す正方形と比較して正面輝度や輝度斑が減少する。
【００７１】
さらに、図２３に示すように、光反射面５を発光部の内接円より大としてもよい。この形状は、光透過面６の液晶表示装置有効表示面積に対する割合を増加させることが可能であり、正面輝度や輝度斑減少に効果がある。
【００７２】
前記以外の形状としては、図２４〜２７に示すように、発光部７の光反射面５を楕円球面(図２４、２６に示す、長軸と単軸の比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一とした形状)、又はその一部(図２５、２７)とし、球面の光軸近傍の光反射面近傍に光源を配置し、長軸方向を画面横方向に平行に配置する。このような配置にすることにより、上下方向の視野角を左右方向に比べて小さくすることができるため液晶ＴＶ等のように上下方向の視野角が左右方向に比べて必要ない場合、正面輝度を上がることができる。
【００７３】
なお、図２１〜２７において、光反射面５を円錐や任意曲線の回転体としてもよい。球面に比較すると、設計が困難であるが輝度分布均一化に効果がある。
【００７４】
また、図２８に示すように、光反射面５を四角錐又はＲ付き四角錐（四角錐の稜線及び又は底面の角に丸みを持たせた形状）であり、光源を四角錐中心頂点近傍に配置することもできる。これにより、発光部の正面形状を四角形とした場合でも光透過面６の液晶表示装置有効表示面積に対する割合を増加させることが可能であり、正面輝度や輝度斑減少に効果がある。
【００７５】
また、図２９に示すように、長辺と短辺の比を４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一とし、長辺方向を画面横方向に平行に配置する。このような配置にすることにより、上下方向の視野角を左右方向に比べて小さくすることができるため液晶ＴＶ等のように上下方向の視野角が左右方向に比べて必要ない場合、正面輝度を上がることができる。
【００７６】
さらに、前記以外の形状としては、図３０に示すように、光反射面５を六角錐又はＲ付き六角錐（六角錐の稜線及び又は底面の角に丸みを持たせた形状）であり、光源が六角錐中心頂点近傍に配置するのが望ましい。このような配置にすることにより、光発光面面積を大きくしつつ、発光素子１１の光出射面からの出射光の出射角度分布の異方性を少なくすることができる。
【００７７】
さらに、必要に応じて、図３１に示すように、発光部を変形六角形（アスペクト比４：３、16：9などＴＶのアスペクト比と実質的に同一）とする。
【００７８】
これらの形状を使用することにより、光透過面面積の液晶表示装置有効表示面積に対する割合を増加させることが可能であり、輝度斑を低減する効果がある。
【００７９】
発光部の配置方法に関しては、図３２に示すように、碁盤目配置(同図(A)(B))や千鳥配置(同図(C)(D))が使用できる。発光部を配置する場合は、発光部の隙間があまり空かないように配置すべきであり、そのためには、発光部を正方形とした場合は、碁盤目配置が適しており、発光部を六角形とした場合は、千鳥配置が適している。
【００８０】
発光部７の光透過面６の断面形状としては、図５(A)に示す平面形状、同図(B)(C)に示す凸形状、同図(D)に示す凹形状があるが、図３３に示すように、凹形状(横軸が負)や平面形状(横軸が０)より凸形状(横軸が正)が取り出し効率の観点から好ましい。凸部の高さが大の方が高効率であるが、発光部厚さの２０％以上とすると平均なす角が大となるので好ましくない。
【００８１】
発光部の光透過面と隣接する発光部の光透過面との間の領域(図４に示す反射部１４に相当)において、光透過面とほぼ同一の高さで、光透過面と平行かつ光透過面の存在しない領域に、散乱反射板を形成することが望ましい。
【００８２】
これは、発光部の光透過面と隣接する発光部の光透過面との間の領域である図４の反射部１４を光透過面６とほぼ同一の高さで、光透過面６と平行かつ光透過面６の存在しない領域に、散乱反射板を形成するものである。
【００８３】
図３４は、反射部１４を形成した場合とこれを形成しなかった場合の輝度を比較した結果である。このように反射部１４を散乱反射とすることで、拡散板１からの反射光を効率よく再度拡散板に戻すことが可能となり液晶表示装置の輝度を上げることができる。
【００８４】
発光部の光源としては、ＲＧＢ三原色からなる３ヶ以上の発光素子であり、発光部に発光素子を３ヶ以上配置し、各発光素子の輝度制御により色調制御することが望ましい。これにより発光素子の色度ばらつきを発光部毎に補正可能となり、均一な色度特性を有する液晶表示装置を得ることができる。
【００８５】
発光素子がＲＧＢ三原色からなる３ヶ以上の発光素子であり、発光部に発光素子が３ヶ以上配置する場合、発光部７の光透過面６の面積をＳ１、各発光素子間の距離をＬ２とした時、Ｌ２＜SQRT(Ｓ１)×0.06であるように、各発光素子間の距離を定めることが望ましい。
【００８６】
図３５は、Ｌ２／SQRT(Ｓ１)と色斑の関連を測定した結果である。同図の色斑値は、色斑値＝((R輝度、G輝度、B輝度の中で最大輝度)−(R輝度、G輝度、B輝度の中で最小輝度))／(R輝度、G輝度、B輝度の中で平均輝度)である。目視検討の結果、色斑値が２以下であれば、色斑は見えなかったことから上記範囲が適正である。また、下限に関しては、Ｌ２を小さくしすぎると、発光素子表面での反射の影響から色斑値がかえって増加することや実装、放熱などの問題も生じることから、色斑値が最小となる0.02が適正範囲の下限となる。
【００８７】
光拡散板の透過率を、発光部の光軸軸線上において、拡散板の全体平均より小さくさせることは、出射角度分布均一性向上に効果がある。これは、発光部の光軸軸線上は、発光素子からの光の出射角度分布の対称性に優れているが、光軸線と光軸線の間は、対称性が悪く、液晶表示素子の視認性低下の原因となる。そこで、対称性に優れている部分の拡散板の透過率を下げることにより、結果として、対称性の悪さを補うことができるからである。
【００８８】
光拡散板の透過率を、発光部の光軸軸線上において、拡散板の全体平均より大きくさせることは、輝度向上に効果がある。これは、発光部の光軸軸線上は、発光素子からの光の出射角度分布の対称性に優れており、拡散板の透過率を上げることが可能なためである。
【実施例２】
【００８９】
図３６は、本発明に係る第二の実施例の液晶表示装置斜視図である。本発明による液晶表示装置は、発光部７が直接、拡散板１を照明することから、液晶表示素子３に入力された画像に応じて、発光部７の発光量を発光部毎に制御することにより、画面上の暗い領域のバックライト輝度を下げ、消費電力を落とすことが可能である。
【００９０】
また、暗い部分のバックライト輝度を下げることにより、液晶表示素子の漏れ光を少なくでき、これにより、コントラストを大きくする効果がある。
【００９１】
図３７は、本実施例のブロック図であり、画像信号解析部４０には、画像信号、外部センサからの周囲輝度信号及びリモコンなどからのユーザ設定信号が入力され、これらの信号に基づいて解析された画像信号は、液晶表示素子ドライバー４１に供給され、液晶表示素子３にて表示される。また、画像信号解析部４０にて解析された画像信号としての輝度分布及び又は色度分布信号を発光部電流制御回路４２に供給し、各発光部７の輝度及び又は色度を制御する。
【００９２】
ここで、発光部７は、例えば、図３６において、３×３の９ヶを１組として発光量が制御されているが、これに限定されるものではなく、４×４以上であってもよいし、全ての発光部を個別に制御又は２×２、４×４を制御単位としてもよい。このように、複数の発光部７をユニエット化することにより、画像信号解析部４０や発光部電流制御回路４２の簡素化や組み立ての効率化を図ることができる。
【００９３】
なお、光源であるＲＧＢ発光素子毎に駆動電流を制御し、色合い、色温度等をユーザの好みに合わせることも可能である。また、入力した画像信号に応じて各発光部の輝度及び又は色度を周囲輝度に合わせて調整することで、さらに低消費電力化を図ることもできる。
【実施例３】
【００９４】
図３８は、本発明に係る第三の実施例のブロック図である。本実施例は、図３７に示す実施例２に加えて、発光部若しくは発光部近傍又は発光部光透過面近傍に配置された検出装置４３からの出力信号に応じて、画像信号解析部４０は、発光部７の光源である発光素子の発光量を発光素子毎に制御する。これによって、光源である発光素子の経時変化、経年劣化、素子特性のばらつきを発光部毎に補正可能となる。また、画像信号解析部４０は、発光部７の発光量を発光部毎に制御してもよいし、発光部７を複数まとめた発光ユニエット毎に制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る第一の実施例である液晶表示装置の斜視図
【図２】図１における発光部７の斜視図
【図３】図１における液晶表示装置の断面図
【図４】図１における発光部７の断面図
【図５】発光部の断面形状を説明するための図
【図６】光反射面５を鏡面にした場合の問題点を説明する図
【図７】発光部内での光の伝搬状況を説明する図
【図８】液晶表示装置内での発光部照明領域を説明する図
【図９】(発光部の光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさ)と液晶表示装置中心部と端部の輝度比を説明する図
【図１０】平均なす角を説明する図
【図１１】平均なす角の影響を説明する図
【図１２】平均なす角が大きい場合の問題点を説明する図
【図１３】光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさを１．５とし、全光線透過率５０％の拡散板を用いた、平均なす角と特定方位輝度斑の関係を説明する図
【図１４】光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさを１．５とし、全光線透過率６０％の拡散板を用いた、平均なす角と特定方位輝度斑の関係を説明する図
【図１５】光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさを１．５とし、全光線透過率７０％の拡散板を用いた、平均なす角と特定方位輝度斑の関係を説明する図
【図１６】光透過面と拡散板までの距離／発光部大きさを１．５とし、全光線透過率８０％の拡散板を用いた、平均なす角と特定方位輝度斑の関係を説明する図
【図１７】光源高さ及び発光部の厚さ説明する図
【図１８】光源高さ／発光部厚さと発光部からの光取り出し効率の関係を説明する図
【図１９】Ｓ１×Ｎ／Ｓ２と輝度斑の関係を説明する図
【図２０】発光部を正方形とし、光反射面を円形とした発光部の平面図
【図２１】発光部を正方形とし、光反射面の形状を発光部の内接円より大とした発光部の平面図
【図２２】発光部を六角形とし、光反射面を円形とした発光部の平面図
【図２３】発光部を六角形とし、光反射面の形状を発光部の内接円より大とした発光部の平面図
【図２４】発光部を長方形とし、光反射面の形状を楕円とした発光部の平面図
【図２５】発光部を長方形とし、光反射面の形状を発光部の内接楕円より大とした発光部の平面図
【図２６】発光部を六角形とし、光反射面の形状を楕円とした発光部の平面図
【図２７】発光部を六角形とし、光反射面の形状を発光部の内接楕円より大とした発光部の平面図
【図２８】発光部を正方形とし、光反射面を四角錐又はＲ付き四角錐とした発光部の平面図
【図２９】発光部を長方形とし、光反射面を四角錐又はＲ付き四角錐とした発光部の平面図
【図３０】発光部を六角形とし、光反射面を六角錐又はＲ付き六角錐とした発光部の平面図
【図３１】発光部を変形六角形とし、光反射面を六角錐又はＲ付き六角錐とした発光部の平面図
【図３２】発光部の配置を説明するための図
【図３３】光透過面の形状と光取り出し効率の関係を説明する図
【図３４】反射部の効果を説明する図
【図３５】Ｌ２／SQRT(Ｓ１)と色斑値の関係を説明する図
【図３６】本発明に係る第２の実施例を説明するための液晶表示装置の斜視図
【図３７】第２の実施例を説明するための液晶表示装置のブロック図
【図３８】本発明に係る第３の実施例を説明するための液晶表示装置のブロック図
【図３９】拡散板と光源の距離を短くした場合の問題点を説明する図
【図４０】拡散板の入射角毎の出射角度分布を説明する図
【符号の説明】
【００９６】
１…拡散板、２…プリズムシート、３…液晶表示素子、４…光源、５…光反射面、６…光透過面、７…発光部、８…反射板、９…ケース、１０…導光体、１１…発光素子、１２…電極、１３…支持体、１４…反射部、１５…発光素子近傍の光、１６…発光素子間の光、１７…発光素子近傍の出射光、１８…発光素子間の出射光、１９…散乱反射、２０…光反射面で等方散乱した光、２１…光透過面からの出射光（平均なす角小）、２２…光透過面からの出射光（平均なす角大）、２３…発光部光軸近傍の出射光、２３’…発光部光軸間の出射光、２４…光源を通り液晶表示素子に垂直な直線、２５…光反射面の交点、２６…発光素子と直線２４の交点、２７…光透過面と直線２４の交点、３０…微小区画、３１…微小区画を通過する液晶表示素子に垂直な線、４０…画像信号解析部、４１…液晶表示素子ドライバー、４２…発光部電流制御回路、４３…検出装置、５０…ケース端部側面
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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