(57)【要約】【課題】輝度むらの少ない直下型のバックライト装置を提供する。【解決手段】互いに対向する光の入射面と出射面とを有する導光板と、該導光板に光を出射する少なくとも１つの光源と、該光源を搭載する回路基板とを備えるバックライト装置において、前記導光板１０は前記光源１４と対応する位置に設ける貫通孔１１を有する第１の導光部材１３と、該第１の導光部材１３の貫通孔１１に嵌合固定されている第２の導光部材２１とを備え、該第２の導光部材２１が光拡散材及び白色着色剤が混入された透光性材料からなり前記光源１４に対向する光受部２２ａと該光受部２２ａの外周から前記光源１４の反対方向に向かって外形形状が拡大する斜面部２２ｂとを有し、前記第１の導光部材１３の貫通孔１１は前記第２の導光部材２１の斜面部２１ｂと連接する傾斜部１２を有することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する光の入射面と出射面とを有する導光板と、該導光板に光を出射する少なくとも１つの光源と、該光源を搭載する回路基板とを備えるバックライト装置において、
前記導光板は前記光源と対応する位置に設ける貫通孔を有する第１の導光部材と、該第１の導光部材の貫通孔に嵌合固定されている第２の導光部材とを備え、該第２の導光部材は光拡散材及び白色着色剤が混入された透光性材料からなり、前記光源に対向する光受部と該光受部の外周から前記光源の反対方向に向かって外形形状が拡大する斜面部とを有し、前記第１の導光部材の貫通孔は前記第２の導光部材の斜面部と連接する傾斜部を有することを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
前記第１の導光部材の貫通孔の入射面側に前記光源が収納されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項３】
前記第１の導光部材は透光性材料からなることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項４】
前記第２の導光部材は出射面側に凹部を有し、該凹部に光拡散部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項５】
前記第２の導光部材の形状が略円錐台形をなすこと特徴とする請求項１または請求項４に記載のバックライト装置。
【請求項６】
前記第２の導光部材の光受部に光拡散手段が形成されていることを特徴する請求項１、４、５のいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項７】
前記第２の導光部材の光受部が平面であることを特徴とする請求項１、４、５、６のいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項８】
前記第２の導光部材の光受部は凸状の形状をなし、その断面形状が略三角形形状または略半円形形状であることを特徴とする請求項１、４、５、６のいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項９】
前記光源よりの光軸を中心に前記第２の導光部材の斜面部のなす角度は、前記光源より放射される必要な光射量に相当する放射角度に等しいか、または大きな角度に設定されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１０】
前記第２の導光部材の光受部の外形形状は、前記光源より放射される必要な光射量に相当する放射角度の光が前記光受部に相当する位置に投影される投影形状の外形形状に等しいか、または小さく設定されていることを特徴とする請求項１、７、８のいずれか１項に記載のバックライト装置。
【請求項１１】
前記回路基板の表面は光反射性を有することを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１２】
前記第１の導光部材は前記回路基板に固着されていることを特徴とする請求項１記載のバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバックライト装置に関し、特に液晶表示装置に用いられる直下型バックライト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ等の電子機器の小型化に伴い、ディスプレイ装置として液晶表示パネル（以下、「ＬＣＤ」という）を用いることが行われている。また、カメラのような機械製品であっても、多様なデータを電子的に表示するために、ＬＣＤを用いた表示装置を備えるようになっている。また、このＬＣＤを暗所でも使用可能とするために、その背後に照明装置を配置することが一般化している。
【０００３】
この照明装置に用いられる光源は、一般的に、放電管、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）等の点光源又は線光源であるので、これらをＬＣＤの背後に直に配置すると、これら光源の周辺だけが明るく他の部分が暗いといった照度分布が生じてしまう。そのため、従来より、拡散板として機能する導光板が、光源とＬＣＤとの間に配置されている。この一例として導光板の下部に光源を配した所謂「直下型」のバックライト装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。以下に、図９を用いて従来技術における直下型の液晶表示装置用のバックライト装置の例について説明する。
【０００４】
図９（ａ）は液晶表示用のバックライト装置の断面図、図９（ｂ）は導光板と光源の位置関係を示す平面図である。図９に示すように、液晶表示装置用のバックライト装置は、液晶表示パネル（ＬＣＤ）１、拡散板８、導光板３、及び基板５が枠体９に収納されている。このＬＣＤ１の上下面には上偏光板７ａ、下偏光板７ｂが配置されている。下偏光板７ｂの下面側には、導光板３が配置され、導光板３と下偏光板７ｂとの間には拡散板８が配置されている。導光板３は、アクリル樹脂等の透明板からなり、表面３ｂ、及び裏面３ｃは、互いに平行な平面であり、その側面３ａは出射面としての表面３ｂに対して直角な面となっている。また、この導光板３の全ての面は、内反射する光が乱反射（及び透過）して拡散するように、シボ加工がなされた乱反射面となっている。それに加えて、導光板３の側面３ａ上には、導光板３内部を伝導する光を全て全反射するように、反射膜６が形成されている。また導光板３の裏面３ｃには、その複数箇所に入射面としての凹部３ｄが形成されている。この裏面３ｃ自体は、不透明部材からなる基板５に固着されている。この基板５上には光源としての複数のＬＥＤ４が複数の凹部３ｄ内に夫々収容される様に取り付けられている。
【０００５】
ＬＥＤ４から出射された光は、凹部３ｄの内壁から、導光板３内に入射する。導光板３内に入射した光の一部は直接側面３ａに達するが、大部分の光は、一旦導光板３の表面３ｂに当たる。この表面３ｂに当たった光は乱反射されて導光板３内に拡散するとともに、その一部が外部に向かって透過して拡散板８に入射する。この拡散板８によって拡散された光はＬＥＤ４を照射する。また、導光板３内に拡散した光のうち一部は側面３ａに達するが、残りの光は、導光板３の裏面３ｃに当たるが裏面３ｃには基板５が固着しているので全て乱反射されて更に拡散する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１３６９１７号公報（第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来技術における光源としてＬＥＤを用いた直下型バックライト装置においてはＬＥＤの光が液晶パネル側である導光板の出射面に到達するまでの距離は、ＬＥＤの真上が最短でＬＥＤの中心から外側に離れるに従って大きくなる。またＬＥＤの光は図８に示すように、ある一定の角度内で大きい光量を示す指向性がある。そのためＬＥＤ上面が高輝度となりＬＥＤの中心から外側に離れるに従い輝度が低下し、輝度のばつきが大きく所謂輝度むらが発生するという問題があった。これらの対策として、広い面積を照射する場合は、導光板の厚さを大きくしたり、導光板に拡散材を混入させる等の対策が行われていた。しかし、このような対策で輝度むらを無くそうとすると導光板の光透過率が低下し輝度が低くなってしまうという問題があった。このため輝度むらの修正には限界があった。また導光板と液晶パネルの間に拡散シートを配置する対策も併せて行われていたが、これでも輝度むらの解消には限界があった。このように、高輝度を得ることと輝度むらを無くすことを両立させるのが難しいという問題があった。特に最近では薄型化に併せて輝度向上が求められており、輝度むらがなく高輝度のバックライト装置の実現が望まれていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解決しＬＥＤ等の点状光源を用いる場合において導光板の光拡散性を向上させることにより輝度むらの少ない直下型のバックライト装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明のバックライト装置は、互いに対向する光の入射面と出射面とを有する導光板と、該導光板に光を出射する少なくとも１つの光源と、該光源を搭載する回路基板とを備えるバックライト装置において、前記導光板は前記光源と対応する位置に設ける貫通孔を有する第１の導光部材と、該第１の導光部材の貫通孔に嵌合固定されている第２の導光部材とを備え、該第２の導光部材は光拡散材及び白色着色剤が混入された透光性材料からなり、前記光源に対向する光受部と該光受部の外周から前記光源の反対方向に向かって外形形状が拡大する斜面部とを有し、前記第１の導光部材の貫通孔は前記第２の導光部材の斜面部と連接する傾斜部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１の導光部材の貫通孔の入射面側に前記光源が収納されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第１の導光部材は透光性性材料からなることを特徴とする。
【００１２】
また、第２の導光部材は出射面側に凹部を有し、該凹部に光拡散部材が配置されていることを特徴とする。
また、第２の導光部材の形状が略円錐台形をなすこと特徴とする。
【００１３】
また、第２の導光部材の光受部に光拡散手段が形成されていることを特徴する。
また、第２の導光部材の光受部が平面であることを特徴とする。
また、第２の導光部材の光受部は凸状の形状をなし、その断面形状が略三角形形状または略半円形形状であることを特徴とする。
【００１４】
また、光源よりの光軸を中心に第２の導光部材の斜面部のなす角度は、光源より放射される必要な光射量に相当する放射角度に等しいか、または大きな角度に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
また、第２の導光部材の光受部の外形形状は、光源より放射される必要な光射量に相当する放射角度の光が光受部に相当する位置に投影される投影形状の外形形状に等しいか、または小さく設定されていることを特徴とする。
【００１６】
また、回路基板の表面は光反射性を有することを特徴とする。
【００１７】
また、第１の導光部材は回路基板に固着されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３、図４、図５、図６は本発明におけるバックライト装置の実施形態を説明するための図である。図１は、本実施形態のバックライト装置を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２は本実施形態の第１の導光部材を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図３は本実施形態の第２の導光部材を示す側面図、図４は本実施形態の第２の導光部材の他の例を示す図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。また、図５は本実施形態における第２の導光部材の光受部の他の例を示す断面図である。図６、図７は本実施形態の光源と導光部との配置関係を示す図である。尚、液晶表示パネル、枠体については、従来技術と同様であるため説明は省略する。以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７を用いて本実施形態におけるバックライト装置について説明する。
【００１９】
図１に示すように本実施形態におけるバックライト装置は、互いに対向する光の入射面と出射面とを有する導光板１０と、導光板１０に光を出射する光源としての３個のＬＥＤ１４と、ＬＥＤ１４を搭載する回路基板１５とを備えている。導光板１０はＬＥＤ１４からの光を受光し導光する３個の第２の導光部材２１と、第２の導光部材２１から入射した光を広く拡散する第１の導光部材１３とを備えている。第２の導光部材２１は、第１の導光部材１３に設ける貫通孔１１に嵌合固定されている。また、この貫通孔１１の入射面１８側である入射面側貫通部１１ａにＬＥＤ１４が収納されている。さらに、第１の導光部材１３の入射面１８側は、回路基板１５に固着されており、回路基板１５、及び枠体（図示せず）の表面が白色で強い反射性を有するように設定されいるためＬＥＤ１４の光が外部に漏れ出すことがなく光拡散性を向上させるようになっている。尚、導光板１０、回路基板１５は、図示していないが従来技術と同様に液晶パネルと共に枠体に収納されている。
【００２０】
第２の導光部材２１は透光性を有するアクリル樹脂からなり、光拡散材及び白色着色剤が混入されている。また、図３に示すように第２の導光部材２１は略円錐台形の形状をなし、ＬＥＤ１４に対向する光受部２２ａと光受部２２ａの外周部２２ｃからＬＥＤ１４と反対方向に向かって外形形状が拡大する斜面部２２ｂとを有する。光受部２２ａは導光板１０の出射面１９と略平行な平面とし、この平面に光拡散手段として梨子地処理もしくは波形状の光拡散処置を施すことが好ましい。これによってＬＥＤ１４から第２の導光部材２１に入射した光が効率よく拡散される。
【００２１】
また図３、図６に示すように、略円錐台形の形状をなす第２の導光部材２１の斜面部２２ｂの開角Ｐの値は、ＬＥＤ１４より放射される必要な光射量に相当する放射角度Ｑに等しいか、または大きな角度に設定することが好ましい。このＬＥＤ１４より放射される必要な光射量に相当する放射角度Ｑについては図８を基に説明する。図８は、ＬＥＤの指向特性を示す図で、中心（０度）の輝度を１００％とした時の相対輝度を０度から９０度まで示してある。図８に示すように度数が増加するに従って輝度は低下し７０度で２０％となり９０度では０となる。本実施形態においては、出射面の輝度への寄与を必要とする範囲を相対輝度が２０％に低下するまでとした。これに相当する角度は７０度であり、この７０度の２倍である１４０度をＬＥＤ１４より放射される必要な光射量に相当する放射角度Ｑの値とした。また略円錐台形の形状をなす第２の導光部材２１の斜面部２２ｂの開角Ｐの値は１４４度とし、ＬＥＤ１４より放射される必要な光射量に相当する放射角度Ｑの値１４０度より大きな値とした。これによって、ＬＥＤ１４から出射される光を効率よく第２の導光部材２１に入射させることができる。
【００２２】
また、同様に第２の導光部材２１の光受部２２ａの外径ｄの値は、ＬＥＤ１４より放射される必要な光射量に相当する放射角度Ｑの光が第２の導光部材２１の光受部２２ａに相当する位置、即ち図６、図７において直線２５で示す位置に投影される投影形状の外径ｃに等しいか、または小さく設定されていることが好ましい。本実施形態においては、ＬＥＤ１４より放射される必要な光射量に相当する放射角度Ｑの光が第２の導光部材２１の光受部２２ａに相当する位置に投影される投影形状の外径ｃの値を１．１ｍｍとし、第２の導光部材２１の光受部２２ａの外径ｄの値１．０ｍｍと外径ｃより小さい値とした。
【００２３】
この第２の導光部材２１の形状は略円錐台形状が好ましいが、光源の形や配置によって三角錐台形状、四角錐台形状、五角錐台形状等の多角錐台形状でも良い。また、その形状が必ずしも対称である必要はないが全方向に光を広げるのであれば対称形が好ましく最も好ましいのは略円錐台形状である。
又、図４に示すように、第２の導光部材２６の出射面側２６ｂに凹部２６ａを設け、この凹部２６ａに光拡散部材２７を配置することによって、さらに光拡散性を良くすることができる。
また、第２の導光部材の光受部２２ａの形状を平面として説明したが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように光受部３１、３２の形状が凸状の形状で、その縦断面形状がそれぞれ略三角形形状、または略半円形形状とすることも出来る。
【００２４】
一方、第１の導光材１３は、図２に示すように対向する光の入射面１８と出射面１９とを有する平板状で、透光性を有するアクリル樹脂からなる。また、第１の導光部材１３には３個のＬＥＤ１４と対応する位置に貫通孔１１がそれぞれ設けられている。この貫通孔１１は入射面１８側の入射面側貫通部１１ａと、この入射面側貫通部１１ａの内周が第２の導光部材２１の光受部２２ａの外周部２２ｃと連接する連接部２３から出射面１９に向かって内形形状が拡大するように形成されている傾斜部１２とを有する。傾斜部１２の開角ａの値は第２の導光部材２１の斜面部２２ｂの開角Ｐと同じ角度に設定する。この傾斜部１２と第２の導光部材２１の斜面部２２ｂとが連接されるように貫通孔１１に第２の導光部材２１を嵌合固定される。これによって図１に示すように第１の導光部材と第２の導光部材が一体化された導光板１０が構成される。
【００２５】
貫通孔１１の入射面側貫通部１１ａの内径ｂの値は第２の導光部材２１の光受部２２ａの外径ｄと同じか大きい値に設定した方がＬＥＤ１４からの光を効率よく第２の導光部材２１に入射させることができるため好ましい。本実施形態においては入射面側貫通部１１ａの内径ｂの値を第２の導光部材２１の光受部２２ａの外径ｄと同じ値とした。また、貫通孔１１の入射面側貫通部１１ａの長さｈの値はＬＥＤ１４が収容できる大きさであれば良く、第２の導光部材２１の光受部２２ａとＬＥＤ１４との間に適当な隙間が出来るようにその値を設定した。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態のバックライト装置は、第１の導光部材１３の貫通孔１１に第２の導光部材２１を嵌合固定した導光板１０を採用し、第２の導光部材２１をＬＥＤ１４と対向する位置（ＬＥＤの真上）に配置した。また、第２の導光部材２１には光拡散材及び白色着色剤が混入されており、光受部の表面には光拡散処置が施されている。更に、第２の導光部材２１の出斜面側にも光拡散部材２７を配置することにより第２の導光部材２１は第１の導光部材１３に比較して光拡散性が大きくなっている。一方、第１の導光部材１３は透光性材料からなり第２の導光部材２１に比べて光拡散性が小さく光の透過率が大きくなっている。これによってＬＥＤ１４から出射された光は第２の導光部材２１、第１の導光部材１３の内部で効率良く拡散される。
本実施形態の導光板１０に入射した光は導光板１０の内部で反射を繰り返し、導光板１０の外周部に達した光は枠体によって反射して導光板内部に戻される。こうして反射された光は回路基板１５から反射され導光板１０の出射面１９から出射される。これによってＬＥＤ１４から出射された光は第１の導光部材１３と第２の導光部材２１からなる導光板１０で効率良く拡散され輝度むらを解消することが出来る。この結果、導光板１０の出射面１９から均一な発光輝度を有する光が照射され、輝度と均一性、信頼性において優れた特性を有するバックライト装置を実現することが出来る。
【００２７】
尚、本実施形態においては、第１の導光部材、第２の導光部材に用いられる材料としてアクリル樹脂を例として説明したが、透光性、成形性に優れたものを用いることが好ましく、アクリル樹脂の他にポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂等も用いることが出来る。
また、本実施形態においては、光源として３個のＬＥＤを使用する例で説明したが、これに限定されるものではなく、１又は２以上のＬＥＤを用いる場合においても同様の効果を得ることが出来る。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば光拡散性が向上しＬＥＤから出射された光が速やかに導光板の横方向に拡散される。これによって出射面から輝度むらのない均一な光を出射することができる。この結果、均一で明るく、高効率、高輝度のバックライト装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施形態のバックライト装置を示す図で図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】本発明における実施形態のバックライト装置の導光板の第１の導光部材を示す図で図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】本発明における実施形態のバックライト装置の第２の導光部材を示す側面図である。
【図４】本発明における実施形態の第２の導光部材の他の例を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における第２の導光部材の光受部の形状を示す断面図である。
【図６】本発明における実施形態のバックライト装置における光源と第２の導光部材との配置関係を説明するための図で光源を示す。
【図７】本発明における実施形態のバックライト装置における光源と第２の導光部との配置関係を示す図である。
【図８】一般的なＬＥＤ素子の指向特性を示す図である。
【図９】従来技術における液晶表示用のバックライト装置を示す図で、図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は導光板を示す平面図である。
【符号の説明】
１      ＬＣＤ
３      導光板
３ａ    導光板の側面
３ｂ    導光板の表面
３ｃ    導光板の裏面
３ｄ    導光板の凹部
４      ＬＥＤ
５      基板
６      反射板
７ａ    上偏光板
７ｂ    下偏光板
８      拡散板
９      枠体
１０    導光板
１１    貫通孔
１１ａ  入射面側貫通部
１２    傾斜部
１３    第１の導光部材
１４    ＬＥＤ（光源）
１５    回路基板
１８    入射面
１９    出射面
２１    第２の導光部材
２２ａ  光受部
２２ｂ  斜面部
２２ｃ  光受部の外周部
２３    連接部
２５    直線（導光部の光受部に相当する位置を示す）
２６    第２の導光部材
２６ａ  第２の導光部材の凹部
２７    光拡散材
３１、３２  光受部
【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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