(57)【要約】【課題】  より薄く形成でき、輝度ムラが少ない直下型の照明装置を提供する。【解決手段】  直下型バックライトモジュール１０１は、水平面に交差する入光面５により包囲される貫通孔８が所定位置に開設される導光板７と、貫通孔８内に位置するように基板２上に配設される光源１と、光源１と対面するように配置され、光源１が発する光を反射する反射部材６とを備える。光は、反射部材６で反射され入光面５を介して横方向へ進み、導光板７から面状で均一性が高い光の束となって、ＬＣＤ１０２へ向け出射される。輝度ムラが少ない面状の光が得られ、直下型バックライトモジュール１０１を薄く形成できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面に交差する入光面により包囲される収納空間が所定位置に開設される導光板と、
前記収納空間内に位置するように配設される光源と、
前記光源と対面するように配置され、前記光源が発する光の少なくとも一部を反射する反射部材とを備える直下型の照明装置。
【請求項２】
前記光源を担持する基板を備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記収納空間は、前記導光板を厚さ方向に貫通することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記収納空間の入光面は、前記導光板の厚さ方向に平行であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記収納空間の入光面は、前記光源から離れるにつれ広がるように、前記導光板の厚さ方向に対して傾斜したことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記反射部材は、前記光源の中心側が厚く、前記光源の中心から離れるにつれて薄く形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記導光板の側面から出射される光を反射して前記導光板内へ戻す側面反射部材を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記導光板の少なくとも一部の面には、光を拡散する加工が施されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記導光板の少なくとも一部の面は、前記光源から離れるにつれ、より多くの光を出射するように加工されることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記反射部材は、前記光源が発する光の一部を透過する特性を備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記光源は、白色光でない特定色の光を発し、前記特定色の光の光路の途中に前記特定色の光を白色光へ変更する着色層が設けられている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の構成の照明装置と、前記照明装置により照明される非自発光型の表示素子を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非自発光型の表示装置等に用いる面発光型の照明装置に係り、特に広い発光面積に対応可能な直下方式の照明装置に係り、さらに詳しくは、同照明装置をより薄く形成でき、発光をより均一にするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非自発光型の表示素子である液晶表示パネル（以下「ＬＣＤ」という。）に光を供給するバックライトモジュールは、光源を導光板の横に配置するサイドライト型と表示素子のに真下に配置する直下型のものに大別できる。直下型バックライトモジュールは、主として、比較的広い画面を有するＬＣＤ（例えば、テレビジョン装置やパーソナルコンピュータのディスプレイ等に使用されるもの）に光を供給するために、使用される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、図１４に従来の直下型バックライトモジュールの構成を示す。図示するように、基板２に複数の光源１（白色光を発光する発光ダイオード）を所定の配置に搭載する。そして、この基板２を、すり鉢状の筐体３の底部へ配設し、筐体３の上部開口部を拡散板４で封鎖する。ここで、筐体３の内面は、全て鏡面となっており、光源１が発光すると、図１４に矢印で示すように、光があらゆる方向へ照射され、その一部は、筐体３の内面で反射し、拡散板４に至る。拡散板４は、光を様々な方向へ拡散し、図１４の上方に位置するＬＣＤに光が供給される（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
しかしながら、このような構成によると、光源１が出射する光の大部分は、拡散板４に直接照射される。したがって、図１５（ａ）に示すように、単一の光源１のみが存在するとき、光源１の真上部分だけが顕著に明るく、その周囲は次第に暗くなってしまい、輝度ムラを生ずる。図１５（ｂ）に示すように、複数の光源１を設ければ、光源１同士間の輝度ムラは若干修正できるが、光源１の外側については、輝度ムラを改善できない。
【０００５】
また、光源１として代表的に使用される発光ダイオードが出射する光の輝度は、鋭い指向特性を持ち、中心軸上で最も高い輝度が得られるが、これからわずかに角度がずれただけで急激に輝度が低下する。例えば、中心軸上から６０度ずれると中心軸上の輝度の４０％を下回る等である（例えば、特許文献３を参照）。
【０００６】
従来技術によると、輝度ムラを解消するために、筐体３の深さをある程度（通常約５ｃｍ程度）以上確保せざるをえない。したがって、薄型のテレビジョン装置やパーソナルコンピュータのディスプレイに使用するには、適用しがたいという問題点がある。また、１つの光源によって照らし得る面積が小さく、光源の数が多くなりがちとなるという問題点もある。加えて、図１５（ｃ）に示すように、光源１から拡散板４へ出射された光（矢印参照）は、一点鎖線の矢印で示すその当初の向きから２度屈折（２つの屈折点はいずれも拡散板４の表面上にある。）し、当初の照射線よりも内側から出射されＬＣＤ側へ至る。本来、拡散板４が光を拡散するには、拡散板４へ至った光が、その向きよりも外側から出射されなければならない。しかしながら、従来技術によると、その逆になってしまっており、拡散板４による光の拡散効果が低いという問題点もある。
【特許文献１】特開２００５−２８４２８３号公報（図２，３）
【特許文献２】特開２００３−２７２４０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１８９９７号公報（図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、より薄く形成でき、輝度ムラが少ない直下型バックライトモジュール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】
【０００８】
本発明に係る直下型バックライトモジュールは、水平面に交差する入光面により包囲される収納空間が所定位置に開設される導光板と、収納空間内に位置するように配設される光源と、光源と対面するように配置され、光源が発する光の少なくとも一部を反射する反射部材とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の直下型バックライトモジュールによれば、光源が発する光が、反射部材で反射され入光面を介して横方向へ進み導光板内へ導かれる。さらに、この光は、導光板内で様々な角度で屈折し、結局、導光板から面状で均一性が高い光の束となって、ＬＣＤへ向け出射されることになる。ここで、この現象は、導光板の厚さに余り影響されないので、直下型バックライトモジュールを薄型化でき、そうしても輝度ムラを生じにくい。従来技術では、厚さを５ｃｍ程度にせざるを得なかったが、本発明によれば、より薄く（例えば約１ｃｍ程度）とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の直下型の照明装置は、水平面に交差する入光面により包囲される収納空間が所定位置に開設される導光板と、収納空間内に位置するように配設される光源と、光源と対面するように配置され、光源が発する光の少なくとも一部を反射する反射部材とを備えている。さらに、光源を担持する基板を設けた。こうすれば、光源を確実に支持できるだけでなく、基板を反射面として利用し、光源が出射する光を効率よくＬＣＤへ向けることができる。また、収納空間を厚さ方向に導光板を貫通するように構成した。こうすれば、導光板の加工が容易になると共に、導光板の厚さを有効活用し入光面を広くとることができる。さらに、収納空間の入光面を導光板の厚さ方向に平行とした。こうすれば、収納空間を容易に形成できる。
【００１１】
さらに、収納空間の入光面を、光源から離れるにつれ広がるように、導光板の厚さ方向に対して傾斜させた。こうすれば、導光板内へより横向きに光を導くことができ、面状の光の束を形成しやすい。また、反射部材を、光源の中心側が厚く、光源の中心から離れるにつれて薄くなるように形成した。こうすれば、反射部材により反射された光が導光板へ入射しやすくなり、反射の繰り返しによる光の減衰を抑制できる。また、導光板の上面から出射される光を拡散する拡散板をさらに設ける。こうすれば、拡散板により、直下型バックライトモジュールから出射する光をさらに均一にすることができる。
【００１２】
さらに、導光板の側面から出射される光を反射して導光板内へ戻す側面反射部材を設けることとした。こうすれば、導光板の側面からさらに横へ出射しようとする光を無駄にせず、活用できる。さらに、導光板の少なくとも一部の面に、光を拡散する加工を施す。こうすれば、加工の如何により、導光板から出射する光を制御できる。さらに、導光板の少なくとも一部の面を、光源から離れるにつれ、より多くの光を出射するように加工する。こうすれば、光源から遠く光が不足しがちな箇所において光の出射を補強でき、輝度の均一性を向上できる。また好ましくは、反射部材は、光源が発する光の一部を透過する。反射部材の真上は、局所的に暗くなりがちであるが、これを緩和することができる。
【００１３】
また、上述のいずれかの構成の照明装置を用いて非自発光型の表示素子を照明する構成とした。これにより、明るく照度のむらが少ない表示装置が実現できる。
【実施例】
【００１４】
図１は、本実施例の直下型バックライトモジュールの断面図である。図示するように、直下型バックライトモジュール１０１は、ＬＣＤ１０２の直下に配置され、後述する構成により光源１が発する光を面状の光に変え、面状の光をＬＣＤ１０２へ照射する。即ち、ＬＣＤ１０２の画素により構成される表示画面が、直下型バックライトモジュール１０１の面状の光により明るく照らされて、視認性良くユーザに表示される。
【００１５】
さて、バックライトモジュール１０１を構成する筐体３は、その内面が鏡面となっており、筐体３の内部には、次の要素が配設される。即ち、基板２は、その表面が反射面となっている。光源１（発光ダイオード）は、基板２の所定位置に実装・担持され、白色光を発光する。導光板７には、水平面に交差する入光面５により包囲される貫通孔８が所定位置に開設される。複数の光源１のそれぞれは、貫通孔８内に位置するように基板２上に配設される。反射部材６は、光源１と対面するように配置され、光源１が発する光を反射する。また、筐体３の上方開口部は、拡散板４により封鎖される。符号１０は、導光板７を通る光を外部に拡散させる拡散部を示している。
【００１６】
導光板７がとりうるさまざまな構成を図２、図３を用いて説明する。図２は直下型バックライトモジュールを説明する説明図、図３は導光板を示す断面図である。導光板７は、透明で光の透過率が高い材料で構成することが望ましい。また導光板７の屈折率は、空気の屈折率を「１」としたとき「１．５」前後の屈折率であるものが好適である。例えば、アクリル、ポリカーボネート、アートン（商標）、ゼオノア（商標）等が好適である。貫通孔８は、入光面５により光源１を包囲する包囲空間の一例である。図３（ａ）に示すように、入光面５は円柱状でも良いし、あるいは四角柱、その他の多角柱状でも良い。断面を楕円等にすることも可能であるが、光源１の指向特性を考えれば、点対称の断面形状になるようにするのが望ましい。
【００１７】
また、図３（ｂ）に示すように、入光面５は、上側（光源１から遠ざかる側）が開くテーパ状に形成しても良い。こうすると、入射角の関係上、光源１からの光が横方向へ向くことになり好適である。包囲空間は、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、必ずしも導光板７を貫通する必要はない。反射部材６は、図３（ｃ）に示すように、導光板７の包囲空間の上部に設けた凹部に載置しても良いし、図３（ｄ）に示すように、導光板７の上面に適宜周知の印刷材（例えば、銀を含有する材料）を印刷しても差し支えない。印刷手法は周知のもので差し支えなく、光源の個数が多い場合印刷によると手間を軽減でき便利である。なお、図３（ｃ）よりも図３（ｄ）による方が、同じ厚さの導光板７を使用する場合に入光面５の高さをより大きくできるので有利である。包囲空間の下端部は、光源１よりやや大径に構成するとよい。
【００１８】
次に、反射部材６について図４、図５を参照しながら説明する。図４は反射部材を示す断面図であり、図５は反射部材を示す平面図である。反射部材６は、図５（ａ）に示すように、全面が反射面となっていても良いし、図５（ｂ）に示すように一部に透孔６ａを開け、光の一部を透過するものでも良い。反射部材６の材料は、銀、アルミニウム等の金属でも良いし、白色で反射率が高い他の材料を使用することもできる。図５（ｂ）に示すように、透孔６ａを開けなくとも、反射部材６の厚さを適宜薄くすることにより、光を一部透過するように制御することもできる。反射部材６が光の一部を透過する場合、反射部材６の上方が暗くなる傾向を緩和できる。その場合、反射率は、６０〜７０％程度にするとよい。
【００１９】
背景技術で述べたように、光源１の光は、光源１の中心軸をピークとする鋭い指向特性を有する。したがって、反射部材６のうち光源１に対向する部分は、図４（ａ）に示すように、平坦としても良いが、例えば、図４（ｂ）に示すように錐状とするか図４（ｃ）に示すように凸曲面状とするかのいずれでも良いが、光源１の中心軸に向かって凸になるように形成することが望ましい。こうすると、上記指向特性により、光源１が出射する光の大半は、ほとんど真上に向かって進行するが、これを直ちに（反射の繰り返しによる減衰を避けて）入光面５に向けて反射し、入光面５を介して導光板７内へ導ける可能性が高まるからである。また、図４（ｄ）に示すように、工程手順上、拡散板４に反射部材６を印刷して形成すると、その後の組み立てが容易になり、一層好適である。包囲空間は、導光板７の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する透光性の素材で埋めることも可能である。
【００２０】
次に、本発明の導光板の概要を表すの斜視図である図６を参照しながら、導光板７の側面における処理を説明する。図６は本発明の導光板の概要を示す斜視図である。図示するように、ここでは導光板７の４つの側面全部を反射シート９でコーティングしている。反射シート９は、側面反射部材に該当する。これにより、導光板７の側面から横方向に出射しようとする光を導光板７内へ戻すことができる。反射シート９については、反射部材６と同様の材料で構成できる。
【００２１】
図７に本発明の導光板の断面を示す。図示するように、拡散部１０（導光板７の上面及び底面の少なくとも一方）には、光を拡散する加工を施す。図７（ａ）では導光板７の上面に、図７（ｂ）では導光板７の下面に、同形状及び一定ピッチで、複数のＶ字溝を形成してある。このＶ字溝の付近では、Ｖ字に傾斜する傾斜面からのみ光が出射され、水平な箇所からは光が反射され導光板７内へ戻る。これは、出射されるか否かは、入射角の大小関係により定まる。勿論、溝をＵ字状とするなど種々変更可能である。
【００２２】
あるいは、図７（ｃ）に示すように、光源１が左側にあるとき（光が矢印で示すように概ね右向きに進む場合）、光源１に近い箇所に浅い溝を形成し、光源１から遠ざかるにつれて次第に深くなる溝を形成しても良い。こうすれば、光源からの距離が異なっても、出射される輝度を均一化しやすく好適である。あるいは、図７（ｄ）に示すように、同じ形状の溝を形成するが、光源１から遠ざかるにつれて溝同士のピッチを狭くなるようにしても良い。こうしても、上述と同様に、光源からの距離が異なっても、出射される輝度を均一化しやすく好適である。さらに、図７（ｃ）、（ｄ）の手法を組み合わせても良いことは言うまでもない。あるいは、図７（ｅ）に示すように、溝を形成せず、導光板７の拡散部１０（上面及び底面の少なくとも一方）を粗面としても良い。粗面加工には、例えばサンドブラスト法が使用できる。粗面のパターンは、任意として差し支えない。
【００２３】
さて、上述のように構成すると、図２（ｃ）に示したように、光源１から出射された光の大半は、その指向特性により、反射部材６に当たって反射し、入光面５を介して導光板７内へ導かれる。導光板７内に至った光は、導光板７内で適宜反射しながら、最終的には導光板７の上面の拡散部１０から上向きに出射する。これにより、図８（ａ）に示すように、点光源である光源１の光は、面状の光に変更され、拡散板４で拡散された後、ＬＣＤ１０２を均一性高く照らすことになる。したがって、ＬＣＤ１０２の表示画面の輝度ムラが少なくなると共に、バックライトモジュール１０１の厚さを従来技術よりも小さくすることができ、薄型テレビジョン装置やパーソナルコンピュータのディスプレイ等の用途に適した、直下型バックライトモジュールが得られる。
【００２４】
さらに、図８（ｂ）を図１５（ｃ）と比較すれば明らかなように、導光板７と基板２との隙間が、無いか、あるいは非常に小さい場合、光源１から導光板７の入光面５に至った光は、導光板７内を反射することにより、一点鎖線の矢印で示す当初の向きよりも、さらに光源１から遠い位置から出射する。言い換えれば、拡散の度合いが高まる。また、図８（ｃ）に示すように、導光板７と基板２との間に隙間があるときであっても、基板２により反射する光路が追加されるものの、全体としては、上述と同様に、拡散の度合いが高まる。即ち、この意味においても、光はよりランダムに進行し、輝度の均一性が向上する。
【００２５】
さて以上は、光源１が白色光を発光する場合について述べた。図９に本発明に用いる光源の断面図を模式的に示す。図９（ａ）に示すように、光源１は青色発光素子をパッケージに収納すると共に、青色発光素子の周囲を黄色蛍光体（ＹＡＧ）を混ぜたシリコン樹脂で包囲して構成してあるが、図９（ｂ）に示すように、シリコン樹脂に緑色蛍光体及び赤色蛍光体を混ぜても良い。また、光源１として、図９（ｃ）に示すような、青色光を発光する発光ダイオードを使用することもできる。この場合、青色光の光路の途中に青色光を白色光へ変更する着色層を設ければよい。この着色層の形態を図１０を用いて説明する。具体的には、光源１が白色光を発光する場合（図１０（ａ））に対し、図１０（ｂ）に示すように、入光面５に第１蛍光体層１２（黄色）を追加するか、図１０（ｃ）に示すように、入光面５に第２蛍光体層１３（緑色）及び第３蛍光体層１４（赤色）を追加すると良い。勿論、第２蛍光体層１３（緑色）及び第３蛍光体層１４（赤色）とは、図示しているように別の層にする必要はなく、互いに混ぜて１つの層としてもよい。
【００２６】
これらの層には、次表において「黄色蛍光体」、「赤色蛍光体」、「緑色蛍光体」の各欄に記載された材料系を使用できる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
さらに、層１２〜１４は、その配置位置を適宜変更であるものであって、例とえば、図１１（ａ）に示すように導光板７の上面に設けても良いし、図１１（ｂ）に示すように拡散板４の下面に設けても良い。また、図１２（ａ）に示すように反射部材６の下面に設けても良いし、反射部材６の下面とともに拡散板４の上面に設けても良い。その他拡散板４の上面のみに設けてもよい。包囲空間を、導光板７の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する透光性の素材で埋めた場合には、その素材部分を着色するようにしても良い。
【００２９】
さらに、図１３に示すように、プリズムシート１０３をＬＣＤ１０２とバックライトモジュール１０１との間に配置して、輝度を向上させても良いし、プリズムシート１０３のかわりに拡散シートを配置して輝度ムラを目立たせないようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の直下型バックライトモジュールの断面図である。
【図２】（ａ）本発明の直下型バックライトモジュールの平面図、（ｂ）Ａ−Ａ’線断面図、（ｃ）光路の例示図である。
【図３】本発明の導光板の断面図である。
【図４】本発明の反射部材の断面図である。
【図５】本発明の反射部材の平面図である。
【図６】本発明の導光板の斜視図である。
【図７】本発明の導光板の断面図である。
【図８】光路を説明する説明図である。
【図９】光源の断面図である。
【図１０】本発明の着色層の断面図である。
【図１１】本発明の着色層の断面図である。
【図１２】本発明の着色層の断面図である。
【図１３】プリズムシートの断面図である。
【図１４】従来の直下型バックライトモジュールの断面図である。
【図１５】従来の直下型バックライトモジュールを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  光源
２  基板
３  筐体
４  拡散板
５  入光面
６  反射部材
７  導光板
８  貫通孔
９  反射シート
１０  拡散部
１２  第１蛍光体層
１３  第２蛍光体層
１４  第３蛍光体層
１０１  バックライトモジュール
１０２  ＬＣＤ
【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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